(57)【要約】【課題】ｎ型酸化物半導体層に対して密着性に優れ、且つ低抵抗なオーミック電極を備えた酸化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】本発明の酸化物半導体発光素子１は、サファイア基板２（基板）上に、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３（ｎ型酸化物半導体層）と、ｎ型クラッド層４と、発光層５と、ｐ型クラッド層６と、ｐ型コンタクト層７とからなる成長層を積層した酸化物半導体発光素子１において、成長層の一部をエッチングすることにより露出したｎ型ＺｎＯコンタクト層３上に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属の酸化物からなるｎ型オーミック電極１０を設けたものである。【選択図】  図１
2004228401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ｎ型酸化物半導体層と、ｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層した酸化物半導体発光素子において、
前記成長層の一部をエッチングすることにより露出した前記ｎ型酸化物半導体層上に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属の酸化物からなるオーミック電極を設けたことを特徴とする酸化物半導体発光素子。
【請求項２】
ｎ型酸化物半導体からなる基板上に、少なくともｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層した酸化物半導体発光素子において、
前記基板裏面に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属の酸化物からなるオーミック電極を設けたことを特徴とする酸化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記オーミック電極は、遷移金属Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選択された少なくとも１つの遷移金属の酸化物からなることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記オーミック電極の層厚は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記発光層からの光に対して透光性を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の酸化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記オーミック電極上に、ＡｌまたはＡｕからなるパッド電極を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記オーミック電極と前記パッド電極との間に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属およびＧａ，Ｉｎから選択された少なくとも１つの元素を含む中間層を形成することを特徴とする請求項５に記載の酸化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記遷移金属は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選択された少なくとも１つの遷移金属からなることを特徴とする請求項６に記載の酸化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記オーミック電極と前記パッド電極との間に、ＡｌまたはＰｔの少なくともいずれかを含む反射層を形成することを特徴とする請求項５に記載の酸化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記基板裏面に形成された前記オーミック電極を、パターン加工するとともに、前記基板裏面は、Ａｇを含む導電材でリードフレームと電気的に接続することを特徴とする請求項２に記載の酸化物半導体発光素子。
【請求項１０】
基板上に、ｎ型酸化物半導体層と、ｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層し、
前記成長層の一部をエッチングすることにより露出した前記ｎ型酸化物半導体層上に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属の酸化物を蒸発または飛散させて堆積することによりオーミック電極を薄膜形成する酸化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
基板上に、ｎ型酸化物半導体層と、ｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層し、
前記成長層の一部をエッチングすることにより露出した前記ｎ型酸化物半導体層上に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属を蒸発または飛散させるとともに、酸素を導入して前記原料を堆積することによりオーミック電極を薄膜形成する酸化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
ｎ型酸化物半導体からなる基板上に、少なくともｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層し、
前記基板裏面に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属の酸化物を蒸発または飛散させて堆積することによりオーミック電極を薄膜形成する酸化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
ｎ型酸化物半導体からなる基板上に、少なくともｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層し、
前記基板裏面に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属を蒸発または飛散させるとともに、酸素を導入して前記原料を堆積することによりオーミック電極を薄膜形成する酸化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記オーミック電極は、遷移金属Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選択された少なくとも１つの遷移金属の酸化物からなることを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載の酸化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記薄膜形成方法は、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法およびレーザアブレーション法のいずれかであることを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載の酸化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記オーミック電極を形成した後で、前記酸化物半導体発光素子を酸素雰囲気中あるいは大気中で熱処理を行なうことを特徴とする請求項１０から１５のいずれかに記載の酸化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記熱処理温度は、３００〜４５０℃の範囲内であることを特徴とする請求項１６に記載の酸化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ｎ型酸化物半導体層に対する低抵抗なオーミック電極を有する酸化物半導体発光素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【０００３】
【特許文献１】
国際公開第００／１６４１１号パンフレット
【非特許文献１】
「Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ」、Ｖｏｌ．３６、１９９７年１１月１日、ｐ．１４５３−１４５５
【非特許文献２】
「Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ」、Ｖｏｌ．４０、２００１年３月１日、ｐ．１７７−１８０
【０００４】
酸化物材料は、誘電性、磁性、超伝導性などの多くの特性を有し、また半導体材料として既存材料の特質を補って余りある性質を有している。
【０００５】
中でも酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、約３．４ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する直接遷移型半導体で、励起子結合エネルギーが６０ｍｅＶと極めて高く、また原材料が安価であり、環境や人体に無害、かつ成膜手法が簡便であるなどの特徴を有する。また、酸化亜鉛は、高効率・低消費電力で環境性に優れた発光デバイスを実現できる。なお、以下においてＺｎＯ系半導体とは、ＺｎＯおよびこれを母体としたＭｇＺｎＯあるいはＣｄＺｎＯなどで表される混晶を含めるものとする。
【０００６】
前記ＺｎＯ系半導体へ低抵抗なｐ型オーミック電極を形成する技術は、キャリアを発光層へ均一かつ高効率に注入するために極めて重要である。しかし、ＺｎＯは強いイオン性に起因する自己補償効果を有するため、ｐ型の導電型制御が困難であった。この欠点を解決するためにアクセプタ不純物として窒素（Ｎ）を用い、ｐ型オーミック電極を実現していた（例えば、非特許文献１を参照）。また、ＺｎＯ系半導体を用いて高効率な発光素子を作製すべく、多くの研究がなされている（例えば、非特許文献２を参照）。
【０００７】
しかし、ｐ型オーミック電極のみならず、安定したオーミック接触が得られるｎ型オーミック電極についても、まだ改善の余地を残している。例えば、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体において用いられるＴｉ−Ａｌ電極は、金属薄膜と酸化物半導体との密着性が乏しいためｎ型ＺｎＯ系半導体層とは完全なオーミック接触が得られにくく、電極のオーミック抵抗が高かった。
【０００８】
この問題を解決する手段として、Ｔｉ又はＣｒがｎ型ＺｎＯ層と接し  、Ａｌがｎ型ＺｎＯ層と接しないｎ型オーミック電極が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＴｉやＣｒを電極に用いてもオーミック抵抗は大きくは低減せず、真空蒸着法やスパッタリング法などの製造方法によって形成した前記金属電極は、ワイヤボンディング時や通電時に剥れたり劣化しやすいという問題もあった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、前記従来の問題に鑑み、ｎ型酸化物半導体層に対して密着性に優れ、且つ低抵抗なオーミック電極を用いて優れた発光特性を実現する酸化物半導体発光素子を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ｎ型酸化物半導体層に対して密着性と低抵抗性を両立するオーミック電極材料とその構造および製造方法を鋭意検討した結果、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属、特に遷移金属Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選択された少なくとも１つの遷移金属の酸化物をオーミック電極に用いることにより、前記目的を達成するものである。
【００１２】
本発明に係る酸化物半導体発光素子は、前記課題を解決するための手段として、
基板上に、ｎ型酸化物半導体層と、ｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層した酸化物半導体発光素子において、
前記成長層の一部をエッチングすることにより露出した前記ｎ型酸化物半導体層上に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属の酸化物からなるオーミック電極を設けたものである。
【００１３】
前記発明によれば、遷移金属の酸化物は、金属よりも酸化物半導体に対して密着性に優れるので、オーミック電極は、ワイヤボンディングや通電によって剥がれたりすることがなく、信頼性に優れる。また、前記オーミック電極が遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇのいずれかを含むことは、オーミック電極がｐ型オーミック電極となり、これらの元素の拡散により高抵抗化するので好ましくない。
【００１４】
本発明に係る酸化物半導体発光素子は、前記課題を解決するための他の手段として、
ｎ型酸化物半導体からなる基板上に、少なくともｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層した酸化物半導体発光素子において、
前記基板裏面に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属の酸化物からなるオーミック電極を設けたものである。
【００１５】
前記オーミック電極は、遷移金属Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選択された少なくとも１つの遷移金属の酸化物からなることが好ましい。遷移金属Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗの酸化物は、良導体あるいはｎ型半導体的性質を有し、安定で低抵抗なオーミック電極を形成できる。このことにより、信頼性に優れ、動作電圧の低い酸化物半導体発光素子を提供できる。
【００１６】
前記オーミック電極の層厚は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記発光層からの光に対して透光性を有することが好ましい。これにより、オーミック電極が透光性を有し、発光層からの光を外部へと取り出し、発光素子の輝度を向上させることができる。具体的には、絶縁基板を用いた酸化物半導体発光素子のｎ型酸化物半導体層上にオーミック電極を形成する場合、基板底面で反射された光がオーミック電極に入射すると外部への光取り出しが阻害されるので、オーミック電極を透光性とすることが有効である。オーミック電極の厚みが前記１ｎｍ以上１００ｎｍの範囲内にあれば、十分に低抵抗なオーミック接触を確保でき、かつ透光性が高く光取り出し効率が向上する。
【００１７】
また、前記オーミック電極上に、ＡｌまたはＡｕからなるパッド電極を形成することが好ましい。ＡｌおよびＡｕは低抵抗でワイヤをボンディングするパッド電極として用いるのに適しており、特に、Ａｌは酸化物半導体に対してアクセプタ不純物として作用しないので、ｎ型オーミック電極上に形成しても電極が高抵抗化しない。
【００１８】
このとき、前記オーミック電極と前記パッド電極との間に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属およびＧａ，Ｉｎから選択された少なくとも１つの元素を含む中間層を形成してもよい。この中間層をオーミック電極とパッド電極との間に設けることにより、オーミック電極とパッド電極の密着性が向上する。
【００１９】
また、この中間層の前記遷移金属は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選択された少なくとも１つの遷移金属からなることが好ましい。
【００２０】
前記オーミック電極と前記パッド電極との間に、ＡｌまたはＰｔの少なくともいずれかを含む反射層を形成することが好ましい。オーミック電極に入射した光を高効率で反射し、発光素子内部で多重反射させることにより、光取り出し効率を向上させることができる。さらに、オーミック電極を低抵抗化できる。このような反射層は、オーミック電極およびパッド電極が発光素子表面に形成された場合または基板裏面に形成された場合のいずれにおいても光取り出し効率を向上させることができる。
【００２１】
前記基板裏面に形成された前記オーミック電極を、パターン加工するとともに、前記基板裏面は、Ａｇを含む導電材でリードフレームと電気的に接続することが好ましい。Ａｇは、青色〜紫外域の光に対する反射率が高く、基板裏面のｎ型オーミック電極をパターン加工し、Ａｇを含む導電材でリードフレームに接続することにより、基板底面へ入射した光が吸収されることなくＡｇを含む導電材で反射されるので、光取り出し効率が向上する。
【００２２】
本発明に係る酸化物半導体発光素子の製造方法は、前記課題を解決するための手段として、
基板上に、ｎ型酸化物半導体層と、ｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層し、
前記成長層の一部をエッチングすることにより露出した前記ｎ型酸化物半導体層上に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属の酸化物を蒸発または飛散させて堆積することによりオーミック電極を薄膜形成するものである。
【００２３】
前記発明によれば、遷移金属の酸化物をオーミック電極の原料として用いることにより、例えば、レーザＭＢＥ装置内にＯ２ガスを導入する必要がなくなり、本発明のオーミック電極を容易に形成できる。
【００２４】
本発明に係る酸化物半導体発光素子の製造方法は、前記課題を解決するための他の手段として、
基板上に、ｎ型酸化物半導体層と、ｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層し、
前記成長層の一部をエッチングすることにより露出した前記ｎ型酸化物半導体層上に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属を蒸発または飛散させるとともに、酸素を導入して前記原料を堆積することによりオーミック電極を薄膜形成するものである。
【００２５】
前記発明によれば、前記遷移金属は、高純度な原料を安価に入手できるため、これをオーミック電極の原料として用いることにより、特性に優れたオーミック電極を低コストで製造できる。また、酸素雰囲気中で蒸着することにより、容易に酸化物薄膜を形成できるので、密着性に優れた低抵抗なオーミック電極を形成できる。
【００２６】
本発明に係る酸化物半導体発光素子の製造方法は、前記課題を解決するための他の手段として、
ｎ型酸化物半導体からなる基板上に、少なくともｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層し、
前記基板裏面に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属の酸化物を蒸発または飛散させて堆積することによりオーミック電極を薄膜形成するものである。
【００２７】
本発明に係る酸化物半導体発光素子の製造方法は、前記課題を解決するための他の手段として、
ｎ型酸化物半導体からなる基板上に、少なくともｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層し、
前記基板裏面に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属を蒸発または飛散させるとともに、酸素を導入して前記原料を堆積することによりオーミック電極を薄膜形成するものである。
【００２８】
前記オーミック電極は、遷移金属Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選択された少なくとも１つの遷移金属の酸化物からなることが好ましい。
【００２９】
前記薄膜形成方法は、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法およびレーザアブレーション法のいずれかであることが好ましい。これらの薄膜形成法は、量産性が高く、高品質の酸化物薄膜を容易に形成できる成膜手法であり、特性に優れた発光素子を低コストで製造できる。
【００３０】
前記オーミック電極を形成した後で、前記酸化物半導体発光素子を酸素雰囲気中あるいは大気中で熱処理を行なうことが好ましい。熱処理またはアニール処理を行うことにより、オーミック電極の酸化物半導体に対する密着性およびオーミック特性は格段に向上する。特に、酸素雰囲気中でアニール処理を行うことにより、電極からの酸素抜けを抑止して、低いオーミック抵抗を保ったまま密着性を向上させることができる。
【００３１】
前記熱処理温度は、３００〜４５０℃の範囲内であることが好ましい。３００℃以上であればオーミック電極の密着性およびオーミック抵抗低減効果を向上することができ、４５０℃以下であれば、酸化物半導体発光素子が劣化せず、特性に優れた酸化物半導体発光素子を製造できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る酸化物半導体発光素子１の断面図である。この酸化物半導体発光素子１は、ｃ面を主面とするサファイア基板２上に、Ｇａを３×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ０．２μｍのｎ型ＺｎＯコンタクト層３（ｎ型酸化物半導体層）、Ｇａを１×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ１μｍのｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層４、厚さ０．１μｍのノンドープＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ発光層５、Ｎを１×１０２０ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ１μｍのｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層６、Ｎを５×１０２０ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ０．３μｍのｐ型ＺｎＯコンタクト層７が積層されている。
【００３４】
また、ｐ型ＺｎＯコンタクト層７の主表面全面には、厚さ１０ｎｍのＮｉＯを積層した透光性を有するｐ型オーミック電極８が積層され、その上には直径８０μｍで厚さ５００ｎｍのボンディング用Ａｕパッド電極９が積層されている。
【００３５】
また、前記ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層４からｐ型ＺｎＯコンタクト層７までのエピタキシャル層の一部がエッチングされており、前記ｎ型ＺｎＯコンタクト層３の一部が露出している。この露出したｎ型ＺｎＯコンタクト層３の表面には、厚さ１０ｎｍのＴｉＯ２を積層した透光性を有するｎ型オーミック電極１０が積層され、その上には直径８０μｍで厚さ５００ｎｍのボンディング用Ａｌパッド電極１１が積層されている。
【００３６】
次に、前記酸化物半導体発光素子１を製造する製造方法について説明する。
【００３７】
本実施形態の酸化物半導体発光素子１は、図２に示すレーザ分子線エピタキシー（以下レーザＭＢＥと称する）装置２０で製造される。このレーザＭＢＥ装置２０は、超高真空に排気可能な成長室２１の上部に、前記基板２を下面位置で保持する基板ホルダー２２が配置されている。この基板ホルダー２２は、基板ホルダー２２裏面が基板ホルダー２２上部に配置されたヒーター２３により加熱されるようになっており、これにより、前記基板２が基板ホルダー２２からの熱伝導により加熱される。前記基板２下方には、扇状のターゲットテーブル２４が配置されており、このターゲットテーブル２４上面外縁部には複数のターゲット２５が配置されている。ターゲット２５の表面は、成長室２１の側壁に設けられたビューポート２６を介して照射されるパルスレーザ光２６ａによりアブレーションされ、ターゲット２５表面の原料が瞬時に蒸発するようになっている。この蒸発したターゲット２５の原料が基板２下面に堆積することにより基板２に薄膜が形成される（レーザアブレーション法）。また、ターゲットテーブル２４は、図示しない回転機構によりパルスレーザ光２６ａの照射シーケンスに同期して回転制御され、異なるターゲット２５の原料を基板２に積層できるようになっている。また、成長室２１にはガス導入管２７ａ，ｂが設けられており、ガスを成長室２１内に導入できるようになっている。また、ガス導入管２７ｂに設けられたラジカルセル２８によって活性化された原子状ビームを基板２に照射することも可能である。
【００３８】
前記レーザＭＢＥ装置２０を用いたレーザＭＢＥ法では、まず、洗浄処理したサファイア基板２をレーザＭＢＥ装置２０内の基板ホルダー２２下面に取り付け固定する。次に、成長室２１内にＯ２ガスを流入するとともに内圧を５×１０−３Ｐａに調整し、温度６００℃で３０分間、加熱してサファイア基板２を清浄化し、その後で基板温度を５５０℃に降温する。
【００３９】
次に、回転機構によるターゲットテーブル２４の回転駆動周期をパルスレーザ光２６ａのパルス照射周期と同期させ、ノンドープＺｎＯ単結晶、およびＧａ２Ｏ３を添加したＺｎＯ燒結体を原料とするターゲット２５を交互にアブレーションし、所望のＧａドーピング濃度（３×１０１８ｃｍ−３）を有するｎ型ＺｎＯコンタクト層３を厚さ０．２μｍまで成長させる。このとき、アブレーションを行うパルスレーザ光２６ａには、ＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ、パルス数：１０Ｈｚ、出力１Ｊ／ｃｍ２）を用いた。また、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３を形成する間、ガス導入管２７ａよりＯ２ガスを成長室２１内に導入した。
【００４０】
次に、ノンドープＺｎＯ単結晶、およびＧａ２Ｏ３を添加したＭｇＺｎＯ燒結体を原料とするターゲット２５を交互にアブレーションし、所望のＭｇ組成とＧａドーピング濃度（１×１０１８ｃｍ−３）を有するｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層４を厚さ１μｍまで成長させる。
【００４１】
また、ノンドープＺｎＯ単結晶、およびノンドープＣｄＯ単結晶を原料とするターゲット２５を交互にアブレーションし、ノンドープＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ発光層５を厚さ０．１μｍまで成長させる。
【００４２】
また、ガス導入管２７ｂより導入したＮ２ガスをラジカルセル２８でプラズマ化して照射しながら、ノンドープＺｎＯ単結晶およびノンドープＭｇＺｎＯ燒結体を原料とするターゲット２５を交互にアブレーションし、所望のＮドーピング濃度（１×１０２０ｃｍ−３）を有するｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層６を厚さ１μｍまで成長させる。
【００４３】
また、ガス導入管２７ｂより導入したＮ２ガスをラジカルセル２８でプラズマ化して照射しながら、ノンドープＺｎＯ単結晶を原料とするターゲット２５をアブレーションし、所望のＮドーピング濃度（５×１０２０ｃｍ−３）を有するｐ型ＺｎＯコンタクト層７を厚さ０．３μｍまで成長させる。
【００４４】
そして、Ｏ２ガスの流量を調整して成長室２１内の圧力を１×１０−３Ｐａに調整し、Ｎｉを原料とするターゲット２５をアブレーションする。このとき、アブレーションにより蒸発した金属Ｎｉは、成長室２１内のＯ２ガスによってＮｉＯとなり、基板２に積層される。これにより、ＮｉＯからなるｐ型オーミック電極８を厚さ１０ｎｍまで形成する。さらに、Ｏ２ガスの導入を停止して成長室２１内の圧力を１×１０−４Ｐａに調整し、Ａｕを原料とするターゲット２５をアブレーションし、Ａｕパッド電極９を厚さ５００ｎｍまで積層する。
【００４５】
次に、サファイア基板２をレーザＭＢＥ装置２０から取り出して、サファイア基板２上面の一部をレジストマスク（不図示）で覆った後、サファイア基板２をイオンミリング装置（不図示）により、ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層４からＡｕパッド電極９までの成長層の一部をエッチングし、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３の一部を露出させる。
【００４６】
次に、サファイア基板２をイオンミリング装置から取り出してレジストマスクを除去し、再び、レーザＭＢＥ装置２０に導入する。そして、Ｏ２ガスの流量を調整して成長室２１内の圧力を１×１０−３Ｐａに調整し、金属Ｔｉを原料とするターゲット２５をアブレーションする。このとき、アブレーションにより蒸発した金属Ｔｉは、成長室２１内のＯ２ガスによってＴｉＯ２となり、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３表面上に成膜される。これにより、ＴｉＯ２からなるｎ型オーミック電極１０が厚さ１０ｎｍまで積層される。さらに、Ｏ２ガスの導入を停止して成長室２１内の圧力を１×１０−４Ｐａに調整し、Ａｌを原料とするターゲット２５をアブレーションし、Ａｌパッド電極１１を厚さ５００ｎｍまで積層する。
【００４７】
そして、サファイア基板２をレーザＭＢＥ装置２０から取り出して、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３の露出部以外に堆積したＴｉＯ２およびＡｌをエッチング除去する。また、Ａｕパッド電極９およびＡｌパッド電極１１を各々直径８０μｍに加工する。
【００４８】
最後に、サファイア基板２を図示しないアニール炉に導入し、大気中で温度３５０℃で１分間、アニール処理（熱処理）する。その後、３００μｍ角のチップ状に分割する。
【００４９】
前述したレーザＭＢＥ法は、ターゲット２５の原料と形成される薄膜の組成ずれが小さく、また、ＺｎＧａ２Ｏ４などの意図しない化合物の生成を抑えることができるので好ましい。また、本発明の酸化物半導体発光素子１は、前記レーザＭＢＥ法に限らず、固体あるいは気体原料を用いた分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などの結晶成長手法で製造してもよい。なお、この薄膜形成方法は、レーザアブレーション法に限らず電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法のいずれであってもよい。
【００５０】
以上のようにして、製造された酸化物半導体発光素子１のＡｕパッド電極９およびＡｌパッド電極１１をリードフレームにワイヤボンディングした後、酸化物半導体発光素子１を樹脂でモールドし、発光させたところ、発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。また、２０ｍＡの動作電流における動作電圧は３．６Ｖであった。また、１００個の酸化物半導体発光素子１をリードフレームに実装したところ、ワイヤボンディングする際に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子１は１つもなかった。また、３００個の酸化物半導体発光素子１をリードフレームに実装した場合、ワイヤボンディングする際に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子１は５つであった。
【００５１】
（比較例１）
一方、前述したようにＴｉＯ２からなるｎ型オーミック電極１０を形成する代りに、Ｏ２ガスを成長室２１内に流入せずにＴｉからなるｎ型オーミック電極１０を形成した１００個の酸化物半導体発光素子をリードフレームに実装したところ、Ａｌパッド電極１１へのワイヤボンディング時に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子は２５個あった。また、動作電圧が５Ｖ以上の酸化物半導体発光素子は２０個あった。
【００５２】
すなわち、金属（Ｔｉ）からなるオーミック電極と酸化物半導体（ｎ型ＺｎＯコンタクト層３）は密着性が弱く、製造歩留まりが低いのに対し、本発明のオーミック電極１０は、遷移金属の酸化物（ＴｉＯ２）で構成しているので密着性が強く、信頼性は飛躍的に向上する。特に、遷移金属Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗの酸化物は、良導体あるいはｎ型半導体的性質を有し、安定で低抵抗なオーミック電極を形成することができる。
【００５３】
図３に、ＴｉＯ２からなるオーミック電極１０の層厚（ｎｍ）と酸化物半導体発光素子１の動作電圧（Ｖ）および発光強度（任意単位）の関係を示す。ＴｉＯ２オーミック電極１０の層厚が１ｎｍを超えると動作電圧は減少し、１００ｎｍ以上でほぼ飽和する。一方、層厚が１００ｎｍ以上ではＴｉＯ２オーミック電極１０の透光性も低下してくるので発光強度が急激に低下する。以上の結果より、酸化物半導体発光素子１の動作電圧を低く保ち、かつ高い発光強度を実現するためには、ｎ型オーミック電極１０の層厚は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。
【００５４】
（比較例２）
また、Ａｌパッド電極１１を備えない１００個の酸化物半導体発光素子をリードフレームに実装したところ、ＴｉＯ２からなるオーミック電極１０へのワイヤボンディング時に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子が６０個あった。また、通電中にオーミック電極１０からボンディングワイヤが外れた酸化物半導体発光素子が２０個あった。
【００５５】
すなわち、本発明の低いオーミック抵抗と強い密着性の効果を最大限に得るには、ＴｉＯ２からなるオーミック電極１０上にＡｌパッド電極１１を形成してワイヤボンディングを行うことが好ましい。
【００５６】
（比較例３）
また、製造工程においてアニール処理することなく製造した１００個の酸化物半導体発光素子をリードフレームに実装したところ、Ａｌパッド電極１１へのワイヤボンディング時に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子が１５個あった。また、動作電圧が５Ｖ以上の酸化物半導体発光素子は１０個あった。
【００５７】
すなわち、アニール処理（熱処理）することにより、酸化物半導体（ｎ型ＺｎＯコンタクト層３）と金属酸化物（ＴｉＯ２からなるオーミック電極１０）との密着性およびオーミック特性が格段に向上する。なお、アニール処理の温度は、３００℃以上であれば密着性および抵抗の低減を向上することができ、４５０℃以下であれば、酸化物半導体素子１が劣化しにくくなる。また、アニール処理における雰囲気は、Ｏ２あるいは大気雰囲気中が好ましく、Ｎ２雰囲気中では逆に抵抗が増大する。
【００５８】
また、本実施形態のようにｎ型オーミック電極１０上のＡｌパッド電極１１に酸化し易いＡｌを用いた場合、酸化雰囲気中で高温のアニール処理を行うとＡｌパッド電極１１表面に不導体であるＡｌ２Ｏ３が形成されてしまい、ボンディングワイヤの密着性と導電性が劣化する場合がある。これを防止するために、パッド電極１１をＡｕで構成するか、またはアニール雰囲気を大気中とすることが好ましい。
【００５９】
また、本実施形態においてＮｉＯからなるｐ型オーミック電極８およびＴｉＯ２からなるｎ型オーミック電極１０は、金属Ｎｉおよび金属Ｔｉを原料とするターゲット２５を用いてＯ２雰囲気中でアブレーションして形成した。この元素金属（ＮｉおよびＴｉ）のターゲットやタブレットは、４Ｎ〜５Ｎ程度の高純度かつ安価である。したがって、純度に優れ低抵抗な酸化物オーミック電極を安価かつ容易に形成することが可能である。これに対して、前記ｐ型オーミック電極８およびｎ型オーミック電極１０を、金属ＮｉＯおよび金属ＴｉＯ２を原料とするターゲットを用いてアブレーションして形成する場合、金属酸化物（ＮｉＯおよびＴｉＯ２）のターゲットやタブレットは高純度なものが得られにくい（３Ｎ〜４Ｎ程度）が、レーザＭＢＥ装置２０内にＯ２ガスを導入する必要がなくなり、ｐ型オーミック電極８およびｎ型オーミック電極１０を容易に形成できる。
【００６０】
また、本実施形態のレーザＭＢＥ装置２０を用いることにより、高純度なＯ２ガスを用いて金属酸化物の薄膜を形成することができ、さらに成長層から電極までを真空成長室２１中で一貫して形成することができる。したがって、純度に優れた酸化物オーミック電極を容易に形成することが可能である。
【００６１】
また、ｐ型オーミック電極８もｎ型オーミック電極１０と同様に透光性を有することが好ましい。また、ｐ型オーミック電極８の材料には、Ｎｉ，Ａｇ，Ｃｕを用いることが好ましく、特にＮｉが好ましい。また、ｐ型オーミック電極８上のパッド電極９の材料としては本実施形態のようにＡｕが好ましく、Ａｌを用いるとｐ型オーミック電極８が高抵抗化しやすいので好ましくない。
【００６２】
また、ｐ型ＺｎＯコンタクト層７にドーピングするアクセプタ不純物としては、Ｉ族元素のＬｉ，Ｃｕ，ＡｇやＶ族元素のＮ，Ａｓ，Ｐなどを用いることが好ましく、本発明の効果を最大限に得るためには、活性化率が高いＮ，ＬｉおよびＡｇが特に好ましい。さらに、Ｎをドーピングする場合、Ｎ２をプラズマ化して結晶成長中に照射する手法によって、結晶性を良好に保って高濃度ドーピングが行えるのでより好ましい。
【００６３】
また、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３にドーピングするドナー不純物としては、ＩＩＩ族元素のＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎなどを用いることが好ましく、特に、ＺｎＯ系半導体中での活性化率が高いＧａまたはＡｌが好ましい。
【００６４】
また、本実施形態において示したように、クラッド層４、６上にコンタクト層７を介してオーミック電極８を形成して低抵抗化し、酸化物半導体発光素子１の発光効率を向上させることが好ましい。コンタクト層７の材料には、結晶性に優れキャリア濃度を高くできるＺｎＯを用いることが好ましい。ＺｎＯコンタクト層に過剰に不純物をドーピングすると結晶性劣化が顕著となり、本発明の効果が減少するので、５×１０１６〜５×１０１９ｃｍ−３のキャリア濃度範囲となるようにドーピング濃度を調整することが好ましい。
【００６５】
また、その他の構成は任意であり、本実施形態によって限定されるものではない。
【００６６】
前記実施形態の変形例として、図４に示すように、ＴｉＯ２からなるｎ型オーミック電極１０とＡｌパッド電極１１との間に、厚さ５０ｎｍのＺｒからなる中間層１２を形成してもよい。この酸化物半導体発光素子１をリードフレームにワイヤボンディングした後、酸化物半導体発光素子１を樹脂でモールドし、発光させたところ、発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。また、２０ｍＡの動作電流における動作電圧は、前記実施形態に比べて低減して３．４Ｖであった。また、３００個の酸化物半導体発光素子１をリードフレームに実装したところ、ワイヤボンディングする際に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子１は１つもなかった。
【００６７】
このように、酸化物オーミック電極１０とＡｌパッド電極１１の間に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属およびＧａ，Ｉｎから選択された少なくとも１つの元素（Ｚｒ）を含む中間層１２を形成することにより、酸化物オーミック電極１０とＡｌパッド電極１１の密着性を向上させることができ、また動作電圧を低減することができる。
【００６８】
前記中間層１２をＮｉを用いて形成した場合、ワイヤボンディングの際に電極剥れは生じなかったが、酸化物半導体発光素子１の動作電圧は、５Ｖ以上となった。この動作電圧が増大した理由としては、Ｎｉがｐ型ＺｎＯ半導体に対するオーミック電極として働くため、ｎ型オーミック電極１０やｎ型ＺｎＯコンタクト層３に拡散することによって電気伝導が阻害されたものと考えられる。このように、中間層１２には、ｐ型オーミック電極材料となるＮｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まないことが好ましい。特に、この中間層１２の材料としては、遷移金属Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗが好ましい。また、ｎ型オーミック電極１０も同様にｐ型オーミック電極材料となるＮｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まないことが好ましい。
【００６９】
また、前記実施形態の変形例として、図４においてＴｉＯ２からなるｎ型オーミック電極１０とＡｌパッド電極１１との間の中間層１２を、厚さ５０ｎｍのＰｔで構成してもよい。この酸化物半導体発光素子１をリードフレームにワイヤボンディングした後、酸化物半導体発光素子１を樹脂でモールドし、発光させたところ、発光強度は、前記実施形態に比べて１０％増大した。これは、Ｐｔからなる中間層１２が、青〜紫外域の波長の光に対して高い反射率を有するので反射層として作用し、パッド電極１１に入射した光を高効率で反射して発光素子内部で多重反射させることにより、酸化物半導体発光素子１側面から外部に取り出すことが出来たためである。このような光反射層を中間層１２として形成すれば、パッド電極１１を青〜紫外域の波長の光に対して反射率が低い材料（Ａｕなど）で構成した場合でも、光取り出し効率が低下することがない。もちろん、中間層１２を、ＺｒとＰｔの積層構造で構成すれば、密着性を向上させる効果と光反射層の効果を共に得ることができる。特に、Ｚｒ層がＡｌパッド電極１１と接し、Ｐｔ層がｎ型ＺｎＯコンタクト層３と接するように積層すれば、両方の効果が確実に得られるので好ましい。
【００７０】
また、前記実施形態の変形例として、ｎ型オーミック電極１０を、ＨｆＯ２タブレットを用いた電子ビーム蒸着法によりＨｆＯ２から構成してもよい。この酸化物半導体発光素子１をリードフレームにワイヤボンディングした後、酸化物半導体発光素子１を樹脂でモールドし、発光させたところ、発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。また、２０ｍＡの動作電流における動作電圧および発光強度は、前記実施形態とほぼ同様であった。また、１００個の酸化物半導体発光素子１をリードフレームに実装したところ、ワイヤボンディングする際に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子１は１つもなかった。
【００７１】
この電子ビーム蒸着法は、量産性が高く、高品質の酸化物薄膜（オーミック電極１０）を容易に形成できる成膜手法であり、優れた酸化物半導体発光素子１を低コストで製造できる点で好ましい。また、ＨｆＯ２タブレットを用いることで、レーザＭＢＥ装置２０の成長室２１内にＯ２ガスを導入することなく、酸化物オーミック電極（ＨｆＯ２からなるオーミック電極１０）を形成でき、製造プロセスの簡便性に優れるととも共に、酸素を嫌う真空成膜装置などを用いる場合に適している。
【００７２】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る酸化物半導体発光素子１’の断面図である。この酸化物半導体発光素子１’は、亜鉛面を成長主面とするＺｎＯ単結晶基板２’上に、ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層４、Ｃｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ発光層５、ｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層６、ｐ型ＺｎＯコンタクト層７、ｐ型オーミック電極８、およびＡｕパッド電極９からなる成長層を積層したものである。また、前記第１実施形態と異なりｎ型ＺｎＯコンタクト層３が、形成されていない。また、ＺｎＯ単結晶基板２’の裏面には、ＴｉＯ２からなるｎ型オーミック電極１０およびＡｌパッド電極１１が形成されている。これら、ｎ型オーミック電極１０およびＡｌパッド電極１１は、図６に示すように、幅３０μｍの格子状にパターン加工されている。なお、前記第１実施形態と同一かつ同様の作用を有する部分には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７３】
前記構成からなる酸化物半導体発光素子１’を製造するには、第１実施形態と同様に、レーザＭＢＥ装置２０を用いて基板２’上に前記成長層を形成した後、基板２’裏面に、ｎ型オーミック電極１０およびＡｌパッド電極１１を積層する。次に、基板２’をレーザＭＢＥ装置２０から取り出して、Ａｕパッド電極９を直径８０μｍに加工し、ｎ型オーミック電極１０およびＡｌパッド電極１１を図６に示すようにエッチングによりパターン加工する。
【００７４】
また、前記ＴｉＯ２からなるｎ型オーミック電極１０は、前記第１実施形態と同様に、金属Ｔｉを原料とするターゲット２５を用いてＯ２雰囲気中でアブレーションして形成した。この元素金属（Ｔｉ）のターゲットやタブレットは、高純度かつ安価であるので、純度に優れ低抵抗な酸化物オーミック電極を安価かつ容易に形成することが可能である。これに対して、前記ＴｉＯ２からなるｎ型オーミック電極１０を、金属ＮｉＯおよび金属ＴｉＯ２を原料とするターゲットを用いてアブレーションして形成する場合、レーザＭＢＥ装置２０内にＯ２ガスを導入する必要がなくなり、ｎ型オーミック電極１０を容易に形成できる。
【００７５】
この酸化物半導体発光素子１’を３００μｍ角のチップ状に分離し、基板２’裏面をＡｇペーストでリードフレームに接着し、Ａｕパッド電極９をリードフレームの他方にワイヤボンディングした後、樹脂でモールドし発光させたところ、前記第１実施形態と同様に発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。また、２０ｍＡの動作電流における動作電圧は、前記第１実施形態より低く３．３Ｖであった。動作電圧が低減したのは、導電性のＺｎＯ基板２’を用いたため、結晶性が改善されて発光効率が向上したことに加え、電流が流れる面積が増大して素子抵抗が低減したためであると考えられる。
【００７６】
また、１００個の酸化物半導体発光素子１’をリードフレームに実装したところ、ワイヤボンディングする際に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子１’は１つもなかった。また、本実施形態のように、ｎ型基板であるＺｎＯ単結晶基板２’裏面に形成されたｎ型の酸化物オーミック電極１０は、導電材である導電性ペースト（Ａｇ）でリードフレームに接続されるため、ワイヤボンディング時の負荷はかからないので剥がれることがない。
【００７７】
（比較例４）
一方、ｎ型オーミック電極１０およびＡｌパッド電極１１を格子状にパターン加工しなかった場合、この酸化物半導体発光素子をリードフレームに実装し、発光させたところ、２０ｍＡの動作電流における発光強度は格子状にパターン加工した場合に比べて約７０％に低下した。
【００７８】
また、本実施形態において、基板２’裏面のｎ型オーミック電極１０およびＡｌパッド電極１１の電極パターン形状は格子状としたが、その電極パターン形状はこれに限定されるものではなく、ドット状やストライプ状でもよい。さらに、ｎ型オーミック電極１０とＡｌパッド電極１１を等しい形状で加工する必要はなく、両者のパターン形状が異っていてもよい。
【００７９】
（比較例５）
また、酸化物半導体発光素子１’の基板２’裏面をリードフレームに接着する際、Ａｇペーストに変えてＣｕペーストおよびカーボンペーストを用いた場合、２０ｍＡの動作電流における動作電圧はいずれもＡｇペーストを用いた場合と同じであったが、発光強度は各々５０％および２０％に低下した。発光強度が低下したのは、Ｃｕペーストおよびカーボンペーストが基板２’底面に入射した光を吸収したためと考えられる。一方、青〜紫外域の波長の光に対して高い反射率を有するＡｇペーストは、基板２’底面に入射した光を高効率で反射し、酸化物半導体発光素子１’外部に取り出すことができる点で好ましい。
【００８０】
なお、本実施形態では、基板２’とｎ型クラッド層４との間にｎ型ＺｎＯコンタクト層３を形成しなかったが、ＺｎＯコンタクト層３を形成してバッファ層として用いてもよい。
【００８１】
前記実施形態の変形例として、図７に示すように、ＴｉＯ２からなるｎ型オーミック電極１０とＡｌパッド電極１１との間に、厚さ５０ｎｍのＺｒからなる中間層１２’を形成してもよい。このように、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属およびＧａ，Ｉｎから選択された少なくとも１つの元素（Ｚｒ）を含む中間層１２’を形成することにより、酸化物オーミック電極１０とＡｌパッド電極１１の密着性を向上させることができ、また動作電圧を低減することができる。特に、この中間層１２の材料としては、遷移金属Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗが好ましい。また、前記中間層１２’をＮｉを用いて形成した場合、ワイヤボンディングの際に電極剥れは生じなかったが、酸化物半導体発光素子１’の動作電圧は、５Ｖ以上となった。これは、前述したように、Ｎｉがｐ型ＺｎＯ半導体に対するオーミック電極として働くため電気伝導が阻害されたものと考えられ、中間層１２’およびｎ型オーミック電極１０は、ｐ型オーミック電極材料となるＮｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まないことが好ましい。
【００８２】
また、前記実施形態の変形例として、図７に示すように、ＴｉＯ２からなるｎ型オーミック電極１０とＡｌパッド電極１１との間に、厚さ５０ｎｍのＰｔからなる中間層１２’を形成してもよい。この酸化物半導体発光素子１’をリードフレームにワイヤボンディングした後、酸化物半導体発光素子１’を樹脂でモールドし、発光させたところ、発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。また、発光強度は、前記実施形態に比べて１０％増大した。
【００８３】
これは、Ｐｔからなる中間層１２’が、青〜紫外域の波長の光に対して高い反射率を有するので反射層として作用し、基板２’底面に入射した光を高効率で反射し、反射された光が酸化物半導体発光素子１’側面から外部に取り出されるためである。これにより、酸化物半導体発光素子１’の光取り出し効率が向上する。また、中間層１２’の材料としては、Ａｌであってもよい。
【００８４】
（第３実施形態）
図８は、本発明を適用したＺｎＯ系半導体レーザ素子３１の斜視図である。このＺｎＯ系半導体レーザ素子３１は、亜鉛面を主面とするｎ型ＺｎＯ単結晶基板３２上に、Ｇａを１×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ０．１μｍのＺｎＯバッファ層３３、Ｇａを３×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ１．０μｍのｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層３４、Ｇａを５×１０１７ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ３０ｎｍのｎ型ＺｎＯ光ガイド層３５、ノンドープ量子井戸活性層３６、Ｎを５×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ３０ｎｍのｐ型ＺｎＯ光ガイド層３７、Ｎを１×１０２０ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ１．２μｍのｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層３８、Ｎを１×１０２０ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ０．５μｍのｐ型ＺｎＯコンタクト層３９が積層されている。
【００８５】
前記量子井戸活性層３６は、２層の厚さ５ｎｍのＺｎＯ障壁層と、３層の厚さ６ｎｍのＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ井戸層とからなり、互いに交互に積層されている。前記ｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層３８およびｐ型ＺｎＯコンタクト層３９の一部は、リッジストライプ状にエッチング加工され、その両側にはＧａを１×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングしたｎ型Ｍｇ０．３Ｚｎ０．７Ｏ電流ブロック層４０が埋め込まれている。
【００８６】
ｎ型ＺｎＯ基板３２下面には、厚さ１００ｎｍのｎ型Ｃｒ２Ｏ３オーミック電極４１が形成され、その下にはＡｌパッド電極４２が形成されている。ｐ型ＺｎＯコンタクト層３９およびｎ型Ｍｇ０．３Ｚｎ０．７Ｏ電流ブロック層４０上には、厚さ１００ｎｍのＮｉＯオーミック電極４３が形成され、その上にはＡｕパッド電極４４が形成されている。
【００８７】
前記半導体レーザ素子３１は、結晶成長を前記レーザＭＢＥ法で行い、Ｃｒ２Ｏ３オーミック電極４１、Ａｌパッド電極４２、ＮｉＯオーミック電極４３およびＡｕパッド電極４４は、各々Ｃｒ２Ｏ３、Ａｌ、ＮｉＯおよびＡｕの原料からなるターゲット２５を用いてスパッタリング法で形成した。スパッタリング法は、電子ビーム蒸着法と同様、量産性が高く、高品質の酸化物薄膜を簡便に形成できる成膜手法であり、特性に優れた発光素子を低コストで製造できる。また、本実施形態の半導体レーザ素子は、端面発光型であるため、Ｃｒ２Ｏ３オーミック電極４１およびｐ型ＮｉＯオーミック電極４３は、透光性を有する必要がなく、オーミック抵抗を十分低減させるために厚く形成している。また、電極のパターン加工も必要ないので行っていない。前記構造を製造した後、ＺｎＯ単結晶基板３２を劈開して端面ミラー（不図示）を形成し、保護膜を真空蒸着により形成した後、半導体レーザ素子３１を３００μｍに分離した。
【００８８】
以上のようにして、製造されたＺｎＯ系半導体レーザ素子３１を発光させたところ、端面から発光ピーク波長４０５ｎｍの青色発振光が得られた。また、光出力５ｍＷで駆動したとき、動作電圧および動作電流は、３．５Ｖおよび２５ｍＡであった。また、１００個の半導体レーザ素子３１を図示しないステム上のＣｕ材料からなるヒートシンクにダイボンディングしたところ、ボンディングする際に電極剥れが生じた半導体レーザ素子３１は１つもなかった。
【００８９】
（比較例６）
一方、ｎ型Ｃｒ２Ｏ３オーミック電極４１を金属Ｃｒから構成した場合、１００個の半導体レーザ素子３１を前記ステム上のＣｕ材料からなるヒートシンクにダイボンディングしたところ、ボンディングする際に電極剥れが生じた半導体レーザ素子３１は３０個あった。また、２０個の半導体レーザ素子３１は、光出力５ｍＷで駆動したときの動作電圧が５Ｖを超え、その発熱によって素子寿命が著しく低下した。以上のように、本発明の酸化物オーミック電極４１は、半導体レーザ素子３１に適用しても十分な密着性と抵抗低減効果を有する。
【００９０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る酸化物半導体発光素子は、基板上に、ｎ型酸化物半導体層と、ｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層した酸化物半導体発光素子において、成長層の一部をエッチングすることにより露出したｎ型酸化物半導体層上に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属の酸化物からなるオーミック電極を設けたので、オーミック電極が酸化物半導体層から剥がれたりすることなく密着性に優れた酸化物半導体発光素子を提供できる。また、安定で低抵抗なオーミック電極を備えた動作電圧の低い酸化物半導体発光素子を提供できる。
【００９１】
また、本発明に係る酸化物半導体発光素子は、ｎ型酸化物半導体からなる基板上に、少なくともｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層した酸化物半導体発光素子において、基板裏面に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属の酸化物からなるオーミック電極を設けたので、オーミック電極が酸化物半導体からなる基板から剥がれたりすることなく密着性に優れた酸化物半導体発光素子を提供できる。また、安定で低抵抗なオーミック電極を備えた動作電圧の低い酸化物半導体発光素子を提供できる。
【００９２】
特に、前記オーミック電極を、遷移金属Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選択された少なくとも１つの遷移金属の酸化物から構成したので、良導体あるいはｎ型半導体的性質を有し、安定で低抵抗なオーミック電極を形成できる。このことにより、信頼性に優れ、動作電圧の低い酸化物半導体発光素子を提供できる。
【００９３】
また、本発明に係る酸化物半導体発光素子の製造方法は、基板上に、ｎ型酸化物半導体層と、ｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層し、成長層の一部をエッチングすることにより露出したｎ型酸化物半導体層上に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属の酸化物を蒸発または飛散させて堆積することによりオーミック電極を薄膜形成するようにしたので、例えば、レーザＭＢＥ装置内にＯ２ガスを導入することなく、オーミック電極を容易に製造できる。
【００９４】
また、本発明に係る酸化物半導体発光素子の製造方法は、基板上に、ｎ型酸化物半導体層と、ｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層し、成長層の一部をエッチングすることにより露出したｎ型酸化物半導体層上に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属を蒸発または飛散させるととともに、酸素を導入して原料を堆積することによりオーミック電極を薄膜形成するようにしたので、オーミック電極を低コストで製造できる。また、酸素雰囲気中で蒸着するので、容易に酸化物薄膜を形成できるとともに密着性に優れた低抵抗なオーミック電極を形成できるという効果をも奏する。
【００９５】
また、本発明に係る酸化物半導体発光素子の製造方法は、ｎ型酸化物半導体からなる基板上に、少なくともｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層し、基板裏面に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属の酸化物を蒸発または飛散させて堆積することによりオーミック電極を薄膜形成するようにしたので、例えば、レーザＭＢＥ装置内にＯ２ガスを導入することなく、オーミック電極を容易に製造できる。
【００９６】
また、本発明に係る酸化物半導体発光素子の製造方法は、ｎ型酸化物半導体からなる基板上に、少なくともｎ型クラッド層と、発光層と、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とからなる成長層を積層し、基板裏面に、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇを含まない遷移金属を蒸発または飛散させるとともに、酸素を導入して原料を堆積することによりオーミック電極を薄膜形成するようにしたので、オーミック電極を低コストで製造できる。また、酸素雰囲気中で蒸着するので、容易に酸化物薄膜を形成できるとともに密着性に優れた低抵抗なオーミック電極を形成できるという効果をも奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る酸化物半導体発光素子の断面図である。
【図２】図１の酸化物半導体発光素子の製造時に用いられるレーザＭＢＥ装置を示す概略図である。
【図３】ｎ型ＴｉＯ２オーミック電極層の層厚（ｎｍ）と酸化物半導体発光素子の動作電圧（Ｖ）および発光強度（任意単位）の関係を示す図である。
【図４】図１の酸化物半導体発光素子の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る酸化物半導体発光素子の断面図である。
【図６】図５の底面図である。
【図７】図５の酸化物半導体発光素子の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る酸化物半導体発光素子の断面図である。
【符号の説明】
１…酸化物半導体発光素子、
２…サファイア基板（基板）、
３…ｎ型ＺｎＯコンタクト層（ｎ型酸化物半導体層）、
４…ｎ型クラッド層、
５…発光層、
６…ｐ型クラッド層、
７…ｐ型コンタクト層、
１０…ｎ型オーミック電極（オーミック電極）。
【図１】
2004228401.tif 000003
【図２】
2004228401.tif 000004
【図３】
2004228401.tif 000005
【図４】
2004228401.tif 000006
【図５】
2004228401.tif 000007
【図６】
2004228401.tif 000008
【図７】
2004228401.tif 000009
【図８】
2004228401.tif 000010