(57)【要約】【課題】ｎ型酸化物半導体に対して密着性に優れ、且つ、オーミック抵抗が低い酸化物半導体の電極およびその製造方法を提供する。【解決手段】ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２の表面の一部上にＡｌから成るｎ型金属電極層１０７が形成され、ｎ型金属電極層１０７上にＴｉＯ２から成るｎ型酸化物電極層１０８が形成されている。ｎ型金属電極層１０７はｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２に接し、ｎ型酸化物電極層１０８はｎ型金属電極層１０７に接している。また、ｎ型酸化物電極層１０８はｎ型金属電極層１０７の貫通穴を介してｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２にも接している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型伝導性の酸化物半導体上に形成されて上記ｎ型伝導性の酸化物半導体に接すると共に、少なくともＩＩＩＢ族元素を含む金属電極層と、
上記ｎ型伝導性の酸化物半導体と上記金属電極層との両方に接すると共に、少なくとも遷移金属酸化物を含む酸化物電極層とを備えたことを特徴とする酸化物半導体の電極。
【請求項２】
請求項１に記載の酸化物半導体の電極において、
上記酸化物電極層が含む遷移金属酸化物は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷの酸化物のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする酸化物半導体の電極。
【請求項３】
請求項１に記載の酸化物半導体の電極において、
上記金属電極層において上記酸化物電極層と接する表面は、上記酸化物電極層が含んでいる上記遷移金属酸化物で覆われていることを特徴とする酸化物半導体の電極。
【請求項４】
請求項２に記載の酸化物半導体の電極において、
上記酸化物電極層が含む遷移金属酸化物はＴｉＯｘ（ｘは正の整数）であることを特徴とする酸化物半導体の電極。
【請求項５】
請求項１に記載の酸化物半導体の電極において、
上記金属電極層上にパッド電極層が形成されていることを特徴とする酸化物半導体の電極。
【請求項６】
請求項５に記載の酸化物半導体の電極において、
上記金属電極層と上記パッド電極層との間に、Ａｇを含む金属中間層が形成されていることを特徴とする酸化物半導体の電極。
【請求項７】
請求項１に記載の酸化物半導体の電極において、
上記酸化物電極層上にパッド電極層が形成されていることを特徴とする酸化物半導体の電極。
【請求項８】
請求項７に記載の酸化物半導体の電極において、
上記酸化物電極層と上記パッド電極層との間に、Ａｇを含む金属中間層が形成されていることを特徴とする酸化物半導体の電極。
【請求項９】
請求項１に記載の酸化物半導体の電極において、
上記金属電極層および上記酸化物電極層の各厚さは５〜１００ｎｍの範囲内であることを特徴とする酸化物半導体の電極。
【請求項１０】
請求項１に記載の酸化物半導体の電極の製造方法であって、
上記ｎ型伝導性の酸化物半導体上に、上記金属電極層とすべき金属層を形成する工程と、
上記金属層をパターニングして上記金属電極層を形成することにより、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体の上記金属電極層側の表面の一部を露出させる工程と、
上記ｎ型伝導性の酸化物半導体の上記金属電極層側の表面の一部および上記金属電極層上に、上記酸化物電極層を形成する工程とを備えたことを特徴とする酸化物半導体の電極の製造方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の酸化物半導体の電極の製造方法であって、
上記ｎ型伝導性の酸化物半導体上に、上記酸化物電極層とすべき酸化物層を形成する工程と、
上記酸化物層をパターニングして上記酸化物電極層を形成することにより、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体の上記酸化物電極層側の表面の一部を露出させる工程と、
上記ｎ型伝導性の酸化物半導体の上記酸化物電極層側の表面の一部および上記酸化物電極層上に、上記金属電極層を形成する工程とを備えたことを特徴とする酸化物半導体の電の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の酸化物半導体の電極の製造方法において、
上記酸化物電極層は、上記遷移金属酸化物を蒸着源とし、真空蒸着法で形成することを特徴とする酸化物半導体の電極の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０または１１に記載の酸化物半導体の電極の製造方法において、
上記酸化物電極層は、遷移金属を蒸着源とし、酸素雰囲気中における蒸着法で形成することを特徴とする酸化物半導体の電極の製造方法。
【請求項１４】
請求項１０または１１に記載の酸化物半導体の電極の製造方法において、
上記酸化物電極層は、上記遷移金属酸化物を原料ターゲットとし、スパッタリング法で形成することを特徴とする酸化物半導体の電極の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０または１１に記載の酸化物半導体の電極の製造方法において、
上記酸化物電極層は、遷移金属を原料ターゲットとし、酸素雰囲気中におけるスパッタリング法で形成することを特徴とする酸化物半導体の電極の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０または１１に記載の酸化物半導体の電極の製造方法において、
上記酸化物電極層は、上記遷移金属酸化物を原料ターゲットとし、レーザアブレーション法で形成することを特徴とする酸化物半導体の電極および酸化物半導体の電極の製造方法。
【請求項１７】
請求項１０または１１に記載の酸化物半導体の電極の製造方法において、
上記酸化物電極層は、遷移金属を原料ターゲットとし、酸素雰囲気中におけるレーザアブレーション法で形成することを特徴とする酸化物半導体の電極の製造方法。
【請求項１８】
請求項１０に記載の酸化物半導体の電極の製造方法において、
上記金属電極層とすべき金属層を形成する工程は、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体を大気に晒さないで行うことを特徴とする酸化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
請求項１１に記載の酸化物半導体の電極の製造方法において、
上記酸化物電極層とすべき酸化物層を形成する工程は、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体を大気に晒さないで行うことを特徴とする酸化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１０または１１に記載の酸化物半導体の電極の製造方法において、
上記ｎ型伝導性の酸化物半導体をレーザアブレーション法で形成することを特徴とする酸化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
請求項１０または１１に記載の酸化物半導体の電極の製造方法において、
上記金属電極層と上記酸化物電極層とに熱処理を施すことを特徴する酸化物半導体の電極の製造方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の酸化物半導体の電極の製造方法において、
上記熱処理の温度は３００〜４００℃の範囲内であることを特徴する酸化物半導体の電極の製造方法。
【請求項２３】
請求項１に記載の酸化物半導体の電極を備えたことを特徴とする酸化物半導体発光素子。
【請求項２４】
請求項２３に記載の酸化物半導体発光素子において、
活性層と、
上記ｎ型伝導性の酸化物半導体である基板またはｎ型コンタクト層と、
上記活性層と、上記基板またはｎ型コンタクト層との間に形成されたｎ型クラッド層と、
上記活性層において上記ｎ型クラッド層とは反対側に形成されたｐ型クラッド層とを備え、
上記活性層、基板またはｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層は酸化物半導体から成ることを特徴とする酸化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物半導体の電極およびその製造方法、並びに、酸化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物材料は、誘電性、磁性、超伝導性など従来の半導体材料では実現出来ない多くの機能を持ち、また半導体材料としても既存材料の特質を補って余りある可能性を有している。
【０００３】
上記酸化物材料の中でも酸化亜鉛（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あり、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、環境や人体に無害で成膜手法が簡便であるなどの特徴を有し、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出来る可能性がある。
【０００４】
ＺｎＯは強いイオン性に起因する自己補償効果のために従来ｐ型の導電型制御が困難であったが、アクセプタ不純物としてＮ（窒素）を用いることでｐ型化が実現し、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るようになった。
【０００５】
ＺｎＯ系半導体へ低抵抗なオーミック電極を形成する技術は、キャリアを活性層へ均一かつ高効率に注入するために極めて重要であり、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。
【０００６】
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、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いという問題がある。
【０００７】
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提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
国際公開第００／１６４１１号パンフレット
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らの検討によると、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、生産性に優れた常法によって形成した電極は、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がある。
【００１０】
このような問題が生じた理由は、金属薄膜と酸化物半導体との密着性が乏しいためと考えられ、従来技術においてＡｌを用いた電極のオーミック抵抗が高かったのも、主にＺｎＯ系半導体との密着性が低いことが原因と推察される。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、ｎ型酸化物半導体に対して密着性に優れ、且つ、オーミック抵抗が低い酸化物半導体の電極およびその製造方法を提供することにある。また、そのような酸化物半導体の電極を備えた酸化物半導体発光素子を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ｎ型酸化物半導体に対して密着性と低抵抗性を両立するオーミック電極およびその製造方法を鋭意検討した結果、ＩＩＩＢ族元素を含む金属層と遷移金属酸化物層とによる多層構造を用いることで上記目的が達せられることを見い出し本発明に至った。
【００１３】
第１の発明の酸化物半導体の電極は、ｎ型伝導性の酸化物半導体上に形成されて上記ｎ型伝導性の酸化物半導体に接すると共に、少なくともＩＩＩＢ族元素を含む金属電極層と、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体と上記金属電極層との両方に接すると共に、少なくとも遷移金属酸化物を含む酸化物電極層とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
上記構成の酸化物半導体の電極によれば、上記ＩＩＩＢ族元素、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）およびＩｎ（インジウム）などは、ｎ型ワイドギャップ半導体に対する低抵抗オーミック電極として用いることが出来る。
【００１５】
一方、上記遷移金属酸化物は、酸化物半導体に対する親和性に優れ、酸化物半導体に対して密着性が強い。さらに、上記遷移金属酸化物は導電性を有し、ｎ型伝導性の酸化物半導体に対するオーミック電極として作用する。
【００１６】
よって、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体上に、ＩＩＩＢ族元素を含む金属電極層と、遷移金属酸化物を含む酸化物電極層とを形成し、金属電極層と酸化物電極層とのいずれもがその酸化物半導体に接する構造を例えばｎ型オーミック電極に持たせることにより、ｎ型オーミック電極のオーミック抵抗を大きく下げることが出来ると共に、ｎ型伝導性の酸化物半導体に対するｎ型オーミック電極の密着性を高めることが出来る。
【００１７】
また、上記ｎ型オーミック電極を、例えば、酸化物半導体を用いた電子デバイスのｎ型電極に用いた場合、電子デバイスの電気特性および信頼性を格段に向上させることが出来る。例えば、信頼性と省電力性に優れた酸化物半導体発光素子を作製出来る。
【００１８】
一実施形態の酸化物半導体の電極は、上記酸化物電極層が含む遷移金属酸化物は、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）およびＷ（タングステン）の酸化物のうちの少なくとも１つを含む。
【００１９】
上記実施形態の酸化物半導体の電極によれば、上記酸化物電極層が含む遷移金属酸化物は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷの酸化物のうちの少なくとも１つを含むから、ｎ型伝導性の酸化物半導体に対する酸化物電極層の密着性を確実に高めることが出来ると共に、ｎ型伝導性の酸化物半導体に対する酸化物電極層のオーミック抵抗を確実に大きく低減することが出来る。
【００２０】
一実施形態の酸化物半導体の電極は、上記金属電極層において上記酸化物電極層と接する表面は、上記酸化物電極層が含んでいる上記遷移金属酸化物で覆われている。
【００２１】
上記実施形態の酸化物半導体の電極によれば、例えばＡｌなどのＩＩＩＢ族元素は酸化雰囲気中で酸化されると不導体化して電気抵抗が増大する。したがって、上記金属電極層において酸化物電極層と接する表面を、酸化物電極層が含んでいる遷移金属酸化物で覆っているので、金属電極層における電気抵抗の劣化を防ぐことが出来る。
【００２２】
一実施形態の酸化物半導体の電極は、上記酸化物電極層が含む遷移金属酸化物はＴｉＯｘ（ｘは正の整数）である。
【００２３】
上記実施形態の酸化物半導体の電極によれば、上記遷移金属酸化物の中でもＴｉ酸化物はｎ型半導体的性質を持っている。したがって、上記酸化物電極層が含む遷移金属酸化物がＴｉＯｘであるので、酸化物電極層をより確実に低電気抵抗化することが出来る。
【００２４】
一実施形態の酸化物半導体の電極は、上記金属電極層上にパッド電極層が形成されている。
【００２５】
上記実施形態の酸化物半導体の電極によれば、上記金属電極層上にパッド電極層が形成されているので、ワイヤボンディングによる配線をパッド電極に容易に行え、実装歩留まりを向上させることが出来る。
【００２６】
また、上記パッド電極が金属電極層を覆って保護するので、経時変化などによって金属電極層の電気抵抗が高くなるのを阻止することが出来る。
【００２７】
一実施形態の酸化物半導体の電極は、上記金属電極層と上記パッド電極層との間に、Ａｇ（銀）を含む金属中間層が形成されている。
【００２８】
上記実施形態の酸化物半導体の電極によれば、上記Ａｇは、電気抵抗が低く、青色〜紫外光に対する反射率が最も高い。したがって、上記金属電極層、酸化物電極層および金属中間層を有する例えばｎ型オーミック電極は、低電気抵抗性が損われず、入射した光を金属中間層で反射することが出来る。
【００２９】
また、上記ｎ型オーミック電極を例えば酸化物半導体発光素子のｎ型電極として用いた場合、酸化物半導体発光素子の発光効率を格段に向上させることが出来る。
【００３０】
一実施形態の酸化物半導体の電極は、上記酸化物電極層上にパッド電極層が形成されている。
【００３１】
上記実施形態の酸化物半導体の電極によれば、上記酸化物電極層上にパッド電極層が形成されているので、ワイヤボンディングによる配線をパッド電極に容易に行え、実装歩留まりを向上させることが出来る。
【００３２】
また、上記パッド電極が酸化物電極層を覆って保護するので、経時変化などによって酸化物電極層の電気抵抗が高くなるのを阻止することが出来る。
【００３３】
一実施形態の酸化物半導体の電極は、上記酸化物電極層と上記パッド電極層との間に、Ａｇを含む金属中間層が形成されている。
【００３４】
上記実施形態の酸化物半導体の電極によれば、上記Ａｇは、電気抵抗が低く、青色〜紫外光に対する反射率が最も高い。したがって、上記金属電極層、酸化物電極層および金属中間層を有する例えばｎ型オーミック電極は、低電気抵抗性が損われず、入射した光を金属中間層で反射することが出来る。
【００３５】
また、上記ｎ型オーミック電極を例えば酸化物半導体発光素子のｎ型電極として用いた場合、酸化物半導体発光素子の発光効率を格段に向上させることが出来る。
【００３６】
一実施形態の酸化物半導体の電極は、上記金属電極層および上記酸化物電極層の各厚さは５〜１００ｎｍの範囲内である。
【００３７】
上記実施形態の酸化物半導体の電極によれば、上記金属電極層と酸化物電極層とを有する例えばｎ型オーミック電極は、金属電極層および酸化物電極層の各厚さは５〜１００ｎｍの範囲内であるので、オーミック抵抗が十分に低くなると共に、透光性が高くなる。
【００３８】
また、上記ｎ型オーミック電極を例えば酸化物半導体発光素子に用いた場合、ｎ型オーミック電極の透光性が高いので、酸化物半導体発光素子の発光の取り出し効率を高めることが出来る。
【００３９】
第２の発明の酸化物半導体の電極の製造方法は、上記第１の発明の酸化物半導体の電極の製造方法であって、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体上に、上記金属電極層とすべき金属層を形成する工程と、上記金属層をパターニングして上記金属電極層を形成することにより、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体の上記金属電極層側の表面の一部を露出させる工程と、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体の上記金属電極層側の表面の一部および上記金属電極層上に、上記酸化物電極層を形成する工程とを備えたことを特徴としている。
【００４０】
上記構成の酸化物半導体の電極の製造方法によれば、まず、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体上に、金属電極層とすべき金属層を形成する。そして、上記金属層をパターニングして金属電極層を形成する。そうすると、上記金属層の一部で覆われていたｎ型伝導性の酸化物半導体の金属電極層側の表面の一部が露出する。この露出した表面の一部と金属電極層との上に酸化物電極層を形成する。これにより、上記金属電極層に酸化物電極層が接触すると共に、ｎ型伝導性の酸化物半導体に金属電極層および酸化物電極層が接触する。その結果、上記金属電極層と酸化物電極層とを用いることにより、オーミック抵抗が格段に低く、かつ、ｎ型伝導性の酸化物半導体に対して密着性が高い例えばｎ型オーミック電極を得ることが出来る。
【００４１】
また、上記ｎ型オーミック電極は、酸化物電極層の表面積を金属電極層の表面積よりも大きくすることにより、ｎ型伝導性の酸化物半導体に対する密着性がより高まり、信頼性が高くなる。
【００４２】
第３の発明の酸化物半導体の電極の製造方法は、上記第１の発明の酸化物半導体の電極の製造方法であって、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体上に、上記酸化物電極層とすべき酸化物層を形成する工程と、上記酸化物層をパターニングして上記酸化物電極層を形成することにより、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体の上記酸化物電極層側の表面の一部を露出させる工程と、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体の上記酸化物電極層側の表面の一部および上記酸化物電極層上に、上記金属電極層を形成する工程とを備えたことを特徴としている。
【００４３】
上記構成の酸化物半導体の電極の製造方法によれば、まず、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体上に、酸化物電極層とすべき酸化物層を形成する。そして、上記酸化物層をパターニングして酸化物電極層を形成する。そうすると、上記酸化物層の一部で覆われていたｎ型伝導性の酸化物半導体の酸化物電極層側の表面の一部が露出する。この露出した表面の一部と酸化物電極層との上に金属電極層を形成する。これにより、上記酸化物電極層に金属電極層が接触すると共に、ｎ型伝導性の酸化物半導体に酸化物電極層および金属電極層が接触する。その結果、上記酸化物電極層と金属電極層とによって、オーミック抵抗が格段に低く、かつ、ｎ型伝導性の酸化物半導体に対して密着性が高い例えばｎ型オーミック電極を得ることが出来る。
【００４４】
また、上記酸化物電極層の後に金属電極層を形成しているので、金属電極層の密着性が酸化物電極層で強化される。その結果、上記ｎ型オーミック電極の信頼性を高めることが出来る。
【００４５】
一実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法は、上記酸化物電極層は、上記遷移金属酸化物を蒸着源とし、真空蒸着法で形成する。
【００４６】
上記実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法によれば、上記酸化物電極層を真空蒸着法で形成するので、本発明の電極の量産性を高めることが出来ると共に、電極の歩留まりを向上させることが出来る。したがって、本発明の電極を低コストで製造出来る。
【００４７】
また、上記遷移金属酸化物を蒸着源として用いるので、遷移金属から遷移金属酸化物を得るときのように例えば製造装置内にＯ２ガスを導入する必要が無く、本発明の電極を簡便に作製出来る。
【００４８】
一実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法は、上記酸化物電極層は、遷移金属を蒸着源とし、酸素雰囲気中における蒸着法で形成する。
【００４９】
上記実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法によれば、上記遷移金属は高純度であっても安価に入手出来るので、遷移金属元素を蒸着源として用いることにより、製造コストを下げることが出来る。
【００５０】
また、上記酸素雰囲気中で遷移金属を蒸着するので、遷移金属が酸化され、酸化物電極層に含ませるべき遷移金属酸化物を得ることが出来る。
【００５１】
一実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法は、上記酸化物電極層は、上記遷移金属酸化物を原料ターゲットとし、スパッタリング法で形成する。
【００５２】
上記実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法によれば、上記酸化物電極層をスパッタリング法で形成するので、本発明の電極の量産性を高めることが出来ると共に、電極の歩留まりを向上させることが出来る。したがって、本発明の電極を低コストで製造出来る。
【００５３】
また、上記遷移金属酸化物を原料ターゲットとして用いるので、遷移金属から遷移金属酸化物を得るときのように例えば製造装置内にＯ２ガスを導入する必要が無く、本発明の電極を簡便に作製出来る。
【００５４】
一実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法は、上記酸化物電極層は、遷移金属を原料ターゲットとし、酸素雰囲気中におけるスパッタリング法で形成する。
【００５５】
上記実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法によれば、上記遷移金属は高純度であっても安価に入手出来るので、遷移金属元素を原料ターゲットとして用いることにより、本発明の電極の製造コストを下げることが出来る。
【００５６】
また、上記酸素雰囲気中で遷移金属をスパッタリングするので、遷移金属が酸化され、酸化物電極層に含ませるべき遷移金属酸化物を簡単に得ることが出来る。
【００５７】
一実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法は、上記酸化物電極層は、上記遷移金属酸化物を原料ターゲットとし、レーザアブレーション法で形成する。
【００５８】
上記実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法によれば、上記酸化物電極層をレーザアブレーション法で形成するので、極めて高品質な酸化物電極層を得ることが出来る。
【００５９】
また、上記遷移金属酸化物を原料ターゲットとして用いるので、遷移金属から遷移金属酸化物を得るときのように例えば製造装置内にＯ２ガスを導入する必要が無く、本発明の電極を簡便に作製出来る。
【００６０】
一実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法は、上記酸化物電極層は、遷移金属を原料ターゲットとし、酸素雰囲気中におけるレーザアブレーション法で形成する。
【００６１】
上記実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法によれば、上記遷移金属は高純度であっても安価に入手出来るので、遷移金属を原料ターゲットに用いることにより、本発明の電極の製造コストを下げることが出来る。
【００６２】
また、上記酸素雰囲気中で遷移金属をアブレーションすることにより、遷移金属が酸化され、酸化物電極層に含ませるべき遷移金属酸化物を簡単に得ることが出来る。
【００６３】
一実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法は、上記金属電極層とすべき金属層を形成する工程は、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体を大気に晒さないで行う。
【００６４】
上記実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法によれば、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体を大気に晒すことなく、その酸化物半導体上に金属電極層とすべき金属層を形成するので、酸化物半導体と金属電極層との間に汚染物、特に水分が介在するのを防ぐことが出来る。
【００６５】
一実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法は、上記酸化物電極層とすべき酸化物層を形成する工程は、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体を大気に晒さないで行う。
【００６６】
上記実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法によれば、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体を大気に晒すことなく、その酸化物半導体上に酸化物電極層とすべき酸化物層を形成するので、酸化物半導体と酸化物電極層との間に汚染物、特に有機物が介在するのを防ぐことが出来る。
【００６７】
一実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法は、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体をレーザアブレーション法で形成する。
【００６８】
上記実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法によれば、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体をレーザアブレーション法で形成するので、酸化物半導体を原子層レベルでエピタキシャル成長することが出来る。
【００６９】
一実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法は、上記金属電極層と上記酸化物電極層とに熱処理を施す。
【００７０】
上記実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法によれば、上記金属電極層と上記酸化物電極層とに熱処理（アニール）を施すので、ｎ型伝導性の酸化物半導体に対する酸化物電極層の密着性をより高めることが出来ると共に、金属電極層と酸化物電極層とを有する例えばｎ型オーミック電極のオーミック特性をより格段に向上させることが出来る。
【００７１】
一実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法は、上記熱処理の温度は３００〜４００℃の範囲内である。
【００７２】
上記実施形態の酸化物半導体の電極の製造方法によれば、本発明の電極を例えば酸化物半導体発光素子の電極に用いた場合、熱処理の温度が３００〜４００℃の範囲内であるので、ｎ型伝導性の酸化物半導体に対する電極の高密着性や電極のオーミック抵抗の大きな低減効果を確実に得られ、酸化物半導体発光素子の劣化を防げる。
【００７３】
上記熱処理の温度が３００℃未満であると、ｎ型伝導性の酸化物半導体に対する電極の密着性の向上の効果や、電極のオーミック抵抗の低減効果が小さくなってしまう。
【００７４】
上記熱処理の温度が４００℃を超えると、酸化物半導体発光素子が劣化してしまう。
【００７５】
第４の発明の酸化物半導体発光素子は、上記第１の発明の酸化物半導体の電極を備えたことを特徴としている。
【００７６】
上記構成の酸化物半導体発光素子は、上記酸化物半導体の電極を備えているので、電気特性および信頼性を格段に向上させることが出来る。
【００７７】
一実施形態の酸化物半導体発光素子は、活性層と、上記ｎ型伝導性の酸化物半導体である基板またはｎ型コンタクト層と、上記活性層と、上記基板またはｎ型コンタクト層との間に形成されたｎ型クラッド層と、上記活性層において上記ｎ型クラッド層とは反対側に形成されたｐ型クラッド層とを備え、上記活性層、基板またはｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層は酸化物半導体から成っている。
【００７８】
上記実施形態の酸化物半導体発光素子によれば、上記基板またはｎ型コンタクト層に対する酸化物半導体の電極のオーミック抵抗が低いので、ｎ型クラッド層から活性層へのキャリアの注入効率が格段に向上し、発光効率を高めることが出来る。
【００７９】
また、上記基板またはｎ型コンタクト層に対する酸化物半導体の電極の密着性が高いので、フリップチップ方式を用いずワイヤボンディングを行なうことが出来る。したがって、発光素子を小型化出来、また、ワイヤボンディング時の電極剥れが生じないため製造歩留まりが向上する。
【００８０】
これらのことにより、発光効率、信頼性および生産性に優れた酸化物半導体発光素子を実現出来る。
【００８１】
なお、上記「活性層」は、発光ダイオード素子の場合には「発光層」と称されるが、発光を司る層という意味において同義であるので、以下においては特に区別しない。
【００８２】
また、上記第４の発明の酸化物半導体発光素子を製造する装置としては、結晶成長を原子層レベルで制御長出来るレーザアブレーション装置が好ましい。
【００８３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の酸化物半導体の電極およびその製造方法、並びに、酸化物半導体発光素子を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００８４】
（実施形態１）
本実施形態１では、本発明をＺｎＯ系発光ダイオード素子に適用した例について説明する。
【００８５】
図１に、本発明の酸化物半導体発光素子の一例としての発光ダイオード素子の模式断面図を示す。
【００８６】
上記発光ダイオード素子は、（０００１）面を主面とするサファイア基板１０１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１０２、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１０３、厚さ０．１μｍのノンドープＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ発光層１０４、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１０５、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１０６が順次積層されている。
【００８７】
本実施形態１では、上記ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２がｎ型コンタクト層の一例に、ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層１０３がｎ型クラッド層の一例に、Ｃｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ発光層１０４が活性層の一例に、ｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層１０５がｐ型クラッド層の一例にそれぞれ相当する。また、上記ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２は、ｎ型伝導性の酸化物半導体の一例にも相当している。
【００８８】
上記ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層１０３から図中上側に向ってｐ型ＺｎＯコンタクト層１０６までのエピタキシャル層は、選択成長によってｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２の一部上に形成されている。これにより、上記ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層１０３から図中上側に向ってｐ型ＺｎＯコンタクト層１０６までのエピタキシャル層の幅は、ｎ型Ｚのコンタクト層１０２の幅よりも狭くなっている。
【００８９】
上記ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２の表面においてｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層１０３が形成されていない領域上には、金属電極層の一例としての厚さ１５ｎｍのｎ型金属電極層１０７が形成されている。これにより、上記ｎ型金属電極層１０７は、ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２に直接接する。また、上記ｎ型金属電極層１０７は、ＩＩＩＢ族元素の一例としてのＡｌから成って透光性を有している。また、上記ｎ型金属電極層１０７の中央部には、図中上側の表面からｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２に達する直径５０μｍの貫通穴が形成されている。
【００９０】
そして、この貫通穴を埋めるように、酸化物電極層の一例としてのｎ型酸化物電極層１０８をｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２およびｎ型金属電極層１０７上に形成している。このｎ型酸化物電極層１０８は、遷移金属酸化物の一例としてのＴｉＯ２から成って、ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２およびｎ型金属電極層１０７に直接接している。また、上記ｎ型酸化物電極層１０８において、ｎ型金属電極層１０７よりも上方に位置する部分は直径１００μｍの円板形状となっている。そして、上記ｎ型酸化物電極層１０８において、最も厚い部分の厚さは３０ｎｍとなっている。
【００９１】
また、上記ｐ型ＺｎＯコンタクト層１０６の主表面全面、つまり図中上側の表面の全面には、厚さ１５ｎｍのｐ型オーミック電極１０９が積層されている。このｐ型オーミック電極１０９は、Ｎｉ（ニッケル）から成って透光性を有している。
【００９２】
また、上記ｎ型酸化物電極層１０８およびｐ型オーミック電極１０９上には、直径１００μｍで厚さ１００ｎｍのボンディング用Ａｕパッド電極１１０，１１１がそれぞれ積層されている。
【００９３】
上記構成の発光ダイオード素子は、固体あるいは気体原料を用いたＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、レーザＭＢＥ（レーザ分子線エピタキシー）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法などの結晶成長手法で作製することが出来るが、本実施形態１ではレーザＭＢＥ法で作成している。
【００９４】
図２に、レーザＭＢＥ装置を示す。
【００９５】
上記レーザＭＢＥ装置は超高真空に排気可能な成長室１００１を備えている。この成長室１００１内の上部には基板ホルダー１００２が配置され、この基板ホルダ１００２が基板１００３を保持している。さらに、上記基板ホルダ１００２の上方には、基板ホルダ１００２の裏面（基板１００３とは反対側の表面）を加熱するヒータ１００４を配置している。一方、上記基板ホルダ１００２の直下には、基板ホルダ１００２と適当な距離を置いてターゲットテーブル１００５を配置している。このターゲットテーブル１００５は、複数の原料ターゲット１００６を搭載出来る。この原料ターゲット１００６に照射するパルスレーザ光１００８が通過するビューポート１００７が、成長室１００１の一方の側壁に設けられている。そして、上記成長室１００１の他方の側壁には、ガス導入管１０１３に接続されたラジカルセル１００９と、遮蔽マスク１０１１を駆動する駆動部１０１２とを設けている。上記遮蔽マスク１０１１は、基板１００３とターゲットテーブル１００５との間に位置し、基板１００３の所定の領域を覆うことができる。また、上記成長室１００１の他方の側壁を複数のガス導入管１０１０（図２では１つのみ図示している）が貫通していて、このガス導入管１０１０を通して成長室１００１内にガスが導入される。なお、図示しないが、上記ターゲットテーブル１００５は回転機構を有している。
【００９６】
上記構成のレーザＭＢＥ装置が結晶成長を行う場合は、まず、上記基板ホルダ１００２の裏面をヒータ１００４で加熱する。これにより、上記基板ホルダ１００２の熱が基板１００３に伝わり、基板１００３が加熱される。
【００９７】
次に、上記ビューポート１００７を通してパルスレーザ光１００８を原料ターゲット１００６に照射する。すると、上記原料ターゲッ１００６の原料が瞬時に蒸発して基板１００３上に堆積する。この結果、上記基板１００３上にその原料から成る薄膜が成長する。
【００９８】
上記レーザＭＢＥ装置による結晶成長時において、ターゲットテーブル１００５を回転機構で回転すると共に、パルスレーザ光１００８の照射シーケンスに同期してその回転を制御することにより、異なる原料ターゲット１００６の原料を基板１００３上に積層することが可能である。
【００９９】
また、上記ラジカルセル１００９によって活性化された原子状ビームを基板１００３に照射することも可能である。
【０１００】
また、上記レーザＭＢＥ装置による結晶成長は、原料ターゲット１００６の組成と、基板１００３上に得られる薄膜の組成とのずれが小さく、また、ＺｎＧａ２Ｏ４などの意図しない副生成物の生成を抑えることが出来るので好ましい。
【０１０１】
以下、図２、図３（ａ）〜（ｄ）、図４（ｅ）〜（ｈ）および図５を用いて、上記発光ダイオード素子の製造方法を説明する。
【０１０２】
まず、図２に示すレーザＭＢＥ装置内に、洗浄処理したサファイア基板１０１を導入する。そして、上記成長室１００１内にＯ２ガスを流しながら、成長室１００１内の圧力を５×１０−３Ｐａに調整し、基板１００３を３０分間加熱処理して清浄化する。この加熱処理中の基板温度は６００℃に設定する。
【０１０３】
次に、基板温度を５５０℃に降温し、パルスレーザ光１００８を原料ターゲット１００６に向けて照射する。より詳しくは、ノンドープＺｎＯ単結晶から成る原料ターゲット１００６と、Ｇａ２Ｏ３を添加したＺｎＯ燒結体から成る原料ターゲット１００６とを所望のＧａドーピング濃度が得られる比率で交互にアブレーションして、図３（ａ）に示すように、サファイア基板１０１上にｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２を成長させる。このとき、上記回転機構によるターゲットテーブル１００５の駆動周期とＫｒＦエキシマレーザ装置のパルス照射周期を外部制御装置（図示せず）によって同期させる。また、上記パルスレーザ１００８としてＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ、パルス数：１０Ｈｚ、出力１Ｊ／ｃｍ２）を用いている。そして、上記ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２の成長中には、ガス導入管１０１０を用いて成長室１００１内にＯ２ガスを導入している。
【０１０４】
次に、図３（ｂ）に示すように、上記ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２の上方に、遮蔽マスク１０１１を配置する。この遮蔽マスク１０１１は、図５に示すような幅１５０μｍのストライプ状の開口１０１１ａを１５０μｍ間隔で有している。これ以降に形成される成長層の形状は、遮蔽マスク１０１１により制限される。
【０１０５】
次に、ノンドープＺｎＯ単結晶から成る原料ターゲット１００６と、Ｇａ２Ｏ３を添加したＭｇＺｎＯ燒結体から成る原料ターゲット１００６とを、所望のＭｇ組成，Ｇａドーピング濃度が得られる比率で交互にレーザアブレーションして、図３（ｂ）に示すようなｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層１０３を選択成長させる。
【０１０６】
次に、ノンドープＺｎＯ単結晶から成る原料ターゲット１００６と、ノンドープＣｄＯ単結晶から成る原料ターゲット１００６とを交互にレーザアブレーションして、ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層１０３上にＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ発光層１０４を選択成長させた。
【０１０７】
次に、上記ガス導入管１０１３より導入したＮ２ガスを、ラジカルセル１００９でプラズマ化してサファイア基板１０１へ向けて照射しながら、ノンドープＺｎＯ単結晶から成る原料ターゲット１００６と、ノンドープＭｇＺｎＯ燒結体から成る原料ターゲット１００６とを交互にレーザアブレーションして、Ｃｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ発光層１０４上にｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層１０５を選択成長させる。
【０１０８】
次に、上記ガス導入管１０１３より導入したＮ２ガスを、ラジカルセル２０９でプラズマ化してサファイア基板１０１へ向けて照射しながら、ノンドープＺｎＯ単結晶から成る原料ターゲット１００６をレーザアブレーションして、ｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層１０５上にｐ型ＺｎＯコンタクト層１０６を選択成長させる。
【０１０９】
次に、Ｏ２ガスおよびＮ２ガスの導入を停止して成長室１００１内の圧力を１×１０−４Ｐａに調整し、基板温度を３００℃に降温して、Ｎｉ（ニッケル）タブレットを原料ターゲットとしてレーザアブレーションして、ｐ型ＺｎＯコンタクト層１０６上にｐ型オーミック電極１０９を選択形成する。
【０１１０】
次に、Ｏ２ガスを流したまま基板温度を３５０℃に昇温して１分間保持し、ｐ型オーミック電極１０９のアニールを行なった後、室温まで冷却した。
【０１１１】
次に、上記サファイア基板１０１をレーザＭＢＥ装置から取り出して、図３（ｃ）に示すように、選択成長層上にのみ、レジストマスク１１２を形成する。
【０１１２】
次に、図３（ｄ）に示すように、上記サファイア基板１０１を電子ビーム蒸着装置に導入し、Ａｌタブレットを原料ターゲットとして真空蒸着を行った後、サファイア基板１０１を電子ビーム蒸着装置から取り出して、レジストマスク１１２およびこの上に堆積したＡｌをリフトオフし、図３（ｄ）に示すように、Ａｌから成るｎ型金属電極層１１０７を形成する。
【０１１３】
次に、上記ｎ型Ａｌ金属電極層１１０７の表面の一部を除いた全表面上に、図４（ｅ）に示すようなレジストマスク１１３を形成する。引き続き、エッチングによりｎ型金属電極層１１０７に直径５０μｍの開口を形成する。これにより、直径５０μｍの開口を有するｎ型金属電極層１０７が得られる。
【０１１４】
次に、上記レジストマスク１１３のみを部分的にエッチングして、レジストマスク１１３の開口の直径を１００μｍに広げ、図４（ｆ）に示すようなレジストマスク１１３ａを形成する。
【０１１５】
次に、上記サファイア基板１０１を再度電子ビーム蒸着装置へ導入して、ＴｉＯ２タブレットを原料として真空蒸着を行う。これにより、上記ｎ型ＺｎＯコンタクト層およびｎ型金属電極層１０７の一部と、レジストマスク１１３ａとの上に、ＴｉＯ２層１１０８が得られる。
【０１１６】
次に、上記サファイア基板１０１を電子ビーム蒸着装置から取り出して、レジストマスク１１３ａおよびその上に堆積したＴｉＯ２層１１０８をリフトオフする。これにより、上記ｎ型ＺｎＯコンタクト層およびｎ型金属電極層１０７の一部上に、図４（ｇ）に示すようなｎ型酸化物電極層１０８が得られる。
【０１１７】
次に、上記サファイア基板１０１を再度電子ビーム蒸着装置へ導入し、Ａｕタブレットを原料として電子ビーム蒸着を行う。そして、上記サファイア基板１０１を電子ビーム蒸着装置から取り出して、エッチングによりＡｕを直径１００μｍに加工して、図３（ｈ）に示すようなＡｕパッド電極１１０，１１１を形成する。
【０１１８】
最後に、上記サファイア基板１０１をアニール炉に導入し、常圧大気中で温度３５０℃で１分間アニールを行って、サファイア基板１０１を３００μｍのチップ状に分割すると本実施形態１の発光ダイオード素子が得られる。
【０１１９】
上記発光ダイオード素子のＡｕパッド電極１１０，１１１の各々をリードフレーム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、発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。また、上記発光ダイオード素子は、２０ｍＡの動作電流における動作電圧が３．６Ｖであった。
【０１２０】
図６に、ｎ型金属電極層１０７の層厚と発光ダイオード素子の動作電圧との関係を実線で示すと共に、ｎ型金属電極層１０７の層厚と発光ダイオード素子の発光強度との関係を点線で示す。
【０１２１】
図６から判るように、上記発光ダイオード素子の動作電圧は、ｎ型金属電極層１０７の層厚が５ｎｍを超えると動作電圧は減少し、ｎ型金属電極層１０７の層厚が１００ｎｍ以上でほぼ飽和する。つまり、上記ｎ型金属電極層１０７の層厚を１００ｎｍ以上では、発光ダイオード素子の動作電圧は低い値でほぼ変化していない。
【０１２２】
一方、上記発光ダイオード素子の発光強度は、ｎ型金属電極層１０７の膜厚が１００ｎｍまでは大きく低下していないが、ｎ型金属電極層１０７の膜厚が１００ｎｍを越えるとｎ型金属電極層１０７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。
【０１２３】
以上の結果より、上記発光ダイオード素子において、動作電圧を低く保ち、且つ、高い発光強度を得るには、ｎ型金属電極層１０７の層厚は５ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。
【０１２４】
また、１００個の発光ダイオード素子のチップをリードフレームに実装したところ、Ａｕパッド電極１１０，１１１にワイヤボンディングする際に電極剥れは１つも生じなかった。
【０１２５】
比較例１として、ＴｉＯ２から成るｎ型酸化物電極層１０８の代わりに、Ｔｉから成るｎ型金属電極層を用いた他は、本実施形態１と同様に発光ダイオード素子を作製した。そして、１００個の比較例１の発光ダイオード素子をリードフレームに実装したところ、ｎ型金属電極層上のＡｕパッド電極をポストにワイヤボンディングする際に、２５個の発光ダイオード素子で電極剥れが生じ、２０個の発光ダイオード素子で動作電圧が５Ｖ以上になってしまった。
【０１２６】
比較例２として、Ａｌから成るｎ金属電極層１０７の代わりに、開口が形成されていなくてＡｌから成るｎ型金属電極を用いた他は、本実施形態１と同様にして発光ダイオード素子を作製した。つまり、比較例２の発光ダイオード素子では、ＴｉＯ２から成るｎ型酸化物電極層はｎ型ＺｎＯコンタク層に接していない。そして、１００個の比較例２の発光ダイオード素子をリードフレームに実装したところ、ｎ型酸化物電極層上のＡｕパッド電極をポストにワイヤボンディングする際に、１０個の発光ダイオード素子で電極剥れが生じ、８個の発光ダイオード素子で動作電圧が５Ｖ以上になってしまった。
【０１２７】
以上のように、比較例１，比較例２の発光ダイオード素子は、ｎ型ＺｎＯコンタクト層に対するｎ型オーミック電極の密着性が弱いため、製造歩留まりが低くなる。これに対して、本実施形態１の発光ダイオード素子は、ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２に対するｎ型オーミック電極の密着性が高いので、製造歩留まりの低下はない。このように比較例１，比較例２の発光ダイオード素子に比べて、本実施形態１の発光ダイオード素子のｎ型オーミック電極の密着性が飛躍的に高くなる理由としては、酸化物電極層の介在によって密着性が向上し、特に金属電極層と酸化物電極層とのいずれもが酸化物電極層と接合面を有するからである。つまり、ｎ型金属電極層１０７とｎ型酸化物電極層１０８との両方がｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２に接するからである。
【０１２８】
上記実施形態１では、金属電極層の一例としてｎ型金属電極層１０７を用いていたが、Ｂ（ホウ素）、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＴｌ（タリウム）のうちの少なくとも１つから成る金属電極層を用いてもよい。または、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＴｌのうちの少なくとも１つで一部が構成された金属電極層を用いてもよい。特に、Ａｌから成る金属電極層は、Ａｌが安価であるから好ましい。
【０１２９】
比較例３として、ＴｉＯ２から成るｎ型酸化物電極層１０８の代わりに、ＮｉＯから成るｎ型酸化物電極層を用いた他は、本実施形態１と同様にして発光ダイオード素子を作製した。そして、１００個の比較例３の発光ダイオード素子をリードフレームに実装したところ、ｎ型酸化物電極層上のＡｕパッド電極をポストにワイヤボンディングする際に、１００個の発光ダイオード素子において電極剥れは１つも生じなかった。しかし、１００個の発光ダイオード素子の動作電圧は全て５Ｖ以上になってしまった。
【０１３０】
このように、比較例３の発光ダイオード素子では、ＮｉＯから成るｎ型酸化物電極層を用いたことによって、ｎ型ＺｎＯコンタクト層に対するＩＩＩＢ族元素のオーミック接触が著しく阻害されてしまう。これに対して、本実施形態１の発光ダイオード素子は、ＴｉＯ２から成るｎ型酸化物電極層１０８がｎ型ＺｎＯコンタクト層に対するＩＩＩＢ族元素のオーミック接触を阻害することなく、ｎ型オーミック電極において低電気抵抗ななオーミック接触と強い密着性を両立出来ている。
【０１３１】
上記実施形態１では、ＴｉＯ２から成るｎ型酸化物電極層１０８を用いたが、例えば、Ｃｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷのうちの少なくとも１つの酸化物から成る酸化物電極層を用いてもよい。または、Ｃｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷのうちの少なくとも１つの酸化物で一部が構成された酸化物電極層を用いてもよい。Ｃｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷの中でも、密着性と成膜の容易性との観点上、Ｔｉを用いるのが好ましい。
【０１３２】
比較例４として、ｎ型オーミック電極、つまりｎ型金属電極層およびｎ型酸化物電極層を形成した後にアニールを行なわない他は、本実施形態１と同様にして発光ダイオード素子を作製した。そして、１００個の比較例４の発光ダイオード素子をリードフレームに実装したところ、ｎ型酸化物電極層上のＡｕパッド電極をポストにワイヤボンディングする際に、４個の発光ダイオード素子で電極剥れが生じ、１０個の発光ダイオード素子で動作電圧が５Ｖ以上になってしまった。
【０１３３】
比較例５として、ｎ型オーミック電極、つまりｎ型金属電極層およびｎ型酸化物電極層を形成した後のアニールをＯ２雰囲気下で行った他は、本実施形態１と同様にして発光ダイオード素子を作製した。そして、１００個の比較例５の発光ダイオード素子をリードフレームに実装したところ、ｎ型酸化物電極層上のＡｕパッド電極をポストにワイヤボンディングする際に、１０個の発光ダイオード素子で電極剥れが生じ、１５個の発光ダイオード素子で動作電圧が５Ｖ以上になってしまった。
【０１３４】
以上のように、比較例４，比較例５の発光ダイオード素子によれば、ｎ型金属電極層およびｎ型酸化物電極層を形成した後のアニールをＯ２雰囲気ですると、ｎ型金属電極層が酸化してしまうため、ｎ型オーミック電極のオーミック抵抗が増大すると共に、ｎ型ＺｎＯコンタクト層に対するｎ型オーミック電極の密着性が低下してしまう。つまり、ｎ型オーミック電極形成後のアニールはＯ２雰囲気で行わないほうがよい。
【０１３５】
一方、ｐ型オーミック電極形成後のアニールは、Ｏ２雰囲気中で行った方が、ｐ型オーミック電極の電気抵抗が低減するので好ましい。
【０１３６】
したがって、本実施形態１のように、ｐ型オーミック電極１０９の形成後、かつ、ｎ型オーミック電極形成前のアニールはＯ２雰囲気で行うと共に、ｎ型オーミック電極形成後のアニールは大気雰囲気で行うのが好ましい。なお、ｎ型オーミック電極形成後のアニールをＮ２雰囲気で行うのは、ｎ型酸化物電極層１０８から酸素が脱離して、ｎ型オーミック電極のオーミック抵抗が増大するので好ましくない。
【０１３７】
比較例６として、Ａｕパッド電極１１０，１１１を形成しない他は、本実施形態１と同様にして発光ダイオード素子を作製した。そして、１００個の比較例６の発光ダイオード素子をリードフレームに実装したところ、６０個の発光ダイオード素子がワイヤボンディング出来ず、２０個の発光ダイオード素子が通電中にｎ型酸化物電極層からボンディングワイヤが外れてしまった。
【０１３８】
したがって、上記ｎ型金属電極層１０７およびｎ型酸化物電極層１０８の効果を最大限に得るには、ｎ型酸化物電極層１０８上にパッド電極を形成して、そのパッド電極にワイヤボンディングを行うことが好ましい。
【０１３９】
以下、本実施形態において本発明の効果を最大限に得るための他の構成について記す。
【０１４０】
ｐ型オーミック電極については、本発明のｎ型オーミック電極と同様に金属電極層と酸化物電極層との２層構造とし、酸化物電極層が金属電極層およびｐ型コンタクト層のいずれとも接合面を有するようにすることが好ましい。ｐ型オーミック電極の金属電極層の材料として、例えば、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）およびＰｔなどを用いることが出来る。特に、ＰｄあるいはＰｔがｐ型オーミック電極の金属電極層の材料として好ましい。また、ｐ型オーミック電極の酸化物電極層の材料として、例えば、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ（銅）などを用いることが出来る。特に、Ｎｉがｐ型オーミック電極の酸化物電極層の材料として好ましい。
【０１４１】
ｐ型ＺｎＯ系半導体層にドーピングするアクセプタ不純物としては、ＩＡ族元素のＬｉ（リチウム）、Ｃｕ、ＡｇやＶＢ族元素のＮ、Ａｓ（砒素）、Ｐ（リン）などを用いることが出来るが、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が特に好ましく、更にＮはＮ２をプラズマ化し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好ましい。
【０１４２】
本明細書において、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を指す。
【０１４３】
ｎ型ＺｎＯ系半導体層にドーピングするドナー不純物としては、ＩＩＩＢ族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎなどを用いることが出来るが、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。
【０１４４】
本実施形態１において示したように、発光ダイオード素子の発光効率を向上させるには、ｎ型クラッド層，ｐ型クラッド層上にオーミック電極を形成せず、ｎ型コンタクト層，ｐ型コンタクト層を設けて素子の電気抵抗を下げることが好ましい。ｎ型コンタクト層，ｐ型コンタクト層の材料としては、結晶性に優れキャリア濃度を高く出来るのでＺｎＯが好ましい。また、ＺｎＯコンタクト層に過剰に不純物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ドーピングされることが好ましい。
【０１４５】
その他の構成は任意であり、本実施形態１によって限定されるものではない。
【０１４６】
また、上記実施形態１では、ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層１０３から図１中上側に向ってｐ型ＺｎＯコンタクト層１０６までのエピタキシャル層を遮蔽マスク１０１１による選択成長で形成したが、そのエピタキシャル層を形成すべき積層体をエッチングして形成してもよい。
【０１４７】
（実施形態２）
図７に、本実施形態２の発光ダイオード素子の模式断面図を示す。尚、図７において、図１に示した構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。
【０１４８】
本実施形態２の発光ダイオード素子は、ＴｉＯ２から成るｎ型酸化物電極層１０８を１００μｍ径に加工しない他は、上記実施形態１と同様にして作製したものである。つまり、本実施形態２の発光ダイオード素子では、ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２の一部とｎ型金属電極層１０７との上に、酸化物電極層の一例としてのｎ型酸化物電極層２０８を形成している。このｎ型酸化物電極層２０８は、遷移金属酸化物の一例としてのＴｉＯ２から成っている。
【０１４９】
本実施形態２の発光ダイオード素子は、ｎ型金属電極層１０７とｎ型酸化物電極層２０８とから成るｎ型オーミック電極の全体の厚みが増したため、発光強度は上記実施形態１の発光ダイオード素子に比べて５％低減したが、動作電圧は上記実施形態１の発光ダイオード素子と同じであった。
【０１５０】
また、上記実施形態１の発光ダイオード素子に比べて、ｎ型酸化物電極層を加工する工程が無くなったので、作製プロセスが簡略化した。
【０１５１】
また、ｎ型金属電極層１０７がｎ型酸化物電極層１０８で覆われているので、ｎ型金属電極層１０７が劣化して電気抵抗が増大することがない。よって上記実施形態１の発光ダイオード素子に比べて、信頼性が向上する。
【０１５２】
（実施形態３）
本実施形態３の発光ダイオード素子は、サファイア基板１０１上にｐ型オーミック電極１０９を積層後、遮蔽マスク１０１１の位置を移動して成長層を覆い、露出しているｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２上に、ｎ型金属電極層１０７として、１５ｎｍのＡｌと１０ｎｍのＴｉの積層膜を選択形成する他は、上記実施形態１と同様に作製する。つまり、本実施形態３の発光ダイオード素子は、ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２からｎ型金属電極層１０７までの層形成をレーザＭＢＥ装置内で連続して行った点と、ｎ型金属電極層を１５ｎｍのＡｌ層と１０ｎｍのＴｉ層とで構成した点とが、上記実施形態１の発光ダイオード素子と異なっている。
【０１５３】
５００個の本実施形態３の発光ダイオード素子をリードフレームに実装したところ、ｎ型オーミック電極上のＡｕパッド電極１１０をワイヤボンディングする際に、全ての発光ダイオード素子において、電極剥れが全く生じず、且つ、動作電圧が３．６Ｖ以下であった。
【０１５４】
これに対して、５００個の上記実施形態１の発光ダイオード素子をリードフレームに実装したところ、ｎ型オーミック電極上のＡｕパッド電極１１０をワイヤボンディングする際に、５個の発光ダイオード素子で電極剥れが生じ、７個の発光ダイオード素子で動作電圧が４Ｖ以上であった。
【０１５５】
このように、上記実施形態１の発光ダイオード素子において、電極剥れが生じたり、動作電圧が上昇したりする理由としては、ｎ型金属電極層１０７を形成する際に、酸化物半導体（ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２）が一旦大気に晒されて、その酸化物半導体の表面に水分などが付着したためだと考えられる。
【０１５６】
本実施形態３の発光ダイオード素子では、ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２からｎ型金属電極層１０７までの層形成をレーザＭＢＥ装置内で連続することにより、ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２のｎ型金属電極層１０７を形成すべき領域に水分などが付着するのを防いでいる。その結果、上記実施形態１の発光ダイオード素子よりも、ｎ型オーミック電極のオーミック抵抗が低く、且つ、ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２とｎ型金属電極層との密着性が高くなる。
【０１５７】
なお、本実施形態３では、ｎ型金属電極層を形成した後にレーザＭＢＥ装置から取り出して大気に晒しているが、ｎ型酸化物電極層１０８もレーザＭＢＥ装置内で連続して形成すると、更に本発明の効果は高くなる。つまり、上記ｎ型オーミック電極のオーミック抵抗が更に低く、且つ、ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２とｎ型金属電極層との密着性が更に高くなる。
【０１５８】
しかし、上記ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２からｎ型酸化物電極層１０８までの層形成をレーザＭＢＥ装置内で連続して行うには、レーザＭＢＥ装置内でｎ型金属電極層の開口を形成する工程などを行う必要が生じるため、製造工程が複雑化し、製造コストが増大してしまう。したがって、上記レーザＭＢＥ装置内で連続して形成するのは、ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２からｎ型金属電極層までの層とするのが好ましい。また、この場合は、遮蔽マスク１０１１を用いた選択形成など簡便な製造方法で対応出来、実用上問題無く本発明の効果を奏することが出来る。
【０１５９】
また、本実施形態３のｎ型金属電極層は、Ａｌ層とＴｉ層との積層体から成って、酸化されやすいＡｌ層をＴｉ層が保護している。このため、上記ｎ型金属電極層の形成後にＯ２雰囲気中でアニール処理を行っても、ｎ型金属電極層とｎ型酸化物電極層１０８とで構成するｎ型オーミック電極のオーミック抵抗がすることがない。
【０１６０】
上記実施形態３では、Ａｌ層上にＴｉ層を形成していたが、Ａｌ層上に、Ｃｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷのうちの少なくとも１つから成る層を形成してもよい。つまり、上記Ａｌ層上に積層する保護層としては、ｎ型酸化物電極層が含む遷移金属を用いて形成するのが好ましい。
【０１６１】
また、基板上の酸化物半導体から電極形成までをレーザＭＢＥ法で連続して行うには、結晶成長装置内に複数の成長室を設け、酸化物半導体を成長後に成長室を移動して電極形成を行うようにしてもよい。
【０１６２】
また、レーザアブレーション法は、酸化物半導体を原子層レベルでエピタキシャル成長することが出来る上に、金属薄膜の形成に適している。したがって、レーザアブレーション装置を用いると、原料ターゲットを変更するだけで、酸化物半導体と、電極とすべき金属薄膜とを同一成長室内で連続形成出来る。
【０１６３】
（実施形態４）
図８に、本実施形態４の発光ダイオード素子の模式断面図を示す。尚、図８において、図１に示す構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。
【０１６４】
本実施形態４の発光ダイオード素子は、上記実施形態１におけるｎ型金属電極層１０７とｎ型酸化物電極層１０８を逆にしている。すなわち、本実施形態４の発光ダイオード素子はでは、図８に示すように、ｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２の一部上に、酸化物電極層の一例としての厚さ１５ｎｍのｎ型酸化物電極層３０８を形成した後、ｎ型酸化物電極層３０８上に、金属電極層の一例としてのｎ型金属電極層３０７を形成する。これにより、上記ｎ型金属電極層３０７がｎ型酸化物電極層３０８に接する。
【０１６５】
上記ｎ型酸化物電極層３０８は、遷移金属酸化物の一例としてのＴｉＯ２から成って、透光性を有している。また、上記ｎ型酸化物電極層３０８の中央部には、図中上側（サファイア基板１０１とは反対側）の表面からｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２に達する直径３０μｍの貫通穴が形成されている。このｎ型酸化物電極層３０８の貫通穴をｎ型金属電極層３０７の一部が埋めていることにより、ｎ型金属電極層３０７がｎ型ＺｎＯコンタクト層１０２に接する。
【０１６６】
上記ｎ型金属電極層３０７は、ＩＩＩＢ族元素の一例としてのＡｌから成っている。また、上記ｎ型金属電極層３０７において、ｎ型酸化物電極層３０８よりも上方に位置する部分は直径１００μｍの円板形状となっている。また、上記ｎ型金属電極層３０７において、最も厚い部分の厚さは３０ｎｍとなっている。
【０１６７】
本実施形態４の発光ダイオード素子を上記実施形態１と同様の手法でリードフレームに実装し発光させたところ、本実施形態４の発光ダイオード素子から発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。
【０１６８】
また、本実施形態４の発光ダイオード素子は、上記実施形態２の発光ダイオード素子と動作電圧および発光強度がほぼ同じであった。
【０１６９】
また、１００個の本実施形態４の発光ダイオード素子をリードフレームに実装したところ、ｎ型オーミック電極上のＡｕパッド電極１１０をポストにワイヤボンディングする際に、全ての発光ダイオード素子で電極剥れが生じなかった。
【０１７０】
（実施形態５）
図９（ａ）に、本実施形態５の発光ダイオード素子の構造断面図を示し、図９（ｂ）に、上記発光ダイオード素子の下面図を示す。
【０１７１】
上記発光ダイオード素子は、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板４０１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バッファ層４０２、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４０３、厚さ０．１μｍのノンドープＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ発光層４０４、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４０５、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４０６が順次積層されている。
【０１７２】
本実施形態５では、上記ｎ型ＺｎＯ単結晶基板４０１が基板の一例に、ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層４０３がｎ型クラッド層の一例に、Ｃｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ発光層４０４が活性層の一例に、ｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層４０５がｐ型クラッド層の一例にそれぞれ相当する。また、上記ｎ型ＺｎＯ単結晶基板４０１は、ｎ型伝導性の酸化物半導体の一例にも相当している。
【０１７３】
上記ｎ型ＺｎＯ単結晶基板４０１の裏面下には、金属電極層の一例としてのｎ型金属電極層４０７を形成している。これにより、上記ｎ型金属電極層４０７は、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板４０１に直接接している。上記ｎ型金属電極層４０７は、ＩＩＩＢ族元素の一例としてのＡｌから成って透光性を有している。そして、上記ｎ型金属電極層４０７は、図９（ｂ）に示すように、所定の形状にパターニングされている。このため、上記ｎ型ＺｎＯ単結晶基板４０１の裏面においては、ｎ型金属電極層４０７が形成されていない領域が存在する。
【０１７４】
この領域下、および、ｎ型金属電極層４０７下には、酸化物電極層の一例としてのｎ型酸化物電極層４０８を形成している。これにより、上記ｎ型酸化物電極層４０８は、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板４０１に直接接していると共に、ｎ型金属電極層４０７に直接接している。このｎ型酸化物電極層４０８は、遷移金属酸化物の一例としてのＴｉＯ２から成っている。
【０１７５】
また、上記ｐ型ＺｎＯコンタクト層４０６の主表面全面、つまり図中上側の表面の全面には、ｐ型オーミック電極４０９が積層されている。このｐ型オーミック電極４０９は、Ｎｉから成って透光性を有している。
【０１７６】
また、上記ｎ型酸化物電極層４０８下にＡｕパッド電極４１０を設けると共に、ｐ型オーミック電極４０９上にもボンディング用Ａｕパッド電極４１１を設けている。
【０１７７】
上記構成の発光ダイオード素子は、３００μｍ角のチップ状に分離して得られる。このような発光ダイオード素子において、基板裏面のＡｕパッド電極４１０をＡｇペーストでリードフレームに接着し、ｐ型オーミック電極４０９上のＡｕパッド電極４１１はリードフレーム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、上記実施形態１と同様に発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。
【０１７８】
また、上記発光ダイオード素子は、２０ｍＡの動作電流における動作電圧は上記実施形態１よりも低く３．３Ｖであった。このように動作電圧が低減したのは、導電性のｎ型ＺｎＯ単結晶基板４０１を用いたことにより、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板４０１上に形成する層の結晶性が改善されて発光効率が向上したことに加え、ｎ型オーミック電極の面積が増大したことにより、酸化半導体に対するｎ型オーミック電極の接触抵抗が低減したためであると考えられる。
【０１７９】
上記実施形態６において、ｎ型金属電極層４０７の形状は、チップ側辺に対し４５°傾斜したストライプ状としたが、ｎ型金属電極層４０７の形状は本実施形態６に限定されるものではなく、ｎ型金属電極層４０７がｎ型ＺｎＯ単結晶基板４０１およびｎ型酸化物電極層４０８のいずれとも接合面を有していればよい。
【０１８０】
（実施形態６）
本実施形態６の発光ダイオード素子は、ｎ型金属電極層１０７の代わりに、Ｇａ層とＷ層とから成るｎ型金属電極層を用い、ｎ型酸化物電極層１０８の代わりに、ＷＯｘから成るｎ型酸化物電極層を用いた他は、上記実施形態１と同様に作製したものである。上記ｎ型酸化物電極層は、例えば、Ｏ２ガスとＷタブレットを用いて真空蒸着法で形成している。
【０１８１】
本実施形態６の発光ダイオード素子を上記実施形態１と同様の手法でリードフレームに実装して発光させたところ、発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。
【０１８２】
また、本実施形態６の発光ダイオード素子において、２０ｍＡの動作電流における動作電圧および発光強度は上記実施形態１とほぼ同じであった。
【０１８３】
また、１００個の本実施形態６の発光ダイオード素子をリードフレームに実装したところ、ｎ型オーミック電極上のＡｕパッド電極１１０をポストにワイヤボンディングする際に、全ての発光ダイオード素子において電極剥れは生じなかった。
【０１８４】
（実施形態７）
本実施形態７の発光ダイオード素子は、ｎ型金属電極層１０７の代わりに、Ｉｎ層とＣｒ層とで構成したｎ型金属電極層を用い、遷移金属酸化物の一例としてのＣｒＯから成るｎ型酸化物電極層を用いた他は、上記実施形態１と同様に作製したものである。したがって、上記ｎ型金属電極層が、ＩＩＩＢ族元素の一例としてのＩｎを含んでいる。また、上記ｎ型酸化物電極層は、例えば、ＣｒＯターゲットを用いてレーザアブレーション法でＣｒＯを形成している。
【０１８５】
本実施形態７の発光ダイオード素子を上記実施形態１と同様の手法でリードフレームに実装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。
【０１８６】
また、本実施形態７の発光ダイオード素子において、２０ｍＡの動作電流における動作電圧および発光強度は上記実施形態４とほぼ同じであった。
【０１８７】
また、１００個の本実施形態７の発光ダイオード素子をリードフレームに実装したところ、ｎ型オーミック電極上のＡｕパッド電極１１０をポストにワイヤボンディングする際に、全ての発光ダイオード素子において電極剥れは生じなかった。
【０１８８】
（実施形態８）
図１０に、本実施形態８の発光ダイオード素子の模式断面図を示す。尚、図１０において、図１に示す構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。
【０１８９】
本実施形態８の発光ダイオード素子は、ｎ型酸化物電極層１０８とＡｕパッド電極１１０との間に中間層１１４を形成すると共に、ｐ型オーミック電極１０９とＡｕパッド電極１１１との間に中間層１１５を形成した他は、上記実施形態１と同様にして作製したものである。
【０１９０】
上記中間層１１４，１１５は、Ａｇから成っていて、厚さが１００ｎｍとなっている。
【０１９１】
本実施形態８の発光ダイオード素子を上記実施形態１と同様の手法でリードフレームに実装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。
【０１９２】
また、本実施形態８の発光ダイオード素子にいおいて、動作電圧は上記実施形態１とほぼ同じであったが、発光層１０４の発光を反射率の高い中間層１１４，１１５で反射されチップ側面から取り出されたため、発光強度は１０％増大した。
【０１９３】
（実施形態９）
本実施形態９では、ＺｎＯ系半導体レーザ素子に本発明を適用した例を示す。
【０１９４】
図１１に、本実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の模式斜視図を示す。
【０１９５】
上記半導体レーザ素子は、亜鉛面を主面としたｎ型ＺｎＯ単結晶基板５０１上に、Ｇａドーピング濃度が１×１０１８ｃｍ−３で厚さ０．１μｍのＺｎＯバッファ層５０２、Ｇａドーピング濃度が３×１０１８ｃｍ−３で厚さ１．０μｍのｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層５０３、Ｇａドーピング濃度が５×１０１７ｃｍ−３で厚さ３０ｎｍのｎ型ＺｎＯ光ガイド層５１２、ノンドープ量子井戸活性層５０４、Ｎドーピング濃度が５×１０１８ｃｍ−３で厚さ３０ｎｍのｐ型ＺｎＯ光ガイド層５１３、Ｎドーピング濃度が１×１０２０ｃｍ−３で厚さ１．２μｍのｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層５０５、Ｎドーピング濃度が１×１０２０ｃｍ−３で厚さ０．５μｍのｐ型ＺｎＯコンタクト層５０６が積層されている。
【０１９６】
本実施形態９では、上記ｎ型ＺｎＯ単結晶基板５０１が基板の一例に、ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層５０３がｎ型クラッド層の一例に、量子井戸活性層５０４が活性層の一例に、ｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層５０５がｐ型クラッド層の一例にそれぞれ相当する。また、上記ｎ型ＺｎＯ単結晶基板５０１は、ｎ型伝導性の酸化物半導体の一例にも相当している。
【０１９７】
上記量子井戸活性層５０４は、厚さ５ｎｍのＺｎＯ障壁層と、厚さ６ｎｍのＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ井戸層とが交互に積層されて成っている。また、上記ＺｎＯ障壁層は２層ある一方、Ｃｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ井戸層は３層ある。
【０１９８】
上記ｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層５０５の一部、および、ｐ型ＺｎＯコンタクト層５０６は、リッジストライプ形状にエッチング加工されて、側面がＧａが１×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングされたｎ型Ｍｇ０．３Ｚｎ０．７Ｏ電流ブロック層５１４によって埋め込まれている。
【０１９９】
上記ｎ型ＺｎＯ単結晶基板５０１の裏面下には、上記実施形態５と同じ構造で、金属電極層の一例としてのｎ型金属電極層５０７、酸化物電極層の一例としてのｎ型酸化物電極層５０８を形成している。上記ｎ型金属電極層５０７はＩＩＩＢ族元素の一例としてのＡｌから成り、ｎ型酸化物電極層５０８は遷移金属酸化物の一例としてのＴｉＯ２から成っている。そして、上記ｎ型金属電極層５０７はｎ型ＺｎＯ単結晶基板５０１に直接接し、ｎ型酸化物電極層５０８はｎ型ＺｎＯ単結晶基板５０１およびｎ型金属電極層５０７に直接接している。また、上記ｎ型酸化物電極層５０８下には、ボンディング用Ａｕパッド電極５１０を形成している。
【０２００】
上記ｐ型ＺｎＯコンタクト層５０６、および、ｎ型Ｍｇ０．３Ｚｎ０．７Ｏ電流ブロック層５１４の一部上には、リッジストライプ（ｐ型ＺｎＯコンタクト層５０６）より広く素子幅より狭い幅で、厚さ１００ｎｍのＰｔ金属電極層５１６が形成され、Ｐｔ金属電極層５１６を覆うように厚さ１００ｎｍのＮｉＯ酸化物電極層５１５が形成され、最上面全面にボンディング用Ａｕパッド電極５１１が積層されて、ｐ型オーミック電極を形成している。
【０２０１】
上述の構造を作製後、ＺｎＯ基板５０１を劈開して端面ミラーを形成し、保護膜を真空蒸着した後、素子を３００μｍに分離して、本実施形態９の半導体レーザ素子を得た。
【０２０２】
本実施形態９の半導体レーザ素子に電流を流したところ、端面から波長４００ｎｍの青色発振光が得られた。
【０２０３】
比較例７の半導体レーザ素子として、ＴｉＯ２から成るｎ型酸化物電極層５０８を形成しない他は、本実施形態９と同様に作製したところ、３０個の素子が通電中にｎ型オーミック電極剥れを生じた。
【０２０４】
比較例８の半導体レーザ素子として、Ａｌから成るｎ型金属電極層５０７を形成しない他は、本実施形態９と同様に作製した。この比較例８の半導体レーザ素子は、本実施形態９に比べて発振閾値電流が２０％増大し、光出力５ｍＷにおける動作電圧は３０％増大した。
【０２０５】
以上のように、本発明の酸化物半導体の電極は半導体レーザ素子に適用しても十分な抵抗低減とレーザ特性の向上効果を奏する。
【０２０６】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の酸化物半導体の電極は、少なくともＩＩＩＢ族元素を含む金属電極層がｎ型伝導性の酸化物半導体に接すると共に、少なくとも遷移金属酸化物を含む酸化物電極層がｎ型伝導性の酸化物半導体と金属電極層との両方に接するので、例えばｎ型オーミック電極のｎ型酸化物半導体に対する密着性を向上させることが出来、且つ、ｎ型オーミック電極のオーミック抵抗を下げることが出来る。
【０２０７】
また、上記酸化物半導体の電極を電子デバイスに用いることにより、電子デバイスの信頼性を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施形態１の発光ダイオード素子の模式断面図である。
【図２】図２は上記発光ダイオード素子の製造に用いるレーザＭＢＥ装置の概略構成図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は上記発光ダイオード素子の製造方法を説明するための図である。
【図４】図４（ｅ）〜（ｈ）は上記発光ダイオード素子の製造方法を説明するための図である。
【図５】図５は上記レーザＭＢＥの遮蔽マスクの上面図である。
【図６】図６は、ｎ型金属電極層の層厚と発光ダイオード素子の動作電圧との関係を実線で示すと共に、ｎ型金属電極層の層厚と発光ダイオード素子の発光強度との関係を点線で示すグラフである。
【図７】図７は本発明の実施形態２の発光ダイオード素子の模式断面図である。
【図８】図８は本発明の実施形態４の発光ダイオード素子の模式断面図である。
【図９】図９（ａ）は本発明の実施形態５の発光ダイオード素子の構造断面図であり、図９（ｂ）は上記発光ダイオード素子の下面図を示す。
【図１０】図１０は本発明の実施形態８の発光ダイオード素子の模式断面図である。
【図１１】図１１は本発明の実施形態９ののＺｎＯ系半導体レーザ素子の模式斜視図である。
【符号の説明】
１０７，３０７，４０７，５０７  ｎ型金属電極層
１０８，２０８，３０８，４０８，５０８  ｎ型酸化物電極層
４０１，５０１  ｎ型ＺｎＯ単結晶基板
【図１】
2004319920.tif 000003
【図２】
2004319920.tif 000004
【図３】
2004319920.tif 000005
【図４】
2004319920.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004319920.tif 000009
【図８】
2004319920.tif 000010
【図９】
2004319920.tif 000011
【図１０】
2004319920.tif 000012
【図１１】
2004319920.tif 000013