(57)【要約】【課題】窒化物系発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板、ｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層、オーミックコンタクト層及び反射層が順次に積層されており、オーミックコンタクト層は、インジウム酸化物に添加元素が添加されて形成される窒化物系発光素子である。このような窒化物系発光素子及びその製造方法によれば、ｐ型クラッド層とのオーミック接触特性が改善されてフリップチップ発光素子のパッケージング時にワイヤボンディング効率及び収率を高め、低い比接触抵抗と優秀な電流−電圧特性とによって素子の発光効率を向上させ、素子の寿命を延長できる。【選択図】図１
2005086210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層間に発光層を備える窒化物系発光素子において、
前記発光層から出射される光を反射する反射層と、
前記反射層と前記ｐ型クラッド層間にインジウム酸化物に添加元素が添加されて形成されたオーミックコンタクト層と、を備えることを特徴とする窒化物系発光素子。
【請求項２】
前記添加元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、Ｌａ系列の元素のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項３】
前記インジウム酸化物に対する前記添加元素の添加比は０．１〜４９原子％であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物系発光素子。
【請求項４】
前記反射層は、ロジウム、銀及び亜鉛よりなる群から選択された何れか一つより形成されたことを特徴とする請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項５】
前記オーミックコンタクト層の厚さは、０．１〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項６】
前記ｎ型クラッド層の下部に基板が形成されており、
前記基板は、光を透過する素材より形成されたことを特徴とする請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項７】
前記基板は、サファイアであることを特徴とする請求項６に記載の窒化物系発光素子。
【請求項８】
ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層間に発光層を備える窒化物系発光素子の製造方法において、
（ａ）基板上にｎ型クラッド層、発光層及びｐ型クラッド層が順次に積層された発光構造体の前記ｐ型クラッド層上にインジウム酸化物に添加元素を添加したオーミックコンタクト層を形成する段階と、
（ｂ）前記オーミックコンタクト層上に反射層を形成する段階と、
（ｃ）前記（ｂ）段階を経た積層構造体を熱処理する段階と、を含むことを特徴とする窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記（ａ）段階で、前記インジウム酸化物に添加される前記添加元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、Ｌａ系列の元素のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項８に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記インジウム酸化物に対する前記添加元素の添加比は０．１〜４９原子％であることを特徴とする請求項９に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記（ｂ）段階で、前記反射層は、ロジウム、銀及び亜鉛よりなる群から選択された何れか一つより形成することを特徴とする請求項８に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記オーミックコンタクト層は、０．１〜１００ｎｍの厚さに形成することを特徴とする請求項８に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記基板は、光を透過させうる素材より形成することを特徴とする請求項８に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記基板は、サファイアであることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記熱処理段階は、２００〜７００℃で行うことを特徴とする請求項８に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記熱処理段階は、前記積層構造体が内蔵された反応器内に窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素及び空気よりなる群から選択された少なくとも何れか一つを含む気体雰囲気で行われることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記熱処理段階は、前記積層構造体が内蔵された反応器内を真空状態に維持した状態で行われることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記熱処理段階は、１０秒〜２時間行われることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記オーミックコンタクト層は、電子ビーム蒸着器、熱蒸着器及び二重型の熱蒸着器のうち何れか一つの機器より形成することを特徴とする請求項８に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系発光素子及びその製造方法に係り、詳細にはオーミック特性が改善された反射電極構造体を有する窒化物系発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物系化合物半導体、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体を利用した発光素子またはレーザダイオードのような発光素子を具現するためには、半導体と電極間にオーミック接触構造を形成することが重要である。現在、商業的に利用できるＧａＮ系発光素子は、大体絶縁性サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板上に形成される。
【０００３】
このようなＧａＮ系発光素子は、トップエミット型発光素子（Ｔｏｐ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ：ＴＬＥＤＳ）とフリップチップ発光素子（Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ：ＦＣＬＥＤＳ）とに分類される。
【０００４】
ＴＥＬＥＤＳは、ｐ型クラッド層と接触しているオーミックコンタクト層を通じて光が出射されるように形成され、ｐ型クラッド層の低い電気伝導性は、透明で低抵抗値（ｌｏｗ  ｏｈｍｉｃ  ｖａｌｕｅ）を有するオーミックコンタクト層を通じて円滑な電流注入を提供する。
【０００５】
このようなＴＥＬＥＤＳは、一般的に、ｐ型クラッド層上にニッケル（Ｎｉ）層と金（Ａｕ）層とを順次に積層する構造が利用されている。
【０００６】
ニッケル層は、酸素（Ｏ２）雰囲気で熱処理して１０−３〜１０−４Ωｃｍ２ほどの比接触抵抗（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を有する半透明オーミック接触層を形成することが知られている。
【０００７】
このような半透明オーミック接触層の低い比接触抵抗は、５００〜６００℃ほどの温度及び酸素雰囲気で熱処理する時にｐ型クラッド層をなしているＧａＮとオーミック接触層とに適用されたニッケル層の界面でｐ型半導体酸化物であるニッケル酸化物（ＮｉＯ）が島状に形成されている金（Ａｕ）層間及び上層部に形成されていて、ショットキー障壁の高さ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｈｅｉｇｈｔ：ＳＢＨ）を低くしてｐ型クラッド層の表面付近に多数キャリアであるホールを容易に供給する。その結果、ｐ型クラッド層の表面付近での実効キャリア濃度を増加させる。
【０００８】
また、ニッケル層／金層をｐ型クラッド層上に形成した後、熱処理すれば、Ｍｇ−Ｈ金属間化合物を除去してＧａＮ表面でマグネシウムドーパント濃度を増加させる再活性化過程を通じてｐ型クラッド層の表面でこのような実効キャリア濃度を１０１９以上にしてｐ型クラッド層と酸化ニッケルを含有したオーミックコンタクト層間にトンネリング伝導を起こしてオーミック伝導特性を表すことが分かる。
【０００９】
しかし、ニッケル／金よりなる半透明電極薄膜を利用したトップエミット型発光素子は、光利用効率が低くて大容量及び高輝度の発光素子を具現し難い。
【００１０】
最近には、大容量高輝度の発光素子の具現のために、高反射層素材として脚光を浴びている銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ロジウム（Ｒｈ）などを利用したフリップチップ方式の発光素子の開発が要求されている。
【００１１】
しかし、これら金属は、高い反射効率を有しているため、一時的には高い発光効率を提供できるが、小さな仕事関数値を有する特性のために低抵抗値（ｌｏｗ  ｏｈｍｉｃ  ｖａｌｕｅ）を有するオーミック接触形成が難しくて素子寿命が短く、ＧａＮとの接着性が悪くて素子の安定的な信頼性を提供できない問題点がある。
【００１２】
このような問題を解決するために低抵抗値を有しつつ高い反射率を提供するオーミックコンタクト構造の開発が活発に研究されている。
【００１３】
例えば、特許文献１及び２に、ｐ型クラッド層上にインジウム酸化物（Ｉｎ２Ｏ３）を積層した構造が開示されているが、接触抵抗が高いという問題点がある。
【特許文献１】米国公開特許２００３−０１４３７７２Ａ１号公報
【特許文献２】米国公開特許２００２−０１７９９１４Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、前記問題点を改善するためのものであって、低抵抗値と高い反射率とを提供できる電極構造体を備える窒化物系発光素子及びその製造方法を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために本発明は、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層間に発光層を備える窒化物系発光素子において、前記発光層から出射される光を反射する反射層と、前記反射層と前記ｐ型クラッド層間にインジウム酸化物に添加元素が添加されて形成されたオーミックコンタクト層と、を備えることを特徴とする窒化物系発光素子を提供する。
【００１６】
前記添加元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、Ｌａ系列の元素のうち少なくとも一つを含みうる。
【００１７】
前記インジウム酸化物に対する前記添加元素の添加比は、０．１〜４９原子％でありうる。
【００１８】
前記反射層は、Ｒｈ、Ａｇ及びＺｎのうち何れか一つより形成されうる。
【００１９】
また、前記オーミックコンタクト層の厚さは、０．１ｎｍ〜１００ｎｍでありうる。
【００２０】
前記ｎ型クラッド層の下部に基板が形成されており、前記基板は、光を透過する素材より形成されたものでありうる。
【００２１】
本発明はまた、前記目的を達成するために、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層間に発光層を備える窒化物系発光素子の製造方法において、基板上にｎ型クラッド層、発光層及びｐ型クラッド層が順次に積層された発光構造体の前記ｐ型クラッド層上にインジウム酸化物に添加元素を添加したオーミックコンタクト層を形成する第１段階、前記オーミックコンタクト層上に反射層を形成する第２段階及び前記第２段階を経た積層構造体を熱処理する第３段階を含むことを特徴とする窒化物系発光素子の製造方法を提供する。
【００２２】
前記オーミックコンタクト層の形成段階で、前記インジウム酸化物に添加される前記添加元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、Ｌａ系列の元素のうち少なくとも一つを含みうる。
【００２３】
前記熱処理段階は、２００〜７００℃で行われうる。
【００２４】
前記熱処理段階はまた、前記積層構造体が内蔵された反応器内に窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、空気のうち少なくとも一つを含む気体雰囲気で行われうる。
【００２５】
前記熱処理段階はまた、前記積層構造体が内蔵された反応器内を真空状態に維持した状態で行うこともある。
【００２６】
前記熱処理段階は、１０秒〜２時間行える。
【００２７】
前記オーミックコンタクト層は、電子ビーム蒸着器、熱蒸着器及び二重型熱蒸着器のうち何れか一つより形成できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明による窒化物系発光素子及びその製造方法によれば、ｐ型クラッド層とのオーミック接触特性が改善されてＦＣＬＥＤＳのパッケージング時にワイヤボンディング効率及び収率を高め、低い比接触抵抗と優秀な電流−電圧特性とによって素子の発光効率及び素子寿命を向上させうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付された図面を参照しつつ本発明の望ましい実施例による窒化物系発光素子及びその製造方法をさらに詳細に説明する。
【００３０】
図１を参照すれば、ｐ型電極構造体３０，４０は、オーミックコンタクト層３０及び反射層４０を備える。
【００３１】
図１にはIII族窒化物系に具現される発光素子の発光層を中心に相互対向するように形成されるｎ型クラッド層とｐ型クラッド層のうちオーミック特性の改善が要求されるｐ型クラッド層とｐ型電極構造体間の特性を実験するために、基板１０上にIII族窒化物系ｐ型クラッド層２０を形成させ、ｐ型クラッド層２０上にオーミックコンタクト層３０及び反射層４０を順次に積層させた構造が示されている。
【００３２】
ｐ型クラッド層２０として、III族窒化化合物にｐ型ドーパントが添加されたものが使用されうる。前記III族窒化化合物は、例えば、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）と表現できる。前記ｐ型ドーパントは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどが使用されうる。
【００３３】
オーミックコンタクト層３０は、インジウム酸化物（Ｉｎ２Ｏ３）に特性改善用の所定の添加元素が添加されたものである。前記添加元素は、インジウム酸化物のバンドギャップ、電子親和度及び仕事関数を調節してオーミック特性が向上したオーミックコンタクト層３０を形成させうる素材が望ましい。
【００３４】
オーミックコンタクト層３０の添加元素に適用されうる望ましい素材としては、ｐ型クラッド層２０の実効キャリア濃度を高め、ｐ型クラッド層２０をなしている化合物のうち窒素以外の成分と優先的に反応性の良好な金属が適用される。例えば、ＧａＮ系化合物が適用される場合、オーミックコンタクト層３０は、窒素よりガリウム（Ｇａ）に対して優先的に反応する添加元素がインジウム酸化物に添加される。
【００３５】
この場合、一例として、ＧａＮを主成分とするｐ型クラッド層２０の場合、前述した特性を有するオーミックコンタクト層３０によってｐ型クラッド層２０のガリウムとオーミックコンタクト層３０との反応によってｐ型クラッド層２０の表面にガリウム空孔を形成する。ｐ型クラッド層２０に形成されるガリウム空孔は、ｐ型ドーパントとして作用するので、ｐ型クラッド層２０とオーミックコンタクト層３０との反応によってｐ型クラッド層２０の表面の実効ｐ型キャリア濃度を増加させる。
【００３６】
また、オーミックコンタクト層３０は、形成過程でｐ型クラッド層の表面上に残留し、ｐ型クラッド層２０とオーミックコンタクト層３０との界面でキャリアの流れに障害物の役割を行う自然酸化層であるガリウム酸化物（Ｇａ２Ｏ３）と反応して、透明伝導性酸化物を形成できる素材が適用される。この場合、オーミックコンタクト層３０とｐ型クラッド層２０との界面でトンネリング伝導現象を発生させてオーミック特性を向上させうる。
【００３７】
このような条件を充足させるオーミックコンタクト層３０のインジウム酸化物に添加される添加元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、Ｌａ系列の元素のうち少なくとも一つが適用される。
【００３８】
望ましくは、インジウム酸化物に対する添加元素の添加比率は０．１〜４９原子％範囲内で適用される。ここで、原子％は、添加される元素数相互間の比率である。
【００３９】
さらに望ましくは、オーミックコンタクト層３０の厚さは０．１〜１００ｎｍほどに形成される。
【００４０】
反射層４０は、ｐ型電極構造体で最上層に当る。反射層４０は、ＦＣＬＥＤＳの製作工程で一般的に適用される温度範囲である３００℃〜６００℃で表面退化の発生が抑制され、酸化に安定的であり、特性が変わらずに高い反射能を有しうる物質を使用して形成できる。例えば、反射層４０は、Ｒｈ、Ａｇ及び亜鉛（Ｚｎ）よりなる群から選択された何れか一つより形成できる。反射層４０は、１０〜１０００ｎｍほどの厚さに形成できる。オーミックコンタクト層３０及び反射層４０は、電子ビーム蒸着器によって形成できる。オーミックコンタクト層３０及び反射層４０は、スパッタリング方式を除外した公知の多様な蒸着方法、例えば、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＬＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、熱蒸着器、二重型熱蒸着器（ｄｕａｌ−ｔｙｐｅ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）などで形成することもある。この時、蒸着は２０〜１５００℃で行われ、反応器内の圧力は大気圧ないし１０−１２ｔｏｒｒほどである。
【００４１】
スパッタリング方式は、ｐ型電極構造体の形成過程でＧａＮ系ｐ型クラッド層２０がプラズマによって損傷されて絶縁体に変化されるために適用し難い。
【００４２】
オーミックコンタクト層３０及び反射層４０は、蒸着後に熱処理工程を経る。熱処理は、２００〜７００℃で真空またはガス雰囲気で１０秒〜２時間ほど熱処理する。
【００４３】
熱処理時に反応器内に投入されるガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、空気のうち少なくとも一つ以上の気体が適用されうる。
【００４４】
以下では、このようなｐ型電極構造体の製造方法を説明する。本発明は下記の方法に限定されない。
【００４５】
まず、基板１０上にＧａＮを主成分にしたｐ型クラッド層２０が形成された構造体をトリクロロエチレン、アセトン、メタノール、蒸溜水で超音波洗浄器内で６０℃でそれぞれ５分ずつ表面洗浄した後、試料に残っている水分を除去するために１００℃で１０分間ハードベークする。
【００４６】
以後、ｐ型クラッド層２０上にフォトレジストを４，５００ｒｐｍでスピンコーティングする。そして、８５℃で１５分間ソフトベークする。次いで、マスクパターンを現像するためにマスクと試料とを一致させた後、２２．８ｍＷの紫外線（ＵＶ）に１５秒間露出させ、現像液と蒸溜水との比を１：４（体積比）に混合した溶液中に試料を２５秒間浸漬させて現像する。
【００４７】
次いで、前記現像された試料にある汚染層を除去するために５分間前記現像された試料をＢＯＥ溶液（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｅｔｃｈ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）に浸漬させた後、電子ビーム蒸着器を利用してオーミックコンタクト層３０を蒸着する。
【００４８】
オーミックコンタクト層３０は、粉末状のインジウム酸化物と酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とを９：１（重量比）ほどに混合した後、焼結して形成した反応対象体を電子ビーム蒸着器チャンバー内の反応対象体の装着ステージに装着して蒸着する。
【００４９】
オーミックコンタクト層３０の蒸着以後、Ａｇで反射層４０を蒸着した後、アセトンでリフトオフ工程を経た後、急速加熱炉（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ：ＲＴＡ）中に試料を入れて空気雰囲気下で３３０〜５３０℃で１分間熱処理して電極構造体を製造する。
【００５０】
以下では、ＧａＮを主成分としたｐ型クラッド層２０上に前述したｐ型電極構造体を形成した後、その実験結果を図２ないし図４を参照して説明する。
【００５１】
図２ないし図４は、４〜５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＧａＮを主成分としたｐ型クラッド層２０上に前述した添加元素のうち一つであるマグネシウムがインジウム酸化物に含まれるようにオーミックコンタクト層３０及びＡｇで反射層４０をそれぞれ厚さを異に適用して順次に蒸着によって形成させた後、空気雰囲気または窒素（Ｎ２）雰囲気で熱処理する前と３３０〜５３０℃で熱処理した後とに対する電気的特性を測定した結果を表すグラフである。
【００５２】
図２は、オーミックコンタクト層３０の厚さが５ｎｍ、反射層４０の厚さが１００ｎｍに適用された場合であり、図３は、オーミックコンタクト層３０の厚さが２．５ｎｍ、反射層４０の厚さが２００ｎｍに適用された場合であり、図４は、オーミックコンタクト層３０の厚さが５ｎｍ、反射層４０の厚さが２００ｎｍに適用された場合に対する電流−電圧特性を測定した結果を表す。
【００５３】
図２ないし図４に示されたように、熱処理前は整流性の挙動を意味する非線形電流−電圧特性を表す。そのような熱処理後にはオーミック接触の挙動を意味する線形的な電流−電圧特性を表す。比接触抵抗は１０−４〜１０−５Ωｃｍ２ほどに低いということが分かる。
【００５４】
インジウム酸化物に添加要素を添加した場合とそうでない従来の場合とに対する特性を比較するための実験結果が図５及び図６に示されている。
【００５５】
図５は、ｐ型クラッド層上にインジウム酸化物単独で２．５ｎｍ厚さにインジウム酸化物層を蒸着し、インジウム酸化物層上にＡｇで２００ｎｍ厚さに反射層を蒸着した後、熱処理過程前及び空気雰囲気で５３０℃で熱処理した後の試料に対する電流−電圧特性を測定した結果である。
【００５６】
図５に示されたように、インジウム酸化物単独層によっては熱処理と関係なく非線形電流−電圧特性を有することが分かる。
【００５７】
また、図６は、ｐ型クラッド層上にインジウム酸化物にマグネシウムを添加したオーミックコンタクト層を２．５ｎｍ厚さに蒸着し、オーミックコンタクト層上にチタン（Ｔｉ）で１０ｎｍの厚さに蒸着し、またその上にＡｇで２００ｎｍの厚さに反射層を蒸着した後、熱処理過程前及び空気雰囲気で３３０〜５３０℃で熱処理した後の試料に対する電流−電圧特性を測定した結果である。
【００５８】
図６に示されたように、添加元素をインジウム酸化物に添加したオーミックコンタクト層上に順次に蒸着される層が適切な素材で形成されていない場合には、熱処理と関係なく線形的な電流−電圧特性が得られないことが分かる。
【００５９】
このような比較結果から本発明のオーミックコンタクト層３０及び反射層４０の機能を説明する。
【００６０】
Ｐ型クラッド層２０と接触するオーミックコンタクト層３０の電気的特性を決定するバンドギャップ、電子親和度及び仕事関数を調節するためにインジウム酸化物に添加元素をドーピングまたは混合によって添加されて形成されたオーミックコンタクト層３０形成物質は、高い光透過度及び伝導度の特性を有する酸化物である。このような酸化物で形成されたオーミックコンタクト層３０は、熱処理時にｐ型クラッド層２０の上部に存在する酸化層であるガリウム酸化物（Ｇａ２Ｏ３）と反応して透明伝導性酸化物であるＧａＩｎＯ３を形成して表面にガリウム空孔を形成してｐ型クラッド層２０の表面付近の実効ホール濃度を高め、この時に形成された酸化物は非常に大きい仕事関数値を有しているので、ｐ型クラッド層２０との接触時にショットキー障壁の高さと幅とを低くしてオーミック接触特性を向上させるだけでなく、１００％に近接な光透過度を提供する。
【００６１】
図７は、図１のｐ型電極構造体が適用された発光素子の一例を示す図面である。
【００６２】
図面を参照すれば、発光素子１００は、基板１１０、バッファ層１２０、ｎ型クラッド層１３０、発光層１４０、ｐ型クラッド層１５０、オーミックコンタクト層２３０及び反射層２４０が順次に積層された構造になっている。
【００６３】
符号１８０はｐ型電極パッドであり、符号１９０はｎ型電極パッドである。
【００６４】
基板１１０は、光を透過する素材（透明素材）、例えば、前述したサファイアまたはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）よりなる。
【００６５】
バッファ層１２０は、省略されうる。
【００６６】
バッファ層１２０からｐ型クラッド層１５０までの各層は、III族窒化物系化合物、例えば、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）と表現される化合物のうち選択された何れか一つの化合物を基本として形成され、ｎ型クラッド層１３０及びｐ型クラッド層１５０は当該ドーパントが添加される。発光層１４０は、単層またはＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ；多重量子井戸）層など公知の多様な方式で構成されうる。
【００６７】
例えば、ＧａＮ化合物を適用する場合、バッファ層１２０はＧａＮで形成され、ｎ型クラッド層１３０は、ＧａＮにｎ型ドーパントとしてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅなどが添加されて形成され、ｐ型クラッド層１５０は、ＧａＮにＰ型ドーパントとしてはＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどが添加されて形成される。
【００６８】
各層の形成方法は、前述した蒸着方法、例えば、電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＰＬＤ、熱蒸着器、二重型の熱蒸着器によって形成すれば良い。
【００６９】
オーミックコンタクト層２３０は、図７に示されたように、インジウム酸化物に添加元素が添加されて形成され、反射層２４０は、Ｒｈ、Ａｇ、Ｚｎのうち何れか一つより形成した後、熱処理過程を経れば良い。
【００７０】
次いで、このような発光素子の製作過程の一例を説明する。
【００７１】
まず、ｐ型電極構造体を蒸着する前までのＩｎＧａＮを主成分とした基板、バッファ層、ｎ型クラッド層、発光層及びｐ型クラッド層まで積層された発光構造体の露出されたｐ型クラッド層１５０の表面処理と電子ビームリソグラフィ工程とは、図１を通じた実施例に記述された方式と同様に適用した。
【００７２】
そして、表面処理及び電子ビームリソグラフィ工程以後、添加元素として適用されたマグネシウムを含有したインジウム酸化物よりオーミックコンタクト層２３０及びＡｇより反射層２４０を電子ビーム蒸着器によって順次に蒸着した後、アセトンでリフトオフ工程を経た後、ＲＴＡ中に試料を入れて空気雰囲気下で５３０℃で１分間熱処理して発光素子を製造した。
【００７３】
本発明によるオーミックコンタクト層２３０及び反射層２４０がＩｎＧａＮを主成分とする青色発光素子に適用した場合に対する動作電圧特性の測定結果が図８及び図９に示されている。この時、適用された熱処理は５３０℃で空気雰囲気下で行われた。
【００７４】
図８は、オーミックコンタクト層３０の厚さが５ｎｍ、反射層４０の厚さが１００ｎｍに適用された場合を表す。
【００７５】
図９は、オーミックコンタクト層３０の厚さを２．５ｎｍ及び５ｎｍにそれぞれ適用するが、反射層４０の厚さが２００ｎｍに適用されたそれぞれの場合に対する電流−電圧特性を測定した結果を表す。
【００７６】
図８及び図９を参照すれば、本発明のｐ型電極構造体が適用された発光素子は、２０ｍＡでの駆動電圧が３．１４〜３．１５Ｖとして駆動特性が向上することが分かる。
【００７７】
図１０は、パッケージングされたＭＱＷ構造の発光層が適用されたＩｎＧａＮの青色発光素子において、ｐ型クラッド層１５０上に厚さの異なるオーミックコンタクト層２３０に対して空気雰囲気で熱処理を行った後、動作電圧と出力との関係を測定した結果を表す。
【００７８】
図１０を参照すれば、オーミックコンタクト層２３０の厚さ及びＡｇよりなる反射層２４０の厚さ変動によって出力が変動されることが分かる。
【００７９】
したがって、所望の発光素子の特性に合わせてオーミックコンタクト層２３０と反射層２４０それぞれの厚さを適切に適用することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は半導体発光素子、特に窒化物系発光素子の具現に使用でき、このような半導体発光素子は、多様な光学装置、例えばデータの記録及び判読のための光ピックアップ装置に使われ、光通信分野で光源として使用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施例によるＰ型電極構造体を示す断面図である。
【図２】図１のオーミックコンタクト層及び反射層の膜の形成厚さを異にして製作されたＰ型電極構造体に対して、熱処理前後に測定した電流−電圧特性を表すグラフである。
【図３】図１のオーミックコンタクト層及び反射層の膜の形成厚さを異にして製作されたＰ型電極構造体に対して、熱処理前後に測定した電流−電圧特性を表すグラフである。
【図４】図１のオーミックコンタクト層及び反射層の膜の形成厚さを異にして製作されたＰ型電極構造体に対して、熱処理前後に測定した電流−電圧特性を表すグラフである。
【図５】インジウム酸化物層上にＡｇ反射層を形成した後、熱処理前後に測定した電流−電圧特性を表すグラフである。
【図６】添加元素が添加されたインジウム酸化物層上にチタン（Ｔｉ）層及び銀（Ａｇ）層を順次積層した構造に対して、熱処理前後に測定した電流−電圧特性を表すグラフである。
【図７】本発明の実施例によるＰ型電極構造体が適用された発光素子を示す断面図である。
【図８】オーミックコンタクト層及び反射層の膜厚さを異にして蒸着させた後、空気雰囲気下で熱処理して製作されたＩｎＧａＮ構造を有する青色発光素子の動作電圧を測定した結果を表すグラフである。
【図９】オーミックコンタクト層及び反射層の膜厚さを異にして蒸着させた後、空気雰囲気下で熱処理して製作されたＩｎＧａＮ構造を有する青色発光素子の動作電圧を測定した結果を表すグラフである。
【図１０】オーミックコンタクト層及び反射層を膜厚さを異にして蒸着させた後、空気雰囲気下で熱処理して製作されたＭＱＷ構造のＩｎＧａＮ系青色発光素子の動作電圧と出力との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１０    基板、
２０    ｐ型クラッド層、
３０    オーミックコンタクト層、
４０    反射層、
１００    発光素子、
１１０    基板、
１２０    バッファ層、
１３０    ｎ型クラッド層、
１４０    発光層、
１５０    ｐ型クラッド層、
１８０    ｐ型電極パッド、
１９０    ｎ型電極パッド、
２３０    オーミックコンタクト層、
２４０    反射層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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