(57)【要約】【課題】  トップエミット型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１１０、ｎ型クラッド層１３０、活性層１４０、ｐ型クラッド層１５０、マルチオーミックコンタクト層１６０が順次に積層されており、マルチオーミックコンタクト層１６０は、改質金属層１６０ａ／透明伝導性薄膜層１６０ｂを基本単位として少なくとも１組以上反復積層されており、改質金属層１６０ａは、銀を主な成分として形成されているトップエミット型窒化物系発光素子である。これにより、ｐ型クラッド層１５０とのオーミック接触特性が改善して、優秀な電流−電圧特性を示すだけでなく、高い光透過性を提供して素子の発光効率を高めうる。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有するトップエミット型窒化物系発光素子において、
前記ｐ型クラッド層上に改質金属層／透明伝導性薄膜層を積層反復単位として少なくとも１組以上が反復積層されたマルチオーミックコンタクト層を具備することを特徴とするトップエミット型窒化物系発光素子。
【請求項２】
前記改質金属層は、銀を主な成分として形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。
【請求項３】
前記透明伝導性薄膜層は、透明伝導性酸化物（ＴＣＯ）と透明伝導性窒化物（ＴＣＮ）のうち、何れか１つで形成されることを特徴とする請求項１に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。
【請求項４】
前記透明伝導性薄膜層は、チタンと窒素を含有して形成されたことを特徴とする請求項３に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。
【請求項５】
前記透明伝導性酸化物は、インジウム、錫、亜鉛、ガリウム、カドミウム、マグネシウム、ベリリウム、銀、モリブデン、バナジウム、銅、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、タングステン、コバルト、ニッケル、マンガン、アルミニウム、ランタン元素系列の金属のうち、少なくとも１つ以上の成分と酸素が結合されて形成されたことを含むことを特徴とする請求項１に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。
【請求項６】
前記改質金属層は１ｎｍ〜２０ｎｍの厚さに形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。
【請求項７】
前記透明伝導性薄膜層は１０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さに形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。
【請求項８】
前記改質金属層と透明伝導性薄膜層との間に金属挿入層が追加的に介在されていることを特徴とする請求項１に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。
【請求項９】
前記金属挿入層は、白金、ニッケル、金、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、亜鉛、マグネシウム、クロム、銅、コバルト、インジウム、錫、ランタン系列の元素、これら金属で形成された合金、固溶体または遷移金属で形成された窒化物のうちから選択された少なくとも１つの材料を利用して少なくとも１層以上で形成されたことを特徴とする請求項８に記載のトップエミット型窒化物系発光素子。
【請求項１０】
ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有するトップエミット型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、活性層及び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型クラッド層上に改質金属層／透明伝導性薄膜層を積層反復単位として少なくとも１組以上を積層してマルチオーミックコンタクト層を形成する段階と、
前記段階を経た電極構造体を熱処理する段階と、を含み、
前記改質金属層は銀を主な成分として形成されたことを特徴とするトップエミット型窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記透明伝導性薄膜層はＴＣＯとＴＣＮのうち何れか１つで形成されることを特徴とする請求項１０に記載のトップエミット型窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記透明伝導性薄膜層は、チタンと窒素とを含有して形成されたことを特徴とする請求項１１に記載のトップエミット型窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記透明伝導性酸化物は、インジウム、錫、亜鉛、ガリウム、カドミウム、マグネシウム、ベリリウム、銀、モリブデン、バナジウム、銅、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、タングステン、コバルト、ニッケル、マンガン、アルミニウム、ランタン元素系列の金属のうち、少なくとも１つ以上の成分と酸素が結合されて形成されたことを含むことを特徴とする請求項１０に記載のトップエミット型窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記改質金属層は、１ｎｍ〜２０ｎｍの厚さに形成することを特徴とする請求項１０に記載のトップエミット型窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記透明伝導性薄膜層は、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さに形成することを特徴とする請求項１０に記載のトップエミット型窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記改質金属層と透明伝導性薄膜層との間に金属挿入層が追加的に介在されていることを特徴とする請求項１０に記載のトップエミット型窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記金属挿入層は、白金、ニッケル、金、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、亜鉛、マグネシウム、クロム、銅、コバルト、インジウム、錫、ランタン系列の元素、これら金属で形成された合金、固溶体または遷移金属で形成された窒化物のうちから選択された少なくとも１つの材料を利用して少なくとも１層以上で形成されたことを特徴とする請求項１０に記載のトップエミット型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、トップエミット型窒化物系発光素子及びその製造方法に係り、詳細には、オーミック特性及び発光効率が改善されたトップエミット型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】
現在、透明伝導性薄膜は光電子分野、ディスプレイ分野及びエネルギー産業分野で多様に利用されている。
【０００３】
発光素子分野では円滑なホール注入及び高効率の光放出の役割をする透明伝導性薄膜電極を開発するために活発に研究中である。
【０００４】
現在、最も活発に研究されている透明伝導性薄膜素材としては、透明伝導性酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｏｘｉｄｅ：ＴＣＯ）と透明伝導性窒化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｎｉｔｒｉｄｅ：ＴＣＮ）とがある。
【０００５】
ＴＣＯは、インジウム酸化物、錫酸化物、亜鉛酸化物、錫インジウム酸化物などがあり、ＴＣＮとしては、チタン窒化物がある。
【０００６】
ところが、これら物質は相対的に大きい面抵抗、高い光反射率、そして相対的に小さな仕事関数を有しており、単独でトップエミット型窒化ガリウム系発光素子のｐ型透明電極として適用するのは難しい問題点を抱いている。
【０００７】
その問題点を説明すれば、第１に、前記透明伝導性薄膜は、スパッタリング、ｅ−ビーム蒸着器または熱蒸着器などのＰＶＤ方法によって薄膜形成時、殆ど１００Ω／ｓｑ．に近い大きい面抵抗を有しているために、発光素子の水平方向（層間境界面と平行した方向）への電流の拡散を難しくするだけでなく、垂直方向への円滑なホール注入も難しくする。したがって、大面積及び大容量の高輝度発光素子を具現するのに適用し難い。
【０００８】
第２に、前記透明伝導性薄膜は窒化ガリウム系発光ダイオードから出射される光に対して高い光反射率を有しており、光効率を落とす。
【０００９】
第３に、錫インジウム酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）及びチタン窒化物などをはじめとする透明伝導性薄膜は相対的に小さな仕事関数を有しているために、ｐ型窒化ガリウムとの直接的な接触によるオーミック接触を形成し難い。
【００１０】
第４に、ＴＣＯは、窒化ガリウム系化合物半導体と直接オーミック接触された電極として適用する場合、薄膜形成工程の間に窒化ガリウムの表面でガリウムの大きい酸化能により絶縁性物質である酸化ガリウムの生成を誘発して良質のオーミック接触電極を形成するのが難しいという問題点がある。
【００１１】
一方、窒化ガリウム系化合物半導体を利用した発光ダイオード（ＬＥＤ）及びレーザーダイオード（ＬＤ）などの発光素子を具現するためには、半導体と電極との間のオーミック接触を形成する電極構造が極めて重要である。
【００１２】
このような窒化ガリウム系発光素子はトップエミット型発光ダイオード（ｔｏｐ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅｓ：ＴＬＥＤＳ）とフリップチップ発光ダイオード（フリップ−ｃｈｉｐ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅｓ：ＦＣＬＥＤＳ）に分類される。
【００１３】
現在、一般的に広く使われているＴＬＥＤＳ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る。また、高輝度のＴＬＥＤＳを具現するためには、低いホール濃度を有するｐ型クラッド層の高い面抵抗を補償するための良質のオーミックコンタクト層であるカレントスプレディング薄膜が絶対的に必要である。したがって、低い面抵抗を有し、高い光透過度を有するカレントスプレディング薄膜層を形成して円滑なホール注入、電流拡散、及び優秀な光放出の役割を提供できることが要求される。
【００１４】
現在までに知られているトップエミット型発光ダイオードは、ｐ型クラッド層の上にニッケル層と金層を順次に積層した構造が利用されている。
【００１５】
ニッケル／金層を酸素雰囲気で熱処理すれば、１０−３〜１０−４Ωｃｍ２程度の優秀な非接触抵抗を有する半透明オーミック接触層が形成されると知られている。このような半透明オーミック接触層の低い非接触抵抗は、５００℃〜６００℃程度の温度及び酸素雰囲気で熱処理する時、ショットキー障壁の高さ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｈｅｉｇｈｔ：ＳＢＨ）を減少させて、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。
【００１６】
また、ニッケル／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することによって、窒化ガリウム表面での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実効キャリア濃度を１０１８以上にする。その結果、ｐ型クラッド層と酸化ニッケルと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引き起こして、低い非接触抵抗値を有するオーミック伝導特性を示すと理解されている。
【００１７】
しかし、ニッケル／金で形成される半透明薄膜電極を利用したトップエミット型発光ダイオードは、光の透過度を阻害している金を含んでおり、発光効率が低くて次世代大容量及び高輝度発光素子を具現するのに限界を示している。
【００１８】
また、発光ダイオードの作動時に発生する熱の放出及び光の発光効率を上昇させるために、反射層を適用して透明基板であるサファイアを通じて光を放射するフリップチップ発光ダイオード構造でも反射層の酸化及び悪い接着性により高抵抗を有するなどの多くの問題点がある。
【００１９】
したがって、トップエミット型及びフリップチップ発光ダイオードの素子の限界を克服するために、ｐ型オーミックコンタクト層として使われている既存の半透明ニッケル／金構造より優秀な光透過度を有するように金を完全に排除したＴＣＯ物、例えばＩＴＯを利用しようとする研究内容が幾つかの文献（非特許文献１、非特許文献２参照）を通じて報告されている。最近、ＩＴＯオーミックコンタクト層を利用して、既存のニッケル／金構造と比較する時より向上した出力を示すトップエミット型発光ダイオードを具現したという内容が非特許文献３を通じて報告されている。しかし、このような構造のオーミックコンタクト層は、発光素子の出力を増大させうる一方、相対的に高い動作電圧を示す問題点を有しており、広い面積及び大容量の高輝度発光素子への応用には多くの限界点を有している。
【００２０】
また、さらに一方では、米国のルミレッズライティング社は酸化した薄いＮｉ／ＡｕまたはＮｉ／Ａｇ構造とＩＴＯとの結合を通じた高い光透過度と優秀な電気的特性を有する発光ダイオードを製作したと報告している（特許文献１参照）。しかし、オーミック接触の電極形成工程が複雑であり、ニッケル金属をはじめとする遷移金属、または元素周期律表上にグループ２族元素の酸化物で形成されるオーミック電極の高い面抵抗を有しており、高効率の発光素子を具現し難い。また、ニッケルをはじめとする酸化した金属は、高い光透過度を有し難いと知られている。
【００２１】
このように、良質のオーミック接触を形成する透明電極を開発し難い点があるが、その根本的な原因は、次のように要約できる。
【００２２】
第１に、ｐ型窒化ガリウムの低いホール濃度と、それによって１０４Ω／ｓｑ．以上の高い面抵抗を有する点と、第２に、ｐ型窒化ガリウムの仕事関数値に比べて相対的に大きい仕事関数値を有する透明電極物質の不在によってｐ型窒化ガリウムと電極間の界面に高いショットキー障壁が形成されて垂直方向への円滑なホール注入が難しいという点と、第３に、ほとんどの物質の電気的特性と光学的な特性が相互反比例し、それによって高い光透過度を有する透明電極は大体に大きい面抵抗を有しており、水平方向への電流拡散が急激に低下するという点と、第４に、ＴＣＯ物をｐ型窒化ガリウム上部に直接蒸着する工程で窒化ガリウムの表面に絶縁性である酸化ガリウムの生成によって発光素子の電気的特性が劣悪になるという点が挙げられる。
【００２３】
また、前記指摘された問題点によってｐ型窒化ガリウムと透明電極との間に熱の発生が増加して素子の寿命を短縮させるだけでなく、作動に信頼性を確保し難いという問題点がある。
【特許文献１】米国特許第６，２８７，９４７号明細書（Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｊ．Ｌｕｄｏｗｉｓｅ  ｅｔｃ．）
【非特許文献１】ＩＥＥＥＰＴＬ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ），Ｙ．Ｃ．Ｌｉｎ，ｅｔｃ．Ｖｏｌ．１４，１６６８
【非特許文献２】ＩＥＥＥＰＴＬ，Ｓｈｙｉ−Ｍｉｎｇ  Ｐａｎ，ｅｔｃ．Ｖｏｌ．１５，６４６
【非特許文献３】Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｃ  Ｓ  Ｃｈａｎｇ，ｅｔｃ．１８（２００３），Ｌ２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は前記のような問題点を改善するために創案されたものであって、高い光透過度と低い面抵抗を有する電極構造を有するトップエミット型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】
【００２５】
本発明によるトップエミット型窒化物系発光素子は、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有するトップエミット型窒化物系発光素子において、前記ｐ型クラッド層上に改質金属層／透明伝導性薄膜層を積層反復単位として少なくとも１組以上が反復積層されたマルチオーミックコンタクト層を具備し、前記改質金属層は銀を主な成分として形成される。
【００２６】
望ましくは、前記透明伝導性薄膜層は、インジウム、錫、亜鉛、ガリウム、カドミウム、マグネシウム、ベリリウム、銀、モリブデン、バナジウム、銅、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、タングステン、コバルト、ニッケル、マンガン、アルミニウム、ランタン元素系列の金属のうち少なくとも１つ以上の成分と酸素とが結合されたＴＣＯ物で形成される。
【００２７】
さらにほかには、前記透明伝導性薄膜層は、チタンと窒素を含有して形成されたＴＣＮが適用される。
【００２８】
望ましくは、前記改質金属層は１ｎｍ〜２０ｎｍの厚さに形成される。
【００２９】
また、前記透明伝導性薄膜層の厚さは１０ｎｍ〜１０００ｎｍに形成する。
【００３０】
また、前記改質金属層と透明伝導性薄膜層との間には金属挿入層が追加的に介在されうる。前記金属挿入層は、白金、ニッケル、金、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、亜鉛、マグネシウム、クロム、銅、コバルト、インジウム、錫、ランタン系列の元素、これら金属で形成された合金、固溶体または遷移金属で形成された窒化物のうちから選択された少なくとも１つの材料を利用して少なくとも１層以上で形成されたことを特徴とする。
【００３１】
また、本発明の他の類型によれば、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有するトップエミット型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、活性層及び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型クラッド層上に改質金属層／透明伝導性薄膜層を積層反復単位として少なくとも１組以上を積層してマルチオーミックコンタクト層を形成する段階と、前記段階を経た電極構造体を熱処理する段階と、を含み、前記改質金属層は銀を主な成分として形成される。
【００３２】
本発明のさらに他の側面によれば、前記透明伝導性薄膜は、前記ＴＣＯ及びＴＣＮに対して電気的特性を調節するためのドーパントを添加できる。ここで、ドーパントとして適用される物質は元素周期律表上で金属に分類された元素のうち少なくとも１つが適用される。
【００３３】
前記熱処理段階は常温ないし８００℃で１０秒〜３時間行われることが望ましい。
【００３４】
また、前記熱処理段階は前記電極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、真空のうち少なくとも１つを含む気体雰囲気で行う。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によるトップエミット型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して優秀な電流−電圧特性を示すだけでなく、高い光透過性を提供して素子の発光効率を高めうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、添付された図面を参照しつつ本発明の望ましいトップエミット型窒化物系発光素子及びその製造方法をより詳細に説明する。
【００３７】
図１は、本発明の第１実施例によるトップエミット型発光素子を示した断面図である。
【００３８】
図面を参照すれば、トップエミット型発光素子は基板１１０、バッファ層１２０、ｎ型クラッド層１３０、活性層１４０、ｐ型クラッド層１５０、マルチオーミックコンタクト層１６０が順次に積層された構造よりなっている。１８０はｐ型電極パッドであり、１９０はｎ型電極パッドである。
【００３９】
マルチオーミックコンタクト層１６０は、改質金属層１６０ａと透明伝導性薄膜層１６０ｂが順次に積層されている。
【００４０】
ここで、基板１１０からｐ型クラッド層１５０までが発光構造体に該当し、ｐ型クラッド層１５０上に積層されたマルチオーミックコンタクト層１６０がｐ型電極構造体に該当する。
【００４１】
基板１１０は、サファイア、シリコンカーバイド、シリコン、ガリウムヒ素のうち何れか１つで形成されることが望ましい。
【００４２】
バッファ層１２０は省略されうる。
【００４３】
バッファ層１２０からｐ型クラッド層１５０までの各層はＩＩＩ族窒化物系化合物の一般式であるＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表現される化合物のうち、選択された何れか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は該当ドーパントが添加される。
【００４４】
また、活性層１４０は単層またはＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）層などの公知された多様な方式で構成されうる。
【００４５】
一例として、窒化ガリウム系化合物を適用する場合、バッファ層１２０は窒化ガリウムで形成され、ｎ型クラッド層１３０は窒化ガリウムにｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅなどが添加されて形成され、活性層はＩｎＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷ、またはＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷで形成され、ｐ型クラッド層１５０は、窒化ガリウムにＰ型ドーパントであって、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどが添加されて形成される。
【００４６】
ｎ型クラッド層１３０とｎ型電極パッド１９０との間には、ｎ型オーミックコンタクト層（図示せず）が介在し、ｎ型オーミックコンタクト層は、チタンとアルミニウムが順次に積層された層構造など公知された多様な構造が適用されうる。
【００４７】
ｐ型電極パッド１８０は、ニッケル／金、または銀／金が順次に積層された層構造が適用されうる。
【００４８】
各層の形成方法は、電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＰＬＤ（ｐｌａｓｍａ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、二重型の熱蒸着器、スパッタリングなどの公知の蒸着方式により形成すればよい。
【００４９】
マルチオーミックコンタクト層１６０はｐ型電極構造体であって、ｐ型クラッド層１５０上に形成された改質金属層１６０ａ及び改質金属層１６０ａ上に形成された透明伝導性薄膜層１６０ｂで形成されている。
【００５０】
改質金属層１６０ａは高い電気伝導性を有しながら、６００℃以下の温度と酸素雰囲気で熱処理時に容易に伝導性ナノ相粒子に分解し、酸化が容易にされない物質が適用される。
【００５１】
このような条件を備えた改質金属層１６０ａ用素材としては銀が適用される。
【００５２】
望ましくは、改質金属層１６０ａは銀単独で形成される。さらに望ましくは、改質金属層１６０ａは銀を主な成分とした合金または固溶体で形成されうる。
【００５３】
また、マルチオーミックコンタクト層１６０を形成している改質金属層１６０ａの厚さは、熱処理時に容易に伝導性ナノ相粒子に分解できる厚さである１ｎｍ〜２０ｎｍ以内に形成することが望ましい。
【００５４】
透明伝導性薄膜層１６０ｂは、ＴＣＯまたはＴＣＮのうち何れか１つが適用される。
【００５５】
ＴＣＯは、インジウム、錫、亜鉛、ガリウム、カドミウム、マグネシウム、ベリリウム、銀、モリブデン、バナジウム、銅、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、タングステン、コバルト、ニッケル、マンガン、アルミニウム、ランタン元素系列などの金属のうち、少なくとも１つ以上の成分と酸素で形成されるＴＣＯが適用される。
【００５６】
ＴＣＯ用素材としては、仕事関数値と面抵抗値を優先的に考慮して選択すればよい。
【００５７】
ＴＣＮは、低い面抵抗値と高い光透過度を有するチタンと窒素とで形成されたＴＣＮが適用されることが望ましい。
【００５８】
また、透明伝導性薄膜層１６０ｂとして適用されるＴＣＯ及びＴＣＮは、前記主な成分に対して電気的特性を向上させるために、元素周期律表上の金属成分のうち少なくとも１つ以上の元素をドーパントとして添加できる。
【００５９】
ここで、ＴＣＯ及びＴＣＮに適切な電気的特性を有させるために添加されるドーパントの添加比率は、０．００１〜２０ｗｅｉｇｈｔ％範囲内で適用されることが望ましい。ここで、ｗｅｉｇｈｔ％は添加される元素相互間の重量比率をいう。
【００６０】
また、透明伝導性薄膜層１６０ｂの厚さは、適切な光透過度と電気伝導性を有する１０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さに形成されることが望ましい。
【００６１】
このようなマルチオーミックコンタクト層１６０は電子ビーム蒸着器、熱蒸着器、スパッタリング蒸着器、レーザー蒸着器のうち何れか１つで形成することが望ましい。
【００６２】
また、マルチオーミックコンタクト層１６０を形成するために適用される蒸着温度は、２０℃〜１５００℃範囲内で、蒸着器内の圧力は大気圧ないし１０−１２Ｔｏｒｒ程度で行う。
【００６３】
また、マルチオーミックコンタクト層１６０を形成した後には、熱処理過程を経ることが望ましい。
【００６４】
熱処理は、反応器内の温度を１００℃〜８００℃で真空またはガス雰囲気で１０秒〜３時間程度行う。
【００６５】
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１つ以上の気体が適用されうる。
【００６６】
図２には、本発明の第１実施例によるｐ型電極構造体として、ｐ型クラッド層１５０上に改質金属層１６０ａとして銀を３ｎｍ積層し、その上に透明伝導性薄膜層１６０ｂとしてＩＴＯを２００ｎｍ厚さで積層した後、５３０℃で熱処理した結果物と、ｐ型クラッド層１５０上にＩＴＯを単独で２００ｎｍ厚さに積層した後、同一温度（５３０℃）で熱処理した結果物とに対してそれぞれ光透過度を測定した結果が示されている。
【００６７】
図２を通じて分かるように、電極をＩＴＯ単独で適用した場合より、本実施例のように、マルチオーミックコンタクト層１６０で形成した場合の方が光透過度が高いことが分かる。
【００６８】
また、図３は本発明の実施例によって、ｐ型クラッド層１５０上に改質金属層１６０ａとして銀を３ｎｍ積層し、その上に透明伝導性薄膜層１６０ｂとしてＳｎＯ２を２００ｎｍ積層した後、５３０℃で熱処理した結果物と、ｐ型クラッド層１５０上に金を３ｎｍ積層し、その上に透明伝導性薄膜層としてＳｎＯ２を２００ｎｍ積層した後、同一温度（５３０℃）で熱処理した結果物とに対してそれぞれ光透過度を測定した結果が示されている。
【００６９】
図３を通じて分かるように、改質金属層１６０ａに銀を使用した場合が、金に替えた場合より電気的特性が極めて優秀であることが確認できる。
【００７０】
図２及び図３の結果から、銀を主な成分とした改質金属層１６０ａと透明伝導性薄膜層１６０ｂとを順次に積層した後、熱処理を行って形成されたマルチオーミックコンタクト層１６０は次のような長所を提供する。すなわち、ｐ型クラッド層１５０と改質金属層１６０ａとの間にガリウム関連化合物が形成されて有効表面のホール濃度が濃くなり、ガリウム酸化物の生成は抑制されてショットキー障壁幅が減少し、オーミック接触形成に有利なトンネリング現象を誘発し、６００℃以下の低温で熱処理時に高い光透過度を維持し、１０Ω／ｓｑ．以下の低い面抵抗値を有する特性を提供する。
【００７１】
一方、マルチオーミックコンタクト層１６０は、このような改質金属層１６０ａ／透明伝導性薄膜層１６０ｂを単位として反復積層されて形成されうることは言うまでもない。
【００７２】
このような反復積層構造の例が図４に示されている。前記図１に示された図面と同一機能をする要素は同一参照符号で示す。
【００７３】
図面を参照すれば、マルチオーミックコンタクト層１６０は、第１改質金属層１６０ａ／第１透明伝導性薄膜層１６０ｂ／第２改質金属層１６０ｃ／第２透明伝導性薄膜層１６０ｄで形成されている。
【００７４】
第１及び第２改質金属層１６０ａ、１６０ｃは、前記素材である銀、または銀を主な成分とした合金または固溶体で１〜２０ｎｍ以内の厚さでそれぞれ形成され、第１及び第２透明伝導性薄膜層１６０ｂ、１６０ｄも前記素材で１０〜１０００ｎｍの厚さにそれぞれ形成する。
【００７５】
図４を通じて説明された発光素子は、基板１１０上にｐ型クラッド層１５０まで積層された発光構造体に先立ち、図１を通じて説明された蒸着方法で該当ｐ型電極構造体を蒸着して形成した後、熱処理過程を経て製造すればよい。
【００７６】
熱処理過程を経れば、熱処理過程の以前より光学的特性である光透過度及び電気的特性である電流−電圧特性が向上する。
【００７７】
一方、図５は、本発明のさらに他の実施例によるトップエミット型発光素子のｐ型電極構造体を図示する断面図である。図５に示されたように、本実施例によるｐ型電極構造体は、改質金属層１６０ａと透明伝導性薄膜層１６０ｂとの間に金属挿入層１６０ｅを追加的に介在している。前記金属挿入層１６０ｅは、下部にある改質金属層１６０ａと実質的にほぼ同じ役割をする第２改質金属層として形成される。
【００７８】
このような前記金属挿入層１６０ｅとして使用できる金属材料としては、白金、ニッケル、金、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、亜鉛、マグネシウム、クロム、銅、コバルト、インジウム、錫、ランタン系列の元素、これら金属で形成された合金、固溶体または遷移金属で形成された窒化物のうち少なくとも１つを選択して使用できる。
【００７９】
図６Ａは、金属挿入層１６０ｅを追加した場合に関する発光素子の電流−電圧特性を測定した結果を示すグラフである。改質金属層１６０ａとしては銀を１ｎｍ厚さに積層し、金属挿入層１６０ｅとしては白金を１ｎｍ厚さに積層し、透明伝導性薄膜層１６０ｂとしてはＩＴＯを２００ｎｍ厚さに積層した。図６Ａは、このように形成したｐ型電極構造体を熱処理前（図中四角形で示す）及び、空気雰囲気でそれぞれ５００℃（図中丸形で示す）、６００℃（図中三角形で示す）、７００℃（図中逆三角形で示す）で熱処理した場合についての電流−電圧特性を示す。図６Ａに示されたように、特に６００℃以上に熱処理した場合に極めて優秀な電気的特性を示す。
【００８０】
図６Ｂは、本発明の第３実施例によるｐ型電極構造体の光透過度を従来の電極と比較して示すグラフである。ここで、図６Ａの場合のように、ｐ型電極構造体は、改質金属層１６０ａとして銀を１ｎｍ厚さに積層し、金属挿入層１６０ｅとして白金を１ｎｍ厚さに積層し、透明伝導性薄膜層１６０ｂとしてＩＴＯを２００ｎｍ厚さに積層した後、空気雰囲気で約６００℃で１分間熱処理して形成した。比較対象となる従来の電極は、ニッケルと金層をそれぞれ５ｎｍに積層した後、空気雰囲気で５３０℃で１分間熱処理して形成した。図６Ｂに示されたように、４５０〜５００ｎｍの波長範囲で従来の電極を使用した場合、光透過度が約７３％〜８１％程度であった。しかし、本発明の第３実施例による場合、同じ波長範囲内でほぼ９０％を超える高い光透過度を示している。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、オーミック特性及び発光効率が改善されたトップエミット型窒化物系発光素子の製造に関わる技術分野に使われうる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１実施例によるマルチオーミックコンタクト層が適用されたトップエミット型発光素子を示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による発光素子の光透過度を測定した結果を単一透明電極層と比較して示したグラフである。
【図３】本発明の第１実施例による発光素子の電流−電圧特性を測定した結果と金を適用した場合と比較して示したグラフである。
【図４】本発明の第２実施例によるマルチオーミックコンタクト層が適用されたトップエミット型発光素子を示した断面図である。
【図５】本発明の第３実施例によるマルチオーミックコンタクト層が適用されたトップエミット型発光素子を示した断面図である。
【図６Ａ】本発明の第３実施例による発光素子の電流−電圧特性を測定した結果を示したグラフである。
【図６Ｂ】本発明の第３実施例による発光素子の光透過度を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８３】
１１０    基板
１２０    バッファ層
１３０    ｎ型クラッド層
１４０    活性層
１５０    ｐ型クラッド層
１６０ａ    改質金属層
１６０ｂ    透明伝導性薄膜層
１８０    ｐ型電極パッド
１９０    ｎ型オーミックコンタクト層
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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