(57)【要約】【課題】ｐ型クラッド層とのオーミック接触特性が改善されて優秀な電流−電圧特性を表すだけでなく、透明電極が有する高い透光性によって素子の発光効率を高めうる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、オーミックコンタクト層２３０が順次に積層されており、オーミックコンタクト層２３０が、ｐ型伝導性透明酸化物薄膜により形成される窒化物系発光素子。【選択図】図１
2005123631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層間に活性層を有する窒化物系発光素子において、
前記ｐ型クラッド層上にｐ型ドーパントが添加された酸化物より形成されたオーミックコンタクト層を備え、
前記酸化物は、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＲａよりなる群から選択された何れか一つの元素を含んで形成された第１二元系酸化物、Ｚｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる群から選択された何れか一つの元素を含んで形成された第２二元系酸化物、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＲａよりなる群から選択された何れか一つの元素とＺｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる群から選択された何れか一つの元素とを含んで形成された第１三元系酸化物、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、及びＰｏよりなる群から選択された何れか一つの元素とＺｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる群から選択された何れか一つの元素とを含んで形成された第２三元系酸化物のうち何れか一つの酸化物であり、
前記ｐ型ドーパントは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、及びＢｉよりなる第１ドーパント群から選択された少なくとも何れか一つであることを特徴とする窒化物系発光素子。
【請求項２】
前記酸化物は、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＯ、Ｍｇ１−ｘＺｎｘＯ、Ｂｅ１−ｘＺｎｘＯ、Ｚｎ１−ｘＢａｘＯ、Ｚｎ１−ｘＣａｘＯ、Ｚｎ１−ｘＣｄｘＯ、Ｚｎ１−ｘＳｅｘＯ、Ｚｎ１−ｘＳｘＯ、及びＺｎ１−ｘＴｅｘＯよりなる群から選択された何れか一つ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３】
前記オーミックコンタクト層は、マグネシウム亜鉛酸化物とベリリウム亜鉛酸化物のうち何れか一つより形成され、前記第１ドーパント群はＡｓをさらに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４】
前記酸化物に対する前記ｐ型ドーパントの添加比は０．００１ないし４０質量％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５】
前記オーミックコンタクト層は、１ｎｍないし１０００ｎｍの厚さで形成されてい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設けられており、
前記基板は、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、及びＧａＡｓよりなる群から選択された何れか一つよりな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７】
前記オーミックコンタクト層上にＡｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｃｒ、及びＰｔよりなる群から選択された少なくとも何れか一つより形成された反射層をさらに備え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８】
前記反射層は、１００ｎｍないし２０００ｎｍの厚さに形成されていることを特徴とする請求項７に記載の窒化物系発光素子。
【請求項９】
前記反射層上にＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＴｉＮよりなる群から選択された少なくとも何れか一つより形成されたキャッピング層をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１０】
前記ｐ型クラッド層と前記オーミックコンタクト層間にＮｉ、ＮｉｘＯｙ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｇ、Ｃｕ、ＣｕｘＯｙ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｓｃ、Ｃｏ、ＣｏｘＯｙ、Ｒｈ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎａ、及びＬａよりなる群から選択された少なくとも何れか一つより形成された挿入層をさらに備え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１１】
前記挿入層は、１ｎｍないし５ｎｍの厚さに形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１２】
ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層間に活性層を有する窒化物系発光素子において、
前記ｐ型クラッド層上にｐ型ドーパントが添加されたインジウム酸化物より形成されたオーミックコンタクト層を備え、
前記ｐ型ドーパントは、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる第２ドーパント群から選択された少なくとも何れか一つであることを特徴とする窒化物系発光素子。
【請求項１３】
前記オーミックコンタクト層上にＡｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｃｒ、及びＰｔよりなる群から選択された少なくとも何れか一つより形成されている反射層をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１４】
前記反射層は、１００ｎｍないし２０００ｎｍの厚さに形成されてい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。
【請求項１５】
前記反射層上にＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＴｉＮよりなる群から選択された少なくとも何れか一つより形成されたキャッピング層をさらに備え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。
【請求項１６】
前記ｐ型クラッド層と前記オーミックコンタクト層間にＮｉ、ＮｉｘＯｙ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｇ、Ｃｕ、ＣｕｘＯｙ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｓｃ、Ｃｏ、ＣｏｘＯｙ、Ｒｈ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎａ、及びＬａよりなる群から選択された少なくとも何れか一つより形成された挿入層をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１７】
前記挿入層は、１ｎｍないし５ｎｍの厚さに形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１８】
前記インジウム酸化物に対する前記ｐ型ドーパントの添加比は０．００１ないし４０質量％であることを特徴とする請求項１２に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１９】
ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層間に活性層を有す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、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ｐ型ドーパントが添加された酸化物によりオーミックコンタクト層を形成する段階と、
（ｂ）前記（ａ）段階を経て形成された結果物を熱処理する段階と、を含み、
前記（ａ）段階で、前記酸化物は、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＲａよりなる群から選択された何れか一つの元素を含んで形成された第１二元系酸化物、Ｚｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる群から選択された何れか一つの元素を含んで形成された第２二元系酸化物、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＲａよりなる群から選択された何れか一つの元素とＺｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる群から選択された何れか一つの元素を含んで形成された第１三元系酸化物、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、及びＰｏよりなる群から選択された何れか一つの元素とＺｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる群から選択された何れか一つの元素を含んで形成された第２三元系酸化物のうち何れか一つの酸化物であり、
前記ｐ型ドーパントは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、及びＢｉよりなる第１ドーパント群から選択された少なくとも何れか一つであることを特徴とする窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記活性層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷ構造のうち何れか一つであることを特徴とする請求項１９に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記オーミックコンタクト層の形成段階で前記酸化物に対する前記ｐ型ドーパントの添加比は０．００１ないし４０質量％であることを特徴とする請求項１９に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項２２】
前記オーミックコンタクト層は、１ｎｍないし１０００ｎｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項１９に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項２３】
前記オーミックコンタクト層は、電子ビーム蒸着器、スパッタリング、レーザ蒸着器のうち何れか一つによって蒸着されることを特徴とする請求項１９に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項２４】
前記オーミックコンタクト層の蒸着温度は２０℃ないし１５００℃範囲内で行われ、蒸着器の反応器内の圧力は大気圧ないし１３３．３２２×１０−１２Ｐａで行われることを特徴とする請求項２３に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項２５】
前記ｐ型クラッド層と前記オーミックコンタクト層間にＮｉ、ＮｉｘＯｙ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｇ、Ｃｕ、ＣｕｘＯｙ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｓｃ、Ｃｏ、ＣｏｘＯｙ、Ｒｈ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎａ、及びＬａよりなる群から選択された少なくとも一つにより挿入層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項２６】
前記挿入層は、１ｎｍないし５ｎｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項２５に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項２７】
前記オーミックコンタクト層上にＡｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｃｒ、及びＰｔよりなる群から選択された少なくとも何れか一つにより反射層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項２８】
前記反射層上にＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＴｉＮよりなる群から選択された少なくとも何れか一つによりキャッピング層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項２９】
前記反射層及びキャッピング層はそれぞれ１００ｎｍないし２０００ｎｍの厚さに形成することを特徴とする請求項２８に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項３０】
前記熱処理段階は、１００℃ないし８００℃で行われることを特徴とする請求項１９に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項３１】
前記熱処理は、１０秒ないし３時間行われることを特徴とする請求項３０に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項３２】
前記熱処理は、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の気体雰囲気で行われることを特徴とする請求項１９に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
【請求項３３】
ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層間に活性層を有す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、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ｐ型ドーパントが添加されたインジウム酸化物によりオーミックコンタクト層を形成する段階と、
（ｂ）前記（ａ）段階を経て形成された結果物を熱処理する段階と、を含み、
前記ｐ型ドーパントは、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる第２ドーパント群から選択された少なくとも何れか一つであることを特徴とする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ｐ型伝導性透明酸化物薄膜電極層を利用した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】
窒化ガリウム（ＧａＮ）を代表とする窒化物系半導体を利用した発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）またはレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）のような発光素子を具現するためには、半導体と電極間のオーミック接触構造が非常に重要である。
【０００３】
このようなＧａＮ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（Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ：ＦＣＬＥＤＳ）とに分類される。
【０００４】
現在一般的に広く使わ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。また、トップエミット型発光ダイオードは、ｐ型クラッド層の低いホール濃度によって良質のオーミックコンタクト層が必要である。このようなオーミックコンタクト層は、ｐ型クラッド層の低い導電性を補償できるように透明で低抵抗値を有し、円滑な電流注入を提供できなければならない。
【０００５】
このようなトップエミット型発光ダイオードは、一般的にｐ型クラッド層上にＮｉ層とＡｕ層とを順次に積層した構造が利用されている。
【０００６】
Ｎｉ／Ａｕ層は、１０−３ないし１０−４Ωｃｍ２ほどの優秀な接触抵抗を有する半透明オーミック接触層として作用する。
【０００７】
前記Ｎｉ／Ａｕ層は、５００℃ないし６００℃の温度及び酸素雰囲気で熱処理される時、ＧａＮより形成されたｐ型クラッド層とＮｉ層との界面でニッケル酸化物（ＮｉＯ）が形成されてショットキー障壁の高さ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｈｅｉｇｈｔ：ＳＢＨ）を低下させ、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上昇させる。
【０００８】
また、Ｎｉ／Ａｕ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Ｍｇドーパント濃度を上昇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が１０１８以上とし、ｐ型クラッド層とＮｉＯ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して低い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。
【０００９】
しかし、Ｎｉ／Ａｕより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、透光度を阻害しているＡｕを含んでおり、光効率が低くて次世代大容量及び高輝度の発光素子を具現するには限界がある。
【００１０】
また、発光ダイオード作動時に発生する熱の放出及び光の発光効率を高めるために反射層を適用して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って高い抵抗を有するなど多くの問題点が発生している。
【００１１】
したがって、このような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限界を多少とも克服するために、既存にｐ型オーミックコンタクト層として使われている半透明のＮｉ／Ａｕ構造より優秀な透光性を有する透明伝導性酸化物、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）が提案された。
【００１２】
ＩＴＯ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表す問題点を有しているが、その根本的な原因はｐ型ＧａＮとＩＴＯ間の高い接触抵抗、すなわち多量の熱を発生するオーミック接触にある。
【００１３】
また、特許文献１にはｐ型ＧａＮを透明電極層として利用して高い光出力値を得たという内容が開示されている。
【００１４】
しかしながら、特許文献１に開示された内容は、ｐ型亜鉛酸化物を実現化するためにＧａとＮとを同時ドーピング（ｃｏｄｏｐｉｎｇ）した方法を利用しているので、実際にｐ型ＧａＮ系発光素子の透明電極層として使用するには多くの問題点がある。また、公知のｐ型亜鉛酸化物の特性は、現在信頼性側面で多くの問題点を誘発して、これをＧａＮの電極層として利用する時に素子信頼性問題を発生させる恐れがある。
【特許文献１】特開第２００２−１６４５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は前記問題点を改善するために提案されたものであって、低い接触抵抗と高い透光性とを提供できるｐ型伝導性透明酸化物の薄膜電極構造を有す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】
【００１６】
前記目的を達成するために本発明による窒化物系発光素子は、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層間に活性層を有する窒化物系発光素子において、前記ｐ型クラッド層上にｐ型ドーパントが添加された酸化物より形成されたオーミックコンタクト層を備える。前記酸化物は、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＲａよりなる群から選択された何れか一つの元素を含んで形成された第１二元系酸化物、Ｚｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる群から選択された何れか一つの元素を含んで形成された第２二元系酸化物、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＲａよりなる群から選択された何れか一つの元素とＺｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる群から選択された何れか一つの元素を含んで形成された第１三元系酸化物、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、及びＰｏよりなる群から選択された何れか一つの元素とＺｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる群から選択された何れか一つの元素を含んで形成された第２三元系酸化物のうち何れか一つの酸化物である。前記ｐ型ドーパントは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、及びＢｉよりなる第１ドーパント群から選択された少なくとも何れか一つである。
【００１７】
また、前記酸化物は、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＯ、Ｍｇ１−ｘＺｎｘＯ、Ｂｅ１−ｘＺｎｘＯ、Ｚｎ１−ｘＢａｘＯ、Ｚｎ１−ｘＣａｘＯ、Ｚｎ１−ｘＣｄｘＯ、Ｚｎ１−ｘＳｅｘＯ、Ｚｎ１−ｘＳｘＯ、及びＺｎ１−ｘＴｅｘＯよりなる群から選択された何れか一つであることが望ましい。
【００１８】
また、前記オーミックコンタクト層は、マグネシウム亜鉛酸化物とベリリウム亜鉛酸化物のうち何れか一つより形成され、前記第１ドーパント群はＡｓをさらに含む。
【００１９】
前記酸化物に対する前記ｐ型ドーパントの添加比は０．００１ないし４０質量％であることが望ましい。
【００２０】
また、前記オーミックコンタクト層は１ｎｍないし１０００ｎｍの厚さに形成される。
【００２１】
また、前記ｎ型クラッド層の下部に基板が形成されており、前記基板はサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、及びＧａＡｓのうち何れか一つより形成される。
【００２２】
本発明のさらに他の側面によれば、前記オーミックコンタクト層上にＡｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｃｒ、及びＰｔよりなる群から選択された少なくとも何れか一つより形成された反射層をさらに備える。
【００２３】
前記反射層は、１００ｎｍないし２０００ｎｍの厚さに形成されたことが望ましい。
【００２４】
さらに望ましくは、前記反射層上にＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＴｉＮよりなる群から選択された少なくとも何れか一つより形成されたキャッピング層をさらに備える。
【００２５】
本発明のさらに他の側面によれば、前記ｐ型クラッド層と前記オーミックコンタクト層間にＮｉ、ＮｉｘＯｙ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｇ、Ｃｕ、ＣｕｘＯｙ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｓｃ、Ｃｏ、ＣｏｘＯｙ、Ｒｈ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎａ、及びＬａよりなる群から選択された少なくとも何れか一つより形成された挿入層をさらに備える。
【００２６】
前記挿入層は、１ｎｍないし５ｎｍの厚さに形成される。
【００２７】
また、前記目的を達成するために本発明による窒化物系発光素子は、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層間に活性層を有する窒化物系発光素子において、前記ｐ型クラッド層上にｐ型ドーパントが添加されたインジウム酸化物より形成されたオーミックコンタクト層を備え、前記ｐ型ドーパントはＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる第２ドーパント群から選択された少なくとも何れか一つである。
【００２８】
また、前記インジウム酸化物に対する前記ｐ型ドーパントの添加比は０．００１ないし４０質量％であることが望ましい。
【００２９】
また、前記目的を達成するために本発明による窒化物系発光素子の製造方法は、（ａ）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ｐ型ドーパントが添加された酸化物よりオーミックコンタクト層を形成する段階と、（ｂ）前記（ａ）段階を経て形成された結果物を熱処理する段階と、を含み、前記（ａ）段階で、前記酸化物はＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＲａよりなる群から選択された何れか一つの元素を含んで形成された第１二元系酸化物、Ｚｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる群から選択された何れか一つの元素を含んで形成された第２二元系酸化物、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＲａよりなる群から選択された何れか一つの元素とＺｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる群から選択された何れか一つの元素とを含んで形成された第１三元系酸化物、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、及びＰｏよりなる群から選択された何れか一つの元素とＺｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる群から選択された何れか一つの元素とを含んで形成された第２三元系酸化物のうち何れか一つの酸化物であり、前記ｐ型ドーパントは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、及びＢｉよりなる第１ドーパント群から選択された少なくとも何れか一つである。
【００３０】
本発明のさらに他の側面によれば、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層間に活性層を有す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、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ｐ型ドーパントが添加されたインジウム酸化物よりオーミックコンタクト層を形成する段階と、（ｂ）前記（ａ）段階を経て形成された結果物を熱処理する段階と、を含み、前記ｐ型ドーパントは、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇよりなる第２ドーパント群から選択された少なくとも何れか一つである。
【００３１】
前記活性層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷ構造のうち何れか一つであることが望ましい。
【００３２】
また、前記オーミックコンタクト層は、電子ビーム蒸着器、スパッタリング、レーザ蒸着器のうち何れか一つによって蒸着する。
【００３３】
また、前記オーミックコンタクト層の蒸着温度は、２０℃ないし１５００℃範囲内で行われ、蒸着器の反応器内の圧力は大気圧ないし１３３．３２２×１０−１２Ｐａ（１０−１２ｔｏｒｒ）で行われる。
【００３４】
また、前記オーミックコンタクト層の形成以前に前記ｐ型クラッド層上にＮｉ、ＮｉｘＯｙ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｇ、Ｃｕ、ＣｕｘＯｙ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｓｃ、Ｃｏ、ＣｏｘＯｙ、Ｒｈ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎａ、及びＬａよりなる群から選択された少なくとも何れか一つより挿入層を形成する段階をさらに含む。
【００３５】
本発明のさらに他の側面によれば、前記オーミックコンタクト層上にＡｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｃｒ、及びＰｔよりなる群から選択された少なくとも何れか一つより反射層を形成する段階をさらに含む。
【００３６】
望ましくは、前記反射層上にＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＴｉＮよりなる群から選択された少なくとも何れか一つよりキャッピング層を形成する段階をさらに含む。
【００３７】
前記熱処理は、１００℃ないし８００℃で１０秒ないし３時間行われることが望ましい。
【００３８】
また、前記熱処理は、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の気体雰囲気で行われる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によるｐ型伝導性透明薄膜電極層を利用した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優秀な電流−電圧特性を表すだけでなく、透明電極が有する高い透光性によっ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】
【００４０】
以下、添付された図面を参照しつつ本発明の望ましい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。
【００４１】
図面で同じ機能を行う要素は、同じ参照符号で表記する。
【００４２】
図１は、本発明の第１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。
【００４３】
図面を参照すれば、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、オーミックコンタクト層２３０が順次に積層された構造になっている。１８０はｐ型電極パッドであり、１９０はｎ型電極パッドである。
【００４４】
基板１１０は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、Ｓｉ、ＧａＡｓのうち何れか一つより形成され基板、例えばこれらの物質よりなるウェーハであることが望ましい。なお、バッファ層１２０は省略されてもよい。
【００４５】
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）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に基づいて形成され、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。
【００４６】
また、活性層１４０は、単層またはＭＱＷ層など公知の多様な方式で構成されうる。
【００４７】
一例としてＧａＮ化合物を適用する場合、バッファ層１２０はＧａＮより形成され、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より形成され、ｐ型クラッド層１５０はＧａＮにＰ型ドーパントとしてＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどが添加されて形成される。
【００４８】
ｎ型クラッド層１３０とｎ型電極パッド１９０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ＴｉとＡｌとが順次に積層された層構造など公知の多様な構造が適用されうる。
【００４９】
ｐ型電極パッド１８０は、Ｎｉ／ＡｕまたはＡｇ／Ａｕが順次に積層された層構造が適用されうる。
【００５０】
各層の形成方法は、電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＬＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、二重型の熱蒸着器スパッタリングによって形成される。
【００５１】
オーミックコンタクト層２３０は、ｐ型電極構造体として適用されたものであって、ｐ型伝導性透明酸化物薄膜電極となるように酸化物にｐ型ドーパントが添加されて形成される。
【００５２】
望ましくは、オーミックコンタクト層２３０に適用される酸化物は元素周期率表上の２族元素（旧来の名称は２Ａ族元素、以下カッコ内は同様とする）のなかから選択された何れか一つの元素を含んで形成された第１二元系酸化物が適用される。ここで、２族元素はＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＲａである。
【００５３】
本発明のさらに他の側面によれば、オーミックコンタクト層２３０に適用される酸化物は、１２族元素（２Ｂ族元素）のなかから選択された何れか一つの元素を含んで形成された第２二元系酸化物が適用される。ここで、１２族元素はＺｎ、Ｃｄ、及びＨｇである。
【００５４】
本発明の他の側面によれば、オーミックコンタクト層２３０に適用される酸化物は、前記２族元素のなかから選択された何れか一つの元素と前記１２族元素のなかから選択された何れか一つの元素とを含んで形成された第１三元系酸化物が適用される。
【００５５】
本発明のさらに他の側面によれば、オーミックコンタクト層２３０に適用される酸化物は、１６族元素（６Ｂ族元素）のなかから選択された何れか一つの元素と前記１２族元素のなかから選択された何れか一つの元素とを含んで形成された第２三元系酸化物が適用される。ここで、１６族元素はＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、及びＰｏであるが、前記第２三元系酸化物には１６族元素のうちＳ、Ｓｅ、Ｔｅ、及びＰｏが適用されうる（なお、これらは全て酸化物であるため、Ｏ（酸素）は当然含有されている）。
【００５６】
以上のような酸化物の例としては、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＯ、Ｍｇ１−ｘＺｎｘＯ、Ｂｅ１−ｘＺｎｘＯ、Ｚｎ１−ｘＢａｘＯ、Ｚｎ１−ｘＣａｘＯ、Ｚｎ１−ｘＣｄｘＯ、Ｚｎ１−ｘＳｅｘＯ、Ｚｎ１−ｘＳｘＯ、及びＺｎ１−ｘＴｅｘＯなどがある。
【００５７】
また、オーミックコンタクト層２３０に適用されるｐ型ドーパントは、元素周期率表上の１族（１Ａ族）、１１族（１Ｂ族）、５族（５Ａ族）、１５族（５Ｂ族）元素を含む第１ドーパント群に属する元素のうち少なくとも一つ以上が適用される。
【００５８】
すなわち、オーミックコンタクト層２３０に適用されるｐ型ドーパントは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、及びＢｉよりなる第１ドーパント群から選択された少なくとも何れか一つが適用されうる。
【００５９】
望ましくは、オーミックコンタクト層２３０の酸化物として酸化亜鉛（ＺｎＯ）が適用される場合、ｐ型ドーパントとしてＡｓは除外される。
【００６０】
また、望ましくは、前記オーミックコンタクト層は、マグネシウム亜鉛酸化物とベリリウム亜鉛酸化物のうち何れか一つより形成される場合、前記第１ドーパント群はＡｓをさらに含む。
【００６１】
本発明のさらに他の側面によれば、オーミックコンタクト層２３０に適用される酸化物は、インジウム酸化物（Ｉｎ２Ｏ３）が適用され、インジウム酸化物に適用されるｐ型ドーパントは、９族（１Ｂ族）元素及び１２族元素であるＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、及びＨｇよりなる第２ドーパント群から選択された少なくとも一つの元素が適用される。
【００６２】
このように形成されたオーミックコンタクト層２３０は、オーミックコンタクト層２３０のｐ型キャリア（ホール濃度：１０１５〜１０２０／ｃｍ３、ホール移動度：０．０１〜５０）によって、ｐ型クラッド層１５０の表面の実効ｐ型キャリア濃度が上昇してトンネリング伝導現象を誘発し、一定のホール注入を通じた高品位オーミック接触を形成する。
【００６３】
望ましくは、オーミックコンタクト層２３０をｐ型伝導性透明酸化物より形成するために添加されるｐ型ドーパントの添加比は、０．００１ないし４０質量％の範囲内で適用される。ここで、質量％は、添加される元素相互間の質量比率である。
【００６４】
さらに望ましくは、オーミックコンタクト層２３０の厚さは、１ｎｍないし１０００ｎｍほどに形成される。
【００６５】
オーミックコンタクト層２３０は、電子ビーム蒸着器、熱蒸着器、スパッタリング蒸着器、レーザ蒸着器のうち何れか一つで形成することが望ましい。
【００６６】
また、オーミックコンタクト層２３０を形成するために適用される蒸着温度は、２０℃ないし１５００℃範囲内で、蒸着器内の圧力は、大気圧ないし１３３．３２２×１０−１２Ｐａ（１０−１２ｔｏｒｒ）ほどで行われる。
【００６７】
また、オーミックコンタクト層２３０を形成した後には熱処理過程を経ることが望ましい。
【００６８】
熱処理は、反応器内の温度を１００℃ないし８００℃で、真空またはガス雰囲気で１０秒ないし３時間ほど行われる。
【００６９】
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、及び空気のうち少なくとも何れか一つである。
【００７０】
図２は、本発明の第２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。
【００７１】
図面を参照すれば、発光素子は、オーミックコンタクト層２３０とｐ型クラッド層１５０間に挿入層２２０がさらに形成されている。
【００７２】
ｐ型電極構造体は、挿入層２２０及びオーミックコンタクト層２３０を含む。
【００７３】
望ましくは、挿入層２２０は、蒸着後熱処理時にさらに他の伝導性透明酸化物を形成でき、ガリウム関連化合物であるガリウム化物を容易に形成してｐ型クラッド層１５０の表面の有効キャリア（ホール）濃度を上昇させうる物質より形成する。
【００７４】
このような条件を満足させるために、前記挿入層２２０は、Ｎｉ、ＮｉｘＯｙ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｇ、Ｃｕ、ＣｕｘＯｙ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｓｃ、Ｃｏ、ＣｏｘＯｙ、Ｒｈ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎａ、及びＬａよりなる群から選択された少なくとも何れか一つより形成される。
【００７５】
このような挿入層２２０は、オーミックコンタクト層２３０及びｐ型クラッド層１５０のキャリア濃度調節だけでなく、熱処理時に他の伝導性透明酸化物の形成及びガリウム関連化合物であるガリウム化物を形成できて、さらに優秀なｐ型クラッド層１５０とのオーミック接触に有効に作用することができる。
【００７６】
挿入層２２０は、１ｎｍないし５ｎｍの厚さに形成することが望ましい。
【００７７】
図３は、本発明の第３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。
【００７８】
図面を参照すれば、発光素子は、オーミックコンタクト層２３０上に反射層２４０を有する。
【００７９】
ここで、ｐ型電極構造体は、オーミックコンタクト層２３０と反射層２４０とを含む。
【００８０】
反射層２４０は、フリップチップ構造の発光素子を具現するために適用されたものであって、Ａｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｃｒ、及びＰｔよりなる群から選択された少なくとも何れか一つを含んで形成することが望ましい。
【００８１】
また、前記反射層２４０は、１００ｎｍないし２０００ｎｍの厚さに形成する。
【００８２】
この反射層２４０は、図２に示した発光素子の構造にもさらに適用することができる。これを第４実施例として図４に示す。なお、第４実施例としてのその他の構成は、前述した第２実施例と同様である。
【００８３】
図５は、本発明の第５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。
【００８４】
図面を参照すれば、発光素子は、ｐ型クラッド層１５０上にオーミックコンタクト層２３０、反射層２４０及びキャッピング層２５０が順次に積層された構造になっている。
【００８５】
ここで、ｐ型電極構造体は、オーミックコンタクト層２３０、反射層２４０及びキャッピング層２５０を含む。
【００８６】
キャッピング層２５０は、フリップチップ発光素子の構造で反射層２４０のｐ型電極パッド１８０との接着性を高め、反射層２４０の酸化を抑制させて耐久性を高めるように適用されたものである。
【００８７】
前記キャッピング層２５０は、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＴｉＮよりなる群から選択された少なくとも何れか一つより形成される。
【００８８】
キャッピング層２５０は、１００ｎｍないし２０００ｎｍの厚さに形成することが望ましい。
【００８９】
キャッピング層２５０は、図４の構造の発光素子に追加されうることはもとより、その例が図６に示されている。
【００９０】
すなわち、図６を参照すれば、発光素子はｐ型クラッド層１５０上に挿入層２２０、オーミックコンタクト層２３０、反射層２４０、及びキャッピング層２５０が順次に積層される構造になっている。
【００９１】
ここで、ｐ型電極構造体は、挿入層２２０、オーミックコンタクト層２３０、反射層２４０、及びキャッピング層２５０よりなる。
【００９２】
一方、図２ないし図６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、前記蒸着方法で当該ｐ型電極構造体を蒸着して形成した後に熱処理過程を経て製造すればよい。熱処理過程を経れば、熱処理過程以前より電流−電圧特性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は窒化物系発光素子及びその製造方法に係り、ＬＥＤまたはＬＤのような発光素子に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の第１実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子の断面図である。
【図２】本発明の第２実施例にｐ型電極構造体が適用された発光素子の断面図である。
【図３】本発明の第３実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子の断面図である。
【図４】本発明の第４実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子の断面図である。
【図５】本発明の第５実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子の断面図である。
【図６】本発明の第６実施例によるｐ型電極構造体が適用された発光素子の断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
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、
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。
【図１】
2005123631.tif 000003
【図２】
2005123631.tif 000004
【図３】
2005123631.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005123631.tif 000007
【図６】
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