(57)【要約】【課題】  発光効率の改善された窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明においては、基板上にn型半導体層が形成され、上記n型半導体層の少なくとも一部領域が露出するよう上記n型半導体層上に活性層が形成され、上記活性層上にp型半導体層が形成される。上記p型半導体層上には高濃度p型半導体層が形成され、上記高濃度p型半導体層の少なくとも一部領域にn型不純物のイオン注入により高濃度n型半導体層が形成され、下部に残留する上記高濃度p型半導体層の一部領域と逆方向バイアストンネル接合を成す。また、上記高濃度n型半導体層上に上部n型半導体層が形成され側方電流拡散を可能とする。 本発明は逆方向バイアストンネル接合及び/または側方電流拡散効果を利用して発光効率を改善することができる。【選択図】図4
2005268739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(イ)基板上にn型半導体層を形成する段階と、
(ロ)上記n型半導体層上に活性層を形成する段階と、
(ハ)上記活性層上にp型半導体層を形成する段階と、
(ニ)上記p型半導体層上に高濃度p型半導体層を形成する段階と、
(ホ)上記高濃度p型半導体層にn型不純物をイオン注入し少なくとも一部領域を高濃度n型半導体層に転換して下部に残留する上記高濃度p型半導体層の一部領域と逆方向バイアストンネル接合(Reverse-Bias Tunneling Junction)を成す段階と、
(テ)上記n型半導体層の一部領域が露出するよう上記半導体構造をメサ形態にエッチングする段階と、を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。 
【請求項２】
上記(ホ)イオン注入段階は、
上記半導体構造上面に二酸化珪素(SiO2)層を形成し、
上記高濃度p型半導体層の少なくとも一部が露出するよう上記二酸化珪素層をエッチングし、
上記二酸化珪素層のエッチングされた部分を通してn型不純物イオンを注入し、
熱処理により上記二酸化珪素層を除去することを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 
【請求項３】
上記(ホ)イオン注入段階は、
上記高濃度p型半導体層の上部領域に相異するエネルギーレベルでn型不純物を注入し、上記下部の高濃度p型半導体の残留領域上に高濃度n型半導体層を形成して上記高濃度n型半導体層上に側方電流拡散(lateral current spreading)を可能とさせる上部n型半導体層を形成することを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
上記(ホ)イオン注入段階は、
上記高濃度n型半導体層の上部領域にn型不純物を予め定まったエネルギーレベルでイオン注入して上記下部の高濃度p型半導体の残留領域上に高濃度n型半導体層を形成し、これと相異するエネルギーレベルでn型不純物をイオン注入して上記高濃度n型半導体層上に側方電流拡散を可能とさせるn型半導体層を形成することを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
上記(ホ)イオン注入段階以後に、
(ト)上記上部n型半導体層と上記n型半導体層の露出領域上に夫々p側及びn側電極を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項3または4に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 
【請求項６】
上記(テ)エッチング段階以後に、
(チ)上記高濃度n型半導体層と上記n型半導体層の露出領域上に夫々p側透明電極及びn側電極を形成する段階をさらに含み、
上記透明電極は酸化インジウム錫(ITO)、酸化カドミウム錫(CTO)及び窒化チタンタングステン(TiWN)を含む群から選択される素材で形成されることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
(イ)基板上にn型半導体層を形成する段階と、
(ロ)上記n型半導体層上に活性層を形成する段階と、
(ハ)上記活性層上にp型半導体層を形成する段階と、
(ニ)上記p型半導体層上に高濃度p型半導体層を形成する段階と、
(ホ)上記高濃度p型半導体層上に上部n型半導体層を形成する段階と、
(テ)上記上部n型半導体層にn型不純物をイオン注入して下部の上記高濃度p型半導体層と逆方向バイアストンネル接合(Reverse-Bias Tunneling Junction)を成すよう少なくとも一部領域を高濃度n型半導体層に転換する段階と、
(ト)上記n型半導体層の一部領域が露出するよう上記半導体構造をメサ形態にエッチングする段階と、を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
上記(テ)イオン注入段階は、
上記半導体構造上面に二酸化珪素(SiO2)層を形成し、
上記n型半導体層の少なくとも一部が露出するよう上記二酸化珪素層をエッチングし、
上記二酸化珪素層のエッチングされた部分を通してn型不純物イオンを注入し、
熱処理により上記二酸化珪素層を除去することを特徴とする請求項7に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 
【請求項９】
上記(テ)イオン注入段階は、
上記上部n型半導体層の下部領域に予め定まったエネルギーレベルで高濃度n型不純物を注入して、上部に残留する上記n型半導体層の一部領域と側方電流拡散効果を起こす高濃度n型半導体層を形成することを特徴とする請求項7に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 
【請求項１０】
上記(テ)イオン注入段階以後に、 
(チ)上記上部n型半導体層と上記n型半導体層の露出領域上に夫々p側及びn側電極を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項9に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 
【請求項１１】
上記(テ)エッチング段階以後に、
(リ)上記高濃度n型半導体層と上記n型半導体層の露出領域上に夫々p側透明電極及びn側電極を形成する段階をさらに含み、
上記透明電極は酸化インジウム錫(ITO)、酸化カドミウム錫(CTO)及び窒化チタンタングステン(TiWN)を含む群から選択される素材で形成されることを特徴とする請求項7に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 
【請求項１２】
基板上に形成されたn型半導体層と、
上記n型半導体層の少なくとも一部領域が露出するよう上記n型半導体層 上に形成された活性層と、
上記活性層上に形成されたp型半導体層と、
上記p型半導体層上に形成された高濃度p型半導体層と、
上記高濃度p型半導体層の少なくとも一部領域にn型不純物のイオン注入により形成され、下部に残留する上記高濃度p型半導体層の一部領域と逆方向バイアストンネル接合(Reverse-Bias Tunneling Junction)を成す高濃度n型半導体層と、を含む窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
側方電流拡散(lateral current spreading)を可能にすべく高濃度n型半導体層の上部に形成された上部n型半導体層をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の窒化物半導体発光素子。 
【請求項１４】
上記高濃度n型半導体層と上記上部n型半導体層は上記相異するエネルギーレベルで形成されることを特徴とする請求項13に記載の窒化物半導体発光素子。 
【請求項１５】
上記上部n型半導体層と上記n型半導体層の露出領域上に夫々形成されたp側及びn側電極をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載の窒化物半導体発光素子。 
【請求項１６】
上記高濃度n型半導体層と上記n型半導体層の露出領域上に夫々形成されたp側透明電極及びn側電極をさらに含み、
上記 透明電極は酸化インジウム錫(ITO)、酸化カドミウム錫(CTO)及び窒化チタンタングステン(TiWN)を含む群から選択される素材で形成されることを特徴とする請求項12に記載の窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光効率の改善された窒化物半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。より具体的に、本発明は逆方向バイアストンネル接合及び/または側方電流拡散効果を利用して発光効率を改善した窒化物半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
一般に、窒化物半導体は青色または緑色の波長帯の光を得るための発光ダイオード(LED)に使用され、代表にAlxInyGa(1-x-y)Nの組成式であらわされる半導体物質が挙げられる。ここで、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1である。
【０００３】
緑色光を生成する発光素子には約3.4eVの広いバンドギャップを有するGaN半導体物質が使用される。かかるGaN半導体物質のように、窒化物半導体は広いバンドギャップを有するので、電極とのオーミックコンタクト(ohmic contact)形成に困難がある。より具体的には、p側電極部位の接触抵抗が高まり、これにより素子の動作電圧が上がると同時に発熱量が多くなってしまう問題がある。かかるオーミックコンタクトの形成案として諸手段が考えられるが、オーミックコンタクト形成部分が主な光放出面となるので活性層から生成される光の透過を保障しなければならないとの重要な要求事項が伴われ、実際に採用できる手段は大変制限される。
【０００４】
かかる要求事項を満たす従来の技術としては「窒化ガリウム系III-IV族化合物の半導体装置及び製造方法(Gallium Nitride-Based III-V Group Compound Semiconductor Device and Method of Producing the Same)」という名称の米国特許第5563422号(譲受人:Nichia Chemical Industries、Ltd.)がある。上記文献はNi/Auの二重層を利用した透明電極層を提案しており、図1は上記文献による窒化物半導体発光素子構造の一形態を示す。
【０００５】
図1に示すように、従来の窒化物半導体発光素子(10)はサファイア基板(11)上に順次に形成されたn型GaNクラッド層(13)、多重量子井戸構造(MQW)のGaN/InGaN活性層(15)及びp型GaNクラッド層(17)を含み、上記p型GaN クラッド層(17)とGaN/InGaN活性層(15)はその一部領域が除去されn型GaNクラッド層(13)の一部上面が露出した構造となる。n型GaNクラッド層(13)上にはn側電極(19b)が形成され、p型GaNクラッド層(17)上にはオーミックコンタクトを形成すべくNi/Auから成る透明電極(18)を形成後、p側ボンディング電極(19a)を形成する。上記透明電極(18)は透光性を有しながら接触抵抗を改善するための層としてNi/Au二重層の蒸着工程と後続する熱処理工程を経て形成することができる。
【０００６】
しかし、上記技術によるとp型半導体層上に透明電極が付着されるのでオーミックコンタクトがあまり良からず駆動電圧が高く保たれ、さらにこれら同士の接着力が弱いので透光度が比較的低いNi/Auなどの金属のみ付着され輝度を改善させ難い。また、上記n型GaNクラッド層はn側電極と結合させると過電圧抵抗があまり良くない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は先述した従来の技術の問題を解決すべく案出されたもので、本発明の目的は逆方向バイアストンネル接合を利用して発光効率を改善させた窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は側方電流拡散効果を利用して発光効率を改善させた窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
先述した本発明の目的を成し遂げるための本発明の特徴に基づき窒化物半導体発光素子の製造方法が提供される。上記窒化物半導体発光素子の製造方法は、
(イ)基板上にn型半導体層を形成する段階と、
(ロ)上記n型半導体層上に活性層を形成する段階と、
(ハ)上記活性層上にp型半導体層を形成する段階と、
(ニ)上記p型半導体層上に高濃度p型半導体層を形成する段階と、
(ホ)上記高濃度p型半導体層に n型不純物をイオン注入して少なくとも一部領域を高濃度n型半導体層に転換し下部に残留する上記高濃度p型半導体層の一部領域と逆方向バイアストンネル接合(Reverse-Bias Tunneling Junction)を成す段階と、
(テ)上記n型半導体層の一部領域が露出するよう上記半導体構造をメサ形態にエッチングする段階と、を含む。
【００１０】
上記(ホ)イオン注入段階は、上記半導体構造上面に二酸化珪素(SiO2)層を形成し、上記高濃度p型半導体層の少なくとも一部が露出するよう上記二酸化珪素層をエッチングし、上記二酸化珪素層のエッチングされた部分を通してn型不純物イオンを注入し、熱処理によりn型不純物を活性化させ、上記二酸化珪素層を除去することが好ましい。
【００１１】
上記(ホ)イオン注入段階は、上記高濃度p型半導体層の上部領域に相異するエネルギーレベルでn型不純物を注入し、上記下部の高濃度p型半導体の残留領域上に高濃度n型半導体層を形成して上記高濃度n型半導体層上に側方電流拡散(lateral current spreading)を可能とさせるn型半導体層を形成することが好ましい。
【００１２】
また、上記(ホ)イオン注入段階は、上記高濃度n型半導体層の上部領域にn型不純物を予め定めたエネルギーレベルでイオン注入し上記下部の高濃度p型半導体残留領域上に高濃度n型半導体層を形成し、これと相異するエネルギーレベルでn型不純物をイオン注入して上記高濃度n型半導体層上に側方電流拡散を可能とさせるn型半導体層を形成することが好ましい。
【００１３】
上記窒化物半導体発光素子製造方法は上記(ホ)イオン注入段階以後に、(ト)上記上部n型半導体層と上記n型半導体層の露出領域上に夫々p側及びn側電極を形成する段階をさらに含むことができる。
【００１４】
また、上記窒化物半導体発光素子製造方法は、上記(テ)エッチング段階以後に、(チ)上記高濃度n型半導体層と上記n型半導体層の露出領域上に夫々p側透明電極及びn側電極を形成する段階をさらに含むことができ、上記透明電極は酸化インジウム錫(ITO)、酸化カドミウム錫(CTO)及び窒化チタンタングステン(TiWN)を含む群から選択される素材で形成されることが好ましい。
【００１５】
先述した本発明の目的を成し遂げるための本発明の他特徴に基づき窒化物半導体発光素子の製造方法が提供される。上記窒化物半導体発光素子の製造方法は、
(イ)基板上にn型半導体層を形成する段階と、
(ロ)上記n型半導体層上に活性層を形成する段階と、
(ハ)上記活性層上にp型半導体層を形成する段階と、
(ニ)上記p型半導体層上に高濃度p型半導体層を形成する段階と、
(ホ)上記高濃度p型半導体層上に上部n型半導体層を形成する段階と、
(テ)上記上部n型半導体層にn型不純物をイオン注入して下部の上記高濃度p型半導体層と逆方向バイアストンネル接合(Reverse-Bias Tunneling Junction)を成すべく少なくとも一部領域を高濃度n型半導体層に転換する段階と、
(ト)上記n型半導体層の一部領域が露出するよう上記半導体構造をメサ形態にエッチングする段階と、を含む。
【００１６】
上記(テ)イオン注入段階は、上記半導体構造上面に二酸化珪素(SiO2)層を形成し、上記上部n型半導体層の少なくとも一部が露出するよう上記二酸化珪素層をエッチングし、上記二酸化珪素層のエッチングされた部分を通してn型不純物イオンを注入し、熱処理によりn型不純物を活性化させ上記二酸化珪素層を除去することが好ましい。
【００１７】
上記(テ)イオン注入段階は、上記上部n型半導体層の下部領域に予め定まったエネルギーレベルで高濃度n型不純物を注入し、上部に残留する上記n型半導体層の一部領域と側方電流拡散効果を起こす高濃度n型半導体層を形成することが好ましい。
【００１８】
上記窒化物半導体発光素子の製造方法は、上記(テ)イオン注入段階以後に、 (チ)上記上部n型半導体層と上記n型半導体層の露出領域上に夫々p側及びn側電極を形成する段階をさらに含むことができる。
【００１９】
さらに、上記窒化物半導体発光素子の製造方法は、上記(テ)エッチング段階以後に、(リ)上記高濃度n型半導体層と上記n型半導体層の露出領域上に夫々p側透明電極及びn側電極を形成する段階をさらに含み、上記透明電極は上記透明電極 は酸化インジウム錫(ITO)、酸化カドミウム錫(CTO)及び窒化チタンタングステン(TiWN)を含む群から選択された素材で形成されることが好ましい。
【００２０】
先述した本発明の目的を成し遂げるための本発明のさらに異なる特徴に基づき窒化物半導体発光素子が提供される。上記窒化物半導体発光素子は基板上に形成されたn型半導体層と、上記n型半導体層の少なくとも一部領域が露出するよう上記n型半導体層上に形成された活性層と、上記活性層上に形成されたp型半導体層と、上記p型半導体層上に形成された高濃度p型半導体層と、上記高濃度p型半導体層の少なくとも一部領域にn型不純物のイオン注入により形成され、下部に残留する上記高濃度p型半導体層の一部領域と逆方向バイアストンネル接合(Reverse-Bias Tunneling Junction)を成す高濃度n型半導体層と、を含む。
【００２１】
上記窒化物半導体発光素子は側方電流拡散(lateral current spreading)を可能にすべく高濃度n型半導体層の上部に形成された上部n型半導体層をさらに含むことができる。
【００２２】
上記高濃度n型半導体層と上記上部n型半導体層は上記相異なエネルギーレベルで形成されることが好ましい。
【００２３】
上記窒化物半導体発光素子は上記上部n型半導体層と上記n型半導体層の露出領域上に夫々形成されたp側及びn側電極をさらに含むことができる。
【００２４】
上記窒化物半導体発光素子は上記高濃度n型半導体層と上記n型半導体層の露出領域上に夫々形成されたp側及びn側透明電極をさらに含むことができ、上記n側及びp側透明電極は酸化インジウム錫(ITO)、酸化カドミウム錫(CTO)及び窒化チタンタングステン(TiWN)を含む群から選択された素材で形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
先述したような本発明によると、高濃度n型半導体層とその下部の高濃度p型半導体層との逆方向バイアストンネル接合により優れたオーミックコンタクトが確保でき、それに応じて駆動電圧を下げ輝度を向上させることができる。
【００２６】
また、高濃度n型半導体層とその上部のn型半導体層との間の側方電流拡散効果により透明電極層を形成せず直に電極をn型半導体層に接続させられるので輝度を一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の諸特徴及び利点を添付の図面に基づき下記のように詳しく説明する。 
第1実施例 
図2ないし図4は本発明の第1実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【００２８】
先ず、図2に示すように、サファイア基板(102)上にMOCVD法によりバッファ層(104)、非ドープGaN層(106)、n型半導体層(108)、活性層(110)、p型半導体層(112)及び高濃度p型半導体層(114)を順次に成長させ半導体構造を形成し、イオン注入作業(ion implantation)を通して上記高濃度p型半導体層(114)に高濃度n型不純物を注入する。
【００２９】
上記イオン注入作業は高濃度p型半導体層(114)上に二酸化珪素(SiO2)バッファ層を形成してから、これを部分的にエッチングして所望の部分にのみn型不純物を高濃度で注入することができる。この場合、上記イオン注入作業は上記半導体構造上面、即ち高濃度p型半導体層(114)上に二酸化珪素バッファ層を形成し、上記高濃度p型半導体層の少なくとも一部が露出するよう上記二酸化珪素層をエッチングし、上記二酸化珪素層のエッチングされた部分を通してn型不純物イオンを注入し、急速熱処理(RTA: Rapid Thermal Annealing)などの適宜な熱処理によりn型不純物を活性化させ上記二酸化珪素層を除去する段階から成る。
【００３０】
この際、イオン注入作業はn型不純物の注入濃度を1E15（1×1015）ないし1E16（1×1016） atoms/cm2として100Evないし50keVの加速電圧において行い、n型不純物はC、Si、Ge、Sn、Ni、P、As及びSbらの中から少なくとも一種選択することができる。引き続き熱処理段階は、好ましくは窒素雰囲気において700ないし1300℃の温度範囲において1ないし30分間行われる。
【００３１】
もちろん、二酸化珪素(SiO2)バッファ層を形成せず高濃度p型半導体層(114)全体にn型不純物を高濃度に注入することもできる。
【００３２】
上記イオン注入作業により、図2の高濃度p型半導体層(114)の上部領域に、図3に示すように高濃度n型半導体層(116)が形成されその下部領域は高濃度p型半導体層(114a)が保たれる。上記イオン注入作業は不純物イオンのドースを精密に制御できるので所望の特性の高濃度n型半導体層(116)が得られる。このように高濃度p型半導体層(114a)の上に高濃度n型半導体層(116)が形成されると、これらの間に逆方向バイアストンネル接合(reverse-bias tunneling junction)が成される。
【００３３】
次いで、このように得た半導体構造をn型半導体層(108)の一部領域が露出するようメサ形態にエッチングし、図4に示すように上記高濃度n型半導体層(116)と上記n型半導体層(108)の露出領域上に夫々p側透明電極(120)及びn側 電極(122)を形成して本発明の窒化物半導体(100)を完成する。
【００３４】
一方、先述したように高濃度n型半導体層(116)と高濃度p型半導体層(114a)との間に逆方向バイアストンネル接合が成されるので、最上部の高濃度n型半導体層(116)と金属の透明電極(120)との間には優れたオーミックコンタクト(ohmic contact)が確保される。こうしてp側透明電極(120)は従来のNi/Au金属層の代わりに透過率の高い酸化インジウム錫(ITO)、酸化カドミウム錫(CTO)または窒化チタンタングステン(TiWN)から成ることができる。もちろん、n側電極(122)もやはり透過率の高い酸化インジウム錫(ITO)、酸化カドミウム錫(CTO)または窒化チタンタングステン(TiWN)から成ることができる。これらは、例えばITOの光透過率が90ないし98%として従来のNi/Auの65ないし80%に比してより優れているので、本発明の窒化物半導体発光素子(100)の輝度を向上させることができる。
【００３５】
このような構成は優れたオーミックコンタクトにより全体窒化物半導体(100)の駆動電圧を下げ高透過率の透明電極(120)により輝度を向上させることができる。 
第2実施例 
図5ないし図7は本発明の第2実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【００３６】
先ず、図5に示すように、サファイア基板(102)上にMOCVD法によりバッファ層(104)、非ドープGaN層(106)、n型半導体層(108)、活性層(110)、p型半導体層(112)及び高濃度p型半導体層(114)を順次に成長させ、イオン注入作業を経て上記高濃度p型半導体層(114)にn型不純物を低濃度/高濃度で注入する。
【００３７】
上記イオン注入作業は高濃度p型半導体層(114)の上部領域を夫々高濃度n型半導体層(116a)と上部n型半導体層(118)に転換し、下部の残り領域には高濃度p型半導体層(114a)を保たせ図6に示す半導体構造を形成する。
【００３８】
上記イオン注入作業は高濃度p型半導体層(114)上に二酸化珪素バッファ層を形成してから、これを部分的にエッチングして所望の部分にのみn型不純物を低濃度/高濃度で注入することができる。この場合、先ず上記半導体構造上面、即ち高濃度p型半導体層(114)上に二酸化珪素バッファ層を形成し、上記高濃度p型半導体層の少なくとも一部が露出するよう上記二酸化珪素層をエッチングし、上記二酸化珪素層のエッチングされた部分を通してn型不純物イオンを低濃度/高濃度で注入するn/n+イオン注入作業を行い、急速熱処理などの適宜な熱処理によりn型不純物を活性化させ上記二酸化珪素層を除去する。
【００３９】
このようなn/n+イオン注入作業は相異なるエネルギーで行う。即ち、高濃度n型半導体層(116)を形成する場合は高エネルギーでイオン注入作業を行い、上部n型半導体層(118)を形成する場合は低エネルギーでイオン注入作業を行う。この際、高エネルギー作業は500eVないし50keV、好ましくは1keV ないし10keVのエネルギーで行い、低エネルギー作業は100ないし1keV、好ましくは300eVないし500eVのエネルギーで行う。
【００４０】
このように、高エネルギーで高濃度n型半導体層(116)を形成後、低エネルギーで低濃度n型半導体層(118)を形成することもできる。この際のエネルギーレベルは上記のとおりである。
【００４１】
また、上記イオン注入作業は先ず高エネルギー下においてn型不純物を高濃度で注入し、次に低エネルギー下においてn型不純物をこれより低濃度で注入する2段階で行うことができる。逆に、先ずn型不純物を注入し、次いでn型不純物を高濃度で注入することもできる。
【００４２】
引き続き熱処理段階は、好ましくは窒素雰囲気において700ないし1300℃の温度範囲において1ないし30分間行う。
【００４３】
もちろん、二酸化珪素バッファ層を形成せず高濃度p型半導体層(114)の全体にn/n+イオン注入を行うこともできる。n型不純物はC、Si、Ge、Sn、Ni、P、As及びSbらの中から少なくとも一種を同一もしくは相異に選択することができる。
【００４４】
次いで、先述した図6の半導体構造をn型半導体層(108)の一部領域が露出するよう図7に示すようにメサ形態にエッチングし、上記上部n型半導体層(118)と上記n型半導体層(108)の露出領域上に夫々p側及びn側電極(130、132)を形成し本発明の窒化物半導体(100A)を完成する。
【００４５】
本実施例の窒化物半導体(100A)は高濃度p型半導体層(114a)とその上部の高濃度n型半導体層(116)により先述した逆方向バイアストンネル接合が成され優れたオーミックコンタクトを確保し駆動電圧を下げられる。
【００４６】
また、高濃度n型半導体層(116a)と上部n型半導体層(118)により側方電流拡散効果(lateral current spreading)が発生するので半導体構造の最上部に通常の透明電極をコーティングせず直に電極(130、132)を接合させられる。したがって、従来の透明電極により吸収される光量分だけ輝度を向上させられる。
【００４７】
第3実施例 
図8ないし図10は本発明の第3実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【００４８】
先ず、図8に示すように、サファイア基板(202)上にMOCVD法によりバッファ層(204)、非ドープGaN層(206)、n型半導体層(208)、活性層(210)、p型半導体層(212)、高濃度p型半導体層(214)及び上部n型半導体層(216)を順次に成長させ半導体構造を形成し、イオン注入作業を通して上記上部n型半導体層(216)にn型不純物を高濃度で注入する。
【００４９】
上記イオン注入作業により上記上部n型半導体層(216)は図9に示すように高濃度n型半導体層(218)に転換する。 
上記イオン注入作業は上部n型半導体層(216)上に二酸化珪素(SiO2)バッファ層を形成してから、これを部分的にエッチングして所望の部分にのみn型不純物を高濃度で注入することができる。この場合、上記イオン注入作業は上記半導体構造上面、即ち上部n型半導体層(216)上に二酸化珪素バッファ層を形成し、上記高濃度p型半導体層の少なくとも一部が露出するよう上記二酸化珪素層をエッチングし、上記二酸化珪素層のエッチングされた部分を通してn型不純物イオンを注入し、急速熱処理などの適切な熱処理によりn型不純物を活性化させ上記二酸化珪素層を除去する段階から成る。
【００５０】
この際、イオン注入作業はn型不純物の注入濃度を1E15ないし1E16 atoms/cm2とし100eVないし50keVの加速電圧において行い、n型不純物はC、Si、Ge、Sn、Ni、P、As及びSbらの中から少なくとも一種を選択することができる。続いて熱処理段階は、好ましくは窒素雰囲気において700ないし1300℃の温度範囲において1ないし30分間行う。
【００５１】
もちろん、二酸化珪素(SiO2)バッファ層を形成せず上部n型半導体層(216)全体にn型不純物を高濃度で注入することもできる。n型不純物はC、Si、Ge、Sn、Ni、P、As及びSbらの中から少なくとも一種を選択することができる。
【００５２】
このように高濃度p型半導体層(214)の上に高濃度n型半導体層(218)が形成されると、これらの間に逆方向バイアストンネル接合が成される。
【００５３】
次いで、このように得た半導体構造をn型半導体層(208)の一部領域が露出するようメサ形態にエッチングし、図10に示すように上記高濃度n型半導体層(218)と上記n型半導体層(208)の露出領域上に夫々p側透明電極(220)及びn側電極(222)を形成して本発明の窒化物半導体(200)を完成する。
【００５４】
一方、先述したように高濃度n型半導体層(218)と高濃度p型半導体層(214)との間の逆方向バイアストンネル接合が成されるので、最上部の高濃度n型半導体層(218)と金属の透明電極(220)との間には優れたオーミックコンタクトが確保される。これに応じてp側透明電極(220)は従来のNi/Au金属層の代わりに透過率の高い酸化インジウム錫(ITO)、酸化カドミウム錫(CTO)または窒化チタンタングステン(TiWN)から構成することができる。もちろん、n側電極(222)も透過率の高い酸化インジウム錫(ITO)、酸化カドミウム錫(CTO)または窒化チタンタングステン(TiWN)から構成することができる。これらは、例えばITOの光透過率が90ないし98%として従来のNi/Auの65ないし80%に比して優れているので本発明の窒化物半導体発光素子(200)の輝度を向上させることができる。
【００５５】
このような構成は優れたオーミックコンタクトにより全体窒化物半導体(200)の駆動電圧を下げ高透過率の透明電極(220)により輝度を向上させることができる。 
第4実施例 
図11ないし図13は本発明の第4実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【００５６】
先ず、図11に示すように、サファイア基板(202)上にMOCVD法によりバッファ層(204)、非ドープGaN層(206)、n型半導体層(208)、活性層(210)、p型半導体層(212)、高濃度p型半導体層(214)及び上部n型半導体層(216)を順次に成長させ半導体構造を形成し、イオン注入作業を通して上記上部n型半導体層(216)にn型不純物を高濃度で注入する。
【００５７】
上記イオン注入作業は上部n型半導体層(216)上に二酸化珪素(SiO2)バッファ層を形成してから、これを部分的にエッチングして所望の部分にのみ高濃度n型不純物を注入することができる。この場合、上記イオン注入作業は上記半導体構造上面、即ち上部n型半導体層(216)上に二酸化珪素バッファ層を形成し、上記上部n型半導体層(216)の少なくとも一部が露出するよう上記二酸化珪素層をエッチングし、上記二酸化珪素層のエッチングされた部分を通してn型不純物イオンを高濃度で注入し、急速熱処理等の適切な熱処理によりn型不純物を活性化させ上記二酸化珪素層を除去する段階から成る。
【００５８】
上記高濃度n型不純物注入作業は100eVないし50keVの高エネルギーレベルで行うことにより、上記上部n型半導体層(116)の下部領域に高濃度n型不純物が主に注入されるようにして上記下部領域に高濃度n型半導体層(218)を形成し、残りの上部領域は上部n型半導体層(116a)に保たせる。上記n型不純物注入作業により図12に示すような半導体構造が形成される。
【００５９】
この際、イオン注入作業はn型n型不純物の注入濃度を1E15ないし1E16 atoms/cm2とし100eVないし50keVの加速電圧において行い、n型不純物はC、Si、Ge、Sn、Ni、P、As及びSbらの中から少なくとも一種を選択することができる。引き続く熱処理段階は、好ましくは窒素雰囲気において700ないし1300℃の温度範囲において1ないし30分間行う。
【００６０】
もちろん、二酸化珪素(SiO2)バッファ層を形成せず上部n型半導体層(216)全体に高濃度n型不純物を注入することもできる。
【００６１】
先述した図12の半導体構造をn型半導体層(208)の一部領域が露出するようメサ形態にエッチングし、図13に示すように上記上部n型半導体層(218)と上記n型半導体層(208)の露出領域上に夫々p側及びn側電極(230、232)を形成して本発明の窒化物半導体(200A)を完成する。
【００６２】
本実施例の窒化物半導体(200A)は高濃度p型半導体層(214)とその上部の高濃度n型半導体層(218)により先述した逆方向バイアストンネル接合が成され優れたオーミックコンタクトが確保され駆動電圧を下げられる。
【００６３】
また、高濃度n型半導体層(218)と上部n型半導体層(216a)により側方電流拡散効果が発生するので半導体構造の最上部に通常の透明電極をコーティングせず直に電極(230、232)を接合させられる。したがって、従来の透明電極により吸収される光量分だけ輝度を向上させることができる。
【００６４】
一方、先述した本発明の好ましき実施例においてサファイア基板を使用したが、これは例示に過ぎず、サファイア基板の代わりに二酸化珪素(SiC)基板、酸化物基板及び炭化物基板を使用することができる。 
上記においては本発明の好ましき実施例に基づき説明したが、該技術分野において通常の知識を有する者であれば添付の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内において本発明を多様に修正及び変更させられることに想到するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】従来の技術による窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第1実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【図３】本発明の第1実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【図４】本発明の第1実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【図５】本発明の第2実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【図６】本発明の第2実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【図７】本発明の第2実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【図８】本発明の第3実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【図９】本発明の第3実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【図１０】本発明の第3実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【図１１】本発明の第4実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【図１２】本発明の第4実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【図１３】本発明の第4実施例による窒化物半導体発光素子の製造工程を段階別に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
102、202  基板
108、208  n型半導体層
110、210  活性層
112、212  p型半導体層
114a、214  高濃度p型半導体層
116、116a、218  高濃度n型半導体層
118、216a  上部n型半導体層
120、220  p側透明電極
122, 222  n側電極
130、132、230、232  電極
【図１】
2005268739.tif 000003
【図２】
2005268739.tif 000004
【図３】
2005268739.tif 000005
【図４】
2005268739.tif 000006
【図５】
2005268739.tif 000007
【図６】
2005268739.tif 000008
【図７】
2005268739.tif 000009
【図８】
2005268739.tif 000010
【図９】
2005268739.tif 000011
【図１０】
2005268739.tif 000012
【図１１】
2005268739.tif 000013
【図１２】
2005268739.tif 000014
【図１３】
2005268739.tif 000015