(57)【要約】【課題】電極として透明な導電性酸化物膜を用い、十分な透明性を維持しながらオーミックコンタクトが得られかつ、発光効率にも優れた半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子は、第１の元素Ａを含む半導体層が表面にある半導体積層構造をもつ。この半導体発光素子は表面に、少なくとも亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムよりなる群から選択された少なくとも一種の元素Ｃを含む酸化物よりなる導電性酸化物膜と、第２の元素Ｂを含む酸化物膜とを有し、導電性酸化物膜は、第２の元素Ｂを含む酸化物膜との界面近傍における膜中酸素濃度が、導電性酸化物膜の他の部分の膜中酸素濃度よりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の元素Ａを含む半導体層が表面に位置する半導体積層構造を備える半導体発光素子であって、
前記半導体層の表面に、少なくとも亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムよりなる群から選択された少なくとも一種の元素Ｃを含む酸化物よりなる導電性酸化物膜と、第２の元素Ｂを含む酸化物膜とを有し、
前記導電性酸化物膜は、第２の元素Ｂを含む酸化物膜との界面近傍における膜中酸素濃度が、前記導電性酸化物膜の他の部分の膜中酸素濃度よりも高くしてなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体発光素子であって、前記第２の元素Ｂを含む酸化物膜は、絶縁性酸化物膜であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体発光素子であって、前記第２の元素Ｂは、電気陰性度を示すPauling値が前記元素Ｃよりも大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記第２の元素Ｂは、電気陰性度を示すPauling値が前記第１の元素Ａよりも大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記第１の元素Ａは、ガリウムであることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記半導体層は、ガリウムを含む窒化物半導体層であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記導電性酸化物膜は元素Ｃに加えて、微量元素Ｄを含むことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体発光素子であって、前記微量元素Ｄは、スズ、亜鉛、ガリウム、アルミニウムから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体発光素子であって、前記導電性酸化物膜は、前記半導体層との界面近傍における前記微量元素Ｄが、前記導電性酸化物膜の他の部分の膜中微量元素Ｄの濃度よりも高いことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記導電性酸化物膜はＩＴＯであることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記第２の元素Ｂは、ケイ素又はスズのいずれかであることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記導電性酸化物膜の膜中酸素濃度が、第２の元素Ｂを含む酸化物膜との界面から前記半導体層との界面に向かって徐々に低下することを特徴とする半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードや半導体レーザなどの半導体発光素子に関し、例えば窒化物系半導体を積層した半導体層を用いて形成した窒化物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体発光素子として、基板上にｐ型半導体層及びｎ型半導体層が積層され、ｐ型及びｎ型の半導体層のそれぞれと電気的に接続する電極が形成された構造が知られている。また、ｐ型の半導体層と電気的に接続する電極として、ｐ型半導体層上全面に透光性材料による電極を形成し、その上に金属電極を形成する構造が知られている。
【０００３】
このような構成の半導体発光素子では、光の取り出し効率を向上させるため、ｐ型半導体層上の全面電極として、金属薄膜や、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２等の透明な導電性酸化物膜が用いられている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１９６６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば導電性酸化物自体はｎ型の半導体特性を示すことから、必ずしも半導体層とオーミック性が良好ではなく、半導体層の種類、導電型、成膜方法等の種々の要因から、ショットキー障壁が形成され、コンタクト抵抗を増大させることがあった。電極と半導体層との界面でのシート抵抗が大きくなると、損失が増大し出力が低下する上、発熱が生じて素子寿命も低下するという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、電極として透明な導電性酸化物膜を用い、十分な透明性を維持しながらオーミックコンタクトが得られ、かつ発光効率にも優れた半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するために本発明の半導体発光素子は、第１の元素Ａを含む半導体層が表面に位置する半導体積層構造を備える。この半導体発光素子は、半導体層の表面に、少なくとも亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムよりなる群から選択された少なくとも一種の元素Ｃを含む酸化物よりなる導電性酸化物膜と、第２の元素Ｂを含む酸化物膜とを有する。導電性酸化物膜は、第２の元素Ｂを含む酸化物膜との界面近傍における膜中酸素濃度を、導電性酸化物膜の他の部分の膜中酸素濃度よりも高くしている。
【０００７】
また、第２の元素Ｂを含む酸化物膜は、絶縁性酸化物膜であることが好ましい。さらに第２の元素Ｂは、電気陰性度を示すPauling値がインジウムよりも大きいことが好ましい。さらにまた第２の元素Ｂは、電気陰性度を示すPauling値が第１の金属よりも大きいことが好ましい。また第１の元素Ａは、ガリウムであることが好ましい。さらに半導体層は、ガリウムを含む窒化物半導体層であることが好ましい。さらにまた導電性酸化物膜は元素Ｃに加えて、微量元素Ｄを含むことが好ましい。さらに微量元素Ｄは、スズ、亜鉛、ガリウム、アルミニウムから選択される少なくとも1種の元素であることが好ましい。さらに導電性酸化物膜は、半導体層との界面近傍における膜中微量元素Ｄの濃度が、導電性酸化物膜の他の部分の膜中微量元素Ｄの濃度よりも高い。さらにまた導電性酸化物膜はＩＴＯであることが好ましい。さらに第２の元素Ｂは、ケイ素又はスズのいずれかであることが好ましい。さらにまた導電性酸化物膜の膜中酸素濃度は、第２の元素Ｂを含む酸化物膜との界面から半導体層との界面に向かって徐々に低下することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体発光素子によれば、導電性酸化物膜の第２の元素Ｂを含む酸化物膜との界面近傍における膜中酸素濃度が、導電性酸化物膜の他の部分の膜中酸素濃度よりも高いので、第２の元素Ｂを含む酸化物膜との界面近傍において結晶性に優れ、発光層からの光を十分に外部に取り出すことができる。また、導電性酸化物膜の他の部分の膜中酸素濃度を、第２の元素Ｂを含む酸化物膜との界面近傍よりも低くすることで、欠損した酸素はキャリアと同じ動向を示すことから、導電性酸化物膜の半導体層側においてのみキャリアを多く配置することができ、その結果第１の元素Ａを含む半導体層とのショットキー障壁を小さくすることができる。また導電性酸化物膜は、第１の元素Aを含む半導体層が表面にある半導体積層構造側との界面でシート抵抗を低くでき、半導体積層構造に最も効率よく電流注入が行える結果、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。このように、膜中酸素濃度を均一とせず、酸化物膜との界面近傍の濃度を高くすることで光取り出し効率の改善とシート抵抗の低減を両立させ、高品質の半導体発光素子を実現できる。また導電性酸化物膜が元素Ｃに加えて、微量元素Ｄを含む場合、半導体層との界面近傍における微量元素Ｄの濃度を高くすることで、さらに半導体層側においてキャリアを多く配置することができ、ショットキー障壁をさらに小さく、また半導体積層構造側のシート抵抗をさらに低くすることができ、極めて優れた半導体発光素子を構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体発光素子を例示するものであって、本発明は半導体発光素子を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００１０】
図１に、本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の構成を示す。半導体発光素子は、典型的には発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）等であり、半導体層上に形成された導電性酸化物膜と酸化物膜とによって構成される。半導体層としては特に限定されるものではなく、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、ＶＩ−ＶＩ族等の化合物半導体等が挙げられる。特に、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。半導体層は、単層構造でもよいが、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合又はＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造又はダブルへテロ構造であってもよく、超格子構造や、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造であってもよい。また、ｎ型、ｐ型のいずれかの不純物がドーピングされていてもよい。この半導体層は、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の技術により形成することができる。半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、用途や目的に応じて種々の膜厚のものを適用することができる。
【００１１】
導電性酸化物膜としては、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）よりなる群から選択された少なくとも一種の元素Ｃを含む酸化物からなる膜であり、具体的には、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＭｇＯ等が挙げられる。なかでも、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜が好ましい。これらＩＴＯ膜等は、当該分野で通常用いられている透光性を有する膜であり、上述した半導体層に対して良好なオーミック接続を形成し、導電性酸化物膜に投入された電流を膜全体に拡散させ、さらに半導体層に均一に拡散させることができる膜である。また、後述する酸化物膜との密着性を良好にする。このため、導電性酸化物膜は、半導体層上に形成され、さらに後述する酸化物膜との間に形成されており、酸化物膜との界面近傍における膜中酸素濃度が、導電性酸化物膜の他の部分、例えば導電性酸化物膜の厚み方向の中央部分や半導体層との界面近傍の膜中酸素濃度よりも低い。換言すると、酸化物膜との界面側において、これに隣接する領域、つまり導電性酸化物膜の内部であって、半導体層側から酸化物膜側にかけて膜中酸素濃度から増加する傾向の膜中酸素濃度を有している。
【００１２】
導電性酸化物膜は、膜中酸素濃度が半導体層側に低い膜と酸化物膜側に高い膜との２層としても良く、また膜中酸素濃度が半導体層側から酸化物膜側にかけて段階的に高くなる多層膜としてもよいが、単一の膜で膜中酸素濃度が高い領域と低い領域とを有するような導電性酸化物膜とすることで、発光層からの光を好適に外部に取り出すことができ、好ましい。これをＳＩＭＳにより測定すると図２のような傾向になる。図２（ａ）は連続的に酸素濃度に濃度勾配がある場合であり、（ｂ）、（ｃ）は段階的に酸素濃度に濃度勾配がある場合を、（ｄ）はこれらを総括した酸素濃度の傾向を示す図である。なお、導電性酸化物膜の膜厚は、特に限定されるものではなく、数オングストローム〜数μｍ程度が挙げられる。具体的には、４０００〜７０００Å程度とすることが適当である。
【００１３】
膜中酸素濃度は、例えばＡＥＳ（Auger Electron Spectroscopy：オージェ電子分光測定装置）により測定することができる。ＡＥＳは、電子線を照射し、放出されるオージェ電子を検出して試料の元素分析を行う方法で、試料の化学組成や同位体組成、特に深さ方向の組成変化を知ることができる。また、ＳＩＭＳ（Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer（又はSpectrometry）：二次イオン質量分析計（又は分析法））により測定することもできる。ＳＩＭＳは、試料に一次イオンを照射して、質量分離された二次イオンの数を数えることによって、同じく試料の化学組成や同位体組成、特に深さ方向の組成変化を知ることができる。
【００１４】
膜中酸素濃度が異なる導電性酸化物膜は、従来から公知の方法で形成することができる。例えばスパッタ法、反応性スパッタ法、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法と熱処理の組み合わせ等、種々の方法を利用することができる。
【００１５】
具体的には、スパッタ法により導電性酸化物膜、例えばＩＴＯ膜を成膜する際に、スパッタガスとして酸素分圧の小さいガス又はゼロのガスから、大きいガスに切り替えるか、徐々に酸素分圧を増加させて用いる方法、導電性酸化物膜成膜用のターゲットの他に、例えばＩｎ量が多いターゲット、又は酸素量が少ないターゲットを用いる方法、スパッタ装置の投入電力を徐々に増加させて成膜する方法等が挙げられる。また、真空蒸着により導電性酸化物膜を成膜する際に、半導体層の温度を急激又は徐々に上昇させる方法、成膜レートを急激に上昇させる方法、イオン銃を用いて酸素イオンを成膜時の後半にのみ照射する方法等が挙げられる。
【００１６】
さらに、イオンプレーティング法により導電性酸化物膜を成膜する際に、成膜時後半に酸素ガスをプラズマ化させてこの酸素プラズマを導電性酸化物膜中に取り込ませて、導電性酸化物膜を成膜する方法、導電性酸化物の微粒子を溶媒に溶解又は分散、懸濁させてスプレー法、スピンコート法、ディップ法により成膜する際に、導電性酸化物を含有する溶液等の金属元素含有量又は酸素含有量を変化させた複数種類の溶液等を用いるか、乾燥又は焼成時の雰囲気、温度等を制御する方法、ＣＶＤ法により導電性酸化物膜を形成する際に、酸素ガス又は原料酸素含有ガスの流量を制御する方法が挙げられる。
【００１７】
加えて、導電性酸化物膜を形成した後、例えば酸化性ガス（具体的には酸素、窒素、ハロゲン）雰囲気下、２００〜６５０℃程度、導電性酸化物膜の膜厚に応じて所定時間アニール処理する方法が挙げられる。アニール処理の方法としては、例えばランプアニール処理、加熱炉によるアニール処理などがある。また導電性酸化物膜を成膜した後に処理する方法として、電子線照射やレーザアブレーションを利用してもよい。さらに、これらの方法を任意に組み合わせて利用してもよい。
【００１８】
第２の元素Ｂを含む酸化物膜としては、種々の酸化物膜を用いることができるが、第２の元素Ｂは、インジウムに対して、電気陰性度を示すPauling値（ポーリング値）が大きい元素を選択することが好ましい。また、導電性酸化物膜がＩＴＯに限らず、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムよりなる群から選択された少なくとも一種の元素Ｃを含む酸化物よりなる導電性酸化物膜において、これらの元素Ｃに対して、Pauling値（ポーリング値）が同様の関係となる第2の元素Bを含むことが好ましい。このような元素を含む酸化物膜とすることで、酸化物膜との界面近傍における膜中酸素濃度が、導電性酸化物膜の他の部分の膜中酸素濃度よりも高い導電性酸化物膜が容易に得られやすい。これは酸化物膜中の酸素が電気陰性度の小さい導電性酸化物膜の方に移動することによると考えられる。酸化物膜形成時もしくは酸化物膜形成後に、界面近傍の膜中酸素濃度が他の部分より高くなるように形成もしくは処理すればよい。
【００１９】
また第２の元素Ｂは、第１の元素Ａに対して、電気陰性度を示すPauling値（ポーリング値）が大きい元素を選択することがさらに好ましい。このような元素を含む酸化物膜とすることで、酸化物膜中の酸素が導電性酸化物膜に移動しやすくなり、さらに第１の元素Ａを含む半導体層へも引き寄せられて、導電性酸化物膜の膜全体にわたって酸素濃度が傾斜した導電性酸化物膜が得られやすくなる。このように、導電性酸化物膜の膜全体にわたって酸素濃度が傾斜した導電性酸化物膜とすることで、導電性酸化物膜に投入された電流を膜全体に最も効率よく拡散させ、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。またこれにより、導電性酸化物膜の膜厚を薄くすることも可能となり、透光性においても優れた導電性酸化物膜とすることができる。
【００２０】
また第２の元素Ｂを含む酸化物膜が絶縁性酸化物膜とすることで、半導体発光素子の保護膜としても機能し、信頼性にも優れた半導体発光素子を得ることができる。好ましい第２の元素Ｂの具体的構成としては、ケイ素（Ｓｉ）又はスズ（Ｓｎ）が挙げられる。
【００２１】
一方第１の元素Ａは、ガリウム（Ｇａ）であることが好ましい。例えばＧａＡｓ系半導体層（ただしＡｌやＩｎ等を含んでもよい）や、ＧａＮ系半導体層（ただしＡｌやＩｎ等を含んでもよい）などが挙げられ、これらの半導体積層構造からなる半導体発光素子の好適な電極として導電性酸化物膜が機能することができる。
【００２２】
さらに第１の元素Ａを含む半導体層は、ガリウム（Ｇａ）を含む窒化物半導体層であることが好ましい。つまり、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる半導体層であることで、半導体層表面にほぼ均一に電流が注入できる全面電極として好適に機能すると共に、発光層からの光を効率よく外部に取り出すことができるからである。第１の元素Ａを含む半導体層は、少なくともガリウムを含む窒化物半導体であればよく、ＳｉやＭｇなどの導電型を決定する不純物をドープしたり、その他の元素を含んでいてもよい。
【００２３】
さらに導電性酸化物膜は元素Ｃに加えて、微量元素Ｄを含む場合、半導体層との界面近傍における微量元素Ｄが、導電性酸化物膜の他の部分の膜中微量元素Ｄの濃度よりも高いことが好ましい。この微量元素Ｄにより、導電性酸化物膜はさらにキャリアが多くなり導電性がよくなる。この微量元素Ｄは、膜厚方向において、特有の濃度分布を持つことで、結晶性および導電性に優れた導電性酸化物膜とすることができる。くわしくは、微量元素Ｄが多すぎると導電性はよくなる傾向にあるが、結晶性が悪くなり、透光性の電極として好ましくない。すなわり、微量元素Ｄは膜厚方向において、濃度の高い領域と低い領域とが共存することが好ましい。特に、第１の元素Ａを含む半導体層との界面近傍における膜中微量元素Ｄの濃度が、導電性酸化物膜の他の部分の膜中微量元素Ｄの濃度よりも高いことがさらに好ましい。たとえば導電性酸化物膜がＩＴＯの場合、微量元素Ｄはスズとなる。ＩＴＯは、酸素欠損量が多いことで高いキャリア濃度が得られると共に、スズのドープ量が多いことでも高いキャリア濃度が得られる。ただしスズのドープ量が多すぎるとキャリアは高くなるが結晶性が悪くなってしまうため、一般に透光性の電極としては好ましくない。しかし本発明の実施の形態では、半導体層との界面近傍においてスズのドープ量が多いことで、導電性酸化物膜と半導体層との間において良好なオーミックコンタクトが得られるとともに、他の領域ではスズのドープ量が少ないことで、良好な結晶性の膜となるので好ましい。この様子をＳＩＭＳにより測定すると、図３のような傾向になる。図３（ａ）は連続的にスズ濃度に濃度勾配がある場合、（ｂ）は総括したスズ濃度の傾向を示す図である。またスズのドープ量を、移動度の高い状態を維持した範囲で、つまり導電性が最も良い範囲のドープ量のスズを半導体層との界面近傍に設けることで、導電性酸化物膜に投入された電流を膜全体に拡散させ、さらに半導体層に均一に拡散させることができる膜となり、好ましい。これら、微量元素Ｄを含む構成としては、例えばＩｎ２Ｏ３にドープされたスズ、Ｉｎ２Ｏ３にドープされた亜鉛など、またＺｎＯにドープされたガリウム、ＺｎＯにドープされたアルミニウムなどがこのような特有の濃度分布の導電性酸化物膜が得られるので好ましい。本発明において、微量元素Ｄを含む導電性酸化物とは、具体的には元素Ｃに対して、およそ２０パーセント以下の元素Ｄを含むことを意味する。
【００２４】
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子としては、その他の構成として、好ましくは絶縁性酸化物膜の一部に開口部を有し、導電性酸化物膜に電気的に接続されたパッド電極を有することが好ましい。このパッド電極は、種類及び形態は特に限定されるものではなく、通常、電極として用いられるものであればどのようなものでも使用することができる。例えば亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）等の金属、合金の単層膜又は積層膜等が挙げられる。なかでも、抵抗が低いものが好ましく、具体的には、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ等の単層膜又は積層膜が挙げられる。さらに、導電性酸化物膜、特にＩＴＯ膜との密着性が良好なもの、具体的にはＷ、Ｒｈ、Ｐｔの単層膜又は積層膜が好ましい。このような構成とすることで、半田により接着され又はワイヤボンディングされたパッド電極等として好適に機能し得る。
【００２５】
本発明の実施の形態において、上述した構造を備える半導体発光素子は、ＬＥＤやＬＤ等、当該分野で既知の発光素子を全て包含する。これらは、当該分野で既知の方法により作製され、既知の構成を備える。例えば第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成される半導体発光素子が挙げられる。なお、第１導電型とはｎ型又はｐ型、第２導電型とはｐ型又はｎ型を意味する。
【００２６】
この種の半導体発光素子は、基板上に複数の半導体層を成長させて形成されるが、基板としてサファイア等の絶縁性基板を用いることが好ましい。なお、絶縁性基板を最終的に取り除かない場合、通常、ｐ電極及びｎ電極はいずれも半導体層上の同一面側に形成されることになり、フェイスアップ実装、すなわち半導体層側を主光取出し面とすることができる。またフリップチップ実装、すなわち絶縁性基板側を主光取出し面としてもよい。この場合、ｐ電極及びｎ電極の上には、外部電極等と接続させるためのメタライズ層（バンプ：Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等）がそれぞれ形成され、このメタライズ層がサブマウント上に設けられた正負一対の外部電極と、それぞれ形成され、さらにサブマウントに対してワイヤなどが配線される。また、最終的に基板を除去して、フェイスアップ実装又はフリップチップ実装のいずれに用いてもよい。なお、基板はサファイアに限定されず、例えばスピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等、公知の基板を用いることができる。また、基板としてＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の導電性基板を用いることにより、ｐ電極及びｎ電極を対向して配置してもよい。
【００２７】
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子においては、上述した電極を、第１導電型半導体層上か、第２導電型半導体層上かのいずれか一方に備えていればよい。例えばｐ型半導体層上に備えることが好ましい。また、第１導電型及び第２導電型半導体層の双方の上に備えていてもよい。双方とも同じ電極構造であれば、製造工程が簡略化され、結果的に安価で信頼性の高い半導体発光素子が得られる。ただし、第１導電型及び第２導電型半導体層上に形成される金属膜は、その種類、積層構造、膜厚等が異なっていてもよい。
【００２８】
このような半導体発光素子におけるパッド電極は、例えば半導体層側から、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕのそれぞれをスパッタリングにより順に積層させたＲｈ／Ｐｔ／Ａｕ電極（各膜厚は、例えば１００ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍとする）；Ｐｔ、Ａｕのそれぞれをスパッタリングにより順に積層させたＰｔ／Ａｕ電極（膜厚は、例えば２０ｎｍ／７００ｎｍ）等が挙げられる。パッド電極の最上層をＡｕとすることによって、Ａｕを主成分とする導電性ワイヤ等と良好な接続を確保することができる。また、ＲｈとＡｕの間にＰｔを積層させることによって、Ａｕ又はＲｈの拡散を防止することができ、電極として信頼性の高い電気的な接続を得ることができる。また、Ｒｈは光反射性及びバリア性に優れ、光取り出し効率が向上するため好適に用いることができる。なかでも、Ｐｔ／Ａｕ（フェイスアップの場合）、Ｒｈ／Ａｕ（フェイスダウンの場合）の積層膜が好ましい。
【００２９】
基板上に形成される半導体層は、基板側から順に、第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体層である。なお基板と第１導電型半導体層との間、これら半導体層の間にアンドープ、ドープの半導体層が積層されていてもよい。また、これら半導体層は窒化物半導体層であることが好ましい。具体的には、次の（１）〜（５）に示すような半導体層の積層構造が挙げられる。
【００３０】
（１）膜厚が２００ÅのＧａＮよりなるバッファ層、膜厚が４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層、膜厚が３０ÅのアンドープＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる単一量子井戸構造の活性層、膜厚が０．２μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなるｐ型クラッド層、膜厚が０．５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層。
【００３１】
（２）膜厚が約１００ÅのＡｌＧａＮからなるバッファ層、膜厚１μｍのアンドープＧａＮ層、膜厚５μｍのＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、３０００ÅのアンドープＧａＮからなる下層と、３００ÅのＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮからなる中間層と、５０ÅのアンドープＧａＮからなる上層との３層からなるｎ側第１多層膜層（総膜厚３３５０Å）、アンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０ÅとアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる窒化物半導体層を２０Åとが繰り返し交互に１０層ずつ積層されてさらにアンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｎ側第２多層膜層（総膜厚６４０Å）、膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と膜厚が３０ÅのＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎからなる井戸層とが繰り返し交互に６層ずつ積層されてさらに膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁が形成された多重量子井戸構造の活性層（総膜厚１９３０Å）、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３含むＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる窒化物半導体層を４０ÅとＭｇを５×１０１９／ｃｍ３含むＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなる窒化物半導体層を２５Åとが繰り返し５層ずつ交互に積層されてさらにＭｇを５×１０１９／ｃｍ３含むＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｐ側多層膜層（総膜厚３６５Å）、膜厚が１２００ÅのＭｇを１×１０２０／ｃｍ３含むＧａＮからなるｐ側コンタクト層。
【００３２】
（３）膜厚が約１００ÅのＡｌＧａＮからなるバッファ層、膜厚１μｍのアンドープＧａＮ層、膜厚５μｍのＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、３０００ÅのアンドープＧａＮからなる下層と、３００ÅのＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮからなる中間層と、５０ÅのアンドープＧａＮからなる上層との３層からなるｎ側第１多層膜層（総膜厚３３５０Å）、アンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０ÅとアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる窒化物半導体層を２０Åとが繰り返し交互に１０層ずつ積層されてさらにアンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｎ側第２多層膜層（総膜厚６４０Å）、最初に膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と続いて膜厚が３０ÅのＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎからなる井戸層と膜厚が１００ÅのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる第１の障壁層と膜厚が１５０ÅのアンドープＧａＮからなる第２の障壁層が繰り返し交互に６層ずつ積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層（総膜厚１９３０Å）（繰り返し交互に積層する層は３層〜６層の範囲が好ましい）、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３含むＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる窒化物半導体層を４０ÅとＭｇを５×１０１９／ｃｍ３含むＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなる窒化物半導体層を２５Åとが繰り返し５層ずつ交互に積層されてさらにＭｇを５×１０１９／ｃｍ３含むＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｐ側多層膜層（総膜厚３６５Å）、膜厚が１２００ÅのＭｇを１×１０２０／ｃｍ３含むＧａＮからなるｐ側コンタクト層。
【００３３】
（４）バッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉを６．０×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、アンドープＧａＮ層（以上が総膜厚６ｎｍのｎ型窒化物半導体層）、Ｓｉを２．０×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを繰り返し５層ずつ交互に積層された多重量子井戸の活性層、膜厚が１３００ÅのＭｇを５．０×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層、さらに透光性導電層とｐ型窒化物半導体層との間にＩｎＧａＮ層を５０Åの膜厚で有してもよい。
【００３４】
（５）バッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉを１．３×１０１９／ｃｍ３含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、アンドープＧａＮ層（以上が総膜厚６ｎｍのｎ型窒化物半導体層）、Ｓｉを３．０×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを繰り返し７層ずつ交互に積層された多重量子井戸の活性層（総膜厚８００Å）、膜厚が１３００ÅのＭｇを２．５×１０２０／ｃｍ３含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層、さらに透光性導電層とｐ型窒化物半導体層との間にＩｎＧａＮ層を５０Åの膜厚で有してもよい。
【００３５】
また、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子においては、発光素子から光の一部を、それとは異なる波長の光に変換する光変換部材を有していてもよい。これにより、発光素子の光を変換した発光装置とすることができ、発光素子の発光と変換光との混色光などにより、白色系、電球色などの発光装置を得ることができる。このような光変換部材としては、Ａｌを含み、かつＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含むアルミニウム・ガーネット系蛍光体、さらに希土類元素から選択された少なくとも一つの元素を含有するアルミニウム・ガーネット系蛍光体等が挙げられる。これにより、発光素子を高出力、高発熱での使用においても、温度特性に優れ、耐久性にも優れた発光装置を得ることができる。
【００３６】
また光変換部材は、（Ｒｅ１−ｘＲｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２（０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｔｂ、Ｓｍからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、ＲはＣｅ又はＣｅとＰｒである）で表される蛍光体であってもよい。これにより、上記と同様に高出力の発光素子において、温度特性、耐久性に優れた素子とすることができる。特に、活性層がＩｎＧａＮである場合に、温度特性において、黒体放射に沿った変化となり、白色系発光において有利となる。
【００３７】
さらに光変換部材は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された窒化物系蛍光体であってもよい。窒化物系蛍光体の具体例としては、一般式ＬＸＳｉＹＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ）：Ｅｕ又はＬＸＳｉＹＯＺＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ−２／３Ｚ）：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ若しくはＣａ、又はＳｒ及びＣａ、のいずれか）が挙げられる。これにより、上記蛍光体と同様に高出力の発光素子において、優れた温度特性、耐久性に優れた発光素子とすることができる。特に、窒化物系蛍光体が酸化窒化珪素化合物であると、優れた蛍光体とできる。また、上記アルミニウム・ガーネット系蛍光体と組み合わせることで、両者の温度特性が相互に作用して、混合色の温度変化が小さい発光装置とすることができる。
【００３８】
また、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子においては、金属膜はパッド電極として用いるだけでなく、さらに延長導電部を設けることが好ましい。これにより、活性層全体を効率よく発光させることができ、特に半導体発光素子をフェイスアップ実装で設けるときに効果的である。延長導電部が設けられたパッド電極としては、例えば図４〜図７に示すような構成が挙げられる。
【００３９】
ｎ電極５３は、図４及び図５に示すように半導体発光素子の少なくとも１つの辺に近接するように形成される。例えば１つの辺の中央部において、ｐ型半導体層及び活性層の一部をエッチングにより除去してｎ型コンタクト層５１が露出した切り欠き部５１ａを設け、その切り欠き部５１ａにｎ電極５３を形成する。５２はｐ型コンタクト層である。
【００４０】
ｐ側パッド電極５５は、透光性電極５４上におけるｎ電極が近接する辺と対向する辺に隣接する位置に形成される。また、ｐ側パッド電極５５には２つの線上の延長導電部５６（５７）が接続され、その延長導電部５６はｐ側パッド電極５５の両側から、ｐ側パッド電極５５が隣接する辺（図４において上辺）に沿って延長されている。これにより、ｐ側パッド電極５５とｎ電極５３間に位置する活性層を効率よく発光させることができ、さらにｐ側パッド電極５５に接続された延長導電部５６を透光性電極５４上に電気的に導通するように形成することにより、効果的にｐ層全体に電流を拡散させ、発光層全体を効率よく発光させることができる。さらに、ｐ側パッド電極５５及び延長導電部５６の周辺部において輝度の高い発光が得られる。したがって本発明の実施の形態では、延長導電部５６の周辺部における輝度の高い発光を効果的に利用する態様とすることがさらに好ましい。
【００４１】
具体的には、延長導電部５６と、延長導電部５６が沿って形成される発光層及びｐ層の縁との間に上述の輝度の高い発光が得られる周辺部が確保されるように、その縁と延長導電部５６との間に間隔を空けることが好ましい。尚、ｎ型コンタクト層５１のシート抵抗ＲｎΩ／□と、透光性電極５４のシート抵抗ＲｐΩ／□とが、Ｒｐ≧Ｒｎの関係を満たしている場合、延長導電部５６と発光層の縁との間隔は、２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。その間隔が２０μｍより小さいと輝度の高い発光が得られる周辺部領域が十分確保できない（輝度の高い発光が得られるべき領域が外側にはみ出す）からであり、その間隔が５０μｍを超えると、隣接辺に沿って発光輝度の低い部分が形成され、全体としての輝度の低下をもたらすからである。
【００４２】
また、延長導電部５６はそれぞれ、図４に示すように、ｎ電極５３から等距離になるように円弧状に形成されていることが好ましく、これにより図５のように直線状に設けた場合に比較して、より均一な発光分布が得られる。
【００４３】
さらに、図６及び図７に示すように、ｎ電極６３が半導体発光素子の１つの隅部で２つの辺に近接するように設けられ、パッド電極はｎ電極６３が近接する隅部と対角をなす他の隅部に設けられることがさらに好ましい。
【００４４】
また、ｎ電極６３とｐ側パッド電極６５とを対角配置した場合においても、図６及び図７に示すように、透光性電極６４上に設けられた延長導電部６６はそれぞれ、ｎ電極６３から等距離になるように円弧状に形成されていることが好ましく、これによってより高輝度でかつより均一な発光が得られる。なお、この場合においても、延長導電部６６と発光層の縁との間隔は、上述したように輝度の高い発光が得られる領域を十分確保するために、２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
【００４５】
以下に、本発明の実施例に係る半導体発光素子及びその電極を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００４６】
実施例１として作成した半導体発光素子を図１に基づき詳細に説明する。半導体発光素子１０は、サファイア基板１の上に、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなるバッファ層（図示せず）、ノンドープＧａＮ層（図示せず）が積層され、その上に、ｎ型半導体層２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層、ＧａＮ層（４０Å）とＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層が積層され、さらにその上に、最初に膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と続いて膜厚が３０ÅのＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎからなる井戸層と膜厚が１００ÅのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる第１の障壁層と膜厚が１５０ÅのアンドープＧａＮからなる第２の障壁層が繰り返し交互に６層ずつ積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層３（総膜厚１９３０Å）、ｐ型半導体層４として、ＭｇドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とが交互に１０回積層された超格子のｐ型クラッド層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層がこの順に積層されて構成される。
【００４７】
ｎ型半導体層２の一部の領域においては、その上に積層された活性層３及びｐ型半導体層４が除去され、さらにｎ型半導体層２自体の厚さ方向の一部が除去されて露出しており、その露出したｎ型半導体層２上にｎ電極７が形成されている。
【００４８】
ｐ型半導体層３上には、ほぼ全面に、ＩＴＯからなる透光性電極５が形成されており、この透光性電極５の上に一部パッド電極６が形成される開口部を有して、導電性の酸化物膜８が形成されている。なお、透光性電極５は、パッド電極６側において膜中酸素濃度が低い領域５ａが、ｐ型半導体層３側において膜中酸素濃度が高い領域５ｂが形成されている。このような半導体発光素子は、以下の製造方法により形成することができる。
＜半導体層の形成＞
【００４９】
２インチφのサファイア基板１の上に、ＭＯＶＰＥ反応装置を用い、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなるバッファ層を１００Å、ノンドープＧａＮ層を１．５μｍ、ｎ型半導体層２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．１６５μｍ、ＧａＮ層（４０Å）とＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層５を６４０Å、最初に膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と続いて膜厚が３０ÅのＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎからなる井戸層と膜厚が１００ÅのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる第１の障壁層と膜厚が１５０ÅのアンドープＧａＮからなる第２の障壁層が繰り返し交互に６層ずつ積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層３（総膜厚１９３０Å）、ｐ型半導体層４として、ＭｇドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｐ型クラッド層を０．２μｍ、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．５μｍの膜厚でこの順に成長させ、ウェハを作製した。
＜エッチング＞
【００５０】
得られたウェハを反応容器内で、窒素雰囲気中、６００℃にてアニールし、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層をさらに低抵抗化した。アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの上からエッチングし、ｎ型コンタクト層の一部を露出させた。
＜ＩＴＯ膜の形成＞
【００５１】
マスクを除去した後、スパッタ装置にウェハを設置し、Ｉｎ２Ｏ３とＳｎＯ２とを９５：５の重量比で混合した焼結体からなる第１の酸化物ターゲットと、このＩｎ２Ｏ３とＳｎＯ２との焼結体に９０：１０の重量比となるようにさらにＩｎを添加した第２のターゲットとをＩＴＯターゲットとして設置した。スパッタ装置によって、酸素ガス雰囲気中、スパッタガスとしてアルゴンガスで、まず、第１の酸化物ターゲットを用いて、例えばＲＦパワー１０Ｗ／ｃｍ３で５分間スパッタリングし、引き続き、第２のターゲットに変更して１５分間スパッタリングすることにより、ウェハのｐ型コンタクト層８のほぼ全面に、ＩＴＯよりなる透光性電極５を４０００Åの膜厚で形成した。得られた透光性電極５は良好な透光性を有し、サファイア基板１まで透けて観測できた。
＜パッド電極の形成＞
【００５２】
透光性電極５上に、レジストにより所定のパターンを有するマスクを形成し、その上にＰｔ層及びＡｕ層をこの順に積層し、リフトオフ法により、ボンディング用のパッド電極６を総膜厚１μｍで形成した。その後、ｎ型コンタクト層の上に、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ電極７を７０００Åの膜厚で形成し、アニール装置にて４００℃以上で熱処理を施し、電極を合金化した。さらに、ＺｒＯ２よりなる絶縁性酸化物膜８をパッド電極６とｎ電極７の表面の一部が露出するようにして半導体積層構造及び導電性酸化物膜の表面及び側面に２０００Åの膜厚で形成した。得られたウェハを所定の箇所で分割することにより、半導体発光素子１０を得た。
【００５３】
以上のようにして形成した半導体発光素子を、酸化物膜８表面側から、ＩＴＯ膜５及び半導体層４にかけてＳＩＭＳにより分析し、パッド電極、透光性電極、ｐ型半導体層のデプスプロファイルを測定した。その結果は図２に示す傾向になり、図２から、ＩＴＯ膜は、パッド電極側の界面近傍において、ｐ型半導体層４側の酸素濃度よりも酸素濃度の高い領域５ａを有していることが確認された。
【００５４】
このような構成により、ＩＴＯ膜の表面において、酸素濃度の高い、つまりキャリアが少ない領域が形成され、酸化物膜との界面近傍において、結晶性に優れ、発光層からの光を十分に外部に取り出すことができる。さらにＩＴＯ膜の半導体層側に酸素濃度の低い、つまりキャリアが多い領域が形成されるために、半導体層とのショットキー障壁を小さくすることができる。また、ＩＴＯ膜は、半導体層が表面にある半導体積層構造側のシート抵抗を低くでき、半導体積層構造に最も効率よく電流注入が行えるので、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【実施例２】
【００５５】
次に実施例２の半導体発光素子は、実施例１における製造工程において、ＩＴＯ膜を成膜する際に、第１の酸化物ターゲットを用い、成膜初期は、スパッタガスとして、アルゴンガスのみを用い、その後、スパッタガスをアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスに変更する以外は、実質的に実施例１と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。
【００５６】
なお、成膜時のスパッタガスの圧力を０．０１〜０．５Ｐａ程度とした場合に、初期の酸素ガスの分圧は、１×１０−４〜１×１０−２Ｐａ程度とした。また、アルゴンガスのみを用いた成膜時間は５分間程度、その後、アルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスで１５分間程度成膜した。
【００５７】
得られた半導体発光素子においても、実施例１と同様に、ＩＴＯ膜の表面において、酸素濃度の高い、つまりキャリアが少ない領域が形成され、酸化物膜との界面近傍において、結晶性に優れ、発光層からの光を十分に外部に取り出すことができる。さらにＩＴＯ膜の半導体層側に酸素濃度の低い、つまりキャリアが多い領域が形成されるために、半導体層とのショットキー障壁を小さくすることができる。また、ＩＴＯ膜は、半導体層が表面にある半導体積層構造側のシート抵抗を低くでき、半導体積層構造に最も効率よく電流注入が行えるので、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【実施例３】
【００５８】
実施例３の半導体発光素子は、実施例１における製造工程において、ＩＴＯ膜を成膜する際に、第２の酸化物ターゲットを用い、成膜初期は、スパッタ装置のＲＦパワーを２Ｗ／ｃｍ２とし、その後、１０Ｗ／ｃｍ２に徐々に加速させる以外は、実質的に実施例１と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。
【実施例４】
【００５９】
実施例４の半導体発光素子は、実施例１における製造工程においてＩＴＯ膜を成膜した後、あるいは、実施例１における製造工程において第１の酸化物ターゲットを用いて４０００ÅのＩＴＯ膜を形成した後、酸化性ガス雰囲気下（例えば酸素ガス雰囲気下）にて、例えば３００℃でランプアニールによって処理することにより、実施例１と実質的に同様の構成の半導体発光素子を得た。酸化ガス雰囲気下でのアニール処理により、表面側のＩＴＯ膜内の酸素が酸化ガスと反応することによって、ＩＴＯ膜表面の酸素濃度を高くさせることができる。
【実施例５】
【００６０】
実施例５の半導体発光素子は、実施例１における製造工程においてＩＴＯ膜を成膜した後、あるいは、実施例１における製造工程において第２の酸化物ターゲットを用いて４０００ÅのＩＴＯ膜を形成した後、酸化物膜として、Ｓｉ、Ｓｎ等の酸化されやすい金属の単層膜又は積層膜を、例えば２μｍ程度の膜厚で形成し、３００℃でアニールすることによって、実施例１と実質的に同様の構成の半導体発光素子を得た。このように、酸化物膜８を形成して熱処理することにより、酸化物膜中の酸素がＩＴＯ膜に移行し、ＩＴＯ膜表面の酸素濃度を高くすることができる。
【実施例６】
【００６１】
実施例６の半導体素子は、実施例１においてＩＴＯ膜の形成を以下のようにする他は同様にして作成した。
＜ＩＴＯ膜の形成＞
【００６２】
マスクを除去した後、スパッタ装置にウェハを設置し、Ｉｎ２Ｏ３とＳｎＯ２とを９０：１０の重量比で混合した焼結体からなる第１の酸化物ターゲットと、このＩｎ２Ｏ３とＳｎＯ２との焼結体に９５：５の重量比となるようにさらにＩｎを添加した第２のターゲットとをＩＴＯターゲットとして設置した。スパッタ装置によって、酸素ガス雰囲気中、スパッタガスとしてアルゴンガスで、まず、第１の酸化物ターゲットを用いて、例えばＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ３で５分間スパッタリングし、引き続き、第２のターゲットに変更して、例えばＲＦパワー１０Ｗ／ｃｍ３で１５分間スパッタリングすることにより、ウェハのｐ型コンタクト層８のほぼ全面に、ＩＴＯよりなる透光性電極５を４０００Åの膜厚で形成した。得られたＩＴＯ膜は、酸化物膜側の酸素濃度を膜中より高くさせることができ、さらに半導体層側のＳｎのドープ量を膜中より高くさせることができる。
【実施例７】
【００６３】
実施例７の半導体発光素子は、実施例６における製造工程においてＩＴＯ膜を成膜した後、酸化物膜として、Ｓｉ、Ｓｎ等の酸化されやすい金属の単層膜又は積層膜を、例えば２μｍ程度の膜厚で形成し、３００℃でアニールすることによって、実施例１と実質的に同様の構成の半導体発光素子を得た。このように、酸化物膜８を形成して熱処理することにより、酸化物膜中の酸素がＩＴＯ膜に移行し、酸化物側の酸素濃度を高くし、また半導体層側のＳｎのドープ量を膜中より高くすることができる。つまりショットキー障壁をさらに小さく、また半導体積層構造側のシート抵抗をさらに低くすることができる。
【実施例８】
【００６４】
実施例８の半導体発光素子は、実施例１における製造工程において、ＩＴＯ膜を成膜する際に、スパッタ法に代えて、真空蒸着法を利用する以外は、実質的に実施例１と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。ｎ型コンタクト層の一部を露出させたウェハを、真空蒸着装置に入れ、ウェハ温度を１００℃に維持しながら、ＳｎＯ２が１０％のＩＴＯを電子銃で加熱、蒸発させて、ＩＴＯ膜を成膜した。成膜中、ウェハ温度を３００℃まで、１０秒間で加熱手段を用いて急激に温度を上げて、膜厚が４０００ÅのＩＴＯ膜を形成した。このように、成膜中にウェハ温度を急激に昇温させ、最初にＩＴＯの結晶化温度より低い温度で成膜し、続けて結晶化温度で成膜することにより、結果的に、表面側において、酸素濃度の高いＩＴＯ膜を形成することができる。
【実施例９】
【００６５】
実施例９の半導体発光素子は、実施例８における製造工程において、真空蒸着法によりＩＴＯ膜を形成する際に、ウェハ温度を３００℃に維持しながら、イオン銃を利用して、成膜時後半にのみ、ウェハ表面（ｐ型半導体層）に酸素イオンを１０１２個／ｃｍ２程度で照射する以外は、実質的に実施例４と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。
【実施例１０】
【００６６】
実施例１０の半導体発光素子は、実施例８における製造工程において、真空蒸着法によりＩＴＯ膜を形成する際に、ウェハ温度を３００℃に維持しながら、成膜初期の成膜レートを５Å／秒とし、その後、５０Å／秒に加速させる以外は、実質的に実施例４と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。このように、成膜レートを加速させることにより、ＩＴＯ膜を構成する蒸着粒子の温度が上昇し、酸素との反応性が向上し、表面側のＩＴＯ膜の酸素濃度を高くさせることができる。
【実施例１１】
【００６７】
実施例１１の半導体発光素子は、実施例１における製造工程において、ＩＴＯ膜を成膜する際に、スパッタ法に代えて、イオンプレーティング法を利用する以外は、実質的に実施例１と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。つまり、ｎ型コンタクト層の一部を露出させたウェハを、プラズマガンを備えたイオンプレーティング装置に導入し、反応室に反応ガスであるＯ２ガスを導入する。さらに、反応室よりもプラズマガン内部の圧力が高くなるようにＡｒガスをプラズマガン内に導入する。プラズマガンに内蔵したカソードから放出される電子を磁場によりガイドして、ルツボに仕込まれたＩＴＯペレットに集中して照射する。この際、電子ビーム加熱することにより、ＩＴＯペレットから蒸発した蒸発物と、酸素ガスとがプラズマ内で活性化され、ウェハ上に堆積し、ＩＴＯ膜を形成することができる。なお、成膜初期においては、プラズマガンの投入電力を１ｋＷ、その後、３ｋＷとすることにより、表面側のＩＴＯ膜の酸素濃度を高くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の半導体発光素子は、例えばフルカラーＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤ信号機、道路情報表示板等のＬＥＤデバイス、あるいは太陽電池、光センサー等の受光素子としてイメージスキャナ等に適用したり、あるいはまた電子デバイス（ＦＥＴ等のトランジスタやパワーデバイス）や、これらを用いた光ディスク用光源等大容量の情報を記憶するＤＶＤ等のメディアや通信用の光源、印刷機器、照明用光源等に好適に利用できる。照明用途としては、バックライト光源、車両用ランプ等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の構成を示す断面図である。
【図２】図１における導電性酸化物膜（ＩＴＯ膜）中の酸素のデプスプロファイルを示すグラフである。
【図３】図１におけるＩＴＯ膜中のスズのデプスプロファイルを示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例に係る半導体発光素子の電極形状を説明するための平面図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る半導体発光素子の電極形状を説明するための平面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施例に係る半導体発光素子の電極形状を説明するための平面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例に係る半導体発光素子の電極形状を説明するための平面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  基板
２  ｎ型半導体層
３  活性層
４  ｐ型半導体層
５  透光性電極
５ａ  領域
５ｂ  領域
６  パッド電極
７  ｎ電極
８  絶縁性酸化物膜
１０  半導体発光素子
【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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