(57)【要約】【課題】  電極として、透明な導電性酸化物膜を用い、その上に金属電極を形成する場合において、十分な透明性を維持しながら、ショットキー障壁を防止し、コンタクト抵抗を最小限に留めることができる電極及びこの電極を備えた半導体発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】  半導体層上に亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、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を含む酸化物よりなる導電性酸化物膜と金属膜とがこの順に積層された電極であって、前記導電性酸化物膜の金属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低いことを特徴とする電極。【選択図】  図１
2005209734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層上に、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を含む酸化物よりなる導電性酸化物膜と金属膜とがこの順に積層された電極であって、前記導電性酸化物膜の金属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低いことを特徴とする電極。
【請求項２】
半導体層上に、導電性酸化物膜と金属膜とがこの順に積層された電極であって、前記導電性酸化物膜の金属膜との界面近傍における膜中キャリア濃度が、前記導電性酸化物膜の他の部分の膜中キャリア濃度よりも低いことを特徴とする電極。
【請求項３】
金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌの単層膜又は積層膜により形成されてなる請求項１又は２に記載の電極。
【請求項４】
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、前記第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であって、
前記第１導電型又は第２導電型半導体層に接続された電極が、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を含む酸化物よりなる導電性酸化物膜と金属膜とがこの順に積層されてなり、かつ、前記導電性酸化物膜の金属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低いことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌの単層膜又は積層膜により形成されてなる請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ接続された電極が、いずれも、導電性酸化物膜と金属膜とがこの順に積層されてなり、かつ、前記導電性酸化物膜の金属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低い請求項４又は５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
第１導電型半導体層がｎ型半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型半導体層である請求項４〜６のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
半導体層が窒化物半導体層である請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極及び半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体発光素子として、基板上にｐ型半導体層およびｎ型半導体が積層され、ｐ型および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。
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）。
【０００３】
しかし、例えば、導電性酸化物膜自体は、ｎ型の半導体特性を示すことから、導電性酸化物膜上にさらに金属電極を形成する場合には、金属電極の材料によっては、ショットキー障壁を形成し、コンタクト抵抗を増大させることがある。従って、導電性酸化物膜を形成することにより、その上に形成される金属電極の材料や成膜方法を制限したり、あるいは電力効率が低下するという問題があった。
【０００４】
【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】
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、電極として透明な導電性酸化物膜を用い、その上に金属膜を形成する場合において、十分な透明性を維持しながら、ショットキー障壁を防止し、コンタクト抵抗を最小限に留めることができる電極及びこの電極を備えた半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電極は、半導体層上に、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、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を含む酸化物よりなる導電性酸化物膜と金属膜とがこの順に積層された電極であって、前記導電性酸化物膜の金属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低いことを特徴とする。
また、半導体層上に、導電性酸化物膜と金属膜とがこの順に積層された電極であって、前記導電性酸化物膜の金属膜との界面近傍における膜中キャリア濃度が、前記導電性酸化物膜の他の部分の膜中キャリア濃度よりも低いことを特徴とする。
これら電極においては、金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌの単層膜又は積層膜により形成されてなることが好ましい。
【０００７】
さらに、本発明の半導体発光素子は、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、前記第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であって、
前記第１導電型又は第２導電型半導体層に接続された電極が、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を含む酸化物よりなる導電性酸化物膜と金属膜とがこの順に積層されてなり、かつ、前記導電性酸化物膜の金属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における導電性酸化物膜の膜中酸素濃度よりも低いことを特徴とする。
【０００８】
この半導体発光素子においては、金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌの単層膜又は積層膜により形成されてなることが好ましい。
また、第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ接続された電極が、いずれも、導電性酸化物膜と金属膜とがこの順に積層されてなり、かつ、前記導電性酸化物膜の金属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低いことが好ましい。
さらに、第１導電型半導体層がｎ型半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型半導体層であることが好ましく、半導体層が窒化物半導体層であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電極によれば、導電性酸化物膜の金属膜との界面近傍における膜中酸素濃度又は膜中キャリア濃度が、導電性酸化物膜の他の部分の膜中酸素濃度又は膜中キャリア濃度よりも低いために、欠損した酸素はキャリアと同じ動向を示すことから、導電性酸化物膜の金属膜側においてのみ、キャリアを多く配置することができ、その上に形成される金属の種類にかかわらずショットキー障壁を小さくすることができる。よって、オーミック性に優れた電極を得ることができるとともに、電力効率を向上させることができる。しかも、半導体側、つまり、導電性酸化物膜において、金属膜との界面近傍以外の部分は、膜中の酸素濃度が多く、キャリア濃度が小さいために、結晶性が良好となり、可視光に対する透過率を良好とすることができ、透明電極としての機能を十分に発揮させることができる。
【００１０】
特に金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌの単層膜又は積層膜により形成される場合には、ショットキー障壁をより低減させることができるとともに、半田による接着、ワイヤボンディング等が施されるなど、金属膜の形態にかかわらず、金属膜と良好な接着性を確保することができる。なかでもＷ、Ｒｈ、Ｐｔを金属膜として用いる場合には、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜との密着性がきわめて良好となり、電気的な接続の信頼性が高い。
【００１１】
また、本発明の半導体発光素子によれば、オーミック性に優れた電極を得ることができるため、電力効率の低下を防止することができ、低消費電力で明るい発光素子を提供することが可能となる。しかも、オーミック性を確保しながら、透光性を良好に維持することができるため、光の取り出し効率を良好にすることができ、高品質、高性能の発光素子を得ることができる。
【００１２】
さらに、第１導電型及び第２導電型半導体層のそれぞれに接続される電極のいずれにおいても、上述したような電極を採用する場合には、第１導電型及び第２導電型半導体層上に、同一工程によって同時に電極を形成することができるため、製造コストの低減を図ることができ、安価な半導体発光素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の電極は、半導体層上に形成された導電性酸化物膜と金属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、種々の膜厚のものを適用することができる。
【００１４】
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明膜であり、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、後述する金属膜との接続、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、さらに後述する金属膜との間に形成されており、金属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の膜中酸素濃度よりも低い。換言すると、金属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、金属膜に近い所定の領域の膜中酸素濃度から急減に減少する膜中酸素濃度を有している。
膜中酸素濃度が低い導電性酸化物膜の膜厚は、例えば、導電性酸化物膜の全膜厚の５〜４０％程度、好ましくは２０〜３０％程度である。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、レーザーアブレーション法、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。
【００１７】
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大きいガスから小さい又はゼロのガスに切り替えるか、徐々に酸素分圧を減少させて用いる方法、導電性酸化物膜成膜用のターゲットのほかに、例えば、Ｉｎ量が多いターゲット、また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減少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低下させる方法、成膜レートを急激に低下させる方法、イオン銃を用いて酸素イオンを成膜初期にのみ照射する方法等が挙げられる。
【００１８】
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、成膜初期に、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、その後、酸素プラズマを減少さ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。
【００１９】
加えて、導電性酸化物膜を形成した後、例えば、還元性ガス、特に酸素と結合しやすいガス（具体的には、一酸化炭素、水素、アルゴン等又はこれら２種以上の混合ガス）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、例えば、酸化物を形成しやすい金属（具体的にはＷ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ等）と接触させながら、２００〜６００℃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。また、導電性酸化物膜を途中まで形成した後、酸素を含む雰囲気にて熱処理することにより、熱処理された導電性酸化物膜の膜中酸素濃度を高くする方法を利用してもよい。熱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。
【００２０】
金属膜の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。また、この金属膜は、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機能し得るものであることが好ましい。
【００２１】
本発明において、上述した電極構造を備える半導体発光素子は、当該分野で公知のものの全てを包含する。例えば、ＬＥＤ、レーザーダイオード等が挙げられる。これらは、当該分野で公知の方法により作製されたものであり、公知の構成を有していればよい。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。
【００２２】
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電極および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アなどが配線される。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、基板としては、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。
【００２３】
本発明の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。
【００２４】
このような半導体発光素子における金属膜は、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（その膜厚として、例えばそれぞれ１００ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍ）；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（その膜厚として、例えばそれぞれ２０ｎｍ／７００ｎｍ）等が挙げられる。金属膜の最上層を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、光反射性およびバリア性に優れ、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。
【００２５】
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ことが好ましい。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）〜（４）に示すような半導体層の積層構造が挙げられる。
（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。
【００２６】
（２）膜厚が約１００オングストロームの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。
【００２７】
（３）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。
【００２８】
（４）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。
【００２９】
また、本発明の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。
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、発光素子を高出力で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。
【００３０】
また、光変換部材が、（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。
さらに、光変換部材が、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。
【００３１】
また、本発明の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、特に本発明の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３〜図６に示したような構成が挙げられる。
【００３２】
図３及び図４に示すように、ｎ電極５３は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。
ｐ側パッド電極５５は、透明電極５４上におけるｎ電極が近接する辺に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の両側のｐ側パッド電極５５が隣接する辺に沿って伸びている。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を透明電極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ことがさらに好ましい。
【００３３】
具体的には、延長導電部５６と、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ｐ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。
また、延長導電部５６はそれぞれ、図３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４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。
【００３４】
さらに、図５及び図６に示すように、ｎ電極６３が半導体発光素子の１つの隅部に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。
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５及び図６に示すように、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。
【００３５】
以下に、本発明の電極及び半導体発光素子を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１
この実施の形態の半導体発光素子を図１に示す。
この半導体発光素子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、ＧａＮ層（２５０Å）とＩｎＧａＮ層（３０Å）とが交互に３〜６回積層された多重量子井戸構造の活性層３、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。
【００３６】
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。
【００３７】
ｐ型半導体層３上には、ほぼ全面に、ＩＴＯからなる透明電極５が形成されており、この透明電極５の一部上にパッド電極６が形成されている。なお、透明電極５は、パッド電極６側において膜中酸素濃度が低い部分５ａが、ｐ型半導体層３側において膜中酸素濃度が高い部分５ｂが形成されている。
【００３８】
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＞
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、ＧａＮ層（２５０Å）とＩｎＧａＮ層（３０Å）とを交互に３〜６回積層させた多重量子井戸構造の活性層３、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。
【００３９】
＜エッチング＞
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。
【００４０】
＜ＩＴＯ膜の形成＞
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１０Ｗ／ｃｍ３で２０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５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よりなる透明電極５を５０００Åの膜厚で形成した。
得られた透明電極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。
【００４１】
＜パッド電極の形成＞
透明電極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層および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。
【００４２】
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。
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。
【００４３】
以上のようにして形成した半導体発光素子を、パッド電極表面側からＳＩＭＳにより分析し、パッド電極、透明電極、ｐ型半導体層のデプスプロファイルを測定した。その結果を図２に示す。
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低い部分５ａを有していることが確認された。また、酸素濃度の低い部分５ａは、ＩＴＯ膜の全膜厚の２５％程度であった。
【００４４】
このような構成により、ＩＴＯ膜の表面において、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、パッド電極６と透明電極５との間のショットキー障壁を小さくすることができ、パッド電極６と透明電極５とのコンタクト抵抗を低減させることができる。よって、パッド電極６から透明電極５を通して、電流をｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層全体に均一に広げることができ、活性層を効率的に発光させることが可能となる。
しかも、透明電極５は、ｐ型半導体層４側においては、酸素濃度が比較的高いために結晶性が良好となり、よって、透光性を向上させることができ、この電極側を発光観測面とすることができる。
【００４５】
実施例２
この実施例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、アルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスを用い、その後、スパッタガスをアルゴン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。
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、アルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスを用いた成膜時間は２０分間程度、その後、アルゴンガスで５分間程度成膜した。
【００４６】
得られた半導体発光素子においても、実施例１と同様に、パッド電極と透明電極とのコンタクト抵抗を低減させることができ、活性層を効率的に発光させることができた。また、透明電極の透光性を向上させることができ、この電極側を発光観測面とすることができた。
【００４７】
実施例３
この実施例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、スパッタ装置のＲＦパワーを１０Ｗ／ｃｍ２とし、その後、２Ｗ／ｃｍ２に徐々に減少させる以外は、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。
【００４８】
実施例４
この実施例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５０００ÅのＩＴＯ膜を形成した後、還元ガス雰囲気下（例えば、水素ガス雰囲気下）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。
還元ガス雰囲気下でのアニール処理により、表面側のＩＴＯ膜内の酸素が還元ガスと反応することによって、ＩＴＯ膜表面の酸素濃度を低下させることができる。
【００４９】
実施例５
この実施例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５０００ÅのＩＴＯ膜を形成した後、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＡｌ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、金属膜を形成して熱処理することにより、ＩＴＯ膜表面の酸素がその上の金属に移行し、ＩＴＯ膜表面の酸素濃度を低下させることができる。
【００５０】
実施例６
この実施例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３００℃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１００℃まで、１０秒間で水冷手段を用いて急激に低下させて、膜厚が５０００ÅのＩＴＯ膜を形成した。
【００５１】
このように、成膜中にウェハ温度を急激に低下させ、ＩＴＯの結晶化温度より低い温度で成膜することにより、酸素との反応性が低下し、結果的に、表面側において、酸素濃度の低いＩＴＯ膜を形成することができる。
【００５２】
実施例７
この実施例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、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、成膜初期にのみ、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。
【００５３】
実施例８
この実施例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、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５０Å／秒とし、その後、５Å／秒に減少させる以外は、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、成膜レートを減少させることにより、ＩＴＯ膜を構成する蒸着粒子の温度が低下し、酸素との反応性が低下し、表面側のＩＴＯ膜の酸素濃度を低下させることができる。
【００５４】
実施例９
この実施例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３ｋＷ、その後、１ｋＷとすることにより、表面側のＩＴＯ膜の酸素濃度を低減させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の電極は、半導体装置、液晶表示装置、エレクトロルミネッセンス装置、太陽電池等の種々のデバイスに幅広く利用することができ、特に、この電極は、バックライト光源、ディスプレイ、照明、車両用ランプ等の各種光源を構成する半導体発光素子に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明における実施の形態１の半導体発光素子の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１における半導体層、ＩＴＯ膜及び金属膜のデプスプロファイルを示すグラフである。
【図３】本発明におけ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４】本発明における半導体発光素子の別の電極形状を説明するための平面図である。
【図５】本発明における半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図６】本発明における半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  基板
２  ｎ型半導体層
３  活性層
４  ｐ型半導体層
５  透明電極
５ａ  膜中酸素濃度が低い部分
５ｂ  膜中酸素濃度が高い部分
６  パッド電極
７  ｎ電極
１０  半導体発光素子
【図１】
2005209734.tif 000003
【図２】
2005209734.tif 000004
【図３】
2005209734.tif 000005
【図４】
2005209734.tif 000006
【図５】
2005209734.tif 000007
【図６】
2005209734.tif 000008