(57)【要約】      （修正有）【課題】所望のパターンが形成でき、製造工程の迅速化を図ることが可能なパターン形成方法を提供する。【解決手段】本実施形態のパターン形成方法は、下地１０の上に第１の膜１１を選択的に形成する工程と、前記第１の膜１１および前記第１の膜に覆われていない前記下地１０の上に、第２の膜１３を形成する工程と、前記第２の膜１３の平均結晶粒径を前記第２の膜１３の膜厚以上に調整する工程と、前記第１の膜１１のエッチャントを前記第２の膜１３の表面に晒し、前記第１の膜１１の上に形成された前記第２の膜１３を前記下地上から選択的に除去する工程と、を備える。【選択図】図１
2012004187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地の上に第１の膜を選択的に形成する工程と、
前記第１の膜および前記第１の膜に覆われていない前記下地の上に、第２の膜を形成する工程と、
前記第２の膜の平均結晶粒径を前記第２の膜の膜厚以上に調整する工程と、
前記第１の膜のエッチャントを前記第２の膜の表面に晒し、前記第１の膜の上に形成された前記第２の膜を前記下地上から選択的に除去する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第２の膜に加熱処理を施し、前記第２の膜の平均結晶粒径を前記第２の膜の膜厚以上に調整することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記第２の膜を真空処理によって形成する際の雰囲気ガスに水素ガスを添加して、前記第２の膜の平均結晶粒径を前記第２の膜の膜厚以上に調整することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記エッチャントを前記第２の膜の結晶粒界を介して、前記第２の膜の裏面に接する前記第１の膜にまで到達させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第２の膜の表面に対して略垂直な方向から前記第２の膜をみて、前記第２の膜の平均結晶粒径を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記第１の膜として、酸化膜を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記第２の膜として、透明導電性膜を用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項８】
下地と、
前記下地の上に選択的に設けられ、平均結晶粒径が前記透明導電性膜の膜厚以上である透明導電性膜と、
を備えていることを特徴とする積層構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パターン形成方法および積層構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
透明導電性膜の１つに、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜がある。ＩＴＯ膜は、発光装置、太陽電池、フラットパネルディスプレイ等の透光性電極として用いられている。ＩＴＯ膜のパターニングは、一般的にレジストを用いた光リソグラフィと、レジストパターンをマスクとするウェットエッチングで行われる。ところが、成膜直後のＩＴＯ膜は、非晶質と結晶とが混在した状態にあるため、エッチング速度が結晶性によって異なる場合がある。例えば、結晶部分においてはエッチング速度が遅く、非晶質部分においてはエッチング速度が速くなる場合がある。このため、結晶部分は残渣になり、非晶質部分においてはオーバーエッチングがなされたりする。その結果、ＩＴＯ膜のパターン加工においては、微細加工が困難になり、設計通りの寸法に加工できない場合がある。
【０００３】
一方、ＩＴＯ膜の非晶質と結晶とが混在した状態を回避するために、ＩＴＯ膜に加熱処理を施す方法がある。これは、ＩＴＯ膜に加熱処理を施すことにより、ＩＴＯ膜内の結晶性を向上させる方策である。しかしながら、ＩＴＯ膜の結晶性が高くなるほど、エッチング速度が極端に遅くなってしまい、製造工程の遅延を招来してしまう。従って、この方策も有効な方法ではない。  
このように透明導電性膜のパターン加工においては、所望のパターンが形成できず、製造工程の迅速化が図れていないのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１００４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、所望のパターンを形成でき、製造工程の迅速化を図ることが可能なパターン形成方法、このパターン形成方法によって形成される積層構造体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態のパターン形成方法は、下地の上に第１の膜を選択的に形成する工程と、前記第１の膜および前記第１の膜に覆われていない前記下地の上に、第２の膜を形成する工程と、前記第２の膜の平均結晶粒径を前記第２の膜の膜厚以上に調整する工程と、前記第１の膜のエッチャントを前記第２の膜の表面に晒し、前記第１の膜の上に形成された前記第２の膜を前記下地上から選択的に除去する工程と、を備える。
【０００７】
また、別の本実施形態の積層構造体は、下地と、前記下地の上に選択的に設けられ、平均結晶粒径が前記透明導電性膜の膜厚以上である透明導電性膜と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態に係るパターン形成方法の形成過程を説明するための要部断面模式図であり、（ａ）は、絶縁膜の形成工程図、（ｂ）は、絶縁膜のエッチング工程図、（ｃ）は、透明導電性膜の形成工程図、（ｄ）は、透明導電性膜の加熱処理工程図、（ｅ）は、絶縁膜のエッチング工程図、（ｆ）は、透明導電性膜のリフトオフ工程図である。
【図２】比較例に係るパターン形成方法の形成過程を説明するための要部断面模式図であり、（ａ）は、レジストパターン形成工程図、（ｂ）は、透明導電性膜のエッチング工程図、（ｃ）は、エッチング後の透明導電性膜の図である。
【図３】第１の実施の形態に係る透明導電性膜内の平均結晶粒径の変化を説明するグラフであり、（ａ）は、透明導電性膜の膜厚と、透明導電性膜の平均結晶粒径との関係を説明するグラフであり、（ｂ）は、透明導電性膜を真空処理によって形成する際の雰囲気ガスに添加される水素添加量と、透明導電性膜の平均結晶粒径との関係を説明するグラフである。
【図４】透明導電性膜の要部断面模式図であり、（ａ）は、図３（ａ）の線形ラインＣの下側における透明導電性膜の要部断面模式図であり、（ｂ）は、図３（ａ）の線形ラインＣ上または線形ラインＣの上側における透明導電性膜の要部断面模式図である。
【図５】第１の実施の形態に係る透明導電性膜の平均結晶粒径の算出方法を説明するための平面模式図である。
【図６】第２の実施の形態に係る半導体発光素子の要部模式図であり、（ａ）は、半導体発光素子の要部斜視模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｙ断面模式図が例示されている。
【図７】第２の実施の形態に係る半導体発光素子の形成過程を説明するための要部断面模式図であり、（ａ）は、半導体積層体および絶縁膜の形成工程図、（ｂ）は、絶縁膜のエッチング工程図、（ｃ）は、透明導電性膜の形成工程図である。
【図８】第２の実施の形態に係る半導体発光素子の形成過程を説明するための要部断面模式図であり、（ａ）は、透明導電性膜の加熱処理工程図、（ｂ）は、絶縁膜のエッチング工程図、（ｃ）は、透明導電性膜のリフトオフ工程図である。
【図９】第２の実施の形態に係る半導体発光素子の形成過程を説明するための要部断面模式図であり、（ａ）は、レジストパターン形成工程図、（ｂ）は、絶縁膜および半導体層のエッチング工程図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。  
（第１の実施の形態）  
図１は、第１の実施の形態に係るパターン形成方法の形成過程を説明するための要部断面模式図であり、（ａ）は、絶縁膜の形成工程図、（ｂ）は、絶縁膜のエッチング工程図、（ｃ）は、透明導電性膜の形成工程図、（ｄ）は、透明導電性膜の加熱処理工程図、（ｅ）は、絶縁膜のエッチング工程図、（ｆ）は、透明導電性膜のリフトオフ工程図である。
【００１０】
まず、図１（ａ）に示すように、下地である半導体層１０の上に、第１の膜である絶縁膜１１を形成する。第１の膜である絶縁膜１１は、スパッタリング法、ＣＶＤ法で形成される。下地である半導体層１０は、例えば、化合物半導体層である。第１の膜である絶縁膜１１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜である。下地および第１の膜は、これらの材料に限定されない。続いて、絶縁膜１１の上にフォトリソグラフィによってパターニングされたレジスト１２を形成する。レジスト１２は、例えば、有機レジストである。
【００１１】
次に、パターニングされたレジスト１２をマスクとして、図１（ｂ）に示すように、絶縁膜１１にエッチング加工を施す。エッチングの手法は、例えば、異方性のドライエッチングである。これにより、下地である半導体層１０の上に、第１の膜である絶縁膜１１が選択的に形成される。半導体層１０の一部は、絶縁膜１１から選択的に表出する。異方性のドライエッチング条件を調整することによって、エッチング後の絶縁膜１１の側面がテーパ状ではなく、ストレート形状に形成される。
【００１２】
次に、レジスト１２を取り除いた後、図１（ｃ）に示すように、パターニングされた絶縁膜１１、および絶縁膜１１に覆われておらず表出した半導体層１０の上に、第２の膜である透明導電性膜１３を形成する。第２の膜である透明導電性膜１３は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法によって形成する。透明導電性膜１３は、例えば、ＩＴＯ膜である。透明導電性膜１３としては、このほか、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜、酸化錫（ＳｎＯ２）膜等を用いてもよい。透明導電性膜１３を半導体層１０の上および絶縁膜１１の上に形成した直後においては、透明導電性膜１３は、結晶部分と非晶質部分とが混在した状態にある。
【００１３】
透明導電性膜１３については、例えば、真空蒸着法によって形成してもよい。真空蒸着法によって透明導電性膜１３を形成する場合、半導体層１０上に形成される透明導電性膜１３の電気抵抗率を予め下げるために、下地である半導体層１０の温度を２００℃〜４００℃に設定してもよい。
【００１４】
次に、図１（ｄ）に示すように、透明導電性膜１３に加熱処理を施す。透明導電性膜１３を加熱する温度は、５５０℃〜８００℃である。透明導電性膜１３に加熱処理を施すと、透明導電性膜１３内の結晶部分が核となって透明導電性膜１３内の結晶成長が促進する。本実施の形態では、この加熱処理によって、透明導電性膜１３の平均結晶粒径を透明導電性膜１３の膜厚ｄ（ｎｍ）以上に調整する。
【００１５】
透明導電性膜１３の平均結晶粒径が透明導電性膜１３の膜厚ｄ（ｎｍ）以上に調整されることにより、透明導電性膜１３のそれぞれの結晶粒界１３ｂは、透明導電性膜１３の表面から裏面の方向に向かう。換言すれば、透明導電性膜１３の平均結晶粒径が透明導電性膜１３の膜厚ｄ（ｎｍ）以上に調整されることにより、透明導電性膜１３の表面から裏面にまでに至る結晶粒界のパスが形成される。
【００１６】
次に、図１（ｅ）に示すように、透明導電性膜１３の表面側をエッチング溶液１４に晒す。エッチング溶液１４は、絶縁膜１１のエッチャントである。絶縁膜１１のエッチャントとは、絶縁膜１１を選択的に溶解することが可能なエッチング剤である。エッチング剤には、ウェット処理で用いられるエッチング用の液体のほか、ドライ処理で用いられるエッチング用の気体も含まれる。第１の実施の形態では、ウェット処理の場合を例示している。
【００１７】
例えば、エッチング溶液１４として、水を溶媒とするフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）溶液を用いる。透明導電性膜１３の表面側にエッチング溶液１４を晒すと、エッチング溶液１４が透明導電性膜１３の表面側から透明導電性膜１３のそれぞれの結晶粒界１３ｂに侵入する。結晶粒界１３ｂに侵入したエッチング溶液１４は、結晶粒界１３ｂを介して絶縁膜１１の表面にまで到達する。
【００１８】
続いて、エッチング溶液１４が透明導電性膜１３の表面側から絶縁膜１１の表面にまで到達すると、図１（ｆ）に示すように、絶縁膜１１の表面がエッチング溶液１４によって晒され、透明導電性膜１３の裏面側に接する絶縁膜１１が溶解する。これにより、透明導電性膜１３と絶縁膜１１との密着力が弱まり、絶縁膜１１の上に形成された透明導電性膜１３を下地である半導体層１０上から選択的に除去することができる。すなわち、リフトオフによって絶縁膜１１の上に設けられた透明導電性膜１３を選択的に除去することができる。リフトオフを促進させるために、エッチング溶液１４に超音波を印加する方法、エッチング溶液１４を加温する方法を採用してもよい。
【００１９】
このような製造過程によって、下地である半導体層１０と、下地である半導体層１０の上に選択的に設けられた透明導電性膜１３と、を備えた積層構造体が形成される。この積層構造体においては、透明導電性膜１３の平均結晶粒径が透明導電性膜１３の膜厚以上に設計されている。
【００２０】
比較のために、一般的なフォトリソグラフィによって、透明導電性膜１３をパターニングする製造過程を図２に示す。  
図２は、比較例に係るパターン形成方法の形成過程を説明するための要部断面模式図であり、（ａ）は、レジストパターン形成工程図、（ｂ）は、透明導電性膜のエッチング工程図、（ｃ）は、エッチング後の透明導電性膜の図である。
【００２１】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体層１０の上に、透明導電性膜１３を形成する。続いて、透明導電性膜１３の上に、パターニングされたレジスト１５を形成する。パターニングされたレジスト１５は、フォトリソグラフィによって形成される。レジストパターンを透明導電性膜１３の上に形成することにより、透明導電性膜１３の一部が選択的にレジスト１５から表出する。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト１５から表出した透明導電性膜１３の表面に、塩酸（ＨＣｌ）、あるいは硝酸（ＨＮＯ３）を含む酸溶液１６を晒す。すなわち、酸溶液１６によって表出した部分の透明導電性膜１３を酸溶液１６によってウェットエッチングする。
【００２３】
比較例に係る製造過程では、ウェットエッチングをする際に、透明導電性膜１３に結晶部分と非晶質部分とが含まれている。結晶部分と非晶質部分との酸溶液１６に対するエッチング速度は、それぞれ異なることから、透明導電性膜１３の内部においてエッチング速度が速い部分と遅い部分が生じる。エッチング速度は、一般的に結晶部分よりも非晶質部分のほうが速い。
【００２４】
従って、エッチング後の透明導電性膜１３は、図２（ｃ）に示すように、その結晶部分が残渣となったり（矢印Ａ）、非晶質部分においては、レジスト１５の下部においてオーバーエッチングがなされたりする（矢印Ｂ）。その結果、透明導電性膜１３のパターン加工においては、微細加工が困難になり、設計値通りの寸法に加工できない場合が生じる。
【００２５】
透明導電性膜１３の非晶質と結晶とが混在した状態を回避するために、５５０℃〜８００℃の加熱処理を透明導電性膜１３に施し、透明導電性膜１３の結晶性を向上させる方策もある。しかしながら、透明導電性膜１３の結晶性が高くなるほど、エッチング速度が極端に遅くなるので、この方策では製造工程の遅延を招来してしまう。
【００２６】
また、透明導電性膜１３に５５０℃〜８００℃の加熱処理を施すと、レジスト１５も同時に加熱される。これにより、レジスト１５が熱ダメージを受け易くなる。特に、熱ダメージは、レジスト１５が微細パターンになるほど顕著になる。レジスト１５の熱ダメージとしては、例えば、レジストの変質、変形がある。レジストの変質は、例えば、レジスト１５の硬化（例えば、炭化）である。レジスト１５の変形は、例えば、レジストの亀裂、シュリンク等である。いずれの場合もレジスト１５が原形を維持できずに透明導電性膜１３のマスクパターンとして機能しなくなる。あるいは、透明導電性膜１３に５５０℃〜８００℃の加熱処理を施すと、レジスト１５と半導体層１０とが反応し、レジスト１５と半導体層１０との界面において、炭化物（例えば、炭化珪素）が生成する場合もある。
【００２７】
これに対し、本実施の形態に係るパターン形成方法では、透明導電性膜１３のパターニングとして、リフトオフを採用する。従って、透明導電性膜１３自体をエッチング加工することなく、透明導電性膜１３をパターニングすることができる。これにより、透明導電性膜１３のエッチング速度が製造過程の律速段階となることはない。その結果、製造プロセスの迅速化を図ることができる。
【００２８】
また、絶縁膜１１は、酸化膜で構成されている。このため、透明導電性膜１３と同時に絶縁膜１１が加熱されても、絶縁膜１１は、変質し難く、変形し難い。すなわち、本実施の形態によれば、透明導電性膜１３の微細加工が可能で、透明導電性膜１３を設計通りの寸法に加工することが可能になる。その結果、所望の透明導電性膜１３のパターンを形成することができる。
【００２９】
また、絶縁膜１１の耐熱性が高いので、透明導電性膜１３を加熱し得る温度のマージンが拡大する。このため、加熱温度をパラメータとして、透明導電性膜１３の膜質（例えば、電気抵抗率、透過率等）を容易に制御することができる。
【００３０】
図３は、第１の実施の形態に係る透明導電性膜内の平均結晶粒径の変化を説明するグラフであり、（ａ）は、透明導電性膜の膜厚と、透明導電性膜の平均結晶粒径との関係を説明するグラフであり、（ｂ）は、透明導電性膜を真空処理によって形成する際の雰囲気ガスに添加される水素添加量と、透明導電性膜の平均結晶粒径との関係を説明するグラフである。図３（ａ）の横軸は、加熱処理前のＩＴＯ膜の膜厚（ｎｍ）であり、縦軸は、加熱処理後のＩＴＯ膜の平均結晶粒径（ｎｍ）である。図３（ｂ）の横軸は、雰囲気ガスに対する水素添加量（％）であり、縦軸は、ＩＴＯ膜の平均結晶粒径（ｎｍ）である。
【００３１】
図３には、透明導電性膜としてのＩＴＯ膜を窒素雰囲気で、７００℃、１５分間、加熱処理をした場合のＩＴＯ膜の平均結晶粒径が示されている。
【００３２】
図３（ａ）においては、ＩＴＯ膜は、例えば、雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用いたスパッタリング法で形成されている。
【００３３】
アルゴンガスを用いたスパッタリング法でＩＴＯ膜を形成した場合は、ＩＴＯ膜は、加熱処理前後において、次のように変化した。例えば、膜厚が５５ｎｍのＩＴＯ膜は、平均結晶粒径が２４２ｎｍになった。膜厚が１０５ｎｍのＩＴＯ膜は、平均結晶粒径が１３６ｎｍになった。膜厚が１７０ｎｍのＩＴＯ膜は、平均結晶粒径が６８ｎｍになった。膜厚が２５０ｎｍのＩＴＯ膜は、平均結晶粒径が５８ｎｍになった。
【００３４】
アルゴンガスを用いたスパッタリング法でＩＴＯ膜を形成した場合においては、膜厚が１７０ｎｍのＩＴＯ膜は、平均結晶粒径が６８ｎｍになったが、スパッタリング法において、アルゴンガスに水素を添加すると、同じ膜厚でも、より平均結晶粒径が増大することが分かった。
【００３５】
例えば、図３（ｂ）に示すように、アルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを用いたスパッタリング法でＩＴＯ膜を形成した場合は、水素ガスを０．５％添加した場合では、平均結晶粒径が５３０ｎｍになり、水素ガスを０．７５％添加した場合では、平均結晶粒径が７００ｎｍになり、水素ガスを１．１％添加した場合では、平均結晶粒径が８７５ｎｍになった。
【００３６】
このように、ＩＴＯ膜に加熱処理を施すことにより、ＩＴＯ膜の平均結晶粒径（ｎｍ）をＩＴＯ膜の膜厚（ｎｍ）以上に調整することができる。  
また、スパッタリング法による真空処理で形成する際の雰囲気ガスに水素ガスを添加することにより、ＩＴＯ膜の平均結晶粒径（ｎｍ）をＩＴＯ膜の膜厚（ｎｍ）以上に調整することができる。
【００３７】
また、図３（ａ）には、ＩＴＯ膜の膜厚（ｎｍ）と平均結晶粒径（ｎｍ）とが等しい線形ラインＣが表示されている。線形ラインＣの下側と、上側とにおける透明導電性膜１３の断面の違いを図４に示す。
【００３８】
図４は、透明導電性膜の要部断面模式図であり、（ａ）は、図３（ａ）の線形ラインＣの下側における透明導電性膜の要部断面模式図であり、（ｂ）は、図３（ａ）の線形ラインＣ上または線形ラインＣの上側における透明導電性膜の要部断面模式図である。
【００３９】
図４（ａ）に示すように、ラインＣよりも下側の領域では、透明導電性膜１３内の各結晶粒１３ｃの平均結晶粒径が透明導電性膜１３の膜厚よりも小さい。結晶粒１３ｃの粒界には、非晶質のＩＴＯ成分が介在している場合もある。このため、線形ラインＣの下側では、透明導電性膜１３の表面側から裏面側に直接的に通じる粒界パスが形成され難く、また、粒界パスが形成されても必然的にその長さが長くなってしまう。従って、エッチング溶液１４は、透明導電性膜１３の表面側から裏面側に結晶粒界を通じて移動し難くなり、透明導電性膜１３の裏面に接する絶縁膜１１の表面はエッチング溶液１４に晒され難くなる。従って、ラインＣよりも下側では、透明導電性膜１３の裏面に接する絶縁膜１１の表面が溶解し難くなり、透明導電性膜１３のリフトオフがされ難くなる。
【００４０】
これに対し、図４（ｂ）には、ラインＣ上またはラインＣよりも上側の透明導電性膜１３の断面が示されている。この場合、透明導電性膜１３内の結晶粒１３ｃの平均結晶粒径は、透明導電性膜１３の膜厚以上に調整されている。換言すれば、透明導電性膜１３の表面側から裏面側に通じる結晶粒界１３ｂによるパスが形成されている。
【００４１】
これにより、絶縁膜１１のエッチャントであるエッチング溶液１４を透明導電性膜１３に晒すことにより、エッチング溶液１４を透明導電性膜１３の結晶粒界１３ｂを通じて、透明導電性膜１３の裏面に接する絶縁膜１１にまで到達させることができる。その結果、透明導電性膜１３の裏面に接する絶縁膜１１の表面がエッチング溶液１４によって溶解する。
【００４２】
この際、透明導電性膜１３の裏面に接する半導体層１０についてもエッチング溶液１４に晒される。しかし、エッチング溶液１４は、半導体層１０のエッチャントでないために、半導体層１０は溶解しない。
【００４３】
従って、ラインＣ上またはラインＣよりも上側の領域では、絶縁膜１１の幅を調整することにより、リフトオフによって半導体層１０上に所望のパターンの透明導電性膜１３を選択的に形成することができる。特に、透明導電性膜１３が同じ膜厚でもラインＣ近傍ほど、結晶粒界１３ｂの面内密度は高くなる。従って、エッチング溶液１４を絶縁膜１１の表面により満遍なく晒すには、ラインＣ近傍の領域においてリフトオフを図ることが望ましい。
【００４４】
透明導電性膜１３の平均結晶粒径（ｎｍ）の算出方法について説明する。  
図５は、第１の実施の形態に係る透明導電性膜の平均結晶粒径の算出方法を説明するための平面模式図である。図５には、透明導電性膜１３に加熱処理（５５０℃〜８００℃）を施し、透明導電性膜１３の平均結晶粒径を透明導電性膜１３の膜厚以上に調整した後の透明導電性膜１３の平面が示されている。本実施の形態では、透明導電性膜１３の表面に対して略垂直な方向から透明導電性膜１３をみて、透明導電性膜１３の平均結晶粒径を算出する方策を採る。透明導電性膜１３の平均結晶粒径を透明導電性膜１３の膜厚以上に調整するので、透明導電性膜１３の表面側に表出した透明導電性膜１３の結晶粒径によって、透明導電性膜１３の平均結晶粒径を算出することができる。
【００４５】
例えば、透明導電性膜１３の平面に任意の領域（例えば、長方形）９０を画定し、領域９０の面積と、領域９０内の結晶粒の数を算出する。ここで、結晶粒の数については、領域９０内に結晶粒の全体が入っている結晶粒１３ｃ（例えば、白丸で付された結晶粒）の数を「１」個とし、領域９０の外枠に掛かっている結晶粒１３ｃ（例えば、黒丸で付された結晶粒）の数を「０．５」個とカウントする。
【００４６】
次に、領域９０の面積を結晶粒の数で除算して、透明導電性膜１３の平面における結晶粒の平均面積ａを算出する。そして、この平均面積ａの平方根を透明導電性膜１３の平均結晶粒径とする。
【００４７】
このような方法によれば、簡便且つ迅速に透明導電性膜１３の平均結晶粒径を算出することできる。透明導電性膜１３の平均結晶粒径の算出によって、透明導電性膜１３の平均結晶粒径が透明導電性膜１３の膜厚以上であることを簡便且つ迅速に確認することができる。これにより、透明導電性膜１３にエッチング溶液１４を晒す前に、透明導電性膜１３の表面側から裏面側に結晶粒界１３ｂが形成していることを簡便且つ迅速に確認することができる。
【００４８】
（第２の実施の形態）  
透明導電性膜１３を備えた半導体発光素子について説明する。  
図６は、第２の実施の形態に係る半導体発光素子の要部模式図であり、（ａ）は、半導体発光素子の要部斜視模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｙ断面模式図が例示されている。
【００４９】
半導体発光素子１は、サファイア基板２０の上に、ＧａＮバッファ層２１、ｎ形ＧａＮ層２２、ｎ形ＧａＮガイド層２３、活性層２４、ｐ形ＧａＮガイド層２５、ｐ形ＧａＮ層２６がこの順序で設けられた半導体多層構造体を有している。活性層２４は、ｎ形とｐ形の半導体層に挟まれている。
【００５０】
また、活性層２４は、例えば、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ／Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ−ＭＱＷ（Multi-Quantum Well）構造などで構成でき、活性層２４から、例えば、青色光、紫色光等が放射される。また、ｎ形ＧａＮ層２２の一部表面には、主電極としてのｎ側電極４０が形成されている。
【００５１】
そして、ｐ形ＧａＮ層２６の表面には、透明導電性膜１３が設けられている。透明導電性膜１３の上の一部に、主電極としてのｐ側電極５０が選択的に配置されている。すなわち、ｎ側電極４０およびｐ側電極５０は、ともに、半導体層が積層されているサファイア基板２０の主面の上に配置されている。
【００５２】
また、ｐ側電極５０としては、ＡｕＺｎ／Ｍｏ／Ａｕ（ＡｕＺｎとＭｏとＡｕとをこの順に積層させた積層体）、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕなどを用いる。ｎ側電極４０としては、ＡｕＧｅ／Ｍｏ／Ａｕや、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕなどを用いる。  
また、半導体層２３〜２６とｎ側電極４０との間には、例えば、絶縁層を介設してもよい。
【００５３】
透明導電性膜１３は、ｐ側電極５０からｎ側電極４０に向かって延出している。そして、透明導電性膜１３の終端は、ｎ側電極４０の周辺を取り囲むように配置されている。
【００５４】
半導体発光素子１においては、ｎ側電極４０とｐ側電極５０との間に電圧を印加することにより活性層２４において正孔と電子とが結合して、活性層２４から光を発光させる。ｐ形ＧａＮ層２６の上には、透明導電性膜１３が設けられているので、活性層２４から放出された光は、透明導電性膜１３を透過させて外部に取り出すことが可能になる。
【００５５】
次に、半導体発光素子１の製造方法について説明する。  
図７は、第２の実施の形態に係る半導体発光素子の形成過程を説明するための要部断面模式図であり、（ａ）は、半導体積層体および絶縁膜の形成工程図、（ｂ）は、絶縁膜のエッチング工程図、（ｃ）は、透明導電性膜の形成工程図である。図７には、図６のＸ−Ｙの位置の断面が示されている。
【００５６】
まず、図７（ａ）に示すように、サファイア基板２０の上に、エピタキシャル成長によって、ＧａＮバッファ層２１、ｎ形ＧａＮ層２２、ｎ形ＧａＮガイド層２３、活性層２４、ｐ形ＧａＮガイド層２５、ｐ形ＧａＮ層２６をこの順序で積層する。これらの半導体層を含む半導体多層構造体が図１で例示した半導体層１０に対応している。続いて、ｐ形ＧａＮ層２６の上に、絶縁膜１１を形成する。絶縁膜１１は、スパッタリング法、ＣＶＤ法で形成される。絶縁膜１１は、例えば、酸化シリコン膜である。続いて、絶縁膜１１の上に光リソグラフィによってパターニングされたレジスト１２を形成する。
【００５７】
次に、レジスト１２をマスクとして、図７（ｂ）に示すように、絶縁膜１１にエッチング加工を施す。エッチングの手法は、例えば、異方性のドライエッチングである。これにより、ｐ形ＧａＮ層２６の一部分が絶縁膜１１から選択的に表出する。異方性のドライエッチング条件を調整することにより、絶縁膜１１の側面をテーパ状ではなく、ストレート形状に調整する。
【００５８】
次に、レジスト１２を取り除いた後、図７（ｃ）に示すように、表出したｐ形ＧａＮ層２６の上、およびパターニングされた絶縁膜１１の上に、透明導電性膜１３を形成する。透明導電性膜１３は、例えば、ＩＴＯ膜である。ＩＴＯ膜の代わりとして、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜、酸化錫（ＳｎＯ２）膜を用いてもよい。透明導電性膜１３は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法によって形成する。透明導電性膜１３を成膜した直後の透明導電性膜１３には、結晶部分と非晶質部分とが含まれている。
【００５９】
透明導電性膜１３に関しては、真空蒸着法で形成してもよい。真空蒸着法で透明導電性膜１３を形成する場合には、ｐ形ＧａＮ層２６上に形成される透明導電性膜１３の電気抵抗率を予め下げるために、下地である半導体多層構造体およびサファイア基板２０の温度を２００℃〜４００℃に設定してもよい。
【００６０】
図８は、第２の実施の形態に係る半導体発光素子の形成過程を説明するための要部断面模式図であり、（ａ）は、透明導電性膜の加熱処理工程図、（ｂ）は、絶縁膜のエッチング工程図、（ｃ）は、透明導電性膜のリフトオフ工程図である。図８には、図６のＸ−Ｙの位置の断面が示されている。
【００６１】
次に、図８（ａ）に示すように、透明導電性膜１３に加熱処理を施す。透明導電性膜１３を加熱する温度は、５５０℃〜８００℃である。例えば、透明導電性膜１３を加熱する温度は、７００℃である。透明導電性膜１３に加熱処理を施すと、透明導電性膜１３内の結晶部分が核となって透明導電性膜１３内の結晶成長が促進する。この加熱処理によって、透明導電性膜１３の平均結晶粒径を透明導電性膜１３の膜厚ｄ（ｎｍ）以上に調整する。透明導電性膜１３の平均結晶粒径が透明導電性膜１３の膜厚ｄ（ｎｍ）以上に調整されることにより、透明導電性膜１３の表面から裏面にまでに至る結晶粒界１３ｂによるパスが形成する。
【００６２】
次に、図８（ｂ）に示すように、透明導電性膜１３の表面側をエッチング溶液１４に晒す。エッチング溶液１４は、絶縁膜１１のエッチャントである。例えば、エッチング溶液１４として、水を溶媒とするフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）溶液を用いる。透明導電性膜１３の表面側にエッチング溶液１４を晒すと、エッチング溶液１４が透明導電性膜１３の表面側から透明導電性膜１３のそれぞれの結晶粒界１３ｂに侵入する。結晶粒界１３ｂに侵入したエッチング溶液１４は、結晶粒界１３ｂを介して絶縁膜１１の表面にまで到達する。
【００６３】
エッチング溶液１４が透明導電性膜１３の表面側から絶縁膜１１の表面にまで到達すると、図８（ｃ）に示すように、絶縁膜１１の表面がエッチング溶液１４によって晒される。その結果、透明導電性膜１３の裏面側に接する絶縁膜１１が溶解する。これにより、透明導電性膜１３と絶縁膜１１との密着力が弱まり、絶縁膜１１の上に形成された透明導電性膜１３を下地である半導体層１０上から選択的に除去することができる。すなわち、絶縁膜１１の上に設けられた透明導電性膜１３をリフトオフによって除去することができる。
【００６４】
図９は、第２の実施の形態に係る半導体発光素子の形成過程を説明するための要部断面模式図であり、（ａ）は、レジストパターン形成工程図、（ｂ）は、絶縁膜および半導体層のエッチング工程図である。図９には、図６のＸ−Ｙの位置の断面が示されている。
【００６５】
次に、図９（ａ）に示すように、ｎ側電極４０を形成する領域６１以外の部分をレジスト６０で被覆する。続いて、図９（ｂ）に示すように、レジスト６０から表出した絶縁膜１１、およびこの絶縁膜１１の下方のｐ形ＧａＮ層２６、ｐ形ＧａＮガイド層２５、活性層２４、およびｎ形ＧａＮガイド層２３に異方性のエッチングを施す。
【００６６】
これにより、ｎ形ＧａＮ層２２の一部が表出する。そして、この後においては、表出したｎ形ＧａＮ層２２の上にｎ側電極４０を形成し、透明導電性膜１３の上にｐ側電極５０を形成する。レジスト６０については必要に応じて除去する。このような製造過程により、半導体発光素子１が形成される。
【００６７】
ところで、図９（ｂ）に例示する異方性のエッチングを施す際に、透明導電性膜１３の残渣がｐ形ＧａＮ層２６に残存していると、この残渣が障害となって、領域６１における絶縁膜１１、絶縁膜１１の下方の半導体層を充分にエッチングできない場合がある。さらに、透明導電性膜１３の残渣のエッチャントと、絶縁膜１１のエッチャントと、半導体層のエッチャントとはそれぞれ異なる。このため、透明導電性膜１３の残渣は、領域６１における絶縁膜１１、絶縁膜１１の下方の半導体層をエッチングしても残り続ける場合もある。この残渣がｎ形半導体層とｐ形半導体層とに跨って付着すると、残渣は導電性を有するために、半導体発光素子１のｎ形半導体層とｐ形半導体層とが短絡してしまう。その結果、半導体発光素子１は発光素子として動作しなくなる。
【００６８】
これに対し、本実施の形態によれば、リフトオフを採用するので、製造プロセス中に、透明導電性膜１３の残渣は生じ難くなる。従って、半導体発光素子１のｎ形半導体層とｐ形半導体層とが短絡する現象は生じ難く、半導体発光素子の製造歩留まりが向上する。
【００６９】
また、本実施の形態によれば、透明導電性膜１３の微細加工が容易になり、設計通りの透明導電性膜１３のパターン形成が可能になる。これにより、透明導電性膜１３内に微細な切り欠きを形成したり、透明導電性膜１３自体を微細なパターン（例えば、櫛形パターン、網目状パターン）に加工することができる。すなわち、透明導電性膜１３をパターニングする際の微細化、設計自由度がより向上する。
【００７０】
また、絶縁膜１１の耐熱性が高いので、透明導電性膜１３を加熱し得る温度のマージンが拡大する。このため、加熱温度をパラメータとして、透明導電性膜１３の膜質（例えば、電気抵抗率、透過率等）を容易に制御することができる。
【００７１】
なお、絶縁膜１１に代えて、レジストを用いて透明導電性膜１３のリフトオフする方策も考えられる。しかし、ＩＴＯ膜等の透明導電性膜１３を真空蒸着で形成する場合は、通常、透明導電性膜１３の電気抵抗率を低減させ、透明導電性膜１３の透過率を増加させるために、半導体層１０の温度を２００℃〜４００℃に設定しながら透明導電性膜１３の成膜を行う。このため、レジストのパターンが上述したように変質したり、変形したりする場合がある。さらに、２００℃以上の条件下では、レジストが硬化（例えば、炭化）する場合もある。レジストが硬化すると、硬化したレジストを有機溶剤で除去することは困難になる。
【００７２】
一方、透明導電性膜１３をスパッタリング法で形成する場合には、レジスト自体がスパッタ粒子、あるいはプラズマによってダメージを受けたり、レジスト成分が透明導電性膜１３上に飛散したりする場合もある。レジスト成分が透明導電性膜１３上に残存していると、透明導電性膜１３とｐ側電極５０との電気的コンタクトに不具合をもたらす場合もある。従って、リフトオフで用いるマスクとしては、スパッタ粒子、プラズマに対し耐性の高い絶縁膜１１を用いることが望ましい。
【００７３】
以上、具体例を参照しつつ本実施の形態について説明した。しかし、本実施の形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本実施の形態の特徴を備えている限り、本実施の形態の範囲に包含される。
【００７４】
例えば、透明導電性膜１３の表面側の少なくとも一部に、透光性を有する極薄の金属膜を形成することにより、透明導電性膜１３の電気抵抗率を見かけ上、低減させることができる。このような実施の形態も本実施の形態に含まれる。
【００７５】
本実施の形態では、透明導電性膜１３を使用する具体的な用途として半導体発光素子１を例示したが、透明導電性膜１３は、半導体発光素子１の用途に限られるものではない。本実施の形態に係る透明導電性膜１３の用途は、太陽光電池、フラットパネルディスプレイ、タッチ式パネル、電磁波シールド材等にも用いることができる。さらに、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することもできる。
【符号の説明】
【００７６】
１  半導体発光素子
１０  半導体層（下地）
１１  絶縁膜（第１の膜）
１３  透明導電性膜（第２の膜）
１３ｂ  結晶粒界
１３ｃ  結晶粒
１４  エッチング溶液（エッチャント）
２０  サファイア基板
２１  ＧａＮバッファ層
２２  ｎ形ＧａＮ層
２３  ｎ形ＧａＮガイド層
２４  活性層
２５  ｐ形ＧａＮガイド層
２６  ｐ形ＧａＮ層
４０  ｎ側電極
５０  ｐ側電極
【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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【図８】
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【図９】
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