(57)【要約】      （修正有）【課題】より高い透光特性を有する透光性電極を備え、優れた発光特性を有する化合物半導体発光素子を得る。【解決手段】化合物半導体発光素子は、基板１１上に、化合物半導体からなるｎ型半導体層１２、発光層１３及びｐ型半導体層１４がこの順で積層され、さらに、ｐ型半導体層上の導電型透光性電極からなる正極１５及びｎ型半導体層上の導電型電極からなる負極１７を備えてなる化合物半導体発光素子であって、正極をなす導電型透光性電極が、スパッタ法で加熱されながら成膜されたＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜であり、ｐ型半導体層と前記透明導電膜との界面にはオーミック層が形成され、オーミック層の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）が、Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜のバルク中の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）よりも低い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層がこの順で積層され、さらに、ｐ型半導体層上の導電型透光性電極からなる正極及びｎ型半導体層上の導電型電極からなる負極を備えてなる化合物半導体発光素子であって、
前記正極をなす導電型透光性電極が、スパッタ法で加熱されながら成膜されたＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜であり、
前記ｐ型半導体層と前記透明導電膜との界面にはオーミック層が形成され、当該オーミック層の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）が、前記Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜のバルク中の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）よりも低いことを特徴とすることを特徴とする化合物半導体発光素子。
【請求項２】
前記オーミック層が、スパッタ法で成膜され、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２及びｎ-ＧａＮからなる群より選ばれた一種であることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項３】
前記オーミック層にはＳｎＯ２が含まれ、当該ＳｎＯ２濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）は、前記Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜のバルク中のＳｎＯ２濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項４】
前記オーミック層の厚みが、２ｎｍ〜７０ｎｍの範囲である請求項１乃至３の何れか１項に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項５】
前記Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜が、ＩＴＯ、ＩＺＯ又はＩＧＯであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項６】
前記透明導電膜の比抵抗が、２Ｅ−４Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項７】
前記透明導電膜上に電流拡散の為の線状部が形成され、当該線状部の面積は、前記透明導電膜との面積比で１〜１０％であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項８】
前記透明導電膜の膜厚が、３０〜３００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項９】
（ａ）基板上に、化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層をこの順で積層して半導体ウェーハを作製する半導体層形成工程と、  
（ｂ）前記ｐ型半導体層上に、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２及びｎ−ＧａＮからなる群より選ばれた一種のオーミック層をスパッタ法で成膜するオーミック層成膜工程と、
（ｃ）前記オーミック層上に導電型透光性電極からなる正極をスパッタ法にて、所定の成膜圧力下、１００〜８００℃の基板加熱をしながら成膜する導電型透光性電極積層工程と、
（ｄ）前記透明導電膜を所定形状にエッチングするエッチング工程と、を有することを特徴とする化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記導電型透光性電極積層工程において、前記成膜圧力が、０．２〜３Ｐａであり、酸素濃度が０．５〜６体積％の範囲にあることを特徴とする請求項９に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の化合物半導体発光素子が備えられてなるランプ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のランプが組み込まれてなる電子機器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電子機器が組み込まれてなる機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、電子デバイス等に、好適に用いられ、化合物半導体が積層されてなる化合物半導体発光素子及びその製造方法、化合物半導体発光素子を備えたランプ、該ランプが組み込まれてなる電子機器並びに該電子機器が組み込まれてなる機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、化合物半導体発光素子の一例としてｐｎ接合型の発光ダイオード（ＬＥＤ）が周知であり、例えば、導電性のリン化ガリウム（ＧａＰ）単結晶を基板上にエピタキシャル成長させたＧａＰ層を、発光層として利用したＧａＰ系ＬＥＤ等が知られている。また、砒化アルミニウム・ガリウム混晶（組成式ＡｌＸＧａＹＡｓ：０≦Ｘ，Ｙ≦１でＸ＋Ｙ＝１）や、リン化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＰ：０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１でＸ＋Ｙ＋Ｚ＝１）を発光層とする、赤色帯、橙黄色帯から緑色帯ＬＥＤがある。また、窒化ガリウム・インジウム（組成式ＧａαＩｎβＮ：０≦α，
β≦１、α＋β＝１）等の窒化ガリウム系化合物半導体層を発光層とする、近紫外帯、青色帯または緑色帯の短波長ＬＥＤが知られている。
【０００３】
上記したような、例えば、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＰ系ＬＥＤにおいて、導電性のｎ型又はｐ型の発光層は、導電性のｐ型またはｎ型の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶を基板として、その基板上に形成される。また、青色ＬＥＤにおいては、電気絶縁性を有するサファイア（α−Ａｌ２Ｏ３単結晶）等の単結晶が基板として利用されている。また、短波長ＬＥＤにおいては、立方晶（３Ｃ結晶型）或いは六方晶（４Ｈまたは６Ｈ結晶型）の炭化珪素（ＳｉＣ）も基板として利用されている。そして、これらの基板上に半導体層を積層させた半導体ウェーハ上の所定の位置に、例えば第１導電型透光性電極と第２導電型電極を設けることにより、発光素子を形成している。
【０００４】
ここで、特に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の場合、サファイア単結晶をはじめ、種々の酸化物やＩＩＩ−Ｖ族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等により、窒化ガリウム系化合物半導体が形成される。
従来、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の特徴として、横方向への電流拡散が小さい特性があり、電極直下の半導体層にしか電流が注入されないため、発光層で発光した光が電極によって遮られ、外部に取り出され難いという問題があった。そこで、このような窒化ガリウム系化合物半導体発光素子においては、通常、正極として透光性電極が用いられ、正極を通して光が取り出される構成とされている。
【０００５】
透光性電極としては、例えば、Ｎｉ／Ａｕの積層構造を有するものや、ＩＴＯ等のような周知の導電材料が用いられる。また、近年、より透光性に優れる材料であることから、Ｉｎ２Ｏ３やＺｎＯ等を主成分とする酸化物系の透光性電極を利用することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の発光素子に用いられているＩＴＯは、透光性電極として最も多く用いられている材料であり、このようなＩＴＯは、例えば、５〜２０質量％のＳｎＯ２がドーピングされたＩｎ２Ｏ３を含むことにより、２×１０−４Ωｃｍ以下の低比抵抗を有する導電性酸化膜として得ることができる。
【０００６】
さらに、スパッタ法によってアモルファス（非晶質）のＩＺＯ膜を成膜することにより、比較的緩やかにエッチング処理を行なうことが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２に記載の方法によれば、強酸によるエッチング処理に比べ、バリやオーバーエッチング等が発生しにくく、また、光取り出し効率向上のための微細加工も容易に行うことが可能となる。
【０００７】
しかしながら、アモルファスのＩＺＯ膜は、熱処理を施したＩＴＯ膜に比べて透光性の点で劣るために光取り出し効率が低下し、発光素子の発光出力が低くなるという問題がある。また、アモルファスのＩＺＯ膜は、ｐ型ＧａＮ層との間における接触抵抗が高いため、発光素子の駆動電圧が高くなってしまうという問題がある。またさらに、アモルファス状であることから、耐水性や耐薬品性に劣り、ＩＺＯ膜の成膜後の製造工程における歩留まりが低下し、素子の信頼性の低下等の問題が生じる虞がある。
【０００８】
一方、結晶化されたＩＺＯ膜をｐ型半導体上に設け、透光性電極として用いてなる発光素子が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。また、特許文献３では、アモルファス状のＩＺＯ膜を、酸素を含まない窒素中において、３００〜６００℃の温度範囲のアニール処理を行なうことにより、このアニール温度の上昇とともにシート抵抗が減少すること（特許文献３の段落００３６参照）や、６００℃以上の温度でＩＺＯ膜をアニール処理するとＩｎ２Ｏ３からなるＸ線のピークが主に検出されることから、ＩＺＯ膜が結晶化していることが明らかであること（特許文献３の段落００３８参照）等が開示されている。また、特許文献３には、６００℃の温度でＩＺＯ膜をアニール処理した場合、アニール処理を施していないＩＺＯ膜に比べて紫外領域（波長：３５０〜４２０ｎｍ）における透過率が２０〜３０％高くなること（特許文献３の段落００４０参照）が開示されており、また、このようなＩＺＯ膜を備えた発光素子では、発光面の発光分布が、正極の全面で発光する特性となっており、駆動電圧Ｖｆが３．３Ｖ、発光出力Ｐｏが１５ｍＷの素子特性であること（特許文献３の段落００４７参照）が開示されている。
【０００９】
また、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）の結晶構造に関して、Ｉｎ２Ｏ３には立方晶系と六方晶系の２つの異なる結晶系があり、立方晶系の場合には、常圧又は常圧よりも低い圧力下において安定な結晶相のビックスバイト結晶構造となることが従来から知られており、各種文献に開示されている。また、上述のような立方晶ビックスバイト型の結晶構造を有する多結晶酸化インジウムスズ膜が用いられてなる液晶表示パネルが提案されている（例えば、特許文献４を参照）。
【００１０】
上述したように、発光素子の発光特性を向上させるためには、ｐ型半導体層上に設けられる透光性電極からの光取り出し効率をより一層向上させる必要がある。しかしながら、上記特許文献１〜４に記載された透光性電極の構成では充分な透光特性が得られず、より高い透光特性を有する透光性電極を備え、優れた発光特性を有する化合物半導体発光素子が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１２３５０１号公報
【特許文献２】特開平０８−２１７５７８号公報
【特許文献３】特開２００７−２８７８４５号公報
【特許文献４】特開２００１−２１５５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、発光特性に優れる化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記化合物半導体発光素子が備えられ発光特性に優れるランプ、及びこのランプが組み込まれてなる電子機器、並びにこの電子機器が組み込まれてなる機械装置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】
【００１３】
本発明者等は、上記問題を解決するために鋭意検討した結果、以下に示す発明を完成した。
即ち、本発明は以下に関する。
【００１４】
[１]  基板上に、化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層がこの順で積層され、さらに、ｐ型半導体層上の導電型透光性電極からなる正極及びｎ型半導体層上の導電型電極からなる負極を備えてなる化合物半導体発光素子であって、前記正極をなす導電型透光性電極が、スパッタ法で加熱されながら成膜されたＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜であり、前記ｐ型半導体層と前記透明導電膜との界面にはオーミック層が形成され、当該オーミック層の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）が、前記Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜のバルク中の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）よりも低いことを特徴とすることを特徴とする化合物半導体発光素子。
[２]  前記オーミック層が、スパッタ法で成膜され、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２及びｎ―ＧａＮからなる群より選ばれた一種であることを特徴とする前項１に記載の化合物半導体発光素子。
[３]  前記オーミック層にはＳｎＯ２が含まれ、当該のＳｎＯ２濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）は、前記Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜のバルク中のＳｎＯ２濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）よりも高いことを特徴とする前項２に記載の化合物半導体発光素子。
[４]  前記オーミック層の厚みが、２ｎｍ〜７０ｎｍの範囲である前項１乃至３の何れか１項に記載の化合物半導体発光素子。
[５]  前記Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜が、ＩＴＯ、ＩＺＯ又はＩＧＯであることを特徴とする前項１乃至４の何れか１項に記載の化合物半導体発光素子。
[６]  前記透明導電膜の比抵抗が、２Ｅ−４Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする前項１乃至５の何れか１項に記載の化合物半導体発光素子。
[７]  前記透明導電膜上に電流拡散の為の線状部が形成され、当該線状部の面積は、前記透明導電膜との面積比で１〜１０％であることを特徴とする前項１乃至６の何れか１項に記載の化合物半導体発光素子。
[８]  前記透明導電膜の膜厚が、３０〜３００ｎｍの範囲にあることを特徴とする前項１乃至７の何れか１項に記載の化合物半導体発光素子。
[９]  （ａ）基板上に、化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層をこの順で積層して半導体ウェーハを作製する半導体層形成工程と、（ｂ）前記ｐ型半導体層上に、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２及びｎ−ＧａＮからなる群より選ばれた一種のオーミック層をスパッタ法で成膜するオーミック層成膜工程と、
（ｃ）前記オーミック層上に導電型透光性電極からなる正極をスパッタ法にて、所定の成膜圧力下、１００〜８００℃の基板加熱をしながら成膜する導電型透光性電極積層工程と、（ｄ）前記透明導電膜を所定形状にエッチングするエッチング工程と、を有することを特徴とする化合物半導体発光素子の製造方法。
[１０]  前記導電型透光性電極積層工程において、前記成膜圧力が、０．２〜３Ｐａであり、酸素濃度が０．５〜６体積％の範囲にあることを特徴とする前項９に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
[１１]  前項１乃至８の何れか１項に記載の化合物半導体発光素子が備えられてなるランプ。
[１２]  前項１１に記載のランプが組み込まれてなる電子機器。
[１３]  前項１２に記載の電子機器が組み込まれてなる機械装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の化合物半導体発光素子によれば、基板上に、化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層がこの順で積層され、さらに、ｐ型半導体層上の導電型透光性電極からなる正極及びｎ型半導体層上の導電型電極からなる負極を備えてなる化合物半導体発光素子であって、前記正極をなす導電型透光性電極が、スパッタ法で加熱されながら成膜されたＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜であり、ｐ型半導体層と前記透明導電膜との界面にはオーミック層が形成され、当該オーミック層の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）が、前記Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜のバルク中の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）よりも低いことを特徴とすることにより、可視から紫外領域において特に高い光透過率を有する導電型透光性電極とすることができ、発光素子の光取り出し特性が高められる。これにより、格別に優れた発光出力特性を有する化合物半導体発光素子が実現できる。
【００１６】
特に、正極をなす導電型透光性電極は、スパッタ法で加熱されながら成膜されたＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜である為に、従来知られている透明導電膜と比べ、比抵抗がより低く（２Ｅ−４Ω・ｃｍ以下）、発光素子の正極として高い電流拡散性と透過率を有し、特に有益である。
【００１７】
また、Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜がスパッタ法で加熱されながら成膜されるので、スパッタで生成したドーパント元素（例えば、ＳｎやＺｎ）がＩｎ元素と効率よく置換することができ、その結果、比抵抗が低くなり、正極として高い電流拡散性と透過率を有する（温度は低い場合には、スパッタで生成したドーパント元素（例えば、ＳｎやＺｎ）がＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜の格子欠陥に入り、ドーパント機能を発現しにくくなる）。
【００１８】
また、本発明の化合物半導体発光素子によれば、ｐ型半導体層と透明導電膜との界面にはオーミック層が形成されるために、透明導電膜とｐ型半導体層との間のオーミック特性が向上するだけでなく、透明導電膜とｐ型半導体層との間の接着性を格段と向上させることができる。
【００１９】
さらにまた、本発明の化合物半導体発光素子によれば、前記オーミック層にはＳｎＯ２が含まれ、当該のＳｎＯ２濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）は、前記Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜のバルク中のＳｎＯ２濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）よりも高いことにより、透明導電膜とｐ型半導体層との間のオーミック特性が向上するだけでなく、透明導電膜とｐ型半導体層との間の接着性を格段と向上させることができる。
【００２０】
透明導電膜上の一部に線状部を形成することにより、発光強度をそれほど低下させることなく、透明導電膜表面をより均一に電流拡散（電流注入）することができる。特に、５０ｍＡ以上の高電流下でも印加電流に対して、電流拡散（電流注入）性能が向上し、均一な発光面を作ることができる。
【００２１】
また、本発明の化合物半導体発光素子の製造方法によれば、（ｂ）ｐ型半導体層上にＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２及びｎ−ＧａＮからなる群より選ばれた一種のオーミック層をスパッタ法で成膜するオーミック層を成膜する工程（オーミック層成膜工程）と（ｃ）オーミック層上に導電型透光性電極からなる正極をスパッタ法にて、所定の成膜圧力下、１００〜８００℃で基板加熱しながら成膜する工程（導電型透光性電極形成工程）を含むことにより、前述のような優れた発光出力特性や接着性が高められる。また、本発明の化合物半導体発光素子の製造方法に、（ｄ）透明導電膜を所定形状にエッチングするエッチング工程を含めて製造することにより、発光素子として光取り出し特性が格段に高められる。
【００２２】
また、本発明のランプによれば、上記本発明の半導体化合物発光素子が備えられてなるものなので、発光特性に優れたものとなる。また、本発明の電子機器によれば、上記本発明のランプが組み込まれてなるものなので、機器特性に優れたものとなり、また、本発明の機械装置によれば、上記本発明の電子機器が組み込まれてなるものなので、装置特性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る化合物半導体発光素子の一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明に係る化合物半導体発光素子の一例を示す平面模式図である。
【図３】本発明に係る化合物半導体発光素子に用いられる半導体ウェーハの一例を示す断面模式図である。
【図４】本発明に係る化合物半導体発光素子を用いたランプの一例を示す概略模式図である。
【図５】本発明に係る化合物半導体発光素子の他の例を模式的に説明する図であり、正極をなすＩＺＯ膜の表面に凹凸形状が形成された例を示す概略図である。
【図６】本発明に係る化合物半導体発光素子の他の例を模式的に説明する図であり、正極をなす透明導電膜表面に凹凸形状が形成された一例を示す概略図である。
【図７】（ａ）本発明に係る化合物半導体発光素子の他の例を示す断面模式図、（ｂ）（ａ）の平面模式図である。
【図８】本発明に係る化合物半導体発光素子の製造に用いられる加熱可能なスパッタ装置の一例を示す概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施形態である化合物半導体発光素子及びその製造方法、化合物半導体発光素子用導電型透光性電極、ランプ、電子機器並びに機械装置について、図１〜６を適宜参照しながら説明する。図１は本実施形態のフェイスアップ型の化合物半導体発光素子を示す断面図であり、図２は図１に示す化合物半導体発光素子の平面図、図３は積層体構造を有した窒化ガリウム系化合物半導体層の一例を示す断面図、図４は図１に示す化合物半導体発光素子が用いられてなるランプを示す概略図、図５及び図６は化合物半導体発光素子に備えられる正極に凹凸が形成された例を示す概略図、図７は線状部を備えた化合物半導体発光素子の一例の断面模式図、図８は化合物半導体発光素子の製造に用いられる加熱可能なスパッタ装置の一例を示す概略模式図である。なお、以下の説明において参照する図面は、本実施形態の化合物半導体発光素子及びその製造方法、化合物半導体発光素子用導電型透光性電極、ランプ、電子機器並びに機械装置を説明するための図面であって、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の化合物半導体発光素子等の寸法関係とは異なっている。
【００２５】
本発明における発光素子を構成する化合物半導体としては、例えばサファイア基板或いは炭化珪素又はシリコン基板等上に設けられる一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ａＭａ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１であり、記号Ｍは窒素とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である）で表されるＩＩＩ族窒化物半導体系発光素子が挙げられる。また、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板上に設けられるＡｌＸＧａＹＡｓ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）系発光素子やＡｌＸＧａＹＩｎＺＰ（０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）系発光素子も例示できる。また、ＧａＰ基板上に設けたＧａＰ系発光素子も適用される。さらに、本発明においては、その他、公知な発光素子を構成する化合物半導体の構成も適用される。特に、好ましくはＩＩＩ族窒化物半導体の一例として、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が好適に適用される。
【００２６】
上述の発光素子において適用される化合物半導体層は、目的とする機能に基づいて選ばれる基板上に積層される。例えば、ダブルヘテロ（二重異種）接合構造を有する発光層を構成するためには、例えば、発光層の第一、第二の主面、つまり両面にｎ型半導体層とｐ型半導体層を配置する。そして、駆動電流を供給するために、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層上にそれぞれ電極が配置される。このような電極としては、特に光の出射側においては透光性の高い導電型透光性電極が用いられる。本発明では、光の出射側で用いられる導電型透光性電極を、スパッタ法で所定温度下で加熱されながら成膜されたＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜としている。さらには、ｐ型半導体層と前記透明導電膜との界面にはオーミック層（図示省略）が形成され、当該オーミック層の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）が、前記Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜のバルク中の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）よりも低いことを特徴とすることができる。
また、本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に限定されるものではなく、上述の各種化合物半導体を用いた発光素子に適用される。
【００２７】
［化合物半導体発光素子］
本実施形態の化合物半導体発光素子（以下、発光素子と略称することがある）１は、図１に示す例のように、基板１１上に、化合物半導体（以下、半導体と略称することがある）からなるｎ型半導体層１２、発光層１３及びｐ型半導体層１４がこの順で積層され、さらに導電型透光性電極からなる正極１５及び導電型電極１７からなる負極を備えてなるものである。正極１５をなす導電型透光性電極は、スパッタ法で所定温度下で加熱されながら成膜されたＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜としている。さらには、ｐ型半導体層と前記透明導電膜との界面にはオーミック層が形成され、当該オーミック層の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）が、前記Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜のバルク中の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）よりも低いことを特徴とすることができる。
さらに、オーミック層は、スパッタ法で成膜され、ＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２及びｎ−ＧａＮからなる群より選ばれた一種で構成される。
また、図示例の発光素子１は、導電型透光性電極からなる正極１５の上に導電型電極材料からなる正極ボンディングパッド１６が設けられている。また、透明導電膜上には、透明導電膜の一部と接触して、電流拡散の為の線状部を形成して構成される。
以下、本実施形態の発光素子１の積層構造について詳細に説明する。
【００２８】
『基板』
基板１１の材料には、サファイア単結晶（Ａｌ２Ｏ３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶及びＺｒＢ２のホウ化物単結晶等、公知の基板材料を何ら制限なく用いることができる。
なお、基板の面方位は特に限定されない。また、ジャスト基板でも良いしオフ角を付与した基板であっても良い。
【００２９】
『半導体層（化合物半導体：窒化ガリウム系化合物半導体）』
ｎ型半導体層１２、発光層１３及びｐ型半導体層１４としては、各種構造のものが周知であり、これら周知のものを何ら制限なく用いることができる。特に、ｐ型半導体層１４には、キャリア濃度が一般的な濃度のものを用いれば良く、比較的キャリア濃度の低い、例えば１×１０１７ｃｍ−３程度のｐ型半導体層に対しても、本発明で用いられ、詳細を後述する透明導電膜からなる正極１５を適用することができる。
【００３０】
また、上記各半導体層に用いる化合物半導体としては、例えば、窒化ガリウム系化合物半導体が挙げられ、この窒化ガリウム系化合物半導体として、一般式ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体が周知であり、本発明におけるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を構成する窒化ガリウム系化合物半導体としても、一般式ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００３１】
また、上述のような窒化ガリウム系化合物半導体を基板上に積層させた半導体ウェーハの一例として、図３に示すような積層体構造を有した窒化ガリウム系化合物半導体ウェーハ２０のように、サファイアからなる基板２１上に、ＡｌＮからなる図示略のバッファ層を積層して、順次、下地層２２、ｎ型コンタクト層２３、ｎ型クラッド層２４、発光層２５、ｐ型クラッド層２６、ｐ型コンタクト層２７を積層した構成のものが挙げられる。
【００３２】
『バッファ層』
本発明では、基板２１上にバッファ層（図示略）を形成し、その上に下地層２２を形成することが好ましい。バッファ層は、例えば、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦ｘ≦１）なる組成で基板１１上に積層され、例えば、Ｖ族元素を含むガスと金属材料とをプラズマで活性化して反応させる反応性スパッタ法によって形成することができる。本実施形態のような、プラズマ化した金属原料を用いた方法で成膜された膜は、配向が得られ易いという作用がある。
【００３３】
バッファ層は、基板２１と下地層２２との格子定数の違いを緩和し、基板２１のＣ面上にＣ軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。従って、バッファ層の上に単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層２３）を積層すると、より結晶性に優れた下地層２２が形成できる。なお、本実施形態では、バッファ層を省略した構成とすることも可能である。
【００３４】
本実施形態では、バッファ層が、上記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦ｘ≦１）なる組成からなることが好ましく、ＡｌＮであることがより好ましい。一般に、基板上に積層させるバッファ層としては、Ａｌを含有する組成とされていることが好ましく、一般式ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦ｘ≦１）で表されるＩＩＩ族窒化物化合物であれば、如何なる材料でも用いることができ、さらに、Ｖ族としてＡｓやＰが含有される組成とすることもできる。なかでも、バッファ層を、Ａｌを含んだ組成とした場合、ＧａＡｌＮとすることが好ましく、この場合には、Ａｌの組成が５０％以上とされていることがより好ましい。また、バッファ層は、ＡｌＮからなる構成とすることが最も好ましい。また、バッファ層を構成する材料としては、ＩＩＩ族窒化物半導体と同じ結晶構造を有するものを用いることができるが、格子の長さが後述の下地層を構成するＩＩＩ族窒化物半導体に近いものが好ましく、特に周期表のＩＩＩａ族元素の窒化物が好適である。なお、明細書中各元素の組成比を省略してＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮと記述する場合がある。
【００３５】
バッファ層は、単結晶構造であることが、バッファ機能の面から好ましい。バッファ層の膜厚は、０．０１〜０．５μｍの範囲とされていることが好ましい。バッファ層の膜厚をこの範囲とすることにより、良好な配向性を有し、バッファ層上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる各層を成膜する際に、コート層として有効に機能するバッファ層が得られる。バッファ層の膜厚が０．０１μｍ未満だと、上述したコート層としての充分な機能が得られず、また、基板２１と下地層２２との間の格子定数の違いを緩和するバッファ作用が充分に得られない場合がある。また、０．５μｍを超える膜厚でバッファ層を形成した場合、バッファ作用やコート層としての機能には変化が無いのにも関わらず成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する虞がある。また、バッファ層の膜厚は、０．０２〜０．１μｍの範囲とされていることがより好ましい。
【００３６】
『下地層』
本発明の発光素子１に備えられる下地層（ＩＩＩ族窒化物半導体層）２２は、上述したようにＩＩＩ族窒化物半導体からなり、従来公知のＭＯＣＶＤ法によってバッファ層上に積層して成膜することができる。
【００３７】
下地層２２の材料としては、例えば、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、ＡｌｙＧａ１―ｙＮ層（０≦ｙ≦１、好ましくは０≦ｙ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｙ≦０．１）を用いることが、結晶性の良好な下地層２２を形成できる点でより好ましい。また、下地層２２の材料は、上述のように、バッファ層と異なる材料を用いても良いが、バッファ層と同じ材料を用いることも可能である。
【００３８】
また、下地層２２は、必要に応じて、ｎ型不純物が１×１０１７〜１×１０１９個／ｃｍ３の範囲内でドープされた構成としても良いが、アンドープ（＜１×１０１７個／ｃｍ３）の構成とすることもでき、アンドープの方が良好な結晶性を維持できる点で好ましい。  基板２１が導電性である場合には、下地層２２にドーパントをドープして導電性とすることにより、発光素子の上下に電極を形成することができる。一方、基板２１に絶縁性の材料を用いる場合には、発光素子の同じ面に正極及び負極の各電極が設けられたチップ構造をとることになるので、下地層２２はドープしない結晶とした方が、結晶性が良好となるので好ましい。下地層２２にドープされるｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
【００３９】
下地層２２の厚さは、１〜８μｍの範囲とすることが、結晶性の良好な下地層が得られる点で好ましく、２〜５μｍの範囲とすることが、成膜に要する工程時間を短縮でき、生産性が向上する点でより好ましい。
【００４０】
『半導体層』  
下地層２２上に形成される半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体から各々なるｎ型半導体層１２、発光層１３及びｐ型半導体層１４とからなる。このような半導体層の各層は、ＭＯＣＶＤ法で形成することにより、より結晶性の高いものが得られる。
【００４１】
「ｎ型半導体層１２」
ｎ型半導体層１２は、通常、ｎ型コンタクト層２３とｎ型クラッド層２４とから構成される。また、ｎ型コンタクト層２３はｎ型クラッド層２４を兼ねることも可能である。
【００４２】
ｎ型コンタクト層２３は、負極を設けるための層である。ｎ型コンタクト層２３としては、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。また、ｎ型コンタクト層２３にはｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３、好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有すると、負極との良好なオーミック接触の維持の点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
【００４３】
ｎ型コンタクト層２３の膜厚は、０．５〜５μｍとされることが好ましく、１〜３μｍの範囲に設定することがより好ましい。ｎ型コンタクト層２３の膜厚が上記範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。
【００４４】
ｎ型コンタクト層２３と発光層２５との間には、ｎ型クラッド層２４を設けることが好ましい。ｎ型クラッド層２４は、発光層２５へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めを行なう層である。ｎ型クラッド層２４はＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ｎ型クラッド層２４をＧａＩｎＮで形成する場合には、発光層２５のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましいことは言うまでもない。
【００４５】
ｎ型クラッド層２４の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは０．００５〜０．５μｍであり、より好ましくは０．００５〜０．１μｍである。ｎ型クラッド層２４のｎ型ドープ濃度は１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および素子の動作電圧低減の点で好ましい。
【００４６】
なお、ｎ型クラッド層２４を超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第１層と、該ｎ側第１層と組成が異なるとともに１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第２層とが積層された構造を含むものであっても良い。また、ｎ型クラッド層２４は、ｎ側第１層とｎ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよい。また、好ましくは、前記ｎ側第１層又はｎ側第２層の何れかが、発光層２５に接する構成とすれば良い。
【００４７】
上述のようなｎ側第１層及びｎ側第２層は、例えばＡｌを含むＡｌＧａＮ系、Ｉｎを含むＧａＩｎＮ系、ＧａＮの組成とすることができる。また、ｎ側第１層及びｎ側第２層は、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造、ＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮの交互構造、組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮの交互構造（本発明における“組成の異なる”との説明は、各元素組成比が異なることを指し、以下同様である）、組成の異なるＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの交互構造であってもよい。本発明においては、ｎ側第１層及びｎ側第２層は、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮであることが好ましい。
【００４８】
上記ｎ側第１層及びｎ側第２層の超格子層は、それぞれ６０オングストローム以下であることが好ましく、それぞれ４０オングストローム以下であることがより好ましく、それぞれ１０オンストローム〜４０オングストロームの範囲であることが最も好ましい。超格子層を形成するｎ側第１層とｎ側第２層の膜厚が１００オングストローム超だと、結晶欠陥が入りやすく好ましくない。
【００４９】
上記ｎ側第１層及びｎ側第２層は、それぞれドープした構造であってもよく、また、ドープ構造／未ドープ構造の組み合わせであってもよい。ドープされる不純物としては、上記材料組成に対して従来公知のものを、何ら制限無く適用できる。例えば、ｎ型クラッド層として、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮの交互構造のものを用いた場合には、不純物としてＳｉが好適である。また、上述のようなｎ側超格子多層膜は、ＧａＩｎＮやＡｌＧａＮ、ＧａＮで代表される組成が同じであっても、ドーピングを適宜ＯＮ、ＯＦＦしながら作製してもよい。  上述のように、ｎ型クラッド層４ｂを、超格子構造を含む層構成とすることで、発光出力が格段に向上し、電気特性に優れた発光素子１とすることが可能となる。
【００５０】
「発光層」
ｎ型半導体層１２の上に積層される発光層１３（又は２５）としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造等の構造を有する発光層１３が挙げられる。図１に示すような量子井戸構造の井戸層としては、青色発光を呈する構成とする場合には、通常、Ｇａ１−ｙＩｎｙＮ（０＜ｙ＜０．４）なる組成のＩＩＩ族窒化物半導体が用いられる。
【００５１】
本発明のような多重量子井戸構造の発光層１３の場合は、上記Ｇａ１−ｙＩｎｙＮを井戸層とし、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層とすることが好ましい。また、井戸層及び障壁層には、不純物をドープしても良いし、あるいは、しなくてもよい。
【００５２】
また、井戸層の膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば１〜１０ｎｍとすることができ、より好ましくは２〜６ｎｍとすると発光出力の点で好ましい。
【００５３】
「ｐ型半導体層１４」
ｐ型半導体層１４は、通常、ｐ型クラッド層２６およびｐ型コンタクト層２７から構成される。また、ｐ型コンタクト層２６がｐ型クラッド層２７を兼ねることも可能である。
【００５４】
ｐ型クラッド層２６は、発光層２５へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入を行なう層である。ｐ型クラッド層２６の組成としては、発光層２５のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成で、発光層２５へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．４）のものが挙げられる。ｐ型クラッド層２６が、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐ型クラッド層２６の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。ｐ型クラッド層２６のｐ型ドープ濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３である。ｐ型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。また、ｐ型クラッド層２６は、複数回積層した超格子構造としてもよい。
【００５５】
なお、ｐ型クラッド層２６を超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第１層と、該ｐ側第１層と組成が異なるとともに１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第２層とが積層された構造を含むものであっても良い。また、ｐ側第１層とｐ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであっても良い。
【００５６】
上述のようなｐ側第１層及びｐ側第２層は、それぞれ異なる組成、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ又はＧａＮの内の何れの組成であっても良い、また、ＧａＩｎＮ／ＧａＮの交互構造、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造、又はＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮの交互構造であっても良い。本発明においては、ｐ側第１層及びｐ側第２層は、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造であることが好ましい。
【００５７】
上記ｐ側第１層及びｐ側第２層の超格子層は、それぞれ６０オングストローム以下であることが好ましく、それぞれ４０オングストローム以下であることがより好ましく、それぞれ１０オングストローム〜４０オングストロームの範囲であることが最も好ましい。超格子層を形成するｐ側第１層とｐ側第２層の膜厚が１００オングストローム超だと、結晶欠陥等を多く含む層となり、好ましくない。
【００５８】
上記ｐ側第１層及びｐ側第２層は、それぞれドープした構造であっても良く、また、ドープ構造／未ドープ構造の組み合わせであっても良い。ドープされる不純物としては、上記材料組成に対して従来公知のものを、何ら制限無く適用できる。例えば、ｐ型クラッド層として、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの交互構造又は組成の異なるＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの交互構造のものを用いた場合には、不純物としてＭｇが好適である。また、上述のようなｐ側超格子多層膜は、ＧａＩｎＮやＡｌＧａＮ、ＧａＮで代表される組成が同じであっても、ドーピングを適宜ＯＮ、ＯＦＦしながら作製してもよい。
上述のように、ｐ型クラッド層６ａを、超格子構造を含む層構成とすることで、発光出力が格段に向上し、電気特性に優れた発光素子１とすることが可能となる。
【００５９】
ｐ型コンタクト層２６ｂは、正極を設けるための層である。ｐ型コンタクト層２６は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）が好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持およびｐオーミック電極との良好なオーミック接触の点で好ましい。ｐ型不純物（ドーパント）を１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の濃度、好ましくは５×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇが挙げられる。ｐ型コンタクト層６ｂの膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜０．５μｍが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．２μｍである。ｐ型コンタクト層６ｂの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００６０】
『正極（導電型透光性正極：透明導電膜）』
上述したような半導体層の最上層に設けられるｐ型半導体層１４の上には、導電型透光性電極からなる正極１５が積層される。本実施形態の正極１５をなす導電型透光性電極は、Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜から構成されている。Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜は、結晶系には限定されないが、六方晶構造又はビックスバイト結晶を含んでいてもよい。透明導電膜は、ＩＺＯ（インジウム・亜鉛系酸化物）膜、ＩＴＯ（インジウム・スズ系酸化物）膜、ＩＧＯ（インジウム・ガリウム系酸化物）膜のいずれかであることが好ましい。
例えば、本実施形態の正極１５をなす導電型透光性電極は、ＩＺＯ（インジウム・亜鉛系酸化物）膜からなるとともに、好ましくは結晶化されたＩＺＯ膜が選ばれ、該ＩＺＯ膜が六方晶構造を有するＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含むものとすることができる。また、例えば、本実施形態の正極１５をなす導電型透光性電極は、ＩＺＯのほかＩＴＯ膜も好ましく選ばれ、該ＩＴＯ膜も六方晶構造を有するＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含むことができる。
【００６１】
透明導電膜の比抵抗は、２×１０−４（又は２Ｅ−４と表示）Ω・ｃｍ以下、好ましくは１０−５Ω・ｃｍ以上の範囲が良く、また好ましくは２×１０−４〜１×１０−５Ω・ｃｍの範囲が良い。透明導電膜の比抵抗が、２×１０−４Ω・ｃｍを超える場合には、正極１５をなす導電型透光性電極として優れた電流拡散特性を顕現することができず、発光素子平面における均一な発光強度を与えることができない。即ち、この場合には、特に長尺形の発光素子において、特に発光層から発光される光が透光性電極面で明るい領域と暗い領域を構成してしまう虞が生じ、好ましくない。一方、透明導電膜の比抵抗が、２×１０−４Ω・ｃｍ以下であることが好ましいが、１×１０−５Ω・ｃｍ未満の比抵抗を有する透明導電膜を作る場合は、その製造条件を安定化するのも難しい面がある。従って、好ましくは、２×１０−４〜１×１０−５Ω・ｃｍの範囲が良い。
【００６２】
また、本発明においては、正極１５をなす透明導電膜、例えばＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜のキャリア濃度は特に限定されないが、1×１０２０〜５×１０２１ｃｍ−３の範囲が好ましく、1×１０２０〜５×１０２１ｃｍ−３の範囲であることがより好ましい。
【００６３】
また、本発明において正極１５として用いられる透明導電膜は、スパッタ法で所定温度下で加熱されながら成膜されたＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜であって、加熱される温度は、好ましくは１００〜８００℃の範囲が良く、より好ましくは１５０〜６００℃、さらに好ましくは２００〜４００℃の範囲が良い。
【００６４】
Ｉｎ２Ｏ３なる組成を有する結晶は、ビックスバイト構造の立方晶構造と、六方晶構造の２種類の構造が知られている。本発明において正極１５として用いられる透明導電膜においては、六方晶構造のＩｎ２Ｏ３だけでなく立方晶構造のＩｎ２Ｏ３を含む構成とすることが可能である。本発明において正極１５として用いられるＩＴＯ膜やＩＺＯ膜においても、六方晶構造のＩｎ２Ｏ３や立方晶構造のＩｎ２Ｏ３を含む構成とすることが可能となる。
【００６５】
また、正極１５をなす透明導電膜の膜厚は、３０〜３００ｎｍの範囲にあることが好ましい。透明導電膜の膜厚が３０ｎｍ未満である場合、電流拡散層としての正極として、十分な低シート抵抗を与えることができない。一方、透明導電膜の膜厚が３００ｎｍを超える場合には、透光性電極として高光透過率を得ることができず、さらに、生産コストの観点から好ましくない。
【００６６】
また、正極１５をなす透明導電膜の表面には、詳細を後述する方法により、図５及び図６に示すような凹凸形状が加工されていることがより好ましい。このような凹凸加工の詳細については後述するが、透明導電膜の表面に凹凸加工が施された構成とすることにより、正極の光透過率を向上させ、発光素子の発光出力を向上させることが可能となる。
【００６７】
また、図５及び図６に示すような凹凸形状は、正極１５をなす透明導電膜の表面だけでなく、ｐ型半導体層と前記透明導電膜との界面に形成されるオーミック層を掘り込んでｐ型半導体層の表面まで掘り込んでもよい。
【００６８】
透明導電膜からなる正極１５は、ｐ型半導体層１４の直上、あるいはｐ型半導体層１４の上に図示略の金属層などを介して形成される。ここで、正極１５とｐ型半導体層１４との間に金属層が配された構成とした場合には、発光素子の駆動電圧を低減させることができる一方、正極の光透過率が低下して発光素子の発光出力が低下してしまう場合もある。このため、正極とｐ型半導体層との間に金属層等を配した構成とするかどうかについては、発光素子の用途等に応じて、駆動電圧と出力とのバランスを考慮しながら適宜判断することが好ましい。また、正極とｐ型半導体層との間に金属層等を配した構成とする場合には、金属層として、ＮｉやＮｉ酸化物、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ等からなるものを用いることが好ましい。
【００６９】
『ｐ型半導体層と透明導電膜と間のオーミック層』
本実施形態においては、ｐ型半導体層１４と透明導電膜１５との界面にはオーミック層（図示省略）が形成される。このオーミック層の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）は、Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜のバルク中の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）よりも低く設定されるのが良い。
【００７０】
例えば、透明導電膜としてＩＴＯを用いた場合は、ＩＴＯ膜中の酸素の相対元素濃度は通常５０〜６０ｍｏｌ％であるので、オーミック層の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）はそれより低く設定されるのがよく、好ましくは２０〜４５ｍｏｌ％、さらに好ましくは３０〜３５ｍｏｌ％の範囲が良い。
【００７１】
オーミック層の酸素濃度が透明導電膜のバルク中の酸素濃度よりも高い場合は、ｐ型半導体層１４と透明導電膜１５との間のオーミック特性が好ましくない場合がある。
【００７２】
オーミック層は、例えばスパッタ法で成膜することができ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２及びｎ−ＧａＮからなる群より選ばれた一種で形成することができる。オーミック層がＩＴＯから形成され、透明導電膜もＩＴＯから形成される場合には、当該オーミック層中のＳｎＯ２濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）は、透明導電膜のバルク中のＳｎＯ２濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）よりも高く設定されるのがよい。オーミック層中のＳｎＯ２濃度が、透明導電膜のバルク中のＳｎＯ２濃度よりも低い場合も、ｐ型半導体層１４と透明導電膜１５との間のオーミック特性が好ましくない場合がある。
【００７３】
オーミック層の厚みは、好ましくは２ｎｍ〜７０ｎｍの範囲で形成するのが良い。オーミック層の厚みが２ｎｍ未満であると、ｐ型半導体層１４と透明導電膜１５との界面のオーミック層として役割が区別できなくなる。オーミック層の厚みが７０ｎｍを超える場合には、発光素子の駆動電圧が上昇する虞があり、好ましくない。 
【００７４】
本発明に係る化合物半導体発光素子に備えられる正極、即ち、化合物半導体発光素子用導電型透光性電極は、上記構成により、優れた透光特性及び光取り出し特性が得られるものである。
【００７５】
『負極』
負極１７は、図１及び図２に示すように、正極１５を構成する透明導電膜やｐ型半導体層１４、発光層１３及びｎ型半導体層１２の一部をエッチングによって除去してｎ型半導体層１２の一部を露出させ、この露出したｎ型半導体層１２上に、例えば、Ｔｉ／Ａｕからなる従来公知の負極１７を設ける。負極１７としては、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができる。
【００７６】
『正極ボンディングパッド』
正極（導電型透光性電極）１５をなす透明導電膜上の少なくとも一部には、発光素子外部の回路基板やリードフレーム等と電気的に接続するための正極ボンディングパッド１６が設けられている。正極ボンディングパッド１６としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕ等の材料を用いた各種構造が周知であり、これら周知の材料、構造のものを何ら制限無く用いることができる。
【００７７】
また、正極ボンディングパッド１６の厚さとしては、１００〜１０００ｎｍの範囲であることが好ましい。また、ボンディングパッドの特性上、厚さが大きい方が、ボンダビリティーが高くなるため、正極ボンディングパッド１６の厚さは３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
正極ボンディングパッド１６の形状は平面視円形に限定されず、また、その配置も特に限定されるものではなく、例えば、平面視矩形の半導体層１０の４つの頂点から選ばれる１つの頂点の近傍に配置されていてもよい。
【００７８】
また、正極ボンディングパッド１６は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、電流拡散のため、正極ボンディングパッド１６から線状に延在する平面視環状の線状部Ｌを備えた構成であってもよい。
また、線状部Ｌは正極ボンディングパッド１６と連結せずに、分離した構成であってもよい。
なお、負極１７が線状部Ｌを備えた構成とすることもできる。
【００７９】
この線状部Ｌは、透明導電膜１５の直上、あるいは透明導電膜１５の一部表層を掘り込んで形成することができる。
【００８０】
ここで形成される線状部Ｌは、好ましくは透明導電膜との面積比で１〜１０％で範囲に設定すると良い。線状部の面積が透明導電膜の面積に対し１％未満である場合には、発光素子の駆動電圧を十分低減させることができない。一方、線状部の面積が透明導電膜の面積に対し１０％を超える場合には、正極の光透過率が低下して発光素子の発光出力が低下してしまう場合もあり、好ましくない。
【００８１】
線状部を構成する電極材料は、好ましくは後述する正極ボンディングパッドの構成と同一にすることもできるが、透明導電膜との密着性が損なわれない限り、通電できる金属層であればよく、制限されない。透明導電膜と接する金属層として、ＮｉやＮｉ酸化物、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ等から選ばれるものを用いることが好ましい。
【００８２】
発光素子の平面図における線状部の幅は、通常制限されないが、発光特性を損なわない範囲の大きさであればよく、例えば２μｍ〜１５μｍの範囲で用いられる。
【００８３】
このように、透明導電膜の直上あるいは透明導電膜の一部表層を掘り込んで、金属層からなる線状部を形成することにより、透明導電膜の全域に亘って電流拡散でき、その結果、透明導電膜の膜厚を２５％〜７０％に薄膜化できる。そのため、透明導電膜に吸収される発光光が減少し、発光出力の増加をもたらす利点がある。
【００８４】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す化合物半導体素子の製造において、半導体層１０（ｐ型半導体層１４）上に所定の形状の透光性電極１５を形成した後に、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて半導体層１０の一部をエッチングして切り欠くことにより、負極（導電型電極）１７を設けるべき所定の位置に、ｎ型半導体層１２の露出面１２ａを露出させる。その後、ｎ型半導体層１２の露出面１２ａ上に所定の形状の負極（導電型電極）１７を設ける。次いで、透光性電極１５上の所定の位置に、線状部Ｌを備えた正極ボンディングパッド１６を形成する。  
【００８５】
『保護層』
本実施形態では、透明導電膜からなる正極１５の酸化や外部からの水分の浸入を防ぐため、正極１５上に図示略の保護層が設けられた構成とすることがより好ましい。このような保護層としては、正極ボンディングパッド１６が形成される領域を除く正極１５上の全領域を覆うため、透光性に優れた材料を用いることが好ましく、また、ｐ型半導体層１４とｎ型半導体層１２とのリークを防ぐために絶縁性材料からなることが好ましく、例えば、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等を用いれば良い。また、保護層の膜厚としては、透明導電膜からなる正極１５の酸化や外部からの水分の浸入を防ぐことができ、かつ透光性が維持できる膜厚であれば良く、具体的には、例えば、２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００８６】
以上説明したような、本実施形態の化合物半導体発光素子によれば、基板１１上に化合物半導体からなる各層が積層され、さらに導電型透光性電極からなる正極１５及び導電型電極からなる負極１７を備え、正極１５をなす導電型透光性電極はＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜からなるので、可視から紫外領域において特に高い光透過率を有する導電型透光性電極とすることができ、発光素子１の光取り出し特性が高められる。
【００８７】
また、本実施形態の化合物半導体発光素子によれば、基板１１上に化合物半導体からなる各層が積層され、さらに導電型透光性電極からなる正極１５及び導電型電極からなる負極１７を備え、正極１５をなす導電型透光性電極は、好ましくはＩＴＯ膜やＩＺＯ膜からなり、透光性電極がＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む構成なので、可視から紫外領域において特に高い光透過率を有する導電型透光性電極とすることができ、発光素子１の光取り出し特性が高められる。これにより、格別に優れた発光出力特性を有する化合物半導体発光素子１が実現できる。
【００８８】
［化合物半導体発光素子の製造方法］
本実施形態の化合物半導体発光素子の製造方法は、下記（ａ）〜（ｄ）に示す各工程を有する方法により、図１及び図２に例示するような発光素子１を製造する方法である。
（ａ）基板上に、化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層をこの順で積層して半導体ウェーハを作製する半導体層形成工程、  
（ｂ）ｐ型半導体層上に、ＩＴＯ（インジウム・スズ系酸化物）、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２及びｎ−ＧａＮからなる群より選ばれた一種のオーミック層をスパッタ法で成膜するオーミック層成膜工程、
（ｃ）オーミック層上に導電型透光性電極からなる正極をスパッタ法にて、所定の成膜圧力下、１００〜８００℃の基板加熱をしながら成膜する導電型透光性電極積層工程、及び、
（ｄ）透明導電膜を所定形状にエッチングするエッチング工程。
【００８９】
『半導体層形成工程』
本実施形態の製造方法では、まず、上記（ａ）に示した半導体層形成工程において、基板１１上に、化合物半導体からなるｎ型半導体層１２、発光層１３及びｐ型半導体層１４をこの順で積層して半導体ウェーハ１０を作製する。
具体的には、基板１１上に、例えばＡｌＮ等からなる図示略のバッファ層を形成した後、このバッファ層上に、窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャル成長させることによってｎ型半導体層１２、発光層１３及びｐ型半導体層１４を順次積層し、半導体層を形成する。
【００９０】
上述の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、など窒化ガリウム系化合物半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法が好適に使用できる。ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）、Ｇａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｎ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などが用いられる。
【００９１】
また、ドーパントとしては、ｎ型半導体層１２には、Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、Ｇｅ原料としてゲルマン（ＧｅＨ４）または有機ゲルマニウム化合物を用い、ｐ型半導体層には、Ｍｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）２Ｍｇ）等を用いることができる。
【００９２】
『オーミック層成膜工程』
次いで、上記（ｂ）に示したオーミック層成膜工程において、上記半導体層形成工程で形成された半導体層のｐ型半導体層１４上に、透明導電膜からなる正極（導電型透光性電極）１５を形成する前にオーミック層を公知のスパッタ装置を用いてスパッタ法により成膜される。
具体的には、まず、ｐ型半導体層１４の上面全域に、ＩＴＯ（インジウム・スズ系酸化物）、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２及びｎ−ＧａＮからなる群より選ばれた一種のオーミック層をスパッタ法で成膜する。この際のオーミック層の成膜方法としては、ＩＴＯ（インジウム・スズ系酸化物）、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２及びｎ−ＧａＮからなる群より選ばれた一種のターゲット材料を用い、公知なスパッタ法で成膜することができる。また、ｐ型半導体層１２へのプラズマによるダメージを軽減するため、スパッタの放電出力は１０００Ｗ以下であることが好ましい。
【００９３】
スパッタ法を用いてオーミック層としてＩＺＯ膜を形成する場合には、Ｉｎ２Ｏ３ターゲットとＺｎＯターゲットを、ＲＦマグネトロンスパッタ法によって公転成膜することで形成することが可能である。また、成膜速度をより高くするためには、ＩＺＯターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタ法によって行うことができる。
【００９４】
オーミック層としてスパッタ法でＩＺＯ膜を形成する場合、成膜されたＩＺＯ膜はアモルファスで形成される場合がある。アモルファスＩＺＯ膜は、好ましくは３００〜８００℃の温度範囲で保持時間を制御しながら熱処理を行なうことにより、ＩＺＯ膜を結晶することができ、六方晶構造を有するＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含むことになる。このように、透明導電膜を結晶化することで、発光素子の発光波長、例えば、可視光域から紫外光域までの光の透過率を向上させることが可能となり、特に、３８０ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域において大幅に光透過率が向上する。
【００９５】
これに対し、例えば、Ｏ２を含む雰囲気でオーミック層の熱処理、例えばＩＺＯ膜の熱処理を行なった場合には、オーミック層、例えばＩＺＯ膜のシート抵抗が増加してしまう。このように、Ｏ２を含む雰囲気で熱処理を行なうとオーミック層、例えばＩＺＯ膜のシート抵抗が増加するのは、オーミック層中、例えばＩＺＯ膜中の酸素空孔が減少するためであると考えられる。オーミック層、例えばＩＺＯ膜が導電性を示すのは、酸素空孔がオーミック層中、例えばＩＺＯ膜中に存在することによってキャリアとなる電子を発生させているためであるが、キャリア電子の発生源である酸素空孔が熱処理によって減少することで透オーミック層、例えばＩＺＯ膜のキャリア濃度が低下し、シート抵抗が高くなるものと考えられる。
【００９６】
オーミック層の熱処理を３００℃未満の温度で行なった場合、オーミック層を十分に結晶化できない場合があり、オーミック層、例えばＩＺＯ膜の光透過率が充分に高い膜とならない虞がある。
また、オーミック層の熱処理を８００℃超の温度で行なった場合には、オーミック層は結晶化されるものの、光透過率が充分に高い膜とならない虞がある。また、８００℃を超える温度で熱処理を行なった場合、オーミック層の下にある半導体層を劣化させる虞がある。
なお、オーミック層の熱処理は、ｐ型半導体層上にスパッタ法で成膜後に行なわれるが、後述する透明導電膜の熱処理を行なうことで、オーミック層の熱処理を省略することができる。
【００９７】
『導電型透光性電極（正極：透明導電膜）形成工程』
次いで、上記（ｃ）に示した導電型透光性電極形成工程において、上記オーミック層成膜工程で成膜されたオーミック層（図示省略）上に、透明導電膜からなる正極（導電型透光性電極）１５を形成する。
【００９８】
図８は、基板加熱をしながらスパッタ法により半導体ウェーハ上に成膜できる装置概要図（以下、スパッタ装置と記載する。）を示す。このようなスパッタ装置は、公知なスパッタ装置に、新たに基板を加熱できるヒータ及び温度制御装置等を少なくとも備えたものであればよい。
【００９９】
半導体ウェーハ基板は、加熱用ヒータ付近に保持され、所定温度に加熱されながら透明導電膜がスパッタ成膜される。
【０１００】
上記オーミック層成膜工程で形成されたオーミック層（図示省略）上に、所定の成膜圧力下、１００〜８００℃の基板加熱をしながら透明導電膜からなる正極（導電型透光性電極）１５を形成する。
具体的には、まず、オーミック層上の透明導電膜を前記温度範囲で加熱しながら形成する。また、この加熱温度は、好ましくは１５０〜６００℃、さらに好ましくは２００〜４００℃で行なうのが良い。
【０１０１】
成膜時の基板加熱温度が１００℃未満である場合には、透明導電膜の比抵抗が高く、また透過率が低くなってしまう。
一方、成膜時の基板加熱温度が８００℃を超える場合には、導電性が低下する虞があり、半導体層へのダメージを与える虞があり、好ましくない。
【０１０２】
なお、ここで、所定の成膜圧力下としては、０．２〜３Ｐａの範囲が好ましく、スパッタ装置内の酸素濃度は、０．５〜６体積％の範囲が好ましい。スパッタ成膜の圧力が０．２Ｐａ未満の場合には、放電が安定化せず、好ましくない。また、スパッタ成膜の圧力が３Ｐａを超える場合は、スパッタ法で成膜される透明電極膜の結晶粒径が小さくなり、透明電極膜の比抵抗が上昇する虞がある。
また、スパッタ装置内の酸素濃度が０．５体積％未満であるときには、透明導電膜が着色してしまい、透過率が低下し正極としての性能低下を引き起こしてしまう。一方、スパッタ装置内の酸素濃度が６体積％を超える場合には、透明導電膜の導電性が低下しまい好ましくない。
【０１０３】
スパッタ法を用いて透明導電膜を形成する場合には、Ｉｎ２Ｏ３ターゲットとＳｎＯ２ターゲットを、ＲＦマグネトロンスパッタ法によって公転成膜することで形成することが可能であるが、成膜速度をより高くするためには、ＩＴＯターゲットに対するパワーの印加をＤＣマグネトロンスパッタ法によって行うことが好ましい。また、オーミック層やｐ型半導体層１２へのプラズマによるダメージを軽減するため、スパッタの放電出力は１０００Ｗ以下であることが好ましい。
【０１０４】
スパッタ法を用いて透明導電膜としてＩＺＯ膜を形成する場合には、Ｉｎ２Ｏ３ターゲットとＺｎＯターゲットを、ＲＦマグネトロンスパッタ法によって公転成膜することで形成することが可能であるが、成膜速度をより高くするためには、ＩＺＯターゲットに対するパワーの印加をＤＣマグネトロンスパッタ法によって行うことが好ましい。また、ｐ型半導体層１２へのプラズマによるダメージを軽減するため、スパッタの放電出力は１０００Ｗ以下であることが好ましい。
【０１０５】
『エッチング工程』
次いで、上記（ｄ）に示したエッチング工程において、上記導電型透光性電極形成工程で成膜された透明導電膜を所定形状にエッチングする。
具体的には、周知のフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて透明導電膜をパターニングすることにより、オーミック層上の透明導電膜形成領域を除く領域の透明導電膜を除去し、図２に示すように、正極１５の形成領域にのみ透明導電膜を形成する。
【０１０６】
透明導電膜のパターニングを行なうエッチング工程では、例えば、塩酸、臭化水素酸等の強酸を使用した場合には、およそ２０ｎｍ／ｍｉｎの速度でエッチングすることができ、バリやオーバーエッチングはほとんど生じない。また、ドライエッチング装置を用いて行なっても良い。この際、エッチングガスとしては、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、ＢＣｌ３等を用いることができる。
【０１０７】
また、透明導電膜には、上述のフォトリソグラフィ法とエッチング法を用いて、図５及び図６に示すように、透明導電膜の表面に凹凸加工を形成することが可能である。例えば、塩酸、臭化水素酸等の強酸を使用した場合、１分間のエッチング時間で２０ｎｍの深さの凹凸を形成することができる。
【０１０８】
図５及び図６に示すように、エッチング法を用いて透明導電膜表面に凹凸加工を施すことによって正極の光透過率を向上させ、発光素子の発光出力を向上させることができる。
透明導電膜表面への凹凸加工によって発光出力が向上する理由としては、１．正極の薄膜化による光透過率の向上、２．凹凸加工による光取り出し面積（透明導電膜表面積）の増加、３．正極表面での全反射の低減等が考えられる。また、透明導電膜表面に凹凸加工を施すことにより、凹凸側面の面積を大きくすることができることから、図５及び図６に示すようなドット形状とすることがより好ましい。
【０１０９】
一般的に導電型透光性電極は、膜厚を厚くするほどシート抵抗が低くなり、膜内を流れる電流が電極の全領域に拡散しやすくなるため、表面を、凸部に電流が流れやすい凹凸形状に形成することが好ましい。このため、ドット形状としては、図６に示すような独立した凸部が存在する形状よりも、図５に示すような独立した凹部が存在する形状とすることがより好ましい。また、凹部の面積が凸部の面積の１／４以下であると発光出力向上効果が小さくなり、３／４以上であると電流が拡散しにくくなって駆動電圧が上昇してしまうため、凹部の面積は凸部の面積の１／４〜３／４の範囲であることが好ましい。
【０１１０】
また、凹凸の側面からの光の取り出しを大きくするため、凹部の膜厚は凸部の膜厚の１／２以下であることが好ましい。但し、凹部の透明導電膜とその下のオーミック層を完全にエッチングした場合、即ち、オーミック層の凹部の膜厚が０ｎｍである場合には、透明導電膜やオーミック層を介さずに、半導体層（ｐ型半導体層側）からの光を取り出すことができるため、発光出力の向上には有効となる。
【０１１１】
また、透明導電膜のパターニング処理とほぼ同じエッチング時間で透明導電膜の下のオーミック層も処理する事が可能であるため、透明導電膜やオーミック層のパターニングと凹凸加工を同時に行なうことができ、工程時間を短縮することが可能となる。しかしながら、凹部の透明導電膜やオーミック層を完全にエッチングした場合、透明導電膜とｐ型半導体層との接触面積が減少するため、発光素子の駆動電圧が上昇することがある。従って、発光素子の駆動電圧よりも発光出力を優先する場合にのみ、凹部の膜厚が０ｎｍ、つまり、凹部の透明導電膜を完全にエッチングした透明導電膜を用いれば良い。
【０１１２】
上述のような凹凸加工には、上述のような透明導電膜のパターニングと同様、フォトリソグラフィー法を何ら制限なく用いることができるが、さらに発光出力を向上させたい場合には、ｇ線やｉ線のステッパ、ナノインプリント装置、レーザ露光装置、又はＥＢ（エレクトロンビーム）露光装置等を用いて、より小さな凹凸を形成することが好ましい。また、透明導電膜の凹凸加工は、透明導電膜のパターニングと同様、後述の熱処理工程を行なう前に行なうことが好ましい。
【０１１３】
『透明導電膜の熱処理』
本実施形態の化合物半導体発光素子の製造方法では、上記エッチング工程においてパターニングされた透明導電膜に対して熱処理を行ない、透明導電膜の結晶性や透過率を向上させることができる。
具体的には、パターニングされた透明導電膜に対し、１００〜８００℃の温度範囲で保持時間を制御しながら熱処理を行なうことにより、透明導電膜を、六方晶構造を有するＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む正極１５とすることができる。
【０１１４】
例えば、透明導電膜としてＩＺＯを形成する場合には、スパッタ法で形成されたＩＺＯはアモルファス状態の透明導電膜であり、例えば、好ましくは１５０〜６００℃の温度範囲の熱処理を行なうことにより、結晶化した透明導電膜とすることができる。また、このような透明導電膜の熱処理により、同時にｐ型半導体層と透明導電膜との界面に形成したオーミック層の熱処理も行なうことができ、またこの方法により、透明導電膜とオーミック層との接着性やオーミック性が向上するという利点が生まれる。
【０１１５】
また、透明導電膜の熱処理は、Ｏ２を含まない雰囲気で行なうことが好ましく、Ｏ２を含まない雰囲気としては、Ｎ２雰囲気等の不活性ガス雰囲気や、Ｎ２等の不活性ガスとＨ２の混合ガス雰囲気等を挙げることができ、Ｎ２雰囲気、又はＮ２とＨ２の混合ガス雰囲気とすることが好ましい。
【０１１６】
これに対し、例えば、Ｏ２を含む雰囲気で透明導電膜の熱処理を行なった場合には、透明導電膜、例えばＩＺＯ膜のシート抵抗が増加してしまう。このように、Ｏ２を含む雰囲気で熱処理を行なうと透明導電膜、例えばＩＺＯ膜のシート抵抗が増加するのは、透明導電膜中、例えばＩＺＯ膜中の酸素空孔が減少するためであると考えられる。透明導電膜が導電性を示すのは、酸素空孔が透明導電膜中に存在することによってキャリアとなる電子を発生させているためであるが、キャリア電子の発生源である酸素空孔が熱処理によって減少することで透明導電膜のキャリア濃度が低下し、シート抵抗が高くなるものと考えられる。
【０１１７】
透明導電膜の熱処理温度は、１００〜８００℃の範囲が好ましく、１５０〜６００の範囲がより好ましく、また２００〜４００℃の温度範囲が望ましい。透明導電膜の熱処理を１００℃未満の温度で行なった場合、透明導電膜を十分に結晶化できない場合があり、透明導電膜の光透過率が充分に高い膜とならない虞がある。また、透明導電膜の熱処理を８００℃超の温度で行なった場合には、透明導電膜は結晶化されるものの、光透過率が充分に高い膜とならない虞がある。また、８００℃を超える温度で熱処理を行なった場合、透明導電膜の下にある半導体層を劣化させる虞がある。
【０１１８】
『負極の形成』
次いで、上記半導体層形成工程において形成されたｎ型半導体層１２、発光層１３、ｐ型半導体層１４からなる半導体層の一部やオーミック層及び透明導電膜の一部を除去することにより、ｎ型半導体層１２を露出させ、負極１７を形成する。
具体的には、図１及び図２に示すように、透明導電膜１５、オーミック層、ｐ型半導体層１４、発光層１３及びｎ型半導体層１２の一部をエッチングによって除去することによってｎ型半導体層１２の一部を露出させ、この露出したｎ型半導体層１２上に、例えば、Ｔｉ／Ａｕからなる負極１７を従来公知の方法によって形成する。
【０１１９】
『正極ボンディングパッドの形成』
次いで、正極（導電型透光性電極）１５をなす透明導電膜上に、正極ボンディングパッド１６を形成する。
具体的には、図１及び図２に示すように、透明導電膜（正極１５）上の少なくとも一部に、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕ等の材料を用いて、従来公知の方法によって正極ボンディングパッド１６を形成する。
【０１２０】
『保護層の形成』
次いで、本実施形態では、正極１５をなす透明導電膜の酸化防止や外部環境からの水分の浸入を防止するため、正極１５上に図示略の保護層を形成する。
具体的には、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の、透光性及び絶縁性を有する材料を用いて、正極１５上において、正極ボンディングパッド１６の形成領域を除く全領域を覆うようにして、従来公知の方法で保護層を形成する。
【０１２１】
『半導体ウェーハの分割』
次いで、上記各手順により、半導体層上に正極１５、正極ボンディングパッド１６及び負極１７が形成された半導体ウェーハ１０を、基板１１の裏面を研削及び研磨してミラー状の面とした後、例えば、３５０μｍ角の正方形に切断することにより、発光素子チップ（化合物半導体発光素子１）とすることができる。
【０１２２】
以上説明したような、本実施形態の化合物半導体発光素子の製造方法によれば、基板１１上に化合物半導体からなる各層を順次積層して半導体ウェーハ１０を作製する半導体層形成工程と、ｐ型半導体層１４にＩＴＯ（インジウム・スズ系酸化物）、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２及びｎ-ＧａＮからなる群より選ばれた一種のオーミック層をスパッタ法で成膜するオーミック層成膜工程と、前記オーミック層上に導電型透光性電極からなる正極をスパッタ法にて、所定の成膜圧力下、１００〜８００℃の基板加熱をしながら成膜する導電型透光性電極積層工程と、前記透明導電膜を所定形状にエッチングするエッチング工程とを含む方法なので、可視から紫外領域において特に優れた光透過率を有し、低抵抗の正極（導電型透光性電極）１５が得られ、格別に優れた発光出力特性と低駆動電圧を有する化合物半導体発光素子１が得られる。
【０１２３】
［ランプ］
以上説明したような、本発明に係る化合物半導体発光素子は、例えば、当業者周知の手段により、透明カバーを設けてランプを構成することができる。また、本発明に係る化合物半導体発光素子と蛍光体を有するカバーとを組み合わせることにより、白色のランプを構成することもできる。
【０１２４】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、従来公知の方法を用いてなんら制限無くＬＥＤランプとして構成することができる。ランプとしては、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等、何れの用途にも用いることができる。
【０１２５】
図４は、本発明のランプの一例を説明するための概略構成図である。図４に示すランプ３０は、上述したようなフェイスアップ型に構成される本実施形態の化合物半導体発光素子１を砲弾型のランプとして実装したものである。図４に示すランプ３０では、２本のフレーム３１、３２の一方に、図１に示す発光素子１が樹脂などにより接着され、正極ボンディングパッド１６及び負極１７が金等の材質からなるワイヤー３３、３４で、それぞれフレーム３１、３２に接合されている。また、図４に示すように、発光素子１の周辺には、透明樹脂からなるモールド３５が形成されている。
また、上述のようなランプ３０によれば、上記本発明に係る半導体化合物発光素子１が備えられてなるものなので、発光特性に優れたものとなる。
【０１２６】
［電子機器及び機械装置］
上述したような、本発明に係る化合物半導体発光素子を用いて作製したランプは、発光出力が高く、また駆動電圧が低いので、このような技術によって作製したランプを組み込んだ携帯電話、ディスプレイ、パネル類等の電子機器や、この電子機器を組み込んだ自動車、コンピュータ、ゲーム機等の機械装置は、低電力での駆動が可能となり、高い機器特性並びに装置特性を実現することが可能である。特に、携帯電話、ゲーム機、玩具、自動車部品等のバッテリ駆動させる機器類においては、省電力の効果を最大限に発揮する。
【実施例】
【０１２７】
以下に、本発明の化合物半導体素子及びその製造方法を、実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【０１２８】
［実験例１］
以下に示す方法により、図１に示す半導体発光素子１を製造した。
実施例１の半導体発光素子１では、４インチ径のサファイアからなる基板１１上に、ＡｌＮからなるバッファ層２１、厚さ６μｍのアンドープＧａＮからなる下地層２２、厚さ３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層２３、ＧａＩｎＮからなる厚さ２ｎｍのｎ側第１層と、ＧａＮからなる厚さ２ｎｍのｎ側第２層とからなる薄膜層を２０層（ペア数）繰り返し成長させてなる厚さ８０ｎｍの超格子構造のｎクラッド層２４、厚さ５ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ３．５ｎｍのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を６回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層２５、厚さ０．０１μｍのＭｇドープ単層Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐクラッド層２６、厚さ０．１５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮからなるｐコンタクト層２７とを順に積層した。ここでは、バッファ層２１は公知なスパッタ法で成膜し、下地層２２、ｎコンタクト層２３、ｎクラッド層２４、発光層２５、ｐクラッド層２６及びｐコンタクト層２７は、公知なＭＯＣＶＤ法で積層した。
【０１２９】
その後、ｐコンタクト層２７上に、厚さ２ｎｍのＩＴＯからなるオーミック層をスパッタ法にて室温下で成膜した。スパッタ用ターゲットとして、ＳｎＯ２を１０質量％含むＩＴＯターゲットを用いた。次に、半導体ウェーハを加熱ヒータ付きスパッタ装置に移し、酸素濃度が２体積％のＡｒ雰囲気ガス中、成膜圧力を１Ｐａ、透明導電膜のスパッタ成膜温度を２５０℃、スパッタ出力を７００Ｗとした。この結果、サファイア基板１１上に積層された半導体発光素子の透明導電膜は、膜厚１５０ｎｍ、比抵抗１．２×１０−４Ω・ｃｍであった。
【０１３０】
次に、フォトリソグラフィの手法を用いてエッチングを施し、所望の領域にｎコンタクト層１２ａの露出面２０ａを形成し、その上にＴｉ／Ａｕの二層構造のｎ型電極１７を形成した。
【０１３１】
また、透光性電極１５の上に、２００ｎｍのＡｌからなる金属反射層と８０ｎｍのＴｉからなるバリア層と１１００ｎｍのＡｕからなるボンディング層とからなる３層構造のｐ型ボンディングパッド構造１６を、フォトリソグラフィの手法を用いて形成した。
以上のようにして、図１に示す実施例１の半導体発光素子１を得た。
【０１３２】
また、実施例１に記載の半導体発光素子について、ＴＯ−１８缶パッケージに実装してテスターによって、印加電流２０ｍＡにおける発光出力（Ｐｏ）を測定したところ、駆動電圧は３．１４Ｖ、発光出力２２．１ｍＷであった。半導体発光素子の製造条件及び発光素子の特性を表１にまとめる。
【０１３３】
［実験例２］〜［実験例７］、［比較例１］〜［比較例６］
オーミック層形成条件や透明導電膜形成条件を表１に記載したような条件に変えた以外は、実施例１と同様に実施して、［実験例２］〜［実験例７］及び［比較例１］〜［比較例６］の半導体発光素子１を製造した。但し、［実験例２］〜［実験例７］において、オーミック層を形成する工程では、酸素濃度を透明導電膜形成工程での酸素濃度未満に設定して実施した。
駆動電圧及び発光出力について、半導体発光素子の製造条件及び発光素子の特性と共に表１にまとめた。
【表１】
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【０１３４】
以上の結果により、正極をなす導電型透光性電極が、スパッタ法で所定温度下で加熱されながら成膜されたＩｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜であり、ｐ型半導体層と前記透明導電膜との界面にはオーミック層が形成され、当該オーミック層の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）が、前記Ｉｎ２Ｏ３なる組成の結晶を含む透明導電膜のバルク中の酸素濃度（相対元素濃度ｍｏｌ％）よりも低いことを特徴とする化合物半導体発光素子は、光透過率の高い導電型透光性電極からなる正極を備え、発光出力の高い半導体発光素子であり、優れていることが明らかとなった。
【符号の説明】
【０１３５】
１…化合物半導体発光素子（発光素子、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子）、１０、２０…半導体ウェーハ、１１、２１…基板、１２…ｎ型半導体層、１３…発光層、１４…ｐ型半導体層、１５…正極（導電型透光性電極膜）、１６…正極ボンディングパッド、１７…負極、２２…下地層（ｎ型半導体層）、２３…ｎ型コンタクト層（ｎ型半導体層）、２４…ｎ型クラッド層（ｎ型半導体層）、２５…発光層、２６…ｐ型クラッド層（ｐ型半導体層）、２７…ｐ型コンタクト層（ｐ型半導体層）、３０…ランプ、１００…加熱ヒータ付きスパッタ装置概略図、１１０…スパッタ成膜室、１２０…ターゲット、１３０…加熱用ヒータ、１５０…半導体ウェーハ（基板）、Ｌ…線状部
【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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