(57)【要約】【課題】発光領域を構成する半導体積層構造と、その上に形成される透明導電膜との密着性を改善し、これらの接触抵抗を低減することができる発光デバイスを得る。【解決手段】発光デバイスにおいて、サファイア基板１１上に形成され、発光デバイスの半導体積層構造を形成するｐ型ＧａＮ層１６を、その炭素含有比率が該ｐ型ＧａＮ層表面に含まれる全体の元素の含有率に対して１０〜３０％となり、また、その酸素含有比率が該ｐ型ＧａＮ層表面に含まれる全体の元素の含有率に対して１０〜２５％となるように形成し、該ｐ型ＧａＮ層１６上にＩＴＯ膜１７を形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成され、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる積層構造を有する発光デバイスであって、
該積層構造を構成するＧａＮ層と、
該ＧａＮ層上に形成された透明導電膜とを有し、
該ＧａＮ層は、その表面での炭素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜３０％となる構造を有している、発光デバイス。
【請求項２】
基板上に形成され、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる積層構造を有する発光デバイスであって、
該積層構造を構成するＧａＮ層と、
該ＧａＮ層上に形成された透明導電膜とを有し、
該ＧａＮ層は、その表面での酸素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜２５％となる構造を有している、発光デバイス。
【請求項３】
基板上に形成され、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる積層構造を有する発光デバイスであって、
該積層構造を構成するｐ型ＧａＮ層と、
該ＧａＮ層上に形成された透明導電膜とを有し、
該ＧａＮ層は、その表面の粗さが、モホロジーを示す指標でＲａ０．３５〜０．４５ｎｍの範囲になるよう形成したものである、発光デバイス。
【請求項４】
基板上に形成され、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる積層構造を有する発光デバイスであって、
該積層構造を構成するｐ型ＧａＮ層と、
該ＧａＮ層上に形成された透明導電膜とを有し、
該ＧａＮ層は、その表面の粗さが、モホロジーを示す指標でＲｍｓ０．４５〜０．６ｎｍの範囲になるよう形成したものである、発光デバイス。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発光デバイスにおいて、
前記ＧａＮ層はｐ型ＧａＮ層である、発光デバイス。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発光デバイスにおいて、
前記透明導電膜は、インジウム錫酸化物からなるＩＴＯ膜である、発光デバイス。
【請求項７】
下地半導体層上にエピタキシャル成長させたＧａＮ層上に透明導電膜を形成する透明導電膜の形成方法であって、
該下地半導体層上に該ＧａＮ層を成長させた後、該ＧａＮに対する洗浄処理を、その表面での炭素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜３０％となる条件、あるいはその表面での酸素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜２５％となる条件の少なくとも一方の条件を満たすよう行う工程と、
該洗浄処理後に、該ＧａＮ層を乾燥する工程とを含む、透明導電膜の形成方法。
【請求項８】
請求項７に記載の透明導電膜の形成方法において、
前記ＧａＮ層をエピタキシャル成長した後、該ＧａＮ層をアニールする工程を含む、透明導電膜の形成方法。
【請求項９】
請求項８に記載の透明導電膜の形成方法において、
前記ＧａＮ層を乾燥する工程は、該ＧａＮ層を大気中でのＮ２ブローにより乾燥する工程である、透明導電膜の形成方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の透明導電膜の形成方法において、
前記ＧａＮ層を乾燥する工程は、該ＧａＮ層を、イソプロピルアルコールを用いて乾燥する工程である、透明導電膜の形成方法。
【請求項１１】
下地半導体層上にエピタキシャル成長させたＧａＮ層上に透明導電膜を形成する透明導電膜の形成方法であって、
該下地半導体層上に該ＧａＮ層を成長させた後、該ＧａＮに対する洗浄処理を、その表面の粗さが、モホロジーを示す指標でＲａ０．３５〜０．４５ｎｍの範囲になる条件、あるいはその表面の粗さが、モホロジーを示す指標でＲｍｓ０．４５〜０．６ｎｍの範囲になる条件の少なくとも一方の条件を満たすよう行う工程と、
該洗浄処理後に、該ＧａＮ層を乾燥する工程とを含む、透明導電膜の形成方法。
【請求項１２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いて発光デバイスを製造する方法であって、
絶縁性基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、
該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、該発光デバイスを構成する、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる素子構造を形成する工程と、
該素子構造上に透明電極膜を形成する工程とを含み、
該素子構造を形成する工程は、
下地半導体層上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させる工程と、
該エピタキシャル成長させたＧａＮ層に対する洗浄処理を、その表面での炭素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜３０％となる条件、あるいはその表面での酸素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜２５％となる条件の少なくとも一方の条件を満たすよう行う工程と、
該洗浄処理後に、該ＧａＮ層を乾燥する工程とを含む、発光デバイスの製造方法。
【請求項１３】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いて発光デバイスを製造する方法であって、
絶縁性基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、
該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、該発光デバイスを構成する、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる素子構造を形成する工程と、
該素子構造上に透明電極膜を形成する工程とを含み、
該素子構造を形成する工程は、
下地半導体層上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させる工程と、
該エピタキシャル成長させたＧａＮ層に対する洗浄処理を、その表面の粗さが、モホロジーを示す指標でＲａ０．３５〜０．４５ｎｍの範囲になる条件、あるいはその表面の粗さが、モホロジーを示す指標でＲｍｓ０．４５〜０．６ｎｍの範囲になる条件の少なくとも一方の条件を満たすよう行う工程と、
該洗浄処理後に、該ＧａＮ層を乾燥する工程とを含む、発光デバイスの製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載の発光デバイスの製造方法において、
前記ＧａＮ層をエピタキシャル成長した後、該ＧａＮ層をアニールする工程を含む、発光デバイスの製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の発光デバイスの製造方法において、
前記ＧａＮ層を乾燥する工程は、該ＧａＮ層を大気中でのＮ２ブローにより乾燥する工程である、発光デバイスの製造方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の発光デバイスの製造方法において、
前記ＧａＮ層を乾燥する工程は、該ＧａＮ層を、イソプロピルアルコールを用いて乾燥する工程である、発光デバイスの製造方法。
【請求項１７】
光源を備えた電気機器であって、
該光源は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光デバイスを含む電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光デバイス、透明導電膜の形成方法、発光デバイスの製造方法および電気機器に関し、特に、透明導電膜とその下地のＧａＮ膜との接触抵抗及び密着性の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム系化合物半導体は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）等の短波長発光デバイス用の半導体材料として利用されており、これらの発光デバイスは、通常、基板上に窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を積層した構造が用いられている。
【０００３】
上記のような半導体材料からなるＬＥＤなどの発光デバイスにおいて、順方向電圧を低下させるためには、半導体材料と電極層との間の良好なオーミックコンタクトを得ることが必要である。
【０００４】
従来のＬＥＤでは、ｎ型窒化物系半導体層上にＴｉおよびＡｌを含む電極層を形成するとともに、ｐ型窒化物系半導体層上にＮｉおよびＡｕを含む電極層を形成することによって、良好なオーミックコンタクトを得るようにしている。
【０００５】
しかしながら、従来、窒化物系半導体層上に電極層を形成する場合、窒化物系半導体層と金属とは合金を形成しにくいため、電極層と窒化物系半導体層との密着性が低下する。このため、製造プロセスの途中で電極層が膜剥がれを起こしやすいという不都合があった。その結果、素子の信頼性を向上させるのが困難であるといった課題があった
そこで、特許文献１などでは、窒化物系半導体素子の形成方法において、窒化物系半導体層を熱処理することによって、窒化物系半導体層の表面の水分などを除去し、窒化物系半導体層の表面を清浄化し、これにより、窒化物系半導体層と電極層との密着性を向上させている。
【０００６】
この方法では、窒化物系半導体層と電極層との間で良好なオーミックコンタクトを得ることができ、また製造プロセス途中での電極層の膜剥がれを抑制することができ、その結果、窒化物系半導体素子の信頼性を向上させることができる。
【０００７】
また、特許文献２には、窒化ガリウム系化合物半導体に用いられる基板上に高品質な窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を作製するために、基板表面に付着した有機物等の不純物を洗浄により除去する方法が開示されている。ここで、基板として、一般的なサファイアの他に、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ等が用いられる。
【０００８】
また、この特許文献２には、このような洗浄方法により洗浄した基板上に発光デバイスを構成する半導体積層構造を形成したものが開示されている。
【０００９】
図８は、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光デバイスの断面構造を示している。
【００１０】
この発光デバイス２００は、サファイア基板の表面にＧａＮ層を形成してなる基板２０６を有している。この基板２０６は、例えば、ソルベントナフサにより洗浄し、次に、アセトンにより洗浄し、さらに、イソプロピルアルコールにより洗浄し、最後に純水により洗浄している。
【００１１】
また、上記発光デバイス２００は、該基板２０６上に形成された、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第１のクラッド層２０７と、アンドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる第２のクラッド層２０８と、該第２のクラッド層２０８上に形成した、アンドープのＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる単一量子井戸構造からなる発光層２０９と、該発光層２０９上に形成したアンドープのＧａＮからなる中間層２１０と、該中間層２１０上に形成した、ＭｇをドープさせたＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるｐ型クラッド層２１１とを含む積層構造を有している。
【００１２】
さらに、該発光デバイス２００は、該積層構造上に形成された、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層を有する光透過性電極２１２と、該光透過性電極２１２上に形成したｐ側電極２１４と、該第１のｎ型クラッド層２０７の露出させた部分に形成されたｎ側電極２１３とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−１０１０６８号公報
【特許文献２】特開２００７−２０１４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、従来の発光デバイス２００の素子構造では、上記光透過性電極２１２は、ｎ側電極２１３から積層構造の発光層２０９へ供給される電流密度が発光層の面内で均一にするために設けらているが、このような発光デバイス２００では、この光透過性電極２１２とその上のｐ側電極２１４との密着性や接触抵抗、さらには、光透過性電極２１２とその下側の半導体層であるｐ型クラッド層２１１との密着性や接触抵抗は、素子特性に大きな影響を及ぼし、特に発光デバイスの駆動電流の低減を図る上で、特に、接触面積の大きい光透過性電極２１２とその下側のｐ型クラッド層２１１との密着性が悪く、光透過性電極２１２が剥がれやすいと、接触抵抗の増大により、素子特性が損なわれ、良好な特性を有する、低電流駆動が可能な発光デバイスが得られないという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、発光領域を構成する半導体積層構造と、その上に形成される透明導電膜との接触抵抗を低減することができる発光デバイス、透明導電膜の形成方法、このような発光デバイスの製造方法、およびこのような良好な特性を有する低電流駆動が可能な発光デバイスを搭載した電気機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る発光デバイスは、基板上に形成され、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる積層構造を有する発光デバイスであって、該積層構造を構成するＧａＮ層と、該ＧａＮ層上に形成された透明導電膜とを有し、該ＧａＮ層は、その表面での炭素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜３０％となる構造を有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１７】
本発明に係る発光デバイスは、基板上に形成され、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる積層構造を有する発光デバイスであって、該積層構造を構成するＧａＮ層と、該ＧａＮ層上に形成された透明導電膜とを有し、該ＧａＮ層は、その表面での酸素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜２５％となる構造を有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１８】
本発明に係る発光デバイスは、基板上に形成され、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる積層構造を有する発光デバイスであって、該積層構造を構成するｐ型ＧａＮ層と、該ＧａＮ層上に形成された透明導電膜とを有し、該ＧａＮ層は、その表面の粗さが、モホロジーを示す指標でＲａ０．３５〜０．４５ｎｍの範囲になるよう形成したものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１９】
本発明に係る発光デバイスは、基板上に形成され、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる積層構造を有する発光デバイスであって、該積層構造を構成するｐ型ＧａＮ層と、該ＧａＮ層上に形成された透明導電膜とを有し、該ＧａＮ層は、その表面の粗さが、モホロジーを示す指標でＲｍｓ０．４５〜０．６ｎｍの範囲になるよう形成したものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２０】
本発明は、上記発光デバイスにおいて、前記ＧａＮ層はｐ型ＧａＮ層であることが好ましい。
【００２１】
本発明は、上記発光デバイスにおいて、前記透明導電膜は、インジウム錫酸化物からなるＩＴＯ膜であることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る透明導電膜の形成方法は、下地半導体層上にエピタキシャル成長させたＧａＮ層上に透明導電膜を形成する透明導電膜の形成方法であって、該下地半導体層上に該ＧａＮ層を成長させた後、該ＧａＮに対する洗浄処理を、その表面での炭素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜３０％となる条件、あるいはその表面での酸素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜２５％となる条件の少なくとも一方の条件を満たすよう行う工程と、該洗浄処理後に、該ＧａＮ層を乾燥する工程とを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２３】
本発明は、上記透明導電膜の形成方法において、前記ＧａＮ層をエピタキシャル成長した後、該ＧａＮ層をアニールする工程を含むことが好ましい。
【００２４】
本発明は、上記透明導電膜の形成方法において、前記ＧａＮ層を乾燥する工程は、該ＧａＮ層を大気中でのＮ２ブローにより乾燥する工程であることが好ましい。
【００２５】
本発明は、上記透明導電膜の形成方法において、前記ＧａＮ層を乾燥する工程は、該ＧａＮ層を、イソプロピルアルコールを用いて乾燥する工程であることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る透明導電膜の形成方法は、下地半導体層上にエピタキシャル成長させたＧａＮ層上に透明導電膜を形成する透明導電膜の形成方法であって、該下地半導体層上に該ＧａＮ層を成長させた後、該ＧａＮに対する洗浄処理を、その表面の粗さが、モホロジーを示す指標でＲａ０．３５〜０．４５ｎｍの範囲になる条件、あるいはその表面の粗さが、モホロジーを示す指標でＲｍｓ０．４５〜０．６ｎｍの範囲になる条件の少なくとも一方の条件を満たすよう行う工程と、該洗浄処理後に、該ＧａＮ層を乾燥する工程とを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２７】
本発明に係る発光デバイスの製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いて発光デバイスを製造する方法であって、絶縁性基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、該発光デバイスを構成する、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる素子構造を形成する工程と、該素子構造上に透明電極膜を形成する工程とを含み、該素子構造を形成する工程は、下地半導体層上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させる工程と、該エピタキシャル成長させたＧａＮ層に対する洗浄処理を、その表面での炭素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜３０％となる条件、あるいはその表面での酸素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜２５％となる条件の少なくとも一方の条件を満たすよう行う工程と、該洗浄処理後に、該ＧａＮ層を乾燥する工程とを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２８】
本発明に係る発光デバイスの製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いて発光デバイスを製造する方法であって、絶縁性基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、該発光デバイスを構成する、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる素子構造を形成する工程と、該素子構造上に透明電極膜を形成する工程とを含み、該素子構造を形成する工程は、下地半導体層上にＧａＮ層をエピタキシャル成長させる工程と、該エピタキシャル成長させたＧａＮ層に対する洗浄処理を、その表面の粗さが、モホロジーを示す指標でＲａ０．３５〜０．４５ｎｍの範囲になる条件、あるいはその表面の粗さが、モホロジーを示す指標でＲｍｓ０．４５〜０．６ｎｍの範囲になる条件の少なくとも一方の条件を満たすよう行う工程と、該洗浄処理後に、該ＧａＮ層を乾燥する工程とを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２９】
本発明は、上記発光デバイスの製造方法において、前記ＧａＮ層をエピタキシャル成長した後、該ＧａＮ層をアニールする工程を含むことが好ましい。
【００３０】
本発明は、上記発光デバイスの製造方法において、前記ＧａＮ層を乾燥する工程は、該ＧａＮ層を大気中でのＮ２ブローにより乾燥する工程であることが好ましい。
【００３１】
本発明は、上記発光デバイスの製造方法において、前記ＧａＮ層を乾燥する工程は、該ＧａＮ層を、イソプロピルアルコールを用いて乾燥する工程であることが好ましい。
【００３２】
本発明に係る電気機器は、光源を備えた電気機器であって、該光源は、上述した本発明に係る発光デバイスを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３３】
次に作用について説明する。
【００３４】
本発明においては、発光デバイスにおいて、発光領域を含む積層構造を構成するＧａＮ層と、該ＧａＮ層上に形成された透明導電膜とを有し、該ＧａＮ層は、その表面での炭素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜３０％となる構造、あるいはその表面での酸素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜２５％となる構造を有するので、発光領域を構成する半導体積層構造と、その上に形成される透明導電膜との接触抵抗を低減することができる。
【００３５】
また、本発明においては、下地半導体層上に該ＧａＮ層を成長させた後、該ＧａＮに対する洗浄処理を、その表面での炭素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜３０％となる条件、あるいはその表面での酸素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜２５％となる条件の少なくとも一方の条件を満たすよう行うので、発光領域を構成する半導体積層構造と、その上に形成される透明導電膜との接触抵抗を低減することができる。
【００３６】
さらに、本発明では、ＧａＮに対する洗浄処理を、有機洗浄により沸点より低温で行うので、ＧａＮ層の洗浄面にハイドロカーボンが固着するのを防止することができる。
【００３７】
また、ＧａＮ表面を酸、アルカリ、有機溶剤で洗浄することで、所定量のカーボン、酸素の量を配置することができる。
【発明の効果】
【００３８】
以上のように、本発明によれば、発光領域を構成する半導体積層構造と、その上に形成される透明導電膜との接触抵抗を低減することができる発光デバイス、透明導電膜の形成方法、このような発光デバイスの製造方法、およびこのような良好な特性を有する低電流駆動が可能な発光デバイスを搭載した電気機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明の実施形態１による発光デバイスを説明する図であり、この発光デバイスの断面構造を示している。
【図２】図２は、本発明の実施形態１による発光デバイスの製造に用いる洗浄装置を説明する模式図であり、その概略的な構成を示している。
【図３】図３は、本発明の実施形態１による発光デバイスの製造途中での洗浄処理を説明する図であり、透明導電膜を成長する直前の洗浄の対象となる半導体積層構造を示している。
【図４】図４は、本発明の実施形態１による発光デバイスの製造途中での洗浄処理の手順を説明する図であり、透明導電膜を形成する下地層であるｐ型ＧａＮ層の成長、及びその後の処理を処理順に示している。
【図５】図５は、本発明の実施形態１による発光デバイスの特性を説明する図であり、図５は、透明導電膜の下地層であるｐ型ＧａＮ層の表面での炭素濃度及び酸素濃度に対する接触抵抗相対値を示している。
【図６】図６は、本発明の実施形態１による発光デバイスの特性を説明する図であり、透明導電膜の下地層であるｐ型ＧａＮ層の表面状態（モホロジーＲＭＳ［ｎｍ］、モホロジーＲａ［ｎｍ］）に対する接触抵抗相対値を示している。
【図７】図７は、本発明の実施形態２として、実施形態１の発光デバイスを光源として用いた照明装置を説明する図であり、発光デバイスをモールド樹脂によりパッケージングしたランプの構造を示している。
【図８】図８は、特許文献２に開示の発光デバイスの構造を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４１】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１による発光デバイスを説明する図であり、この発光デバイスの断面構造を示している。
【００４２】
この実施形態１の発光デバイス１０は、サファイア基板（絶縁性基板）１１と、該サファイア基板１１上に格子不整合を緩和するバッファ層として形成されたＡｌＮ膜１２と、該ＡｌＮ膜１２上に形成されたノンドープＧａＮ層１３とを有している。
【００４３】
この半導体発光素子１０は、該ノンドープＧａＮ層１３上に形成された積層構造を有し、この積層構造は、ｎ型ＧａＮ層１４上にｐ型ＧａＮ層１６を、該両ＧａＮ層の間に発光領域となる多重量子井戸層１５が介在するよう積層してなる構造となっている。
【００４４】
この多重量子井戸層１５は、バリア層としてのＧａＮ層１５ａと、井戸層としてのＩｎＧａＮ層１５ｂとを交互に積層してなる構造を有している。
【００４５】
ここで、このｐ型ＧａＮ層１６は、その成長後の洗浄処理により、その表面での炭素濃度が１０〜３０％の範囲に、またその表面での酸素濃度が１０〜２５％の範囲になるよう調整されている。なお、上記酸素濃度及び炭素濃度は、ｐ型ＧａＮ層の表面から３〜４μｍ程度の深さまでの範囲で測定したものである。
【００４６】
ここで、炭素濃度及び酸素濃度はそれぞれ、上記ｐ型ＧａＮ層１６に含有される種々の元素、具体的には、実質的にＧａ、Ｍｇ、Ｏ、Ｃの含有量（原子の個数）の総和を１００パーセントとしたときの、炭素元素及び酸素元素の含有比率を示している。この含有比率の算出には、ＸＰＳ法（Ｘ線光電子分光分析法）を用いている。このＸＰＳ法は、超高真空下で資料表面にＸ線を照射することにより、光電効果により表面から光電子を真空中に放出させ、その光電子の運動エネルギーを観測することで、元素の組成に関する情報を取得するものである。具体的には、光電子のエネルギースペクトルの解析結果に基づいて、物質表面に存在する元素を同定したり定量したりすることが可能である。また、イオンエッチングを併用することで、深さ方向の分析も可能となる。
【００４７】
そして、このような表面での酸素と炭素の含有比率をこのように調整したｐ型ＧａＮ層１６上には導電性を有する透明膜（透明導電膜）１７が全面に形成されている。この透明導電膜には、インジウム錫酸化物からなるＩＴＯ膜が用いられている。この透明導電膜１７は、その上に形成される電極からの電流の密度がｐ型ＧａＮ層１６の面内で均一になるように該ｐ型ＧａＮ層１６上に形成されている。
【００４８】
また、前記ＩＴＯ膜１７上には、上部電極１８ｂが配置されており、ｎ型ＧａＮ層１４の、ＩＴＯ膜１７、ｐ型ＧａＮ層１６、及び多重量子井戸層１５を除去した露出部分には、下部電極１８ａが形成されている。これら上部電極１８ｂ及び下部電極１８ａは、Ｎｉ層上にＰｔ層を介してＡｕ層を形成してなる積層構造を有している。ただし、これらの電極の構造は、Ｃｒ層上にＡｕ層を形成してなる積層構造、あるいはＮｉ層上にＡｕ層を積層してなる積層構造でもよい。
【００４９】
次に、本実施形態１による発光デバイスの製造方法について説明する。
【００５０】
まず、サファイア基板１１上にスパッタ処理によりＡｌＮ膜１２をバッファ層として、例えば３００オングストローム程度の厚さに形成する。
【００５１】
次に、ＭＯＣＶＤ処理により該ＡｌＮ膜１２にノンドープＧａＮ層１３を６〜７μｍ程度の厚さに形成する。その後、このノンドープＧａＮ層１３上にｎ型ＧａＮ層１４、発光層としての多重量子井戸層１５、およびｐ型ＧａＮ層をエピタキシャル成長により順次形成する。ここで、多重量子井戸層１５は、バリア層としてのＧａＮ層１５ａと、井戸層としてのＩｎＧａＮ層１５ｂとを交互に積層して形成される。
【００５２】
次に、ｐ型ＧａＮ層１６の表面を洗浄し、続いて、該ｐ型ＧａＮ層１６上にＩＴＯ膜１７を形成する。
【００５３】
その後、該ＩＴＯ膜１７に上部電極１８ｂを形成するとともに、該ＩＴＯ膜１７、該ｐ型ＧａＮ層１６、および多重量子井戸層１５を選択的に除去して露出した、上記ｎ型ＧａＮ層上に下部電極１８ａを形成する。
【００５４】
以下、上記ｐ型ＧａＮ層を洗浄する処理について詳しく説明する。
【００５５】
まず、この洗浄装置について簡単に説明する。
【００５６】
図２は、この洗浄処理に用いる洗浄装置の構成を概略的に示す模式図である。
【００５７】
この洗浄装置１００は、洗浄処理を行うための洗浄槽１０１と、該洗浄槽１０１を収容する筐体１００ａと、該筐体の外部から洗浄液として薬液あるいは純粋を洗浄槽１０１に供給する洗浄液供給管１０２ａと、該筐体１００ａ内の洗浄槽１０１で使用された洗浄液を排出する洗浄液排出管１０２ｂと、ウエハＷｆを収容し、収容したウエハＷｆを上記洗浄槽１０１に浸漬するためのカセット１０３とを有している。また、該筐体１００ａの上面には、洗浄液の飛散を防止するカバー部材１００ｂが取り付けられており、また筐体１００ａのした下面には、該洗浄槽１０１からオーバーフローした洗浄液Ｆを排出するための排出口１０２ｃが設けられている。
【００５８】
次に、サファイア基板上に配置する積層構造を構成するｐ型ＧａＮ層１６を形成する工程から該ｐ型ＧａＮ層を洗浄する工程までの処理について説明する。
【００５９】
図３は、本発明の実施形態１による発光デバイスの製造途中での洗浄処理を説明する図であり、透明導電膜を成長する直前の洗浄の対象となる半導体積層構造を示している。
【００６０】
図４は、本発明の実施形態１による発光デバイスの製造途中での洗浄処理の手順を説明する図であり、透明導電膜の下地層であるｐ型ＧａＮ層の成長、及びその後の処理を処理順に示している。
【００６１】
上述したように、上記積層構造の下地層となるノンドープＧａＮ層１３上に、ｎ型ＧａＮ層１４、多重量子井戸層１５、及びｐ型ＧａＮ層１６を順次エピタキシャル成長し（ステップＳ１）、その後、該ｐ型ＧａＮ層１６に対してアニール処理を施す（ステップＳ２）。
【００６２】
続いて、該ｐ型ＧａＮ層１６の洗浄処理を行う（ステップＳ３）。この洗浄処理は、図２に示す洗浄装置１００を用いて行う。
【００６３】
具体的には、例えば、図２に示す洗浄装置の洗浄槽１０１に洗浄液として所定濃度のフッ酸液を供給し、該洗浄槽１０１からは、洗浄槽１０１に供給されたフッ酸液が若干オーバーフローするよう排出する。このような状態で、洗浄槽１０１内のフッ酸液の温度を所定温度に保持し、図３に示すように半導体積層構造を形成したサファイア基板（ウエハ）１１をカセット１０３に収容して、該洗浄槽１０１内のフッ酸液中に所定時間浸漬してｐ型ＧａＮ層１６の表面を洗浄処理する。
【００６４】
上記のように、ｐ型ＧａＮ層１６の表面をフッ酸液により洗浄した後、ｐ型ＧａＮ層１６の表面に対してフッ酸を洗い流すための水洗処理を行い、さらに乾燥処理を行う。
【００６５】
この乾燥処理には、上記有機溶剤を用いたＩＰＡ乾燥やＮ２ブロー乾燥（大気乾燥）などの乾燥処理がある。
【００６６】
図５は、本発明の実施形態１による発光デバイスの特性を説明する図であり、図５は、透明導電膜の下地層であるｐ型ＧａＮ層の表面での炭素濃度及び酸素濃度に対する接触抵抗相対値を示している。ここで、太線グラフは、炭素濃度に対する接触抵抗相対値を示し、細線グラフは、酸素濃度に対する接触抵抗相対値を示している。
【００６７】
この図５から分かるように、発光領域を構成する半導体積層構造と、その上に形成される透明導電膜１７（ＩＴＯ膜）との接触抵抗は、該ｐ型ＧａＮ層表面での炭素濃度に着目したとき、この炭素濃度が２５％付近で最小値となっている。なお、接触抵抗相対値は、この最小値を『１』としたときの倍率である。
【００６８】
さらに、この炭素濃度が１０〜３０％の範囲では、接触抵抗相対値は、最小値『１』の４倍程度の値となっており、この範囲の炭素濃度では、実質的な抵抗値は、その最小値（基準値×１Ｅ−２）の一桁以内（基準値×１Ｅ−１）の大きさに抑えられる。
【００６９】
また、発光領域を構成する半導体積層構造と、その上に形成される透明導電膜１７（ＩＴＯ膜）との接触抵抗は、該ｐ型ＧａＮ層表面での酸素濃度に着目したとき、この酸素濃度が２０％付近で最小値となっている。なお、接触抵抗相対値は、この最小値を『１』としたときの倍率である。
【００７０】
さらに、酸素濃度が１０〜２５％の範囲では、接触抵抗相対値は、最小値『１』の４倍程度の値となっており、この範囲の酸素濃度では、実質的な抵抗値は、その最小値（基準値×１Ｅ−２）の一桁以内（基準値×１Ｅ−１）の大きさになっている。
【００７１】
このことから、ｐ型ＧａＮ層表面での炭素濃度は、１０〜３０％の範囲の濃度とすることにより、炭素濃度に着目したときの実質的な抵抗値をその最小値（基準値×１Ｅ−２）の一桁（基準値×１Ｅ−１）以内に抑えることができる。また、ｐ型ＧａＮ層表面での酸素濃度は、１０〜２５％の範囲の濃度とすることにより、酸素濃度に着目したときの実質的な抵抗値を、その最小値（基準値×１Ｅ−２）の一桁（基準値×１Ｅ−１）以内に抑えることができる。
【００７２】
また、図６は、本発明の実施形態１による発光デバイスの特性を説明する図であり、透明導電膜の下地層であるｐ型ＧａＮ層の表面状態（モホロジーＲＭＳ［ｎｍ］、モホロジーＲａ［ｎｍ］）に対する接触抵抗相対値を示している。
【００７３】
ここで、ＲＭＳ（二乗平均粗さ）は、平均線から測定曲線までの偏差の二乗を平均した値の平方根で表される値である。また、Ｒａ（中心線平均粗さ）は、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を長さＬで割った値で表される値である。
【００７４】
この図６から分かるように、発光領域を構成する半導体積層構造と、その上に形成される透明導電膜１７（ＩＴＯ膜）との接触抵抗は、該ｐ型ＧａＮ層表面でのＲＭＳ（二乗平均粗さ）に着目したとき、このＲＭＳが０．５５ｎｍ付近で最小値となっている。なお、接触抵抗相対値は、この最小値を『１』としたときの倍率である。
【００７５】
さらに、このＲＭＳが０．４５ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲では、接触抵抗相対値は、最小値『１』の４倍程度の値となっており、この範囲のＲＭＳでは、実質的な抵抗値は、その最小値（基準値×１Ｅ−２）の一桁以内（基準値×１Ｅ−１）の大きさに抑えられる。
【００７６】
また、発光領域を構成する半導体積層構造と、その上に形成される透明導電膜１７（ＩＴＯ膜）との接触抵抗は、該ｐ型ＧａＮ層表面でのＲａ（中心線平均粗さ）に着目したとき、このＲａが０．４０付近で最小値となっている。なお、接触抵抗相対値は、この最小値を『１』としたときの倍率である。
【００７７】
さらに、Ｒａが０．３５ｎｍ〜０．４５ｎｍの範囲では、接触抵抗相対値は、最小値『１』の４倍程度の値となっており、この範囲のＲａでは、実質的な抵抗値は、その最小値（基準値×１Ｅ−２）の一桁以内（基準値×１Ｅ−１）の大きさになっている。
【００７８】
このことから、ｐ型ＧａＮ層表面でのＲＭＳは、０．４５〜０．６ｎｍの範囲の値とすることにより、ＲＭＳに着目したときの実質的な抵抗値をその最小値（基準値×１Ｅ−２）の一桁（基準値×１Ｅ−１）以内に抑えることができる。また、ｐ型ＧａＮ層表面でのＲａは、０．３５〜０．４５の範囲の値とすることにより、Ｒａに着目したときの実質的な抵抗値を、その最小値（基準値×１Ｅ−２）の一桁（基準値×１Ｅ−１）以内に抑えることができる。
【００７９】
従って、サファイア基板１１上に形成され、発光デバイスの半導体積層構造を形成するｐ型ＧａＮ層１６を、その炭素含有比率が該ｐ型ＧａＮ層表面に含まれる全体の元素の含有率に対して１０〜３０％となり、また、その酸素含有比率が該ｐ型ＧａＮ層表面に含まれる全体の元素の含有率に対して１５〜２５％となる構造とすることにより、発光領域を構成する半導体積層構造と、その上に形成される透明導電膜１７（ＩＴＯ膜）との接触抵抗を低減することができ、良好な特性を有する、低電流駆動が可能な発光デバイス１０を提供することができる。
【００８０】
また、サファイア基板１１上に形成され、発光デバイスの半導体積層構造を形成するｐ型ＧａＮ層１６を、その表面のモホロジーが、Ｒａ０．３５〜０．４５ｎｍの範囲とし、またＲｍｓ０．４５〜０．６ｎｍの範囲となる構造とすることにより、発光領域を構成する半導体積層構造と、その上に形成される透明導電膜（ＩＴＯ膜）１７との接触抵抗を低減することができ、良好な特性を有する、低電流駆動が可能な発光デバイス１０を提供することができる。
【００８１】
このように本実施形態では、発光領域を含む積層構造を構成するｐ型ＧａＮ層１６と、該ＧａＮ層上に形成されたＩＴＯ膜１７とを有し、該ＧａＮ層１６は、その表面での炭素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜３０％となる構造、あるいはその表面での酸素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜２５％となる構造を有するので、発光領域を構成する半導体積層構造（最上層のｐ型ＧａＮ層１６）と、その上に形成される透明導電膜（ＩＴＯ膜）１７との接触抵抗を低減することができる。
【００８２】
また、下地半導体層である多重量子井戸層１５上に該ｐ型ＧａＮ層１６を成長させた後、該ＧａＮ層に対する洗浄処理を、その表面での炭素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜３０％となる条件、あるいはその表面での酸素原子の割合が、該表面に存在するすべての元素の割合の合計に対して、１０〜２５％となる条件の少なくとも一方の条件を満たすよう行うので、発光領域を構成するｐ型ＧａＮ層１６と、その上に形成されるＩＴＯ膜１７との接触抵抗を低減することができる。
【００８３】
さらに、本実施形態では、ｐ型ＧａＮ層１７に対する洗浄処理を、有機洗浄により沸点より低温で行うので、ｐ型ＧａＮ層の洗浄面にハイドロカーボンが固着するのを防止することができる。
【００８４】
このように、ｐ型ＧａＮ層の表面を酸、アルカリ、有機溶剤で洗浄することで、ｐ型ＧａＮの表面には、カーボン、酸素が所定量で存在するようにすることができる。
【００８５】
さらに、本実施形態では、発光領域を含む積層構造を構成するｐ型ＧａＮ層１６と、該ＧａＮ層上に形成されたＩＴＯ膜１７とを有し、該ｐ型ＧａＮ層は、その表面でのＲＭＳ（二乗平均粗さ）が０．４５ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲の値とした構造、あるいはその表面でのＲａ（中心線平均粗さ）が０．３５ｎｍ〜０．４５ｎｍの範囲の値とした構造を有するので、発光領域を構成する半導体積層構造（最上層のｐ型ＧａＮ層１６）と、その上に形成される透明導電膜（ＩＴＯ膜）１７との接触抵抗を低減することができる。
【００８６】
また、下地半導体層である多重量子井戸層１５上に該ｐ型ＧａＮ層１６を成長させた後、該ＧａＮ層に対する洗浄処理を、その表面でのＲＭＳ（二乗平均粗さ）が０．４５ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲の値となる条件、あるいはその表面でのＲａ（中心線平均粗さ）が０．３５ｎｍ〜０．４５ｎｍの範囲の値となる条件の少なくとも一方の条件を満たすよう行うので、発光領域を構成するｐ型ＧａＮ層１６と、その上に形成されるＩＴＯ膜１７との接触抵抗を低減することができる。
【００８７】
なお、上記実施形態１では、ＩＴＯ膜を形成する下地としての半導体層として、ｐ型ＧａＮ層を示しているが、これは、ｎ型ＧａＮ層でもよい。
【００８８】
また、上記実施形態１では、特に説明しなかったが、上記実施形態１の発光デバイスを光源として用いた照明装置などの電気機器について以下に簡単に説明する。
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２として、実施形態１の発光デバイスを光源として用いた照明装置を説明する図であり、発光デバイスをモールド樹脂によりパッケージングしたランプの構造を示している。
【００８９】
このランプ１０ａは、一対の電極を兼ねるフレーム部材Ｆ１及びＦ２を有しており、一方のフレーム部材Ｆ１上には、上述した実施形態１の発光デバイス１０が固着され、該発光デバイス１０の上部電極１８ｂはボンディングワイヤＷ１により該一方のフレーム部材Ｆ１に接続され、また、発光デバイス１０の下部電極１８ａはボンディングワイヤＷ２により該他方のフレーム部材Ｆ２に接続されている。そして、上記フレーム部材及び発光デバイス１０の全体が樹脂Ｒｍにより覆われてモールドパッケージが形成されている。
【００９０】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、発光デバイス、透明導電膜の形成方法、発光デバイスの製造方法および電気機器の分野において、発光領域を構成する半導体積層構造と、その上に形成される透明導電膜との密着性を改善し、これらの接触抵抗を低減することができる発光デバイス、透明導電膜の形成方法、このような発光デバイスの製造方法、およびこのような良好な特性を有する、低電流駆動が可能な発光デバイスを搭載した電気機器を得ることができるものである。
【符号の説明】
【００９２】
１０  半導体発光素子
１０ａ  ランプ
１１  サファイア基板（絶縁性基板）
１２  ＡｌＮ膜
１３  ノンドープＧａＮ層
１４  ｎ型ＧａＮ層
１５  多重量子井戸層
１５ａ  ＧａＮ層（バリア層）  
１５ｂ  ＩｎＧａＮ層（井戸層）
１６  ｐ型ＧａＮ層
１７  透明膜（ＩＴＯ膜）
１８ａ  下部電極
１８ｂ  上部電極
１００  洗浄装置
１００ａ  筐体
１００ｂ  カバー部材
１０１  洗浄槽
１０２ａ  洗浄液供給管
１０２ｂ  洗浄液排出管
１０２ｃ  排出口
１０３  カセット
Ｆ１、Ｆ２  フレーム部材
Ｒｍ  モールド樹脂
Ｗ１、Ｗ２  ボンディングワイヤ
Ｗｆ  ウエハ
【図１】
2012142444.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図５】
2012142444.tif 000009
【図６】
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