CN101331616B - 氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法及灯 - Google Patents

Abstract

提供得到高的出光效率，并降低了驱动电压(Vf)的氮化镓类化合物半导体发光元件。这种氮化镓类化合物半导体发光元件，在该氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层上层叠包含掺杂剂的透光性导电氧化膜而成的氮化镓类化合物半导体发光元件中，构成为，前述p型半导体层与前述透光性导电氧化膜的界面的掺杂剂浓度，与前述透光性导电氧化膜的体块的掺杂剂浓度相比为高浓度，减小前述p型半导体层与透光性导电氧化膜的接触电阻。

Description

氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法及灯

技术领域

本发明涉及氮化镓类化合物半导体发光元件，尤其涉及驱动电压(Vf)低的氮化镓类化合物半导体发光元件及其制造方法。 

本申请，要求基于在2005年12月14日申请于日本的特愿2005-360288号及在2005年12月14日申请于日本的特愿2005-360289号的优先权，并在本申请中引用它们的内容。 

背景技术

近年来，作为短波长光发光元件，氮化镓类化合物半导体发光元件备受关注。该氮化镓类化合物半导体发光元件，以蓝宝石单晶体为首，将各种氧化物、III-V族化合物作为基板，在该基板上，通过有机金属气相化学反应法(MOCVD法)、分子束外延法(MBE法)等所形成。 

作为氮化镓类化合物半导体发光元件的特征，可举出朝向横向方向的电流扩散小。因此，若仅向电极正下的半导体注入电流，则以电极正下的发光层发出的光被电极遮挡，难以取出到发光元件的外部。因此，在如此的发光元件中，通常构成为，透明电极被用作正极，透射正极而取出光。 

在由透明电极构成的正极中，采用Ni/Au、ITO(In₂O₃-SnO₂)等的周知的导电材料。Ni/Au等的金属，虽然与p型半导体层的接触电阻小，但是光的透射率低。相对于此，ITO等的氧化物，虽然光的透射率高，却存在接触电阻大的问题。 

因此，现有，用于氮化镓类化合物半导体发光元件的正极，为使ITO等的导电性优的金属氧化物层及接触金属层相组合的构成(例如，专利文献1)。 

在上述的接触金属层的材料方面，为了减小与p型半导体层的接触电阻，采用Pt、Rh等的功函数大的金属。 

可是，在专利文献1中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件中，虽然可以通过用于正极的接触金属层降低与p型半导体层的接触电阻，但是因为接触金属层的光透射率低，所以无法得到足够的出光效率，存在发光输出变低的问题。 

在如此的氮化镓类化合物半导体发光元件中，作为使出光效率提高而提高发光输出的方法之一，可举出使各层的透射率提高的方法，另外，提出通过使发光取出面粗糙化、在光的取出面设置各种各样的角度，使出光效率提高的方法(例如，专利文献2)。 

在专利文献2中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件，通过使出光面粗糙化，例如，使发光层的折射率约为2.5，与空气的折射率1相比非常高，并且使临界角较小为约25°，能够防止反复进行晶体内的反射及吸收而使光取出不到外部的情况，使出光效率提高。 

可是，在专利文献2中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件中，虽然在通过使出光面粗糙化而使出光效率提高之点有效，但是在使出光面粗糙化的工序中，存在粗糙化了的出光面的表面受到损伤、接触电阻在该表面与电极之间上升的问题点。 

为了解决如上述的接触电阻上升的问题，提出：将氮化镓类化合物半导体发光元件的出光面粗糙化，并在p型半导体层的表面附近设置包含Mg层及Au层的金属层，进而通过增加热处理，改善了接触电阻的发光元件(例如，专利文献3)。 

可是，在专利文献3中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件中，因为必须在设置了包含Mg层及Au层的金属层之后实施热处理，并还要经过去除前述金属层的工序，所以存在工序数大幅度增加而制造成本升高的问题。并且，当去除前述Au层时，必须使用王水等的强力的酸，有可能损伤氮化镓类化合物半导体的表面。 

专利文献1：特开平9-129919号公报 

专利文献2：特开平6-291368号公报 

专利文献3：特开2000-196152号公报 

发明内容

本发明鉴于上述问题所作出，目的为提供一种氮化镓类化合物半导体发光元件及其制造方法，其中，通过在正极不用光透射率低的接触金属层，而升高透光性导电氧化膜的掺杂剂浓度，得到高的出光效率并减小与p型半导体层的接触电阻，降低了驱动电压(Vf)。 

并且，本发明，其他目的为提供一种氮化镓类化合物半导体发光元件及其制造方法，其中，通过不用透射率低的金属层等，而提高透光性导电氧化膜的掺杂剂浓度，减小在至少一部分形成有凹凸面的p型半导体层与透光性导电氧化膜之间的接触电阻，能够降低驱动电压(Vf)，并能够得到高的出光效率。 

本发明人，为了解决上述问题进行了锐意探讨的结果，完成了本发明。 

即，本发明涉及以下内容。 

(1)在氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层上层叠包含掺杂剂的透光性导电氧化膜的氮化镓类化合物半导体发光元件中，以前述p型半导体层与前述透光性导电氧化膜的界面的掺杂剂浓度与前述透光性导电氧化膜的体块(bulk)的掺杂剂浓度相比为高浓度为特征的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(2)以在前述p型半导体层上的至少一部分形成凹凸面为特征的上述(1)中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(3)以前述透光性导电氧化膜的掺杂剂浓度，在该透光性导电氧化膜与前述p型半导体层的界面的位置为最大为特征的上述(1)或(2)项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(4)以在前述氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层与前述透光性导电氧化膜之间，设置作为掺杂剂浓度比该透光性导电氧化膜高的区域的高掺杂剂浓度区域为特征的上述(1)～(3)的任何一项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(5)以前述高掺杂剂浓度区域，由掺杂剂单体、掺杂剂的氧化物、及包含比前述透光性导电氧化膜的掺杂剂浓度高的掺杂剂的透光性导电材料中的任一种成膜而成为特征的上述(4)项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(6)以前述高掺杂剂浓度区域，由Sn、SnO₂、及包含比前述透光性导电氧化膜的Sn浓度高的Sn的ITO(In₂O₃-SnO₂)之中的任一种成膜而成为特征的上述(4)或(5)项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(7)以前述氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层与前述透光性导电氧化膜的界面的、掺杂剂浓度比该透光性导电氧化膜的体块高的区域，以前述界面为中心存在于0.1nm～20nm的范围为特征的上述(1)～(6)项的任何一项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(8)以前述氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层与前述透光性导电氧化膜的界面的、掺杂剂浓度比该透光性导电氧化膜的体块高的区域，以前述界面为中心存在于0.1nm～10nm的范围为特征的上述(1)～(6)项的任何一项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(9)以前述氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层与前述透光性导电氧化膜的界面的、掺杂剂浓度比该透光性导电氧化膜的体块高的区域，以前述界面为中心存在于0.1nm～3nm的范围为特征的上述(1)～(6)项的任何一项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(10)以前述透光性导电氧化膜，含有选自ITO(In₂O₃-SnO₂)、AZO(ZnO-Al₂O₃)、IZO(In₂O₃-ZnO)、GZO(ZnO-GeO₂)中的至少一种的材料为特征的上述(1)～(9)项的任何一项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(11)以前述透光性导电氧化膜，至少包含ITO(In₂O₃-SnO₂)为特征的上述(10)项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(12)以前述透光性导电氧化膜的厚度为35nm～10000nm(10μm)为特征的上述(1)～(11)项的任何一项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(13)以前述透光性导电氧化膜的厚度为100nm～1000nm(1μm)为特征的上述(1)～(11)项的任何一项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(14)以在氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层上层叠包含掺杂剂的透光性导电氧化膜的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法中，在前述p型半导体层上层叠了包含掺杂剂的透光性导电氧化膜之后，以200℃～900℃的温度进行热退火处理为特征的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法。 

(15)以在氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层上层叠包含掺杂剂的透光性导电氧化膜的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法中，在前述p型半导体层上层叠了包含掺杂剂的透光性导电氧化膜之后，以300℃～600℃的温度进行热退火处理为特征的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法。 

(16)以在氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层上层叠包含掺杂剂的透光性导电氧化膜的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法中，在前述p型半导体层上层叠了包含掺杂剂的透光性导电氧化膜之后，采用准分子激光进行激光退火处理为特征的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法。 

(17)以在前述p型半导体层上层叠包含掺杂剂的透光性导电氧化膜之前，在前述p型半导体层上的至少一部分形成凹凸面为特征的(14)～(16)的任何一项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法。 

(18)以在氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层上，按具有高掺杂剂浓度的层及透光性导电氧化膜的顺序将它们进行了层叠之后，以200℃～900℃的温度进行热退火处理为特征的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法。 

(19)以在氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层上，按具有高掺杂剂浓度的层及透光性导电氧化膜的顺序将它们进行了层叠之后，以300℃～600℃的温度进行热退火处理为特征的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法。 

(20)以在前述p型半导体层上按具有高掺杂剂浓度的层及透光性导电氧化膜的顺序将它们进行层叠之前，在前述p型半导体层上的至少一部分形成凹凸面为特征的(18)或(19)项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法。 

(21)在氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层上的至少一部分形成凹凸面，接着在前述p型半导体层上层叠具有高掺杂剂浓度的透光性导电氧化膜的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法，其是以包括下述①～③的工序为特征的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法。 

①在基板上按包含氮化镓类化合物半导体的n型半导体层、发光层及p型半导体层的顺序将它们层叠的工序。 

②在前述p型半导体层上形成包含金属微粒的掩模的工序。 

③从该掩模上对p型半导体层进行干蚀刻的工序。 

(22)以前述工序②包括：在前述p型半导体层上形成金属薄膜的工序及该金属薄膜形成后的热处理工序为特征的(21)中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法。 

(23)以形成前述掩模的金属微粒，包含Ni、或Ni合金为特征的(21)或(22)中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法。 

(24)以形成前述掩模的金属微粒，为在100℃～450℃的温度范围具有熔点的低熔点金属或低熔点合金为特征的(21)～(23)的任何一项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法。 

(25)以形成前述掩模的金属微粒，为选自Ni、Au、Sn、Ge、Pb、Sb、Bi、Cd、In中的低熔点金属、或至少包含这些金属之一种的低熔点合金为特征的(21)～(24)的任何一项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法。 

(26)以形成于前述p型半导体层上的至少一部分的凹凸面，通过湿蚀刻工序所形成为特征的(21)～(25)的任何一项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法。 

(27)包括在上述(1)～(13)项的任何一项中记载的氮化镓类化合物半导体发光元件的灯。 

(28)包括通过在上述(14)～(26)项的任何一项中记载的制造方法所得到的氮化镓类化合物半导体发光元件的灯。 

若依照于本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件，则通过构成为，在氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层与透光性导电氧化膜的界面具有掺杂剂浓度高的区域，能够得到能减小前述p型半导体层与透光性导电氧化膜的接触电阻、使Vf下降，并且出光效率高的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

并且，若依照于本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件，则通过采用具有：使掺杂剂浓度高的区域仅为氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层与透光性导电氧化膜的界面附近，在该界面附近以外的区域中电阻率变得最小这样的掺杂剂浓度的透光性导电氧化膜，能够进一步减小氮化镓类化合物半导体发光元件的正极的电阻，能够使Vf降低。 

并且，若依照于本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件，则通过构成为在至少在一部分形成有凹凸面的p型半导体层与透光性导电氧化膜的界面具有掺杂剂浓度高的区域，能够得到能减小前述p型半导体层与透光性导电氧化膜的接触电阻、使Vf下降，并且出光效率高的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

进而，本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件，因为通过采用具有：使掺杂剂浓度高的区域仅为至少在一部分形成有凹凸面的p型半导体层与透光性导电氧化膜的界面附近，在该界面附近以外的区域中电阻率变得最小的这样的掺杂剂浓度的透光性导电氧化膜，能够进一步减小氮化镓类化合物半导体发光元件的正极的电阻，所以可得到Vf小，且出光效率优良的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

附图说明

图1是对本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件模式性地进行说明的图，是表示剖面结构的图。 

图2是对本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件模式性地进行说明的图，是表示俯视结构的图。 

图3是对本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件模式性地进行说明的图，是氮化镓类化合物半导体的层叠结构体的剖面图。 

图4是对本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件的实施例进行说明的图，是表示以p型GaN接触层与透光性导电氧化膜层的界面为中心的区域的Sn浓度的估计值的曲线图。 

图5是对采用本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件所构成的灯模式性地进行说明的图。 

图6是对本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件模式性地进行说明的图，是表示剖面结构的图。 

图7是对本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件模式性地进行说明的图，是表示俯视结构的图。 

图8是对本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件模式性地进行说明的图，是氮化镓类化合物半导体的层叠结构体的剖面图。 

图9是对采用本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件所构成的灯模式性地进行说明的图。 

符号的说明 

101...氮化镓类化合物半导体发光元件， 

111...基板， 

112...n型GaN层， 

113...发光层， 

114...p型GaN层， 

115...正极(透光性导电氧化膜层)， 

116...正极接合垫(bonding pad)， 

117...负极， 

121...基板， 

122...未掺杂GaN基底层， 

123...n型GaN接触层， 

124...n型AlGaN包覆层， 

125...发光层， 

126...p型AlGaN包覆层， 

127...p型GaN接触层， 

130...灯， 

201...氮化镓类化合物半导体发光元件， 

211...基板， 

212...n型GaN层， 

213...发光层， 

214...p型GaN层， 

214a...表面， 

214b...凸部， 

215...正极(透光性导电氧化膜层)， 

216...正极接合垫， 

217...负极， 

221...基板， 

222...未掺杂GaN基底层， 

223...n型GaN接触层， 

224...n型AlGaN包覆层， 

225...发光层， 

226...p型AlGaN包覆层， 

227...p型GaN接触层， 

230...灯 

具体实施方式

第一实施方式 

以下，关于本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件的第一实施方式，一边适当参照图1～4一边进行说明。 

示于图1的本实施方式的氮化镓类化合物半导体发光元件101，概略构成为：在基板111上，按n型GaN层112、发光层113、及p型GaN层(p型半导体层)114的顺序所层叠的氮化镓类化合物半导体元件的前述p 型GaN层114上，层叠由包含掺杂剂的透光性导电氧化膜成膜而成的正极115，p型GaN层114与正极(透光性导电氧化膜)115的界面的掺杂剂浓度，比形成正极115的透光性导电氧化膜的体块的掺杂剂浓度高。 

在本发明中所采用的包含透光性导电氧化膜的正极，相对于在基板上通过缓冲层层叠氮化镓类化合物半导体的形成有n型半导体层、发光层及p型半导体层的现有公知的氮化镓类化合物半导体发光元件，能够无任何限制地采用。 

在基板111中，能够无任何限制地采用蓝宝石单晶(Al₂O₃；A面、C面、M面、R面)、尖晶石单晶(MgAl₂O₄)、ZnO单晶、Li AlO₂单晶、Li GaO₂单晶、MgO单晶等的氧化物单晶，Si单晶、SiC单晶、GaAs单晶、AlN单晶、GaN单晶及ZrB₂等的硼化物单晶等的公知的基板材料。还有，基板的面方位并不特别限定。并且，既可以是正合适的基板也可以是具有偏离角的基板。 

作为n型GaN层(n型半导体层)112、发光层113及p型GaN层(p型半导体层)114，众所周知的各种结构的这些层，能够无任何限制地采用这些周知的层。尤其是，p型半导体层采用载流子浓度是一般的浓度的层即可，即使对于载流子浓度比较低、例如1×10¹⁷cm^-3程度的p型半导体层，也能够应用本发明中采用的透光性的正极115。 

并且，作为氮化镓类化合物半导体，众所周知的是以一般式Al_xIn_yGa_1-x-y N(0≤x＜1、0≤y＜1、0≤x+y＜1)所表示的各种组成的半导体；作为构成本发明中的n型半导体层、发光层及p型半导体层的氮化镓类化合物半导体，也能够无任何限制地采用以一般式Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x＜1、0≤y＜1、0≤x+y＜1)所表示的各种组成的半导体。 

这些氮化镓类化合物半导体的生长方法并不特别限定，能够应用MOCVD(有机金属化学气相生长法)、HVPE(氢化物气相生长法)、MBE(分子束外延法)等已知使III族氮化物半导体进行生长的所有的方法。作为优选的生长方法，从膜厚控制性、批量生产的观点来看为MOCVD法。在MOCVD法中，作为载体气体采用氢气(H₂)或氮气(N₂)，作为III族原料的Ga源采用三甲基镓(TMG)或三乙基镓(TEG)，作为Al源采用 三甲基铝(TMA)或三乙基铝(TEA)，作为In源采用三甲基铟(TMI)或三乙基铟(TEI)，作为V族原料的N源采用氨(NH₃)、联胺(N₂H₄)等。并且，作为掺杂剂，在n型中作为Si原料采用甲硅烷(SiH₄)或乙硅烷(Si₂H₆)，作为Ge原料采用锗烷(GeH₄)；在p型中作为Mg原料例如采用双环戊二烯镁(Cp₂Mg)或双乙基环戊二烯镁((EtCp)₂Mg)。 

作为如此的氮化镓类化合物半导体之一例，如具有示于图3的层叠体结构的氮化镓类化合物半导体120地，能够采用以下物质：在包含蓝宝石的基板121上，层叠包含AlN的图示省略的缓冲层，依次，层叠有GaN基底层122、n型GaN接触层123、n型AlGaN包覆层124、包含InGaN的发光层125、p型AlGaN包覆层126、p型GaN接触层127。 

并且，通过对示于图3的包含氮化镓类化合物半导体的p型GaN接触层127、p型AlGaN包覆层126、发光层125、及n型AlGaN包覆层124的一部分通过蚀刻进行去除，使n型GaN接触层123露出，在该n型GaN接触层123上，例如，设置包含Ti/Au的现有公知的负极，在p型GaN接触层127上设置正极，由此能够构成氮化镓类化合物半导体发光元件。 

正极115，包含至少与p型半导体层(p型GaN层114)相接触的透光性导电氧化膜层。在透光性导电氧化膜层上的一部分，设置用于与电路基板或引线框等电连接的正极接合垫116。 

在作为透光性导电氧化膜进行使用的材料中，采用包含掺杂剂的氧化物。例如，优选使用ITO(In₂O₃-SnO₂)、AZO(ZnO-Al₂O₃)、IZO(ZnO-In₂O₃)、GZO(ZnO-GeO₂)等的透光性与低电阻率方面优良的材料。尤其是，在要降低Vf的情况下，使用能够得到低电阻率的ITO即可。并且，虽然在使用了AZO、GZO的情况下，因为它们的电阻率比ITO的电阻率高，所以Vf变得比ITO的Vf高，但是在成膜于GaN上的情况下，因为存在于AZO、GZO中的ZnO进行具有晶界的物质的外延生长，所以相比于ITO，结晶性好。从而，可以形成与ITO相比，剥离等少、强度特性优良的透光性导电氧化膜。 

透光性导电氧化膜，优选使用具有其电阻率变得最低的Sn浓度附近的组成的膜。例如，在将ITO作为透光性导电氧化膜进行使用的情况下， 优选ITO中的Sn浓度为5～20质量％的范围。为了得到更低的电阻率，使用Sn浓度为7.5～12.5质量％的范围的ITO即可。 

并且，优选：透光性导电氧化膜的膜厚度，为能够得到低电阻率、高透射率的35nm～10000nm(10μm)的范围。进而，从生产成本的观点来看，优选透光性导电氧化膜的膜厚度为1000nm(1μm)以下。 

在将透光性导电氧化膜层进行了层叠之后，通过实施200℃～900℃的温度的热退火处理，均匀存在于透光性导电氧化膜内的掺杂剂进行扩散，在透光性导电氧化膜层与p型半导体层的界面附近，能够形成掺杂剂浓度高的高掺杂剂浓度区域。并且，通过进行热退火处理，同时还可以使透光性导电氧化膜层的透射率上升。 

虽然掺杂剂的扩散通过200℃～900℃的温度的热退火处理而发生，但是为了进一步降低接触电阻，优选实施300℃～600℃的温度的热退火处理。 

作为退火处理时的气氛，虽然采用哪种气体都无所谓，但是为了提高透射率优选包含氧气(O₂)，并且为了降低透光性导电氧化膜的电阻率而优选包含氮气(N₂)、氢气(H₂)。 

并且，通过采用了准分子激光的激光退火处理也可以使透光性导电氧化膜内的掺杂剂进行扩散。 

通过在包含透光性导电氧化膜层的正极115与p型GaN层(p型半导体层)114的界面附近形成高掺杂剂浓度区域，能减少正极115与p型GaN层114之间的接触电阻。 

虽然关于如此的、降低透光性导电氧化膜层与p型半导体层之间的接触电阻的机理尚不清楚，但是可认为是因为：相对于透光性导电氧化膜的电阻率变成最小的掺杂剂浓度，接触电阻变成最小的掺杂剂浓度高5～10质量％程度的缘故。 

若为了降低接触电阻、使透光性导电氧化膜整体的掺杂剂浓度增加，则因为透光性导电氧化膜的电阻率升高，所以结果使Vf升高。但是，如本发明地，通过仅在界面附近使透光性导电氧化膜的掺杂剂浓度增加，能以使透光性导电氧化膜的电阻率保持为低的原状的状态，降低透光性导电氧化膜与p型半导体层之间的接触电阻。 

并且，因为通过形成高掺杂剂浓度区域而降低透光性导电氧化膜层与p型半导体层之间的接触电阻，所以不必层叠如现有的氮化镓类化合物半导体发光元件的金属接触层。因此，不会产生由金属接触层引起的光透射率的降低，能够实现发光输出高的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

优选：透光性导电氧化膜层与p型半导体层的界面附近的高掺杂剂浓度区域，以界面为中心存在于0.1nm～20nm的范围。并且，为了更低地保持透光性导电氧化膜的电阻率，更优选高掺杂剂浓度区域以界面为中心存在于0.1nm～10nm的范围，最优选存在于0.1nm～3nm的范围。 

并且，优选：透光性导电氧化膜层的掺杂剂浓度，在透光性导电氧化膜层与p型半导体层的界面成为最大浓度。 

如此的界面附近的掺杂剂的扩散，与透光性导电氧化膜层的成膜方法无关，能够无任何限制地采用周知的成膜方法。例如，能够采用溅射法、真空蒸镀法等而成膜透光性导电氧化膜层。 

还有，优选：在成膜形成本发明的正极115的透光性导电氧化膜之前，实施p型GaN层114表面的清洗。虽然认为通过进行如此的成膜前的清洗，有促进透光性导电氧化膜层与p型GaN层114的界面附近的扩散的效果，但是关于其机理并不清楚。 

在如上述的p型GaN层114表面的清洗中，采用氢氟酸(HF)、盐酸(HCl)等即可，能够适当采用。 

并且，在成膜透光性导电氧化膜层之前，通过使具有比透光性导电氧化膜的掺杂剂浓度高的掺杂剂浓度的层，作为图示省略的透光性导电氧化膜接触层成膜于p型GaN层114上，能够使高掺杂剂浓度区域，形成于正极115(透光性导电氧化膜层)与p型GaN层114(p型半导体层)的界面附近。 

例如，在作为透光性导电氧化膜层使用了SnO₂浓度为10质量％的ITO的情况下，对透光性导电氧化膜接触层，能够采用Sn(掺杂剂单体)、SnO₂(掺杂剂的氧化物)、ITO(SnO₂＝15～20质量％)等。并且，对透光性导电氧化膜接触层，在作为透光性导电氧化膜层使用了AZO的情况下，在使用了Al、Al₂O₃、AZO(Al-rich)、IZO的情况下，在使用了Zn、ZnO、 IZO(Zn-rich)、GZO的情况下，能够采用Ge、Ge₂O₅、GZO(Ge-rich)。如此地，在透光性导电氧化物膜的接触层的材质方面，能够相应于透光性导电氧化膜层的材料适当进行选择。 

如此的透光性导电氧化膜接触层，并不限于在成膜透光性导电氧化膜层之后，形成独立于正极115(透光性导电氧化膜层)与p型GaN层114(p型半导体层)之间的层结构的情况，例如，可认为大多作为透光性导电氧化膜层中的高掺杂剂浓度区域而存在。 

并且，透光性导电氧化膜接触层，因为通过以包含于透光性导电氧化膜的物质所构成而容易发生相互扩散，即使是Sn等的金属也被氧化而变得透光，所以并不发生如在金属接触层中可见到的光透射率降低的情况。 

虽然在成膜了透光性导电氧化膜接触层的情况下，可以不进行热退火处理、激光退火处理等的后续处理而形成高掺杂剂浓度区域，但是因为通过进行热退火处理、激光退火处理等的后续处理，能够在更接近于界面附近的范围形成高掺杂剂浓度区域，并且，还能够使透光性导电氧化膜的光透射率提高，所以为了谋求Vf的降低、光输出的提高也优选实施热退火处理、激光退火处理。 

正极115与p型GaN层114的界面处的掺杂剂浓度，能够通过技术人员周知的剖面TEM的EDS分析法进行测定。即，以正极115与p型GaN层114的界面为中心，进行几个点的剖面TEM的EDS分析，能够根据各点的图求出所包含的金属和其的量。在掺杂剂浓度的测定时不充分的情况下，可以进行追加而进一步进行几个点测定。 

正极接合垫116，形成于包含透光性导电氧化膜层的正极115上、采用了Au、Al、Ni及Cu等的材料的各种结构为周知，能够无任何限制地采用这些周知的材料、结构的接合垫。 

优选：正极接合垫116的厚度，为100～1000nm。并且，因为接合垫的特性上，厚度厚的一方，接合性好，所以更优选正极接合垫116的厚度为300nm以上。进而，从制造成本的观点来看优选为500nm以下。 

负极17，形成为：在基板111上，接触于依次层叠有n型GaN层112、发光层113及p型GaN层114的氮化镓类化合物半导体的n型GaN层112。 

因此，当形成负极117时，去除发光层113及p型GaN层114的一部分而使n型GaN层112露出。然后，在本发明中，在残留的p型GaN层114上形成透光性的正极115，在露出来的n型GaN层112上形成负极117。 

作为负极117的材料，各种组成及结构的负极为周知，能够无任何限制地采用这些周知的负极。 

以上，如进行了说明的本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件，例如，通过技术人员周知的方法，能够设置透明盖体而构成灯。并且，通过使本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件、与具有荧光体的盖体相组合，还能够构成白色的灯。 

并且，例如，如示于图5地，本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件，能够采用现有公知的方法无任何限制地作为LED灯而构成。作为灯，能够用于一般用途的炮弹型、携带的背光源用途的侧视型(side view)、用于显示器的顶视型(top view)等的，任何的用途。例如，在将面朝上型的氮化镓类化合物半导体发光元件安装于炮弹型的情况下，如图示例地，在2根框架131、132的一方将氮化镓类化合物半导体发光元件101以树脂等进行粘接，将正极接合垫及负极接合垫采用包含金等的材质的金属线133、134，分别接合于框架131、132。其后，通过以透明树脂对元件周边进行模制(mold)(参照图5的模135)，能够制作炮弹型的灯130。 

本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件，因为驱动电压(Vf)低，并且出光效率高，所以能够实现高效率的灯。 

实施例 

以下，对本发明通过实施例更详细地进行说明，但是本发明并非仅限定于这些实施例。 

(实验例1) 

图3，表示为了用于本实施例的氮化镓类化合物半导体发光元件所制作的、外延结构体的剖面模式图。并且，在图1及图2，表示本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件的剖面模式图、及俯视模式图，以下，一边适当进行参照一边进行说明。 

(氮化镓类化合物半导体发光元件的制作) 

氮化镓类化合物半导体发光元件120的层叠结构体构成为，在包含蓝宝石的c面((0001)结晶面)的基板121上，通过包含AlN的缓冲层(未图示)，依次，层叠未掺杂GaN基底层(层厚度＝2μm)122、Si掺杂n型GaN接触层(层厚度＝2μm，载流子浓度＝1×10¹⁹cm^-3)123、Si掺杂n型Al_0.07Ga_0.93N包覆层(层厚度＝12.5nm，载流子浓度＝1×10¹⁸cm^-3)124、包含6层Si掺杂GaN势垒层(层厚度＝14.0nm，载流子浓度＝1×10¹⁸cm^-3)与5层未掺杂In_0.20Ga_0.80N阱层(层厚度＝2.5nm)的多量子结构的发光层125、Mg掺杂p型Al_0.07Ga_0.93N包覆层(层厚度10nm)126、及Mg掺杂p型GaN接触层(层厚度＝100nm)127。上述氮化镓类化合物半导体发光元件120的层叠结构体的各构成层122～127，以一般性的减压MOCVD方法使之生长。 

采用上述氮化镓类化合物半导体发光元件120的外延结构体，制作氮化镓类化合物半导体发光元件(参照图1)。首先，对形成n型电极的区域实施一般性的干蚀刻，并仅限于该区域，使Si掺杂n型GaN接触层的表面露出来。 

接下来，采用HF及HCl，在清洗了p型GaN接触层127表面之后，仅在该p型GaN接触层127上的形成正极的区域，以溅射法形成包含ITO的透光性导电氧化膜层。ITO通过DC磁控管溅射以大致400nm的膜厚度进行了成膜。在溅射中，使用SnO₂浓度为10质量％的ITO靶标(target)，并使ITO成膜时的压力约为0.3Pa。然后，在包含ITO的透光性导电氧化膜的成膜后，以600℃的温度进行1分钟的热退火处理。如此一来，在p型GaN接触层127上，形成了本发明的正极(参照图1及图2的符号115)。 

以上述的方法形成的正极表现出高的透光性，在460nm的波长区域具有90％以上的透射率。还有，光透射率，采用将与上述相同厚度的透光性导电氧化膜层层叠于玻璃板上的透射率测定用的试样，通过分光光度计进行了测定。还有，光透射率的值在对仅以玻璃板进行了测定的光透射空白值进行考虑的基础上进行了计算。 

接下来，通过真空蒸镀法，在透光性导电氧化膜层(正极)上的一部 分、及Si掺杂n型GaN接触层123上，按顺序层叠包含Cr的第1层(层厚度＝40nm)、包含Ti的第2层(层厚度＝100nm)、包含Au的第3层(层厚度＝400nm)，分别形成了正极接合垫及负极。 

在形成了正极接合垫及负极之后，对包含蓝宝石的基板111的内面使用金刚石微粒等的磨粒进行研磨，并最终精加工为镜面。其后，剪断层叠结构体，分离为350μm见方的正方形的单独的芯片，在载置于引线框之后，以金(Au)线与引线框相连。 

(驱动电压(Vf)的测定) 

使这些芯片，当通过探针的通电、对电流施加值为20mA时的正向电压(驱动电压：Vf)进行了测定时，为3.3V。并且，能够确认：以一般性的积分球所测定出的发光输出(Po)为10mW，发光面的发光分布，以正极115的整面进行发光。 

(Sn浓度的计算) 

通过剖面TEM的EDX分析，估计以p型GaN接触层127与透光性导电氧化膜层(正极)的界面为中心的宽度为20nm的区域中的Sn浓度，示于图4。该Sn浓度，以与被认为存在于界面附近的金属原子(In+Sn+Ga+Al)的比率(原子％)进行了定义。能够确认：透光性导电氧化膜内的Sn浓度，在离开界面2nm以上的区域为5～10原子％，与此相对，在离界面不到2nm的区域中为15原子％程度的Sn浓度。 

(实验例2-5) 

在包含ITO的透光性导电氧化膜层的成膜前，成膜约2nm的透光性导电氧化膜接触层，与实验例1同样地制作氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例6) 

在与实验例1同样地成膜包含ITO的透光性导电氧化膜之后，采用KrF248nm的准分子激光进行了激光退火处理。激光退火，以使1次照射(shot)的照射面积为3×3mm，1次照射的能量为10mJ，频率为200Hz的条件进行了实施。 

(实验例7) 

以真空蒸镀法成膜包含ITO的透光性导电氧化膜，制作与实验例1同样的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例8) 

作为透光性导电氧化膜层，以溅射法成膜Al₂O₃浓度为10质量％的AZO，制作与实验例1同样的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(紧贴性的评价) 

为了对ITO、IZO的紧贴性进行评价，以与实验例1及实验例8同样的条件在蓝宝石基板上成膜ITO膜与AZO膜并实施了热处理之后，实施了膜剥离试验。剥离试验，采用了对由JIS所规定的方法(JIS H8062-1992)组合了热冲击试验的加速试验。 

首先，对ITO膜及AZO膜，采用切割刀以1mm间隔的方格状形成直线状的划痕。该划痕的深度，为到达蓝宝石基板表面的深度。接下来，将这些试样在400℃的烘箱内加热30分钟之后，在温度20℃的水中进行快速冷却，并使之干燥。重复如此的加热、冷却处理5次。 

然后，在形成有划痕的膜表面部分贴附粘接带(ニチバン生产：セロハンテ-プ，宽度12mm)，在使其无间隙地紧贴之后，将胶带从膜表面剥离。此时，对由划痕所划分的1mm见方的膜表面的分划区的100个之中的未被剥离而残留的分划区进行了计数。即，若残留的分划区为100个，则能够判断为不存在膜剥离。 

(实验例9-10) 

除了使退火温度为示于表1的温度之点，与实验例1同样地制作了氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例11-12) 

除了使透光性导电膜为示于表1的厚度之点，与实验例1同样制作了氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例13) 

除了未进行600℃的温度的热退火处理之点，与实验例1同样地制作了氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例14) 

除了未实施透光性导电氧化膜成膜前的清洗之点，与实验例1同样地制作了氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例15) 

在透光性导电氧化膜接触层使用Pt靶标，成膜约0.5nm的层厚度的Pt，并与实验例1同样地制作了氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例16) 

除了未进行600℃的温度的热退火处理之点，与实验例8同样地制作了采用了AZO透光性导电氧化膜层的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例17-18) 

除了使退火温度为示于表1的温度之点，与实验例1同样地制作了氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例19-20) 

除了使透光性导电膜为示于表1的厚度之点，与实验例1同样地制作了氮化镓类化合物半导体发光元件。 

将上述实验例1～20的正极成膜条件、元件特性的一览示于表1。并且，在表1中，对从p型GaN接触层与透光性导电氧化膜层的界面向透光性导电氧化膜层侧分别离开0、1、2、5、10nm的位置处的Sn浓度也一并表示。 

由示于表1的元件特性的评价结果可看出，以600℃的温度进行了热退火处理的芯片，离开p型GaN层与ITO层的界面2nm以内的位置处的Sn浓度升高，在Vf方面降低(例如，实验例1等)。 

并且，在使热退火温度为800℃(实验例9)的情况、为250℃(实验例10)的情况下也可看出：离开界面2nm以内的位置处的Sn浓度升高，在Vf方面降低。 

并且，在使透光性导电氧化膜的厚度为900nm(实验例11)的情况、为60nm(实验例12)的情况下也可看出：离开界面2nm以内的位置处的Sn浓度升高，在Vf方面降低。 

并且，即使是未实施热退火处理的芯片，也能够在ITO成膜前通过成膜采用了Sn的接触层而形成Sn浓度高的区域，使Vf下降(实施例2)。 

并且，在成膜Sn等的接触层、进行了热退火处理的芯片中，Sn浓度高的区域存在于更接近界面的位置，使Vf进一步降低(实施例3～5)。 

并且，代替600℃的温度下的热退火处理而实施了激光退火的芯片(实施例6)、以真空蒸镀法成膜了ITO膜的芯片(实验例7)，也同样存在Sn浓度高的区域。 

并且，在使AZO作为透光性导电氧化膜进行了成膜的情况下(实验例8)，在Vf方面不如ITO膜。但是，与ITO膜的情况同样，通过600℃下的温度的热退火处理，形成作为掺杂剂的Al的浓度高的区域，使Vf下降。并且，在剥离试验中，相对于在ITO膜中未被剥离而残留的分划区为70个左右，在AZO膜中100个全都残留。可知：AZO膜，相比于ITO膜，虽然在Vf方面差，但是紧贴性好。 

并且，在透光性导电氧化膜的成膜后未进行热退火的实验例13中，在离开p型GaN层与ITO层的界面10nm为止的范围中，尤其看不到Sn浓度高的区域。实验例13的发光元件，Vf为3.6V。 

并且，在透光性导电氧化膜的成膜前未实施p型GaN层的清洗的实验例14中，在离开p型GaN层与ITO层的界面1nm的范围中可看到Sn浓度高的区域。实验例14的发光元件，Vf为3.6V。 

并且，在透光性导电氧化膜接触层使用Pt靶标而成膜约0.5nm的层 厚度的Pt的实验例15中，界面处的掺杂剂浓度成为3％。实验例15的发光元件，发光输出(Po)为7mW。 

并且，在透光性导电氧化膜中采用AZO、未实施600℃的温度下的热退火处理的实验例16中，在离开p型GaN层与ITO层的界面10nm为止的范围中，尤其看不到Sn浓度高的区域。实验例16的发光元件，Vf为3.7V。 

并且，在使透光性导电氧化膜的成膜后的热退火温度为1000℃的实验例17中，促进Sn浓度从界面向离开其2nm的范围的偏析。实验例17的发光元件，Vf为3.6V。 

并且，在使成膜了透光性导电氧化膜之后的热退火温度为200℃的实验例18中，在离开p型GaN层与ITO层的界面10nm为止的范围中，尤其看不到Sn浓度高的区域。实验例18的发光元件，Vf为3.6V。 

并且，在使透光性导电氧化膜的厚度增厚为1200nm的实验例19中，促进Sn浓度从界面向离开其2nm的范围的偏析。实验例19的发光元件，发光输出(Po)为8mW。 

并且，在使透光性导电氧化膜的厚度减薄为30nm的实验例20中，促进Sn浓度从界面向离开其2nm的范围的偏析。实验例20的发光元件，Vf为3.7V。 

根据以上的结果，很明显：本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件，出光效率高并且起动电压(Vf)低，具有高的元件特性。 

第二实施方式 

在以下，关于本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件的第二实施方式，一边适当参照图6～9一边进行说明。在此主要关于与第1实施方式不同的凹凸进行说明，关于其他的构成，与第一实施方式相同。 

(氮化镓类化合物半导体发光元件的整体构成) 

示于图6的、本实施方式的氮化镓类化合物半导体发光元件201，大体构成为：在基板211上，在按n型GaN层212、发光层213、及p型GaN层(p型半导体层)214的顺序将它们所层叠的氮化镓类化合物半导体元件的，p型GaN层214上的至少一部分形成凹凸面，在p型GaN层 214上层叠成膜包含掺杂剂的透光性导电氧化膜而成的正极215，p型GaN层214与正极(透光性导电氧化膜)215的界面的掺杂剂浓度，比形成正极215的透光性导电氧化膜的体块的掺杂剂浓度高。 

并且，在示于图6的例中，在p型GaN层214的表面214a，形成构成前述凹凸面的无秩序的图形的凸部214b，并且，形成于p型GaN层214上的正极215的表面215a，成为对应于p型GaN层214上的凸部214b地形成有凸部215b的凹凸面。 

如示于图6地，在p型GaN层214的表面214a，至少在一部分形成凹凸图形，成为凹凸面。在示于图6的例中，在p型GaN层214的表面214a之中的、氮化镓类化合物半导体发光元件201的左右方向大体中央附近，形成由具有周期性的多个凸部214b构成的凸状的图形。 

作为在p型GaN层214的表面214a形成凹凸图形的方法，能够采用现有公知的光刻法。 

形成于表面214a的凹凸图形，并不限于如示于图6的具有周期性的图形，可以是无序地构成了凸部的大小、凸部间距离的图形，可以适当确定。 

作为凸部214b的形状，并未特别限定，可举出圆柱、三棱柱、四棱柱等的多棱柱，圆锥、三棱锥、四棱锥的多棱锥等的形状，能够适当进行选择，并且，优选：在示于图6的剖面形状中，为凸部214b的下端尺寸W(宽度)与上端尺寸相比相同或较大的形状。图示例中的凸部214b，构成为：随着从下端侧向上端侧而缩小尺寸。 

虽然凸部214b的大小并不特别限定，但是优选：下端尺寸W为0.01μm～3μm的范围。通过使下端尺寸W为该范围，使出光效率有效提高。 

要不足0.01μm地形成凸部214b的下端尺寸W，虽然若采用光刻法则可以实现，但是变得高成本，且凸部过小而无法得到充分的出光效率。 

并且，因为氮化镓类化合物半导体发光元件的大小，一般为100μm～2000μm的范围，所以若凸部214b的下端尺寸W超过3μm，则每单位面积的凸部214b的表面积小，无法得到充分的出光效率。更优选为0.02μm～2μm的范围。 

凸部214b间的间隔，虽然只要是周期性的图形则并不特别限定，但 是优选凸部峰部间距离为0.01μm～3μm的范围。 

要不足0.01μm地形成凸部214b间的间隔，虽然若采用光刻法则可以实现，但是变得高成本，且图形过于集中而导致出光效率有可能下降。 

并且，如上述地，因为发光元件的大小一般为100μm～2000μm，所以若凸部214b间的间隔超过3μm，则每单位面积的凸部214b的表面积小，无法得到充分的出光效率。更优选为0.02nm～2nm的范围。 

凸部214b的高度尺寸T，虽然并不特别限定，但是优选为0.1μm～2.0μm的范围。 

若凸部214b的高度尺寸T不足0.1μm，则高度不充分，无益于出光效率的提高。并且，因为若凸部214b的高度超过2.0μm，则虽然有利于出光效率的提高，但是生产性大幅度降低，所以并不优选。 

并且，作为凸部214b的更优选的尺寸，下端尺寸W与高度尺寸T的关系，成为W＜T，若以上述尺寸关系为范围，则能够使氮化镓类化合物半导体发光元件的出光效率，更有效地提高。 

正极215，包含至少与p型半导体层(p型GaN层214)相接触的透光性导电氧化膜层。在透光性导电氧化膜层上的一部分，设置用于与电路基板或引线框等电连接的正极接合垫216。 

并且，在示于图6的例中，正极215的表面215a，成为对应于上述的p型GaN层214表面的凸部214b地形成有凸部215b的凹凸面。 

(向氮化镓类化合物半导体发光元件形成凹凸图形的形成方法) 

在本发明中，能够使p型GaN层上的凹凸图形的加工区域的形成，为在该区域的p型GaN层表面形成包含金属微粒的掩模，通过从该掩模上对p型GaN层进行干蚀刻而进行的方法。 

当在p型GaN层表面形成凹凸图形时，例如，能够以包括如以下的各工序①～③的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法而进行。 

①在基板上按包含氮化镓类化合物半导体的n型半导体层、发光层及p型半导体层的顺序将它们进行层叠的工序。 

②在p型半导体层上形成包含金属微粒的掩模的工序。 

③从该掩模上对p型半导体层进行干蚀刻的工序。 

以下，关于上述工序①～③进行说明。 

工序① 

首先，在基板上按包含氮化镓类化合物半导体的n型半导体层、发光层及p型半导体层的顺序将它们进行层叠。在如此的氮化镓类化合物半导体的层叠结构体的形成中，能够无任何限制地采用如上述的现有所采用的材质、生长方法。 

工序② 

接下来，在包含氮化镓类化合物半导体的层叠结构体的p型GaN层上，形成包含金属微粒的金属薄膜。金属薄膜，能够通过一般公知的真空蒸镀装置进行形成。 

金属薄膜的厚度，对下一工序中的掩模形成进行考虑，优选为 以上且 以下的范围。 

并且，金属薄膜的形成，只要可以在上述范围内均匀地控制金属薄膜的厚度，则并不限于上述的真空蒸镀装置，即使采用溅射装置等也无任何问题。 

作为用于金属薄膜(金属微粒掩模)的金属微粒的材料，优选为凝聚性好且球面形状的微粒。作为如此的金属，例如，可举出Ni、Ni合金等。并且，作为凝聚性好并适于工序的效率化的金属微粒材料，可举出具有Ni、Au、Sn、Ge、Pb、Sb、Bi、Cd、In的金属之中的至少一种，并在100℃～450℃之间具有熔点的低熔点金属、或低熔点合金。在这些金属材料之中，优选采用AuSn合金、AuGe合金、AuSnNi合金及AuGeNi合金，其中最优选采用AuSn合金。 

AuSn合金，已知：若Sn组成比为10质量％～35质量％程度的范围，则在190～420℃程度的温度进行共晶化。并且，也已知：若超过该范围的温度，则合金层一般成为凝聚形态。 

接下来，为了由前述金属薄膜得到金属微粒掩模，进行金属薄膜的热处理。 

作为金属薄膜的热处理温度，虽然因使用的金属材料而异，但是一般优选以100～600℃的范围进行1分钟的热处理。通过以如此的条件进行金 属薄膜的热处理，能得到形成于p型GaN层上的金属微粒掩模。 

热处理后的金属微粒掩模的形状，由于热处理气氛中的氧浓度而变化。 

因此，通过相应于进行使用的金属材料，对热处理气氛中的氧浓度进行控制，能够以适于出光效率提高的形状形成金属微粒掩模。并且，根据进行使用的金属材料的不同，也存在以完全不含氧的气氛进行热处理时能形成更良好的掩模、所以优选这种气氛的材料。 

优选：金属微粒掩模的微粒的密度为1×10⁵个/mm²～1×10⁸个/mm² 的范围。若为该范围内，则出光效率有效地提高。并且，更优选为1×10⁶ 个/mm²～1×10⁷个/mm²的范围。 

在本发明中，因为通过金属微粒掩模的形状限定形成于p型GaN层上的凹凸图形的形状，所以能够通过控制金属微粒掩模的形状而控制凹凸图形的形状。 

尤其是，金属微粒掩模的膜厚度，对p型GaN层上的凹凸图形形状产生大的影响。 

优选：金属微粒掩模的热处理工序前的膜厚度为0.005μm～1μm的范围。虽然由于金属微粒掩模材料的材质、采用本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件构成灯时的封入树脂的材质等，金属微粒掩模的膜厚度的最佳值并不相同，但是若不足0.005μm，则不能作为掩模起作用，无法将能够有效地取出光的凹凸图形形状形成于p型GaN层上。并且，若金属微粒掩模的膜厚度超过1μm，则因为凝聚效应变小，所以与上述同样，无法将能够有效地取出光的凹凸图形形状形成于p型GaN层上。 

工序③ 

接下来，通过从前述金属微粒掩模上对p型GaN层进行干蚀刻，能够在该p型GaN层表面，形成如上述的特定形状的凹凸图形。 

干蚀刻，能够采用一般性的反应离子蚀刻(RIE)型的干蚀刻。并且，关于在干蚀刻中采用的气体的种类，虽然能够无任何限制地进行选择而采用，但是优选采用包含氯的气体进行蚀刻。 

还有，为了防止由热引起的金属凝聚形状(金属微粒形状)的变化，优选基板的温度保持为100℃以下。 

并且，虽然在本实施方式中，关于向p型GaN层表面的凹凸图形的形成，以采用了干蚀刻的方法进行说明，但是并非限定于此，也可以以采用了湿蚀刻的方法而进行。 

以上，进行了说明的本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件，例如，通过技术人员周知的方法，能够设置透明盖体而构成灯。并且，通过使本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件、与具有荧光体的盖体相组合，也能够构成白色的灯。 

并且，例如，如示于图9地，本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件，能够采用现有公知的方法无任何限制地作为LED灯而构成。作为灯，能够用于一般用途的炮弹型、携带的背光源用途的侧视型、用于显示器的顶视型等的，任何的用途。例如，在将面朝上型的氮化镓类化合物半导体发光元件安装于炮弹型的情况下，如图示例地，在2根框架231、232的一方将氮化镓类化合物半导体发光元件1以树脂等进行粘接，将正极接合垫及负极接合垫采用包含金等的材质的金属线233、234，分别接合于框架231、232。其后，通过以透明树脂对元件周边进行模制(参照图9的模235)，能够制作炮弹型的灯230。 

本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件，因为驱动电压(Vf)低，并且出光效率高，所以能够实现高效率的灯。 

实施例 

接下来，对本发明通过实施例更详细地进行说明，但是本发明并非仅限定于这些实施例。 

(实验例21) 

图8，表示为了用于本实施例的氮化镓类化合物半导体发光元件而制作的、外延结构体的剖面模式图。并且，在图6及图7，表示本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件的剖面模式图、及俯视模式图，以下，一边适当进行参照一边进行说明。 

(氮化镓类化合物半导体发光元件的制作) 

氮化镓类化合物半导体发光元件220的层叠结构体构成为，在包含蓝 宝石的c面((0001)结晶面)的基板221上，通过包含AlN的缓冲层(未图示)，依次，层叠未掺杂GaN基底层(层厚度＝2μm)222、Si掺杂n型GaN接触层(层厚度＝2μm，载流子浓度＝1×10¹⁹cm^-3)223、Si掺杂n型Al_0.07Ga_0.93N包覆层(层厚度＝12.5nm，载流子浓度＝1×10¹⁸cm^-3)224、包含6层Si掺杂GaN势垒层(层厚度＝14.0nm，载流子浓度＝1×10¹⁸cm^-3)与5层未掺杂In_0.20Ga_0.80N的阱层(层厚度＝2.5nm)的多量子结构的发光层225、Mg掺杂p型Al_0.07Ga_0.93N包覆层(层厚度10nm)226、及Mg掺杂p型GaN接触层(层厚度＝100nm)227。上述氮化镓类化合物半导体发光元件20的层叠结构体的各构成层222～227，以一般性的减压MOCVD方法使之生长。 

采用上述氮化镓类化合物半导体220的外延结构体，制作氮化镓类化合物半导体发光元件(参照图6)。首先，对形成n型电极的区域实施一般性的干蚀刻，并仅限于该区域，使Si掺杂n型GaN接触层的表面露出来。 

(凹凸图形的形成) 

接下来，采用公知的光刻技术，在p型GaN层表面以外的部分形成了抗蚀剂膜之后，置于蒸镀装置内，层叠有15nm的Au/Sn(Sn：30质量％)。 

接下来，在氮气氛中，以250℃的温度进行热处理，使上述Au/Sn的薄膜凝聚为粒状，形成了包含金属微粒的掩模。金属微粒的直径为0.2～1.5μm的范围，形成了2×10⁶个/mm²这样的高密度的金属微粒层(掩模)。 

接下来，在通过抗蚀剂膜进行了图形化之后，实施了一般性的干蚀刻，使得p型GaN层表面露出。 

在此，因为在要加工凹凸图形的区域，形成上述的金属微粒掩模，所以通过干蚀刻，能够以按照金属微粒的形状的形状选择性地蚀刻，将p型GaN层表面，加工成具有曲面的凹凸图形形状。该凸部，俯视为圆形，下端尺寸的平均值约为0.7μm(直径)，高度T的平均值约为1.0μm。并且凸部间距离的平均值为0.8μm，相对于该值的标准偏差为50％。 

接下来，采用HF及HCl，在清洗了p型GaN接触层表面之后，仅在 该p型GaN接触层上的要形成正极的区域，以溅射法形成包含ITO的透光性导电氧化膜层。ITO通过DC磁控管溅射以大致400nm的膜厚度所成膜。在溅射中，使用SnO₂浓度为10质量％的ITO靶标，使ITO成膜时的压力约为0.3Pa。然后，在包含ITO的透光性导电氧化膜的成膜后，以600℃的温度进行1分钟的热退火处理。如此一来，在p型GaN接触层227上，形成了本发明的正极(参照图6及图8的符号215)。 

以上述的方法形成的正极表现出高的透光性，在460nm的波长区域具有90％以上的透射率。还有，光透射率，采用将与上述相同厚度的透光性导电氧化膜层层叠于玻璃板上的透射率测定用的试样，通过分光光度计进行了测定。还有，光透射率的值在对仅以玻璃板进行了测定的光透射空白值进行考虑的基础上进行了计算。 

接下来，通过真空蒸镀法，在透光性导电氧化膜层(正极)上的一部分、及Si掺杂n型GaN接触层223上，按顺序层叠包含Cr的第1层(层厚度＝40nm)、包含Ti的第2层(层厚度＝100nm)、包含Au的第3层(层厚度＝400nm)，分别形成了正极接合垫及负极。 

在形成了正极接合垫及负极之后，对包含蓝宝石的基板211的内面使用金刚石微粒等的磨粒进行研磨，并最终精加工为镜面。其后，剪断层叠结构体，分离为350μm见方的正方形的单独的芯片，在载置于引线框之后，以金(Au)线与引线框相连。 

(驱动电压(Vf)及发光输出(Po)的测定) 

使这些芯片，当通过探针的通电，对电流施加值为20mA时的正向电压(驱动电压：Vf)进行了测定时，为3.3V。并且，能够确认：以一般性的积分球所测定出的发光输出(Po)为12mW，发光面的发光分布，以正极215的整面进行发光。 

(实验例22-25) 

在包含ITO的透光性导电氧化膜层的成膜前，成膜约2nm的透光性导电氧化膜接触层，与实验例21同样地制作氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例26) 

在与实验例21同样地成膜包含ITO的透光性导电氧化膜之后，采用KrF248nm的准分子激光进行了激光退火处理。激光退火，以使1次照射的照射面积为3×3mm，1次照射的能量为10mJ，频率为200Hz的条件进行了实施。 

(实验例27) 

以真空蒸镀法成膜包含ITO的透光性导电氧化膜，制作与实验例21同样的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例28) 

作为透光性导电氧化膜层，以溅射法成膜Al₂O₃浓度为10质量％的AZO，制作与实验例21同样的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例29-30) 

除了使退火温度为示于表2的温度之点，与实验例21同样地制作氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例31-32) 

除了使透光性导电膜为示于表2的厚度之点，与实验例21同样地制作氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例33) 

除了未进行在p型GaN层表面形成凹凸的工序之点，与实验例21同样地制作氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例34) 

除了未进行600℃的温度的热退火处理之点，与实验例21同样地制作氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例35) 

除了未实施透光性导电氧化膜成膜前的清洗之点，与实验例21同样地制作氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例36) 

在透光性导电氧化膜接触层使用Pt靶标，成膜约0.5nm的层厚度的Pt，与实验例1同样地制作氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例37) 

除了未进行600℃的温度的热退火处理之点，与实验例28同样地制作采用了AZO透光性导电氧化膜层的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例38-39) 

除了使退火温度为示于表2的温度之点，与实验例21同样地制作氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(实验例40-41) 

除了使透光性导电膜为示于表2的厚度之点，与实验例21同样地制作氮化镓类化合物半导体发光元件。 

将上述实验例21～40的正极成膜条件、元件特性的一览示于表2。并且，在表2中，一并表示从p型GaN接触层与透光性导电氧化膜层的界面向透光性导电氧化膜层侧分别离开0、1、2、5、10nm的位置处的Sn浓度。 

由示于表2的元件特性的评价结果可知，以600℃的温度进行了热退火处理的芯片表现出，离开p型GaN层与ITO层的界面2nm以内的位置处的Sn浓度升高，在Vf方面降低(例如，实验例21等)。 

并且，在使热退火温度为800℃(实验例9)的情况、为250℃(实验例10)的情况下也可看出，离开界面2nm以内的位置处的Sn浓度升高，在Vf方面降低。 

并且，在使透光性导电氧化膜的厚度为900nm(实验例31)的情况、为60nm(实验例32)的情况下也可看出，离开界面2nm以内的位置处的Sn浓度升高，在Vf方面降低。 

并且，即使是未实施热退火处理的芯片，也能够在ITO成膜前通过成膜采用了Sn的接触层而形成Sn浓度高的区域，使Vf下降(实验例22)。 

并且，在成膜Sn等的接触层、进行了热退火处理的芯片中，Sn浓度高的区域存在于更接近界面的位置，Vf进一步降低(实验例23～25)。 

并且，代替600℃的温度的热退火处理而实施了激光退火的芯片(实验例26)、以真空蒸镀法成膜ITO膜的芯片(实验例27)，也同样存在Sn浓度高的区域。 

并且，在p型GaN层表面形成了凹凸的芯片(实验例21～28)中，若与未形成凹凸图形的芯片(实验例33)相比较，则发光输出提高约2mW。并且，如上述地，形成了凹凸图形的芯片(例如，实验例21)，Sn浓度在离开p型GaN层与ITO层的界面2nm以内的位置升高，Vf变得与未形成凹凸图形的芯片(实验例33)同等。 

并且，在使AZO作为透光性导电氧化膜成膜的情况下(实验例28)，在Vf方面比ITO膜差。但是，与ITO膜的情况同样，通过600℃的温度的热退火处理，形成作为掺杂剂的Al的浓度高的区域，使Vf下降。并且，在剥离试验中，相对于在ITO膜中未被剥离而残留的分划区为70个左右，在AZO膜中100个全都残留。可知：AZO膜，与ITO膜相比，虽然在Vf方面较差，但是紧贴性好。 

并且，在p型GaN层表面未形成凹凸的实验例33中，Vf为3.3V，发光输出(Po)为10mW。 

并且，在透光性导电氧化膜的成膜后未进行热退火的实验例34中，在离开p型GaN层与ITO层的界面10nm为止的范围中，尤其看不到Sn浓度高的区域。实验例34的发光元件，Vf为3.6V。 

并且，在透光性导电氧化膜的成膜前未实施p型GaN层的清洗的实验例35中，在离开p型GaN层与ITO层的界面1nm的范围中可看到Sn浓度稍高的区域。实验例35的发光元件，Vf为3.6V。 

并且，在透光性导电氧化膜接触层使用Pt靶标而成膜约0.5nm的层厚度的Pt的实验例36中，界面处的掺杂剂浓度成为4％。实验例36的发光元件，发光输出(Po)为9mW。 

并且，在透光性导电氧化膜中采用AZO、未实施600℃的温度的热退火处理的实验例37中，在离开p型GaN层与ITO层的界面10nm为止的范围中，尤其看不到Sn浓度高的区域。实验例37的发光元件，Vf为3.7V。 

并且，在使透光性导电氧化膜的成膜后的热退火温度为1000℃的实验例38中，促进Sn浓度从界面向离开其2nm的范围的偏析。实验例38的发光元件，Vf为3.7V。 

并且，在成膜透光性导电氧化膜之后的热退火温度为200℃的实验例39中，Vf为3.7V。 

并且，在使透光性导电氧化膜的厚度为1200nm的实验例40中，促进Sn浓度从界面向离开其2nm的范围的偏析。实验例40的发光元件，发光输出(Po)为9mW。 

并且，在使透光性导电氧化膜的厚度为30nm的实验例41中，促进Sn浓度从界面向离开其2nm的范围的偏析。实验例41的发光元件，Vf为3.8V。 

通过以上的结果，表明：本发明的氮化镓类化合物半导体发光元件，出光效率高且起动电压(Vf)低，具有高的元件特性。 

本发明，能够应用于氮化镓类化合物半导体发光元件、尤其是驱动电压(Vf)低的氮化镓类化合物半导体发光元件及其制造方法。 

Claims (3)

1.一种氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法，其中，在氮化镓类化合物半导体元件的p型半导体层上的至少一部分形成凹凸面，接着在前述p型半导体层上层叠具有高掺杂剂浓度的透光性导电氧化膜；其特征为，包括下述(1)～(3)的工序：

(1)在基板上，按包含氮化镓类化合物半导体的n型半导体层、发光层、p型半导体层的顺序将它们层叠的工序，

(2)在前述p型半导体层上形成包含金属微粒的掩模的工序，和

(3)从该掩模上对p型半导体层进行干蚀刻的工序；

其中，前述工序(2)，包括在前述p型半导体层上形成金属薄膜的工序及该金属薄膜形成后的热处理工序；

形成前述掩模的金属微粒，为在100℃～450℃的温度范围具有熔点的低熔点金属或低熔点合金。

2.按照权利要求1所述的氮化镓类化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于：

形成于前述p型半导体层上的至少一部分的凹凸面，通过湿蚀刻工序所形成。

3.一种灯，其特征在于：

包括通过权利要求1～2中的任何一项所述的制造方法所得到的氮化镓类化合物半导体发光元件。

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