CN101960625A - 半导体发光元件、该半导体发光元件的制造方法以及使用该半导体发光元件的灯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够有效地输出蓝色光或紫外光的半导体发光元件以及使用该半导体发光元件的灯。在制造具有至少含p型半导体层的化合物半导体层和在该p型半导体层上设置的透明电极的半导体发光元件时，通过在上述p型半导体层上形成非晶质状态的由铟和镓构成的氧化物膜、或者形成非晶质状态的由铟、镓和锡构成的氧化物膜，从而形成透明导电膜，然后，在200～480℃的温度下对上述透明导电膜进行退火处理的工序，制造出半导体发光元件。

Description

半导体发光元件、该半导体发光元件的制造方法以及使用该半导体发光元件的灯
技术领域
本发明涉及一种半导体发光元件，特别是，涉及一种紫外光的发光输出功率(Po)优异的半导体发光元件。另外，本发明涉及该半导体发光元件的制造方法以及使用该半导体发光元件的灯。
背景技术
由于使用半导体发光元件的发光二极管(LED)为低耗电、长寿命且小型，因此广泛应用于电子仪器中。发光二极管是将半导体发光元件与砲弹型、便携式背光灯用途的边视型(Side view type)、用于显示器中的顶视型(Top view type)等的各种透明罩或具有荧光体的罩加以组合，并用作各种用途中的光源。
作为半导体发光元件的结构，例如，有面朝上(face-up)型，其是在基板上依次层叠n型半导体层、发光层、p型半导体层而成。对P型半导体层、发光层和n型半导体层的一部分进行蚀刻处理，从而在该n型半导体层上设置负极的同时，在p型半导体层上形成导电膜等而作为正极，并为了与电路基板或引线框等电连接，在该正极上设置有键合焊盘等。
作为形成由n型半导体层、发光层、p型半导体层构成的半导体层的化合物，有氮化镓系化合物、硒化锌系化合物、磷化镓系化合物、磷化铟系化合物或砷化镓系化合物等。
在此种半导体发光元件中，近年来作为蓝色光发光元件的氮化镓系化合物半导体发光元件的定位越来越重要。氮化镓系化合物半导体发光元件，是通过在以蓝宝石单晶为代表的、选自各种氧化物或III-V族化合物中的基板上，利用有机金属化学气相沉积法(MOCVD法)或分子束外延法(MBE法)等，形成氮化镓系化合物半导体而得到。
在氮化镓系化合物半导体发光元件中，由于横向的电流扩散小，因此，电流只能注入电极正下方的半导体中，当电极不透明时，存在着由发光层发出的光被电极遮挡而不能到达外部的问题。为此，通常作为氮化镓系化合物半导体发光元件的正极使用透明电极，以使光能够通过正极。
在这种透明电极中，一直使用Ni/Au或ITO等公知的透明导电材料。近年来，作为透明电极，通常使用以透光性优异的In2O3或ZnO等作为主成分的氧化物系材料。其中，ITO(铟锡氧化物)通过在In2O3中掺杂5～20质量％的SnO2，能够得到2×10-4Ω·cm左右低电阻率的透明导电膜，因此，作为透明电极用材料最广泛地被利用。
然而，上述低电阻率的ITO膜是晶质膜，根据基板温度、环境气体以及等离子体密度的状态等，结晶的状态发生种种变化，有时在同一基板上出现晶质膜和非晶质膜混在的情形。由于该晶质膜和非晶质膜的混在，会产生过蚀刻或蚀刻残渣等的蚀刻不良，存在着高精细化变得困难的问题。
与此相对，正在探讨在室温附近形成ITO膜时，通过在溅射气体中添加水或氢，形成非晶质状态的ITO膜，对该ITO膜进行蚀刻后，加热而使之结晶化的方法。然而，若成膜时添加水或氢，膜对基底基板的密接性降低，或者，所使用的ITO靶表面发生还原而产生大量的结节(nodule)，存在着成为发弧光(arching)等异常放电的原因的问题。
另外，氮化镓系化合物半导体发光元件比起蓝色光，更作为短波长区域的紫外光的发光元件而引人注目。对适合用于该紫外光发光元件的透明电极，也进行了各种研究，但由于ITO膜从400nm附近以下的波长区域开始吸收在膜中的光增多，因此在400nm以下的波长区域下其透过率急剧减少。为此，当作为发出紫外区域波长的光的发光元件的电极使用ITO膜时，发光输出功率低成为了问题。
于是，探讨了用IZO(Indium Zinc Oxide：铟锌氧化物、注册商标)来代替上述ITO。该IZO可通过室温附近的成膜处理，能够形成几乎完整的非晶质膜，因此，可通过作为弱酸的草酸系蚀刻剂，在无残渣等问题的情况下，容易地进行蚀刻。进而，由IZO构成的靶在溅射时，具有结节的发生少，发弧光等的具常放电少的优点。
与此相对，在专利文献1中，提出了形成非晶质的IZO膜并实施蚀刻处理后，进行结晶化的物质作为透明电极使用，从而提高紫外区域(350nm～420nm)波长中的光的透过率的方法。
还记载有为了该非晶质IZO膜的结晶化，必须进行500℃～900℃温度下的退火处理的内容。然而，如专利文献2中的记载，当在如此的高温下进行退火处理时，在导电氧化膜与p型半导体层之间的界面附近产生元素的相互扩散，不仅阻碍导电氧化膜的电阻率的降低，还发现存在着导致p型半导体层电阻率的增大、导电氧化膜与p型半导体层之间接触电阻的增大的问题。特别是，p型半导体层中的镓元素向透光性导电氧化膜中的扩散，会阻碍该电阻率或接触电阻的低电阻化。
另一方面，关于没有通过退火处理进行结晶化的非晶质IZO膜，存在着波长400～450nm的可见光区域短波长侧的透过率、即蓝色光的透过率低的缺陷。
专利文献1：JP特开2007-287845号公报
专利文献2：JP特开2007-294578号公报
非专利文献1：“透明导电膜的技术(修订2版)”、Ohmsha，Ltd、2006年12月20日发行、p.72～79
发明内容
发明要解決的课题
本发明是鉴于上述事情完成的，其目的在于，提供一种能够解决上述问题点、且能够有效地输出蓝色光或紫外光的半导体发光元件以及使用该半导体发光元件的灯。
用于解决课题的方法
本发明的半导体发光元件的一实施方式，是具有至少含p型半导体层的化合物半导体层和设置在该p型半导体层上的透明电极的半导体发光元件，其特征在于，通过由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜来形成所述透明电极。另外，在由铟和镓构成的氧化物中，包含具有在这些组成中不可避免的杂质的氧化物。
优选前述透明导电膜的镓含量以Ga/(In+Ga)原子数比为0.10～0.35。
另外，优选前述透明导电膜为非晶质，即没有经过结晶化。
本发明半导体发光元件的另一实施方式，是具有至少含p型半导体层的化合物半导体层和设置在该p型半导体层上的透明电极的半导体发光元件，其特征在于，通过由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜来形成所述透明电极，且该透明导电膜经过了结晶化。另外，在由铟、镓和锡构成的氧化物中，包含具有在这些组成中不可避免的杂质的氧化物。
优选前述透明导电膜的镓含量以Ga/(In+Ga+Sn)原子数比为0.02～0.30，优选锡含量以Sn/(In+Ga+Sn)原子数比为0.01～0.11。
本发明适合用于半导体发光元件的化合物半导体层至少在350nm～500nm范围具有发光波长的半导体发光元件中。
作为具有如此特性的化合物半导体层，典型的可举出氮化镓系化合物半导体层。
在本发明中，优选前述透明导电膜在450nm附近的波长区域具有85％以上的透过率。
另外，优选前述透明导电膜在400nm附近的波长区域具有80％以上的透过率。
进而，优选前述透明导电膜的表面电阻为20Ω/□(欧姆每方块)以下，而且，优选前述透明导电膜的厚度为10nm～1000nm。
另外，优选在前述透明电极上形成有保护层。
本发明的半导体发光元件适合用于包括LED灯的灯中。
另一方面，本发明的半导体发光元件的制造方法，是具有至少含p型半导体层的化合物半导体层和设置在该p型半导体层上的透明电极的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在前述p型半导体层上形成非晶质状态的由铟和镓构成的氧化物膜，或形成非晶质状态的由铟、镓和锡构成的氧化物膜，从而形成透明导电膜，然后，对前述透明导电膜在200℃～480℃的温度进行退火处理。
当通过前述非晶质状态的由铟和镓构成的氧化物形成前述透明导电膜时，通过前述退火处理，在前述透明导电膜中生成微结晶，且维持其非晶质状态。
另一方面，当通过前述非晶质状态的由铟、镓和锡构成的氧化物形成前述透明导电膜时，通过前述退火处理，使前述透明导电膜结晶化。
该退火处理是在不含氧的环境中进行，优选在真空环境中或者在氮和氢的混合气体环境中进行。
在进行前述退火处理之前，前述透明导电膜处于非晶质状态，可容易进行图案形成。
在前述退火处理后，优选在前述透明导电膜上层叠保护层。
发明效果
本发明的半导体发光元件中，作为在其p型半导体层上设置的透明电极，使用通过由铟和镓构成的氧化物、或者由铟、镓和锡构成的氧化物形成，然后在较低的温度下即在200℃～480℃的温度下进行退火处理的透明导电膜。
该透明导电膜在450nm附近的波长区域具有85％以上的透过率，且在400nm附近的波长区域具有80％以上的透过率。因此，本发明的半导体元件的透明电极，在蓝色区域和紫外区域的任意区域中，与使用IZO膜的以往的透明电极相比，在光透过性方面均优异。如此地，本发明的半导体发光元件的蓝色光和紫外光的发光输出功率与以往的半导体发光元件相比更高，可以说其发光特性优异。
而且，与为了得到该效果必须在500℃～900℃的温度下进行退火处理的IZO膜相比，在更低的温度下即在200℃～480℃的温度下进行退火处理，因此，不会引起由于高温的退火处理，p型半导体层中的镓元素向透明导电膜中扩散，由此阻碍电阻率或接触电阻的低电阻化的问题。为此，通过前述透明导电膜可得到蓝色光和紫外光的发光特性优异，且低电阻的透明电极。
进而，前述透明导电膜形成于p型半导体层上时处于非晶质状态，因此，其蚀刻性优异，可进行高精细的图案形成。
附图说明
图1是表示本发明半导体发光元件的一例的示意剖面图。
图2是图1所示半导体发光元件的示意平面图。
图3是表示氮化镓系化合物半导体层的一例的示意剖面图。
图4是使用本发明的半导体发光元件构成的灯的示意剖面图。
图5是实施例1的退火处理后透明导电膜的X射线衍射图。
图6是实施例2的退火处理后透明导电膜的X射线衍射图。
附图标记的说明：
1  半导体发光元件
10、31  基板
11  n型GaN层(n型半导体层)
12  发光层
13  p型GaN层(p型半导体层)
14  正极(透光性电极)
15  正极键合焊盘
16  负极
30  氮化镓系化合物半导体层
32  GaN基底层(n型半导体层)
33  n型GaN接触层(n型半导体层)
34  n型AlGaN包覆层(n型半导体层)
35  发光层
36  p型AlGaN包覆层(p型半导体层)
37  p型GaN接触层(p型半导体层)
40  灯
具体实施方式
本发明人等为了解决上述问题进行了悉心研究，其结果，发现由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜，或者由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜，其在室温附近的低温成膜中容易得到非晶质状态，因此，具有蚀刻性优异的特点的同时，不仅在紫外区域(350nm～420nm)，而且在蓝色区域(400～450nm)的光透过性比IZO膜优异。
进而，就为了得到上述透过性而对透明导电膜进行的退火处理而言，得到了与在IZO膜中所必须的500℃～900℃的温度范围相比，能够在更低的温度即可在200℃～480℃左右的范围进行的结果。
即在IZO膜中，为了在蓝色区域和紫外区域中得到足够的光透过性，必须对非晶质的IZO膜在上述的高温下进行退火处理。由于该高温的退火处理，导致p型半导体层中的镓元素向透光性导电氧化膜中扩散，阻碍电阻率、接触电阻的低电阻化。与此相对，本发明的透明导电膜，可通过更低温的退火处理，在蓝色区域和紫外区域的任意区域中均可以得到优异的光透过性，因此，可实现低电阻，且能够有效地输出蓝色光和紫外光。具有该透明导电膜的本发明的半导体发光元件，其蓝色光和紫外光的发光输出功率高。
于是，本发明人等，根据若将上述透明导电膜用作半导体发光元件的透明电极(正极)，则由半导体发光元件的透明电极吸收的蓝色或紫外区域波长的光少，能够有效地发出蓝色或紫外光，能够得到蓝色或紫外光的发光输出功率高的半导体发光元件的见解，完成了本发明。
本发明适合用于面朝上(face-up)型的半导体发光元件，即包括在基板上依次层叠n型半导体层、发光层、p型半导体层而形成化合物半导体层并在该化合物半导体层上形成透明电极的、具有至少含p型半导体层的化合物半导体层和设置在该p型半导体层上的透明电极的各种结构的半导体发光元件中。
本发明的特征在于，该透明电极是由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜，或者是由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜，且通过在200℃～480℃的温度下进行退火处理而形成，以此来代替以往的IZO膜。下面，以该特征为中心，详细说明本发明。
1.透明电极(透明导电膜)
本发明的半导体发光元件中，在p型半导体层13上作为透明电极14(正极)形成有由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜，或者形成有由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜(图1)。
更具体地讲，上述透明导电膜是直接形成于p型半导体层13上或者通过金属层等形成于p型半导体层13上。在透明电极14和p型半导体层13之间夹持金属层时，可降低半导体发光元件1的驱动电压(Vf)，但另一方面，透过率减少从而导致发光输出功率的降低。因此，根据半导体发光元件的用途等，平衡驱动电压(Vf)和输出功率，适当地判断是否设置金属层。
另外，作为金属层，通常使用选自Ni、Ni氧化物、Pt、Pd、Ru、Rh、Re、Os中的一种以上的金属。
(组成)
本发明的透明导电膜中，由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜中的镓含量，以Ga/(In+Ga)原子数比优选为0.10～0.35的范围。
当该原子数比低于0.10时，虽然在室温或低温下成膜的上述透明导电膜的电阻率会更低，但有时通过湿式蚀刻进行的图案形成变得困难。另一方面，若超过0.35，作为本发明的半导体发光元件的透明电极，上述透明导电膜的电阻率变高。另外，为了得到上述半导体发光元件的优异的发光特性，有效的方法是对上述透明导电膜进行退火处理，但镓的含量越高，必须将退火处理温度设定为越高。因此，当上述原子数比超过0.35时，必须在超过500℃的高温下进行透明导电膜的退火处理，其结果，使透明电极的表面电阻和接触电阻增大，其低电阻化变得困难。
另外，在本发明的透明导电膜中，当为由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜时，镓含量以Ga/(In+Ga+Sn)原子数比优选为0.02～0.30的范围，且锡含量以Sn/(In+Ga+Sn)原子数比优选为0.01～0.11的范围。关于组成范围的限定，与由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜的情况相同，但在进一步添加锡的情况下，其组成范围偏向更低镓量侧。另外，适宜组成范围的锡的添加，特别是会带来结晶化的透明导电膜的低电阻化效果，而且，对提高紫外区域的光透过性也有效。
当该原子数比小于0.01时，不能充分发挥这些效果，另一方面，当超过0.11时，添加过量的锡会带来效果的减弱。
另外，在上述组成的透明导电膜中，有时不可避免地含有因制作该透明导电膜所使用的靶材料的原料引起的杂质、或由在该靶材料的制造工序中使用的成形装置等混入的杂质等。
(膜厚)
为了实现低电阻率且高透过率，优选上述透明导电膜的膜厚在10nm～10000nm的范围，更优选为100nm～1000nm的范围。而且，从生产成本的观点出发，上述透明导电膜的膜厚优选为1000nm以下。
(特性)
本发明的半导体发光元件中的透明电极，通过经历后述的退火处理，在450nm附近的波长区域具有85％以上、优选具有90％以上的透过率，且在400nm附近的波长区域具有80％以上、更优选具有85％以上的透过率。如此地，本发明的半导体发光元件不仅在紫外区域(350～420nm)，而且在蓝色区域(400～450nm)中也具有有效的发光特性。
因此，当化合物半导体层至少在350nm～500nm的范围具有发光波长时，适合使用本发明的半导体发光元件。即、本发明的半导体发光元件不仅有效地提高在紫外区域(350nm～420nm)中具有中心波长的半导体发光元件的光提取效率(light extraction efficiency)，而且，例如即使是中心波长为400～450nm左右的蓝色区域的半导体发光元件，只要在350nm～420nm中具有发光区域，则也能够提高光提取效率。
另外，如后述，由于本发明的半导体发光元件经过低温的退火处理，因此，不会产生阻碍透明导电膜的表面电阻或接触电阻的低电阻化的问题，例如，能够将前述透明导电膜的表面电阻维持在20Ω/□以下，从而虽然透明电极自身的透过率提高，也不会产生因低电阻化受到了阻碍而导致半导体发光元件在上述区域中的发光输出功率降低等问题。
2.透明电极的制造
(透明导电膜的成膜)
下面，说明透明电极的制造，即，说明在p型半导体层上形成由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜、或形成由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜的方法。
首先，在p型半导体层的整个区域上，形成非晶质状态的由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜，或形成由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜。
作为上述透明导电膜的成膜方法，只要是可形成非晶质状态膜的方法即可，可采用在薄膜的成膜中使用的任何公知的方法。例如，可采用溅射法或真空蒸镀法等的方法来进行成膜，但与真空蒸镀法相比，更优选采用成膜时产生的粒子或微尘少的溅射法。另外，当使用溅射法时，为了以更高的成膜速率形成良好品质的非晶质膜，优选采用DC磁控管溅射法来形成通过由铟和镓构成的氧化物烧结体，或者通过由铟、镓和锡构成的氧化物烧结体形成的溅射靶。
当上述靶为由铟和镓构成的氧化物烧结体的情况下，优选镓含量以Ga/(In+Ga)原子数比为0.10～0.35，且红绿柱石(bixbite)型结构的In2O3相成为主要的结晶相，β-Ga2O3型结构的GaInO3相、或GaInO3相和(Ga，In)2O3相以平均粒径5μm以下的结晶粒微细分散在其中的氧化物烧结体。
另外，当上述靶为由铟、镓和锡构成的氧化物烧结体的情况下，优选镓含量以Ga/(In+Ga+Sn)原子数比为0.02～0.30，锡含量以Sn/(In+Ga+Sn)原子数比为0.01～0.11，且红绿柱石型结构的In2O3相成为主要的结晶相，β-Ga2O3型结构的GaInO3相、或GaInO3相和(Ga，In)3O3相以平均粒径5μm以下的结晶粒微细分散在其中的氧化物烧结体。通过添加锡，认为大多数Sn置换了上述GaInO3相中的Ga或In位置(site)，当由于超过相对于GaInO3相的固溶度极限、或由于在烧结体制造过程中形成了组成局部不均匀的部分等理由，存在未置换的Sn时，通常会生成一些用通式：Ga3-xIn5+xSn2O16(0.3＜x＜1.5)表示的正方形晶体的复合氧化物相等，但优选该相也以平均粒径5μm以下的结晶粒进行微细分散。
通过使用如此结构的靶，非晶质膜的形成变得容易。具体地讲，本发明的透明导电膜中，通过由铟和镓构成的氧化物透明导电膜，可得到镓含量以Ga/(In+Ga)原子数比为0.10～0.35范围的非晶质透明导电膜。另外，当为由铟、镓和锡构成的氧化物透明导电膜的情况下，可得到镓含量以Ga/(In+Ga+Sn)原子数比为0.02～0.30范围，且锡含量以Sn/(In+Ga+Sn)原子数比为0.01～0.11范围的非晶质透明导电膜。
另外，当使用该靶时，几乎不会发生结节(nodule)。另外，为了减少等离子体对p型半导体层的损伤，优选溅射的放电功率为1000W以下。
成膜刚刚结束后的本发明的透明导电膜为非晶质。其结晶化温度为220℃以上，与通常的ITO的约190℃结晶化温度相比，为非常高的高温，因此，不会存在微结晶等，成为完整的非晶质状态。
(图案形成)
如此成膜的非晶质状态的上述透明导电膜，通过采用公知的光刻法和蚀刻，对p型半导体层上的除了形成透明电极的区域即除了正极形成区域的区域形成图案，成为仅在正极形成区域上形成的状态。
上述透明导电膜的图案形成，优选在进行后述的退火处理之前进行。由于退火处理前的上述透明导电膜为非晶质状态，因此，可采用包括弱酸的草酸系蚀刻剂的公知的蚀刻液，在无残渣问题的情况下，容易地以良好的精度进行蚀刻。另外，上述透明导电膜的蚀刻可采用干式蚀刻装置来进行。
(退火处理)
在本发明中，对上述由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜、或者对由包含铟、镓和锡的氧化物构成的透明导电膜形成图案后，在200℃～480℃范围的温度下进行退火处理。
在该低温的退火处理中，就由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜而言，有必要根据镓量，在上述温度范围内选择适宜的温度，以控制成能够在无结晶化的状态下维持非晶质状态。该非晶质状态的透明导电膜，成为生成有虽通过X射线衍射无法观察到但可通过AFM(Atomic Force Microscope，原子间力显微镜)等微观的膜表面观察确认的程度的微结晶(极微小的单晶)的状态。该微结晶仅由镓发生固溶的氧化铟相构成，为在非晶质膜中部分结晶析出的形式。当将退火处理停留在生成微结晶的温度时，因氧欠缺发生的载体电子增加，而且能够消除在室温附近的低能量下的成膜中生成的、对载体电子的生成没有帮助的单纯的缺陷，有助于新的载体电子的生成(或移动度的提高)，能够充分发挥低电阻率的效果。
如此地，通过使透明导电膜停留在透明导电膜中生成无法由X射线衍射观察到的程度的微结晶的状态，不仅在蓝色区域(400～450nm)，而且在紫外区域(350nm～420nm)波长中，能够提高光透过率，进而，也可提高与p型半导体层之间的接触性。另外，不优选使上述透明导电膜完全结晶化。这是因为，当完全结晶化时，由于晶格的限制，不允许生成如非晶质状态下的大量的氧欠缺，载体电子减少，电阻率增大的缘故。而且，由于载体电子的减少，表观带隙(band gap)减少，透过率降低。
另一方面，当为由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜的情况下，通过该低温的退火处理，优选一直维持该非晶质状态，但更优选使非晶质状态的透明导电膜结晶化。通过该结晶化，同样，不仅在蓝色区域(400～450nm)，而且在紫外区域(350nm～420nm)波长中能够提高光透过率。另外，结晶化的透明导电膜仅由镓发生固溶的氧化铟相构成。烧结体基本上由In2O3相和GaInO3相构成，根据需要，还含有用通式：Ga3-xIn5+xSn2O16(0.3＜x＜1.5)表示的正方形晶体的复合氧化物相，与此相对，在薄膜中则不形成GaInO3相或Ga3-xIn5+xSn2O16(0.3＜x＜1.5)相。其理由可举出，形成上述两相需要极高的能量、在薄膜中镓对氧化铟相的固溶度极限与烧结体相比格外宽的原因。
通过上述的结晶化带来的紫外区域波长中光透过率的提高，可通过添加锡的结晶膜中载体电子的显著增加效果来说明。即通过结晶化，形成氧化铟相，此时若添加有锡，由四价的锡置换三价的铟(镓)的位置(site)，从而进一步生成载体电子。如此地，当通过锡的位置置换来生成载体电子时，若将通过氧欠缺生成的载体电子包括在内，则载体电子浓度增加至1021cm-3左右。通过该载体电子浓度的增加，载体电子的一部分占有传导带底部，表观带隙变得比原先大。如非专利文献1的记载，该现象被称作莫斯-布尔斯坦(Burstein-Moss：BM)位移。由此，电子的光学迁移所必要的能量变大。即、更能使紫外区域的光透过。
因此，通过该低温下的退火处理，在维持透明导电膜的非晶质状态的同时，能够使通过X射线衍射无法观察到的程度的微结晶生成，或者能够使透明导电膜结晶化，由此能够提高紫外区域的透过率的机理，推断是上述透明导电膜的带隙变大所带来的。
之所以将上述透明导电膜的退火处理温度设定为200℃～480℃，是因为若在低于200℃的温度下进行退火处理时，有无法在上述透明导电膜中生成微结晶或无法使上述透明导电膜充分结晶化之虑，有可能产生无法充分提高上述透明导电膜在紫外区域中的光透过率的现象。另一方面，若在超过480℃的温度下进行退火处理时，产生p型半导体层中的镓元素向透明导电膜中扩散的现象，导致阻碍电阻率和接触电阻的低电阻化的问题。
另外，在专利文献2中记载了对ITO、AZO、IZO、GZO等的透明导电膜，与激光退火处理的同时，在200℃～300℃温度下进行退火处理的内容，相比于本发明，其退火处理中的上限温度设定为更低。这是因为专利文献2中例举的透明导电膜的镓量低的缘故。本发明的透明导电膜的镓含量较多，因此，推测p型半导体层中的镓扩散的驱动力降低，即使在更高的温度下也不会引起上述问题。
另外，优选上述透明导电膜的退火处理是在不含氧的环境中进行，作为不含氧的环境，可举出真空环境、氮环境等的非活性气体环境或氮等非活性气体和氢的混合气体环境。
若将上述透明导电膜的退火处理在真空环境中、氮环境中、或氮和氢的混合气体环境中进行，则在上述透明导电膜中生成微结晶或使透明导电膜结晶化的同时，能够有效地减少上述透明导电膜的方块电阻(sheet resistance)。特别是，当希望降低上述透明导电膜的方块电阻时，优选将退火处理在氮和氢的混合气体环境中进行。混合气体环境中的氮和氢的比率，可从适合于所形成的非晶质膜的氧含量的100∶1～1∶100范围中选择任意比率。
与此相对，例如在含氧的环境中以300℃以上的高温进行退火处理时，上述透明导电膜的表面电阻增加。若在含氧环境中进行退火处理时上述透明导电膜的表面电阻上升的原因，认为是上述透明导电膜中的氧空穴减少的缘故。之所以上述透明导电膜显示导电性，是由于氧空穴存在于上述透明导电膜中，从而产生作为载体的电子的缘故。因此，认为由于含氧环境中的退火处理，载体电子的发生源即氧空穴减少，上述透明导电膜的载体浓度降低，表面电阻升高。
另外，作为不含氧的环境，选择氮环境等非活性气体环境而进行退火处理时，万一存在残留氧，则导致如上所述的表面电阻的增大。为了避免该现象，有效的方法是：先对用于退火处理的炉内至少抽真空至10Pa以下后，流入纯度4N以上的高纯度氮的方法。另外，也优选向氮气添加氢气而调整为混合气体环境的方法。这是因为通过氢气能够达到还原效果，这不仅是对退火处理所使用的炉内抽真空的情况，而且对没有抽真空的情况当然也有效。
另外，作为在上述透明导电膜中生成微结晶或使上述透明导电膜结晶化的退火处理，可使用任意的方法，例如，也可通过使用RTA退火炉的方法、进行激光退火的方法、进行电子射线照射的方法等来进行退火处理。
另外，当通过退火处理进行结晶化时，透明导电膜和非晶质的膜相比，与p型半导体层或后述的正极键合焊盘的密接性良好，具有在半导体发光元件的制造过程等中能够防止因剥离引起的收率降低的优点。另外，经过结晶化的透明导电膜与空气中水分的反应减少，因此，还具有在长时间的耐久性试验中特性劣化小的优点。
3.半导体发光元件的结构
如上所述地，本发明半导体发光元件的结构适用于在p型半导体层13上形成透明电极14的结构的通常的半导体发光元件中，对其结构未作任何限定。即、本发明广泛适用于上述结构的公知的半导体发光元件中。但为了便于理解本发明，下面简单说明本发明适用的半导体发光元件通常的结构。
(基板)
作为基板10未作任何的限定，可使用蓝宝石单晶(Al2O3；A面、C面、M面、R面)、尖晶石单晶(MgAl2O4)、ZnO单晶、LiAlO2单晶、LiGaO2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单晶和ZrB2等硼化物单晶等公知的基板材料。
另外，对基板的面方位无特别的限定。而且，作为基板，既可以是平整的基板(ジヤスト基板)，也可以是带偏离角(オフ
Figure BPA00001214291500141
，off angle)的基板。
(化合物半导体层)
作为化合物半导体层，优选氮化镓系化合物半导体层、硒化锌系化合物半导体、磷化镓系化合物半导体、磷化铟系化合物半导体、或砷化镓系化合物半导体等，特别优选氮化镓系化合物半导体。
例如，在面朝上(face-up)型的结构中，氮化镓系化合物半导体层是通过将n型GaN层、发光层以及p型GaN层依次层叠在基板上而形成。具体地讲，氮化镓系化合物半导体层30，是通过在基板31上层叠由AlN构成的缓冲层、GaN基底层32(n型半导体层)、n型GaN接触层33(n型半导体层)、n型AlGaN包覆层34(n型半导体层)、由InGaN构成的发光层35、p型AlGaN包覆层36(p型半导体层)、p型GaN接触层37(p型半导体层)而构成(图3)。其中，作为氮化镓系化合物半导体层，已有各种众所周知的结构，可任意地使用这些，并没有任何的限定。
特别是，p型半导体层可使用载体浓度为通常的浓度的半导体层即可，即使使用载体浓度较低的半导体层，例如，即使使用1×1017cm-3左右的p型GaN层的情况下，也可以将构成本发明的由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜或由含有铟、镓和锡的氧化物构成的透明导电膜作为透明电极使用。
作为氮化镓系化合物半导体，众所周知的例如有通式AlxInyGa1-x-yN(0≤x＜1，0≤y＜1，0≤x+y＜1)表示的各种组成的半导体，作为本发明的化合物半导体层，可使用该组成的各种半导体，并没有任何的限定。
对这些氮化镓系化合物半导体的生长方法未作特别的限定，可使用MOCVD法(有机金属化学气相沉积法)、HVPE法(氢化物气相外延法)或MBE法(分子束外延法)等作为能够使III族氮化物半导体生长的方法所公知的所有方法。作为优选的生长方法，从膜厚控制性、量产性的观点出发，优选MOCVD法。
在MOCVD法中，作为载气使用氢或氮；作为III族原料即Ga源使用三甲基镓(TMG)或三乙基镓(TEG)；作为Al源使用三甲基铝(TMA)或三乙基铝(TEA)；作为In源使用三甲基铟(TMI)或三乙基铟(TEI)；作为V族原料的N源，使用氨(NH3)、肼(N2H4)等。另外，就掺杂剂而言，在n型中作为Si原料使用单硅烷(SiH4)或二硅烷(Si2H6)，作为Ge原料使用锗烷气体(GeH4)，在p型中，作为Mg原料例如使用双(环戊二烯)镁(Cp2Mg)或二(乙基环戊二烯)镁((EtCp)2Mg)。
另外，本发明并不限定于上述氮化镓系化合物半导体层，只要是具有发光波长即可，可用于具有任意的化合物半导体层的半导体发光元件中。
(负极)
负极16是在上述透明导电膜的形成、或上述透明导电膜的形成和退火处理后，例如通过对p型半导体层13、发光层12以及n型半导体层11的一部分进行蚀刻去除，从而设置在露出的n型半导体层11上(图1、图2)。作为负极，例如，由Ti/Au构成的负极等各种组成和结构已众所周知，可使用这些公知的负极而没有特别的限定。
(正极键合焊盘)
在作为正极的上述透明导电膜层上的一部分中，设置用于与电路基板或引线框等电连接的正极键合焊盘。作为正极键合焊盘，公知的是使用Au、Al、Ni和Cu等材料的各种结构，可使用这些公知的材料、结构的键合焊盘，未作任何的限定。另外。优选正极键合焊盘的厚度在100～1000nm的范围内。而且，从键合焊盘的特性上，厚度越厚者，其粘结性能(bondability)越高，因此，更优选正极键合焊盘的厚度为300nm以上。进而，从制造成本的观点考虑，优选为500nm以下。
(保护层)
为了防止由上述透明导电膜构成的透明电极(正极)的氧化，优选以覆盖除了形成正极键合焊盘的区域的上述透明导电膜的整个区域的形式，形成保护层膜。
优选该保护层由透光性优异的材料形成，为了防止p型半导体层和n型半导体层之间的漏电，优选由具有绝缘性的材料形成。作为构成保护层的材料，例如，优选使用SiO2或Al2O3等。另外，保护层的膜厚只要能够防止上述透明导电膜的氧化、且透光性优异的膜厚即可，具体地讲，例如优选2nm～500nm的膜厚。
(使用半导体发光元件的灯)
本发明的半导体发光元件，例如采用本领域技术人员公知的方法，通过设置透明罩而构成灯。另外，也可以将本发明的半导体发光元件与具有荧光体的罩加以组合，从而构成白色的灯。
另外，本发明的半导体发光元件可通过以往公知的方法，可作成LED灯，未作特别的限定。作为灯，可用于通常用途的炮弹型、便携式背光灯用途的边视型、用于显示器中的顶视型等，可用于任意用途中。
图4是用于说明本发明灯的一例的示意构成图，灯40是将面朝上(face-up)型的本发明的半导体发光元件以炮弹型安装的灯。该灯40中，在框架41、42的一侧，通过树脂等粘接图1所示的半导体发光元件1，而且正极键合焊盘15和负极16通过由金等材质构成的电线43、44分别接合在框架41、42上。另外，在半导体发光元件1的周围，形成有由透明树脂构成的模型(mould)45。
实施例
下面，根据实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
[实施例1]
(氮化镓系化合物半导体层的制造)
通过以下所示的方法，制造氮化镓系化合物半导体层。
即、在由蓝宝石的c面((0001)结晶面)构成的基板上，通过由AlN构成的缓冲层，依次层叠未掺杂GaN基底层(层厚2000nm)、Si掺杂n型GaN接触层(层厚2000nm、载体浓度＝1×1019cm-3)、Si掺杂n型Al0.07G0.93N包覆层(层厚12.5nm、载体浓度＝1×1018cm-3)、由6层的Si掺杂GaN阻挡层(层厚14.0nm、载体浓度＝1×1018cm-3)和5层的未掺杂In0.20Ga0.80N的井层(层厚2.5nm)构成的多层量子结构的发光层、Mg掺杂p型Al0.07G0.93N包覆层(层厚10nm)、以及Mg掺杂p型GaN接触层(层厚100nm)。另外，通过减压MOCVD方法使上述氮化镓系化合物半导体层的层叠结构体的各构成层生长。
(半导体发光元件的制造)
接着，利用所得到的氮化镓系化合物半导体层，制作氮化镓系化合物半导体发光元件。首先，使用HF和HCl，洗净氮化镓系化合物半导体层的p型GaN接触层表面，在该p型GaN接触层上，通过DC磁控管溅射，形成膜厚220nm的由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜。
在上述透明导电膜的溅射中，使用镓含量以Ga/(In+Ga)原子数比为0.15的氧化物烧结体靶。另外，溅射成膜是，导入75sccm的Ar气体和25sccm的Ar-10％O2混合气体，将所有的气体压力调整为0.3Pa，并将基板温度调整为室温而进行。
对通过上述方法形成的由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜(以下、称作“GIO15”)，使用紫外可见分光光度计(日本分光制造的V-570)，测定透过率。透过率的值是减去仅测定玻璃基板的透过率而得到的光透过空白值而算出。GIO15膜在非晶质状态下的透过率，于450nm附近的波长区域为90％以上，于400nm附近的波长区域为75％以上。通过(三菱化学制造的LORESTA-EP MCP-T360)来测定。方块电阻为24Ω/□。另外，通过X射线衍射(XRD)法测定，可确认由上述方法形成的成膜刚刚结束后的GIO15膜为非晶质。
然后，通过采用光刻法和以草酸为主的弱酸进行的湿式蚀刻，对非晶质状态的GIO15膜形成图案，达到仅在p型GaN接触层上的正极形成区域中形成GIO15膜的状态。对非晶质GIO15膜的蚀刻，是以约40nm/min的蚀刻速率进行。
对GIO15膜形成图案后，利用RTA退火炉，在氮气体环境中，于250℃下进行1min的退火处理。
与退火处理之前同样地进行测定，其结果，退火处理后的GIO15膜在450nm附近的波长区域具有高透光性，在450nm波长区域的透过率为90％以上。进而，在400nm附近的波长区域，其透光性也得以改善，在400nm波长区域的透过率为80％以上。
另外，GIO15膜的方块电阻为18Ω/□。而且，通过X射线衍射(XRD)法对退火处理后的GIO15膜进行测定。图5是表示退火处理后GIO15膜的X射线衍射(XRD)结果的图表，其横轴表示衍射角(2θ(°))，纵轴表示衍射強度(cps)。其结果，如图5所示，在退火处理后的XRD测定中，也确认了GIO15膜为非晶质。另外，通过原子间力显微镜(AFM、Digital Instruments制造的Nanoscope III)的膜表面观察，确认了通过退火处理形成有微结晶。
接着，对形成n型电极的区域实施干式蚀刻，仅在该区域中露出Si掺杂n型GaN接触层的表面。然后，利用真空蒸镀法，在GIO15膜层(正极)上的一部分以及Si掺杂n型GaN接触层上，依次层叠由Cr构成的第一层(层厚40nm)、由Ti构成的第二层(层厚100nm)、由Au构成的第三层(层厚400nm)，并分别形成正极键合焊盘和负极。形成正极键合焊盘和负极后，通过金刚石微粒等的研磨粒对由蓝宝石形成的基板背面进行研磨，最终加工成镜面。然后，裁剪层叠结构体，分离成350μm×350μm的正方形的单个芯片，得到半导体发光元件。
(驱动电压(Vf)和发光输出功率(Po)的测定)
将如上所述得到的半导体发光元件(芯片)载置于引线框上，并通过金(Au)线与引线框连接。然后，通过由探针进行的通电，测定半导体发光元件在电流施加值为20mA下的顺时针方向电压(驱动电压：Vf)。另外，通过通常的积分球测定发光输出功率(Po)和发光波长。
关于发光面的发光分布，确认了在正极的整个面上发光。另外，半导体发光元件在460nm附近的波长区域具有发光波长，且Vf为3.2V、Po为12mW，显示出良好的值。
[实施例2]
除了将形成于氮化镓系化合物半导体层的p型GaN接触层上的透明导电膜变更为由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜、并将对上述透明导电膜形成图案后的退火处理温度调整为400℃、以及在退火处理之前对炉内抽真空至1Pa以下后流入纯度4N的高纯度氮气以外，与实施例1相同地操作，制作出半导体发光元件。
此处，在上述透明导电膜的溅射中，使用镓含量以Ga/(In+Ga+Sn)原子数比为0.15、以及锡含量以Sn/(In+Ga+Sn)原子数比为0.05的氧化物烧结体靶。
通过上述方法形成的由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜(以下、称作“GITO15”)，其在退火处理前于450nm波长区域的透过率为85％以上，在400nm附近波长区域具有75％以上的较高的透过率，但其表面电阻为30Ω/□，稍微高。另外，通过X射线衍射(XRD)法测定，可确认由上述方法形成的刚刚成膜后的GITO15膜为非晶质。
与此相对，退火处理刚刚结束后的GITO15膜在450nm波长区域的透过率为90％以上、在400nm附近波长区域也显示出85％以上的高透过率，而且，表面电阻为15Ω/□，即表面电阻值降低。另外，如图6所示，退火处理后的XRD测定的结果，确认In2O3相的衍射峰，确认了GITO15膜发生了结晶化。
另外，所得到的半导体发光元件在400nm附近的波长区域具有发光波长，且Vf为3.25V、Po为13mW，显示出良好的数值。
[实施例3]
除了将在氮化镓系化合物半导体层的p型GaN接触层上形成的透明导电膜变更为由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜，以及将对上述透明导电膜形成图案后的退火处理环境调整为真空，而且将温度调整为400℃以外，与实施例1相同地操作，制作出半导体发光元件。
此处，在上述透明导电膜的溅射中，使用镓含量以Ga/(In+Ga+Sn)原子数比为0.05、且锡含量以Sn/(In+Ga+Sn)原子数比为0.09的氧化物烧结体靶。
通过上述方法形成的由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜(以下、称作“GITO5”)，其退火处理前在450nm波长区域的透过率为85％以上，在400nm附近的波长区域具有75％以上的较高的透过率。另外，表面电阻为25Ω/□，稍微高。另外，通过X射线衍射(XRD)法进行测定，确认了由上述方法形成的刚刚成膜后的GITO5膜为非晶质。
与此相对，退火处理刚刚结束后的GITO5膜在450nm波长区域的透过率为90％以上，在400nm附近的波长区域也显示出90％以上的高透过率，而且，表面电阻为10Ω/□，有了显著的降低。另外，退火处理后的XRD测定的结果，确认In2O3相的衍射峰，由此确认了GITO5膜发生了结晶化。
另外，所得到的半导体发光元件在400nm附近的波长区域具有发光波长，且Vf为3.2V、Po为16mW，显示出非常良好的数值。
[实施例4]
除了在退火处理气体中使用氮和氢的混合气体，以及将退火处理温度变更为450℃以外，与实施例3同样地操作，制作半导体发光元件。另外，退火处理刚刚结束后的GITO5膜，其在450nm波长区域的透过率为90％以上，在400nm附近的波长区域的透过率为90％以上、表面电阻为7Ω/□。另外，与实施例3同样地，退火处理后XRD的测定结果，确认了GITO5膜已发生了结晶化。另外，所得到的半导体发光元件在400nm附近的波长区域具有发光波长，且Vf为3.15V、Po为17mW，显示出非常良好的数值。
[实施例5]
除了在透明导电膜的溅射中使用镓含量以Ga/(In+Ga)原子数比为0.10的氧化物烧结体靶，以及将上述透明导电膜的图案形成后的退火处理温度调整为220℃以外，与实施例1相同地操作，制作出半导体发光元件。
由上述方法形成的由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜(以下、称作“GIO10”)，其退火处理前在450nm波长区域的透过率为90％以上，在400nm附近的波长区域具有75％以上的较高的透过率，表面电阻为20Ω/□。另外，通过X射线衍射(XRD)法的测定，确认由上述方法形成的成膜刚刚结束后的GIO10膜为非晶质。
退火处理刚刚结束后的GIO10膜，其在450nm波长区域的透过率为90％以上，在400nm附近的波长区域也显示出80％以上的高透过率，进而，表面电阻为16Ω/□，有了降低。另外，退火处理后的XRD测定的结果，没有发现衍射峰，确认GIO10膜为非晶质。
另外，所得到的半导体发光元件在400nm附近的波长区域具有发光波长，且Vf为3.2V、Po为13mW，显示出良好的数值。
[实施例6]
除了在透明导电膜的溅射中使用镓含量以Ga/(In+Ga)原子数比为0.20的氧化物烧结体靶以及将上述透明导电膜的图案形成后的退火处理温度调整为300℃以外，与实施例1同样地操作，制作出半导体发光元件。
由上述方法形成的由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜(以下、称作“GIO20”)，其退火处理前在450nm波长区域的透过率为90％以上，在400nm附近的波长区域具有80％以上的较高的透过率，表面电阻为29Ω/□。另外，通过用X射线衍射(XRD)测定，确认由上述方法形成的成膜刚刚结束后的GIO20膜为非晶质。
刚刚退火处理后的GIO20膜，其在450nm波长区域的透过率为90％以上，在400nm附近的波长区域也显示出85％以上的高透过率，而且表面电阻降至19Ω/□。另外，退火处理后的XRD测定的结果，没有发现衍射峰，确认了GIO20膜为非晶质。
另外，所得到的半导体发光元件在400nm附近的波长区域具有发光波长，且Vf为3.25V、Po为12mW，显示出良好的数值。
[实施例7]
除了在透明导电膜的溅射中使用镓含量以Ga/(In+Ga)原子数比为0.35的氧化物烧结体靶，以及将对上述透明导电膜形成图案后的退火处理温度调整为450℃以外，与实施例1相同地操作，制作半导体发光元件。
由上述方法形成的由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜(以下、称作“GIO35“)，其退火处理前在450nm波长区域的透过率为90％以上，在400nm附近的波长区域也显示出80％以上的较高的透过率，表面电阻为39Ω/□。另外，通过X射线衍射(XRD)法进行测定，确认由上述方法形成的成膜刚刚结束后的GIO35膜为非晶质。
退火处理刚刚结束后的GIO35膜在450nm波长区域的透过率为90％以上，在400nm附近的波长区域也显示出85％以上的高透过率，而且，表面电阻降至20Ω/□。另外，退火处理后的XRD的测定的结果，没有发现衍射峰，确认GIO35膜为非晶质。
另外，所得到的半导体发光元件在400nm附近的波长区域具有发光波长，且Vf为3.25V、Po为12mW，显示出良好的数值。
[实施例8]
除了将在氮化镓系化合物半导体层的p型GaN接触层上的透明导电膜变更为由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜，以及将对上述透明导电膜形成图案后的退火处理温度调整为300℃以外，与实施例1相同地操作，制作出半导体发光元件。
此处，在上述透明导电膜的溅射中，使用镓含量以Ga/(In+Ga+Sn)原子数比为0.02、且锡含量以Sn/(In+Ga+Sn)原子数比为0.11的氧化物烧结体靶。
由上述方法形成的由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜(以下、称作“GITO2“)，其退火处理前在450nm的波长区域的透过率为85％以上，在400nm附近的波长区域具有75％以上的较高的透过率，表面电阻为24Ω/□。另外，通过X射线衍射(XRD)法进行测定，确认由上述方法形成的成膜刚刚结束后的GITO2膜为非晶质。
退火处理刚刚结束后的GITO2膜，其在450nm波长区域的透过率为90％以上，在400nm附近的波长区域也显示出90％以上的高透过率，而且表面电阻降至9Ω/□。另外，退火处理后的XRD测定的结果，发现In2O3相的衍射峰，确认了GITO2膜已被结晶化。
另外，所得到的半导体发光元件在400nm附近的波长区域具有发光波长，且Vf为3.2V、Po为16mW，显示出良好的数值。
[实施例9]
将在氮化镓系化合物半导体层的p型GaN接触层上形成的透明导电膜变更为由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜，以及将对上述透明导电膜形成图案后的退火处理温度调整为480℃，除此之外，与实施例1同样地操作，制作出半导体发光元件。
此处，在上透明导电膜的溅射中，使用镓含量以Ga/(In+Ga+Sn)原子数比为0.30、且锡含量以Sn/(In+Ga+Sn)原子数比为0.01的氧化物烧结体靶。
由上述方法形成的由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜(以下、称作“GITO30”)，其退火处理前在450nm波长区域的透过率为90％以上，在400nm附近的波长区域具有85％以上的较高的透过率，表面电阻为36Ω/□。另外，通过用X射线衍射(XRD)法测定，确认由上述方法形成的成膜刚刚结束后的GITO30膜为非晶质。
退火处理刚刚结束后的GITO30膜，其在450nm波长区域的透过率为90％以上，在400nm附近的波长区域也显示出90％以上的高透过率，表面电阻为20Ω/□。另外，退火处理后的XRD测定的结果，发现In2O3相的衍射峰，确认了GITO30膜已被结晶化。
另外，所得到的半导体发光元件在400nm附近的波长区域具有发光波长，其Vf为3.25V、Po为12mW，显示出良好的数值。
[比较例1]
除了将退火处理的温度调整为500℃以外，与实施例2相同地操作，制作出半导体发光元件。另外，退火处理后的GITO15膜，停留在450nm波长区域的透过率为85％以上，在400nm附近的波长区域的透过率约为80％以上，表面电阻为21Ω/□左右的特性中。另外，所得到的半导体发光元件在400nm附近的波长区域具有发光波长，且其Vf为3.4V、Po为11mW，无法得到良好的数值。
[比较例2]
将在氮化镓系化合物半导体层的p型GaN接触层上形成的透明导电膜变更为IZO膜，以及对IZO膜形成图案后的退火处理温度调整为600℃，除此之外与实施例2同样地操作，制作半导体发光元件。此处，在IZO膜的溅射中，使用氧化锌含量为10.7重量％的氧化物烧结体靶。
由上述方法形成的IZO膜，其在450nm波长区域的透过率为90％、在400nm附近的波长区域具有约60％的透过率，表面电阻为19Ω/□。另外，由上述方法形成的成膜刚刚结束后的IZO膜，通过X射线衍射(XRD)法测定，确认为非晶质。
通过X射线衍射法的测定，确认退火处理刚刚结束后的IZO膜已被结晶化，但400nm附近的波长区域的透过率仅上升到75％左右，另外，表面电阻也反而增加至27Ω/□。而且，可确认退火处理后的IZO膜，其膜厚减少了10％左右。其原因推测为，由于在600℃的高温下进行退火处理，因此，锌成分挥发掉的缘故。
另外，所得到的半导体发光元件在400nm附近的波长区域具有发光波长，其Vf为3.5V、Po为11mW，无法得到良好的数值。
[评价]
从实施例1、实施例5、实施例6及实施例7的结果明确可知，在适宜的温度范围进行退火处理的由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜为非晶质，但在蓝色波长区域的透过率高，表面电阻也低。另外，作为正极使用的半导体发光元件，也在蓝色波长区域显示出优异的发光特性。
从实施例2、实施例3、实施例4、实施例8及实施例9的结果明确可知，在适宜的温度范围或环境下进行退火处理的由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜，通过进行结晶化，其从紫外到蓝色的波长区域的透过率也高，表面电阻也低。另外，将这些透明导电膜用作正极的半导体发光元件，也在从紫外到蓝色的波长区域显示出优异的发光特性。
另一方面，通过比较例2的结果明确可知，若将IZO膜用作透明导电膜，将其在IZO膜的结晶化所需的温度范围内(600℃)进行退火处理时，在IZO膜的正下方设置的p型半导体层中存在的镓元素向IZO膜中扩散，认为阻碍了电阻率和接触电阻的低电阻化。另外，由于在600℃的高温下进行退火处理，引起锌成分的挥发，确认IZO膜的膜厚减少了10％左右。因此，不会提高从紫外到蓝色的波长区域的透过率，导致表面电阻反而增大的结果。
另外，如比较例1所示，即使是由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜，当在超过规定的温度范围的高温下进行退火处理时，与比较例2同样地，产生p型半导体层中存在的镓元素向透明导电膜中的扩散，认为阻碍了电阻率和接触电阻的低电阻化。为此，不会提高从紫外到蓝色波长区域的透过率，导致表面电阻的降低也受到限制的结果。
因此，明确可知将这些比较例的透明导电膜用作正极的半导体发光元件，在从紫外到蓝色的波长区域得不到良好的发光特性。
工业实用性
通过用本发明的半导体发光元件构成灯，可得到能够有效地发出蓝色光和紫外光的发光特性优异的灯。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种半导体发光元件，具有至少含p型半导体层的化合物半导体层和在该p型半导体层上设置的透明电极，其特征在于，通过由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜来形成所述透明电极，所述透明导电膜的镓含量以Ga/(In+Ga)原子数比为0.10以上且小于0.35。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，上述透明导电膜为非晶质。
3.一种半导体发光元件，具有至少含p型半导体层的化合物半导体层和在该p型半导体层上设置的透明电极，其特征在于，通过由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜来形成所述透明电极，所述透明导电膜的镓含量以Ga/(In+Ga+Sn)原子数比为0.02～0.30、锡含量以Sn/(In+Ga+Sn)原子数比为0.01～0.11，且该透明导电膜已被结晶化。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体发光元件，其中，上述化合物半导体层至少在350nm～500nm的范围具有发光波长。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体发光元件，其中，上述化合物半导体层为氮化镓系化合物半导体层。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体发光元件，其中，上述透明导电膜在450nm附近的波长区域具有85％以上的透过率。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的半导体发光元件，其中，上述透明导电膜在400nm附近的波长区域具有80％以上的透过率。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的半导体发光元件，其中，上述透明导电膜的表面电阻为20Ω/□以下。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的半导体发光元件，其中，上述透明导电膜的厚度为10nm～1000nm。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的半导体发光元件，其中，在上述透明电极上形成有保护层。
11.一种半导体发光元件的制造方法，是具有至少含p型半导体层的化合物半导体层和在该p型半导体层上设置的透明电极的、权利要求1～10中任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，包括：
在所述p型半导体层上形成非晶质状态的由铟和镓构成的氧化物膜、或形成非晶质状态的由铟、镓和锡构成的氧化物膜，从而形成透明导电膜的工序；以及
在200℃～480℃的温度下对上述透明导电膜进行退火处理的工序。
12.根据权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法，其中，当通过上述非晶质状态的由铟和镓构成的氧化物形成上述透明导电膜的情况下，通过上述退火处理在上述透明导电膜中生成微结晶，且维持该非晶质状态。
13.根据权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法，其中，当通过上述非晶质状态的由铟、镓和锡构成的氧化物形成上述透明导电膜的情况下，通过上述退火处理，使上述透明导电膜结晶化。
14.根据权利要求11～13中任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其中，还设置有在进行上述退火处理之前对上述透明导电膜形成图案的工序。
15.根据权利要求11～14中任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其中，在不含氧的环境中进行上述退火处理。
16.根据权利要求11～15中任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其中，在真空环境中、氮环境中或者氮和氢的混合气体环境中进行上述退火处理。
17.根据权利要求11～16中任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其中，还设置有上述退火处理后在上述透明导电膜上层叠保护层的工序。
18.一种灯，其使用权利要求1～10中任一项所述的半导体发光元件。

Claims (20)

1.一种半导体发光元件，具有至少含p型半导体层的化合物半导体层和在该p型半导体层上设置的透明电极，其特征在于，通过由铟和镓构成的氧化物的透明导电膜来形成所述透明电极。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，上述透明导电膜的镓含量以Ga/(In+Ga)原子数比为0.10～0.35。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其中，上述透明导电膜为非晶质。
4.一种半导体发光元件，具有至少含p型半导体层的化合物半导体层和在该p型半导体层上设置的透明电极，其特征在于，通过由铟、镓和锡构成的氧化物的透明导电膜来形成所述透明电极，且该透明导电膜已被结晶化。
5.根据权利要求4所述的半导体发光元件，其中，上述透明导电膜的镓含量以Ga/(In+Ga+Sn)原子数比为0.02～0.30，锡含量以Sn/(In+Ga+Sn)原子数比为0.01～0.11。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体发光元件，其中，上述化合物半导体层至少在350nm～500nm的范围具有发光波长。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的半导体发光元件，其中，上述化合物半导体层为氮化镓系化合物半导体层。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的半导体发光元件，其中，上述透明导电膜在450nm附近的波长区域具有85％以上的透过率。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的半导体发光元件，其中，上述透明导电膜在400nm附近的波长区域具有80％以上的透过率。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的半导体发光元件，其中，上述透明导电膜的表面电阻为20Ω/□以下。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的半导体发光元件，其中，上述透明导电膜的厚度为10nm～1000nm。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的半导体发光元件，其中，在上述透明电极上形成有保护层。
13.一种半导体发光元件的制造方法，是具有至少含p型半导体层的化合物半导体层和在该p型半导体层上设置的透明电极的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，包括：
在所述p型半导体层上形成非晶质状态的由铟和镓构成的氧化物膜、或形成非晶质状态的由铟、镓和锡构成的氧化物膜，从而形成透明导电膜的工序；以及
在200℃～480℃的温度下对上述透明导电膜进行退火处理的工序。
14.根据权利要求13所述的半导体发光元件的制造方法，其中，当通过上述非晶质状态的由铟和镓构成的氧化物形成上述透明导电膜的情况下，通过上述退火处理在上述透明导电膜中生成微结晶，且维持该非晶质状态。
15.根据权利要求13所述的半导体发光元件的制造方法，其中，当通过上述非晶质状态的由铟、镓和锡构成的氧化物形成上述透明导电膜的情况下，通过上述退火处理，使上述透明导电膜结晶化。
16.根据权利要求13～15中任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其中，还设置有在进行上述退火处理之前对上述透明导电膜形成图案的工序。
17.根据权利要求13～16中任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其中，在不含氧的环境中进行上述退火处理。
18.根据权利要求13～17中任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其中，在真空环境中、氮环境中或者氮和氢的混合气体环境中进行上述退火处理。
19.根据权利要求13～18中任一项所述的半导体发光元件的制造方法，其中，还设置有上述退火处理后在上述透明导电膜上层叠保护层的工序。
20.一种灯，其使用权利要求1～12中任一项所述的半导体发光元件。
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