CN101978514B - 化合物半导体发光元件及其制造方法、化合物半导体发光元件用导电型透光性电极、灯、电子设备以及机械装置 - Google Patents

化合物半导体发光元件及其制造方法、化合物半导体发光元件用导电型透光性电极、灯、电子设备以及机械装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种化合物半导体发光元件，其特征在于：在基板(11)上按顺序层叠有由化合物半导体形成的n型半导体层(12)、发光层(13)以及p型半导体层(14)，还具备由导电型透光性电极形成的正极(15)以及由导电型电极形成的负极(17)，形成正极(15)的导电型透光性电极是包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的透明导电膜。

Description

化合物半导体发光元件及其制造方法、化合物半导体发光元件用导电型透光性电极、灯、电子设备以及机械装置
技术领域
本发明涉及能够适宜用于发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、电子器件等、层叠化合物半导体而成的化合物半导体发光元件及其制造方法、用于化合物半导体发光元件的化合物半导体发光元件用导电型透光性电极、具备化合物半导体发光元件的灯、组装有该灯的电子设备以及组装有该电子设备的机械装置。
本申请主张基于2008年1月24日在日本申请的特愿2008-014232号、2008年3月17日在日本申请的特愿2008-068076号、2008年10月23日在日本申请的特愿2008-273092号的优先权，在这里引用其内容。
背景技术
以往以来，作为化合物半导体发光元件的一例，pn结型的发光二极管(LED)众所周知，例如，已知作为发光层而利用了在基板上外延生长导电性的磷化镓(GaP)单晶而得到的GaP层的GaP系LED等。另外，具有将砷化铝·镓混合晶体(组成式AlXGaYAs：0≤X，Y≤1，并且X+Y＝1)、磷化铝·镓·铟混合晶体(组成式AlXGaYInZP：0≤X，Y、Z≤1，并且X+Y+Z＝1)作为发光层的从红色带、橙黄色带到绿色带的LED。另外，已知将氮化镓·铟(组成式GaαInβN：0≤α，β≤1，并且α+β＝1)等氮化镓系化合物半导体层作为发光层的近紫外带、蓝色带或者绿色带的短波长LED。
在上述那样的例如AlXGaYInZP系LED中，将导电性的p型或者n型的砷化镓(GaAs)单晶作为基板，在该基板上形成导电性的n型或者p型的发光层。另外，在蓝色LED中，作为基板而利用了具有电绝缘性的蓝宝石(α-Al2O3单晶)等单晶。另外，在短波长LED中，也利用立方晶(3C晶型)或者六方晶(4H或者6H晶型)的碳化硅(SiC)来作为基板。而且，在使半导体层层叠在这些基板上而得到的半导体晶片上的预定的位置，设置例如第一导电型透光性电极与第二导电型电极，由此形成发光元件。
在此，特别在氮化镓系化合物半导体发光元件的情况下，以蓝宝石单晶为主，将各种氧化物、III-V族化合物作为基板，在其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，形成氮化镓系化合物半导体。
以往，作为氮化镓系化合物半导体发光元件的特征，具有向横向的电流扩散较小的特性，电流仅被注入至电极正下的半导体层，所以存在由发光层发出的光被电极遮挡而难以取出到外部的问题。因此，在这样的氮化镓系化合物半导体发光元件中，通常为如下结构：将透光性电极用作正极，通过正极而取出光。
作为透光性电极，可以使用例如具有Ni/Au的层叠构造的电极、如ITO等的周知的导电材料。另外，近年来，由于是透光性更优异的材料，所以提出了利用以In2O3、ZnO等为主成分的氧化物系的透光性电极(例如，参照专利文献1)。专利文献1记载的发光元件所使用的ITO是作为透光性电极最多使用的材料，这样的ITO由于包含例如掺杂了5～20质量％的SnO2的In2O3，因此能够得到具有2×10-4Ωcm以下的低电阻率的导电性氧化膜。
另外，为了提高从透光性电极的光取出效率，提出了在透光性电极的光取出面设置凹凸加工(例如，参照专利文献2)。在专利文献2记载的发光元件所具备的透光性电极中，在低电阻的ITO刚刚成膜之后形成微晶，为了在ITO上设置凹凸加工，需要使用氯化亚铁(FeCl3)水溶液、盐酸(HCl)等蚀刻液。然而，在使用了如这些的强酸蚀刻液的湿式蚀刻处理中，蚀刻速度快，所以难以控制，存在在ITO的边缘部分容易产生毛刺(burr)的问题，另外，容易发生过蚀刻，所以有可能导致成品率下降。
为了解决上述专利文献2所记载那样的向透光性电极的凹凸加工处理中的问题，提出了通过溅射法形成无定形(非晶体)的IZO膜，由此不使用如上述蚀刻液的强酸液，比较平缓地进行蚀刻处理(例如，参照专利文献3)。根据专利文献3所记载的方法，与通过强酸进行的蚀刻处理相比，难以产生毛刺、过蚀刻等，另外，也能够容易地进行用于提高光取出效率的微细加工。
然而，无定形的IZO膜与实施了热处理的ITO膜相比，在透光性的方面较差，所以具有光取出效率低下、发光元件的发光输出降低的问题。另外，无定形的IZO膜，与p型GaN层之间的接触电阻较高，所以具有发光元件的驱动电压变高的问题。进一步，由于为无定形状，所以耐水性、耐药品性较差，有可能导致产生IZO膜的成膜后的制造工序中的成品率低下、元件的可靠性的低下等问题。
另一方面，提出了将结晶化后的IZO膜设置于p型半导体上而用作透光性电极的发光元件(例如，参照专利文献4)。另外，在专利文献4中公开了如下等内容：在不含氧的氮中对无定形状的IZO膜进行300～600℃的温度范围的退火处理，由此薄膜电阻(sheet resistance)随着该退火温度的上升而减少(参照专利文献4的0036段)；当在600℃以上的温度下对IZO膜进行退火处理时，则主要检测出由In2O3形成的X射线的峰值，据此，明显是IZO膜发生了结晶化(参照专利文献4的0038段)。另外，在专利文献4中公开了，当在600℃的温度下对IZO膜进行了退火处理时，与不实施退火处理的IZO膜相比，紫外区域(波长：350～420nm)中的透射率升高20～30％(参照专利文献4的0040段)，另外公开了，在具备这样的IZO膜的发光元件中，发光面的发光分布为在正极的整个面发光的特性，为驱动电压Vf为3.3V、发光输出Po为15mW的元件特性(参照专利文献4的0047段)。
另外，关于氧化铟(In2O3)的结晶构造，In2O3具有立方晶系与六方晶系2种不同的结晶系，以往以来已知在立方晶系的情况下，在常压或者比常压低的压力下为稳定的结晶相的方铁锰矿(bixbyite)结晶构造，在各种文献中有所公开。另外，提出了使用具有上述那样的立方晶方铁锰矿型的结晶构造的多晶氧化铟锡膜的液晶显示面板(例如，参照专利文献5)。
如上所述，为了提高发光元件的发光特性，需要进一步提高从设置于p型半导体层上的透光性电极的光取出效率。然而，在上述专利文献1～5所记载的透光性电极的结构中不能得到充分的透光特性，期望具备具有更高的透光特性的透光性电极、具有优异的发光特性的化合物半导体发光元件。
专利文献1：特开2005-123501号公报
专利文献2：特开2000-196152号公报
专利文献3：特开平08-217578号公报
专利文献4：特开2007-287845号公报
专利文献5：特开2001-215523号公报
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种发光特性优异的化合物半导体发光元件及其制造方法、以及光取出效率优异并且具有较高的生产性的化合物半导体发光元件用导电型透光性电极。
另外，本发明的目的在于提供一种具备上述化合物半导体发光元件的发光特性优异的灯、组装有该灯的电子设备以及组装有该电子设备的机械装置。
本发明者为了解决上述问题进行了锐意研究，结果完成了下面所述的发明。
即，本发明涉及以下。
[1]一种化合物半导体发光元件，该化合物半导体发光元件在基板上按顺序层叠有由化合物半导体形成的n型半导体层、发光层以及p型半导体层，还具备由导电型透光性电极形成的正极以及由导电型电极形成的负极，其特征在于，
形成所述正极的导电型透光性电极是包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的透明导电膜。
[2]如前项1所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述透明导电膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上。
[3]如前项1或者前项2所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述透明导电膜内的载流子的载流子浓度为1×1020～5×1021cm-3的范围。
[4]如前项1至3的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述透明导电膜的薄膜电阻为50Ω/sq以下。
[5]如前项1至4的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述透明导电膜的厚度为35nm～10000nm(10μm)的范围。
[6]如前项1至5的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，在所述透明导电膜的表面进行了凹凸加工。
[7]如前项6所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，在所述透明导电膜的表面形成有多个独立的凹部。
[8]如前项7所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述透明导电膜的凹部的合计面积相对于所述透明导电膜整体的面积的比例为1/4～3/4的范围。
[9]如前项6至8的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述透明导电膜的凹部的所述透明导电膜的厚度为凸部的所述透明导电膜的厚度的1/2以下。
[10]如前项1至9的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述透明导电膜为IZO膜、ITO膜、IGO膜中的任意一种。
[11]如前项1至10的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述透明导电膜为IZO膜，所述IZO膜中的ZnO含有量为1～20质量％的范围。
[12]如前项1至11的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述化合物半导体为氮化镓系化合物半导体。
[13]如前项1至12的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，由所述导电型透光性电极形成的正极设置在所述p型半导体层上，由所述导电型电极形成的负极设置在所述n型半导体层上。
[14]一种化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，至少包括下述(a)～(d)所述的各工序：
(a)半导体层形成工序，在基板上按顺序层叠有由化合物半导体形成的n型半导体层、发光层以及p型半导体层而制作半导体晶片；
(b)导电型透光性电极层叠工序，在所述p型半导体层上层叠无定形状的透明导电膜；
(c)将所述透明导电膜蚀刻成预定形状的蚀刻工序；以及
(d)热处理工序，通过对蚀刻后的所述透明导电膜，在300～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理，由此将所述透明导电膜控制为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶、并且膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上的特性。
[15]如前项14所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述透明导电膜为IZO膜、ITO膜、IGO膜中的任意一种。
[16]如前项14或前项15所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在所述(d)所述的热处理工序中，对所述透明导电膜，在300～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理，由此将所述透明导电膜控制为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶、并且膜内的载流子迁移率为30～100cm2/V·sec的范围的特性。
[17]如前项14至16的任意一项所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在所述(b)所述的导电型透光性电极形成工序中，通过溅射法层叠所述透明导电膜。
[18]如前项14至17的任意一项所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述化合物半导体为氮化镓系化合物半导体。
[19]如前项14至18的任意一项所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在所述p型半导体层之上层叠形成所述透明导电膜。
[20]一种化合物半导体发光元件，其通过前项14至19中的任意一项所述的制造方法制造。
[21]一种化合物半导体发光元件用导电型透光性电极，其特征在于，至少由包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的透明导电膜形成，并且膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上。
[22]如前项21所述的化合物半导体发光元件用导电型透光性电极，其特征在于，膜内的载流子的迁移率为30～100cm2/V·sec的范围。
[23]如前项21或前项22所述的化合物半导体发光元件用导电型透光性电极，其特征在于，膜内的载流子浓度为1×1020～5×1021cm-3的范围。
[24]一种灯，其具备前项1至13或者前项20中的任意一项所述的化合物半导体发光元件。
[25]一种电子设备，其组装有前项24所述的灯。
[26]一种机械装置，其组装有前项25所述的电子设备。
另外，本发明涉及以下。
[27]一种化合物半导体发光元件，该化合物半导体发光元件在基板上按顺序层叠有由化合物半导体形成的n型半导体层、发光层以及p型半导体层，还具备由导电型透光性电极形成的正极以及由导电型电极形成的负极，其特征在于，形成所述正极的导电型透光性电极由结晶化了的IZO膜形成，该IZO膜是包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的膜。
[28]如前项27所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述IZO膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上。
[29]如前项28所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述IZO膜内的载流子的迁移率为35cm2/V·sec以上。
[30]如前项28所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述IZO膜内的载流子的迁移率为38cm2/V·sec以上。
[31]如前项28所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述IZO膜内的载流子的迁移率为30～100cm2/V·sec的范围。
[32]如前项29所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述IZO膜内的载流子的迁移率为35～90cm2/V·sec的范围。
[33]如前项27至32的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述IZO膜内的载流子的载流子浓度为1×1020～5×1021cm-3的范围。
[34]如前项27至33的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述IZO膜的薄膜电阻为50Ω/sq以下。
[35]如前项27至34的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述IZO膜中的ZnO含有量为1～20质量％的范围。
[36]如前项27至35的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述IZO膜的厚度为35nm～10000nm(10μm)的范围。
[37]如前项27至36的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，在所述IZO膜的表面进行了凹凸加工。
[38]如前项37所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，在所述IZO膜的表面形成有多个独立的凹部。
[39]如前项38所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述IZO膜的凹部的合计面积相对于IZO膜整体的面积的比例为1/4～3/4的范围。
[40]如前项37至39的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述IZO膜的凹部的IZO膜的厚度为凸部的IZO膜的厚度的1/2以下。
[41]如前项27至40的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，所述化合物半导体为氮化镓系化合物半导体。
[42]如前项27至41的任意一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，由所述导电型透光性电极形成的正极设置在所述p型半导体层上，由所述导电型电极形成的负极设置在所述n型半导体层上。
[43]一种化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，至少包括下述(a)～(d)所述的各工序：
(a)半导体层形成工序，在基板上按顺序层叠有由化合物半导体形成的n型半导体层、发光层以及p型半导体层而制作半导体晶片；
(b)导电型透光性电极层叠工序，在所述p型半导体层上层叠无定形状的IZO膜；
(c)将所述IZO膜蚀刻成预定形状的蚀刻工序；以及
(d)热处理工序，通过对蚀刻后的所述IZO膜，在500～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理，由此将所述IZO膜控制为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶、并且膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上的特性。
[44]如前项43所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在所述(d)所述的热处理工序中，对所述IZO膜，在500～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理，由此将所述IZO膜控制为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶、并且膜内的载流子迁移率为30～100cm2/V·sec的范围的特性。
[45]如前项44的任意一项所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，在所述(b)所述的导电型透光性电极形成工序中，通过溅射法层叠所述IZO膜。
[46]如前项43至45的任意一项所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述化合物半导体为氮化镓系化合物半导体。
[47]如前项43至46的任意一项所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述p型半导体层上层叠形成所述IZO膜。
[48]一种化合物半导体发光元件，其通过前项43至47中的任意一项所述的制造方法制造。
[49]一种化合物半导体发光元件用导电型透光性电极，其特征在于，至少由包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的IZO膜形成，并且膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上。
[50]如前项48所述的化合物半导体发光元件用导电型透光性电极，其特征在于，膜内的载流子的迁移率为30～100cm2/V·sec的范围。
[51]如前项49或前项50所述的化合物半导体发光元件用导电型透光性电极，其特征在于，膜内的载流子浓度为1×1020～5×1021cm-3的范围。
[52]一种灯，其具备前项27至42或者前项48中的任意一项所述的化合物半导体发光元件。
[53]一种电子设备，其组装有前项52所述的灯。
[54]一种机械装置，其组装有前项53所述的电子设备。
根据本发明的化合物半导体发光元件，在基板上层叠有由化合物半导体形成的各层，还具备由导电型透光性电极形成的正极以及由导电型电极形成的负极，形成所述正极的导电型透光性电极是包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的透明导电膜，所以能够做成从可见光到紫外光区域具有特别高的光透射率的导电型透光性电极，能够提高发光元件的光取出特性。由此，能够实现具有格外优异的发光输出特性的化合物半导体发光元件。
另外，进一步，通过设为将形成导电型透光性电极的透明导电膜内的载流子的迁移率控制为30cm2/V·sec以上的结构，能够做成低电阻的正极，能够实现驱动电压低的化合物半导体发光元件。
根据本发明的化合物半导体发光元件，在基板上层叠有由化合物半导体形成的各层，还具备由导电型透光性电极形成的正极以及由导电型电极形成的负极，形成正极的导电型透光性电极由结晶化的IZO膜形成，该IZO膜是包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的构成，所以能够做成从可见光到紫外光区域具有特别高的光透射率的导电型透光性电极，能够提高发光元件的光取出特性。由此，能够实现具有格外优异的发光输出特性的化合物半导体发光元件。
另外，进一步，通过设为将形成导电型透光性电极的IZO膜内的载流子的迁移率控制为30cm2/V·sec以上的构成，能够做成低电阻的正极，能够实现驱动电压低的化合物半导体发光元件。
另外，根据本发明的化合物半导体发光元件的制造方法，由于是包括下述各工序的方法：在基板上层叠由化合物半导体形成的各层而制作半导体晶片的半导体层形成工序；在p型半导体层上层叠无定形状的透明导电膜的导电型透光性电极层叠工序；将透明导电膜蚀刻成预定形状的蚀刻工序；和通过对透明导电膜在300～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理、将透明导电膜控制为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶、并且膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上的特性的热处理工序，所以能够得到具备从可见光到紫外光区域具有特别优异的光透射率的导电型透光性电极、具有格外优异的发光输出特性、并且低驱动电压的化合物半导体发光元件。
另外，根据本发明的化合物半导体发光元件的制造方法，由于是包括下述各工序的方法：在基板上层叠由化合物半导体形成的各层而制作半导体晶片的半导体层形成工序；在p型半导体层上层叠无定形状的IZO膜的导电型透光性电极层叠工序；将IZO膜蚀刻成预定形状的蚀刻工序；和通过对IZO膜在500～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理、将IZO膜控制为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶并且膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上的特性的热处理工序，所以能够得到具备从可见光到紫外光区域具有特别优异的光透射率的导电型透光性电极、具有格外优异的发光输出特性、并且低驱动电压的化合物半导体发光元件。
另外，根据本发明的化合物半导体发光元件用透光性电极，为至少由包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的透明导电膜形成、并且膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上的结构，所以能够得到低电阻并且具有优异的透光性的电极。
另外，根据本发明的化合物半导体发光元件用透光性电极，为至少由包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的IZO膜形成、并且膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上的结构，所以能够得到低电阻并且具有优异的透光性的电极。
另外，根据本发明的灯，具备上述本发明的半导体化合物发光元件，所以发光特性优异。
另外，根据本发明的电子设备，组装有上述本发明的灯，所以设备特性优异，另外，根据本发明的机械装置，组装有上述本发明的电子设备，所以装置特性优异。
附图说明
图1是示意说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的一个例子的图，是表示截面构造的概略图。
图2是示意说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的一个例子的图，是表示俯视构造的概略图。
图3是示意说明使用于本发明涉及的化合物半导体发光元件的半导体晶片的一个例子的剖视图。
图4是示意说明使用本发明涉及的化合物半导体发光元件而构成的灯的概略图。
图5A是示意说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的其他的例子的图，是表示在形成正极的IZO膜的表面形成有凹凸形状的例子的概略图。
图5B是示意说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的其他的例子的图，是表示在形成正极的IZO膜的表面形成有凹凸形状的例子的概略图。
图6是示意说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的其他的例子的图，是表示在形成正极的IZO膜的表面形成有凹凸形状的例子的概略图。
图7是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示对于IZO膜的热处理温度与薄膜电阻的关系的坐标图。
图8是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示对于IZO膜的热处理温度与载流子浓度的关系的坐标图。
图9是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示对于IZO膜的热处理温度与载流子的迁移率的关系的坐标图。
图10是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示不实施热处理的IZO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图11是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示在300℃的温度下实施了热处理的IZO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图12是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示在400℃的温度下实施了热处理的IZO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图13是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示在500℃的温度下实施了热处理的IZO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图14是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示在600℃的温度下实施了热处理的IZO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图15是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示在650℃的温度下实施了热处理的IZO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图16是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示在700℃的温度下实施了热处理的IZO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图17是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示在800℃的温度下实施了热处理的IZO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图18是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示在900℃的温度下实施了热处理的IZO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图19是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示不进行热处理时与以预定温度进行了热处理时的IZO膜的光透射率与透射波长的关系的曲线图。
图20是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示IZO膜的热处理温度与发光元件的驱动电压(Vf)以及发光输出(Po)的关系的坐标图。
图21是说明本发明涉及的化合物半导体发光元件的实施例的图，是表示形成于IZO膜的表面的凹凸形状的凹部的深度与发光元件的驱动电压(Vf)以及发光输出(Po)的关系的坐标图。
图22是表示在400℃的温度下实施了热处理的ITO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图23是表示在600℃的温度下实施了热处理的ITO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图24是表示不实施热处理的IGO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图25是表示在200℃的温度下实施了热处理的IGO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图26是表示在400℃的温度下实施了热处理的IGO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
图27是表示在600℃的温度下实施了热处理的IGO膜的X射线衍射数据(XRD)的曲线图。
标号说明
1：化合物半导体发光元件(发光元件、氮化镓系化合物半导体发光元件)
10、20：半导体晶片
11、21：基板
12：n型半导体层
13：发光层
14：p型半导体层
15：正极(导电型透光性电极：IZO膜)
16：正极结合区
17：负极
22：GaN基底层(n型半导体层)
23：n型GaN接触层(n型半导体层)
24：n型AlGaN覆层(n型半导体层)
25：发光层
26：p型AlGaN覆层(p型半导体层)
27：p型GaN接触层(p型半导体层)
30：灯
具体实施方式
下面，针对本发明实施方式的化合物半导体发光元件及其制造方法、化合物半导体发光元件用导电型透光性电极、灯、电子设备以及机械装置，一边适当参照图1～6(以及图7～21)一边进行说明。图1是表示本实施方式的面朝上(faceup)型的化合物半导体发光元件的剖视图，图2是图1所示的化合物半导体发光元件的俯视图，图3是表示具有层叠体构造的氮化镓系化合物半导体层的一例的剖视图，图4是表示使用图1所示的化合物半导体发光元件而构成的灯的概略图，图5A、图5B以及图6是表示在化合物半导体发光元件所具备的正极形成有凹凸的例子的概略图。在下面的说明中参照的附图是用于说明本实施方式的化合物半导体发光元件及其制造方法、化合物半导体发光元件用导电型透光性电极、灯、电子设备以及机械装置的附图，图示的各部分的大小、厚度、尺寸等与实际的化合物半导体发光元件等的尺寸关系不同。
作为构成本发明中的发光元件的化合物半导体，可以列举例如设置于蓝宝石基板、或碳化硅或者硅基板等上的、通过一般式AlXGaYInZN1-aMa(0≤X≤1，0≤Y≤1，0≤Z≤1并且X+Y+Z＝1，记号M表示与氮元素不同的第V族元素，0≤a＜1)表示的III族氮化物半导体系发光元件。另外，也可以例示出设置于砷化镓(GaAs)单晶基板上的AlXGaYAs(0≤X、Y≤1，并且X+Y＝1)系发光元件、AlXGaYInZP(0≤X、Y、Z≤1，并且X+Y+Z＝1)系发光元件。另外，也能够应用设置于GaP基板上的GaP系发光元件。进一步，在本发明中，除此之外，也能够应用构成公知的发光元件的化合物半导体的结构。特别是，优选作为III族氮化物半导体的一例而优选应用氮化镓系化合物半导体发光元件。
在上述的发光元件中应用的化合物半导体层层叠在根据目标的功能而选择的基板上。例如，为了构成具有双异质(double hetero)结构造的发光层，例如在发光层的第一主面、第二主面即两面配置n型半导体层与p型半导体层。而且，为了供给驱动电流，在n型半导体层以及p型半导体层上分别配置电极。作为这样的电极，特别在光的出射侧，使用透光性高的导电型透光性电极。在本发明中，将在光的出射侧使用的导电型透光性电极设为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的透明导电膜。例如，在本发明中，可以将在光的出射侧使用的导电型透光性电极设为由结晶化的IZO膜形成、并且含有具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的电极。
另外，本发明并不限定于氮化镓系化合物半导体发光元件，也能够应用于使用了上述各种化合物半导体的发光元件。
[化合物半导体发光元件]
本实施方式的化合物半导体发光元件(下面有时简称为发光元件)1，如图1所示的例子，在基板11上按顺序层叠有由化合物半导体(下面，有时简称为半导体)形成的n型半导体层12、发光层13以及p型半导体层14，还具备由导电型透光性电极形成的正极15以及由导电型电极17形成的负极。形成正极15的导电型透光性电极由透明导电膜构成，所述透明导电膜包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶。例如，形成正极15的导电型透光性电极能够由结晶化的IZO膜形成，该IZO膜包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶。
另外，图示例的发光元件1在由导电型透光性电极形成的正极15上设有由导电型电极等材料形成的正极结合区(bonding pad)16。
下面，对本实施方式的发光元件1的层叠构造进行说明。
[基板]
对于基板11的材料，能够没有任何限制地使用蓝宝石单晶(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单晶等氧化物单晶、Si单晶、SiC单晶、GaAs单晶、AlN单晶、GaN单晶、以及ZrB2的硼化物单晶等公知的基板材料。
基板的面方位没有特别限定。另外，可以是正(just)基板，也可以是赋予了偏离角(off angle)的基板。
[半导体层(化合物半导体：氮化镓系化合物半导体)]
作为n型半导体层12、发光层13以及p型半导体层14，众所周知各种构造的层，能够没有任何限制地使用这些众所周知的层。特别是，对于p型半导体层14，使用载流子浓度为一般的浓度的层即可，对于载流子浓度比较低的例如1×1017cm-3左右的p型半导体层，也能够适用本发明中使用的由详细情况后述的透明导电膜形成的正极15。
另外，作为用于上述各半导体层的化合物半导体，例如可以列举氮化镓系化合物半导体，作为该氮化镓系化合物半导体，众所周知由一般式AlxInyGa1-x-yN(0≤x＜1，0≤y＜1，0≤x+y＜1)表示的各种组成的半导体，作为构成本发明中的n型半导体层、发光层以及p型半导体层的氮化镓系化合物半导体，也能够没有任何限制地使用通过一般式AlxInyGa1-x-yN(0≤x＜1，0≤y＜1，0≤x+y＜1)表示的各种组成的半导体。
另外，作为将上述那样的氮化镓系化合物半导体层叠于基板上而得到的半导体晶片的一例，如图3所示的具有层叠体构造的氮化镓系化合物半导体晶片20那样，可以列举结构如下的半导体晶片：在由蓝宝石形成的基板21上，层叠由AlN形成的图示省略的缓冲层，顺次层叠GaN基底层22、n型GaN接触层23、n型AlGaN覆层(clad layer，包覆层)24、由InGaN形成的发光层25、p型AlGaN覆层26、p型GaN接触层27。
[正极(导电型透光性电极：透明导电膜)]
在上述那样的设置于半导体层的最上层的p型半导体层14之上，层叠有由导电型透光性电极形成的正极15。形成本实施方式的正极15的导电型透光性电极由包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的透明导电膜构成。
透明导电膜优选为IZO(铟·锌系氧化物)膜、ITO(铟·锡系氧化物)膜、IGO(铟·镓系氧化物)膜的任意一种。
例如，形成本实施方式的正极15的导电型透光性电极能够由结晶化的IZO(铟·锌系氧化物)膜形成，并且该IZO膜包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶。
特别是，在本发明中，作为用于正极15的透明导电膜、优选IZO膜的特性，优选膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上。进而，更优选载流子的迁移率为35cm2/V·sec以上，最优选为38cm2/V·sec以上。另外，进一步，透明导电膜内的载流子的迁移率优选为30～100cm2/V·sec的范围，更优选为35～90cm2/V·sec的范围，另外，最优选为38～90cm2/V·sec的范围。
通过将正极(导电型透光性电极)15设为控制成了膜内的载流子的迁移率为上述范围的结构，特别能够得到从可见光到紫外光区域具有特别优异的光透射率的正极，进而发光元件1的发光输出特性提高。
作为在本发明中说明的迁移率，为电荷粒子即载流子在电场中移动时、其迁移速度除以电场的强度而得到的量。
另外，在本发明中，形成正极15的透明导电膜、例如IZO膜的载流子浓度没有特别限定，但优选为1×1020～5×1021cm-3的范围，更优选为1×1020～1×1021cm-3的范围。
进一步，在本发明中，为了使电流高效地扩散，形成正极15的透明导电膜的薄膜电阻优选为50Ω/sq以下，更优选为20Ω/sq以下。
另外，对于形成正极15的透明导电膜例如IZO膜，优选使用电阻率最低的组成的材料。例如，在透明导电膜由IZO膜形成的情况下，在IZO膜中，ZnO浓度优选为1～20质量％，更优选为5～15质量％的范围，另外，最优选为大概10质量％。
具有In2O3组成的结晶已知方铁锰矿构造的立方晶构造和六方晶构造这2种构造。在本发明中用作正极15的透明导电膜中，不仅能够设为包含六方晶构造的In2O3的构成而且能够设为包含立方晶构造的In2O3的构成。在本发明中用作正极15的IZO膜中，也能够设为包含六方晶构造的In2O3和/或立方晶构造的In2O3的构成。
另外，本发明中用作正极15的透明导电膜例如IZO膜，是通过在500～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理而使作为In2O3和透明导电膜所包含的氧化金属的复合氧化物的无定形的透明导电膜成为主要包含六方晶构造的In2O3、具有膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上的特性的结晶度高的透明导电膜而得到的。
本发明者等锐意进行实验，结果发现：无定形的透明导电膜例如IZO膜，通过使详细后述的热处理工序中的条件(温度、保持时间等)最合适化，能够控制为主要包含较多六方晶构造的In2O3结晶的组成，通过将这样的透明导电膜用于化合物半导体发光元件的正极(导电型透光性电极)，发光元件的发光特性显著提高(参照后述的制造方法以及实施例的栏)。
另一方面，根据本发明者等锐意进行实验的结果，得知：上述那样的透明导电膜(例如IZO膜)在加热条件不合适的情况下，会产生从六方晶构造向方铁锰矿(立方晶)构造的变化，结果发生薄膜电阻的上升，作为化合物半导体发光元件用的导电型透光性电极的特性会下降。另外，也发现：在透明导电膜由IZO膜形成的情况下，IZO膜根据热处理条件，产生由Zn的迁移(migration：移动)引起的IZO组成的不均匀化。
本发明涉及的化合物半导体发光元件所具备的正极具有上述结构，另外，通过适当控制详细后述的热处理工序的条件，成为具有优异的光透射率的导电型透光性电极。
另外，形成正极15的透明导电膜例如IZO膜的膜厚优选为能够得到低薄膜电阻、高光透射率的35nm～10000nm(10μm)的范围。进一步，从生产成本的观点出发，正极15的膜厚优选为1000nm(1μm)以下。
另外，在形成正极15的透明导电膜例如IZO膜的表面，优选通过详细后述的方法加工有图5A、图5B以及图6所示的凹凸形状。对于这样的凹凸加工的详细将在后面进行叙述，但通过设为在透明导电膜的表面实施了凹凸加工的结构，能够提高正极的光透射率，提高发光元件的发光输出。
由透明导电膜例如IZO膜形成的正极15是在p型半导体层14的正上或者p型半导体层14之上隔着图示省略的金属层等而形成的。在这里，在设为在正极15与p型半导体层14之间配置有金属层的结构的情况下，能够降低发光元件的驱动电压，另一方面也存在正极的光透射率下降而发光元件的发光输出下降的情况。因此，对于是否设为在正极与p型半导体层之间配置了金属层等的结构，优选与发光元件的用途等相应，考虑驱动电压与输出的平衡的同时适当地判断。另外，在设为在正极与p型半导体层之间配置了金属层等的结构的情况下，作为金属层，优选使用由Ni、Ni氧化物、Pt、Pd、Ru、Rh、Re、Os等形成的层。
本发明涉及的化合物半导体发光元件所具备的正极即化合物半导体发光元件用导电型透光性电极通过上述结构，能够得到优异的透光特性以及光取出特性。
[负极]
负极17如下所述那样：对构成正极15的透明导电膜例如IZO膜进行了热处理(参照后述的热处理工序)之后，如图1以及图2所示，通过蚀刻将p型半导体层14、发光层13以及n型半导体层12的一部分除去而使n型半导体层12的一部分露出，在该露出的n型半导体层12上，设置例如由Ti/Au形成的以往众所周知的负极17。作为负极17，各种组成以及构造的负极是众所周知的，能够没有任何限制地使用这些众所周知的负极。
[正极结合区]
在形成正极(导电型透光性电极)15的透明导电膜上例如IZO膜上的至少一部分，设有用于与发光元件外部的电路基板、引线框等电连接的正极结合区16。作为正极结合区16，使用了Au、Al、Ni以及Cu等材料的各种构造是众所周知的，能够没有任何限制地使用这些众所周知的材料、构造。
另外，作为正极结合区16的厚度，优选为100～1000nm的范围。另外，在结合区的特性上，厚度大则结合性能提高，所以正极结合区16的厚度更优选为300nm以上。进一步，从制造成本的观点出发优选为500nm以下。
[保护层]
在本实施方式中，为了防止由透明导电膜例如IZO膜形成的正极15的氧化，更优选设为在正极15上设有图示省略的保护层的结构。作为这样的保护层，覆盖除了形成有正极结合区16的区域之外的正极15上的整个区域，所以优选使用透光性优异的材料，另外，为了防止p型半导体层14与n型半导体层12的泄漏，优选由绝缘性材料形成，例如使用SiO2、Al2O3即可。另外，作为保护层的膜厚，是能够防止由透明导电膜例如IZO膜形成的正极15的氧化并且能够维持透光性的膜厚即可，具体地说，优选为例如20nm～500nm的范围。
根据以上说明的本实施方式的化合物半导体发光元件，在基板11上层叠有由化合物半导体形成的各层，还具备由导电型透光性电极形成的正极15以及由导电型电极形成的负极17，形成正极15的导电型透光性电极由包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的透明导电膜形成，所以能够得到从可见光到紫外光区域具有特别高的光透射率的导电型透光性电极，能够提高发光元件1的光取出特性。
另外，根据本实施方式的化合物半导体发光元件，在基板11上层叠有由化合物半导体形成的各层，还具备由导电型透光性电极形成的正极15以及由导电型电极形成的负极17，形成正极15的导电型透光性电极由结晶化的IZO膜形成，该IZO膜为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的结构，所以能够形成从可见光到紫外光区域具有特别高的光透射率的导电型透光性电极，能够提高发光元件1的光取出特性。由此，能够实现具有特别优异的发光输出特性的化合物半导体发光元件1。另外，进一步，通过设为形成正极(导电型透光性电极)15的透明导电膜内例如IZO膜内的载流子的迁移率被控制为30cm2/V·sec以上的结构，能够实现使正极15低电阻化、驱动电压低的化合物半导体发光元件1。
另外，根据本实施方式的化合物半导体发光元件1中使用的正极(化合物半导体发光元件用透光性电极)15，由包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的透明导电膜形成，并且为膜内的载流子的迁移率控制为30cm2/V·sec以上的结构，所以能够得到优异的透光性以及低电阻性。
另外，根据本实施方式的化合物半导体发光元件1中使用的正极(化合物半导体发光元件用透光性电极)15，由包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的IZO膜形成，并且为膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上的结构，所以能够得到优异的透光性以及低电阻性。
[化合物半导体发光元件的制造方法]
本实施方式的化合物半导体发光元件的制造方法是通过至少包括下述(a)～(d)所述的各工序的方法制造图1以及图2所例示的发光元件1的方法。
(a)在基板11上按顺序层叠由化合物半导体形成的n型半导体层12、发光层13以及p型半导体层14而制作半导体晶片10的半导体层形成工序；
(b)在p型半导体层14上层叠无定形状的透明导电膜例如IZO膜的导电型透光性电极层叠工序；
(c)将透明导电膜例如IZO膜蚀刻成预定形状的蚀刻工序；以及
(d)热处理工序，通过对蚀刻后的透明导电膜例如IZO膜在500～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理，将透明导电膜例如IZO膜控制为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶并且迁移率为30cm2/V·sec以上的特性，做成正极15。
[半导体层形成工序]
在本实施方式的制造方法中，首先，在上述(a)所述的半导体层形成工序中，在基板11上按顺序层叠由化合物半导体形成的n型半导体层12、发光层13以及p型半导体层14而制作半导体晶片10。
具体地说，在基板11上，形成了例如由AlN等形成的图示省略的缓冲层之后，在该缓冲层上，通过使氮化镓系化合物半导体外延(epitaxial)生长而按顺序层叠n型半导体层12、发光层13以及p型半导体层14，形成半导体层。
上述的氮化镓系化合物半导体的生长方法没有特别限定，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(epitaxy)法)等使氮化镓系化合物半导体生长的已知的所有的方法。作为优选的生长方法，从膜厚控制性、量产性的观点出发，适宜使用MOCVD法。在MOCVD法中，作为载气使用氢气(H2)或者氮气(N2)，作为Ga源使用三甲基镓(TMG)或者三乙基镓(TEG)，作为Al源使用三甲基铝(TMA)或者三乙基铝(TEA)，作为In源使用三甲基铟(TMI)或者三乙基铟(TEI)，作为N源使用氨气(NH3)、联氨(N2H4)等。
另外，作为掺杂剂，在n型半导体层12中，作为Si原料使用硅烷(SiH4)或者乙硅烷(Si2H6)，作为Ge原料使用锗烷(GeH4)或者有机锗化合物，在p型半导体层中，作为Mg原料使用例如二(环戊二烯基)镁(二茂镁)(Cp2Mg)或者二(乙基环戊二烯基)镁((EtCp)2Mg)等。
[导电型透光性电极(正极：透明导电膜例如IZO膜)形成工序]
接下来，在上述(b)所述的导电型透光性电极形成工序中，在通过上述半导体层形成工序形成的半导体层的p型半导体层14上，形成由透明导电膜例如IZO膜形成的正极(导电型透光性电极)15。
具体地说，首先，在p型半导体层14的上面整个区域，形成无定形状态的透明导电膜例如IZO膜。作为此时的透明导电膜例如IZO膜的成膜方法，只要是能够形成无定形状态的透明导电膜的方法，可以使用薄膜的成膜中使用的众所周知的任何方法，例如，可以使用溅射法(sputtering法)、真空蒸镀法等方法来成膜，但从在成膜时产生的微粒、灰尘等较少这一点出发，与真空蒸镀法相比，优选使用溅射法。
在使用溅射法形成IZO膜来作为透明导电膜的情况下，能够通过由RF磁控管溅射法对In2O3靶与ZnO靶进行公转成膜来进行形成，为了进一步提高成膜速度，优选通过DC磁控管溅射法进行对IZO靶施加功率(power)。另外，为了减轻等离子体对p型半导体层14的损伤，溅射的放电输出优选为1000W以下。
[蚀刻工序]
接下来，在上述(c)所述的蚀刻工序中，将通过上述导电型透光性电极形成工序成膜的无定形状态的透明导电膜例如IZO膜蚀刻成预定形状。
具体地说，通过使用众所周知的光刻法以及蚀刻法使透明导电膜例如IZO膜形成图案，将p型半导体层14上的除了正极15的形成区域之外的区域的透明导电膜除去，如图2所示，变为仅在正极15的形成区域形成有透明导电膜的状态。
进行透明导电膜的图案形成的蚀刻工序、例如进行IZO膜的图案形成的蚀刻工序优选在进行后述的热处理工序之前进行。当在热处理工序之后进行图案形成时，则处于无定形状态的透明导电膜例如IZO膜变为由于热处理而结晶化的透明导电膜(例如IZO膜)，所以与无定形状态的透明导电膜(例如IZO膜)相比，蚀刻变得较难。与此相对，热处理前的透明导电膜(例如IZO膜)为无定形状态，所以能够使用众所周知的蚀刻液容易且高精度地进行蚀刻。例如，在IZO膜的情况下，当使用了ITO-07N蚀刻液(关东化学公司制造)时，能够以大约40nm/min的速度进行蚀刻，几乎不会产生毛刺、过蚀刻。
另外，无定形状态的透明导电膜例如IZO膜的蚀刻可以使用干式蚀刻装置来进行。此时，作为蚀刻气体，能够使用Cl2、SiCl4、BCl3等。
另外，对于无定形状态的透明导电膜例如IZO膜，能够使用上述的光刻法与蚀刻法，如图5A、图5B以及图6所示，在透明导电膜例如IZO膜的表面形成凹凸加工。例如，在IZO膜的情况下，当使用了ITO-07N蚀刻液时，能够以1分钟的蚀刻时间形成深度40nm的凹凸。
如图5A、图5B以及图6所示，使用蚀刻法在透明导电膜表面例如IZO膜表面实施凹凸加工，由此能够提高正极的光透射率、提高发光元件的发光输出。作为发光输出因对透明导电膜表面例如IZO膜表面的凹凸加工而提高的原因，可以认为：1.由正极的薄膜化引起的光透射率的提高，2.由凹凸加工引起的光取出面积(透明导电膜面积)的增加，3.正极表面的全反射的降低等。另外，作为对透明导电膜表面例如IZO膜表面的凹凸加工的形状，根据上述1～3的原因，什么样的形状都具有输出提高效果，但特别是从能够增大凹凸侧面的面积来看，更优选为图5A、图5B以及图6所示的点形状。
一般，导电型透光性电极的膜厚越厚则薄膜电阻越低，在膜内流动的电流越容易向电极的整个区域扩散，所以优选将表面形成为电流容易在凸部流动的凹凸形状。因此，作为点形状，与图6所示的存在独立的凸部的形状相比，更优选设为图5A、图5B所示的存在独立的凹部的形状。另外，当凹部的面积为凸部的面积的1/4以下时，则发光输出提高效果变小，如当为3/4以上时，则电流变得难以扩散，驱动电压会上升，所以凹部的面积优选为凸部的面积的1/4～3/4的范围。
另外，为了增大光从凹凸的侧面的取出，凹部的膜厚优选为凸部的膜厚的1/2以下。但是，在将凹部的透明导电膜例如IZO膜完全蚀刻了的情况下，即在透明导电膜例如IZO膜的凹部的膜厚为0nm的情况下，能够不经由透明导电膜例如IZO膜而将来自半导体层(p型半导体层侧)的光取出，所以对发光输出的提高是有效的。另外，能够在与透明导电膜的图案形成大致相同的蚀刻时间进行处理，所以能够同时进行透明导电膜的图案形成和凹凸加工，能够缩短工序时间。然而，在将凹部的透明导电膜完全蚀刻了的情况下，透明导电膜与p型半导体层的接触面积减小，所以有时发光元件的驱动电压上升。因此，仅在使发光输出比发光元件的驱动电压优先的情况下使用凹部的膜厚为0nm即将凹部的透明导电膜完全蚀刻了的透明导电膜即可。
在上述的凹凸加工中，与上述的透明导电膜的图案形成同样，能够没有任何限制地使用光刻法，但在想要进一步提高发光输出的情况下，优选使用g射线、i射线的步进曝光装置(stepper)、纳米压印(nanoimprint)装置、激光曝光装置或者EB(电子束)曝光装置等，形成更小的凹凸。另外，透明导电膜的凹凸加工与透明导电膜的图案形成同样，优选在进行后述的热处理工序之前进行。
[热处理工序]
接下来，在上述(d)所述的热处理工序中，对在上述蚀刻工序中进行了图案形成的透明导电膜进行热处理。
具体地说，对进行了图案形成的透明导电膜，在300～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理，由此将透明导电膜控制为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶、并且膜内的载流子迁移率为30cm2/V·sec以上的特性，设为正极15。
另外，在上述(d)所述的热处理工序中，也可以对在上述蚀刻工序中进行了图案形成的IZO膜表面进行热处理。
具体地说，对进行了图案形成的IZO膜，在500～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理，由此将IZO膜控制为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶、并且膜内的载流子迁移率为30cm2/V·sec以上的特性，设为正极15。
无定形状态的透明导电膜通过进行例如300～800℃的温度范围的热处理，变为结晶化的透明导电膜。这样，通过使透明导电膜结晶化，能够提高发光元件的发光波长例如从可见光区域到紫外光区域的光的透射率，特别是在380nm～500nm的波长区域大幅度提高光透射率。
无定形状态的IZO膜通过进行例如500～800℃的温度范围的热处理，变为结晶化的IZO膜表面。这样，通过使IZO膜结晶化，能够提高发光元件的发光波长例如从可见光区域到紫外线区域的光的透射率，特别是在380nm～500nm的波长区域大幅度提高光透射率。
如上所述，结晶化的透明导电膜例如IZO膜难以进行蚀刻处理，所以热处理工序优选在上述蚀刻工序之后进行。
另外，透明导电膜例如IZO膜的热处理优选在不含O2的气氛中进行，作为不含O2的气氛，能够列举N2气氛等惰性气体气氛、N2等惰性气体与H2的混合气体气氛等，优选设为N2气氛或者N2与H2的混合气体气氛。例如，如从后述的实施例中的“实验例1”可知的那样，通过在N2气氛、N2与H2的混合气体气氛或者真空中进行IZO膜的热处理，能够使IZO膜结晶化，并且使IZO膜的薄膜电阻有效地减小。特别是，在使透明导电膜例如IZO膜的薄膜电阻减小的情况下，优选在N2与H2的混合气体气氛中进行透明导电膜例如IZO膜的热处理，此时的混合气体气氛中的H2与N2的比例优选设为100∶1～1∶100的范围。
与此相对，当例如在包含O2的气氛下进行了透明导电膜的热处理例如IZO膜的热处理时，透明导电膜例如IZO膜的薄膜电阻会增加。这样，当在包含O2的气氛下进行热处理时透明导电膜例如IZO膜的薄膜电阻增加，可以认为是因为透明导电膜中例如IZO膜中的氧空位减少。透明导电膜例如IZO膜呈导电性可以认为是因为氧空位存在于透明导电膜中例如IZO膜中而产生作为载流子的电子，但作为载流子电子的产生源的氧空位由于热处理而减少，因而透明导电膜例如IZO膜的载流子浓度下降，薄膜电阻升高。
透明导电膜的热处理温度优选为300～800℃的范围。当在小于300℃的温度下进行了透明导电膜的热处理时，有时无法使透明导电膜充分结晶化，有可能导致不能成为透明导电膜例如IZO膜的光透射率足够高的膜。
另外，当在大于800℃的温度下进行了透明导电膜的热处理，透明导电膜虽结晶化，但有可能导致不能成为光透射率足够高的膜。另外，当在大于800℃的温度下进行了热处理时，有可能导致使位于透明导电膜之下的半导体层劣化。
IZO膜的热处理温度优选为500～800℃的范围。当在小于500℃的温度下进行了IZO膜的热处理时，有时无法使IZO膜充分结晶化，有可能导致不能成为IZO膜的光透射率足够高的膜。另外，当在大于800℃的温度下进行了IZO膜的热处理时，IZO膜虽结晶化，但有可能导致不能成为光透射率足够高的膜。另外，当在大于800℃的温度下进行了热处理时，有可能导致使位于IZO膜之下的半导体层劣化。
在将上述的包含六方晶构造的In2O3结晶的透明导电膜例如IZO膜作为导电型透光性电极(正极)使用了的情况下，发光元件的驱动电压降低。因此，优选在结晶化了的透明导电膜例如IZO膜中包含六方晶构造的In2O3结晶。由于在透明导电膜例如IZO膜中包含六方晶构造的In2O3结晶而发光元件的驱动电压变低的原因不明，但可以认为是因为：通过包含六方晶构造的In2O3结晶，由透明导电膜例如IZO膜形成的正极与p型半导体层的接触界面的接触电阻变小。
另外，如上所述，为了设为在透明导电膜例如IZO膜中包含六方晶构造的In2O3结晶的结构，优选对透明导电膜例如IZO膜实施热处理，但热处理的条件根据透明导电膜例如IZO膜的成膜方法、组成而不同。例如，在作为透明导电膜形成IZO膜的情况下，当使IZO膜中的锌(Zn)浓度减少时，则结晶化温度变低，所以能够通过更低的温度的热处理设为包含六方晶构造的In2O3结晶的IZO膜。因此，优选的热处理温度根据IZO膜中的锌(Zn)浓度而变化。
在本实施方式中，设为通过热处理工序使透明导电膜例如IZO膜结晶化的方法，但并不限定于此，只要是能够使透明导电膜例如IZO膜结晶化的方法，则能够使用任何方法。例如，也可以设为使用如下等方法来使透明导电膜例如IZO膜结晶化的方法，即使用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。
另外，通过热处理而结晶化了的透明导电膜例如IZO膜与无定形状态的透明导电膜例如IZO膜相比，与p型半导体层14、正极结合区16的接合性良好，所以能够防止在发光元件的制造过程等中产生剥离而引起的收获率低下。另外，结晶化了的透明导电膜例如IZO膜与无定形状态的透明导电膜例如IZO膜相比，与空气中的水分的反应较少，耐酸等的耐药品性优异，所以具有长时间的耐久试验中的特性劣化也较小这样的优点。
根据本实施方式的制造方法所包括的热处理工序，通过上述程序以及条件对透明导电膜例如IZO膜进行热处理，由此将透明导电膜例如IZO膜控制为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的晶体、并且膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上、更优选为30～100cm2/V·sec的范围的特性，所以能够形成从可见光区域到紫外光区域的光透射率格外优异并且低电阻的正极15。
[负极的形成]
接下来，通过将在上述半导体层形成工序中形成的由n型半导体层12、发光层13以及p型半导体层14形成的半导体层的一部分除去，使n型半导体层12露出，形成负极17。
具体地说，如图1以及图2所示，通过蚀刻将p型半导体层14、发光层13以及n型半导体层12的一部分除去而使n型半导体层12的一部分露出，在该露出的n型半导体层12上，通过以往公知的方法形成例如由Ti/Au形成的负极17。
[正极结合区的形成]
接下来，在形成正极(导电型透光性电极)15的透明导电膜上例如IZO膜上，形成正极结合区16。
具体地说，如图1以及图2所示，在透明导电膜(正极15)例如IZO膜(正极15)上的至少一部分，使用Au、Al、Ni以及Cu等材料，通过以往公知的方法形成正极结合区16。
[保护层的形成]
接下来，在本实施方式中，为了防止形成正极15的透明导电膜例如IZO膜的氧化，在正极15上形成图示省略的保护层。
具体地说，使用SiO2、Al2O3等具有透光性以及绝缘性的材料，在正极15上，以覆盖除了正极结合区16的形成区域以外的整个区域的方式，通过以往公知的方法形成保护层。
[半导体晶片的分割]
接下来，将基板11的背面研削以及研磨而做成镜面状的面之后，将通过上述各程序在半导体层上形成了正极15、正极结合区16以及负极17的半导体晶片10切断为例如350μm角的正方形，由此能够做成发光元件芯片(化合物半导体发光元件1)。
根据上面说明的本实施方式的化合物半导体发光元件的制造方法，包括下述各工序：在基板11上按顺序层叠由化合物半导体形成的各层而制作半导体晶片10的半导体层形成工序；在p型半导体层14层叠无定形状的透明导电膜例如IZO膜的导电型透光性电极层叠工序；将透明导电膜例如IZO膜蚀刻成预定形状的蚀刻工序；和通过对透明导电膜在300～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理(另外例如通过对IZO膜在500～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理)、将透明导电膜例如IZO膜控制为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶并且膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上的特性的热处理工序，所以能够得到从可见光到紫外光区域具有特别优异的光透射率、低电阻的正极(导电型透光性电极)15，能够得到具有特别优异的发光输出特性与低驱动电压的化合物半导体发光元件1。
[灯]
以上所说明的本发明涉及的化合物半导体发光元件例如能够通过本领域的技术人员周知的手段来设置透明罩(cover)而构成灯。另外，通过将本发明涉及的化合物半导体发光元件与具有荧光体的罩组合，也能够构成白色的灯。
另外，本发明的氮化镓系化合物半导体发光元件能够使用以往公知的方法没有任何限制地构成为LED灯。作为灯，能够在一般用途的炮弹型、便携的背光用途的侧视(side view)型、显示器所使用的顶视(top view)型等某一用途中使用。
图4是用于说明本发明的灯的一例的概略结构图。图4所示的灯30是将上述那样的构成为面朝上型的本实施方式的化合物半导体发光元件1安装为炮弹型的灯而得到灯。在图4所示的灯30中，在2根框31、32的一方，通过树脂等粘着图1所示的发光元件1，正极结合区16以及负极17通过由金等材质形成的线33、34而分别接合于框31、32。另外，如图4所示，在发光元件1的周边，形成有由透明树脂形成的模件(mould)35。
另外，根据上述的灯30，由于具备上述本发明涉及的化合物半导体发光元件1，所以发光特性优异。
[电子设备以及机械装置]
使用上述那样的本发明涉及的化合物半导体发光元件制作出的灯的发光输出较高，另外驱动电压较低，所以组装有通过这样的技术制作出的灯的便携电话、显示器、面板类等电子设备、组装有该电子设备的汽车、计算机、游戏机等机械装置能够进行低电力的驱动，能够实现较高的设备特性以及装置特性。特别是，在便携电话、游戏机、玩具、汽车部件等通过电池驱动的设备类中，最大限度地发挥省电的效果。
实施例
下面，通过实施例进一步详细地说明本发明的化合物半导体元件及其制造方法，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。
[实验例1](IZO膜的热处理温度与薄膜电阻的关系)
在实验例1中，按下面那样的程序调查IZO膜的热处理(退火处理)温度与热处理后的IZO膜的薄膜电阻的关系。
即，在蓝宝石基板上形成无定形状态的IZO膜(厚度250nm)，测定将所得到的IZO膜在300～900℃的各温度下在N2气氛中热处理后的情况下的薄膜电阻，将结果表示于下述表1以及图7的坐标图。IZO膜的薄膜电是阻使用四探针法的测定装置(三菱化学公司制造：Loresta MPMCP-T360)来测定得到的。
根据表1以及图7所示的结果可知，当在N2气氛中对IZO膜进行了退火处理时，直到处理温度为700℃左右为止，薄膜电阻为10Ω/sq前后，显示非常良好的特性。与此相对，在将处理温度设为800℃而进行了退火处理的情况下，薄膜电阻开始上升，在处理温度为900℃时，薄膜电阻变为53.2Ω/sq。根据该结果可知，伴随着退火时的处理温度超过800℃而升高，薄膜电阻也急剧地上升。退火处理前的具有250nm的厚度的无定形状态的IZO膜的薄膜电阻为15Ω/sq。
[表1]
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[实验例2](IZO膜的热处理温度与载流子浓度以及迁移率的关系)
在实验例2中，通过van der Pauw(范德堡)法测定在上述实验例1中制作的IZO膜的载流子浓度以及迁移率，将载流子浓度表示于表1以及图8，并且将载流子的迁移率表示于表1以及图9。
根据表1以及图8所示的结果，当在N2气氛中对IZO膜进行了退火处理时，在处理温度为700℃时，载流子浓度为4.7×1020cm-3，另外，在处理温度为800℃时，载流子浓度为3×1020cm-3。另一方面，在将处理温度设为900℃而进行了退火处理的情况下，IZO膜的载流子浓度变为了1.5×1020cm-3。根据该结果可知，伴随着退火时的处理温度升高，载流子浓度减小。
另外，根据表1以及图9所示的结果可知，在N2气氛中对IZO膜进行了退火处理的情况下的IZO膜的载流子迁移率在处理温度为400℃时为30.9cm2/V·sec，在处理温度为600℃时为38.7cm2/V·sec，在处理温度为700℃时为49.5cm2/V·sec。另外，IZO膜的载流子的迁移率在退火时的处理温度为800℃时变35cm2/V·sec，在处理温度为900℃时变为30.9cm2/V·sec。根据该结果可知，在退火处理时的处理温度大致为700℃前后例如650～750℃左右的情况下，载流子迁移率变得最高，另外，伴随着处理温度超过800℃而变高，载流子的迁移率急剧下降。
[实验例3](IZO膜的热处理温度与结晶化的关系)
在实验例3中，按如以下的程序调查IZO膜的热处理温度与IZO膜的结晶化的关系。
即，在GaN外延晶片上形成无定形状态的IZO膜(厚度250nm)，使用X射线衍射(XRD)法测定了所得到的没有进行热处理的IZO膜的X射线衍射数据。另外，同样地，测定在300～900℃的各温度下在N2气氛中对在GaN外延晶片上形成的无定形状态的IZO膜进行了1分钟的热处理的情况下的X射线衍射数据，将结果表示于图10～18的曲线图。上述那样的X射线衍射数据成为IZO膜的结晶性的指标。
图10～18是表示IZO膜的X射线衍射数据的曲线图，横轴表示衍射角(2θ(°))，纵轴表示衍射强度(s)。
如图10～12所示，在热处理前的IZO膜以及在300℃或者400℃的温度下进行了热处理的IZO膜中，观察到表示无定形状态的宽(broad)的X射线的峰值。根据该观察结果可知，热处理前的IZO膜以及在400℃以下的温度下进行了热处理的IZO膜处于无定形状态。
另外，如图13～17所示，在500℃～800℃的温度下进行了热处理的IZO膜中，观察到表示结晶化峰值的X射线的峰值。根据该观察结果可知，在500℃～800℃的温度下进行了热处理的IZO膜结晶化。另外，如图14～16所示，特别在600℃～650℃～700℃的热处理温度下，观察到非常高的X射线的峰值，所以通过在该范围的温度下进行热处理，IZO膜成为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的膜。
另外，如图18所示，在900℃的温度下进行了热处理的IZO膜中，观察到在800℃以下的热处理温度下没有见到的方铁锰矿构造的峰值。
根据该观察结果可知，在900℃的温度下进行了热处理的IZO膜中的结晶构造从六方晶构造转位为方铁锰矿构造。
[实验例4](IZO膜的热处理温度与光透射率的关系)
在实验例4中，按如以下的程序调查IZO膜的热处理温度与IZO膜的光透射率的关系。
即，在蓝宝石基板上形成无定形状态的IZO膜(厚度250nm)，测定所得到的没有进行热处理的IZO膜以及在500℃、700℃、900℃的各温度下进行了热处理的IZO膜的光透射率，表示于图19的曲线图。在IZO膜的光透射率测定中，使用岛津制作所公司制造的紫外可视分光光度计UV-2450，另外，光透射率的值是减去光透射空白(blank)值而算出的，所述光透射空白值是测定仅仅蓝宝石基板的光透射率而得到的。
图19是表示IZO膜的光透射率的曲线图，横轴表示波长(nm)，纵轴表示光透射率(％)。
如图19可知，在700℃的温度下对IZO膜进行了热处理的情况下，与没有进行热处理的IZO膜、在其他的温度下进行了热处理的IZO膜相比，光透射率变高。特别是，在700℃的温度下对IZO膜进行了热处理的情况下，能认为：在400nm附近的紫外发光区域光透射率变高，另外，在460nm附近的蓝色发光区域光透射率也变高。
另一方面，可知：在900℃的温度下对IZO膜进行了热处理的情况下，IZO膜的光透射率没有充分地提高。因此可知：IZO膜的热处理温度优选为500℃～800℃的范围，更优选为650℃～700℃的范围。
[实施例1](氮化镓系化合物半导体发光元件的制作)
在图3中，表示为了使用于本实施例的氮化镓系化合物半导体发光元件而制作的由氮化镓系化合物半导体层形成的半导体晶片的截面示意图。另外，在图1以及图2中，示出通过本实施例制作的氮化镓系化合物半导体发光元件的截面示意图以及俯视模式图。下面，一边适当参照这些图1～3一边进行说明。
由氮化镓系化合物形成的半导体晶片20的层叠构造体是如下所述那样构成的：在由蓝宝石的c面((0001)晶面)形成的基板21上，隔着由AlN形成的缓冲层(未图示)，按顺序层叠非掺杂GaN基底层(层厚＝2μm)22、Si掺杂n型GaN接触层(层厚＝2μm、载流子浓度＝1×1019cm-3)23、Si掺杂n型Al0.07Ga0.93N覆层(层厚＝12.5nm、载流子浓度＝1×1018cm-3)24、由6层Si掺杂GaN势垒层(层厚＝14.0nm、载流子浓度＝1×1018cm-3)和5层非掺杂In0.20Ga0.80N的阱层(层厚＝2.5nm)形成的多重量子阱构造的发光层25、Mg掺杂p型Al0.07Ga0.93N覆层(层厚＝10nm)26以及Mg掺杂p型GaN接触层(层厚＝100nm)27。上述氮化镓系化合物半导体晶片20的各构成层22～27通过一般的减压MOCVD方法来生长。
接下来，使用上述半导体晶片20，制作氮化镓系化合物半导体发光元件(参照图1)。首先，使用HF以及HCl，将半导体晶片20的p型GaN接触层27表面洗净，然后在该p型GaN接触层27上，通过溅射法形成IZO膜。IZO膜通过DC磁控管溅射法形成大约250nm的膜厚。在溅射成膜中，使用ZnO浓度为10质量％的IZO靶，导入70sccm的Ar气体，将压力设为大约0.3Pa而进行了IZO成膜。
通过上述的方法形成的IZO膜的薄膜电阻为17Ω/sq。另外，成膜不久之后的IZO膜能够通过X射线衍射(XRD)来确认为无定形。
在IZO膜的成膜后，通过众所周知的光刻法与湿式蚀刻法，设为仅在p型GaN接触层27上的正极的形成区域设置有IZO膜的状态。此时，无定形的IZO膜在蚀刻液使用ITO-07N，以大约40nm/min的蚀刻速度进行了蚀刻。这样，在p型GaN接触层27上形成本发明的正极(参照图1以及图2的标号15)。
在根据上述程序通过湿式蚀刻对IZO膜进行了图案形成之后，使用RTA退火炉，在700℃的温度下进行了30秒的热处理。在升温前进行数次由N2气体进行的清洗，在将RTA退火炉内设为N2气氛后进行了IZO膜的热处理。
上述热处理后的IZO膜在350～600nm的波长区域表现出比刚刚成膜之后高的光透射率，另外，薄膜电阻为10Ω/sq。另外，在热处理后的X射线衍射(XRD)的测定中，确认了：主要检测出由六方晶构造的In2O3结晶形成的X射线的峰值，IZO膜以六方晶构造结晶化。
接下来，通过对形成负极的区域实施一般的干式蚀刻，不仅限于该区域，也使Si掺杂n型GaN接触层的表面露出(参照图1的标号12)。然后，通过真空蒸镀法，在IZO膜(正极)上的一部分以及Si掺杂n型GaN接触层23上的露出的区域，按顺序层叠由Cr形成的第一层(层厚＝40nm)、由Ti形成的第二层(层厚＝100nm)、由Au形成的第三层(层厚＝400nm)(称为Cr/Ti/Au层叠构造)，分别形成为正极结合区以及负极。另外，除了将所述Ti层变更为Pt层(层厚与前述相同)、另外将Au层的膜厚变更为1100nm以外，与所述Cr/Ti/Au层叠构造同样地，分别形成为正极结合区以及负极。
在形成了正极结合区以及负极之后，使用金刚石微粒的研磨粒对由蓝宝石形成的基板的背面进行研磨，最终精加工为镜面。然后，将半导体晶片20裁断，分离为350μm角的正方形的个别的芯片，载置为引线框状之后，通过金(Au)线与引线框连结。
(驱动电压：Vf以及发光输出：Po的测定)
对于上述那样的芯片，通过由探针进行的通电，测定电流施加值20mA下的正向电压(驱动电压：Vf)。另外，使用一般的积分球测定了发光输出(Po)以及发光波长。发光面的发光分布能够确认在正极的整个面进行发光。
芯片在460nm附近的波长区域具有发光波长，驱动电压Vf为3.1V，发光输出Po为18.5mW。
[比较例1以及实施例2～6]
除了将IZO膜的热处理温度分别设为300℃(比较例1)、400℃(实施例2)、500℃(实施例3)、600℃(实施例4)、800℃(实施例5)以及900℃(实施例6)而进行了处理这一方面之外，与实施例1(700℃)同样地制作氮化镓系化合物半导体发光元件，与实施例1同样进行评价。
在图20的坐标图中，表示IZO膜的热处理温度与发光元件的驱动电压Vf以及发光输出Po的关系。横轴表示IZO膜的热处理温度(℃)，纵轴分别示出发光元件的Vf(V)以及Po(mW)。
如图20的坐标图所示，能够确认：在500℃以上的温度下进行了IZO膜的热处理的情况下，发光元件的Po上升，另外，在700℃的温度下进行热处理的情况下，发光元件的Vf与不进行热处理的情况相比降低大约0.2V。
[实施例7]
除了在IZO膜的不与p型半导体层接触一侧的表面即光取出面侧形成了凹凸形状这一点以外，与实施例1同样地制作氮化镓系化合物半导体发光元件，与实施例1同样地进行评价。
凹凸形状的形成工序在IZO膜的热处理之前进行，与IZO膜的图案形成同样地，使用ITO-07N蚀刻液进行了湿式蚀刻。凹凸形状为直径2μm、深度150nm的圆柱形的凹型，圆柱形的凹部将中心间距设为3μm而排列成交错状。
这样得到的发光元件的Vf为3.1V，Po为19.3mW。
[实施例8以及实施例9]
除了将圆柱形的凹部的深度分别设为200nm、250nm这一点以外，与实施例7同样地制作氮化镓系化合物半导体发光元件，与实施例1同样地进行评价。
在图21的坐标图中，示出IZO膜表面的凹部的深度与发光元件的驱动电压Vf以及发光输出Po的关系。在图21中，横轴表示IZO膜表面的凹部的深度(nm)，在纵轴分别示出发光元件的Vf(V)以及氮化镓系化合物半导体发光元件的Po(mW)。在IZO膜表面的凹部的深度为0的情况下，表示不形成凹凸形状(实施例1)。
如图21的坐标图所示，能够确认：形成在IZO膜的不与p型半导体层接触一侧的表面的凹部的深度越深，则发光元件的Po越高，另外在凹部的深度为250nm即发光元件的p型半导体层的表面露出的情况下，发光元件的Vf上升。
[实施例10]
除了作为正极的材料代替IZO膜而使用ITO膜(通过溅射法形成，膜厚约为250nm)、将热处理温度设为600℃以外，与实施例1同样地制作氮化镓系化合物半导体发光元件。ITO膜的薄膜电阻为15Ω/sq。
另外，如以下所述调查了ITO膜的热处理温度与结晶化的关系。
即，在GaN外延晶片上形成无定形状态的ITO膜(厚度250nm)，测定在400℃的温度或者600℃的温度下在N2气氛中对所形成的无定形状态的ITO膜进行了1分钟的热处理的情况下的X射线衍射数据，将结果表示于图22～23的曲线图。上述那样的X射线衍射数据成为ITO膜的结晶性的指标。
图22～23是表示ITO膜的X射线衍射数据的曲线图，横轴表示衍射角(2θ(°))，纵轴表示衍射强度(s)。
如图22～23所示，在400℃的温度或者600℃的温度下进行了热处理的ITO膜中，观察到六方晶构造的峰值与In2O3方铁锰矿构造的峰值。根据该观察结果可知，通过在400℃～600℃的温度下进行热处理，ITO膜中的结晶构造变为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的构造。
[实施例11]
除了作为正极的材料代替IZO膜而使用IGO膜(通过溅射法形成，膜厚约为250nm)、将热处理温度设为600℃以外，与实施例1同样地制作氮化镓系化合物半导体发光元件。IGO膜的薄膜电阻为40Ω/sq。
另外，如以下所述调查了IGO膜的热处理温度与结晶化的关系。
即，在GaN外延晶片上形成无定形状态的IGO膜(厚度250nm)，使用X射线衍射(XRD)法测定了所得到的没有进行热处理的IGO膜的X射线衍射数据。另外，同样地，测定在200℃、400℃、600℃的各温度下在N2气氛中对形成于GaN外延晶片上的无定形状态的IGO膜进行了1分钟的热处理的情况下的X射线衍射数据，将结果表示于图24～27的曲线图。上述那样的X射线衍射数据成为IGO膜的结晶性的指标。
图24～27是表示IGO膜的X射线衍射数据的曲线图，横轴表示衍射角(2θ(°))，纵轴表示衍射强度(s)。
如图24以及图25所示，在热处理前的IGO膜以及在200℃的温度下进行了热处理的IGO膜中，观察到表示无定形状态的宽的X射线的峰值。另外，如图26～图27所示，在400℃或者600℃的温度下进行了热处理的IGO膜中，观察到六方晶构造的峰值与In2O3方铁锰矿构造的峰值。根据该观察结果可知，通过在400℃～600℃的温度下进行热处理，IGO膜中的结晶构造变为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的构造。
根据以上的结果可知，本发明涉及的化合物半导体发光元件具备由光透射率高的导电型透光性电极形成的正极，发光元件优异。

Claims (21)

1.一种化合物半导体发光元件，该化合物半导体发光元件在基板上按顺序层叠有由化合物半导体形成的n型半导体层、发光层以及p型半导体层，还具备由导电型透光性电极形成的正极以及由导电型电极形成的负极，其特征在于，
由所述导电型透光性电极形成的正极被设置于所述p型半导体层上，由所述导电型电极形成的负极被设置于所述n型半导体层上，
形成所述正极的导电型透光性电极是包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的透明导电膜，并且，所述透明导电膜为IZO膜。
2.如权利要求1所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，
所述透明导电膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上。
3.如权利要求1所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，
所述透明导电膜内的载流子的载流子浓度为1×1020～5×1021cm-3的范围。
4.如权利要求1所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，
所述透明导电膜的薄膜电阻为50Ω/sq以下。
5.如权利要求1所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，
所述透明导电膜的厚度为35nm～10000nm即10μm的范围。
6.如权利要求1所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，
在所述透明导电膜的表面进行了凹凸加工。
7.如权利要求6所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，
在所述透明导电膜的表面形成有多个独立的凹部。
8.如权利要求7所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，
所述透明导电膜的凹部的合计面积相对于所述透明导电膜整体的面积的比例为1/4～3/4的范围。
9.如权利要求6所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，
所述透明导电膜的凹部的所述透明导电膜的厚度为凸部的所述透明导电膜的厚度的1/2以下。
10.如权利要求1所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，
所述IZO膜中的ZnO含有量为1～20质量％的范围。
11.如权利要求1所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，
所述化合物半导体为氮化镓系化合物半导体。
12.一种化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，至少包括下述(a)～(d)所述的各工序：
(a)半导体层形成工序，在基板上按顺序层叠由化合物半导体形成的n型半导体层、发光层以及p型半导体层而制作半导体晶片；
(b)导电型透光性电极层叠工序，将无定形状的由IZO膜形成的透明导电膜层叠形成于所述p型半导体层上；
(c)蚀刻工序，将所述透明导电膜蚀刻成预定形状；以及
(d)热处理工序，对蚀刻后的所述透明导电膜，在650～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理，由此将所述透明导电膜控制为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶、并且膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上的特性。
13.如权利要求12所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，
所述(d)所述的热处理工序中，对所述透明导电膜，在650～800℃的温度范围内一边控制保持时间一边进行热处理，由此将所述透明导电膜控制为包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶、并且膜内的载流子的迁移率为30～100cm2/V·sec的范围的特性。
14.如权利要求12所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，
所述(b)所述的导电型透光性电极层叠工序中，通过溅射法层叠所述透明导电膜。
15.如权利要求12所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，
所述化合物半导体为氮化镓系化合物半导体。
16.一种化合物半导体发光元件用导电型透光性电极，其特征在于，
至少由包含具有六方晶构造的组成为In2O3的结晶的透明导电膜形成，并且，所述透明导电膜为IZO膜，膜内的载流子的迁移率为30cm2/V·sec以上。
17.如权利要求16所述的化合物半导体发光元件用导电型透光性电极，其特征在于，
膜内的载流子的迁移率为30～100cm2/V·sec的范围。
18.如权利要求16所述的化合物半导体发光元件用导电型透光性电极，其特征在于，
膜内的载流子浓度为1×1020～5×1021cm-3的范围。
19.一种灯，其具备权利要求1至11中的任意一项所述的化合物半导体发光元件。
20.一种电子设备，其组装有权利要求19所述的灯。
21.一种机械装置，其组装有权利要求20所述的电子设备。
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