JP2001210867A - 窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械的強度に優れ、高温高湿度環境下でも劣
化しにくく、光の外部への取り出し効率の高い窒化ガリ
ウム系半導体発光素子とする。 【構成】 窒化ガリウム系半導体発光素子において、Ｐ
型ＧａＮ半導体層の上に少なくとも一層目が真空蒸着法
によって形成された電流拡散層としての膜厚が１００Å
以上のＩＴＯ膜を有する。
化しにくく、光の外部への取り出し効率の高い窒化ガリ
ウム系半導体発光素子とする。 【構成】 窒化ガリウム系半導体発光素子において、Ｐ
型ＧａＮ半導体層の上に少なくとも一層目が真空蒸着法
によって形成された電流拡散層としての膜厚が１００Å
以上のＩＴＯ膜を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、青色発光が可能な
発光ダイオード、レーザーダイオードの窒化ガリウム系
半導体発光素子と、この窒化ガリウム系半導体発光素子
の製造方法とに関する。
発光ダイオード、レーザーダイオードの窒化ガリウム系
半導体発光素子と、この窒化ガリウム系半導体発光素子
の製造方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系半導体（ＧａＮ系半導
体）は、かねてから困難であった青色発光を実現して発
光ダイオード素子に用いられるものである。Ｐ型ＧａＮ
系半導体は実現可能ではあるものの、比抵抗が２Ωｃｍ
程度と他の半導体に比べて非常に大きい。なお、Ｐ型Ｇ
ａＡｓ系半導体型では、比抵抗が０．００１Ωｃｍ程度
と低いものが簡単に得られる。
体）は、かねてから困難であった青色発光を実現して発
光ダイオード素子に用いられるものである。Ｐ型ＧａＮ
系半導体は実現可能ではあるものの、比抵抗が２Ωｃｍ
程度と他の半導体に比べて非常に大きい。なお、Ｐ型Ｇ
ａＡｓ系半導体型では、比抵抗が０．００１Ωｃｍ程度
と低いものが簡単に得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来の発光ダ
イオードのようなボンディングパッド兼用の金属電極を
付けると、その金属電極の真下部分しか発光しない。さ
らに金属電極に遮られるため、取り出させる光はごく僅
かになってしまう。そこで、例えば、Ｎｉ／Ａｕ薄膜か
らなる半透明補助電極を使用して取り出せる光を多くし
ようとしているが、Ｎｉ／Ａｕ薄膜も５０％程度の透過
率であるので、光の外部への取り出し効率はそれほど高
くない。また、Ｎｉ／Ａｕ薄膜の膜厚は１００Å程度と
非常に薄いため、機械的強度も弱く、高温高湿度環境下
での劣化等の問題点を有している。
イオードのようなボンディングパッド兼用の金属電極を
付けると、その金属電極の真下部分しか発光しない。さ
らに金属電極に遮られるため、取り出させる光はごく僅
かになってしまう。そこで、例えば、Ｎｉ／Ａｕ薄膜か
らなる半透明補助電極を使用して取り出せる光を多くし
ようとしているが、Ｎｉ／Ａｕ薄膜も５０％程度の透過
率であるので、光の外部への取り出し効率はそれほど高
くない。また、Ｎｉ／Ａｕ薄膜の膜厚は１００Å程度と
非常に薄いため、機械的強度も弱く、高温高湿度環境下
での劣化等の問題点を有している。
【０００４】本発明は、上記事情に鑑みて創案されたも
ので、機械的強度に優れ、高温高湿度環境下でも劣化し
にくく、光の外部への取り出し効率の高い窒化ガリウム
系半導体発光素子と、その製造方法とを提供することを
目的としている。
ので、機械的強度に優れ、高温高湿度環境下でも劣化し
にくく、光の外部への取り出し効率の高い窒化ガリウム
系半導体発光素子と、その製造方法とを提供することを
目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る窒化ガリウ
ム系半導体発光素子は、Ｐ型ＧａＮ半導体層の上に電流
拡散層として少なくとも一層目をスパッタリング法以外
の方法によって透明導電膜を形成している。
ム系半導体発光素子は、Ｐ型ＧａＮ半導体層の上に電流
拡散層として少なくとも一層目をスパッタリング法以外
の方法によって透明導電膜を形成している。
【０００６】また、前記スパッタリング法以外の方法
が、真空蒸着法、レーザーアブレーション法又はゾルゲ
ル法のいずれかであることが望ましい。
が、真空蒸着法、レーザーアブレーション法又はゾルゲ
ル法のいずれかであることが望ましい。
【０００７】さらに、前記透明導電膜は、ＩＴＯ膜、酸
化錫膜、酸化インジウム膜又は酸化亜鉛膜のいずれかか
らなることが望ましい。
化錫膜、酸化インジウム膜又は酸化亜鉛膜のいずれかか
らなることが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の概略的断面図、
図２は本発明の第３の実施の形態に係る窒化ガリウム系
半導体発光素子の概略的断面図である。
に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の概略的断面図、
図２は本発明の第３の実施の形態に係る窒化ガリウム系
半導体発光素子の概略的断面図である。
【０００９】まず、ＧａＮ系半導体発光素子のＰ型Ｇａ
Ｎ半導体層用の電流拡散層として要求される条件は、
Ｐ型ＧａＮ半導体層との密着性が優れていること、Ｐ
型ＧａＮ半導体層との接触抵抗が小さいこと、膜形成
時にＰ型ＧａＮ半導体層を高抵抗化させないこと、比
抵抗値が低く薄いものでも電流を拡散できること、光
の透過率が高いこと、等が挙げられる。
Ｎ半導体層用の電流拡散層として要求される条件は、
Ｐ型ＧａＮ半導体層との密着性が優れていること、Ｐ
型ＧａＮ半導体層との接触抵抗が小さいこと、膜形成
時にＰ型ＧａＮ半導体層を高抵抗化させないこと、比
抵抗値が低く薄いものでも電流を拡散できること、光
の透過率が高いこと、等が挙げられる。
【００１０】そこで、透過率が高く、導電性もよく、す
でに液晶ディスプレイパネル等で実用化されているＩＴ
Ｏ膜であるならば、前記条件及びは充足できると考
えられる。しかし、ＩＴＯ膜を形成する手法として現在
一般的に用いられているスパッタリング法では、前記条
件は充足できるが、プラズマの高エネルギー状態に晒
されるＰ型ＧａＮ半導体層が損傷を受けるためか、接触
抵抗が高いためか、低動作電圧の素子を得ることはでき
なかった。
でに液晶ディスプレイパネル等で実用化されているＩＴ
Ｏ膜であるならば、前記条件及びは充足できると考
えられる。しかし、ＩＴＯ膜を形成する手法として現在
一般的に用いられているスパッタリング法では、前記条
件は充足できるが、プラズマの高エネルギー状態に晒
されるＰ型ＧａＮ半導体層が損傷を受けるためか、接触
抵抗が高いためか、低動作電圧の素子を得ることはでき
なかった。
【００１１】ゾルゲル法でＩＴＯ膜を形成してみたとこ
ろ、ＩＴＯ膜自体の比抵抗は、スパッタリング法で形成
されたＩＴＯ膜より１０倍以上高いものの、動作電圧の
低い素子を得ることができた。かかる実験結果から、前
記条件のＰ型ＧａＮ半導体層とＩＴＯ膜との間の接触
抵抗が低いものができているのではないかと推測した。
ろ、ＩＴＯ膜自体の比抵抗は、スパッタリング法で形成
されたＩＴＯ膜より１０倍以上高いものの、動作電圧の
低い素子を得ることができた。かかる実験結果から、前
記条件のＰ型ＧａＮ半導体層とＩＴＯ膜との間の接触
抵抗が低いものができているのではないかと推測した。
【００１２】そこで、スパッタリング法は前記条件を
充足させられないと考えられた。そこで、スパッタリン
グ法以外で比抵抗の十分低いＩＴＯ膜の形成方法を検討
したところ、真空蒸着法により可能であることが判明し
た。この真空蒸着法で形成されたＩＴＯ膜は動作電圧が
十分低いものであることが確認できた。
充足させられないと考えられた。そこで、スパッタリン
グ法以外で比抵抗の十分低いＩＴＯ膜の形成方法を検討
したところ、真空蒸着法により可能であることが判明し
た。この真空蒸着法で形成されたＩＴＯ膜は動作電圧が
十分低いものであることが確認できた。
【００１３】また、膜厚が約１００Å以上のＩＴＯ膜を
真空蒸着膜で形成しておき、その上に比抵抗の小さいＩ
ＴＯ膜をスパッタリング法でさらに形成してみたとこ
ろ、動作電圧が十分に低いものを得ることができた。
真空蒸着膜で形成しておき、その上に比抵抗の小さいＩ
ＴＯ膜をスパッタリング法でさらに形成してみたとこ
ろ、動作電圧が十分に低いものを得ることができた。
【００１４】以下に、実際に実験によって判明した事実
を説明する。
を説明する。
【００１５】次に、本発明の第１の実施の形態に係る窒
化ガリウム系半導体発光素子の製造方法について説明す
る。まず、サファイア基板１００にサーマルクリーニン
グを施す。すなわち、減圧ＭＯＣＶＤ装置（減圧有機金
属気相成長装置）内で水素を供給しながら、サファイア
基板１００を１０５０℃に加熱することでクリーニング
するのである。
化ガリウム系半導体発光素子の製造方法について説明す
る。まず、サファイア基板１００にサーマルクリーニン
グを施す。すなわち、減圧ＭＯＣＶＤ装置（減圧有機金
属気相成長装置）内で水素を供給しながら、サファイア
基板１００を１０５０℃に加熱することでクリーニング
するのである。
【００１６】次に、サファイア基板１００の温度を５１
０℃にまで低下させ、窒素、水素をキャリアガスとして
アンモニア、トリメチルアルミニウムを供給してサファ
イア基板１００の表面に低温ＡｌＮバッファ層２００を
形成する。このＡｌＮバッファ層２００は約２００Åで
ある。
０℃にまで低下させ、窒素、水素をキャリアガスとして
アンモニア、トリメチルアルミニウムを供給してサファ
イア基板１００の表面に低温ＡｌＮバッファ層２００を
形成する。このＡｌＮバッファ層２００は約２００Åで
ある。
【００１７】次に、サファイア基板１００の温度を１０
００℃に上昇させて、前記キャリアガスを用いてアンモ
ニア、トリメチルガリウムを流す。この時、同時にＮ型
不純物としてのシリコンを用いてＮ型ＧａＮであるＳｉ
ドープＧａＮ層３００を約１．２μｍ成長させる。
００℃に上昇させて、前記キャリアガスを用いてアンモ
ニア、トリメチルガリウムを流す。この時、同時にＮ型
不純物としてのシリコンを用いてＮ型ＧａＮであるＳｉ
ドープＧａＮ層３００を約１．２μｍ成長させる。
【００１８】次に、トリメチルインジウムを断続的に流
しつつ、Ｎ型ＧａＮとＮ型ＩｎＧａＮの多重量子井戸
（ＭＱＷ）からなる活性層４００をＳｉドープＧａＮ層
３００の上に約４００Å成長させる。
しつつ、Ｎ型ＧａＮとＮ型ＩｎＧａＮの多重量子井戸
（ＭＱＷ）からなる活性層４００をＳｉドープＧａＮ層
３００の上に約４００Å成長させる。
【００１９】さらに、サファイア基板１００の温度を９
５０℃として、ＡｌＮとＰ型ＧａＮの超格子からなるキ
ャップ層５００を前記活性層４００の上に成長させる。
このキャップ層５００は約２００Åの厚さである。
５０℃として、ＡｌＮとＰ型ＧａＮの超格子からなるキ
ャップ層５００を前記活性層４００の上に成長させる。
このキャップ層５００は約２００Åの厚さである。
【００２０】次に、キャリアガスに不純物としてマグネ
シウムを加え、ＭｇドープＧａＮ層６００を約０．２μ
ｍ成長させる。
シウムを加え、ＭｇドープＧａＮ層６００を約０．２μ
ｍ成長させる。
【００２１】次に、サファイア基板１００の温度を８０
０℃にし、減圧ＭＯＣＶＤ装置内の圧力を６６５０Ｐａ
（５０ｔｏｒｒ）とする。これと同時に、アンモニア等
の水素原子を含む混合ガスの雰囲気から、速やかに減圧
ＭＯＣＶＤ装置内の雰囲気を不活性ガスである窒素ガス
に切り替える。
０℃にし、減圧ＭＯＣＶＤ装置内の圧力を６６５０Ｐａ
（５０ｔｏｒｒ）とする。これと同時に、アンモニア等
の水素原子を含む混合ガスの雰囲気から、速やかに減圧
ＭＯＣＶＤ装置内の雰囲気を不活性ガスである窒素ガス
に切り替える。
【００２２】そして、キャリアガスとして窒素ガスを用
い、トリメチルジンクを流して、膜厚が数十ÅのＺｎ膜
７００を形成する。そして、このままの状態、すなわち
窒素雰囲気下でサファイア基板１００の温度を約１００
℃以下にまで低下させる。
い、トリメチルジンクを流して、膜厚が数十ÅのＺｎ膜
７００を形成する。そして、このままの状態、すなわち
窒素雰囲気下でサファイア基板１００の温度を約１００
℃以下にまで低下させる。
【００２３】この後、真空蒸着装置にＺｎ膜７００まで
が形成されたサファイア基板１００を入れ、ＳｎＯ2 が
１０％のＩＴＯを電子銃で加熱、蒸発させて膜厚が約
０．５μｍＩＴＯ膜８００をＺｎ膜７００の上に形成す
る。この際のサファイア基板１００の温度は２００℃に
した。
が形成されたサファイア基板１００を入れ、ＳｎＯ2 が
１０％のＩＴＯを電子銃で加熱、蒸発させて膜厚が約
０．５μｍＩＴＯ膜８００をＺｎ膜７００の上に形成す
る。この際のサファイア基板１００の温度は２００℃に
した。
【００２４】このようにして形成されたＩＴＯ膜８００
の比抵抗は、０．０００５Ωｃｍ以下になっていること
が確認された。
の比抵抗は、０．０００５Ωｃｍ以下になっていること
が確認された。
【００２５】次に、ＩＴＯ膜８００の一部をドライエッ
チングし、ＳｉドープＧａＮ層３００の一部を露出させ
る。この露出したＳｉドープＧａＮ層３００にＮ型電極
９１０を、前記ＩＴＯ膜８００の一部にＰ型電極９２０
を形成する。この両電極９１０、９２０は、Ｔｉ／Ａｕ
薄膜を約５００Å／５０００Å程度蒸着したものであ
る。
チングし、ＳｉドープＧａＮ層３００の一部を露出させ
る。この露出したＳｉドープＧａＮ層３００にＮ型電極
９１０を、前記ＩＴＯ膜８００の一部にＰ型電極９２０
を形成する。この両電極９１０、９２０は、Ｔｉ／Ａｕ
薄膜を約５００Å／５０００Å程度蒸着したものであ
る。
【００２６】このようにして製造された窒化ガリウム系
半導体発光素子は、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．５
Ｖと非常に低く、光の外部への取り出し効率も、従来の
Ｎｉ／Ａｕ薄膜からなる半透明補助電極よりも約６０％
向上していることが確認された。
半導体発光素子は、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．５
Ｖと非常に低く、光の外部への取り出し効率も、従来の
Ｎｉ／Ａｕ薄膜からなる半透明補助電極よりも約６０％
向上していることが確認された。
【００２７】上述した第１の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系半導体発光素子の製造方法では、ＩＴＯ膜８００
を形成する際にサファイア基板１００の温度を２００℃
にしたが、ＩＴＯ膜８００を形成する際にサファイア基
板１００の温度を室温とすることも可能である（第２の
実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の製造
方法）。ただし、ＩＴＯ膜８００を形成する際のサファ
イア基板１００の温度を室温とすると、形成されるＩＴ
Ｏ膜８００は不透明になるため、ＩＴＯ膜８００を透明
化するための後工程としての加熱が必要になる。この後
工程は、空気雰囲気中において、サファイア基板１００
の温度を約３００℃で１０分間程度加熱処理すれば、結
晶化して透明になる。透明化した後、空気雰囲気を窒素
雰囲気に換えて降温すれば、より比抵抗の小さい膜が得
られる。
ウム系半導体発光素子の製造方法では、ＩＴＯ膜８００
を形成する際にサファイア基板１００の温度を２００℃
にしたが、ＩＴＯ膜８００を形成する際にサファイア基
板１００の温度を室温とすることも可能である（第２の
実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体発光素子の製造
方法）。ただし、ＩＴＯ膜８００を形成する際のサファ
イア基板１００の温度を室温とすると、形成されるＩＴ
Ｏ膜８００は不透明になるため、ＩＴＯ膜８００を透明
化するための後工程としての加熱が必要になる。この後
工程は、空気雰囲気中において、サファイア基板１００
の温度を約３００℃で１０分間程度加熱処理すれば、結
晶化して透明になる。透明化した後、空気雰囲気を窒素
雰囲気に換えて降温すれば、より比抵抗の小さい膜が得
られる。
【００２８】なお、この第２の実施の形態に係る製造方
法では、ＩＴＯ膜８００を形成するまでの工程は、上述
した第１の実施の形態に係る製造方法と同一であるので
再度の説明は省略する。
法では、ＩＴＯ膜８００を形成するまでの工程は、上述
した第１の実施の形態に係る製造方法と同一であるので
再度の説明は省略する。
【００２９】このような第２の実施の形態に係る製造方
法で製造された窒化ガリウム系半導体発光素子のＩＴＯ
膜８００の比抵抗は、０．０００５Ωｃｍ以下になって
いることが確認された。しかも、上述したものと同様の
Ｎ型電極９１０とＰ型電極９２０とを形成すると、２０
ｍＡの電流で動作電圧が３．５Ｖと非常に低く、光の外
部への取り出し効率も、従来のＮｉ／Ａｕ薄膜からなる
半透明補助電極よりも約６０％向上していることが確認
された。この点も上述した製造方法のものと同様であ
る。
法で製造された窒化ガリウム系半導体発光素子のＩＴＯ
膜８００の比抵抗は、０．０００５Ωｃｍ以下になって
いることが確認された。しかも、上述したものと同様の
Ｎ型電極９１０とＰ型電極９２０とを形成すると、２０
ｍＡの電流で動作電圧が３．５Ｖと非常に低く、光の外
部への取り出し効率も、従来のＮｉ／Ａｕ薄膜からなる
半透明補助電極よりも約６０％向上していることが確認
された。この点も上述した製造方法のものと同様であ
る。
【００３０】なお、この第２の実施の形態に係る製造方
法では、室温でＩＴＯ膜８００を形成するため、フォト
レジストを利用したリフト・オフでのパターン形成が可
能になるという利点がある。なお、第１の実施の形態に
係る製造方法では、フォトレジストが加熱で変質するた
めに、リフト・オフでのパターン形成ができないため、
ＩＴＯ膜８００の形成後にエッチング等の手段によって
パターンを形成する必要があるが、ＩＴＯ膜８００を透
明化するための加熱工程は不要になる。いずれの方法で
も、高品質なＩＴＯ膜８００を形成することができるの
で、前後の工程や他の部分への熱や薬品等の影響との兼
ね合いから方法を選択することが望ましい。
法では、室温でＩＴＯ膜８００を形成するため、フォト
レジストを利用したリフト・オフでのパターン形成が可
能になるという利点がある。なお、第１の実施の形態に
係る製造方法では、フォトレジストが加熱で変質するた
めに、リフト・オフでのパターン形成ができないため、
ＩＴＯ膜８００の形成後にエッチング等の手段によって
パターンを形成する必要があるが、ＩＴＯ膜８００を透
明化するための加熱工程は不要になる。いずれの方法で
も、高品質なＩＴＯ膜８００を形成することができるの
で、前後の工程や他の部分への熱や薬品等の影響との兼
ね合いから方法を選択することが望ましい。
【００３１】本発明の第３の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系半導体発光素子の製造方法は、ＩＴＯ膜８００を
形成するまでの工程は、上述した第１の実施の形態に係
る製造方法と同一であるので再度の説明は省略する。
ウム系半導体発光素子の製造方法は、ＩＴＯ膜８００を
形成するまでの工程は、上述した第１の実施の形態に係
る製造方法と同一であるので再度の説明は省略する。
【００３２】この第３の実施の形態に係る製造方法で
は、ＩＴＯ膜８００を２回に分けて形成する。すなわ
ち、真空蒸着法にて形成された約１００Åの下側ＩＴＯ
膜８１０の上に、スパッタリング法で約０．５μｍの上
側ＩＴＯ膜８２０を形成するのである。
は、ＩＴＯ膜８００を２回に分けて形成する。すなわ
ち、真空蒸着法にて形成された約１００Åの下側ＩＴＯ
膜８１０の上に、スパッタリング法で約０．５μｍの上
側ＩＴＯ膜８２０を形成するのである。
【００３３】この方法で製造された窒化ガリウム系半導
体発光素子のＩＴＯ膜８００の比抵抗は、０．０００２
Ωｃｍ以下になっていることが確認された。しかも、上
述したものと同様のＮ型電極９１０とＰ型電極９２０と
を形成すると、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．４Ｖと
非常に低く、光の外部への取り出し効率も、従来のＮｉ
／Ａｕ薄膜からなる半透明補助電極よりも約６０％以上
も向上していることが確認された。
体発光素子のＩＴＯ膜８００の比抵抗は、０．０００２
Ωｃｍ以下になっていることが確認された。しかも、上
述したものと同様のＮ型電極９１０とＰ型電極９２０と
を形成すると、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．４Ｖと
非常に低く、光の外部への取り出し効率も、従来のＮｉ
／Ａｕ薄膜からなる半透明補助電極よりも約６０％以上
も向上していることが確認された。
【００３４】このように、単にスパッタリング法のみで
ＩＴＯ膜を形成すると良質な電流拡散層が形成されず、
真空蒸着法や、真空蒸着法の後にスパッタリング法によ
る２層構造のＩＴＯ膜とすると良質なものとなる理由は
以下のようなものと考えることができる。
ＩＴＯ膜を形成すると良質な電流拡散層が形成されず、
真空蒸着法や、真空蒸着法の後にスパッタリング法によ
る２層構造のＩＴＯ膜とすると良質なものとなる理由は
以下のようなものと考えることができる。
【００３５】すなわち、スパッタリング法では、Ｍｇが
ドープされたＭｇドープＧａＮ層６００がプラズマとい
う高エネルギー状態に晒されるため、結晶欠陥が生じ、
その結果、ＭｇドープＧａＮ層６００の表層が高抵抗化
するためと考えられる。また、Ｐ型Ｇａ層であるＭｇド
ープＧａＮ層６００の表面からプラズマ中の水素イオン
が侵入し、高抵抗化するためと考えることもできる。
ドープされたＭｇドープＧａＮ層６００がプラズマとい
う高エネルギー状態に晒されるため、結晶欠陥が生じ、
その結果、ＭｇドープＧａＮ層６００の表層が高抵抗化
するためと考えられる。また、Ｐ型Ｇａ層であるＭｇド
ープＧａＮ層６００の表面からプラズマ中の水素イオン
が侵入し、高抵抗化するためと考えることもできる。
【００３６】一方、真空蒸着法では、スパッタリング法
よりはるかに低いエネルギー状態の粒子が衝突するだけ
であり、しかも水素イオンも存在しない。このため、Ｍ
ｇドープＧａＮ層６００の表層等の高抵抗化が生じない
ために、良質な電流拡散層が形成されると考えれらる。
特に、２層構造のＩＴＯ膜８００では、先に真空蒸着法
によって下側ＩＴＯ膜８１０を形成するため、スパッタ
リング法によって上側ＩＴＯ膜８２０を形成しても、下
側ＩＴＯ膜８１０のプラズマの内部への侵入を防ぐた
め、ＭｇドープＧａＮ層６００の表層の結晶欠陥等が生
じないためと考えられる。
よりはるかに低いエネルギー状態の粒子が衝突するだけ
であり、しかも水素イオンも存在しない。このため、Ｍ
ｇドープＧａＮ層６００の表層等の高抵抗化が生じない
ために、良質な電流拡散層が形成されると考えれらる。
特に、２層構造のＩＴＯ膜８００では、先に真空蒸着法
によって下側ＩＴＯ膜８１０を形成するため、スパッタ
リング法によって上側ＩＴＯ膜８２０を形成しても、下
側ＩＴＯ膜８１０のプラズマの内部への侵入を防ぐた
め、ＭｇドープＧａＮ層６００の表層の結晶欠陥等が生
じないためと考えられる。
【００３７】この考察から、ＩＴＯ膜８００の形成にあ
たっては、プラズマのような高エネルギー状態の粒子を
Ｐ型ＧａＮ層であるＭｇドープＧａＮ層６００を直撃し
ないようなすればよいと考えられる。従って、必ずしも
電子銃によって蒸着源を加熱する真空蒸着法ではなく、
レーザーアブレーション法やＣＶＤ法であってもよいと
考えられる。
たっては、プラズマのような高エネルギー状態の粒子を
Ｐ型ＧａＮ層であるＭｇドープＧａＮ層６００を直撃し
ないようなすればよいと考えられる。従って、必ずしも
電子銃によって蒸着源を加熱する真空蒸着法ではなく、
レーザーアブレーション法やＣＶＤ法であってもよいと
考えられる。
【００３８】本発明の第４の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系半導体発光素子の製造方法は、ＩＴＯ膜８００を
形成するまでの工程は、上述した第１の実施の形態に係
る製造方法と同一であるので再度の説明は省略する。
ウム系半導体発光素子の製造方法は、ＩＴＯ膜８００を
形成するまでの工程は、上述した第１の実施の形態に係
る製造方法と同一であるので再度の説明は省略する。
【００３９】この方法でのＩＴＯ膜８００の形成は、ゾ
ルゲル法で行った。すなわち、膜厚約１μｍとし、焼成
温度を５５０℃、焼成時間を１時間とした。このソルゲ
ル法で製造されたＩＴＯ膜８００の比抵抗は、０．００
５Ωｃｍ以下になっていることが確認された。これは、
上述した蒸着法やスパッタリング法よりも若干大きい。
上述したものと同様のＮ型電極９１０とＰ型電極９２０
とを形成すると、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．６〜
４．０Ｖと十分に低く、光の外部への取り出し効率も、
従来のＮｉ／Ａｕ薄膜からなる半透明補助電極よりも約
５０％以上も向上していることが確認された。
ルゲル法で行った。すなわち、膜厚約１μｍとし、焼成
温度を５５０℃、焼成時間を１時間とした。このソルゲ
ル法で製造されたＩＴＯ膜８００の比抵抗は、０．００
５Ωｃｍ以下になっていることが確認された。これは、
上述した蒸着法やスパッタリング法よりも若干大きい。
上述したものと同様のＮ型電極９１０とＰ型電極９２０
とを形成すると、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．６〜
４．０Ｖと十分に低く、光の外部への取り出し効率も、
従来のＮｉ／Ａｕ薄膜からなる半透明補助電極よりも約
５０％以上も向上していることが確認された。
【００４０】なお、このゾルゲル法の場合、焼成温度が
４００℃以下であると、良好なＩＴＯ膜８００が形成さ
れない。また、蒸着法やスパッタリング法による方法よ
りも再現性に劣るという問題点もある。
４００℃以下であると、良好なＩＴＯ膜８００が形成さ
れない。また、蒸着法やスパッタリング法による方法よ
りも再現性に劣るという問題点もある。
【００４１】なお、上述した４つの実施の形態では、透
明導電膜としてＩＴＯ膜８００を用いているが、本発明
がこれに限定されることはない。例えば、第２の実施の
形態において下側ＩＴＯ膜８１０の代わりに、膜厚が約
１００ÅのＺｎＯやＳｎＯ2を真空蒸着法で形成し、そ
の上にＳｎＯ2 が１０％の上側ＩＴＯ膜８２０を真空蒸
着法で約０．５μｍ程度形成することでもよい。この場
合、動作電圧が０．１〜０．２Ｖ程度増加しただけであ
り、実用上はまったく問題がないことが実験で確認され
ている。なお、この実験では、下側ＩＴＯ膜８１０の代
わりに形成したＺｎＯやＳｎＯ2 にまったくドーピング
を施していないので、ＺｎＯの場合にはＡｌ等の、Ｓｎ
Ｏ2 の場合にはＳｂ等の適当なドーピングを施してやれ
ば通常のＩＴＯ膜８００と変わらない動作電圧を有する
ものができると考えられる。
明導電膜としてＩＴＯ膜８００を用いているが、本発明
がこれに限定されることはない。例えば、第２の実施の
形態において下側ＩＴＯ膜８１０の代わりに、膜厚が約
１００ÅのＺｎＯやＳｎＯ2を真空蒸着法で形成し、そ
の上にＳｎＯ2 が１０％の上側ＩＴＯ膜８２０を真空蒸
着法で約０．５μｍ程度形成することでもよい。この場
合、動作電圧が０．１〜０．２Ｖ程度増加しただけであ
り、実用上はまったく問題がないことが実験で確認され
ている。なお、この実験では、下側ＩＴＯ膜８１０の代
わりに形成したＺｎＯやＳｎＯ2 にまったくドーピング
を施していないので、ＺｎＯの場合にはＡｌ等の、Ｓｎ
Ｏ2 の場合にはＳｂ等の適当なドーピングを施してやれ
ば通常のＩＴＯ膜８００と変わらない動作電圧を有する
ものができると考えられる。
【００４２】
【発明の効果】本発明に係る窒化ガリウム系半導体発光
素子は、窒化ガリウム系半導体発光素子において、Ｐ型
ＧａＮ半導体層の上に少なくとも一層目がスパッタリン
グ法以外の方法によって形成された透明導電膜からなる
電流拡散層を有する。
素子は、窒化ガリウム系半導体発光素子において、Ｐ型
ＧａＮ半導体層の上に少なくとも一層目がスパッタリン
グ法以外の方法によって形成された透明導電膜からなる
電流拡散層を有する。
【００４３】スパッタリング法以外の方法で形成された
透明導電膜からなる電流拡散層を有する窒化ガリウム系
半導体発光素子は、動作電圧が十分に低く、光の取り出
し効率も従来のものより高いことが確認されている。
透明導電膜からなる電流拡散層を有する窒化ガリウム系
半導体発光素子は、動作電圧が十分に低く、光の取り出
し効率も従来のものより高いことが確認されている。
【００４４】また、前記スパッタリング法以外の方法と
しては、真空蒸着法、レーザーアブレーション法又はゾ
ルゲル法のいずれかが望ましい。すなわち、Ｐ型ＧａＮ
半導体層に結晶欠陥等を発生させない方法である真空蒸
着法、レーザーアブレーション法又はゾルゲル法のいず
れかが望ましいのである。
しては、真空蒸着法、レーザーアブレーション法又はゾ
ルゲル法のいずれかが望ましい。すなわち、Ｐ型ＧａＮ
半導体層に結晶欠陥等を発生させない方法である真空蒸
着法、レーザーアブレーション法又はゾルゲル法のいず
れかが望ましいのである。
【００４５】また、前記電流拡散層は、ＩＴＯ膜、酸化
錫膜、酸化インジウム膜又は酸化亜鉛膜のいずれかから
なることが望ましい。
錫膜、酸化インジウム膜又は酸化亜鉛膜のいずれかから
なることが望ましい。
【００４６】特に、前記電流拡散層は、少なくとも一層
目が真空蒸着法により形成されたＩＴＯ膜であり、この
ＩＴＯ膜はＳｎＯ2 が２〜２０％であることが望まし
い。
目が真空蒸着法により形成されたＩＴＯ膜であり、この
ＩＴＯ膜はＳｎＯ2 が２〜２０％であることが望まし
い。
【００４７】前記透明導電膜の一層目を真空蒸着法で成
膜し、その膜厚を１００Å以上とすると、その上にさら
にスパッタリング法で二層目以降を成膜しても、動作電
圧は低く、また機械的強度や高温高湿度環境下であって
も耐久性に優れているものになっていることが確認でき
た。
膜し、その膜厚を１００Å以上とすると、その上にさら
にスパッタリング法で二層目以降を成膜しても、動作電
圧は低く、また機械的強度や高温高湿度環境下であって
も耐久性に優れているものになっていることが確認でき
た。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る窒化ガリウム
系半導体発光素子の概略的断面図である。
系半導体発光素子の概略的断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る窒化ガリウム
系半導体発光素子の概略的断面図である。
系半導体発光素子の概略的断面図である。
１００ サファイア基板 ２００ ＡｌＮバッファ層 ３００ ＳｉドープＧａＮ層 ４００ 活性層 ５００ キャップ層 ６００ ＭｇドープＧａＮ層 ７００ Ｚｎ層 ８００ Ｎ型電極 ９００ Ｐ型電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/285 ３０１ Ｈ０１Ｌ 21/285 ３０１Ｚ Ｈ０１Ｓ 5/343 Ｈ０１Ｓ 5/343 Ｆターム(参考） 4M104 AA04 BB04 BB14 BB36 CC01 DD34 DD35 DD37 DD51 FF13 GG04 5F041 CA05 CA34 CA40 CA46 CA49 CA57 CA65 CA74 CA77 CA82 CA88 CA92 5F073 AA55 AA61 AA74 CA07 CB07 CB10 CB22 DA05 DA35 EA29
Claims (10)
- 【請求項１】 窒化ガリウム系半導体発光素子におい
て、Ｐ型ＧａＮ半導体層の上に電流拡散層として少なく
とも一層目がスパッタリング法以外の方法によって形成
された透明導電膜を有することを特徴とする窒化ガリウ
ム系半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記スパッタリング法以外の方法が、真
空蒸着法、レーザーアブレーション法又はゾルゲル法の
いずれかであることを特徴とする請求項１記載の窒化ガ
リウム系半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記電流拡散膜の一層目は、ＩＴＯ膜、
酸化錫膜、酸化インジウム膜又は酸化亜鉛膜のいずれか
からなることを特徴とする請求項１又は２記載の窒化ガ
リウム系半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記電流拡散膜の一層目は、膜厚が約１
００Å以上であることを特徴とする請求項１、２又は３
記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記電流拡散層の一層目は、真空蒸着法
により形成されたＩＴＯ膜であり、このＩＴＯ膜はＳｎ
Ｏ2 が２〜２０％であることを特徴とする請求項１記載
の窒化ガリウム系半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記電流拡散層の一層目は、膜厚が約１
００Å以上であり、その上にスパッタリング法でＩＴＯ
膜を積層したことを特徴とする請求項５記載の窒化ガリ
ウム系半導体発光素子。 - 【請求項７】 窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方
法において、Ｐ型ＧａＮ半導体層の上に電流拡散層とし
て少なくとも一層目がスパッタリング法以外の方法によ
って透明導電膜を形成することを特徴とする窒化ガリウ
ム系半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記スパッタリング法以外の方法が、真
空蒸着法、レーザーアブレーション法又はゾルゲル法の
いずれかであることを特徴とする請求項７記載の窒化ガ
リウム系半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項９】 前記透明導電膜は、ＩＴＯ膜、酸化錫
膜、酸化インジウム膜又は酸化亜鉛膜のいずれかからな
ることを特徴とする請求項７又は８記載の窒化ガリウム
系半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１０】 窒化ガリウム系半導体発光素子の製造
方法において、Ｐ型ＧａＮ半導体層の上に真空蒸着法に
よりＳｎＯ2 が２〜２０％であるＩＴＯ膜を室温で形成
した後、加熱処理することで透明導電膜とすることを特
徴とする窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。
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| JP2000014390A JP3394488B2 (ja) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | 窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2006074019A (ja) * | 2004-08-05 | 2006-03-16 | Showa Denko Kk | 半導体発光素子用の透光性電極 |
| JP2006080426A (ja) * | 2004-09-13 | 2006-03-23 | Sharp Corp | 発光ダイオード |
| JP2006128631A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 多層電極及びこれを備える化合物半導体の発光素子 |
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| US7160748B2 (en) | 2000-12-25 | 2007-01-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating nitride semiconductor, method for fabricating nitride semiconductor device, and nitride semiconductor device |
| US7196348B2 (en) | 2003-02-12 | 2007-03-27 | Rohm Co., Ltd. | GaN system semiconductor light emitting device excellent in light emission efficiency and light extracting efficiency |
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| JP2007165596A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Showa Denko Kk | 窒化物系半導体発光素子及び窒化物系半導体発光素子の製造方法、ランプ |
| US7242025B2 (en) | 2002-01-31 | 2007-07-10 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation emitting semiconductor component having a nitride compound semiconductor body and a contact metallization layer on its surface |
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| US7417263B2 (en) | 2003-02-25 | 2008-08-26 | Rohm Co., Ltd. | Transparent electrode |
| JP2009054889A (ja) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Yamaguchi Univ | Ｉｔｏ電極及びその作製方法、並びに窒化物半導体発光素子 |
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| EP2244311A2 (en) | 2005-11-16 | 2010-10-27 | Showa Denko K.K. | Gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device |
| US7842958B1 (en) | 2009-09-10 | 2010-11-30 | Napra Co., Ltd. | Light-emitting diode, light-emitting device, lighting apparatus, display, and signal light |
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