JP2007103538A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】透明電極による優れた光取りだし効率と、低い接触抵抗とを両立可能な発光ダイオード及びその製造方法を提供する。
【解決手段】発光層と、前記発光層の上に設けられ、化合物からなるｎ型コンタクト層と、前記ｎ型コンタクト層の上に設けられ、前記化合物を構成するいずれかの元素の組成比が前記化合物における前記元素の組成比よりも高い組成変調層と、前記組成変調層の上に設けられた透明電極と、を備えたことを特徴とする発光ダイオードが提供される。
【選択図】 図１
【解決手段】発光層と、前記発光層の上に設けられ、化合物からなるｎ型コンタクト層と、前記ｎ型コンタクト層の上に設けられ、前記化合物を構成するいずれかの元素の組成比が前記化合物における前記元素の組成比よりも高い組成変調層と、前記組成変調層の上に設けられた透明電極と、を備えたことを特徴とする発光ダイオードが提供される。
【選択図】 図１
Description
本発明は、発光ダイオード及びその製造方法に関し、より詳細には、電極からの電流注入や光取り出し効率を改善可能な発光ダイオード及びその製造方法に関する。
一般的な発光ダイオードは、活性層をｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで挟んだダブルヘテロ構造の上下にコンタクト層を配置し、それらコンタクト層にそれぞれｐ側電極とｎ側電極を接続させた構造を基本とする。活性層及びｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層の材料としては、例えば、III−Ｖ族化合物半導体であるＩｎＧａＡｌＰやＩｎＡｌＰ、ＩｎＧａＰなどの混晶が用いられ、活性層の元素組成比を調整することにより、緑色から赤色の波長範囲で所定の発光色が得られる。
発光ダイオードは、ｐ側電極とｎ側電極からそれぞれ注入された正孔、電子が活性層で再結合することにより発光する。このため、より高い発光効率を得るためには、両電極から半導体層への正孔、電子の注入の効率向上が重要である。コンタクト層は、電極からの正孔あるいは電子の注入を円滑にするためのものであり、ｐ型コンタクト層としてｐ型ＧａＡｓ、ｎ型コンタクト層としてｎ型ＧａＡｓが通常用いられる。これらコンタクト層上に形成されるｐ側電極とｎ側電極についても同様に、それぞれのコンタクト層へ効率良く正孔あるいは電子を注入する必要があり、コンタクト層とオーミック接触が得られることが要求される。通常は、これら電極にはＡｕＧｅ合金やＡｕＺｎ合金などの金属膜が使用される。
しかし、光を取り出す側のコンタクト層や電極に対しては光取り出し効率を高めるため、光を吸収、遮断する要素を排除することが望ましい。コンタクト層であるＧａＡｓ層は、光吸収を小さくしつつ、電気伝導性を劣化させないように、１００ナノメータ（ｎｍ）以下程度の厚さとすることが望ましい。一方、電極については、金属膜を用いると光が透過しないため、電極の面積を可能な限り小さくすることが望ましい。しかし、コンタクト層全面への電子あるいは正孔の輸送、注入効率を考慮するとある程度の面積が必要となる。
以上説明したように、光取り出し効率を向上させ、発光効率の高い発光ダイオードを実現するためには、光取り出し側の電極の改良が重要である。このために、光取り出し側の電極を、透明電極、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）により形成する提案がされている（特許文献１）。
しかし、ＩＴＯ電極とＧａＡｓコンタクト層とを接合させた場合、十分に接触抵抗の低いオーミック接触を得ることが困難であった。
特開２００３−１７４１９７号公報
本発明は、透明電極による優れた光取りだし効率と、低い接触抵抗とを両立可能な発光ダイオード及びその製造方法を提供する。
本発明の一態様によれば、
発光層と、
前記発光層の上に設けられ、化合物からなるｎ型コンタクト層と、
前記ｎ型コンタクト層の上に設けられ、前記化合物を構成するいずれかの元素の組成比が前記化合物における前記元素の組成比よりも高い組成変調層と、
前記組成変調層の上に設けられた透明電極と、
を備えたことを特徴とする発光ダイオードが提供される。
発光層と、
前記発光層の上に設けられ、化合物からなるｎ型コンタクト層と、
前記ｎ型コンタクト層の上に設けられ、前記化合物を構成するいずれかの元素の組成比が前記化合物における前記元素の組成比よりも高い組成変調層と、
前記組成変調層の上に設けられた透明電極と、
を備えたことを特徴とする発光ダイオードが提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、
発光層と、
前記発光層の上に設けられ、化合物からなるｎ型コンタクト層と、
前記ｎ型コンタクト層の上に設けられ、前記化合物よりも低い仕事関数を有する金属からなる金属層と、
前記金属層の上に設けられた透明電極と、
を備えたことを特徴とする発光ダイオードが提供される。
発光層と、
前記発光層の上に設けられ、化合物からなるｎ型コンタクト層と、
前記ｎ型コンタクト層の上に設けられ、前記化合物よりも低い仕事関数を有する金属からなる金属層と、
前記金属層の上に設けられた透明電極と、
を備えたことを特徴とする発光ダイオードが提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、
発光層と、化合物からなるｎ型コンタクト層と、を含む積層体を形成する工程と、
前記ｎ型コンタクト層の表面に露出する前記化合物を構成するいずれかの元素の組成比を上昇させることにより組成変調層を形成する工程と、
前記組成変調層の上に、透明電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法が提供される。
発光層と、化合物からなるｎ型コンタクト層と、を含む積層体を形成する工程と、
前記ｎ型コンタクト層の表面に露出する前記化合物を構成するいずれかの元素の組成比を上昇させることにより組成変調層を形成する工程と、
前記組成変調層の上に、透明電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、
発光層と、化合物からなるｎ型コンタクト層と、を含む積層体を形成する工程と、
前記ｎ型コンタクト層の上に、前記化合物よりも低い仕事関数を有する金属からなる金属層を形成する工程と、
前記組成変調層の上に、透明電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法が提供される。
発光層と、化合物からなるｎ型コンタクト層と、を含む積層体を形成する工程と、
前記ｎ型コンタクト層の上に、前記化合物よりも低い仕事関数を有する金属からなる金属層を形成する工程と、
前記組成変調層の上に、透明電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法が提供される。
本発明によれば、透明電極による優れた光取りだし効率と、低い接触抵抗とを両立可能な発光ダイオード及びその製造方法を提供でき、産業上のメリットは多大である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る発光ダイオードを例示する模式断面図である。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る発光ダイオードを例示する模式断面図である。
本具体例の発光ダイオードは、支持基板８０の上にｐ型電極７０が積層され、このｐ型電極７０は、絶縁層６０の一部を介してｐ型半導体コンタクト層５０に接続されている。ｐ型半導体コンタクト層５０の上には、ｐ型半導体クラッド層４０と、活性層３５と、ｎ型半導体クラッド層３０と、ｎ型半導体コンタクト層２７と、組成変調層２２と、透明電極１５と、がこの順に積層されている。透明電極１５の上には、小さな接触面積を有するｎ型電極１０が設けられている。
ｎ型半導体コンタクト層２７とｐ型半導体コンタクト層５０は、その上または下に設けられた電極との接触抵抗を低下させるために設けられている。ｎ型半導体クラッド層３０とｐ型半導体クラッド層４０は、活性層３５よりも大きなバンドギャップを有し、注入されたキャリアを活性層３５に閉じこめる作用を有する。活性層３５としては、例えば、ＭＱＷ（multiple-quantum well：多重量子井戸）型の構造が用いられ、注入されたキャリアの再結合により所定の波長の光を発光する。
ここで、本実施形態に係る発光ダイオードを構成する主要部の材料の具体例を以下に列挙する。
ｐ型半導体コンタクト層５０は、亜鉛（Ｚｎ）をドープしたガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ｐ型半導体クラッド層４０は、ｐ型アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン（ＡｌＧａＩｎＰ）、活性層３５は、バンドギャップの広いアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン（ＡｌＧａＩｎＰ）からなる障壁層とバンドギャップの狭いアルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）からなる井戸層とを交互に積層させたＭＱＷ構造、ｎ型半導体クラッド層３０はｎ型アルミニウムガリウムインジウムリン化合物（ＡｌＧａＩｎＰ）、ｎ型半導体コンタクト層２７はシリコン（Ｓｉ）添加ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、組成変調層２２はガリウム（Ｇａ）の組成比が高いＧａＡｓ、透明電極１５はインジウムスズ酸化物、ｎ型電極１０及びｐ型電極７０は金（Ａｕ）系の合金により形成することができる。
また、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の膜厚を１００ｎｍ以下程度にすると、光の吸収による損失を抑えることができる。また、電極の材料としては、ＡｕＧｅ合金やＡｕＺｎ合金などを使用することができる。
また、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の膜厚を１００ｎｍ以下程度にすると、光の吸収による損失を抑えることができる。また、電極の材料としては、ＡｕＧｅ合金やＡｕＺｎ合金などを使用することができる。
そして、本具体例においては、光の取りだし効率を向上させるために透明電極１５が設けられている。透明電極１５は、活性層３５において生じた発光を透過させ上方に放出させるとともに、ｎ型電極１０から注入された電子を均一に効率よく拡散させる。ここで、これまで用いられてきた透明電極１５の多くは、ｎ型半導体コンタクト層２７より仕事関数が高いので、透明電極１５とｎ型半導体コンタクト層２７との間のオーム接触が得られにくい。これに対して、本具体例においては、後述するようにｎ型半導体コンタクト層２７に表面処理を施し、組成変調層２２を形成し挟持させる。すると、透明電極１５とｎ型半導体コンタクト層２７との間に組成変調層２２が形成され、良好なオーミック接触が得られる。
図２は、本具体例の発光ダイオードの動作を説明するための模式図である。
本具体例の発光ダイオードに順バイアスを印加すると、ｎ側電極１０側から電子、ｐ側電極７０側から正孔、がそれぞれ注入され、電子とホールが活性層３５で再結合して発光が生ずる。そして、本具体例によれば、ｎ型コンタクト層２７と透明電極１５との間に組成変調層２２を設けることにより、接触抵抗を下げて透明電極１５からの電子を円滑に注入することができる。そして、活性層３５において生じた発光Ｌは、透明電極１５を介して高い効率で外部に取り出すことができる。
本具体例の発光ダイオードに順バイアスを印加すると、ｎ側電極１０側から電子、ｐ側電極７０側から正孔、がそれぞれ注入され、電子とホールが活性層３５で再結合して発光が生ずる。そして、本具体例によれば、ｎ型コンタクト層２７と透明電極１５との間に組成変調層２２を設けることにより、接触抵抗を下げて透明電極１５からの電子を円滑に注入することができる。そして、活性層３５において生じた発光Ｌは、透明電極１５を介して高い効率で外部に取り出すことができる。
次に、本実施形態に係る発光ダイオードのオーミック接触部の製造方法について説明する。
図３は、本実施形態に係る発光ダイオードのオーミック接触部の形成方法を例示するフローチャートである。
また、図４は、本実施形態に用いることができる発光ダイオードのオーミック接触部の形成方法を例示する断面工程図である。
図４（ａ）は、製造途中のウェーハの最表面にｎ型半導体コンタクト層２７が露出している状態を表す。このｎ型半導体コンタクト層２７の表面をアルゴン（Ａｒ）などの希ガスによりスパッタエッチングする。すると、図４（ｂ）に表したように、ｎ型半導体コンタクト層２７の表面にアルゴンまたはそのイオン２３が衝突し、表面に存在するヒ素（Ａｓ）２４がたたき出され、Ｇａの組成比が相対的に上昇する。これは、ヒ素２４の蒸気圧がガリウムよりも高いために、ヒ素２４は、スパッタエッチングでたたき出されやすいからであると考えられる。このようにして、ｎ型半導体コンタクト層２７の表面に、Ｇａリッチな組成変調層２２が形成される（ステップＳ１００）。
図３は、本実施形態に係る発光ダイオードのオーミック接触部の形成方法を例示するフローチャートである。
また、図４は、本実施形態に用いることができる発光ダイオードのオーミック接触部の形成方法を例示する断面工程図である。
図４（ａ）は、製造途中のウェーハの最表面にｎ型半導体コンタクト層２７が露出している状態を表す。このｎ型半導体コンタクト層２７の表面をアルゴン（Ａｒ）などの希ガスによりスパッタエッチングする。すると、図４（ｂ）に表したように、ｎ型半導体コンタクト層２７の表面にアルゴンまたはそのイオン２３が衝突し、表面に存在するヒ素（Ａｓ）２４がたたき出され、Ｇａの組成比が相対的に上昇する。これは、ヒ素２４の蒸気圧がガリウムよりも高いために、ヒ素２４は、スパッタエッチングでたたき出されやすいからであると考えられる。このようにして、ｎ型半導体コンタクト層２７の表面に、Ｇａリッチな組成変調層２２が形成される（ステップＳ１００）。
次に、同図（ｃ）に表すように、スパッタ法等によりＧａリッチな組成変調層２２の上にｎ型透明電極（ＩＴＯ）膜１５とｎ型電極１０をこの順番に形成する（ステップＳ１１０）。ここで、スパッタエッチング処理に用いる反応ガスとして、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）などの希ガスを用いると、副生成物の発生を抑えることができる。また、希ガスの中でも、アルゴンやクリプトンなどの原子量の大きなガスを用いた場合、高いスパッタレートが得られる。
図５は、本実施形態に用いることができる発光ダイオードの製造装置を例示する模式図である。
この製造装置は、処理チャンバ１００の中で連続的に、スパッタエッチング（逆スパッタ）とスパッタとを切り替えて実施できる。例えば、ＧａＡｓ層表面にＧａリッチな組成変調層を形成した後、ＩＴＯ電極１５を形成することが可能である。
すなわち、このスパッタ装置には、処理チャンバ１００と、この側壁に連通するように接続されたガス導入管１０５が設けられている。また、これとは別の側壁には、ロードロック１１０が設けられ、また、これと処理チャンバ１００との間には開閉扉１１５が設けられている。逆スパッタ用のキャリアガスＧは、このガス導入管１０５を介して、処理チャンバ内に導入される。また、ロードロック１１０及び開閉扉１１５を介して、処理チャンバ１００内へのウェーハＷの搬送と真空排気Ｅとが連続的に行われる。
この処理チャンバ１００空間内の上部には、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等のターゲット１３０と、これを固定するための導電性のターゲット固定治具１２０が設けられ、このターゲット１３０の下方には、開閉制御が可能なシャッタ１２５が設けられている。例えば、逆スパッタ時にシャッタ１２５を閉じると、ターゲット１３０に不純物の付着を防ぐことができる。このシャッタ１２５の下方には、複数のウェーハＷを載置し、回転制御が可能な枚様式のテーブル１３５が設けられている。このテーブル１３５にはマッチングボックスＭを介して高周波電源ＲＦが接続されている。一方、ターゲット固定治具１２０を陰極とし、テーブル１３５を陽極として、これら電極間には直流電源ＤＣが接続されバイアスを印加可能とされている。
図６は、上述した図５の製造装置の（ａ）スパッタエッチング処理、及び（ｂ）スパッタ処理を例示する工程断面図である。
図６（ａ）に表したように、ウェーハＷにスパッタエッチング処理を施す場合、まず、開閉扉１１５を介して、ロードロック１１０から処理チャンバ１００内にウェーハＷを搬送する。そして、ガス導入管１０５を介して処理チャンバ１００にスパッタエッチングガス、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス等を導入しつつ、テーブル１３５に、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、ウェーハＷとシャッタ１２５との間にプラズマＰを形成する。ここで、シャッタ１２５は、閉状態である。
図６（ａ）に表したように、ウェーハＷにスパッタエッチング処理を施す場合、まず、開閉扉１１５を介して、ロードロック１１０から処理チャンバ１００内にウェーハＷを搬送する。そして、ガス導入管１０５を介して処理チャンバ１００にスパッタエッチングガス、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス等を導入しつつ、テーブル１３５に、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、ウェーハＷとシャッタ１２５との間にプラズマＰを形成する。ここで、シャッタ１２５は、閉状態である。
プラズマＰにより形成されたアルゴンイオン（Ａｒ＋）２３は、ウェーハＷの表面のｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面に衝突し、ウェーハＷの表面のヒ素２４がたたき出されてＧａリッチな組成変調層２２が形成する。
次に、スパッタ処理を施す場合、図６（ｂ）に表したように、図示しないシャッタ１２５を開き、ターゲット固定治具１２０とテーブル１３５間に直流電圧を印加する。電極間に発生したアルゴンイオン（Ａｒ＋）２３がＩＴＯ電極１５近傍で加速され、ＩＴＯターゲット１３０表面に衝突し、ＩＴＯ原子をたたき出す。そして、スパッタされたＩＴＯ粒子がウェーハＷ表面のＧａリッチな組成変調層２２上に沈着して、ＩＴＯ電極１５が形成する。なお、この時に、酸素ガスあるいは酸素を含むガスも処理チャンバ１００内に導入して、ＩＴＯ電極１５の酸素含有量を調整してもよい。
この製造装置を用いることにより、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の上に、オーミック接触を改善させるＧａリッチな組成変調層２２と、ＩＴＯ電極１５と、を連続的に積層することができる。
ここで、仮に、ウェーハＷにＧａリッチな組成変調層２２を形成した後、真空状態を破ってから再度排気してＩＴＯ電極１５を成膜すると、Ｇａリッチな組成変調層２２が酸化するため、良好なオーミック接触が得られない場合がある。これに対して、本具体例によれば、真空を破ることなく組成変調層２２と透明電極１５とを形成できるので、良好なオーミック接触を形成できる。
図７は、本実施形態に用いることができる発光ダイオードの製造装置のもうひとつの具体例を表す模式図である。
本具体例においては、いわゆる「インライン式」の構成により、スパッタエッチング処理とスパッタ処理とを連続して行うことが可能とされている。すなわち、同図に表したように、スパッタエッチングガスが充満したガス置換用処理チャンバ１４５と、逆スパッタ用処理チャンバ１５０と、スパッタ用処理チャンバ１５５と、電極形成用処理チャンバ１６５がこの順に連結されている。その内部は、図示しないゲートバルブなどを適宜介して連通可能とされている。各処理チャンバには図示しないガス導入管１０５が設けられ、所定圧力に維持されており、ウェーハＷの搬送は搬送ベルト１４０を用いて行われる。
本具体例の製造装置による処理動作において、まず、最表面にｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７が形成されたウェーハＷを、ガス置換用処理チャンバ１４５を介して、スパッタエッチング用処理チャンバ１５０に搬送する。スパッタエッチング用処理チャンバ１５０では、図６（ａ）に関して前述したものと同様のスパッタエッチング処理により、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面に組成変調層２２を形成する。次に、ウェーハＷをスパッタ用処理チャンバ１５５に搬送した後、図６（ｂ）に関して前述したものと同様の処理により、組成変調層２２の上に、ＩＴＯ電極１５を形成することができる。その後、電極形成用処理チャンバ１６５においてｎ側電極１０を形成することができる。
本具体例においては、いわゆる「インライン式」の構成により、スパッタエッチング処理とスパッタ処理とを連続して行うことが可能とされている。すなわち、同図に表したように、スパッタエッチングガスが充満したガス置換用処理チャンバ１４５と、逆スパッタ用処理チャンバ１５０と、スパッタ用処理チャンバ１５５と、電極形成用処理チャンバ１６５がこの順に連結されている。その内部は、図示しないゲートバルブなどを適宜介して連通可能とされている。各処理チャンバには図示しないガス導入管１０５が設けられ、所定圧力に維持されており、ウェーハＷの搬送は搬送ベルト１４０を用いて行われる。
本具体例の製造装置による処理動作において、まず、最表面にｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７が形成されたウェーハＷを、ガス置換用処理チャンバ１４５を介して、スパッタエッチング用処理チャンバ１５０に搬送する。スパッタエッチング用処理チャンバ１５０では、図６（ａ）に関して前述したものと同様のスパッタエッチング処理により、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面に組成変調層２２を形成する。次に、ウェーハＷをスパッタ用処理チャンバ１５５に搬送した後、図６（ｂ）に関して前述したものと同様の処理により、組成変調層２２の上に、ＩＴＯ電極１５を形成することができる。その後、電極形成用処理チャンバ１６５においてｎ側電極１０を形成することができる。
このようなインライン製造装置を用いることにより、真空を破ることなく各層を形成でき、特に、組成変調層２２の酸化を防いで良好なオーミック接触を形成することができる。
以上、本実施形態に係る発光ダイオード及びその製造方法について説明した。
次に、本発明者が実施した実験について説明する。
本発明者は、組成変調層２２の表面状態が、オーミック接触性に大きな影響を及ぼすものと考え、組成変調層の形成条件と表面状態との関係について調べた。
本発明者は、組成変調層２２の表面状態が、オーミック接触性に大きな影響を及ぼすものと考え、組成変調層の形成条件と表面状態との関係について調べた。
図８は、スパッタエッチング処理のＲＦパワー条件による元素組成比の変化を表すグラフ図である。同図において（ａ）は処理なし、（ｂ）は１００Ｗで１分間、（ｃ）は１００Ｗで２分間、（ｄ）は２００Ｗで１分間、スパッタエッチング処理したｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７表面のＧａ／Ａｓ元素組成比を表す。ここで、Ｇａ／Ａｓ元素組成比は、Ｘ線光電子分光（X-ray Photoelectron Spectroscopy：ＸＰＳ）から得た強度比から算出した。
同図に表したように、（ａ）スパッタエッチング処理しない場合、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７表面のＧａ／Ａｓ元素組成比は、０．９７であり、Ｇａ元素とＡｓ元素とが同程度に存在する。これに対して、その他全ての条件でスパッタ処理を行うと、Ｇａ／Ａｓ元素組成比は、１．９５以上になり、Ｇａ元素の存在比率がＡｓ元素より２倍程度上昇し、Ｇａリッチな層が形成されることが分かる。
より詳細には、１００ＷのＲＦ電圧を１分間（条件：ｂ）印加した場合、Ｇａ−Ａｓ／Ｇａ−Ｏ結合のピーク強度比は、０．３８（エッチングレート：５１．３ナノメートル／分）であるのに対して、１００ＷのＲＦ電圧を２分間（条件：ｃ）印加した場合、そのピーク強度比は、０．４８であり、また、２００ＷのＲＦ電圧を１分間（条件：ｄ）の場合、０．５３（エッチングレート：１０９．３ナノメートル／分）であった。この結果から、スパッタエッチング処理によって形成される組成変調層２２の膜厚は、エッチング量に依存すると推察される。
図９は、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面に存在するＡｓ元素の３ｄ軌道のＸＰＳスペクトルを表すグラフ図である。ここでも、（ａ）はスパッタエッチング処理なし、（ｂ）は１００Ｗで１分間、（ｃ）は１００Ｗで２分間、（ｄ）は２００Ｗで１分間、スパッタエッチング処理した結果をそれぞれ表す。
図９（ａ）に表したように、スパッタエッチング処理しないｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面においては、Ａｓ元素とＧａ元素（Ａｓ−Ｇａ）の結合ピークと、Ａｓ元素と酸素（Ｏ）元素の（Ａｓ−Ｏ）結合ピークと、の２種類が確認できた。これに対して、その他全てのＲＦ条件では、Ａｓ−Ｇａ結合ピークが、Ａｓ−Ｏ結合よりも著しく高いことから、（ｃ）〜（ｄ）のＲＦ条件でスパッタエッチング処理したｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面には、Ａｓ酸化物が存在しないことが分かる。
図１０は、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面に存在するＧａ元素の３ｄ軌道のスペクトルを表すグラフ図である。ここでも、（ａ）はスパッタエッチング処理なし、（ｂ）は１００Ｗで１分間、（ｃ）は１００Ｗで２分間、（ｄ）は２００Ｗで１分間、スパッタエッチング処理した結果をそれぞれ表す。
いずれのＲＦパワー条件においても、Ｇａ−Ａｓ結合と、Ｇａ−Ｏ結合と、が確認できた。特に、（ｂ）〜（ｄ）のＲＦ条件によるＧａ−Ｏ結合のピーク強度は、（ａ）よりも著しく高い値を示した。Ｇａ−Ｏ結合が認められるのは、スパッタエッチング処理工程の後に大気中に取り出してからＸＰＳ分析を行ったので、サンプルの表面に酸素が結合したためであると考えられる。そして、（ｂ）〜（ｄ）のＧａ−Ｏ結合のピーク強度が、（ａ）よりも著しく高いことから、スパッタエッチング処理により、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７表面のＧａの組成比が上昇するとともに、表面が活性化され、酸素が結合しやすくなったことが推察される。
次に、組成変調層を形成したサンプルの電気的特性について説明する。
図１１は、本実施形態に係る発光ダイオードの電気的特性評価のために用いた評価用サンプルを例示する模式図である。
透明電極１５とＧａＡｓコンタクト層２７との間に組成変調層２２を挟持させた積層体の電気的特性を評価するために、図１１に表したように、ＩＴＯ電極１５とｎ側電極（例えば、モリブデン電極）１６０とを積層した２つの電極を形成した。電極の間隔Ｌは１ミリメータとし、それぞれの電極の直径も１ミリメータとした。
図１１は、本実施形態に係る発光ダイオードの電気的特性評価のために用いた評価用サンプルを例示する模式図である。
透明電極１５とＧａＡｓコンタクト層２７との間に組成変調層２２を挟持させた積層体の電気的特性を評価するために、図１１に表したように、ＩＴＯ電極１５とｎ側電極（例えば、モリブデン電極）１６０とを積層した２つの電極を形成した。電極の間隔Ｌは１ミリメータとし、それぞれの電極の直径も１ミリメータとした。
この評価用サンプルの形成方法は以下の如くである。
まず、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて形成した。ＭＯＣＶＤにおいては、シリコン（Ｓｉ）をドープ量１×１０１８ｃｍ−３で添加しつつエピタキシャル成長により形成した。
その後、その表面をバッファードフッ酸水溶液（ＨＦ６％−ＮＨ４Ｆ３０％）で洗浄処理し、スパッタエッチング処理により組成変調層２２を形成した。この際、スパッタエッチング条件は、真空度：１×１０−５Ｐａ、Ａｒガス流量：３０ｓｃｃｍ、エッチングガス圧力：０．６７Ｐａ、ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚを室温下で行った。そして、この組成変調層２２の表面に、スパッタ法によりＩＴＯ電極１５を堆積した。ここで、ＩＴＯ電極１５を形成する際の条件は、真空度：１×１０−５Ｐａ、Ａｒガス流量：３０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガス流量０．５ｓｃｃｍ、スパッタガス圧力：０．６７Ｐａ、ＤＣ放電パワー：１００Ｗ、放電圧力：マイナス２７０Ｖで行い、膜厚１００ナノメータのＩＴＯ電極を形成した。ＩＴＯ電極１５のパターニングは、ウエットエッチングにより実施した。
まず、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて形成した。ＭＯＣＶＤにおいては、シリコン（Ｓｉ）をドープ量１×１０１８ｃｍ−３で添加しつつエピタキシャル成長により形成した。
その後、その表面をバッファードフッ酸水溶液（ＨＦ６％−ＮＨ４Ｆ３０％）で洗浄処理し、スパッタエッチング処理により組成変調層２２を形成した。この際、スパッタエッチング条件は、真空度：１×１０−５Ｐａ、Ａｒガス流量：３０ｓｃｃｍ、エッチングガス圧力：０．６７Ｐａ、ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚを室温下で行った。そして、この組成変調層２２の表面に、スパッタ法によりＩＴＯ電極１５を堆積した。ここで、ＩＴＯ電極１５を形成する際の条件は、真空度：１×１０−５Ｐａ、Ａｒガス流量：３０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガス流量０．５ｓｃｃｍ、スパッタガス圧力：０．６７Ｐａ、ＤＣ放電パワー：１００Ｗ、放電圧力：マイナス２７０Ｖで行い、膜厚１００ナノメータのＩＴＯ電極を形成した。ＩＴＯ電極１５のパターニングは、ウエットエッチングにより実施した。
図１２は、比較例の評価用サンプルの電流電圧特性を例示する模式図である。
本比較例においては、組成変調層２２を形成せずに、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の上にＩＴＯ電極１５を形成した。その結果、電流電圧特性は非線形であり、オーミック接触を得ることができなかった。これは、前述したように、ＩＴＯ電極１５の仕事関数が４．７ｅＶ以上と高いためであると考えられる。
本比較例においては、組成変調層２２を形成せずに、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の上にＩＴＯ電極１５を形成した。その結果、電流電圧特性は非線形であり、オーミック接触を得ることができなかった。これは、前述したように、ＩＴＯ電極１５の仕事関数が４．７ｅＶ以上と高いためであると考えられる。
図１３は、ｐ型ＧａＡｓにＩＴＯ電極１５を積層した比較例の評価用サンプルの電流電圧特性を表すグラフ図である。
ここで、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層は、ＭＯＣＶＤ法により炭素（Ｃ）を（ａ）６×１０１９ｃｍ−３あるいは（ｂ）１×１０２０ｃｍ−３添加して成長させた。図１３に表したように、ｐ型ＧａＡｓの場合は、いずれの炭素の添加量においても、電流電圧特性はほぼ線形になり、オーミック接触に近い特性が得られる取れることが分かる。これは、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５０はキャリア濃度を１０２０台まで高めることが可能であり、仕事関数が、ＩＴＯ電極１５と同程度だからであると考えられる。
ここで、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層は、ＭＯＣＶＤ法により炭素（Ｃ）を（ａ）６×１０１９ｃｍ−３あるいは（ｂ）１×１０２０ｃｍ−３添加して成長させた。図１３に表したように、ｐ型ＧａＡｓの場合は、いずれの炭素の添加量においても、電流電圧特性はほぼ線形になり、オーミック接触に近い特性が得られる取れることが分かる。これは、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５０はキャリア濃度を１０２０台まで高めることが可能であり、仕事関数が、ＩＴＯ電極１５と同程度だからであると考えられる。
図１４は、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層の上に組成変調層を設けた場合の効果を表すグラフ図である。
ここで、横軸は電圧（Ｖ）であり、縦軸は電流（Ａ）である。また、組成変調層２２を形成するＲＦパワー条件は、図８乃至図１０に関して前述したものと同様とし、（ａ）処理なし、（ｂ）１００Ｗを１分間、（ｄ）２００Ｗを１分間、の３種類であり、室温下で測定した。
ここで、横軸は電圧（Ｖ）であり、縦軸は電流（Ａ）である。また、組成変調層２２を形成するＲＦパワー条件は、図８乃至図１０に関して前述したものと同様とし、（ａ）処理なし、（ｂ）１００Ｗを１分間、（ｄ）２００Ｗを１分間、の３種類であり、室温下で測定した。
その結果、図１４に表したように、ＲＦパワーを（ａ）印加しないで形成した積層物の場合、電流電圧特性の非線形性が大きく、電圧が−１〜＋１ボルトの範囲において、電流はほとんど流れない。これに対して、ＲＦパワーを（ｂ）１００Ｗを１分間、（ｄ）２００Ｗを１分間、で印加して組成変調層２２を形成した積層物の場合、−１〜＋１ボルトでの電流が増加し、電流電圧曲線が線形に近づく傾向が見られる。また、ＲＦパワーが、（ｂ）１００Ｗを１分間と（ｄ）２００Ｗを１分間を印加した場合を比較すると、条件（ｄ）の方が、より線形に近いことが分かる。これは、図８乃至図１０に関して前述したように、組成変調層２２の膜厚の違いを反映したものであると推察される。
図１５は、図１４に関して前述したサンプルの熱処理による特性の変化を表すグラフ図である。
すなわち、図１４に関して前述した（ｂ）と（ｄ）のサンプルについて、それぞれ５００Ｐａの窒素雰囲気にて４５０℃で１分間の熱処理を実施した。図１５に表したように、ＲＦパワー条件（ｄ）２００Ｗを１分間の条件によるサンプル（ｄ）を熱処理して得られたサンプル（ｄ）’では、オーミック接触性が向上することが分かる。これは、熱処理により、組成変調層２２とＩＴＯ電極１５との間のバリアが低下して接触抵抗が低下したためであると考えられる。
一方、ＲＦパワー条件（ｂ）１００Ｗを１分間の条件で作製したサンプル（ｂ）に熱処理を施して得られたサンプル（ｂ）’は、電流が低下し、オーミック接触性が劣化した。これは、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面に形成される組成変調層２２の厚みが少ないと、熱処理により酸化されることの影響がより強調されるためであると考えられる。
すなわち、図１４に関して前述した（ｂ）と（ｄ）のサンプルについて、それぞれ５００Ｐａの窒素雰囲気にて４５０℃で１分間の熱処理を実施した。図１５に表したように、ＲＦパワー条件（ｄ）２００Ｗを１分間の条件によるサンプル（ｄ）を熱処理して得られたサンプル（ｄ）’では、オーミック接触性が向上することが分かる。これは、熱処理により、組成変調層２２とＩＴＯ電極１５との間のバリアが低下して接触抵抗が低下したためであると考えられる。
一方、ＲＦパワー条件（ｂ）１００Ｗを１分間の条件で作製したサンプル（ｂ）に熱処理を施して得られたサンプル（ｂ）’は、電流が低下し、オーミック接触性が劣化した。これは、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面に形成される組成変調層２２の厚みが少ないと、熱処理により酸化されることの影響がより強調されるためであると考えられる。
図１６は、ＩＴＯ電極１５を成膜する際に基板加熱した効果を例示するグラフ図である。すなわち、同図は、ＲＦパワー条件２００Ｗを１分間で組成変調層２２を形成した後に、室温でＩＴＯ電極１５を形成したサンプル（ｄ）と、２５０℃に加熱しながらＩＴＯ電極１５を形成したサンプル（ｄ）’’の電流電圧特性を表す。
２５０℃に加熱しながらＩＴＯ電極１５を形成したサンプル（ｄ）’’は、室温でＩＴＯ電極１５を形成したサンプル（ｄ）よりも、電流電圧特性の線形性が増して電流が増大していることが分かる。これは、ＩＴＯ電極１５の結晶化が進行してＩＴＯ電極１５の抵抗が低下したことと、組成変調層２２とＩＴＯ電極１５との接触抵抗も低下したためであると考えられる。
以上に説明したように、本実施形態によれば、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７とＩＴＯ電極１５との間に、組成変調層２２を挟持することで、良好なオーミック接触が得られ、しかもＩＴＯ電極１５を介して高い効率で光を取り出すことができる。
さらに、組成変調層２２を形成する際のｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７のスパッタエッチング条件を調整したり、ＩＴＯ電極１５の形成後に熱処理を施したり、またＩＴＯ電極１５の成膜温度を上げることにより、接触抵抗をより低下させることが可能となる。
以上、本発明の実施形態に係る発光ダイオードについて、評価用サンプルの特性を参照しつつ説明した。
次に、本発明の実施形態に係る発光ダイオードに設けることができるＩＴＯ電極１５について説明する。
次に、本発明の実施形態に係る発光ダイオードに設けることができるＩＴＯ電極１５について説明する。
図１７は、ＩＴＯ電極１５の成膜時の基板温度と比抵抗との関係を表すグラフ図である。ここでは、ガラス基板の上にＩＴＯ電極１５を形成したサンプルを作製し、室温で４探針法によりＩＴＯ電極１５の比抵抗を測定した。ＩＴＯ電極１５は、マグネトロンスパッタ装置（アルバック社製ＣＳ−２００）を用いて形成した。この際、スパッタ時の放電電圧が低いほど、低比抵抗が得られることから、低放電電圧が可能な強磁場マグネット（１０００Ｇ程度のターゲット表面磁場）を陰極に装着し、マグネトロンスパッタ法により成膜した。また、ＩＴＯ電極１５の比抵抗はスパッタ時の酸素供給量にも影響されるため、低比抵抗が得られるように、酸素量は予め適正化した供給量を供給した。
ここで、スパッタ条件は、真空度：１×１０−５Ｐａ、Ａｒガス流量：３０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガス供給量：０．５ｓｃｃｍ、スパッタ圧力：０．６７Ｐａ、ＤＣ放電パワー：１００Ｗ、放電電圧：マイナス２７０Ｖとした。また、スパッタのターゲットとしては、９０ｗｔ％Ｉｎ２Ｏ３−１０ｗｔ％ＳｎＯ２からなる焼結体ターゲットを用いた。また、成膜時の基板温度は、（I）室温、（II）２００℃、（III）２５０℃の３種類とした。いずれも場合も、形成したＩＴＯ電極１５の膜厚は、約１００ナノメータである。
図１７に表したように、ＩＴＯ電極１５の比抵抗は、形成時の基板温度の上昇に伴い低下する。例えば、基板温度が（III）２５０℃のとき、１．７×１０−４Ωｃｍの接触抵抗が得られることが分かった。
図１８は、これらサンプルの光透過率のスペクトルを表すグラフ図である。
光透過率は室温で測定し、ガラス基板の光吸収分を差し引くことよりＩＴＯ電極１５の透過率を得た。
ＩＴＯ電極１５の光透過率は、ほぼ全ての波長帯において、成膜時の基板温度が高いほど上昇する傾向を示した。ＩＴＯ電極１５の結晶化は、１５０℃以上で開始することから、例えば、基板温度が２５０℃の場合、５５０ナノメートル（緑色）〜７００ナノメートル（赤色）の波長領域において、光透過率は８８％以上と高くなることが判明した。
光透過率は室温で測定し、ガラス基板の光吸収分を差し引くことよりＩＴＯ電極１５の透過率を得た。
ＩＴＯ電極１５の光透過率は、ほぼ全ての波長帯において、成膜時の基板温度が高いほど上昇する傾向を示した。ＩＴＯ電極１５の結晶化は、１５０℃以上で開始することから、例えば、基板温度が２５０℃の場合、５５０ナノメートル（緑色）〜７００ナノメートル（赤色）の波長領域において、光透過率は８８％以上と高くなることが判明した。
（第２の実施の形態）
図１９は、本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオードを例示する模式断面図である。同図以降の図面については、図１乃至図１８に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図１９は、本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオードを例示する模式断面図である。同図以降の図面については、図１乃至図１８に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例においては、図１に関して前述した組成変調層２２の代わりに、金属膜２０が、ｎ型半導体コンタクト層２７と透明電極１５との間に挟持されている。
ここで、金属膜２０の材料としては、ｎ型半導体コンタクト層の電子親和力より小さい仕事関数を有するものであることが望ましい。そのような材料としては、例えば、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＭｇＣｕ、ＭｇＺｎ、ＭｇＣａ等の合金を単層で用いたり、あるいは複層化させた薄膜を用いることもできる。
ここで、金属膜２０の材料としては、ｎ型半導体コンタクト層の電子親和力より小さい仕事関数を有するものであることが望ましい。そのような材料としては、例えば、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＭｇＣｕ、ＭｇＺｎ、ＭｇＣａ等の合金を単層で用いたり、あるいは複層化させた薄膜を用いることもできる。
例えば、金属膜２０をマグネシウムと銀との合金（ＭｇＡｇ）からなるものとすることができる。なおここで、マグネシウムと銀の組成比は１：１には限定されない。また、ｎ型半導体コンタクト層２７は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ、透明電極１５は、例えば、ｎ型ＩＴＯからなるものとすることができる。
ＭｇＡｇの仕事関数は、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の電子親和力よりも低いので、その接合界面は低抵抗なオーミック接触が得られる。したがって、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７とＩＴＯ電極１５との間に、ＭｇＡｇ膜２０を設けることで良好なオーミック接触が得られる。ただし、ＭｇＡｇ膜２０の膜厚が厚いと光透過性が低下するので、良好なオーミック接触が得られる範囲内で可能な限り薄くすることが望ましい。
また、ＭｇＡｇ膜２０の挿入による効果をさらに高めるためには、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面に形成する酸化膜を例えば、スパッタエッチング法等により除去したまま、大気に曝さないでＭｇＡｇ膜２０及びＩＴＯ電極１５を連続して、例えば、スパッタ法等により形成するとよい。そのためには、図５乃至図７に関して前述したように、スパッタエッチング処理とスパッタ処理とを連続的に行える製造装置を用いるとよい。
さらにまた、本実施形態においても、ＩＴＯ電極１５を１５０℃以上で加熱しながら成膜すると、インジウム錫酸化物の結晶化が進行し、比抵抗を下げるとともに光透過率を向上させることができる。このような構造により、発光効率の高い発光ダイオードが得られる。
次に、本実施形態に係る発光ダイオードの製造方法について簡単に説明する。
図２０は、本実施形態の発光ダイオードのオーミック接触部の形成方法を例示する工程断面図である。
すなわち、図２０（ａ）は、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面に酸化物膜２６が形成された状態を表す。このように酸化物膜２６が形成されている場合、まず、スパッタエッチングなどの方法により、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面にアルゴンイオン（Ａｒ＋）などを衝突させ、表面に存在する酸化物膜２６を除去する。
すなわち、図２０（ａ）は、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面に酸化物膜２６が形成された状態を表す。このように酸化物膜２６が形成されている場合、まず、スパッタエッチングなどの方法により、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面にアルゴンイオン（Ａｒ＋）などを衝突させ、表面に存在する酸化物膜２６を除去する。
しかる後に、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面を酸素を含む雰囲気に暴露させずに、スパッタ法などを用いて図２０（ｂ）に表したようにＭｇＡｇ膜２０を形成する。さらに、酸素を含む雰囲気にＭｇＡｇ膜２０表面を暴露させずに、図２０（ｃ）に表したように、ＭｇＡｇ膜２０の上にＩＴＯ電極１５と、ｎ型電極１０とをこの順に形成する。
図２０（ａ）〜（ｃ）に関して説明した一連の工程は、前述したように、真空を破ることなく連続的に実施することが望ましい。
図２０（ａ）〜（ｃ）に関して説明した一連の工程は、前述したように、真空を破ることなく連続的に実施することが望ましい。
以下、本実施形態において設ける金属膜２０及びその作用効果について、本発明者が実施した実験を参照しつつ説明する。
図２１は、本発明者が作成した電気的特性評価に用いる評価用サンプルの模式図であり、（ａ）ＭｇＡｇ膜２０を設けたサンプルと、（ｂ）ＭｇＡｇ膜２０を設けないサンプルをそれぞれ表す。
これらサンプルの形成方法は、図１１に関して前述したものとほぼ同様である。ＭｇＡｇ膜２０は、ＭｇＡｇターゲットを用いたスパッタ法により形成した。また、その膜厚は、２ナノメータとした。
図２１は、本発明者が作成した電気的特性評価に用いる評価用サンプルの模式図であり、（ａ）ＭｇＡｇ膜２０を設けたサンプルと、（ｂ）ＭｇＡｇ膜２０を設けないサンプルをそれぞれ表す。
これらサンプルの形成方法は、図１１に関して前述したものとほぼ同様である。ＭｇＡｇ膜２０は、ＭｇＡｇターゲットを用いたスパッタ法により形成した。また、その膜厚は、２ナノメータとした。
図２２は、ＭｇＡｇ膜２０を設けたサンプル（ａ）と、ＭｇＡｇ膜２０を設けないサンプル（ｂ）の電流電圧特性を表すグラフ図である。
なお、本具体例においては、ＭｇＡｇ膜２０とＩＴＯ電極１５の成膜は、室温で行った。ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７とＩＴＯ電極１５との間にＭｇＡｇ膜２０を設けたサンプル（ａ）の電流電圧特性は、ＭｇＡｇ膜２０を設けないサンプル（ｂ）よりも、直線性に優れ、電流が大きくなり、オーミック接触性が良好になることが分かる。これは、ＭｇＡｇの仕事関数はおよそ３．７ｅＶと低く、コンタクト層であるｎ型ＧａＡｓとオーミック接触を形成しやすいからであると考えられる。
なお、本具体例においては、ＭｇＡｇ膜２０とＩＴＯ電極１５の成膜は、室温で行った。ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７とＩＴＯ電極１５との間にＭｇＡｇ膜２０を設けたサンプル（ａ）の電流電圧特性は、ＭｇＡｇ膜２０を設けないサンプル（ｂ）よりも、直線性に優れ、電流が大きくなり、オーミック接触性が良好になることが分かる。これは、ＭｇＡｇの仕事関数はおよそ３．７ｅＶと低く、コンタクト層であるｎ型ＧａＡｓとオーミック接触を形成しやすいからであると考えられる。
図２３は、ＭｇＡｇ膜２０を設けたサンプルにおいて、ＭｇＡｇ膜２０及びＩＴＯ電極１５の成膜温度を室温としたサンプル（ｃ）と、２５０℃で行ったサンプル（ｄ）の電流電圧特性を表すグラフ図である。
ＭｇＡｇ膜２０及びＩＴＯ電極１５の成膜温度を２５０℃としたサンプル（ｄ）の電流電圧特性は、室温で形成したサンプル（ｃ）より、直線性に優れ、傾きが大きくなることが分かる。これは、成膜時の基板温度を高くすることでコンタクト抵抗が低下し、より良好なオーミック接触が得られることを表すものと考えられる。また、基板温度を上げることによりＩＴＯ電極１５の膜質も改善され、比抵抗が低下する効果も寄与しているものと考えられる。
ＭｇＡｇ膜２０及びＩＴＯ電極１５の成膜温度を２５０℃としたサンプル（ｄ）の電流電圧特性は、室温で形成したサンプル（ｃ）より、直線性に優れ、傾きが大きくなることが分かる。これは、成膜時の基板温度を高くすることでコンタクト抵抗が低下し、より良好なオーミック接触が得られることを表すものと考えられる。また、基板温度を上げることによりＩＴＯ電極１５の膜質も改善され、比抵抗が低下する効果も寄与しているものと考えられる。
図２４は、ＭｇＡｇ膜の膜厚と光透過率との関係を例示するグラフ図である。
ここでは、基板温度２５０℃でガラス基板の上にＭｇＡｇ膜２０とＩＴＯ電極１５を形成したサンプルを用いた。サンプル（ｆ）は、ＭｇＡｇ膜２０を設けずにＩＴＯ電極１５を形成した評価用サンプルであり、サンプル（ｅ１）はＭｇＡｇ膜２０の膜厚を１ナノメータ、サンプル（ｅ２）はＭｇＡｇ膜２０の膜厚を２ナノメータ、サンプル（ｅ３）はＭｇＡｇ膜２０の膜厚を５ナノメータとした。また、光透過率はガラス基板１７５の光透過率を１００％としたときの値である。
ＭｇＡｇ膜２０の膜厚が、（ｅ１）１ナノメートル及び（ｅ２）２ナノメートルの場合には、光透過率の低下量は、、ＩＴＯ電極１５のみのサンプル（ｆ）と比較して２パーセント以下で殆ど影響がない。また、ＭｇＡｇ膜２０の膜厚を５ナノメートル（ｅ３）とした場合も、光透過率は、やや低下するものの、その低下量は、２０パーセント程度に留まる。つまり、光透過率の観点からは、ＭｇＡｇ膜２０の膜厚を５ナノメートル以下とすることが望ましく、さらに２ナノメータ以下とすると、透過率の低下は無視しうるレベルとなる。
ここでは、基板温度２５０℃でガラス基板の上にＭｇＡｇ膜２０とＩＴＯ電極１５を形成したサンプルを用いた。サンプル（ｆ）は、ＭｇＡｇ膜２０を設けずにＩＴＯ電極１５を形成した評価用サンプルであり、サンプル（ｅ１）はＭｇＡｇ膜２０の膜厚を１ナノメータ、サンプル（ｅ２）はＭｇＡｇ膜２０の膜厚を２ナノメータ、サンプル（ｅ３）はＭｇＡｇ膜２０の膜厚を５ナノメータとした。また、光透過率はガラス基板１７５の光透過率を１００％としたときの値である。
ＭｇＡｇ膜２０の膜厚が、（ｅ１）１ナノメートル及び（ｅ２）２ナノメートルの場合には、光透過率の低下量は、、ＩＴＯ電極１５のみのサンプル（ｆ）と比較して２パーセント以下で殆ど影響がない。また、ＭｇＡｇ膜２０の膜厚を５ナノメートル（ｅ３）とした場合も、光透過率は、やや低下するものの、その低下量は、２０パーセント程度に留まる。つまり、光透過率の観点からは、ＭｇＡｇ膜２０の膜厚を５ナノメートル以下とすることが望ましく、さらに２ナノメータ以下とすると、透過率の低下は無視しうるレベルとなる。
以上説明したように、本実施形態によれば、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層２７とＩＴＯ電極１５と、の間に、ＭｇＡｇ膜２０を設けることで、良好なオーミック接触が得られ、キャリアの注入効率を向上させることができる。また、その膜厚を５ナノメータ以下とすれば、光の取り出し効率を低下させる影響も少ない。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
例えば、第１実施形態において設ける組成変調層や、第２実施形態において設ける金属層と、の形成方法や、その材料や膜厚、コンタクト層の材質、形成方法、熱処理温度、製造装置等について、当業者が適宜変更したものであっても、本発明の主要を有する限りにおいて、本発明の範囲に包含される。
例えば、第１実施形態において設ける組成変調層や、第２実施形態において設ける金属層と、の形成方法や、その材料や膜厚、コンタクト層の材質、形成方法、熱処理温度、製造装置等について、当業者が適宜変更したものであっても、本発明の主要を有する限りにおいて、本発明の範囲に包含される。
１０ ｎ型電極
１５ 透明電極、ＩＴＯ電極
２０ 金属膜あるいは合金膜、ＭｇＡｇ膜
２２ 組成変調層
２４ ヒ素イオン
２６ 酸化物膜
２７ ｎ型半導体コンタクト層、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
３０ ｎ型半導体クラッド層
３５ 活性層
４０ ｐ型半導体クラッド層
５０ ｐ型半導体コンタクト層
６０ 絶縁層
７０ ｐ型電極
８０ 支持基板
１００ 処理チャンバ
１０５ ガス導入管
１１０ ロードロック
１１５ 開閉扉
１２０ ターゲット固定治具
１２５ シャッタ
１３０ ターゲット
１３５ テーブル
１４０ 搬送ベルト
１４５ ガス置換用処理チャンバ
１５０ スパッタエッチング用処理チャンバ
１５５ スパッタ用処理チャンバ
１５７ ガラス基板
１６５ ガスカーテン用処理チャンバ
１７５ ガラス基板
Ａ 略垂直方向
ＤＣ 直流電源
Ｅ 真空排気
Ｇ キャリアガス
Ｌ 発光
Ｍ マッチングボックス
Ｐ プラズマ
ＲＦ 高周波電源
Ｗ ウェーハ
１５ 透明電極、ＩＴＯ電極
２０ 金属膜あるいは合金膜、ＭｇＡｇ膜
２２ 組成変調層
２４ ヒ素イオン
２６ 酸化物膜
２７ ｎ型半導体コンタクト層、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
３０ ｎ型半導体クラッド層
３５ 活性層
４０ ｐ型半導体クラッド層
５０ ｐ型半導体コンタクト層
６０ 絶縁層
７０ ｐ型電極
８０ 支持基板
１００ 処理チャンバ
１０５ ガス導入管
１１０ ロードロック
１１５ 開閉扉
１２０ ターゲット固定治具
１２５ シャッタ
１３０ ターゲット
１３５ テーブル
１４０ 搬送ベルト
１４５ ガス置換用処理チャンバ
１５０ スパッタエッチング用処理チャンバ
１５５ スパッタ用処理チャンバ
１５７ ガラス基板
１６５ ガスカーテン用処理チャンバ
１７５ ガラス基板
Ａ 略垂直方向
ＤＣ 直流電源
Ｅ 真空排気
Ｇ キャリアガス
Ｌ 発光
Ｍ マッチングボックス
Ｐ プラズマ
ＲＦ 高周波電源
Ｗ ウェーハ
Claims (14)
- 発光層と、
前記発光層の上に設けられ、化合物からなるｎ型コンタクト層と、
前記ｎ型コンタクト層の上に設けられ、前記化合物を構成するいずれかの元素の組成比が前記化合物における前記元素の組成比よりも高い組成変調層と、
前記組成変調層の上に設けられた透明電極と、
を備えたことを特徴とする発光ダイオード。 - 前記化合物は、III−Ｖ族化合物半導体であり、
前記いずれかの元素は、III族元素であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。 - 前記化合物は、ＧａＡｓであり、
前記いずれかの元素は、Ｇａであることを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオード。 - 発光層と、
前記発光層の上に設けられ、化合物からなるｎ型コンタクト層と、
前記ｎ型コンタクト層の上に設けられ、前記化合物よりも低い仕事関数を有する金属からなる金属層と、
前記金属層の上に設けられた透明電極と、
を備えたことを特徴とする発光ダイオード。 - 前記金属は、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＭｇＣｕ、ＭｇＺｎ及びＭｇＣａよりなる群から選択されたいずれかであることを特徴とする請求項４記載の発光ダイオード。
- 前記金属は、ＭｇＡｇであり、
前記金属層の厚みは、５ナノメータ以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の発光ダイオード。 - 前記透明電極は、インジウム錫酸化物からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光ダイオード。
- 発光層と、化合物からなるｎ型コンタクト層と、を含む積層体を形成する工程と、
前記ｎ型コンタクト層の表面に露出する前記化合物を構成するいずれかの元素の組成比を上昇させることにより組成変調層を形成する工程と、
前記組成変調層の上に、透明電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。 - 前記組成変調層を形成する工程において、前記ｎ型コンタクト層の表面を希ガスを用いてスパッタエッチングすることにより、前記化合物を構成するいずれかの元素の組成比を上昇させることを特徴とする請求項８記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記化合物は、ＧａＡｓであり、
前記いずれかの元素は、Ｇａであることを特徴とする請求項８または９に記載の発光ダイオードの製造方法。 - 前記組成変調層を形成する工程の後に、前記組成変調層を大気に晒すことなく前記透明電極を形成することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１つに記載の発光ダイオードの製造方法。
- 発光層と、化合物からなるｎ型コンタクト層と、を含む積層体を形成する工程と、
前記ｎ型コンタクト層の上に、前記化合物よりも低い仕事関数を有する金属からなる金属層を形成する工程と、
前記組成変調層の上に、透明電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。 - 前記金属は、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＭｇＣｕ、ＭｇＺｎ及びＭｇＣａよりなる群から選択されたいずれかであることを特徴とする請求項１２記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記金属層を形成する工程の後に、前記金属層を大気に晒すことなく前記透明電極を形成することを特徴とする請求項１２または１３に記載の発光ダイオードの製造方法。
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