JP2007220971A - Light-emitting element, manufacturing method thereof, and lamp - Google Patents

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Nagahiro Fukunaga
Hiroshi Osawa
Hironao Shinohara
弘 大澤
修大 福永
裕直 篠原
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Showa Denko Kk
昭和電工株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting element excellent in current diffusion characteristics and light extracting efficiency, and to provide a manufacturing method thereof and a lamp. <P>SOLUTION: In the light-emitting element, an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, a p-type semiconductor layer and a titanium oxide-based conductive film layer are laminated in this order. The titanium nitride-based conductive film layer has a first layer used as a light extracting layer, and a second layer arranged on the p-type semiconductor layer side of the first layer and used as a current diffusion layer. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は発光素子に関し、特に、高い信頼性及び優れた光取り出し効率を有する発光素子及びその製造方法、並びにランプに関する。 The present invention relates to a light emitting device, in particular, a light emitting device and a manufacturing method thereof having high reliability and excellent light extraction efficiency, and a lamp.

近年、短波長光発光素子用の半導体材料として窒化物系半導体であるGaN系化合物半導体材料が注目を集めている。 Recently, GaN-based compound semiconductor material has attracted attention is a nitride-based semiconductor as a semiconductor material for short wavelength light-emitting element. GaN系化合物半導体は、サファイア単結晶をはじめ、種々の酸化物やIII−V族化合物を基板として、この基板上に有機金属気相化学反応法(MOCVD法)や分子線エピタキシー法(MBE法)等によって形成される。 GaN-based compound semiconductor, including the sapphire single crystal, various oxides or Group III-V compound as a substrate, metal organic chemical vapor on the substrate (MOCVD method) or molecular beam epitaxy method (MBE method) It is formed by, for example.

一般的なGaN系化合物半導体発光素子の構造として、サファイア単結晶基板を用いた場合、n型半導体層、発光層、p型半導体層がこの順で積層される。 The structure of a general GaN-based compound semiconductor light-emitting device, when a sapphire single crystal substrate, n-type semiconductor layer, light emitting layer, p-type semiconductor layer are stacked in this order. サファイア基板は絶縁体であるので、その素子構造は一般的に、図1に示すような、p型半導体層上に形成された正極とn型半導体層上に形成された負極が同一面上に存在する構造となる。 Since the sapphire substrate is an insulator, the element structure is generally as shown in FIG. 1, p-type formed in the semiconductor layer positive electrode and the negative electrode formed on the n-type semiconductor layer is on the same plane the existing structure. このようなGaN系化合物半導体発光素子には、透明電極を正極に使用してp型半導体側から光を取り出すフェイスアップ方式、Agなどの高反射膜を正極に使用してサファイア基板側から光を取り出すフリップチップ方式の2種類がある。 Such GaN-based compound semiconductor light-emitting device, a face-up scheme transparent electrode using the positive electrode extract light from the p-type semiconductor side, a highly reflective film light from the sapphire substrate side using the positive electrode such as Ag there are two types of flip-chip method to retrieve.

p型半導体上に透明電極を設ける場合、従来はNi/Au等からなる金属透明電極が使用されていたが、発光素子の光取り出し効率を向上させるため、近年ではITO等の透光性導電酸化膜が産業レベルで実用化され、積極的に用いられるようになっている。 If p-type semiconductor on the provision of the transparent electrodes, conventionally, a metal transparent electrode made of Ni / Au or the like has been used, for improving the light extraction efficiency of the light emitting element, the transparent conductive oxide such as ITO in recent years film is put to practical use in industrial level, is adapted to be actively used.

このような発光素子の出力を向上させるための指標として、外部量子効率が用いられる。 As an index for improving the output of such a light-emitting element, the external quantum efficiency is used. この外部量子効率が高ければ、出力の高い発光素子と言うことができる。 The higher the external quantum efficiency, it can be said that the high output light emitting device.
外部量子効率は、内部量子効率と光取り出し効率を掛け合わせたものとして表される。 External quantum efficiency is expressed as multiplied by the internal quantum efficiency and light extraction efficiency. 内部量子効率とは、素子に注入した電流のエネルギーのうち、光に変換される割合である。 The internal quantum efficiency, of energy of the current injected into the device, a ratio that is converted into light. 一方。 on the other hand. 光取り出し効率とは、半導体結晶内部で発生した光のうち、外部に取り出すことができる割合である。 The light extraction efficiency, among the light generated within the semiconductor crystal, the proportion that can be taken out.

光取り出し効率を向上させるためには、主として2通りの方法がある。 In order to improve the light extraction efficiency, it is primarily two methods. 一つは、光取り出し面に形成される電極、保護膜などによる発光波長の吸収を低減させる方法が挙げられる。 One electrode formed on the light extraction surface, a method of reducing the absorption of the emission wavelength due to the protective film. もう一つは、化合物半導体、電極、保護膜等、屈折率が異なる材料同士の界面で発生する反射損失を低減させる方法が挙げられる。 Another is a compound semiconductor, the electrode, the protective film or the like, refractive index and a method of reducing reflection loss generated at the interface of different materials to each other.

ここで、Ni/Au等の金属透明電極が、ITO等の透光性導電酸化膜に置き替わった理由の一つとして、透光性導電酸化膜を用いることによって発光波長の吸収を低減させることができたことが挙げられる。 The metal transparent electrode such as Ni / Au is, as one of the reasons that replaced placed on the transparent conductive oxide film such as ITO, to reduce the absorption of the emission wavelength by using a transparent conductive oxide film and the like that could be.

屈折率が異なる材料同士の界面で発生する反射損失を低減させる方法としては、光取り出し面に凹凸加工を施す技術が挙げられ、凹凸加工を施す方法として、化合物半導体そのものに凹凸加工を施した発光素子が提案されている(例えば、特許文献1)。 As a method of reducing reflection loss refractive index generated at the interface of different materials to each other, include a technique for performing a roughened on the light extraction surface, as a method for performing a roughened, subjected to patterned indentation compound semiconductor itself emission element has been proposed (e.g., Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1に記載の発光素子では、半導体材料に加工を施すために半導体層に負荷を掛け、ダメージを残してしまう。 However, in the light-emitting element described in Patent Document 1, applying a load to the semiconductor layer in order to perform the processing to the semiconductor material, thereby leaving damage. このため、光取り出し効率は向上するものの、内部量子効率が低下していまい、発光強度を増加させることができないという問題がある。 Therefore, although the light extraction efficiency is improved, Mai not decrease the internal quantum efficiency, it is not possible to increase the emission intensity.

また、透光性導電酸化膜に凹凸を施すことでも、発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。 Also, by applying an uneven transparent conductive oxide film, it is possible to improve the light extraction efficiency of the light emitting element. この場合、透光性導電酸化膜は、本来の電流拡散層としての役割に加え、光取り出し層としての役割も担うことになる。 In this case, the transparent conductive oxide film, in addition to its role as the original current diffusion layer, so that also serves as a light extraction layer.
しかしながら、ITOの屈折率は1.9とGaN系化合物半導体の2.6に比べて小さいので、ITOとGaN系化合物半導体の界面で全反射が生じてしまい、充分に光を取り出すことができない。 However, since the refractive index of ITO is small compared to 2.6 1.9 and the GaN-based compound semiconductor, the interface between the ITO and GaN-based compound semiconductor will be total reflection occurs, it is impossible to sufficiently extract light.

酸化チタンは、波長によっても異なるが、屈折率が2.6(波長450nm)とGaN系化合物半導体とほぼ同じ屈折率を有している。 Titanium oxide is different depending wavelengths, refractive index has substantially the same refractive index 2.6 and (wavelength 450 nm) and a GaN-based compound semiconductor. 酸化チタンは絶縁体であるが、近年、Nbなどを添加することにより、導電体化することが明らかとなっている(非特許文献1を参照)。 Titanium oxide is an insulator, in recent years, (refer to Non-Patent Document 1) by adding like Nb, be conductive of being revealed.
導電性を有する酸化チタンを透明電極に使用し、GaN系化合物半導体の表面には凹凸を形成せず、酸化チタンの表面に凹凸を形成することにより、発光素子の光取り出し効率を容易に向上させることができる。 Using the titanium oxide having conductivity to transparent electrodes, without forming irregularities on the GaN-based compound semiconductor on the surface, by forming irregularities on the surface of the titanium oxide, thereby easily improving the light extraction efficiency of the light emitting element be able to.
特許第2836687号公報 Patent No. 2836687 Publication

上述のように、発光素子の透明電極に酸化チタン系導電膜を用いた発光素子では、酸化チタン系導電膜が、電流拡散層としての本来の役割に加え、光取り出し層としての役割も担うことになる。 As described above, the light-emitting element using a transparent electrode on the titanium oxide based conductive film of the light emitting element, a titanium oxide-based conductive film, in addition to the original role as a current diffusion layer, also plays the role as a light extraction layer become.
しかしながら、酸化チタン系導電膜の表面に凹凸加工を施す場合、凹凸形状の加工制御が難しいため、酸化チタン系導電膜を必要以上にエッチングしてしまい、電流拡散特性が低下するという問題があった。 However, when subjected to roughened the surface of the titanium oxide based conductive film, for machining control of irregular shape is difficult, will be etched more than necessary titanium oxide based conductive film, the current diffusion characteristic is lowered .

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、電流拡散特性、及び光取り出し効率に優れた発光素子及びその製造方法、並びにランプを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide current spreading properties, and a light-emitting element and a manufacturing method thereof excellent in light extraction efficiency, and a lamp.

本発明者は、上記問題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成した。 The present inventor has conducted intensive studies in order to solve the above problems, the present invention has been completed.
即ち、本発明は以下に関する。 That is, the present invention relates to the following.

[1] n型半導体層、発光層、p型半導体層、酸化チタン系導電膜層がこの順で積層された発光素子であって、前記酸化チタン系導電膜層が、光取り出し層としてなる第1層と、該第1層の前記p型半導体層側に配され、電流拡散層としてなる第2層とを有してなることを特徴とする発光素子。 [1] n-type semiconductor layer, light emitting layer, p-type semiconductor layer, a titanium oxide based conductive film layer is a light-emitting element are laminated in this order, first the titanium oxide based conductive film layer is formed as a light extraction layer light emitting elements and one layer disposed on the p-type semiconductor layer side of said first layer, characterized by comprising a second layer comprising a current diffusion layer.
[2] n型半導体層、発光層、p型半導体層、酸化チタン系導電膜層がこの順で積層された発光素子であって、前記酸化チタン系導電膜層が、粒状結晶からなる第1層と、該第1層の前記p型半導体層側に配され、柱状結晶からなる第2層とを有してなることを特徴とする発光素子。 [2] n-type semiconductor layer, light emitting layer, p-type semiconductor layer, a titanium oxide based conductive film layer is a light-emitting element are laminated in this order, wherein the titanium oxide based conductive film layer, the first consisting of granular crystals light-emitting element and the layer, disposed on the p-type semiconductor layer side of said first layer, characterized by comprising a second layer consisting of columnar crystals.
[3] 前記第1層の、前記第2層側と反対側の面が凹凸形状とされていることを特徴とする[1]又は[2]に記載の発光素子。 [3] The first layer, the light emitting device according to the surface of the second layer side and the opposite side, characterized in that there is a concave-convex shape [1] or [2].
[4] 前記第1層に形成された凹凸形状がエッチングによって形成された凹凸であり、前記第1層は、前記第2層に用いられる材料よりもエッチング速度が速い材料からなることを特徴とする[3]に記載の発光素子。 [4] the irregularities formed on the first layer is unevenness formed by etching, the first layer, and characterized in that it consists of a fast material etch rate than the material used for the second layer the light emitting device according to [3] to.
[5] 前記第1層に形成された凹凸形状が、無秩序に形成された凹部と凸部とからなることを特徴とする[3]又は[4]に記載の発光素子。 [5] The light emitting device according to said concavo-convex shape formed on the first layer, characterized by comprising the disordered-formed concave portion and the convex portion [3] or [4].
[6] 前記凹部と凸部との高低差が35nm〜2000nmであることを特徴とする[5]に記載の発光素子。 [6] The light emitting device according to [5], wherein a height difference between the recesses and projections are 35Nm~2000nm.
[7] 前記酸化チタン系導電膜の第2層が、Tiと、Ta、Nb、V、Mo、W、Sbの群から選択される少なくとも1種類以上の元素とを含む酸化物であることを特徴とする[1]〜[6]の何れかに記載の発光素子。 [7] The second layer of the titanium oxide-based conductive film, and a Ti, Ta, Nb, V, Mo, W, that is an oxide containing at least one or more elements selected from the group of Sb light-emitting device according to any one of, wherein [1] to [6].
[8] 前記酸化チタン系導電膜の第2層の膜厚が、35〜2000nmの範囲であることを特徴とする[1]〜[7]の何れかに記載の発光素子。 [8] the thickness of the second layer of the titanium oxide-based conductive film, the light-emitting device according to any one of which is a range of 35~2000nm [1] ~ [7].
[9] 前記酸化チタン系導電膜の第1層が、Tiと、Ta、Nb、V、Mo、W、Sbの群から選択される少なくとも1種類以上の元素とを含む酸化物であることを特徴とする[1]〜[8]の何れかに記載の発光素子。 [9] The first layer of the titanium oxide-based conductive film, and a Ti, Ta, Nb, V, Mo, W, that is an oxide containing at least one or more elements selected from the group of Sb light-emitting device according to any one of, wherein [1] to [8].
[10] 前記酸化チタン系導電膜の第1層の膜厚が、35〜2000nmの範囲であることを特徴とする[1]〜[9]の何れか1項に記載の発光素子。 [10] the film thickness of the first layer of the titanium oxide-based conductive film, characterized in that it is a range of 35~2000Nm [1] ~ light emitting device according to any one of [9].
[11] 発光素子が窒化物系半導体発光素子からなることを特徴とする[1]〜[10]の何れかに記載の発光素子。 [11] The light emitting device according to any one of the light emitting element is characterized in that a nitride-based semiconductor light-emitting device [1] to [10].
[12] 前記窒化物系半導体発光素子がGaN系半導体発光素子であることを特徴とする[11]に記載の発光素子。 [12] The light emitting device according to [11], wherein the nitride-based semiconductor light-emitting device is a GaN-based semiconductor light-emitting device.

[13] n型半導体層、発光層、p型半導体層、酸化チタン系導電膜層をこの順で積層し、前記酸化チタン系導電膜層を、第1層と、該第1層の前記p型半導体層側に配した第2層とから形成してなる発光素子の製造方法であって、前記p型半導体層上に、電流拡散層としてなる第2層を形成する工程(1)と、次いで、前記第2層上に、光取り出し層としてなる第1層を形成する工程(2)とを備えたことを特徴とする発光素子の製造方法。 [13] n-type semiconductor layer, light emitting layer, p-type semiconductor layer, a titanium oxide-based conductive film layer are laminated in this order, the titanium oxide-based conductive layer, a first layer, the p of the first layer a second layer made by forming from a method of manufacturing a light emitting element disposed on type semiconductor layer side, the p-type semiconductor layer, the step (1) to form a second layer of a current spreading layer, then, the on the second layer, the method of manufacturing the light emitting device characterized in that a step (2) to form a first layer of a light-extraction layer.
[14] n型半導体層、発光層、p型半導体層、酸化チタン系導電膜層をこの順で積層し、前記酸化チタン系導電膜層を、第1層と、該第1層の前記p型半導体層側に配した第2層とから形成してなる発光素子の製造方法であって、前記第1層を真空蒸着によって形成し、前記第2層をスパッタによって形成することを特徴とする発光素子の製造方法。 [14] n-type semiconductor layer, light emitting layer, p-type semiconductor layer, a titanium oxide-based conductive film layer are laminated in this order, the titanium oxide-based conductive layer, a first layer, the p of the first layer the method for manufacturing a light emitting device obtained by forming a second layer which arranged -type semiconductor layer side, the first layer was formed by vacuum vapor deposition, and forming by sputtering the second layer method of manufacturing the light emitting device.
[15] 前記工程(1)において、第2層をスパッタによって形成し、前記工程(2)において、第1層を真空蒸着によって形成することを特徴とする[13]に記載の発光素子の製造方法。 [15] In the step (1), a second layer formed by sputtering, in the step (2), the production of the light emitting device according to first layer, wherein [13] to form by a vacuum vapor deposition Method.
[16] 前記工程(1)において、第2層を、300〜800℃の雰囲気温度下で真空蒸着して形成することを特徴とする[13]に記載の発光素子の製造方法。 In [16] the step (1), the second layer, the method of manufacturing the light emitting device having the constitution [13] to be formed by vacuum deposition in an atmosphere temperature of 300 to 800 ° C..
[17] 前記工程(1)において、前記第2層を真空蒸着して形成した後、300〜800℃の温度で熱処理することを特徴とする[16]に記載の発光素子の製造方法。 [17] In the step (1), wherein after the second layer is formed by vacuum deposition, the method of manufacturing the light emitting device according to [16], wherein the heat treatment at a temperature of 300 to 800 ° C..
[18] 前記第1層の、前記第2層側と反対側の面に凹凸形状を形成する凹凸形成工程を備えたことを特徴とする[13]〜[17]の何れか1項に記載の発光素子の製造方法。 [18] The first layer, according to any one of the on the surface of the second layer side opposite to comprising the unevenness forming step of forming an uneven shape [13] - [17] the method of manufacturing the light emitting element.
[19] 前記凹凸形成工程は、ウェットエッチングによって凹凸形状を形成することを特徴とする[18]に記載の発光素子の製造方法。 [19] The unevenness forming step, the manufacturing method of the light emitting device having the constitution [18] to form an uneven shape by wet etching.
[20] 前記凹凸形成工程は、エッチング溶液として、フッ酸、リン酸、硫酸、塩酸、フッ酸/硝酸混合液、フッ酸/過酸化水素水混合液、フッ酸/フッ化アンモニウム混合液、珪フッ化水素酸の群から選択される少なくとも1種類以上を用いてウェットエッチングを行なうことを特徴とする[19]に記載の発光素子の製造方法。 [20] The unevenness forming step, as an etching solution, hydrofluoric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid / nitric acid mixture, hydrofluoric acid / hydrogen peroxide mixture, hydrofluoric acid / ammonium fluoride mixture silicofluoride method of manufacturing a light-emitting device according to at least and performing wet etching using one or more [19] is selected from the group of hydrofluoric acid.

[21] 上記[1]〜[12]の何れか1項に記載の発光素子を備えたことを特徴とするランプ。 [21] [1] lamp comprising the light-emitting device according to any one of - [12].
[22] 上記[13]〜[20]の何れかに記載の発光素子の製造方法によって得られる発光素子を備えたことを特徴とするランプ。 [22] the [13] to lamp comprising the light-emitting device obtained by the manufacturing method of a light-emitting device according to any one of [20].

本発明の発光素子によれば、酸化チタン系導電膜層が、光取り出し層としてなる第1層と、該第1層の前記p型半導体層側に配され、電流拡散層としてなる第2層とを有した構成としている。 According to the light emitting device of the present invention, the titanium oxide based conductive film layer comprises a first layer of a light-extraction layer, disposed on the p-type semiconductor layer side of the first layer, the second layer comprising a current diffusion layer has a configuration having and. これにより、光取り出し効率を向上させるために、前記第1層の、前記第2層側と反対側の面に凹凸形状を形成した場合であっても、酸化チタン系導電膜層の電流拡散特性が低下することがない。 Thus, in order to improve the light extraction efficiency, the first layer, wherein even when forming an uneven shape on a surface opposite to the second layer side, current spreading characteristics of the titanium oxide based conductive film layer There does not decrease.
従って、電流拡散特性、及び光取り出し効率に優れた発光素子が得られる。 Accordingly, the light emitting device can be obtained with excellent current spreading characteristics, and the light extraction efficiency.
また、本発明の発光素子の製造方法によれば、上述の構成により、電流拡散特性、及び光取り出し効率に優れた発光素子を製造することができる。 According to the manufacturing method of the light emitting device of the present invention, the construction described above, it is possible to produce an excellent light-emitting element current diffusion properties, and in light extraction efficiency.
また、本発明のランプは、本発明の発光素子を用いたものであるので、優れた発光特性を持つものとなる。 Further, the lamp of the present invention, since those using a light-emitting element of the present invention, as having excellent light emission characteristics.

以下に、本発明の発光素子及びそれを用いたランプの一実施形態について、図1〜5を適宜参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a light emitting device and a lamp using the same of the present invention will be described with reference to FIGS. 1-5 as appropriate.
但し、本発明は以下の実施形態の各々に限定されるものではなく、例えば、これら実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせても良い。 However, the present invention is not limited to each of the following embodiments, for example, it may be combined components together these embodiments as appropriate.

[発光素子の全体構成] [Overall Configuration of light emitting device]
図1は本発明の発光素子の断面を模式的に示した図である。 Figure 1 is a diagram of the cross section of the light emitting element shown schematically of the present invention.
図1において、符号11は基板、12はn型半導体層、13は発光層、14はp型半導体層、15は酸化チタン系導電膜、16は光触媒反応防止層、17は正極、18は負極である。 In Figure 1, reference numeral 11 denotes a substrate, 12 denotes an n-type semiconductor layer, 13 light-emitting layer, 14 p-type semiconductor layer, 15 is a titanium oxide based conductive film, photocatalytic reaction-prevention layer 16, 17 positive, 18 negative it is.
本実施形態の発光素子1は、透明電極として酸化チタン系導電膜15が用いられ、該酸化チタン系導電膜15が、光取り出し層(第1層)15aと電流拡散層(第2層)15bとからなり、また、酸化チタン系導電膜15を覆うように光触媒反応防止層16が形成され、概略構成されている。 The light-emitting element 1 of this embodiment, a titanium oxide based conductive film 15 is used as a transparent electrode, the titanium oxide-based conductive layer 15, the light extraction layer (first layer) 15a and the current diffusion layer (second layer) 15b consists of a, also the photocatalytic reaction-prevention layer 16 is formed to cover the titanium oxide-based conductive layer 15, it is schematically configured.

本発明の酸化チタン系導電膜15は、図1に示す例のように、上層の光取り出し層(第1層)15aと、該光取り出し層15aのp型半導体層14側に配された、下層の電流拡散層(第2層)15bとから構成され、p型半導体層14の直上、あるいはp型半導体層14上に配される図示略の金属層等を介して形成される。 Titanium oxide-based conductive layer 15 of the present invention, as in the example shown in FIG. 1, the upper layer of the light extraction layer (first layer) 15a, disposed in the p-type semiconductor layer 14 side of the light extraction layer 15a, lower current diffusion layer is composed of a (second layer) 15b, is formed through the p-type semiconductor layer 14 directly above the, or p-type semiconductor layer 14 not shown of the metal layer being arranged on or the like.
また、光触媒反応防止層16は、酸化チタン系導電膜15の直上か、あるいは、酸化チタン系導電膜15との間に他の透明膜(図示略)等を介し、酸化チタン系導電膜15を覆うように形成される。 Further, the photocatalytic reaction-prevention layer 16, or directly above the titanium oxide-based conductive layer 15, or via another transparent film (not shown) or the like between the titanium oxide based conductive film 15, the titanium oxide-based conductive layer 15 It is formed to cover.
以下、本実施形態の発光素子1について詳述する。 It will be described in detail a light-emitting element 1 of the present embodiment.

「基板」 "substrate"
基板11としては、サファイア単結晶(Al ;A面、C面、M面、R面)、スピネル単結晶(MgAl )、ZnO単結晶、LiAlO 単結晶、LiGaO 単結晶、MgO単結晶等の酸化物単結晶、Si単結晶、SiC単結晶、GaAs単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶及びZrB 等のホウ化物単結晶、等の基板材料が周知である。 As the substrate 11, a sapphire single crystal (Al 2 O 3; A plane, C plane, M-plane, R-plane), spinel single crystal (MgAl 2 O 4), ZnO single crystal, LiAlO 2 single crystal, LiGaO 2 single crystal , oxide single crystal of MgO single crystals, etc., Si single crystal, SiC single crystal, GaAs single crystal, AlN single crystal, GaN single crystal and ZrB 2, etc. boride single crystal, a substrate material such as is well known. 本発明においても、これら周知の基板材料を含めて、如何なる基板材料を何ら制限なく用いることができる。 In the present invention, it is possible to include these known substrate materials, used without any limitation any substrate material. これらの中でも、サファイア単結晶及びSiC単結晶が特に好ましい。 Among these, a sapphire single crystal and SiC single crystal is particularly preferred.
なお、基板の面方位は特に限定されない。 The surface orientation of the substrate is not particularly limited. また、ジャスト基板でも良いしオフ角を付与した基板であっても良い。 In addition, it may be a just substrate may be a substrate in which an off-angle.

「窒化物系化合物半導体」 "Nitride-based compound semiconductor"
上述の基板11上には、通常、図示略のバッファ層を介して、窒化物系化合物半導体からなるn型半導体層12、発光層13およびp型半導体層14が積層される。 On the substrate 11 described above, typically, via a not shown buffer layer, n-type semiconductor layer 12 made of a nitride-based compound semiconductor, the light-emitting layer 13 and the p-type semiconductor layer 14 are stacked. また、使用する基板やエピタキシャル層の成長条件によっては、バッファ層が不要である場合がある。 Further, depending on the growth conditions of the substrate and the epitaxial layer to be used, there is a case a buffer layer is not needed.

窒化物系化合物半導体としては、例えば一般式Al Ga In 1−A (0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1で且つ、X+Y+Z=1。記号Mは窒素(N)とは別の第V族元素を表し、0≦A<1である。)で表わされる窒化物系化合物半導体が多数知られており、本発明においても、それら周知の窒化物系化合物半導体を含めて一般式Al Ga In 1−A (0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1で且つ、X+Y+Z=1。記号Mは窒素(N)とは別の第V族元素を表し、0≦A<1である。)で表わされる窒化ガリウム系化合物半導体を何ら制限なく用いることができる。 As the nitride-based compound semiconductor, for example, and by the general formula Al X Ga Y In Z N 1 -A M A (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1,0 ≦ Z ≦ 1, X + Y + Z = 1. Symbol M represents a group V element is nitrogen (N), 0 ≦ a <1.) and the nitride-based compound semiconductor is known a number represented by, in the present invention, those known nitride including system compound semiconductor and the general formula Al X Ga Y in Z N 1 -a M a (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1,0 ≦ Z ≦ 1, X + Y + Z = 1. symbol M nitrogen ( represents a group V element other than N), a 0 ≦ a <1.) can be used without any limitation gallium nitride compound semiconductor represented by.

窒化物系化合物半導体は、Al、GaおよびIn以外に他のIII族元素を含有することができ、必要に応じてGe、Si、Mg、Ca、Zn、Be、P、As及びBなどの元素を含有することもできる。 Nitride-based compound semiconductor element such as in addition to Al, Ga and In can contain other group III elements, Ge optionally, Si, Mg, Ca, Zn, Be, P, As and B it is also possible to contain. さらに、意図的に添加した元素に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純物、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含む場合もある。 Furthermore, not only the intentionally added the elements, impurities inevitably contained depending on the film formation conditions and the like, as well as raw materials, which may include trace impurities contained in the reaction tube materials.

窒化物系化合物半導体の成長方法は特に限定されず、MOCVD(有機金属化学気相成長法)、HVPE(ハイドライド気相成長法)、MBE(分子線エピタキシー法)等、窒化物半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。 Growing a nitride-based compound semiconductor is not particularly limited, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (hydride vapor phase epitaxy), MBE (molecular beam epitaxy) or the like, to grow a nitride semiconductor It can be applied to all of the methods that are known. 好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からMOCVD法である。 Preferred growth method, film thickness controllability, a MOCVD method from the viewpoint of mass productivity.
MOCVD法では、キャリアガスとして水素(H )または窒素(N )、III族原料であるGa源としてトリメチルガリウム(TMG)またはトリエチルガリウム(TEG)、Al源としてトリメチルアルミニウム(TMA)またはトリエチルアルミニウム(TEA)、In源としてトリメチルインジウム(TMI)またはトリエチルインジウム(TEI)、V族原料であるN源としてアンモニア(NH )、ヒドラジン(N )などが用いられる。 In the MOCVD method, hydrogen as a carrier gas (H 2) or nitrogen (N 2), III group trimethylgallium as a Ga source which is a raw material (TMG) or triethyl gallium (TEG), trimethyl aluminum (TMA) or triethyl aluminum as the Al source (TEA), trimethyl indium as an in source (TMI) or triethyl indium (TEI), ammonia as an N source is a group V material (NH 3), hydrazine (N 2 H 4) or the like is used. また、ドーパントとしては、n型にはSi原料としてモノシラン(SiH )またはジシラン(Si )を、Ge原料としてゲルマンガス(GeH )や、テトラメチルゲルマニウム((CH Ge)やテトラエチルゲルマニウム((C Ge)等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。 As the dopant, the n-type monosilane Si material (SiH 4) or disilane (Si 2 H 6), germane gas (GeH 4) as Ge raw material and, tetramethyl germanium ((CH 3) 4 Ge) available or tetraethyl germanium ((C 2 H 5) 4 Ge) organogermanium compound such.
MBE法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。 In the MBE method, elemental germanium can also be used as a doping source. p型にはMg原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp Mg)またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム(EtCp Mg)を用いる。 p-type is used, for example bis (cyclopentadienyl) magnesium (Cp 2 Mg) or bisethylcyclopentadienyl magnesium (EtCp 2 Mg) as the Mg raw material.

n型半導体層12は、通常、下地層、nコンタクト層およびnクラッド層から構成される。 n-type semiconductor layer 12 is generally composed of the base layer, n-contact layer and n-cladding layer. nコンタクト層は下地層および/またはnクラッド層を兼ねることができる。 n contact layer may also serve as the underlying layer and / or the n-clad layer.
下地層はAl Ga 1―X N層(0≦x≦1、好ましくは0≦x≦0.5、さらに好ましくは0≦x≦0.1)から構成されることが好ましい。 Underlayer Al X Ga 1-X N layer (0 ≦ x ≦ 1, preferably 0 ≦ x ≦ 0.5, and more preferably 0 ≦ x ≦ 0.1) is preferably configured from. 下地層の膜厚は0.1μm以上が好ましく、より好ましくは0.5μm以上であり、1μm以上が最も好ましい。 Thickness is preferably at least 0.1μm underlayer, more preferably 0.5μm or more, most preferably at least 1 [mu] m. 膜厚を1μm以上とすることにより、結晶性の良好なAl Ga 1―X N層が得られやすくなる。 By the film thickness is more than 1 [mu] m, having good crystallinity Al X Ga 1-X N layer can be easily obtained.

下地層には、n型不純物を1×10 17 〜1×10 19 /cm の範囲内であればドープしても良いが、アンドープ(<1×10 17 /cm )の方が、良好な結晶性を維持する点から好ましい。 The underlying layer, the n-type impurity may be doped as long as it is within the range of 1 × 10 17 ~1 × 10 19 / cm 3 , but towards the undoped (<1 × 10 17 / cm 3) is, good from the viewpoint of maintaining the Do crystallinity. n型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Si、GeおよびSn等が挙げられ、好ましくはSiおよびGeである。 The n-type impurity is not particularly limited, for example, Si, Ge and Sn, and the like, and preferably Si and Ge.

下地層を成長させる際の成長温度は、800〜1200℃が好ましく、1000〜1200℃の範囲に調整することがより好ましい。 Growth temperature for growing the underlying layer is preferably 800 to 1200 ° C., and more preferably adjusted to the range of 1000 to 1200 ° C.. この温度範囲内で成長させれば、結晶性の良い下地層が得られる。 Be grown within this temperature range, excellent crystallinity underlayer is obtained. また、MOCVD成長炉内の圧力は15〜40kPaに調整することが好ましい。 The pressure of the MOCVD growth furnace is preferably adjusted to 15~40KPa.

nコンタクト層としては、下地層と同様にAl Ga 1―X N層(0≦x≦1、好ましくは0≦x≦0.5、さらに好ましくは0≦x≦0.1)から構成されることが好ましい。 The n-contact layer, as an underlying layer Al X Ga 1-X N layer (0 ≦ x ≦ 1, preferably 0 ≦ x ≦ 0.5, and more preferably 0 ≦ x ≦ 0.1) is composed of Rukoto is preferable. また、n型不純物がドープされていることが好ましく、n型不純物を1×10 17 〜1×10 19 /cm 、好ましくは1×10 18 〜1×10 19 /cm の濃度で含有すると、負極との良好なオーミック接触の維持、クラック発生の抑制、良好な結晶性の維持の点で好ましい。 Also, it is preferable that n-type impurity is doped, the n-type impurity 1 × 10 17 ~1 × 10 19 / cm 3, and preferably in a concentration of 1 × 10 18 ~1 × 10 19 / cm 3 , maintenance of excellent ohmic contact with the negative electrode, suppressing the cracking, and maintaining satisfactory crystallinity. n型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Si、Ge及びSn等が挙げられ、好ましくはSiおよびGeである。 The n-type impurity is not particularly limited, for example, Si, Ge and Sn, and the like, and preferably Si and Ge. 成長温度は下地層と同様である。 The growth temperature is the same as that of the underlying layer.

nコンタクト層を構成する窒化物系化合物半導体は、下地層と同一組成であることが好ましく、これらの合計の膜厚を1〜20μm、好ましくは2〜15μm、さらに好ましくは3〜12μmの範囲に設定することが好ましい。 Nitride-based compound semiconductor constituting the n-contact layer is preferably the same composition as the underlying layer, 1 to 20 [mu] m these total thickness, preferably 2 to 15 [mu] m, more preferably in the range of 3~12μm setting it is preferable to. nコンタクト層と下地層との合計の膜厚がこの範囲であると、半導体の結晶性が良好に維持される。 If the thickness of the sum of the n-contact layer and the underlying layer is within this range, crystallinity of the semiconductor can be favorably maintained.

nコンタクト層と発光層13との間には、nクラッド層を設けることが好ましい。 n is between a contact layer and the light emitting layer 13, it is preferable to provide the n-clad layer. nクラッド層を設けることにより、nコンタクト層の最表面に生じた、平坦性の悪化した箇所を埋めることできる。 By providing the n-clad layer, produced on the uppermost surface of the n-contact layer can be filled exacerbated location of flatness. nクラッド層はAlGaN、GaN、GaInN等によって形成することが可能である。 n clad layer may be formed of AlGaN, GaN, the GaInN or the like. また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。 The present invention may be heterozygous or multiple stacked superlattice structure of these structures. GaInNとする場合には、発光層のGaInNのバンドギャップよりも大きくすることが望ましいことは言うまでもない。 When GaInN is, of course, it is preferably larger than the band gap of the GaInN of the light-emitting layer.

nクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは0.005〜0.5μmの範囲であり、より好ましくは0.005〜0.1μmの範囲である。 The thickness of the n-clad layer is not particularly limited, preferably in the range of 0.005 to 0.5 .mu.m, more preferably in the range of 0.005~0.1Myuemu.
また、nクラッド層のn型ドープ濃度は1×10 17 〜1×10 20 /cm の範囲が好ましく、より好ましくは1×10 18 〜1×10 19 /cm の範囲である。 Further, n-type dopant concentration of the n-clad layer is in the range of 1 × 10 17 ~1 × 10 20 / cm 3 is preferred, more preferably from 1 × 10 18 ~1 × 10 19 / cm 3. ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。 When doping concentration within this range is preferred in terms of reducing the operating voltage of the good crystallinity of the maintenance and the light emitting element.

n型半導体層12上に積層される発光層13としては、窒化物系化合物半導体、好ましくはGa 1−s In N(0<s<0.4)の窒化物系化合物半導体からなる発光層が通常用いられる。 The light-emitting layer 13 that is stacked on the n-type semiconductor layer 12, the nitride-based compound semiconductor, preferably Ga 1-s In s N ( 0 <s <0.4) emitting layer made of a nitride-based compound semiconductor There are usually used.
発光層13の膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚、即ち臨界膜厚が好ましく、例えば1〜10nmの範囲であり、より好ましくは2〜6nmの範囲である。 The thickness of the light-emitting layer 13 is not particularly restricted, but a thickness obtained quantum effect, i.e. the critical film thickness is preferably, for example in the range of 1 to 10 nm, more preferably in the range of 2~6nm . 膜厚が上記範囲であると、発光出力の点で好ましい。 If the thickness is preferably within the above range in terms of light emission output.
また、発光層は、上記のような単一量子井戸(SQW)構造の他、上記Ga 1−s In Nを井戸層として、この井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいAl Ga 1−c N(0≦c<0.3かつb>c)障壁層とからなる多重量子井戸(MQW)構造としてもよい。 Further, the light-emitting layer, in addition to the single quantum well (SQW) structure as described above, the Ga 1-s In s N as the well layer, the band gap energy larger than the well layer Al c Ga 1-c N (0 ≦ c <0.3 and b> c) may be a multiple quantum well (MQW) structure composed of a barrier layer. また、井戸層および障壁層には、不純物をドープしてもよい。 Furthermore, the well layer and the barrier layer, an impurity may be doped.

Al Ga 1−c N障璧層の成長温度は700℃以上が好ましく、800〜1100℃の温度で成長させると結晶性が良好になるため、より好ましい。 The growth temperature of the Al c Ga 1-c N impaired璧層is preferably at least 700 ° C., the crystallinity and grown at a temperature of 800 to 1100 ° C. is improved, more preferably. また、GaInN井戸層は600〜900℃、好ましくは700〜900℃の温度で成長させる。 Further, GaInN well layer is 600 to 900 ° C., preferably grown at a temperature of 700 to 900 ° C.. すなわちMQWの結晶性を良好にするためには、層間で成長温度を変化させることが好ましい。 That in order to improve the crystallinity of the MQW, it is preferable to change the growth temperature between the layers.

p型半導体層14は、通常、pクラッド層およびpコンタクト層から構成される。 p-type semiconductor layer 14 is generally composed of a p-cladding layer and a p-contact layer. しかし、pコンタクト層がpクラッド層を兼ねてもよい。 However, p-contact layer may also serve as the p-type cladding layer.
pクラッド層としては、発光層のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層13へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、Al Ga 1−d N(0<d≦0.4、好ましくは0.1≦d≦0.3)のものが挙げられる。 The p-cladding layer, a larger composition than the band gap energy of the light emitting layer is not particularly limited as long as it can confine carriers in the light-emitting layer 13, preferably, Al d Ga 1-d N (0 <d ≦ 0.4, preferably include the 0.1 ≦ d ≦ 0.3). pクラッド層が、このようなAlGaNからなると、発光層13へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。 p clad layer composed of such AlGaN, preferred in terms of carrier confinement in the light-emitting layer 13.
pクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは1〜400nmであり、より好ましくは5〜100nmである。 The thickness of the p clad layer is not particularly limited, preferably 1 to 400 nm, more preferably 5 to 100 nm.
pクラッド層のp型ドープ濃度は、1×10 18 〜1×10 21 /cm が好ましく、より好ましくは1×10 19 〜1×10 20 /cm である。 The p-type dopant concentration of the p clad layer is preferably 1 × 10 18 ~1 × 10 21 / cm 3, more preferably 1 × 10 19 ~1 × 10 20 / cm 3. p型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なp型結晶が得られる。 When p-type dopant concentration is within the above range, excellent p-type crystal can be obtained without lowering the crystallinity.

pコンタクト層としては、少なくともAl Ga 1−e N(0≦e<0.5、好ましくは0≦e≦0.2、より好ましくは0≦e≦0.1)を含んでなる窒化物系化合物半導体層である。 The p-contact layer, at least Al e Ga 1-e N ( 0 ≦ e <0.5, preferably 0 ≦ e ≦ 0.2, more preferably 0 ≦ e ≦ 0.1) comprising the nitride it is a system compound semiconductor layer. Al組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持およびpオーミック電極との良好なオーミック接触の点で好ましい。 An Al composition within the above range is preferred in terms of excellent ohmic contact with the good crystallinity of the maintenance and p-ohmic electrode.
また、p型ドーパントを1×10 18 〜1×10 21 /cm の範囲の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましく、より好ましくは5×10 19 〜5×10 20 /cm の範囲である。 Further, when containing at concentrations ranging a p-type dopant 1 × 10 18 ~1 × 10 21 / cm 3, maintaining a good ohmic contact, prevention against cracking, in terms of maintenance of excellent crystallinity preferably, more preferably from 5 × 10 19 ~5 × 10 20 / cm 3.
p型不純物としては、特に限定されないが、例えば、好ましくはMgが挙げられる。 The p-type impurity is not particularly limited, for example, preferably include Mg.
pコンタクト層の膜厚は、特に限定されないが、0.01〜0.5μmが好ましく、より好ましくは0.05〜0.2μmである。 The thickness of the p-contact layer is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 0.5 [mu] m, more preferably 0.05 to 0.2 [mu] m. 膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。 A thickness within this range is preferred in terms of light emission output.

なお、発光素子にはGaN系半導体が用いることが一般的であるが、この他に、ZnO、Ga 等からなる半導体発光素子を用いることも可能である。 Note that the light emitting element but the use is GaN-based semiconductor is generally, in addition, it is also possible to use a semiconductor light emitting device made of ZnO, Ga 2 O 3 or the like.

「酸化チタン系導電膜」 "Titanium oxide-based conductive film"
本発明の酸化チタン系導電膜は、図1に示す例(符号15参照)のように、上層の光取り出し層15aと、該光取り出し層15aの、p型半導体層14側に配された、下層の電流拡散層15bとから構成され、p型半導体層14の直上、あるいはp型半導体層14上に図示略の金属層等を介して形成される。 Titanium oxide-based conductive film of the present invention, as in the example shown in FIG. 1 (reference numeral 15), and an upper layer of the light extraction layer 15a, the light extraction layer 15a, disposed in the p-type semiconductor layer 14 side, is composed of a lower layer of the current diffusion layer 15b, it is formed through the p-type right above the semiconductor layer 14, or p-type semiconductor layer 14 metal layer not shown on the like.

酸化チタン系導電膜には、Tiと、Ta、Nb、V、Mo、W、Sbから選択される少なくとも1種類の元素とを含む酸化物を用いることができる。 The titanium oxide-based conductive film, it is possible to use a Ti, Ta, Nb, V, Mo, W, an oxide containing at least one element selected from Sb.
この場合の酸化チタン系導電膜の組成としては、Ti 1−x (A=Ta、Nb、V、Mo、W、Sb)とされたものを用いることが好ましい。 The composition of the titanium oxide based conductive film in this case, Ti 1-x A x O 2 (A = Ta, Nb, V, Mo, W, Sb) is preferably used those with. また、この組成において、Xは1〜20at%の範囲とすることが好ましい。 Also, in this composition, X is preferably in a range of 1 to 20 at%. X=1at%未満であると、添加効果が小さく、良好な導電性が得られない。 If it is less than X = 1 at.%, The effect of addition is small, can not be obtained good conductivity. また、X=20at%を超えると、300〜550nmの波長における透過率が低下するため、発光素子の出力を低下させてしまう。 Further, X = exceeds 20at%, since the transmittance at a wavelength of 300~550nm decreases, thus reducing the output of the light emitting element. さらに好ましくは、X=2〜10at%の範囲である。 More preferably, in the range of X = from 2 to 10 at%.

酸化チタン系導電膜にTi 1−xを用いる場合、酸素組成によっても導電性が変化する。 When using a Ti 1-x A x O 2 in the titanium oxide based conductive film, also the conductivity is changed by oxygen composition. 好ましくは、酸素欠損状態である方が、導電性が向上する。 Preferably, it is an oxygen-deficient state, conductivity is improved. 酸素欠損状態の作り方としては、金属を用いた酸素との反応性蒸着、あるいは反応性スパッタで酸素量を調整する方法や、酸素欠損状態にある金属酸化物タブレットまたはターゲットを用いる方法、及び、酸化チタン系導電膜成膜後にN やH などの還元性雰囲気でアニールを行う方法等、様々な方法を用いることができる。 The recipe of oxygen deficiency conditions, a method using a method of adjusting the amount of oxygen in the reactive deposition, or reactive sputtering with oxygen using a metal, a metal oxide tablets or targets in an oxygen-deficient state, and oxide how annealing after the titanium-based conductive film deposited in a reducing atmosphere such as N 2, H 2, etc., can be used a variety of methods.

本発明の酸化チタン系導電膜を成膜する場合は、例えば、p型半導体層14上に、電流拡散層15b(第2層)を形成する工程(1)と、次いで、電流拡散層15b上に、光取り出し層15a(第1層)を形成する工程(2)とを備えた製造方法とすることができる。 When forming a titanium oxide-based conductive film of the present invention, for example, on the p-type semiconductor layer 14, the step (1) for forming a current diffusion layer 15b (second layer), then, the current diffusion layer 15b on the a step of forming a light extraction layer 15a (first layer) (2) and can be a production method having a.

また、酸化チタン系導電膜の成膜には、蒸着法、スパッタ法、PLD法、CVD法など何れの方法も用いることができる。 Further, the deposition of the titanium oxide based conductive film, a vapor deposition method, a sputtering method, it can be used PLD method, any method such as CVD method.

蒸着法を用いる場合、Ti 1−x (A=Ta、Nb、V、Mo、W、Sb)のタブレットを用いて、抵抗加熱やEB加熱等の何れの方法を用いても成膜することができる。 When using the evaporation method, Ti 1-x A x O 2 with (A = Ta, Nb, V , Mo, W, Sb) the tablet, by using any method such as resistance heating or EB heating deposition it is possible to film.
また、それぞれの単体金属酸化物を、別々の蒸着源として成膜することも可能である。 Further, each of the single metal oxides, it is possible to film as separate evaporation sources. この方法を用いることにより、組成制御が容易になる利点がある。 By using this method, there is an advantage that it becomes easy to control the composition. 例えば、TiO とTa をそれぞれ別々の蒸着源で成膜し、任意のTi 1−x Ta 組成を作製することができる。 For example, it is possible to the TiO 2 and Ta 2 O 5, respectively formed in separate deposition sources to produce arbitrary Ti 1-x Ta x O 2 composition.
さらに、単体金属や合金金属を使用し、酸素ガスを導入して、プラズマ等を用いて反応性成膜をすることも可能である。 Further, by using the single metal or an alloy metal, by introducing oxygen gas, it is possible to reactive deposition using plasma or the like. 例えば、TiとTaを別々の蒸着源で蒸発させ、プラズマでTiとTaを酸素ガスと反応させてTi 1−x Ta 組成を作製することができる。 For example, evaporated Ti and Ta in separate deposition source, by reacting Ti and Ta and oxygen gas by plasma can be produced Ti 1-x Ta x O 2 composition. また、密着性や緻密さを向上させるため、基板加熱やイオンアシストを用いても良い。 Moreover, in order to improve the adhesiveness and compactness may be used a substrate heating or ion assist.

スパッタ法を用いる場合、Ti 1−x (A=Ta、Nb、V、Mo、W、Sb)のターゲットを用いて、RF、DC等の何れの方法を用いても成膜することができる。 When using a sputtering method using a target of Ti 1-x A x O 2 (A = Ta, Nb, V, Mo, W, Sb), also formed by using RF, any method of DC, such as be able to.
また、それぞれの単体金属酸化物を別々のターゲットとして成膜することも可能である。 It is also possible to film the respective single metal oxide as separate targets. この方法を用いることにより、組成制御が容易になる利点がある。 By using this method, there is an advantage that it becomes easy to control the composition. 例えば、TiO とTa を、それぞれ別々のターゲットで成膜し、任意のTi 1−x Ta 組成を作製することができる。 For example, it is possible to the TiO 2 and Ta 2 O 5, respectively was deposited in a separate target, making any Ti 1-x Ta x O 2 composition.
さらに、単体金属や合金金属を使用し、酸素ガスを導入して、反応性スパッタリング成膜をすることも可能である。 Further, by using the single metal or an alloy metal, by introducing oxygen gas, it is possible to reactive sputtering. 例えば、TiとTaを別々のターゲットで放電させ、プラズマ中でTiとTaを酸素ガスと反応させてTi 1−x Ta 組成を作製することができる。 For example, it is possible to Ti and Ta discharged at different targets, by reacting Ti and Ta and oxygen gas to produce a Ti 1-x Ta x O 2 composition in the plasma. また、密着性や緻密さを向上させるため、基板加熱やバイアスを用いても良い。 Moreover, in order to improve the adhesiveness and compactness may be used a substrate heating or bias.

酸化チタン系導電膜の結晶構造は特に限定されないが、アナターゼ型である方が、導電性が良好であるので好ましい。 Although the crystal structure of the titanium oxide based conductive film is not particularly limited, it is anatase, conductivity preferred because it is excellent. しかしながら、アナターゼ型は光触媒反応性が最も高い結晶構造であるので、光触媒反応防止層は、より緻密な膜であることが必要である。 However, anatase type because the photocatalytic reactivity is highest crystal structure, the photocatalytic reaction-prevention layer is required to be more dense.

また、GaN系半導体が発光素子に用いられる場合、該GaN系半導体発光素子の屈折率と酸化チタン系導電膜の屈折率とが同等、または、その差が0.5以内であることが、光取り出し効率を向上させる点で好ましい。 Also, if the GaN based semiconductor is used for the light emitting element, a refractive index of the titanium oxide based conductive film of the GaN-based semiconductor light-emitting device is equal, or, that the difference is within 0.5, the light It preferred from the viewpoint of improving the extraction efficiency.

(電流拡散層) (Current diffusion layer)
電流拡散層15bは、電流拡散機能を有する酸化チタン系導電膜からなるものであり、p型半導体層14の直上、あるいはp型半導体層の上に図示略の金属層などを介して形成される。 Current diffusion layer 15b is made of a titanium oxide-based conductive film having a current diffusion function, it is formed via a not shown metal layer over just above the p-type semiconductor layer 14, or p-type semiconductor layer . 電流拡散層15bとp型半導体層14との間に金属層を配した場合には、発光素子の駆動電圧(Vf)を低減させることができるが、透過率が減少して出力を低下させてしまう。 If the decor metal layer between the current diffusion layer 15b and the p-type semiconductor layer 14 can reduce the driving voltage of the light-emitting element (Vf), the transmittance decreases the output decreases put away. 従って、発光素子の用途等に応じて駆動電圧(Vf)と出力のバランスを取り、電流拡散層とp型半導体層との間に金属層等を設けるかどうか適宜判断する。 Therefore, to balance the output and the driving voltage (Vf) in response to the application of the light-emitting element, whether appropriate to determine whether provision of the metal layer or the like between the current diffusion layer and the p-type semiconductor layer. 電流拡散層とp型半導体層との間に金属層を配する場合、該金属層の材料として、NiやNi酸化物、Pt、Pd、Ru、Rh、Re、Os等からなるものを用いることが好ましい。 When arranging the metal layer between the current diffusion layer and the p-type semiconductor layer, as the material of the metal layer, using Ni or Ni oxide, Pt, Pd, Ru, Rh, Re, one made of Os, etc. It is preferred.

電流拡散層は、電流拡散機能を果たすことが出来れば良く、如何なる方法で形成されたものであっても良い。 Current spreading layer may if it is possible to fulfill the current diffusion function, or may be formed by any method.
また、電流拡散層は、例えば、以下の2通りの方法で形成されることが好ましい。 The current spreading layer, for example, is preferably formed in two ways. 一つはスッパタ法によって成膜する方法であり、もう一つは真空蒸着法により成膜する方法である。 One is a method of forming a film by Suppata method, the other is a method for forming by vacuum evaporation.

スパッタ法は、スパッタ時のスパッタ粒子のエネルギーが大きいことから、緻密で結晶性の高い膜を得ることができる。 Sputtering method, since the energy of sputtered particles during sputtering is large, it is possible to obtain a dense and highly crystalline film. 電流拡散層は、酸化チタン系導電膜の結晶性が高いほどエッチングされ難く、エッチング時に侵食されにくいものとなり、エッチングによって電流拡散特性が劣化しないものとなる。 Current spreading layer is less etched higher crystallinity of the titanium oxide based conductive film, it is assumed difficult to be eroded during the etching, it becomes that do not deteriorate the current diffusion properties by etching.

真空蒸着法は、蒸着時の粒子のエネルギーがあまり大きくないため、得られる酸化チタン系導電膜からなる膜は、アモルファス状態か、あるいは結晶性が低い膜となる。 Vacuum deposition method, the energy deposition at the particles is not too large, the film made of titanium oxide based conductive film obtained, or amorphous, or crystalline property becomes low film.
しかし、蒸着中に300℃〜800℃の温度で成膜するか、成膜後に300℃〜800℃で熱処理することにより、緻密で結晶性の高い膜を得ることができる。 However, either deposited at a temperature of 300 ° C. to 800 ° C. during deposition, by heat treatment at 300 ° C. to 800 ° C. after the film formation, it is possible to obtain a dense and highly crystalline film.
なお、上記熱処理温度が300℃未満だと、結晶化を向上させる効果が小さく、800℃を越えると、窒化物系半導体素子にダメージを与えてしまう。 Note that if it the heat treatment temperature is lower than 300 ° C., the effect of improving the crystallization is small, it exceeds 800 ° C., resulting in damage to the nitride-based semiconductor device.

電流拡散層を構成する透酸化チタン系導電膜は、いずれの結晶状態も取りうるが、柱状結晶である方が、エッチングされ難く好ましい。 Toru titanium oxide-based conductive film forming the current diffusion layer is susceptible any crystalline state, it is columnar crystals, less etched preferred.
電流拡散層の膜厚は、薄すぎると電流拡散特性が落ちてしまい好ましくない。 Current thickness of the diffusion layer is undesirably fallen too thin when the current spreading characteristics. また、電流拡散層の膜厚が厚すぎると透過率が悪くなって出力が低下してしまう。 Further, the output becomes poor and transmittance thickness of the current diffusion layer is too thick is reduced. よって、電流拡散層の膜厚は、35nm〜2000nmの範囲、より好ましくは50nm〜1000nmの範囲とし、最も好ましくは、100nm〜500nmの範囲とする。 Therefore, the thickness of the current diffusion layer is in the range of 35Nm~2000nm, more preferably in the range of 50 nm to 1000 nm, and most preferably, in the range of 100 nm to 500 nm.

(光取り出し層) (Light extraction layer)
光取り出し層15aは、光取り出し機能を有する酸化チタン系導電膜からなり、電流拡散層15bの上に形成される。 Light extraction layer 15a is made of a titanium oxide-based conductive film having a light extraction feature, it is formed on the current diffusion layer 15b. なお、光取り出し層15aは、電流拡散層15bの直上に形成されてもよいし、光取り出し層15aと電流拡散層15bとの間には、図示略の金属層等を配した構成としても構わない。 The light extraction layer 15a may be formed immediately above the current diffusion layer 15b, between the light extraction layer 15a and the current diffusion layer 15b is may have a structure in which arranged not shown in the metal layer such as Absent.
発光素子の駆動電圧(Vf)を低減させるため、上述のように、光取り出し層15aと電流拡散層15bとの間に金属層などを成膜してもよいが、発光素子の透過率が低下して出力が低減するリスクがあるので、用途に応じたバランスによって決定する必要がある。 To reduce the driving voltage of the light-emitting element (Vf), as described above, it may be deposited and the metal layer between the light extraction layer 15a and the current diffusion layer 15b, but the transmittance of the light-emitting element is reduced since then the output is at risk of reduced, it is necessary to determine a balance according to the application. 光取り出し層15aと電流拡散層15bとの間に金属層を配置する場合、該金属層の材料として、NiやNi酸化物、Pt、Pd、Ru、Rh、Re、Os等からなるものを用いることが好ましい。 When placing the metal layer between the light extraction layer 15a and the current diffusion layer 15b, is used as the material of the metal layer, Ni or Ni oxide, Pt, Pd, Ru, Rh, Re, one made of Os, etc. it is preferable.

光取り出し層の上面は、光取り出し効率を向上させるため、凹凸形状とされていることが好ましい。 Upper surface of the light extraction layer, to improve the light extraction efficiency, it is preferred that there is a concave-convex shape.
凹凸形状を形成する方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチング等、従来公知のエッチング方法がいずれも適用可能であるが、酸化チタン系導電膜の結晶状態により、エッチング速度が大きく変化するウェットエッチングを用いることが好ましい。 As a method for forming a concave-convex shape, a wet etching, dry etching or the like, traditionally known etching methods are applicable both by the crystalline state of the titanium oxide based conductive film, using a wet etching the etching rate varies significantly it is preferable. なお、マスクを用いて規則的に凹凸形状を形成することも可能であるし、エッチングだけで無秩序(ランダム)に凹凸形状を形成することも可能である。 Incidentally, it is also possible to form a regular concavo-convex shape using a mask, it is also possible to form only in disordered (random) etching an irregular shape.

ウェットエッチングを行なう場合、エッチング液として、フッ酸、リン酸、硫酸、塩酸、フッ酸/硝酸混合液、フッ酸/過酸化水素水混合液、フッ酸/フッ化アンモニウム混合液、珪フッ化水素酸等を用いることができるが、フッ酸、フッ酸/硝酸混合液、フッ酸/過酸化水素水混合液、フッ酸/フッ化アンモニウム混合液、珪フッ化水素酸(H SiF )を用いることがより好ましい。 When performing wet etching, as an etching solution, hydrofluoric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid / nitric acid mixture, hydrofluoric acid / hydrogen peroxide mixture, hydrofluoric acid / ammonium fluoride mixture silicofluoride hydrogen fluoride it can be used acid, hydrofluoric acid, hydrofluoric acid / nitric acid mixture, hydrofluoric acid / hydrogen peroxide mixture, hydrofluoric acid / ammonium fluoride mixtures, hydrosilicofluoric acid and (H 2 SiF 6) it is more preferable to use.

本発明の光取り出し層は、前記電流拡散層に用いられる材料よりもエッチング速度が速い材料からなることが好ましい。 Light extraction layer of the present invention is preferably made of a higher material etch rate than the material used for the current spreading layer. また、光取り出し層は、何れの結晶状態も取りうるが、粒状結晶である方が、エッチングされやすいので好ましい。 Further, the light extraction layer is susceptible any crystalline state, is more a granular crystal, since etched easily preferred.
また、光取り出し層の形成方法としては、光取り出し層をエッチングする際のエッチング速度が、電流拡散層のエッチング速度よりも速くなるように形成できる方法を用いることが望ましい。 Further, as a method for forming the light extraction layer, the etching rate for etching the light extraction layer, it is desirable to use a method that can be formed to be faster than the etching rate of the current diffusion layer. 具体的には、光取り出し層の形成方法としては、例えば真空蒸着法を用いることが、アモルファス状または結晶性の低い膜を得ることが出来るので好ましい。 Specifically, as a method for forming the light extraction layer is, for example, a vacuum evaporation method be employed, it is possible to obtain an amorphous or low crystallinity layer preferably.

光取り出し層15aの膜厚は、薄すぎると光取り出し層の上面に形成される凹凸形状を構成する凹部と凸部との高低差が小さくなってしまい充分な光取り出し効率が得られない。 Thickness of the light extraction layer 15a is not sufficient light extraction efficiency height difference becomes small between the concave portion and the convex portion constituting the concavo-convex shape formed on the upper surface of the light extraction layer can be obtained is too thin. また、光取り出し層の膜厚が厚すぎると、透過率が悪くなって出力が低下してしまう。 Further, if the thickness of the light extraction layer is too thick, the output transmittance worse decreases.
この特性を満足させる、エッチング後の光取り出し層の膜厚は35nm〜2000nmの範囲であり、好ましくは50nm〜1μmの範囲であり、より好ましくは100nm〜500nmの範囲である。 To satisfy this characteristic, the thickness of the light extraction layer after etching is in the range of 35Nm~2000nm, preferably in the range of 50 nm to 1 [mu] m, more preferably in the range of 100 nm to 500 nm. なお、光取り出し層の膜厚は、光取り出し層の電流拡散層側の面(下面)から凸部の頂部までの高さと定義する。 The thickness of the light extraction layer is high and the definition of the terms of the current diffusion layer side of the light extraction layer (lower surface) to the top of the convex portion.

光取り出し層15a表面の凹凸形状を構成する凹部と凸部との高低差は、35nm〜2000nmの範囲が好ましく、より好ましくは50nm〜1μmの範囲であり、最も好ましくは100nm〜500nmの範囲である。 Height difference between the concave portion and the convex portion configuring the irregular shape of the light extraction layer 15a surface is preferably in the range of 35Nm~2000nm, more preferably in the range of 50 nm to 1 [mu] m, and most preferably in the range of 100nm~500nm .
凹部と凸部との高低差が小さ過ぎると、充分な光取り出し効率が得られない。 When the height difference between the concave portion and the convex portion is too small, it can not be obtained sufficient light extraction efficiency. また、凹部と凸部との高低差が大き過ぎると、光取り出し層の膜厚が厚くなり、透過率が悪くなって出力が低下してしまう。 Further, when the height difference between the concave portion and the convex portion is too large, the film thickness of the light extraction layer is thick, the output transmittance worse decreases. なお、凹部と凸部との高低差は、凹部の底部から凸部の頂部までの高さと定義する。 Incidentally, the height difference between the recesses and projections, the height and the definition of the bottom of the recess to the top of the convex portion.

(ステップカバレッジ) (Step coverage)
酸化チタン系導電膜15上に凹凸形状を形成した場合、その上に成膜する膜のステップカバレッジが問題となる。 Case of forming the uneven shape on the titanium oxide based conductive film 15, the step coverage of the film formed thereon becomes a problem. 例えば、凹凸の斜面が急過ぎたり、アスペクト比が大き過ぎたり、また、凹凸の大きさが小さ過ぎる場合、酸化チタン系導電膜上に成膜する膜が凹凸に沿って成膜されず、空隙が生じてしまうことがある。 For example, too steep slopes of the irregularities, too aspect ratio size, also when the size of the unevenness is too small, film formed on the titanium oxide based conductive film is not deposited along the uneven gaps sometimes it occurs. 空隙が生じると、その箇所の屈折率は1となるので、光取り出し効率の低下を招いてしまう。 If the void occurs, the refractive index of that portion becomes 1, thereby causing a decrease in light extraction efficiency.

ステップカバレッジが向上する成膜方法としては、CVD法やスパッタ法が適している。 As the film formation method of step coverage is improved, CVD method or a sputtering method is suitable. スパッタ法によって成膜する場合、成膜面にバイアスを掛けるスパッタ電源に、高周波電源(13MHz以上、さらに好ましくは60MHz±10MHz)を用いる方法等を用いることが、より好ましい。 If deposited by sputtering, the sputtering power source for applying a bias to the deposition surface, a high frequency power source (13 MHz or more, more preferably 60 MHz ± 10 MHz) is possible to use a method of using a more preferred.

凹凸の形状に関しては、図4(a)に示すような矩形型の凸部では、良好なステップカバレッジが得られない。 Regarding the shape of the unevenness, in the rectangular-shaped protrusions as shown in FIG. 4 (a), not good step coverage can be obtained. 良好なステップカバレッジを得るためには、凸部の下端寸法が上端寸法より大きいことが好ましい。 In order to obtain a good step coverage is preferably lower dimension of the convex portion is larger than the upper dimensions. さらに好ましくは、下端から上端に行くにしたがって徐々に寸法が小さくなってゆく形状である。 More preferably, a shape dimension gradually day become smaller toward the upper end from the lower end.
具体的には、図4(b)に示すような斜面型の凸部、図4(c)に示すような曲面型の凸部等が好ましい例として挙げられる。 Specifically, the slope-shaped protrusions as shown in FIG. 4 (b), the curved-shaped convex portion or the like, such as shown in FIG. 4 (c) are preferred examples. 斜面型の凸部の場合、基板法線に対して5度以上傾いていることが、ステップカバレッジが向上するので好ましい。 When the convex portion of the slope type, that is inclined 5 degrees or more with respect to the substrate normal is preferably improved step coverage. 但し、基板法線に対する傾きが大きすぎるとアスペクト比が取りにくくなるので、60度以下の角度とすることが好ましい。 However, since the hardly take the aspect ratio slope is too large relative to the substrate normal, preferably 60 degrees or less angle.

「光触媒反応防止層」 "Photocatalytic reaction-prevention layer"
本発明の光触媒反応防止層は、図1に示す例(符号16参照)のように、酸化チタン系導電膜15の直上か、あるいは、酸化チタン系導電膜15との間に他の透明膜等を介して形成される。 Photocatalytic reaction preventing layer of the present invention, as in the example shown in FIG. 1 (reference numeral 16), or directly on the titanium oxide-based conductive layer 15, or other transparent film or the like between the titanium oxide-based conductive layer 15 It is formed through.

一般的に良く知られるように、酸化チタンには光触媒作用があり、水や有機物を分解する特性を有している。 As generally well known, there is a photocatalytic action of titanium oxide, has the property of degrading the water and organic matter. 光触媒作用は、空気浄化、水浄化、防汚、及び抗菌等の有用な効果を発揮するものとして広く産業に用いられているが、樹脂等の有機物によって封入され、ランプを構成する発光素子においては、封入された樹脂が分解されてしまい、発光素子に対して悪影響を及ぼしてしまうという問題がある。 Photocatalysis, air purification, water purification, antifouling, and have been widely used in the industry as to exhibit beneficial effects of antibacterial such as encapsulated by organic substances such as resin, the light emitting elements constituting the lamp the encapsulated resin will be decomposed, there is a problem that adversely affect the light emitting element.

光触媒は、無添加の酸化チタンでは380nm以下の波長で、窒素やタングステンが添加された酸化チタンでは500nmの波長まで、光触媒作用があることが知られている。 Photocatalyst, at 380nm or less wavelength titanium oxide without additives, the titanium oxide of nitrogen and tungsten is added up to a wavelength of 500 nm, it is known that there is a photocatalytic action. また、光触媒作用が発現するには数十μW/cm 以上の光量が必要であることが知られている。 Further, it is known that the photocatalytic action is exhibited is necessary tens .mu.W / cm 2 or more light amount. 従って、300〜550nmの発光波長を有する発光素子において酸化チタンを用いた場合、極めて光触媒作用が発現しやすい状況になる。 Therefore, when titanium oxide is used in a light-emitting element having an emission wavelength of 300~550Nm, become easily expressed very photocatalysis situation. さらに、GaN系発光素子において酸化チタンを用いた場合には、300μm角の素子から10mW程度の発光強度が得られることから明らかなように、1W/cm と極めて高い光量下での使用となる。 Furthermore, when titanium oxide is used in the GaN-based light emitting device, the device of 300μm square As apparent from the emission intensity of about 10mW is obtained, the use under extremely high light intensity and 1W / cm 2 .

なお、発光波長が550nmの発光素子の場合、ピーク波長が550nmとなるが、多くの発光素子は一定幅の波長分布を有しているので、ピーク波長が550nmの発光素子でも500nmの波長を有していることが多い。 Incidentally, when the emission wavelength of the light emitting element of 550nm, the peak wavelength is 550nm, since many light emitting elements has a wavelength distribution with a constant width, have a wavelength of 500nm in the light emitting element of the peak wavelength of 550nm often it is. また、ピーク波長がいくつか存在している発光素子の場合は、そのうちの何れかのピーク波長が300〜550nmの範囲に存在していると、酸化チタンの光触媒作用が発現しやすい状況となり、上述のような封入樹脂の分解等の問題が生じる虞がある。 In the case of light emitting elements that are present several peak wavelength, when any one of the peak wavelength of which is present in the range of 300~550Nm, become situation photocatalysis tends to expression of titanium oxide, above there is a possibility that decomposition of problems such encapsulating resin as occur.

本発明では、上述のような光触媒作用を防止するため、光触媒反応防止層16が備えられている。 In the present invention, in order to prevent the photocatalytic action as described above, photocatalytic reaction-prevention layer 16 is provided.
光触媒反応防止層16は、側面からの光触媒作用を防止するため、酸化チタン系導電膜15の側面を覆うように形成されていることが好ましい。 Photocatalytic reaction preventing layer 16 for preventing the photocatalytic activity from the side, it is preferably formed so as to cover the side surfaces of the titanium oxide based conductive film 15.
さらに、図2に示す発光素子2のように、光触媒反応防止層26が、n型半導体層22、発光層23、p型半導体層24の側面、及びp型半導体層24の上面外周部を覆うようにすれば、光触媒反応防止層26とp型半導体層24界面からの水分等の浸入による光触媒作用を防止できるのでさらに好ましい。 Further, as the light-emitting element 2 shown in FIG. 2, to cover the photocatalytic reaction-prevention layer 26 is, n-type semiconductor layer 22, the light emitting layer 23, p-type semiconductor layer 24 side, and the upper surface outer peripheral portion of the p-type semiconductor layer 24 if so, further preferable because the photocatalytic action caused by intrusion of moisture or the like from the photocatalytic reaction-prevention layer 26 and the p-type semiconductor layer 24 the interface can be prevented. また、正極27と酸化チタン系導電膜25との接合部からの、正極27側面への光触媒作用を防止するため、図示例のように、光触媒反応防止層26が正極27上面の外周部を覆うように形成されていることが好ましい。 Further, from the junction between the positive electrode 27 and titanium oxide-based conductive layer 25, for preventing the photocatalytic activity of the positive electrode 27 side, as in the illustrated example, the photocatalytic reaction-prevention layer 26 covers the outer peripheral portion of the positive electrode 27 top surface it is preferably formed as.

本発明の光触媒反応防止層は、光触媒作用を防止する役割に加え、光を透過させる性質も合わせて有する。 Photocatalytic reaction preventing layer of the present invention, in addition to the role of preventing the photocatalytic action has also combined property of transmitting light.
本発明の光触媒反応防止層は、300〜550nmの範囲の波長において、80%以上の透過率を有する透光性物質からなることが好ましい。 Photocatalytic reaction preventing layer of the present invention, in the wavelength range of 300~550Nm, is preferably made of a translucent material having a transmittance of 80% or more.
また、光触媒反応防止層には、絶縁性透明膜、あるいは導電性透明膜の何れも用いることができる。 Further, the photocatalytic reaction preventing layer can be formed using any of the insulating transparent film or a conductive transparent film.

光触媒反応防止層として用いる絶縁性透明膜には、絶縁性を有するとともに、300〜550nmの範囲の波長において、80%以上の透過率を有していれば、どのような物質でも使用可能であるが、酸化シリコン(例えば、SiO )、酸化アルミニウム(例えば、Al )、酸化ハフニウム(例えば、HfO )、酸化ニオブ(例えば、Nb )、酸化タンタル(例えば、Ta )、窒化シリコン(例えば、Si )、窒化アルミニウム(例えば、AlN)等を用いることが好ましい。 The insulating transparent film used as the photocatalytic reaction preventing layer has an insulating, in the wavelength range of 300~550Nm, if it has a transmittance of 80% or more can be used in any materials but silicon oxide (e.g., SiO 2), aluminum oxide (e.g., Al 2 O 3), hafnium oxide (e.g., HfO 2), niobium oxide (eg, Nb 2 O 5), tantalum oxide (e.g., Ta 2 O 5), silicon nitride (e.g., Si 3 N 4), aluminum nitride (e.g., it is preferable to use AlN) or the like. さらにSiO 、Al を用いることが、CVD成膜で緻密な膜が容易に作製できることから好ましい。 Moreover it is used SiO 2, Al 2 O 3, preferably from the dense film can be easily produced by CVD deposition. CVD法でAl を成膜することにより、高温高湿下での信頼性がより向上するので、さらに好ましい。 By depositing Al 2 O 3 by the CVD method, so is more improved reliability at high temperature and high humidity, further preferred.

CVDでSiO を成膜する場合は、TEOS(テトラエトキシシラン)、TMS(トリメトキシシラン)、SiH などを原料として用いることができる。 When forming the SiO 2 by CVD may be used TEOS (tetraethoxysilane), TMS (trimethoxysilane), and SiH 4 as a raw material.
また、CVDでAl を成膜する場合は、TMA(トリメチルアルミニウム)、DMA(ジメチルアルミニウム)、アルコキシ化合物(イソプロポキシジメチルアルミニウム、sec−ブトキシジメチルアルミニウム、イソプロポキシジエチルアルミニウム、tert−ブトキシジメチルアルミニウム)などを原料として用いることができる。 Also, when forming the Al 2 O 3 CVD-, TMA (trimethyl aluminum), DMA (dimethyl aluminum), alkoxy compound (isopropoxycarbonyl dimethyl aluminum, sec- butoxy dimethyl aluminum-isopropoxy diethylaluminum, tert- butoxy dimethyl it can be used aluminum) or the like as a raw material.

光触媒反応防止層として用いる導電性透明膜には、導電性を有するとともに、300〜550nmの範囲の波長において80%以上の透過率を有していれば、どのような物質でも使用可能であるが、ITO(In −SnO )、AZO(ZnO−Al ),IZO(In −ZnO),GZO(ZnO−Ga )等を用いることが好ましい。 A conductive transparent film used as the photocatalytic reaction preventing layer and has a conductive, as long as it has a transmittance of 80% or more in a wavelength in the range of 300~550Nm, but can also be used in any materials , ITO (In 2 O 3 -SnO 2), AZO (ZnO-Al 2 O 3), IZO (In 2 O 3 -ZnO), it is preferable to use a GZO (ZnO-Ga 2 O 3 ) or the like.
さらに、導電性透明膜を用いた場合、光触媒反応防止層とp型半導体との導通部分が、光触媒反応防止層をなす導電性透明膜の接触部分だけ増加するので、駆動電圧(Vf)の低減に有利である。 Further, when a conductive transparent film, conductive portions of the photocatalytic reaction preventing layer and the p-type semiconductor, so increased by the contact portion of the conductive transparent film constituting the photocatalytic reaction preventing layer, the reduction of the driving voltage (Vf) it is advantageous to.

ITO、及びIZOの屈折率は1.9、AZO、及びGZOの屈折率は2.1であるので、上述したように光取り出し効率の向上に有利である。 ITO, and the refractive index of the IZO is 1.9, AZO, and the refractive index of GZO is 2.1, which is advantageous in improving the light extraction efficiency as described above. さらに、酸化チタン系導電膜の表面に凹凸が形成されていれば、酸化チタン系導電膜と導電性透明膜との界面の全反射が低減するので、より一層、光取り出し効率が向上する。 Further, if irregularities are formed on the surface of the titanium oxide based conductive film, the total reflection at the interface between the titanium oxide-based conductive film and the conductive transparent film is reduced, further, the light extraction efficiency is improved.

また、光触媒反応防止層に導電性透明膜を用いた場合、発光層、n型半導体層まで覆うことは出来ないので、さらに、導電性透明膜上に絶縁性透明膜を、発光層、n型半導体層を覆うように形成しても良い。 Further, when a conductive transparent film on the photocatalytic reaction-prevention layer, the light emitting layer, it is impossible to cover the n-type semiconductor layer, further, an insulating transparent film on conductive transparent film, the light-emitting layer, n-type it may be formed so as to cover the semiconductor layer.

また、光触媒反応防止層は緻密な膜であることが必要である。 Further, the photocatalytic reaction-prevention layer is required to be a dense film. 上記酸化シリコン膜を作製するためには、SOG(スピン・オン・グラス)等の液体塗布材料を用いる方法が用いられるが、この方法だと緻密な膜が作りにくいことと、アニールしても膜中に水分が残留してしまうことなどから、本発明の光触媒反応防止層には適さない。 To make the silicon oxide film, SOG a method using a liquid coating material (spin-on-glass) or the like is used, and it is this method and that the dense film is hardly made, it is annealed film moisture etc. that would remain unsuitable for photocatalytic reaction preventing layer of the present invention in a.

光触媒反応防止層の成膜には、スパッタやCVDなどの緻密な膜ができる成膜方法を用いることができる。 The deposition of the photocatalytic reaction-prevention layer, it is possible to use a film forming method capable of dense film such as sputtering or CVD. 特に、CVDを用いた方が、より緻密な膜ができるので好ましい。 In particular, better using CVD, preferred because it is more dense.
光触媒反応防止層の膜厚は、特に限定されるものではないが、10nm〜10μm(10000nm)の範囲であることが好ましい。 The film thickness of the photocatalytic reaction preventing layer is not particularly limited, is preferably in the range of 10 nm to 10 [mu] m (10000 nm). 光触媒反応防止層の膜厚が10nm未満であると、薄すぎて水分などの浸入を防ぐことができない。 When the thickness of the photocatalytic reaction preventing layer is less than 10 nm, it is impossible to excessively thin prevent intrusion of moisture. また、光触媒反応防止層の膜厚の上限は、特に限定されないが、生産性の点から10μmが上限と考えられる。 The upper limit of the thickness of the photocatalytic reaction-prevention layer is not particularly limited, 10 [mu] m is considered the upper limit from the viewpoint of productivity.

なお、酸化チタン系導電膜15と光触媒反応防止層16の間には、上述したように、他の透明膜等を配した構成としても良い。 Incidentally, between the titanium oxide-based conductive film 15 and the photocatalytic reaction preventing layer 16, as described above, it may be configured to arrange another transparent film or the like. 特に、酸化チタン系導電膜15の屈折率(屈折率2.6)と、光触媒反応防止層16の屈折率の間の数値の屈折率を有する透明膜を挟むことが、光取り出し効率を向上させる点で好ましい。 In particular, the refractive index of the titanium oxide based conductive film 15 (the refractive index 2.6), sandwiching the transparent film having a refractive index of value between the refractive index of the photocatalytic reaction-prevention layer 16, to improve the light extraction efficiency in a preferred point.
例えば、光触媒反応防止層16にSiO (屈折率1.5)、Al (屈折率1.6)を用いる場合、透明膜として、CeO (屈折率2.2)、HfO (屈折率1.9)、MgO(屈折率1.7)、ITO(屈折率1.9)、Nb (屈折率2.3)、Ta (屈折率2.2)、Y (屈折率1.9)、ZnO(屈折率2.1)、ZrO (屈折率2.1)等を使用することができる。 For example, SiO 2 (refractive index 1.5) in the photocatalytic reaction-prevention layer 16, the case of using Al 2 O 3 (refractive index 1.6), as a transparent film, CeO 2 (refractive index 2.2), HfO 2 ( refractive index 1.9), MgO (refractive index 1.7), ITO (refractive index 1.9), Nb 2 O 5 (refractive index 2.3), Ta 2 O 5 (refractive index 2.2), Y 2 O 3 (refractive index 1.9), ZnO (refractive index 2.1), can be used ZrO 2 (refractive index 2.1) or the like.

また、酸化チタン系導電膜の光触媒作用は、酸化チタン系導電膜に、鉄、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニウム等添加することでも弱めることができるので、これらの元素を添加した上で、上述の光触媒反応防止層を設けた構成としても良い。 Further, the photocatalytic activity of the titanium oxide based conductive film, a titanium oxide-based conductive film, iron, aluminum, magnesium, because it can weaken even adding zirconium, after the addition of these elements, the above-mentioned photocatalytic reaction preventing layer may be configured to provided.
但し、上述のような光触媒作用を弱める元素の添加量は、酸化チタン系導電膜の導電性と透過性を著しく損なうことの無い範囲とする必要がある。 However, the addition amount of the element weakening the photocatalytic action as described above, is required to be free range significantly impair the permeability and conductivity of the titanium oxide based conductive film.

「正極及び負極」 "The positive electrode and the negative electrode"
正極17は、酸化チタン系導電膜15上に設けられるボンディングパッドであり、図1に示す例では、光触媒反応防止層16によって側面及び上面の周辺部が覆われている。 The positive electrode 17 is a bonding pad provided on the titanium oxide-based conductive layer 15, in the example shown in FIG. 1, the peripheral portion of the side and top surfaces are covered by photocatalytic reaction preventing layer 16.
正極17の材料としては、Au、Al、NiおよびCu等を用いた各種構造が周知であり、これら周知の材料、構造のものを何ら制限無く用いることができる。 As the material of the positive electrode 17, Au, Al, a variety of structures known with Ni and Cu and the like, can be used without these known materials, those structures any limitation.
正極17の厚さは、100〜10μmの範囲内であることが好ましい。 The thickness of the positive electrode 17 is preferably in the range of 100~10Myuemu. また、ボンディングパッドの特性上、厚さが大きい方が、ボンダビリティーが高くなるため、正極17の厚さは300nm以上とすることがより好ましい。 Furthermore, the characteristics of the bonding pad, a larger thickness, for bondability becomes higher, the thickness of the positive electrode 17 is more preferably not less than 300 nm. さらに、製造コストの観点から3μm以下とすることが好ましい。 Further, it is preferable to 3μm or less from the viewpoint of production cost.

負極18は、図1に示す例のように、基板11上に、n型半導体層12、発光層13およびp型半導体層14が順次積層された窒化ガリウム系化合物半導体の前記n型半導体層12に接するように形成されるボンディングパッドである。 Anode 18, as in the example shown in FIG. 1, on a substrate 11, n-type semiconductor layer 12, the light emitting layer 13 and the p-type semiconductor layer 14 are sequentially stacked gallium nitride compound semiconductor of the n-type semiconductor layer 12 a bonding pad is formed in contact with.
このため、負極18を形成する際は、発光層13およびp型半導体層14の一部を除去してn型半導体層12のnコンタクト層を露出させ、この上に負極18を形成する。 Therefore, when forming the negative electrode 18, by removing part of the light-emitting layer 13 and the p-type semiconductor layer 14 to expose the n contact layer of n-type semiconductor layer 12, to form the negative electrode 18 thereon.
負極18の材料としては、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。 As the material of the negative electrode 18, a negative electrodes of various compositions and structures are well known, it can be used without these known negative electrodes any limitation may be provided by conventional means well known in the art.

[ランプの構成] [Lamp Configuration
本発明の発光素子は、当業者周知の方法を用いてなんら制限無くLEDランプとして構成することができる。 Light-emitting element of the present invention can be configured as any limitation without LED lamp using methods known to those skilled in the art.
図3は、本発明のランプの一例を模式的に示した断面図であり、このランプ5は、図2に示す本発明のフェイスアップ型の窒化物系半導体からなる発光素子2が砲弾型に実装されたものである。 Figure 3 is a cross-sectional view schematically showing one example of a lamp of the present invention, the lamp 5, the light emitting element 2 is bullet-type consisting of face-up type nitride based semiconductor of the present invention shown in FIG. 2 but it is implemented. 図3において、符号51、52はフレームを示し、符号53、54はワイヤー、符号55はモールドを示している。 3, reference numeral 51 denotes a frame, reference numeral 53 is a wire, reference numeral 55 indicates a mold.

ランプ5は、図2に示す本発明の発光素子2を用いて、従来公知の方法により製造することができる。 Lamp 5 may use a light-emitting element 2 of the present invention shown in FIG. 2, produced by a conventionally known method. 具体的には、例えば、2本のフレーム51、52の内の一方(図3ではフレーム51)に発光素子2を樹脂等で接着し、該発光素子2の正極及び負極(図2に示す符号27、28参照)を、金等の材質からなるワイヤー53、54でそれぞれフレーム51、52に接合した後、透明な樹脂からなるモールド55で発光素子2の周辺をモールドすることにより、図3に示す砲弾型のランプを作成することができる。 Specifically, for example, one of the two frames 51 and 52 code indicating the light-emitting element 2 bonded with resin or the like, the positive and negative electrodes (2 of the light emitting element 2 (frame 51 in FIG. 3) the 27 and 28 reference), after bonding to the frame 51 and 52 with a wire 53, 54 made of a material such as gold, by molding a periphery of the light emitting element 2 with a mold 55 made of transparent resin, in FIG. 3 it is possible to create a bullet-shaped lamp shown.

なお、本発明のランプは上記の構成には限定されず、例えば、本発明の発光素子と蛍光体を有するカバーとを組み合わせることにより、白色のランプを構成することもできる。 Incidentally, the lamp of the present invention is not limited to the above structure, for example, by combining a cover having a light emitting element and the phosphor of the present invention, it is also possible to configure a white lamp.
また、本発明のランプは、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等、何れの用途にも用いることができる。 Further, the lamp of the present invention generally use the bullet-shaped, side-view type portable backlight applications, top-view type or the like used for display, can be used in any application.

本発明の発光素子は、電流拡散特性、及び光取り出し効率に優れていることから、発光特性に優れたランプを実現することが可能となる。 Light-emitting device of the present invention, because of its excellent current spreading characteristics, and the light extraction efficiency, it is possible to realize a superior lamp emission characteristics.

次に、本発明の発光素子及びそれを用いたランプを、実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。 Next, the light emitting device and a lamp using the same of the present invention, will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited only to these examples.

[実験例1] [Experimental Example 1]
図2に、本実験例で作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図を示すとともに、図5に、その平面模式図を示す。 2, with a schematic cross-sectional view of a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element manufactured in this experimental example, in FIG. 5 shows the plan schematic view.

(窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製) (Preparation of gallium nitride compound semiconductor light-emitting device)
まず、複数の発光素子の基板となる、サファイア製の基板21上に、MOCVD法によりAlNからなる図示略のバッファ層を介して、窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した。 First, the substrate of the plurality of light emitting elements, on sapphire substrate 21, via a not shown buffer layer made of AlN by an MOCVD method, a laminate of a gallium nitride-based compound semiconductor layer.
窒化ガリウム系化合物半導体層としては、図2に示すように、厚さ8μmのアンドープGaNからなる下地層、厚さ2μmのGeドープn型GaNコンタクト層及び厚さ0.02μmのn型In 0.1 Ga 0.9 Nクラッド層がこの順序で積層されたn型半導体層22、厚さ16nmのSiドープGaN障壁層及び厚さ2.5nmのIn 0.06 Ga 0.94 N井戸層を5回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層23、さらに厚さ0.01μmのMgドープp型Al 0.07 Ga 0.93 Nクラッド層と厚さ0.18μmのMgドープp型Al 0.02 Ga 0.98 Nコンタクト層がこの順序で積層されたp型半導体層24からなり、各層をこの順で積層して形成した。 The gallium nitride-based compound semiconductor layer, as shown in FIG. 2, the base layer of undoped GaN having a thickness of 8 [mu] m, n-type In the Ge-doped n-type GaN contact layer and the thickness 0.02μm thick 2 [mu] m 0. 1 Ga 0.9 n cladding layer n-type semiconductor layer 22 are laminated in this order, the in 0.06 Ga 0.94 n well layer of Si-doped GaN barrier layer and the thickness 2.5nm thickness 16 nm 5 times stacked, finally emitting layer 23 of multiple quantum well structure in which a barrier layer, further thickness 0.01μm of Mg-doped p-type Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer with a thickness of 0.18 .mu.m Mg doped p-type Al 0.02 Ga 0.98 N contact layer is a p-type semiconductor layer 24 laminated in this order was formed by laminating the layers in this order. 光取り出し面は半導体側とした。 Light extraction surface was semiconductor side.
上述のようにして得られた窒化ガリウム系化合物半導体層において、n型GaNコンタクト層のキャリア濃度は1×10 19 cm −3であり、GaN障壁層のSiドープ量は1×10 17 cm −3であり、p型AlGaNコンタクト層のキャリア濃度は5×10 18 cm −3であり、p型AlGaNクラッド層のMgドープ量は5×10 19 cm −3であった。 In the gallium nitride-based compound semiconductor layer obtained as described above, the carrier concentration of the n-type GaN contact layer is 1 × 10 19 cm -3, Si doped amount of GaN barrier layer is 1 × 10 17 cm -3 , and the carrier concentration of the p-type AlGaN contact layer is 5 × 10 18 cm -3, Mg doping amount of p-type AlGaN cladding layer was 5 × 10 19 cm -3.
なお、上記窒化ガリウム系化合物半導体層の積層は、MOCVD法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。 Incidentally, stacking of the gallium nitride-based compound semiconductor layer by MOCVD was carried out in ordinary conditions well known in the art.

そして、この窒化ガリウム系化合物半導体層に、負極28を形成する領域のn型GaNコンタクト層を反応性イオンエッチング法により露出させた。 Then, the gallium nitride-based compound semiconductor layer, the n-type GaN contact layer in the region for forming the negative electrode 28 is exposed by reactive ion etching. この際、まず、レジストをp型半導体層24の全面に一様に塗布した後、公知のリソグラフィー技術を用いて、負極形成領域からレジストを除去した。 In this case, first, a resist is uniformly applied to the entire surface of the p-type semiconductor layer 24, using a known lithography technique, the resist was removed from the negative electrode forming region. そして、真空蒸着装置内にセットして、圧力4×10 −4 Pa以下で、Ni及びTiをエレクトロンビーム法により膜厚がそれぞれ約50nm及び300nmとなるように積層した。 Then, set in a vacuum deposition apparatus, the following pressure 4 × 10 -4 Pa, the film thickness was laminated so that each of about 50nm and 300nm by electron beam method with Ni and Ti. その後、リフトオフ技術により、負極形成領域以外の金属膜をレジストとともに除去した。 Then, by a lift-off technique, was removed together with the resist film of a metal other than the anode formation region.
次いで、反応性イオンエッチング装置のエッチング室内の電極上に半導体積層基板を載置し、エッチング室を10 −4 Paに減圧した後、エッチングガスとしてCl を供給してn型GaNコンタクト層が露出するまでエッチングした。 Then, a semiconductor laminated substrate to a reactive ion etching apparatus etching chamber on the electrodes of placing, after vacuum etching chamber 10 -4 Pa, supplying n-type GaN contact layer is exposed Cl 2 as the etching gas It was etched until. エッチング後、反応性イオンエッチング装置より取り出し、上記エッチングマスクを硝酸およびフッ酸により除去した。 After the etching, taken out from the reactive ion etching apparatus, and the etching mask was removed by nitric acid and hydrofluoric acid.

(酸化チタン系導電膜の形成) (Formation of the titanium oxide based conductive film)
次に、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いて、p型AlGaNコンタクト層表面の正極を形成する領域にのみ、Ti 0.95 Nb 0.05からなる酸化チタン系導電膜を用いて、下記表1に示す条件(膜厚、成膜方法、熱処理条件)で電流拡散層を成膜した。 Then, using a known photolithography technique and lift-off technique, only the region for forming the positive electrode of the p-type AlGaN contact layer surface, using a titanium oxide based conductive film made of Ti 0.95 Nb 0.05 O 2 It was formed current diffusion layer under the conditions shown in table 1 (thickness, film forming method, heat treatment conditions). 実験例1においては、スパッタ法により、電流拡散層を200nmの膜厚で形成し、熱処理は行わなかった。 In Experimental Example 1, by sputtering, a current diffusion layer is formed with a thickness of 200 nm, heat treatment was not performed.
そして、上述のようにして形成した電流拡散層の結晶状態を調べ、下記表1に示した。 Then, examine the crystalline state of the current diffusion layer formed as described above, it is shown in Table 1 below.

次いで、上記電流拡散層の上に、Ti 0.95 Nb 0.05からなる酸化チタン系導電膜を用いて、下記表1に示す条件(膜厚、成膜方法、熱処理条件)で光取り出し層を成膜した。 Then, on the current diffusion layer, with a titanium oxide-based conductive film made of Ti 0.95 Nb 0.05 O 2, light under the conditions shown in Table 1 (thickness, film forming method, heat treatment conditions) It was formed the extraction layer. 実験例1においては、真空蒸着法により、光取り出し層を500nmの膜厚で形成し、熱処理は行なわなかった。 In Experimental Example 1, by a vacuum deposition method, a light extraction layer is formed with a thickness of 500 nm, was not the heat treatment.
そして、形成した光取り出し層の結晶状態を調べ、下記表1に示した。 Then, examine the crystalline state of the formed light-extraction layer, shown in Table 1 below.

(凹凸形状の形成) (Formation of the concave-convex shape)
次いで、光取り出し層の表面に、公知のウェットエッチング技術を用いて凹凸形状を形成した。 Then, the surface of the light extraction layer to form a concave-convex shape by a known wet etching techniques.
この際、光取り出し層の表面を、フッ酸(濃度50%)と硝酸(濃度70%)とを1:8の比率で混合した混合液を用いて、常温(25℃)で5分間エッチングすることによって凹凸形状を形成し、表1に示す膜厚(エッチング後膜厚)、及び、凹部と凸部との高低差とした。 At this time, the surface of the light extraction layer, hydrofluoric acid (concentration 50%) and nitric acid (70% strength) 1: 8 with a mixture obtained by mixing in a ratio of etching 5 minutes at room temperature (25 ° C.) the uneven shape is formed by a thickness shown in Table 1 (etching KomakuAtsu), and was the difference in height between the concave portion and the convex portion. ここで形成された凹凸形状は、凸部の平均直径が0.3μm、凸部の平均高さが0.3μm、凹部と凸部との間の距離の平均値が0.8μmであり、無秩序(ランダム)な凹凸形状であった。 Here formed uneven shape, 0.3 [mu] m average diameter of the projections, the average height of 0.3 [mu] m of the projections, the average value of the distance between the concave portion and the convex portion is 0.8 [mu] m, disordered It was a (random) irregularities.

なお、各実験例における、光取り出し層の表面に形成した凹部と凸部との高低差は、測定装置としてAFM(AtomicForce Microscope.:DegitalInstrument社製:米国)を用いて、以下に示す測定条件で測定した。 Incidentally, in each of the experimental examples, the height difference between the concave and convex portions formed on the surface of the light extraction layer, AFM as a measurement device (AtomicForce Microscope.:DegitalInstrument Inc. - USA) and according to the measurement conditions shown below It was measured.
(a)スキャン幅:10μm (A) scan width: 10μm
(b)スキャンレート:1Hz (B) scan rate: 1Hz
(c)測定回数:256 (C) the number of measurements: 256
(d)モード:タッピングモード (D) mode: tapping mode

(ボンディングパッドの形成) (Formation of bonding pad)
次に、正極(ボンディングパッド)27および負極(ボンディングパッド)28を、以下のような手順で形成した。 Next, a positive electrode (bonding pad) 27 and the negative electrode (bonding pad) 28 was formed by the following procedure.
まず、通常、リフトオフと呼ばれる周知の手順に則って処理し、さらに、同様の積層方法により、光取り出し層上の一部に、Auからなる第1の層、Tiからなる第2の層、Alからなる第3の層、Tiからなる第4の層、Auからなる第5の層を順に積層し、5層構造の正極を形成した。 First, usually treated in accordance with the well-known procedure called lift-off, further, the same method of laminating, on a portion of the light extraction layer, first layer of Au, a second layer made of Ti, Al a third layer consisting of laminated fourth layer of Ti, a fifth layer made of Au in order to form a positive electrode of the five-layer structure. ここで、Au/Ti/Al/Ti/Auからなる各層の厚さは、それぞれ、50/20/10/100/500nmとした。 The thickness of each layer made of Au / Ti / Al / Ti / Au, respectively, was 50/20/10/100 / 500nm.

次に、負極を、上述した反応性イオンエッチング法により露出したn型GaNコンタクト層上に、以下の手順により形成した。 Next, a negative electrode, the n-type GaN contact layer exposed by the above-mentioned reactive ion etching method to form by the following procedure.
まず、レジストを、n型GaNコンタクト層の露出した領域全面に一様に塗布した後、公知のリソグラフィー技術を用いて、露出したn型GaNコンタクト層上の負極形成部分からレジストを除去した。 First, a resist, after uniformly applied to the exposed area the entire surface of n-type GaN contact layer, using a known lithography technique, the resist was removed from the negative electrode forming portion on the exposed n-type GaN contact layer. そして、通常用いられる真空蒸着法により、半導体側から順に、Tiが100nm、Auが200nmの厚さとされた負極を形成した。 Then, by ordinary vacuum deposition method used, in order from the semiconductor side, Ti is 100 nm, Au formed a negative electrode which is the thickness of 200 nm. その後、レジストを公知の方法により除去した。 It was then removed by a known method using the resist.

(光触媒反応防止層の形成) (Formation of the photocatalytic reaction-prevention layer)
次に、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いて、正極、負極の中心部を除いて、Al からなる光触媒反応防止層をCVD法により500nm形成した。 Then, using a known photolithography technique and lift-off technique, a positive electrode, except for the central portion of the negative electrode was 500nm formed by CVD photocatalytic reaction preventing layer made of Al 2 O 3. 図2に示すように、光触媒反応防止層は正極側面、負極側面、および、発光層、n型半導体側面を覆うように成膜した。 As shown in FIG. 2, the photocatalytic reaction-prevention layer of the positive electrode side, the negative electrode side, and the light emitting layer was formed so as to cover the n-type semiconductor side.

(素子の分割) (Division of the element)
このようにして、光触媒反応防止層まで形成したウエーハを、基板21裏面を研削・研磨することにより、基板21の板厚を80μmまで薄くして、レーザスクライバを用いて半導体積層側から罫書き線を入れた後、押し割って、350μm角のチップ(発光素子)に切断した。 In this manner, the wafer was formed to photocatalytic reaction preventing layer, by grinding and polishing the substrate 21 backside, by reducing the thickness of the substrate 21 up to 80 [mu] m, the score line from the semiconductor stacked side by using a laser scriber after placing a divided press, and cut into chip (light emitting element) of 350μm square.

(素子特性の評価) (Evaluation of device characteristics)
上述のようにして得られたチップについて、プローブ針による通電を行い、20mAの印加電流における順方向電圧を測定し、駆動電圧(Vf)を調べ、下記表1に示した。 The chips obtained as described above, performs energization by the probe needles, the forward voltage was measured at 20mA applied current, tested for drive voltage (Vf), shown in Table 1 below.
また、得られたチップをTO−18缶パッケージに実装し、テスターによって印加電流20mAにおける発光出力を計測し、下記表1に示した。 Also, to implement the resulting chip TO-18 cans package, and measuring the light emission output at an applied current 20mA a tester, shown in Table 1 below.
また、得られたチップの発光面の発光分布を調べた。 Also investigated the emission distribution of the light emitting surface of the resultant chip. その結果、正極上の全面で発光しているのが確認できた。 As a result, what is emitted in the positive electrode of the entire surface was confirmed.

また、電流拡散層、及び光取り出し層の成膜を、表1に示す条件で実施した以外は、実験例1と同様にして、実験例2〜17の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子ランプを作製し、同様の評価を行なった。 The current spreading layer, and the formation of the light extraction layer, except that was carried out under the conditions shown in Table 1, in the same manner as in Experimental Example 1, producing a gallium nitride compound semiconductor light-emitting device lamp of Example 2 to 17 then, it was carried out in the same manner as in the evaluation.

各実験例の作製条件及び素子特性の一覧を表1に示す。 A list of manufacturing conditions and device characteristics of each of the experimental examples shown in Table 1.

(評価結果) (Evaluation results)
表1に示すように、電流拡散層をスパッタにより成膜し、光取り出し層を真空蒸着により成膜した実験例1〜9の発光素子は、印加電流20mAにおける発光出力が、全サンプルにおいて12.4mW以上であり、高い発光出力が得られた。 As shown in Table 1, by sputtering a current spreading layer, the light emitting device of Experimental Example 1-9 was deposited by vacuum evaporation a light extraction layer, emission output at an applied current 20mA is, in all samples 12. and at 4mW or more, a high light emission output is obtained. また、実験例1〜9の発光素子は、駆動電圧(Vf)が、全サンプルにおいて3.6V以下と、充分に低い駆動電圧(Vf)であった。 The light emitting device of Experimental Example 1-9, the driving voltage (Vf) is a 3.6V or less in all the samples was sufficiently low driving voltage (Vf).
これにより、電流拡散層をスパッタにより成膜し、光取り出し層を真空蒸着により成膜した実験例1〜9の発光素子は、ウェットエッチングによって光取り出し層の表面に凹凸形状を形成した場合でも、電流拡散層に対するダメージがほとんど無いことが確認できた。 Thus, by sputtering a current spreading layer, the light emitting device of Experimental Example 1-9 in which the light extraction layer is formed by vacuum deposition, even when forming the uneven shape on the surface of the light extraction layer by wet etching, the damage to the current diffusion layer was confirmed to be little.

これに対し、電流拡散層及び光取り出し層の両方をスパッタで成膜した実験例11の発光素子では、上記条件にて光取り出し層表面のウェットエッチングを行なったものの、凹凸形状の高低差が30nmと、ほとんどエッチングされなかった。 In contrast, the light emitting device of Experimental Example 11 was formed both current diffusion layer and the light extraction layer by sputtering, despite performing wet etching of the light extraction layer surface under the above conditions, the height difference between the irregularities 30nm When, it was hardly etched.
この結果、駆動電圧(Vf)は3.4Vと低く抑えられているものの、発光出力が10.9mWと低いものとなり、電流拡散層の電流拡散作用が機能している一方、光取り出し層の光取り出し作用が充分に機能していないことが明らかとなった。 As a result, although the driving voltage (Vf) is kept as low as 3.4 V, the light output becomes as low 10.9MW, while current spreading effect of the current diffusion layer is functioning, the light extraction layer light the extraction action is not functioning sufficiently revealed.

また、電流拡散層及び光取り出し層の両方を真空蒸着で成膜した実験例12の発光素子では、ウェットエッチングによって多くの電流拡散層が除去されたため、駆動電圧(Vf)が4.3Vと高くなり、また、発光出力が8.7mWと非常に低いものとなり、良好な結果が得られなかった。 Further, the light emitting device of Experimental Example 12 was formed both current diffusion layer and the light extraction layer by vacuum deposition, since many of the current spreading layer by wet etching is removed, the driving voltage (Vf) is as high as 4.3V it also emission output becomes extremely low and 8.7MW, good results were not obtained.
これにより、実験例12の発光素子は、電流拡散層及び光取り出し層ともに充分に機能していないことが明らかとなった。 Thus, the light emitting device of Experimental Example 12, it was revealed that not functioning well in both the current diffusion layer and the light extraction layer.

また、光取り出し層に形成された凹凸の高低差が2200nmと、本発明で規定する範囲を超えている実験例17の発光素子では、発光出力が9.6mWと低くなっており、良好な素子特性が得られなかった。 Further, the height difference of the formed on the light extraction layer irregularities 2200 nm, the light emitting device of the range beyond that Experimental Examples 17 defined in the present invention, the light-emitting output has become as low as 9.6 mW, excellent device characteristics can not be obtained.

また、電流拡散層を蒸着によって成膜した後、500℃の温度で10分間の熱処理を行なった実験例10の発光素子は、駆動電圧(Vf)が3.3V、発光出力が13.7mWであり、電流拡散層をスパッタで形成した実験例1〜9の発光素子と同様、高い出力が得られた。 Further, after forming by vapor deposition the current spreading layer, the light emitting device of Experimental Example 10 was subjected to heat treatment for 10 minutes at a temperature of 500 ° C., the driving voltage (Vf) is 3.3V, the light emitting output is 13.7mW There, similarly to the light emitting device of experimental example 1-9 was formed a current diffusion layer by sputtering, a high output is obtained.

また、電流拡散層の膜厚が50nm〜1000nmの範囲とされた実験例1〜10の発光素子では、全てのサンプルのVfが3.6V以下であり、膜厚が30nmと薄く形成された実験例13の発光素子が4.0Vであるのに比べ、低い駆動電圧となっていることが明らかである。 Further, a film thickness light-emitting device of Experimental Examples 1 to 10 which is in the range of 50nm~1000nm the current spreading layer is Vf of all samples is at 3.6V or less, the film thickness is thin and 30nm Experiment light emitting device of example 13 is compared to a 4.0V, it is clear that a low driving voltage.
さらに、電流拡散層の膜厚が上記範囲とされた実験例1〜10の発光素子では、全てのサンプルの発光出力が12.4mW以上となり、膜厚が2500nmと非常に厚く形成された実験例14の発光素子が10.7mWであるのに比べ、高い発光出力となっていることが明らかである。 Further, the light emitting device of the film thickness Experimental Examples 1 to 10 having the above range of the current spreading layer, the light emitting output of all samples becomes more 12.4MW, experimental examples thickness is very thick and 2500nm 14 of the light emitting element compared to a 10.7MW, it is clear that a high luminous output.

また、光取り出し層のエッチング後の膜厚が50〜1000nmの範囲とされた実験例1〜実験例10の発光素子では、上述したように、発光出力が全て12.4mW以上であり、膜厚が10nmと薄く形成された実験例15の発光素子が11.2mWであるのに比べ、高い発光出力となっていることが明らかである。 Further, the light emitting device of Experimental Example 1 to Experiment Example 10 the film thickness after the etching of the light extraction layer is in the range of 50~1000nm, as described above, has an emission output all 12.4mW above, the film thickness There compared to the light emitting device of example 15 which is thin and 10nm is 11.2MW, it is clear that a high luminous output.
さらに、光取り出し層のエッチング後の膜厚が上記範囲とされた実験例1〜10の発光素子では、光取り出し層の光透過率が高いため、エッチング後の膜厚が2400nmと非常に厚く形成された実験例16が10.8mWであるのに比べ、高い発光出力となっていることが明らかである。 Further, the light emitting device of Experimental Example 10 in which the film thickness after the etching of the light extraction layer is the above-mentioned range, since the light transmittance of the light extraction layer is high, the film thickness after etching and very 2400nm thick experimental example 16, which is that compared to a 10.8 mW, it is clear that a high luminous output.

以上の結果により、本発明の発光素子が、電流拡散特性、及び光取り出し効率に優れ、高い素子特性を有していることが明らかである。 From the above results, the light-emitting device of the present invention, the current diffusion properties, and excellent light extraction efficiency, it is clear to have a high element characteristics.

本発明の発光素子の一例を模式的に説明する図であり、断面構造を示す概略図である。 A diagram schematically illustrating an example of a light-emitting element of the present invention, is a schematic view showing a sectional structure. 本発明の発光素子の他例を模式的に説明する図であり、断面構造を示す概略図である。 A diagram schematically illustrating another example of a light emitting device of the present invention, is a schematic view showing a sectional structure. 本発明のランプの一例を模式的に説明する図であり、断面構造を示す概略図である。 Is a view for explaining an example of a lamp of the present invention schematically, a schematic view showing a sectional structure. 本発明の発光素子を模式的に説明する図であり、図2に示す発光素子の部分断面構造の一例を示す概略図である。 A diagram schematically illustrating the light emitting device of the present invention, is a schematic diagram showing an example of a partial cross-sectional structure of the light emitting element shown in FIG. 本発明の発光素子を模式的に説明する図であり、図2に示す発光素子の平面構造を示す概略図である。 A diagram schematically illustrating the light emitting device of the present invention, is a schematic diagram showing a planar structure of the light-emitting element illustrated in FIG.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1、2…発光素子、5…ランプ、11、21…基板、12、22…n型半導体層、13、23…発光層、14、24…p型半導体層、15、25…酸化チタン系導電膜、15a、25a…光取り出し層、15b、25b…電流拡散層、16、26…光触媒反応防止層、17…正極、18…負極 1,2 ... light emitting element, 5 ... lamp, 11, 21 ... substrate, 12, 22 ... n-type semiconductor layer, 13, 23 ... light-emitting layer, 14, 24 ... p-type semiconductor layer, 15, 25 ... a titanium oxide-based conductive film, 15a, 25a ... light extraction layer, 15b, 25b ... current diffusion layer, 16, 26 ... photocatalytic reaction preventing layer, 17 ... cathode, 18 ... anode

Claims (22)

  1. n型半導体層、発光層、p型半導体層、酸化チタン系導電膜層がこの順で積層された発光素子であって、 n-type semiconductor layer, light emitting layer, p-type semiconductor layer, a titanium oxide based conductive film layer is a light-emitting element are laminated in this order,
    前記酸化チタン系導電膜層が、光取り出し層としてなる第1層と、該第1層の前記p型半導体層側に配され、電流拡散層としてなる第2層とを有してなることを特徴とする発光素子。 The titanium oxide-based conductive film layer comprises a first layer of a light-extraction layer, disposed on the p-type semiconductor layer side of the first layer, to become a second layer comprising a current diffusion layer emitting device characterized.
  2. n型半導体層、発光層、p型半導体層、酸化チタン系導電膜層がこの順で積層された発光素子であって、 n-type semiconductor layer, light emitting layer, p-type semiconductor layer, a titanium oxide based conductive film layer is a light-emitting element are laminated in this order,
    前記酸化チタン系導電膜層が、粒状結晶からなる第1層と、該第1層の前記p型半導体層側に配され、柱状結晶からなる第2層とを有してなることを特徴とする発光素子。 The titanium oxide-based conductive film layer comprises a first layer of granular crystal, disposed in the p-type semiconductor layer side of the first layer, and characterized in that a second layer consisting of columnar crystals the light-emitting element to be.
  3. 前記第1層の、前記第2層側と反対側の面が凹凸形状とされていることを特徴とする請求項1又は2に記載の発光素子。 Wherein the first layer, the light emitting device according to claim 1 or 2 surface opposite to the second layer side, characterized in that it is an irregular shape.
  4. 前記第1層に形成された凹凸形状がエッチングによって形成された凹凸であり、前記第1層は、前記第2層に用いられる材料よりもエッチング速度が速い材料からなることを特徴とする請求項3に記載の発光素子。 The uneven shape formed on the first layer is unevenness formed by etching, the first layer, claims, characterized in that it consists of a fast material etch rate than the material used for the second layer the light emitting device according to 3.
  5. 前記第1層に形成された凹凸形状が、無秩序に形成された凹部と凸部とからなることを特徴とする請求項3又は4に記載の発光素子。 The light emitting device according to claim 3 or 4 wherein the irregularities formed on the first layer, characterized by comprising the disordered-formed recesses and projections.
  6. 前記凹部と凸部との高低差が35nm〜2000nmであることを特徴とする請求項5に記載の発光素子。 The light emitting device according to claim 5 in which the height difference between the concave portion and the convex portion is characterized in that it is a 35Nm~2000nm.
  7. 前記酸化チタン系導電膜の第2層が、Tiと、Ta、Nb、V、Mo、W、Sbの群から選択される少なくとも1種類以上の元素とを含む酸化物であることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の発光素子。 A second layer of the titanium oxide based conductive film, wherein the Ti, Ta, Nb, V, Mo, W, that is an oxide containing at least one or more elements selected from the group of Sb light-emitting device according to any one of claims 1-6.
  8. 前記酸化チタン系導電膜の第2層の膜厚が、35〜2000nmの範囲であることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の発光素子。 The thickness of the second layer of the titanium oxide based conductive film, the light-emitting device according to any one of claims 1-7, characterized in that in the range of 35~2000Nm.
  9. 前記酸化チタン系導電膜の第1層が、Tiと、Ta、Nb、V、Mo、W、Sbの群から選択される少なくとも1種類以上の元素とを含む酸化物であることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の発光素子。 The first layer of the titanium oxide based conductive film, wherein the Ti, Ta, Nb, V, Mo, W, that is an oxide containing at least one or more elements selected from the group of Sb light-emitting device according to any one of claims 1 to 8.
  10. 前記酸化チタン系導電膜の第1層の膜厚が、35〜2000nmの範囲であることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の発光素子。 The thickness of the first layer of titanium oxide-based conductive film, the light-emitting device according to any one of claims 1-9, characterized in that in the range of 35~2000Nm.
  11. 発光素子が窒化物系半導体発光素子からなることを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の発光素子。 Light-emitting device according to any one of claims 1 to 10, the light emitting element is characterized in that a nitride-based semiconductor light-emitting device.
  12. 前記窒化物系半導体発光素子がGaN系半導体発光素子であることを特徴とする請求項11に記載の発光素子。 The light emitting device of claim 11, wherein the nitride-based semiconductor light-emitting device is a GaN-based semiconductor light-emitting device.
  13. n型半導体層、発光層、p型半導体層、酸化チタン系導電膜層をこの順で積層し、前記酸化チタン系導電膜層を、第1層と、該第1層の前記p型半導体層側に配した第2層とから形成してなる発光素子の製造方法であって、 n-type semiconductor layer, light emitting layer, p-type semiconductor layer, a titanium oxide-based conductive film layer are laminated in this order, the titanium oxide-based conductive layer, a first layer, wherein the p-type semiconductor layer of the first layer the method for manufacturing a light emitting device obtained by forming and a second layer arranged on the side,
    前記p型半導体層上に、電流拡散層としてなる第2層を形成する工程(1)と、 The p-type semiconductor layer, a step of forming a second layer of a current diffusion layer (1),
    次いで、前記第2層上に、光取り出し層としてなる第1層を形成する工程(2)とを備えたことを特徴とする発光素子の製造方法。 Then, the on the second layer, the method of manufacturing the light emitting device characterized in that a step (2) to form a first layer of a light-extraction layer.
  14. n型半導体層、発光層、p型半導体層、酸化チタン系導電膜層をこの順で積層し、前記酸化チタン系導電膜層を、第1層と、該第1層の前記p型半導体層側に配した第2層とから形成してなる発光素子の製造方法であって、 n-type semiconductor layer, light emitting layer, p-type semiconductor layer, a titanium oxide-based conductive film layer are laminated in this order, the titanium oxide-based conductive layer, a first layer, wherein the p-type semiconductor layer of the first layer the method for manufacturing a light emitting device obtained by forming and a second layer arranged on the side,
    前記第1層を真空蒸着によって形成し、前記第2層をスパッタによって形成することを特徴とする発光素子の製造方法。 Wherein the first layer is formed by vacuum deposition, a method for manufacturing a light emitting device and forming by sputtering the second layer.
  15. 前記工程(1)において、第2層をスパッタによって形成し、 Wherein in the step (1), a second layer formed by sputtering,
    前記工程(2)において、第1層を真空蒸着によって形成することを特徴とする請求項13に記載の発光素子の製造方法。 In the step (2), a manufacturing method of a light emitting device according to claim 13, characterized in that the first layer is formed by vacuum deposition.
  16. 前記工程(1)において、第2層を、300〜800℃の雰囲気温度下で真空蒸着して形成することを特徴とする請求項13に記載の発光素子の製造方法。 In the step (1), a manufacturing method of a light emitting device according to claim 13, the second layer, and forming by vacuum vapor deposition under an atmosphere temperature of 300 to 800 ° C..
  17. 前記工程(1)において、前記第2層を真空蒸着して形成した後、300〜800℃の温度で熱処理することを特徴とする請求項16に記載の発光素子の製造方法。 In the step (1), wherein after the second layer is formed by vacuum deposition, the method of manufacturing the light emitting device according to claim 16, characterized in that a heat treatment at a temperature of 300 to 800 ° C..
  18. 前記第1層の、前記第2層側と反対側の面に凹凸形状を形成する凹凸形成工程を備えたことを特徴とする請求項13〜17の何れか1項に記載の発光素子の製造方法。 Production of the first layer, the light emitting device according to any one of claims 13 to 17, characterized in that it comprises an uneven formation step of forming an uneven shape on a surface thereof opposite to the second layer side Method.
  19. 前記凹凸形成工程は、ウェットエッチングによって凹凸形状を形成することを特徴とする請求項18に記載の発光素子の製造方法。 The unevenness forming step, the manufacturing method of a light emitting device according to claim 18, characterized by forming an uneven shape by wet etching.
  20. 前記凹凸形成工程は、エッチング溶液として、フッ酸、リン酸、硫酸、塩酸、フッ酸/硝酸混合液、フッ酸/過酸化水素水混合液、フッ酸/フッ化アンモニウム混合液、珪フッ化水素酸の群から選択される少なくとも1種類以上を用いてウェットエッチングを行なうことを特徴とする請求項19に記載の発光素子の製造方法。 The uneven formation step, as the etching solution, hydrofluoric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid / nitric acid mixture, hydrofluoric acid / hydrogen peroxide mixture, hydrofluoric acid / ammonium fluoride mixture silicofluoride hydrogen fluoride method of manufacturing a light emitting device according to claim 19, with at least one or more selected from the group of acid and performing wet etching.
  21. 請求項1〜12の何れか1項に記載の発光素子を備えたことを特徴とするランプ。 Lamp comprising the light-emitting device according to any one of claims 1 to 12.
  22. 請求項13〜20の何れかに記載の発光素子の製造方法によって得られる発光素子を備えたことを特徴とするランプ。 Lamp comprising the light-emitting device obtained by the manufacturing method of the light-emitting device according to any one of claims 13 to 20.
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