JP2007258445A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びそれを用いたランプ - Google Patents
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Abstract
【課題】水素アニール処理によるｐ型半導体層の比抵抗の増加を抑えるとともに、透光性導電酸化膜の比抵抗を減少させ、駆動電圧（Ｖｆ）の低い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が得られる製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びそれを用いたランプを提供する。
【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型ＧａＮ層１４上に透光性導電酸化膜からなる正極１５を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、正極１５を、水素（Ｈ２）を含むガス雰囲気中でアニール処理する水素アニール工程が備えられた構成としている。
【選択図】図１
【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型ＧａＮ層１４上に透光性導電酸化膜からなる正極１５を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、正極１５を、水素（Ｈ２）を含むガス雰囲気中でアニール処理する水素アニール工程が備えられた構成としている。
【選択図】図１
Description
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法に関し、特に、駆動電圧（ｖｆ）が低い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びそれを用いたランプに関する。
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。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。
窒化ガリウム系化合物半導体素子の特性としては、横方向への電流拡散が小さいことが挙げられる。このため、電極直下の半導体にしか電流が注入されず、発光層で発光した光は電極に遮られて外部に取り出されない。そこで、このような発光素子では、通常、透光性正極が用いられ、透光性正極を通して光が取り出される。
透光性正極には、Ｎｉ／ＡｕやＩＴＯなどの周知の導電材料が用いられる。しかしながら、Ｎｉ／Ａｕ等の金属は、ｐ型半導体層との接触抵抗が小さいものの、光透過率が低いという問題がある。また、ＩＴＯなどの酸化物は、透過率が高いものの、金属に比べて接触抵抗が大きいという問題がある。
ＩＴＯのような導電酸化膜の比抵抗を減少させる手段として、窒素（Ｎ２）や水素雰囲気中でアニール処理を行う方法が挙げられる。このアニール処理により、導電酸化膜中の酸素空孔が増加し、導電酸化膜のキャリア濃度が増加する。このキャリア濃度の増加により、導電酸化膜の比抵抗が減少する。一般的に、窒素に比べて水素を使用した方が酸化膜の還元作用が強いため、水素を含む雰囲気中にてアニール処理を行うことで、より比抵抗が低められた導電酸化膜が得られる。
しかしながら、水素を含む雰囲気中でのアニール処理は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子のｐ型半導体層中にドープされたＭｇやＺｎ等と水素とが結合し、ＭｇやＺｎ等の不純物がアクセプタとして働くのを妨げてしまう。このようなアクセプタ不純物と水素との結合によって、ｐ型半導体層の比抵抗が上昇してしまうといった問題が生じる。
特開平６−８８９７３号公報
特許第２５４０７９１号公報
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、水素アニール処理によるｐ型半導体層の比抵抗の増加を抑えるとともに、透光性導電酸化膜の比抵抗を減少させ、駆動電圧（Ｖｆ）の低い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が得られる製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びそれを用いたランプを提供することを目的とする。
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。
即ち、本発明は以下に関する。
即ち、本発明は以下に関する。
［１］ 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に透光性導電酸化膜を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、前記透光性導電酸化膜を、水素（Ｈ２）を含むガス雰囲気中でアニール処理する水素アニール工程が備えられていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［２］ 下記（ａ）〜（ｃ）の各工程が、この順で備えられていることを特徴とする［１］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
（ａ）前記ｐ型半導体層表面の全領域に透光性導電酸化膜を成膜する成膜工程
（ｂ）水素を含むガス雰囲気中で、前記透光性導電酸化膜をアニール処理する水素アニール工程
（ｃ）前記透光性導電酸化膜をエッチングによりパターニングするエッチング工程
［３］ 前記水素アニール工程は、３００℃〜９００℃の温度でアニール処理を行うことを特徴とする［１］又は［２］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［４］ 下記（ｄ）〜（ｆ）の各工程が、この順で備えられていることを特徴とする［１］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
（ｄ）前記ｐ型半導体層表面の全領域に透光性導電酸化膜を成膜する成膜工程
（ｅ）前記透光性導電酸化膜をエッチングによりパターニングするエッチング工程
（ｆ）水素を含むガス雰囲気中で、前記透光性導電酸化膜をアニール処理する水素アニール工程
［５］ 前記水素アニール工程は、６００℃〜９００℃の温度でアニール処理を行うことを特徴とする［４］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［６］ 前記水素アニール工程は、水素を体積％で０．１〜５％の範囲で含むガス雰囲気中においてアニール処理を行うことを特徴とする［１］〜［５］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［７］ 前記水素アニール工程の前工程に、酸素（Ｏ２）を含むガス雰囲気中で２００℃〜３００℃の温度でアニール処理を行なう酸素アニール工程が備えられていることを特徴とする［１］〜［６］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［８］ 前記水素アニール工程後、前記透光性導電酸化膜上に保護層を積層することを特徴とする［１］〜［７］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［２］ 下記（ａ）〜（ｃ）の各工程が、この順で備えられていることを特徴とする［１］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
（ａ）前記ｐ型半導体層表面の全領域に透光性導電酸化膜を成膜する成膜工程
（ｂ）水素を含むガス雰囲気中で、前記透光性導電酸化膜をアニール処理する水素アニール工程
（ｃ）前記透光性導電酸化膜をエッチングによりパターニングするエッチング工程
［３］ 前記水素アニール工程は、３００℃〜９００℃の温度でアニール処理を行うことを特徴とする［１］又は［２］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［４］ 下記（ｄ）〜（ｆ）の各工程が、この順で備えられていることを特徴とする［１］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
（ｄ）前記ｐ型半導体層表面の全領域に透光性導電酸化膜を成膜する成膜工程
（ｅ）前記透光性導電酸化膜をエッチングによりパターニングするエッチング工程
（ｆ）水素を含むガス雰囲気中で、前記透光性導電酸化膜をアニール処理する水素アニール工程
［５］ 前記水素アニール工程は、６００℃〜９００℃の温度でアニール処理を行うことを特徴とする［４］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［６］ 前記水素アニール工程は、水素を体積％で０．１〜５％の範囲で含むガス雰囲気中においてアニール処理を行うことを特徴とする［１］〜［５］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［７］ 前記水素アニール工程の前工程に、酸素（Ｏ２）を含むガス雰囲気中で２００℃〜３００℃の温度でアニール処理を行なう酸素アニール工程が備えられていることを特徴とする［１］〜［６］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［８］ 前記水素アニール工程後、前記透光性導電酸化膜上に保護層を積層することを特徴とする［１］〜［７］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［９］ 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に透光性導電酸化膜が積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、前記透光性導電酸化膜が、水素（Ｈ２）を含むガス雰囲気中でアニール処理されたものであることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１０］ 前記透光性導電酸化膜が、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＷＯ、ＧＺＯ、ＺｎＯ系導電体、ＴｉＯ２系導電体の群から選ばれる少なくとも１種以上の材料からなることを特徴とする［９］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１１］ 前記透光性導電酸化膜が、少なくともＩＴＯを含有していることを特徴とする［１０］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１２］ 前記透光性導電酸化膜の厚さが３５ｎｍ〜１０μｍの範囲であることを特徴とする［９］〜［１１］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１３］ 前記透光性導電酸化膜の厚さが１００ｎｍ〜１μｍの範囲であることを特徴とする［９］〜［１１］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１４］ 前記透光性導電酸化膜上に積層して保護層が形成されていることを特徴とする［９］〜［１３］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１５］ 前記保護層の厚さが２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲であることを特徴とする［１４］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１６］ 上記［１］〜［８］の何れかに記載の製造方法によって得られる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１０］ 前記透光性導電酸化膜が、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＷＯ、ＧＺＯ、ＺｎＯ系導電体、ＴｉＯ２系導電体の群から選ばれる少なくとも１種以上の材料からなることを特徴とする［９］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１１］ 前記透光性導電酸化膜が、少なくともＩＴＯを含有していることを特徴とする［１０］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１２］ 前記透光性導電酸化膜の厚さが３５ｎｍ〜１０μｍの範囲であることを特徴とする［９］〜［１１］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１３］ 前記透光性導電酸化膜の厚さが１００ｎｍ〜１μｍの範囲であることを特徴とする［９］〜［１１］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１４］ 前記透光性導電酸化膜上に積層して保護層が形成されていることを特徴とする［９］〜［１３］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１５］ 前記保護層の厚さが２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲であることを特徴とする［１４］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１６］ 上記［１］〜［８］の何れかに記載の製造方法によって得られる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［１７］ 上記［９］〜［１６］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が用いられていることを特徴とするランプ。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法によれば、透光性導電酸化膜を前記ｐ型半導体層上に成膜した後、水素を含む雰囲気中においてアニール処理を行うことで、低い比抵抗の透光性導電酸化膜が得られるとともに、ｐ型半導体層の比抵抗の上昇が抑制される。これにより、駆動電圧（Ｖｆ）の低い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を得ることができる。
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いてランプを構成することにより、優れた発光特性を備えたランプが得られる。
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いてランプを構成することにより、優れた発光特性を備えたランプが得られる。
以下、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子（以下、発光素子と略称することがある）の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、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。
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。
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。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に透光性導電酸化膜を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、透光性導電酸化膜をｐ型半導体層上に成膜した後、水素（Ｈ２）を含むガス雰囲気中でアニール処理する水素アニール工程が備えられた方法としている。
図１は、本発明で得られる発光素子の一例を、断面図で模式的に示した図である。
図１に示す発光素子１は、基板１１上に、ｎ型ＧａＮ層１２、発光層１３、及びｐ型ＧａＮ層（ｐ型半導体層）１４が、この順で積層された窒化ガリウム系化合物半導体素子の前記ｐ型ＧａＮ層１４上に、透光性導電酸化膜が成膜されてなる正極１５が積層され、概略構成されている。また、正極１５上には正極ボンディングパッド１６が形成されており、ｎ型ＧａＮ層１２上の負極形成領域には負極１７が形成されている。
本発明では、ｐ型ＧａＮ層上に成膜された正極が、前記水素アニール工程において、透光性導電酸化膜に水素アニール処理が施されてなるものとされている。
図１に示す発光素子１は、基板１１上に、ｎ型ＧａＮ層１２、発光層１３、及びｐ型ＧａＮ層（ｐ型半導体層）１４が、この順で積層された窒化ガリウム系化合物半導体素子の前記ｐ型ＧａＮ層１４上に、透光性導電酸化膜が成膜されてなる正極１５が積層され、概略構成されている。また、正極１５上には正極ボンディングパッド１６が形成されており、ｎ型ＧａＮ層１２上の負極形成領域には負極１７が形成されている。
本発明では、ｐ型ＧａＮ層上に成膜された正極が、前記水素アニール工程において、透光性導電酸化膜に水素アニール処理が施されてなるものとされている。
本発明で用いられる、透光性導電酸化膜に水素アニール処理が施されてなる正極は、基板上に、必要に応じバッファ層を介して窒化ガリウム系化合物半導体を積層し、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を形成した従来公知の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に対し、何ら制限無く用いることができる。
［窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構成］
以下に、本発明の製造方法で得られる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の各構成について詳述する。
以下に、本発明の製造方法で得られる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の各構成について詳述する。
「基板」
基板１１としては、サファイア単結晶（Ａｌ２Ｏ３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２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ＺｒＢ２等のホウ化物単結晶、等の基板材料が周知である。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。
なお、基板の面方位は特に限定されない。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。
基板１１としては、サファイア単結晶（Ａｌ２Ｏ３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２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ＺｒＢ２等のホウ化物単結晶、等の基板材料が周知である。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。
なお、基板の面方位は特に限定されない。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。
「窒化ガリウム系化合物半導体」
ｎ型ＧａＮ層（ｎ型半導体層）１２、発光層１３、及びｐ型ＧａＮ層（ｐ型半導体層）１４としては、各種構造のものが周知であり、これら周知のものを何ら制限なく用いることができる。特に、ｐ型半導体層はキャリア濃度が一般的な濃度のものを用いれば良く、比較的キャリア濃度の低い、例えば１×１０１７ｃｍ−３程度のｐ型ＧａＮ層に対しても、本発明で用いる透光性の正極１５を適用することができる。
ｎ型ＧａＮ層（ｎ型半導体層）１２、発光層１３、及びｐ型ＧａＮ層（ｐ型半導体層）１４としては、各種構造のものが周知であり、これら周知のものを何ら制限なく用いることができる。特に、ｐ型半導体層はキャリア濃度が一般的な濃度のものを用いれば良く、比較的キャリア濃度の低い、例えば１×１０１７ｃｍ−３程度のｐ型ＧａＮ層に対しても、本発明で用いる透光性の正極１５を適用することができる。
また、窒化ガリウム系化合物半導体としては、例えば、一般式ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体が周知であり、本発明におけるｎ型ＧａＮ層、発光層およびｐ型ＧａＮ層を構成する窒化ガリウム系化合物半導体としても、一般式ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。
窒化ガリウム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、ＩＩＩ族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。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。
ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）、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（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等が用いられる。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（ＳｉＨ４）、又はジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）を用い、ｐ型には、Ｍｇ原料として例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、又はビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）を用いる。
ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）、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（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等が用いられる。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（ＳｉＨ４）、又はジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）を用い、ｐ型には、Ｍｇ原料として例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、又はビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）を用いる。
このような窒化ガリウム系化合物半導体の一例として、図３に示すような積層体構造を有した窒化ガリウム系化合物半導体２０のように、サファイアからなる基板２１上に、ＡｌＮからなる図示略のバッファ層を積層して、順次、ＧａＮ下地層２２、ｎ型ＧａＮコンタクト層２３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２４、ＩｎＧａＮからなる発光層２５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７を積層したものを用いることができる。
「正極（透光性導電酸化膜）」
ｐ型ＧａＮ層１４上には、透光性導電酸化膜からなる正極１５が成膜される。透光性導電酸化膜の成膜方法には、薄膜の成膜に使用される周知の方法を何ら制限なく用いることができる。例えば、スパッタ法や真空蒸着法などの方法を用いて成膜することができるが、真空蒸着法に比べて、成膜時に発生するパーティクルやダストなどが少ないスパッタ法を用いるとさらに良い。
本発明の正極は、ｐ型ＧａＮ層上に透光性導電酸化膜が成膜された後、水素を含む雰囲気中で水素アニール処理が施されてなるものであり、比抵抗が低められている。
ｐ型ＧａＮ層１４上には、透光性導電酸化膜からなる正極１５が成膜される。透光性導電酸化膜の成膜方法には、薄膜の成膜に使用される周知の方法を何ら制限なく用いることができる。例えば、スパッタ法や真空蒸着法などの方法を用いて成膜することができるが、真空蒸着法に比べて、成膜時に発生するパーティクルやダストなどが少ないスパッタ法を用いるとさらに良い。
本発明の正極は、ｐ型ＧａＮ層上に透光性導電酸化膜が成膜された後、水素を含む雰囲気中で水素アニール処理が施されてなるものであり、比抵抗が低められている。
透光性導電酸化膜として使用する材料には、周知のものを何ら制限なく用いることができる。例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＩＷＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＷＯ２）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３）、ＴｉＴａＯ２、ＴｉＮｂＯ２等、透光性と低比抵抗に優れた材料を使用することが好ましい。
特に、発光素子の駆動電圧（Ｖｆ）を低減したい場合には、低比抵抗を得ることができるＩＴＯを使用すれば良い。また、ＩＺＯやＩＷＯはエッチング性に優れるため、正極のパターニングが容易である。ＡＺＯやＧＺＯを使用した場合、これらの材料の比抵抗はＩＴＯの比抵抗よりも高いため、ＶｆはＩＴＯのＶｆよりも高くなるが、ＧａＮ上に成膜した場合、ＡＺＯやＧＺＯ中に存在するＺｎＯは粒界をもつもののエピタキシャル成長をするため、ＩＴＯに比べて結晶性が良い。従って、ＩＴＯよりも剥離等が少なく、強度特性に優れた透光性導電酸化膜を形成することが可能である。ＴｉＴａＯ２、ＴｉＮｂＯ２を使用した場合、ＴｉＯ２の屈折率２．６はＧａＮの屈折率とほぼ等しいため、ＧａＮ上での光取り出しに優れた透光性導電膜として利用することが可能である。
特に、発光素子の駆動電圧（Ｖｆ）を低減したい場合には、低比抵抗を得ることができるＩＴＯを使用すれば良い。また、ＩＺＯやＩＷＯはエッチング性に優れるため、正極のパターニングが容易である。ＡＺＯやＧＺＯを使用した場合、これらの材料の比抵抗はＩＴＯの比抵抗よりも高いため、ＶｆはＩＴＯのＶｆよりも高くなるが、ＧａＮ上に成膜した場合、ＡＺＯやＧＺＯ中に存在するＺｎＯは粒界をもつもののエピタキシャル成長をするため、ＩＴＯに比べて結晶性が良い。従って、ＩＴＯよりも剥離等が少なく、強度特性に優れた透光性導電酸化膜を形成することが可能である。ＴｉＴａＯ２、ＴｉＮｂＯ２を使用した場合、ＴｉＯ２の屈折率２．６はＧａＮの屈折率とほぼ等しいため、ＧａＮ上での光取り出しに優れた透光性導電膜として利用することが可能である。
透光性導電酸化膜は、その比抵抗が最も低くなる組成を使用することが好ましい。例えば、ＩＴＯを透光性導電酸化膜として使用する場合、ＩＴＯ中のＳｎ濃度は５〜２０質量％の範囲であることが好ましい。さらに低い比抵抗を得るためには、Ｓｎ濃度が７．５〜１２．５質量％の範囲のＩＴＯを使用すれば良い。
また、透光性導電酸化膜の膜厚は、低比抵抗、高透過率を得ることができる３５ｎｍ〜１００００ｎｍ（１０μｍ）の範囲であることが好ましい。さらに、生産コストの観点から、透光性導電酸化膜の膜厚は１０００ｎｍ（１μｍ）以下であることが好ましい。
また、透光性導電酸化膜の膜厚は、低比抵抗、高透過率を得ることができる３５ｎｍ〜１００００ｎｍ（１０μｍ）の範囲であることが好ましい。さらに、生産コストの観点から、透光性導電酸化膜の膜厚は１０００ｎｍ（１μｍ）以下であることが好ましい。
「正極ボンディングパッド及び負極」
正極ボンディングパッド１６は、透光性導電酸化膜層からなる正極１５上に形成され、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕ等の材料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。
正極ボンディングパッド１６の厚さは、１００〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。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、正極ボンディングパッド１６の厚さは３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
正極ボンディングパッド１６は、透光性導電酸化膜層からなる正極１５上に形成され、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕ等の材料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。
正極ボンディングパッド１６の厚さは、１００〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。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、正極ボンディングパッド１６の厚さは３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
負極１７は、図１に示す例のように、ｎ型ＧａＮ層１２に接するように形成される。
このため、負極１７を形成する際は、発光層１３およびｐ型ＧａＮ層１４の一部を、エッチングによって除去してｎ型ＧａＮ層１２のｎコンタクト層を露出させ、この上に負極１７を形成する。
負極１７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。
このため、負極１７を形成する際は、発光層１３およびｐ型ＧａＮ層１４の一部を、エッチングによって除去してｎ型ＧａＮ層１２のｎコンタクト層を露出させ、この上に負極１７を形成する。
負極１７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。
「保護層」
本発明では、水素アニール処理が施された透光性導電酸化膜の酸化を防止するため、例えば、図４に示す発光素子２のように、透光性導電酸化膜上に保護層が成膜されていることがより好ましい。
図示例では、保護層１８が、透光性導電酸化膜からなる正極１５を覆うとともに、正極ボンディングパッド１６の外周部を覆うように形成されているが、これには限定されない。例えば、保護層が、さらにｎ型ＧａＮ層、発光層およびｐ型ＧａＮ層の各側面を覆うように形成された構成としても良い。
本発明では、水素アニール処理が施された透光性導電酸化膜の酸化を防止するため、例えば、図４に示す発光素子２のように、透光性導電酸化膜上に保護層が成膜されていることがより好ましい。
図示例では、保護層１８が、透光性導電酸化膜からなる正極１５を覆うとともに、正極ボンディングパッド１６の外周部を覆うように形成されているが、これには限定されない。例えば、保護層が、さらにｎ型ＧａＮ層、発光層およびｐ型ＧａＮ層の各側面を覆うように形成された構成としても良い。
保護層の材質としては、透光性導電酸化膜の全領域を覆うため、透光性に優れた材料を用いることが好ましい。また、保護層を、ｎ型ＧａＮ層、発光層およびｐ型ＧａＮ層の各側面を覆うように形成した場合には、ｐ型ＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層との間でのリークを防ぐため、絶縁性の材質であることが好ましく、例えば、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等を用いることが好ましい。
また、保護層の膜厚は、透光性導電酸化膜の酸化を防ぐことができ、かつ透光性に優れるような膜厚であれば良く、例えば、２０ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚とすることが好ましい。
また、保護層の膜厚は、透光性導電酸化膜の酸化を防ぐことができ、かつ透光性に優れるような膜厚であれば良く、例えば、２０ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚とすることが好ましい。
［窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法］
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、上述したように、窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に透光性導電酸化膜を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、透光性導電酸化膜をｐ型半導体層上に成膜した後、水素（Ｈ２）を含むガス雰囲気中でアニール処理する水素アニール工程が備えられた方法としている。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、上述したように、窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に透光性導電酸化膜を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、透光性導電酸化膜をｐ型半導体層上に成膜した後、水素（Ｈ２）を含むガス雰囲気中でアニール処理する水素アニール工程が備えられた方法としている。
また、本発明の製造方法は、下記（ａ）〜（ｃ）の各工程が、この順で備えられた構成とすることができる。
（ａ）前記ｐ型半導体層表面の全領域に透光性導電酸化膜を成膜する成膜工程。
（ｂ）水素を含むガス雰囲気中で、前記透光性導電酸化膜をアニール処理する水素アニール工程。
（ｃ）前記透光性導電酸化膜をエッチングによりパターニングするエッチング工程。
（ａ）前記ｐ型半導体層表面の全領域に透光性導電酸化膜を成膜する成膜工程。
（ｂ）水素を含むガス雰囲気中で、前記透光性導電酸化膜をアニール処理する水素アニール工程。
（ｃ）前記透光性導電酸化膜をエッチングによりパターニングするエッチング工程。
また、本発明の製造方法は、下記（ｄ）〜（ｆ）の各工程が、この順で備えられた構成とすることができる。
（ｄ）前記ｐ型半導体層表面の全領域に透光性導電酸化膜を成膜する成膜工程。
（ｅ）前記透光性導電酸化膜をエッチングによりパターニングするエッチング工程。
（ｆ）水素を含むガス雰囲気中で、前記透光性導電酸化膜をアニール処理する水素アニール工程。
（ｄ）前記ｐ型半導体層表面の全領域に透光性導電酸化膜を成膜する成膜工程。
（ｅ）前記透光性導電酸化膜をエッチングによりパターニングするエッチング工程。
（ｆ）水素を含むガス雰囲気中で、前記透光性導電酸化膜をアニール処理する水素アニール工程。
上記工程（ａ）〜（ｃ）、及び工程（ｄ）〜（ｆ）の各々に示すように、本発明の製造方法では、成膜工程（工程（ａ）及び（ｄ））で成膜された透光性導電酸化膜に対し、水素アニール処理を行う水素アニール工程（工程（ｂ）、（ｆ））と、エッチング処理を行うエッチング工程（工程（ｃ）、（ｅ））との工程順を並べ替えた構成とすることができる。
以下、上記各工程について詳述する。
以下、上記各工程について詳述する。
「成膜工程」
成膜工程においては、ｐ型ＧａＮ層表面の全領域を覆うようにして透光性導電酸化膜を成膜する。
水素アニール処理を、ｐ型ＧａＮ層の上面が大きく露出した状態で行った場合、ｐ型ＧａＮ層に水素が侵入し、ｐ型ＧａＮ層の比抵抗が上昇してしまうが、透光性導電酸化膜を、ｐ型ＧａＮ層の全面を覆うように成膜することにより、ｐ型ＧａＮ層に水素が侵入することが無く、比抵抗が低下するのを防止できる。
なお、図１及び図２に示す例では、水素アニール処理後の透光性導電酸化膜（正極１５）がエッチング処理されることにより、ｐ型ＧａＮ層１４表面において、該ｐ型ＧａＮ層１４表面の周縁部のみが露出するように形成されている。
成膜工程においては、ｐ型ＧａＮ層表面の全領域を覆うようにして透光性導電酸化膜を成膜する。
水素アニール処理を、ｐ型ＧａＮ層の上面が大きく露出した状態で行った場合、ｐ型ＧａＮ層に水素が侵入し、ｐ型ＧａＮ層の比抵抗が上昇してしまうが、透光性導電酸化膜を、ｐ型ＧａＮ層の全面を覆うように成膜することにより、ｐ型ＧａＮ層に水素が侵入することが無く、比抵抗が低下するのを防止できる。
なお、図１及び図２に示す例では、水素アニール処理後の透光性導電酸化膜（正極１５）がエッチング処理されることにより、ｐ型ＧａＮ層１４表面において、該ｐ型ＧａＮ層１４表面の周縁部のみが露出するように形成されている。
「水素アニール工程」
ｐ型ＧａＮ層上に透光性導電酸化膜を成膜した後、水素アニール工程において水素アニール処理を行う。
この際の、水素アニール処理の温度は、３００〜９００℃の範囲とすることが好ましい。しかしながら、水素アニール処理の処理時間は、アニール処理温度に依存する。水素アニール処理時間が長すぎると、透光性導電酸化膜の透過率が下がってしまう場合があるので注意する必要がある。例えば、６００℃の温度で水素アニール処理を行う場合には、１〜２分間の処理時間とすることが好ましい。
ｐ型ＧａＮ層上に透光性導電酸化膜を成膜した後、水素アニール工程において水素アニール処理を行う。
この際の、水素アニール処理の温度は、３００〜９００℃の範囲とすることが好ましい。しかしながら、水素アニール処理の処理時間は、アニール処理温度に依存する。水素アニール処理時間が長すぎると、透光性導電酸化膜の透過率が下がってしまう場合があるので注意する必要がある。例えば、６００℃の温度で水素アニール処理を行う場合には、１〜２分間の処理時間とすることが好ましい。
水素アニール処理を行うガス雰囲気中の水素濃度は、体積％で０．１〜５％の範囲であることが好ましい。ガス雰囲気中に含まれる水素の濃度は、上記範囲のような低い濃度で良く、例えば、体積％で、Ｈ２：Ｎ２＝１（％）：９９（％）としたガス雰囲気中で水素アニール処理を行っても良い。上述の範囲の水素濃度としたガス雰囲気中で水素アニール処理を行うことにより、比抵抗が充分に低減された透光性導電酸化膜が得られる。
本発明では、下記表１に示すように、透光性導電酸化膜への水素アニール処理を行うことにより、水素（Ｈ２）を含まない窒素（Ｎ２）雰囲気中でアニール処理を行った場合と比べ、比抵抗の低い透光性導電酸化膜が得られる。透光性導電酸化膜を、水素を含んだガス雰囲気中でアニール処理を行った場合には、ｐ型ＧａＮ層中に水素が吸着し、ｐ型ＧａＮ層中のＭｇやＺｎ等のアクセプタと水素とが結合してしまうため、ｐ型ＧａＮ層の比抵抗の上昇が生じる虞がある。
そこで、本発明では、透光性導電酸化膜をｐ型ＧａＮ層表面の全領域に成膜した後、水素を含むガス雰囲気中へのｐ型ＧａＮ層表面の露出が無い状態において水素アニール処理を行うことで、ｐ型ＧａＮ層への水素の侵入を防ぎ、ＭｇやＺｎ等のアクセプタと水素原子とが結合するのを防止することにより、比抵抗の上昇を防ぐことができる。これにより、発光素子の駆動電圧（Ｖｆ）を低減することが可能となる。
そこで、本発明では、透光性導電酸化膜をｐ型ＧａＮ層表面の全領域に成膜した後、水素を含むガス雰囲気中へのｐ型ＧａＮ層表面の露出が無い状態において水素アニール処理を行うことで、ｐ型ＧａＮ層への水素の侵入を防ぎ、ＭｇやＺｎ等のアクセプタと水素原子とが結合するのを防止することにより、比抵抗の上昇を防ぐことができる。これにより、発光素子の駆動電圧（Ｖｆ）を低減することが可能となる。
「エッチング工程」
以下、エッチング工程について説明する。
水素アニール処理後、透光性導電酸化膜をエッチング処理することにより、図２中の電極１５に示す領域にパターニング処理する。この際、水素アニール処理した透光性導電酸化膜は結晶性が良くなっていることが多いため、周知のウェットエッチングではエッチングが難しい場合がある。そのような場合には、ドライエッチング装置を用いて透光性導電酸化膜をエッチングすれば良い。
以下、エッチング工程について説明する。
水素アニール処理後、透光性導電酸化膜をエッチング処理することにより、図２中の電極１５に示す領域にパターニング処理する。この際、水素アニール処理した透光性導電酸化膜は結晶性が良くなっていることが多いため、周知のウェットエッチングではエッチングが難しい場合がある。そのような場合には、ドライエッチング装置を用いて透光性導電酸化膜をエッチングすれば良い。
なお、本発明では、透光性導電酸化膜の成膜工程後に、エッチング処理を行ってから水素アニール処理する構成としても良い。
水素アニール処理後は、透光性導電酸化膜の結晶性が高くなり、エッチングし難くいため、エッチング処理時間が長くなる。そこで、水素アニール処理前の、結晶性が低い状態の透光性導電酸化膜に対してエッチングを行なうことで、エッチング処理時間を短くすることができる。この場合には、エッチングによって透光性導電酸化膜の膜厚が薄くなるとともに、透光性導電酸化膜の一部が除去され、ｐ型ＧａＮ層の一部が露出するため、ｐ型ＧａＮ層に水素が侵入しやすくなる。
本発明では、エッチング工程の後に水素アニール工程を設ける場合には、アニール処理温度を６００〜９００℃の範囲とすることが好ましい。アニール処理温度が６００℃以上であれば、水素がｐ型ＧａＮ層に侵入し難くなることから、ｐ型ＧａＮ層の比抵抗が上昇するのを防止することができる。
水素アニール処理後は、透光性導電酸化膜の結晶性が高くなり、エッチングし難くいため、エッチング処理時間が長くなる。そこで、水素アニール処理前の、結晶性が低い状態の透光性導電酸化膜に対してエッチングを行なうことで、エッチング処理時間を短くすることができる。この場合には、エッチングによって透光性導電酸化膜の膜厚が薄くなるとともに、透光性導電酸化膜の一部が除去され、ｐ型ＧａＮ層の一部が露出するため、ｐ型ＧａＮ層に水素が侵入しやすくなる。
本発明では、エッチング工程の後に水素アニール工程を設ける場合には、アニール処理温度を６００〜９００℃の範囲とすることが好ましい。アニール処理温度が６００℃以上であれば、水素がｐ型ＧａＮ層に侵入し難くなることから、ｐ型ＧａＮ層の比抵抗が上昇するのを防止することができる。
「酸素アニール工程」
なお、本発明では、透光性導電酸化膜の透過率をさらに高くしたい場合、水素アニール処理の前工程として、２００℃〜３００℃の温度で酸素（Ｏ２）を含むガス雰囲気中（例えば、大気中等）にて酸素アニール処理を行うことが好ましい。
酸素アニール工程は、透光性導電酸化膜の成膜工程と水素アニール工程との工程間であれば何れに設けても良いが、水素アニール処理と同様、酸素アニール処理後はウェットエッチングによるパターニングが難しくなるため、ドライエッチングによるパターニングを行うことが好ましい。
なお、本発明では、透光性導電酸化膜の透過率をさらに高くしたい場合、水素アニール処理の前工程として、２００℃〜３００℃の温度で酸素（Ｏ２）を含むガス雰囲気中（例えば、大気中等）にて酸素アニール処理を行うことが好ましい。
酸素アニール工程は、透光性導電酸化膜の成膜工程と水素アニール工程との工程間であれば何れに設けても良いが、水素アニール処理と同様、酸素アニール処理後はウェットエッチングによるパターニングが難しくなるため、ドライエッチングによるパターニングを行うことが好ましい。
上述のようにして、ｐ型ＧａＮ層上に透光性導電酸化膜からなる正極を形成した後、図１に示すように、ｐ型ＧａＮ層１４、発光層１３、およびｎ型ＧａＮ層１２の一部をエッチングにより除去してｎ型ＧａＮ層１２を露出させ、該ｎ型ＧａＮ層１２上に負極１７を設ける。また、正極１５である透光性導電酸化膜層上の一部には、正極ボンディングパッド１６を設けることにより、図１に示すような発光素子１が得られる。
「保護層の形成」
本発明では、上述したように、透光性導電酸化膜に水素アニール処理を行い、正極ボンディングパッド及び負極を形成した後、透光性導電酸化膜の酸化を防止するため、図４に示す発光素子２のように、正極１５上に保護層を成膜することがより好ましい。
図４に示す発光素子２では、保護層１８を、正極１５上を覆うとともに、正極ボンディングパッド１６の外周部を覆うようにして形成しているが、これには限定されず、例えば、ｎ型ＧａＮ層、発光層およびｐ型ＧａＮ層の各側面を覆うようにして形成しても良い。
本発明では、上述したように、透光性導電酸化膜に水素アニール処理を行い、正極ボンディングパッド及び負極を形成した後、透光性導電酸化膜の酸化を防止するため、図４に示す発光素子２のように、正極１５上に保護層を成膜することがより好ましい。
図４に示す発光素子２では、保護層１８を、正極１５上を覆うとともに、正極ボンディングパッド１６の外周部を覆うようにして形成しているが、これには限定されず、例えば、ｎ型ＧａＮ層、発光層およびｐ型ＧａＮ層の各側面を覆うようにして形成しても良い。
以上、説明したように、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、上記構成の製造方法で製造することにより、低い比抵抗の透光性導電酸化膜が得られるとともに、ｐ型ＧａＮ層の比抵抗の上昇が抑制される。これにより、駆動電圧（Ｖｆ）の低い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を得ることができる。
［ランプの構成］
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、例えば、当業界周知の手段により、透明カバーを設けてランプを構成することができる。また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子と蛍光体を有するカバーを組み合わせて白色のランプを作製することもできる。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、例えば、当業界周知の手段により、透明カバーを設けてランプを構成することができる。また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子と蛍光体を有するカバーを組み合わせて白色のランプを作製することもできる。
また、例えば、図５に示すように、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、従来公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。ランプとしては、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。
例えば、フェイスアップ型の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を砲弾型に実装する場合、図示例のように、２本のフレーム３１、３２の一方に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１を樹脂などで接着し、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドを、金等の材質からなるワイヤー３３、３４を用いて、それぞれフレーム３１、３２に接合する。その後、透明樹脂で素子周辺をモールドすることにより（図５のモールド３５参照）、砲弾型のランプ３０を作製することができる。
本発明のランプは、上記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が用いられていることにより、優れた発光特性を有したものとなる。
例えば、フェイスアップ型の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を砲弾型に実装する場合、図示例のように、２本のフレーム３１、３２の一方に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１を樹脂などで接着し、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドを、金等の材質からなるワイヤー３３、３４を用いて、それぞれフレーム３１、３２に接合する。その後、透明樹脂で素子周辺をモールドすることにより（図５のモールド３５参照）、砲弾型のランプ３０を作製することができる。
本発明のランプは、上記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が用いられていることにより、優れた発光特性を有したものとなる。
次に、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子並びにランプを、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。
［実施例１］
図３に、本実施例の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に用いるために作製した、エピタキシャル構造体の断面模式図を示す。また、図１に本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図を、図２にその平面模式図を示し、以下、適宜参照しながら説明する。
図３に、本実施例の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に用いるために作製した、エピタキシャル構造体の断面模式図を示す。また、図１に本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図を、図２にその平面模式図を示し、以下、適宜参照しながら説明する。
「窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製」
図３に示すような窒化ガリウム系化合物半導体２０の積層構造体として、サファイアのｃ面（（０００１）結晶面）からなる基板２１上に、ＡｌＮからなるバッファ層（図示せず）を介して、順次、アンドープＧａＮ下地層（層厚＝２μｍ）２２、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層（層厚＝２μｍ、キャリア濃度＝１×１０１９ｃｍ−３）２３、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層（層厚＝１２．５ｎｍ、キャリア濃度＝１×１０１８ｃｍ−３）２４、６層のＳｉドープＧａＮ障壁層（層厚＝１４．０ｎｍ、キャリア濃度＝１×１０１８ｃｍ−３）と５層のアンドープＩｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎの井戸層（層厚＝２．５ｎｍ）とからなる多重量子構造の発光層２５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層（層厚１０ｎｍ）２６、及びＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層（層厚＝１００ｎｍ）２７を積層して構成した。上記窒化ガリウム系化合物半導体２０の積層構造体の各構成層２２〜２７は、一般的な減圧ＭＯＣＶＤ手段で成長させた。
図３に示すような窒化ガリウム系化合物半導体２０の積層構造体として、サファイアのｃ面（（０００１）結晶面）からなる基板２１上に、ＡｌＮからなるバッファ層（図示せず）を介して、順次、アンドープＧａＮ下地層（層厚＝２μｍ）２２、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層（層厚＝２μｍ、キャリア濃度＝１×１０１９ｃｍ−３）２３、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層（層厚＝１２．５ｎｍ、キャリア濃度＝１×１０１８ｃｍ−３）２４、６層のＳｉドープＧａＮ障壁層（層厚＝１４．０ｎｍ、キャリア濃度＝１×１０１８ｃｍ−３）と５層のアンドープＩｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎの井戸層（層厚＝２．５ｎｍ）とからなる多重量子構造の発光層２５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層（層厚１０ｎｍ）２６、及びＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層（層厚＝１００ｎｍ）２７を積層して構成した。上記窒化ガリウム系化合物半導体２０の積層構造体の各構成層２２〜２７は、一般的な減圧ＭＯＣＶＤ手段で成長させた。
上記窒化ガリウム系化合物半導体２０のエピタキシャル構造体を用いて、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子（図１を参照）を作製した。まず、ＨＦ及びＨＣｌを用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７表面を洗浄した後、該ｐ型ＧａＮコンタクト層２７上に、ＩＴＯからなる透光性導電酸化膜層をスパッタリング法にて形成した。ＩＴＯはＤＣマグネトロンスパッタによりおよそ２５０ｎｍの膜厚で成膜した。スパッタには、ＳｎＯ２濃度が１０質量％のＩＴＯターゲットを使用し、ＩＴＯ成膜時の圧力は約０．３Ｐａとした。
ＩＴＯからなる透光性導電酸化膜の成膜後、ＲＴＡアニール炉を用いて、２００℃〜９００℃の水素（Ｈ２）アニール処理を行った。この際の水素アニール処理は、Ｈ２を体積％で１％含むＮ２雰囲気中にて行った。その後、周知のフォトリソグラフィーとウェットエッチングにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７上の正極を形成する領域にのみＩＴＯが成膜された状態とした。このようにして、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７上に、本発明の正極（図１及び図２の符号１５を参照）を形成した。
上述の方法で形成した正極は高い透光性を示し、４６０ｎｍの波長領域で９０％以上の透過率を有していた。なお、光透過率は、上記と同じ厚さの透光性導電酸化膜層をガラス板上に積層した透過率測定用のサンプルを用い、分光光度計によって測定した。なお、光透過率の値はガラス板のみで測定した光透過ブランク値を考慮のうえ算出した。
「正極ボンディングパッド及び負極の形成」
次に、ｎ型電極（負極）を形成する領域に一般的なドライエッチングを施し、その領域に限り、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の表面を露出（図１参照）させた。そして、真空蒸着法により、透光性導電酸化膜層（正極）１５上の一部、及びＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層２３上に、Ｃｒからなる第１の層（層厚＝４０ｎｍ）、Ｔｉからなる第２の層（層厚＝１００ｎｍ）、Ａｕからなる第３の層（層厚＝４００ｎｍ）を順に積層し、それぞれ正極ボンディングパッド１６及び負極１７を形成した。
次に、ｎ型電極（負極）を形成する領域に一般的なドライエッチングを施し、その領域に限り、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の表面を露出（図１参照）させた。そして、真空蒸着法により、透光性導電酸化膜層（正極）１５上の一部、及びＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層２３上に、Ｃｒからなる第１の層（層厚＝４０ｎｍ）、Ｔｉからなる第２の層（層厚＝１００ｎｍ）、Ａｕからなる第３の層（層厚＝４００ｎｍ）を順に積層し、それぞれ正極ボンディングパッド１６及び負極１７を形成した。
「発光素子の分割」
正極ボンディングパッド１６及び負極１７を形成した後、サファイアからなる基板１１の裏面をダイヤモンド微粒などの砥粒を使用して研磨し、最終的に鏡面に仕上げた。その後、積層構造体を裁断して３５０μｍ角の正方形の個別のチップへと分離し、リードフレーム状に載置した後、金（Ａｕ）線でリードフレームと結線した。
正極ボンディングパッド１６及び負極１７を形成した後、サファイアからなる基板１１の裏面をダイヤモンド微粒などの砥粒を使用して研磨し、最終的に鏡面に仕上げた。その後、積層構造体を裁断して３５０μｍ角の正方形の個別のチップへと分離し、リードフレーム状に載置した後、金（Ａｕ）線でリードフレームと結線した。
「駆動電圧（Ｖｆ）および発光出力（Ｐｏ）の測定」
これらのチップを、プローブ針による通電により、電流印加値２０ｍＡにおける順方向電圧（駆動電圧：Ｖｆ）を測定した。また、一般的な積分球で発光出力（Ｐｏ）を測定した。発光面の発光分布は、正極１５の全面で発光していることが確認できた。
上述のようにして測定した発光素子の駆動電圧（Ｖｆ）を、水素アニール温度を横軸として図６のグラフに示す。
なお、Ｐｏは、水素アニール温度に関わらず、すべて１０ｍＷであった。
実施例１の素子特性の一覧を下記表２に示す。
これらのチップを、プローブ針による通電により、電流印加値２０ｍＡにおける順方向電圧（駆動電圧：Ｖｆ）を測定した。また、一般的な積分球で発光出力（Ｐｏ）を測定した。発光面の発光分布は、正極１５の全面で発光していることが確認できた。
上述のようにして測定した発光素子の駆動電圧（Ｖｆ）を、水素アニール温度を横軸として図６のグラフに示す。
なお、Ｐｏは、水素アニール温度に関わらず、すべて１０ｍＷであった。
実施例１の素子特性の一覧を下記表２に示す。
図６のグラフに示すように、３００℃以上の温度で水素アニール処理を行った場合には、発光素子のＶｆが低い結果となっている（３．３Ｖ以下）。一方、３００℃以下の温度では、Ｖｆが高い結果となっている。
図６に示す結果では、２００℃の温度で水素アニール処理を行ったＩＴＯは、比抵抗が４×１０−４Ωｃｍと高いことから、水素アニール処理を３００℃以下の温度で行った場合にＶｆが高くなるのは、ＩＴＯの比抵抗が完全に下がりきっていないことが原因である。
図６に示す結果では、２００℃の温度で水素アニール処理を行ったＩＴＯは、比抵抗が４×１０−４Ωｃｍと高いことから、水素アニール処理を３００℃以下の温度で行った場合にＶｆが高くなるのは、ＩＴＯの比抵抗が完全に下がりきっていないことが原因である。
［実施例２］
ＩＴＯをウェットエッチングした後に水素アニール処理を行った点を除き、実施例１と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
実施例２の発光素子の駆動電圧（Ｖｆ）を図６のグラフに示す。
なお、実施例２の発光素子の発光出力（Ｐｏ）は１０ｍＷであった。
ＩＴＯをウェットエッチングした後に水素アニール処理を行った点を除き、実施例１と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
実施例２の発光素子の駆動電圧（Ｖｆ）を図６のグラフに示す。
なお、実施例２の発光素子の発光出力（Ｐｏ）は１０ｍＷであった。
ＩＴＯをウェットエッチングした後に水素アニール処理を行った実施例２では、温度の上昇とともにＶｆが下がっているが、実施例１のような３００℃付近の温度での急激なＶｆの低減はみられない。これは、Ｈ２雰囲気中にｐ型ＧａＮ層が露出していることで、ｐ型ＧａＮ層へのＨ２原子の吸着が生じていることが原因であると考えられる。しかしながら、６００℃以上の温度領域では、Ｖｆが実施例１と同程度まで低減していることから、６００℃以上の温度では、ｐ型ＧａＮ層へのＨ２原子の吸着が抑えられていると考えられる。
［実施例３］
６００℃の温度で水素アニール処理を行う前に、酸素を含むガス雰囲気中において、２５０℃、１分間の酸素アニール処理を行った点を除き、実施例１と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
このような酸素アニール処理を行ったＩＴＯ膜は、４６０ｎｍの波長領域において、酸素アニール処理を行わないＩＴＯ膜に比べ、３〜５％程度高い光透過率を示した。また、酸素アニール処理を行った場合の発光出力（Ｐｏ）は１１ｍＷであり、酸素アニール処理を行わない場合（実施例１）と比べて１ｍＷ高い結果となった。
実施例３のアニール条件、及び素子特性の一覧を、実施例１のデータとともに表２に示す。
６００℃の温度で水素アニール処理を行う前に、酸素を含むガス雰囲気中において、２５０℃、１分間の酸素アニール処理を行った点を除き、実施例１と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
このような酸素アニール処理を行ったＩＴＯ膜は、４６０ｎｍの波長領域において、酸素アニール処理を行わないＩＴＯ膜に比べ、３〜５％程度高い光透過率を示した。また、酸素アニール処理を行った場合の発光出力（Ｐｏ）は１１ｍＷであり、酸素アニール処理を行わない場合（実施例１）と比べて１ｍＷ高い結果となった。
実施例３のアニール条件、及び素子特性の一覧を、実施例１のデータとともに表２に示す。
［実施例４］
正極ボンディングパッドと負極を除く領域に１００ｎｍのＳｉＯ２保護層を形成した点を除き、実施例３と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
正極ボンディングパッドと負極を除く領域に１００ｎｍのＳｉＯ２保護層を形成した点を除き、実施例３と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
実施例４の発光素子が発光した状態での、１００時間後の出力劣化を測定したところ、保護層を形成していない場合と比べ、出力の劣化が小さくなった。保護層を形成することにより、空気中のＯ２原子によるＩＴＯの比抵抗の増加を抑えることができたためであると考えられる。
以上の結果により、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が、駆動電圧（Ｖｆ）が低く、高い素子特性を有していることが明らかとなった。
１…窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、１１、２１…基板、１２…ｎ型ＧａＮ層（ｎ型半導体層）、１３…発光層、１４…ｐ型ＧａＮ層（ｐ型半導体層）、１５…正極（透光性導電酸化膜）、１６…正極ボンディングパッド、１７…負極、１８…保護層、２０…窒化ガリウム系化合物半導体、２２…アンドープＧａＮ下地層（ｎ型半導体層）、２３…ｎ型ＧａＮコンタクト層（ｎ型半導体層）、２４…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（ｎ型半導体層）、２５…発光層、２６…ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（ｐ型半導体層）、２７…ｐ型ＧａＮコンタクト層（ｐ型半導体層）、３０…ランプ
Claims (17)
- 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に透光性導電酸化膜を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、
前記透光性導電酸化膜を前記ｐ型半導体層上に成膜した後、水素（Ｈ２）を含むガス雰囲気中でアニール処理する水素アニール工程が備えられていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 下記（ａ）〜（ｃ）の各工程が、この順で備えられていることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
（ａ）前記ｐ型半導体層表面の全領域に透光性導電酸化膜を成膜する成膜工程。
（ｂ）水素を含むガス雰囲気中で、前記透光性導電酸化膜をアニール処理する水素アニール工程。
（ｃ）前記透光性導電酸化膜をエッチングによりパターニングするエッチング工程。 - 前記水素アニール工程は、３００℃〜９００℃の温度でアニール処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 下記（ｄ）〜（ｆ）の各工程が、この順で備えられていることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
（ｄ）前記ｐ型半導体層表面の全領域に透光性導電酸化膜を成膜する成膜工程。
（ｅ）前記透光性導電酸化膜をエッチングによりパターニングするエッチング工程。
（ｆ）水素を含むガス雰囲気中で、前記透光性導電酸化膜をアニール処理する水素アニール工程。 - 前記水素アニール工程は、６００℃〜９００℃の温度でアニール処理を行うことを特徴とする請求項４に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記水素アニール工程は、水素を体積％で０．１〜５％の範囲で含むガス雰囲気中においてアニール処理を行うことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記水素アニール工程の前工程に、酸素（Ｏ２）を含むガス雰囲気中で２００℃〜３００℃の温度でアニール処理を行なう酸素アニール工程が備えられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記水素アニール工程後、前記透光性導電酸化膜上に保護層を積層することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に透光性導電酸化膜が積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、
前記透光性導電酸化膜が、水素（Ｈ２）を含むガス雰囲気中でアニール処理されたものであることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 前記透光性導電酸化膜が、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＷＯ、ＧＺＯ、ＺｎＯ系導電体、ＴｉＯ２系導電体の群から選ばれる少なくとも１種以上の材料からなることを特徴とする請求項９に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記透光性導電酸化膜が、少なくともＩＴＯを含有していることを特徴とする請求項１０に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記透光性導電酸化膜の厚さが３５ｎｍ〜１０μｍの範囲であることを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記透光性導電酸化膜の厚さが１００ｎｍ〜１μｍの範囲であることを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記透光性導電酸化膜上に積層して保護層が形成されていることを特徴とする請求項９〜１３の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記保護層の厚さが２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１４に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 請求項１〜８の何れか１項に記載の製造方法によって得られる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 請求項９〜１６の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が用いられていることを特徴とするランプ。
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