JP3795007B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、青色域から紫外域の光を出力可能なIII-Ｖ族窒化物半導体よりなる半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、一般式がＢzＡｌxＧａ1-x-y-zＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）で表わされるIII-Ｖ族窒化物（以下、単に窒化物という）を用いた発光ダイオード素子（ＧａＮ系ＬＥＤ素子）が、各種表示用パネル、大型ディスプレイ又は交通信号機等で広く実用化されている。また、ＧａＮ系ＬＥＤ素子と蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤ素子も商品化され、将来的に発光効率が改善されれば、現状の照明装置と置き換わることも期待されている。
【０００３】
図１８は従来の窒化物半導体を用いた青色発光ダイオード素子の断面構成を示している（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照。）。図１８に示すように、従来の青色発光ダイオード素子は、サファイアよりなる基板１０１上に、ｎ型の窒化物半導体よりなる第１の半導体層１０２及びｐ型の窒化物半導体よりなる第２の半導体層１０３が順次積層されている。
【０００４】
第２の半導体層１０３の上には、ｐ型の窒化物半導体と良好なオーミック接触が可能な、厚さが２ｎｍ〜５ｎｍ程度のニッケル及び金よりなる第１の電極１０４が形成されている。
【０００５】
第１の電極１０４の上には、ワイヤボンディング用であって、第１の電極１０４を貫通して第２の半導体層１０３に達する金よりなる第２の電極１０５が形成されている。また、その一部が露出した第１の物半導体層１０２上にはｎ型オーミック電極１０６が形成されている。
【０００６】
このように、従来の青色発光ダイオード素子は、第１の半導体層１０２及び第２の半導体層１０３の界面により構成されるｐｎ接合部で発光した再結合光（生成光）が第２の半導体層１０３及び第１の電極１０４を透過して取り出される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０７−０９４７８２号公報
【特許文献２】
特開平１０−１７３２２４号公報
【特許文献３】
特開２０００−５８９１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の青色発光ダイオード素子は、ｐｎ接合部で生成された再結合光の一部が金属よりなる第１の電極１０４によって吸収されてしまうという問題がある。そこで、第１の電極１０４の厚さを極めて小さくすれば、該第１の電極１０４を透過する光の透過量を増大させることは可能とはなるが、その場合には、該第１の電極１０４における直列抵抗（シート抵抗）が増大してしまうというトレードオフの関係にあり、素子の光学的電気的特性（デバイス特性）を飛躍的に向上させることは困難となる。
【０００９】
また、他の方法として、光の取り出し効率を向上するため、第１の電極１０４の材料として、金属に代えて透光性電極を用いる方法がある。しかし、この場合には、ｐ型の窒化物半導体層とその上に形成される透光性電極との接触（コンタクト）抵抗が大きいという問題がある。
【００１０】
また、窒化物半導体は、該半導体の導電型を決定する不純物、特にｐ型不純物の活性化率が小さいため、シート抵抗が大きいという問題をも有している。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、窒化物半導体素子における透光性電極との間の接触抵抗を低減できるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光素子を、窒化物半導体層と界面を持つ透光性電極に窒化物半導体層にドープした不純物と同一の導電型を示す不純物又は水素を吸着可能な金属を添加する構成とする。
【００１３】
また、前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光素子を、窒化物半導体層と界面を持つ保護膜に窒化物半導体層にドープした不純物と同一の導電型を示す不純物又は水素を吸着可能な金属を添加する構成とする。
【００１４】
具体的に、本発明に係る第１の半導体発光素子は、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体と、半導体積層構造体の上に形成された透光性電極とを備え、透光性電極は半導体積層構造体のうち透光性電極と界面を持つ半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む。
【００１５】
第１の半導体発光素子によると、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体の上に形成された透光性電極は、半導体積層構造体のうち透光性電極と界面を持つ半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含むため、製造時の熱処理により透光性電極に含まれる不純物元素が該透光性電極と界面を持つ半導体層に拡散すると、半導体層に拡散した透光性電極からの不純物元素によって、該半導体層における透光性電極との界面近傍部分の抵抗値が低下する。その結果、半導体層における透光性電極との間の接触抵抗が小さくなる。
【００１６】
本発明に係る第２の半導体発光素子は、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体と、半導体積層構造体の上に形成された透光性電極とを備え、透光性電極は水素を吸着する金属元素を含む。
【００１７】
第２の半導体発光素子によると、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体の上に形成された透光性電極は水素を吸着する金属元素を含むため、製造時の熱処理により透光性電極に含まれる水素を吸着する金属元素が該透光性電極と界面を持つ半導体層に拡散すると、半導体層に添加されている不純物元素と結合していた水素原子が、透光性電極から半導体層に拡散してきた、水素を吸着する金属元素により吸着（結合）される。これにより、半導体層における透光性電極との界面近傍部分に添加されている不純物元素の活性化率が向上して半導体層の抵抗が小さくなるため、該半導体層における透光性電極との間の接触抵抗が小さくなる。
【００１８】
本発明に係る第３の半導体発光素子は、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体と、半導体積層構造体の上に形成された保護膜とを備え、保護膜は半導体積層構造体のうち該保護膜と界面を持つ半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む。
【００１９】
第３の半導体発光素子によると、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体の上に形成された保護膜は、半導体積層構造体のうち保護膜と界面を持つ半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含むため、製造時の熱処理により保護膜に含まれる不純物元素が該保護膜と界面を持つ半導体層に拡散すると、半導体層に拡散した保護膜からの不純物元素によって、該半導体層における保護膜との界面近傍部分の抵抗値が低下する。その結果、半導体層の上部の抵抗値（シート抵抗）が小さくなる。
【００２０】
本発明に係る第４の半導体発光素子は、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体と、半導体積層構造体の上に形成された保護膜とを備え、保護膜は水素を吸着する金属元素を含む。
【００２１】
第４の半導体発光素子によると、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体の上に形成された保護膜は水素を吸着する金属元素を含むため、製造時の熱処理により保護膜に含まれる金属元素が該保護膜と界面を持つ半導体層に拡散すると、半導体層に添加されている不純物元素と結合していた水素原子が、保護膜から半導体層に拡散してきた、水素を吸着する金属元素により吸着（結合）される。これにより、半導体層における透光性電極との界面近傍部分に添加されている不純物元素の活性化率が向上して半導体層の抵抗値が小さくなるため、該半導体層の上部の抵抗値（シート抵抗）が小さくなる。
【００２２】
第１又は第３の半導体発光素子において、不純物元素は、マグネシウム、亜鉛、ベリリウム又はシリコンであることが好ましい。
【００２３】
第２又は第４の半導体発光素子において、金属元素は、ニッケル、パラジウム又は白金であることが好ましい。
【００２４】
第３又は第４の半導体発光素子は、半導体積層構造体の上の保護膜が形成されていない領域に設けられた透光性電極をさらに備えていることが好ましい。
【００２５】
第１〜第４の半導体発光素子において、透光性電極はインジウム錫酸化物又は酸化ガリウムよりなることが好ましい。
【００２６】
また、第１〜第４の半導体発光素子は、透光性電極の上に、半導体積層構造体から出射される出射光を反射する複数の誘電体層よりなる多層膜をさらに備えていることが好ましい。
【００２７】
第１〜第４の半導体発光素子は、半導体積層構造体における透光性電極の反対側に形成され、半導体積層構造体から出射される出射光を反射する複数の誘電体層又は複数の半導体層よりなる多層膜をさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
この場合に、多層膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化チタン及び酸化タンタルのうちの少なくとも２つにより構成されていることが好ましい。
【００２９】
本発明に係る第１の半導体発光素子の製造方法は、基板上に導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体を形成する工程と、半導体積層構造体の電極形成面の上に、該電極形成面よりなる半導体に添加された不純物元素と同一の導電型他を示す不純物元素を含む材料を用いて透光性電極を形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なう工程とを備えている。
【００３０】
第１の半導体発光素子の製造方法によると、基板上に導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体を形成し、その後、半導体積層構造体の電極形成面の上に、該電極形成面よりなる半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む材料を用いて透光性電極を形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なうため、半導体積層構造体の上に形成される透光性電極は、熱処理により透光性電極に含まれる不純物元素が該透光性電極と界面を持つ半導体層に拡散する。このため、半導体層に拡散した透光性電極からの不純物元素によって、該半導体層における透光性電極との界面近傍部分の抵抗値が低下するので、半導体層における透光性電極との間の接触抵抗が小さくなる。
【００３１】
本発明に係る第２の半導体発光素子の製造方法は、基板上に導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体を形成する工程と、半導体積層構造体の上に、水素を吸着する金属元素を含む材料を用いて透光性電極を形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なう工程とを備えている。
【００３２】
第２の半導体発光素子の製造方法によると、基板上に導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体を形成し、その後、半導体積層構造体の上に、水素を吸着する金属元素を含む材料を用いて透光性電極を形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なうため、半導体積層構造体の上に形成される透光性電極は、熱処理により透光性電極に含まれる水素を吸着する金属元素が該透光性電極と界面を持つ半導体層に拡散する。このため、半導体層に添加されている不純物元素と結合していた水素原子が、透光性電極から半導体層に拡散してきた、水素を吸着する金属元素により吸着（結合）されるので、半導体層における透光性電極との界面近傍部分に添加されている不純物元素の活性化率が向上して半導体層の抵抗が小さくなり、その結果、該半導体層における透光性電極との間の接触抵抗が小さくなる。
【００３３】
第１又は第２の半導体発光素子の製造方法は、透光性電極を形成するよりも前に、半導体積層構造体の上に保護膜を形成する工程と、保護膜における透光性電極の形成部分を除去する工程とをさらに備え、保護膜は、半導体積層構造体のうち保護膜と界面を持つ半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む材料を用いて形成することが好ましい。
【００３４】
第１又は第２の半導体発光素子の製造方法は、透光性電極を形成するよりも前に、半導体積層構造体の上に保護膜を形成する工程と、保護膜における透光性電極の形成部分を除去する工程とをさらに備え、保護膜は水素を吸着する金属元素を含む材料を用いて形成することが好ましい。
【００３５】
本発明に係る第３の半導体発光素子の製造方法は、基板上に、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体を形成する工程と、半導体積層構造体の上に金属よりなる第１電極を形成する工程と、半導体積層構造体から基板を除去する工程と、半導体積層構造体における第１電極の反対側の第２電極形成面の上に、該第２電極形成面を有する半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む材料を用いて透光性電極を形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なう工程とを備えている。
【００３６】
第３の半導体発光素子の製造方法によると、半導体積層構造体から基板を除去し、その後、半導体積層構造体における第１電極の反対側の第２電極形成面の上に、該第２電極形成面を有する半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む材料を用いて透光性電極を形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なう。このため、基板の材料にサファイアのような導電性を持たない絶縁性材料を用いた場合であっても、半導体積層構造体の上面及び下面に第１電極及び第２電極を互いに対向するように形成することができる。その上、金属よりなる第１電極と対向する第２電極（透光性電極）を、第２電極形成面を有する半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む材料を用いて形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なうため、透光性電極と界面を持つ半導体層に拡散した透光性電極からの不純物元素によって、該半導体層における透光性電極との界面近傍部分の抵抗値が低下するので、該半導体層における透光性電極との間の接触抵抗が小さくなる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る青色発光ダイオード素子であって、図１（ａ）は平面構成を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面構成を示している。
【００３９】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、例えばサファイアよりなる基板１１の上に、厚さが約４μｍでキャリア密度が約１×１０17ｃｍ2 のｎ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）よりなる第１の半導体層１２と、厚さが約７ｎｍのＧａＮよりなる障壁層と厚さが約３ｎｍのＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ｎよりなる井戸層とが３対積層されてなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１３と、厚さが約０．８μｍでキャリア密度が約１×１０18ｃｍ2 のｐ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）よりなる第２の半導体層１４とが順次形成されている。
【００４０】
第２の半導体層１４の上には、厚さが約１００ｎｍのインジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）よりなる透光性電極１５が形成されている。
【００４１】
透光性電極１５の上には、金（Ａｕ）よりなるボンディングパッド１６が選択的に形成され、さらに、選択的に露出された第１の半導体層１２の上には、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層体よりなるｎ型オーミック電極１７が形成されている。
【００４２】
この構成により、ＭＱＷ活性層１３から青色光が生成されて出射され、第２の半導体層１４及び透光性電極１５を通して外部に取り出される。
【００４３】
第１の実施形態の特徴として、透光性電極１５を構成するＩＴＯには、ｐ型の第２の半導体層１４に添加された不純物元素と同一のマグネシウム（Ｍｇ）が添加されている。このＩＴＯに添加されたマグネシウムは、後述するように製造時のアニールにより第２の半導体層１４に拡散して、該第２の半導体層１４と透光性電極１５との接触抵抗を低減させる。
【００４４】
なお、透光性電極１５に添加する不純物元素は、マグネシウムに限られず、亜鉛（Ｚｎ）やベリリウム（Ｂｅ）等の、窒化ガリウムの導電型をｐ型とするドーパントであれば良い。
【００４５】
また、ＭＱＷ活性層１３に代えて、厚さが約２０ｎｍの窒化インジウムガリウムよりなる単一量子井戸（ＳＱＷ）活性層としてもよい。
【００４６】
また、図１（ａ）に示すように、透光性電極１５は導電性を有しているため、電極の配置位置及び形状は任意である。
【００４７】
このように第１の実施形態によると、透光性電極１５には、ｐ型の第２の半導体層１４に添加した不純物元素と同一のマグネシウムを添加しているため、第２の半導体層１４と透光性電極１５との接触抵抗が小さくなり、動作電圧を低減することができる。
【００４８】
以下、前記のように構成された青色発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００４９】
図２（ａ）〜図２（ｃ）、図３（ａ）及び図３（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００５０】
まず、図２（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、径が約５．１ｃｍ（＝２インチ）で、主面の面方位が（０００１）面であるサファイアよりなる基板１１の上に、ガリウム源にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、窒素源にアンモニア（ＮＨ3 ）を用い、キャリアガスに水素（Ｈ2 ）を用い、成長温度を５００℃程度に設定して、サファイアと該サファイアの上に成長する第１の半導体層１２等との格子不整合を緩和する窒化ガリウムよりなる低温緩衝層（図示せず）を成長する。続いて、低温緩衝層の上に、ドナー不純物であるシリコンを含む原料であるモノシラン（ＳｉＨ4 ）を添加し、成長温度を約１０３０℃として、厚さが約４μｍのｎ型の窒化ガリウムよりなる第１の半導体層１２を成長する。続いて、モノシランの供給を停止し、第１の半導体層１２の上に、厚さが約７ｎｍの窒化ガリウムよりなる障壁層を成長し、続いて、キャリアガスを窒素（Ｎ2 ）に切り替えると共に成長温度を約８００℃に降温して、インジウム源であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）をも供給しながら、障壁層の上に、厚さが約３ｎｍでインジウムの組成が３０％の窒化インジウムガリウムよりなる井戸層を成長する。この障壁層と井戸層とを交互に３対成長して、ＭＱＷ活性層１３を形成する。この量子井戸構造により、ＭＱＷ活性層には波長が約４７０ｎｍの青色光が生成される。このように、窒化ガリウムよりなる障壁層を成長する際のキャリアガスは水素とし、その成長温度を約１０３０℃としており、一方、窒化インジウムガリウムよりなる井戸層を成長する際のキャリアガスは窒素とし、その成長温度を約８００℃としている。
【００５１】
続いて、トリメチルガリウム及びアンモニアよりなる各原料ガスに、アクセプタ不純物であるマグネシウムを含む原料であるシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）を添加して、ＭＱＷ活性層１３の上に、厚さが約０．８μｍのｐ型の窒化ガリウムよりなる第２の半導体層１４を成長する。第２の半導体層１４を成長した後、アニーリング装置を用いて、第２の半導体層１４に対して、温度が約７５０℃の窒素雰囲気で２０分間のアニールを行なって、第２の半導体層１４に添加されたｐ型ドーパントを活性化することにより、第２の半導体層１４をさらに低抵抗化する。
【００５２】
次に、図２（ｂ）に示すように、例えば塩素（Ｃｌ2 ）をエッチングガスとする反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）又は誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）エッチング等のドライエッチングにより、第２の半導体層１４、ＭＱＷ活性層１３、及び第１の半導体層１２の上部を選択的に除去して、第１の半導体層１２にｎ型電極形成領域１２ａを形成する。
【００５３】
次に、図２（ｃ）に示すように、第２の半導体層１４の上に、厚さが約１００ｎｍで、第２の半導体層１４のｐ型ドーパントと同一の不純物元素であるマグネシウムが添加されたＩＴＯを選択的に成膜して透光性電極１５を形成する。ＩＴＯの成膜法には、スパッタ法、パルスレーザ堆積（ＰＬＤ）法、電子ビーム（ＥＢ）法、又はゾル・ゲル法等を用いる。ＩＴＯの低抵抗化という観点からは、スパッタ法又はＰＬＤ法が好ましい。また、スパッタ法又はＰＬＤ法を用いると、ターゲット材は一般に焼結法により形成するため、マグネシウム等の不純物元素を容易に添加することができる。続いて、透光性電極１５を成膜した後、該透光性電極１５に対して温度が約５００℃のアニールを行なう。このアニールにより、ＩＴＯに添加されていたマグネシウムの一部がＩＴＯと第２の半導体層１４との界面から該第２の半導体層１４に拡散する。これにより、第２の半導体層１４における透光性電極１５との界面の近傍領域の抵抗値が低減して、第２の半導体層１４に対して接触抵抗が小さい透光性電極１５が形成される。ここで、ＩＴＯに添加する不純物元素はマグネシウムに限られず、亜鉛又はベリリウムを用いてもよい。しかしながら、ドーパントがより活性化するという観点からはマグネシウムが好ましい。また、透光性電極１５はＩＴＯに限られず、４７０ｎｍの波長を有する出射光に対して透明であれば良く、例えば酸化錫（ＳｎＯ2 ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いてもよい。
【００５４】
次に、図３（ａ）に示すように、各透光性電極１５の上に、ワイヤボンディング用のボンディングパット１６をそれぞれ選択的に形成する。続いて、第１の半導体層１２における各ｎ型電極形成領１２ａの上にチタンと金とを順次成膜してそれぞれｎ型オーミック電極１７を形成する。
【００５５】
次に、図３（ｂ）に示すように、基板１１を３００μｍ角程度のチップ状に分割して、青色発光ダイオード素子を得る。
【００５６】
以上のように作製された、ｐ型の第２の半導体層１４から出射光を取り出す青色発光ダイオード素子は、透光性電極１５（ｐ型電極）に対してｐ型の第２の半導体層１４にドープされた不純物と同一のマグネシウムをあらかじめ添加しておき、アニールによりその界面を通して第２の半導体層１４に拡散させるため、透光性電極１５の第２の半導体層１４との接触抵抗が小さくなるので、第２の半導体層１４における透光性電極１５との界面近傍が低抵抗となり、その結果、動作電圧を低減することができる。
【００５７】
（第１の実施形態の第１変形例）
第１の実施形態においては、透光性電極１５を構成する透光性材料（ＩＴＯ）に、窒化ガリウムの導電型をｐ型とするドーパントを添加したが、ｐ型ドーパント以外にも、水素原子を吸着（結合）しやすい金属元素、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）又は白金（Ｐｔ）等を添加しても良い。この場合の透光性電極１５の形成方法は、該透光性電極１５を成膜する際のターゲット材に、ニッケル等の水素原子を吸着しやすい金属元素をあらかじめ添加しておけば良い。
【００５８】
一般に、ｐ型の窒化ガリウム半導体に添加されたｐ型ドーパントは水素原子と結合して不活性な状態となりやすい。そこで、水素原子を吸着しやすいこれらの金属原子を、透光性電極１５を介してｐ型の半導体層に拡散すると、該ｐ型の半導体層に拡散された金属原子がｐ型の半導体層に取り込まれた水素原子を引きつける。
【００５９】
このように、ニッケル等の金属原子は、ｐ型ドーパントの不活性化の原因である水素原子をｐ型ドーパントから引き離すため、マグネシウム等のｐ型ドーパントの活性化が促進されるので、ｐ型の第２の半導体層１４における透光性電極１５との界面近傍の領域が低抵抗となる。その結果、第２の半導体層１４に対して接触抵抗が小さい透光性電極１５を形成することができるようになる。
【００６０】
（第１の実施形態の第２変形例）
第１の実施形態においては、ｐ型の第２の半導体層１４側から生成光を取り出す構成としたが、基板１１側から生成光を取り出すフリップチップ型素子としてもよい。
【００６１】
図４に示すように、青色発光ダイオード素子における透光性電極１５は、複数の誘電体よりなる多層膜から構成された高反射膜２１及び第１の半田材２２を介在させており、また、ｎ型オーミック電極１７は第２の半田材２３を介在させて、それぞれ実装基板２０の上に固着されている。
【００６２】
このように、第２変形例に係る青色発光ダイオード素子は、透光性電極１５の上にボンディングパット１６に代えて高反射膜２１を設けることにより、透光性電極１５側に出射された出射光を高反射膜２１で反射して、基板１１側から取り出す構成である。ここで、高反射膜２１の反射率は高い程良く、少なくとも７０％以上であることが望ましい。
【００６３】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００６４】
図５は本発明の第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子の断面構成を示している。図５において、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００６５】
図５に示すように、例えばサファイアよりなる基板１１の上に、厚さが約４μｍでキャリア密度が約１×１０17ｃｍ2 のｎ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ）よりなる第１の半導体層３２と、厚さが約７ｎｍの窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎ）よりなる障壁層と厚さが約３ｎｍのＧａＮよりなる井戸層とが３対積層されてなるＭＱＷ活性層３３と、厚さが約０．８μｍでキャリア密度が約１×１０18ｃｍ2 のｐ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ）よりなる第２の半導体層３４とが順次形成されている。
【００６６】
第１の半導体層３２の露出領域には、チタンとアルミニウムとよりなるｎ型オーミック電極３７が形成されている。
【００６７】
第２の半導体層３４の上には、厚さが約１００ｎｍで、１ mol％程度の錫（Ｓｎ）が添加された酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）よりなる透光性電極３５が形成されている。ここで、酸化ガリウムにはβ（立方晶）型を用いると導電性がより良好となり好ましい。また、透光性電極３５を構成する酸化ガリウムには、ｐ型の第２の半導体層１４に添加された不純物元素と同一のマグネシウム（Ｍｇ）が添加されている。第１の実施形態と同様に、この酸化ガリウムに添加されたマグネシウムは、製造時のアニールにより第２の半導体層３４に拡散して、該第２の半導体層３４と透光性電極３５との接触抵抗が低減する。
【００６８】
なお、一般に透光性電極として用いられるＩＴＯは、波長が３００ｎｍ程度の紫外光に対して透過率が低く、透光性電極としては適していない。そこで、酸化錫が添加された酸化ガリウム、特にβ型の酸化ガリウムは、３００ｎｍ帯の紫外光に対して高い透過率を有しているため、第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子に設ける透光性電極３５として適している。
【００６９】
以上のように、第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子は、透過率が高い透光性電極３５を用いているため光の取り出し効率が向上する。その上、透光性電極３５に第２の半導体層３４をｐ型とする不純物と同一の導電型を示す不純物が添加されて、透光性電極３５と第２の半導体層３４との接触抵抗が小さいため、動作電圧を低減することができる。
【００７０】
なお、透光性電極３５に添加する不純物元素は、マグネシウムに限られず、亜鉛やベリリウム等の、窒化ガリウムの導電型をｐ型とするドーパントであればよい。
【００７１】
また、ＭＱＷ活性層３３に代えて、厚さが約２０ｎｍの窒化ガリウムよりなる単一量子井戸（ＳＱＷ）活性層としてもよい。
【００７２】
以下、前記のように構成された紫外発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００７３】
図６（ａ）〜図６（ｃ）及び図７（ａ）〜図７（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００７４】
まず、図６（ａ）に示すように、ＭＯＶＰＥ法により、径が約５．１ｃｍで、主面の面方位が（０００１）面であるサファイアよりなる基板１１の上に、ガリウム源にトリメチルガリウムを用い、アルミニウム源にトリメチルアルミニウムを用い、窒素源にアンモニアを用い、キャリアガスに水素を用い、成長温度を５００℃程度に設定して、サファイアと該サファイアの上に成長する第１の半導体層３２等との格子不整合を緩和する窒化アルミニウムガリウムよりなる低温緩衝層（図示せず）を成長する。ここで、低温緩衝層は窒化ガリウムにより形成してもよい。続いて、低温緩衝層の上に、ドナー不純物であるシリコンを含む原料であるモノシランを添加し、成長温度を約１０３０℃として、厚さが約４μｍのｎ型の窒化アルミニウムガリウムよりなる第１の半導体層３２を成長する。続いて、モノシランの供給を停止し、第１の半導体層３２の上に、厚さが約７ｎｍの窒化アルミニウムガリウムよりなる障壁層を成長し、続いて、アルミニウム源であるトリメチルアルミニウムの供給を停止して、障壁層の上に、厚さが約３ｎｍの窒化ガリウムよりなる井戸層を成長する。この障壁層と井戸層とを交互に３対成長して、ＭＱＷ活性層３３を形成する。この量子井戸構造により、ＭＱＷ活性層３３には波長が約３６０ｎｍの紫外光が生成される。続いて、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム及びアンモニアよりなる各原料ガスに、アクセプタ不純物であるマグネシウムを含む原料であるシクロペンタジエニルマグネシウムを添加して、ＭＱＷ活性層３３の上に、厚さが約０．８μｍのｐ型の窒化アルミニウムガリウムよりなる第２の半導体層３４を成長する。
【００７５】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えばＰＬＤ法を用いて、第２の半導体層３４の上に、電極自体に導電性をもたらす錫と第２の半導体層３４に拡散するためのマグネシウムとが添加されたβ型の酸化ガリウムを１００ｎｍ程度の厚さで成膜して透光性電極３５を形成する。なお、酸化ガリウムの成膜方法は、スパッタ法でもよいが、良好な結晶性を得られるＰＬＤ法が好ましい。続いて、透光性電極３５を成膜した後に、アニーリング装置を用いて、第２の半導体層３４及び透光性電極３５に対して、温度が約７５０℃の窒素雰囲気で２０分間のアニールを行なうことにより透光性電極３５を低抵抗化すると共に、透光性電極３５から拡散したｐ型ドーパントを含め第２の半導体層３４のｐ型ドーパントを活性化することにより、第２の半導体層３４をさらに低抵抗化する。
【００７６】
次に、図６（ｃ）に示すように、透光性電極３５におけるｎ型オーミック電極の形成領域の上側部分を選択的に除去するパターニングを行なう。
【００７７】
次に、図７（ａ）に示すように、例えば塩素をエッチングガスとするＲＩＥ又はＩＣＰエッチング等のドライエッチングにより、第２の半導体層３４、ＭＱＷ活性層３３、及び第１の半導体層３２の上部を選択的に除去して、第１の半導体層３２にｎ型電極形成領域３２ａを形成する。
【００７８】
次に、図７（ｂ）に示すように、各透光性電極３５の上に、ワイヤボンディング用のボンディングパット１６を選択的に形成する。続いて、第１の半導体層３２における各ｎ型電極形成領３２ａの上にチタンとアルミニウムとを順次成膜してｎ型オーミック電極３７を形成する。
【００７９】
次に、図７（ｂ）に示すように、基板１１を３００μｍ角程度のチップ状に分割して、紫外発光ダイオード素子を得る。
【００８０】
以上説明したように、第２の実施形態に係る製造方法によると、透光性電極３５として、紫外光に対する透過率が高い、酸化錫が添加された酸化ガリウムを用いるため、生成光の取り出し効率が極めて良好となるので、電力変換効率が向上する。
【００８１】
その上、ｐ型の第２の半導体層３４にドープされているｐ型不純物と同一のマグネシウムを透光性電極３５にも添加しているため、該透光性電極３５を形成した後に行なうアニールによって、第１の実施形態と同様に、マグネシウムの一部が第２の半導体層３４における透光性電極３５との界面の近傍領域に拡散する。これにより、第２の半導体層３４の透光性電極３５との界面近傍が低抵抗化するため、第２の半導体層３４と透光性電極３５との接触抵抗が低下する。
【００８２】
なお、酸化ガリウムに添加する不純物元素は、マグネシウムに限られず、窒化アルミニウムガリウムにｐ型の導電性を示すドーパントであれば良く、亜鉛又はベリリウム等を用いても良い。
【００８３】
（第２の実施形態の一変形例）
第２の実施形態においては、透光性電極３５を構成する透光性材料（酸化ガリウム）に、窒化アルミニウムガリウムの導電型をｐ型とするドーパントを添加したが、ｐ型ドーパント以外にも、水素原子を吸着（結合）しやすい金属元素、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）又は白金（Ｐｔ）等を添加してもよい。この場合の透光性電極３５の形成方法は、該透光性電極３５を成膜する際のターゲット材に、ニッケル等の水素原子を吸着しやすい金属元素をあらかじめ添加すれば良い。
【００８４】
これにより、本変形例に係る窒化物半導体よりなる紫外発光ダイオード素子は、光の取り出し効率の高効率化と動作電圧の低減とを実現することができる。
【００８５】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８６】
図８は本発明の第３の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の断面構成を示している。図８において、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８７】
図８に示すように、第３の実施形態に係る青色発光ダイオード素子は、ｎ型窒化ガリウムよりなる第１の半導体層１２の上に透光性電極４５が形成されており、いわゆるＮ−ｕｐ構造としている。
【００８８】
ＭＱＷ活性層１３に対して第１の半導体層１２の反対側（下側）には、ｐ型窒化ガリウムよりなる第２の半導体層１４が形成されている。
【００８９】
第２の半導体層１４の下側には、厚さが約１００ｎｍの白金よりなるｐ型電極４１が形成され、該ｐ型電極４１の下側には、厚さが約２００ｎｍの金よりなるめっき下地層４２が形成され、該めっき下地層４２の下側には、厚さが約５０μｍの金よりなるめっき層４３が形成されている。
【００９０】
第３の実施形態の特徴として、透光性電極４５を構成するＩＴＯには、ｎ型の第１の半導体層１２に添加された不純物元素と同一のシリコン（Ｓｉ）が添加されている。このＩＴＯに添加されたシリコンは、後述するように製造時のアニールにより第１の半導体層１２に拡散して、該第１の半導体層１２と透光性電極４５との接触抵抗が低減する。
【００９１】
なお、透光性電極４５に添加する不純物元素は、シリコンに限られず、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の、窒化ガリウムの導電型をｎ型とするドーパントであれば良い。
【００９２】
また、サファイアよりなる基板１１を半導体積層構造体から除去し、代わりに、金よりなるめっき層４３を設けている。これにより、放熱性に優れないサファイアではなく、放熱性に優れためっき層４３をサブマウント上に実装できるため、デバイスの温度特性が確実に向上する。
【００９３】
また、ここでは、図８に示すように、Ｎ−ｕｐ構造としたが、ｐ型の第２の半導体層１４におけるＭＱＷ活性層１３の反対側の面上に透光性電極を形成する、いわゆるＰ−ｕｐ構造としてもよい。この場合の透光性電極には、第１の実施形態と同様にマグネシウムを添加する。これにより、Ｎ−ｕｐ構造の場合と同様に、放熱性に優れ且つ低動作電圧による駆動が可能なデバイスを実現できる。
【００９４】
また、半導体積層構造体を第２の実施形態と同様に、窒化アルミニウムガリウムとして、ＭＱＷ活性層からの出射光を紫外光とする場合には、透光性電極４５の材料には、酸化錫及びそれと界面を持つ半導体層の不純物と同一の導電型を示す不純物が添加された酸化ガリウム、特にβ型の酸化ガリウムを用いることが好ましい。
【００９５】
また、ＭＱＷ活性層１３に代えて、厚さが約２０ｎｍの窒化インジウムガリウムよりなる単一量子井戸（ＳＱＷ）活性層としてもよい。
【００９６】
以下、前記のように構成された青色発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００９７】
図９（ａ）〜図９（ｃ）及び図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００９８】
まず、図９（ａ）に示すように、ＭＯＶＰＥ法により、径が約５．１ｃｍで、主面の面方位が（０００１）面であるサファイアよりなる基板１１の上に、ガリウム源にトリメチルガリウムを用い、窒素源にアンモニアを用い、キャリアガスに水素を用い、成長温度を５００℃程度に設定して、サファイアと該サファイアの上に成長する第１の半導体層１２等との格子不整合を緩和する低温緩衝層（図示せず）を成長する。続いて、低温緩衝層の上に、ドナー不純物であるシリコンを含む原料であるモノシランを添加し、成長温度を約１０３０℃として、厚さが約４μｍのｎ型の窒化ガリウムよりなる第１の半導体層１２を成長する。続いて、モノシランの供給を停止し、第１の半導体層１２の上に、厚さが約７ｎｍの窒化ガリウムよりなる障壁層を成長し、続いて、キャリアガスを窒素（Ｎ2 ）に切り替えると共に成長温度を約８００℃に降温して、インジウム源であるトリメチルインジウムをも供給しながら、障壁層の上に、厚さが約３ｎｍでインジウムの組成が３０％の窒化インジウムガリウムよりなる井戸層を成長する。この障壁層と井戸層とを交互に３対成長して、ＭＱＷ活性層１３を形成する。続いて、トリメチルガリウム及びアンモニアよりなる各原料ガスに、アクセプタ不純物であるマグネシウムを含む原料であるシクロペンタジエニルマグネシウムを添加して、ＭＱＷ活性層１３の上に、厚さが約０．８μｍのｐ型の窒化ガリウムよりなる第２の半導体層１４を成長する。第２の半導体層１４を成長した後、第２の半導体層１４に対して、温度が約７５０℃の窒素雰囲気で２０分間のアニールを行なって、第２の半導体層１４に添加されたｐ型ドーパントを活性化することにより、第２の半導体層１４をさらに低抵抗化する。
【００９９】
次に、図９（ｂ）に示すように、例えばＥＢ蒸着法により、第２の半導体層１４の上に全面にわたって白金からなるｐ型電極４１を形成する。ここで、ｐ型電極４１を構成する材料は、白金に限られず、ｐ型の第２の半導体層１４に対するオーミック性が良好で且つ反射率が高い材料であれば良く、例えば、ロジウム（Ｒｈ）又は銀（Ａｇ）等を用いてもよい。
【０１００】
次に、図９（ｃ）に示すように、例えばＥＢ蒸着法により、ｐ型電極４１の上の全面に、金よりなるめっき下地層４２を成膜する。続いて、めっき法により、めっき下地層４２の上の全面に、厚さが約５０μｍの金よりなるめっき層４３を成膜する。
【０１０１】
次に、図１０（ａ）に示すように、めっき層４３が形成された半導体積層構造体から基板１１を除去する。基板１１の除去方法には、例えば、サファイアを透過し且つ窒化ガリウムに吸収される波長を持つレーザ光を基板１１の裏面（第１の半導体層１２の反対側の面）側から照射することにより基板１１を剥離するレーザリフトオフ法や、基板１１を機械的に研磨する研磨法とがある。なお、レーザリフトオフ法を用いた場合には、第１の半導体層１２における基板の剥離面上に、窒化ガリウムが熱分解してなる金属ガリウムが付着するため、付着した金属ガリウムを塩酸で除去する必要がある。
【０１０２】
次に、図１０（ｂ）に示すように、第１の半導体層１２の露出面上、すなわち、第１の半導体層１２におけるＭＱＷ活性層１３の反対側の面上に、例えばＰＬＤ法により、厚さが約１００ｎｍで、第１の半導体層１２のｎ型ドーパントと同一の不純物元素であるシリコンが添加されたＩＴＯを成膜して透光性電極４５を形成する。ここでも、ＩＴＯの材料に添加する不純物元素は、第１の半導体層１２にｎ型の導電性を示すドーパントであれば良く、例えばシリコンに代えてゲルマニウム等を用いてもよい。
【０１０３】
また、透光性電極４５の材料はＩＴＯに限られず、波長が４７０ｎｍ程度の光に対して透明であれば良く、酸化錫又は酸化亜鉛を用いてもよい。
【０１０４】
また、第２の実施形態のように、ＭＱＷ活性層１３が紫外域の波長を持つ発光光を出力する構成であれば、透光性電極４５に酸化錫が添加された酸化ガリウムを用いることにより、発光波長に対して透明となる。
【０１０５】
続いて、透光性電極４５を成膜した後、該透光性電極４５に対して温度が約５００℃のアニールを行なう。このアニールにより、ＩＴＯに添加されていたシリコンの一部が第１の半導体層１２との界面から第１の半導体層１２に拡散するため、第１の半導体層１２における透光性電極４５との界面の近傍領域の抵抗値が低減して、第１の半導体層１２に対して接触抵抗が小さい透光性電極４５が形成される。
【０１０６】
次に、図１０（ｃ）に示すように、透光性電極４５の上に、ワイヤボンディング用のボンディングパット１６を選択的に形成する。続いて、半導体積層構造体を３００μｍ角程度のチップ状に分割して、青色発光ダイオード素子を得る。
【０１０７】
以上説明したように、第３の実施形態に係るＮ−ｕｐ構造を有する青色発光ダイオード素子は、透光性電極４５（ｎ型電極）に対してｎ型の第１の半導体層１２にドープされた不純物と同一のシリコンをあらかじめ添加しておき、アニールにより第１の半導体層１２に拡散させるため、透光性電極４５の第１の半導体層１２との接触抵抗が小さくなるので、動作電圧の低減が可能となる。
【０１０８】
その上、サファイアよりなる基板１１を除去し、且つｐ型の第２の半導体層１４に設けたｐ型電極４１上に、金よりなるめっき層４３を形成しているため、該めっき層４３をサブマウント等に実装すると、放熱性に優れたデバイスを得られる。
【０１０９】
なお、第３の実施形態の第１変形例として、透光性電極４５を構成する透光性材料（ＩＴＯ）に、窒化ガリウムの導電型を決定するドーパントを添加する代わりに、透光性材料に水素原子を吸着（結合）しやすい金属元素、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）又は白金（Ｐｔ）等を添加してもよい。
【０１１０】
さらに、第２変形例として、図１１に示すように、白金からなるｐ型電極４１を透光性材料よりなる透光性ｐ型電極４１Ａとし、さらに、透光性ｐ型電極４１Ａにおけるｐ型の第２の半導体層１４の反対側に、誘電体又は半導体よりなる多層膜（反射膜）４６を設けてもよい。
【０１１１】
この場合も、透光性ｐ型電極４１Ａには、第２の半導体層１４におけるアクセプタ不純物であるマグネシウムが添加されていることが好ましい。また、多層膜４６における光の反射率は７０％以上であることが好ましい。
【０１１２】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１１３】
図１２は本発明の第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の断面構成を示している。図１２において、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１１４】
第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子は、第２の半導体層１４の上面における透光性電極１５を除く領域、並びに第２の半導体層１４、ＭＱＷ活性層１３及び第１の半導体層１２の露出する各側面を覆うように、マグネシウムが添加された酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）よりなる保護膜５１が形成されている。
【０１１５】
このように第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子は、その側面が保護膜５１により覆われているため、サブマウント材等への実装時に、半導体積層構造体の側面に半田材が回り込むことによる電流のリークを防止することができる。
【０１１６】
その上、透光性電極１５及び保護膜５１には、ｐ型の第２の半導体層１４のドーパントと同一の不純物元素であるマグネシウムが添加されているため、透光性電極１５と第２の半導体層１４との接触抵抗を小さくすることができるので、低電圧動作が可能となる。
【０１１７】
なお、透光性電極１５に添加する不純物元素は、マグネシウムに限られず、亜鉛やベリリウム等の、窒化ガリウムの導電型をｐ型とするドーパントであればよい。
【０１１８】
また、ＭＱＷ活性層１３に代えて、厚さが約２０ｎｍの窒化ガリウムよりなる単一量子井戸（ＳＱＷ）活性層としてもよい。
【０１１９】
以下、前記のように構成された青色発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１２０】
図１３（ａ）〜図１３（ｄ）及び図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１２１】
まず、図１３（ａ）に示すように、ＭＯＶＰＥ法により、径が約５．１ｃｍで、主面の面方位が（０００１）面であるサファイアよりなる基板１１の上に、ガリウム源にトリメチルガリウムを用い、窒素源にアンモニアを用い、キャリアガスに水素を用い、成長温度を５００℃程度に設定して、サファイアと該サファイアの上に成長する第１の半導体層１２等との格子不整合を緩和する低温緩衝層（図示せず）を成長する。続いて、低温緩衝層の上に、ドナー不純物であるシリコンを含む原料であるモノシランを添加し、成長温度を約１０３０℃として、厚さが約４μｍのｎ型の窒化ガリウムよりなる第１の半導体層１２を成長する。続いて、モノシランの供給を停止し、第１の半導体層１２の上に、厚さが約７ｎｍの窒化ガリウムよりなる障壁層を成長し、続いて、キャリアガスを窒素（Ｎ2 ）に切り替えると共に成長温度を約８００℃に降温して、インジウム源であるトリメチルインジウムをも供給しながら、障壁層の上に、厚さが約３ｎｍでインジウムの組成が３０％の窒化インジウムガリウムよりなる井戸層を成長する。この障壁層と井戸層とを交互に３対成長して、ＭＱＷ活性層１３を形成する。続いて、トリメチルガリウム及びアンモニアよりなる各原料ガスに、アクセプタ不純物であるマグネシウムを含む原料であるシクロペンタジエニルマグネシウムを添加して、ＭＱＷ活性層１３の上に、厚さが約０．８μｍのｐ型の窒化ガリウムよりなる第２の半導体層１４を成長する。第２の半導体層１４を成長した後、第２の半導体層１４に対して、温度が約７５０℃の窒素雰囲気で２０分間のアニールを行なって、第２の半導体層１４に添加されたｐ型ドーパントを活性化することにより、第２の半導体層１４をさらに低抵抗化する。
【０１２２】
次に、図１３（ｂ）に示すように、例えば塩素をエッチングガスとするＲＩＥ又はＩＣＰエッチング等のドライエッチングにより、第２の半導体層１４、ＭＱＷ活性層１３、及び第１の半導体層１２の上部を選択的に除去して、第１の半導体層１２にｎ型電極形成領域１２ａを形成する。
【０１２３】
次に、図１３（ｃ）に示すように、例えばスパッタ法を用いて、第２の半導体層１４の上に各ｎ型電極形成領域１２ａを含む全面にわたって、厚さが約３００ｎｍでマグネシウムが添加された酸化シリコンよりなる保護膜５１を堆積する。続いて、堆積した保護膜５１に対して、５００℃程度の温度でアニールを行なうことにより、保護膜５１に添加されたマグネシウムが、該保護膜５１からその界面を通して第２の半導体層１４の上部に拡散し、該第２の半導体層１４の保護膜５１との界面近傍の抵抗値が低減する。なお、保護膜５１にマグネシウムを添加するには、スパッタ法の場合にはターゲット材に混入すれば良く、ゾル・ゲル法の場合には原料液に有機化合物として混入すれば良い。
【０１２４】
次に、図１３（ｄ）に示すように、保護膜５１における第２の半導体層１４上の透光性電極の形成部分、及び保護膜５１における各ｎ型電極形成領域１２ａの上側部分をドライエッチングにより選択的に除去する。
【０１２５】
次に、図１４（ａ）に示すように、例えばスパッタ法又はＰＬＤ法により、第２の半導体層１４の露出面上に、厚さが約１００ｎｍで、第２の半導体層１４のｐ型ドーパントと同一の不純物元素であるマグネシウムが添加されたＩＴＯを選択的に成膜して透光性電極１５を形成する。その後、形成した透光性電極１５に対して、再度５００℃程度の温度でアニールを行なうことにより、透光性電極１５に添加されたマグネシウムが、該透光性電極１５からその界面を通して第２の半導体層１４の上部にさらに拡散し、該第２の半導体層１４の透光性電極１５との界面近傍の抵抗値がさらに低減する。その結果、ｐ型の第２の半導体層１４の上には、より低接触抵抗の透光性電極１５を形成することができる。
【０１２６】
なお、保護膜５１及び透光性電極１５に添加する不純物元素は、マグネシウムに限られず、亜鉛等の窒化ガリウムがｐ型を示すドーパントであればよい。
【０１２７】
次に、図１４（ｂ）に示すように、各透光性電極１５の上に、ワイヤボンディング用のボンディングパット１６を選択的に形成する。続いて、第１の半導体層１２における各ｎ型電極形成領１２ａの上にチタンと金とを順次成膜してｎ型オーミック電極１７を形成する。
【０１２８】
次に、図１４（ｃ）に示すように、基板１１を３００μｍ角程度のチップ状に分割して、青色発光ダイオード素子を得る。
【０１２９】
以上説明したように、第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法によると、透光性電極１５と接触するｐ型の第２の半導体層１４は、保護膜５１及び透光性電極１５に第２の半導体層１４のｐ型ドーパントであるマグネシウムが添加されているため、保護膜５１の堆積後のアニール、及び該保護膜５１が除去された後に形成される透光性電極１５の形成後のアニールによって、これらとの界面から第２の半導体層１４にマグネシウムが拡散する。その結果、第２の半導体層１４の透光性電極１５との界面近傍の抵抗値が大きく低減して、透光性電極１５と第２の半導体層１４との接触抵抗が低減するので、低動作電圧による駆動が可能となる。
【０１３０】
その上、半導体積層構造体の側面を保護膜５１により覆うため、実装時の半田材が半導体積層構造体の側面に回り込むことによる電流のリークを防止することができるので、歩留まり向上する。
【０１３１】
なお、第４の実施形態の一変形例として、保護膜５１及び透光性電極１５を構成する透光性材料（ＩＴＯ）に、窒化ガリウムの導電型を決定するドーパントを添加する代わりに、保護膜５１及び透光性材料のうち少なくとも一方に、水素原子を吸着（結合）しやすい金属元素、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）又は白金（Ｐｔ）等を添加しても良い。
【０１３２】
また、窒化物半導体のドーパントとなる不純物又は水素原子を吸着しやすい金属元素は、保護膜５１及び透光性電極１５のいずれか一方にのみ添加するだけでも、本発明の効果を得ることができる。
【０１３３】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１３４】
図１５は本発明の第５の実施形態に係る青色面発光レーザ素子の断面構成を示している。図１５において、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１３５】
図１５に示すように、例えばサファイアよりなる基板１１と、ｎ型の窒化ガリウムより第１の半導体層１２との間には、窒化アルミニウムガリウムと窒化ガリウムとが交互に積層されてなる第１のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔ）ミラー６１が形成されている。さらに、例えばマグネシウムが添加された透光性電極１５の上の光導波部には誘電体よりなる第２のＤＢＲミラー６５が形成されている。
【０１３６】
また、第２の半導体層１４の上の端部には、例えばマグネシウムが添加された酸化シリコンよりなる保護膜５１が形成され、透光性電極１５から供給される動作電流を狭窄する電流狭窄構造としている。
【０１３７】
ここで、窒化インジウムガリウムよりなるＭＱＷ活性層６３はＳＱＷ構造でもよい。
【０１３８】
この構成により、第１の実施形態と同様に、透光性電極１５とｐ型の第２の半導体層１４との接触抵抗が小さくなるので、青色面発光レーザ素子の低電圧駆動が可能となる。
【０１３９】
第５の実施形態においても、マグネシウム等のｐ型ドーパントは、透光性電極１５及び保護膜５１のうち少なくとも一方に添加すれば良いが、両方に添加することにより、その効果をより顕著に得られるようになる。
【０１４０】
以下、前記のように構成された青色面発光レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１４１】
図１６（ａ）〜図１６（ｃ）及び図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は本発明の第５の実施形態に係る青色面発光レーザ素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１４２】
まず、図１６（ａ）に示すように、ＭＯＶＰＥ法により、径が約５．１ｃｍで、主面の面方位が（０００１）面であるサファイアよりなる基板１１の上に、ガリウム源にトリメチルガリウムを用い、窒素源にアンモニアを用い、キャリアガスに水素を用い、成長温度を５００℃程度に設定して、サファイアと該サファイアの上に成長する第１のＤＢＲミラー６１等との格子不整合を緩和する低温緩衝層（図示せず）を成長する。続いて、低温緩衝層の上に、成長温度を約１０３０℃に設定して、窒化アルミニウムガリウムよりなる第１層と窒化ガリウムよりなる第２層とを交互に積層して、第１のＤＢＲミラー６１を形成する。このとき、第１層の成長時には、アルミニウム源としてトリメチルアルミニウムを原料に加える。ここで、第１のＤＢＲミラー６１は、ＭＱＷ活性層６３から出射される光の波長に対してその反射率が９９％以上となるように構成する。続いて、ドナー不純物であるシリコンを含む原料であるモノシランを添加して、ｎ型の窒化ガリウムよりなる第１の半導体層１２を成長する。続いて、モノシランの供給を停止し、第１の半導体層１２の上に、窒化ガリウムよりなる障壁層を成長し、続いて、キャリアガスを窒素（Ｎ2 ）に切り替えると共に成長温度を約８００℃に降温して、インジウム源であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）をも供給しながら、障壁層の上に窒化インジウムガリウムよりなる井戸層を成長する。この障壁層と井戸層とを例えば交互に３対成長して、ＭＱＷ活性層６３を形成する。このＭＱＷ活性層６３からは、波長が約４７０ｎｍの青色光が生成される。続いて、トリメチルガリウム及びアンモニアよりなる各原料ガスに、アクセプタ不純物であるマグネシウムを含む原料であるシクロペンタジエニルマグネシウムを添加して、ＭＱＷ活性層６３の上に、窒化ガリウムよりなる第２の半導体層１４を成長する。第２の半導体層１４を成長した後、第２の半導体層１４に対して、温度が約７５０℃の窒素雰囲気で２０分間のアニールを行なって、第２の半導体層１４に添加されたｐ型ドーパントを活性化することにより、第２の半導体層１４をさらに低抵抗化する。
【０１４３】
次に、図１６（ｂ）に示すように、例えば塩素をエッチングガスとするＲＩＥ又はＩＣＰエッチング等のドライエッチングにより、第２の半導体層１４、ＭＱＷ活性層６３、及び第１の半導体層１２の上部を選択的に除去して、第１の半導体層１２にｎ型電極形成領域１２ａを形成する。
【０１４４】
次に、例えばスパッタ法を用いて、第２の半導体層１４の上にｎ型電極形成領域１２ａを含む全面にわたって、厚さが約３００ｎｍでマグネシウムが添加された酸化シリコンよりなる保護膜５１を堆積する。続いて、堆積した保護膜５１に対して、５００℃程度の温度でアニールを行なうことにより、保護膜５１に添加されたマグネシウムが、該保護膜５１からその界面を通して第２の半導体層１４の上部に拡散し、該第２の半導体層１４の保護膜５１との界面近傍の抵抗値が低減する。その後、保護膜５１における第２の半導体層１４上の透光性電極の形成部分、及び保護膜５１におけるｎ型電極形成領域１２ａの上側部分をドライエッチングにより選択的に除去することにより、図１６（ｃ）に示す状態を得る。
【０１４５】
次に、図１７（ａ）に示すように、例えばスパッタ法又はＰＬＤ法により、第２の半導体層１４のｐ型ドーパントと同一の不純物元素であるマグネシウムが添加されたＩＴＯを、第２の半導体層１４の露出面上に保護膜５１を覆うように選択的に成膜して透光性電極１５を形成する。その後、形成した透光性電極１５に対して、再度５００℃程度の温度でアニールを行なうことにより、透光性電極１５に添加されたマグネシウムが、該透光性電極１５からその界面を通して第２の半導体層１４の上部にさらに拡散し、該第２の半導体層１４の透光性電極１５との界面近傍の抵抗値がさらに低減する。その結果、ｐ型の第２の半導体層１４の上には、より低接触抵抗の透光性電極１５を形成することができる。
【０１４６】
次に、図１７（ｂ）に示すように、透光性電極１５における光導波部、すなわち第２の半導体層１４と接触する部分の上に、互いに屈折率が異なる複数の誘電体層を積層して第２のＤＢＲミラー６５を形成する。
【０１４７】
次に、図１７（ｃ）に示すように、透光性電極１５における保護膜５１の上側部分に、ワイヤボンディング用のボンディングパット１６を選択的に形成し、続いて、第１の半導体層１２におけるｎ型電極形成領１２ａの上にチタンと金とを順次成膜してｎ型オーミック電極１７を形成する。
【０１４８】
以上説明したように、第５の実施形態に係る青色面発光レーザ素子の製造方法によると、透光性電極１５と接触するｐ型の第２の半導体層１４は、保護膜５１及び透光性電極１５に第２の半導体層１４のｐ型ドーパントであるマグネシウムが添加されているため、保護膜５１の堆積後のアニール、及び該保護膜５１が除去された後に形成される透光性電極１５の形成後のアニールによって、これらとの界面から第２の半導体層１４にマグネシウムがそれぞれ拡散する。その結果、第２の半導体層１４の透光性電極１５との界面近傍の抵抗値が大きく低減して、透光性電極１５と第２の半導体層１４との接触抵抗が低減するので、低動作電圧による駆動が可能となる。
【０１４９】
なお、第５の実施形態の第１変形例として、保護膜５１及び透光性電極１５を構成する透光性材料（ＩＴＯ）に、窒化ガリウムの導電型を決定するドーパントを添加する代わりに、保護膜５１及び透光性材料のうち少なくとも一方に、水素原子を吸着（結合）しやすい金属元素、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）又は白金（Ｐｔ）等を添加しても良い。
【０１５０】
また、窒化物半導体のドーパントとなる不純物又は水素原子を吸着しやすい金属元素は、保護膜５１及び透光性電極１５のいずれか一方にのみ添加するだけでも、本発明の効果を得ることができる。
【０１５１】
また、第２変形例として、第３の実施形態と同様に基板１１を除去し、第１のＤＢＲミラー６１における第１の半導体層１２の反対側の面上に、ｎ型オーミック電極を設けてもよい。また、基板１１を除去する場合には、第１のＤＢＲミラー６１に対して第１の半導体層１２の一部を露出するエッチングを行なって、その露出部分上にｎ型オーミック電極を設けてもよい。さらに、基板１１を除去する場合には、半導体積層構造体の成長時には窒化物半導体よりなる第１のＤＢＲミラー６１を形成せずに、基板１１を除去した後に、第１の半導体層１２におけるＭＱＷ活性層６３の反対側の面上に、窒化物半導体に代えて誘電体よりなる第１のＤＢＲミラー６１を形成してもよい。
【０１５２】
第１のＤＢＲミラー６１及び第２のＤＢＲミラー６５を誘電体により形成する場合には、誘電体材料として、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）及び酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）のうち、互いに屈折率が異なる少なくとも２つを選択すればよい。
【０１５３】
また、第１〜第５の各実施形態においては、基板１１の主面にはなんら加工を施していないが、該基板１１上には、選択的横方向成長（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒ Ｇｒｏｗｔｈ：ＥＬＯＧ）を行なえるように、選択成長用のマスクを形成したり、基板１１の上部に段差部を設けたりしてもよい。
【０１５４】
また、各実施形態において、基板材料はサファイアに限られず、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、スピネル、又はシリコン（Ｓｉ）等を用いてもよい。
【０１５５】
また、各実施形態において、面発光型の窒化物半導体発光素子として、発光ダイオード素子及び面発光レーザ素子を挙げたが、透光性電極を窒化物半導体上に設ける構成を持つ半導体発光素子であれば、本発明の効果を奏することはいうまでもない。
【０１５６】
【発明の効果】
本発明の半導体発光素子及びその製造方法によると、製造時の熱処理により透光性電極又は保護に含まれる不純物元素が該透光性電極又は保護膜と界面を持つ半導体層に拡散するため、半導体層に拡散した透光性電極又は保護膜からの不純物元素によって、該半導体層における透光性電極との界面近傍部分の抵抗値が低下するので、半導体層における透光性電極との間の接触抵抗が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る青色発光ダイオード素子を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る青色発光ダイオード素子を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る青色発光ダイオード素子を示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の第２変形例に係る青色発光ダイオード素子を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子を示す断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る青色面発光レーザ素子を示す断面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第５の実施形態に係る青色面発光レーザ素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第５の実施形態に係る青色面発光レーザ素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１８】従来の青色発光ダイオード素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 基板
１２ 第１の半導体層
１２ａ ｎ型電極形成領域
１３ 多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
１４ 第２の半導体層
１５ 透光性電極
１６ ボンディングパッド
１７ ｎ型オーミック電極
２０ 実装基板
２１ 高反射膜
２２ 第１の半田材
２３ 第２の半田材
３２ 第１の半導体層
３２ａ ｎ型電極形成領域
３３ ＭＱＷ活性層
３４ 第２の半導体層
３５ 透光性電極
３７ ｎ型オーミック電極
４１ ｐ型電極
４１Ａ 透光性ｐ型電極
４２ めっき下地層
４３ めっき層
４５ 透光性電極
４６ 多層膜
５１ 保護膜
６１ 第１のＤＢＲミラー
６３ ＭＱＷ活性層
６５ 第２のＤＢＲミラー
【発明の属する技術分野】
本発明は、青色域から紫外域の光を出力可能なIII-Ｖ族窒化物半導体よりなる半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、一般式がＢzＡｌxＧａ1-x-y-zＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）で表わされるIII-Ｖ族窒化物（以下、単に窒化物という）を用いた発光ダイオード素子（ＧａＮ系ＬＥＤ素子）が、各種表示用パネル、大型ディスプレイ又は交通信号機等で広く実用化されている。また、ＧａＮ系ＬＥＤ素子と蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤ素子も商品化され、将来的に発光効率が改善されれば、現状の照明装置と置き換わることも期待されている。
【０００３】
図１８は従来の窒化物半導体を用いた青色発光ダイオード素子の断面構成を示している（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照。）。図１８に示すように、従来の青色発光ダイオード素子は、サファイアよりなる基板１０１上に、ｎ型の窒化物半導体よりなる第１の半導体層１０２及びｐ型の窒化物半導体よりなる第２の半導体層１０３が順次積層されている。
【０００４】
第２の半導体層１０３の上には、ｐ型の窒化物半導体と良好なオーミック接触が可能な、厚さが２ｎｍ〜５ｎｍ程度のニッケル及び金よりなる第１の電極１０４が形成されている。
【０００５】
第１の電極１０４の上には、ワイヤボンディング用であって、第１の電極１０４を貫通して第２の半導体層１０３に達する金よりなる第２の電極１０５が形成されている。また、その一部が露出した第１の物半導体層１０２上にはｎ型オーミック電極１０６が形成されている。
【０００６】
このように、従来の青色発光ダイオード素子は、第１の半導体層１０２及び第２の半導体層１０３の界面により構成されるｐｎ接合部で発光した再結合光（生成光）が第２の半導体層１０３及び第１の電極１０４を透過して取り出される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０７−０９４７８２号公報
【特許文献２】
特開平１０−１７３２２４号公報
【特許文献３】
特開２０００−５８９１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の青色発光ダイオード素子は、ｐｎ接合部で生成された再結合光の一部が金属よりなる第１の電極１０４によって吸収されてしまうという問題がある。そこで、第１の電極１０４の厚さを極めて小さくすれば、該第１の電極１０４を透過する光の透過量を増大させることは可能とはなるが、その場合には、該第１の電極１０４における直列抵抗（シート抵抗）が増大してしまうというトレードオフの関係にあり、素子の光学的電気的特性（デバイス特性）を飛躍的に向上させることは困難となる。
【０００９】
また、他の方法として、光の取り出し効率を向上するため、第１の電極１０４の材料として、金属に代えて透光性電極を用いる方法がある。しかし、この場合には、ｐ型の窒化物半導体層とその上に形成される透光性電極との接触（コンタクト）抵抗が大きいという問題がある。
【００１０】
また、窒化物半導体は、該半導体の導電型を決定する不純物、特にｐ型不純物の活性化率が小さいため、シート抵抗が大きいという問題をも有している。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、窒化物半導体素子における透光性電極との間の接触抵抗を低減できるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光素子を、窒化物半導体層と界面を持つ透光性電極に窒化物半導体層にドープした不純物と同一の導電型を示す不純物又は水素を吸着可能な金属を添加する構成とする。
【００１３】
また、前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光素子を、窒化物半導体層と界面を持つ保護膜に窒化物半導体層にドープした不純物と同一の導電型を示す不純物又は水素を吸着可能な金属を添加する構成とする。
【００１４】
具体的に、本発明に係る第１の半導体発光素子は、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体と、半導体積層構造体の上に形成された透光性電極とを備え、透光性電極は半導体積層構造体のうち透光性電極と界面を持つ半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む。
【００１５】
第１の半導体発光素子によると、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体の上に形成された透光性電極は、半導体積層構造体のうち透光性電極と界面を持つ半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含むため、製造時の熱処理により透光性電極に含まれる不純物元素が該透光性電極と界面を持つ半導体層に拡散すると、半導体層に拡散した透光性電極からの不純物元素によって、該半導体層における透光性電極との界面近傍部分の抵抗値が低下する。その結果、半導体層における透光性電極との間の接触抵抗が小さくなる。
【００１６】
本発明に係る第２の半導体発光素子は、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体と、半導体積層構造体の上に形成された透光性電極とを備え、透光性電極は水素を吸着する金属元素を含む。
【００１７】
第２の半導体発光素子によると、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体の上に形成された透光性電極は水素を吸着する金属元素を含むため、製造時の熱処理により透光性電極に含まれる水素を吸着する金属元素が該透光性電極と界面を持つ半導体層に拡散すると、半導体層に添加されている不純物元素と結合していた水素原子が、透光性電極から半導体層に拡散してきた、水素を吸着する金属元素により吸着（結合）される。これにより、半導体層における透光性電極との界面近傍部分に添加されている不純物元素の活性化率が向上して半導体層の抵抗が小さくなるため、該半導体層における透光性電極との間の接触抵抗が小さくなる。
【００１８】
本発明に係る第３の半導体発光素子は、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体と、半導体積層構造体の上に形成された保護膜とを備え、保護膜は半導体積層構造体のうち該保護膜と界面を持つ半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む。
【００１９】
第３の半導体発光素子によると、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体の上に形成された保護膜は、半導体積層構造体のうち保護膜と界面を持つ半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含むため、製造時の熱処理により保護膜に含まれる不純物元素が該保護膜と界面を持つ半導体層に拡散すると、半導体層に拡散した保護膜からの不純物元素によって、該半導体層における保護膜との界面近傍部分の抵抗値が低下する。その結果、半導体層の上部の抵抗値（シート抵抗）が小さくなる。
【００２０】
本発明に係る第４の半導体発光素子は、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体と、半導体積層構造体の上に形成された保護膜とを備え、保護膜は水素を吸着する金属元素を含む。
【００２１】
第４の半導体発光素子によると、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体の上に形成された保護膜は水素を吸着する金属元素を含むため、製造時の熱処理により保護膜に含まれる金属元素が該保護膜と界面を持つ半導体層に拡散すると、半導体層に添加されている不純物元素と結合していた水素原子が、保護膜から半導体層に拡散してきた、水素を吸着する金属元素により吸着（結合）される。これにより、半導体層における透光性電極との界面近傍部分に添加されている不純物元素の活性化率が向上して半導体層の抵抗値が小さくなるため、該半導体層の上部の抵抗値（シート抵抗）が小さくなる。
【００２２】
第１又は第３の半導体発光素子において、不純物元素は、マグネシウム、亜鉛、ベリリウム又はシリコンであることが好ましい。
【００２３】
第２又は第４の半導体発光素子において、金属元素は、ニッケル、パラジウム又は白金であることが好ましい。
【００２４】
第３又は第４の半導体発光素子は、半導体積層構造体の上の保護膜が形成されていない領域に設けられた透光性電極をさらに備えていることが好ましい。
【００２５】
第１〜第４の半導体発光素子において、透光性電極はインジウム錫酸化物又は酸化ガリウムよりなることが好ましい。
【００２６】
また、第１〜第４の半導体発光素子は、透光性電極の上に、半導体積層構造体から出射される出射光を反射する複数の誘電体層よりなる多層膜をさらに備えていることが好ましい。
【００２７】
第１〜第４の半導体発光素子は、半導体積層構造体における透光性電極の反対側に形成され、半導体積層構造体から出射される出射光を反射する複数の誘電体層又は複数の半導体層よりなる多層膜をさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
この場合に、多層膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化チタン及び酸化タンタルのうちの少なくとも２つにより構成されていることが好ましい。
【００２９】
本発明に係る第１の半導体発光素子の製造方法は、基板上に導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体を形成する工程と、半導体積層構造体の電極形成面の上に、該電極形成面よりなる半導体に添加された不純物元素と同一の導電型他を示す不純物元素を含む材料を用いて透光性電極を形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なう工程とを備えている。
【００３０】
第１の半導体発光素子の製造方法によると、基板上に導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体を形成し、その後、半導体積層構造体の電極形成面の上に、該電極形成面よりなる半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む材料を用いて透光性電極を形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なうため、半導体積層構造体の上に形成される透光性電極は、熱処理により透光性電極に含まれる不純物元素が該透光性電極と界面を持つ半導体層に拡散する。このため、半導体層に拡散した透光性電極からの不純物元素によって、該半導体層における透光性電極との界面近傍部分の抵抗値が低下するので、半導体層における透光性電極との間の接触抵抗が小さくなる。
【００３１】
本発明に係る第２の半導体発光素子の製造方法は、基板上に導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体を形成する工程と、半導体積層構造体の上に、水素を吸着する金属元素を含む材料を用いて透光性電極を形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なう工程とを備えている。
【００３２】
第２の半導体発光素子の製造方法によると、基板上に導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体を形成し、その後、半導体積層構造体の上に、水素を吸着する金属元素を含む材料を用いて透光性電極を形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なうため、半導体積層構造体の上に形成される透光性電極は、熱処理により透光性電極に含まれる水素を吸着する金属元素が該透光性電極と界面を持つ半導体層に拡散する。このため、半導体層に添加されている不純物元素と結合していた水素原子が、透光性電極から半導体層に拡散してきた、水素を吸着する金属元素により吸着（結合）されるので、半導体層における透光性電極との界面近傍部分に添加されている不純物元素の活性化率が向上して半導体層の抵抗が小さくなり、その結果、該半導体層における透光性電極との間の接触抵抗が小さくなる。
【００３３】
第１又は第２の半導体発光素子の製造方法は、透光性電極を形成するよりも前に、半導体積層構造体の上に保護膜を形成する工程と、保護膜における透光性電極の形成部分を除去する工程とをさらに備え、保護膜は、半導体積層構造体のうち保護膜と界面を持つ半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む材料を用いて形成することが好ましい。
【００３４】
第１又は第２の半導体発光素子の製造方法は、透光性電極を形成するよりも前に、半導体積層構造体の上に保護膜を形成する工程と、保護膜における透光性電極の形成部分を除去する工程とをさらに備え、保護膜は水素を吸着する金属元素を含む材料を用いて形成することが好ましい。
【００３５】
本発明に係る第３の半導体発光素子の製造方法は、基板上に、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体を形成する工程と、半導体積層構造体の上に金属よりなる第１電極を形成する工程と、半導体積層構造体から基板を除去する工程と、半導体積層構造体における第１電極の反対側の第２電極形成面の上に、該第２電極形成面を有する半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む材料を用いて透光性電極を形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なう工程とを備えている。
【００３６】
第３の半導体発光素子の製造方法によると、半導体積層構造体から基板を除去し、その後、半導体積層構造体における第１電極の反対側の第２電極形成面の上に、該第２電極形成面を有する半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む材料を用いて透光性電極を形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なう。このため、基板の材料にサファイアのような導電性を持たない絶縁性材料を用いた場合であっても、半導体積層構造体の上面及び下面に第１電極及び第２電極を互いに対向するように形成することができる。その上、金属よりなる第１電極と対向する第２電極（透光性電極）を、第２電極形成面を有する半導体に添加された不純物元素と同一の導電型を示す不純物元素を含む材料を用いて形成し、形成した透光性電極に対して熱処理を行なうため、透光性電極と界面を持つ半導体層に拡散した透光性電極からの不純物元素によって、該半導体層における透光性電極との界面近傍部分の抵抗値が低下するので、該半導体層における透光性電極との間の接触抵抗が小さくなる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る青色発光ダイオード素子であって、図１（ａ）は平面構成を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面構成を示している。
【００３９】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、例えばサファイアよりなる基板１１の上に、厚さが約４μｍでキャリア密度が約１×１０17ｃｍ2 のｎ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）よりなる第１の半導体層１２と、厚さが約７ｎｍのＧａＮよりなる障壁層と厚さが約３ｎｍのＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ｎよりなる井戸層とが３対積層されてなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１３と、厚さが約０．８μｍでキャリア密度が約１×１０18ｃｍ2 のｐ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）よりなる第２の半導体層１４とが順次形成されている。
【００４０】
第２の半導体層１４の上には、厚さが約１００ｎｍのインジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）よりなる透光性電極１５が形成されている。
【００４１】
透光性電極１５の上には、金（Ａｕ）よりなるボンディングパッド１６が選択的に形成され、さらに、選択的に露出された第１の半導体層１２の上には、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層体よりなるｎ型オーミック電極１７が形成されている。
【００４２】
この構成により、ＭＱＷ活性層１３から青色光が生成されて出射され、第２の半導体層１４及び透光性電極１５を通して外部に取り出される。
【００４３】
第１の実施形態の特徴として、透光性電極１５を構成するＩＴＯには、ｐ型の第２の半導体層１４に添加された不純物元素と同一のマグネシウム（Ｍｇ）が添加されている。このＩＴＯに添加されたマグネシウムは、後述するように製造時のアニールにより第２の半導体層１４に拡散して、該第２の半導体層１４と透光性電極１５との接触抵抗を低減させる。
【００４４】
なお、透光性電極１５に添加する不純物元素は、マグネシウムに限られず、亜鉛（Ｚｎ）やベリリウム（Ｂｅ）等の、窒化ガリウムの導電型をｐ型とするドーパントであれば良い。
【００４５】
また、ＭＱＷ活性層１３に代えて、厚さが約２０ｎｍの窒化インジウムガリウムよりなる単一量子井戸（ＳＱＷ）活性層としてもよい。
【００４６】
また、図１（ａ）に示すように、透光性電極１５は導電性を有しているため、電極の配置位置及び形状は任意である。
【００４７】
このように第１の実施形態によると、透光性電極１５には、ｐ型の第２の半導体層１４に添加した不純物元素と同一のマグネシウムを添加しているため、第２の半導体層１４と透光性電極１５との接触抵抗が小さくなり、動作電圧を低減することができる。
【００４８】
以下、前記のように構成された青色発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００４９】
図２（ａ）〜図２（ｃ）、図３（ａ）及び図３（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００５０】
まず、図２（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、径が約５．１ｃｍ（＝２インチ）で、主面の面方位が（０００１）面であるサファイアよりなる基板１１の上に、ガリウム源にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、窒素源にアンモニア（ＮＨ3 ）を用い、キャリアガスに水素（Ｈ2 ）を用い、成長温度を５００℃程度に設定して、サファイアと該サファイアの上に成長する第１の半導体層１２等との格子不整合を緩和する窒化ガリウムよりなる低温緩衝層（図示せず）を成長する。続いて、低温緩衝層の上に、ドナー不純物であるシリコンを含む原料であるモノシラン（ＳｉＨ4 ）を添加し、成長温度を約１０３０℃として、厚さが約４μｍのｎ型の窒化ガリウムよりなる第１の半導体層１２を成長する。続いて、モノシランの供給を停止し、第１の半導体層１２の上に、厚さが約７ｎｍの窒化ガリウムよりなる障壁層を成長し、続いて、キャリアガスを窒素（Ｎ2 ）に切り替えると共に成長温度を約８００℃に降温して、インジウム源であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）をも供給しながら、障壁層の上に、厚さが約３ｎｍでインジウムの組成が３０％の窒化インジウムガリウムよりなる井戸層を成長する。この障壁層と井戸層とを交互に３対成長して、ＭＱＷ活性層１３を形成する。この量子井戸構造により、ＭＱＷ活性層には波長が約４７０ｎｍの青色光が生成される。このように、窒化ガリウムよりなる障壁層を成長する際のキャリアガスは水素とし、その成長温度を約１０３０℃としており、一方、窒化インジウムガリウムよりなる井戸層を成長する際のキャリアガスは窒素とし、その成長温度を約８００℃としている。
【００５１】
続いて、トリメチルガリウム及びアンモニアよりなる各原料ガスに、アクセプタ不純物であるマグネシウムを含む原料であるシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）を添加して、ＭＱＷ活性層１３の上に、厚さが約０．８μｍのｐ型の窒化ガリウムよりなる第２の半導体層１４を成長する。第２の半導体層１４を成長した後、アニーリング装置を用いて、第２の半導体層１４に対して、温度が約７５０℃の窒素雰囲気で２０分間のアニールを行なって、第２の半導体層１４に添加されたｐ型ドーパントを活性化することにより、第２の半導体層１４をさらに低抵抗化する。
【００５２】
次に、図２（ｂ）に示すように、例えば塩素（Ｃｌ2 ）をエッチングガスとする反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）又は誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）エッチング等のドライエッチングにより、第２の半導体層１４、ＭＱＷ活性層１３、及び第１の半導体層１２の上部を選択的に除去して、第１の半導体層１２にｎ型電極形成領域１２ａを形成する。
【００５３】
次に、図２（ｃ）に示すように、第２の半導体層１４の上に、厚さが約１００ｎｍで、第２の半導体層１４のｐ型ドーパントと同一の不純物元素であるマグネシウムが添加されたＩＴＯを選択的に成膜して透光性電極１５を形成する。ＩＴＯの成膜法には、スパッタ法、パルスレーザ堆積（ＰＬＤ）法、電子ビーム（ＥＢ）法、又はゾル・ゲル法等を用いる。ＩＴＯの低抵抗化という観点からは、スパッタ法又はＰＬＤ法が好ましい。また、スパッタ法又はＰＬＤ法を用いると、ターゲット材は一般に焼結法により形成するため、マグネシウム等の不純物元素を容易に添加することができる。続いて、透光性電極１５を成膜した後、該透光性電極１５に対して温度が約５００℃のアニールを行なう。このアニールにより、ＩＴＯに添加されていたマグネシウムの一部がＩＴＯと第２の半導体層１４との界面から該第２の半導体層１４に拡散する。これにより、第２の半導体層１４における透光性電極１５との界面の近傍領域の抵抗値が低減して、第２の半導体層１４に対して接触抵抗が小さい透光性電極１５が形成される。ここで、ＩＴＯに添加する不純物元素はマグネシウムに限られず、亜鉛又はベリリウムを用いてもよい。しかしながら、ドーパントがより活性化するという観点からはマグネシウムが好ましい。また、透光性電極１５はＩＴＯに限られず、４７０ｎｍの波長を有する出射光に対して透明であれば良く、例えば酸化錫（ＳｎＯ2 ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いてもよい。
【００５４】
次に、図３（ａ）に示すように、各透光性電極１５の上に、ワイヤボンディング用のボンディングパット１６をそれぞれ選択的に形成する。続いて、第１の半導体層１２における各ｎ型電極形成領１２ａの上にチタンと金とを順次成膜してそれぞれｎ型オーミック電極１７を形成する。
【００５５】
次に、図３（ｂ）に示すように、基板１１を３００μｍ角程度のチップ状に分割して、青色発光ダイオード素子を得る。
【００５６】
以上のように作製された、ｐ型の第２の半導体層１４から出射光を取り出す青色発光ダイオード素子は、透光性電極１５（ｐ型電極）に対してｐ型の第２の半導体層１４にドープされた不純物と同一のマグネシウムをあらかじめ添加しておき、アニールによりその界面を通して第２の半導体層１４に拡散させるため、透光性電極１５の第２の半導体層１４との接触抵抗が小さくなるので、第２の半導体層１４における透光性電極１５との界面近傍が低抵抗となり、その結果、動作電圧を低減することができる。
【００５７】
（第１の実施形態の第１変形例）
第１の実施形態においては、透光性電極１５を構成する透光性材料（ＩＴＯ）に、窒化ガリウムの導電型をｐ型とするドーパントを添加したが、ｐ型ドーパント以外にも、水素原子を吸着（結合）しやすい金属元素、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）又は白金（Ｐｔ）等を添加しても良い。この場合の透光性電極１５の形成方法は、該透光性電極１５を成膜する際のターゲット材に、ニッケル等の水素原子を吸着しやすい金属元素をあらかじめ添加しておけば良い。
【００５８】
一般に、ｐ型の窒化ガリウム半導体に添加されたｐ型ドーパントは水素原子と結合して不活性な状態となりやすい。そこで、水素原子を吸着しやすいこれらの金属原子を、透光性電極１５を介してｐ型の半導体層に拡散すると、該ｐ型の半導体層に拡散された金属原子がｐ型の半導体層に取り込まれた水素原子を引きつける。
【００５９】
このように、ニッケル等の金属原子は、ｐ型ドーパントの不活性化の原因である水素原子をｐ型ドーパントから引き離すため、マグネシウム等のｐ型ドーパントの活性化が促進されるので、ｐ型の第２の半導体層１４における透光性電極１５との界面近傍の領域が低抵抗となる。その結果、第２の半導体層１４に対して接触抵抗が小さい透光性電極１５を形成することができるようになる。
【００６０】
（第１の実施形態の第２変形例）
第１の実施形態においては、ｐ型の第２の半導体層１４側から生成光を取り出す構成としたが、基板１１側から生成光を取り出すフリップチップ型素子としてもよい。
【００６１】
図４に示すように、青色発光ダイオード素子における透光性電極１５は、複数の誘電体よりなる多層膜から構成された高反射膜２１及び第１の半田材２２を介在させており、また、ｎ型オーミック電極１７は第２の半田材２３を介在させて、それぞれ実装基板２０の上に固着されている。
【００６２】
このように、第２変形例に係る青色発光ダイオード素子は、透光性電極１５の上にボンディングパット１６に代えて高反射膜２１を設けることにより、透光性電極１５側に出射された出射光を高反射膜２１で反射して、基板１１側から取り出す構成である。ここで、高反射膜２１の反射率は高い程良く、少なくとも７０％以上であることが望ましい。
【００６３】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００６４】
図５は本発明の第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子の断面構成を示している。図５において、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００６５】
図５に示すように、例えばサファイアよりなる基板１１の上に、厚さが約４μｍでキャリア密度が約１×１０17ｃｍ2 のｎ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ）よりなる第１の半導体層３２と、厚さが約７ｎｍの窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎ）よりなる障壁層と厚さが約３ｎｍのＧａＮよりなる井戸層とが３対積層されてなるＭＱＷ活性層３３と、厚さが約０．８μｍでキャリア密度が約１×１０18ｃｍ2 のｐ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ）よりなる第２の半導体層３４とが順次形成されている。
【００６６】
第１の半導体層３２の露出領域には、チタンとアルミニウムとよりなるｎ型オーミック電極３７が形成されている。
【００６７】
第２の半導体層３４の上には、厚さが約１００ｎｍで、１ mol％程度の錫（Ｓｎ）が添加された酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）よりなる透光性電極３５が形成されている。ここで、酸化ガリウムにはβ（立方晶）型を用いると導電性がより良好となり好ましい。また、透光性電極３５を構成する酸化ガリウムには、ｐ型の第２の半導体層１４に添加された不純物元素と同一のマグネシウム（Ｍｇ）が添加されている。第１の実施形態と同様に、この酸化ガリウムに添加されたマグネシウムは、製造時のアニールにより第２の半導体層３４に拡散して、該第２の半導体層３４と透光性電極３５との接触抵抗が低減する。
【００６８】
なお、一般に透光性電極として用いられるＩＴＯは、波長が３００ｎｍ程度の紫外光に対して透過率が低く、透光性電極としては適していない。そこで、酸化錫が添加された酸化ガリウム、特にβ型の酸化ガリウムは、３００ｎｍ帯の紫外光に対して高い透過率を有しているため、第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子に設ける透光性電極３５として適している。
【００６９】
以上のように、第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子は、透過率が高い透光性電極３５を用いているため光の取り出し効率が向上する。その上、透光性電極３５に第２の半導体層３４をｐ型とする不純物と同一の導電型を示す不純物が添加されて、透光性電極３５と第２の半導体層３４との接触抵抗が小さいため、動作電圧を低減することができる。
【００７０】
なお、透光性電極３５に添加する不純物元素は、マグネシウムに限られず、亜鉛やベリリウム等の、窒化ガリウムの導電型をｐ型とするドーパントであればよい。
【００７１】
また、ＭＱＷ活性層３３に代えて、厚さが約２０ｎｍの窒化ガリウムよりなる単一量子井戸（ＳＱＷ）活性層としてもよい。
【００７２】
以下、前記のように構成された紫外発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００７３】
図６（ａ）〜図６（ｃ）及び図７（ａ）〜図７（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００７４】
まず、図６（ａ）に示すように、ＭＯＶＰＥ法により、径が約５．１ｃｍで、主面の面方位が（０００１）面であるサファイアよりなる基板１１の上に、ガリウム源にトリメチルガリウムを用い、アルミニウム源にトリメチルアルミニウムを用い、窒素源にアンモニアを用い、キャリアガスに水素を用い、成長温度を５００℃程度に設定して、サファイアと該サファイアの上に成長する第１の半導体層３２等との格子不整合を緩和する窒化アルミニウムガリウムよりなる低温緩衝層（図示せず）を成長する。ここで、低温緩衝層は窒化ガリウムにより形成してもよい。続いて、低温緩衝層の上に、ドナー不純物であるシリコンを含む原料であるモノシランを添加し、成長温度を約１０３０℃として、厚さが約４μｍのｎ型の窒化アルミニウムガリウムよりなる第１の半導体層３２を成長する。続いて、モノシランの供給を停止し、第１の半導体層３２の上に、厚さが約７ｎｍの窒化アルミニウムガリウムよりなる障壁層を成長し、続いて、アルミニウム源であるトリメチルアルミニウムの供給を停止して、障壁層の上に、厚さが約３ｎｍの窒化ガリウムよりなる井戸層を成長する。この障壁層と井戸層とを交互に３対成長して、ＭＱＷ活性層３３を形成する。この量子井戸構造により、ＭＱＷ活性層３３には波長が約３６０ｎｍの紫外光が生成される。続いて、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム及びアンモニアよりなる各原料ガスに、アクセプタ不純物であるマグネシウムを含む原料であるシクロペンタジエニルマグネシウムを添加して、ＭＱＷ活性層３３の上に、厚さが約０．８μｍのｐ型の窒化アルミニウムガリウムよりなる第２の半導体層３４を成長する。
【００７５】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えばＰＬＤ法を用いて、第２の半導体層３４の上に、電極自体に導電性をもたらす錫と第２の半導体層３４に拡散するためのマグネシウムとが添加されたβ型の酸化ガリウムを１００ｎｍ程度の厚さで成膜して透光性電極３５を形成する。なお、酸化ガリウムの成膜方法は、スパッタ法でもよいが、良好な結晶性を得られるＰＬＤ法が好ましい。続いて、透光性電極３５を成膜した後に、アニーリング装置を用いて、第２の半導体層３４及び透光性電極３５に対して、温度が約７５０℃の窒素雰囲気で２０分間のアニールを行なうことにより透光性電極３５を低抵抗化すると共に、透光性電極３５から拡散したｐ型ドーパントを含め第２の半導体層３４のｐ型ドーパントを活性化することにより、第２の半導体層３４をさらに低抵抗化する。
【００７６】
次に、図６（ｃ）に示すように、透光性電極３５におけるｎ型オーミック電極の形成領域の上側部分を選択的に除去するパターニングを行なう。
【００７７】
次に、図７（ａ）に示すように、例えば塩素をエッチングガスとするＲＩＥ又はＩＣＰエッチング等のドライエッチングにより、第２の半導体層３４、ＭＱＷ活性層３３、及び第１の半導体層３２の上部を選択的に除去して、第１の半導体層３２にｎ型電極形成領域３２ａを形成する。
【００７８】
次に、図７（ｂ）に示すように、各透光性電極３５の上に、ワイヤボンディング用のボンディングパット１６を選択的に形成する。続いて、第１の半導体層３２における各ｎ型電極形成領３２ａの上にチタンとアルミニウムとを順次成膜してｎ型オーミック電極３７を形成する。
【００７９】
次に、図７（ｂ）に示すように、基板１１を３００μｍ角程度のチップ状に分割して、紫外発光ダイオード素子を得る。
【００８０】
以上説明したように、第２の実施形態に係る製造方法によると、透光性電極３５として、紫外光に対する透過率が高い、酸化錫が添加された酸化ガリウムを用いるため、生成光の取り出し効率が極めて良好となるので、電力変換効率が向上する。
【００８１】
その上、ｐ型の第２の半導体層３４にドープされているｐ型不純物と同一のマグネシウムを透光性電極３５にも添加しているため、該透光性電極３５を形成した後に行なうアニールによって、第１の実施形態と同様に、マグネシウムの一部が第２の半導体層３４における透光性電極３５との界面の近傍領域に拡散する。これにより、第２の半導体層３４の透光性電極３５との界面近傍が低抵抗化するため、第２の半導体層３４と透光性電極３５との接触抵抗が低下する。
【００８２】
なお、酸化ガリウムに添加する不純物元素は、マグネシウムに限られず、窒化アルミニウムガリウムにｐ型の導電性を示すドーパントであれば良く、亜鉛又はベリリウム等を用いても良い。
【００８３】
（第２の実施形態の一変形例）
第２の実施形態においては、透光性電極３５を構成する透光性材料（酸化ガリウム）に、窒化アルミニウムガリウムの導電型をｐ型とするドーパントを添加したが、ｐ型ドーパント以外にも、水素原子を吸着（結合）しやすい金属元素、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）又は白金（Ｐｔ）等を添加してもよい。この場合の透光性電極３５の形成方法は、該透光性電極３５を成膜する際のターゲット材に、ニッケル等の水素原子を吸着しやすい金属元素をあらかじめ添加すれば良い。
【００８４】
これにより、本変形例に係る窒化物半導体よりなる紫外発光ダイオード素子は、光の取り出し効率の高効率化と動作電圧の低減とを実現することができる。
【００８５】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８６】
図８は本発明の第３の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の断面構成を示している。図８において、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８７】
図８に示すように、第３の実施形態に係る青色発光ダイオード素子は、ｎ型窒化ガリウムよりなる第１の半導体層１２の上に透光性電極４５が形成されており、いわゆるＮ−ｕｐ構造としている。
【００８８】
ＭＱＷ活性層１３に対して第１の半導体層１２の反対側（下側）には、ｐ型窒化ガリウムよりなる第２の半導体層１４が形成されている。
【００８９】
第２の半導体層１４の下側には、厚さが約１００ｎｍの白金よりなるｐ型電極４１が形成され、該ｐ型電極４１の下側には、厚さが約２００ｎｍの金よりなるめっき下地層４２が形成され、該めっき下地層４２の下側には、厚さが約５０μｍの金よりなるめっき層４３が形成されている。
【００９０】
第３の実施形態の特徴として、透光性電極４５を構成するＩＴＯには、ｎ型の第１の半導体層１２に添加された不純物元素と同一のシリコン（Ｓｉ）が添加されている。このＩＴＯに添加されたシリコンは、後述するように製造時のアニールにより第１の半導体層１２に拡散して、該第１の半導体層１２と透光性電極４５との接触抵抗が低減する。
【００９１】
なお、透光性電極４５に添加する不純物元素は、シリコンに限られず、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の、窒化ガリウムの導電型をｎ型とするドーパントであれば良い。
【００９２】
また、サファイアよりなる基板１１を半導体積層構造体から除去し、代わりに、金よりなるめっき層４３を設けている。これにより、放熱性に優れないサファイアではなく、放熱性に優れためっき層４３をサブマウント上に実装できるため、デバイスの温度特性が確実に向上する。
【００９３】
また、ここでは、図８に示すように、Ｎ−ｕｐ構造としたが、ｐ型の第２の半導体層１４におけるＭＱＷ活性層１３の反対側の面上に透光性電極を形成する、いわゆるＰ−ｕｐ構造としてもよい。この場合の透光性電極には、第１の実施形態と同様にマグネシウムを添加する。これにより、Ｎ−ｕｐ構造の場合と同様に、放熱性に優れ且つ低動作電圧による駆動が可能なデバイスを実現できる。
【００９４】
また、半導体積層構造体を第２の実施形態と同様に、窒化アルミニウムガリウムとして、ＭＱＷ活性層からの出射光を紫外光とする場合には、透光性電極４５の材料には、酸化錫及びそれと界面を持つ半導体層の不純物と同一の導電型を示す不純物が添加された酸化ガリウム、特にβ型の酸化ガリウムを用いることが好ましい。
【００９５】
また、ＭＱＷ活性層１３に代えて、厚さが約２０ｎｍの窒化インジウムガリウムよりなる単一量子井戸（ＳＱＷ）活性層としてもよい。
【００９６】
以下、前記のように構成された青色発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００９７】
図９（ａ）〜図９（ｃ）及び図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００９８】
まず、図９（ａ）に示すように、ＭＯＶＰＥ法により、径が約５．１ｃｍで、主面の面方位が（０００１）面であるサファイアよりなる基板１１の上に、ガリウム源にトリメチルガリウムを用い、窒素源にアンモニアを用い、キャリアガスに水素を用い、成長温度を５００℃程度に設定して、サファイアと該サファイアの上に成長する第１の半導体層１２等との格子不整合を緩和する低温緩衝層（図示せず）を成長する。続いて、低温緩衝層の上に、ドナー不純物であるシリコンを含む原料であるモノシランを添加し、成長温度を約１０３０℃として、厚さが約４μｍのｎ型の窒化ガリウムよりなる第１の半導体層１２を成長する。続いて、モノシランの供給を停止し、第１の半導体層１２の上に、厚さが約７ｎｍの窒化ガリウムよりなる障壁層を成長し、続いて、キャリアガスを窒素（Ｎ2 ）に切り替えると共に成長温度を約８００℃に降温して、インジウム源であるトリメチルインジウムをも供給しながら、障壁層の上に、厚さが約３ｎｍでインジウムの組成が３０％の窒化インジウムガリウムよりなる井戸層を成長する。この障壁層と井戸層とを交互に３対成長して、ＭＱＷ活性層１３を形成する。続いて、トリメチルガリウム及びアンモニアよりなる各原料ガスに、アクセプタ不純物であるマグネシウムを含む原料であるシクロペンタジエニルマグネシウムを添加して、ＭＱＷ活性層１３の上に、厚さが約０．８μｍのｐ型の窒化ガリウムよりなる第２の半導体層１４を成長する。第２の半導体層１４を成長した後、第２の半導体層１４に対して、温度が約７５０℃の窒素雰囲気で２０分間のアニールを行なって、第２の半導体層１４に添加されたｐ型ドーパントを活性化することにより、第２の半導体層１４をさらに低抵抗化する。
【００９９】
次に、図９（ｂ）に示すように、例えばＥＢ蒸着法により、第２の半導体層１４の上に全面にわたって白金からなるｐ型電極４１を形成する。ここで、ｐ型電極４１を構成する材料は、白金に限られず、ｐ型の第２の半導体層１４に対するオーミック性が良好で且つ反射率が高い材料であれば良く、例えば、ロジウム（Ｒｈ）又は銀（Ａｇ）等を用いてもよい。
【０１００】
次に、図９（ｃ）に示すように、例えばＥＢ蒸着法により、ｐ型電極４１の上の全面に、金よりなるめっき下地層４２を成膜する。続いて、めっき法により、めっき下地層４２の上の全面に、厚さが約５０μｍの金よりなるめっき層４３を成膜する。
【０１０１】
次に、図１０（ａ）に示すように、めっき層４３が形成された半導体積層構造体から基板１１を除去する。基板１１の除去方法には、例えば、サファイアを透過し且つ窒化ガリウムに吸収される波長を持つレーザ光を基板１１の裏面（第１の半導体層１２の反対側の面）側から照射することにより基板１１を剥離するレーザリフトオフ法や、基板１１を機械的に研磨する研磨法とがある。なお、レーザリフトオフ法を用いた場合には、第１の半導体層１２における基板の剥離面上に、窒化ガリウムが熱分解してなる金属ガリウムが付着するため、付着した金属ガリウムを塩酸で除去する必要がある。
【０１０２】
次に、図１０（ｂ）に示すように、第１の半導体層１２の露出面上、すなわち、第１の半導体層１２におけるＭＱＷ活性層１３の反対側の面上に、例えばＰＬＤ法により、厚さが約１００ｎｍで、第１の半導体層１２のｎ型ドーパントと同一の不純物元素であるシリコンが添加されたＩＴＯを成膜して透光性電極４５を形成する。ここでも、ＩＴＯの材料に添加する不純物元素は、第１の半導体層１２にｎ型の導電性を示すドーパントであれば良く、例えばシリコンに代えてゲルマニウム等を用いてもよい。
【０１０３】
また、透光性電極４５の材料はＩＴＯに限られず、波長が４７０ｎｍ程度の光に対して透明であれば良く、酸化錫又は酸化亜鉛を用いてもよい。
【０１０４】
また、第２の実施形態のように、ＭＱＷ活性層１３が紫外域の波長を持つ発光光を出力する構成であれば、透光性電極４５に酸化錫が添加された酸化ガリウムを用いることにより、発光波長に対して透明となる。
【０１０５】
続いて、透光性電極４５を成膜した後、該透光性電極４５に対して温度が約５００℃のアニールを行なう。このアニールにより、ＩＴＯに添加されていたシリコンの一部が第１の半導体層１２との界面から第１の半導体層１２に拡散するため、第１の半導体層１２における透光性電極４５との界面の近傍領域の抵抗値が低減して、第１の半導体層１２に対して接触抵抗が小さい透光性電極４５が形成される。
【０１０６】
次に、図１０（ｃ）に示すように、透光性電極４５の上に、ワイヤボンディング用のボンディングパット１６を選択的に形成する。続いて、半導体積層構造体を３００μｍ角程度のチップ状に分割して、青色発光ダイオード素子を得る。
【０１０７】
以上説明したように、第３の実施形態に係るＮ−ｕｐ構造を有する青色発光ダイオード素子は、透光性電極４５（ｎ型電極）に対してｎ型の第１の半導体層１２にドープされた不純物と同一のシリコンをあらかじめ添加しておき、アニールにより第１の半導体層１２に拡散させるため、透光性電極４５の第１の半導体層１２との接触抵抗が小さくなるので、動作電圧の低減が可能となる。
【０１０８】
その上、サファイアよりなる基板１１を除去し、且つｐ型の第２の半導体層１４に設けたｐ型電極４１上に、金よりなるめっき層４３を形成しているため、該めっき層４３をサブマウント等に実装すると、放熱性に優れたデバイスを得られる。
【０１０９】
なお、第３の実施形態の第１変形例として、透光性電極４５を構成する透光性材料（ＩＴＯ）に、窒化ガリウムの導電型を決定するドーパントを添加する代わりに、透光性材料に水素原子を吸着（結合）しやすい金属元素、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）又は白金（Ｐｔ）等を添加してもよい。
【０１１０】
さらに、第２変形例として、図１１に示すように、白金からなるｐ型電極４１を透光性材料よりなる透光性ｐ型電極４１Ａとし、さらに、透光性ｐ型電極４１Ａにおけるｐ型の第２の半導体層１４の反対側に、誘電体又は半導体よりなる多層膜（反射膜）４６を設けてもよい。
【０１１１】
この場合も、透光性ｐ型電極４１Ａには、第２の半導体層１４におけるアクセプタ不純物であるマグネシウムが添加されていることが好ましい。また、多層膜４６における光の反射率は７０％以上であることが好ましい。
【０１１２】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１１３】
図１２は本発明の第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の断面構成を示している。図１２において、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１１４】
第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子は、第２の半導体層１４の上面における透光性電極１５を除く領域、並びに第２の半導体層１４、ＭＱＷ活性層１３及び第１の半導体層１２の露出する各側面を覆うように、マグネシウムが添加された酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）よりなる保護膜５１が形成されている。
【０１１５】
このように第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子は、その側面が保護膜５１により覆われているため、サブマウント材等への実装時に、半導体積層構造体の側面に半田材が回り込むことによる電流のリークを防止することができる。
【０１１６】
その上、透光性電極１５及び保護膜５１には、ｐ型の第２の半導体層１４のドーパントと同一の不純物元素であるマグネシウムが添加されているため、透光性電極１５と第２の半導体層１４との接触抵抗を小さくすることができるので、低電圧動作が可能となる。
【０１１７】
なお、透光性電極１５に添加する不純物元素は、マグネシウムに限られず、亜鉛やベリリウム等の、窒化ガリウムの導電型をｐ型とするドーパントであればよい。
【０１１８】
また、ＭＱＷ活性層１３に代えて、厚さが約２０ｎｍの窒化ガリウムよりなる単一量子井戸（ＳＱＷ）活性層としてもよい。
【０１１９】
以下、前記のように構成された青色発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１２０】
図１３（ａ）〜図１３（ｄ）及び図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１２１】
まず、図１３（ａ）に示すように、ＭＯＶＰＥ法により、径が約５．１ｃｍで、主面の面方位が（０００１）面であるサファイアよりなる基板１１の上に、ガリウム源にトリメチルガリウムを用い、窒素源にアンモニアを用い、キャリアガスに水素を用い、成長温度を５００℃程度に設定して、サファイアと該サファイアの上に成長する第１の半導体層１２等との格子不整合を緩和する低温緩衝層（図示せず）を成長する。続いて、低温緩衝層の上に、ドナー不純物であるシリコンを含む原料であるモノシランを添加し、成長温度を約１０３０℃として、厚さが約４μｍのｎ型の窒化ガリウムよりなる第１の半導体層１２を成長する。続いて、モノシランの供給を停止し、第１の半導体層１２の上に、厚さが約７ｎｍの窒化ガリウムよりなる障壁層を成長し、続いて、キャリアガスを窒素（Ｎ2 ）に切り替えると共に成長温度を約８００℃に降温して、インジウム源であるトリメチルインジウムをも供給しながら、障壁層の上に、厚さが約３ｎｍでインジウムの組成が３０％の窒化インジウムガリウムよりなる井戸層を成長する。この障壁層と井戸層とを交互に３対成長して、ＭＱＷ活性層１３を形成する。続いて、トリメチルガリウム及びアンモニアよりなる各原料ガスに、アクセプタ不純物であるマグネシウムを含む原料であるシクロペンタジエニルマグネシウムを添加して、ＭＱＷ活性層１３の上に、厚さが約０．８μｍのｐ型の窒化ガリウムよりなる第２の半導体層１４を成長する。第２の半導体層１４を成長した後、第２の半導体層１４に対して、温度が約７５０℃の窒素雰囲気で２０分間のアニールを行なって、第２の半導体層１４に添加されたｐ型ドーパントを活性化することにより、第２の半導体層１４をさらに低抵抗化する。
【０１２２】
次に、図１３（ｂ）に示すように、例えば塩素をエッチングガスとするＲＩＥ又はＩＣＰエッチング等のドライエッチングにより、第２の半導体層１４、ＭＱＷ活性層１３、及び第１の半導体層１２の上部を選択的に除去して、第１の半導体層１２にｎ型電極形成領域１２ａを形成する。
【０１２３】
次に、図１３（ｃ）に示すように、例えばスパッタ法を用いて、第２の半導体層１４の上に各ｎ型電極形成領域１２ａを含む全面にわたって、厚さが約３００ｎｍでマグネシウムが添加された酸化シリコンよりなる保護膜５１を堆積する。続いて、堆積した保護膜５１に対して、５００℃程度の温度でアニールを行なうことにより、保護膜５１に添加されたマグネシウムが、該保護膜５１からその界面を通して第２の半導体層１４の上部に拡散し、該第２の半導体層１４の保護膜５１との界面近傍の抵抗値が低減する。なお、保護膜５１にマグネシウムを添加するには、スパッタ法の場合にはターゲット材に混入すれば良く、ゾル・ゲル法の場合には原料液に有機化合物として混入すれば良い。
【０１２４】
次に、図１３（ｄ）に示すように、保護膜５１における第２の半導体層１４上の透光性電極の形成部分、及び保護膜５１における各ｎ型電極形成領域１２ａの上側部分をドライエッチングにより選択的に除去する。
【０１２５】
次に、図１４（ａ）に示すように、例えばスパッタ法又はＰＬＤ法により、第２の半導体層１４の露出面上に、厚さが約１００ｎｍで、第２の半導体層１４のｐ型ドーパントと同一の不純物元素であるマグネシウムが添加されたＩＴＯを選択的に成膜して透光性電極１５を形成する。その後、形成した透光性電極１５に対して、再度５００℃程度の温度でアニールを行なうことにより、透光性電極１５に添加されたマグネシウムが、該透光性電極１５からその界面を通して第２の半導体層１４の上部にさらに拡散し、該第２の半導体層１４の透光性電極１５との界面近傍の抵抗値がさらに低減する。その結果、ｐ型の第２の半導体層１４の上には、より低接触抵抗の透光性電極１５を形成することができる。
【０１２６】
なお、保護膜５１及び透光性電極１５に添加する不純物元素は、マグネシウムに限られず、亜鉛等の窒化ガリウムがｐ型を示すドーパントであればよい。
【０１２７】
次に、図１４（ｂ）に示すように、各透光性電極１５の上に、ワイヤボンディング用のボンディングパット１６を選択的に形成する。続いて、第１の半導体層１２における各ｎ型電極形成領１２ａの上にチタンと金とを順次成膜してｎ型オーミック電極１７を形成する。
【０１２８】
次に、図１４（ｃ）に示すように、基板１１を３００μｍ角程度のチップ状に分割して、青色発光ダイオード素子を得る。
【０１２９】
以上説明したように、第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法によると、透光性電極１５と接触するｐ型の第２の半導体層１４は、保護膜５１及び透光性電極１５に第２の半導体層１４のｐ型ドーパントであるマグネシウムが添加されているため、保護膜５１の堆積後のアニール、及び該保護膜５１が除去された後に形成される透光性電極１５の形成後のアニールによって、これらとの界面から第２の半導体層１４にマグネシウムが拡散する。その結果、第２の半導体層１４の透光性電極１５との界面近傍の抵抗値が大きく低減して、透光性電極１５と第２の半導体層１４との接触抵抗が低減するので、低動作電圧による駆動が可能となる。
【０１３０】
その上、半導体積層構造体の側面を保護膜５１により覆うため、実装時の半田材が半導体積層構造体の側面に回り込むことによる電流のリークを防止することができるので、歩留まり向上する。
【０１３１】
なお、第４の実施形態の一変形例として、保護膜５１及び透光性電極１５を構成する透光性材料（ＩＴＯ）に、窒化ガリウムの導電型を決定するドーパントを添加する代わりに、保護膜５１及び透光性材料のうち少なくとも一方に、水素原子を吸着（結合）しやすい金属元素、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）又は白金（Ｐｔ）等を添加しても良い。
【０１３２】
また、窒化物半導体のドーパントとなる不純物又は水素原子を吸着しやすい金属元素は、保護膜５１及び透光性電極１５のいずれか一方にのみ添加するだけでも、本発明の効果を得ることができる。
【０１３３】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１３４】
図１５は本発明の第５の実施形態に係る青色面発光レーザ素子の断面構成を示している。図１５において、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１３５】
図１５に示すように、例えばサファイアよりなる基板１１と、ｎ型の窒化ガリウムより第１の半導体層１２との間には、窒化アルミニウムガリウムと窒化ガリウムとが交互に積層されてなる第１のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔ）ミラー６１が形成されている。さらに、例えばマグネシウムが添加された透光性電極１５の上の光導波部には誘電体よりなる第２のＤＢＲミラー６５が形成されている。
【０１３６】
また、第２の半導体層１４の上の端部には、例えばマグネシウムが添加された酸化シリコンよりなる保護膜５１が形成され、透光性電極１５から供給される動作電流を狭窄する電流狭窄構造としている。
【０１３７】
ここで、窒化インジウムガリウムよりなるＭＱＷ活性層６３はＳＱＷ構造でもよい。
【０１３８】
この構成により、第１の実施形態と同様に、透光性電極１５とｐ型の第２の半導体層１４との接触抵抗が小さくなるので、青色面発光レーザ素子の低電圧駆動が可能となる。
【０１３９】
第５の実施形態においても、マグネシウム等のｐ型ドーパントは、透光性電極１５及び保護膜５１のうち少なくとも一方に添加すれば良いが、両方に添加することにより、その効果をより顕著に得られるようになる。
【０１４０】
以下、前記のように構成された青色面発光レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１４１】
図１６（ａ）〜図１６（ｃ）及び図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は本発明の第５の実施形態に係る青色面発光レーザ素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１４２】
まず、図１６（ａ）に示すように、ＭＯＶＰＥ法により、径が約５．１ｃｍで、主面の面方位が（０００１）面であるサファイアよりなる基板１１の上に、ガリウム源にトリメチルガリウムを用い、窒素源にアンモニアを用い、キャリアガスに水素を用い、成長温度を５００℃程度に設定して、サファイアと該サファイアの上に成長する第１のＤＢＲミラー６１等との格子不整合を緩和する低温緩衝層（図示せず）を成長する。続いて、低温緩衝層の上に、成長温度を約１０３０℃に設定して、窒化アルミニウムガリウムよりなる第１層と窒化ガリウムよりなる第２層とを交互に積層して、第１のＤＢＲミラー６１を形成する。このとき、第１層の成長時には、アルミニウム源としてトリメチルアルミニウムを原料に加える。ここで、第１のＤＢＲミラー６１は、ＭＱＷ活性層６３から出射される光の波長に対してその反射率が９９％以上となるように構成する。続いて、ドナー不純物であるシリコンを含む原料であるモノシランを添加して、ｎ型の窒化ガリウムよりなる第１の半導体層１２を成長する。続いて、モノシランの供給を停止し、第１の半導体層１２の上に、窒化ガリウムよりなる障壁層を成長し、続いて、キャリアガスを窒素（Ｎ2 ）に切り替えると共に成長温度を約８００℃に降温して、インジウム源であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）をも供給しながら、障壁層の上に窒化インジウムガリウムよりなる井戸層を成長する。この障壁層と井戸層とを例えば交互に３対成長して、ＭＱＷ活性層６３を形成する。このＭＱＷ活性層６３からは、波長が約４７０ｎｍの青色光が生成される。続いて、トリメチルガリウム及びアンモニアよりなる各原料ガスに、アクセプタ不純物であるマグネシウムを含む原料であるシクロペンタジエニルマグネシウムを添加して、ＭＱＷ活性層６３の上に、窒化ガリウムよりなる第２の半導体層１４を成長する。第２の半導体層１４を成長した後、第２の半導体層１４に対して、温度が約７５０℃の窒素雰囲気で２０分間のアニールを行なって、第２の半導体層１４に添加されたｐ型ドーパントを活性化することにより、第２の半導体層１４をさらに低抵抗化する。
【０１４３】
次に、図１６（ｂ）に示すように、例えば塩素をエッチングガスとするＲＩＥ又はＩＣＰエッチング等のドライエッチングにより、第２の半導体層１４、ＭＱＷ活性層６３、及び第１の半導体層１２の上部を選択的に除去して、第１の半導体層１２にｎ型電極形成領域１２ａを形成する。
【０１４４】
次に、例えばスパッタ法を用いて、第２の半導体層１４の上にｎ型電極形成領域１２ａを含む全面にわたって、厚さが約３００ｎｍでマグネシウムが添加された酸化シリコンよりなる保護膜５１を堆積する。続いて、堆積した保護膜５１に対して、５００℃程度の温度でアニールを行なうことにより、保護膜５１に添加されたマグネシウムが、該保護膜５１からその界面を通して第２の半導体層１４の上部に拡散し、該第２の半導体層１４の保護膜５１との界面近傍の抵抗値が低減する。その後、保護膜５１における第２の半導体層１４上の透光性電極の形成部分、及び保護膜５１におけるｎ型電極形成領域１２ａの上側部分をドライエッチングにより選択的に除去することにより、図１６（ｃ）に示す状態を得る。
【０１４５】
次に、図１７（ａ）に示すように、例えばスパッタ法又はＰＬＤ法により、第２の半導体層１４のｐ型ドーパントと同一の不純物元素であるマグネシウムが添加されたＩＴＯを、第２の半導体層１４の露出面上に保護膜５１を覆うように選択的に成膜して透光性電極１５を形成する。その後、形成した透光性電極１５に対して、再度５００℃程度の温度でアニールを行なうことにより、透光性電極１５に添加されたマグネシウムが、該透光性電極１５からその界面を通して第２の半導体層１４の上部にさらに拡散し、該第２の半導体層１４の透光性電極１５との界面近傍の抵抗値がさらに低減する。その結果、ｐ型の第２の半導体層１４の上には、より低接触抵抗の透光性電極１５を形成することができる。
【０１４６】
次に、図１７（ｂ）に示すように、透光性電極１５における光導波部、すなわち第２の半導体層１４と接触する部分の上に、互いに屈折率が異なる複数の誘電体層を積層して第２のＤＢＲミラー６５を形成する。
【０１４７】
次に、図１７（ｃ）に示すように、透光性電極１５における保護膜５１の上側部分に、ワイヤボンディング用のボンディングパット１６を選択的に形成し、続いて、第１の半導体層１２におけるｎ型電極形成領１２ａの上にチタンと金とを順次成膜してｎ型オーミック電極１７を形成する。
【０１４８】
以上説明したように、第５の実施形態に係る青色面発光レーザ素子の製造方法によると、透光性電極１５と接触するｐ型の第２の半導体層１４は、保護膜５１及び透光性電極１５に第２の半導体層１４のｐ型ドーパントであるマグネシウムが添加されているため、保護膜５１の堆積後のアニール、及び該保護膜５１が除去された後に形成される透光性電極１５の形成後のアニールによって、これらとの界面から第２の半導体層１４にマグネシウムがそれぞれ拡散する。その結果、第２の半導体層１４の透光性電極１５との界面近傍の抵抗値が大きく低減して、透光性電極１５と第２の半導体層１４との接触抵抗が低減するので、低動作電圧による駆動が可能となる。
【０１４９】
なお、第５の実施形態の第１変形例として、保護膜５１及び透光性電極１５を構成する透光性材料（ＩＴＯ）に、窒化ガリウムの導電型を決定するドーパントを添加する代わりに、保護膜５１及び透光性材料のうち少なくとも一方に、水素原子を吸着（結合）しやすい金属元素、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）又は白金（Ｐｔ）等を添加しても良い。
【０１５０】
また、窒化物半導体のドーパントとなる不純物又は水素原子を吸着しやすい金属元素は、保護膜５１及び透光性電極１５のいずれか一方にのみ添加するだけでも、本発明の効果を得ることができる。
【０１５１】
また、第２変形例として、第３の実施形態と同様に基板１１を除去し、第１のＤＢＲミラー６１における第１の半導体層１２の反対側の面上に、ｎ型オーミック電極を設けてもよい。また、基板１１を除去する場合には、第１のＤＢＲミラー６１に対して第１の半導体層１２の一部を露出するエッチングを行なって、その露出部分上にｎ型オーミック電極を設けてもよい。さらに、基板１１を除去する場合には、半導体積層構造体の成長時には窒化物半導体よりなる第１のＤＢＲミラー６１を形成せずに、基板１１を除去した後に、第１の半導体層１２におけるＭＱＷ活性層６３の反対側の面上に、窒化物半導体に代えて誘電体よりなる第１のＤＢＲミラー６１を形成してもよい。
【０１５２】
第１のＤＢＲミラー６１及び第２のＤＢＲミラー６５を誘電体により形成する場合には、誘電体材料として、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）及び酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）のうち、互いに屈折率が異なる少なくとも２つを選択すればよい。
【０１５３】
また、第１〜第５の各実施形態においては、基板１１の主面にはなんら加工を施していないが、該基板１１上には、選択的横方向成長（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒ Ｇｒｏｗｔｈ：ＥＬＯＧ）を行なえるように、選択成長用のマスクを形成したり、基板１１の上部に段差部を設けたりしてもよい。
【０１５４】
また、各実施形態において、基板材料はサファイアに限られず、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、スピネル、又はシリコン（Ｓｉ）等を用いてもよい。
【０１５５】
また、各実施形態において、面発光型の窒化物半導体発光素子として、発光ダイオード素子及び面発光レーザ素子を挙げたが、透光性電極を窒化物半導体上に設ける構成を持つ半導体発光素子であれば、本発明の効果を奏することはいうまでもない。
【０１５６】
【発明の効果】
本発明の半導体発光素子及びその製造方法によると、製造時の熱処理により透光性電極又は保護に含まれる不純物元素が該透光性電極又は保護膜と界面を持つ半導体層に拡散するため、半導体層に拡散した透光性電極又は保護膜からの不純物元素によって、該半導体層における透光性電極との界面近傍部分の抵抗値が低下するので、半導体層における透光性電極との間の接触抵抗が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る青色発光ダイオード素子を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る青色発光ダイオード素子を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る紫外発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る青色発光ダイオード素子を示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の第２変形例に係る青色発光ダイオード素子を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子を示す断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係る青色発光ダイオード素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る青色面発光レーザ素子を示す断面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第５の実施形態に係る青色面発光レーザ素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第５の実施形態に係る青色面発光レーザ素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図１８】従来の青色発光ダイオード素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 基板
１２ 第１の半導体層
１２ａ ｎ型電極形成領域
１３ 多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
１４ 第２の半導体層
１５ 透光性電極
１６ ボンディングパッド
１７ ｎ型オーミック電極
２０ 実装基板
２１ 高反射膜
２２ 第１の半田材
２３ 第２の半田材
３２ 第１の半導体層
３２ａ ｎ型電極形成領域
３３ ＭＱＷ活性層
３４ 第２の半導体層
３５ 透光性電極
３７ ｎ型オーミック電極
４１ ｐ型電極
４１Ａ 透光性ｐ型電極
４２ めっき下地層
４３ めっき層
４５ 透光性電極
４６ 多層膜
５１ 保護膜
６１ 第１のＤＢＲミラー
６３ ＭＱＷ活性層
６５ 第２のＤＢＲミラー
Claims (2)
- 導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体と、
前記半導体積層構造体の上に形成されたインジウム錫酸化物又は酸化ガリウムよりなる透光性電極とを備え、
前記半導体積層構造体のうち前記透光性電極に接する半導体層には不純物元素が添加されて一導電型を示し、
前記透光性電極は不純物としてマグネシウムを含み、
前記マグネシウムは、前記透光性電極と接する半導体層に前記一導電型を与え、且つ前記透光性電極に近づくにつれてその濃度が増大していることを特徴とする半導体発光素子。 - 基板上に、導電型が互いに異なる２つの半導体層を含む複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなる半導体積層構造体を形成する工程と、
前記半導体積層構造体の電極形成面の上に、マグネシウムを添加しながらインジウム錫酸化物又は酸化ガリウムよりなる透光性電極を形成する工程と、
形成した前記透光性電極に対して熱処理を行なって、前記マグネシウムを拡散させることにより、前記半導体層における前記電極形成面の直下の領域のキャリア濃度を増大させる工程とを備えていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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