JP5265090B2 - 半導体発光素子およびランプ - Google Patents

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Description

本発明は、半導体発光素子、半導体発光素子およびそれを用いたランプに関し、特に、紫外光の発光出力(Po)に優れた半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、およびそれを用いたランプに関する。
近年、短波長光発光素子として窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が注目を集めている。窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、サファイア単結晶をはじめ、種々の酸化物やIII−V族化合物からなる基板上に、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)等によって窒化ガリウム系化合物半導体を形成することによって得られる。
このような窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、横方向への電流拡散が小さいため、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が電極にさえぎられて外部に取り出されないという不都合がある。この不都合を解決するために、通常、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の正極として、透明電極が用いられており、正極を通して光が取り出されるようにされている。
透明電極としては、Ni/AuやITOなどの周知の透明導電材料が用いられている。近年では、透明電極として、透光性に優れるInやZnO等を主成分とする酸化物系の材料が一般に利用されている。透明電極の材料として最も利用されているITO(インジウムスズ酸化物)では、Inに5〜20質量%のSnOをドーピングすることで、2×10−4Ωcm程度の低比抵抗の透明導電膜を得ることができる。
ITO膜は、バンドギャップが3eV以上であるため、可視光領域に波長領域をもつ光に対して高い透過率を示す(>90%)。しかしながら、ITO膜では400nm付近以下の波長領域から膜中に吸収される光が多くなるため、400nm以下の波長領域では透過率が急激に減少してしまう。そのため、紫外領域の波長の光を発光する発光素子の電極としてITO膜を使用した場合、発光出力が低くなることが問題となっていた。
この問題を解決するために、紫外線が透明電極に吸収されるのを防ぎ、紫外線を透明電極に達する前に可視光へと変換させる構造を持つ発光素子(例えば、特許文献1参照)が提案されている。
また、透光性電極の吸光度を低減するために、光出射用の貫通穴と、光反射率の高い接着性金属層とを備えたフリップチップ型の発光素子(例えば、特許文献2参照)が提案されている。
特開平5−299175号公報 特開2005−123501号公報
しかしながら、特許文献1では、光が透明電極に達する前に紫外線を可視光に変換させているので、紫外光の発光出力が十分に得られない。
また、特許文献2に記載の技術を用いた場合であっても、透光性電極がITO膜からなるものであるので、ITO膜によって紫外領域の波長の光が吸収されてしまうため、紫外光の発光出力が十分に得られなかった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、上述した問題点を解決し、紫外光を効率よく出力できる半導体発光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、紫外光を効率よく出力できる半導体発光素子を用いた優れた特性を有する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。
(1)p型窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記p型窒化ガリウム系化合物半導体層上に設けられた透光性電極とを備え、前記透光性電極が、X線回によりInからなるピークが検出されると共に、シート抵抗が12Ω/sq以下であるIZO膜を含み、かつ、該IZO膜の波長400nmにおける透過率が90%以上であることを特徴とする半導体発光素子。
(2)前記IZO膜の厚さが35nm〜10μmであることを特徴とする(1)に記載の半導体発光素子。
(3)前記IZO膜の厚さが100nm〜1μmであることを特徴とする(2)に記載の半導体発光素子。
(4)前記IZO膜上に保護層が形成されていることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
(5)前記IZO膜中のZnO濃度が5〜15質量%の範囲であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
(6)(1)〜(5)のいずれか一項に記載の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。
本発明の半導体発光素子は、透光性電極が結晶化されたIZO(インジウム亜鉛酸化物)膜を含むものであるので、紫外領域の波長の光の透過率が高い透光性電極を備えたものとなる。より詳細には、結晶化したIZO膜は、ITO膜と比較して、紫外領域である400nm付近に波長領域をもつ光の透過性に優れている。したがって、本発明の半導体発光素子は、透光性電極によって吸収される紫外領域の波長の光が少なく、紫外光を効率よく出力できるものとなり、紫外光の発光出力の高いものとなる。
また、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、p型半導体層上にアモルファス状態のIZO膜を形成した後、500℃〜900℃のアニール処理を行なうことによって、結晶化されたIZO膜を含む透光性電極を備え、紫外光を効率よく出力できる半導体発光素子を実現することができる。
また、本発明の半導体発光素子を用いてランプを構成することにより、紫外光を効率よく出力できる発光特性の優れたランプが得られる。
以下、本発明の半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子を用いたランプの一実施形態について、図面を適宜参照しながら説明する。
図1は、本発明の半導体発光素子の一例を模式的に示した断面図であり、図2は、図1に示す半導体発光素子を模式的に示した平面図である。
図1に示す半導体発光素子1は、フェイスアップ型のものであり、基板11上に、少なくとも紫外領域に発光波長を有する窒化ガリウム系化合物半導体層を構成するn型GaN層(n型半導体層)12と、発光層13と、p型GaN層(p型半導体層)14とが積層され、窒化ガリウム系化合物半導体層のp型GaN層14上に、結晶化されたIZO膜からなる正極15(透光性電極)が積層され、概略構成されている。正極15上の一部には、正極ボンディングパッド16が形成されている。また、n型GaN層12上の負極形成領域には、ボンディングパッドの負極17が形成されている。
以下に、本発明の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(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などの公知の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、基板11としては、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層」
n型GaN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層とした場合であっても、本発明を構成する結晶化されたIZO膜の正極15を適用することができる。
窒化ガリウム系化合物半導体としては、例えば、一般式AlInGa1−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AlInGa1−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。
これらの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(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)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(SiH)、又はジシラン(Si)を、Ge原料としてゲルマンガス(GeH)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(CpMg)、又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。
このような窒化ガリウム系化合物半導体からなる窒化ガリウム系化合物半導体層の一例として、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層20を挙げることができる。図3に示す窒化ガリウム系化合物半導体層20は、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(n型半導体層)22、n型GaNコンタクト層(n型半導体層)23、n型AlGaNクラッド層(n型半導体層)24、InGaNからなる発光層25、p型AlGaNクラッド層26(p型半導体層)、p型GaNコンタクト層(p型半導体層)27を積層したものである。
「正極(IZO膜)」
図1に示すように、p型GaN層14上には、正極15として結晶化されたIZO膜が形成されている。IZO膜は、p型GaN層14の直上、あるいはp型GaN層14の上に金属層などを介して形成される。正極15とp型GaN層14との間に金属層を挟んだ場合には、半導体発光素子1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。したがって、半導体発光素子1の用途などに応じて駆動電圧(Vf)と出力のバランスを取り、正極15とp型GaN層14との間に金属層などを挟むかどうか適宜判断される。ここでの金属層としては、NiやNi酸化物、Pt,Pd,Ru,Rh,Re、Osなどからなるものを用いることが好ましい。
また、IZO膜としては、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、IZO膜中のZnO濃度は5〜15質量%の範囲であると良く、10質量%であるとさらに良い。
また、IZO膜の膜厚は、低比抵抗で、高透過率なものとするために、35nm〜10000nm(10μm)の範囲とすることが好ましく、100nm〜1μmの範囲とすることがより好ましい。さらに、生産コストの観点から、IZO膜の膜厚は1000nm(1μm)以下であることが好ましい。
次に、IZO膜の形成方法について例を挙げて説明する。
まず、p型GaN層14上の全域に、アモルファス状態のIZO膜を形成する。IZO膜の成膜方法としては、アモルファス状態のIZO膜を形成することが可能な方法であれば、薄膜の成膜に使用される周知の如何なる方法を用いてもよい。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ことがより好ましい。また、スパッタ法を用いる場合、InターゲットとZnOターゲットをRFマグネトロンスパッタ法により公転成膜することで成膜することが可能であるが、より成膜レートを高くするためには、IZOターゲットをDCマグネトロンスパッタ法にて成膜すると良い。なお、p型GaN層14へのプラズマによるダメージを軽減するために、スパッタの放電出力は1000W以下であることが好ましい。
このようにして成膜されたアモルファス状態のIZO膜は、p型GaN層14上の正極15を形成する領域である正極形成領域を除く領域が、周知のフォトリソグラフィー法およびエッチングを用いることによりパターニングされ、図2に示すように、正極形成領域にのみ形成された状態とされる。
IZO膜のパターニングは、後述するアニール工程を行う前に行うことが望ましい。アニール工程により、アモルファス状態のIZO膜は結晶化されたIZO膜とされるため、アモルファス状態のIZO膜と比較してエッチングが難しくなる。これに対し、アニール工程前のIZO膜は、アモルファス(非晶質)状態であるため、周知のエッチング液を用いて容易に精度良くエッチングすることが可能である。また、IZO膜のエッチングは、ドライエッチング装置を用いて行っても良い。
本実施形態においては、IZO膜をパターニングした後、500℃〜900℃のアニール処理を行なうことによって、アモルファス状態のIZO膜を結晶化されたIZO膜とする(アニール工程)。結晶化されたIZO膜とすることで、紫外領域(350nm〜420nm)の波長の光の透過率を向上させることができる。結晶化されたIZO膜とすることで、紫外領域における透過率が高くなるメカニズムは明らかではないが、結晶化されることにより、IZO膜のバンドギャップが大きくなっていると考えられる。
また、IZO膜のアニール処理は、Oを含まない雰囲気中で行うことが望ましく、Oを含まない雰囲気としては、N雰囲気などの不活性ガス雰囲気や、またはNなどの不活性ガスとHの混合ガス雰囲気を挙げることができ、N雰囲気、またはNとHの混合ガス雰囲気とすることが望ましい。IZO膜のアニール処理をN雰囲気中、またはNとHの混合ガス雰囲気中で行うと、IZO膜を結晶化させるとともに、IZO膜のシート抵抗を効果的に減少させることが可能である。特に、IZO膜のシート抵抗を低くしたい場合には、IZO膜のアニール処理をNとHの混合ガス雰囲気中で行うと良い。混合ガス雰囲気中におけるNとHとの比率は、100:1〜1:100が好ましい。
これに対し、例えば、Oを含む雰囲気中でアニール処理を行うと、IZO膜のシート抵抗が増加してしまう。Oを含む雰囲気中でアニール処理を行うと、IZO膜のシート抵抗が上昇するのは、IZO膜中の酸素空孔が減少するためであると考えられる。IZO膜が導電性を示すのは、酸素空孔がIZO膜中に存在することによりキャリアとなる電子を発生させているためである。したがって、Oを含む雰囲気中でのアニール処理によって、キャリア電子の発生源である酸素空孔が減少し、IZO膜のキャリア濃度が減り、シート抵抗が高くなっていると考えられる。
また、IZO膜のアニール処理温度は、500℃〜900℃とされる。500℃未満の温度でアニール処理を行った場合、IZO膜を十分に結晶化できない恐れが生じ、IZO膜の紫外領域での透過率が十分に高いものとならない場合がある。また、900℃を超える温度でアニール処理を行った場合、IZO膜の下にある半導体層を劣化させる恐れがある。
なお、本実施形態においては、IZO膜を結晶化させるためにアニールを用いているが、本発明の半導体発光素子においては、IZO膜を結晶化させることができれば如何なる方法を用いてもよく、例えば、RTAアニール炉を用いる方法、レーザアニールを行う方法、電子線照射を行う方法などの方法を用いても構わない。
また、結晶化されたIZO膜からなる正極15は、紫外領域(350nm〜420nm)に中心波長を持つ半導体発光素子の光取り出し効率を向上させることに有効であるばかりではなく、例えば、中心波長が450nm程度の青色領域の半導体発光素子であっても、350nm〜420nmに発光領域を有していれば光取り出し効率を向上させることができる。
また、アニール処理によって結晶化されたIZO膜は、アモルファスのIZO膜に比べて、p型GaN層14や正極ボンディングパッド16との密着性が良いため、半導体発光素子の製造過程等における剥がれによる収率低下を防ぐことができる。また、結晶化されたIZO膜は、空気中の水分との反応が少ないため、長時間の耐久試験での特性劣化も小さく、好ましい。
「負極」
負極17は、IZO膜のアニール処理後、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除去することにより露出されたn型GaN層12上に設けられる。負極17としては、例えば、Ti/Auからなるものなど各種組成および構造が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができる。
「正極ボンディングパッド」
正極15であるIZO膜層上の一部には、回路基板またはリードフレーム等との電気接続のための正極ボンディングパッド16が設けられている。正極ボンディングパッド16は、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。また、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。
「保護層」
また、IZO膜の酸化を防ぐために、正極ボンディングパッド16の形成される領域を除くIZO膜上の全領域を覆うように、保護層(図示略)を成膜するとさらに良い。この保護層は、透光性に優れた材料を用いることが好ましく、p型半導体層とn型半導体層とのリークを防ぐために、絶縁性を有する材料で形成されることが好ましい。保護層を構成する材料としては、例えば、SiOやAl等を用いることが望ましい。また、保護層の膜厚は、IZO膜の酸化を防ぐことができ、かつ透光性に優れる膜厚であれば良く、具体的には、例えば、20nm〜500nmの膜厚が良い。
[ランプ]
以上、説明した本発明の半導体発光素子は、例えば、当業者周知の手段により、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、本発明の半導体発光素子と、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。
また、本発明の半導体発光素子は、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。
図4は、本発明のランプの一例を説明するための概略構成図である。図4に示すランプ30は、フェイスアップ型の本発明の半導体発光素子を砲弾型に実装したものである。図4に示すランプ30では、2本のフレーム31、32の一方に、図1に示す半導体発光素子1が樹脂などによって接着され、正極ボンディングパッド16及び負極17が金等の材質からなるワイヤー33、34で、それぞれフレーム31、32に接合されている。また、図4に示すように、半導体発光素子1の周辺には、透明樹脂からなるモールド35が形成されている。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の半導体発光素子に備えられる半導体層は、上述した窒化ガリウム系化合物半導体層に限定されるものではなく、少なくとも紫外領域に発光波長を有するものであればいかなる発光素子を用いてもよい。
(実験例1)
「IZO膜のアニール処理における雰囲気」
IZO膜のアニール処理における雰囲気と、アニール処理後のIZO膜のシート抵抗との関係を以下のようにして調べた。
すなわち、ガラス基板上にアモルファス状態のIZO膜(250nm)を形成し、得られたIZO膜を300℃〜600℃の各温度で、N雰囲気中でアニール処理した場合と、N中にOが25%含まれる混合ガス雰囲気中でアニール処理した場合のシート抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
Figure 0005265090
表1より、N中にOを含む混合ガス雰囲気中でアニール処理した場合には、アニール温度が高くなるほどシート抵抗が高くなることがわかる。これに対し、Oを含まないN雰囲気中でアニール処理した場合、アニール温度が高くなるほどシート抵抗が減少することがわかる。なお、アニール処理前のアモルファス状態の厚さ250nmのIZO膜のシート抵抗は15Ω/sqであった。
(実験例2)
「IZO膜のアニール処理温度」
IZO膜のアニール処理温度と、IZO膜の結晶化との関係を以下のようにして調べた。
すなわち、ガラス基板上にアモルファス状態のIZO膜(250nm)を形成し、得られたアニール処理なしのIZO膜をX線回析(XRD)法で測定した。また、ガラス基板上に形成したアモルファス状態のIZO膜を300℃〜800℃の各温度で、N雰囲気中で1分間アニール処理し、アニール処理後のIZO膜をX線回析(XRD)法で測定した。その結果を図5に示す。
図5は、IZO膜のX線回析(XRD)結果を示したグラフであり、横軸は回析角(2θ(°))を示し、縦軸は解析強度(s)を示している。
図5に示すように、600℃以上のアニール処理温度でIZO膜をアニール処理した場合には、InからなるX線のピークが主に検出されており、結晶化していることがわかる。また、400℃以下のアニール処理温度でIZO膜をアニール処理した場合には、結晶化していないことがわかる。
(実験例3)
「IZO膜の透過率」
IZO膜のアニール処理温度と、アニール処理後のIZO膜の透過率との関係を以下のようにして調べた。
すなわち、実験例2で得られたアニール処理なしのIZO膜および、300℃、600℃でアニール処理した後のIZO膜の透過率を測定した。その結果を図6に示す。
なお、IZO膜の透過率測定には、島津製作所社製の紫外可視分光光度計UV−2450を用いた。また、透過率の値は、ガラス基板のみの透過率を測定して得られた光透過ブランク値を差し引いて算出した。
図6は、IZO膜の透過率を示したグラフであり、横軸は波長(nm)を示し、縦軸は透過率(%)を示している。
図6より、600℃のアニール処理温度でIZO膜をアニール処理した場合には、アニール処理なしのIZO膜に比べて紫外領域(350nm〜420nm)における透過率が20〜30%高くなっていることがわかる。
[実施例1]
(窒化ガリウム系化合物半導体層の製造)
図3に示す窒化ガリウム系化合物半導体層20を以下に示すようにして製造した。すなわち、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、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を順次積層した。なお、上記窒化ガリウム系化合物半導体層20の積層構造体の各構成層22〜27は、減圧MOCVD手段で成長させた。
(半導体発光素子の製造)
次に、得られた図3に示す窒化ガリウム系化合物半導体層20を用いて、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。まず、HF及びHClを用いて、窒化ガリウム系化合物半導体層20のp型GaNコンタクト層27の表面を洗浄し、該p型GaNコンタクト層27上に、DCマグネトロンスパッタにより膜厚220nmのIZO膜を成膜した。IZO膜のスパッタには、ZnO濃度が10質量%のIZOターゲットを使用した。また、IZO成膜は、70sccmのArガスを導入し、圧力約0.3Paで行なった。
上述の方法で形成されたIZO膜は、400nm付近の波長領域でおよそ60%の透過率を有しており、シート抵抗は17Ω/sqであった。また、上述の方法で形成された成膜直後のIZO膜は、X線回析(XRD)法で測定することによりアモルファスであることが確認された。
その後、アモルファス状態のIZO膜を、フォトリソグラフィー法およびウェットエッチングを用いることによりパターニングし、p型GaNコンタクト層27上の正極形成領域にのみIZO膜が成膜された状態とした。アモルファスのIZO膜のエッチングは、およそ40nm/minのエッチングレートで行った。
IZO膜をパターニングした後、RTAアニール炉を用いて、Nガス雰囲気中、600℃、1minのアニール処理を行った。
アニール処理後のIZO膜は、400nm付近の波長領域において高い透光性を有しており、400nmの波長領域における透過率は90%以上であった。また、IZO膜のシート抵抗は14Ω/sqであった。また、アニール処理後のXRDの測定では、InからなるX線のピークが主に検出されており、IZO膜が結晶化していることが確認された。
次に、n型電極を形成する領域に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23の表面を露出させた。その後、真空蒸着法により、IZO膜層(正極)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及び負極を形成した。正極ボンディングパッド及び負極を形成した後、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、350μm角の正方形の個別のチップへと分離し、半導体発光素子を得た。
(駆動電圧(Vf)および発光出力(Po)の測定)
このようにして得られた半導体発光素子(チップ)を、リードフレーム上に載置し、金(Au)線でリードフレームと結線した。そして、プローブ針による通電により、半導体発光素子の電流印加値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)及び発光波長を測定した。
発光面の発光分布は、正極の全面で発光していることが確認できた。また、半導体発光素子は、400nm付近の波長領域に発光波長を有しており、Vfは3.3V、Poは15mWであった。
[実施例2]
アニール処理のガスにNとHとの混合ガスを使用したことを除き、実施例1と同様に半導体発光素子を作製した。なお、アニール直後のIZO膜は、400nm付近の波長領域における透過率が90%以上、シート抵抗が11Ω/sqであった。また、得られた半導体発光素子は、400nm付近の波長領域に発光波長を有しており、Vfは3.25V、Poは15mWであった。
[比較例1]
アニール処理の温度を300℃で行ったことを除き、実施例1と同様に半導体発光素子を作製した。なお、アニール処理後のIZO膜は、400nm付近の波長領域における透過率がおよそ70%、シート抵抗が16Ω/sqであった。また、得られた半導体発光素子は、400nm付近の波長領域に発光波長を有しており、Vfは3.3V、Poは12mWであった。
[比較例2]
実施例1と同様に窒化ガリウム系化合物半導体層20のp型GaNコンタクト層27上に、250nmのITO膜をスパッタリング法にて形成した。その後、アモルファス状態のIZO膜を、FeClとHClの混合液を用いてウェットエッチングし、p型GaNコンタクト層27上の正極形成領域にのみIZO膜が成膜された状態とした。IZO膜をパターニングした後、Oを25%含むNガス雰囲気で600℃、1minのアニール処理と、N雰囲気で500℃、1minのアニール処理の2つのアニール処理を行った。なお、2つのアニール処理後のITO膜は、400nm付近の波長領域における透過率がおよそ80%、シート抵抗が15Ω/sqであった。
また、2つのアニール処理後、実施例1同様に半導体発光素子を作製した。得られた半導体発光素子は、400nm付近の波長領域に発光波長を有しており、Vfは3.3V、Poは13mWであった。
実施例および実施例2、比較例1および比較例2の結果より、実施例および実施例2の半導体発光素子では、比較例1および比較例2の半導体発光素子と比較して、正極を構成するアニール処理後のIZO膜の透過率が高く、シート抵抗が低いことが明らかとなった。
また、実施例および実施例2の半導体発光素子では、比較例1および比較例2の半導体発光素子と比較して、紫外領域の光の発光出力(Po)に優れていることが明らかとなった。
図1は、本発明の半導体発光素子の一例を模式的に示した断面図である。 図2は、図1に示す半導体発光素子を模式的に示した平面図である。 図3は、窒化ガリウム系化合物半導体層の一例を模式的に示した断面図である。 図4は、本発明の半導体発光素子を用いて構成したランプを模式的に説明する断面図である。 図5は、IZO膜のX線回析(XRD)結果を示したグラフである。 図6は、IZO膜の透過率を示したグラフである。
符号の説明
1…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(透光性電極)、16…正極ボンディングパッド、17…負極、20…窒化ガリウム系化合物半導体層、22…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 (6)

  1. p型窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記p型窒化ガリウム系化合物半導体層上に設けられた透光性電極とを備え、
    前記透光性電極が、X線回によりInからなるピークが検出されると共に、シート抵抗が12Ω/sq以下であるIZO膜を含み、かつ、該IZO膜の波長400nmにおける透過率が90%以上であることを特徴とする半導体発光素子。
  2. 前記IZO膜の厚さが35nm〜10μmであることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
  3. 前記IZO膜の厚さが100nm〜1μmであることを特徴とする請求項2に記載の半導体発光素子。
  4. 前記IZO膜上に保護層が形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
  5. 前記IZO膜中のZnO濃度が5〜15質量%の範囲であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
  6. 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の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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