TWI472055B - 化合物半導體發光元件及其製造方法、化合物半導體發光元件用導電型透光性電極、燈、電子機器以及機械裝置 - Google Patents

化合物半導體發光元件及其製造方法、化合物半導體發光元件用導電型透光性電極、燈、電子機器以及機械裝置 Download PDF

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Description

化合物半導體發光元件及其製造方法、化合物半導體發光元件用導電型透光性電極、燈、電子機器以及機械裝置
本發明乃適用於發光二極體(LED)、雷射二極體(LD)、電子裝置等層積化合物半導體而成之化合物半導體發光元件及其製造方法、使用於化合物半導體發光元件之化合物半導體發光元件用導電型透光性電極、具備化合物半導體發光元件之燈、組裝該燈而成之電子機器以及組裝該電子機器而成之機械裝置。
本發明乃根據2008年1月24日申請於日本之特願2008-014232號案、2008年3月17日申請於日本之特願2008-068076號案、2008年10月23日申請於日本之特願2008-273092號案，主張優先權，將該內容沿用於此。
在於以往，做為化合物半導體發光元件之一例，有pn接合型之發光二極體(LED)，例如有將導電性之磷化鎵(GaP)單結晶，磊晶成長於基板上之GaP層，做為發光層被利用之GaP系LED等。又，有令磷化鋁．鎵混晶(組成式AlX GaY As：0≦X，Y≦1且X+Y=1)，或磷化鋁．鎵．銦混晶(組成式AlX GaY InZ P：0≦X，Y，Z≦1且X+Y+Z=1)為發光層之紅色帶、橙黃色帶至綠色帶之LED。又，眾所周知有將氮化鎵．銦(組成式Gaα Inβ N：0≦α，β≦1、α+β=1)等之氮化鎵系化合物半導體層，成為發光層之近紫外帶、藍色帶或綠色帶之短波長LED。
如上所述，例如AlX GaY InZ P系LED中，導電性之n型或p型之發光層乃令導電性之n型或p型之砷化鎵(GaAs)單結晶做為基板，形成於該基板之上。又，於藍色LED中，具有電性絕緣性之藍寶石(α-Al2 O3 單結晶)等之單結晶則做為基板加以利用。又，於短波長LED中，立方晶(3C結晶型)或六方晶(4H或6H結晶型)之碳化矽(SiC)亦可做為基板加以利用。
然後，於此等之基板上，在層積半導體層之半導體晶圓上之特定位置，例如設置第1導電型透光性電極與第2導電型電極，形成發光元件。
在此，尤其是氮化鎵系化合物半導體發光元件之時，以藍寶石單結晶為首，可將種種之氧化物或III-V族化合物做為基板，於其上，經由有機金屬氣相化學反應法(MOCVD法)或分子線磊晶法(MBE法)等，形成氮化鎵系化合物半導體。
以往，做為氮化鎵系化合物半導體發光元件之特徵，有向橫方向之電流擴散為小之特性，僅於電極正下方之半導體層注入有電流之故，會有在發光層所發之光被電極遮掩，難以向外部取出的問題。因此，於如此氮化鎵系化合物半導體發光元件中，通常成為做為正極，使用透光性電極，透過正極，取出光線之構成。
做為透光性電極，使用例如具有Ni/Au之層積構造者，或如ITO等周知之導電材料。又，近年以來，提案有利用透光性更優異之材料之In2 O3 或ZnO為主成份之氧化物系之透光性電極(例如參照專利文獻1)。使用於專利文獻1之發光元件的ITO乃做為透光性電極，最被經常使用之材料，如此之ITO中，例如經由含有摻雜5~20質量%之SnO2 的In2 O3 ，可得具有2×10-4 Ωcm以下低比阻抗的導電性氧化膜。
又，為提升從透光性電極之光取出效率，提案有在於透光性電極之光取出面，設置凹凸加工者(例如參照專利文獻2)。
備於記載於專利文獻2之發光元件之透光性電極中，於低阻抗之ITO之成膜後，形成微結晶，於ITO設置凹凸加工時，需使用氯化鐵(FeCl3 )水溶液或鹽酸(HCl)等之蝕刻液。但是，於使用如此強酸之蝕刻液的濕蝕刻處理中，由於蝕刻速度快之故，難以控制，有於ITO之邊緣部分產生多餘部分之問題，或易於產生過蝕刻之故，使得有產率下降之疑慮。
為解決記載於上述專利文獻2之對於透光性電極之凹凸加工處理之問題點，提案有經由濺鍍法成膜非晶質之IZO膜，不使用如上述蝕刻液之強酸液，可較緩和地進行蝕刻處理(例如參照專利文獻3)。
根據記載於專利文獻3之方法時，相較強酸之蝕刻處理，難以產生多餘或過蝕刻等，又可容易進行光取出效率提升之微細加工。
但是，非晶質IZO膜相較於施以熱處理之ITO膜而言，在於透光性之部分為劣之故，會產生光取出效率下降、發光元件之發光輸出降低之問題。又，非晶質之IZO膜乃與p型GaN層之間之接觸阻抗為高之故，會有發光元件之驅動電壓變高之問題。又，更且由於為非晶質狀之故，在耐水性或耐藥品性上為劣，而有產生IZO膜成膜後之製造工程之產率會下降，元件之可靠性下降等之問題之疑慮。
另一方面，又提案有將結晶化之IZO膜設於p型半導體上，做為透光性電極使用之發光元件(例如參照專利文獻4)。又，專利文獻4中，揭示有由於將非晶質狀之IZO膜，於不含氧之氮中，經由進行300~600℃之溫度範圍之退火處理，伴隨此退火溫度之上昇，減少薄片阻抗(參照專利文獻4段落0036)，或在600℃以上之溫度，將IZO膜退火處理時，In2 O3 所成X線尖峰被主要檢出之情形來看，IZO膜明顯已結晶化(參照專利文獻4段落0038)等。又，於專利文獻4中，揭示有在600℃之溫度下，退火處理IZO膜時，相較於未施以退火處理之IZO膜，紫外範圍(波長範圍350~420nm)之透過率會高出20~30%(參照專利文獻4之段落0040)，又揭示有具備如此IZO膜之發光元件，發光面的發光分佈在正極之全面有發光特性，驅動電壓Vf為3.3V，發光輸出Po為15mW之元件特性(參照專利文獻4之段落0047)。
又，關於氧化銦(In2 O3 )之結晶構造，於In2 O3 中有立方晶系與六方晶系之2個不同結晶系，於立方晶系之時，據以往所知在於常壓或較常壓為低之壓力下，成為安定結晶相之方鐵錳礦結晶構造，揭示於各種文獻中。又，提案有使用具有上述立方晶方鐵錳礦型之結晶構造之多結晶氧化銦錫膜的液晶顯示面板(例如參照專利文獻5)。
如上所述，為提升發光元件之發光特性，需更提升從設於p型半導體層上之透光性電極之光取出效率。
但是，記載於上述專利文獻1~5之透光性電極之構成中，無法得充分之透光特性，具備具有更高之透光特性之透光性電極，具有優異發光特性之化合物半導體發光元件為佳。
[專利文獻1]日本特開2005-123501號公報
[專利文獻2]日本特開2000-196152號公報
[專利文獻3]日本特開平08-217578號公報
[專利文獻4]日本特開2007-287845號公報
[專利文獻5]日本特開2001-215523號公報
本發明乃有鑑於上述問題，提供具有優異發光特性之化合物半導體發光元件及該製造方法，以及伴隨優異光取出效率的同時，具有高生產性之化合物半導體發光元件用導電型透光性電極為目的者。
又，本發明乃提供具備上述化合物半導體發光元件之優良發光特性之燈、及組裝此燈而成之電子機器、以及組裝此電子機器之機械裝置為目的。
本發明人等乃為解決上述問題，經過嚴密的檢討結果，完成了以下所示之發明。
即，本發明乃關於如下。
〔1〕於基板上，化合物半導體所成n型半導體層、發光層及p型半導體層則依此順序層積，更且具備導電型透光性電極所成正極及導電型電極所成負極的化合物半導體發光元件中，成為前述正極之導電型透光性電極乃包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的透明導電膜為特徵之化合物半導體發光元件。
〔2〕前述透明導電膜內之載子之移動度為30cm2 /V．sec以上為特徵之記載於前項1之化合物半導體發光元件。
〔3〕前述透明導電膜內之載子之載子濃度為1×1020 ~5×1021 cm-3 之範圍為特徵之記載於前項1或前項2之化合物半導體發光元件。
〔4〕前述透明導電膜之薄片阻抗為50Ω/sq以下為特徵之前項1乃至前項3之任一項之化合物半導體發光元件。
〔5〕前述透明導電膜之厚度乃35nm~10000nm(10μm)之範圍為特徵之前項1乃至前項4之任一項之化合物半導體發光元件。
〔6〕於前述透明導電膜之表面，施以凹凸加工為特徵之前項1乃至前項5之任一項之化合物半導體發光元件。
〔7〕於前述透明導電膜之表面，形成複數個獨立之凹都為特徵之記載於前項6之化合物半導體發光元件。
〔8〕前述透明導電膜之凹部之合計面積，對於透明導電膜整體之面積而言，為1/4~3/4之範圍為特徵之記載於前項7之化合物半導體發光元件。
〔9〕前述透明導電膜之凹部之前述透明導電膜之厚度乃凸部之前述透明導電膜之厚度1/2以下為特徵之前項6乃至前項8之任一項之化合物半導體發光元件。
〔10〕前述透明導電膜乃IZO膜、ITO膜、IGO膜之任一者為特徵之前項1乃至前項9之任一項之化合物半導體發光元件。
〔11〕前述透明導電膜乃IZO膜，前述IZO膜中之ZnO含量為1~20質量%之範圍為特徵之前項1乃至前項10之任一項之化合物半導體發光元件。
〔12〕前述化合物半導體乃氮化鎵系化合物半導體為特徵之記載於前項1乃至前項11之任一項之化合物半導體發光元件。
〔13〕前述導電型透光性電極所成正極乃設於前述p型半導體層上，前述導電型電極所成負極乃設於前述n型半導體層上為特徵之記載於前項1乃至前項12之任一項之化合物半導體發光元件。
〔14〕包含至少下述(a)~(d)所示各工程為特徵之化合物半導體發光元件之製造方法。
(a)於基板上，將化合物半導體所成n型半導體層、發光層及p型半導體層依此順序層積，製作半導體晶圓之半導體層形成工程、(b)於前述p型半導體層，層積非晶質狀之透明導電膜之導電型透光性電極層積工程、(c)將前述透明導電膜，蝕刻成特定形狀之蝕刻工程、及
(d)對於蝕刻之前述透明導電膜而言，經由在300~800℃之溫度範圍下，控制保持時間，進行熱處理，使前述透明導電膜，包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶，且膜內之載子移動度，控制於30cm2 /V．sec以上之特性的熱處理工程。
〔15〕前述透明導電膜乃IZO膜、ITO膜、IGO膜之任一者為特徵之記載於前項14之化合物半導體發光元件之製造方法。
〔16〕前述(d)所示熱處理工程，乃對於前述透明導電膜而言，經由在300~800℃之溫度範圍下，控制保持時間，進行熱處理，使前述透明導電膜，包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶，且膜內之載子移動度，控制於30~100cm2 /V．sec範圍之特性為特徵之記載於前項14或前項15之化合物半導體發光元件之製造方法。
〔17〕前述(b)所示之導電型透光性電極層積工程乃經由濺鍍法，層積前述透明導電膜為特徵之記載於前項14乃至前項16之任一項之化合物半導體發光元件之製造方法。
〔18〕前述化合物半導體乃氮化鎵系化合物半導體為特徵之記載於前項14乃至前項17之任一項之化合物半導體發光元件之製造方法。
〔19〕前述透明導電膜乃層積於前述p型半導體層上而形成為特徵之記載於前項14乃至前項18之任一項之化合物半導體發光元件之製造方法。
〔20〕經由記載於前項14至19之任一項之製造方法所製造之化合物半導體發光元件。
〔21〕由至少包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的透明導電膜所成，且膜內之載子移動度為30cm2 /V．sec以上為特徵之化合物半導體發光元件用導電型透光性電極。
〔22〕膜內之載子之移動度為30~100cm2 /V．sec之範圍為特徵之記載於前項21之化合物半導體發光元件用導電型透光性電極。
〔23〕膜內之載子之載子濃度為1×1020 ~5×1021 cm-3 之範圍為特徵之記載於前項21或前項22之化合物半導體發光元件用導電型透光性電極。
〔24〕具備記載於前項1至13或前項20之任一項之化合物半導體發光元件之燈。
〔25〕組裝記載於前項24之燈之電子機器。
〔26〕組裝記載於前項25之電子機器的機械裝置。
本發明乃關於如下。
〔27〕於基板上，化合半導體所成n型半導體層、發光層及p型半導體層則依此順序層積，更且具備導電型透光性電極所成正極及導電型電極所成負極的化合物半導體發光元件中，成為前述正極之導電型透光性電極乃由結晶化之IZO膜所成，該IZO膜乃包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的膜為特徵之化合物半導體發光元件。
〔28〕前述IZO膜內之載子之移動度為30cm2 /V．sec以上為特徵之記載於前項27之化合物半導體發光元件。
〔29〕前述IZO膜內之載子之移動度為35cm2 /V．sec以上為特徵之記載於前項28之化合物半導體發光元件。
〔30〕前述IZO膜內之載子之移動度為38cm2 /V．sec以上為特徵之記載於前項28之化合物半導體發光元件。
〔31〕前述IZO膜內之載子之移動度為30~100cm2 /V．sec之範圍為特徵之記載於前項28之化合物半導體發光元件。
〔32〕前述IZO膜內之載子之移動度為35~90cm2 /V．sec之範圍為特徵之記載於前項29之化合物半導體發光元件。
〔33〕前述IZO膜內之載子之載子濃度為1×1020 ~5×1021 cm-3 之範圍為特徵之記載於前項27乃至前項32之任一項之化合物半導體發光元件。
〔34〕前述IZO膜之薄片阻抗為50Ω/sq以下為特徵之前項27乃至前項32之任一項之化合物半導體發光元件。
〔35〕前述IZO膜中之ZnO含量為1~20質量%之範圍為特徵之記載於前項27乃至前項34之任一項之化合物半導體發光元件。
〔36〕前述IZO膜之厚度乃35nm~10000nm(10μm)之範圍為特徵之記載於前項27乃至前項35之任一項之化合物半導體發光元件。
〔37〕於前述IZO膜之表面，施以凹凸加工為特徵之記載於前項27乃至前項36之任一項之化合物半導體發光元件。
〔38〕於前述IZO膜之表面，形成複數個獨立之凹都為特徵之記載於前項37之化合物半導體發光元件。
〔39〕前述IZO膜之凹部之合計面積，對於IZO膜整體之面積比例而言，為1/4~3/4之範圍為特徵之記載於前項38之化合物半導體發光元件。
〔40〕前述IZO膜之凹部之前述IZO膜之厚度乃凸部之前述IZO膜之厚度1/2以下為特徵之前項37乃至前項39之任一項之化合物半導體發光元件。
〔41〕前述化合物半導體乃氮化鎵系化合物半導體為特徵之記載於前項27乃至前項40之任一項之化合物半導體發光元件。
〔42〕前述導電型透光性電極所成正極乃設於前述p型半導體層上，前述導電型電極所成負極乃設於前述n型半導體層上為特徵之記載於前項27乃至前項41之任一項之化合物半導體發光元件。
〔43〕包含至少下述(a)~(d)所示各工程為特徵之化合物半導體發光元件之製造方法。
(a)於基板上，將化合物半導體所成n型半導體層、發光層及p型半導體層依此順序層積，製作半導體晶圓之半導體層形成工程、(b)於前述p型半導體層，層積非晶質狀之IZO膜之導電型透光性電極層積工程、(c)將前述IZO膜，蝕刻成特定形狀之蝕刻工程、及
(d)對於蝕刻之前述IZO膜而言，經由在500~800℃之溫度範圍下，控制保持時間，進行熱處理，使前述IZO膜，包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶，且膜內之載子移動度，控制於30cm2 /V．sec以上之特性的熱處理工程。
〔44〕前述(d)所示熱處理工程，乃對於前述IZO膜而言，經由在500~800℃之溫度範圍下，控制保持時間，進行熱處理，使前述IZO膜，包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶，且膜內之載子移動度，控制於30~100cm2 /V．sec範圍之特性為特徵之記載於前項43之化合物半導體發光元件之製造方法。
〔45〕前述(b)所示之導電型透光性電極層積工程乃經由濺鍍法，層積前述IZO膜為特徵之記載於前項43或前項44之化合物半導體發光元件之製造方法。
〔46〕前述化合物半導體乃氮化鎵系化合物半導體為特徵之記載於前項43乃至前項45之任一項之化合物半導體發光元件之製造方法。
〔47〕前述IZO膜乃層積於前述p型半導體層上而形成為特徵之記載於前項43乃至前項46之任一項之化合物半導體發光元件之製造方法。
〔48〕經由記載於前項43至47之任一項之製造方法所製造之化合物半導體發光元件。
〔49〕由至少包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的IZO膜所成，且膜內之載子移動度為30cm2 /V．sec以上為特徵之化合物半導體發光元件用導電型透光性電極。
〔50〕膜內之載子之移動度為30~100cm2 /V．sec之範圍為特徵之記載於前項48之化合物半導體發光元件用導電型透光性電極。
〔51〕膜內之載子濃度為1×1020 ~5×1021 cm-3 之範圍為特徵之記載於前項49或前項50之化合物半導體發光元件用導電型透光性電極。
〔52〕具備記載於前項27至42或前項48之任一項之化合物半導體發光元件之燈。
〔53〕組裝記載於前項52之燈之電子機器。
〔54〕組裝記載於前項53之電子機器的機械裝置。
根據本發明之化合物半導體發光元件時，於基板上層積化合物半導體所成之各層，更且具備導電型透光性電極所成正極及導電型電極所成負極，成為前述正極之導電型透光性電極由於是包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的透明導電膜之故，於可見光至紫外光範圍，尤其可成為具有高光透過率之導電型透光性電極，發光元件之光取出特性會被提升。由此，可實現具有特別優異之發光輸出特性的化合物半導體發光元件。
又，更且經由將成為導電型透光性電極之透明導電膜內之載子之移動度控制於30cm2 /V．sec以上而構成時，可成為低限抗之正極，實現驅動電壓為低之化合物半導體發光元件。
根據本發明之化合物半導體發光元件時，於基板上層積化合物半導體所成之各層，更且具備導電型透光性電極所成正極及導電型電極所成負極，成為正極之導電型透光性電極乃由結晶化之IZO膜所成，而該IZO膜包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶構成之故，於可見光至紫外光範圍，尤其可成為具有高光透過率之導電型透光性電極，發光元件之光取出特性會被提升。由此，可實現具有特別優異之發光輸出特性的化合物半導體發光元件。
又，更且經由將成為導電型透光性電極之IZO膜內之載子之移動度控制於30cm2 /V．sec以上而構成時，可成為低阻抗之正極，實現驅動電壓為低之化合物半導體發光元件。
又，根據本發明之化合物半導體發光元件之製造方法時，乃包含：於基板上層積化合半導體所成各層，製造半導體晶圓之半導體形成工程、和於p型半導體層層積非晶質狀之透明導電膜之導電型透光性電極層積工程、和令透明導電膜，蝕刻成特定形狀之蝕刻工程、和對於透明導電膜，經由在300~800℃之溫度範圍下，控制保持時間而進行熱處理，使透明導電膜包含具六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶，且膜內之載子之移動度控制於30cm2 /V．sec以上特性的熱處理工程之各工程之方法之故，於可見光至紫外光範圍，尤其可具備具有優異光透過率之導電型透光性電極，具有特別優異之發光元件輸出特性，而且可得低驅動電壓的化合物半導體發光元件。
又，根據本發明之化合物半導體發光元件之製造方法時，乃包含：於基板上層積化合物半導體所成各層，製造半導體晶圓之半導體層形成工程、和於p型半導體層層積非晶質狀之IZO膜之導電型透光性電極層積工程、和令IZO膜，蝕刻成特定形狀之蝕刻工程、和對於IZO膜，經由在500~800℃之溫度範圍下，控制保持時間而進行熱處理，使IZO膜包含具六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶，且膜內之載子之移動度控制於30cm2 /V．sec以上特性的熱處理工程之各工程之方法之故，於可見光至紫外光範圍，尤其可具備具有優異光透過率之導電型透光性電極，具有特別優異之發光輸出特性，而且可得低驅動電壓的化合物半導體發光元件。
又，根據化合物半導體發光元件用導電型透光性電極之時，由至少包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的透明導電膜所成，且膜內之載子移動度為30cm2 /V．sec以上之構成之故，可得具有低阻抗且優異透光性之電極。
又，根據化合物半導體發光元件用導電型透光性電極之時，由至少包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的IZO膜所成，且膜內之載子移動度為30cm2 /V．sec以上之構成之故，可得具有低阻抗且優異透光性之電極。
又，根據本發明之燈時，乃具備上述本發明之半導體化合物發光元件之故，可成為發光特性優異者。
又，根據本發明之電子機器時，因組裝有上述本發明之燈之故，機器特性變得優異，又，根據本發明之機械機器時，因組裝有上述本發明之電子機器之故，裝置特性則變得優異。
以下，對於關於本發明之實施形態之化合物半導體發光元件及其製造方法、化合物半導體發光元件用導電型透光性電極、燈、電子機器及機械裝置，適切參照圖1~6(以及圖7~21)加以說明。圖1乃顯示本實施形態之面朝上型之化合物半導體的剖面圖，圖2乃圖1所示化合物半導體發光元件之平面圖，圖3乃顯示具有層積體構造之氮化鎵系化合物半導體層之一例的剖面圖，圖4乃使用圖1所示化合物半導體發光元件所成燈之概略圖，圖5A、圖5B及圖6乃在具備化合物半導體發光元件之正極，形成凹凸之例的概略圖。然而，於以下之說明中，所參照之圖面乃說明本實施形態之化合物半導體發光元件及該製造方法、化合物半導體發光元件用導電型透光性電極、燈、電子機器以及機械裝置之圖面，圖示之各部之大小或厚度或尺寸等乃有與實際之化合物半導體發光元件等之尺寸關係不同的情形。
做為構成本發明之發光元件的化合物半導體，例如可列舉設於藍寶石基板或碳化矽或矽基板等上之一般式AlX GaY InZ N1-a Ma (0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1且、X+Y+Z=1，符號M乃表示除了氮之第V族元素，0≦a<1)所表示之III族氮化物半導體系發光元件。又，可例示設於砷化鎵(GaAs)單結晶基板上之AlX GaY As(0≦X，Y≦1且X+Y=1)系發光元件，或AlX GaY InZ P(0≦X，Y，Z≦1且X+Y+Z=1)系發光元件。又，設於GaP基板上之GaP系發光元件亦適用。更且，於本發明中，其他構成公知之發光元件之化合物半導體之構成亦適用。尤其，做為較佳之III族氮化物半導體之一例，可適切適用氮化鎵系化合物半導體發光元件。
於上述發光元件所適用之化合半導體層乃根據目的之機能層積於被選擇之基板上。例如為構成具有雙重異質接合構造之發光層時，例如於發光層之第一、第二之主面，即於兩面配置n型半導體層與p型半導體層。然後，為供給驅動電流，於n型半導體層及p型半導體層上，各別配置電極。做為如此之電極，尤其在光之射出側，使用透光性高之導電型透光性電極。本發明中，令在光射出側使用之導電型透光性電極，成為包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的透明導電膜。例如，本發明中，可令在光射出側使用之導電型透光性電極，由結晶化IZO膜所成之同時，成為包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶者。
又，本發明乃未限定於氮化鎵系化合物半導體發光元件，可適用於上述各種化合物半導體之發光元件。
[化合物半導體發光元件]
本實施形態之化合物半導體發光元件(以下有略稱為發光元件之情形)1乃如圖1所示之例，於基板11上，化合半導體(以下有略稱為半導體之情形)所成n型半導體層12、發光層13及p型半導體層14則依此順序層積，更且具備導電型透光性電極所成正極15及導電型電極17所成負極者。成為正極15之導電型透光性電極乃由包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的透明導電膜所構成。例如，成為正極15之導電型透光性電極乃由結晶化IZO膜所成，可使該IZO膜成為包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶者。
又，圖示例之發光元件1乃於導電型透光性電極所成正極15之上，設置導電型電極材料所成正極銲墊16。
以下，對於本實施形態之發光元件1之層積構造加以說明。
『基板』
就基板11之材料而言，可無所限制地使用藍寶石單結晶(Al2 O3 ；A面、C面、M面、R面)、尖晶石單結晶(MgAl2 O4 )、ZnO單結晶、LiAlO2 單結晶、LiGaO2 單結晶、MgO單結晶等之氧化物單結晶、Si單結晶、SiC單結晶、GaAs單結晶、AIN單結晶、GaN單結晶及ZrB2 之硼化物單結晶等之公知之基板材料。
然而，基板之面方位乃未特別加以限定。又，可為面方位無傾斜基板亦可，附於斜角之基板亦可。
『半導體層(化合半導體：氮化鎵系化合物半導體)』
做為n型半導體層12、發光層13及p型半導體層14，眾所周知有各種構造，可任意無限制使用此等之公知者。尤其，於p型半導體層14中，使用載子濃度為一般濃度者即可，對於載子濃度較低之例如1×1017 cm-3 程度之p型半導體層而言，亦可適用於本發明所使用之詳述於後之透明導電膜所成之正極15。
又，做為使用於上述各半導體層之化合半導體，例如可列舉氮化鎵系化合物半導體，做為此氮化鎵系化合物半導體，眾所周知有一般式Alx Iny Ga1-x-y N(0≦x<1，0≦y<1，0≦x+y<1)所表示之各種組成之半導體，做為構成本發明之n型半導體層、發光層及p型半導體層之氮化鎵系化合物半導體，可無所限制使用一般式Alx Iny Ga1-x-y N(0≦x<1，0≦y<1，0≦x+y<1)所表示之各種組成之半導體。
又，做為將如上述之氮化鎵系化合物半導體層積於基板上之半導體晶圓之一例，則可列舉如圖3所示具有層積體構造之氮化鎵系化合物半導體20，於藍寶石所成基板21上，層積AlN所成省略圖示之緩衝層，順序層積GaN基材層22、n型GaN連接層23、n型AlGaN覆蓋層24、INGaN所成發光層25、p型AlGaN覆蓋層26、p型GaN連接層27而構成者。
『正極(導電型透光性正極：透明導電膜)』
在設於如上述之半導體層之最上層的p型半導體層14上，層積導電型透光性電極所成正極15。成為本實施形態之正極15之導電型透光性電極乃由包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的透明導電膜所構成。
透明導電膜乃IZO(銦鋅系氧化物)膜、ITO(銦錫系氧化物)膜、IGO(銦鎵系氧化物)膜之任一者為佳。
例如，成為本實施形態之正極15之導電型透光性電極乃由結晶化IZO(銦鋅系氧化物)膜所成的同時，可使該IZO膜成為包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶者。
尤其，於本發明，做為使用於正極15之透明導電膜之特性，較佳為做為IZO膜之特性，膜內之載子移動度為30cm2 /V．sec以上者為佳。更且，載子移動度為35cm2 /V．sec以上者為更佳，為38cm2 /V．sec以上者為最佳。又更且，透明導電膜內之載子移動度為30~100cm2 /V．sec之範圍者為佳，更佳為35~90cm2 /V．sec之範圍者，又最佳為38~90cm2 /V．sec之範圍者。
將正極(導電型透光性電極)15，經由使膜內之載子移動度控制在上述範圍而構成時，尤其於可見光至紫外光範圍，可得具有特別優異之光透過率之正極，更且可提升發光元件1之發光輸出特性。
然而，於本發明所說明之移動度乃在電場之下，荷電粒子，即載子移動之時，該移動速度以電場強度加以除得之量。
又，於本發明，成為正極15之透明導電膜之載子濃度，例如IZO膜之載子濃度雖未特別加以限定，較佳為1×1020 ~5×1021 cm-3 之範圍，更佳為1×1020 ~1×1021 cm-3 之範圍。
更且，於本發明中，成為正極15之透明導電膜之薄片阻抗乃為使電流有效率擴散，較佳為50Ω/sq以下者，更佳為20Ω/sq以下者。
又，於成為正極15之透明導電膜，例如於IZO膜，使用比阻抗最低之組成材料者為佳。例如，透明導電膜為由IZO膜所成之時，於IZO膜中，ZnO濃度為為1~20質量%為佳，更佳為5~15質量%，最佳為10質量%者。
具有In2 O3 所成組成之結晶乃周知為方鐵錳礦構造之立方晶構造、和六方晶構造之2種之構造。於本發明中，做為正極15所使用之透明導電膜中，不單是六方晶構造之In2 O3 ，可包含立方晶構造之In2 O3 之構造。於本發明中，做為正極15所使用之IZO膜中，可包含六方晶構造之In2 O3 ，或立方晶構造之In2 O3 之構造。
又，於本發明中，做為正極15使用之透明導電膜，例如IZO膜乃將In2 O3 與含於透明導電膜之氧化金屬之複合氧化物之非晶質之透明對電膜，經由在500~800℃之溫度範圍下，控制保持時間，進行熱處理時，主要可得做為包含具有六方晶構造之In2 O3 結晶，膜內之載子移動度具有30cm2 /V．sec以上之特性的結晶度高之透明導電膜。
本發明人等經由專注之實驗結果，非晶質之透明導電膜，例如IZO膜乃經由最佳化詳細後述之熱處理工程之條件(溫度、保持時間等)，主要使六方晶構造之In2 O3 結晶控制在多含有之組成，將如此透明導電膜使用於化合物半導體發光元件之正極(導電型透光性電極)，可使發光元件之發光特性更為提升(參照後述之製造方法及實施例之欄)。
另一方面，根據本發明人專注的實驗結果，可知上述透明導電膜(例如IZO膜)在加熱條件不適合之時，六方晶構造會向方鐵錳礦(立方晶)構造轉移，結果產生薄片阻抗之上昇，做為化合物半導體發光元件用之導電型透光性電極之特性會為之下降。又，透明導電膜乃由IZO膜所成之時，可知IZO膜會由於熱處理條件，而產生Zn之遷移所造成IZO組成之不均勻化。
備於關於本發明之化合物半導體發光元件之正極乃具有上述構成，又經由適切控制詳細後述之熱處理工程之條件，成為具有優異光透過率之導電型透光性電極。
又，成為正極15之透明導電膜，例如IZO膜之膜厚乃可得低薄片阻抗、高光透過率之35nm~10000nm(10μm)之範圍為佳。更且，從製造成本之觀點視之，正極15之膜厚以1000nm(1 μm)以下者為佳。
又，於成為正極15之透明導電膜，例如於IZO膜之表面，經由後述詳細之方法，加工圖5A、圖5B及圖6所示凹凸形狀者更佳。有關如此凹凸加工之詳細部分會於後述，但經由在透明導電膜之表面施以凹凸加工之構成，可提升正極之光透過率，提升發光元件之發光輸出。
透明導電膜，例如由IZO膜所成正極15乃於p型半導體層14之正上方，或p型半導體層14之上方，介著省略圖示之金屬層等加以形成。在此，於正木亟15與p型半導體層14間，配設金屬層之構成之時，可減低發光元件之驅動電壓的同時，會有使正極之光透過率下降，使發光元件之發光輸出下降的情形。為此，對於是否於正極與p型半導體層間，配設金屬層等之構成而言，則對應發光元件之用途等，考量驅動電壓與輸出之平衡，適切加以判斷者為佳。又，於正極與p型半導體層間，配設金屬層等之構成時，做為金屬層，使用Ni或Ni氧化物、Pt、Pd、Ru、Rh、Re、Os等者為佳。
備於關於本發明之化合物半導體發光元件之正極，即化合物半導體發光元件用導電型透光性電極乃經由上述構成，可得優異之透光特性及光取出特性。
『負極』
負極17乃將構成正極15之透明導電層，例如將IZO膜熱處理之後(參照後述之熱處理工程)，如圖1及圖2所示，將p型半導體層14、發光層13及n型半導體層12之一部分，經由蝕劑加以除去，露出n型半導體層12之一部分，於露出之n型半導體層12上，設置例如Ti/Au所成以往公知之負極17。做為負極17，各種組成及構造之負極皆為公知者，可任意無限制使用此等之公知負極。
『正極銲墊』
於成為正極(導電型透光性電極)15之透明導電膜上，例如於IZO膜上之至少一部分，設置電性連接發光元件外部之電路基板或引線框等之正極銲墊16。做為正極銲墊16，眾所周知有使用Au、Al、Ni及Cu等之材料的各種構造，可無任何限制使用此等周知材料、構造者。
又，做為正極銲墊16之厚度乃以100~1000nm之範圍內為佳。又，銲墊之特性上，為厚度大者接合性為高之故，正極銲墊16之厚度成為300nm以上者為佳。更且，從製造成本之觀點視之，500nm以下者為佳。
『保護層』
本實施形態中，為防止透明導電膜、例如IZO膜所成正極15之氧化，於正極上，經由設置圖示省略之保護層的構成為更佳。
做為如此保護層，為了被覆除了形成正極銲墊16之範圍之正極15上之全範圍，使用透光性優異之材料為佳，又，為防止p型半導體層14與n型半導體層12之泄放，由絕緣性材料所成者為佳，例如使用SiO2 或Al2 O3 等為佳。又，做為保護層之膜厚，可防止透明導電膜，例如IZO膜所成正極15之氧化，且可維持透光性之膜厚即可，具體而言，例如20nm~500nm之範圍為佳。
如以上所說明，根據本實施形態之化合物半導體發光元件時，於基板11上層積化合物半導體所成之各層，更且具備導電型透光性電極所成正極15及導電型電極所成負極17，成為正極15之導電型透光性電極由於是包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的透明導電膜之故，於可見光至紫外光範圍，尤其可成為具有高光透過率之導電型透光性電極，發光元件1之光取出特性會被提升。
又，根據本實施形態之化合物半導體發光元件時，於基板11上層積化合物半導體所成之各層，更且具備導電型透光性電極所成正極15及導電型電極所成負極17，成為正極15之導電型透光性電極乃由結晶化之IZO膜所成，該IZO膜包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的構成之故，於可見光至紫外光範圍，尤其可成為具有高光透過率之導電型透光性電極，發光元件1之光取出特性會被提升。由此，可實現具有特別優異之發光輸出特性的化合物半導體發光元件1。又，更且經由將成為正極(導電型透光性電極)15之透明導電膜內，例如將IZO膜內之載子之移動度控制於30cm2 /V．sec以上而構成時，可低阻抗化正極15，實現驅動電壓為低之化合物半導體發光元件1。
又，根據使用於本實施形態之化合物半導體發光元件1之正極(化合物半導體發光元件用透光性電極)15之時，由於由至少包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的透明導電膜所成，且膜內之載子移動度為30cm2 /V．sec以上之構成之故，可得優異透光性及低阻抗性。+
又，根據使用於本實施形態之化合物半導體發光元件1之正極(化合物半導體發光元件用透光性電極)15之時，由於由至少包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的IZO膜所成，且膜內之載子移動度為30cm2 /V．sec以上之構成之故，可得優異透光性及低阻抗性。
[化合物半導體發光元件之製造方法]
本實施形態之化合物半導體發光元件之製造方法乃經由包含至少下述(a)~(d)所示各工程方法，製造圖1及圖2所例示之發光元件1之方法。
(a)於基板11上，將化合物半導體所成n型半導體層12、發光層13及p型半導體層14依此順序層積，製作半導體晶圓10之半導體層形成工程、(b)於p型半導體層14，層積非晶質狀之透明導電膜、例如IZO膜之導電型透光性電極層積工程、(c)將透明導電膜，例如IZO膜，蝕刻成特定形狀之蝕刻工程、及
(d)對於蝕刻之透明導電膜，例如前述IZO膜而言，經由在500~800℃之溫度範圍下，控制保持時間，進行熱處理，使透明導電膜，例如使前述IZO膜，包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶，且膜內之載子移動度，控制於30cm2 /V．sec以上之特性，成為正極15的熱處理工程。
『半導體層形成工程』
本實施形態之製造方法中，首先，上述(a)所示之半導體層形成工程中，於基板11上，將化合物半導體所成n型半導體層12、發光層13及p型半導體層14依此順序層積，製作半導體晶圓10。
具體而言，於基板11上，例如形成AlN等所成圖示省略之緩衝層之後，於此緩衝層上，經由磊晶成長氮化鎵系化合物半導體，順序層積n型半導體層12、發光層13及p型半導體層14，形成半導體層。
上述之氮化鎵系化合物半導體之成長方法則未特別加以限定，可適用已知MOCVD(有機金屬化學氣相層積法)、HVPE(鹵化物氣相層積法)、MBE(分子線磊晶法)等之成長氮化鎵系化合物半導體之所有方法。做為較佳之成長方法，從膜厚控制性、量產性之觀點，適於使用MOCVD法。MOCVD法中，做為載體氣體使用氫(H2 )或氮(N2 )、做為Ga源，使用三甲基鎵(TMG)或三乙基鎵(TEG)，做為Al源，使用三甲基鋁(TMA)或三乙基鋁(TEA)、做為In源使用三甲基銦(TMI)或三乙基銦(TEI)、做為N源使用氨(NH3 )、聯胺(N2 H4 )等。
又做為摻雜劑，於n型半導體層12中，做為Si原料使用單矽烷(SiH4 )或二矽烷(Si2 H6 )，做為Ge原料使用鍺烷(GeH4 )或有機鍺化合物，於p型半導體層中，做為Mg原料，例如可使用雙環戊二基鎂(Cp2Mg)或雙乙基環戊二基鎂((EtCp)2 Mg)等。
『導電型透光性正極(正極：透明導電膜、例如IZO膜)形成工程』
接著，於上述(b)所示之導電型透光性電極形成工程中，於上述半導體層形成工程所形成之半導體層之p型半導體層14上，形成透明導電膜，例如IZO膜所成正極(導電型透光性電極)15。
具體而言，首先，於p型半導體層14之上面全域，形成非晶質狀之透明導電膜、例如IZO膜。做為此時之透明導電膜，例如做為IZO膜之成膜方法，只要是可形成非晶質狀態之透明導電膜之方法，採使用於薄膜之成膜之周知之任何之方法亦可，雖例如可使用濺鍍法或真空蒸鍍法等之方法而成膜，但使用濺鍍法，較真空蒸鍍法在成膜時產生粒子或塵埃為少之故，較為優異。
使用濺鍍法做為透明導電膜形成IZO膜之時，雖可將In2 O3 標靶與ZnO標靶，經由RF電磁濺鍍法公轉成膜而形成，但為更提高成膜速度，將對於IZO標靶之功率的施加，經由DC電磁濺鍍法加以進行者為佳。又，為減輕對於p型半導體層14之電漿所造成之損傷，濺鍍之放電輸出為1000W以下為佳。
『蝕刻工程』
接著，於上述(c)所示之蝕刻工程中，將在於上述導電型透光性電極形成工程所成膜之非晶質狀態之透明導電膜，例如將IZO蝕刻形成呈特定形狀。
具體而言，經由使用周知之光微影術法及蝕刻法，圖案化透明導電膜，例如圖案化IZO膜，除去排除p型半導體層14上之正極15之形成範圍的範圍之透明導電膜，如圖2所示，僅於正極15之形成範圍，成為形成透明導電膜之狀態。
進行透明導電膜之圖案化之蝕刻工程，例如進行IZO膜之圖案化之蝕刻工程乃在進行後述熱處理工程之前進行者為佳。於熱處理工程之後進行圖案化時，非晶質狀態之透明導電膜，例如IZO膜則經由熱處理，成為結晶化之透明導電膜(例如IZO膜)之故，與非晶質狀態之透明導電膜(例如IZO膜)比較，難以進行蝕刻。對此，熱處理前之透明導電膜(例如IZO膜)乃非晶質狀態之故，使用周知之蝕刻液，可容易進行高精度之蝕刻。例如IZO膜之時，於使用ITO-07N蝕刻液(關東化學公司製)之時，可大約以40nm/min之速度蝕刻，幾乎不會產生多餘或過蝕刻之情形。
又，非晶質狀態之透明導電膜，例如IZO膜之蝕刻時，可使用乾蝕刻裝置加以進行。此時，做為蝕刻氣體，可使用Cl2 、SiCl4 、BCl3 等。
又，於非晶質狀態之透明導電膜，例如於IZO膜，使用上述光微影法與蝕刻法，如圖5A、圖5B及圖6所示，於透明導電膜，例如於IZO膜之表面，可形成加工凹凸。例如IZO膜之時，於使用ITO-07N蝕刻液(關東化學公司製)之時，在1分鐘間之蝕刻，可形成40nm深度之凹凸。
如圖5A、圖5B及圖6所示，使用蝕刻法，於透明導電膜表面，例如IZO膜表面，經由施加凹凸加工，可提升正極之光透過率，提升發光元件之發光輸出。就經由對於透明導電膜表面，例如對於IZO膜表面之凹凸加工，而提升發光輸出之理由而言，有1．正極之薄膜化所成之光透過率之提升，2．凹凸加工所成之光取出面積(透明導電膜表面積)之增加，3．正極表面之全反射之減低等。又，做為對於透明導電膜表面，例如對於IZO膜表面之凹凸加工之形狀，經由上述1~3之理由，雖任何形狀都有提升輸出之效果，由於可使凹凸側面之面積變大，以圖5A、圖5B及圖6所示之點形狀者為更佳。
一般而言，導電型透光性電極乃膜厚愈厚，薄片阻抗則愈低，膜內流動之電流易於向電極之全範圍擴散之故，使表面形成呈電流易於凸部流動之凹凸形狀為佳。為此，做為點形狀，相較圖6所示存在獨立之凸部之形狀，圖5A、圖5B所示存在獨立之凹部之形狀者則更佳。又，凹部之面積為凸部面積之1/4時，發光輸出提升效果會變小，當為3/4以上時，電流會難以擴散，驅動電壓會上昇之故，凹部之面積為凸部之面積的1/4~3/4之範圍者為佳。
又，為使自凹凸之側面之光取出量變大，凹部之膜厚乃凸部之膜厚之1/2以下者為佳。惟，使凹部之透明導電膜，例如使IZO膜完全蝕刻之時，即透明導電膜、例如IZO膜之凹部膜厚為0nm之時，不介由透明導電膜，例如不介由IZO膜，可由半導體層(p型半導體層)取出光之故，對於發光輸出之提升為有效的。又，可以與透明導電膜之圖案化相同之蝕刻時間加以處理之故，可同時進行透明導電膜之圖案化與凹凸加工，而縮短工程時間。但是，在完全蝕刻凹部之透明導電膜時，透明導電膜與p型半導體層之接觸面積會減少之故，會提升發光元件之驅動電壓。因此，僅在較發光元件之驅動電壓優先考量發光輸出之時，使用凹部之膜厚為0nm者，即使用完全蝕刻凹部之透明導電膜的透明導電膜即可。
於上述凹凸加工中，與上述之透明導電膜之圖案化同樣地，可無所限制使用光微影法，但是為更提升發光輸出之時，使用g線或i線之分節器、奈米壓印裝置、雷射曝光裝置、或EB(電子束)曝光裝置等，形成更小之凹凸為佳。又，透明導電膜之凹凸加工乃與透明導電膜之圖案相同，於進行後述之熱處理工程前加以進行者為佳。
『熱處理工程』
接著，上述(d)所示熱處理工程中，於上述蝕刻工程中，對於圖案化之透明導電膜而言，進行熱處理。
具體而言，對於圖案化之透明導電膜而言，經由在300~800℃之溫度範圍下，控制保持時間，而進行熱處理，使透明導電膜，包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶，且膜內之載子移動度，控制於30cm2 /V．sec以上之特性，而成為正極15。
又，上述(d)所示熱處理工程中，於上述蝕刻工程中，對於圖案化之IZO膜表面而言，進行熱處理亦可。
具體而言，對於圖案化之IZO膜而言，經由在500~800℃之溫度範圍下，控制保持時間，而進行熱處理，使IZO膜，包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶，且膜內之載子移動度，控制於30cm2 /V．sec以上之特性，而成為正極15。
非晶質狀態之透明導電膜乃例如經由300~800℃之溫度範圍之熱處理，成為結晶化透明導電膜。如此，使透明導電膜結晶化，可提升發光元件之發光波長，例如可提升可視光範圍至紫外光範圍之光透過率，尤其在380nm~500nm之波長範圍中，大幅提升光透過率。
非晶質狀態之IZO膜乃例如經由500~800℃之溫度範圍之熱處理，成為結晶化之IZO膜表面。如此，使IZO膜結晶化，可提升發光元件之發光波長，例如可提升可視光範圍至紫外光範圍之光透過率，尤其在380nm~500nm之波長範圍中，大幅提升光透過率。
然而，如上所述，結晶化之透明導電膜例如IZO膜乃在蝕刻處理會變得困難之故，熱處理工程乃於上述蝕刻工程之後進行者為佳。
又，透明導電膜例如IZO膜之熱處理乃在不含O2 之環境下進行者為佳，做為不含O2 之環境，可列出N2 環境等之非活性氣體環境、或N2 等之非活性氣體環境與H2 之混合氣體環境等，以N2 環境，或N2 與H2 之混合氣體環境為佳。例如，可由後述之實施例之「實驗例1」可明白，將IZO膜之熱處理，經由在N2 環境，或N2 與H2 之混合氣體環境或真空中進行，伴隨IZO膜的結晶化，可使IZO膜之薄片阻抗，有效地加以減少。尤其，在減少透明導電膜例如IZO膜之薄片阻抗之時，使透明導電膜例如IZO膜之熱處理，在N2 與H2 之混合氣體環境中進行者為佳，此時混合氣體環境中之H2 與N2 之比率為100：1~1：100之範圍為佳。
對此，例如於含O2 之環境下，進行透明導電膜之熱處理，例如進行IZO膜之熱處理時，會增加透明導電膜例如IZO膜之薄片阻抗。如此，含O2 環境下進行熱處理時，會增加透明導電膜例如IZO膜之薄片阻抗，乃是由於透明導電膜中，例如IZO膜中之氧空洞減少之故。透明導電膜，例如IZO膜顯示導電性乃經由氧空洞存在於透明導電膜中例如IZO膜中，產生成為載子之電子之故，但由於載子電子之產生源之氧空洞經由熱處理而減少，使得透明導電膜例如IZO膜之載子濃度下降，薄片阻抗亦為之提升。
透明導電膜之熱處理溫度乃300~800℃之範圍為佳。透明導電膜之熱處理在不足300℃之溫度下進行之時，透明導電膜有無法充分結晶化之情形，有無法得透明導電膜例如IZO膜之光透過率充分為高之膜的疑慮。
又，透明導電膜之熱處理在超過800℃之溫度下進行之時，透明導電膜雖會結晶，有無法得光透過率充分為高之膜的疑慮。又，在超過800℃之溫度下進行熱處理之時，有劣化透明導電膜下之半導體層的疑虞。
IZO膜之熱處理溫度乃500~800℃之範圍為佳。IZO膜之熱處理在不足500℃之溫度下進行之時，IZO膜有無法充分結晶化之情形，有無法得IZO膜之光透過率充分為高之膜的疑慮。
又，IZO膜之熱處理在超過800℃之溫度下進行之時，IZO膜雖會結晶化，有無法得光透過率充分為高之膜的疑慮。又，在超過800℃之溫度下進行熱處理之時，有劣化IZO膜下之半導體層的疑虞。
如上所述，將含六方晶構造之In2 O3 結晶之透明導電膜，例如將IZO膜做為導電型透光性電極(正極)使用之時，發光元件之驅動電壓會變低。為此，於結晶化之透明導電膜，例如於IZO膜中，含六方晶構造之In2 O3 結晶者為佳。經由於透明導電層，例如於IZO膜中，含六方晶構造之In2 O3 結晶，雖然發光元件之驅動電壓變低之原因並不明瞭，但可推論經由含六方晶構造之In2 O3 結晶，使得由透明導電膜，例如由IZO膜所成正極與p型半導體層之接觸界面之接觸阻抗變小。
又，如上所述，於透明導電膜，例如於IZO膜中，為成為含六方晶構造之In2 O3 結晶之構成，於透明導電膜，例如於IZO膜施以熱處理為佳，但熱處理之條件會由於透明導電膜、例如IZO膜之成膜方法或組成而有所不同。例如，做為透明導電膜，形成IZO膜之時，減少IZO膜中之鋅(Zn)濃度之時，結晶化溫度會變低之故，可以更低溫之熱處理，成為含六方晶構造之In2 O3 結晶之IZO膜。為此，較佳之熱處理溫度乃經由IZO膜中之鋅(Zn)濃度而變化。
然而，於本實施形態中，雖採經由熱處理工程，結晶化透明導電膜，例如IZO膜之方法，但非限定於此，只要是可結晶化透明導電膜，例如IZO膜之方法，可使用任何之方法。
例如，採用使用RTA退火爐之方法、進行雷射退火之方法、進行電子線照射之方法等，結晶化透明導電膜例如IZO膜之方法亦可。
又，經由熱處理結晶化之透明導電層，例如IZO膜乃較非晶質狀態之透明導電膜，例如IZO膜，與p型半導體層14或正極銲墊16之緊密性良好之故，於發光元件之製造過程等中，可防止剝離所產生產率之下降。又，結晶化之透明導電膜，例如IZO膜乃較非晶質狀態之透明導電層，例如IZO膜，與空氣中水分之反應為少，在酸等之耐藥品性上優異之故，會有長時間耐久試驗之特性劣化為小的好處。
根據備於本實施形態之製造方法之熱處理工程時，經由上述手續及條件，藉由熱處理透明導電膜例如IZO膜，令透明導電膜例如IZO膜包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶，且膜內之載子移動度，控制於30以上，更佳為控制於30~100cm2 /V．sec範圍之特性之故，可見光域至紫外光域之光透過率則明顯優異，且可形成低阻抗之正極15。
『負極之形成』
接著，經由除去上述半導體層形成工程所形成之n型半導體層12、發光層13及P型半導體層14所成半導體層之一部分，露出n型半導體層12，形成負極17。
具體而言，如圖1及圖2所示，經由將p型半導體層14、發光層13及n型半導體層12之一部分加以蝕刻除去，露出n型半導體層12之一部分，於露出之n型半導體層12上，將例如Ti/Au所成負極17，經由以往公知之方法加以形成。
『正極銲墊之形成』
接著，於成為正極(導電型透光性電極)15之透明導電膜，例如於IZO膜上，形成正極銲墊16。
具體而言，如圖1及圖2所示，於透明導電膜(正極15)，例如於IZO膜(正極15)上之至少一部分，使用Au、Al、Ni及Cu等之材料，經由以往公知之方法，形成正極銲墊16。
『保護層之形成』
接著，本實施形態中，為了防止成為正極15之透明導電膜，例如IZO膜之氧化，於正極15上，形成圖示省略之保護層。
具體而言，使用SiO2 或Al2 O3 等之具有透光性及絕緣性之材料，於正極15上，被覆除了正極銲墊16之形成範圍之全範圍，以公知之方法，形成保護層。
『半導體晶圓之分割』
接著，如上述各手續，將在於半導體層上，形成正極15、正極銲墊16及負極17之半導體晶圓10，使基板11之背面研削或研磨，成為鏡面狀之面後，例如經由切斷成350 μm平方之正方形，而成為發光元件晶片(化合物半導體發光元件1)。
如以上之說明，根據本實施形態之化合物半導體發光元件之製造方法時，乃包含：於基板11上層積化合半導體所成各層，製造半導體晶圓10之半導體層形成工程、和於p型半導體層14層積非晶質狀之透明導電膜，例如IZO膜之導電型透光性電極層積工程、和令透明導電膜，例如IZO膜，蝕刻成特定形狀之蝕刻工程、和經由對於透明導電膜，經由在300~800℃之溫度範圍下，控制保持時間而進行熱處理(或例如經由對於IZO膜，經由在500~800℃之溫度範圍下，控制保持時間而進行熱處理)，使透明導電膜，例如IZO膜包含具六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶，且膜內之載子之移動度控制於30cm2 /v．sec以上的熱處理工程之各工程之方法之故,於可見光至紫外光範圍，尤其可得具有優異光透過率，得低阻抗之正極(導電型透光性電極)15，具有特別優異之發光元件輸出特性與低驅動電壓的化合物半導體發光元件1。
〔燈〕
經由如以上說明之關於本發明之化合物半導體發光元件乃可藉由該業者周知之手段，設置透明外罩而構成燈者。又，經由如以上說明之關於本發明之化合物半導體發光元件與具有螢光體之外罩之組合，可構成白色之燈。
又，本發明之氮化鎵系化合物半導體發光元件乃可使用以往公知之方法，無所限制地做為LED燈加以構成。做為燈，可使用於一般用途之砲彈型、使用於手機之背光用途之側觀景型，使用於顯示器頂顯示型等之任何用途之中。
圖4乃顯示為說明本發明燈之一例之概略構成圖。圖4所示燈30乃將上述之面朝上型構成之本實施形態之化合物半導體發光元件1，做為砲彈型之燈加以安裝者。圖4所示之燈30中，於2條之框架31、32之一方，如圖1所示之發光元件1則經由樹脂等加以黏著，正極銲墊16及負極17則以金等之材質所成導線33、34，接合於該框架31、32。又，如圖4所示，於發光元件1之周邊，形成透明樹脂所成鑄模35。
又，根據上述之燈30時，乃具備上述本發明之半導體化合物發光元件1之故，可成為發光特性優異者。
[電子機器及機械裝置]
使用如上述關於本發明之化合物半導體發光元件所製造之燈乃發光輸出為高，又驅動電壓為低之故，組裝有經由如此技術製作之燈之手機、顯示器、面板類等之電子機器，或組裝有此電子機器之汽車、電腦、遊戲機等之機械裝置乃可以低電力加以驅動，可實現高機械特性以及裝置特性。尤其，於手機、遊戲機、玩具、汽車零件等之電池驅動機器類中，可大為發揮省電之效果。
[實施例]
以下，雖將本發明之化合物半導體發光元件及該製造方法，藉由實施例再加以詳細說明，但本發明非僅限定於此等之實施例。
[實驗例1](IZO膜之熱處理溫度與薄片阻抗之關係)
於實驗例1中，將IZO膜之熱處理(退火處理)溫度與熱處理後之IZO膜之薄片阻抗之關係，以如下之手續加以調查。
即，於藍寶石基板上，形成非晶質狀態之IZO膜(厚250nm)，將所得IZO膜，以300℃~900℃之各溫度，測定在N2 環境中熱處理時之薄片阻抗，將結果示於下述表1及圖7之圖表。
然而，IZO膜之薄片阻抗乃使用四探針法之測定裝置(三菱化學公司製：Loresta MP MCP-T360)加以測定。
經由表1及圖7之結果，在N2 環境中將IZO膜退火處理之時，處理溫度在700℃程度下，薄片阻抗為10Ω/sq前後，顯示有非常良好之特性。對此，處理溫度為800℃，進行退火處理之時，薄片阻抗則開始上昇，處理溫度為900℃時，薄片阻抗則成為53.2Ω/sq。經由此結果，可明瞭伴隨退火時之處理溫度超過800℃而變高之時，薄片阻抗亦急遽上昇。然而，退火處理前之具有250nm厚度之非晶質狀態之IZO膜之薄片阻抗乃15Ω/sq。
[實驗例2](IZO膜之熱處理溫度與載子濃度及移動度之關係)
於實驗例2中，將上述實驗例1所製造之IZO膜之載子濃度及移動度，經由van der Pauw法加以測定，將載子濃度示於上述表1及圖8之圖表的同時，將載子移動度示於上述表1及圖9之圖表。
經由表1及圖8之結果，在N2 環境中將IZO膜退火處理之時，處理溫度在700℃下，載子濃度為4．7×1020 cm-3 ，又，處理溫度在800℃下，載子濃度為3×1020 cm-3 。另一方面，處理溫度為900℃，進行退火處理之時，IZO膜之載子濃度則成為1.5×1020 cm-3 經由此結果，可明瞭伴隨退火時之處理溫度之變高，載子濃度會減少。
又，經由表1及圖9之結果，在N2 環境中將IZO膜退火處理之時之IZO膜之載子移動度，則在處理溫度為400℃時，為30.9cm2 /V．sec，處理溫度在600℃下，為38.7cm2 /V．sec，處理溫度在700℃下，為49.5cm2 /V．sec。又，IZO膜之載子移動度乃在退火時之處理溫度為800℃時，成為35cm2 /V．sec，處理溫度為900℃時，成為30.9cm2 /V．sec。經由此結果，退火處理時之處理溫度大約在700℃前後，例如於650~750℃程度時，載子移動度則最高，又，伴隨處理溫度超過高達800℃時，載子移動度則急遽下降。
[實驗例3](IZO膜之熱處理溫度與結晶化之關係)
於實驗例3中，將IZO膜之熱處理溫度與IZO膜之結晶化之關係，以如下之手續加以調查。
即於GaN磊晶晶圓上，形成非晶質狀態之IZO膜(厚250nm)，將所得未熱處理之IZO膜之X線繞射資料，使用X線繞射(XRD)加以測定。又，同樣地，對於形成於GaN磊晶晶圓上之非晶質狀態之IZO膜而言，以300℃~900℃之各溫度，測定在N2 環境中，進行1分鐘之熱處理時之X線繞射資料，將結果示於圖10~18之圖表。如上述之X線繞射資料乃成為IZO膜之結晶性之指標。
圖10~18乃顯示IZO膜之X線繞射資料之圖表，橫軸為顯示繞射角(2θ(°))，縱軸為顯示繞射強度(s)。
如圖10~12所示，在熱處理前之IZO膜及以300℃或400℃之溫度進行熱處理之IZO膜中，觀察到顯示非晶質狀態之寬X線之尖峰。由於此觀察結果，可知熱處理前之IZO膜及在400℃以下之溫度進行熱處理之IZO膜為非晶質狀態。
又，如圖13~17所示，在500℃~800℃之溫度下進行熱處理之IZO膜中，觀察到顯示結晶化尖峰之X線尖峰。由於此觀察結果，可知在500℃~800℃之溫度進行熱處理之IZO膜結晶化。又，如圖14~16所示，尤其在600℃~650℃~700℃之熱處理溫度中，觀察到非常高之X線尖峰強度，可知在此範圍溫度下，進行熱處理時，IZO膜則成為包含具有六方晶構造之In2 O3 組成之結晶膜。
又，如圖18所示，在900℃之溫度下進行熱處理之IZO膜中，觀察到800℃以下之熱處理溫度未發現之方鐵錳礦構造之尖峰。
由於此觀察結果，可知900℃之溫度下進行熱處理之IZO膜中之結晶構造，則由六方晶構造轉位成方鐵錳礦構造。
[實驗例4](IZO膜之熱處理溫度與光透過率之關係)
於實驗例4中，將IZO膜之熱處理溫度與IZO膜之光透過率之關係，以如下之手續加以調查。
即，於藍寶石基板上，形成非晶質狀態之IZO膜(厚250nm)，測定所得未熱處理之IZO膜，及500℃、700℃、900℃之各溫度熱處理之IZO膜之光透過率，示於圖19之圖表。
然而，IZO膜之光透過率測定中，使用島津製作所製之紫外可見分光光度計UV-2450，又，光透過率之值乃將測定僅藍寶石基板之光透過率所得光透過空白值減去而算出者。
圖19乃顯示IZO膜之光透過率之圖表，橫軸為顯示波長(nm)，縱軸為顯示光透過率(%)。
如圖19所示，以700℃熱處理IZO膜之時，與未熱處理IZO膜或以其他之溫度熱處理IZO膜相較，可知光透過率變高。尤其，在700℃之溫度下，熱處理IZO膜時，於400nm附近之紫外發光範圍中，光透過率為高，又，於460nm附近之藍色發光範圍中，光透過率亦高。
另一方面，900℃之溫度下熱處理之IZO膜時，可知IZO膜之光透過率無充分提高。因此，IZO膜之熱處理溫度乃500~800℃之範圍為佳。更佳為650~700℃之範圍。
〔實施例1〕(氮化鎵系化合物半導體發光元件之製作)
圖3中，顯示為使用於本實施例之氮化鎵系化合物半導體發光元件所製作之由氮化鎵系化合物半導體層所成半導體晶圓之剖面模式圖。又，圖1及圖2中，顯示本實施例所製作之氮化鎵系化合物半導體發光元件之剖面模式圖及平面模式圖。以下，適切參照此等圖1~3加以說明。
氮化鎵系化合物所成半導體晶圓20之層積構造體乃於藍寶石之C面((0001)結晶面)所成基板21上，介著AlN所成緩衝層(未圖示)順序層積未摻雜GaN基材層(層厚=2μm)22、Si摻雜n型GaN連接層(層厚=2μm、載子濃度=1×1019 cm-3 )23、Si摻雜n型Al0.07 Ga0.93 N包覆層(層厚=12.5nm、載子濃度=1×1018 cm-3 )24、6層之Si摻雜GaN障壁層(層厚=14.0nm、載子濃度=1×1018 cm-3 )、和5層之未摻雜In0.20 Ga0.80 N之井層(層厚=2.5nm)所成多重量子井構造之發光層25、Mg摻雜p型Al0.07 Ga0.93 N包覆層(層厚=10nm)26、及Mg摻雜p型GaN連接層(層厚=100nm)27而構成。上述氮化鎵系化合物半導體晶圓20之各構成層22~27乃以一般減壓MOCVD手段加以成長。
接著，使用上述半導體晶圓20，製作氮化鎵系化合物半導體發光元件(參照圖1)。首先，使用HF及HCl，洗淨半導體晶圓20之p型GaN連接層27表面後，於該p型GaN連接層27上，將IZO膜以濺鍍法加以形成。IZO膜乃經由DC電磁濺鍍，以約250nm之膜厚成膜。於濺鍍成膜中，使用ZnO濃度為10質量%之IZO標靶，導入70sccm之Ar氣，令壓力為約0.3Pa，進行IZO成膜。
上述方法所形成之IZO膜之薄片阻抗為17Ω/sq。又，剛成膜後之IZO膜，於X線繞射(XRD)，可確認為非晶質。
IZO膜之成膜後，經由周知之光微影法與濕蝕刻法，成為僅於p型GaN連接層27上之正極之形成範圍，設置有IZO膜之狀態此時，非晶質之IZO膜乃於蝕刻液使用ITO-07N，大約以40nm/min之蝕刻速度，進行蝕刻。如此，於p型GaN連接層27上，形成本發明之正極(參照圖1及圖2之符號15)。
經由上述手續，將IZO膜在濕蝕刻下圖案化後，使用RTA退火爐，在700℃之溫度下，進行30秒鐘之熱處理。然而。IZO膜之熱處理乃將N2 氣體所成淨化在昇溫前進行數次，使RTA退火爐成為N2 氣體環境後加以進行。
上述熱處理後之IZO膜乃於350~600nm之波長範圍中，顯示較剛成膜後有高的光透過率，，又，薄片阻抗乃10Ω/sq。
又，熱處理後之X線繞射(XRD)之測定中，主要檢出六方晶構造之In2 O3 結晶所成X線尖峰，可確認IZO膜以六方晶構造被結晶化。
接著，於形成負極之範圍，經由施以一般之乾蝕刻，僅於該範圍，露出Si摻雜n型GaN連接層之表面(參照圖1之符號12)。然後，經由真空蒸鍍法，於IZO膜(正極)上之一部分、及Si摻雜n型GaN連接層23上之露出範圍，順序層積Cr所成第1之層(層厚=40nm)、Ti所成第2之層(層厚=100nm)、Au所成第3之層(層厚=400nm)(即Cr/Ti/Au層積構造)，各別做為正極銲墊及負極而形成。又，除了將前述Ti層變更為Pt層(層厚與前述相同)，又，將Au層之層厚變更為1100nm以外，與前述Cr/Ti/Au層積構造同樣地，各別做為正極銲墊及負極加以形成。
形成正極銲墊及負極後，將藍寶石所成基板之背面，使用金剛鑽微粒之研磨粒加以研磨，最後處理成為鏡面。之後，裁切半導體晶圓20，分離成350 μm平方之正方形之各別晶片，載置於引線框上後，以金(Au)線與引線框連結。
(驅動電壓：Vf及、發光輸出：Po之測定)
對於如上述之晶片，經由探針之通電，測定電流施加值20mA之順方向電壓(驅動電壓：Vf)。又，使用一般之積分球，測定發光輸出(Po)及發光波長。發光面之發光分布乃可在正極之整面確認到發光。
晶片乃於460nm附近之波長範圍，具有發光波長，驅動電壓Vf乃3.1V，發光輸出Po乃18.5mW。
[比較例1及實施例2~6]
除了將IZO膜之熱處理溫度，各別成為300℃(比較例1)、400℃(實施例2)、500℃(實施例3)、600℃(實施例4)、800℃(實施例5)及900℃(實施例6)進行之外，與實施例1(700℃)同樣，製作氮化鎵系化合物半導體發光元件，與實施例1同樣地加以評估。
於圖20之圖表，顯示IZO膜之熱處理溫度與發光元件之驅動電壓Vf及發光輸出Po之關係圖表。橫軸乃顯示IZO膜之熱處理溫度(℃)，縱軸乃各別顯示發光元件之Vf(V)及Po(mW)。
如圖20之圖表所示，確認在500℃以上之溫度進行IZO膜之熱處理之時，發光元件之Po則上昇，在700℃以上之溫度進行IZO膜之熱處理之時，發光元件之Vf，較未進行熱處理之時，大約低0.2V。
[實施例7]
除了於未與IZO膜之p型半導體層接觸側之表面，即於光取出面側，形成凹凸形狀之外，與實施例1(700℃)同樣，製作氮化鎵系化合物半導體發光元件，與實施例1同樣地加以評估。
凹凸形狀之形成工程乃於IZO膜之熱處理前不進行，與IZO膜之圖案化同樣，使用ITO-07N蝕刻液，進行濕蝕刻。凹凸形狀乃直徑2 μm，深150nm之圓柱形之凹型，圓柱形之凹型乃令中心間距為3 μm，排列成鋸齒狀。
如此所得之發光元件之Vf乃3.1V，Po乃19.3mW。
[實施例8及實施例9]
除了令圓框形之凹部深度，各別成為200nm、250nm之外，與實施例7同樣，製作氮化鎵系化合物半導體發光元件，與實施例1同樣地加以評估。
於圖21之圖表，顯示IZO膜表面之凹部深度與發光元件之驅動電壓Vf及發光輸出Po之關係。圖21中，橫軸乃顯示IZO膜表面之凹部之深度(nm)，縱軸乃各別顯示發光元件之Vf(V)及氮化鎵系化合物半導體發光元件之Po(mW)。然而，IZO膜表面之凹部深度為0時，顯示未形成凹凸形狀(實施例1)。
如圖21之圖表所示，形成於未與IZO膜之p型半導體層接觸側之表面之凹部之深度愈深，發光元件之Po愈高，又，凹部之深度為250nm，即發光元件之p型半導體層之表面曝露之時，可確認到發光元件之Vf的上昇。
[實施例10]
除了做為正極材料，代替IZO膜，使用ITO膜(濺鍍法所形成，膜厚約250nm)，令熱處理溫度為600℃之外，與實施例1同樣，製作氮化鎵系化合物半導體發光元件。然而，ITO膜之薄片阻抗為15Ω/sq。
又，如以下所示，調查ITO膜之熱處理溫度與結晶化之關係。
即，於GaN磊晶晶圓上形成非晶質狀態之ITO膜(厚250nm)，對於形成之非晶質狀態之ITO膜而言，測定以400℃之溫度，或600℃之溫度，在N2 環境中，進行1分鐘之熱處理時之X線繞射資料，將結果示於圖22~23之圖表。如上述之X線繞射資料乃成為ITO膜之結晶性之指標。
圖22~23乃顯示ITO膜之X線繞射資料之圖表，橫軸為顯示繞射角(2θ(°))，縱軸為顯示繞射強度(s)。
又，如圖22~23所示，在400℃之溫度或600℃之溫度下進行熱處理之ITO膜中，觀察六方晶構造之尖峰與In2 O3 方鐵錳礦構造之尖峰。由於此觀察結果，經由400℃~600℃之溫度下進行熱處理，可知ITO膜中之結晶構造乃包含具有六方晶構造之In2 O3 組成之結晶。
[實施例11]
除了做為正極材料，代替IZO膜，使用IGO膜(濺鍍法所形成，膜厚約250nm)，令熱處理溫度為600℃之外，與實施例1同樣，製作氮化鎵系化合物半導體發光元件。然而，IGO膜之薄片阻抗為40Ω/sq。
又，如以下所示，調查IGO膜之熱處理溫度與結晶化之關係。
即於GaN磊晶晶圓上，形成非晶質狀態之IGO膜(厚250nm)，將所得未熱處理之IGO膜之X線繞射資料，使用X線繞射(XRD)加以測定。又，同樣地，對於形成於GaN磊晶晶圓上之非晶質狀態之IGO膜而言，以200℃、400℃、600℃之各溫度，測定在N2 環境中，進行1分鐘之熱處理時之X線繞射資料，將結果示於圖24~27之圖表。如上述之X線繞射資料乃成為IGO膜之結晶性之指標。
圖24~27乃顯示IGO膜之X線繞射資料之圖表，橫軸為顯示繞射角(2θ(°))，縱軸為顯示繞射強度(s)。
如圖24及圖25所示，在熱處理前之IGO膜及以200℃之溫度進行熱處理之IGO膜中，觀察到顯示非晶質狀態之寬X線之尖峰。又，如圖26~27所示，在400℃或600℃之溫度下進行熱處理之IGO膜中，觀察六方晶構造之尖峰與In2 O3 方鐵錳礦構造之尖峰。由於此觀察結果，經由400℃~600℃之溫度下進行熱處理，可知IGO膜中之結晶構造乃包含具有六方晶構造之In2 O3 組成之結晶。
經由以上之結果，關於本發明之化合物半導體發光元件，可知具備光透過率高之導電型透光性電極所成正極，做為發光元件為優異者。
1．．．化合物半導體發光元件(發光元件、氮化鎵系化合物半導體發光元件)
10、20．．．半導體晶圓
11、21．．．基板
12n．．．型半導體層
13．．．發光層
14．．．p型半導體層
15．．．正極(導電型透光性電極IZO膜)
16．．．正極銲墊
17．．．負極
22．．．GaN基材層(n型半導體層)
23．．．n型GaN連接層(n型半導體層)
24．．．n型AlGaN包覆層(n型半導體層)
25．．．發光層
26．．．p型AlGaN包覆層(p型半導體層)
27．．．p型GaN連接層(p型半導體層)
30．．．燈
[圖1]模式性說明關於本發明之化合物半導體發光元件之一例之圖，顯示剖面構造之概略圖。
[圖2]模式性說明關於本發明之化合物半導體發光元件之一例之圖，顯示平面構造之概略圖。
[圖3]模式性說明使用於關於本發明之化合物半導體發光元件之半導體晶圓之一例的剖面圖。
[圖4]模式性說明使用關於本發明之化合物半導體發光元件所構成之燈的概略圖。
[圖5A]模式性說明關於本發明之化合物半導體發光元件之其他例之圖，顯示於成為正極之IZO膜表面，形成凹凸形狀之例之概略圖。
[圖5B]模式性說明關於本發明之化合物半導體發光元件之其他例之圖，顯示於成為正極之IZO膜表面，形成凹凸形狀之例之概略圖。
[圖6]模式性說明關於本發明之化合物半導體發光元件之其他例之圖，顯示於成為正極之IZO膜表面，形成凹凸形狀之例之概略圖。
[圖7]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示對於IZO膜而言之熱處理溫度與薄片阻抗之關係圖。
[圖8]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示對於IZO膜而言之熱處理溫度與載子濃度之關係圖。
[圖9]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示對於IZO膜而言之熱處理溫度與載子之移動度之關係圖。
[圖10]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示未施以熱處理之IZO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖11]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示以300℃之溫度施以熱處理之IZO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖12]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示以400℃之溫度施以熱處理之IZO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖13]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示以500℃之溫度施以熱處理之IZO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖14]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示以600℃之溫度施以熱處理之IZO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖15]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示以650℃之溫度施以熱處理之IZO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖16]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示以700℃之溫度施以熱處理之IZO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖17]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示以800℃之溫度施以熱處理之IZO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖18]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示以900℃之溫度施以熱處理之IZO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖19]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示未進行熱處理時，與以特定溫度進行熱處理時，IZO膜之光透過率與透過波長之關係圖表。
[圖20]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示IZO之熱處理溫度與，發光元件之驅動電壓(Vf)及發光輸出(Po)之關係圖表。
[圖21]說明關於本發明之化合物半導體發光元件之實施例之圖，顯示形成於IZO之表面之凹凸形狀之凹部之深度、和發光元件之驅動電壓(Vf)及發光輸出(Po)之關係圖表。
[圖22]顯示在400℃之溫度下，施以熱處理之ITO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖23]顯示在600℃之溫度下，施以熱處理之ITO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖24]顯示未施以熱處理之IGO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖25]顯示在200℃之溫度下，施以熱處理之IGO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖26]顯示在400℃之溫度下，施以熱處理之IGO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
[圖27]顯示在600℃之溫度下，施以熱處理之IGO膜之X線繞射資料(XRD)之圖表。
1．．．化合物半導體發光元件(發光元件、氮化鎵系化合物半導體發光元件)
10．．．半導體晶圓
11．．．基板
12．．．n型半導體層
13．．．發光層
14．．．p型半導體層
15．．．正極(導電型透光性電極：IZO膜)
16．．．正極銲墊
17．．．負極

Claims (26)

  1. 一種化合物半導體發光元件，於基板上，化合物半導體所成n型半導體層、發光層及p型半導體層則依此順序層積，更且具備導電型透光性電極所成正極及導電型電極所成負極的化合物半導體發光元件，其特徵乃成為前述正極之導電型透光性電極乃包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的透明導電膜。
  2. 如申請專利範圍第1項之化合物半導體發光元件，其中，前述透明導電膜內之載子之移動度為30cm2 /V．sec以上者。
  3. 如申請專利範圍第1項之化合物半導體發光元件，其中，前述透明導電膜內之載子之載子濃度為1×1020 ~5×1021 cm-3 之範圍者。
  4. 如申請專利範圍第1項之化合物半導體發光元件，其中，前述透明導電膜之薄片阻抗為50Ω/sq以下者。
  5. 如申請專利範圍第1項之化合物半導體發光元件，其中，前述透明導電膜之厚度乃35nm~10000nm(10μm)之範圍。
  6. 如申請專利範圍第1項之化合物半導體發光元件，其中，於前述透明導電膜之表面，施以凹凸加工者。
  7. 如申請專利範圍第6項之化合物半導體發光元件，其中，於前述透明導電膜之表面，形成複數個獨立之凹部者。
  8. 如申請專利範圍第7項之化合物半導體發光元件，其中，前述透明導電膜之凹部之合計面積，對於前述透明導電膜整體之面積比例而言，為1/4~3/4之範圍。
  9. 如申請專利範圍第6項之化合物半導體發光元件，其中，前述透明導電膜之凹部之前述透明導電膜之厚度乃凸部之前述透明導電膜之厚度1/2以下者。
  10. 如申請專利範圍第1項之化合物半導體發光元件，其中，前述透明導電膜乃IZO膜、ITO膜、IGO膜之任一者。
  11. 如申請專利範圍第1項之化合物半導體發光元件，其中，前述透明導電膜乃IZO膜，前述IZO膜中之ZnO含量為1~20質量%之範圍者。
  12. 如申請專利範圍第1項之化合物半導體發光元件，其中，前述化合物半導體乃氮化鎵系化合物半導體者。
  13. 如申請專利範圍第1項之化合物半導體發光元件，其中，前述導電型透光性電極所成正極乃設於前述p型半導體層上，前述導電型電極所成負極乃設於前述n型半導體層上者。
  14. 一種化合物半導體發光元件之製造方法，其特徵乃包含至少下述(a)~(d)所示各工程：(a)於基板上，將化合物半導體所成n型半導體層、發光層及p型半導體層依此順序層積，製作半導體晶圓之半導體層形成工程、(b)於前述p型半導體層，層積非晶質狀之透明導電膜之導電型透光性電極層積工程、(c)將前述透明導電膜，蝕刻成特定形狀之蝕刻工程、及(d)對於蝕刻之前述透明導電膜而言，經由在300~800℃之溫度範圍下，控制保持時間，進行熱處理，使前述透明導電膜，包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶，且膜內之載子移動度，控制於30cm2 /V．sec以上之特性的熱處理工程。
  15. 如申請專利範圍第14項之化合物半導體發光元件之製造方法，其中，前述透明導電膜乃IZO膜、ITO膜、IGO膜之任一者。
  16. 如申請專利範圍第14項之化合物半導體發光元件之製造方法，其中，前述(d)所示熱處理工程，乃對於前述透明導電膜而言，經由在300~800℃之溫度範圍下，控制保持時間，進行熱處理，使前述透明導電膜，包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶，且膜內之載子移動度,控制於30~100cm2 /V．sec範圍之特性者。
  17. 如申請專利範圍第14項之化合物半導體發光元件之製造方法，其中，前述(b)所示之導電型透光性電極層積工程乃經由濺鍍法，層積前述透明導電膜者。
  18. 如申請專利範圍第14項之化合物半導體發光元件之製造方法，其中，前述化合物半導體乃氮化鎵系化合物半導體者。
  19. 如申請專利範圍第14項之化合物半導體發光元件之製造方法，其中，前述透明導電膜乃層積於前述p型半導體層上而形成者。
  20. 一種化合物半導體發光元件，其特徵乃經由如申請專利範圍第14項至第19項之任一項之製造方法所製造者。
  21. 一種化合物半導體發光元件用導電型透光性電極，其特徵乃由至少包含具有六方晶構造之In2 O3 所成組成之結晶的透明導電膜所成，且膜內之載子移動度為30cm2 /V．sec以上者。
  22. 如申請專利範圍第21項之化合物半導體發光元件用導電型透光性電極，其中，膜內之載子之移動度為30~100cm2 /V．sec之範圍者。
  23. 如申請專利範圍第21項之化合物半導體發光元件用導電型透光性電極，其中，膜內之載子之載子濃度為1×1020 ~5×1021 cm-3 之範圍。
  24. 一種燈，其特徵乃具備如申請專利範圍第1項至第13項或第20項之任一項之化合物半導體發光元件。
  25. 一種電子機器，其特徵乃組裝有如申請專利範圍第24項之燈。
  26. 一種機械裝置，其特徵乃組裝有如申請專利範圍第25項之電子機器。
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