JP2007149966A

JP2007149966A - 発光素子

Info

Publication number: JP2007149966A
Application number: JP2005342304A
Authority: JP
Inventors: Kenji Goto; 謙次後藤; Takuya Kawashima; 卓也川島; Nobuo Tanabe; 信夫田辺
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】透明導電膜と半導体間のオーミック接続を効率よく確保し、発光体から発生する光を効率的に外部に取り出すことを可能とした半導体発光素子を提供すること。
【解決手段】本発明の発光素子は、発光部を介して第一導電型層と第二導電型層を配してなる積層体と、該積層体上に設けた透明導電体とを備え、前記透明導電体は、真空蒸着法により形成された最下層と、該最下層上にスプレー熱分解法により形成された上層とから構成され、該上層のうち少なくとも１層は、前記最下層よりも耐熱性が高いことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子に関する。より詳しくは、オーミック接続を確保することによりさらなる高効率化を実現した発光素子に関する。

半導体からなる発光素子内の発光体から発生する光を外部に効率的に取り出すため、上部電極（ｐ型半導体電極側）にＩＴＯ等の透明導電膜を使用することが提案されている（例えば、特許文献１）。この透明導電膜を形成する場合には透明導電膜と半導体層間のオーミック接続を確保することが難しい。
この場合、例えばｐ型ドーパントであるＭｇをドープしたｐ型ＧａＮ層の上に電流拡散層として、１層目に真空蒸着法によってＩＴＯ膜（１０ｎｍ）を形成、その上にスパッタ法によりＩＴＯ膜（５００ｎｍ）を形成する。このときの下層のＩＴＯ膜はＳｎＯ_２を２〜２０％の範囲とする。

上記特許文献１においては、下層のＩＴＯ膜をスパッタ法以外の真空蒸着法、レーザーアブレーション法、またはゾルゲル法により形成することを特徴としている。
スパッタ法では上記ＭｇドープＧａＮ層がプラズマにより結晶欠陥を生じてしまうか、または、プラズマ中の水素イオンがＭｇドープＧａＮ層の表面から侵入してしまうことにより、半導体表層が高抵抗化していると考えられる。そのため、スパッタ法以外の方法でプラズマの影響から保護するためのＩＴＯ膜を形成することが好ましい。

また、ＭｇドープＧａＮ層上にスプレー熱分解法により直接ＩＴＯ膜を形成した場合、大気中高温（３００℃以上）で成膜を行うことから、ＭｇドープＧａＮ層表面に酸化被膜が形成されてしまう。酸化被膜の形成は、電流流入の阻害要因となることから避けなければならないため、ＭｇドープＧａＮ層上にＩＴＯ膜を直接成膜するには蒸着法が適している。

しかしながら、蒸着法によりＩＴＯ膜を成膜する場合、加熱処理をしていないことから、半導体層や電極の密着性の確保や接触抵抗の低減が不十分であった。しかし、オーミック接続の確保を目的として加熱処理を施すと、図６に示す通り、ＩＴＯ膜の劣化、すなわちＩＴＯ膜の抵抗増加が起こり、電流の面方向への広がりが妨げられ、発光効率の低下につながっていた。
特許第３３９４４８８号公報

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、透明導電膜と半導体間のオーミック接続を効率よく確保し、発光体から発生する光を効率的に外部に取り出すことを可能とした半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発光素子は、発光部を介して第一導電型層と第二導電型層を配してなる積層体と、該積層体上に設けた透明導電体とを備える発光素子であって、前記透明導電体は、真空蒸着法により形成された最下層と、該最下層上にスプレー熱分解法により形成された上層とから構成され、該上層のうち少なくとも１層は、前記最下層よりも耐熱性が高いことを特徴とする。
本発明の請求項２に係る発光素子は、請求項１において、前記最下層は、スズ添加インジウム膜であることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る発光素子は、請求項１において、前記上層は、フッ素添加酸化スズ膜であることを特徴とする。
本発明の請求項４に係る発光素子は、請求項１において、前記上層の粒径は、前記最下層の粒径に比べて大きいことを特徴とする。
本発明の請求項５に係る発光素子は、請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記最下層と前記上層を被覆する最上層との間には、該最上層よりも比抵抗の小さな中間層が少なくとも１層以上設けられていることを特徴とする。
本発明の請求項６に係る発光素子は、請求項５において、前記中間層は、スズ添加インジウム膜であることを特徴とする。
本発明の請求項７に係る発光素子の製造方法は、発光部を介して第一導電型層と第二導電型層を配してなる積層体と、該積層体上に設けた透明導電体とを備え、前記透明導電体は、最下層と、該最下層上に設けられた上層とから構成され、該上層のうち少なくとも１層は、前記最下層よりも耐熱性が高い発光素子の製造方法であって、前記最下層の形成には真空蒸着法を、前記上層の形成にはスプレー熱分解法をそれぞれ用いることを特徴とする。
本発明の請求項８に係る発光素子の製造方法は、請求項７において、前記最下層として、スズ添加インジウム膜を形成することを特徴とする。
本発明の請求項９に係る発光素子の製造方法は、請求項７または８において、前記上層として、フッ素添加酸化スズ膜を形成することを特徴とする。
本発明の請求項１０に係る発光素子の製造方法は、請求項７ないし９のいずれかにおいて、前記最下層と前記上層を被覆する最上層との間には、該最上層よりも比抵抗の小さな中間層を少なくとも１層以上形成することを特徴とする。
本発明の請求項１１に係る発光素子の製造方法は、請求項１０において、前記中間層として、スズ添加インジウム膜を形成することを特徴とする。

本発明では、透明導電体として真空蒸着法により最下層を形成し、さらにその上に耐熱性がある上層をスプレー熱分解法により形成したことにより、最下層の導電性を低下させることなく、オーミック接続確保のための熱処理が可能となり、その結果、発光素子の発光効率を大きく改善することができる。

以下、本発明に係る半導体発光素子について添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解するために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
＜第一の実施形態＞

図１は、本発明に係る発光素子の第一の実施形態を示す断面図である。
本発明の発光素子１は、サファイヤ基板２の一方の面にＧａＮバッファ層３を介してＳｉをドーパントとするｎ型ＧａＮコンタクト層４が設けられ、このｎ型ＧａＮコンタクト層４を介してＳｉをドーパントとするｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５（主たる第一導電型層）が設けられる。そして、このｎ型ＡｌＧａＮ層５を介してＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造となる発光部６、発光部６を介してｐ型ドーパントであるＭｇを含むｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７（主たる第二導電型層）、ｐ型ＡｌＧａＮ層７を介して、同じくＭｇをドーパントとするｐ型ＧａＮコンタクト層８、ＩＴＯ膜９、ＦＴＯ膜１０の順に積層されてなる透明導電体１１が設けられている。この透明導電体１１の表面の周縁の一部にはｐ側電極１２が設けられ、一方、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の周辺部の一部の上に積層された各層が除去されて、露出したｎ型ＧａＮコンタクト層４上にｎ側電極１３が設けられている。

ここで本発明では、前記透明導電体１１が、真空蒸着法により形成された最下層と、該最下層上にスプレー熱分解法により形成された上層とから構成され、該上層のうち少なくとも１層は、前記最下層よりも耐熱性が高いことを特徴とする。
前記最下層は、例えば、スズ添加インジウム（ＩＴＯ）膜である。
前記上層は、例えば、フッ素添加酸化スズ（ＦＴＯ）膜である。

エピタキシャル成長させた半導体層の上に、透明導電体１１として、真空を破ることなく真空蒸着法によりＩＴＯ膜９を形成し、さらにその上に、耐熱性があり光透過特性に優れたＦＴＯ膜１０をスプレー熱分解法により形成している。これにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の酸化を防止するとともに、熱処理によるＩＴＯ膜９の抵抗増加を抑制することができる

このような構成の透明導電体１１では、オーミック接続確保のため、高温、例えば５００℃以上での熱処理をしても、ＩＴＯ膜９の導電性が低下することがなくなる。これにより、透明導電体１１の高い導電性を確保しつつも接触抵抗を低減することが可能となり、その結果、発光素子１の発光効率を大きく向上することができる。

発光素子１は、有機金属気相成長法（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition:以下、ＭＯＣＶＤ法という）、ハライド気相成長法（ＨＤＣＶＤ）等の気相成長法により各層を成長させることによって形成される。
ＭＯＣＶＤ法では、原料ガスに、例えばガリウム源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、窒素源としてアンモニア（ＮＨ_３）、ヒドラジン等の水素原子を含む化合物、Ｓｉ源としてモノシラン（ＳｉＨ_４）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ｍｇ源としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を用い、キャリアガスとして水素ガス、窒素ガス等が用いられる。

発光素子１の構造は、基板の一方の面に少なくとも第一導電型層、第二導電型層、電流拡散層としての透明導電体が順に積層された構造であればよく、ホモ、シングルへテロ、ダブルヘテロ等の構造とすることができる。例えばサファイヤ基板２の表面に、バッファ層３を介してｎ型コンタクト層４とｎ型クラッド層５、発光部６、ｐ型クラッド層７、ｐ型コンタクト層８、電流拡散層としての透明導電体１１を順に積層したダブルヘテロ構造のものが高発光素子として知られている。

以下においては、発光部６が層を成す場合について述べるが、界面発光の場合には、ｎ型クラッド層５とｐ型クラッド層７の界面が発光部として機能する。
ｎ型コンタクト層４は、ノンドープまたはＳｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｃ等のｎ型ドーパントをドープしたＧａＮで形成できる。ｎ型クラッド層５は、例えばノンドープまたはｎ型ドーパントをドープしたＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等で形成することができる。

発光部６は、ノンドープ、またはｎ型ドーパントおよび／またはＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｂａ等のｐ型ドーパントをドープしたＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等で形成でき、インジウムを含む発光部を形成することにより紫色〜赤色まで発光波長を変化させることが可能である。発光部にｎ型ドーパントをドープすると、ピーク波長における発光強度がさらに大きくなり、ｐ型ドーパントをドープすると波長を約０．５ｅＶ長波長側に持っていくことができ、ｎ型ドーパントとｐ型ドーパントとをドープすると発光強度を大きくしたままで、発光波長を長波長側に移動させることができる。

ｐ型クラッド層７は、ｐ型ドーパントをドープしたＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等で形成することができる。またｐ型コンタクト層８は、ｐ型ドーパントをドープしたＧａＮで形成することができ、ｎ型クラッド層５と同じくＧａＮは電極と好ましいオーミック接続を得ることができる。また、ｎ型クラッド層５および／またはｐ型クラッド７層は省略することもできる。省略した場合はコンタクト層がクラッド層として作用する。

透明導電体１１は、真空蒸着法により形成された最下層（ＩＴＯ膜９）と、該最下層上にスプレー熱分解法により形成された上層（ＦＴＯ膜１０）とから構成される。
透明導電体１１の最下層は、スズ添加インジウム（ＩＴＯ）、酸化インジウム（ＩＯ）、酸化亜鉛（ＺＯ）、アンチモン添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）、Ｇａ添加酸化亜鉛（ＧＺＯ）、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＡｌＺＯ）又はホウ素添加酸化亜鉛（ＢＺＯ）からなる膜とすることにより、高導電性と高透光性が発揮される。その中でもＩＴＯ膜が好適に用いられる。

透明導電体１１として、高い光透過性と耐熱性を有するＦＴＯ膜１０をＩＴＯ膜９上に設けた。高い光透過性と良好な電気伝導性はＩＴＯ膜９が担うとともに、高い耐熱特性は外層に位置するＦＴＯ膜１０が担っている。
ＦＴＯ膜で被覆されたＩＴＯ膜における比抵抗の熱処理温度依存性を図２に示す。この図から明らかなように、ＦＴＯ膜で被覆されたＩＴＯ膜は、６００℃での熱処理後においても抵抗変化しない、という高い耐熱特性を有する。

本発明では、この複合膜を透明導電体１１として採用したことにより、オーミック接続確保のため、５００℃以上での熱処理をしても、ＩＴＯ膜９の導電性が低下することがなくなり、透明導電体１１の高い導電性を確保しつつも接触抵抗を低減することが可能となり、結果として発光素子１の発光効率を大きく向上することができる。

スプレー熱分解法は、加熱した基板に原料液をスプレー塗布することで、基板表面上で熱分解および化学反応を生じさせて成膜する方法であるが、大気中での成膜が可能であり、製造コスト低減の上で好適に用いられる成膜法である。
スプレー熱分解法により形成された透明導電膜の粒径は、スパッタ法、蒸着法により形成された場合に比べて大きくなる。例えば、スプレー熱分解法により形成された透明導電膜の表面には、長円形状の大きな粒が分布しており、細かい起伏を多数有するものとなる。

一方、従来の真空蒸着法により形成された透明導電膜は、表面が平坦であり、電極との密着性が十分に得られないが、本発明のスプレー熱分解法により形成された透明導電膜は細かい起伏を多数有し、電極との密着性が十分に得られる。

さらに、図３に示すように、前記透明導電体１１において、前記ＩＴＯ膜９とＦＴＯ膜１０との間には、該ＦＴＯ膜１０よりも比抵抗の小さな中間層１４が少なくとも１層以上設けられていることが好ましい。比抵抗の小さな中間層１４を設けることで、透明導電体１１の抵抗をより小さくすることが可能となる。これにより接触抵抗をさらに低減することが可能となり、発光素子１の発光効率をより大きく向上することができる。
前記中間層１１は、例えば、スプレー熱分解法により形成されたＩＴＯ膜である。

透明導電体１１を形成後、ｐ側電極１２とｎ側電極１３を形成する。ｐ側電極１２は透明導電体表面の所定の部位に形成されるが、ｎ側電極１３は、基板にサファイヤ等の絶縁基板を用いた場合は、基板の他方の面に電極を設けることができないので、化合物層や透明導電体を積層した一方の面側にｐ側電極１２とｎ側電極１３を設けなければならない。この為には、透明導電体１１、ｐ型コンタクト層８、ｐ型クラッド層７、発光部６、ｎ型クラッド層５をエッチングして、ｎ型コンタクト層４を露出させ、その露出部にｎ側電極１３を形成する。

各層をエッチングするにはウェットエッチング、ドライエッチングいずれの方法を用いてもよい。ウェットエッチングでは例えば、リン酸と硫酸との混酸を用いることができる。ドライエッチングでは例えば反応性イオンエッチング、集束イオンビームエッチング、イオンミリング、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）エッチング等を用いることができ、エッチングガスとして反応性イオンエッチング、ＥＣＲエッチングでは、ＣＦ_４、ＣＣｌ_４、ＳｉＣｌ_４、ＣＣｌＦ_３、ＣＣｌＦ_２、ＳＦ_６、ＰＣｌ_３等のガスを用いることができ、集束イオンビームエッチングではＢ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｉｎ等を金属イオン源として用いることができ、イオンミリングではＡｒ、Ｎｅ、Ｎ_２等の不活性ガスを用いることができる。

エッチングは、各層ごとに最適なエッチング法を選択して、各層毎にマスキングしてエッチングしてもよいが、フォトリソグラフィの回数増加に伴い、発光面積が減少するので、塩素ガスを含むガス、または臭素ガスを含むガスを用いて、透明導電体１１、ｐ型コンタクト層８、ｐ型クラッド層７、発光部６、ｎ型クラッド層５を一度にエッチングして、ｎ型コンタクト層４を露出する方法が好ましい。
＜第二の実施形態＞

以下、本発明に係る半導体発光素子の第二の実施形態について添付図面に基づいて具体的に説明する。

図４は、本発明に係る発光素子の第二の実施形態を示す断面図である。
この発光素子２０は、第一導電型基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板２１の一方の面に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２（主たる第一導電型層）、ＡｌＧａＩｎＰ発光部２３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２４（主たる第二導電型層）、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ電流分散層２５、ＩＴＯ膜２６、ＦＴＯ膜２７の順に積層されてなる透明導電体２８が順に設けられ、ｎ型ＧａＡｓ基板２１の他方の面にｎ側電極２９が、透明導電体２８の周縁部には円形のｐ型電極３０が設けられている。

この場合にも、透明導電体２８が、真空蒸着法により形成された最下層（ＩＴＯ膜２６）と、該最下層上にスプレー熱分解法により形成された上層（ＦＴＯ膜２７）とから構成される。
エピタキシャル成長させた半導体層の上に、真空を破ることなく真空蒸着法によりＩＴＯ膜２６を形成し、さらにその上に、耐熱性があり光透過特性に優れたＦＴＯ膜２７をスプレー熱分解法により形成している。これにより、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ電流分散層２５の酸化を防止するとともに、熱処理によるＩＴＯ膜２６の抵抗増加を抑制することができる。

このような構成の透明導電体２８では、オーミック接続確保のため、高温、例えば５００℃以上での熱処理をしても、ＩＴＯ膜２６の導電性が低下することがなくなる。これにより、透明導電体２８の高い導電性を確保しつつも接触抵抗を低減することが可能となり、その結果、発光素子２０の発光効率を大きく向上することができる。

この場合にも、図５に示すように、前記透明導電体２８において、前記ＩＴＯ膜２６とＦＴＯ膜２７との間には、該ＦＴＯ膜２７よりも比抵抗の小さな中間層３１が少なくとも１層以上設けられていることが好ましい。比抵抗の小さな中間層３１を設けることで、透明導電体２８の抵抗をより小さくすることが可能となる。これにより接触抵抗をさらに低減することが可能となり、発光素子２０の発光効率をより大きく向上することができる。
前記中間層３１は、例えば、スプレー熱分解法により形成されたＩＴＯ膜である。

以上、本発明の半導体発光素子について説明してきたが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。

＜実施例１＞
図１に示すような構造の発光素子を以下のようにして作製した。
ＭＯＣＶＤ法によりサファイヤ基板の一方の面に各ＧａＮ系化合物層を形成した。原料ガスは、Ｇａはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスを、Ｎはアンモニア（ＮＨ_３）ガスを、Ｓｉはモノシラン（ＳｉＨ_４）ガスを、Ａｌはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを、Ｍｇはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）ガスを用い、キャリアガスとして水素ガスを用いた。

まず、ＭＯＣＶＤ装置内に、直径２インチで（０００１）面を化合物堆積面とするサファイヤ基板を設置し、水素を供給しながら１０５０℃に加熱してサーマルクリーニングを施した。次に、サファイヤ基板を５１０℃まで低下させてＧａＮバッファ層を堆積させた後、ＧａＮバッファ層を設けたサファイヤ基板を１０３５℃まで加熱して、ＮＨ_３ガス、ＴＭＧガス、ＳｉＨ_４ガスを流してＳｉをドーパントとするｎ型ＧａＮコンタクト層を成長させた後、ＮＨ_３ガス、ＴＭＧガス、ＴＭＡガス、ＳｉＨ_４ガスを流してＳｉをドーパントとするｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を成膜した。

次に、試料の温度を７５０℃とし、ＴＭＡガスを断続的に流しつつ、ＧａＮとＡｌＧａＮの多量子井戸（ＭＱＷ）構造とする発光部を、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の上に成長させた。
続いて、ＮＨ_３ガス、ＴＭＧガス、ＴＭＡガス、Ｃｐ_２Ｍｇガスを流して、発光部上に、Ｍｇをドーパントとするｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を形成し、その後、ＮＨ_３ガス、ＴＭＧガス、Ｃｐ_２Ｍｇガスを流して、Ｍｇをドーパントとするｐ型ＧａＮクラッド層を成膜した。

次に、ｐ型ＧａＮクラッド層上に蒸着法により厚さ７００ｎｍのＩＴＯ膜を成膜した。

そして、試料をＳＰＤ法成膜装置に移して、ＩＴＯ膜を４００℃に加熱保持して、ＳＰＤ法により、ＩＴＯ膜上にＦＴＯ膜用原料化合物溶液を噴霧して厚さ１００ｎｍのＦＴＯ膜を成膜した。
ＦＴＯ膜用原料化合物溶液は、塩化スズ（IV）五水和物０．７０１ｇをエタノール１０ｍｌに溶解し、これにフッ化アンモニウム０．５９２ｇの飽和水溶液を加え、この混合物を超音波洗浄機に約２０分間かけて、完全に溶解して得た。

このように構成した後、半導体との密着性およびオーミック接合を実現するため、大気中で５００℃／ｈｏｕｒのアニール処理を行った。

次に、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一方の面の周縁部にｎ側電極を形成するために、ｎ側電極形成部上に積層されているｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、発光部、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層、透明導電体を除去するために、透明導電体上にマスクを形成した。マスク形成後、試料をエッチング装置に移して、エッチングガスを流し、ｎ型ＧａＮコンタクト層が露出するまでドライエッチングを行った。

ドライエッチングにより露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上に蒸着法により、Ａｌを蒸着してｎ側電極を形成し、マスクを剥がした透明導電体上の周縁の一部に蒸着法によりＡｌを蒸着してｐ側電極を形成した。
この窒化ガリウム系化合物層を形成したサファイヤ基板を３００μｍ角にダイシングしてベアチップとした。そして、このベアチップをステム上にダイボンディングにより実装し、ワイヤボンディングにより配線して発光素子を作製した。
蒸着による成膜では、５ｎｍ／分の成膜レートであるのに対し、スプレー法では７０ｎｍ／分の成膜レートでも形成できる。

＜実施例２＞
透明導電体として、蒸着法ＩＴＯ膜の上に、ＳＰＤ法により厚さ７００ｎｍのＩＴＯ膜を形成し、さらにＳＰＤ法により厚さ１００ｎｍのＦＴＯ膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。
なお、ＳＰＤ法におけるＩＴＯ膜用原料化合物溶液は、塩化インジウム（ＩＩＩ）四水和物５．５８ｇと塩化スズ（ＩＩ）二水和物０．２３ｇとをエタノール１００ｍｌに溶解して得た。

＜比較例１＞
透明導電体として、蒸着法ＩＴＯ膜上にＦＴＯ膜を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。

＜実施例３＞
図４に示すような構造の発光素子を以下のようにして作製した。
まず、ｎ型のＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ発光部、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ電流分散層を順に成膜した。

次に、ｐ型ＧａＮクラッド層上に蒸着法により厚さ７００ｎｍのＩＴＯ膜を成膜した。
そして、試料をＳＰＤ法成膜装置に移して、ＩＴＯ膜を４００℃に加熱保持して、ＳＰＤ法により、ＩＴＯ膜上にＦＴＯ膜用原料化合物溶液を噴霧して厚さ１００ｎｍのＦＴＯ膜を成膜した。
このように構成した後、半導体との密着性およびオーミック接合を実現するため、大気中で５００℃／ｈｏｕｒのアニール処理を行った。

この透明導電体の上に、フォトリソグラフィにより、Ａｕ／Ｎｉのｐ側電極を形成し、ＧａＡｓ基板の他方の面には、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕのｎ側電極を形成した。
このようにして積層したウエハを３００μｍ角にダイシングしてベアチップとした。そして、このベアチップをステム上にダイボンディングにより実装し、ワイヤボンディングにより配線して発光素子を作製した。

＜実施例４＞
透明導電体として、蒸着法ＩＴＯ膜の上に、ＳＰＤ法により厚さ７００ｎｍのＩＴＯ膜を形成し、さらにＳＰＤ法により厚さ１００ｎｍのＦＴＯ膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。
なお、ＳＰＤ法におけるＩＴＯ膜用原料化合物溶液は、塩化インジウム（ＩＩＩ）四水和物５．５８ｇと塩化スズ（ＩＩ）二水和物０．２３ｇとをエタノール１００ｍｌに溶解して得た。

＜比較例２＞
透明導電体として、蒸着法ＩＴＯ膜上にＦＴＯ膜を形成しなかったこと以外は、実施例３と同様にして発光素子を作製した。

以上のようにして作製したＧａＮ系発光素子（実施例１、実施例２および比較例１）について、オーミック接続を目的とした透明導電体の熱処理前後の比抵抗測定結果を表１に示す。
また、作製したＧａＮ系発光素子の透明導電膜と金属薄膜電極を介した半導体層間の接触抵抗測定結果を、透明導電体のシート抵抗も併せて表２に示す。

また、以上のようにして作製したＡｌＧａＩｎＰ系発光素子（実施例３、実施例４および比較例２）について、オーミック接続を目的とした透明導電体の熱処理前後の比抵抗測定結果を表３に示す。
また、作製したＡｌＧａＩｎＰ系発光素子の透明導電体と金属薄膜電極を介した半導体層間の接触抵抗測定結果を、透明導電体のシート抵抗も併せて表４に示す。

以上の結果より、蒸着法によるＩＴＯ膜上に耐熱性の高いＦＴＯ膜を形成したことにより、接触抵抗を従来と同等レベル未満とした上で、ｐ型電極基板側の透明導電膜の比抵抗を熱処理前と同等に維持することができた。この結果、従来のＩＴＯ膜単独の場合と比較して、比抵抗で約１／１０未満に低減することが可能となった。また、蒸着法ＩＴＯ上にＳＰＤ法によるＩＴＯ膜を形成し、その上にＦＴＯ膜を形成したことによって、シート抵抗は７０〜８０％低減した。

ＦＴＯ膜の形成による抵抗低減の結果として、発光効率がＧａＮ系発光素子で３０％、ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子で２５％向上した。さらに、ＳＰＤ法によるＩＴＯ膜積層によるシート抵抗低減により、発光効率がＧａＮ系発光素子で３０→３２％、ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子で２５→２８％に向上した。
今回評価した発光素子チップは０．４ｍｍ角であり、チップサイズが大きくなるほどこの効果は大きくなると考えられる。

＜実施例５〜実施例７＞
実施例５〜実施例７では、透明導電体において、膜厚を２ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍと変えて蒸着法ＩＴＯ膜を形成し、該ＩＴＯ膜の上に膜厚１００ｎｍのＦＴＯ膜をＳＰＤ法により成膜して発光素子を作製した。
このようにして作製した発光において、透明導電体の熱処理前後における接触抵抗変化を表５に示す。これにより、ＩＴＯ膜の膜厚は５ｎｍ以上とする必要があると考えられる。

本発明で特徴となる半導体発光素子の構造は、液晶表示素子や太陽電池に代表される光電変換素子における性能向上に有効である。

本発明に係る半導体発光素子の一実施形態を示す断面図である。熱処理温度と透明導電膜の抵抗変化を示すグラフである。本発明に係る半導体発光素子の他の実施形態を示す断面図である。本発明に係る半導体発光素子の他の実施形態を示す断面図である。本発明に係る半導体発光素子の他の実施形態を示す断面図である。熱処理温度とＩＴＯ膜の抵抗変化を示すグラフである。

符号の説明

１発光素子、５第一導電型層、６発光部、７第二導電型層、９最下層、１０上層、１１透明導電体。

Claims

発光部を介して第一導電型層と第二導電型層を配してなる積層体と、
該積層体上に設けた透明導電体とを備える発光素子であって、
前記透明導電体は、真空蒸着法により形成された最下層と、該最下層上にスプレー熱分解法により形成された上層とから構成され、該上層のうち少なくとも１層は、前記最下層よりも耐熱性が高いことを特徴とする発光素子。
前記最下層は、スズ添加インジウム膜であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
前記上層は、フッ素添加酸化スズ膜であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
前記上層の粒径は、前記最下層の粒径に比べて大きいことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
前記最下層と前記上層を被覆する最上層との間には、該最上層よりも比抵抗の小さな中間層が少なくとも１層以上設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の発光素子。
前記中間層は、スズ添加インジウム膜であることを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
発光部を介して第一導電型層と第二導電型層を配してなる積層体と、該積層体上に設けた透明導電体とを備え、前記透明導電体は、最下層と、該最下層上に設けられた上層とから構成され、該上層のうち少なくとも１層は、前記最下層よりも耐熱性が高い発光素子の製造方法であって、
前記最下層の形成には真空蒸着法を、前記上層の形成にはスプレー熱分解法をそれぞれ用いることを特徴とする発光素子の製造方法。
前記最下層として、スズ添加インジウム膜を形成することを特徴とする請求項７に記載の発光素子の製造方法。
前記上層として、フッ素添加酸化スズ膜を形成することを特徴とする請求項７または８に記載の発光素子の製造方法。
前記最下層と前記上層を被覆する最上層との間には、該最上層よりも比抵抗の小さな中間層を少なくとも１層以上形成することを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の発光素子の製造方法。
前記中間層として、スズ添加インジウム膜を形成することを特徴とする請求項１０に記載の発光素子の製造方法。