JPWO2009072365A1 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2009072365A1
JPWO2009072365A1 JP2009544615A JP2009544615A JPWO2009072365A1 JP WO2009072365 A1 JPWO2009072365 A1 JP WO2009072365A1 JP 2009544615 A JP2009544615 A JP 2009544615A JP 2009544615 A JP2009544615 A JP 2009544615A JP WO2009072365 A1 JPWO2009072365 A1 JP WO2009072365A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide
transparent conductive
conductive film
gallium nitride
compound semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009544615A
Other languages
English (en)
Inventor
井上　一吉
一吉 井上
矢野　公規
公規 矢野
太 宇都野
太 宇都野
重和 笘井
重和 笘井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Idemitsu Kosan Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Idemitsu Kosan Co Ltd filed Critical Idemitsu Kosan Co Ltd
Publication of JPWO2009072365A1 publication Critical patent/JPWO2009072365A1/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/42—Transparent materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48257—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a die pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/49105—Connecting at different heights
    • H01L2224/49107—Connecting at different heights on the semiconductor or solid-state body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

インジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれる１以上の金属の酸化物と、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物を含み、バンドギャップが３．０ｅＶ以上であり、波長４６０ｎｍにおける屈折率が２．１以上であり、仕事関数が５．５ｅＶ以上である窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。

Description

本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜に関する。特に、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の駆動電圧を低下させることができる非晶質透明導電膜に関する。
近年、短波長光発光素子用半導体材料として、窒化物系半導体である窒化ガリウム系化合物半導体材料が注目を集めている。窒化ガリウム系化合物半導体は、サファイア単結晶等の酸化物又はＩＩＩ−Ｖ族化合物を基板として、この基板上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等を用いることにより形成できる。
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、横方向への電流拡散が小さいという特徴を有する。従って、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に電圧を印加した場合、電極直下の半導体にのみ電流が注入され、電極直下の発光層で発光した光は電極に遮られてしまい、外部に取り出すのが困難であった。そこで、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、通常、正極として透明電極が用いられ、発光層から発せられる光を正極を透過して取り出す。
上記透明電極としては、Ｎｉ／Ａｕ、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）等の周知の導電材料が用いられる。これら導電材料のうち、Ｎｉ／Ａｕ等の金属は、ｐ型半導体層との接触抵抗は小さいものの、光の透過率が低い。一方、ＩＴＯ等の酸化物は、光の透過率は高いものの、接触抵抗が大きいという問題があった。
例えば特許文献１は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に用いる正極として、ＩＴＯ等の導電性に優れた金属酸化物層とコンタクト金属層とを組み合わせた構成を開示している。しかし、特許文献１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、正極に用いられているコンタクト金属層によってｐ型半導体層との接触抵抗を下げることは可能であるものの、コンタクト金属層自体の光透過率が低いため、十分な光取出し効率を得ることができず、発光出力が低くなるという問題があった。
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の正極としてＩＴＯ等の導電酸化物膜を用いる場合において、導電酸化物膜を３００℃以上で熱アニール処理を行うことにより、導電酸化物膜の比抵抗を減少させることができる。これは、熱アニール処理によって導電酸化物膜中のＳｎドーパントが活性化し、導電酸化物膜のキャリア濃度が増加するためである。
しかしながら、上記熱アニール処理を行った場合、導電酸化物膜とｐ型半導体層との界面付近で元素の相互拡散が生じ、導電酸化物膜の比抵抗の低減の妨げになるだけでなく、ｐ型半導体層の比抵抗の増大や、導電酸化物膜とｐ型半導体層との接触抵抗の増大が生じてしまうといった問題があった。特に、ｐ型半導体層中のガリウム元素の導電酸化物膜中への拡散は、導電性酸化物膜の比抵抗及び接触抵抗の低減の妨げとなるという問題があった。
上記問題を解決するため、特許文献２はｐ型半導体層上に透光性導電酸化物膜を成膜後、該透光性導電酸化膜にレーザーアニール処理を行う方法を開示している。この方法は、熱アニール処理のみを行った場合に比べ、ｐ型半導体層と透光性導電酸化膜との界面のＧａ元素の拡散を抑えることができるため、透光性導電酸化膜の比抵抗を減少させることができ、透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との接触抵抗を低減することができる。しかし、当該方法によってもガリウム元素の拡散を防ぐことはできなかった。
例えば、特許文献２が開示する透明導電膜は、ＩＴＯ又はＩＺＯであり、これらの屈折率は、ＩｎＧａＮが発する４６０ｎｍの波長において、それぞれ、１．９２及び２．０７であり、ＩｎＧａＮが有する屈折率約２．５より小さく、光取出し効率が小さかった。また、ＧａＮ（Ｉｎ）が発する波長３８０ｎｍにおいては、ＩＴＯ、ＩＺＯのバンドギャップがそれぞれ、３．２ｅＶ及び２．９ｅＶであるため、３８０ｎｍの光を吸収してしまい、光取出し効率が非常に小さなものであった。また、ＩＴＯ、ＩＺＯの仕事関数は、それぞれ約５．０ｅＶ及び５．２ｅＶであり、ｐＧａＮのＨＯＭＯレベルの準位と大きく離れており、正孔を注入するための障壁が大きく、駆動電圧も大きいままであった。
また、特許文献２において、ＴｉＴａＯ２又はＴｉＮｂＯ２からなる透光性導電酸化膜は、ＴｉＯ２の屈折率２．６はＧａＮの屈折率とほぼ等しいため、ＧａＮ上での光取出し効率に優れた透光性導電酸化膜として使用可能であることが提案されているが、ＴｉＴａＯ２及びＴｉＮｂＯ２は導電性が低く、実際に透明導電酸化膜として使用するには困難である。加えて、これら酸化物は結晶質にしなければ導電率が向上しないことから、高温での熱処理を必要とし、実用的ではなかった。
特開平９−１２９９１９号公報 特開２００７−２９４５７８号公報
本発明の目的は、駆動電圧を低減し、光取出し効率を高めることのできる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜を提供することである。
本発明によれば、以下の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜等が提供される。
１．インジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれる１以上の金属の酸化物と、
ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物を含み、
バンドギャップが３．０ｅＶ以上であり、
波長４６０ｎｍにおける屈折率が２．１以上であり、
仕事関数が５．５ｅＶ以上である窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
２．前記インジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれる１以上の金属の酸化物が、酸化インジウム−酸化亜鉛、酸化インジウム−酸化スズ、酸化亜鉛−酸化スズ又は酸化インジウム−酸化スズ−酸化亜鉛である１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
３．前記インジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれる１以上の金属の酸化物が、酸化インジウム−酸化亜鉛であって、インジウム及び亜鉛の原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５〜０．９５である１又は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
４．前記インジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれる１以上の金属の酸化物が、酸化インジウム−酸化スズであって、インジウム及びスズの原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ）＝０．７〜０．９５である１又は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
５．酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物と、
ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物を含み、
バンドギャップが３．２ｅＶ以上であり、
波長４６０ｎｍにおける屈折率が２．２以上であり、
仕事関数が５．５ｅＶ以上である窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
６．酸化スズを主成分とする金属酸化物と、
ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物を含み、
バンドギャップが３．５ｅＶ以上であり、
波長３８０ｎｍにおける屈折率が２．３以上であり、
仕事関数が５．５ｅＶ以上である窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
７．さらに添加物として酸化ガリウムを含み、
前記非晶質透明導電膜中の全金属元素に対する前記添加物のガリウム原子の原子比が１〜１０ａｔ％である６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
８．１〜７のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜が、ｐ型窒化ガリウム半導体に直接接合した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
９．前記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜上にさらに透明導電膜を積層してなる８に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
１０．前記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜が、その成膜時に酸化インジウム−酸化スズ又は酸化インジウム−酸化亜鉛を同時に成膜することにより、ｐ型窒化ガリウム半導体側から徐々に屈折率が低下する屈折率分布を有する８又は９に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
本発明によれば、駆動電圧を低減し、光取出し効率を高めることのできる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜を提供することができる。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一実施形態を示す概略断面図である。 図１に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の上面図である。 本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に用いることができる窒化ガリウム系化合物半導体の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いたＬＥＤランプ（砲弾型）の一実施形態を示す概略断面図である。
本発明の第１の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜（以下、単に本発明の第１の非晶質透明導電膜という場合がある）は、インジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれる１以上の金属の酸化物と、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物を含み、バンドギャップが３．０ｅＶ以上であり、波長４６０ｎｍにおける屈折率が２．１以上であり、仕事関数が５．５ｅＶ以上である。
本発明の第１の非晶質透明導電膜が含むインジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれる１以上の金属の酸化物（以下、単に金属酸化物と略す場合がある）は、好ましくは酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛−酸化スズ（ＺＴＯ）又は酸化インジウム−酸化スズ−酸化亜鉛（ＩＴＺＯ）である。これらの中でも、低温で成膜しても得られる導電膜の比抵抗が小さく、成膜に用いるターゲットの異物発生が少なく、且つ安定して成膜できることから、より好ましくはインジウム及び亜鉛の原子比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ））が０．５〜０．９５である酸化インジウム−酸化亜鉛、又はインジウム及びスズの原子比（Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ））が０．７〜０．９５である酸化インジウム−酸化スズである。
上記金属酸化物として、ＩＺＯを用いる場合、ＩＺＯ中のＺｎＯ濃度は、好ましくは３〜３８重量％であり、非晶質透明導電膜の熱安定を高める観点から、より好ましくは５〜２０重量％である。
上記金属酸化物として、ＩＴＯを用いる場合、ＩＴＯ中のＳｎＯ２濃度は、好ましくは５〜１５重量％であり、非晶質透明導電膜の比抵抗をさらに低減する観点から、より好ましくは７.５〜１２．５重量％である。
上記金属酸化物として、ＺＴＯを用いる場合、好ましくはＺＴＯ中のＺｎＯ濃度が５〜８０重量％であり、ＺＴＯ中のＳｎＯ２濃度が２０〜９５重量％である。非晶質透明導電膜の熱安定性を高める観点から、より好ましくはＺＴＯ中のＺｎＯ濃度が５０〜７５重量％であり、ＳｎＯ２濃度が２５〜５０重量％である。
上記金属酸化物として、ＩＴＺＯを用いる場合、好ましくはＩＴＺＯ中のＩｎ２Ｏ３濃度が２〜９５重量％であり、ＺｎＯ濃度が３〜９５重量％であり、ＳｎＯ２濃度が２〜９５重量％である。非晶質透明導電膜の熱安定性を高める観点から、より好ましくはＩＴＺＯ中のＩｎ２Ｏ３濃度が１０〜８０重量％であり、ＺｎＯ濃度が1０〜７５重量％であり、ＳｎＯ２濃度が１０〜５０重量％である。
本発明の第１の非晶質透明導電膜が含むハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物において、ランタノイド元素とは、ランタン、セリウム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、ジスプロニウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテリビウム、ルテニウムであり、好ましくはランタン、セリウム、サマリウム、イッテリビウムである。
本発明の第１の非晶質透明導電膜は、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素を含むことにより、透明導電膜を非晶質にでき、また、屈折率及び仕事関数を大きくすることができる。加えて、これら元素は、ガリウム元素と複合酸化物を形成し、非晶質透明導電膜内にガリウムが拡散することを防ぐことができる。同様に、複合酸化物を形成することから、例えば非晶質透明導電膜と窒化ガリウム層との密着性が向上し、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の安定性を向上させることができる。
ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素の含有量は、好ましくは非晶質透明導電膜中の全金属元素に対して原子比で１〜３０ａｔ％である。これら元素の含有量が３０ａｔ％超の場合、非晶質透明導電膜の抵抗値が大きくなり過ぎ、透明導電膜として機能しないおそれがある。一方、これら元素の含有量が１ａｔ％未満の場合、仕事関数が５．５ｅＶ未満となる、及び屈折率が４６０ｎｍにおいて２．１未満になるおそれがある。
本発明の第１の非晶質透明導電膜は、バンドギャップが３．０ｅＶ以上である。窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）半導体のバンドギャップは２．７ｅＶ程度であり、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の発光波長は、用いる窒化ガリウム系化合物のバンドギャップに由来する光を発光するので、窒化インジウムガリウムのバンドギャップより大きいバンドギャップを有する本発明の第１の非晶質透明導電膜は、窒化インジウムガリウムを用いた半導体発光素子に対して十分な透明性を有する。
尚、本発明の第１の非晶質透明導電膜のバンドギャップの上限は特に限定されないが、例えば３．８ｅＶである。
本発明の第１の非晶質透明導電膜は、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス又はランタノイド系元素を１以上含むので、波長４６０ｎｍにおける屈折率が２．１以上となる。窒化ガリウムの波長４６０ｎｍにおける屈折率も２．１以上であるので、本発明の第１の非晶質透明導電膜を窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に用いることにより、当該発光素子の光取出し効率を向上させることができる。
尚、本発明の第１の非晶質透明導電膜の波長４６０ｎｍにおける屈折率の上限は特に限定されないが、例えば２．４である。
本発明の第１の非晶質透明導電膜は、仕事関数が５．５ｅＶ以上であり、後述するｐＧａＮコンタクト層の仕事関数と同じ又は近くなることから、非晶質透明導電膜及びｐＧａＮコンタクト層間のエネルギー障壁が緩和され、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の駆動電圧（Ｖｆ）を低減することができる。
尚、本発明の第１の非晶質透明導電膜の仕事関数の上限は特に限定されないが、例えば６．２ｅＶである。
本発明の第２の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜（以下、単に本発明の第２の非晶質透明導電膜という場合がある）は、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物と、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物を含み、バンドギャップが３．２ｅＶ以上であり、波長４６０ｎｍにおける屈折率が２．２以上であり、仕事関数が５．５ｅＶ以上である。
上記において、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物とは、金属酸化物中の全金属元素に対する亜鉛原子の原子比（Ｚｎ／金属酸化物中の全金属元素）が、０．５以上であることを意味する。上記酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物は他に、インジウム、ガリウム、アルミニウム、スズ等を含むことができる。
酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物が酸化亜鉛−酸化インジウムの場合、金属酸化物中のインジウムと亜鉛の原子比Ｉｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）は、好ましくは０．００５〜０．０５であり、より好ましくは０．０１〜０．０３である。Ｉｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）が０．００５未満の場合、酸化インジウムの添加効果が小さく、比抵抗が低下しないおそれがある。一方、Ｉｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）が０．０５超の場合、酸化インジウムのキャリヤー散乱効果により、比抵抗が下がらないおそれがある。
酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物が酸化亜鉛−酸化ガリウムの場合、金属酸化物中のガリウムと亜鉛の原子比Ｇａ／（Ｚｎ＋Ｇａ）は、好ましくは０．００５〜０．０５であり、より好ましくは０．０１〜０．０３である。Ｇａ／（Ｚｎ＋Ｇａ）が０．００５未満の場合、酸化ガリウムの添加効果が小さく、比抵抗が低下しないおそれがある。一方、Ｇａ／（Ｚｎ＋Ｇａ）が０．０５超の場合、酸化ガリウムのキャリヤー散乱効果により、比抵抗が下がらないおそれがある。
酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物が酸化亜鉛―酸化アルミニウムの場合、金属酸化物中のアルミニウムと亜鉛の原子比Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）は、好ましくは０．００５〜０．０５であり、より好ましくは０．０１〜０．０３である。Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）が０．００５未満の場合、酸化アルミニウムの添加効果が小さく、比抵抗が低下しないおそれがある。一方、Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）が０．０５超の場合、酸化アルミニウムのキャリヤー散乱効果により、比抵抗が下がらないおそれがある。
酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物が酸化亜鉛―酸化スズの場合、金属酸化物中のスズと亜鉛の原子比Ｓｎ／（Ｚｎ＋Ｓｎ）は、好ましくは０．０５〜０．５であり、より好ましくは０．２〜０．４である。原子比Ｓｎ／（Ｚｎ＋Ｓｎ）が、上記領域にあるときに、得られる膜が非晶質となり、均一な膜としやすくなる。
尚、Ｓｎ／（Ｚｎ＋Ｓｎ）が０．０５未満の場合、酸化スズの添加効果が小さく、比抵抗が低下しないおそれがある。
本発明の第２の非晶質透明導電膜は、バンドギャップが３．２ｅＶ以上である。上述したとおり、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）半導体のバンドギャップは２．７ｅＶ程度であるので、この非晶質透明導電膜は、窒化インジウムガリウムを用いた半導体発光素子に対して十分な透明性を有する。
尚、本発明の第２の非晶質透明導電膜のバンドギャップの上限は特に限定されないが、例えば４．５ｅＶである。
本発明の第２の非晶質透明導電膜は、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス又はランタノイド系元素を１以上含むので、波長４６０ｎｍにおける屈折率が２．２以上となる。窒化ガリウムの波長４６０ｎｍにおける屈折率も２．１以上であるので、本発明の第２の非晶質透明導電膜を窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に用いることにより、当該発光素子の光取出し効率を向上させることができる。
尚、本発明の第２の非晶質透明導電膜の波長４６０ｎｍにおける屈折率の上限は特に限定されないが、例えば２．５である。
本発明の第２の非晶質透明導電膜の上記以外の構成要件は、第１の非晶質透明導電膜と同様である。
本発明の第３の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜（以下、単に本発明の第３の非晶質透明導電膜という場合がある）は、酸化スズを主成分とする金属酸化物と、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物を含み、バンドギャップが３．５ｅＶ以上、波長３８０ｎｍにおける屈折率が２．３以上、及び仕事関数が５．５ｅＶ以上である。
上記において、酸化スズを主成分とする金属酸化物とは、金属酸化物中の全金属元素に対するスズ原子の原子比（Ｓｎ／金属酸化物中の全金属元素）が、０．５以上であることを意味する。上記酸化スズを主成分とする金属酸化物は他に、インジウム、亜鉛等を含むことができる。
酸化スズを主成分とする金属酸化物が酸化スズ―酸化インジウムの場合、金属酸化物中のインジウムとスズの原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ）は、好ましくは０．０５〜０．５であり、より好ましくは０．２〜０．４である。原子比Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ）が上記領域にあるときに、得られる膜が非晶質となり、均一な膜としやすくなる。
尚、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ）が０．０５未満の場合、酸化インジウムの添加効果が小さく、比抵抗が低下しないおそれがある。
酸化スズを主成分とする金属酸化物が酸化スズ―酸化亜鉛の場合、金属酸化物中の亜鉛とスズの原子比Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｎ）は、好ましくは０．０１〜０．３であり、より好ましくは０．０５〜０．２５である。原子比Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｎ）が上記領域にあるときに、得られる膜が非晶質となり、均一な膜としやすくなる。
尚、Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｎ）が０．０１未満の場合、酸化亜鉛の添加効果が小さく、比抵抗が低下しないおそれがある。一方、Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｎ）が０．３超の場合、酸化亜鉛のキャリヤー散乱効果が大きくなり、比抵抗が増大するおそれがある。
本発明の第３の非晶質透明導電膜は、バンドギャップが３．５ｅＶ以上である。例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体のバンドギャップは３．４ｅＶ程度であり窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の発光波長は、用いる窒化ガリウム系化合物のバンドギャップに由来する光を発光するので、窒化ガリウムのバンドギャップより大きいバンドギャップを有する本発明の第３の非晶質透明導電膜は、窒化ガリウムを用いた半導体発光素子に対して十分な透明性を有する。
尚、本発明の第３の非晶質透明導電膜のバンドギャップの上限は特に限定されないが、例えば３．８ｅＶである。
本発明の第３の非晶質透明導電膜は、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス又はランタノイド系元素を１以上含むので、波長３８０ｎｍにおける屈折率が２．３以上となり、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の光取出し効率を向上させることができる。
尚、本発明の第３の非晶質透明導電膜の波長３８０ｎｍにおける屈折率の上限は特に限定されないが、例えば２．６である。
本発明の第３の非晶質透明導電膜の上記以外の構成要件は、第１の非晶質透明導電膜と同様である。
本発明の第３の非晶質透明導電膜は、好ましくはさらに添加物として酸化ガリウムを含む。この酸化ガリウムの添加量は、好ましくは非晶質透明導電膜中の全金属元素に対してガリウム原子の原子比が１〜１０ａｔ％となる量である。添加量が１ａｔ％未満の場合、非晶質透明導電膜のバンドギャップを広げる効果が小さくなるおそれがある。一方、添加量が１０ａｔ％超の場合、非晶質透明導電膜の比抵抗が上昇するおそれがある。
尚、本発明の第３の非晶質透明導電膜が酸化ガリウムを含む場合において、ガリウム元素が非晶質透明導電膜に拡散しても、非晶質透明導電膜の性能への影響は少なく、問題なく窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を駆動することができる。
本発明の第１の非晶質透明導電膜は、インジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれる１以上の金属の酸化物と、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物から実質的になる、又はこれら成分のみからなる。「実質的になる」とは、上記成分に加えて後述するその他の成分を含みうることである。
本発明の第２の非晶質透明導電膜は、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物と、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物から実質的になる、又はこれら成分のみからなる。「実質的になる」とは、上記成分に加えて後述するその他の成分を含むうることである。
本発明の第３の非晶質透明導電膜は、酸化スズを主成分とする金属酸化物と、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物に、任意に酸化ガリウムを含んで実質的になる、又はこれら成分のみからなる。「実質的になる」とは、上記成分に加えて後述するその他の成分を含みうることである。
本発明の第１〜第３の非晶質透明導電膜（以下、これらをまとめて本発明の非晶質透明導電膜という場合がある）は、本発明の効果を損なわない範囲で、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ等を含む金属酸化物をさらに含んでもよい。
本発明の透明導電膜は非晶質である。透明導電膜が結晶質である場合、結晶化の際に透明導電膜中の原子の再配置が起こり、接触する窒化ガリウムとの界面に応力を発生する。その結果、透明導電膜が剥離したり、接触抵抗が大きくなるおそれがある。本発明の透明導電膜は非晶質であるので、上記再配置や再配列がなく、発光素子の安定した駆動が可能である。
本発明の非晶質透明導電膜は、スパッタリング法により成膜することができる。用いるターゲットは、所望する非晶質透明導電膜の組成を有するターゲットを用いればよい。用いるスパッタリング法としては、ＤＣスパッタリング法又はＲＦスパッタリング法を適用でき、生産性の観点から好ましくは成膜速度が速く、装置も安価であるＤＣスパッタリング法を用いる。
本発明の非晶質透明導電膜は、室温で成膜することができる。これにより成膜後に通常行うレーザーアニール処理を省略することができる。尚、レーザーアニール処理を行ってもよく、この処理を行う場合、例えばｐ型半導体層が含む元素の拡散が起こりにくい２００〜３００℃の温度域で行うとよい。レーザーアニール処理を行うことにより、非晶質透明導電膜の透過率を高めることができ、駆動電圧が低く、発光出力の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を得ることができる。
インジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれる１以上の金属の酸化物を含む本発明の非晶質透明導電膜は、酸素を混入したアルゴンを供給しながらスパッタリングすることにより、バンドギャップを３．０ｅＶ以上（本発明の第２の非晶質透明導電膜では３．２ｅＶ以上、第３の非晶質透明導電膜では３．５ｅＶ以上）にすることができる。酸素を含まないアルゴンを供給した場合は、バンドギャップが３．０ｅＶ未満となるおそれがある。
上記酸素の供給量は最適酸素量よりも多くするとよい。最適酸素量より多くの酸素を供給することにより、非晶質透明導電膜の屈折率、仕事関数の大きくすることができる。
尚、最適酸素量とは非晶質透明導電膜の抵抗値が最も低くなる酸素量であり、酸素の供給量を変化させて、導電膜の比抵抗を計測することにより求めることができる。
酸素の供給量は、最適酸素量より多ければ特に限定されないが、最適酸素量の１．０１倍〜２．０倍の範囲であるとよく、好ましくは１．０５倍〜１．５倍、より好ましくは１．１倍〜１．５倍である。酸素の供給量が、最適酸素量の１．０１倍未満の場合、非晶質透明導電膜の屈折率及び仕事関数が大きくならないおそれがある。一方、酸素の供給量が最適酸素量の２．０倍超の場合、非晶質透明導電膜の比抵抗が大きくなりすぎるおそれがある。
尚、ターゲットが多量の酸素を包含している、装置のチャンバー内部に酸素や水が吸着している等が原因で、アルゴン１００％が最適酸素量となる場合がある。その場合には、スパッタ圧力の０．００５〜０．１倍の分圧となる酸素量を供給して成膜すればよい。
以下、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を図面を参照して説明する。
図１は上記非晶質透明導電膜を含む本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一実施形態を示す概略断面図であり、図２は図１に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の上面図である。
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１は、基板１０上に凸形状を有するｎ型半導体層１２が積層しており、ｎ型半導体層１２の凸部上には発光層１４、ｐ型半導体層１６、非晶質透明導電膜１８及び正極ボンディングパッド２０がこの順に積層しており、ｎ型半導体層１２の凹部上には、発光層１４等と並列に負極２２が積層している。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１は、本発明の非晶質透明導電膜１８がｐ型半導体層１６上に直接積層している。尚、本発明の非晶質透明導電膜１８は、低温で成膜可能であるので、ｐ型半導体層１６にダメージを与えることなく積層することができる。
本発明の非晶質透明導電膜は仕事関数が５．５ｅＶ以上であるので、ｐ型窒化ガリウム半導体と直接接合することにより、これら接合面におけるエネルギー障壁を小さくすることができる。結果、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は低電圧で駆動可能となる。
ｐ型窒化ガリウム半導体が、例えばｐ型窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）半導体である場合において、非晶質透明導電膜として本発明の第１の非晶質透明導電膜を用いると、当該非晶質透明導電膜は波長４６０ｎｍにおける屈折率が２．１以上であり、ｐ型窒化インジウムガリウム半導体の屈折率に近く、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の光取出し効率を向上させることができる。
また、本発明の第１の非晶質透明導電膜は、バンドギャップが３．０ｅＶ以上である。窒化インジウムガリウム半導体のバンドギャップは２．７ｅＶ程度であり、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の発光波長は、用いる窒化ガリウム系化合物のバンドギャップに由来する光を発光するので、窒化インジウムガリウムのバンドギャップより大きいバンドギャップを有する本発明の第１の非晶質透明導電膜は十分な透明性を有し、発光素子の光取出し効率をさらに向上させることができる。
ｐ型窒化ガリウム半導体が、例えばｐ型インジウムドープ窒化ガリウム半導体である場合は、ｐ型インジウムドープ窒化ガリウム半導体のバンドギャップは３．４ｅＶ程度であり、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の発光は波長が３８０ｎｍ程度まで短波長化する。この場合において、非晶質透明導電膜として本発明の第２の非晶質透明導電膜を用いると、当該非晶質透明導電膜はバンドギャップが３．５ｅＶ以上、仕事関数が５．５ｅＶ以上、及び波長３８０ｎｍにおける屈折率が２．３以上であるので、上記と同様の理由で発光素子の光取出し効率を向上させることができる。
非晶質透明導電膜１８の膜厚は、比抵抗及び透過率の観点から、好ましくは３５ｎｍ〜１０００００ｎｍであり、生産コストの観点から、より好ましくは３５ｎｍ〜１０００ｎｍである。具体的には非晶質透明導電膜１８の膜厚は、透過率が極大になるように設定するとよい。透過率が極大となる膜厚は、下記式により求めることができる。
λ／ｎ×（１／４＋ｍ／２）
［式中、λは発光素子が発する光の波長を表し、
ｎは非晶質透明導電膜の屈折率を表し、及び
ｍは０以上の整数を表す。］
例えば窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の発する光の波長が４６０ｎｍであり、非晶質透明導電膜の屈折率が２．１である場合、透過率が極大となる非晶質透明導電膜の膜厚は、５５ｎｍ（ｍ＝０）、１６５ｎｍ（ｍ＝１）、２７５ｎｍ（ｍ＝３）となる。
ちなみに非晶質透明導電膜の透過率が極小となる膜厚は、下記式により求めることができる。
λ／ｎ×（ｍ／２）
［式中、λは発光素子が発する光の波長を表し、
ｎは非晶質透明導電膜の屈折率を表し、及び
ｍは０以上の整数を表す。］
例えば窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の発する光の波長が４６０ｎｍであり、非晶質透明導電膜の屈折率が２．１である場合には、透過率が極小となる非晶質透明導電膜の膜厚は、１１０ｎｍ（ｍ＝１）となる。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１において、好ましくは直接接合した非晶質透明導電膜１８及びｐ型半導体層１６の積層体の非晶質透明導電膜１８上にさらに透明導電膜を積層する。特に本発明の非晶質透明導電膜１８の比抵抗が大きく、電極として用いる場合には、さらに透明導電膜を積層することにより、非晶質透明導電膜１８が有する光取出し効率向上効果及びエネルギー障壁低減効果はそのままに、電極の抵抗を下げることができる。
さらに積層する透明導電膜としては、例えばＩＴＯ、ＩＺＯを用いることができ、その膜厚は、上述の透過率が極大となる膜厚にするとよい。
また、非晶質透明導電膜１８は、好ましくはその成膜時に酸化インジウム−酸化スズ又は酸化インジウム−酸化亜鉛を同時に成膜することにより、ｐ型半導体層１６側から徐々に屈折率が低下する屈折率分布を有する。このようにして成膜して得られる非晶質透明導電膜は、その内部に屈折率及び仕事関数の傾斜を有し、内部における発光の損失を低減できる。その結果、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の光取出し効率を向上させることができる。
上記屈折率及び仕事関数の傾斜を有する非晶質透明導電膜は、共スパッタ法を用いることにより成膜することができる。具体的には、本発明の第１の非晶質透明導電膜又は第２の非晶質透明導電膜を成膜するための第１のターゲット、及びＩＴＯ又はＩＺＯからなる第２のターゲットを調製し、それぞれスパッタ装置に装着する。ターゲット装着後、成膜開始時には電力を第１のターゲットのみに印加し、その後、第２のターゲットにも電力を徐々に印加していき、それと同時に第１のターゲットへの印加電力を下げていく。最終的には第２のターゲットのみに電力を印加することで、屈折率及び仕事関数の傾斜を有する非晶質透明導電膜を成膜することができる。
基板１０は周知の基板を用いることができ、例えばサファイア単結晶（Ａｌ２Ｏ３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＯ単結晶等の酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶、ＺｒＢ２等のホウ化物単結晶等の材料からなる基板を用いることができ、好ましくはサファイア単結晶又はＳｉＣ単結晶を用いた基板である。
尚、基板１０の面方位は特に限定されない。また、基板１０はジャスト基板であってもよく、オフ角を付与した基板であってもよい。
基板１０上のｎ型半導体層１２、発光層１４及びｐ型半導体層１６からなる積層体は、周知の各種構造を有する積層体を用いることができる。例えばｐ型半導体層は、キャリア濃度が一般的な濃度であればよく、１×１０１７ｃｍ−３程度と比較的キャリア濃度が低いｐ型半導体層であっても、本発明の非晶質透明導電膜を積層することができる。
これらｎ型半導体層１２、発光層１４及びｐ型半導体層１６を構成する窒化ガリウム系化合物半導体としては、例えば一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされる窒化物系化合物半導体を用いることができる。
上記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）等の周知の方法を適用できる。これらの成長方法のうち、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法を用いると好ましい。
ＭＯＣＶＤ法において、キャリアガスとして水素（Ｈ２）又は窒素（Ｎ２）を、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリエチルガリウム（ＴＥＧ）を、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）又はトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）を、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）又はトリエチルインジウム（ＴＥＩ）を、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等を用いることができる。また、ドーパントとしては、ｎ型半導体層にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）又はジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）、テトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物を用いることができる。
ＭＢＥ法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として用いることができる。ｐ型半導体層には、Ｍｇ原料として、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）又はビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）を用いる。
図３は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１に用いることができる窒化ガリウム系化合物半導体の一実施形態を示す概略断面図である。
窒化ガリウム系化合物半導体２は、サファイア基板３０上に、ＧａＮ下地層３２、ｎ型ＧａＮコンタクト層３４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３６、ＩｎＧａＮ発光層３８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４０及びｐ型ＧａＮコンタクト層４２がこの順に積層した構造を有する。
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１は、例えば図３に示す窒化ガリウム系化合物半導体２のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３６、ＩｎＧａＮ発光層３８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４０及びｐ型ＧａＮコンタクト層４２の一部をエッチングによって除去することによってｎ型ＧａＮコンタクト層３４を露出させ、当該ｎ型ＧａＮコンタクト層３４の露出部に負極を設け、及びｐ型ＧａＮコンタクト層４２上に正極を設けることにより作製できる。
正極ボンディングパッド２０は、回路基板又はリードフレームと電気接続することができ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ等からなる。
正極ボンディングパッド２０の厚さは、好ましくは１００〜１０００ｎｍであり、膜厚が大きいほどボンダビリティーが高くなることから、より好ましくは３００〜１０００ｎｍであり、製造コストの観点からさらに好ましくは３００〜５００ｎｍである。
負極２２としては、公知材料を用いることができ、例えばＴｉ／Ａｕを負極として用いる。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は駆動電圧（Ｖｆ）が低く、優れた光取出し効率を有するので、例えばＬＥＤランプに用いることができる。本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いたＬＥＤランプの形状は特に限定されず、例えば汎用用途の砲弾型、パソコン又は携帯電話のバックライト用途のサイドビュー型、表示器用途のトップビュー型のいずれでもよい。
図４は、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いたＬＥＤランプ（砲弾型）の一実施形態を示す概略断面図である。ＬＥＤランプ３は凹形状の台座部を有するフレームと棒状フレームの２つフレーム５０が対向しており、上記台座部と窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１が樹脂等を介して結合している。この発光素子１と２つのフレーム５０は、２つのワイヤー５２を介して電気的に結合しており、これらワイヤー５２を含む発光素子１周辺を透明樹脂５４が覆うようにて保護している。
［実施例］
実施例１
以下のようにして、図１の構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
まず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、基板であるサファイアのｃ面（（０００１）結晶面）上に、ＡｌＮからなるバッファ層を介して、順次、アンドープＧａＮ下地層（層厚＝２μｍ）、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）、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）、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、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層（層厚１０ｎｍ）、及びＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層（層厚＝１００ｎｍ）を積層し、エピタキシャル構造を有する積層体を作製した。
ＨＦ及びＨＣｌを用いて、上記積層体のｐ型ＧａＮコンタクト層表面を洗浄した後、ｐ型ＧａＮコンタクト層上に、酸化イッテリビウム（全金属元素に対するＹｂの原子比：Ｙｂ／全金属元素＝８ａｔ％）、酸化インジウム（全金属元素に対するＩｎの原子比：Ｉｎ／全金属元素＝８０ａｔ％）及び酸化スズ（全金属元素に対するＳｎの原子比：Ｓｎ／全金属元素＝１２ａｔ％）からなる非晶質透明導電膜を形成した。この非晶質透明導電膜はＤＣマグネトロンスパッタを用いて成膜し、膜厚は約２５０ｎｍであった。
得られた非晶質透明導電膜について、以下の評価を行った。結果を表１に示す。
（１）比抵抗
得られた非晶質透明導電膜について、ロレスタ（三菱化学株式会社製）を用いて表面抵抗を計測し、及び触針式膜厚測定器を用いて膜厚を測定し、これら測定結果を基に比抵抗を算出した。
（２）バンドギャップ
得られた非晶質透明導電膜について、分光光度計を用いて透過率を測定して吸収係数を求め、吸収系数の２乗を波長に対しプロットし、その吸収切片をバンドギャップとした。
（３）屈折率
反射・透過システム（Ｆｉｌｍ Ｔｅｋ３０００、ヤーマン株式会社製）を用いて、得られた非晶質透明導電膜の透過率、反射率を測定し、屈折率をフィティングにより求めた。
（４）仕事関数
ＡＣ１（理研計器社製）を用いて、非晶質透明導電膜の照射する光エネルギーと放出される電子の量をプロットし、電子放出の立ち上がり切片を仕事関数として求めた。
成膜した非晶質透明導電膜は正極として機能し、４６０ｎｍの波長領域で９０％以上の高い透過率を有していた。尚、透過率は、同じ厚さの非晶質透明導電膜をガラス板上に積層して透過率測定用のサンプル調製し、調製したサンプルについて分光光度計を用いて測定することにより求めた。また、調製したサンプルの透過率は、ガラス板のみで測定した光透過ブランク値を考慮して測定した。
非晶質透明導電膜成膜後、エピタキシャル構造を有する積層体に一般的なドライエッチングを施し、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の一部を露出させた。その後、真空蒸着法を用いて非晶質透明導電膜（正極）上の一部及びＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層上に、Ｔｉからなる第１の層（層厚＝１００ｎｍ）、Ａｕからなる第２の層（層厚＝４００ｎｍ）を順次積層した積層体を形成し、それぞれ正極ボンディングパッド及び負極とし、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
正極ボンディングパッド及び負極を形成した後、サファイアからなる基板の裏面をダイヤモンド微粒等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、作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を裁断し、３５０μｍ角の正方形チップとした。得られたチップをリードフレーム状に載置した後、金（Ａｕ）線でリードフレームと結線した。
得られたチップを、プローブ針を用いて通電し、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。その結果、駆動電圧は３．１Ｖであり、低電圧駆動が可能であることを確認した。また、一般的な積分球で測定されたチップの発光出力（Ｐｏ）は１１ｍＷであり、発光面の発光分布は、透光性導電酸化膜の全面で発光していることを確認した。チップを１００時間の連続発光させたところ、チップ内の発光にバラツキがなく、安定した発光が確認された。非晶質透明導電膜の伝導率が２．５×１０Ｅ＋３（Ｓ／ｃｍ）の時の、チップの熱拡散係数は３．５Ｗ／ｍＫ超であり、発光のバラツキは低減していた。
断面透過電子顕微鏡のＥＤＸ分析により、ｐ型ＧａＮコンタクト層及び非晶質透明導電膜（正極）の界面から透光性導電酸化膜側へ１ｎｍ及び２ｎｍの位置でのＧａの濃度を測定した。その結果、透光性導電酸化膜内のＧａ濃度は、界面から非晶質透明導電膜中へのＧａの拡散がほとんどないことが確認できた。尚、この透光性導電酸化膜内のＧａ濃度は、非晶質透明導電膜内の界面付近に存在すると考えられる金属元素（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｇａ＋Ｙｂ）との比率（ａｔ％）で定義した。
実施例２〜２３及び比較例１〜３
表１に示す組成を有する透明導電膜を成膜したほかは実施例１と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びチップを作製し、評価した。結果を表１に示す。
比較例４
比較例１の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、熱アニール処理を行っていないので、透過率が極端に低くいうえ、Ｐｏが４ｍＷと非常に低かった。そこで、比較例１の非晶質透明導電膜の透過率を上昇させるため、さらに約６００℃で熱アニール処理を
１分間行った。その結果、Ｖｆが３．５Ｖ、Ｐｏが１０ｍＷとなり素子特性が向上した。しかし、これら結果は実施例の結果と比べて十分な値とは言えなかった。
比較例５
熱アニール処理後、さらにレーザーアニール処理（エネルギー密度が１５０ｍＪｃｍ−２のＫｒＦエキシマレーザーを１パルス（パルス幅＝２０ｎｓ））を行ったほかは比較例４と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を評価した。その結果その結果、Ｖｆが３．５Ｖ、Ｐｏが１１ｍＷとなり素子特性が向上した。しかし、これら結果は、比較例４と同様に実施例の結果と比べて十分な値とは言えなかった。
Figure 2009072365
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は駆動電圧低く、優れた光取出し効率を有するので、例えば照明用途、ディスプレイ用途及びバックライト用途の高輝度ＬＥＤランプに好適に用いることができる。

Claims (10)

  1. インジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれる１以上の金属の酸化物と、
    ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物を含み、
    バンドギャップが３．０ｅＶ以上であり、
    波長４６０ｎｍにおける屈折率が２．１以上であり、
    仕事関数が５．５ｅＶ以上である窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
  2. 前記インジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれる１以上の金属の酸化物が、酸化インジウム−酸化亜鉛、酸化インジウム−酸化スズ、酸化亜鉛−酸化スズ又は酸化インジウム−酸化スズ−酸化亜鉛である請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
  3. 前記インジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれる１以上の金属の酸化物が、酸化インジウム−酸化亜鉛であって、インジウム及び亜鉛の原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５〜０．９５である請求項１又は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
  4. 前記インジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれる１以上の金属の酸化物が、酸化インジウム−酸化スズであって、インジウム及びスズの原子比がＩｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ）＝０．７〜０．９５である請求項１又は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
  5. 酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物と、
    ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物を含み、
    バンドギャップが３．２ｅＶ以上であり、
    波長４６０ｎｍにおける屈折率が２．２以上であり、
    仕事関数が５．５ｅＶ以上である窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
  6. 酸化スズを主成分とする金属酸化物と、
    ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びランタノイド系元素からなる群から選ばれる１以上の元素を含む酸化物を含み、
    バンドギャップが３．５ｅＶ以上であり、
    波長３８０ｎｍにおける屈折率が２．３以上であり、
    仕事関数が５．５ｅＶ以上である窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
  7. さらに添加物として酸化ガリウムを含み、
    前記非晶質透明導電膜中の全金属元素に対する前記添加物のガリウム原子の原子比が１〜１０ａｔ％である請求項６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜。
  8. 請求項１〜７のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜が、ｐ型窒化ガリウム半導体に直接接合した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
  9. 前記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜上にさらに透明導電膜を積層してなる請求項８に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
  10. 前記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜が、その成膜時に酸化インジウム−酸化スズ又は酸化インジウム−酸化亜鉛を同時に成膜することにより、ｐ型窒化ガリウム半導体側から徐々に屈折率が低下する屈折率分布を有する請求項８又は９に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
JP2009544615A 2007-12-07 2008-10-30 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜 Pending JPWO2009072365A1 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007316980 2007-12-07
JP2007316980 2007-12-07
PCT/JP2008/069715 WO2009072365A1 (ja) 2007-12-07 2008-10-30 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2009072365A1 true JPWO2009072365A1 (ja) 2011-04-21

Family

ID=40717546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009544615A Pending JPWO2009072365A1 (ja) 2007-12-07 2008-10-30 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPWO2009072365A1 (ja)
TW (1) TWI412155B (ja)
WO (1) WO2009072365A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011159801A (ja) * 2010-02-01 2011-08-18 Showa Denko Kk 半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ
US8569754B2 (en) * 2010-11-05 2013-10-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR101957816B1 (ko) * 2012-08-24 2019-03-13 엘지이노텍 주식회사 발광 소자
JP6869157B2 (ja) * 2017-09-29 2021-05-12 出光興産株式会社 酸化物焼結体、スパッタリングターゲット、非晶質酸化物半導体薄膜、および薄膜トランジスタ
JP2019064887A (ja) * 2017-10-04 2019-04-25 出光興産株式会社 酸化物焼結体、スパッタリングターゲット、酸化物半導体薄膜、および薄膜トランジスタ
EP3859046A4 (en) * 2018-09-26 2022-06-29 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Oxide multilayer body and method for producing same
CN113277482A (zh) * 2021-05-10 2021-08-20 中山大学 一种可调控超导电性和电荷密度波的新型过渡金属碲化物及其制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000058911A (ja) * 1998-08-13 2000-02-25 Toshiba Corp 半導体発光装置
JP2001068730A (ja) * 1999-08-25 2001-03-16 Showa Denko Kk ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード
JP2002164570A (ja) * 2000-11-24 2002-06-07 Shiro Sakai 窒化ガリウム系化合物半導体装置
JP2005123501A (ja) * 2003-10-20 2005-05-12 Toyoda Gosei Co Ltd 半導体発光素子
JP2005150741A (ja) * 2003-11-14 2005-06-09 Samsung Electronics Co Ltd 窒化物系発光素子及びその製造方法
JP2005223326A (ja) * 2004-02-04 2005-08-18 Samsung Electro Mech Co Ltd 電極層、それを具備する発光素子及び電極層の製造方法
WO2006030762A1 (ja) * 2004-09-13 2006-03-23 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. 透明導電膜及びその製造方法、並びに透明導電性基材、発光デバイス
JP2007220972A (ja) * 2006-02-17 2007-08-30 Showa Denko Kk 半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ
JP2007221146A (ja) * 2006-02-16 2007-08-30 Lg Electronics Inc 縦型発光素子及びその製造方法
JP2007294578A (ja) * 2006-04-24 2007-11-08 Showa Denko Kk 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法及び窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、並びにランプ

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000058911A (ja) * 1998-08-13 2000-02-25 Toshiba Corp 半導体発光装置
JP2001068730A (ja) * 1999-08-25 2001-03-16 Showa Denko Kk ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード
JP2002164570A (ja) * 2000-11-24 2002-06-07 Shiro Sakai 窒化ガリウム系化合物半導体装置
JP2005123501A (ja) * 2003-10-20 2005-05-12 Toyoda Gosei Co Ltd 半導体発光素子
JP2005150741A (ja) * 2003-11-14 2005-06-09 Samsung Electronics Co Ltd 窒化物系発光素子及びその製造方法
JP2005223326A (ja) * 2004-02-04 2005-08-18 Samsung Electro Mech Co Ltd 電極層、それを具備する発光素子及び電極層の製造方法
WO2006030762A1 (ja) * 2004-09-13 2006-03-23 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. 透明導電膜及びその製造方法、並びに透明導電性基材、発光デバイス
JP2007221146A (ja) * 2006-02-16 2007-08-30 Lg Electronics Inc 縦型発光素子及びその製造方法
JP2007220972A (ja) * 2006-02-17 2007-08-30 Showa Denko Kk 半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ
JP2007294578A (ja) * 2006-04-24 2007-11-08 Showa Denko Kk 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法及び窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、並びにランプ

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009072365A1 (ja) 2009-06-11
TWI412155B (zh) 2013-10-11
TW200929623A (en) 2009-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5068475B2 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法及び窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、並びにランプ
JP5533675B2 (ja) 半導体発光素子
JP5201566B2 (ja) 化合物半導体発光素子及びその製造方法
JP5265090B2 (ja) 半導体発光素子およびランプ
KR101481855B1 (ko) 반도체 발광소자, 반도체 발광소자의 제조방법 및 이 반도체 발광소자를 사용한 램프
WO2010100949A1 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ
WO2009093683A1 (ja) 化合物半導体発光素子及びその製造方法、化合物半導体発光素子用導電型透光性電極、ランプ、電子機器並びに機械装置
JP5047516B2 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びそれを用いたランプ
TW200805711A (en) GaN type semiconductor light emitting element and lamp
JP2006066903A (ja) 半導体発光素子用正極
WO2010150501A1 (ja) 発光素子、その製造方法、ランプ、電子機器及び機械装置
WO2008059904A1 (fr) Elément électroluminescent semi-conducteur de composé de nitrure de gallium
JP2007258446A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びそれを用いたランプ
JP2007165611A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法
JPWO2009072365A1 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用非晶質透明導電膜
JP2007073789A (ja) 半導体発光素子用電極
WO2010100900A1 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ
JP4841206B2 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
JP2012084667A (ja) 化合物半導体発光素子及びその製造方法、ランプ、電子機器並びに機械装置
JP2011159801A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ
JP2011082248A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ
JP4252622B1 (ja) 半導体発光素子の製造方法
JP2007173745A (ja) ＩＩＩ族窒化物ｐ型半導体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110512

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121218

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130903

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140114