半導体発光素子及びその製造方法
【課題】電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、発光部と、第１導電層と、第２導電層と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記発光部は、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられる。前記第１導電層は、第１平均粒径を有する多結晶を含み、前記発光部から放出される光に対して透過性である。前記第２導電層は、前記第２半導体層と前記第１導電層との間において前記第２半導体層と前記第１導電層とに接し、前記第１平均粒径よりも小さく１５０ナノメートル以下の第２平均粒径を有する多結晶を含み、前記光に対して透過性である。
【解決手段】実施形態によれば、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、発光部と、第１導電層と、第２導電層と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記発光部は、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられる。前記第１導電層は、第１平均粒径を有する多結晶を含み、前記発光部から放出される光に対して透過性である。前記第２導電層は、前記第２半導体層と前記第１導電層との間において前記第２半導体層と前記第１導電層とに接し、前記第１平均粒径よりも小さく１５０ナノメートル以下の第２平均粒径を有する多結晶を含み、前記光に対して透過性である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧａＮ系の半導体を用いた青色や緑色の発光ダイオードの研究開発が進んでいる。ＦＵ（Face Up）型すなわち成長基板とは反対側から光を取り出す構造の発光ダイオードにおいては、ｐ型ＧａＮコンタクト層上の導電層として、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が用いられている。このような導電層には、体積抵抗率及びコンタクト抵抗などの電気的特性が良好であることと、加工性が良好であることと、が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４９９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、発光部と、第１導電層と、第２導電層と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記発光部は、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられる。前記第１導電層は、第１平均粒径を有する多結晶を含み、前記発光部から放出される光に対して透過性である。前記第２導電層は、前記第２半導体層と前記第１導電層との間において前記第２半導体層と前記第１導電層とに接し、前記第１平均粒径よりも小さく１５０ナノメートル以下の第２平均粒径を有する多結晶を含み、前記光に対して透過性である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態に係る半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光素子の一部を示す模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光素子の一部を示す模式的断面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、透明導電膜の顕微鏡写真像である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図６】実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
【図７】実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図９】実施形態に係る別の半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図１０】実施形態に係る別の半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（実施の形態）
図１は、実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、第１導電形の第１半導体層１０と、第２導電形の第２半導体層２０と、発光部３０と、第１導電層５１と、第２導電層５２と、を備える。
【０００９】
発光部３０は、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられる。
【００１０】
第１導電層５１は、多結晶を含む。第１導電層５１は、発光部３０から放出される光に対して透過性を有する。
【００１１】
第２導電層５２は、第２半導体層２０と第１導電層５１との間において第２半導体層２０と第１導電層５１とに接する。第２導電層５２は、多結晶を含む。第２導電層５２は、上記の光に対して透過性を有する。
【００１２】
すなわち、第１半導体層１０の上に発光部３０が設けられる。発光部３０の上に第２半導体層２０が設けられる。第２半導体層２０の上に第２導電層５２が設けられる。第２導電層５２の上に第１導電層５１が設けられる。
【００１３】
第１導電層５１及び第２導電層５２は、透明電極５０に含まれる。
【００１４】
例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。ただし、実施形態はこれに限らず、第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でも良い。以下では、第１導電形がｎ形であり、第２導電形がｐ形である場合として説明する。
【００１５】
ここで、第１半導体層１０から第２半導体層２０に向かう方向をＺ軸（第１軸）とする。Ｚ軸に対して垂直な１つの軸をＸ軸（第２軸）とする。Ｚ軸とＸ軸とに対して垂直な軸をＹ軸（第３軸）とする。
【００１６】
第１半導体層１０、第２半導体層２０、及び、発光部３０は、例えば、窒化物半導体を含む。
【００１７】
図１に表したように、半導体発光素子１１０は、基板５と、バッファ層６と、をさらに備えることができる。基板５と発光部３０との間に第１半導体層１０が配置される。基板５と第１半導体層１０との間にバッファ層６が配置される。
【００１８】
基板５には、例えばサファイアからなる基板が用いられる。基板５の主面は、（０００１）面、すなわち、ｃ面とされる。基板５の主面は、（０００１）面に対して例えば５度以下の角度で傾斜していても良い。バッファ層６には、例えばＡｌｘ０Ｇａ１−ｘ０Ｎ（０≦ｘ０≦１）層が用いられる。
【００１９】
第１半導体層１０は、例えば、第１ｎ側層１１と、第２ｎ側層１２と、を含む。第２ｎ側層１２は、第１ｎ側層１１と発光部３０との間に設けられる。第１ｎ側層１１は、ｎ形コンタクト層として機能する。第２ｎ側層１２は、ｎ形ガイド層として機能する。第１ｎ側層１１には、例えば高濃度でｎ形の不純物（例えばシリコンなど）が添加されたＧａＮ層などが用いられる。第２ｎ側層１２には、例えば第１ｎ側層１１よりも低濃度でｎ形の不純物が添加されたＧａＮ層などが用いられる。
【００２０】
第２半導体層２０は、第１ｐ側層２１と、第２ｐ側層２２と、を含む。第１ｐ側層２１は、第２ｐ側層２２と発光部３０との間に設けられる。第１ｐ側層２１は、例えば電子オーバーフロー防止層（抑制層）として機能する。第２ｐ側層２２は、ｐ形コンタクト層として機能する。第１ｐ側層２１には、例えば、ｐ形の不純物（例えばマグネシウム）が添加されたＡｌＧａＮ層などが用いられる。第２ｐ側層２２には、ｐ形不純物が高濃度で添加されたＧａＮ層などが用いられる。
【００２１】
半導体発光素子１１０は、第１電極７０と、第２電極８０と、をさらに備える。第１電極７０は、第１半導体層１０（具体的には、ｎ形コンタクト層である第１ｎ側層１１）に電気的に接続される。第２電極８０は、例えば、透明電極５０に電気的に接続される。
【００２２】
第２電極８０は、透明電極５０を介して、第２半導体層２０（具体的には、ｐ形コンタクト層である第２ｐ側層２２）に電気的に接続される。
【００２３】
本具体例では、第２電極８０は、第２半導体層２０（具体的にはｐ側コンタクト層である第２ｐ側層２２）の上に設けられる透明電極５０（具体的には第１導電層５１）の上に設けられる。
【００２４】
第１電極７０には、例えば、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜及びＡｕ膜の積層膜が用いられる。第２電極８０には、例えば、Ｎｉ膜及びＡｕ膜の積層膜が用いられる。
【００２５】
第１電極７０と第２電極８０との間に印加される電圧により、第１半導体層１０、第２半導体層２０及び透明電極５０を介して発光部３０に電流が供給され、発光部３０から光（発光光）が放出される。
【００２６】
発光部３０は、例えば、紫外、紫、青及び緑の少なくともいずれかの光を放出する。すなわち、発光部３０から放出される発光光の波長（主波長）は、３６０ナノメートル（ｎｍ）以上５８０ｎｍ以下である。
【００２７】
積層構造体１０ｓは、第１半導体層１０、第２半導体層２０及び発光部３０を含む。本具体例では、積層構造体１０ｓの第２半導体層２０の側の第１主面１０ａにおいて、第１半導体層１０の一部、発光部３０の一部、第２半導体層２０の一部と、が除去されている。
【００２８】
積層構造体１０ｓは、第２半導体層２０の側の第１主面１０ａと、第１半導体層１０の側の第２主面１０ｂと、を有する。第２主面１０ｂは、積層構造体１０ｓにおいて、第１主面１０ａとは反対側の面である。積層構造体１０ｓの第１主面１０ａにおいて、第１半導体層１０が露出している。
【００２９】
すなわち、第１半導体層１０の一部と、第２半導体層２０と、の間に発光部３０が設けられる。第１主面１０ａの側において、第１半導体層１０に接して第１電極７０が設けられている。第２主面１０ａの側において、第２半導体層１０に接する透明電極５０に接して、第２電極８０が設けられている。積層構造体１０ｓの第２主面１０ｂに、基板５及びバッファ層６が設けられている。
【００３０】
発光部３０は、単一量子井戸（ＳＱＷ：Single Quantum Well）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ:Multi Quantum Well）構造を有する。
【００３１】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、これらの図は、発光部３０の構成の例を示す模式図である。
【００３２】
図２（ａ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０ａにおいては、発光部３０は、ＳＱＷ構造を有している。すなわち、発光部３０は、障壁層ＢＬ（第１障壁層ＢＬ１）と、ｐ側障壁層ＢＬｐと、第１障壁層ＢＬ１とｐ側障壁層ＢＬｐとの間に設けられた井戸層ＷＬ（第１井戸層ＷＬ１）と、を含む。
【００３３】
なお、本願明細書において、「積層」とは、直接重ねられる場合の他、他の層が挿入されて重ねられる場合も含む。例えば、後述するように、第１障壁層ＢＬ１と第１井戸層ＷＬ１との間、及び、第１井戸層ＷＬ１とｐ側障壁層ＢＬｐとの間に別の層が設けられても良い。
【００３４】
図２（ｂ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０ｂにおいては、発光部３０は、ＭＱＷ構造を有している。すなわち、発光部３０は、Ｚ軸に沿って積層された複数の障壁層（この例では、第１〜第４障壁層ＢＬ１〜ＢＬ４、及び、ｐ側障壁層ＢＬｐ）と、複数の障壁層どうしのそれぞれの間に設けられた井戸層（第１〜第４井戸層ＷＬ１〜ＷＬ４）と、を含む。本具体例では、井戸層が４層設けられているが、井戸層の数は任意である。
【００３５】
このように、発光部３０は、２以上の整数Ｎにおいて、第（Ｎ−１）井戸層ＷＬの第（Ｎ−１）障壁層とは反対の側に設けられた第Ｎ障壁層と、第Ｎ障壁層の第（Ｎ−１）井戸層とは反対の側に設けられた第Ｎ井戸層と、をさらに含む。
【００３６】
図２（ｃ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０ｃにおいては、発光部３０は、障壁層と井戸層との間のそれぞれに設けられた中間層をさらに含む。すなわち、発光部３０は、第（Ｎ−１）障壁層と第（Ｎ−１）井戸層との間に設けられた第１中間層ＩＬ１と、第（Ｎ−１）井戸層と第Ｎ障壁層との間に設けられた第２中間層ＩＬ２と、をさらに含む。さらに、第２中間層ＩＬ２は、第Ｎ井戸層とｐ側障壁層ＢＬｐとの間に設けられる。なお、第１中間層ＩＬ１と第２中間層ＩＬ２は、必要に応じて設けられ、省略可能である。また、第１中間層ＩＬ１を設け、第２中間層ＩＬ２を省略しても良い。また、第２中間層ＩＬ２を設け、第１中間層ＩＬ１を省略しても良い。
【００３７】
障壁層（例えば第１〜第４障壁層ＢＬ１〜ＢＬ４、第Ｎ障壁層）には、例えば、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｙ１＜１、ｘ１＋ｙ１≦１）を用いることができる。障壁層には、例えばＩｎ０．０２Ａｌ０．３３Ｇａ０．６５Ｎを用いることができる。障壁層の厚さは、例えば１２．５ｎｍとすることができる。
【００３８】
ｐ側障壁層ＢＬｐには、例えば、Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２＜１、ｘ２＋ｙ２≦１）を用いることができる。ｐ側障壁層ＢＬｐには、例えばＩｎ０．０２Ａｌ０．３３Ｇａ０．６５Ｎを用いることができる。障壁層の厚さは、例えば１２．５ｎｍとすることができる。
【００３９】
井戸層（例えば、第１井戸層ＷＬ１〜ＷＬ４、第Ｎ井戸層）には、例えば、Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０＜ｘ３≦１、０≦ｙ３＜１、ｘ３＋ｙ３≦１）を用いることができる。井戸層には、例えばＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎを用いることができる。井戸層の厚さは、例えば２．５ｎｍとすることができる。
【００４０】
井戸層に含まれるＩｎの組成比（III族元素中におけるＩｎの原子数の割合）は、障壁層（第１〜第４障壁層ＢＬ１〜ＢＬ４、第Ｎ障壁層、及び、ｐ側障壁層ＢＬｐ）に含まれるＩｎの組成比（III族元素中におけるＩｎの原子数の割合）よりも高い。これにより、障壁層におけるバンドギャップエネルギーが井戸層におけるバンドギャップエネルギーよりも大きくできる。
【００４１】
第１中間層ＩＬ１には、例えば、Ｉｎｘ４Ｇａ１−ｘ４Ｎ（０≦ｘ４＜１）を用いることができる。第１中間層ＩＬ１には、例えばＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎを用いることができる。第１中間層ＩＬ１の厚さは、例えば０．５ｎｍとすることができる。
【００４２】
第２中間層ＩＬ２には、例えば、Ｉｎｘ５Ｇａ１−ｘ５Ｎ（０≦ｘ５＜１）を用いることができる。第２中間層ＩＬ２には、例えばＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎを用いることができる。第２中間層ＩＬ２の厚さは、例えば０．５ｎｍとすることができる。
【００４３】
なお、井戸層に含まれるＩｎの組成比（III族元素中におけるＩｎの原子数の割合）は、第１中間層ＩＬ１及び第２中間層ＩＬ２に含まれるＩｎの組成比（III族元素中におけるＩｎの原子数の割合）よりも高い。これにより、第１中間層ＩＬ１及び第２中間層ＩＬ２におけるバンドギャップエネルギーが井戸層におけるバンドギャップエネルギーよりも大きくできる。
【００４４】
なお、第１中間層ＩＬ１は、障壁層の一部と見なすこともできる。また、第２中間層ＩＬ２は、障壁層の一部とみなすこともできる。すなわち、井戸層と積層される障壁層は、組成の異なる複数の層を含んでも良い。
【００４５】
なお、図２（ａ）に例示したＳＱＷ構造において、第１中間層ＩＬ１と第２中間層ＩＬ２とを設けても良い。この場合には、第１中間層ＩＬ１は、第１障壁層ＢＬ１と第１井戸層ＷＬ１との間に設けられ、第２中間層ＩＬ２は、第１井戸層ＷＬ１とｐ側障壁層ＢＬｐとの間に設けられる。
【００４６】
上記は、発光部３０の構成の例であり、実施形態はこれに限らず、障壁層、ｐ側障壁層ＢＬｐ、井戸層、第１中間層ＩＬ１及び第２中間層ＩＬ２に用いられる材料及び厚さは種々の変形が可能である。なお、上記のように、障壁層、ｐ側障壁層ＢＬｐ、井戸層、第１中間層ＩＬ１及び第２中間層ＩＬ２は、窒化物半導体を含む。
【００４７】
以下、透明電極５０の構成及び特性について半導体発光素子１１０を例にとって説明する。以下の説明は、半導体発光素子１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃなどの種々の構成を有する半導体発光素子に適用される。
【００４８】
第１導電層５１及び第２導電層５２は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選ばれた少なくとも１つ（１種）の元素を含む酸化物を含む。第１導電層５１及び第２導電層５２には、例えばＩＴＯが用いられる。第１導電層５１及び第２導電層５２には、例えばＩｎ２Ｏ３及びＳｎＯ３の少なくともいずれかを用いても良い。
【００４９】
既に説明したように、第１導電層５１及び第２導電層５２は、多結晶を含む。すなわち、第１導電層５１及び第２導電層５２には、金属酸化物を含む多結晶膜が用いられる。ここで、多結晶（多結晶膜）においては、Ｘ線回折測定により複数の回折ピークが観測される。なお、非晶質（非晶質膜）においては、Ｘ線回折測定での観察により鋭い回折ピークは観測されず、ブロードなハローピークが観測される。
【００５０】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。
図３（ａ）は、Ｚ軸に対して平行な平面で半導体発光素子１１０の一部を切断した断面図である。図３（ｂ）は、Ｚ軸に沿って第１導電層５１をみたときの第１導電層５１の構成を模式的に示す平面図である。図３（ｃ）は、Ｚ軸に沿って第２導電層５２をみたときの第２導電層５２の構成を模式的に示す平面図である。
【００５１】
図３（ａ）に表したように、第１導電層５１は、複数のグレイン（複数の第１グレイン５１ｇ）を含む。複数の第１グレイン５１ｇどうしの間には、粒界（第１粒界５１ｇｂ）が設けられている。すなわち、第１粒界５１ｇｂどうしの間の領域が、第１グレイン５１ｇとなる。
【００５２】
第２導電層５２は、複数のグレイン（複数の第１グレイン５２ｇ）を含む。複数の第２グレイン５２ｇどうしの間には、粒界（第２粒界５２ｇｂ）が設けられている。すなわち、第２粒界５２ｇｂどうしの間の領域が、第２グレイン５２ｇとなる。
第１グレイン５１ｇの径は、第２グレイン５２ｇの径よりも大きい。
【００５３】
このようなグレインの形状は、例えば透過電子顕微鏡像などに基づいて求められる。
【００５４】
例えば第１導電層５１の厚さ方向の軸（Ｚ軸）に沿った中心における第１グレイン５１ｇの径（Ｚ軸に対して垂直な軸に沿った径）は、第２導電層５２の厚さ方向の軸（Ｚ軸）に沿った中心における第２グレイン５２ｇの径（Ｚ軸に対して垂直な軸に沿った径）よりも大きい。
【００５５】
例えば、複数の第１グレイン５１ｇは、第１平均粒径ｄ１を有する。第１平均粒径ｄ１は、例えば、第１導電層５１のＺ軸に沿った中心における複数の第１グレイン５１ｇの径の平均である。第１平均粒径ｄ１は、例えば、第１導電層５１のＺ軸に沿った中心における複数の第１グレイン５１ｇの例えばＸ軸（またはＹ軸）に沿った径の平均である。
【００５６】
例えば、複数の第２グレイン５２ｇは、第２平均粒径ｄ２を有する。第２平均粒径ｄ２は、例えば、第２導電層５２のＺ軸に沿った中心における複数の第２グレイン５２ｇの径の平均である。第２平均粒径ｄ２は、例えば、第２導電層５２のＺ軸に沿った中心における複数の第２グレイン５２ｇの例えばＸ軸（またはＹ軸）に沿った径の平均である。
第１平均粒径ｄ１は、第２平均粒径ｄ２よりも大きい。
【００５７】
図３（ａ）に表したように、第１導電層５１は、第２導電層５２の側の第１面５１ａと、第２導電層５２とは反対の側の第２面５１ｂと、を有する。また、第２導電層５２は、第２半導体層２０の側の第３面５２ａと、第１導電層５１の側の第４面５２ｂと、を有する。
【００５８】
第１平均粒径ｄ１として、例えば、第１面５１ａにおける複数の第１グレイン５１ｇの径の平均を用いても良い。第１平均粒径ｄ１として、例えば、第２面５１ｂにおける複数の第１グレイン５１ｇの径の平均を用いても良い。
【００５９】
第２平均粒径ｄ２として、例えば、第３面５２ａにおける複数の第２グレイン５１ｇの径の平均を用いても良い。第２平均粒径ｄ２として、例えば、第４面５２ｂにおける複数の第２グレイン５１ｇの径の平均を用いても良い。
この場合も、第１平均粒径ｄ１は、第２平均粒径ｄ２よりも大きい。
【００６０】
図３（ｂ）は、第２面５１ｂにおける複数の第１グレイン５１ｇを例示している。図３（ｂ）に表したように、複数の第１グレイン５１ｇのそれぞれの形状は互いに異なる。
【００６１】
図３（ｃ）は、第４面５２ｂにおける複数の第２グレイン５２ｇを例示している。図３（ｃ）に表したように、複数の第２グレイン５２ｇのそれぞれの形状は互いに異なる。
【００６２】
グレインが細長い形状を有してしている場合には、グレインの径は、そのグレインにおいて径が長い方向の軸に沿った長さとされる。すなわち、グレインのそれぞれにおける径の最大値が、そのグレインの径とされる。そして、複数のグレインにおける径の平均は、平均径（第１平均粒径ｄ１または第２平均粒径ｄ２）とされる。
【００６３】
第１平均粒径ｄ１及び第２平均粒径ｄ２を定量的に求める場合は、図３（ａ）に関して説明した値を用いることにする。すなわち、第１平均粒径ｄ１は、第１導電層５１のＺ軸に沿った中心における複数の第１グレイン５１ｇの径の平均である。そして、第２平均粒径ｄ２は、第２導電層５２のＺ軸に沿った中心における複数の第２グレイン５２ｇの径の平均である。
【００６４】
実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、第２平均粒径ｄ２は、第１平均粒径ｄ１よりも小さく、１５０ｎｍ以下である。すなわち、第２導電層５２は、第１平均粒径ｄ１よりも小さく１５０ｎｍ以下の第２平均粒径ｄ２を有する多結晶を含む。
【００６５】
これにより、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子が提供できる。
【００６６】
第２導電層５２の厚さ（Ｚ軸に沿った厚さ）は、第１導電層５１の厚さ（Ｚ軸に沿った厚さ）よりも薄い。
【００６７】
後述するように、第１導電層５１及び第２導電層５２は、気相成長法により形成されることができる。例えば、第１導電層５１及び第２導電層５２は、スパッタ法により形成される。
【００６８】
第２半導体層２０の上に設けられる第２導電層５２における第２平均粒径ｄ２は小さい。これにより、第２導電層５２と第２半導体層２０との間において、良好な電気的な特性が得られる。すなわち、第２導電層５２と第２半導体層２０との間のコンタクト抵抗は低い。
【００６９】
一方、既に説明したように、第２導電層５２の厚さは、第１導電層５１の厚さよりも薄い。これにより、第２導電層５２における第２平均粒径ｄ２が第１導電層５１における第１平均粒径ｄ１よりも小さく、これにより、第２導電層５２の材料の加工性が低い場合においても、第２導電層５２において良好な加工性が確保できる。
【００７０】
第２導電層５２の厚さは、例えば１００ｎｍ以下である。これにより、第２導電層５２における良好な加工性が得やすい。第２導電層５２の厚さは、５０ｎｍ以下であることがさらに望ましい。これにより、より良好な加工性が得られる。
【００７１】
一方、第１導電層５１の厚さは、電気的な特性、及び、光学的特性の観点で定めることができる。
【００７２】
すなわち、第１導電層５１の厚さが過度に薄いと、透明電極５０の抵抗が高くなり過ぎる。また、透明電極５０の厚さ（第１導電層５１及び第２導電層５２の合計の厚さ）は、透明電極５０の透過率が高くなるように設定される。透明電極５０の厚さと透過率との関係については後述する。
【００７３】
以下、透明電極５０となる透明導電膜の粒径とコンタクト抵抗及び加工性との関係についての実験結果について説明する。この実験においては、第２半導体層２０の上に、透明導電膜としてＩＴＯ膜をスパッタ法により形成した。このとき、ＩＴＯ膜の厚さを変えた試料を作製した。
【００７４】
透明導電膜の形成においては、ＩＴＯのターゲットを用い、酸素を実質的に含まない不活性ガス雰囲気を用いた。透明導電膜の形成直後は、例えば透明導電膜は非晶質である。または、透明導電膜の形成直後は、例えば透明導電膜は、非晶質部と多結晶部が混在した状態である。
【００７５】
透明導電膜の形成の後に、透明導電膜を所定の形状に加工した。そして、この加工の際の残渣を、残渣の程度を光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡で観察することにより評価した。
【００７６】
その後、透明導電膜を熱処理した。これにより、透明導電膜は多結晶状態になる。この熱処理は、酸素を含む条件で行われた。具体的には、空気の雰囲気で熱処理が行なわれた。
【００７７】
透明導電膜の形成のスパッタの条件を変えることで、熱処理後の透明導電膜における粒径が変化する。具体的には、この実験では、透明導電膜の形成において、スパッタの際に用いる電力を変えた。
【００７８】
そして、熱処理後の透明導電膜の粒径を測定した。また、熱処理後において、透明導電膜と第２半導体層２０との間のコンタクト抵抗を測定した。
【００７９】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、透明導電膜の顕微鏡写真像である。
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、それぞれ第１〜第３試料ＳＰ１〜ＳＰ３に対応する。第１〜第３試料ＳＰ３において、スパッタの際の電力が互いに異なる。これらの図に表したように、サファイアの基板５の上にバッファ層６と第２半導体層２０（ＧａＮ層）とを順次形成し、さらにその上に、透明導電膜５０ｆが形成されている。これらの図において、透明導電膜５０ｆの粒界５０ｇｂが矢印で示されている。
【００８０】
図４（ａ）に表したように、第１試料ＳＰ１では、粒界５０ｇｂどうしの間隔が狭い。第１試料ＳＰ１における平均粒径は、１３４ｎｍである。
【００８１】
図４（ｂ）に表したように、第２試料ＳＰ２では、粒界５０ｇｂどうしの間隔が、第１試料ＳＰ１よりも広い。第２試料ＳＰ２における平均粒径は、１５０ｎｍである。
【００８２】
図４（ｃ）に表したように、第３試料ＳＰ３では、粒界５０ｇｂどうしの間隔が、第２試料ＳＰ２よりも広い。第３試料ＳＰ３における平均粒径は、２２４ｎｍである。
このように、製造条件によって、透明導電膜５０ｆの平均粒径が制御できる。
【００８３】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図５（ａ）は、透明導電膜と第２半導体層２０とのコンタクト抵抗Ｒ１と、透明導電膜の粒径ｄと、の関係を示している。なお、図５（ａ）においては、コンタクト抵抗Ｒ１は相対的な値で示されている。図５（ｂ）は、透明導電膜の加工性指標ＰＡと、透明導電膜の粒径ｄと、の関係を示している。ここで、粒径ｄは、透明導電膜における複数のグレインの平均の径である。加工性指標ＰＡが１である場合は、残渣がほとんど観察されない場合に相当する。そして、加工性指標ＰＡが大きいほど、残渣が多く存在する。加工性指標ＰＡが小さいことが望ましい。図５（ｃ）は、透明導電膜の加工性指標ＰＡと、透明導電膜の厚さｔと、の関係を示している。
【００８４】
図５（ａ）に表したように、透明導電膜の粒径ｄが大きいときに、コンタクト抵抗Ｒ１は高い。粒径ｄが小さいときに、コンタクト抵抗Ｒ１は低い。この結果から、コンタクト抵抗Ｒ１の観点からは、粒径ｄは小さいことが望ましい。特に、粒径ｄが、１５０ｎｍ以下において、コンタクト抵抗Ｒ１の低下の効果が顕著になる。
【００８５】
図５（ｂ）に表したように、透明導電膜の粒径ｄが大きいときに、加工性指標ＰＡは小さく、残渣が少ない。粒径ｄが小さいときに、加工性指標ＰＡは大きく、すなわち、残渣が多い。
【００８６】
図５（ｂ）に表したように、透明導電膜の厚さｔが薄いほど、加工性指標ＰＡが小さく、望ましい。厚さｔが厚い場合には、加工性の観点で、粒径ｄは１５０ｎｍよりも大きいことが望ましい。
【００８７】
図５（ｃ）に表したように、透明導電膜の厚さｔが薄いときに、加工性指標ＰＡは小さく、残渣が少ない。厚さｔが厚いときに、加工性指標ＰＡは大きく、すなわち、残渣が多い。図５（ｃ）に表したように、厚さｔが１００ｎｍ以下において、加工性指標ＰＡが小さく、望ましい。さらに、厚さｔが５０ｎｍ以下において、加工性指標ＰＡが小さく、実質的に１であり、残渣がほとんど発生しない状態が得られる。ここで、５０ｎｍ以下の膜厚に関しては、加工の度合いを目視するのが困難であり、加工性指数が１の粒径ｄが２３０ｎｍの透明導電膜を積層したもののデータを示している。
【００８８】
発明者が行った上記の実験の結果により見出された特性に基づいて、実施形態の構成が定められている。
すなわち、第２平均粒径ｄ２は、第１平均粒径ｄ１よりも小さく１５０ｎｍ以下である。これにより、低いコンタクト抵抗と、高い加工性と、が得られる。具体的には、第２平均粒径ｄ２は、１０ｎｍ以上で１５０ｎｍ以下が望ましい。第２平均粒径ｄ２が１０ｎｍよりも小さいときは、粒界における光散乱により透過率が低下する。
【００８９】
一方、第１平均粒径ｄ１は、第２平均粒径ｄ２よりも大きい。これにより、良好な加工性が得られる。具体的には、第１平均粒径ｄ１は、１５０ｎｍよりも大きく、１マイクロメートル（μｍ）以下である。第１平均粒径ｄ１が、１μｍよりも大きくなると、例えば、第２導電層５２へひずみがかかりコンタクト抵抗が高くなる。特に、第１平均粒径ｄ１は、１５０ｎｍよりも大きく、５００ｎｍ以下であることが望ましい。これにより、第１導電層５１における高い透過率が維持できる。また、高い加工性が維持できる。
【００９０】
図５（ｃ）に例示した結果から、第２導電層５２の厚さは、１００ｎｍ以下に設定される。第２導電層５２の厚さは、５０ｎｍ以下であることがさらに望ましい。これにより、さらに高い加工性が得られる。第２導電層５２の厚さは、１ｎｍ以上であることが望ましい。これにより、低いコンタクト抵抗が得られる。第２導電層５２の厚さが１ｎｍよりも薄いと、コンタクト抵抗が高くなる場合がある。
【００９１】
第１導電層５１の厚さは、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが望ましい。第１導電層５１の厚さが、５０ｎｍよりも薄いと、透明電極５０（第１導電層５１及び第２導電層５２）の抵抗が高くなり過ぎる。第１導電層５１の厚さが４００ｎｍよりも厚いと、例えば光取り出し効率が低下し易くなる。
【００９２】
また、第１導電層５１の厚さ及び第２導電層５２の厚さを上記の値に適正に設定するおとで、透明電極５０（第１導電層５１及び第２導電層５２）の体積抵抗率を下げることができる。これにより、さらに良好な電気的特性が得られる。
【００９３】
透明電極５０においては、光の干渉の現象が生じる。従って、透明電極５０の厚さ（及び屈折率）を調整することで、高い透過率が得られる。
【００９４】
透明電極５０の厚さｔは、放出される光の上面への透過率が最大（反射率が最小）となるように設計される。以下、透明電極５０の厚さｔ及び屈折率と、反射率と、の関係についてシミュレーションした結果について説明する。
【００９５】
図６は、実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
同図の横軸は、透明電極５０の厚さｔである。縦軸は、反射率Ｒｆである。同図には、透明電極５０の屈折率ｎを１．９０〜２．２０の範囲で変化させたときの反射率Ｒｆのシミュレーション結果が示されている。このシミュレーションにおいて、素子構造は、ｐ型ＧａＮ層、ＩＴＯ層、ＳｉＯ２層（屈折率ｎ＝１．４５）、樹脂層（屈折率ｎ＝１．４）の積層構造とし、光の波長は４５０ｎｍとした。すなわち、このシミュレーションで用いた構成は、後述する半導体発光素子１１１において絶縁層６０（ＳｉＯ２層）の上にさらに樹脂層を設けた構成に相当する。
【００９６】
図６に表したように、反射率Ｒｆは、透明電極５０の厚さｔ及び屈折率ｎに依存して変化する。抵抗率が低いＩＴＯの屈折率は、１．９以上２．０以下である。従って、図６から、透明電極５０として抵抗率が低いＩＴＯを用いた場合には、厚さｔ（第１導電層５１の厚さ及び第２導電層５２の厚さの和）は、１５０ｎｍよりも大きく２００ｎｍ以下、及び、２６０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下のいずれかとすることが望ましい。これにより、低い反射率Ｒｆが得られる。すなわち、高い透過率が得られる。
【００９７】
第２導電層５２の厚さは、透明電極５０の厚さｔである１５０ｎｍよりも大きく２００ｎｍ以下、及び、２６０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下のいずれかの値から第１導電層５１の厚さを減じた値に設定することが望ましい。
これにより、光学的に良好な特性がさらに得られる。
【００９８】
なお、例えば、第１参考例として、透明電極５０として、真空蒸着法による膜と、スプレー熱分解法による膜と、の積層膜を用いる構成が考えられる。これにより、粒径が互いに異なる膜が形成される。しかし、真空蒸着法による層は密度が低く耐熱性が低い。このため、第１参考例においては、実用的な課題がある。
【００９９】
第２参考例として、透明電極５０として、真空蒸着法による膜と、スパッタ法による膜と、の積層膜を用いる構成が考えられる。このときも真空蒸着法による層は密度が低く耐熱性が低い。
【０１００】
これに対し、実施形態においては、第１導電層５１及び第２導電層５２は、スパッタ法により形成される。そして、スパッタの際の条件（例えば電力）を変えることで、第１導電層５１の粒径が第２導電層５２の粒径から変更されている。このため、実施形態においては、膜の密度が高く、耐熱性が高い。また、上記のように、第２導電層５２の粒径（第２平均粒径ｄ２）は、発明者により見出された特性により定められる。これにより、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子が提供できる。
【０１０１】
例えばＩＴＯのような透明導電膜の成膜方法として、電子ビーム蒸着法、スパッタ法、及びゾルゲル法などがある。発明者の実験によると、体積抵抗率が低いＩＴＯを形成するためには、スパッタ法による成膜が有効である。
【０１０２】
スパッタによるＩＴＯ膜の形成において、酸素を実質的に含まない雰囲気での成膜においてパワーを低く設定することで、非晶質のＩＴＯ膜が得られる。これにより、加工性の良いＩＴＯ膜が得られる。しかし、非晶質のＩＴＯ膜においてはＧａＮ層に対するコンタクト抵抗が高くなる傾向がある。逆に、成膜時のパワーが高いと、コンタクト抵抗は低くなるが、膜中に微結晶が含有され、残渣の原因となる。すなわち、加工性が低下する。
【０１０３】
本実施形態においては、第１導電層５１及び第２導電層５２の構成を適正に設定することで、高い電気的特性と、高い加工性と、を同時に得る。
【０１０４】
実施形態において、第２導電層５２は、良好なコンタクト特性を得る機能を有する。第２導電層５２の第２平均粒径ｄ２が小さいと、第２半導体層２０との密着面積が大きくなり、抵抗が下がる。第２平均粒径ｄ２は、例えば１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが望ましい。第１導電層５１は、通電のための抵抗を下げる機能を有する。第１導電層５１体積抵抗率が低いことが望ましい。第１平均粒径ｄ１が大きいほど粒界散乱が減少する。これにより、導電率が上昇する。第１導電層５１の第１平均粒径ｄ１は、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが望ましい。
【０１０５】
以下、半導体発光素子１１０の製造方法の例について説明する。本製造方法は、第１導電形の第１半導体層１０と、第２導電形の第２半導体層２０と、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられた発光部３０と、第１平均粒径ｄ１を有する多結晶を含み、発光部３０から放出される光に対して透過性の第１導電層５１と、第２半導体層２０と第１導電層５１との間において第２半導体層２０と第１導電層５１とに接し、第１平均粒径ｄ１よりも小さい第２平均粒径ｄ２を有する多結晶を含み、上記の光に対して透過性の第２導電層５２と、を含む半導体発光素子の製造方法である。
【０１０６】
図７は、実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図７及び図８（ａ）に表したように、第２半導体層２０の上に第２導電層５２となる第１膜ｆ１を希ガス雰囲気中で第１電力によるスパッタ法で形成する（ステップＳ１１０）。すなわち、Ａｒ雰囲気中で、微結晶を比較的多く含む非晶質のＩＴＯ膜を形成する。ここで、ＩＴＯ膜の組成は、酸素欠乏性になるように、成膜中の酸素濃度が調整される。
【０１０７】
図７及び図８（ｂ）に表したように、第１膜ｆ１の上に第１導電層５１となる第２膜ｆ２を希ガス雰囲気中で第１電力よりも小さい第２電力によるスパッタ法で形成する（ステップＳ１２０）。例えば、形成された第２膜ｆ２は、非晶質である。すなわち、スパッタ時のパワーを下げた後、Ａｒ雰囲気中で微結晶が比較的少ない非晶質のＩＴＯ膜を形成する。
【０１０８】
なお、上記に限らず、第１膜ｆ１及び第２膜ｆ２の形成においては、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含むターゲットが用いられる。スパッタにより形成された、第１膜ｆ１及び第２膜ｆ２は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含む。
【０１０９】
第１膜ｆ１の形成及び第２膜ｆ２の形成は、酸素を実質的含まない雰囲気で実施される。すなわち、第１膜ｆ１及び第２膜ｆ２は、酸素欠乏性の透明導電酸化物の膜である。
【０１１０】
図７及び図８（ｃ）に表したように、第１膜ｆ１及び第２膜ｆ２を、酸素を含む雰囲気中で熱処理し、第１導電層５１及び第２導電層５２を形成する（ステップＳ１４０）。第２導電層５２の第２平均粒径は、例えば、１５０ｎｍ以下である。
【０１１１】
第１膜ｆ１及び第２膜ｆ２を酸化性雰囲気中で熱処理を施すことにより、膜中に酸素が取り込まれる。これにより、結晶が成長する。これにより、第１膜ｆ１から、例えば１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の粒径（第２平均粒径ｄ２）を有する多結晶の第２導電層５２が得られる。そして、第２膜ｆ２から、１５０ｎｍよりも大きく５００ｎｍ以下の粒径（第１平均粒径ｄ１）を有する多結晶の第１導電層５１が得られる。
【０１１２】
これにより、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子が製造できる。
【０１１３】
なお、図７に表したように、第１膜ｆ１と第２膜ｆ２とを予め定められた形状に加工する工程（ステップＳ１３０）をさらに、実施しても良い。すなわち、本製造方法は、第２膜ｆ１の形成（ステップＳ１２０）と、上記の熱処理（ステップＳ１４０）と、の間において、第１膜ｆ１と第２膜ｆ２とを予め定められた形状に加工する工程（ステップＳ１３０）さらに含むことができる。
【０１１４】
熱処理の前においては、第２膜ｆ２は非晶質であるため、加工性が比較的高い。また、第１膜ｆ１が多結晶であっても第１膜ｆ１の厚さが比較的薄いた加工性が比較的高い。この後、熱処理により、第１膜ｆ１及び第２膜ｆ２から、第２導電層５２及び第１導電層５１をそれぞれ形成することで、高い電気的特性と、高い加工性と、が同時に得られる。
【０１１５】
さらに、図７に表したように、本製造方法は、酸素を含む雰囲気中での熱処理（ステップＳ１４０）の後に、第１膜ｆ１（第２導電層５２）及び第２膜ｆ２（第１導電層５１）を還元雰囲気中でさらに熱処理する工程（ステップＳ１５０）をさらに含むことができる。
【０１１６】
これにより、第２導電層５２及び第１導電層５１に含まれる過剰な酸素を除去することができる。すなわち、還元雰囲気中でのシンター処理により、過剰な酸素を膜中から脱離させ、所望の体積抵抗率のＩＴＯ膜を得ることができる。
【０１１７】
上記のように、実施形態においては、ｐ形ＧａＮ層の上に、まず微結晶を比較的多く含むＩＴＯの薄膜をスパッタにより形成する。これにより、ｐ形ＧａＮ層との良好なコンタクト特性が得られる。この後、スパッタのパワーを下げ、Ａｒ雰囲気中で微結晶が比較的少ないＩＴＯの厚膜を形成する。この膜は、非晶質の膜であるため、加工性が極めて良好である。これらの膜はその後、酸素を含む雰囲気中でシンターを施すことにより、結晶粒径が１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の多結晶膜と、結晶粒径が１５０ｎｍよりも大きく以上５００ｎｍ以下の多結晶膜と、に変化する。この構造及びプロセスを用いることで、低コンタクト抵抗と高い加工性とを同時に得ることが可能となる。
【０１１８】
図９は、実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図９に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光素子１１１は、絶縁層６０をさらに備えている。第１導電層５１は絶縁層６０と第２導電層５２との間に設けられている。絶縁層６０は、発光光に対して透過性を有する。絶縁層６０には、例えばシリコン酸化膜が用いられる。実施形態は、これに限らず、絶縁層６０には、発光部３０から放出される発光に対して透過性を有する任意の絶縁材料を用いることができる。
【０１１９】
絶縁層６０は、第１導電層５１の第２電極８０と接する部分を除いて設けられる。これにより、第１導電層５１と第２電極８０との電気的な導通が確保される。
【０１２０】
絶縁層６０は、例えば、第１導電層５１、第２導電層５２、第２半導体層２０及び発光部３０の側面を覆う。さらに、絶縁層６０は、第１半導体層１０の側面上、及び、第１半導体層１０の第１主面１０ａの側の面上に設けられている。絶縁層６０は、積層構造体１０ｓのパッシベーション膜として機能する。絶縁層６０は、第１半導体層１０の第１電極７０と接する部分を除いて設けられる。これにより、第１半導体層１０と第１電極７０との電気的な導通が確保される。
絶縁層６０は必要に応じて設けられ省略しても良い。
【０１２１】
半導体発光素子１１１においても、第２導電層５２は、第１平均粒径ｄ１よりも小さく１５０ｎｍ以下の第２平均粒径ｄ２を有する多結晶を含む。これにより、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子が提供できる。
【０１２２】
図１０は、実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 図１０に表したように、実施形態に係る別の半導体発光素子１１２は、第１半導体層１０、第２半導体層２０、発光部３０、第１導電層５１及び第２導電層５２に加え、第３導電層５３をさらに備える。
【０１２３】
第３導電層５３における上記の光に対する透過率は、第１導電層５１の透過率よりも低く第２導電層５２の透過率よりも低い。第３導電層５３には、例えば金属層が用いられる。第３導電層５３は、例えば、第２電極８０である。第３導電層５３には、例えば、Ｎｉ膜及びＡｕ膜の積層膜が用いられる。
【０１２４】
第１導電層５１は、第１部分５１ｐと、第２部分５１ｑと、を有する。第１部分５１ｐは、第３導電層５３と第２半導体層２０との間において第３導電層５３と第２半導体層２０とに接する。第２部分５１ｑは、第３導電層５３に覆われておらず、第２導電層５２の少なくとも一部を覆う。
【０１２５】
第１導電層５１と第２半導体層２０とにおけるコンタクト抵抗は、第２導電層５２と第２半導体層２０とにおけるコンタクト抵抗よりも高い。このため、第１導電層５１のうちで第２半導体層２０に接する第１部分５１ｐにおけるコンタクト抵抗は高い。このため、第１部分５１ｐに対応する発光部３０においての発光が抑制される。すなわち、コンタクト抵抗が低い第２部分５１ｑにおける発光が促進される。
【０１２６】
すなわち、透過率が低い（遮光性または反射性の）第３導電層５３に対応する第１部分５１ｐにおける発光が抑制される。このため、光取り出し効率が向上する。
【０１２７】
半導体発光素子１１２においても、第２導電層５２は、第１平均粒径ｄ１よりも小さく１５０ｎｍ以下の第２平均粒径ｄ２を有する多結晶を含む。これにより、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子が提供できる。
【０１２８】
実施形態によれば、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子及びその製造方法が提供される。
【０１２９】
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【０１３０】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０１３１】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子に含まれ半導体層、ｎ形半導体層、ｐ形半導体層、発光部、透明電極層、及び電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１３２】
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１３３】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１３４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３５】
５…基板、 ６…バッファ層、 １０…第１半導体層、 １０ａ…第１主面、 １０ｂ…第２主面、 １０ｓ…積層構造体、 １１…第１ｎ側層、 １２…第２ｎ側層、 ２０…第２半導体層、 ２１…第１ｐ側層、 ２２…第２ｐ側層、 ３０…発光部、 ５０…透明電極、 ５０ｆ…透明導電膜、 ５０ｇｂ…粒界、 ５１…第１導電層、 ５１ａ…第１面、 ５１ｂ…第２面、 ５１ｇ…第１グレイン、 ５１ｇｂ…第１粒界、 ５１ｐ…第１部分、 ５１ｑ…第２部分、 ５２…第２導電層、 ５２ａ…第３面、 ５２ｂ…第４面、 ５２ｇ…第２グレイン、 ５２ｇｂ…第２粒界、 ５３…第３導電層、 ６０…絶縁層、 ７０…第１電極、 ８０…第２電極、 １１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１１、１１２…半導体発光素子、 ＢＬ…障壁層、 ＢＬ１〜ＢＬｎ…第１〜第ｎ障壁層、 ＢＬｐ…ｐ側障壁層、 ＩＬ１、ＩＬ２…第１、第２中間層、 ＰＡ…加工性指標、 Ｒ１…コンタクト抵抗、 ＳＰ１〜ＳＰ３…試料、 ＷＬ…井戸層、 ＷＬ１〜ＷＬｎ…第１〜第ｎ井戸層、 ｄ…粒径、 ｄ１、ｄ２…第１、第２平均粒径、 ｆ１、ｆ２…第１、第２膜、 ｔ…厚さ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧａＮ系の半導体を用いた青色や緑色の発光ダイオードの研究開発が進んでいる。ＦＵ（Face Up）型すなわち成長基板とは反対側から光を取り出す構造の発光ダイオードにおいては、ｐ型ＧａＮコンタクト層上の導電層として、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が用いられている。このような導電層には、体積抵抗率及びコンタクト抵抗などの電気的特性が良好であることと、加工性が良好であることと、が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４９９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、発光部と、第１導電層と、第２導電層と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記発光部は、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられる。前記第１導電層は、第１平均粒径を有する多結晶を含み、前記発光部から放出される光に対して透過性である。前記第２導電層は、前記第２半導体層と前記第１導電層との間において前記第２半導体層と前記第１導電層とに接し、前記第１平均粒径よりも小さく１５０ナノメートル以下の第２平均粒径を有する多結晶を含み、前記光に対して透過性である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態に係る半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光素子の一部を示す模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光素子の一部を示す模式的断面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、透明導電膜の顕微鏡写真像である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図６】実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
【図７】実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図９】実施形態に係る別の半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図１０】実施形態に係る別の半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（実施の形態）
図１は、実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、第１導電形の第１半導体層１０と、第２導電形の第２半導体層２０と、発光部３０と、第１導電層５１と、第２導電層５２と、を備える。
【０００９】
発光部３０は、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられる。
【００１０】
第１導電層５１は、多結晶を含む。第１導電層５１は、発光部３０から放出される光に対して透過性を有する。
【００１１】
第２導電層５２は、第２半導体層２０と第１導電層５１との間において第２半導体層２０と第１導電層５１とに接する。第２導電層５２は、多結晶を含む。第２導電層５２は、上記の光に対して透過性を有する。
【００１２】
すなわち、第１半導体層１０の上に発光部３０が設けられる。発光部３０の上に第２半導体層２０が設けられる。第２半導体層２０の上に第２導電層５２が設けられる。第２導電層５２の上に第１導電層５１が設けられる。
【００１３】
第１導電層５１及び第２導電層５２は、透明電極５０に含まれる。
【００１４】
例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。ただし、実施形態はこれに限らず、第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でも良い。以下では、第１導電形がｎ形であり、第２導電形がｐ形である場合として説明する。
【００１５】
ここで、第１半導体層１０から第２半導体層２０に向かう方向をＺ軸（第１軸）とする。Ｚ軸に対して垂直な１つの軸をＸ軸（第２軸）とする。Ｚ軸とＸ軸とに対して垂直な軸をＹ軸（第３軸）とする。
【００１６】
第１半導体層１０、第２半導体層２０、及び、発光部３０は、例えば、窒化物半導体を含む。
【００１７】
図１に表したように、半導体発光素子１１０は、基板５と、バッファ層６と、をさらに備えることができる。基板５と発光部３０との間に第１半導体層１０が配置される。基板５と第１半導体層１０との間にバッファ層６が配置される。
【００１８】
基板５には、例えばサファイアからなる基板が用いられる。基板５の主面は、（０００１）面、すなわち、ｃ面とされる。基板５の主面は、（０００１）面に対して例えば５度以下の角度で傾斜していても良い。バッファ層６には、例えばＡｌｘ０Ｇａ１−ｘ０Ｎ（０≦ｘ０≦１）層が用いられる。
【００１９】
第１半導体層１０は、例えば、第１ｎ側層１１と、第２ｎ側層１２と、を含む。第２ｎ側層１２は、第１ｎ側層１１と発光部３０との間に設けられる。第１ｎ側層１１は、ｎ形コンタクト層として機能する。第２ｎ側層１２は、ｎ形ガイド層として機能する。第１ｎ側層１１には、例えば高濃度でｎ形の不純物（例えばシリコンなど）が添加されたＧａＮ層などが用いられる。第２ｎ側層１２には、例えば第１ｎ側層１１よりも低濃度でｎ形の不純物が添加されたＧａＮ層などが用いられる。
【００２０】
第２半導体層２０は、第１ｐ側層２１と、第２ｐ側層２２と、を含む。第１ｐ側層２１は、第２ｐ側層２２と発光部３０との間に設けられる。第１ｐ側層２１は、例えば電子オーバーフロー防止層（抑制層）として機能する。第２ｐ側層２２は、ｐ形コンタクト層として機能する。第１ｐ側層２１には、例えば、ｐ形の不純物（例えばマグネシウム）が添加されたＡｌＧａＮ層などが用いられる。第２ｐ側層２２には、ｐ形不純物が高濃度で添加されたＧａＮ層などが用いられる。
【００２１】
半導体発光素子１１０は、第１電極７０と、第２電極８０と、をさらに備える。第１電極７０は、第１半導体層１０（具体的には、ｎ形コンタクト層である第１ｎ側層１１）に電気的に接続される。第２電極８０は、例えば、透明電極５０に電気的に接続される。
【００２２】
第２電極８０は、透明電極５０を介して、第２半導体層２０（具体的には、ｐ形コンタクト層である第２ｐ側層２２）に電気的に接続される。
【００２３】
本具体例では、第２電極８０は、第２半導体層２０（具体的にはｐ側コンタクト層である第２ｐ側層２２）の上に設けられる透明電極５０（具体的には第１導電層５１）の上に設けられる。
【００２４】
第１電極７０には、例えば、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜及びＡｕ膜の積層膜が用いられる。第２電極８０には、例えば、Ｎｉ膜及びＡｕ膜の積層膜が用いられる。
【００２５】
第１電極７０と第２電極８０との間に印加される電圧により、第１半導体層１０、第２半導体層２０及び透明電極５０を介して発光部３０に電流が供給され、発光部３０から光（発光光）が放出される。
【００２６】
発光部３０は、例えば、紫外、紫、青及び緑の少なくともいずれかの光を放出する。すなわち、発光部３０から放出される発光光の波長（主波長）は、３６０ナノメートル（ｎｍ）以上５８０ｎｍ以下である。
【００２７】
積層構造体１０ｓは、第１半導体層１０、第２半導体層２０及び発光部３０を含む。本具体例では、積層構造体１０ｓの第２半導体層２０の側の第１主面１０ａにおいて、第１半導体層１０の一部、発光部３０の一部、第２半導体層２０の一部と、が除去されている。
【００２８】
積層構造体１０ｓは、第２半導体層２０の側の第１主面１０ａと、第１半導体層１０の側の第２主面１０ｂと、を有する。第２主面１０ｂは、積層構造体１０ｓにおいて、第１主面１０ａとは反対側の面である。積層構造体１０ｓの第１主面１０ａにおいて、第１半導体層１０が露出している。
【００２９】
すなわち、第１半導体層１０の一部と、第２半導体層２０と、の間に発光部３０が設けられる。第１主面１０ａの側において、第１半導体層１０に接して第１電極７０が設けられている。第２主面１０ａの側において、第２半導体層１０に接する透明電極５０に接して、第２電極８０が設けられている。積層構造体１０ｓの第２主面１０ｂに、基板５及びバッファ層６が設けられている。
【００３０】
発光部３０は、単一量子井戸（ＳＱＷ：Single Quantum Well）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ:Multi Quantum Well）構造を有する。
【００３１】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、これらの図は、発光部３０の構成の例を示す模式図である。
【００３２】
図２（ａ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０ａにおいては、発光部３０は、ＳＱＷ構造を有している。すなわち、発光部３０は、障壁層ＢＬ（第１障壁層ＢＬ１）と、ｐ側障壁層ＢＬｐと、第１障壁層ＢＬ１とｐ側障壁層ＢＬｐとの間に設けられた井戸層ＷＬ（第１井戸層ＷＬ１）と、を含む。
【００３３】
なお、本願明細書において、「積層」とは、直接重ねられる場合の他、他の層が挿入されて重ねられる場合も含む。例えば、後述するように、第１障壁層ＢＬ１と第１井戸層ＷＬ１との間、及び、第１井戸層ＷＬ１とｐ側障壁層ＢＬｐとの間に別の層が設けられても良い。
【００３４】
図２（ｂ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０ｂにおいては、発光部３０は、ＭＱＷ構造を有している。すなわち、発光部３０は、Ｚ軸に沿って積層された複数の障壁層（この例では、第１〜第４障壁層ＢＬ１〜ＢＬ４、及び、ｐ側障壁層ＢＬｐ）と、複数の障壁層どうしのそれぞれの間に設けられた井戸層（第１〜第４井戸層ＷＬ１〜ＷＬ４）と、を含む。本具体例では、井戸層が４層設けられているが、井戸層の数は任意である。
【００３５】
このように、発光部３０は、２以上の整数Ｎにおいて、第（Ｎ−１）井戸層ＷＬの第（Ｎ−１）障壁層とは反対の側に設けられた第Ｎ障壁層と、第Ｎ障壁層の第（Ｎ−１）井戸層とは反対の側に設けられた第Ｎ井戸層と、をさらに含む。
【００３６】
図２（ｃ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０ｃにおいては、発光部３０は、障壁層と井戸層との間のそれぞれに設けられた中間層をさらに含む。すなわち、発光部３０は、第（Ｎ−１）障壁層と第（Ｎ−１）井戸層との間に設けられた第１中間層ＩＬ１と、第（Ｎ−１）井戸層と第Ｎ障壁層との間に設けられた第２中間層ＩＬ２と、をさらに含む。さらに、第２中間層ＩＬ２は、第Ｎ井戸層とｐ側障壁層ＢＬｐとの間に設けられる。なお、第１中間層ＩＬ１と第２中間層ＩＬ２は、必要に応じて設けられ、省略可能である。また、第１中間層ＩＬ１を設け、第２中間層ＩＬ２を省略しても良い。また、第２中間層ＩＬ２を設け、第１中間層ＩＬ１を省略しても良い。
【００３７】
障壁層（例えば第１〜第４障壁層ＢＬ１〜ＢＬ４、第Ｎ障壁層）には、例えば、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｙ１＜１、ｘ１＋ｙ１≦１）を用いることができる。障壁層には、例えばＩｎ０．０２Ａｌ０．３３Ｇａ０．６５Ｎを用いることができる。障壁層の厚さは、例えば１２．５ｎｍとすることができる。
【００３８】
ｐ側障壁層ＢＬｐには、例えば、Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２＜１、ｘ２＋ｙ２≦１）を用いることができる。ｐ側障壁層ＢＬｐには、例えばＩｎ０．０２Ａｌ０．３３Ｇａ０．６５Ｎを用いることができる。障壁層の厚さは、例えば１２．５ｎｍとすることができる。
【００３９】
井戸層（例えば、第１井戸層ＷＬ１〜ＷＬ４、第Ｎ井戸層）には、例えば、Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０＜ｘ３≦１、０≦ｙ３＜１、ｘ３＋ｙ３≦１）を用いることができる。井戸層には、例えばＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎを用いることができる。井戸層の厚さは、例えば２．５ｎｍとすることができる。
【００４０】
井戸層に含まれるＩｎの組成比（III族元素中におけるＩｎの原子数の割合）は、障壁層（第１〜第４障壁層ＢＬ１〜ＢＬ４、第Ｎ障壁層、及び、ｐ側障壁層ＢＬｐ）に含まれるＩｎの組成比（III族元素中におけるＩｎの原子数の割合）よりも高い。これにより、障壁層におけるバンドギャップエネルギーが井戸層におけるバンドギャップエネルギーよりも大きくできる。
【００４１】
第１中間層ＩＬ１には、例えば、Ｉｎｘ４Ｇａ１−ｘ４Ｎ（０≦ｘ４＜１）を用いることができる。第１中間層ＩＬ１には、例えばＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎを用いることができる。第１中間層ＩＬ１の厚さは、例えば０．５ｎｍとすることができる。
【００４２】
第２中間層ＩＬ２には、例えば、Ｉｎｘ５Ｇａ１−ｘ５Ｎ（０≦ｘ５＜１）を用いることができる。第２中間層ＩＬ２には、例えばＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎを用いることができる。第２中間層ＩＬ２の厚さは、例えば０．５ｎｍとすることができる。
【００４３】
なお、井戸層に含まれるＩｎの組成比（III族元素中におけるＩｎの原子数の割合）は、第１中間層ＩＬ１及び第２中間層ＩＬ２に含まれるＩｎの組成比（III族元素中におけるＩｎの原子数の割合）よりも高い。これにより、第１中間層ＩＬ１及び第２中間層ＩＬ２におけるバンドギャップエネルギーが井戸層におけるバンドギャップエネルギーよりも大きくできる。
【００４４】
なお、第１中間層ＩＬ１は、障壁層の一部と見なすこともできる。また、第２中間層ＩＬ２は、障壁層の一部とみなすこともできる。すなわち、井戸層と積層される障壁層は、組成の異なる複数の層を含んでも良い。
【００４５】
なお、図２（ａ）に例示したＳＱＷ構造において、第１中間層ＩＬ１と第２中間層ＩＬ２とを設けても良い。この場合には、第１中間層ＩＬ１は、第１障壁層ＢＬ１と第１井戸層ＷＬ１との間に設けられ、第２中間層ＩＬ２は、第１井戸層ＷＬ１とｐ側障壁層ＢＬｐとの間に設けられる。
【００４６】
上記は、発光部３０の構成の例であり、実施形態はこれに限らず、障壁層、ｐ側障壁層ＢＬｐ、井戸層、第１中間層ＩＬ１及び第２中間層ＩＬ２に用いられる材料及び厚さは種々の変形が可能である。なお、上記のように、障壁層、ｐ側障壁層ＢＬｐ、井戸層、第１中間層ＩＬ１及び第２中間層ＩＬ２は、窒化物半導体を含む。
【００４７】
以下、透明電極５０の構成及び特性について半導体発光素子１１０を例にとって説明する。以下の説明は、半導体発光素子１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃなどの種々の構成を有する半導体発光素子に適用される。
【００４８】
第１導電層５１及び第２導電層５２は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選ばれた少なくとも１つ（１種）の元素を含む酸化物を含む。第１導電層５１及び第２導電層５２には、例えばＩＴＯが用いられる。第１導電層５１及び第２導電層５２には、例えばＩｎ２Ｏ３及びＳｎＯ３の少なくともいずれかを用いても良い。
【００４９】
既に説明したように、第１導電層５１及び第２導電層５２は、多結晶を含む。すなわち、第１導電層５１及び第２導電層５２には、金属酸化物を含む多結晶膜が用いられる。ここで、多結晶（多結晶膜）においては、Ｘ線回折測定により複数の回折ピークが観測される。なお、非晶質（非晶質膜）においては、Ｘ線回折測定での観察により鋭い回折ピークは観測されず、ブロードなハローピークが観測される。
【００５０】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。
図３（ａ）は、Ｚ軸に対して平行な平面で半導体発光素子１１０の一部を切断した断面図である。図３（ｂ）は、Ｚ軸に沿って第１導電層５１をみたときの第１導電層５１の構成を模式的に示す平面図である。図３（ｃ）は、Ｚ軸に沿って第２導電層５２をみたときの第２導電層５２の構成を模式的に示す平面図である。
【００５１】
図３（ａ）に表したように、第１導電層５１は、複数のグレイン（複数の第１グレイン５１ｇ）を含む。複数の第１グレイン５１ｇどうしの間には、粒界（第１粒界５１ｇｂ）が設けられている。すなわち、第１粒界５１ｇｂどうしの間の領域が、第１グレイン５１ｇとなる。
【００５２】
第２導電層５２は、複数のグレイン（複数の第１グレイン５２ｇ）を含む。複数の第２グレイン５２ｇどうしの間には、粒界（第２粒界５２ｇｂ）が設けられている。すなわち、第２粒界５２ｇｂどうしの間の領域が、第２グレイン５２ｇとなる。
第１グレイン５１ｇの径は、第２グレイン５２ｇの径よりも大きい。
【００５３】
このようなグレインの形状は、例えば透過電子顕微鏡像などに基づいて求められる。
【００５４】
例えば第１導電層５１の厚さ方向の軸（Ｚ軸）に沿った中心における第１グレイン５１ｇの径（Ｚ軸に対して垂直な軸に沿った径）は、第２導電層５２の厚さ方向の軸（Ｚ軸）に沿った中心における第２グレイン５２ｇの径（Ｚ軸に対して垂直な軸に沿った径）よりも大きい。
【００５５】
例えば、複数の第１グレイン５１ｇは、第１平均粒径ｄ１を有する。第１平均粒径ｄ１は、例えば、第１導電層５１のＺ軸に沿った中心における複数の第１グレイン５１ｇの径の平均である。第１平均粒径ｄ１は、例えば、第１導電層５１のＺ軸に沿った中心における複数の第１グレイン５１ｇの例えばＸ軸（またはＹ軸）に沿った径の平均である。
【００５６】
例えば、複数の第２グレイン５２ｇは、第２平均粒径ｄ２を有する。第２平均粒径ｄ２は、例えば、第２導電層５２のＺ軸に沿った中心における複数の第２グレイン５２ｇの径の平均である。第２平均粒径ｄ２は、例えば、第２導電層５２のＺ軸に沿った中心における複数の第２グレイン５２ｇの例えばＸ軸（またはＹ軸）に沿った径の平均である。
第１平均粒径ｄ１は、第２平均粒径ｄ２よりも大きい。
【００５７】
図３（ａ）に表したように、第１導電層５１は、第２導電層５２の側の第１面５１ａと、第２導電層５２とは反対の側の第２面５１ｂと、を有する。また、第２導電層５２は、第２半導体層２０の側の第３面５２ａと、第１導電層５１の側の第４面５２ｂと、を有する。
【００５８】
第１平均粒径ｄ１として、例えば、第１面５１ａにおける複数の第１グレイン５１ｇの径の平均を用いても良い。第１平均粒径ｄ１として、例えば、第２面５１ｂにおける複数の第１グレイン５１ｇの径の平均を用いても良い。
【００５９】
第２平均粒径ｄ２として、例えば、第３面５２ａにおける複数の第２グレイン５１ｇの径の平均を用いても良い。第２平均粒径ｄ２として、例えば、第４面５２ｂにおける複数の第２グレイン５１ｇの径の平均を用いても良い。
この場合も、第１平均粒径ｄ１は、第２平均粒径ｄ２よりも大きい。
【００６０】
図３（ｂ）は、第２面５１ｂにおける複数の第１グレイン５１ｇを例示している。図３（ｂ）に表したように、複数の第１グレイン５１ｇのそれぞれの形状は互いに異なる。
【００６１】
図３（ｃ）は、第４面５２ｂにおける複数の第２グレイン５２ｇを例示している。図３（ｃ）に表したように、複数の第２グレイン５２ｇのそれぞれの形状は互いに異なる。
【００６２】
グレインが細長い形状を有してしている場合には、グレインの径は、そのグレインにおいて径が長い方向の軸に沿った長さとされる。すなわち、グレインのそれぞれにおける径の最大値が、そのグレインの径とされる。そして、複数のグレインにおける径の平均は、平均径（第１平均粒径ｄ１または第２平均粒径ｄ２）とされる。
【００６３】
第１平均粒径ｄ１及び第２平均粒径ｄ２を定量的に求める場合は、図３（ａ）に関して説明した値を用いることにする。すなわち、第１平均粒径ｄ１は、第１導電層５１のＺ軸に沿った中心における複数の第１グレイン５１ｇの径の平均である。そして、第２平均粒径ｄ２は、第２導電層５２のＺ軸に沿った中心における複数の第２グレイン５２ｇの径の平均である。
【００６４】
実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、第２平均粒径ｄ２は、第１平均粒径ｄ１よりも小さく、１５０ｎｍ以下である。すなわち、第２導電層５２は、第１平均粒径ｄ１よりも小さく１５０ｎｍ以下の第２平均粒径ｄ２を有する多結晶を含む。
【００６５】
これにより、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子が提供できる。
【００６６】
第２導電層５２の厚さ（Ｚ軸に沿った厚さ）は、第１導電層５１の厚さ（Ｚ軸に沿った厚さ）よりも薄い。
【００６７】
後述するように、第１導電層５１及び第２導電層５２は、気相成長法により形成されることができる。例えば、第１導電層５１及び第２導電層５２は、スパッタ法により形成される。
【００６８】
第２半導体層２０の上に設けられる第２導電層５２における第２平均粒径ｄ２は小さい。これにより、第２導電層５２と第２半導体層２０との間において、良好な電気的な特性が得られる。すなわち、第２導電層５２と第２半導体層２０との間のコンタクト抵抗は低い。
【００６９】
一方、既に説明したように、第２導電層５２の厚さは、第１導電層５１の厚さよりも薄い。これにより、第２導電層５２における第２平均粒径ｄ２が第１導電層５１における第１平均粒径ｄ１よりも小さく、これにより、第２導電層５２の材料の加工性が低い場合においても、第２導電層５２において良好な加工性が確保できる。
【００７０】
第２導電層５２の厚さは、例えば１００ｎｍ以下である。これにより、第２導電層５２における良好な加工性が得やすい。第２導電層５２の厚さは、５０ｎｍ以下であることがさらに望ましい。これにより、より良好な加工性が得られる。
【００７１】
一方、第１導電層５１の厚さは、電気的な特性、及び、光学的特性の観点で定めることができる。
【００７２】
すなわち、第１導電層５１の厚さが過度に薄いと、透明電極５０の抵抗が高くなり過ぎる。また、透明電極５０の厚さ（第１導電層５１及び第２導電層５２の合計の厚さ）は、透明電極５０の透過率が高くなるように設定される。透明電極５０の厚さと透過率との関係については後述する。
【００７３】
以下、透明電極５０となる透明導電膜の粒径とコンタクト抵抗及び加工性との関係についての実験結果について説明する。この実験においては、第２半導体層２０の上に、透明導電膜としてＩＴＯ膜をスパッタ法により形成した。このとき、ＩＴＯ膜の厚さを変えた試料を作製した。
【００７４】
透明導電膜の形成においては、ＩＴＯのターゲットを用い、酸素を実質的に含まない不活性ガス雰囲気を用いた。透明導電膜の形成直後は、例えば透明導電膜は非晶質である。または、透明導電膜の形成直後は、例えば透明導電膜は、非晶質部と多結晶部が混在した状態である。
【００７５】
透明導電膜の形成の後に、透明導電膜を所定の形状に加工した。そして、この加工の際の残渣を、残渣の程度を光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡で観察することにより評価した。
【００７６】
その後、透明導電膜を熱処理した。これにより、透明導電膜は多結晶状態になる。この熱処理は、酸素を含む条件で行われた。具体的には、空気の雰囲気で熱処理が行なわれた。
【００７７】
透明導電膜の形成のスパッタの条件を変えることで、熱処理後の透明導電膜における粒径が変化する。具体的には、この実験では、透明導電膜の形成において、スパッタの際に用いる電力を変えた。
【００７８】
そして、熱処理後の透明導電膜の粒径を測定した。また、熱処理後において、透明導電膜と第２半導体層２０との間のコンタクト抵抗を測定した。
【００７９】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、透明導電膜の顕微鏡写真像である。
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、それぞれ第１〜第３試料ＳＰ１〜ＳＰ３に対応する。第１〜第３試料ＳＰ３において、スパッタの際の電力が互いに異なる。これらの図に表したように、サファイアの基板５の上にバッファ層６と第２半導体層２０（ＧａＮ層）とを順次形成し、さらにその上に、透明導電膜５０ｆが形成されている。これらの図において、透明導電膜５０ｆの粒界５０ｇｂが矢印で示されている。
【００８０】
図４（ａ）に表したように、第１試料ＳＰ１では、粒界５０ｇｂどうしの間隔が狭い。第１試料ＳＰ１における平均粒径は、１３４ｎｍである。
【００８１】
図４（ｂ）に表したように、第２試料ＳＰ２では、粒界５０ｇｂどうしの間隔が、第１試料ＳＰ１よりも広い。第２試料ＳＰ２における平均粒径は、１５０ｎｍである。
【００８２】
図４（ｃ）に表したように、第３試料ＳＰ３では、粒界５０ｇｂどうしの間隔が、第２試料ＳＰ２よりも広い。第３試料ＳＰ３における平均粒径は、２２４ｎｍである。
このように、製造条件によって、透明導電膜５０ｆの平均粒径が制御できる。
【００８３】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
図５（ａ）は、透明導電膜と第２半導体層２０とのコンタクト抵抗Ｒ１と、透明導電膜の粒径ｄと、の関係を示している。なお、図５（ａ）においては、コンタクト抵抗Ｒ１は相対的な値で示されている。図５（ｂ）は、透明導電膜の加工性指標ＰＡと、透明導電膜の粒径ｄと、の関係を示している。ここで、粒径ｄは、透明導電膜における複数のグレインの平均の径である。加工性指標ＰＡが１である場合は、残渣がほとんど観察されない場合に相当する。そして、加工性指標ＰＡが大きいほど、残渣が多く存在する。加工性指標ＰＡが小さいことが望ましい。図５（ｃ）は、透明導電膜の加工性指標ＰＡと、透明導電膜の厚さｔと、の関係を示している。
【００８４】
図５（ａ）に表したように、透明導電膜の粒径ｄが大きいときに、コンタクト抵抗Ｒ１は高い。粒径ｄが小さいときに、コンタクト抵抗Ｒ１は低い。この結果から、コンタクト抵抗Ｒ１の観点からは、粒径ｄは小さいことが望ましい。特に、粒径ｄが、１５０ｎｍ以下において、コンタクト抵抗Ｒ１の低下の効果が顕著になる。
【００８５】
図５（ｂ）に表したように、透明導電膜の粒径ｄが大きいときに、加工性指標ＰＡは小さく、残渣が少ない。粒径ｄが小さいときに、加工性指標ＰＡは大きく、すなわち、残渣が多い。
【００８６】
図５（ｂ）に表したように、透明導電膜の厚さｔが薄いほど、加工性指標ＰＡが小さく、望ましい。厚さｔが厚い場合には、加工性の観点で、粒径ｄは１５０ｎｍよりも大きいことが望ましい。
【００８７】
図５（ｃ）に表したように、透明導電膜の厚さｔが薄いときに、加工性指標ＰＡは小さく、残渣が少ない。厚さｔが厚いときに、加工性指標ＰＡは大きく、すなわち、残渣が多い。図５（ｃ）に表したように、厚さｔが１００ｎｍ以下において、加工性指標ＰＡが小さく、望ましい。さらに、厚さｔが５０ｎｍ以下において、加工性指標ＰＡが小さく、実質的に１であり、残渣がほとんど発生しない状態が得られる。ここで、５０ｎｍ以下の膜厚に関しては、加工の度合いを目視するのが困難であり、加工性指数が１の粒径ｄが２３０ｎｍの透明導電膜を積層したもののデータを示している。
【００８８】
発明者が行った上記の実験の結果により見出された特性に基づいて、実施形態の構成が定められている。
すなわち、第２平均粒径ｄ２は、第１平均粒径ｄ１よりも小さく１５０ｎｍ以下である。これにより、低いコンタクト抵抗と、高い加工性と、が得られる。具体的には、第２平均粒径ｄ２は、１０ｎｍ以上で１５０ｎｍ以下が望ましい。第２平均粒径ｄ２が１０ｎｍよりも小さいときは、粒界における光散乱により透過率が低下する。
【００８９】
一方、第１平均粒径ｄ１は、第２平均粒径ｄ２よりも大きい。これにより、良好な加工性が得られる。具体的には、第１平均粒径ｄ１は、１５０ｎｍよりも大きく、１マイクロメートル（μｍ）以下である。第１平均粒径ｄ１が、１μｍよりも大きくなると、例えば、第２導電層５２へひずみがかかりコンタクト抵抗が高くなる。特に、第１平均粒径ｄ１は、１５０ｎｍよりも大きく、５００ｎｍ以下であることが望ましい。これにより、第１導電層５１における高い透過率が維持できる。また、高い加工性が維持できる。
【００９０】
図５（ｃ）に例示した結果から、第２導電層５２の厚さは、１００ｎｍ以下に設定される。第２導電層５２の厚さは、５０ｎｍ以下であることがさらに望ましい。これにより、さらに高い加工性が得られる。第２導電層５２の厚さは、１ｎｍ以上であることが望ましい。これにより、低いコンタクト抵抗が得られる。第２導電層５２の厚さが１ｎｍよりも薄いと、コンタクト抵抗が高くなる場合がある。
【００９１】
第１導電層５１の厚さは、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが望ましい。第１導電層５１の厚さが、５０ｎｍよりも薄いと、透明電極５０（第１導電層５１及び第２導電層５２）の抵抗が高くなり過ぎる。第１導電層５１の厚さが４００ｎｍよりも厚いと、例えば光取り出し効率が低下し易くなる。
【００９２】
また、第１導電層５１の厚さ及び第２導電層５２の厚さを上記の値に適正に設定するおとで、透明電極５０（第１導電層５１及び第２導電層５２）の体積抵抗率を下げることができる。これにより、さらに良好な電気的特性が得られる。
【００９３】
透明電極５０においては、光の干渉の現象が生じる。従って、透明電極５０の厚さ（及び屈折率）を調整することで、高い透過率が得られる。
【００９４】
透明電極５０の厚さｔは、放出される光の上面への透過率が最大（反射率が最小）となるように設計される。以下、透明電極５０の厚さｔ及び屈折率と、反射率と、の関係についてシミュレーションした結果について説明する。
【００９５】
図６は、実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
同図の横軸は、透明電極５０の厚さｔである。縦軸は、反射率Ｒｆである。同図には、透明電極５０の屈折率ｎを１．９０〜２．２０の範囲で変化させたときの反射率Ｒｆのシミュレーション結果が示されている。このシミュレーションにおいて、素子構造は、ｐ型ＧａＮ層、ＩＴＯ層、ＳｉＯ２層（屈折率ｎ＝１．４５）、樹脂層（屈折率ｎ＝１．４）の積層構造とし、光の波長は４５０ｎｍとした。すなわち、このシミュレーションで用いた構成は、後述する半導体発光素子１１１において絶縁層６０（ＳｉＯ２層）の上にさらに樹脂層を設けた構成に相当する。
【００９６】
図６に表したように、反射率Ｒｆは、透明電極５０の厚さｔ及び屈折率ｎに依存して変化する。抵抗率が低いＩＴＯの屈折率は、１．９以上２．０以下である。従って、図６から、透明電極５０として抵抗率が低いＩＴＯを用いた場合には、厚さｔ（第１導電層５１の厚さ及び第２導電層５２の厚さの和）は、１５０ｎｍよりも大きく２００ｎｍ以下、及び、２６０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下のいずれかとすることが望ましい。これにより、低い反射率Ｒｆが得られる。すなわち、高い透過率が得られる。
【００９７】
第２導電層５２の厚さは、透明電極５０の厚さｔである１５０ｎｍよりも大きく２００ｎｍ以下、及び、２６０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下のいずれかの値から第１導電層５１の厚さを減じた値に設定することが望ましい。
これにより、光学的に良好な特性がさらに得られる。
【００９８】
なお、例えば、第１参考例として、透明電極５０として、真空蒸着法による膜と、スプレー熱分解法による膜と、の積層膜を用いる構成が考えられる。これにより、粒径が互いに異なる膜が形成される。しかし、真空蒸着法による層は密度が低く耐熱性が低い。このため、第１参考例においては、実用的な課題がある。
【００９９】
第２参考例として、透明電極５０として、真空蒸着法による膜と、スパッタ法による膜と、の積層膜を用いる構成が考えられる。このときも真空蒸着法による層は密度が低く耐熱性が低い。
【０１００】
これに対し、実施形態においては、第１導電層５１及び第２導電層５２は、スパッタ法により形成される。そして、スパッタの際の条件（例えば電力）を変えることで、第１導電層５１の粒径が第２導電層５２の粒径から変更されている。このため、実施形態においては、膜の密度が高く、耐熱性が高い。また、上記のように、第２導電層５２の粒径（第２平均粒径ｄ２）は、発明者により見出された特性により定められる。これにより、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子が提供できる。
【０１０１】
例えばＩＴＯのような透明導電膜の成膜方法として、電子ビーム蒸着法、スパッタ法、及びゾルゲル法などがある。発明者の実験によると、体積抵抗率が低いＩＴＯを形成するためには、スパッタ法による成膜が有効である。
【０１０２】
スパッタによるＩＴＯ膜の形成において、酸素を実質的に含まない雰囲気での成膜においてパワーを低く設定することで、非晶質のＩＴＯ膜が得られる。これにより、加工性の良いＩＴＯ膜が得られる。しかし、非晶質のＩＴＯ膜においてはＧａＮ層に対するコンタクト抵抗が高くなる傾向がある。逆に、成膜時のパワーが高いと、コンタクト抵抗は低くなるが、膜中に微結晶が含有され、残渣の原因となる。すなわち、加工性が低下する。
【０１０３】
本実施形態においては、第１導電層５１及び第２導電層５２の構成を適正に設定することで、高い電気的特性と、高い加工性と、を同時に得る。
【０１０４】
実施形態において、第２導電層５２は、良好なコンタクト特性を得る機能を有する。第２導電層５２の第２平均粒径ｄ２が小さいと、第２半導体層２０との密着面積が大きくなり、抵抗が下がる。第２平均粒径ｄ２は、例えば１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが望ましい。第１導電層５１は、通電のための抵抗を下げる機能を有する。第１導電層５１体積抵抗率が低いことが望ましい。第１平均粒径ｄ１が大きいほど粒界散乱が減少する。これにより、導電率が上昇する。第１導電層５１の第１平均粒径ｄ１は、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが望ましい。
【０１０５】
以下、半導体発光素子１１０の製造方法の例について説明する。本製造方法は、第１導電形の第１半導体層１０と、第２導電形の第２半導体層２０と、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられた発光部３０と、第１平均粒径ｄ１を有する多結晶を含み、発光部３０から放出される光に対して透過性の第１導電層５１と、第２半導体層２０と第１導電層５１との間において第２半導体層２０と第１導電層５１とに接し、第１平均粒径ｄ１よりも小さい第２平均粒径ｄ２を有する多結晶を含み、上記の光に対して透過性の第２導電層５２と、を含む半導体発光素子の製造方法である。
【０１０６】
図７は、実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図７及び図８（ａ）に表したように、第２半導体層２０の上に第２導電層５２となる第１膜ｆ１を希ガス雰囲気中で第１電力によるスパッタ法で形成する（ステップＳ１１０）。すなわち、Ａｒ雰囲気中で、微結晶を比較的多く含む非晶質のＩＴＯ膜を形成する。ここで、ＩＴＯ膜の組成は、酸素欠乏性になるように、成膜中の酸素濃度が調整される。
【０１０７】
図７及び図８（ｂ）に表したように、第１膜ｆ１の上に第１導電層５１となる第２膜ｆ２を希ガス雰囲気中で第１電力よりも小さい第２電力によるスパッタ法で形成する（ステップＳ１２０）。例えば、形成された第２膜ｆ２は、非晶質である。すなわち、スパッタ時のパワーを下げた後、Ａｒ雰囲気中で微結晶が比較的少ない非晶質のＩＴＯ膜を形成する。
【０１０８】
なお、上記に限らず、第１膜ｆ１及び第２膜ｆ２の形成においては、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含むターゲットが用いられる。スパッタにより形成された、第１膜ｆ１及び第２膜ｆ２は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含む。
【０１０９】
第１膜ｆ１の形成及び第２膜ｆ２の形成は、酸素を実質的含まない雰囲気で実施される。すなわち、第１膜ｆ１及び第２膜ｆ２は、酸素欠乏性の透明導電酸化物の膜である。
【０１１０】
図７及び図８（ｃ）に表したように、第１膜ｆ１及び第２膜ｆ２を、酸素を含む雰囲気中で熱処理し、第１導電層５１及び第２導電層５２を形成する（ステップＳ１４０）。第２導電層５２の第２平均粒径は、例えば、１５０ｎｍ以下である。
【０１１１】
第１膜ｆ１及び第２膜ｆ２を酸化性雰囲気中で熱処理を施すことにより、膜中に酸素が取り込まれる。これにより、結晶が成長する。これにより、第１膜ｆ１から、例えば１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の粒径（第２平均粒径ｄ２）を有する多結晶の第２導電層５２が得られる。そして、第２膜ｆ２から、１５０ｎｍよりも大きく５００ｎｍ以下の粒径（第１平均粒径ｄ１）を有する多結晶の第１導電層５１が得られる。
【０１１２】
これにより、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子が製造できる。
【０１１３】
なお、図７に表したように、第１膜ｆ１と第２膜ｆ２とを予め定められた形状に加工する工程（ステップＳ１３０）をさらに、実施しても良い。すなわち、本製造方法は、第２膜ｆ１の形成（ステップＳ１２０）と、上記の熱処理（ステップＳ１４０）と、の間において、第１膜ｆ１と第２膜ｆ２とを予め定められた形状に加工する工程（ステップＳ１３０）さらに含むことができる。
【０１１４】
熱処理の前においては、第２膜ｆ２は非晶質であるため、加工性が比較的高い。また、第１膜ｆ１が多結晶であっても第１膜ｆ１の厚さが比較的薄いた加工性が比較的高い。この後、熱処理により、第１膜ｆ１及び第２膜ｆ２から、第２導電層５２及び第１導電層５１をそれぞれ形成することで、高い電気的特性と、高い加工性と、が同時に得られる。
【０１１５】
さらに、図７に表したように、本製造方法は、酸素を含む雰囲気中での熱処理（ステップＳ１４０）の後に、第１膜ｆ１（第２導電層５２）及び第２膜ｆ２（第１導電層５１）を還元雰囲気中でさらに熱処理する工程（ステップＳ１５０）をさらに含むことができる。
【０１１６】
これにより、第２導電層５２及び第１導電層５１に含まれる過剰な酸素を除去することができる。すなわち、還元雰囲気中でのシンター処理により、過剰な酸素を膜中から脱離させ、所望の体積抵抗率のＩＴＯ膜を得ることができる。
【０１１７】
上記のように、実施形態においては、ｐ形ＧａＮ層の上に、まず微結晶を比較的多く含むＩＴＯの薄膜をスパッタにより形成する。これにより、ｐ形ＧａＮ層との良好なコンタクト特性が得られる。この後、スパッタのパワーを下げ、Ａｒ雰囲気中で微結晶が比較的少ないＩＴＯの厚膜を形成する。この膜は、非晶質の膜であるため、加工性が極めて良好である。これらの膜はその後、酸素を含む雰囲気中でシンターを施すことにより、結晶粒径が１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の多結晶膜と、結晶粒径が１５０ｎｍよりも大きく以上５００ｎｍ以下の多結晶膜と、に変化する。この構造及びプロセスを用いることで、低コンタクト抵抗と高い加工性とを同時に得ることが可能となる。
【０１１８】
図９は、実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図９に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光素子１１１は、絶縁層６０をさらに備えている。第１導電層５１は絶縁層６０と第２導電層５２との間に設けられている。絶縁層６０は、発光光に対して透過性を有する。絶縁層６０には、例えばシリコン酸化膜が用いられる。実施形態は、これに限らず、絶縁層６０には、発光部３０から放出される発光に対して透過性を有する任意の絶縁材料を用いることができる。
【０１１９】
絶縁層６０は、第１導電層５１の第２電極８０と接する部分を除いて設けられる。これにより、第１導電層５１と第２電極８０との電気的な導通が確保される。
【０１２０】
絶縁層６０は、例えば、第１導電層５１、第２導電層５２、第２半導体層２０及び発光部３０の側面を覆う。さらに、絶縁層６０は、第１半導体層１０の側面上、及び、第１半導体層１０の第１主面１０ａの側の面上に設けられている。絶縁層６０は、積層構造体１０ｓのパッシベーション膜として機能する。絶縁層６０は、第１半導体層１０の第１電極７０と接する部分を除いて設けられる。これにより、第１半導体層１０と第１電極７０との電気的な導通が確保される。
絶縁層６０は必要に応じて設けられ省略しても良い。
【０１２１】
半導体発光素子１１１においても、第２導電層５２は、第１平均粒径ｄ１よりも小さく１５０ｎｍ以下の第２平均粒径ｄ２を有する多結晶を含む。これにより、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子が提供できる。
【０１２２】
図１０は、実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 図１０に表したように、実施形態に係る別の半導体発光素子１１２は、第１半導体層１０、第２半導体層２０、発光部３０、第１導電層５１及び第２導電層５２に加え、第３導電層５３をさらに備える。
【０１２３】
第３導電層５３における上記の光に対する透過率は、第１導電層５１の透過率よりも低く第２導電層５２の透過率よりも低い。第３導電層５３には、例えば金属層が用いられる。第３導電層５３は、例えば、第２電極８０である。第３導電層５３には、例えば、Ｎｉ膜及びＡｕ膜の積層膜が用いられる。
【０１２４】
第１導電層５１は、第１部分５１ｐと、第２部分５１ｑと、を有する。第１部分５１ｐは、第３導電層５３と第２半導体層２０との間において第３導電層５３と第２半導体層２０とに接する。第２部分５１ｑは、第３導電層５３に覆われておらず、第２導電層５２の少なくとも一部を覆う。
【０１２５】
第１導電層５１と第２半導体層２０とにおけるコンタクト抵抗は、第２導電層５２と第２半導体層２０とにおけるコンタクト抵抗よりも高い。このため、第１導電層５１のうちで第２半導体層２０に接する第１部分５１ｐにおけるコンタクト抵抗は高い。このため、第１部分５１ｐに対応する発光部３０においての発光が抑制される。すなわち、コンタクト抵抗が低い第２部分５１ｑにおける発光が促進される。
【０１２６】
すなわち、透過率が低い（遮光性または反射性の）第３導電層５３に対応する第１部分５１ｐにおける発光が抑制される。このため、光取り出し効率が向上する。
【０１２７】
半導体発光素子１１２においても、第２導電層５２は、第１平均粒径ｄ１よりも小さく１５０ｎｍ以下の第２平均粒径ｄ２を有する多結晶を含む。これにより、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子が提供できる。
【０１２８】
実施形態によれば、電気的特性が良好で加工性が良好な電極を有する半導体発光素子及びその製造方法が提供される。
【０１２９】
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【０１３０】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０１３１】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子に含まれ半導体層、ｎ形半導体層、ｐ形半導体層、発光部、透明電極層、及び電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１３２】
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１３３】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１３４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３５】
５…基板、 ６…バッファ層、 １０…第１半導体層、 １０ａ…第１主面、 １０ｂ…第２主面、 １０ｓ…積層構造体、 １１…第１ｎ側層、 １２…第２ｎ側層、 ２０…第２半導体層、 ２１…第１ｐ側層、 ２２…第２ｐ側層、 ３０…発光部、 ５０…透明電極、 ５０ｆ…透明導電膜、 ５０ｇｂ…粒界、 ５１…第１導電層、 ５１ａ…第１面、 ５１ｂ…第２面、 ５１ｇ…第１グレイン、 ５１ｇｂ…第１粒界、 ５１ｐ…第１部分、 ５１ｑ…第２部分、 ５２…第２導電層、 ５２ａ…第３面、 ５２ｂ…第４面、 ５２ｇ…第２グレイン、 ５２ｇｂ…第２粒界、 ５３…第３導電層、 ６０…絶縁層、 ７０…第１電極、 ８０…第２電極、 １１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１１、１１２…半導体発光素子、 ＢＬ…障壁層、 ＢＬ１〜ＢＬｎ…第１〜第ｎ障壁層、 ＢＬｐ…ｐ側障壁層、 ＩＬ１、ＩＬ２…第１、第２中間層、 ＰＡ…加工性指標、 Ｒ１…コンタクト抵抗、 ＳＰ１〜ＳＰ３…試料、 ＷＬ…井戸層、 ＷＬ１〜ＷＬｎ…第１〜第ｎ井戸層、 ｄ…粒径、 ｄ１、ｄ２…第１、第２平均粒径、 ｆ１、ｆ２…第１、第２膜、 ｔ…厚さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電形の第１半導体層と、
第２導電形の第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光部と、
第１平均粒径を有する多結晶を含み、前記発光部から放出される光に対して透過性の第１導電層と、
前記第２半導体層と前記第１導電層との間において前記第２半導体層と前記第１導電層とに接し、前記第１平均粒径よりも小さく１５０ナノメートル以下の第２平均粒径を有する多結晶を含み、前記光に対して透過性の第２導電層と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２導電層の厚さは、１００ナノメートル以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１導電層の厚さ及び前記第２導電層の厚さの和は、１５０ナノメートルよりも大きく２００ナノメートル以下、及び、２６０ナノメートル以上３３０ナノメートル以下のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１導電層及び第２導電層は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記光に対してする透過率が前記第１導電層の透過率よりも低く前記第２導電層の透過率よりも低い第３導電層をさらに備え、
前記第１導電層は、
前記第３導電層と前記第２半導体層との間において前記第３導電層と前記第２半導体層とに接する第１部分と、
前記第３導電層に覆われておらず、前記第２導電層の少なくとも一部を覆う第２部分と、
を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光部と、第１平均粒径を有する多結晶を含み、前記発光部から放出される光に対して透過性の第１導電層と、前記第２半導体層と前記第１導電層との間において前記第２半導体層と前記第１導電層とに接し、前記第１平均粒径よりも小さい第２平均粒径を有する多結晶を含み、前記光に対して透過性の第２導電層と、を含む半導体発光素子の製造方法であって、
前記第２半導体層の上に前記第２導電層となる第１膜を希ガス雰囲気中で第１電力によるスパッタ法で形成し、
前記第１膜の上に前記第１導電層となる第２膜を希ガス雰囲気中で前記第１電力よりも小さい第２電力によるスパッタ法で形成し、
前記第１膜及び前記第２膜を、酸素を含む雰囲気中で熱処理し、前記第１導電層及び前記第２導電層を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記第２膜の形成と前記熱処理の間において、前記第１膜と前記第２膜とを予め定められた形状に加工することを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１膜の形成及び前記第２膜の形成は、酸素を含まない雰囲気で実施されることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記酸素を含む雰囲気中での熱処理の後に、前記第１膜及び前記第２膜を還元雰囲気中でさらに熱処理することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第２膜は非晶質であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載に半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
第１導電形の第１半導体層と、
第２導電形の第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光部と、
第１平均粒径を有する多結晶を含み、前記発光部から放出される光に対して透過性の第１導電層と、
前記第２半導体層と前記第１導電層との間において前記第２半導体層と前記第１導電層とに接し、前記第１平均粒径よりも小さく１５０ナノメートル以下の第２平均粒径を有する多結晶を含み、前記光に対して透過性の第２導電層と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２導電層の厚さは、１００ナノメートル以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１導電層の厚さ及び前記第２導電層の厚さの和は、１５０ナノメートルよりも大きく２００ナノメートル以下、及び、２６０ナノメートル以上３３０ナノメートル以下のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１導電層及び第２導電層は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記光に対してする透過率が前記第１導電層の透過率よりも低く前記第２導電層の透過率よりも低い第３導電層をさらに備え、
前記第１導電層は、
前記第３導電層と前記第２半導体層との間において前記第３導電層と前記第２半導体層とに接する第１部分と、
前記第３導電層に覆われておらず、前記第２導電層の少なくとも一部を覆う第２部分と、
を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光部と、第１平均粒径を有する多結晶を含み、前記発光部から放出される光に対して透過性の第１導電層と、前記第２半導体層と前記第１導電層との間において前記第２半導体層と前記第１導電層とに接し、前記第１平均粒径よりも小さい第２平均粒径を有する多結晶を含み、前記光に対して透過性の第２導電層と、を含む半導体発光素子の製造方法であって、
前記第２半導体層の上に前記第２導電層となる第１膜を希ガス雰囲気中で第１電力によるスパッタ法で形成し、
前記第１膜の上に前記第１導電層となる第２膜を希ガス雰囲気中で前記第１電力よりも小さい第２電力によるスパッタ法で形成し、
前記第１膜及び前記第２膜を、酸素を含む雰囲気中で熱処理し、前記第１導電層及び前記第２導電層を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記第２膜の形成と前記熱処理の間において、前記第１膜と前記第２膜とを予め定められた形状に加工することを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１膜の形成及び前記第２膜の形成は、酸素を含まない雰囲気で実施されることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記酸素を含む雰囲気中での熱処理の後に、前記第１膜及び前記第２膜を還元雰囲気中でさらに熱処理することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第２膜は非晶質であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載に半導体発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１５６３１２（Ｐ２０１２−１５６３１２Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１１７（Ｐ２０１１−１４１１７）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【特許番号】特許第４９６０５１１号（Ｐ４９６０５１１）
【特許公報発行日】平成２４年６月２７日（２０１２．６．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【特許番号】特許第４９６０５１１号（Ｐ４９６０５１１）
【特許公報発行日】平成２４年６月２７日（２０１２．６．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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