窒化物半導体発光ダイオード素子およびその製造方法
【課題】高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも高い信頼性を有する窒化物半導体発光ダイオード素子およびその窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法を提供する。
【解決手段】ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に設置された窒化物半導体活性層とを含み、窒化物半導体活性層に対してｐ型窒化物半導体層側に、酸化インジウム錫を含有する第１の透明電極層と、酸化錫を含有する第２の透明電極層とを有する窒化物半導体発光ダイオード素子とその窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法である。
【解決手段】ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に設置された窒化物半導体活性層とを含み、窒化物半導体活性層に対してｐ型窒化物半導体層側に、酸化インジウム錫を含有する第１の透明電極層と、酸化錫を含有する第２の透明電極層とを有する窒化物半導体発光ダイオード素子とその窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光ダイオード素子およびその製造方法に関し、特に、高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも高い信頼性を有する窒化物半導体発光ダイオード素子およびその窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特許第３７８６８９８号公報（特許文献１）には、光ディスプレイ装置、信号機、データ記憶機器、通信装置、照明装置および医療機器を含む様々な用途に使用される窒化物半導体発光ダイオード素子が開示されている（たとえば特許文献１の図１および段落［０００８］等参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子は、図１４に示すように、サファイア絶縁基板１１０上に、ＧａＮバッファ層１１１、ｎ+型ＧａＮコンタクト層１１２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１３、多重量子井戸（ＭＱＷ）を有するＩｎＧａＮ発光層１１４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１５、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１６およびｎ+型ＩｎＧａＮ逆方向トンネリング層１２０が順次積層された構成を有している。
【０００４】
そして、ｎ+型ＩｎＧａＮ逆方向トンネリング層１２０の表面に接するようにして形成されているｐ側オーミック電極１１７およびｎ+型ＧａＮコンタクト層１１２の表面に接するようにして形成されているｎ側オーミック電極１１９のそれぞれに酸化インジウム錫（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）が用いられている。
【０００５】
特許文献１に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、ＩＴＯからなるｐ側オーミック電極１１７でｎ+型ＩｎＧａＮ逆方向トンネリング層１２０とのオーミック接触を実現したことにより、従来からｐ側オーミック電極に用いられていた厚さ５〜１０ｎｍ程度のＮｉやＰｄなどからなる半透明金属電極に比べて、高い透過率を確保することができるとともに、光取り出し効率が向上し、結果として発光効率の向上につながっている。
【特許文献１】特許第３７８６８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＩＴＯからなるｐ側オーミック電極は、上記の特許文献１に記載のように、ｎ型窒化物半導体層だけでなく、ｐ型窒化物半導体層ともオーミック接触をとることができるとともに、可視光の透過率も高いため、窒化物半導体発光ダイオード素子の電極としては有用である。
【０００７】
しかしながら、ＩＴＯからなるｐ側オーミック電極を用いた窒化物半導体発光ダイオード素子に高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合には、ＩＴＯからなるｐ側オーミック電極が黒色化する問題があった。
【０００８】
高い電流密度で電流を注入して窒化物半導体発光ダイオード素子を駆動させることによって、発光面積あたりの光量を増やすことができ、その結果として窒化物半導体発光ダイオード素子を小型化することができる。また、窒化物半導体発光ダイオード素子の単価も下げることができる。
【０００９】
したがって、高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも高い信頼性を有する窒化物半導体発光ダイオード素子およびその窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法が要望されている。
【００１０】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも高い信頼性を有する窒化物半導体発光ダイオード素子およびその窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に設置された窒化物半導体活性層とを含み、窒化物半導体活性層に対してｐ型窒化物半導体層側に、酸化インジウム錫を含有する第１の透明電極層と、酸化錫を含有する第２の透明電極層とを有する窒化物半導体発光ダイオード素子である。
【００１２】
ここで、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子において、第１の透明電極層は、第２の透明電極層よりもｐ型窒化物半導体層側に設置されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子において、第１の透明電極層の厚さは４０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子において、第２の透明電極層は、アンチモンを含有することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子において、第２の透明電極層は、フッ素を含有することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子において、第２の透明電極層の厚さは、第１の透明電極層の厚さよりも厚いことが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明は、上記のいずれかの窒化物半導体発光ダイオード素子を製造する方法であって、第１の透明電極層を２００℃以上の雰囲気で形成する工程を含む窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法である。
【００１８】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法は、第２の透明電極層を３００℃以上の雰囲気で形成する工程を含むことが好ましい。
【００１９】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法は、第１の透明電極層を形成した後に、第１の透明電極層を３００℃以上の酸素雰囲気で熱処理する工程を含むことが好ましい。
【００２０】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法においては、上記の熱処理後に第１の透明電極層を３００℃以上の窒素雰囲気でさらに熱処理する工程が含まれることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも高い信頼性を有する窒化物半導体発光ダイオード素子およびその窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２３】
図１に、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の一例の模式的な断面図を示す。図１に示す窒化物半導体発光ダイオード素子は、基板１と、基板１上に形成されたｎ型窒化物半導体層２と、ｎ型窒化物半導体層２上に形成された窒化物半導体活性層３と、窒化物半導体活性層３上に形成されたｐ型窒化物半導体層４と、ｐ型窒化物半導体層４上に形成された第１の透明電極層５と、第１の透明電極層５上に形成された第２の透明電極層６とを有している。
【００２４】
また、窒化物半導体発光ダイオード素子のｎ型窒化物半導体層２の表面上にはｎ側パッド電極７が形成されており、第２の透明電極層６の表面上にはｐ側パッド電極８が形成されている。
【００２５】
ここで、基板１としては、たとえば従来から公知のサファイア基板、炭化ケイ素基板または窒化ガリウム基板などを用いることができる。
【００２６】
また、ｎ型窒化物半導体層２としては、たとえば従来から公知のｎ型窒化物半導体を用いることができ、たとえば、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１≠０）の式で表わされる窒化物半導体結晶にｎ型不純物をドーピングして形成された層の単層または複数層などを用いることができる。なお、上記の式において、Ａｌはアルミニウムを示し、Ｉｎはインジウムを示し、Ｇａはガリウムを示し、ｘ１はＡｌの組成比を示し、ｙ１はＩｎの組成比を示し、ｚ１はＧａの組成比を示す。また、ｎ型不純物としては、たとえばシリコンおよび／またはゲルマニウムなどを用いることができる。
【００２７】
また、窒化物半導体活性層３としては、たとえば従来から公知の窒化物半導体を用いることができ、たとえば、Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≠０）の式で表わされるアンドープの窒化物半導体結晶またはこの式で表わされる窒化物半導体結晶にｐ型不純物およびｎ型不純物の少なくとも一方をドーピングして形成された層の単層または複数層などを用いることができる。なお、上記の式において、Ａｌはアルミニウムを示し、Ｉｎはインジウムを示し、Ｇａはガリウムを示し、ｘ２はＡｌの組成比を示し、ｙ２はＩｎの組成比を示し、ｚ２はＧａの組成比を示す。また、窒化物半導体活性層３は、従来から公知の単一量子井戸（ＳＱＷ）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する構成であってもよい。
【００２８】
また、ｐ型窒化物半導体層４としては、たとえば従来から公知のｐ型窒化物半導体を用いることができ、たとえば、Ａｌx3Ｉｎy3Ｇａz3Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３≠０）の式で表わされる窒化物半導体結晶にｐ型不純物をドーピングして形成された層の単層または複数層などを用いることができる。なお、上記の式において、Ａｌはアルミニウムを示し、Ｉｎはインジウムを示し、Ｇａはガリウムを示し、ｘ３はＡｌの組成比を示し、ｙ３はＩｎの組成比を示し、ｚ３はＧａの組成比を示す。また、ｐ型不純物としては、たとえばマグネシウムおよび／または亜鉛などを用いることができる。
【００２９】
また、第１の透明電極層５としては、酸化インジウム錫（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）を含有する透明電極層が用いられる。第１の透明電極層５としてＩＴＯを含有する透明電極層を用いることにより、第１の透明電極層５とｐ型窒化物半導体層４との接触抵抗を小さくすることができる。
【００３０】
また、第１の透明電極層５の厚さｈ１は４０ｎｍ以下であることが窒化物半導体発光ダイオード素子の信頼性および発光効率を向上させる点で好ましい。なお、第１の透明電極層５の厚さｈ１の下限は特には限定されないが、たとえば５ｎｍとすることができる（すなわち、第１の透明電極層５の厚さｈ１を５ｎｍ以上とすることができる。）。また、第１の透明電極層５とｐ型窒化物半導体層４との間にはｐ型窒化物半導体層４とトンネル接合を形成することができるｎ型窒化物半導体層が形成されていてもよい。
【００３１】
また、第２の透明電極層６としては、酸化錫を含有する透明電極層が用いられる。これは、本発明者が、酸化錫がＩＴＯよりも熱的安定性および窒化物半導体活性層３から発光した光の透過性に優れることを見いだしたことによるものである。さらに、これは、本発明者が、ＩＴＯを含有する第１の透明電極層５でｐ型窒化物半導体層４とのオーミック接触を担保しつつ、酸化錫を含有する第２の透明電極層６で熱的安定性および光透過性を向上させることによって、窒化物半導体発光ダイオード素子に高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも従来の特許文献１に記載のＩＴＯのみからなるｐ側オーミック電極ほど熱による黒色化などの問題が生じずに高い信頼性が得られるとともに、発光効率も向上させることができることを見いだしたことによるものである。
【００３２】
ここで、酸化錫を含有する第２透明電極層６は、アンチモンおよびフッ素の少なくとも一方をさらに含有していることが好ましい。酸化錫を含有する第２透明電極層６がアンチモン、フッ素またはこれらの双方を含有している場合には、第２透明電極層６の抵抗率をさらに小さくすることができ、窒化物半導体発光ダイオード素子の電力効率をさらに向上させることができる傾向にある。
【００３３】
また、第２の透明電極層６の厚さｈ２は、第１の透明電極層５の厚さｈ１よりも厚くすることが好ましい。第２の透明電極層６の厚さｈ２を第１の透明電極層５の厚さｈ１よりも厚くすることによって、ｐ型窒化物半導体層４の表面上に形成されたｐ側オーミック電極（第１の透明電極層５と第２の透明電極層６との積層体）中の酸化錫を含有する第２の透明電極層６の含有率を向上させることができるため、窒化物半導体発光ダイオード素子に高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合の信頼性をより高くすることができるとともに、発光効率もより高くすることができる傾向にある。
【００３４】
また、上記の観点からは、第２の透明電極層６中におけるアンチモンの含有量は、第２の透明電極層６全体の１×１０-2質量％以上であることが好ましく、１×１０-1質量％以上であることがより好ましい。
【００３５】
また、上記の観点からは、第２の透明電極層６中におけるフッ素の含有量は、第２の透明電極層６全体の１×１０-2質量％以上であることが好ましく、１×１０-1質量％以上であることがより好ましい。
【００３６】
また、ｎ側パッド電極７およびｐ側パッド電極８としては、たとえば、従来から窒化物半導体発光ダイオード素子のｎ側パッド電極およびｐ側パッド電極にそれぞれ用いられている金属などを用いることができる。
【００３７】
以下に、図１に示す構成の本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子は製造方法の一例について説明する。
【００３８】
まず、基板１の表面上に、たとえば従来から公知のＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により、ｎ型窒化物半導体層２、窒化物半導体活性層３およびｐ型窒化物半導体層４をこの順序で結晶成長させる。
【００３９】
次に、ｐ型窒化物半導体層４の表面上に、たとえば従来から公知のＥＢ（Electron Beam）蒸着法などによって、ＩＴＯを含有する第１の透明電極層５を形成する。
【００４０】
次に、第１の透明電極層５の表面上に、たとえば従来から公知のＥＢ蒸着法などによって、酸化錫を含有する第２の透明電極層６を形成する。
【００４１】
その後、第２の透明電極層６の表面上にｐ側パッド電極８を形成した後のウエハの一部を第２の透明電極層６側からｎ型窒化物半導体層２の表面が露出するまでエッチングする。
【００４２】
そのエッチングにより露出したｎ型窒化物半導体層２の表面上にｎ側パッド電極７を形成した後のウエハを複数に分割することによって、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子とすることができる。
【００４３】
ここで、上記において、ＩＴＯを含有する第１の透明電極層５は、２００℃以上の雰囲気で形成されることが好ましい。ＩＴＯを含有する第１の透明電極層５を２００℃以上の雰囲気で形成した場合には、窒化物半導体活性層３から発光した光に対する第１の透明電極層５の透過率がさらに向上して窒化物半導体発光ダイオード素子の発光効率がさらに向上する傾向にある。なお、本発明において、温度は、基板１の温度を意味するものとする。
【００４４】
また、上記において、酸化錫を含有する第２の透明電極層６は、３００℃以上の雰囲気で形成されることが好ましい。酸化錫を含有する第２の透明電極層６を３００℃以上の雰囲気で形成した場合には、酸化錫を含有する第２の透明電極層６の抵抗率をさらに低くすることができるとともに、窒化物半導体発光ダイオード素子の電力効率をさらに向上させることができる傾向にある。
【００４５】
また、上記において、第１の透明電極層５の形成後、若しくは第１の透明電極層５および第２の透明電極層６の形成後に、第１の透明電極層５を３００℃以上の酸素雰囲気で熱処理することが好ましい。これにより、ＩＴＯを含有する第１の透明電極層５とｐ型窒化物半導体層４との接触抵抗をさらに低減することができる傾向にある。
【００４６】
さらに、上記の酸素雰囲気での熱処理後に、第１の透明電極層５を３００℃以上の窒素雰囲気でさらに熱処理することが好ましい。これにより、第１の透明電極層５の抵抗率をさらに低減することができるため、窒化物半導体発光ダイオード素子の電力効率をさらに向上させることができる傾向にある。
【００４７】
図２に、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の他の一例の模式的な断面図を示す。図２に示す窒化物半導体発光ダイオード素子においては、基板１に導電性基板を用いており、基板１の裏面にｎ側パッド電極７を形成している点に特徴がある。
【００４８】
図２に示す上下電極構造の構成とすることにより、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子を小型化することができる。また、このような構成とすることにより、１枚のウエハから得られる窒化物半導体発光ダイオード素子の数を増加させることができるとともに、上記で説明したようなｎ型窒化物半導体層３の表面の一部を露出させるエッチング工程が必要なくなるため、窒化物半導体発光ダイオード素子の製造効率を向上させることができる。その他の説明は上記と同様である。
【００４９】
以上のように、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、ＩＴＯを含有する第１の透明電極層５と酸化錫を含有する第２透明電極層６との積層体をｐ型窒化物半導体層４に接するｐ側オーミック電極とすることによって、高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも高い信頼性を有するとともに高い発光効率を有する窒化物半導体発光ダイオード素子を得ることができる。
【実施例】
【００５０】
（実施例１）
まず、図３の模式的断面図に示すような構成のサファイア基板１１を用意し、サファイア基板１１をＭＯＣＶＤ装置の反応炉内にセットする。
【００５１】
次に、その反応炉内に水素を流しながらサファイア基板１１の温度を１０５０℃まで上昇させることによってサファイア基板１１の表面（Ｃ面）のクリーニングを行なう。
【００５２】
次に、サファイア基板１１の温度を５１０℃まで低下させ、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモニアおよびＴＭＧ（トリメチルガリウム）を反応炉内に流すことによって、図４の模式的断面図に示すように、ＧａＮからなるバッファ層４１をＭＯＣＶＤ法によりサファイア基板１１の表面（Ｃ面）上に約２０ｎｍの厚さで形成する。
【００５３】
次に、サファイア基板１１の温度を１０５０℃まで上昇させて、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモニアおよびＴＭＧ、不純物ガスとしてシランを反応炉内に流すことによって、図５の模式的断面図に示すように、Ｓｉ（シリコン）がドーピングされたＧａＮからなるｎ型窒化物半導体下地層１２ａ（キャリア濃度：１×１０18／ｃｍ3）をＭＯＣＶＤ法によりバッファ層４１上に６μｍの厚さで形成する。
【００５４】
次に、図６の模式的断面図に示すように、キャリア濃度が５×１０18／ｃｍ3となるようにＳｉをドーピングすること以外はｎ型窒化物半導体下地層１２ａと同様にして、ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体コンタクト層１２ｂをＭＯＣＶＤ法によりｎ型窒化物半導体下地層１２ａ上に０．５μｍの厚さで形成する。
【００５５】
以上により、ｎ型窒化物半導体下地層１２ａとｎ型窒化物半導体コンタクト層１２ｂとの積層体からなるｎ型窒化物半導体層１２を形成する。
【００５６】
次に、サファイア基板１１の温度を７００℃に低下し、キャリアガスとして窒素、原料ガスとしてアンモニア、ＴＭＧおよびＴＭＩ（トリメチルインジウム）を反応炉内に流すことによって、図７の模式的断面図に示すように、ｎ型窒化物半導体コンタクト層１２ｂ上に、２．５ｎｍの厚さのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる井戸層１３ａと１０ｎｍの厚さのＧａＮからなる障壁層１３ｂとをそれぞれ交互に６周期成長させ、多重量子井戸構造を有する窒化物半導体活性層１３を形成する。ここで、窒化物半導体活性層１３の形成時において、ＧａＮからなる障壁層１３ｂを形成する際にはＴＭＩを反応炉内に流していないことは言うまでもない。
【００５７】
次に、サファイア基板１１の温度を９５０℃に上昇させ、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモニア、ＴＭＧおよびＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、不純物ガスとしてＣＰ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を反応炉内に流すことによって、図８の模式的断面図に示すように、Ｍｇが１×１０20／ｃｍ3の濃度でドーピングされたＡｌ0.20Ｇａ0.80Ｎからなるｐ型窒化物半導体クラッド層１４ａを、ＭＯＣＶＤ法により、窒化物半導体活性層１３上に約２０ｎｍの厚さで形成する。
【００５８】
次に、サファイア基板１１の温度を９５０℃に保持し、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモニアおよびＴＭＧ、不純物ガスとしてＣＰ２Ｍｇを反応炉内に流すことによって、図９の模式的断面図に示すように、Ｍｇが１×１０20／ｃｍ3の濃度でドーピングされたＧａＮからなるｐ型窒化物半導体コンタクト層１４ｂをＭＯＣＶＤ法によりｐ型窒化物半導体クラッド層１４ａ上に８０ｎｍの厚さで形成する。
【００５９】
以上により、ｐ型窒化物半導体クラッド層１４ａとｐ型窒化物半導体コンタクト層１４ｂとの積層体からなるｐ型窒化物半導体層１４を形成する。
【００６０】
次に、ｐ型窒化物半導体層１４の形成後のウエハを反応炉内から取り出し、図１０の模式的断面図に示すように、そのウエハの最上層を構成しているｐ型窒化物半導体層１４上にＥＢ蒸着により３００℃の酸素雰囲気でＩＴＯからなる第１の透明電極層１５を２０ｎｍの厚さに形成する。
【００６１】
次に、図１１の模式的断面図に示すように、第１の透明電極層１５の表面上にＥＢ蒸着により５５０℃で酸化錫からなる第２の透明電極層１６を２５０ｎｍの厚さに形成する。
【００６２】
次に、第２の透明電極層１６の形成後のウエハを６００℃の酸素雰囲気で１０分間熱処理を行ない、その後、６００℃の窒素雰囲気下で１分間熱処理を行なうことによって、第１の透明電極層１５を加熱する。
【００６３】
次に、第２の透明電極層１６の表面上に所定の形状に開口部を有するようにパターニングされたマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置で、第２の透明電極層１６側からウエハのエッチングを行ない、図１２の模式的断面図に示すように、ｎ型窒化物半導体コンタクト層１２ｂの表面の一部を露出させる。
【００６４】
次に、図１３の模式的断面図に示すように、第２の透明電極層１６の表面上およびｎ型窒化物半導体コンタクト層１２ｂの表面上の所定の位置にそれぞれ、ＴｉとＡｌとを含むｎ側パッド電極１７およびｐ側パッド電極１８をそれぞれ形成する。その後、ｎ側パッド電極１７およびｐ側パッド電極１８の形成後のウエハを分割することにより、実施例１の窒化物半導体発光ダイオード素子を得る。
【００６５】
この実施例１の窒化物半導体発光ダイオード素子は、たとえば５０Ａ／ｃｍ2以上の高い電流密度の電流を注入して連続駆動させる場合においても、第１の透明電極層１５と第２の透明電極層１６との積層体からなるｐ側オーミック電極が熱により劣化することがなく、高い信頼性を有する。
【００６６】
さらに、後述する比較例１の窒化物半導体発光ダイオード素子よりも、第１の透明電極層１５と第２の透明電極層１６との積層体からなるｐ側オーミック電極は、窒化物半導体活性層１３から発光する光の透過率が高くなっているため、光取り出し効率を向上させることができ、ひいては発光効率を向上させることができる。
【００６７】
（実施例２）
実施例２においては、第２の透明電極層１６の形成条件を変更すること以外は実施例１と同様にして窒化物半導体発光ダイオード素子を作製する。すなわち、実施例２においては、第１の透明電極層１５を形成し、その後、反応蒸着により３５０℃で錫とアンチモンとの合金を蒸着源とし、２５０ｎｍの厚さで、アンチモンと酸化錫とからなる第２の透明電極層１６を形成することによって、実施例２の窒化物半導体発光ダイオード素子としている。
【００６８】
この実施例２の窒化物半導体発光ダイオード素子は、実施例１の窒化物半導体発光ダイオード素子と同様に、高い電流密度で電流を注入して連続駆動させる場合でも、第１の透明電極層１５と第２の透明電極層１６との積層体からなるｐ側オーミック電極が熱により劣化することがなく、高い信頼性を有する。
【００６９】
さらに、実施例１の窒化物半導体発光ダイオード素子よりも第２の透明電極層１６の抵抗率を低下させることができるため、動作電圧を小さくすることができるとともに、電力効率を向上させることができる。
【００７０】
なお、実施例２の窒化物半導体発光ダイオード素子の第２の透明電極層１６を酸化錫とフッ素とからなる第２の透明電極層１６および酸化錫とアンチモンとフッ素とからなる第２の透明電極層１６にそれぞれ変更する場合でも、実施例２の窒化物半導体発光ダイオード素子と同様の効果が得られる。
【００７１】
（実施例３）
実施例３においては、第１の透明電極層１５の形成条件を変更すること以外は実施例１と同様にして窒化物半導体発光ダイオード素子を作製する。すなわち、実施例３においては、ｐ型窒化物半導体層１４の表面上に、ＥＢ蒸着により室温から３００℃まで任意の温度（サファイア基板１１の温度）の雰囲気でＩＴＯからなる第１の透明電極層１５を２０ｎｍの厚さで形成することによって、実施例３の窒化物半導体発光ダイオード素子とする。
【００７２】
この実施例３の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、サファイア基板１１の温度が２００℃以上の雰囲気で第１の透明電極層１５を形成する場合に、ＩＴＯからなる第１の透明電極層１５の透過率が高くなり、高い発光効率を実現できる。
【００７３】
（実施例４）
実施例４においては、第２の透明電極層１６の形成条件を変更すること以外は実施例１と同様にして窒化物半導体発光ダイオード素子を作製する。すなわち、実施例４においては、第１の透明電極層１５の表面上に、ＥＢ蒸着により室温から５５０℃まで任意の温度（サファイア基板１１の温度）の雰囲気で酸化錫からなる第２の透明電極層１６を２５０ｎｍの厚さで形成する。
【００７４】
この実施例４の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、サファイア基板１１の温度が３００℃以上の雰囲気で第２の透明電極層１６を形成する場合に、酸化錫からなる第２の透明電極層１６の抵抗率が低くなり、高い電力効率を実現できる。
【００７５】
（比較例１）
比較例１においては、ｐ型窒化物半導体層１４の表面上に、ＥＢ蒸着により、サファイア基板１１の温度が３００℃となる雰囲気でＩＴＯからなる第１の透明電極層１５を２５０ｎｍの厚さで形成し、その後、第２の透明電極層１６を形成していないこと以外は実施例１と同様にして比較例１の窒化物半導体発光ダイオード素子を作製している。
【００７６】
したがって、比較例１の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、ｐ型窒化物半導体層１４の表面上の透明導電膜としてＩＴＯからなる第１の透明電極層１５のみからなる構成とされる。
【００７７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明によれば、高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも高い信頼性を有する窒化物半導体発光ダイオード素子およびその窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の一例の模式的な断面図である。
【図２】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の他の一例の模式的な断面図である。
【図３】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図４】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図５】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図６】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図７】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図８】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図９】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１０】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１１】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１２】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１３】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１４】従来の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 基板、２，１２ ｎ型窒化物半導体層、３，１３ 窒化物半導体活性層、４，１４ ｐ型窒化物半導体層、５，１５ 第１の透明電極層、６，１６ 第２の透明電極層、７，１７ ｎ側パッド電極、８，１８ ｐ側パッド電極、１１ サファイア基板、４１ バッファ層、１２ａ ｎ型窒化物半導体下地層、１２ｂ ｎ型窒化物半導体コンタクト層、１３ａ 井戸層、１３ｂ 障壁層、１４ａ ｐ型窒化物半導体クラッド層、１４ｂ ｐ型窒化物半導体コンタクト層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光ダイオード素子およびその製造方法に関し、特に、高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも高い信頼性を有する窒化物半導体発光ダイオード素子およびその窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特許第３７８６８９８号公報（特許文献１）には、光ディスプレイ装置、信号機、データ記憶機器、通信装置、照明装置および医療機器を含む様々な用途に使用される窒化物半導体発光ダイオード素子が開示されている（たとえば特許文献１の図１および段落［０００８］等参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子は、図１４に示すように、サファイア絶縁基板１１０上に、ＧａＮバッファ層１１１、ｎ+型ＧａＮコンタクト層１１２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１３、多重量子井戸（ＭＱＷ）を有するＩｎＧａＮ発光層１１４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１５、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１６およびｎ+型ＩｎＧａＮ逆方向トンネリング層１２０が順次積層された構成を有している。
【０００４】
そして、ｎ+型ＩｎＧａＮ逆方向トンネリング層１２０の表面に接するようにして形成されているｐ側オーミック電極１１７およびｎ+型ＧａＮコンタクト層１１２の表面に接するようにして形成されているｎ側オーミック電極１１９のそれぞれに酸化インジウム錫（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）が用いられている。
【０００５】
特許文献１に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、ＩＴＯからなるｐ側オーミック電極１１７でｎ+型ＩｎＧａＮ逆方向トンネリング層１２０とのオーミック接触を実現したことにより、従来からｐ側オーミック電極に用いられていた厚さ５〜１０ｎｍ程度のＮｉやＰｄなどからなる半透明金属電極に比べて、高い透過率を確保することができるとともに、光取り出し効率が向上し、結果として発光効率の向上につながっている。
【特許文献１】特許第３７８６８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＩＴＯからなるｐ側オーミック電極は、上記の特許文献１に記載のように、ｎ型窒化物半導体層だけでなく、ｐ型窒化物半導体層ともオーミック接触をとることができるとともに、可視光の透過率も高いため、窒化物半導体発光ダイオード素子の電極としては有用である。
【０００７】
しかしながら、ＩＴＯからなるｐ側オーミック電極を用いた窒化物半導体発光ダイオード素子に高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合には、ＩＴＯからなるｐ側オーミック電極が黒色化する問題があった。
【０００８】
高い電流密度で電流を注入して窒化物半導体発光ダイオード素子を駆動させることによって、発光面積あたりの光量を増やすことができ、その結果として窒化物半導体発光ダイオード素子を小型化することができる。また、窒化物半導体発光ダイオード素子の単価も下げることができる。
【０００９】
したがって、高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも高い信頼性を有する窒化物半導体発光ダイオード素子およびその窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法が要望されている。
【００１０】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも高い信頼性を有する窒化物半導体発光ダイオード素子およびその窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に設置された窒化物半導体活性層とを含み、窒化物半導体活性層に対してｐ型窒化物半導体層側に、酸化インジウム錫を含有する第１の透明電極層と、酸化錫を含有する第２の透明電極層とを有する窒化物半導体発光ダイオード素子である。
【００１２】
ここで、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子において、第１の透明電極層は、第２の透明電極層よりもｐ型窒化物半導体層側に設置されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子において、第１の透明電極層の厚さは４０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子において、第２の透明電極層は、アンチモンを含有することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子において、第２の透明電極層は、フッ素を含有することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子において、第２の透明電極層の厚さは、第１の透明電極層の厚さよりも厚いことが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明は、上記のいずれかの窒化物半導体発光ダイオード素子を製造する方法であって、第１の透明電極層を２００℃以上の雰囲気で形成する工程を含む窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法である。
【００１８】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法は、第２の透明電極層を３００℃以上の雰囲気で形成する工程を含むことが好ましい。
【００１９】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法は、第１の透明電極層を形成した後に、第１の透明電極層を３００℃以上の酸素雰囲気で熱処理する工程を含むことが好ましい。
【００２０】
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法においては、上記の熱処理後に第１の透明電極層を３００℃以上の窒素雰囲気でさらに熱処理する工程が含まれることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも高い信頼性を有する窒化物半導体発光ダイオード素子およびその窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２３】
図１に、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の一例の模式的な断面図を示す。図１に示す窒化物半導体発光ダイオード素子は、基板１と、基板１上に形成されたｎ型窒化物半導体層２と、ｎ型窒化物半導体層２上に形成された窒化物半導体活性層３と、窒化物半導体活性層３上に形成されたｐ型窒化物半導体層４と、ｐ型窒化物半導体層４上に形成された第１の透明電極層５と、第１の透明電極層５上に形成された第２の透明電極層６とを有している。
【００２４】
また、窒化物半導体発光ダイオード素子のｎ型窒化物半導体層２の表面上にはｎ側パッド電極７が形成されており、第２の透明電極層６の表面上にはｐ側パッド電極８が形成されている。
【００２５】
ここで、基板１としては、たとえば従来から公知のサファイア基板、炭化ケイ素基板または窒化ガリウム基板などを用いることができる。
【００２６】
また、ｎ型窒化物半導体層２としては、たとえば従来から公知のｎ型窒化物半導体を用いることができ、たとえば、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１≠０）の式で表わされる窒化物半導体結晶にｎ型不純物をドーピングして形成された層の単層または複数層などを用いることができる。なお、上記の式において、Ａｌはアルミニウムを示し、Ｉｎはインジウムを示し、Ｇａはガリウムを示し、ｘ１はＡｌの組成比を示し、ｙ１はＩｎの組成比を示し、ｚ１はＧａの組成比を示す。また、ｎ型不純物としては、たとえばシリコンおよび／またはゲルマニウムなどを用いることができる。
【００２７】
また、窒化物半導体活性層３としては、たとえば従来から公知の窒化物半導体を用いることができ、たとえば、Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≠０）の式で表わされるアンドープの窒化物半導体結晶またはこの式で表わされる窒化物半導体結晶にｐ型不純物およびｎ型不純物の少なくとも一方をドーピングして形成された層の単層または複数層などを用いることができる。なお、上記の式において、Ａｌはアルミニウムを示し、Ｉｎはインジウムを示し、Ｇａはガリウムを示し、ｘ２はＡｌの組成比を示し、ｙ２はＩｎの組成比を示し、ｚ２はＧａの組成比を示す。また、窒化物半導体活性層３は、従来から公知の単一量子井戸（ＳＱＷ）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する構成であってもよい。
【００２８】
また、ｐ型窒化物半導体層４としては、たとえば従来から公知のｐ型窒化物半導体を用いることができ、たとえば、Ａｌx3Ｉｎy3Ｇａz3Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３≠０）の式で表わされる窒化物半導体結晶にｐ型不純物をドーピングして形成された層の単層または複数層などを用いることができる。なお、上記の式において、Ａｌはアルミニウムを示し、Ｉｎはインジウムを示し、Ｇａはガリウムを示し、ｘ３はＡｌの組成比を示し、ｙ３はＩｎの組成比を示し、ｚ３はＧａの組成比を示す。また、ｐ型不純物としては、たとえばマグネシウムおよび／または亜鉛などを用いることができる。
【００２９】
また、第１の透明電極層５としては、酸化インジウム錫（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）を含有する透明電極層が用いられる。第１の透明電極層５としてＩＴＯを含有する透明電極層を用いることにより、第１の透明電極層５とｐ型窒化物半導体層４との接触抵抗を小さくすることができる。
【００３０】
また、第１の透明電極層５の厚さｈ１は４０ｎｍ以下であることが窒化物半導体発光ダイオード素子の信頼性および発光効率を向上させる点で好ましい。なお、第１の透明電極層５の厚さｈ１の下限は特には限定されないが、たとえば５ｎｍとすることができる（すなわち、第１の透明電極層５の厚さｈ１を５ｎｍ以上とすることができる。）。また、第１の透明電極層５とｐ型窒化物半導体層４との間にはｐ型窒化物半導体層４とトンネル接合を形成することができるｎ型窒化物半導体層が形成されていてもよい。
【００３１】
また、第２の透明電極層６としては、酸化錫を含有する透明電極層が用いられる。これは、本発明者が、酸化錫がＩＴＯよりも熱的安定性および窒化物半導体活性層３から発光した光の透過性に優れることを見いだしたことによるものである。さらに、これは、本発明者が、ＩＴＯを含有する第１の透明電極層５でｐ型窒化物半導体層４とのオーミック接触を担保しつつ、酸化錫を含有する第２の透明電極層６で熱的安定性および光透過性を向上させることによって、窒化物半導体発光ダイオード素子に高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも従来の特許文献１に記載のＩＴＯのみからなるｐ側オーミック電極ほど熱による黒色化などの問題が生じずに高い信頼性が得られるとともに、発光効率も向上させることができることを見いだしたことによるものである。
【００３２】
ここで、酸化錫を含有する第２透明電極層６は、アンチモンおよびフッ素の少なくとも一方をさらに含有していることが好ましい。酸化錫を含有する第２透明電極層６がアンチモン、フッ素またはこれらの双方を含有している場合には、第２透明電極層６の抵抗率をさらに小さくすることができ、窒化物半導体発光ダイオード素子の電力効率をさらに向上させることができる傾向にある。
【００３３】
また、第２の透明電極層６の厚さｈ２は、第１の透明電極層５の厚さｈ１よりも厚くすることが好ましい。第２の透明電極層６の厚さｈ２を第１の透明電極層５の厚さｈ１よりも厚くすることによって、ｐ型窒化物半導体層４の表面上に形成されたｐ側オーミック電極（第１の透明電極層５と第２の透明電極層６との積層体）中の酸化錫を含有する第２の透明電極層６の含有率を向上させることができるため、窒化物半導体発光ダイオード素子に高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合の信頼性をより高くすることができるとともに、発光効率もより高くすることができる傾向にある。
【００３４】
また、上記の観点からは、第２の透明電極層６中におけるアンチモンの含有量は、第２の透明電極層６全体の１×１０-2質量％以上であることが好ましく、１×１０-1質量％以上であることがより好ましい。
【００３５】
また、上記の観点からは、第２の透明電極層６中におけるフッ素の含有量は、第２の透明電極層６全体の１×１０-2質量％以上であることが好ましく、１×１０-1質量％以上であることがより好ましい。
【００３６】
また、ｎ側パッド電極７およびｐ側パッド電極８としては、たとえば、従来から窒化物半導体発光ダイオード素子のｎ側パッド電極およびｐ側パッド電極にそれぞれ用いられている金属などを用いることができる。
【００３７】
以下に、図１に示す構成の本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子は製造方法の一例について説明する。
【００３８】
まず、基板１の表面上に、たとえば従来から公知のＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により、ｎ型窒化物半導体層２、窒化物半導体活性層３およびｐ型窒化物半導体層４をこの順序で結晶成長させる。
【００３９】
次に、ｐ型窒化物半導体層４の表面上に、たとえば従来から公知のＥＢ（Electron Beam）蒸着法などによって、ＩＴＯを含有する第１の透明電極層５を形成する。
【００４０】
次に、第１の透明電極層５の表面上に、たとえば従来から公知のＥＢ蒸着法などによって、酸化錫を含有する第２の透明電極層６を形成する。
【００４１】
その後、第２の透明電極層６の表面上にｐ側パッド電極８を形成した後のウエハの一部を第２の透明電極層６側からｎ型窒化物半導体層２の表面が露出するまでエッチングする。
【００４２】
そのエッチングにより露出したｎ型窒化物半導体層２の表面上にｎ側パッド電極７を形成した後のウエハを複数に分割することによって、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子とすることができる。
【００４３】
ここで、上記において、ＩＴＯを含有する第１の透明電極層５は、２００℃以上の雰囲気で形成されることが好ましい。ＩＴＯを含有する第１の透明電極層５を２００℃以上の雰囲気で形成した場合には、窒化物半導体活性層３から発光した光に対する第１の透明電極層５の透過率がさらに向上して窒化物半導体発光ダイオード素子の発光効率がさらに向上する傾向にある。なお、本発明において、温度は、基板１の温度を意味するものとする。
【００４４】
また、上記において、酸化錫を含有する第２の透明電極層６は、３００℃以上の雰囲気で形成されることが好ましい。酸化錫を含有する第２の透明電極層６を３００℃以上の雰囲気で形成した場合には、酸化錫を含有する第２の透明電極層６の抵抗率をさらに低くすることができるとともに、窒化物半導体発光ダイオード素子の電力効率をさらに向上させることができる傾向にある。
【００４５】
また、上記において、第１の透明電極層５の形成後、若しくは第１の透明電極層５および第２の透明電極層６の形成後に、第１の透明電極層５を３００℃以上の酸素雰囲気で熱処理することが好ましい。これにより、ＩＴＯを含有する第１の透明電極層５とｐ型窒化物半導体層４との接触抵抗をさらに低減することができる傾向にある。
【００４６】
さらに、上記の酸素雰囲気での熱処理後に、第１の透明電極層５を３００℃以上の窒素雰囲気でさらに熱処理することが好ましい。これにより、第１の透明電極層５の抵抗率をさらに低減することができるため、窒化物半導体発光ダイオード素子の電力効率をさらに向上させることができる傾向にある。
【００４７】
図２に、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の他の一例の模式的な断面図を示す。図２に示す窒化物半導体発光ダイオード素子においては、基板１に導電性基板を用いており、基板１の裏面にｎ側パッド電極７を形成している点に特徴がある。
【００４８】
図２に示す上下電極構造の構成とすることにより、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子を小型化することができる。また、このような構成とすることにより、１枚のウエハから得られる窒化物半導体発光ダイオード素子の数を増加させることができるとともに、上記で説明したようなｎ型窒化物半導体層３の表面の一部を露出させるエッチング工程が必要なくなるため、窒化物半導体発光ダイオード素子の製造効率を向上させることができる。その他の説明は上記と同様である。
【００４９】
以上のように、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、ＩＴＯを含有する第１の透明電極層５と酸化錫を含有する第２透明電極層６との積層体をｐ型窒化物半導体層４に接するｐ側オーミック電極とすることによって、高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも高い信頼性を有するとともに高い発光効率を有する窒化物半導体発光ダイオード素子を得ることができる。
【実施例】
【００５０】
（実施例１）
まず、図３の模式的断面図に示すような構成のサファイア基板１１を用意し、サファイア基板１１をＭＯＣＶＤ装置の反応炉内にセットする。
【００５１】
次に、その反応炉内に水素を流しながらサファイア基板１１の温度を１０５０℃まで上昇させることによってサファイア基板１１の表面（Ｃ面）のクリーニングを行なう。
【００５２】
次に、サファイア基板１１の温度を５１０℃まで低下させ、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモニアおよびＴＭＧ（トリメチルガリウム）を反応炉内に流すことによって、図４の模式的断面図に示すように、ＧａＮからなるバッファ層４１をＭＯＣＶＤ法によりサファイア基板１１の表面（Ｃ面）上に約２０ｎｍの厚さで形成する。
【００５３】
次に、サファイア基板１１の温度を１０５０℃まで上昇させて、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモニアおよびＴＭＧ、不純物ガスとしてシランを反応炉内に流すことによって、図５の模式的断面図に示すように、Ｓｉ（シリコン）がドーピングされたＧａＮからなるｎ型窒化物半導体下地層１２ａ（キャリア濃度：１×１０18／ｃｍ3）をＭＯＣＶＤ法によりバッファ層４１上に６μｍの厚さで形成する。
【００５４】
次に、図６の模式的断面図に示すように、キャリア濃度が５×１０18／ｃｍ3となるようにＳｉをドーピングすること以外はｎ型窒化物半導体下地層１２ａと同様にして、ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体コンタクト層１２ｂをＭＯＣＶＤ法によりｎ型窒化物半導体下地層１２ａ上に０．５μｍの厚さで形成する。
【００５５】
以上により、ｎ型窒化物半導体下地層１２ａとｎ型窒化物半導体コンタクト層１２ｂとの積層体からなるｎ型窒化物半導体層１２を形成する。
【００５６】
次に、サファイア基板１１の温度を７００℃に低下し、キャリアガスとして窒素、原料ガスとしてアンモニア、ＴＭＧおよびＴＭＩ（トリメチルインジウム）を反応炉内に流すことによって、図７の模式的断面図に示すように、ｎ型窒化物半導体コンタクト層１２ｂ上に、２．５ｎｍの厚さのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる井戸層１３ａと１０ｎｍの厚さのＧａＮからなる障壁層１３ｂとをそれぞれ交互に６周期成長させ、多重量子井戸構造を有する窒化物半導体活性層１３を形成する。ここで、窒化物半導体活性層１３の形成時において、ＧａＮからなる障壁層１３ｂを形成する際にはＴＭＩを反応炉内に流していないことは言うまでもない。
【００５７】
次に、サファイア基板１１の温度を９５０℃に上昇させ、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモニア、ＴＭＧおよびＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、不純物ガスとしてＣＰ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を反応炉内に流すことによって、図８の模式的断面図に示すように、Ｍｇが１×１０20／ｃｍ3の濃度でドーピングされたＡｌ0.20Ｇａ0.80Ｎからなるｐ型窒化物半導体クラッド層１４ａを、ＭＯＣＶＤ法により、窒化物半導体活性層１３上に約２０ｎｍの厚さで形成する。
【００５８】
次に、サファイア基板１１の温度を９５０℃に保持し、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモニアおよびＴＭＧ、不純物ガスとしてＣＰ２Ｍｇを反応炉内に流すことによって、図９の模式的断面図に示すように、Ｍｇが１×１０20／ｃｍ3の濃度でドーピングされたＧａＮからなるｐ型窒化物半導体コンタクト層１４ｂをＭＯＣＶＤ法によりｐ型窒化物半導体クラッド層１４ａ上に８０ｎｍの厚さで形成する。
【００５９】
以上により、ｐ型窒化物半導体クラッド層１４ａとｐ型窒化物半導体コンタクト層１４ｂとの積層体からなるｐ型窒化物半導体層１４を形成する。
【００６０】
次に、ｐ型窒化物半導体層１４の形成後のウエハを反応炉内から取り出し、図１０の模式的断面図に示すように、そのウエハの最上層を構成しているｐ型窒化物半導体層１４上にＥＢ蒸着により３００℃の酸素雰囲気でＩＴＯからなる第１の透明電極層１５を２０ｎｍの厚さに形成する。
【００６１】
次に、図１１の模式的断面図に示すように、第１の透明電極層１５の表面上にＥＢ蒸着により５５０℃で酸化錫からなる第２の透明電極層１６を２５０ｎｍの厚さに形成する。
【００６２】
次に、第２の透明電極層１６の形成後のウエハを６００℃の酸素雰囲気で１０分間熱処理を行ない、その後、６００℃の窒素雰囲気下で１分間熱処理を行なうことによって、第１の透明電極層１５を加熱する。
【００６３】
次に、第２の透明電極層１６の表面上に所定の形状に開口部を有するようにパターニングされたマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置で、第２の透明電極層１６側からウエハのエッチングを行ない、図１２の模式的断面図に示すように、ｎ型窒化物半導体コンタクト層１２ｂの表面の一部を露出させる。
【００６４】
次に、図１３の模式的断面図に示すように、第２の透明電極層１６の表面上およびｎ型窒化物半導体コンタクト層１２ｂの表面上の所定の位置にそれぞれ、ＴｉとＡｌとを含むｎ側パッド電極１７およびｐ側パッド電極１８をそれぞれ形成する。その後、ｎ側パッド電極１７およびｐ側パッド電極１８の形成後のウエハを分割することにより、実施例１の窒化物半導体発光ダイオード素子を得る。
【００６５】
この実施例１の窒化物半導体発光ダイオード素子は、たとえば５０Ａ／ｃｍ2以上の高い電流密度の電流を注入して連続駆動させる場合においても、第１の透明電極層１５と第２の透明電極層１６との積層体からなるｐ側オーミック電極が熱により劣化することがなく、高い信頼性を有する。
【００６６】
さらに、後述する比較例１の窒化物半導体発光ダイオード素子よりも、第１の透明電極層１５と第２の透明電極層１６との積層体からなるｐ側オーミック電極は、窒化物半導体活性層１３から発光する光の透過率が高くなっているため、光取り出し効率を向上させることができ、ひいては発光効率を向上させることができる。
【００６７】
（実施例２）
実施例２においては、第２の透明電極層１６の形成条件を変更すること以外は実施例１と同様にして窒化物半導体発光ダイオード素子を作製する。すなわち、実施例２においては、第１の透明電極層１５を形成し、その後、反応蒸着により３５０℃で錫とアンチモンとの合金を蒸着源とし、２５０ｎｍの厚さで、アンチモンと酸化錫とからなる第２の透明電極層１６を形成することによって、実施例２の窒化物半導体発光ダイオード素子としている。
【００６８】
この実施例２の窒化物半導体発光ダイオード素子は、実施例１の窒化物半導体発光ダイオード素子と同様に、高い電流密度で電流を注入して連続駆動させる場合でも、第１の透明電極層１５と第２の透明電極層１６との積層体からなるｐ側オーミック電極が熱により劣化することがなく、高い信頼性を有する。
【００６９】
さらに、実施例１の窒化物半導体発光ダイオード素子よりも第２の透明電極層１６の抵抗率を低下させることができるため、動作電圧を小さくすることができるとともに、電力効率を向上させることができる。
【００７０】
なお、実施例２の窒化物半導体発光ダイオード素子の第２の透明電極層１６を酸化錫とフッ素とからなる第２の透明電極層１６および酸化錫とアンチモンとフッ素とからなる第２の透明電極層１６にそれぞれ変更する場合でも、実施例２の窒化物半導体発光ダイオード素子と同様の効果が得られる。
【００７１】
（実施例３）
実施例３においては、第１の透明電極層１５の形成条件を変更すること以外は実施例１と同様にして窒化物半導体発光ダイオード素子を作製する。すなわち、実施例３においては、ｐ型窒化物半導体層１４の表面上に、ＥＢ蒸着により室温から３００℃まで任意の温度（サファイア基板１１の温度）の雰囲気でＩＴＯからなる第１の透明電極層１５を２０ｎｍの厚さで形成することによって、実施例３の窒化物半導体発光ダイオード素子とする。
【００７２】
この実施例３の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、サファイア基板１１の温度が２００℃以上の雰囲気で第１の透明電極層１５を形成する場合に、ＩＴＯからなる第１の透明電極層１５の透過率が高くなり、高い発光効率を実現できる。
【００７３】
（実施例４）
実施例４においては、第２の透明電極層１６の形成条件を変更すること以外は実施例１と同様にして窒化物半導体発光ダイオード素子を作製する。すなわち、実施例４においては、第１の透明電極層１５の表面上に、ＥＢ蒸着により室温から５５０℃まで任意の温度（サファイア基板１１の温度）の雰囲気で酸化錫からなる第２の透明電極層１６を２５０ｎｍの厚さで形成する。
【００７４】
この実施例４の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、サファイア基板１１の温度が３００℃以上の雰囲気で第２の透明電極層１６を形成する場合に、酸化錫からなる第２の透明電極層１６の抵抗率が低くなり、高い電力効率を実現できる。
【００７５】
（比較例１）
比較例１においては、ｐ型窒化物半導体層１４の表面上に、ＥＢ蒸着により、サファイア基板１１の温度が３００℃となる雰囲気でＩＴＯからなる第１の透明電極層１５を２５０ｎｍの厚さで形成し、その後、第２の透明電極層１６を形成していないこと以外は実施例１と同様にして比較例１の窒化物半導体発光ダイオード素子を作製している。
【００７６】
したがって、比較例１の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、ｐ型窒化物半導体層１４の表面上の透明導電膜としてＩＴＯからなる第１の透明電極層１５のみからなる構成とされる。
【００７７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明によれば、高い電流密度の電流を注入して連続駆動させた場合でも高い信頼性を有する窒化物半導体発光ダイオード素子およびその窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の一例の模式的な断面図である。
【図２】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の他の一例の模式的な断面図である。
【図３】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図４】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図５】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図６】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図７】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図８】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図９】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１０】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１１】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１２】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１３】本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１４】従来の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 基板、２，１２ ｎ型窒化物半導体層、３，１３ 窒化物半導体活性層、４，１４ ｐ型窒化物半導体層、５，１５ 第１の透明電極層、６，１６ 第２の透明電極層、７，１７ ｎ側パッド電極、８，１８ ｐ側パッド電極、１１ サファイア基板、４１ バッファ層、１２ａ ｎ型窒化物半導体下地層、１２ｂ ｎ型窒化物半導体コンタクト層、１３ａ 井戸層、１３ｂ 障壁層、１４ａ ｐ型窒化物半導体クラッド層、１４ｂ ｐ型窒化物半導体コンタクト層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層と、
ｐ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に設置された窒化物半導体活性層とを含み、
前記窒化物半導体活性層に対して前記ｐ型窒化物半導体層側に、
酸化インジウム錫を含有する第１の透明電極層と、
酸化錫を含有する第２の透明電極層とを有する、窒化物半導体発光ダイオード素子。
【請求項２】
前記第１の透明電極層は、前記第２の透明電極層よりも前記ｐ型窒化物半導体層側に設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
【請求項３】
前記第１の透明電極層の厚さは４０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
【請求項４】
前記第２の透明電極層は、アンチモンを含有することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
【請求項５】
前記第２の透明電極層は、フッ素を含有することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
【請求項６】
前記第２の透明電極層の厚さは、前記第１の透明電極層の厚さよりも厚いことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子を製造する方法であって、
前記第１の透明電極層を２００℃以上の雰囲気で形成する工程を含む、窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項８】
前記第２の透明電極層を３００℃以上の雰囲気で形成する工程を含む、請求項７に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１の透明電極層を形成した後に、前記第１の透明電極層を３００℃以上の酸素雰囲気で熱処理する工程を含むことを特徴とする、請求項７または８に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理後に、前記第１の透明電極層を３００℃以上の窒素雰囲気でさらに熱処理する工程を含むことを特徴とする、請求項９に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層と、
ｐ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に設置された窒化物半導体活性層とを含み、
前記窒化物半導体活性層に対して前記ｐ型窒化物半導体層側に、
酸化インジウム錫を含有する第１の透明電極層と、
酸化錫を含有する第２の透明電極層とを有する、窒化物半導体発光ダイオード素子。
【請求項２】
前記第１の透明電極層は、前記第２の透明電極層よりも前記ｐ型窒化物半導体層側に設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
【請求項３】
前記第１の透明電極層の厚さは４０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
【請求項４】
前記第２の透明電極層は、アンチモンを含有することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
【請求項５】
前記第２の透明電極層は、フッ素を含有することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
【請求項６】
前記第２の透明電極層の厚さは、前記第１の透明電極層の厚さよりも厚いことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子を製造する方法であって、
前記第１の透明電極層を２００℃以上の雰囲気で形成する工程を含む、窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項８】
前記第２の透明電極層を３００℃以上の雰囲気で形成する工程を含む、請求項７に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１の透明電極層を形成した後に、前記第１の透明電極層を３００℃以上の酸素雰囲気で熱処理する工程を含むことを特徴とする、請求項７または８に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理後に、前記第１の透明電極層を３００℃以上の窒素雰囲気でさらに熱処理する工程を含むことを特徴とする、請求項９に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−３８０４（Ｐ２０１０−３８０４Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６０３０４（Ｐ２００８−１６０３０４）
【出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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