JP5502170B2 - 窒化物系発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、窒化物系発光素子及びその製造方法に係り、特に、発光効率を向上させうる
電極構造を有する窒化物系発光素子及びその製造方法に関するものである。

窒化物系化合物半導体、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体を用いた発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）またはレーザーダイオード（ＬＤ）のような発光素子を実現するためには、
半導体のｎ型とｐ型電極間のオーミック接触構造が非常に重要である。特に、ｐ型クラッ
ド層と電極間のオーミック接触構造は、窒化物系発光素子の性能を左右する程重要な技術
部分である。

このような窒化物系発光素子であるＧａＮ系ＬＥＤｓは、トップエミット型発光ダイオ
ード（ｔｏｐ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ；ＴＬ
ＥＤｓ）とフリップチップ発光ダイオード（ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔ
ｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ：ＦＣＬＥＤｓ）とに分類される。

一般的にＴＬＥＤｓが使用される場合は、ｐ型クラッド層と接触しているｐ型オーミッ
ク電極層を通じて光が出射され、ｐ型オーミック電極層は、高い光透過度と低い固有接触
抵抗及び面抵抗値を有することが要求される。

ＦＣＬＥＤ設計においては、透明な絶縁性基板を通じて光を外部に放出する構造よりな
っている。したがって、ｐ型クラッド層と接触しているｐ型オーミック電極層は、高い光
反射率及び低い固有接触抵抗及び面抵抗値を有することが要求される。

ところで、大部分の電極素材は、光学的特性と電気的特性とが相互逆関係を有しており
、ｐ型クラッド層中の低い電流注入及び電流拡散のような劣悪な電気的特性が原因で、Ｔ
ＬＥＤまたはＦＬＥＤに適したｐ型オーミック電極層の開発は困難である。主素材として
、ニッケル（Ｎｉ）のような遷移金属を含む金属薄膜構造としては、例えば酸化された半
透明なＮｉ／Ａｕの金属薄膜が現在トップエミット型発光素子のｐ型オーミック電極層を
形成するために広く利用されている。

このようなＮｉ金属を基本とする金属薄膜は、Ｏ_２雰囲気でアニールされ１０^−３〜１
０^−４Ωｃｍ^２ほどの固有接触抵抗を有する半透明オーミック接触層を形成するものと報
告されている。

このような低い固有接触抵抗を持つオーミック接触は、５００−６００℃の温度範囲、
Ｏ_２雰囲気においてアニ―ルされた場合、ｐ型半導体酸化物であるニッケル酸化物（Ｎｉ
Ｏ）は、島状のＡｕ層の上に形成され、またＡｕ層とｐ型窒化ガリウムの間の上層部とに
形成されている、その結果、ニッケルとｐ型窒化ガリウムの間の接触面におけるショット
キー障壁の高さ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｂａｒｒｉｅｒ ｈｅｉｇｈｔ：ＳＢＨ）を減少さ
せる。そのため、ｐ型窒化ガリウムの表面付近に多数キャリアのホールを容易に供給して
、それによりｐ型窒化ガリウム表面付近での実効キャリア濃度（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃ
ａｒｒｉｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）を増加させる。他方、ｐ型窒化ガリウムに
接合しているＮｉ／Ａｕオーミット接触のアニール処理により、窒化ガリウム中のＭｇ−
Ｈの解離を結果的に引き起こし、ｐ型窒化ガリウムの表面でのＭｇドープ剤の濃度を上昇
させることによってＭｇドープ剤を再活性化させる。この再活性の結果、ｐ型窒化ガリウ
ムの表面で、かかる実効キャリア濃度を１０^１以上にして、ｐ型窒化ガリウムと電極層（
酸化Ｎｉ）との間にトンネリング伝導を起こして、オーミック伝導特性を示すものとされ
ている。

ところが、酸化された半透明のＮｉ／Ａｕ電極薄膜を用いたＴＬＥＤｓは、光利用効率
が低くて、大容量及び高輝度発光素子を実現化することには適さない。

最近、大容量で高輝度発光素子の実現のために高反射層素材として脚光を浴びている銀
（Ａｇ）、金（Ａｌ）、またはロジウム（Ｒｈ）などの反射率に優れた電極物質を用いた
フリップチップ方式の発光素子が開発されている。

しかし、これらの高い反射効率の材料を使用することで、一時的に高い発光効率を提供
することはできるが、小さな仕事関数値を有する特性のために、低い固有オーミック接触
の抵抗値及び熱安定性を有するｐ型オーミック接触電極形成が難しい。その結果、発光素
子の寿命及び信頼性を確保し難いという問題点がある。

一例として、Ａｌ金属は小さな仕事関数値を有し、かつアニールのときに窒化物を形成
する強い傾向があるため、ｐ型窒化ガリウムとＡｌの界面に、オーミック接触でないショ
ットキー接触を形成する傾向があって、ほとんど利用されていない。Ａｇ金属は、アルミ
ニウムとは違って、ｐ型窒化ガリウムとのオーミック接触を形成するが、熱不安定性とｐ
型窒化ガリウムとの力学的接着力が乏しいため、発光素子の製作及び作動時に信頼性を確
保し難いという問題点がある。

また、Ｒｈは、前記Ａｌ及びＡｇに比べて相対的に大きな仕事関数値と、熱安定性は良
いが、アニールのときにオーミック接触特性の低下及び低い反射率を有するという短所が
ある。

最近、ＴＬＥＤ用の良質なｐ型透明オーミック接触層を形成するために、、インジウム
・スズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を直接または間接的にｐ型
クラッド層上に積層する技術が提案されたことがある。しかしながらこのアプローチは、
オーミック接触構造が高い固有接触抵抗値を有しているために、素子の短い寿命及び低い
信頼性といった限界に直面している。

一方、フリップチップ型発光ダイオード用のｐ型オーミック接触層の構造としてメンズ
ら（非特許文献１）によりＮｉ／Ａｌ及びＮｉ／Ａｇ構造が非特許文献１を通じて提案さ
れたことがある。しかし、該非特許文献１に提案された構造は、Ｎｉの非酸化により性能
が落ちる問題点がある。

また、マイケルら（特許文献１）により出願された特許文献１には酸化Ｎｉ／Ａｇ及び
Ａｕ／ＮｉＯｘ／Ａｌが開示されている。ところで、特許文献１により提示されたｐ型反
射オーミック接触層は製作工程が複雑であり、高い固有オーミック接触の抵抗値りのため
に、発光効率が落ちるという問題点がある。

さらに他の発光素子であるＬＤｓ（レーザーダイオード）でも、良質のｐ型オーミック
接触層の構造が重要であると考えられる。ＬＥＤとは違って電気的及び光学的特性を持つ
電極は葉考慮せず、ＬＤは、単になるべく低いオーミック接触抵抗値と熱安定性及び熱発
散能を駆動時に必要とする。

しかし、現在利用されているほとんどのＬＤｓ用のオーミック電極は、高い固有接触抵
抗を有しているために、駆動時に多量の熱を発生することから素子の寿命及び信頼性に多
くの難点を与えている。

一方、良質の窒化物系発光素子を実現するためには、高濃度のｐ型窒化物系半導体に育
て上げることに成功しなければならない。

現在、ｐ型窒化物系半導体のドープ剤には、Ｍｇ、Ｚｎ、またはＢｅなどの元素の周期
律表上の２族元素が主に用いられているしかし、これらドープ剤金属は、水素（Ｈ_２）と
の結合力が大きくてドープ剤としての機能を発揮できず、多様な形態のコンプレックスを
形成し、パッシベーション化を引き起こす。これを克服するには、ドープ剤としての機能
を発揮させるために、コンプレックスからＨ_２の結合を切る活性化過程が必要である。

現在、活性化方法として広く使われている技術は、いわゆるランプアニール（ｒａｐｉ
ｄ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌｉｎｇ；ＲＴＡ）またはファーネスアニール（ｆｕｒ
ｎａｃｅａｎｎｅａｌｉｎｇ）で、摂氏７５０℃以上の高温、窒素雰囲気、及び３分以上
において行なっている。しかし、このような活性化工程中でｐ型窒化物系半導体表面上に
多量に生成される窒素空孔（ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｖａｃａｎｃｙ）の補償効果によって、
ｐ型窒化物系半導体の有効ホール（多数キャリア）濃度を１０^１８／ｃｍ^３以上の値とす
ることが困難である。なぜならｐ型窒化物系半導体の低いホール濃度のために、表面の面
抵抗値は１０^４Ω／ｃｍ^２以上の大きい値になり、良質のｐ型オーミック接触層を形成し
にくく、これにより、円滑なホール注入及び電流拡散などに大きい難点を与えているから
である。

また、ｐ型半導体と電極との間で低い固有接触オーミック抵抗値を達成するためには、
ｐ型半導体の仕事関数値より相対的に大きい電極を優先的に選択せねばならないが、現在
ｐ型窒化物系半導体の仕事関数値より大きい電極物質は存在していない。

それで、現在ｐ型窒化物系オーミック電極はＮｉ、Ａｕ、パラジウム（Ｐｄ）、または
プラチナ（Ｐｔ）などの金属物質を単層または２層以上の多層薄膜を蒸着させ、アニーリ
ング工程を経て、ｐ型窒化物系半導体と電極との界面にオーミック接触形成に有利な多量
のガリウム空孔を生成させて形成している。

しかし、このような工程を経て生成されるｐ型オーミック接触電極は、良質な窒化物系
発光素子の実現するために不十分な固有接触オーミック抵抗値と光学的特性しか持ち合わ
せていない。
米国公開特許第２００２／０１７１０８７Ａ１号明細書 ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ ３３（２４）ｐ．２０６６

本発明の目的は、前記問題点を改善するために創案されたものであって、低い面抵抗と
固有接触オーミック接触の抵抗値を有するオーミック接触電極構造を有する窒化物系発光
素子及びその製造方法を提供することである。

本発明の他の目的は、薄膜形成工程上で引き起こされる性能の劣化を抑制できるように
工程を単純化させうる窒化物系発光素子及びその製造方法を提供することである。

前記本発明の目的を達成するために窒化物系発光素子は、ｎ型クラッド層とｐ型クラッ
ド層との間に活性層を有する窒化物系発光素子において、前記ｐ型クラッド層上に導電性
を有する素材で３０μｍ以下の大きさを有する粒子型セルが相互離隔されて形成された格
子セル層と、前記ｐ型クラッド層と前記格子セル層上に形成されたオーミック接触層とを
備える。

前記格子セル層は、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ
）、ルテニウム（Ｒｕ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（
Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、クロム（Ｃｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、スカン
ジウム（Ｓｃ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウ
ム（Ｂｅ）、ランタノイド系のランタノイド金属、およびこれらのうちから少なくとも何
れか１つを含む合金または固溶体のうちから選ばれた少なくとも何れか１つの素材を用い
て少なくとも一層以上に形成される。望ましくは、前記格子セル層は５０ｎｍ以下の厚さ
に形成される。

前記オーミック接触層は、光透過性であり、透明オーミック接触層は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐ
ｔ、Ａｕ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｃｄ
、Ｍｇ、Ｂｅ、ランタノイド系の金属、およびこれらのうちから少なくとも何れか１つを
含む合金または固溶体、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）と透明導電性窒化物のうちから選ば
れた少なくとも何れか１つの素材を用いて少なくとも一層以上に形成される。

本発明の他の側面によれば、前記オーミック接触層は、入射された光を前記ｐ型クラッ
ド層に反射させうる反射型オーミック接触層であり、前期オーミック接触層は、Ａｕ、Ｒ
ｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｇ、アルミニウム（Ａｌ）、およびこれらのうち
から少なくとも何れか１つを含む合金または固溶体のうちから選ばれた少なくとも何れか
１つの素材を用いて少なくとも一層以上に形成される。

また、前記窒化物系発光素子は、反射型オーミック接触層上に損傷を防止しうる集塊防
止層をさらに備える。前記集塊防止層は、Ｃｕ、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ
）、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、タングステン（Ｗ）、またはリチウム（Ｌｉ）とこれらの合金の
うち、少なくとも何れか１つ以上より形成される。また前記合金は、上記金属を含む。

また、本発明のその他の目的において、窒化物系発光素子の製造方法は、ｎ型クラッド
層とｐ型クラッド層との間に活性層を有する窒化物系発光素子の製造方法において、ａ．
基板上にｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層が順次に積層された発光構造体の前
記ｐ型クラッド層上に格子セル層形成用の物質を蒸着する段階と、ｂ．前記格子セル層が
多数の粒子型セルで相互離隔されて分散されうるようにアニールする段階と、ｃ．前記格
子セル層上にオーミック接触層を形成する段階と、を含む。

望ましくは、前記ａ段階以前に露出されるように形成されたｎ型クラッド層上にｎ型電
極層を蒸着するが、アニーリングは省略する段階をさらに含み、前記ｎ型電極層は前記ｂ
段階の熱処理過程を通じてアニーリング処理させる。

さらに望ましくは、前記ｂ段階で適用される加熱温度は、前記ｐ型クラッド層のドープ
剤が活性化される温度を適用する。

前記ｂ段階は、３００℃ないし９００℃で窒素、酸素、または真空雰囲気で行われるこ
とが望ましい。

また、前記ａ段階は、前記格子セル形成用物質を１ｎｍないし５０ｎｍの厚さに蒸着す
る。

本発明による窒化物系発光素子及びその製造方法によれば、ｐ型クラッド層とのオーミ
ック接触特性が改善されて発光効率及び素子寿命を向上させ、かつウェーハ成長後の活性
化工程を省略できて、製造工程を単純化させうる。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施例による窒化物系発光素子
及びその製造方法をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施例による窒化物系発光素子を示す断面図である。

図面を参照すれば、発光素子は、基板１１０、バッファ層１２０、ｎ型クラッド層１３
０、活性層１４０、ｐ型クラッド層１５０、格子セル層１６０及び透明オーミック接触層
１７０が順次に積層された構造よりなっている。参照符号１８０はｐ型電極パッドであり
、１９０はｎ型電極パッドである。

ここで、基板１１０からｐ型クラッド層１５０までは発光素子構造体に該当し、ｐ型電
極構造体はｐ型クラッド層１５０上に形成された格子セル層１６０及び透明オーミック接
触層１７０を含む。

基板１１０は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、Ｓｉ、Ｇ
ａＡｓのうち何れか１つより形成されたことが望ましい。

バッファ層１２０は省略されうる。

バッファ層１２０からｐ型クラッド層１５０までの各層は、ＩＩＩ族窒化物系化合物の
一般式であるＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ
＋ｚ≦１）で表現される化合物のうち、選択された何れか１つの化合物を基本として形成
され、ｎ型クラッド層１３０及びｐ型クラッド層１５０は該当ドープ剤が添加される。

また、活性層１４０は、単層または多重量子井戸（ＭＱＷ）層など公知の多様な方式で
構成されうる。

一例として窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物を適用する場合、バッファ層１２０はＧａ
Ｎ成分により形成され、ｎ型クラッド層１３０はＧａＮにｎ型ドープ剤としてＳｉ、Ｇｅ
、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）などが添加されて形成され、活性層１４０はＩｎＧａ
Ｎ／ＧａＮ ＭＱＷまたはＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＭＱＷより形成され、ｐ型クラッド層１
５０はＧａＮにｐ型ドープ剤としてＭｇ、Ｚｎ、（カルシウム）Ｃａ、Ｓｒ、バリウム（
Ｂａ）などが添加されて形成される。

ｎ型クラッド層１３０とｎ型電極パッド１９０との間には、ｎ型オーミック接触層（図
示せず）が介在され、ｎ型オーミック接触層はチタン（Ｔｉ）とＡｌとが順次に積層され
た層構造など公知の多様な構造が適用されうる。

ｎ型電極パッド１９０は、Ｎｉ／Ａｕが順次に積層された層構造またはＷ／Ａｕ、Ｐｔ
／Ａｕ、Ｐｄ／ＡｕまたはＡｇ／Ａｕが積層された層構構造が適用されうる。

ｐ型電極パッド１８０は、Ｎｉ／Ａｕが順次に積層された層構造またはＷ／Ａｕ、Ｐｔ
／Ａｕ、Ｐｄ／ＡｕまたはＡｇ／Ａｕが積層された層構造が適用されうる。

各層の形成方法は、電子ビーム蒸着器、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
、ＰＬＤ（ｐｌａｓｍａ ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、二重型の熱蒸着器（ｄ
ｕａｌ−ｔｙｐｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）、スパッタリングなど公知
の蒸着方式により形成すればよい。

格子セル層１６０は、ｐ型クラッド層１５０の実効キャリア濃度を高め、ｐ型クラッド
層１５０を構成している化合物のうち、窒素以外の成分と優先的に反応性に優れた物質よ
り形成される。一例として、ＧａＮを主成分とする発光素子の場合、格子セル層１６０は
水素親和力に優れ、窒素よりＧａと優先的に反応して金属間化合物を形成する物質が適用
される。

この場合、ＧａＮを主成分とするｐ型クラッド層１５０中のＧａと格子セル層１６０の
反応により、ｐ型クラッド層１５０の表面にガリウム空孔を形成する。ｐ型クラッド層１
５０に形成されるガリウム空孔はｐ型ドープ剤として作用するので、ｐ型クラッド層１５
０と格子セル層１６０との反応によりｐ型クラッド層１５０の表面での実効ｐ型キャリア
濃度を高めるようになる。

また格子セル層１６０は、ｐ型クラッド層１５０の表面上に残留すると共に、ｐ型クラ
ッド層１５０との界面でキャリア流れに障害物の役割をする自然酸化層であるガリウム酸
化物（Ｇａ_２Ｏ_３）を還元させてショットキー障壁の高さと幅とを減らせる物質が適用さ
れる。

このような特性を有する格子セル層１６０は、ｐ型窒化ガリウム表面上におけるより効
果的な活性化工程、窒素空孔抑制、ガリウム空孔形成に加えてさらに、不均一ショットキ
ー障壁形成及び自然酸化を減らし、その結果窒化ガリウム系半導体と接触金属電極の界面
でトンネリング伝導現象を発生させうる。

このような条件を満足させる格子セル層１６０の素材としては、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａ
ｕ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ
、Ｂｅ、及びランタノイド系の金属のうち選択された何れか１つの金属、またはこれら金
属のうち、選択された何れか１つの成分が添加された金属、合金、または固溶体のうち、
選択された何れか１つの素材より形成されることが望ましい。

格子セル層１６０は、単層または２層以上の多層より形成されうることは言うまでもな
い。

格子セル層１６０は、ｐ型クラッド層１５０上に格子セル層１６０形成用素材で蒸着し
た後、ランプアニールしてナノ単位の大きさの粒子状に相互離散されるように形成させる
。

透明オーミック接触層１７０は、オーミック接触層の一例として適用されたものであっ
て、光を透過させうる素材より形成される。

透明オーミック接触層１７０は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、
Ａｇ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びランタノイドの金属また
はこれら金属のうちから選択された少なくとも１つ以上の成分が添加された合金、または
固溶体が適用されうる。

透明オーミック接触層１７０は、単層または２層以上の多層構造で形成できるというこ
とは言うまでもない。

また、透明オーミック接触層１７０は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）または透明導電性
窒化物（ＴＣＮ）より形成されうる。

透明導電性酸化物は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、
Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、ランタノイド系の金属のうちか
ら選択された少なくとも１つ以上の成分と酸素（Ｏ）が結合されたものを含む。

また、透明導電性窒化物は、ＴｉとＮとを含有して形成されたものが適用される。

透明オーミック接触層１７０は、５ｎｍないし５００ｎｍの厚さに形成することが望ま
しい。

また図２で示されたように、フリップチップ構造を形成するために反射型オーミック接
触層が適用されうる。前述した図面と同じ機能をする要素は同じ参照符号で表記する。

反射型オーミック接触層２７０は、Ａｕ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｇ
、Ａｌまたはこれらのうちから選択された少なくとも１つ以上の成分が添加された合金、
または固溶体より形成されうる。

また、反射型オーミック接触層２７０は、単層または２層以上の多層構造より形成され
うることは言うまでもない。

反射オーミック接触層２７０は、１０ｎｍないし１０００ｎｍの厚さに形成することが
望ましい。

また図３に示されるように、反射型オーミック接触層２７０の場合には、に反射型オー
ミック接触層２７０の上部に後続する薄膜形成過程のアニール及び素子製作の最後の工程
であるパッケージング工程で、反射型オーミック接触層２７０の損傷を防止しうる集塊防
止層（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ：ＡＰＬ）２８
０をさらに備えることが望ましい。

集塊防止層２８０は、フリップチップ構造の発光素子でｐ型電極パッド１８０との接着
性を高めて、反射型オーミック接触層２７０の酸化を抑制して耐久性を向上させうる。

集塊防止層２８０は、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｗ、またはＬｉとこれら
よりなる合金のうち、少なくとも何れか１つ以上により形成される。

集塊防止層２８０は、１０ｎｍないし１００ｎｍの厚さに形成されることが望ましい。

このような反射型オーミック接触層２７０及び集塊防止層２８０は、電子ビーム蒸着器
、熱蒸着器、スパッタリング蒸着器、レーザー蒸着器のうち何れか１つで形成すればよい
。

以下では、本発明による発光素子の製造工程について図４を参照して説明する。

まず、基板１１０上にバッファ層１２０、ｎ型クラッド層１３０、活性層１４０、ｐ型
クラッド層１５０が順次に積層された発光構造体ウェーハを成長させる（段階３１０）。

次いで、ドライエッチング工程を用いて形成しようとする単一素子の大きさによって適
切な大きさに発光構造体を分割し（段階３２０）、分割された各発光構造体に対してｎ型
クラッド層１３０の一部が露出されるよう、エッチングによりメサ（ＭＥＳＡ）構造を形
成する（段階３３０）。

次いで、ｎ型電極層であるｎ型オーミック接触層及びｎ型電極パッド１９０を蒸着する
（段階３４０）。

次いで、ｐ型クラッド層１５０上に前述した格子セル層形成用の物質を蒸着する（段階
３５０）。望ましくは、単層または２層以上に形成される格子セル層の積層厚さは１ｎｍ
ないし５０ｎｍである。

次いで、積層された格子セル層１６０が粒子型セルに相互分解されてマイクロまたはナ
ノ単位以下の粒子サイズに離散的な分布をさせるためにアニールを行う（段階３６０）。

望ましくは、段階３６０で適用するアニール温度は、段階３１０で成長されたｐ型クラ
ッド層１５０のドープ剤の水素との結合を切って活性化でき、前記段階３４０で蒸着され
たｎ型電極層がアニーリング処理されつつ、ｐ型クラッド層１５０上の格子セル層１６０
が離散されうる条件の何れも満足させる温度を適用する。

このようなアニール温度を適用すれば、段階３１０以後、従来にｐ型クラッド層のドー
プ剤を活性化させるための活性化工程と、段階３４０以後、従来にｎ型電極層をアニーリ
ングさせるために行われたアニールの工程が省略される長所を提供する。

このようなアニール温度は、蒸着された物質種類によって摂氏３００℃ないし９００℃
の温度範囲内で適切に適用すればよい。

また、アニールは３０秒ないし１０分、窒素、酸素、または真空雰囲気でランプアニー
ルにより行うことが望ましい。

次いで、厚膜を形成してアニーリングを行う（段階３７０及び３８０）。ここで、厚膜
は、前述されたオーミック接触層１７０、２７０及び集塊防止層２８０をいい、アニーリ
ングは反応器内の温度を１００℃ないし８００℃で真空またはガス雰囲気で１０秒ないし
３時間程度行う。

アニーリング時に反応器内に投入されるガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水
素、空気のうち、少なくとも何れか１つ以上の気体が適用されうる。

以後、ｐ型電極パッド１８０を蒸着し、アニーリングを行えばよい（段階３９０及び４
００）。

このような製造方法によって格子セル層１６０を形成した後、電子顕微鏡で撮像した写
真が図５に図示されている。

図５Ａは、ｐ型クラッド層１５０上に３ｎｍの厚さにＡｇを蒸着させた後、摂氏６００
℃、窒素雰囲気で３分間ランプアニールして形成させた格子セル層１６０を撮像した写真
であり、図５Ｂは、ｐ型クラッド層１５０上に３ｎｍの厚さにＡｕを蒸着させた後、摂氏
６００℃、窒素雰囲気で３分間ランプアニールして形成させた格子セル層１６０を撮像し
た写真である。図５から分かるように、適用素材によって若干の差はあるが、μｍ単位以
下の大きさを有する粒子型セルが形成される。

一方、このような構造を有する発光素子の電気的特性を調べるための実験結果が図６及
び図７に図示されている。

図６Ａは、ＧａＮを主成分にしたｐ型クラッド層１５０上に格子セル層１６０を形成し
ていない場合、Ｎｉを３ｎｍ厚さに積層した後、アニールして格子セル層１６０を形成し
た場合、Ｎｉ／Ａｇを各々１．５ｎｍずつ順次に積層した後、アニールして格子セル層１
６０を形成した場合、Ｎｉ／Ａｕを各々１．５ｎｍずつ順次に積層した後、アニールして
格子セル層１６０を形成した場合、それぞれに対して後続薄膜として透過性素材であるＰ
ｔを形成させたトップエミット型構造について電流−電圧特性を測定した結果を示すグラ
フである。図面から分かるように、格子セル層１６０が省略されてｐ型クラッド層１５０
上に８ｎｍ厚さを有するＰｔが直接形成された構造に比べて、Ｎｉ及びＮｉ／Ａｇよりな
る格子セル層１６０を有する構造の方がさらに優れた電気的特性を有している。

図７は、ＧａＮを主成分にしたｐ型クラッド層１５０上に格子セル層１６０を形成して
いない場合と、Ｎｉ−Ｍｇ合金を５ｎｍの厚さに積層した後、アニールして格子セル層１
６０を形成した場合、Ａｇを５ｎｍの厚さに積層した後、アニールして格子セル層１６０
を形成した場合、Ｐｔを５ｎｍの厚さに積層した後、アニールして格子セル層１６０を形
成した場合、それぞれに対して後続薄膜として１００ｎｍの厚さにＰｄを形成させたレー
ザーダイオード用の構造について電流−電圧特性を測定した結果を示すグラフである。図
面から分かるように、Ａｇよりなる格子セル層１６０を有する構造の方が、格子セル層１
６０のない構造より電気的特性に優れることが分かる。

本発明は、発光効率を向上させうる電極構造を有する窒化物系発光素子及びその製造技
術分野に好適に適用されうる。

本発明の第１実施例に係る窒化物系発光素子を示す断面図である。 本発明の第２実施例に係る窒化物系発光素子を示す断面図である。 本発明の第２実施例に係る窒化物系発光素子を示す断面図である。 本発明に係る発光素子の製造過程を示すフローチャートである。 Ａ及びＢは、本発明の製造方法によってＡｇとＡｕより形成された格子セル層を撮像する電子顕微鏡写真である。 本発明に係る発光素子について格子セル層の適用素材を変えた場合と、格子セル層を省略した場合について電流−電圧特性を測定して比較して示すグラフである。 本発明に係る発光素子について格子セル層の適用素材を変えた場合と、格子セル層を省略した場合について電流−電圧特性を測定して比較して示すグラフである。

１１０ 基板
１２０ バッファ層
１３０ ｎ型クラッド層
１４０ 活性層
１５０ ｐ型クラッド層
１６０ 格子セル層
１７０ 透明オーミック接触層
１８０ ｐ型電極パッド
１９０ ｎ型電極パッド
２７０ 反射オーミック層
２８０ 集塊防止層

Claims (6)

1. ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有する窒化物系発光素子において、
   前記ｐ型クラッド層上に粒子型セルが相互離隔されて形成された格子セル層と、
   前記ｐ型クラッド層と前記格子セル層上に形成された光を透過させうる透明オーミック接触層と、を備え、
   前記格子セル層は、ＡｇまたはＮｉ／Ａｇにより形成されたことを特徴とする窒化物系発光素子。
2. 前記透明オーミック接触層は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅ、およびランタノイド系金属及びこれらのうち少なくとも何れか１つを含む合金または固溶体、透明導電性酸化物、透明導電性窒化物のうち、選択された少なくとも何れか１つの素材を適用して少なくとも１層以上に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の窒化物系発光素子。
3. 前記透明導電性酸化物は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、およびランタノイド系の金属のうち、少なくとも１つ以上の成分とＯとが結合したものを含み、
   前記透明導電性窒化物は、ＴｉとＮとを含有して形成されたことを特徴とする請求項２に記載の窒化物系発光素子。
4. ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に活性層を有する窒化物系発光素子の製造方法において、
   ａ．基板上にｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層が順次に積層された発光構造体の前記ｐ型クラッド層上に格子セル層形成用の物質を蒸着する段階と、
   ｂ．前記格子セル層が多数の粒子型セルで相互離隔されて分散されうるように熱処理する段階と、
   ｃ．前記格子セル層上に光を透過させうる透明オーミック接触層を形成する段階と、を含み、
   前記格子セル層は、ＡｇまたはＮｉ／Ａｇにより形成されたことを特徴とする窒化物系発光素子の製造方法。
5. 前記ａ段階以前に露出されるように形成されたｎ型クラッド層上にｎ型電極層を蒸着するが、アニーリングは省略する段階をさらに含み、
   前記ｎ型電極層は前記ｂ段階のアニール過程を通じてアニーリング処理させることを特徴とする請求項４に記載の窒化物系発光素子の製造方法。
6. 前記ｂ段階で適用される加熱温度は、前記ｐ型クラッド層のドープ剤が活性化される温度を適用することを特徴とする請求項４に記載の窒化物系発光素子の製造方法。