特許 5949368 半導体発光素子とその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5949368

(24)【登録日】2016年6月17日

(45)【発行日】2016年7月6日

(54)【発明の名称】半導体発光素子とその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/42 20100101AFI20160623BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20160623BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/42

   H01L33/32

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-202089(P2012-202089)

(22)【出願日】2012年9月13日

(65)【公開番号】特開2014-57010(P2014-57010A)

(43)【公開日】2014年3月27日

【審査請求日】2014年9月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087723

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 修

(72)【発明者】

【氏名】戸谷 真悟

(72)【発明者】

【氏名】出口 将士

【審査官】 吉野 三寛

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０６９８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３９１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１９１３２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の主面上にIII 族窒化物系化合物半導体から成る半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層の上に透明導電性金属酸化物膜を形成する透明導電性金属酸化物膜形成工程と、
前記透明導電性金属酸化物膜の上に電極を形成する電極形成工程と、
を有する半導体発光素子の製造方法において、
前記透明導電性金属酸化物膜の一部を覆うマスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記マスク層を形成した前記透明導電性金属酸化物膜に、酸素を含む雰囲気中で熱処理を行う熱処理工程と、
を有し、
前記熱処理工程では、
前記マスク層に覆われていない前記透明導電性金属酸化物膜の残部の酸素濃度を、前記マスク層に覆われている前記透明導電性金属酸化物膜の一部の酸素濃度よりも高くすること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記マスク層は、絶縁層であり、
前記絶縁層の少なくとも一部を前記透明導電性金属酸化物膜の上に残留させること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。

【請求項3】

請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記マスク層は、絶縁層および電極であり、
前記絶縁層および前記電極の少なくとも一部を前記透明導電性金属酸化物膜の上に残留させること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。

【請求項4】

請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記熱処理工程の後に、前記マスク層を前記透明導電性金属酸化物膜から除去するマスク層除去工程を有し、
前記マスク層除去工程の後に、前記電極形成工程を行うこと
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記マスク層形成工程の前に、
酸素を含まない雰囲気中で熱処理を行う熱処理工程を有し、
酸素を含まない雰囲気中での熱処理工程における熱処理温度は、酸素を含む雰囲気中での熱処理工程における熱処理温度よりも高いこと
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。

【請求項6】

基板と、
前記基板の主面上に形成されたIII 族窒化物系化合物半導体から成る半導体層と、
前記半導体層の上に形成された単一の透明導電性金属酸化物膜と、
前記透明導電性金属酸化物膜と導通する配線電極と、
を有する半導体発光素子において、
前記透明導電性金属酸化物膜は、
酸素濃度の低い低酸素濃度領域と、前記低酸素濃度領域より酸素濃度の高い高酸素濃度領域とを有し、
前記配線電極は、
前記低酸素濃度領域の領域幅内に形成されていること
を特徴とする半導体発光素子。

【請求項7】

基板と、
前記基板の主面上に形成されたIII 族窒化物系化合物半導体から成る半導体層と、
前記半導体層の上に形成された単一の透明導電性金属酸化物膜と、
前記透明導電性金属酸化物膜と導通する配線電極と、
を有する半導体発光素子において、
前記透明導電性金属酸化物膜は、
酸素濃度の低い低酸素濃度領域と、前記低酸素濃度領域より酸素濃度の高い高酸素濃度領域とを有し、
前記透明導電性金属酸化物膜の上に形成されるとともに前記低酸素濃度領域を覆う絶縁層を有し、
前記配線電極は、
前記低酸素濃度領域の領域幅内に形成されているとともに、
前記透明導電性金属酸化物膜とコンタクトする複数のコンタクト部と、
前記コンタクト部同士を電気的に接続するとともに前記絶縁層の上に形成された配線部とを有し、
前記配線部は、
前記絶縁層に沿って形成されており、
前記コンタクト部は、
前記低酸素濃度領域にコンタクトしていること
を特徴とする半導体発光素子。

【請求項8】

請求項６または請求項７に記載の半導体発光素子において、
前記透明導電性金属酸化物膜の材質は、
Ｉｎ₂ Ｏ₃ に他の金属を添加したものであること
を特徴とする半導体発光素子。

【請求項9】

請求項８に記載の半導体発光素子において、
前記透明導電性金属酸化物膜の材質は、
ＩＴＯまたはＩＺＯであること
を特徴とする半導体発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体発光素子とその製造方法に関する。さらに詳細には、透明電極膜における電流の拡散を図った半導体発光素子とその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、半導体発光素子は、発光層と、ｎ型層と、ｐ型層と、を有する。ｎ型層と、ｐ型層には、それぞれ電極が形成される。電極から注入される電流が、発光層の発光面内に十分に拡散するほど、半導体発光素子の発光効率はよい。

【0003】

そのため、発光面内への電流の拡散を図った技術が開発されてきている。例えば、特許文献１には、第１の透明電極膜と、第２の透明電極膜とを有する半導体発光素子が開示されている。パッド電極は、第２の透明電極膜の上に形成されている（特許文献１の図１等参照）。第１の透明電極膜では、第２の透明電極膜よりも、接触抵抗が低く、シート抵抗が高い（特許文献１の段落［００４０］の表１参照）。

【0004】

つまり、パッド電極の下の第２の透明電極膜は、電流を横方向、すなわち、半導体発光素子の基板の主面内方向に拡散させやすい性質をもっている。また、第１の透明電極膜は、電流を縦方向、すなわち、第１の透明電極膜における膜厚方向に流れやすい性質をもっている。これにより、発光面内に電流を拡散するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−６９８６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１に記載の半導体発光素子では、第１の透明電極膜と第２の透明電極膜とは、別体である。そのため、これらの間には、接触抵抗がある。したがって、電流が十分に流れないおそれがある。

【0007】

本発明は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、半導体層の発光面内に十分に電流を拡散することを図った半導体発光素子とその製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１の態様における半導体発光素子の製造方法は、基板の主面上にIII 族窒化物系化合物半導体から成る半導体層を形成する半導体層形成工程と、半導体層の上に透明導電性金属酸化物膜を形成する透明導電性金属酸化物膜形成工程と、透明導電性金属酸化物膜の上に電極を形成する電極形成工程と、を有する方法である。また、透明導電性金属酸化物膜の一部を覆うマスク層を形成するマスク層形成工程と、マスク層を形成した透明導電性金属酸化物膜に、酸素を含む雰囲気中で熱処理を行う熱処理工程と、を有する。そして、熱処理工程では、マスク層に覆われていない透明導電性金属酸化物膜の残部の酸素濃度を、マスク層に覆われている透明導電性金属酸化物膜の一部の酸素濃度よりも高くする。

【0009】

この半導体発光素子の製造方法により、透明導電性金属酸化物膜に低酸素濃度領域と、高酸素濃度領域とが形成される。この半導体発光素子では、電流が、発光面内に十分に拡散する。透明導電性金属酸化物膜における低酸素濃度領域では、電流は発光面内の横方向に流れやすい。透明導電性金属酸化物膜における高酸素濃度領域では、電流は半導体層に向けて流れやすい。このように電流が発光面内に十分に拡散するので、半導体発光素子の発光効率はよい。

【0010】

第２の態様における半導体発光素子の製造方法では、マスク層は、絶縁層である。そして、絶縁層の少なくとも一部を透明導電性金属酸化物膜の上に残留させる。つまり、透明導電性金属酸化物膜における絶縁層に覆われている箇所を酸化することなく、絶縁層に覆われていない露出箇所を酸化する。

【0011】

第３の態様における半導体発光素子の製造方法では、マスク層は、絶縁層および電極である。そして、絶縁層および電極の少なくとも一部を透明導電性金属酸化物膜の上に残留させる。つまり、透明導電性金属酸化物膜における絶縁層および電極に覆われている箇所を酸化することなく、絶縁層および電極に覆われていない露出箇所を酸化する。

【0012】

第４の態様における半導体発光素子の製造方法では、熱処理工程の後に、マスク層を透明導電性金属酸化物膜から除去するマスク層除去工程を有する。そして、マスク層除去工程の後に、電極形成工程を行う。

【0013】

第５の態様における半導体発光素子の製造方法では、マスク層形成工程の前に、酸素を含まない雰囲気中で熱処理を行う熱処理工程を有し、酸素を含まない雰囲気中での熱処理工程における熱処理温度は、酸素を含む雰囲気中での熱処理工程における熱処理温度よりも高い。

【0014】

第６の態様における半導体発光素子は、基板と、基板の主面上に形成されたIII 族窒化物系化合物半導体から成る半導体層と、半導体層の上に形成された単一の透明導電性金属酸化物膜と、透明導電性金属酸化物膜と導通する配線電極と、を有する。また、透明導電性金属酸化物膜は、酸素濃度の低い低酸素濃度領域と、低酸素濃度領域より酸素濃度の高い高酸素濃度領域とを有する。そして、配線電極は、低酸素濃度領域の領域幅内に形成されている。

【0015】

第７の態様における半導体発光素子は、基板と、基板の主面上に形成されたIII 族窒化物系化合物半導体から成る半導体層と、半導体層の上に形成された単一の透明導電性金属酸化物膜と、透明導電性金属酸化物膜と導通する配線電極と、を有する。透明導電性金属酸化物膜は、酸素濃度の低い低酸素濃度領域と、低酸素濃度領域より酸素濃度の高い高酸素濃度領域とを有する。この半導体発光素子は、透明導電性金属酸化物膜の上に形成されるとともに低酸素濃度領域を覆う絶縁層を有する。配線電極は、低酸素濃度領域の領域幅内に形成されているとともに、透明導電性金属酸化物膜とコンタクトする複数のコンタクト部と、コンタクト部同士を電気的に接続するとともに絶縁層の上に形成された配線部とを有する。そして、配線部は、絶縁層に沿って形成されている。コンタクト部は、低酸素濃度領域にコンタクトしている。そのため、コンタクト部から注入される電流は、低酸素濃度領域で発光面内の方向に拡散する。

【0016】

第８の態様における半導体発光素子では、透明導電性金属酸化物膜の材質は、Ｉｎ₂ Ｏ₃ に他の金属を添加したものである。

【0017】

第９の態様における半導体発光素子では、透明導電性金属酸化物膜の材質は、ＩＴＯまたはＩＺＯである。この透明導電性金属酸化物膜では、低酸素濃度領域で接触抵抗が比較的高く、シート抵抗が比較的低い。一方、高酸素濃度領域で接触抵抗が比較的低く、シート抵抗が比較的高い。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、半導体層の発光面内に十分に電流を拡散することを図った半導体発光素子とその製造方法が提供されている。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図である。

【図2】第１の実施形態に係る半導体発光素子の概略構成を示す断面図である。

【図3】実施形態に係る半導体発光素子の透明導電性金属酸化物膜における電流の流れやすさを説明するための図である。

【図4】実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その１）である。

【図5】実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その２）である。

【図6】実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その３）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説明するための図（その４）である。

【図8】実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その５）である。

【図9】実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための図（その６）である。

【図10】第１の実施形態に係る別の半導体発光素子の概略構成を示す断面図である。

【図11】第２の実施形態に係る半導体発光素子の配線電極の付近を拡大した断面図である。

【図12】第４の実施形態に係る半導体発光素子の配線電極の付近を拡大した断面図である。

【図13】第４の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、具体的な実施形態について、半導体発光素子を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、これらの実施形態に限定されるものではない。また、後述する各半導体発光素子の各層の積層構造および電極構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における断面構造を、概念的に示すこととした。例えば、各層の厚みは、実際の厚みを示しているわけではない。

【0021】

（第１の実施形態）
１．半導体発光素子
図１は、本実施形態の発光素子１００を示す平面図である。図２は、図１のＡＡ断面を概略的に示す断面図である。発光素子１００は、フェイスアップ型の半導体発光素子である。そして、絶縁層１６０上に沿って配線電極１７０が形成されている。発光素子１００は、基板１１０と、ｎ型層１２０と、発光層１３０と、ｐ型層１４０と、透明導電性金属酸化物膜１５０と、絶縁層１６０と、配線電極１７０と、絶縁膜１８０と、配線電極１９０と、を有している。

【0022】

図１に示すように、発光素子１００では、ｐ側の配線電極１７０と、ｎ側の配線電極１９０とが、串歯状に噛み合っている。そして、配線電極１７０は、透明導電性金属酸化物膜１５０にコンタクト部１７１で接触している。配線電極１９０は、ｎ型層１２０のｎ型コンタクト層にコンタクト部１９１で接触している。配線電極１７０、１９０は、絶縁膜１８０に覆われている。しかし、配線電極１７０、１９０は、それぞれ、露出部Ｐ１、Ｎ１の箇所で露出している。露出部Ｐ１、Ｎ１は、それぞれ、配線電極１７０、１９０の一部である。

【0023】

基板１１０は、ｎ型層１２０等の半導体層を支持するための支持基板である。また、ｎ型層１２０等を成長させるための成長基板でもある。基板１１０の材質として、サファイアや、Ｓｉ、ＳｉＣ等を用いることができる。また、基板１１０として、主面に凹凸形状を形成したものを用いてもよい。

【0024】

ｎ型層１２０と、発光層１３０と、ｐ型層１４０とは、III 族窒化物系化合物半導体から成る半導体層である。ｎ型層１２０は、基板１１０の主面上に形成されている。ｎ型層１２０は、基板１１０の側から、ｎ型コンタクト層と、ｎ型ＥＳＤ層と、ｎ型ＳＬ層の順で形成されている。また、図２には図示されていないが、基板１１０とｎ型層１２０との間にバッファ層を設けてもよい。発光層１３０は、ｎ型層１２０の上に形成されている。発光層１３０は、ＭＱＷ層である。もしくは、ＳＱＷ層であってもよい。ｐ型層１４０は、発光層１３０の上に形成されている。ｐ型層１４０は、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とを、発光層１３０の側からこの順序で形成した層である。これらは、あくまで例示であり、これ以外の構成であってもよい。

【0025】

透明導電性金属酸化物膜１５０は、ｐ型層１４０のｐ型コンタクト層の上面の全面にわたって形成されている。透明導電性金属酸化物膜１５０の材質は、例えば、ＩＴＯである。もしくはＩＺＯでもよい。または、Ｉｎ₂ Ｏ₃ に他の金属を添加したものであってもよい。そして、透明導電性金属酸化物膜１５０は、単一層の膜であるとともに、低酸素濃度領域Ｌ１および高酸素濃度領域Ｈ１を有している。低酸素濃度領域Ｌ１は、絶縁層１６０およびコンタクト部１７１の下に配置されている。高酸素濃度領域Ｈ１は、低酸素濃度領域Ｌ１以外の領域である。これらの詳細については後述する。

【0026】

絶縁層１６０は、透明導電性金属酸化物膜１５０の一部を覆うためのものである。絶縁層１６０を設けることにより、透明導電性金属酸化物膜１５０と絶縁層１６０との間で光が反射しやすい。つまり、絶縁層１６０は、配線電極１７０による光の吸収を抑制し、発光効率を向上させる役割を果たす。そのため、配線電極１７０に沿って形成されている。また、コンタクト部１７１を透明導電性金属酸化物膜１５０に接触させるために、孔１６１が設けられている。つまり、孔１６１の内部に、コンタクト部１７１が配置されている。また、絶縁層１６０は、低酸素濃度領域Ｌ１および高酸素濃度領域Ｈ１を形成するためのマスク層の役割を果たすものでもある。絶縁層１６０の材質として、ＳｉＯ₂ やＴｉＯ₂ が挙げられる。

【0027】

配線電極１７０は、絶縁層１６０の上に形成されている。また、配線電極１７０は、コンタクト部１７１と、配線部１７２と、を有している。コンタクト部１７１は、透明導電性金属酸化物膜１５０における低酸素濃度領域Ｌ１にコンタクトする配線電極である。コンタクト部１７１は、絶縁層１６０に離散して複数形成された孔１６１を充填している。そして、その孔１６１の底部で、コンタクト部１７１は、透明導電性金属酸化物膜１５０に接触している。配線部１７２は、コンタクト部１７１同士と、ｐパッド電極Ｐ１とを電気的に接続するためのものである。配線電極１７０として、ｐ型層１４０の側から、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕを順に積層したものが挙げられる。もちろん、電極の構成をこれ以外としてもよい。ただし、最下層の金属はＳｉＯ₂ やＴｉＣと密着性のよい材料が好ましい。配線電極１９０についても同様である。

【0028】

コンタクト部１７１と配線部１７２とで、異なる材質を用いてもよい。その場合、コンタクト部１７１の最下層の金属は、透明導電性金属酸化物膜１５０とオーミックコンタクトをとれる材料が好ましい。配線部１７２の最下層の金属は、ＳｉＯ₂ と密着性のよい材料が好ましい。また、コンタクト部１９１の最下層の金属は、ｎ型層１２０とオーミックコンタクトをとれる材料が好ましい。配線部１９２の最下層の金属は、ＳｉＯ₂ と密着性のよい材料が好ましい。

【0029】

絶縁膜１８０は、半導体層等を保護するためのものである。そのため、絶縁膜１８０は、半導体層等の上面、すなわち、透明導電性金属酸化物膜１５０と、絶縁層１６０と、配線電極１７０、１９０と、を覆っている。絶縁膜１８０の材質として、ＳｉＯ₂ やＴｉＯ₂ が挙げられる。

【0030】

２．低酸素濃度領域および高酸素濃度領域
発光素子１００の透明導電性金属酸化物膜１５０は、図２に示すように、低酸素濃度領域Ｌ１および高酸素濃度領域Ｈ１を有する。つまり、単一の膜の内部で、酸素濃度の高い領域と、酸素濃度の低い領域とがある。

【0031】

低酸素濃度領域Ｌ１は、後述する酸素雰囲気中での熱処理を受けていない領域である。高酸素濃度領域Ｈ１は、後述する酸素雰囲気中での熱処理を受けた領域である。そのため、高酸素濃度領域Ｈ１における酸素濃度は、低酸素濃度領域Ｌ１における酸素濃度より高い。

【0032】

図２に示すように、低酸素濃度領域Ｌ１は、絶縁層１６０およびコンタクト部１７１の下に位置している。そして、コンタクト部１７１は、低酸素濃度領域Ｌ１にコンタクトしている。低酸素濃度領域Ｌ１の領域幅Ｗ０の内部に、絶縁層１６０および配線電極１７０が形成されている。一方、高酸素濃度領域Ｈ１は、低酸素濃度領域Ｌ１以外を占める領域である。つまり、高酸素濃度領域Ｈ１の上には、絶縁層１６０および配線電極１７０が形成されていない。

【0033】

低酸素濃度領域Ｌ１および高酸素濃度領域Ｈ１の性質を表１に示す。表１では、ＩＴＯを用いた結果である。低酸素濃度領域Ｌ１と高酸素濃度領域Ｈ１とを比較すると、次のことがいえる。

【0034】

低酸素濃度領域Ｌ１では、高酸素濃度領域Ｈ１に比べて、ｐ型コンタクト層に対する接触抵抗が比較的高く、シート抵抗が比較的低い。つまり、図３（図１のＢＢ断面）に示すように、低酸素濃度領域Ｌ１では、電流は、基板１１０の主面に垂直な向き（矢印Ｄ１の向き）に流れにくく、基板１１０の主面に平行な向き（矢印Ｄ２の向き）に流れやすい。

【0035】

これに対して、高酸素濃度領域Ｈ１では、低酸素濃度領域Ｌ１に比べて、ｐ型コンタクト層に対する接触抵抗が比較的低く、シート抵抗が比較的高い。そのため、図３に示すように、高酸素濃度領域Ｈ１では、電流は、基板１１０の主面に垂直な向き（矢印Ｄ３の向き）に流れやすく、基板１１０の主面に平行な向き（矢印Ｄ４の向き）に流れにくい。

【0036】

前述のように、高酸素濃度領域Ｈ１のシート抵抗は比較的高いが、ｐ型コンタクト層のシート抵抗に比べれば、高酸素濃度領域Ｈ１のシート抵抗は十分に低い。したがって、図３の矢印ＤＸに示すように、電流は、透明導電性金属酸化物膜１５０の内部で拡散しつつ、ｐ型層１４０に向けて流れる。このように、透明導電性金属酸化物膜１５０において、電極形成領域では、ｐ型コンタクト層に向かう電流成分密度は小さく、平面内方向に流れる。そして、電極形成領域外において、平面内方向に拡散するとともにｐ型コンタクト層方向に分流して、発光層に向かう電流密度が、電極形成領域に比べて増加する。つまり、発光素子１００では、発光面内に電流が拡散しやすく、その発光効率はよい。ここで、電極形成領域とは、パッド電極や配線電極等の電極が半導体発光素子において平面的に占める領域のことである。つまり、電極の平面形状を基板の主面方向に射影した領域のことをいう。

【0037】

表１では、低酸素濃度領域Ｌ１のキャリア濃度は、６．３×１０²⁰（１／ｃｍ³ ）である。また、表１では、高酸素濃度領域Ｈ１のキャリア濃度は、３．０×１０²⁰（１／ｃｍ³ ）である。このように、低酸素濃度領域Ｌ１のキャリア濃度が高酸素濃度領域Ｈ１のキャリア濃度よりも高い。これは、酸素欠損が多いほど、キャリア濃度が高くなるからである。つまり、透明導電性金属酸化物膜１５０を酸化することにより、そのキャリア濃度は低くなる。また、低酸素濃度領域Ｌ１と高酸素濃度領域Ｈ１とで、移動度の差はほとんどない。

【0038】

［表１］
ＩＴＯ
接触抵抗 シート抵抗 キャリア濃度 移動度
（Ω・ｃｍ² ） （Ω／□） （１／ｃｍ³ ） （ｃｍ² ／Ｖ・ｓ）
Ｌ１ ３．２×１０^-3 １４．１ ６．３×１０²⁰ ４３．０
Ｈ１ １．０×１０^-3 ３２．２ ３．０×１０²⁰ ４５．０

【0039】

また、ＩＺＯについての同様の結果を表２に示す。

【0040】

［表２］
ＩＺＯ
接触抵抗 シート抵抗 キャリア濃度 移動度
（Ω・ｃｍ² ） （Ω／□） （１／ｃｍ³ ） （ｃｍ² ／Ｖ・ｓ）
Ｌ１ − ４３．６ ３．４×１０²⁰ ５９．８
Ｈ１ − ４５．１ ３．１×１０²⁰ ６２．６

【0041】

３．半導体発光素子の製造方法
本実施形態の半導体発光素子の製造方法は、次の（工程Ａ）から（工程Ｉ）までの工程を有する方法である。
（工程Ａ）半導体層形成工程
（工程Ｂ）透明導電性金属酸化物膜形成工程
（工程Ｃ）第１の熱処理工程（低酸素濃度領域形成工程）
（工程Ｄ）ｎ型層露出工程
（工程Ｅ）絶縁層形成工程
（工程Ｆ）第２の熱処理工程（高酸素濃度領域形成工程）
（工程Ｇ）穿孔工程
（工程Ｈ）電極形成工程
（工程Ｉ）絶縁膜形成工程
そして、これらの各工程をこの順序で実施する。

【0042】

３−１．（工程Ａ）半導体層形成工程
基板１１０に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて半導体層を形成する。まず、基板１１０の主面上に、バッファ層を形成する。次に、バッファ層の上にｎ型層１２０を形成する。そして、ｎ型層１２０の上に発光層１３０を形成する。次に、発光層１３０の上にｐ型層１４０を形成する。基板１１０に各半導体層を形成したものを図４に示す。

【0043】

３−２．（工程Ｂ）透明導電性金属酸化物膜形成工程
次に、図５に示すように、ｐ型層１４０の上に透明導電性金属酸化物膜１５０をスパッタリングにより形成する。ここで、ｎパッド電極Ｎ１を形成する予定の個所を除いて、ｐ型層１４０の上に透明導電性金属酸化物膜１５０を形成する。前述のとおり、透明導電性金属酸化物膜１５０の材質として、Ｉｎ₂ Ｏ₃ に他の金属を添加したものを用いる。ＩＴＯまたはＩＺＯなどが挙げられる。パターンを形成するために、リフトオフ、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれかの方法を用いればよい。この段階では、まだ透明導電性金属酸化物膜１５０は十分な透明性を得ていない。

【0044】

３−３．（工程Ｃ）第１の熱処理工程（低酸素濃度領域形成工程）
続いて、第１の熱処理工程を行う。この熱処理を、酸素を含まない雰囲気下で行う。例えば、窒素雰囲気下で行う。圧力条件として、１０Ｐａ以下の場合や、大気圧下の場合が挙げられる。熱処理温度は、例えば、７００℃である。熱処理時間は、例えば、３００秒以下である。ただし、これらの熱処理条件の例に限らない。これらの条件は、透明導電性金属酸化物膜１５０の材質等により異なる条件を設定すればよい。この熱処理により、透明導電性金属酸化物膜１５０は、透明性を得る。

【0045】

この熱処理を窒素雰囲気下で行うこととしたが、不活性な気体であれば他の気体を用いてもよい。ただし、酸素を含まないものとする。この段階での透明導電性金属酸化物膜１５０の酸素濃度は、低酸素濃度領域Ｌ１と同程度である。そして、接触抵抗等についても、表１に示した低酸素濃度領域Ｌ１と同程度である。

【0046】

３−４．（工程Ｄ）ｎ型層露出工程
次に、図６に示すように、半導体層の一部を抉り、ｎ型層１２０の一部を露出させる。その露出箇所１２１は、露出部Ｎ１の箇所である。そのために、フォトリソグラフィの後、ドライエッチングを行えばよい。

【0047】

３−５．（工程Ｅ）絶縁層形成工程
次に、図７に示すように、透明導電性金属酸化物膜１５０の一部の上に絶縁層１６０を形成する。絶縁層１６０を形成する領域は、電極形成領域である。つまり、この後に形成する配線電極１７０の位置である。絶縁層１６０を形成するために、ＣＶＤ法を用いればよい。ここで、絶縁層１６０は、後述する第２の熱処理工程で、透明導電性金属酸化物膜１５０の覆われている箇所の酸化を防止するためのマスク層である。つまり、この工程は、マスク層形成工程でもある。

【0048】

３−６．（工程Ｆ）第２の熱処理工程（高酸素濃度領域形成工程）
次に、マスク層を形成した透明導電性金属酸化物膜１５０に、酸素を含む雰囲気中で熱処理を行う。例えば、２５ＰａのＯ₂ 雰囲気で行う。熱処理温度は、５５０℃である。この熱処理により、透明導電性金属酸化物膜１５０のうち露出している箇所が酸化する。透明導電性金属酸化物膜１５０の材質は、ＩＴＯやＩＺＯなどの酸化物である。ここでいう酸化とは、酸素欠損の箇所に酸素が結合することを意味している。つまり、前述したように、キャリア濃度が減少することを意味している。

【0049】

そして、透明導電性金属酸化物膜１５０における絶縁層１６０に覆われていない箇所は、この酸化により、高酸素濃度領域Ｈ１となる。一方、透明導電性金属酸化物膜１５０における絶縁層１６０に覆われている箇所は、低酸素濃度領域Ｌ１のままである。絶縁層１６０がマスク層に類似する役割を果たし、低酸素濃度領域Ｌ１に酸素が結合するおそれがないからである。

【0050】

３−７．（工程Ｇ）穿孔工程
次に、図８に示すように、絶縁層１６０に穿孔する。この穿孔は、エッチング等により形成すればよい。これにより、孔１６１が形成される。孔１６１は、コンタクト部１７１を形成するためのものである。

【0051】

３−８．（工程Ｈ）電極形成工程
次に、図９に示すように、電極を形成する。ここでは、配線電極１７０、１９０を形成することとすればよい。その際、これらを同一工程で同時に形成することとしてもよい。

【0052】

３−９．（工程Ｉ）絶縁膜形成工程
そして、電極を形成した後に、絶縁膜１８０を形成する。その際、配線電極１７０や半導体層等の側面をも覆うように、絶縁膜１８０を形成する。このとき、露出部Ｐ１、Ｎ１を除いて絶縁膜１８０を形成することとしてもよいし、絶縁膜で覆った後に、絶縁膜のうち露出箇所を除去することにより、露出部Ｐ１、Ｎ１を形成することとしてもよい。以上により、図２に示す発光素子１００が製造された。なお、上記の工程の順序については適宜入れ換えてもよい。また、ここで記載した工程以外の工程を付け加えてももちろん構わない。

【0053】

なお、このように製造された発光素子１００には、透明導電性金属酸化物膜１５０の上に絶縁層１６０の少なくとも一部が残留している。

【0054】

４．変形例
４−１．透明導電性金属酸化物膜の材質
本実施形態では、透明導電性金属酸化物膜１５０の材質をＩＴＯもしくはＩＺＯであるとした。しかし、Ｉｎ₂ Ｏ₃ に他の金属を添加した化合物を用いてもよい。その場合であっても、酸素を含む雰囲気中で熱処理を施すことにより、透明導電性金属酸化物膜１５０の領域内に、高酸素濃度領域Ｈ１および低酸素濃度領域Ｌ１を形成することができるからである。

【0055】

４−２．絶縁膜の粗面化
また、絶縁膜１８０を粗面化することとしてもよい。光取り出し効率が向上するからである。

【0056】

４−３．反射率
反射率を向上させるため、絶縁層１６０を誘電体多層膜としてもよい。また、絶縁層１６０の上下ににＡｌやＡｇ等の金属層を形成することとしてもよい。反射率を高めるためである。

【0057】

４−４．コンタクト電極
本実施形態では、コンタクト部１７１と配線部１７２とが、一体のものであるとした。しかし、これらは別体であってもよい。その場合、図１０に示すように、発光素子２００には、別体のコンタクト部２７１と、配線部２７２とがある。

【0058】

５．まとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態の発光素子１００は、半導体層にオーミックコンタクトする透明導電性金属酸化物膜１５０を有するものである。透明導電性金属酸化物膜１５０は、低酸素濃度領域Ｌ１と、低酸素濃度領域Ｌ１よりも酸素濃度の高い高酸素濃度領域Ｈ１と、を有している。電極から注入される電流は、低酸素濃度領域Ｌ１で、横方向（発光面内方向）に拡散し、高酸素濃度領域Ｈ１で、縦方向（発光面に垂直な方向）に流れやすい。そのため、透明導電性金属酸化物膜１５０で発光面内に十分に拡散した電流が、半導体層を流れることとなる。そのため、発光素子１００の発光効率はよい。

【0059】

また、本実施形態の発光素子１００の製造方法は、特許文献１のように、２回にわたって透明導電性金属酸化物膜を形成する必要性はない。そのため、生産性はよい。また、発光素子１００では、低酸素濃度領域Ｌ１と高酸素濃度領域Ｈ１とが、単一の透明導電性金属酸化物膜１５０を占める。したがって、発光素子１００には、特許文献１に記載の２つの透明導電性金属酸化物膜を接合する半導体発光素子のように、接合面での接触抵抗による抵抗の上昇がない。

【0060】

なお、本実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。本実施形態では、半導体層を形成するにあたって、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いた。しかし、ハイドライド気相エピタキシー法（ＨＶＰＥ）などの気相成長法や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）等、その他の方法を用いてもよい。

【0061】

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態では、半導体発光素子における絶縁層の幅と配線電極１７０の幅との関係が、第１の実施形態と異なっている。したがって、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

【0062】

１．半導体発光素子
本実施形態に係る発光素子３００の電極付近を図１１に示す。図１１に示すように、発光素子３００において、絶縁層３６０の幅Ｗ１は、配線電極１７０の幅Ｗ２よりも広い。

【0063】

発光素子３００においても、透明導電性金属酸化物膜１５０は、低酸素濃度領域Ｌ２および高酸素濃度領域Ｈ２を有する。低酸素濃度領域Ｌ２は、絶縁層３６０に覆われている領域である。高酸素濃度領域Ｈ２は、絶縁層３６０に覆われていない領域である。そのため、高酸素濃度領域Ｈ２の表面は、露出している。低酸素濃度領域Ｌ２および高酸素濃度領域Ｈ２における酸素濃度は、低酸素濃度領域Ｌ１および高酸素濃度領域Ｈ１における酸素濃度とほとんど同じである。

【0064】

このように、絶縁層３６０の幅Ｗ１は、低酸素濃度領域Ｌ２の領域幅Ｗ０と同じである。しかし、配線電極１７０の幅Ｗ２は、低酸素濃度領域Ｌ２の領域幅Ｗ０よりも狭い。

【0065】

（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。本実施形態では、半導体発光素子の製造方法が第１の実施形態と異なっている。したがって、異なる点を中心に説明する。重複する点については記載を省略する。

【0066】

１．半導体発光素子の製造方法
本実施形態では、絶縁層のみならず、配線電極も、酸化処理のマスクとして用いる点に特徴がある。

【0067】

本実施形態の半導体発光素子の製造方法は、次の（工程Ａ）から（工程Ｉ）までの工程を有する方法である。ただし、第１の実施形態とは、その実施する順序が異なっている。
（工程Ａ）半導体層形成工程
（工程Ｂ）透明導電性金属酸化物膜形成工程
（工程Ｃ）第１の熱処理工程（低酸素濃度領域形成工程）
（工程Ｄ）ｎ型層露出工程
（工程Ｅ）絶縁層形成工程
（工程Ｇ）穿孔工程
（工程Ｈ）電極形成工程
（工程Ｆ）第２の熱処理工程（高酸素濃度領域形成工程）
（工程Ｉ）絶縁膜形成工程
そして、これらの工程をこの順序で実施する。つまり、第１の実施形態と、その工程を実施する順序が異なる。本実施形態の製造方法は、（工程Ｅ）絶縁層形成工程までの工程については、第１の実施形態の製造方法と同様である。したがって、それ以降の工程について説明する。

【0068】

１−１．（工程Ｇ）穿孔工程
透明導電性金属酸化物膜１５０の上に絶縁層１６０を形成した後に、絶縁層１６０に孔１６１を空ける。この孔１６１は、配線電極１７０のコンタクト部１７１を、透明導電性金属酸化物膜１５０の上に形成するためのものである。また、配線電極１９０の形成箇所にも、同様に孔を空けるとよい。

【0069】

１−２．（工程Ｈ）電極形成工程
次に、配線電極１７０、１９０を形成する。これらの形成を同一工程で同時に行うことができる。この段階で、透明導電性金属酸化物膜１５０において低酸素濃度領域となる領域には、絶縁層１６０および配線電極１７０が形成されている。絶縁層１６０および配線電極１７０は、透明導電性金属酸化物膜１５０の酸化処理のマスクの役割を果たすものである。

【0070】

１−３．（工程Ｆ）第２の熱処理工程（高酸素濃度領域形成工程）
次に、酸素を含む雰囲気下で熱処理を行う。この熱処理工程については、第１の実施形態のときと同様にして行うことができる。この後、（工程Ｉ）絶縁膜形成工程で絶縁膜を形成することにより、発光素子１００を製造することができる。

【0071】

なお、このように製造された発光素子には、透明導電性金属酸化物膜１５０の上に絶縁層１６０および配線電極１７０の少なくとも一部が残留している。

【0072】

（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。本実施形態では、半導体発光素子の製造方法が第１の実施形態と異なっている。その結果、半導体発光素子における低酸素濃度領域および高酸素濃度領域の範囲も、第１の実施形態と異なっている。

【0073】

１．半導体発光素子
本実施形態に係る発光素子４００の電極付近を図１２に示す。図１２では、低酸素濃度領域Ｌ３の幅Ｗ３は、絶縁層４６０の幅Ｗ１よりも狭い。逆に、低酸素濃度領域Ｌ３の幅を、絶縁層４６０の幅Ｗ１よりも広いこととしてもよい。これは、後述するように、絶縁層４６０をマスク層としないで、別のマスクを形成して熱処理工程を行うからである。

【0074】

２．半導体発光素子の製造方法
本実施形態の半導体発光素子の製造方法は、次の（工程Ａ）から（工程Ｉ）までの工程を有する方法である。
（工程Ａ）半導体層形成工程
（工程Ｂ）透明導電性金属酸化物膜形成工程
（工程Ｃ）第１の熱処理工程（低酸素濃度領域形成工程）
（工程Ｄ）ｎ型層露出工程
（工程Ｊ）マスク層形成工程
（工程Ｆ）第２の熱処理工程（高酸素濃度領域形成工程）
（工程Ｋ）マスク層除去工程
（工程Ｅ）絶縁層形成工程
（工程Ｇ）穿孔工程
（工程Ｈ）電極形成工程
（工程Ｉ）絶縁膜形成工程
そして、これらの工程をこの順序で実施する。第１の実施形態の工程に、（工程Ｊ）および（工程Ｋ）が加わっている。本実施形態の製造方法は、（工程Ｄ）ｎ型層露出工程までは、第１の実施形態の製造方法と同様である。

【0075】

２−１．（工程Ｊ）マスク層形成工程
次に、図１３に示すように、透明導電性金属酸化物膜１５０の上にマスク層４８０を形成する。このマスク層４８０の材質は、例えば、ＳｉＯ₂ を用いることができる。透明導電性金属酸化物膜１５０の酸化を防止するためのマスクであるため、透明導電性金属酸化物膜１５０を十分に覆うことができ、酸素を透明導電性金属酸化物膜１５０に透過させることなく、後で除去することのできる材質のものであれば、種々の材質を用いることができる。

【0076】

２−２．（工程Ｆ）第２の熱処理工程（高酸素濃度領域形成工程
次に、酸素を含む雰囲気下で熱処理を行う。この熱処理工程の条件は、第１の実施形態と同じでよい。これにより、マスク層４８０に覆われていない領域は、酸素濃度が高くなり、高酸素濃度領域Ｈ３となる。マスク層４８０に覆われている領域は、酸素濃度が低いままであり、低酸素濃度領域Ｌ３となる。

【0077】

２−３．（工程Ｋ）マスク層除去工程
次に、マスク層４８０を除去する。そのために、フォトリソグラフィやエッチング等を用いることができる。

【0078】

続いて、（工程Ｅ）絶縁層形成工程を実施する。（工程Ｇ）穿孔工程以降の工程については、第１の実施形態の工程と同様である。つまり、マスク層４８０を除去した後に、絶縁層４６０を形成し、その後に、配線電極を形成する。

【0079】

３．製造された半導体発光素子
この低酸素濃度領域Ｌ３の領域幅Ｗ３は、絶縁層４６０の覆う幅Ｗ１と必ずしも一致しない。低酸素濃度領域Ｌ３の領域幅Ｗ３は、マスク層４８０の形成領域の幅と同じである。

【符号の説明】

【0080】

１００、２００、３００、４００…発光素子
１１０…基板
１２０…ｎ型層
１３０…発光層
１４０…ｐ型層
１５０…透明導電性金属酸化物膜
１６０…絶縁層
１７０、１９０…配線電極
１７１、１９１…コンタクト部
１８０…絶縁膜
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…低酸素濃度領域
Ｈ１、Ｌ２、Ｌ３…高酸素濃度領域
Ｐ１…露出部
Ｎ１…露出部
Ｗ０…領域幅

【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】