JP5068475B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法及び窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、並びにランプ - Google Patents
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Description
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法に関し、特に、駆動電圧（Ｖｆ）が低められた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が得られる製造方法及び窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、並びにランプに関する。
近年、短波長光発光素子用の半導体材料として窒化物系半導体であるＧａＮ系化合物半導体材料が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶をはじめ、種々の酸化物やＩＩＩ−Ｖ族化合物を基板として、この基板上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の特徴として、横方向への電流拡散が小さいことが挙げられる。このため、電極直下の半導体にのみ電流が注入され、電極直下の発光層で発光した光は電極に遮られてしまい、発光素子の外部に取り出すのが困難となる。そこで、このような発光素子では、通常、正極として透明電極が用いられ、正極を透過して光を取り出すように構成されている。
透明電極からなる正極には、Ｎｉ／ＡｕやＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）等の周知の導電材料が用いられる。Ｎｉ／Ａｕ等の金属は、ｐ型半導体層との接触抵抗は小さいものの、光の透過率が低い。これに対し、ＩＴＯなどの酸化物は、光の透過率は高いものの、接触抵抗が大きいという問題がある。
このため、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に用いられる正極を、ＩＴＯ等の導電性に優れた金属酸化物層とコンタクト金属層とを組み合わせた構成としたものがある（例えば、特許文献１）。
しかしながら、特許文献１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、正極に用いられているコンタクト金属層によってｐ型半導体層との接触抵抗を下げることは可能であるものの、コンタクト金属層の光透過率が低いため、十分な光取出し効率を得ることができず、発光出力が低くなるという問題がある。
特開平９−１２９９１９号公報
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の正極としてＩＴＯ等の導電酸化膜を用いる場合、該導電酸化膜の比抵抗を減少させるため、３００℃以上の温度での熱アニール処理を行う方法がある。この熱アニール処理によって導電酸化膜中の酸素空孔が増加し、導電酸化膜のキャリア濃度が増加する。このキャリア濃度の増加が導電酸化膜の比抵抗を低減させる。
しかしながら、本発明者の研究によれば、このような高温での熱アニール処理を行った場合、導電酸化膜とｐ型半導体層との界面付近で元素の相互拡散が生じてしまい、導電酸化膜の比抵抗の低減の妨げになるだけではなく、ｐ型半導体層の比抵抗の増大や、導電酸化膜とｐ型半導体層との接触抵抗の増大が生じてしまうといった問題があることが見出されている。特に、ｐ型半導体層中のＧａ元素の透光性導電酸化膜中への拡散は、比抵抗や接触抵抗の低抵抗化の妨げとなるという問題があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、駆動電圧（Ｖｆ）が低く、光取り出し効率の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法及び窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、並びにランプを提供することを目的とする。
本発明者は、上記問題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成した。
即ち、本発明は以下に関する。
即ち、本発明は以下に関する。
［１］ 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に、ドーパントを含む透光性導電酸化膜が積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、前記ｐ型半導体層をなす元素の、前記透光性導電酸化膜中における濃度が、前記透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面から２ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［２］ 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に、ドーパントを含む透光性導電酸化膜が積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、前記ｐ型半導体層をなす元素の、前記透光性導電酸化膜中における濃度が、前記透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面から１ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［３］ 前記透光性導電酸化膜が、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ、ＺｎＯ系導電体、ＴｉＯ ２ 系導電体の群から選択される少なくとも１種以上の材料からなることを特徴とする［１］又は［２］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［４］ 前記透光性導電酸化膜が、少なくともＩＴＯを含有してなることを特徴とする［３］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［５］ 前記透光性導電酸化膜の厚さが３５ｎｍ〜１０μｍの範囲であることを特徴とする［１］〜［４］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［６］ 前記透光性導電酸化膜の厚さが１００ｎｍ〜１μｍの範囲であることを特徴とする［１］〜［４］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［７］ ［１］〜［６］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなるランプ。
［２］ 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に、ドーパントを含む透光性導電酸化膜が積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、前記ｐ型半導体層をなす元素の、前記透光性導電酸化膜中における濃度が、前記透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面から１ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［３］ 前記透光性導電酸化膜が、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ、ＺｎＯ系導電体、ＴｉＯ ２ 系導電体の群から選択される少なくとも１種以上の材料からなることを特徴とする［１］又は［２］の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［４］ 前記透光性導電酸化膜が、少なくともＩＴＯを含有してなることを特徴とする［３］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［５］ 前記透光性導電酸化膜の厚さが３５ｎｍ〜１０μｍの範囲であることを特徴とする［１］〜［４］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［６］ 前記透光性導電酸化膜の厚さが１００ｎｍ〜１μｍの範囲であることを特徴とする［１］〜［４］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［７］ ［１］〜［６］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなるランプ。
［８］ 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に、ドーパントを含む透光性導電酸化膜を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、前記透光性導電酸化膜を積層した後、該透光性導電酸化膜にレーザーを用いてアニール処理を行うレーザーアニール工程が備えられていることにより、前記ｐ型半導体層をなす元素の、前記透光性導電酸化膜中における濃度を、前記透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面から２ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下とすることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［９］ 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に、ドーパントを含む透光性導電酸化膜を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、前記透光性導電酸化膜を積層した後、該透光性導電酸化膜にレーザーを用いてアニール処理を行うレーザーアニール工程が備えられていることにより、前記ｐ型半導体層をなす元素の、前記透光性導電酸化膜中における濃度を、前記透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面から１ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下とすることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１０］ 前記レーザーアニール工程は、エキシマレーザーを用いて前記透光性導電酸化膜の表面に凹凸形状を形成する工程を含むことを特徴とする［８］又は［９］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１１］ 前記レーザーアニール工程の前工程或いは後工程の少なくとも一方に、前記透光性導電酸化膜に対して２００〜３００℃の範囲の温度で熱アニール処理を行う熱アニール工程が備えられていることを特徴とする［８］〜［１０］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１２］ 前記レーザーアニール工程は、エキシマレーザーとして、ＫｒＦエキシマレーザー、又は、ＡｒＦエキシマレーザーを用いてアニール処理を行うことを特徴とする［８］〜［１１］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１３］ 前記レーザーアニール工程におけるエキシマレーザーのエネルギー密度が５０〜１０００ｍＪｃｍ −２ の範囲であることを特徴とする［８］〜［１２］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１４］ 前記レーザーアニール工程におけるエキシマレーザーのエネルギー密度が５０〜３００ｍＪｃｍ −２ の範囲であることを特徴とする［８］〜［１２］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１５］ 前記レーザーアニール工程は、前記透光性導電膜に対して、エキシマレーザーを２〜２０００回の範囲でパルス照射することを特徴とする［８］〜［１４］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１６］ 前記レーザーアニール工程は、前記透光性導電膜に対して、エキシマレーザーを２〜２００回の範囲でパルス照射することを特徴とする［８］〜［１４］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［９］ 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に、ドーパントを含む透光性導電酸化膜を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、前記透光性導電酸化膜を積層した後、該透光性導電酸化膜にレーザーを用いてアニール処理を行うレーザーアニール工程が備えられていることにより、前記ｐ型半導体層をなす元素の、前記透光性導電酸化膜中における濃度を、前記透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面から１ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下とすることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１０］ 前記レーザーアニール工程は、エキシマレーザーを用いて前記透光性導電酸化膜の表面に凹凸形状を形成する工程を含むことを特徴とする［８］又は［９］に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１１］ 前記レーザーアニール工程の前工程或いは後工程の少なくとも一方に、前記透光性導電酸化膜に対して２００〜３００℃の範囲の温度で熱アニール処理を行う熱アニール工程が備えられていることを特徴とする［８］〜［１０］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１２］ 前記レーザーアニール工程は、エキシマレーザーとして、ＫｒＦエキシマレーザー、又は、ＡｒＦエキシマレーザーを用いてアニール処理を行うことを特徴とする［８］〜［１１］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１３］ 前記レーザーアニール工程におけるエキシマレーザーのエネルギー密度が５０〜１０００ｍＪｃｍ −２ の範囲であることを特徴とする［８］〜［１２］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１４］ 前記レーザーアニール工程におけるエキシマレーザーのエネルギー密度が５０〜３００ｍＪｃｍ −２ の範囲であることを特徴とする［８］〜［１２］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１５］ 前記レーザーアニール工程は、前記透光性導電膜に対して、エキシマレーザーを２〜２０００回の範囲でパルス照射することを特徴とする［８］〜［１４］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１６］ 前記レーザーアニール工程は、前記透光性導電膜に対して、エキシマレーザーを２〜２００回の範囲でパルス照射することを特徴とする［８］〜［１４］の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
本発明者の研究によれば、ｐ型半導体層中のＧａ元素が透光性導電酸化膜中に拡散すると透光性導電酸化膜の比抵抗が増大するが、透光性導電酸化膜中のＧａ元素が透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面付近に偏析した場合に、透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との接触抵抗が低減されることが見出された。
従って、Ｇａの透光性導電酸化膜中への拡散を抑制することが、透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との接触抵抗を低減するのに有効である。
従って、Ｇａの透光性導電酸化膜中への拡散を抑制することが、透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との接触抵抗を低減するのに有効である。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法によれば、窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に透光性導電酸化膜を積層して成膜後、該透光性導電酸化膜にレーザーアニール処理を行う方法としている。これにより、熱アニール処理のみを行った場合に比べ、ｐ型半導体層と透光性導電酸化膜との界面のＧａ元素の拡散を抑えることができるため、透光性導電酸化膜の比抵抗を減少させることができ、透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との接触抵抗を低減することができる。
従って、駆動電圧（Ｖｆ）が低く、発光出力の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を得ることができる。
従って、駆動電圧（Ｖｆ）が低く、発光出力の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を得ることができる。
以下に、本発明の半導体発光素子及びそれを用いたランプの一実施形態について、図１〜４を適宜参照しながら説明する。
但し、本発明は以下の実施形態の各々に限定されるものではなく、例えば、これら実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせても良い。
但し、本発明は以下の実施形態の各々に限定されるものではなく、例えば、これら実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせても良い。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に、ドーパントを含む透光性導電酸化膜を積層する製造方法であって、前記透光性導電酸化膜を積層した後、該透光性導電酸化膜にレーザーを用いてアニール処理を行うレーザーアニール工程が備えられた方法として概略構成されている。
以下に、本発明の製造方法で得られる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子について説明する。
以下に、本発明の製造方法で得られる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子について説明する。
［窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の全体構成］
図１は本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子（以下、半導体発光素子と略称することがある）の断面を模式的に示した図である。図１において、符号１１は基板、１２はｎ型半導体層、１３は発光層、１４はｐ型半導体層、１５は透光性導電酸化膜、１６は正極ボンディングパッド、１９は負極である。
本実施形態の半導体発光素子１は、基板１１、ｎ型半導体層１２、発光層１３、ｐ型半導体層１４がこの順で積層されており、ｐ型半導体層１４上に透光性正極である透光性導電酸化膜１５が積層されてなり、ｐ型半導体層１４をなすＧａ元素の、透光性導電酸化膜１５中における濃度が、透光性導電酸化膜１５とｐ型半導体層１４との界面から２ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下、より好ましくは１ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下とされ、概略構成されている。
以下、本実施形態の半導体発光素子１について詳述する。
図１は本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子（以下、半導体発光素子と略称することがある）の断面を模式的に示した図である。図１において、符号１１は基板、１２はｎ型半導体層、１３は発光層、１４はｐ型半導体層、１５は透光性導電酸化膜、１６は正極ボンディングパッド、１９は負極である。
本実施形態の半導体発光素子１は、基板１１、ｎ型半導体層１２、発光層１３、ｐ型半導体層１４がこの順で積層されており、ｐ型半導体層１４上に透光性正極である透光性導電酸化膜１５が積層されてなり、ｐ型半導体層１４をなすＧａ元素の、透光性導電酸化膜１５中における濃度が、透光性導電酸化膜１５とｐ型半導体層１４との界面から２ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下、より好ましくは１ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下とされ、概略構成されている。
以下、本実施形態の半導体発光素子１について詳述する。
（基板）
基板１１としては、サファイア単結晶（Ａｌ２Ｏ３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＯ単結晶等の酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶及びＺｒＢ２等のホウ化物単結晶、等の基板材料が周知である。本発明においても、これら周知の基板材料を含めて、如何なる基板材料を何ら制限なく用いることができる。これらの中でも、サファイア単結晶及びＳｉＣ単結晶が特に好ましい。
なお、基板の面方位は特に限定されない。また、ジャスト基板でも良いしオフ角を付与した基板であっても良い。
基板１１としては、サファイア単結晶（Ａｌ２Ｏ３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＯ単結晶等の酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶及びＺｒＢ２等のホウ化物単結晶、等の基板材料が周知である。本発明においても、これら周知の基板材料を含めて、如何なる基板材料を何ら制限なく用いることができる。これらの中でも、サファイア単結晶及びＳｉＣ単結晶が特に好ましい。
なお、基板の面方位は特に限定されない。また、ジャスト基板でも良いしオフ角を付与した基板であっても良い。
（窒化物系化合物半導体）
基板１１上には、ｎ型半導体層（ｎ型ＧａＮ層）１２、発光層１３、及びｐ型半導体層（ｐ型ＧａＮ層）１４がこの順で積層され、各種構造のものが周知であり、これら周知のものを何ら制限なく用いることができる。特に、ｐ型半導体層はキャリア濃度が一般的な濃度のものを用いれば良く、比較的キャリア濃度の低い、例えば１×１０１７ｃｍ−３程度のｐ型半導体層に対しても、本発明の透光性導電酸化膜を積層して用いることができる。
基板１１上には、ｎ型半導体層（ｎ型ＧａＮ層）１２、発光層１３、及びｐ型半導体層（ｐ型ＧａＮ層）１４がこの順で積層され、各種構造のものが周知であり、これら周知のものを何ら制限なく用いることができる。特に、ｐ型半導体層はキャリア濃度が一般的な濃度のものを用いれば良く、比較的キャリア濃度の低い、例えば１×１０１７ｃｍ−３程度のｐ型半導体層に対しても、本発明の透光性導電酸化膜を積層して用いることができる。
窒化物系化合物半導体としては、例えば一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされる窒化物系化合物半導体が多数知られており、本発明においても、それら周知の窒化物系化合物半導体を含めて一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされる窒化ガリウム系化合物半導体を何ら制限なく用いることができる。
窒化物系化合物半導体の成長方法は特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）等、窒化物半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法である。
ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などが用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）や、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。
ＭＢＥ法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）を用いる。
ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などが用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）や、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。
ＭＢＥ法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）を用いる。
このような窒化ガリウム系化合物半導体の一例として、図３に示すような積層体構造を有した窒化ガリウム系化合物半導体２０のように、サファイアからなる基板２１上に、ＡｌＮからなる図示略のバッファ層を積層して、順次、ＧａＮ下地層２２、ｎ型ＧａＮコンタクト層２３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２４、ＩｎＧａＮからなる発光層２５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７を積層したものを用いることができる。
また、図３に示すような、窒化ガリウム系化合物半導体からなるｐ型ＧａＮコンタクト層２７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、発光層２５、およびｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２４の一部をエッチングによって除去することにより、ｎ型ＧａＮコンタクト層２３を露出させ、該ｎ型ＧａＮコンタクト層２３上に、例えば、Ｔｉ／Ａｕからなる従来公知の負極を設け、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７上に正極（透光性導電酸化膜）を設けることにより、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を構成することができる。
（透光性導電酸化膜）
透光性導電酸化膜１５は、少なくともｐ型半導体層（ｐ型ＧａＮ層）１４上に接して積層される。透光性導電酸化膜１５上の一部には、回路基板またはリードフレーム等との電気接続のための正極ボンディングパッド１６が設けられる。
透光性導電酸化膜１５は、少なくともｐ型半導体層（ｐ型ＧａＮ層）１４上に接して積層される。透光性導電酸化膜１５上の一部には、回路基板またはリードフレーム等との電気接続のための正極ボンディングパッド１６が設けられる。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、上述したように、ｐ型半導体層をなす元素の透光性導電酸化膜中における濃度が、透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面から２ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下であることが好ましく、１０ａｔ％以下であることがより好ましい。例えば、図１に示すような半導体発光素子１において、ｐ型半導体層１４をなすＧａ元素の透光性導電酸化膜１５中における濃度が、該透光性導電酸化膜１５とｐ型半導体層１４との界面から２ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下であることが好ましく、より好ましくは１ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下である。
ｐ型半導体層をなす元素の透光性導電酸化膜中における濃度を上述の範囲とすることにより、透光性導電酸化膜の比抵抗が低減され、ひいては、ｐ型半導体層と透光性導電酸化膜との間の接触抵抗を低減することができる。これにより、駆動電圧（Ｖｆ）の低い半導体発光素子を得ることができる。
ｐ型半導体層をなす元素の透光性導電酸化膜中における濃度を上述の範囲とすることにより、透光性導電酸化膜の比抵抗が低減され、ひいては、ｐ型半導体層と透光性導電酸化膜との間の接触抵抗を低減することができる。これにより、駆動電圧（Ｖｆ）の低い半導体発光素子を得ることができる。
透光性導電酸化膜として使用する材料には、周知のものを何ら制限なく用いることができる。例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺＯ（ＺｎＯ−Ｉｎ２Ｏ３）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３）、ＴｉＴａＯ２、ＴｉＮｂＯ２等の透光性と低比抵抗に優れた材料を使用することが好ましい。特に、駆動電圧（Ｖｆ）を低減したい場合、ＩＴＯは低比抵抗を得ることができることから、少なくともＩＴＯを含有した材料を使用すれば良い。
また、ＡＺＯやＧＺＯを使用した場合、これらの比抵抗はＩＴＯの比抵抗よりも高いため、駆動電圧（Ｖｆ）はＩＴＯを用いた際の駆動電圧（Ｖｆ）よりも高くなるが、ＧａＮ上に成膜した場合、ＡＺＯやＧＺＯ中に存在するＺｎＯは粒界をもつもののエピタキシャル成長するため、ＩＴＯに比べて結晶性が良い。従って、ＩＴＯよりも剥離等が少なく、強度特性に優れた透光性導電酸化膜を形成することが可能である。
また、透光性導電酸化膜としてＴｉＴａＯ２、ＴｉＮｂＯ２を使用した場合、ＴｉＯ２の屈折率２．６はＧａＮの屈折率とほぼ等しいため、ＧａＮ上での光取り出し効率に優れた透光性導電酸化膜として使用することが可能である。
また、ＡＺＯやＧＺＯを使用した場合、これらの比抵抗はＩＴＯの比抵抗よりも高いため、駆動電圧（Ｖｆ）はＩＴＯを用いた際の駆動電圧（Ｖｆ）よりも高くなるが、ＧａＮ上に成膜した場合、ＡＺＯやＧＺＯ中に存在するＺｎＯは粒界をもつもののエピタキシャル成長するため、ＩＴＯに比べて結晶性が良い。従って、ＩＴＯよりも剥離等が少なく、強度特性に優れた透光性導電酸化膜を形成することが可能である。
また、透光性導電酸化膜としてＴｉＴａＯ２、ＴｉＮｂＯ２を使用した場合、ＴｉＯ２の屈折率２．６はＧａＮの屈折率とほぼ等しいため、ＧａＮ上での光取り出し効率に優れた透光性導電酸化膜として使用することが可能である。
透光性導電酸化膜は、その比抵抗が最も低くなるドーパント濃度付近の組成を有するものを使用することが好ましい。例えば、ＩＴＯを透光性導電酸化膜として使用する場合、ＩＴＯ中のＳｎ濃度は５〜２０質量％の範囲であることが好ましい。さらに低い比抵抗を得るためには、Ｓｎ濃度が７．５〜１２．５質量％の範囲のＩＴＯを使用すれば良い。
また、透光性導電酸化膜の厚さは、低比抵抗、高透過率を得ることができる３５ｎｍ〜１００００ｎｍ（１０μｍ）の範囲であることが好ましい。さらに、生産コストの観点から、透光性導電酸化膜の厚さは１０００ｎｍ（１μｍ）以下であることがより好ましい。
（正極ボンディングパッド及び負極）
正極ボンディングパッド１６は、透光性導電酸化膜層１５上に形成され、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕ等の材料を用いた各種構造が周知であり、これら周知の材料、構造のものを何ら制限無く用いることができる。
正極ボンディングパッド１６の厚さは、１００〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。また、ボンディングパッドの特性上、厚さが大きい方が、ボンダビリティーが高くなるため、正極ボンディングパッド１６の厚さは３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
正極ボンディングパッド１６は、透光性導電酸化膜層１５上に形成され、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕ等の材料を用いた各種構造が周知であり、これら周知の材料、構造のものを何ら制限無く用いることができる。
正極ボンディングパッド１６の厚さは、１００〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。また、ボンディングパッドの特性上、厚さが大きい方が、ボンダビリティーが高くなるため、正極ボンディングパッド１６の厚さは３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
負極１７は、基板１１上に、ｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４が順次積層された窒化ガリウム系化合物半導体のｎ型半導体層１２に接するように形成される。
このため、負極１７を形成する際は、発光層１３およびｐ型半導体層１４の一部を除去してｎ型半導体層１２を露出させる。そして、本発明では、残存したｐ型半導体層１４上に透光性導電酸化膜１５を形成し、露出させたｎ型半導体層１２上に負極１７を形成する。
負極１７の材料としては、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができる。
このため、負極１７を形成する際は、発光層１３およびｐ型半導体層１４の一部を除去してｎ型半導体層１２を露出させる。そして、本発明では、残存したｐ型半導体層１４上に透光性導電酸化膜１５を形成し、露出させたｎ型半導体層１２上に負極１７を形成する。
負極１７の材料としては、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができる。
［窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法］
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、上述したように、図１に示すような窒化ガリウム系化合物半導体素子１のｐ型半導体層１４上に、ドーパントを含む透光性導電酸化膜１５を積層する製造方法であって、透光性導電酸化膜１５を積層した後、該透光性導電酸化膜１５にレーザーを用いてアニール処理を行うレーザーアニール工程が備えられた方法として概略構成されている。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、上述したように、図１に示すような窒化ガリウム系化合物半導体素子１のｐ型半導体層１４上に、ドーパントを含む透光性導電酸化膜１５を積層する製造方法であって、透光性導電酸化膜１５を積層した後、該透光性導電酸化膜１５にレーザーを用いてアニール処理を行うレーザーアニール工程が備えられた方法として概略構成されている。
透光性導電酸化膜１５の成膜方法としては、薄膜の成膜に使用される周知の方法を何ら制限なく用いることができ、例えば、スパッタ法や真空蒸着法等の方法を用いて成膜することができる。しかしながら、透光性導電酸化膜としてＩＴＯを用い、真空蒸着法にて成膜した場合、ＩＴＯの透過率が低く、また６００℃程度の熱アニール処理を必要とするため、透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面で元素の拡散が起こり、レーザーアニール処理による比抵抗の低減が不十分となる。従って、透光性導電酸化膜の成膜には、成膜直後の透過率がより高くなるようなスパッタ法等の成膜方法を選択することが好ましい。
（レーザーアニール工程）
本発明の製造方法では、透光性導電酸化膜層１５をｐ型半導体層１４上に積層した後、レーザーアニール工程において、レーザーを用いたレーザーアニール処理を行うことにより、透光性導電酸化膜１５の比抵抗を下げることができる。
透光性導電酸化膜に対してレーザーアニール処理を行うことにより、熱アニール処理を行った場合に見られるような透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面におけるＧａ元素の拡散作用を抑制し、熱アニール処理を施した場合よりも比抵抗が低い透光性導電酸化膜が得られる。このため、ｐ型半導体層と透光性導電酸化膜との間の接触抵抗が低減された半導体発光素子を得ることができる。
本発明の製造方法では、透光性導電酸化膜層１５をｐ型半導体層１４上に積層した後、レーザーアニール工程において、レーザーを用いたレーザーアニール処理を行うことにより、透光性導電酸化膜１５の比抵抗を下げることができる。
透光性導電酸化膜に対してレーザーアニール処理を行うことにより、熱アニール処理を行った場合に見られるような透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面におけるＧａ元素の拡散作用を抑制し、熱アニール処理を施した場合よりも比抵抗が低い透光性導電酸化膜が得られる。このため、ｐ型半導体層と透光性導電酸化膜との間の接触抵抗が低減された半導体発光素子を得ることができる。
本発明の製造方法で行なうレーザーアニール処理では、レーザーとしてエキシマレーザーを用いることが好ましい。エキシマレーザーとしては、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーか、又は、波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用いることができる。これらの波長を有するエキシマレーザーを用いてレーザーアニール処理を行うことにより、透光性導電酸化膜の比抵抗を効果的に低減することができ、ひいてはｐ型半導体層と透光性導電酸化膜との間の接触抵抗を効果的に低減することができる。
ＩＴＯなどの透光性導電酸化膜は、可視光領域では透明であるが、波長が３００ｎｍ以下の光はほとんど吸収されてしまう。従って、波長が３００ｎｍ以下のＫｒＦエキシマレーザーやＡｒＦエキシマレーザーを用いることにより、レーザーアニールに用いる範囲のエネルギー密度であれば レーザー光が透光性導電酸化膜でほとんど吸収されてしまうので、レーザーによるダメージをｐ型半導体層に与えることがほとんど無く、Ｇａの拡散も抑えることができる。
ＩＴＯなどの透光性導電酸化膜は、可視光領域では透明であるが、波長が３００ｎｍ以下の光はほとんど吸収されてしまう。従って、波長が３００ｎｍ以下のＫｒＦエキシマレーザーやＡｒＦエキシマレーザーを用いることにより、レーザーアニールに用いる範囲のエネルギー密度であれば レーザー光が透光性導電酸化膜でほとんど吸収されてしまうので、レーザーによるダメージをｐ型半導体層に与えることがほとんど無く、Ｇａの拡散も抑えることができる。
レーザーアニール処理に用いるエキシマレーザーのエネルギー密度は、透光性導電酸化膜の比抵抗を低減するためには、５０ｍＪｃｍ−２〜１０００ｍＪｃｍ−２の範囲であることが好ましい。これは、１０００ｍＪｃｍ−２以上のエネルギー密度を有するエキシマレーザーを使用すると、透光性導電酸化膜の結晶性が崩れ、導電性が悪くなるためである。さらに、透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面におけるＧａ元素の拡散を抑えるには、５０ｍＪｃｍ−２〜３００ｍＪｃｍ−２の範囲とすることがより好ましい。
本発明のレーザーアニール工程では、エキシマレーザーの透光性導電酸化膜への照射を、パルス照射で行うことができる。
高エネルギーのエキシマレーザーを透光性導電酸化膜に連続照射した場合、ｐ型半導体層に吸収されるレーザーのエネルギーが大きくなり過ぎ、Ｇａが透光性導電酸化膜中に拡散されるため、駆動電圧（Ｖｆ）が上昇してしまう。このため、エキシマレーザーのエネルギーを駆動電圧（Ｖｆ）の上昇が実質的に生じない程度のエネルギーまで低くし、レーザー照射をパルス照射としたうえでパルス回数を増やして照射することが有効である。また、レーザー照射のパルス回数を増やすことにより、１パルス毎のレーザーエネルギーのばらつきを平均化させることができ、エネルギーのばらつきの少ないレーザー照射が可能となる。
高エネルギーのエキシマレーザーを透光性導電酸化膜に連続照射した場合、ｐ型半導体層に吸収されるレーザーのエネルギーが大きくなり過ぎ、Ｇａが透光性導電酸化膜中に拡散されるため、駆動電圧（Ｖｆ）が上昇してしまう。このため、エキシマレーザーのエネルギーを駆動電圧（Ｖｆ）の上昇が実質的に生じない程度のエネルギーまで低くし、レーザー照射をパルス照射としたうえでパルス回数を増やして照射することが有効である。また、レーザー照射のパルス回数を増やすことにより、１パルス毎のレーザーエネルギーのばらつきを平均化させることができ、エネルギーのばらつきの少ないレーザー照射が可能となる。
レーザーアニール工程において、エキシマレーザーを透光性導電酸化膜に対してパルス照射する場合、回数を２〜２０００回の範囲とすることが好ましい。また、この際のパルス幅は５〜１００ｎｓの範囲とすることが好ましい。
エキシマレーザーをパルス照射する際のパルス幅及び回数がこの範囲であれば、透光性導電酸化膜の比抵抗が効果的に低減され、ｐ型半導体層と透光性導電酸化膜との間の接触抵抗が低減されるとともに、半導体発光素子の光取り出し効率が向上する。また、生産性を考慮した場合、エキシマレーザーをパルス照射する回数を２〜２００回の範囲とすることがより好ましい。
エキシマレーザーをパルス照射する際のパルス幅及び回数がこの範囲であれば、透光性導電酸化膜の比抵抗が効果的に低減され、ｐ型半導体層と透光性導電酸化膜との間の接触抵抗が低減されるとともに、半導体発光素子の光取り出し効率が向上する。また、生産性を考慮した場合、エキシマレーザーをパルス照射する回数を２〜２００回の範囲とすることがより好ましい。
エキシマレーザーのビームサイズは特に制限されず、このビームサイズによって透光性導電酸化膜の比抵抗に影響が及ぶことは無いが、ビームサイズが大きすぎるとレーザーのエネルギー分布が悪くなる虞がある。このため、例えばエネルギー密度が５０ｍＪｃｍ−２〜３００ｍＪｃｍ−２の範囲のエキシマレーザーを使用する場合には、□１ｍｍ×１ｍｍ〜□３ｍｍ×３ｍｍの範囲のビームサイズのものを用いることが好ましい。
また、本発明の製造方法では、前記レーザーアニール工程を、エキシマレーザーを用いて透光性導電酸化膜１５の表面に凹凸形状を形成する工程を含む構成とすることができる。
透光性導電酸化膜１５の表面に凹凸形状、好ましくは無秩序な凹凸形状を形成することにより、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１の光取り出し効率が向上し、発光出力を向上させることが可能となる。特に、ドライエッチング装置などを使用して透光性導電酸化膜表面に凹凸形状を形成した場合に比べ、プラズマによるダメージを与えることなく、透光性導電酸化膜表面に凹凸形状を形成することができる。また、フォトリソグラフィー等によるパターニング処理では形成が困難な１μｍ以下のサイズの凹凸形状も、本発明のレーザーアニール工程において形成することが可能である。
従って、本発明のレーザーアニール工程は、透光性導電酸化膜の比抵抗の低減、及び該透光性導電酸化膜表面への凹凸形状の形成の、二つのプロセスを同時に行うことができる。
透光性導電酸化膜１５の表面に凹凸形状、好ましくは無秩序な凹凸形状を形成することにより、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１の光取り出し効率が向上し、発光出力を向上させることが可能となる。特に、ドライエッチング装置などを使用して透光性導電酸化膜表面に凹凸形状を形成した場合に比べ、プラズマによるダメージを与えることなく、透光性導電酸化膜表面に凹凸形状を形成することができる。また、フォトリソグラフィー等によるパターニング処理では形成が困難な１μｍ以下のサイズの凹凸形状も、本発明のレーザーアニール工程において形成することが可能である。
従って、本発明のレーザーアニール工程は、透光性導電酸化膜の比抵抗の低減、及び該透光性導電酸化膜表面への凹凸形状の形成の、二つのプロセスを同時に行うことができる。
なお、エキシマレーザーのエネルギー密度が高くなるほど、透光性導電酸化膜表面の凹凸形状の大きさが大きくなる傾向があるため、光取り出し効率を向上させるためには、透光性導電酸化膜の導電性が悪化しないエネルギー密度の範囲内で、より高いエネルギー密度のエキシマレーザーを照射することが好ましい。特に、凸部と凹部との高低差が３５ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲となるように凹凸形状を形成すれば、光取り出し効率の向上に有効であり、凸部と凹部との高低差が１００ｎｍ〜５００ｎｍであれば、さらに好ましい。
また、ｐ型半導体層１４にレーザーを直接照射した場合、エキシマレーザーのエネルギーが大きいとｐ型半導体層１４を構成するＧａＮの結晶性が悪くなることや、ｐ型半導体層１４中の金属元素がｐ型半導体層１４表面に析出してしまうことがある。このため、エキシマレーザーは透光性導電酸化膜１５の表面のみに照射することが好ましい。
本発明の製造方法では、上述のようなレーザーアニール工程を備え、透光性導電酸化膜に対してレーザーアニール処理を行うことにより、例えば、ｐ型半導体層をなすＧａ元素の透光性導電酸化膜中における濃度が、透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面から２ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下、より好ましくは１ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下とされた半導体発光素子を得ることができる。Ｇａ元素の透光性導電酸化膜中における濃度を上述の範囲とすることにより、透光性導電酸化膜の比抵抗が低減され、ひいては、ｐ型半導体層と透光性導電酸化膜との間の接触抵抗を低減することができる。これにより、半導体発光素子の駆動電圧（Ｖｆ）を低減することが可能となる。
（熱アニール工程）
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、前記レーザーアニール工程の前工程或いは後工程の少なくとも一方に、透光性導電酸化膜１５に対して２００〜３００℃の範囲の温度で熱アニール処理を行う熱アニール工程を備えた構成とすることができる。なお、本発明の熱アニール工程は、上記レーザーアニール以外の手段によって熱アニール処理を行う工程である。
前記レーザーアニール処理を行うことにより、透光性導電酸化膜の透過率を向上させることはできるものの、熱アニール処理を施した透光性導電酸化膜と比べると、透過率は低くなる。このため、レーザーアニール処理と熱アニール処理の両方を行うことで、比抵抗が低く、且つ透過率が高い透光性導電酸化膜を得ることができる。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、前記レーザーアニール工程の前工程或いは後工程の少なくとも一方に、透光性導電酸化膜１５に対して２００〜３００℃の範囲の温度で熱アニール処理を行う熱アニール工程を備えた構成とすることができる。なお、本発明の熱アニール工程は、上記レーザーアニール以外の手段によって熱アニール処理を行う工程である。
前記レーザーアニール処理を行うことにより、透光性導電酸化膜の透過率を向上させることはできるものの、熱アニール処理を施した透光性導電酸化膜と比べると、透過率は低くなる。このため、レーザーアニール処理と熱アニール処理の両方を行うことで、比抵抗が低く、且つ透過率が高い透光性導電酸化膜を得ることができる。
熱アニール処理を行う場合、透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面においてＧａの拡散が生じにくい、３００℃以下の温度で行うことが好ましく、２００〜３００℃の範囲の温度で行なうことがより好ましい。
熱アニール工程における処理雰囲気は、透光性導電酸化膜の透過率をより高めるためには酸素（Ｏ２）を含んだ雰囲気とすることが好ましいが、窒素（Ｎ２）雰囲気や、水素（Ｈ２）と窒素の混合雰囲気中でアニール処理を行っても良く、適宜決定することができる。
なお、熱アニール工程は、レーザーアニール処理の前工程及び後工程の何れに設けても良く、適宜決定することができる。
熱アニール工程における処理雰囲気は、透光性導電酸化膜の透過率をより高めるためには酸素（Ｏ２）を含んだ雰囲気とすることが好ましいが、窒素（Ｎ２）雰囲気や、水素（Ｈ２）と窒素の混合雰囲気中でアニール処理を行っても良く、適宜決定することができる。
なお、熱アニール工程は、レーザーアニール処理の前工程及び後工程の何れに設けても良く、適宜決定することができる。
［ランプの構成］
以上、説明したような本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いて、例えば、当業者周知の手段により、透明カバーを設けてランプを構成することができる。また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子と、蛍光体を有するカバーとを組み合わせることにより、白色のランプを構成することもできる。
以上、説明したような本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いて、例えば、当業者周知の手段により、透明カバーを設けてランプを構成することができる。また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子と、蛍光体を有するカバーとを組み合わせることにより、白色のランプを構成することもできる。
また、例えば、図４に示すように、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、従来公知の方法を用いてなんら制限無くＬＥＤランプとして構成することができる。ランプとしては、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等、何れの用途にも用いることができる。
例えば、フェイスアップ型の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を砲弾型に実装する場合、図示例のように、２本のフレーム３１、３２の一方に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１を樹脂などで接着し、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドを金等の材質からなるワイヤー３３、３４用いて、それぞれフレーム３１、３２に接合する。その後、透明樹脂で素子周辺をモールドすることにより（図４のモールド３５参照）、砲弾型のランプ３０を作製することができる。
例えば、フェイスアップ型の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を砲弾型に実装する場合、図示例のように、２本のフレーム３１、３２の一方に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１を樹脂などで接着し、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドを金等の材質からなるワイヤー３３、３４用いて、それぞれフレーム３１、３２に接合する。その後、透明樹脂で素子周辺をモールドすることにより（図４のモールド３５参照）、砲弾型のランプ３０を作製することができる。
本発明の発光素子は、駆動電圧（Ｖｆ）が低く、また光取り出し効率に優れていることから、発光特性に優れたランプを実現することが可能となる。
以上説明したように、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法によれば、窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に透光性導電酸化膜を積層して成膜後、該透光性導電酸化膜にレーザーアニール処理を行う方法としている。これにより、熱アニール処理のみを行った場合に比べ、ｐ型半導体層と透光性導電酸化膜との界面の元素の拡散を抑えることができるため、透光性導電酸化膜の比抵抗を減少させることができ、透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との接触抵抗を低減することができる。
また、透光性導電酸化膜の表面に、エキシマレーザーによって凹凸形状を形成することにより、光取り出し効率が向上する。
また、ｐ型半導体層に含有される元素の拡散が起こりにくい２００℃〜３００℃の温度域での熱アニール処理を、前記レーザーアニール処理の前工程或いは後工程の何れかで行うことで、透光性導電酸化膜の透過率を高くすることができる。これにより、レーザーアニール処理のみを行った窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に比べ、さらに発光出力に優れた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が得られる。
従って、駆動電圧（Ｖｆ）が低く、発光出力の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を得ることができる。
また、透光性導電酸化膜の表面に、エキシマレーザーによって凹凸形状を形成することにより、光取り出し効率が向上する。
また、ｐ型半導体層に含有される元素の拡散が起こりにくい２００℃〜３００℃の温度域での熱アニール処理を、前記レーザーアニール処理の前工程或いは後工程の何れかで行うことで、透光性導電酸化膜の透過率を高くすることができる。これにより、レーザーアニール処理のみを行った窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に比べ、さらに発光出力に優れた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が得られる。
従って、駆動電圧（Ｖｆ）が低く、発光出力の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を得ることができる。
次に、本発明の発光素子及びそれを用いたランプを実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
［実験例１］
図３に、本実験例の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に用いるために作製したエピタキシャル構造体の断面模式図を示す。また、図１及び図２に、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図及び平面模式図を示し、以下、適宜参照しながら説明する。
図３に、本実験例の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に用いるために作製したエピタキシャル構造体の断面模式図を示す。また、図１及び図２に、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図及び平面模式図を示し、以下、適宜参照しながら説明する。
（窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製）
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子２０の積層構造体は、サファイアのｃ面（（０００１）結晶面）からなる基板２１上に、ＡｌＮからなるバッファ層（図示せず）を介して、順次、アンドープＧａＮ下地層（層厚＝２μｍ）２２、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層（層厚＝２μｍ、キャリア濃度＝１×１０１９ｃｍ−３）２３、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層（層厚＝１２．５ｎｍ、キャリア濃度＝１×１０１８ｃｍ−３）２４、６層のＳｉドープＧａＮ障壁層（層厚＝１４．０ｎｍ、キャリア濃度＝１×１０１８ｃｍ−３）と５層のアンドープＩｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎの井戸層（層厚＝２．５ｎｍ）とからなる多重量子構造の発光層２５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層（層厚１０ｎｍ）２６、及びＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層（層厚＝１００ｎｍ）２７を積層して構成した。上記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子２０の積層構造体の各構成層２２〜２７は、一般的な減圧ＭＯＣＶＤ手段で成長させた。
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子２０の積層構造体は、サファイアのｃ面（（０００１）結晶面）からなる基板２１上に、ＡｌＮからなるバッファ層（図示せず）を介して、順次、アンドープＧａＮ下地層（層厚＝２μｍ）２２、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層（層厚＝２μｍ、キャリア濃度＝１×１０１９ｃｍ−３）２３、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層（層厚＝１２．５ｎｍ、キャリア濃度＝１×１０１８ｃｍ−３）２４、６層のＳｉドープＧａＮ障壁層（層厚＝１４．０ｎｍ、キャリア濃度＝１×１０１８ｃｍ−３）と５層のアンドープＩｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎの井戸層（層厚＝２．５ｎｍ）とからなる多重量子構造の発光層２５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層（層厚１０ｎｍ）２６、及びＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層（層厚＝１００ｎｍ）２７を積層して構成した。上記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子２０の積層構造体の各構成層２２〜２７は、一般的な減圧ＭＯＣＶＤ手段で成長させた。
上記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子２０のエピタキシャル構造体を用いて、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子（図１を参照）を作製した。まず、ＨＦ及びＨＣｌを用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７表面を洗浄した後、該ｐ型ＧａＮコンタクト層２７上に、ＩＴＯからなる透光性導電酸化膜層をスパッタリング法にて形成した。ＩＴＯはＤＣマグネトロンスパッタによりおよそ２５０ｎｍの膜厚で成膜した。スパッタには、ＳｎＯ２濃度が１０質量％のＩＴＯターゲットを使用し、ＩＴＯ成膜時の圧力は約０．３Ｐａとした。
ＩＴＯからなる透光性導電酸化膜を成膜した後、エネルギー密度が１５０ｍＪｃｍ−２のＫｒＦエキシマレーザーを１パルス（パルス幅＝２０ｎｓ）照射し、レーザーアニール処理を行った。その後、周知のフォトリソグラフィーとウェットエッチングにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７上の正極を形成する領域にのみＩＴＯが成膜された状態とした。このようにして、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７上に、本発明の透光性導電酸化膜（図１及び図２の符号１５を参照）を形成した。
上述の方法で形成した透光性導電酸化膜からなる正極は、高い透光性を示し、４６０ｎｍの波長領域で９０％以上の透過率を有していた。なお、光透過率は、上記と同じ厚さの透光性導電酸化膜をガラス板上に積層した透過率測定用のサンプルを用い、分光光度計によって測定した。また、光透過率の値はガラス板のみで測定した光透過ブランク値を考慮のうえ算出した。
次に、ｎ型電極（負極）を形成する領域に一般的なドライエッチングを施し、その領域に限り、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層の表面を露出（図１を参照）させた。そして、真空蒸着法により、透光性導電酸化膜（正極）上の一部、及びＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層２３上に、Ｃｒからなる第１の層（層厚＝４０ｎｍ）、Ｔｉからなる第２の層（層厚＝１００ｎｍ）、Ａｕからなる第３の層（層厚＝４００ｎｍ）を順に積層し、それぞれ正極ボンディングパッド（図１の符号１６参照）及び負極（図１の符号１７参照）を形成した。
正極ボンディングパッド及び負極を形成した後、サファイアからなる基板の裏面をダイヤモンド微粒などの砥粒を使用して研磨し、最終的に鏡面に仕上げた。その後、積層構造体を裁断し、３５０μｍ角の正方形の個別のチップへと分離し、リードフレーム状に載置した後、金（Ａｕ）線でリードフレームと結線した。
（駆動電圧（Ｖｆ）および発光出力（Ｐｏ）の測定）
これらのチップを、プローブ針による通電により、電流印加値２０ｍＡにおける順方向電圧（駆動電圧：Ｖｆ）を測定したところ、３．３Ｖであった。また、一般的な積分球で測定された発光出力（Ｐｏ）は１０ｍＷであり、発光面の発光分布は、透光性導電酸化膜の全面で発光していることが確認できた。
これらのチップを、プローブ針による通電により、電流印加値２０ｍＡにおける順方向電圧（駆動電圧：Ｖｆ）を測定したところ、３．３Ｖであった。また、一般的な積分球で測定された発光出力（Ｐｏ）は１０ｍＷであり、発光面の発光分布は、透光性導電酸化膜の全面で発光していることが確認できた。
（ＩＴＯ中のＧａ濃度の算出）
断面ＴＥＭのＥＤＸ分析により、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７と透光性導電酸化膜層（正極）との界面から透光性導電酸化膜側へ１ｎｍ及び２ｎｍの位置でのＧａの濃度を見積もった。この透光性導電酸化膜内のＧａ濃度は、透光性導電酸化膜内の界面付近に存在すると考えられる金属元素（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）との比率（ａｔ％）で定義した。透光性導電酸化膜内のＧａ濃度は、界面から１ｎｍおよび２ｎｍの位置でそれぞれ１０ａｔ％、６ａｔ％であり、後述の６００℃の熱アニール処理を行った半導体発光素子（実験例６）に比べてＧａの拡散が少ないことが確認できた。
断面ＴＥＭのＥＤＸ分析により、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７と透光性導電酸化膜層（正極）との界面から透光性導電酸化膜側へ１ｎｍ及び２ｎｍの位置でのＧａの濃度を見積もった。この透光性導電酸化膜内のＧａ濃度は、透光性導電酸化膜内の界面付近に存在すると考えられる金属元素（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）との比率（ａｔ％）で定義した。透光性導電酸化膜内のＧａ濃度は、界面から１ｎｍおよび２ｎｍの位置でそれぞれ１０ａｔ％、６ａｔ％であり、後述の６００℃の熱アニール処理を行った半導体発光素子（実験例６）に比べてＧａの拡散が少ないことが確認できた。
［実験例２］
エキシマレーザーのエネルギー密度を３００ｍＪｃｍ−２としてレーザーアニール処理を行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
エキシマレーザーのエネルギー密度を３００ｍＪｃｍ−２としてレーザーアニール処理を行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例３−４］
エキシマレーザーのパルス照射回数を下記表１に示す条件でレーザーアニールを行なった点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
エキシマレーザーのパルス照射回数を下記表１に示す条件でレーザーアニールを行なった点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例５］
エキシマレーザーによるレーザーアニール処理を行わなかった点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
エキシマレーザーによるレーザーアニール処理を行わなかった点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例６−７］
レーザーアニール処理を行わずに、表１に示した温度での熱アニール処理を行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
レーザーアニール処理を行わずに、表１に示した温度での熱アニール処理を行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例８−１２］
レーザーアニール工程の前工程或いは後工程の何れか一方に、下記表１に示した条件の熱アニール工程を設けて熱アニール処理を行なった点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
レーザーアニール工程の前工程或いは後工程の何れか一方に、下記表１に示した条件の熱アニール工程を設けて熱アニール処理を行なった点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例１３］
エキシマレーザー密度のエネルギー密度及びパルス照射回数をそれぞれ１５０ｍＪｃｍ−２、２０回（２０Ｈｚ）とし、Ｏ２雰囲気中で２５０℃の熱アニール処理を行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
エキシマレーザー密度のエネルギー密度及びパルス照射回数をそれぞれ１５０ｍＪｃｍ−２、２０回（２０Ｈｚ）とし、Ｏ２雰囲気中で２５０℃の熱アニール処理を行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例１４］
透光性導電酸化膜を、ＩＴＯを用いて真空蒸着法にて成膜した点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
透光性導電酸化膜を、ＩＴＯを用いて真空蒸着法にて成膜した点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例１５］
透光性導電酸化膜を、ＩＴＯを用いて真空蒸着法にて成膜し、また、レーザーアニール処理を行わなかった点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
透光性導電酸化膜を、ＩＴＯを用いて真空蒸着法にて成膜し、また、レーザーアニール処理を行わなかった点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例１６］
透光性導電酸化膜を、ＩＴＯを用いて真空蒸着法にて成膜し、レーザーアニール処理を行わずに熱アニール処理を６００℃の温度で行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
透光性導電酸化膜を、ＩＴＯを用いて真空蒸着法にて成膜し、レーザーアニール処理を行わずに熱アニール処理を６００℃の温度で行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例１７］
透光性導電酸化膜を、ＩＴＯを用いて真空蒸着法にて成膜し、レーザーアニール処理を行った後、熱アニール処理を６００℃の温度で行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
透光性導電酸化膜を、ＩＴＯを用いて真空蒸着法にて成膜し、レーザーアニール処理を行った後、熱アニール処理を６００℃の温度で行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例１８］
透光性導電酸化膜を、ＡＺＯを用いて成膜した点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
透光性導電酸化膜を、ＡＺＯを用いて成膜した点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例１９］
透光性導電酸化膜を、ＡＺＯを用いて成膜し、レーザーアニール処理を行わなかった点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
透光性導電酸化膜を、ＡＺＯを用いて成膜し、レーザーアニール処理を行わなかった点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例２０］
透光性導電酸化膜を、ＡＺＯを用いて成膜し、レーザーアニール処理を行わずに熱アニール処理２５０℃の温度で行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
透光性導電酸化膜を、ＡＺＯを用いて成膜し、レーザーアニール処理を行わずに熱アニール処理２５０℃の温度で行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例２１］
透光性導電酸化膜を、ＡＺＯを用いて成膜し、レーザーアニール処理を行った後、熱アニール処理を２５０℃の温度で行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
透光性導電酸化膜を、ＡＺＯを用いて成膜し、レーザーアニール処理を行った後、熱アニール処理を２５０℃の温度で行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例２２］
ＡｒＦエキシマレーザーを用いてレーザーアニール処理を行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
ＡｒＦエキシマレーザーを用いてレーザーアニール処理を行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例２３］
ｐ型ＧａＮ層表面にエキシマレーザーを照射した後、この上にスパッタ法にてＩＴＯを成膜して透光性導電酸化膜を形成し、該透光性導電酸化膜へのレーザーアニール処理及び熱アニール処理を行わなかった点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
ｐ型ＧａＮ層表面にエキシマレーザーを照射した後、この上にスパッタ法にてＩＴＯを成膜して透光性導電酸化膜を形成し、該透光性導電酸化膜へのレーザーアニール処理及び熱アニール処理を行わなかった点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
［実験例２４］
１００℃の温度で熱アニール処理を行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
１００℃の温度で熱アニール処理を行った点を除き、実験例１と同様の方法で窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
上記実験例１〜２４の透光性導電酸化膜の成膜条件、素子特性の一覧を表１に示す。また、表１には、ｐ型ＧａＮコンタクト層と透光性導電酸化膜層との界面から透光性導電酸化膜層側へ、それぞれ１ｎｍおよび２ｎｍ離れた位置におけるＧａ濃度も併せて示す。
［評価結果］
表１に示す素子特性の評価結果より、１５０ｍＪｃｍ−２のＫｒＦエキシマレーザーによるパルス照射を１回行い、レーザーアニール処理を施した実験例１の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、駆動電圧（Ｖｆ）が３．３Ｖ、発光出力（Ｐｏ）が１０ｍＷであった。また、ｐ型ＧａＮ層とＩＴＯ層との界面からＩＴＯ側へ２ｎｍ以内の位置におけるＧａ濃度は１０％以下であった。これは、実験例５の半導体発光素子のようにレーザーアニール処理を行わなかった場合と同様、実験例６の半導体発光素子のようにレーザーアニール処理を行わずに熱アニール処理を行った場合よりもＧａ濃度が低くなっており、Ｖｆが低い特性となっていることが分かる。
表１に示す素子特性の評価結果より、１５０ｍＪｃｍ−２のＫｒＦエキシマレーザーによるパルス照射を１回行い、レーザーアニール処理を施した実験例１の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、駆動電圧（Ｖｆ）が３．３Ｖ、発光出力（Ｐｏ）が１０ｍＷであった。また、ｐ型ＧａＮ層とＩＴＯ層との界面からＩＴＯ側へ２ｎｍ以内の位置におけるＧａ濃度は１０％以下であった。これは、実験例５の半導体発光素子のようにレーザーアニール処理を行わなかった場合と同様、実験例６の半導体発光素子のようにレーザーアニール処理を行わずに熱アニール処理を行った場合よりもＧａ濃度が低くなっており、Ｖｆが低い特性となっていることが分かる。
また、実験例２〜４の半導体発光素子のように、エキシマレーザーのエネルギー密度やパルス照射の回数を変えた場合には、素子特性に違いがみられる。３００ｍＪｃｍ−２のエネルギー密度のエキシマレーザーを照射した実験例２の場合、ＩＴＯ表面の粗さ（凹凸の高低差）が大きいために光取り出し効率が高く、Ｐｏが高い特性となっている。また、エキシマレーザーのパルス照射の回数を１０回、２０回としてレーザーを照射した実験例３及び４の場合、パルス照射の回数が１回の場合と比べ、Ｖｆが低い特性となっている。
また実験例７の半導体発光素子のように、レーザーアニール処理を行わずに３００℃以下（２５０℃）の温度で熱アニール処理を行った場合、ｐ型ＧａＮ層とＩＴＯ層との界面からＩＴＯ側へ２ｎｍ以内の位置におけるＧａ濃度は１４％以下となり、ＩＴＯ中へのＧａ濃度の拡散は抑制されるものの、ＩＴＯの比抵抗が充分に低減されないため、Ｖｆは３．５Ｖとなった。
また、レーザーアニール処理と熱アニール処理の両方を行った実験例８〜１２の半導体発光素子では、熱アニール処理によってＩＴＯの透過率が上昇するため、Ｐｏ＝１１ｍＷと、レーザーアニール処理のみを行った場合よりも発光出力が高い特性となった。この中で、熱アニール処理の温度を６００℃とした実験例８のみ、ＩＴＯ中のＧａ濃度が増大しており、レーザーアニール処理のみを行った実験例１等に比べてＶｆが高い特性となっている（Ｖｆ＝３．５Ｖ）。一方、実験例９〜１２のように２５０℃の温度で熱アニール処理を行った場合、熱アニール時の雰囲気によらずＩＴＯ中のＧａ濃度が低く、Ｖｆが低い特性となっている。
なお、実験例１０のみレーザーアニール処理の前工程で熱アニール処理を行っているが、レーザーアニール処理の後工程で熱アニール処理を行った実験例９と、Ｖｆ、Ｐｏは同等の特性となっている（Ｖｆ＝３．３Ｖ、Ｐｏ＝１１ｍＷ）。
なお、実験例１０のみレーザーアニール処理の前工程で熱アニール処理を行っているが、レーザーアニール処理の後工程で熱アニール処理を行った実験例９と、Ｖｆ、Ｐｏは同等の特性となっている（Ｖｆ＝３．３Ｖ、Ｐｏ＝１１ｍＷ）。
また、エキシマレーザーのパルス照射の回数を２０回とした実験例１３の半導体素子では、Ｖｆが３．２Ｖ、Ｐｏが１２ｍＷと良好な特性が得られた。レーザーアニール処理と３０００℃以下（２５０℃）の熱アニール処理を組み合わせることで、Ｖｆが低く、且つＰｏの高い素子が得られることがわかる。
また、ＩＴＯの成膜に真空蒸着法を用いた実験例１４〜１７の半導体発光素子は、ＩＴＯの透過率が極端に低いため、熱アニール処理を行わない実験例１４及び１５では、Ｐｏが４ｍＷと非常に低い特性となっている。ＩＴＯの透過率を上昇させるためには６００℃程度の熱アニール処理が必要であると考え、６００℃の熱アニール処理のみを行った実験例１６では、Ｖｆが３．５Ｖ、Ｐｏが１０ｍＷとなり、素子特性が向上している。さらに、レーザーアニール処理と熱アニール処理の両方を行った実験例１７では、Ｖｆが３．５Ｖ、Ｐｏが１１ｍＷとなっている。
真空蒸着法でＩＴＯを成膜して透光性導電酸化膜を形成した場合、透過率を上昇させるために６００℃の熱アニール処理が必要となるが、このようにして作製した実験例１６及び１７ではＩＴＯ中のＧａ濃度が高くなっており、スパッタ法でＩＴＯを成膜した場合よりもＶｆが高くなることがわかる。
真空蒸着法でＩＴＯを成膜して透光性導電酸化膜を形成した場合、透過率を上昇させるために６００℃の熱アニール処理が必要となるが、このようにして作製した実験例１６及び１７ではＩＴＯ中のＧａ濃度が高くなっており、スパッタ法でＩＴＯを成膜した場合よりもＶｆが高くなることがわかる。
透光性導電酸化膜としてＡＺＯを用いて成膜した実験例１８〜２１の半導体発光素子では、ＩＴＯを成膜した場合と同様、レーザーアニール処理を行った実験例１８及び２１の方が、レーザーアニール処理を行わなかった実験例１９及び２０よりもＶｆが低い特性となっている。しかしながら、ＡＺＯの比抵抗はＩＴＯの比抵抗よりも高いために、ＡＺＯを成膜した実験例１８〜２１のＶｆは、ＩＴＯを成膜した実験例１等に比べて高くなっている。
ＡｒＦエキシマレーザーを用いてレーザーアニール処理を行った実験例２２の半導体発光素子では、Ｖｆが３．３Ｖ、Ｐｏが１０ｍＷであり、ＫｒＦエキシマレーザーを用いた場合と同様に高い素子特性が得られた。
また、ＩＴＯをｐ型ＧａＮ層上に成膜する前にレーザーアニール処理を行った実験例２３の半導体発光素子では、Ｖｆが３．７Ｖと非常に高くなっている。このことから、ｐ型ＧａＮ表面へのレーザー照射はＶｆを上昇させてしまうことがわかる。また、実験例２３では、ＩＴＯに対してはレーザーアニール処理やアニール処理を行っていないため、Ｐｏが８ｍＷと低い素子特性となった。
また、温度を１００℃として熱アニール処理を行った実験例２４の半導体発光素子では、Ｖｆが３．３Ｖ、Ｐｏが１０ｍＷとなった。
以上の結果により、本発明の製造方法によって得られる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が、光取り出し効率に優れているとともに起動電圧（Ｖｆ）が低く、高い素子特性を有していることが明らかとなった。
１…窒化ガリウム系化合物半導体発光素子（半導体発光素子）、１１…基板、１２…ｎ型半導体層、１３…発光層、１４…ｐ型半導体層、１５…透光性導電酸化膜層、１６…正極ボンディングパッド、１７…負極、２１…基板、２２…アンドープＧａＮ下地層、２３…ｎ型ＧａＮコンタクト層、２４…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、２５…発光層、２６…ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２７…ｐ型ＧａＮコンタクト層、３０…ランプ
Claims (16)
- 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に、ドーパントを含む透光性導電酸化膜が積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、
前記ｐ型半導体層をなす元素の、前記透光性導電酸化膜中における濃度が、前記透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面から２ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に、ドーパントを含む透光性導電酸化膜が積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、
前記ｐ型半導体層をなす元素の、前記透光性導電酸化膜中における濃度が、前記透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面から１ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 前記透光性導電酸化膜が、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ、ＺｎＯ系導電体、ＴｉＯ２系導電体の群から選択される少なくとも１種以上の材料からなることを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記透光性導電酸化膜が、少なくともＩＴＯを含有してなることを特徴とする請求項３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記透光性導電酸化膜の厚さが３５ｎｍ〜１０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記透光性導電酸化膜の厚さが１００ｎｍ〜１μｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 請求項１〜６の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなるランプ。
- 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に、ドーパントを含む透光性導電酸化膜を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、
前記透光性導電酸化膜を積層した後、該透光性導電酸化膜にレーザーを用いてアニール処理を行うレーザーアニール工程が備えられていることにより、前記ｐ型半導体層をなす元素の、前記透光性導電酸化膜中における濃度を、前記透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面から２ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下とすることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上に、ドーパントを含む透光性導電酸化膜を積層する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、
前記透光性導電酸化膜を積層した後、該透光性導電酸化膜にレーザーを用いてアニール処理を行うレーザーアニール工程が備えられていることにより、前記ｐ型半導体層をなす元素の、前記透光性導電酸化膜中における濃度を、前記透光性導電酸化膜とｐ型半導体層との界面から１ｎｍ以内の範囲において２０ａｔ％以下とすることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 前記レーザーアニール工程は、エキシマレーザーを用いて前記透光性導電酸化膜の表面に凹凸形状を形成する工程を含むことを特徴とする請求項８又は９に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記レーザーアニール工程の前工程或いは後工程の少なくとも一方に、前記透光性導電酸化膜に対して２００〜３００℃の範囲の温度で熱アニール処理を行う熱アニール工程が備えられていることを特徴とする請求項８〜１０の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記レーザーアニール工程は、エキシマレーザーとして、ＫｒＦエキシマレーザー、又は、ＡｒＦエキシマレーザーを用いてアニール処理を行うことを特徴とする請求項８〜１１の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記レーザーアニール工程におけるエキシマレーザーのエネルギー密度が５０〜１０００ｍＪｃｍ−２の範囲であることを特徴とする請求項８〜１２の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記レーザーアニール工程におけるエキシマレーザーのエネルギー密度が５０〜３００ｍＪｃｍ−２の範囲であることを特徴とする請求項８〜１２の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記レーザーアニール工程は、前記透光性導電膜に対して、エキシマレーザーを２〜２０００回の範囲でパルス照射することを特徴とする請求項８〜１４の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記レーザーアニール工程は、前記透光性導電膜に対して、エキシマレーザーを２〜２００回の範囲でパルス照射することを特徴とする請求項８〜１４の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
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