JP2013034010A - 縦型発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率及び光取出し効率を増大させる。
【解決手段】支持層４００と、前記支持層４００上に配置された第１電極３００と、前記第１電極３００上に配置され、傾斜した側面を有する半導体構造物２００と、前記半導体構造物２００上に配置された透明電導性酸化物層６００と、前記透明電導性酸化物層６００上の一部分に設けられた第２電極７００と、を含んで構成し、前記半導体構造物２００と前記透明電導性酸化物６００との間に前記半導体構造物２００の窒素と反応性を有し、前記半導体構造物２００上でオーミック接触として作用する窒素ゲッターメタル層５００を介挿した。
【選択図】図１１

Description

本発明は、縦型発光素子に係り、特に、光取り出し効率を向上させることができる縦型発光素子に関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、電流を光に変換させる周知の半導体素子であり、１９６２年にＧａＡｓＰ化合物半導体を用いた赤色ＬＥＤが初めて商品化され、その後開発されたＧａＰ：Ｎ系列の緑色ＬＥＤと共に、今や情報通信機器をはじめとする電子装置の表示用光源として多用されている。

このようなＬＥＤによって放出される光の波長は、ＬＥＤの製造に使われる半導体材料によって異なる。これは、放出された光の波長が価電子帯（ｖａｌｅｎｃｅ ｂａｎｄ）の電子と伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）の電子間のエネルギー差を示す半導体材料のバンドギャップ（ｂａｎｄ ｇａｐ）に依存しているからである。

今、窒化ガリウム化合物半導体（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ：ＧａＮ）が注目されている。その理由の一つには、ＧａＮを他の元素、例えば、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）等と組み合わせることによって、緑色、青色及び白色光を放出する半導体層を製造することができるためである。

このように、使用する材料により放出波長を調節することができるため、特定の装置に求められる特性に合わせて発光色を選択することができる。例えば、ＧａＮを用いて光記録に有益な青色ＬＥＤを製造することができ、また白熱灯に取って替わる白色ＬＥＤをも製造することができる。

また、従来の緑色ＬＥＤにおいては、初期にはＧａＰが用いられたが、これは、間接遷移型材料であるために発光効率が低く、実用的な純緑色発光が得られなかった。しかし、ＩｎＧａＮ薄膜の形成に成功してから高輝度の緑色ＬＥＤの製造が可能になった。

上記利点及びその他の利点から、ＧａＮ系列のＬＥＤ市場が急成長している。また、１９９４年に商業的に導入されて以来、ＧａＮ系列の光電子装置技術も急激に発達してきた。

ＧａＮ発光ダイオードの発光効率は白熱灯の発光効率を超え、現在では蛍光灯の発光効率近くまで達している。したがって、今後もＧａＮ系列のＬＥＤ市場は急成長を続けるものと予想される。

このようなＧａＮ系素子技術の急速な発展にもかかわらず、ＧａＮ系素子の製造コストが高いという不都合がある。これは、ＧａＮ系薄膜（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｌａｙｅｒｓ）を成長させた後、完成されたＧａＮ系列の素子を切断するのが困難であるためである。

ＧａＮ系列の素子は、通常、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板上に形成される。これは、ＧａＮ系列の素子を大量生産するのに適する大きさのサファイアウエハが商用化されており、且つサファイアウエハは比較的高品質のＧａＮ薄膜の成長を促し、広範囲な温度処理にも適用可能であるからである。

なお、サファイアは、化学的に且つ熱的に安定しており、高融点で高温製造工程も適用でき、高い結合エネルギー（１２２．４Ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）と高い誘電定数を有している。サファイアは、結晶性アルミニウム酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３）である。

一方、サファイアは絶縁体であるため、このような絶縁体基板上に形成されるＬＥＤ素子の形態は、水平（ｌａｔｅｒａｌ）構造または垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）構造（又は縦型構造）に制限される。

水平構造においては、ＬＥＤへ電流を注入するための金属電極（ｃｏｎｔａｃｔ）がいずれも、素子の上端面、または、基板上の同一面内に配置される。これに対し、縦型構造においては、一方の金属電極は素子の上端面上に配置され、他方の電極はサファイア（絶縁）基板が取り除かれた素子の下端面上に配置される。

また、ＬＥＤチップを製造した後に、このチップを熱伝導度に優れたシリコンウエハやセラミック基板などのサブマウントにひっくり返して接着するフリップチップボンディング方式も多く利用されている。

しかしながら、上記水平構造やフリップチップ方式の素子においては、サファイア基板の熱伝導度が約２７Ｗ／ｍＫであるため熱抵抗が非常に大きく、熱放出効率が悪いという問題があった。さらに、フリップチップ方式の素子は、多数のフォトリソグラフィ工程を経て製造されるため製作工程が複雑になるという問題があった。

そこで、工程の途中でサファイア基板を除去して製造するＬＥＤの縦型構造が特に注目されている。

このような縦型構造のＬＥＤの製造において、サファイア基板は、レーザーリフトオフ（Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ Ｏｆｆ：ＬＬＯ）方法を用いて除去される。

従来の縦型構造のＬＥＤの具体的な製造方法は、図１４に示すように、先ずサファイア基板１上に、ｎ型ＧａＮ層２、活性層３、ｐ型ＧａＮ層４からなるＧａＮ薄膜を順次形成し、その上にｐ型電極５を形成する。

さらに、レーザーリフトオフ方法を適用して、サファイア基板１が全て除去される。

この場合、ＧａＮ薄膜にはレーザー照射時にレーザーによる大きなストレス（Ｓｔｒｅｓｓ）が加わるが、サファイア基板１とＧａＮ薄膜とを分離するためには、高いエネルギー密度を持つレーザービームを使用しなければならない。このレーザービームによってＧａＮが金属のＧａと気体窒素（Ｎ_２）とに分解される。

このようにして、サファイア基板１が除去された後には、図１５に示すように、露出されたｎ型ＧａＮ層２上にｎ型電極７が形成されて、チップ構造とされる。

図１５に示すように、縦型ＬＥＤ構造では、ｎ型ＧａＮ層２が最上部に位置し、このｎ型ＧａＮ層２とｎ型電極７との接触領域の面積が素子全体の発光効率に大きな影響を及ぼすことになる。

例えば、上記接触面積を小さくすると、光を取り出す場合には有利であるが、接触領域が減って素子全体の抵抗が増加し、また電流の拡がり（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）が不足して動作電圧が増加する等の問題が発生するおそれがあった。

また、ＧａＮ物質の屈折率は２．３５であり、該ＧａＮ物質が屈折率１の空気に直接接する場合には、ＬＥＤ内部の光が全反射されずにＧａＮ層を透過して外部に射出されるときの角度は、ＧａＮ層と空気との界面の法線から約２５゜以内に制限される。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、発光効率及び光取出し効率を増大させることができる縦型発光素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、支持層と、前記支持層上に配置された第１電極と、前記第１電極上に配置され、傾斜した側面を有する半導体構造物と、前記半導体構造物上に配置された透明電導性酸化物層と、前記透明電導性酸化物層上の一部分に設けられた第２電極と、を含んで構成し、前記半導体構造物と前記透明電導性酸化物との間に前記半導体構造物の窒素と反応性を有し、前記半導体構造物上でオーミック接触として作用する窒素ゲッターメタル層を介挿した。

本発明によれば、ＧａＮ半導体構造物に積層される透明伝導性酸化物（ＴＣＯ：ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ）層及びこのＧａＮ半導体構造物及び透明伝導性酸化物がオーミック接触をなすようにする金属層を用いるため、発光素子の発光効率及び光取出し効率を増大させることが可能になる。

本発明の縦型発光素子の製造方法の第１実施形態を示す断面図である。 上記第１実施形態の製造方法の変形例を示す断面図である。 図１の製造方法により製造された縦型発光素子の一構成例を示す断面図である。 ＩＴＯとｎ型ＧａＮ物質のバンド構造を示す説明図である。 ＩＴＯとｎ型ＧａＮ物質が接合した時のバンド構造を示す説明図である。 ＩＴＯとｎ型ＧａＮ物質が接合した構造に電場が印加された時のバンド構造を示す説明図である。 ＺｎＯとｎ型ＧａＮ物質のバンド構造を示す説明図である。 ＺｎＯとｎ型ＧａＮ物質が接合した時のバンド構造を示す説明図である。 ＺｎＯとｎ型ＧａＮ物質が接合した構造に電場が印加された時のバンド構造を示す説明図である。 本発明の縦型発光素子の製造方法の第２実施形態を示す断面図である。 上記第２実施形態の製造方法の変形例を示す断面図である。 上記第２実施形態の製造方法により製造された縦型発光素子の熱処理段階を示す説明図である。 ＩＴＯとＧａＮのバンド構造を示す説明図である。 従来の縦型発光素子の製造方法を示す断面図である。 従来の縦型発光素子の構成を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

本発明は様々に修正及び変形されるのを許容しており、ここではその特定の実施形態を図面に基づいて例示し、詳細に説明する。ただし、これらの実施形態は本発明を限定するものではなく、特許請求の範囲で定義された本発明の技術的思想と合致するあらゆる修正、均等及び代替を含む。

図面中、同一の構成要素には可能な限り同一の符号を付し、各層及び領域の寸法は、明瞭性のために誇張して示されている。また、ここで説明される各実施形態は、相補的な導電型の実施形態を含む。

層、領域または基板のような要素が他の構成要素“上（ｏｎ）”に存在するという記載は、直接的に他の要素上に存在すること、または、その間に中間要素が存在することもあり得るということも意味している。表面のような構成要素の一部が‘内部（ｉｎｎｅｒ）’と表現される場合、これは構成要素の一部がその要素の他の部分よりも素子の外表面側からより遠く離れて内部に位置しているということを意味している。

なお、‘下（ｂｅｎｅａｔｈ）’または‘重複（ｏｖｅｒｌａｙ）’のような相対的な用語は、ここでは、図面に示すように、基板または基準層と関連して、ある層または領域と他の層または領域に対するある層または領域の関係を説明するために使用される。

この種の用語は、図面に示された方向に加えて素子の他の方向も含むことを意図したものであることは理解できよう。最後に、‘直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）'という用語は、中間に介入するいかなる要素もないということを意味する。ここで使用される‘及び／または’という用語は、記載された関連項目のうちのいずれか１つまたはそれ以上のいずれかの組み合わせ及び全ての組み合わせを含むものである。

たとえ第１、第２などの用語が、様々な要素、成分、領域、層及び／または部分を説明するために使用されるが、それらの要素、成分、領域、層及び／または部分は、そのような用語によって限定されない。

すなわち、それらの用語は、単に他の領域、層または部分からいずれかの要素、成分、領域、層または部分を区分するために使用するものである。したがって、下記における第１領域、層または部分は、第２領域、層または部分という名称にもなりうる。
（第１実施形態）

図１に示すように、本第１実施形態の発光素子においては、まず、サファイア基板１０上に複数層からなるＧａＮ系列半導体構造物２０と第１電極３０が形成される。

半導体構造物２０は、通常の半導体層形成方法によって形成可能であり、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）のようなＰＶＤ、有機金属の前駆体（ｐｒｅ−ｃｕｒｓｏｒ）を用いたＭＯＣＶＤ、イオン注入（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔｉｎｇ）などのような様々な方法を適宜選択して形成することができる。

図示のように、半導体構造物２０は、ｎ型半導体層２１と、活性層２２及びｐ型半導体層２３からなり、サファイア基板１０側の第２面から第１電極３０側の第１面に向かって各層の接触面積が順次狭くなるように形成され、縦断面略台形状となっている。

なお、ｐ型半導体層２３上には、図２に示すように、電流拡散層２４が形成されてもよい。この場合、この電流拡散層２４は、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ層またはＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ／ＧａＮ超格子層とするとよい。

このような電流拡散層２４は、キャリア移動を向上させて電流の流れを円滑にする役割を担い、ＣＴＥＬ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｌａｙｅｒ）層とも呼ぶ。

第１電極３０はオーミック電極であり、このオーミック電極は透明電極で形成される。このような第１電極３０は、ｐ型半導体層２３上に形成されるので、ｐ型電極である。

ここで、上述のように第１電極３０に透明電極が用いられる場合には、上述の電流拡散層２４上に透明伝導性酸化物（ＴＣＯ；Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）を用いて透明電極を形成することがより好適である。

このような構造において、電流拡散層２４の仕事関数は、ｐ型半導体層２３をなすｐ型ＧａＮ半導体層の仕事関数より小さく、且つ、透明電極の仕事関数より大きいと良い。

また、電流拡散層２４とｐ型半導体層２３の仕事関数の範囲は、一部領域で重なっても良く、ｐ型半導体層２３と透明電極の仕事関数も同様に、一部領域で重なっても良い。

このような透明電極を成す透明伝導性酸化物には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）層を用いることができ、その他ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）、ＭＺＯ（Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）、またはＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）などの物質を用いても良い。

この第１電極３０上に、反射効率を高めるための反射電極４０をさらに形成しても良く、この反射電極４０としては、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）を用いて形成するのが好ましい。

さらに、後述する基板１０を半導体構造物２０から分離する工程において半導体構造物２０を支持するための金属またはＳｉを含む半導体からなる支持層を形成することができる。

半導体構造物２０が上述のように順次積層して形成される場合、第１電極３０はｐ型電極となる。

こうして形成された半導体構造物２０、第１電極３０及び反射電極４０からなる発光素子チップから、レーザーリフトオフ方法を適用して、全てのサファイア基板１０が除去される。

このとき、ＧａＮ系列半導体薄膜には、レーザー照射時にレーザーによるストレス（Ｓｔｒｅｓｓ）が加わるが、基板１０と半導体構造物２０をなすＧａＮ薄膜とを分離するためには高いエネルギー密度を持つレーザービームを使用しなければない。このレーザービームによってＧａＮが金属ガリウム（Ｇａ）と気体窒素（Ｎ_２）とに分解される。

なお、基板１０を分離するために、上記レーザーリフトオフ方法の他に、エッチングやその他の方法を使用しても良い。

その後、図３に示すように、各層が積層された構造体をひっくり返した状態で、ＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）層５０を形成し、このＴＣＯ層５０上にはメタルパッドのような形で第２電極６０が形成される。

このＴＣＯ層５０によって、半導体構造物２０に電流を效率的に供給することができる。したがって、発光効率と発光面積が増大し、且つ、動作電圧も下げることができる。

すなわち、第２電極６０と半導体構造物２０との接触領域を小さくしても、素子全体の抵抗が増加せず、且つ、電流が十分に拡がり（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）、動作電圧を下げることができる。

したがって、第２電極６０はメタルパッドのような狭い面積で形成することができ、その結果、発光面積を大きくすることができる。

一方、図３に示すように、半導体構造物２０の構造は、第１電極４０からＴＣＯ層５０に向かって各層の接触面積が広がるようにされている。これによって、光射出角度をより拡大することができる。

ＴＣＯ層５０はＺｎＯを用いて形成し、このＺｎＯにＡｌまたはＩｎ成分をドーパント（ｄｏｐａｎｔ）として注入したＡｌＺｎＯ、ＩｎＺｎＯのような物質を用いても良い。

このようなＴＣＯ層５０にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）も適用することができるが、この場合、半導体構造物２０のｎ型半導体層２１と適切にオーミック接触されず、発光効率が増大しないことがある。

図４には、ＩＴＯとｎ型ＧａＮ半導体の接合前のバンド構造（Ｂａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を示す。すなわち、ＩＴＯは、仕事関数（Ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が４．７ｅＶであり、３．７ｅＶのバンドギャップ（Ｂａｎｄ ｇａｐ：Ｂｇ）を有し、ＧａＮは、３．４４ｅＶ程度のバンドギャップを有する。

このようなＩＴＯとｎ型ＧａＮ半導体物質が接合すると、図５に示すように、ＩＴＯのフェルミ準位（Ｆｅｒｍｉ ｌｅｖｅｌ）は導体金属の場合と同様に、価電子帯（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）と等しくなり、これはｎ型ＧａＮのフェルミ準位と同一になる。この時、電子の流れを防ぐ障壁（Ｂａｒｒｉｅｒ：ΔＥｃ）が、１．７ｅＶとして現れる。

すなわち、バンド構造は、接合面でベンディングが起き、図５に示のように接合面において価電子帯（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｂａｎｄ）で障壁（Ｂａｒｒｉｅｒ）が形成される。

このような状態で電圧が印加されると、障壁（Ｂａｒｒｉｅｒ）の大きさは１．７ｅＶに維持されるが、バンド構造はさらに曲がることから、図６のように、この障壁でトンネリング（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）現象を起こしつつ電流が流れるようになる。このとき、印加電圧が大きいほど曲がりの度合いが大きくなり、より多くの電流が流れるようになる。

ＺｎＯとｎ型ＧａＮの接合においても、上記ＩＴＯとｎ型ＧａＮとの接合と同様な現象が現れる。すなわち、図７に示すように、ＺｎＯは、仕事関数（Ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が４．２ｅＶであり、３．３７ｅＶのバンドギャップ（Ｂａｎｄ ｇａｐ：Ｂｇ）を有する。

このようなＺｎＯとｎ型ＧａＮ半導体物質とが接合すると、図８に示すように、ＺｎＯのフェルミ準位（Ｆｅｒｍｉ ｌｅｖｅｌ）は導体金属の場合と同様に、価電子帯（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）と等しくなり、これはｎ型ＧａＮのフェルミ準位と同一になる。このとき、電子の流れを防ぐ障壁（Ｂａｒｒｉｅｒ：ΔＥｃ）が１．２ｅＶと現れる。

このとき、トンネリングされる電流の大きさがＥｘｐ［（ΔＥｃ）^３／２］に比例するので、図９に示すように、ΔＥｃが１．２ｅＶであるときのＺｎＯとｎ型ＧａＮとの接合においては、ＩＴＯの場合よりも少ない印加電圧で充分に大きな電流を得ることができる。

すなわち、ＺｎＯや、これにドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を注入したＡｌＺｎＯ、ＩｎＺｎＯなどの場合は、大きな電流を得るのにより有利である。

さらに、このようなＺｎＯ系列物質を用いたＴＣＯ層５０は、ＧａＮ物質内部の光が外部に放出される光射出角度（ｅｓｃａｐｅ ａｎｇｌｅ）を大きくさせることができる。

簡単な計算によれば、２．３５の屈折率を持つＧａＮから直接外部（空気）に放出される光の射出角度（ｅｓｃａｐｅ ａｎｇｌｅ）が略２５゜であるのに対して、ＺｎＯ系列物質をＴＣＯ層５０とした場合には、光射出角度であるｓｉｎ^−１（２．０７／２．３５）の値は６１．７４゜となり、光射出角度が大きくなることがわかる。
（第２実施形態）

以下、図１０乃至図１３を参照して、本発明の発光素子の製造方法の第２実施形態について説明する。ただし、下記の説明において、上記第１実施形態と同じ部分については説明を省略する。

図１０に示すように、本発明の発光素子の製造方法においては、まず、サファイア基板１００上に、ＧａＮ系列半導体構造物２００と第１電極３００を形成する。

同図に示すように、半導体構造物２００は、ｎ型半導体層２１０、活性層２２０、及びｐ型半導体層２３０を順次積層した構成を有しており、第１電極３００は、反射効率を高めるために反射電極４００を含む。このような第１電極３００上には金属またはＳｉを含む半導体で形成される支持層をさらに形成しても良い。

半導体構造物２００の各層が上記順番で形成される場合、第１電極３００はｐ型電極となる。

こうして形成されたチップから、レーザーリフトオフ方法を適用して、サファイア基板１００全体を除去する。

この場合、ＧａＮ薄膜にはレーザー照射時にレーザーによるストレス（Ｓｔｒｅｓｓ）が加わるが、サファイア基板１００とＧａＮ薄膜とを分離するためには高いエネルギー密度を持つレーザービームを使用する。これによって、ＧａＮが金属Ｇａと気体窒素（Ｎ_２）に分解する。この工程は、上記第１実施形態と同様に行えば良い。

このようにして基板１００の除去されたｎ型半導体層２１０の表面には、図１１に示すように、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＣｒなどのような窒素ゲッター（Ｇｅｔｔｅｒ）特性を持つ金属によりゲッターメタル層５００が形成される。すなわち、このようなゲッターメタル層５００は、ＧａＮのようなIII−Ｖ族半導体においてＶ族物質であるＮ（ｎｉｔｒｏｇｅｎ）との反応性が高い。

このゲッターメタル（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ）は、界面にごく少量をコーティングまたはドーピング（Ｄｏｐｉｎｇ）することによって形成されるが、このようなゲッターメタルの形成方法には、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）のようなＰＶＤ、有機金属前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）を用いたＭＯＣＶＤ、イオン注入（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔｉｎｇ）などの様々な方法を適宜選択して行なえば良い。

このようなゲッターメタル層５００を被着した後、その上に、適当な屈折率を有するＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）層６００を蒸着して、光射出角度を大きくする。

このＴＣＯ層６００には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いることが好ましい。

このように半導体構造物２００上にゲッターメタル層５００とＴＣＯ層６００が形成された後には、図１２に示すように、熱処理を行う。

周知の如く、ＩＴＯなどのようなＴＣＯは、図１３に示すように、ｎ型及びｐ型ＧａＮとも適切にオーミック接触（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）できないことがある。

しかしながら、縦型発光素子では、上記構造のように、最上位層（Ｔｏｐ ｌａｙｅｒ）に屈折率の低いＴＣＯ層６００を適用すれば、光射出角度を大きくすることができ、有利である。

最近の研究結果では、熱処理時にＩＴＯ／ＧａＮ界面においてＧａ−Ｎが分解（ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）される現象が観察されている。一般に、ｎ型ＧａＮの場合には、表面Ｇａ−Ｎの窒素（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）との反応物を形成して窒素不足（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ）の表面状態を作ることによってオーミック接触（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）を形成することが報告されている。

したがって、窒素ゲッターメタル層５００は、Ｇａ−Ｎ構造における窒素（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）を除去して、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）特性と素子の安定性を向上させることができる。

周知の如く、Ｔｉなどの金属は、Ｔｉ−Ｎの化合物をよく形成するだけでなく、Ｔｉ−Ｎ自体が金属性の伝導性を帯びるので、化合物形成に伴う電極特性の低下を充分に防ぐことができる。

このようにＴＣＯ層６００を形成した後には、図１１に示すように、このＴＣＯ層６００上にｎ型電極として第２電極７００を形成し、チップの構造を完成する。

これによって、ＴＣＯ層６００としてＩＴＯを用いることが可能になり、結果としてＧａＮ物質内部の光が放出される光射出角度（ｅｓｃａｐｅ ａｎｇｌｅ）を大きくすることができる。

簡単な計算によると、ＧａＮから直接外部（空気）に放出される場合の光射出角度が略２５゜であるのに対して、ＩＴＯを使用すると、５４．７８゜となり、光射出角度が大きくなる。

上記実施形態は本発明の技術的思想を具体的に説明するための一例であり、本発明は、上記実施形態に限定されず、様々な形態の変形が可能である。このような技術的思想内における様々な実施形態はいずれも本発明の保護範囲に属する。

１０，１００…基板
２０，２００…半導体構造物
２１，２１０…ｎ型半導体層（第２型半導体層）
２２，２２０…活性層
２３，２３０…ｐ型半導体層（第１型半導体層）
２４…電流拡散層
３０，３００…第１電極
４０，４００…反射電極（支持層）
５０，６００…ＴＣＯ層（透明伝導性酸化物層）
６０，７００…第２電極
５００…ゲッターメタル層（金属層）

上記目的を達成するため、本発明は、支持層と、前記支持層上に配置され、反射電極を有する第１電極と、前記第１電極上に配置され、傾斜した側面を有する半導体構造物と、前記半導体構造物上に配置された透明層と、前記透明層上の一部分に設けられた第２電極と、前記半導体構造物と前記第２電極との間に配置され、前記半導体構造物内のいずれか一物質と反応性を有し、前記半導体構造物上でオーミック接触として作用するメタル層と、を含んで構成し、前記半導体構造物は、前記第１電極上にｐ型半導体層、該ｐ型半導体層上に活性層、及び該活性層上にｎ型半導体層を有し、前記支持層は金属物質又は半導体物質を含むものである。

本発明によれば、ＧａＮ半導体構造物に積層される透明電導性酸化物（ＴＣＯ：ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ）層及びこのＧａＮ半導体構造物及び透明電導性酸化物がオーミック接触をなすようにするメタル層を用いるため、発光素子の発光効率及び光取出し効率を増大させることが可能になる。

ここで、上述のように第１電極３０に透明電極が用いられる場合には、上述の電流拡散層２４上に透明層としての透明電導性酸化物（ＴＣＯ；Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）を用いて透明電極を形成することがより好適である。

このような透明電極を成す透明電導性酸化物には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）層を用いることができ、その他ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）、ＭＺＯ（Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）、またはＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）などの物質を用いても良い。

１０，１００…基板
２０，２００…半導体構造物
２１，２１０…ｎ型半導体層
２２，２２０…活性層
２３，２３０…ｐ型半導体層
２４…電流拡散層
３０，３００…第１電極
４０，４００…反射電極（支持層）
５０，６００…ＴＣＯ層（透明層）
６０，７００…第２電極
５００…ゲッターメタル層（メタル層）

Claims (26)

1. 支持層と、
   前記支持層上に配置された第１電極と、
   前記第１電極上に配置され、傾斜した側面を有する半導体構造物と、
   前記半導体構造物上に配置された透明電導性酸化物層と、
   前記透明電導性酸化物層上の一部分に設けられた第２電極と、
   を含んで構成し、
   前記半導体構造物と前記透明電導性酸化物との間に前記半導体構造物の窒素と反応性を有し、前記半導体構造物上でオーミック接触として作用する窒素ゲッターメタル層を介挿したことを特徴とする縦型発光素子。
2. （元の請求項２＋段落００７３）
   前記半導体構造物は、第１電極上にｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置されたｎ型半導体層と、を備える構成としたことを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
3. 前記半導体層構造物と第１電極との間に電流拡散層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
4. 前記電流拡散層は、ＩｎＧａＮ層であることを特徴とする請求項３に記載の縦型発光素子。
5. ）
   前記電流拡散層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層であることを特徴とする請求項３に記載の縦型発光素子。
6. 前記電流拡散層が正孔の移動を強化させることを特徴とする請求項３に記載の縦型発光素子。
7. 前記電流拡散層の仕事関数が前記半導体構造物の仕事関数よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の縦型発光素子。
8. 前記第１電極は、反射型電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
9. 前記第１電極は、透明電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
10. 前記支持層は、金属を含むことを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
11. 前記支持層が前記第１電極と接触することを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
12. 前記半導体構造物は、前記第１電極と相対する第１面、及び前記第２電極と相対する第２面とを有し、前記半導体構造物の傾斜した側面は、前記第２面が前記第１面よりも広くなるようにされたことを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
13. 前記半導体構造物と相対する前記第１電極の表面の面積が、前記第２電極と相対する前記半導体構造物の表面の面積よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
14. 前記傾斜した側面が光抽出力を強化させることを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
15. 前記透明伝導性酸化物層は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＡｌＺｎＯ、ＩｎＺｎＯのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
16. 前記透明電導性酸化物層の屈折率が前記半導体構造物の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
17. 前記透明電導性酸化物層が発光効率を強化させることを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
18. 前記透明電導性酸化物層が電流拡がり特性を強化させることを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
19. 前記窒素ゲッターメタル層は、Ｔｉ、Ｚｒ及びＣｒのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
20. 前記第２電極は、金属パッドであることを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
21. 前記透明電導性酸化物層は、前記第２電極と前記窒素ゲッターメタル層との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
22. 前記透明電導性酸化物層が前記第２電極と接触することを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
23. 前記透明電導性酸化物層が前記半導体構造物の上面全体を覆うことを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
24. 前記窒素ゲッターメタル層が前記透明電導性酸化物層と接触することを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
25. 前記窒素ゲッターメタル層が前記半導体構造物の上面全体を覆うことを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。
26. 前記支持層は、シリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載の縦型発光素子。

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