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JP2005223326A - 電極層、それを具備する発光素子及び電極層の製造方法 - Google Patents

電極層、それを具備する発光素子及び電極層の製造方法 Download PDF

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準 燮 郭
Gyokugen Nan
玉 鉉 南
Tae-Yeon Seong
泰 連 成
June-O Song
俊 午 宋
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Abstract

【課題】 電極層、それを具備する発光素子を提供する。
【解決手段】 ｐ型化合物半導体上に第１及び第２電極層が順次積層されて形成された電極層において、前記第１電極層はインジウム酸化物に添加元素が添加されて形成される。前記添加元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ及びＬａよりなる群から選択された少なくともいずれか一つを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は所定の物質層とその製造方法及び前記物質層を具備する素子に係り、より詳細には電極層とその製造方法及びそれを具備する発光素子に関する。
ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）とＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）のような発光素子は駆動電圧の低いことが望ましい。また、低い駆動電圧でさらに高い光放出効率を得ることが望ましい。
駆動電圧を低めるために、発光素子の電極層から活性層に至る電流流入経路の幅を制限して、活性層の制限された領域でのみ光が発振されるように、電極層と活性層との間に形成された物質層が備えられた形態を変形した発光素子が広く使われている。
しかし、発光素子の駆動電圧を低めるためには、何より先ず、電極層をはじめとして電極層と活性層との間に形成された物質層の抵抗を低める必要がある。
特に、電極層は、光発振のための電流が最初に通過する物質層であり、また化合物半導体層、例えばｐ型ＧａＮ系化合物半導体層とオーム接触されているために、電極層の抵抗を低めることが、発光素子の駆動電圧を低めるためには非常に重要である。
図１は、従来の電極層を備える発光素子を示す断面図である。
図１を参照すれば、ｎ−ＧａＮ層６、活性層８及びｐ−ＧａＮ層１０が順次積層されており、ｐ−ＧａＮ層１０上にｐ型電極として第１及び第２電極層１２、１４が順次形成されている。第１及び第２電極層１２、１４は、それぞれニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層である。
このような従来技術による発光素子の場合、第１及び第２電極層１２、１４の熱力学的関係に依存してｐ型電極が形成されるために、ｐ型電極の形成に使われうる物質が制限されるという問題がある。
また、ｐ型電極をニッケル層及びゴールド層で構成する場合、ｐ型電極の抵抗が高く、かつ透過率が低くなる恐れがあって、その使用が制限されうる。
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した従来技術の問題点を改善するためのものであり、低抵抗かつ高透過率の電極層を提供するところにある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記電極層を具備する発光素子を提供するところにある。
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、前記電極層の製造方法を提供するところにある。
前記技術的課題を解決するために本発明は、第１及び第２電極層が順次積層されて形成された電極層において、前記第１電極層はインジウム酸化物に添加元素が添加されて形成されたことを特徴とする電極層を提供する。
前記添加元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ及びＬａよりなる群から選択された少なくともいずれか一つを含みうる。
また、前記添加元素の添加比は０．００１ないし４９原子％である。
前記第１電極層の厚さは０．１ｎｍないし５００ｎｍである。
前記第２電極層は金属層または導電性を持つ透明な酸化物層である。この時、前記金属層は、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）及びルテニウム（Ｒｕ）よりなる群から選択されたいずれか一つで形成されうる。前記酸化物層は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；インジウム錫酸化物）、ＺＩＴＯ（Ｚｉｎｃ−ｄｏｐｅｄ Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；亜鉛がドーピングされたインジウム錫酸化物）、ＺＩＯ（Ｚｉｎｃ Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ；亜鉛インジウム酸化物）、ＧＩＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ；ガリウムインジウム酸化物）、ＺＴＯ（Ｚｉｎｃ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；亜鉛錫酸化物）、ＦＴＯ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｄｏｐｅｄ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；フッ素がドーピングされた錫酸化物）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ；アルミニウムがドーピングされた亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ；ガリウムがドーピングされた亜鉛酸化物）、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２またはＺｎ１−ｘＭｇｘＯ（Ｚｉｎｃ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ；亜鉛マグネシウム酸化物、０≦ｘ≦１）で形成されうる。
前記第２電極層は０．１ｎｍないし５００ｎｍの厚さで形成される。
前記他の技術的課題を解決するために本発明は、ｎ型及びｐ型電極層間に少なくともｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層を具備する発光素子において、前記ｐ型電極層は第１及び第２電極層が順次積層されて形成されたものであるが、前記第１電極層はインジウム酸化物に添加元素が添加されて形成されたことを特徴とする発光素子を提供する。
前記さらに他の技術的課題を解決するために本発明は、基板上に第１電極層を形成する段階と、前記第１電極層上に第２電極層を形成する段階と、前記第２電極層が形成された結果物をアニーリングする段階と、を含むが、前記第１電極層は、インジウム酸化物に添加元素を添加して形成することを特徴とする電極層の形成方法を提供する。
前記結果物は、反応器内に窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素及び空気よりなる群から選択された少なくともいずれか一つを含む気体雰囲気で、２００℃ないし７００℃で１０秒ないし２時間アニーリングされる。
また、前記第１電極層及び第２電極層は、電子ビーム及び熱蒸着器を利用して形成される。
本発明による電極層は抵抗が低くて透過率が高い。したがって、前記電極層を発光素子に具備する場合、発光素子の駆動電圧は低め、透過率は高めることができる。結局、本発明の発光素子の発光効率は従来よりもはるかに高まる。
以下、本発明の実施形態による電極層とそれを具備する発光素子と前記電極層の製造方法を添付された図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の実施形態による電極層について説明する。
図２は、本発明による電極層を示す断面図である。
図２を参照すれば、ｐ型化合物半導体層２０の上にｐ型電極層２２が備えられている。ｐ型電極層２２は、順次積層された第１及び第２電極層２２ａ、２２ｂを含む。前記第１電極層２２ａは、インジウム酸化物、例えばＩｎ２Ｏ３に添加元素が添加されて形成されたものである。
前記添加元素は、前記インジウム酸化物のバンドギャップ、電子親和度及び仕事関数を調節して第１電極層２２ａのオーム特性を向上させうる元素であることが望ましい。
このような添加元素でｐ型化合物半導体層２０の実効キャリア濃度を高めることができ、ｐ型化合物半導体層２０をなしている化合物のうち窒素以外の成分と反応性の良い金属が使われうる。
例えば、ｐ型化合物半導体層２０がＧａＮ系化合物である場合、前記添加元素は窒素よりガリウム（Ｇａ）に対して優先的に反応する元素でありうる。
この場合、ｐ型化合物半導体層２０のガリウム（Ｇａ）と第１電極層２２ａとの反応によりｐ型化合物半導体層２０の表面にガリウム空孔を形成する。ｐ型化合物半導体層２０に形成されるガリウム空孔はｐ型ドーパントとして作用するので、ｐ型化合物半導体層２０と第１電極層２２ａとの反応によりｐ型化合物半導体層２０表面の実効ｐ型キャリア濃度は増加する。
また、第１電極層２２ａは、形成過程でｐ型化合物半導体層２０の表面上に残留し、ｐ型化合物半導体層２０と第１電極層２２ａとの界面で、キャリアフローで障害物の役割を行う自然酸化層であるガリウム酸化物（Ｇａ２Ｏ３）と反応して透明伝導性酸化物を形成できる素材で構成できる。この場合、第１電極層２２ａとｐ型化合物半導体層２０との界面でトンネリング伝導現象を発生させてオーム特性を向上させうる。
このような条件を満たし得る前記添加元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、Ｌａ系列の元素であり、第１電極層２２ａは、それら元素のうち少なくとも一つを含むことが望ましい。
望ましくは、インジウム酸化物に対する前記添加元素の添加比率は０．００１ないし４９原子％程度である。ここで、原子％は、添加される元素数相互間の比率をいう。
第１電極層２２ａがインジウム酸化物である場合、その厚さは０．１ｎｍないし５００ｎｍ程度である。前記第２電極層２２ｂは、金属層または導電性を持つ透明な酸化物層である。この時、前記金属層は金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）またはルテニウム（Ｒｕ）で形成されうる。前記酸化物層は、ＩＴＯ、ＺＩＴＯ、ＺＩＯ、ＧＩＯ、ＺＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２またはＺｎ１−ｘＭｇｘＯで形成されうる。このような酸化物層の例には、Ｚｎ２Ｉｎ２Ｏ５層、ＧａＩｎＯ３層、ＺｎＳｎＯ３層、Ｆ−ｄｏｐｅｄ ＳｎＯ２層、Ａｌ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ層、Ｇａ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ層、ＭｇＯ層、ＺｎＯ層などがある。第２電極層２２ｂの厚さは０．１ｎｍないし５００ｎｍ程度である。
図３Ａは、本発明の第１実施形態として形成された電極層（ＭＩＯ／Ａｕ）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。
第１実施形態として形成された電極層は、ＭＩＯ（Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ；マグネシウムがドーピングされたインジウム酸化物）で形成された第１電極層２２ａと、その上にＡｕで形成された第２電極層２２ｂとを具備する。前記第１電極層２２ａ及び第２電極層２２ｂは、それぞれ１００ｎｍ及び５ｎｍの厚さで形成された。
本発明者は本発明による電極層の抵抗及び電圧特性を測定するために、ｐ型ＧａＮ層上に第１電極層２２ａを１００ｎｍの厚さで形成した後、前記第１電極層２２ａの上に第２電極層２２ｂを５ｎｍの厚さで形成した。
具体的に、４−５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を持つ窒化ガリウム（ＧａＮ）を主成分としたｐ型ＧａＮ層２０上に、前記で列挙された添加元素のうち一つであるマグネシウムをインジウム酸化物に添加したＭＩＯで第１電極層２２ａを形成した後、第１電極層２２ａの上にＡｕで第２電極層２２ｂを蒸着した。以後、本発明者は、このように形成した結果物についての電気的特性を測定した。前記電極層（ＭＩＯ／Ａｕ）についての電気的特性はアニーリング前、すなわち、蒸着直後と４３０℃及び５３０℃でそれぞれアニーリングした場合について測定した。前記結果物についてのアニーリングは、それぞれ空気雰囲気で１分間実施した。図３Ａは、前記電極層（ＭＩＯ／Ａｕ）の電気的特性を測定した結果を示す。熱処理温度が高まるほど電流−電圧グラフの傾斜度が増加（抵抗が減少）するが、４３０℃で熱処理した後に最も高い傾斜度を示した。
図３Ａから分かるように、アニーリング前には整流性挙動を意味する非線形電流−電圧特性を示すが、アニーリング後にはオーム接触挙動を意味する線形的な電流−電圧特性を示す。そして、１０−３ないし１０−５Ωｃｍ２の低い非接触抵抗を持つことが分かる。
一方、ｐ型化合物半導体層２０と接触する第１電極層２２ａの電気的特性を決定するバンドギャップ、電子親和度及び仕事関数を調節するために、所定の元素がドーピングまたは混合により添加されたインジウム酸化物は光透過度及び伝導度の優秀な酸化物である。このような酸化物で形成された第１電極層２２ａは、アニーリング時にｐ型化合物半導体層２０の上部に存在する酸化層であるガリウム酸化物（Ｇａ２Ｏ３）と反応して、透明伝導性酸化物であるＧａＩｎＯ３を形成する。その結果、ｐ型化合物半導体層２０の表面にガリウム空孔を形成してｐ型化合物半導体層２０の表面付近の実効ホール濃度が増加する。この時、前記ＧａＩｎＯ３は大きい仕事関数値を持っているので、ｐ型化合物半導体層２０との接触時にショットキー障壁の高さ及び幅を縮小してオーム接触特性を向上させるだけでなく優秀な光透過度を提供する。
図３Ｂは、本発明の第１実施形態として形成された電極層（ＭＩＯ／Ａｕ）を具備するＩｎＧａＮ青色発光ダイオードについて動作電圧を測定した結果を示すグラフである。
ここで、前記電極層（ＭＩＯ／Ａｕ）は４３０℃の温度及び空気雰囲気で、１分間アニーリングされた。図３Ｂを参照すれば、ｐ型電極層として本発明による電極層（ＭＩＯ／Ａｕ）が適用される場合、青色発光ダイオードの駆動電圧特性が向上することが分かる。
図４Ａは、本発明の第２実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／ＺＩＴＯ）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。
第２実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／ＺＩＴＯ）は、ＣＩＯ（Ｃｏｐｐｅｒ−ｄｏｐｅｄ Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ；銅がドーピングされたインジウム酸化物）で形成された第１電極層と、その上にＺＩＴＯ（Ｚｉｎｃ−ｄｏｐｅｄ Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；亜鉛がドーピングされたインジウム錫酸化物）で形成された第２電極層とを具備する。前記第１電極層及び第２電極層はそれぞれ１０ｎｍ及び２００ｎｍの厚さで形成された。また、前記電極層（ＣＩＯ／ＺＩＴＯ）は、５３０℃の温度及び空気雰囲気で１分間アニーリングされた。
図４Ａから分かるように、第２実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／ＺＩＴＯ）は線形的な電流−電圧特性及び１０−３ないし１０−５ｃｍ２程度の低い非接触抵抗を持つ。ここで、電流−電圧の測定時に電極間距離は４μｍであった。
図４Ｂは、本発明の第２実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／ＺＩＴＯ）を具備するＩｎＧａＮ青色発光ダイオードについて動作電圧を測定した結果を示すグラフである。
図４Ｂを参照すれば、ｐ型電極層として本発明による電極層（ＣＩＯ／ＺＩＴＯ）が適用される場合、青色発光ダイオードの駆動電圧特性が向上することが分かる。
図５Ａは、本発明の第３実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／ＩＴＯ）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。
第３実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／ＩＴＯ）は、ＣＩＯで形成された第１電極層と、その上にＩＴＯで形成された第２電極層とを具備する。前記第１電極層及び第２電極層は、それぞれ１０ｎｍ及び２００ｎｍの厚さで形成された。また、前記電極層（ＣＩＯ／ＩＴＯ）は、５３０℃の温度及び空気雰囲気で１分間アニーリングされた。
図５Ａから分かるように、第３実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／ＩＴＯ）は、線形的な電流−電圧特性及び１０−３ないし１０−５Ωｃｍ２程度の低い非接触抵抗を持つ。ここで、電流−電圧の測定時に電極間距離は４μｍであった。
図５Ｂは、本発明の第３実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／ＩＴＯ）を具備するＩｎＧａＮ青色発光ダイオードについて動作電圧を測定した結果を示すグラフである。
ここで、前記第１及び第２電極層はそれぞれ２．５ｎｍ及び４００ｎｍの厚さで形成された。また、前記青色発光ダイオードの動作電圧は、前記電極層（ＣＩＯ／ＩＴＯ）を６３０℃及び７００℃でそれぞれアニーリングした場合について測定した。前記電極層（ＣＩＯ／ＩＴＯ）についてのアニーリングは、それぞれ空気雰囲気で１分間実施した。また、従来の電極層（Ｎｉ／Ａｕ）を具備したＩｎＧａＮ青色発光ダイオードの動作電圧が共に比較された。
図５Ｂを参照すれば、ｐ型電極層として本発明による電極層（ＣＩＯ／ＩＴＯ）が適用される場合、青色発光ダイオードの駆動電圧特性が向上することが分かる。
図６は、本発明の第４実施形態として形成された電極層（ＭＩＯ／ＩＴＯ）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。
第４実施形態として形成された電極層（ＭＩＯ／ＩＴＯ）は、ＭＩＯで形成された第１電極層と、その上にＩＴＯで形成された第２電極層とを具備する。前記第１電極層及び第２電極層は、それぞれ１０ｎｍ及び４００ｎｍの厚さで形成された。前記電極層（ＭＩＯ／ＩＴＯ）についての電気的特性は、５００℃、５５０℃、６００℃及び７００℃でそれぞれアニーリングした場合について測定した。前記電極層（ＭＩＯ／ＩＴＯ）についてのアニーリングは、それぞれ空気雰囲気で１分間実施した。
図６から分かるように、第４実施形態として形成された電極層（ＭＩＯ／ＩＴＯ）は、線形的な電流−電圧特性及び１０−３ないし１０−５Ωｃｍ２程度の低い非接触抵抗を持つ。ここで、電流−電圧の測定時に電極間距離は４μｍであった。
図７は、本発明の第５実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／Ａｕ）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。
第５実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／Ａｕ）は、ＣＩＯで形成された第１電極層と、その上にＡｕで形成された第２電極層とを具備する。前記第１電極層及び第２電極層は、それぞれ５ｎｍ及び１００ｎｍの厚さで形成された。前記電極層（ＣＩＯ／Ａｕ）についての電気的特性はアニーリング前、すなわち、蒸着直後と４００℃及び４５０℃でそれぞれアニーリングした場合について測定した。前記電極層（ＣＩＯ／Ａｕ）についてのアニーリングは、それぞれ空気雰囲気で１分間実施した。
図７から分かるように、第５実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／Ａｕ）は、アニーリング後に線形的な電流−電圧特性及び１０−３ないし１０−５Ωｃｍ２程度の低い非接触抵抗を持つ。ここで、電流−電圧の測定時に電極間距離は４μｍであった。
次いで、前述した本発明の電極層が備えられた発光素子についての例として、本発明の電極層が備えられたＬＥＤ及びＬＤについて説明する。
図８及び図９は、本発明による電極層が備えられた発光素子を示す断面図である。例えば、図８は、図２に図示した電極層をｐ型電極で具備するＬＥＤを示し、図９は、前記電極層をｐ型電極で具備するＬＤを示す。
まず、図８を参照すれば、本発明の実施形態によるＬＥＤは、基板１００の上にｎ−ＧａＮ層１０２が備えられている。ｎ−ＧａＮ層１０２は、第１及び第２領域Ｒ１、Ｒ２に区分されている。第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間に段差が存在する。第１領域Ｒ１より第２領域Ｒ２の厚さが薄い。ｎ−ＧａＮ層１０２の第１領域Ｒ１の上に活性層１０４、ｐ−ＧａＮ層１０６及びｐ型電極１０８が順次形成されている。ｎ−ＧａＮ層１０２の第２領域Ｒ２の上にｎ型電極１２０が形成されている。
一方、図９を参照すれば、本発明の実施形態によるＬＤは、基板１００の上にｎ−ＧａＮ層１０２が存在する。ｎ−ＧａＮ層１０２は、図５に図示されたＬＥＤのそれと同一に第１及び第２領域Ｒ１、Ｒ２に区分されており、第２領域Ｒ２の上にｎ型電極２２０が形成されている。ｎ−ＧａＮ層１０２の第１領域Ｒ１上に、ｎ−クラッド層２０４とそれより屈折率の高いｎ−導波層２０６、ｎ−導波層２０６より屈折率の高い活性層２０８、活性層２０８より屈折率の低いｐ−導波層２１０が順次形成されている。ｐ−導波層２１０の上にそれより屈折率の低いｐ−クラッド層２１２が存在する。ｐ−クラッド層２１２は、上部の中央部分が上に突出してリッジをなしている。ｐ−クラッド層２１２の前記突出した部分上にコンタクト層としてｐ−ＧａＮ層２１４が形成されている。ｐ−クラッド層２１２の全面は保護膜２１６で覆われているが、保護膜２１６は、ｐ−ＧａＮ層２１４の両側一部領域も覆っている。保護膜２１６の上に、ｐ−ＧａＮ層２１４の全面と接触するｐ型電極２１８が形成されている。
次いで、本発明の実施形態による電極層の製造方法について説明する。
図１０は、本発明による電極層の製造方法を示す。
図１０を参照すれば、まずｐ型化合物半導体層３００、例えば、ｐ型ＧａＮ層上に第１電極層３１０を形成する。第１電極層３１０はインジウム酸化物、例えば、Ｉｎ２Ｏ３に添加元素を添加して形成する。前記添加元素はＭｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、Ｌａ系列の元素のうち少なくとも一つを含みうる。前記インジウム酸化物に対する前記添加元素の添加比は０．００１ないし４９原子％である。前記第１電極層３１０は、０．１ｎｍないし５００ｎｍの厚さで形成できる。
このように、第１電極層３１０を形成した後、第１電極層３１０の上に０．１ｎｍないし５００ｎｍの厚さで第２電極層３２０を形成する。前記第２電極層３２０は、金属層または導電性を持つ透明な酸化物層である。この時、前記金属層は金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）またはルテニウム（Ｒｕ）で形成されうる。前記酸化物層はＩＴＯ、ＺＩＴＯ、ＺＩＯ、ＧＩＯ、ＺＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２層またはＺｎ１−ｘＭｇｘＯで形成されうる。このような酸化物層の例には、Ｚｎ２Ｉｎ２Ｏ５層、ＧａＩｎＯ３層、ＺｎＳｎＯ３層、Ｆ−ｄｏｐｅｄ ＳｎＯ２層、Ａｌ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ層、Ｇａ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ層、ＭｇＯ層、ＺｎＯ層などがある。
第１電極層３１０及び第２電極層３２０は電子ビーム及び熱蒸着器で形成でき、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＬＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、二重型の熱蒸着器などにより形成できる。
この時、蒸着温度は通常２０℃ないし１５００℃であり、反応器内の圧力は大気圧ないし１０−１２トル程度である。
第２電極層３２０を形成した後、その結果物を反応器内に窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、空気のうち少なくとも一つを含む気体雰囲気で熱処理する。前記熱処理は２００℃ないし７００℃、１０秒ないし２時間実施する。
前記熱処理過程で、第１及び第２電極層３１０、３２０を構成する成分が互いに混合されつつｐ型化合物半導体層３００の上に単一電極層３３０が形成されうる。また、前記熱処理過程で前記第１及び第２電極層３１０、３２０は相互に区分されてｐ型化合物半導体層３００の上にそれぞれ別個の層で存在することもある。
次いで、このようなｐ型電極層と関連して本発明者が実施した実験例を説明する。下記の本発明者が実施した電極層の形成方法は、例示された工程に限定されない。
まず、本発明者は基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ）を主成分としたｐ型化合物半導体層３００が形成された構造体をトリクロロエチレン、アセトン、メタノール、蒸溜水で超音波洗浄器内において６０℃でそれぞれ５分ずつ表面洗浄した後、試料に残っている水分を除去するために１００℃で１０分間ハードベーキングを行った。
以後、フォトレジストをｐ型化合物半導体層３００の上に４，５００ｒｐｍでスピンコーティングした。その後、８５℃で１５分間ソフトベーキングし、マスクパターンを現像するためにマスクと試料とを一致させた後、２２．８ｍＷの強度の紫外線（ＵＶ）に１５秒間露出させ、現像液と蒸溜水との比を１：４で混合した溶液中に試料を浸漬させて約２５秒後に現像した。
その後、ＢＯＥ（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｔｃｈａｎｔ）溶液を利用して現像された試料にある汚染層を除去するために５分間浸漬させ、電子ビーム蒸着器を利用して第１電極層３１０を蒸着した。
第１電極層３１０は、粉末状のインジウム酸化物と酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とを約９：１で混合した後に焼結して形成した反応対象体を、電子ビーム蒸着器チャンバ内の反応対象体装着ステージに装着して蒸着した。
第１電極層３１０の蒸着以後にＡｕで第２電極層３２０を蒸着した後、アセトンによるリフトオフ工程を経た後、急速加熱（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ：ＲＴＡ）炉中に試料を入れて、空気雰囲気下で４３０℃ないし５３０℃で１分間熱処理して電極層３３０を製造した。
一方、このような電極層の製造方法は、図８及び図９に図示した発光素子を製造する方法にそのまま適用できる。
前記の説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものというよりは、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。例えば、当業者ならば、図８及び図９に図示した発光素子と異なる発光素子にも本発明の電極層を具備でき、発光素子ではなくても低抵抗の電極を必要とする素子に使われうる。したがって、本発明の範囲は説明された実施形態によって定められるものではなく特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められねばならない。
前述した実施形態及び実験を通じて分かるように、本発明の電極層は、従来の電極層に比べて抵抗が低くて透過率が高い特性を持っている。
また、従来技術による電極層（Ｎｉ／Ａｕ層）の場合、電極層の抵抗が高くて透過率が低いために、第１電極層（Ｎｉ層）の厚さ範囲は１０ｎｍ以下にその使用が制限されたが、本発明の場合、第１電極層の厚さ範囲が０．１ｎｍないし５００ｎｍにその使用の幅が拡大し、第１電極層が１００ｎｍの厚さでも優秀な接触抵抗及び透過率の特性を持っている。
電極層、それを具備する発光素子及び電極層の製造方法に係り、ＬＥＤまたはＬＤのような発光素子に適用できる。
従来の電極層を備える発光素子を示す断面図である。 本発明による電極層を示す断面図である。 本発明の第１実施形態として形成された電極層（ＭＩＯ／Ａｕ）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３Ａの電極層（ＭＩＯ／Ａｕ）を具備するＩｎＧａＮ青色発光ダイオードについて動作電圧を測定した結果を示すグラフである。 本発明の第２実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／ＺＩＴＯ）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４Ａの電極層（ＣＩＯ／ＺＩＴＯ）を具備するＩｎＧａＮ青色発光ダイオードについて動作電圧を測定した結果を示すグラフである。 本発明の第３実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／ＩＴＯ）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５Ａの電極層（ＣＩＯ／ＩＴＯ）を具備するＩｎＧａＮ青色発光ダイオードについて動作電圧を測定した結果を示すグラフである。 本発明の第４実施形態として形成された電極層（ＭＩＯ／ＩＴＯ）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。 本発明の第５実施形態として形成された電極層（ＣＩＯ／Ａｕ）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。 本発明による電極層が備えられた発光素子を示す断面図である。 本発明による電極層が備えられた発光素子を示す断面図である。 本発明による電極層の製造方法を示す図面である。
符号の説明
２０ ｐ型化合物半導体層
２２ ｐ型電極層
２２ａ、２２ｂ 第１及び第２電極層

Claims (27)

  1. 第１及び第２電極層が順次積層されて形成された電極層において、
    前記第１電極層はインジウム酸化物に添加元素が添加されて形成されたことを特徴とする電極層。
  2. 前記添加元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ及びＬａよりなる群から選択された少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の電極層。
  3. 前記添加元素の添加比は、０．００１ないし４９原子％であることを特徴とする請求項２に記載の電極層。
  4. 前記第１電極層の厚さは、０．１ｎｍないし５００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の電極層。
  5. 前記第２電極層は、金属層であることを特徴とする請求項１に記載の電極層。
  6. 前記第２電極層は、導電性を持つ透明な酸化物層であることを特徴とする請求項１に記載の電極層。
  7. 前記金属層は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＲｕよりなる群から選択されたいずれか一つで形成されたことを特徴とする請求項５に記載の電極層。
  8. 前記酸化物層は、ＩＴＯ、ＺＩＴＯ、ＺＩＯ、ＧＩＯ、ＺＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２及びＺｎ１−ｘＭｇｘＯ（０≦ｘ≦１）よりなる群から選択されたいずれか一つで形成されたことを特徴とする請求項６に記載の電極層。
  9. ｎ型及びｐ型電極層間に少なくともｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層を具備する発光素子において、
    前記ｐ型電極層は、第１及び第２電極層が順次積層されて形成されたものであるが、
    前記第１電極層は、インジウム酸化物に添加元素が添加されて形成されたことを特徴とする発光素子。
  10. 前記添加元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ及びＬａよりなる群から選択された少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
  11. 前記添加元素の添加比は、０．００１ないし４９原子％であることを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
  12. 前記第１電極層の厚さは、０．１ｎｍないし５００ｎｍであることを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
  13. 前記第２電極層は、金属層であることを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
  14. 前記第２電極層は、導電性を持つ透明な酸化物層であることを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
  15. 前記金属層は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＲｕよりなる群から選択されたいずれか一つで形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の発光素子。
  16. 前記酸化物層は、ＩＴＯ、ＺＩＴＯ、ＺＩＯ、ＧＩＯ、ＺＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２及びＺｎ１−ｘＭｇｘＯ（０≦ｘ≦１）よりなる群から選択されたいずれか一つで形成されたことを特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
  17. 基板上に第１電極層を形成する段階と、
    前記第１電極層上に第２電極層を形成する段階と、
    前記第２電極層が形成された結果物をアニーリングする段階と、を含むが、
    前記第１電極層は、インジウム酸化物に添加元素を添加して形成することを特徴とする電極層の形成方法。
  18. 前記添加元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ及びＬａよりなる群から選択された少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１７に記載の電極層の形成方法。
  19. 前記添加元素の添加比は、０．００１ないし４９原子％であることを特徴とする請求項１８に記載の電極層の形成方法。
  20. 前記第１電極層は、０．１ｎｍないし５００ｎｍの厚さで形成されることを特徴とする請求項１７に記載の電極層の形成方法。
  21. 前記第２電極層は、金属で形成されることを特徴とする請求項１７に記載の電極層の形成方法。
  22. 前記第２電極層は、導電性を持つ透明な酸化物で形成されることを特徴とする請求項１７に記載の電極層の形成方法。
  23. 前記金属層は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＲｕよりなる群から選択されたいずれか一つで形成されることを特徴とする請求項２１に記載の電極層の形成方法。
  24. 前記酸化物層は、ＩＴＯ、ＺＩＴＯ、ＺＩＯ、ＧＩＯ、ＺＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２及びＺｎ１−ｘＭｇｘＯ（０≦ｘ≦１）よりなる群から選択されたいずれか一つで形成されることを特徴とする請求項２２に記載の電極層の形成方法。
  25. 前記結果物は、反応器内に窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素及び空気よりなる群から選択された少なくともいずれか一つを含む気体雰囲気でアニーリングされることを特徴とする請求項１７に記載の電極層の形成方法。
  26. 前記結果物は、２００℃ないし７００℃で１０秒ないし２時間アニーリングされることを特徴とする請求項１７に記載の電極層の形成方法。
  27. 前記第１電極層及び第２電極層は、電子ビーム及び熱蒸着器を利用して形成されることを特徴とする請求項１７に記載の電極層の形成方法。
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