本発明の第1の窒化ガリウム系化合物半導 体発光素子用非晶質透明導電膜(以下、単に� �発明の第1の非晶質透明導電膜という場合が� ��る)は、インジウム、亜鉛及びスズからなる 群から選ばれる1以上の金属の酸化物と、ハ� �ニウム、タンタル、タングステン、ビスマ� �及びランタノイド系元素からなる群から選� �れる1以上の元素を含む酸化物を含み、バン� ��ギャップが3.0eV以上であり、波長460nmにおけ る屈折率が2.1以上であり、仕事関数が5.5eV以� ��である。

 本発明の第1の非晶質透明導電膜が含むイ ンジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ば れる1以上の金属の酸化物(以下、単に金属酸� ��物と略す場合がある)は、好ましくは酸化イ ンジウム-酸化亜鉛(IZO)、酸化インジウム-酸� �スズ(ITO)、酸化亜鉛-酸化スズ(ZTO)又は酸化イ ンジウム-酸化スズ-酸化亜鉛(ITZO)である。こ� ��らの中でも、低温で成膜しても得られる導� ��膜の比抵抗が小さく、成膜に用いるターゲ� ��トの異物発生が少なく、且つ安定して成膜� ��きることから、より好ましくはインジウム� ��び亜鉛の原子比(In/(In+Zn))が0.5~0.95である酸� �インジウム-酸化亜鉛、又はインジウム及び� ��ズの原子比(In/(In+Sn))が0.7~0.95である酸化イ� �ジウム-酸化スズである。

 上記金属酸化物として、IZOを用いる場合� ��IZO中のZnO濃度は、好ましくは3~38重量%であ� �、非晶質透明導電膜の熱安定を高める観点� �ら、より好ましくは5~20重量%である。

 上記金属酸化物として、ITOを用いる場合、I TO中のSnO ₂ 濃度は、好ましくは5~15重量%であり、非晶質� ��明導電膜の比抵抗をさらに低減する観点か� ��、より好ましくは7.5~12.5重量%である。

 上記金属酸化物として、ZTOを用いる場合、� ��ましくはZTO中のZnO濃度が5~80重量%であり、ZT O中のSnO ₂ 濃度が20~95重量%である。非晶質透明導電膜の 熱安定性を高める観点から、より好ましくは ZTO中のZnO濃度が50~75重量%であり、SnO ₂ 濃度が25~50重量%である。

 上記金属酸化物として、ITZOを用いる場合、 好ましくはITZO中のIn ₂ O ₃ 濃度が2~95重量%であり、ZnO濃度が3~95重量%で� �り、SnO ₂ 濃度が2~95重量%である。非晶質透明導電膜の� ��安定性を高める観点から、より好ましくはI TZO中のIn ₂ O ₃ 濃度が10~80重量%であり、ZnO濃度が10~75重量%で あり、SnO ₂ 濃度が10~50重量%である。

 本発明の第1の非晶質透明導電膜が含むハ フニウム、タンタル、タングステン、ビスマ ス及びランタノイド系元素からなる群から選 ばれる1以上の元素を含む酸化物において、� �ンタノイド元素とは、ランタン、セリウム� �ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガ� �リニウム、ジスプロニウム、ホルミウム、� �ルビウム、ツリウム、イッテリビウム、ル� �ニウムであり、好ましくはランタン、セリ� �ム、サマリウム、イッテリビウムである。

 本発明の第1の非晶質透明導電膜は、ハフ ニウム、タンタル、タングステン、ビスマス 及びランタノイド系元素を含むことにより、 透明導電膜を非晶質にでき、また、屈折率及 び仕事関数を大きくすることができる。加え て、これら元素は、ガリウム元素と複合酸化 物を形成し、非晶質透明導電膜内にガリウム が拡散することを防ぐことができる。同様に 、複合酸化物を形成することから、例えば非 晶質透明導電膜と窒化ガリウム層との密着性 が向上し、窒化ガリウム系化合物半導体発光 素子の安定性を向上させることができる。

 ハフニウム、タンタル、タングステン、� ��スマス及びランタノイド系元素の含有量は� ��好ましくは非晶質透明導電膜中の全金属元� ��に対して原子比で1~30at%である。これら元素 の含有量が30at%超の場合、非晶質透明導電膜� ��抵抗値が大きくなり過ぎ、透明導電膜とし� ��機能しないおそれがある。一方、これら元� ��の含有量が1at%未満の場合、仕事関数が5.5eV� ��満となる、及び屈折率が460nmにおいて2.1未� �になるおそれがある。

 本発明の第1の非晶質透明導電膜は、バンド ギャップが3.0eV以上である。窒化インジウム� ��リウム(InGaN)半導体のバンドギャップは2.7eV� ��度であり、窒化ガリウム系化合物半導体発� ��素子の発光波長は、用いる窒化ガリウム系� ��合物のバンドギャップに由来する光を発光� ��るので、窒化インジウムガリウムのバンド� ��ャップより大きいバンドギャップを有する� ��発明の第1の非晶質透明導電膜は、窒化イン ジウムガリウムを用いた半導体発光素子に対 して十分な透明性を有する。
 尚、本発明の第1の非晶質透明導電膜のバン ドギャップの上限は特に限定されないが、例 えば3.8eVである。

 本発明の第1の非晶質透明導電膜は、ハフニ ウム、タンタル、タングステン、ビスマス又 はランタノイド系元素を1以上含むので、波� �460nmにおける屈折率が2.1以上となる。窒化ガ リウムの波長460nmにおける屈折率も2.1以上で� ��るので、本発明の第1の非晶質透明導電膜を 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に用い ることにより、当該発光素子の光取出し効率 を向上させることができる。
 尚、本発明の第1の非晶質透明導電膜の波長 460nmにおける屈折率の上限は特に限定されな� ��が、例えば2.4である。

 本発明の第1の非晶質透明導電膜は、仕事関 数が5.5eV以上であり、後述するpGaNコンタクト 層の仕事関数と同じ又は近くなることから、 非晶質透明導電膜及びpGaNコンタクト層間の� �ネルギー障壁が緩和され、窒化ガリウム系� �合物半導体発光素子の駆動電圧(Vf)を低減す� ��ことができる。
 尚、本発明の第1の非晶質透明導電膜の仕事 関数の上限は特に限定されないが、例えば6.2 eVである。

 本発明の第2の窒化ガリウム系化合物半導 体発光素子用非晶質透明導電膜(以下、単に� �発明の第2の非晶質透明導電膜という場合が� ��る)は、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物 と、ハフニウム、タンタル、タングステン、 ビスマス及びランタノイド系元素からなる群 から選ばれる1以上の元素を含む酸化物を含� �、バンドギャップが3.2eV以上であり、波長460 nmにおける屈折率が2.2以上であり、仕事関数� ��5.5eV以上である。

 上記において、酸化亜鉛を主成分とする� ��属酸化物とは、金属酸化物中の全金属元素� ��対する亜鉛原子の原子比(Zn/金属酸化物中の 全金属元素)が、0.5以上であることを意味す� �。上記酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物� �他に、インジウム、ガリウム、アルミニウ� �、スズ等を含むことができる。

 酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物が酸� ��亜鉛-酸化インジウムの場合、金属酸化物中 のインジウムと亜鉛の原子比In/(Zn+In)は、好� �しくは0.005~0.05であり、より好ましくは0.01~0. 03である。In/(Zn+In)が0.005未満の場合、酸化イ� ��ジウムの添加効果が小さく、比抵抗が低下� ��ないおそれがある。一方、In/(Zn+In)が0.05超� �場合、酸化インジウムのキャリヤー散乱効� �により、比抵抗が下がらないおそれがある� �

 酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物が酸� ��亜鉛-酸化ガリウムの場合、金属酸化物中の ガリウムと亜鉛の原子比Ga/(Zn+Ga)は、好まし� �は0.005~0.05であり、より好ましくは0.01~0.03で� ��る。Ga/(Zn+Ga)が0.005未満の場合、酸化ガリウ� ��の添加効果が小さく、比抵抗が低下しない� ��それがある。一方、Ga/(Zn+Ga)が0.05超の場合� �酸化ガリウムのキャリヤー散乱効果により� �比抵抗が下がらないおそれがある。

 酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物が酸� ��亜鉛―酸化アルミニウムの場合、金属酸化� ��中のアルミニウムと亜鉛の原子比Al/(Zn+Al)は 、好ましくは0.005~0.05であり、より好ましく� �0.01~0.03である。Al/(Zn+Al)が0.005未満の場合、� �化アルミニウムの添加効果が小さく、比抵� �が低下しないおそれがある。一方、Al/(Zn+Al)� ��0.05超の場合、酸化アルミニウムのキャリヤ ー散乱効果により、比抵抗が下がらないおそ れがある。

 酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物が酸化� ��鉛―酸化スズの場合、金属酸化物中のスズ� ��亜鉛の原子比Sn/(Zn+Sn)は、好ましくは0.05~0.5� ��あり、より好ましくは0.2~0.4である。原子比 Sn/(Zn+Sn)が、上記領域にあるときに、得られ� �膜が非晶質となり、均一な膜としやすくな� �。
 尚、Sn/(Zn+Sn)が0.05未満の場合、酸化スズの� �加効果が小さく、比抵抗が低下しないおそ� �がある。

 本発明の第2の非晶質透明導電膜は、バンド ギャップが3.2eV以上である。上述したとおり� ��窒化インジウムガリウム(InGaN)半導体のバン ドギャップは2.7eV程度であるので、この非晶� ��透明導電膜は、窒化インジウムガリウムを� ��いた半導体発光素子に対して十分な透明性� ��有する。
 尚、本発明の第2の非晶質透明導電膜のバン ドギャップの上限は特に限定されないが、例 えば4.5eVである。

 本発明の第2の非晶質透明導電膜は、ハフニ ウム、タンタル、タングステン、ビスマス又 はランタノイド系元素を1以上含むので、波� �460nmにおける屈折率が2.2以上となる。窒化ガ リウムの波長460nmにおける屈折率も2.1以上で� ��るので、本発明の第2の非晶質透明導電膜を 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に用い ることにより、当該発光素子の光取出し効率 を向上させることができる。
 尚、本発明の第2の非晶質透明導電膜の波長 460nmにおける屈折率の上限は特に限定されな� ��が、例えば2.5である。

 本発明の第2の非晶質透明導電膜の上記以 外の構成要件は、第1の非晶質透明導電膜と� �様である。

 本発明の第3の窒化ガリウム系化合物半導 体発光素子用非晶質透明導電膜(以下、単に� �発明の第3の非晶質透明導電膜という場合が� ��る)は、酸化スズを主成分とする金属酸化物 と、ハフニウム、タンタル、タングステン、 ビスマス及びランタノイド系元素からなる群 から選ばれる1以上の元素を含む酸化物を含� �、バンドギャップが3.5eV以上、波長380nmにお� ��る屈折率が2.3以上、及び仕事関数が5.5eV以� �である。

 上記において、酸化スズを主成分とする� ��属酸化物とは、金属酸化物中の全金属元素� ��対するスズ原子の原子比(Sn/金属酸化物中の 全金属元素)が、0.5以上であることを意味す� �。上記酸化スズを主成分とする金属酸化物� �他に、インジウム、亜鉛等を含むことがで� �る。

 酸化スズを主成分とする金属酸化物が酸化� ��ズ―酸化インジウムの場合、金属酸化物中� ��インジウムとスズの原子比In/(In+Sn)は、好ま しくは0.05~0.5であり、より好ましくは0.2~0.4で ある。原子比In/(In+Sn)が上記領域にあるとき� �、得られる膜が非晶質となり、均一な膜と� �やすくなる。
 尚、In/(In+Sn)が0.05未満の場合、酸化インジ� �ムの添加効果が小さく、比抵抗が低下しな� �おそれがある。

 酸化スズを主成分とする金属酸化物が酸化� ��ズ―酸化亜鉛の場合、金属酸化物中の亜鉛� ��スズの原子比Zn/(Zn+Sn)は、好ましくは0.01~0.3� ��あり、より好ましくは0.05~0.25である。原子� ��Zn/(Zn+Sn)が上記領域にあるときに、得られる 膜が非晶質となり、均一な膜としやすくなる 。
 尚、Zn/(Zn+Sn)が0.01未満の場合、酸化亜鉛の� �加効果が小さく、比抵抗が低下しないおそ� �がある。一方、Zn/(Zn+Sn)が0.3超の場合、酸化� ��鉛のキャリヤー散乱効果が大きくなり、比� ��抗が増大するおそれがある。

 本発明の第3の非晶質透明導電膜は、バンド ギャップが3.5eV以上である。例えば窒化ガリ� ��ム(GaN)半導体のバンドギャップは3.4eV程度で あり窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の 発光波長は、用いる窒化ガリウム系化合物の バンドギャップに由来する光を発光するので 、窒化ガリウムのバンドギャップより大きい バンドギャップを有する本発明の第3の非晶� �透明導電膜は、窒化ガリウムを用いた半導� �発光素子に対して十分な透明性を有する。
 尚、本発明の第3の非晶質透明導電膜のバン ドギャップの上限は特に限定されないが、例 えば3.8eVである。

 本発明の第3の非晶質透明導電膜は、ハフニ ウム、タンタル、タングステン、ビスマス又 はランタノイド系元素を1以上含むので、波� �380nmにおける屈折率が2.3以上となり、窒化ガ リウム系化合物半導体発光素子の光取出し効 率を向上させることができる。
 尚、本発明の第3の非晶質透明導電膜の波長 380nmにおける屈折率の上限は特に限定されな� ��が、例えば2.6である。

 本発明の第3の非晶質透明導電膜の上記以 外の構成要件は、第1の非晶質透明導電膜と� �様である。

 本発明の第3の非晶質透明導電膜は、好ま しくはさらに添加物として酸化ガリウムを含 む。この酸化ガリウムの添加量は、好ましく は非晶質透明導電膜中の全金属元素に対して ガリウム原子の原子比が1~10at%となる量であ� �。添加量が1at%未満の場合、非晶質透明導電� ��のバンドギャップを広げる効果が小さくな� ��おそれがある。一方、添加量が10at%超の場� �、非晶質透明導電膜の比抵抗が上昇するお� �れがある。

 尚、本発明の第3の非晶質透明導電膜が酸 化ガリウムを含む場合において、ガリウム元 素が非晶質透明導電膜に拡散しても、非晶質 透明導電膜の性能への影響は少なく、問題な く窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を駆 動することができる。

 本発明の第1の非晶質透明導電膜は、イン ジウム、亜鉛及びスズからなる群から選ばれ る1以上の金属の酸化物と、ハフニウム、タ� �タル、タングステン、ビスマス及びランタ� �イド系元素からなる群から選ばれる1以上の� ��素を含む酸化物から実質的になる、又はこ� ��ら成分のみからなる。「実質的になる」と� ��、上記成分に加えて後述するその他の成分� ��含みうることである。

 本発明の第2の非晶質透明導電膜は、酸化 亜鉛を主成分とする金属酸化物と、ハフニウ ム、タンタル、タングステン、ビスマス及び ランタノイド系元素からなる群から選ばれる 1以上の元素を含む酸化物から実質的になる� �又はこれら成分のみからなる。「実質的に� �る」とは、上記成分に加えて後述するその� �の成分を含むうることである。

 本発明の第3の非晶質透明導電膜は、酸化 スズを主成分とする金属酸化物と、ハフニウ ム、タンタル、タングステン、ビスマス及び ランタノイド系元素からなる群から選ばれる 1以上の元素を含む酸化物に、任意に酸化ガ� �ウムを含んで実質的になる、又はこれら成� �のみからなる。「実質的になる」とは、上� �成分に加えて後述するその他の成分を含み� �ることである。

 本発明の第1~第3の非晶質透明導電膜(以下 、これらをまとめて本発明の非晶質透明導電 膜という場合がある)は、本発明の効果を損� �わない範囲で、Ti、Zr、Nb、Mo等を含む金属酸 化物をさらに含んでもよい。

 本発明の透明導電膜は非晶質である。透� ��導電膜が結晶質である場合、結晶化の際に� ��明導電膜中の原子の再配置が起こり、接触� ��る窒化ガリウムとの界面に応力を発生する� ��その結果、透明導電膜が剥離したり、接触� ��抗が大きくなるおそれがある。本発明の透� ��導電膜は非晶質であるので、上記再配置や� ��配列がなく、発光素子の安定した駆動が可� ��である。

 本発明の非晶質透明導電膜は、スパッタ� ��ング法により成膜することができる。用い� ��ターゲットは、所望する非晶質透明導電膜� ��組成を有するターゲットを用いればよい。� ��いるスパッタリング法としては、DCスパッ� �リング法又はRFスパッタリング法を適用でき 、生産性の観点から好ましくは成膜速度が速 く、装置も安価であるDCスパッタリング法を� ��いる。

 本発明の非晶質透明導電膜は、室温で成� ��することができる。これにより成膜後に通� ��行うレーザーアニール処理を省略すること� ��できる。尚、レーザーアニール処理を行っ� ��もよく、この処理を行う場合、例えばp型半 導体層が含む元素の拡散が起こりにくい200~30 0℃の温度域で行うとよい。レーザーアニー� �処理を行うことにより、非晶質透明導電膜� �透過率を高めることができ、駆動電圧が低� �、発光出力の高い窒化ガリウム系化合物半� �体発光素子を得ることができる。

 インジウム、亜鉛及びスズからなる群か� ��選ばれる1以上の金属の酸化物を含む本発明 の非晶質透明導電膜は、酸素を混入したアル ゴンを供給しながらスパッタリングすること により、バンドギャップを3.0eV以上(本発明の 第2の非晶質透明導電膜では3.2eV以上、第3の� �晶質透明導電膜では3.5eV以上)にすることが� �きる。酸素を含まないアルゴンを供給した� �合は、バンドギャップが3.0eV未満となるおそ れがある。

 上記酸素の供給量は最適酸素量よりも多く� ��るとよい。最適酸素量より多くの酸素を供� ��することにより、非晶質透明導電膜の屈折� ��、仕事関数の大きくすることができる。
 尚、最適酸素量とは非晶質透明導電膜の抵� ��値が最も低くなる酸素量であり、酸素の供� ��量を変化させて、導電膜の比抵抗を計測す� ��ことにより求めることができる。

 酸素の供給量は、最適酸素量より多けれ� ��特に限定されないが、最適酸素量の1.01倍~2. 0倍の範囲であるとよく、好ましくは1.05倍~1.5 倍、より好ましくは1.1倍~1.5倍である。酸素� �供給量が、最適酸素量の1.01倍未満の場合、� ��晶質透明導電膜の屈折率及び仕事関数が大� ��くならないおそれがある。一方、酸素の供� ��量が最適酸素量の2.0倍超の場合、非晶質透� ��導電膜の比抵抗が大きくなりすぎるおそれ� ��ある。

 尚、ターゲットが多量の酸素を包含して� ��る、装置のチャンバー内部に酸素や水が吸� ��している等が原因で、アルゴン100%が最適酸 素量となる場合がある。その場合には、スパ ッタ圧力の0.005~0.1倍の分圧となる酸素量を供 給して成膜すればよい。

 以下、本発明の窒化ガリウム系化合物半導� ��発光素子を図面を参照して説明する。
 図1は上記非晶質透明導電膜を含む本発明の 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一実 施形態を示す概略断面図であり、図2は図1に� ��す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の� ��面図である。
 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子1は、 基板10上に凸形状を有するn型半導体層12が積� ��しており、n型半導体層12の凸部上には発光� ��14、p型半導体層16、非晶質透明導電膜18及び 正極ボンディングパッド20がこの順に積層し� ��おり、n型半導体層12の凹部上には、発光層1 4等と並列に負極22が積層している。

 本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発� ��素子1は、本発明の非晶質透明導電膜18がp型 半導体層16上に直接積層している。尚、本発� ��の非晶質透明導電膜18は、低温で成膜可能� �あるので、p型半導体層16にダメージを与え� �ことなく積層することができる。

 本発明の非晶質透明導電膜は仕事関数が5 .5eV以上であるので、p型窒化ガリウム半導体� ��直接接合することにより、これら接合面に� ��けるエネルギー障壁を小さくすることがで� ��る。結果、窒化ガリウム系化合物半導体発� ��素子は低電圧で駆動可能となる。

 p型窒化ガリウム半導体が、例えばp型窒� �インジウムガリウム(InGaN)半導体である場合� ��おいて、非晶質透明導電膜として本発明の� ��1の非晶質透明導電膜を用いると、当該非晶 質透明導電膜は波長460nmにおける屈折率が2.1� ��上であり、p型窒化インジウムガリウム半導 体の屈折率に近く、窒化ガリウム系化合物半 導体発光素子の光取出し効率を向上させるこ とができる。

 また、本発明の第1の非晶質透明導電膜は 、バンドギャップが3.0eV以上である。窒化イ� ��ジウムガリウム半導体のバンドギャップは2 .7eV程度であり、窒化ガリウム系化合物半導� �発光素子の発光波長は、用いる窒化ガリウ� �系化合物のバンドギャップに由来する光を� �光するので、窒化インジウムガリウムのバ� �ドギャップより大きいバンドギャップを有� �る本発明の第1の非晶質透明導電膜は十分な� ��明性を有し、発光素子の光取出し効率をさ� ��に向上させることができる。

 p型窒化ガリウム半導体が、例えばp型イ� �ジウムドープ窒化ガリウム半導体である場� �は、p型インジウムドープ窒化ガリウム半導� ��のバンドギャップは3.4eV程度であり、窒化� �リウム系化合物半導体発光素子の発光は波� �が380nm程度まで短波長化する。この場合にお いて、非晶質透明導電膜として本発明の第2� �非晶質透明導電膜を用いると、当該非晶質� �明導電膜はバンドギャップが3.5eV以上、仕事 関数が5.5eV以上、及び波長380nmにおける屈折� �が2.3以上であるので、上記と同様の理由で� �光素子の光取出し効率を向上させることが� �きる。

 非晶質透明導電膜18の膜厚は、比抵抗及び� �過率の観点から、好ましくは35nm~100000nmであ� ��、生産コストの観点から、より好ましくは3 5nm~1000nmである。具体的には非晶質透明導電� �18の膜厚は、透過率が極大になるように設定 するとよい。透過率が極大となる膜厚は、下 記式により求めることができる。
 λ/n×(1/4+m/2)
[式中、λは発光素子が発する光の波長を表し 、
 nは非晶質透明導電膜の屈折率を表し、及び
 mは0以上の整数を表す。]

 例えば窒化ガリウム系化合物半導体発光� ��子の発する光の波長が460nmであり、非晶質� �明導電膜の屈折率が2.1である場合、透過率� �極大となる非晶質透明導電膜の膜厚は、55nm( m=0)、165nm(m=1)、275nm(m=3)となる。

 ちなみに非晶質透明導電膜の透過率が極小� ��なる膜厚は、下記式により求めることがで� ��る。
 λ/n×(m/2)
[式中、λは発光素子が発する光の波長を表し 、
 nは非晶質透明導電膜の屈折率を表し、及び
 mは0以上の整数を表す。]

 例えば窒化ガリウム系化合物半導体発光� ��子の発する光の波長が460nmであり、非晶質� �明導電膜の屈折率が2.1である場合には、透� �率が極小となる非晶質透明導電膜の膜厚は� �110nm(m=1)となる。

 本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発� ��素子1において、好ましくは直接接合した非 晶質透明導電膜18及びp型半導体層16の積層体� ��非晶質透明導電膜18上にさらに透明導電膜� �積層する。特に本発明の非晶質透明導電膜18 の比抵抗が大きく、電極として用いる場合に は、さらに透明導電膜を積層することにより 、非晶質透明導電膜18が有する光取出し効率� ��上効果及びエネルギー障壁低減効果はその� ��まに、電極の抵抗を下げることができる。

 さらに積層する透明導電膜としては、例� ��ばITO、IZOを用いることができ、その膜厚は� ��上述の透過率が極大となる膜厚にするとよ� ��。

 また、非晶質透明導電膜18は、好ましく� �その成膜時に酸化インジウム-酸化スズ又は� ��化インジウム-酸化亜鉛を同時に成膜するこ とにより、p型半導体層16側から徐々に屈折率 が低下する屈折率分布を有する。このように して成膜して得られる非晶質透明導電膜は、 その内部に屈折率及び仕事関数の傾斜を有し 、内部における発光の損失を低減できる。そ の結果、窒化ガリウム系化合物半導体発光素 子の光取出し効率を向上させることができる 。

 上記屈折率及び仕事関数の傾斜を有する� ��晶質透明導電膜は、共スパッタ法を用いる� ��とにより成膜することができる。具体的に� ��、本発明の第1の非晶質透明導電膜又は第2� �非晶質透明導電膜を成膜するための第1のタ� ��ゲット、及びITO又はIZOからなる第2のターゲ ットを調製し、それぞれスパッタ装置に装着 する。ターゲット装着後、成膜開始時には電 力を第1のターゲットのみに印加し、その後� �第2のターゲットにも電力を徐々に印加して� ��き、それと同時に第1のターゲットへの印加 電力を下げていく。最終的には第2のターゲ� �トのみに電力を印加することで、屈折率及� �仕事関数の傾斜を有する非晶質透明導電膜� �成膜することができる。

 基板10は周知の基板を用いることができ、� �えばサファイア単結晶(Al ₂ O ₃ ;A面、C面、M面、R面)、スピネル単結晶(MgAl ₂ O ₄ )、ZnO単結晶、LiAlO ₂ 単結晶、LiGaO ₂ 単結晶、MgO単結晶等の酸化物単結晶、Si単結� ��、SiC単結晶、GaAs単結晶、AlN単結晶、GaN単結 晶、ZrB ₂ 等のホウ化物単結晶等の材料からなる基板を 用いることができ、好ましくはサファイア単 結晶又はSiC単結晶を用いた基板である。
 尚、基板10の面方位は特に限定されない。� �た、基板10はジャスト基板であってもよく、 オフ角を付与した基板であってもよい。

 基板10上のn型半導体層12、発光層14及びp型� �導体層16からなる積層体は、周知の各種構造 を有する積層体を用いることができる。例え ばp型半導体層は、キャリア濃度が一般的な� �度であればよく、1×10 ¹⁷ cm ^-3 程度と比較的キャリア濃度が低いp型半導体� �であっても、本発明の非晶質透明導電膜を� �層することができる。

 これらn型半導体層12、発光層14及びp型半導� ��層16を構成する窒化ガリウム系化合物半導� �としては、例えば一般式Al _X Ga _Y In _Z N _1-A M _A (0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1で且つ、X+Y+Z=1。記� ��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 体を用いることができる。

 上記窒化ガリウム系化合物半導体の成長� ��法は特に限定されず、MOCVD(有機金属化学気� ��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)等の周知の方法を適� ��できる。これらの成長方法のうち、膜厚制� ��性、量産性の観点からMOCVD法を用いると好� �しい。

 MOCVD法において、キャリアガスとして水素(H ₂ )又は窒素(N ₂ )を、III族原料であるGa源としてトリメチルガ リウム(TMG)又はトリエチルガリウム(TEG)を、Al 源としてトリメチルアルミニウム(TMA)又はト� ��エチルアルミニウム(TEA)を、In源としてトリ メチルインジウム(TMI)又はトリエチルインジ� ��ム(TEI)を、V族原料であるN源としてアンモニ ア(NH ₃ )、ヒドラジン(N ₂ H ₄ )等を用いることができる。また、ドーパン� �としては、n型半導体層にはSi原料としてモ� �シラン(SiH ₄ )又はジシラン(Si ₂ H ₆ )を、Ge原料としてゲルマンガス(GeH ₄ )、テトラメチルゲルマニウム((CH ₃ ) ₄ Ge)、テトラエチルゲルマニウム((C ₂ H ₅ ) ₄ Ge)等の有機ゲルマニウム化合物を用いること ができる。

 MBE法では、元素状のゲルマニウムもドーピ� ��グ源として用いることができる。p型半導体 層には、Mg原料として、例えばビスシクロペ� ��タジエニルマグネシウム(Cp ₂ Mg)又はビスエチルシクロペンタジエニルマグ ネシウム(EtCp ₂ Mg)を用いる。

 図3は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素 子1に用いることができる窒化ガリウム系化� �物半導体の一実施形態を示す概略断面図で� �る。
 窒化ガリウム系化合物半導体2は、サファイ ア基板30上に、GaN下地層32、n型GaNコンタクト� ��34、n型AlGaNクラッド層36、InGaN発光層38、p型A lGaNクラッド層40及びp型GaNコンタクト層42がこ の順に積層した構造を有する。

 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子1は 、例えば図3に示す窒化ガリウム系化合物半� �体2のn型AlGaNクラッド層36、InGaN発光層38、p型 AlGaNクラッド層40及びp型GaNコンタクト層42の� �部をエッチングによって除去することによ� �てn型GaNコンタクト層34を露出させ、当該n型G aNコンタクト層34の露出部に負極を設け、及� �p型GaNコンタクト層42上に正極を設けること� �より作製できる。

 正極ボンディングパッド20は、回路基板又� �リードフレームと電気接続することができ� �Au、Al、Ni、Cu等からなる。
 正極ボンディングパッド20の厚さは、好ま� �くは100~1000nmであり、膜厚が大きいほどボン� ��ビリティーが高くなることから、より好ま� ��くは300~1000nmであり、製造コストの観点から さらに好ましくは300~500nmである。

 負極22としては、公知材料を用いること� �でき、例えばTi/Auを負極として用いる。

 本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発� ��素子は駆動電圧(Vf)が低く、優れた光取出し 効率を有するので、例えばLEDランプに用いる ことができる。本発明の窒化ガリウム系化合 物半導体発光素子を用いたLEDランプの形状は 特に限定されず、例えば汎用用途の砲弾型、 パソコン又は携帯電話のバックライト用途の サイドビュー型、表示器用途のトップビュー 型のいずれでもよい。

 図4は、本発明の窒化ガリウム系化合物半導 体発光素子を用いたLEDランプ(砲弾型)の一実� ��形態を示す概略断面図である。LEDランプ3は 凹形状の台座部を有するフレームと棒状フレ ームの2つフレーム50が対向しており、上記台 座部と窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 1が樹脂等を介して結合している。この発光� �子1と2つのフレーム50は、2つのワイヤー52を� ��して電気的に結合しており、これらワイヤ� ��52を含む発光素子1周辺を透明樹脂54が覆う� �うにて保護している。
[実施例]

実施例1
 以下のようにして、図1の構造を有する窒化 ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した 。
 まず、MOCVD法を用いて、基板であるサファ� �アのc面((0001)結晶面)上に、AlNからなるバッ� �ァ層を介して、順次、アンドープGaN下地層(� ��厚=2μm)、Siドープn型GaNコンタクト層(層厚=2� �m、キャリア濃度=1×10 ¹⁹ cm ^-3 )、Siドープn型Al _0.07 Ga _0.93 Nクラッド層(層厚=12.5nm、キャリア濃度=1×10 ¹⁸ cm ^-3 )、6層のSiドープGaN障壁層(層厚=14.0nm、キャリ ア濃度=1×10 ¹⁸ cm ^-3 )と5層のアンドープIn _0.20 Ga _0.80 Nの井戸層(層厚=2.5nm)とからなる多重量子構造 の発光層、Mgドープp型Al _0.07 Ga _0.93 Nクラッド層(層厚10nm)、及びMgドープp型GaNコ� �タクト層(層厚=100nm)を積層し、エピタキシャ ル構造を有する積層体を作製した。

 HF及びHClを用いて、上記積層体のp型GaNコ� ��タクト層表面を洗浄した後、p型GaNコンタク ト層上に、酸化イッテリビウム(全金属元素� �対するYbの原子比:Yb/全金属元素=8at%)、酸化� �ンジウム(全金属元素に対するInの原子比:In/� ��金属元素=80at%)及び酸化スズ(全金属元素に� �するSnの原子比:Sn/全金属元素=12at%)からなる� ��晶質透明導電膜を形成した。この非晶質透� ��導電膜はDCマグネトロンスパッタを用いて� �膜し、膜厚は約250nmであった。

 得られた非晶質透明導電膜について、以下� ��評価を行った。結果を表1に示す。
(1)比抵抗
 得られた非晶質透明導電膜について、ロレ� ��タ(三菱化学株式会社製)を用いて表面抵抗� �計測し、及び触針式膜厚測定器を用いて膜� �を測定し、これら測定結果を基に比抵抗を� �出した。
(2)バンドギャップ
 得られた非晶質透明導電膜について、分光� ��度計を用いて透過率を測定して吸収係数を� ��め、吸収系数の2乗を波長に対しプロットし 、その吸収切片をバンドギャップとした。
(3)屈折率
 反射・透過システム(Film Tek3000、ヤーマン� �式会社製)を用いて、得られた非晶質透明導� ��膜の透過率、反射率を測定し、屈折率をフ� ��ティングにより求めた。
(4)仕事関数
 AC1(理研計器社製)を用いて、非晶質透明導� �膜の照射する光エネルギーと放出される電� �の量をプロットし、電子放出の立ち上がり� �片を仕事関数として求めた。

 成膜した非晶質透明導電膜は正極として� ��能し、460nmの波長領域で90%以上の高い透過� �を有していた。尚、透過率は、同じ厚さの� �晶質透明導電膜をガラス板上に積層して透� �率測定用のサンプル調製し、調製したサン� �ルについて分光光度計を用いて測定するこ� �により求めた。また、調製したサンプルの� �過率は、ガラス板のみで測定した光透過ブ� �ンク値を考慮して測定した。

 非晶質透明導電膜成膜後、エピタキシャ� ��構造を有する積層体に一般的なドライエッ� ��ングを施し、Siドープn型GaNコンタクト層の� ��部を露出させた。その後、真空蒸着法を用� ��て非晶質透明導電膜(正極)上の一部及びSiド ープn型GaNコンタクト層上に、Tiからなる第1� �層(層厚=100nm)、Auからなる第2の層(層厚=400nm)� ��順次積層した積層体を形成し、それぞれ正� ��ボンディングパッド及び負極とし、窒化ガ� ��ウム系化合物半導体発光素子を作製した。

 正極ボンディングパッド及び負極を形成� ��た後、サファイアからなる基板の裏面をダ� ��ヤモンド微粒等の砥粒を使用して研磨し、� ��終的に鏡面に仕上げた。その後、作製した� ��化ガリウム系化合物半導体発光素子を裁断� ��、350μm角の正方形チップとした。得られた� ��ップを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。

 得られたチップを、プローブ針を用いて� ��電し、電流印加値20mAにおける順方向電圧(� �動電圧:Vf)を測定した。その結果、駆動電圧� ��3.1Vであり、低電圧駆動が可能であることを 確認した。また、一般的な積分球で測定され たチップの発光出力(Po)は11mWであり、発光面� ��発光分布は、透光性導電酸化膜の全面で発� ��していることを確認した。チップを100時間� ��連続発光させたところ、チップ内の発光に� ��ラツキがなく、安定した発光が確認された� ��非晶質透明導電膜の伝導率が2.5×10E+3(S/cm)の 時の、チップの熱拡散係数は3.5W/mK超であり� �発光のバラツキは低減していた。

 断面透過電子顕微鏡のEDX分析により、p型 GaNコンタクト層及び非晶質透明導電膜(正極)� ��界面から透光性導電酸化膜側へ1nm及び2nmの� ��置でのGaの濃度を測定した。その結果、透� �性導電酸化膜内のGa濃度は、界面から非晶質 透明導電膜中へのGaの拡散がほとんどないこ� ��が確認できた。尚、この透光性導電酸化膜� ��のGa濃度は、非晶質透明導電膜内の界面付� �に存在すると考えられる金属元素(In+Sn+Ga+Yb)� ��の比率(at%)で定義した。

実施例2~23及び比較例1~3
 表1に示す組成を有する透明導電膜を成膜し たほかは実施例1と同様にして窒化ガリウム� �化合物半導体発光素子及びチップを作製し� �評価した。結果を表1に示す。

比較例4
 比較例1の窒化ガリウム系化合物半導体発光 素子は、熱アニール処理を行っていないので 、透過率が極端に低くいうえ、Poが4mWと非常� ��低かった。そこで、比較例1の非晶質透明導 電膜の透過率を上昇させるため、さらに約600 ℃で熱アニール処理を
1分間行った。その結果、Vfが3.5V、Poが10mWと� �り素子特性が向上した。しかし、これら結� �は実施例の結果と比べて十分な値とは言え� �かった。

比較例5
 熱アニール処理後、さらにレーザーアニー� ��処理(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))を行ったほ かは比較例4と同様にして窒化ガリウム系化� �物半導体発光素子を評価した。その結果そ� �結果、Vfが3.5V、Poが11mWとなり素子特性が向� �した。しかし、これら結果は、比較例4と同� ��に実施例の結果と比べて十分な値とは言え� ��かった。