(57)【要約】【課題】光反射層にＡｓ系の半導体材料を用いて構成された高反射率の光反射層を備えた半導体発光素子、特に発光ダイオードにおいて、活性層への残留Ａｓの混入を未然に抑止し、高輝度な半導体発光素子とする。【解決手段】導電性の半導体基板１上に、Ａｓを含む半導体材料を用いて構成された光反射層３と、前記光反射層の上に第一クラッド層４、活性層５及び第二クラッド層６で構成された発光部と、その上に電流分散層７又は１０とを備えた半導体発光素子において、前記第一クラッド層４の膜厚を少なくとも０．５μｍ以上１．５μｍ以下とする。【選択図】      図１
2006216706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の半導体基板上に、Ａｓを含む半導体材料を用いて構成された光反射層と、前記光反射層の上に第一クラッド層、活性層及び第二クラッド層で構成された発光部と、その上に電流分散層とを備えた半導体発光素子において、
前記第一クラッド層の膜厚を少なくとも０．５μｍ以上１．５μｍ以下としたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
前記光反射層が低屈折率膜と高屈折率膜を複数ペア積層したものから構成され、この光反射層を構成する屈折率の異なる２種の半導体材料にＡｌXＧａ1-XＡｓ（但し、０≦Ｘ≦１）が用いられていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体発光素子において、
前記光反射層の低屈折率膜と高屈折率膜のペア数が１０ペア以上２５ペア以下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に関わり、詳しくは光反射率に極めて優れた光反射層を用いた高輝度発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャルウェハを用いて製造する高輝度の半導体発光素子、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）の需要が大幅に伸びている。従来の用途としては、電光掲示板であったり、民生用家電製品の表示ランプなどであったが、最近での主な用途は、交通用信号、自動車の車載用ランプなどであり、これらは近年のＬＥＤランプの著しい高輝度化に伴い、その応用範囲が急激に拡大してきた。特に、ＡｌＧａＩｎＰ系材料は、窒化物を除くIII−Ｖ族化合物半導体の中で最大のバンドギャップを有する直接遷移型半導体であり、特に５６０nm〜６６０nm帯の発光領域において非常に高い輝度が得られることから、現在でも盛んに研究・開発が行われている。
【０００３】
従来の技術を図５を参照して説明する。
【０００４】
図５は従来例として試作した赤色帯のＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの構造断面図である。これは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型光反射層３、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４、アンドープ活性層５、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６、ｐ型ＧａＰ電流分散層７を順次成長させたものである。
【０００５】
ｎ型光反射層３は、ｎ型ＡｌＡｓ（膜厚：５１nm）とｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ（膜厚：４５nm）を順次交互に積層した構造であり、その積層ペア数を２０とした。また、この時のｎ型光反射層３の膜厚は一般的な膜厚としておよそ０．４μｍに設定した。ＭＯＶＰＥ成長での成長温度は前記ｎ型ＧａＡｓバッファ層２から前記ｐ型クラッド層６までを６５０℃とし、前記ｐ型ＧａＰ電流分散層７は６６０℃で成長した。その他の成長条件は、成長圧力５０Ｔｏｒｒ、各層の成長速度は０．３〜１．０nm／ｓｅｃ、各層のＶ／III比は、１５０前後で行った。因みにここで言うＶ／III比とは、分母をＴＭＧａやＴＭＡｌなどのIII族原料のモル数とし、分子をＡｓＨ3、ＰＨ3などのＶ族原料のモル数とした場合の比率（商）を指す。
【０００６】
以上の構成で作製されたエピタキシャルウェハ上面に直径１２５μｍの円形のｐ型表面電極８を、マトリックス状に真空蒸着法で形成した。また更に、当該エピタキシャルウェハの底面には、全面にｎ型裏面電極９を形成した。
【０００７】
以上のように構成されたＬＥＤでは、光反射層３に多量にＡｓを用いている。光反射層に砒素（Ａｓ）を用いる由縁は、ＬＥＤに用いる光反射層として、バンドギャップが広いこと、異なる２種の半導体材料間の屈折率差を大きく取るという条件を容易に満たし、且つそれがＡｌＧａＩｎＰやＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰといったＶ族がリン（Ｐ）で構成されるＰ系材料よりも優れる為である。そして、以上の構成で作製されたＬＥＤ素子の諸特性は、発光出力１．３０ｍＷ、順方向動作電圧１．９３２Ｖであった。
【０００８】
一方、特許文献１（特開平１０−２９００２６号公報）には、半導体発光素子において、光反射層の一部にＧａＡｓを用いるＬＥＤにおける赤外発光問題を解決する方策が開示されている。このＬＥＤでも、反射層の上面上にダブルヘテロ接合構造の発光部を構成するが、この発光部では、先ず第１のクラッド層として、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層（Ｓｉドープ、不純物濃度４×１０17cm-3）を１．８μｍとなる層厚で積層する。
【特許文献１】特開平１０−２９００２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のように光反射層に多量にＡｓを用いた構成では、光反射層単体の特性、つまり光反射率では最も優れた効果を得ることができるのであるが、同時にＬＥＤ素子に弊害を与えてしまう。それは、光反射層を構成する半導体材料のＶ族元素、つまりＡｓがその上に成長される発光部へ混入し、ＬＥＤの発光出力の低下を招くのである。発光部は主にＡｌＧａＩｎＰ系の材料で構成されており、特に光反射層成長時にＡｓを多量に用いた場合においては、Ａｓが炉内に残留するか何かの形で発光部（特に活性層）に混入し、その濃度に依存して非発光再結合のサイトを形成する。
【００１０】
したがって本発明は、光反射層にＡｓ系の半導体材料を用いて構成された高反射率の光反射層を備えた半導体発光素子、特に発光ダイオードにおいて、活性層への残留Ａｓの混入を未然に抑止し、高輝度な半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１２】
請求項１の発明に係る半導体発光素子は、導電性の半導体基板上に、Ａｓを含む半導体材料を用いて構成された光反射層と、前記光反射層の上に第一クラッド層、活性層及び第二クラッド層で構成された発光部と、その上に電流分散層とを備えた半導体発光素子において、前記第一クラッド層の膜厚を少なくとも０．５μｍ以上１．５μｍ以下としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の半導体発光素子において、前記光反射層が低屈折率膜と高屈折率膜を複数ペア積層したものから構成され、この光反射層を構成する屈折率の異なる２種の半導体材料にＡｌXＧａ1-XＡｓ（但し、０≦Ｘ≦１）が用いられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項２に記載の半導体発光素子において、前記光反射層の低屈折率膜と高屈折率膜のペア数が１０ペア以上２５ペア以下であることを特徴とする。
【００１５】
本発明は、次のような形態をも含む。
【００１６】
（１）上記請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記半導体基板がＧａＡｓ、若しくはＧｅであることを特徴とする半導体発光素子。
【００１７】
（２）上記請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記第二クラッド層、若しくは前記電流分散層上に少なくとも１層以上の低抵抗な半導体で構成されるコンタクト層を介して、錫添加酸化インジウム、酸化インジウム、酸化亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、アルミニウム添加酸化亜鉛、ホウ素添加酸化亜鉛の何れかにおける金属酸化物によって電流分散層を形成したことを特徴とする半導体発光素子。
【００１８】
（３）上記（２）に記載の半導体発光素子において、前記コンタクト層をキャリア濃度が１×１０19／cm3以上のＡｌXＧａ1-XＡｓ（但し、０≦Ｘ≦０．２）で形成したことを特徴とする半導体発光素子。
【００１９】
（４）上記請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記発光部が（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（但し、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）で構成されたことを特徴とする半導体発光素子。
【００２０】
＜発明の要点＞
本発明の好ましい具体的構成は、半導体発光素子、特に発光ダイオードは、ＧａＡｓ又はＧｅから成る半導体基板上にＡｌXＧａ1-XＡｓ（但し、０≦Ｘ≦１）から選択される屈折率の異なる２種の半導体層を交互に積層成長させ光反射層を設け、この上に、前記光反射層の導電型と同じ導電型を有する第一クラッド層を成長し、更にその上に（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（但し、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）から選択される材料を用いて活性層を成長し、更にその上に前記第一クラッド層とは反対の導電型を有する第二クラッド層、電流分散層を順次成長すると共に、前記第一クラッド層の膜厚を０．５μｍ以上、１．５μｍ以下とするものである。
【００２１】
第一クラッド層の膜厚が０．５μｍより薄いと活性層へのＡｓの混入を抑制することができず、発光出力が低下してしまう。また、逆に第一クラッド層の膜厚を厚くするとＡｓの抑制効果が高まるが、第一クラッド層の膜厚が１．５μｍに達すると、図２に示した様にＡｓの抑制効果が飽和し、この１．５μｍより厚くしてもＬＥＤ素子製造に掛かるコストが高くなるだけで、発光出力の増加は望めない。よって、Ａｓの抑制効果を十分に発揮し、且つＬＥＤ素子の製造コストを低く抑える為には、第一クラッド層の膜厚を０．５μｍ〜１．５μｍの範囲に設定するのが最適である。
【００２２】
光反射層のペア数は、少なすぎても悪く、多すぎても悪い。その理由として、図３に示すように、ペア数が１０ペアより少ないと、光反射層の反射率は８０％以下となり、十分な光反射率が確保できない故に高い発光出力が得られない。逆にペア数を多くして行くと、基本的に光反射率が増加するが、１５ペア程度で反射率が９０％に達し、２５ペアで反射率が飽和する。それ以上ペア数を多くしても、成長に掛かる原料コストだけが増えてしまう為に無駄となる。よって、光反射層のペア数は１０ペア以上２５ペア以下、好ましくは１５ペア以上２５ペア以下の範囲に設定するのがよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、第一クラッド層の膜厚を０．５μｍ〜１．５μｍの範囲に設定したので、光反射層に多量のＡｓを用いて高反射率の光反射層とした半導体発光素子においても、活性層への残留Ａｓの混入を未然に抑止し、高輝度な半導体発光素子を低コストで提供することができる。
【００２４】
つまり、本発明は、従来のＡｓ系の半導体材料により構成される光反射層を備えた半導体発光素子において、その反射層の上に膜厚０．５μｍ〜１．５μｍの第一クラッド層を置くので、その上の活性層部に混入するＡｓの混入量を極めて低く抑えることができ、引いては、従来の出力低下現象を未然に防ぎ、高輝度な半導体発光素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の第一の実施形態に係る半導体発光素子を示すもので、導電性の半導体基板１と、該基板の主面上にバッファ層２を介して設けられた光反射層３と、該光反射層の上に成長されたｐｎ接合を有する活性層５を含む発光部（４、５、６）とを少なくとも具備する。
【００２７】
上記光反射層３は、具体的には、低屈折率部と高屈折率部の膜を組み合わせたＤＢＲ（分布ブラッグ反射層）として構成され、発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長にほぼ一致する光を反射する。その光反射層３を構成する屈折率の異なる２種の半導体材料としては、ＡｌXＧａ1-XＡｓ（但し、０≦Ｘ≦１）が用いられる。例えば、ＡｌＡｓとＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ、ＡｌＩｎＰとＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ、ＡｌＡｓとＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓなどの組み合わせが用いられる。
【００２８】
図３に示すように、光反射層のペア数は、１０ペアより少ないと、光反射層の反射率は８０％以下となり、十分な光反射率が確保できない故に高い発光出力が得られず、また逆にペア数を多くして反射率の増加を狙っても、１５ペア程度で反射率が９０％に達し、２５ペアで反射率が飽和するので、光反射層のペア数は１０ペア以上２５ペア以下、好ましくは１５ペア以上２５ペア以下の範囲に設定する。
【００２９】
上記光反射層３の上に形成される発光部は、第一クラッド層としてのｎ型クラッド層４、アンドープ活性層５及び第二クラッド層としてのｐ型クラッド層６で構成される。
【００３０】
上記第一クラッド層たるｎ型クラッド層４の膜厚は、Ａｓの抑制効果を得るため、少なくとも０．５μｍ以上１．５μｍ以下の厚さとする。その理由として、第一クラッド層の膜厚が０．５μｍより薄いと活性層へのＡｓの混入を抑制することができず、発光出力が低下してしまう。また、逆に第一クラッド層の膜厚を厚くしてＡｓの抑制効果を高めようとしても、膜厚が１．５μｍに達するとＡｓの抑制効果が飽和し、それ以上に厚くしてもＬＥＤ素子の製造コストが高くなるだけであるからである。
【００３１】
図４は、本発明の半導体発光素子の第二の実施形態を示すもので、図１とは、ｐ型クラッド層６上に、コンタクト層１１及びＩＴＯ膜からなる電流分散層１０を備えている点で相違する。Ａｓの抑制効果を得るため、第一クラッド層たるｎ型クラッド層４の膜厚を少なくとも０．５μｍ以上１．５μｍ以下とする点、及びそれにより高輝度な半導体発光素子が得られるという作用効果の点は同じである。
【００３２】
［実施例１］
図１に示した構造の発光波長６３０nm付近の赤色帯ＬＥＤを製作した。製作の過程は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法でｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型光反射層３、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４、アンドープ活性層５、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６、ｐ型ＧａＰ電流分散層７を順次成長させた。光反射層３は、ｎ型ＡｌＡｓ（膜厚：５１nm）とｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ（膜厚：４５nm）を順次積層した構造とし、そのペア数は２０ペアとした。そして、本実施例では前記ｎ型クラッド層４の膜厚を０．３μｍ、０．５μｍ、０．８μｍ、１．２μｍとした。
【００３３】
ＭＯＶＰＥ成長での成長温度は前記ｎ型ＧａＡｓバッファ層２から前記ｐ型クラッド層６までを６５０℃とし、前記ｐ型ＧａＰ電流分散層７は６６０℃で成長した。その他の成長条件は、成長圧力５０Ｔｏｒｒ、各層の成長速度は０．３〜１．０nm／ｓｅｃ、各層のＶ／III比は、１５０前後で行った。
【００３４】
因みにここで言うＶ／III比とは、分母をＴＭＧａやＴＭＡｌなどのIII族原料のモル数とし、分子をＡｓＨ3、ＰＨ3などのＶ族原料のモル数とした場合の比率（商）を指す。ＭＯＶＰＥ成長において用いる原料としては、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、又はトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属や、アルシン（ＡｓＨ3）、ホスフィン（ＰＨ3）等の水素化物ガスを用いた。
【００３５】
例えば前記ｎ型バッファ層２の様なｎ型層の添加物原料としては、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）を用いた。前記ｐ型クラッド層６の様なｐ型層の導電型決定不純物の添加物原料としては、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いた。その他に、ｎ型層の導電型決定不純物の添加物原料として、シラン（ＳｉＨ4）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。その他にｐ型層添加物原料として、ジメチルジンク （ＤＭＺｎ） を用いることもできる。
【００３６】
そして、このエピタキシャルウェハ上面には直径１２５μｍの円形のｐ型表面電極８を、マトリックス状に真空蒸着法で形成した。このｐ型表面電極８は、金・亜鉛（ＡｕＺｎ）合金、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）を、それぞれ６０nm、１０nm、１０００nmの順に蒸着した。更に当該エピタキシャルウェハの底面には、全面にｎ型裏面電極９を形成した。ｎ型裏面電極９は、金・ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）合金、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）を、それぞれ６０nm、１０nm、５００nmの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中４００℃で５分間行った。
【００３７】
その後、これらのエピタキシャルウェハをダイシング装置等でチップサイズ３００μｍ角のチップ形状に加工し、更にダイボンディング、ワイヤボンディングを行ってＬＥＤ素子を製作した。
【００３８】
以上の内容で作製されたＬＥＤの諸特性を評価した結果を図２、及び下記表１に示した。また、この時作製した各ウェハでＳＩＭＳ分析行い、活性層中のＡｓ（砒素）濃度を測定した。この結果も併せて表１に示す。
【００３９】
【表１】
2006216706.tif 000003
【００４０】
この結果、表１に示すように、ｎ型クラッド層４の膜厚を０．３μｍとしたＬＥＤでは、図５に従来の技術として例を挙げたｎ型クラッド層膜厚０．４μｍとほぼ同じの低い発光出力（１．２８ｍＷ）となってしまった。
【００４１】
しかし、ｎ型クラッド層４の膜厚を０．５μｍ、０．８μｍ、１．２μｍ、１．５μｍと厚くしたＬＥＤでは、表１（図２参照）に示したように、１．５４ｍＷ、１．５８ｍＷ、１．６１ｍＷ、１．６１ｍＷの発光出力となり、画期的に発光出力が増大していることが判る。また、この時の活性層中の砒素濃度分析結果を表１より読み取ると、ｎ型クラッド層の厚膜化、及び発光出力の増大に伴って、活性層中の砒素濃度が徐々に減少していることが判る。
【００４２】
以上のことから、ｎ型クラッド層を厚膜化、特に０．５μｍ以上に設定することにより、光反射層を成長に用いたＡｓの残留、残存物が活性層にまで混入することを未然に抑止でき、引いてはＬＥＤの発光出力を著しく高めることに成功した。
【００４３】
［実施例２］
図４に示した構造の発光波長６３０nm付近の赤色帯ＬＥＤを作製した。エピタキシャル成長の方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル層構造やＬＥＤ素子製作方法は、基本的に上記実施例１と同じにした。以下に上記実施例１とは異なる点を列挙し、それに伴い詳細な説明をする。
【００４４】
本実施例２では、ｐ型クラッド層６成長後にｐ型ＧａＰ電流分散層７を成長せず、代わりにｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓコンタクト層１１を５nmだけ成長した。
【００４５】
更に、このＬＥＤ用エピタキシャルウェハをＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、当該ウェハの表面、つまり前記ｐ型コンタクト層１１の表面側へ、真空蒸着法によって膜厚２９０nmのＩＴＯ膜１０を形成した。本構造では、このＩＴＯ膜１０が電流分散層となる。この時、ＩＴＯ膜蒸着の同一バッチ内にセットした評価用ガラス基板を取り出し、Ｈａｌｌ測定が可能なサイズに切断し、ＩＴＯ膜単体の電気特性を評価した所、キャリア濃度１．１７×１０21／cm3、移動度１８．５cm2／Ｖｓ、抵抗率２．６１×１０-4Ω・cmであった。また、本実施例のｎ型クラッド層４の膜厚は０．８μｍとした。
【００４６】
以上の内容で作製されたＬＥＤの諸特性を評価した結果、発光出力は１．５１ｍＷ、順方向動作電圧は、１．９０Ｖであった（全て２０ｍＡ通電時の評価結果）。
【００４７】
つまり、本実施例２では、電流分散層に一般的な透明導電膜であるＩＴＯ膜から成る電流分散層を用いた構造について、本発明の論点であるＡｓ系の光反射層を用いた場合のＬＥＤ素子において、ｎ型クラッド層の膜厚を０．８μｍ（０．５μｍ以上）に設定したことで、上記実施例１と同様の理由からＬＥＤの高輝度化が図れたものである。
【００４８】
＜最適条件について＞
第１に、上記実施例でも示した様に、第一クラッド層の膜厚には最適値があると言える。第一クラッド層の膜厚が例えば０．３μｍの様に薄すぎれば活性層へのＡｓの混入を抑制することができず、発光出力が低下してしまう。そして、逆に当該第一クラッド層の膜厚を例えば２μｍといった風に厚くし過ぎれば、図２に示した様にＡｓの抑制効果は十分に果たされており、それ以上の効果は期待できず、ＬＥＤ素子製造に掛かるコストが高くなってしまうだけである。つまり、以上のことから、本発明の効果を十分に発揮し、且つＬＥＤ素子の製造コストを低く抑える為には第一クラッド層の膜厚には０．５μｍ〜１．５μｍの範囲という最適値がある。
【００４９】
第２に、光反射層のペア数は、少なすぎても悪く、多すぎても悪い。その理由は、ペア数が少な過ぎると、十分な光反射率が確保できない故に高い発光出力が得られないからである。次にペア数が多すぎる場合について述べる。光反射率は基本的にペア数の増加に伴い増加するものである。しかし、決して際限なく増加するものでは無くあるペア数から飽和傾向を示す。よって厚くし過ぎた場合には単調に成長に掛かる原料コストだけが増えてしまう為に無駄となる。よって以上のことから、光反射層のペア数には最適値があると言え、好ましくはおよそ１０ペア以上２５ペア以下であり、より好ましくは１５ペア以上２５ペア以下の範囲にあると言える。
【００５０】
第３に、金属酸化物から成る電流分散層、例えばＩＴＯ膜と接するオーミックコンタクト層は、極めて高濃度に導電型決定不純物濃度が添加されている必要がある。具体的には、亜鉛（Ｚｎ）が添加されたコンタクト層の場合、その結晶材料はＡｌ混晶比が０から０．２までのＧａＡｓ、又はＡｌＧａＡｓであることが望ましく、そのキャリア濃度は１×１０19／cm3以上が好適であり、これは高ければ高い程好ましい。また、導電型決定不純物にマグネシウム（Ｍｇ）を用いた時のコンタクト層の場合は、その結晶材料はＧａＰ組成が０から０．２までのＩｎＰ、又はＧａＩｎＰであることが望ましく、そのキャリア濃度は１×１０19／cm3以上が好適であり、これは高ければ高い程好ましい。ＩＴＯ膜は基本的にｎ型の半導体材料に属し、また、ＬＥＤは一般的にｐサイドアップで作製される。この為、ＩＴＯ膜を電流分散層に応用したＬＥＤは導電型が基板の側からｎ／ｐ／ｎ接合となってしまう。この為にＬＥＤではＩＴＯ膜とｐ型半導体層との界面に大きな電位障壁が生じ、通常は非常に動作電圧の高い発光ダイオードとなってしまう。この問題を解消する為、ｐ型半導体層には非常に高いキャリア濃度を有するコンタクト層が必要となるのである。また、上記したコンタクト層のバンドギャップが狭い由縁は、その方が高キャリア化が容易であることに強く依存する。
【００５１】
第４に、上述したコンタクト層の膜厚は１nmから５０nmの範囲にあることが好ましい。何故ならば、前記コンタクト層は、いずれも活性層で発光した光に対し吸収層となるバンドギャップを有している為、膜厚が厚くなるに連れ、発光輝度（出力）が低下してしまう。従って、コンタクト層の膜厚の上限をおよそ５０nmとすることが好ましく、より好ましくは３０nmまでである。また、コンタクト層の膜厚が１nm未満になってくると、今度はＩＴＯ膜とコンタクト層との間でのトンネル接合が難しくなってくる為、低動作電圧化、動作電圧の安定化が困難になる。従って、ＩＴＯ膜と接するコンタクト層の膜厚には最適値があり、それは１nmから５０nmなのである。
【００５２】
第５に、ＩＴＯ膜の膜厚は１００nmから５００nmの範囲にあることが好ましい。下限が１００nmである由縁は、少なくとも充分な電流分散効果を得る為にはおよそ１００nm程度以上の膜厚が必要だからである。次に上限が５００nmである由縁は、真空蒸着法で形成する場合、ＩＴＯ膜の膜厚が５００nm程度になってくると、ＩＴＯ膜の透明性、つまり透過率が徐々に悪化してしまうという現象がある為である。また、およそ１５０nmから３５０nm程度のＩＴＯ膜によって充分な電流分散効果が得られることから、あまり厚くし過ぎても製造コストを増加させてしまうだけになる。従って、ＩＴＯ膜の膜厚は１００nmから５００nmの範囲にあることが好ましく、より好ましくは１５０nmから３５０nm程度であると言える。
【００５３】
第６に、光反射層に用いる材料には適したものがある。光反射層に用いる材料は、できる限りバンドギャップが広い方が好ましい。しかし、実質的にはバンドギャップの広い材料同士では屈折率差を大きく取るということと両立させることが難しい。一般に光反射層に用いられるＡｌＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料などでは、これらはまさに二律背反の関係にある。よって、好ましい範囲に設定されるべき光反射層の材料、及び組成には最適値があり、それは、光反射層を構成する低屈折率部の材料が、ＡｌXＧａ1-XＡｓ（但し、０．６≦Ｘ≦１．０）であり、また、高屈折率部の材料がＡｌXＧａ1-XＡｓ（但し、０≦Ｘ≦０．６）であることが好ましいのである。
【００５４】
［変形例１］
本発明における実施例１及び２においては、どの構造においても活性層とｐ型クラッド層との間に何も介在させない構造とした。しかし、ここに例えば真性なアンドープ層を設けたり、多少導電型不純物を含んでいようとも擬似的にアンドープ層となる様な擬似アンドープ層を設けたりする構造を採ることもでき、これによる影響は、単にＬＥＤ素子の出力の信頼性を向上させるなどの効果が生ずるのみであり、本特許の意図する効果が得られることには変わりがない。
【００５５】
［変形例２］
本発明における実施例においては、発光波長６３０nmの赤色ＬＥＤ素子のみを作製例としたが、同じＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いて製作されるそれ以外のＬＥＤ素子、例えば発光波長５６０nm〜６６０nmのＬＥＤ素子においても、この時に用いられる各層の材料、キャリア濃度などは活性層以外には大きな変更点を持たない。従って、仮にＬＥＤ素子の発光波長を本発明の実施例と異なる波長帯域としても、上記と同様な効果を得ることができる。
【００５６】
［変形例３］
本発明における実施例においては、バッファ層を常に設けたＬＥＤ構造を作製例としたが、当該層が省略されたＬＥＤ素子構造を採っても本発明の意図する効果を得ることができる。
【００５７】
［変形例４］
本発明における実施例においては、ｐ型層に添加する導電型決定不純物を亜鉛（Ｚｎ）、ｎ型層に添加する導電型決定不純物をセレン（Ｓｅ）としたが、仮にこのｐ型導電型決定不純物にマグネシウム（Ｍｇ）を用いたり、ｎ型導電型決定不純物にＳｉやＴｅを用いた場合の構造としても、同様に本発明所期の効果を得ることができる。
【００５８】
［変形例５］
本発明における実施例においては、表面電極の形状は常に円形のものとした構造を採ったが、その他にも異形状、例えば四角、菱形、多角形等でも本発明の意図する効果を得ることができる。
【００５９】
［変形例６］
本発明における実施例においては、電流分散層にＩＴＯ膜のみを用いた例を挙げたが、この他にも酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ガリウム添加酸化亜鉛（ＧＺＯ）、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ホウ素添加酸化亜鉛（ＢＺＯ）などの一般的に低抵抗で知られる金属酸化物を電流分散層に適用することができ、かかる構造とした場合においても、本発明の意図する所の効果を得ることができる。
【００６０】
［変形例７］
本発明における実施例においては、半導体基板にＧａＡｓを用いた例のみを挙げたが、この他にもＧｅを出発基板とするＬＥＤ用エピタキシャルウェハや、出発基板をＧａＡｓ、又はＧｅとし、これを後に除去し、代替の自立基板としてＳｉやＳｉ以上の熱伝導率を有する金属基板を用いたＬＥＤ用エピタキシャルウェハにおいても、本発明の意図する効果を得ることができる。
【００６１】
［変形例８］
本発明における実施例においては、光反射層にＡｌＡｓとＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓを用いた例を示した。しかし、仮にこれがＡｌＩｎＰとＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓであったり、ＡｌＡｓとＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓであっても、若干の屈折率差から生ずる光反射率に少々の変化をもたらすだけであり、高Ａｌ組成の材料を用い、且つその光反射層を成長する際のＶ／III比を５０以下に設定した場合であれば、多少の装置依存性は有するものの、本発明の意図する所の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施例に係るＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ素子の断面図である。
【図２】本発明の一実施例における評価結果について、第一クラッド層の膜厚とＬＥＤ素子の諸特性の関係を示した図である。
【図３】本発明の実施例における光反射層のペア数と反射率との関係を示した図である。
【図４】本発明の他の実施例に係るＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ素子の断面図である。
【図５】従来技術におけるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ素子の断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  半導体基板
２  バッファ層
３  光反射層（ＤＢＲ層）
４  ｎ型クラッド層（第一クラッド層）
５  活性層
６  ｐ型クラッド層（第二クラッド層）
７  ＧａＰ電流分散層
８  表面電極
９  裏面電極
１０  ＩＴＯ膜（電流分散層）
１１  コンタクト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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