(57)【要約】【課題】電流ブロック層を用いることなく高輝度が得られる半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】発光層２を含む半導体結晶３に積層された金属酸化物からなる電流拡散層４の主面に、上記発光層２に電流を供給するための金属からなる主面電極５と、上記発光層２からの光を反射する金属からなる主面反射層６とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を含む半導体結晶上に積層された金属酸化物からなる電流拡散層の主面に、上記発光層に電流を供給するための金属からなる主面電極と、上記発光層からの光を反射する金属からなる主面反射層とを備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
上記主面電極と上記電流拡散層とが合金化しており、上記主面反射層と上記電流拡散層とが合金化していないことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
上記主面反射層の材料がＡｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ａｇ合金のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
上記主面電極と上記主面反射層とを覆い、上記主面反射層と同じ材料からなるワイヤボンディング層を備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の半導体発光素子。
【請求項５】
上記電流拡散層の材料がＩＴＯであることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の半導体発光素子。
【請求項６】
上記半導体結晶の上記電流拡散層に接する層が、主たるドーパントをＺｎとし、組成をＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦０．４）とするコンタクト層であり、該コンタクト層のキャリア濃度が１×１０19／ｃｍ3以上であることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の半導体発光素子。
【請求項７】
上記半導体結晶の上記電流拡散層に接する層がコンタクト層であり、該コンタクト層の厚さが１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の半導体発光素子。
【請求項８】
上記発光層がｎ型クラッド層と活性層とｐ型クラッド層からなり、上記活性層が多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の半導体発光素子。
【請求項９】
上記発光層がｎ型クラッド層と活性層とｐ型クラッド層からなり、上記活性層が歪多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
上記発光層の上記主面反射層とは反対側に半導体多層膜からなる裏面反射層を備えたことを特徴とする請求項１〜９いずれか記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
発光層を含む半導体結晶を形成し、その半導体結晶上に金属酸化物からなる電流拡散層を積層し、その電流拡散層の主面に、上記発光層に電流を供給するための金属からなる主面電極と、上記発光層からの光を反射する金属からなる主面反射層とを形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
上記主面電極を形成して高温の熱処理を施した後、上記主面反射層を形成して低温の熱処理を施すことを特徴とする請求項１１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
上記主面電極を形成した後、上記主面反射層を真空蒸着法により形成し、続けて、上記主面電極と上記主面反射層とを覆い、上記主面反射層と同じ材料からなるワイヤボンディング層を真空蒸着法により形成することを特徴とする請求項１１又は１２記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
上記電流拡散層は、真空蒸着法又はスパッタ法により形成直後のキャリア濃度が８×１０20／ｃｍ3以上となるように形成することを特徴とする請求項１１〜１３いずれか記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流ブロック層を用いることなく高輝度が得られる半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＧａＩｎＰ半導体は、窒化物半導体を除く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る。ＡｌＧａＩｎＰ半導体を用いたＬＥＤ等の半導体発光素子は５６０ｎｍ〜６５０ｎｍの発光帯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おり、特にさらなる高輝度化の研究が盛んである。また、最近では、ＡｌＧａＩｎＰ半導体発光素子は低価格化競争の最中にあり、各メーカーが原価低減とスループットの向上に努めている。
【０００３】
ＡｌＧａＩｎＰ半導体発光素子（以下、単に半導体発光素子という）の製造コストは、主に電流拡散層の製造コストが占めている。この要因の一つとして、電流拡散層の厚さが厚いことが挙げられる。電流拡散層の材料は、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓなどであり、半導体発光素子の高輝度化、低動作電圧化を図るためには、電流拡散層の厚さを８μｍ以上にする必要がある。このため、電流拡散層の成長に費やされる原料の費用が多いと共に、電流拡散層の成長に費やされる時間がスループットを低下させ、総合的に、半導体発光素子の製造原価が高い。
【０００４】
この問題の解決策として半導体による電流拡散層の代わりに、キャリア濃度が非常に高く、薄い厚さで充分な電流拡散効果が得られる透明な金属酸化物の電流拡散層が提案されている。金属酸化物を電流拡散層に用いた場合、その電流拡散層の表面に金属からなる主面電極が形成されると、半導体結晶と電流拡散層との間に接触抵抗が発生してしまう。この接触抵抗のため、順方向動作電圧が高くなり、問題である。
【０００５】
また、電流拡散層と接する側の半導体結晶のキャリア濃度を極めて高くすることで、トンネル電流により発光層に電流を供給するという方法が非特許文献１に開示されている。これにより、低コスト化の見通しが得られた。
【０００６】
さらなる高輝度を得る対策として、電流ブロック層を備えた電流狭窄型の半導体発光素子が特許文献１に開示されている。この半導体発光素子では、発光層と電流拡散層との間に、電流拡散層と逆の導電性を有する半導体の層を形成し、これを選択的にエッチングして電流ブロック層のパターンニングを行う。その後、電流ブロック層上に電流拡散層を再成長させることで電流狭窄型の半導体発光素子を得ている。しかし、この方法では、ＭＯＣＶＤ法による成長工程が二度必要になるため、製造原価の低減は難しい。このＭＯＣＶＤ法では、１回の成長におけるウェハの処理枚数が少ないため、スループットが悪く、製造原価が高い。また、逆メサ方向では電流ブロック層が逆テーパになることから、二度目のＭＯＣＶＤ法による成長工程のとき欠陥ができてしまうことが多々あり、制御性が悪く、再現性に問題がある。よって、技術的に難しく、歩留まりが悪く、製造原価が高い。
【０００７】
図６に示した従来の半導体発光素子６１は、下から、下面電極１１、半導体基板１２、バッファ層１３、裏面反射層１４、ｎ型クラッド層１５、活性層１６、ｐ型クラッド層１７、緩衝層１８、コンタクト層１９、電流拡散層４、上面電極（主面電極）６２を備える。このうち、ｎ型クラッド層１５、活性層１６、ｐ型クラッド層１７を発光層２と呼ぶ。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−６４２１９号公報
【非特許文献１】ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ、７Ｔｈ  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ１９９５、２２１０〜２２１２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のように、現状では、高輝度で低コストの半導体発光素子を歩留まり良く製造することは困難である。
【００１０】
ところで、半導体発光素子には、発光層２を含む半導体結晶３と電流拡散層４とを積層したものの積層方向両側に電極１１，６２が設けられる。電流拡散層４の表面は光を取り出す主面であり、この主面には、この主面を部分的に覆う上面電極（主面電極）６２が設けられ、発光層２の反対側には、発光層２からの光を主面に反射する裏面反射層１４と、半導体発光素子全体を機械的に支える半導体基板１２と、上面電極６２の反対極として発光層２に電流を供給する下面電極１１が設けられる。
【００１１】
上面電極６２が主面を部分的に覆うので、主面は上面電極６２に覆われた部分と露出した部分とに分かれる。このとき、上面電極６２に覆われた部分の下の発光層２で発光した光は、上面電極６２に遮られるため、外に取り出すことができない。なお、前述の電流ブロック層は、上面電極６２の下の部分での発光を少なくするために設けられる。
【００１２】
また、上面電極６２は、この上面電極６２を形成した後にアロイ処理（熱処理）して接触抵抗を下げている。この方法によって、上面電極６２と電流拡散層４とが合金化して接触抵抗が低くなる。しかし、合金化によって界面の平坦さが乱れたり、変色（光吸収波長の変化）が生じて上面電極６２での反射率は低下する。つまり、発光層２で発光した光のうち、上面電極６２に達した光は、反射させてから外に取り出すこともできない。
【００１３】
このように、従来の半導体発光素子６１は、発光層２で発光した光のうち、上面電極６２に達した光が外に取り出すことができず、損失となる。これが高輝度化の妨げになっている。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電流ブロック層を用いることなく高輝度が得られる半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明の半導体発光素子は、発光層を含む半導体結晶に積層された金属酸化物からなる電流拡散層の主面に、上記発光層に電流を供給するための金属からなる主面電極と、上記発光層からの光を反射する金属からなる主面反射層とを備えたものである。
【００１６】
上記主面電極と上記電流拡散層とが合金化しており、上記主面反射層と上記電流拡散層とが合金化していなくてもよい。
【００１７】
上記主面反射層の材料がＡｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ａｇ合金のいずれかであってもよい。
【００１８】
上記主面電極と上記主面反射層とを覆い、上記主面反射層と同じ材料からなるワイヤボンディング層を備えてもよい。
【００１９】
上記電流拡散層の材料がＩＴＯであってもよい。
【００２０】
上記半導体結晶の上記電流拡散層に接する層が、主たるドーパントをＺｎとし、組成をＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦０．４）とするコンタクト層であり、該コンタクト層のキャリア濃度が１×１０19／ｃｍ3以上であってもよい。
【００２１】
上記半導体結晶の上記電流拡散層に接する層がコンタクト層であり、該コンタクト層の厚さが１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であってもよい。
【００２２】
上記発光層がｎ型クラッド層と活性層とｐ型クラッド層からなり、上記活性層が多重量子井戸構造であってもよい。
【００２３】
上記発光層がｎ型クラッド層と活性層とｐ型クラッド層からなり、上記活性層が歪多重量子井戸構造であってもよい。
【００２４】
上記発光層の上記主面反射層とは反対側に半導体多層膜からなる裏面反射層を備えてもよい。
【００２５】
本発明の製造方法は、発光層を含む半導体結晶を形成し、その半導体結晶上に金属酸化物からなる電流拡散層を積層し、その電流拡散層の主面に、上記発光層に電流を供給するための金属からなる主面電極と、上記発光層からの光を反射する金属からなる主面反射層とを形成するものである。
【００２６】
上記主面電極を形成して高温の熱処理を施した後、上記主面反射層を形成して低温の熱処理を施してもよい。
【００２７】
上記主面電極を形成した後、上記主面反射層を真空蒸着法により形成し、続けて、上記主面電極と上記主面反射層とを覆い、上記主面反射層と同じ材料からなるワイヤボンディング層を真空蒸着法により形成してもよい。
【００２８】
上記電流拡散層は、真空蒸着法又はスパッタ法により形成直後のキャリア濃度が８×１０20／ｃｍ3以上となるように形成してもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３０】
（１）電流ブロック層を用いることなく高輝度が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３２】
図１に示されるように、本発明に係る半導体発光素子１は、発光層２を含む半導体結晶３に積層された金属酸化物からなる電流拡散層４の主面に、上記発光層２に電流を供給するための金属からなる主面電極（以下、上面電極）５と、上記発光層２からの光を反射する金属からなる主面反射層６とを備えたものである。
【００３３】
詳しく構造を述べると、本発明に係る半導体発光素子は、下から、下面電極１１、ｎ型ＧａＡｓ基板１２、ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓバッファ層１３、ｎ型反射層（裏面反射層）１４、ｎ型（Ｓｉドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層１６、ｐ型（Ｍｇドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１７、ｐ型（Ｍｇドープ）ＡｌＧａＡｓ緩衝層１８、ｐ型（Ｚｎドープ）ＡｌＧａＡｓコンタクト層１９、電流拡散層４、上面電極５、主面反射層６、ワイヤボンディング層８を備える。このうち、ｎ型（Ｓｉドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層１６、ｐ型（Ｍｇドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１７を併せて発光層２と呼ぶ。
【００３４】
上面電極５と主面反射層６は、主面である電流拡散層４の表面に、上面電極５と主面反射層６とが隣り合わせて形成されている。この実施形態では、上面電極５がリング状に形成され、主面反射層６がその上面電極５の内周に嵌り、上面電極５と同じ厚さの円盤状に形成されている。
【００３５】
この実施形態では、上面電極５と電流拡散層４とは３００℃以上の高温の熱処理により充分に合金化している。一方、主面反射層６は、その高温の熱処理よりも後に形成され、その後、３００℃以下の低温の熱処理が施されているが、主面反射層６と電流拡散層４とは全く合金化していない。
【００３６】
主面反射層６の材料は、Ａｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ａｇ合金のいずれかである。
【００３７】
ワイヤボンディング層８は、上面電極５と主面反射層６とを一括して覆うよう、上面電極５と同じ外径の円盤状に形成される。この実施形態では、ワイヤボンディング層８は、主面反射層６と同じ材料からなり、真空蒸着法により連続して形成される。つまり、上面電極５を形成した後、その上面電極５に隣り合わせて上面電極５と同じ厚さまで主面反射層６を真空蒸着法により形成し、そのまま続けて、ワイヤボンディング層８を真空蒸着法により形成する。
【００３８】
ここで、最終的な熱処理（ワイヤボンディング層８を形成した後の熱処理）がないと、その後のワイヤボンディング工程においてワイヤボンディング層８の剥がれが起きやすい。よって、最終的な熱処理は行うのが好ましい。しかし、このときあまりにも高温で熱処理すると、主面反射層６と電流拡散層４との間、或いは主面反射層６とワイヤボンディング層８との間で合金化が進み、主面反射層６の光反射率を低下させてしまう。よって、あまり高温で熱処理するのは好ましくない。熱処理温度は２００℃〜３００℃が好適である。
【００３９】
また、主面反射層６とワイヤボンディング層８との合金化による不具合をなくすためには、主面反射層６の金属とワイヤボンディング層８の金属を同じにするのがよい。例えば、主面反射層６にＡｕを用いたなら、ワイヤボンディング層８にもＡｕを用いる。ただし、ワイヤボンディング層８の材料として望ましいのはＡｕとＡｌであるから、ワイヤボンディング層８にＡｕを用い主面反射層６にＡｕを用いるか、ワイヤボンディング層８にＡｌを用い主面反射層６にＡｌを用いることである。ＡｌよりもＡｕが高融点であり合金化しにくい。上記最終的な熱処理の観点からは合金化しにくい金属が好ましい。
【００４０】
この実施形態では、電流拡散層４は、材料がＩＴＯ（酸化インジウム・錫）である。電流拡散層４は、厚さが３λ／４ｎもしくはλ／４ｎである。λは発光ピーク波長、ｎは屈折率である。電流拡散層４は、真空蒸着法又はスパッタ法により形成する。電流拡散層４は、キャリア濃度が８×１０20／ｃｍ3以上となるように形成したものである。電流拡散層４のキャリア濃度は電流拡散層４を形成した直後（他の加工プロセスを経てキャリア濃度が変化する以前）に測定するとよい。
【００４１】
この実施形態では、半導体結晶３のうちで電流拡散層４に接するのはｐ型（Ｚｎドープ）ＡｌＧａＡｓコンタクト層１９である。電流拡散層４に接するコンタクト層１９は、極めて高濃度に導電型決定不純物が添加されている必要がある。このコンタクト層１９は、主たるドーパントをｐ型ドーパントであるＺｎとしている。結晶材料はＡｌ混晶比が０から０．４までのＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓが望ましい。つまり、コンタクト層１９は、組成をＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦０．４）とする。このコンタクト層１９は、キャリア濃度が１×１０19／ｃｍ3以上であることが望ましく、高ければ高いほど好ましい。
【００４２】
その理由は、電流拡散層４に用いられるＩＴＯがｎ型の半導体材料に属し、ＬＥＤは一般にｐサイドアップで構成されることが多いため、ＩＴＯを電流拡散層４に用いたＬＥＤは半導体基板（ｎ型ＧａＡｓ基板１２）の側から導電型がｎ／ｐ／ｎとなってしまうからである。このために、電流拡散層４とｐ型半導体層（コンタクト層１９）との界面に大きな電位障壁が生じ、このままでは非常に動作電圧の高いＬＥＤとなってしまう。そこで、本発明では、コンタクト層１９のキャリア濃度を高くしている。また、コンタクト層１９のバンドギャップを狭くすることによって、キャリア濃度を高くしている。
【００４３】
さらに、コンタクト層１９のキャリア濃度を高くすることと併せて、電流拡散層４のキャリア濃度もトンネル電圧を低減するには重要である。電流拡散層４のキャリア濃度はコンタクト層１９と同じ理由で高ければ高いほど好ましい。具体的には、キャリア濃度が８×１０20／ｃｍ3以上であることが望ましい。
【００４４】
コンタクト層１９の厚さは、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下が望ましい。なぜなら、コンタクト層１９はアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層１６で発光した光を吸収するバンドギャップを有するため、厚さが厚くなると発光出力が低下する。図２に示されるように、コンタクト層１９を厚くしていくと、ＬＥＤの発光出力が低下していく。よって、コンタクト層１９の厚さは３０ｎｍが上限である。より好ましくは２５ｎｍまでである。一方、コンタクト層１９の厚さが１ｎｍ未満になると電流拡散層４とコンタクト層１９との間でのトンネル接合が難しくなり、低動作電圧化、動作電圧の安定化が困難になる。よって、コンタクト層１９の厚さは、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下が望ましい。
【００４５】
電流拡散層４の厚さｄ（ｍｍ）は、定数Ａ×波長λｐ（ｎｍ）／（４×電流拡散層の屈折率ｎ）の関係式を満たし、定数Ａが奇数であることが好ましい。波長λｐはＬＥＤの発光ピーク波長である。電流拡散層４としてのＩＴＯは、半導体結晶３と空気とのおよそ中間の屈折率を有し、光学的に反射防止機能を有する。そのため、ＬＥＤの光取り出し効率を向上させ、より出力の高いＬＥＤを得るには上式を用いるのが好ましい。
【００４６】
一方、電流拡散層４の厚さを厚くすると、当然ながら透過率が低下する。電流拡散層４の真性な透過率が低下するとアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層１６で発光した光が電流拡散層４で吸収される割合が増加して発光出力が低下する。さらに、電流拡散層４の厚さを厚くするにつれ、電流拡散層４内での光の干渉が増え、光取り出し効率の高い波長領域が狭くなる。
【００４７】
これらについて、ＧａＡｓ基板上にＩＴＯ膜を形成した試料を作製し、この試料に垂直に光を入射させて反射スペクトルを測定した。その結果は、図３に示されるように、波長に応じて反射率が大きく異なる。
【００４８】
電流拡散層４の厚さｄは、上記関係式を満たし、定数Ａが１または３であるのが好ましい。定数Ａが１であるのが最も好適である。電流拡散層４の厚さｄは上記関係式で求まる値の±３０％以内の範囲であるのが好ましい。これは、光学的に反射率の低い波長帯域、つまり、光取り出し効率の高い波長帯域はある程度の幅を有するからである。例えば、反射率が１５％以下となる電流拡散層４の厚さｄの許容値は、上記関係式で求まる値の±３０％以内の範囲である。厚さｄがこの範囲より大きいかまたは小さいと、反射防止効果が小さく、ＬＥＤの発光出力が低下する。
【００４９】
この実施形態では、活性層１６はバルク活性層であるが、多重量子井戸構造又は歪多重量子井戸構造としても構わない。例えば、多重量子井戸構造とするには、ウエル層としてアンドープＧａＩｎＰ層を５ｎｍ、バリア層としてアンドープＡｌＧａＩｎＰ層を１０ｎｍを設けるとよい。また、歪多重量子井戸構造とするには、ウエル層としてアンドープＧａＩｎＰ層を４ｎｍ、バリア層としてアンドープＡｌＧａＩｎＰ層を１０ｎｍを設け、アンドープＧａＩｎＰ層のＧａとＩｎの混晶比を変えてＩｎリッチとするとよい。
【００５０】
裏面反射層１４であるｎ型反射層１４は、発光層２を挟んで主面反射層６とは反対側に位置する。この裏面反射層１４は半導体多層膜からなる。半導体多層膜は、屈折率の異なる２つの半導体層を１ペアとし、これを１０ペア以上設けたものである。
【００５１】
図１の半導体発光素子１を製造する製造方法の特徴としては、電流拡散層４の主面に、発光層２に電流を供給するための金属からなる主面電極５と、発光層２からの光を反射する金属からなる主面反射層６とを形成することである。
【００５２】
そして、主面電極５を形成して高温の熱処理を施した後、主面反射層６を形成して低温の熱処理を施すとよい。
【００５３】
主面電極５を形成した後、主面反射層６を真空蒸着法により形成し、続けて、主面電極５と主面反射層６とを覆い、主面反射層６と同じ材料からなるワイヤボンディング層８を真空蒸着法により形成するとよい。
【００５４】
電流拡散層４は、真空蒸着法又はスパッタ法により形成直後のキャリア濃度が８×１０20／ｃｍ3以上となるように形成するとよい。
【００５５】
次に、本発明の半導体発光素子１と従来の半導体発光素子６１とを構成及び作用効果において比較する。構成では、図１と図６との比較で分かるように、従来の上面電極６２が電流拡散層４を覆う面積と、本発明の上面電極５と主面反射層６とが電流拡散層４を覆う面積がほぼ等しい。上面電極５，６２のみで比較すると、従来の上面電極６２が電流拡散層４を覆う面積に比べて本発明の上面電極５が電流拡散層４を覆う面積は小さい。
【００５６】
従来の半導体発光素子６１では、上面電極６２に覆われた部分の下の発光層２で発光した光は、上面電極６２に遮られるため、外に取り出すことができない。加えて、高温の熱処理によって、上面電極６２と電流拡散層４とが合金化しているため上面電極６２における光の反射率が低く、上面電極６２に覆われた部分の下の発光層２で発光した光は上面電極６２に吸収されて損失となる。
【００５７】
しかし、このとき上面電極に達した光を効率よく反射することができれば、その光は再度、発光層に行き、活性層で再発光する。いわゆる、フォトリサイクリングが行われる。また、反射して発光層を通過した光は、裏面反射層で再反射して上面電極以外の部分から外に放出されるので、発光出力が高まる。
【００５８】
その点、本発明では、電流拡散層４の主面に、上面電極５と主面反射層６とを備えることにより、合金化していない主面反射層６が光を効率よく反射するので、発光層２の上面電極５及び主面反射層６に覆われた部分で発光する光をうまく外に取り出すことができる。よって、電流ブロック層を設けない低コストで歩留まりのよい半導体発光素子でもって高輝度が得られ、再現性にも優れ、且つ極めて安価で高輝度、高信頼性、低動作電圧の半導体発光素子が実現される。
【００５９】
なお、従来の半導体発光素子６１において上面電極６２を小さくするとワイヤボンディングの的が小さくなってワイヤボンディングが難しくなるが、本発明のように上面電極５と主面反射層６をワイヤボンディング層８で覆うことにより、ワイヤボンディングの的が確保されてワイヤボンディングが容易となる。また、ワイヤボンディング層８は金属からなり厚さが厚いため光を通さない。よって、主面反射層６で光を反射することにより損失が少なくなる。
【００６０】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００６１】
図４に示した半導体発光素子４１は、図１の半導体発光素子１からｐ型（Ｍｇドープ）ＡｌＧａＡｓ緩衝層１８を除いたものである。このように緩衝層がないものでも、本発明の効果は得られる。
【００６２】
図１の半導体発光素子１では、上面電極５がリング状に形成され、主面反射層６がその上面電極５の内周に嵌り、上面電極５と同じ厚さの円盤状に形成され、ワイヤボンディング層８は、上面電極５と主面反射層６とを一括して覆うよう、上面電極５と同じ外径の円盤状に形成された。しかし、上面電極５、主面反射層６、ワイヤボンディング層８の形状は、これに限らない。
【００６３】
図５（ａ）に示されるように、ワイヤボンディング層８は円盤状に形成され、ワイヤボンディング層８の下に重なる上面電極５もこれと外径の同じ円形の外周を有するが、内周部に複数の円孔を有し、各円孔内に主面反射層６が形成される。
【００６４】
図５（ｂ）に示されるように、ワイヤボンディング層８は円盤状に形成され、ワイヤボンディング層８の下に重なる上面電極５もこれと外径の同じ円形の外周を有するが、縦横に溝を有し、各溝内に主面反射層６が形成される。
【００６５】
これらのように、従来の上面電極と同じ輪郭で上面電極５を形成しても、内部に主面反射層６を設けることで本発明の効果が得られるので、主面反射層６の形状はどのような形状でもよい。
【００６６】
上面電極５の形状は、円形に限らず、四角形、菱形、多角形、その他の異形状であっても本発明の効果は得られる。
【００６７】
図１の実施形態では、ｎ型ＧａＡｓ基板１２に直接、ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓバッファ層１３を積層したが、ｎ型ＧａＡｓ基板１２に直接、ｎ型（Ｓｉドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５を積層したものでも本発明の効果が得られる。
【実施例】
【００６８】
（実施例１）
図１に示した構造で、発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤエピタキシャルウエハを作製した。エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層厚、エピタキシャル構造、電極形成方法、ＬＥＤ素子製作方法は、以下の通りである。
【００６９】
ｎ型ＧａＡｓ基板１２上にＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓバッファ層１３を厚さ２００ｎｍ形成し、キャリア濃度を１×１０18／ｃｍ3とした。ｎ型反射層（裏面反射層）１４は、ＡｌＩｎＰ層とＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層とをペアとし、各々２０層ずつ交互に設けた２０ペアの半導体多層膜とした。ｎ型反射層１４の厚さは、発光ピーク波長λｐ／（４×屈折率ｎ）とした。屈折率ｎは、ｎ型反射層を構成する各半導体材料の屈折率である。ｎ型反射層１４のキャリア濃度は１×１０18／ｃｍ3とした。
【００７０】
続いて、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１５を厚さ４００ｎｍ形成し、キャリア濃度を５×１０17／ｃｍ3とし、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層１６を厚さ６００ｎｍ形成し、ｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１７を厚さ４００ｎｍ形成し、キャリア濃度を５×１０17／ｃｍ3とした。さらに、ｐ型（Ｍｇドープ）ＡｌＧａＡｓ緩衝層１８を厚さ６００ｎｍ形成し、キャリア濃度を１×１０18／ｃｍ3とし、ｐ型（Ｚｎドープ）ＡｌＧａＡｓコンタクト層１９を厚さ３ｎｍ形成し、キャリア濃度を７×１０19／ｃｍ3とした。
【００７１】
ＭＯＶＰＥ法での成長温度は、ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓバッファ層１３からｐ型（Ｍｇドープ）ＡｌＧａＡｓ緩衝層１８までを６５０℃とし、ｐ型（Ｚｎドープ）ＡｌＧａＡｓコンタクト層１９は５５０℃とした。その他の成長条件は、６６６５Ｐａ、各層の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／ｓｅｃとした。Ｖ／III比は約１５０とした。ただし、ｐ型（Ｍｇドープ）ＡｌＧａＡｓ緩衝層１８及びｐ型（Ｚｎドープ）ＡｌＧａＡｓコンタクト層１９については、Ｖ／III比はそれぞれ３０と１０とした。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比率（商）である。
【００７２】
ＭＯＶＰＥ法での成長に用いる原料としては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、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）等の水素化物ガスがある。ここでは、ＴＭＧａ，ＴＭＡｌ，ＴＭＩｎ，ＡｓＨ3，ＰＨ3を組み合わせて用いた。
【００７３】
導電性決定不純物の添加物原料としては、ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓバッファ層１３のようなｎ型層に添加するｎ型ドーパントとしてジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を用い、ｐ型（Ｍｇドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１７のようなｐ型層に添加するｐ型ドーパントとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いた。ただし、ｐ型（Ｚｎドープ）ＡｌＧａＡｓコンタクト層１９のみはジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いた。この他に、ｎ型層の添加物原料として、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）、モノシラン（ＳｉＨ4）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）を用いることもできる。また、ｐ型（Ｍｇドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１７及びｐ型（Ｍｇドープ）ＡｌＧａＡｓ緩衝層１８の添加物原料として、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いることもできる。
【００７４】
このようにしてＭＯＶＰＥ法でエピタキシャル成長させたＬＥＤ用エピタキシャルウエハをＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、当該ウエハの表面、つまりｐ型（Ｚｎドープ）ＡｌＧａＡｓコンタクト層１９の表面に真空蒸着法によって厚さ８０ｎｍのＩＴＯ層を形成した。ＩＴＯ層は、電流拡散層４である。このとき、真空蒸着法の装置にＬＥＤ用エピタキシャルウエハと一緒に評価用ガラス板を入れておき、真空蒸着後、取り出してＨａｌｌ測定が可能なサイズに切断し、ＩＴＯ層単体の電気特性を評価することにより、キャリア濃度が１．１×１０21／ｃｍ3であり、移動度が１６．７ｃｍ2／Ｖｓであり、抵抗率が３．３×１０-4Ωであった。
【００７５】
次に、このＬＥＤ用エピタキシャルウエハの上面に、レジストとマスクアライナを用いた周知のフォトリソグラフィプロセスにより、外径１１０μｍ、内径１００μｍ、リング幅１０μｍのリング状パターンをマトリックス状に配置（図示は１個のみ）して形成した。このときのリング状パターンは、リング状にエピタキシャル層の最上面（電流拡散層４）が露出していて、そのほかの部分（外径より外、内径より内）にレジストが残った状態である。つまり、断面では、レジストがないリング状パターンが凹状に落ち込んだ状態である。このレジスト上から真空蒸着法により、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）をそれぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍの順に蒸着した。その後、リフトオフ法により、リング状の上面電極５を形成した。
【００７６】
次に、このＬＥＤ用エピタキシャルウエハの下面に、全面に下面電極１１を真空蒸着法により形成した。下面電極１１は、ＡｕＧｅ（金・ゲルマニウム合金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）をこの順にそれぞれ１５０ｎｍ，１０ｎｍ，５００ｎｍの厚さに蒸着し、その後、下面電極１１の合金化のために窒素ガス雰囲気中にて４００℃に加熱するアロイ処理を５分間行った。
【００７７】
次に、真空蒸着法又はスパッタ法とリフトオフ法を適宜用い、直径１００μｍの主面反射層６と直径１１０μｍのワイヤボンディング層８を形成した。主面反射層６はリング状の上面電極５の内周に一致して嵌り込むように、ワイヤボンディング層８はリング状の上面電極５の外周に一致するようにした。主面反射層６の材料にＡｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ａｇ合金（ＡＰＣ）のうち１つずつを用いた４種類の実施例を作製した。ＡＰＣの主面反射層６のみスパッタ法で形成し、その後、真空蒸着法にてワイヤボンディング層８を形成した。Ａｇ，Ａｕ，Ａｌの主面反射層６は真空蒸着法にて形成し、そのまま続けて真空蒸着法にてワイヤボンディング層８を形成した。主面反射層６の厚さは、どの実施例も１１０ｎｍとした。ワイヤボンディング層８の厚さは、どの実施例も５００ｎｍとした。なお、主面反射層６の厚さは、リング状の上面電極５の厚さと揃える必要はなく、例えば、主面反射層６の厚さを２００ｎｍとし、主面反射層６が上面電極５を覆うようにして主面反射層６のみにワイヤボンディング層８が形成されるようにしても構わない。
【００７８】
このようにして４種類の実施例による電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウエハが作製できた。これらのＬＥＤ用エピタキシャルウエハをそれぞれ個数的に３分割して１２種類とした。３分割したものは、熱処理に関して条件を変える。すなわち、２９５℃で５分間の熱処理、３１０℃で５分間の熱処理、熱処理無しである。
【００７９】
これら１２種類の電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウエハをダイシング装置によりそれぞれ上面電極５が中心になるようチップに切断し、３００μｍ角のＬＥＤベアチップを作製した。さらに、これらＬＥＤベアチップをＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）し、そのＬＥＤベアチップにワイヤボンディングを行い１２種類のＬＥＤ素子を作製した。
【００８０】
これら１２種類のＬＥＤ素子の初期特性を評価したところ、２０ｍＡ通電時（評価時）の初期特性は表１のようになった。表１は、主面反射層６の材料と主面反射層６形成後の熱処理とによる１２種類について発光出力を示したものである。
【００８１】
【表１】
2008041897.tif 000003
【００８２】
表１によれば、熱処理無しのものと２９５℃で５分間の熱処理のものは、後述する従来例に比べて発光出力が約３０％も向上している。また、３１０℃で５分間の熱処理のものでも、従来例に比べて発光出力が各１５％向上している。
【００８３】
順方向電圧も測定したが、実施例は従来例からほとんど上昇することなく、全て２．０Ｖ以下であり、ＬＥＤとして問題ない順方向電圧であった。信頼性特性も従来例と同等であり、良好であった。熱処理無しのものがワイヤボンディングで若干歩留まりを落としたが問題とはならない程度であった。
（従来例）
図６に示した構造で、発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤエピタキシャルウエハを作製した。エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層厚、エピタキシャル構造、電極形成方法、ＬＥＤ素子製作方法は、実施例と同じであり、異なるのは上面電極６２の構造及び製造法のみである。
【００８４】
実施例と同様にＭＯＶＰＥ法でエピタキシャル成長させたＬＥＤ用エピタキシャルウエハの表面、つまりｐ型（Ｚｎドープ）ＡｌＧａＡｓコンタクト層１９の表面に真空蒸着法によって厚さ８０ｎｍの電流拡散層４を形成した。このＬＥＤ用エピタキシャルウエハの上面に、レジストとマスクアライナを用いた周知のフォトリソグラフィプロセスにより、外径１１０μｍの円形状パターンをマトリックス状に配置（図示は１個のみ）して形成した。このときの円形状パターンは、円形状にエピタキシャル層の最上面（電流拡散層４）が露出していて、そのほかの部分（外径より外）にレジストが残った状態である。つまり、断面では、レジストがない円形状パターンが凹状に落ち込んだ状態である。このレジスト上から真空蒸着法により、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）をそれぞれ２０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着した。
【００８５】
下面電極１１は、実施例と同じように、ＡｕＧｅ（金・ゲルマニウム合金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）をこの順にそれぞれ１５０ｎｍ，１０ｎｍ，５００ｎｍの厚さに蒸着し、その後、下面電極１１の合金化のために窒素ガス雰囲気中にて４００℃に加熱するアロイ処理を５分間行った。この電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウエハをダイシング装置により上面電極６２が中心になるようチップに切断し、３００μｍ角のＬＥＤベアチップを作製した。さらに、これらＬＥＤベアチップをＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）し、そのＬＥＤベアチップにワイヤボンディングを行い従来例のＬＥＤ素子を作製した。
【００８６】
このＬＥＤ素子の初期特性を評価した結果、２０ｍＡ通電時（評価時）の発光出力が１．８１ｍＷであり、動作電圧が１．８６Ｖであった。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施形態を示す半導体発光素子の断面図である。
【図２】本発明におけるコンタクト層厚対発光出力特性図である。
【図３】本発明における電流拡散層の波長対反射率特性図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す半導体発光素子の断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す半導体発光素子のワイヤボンディング層の平面図である。
【図６】従来の半導体発光素子の断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  半導体発光素子
２  発光層
３  半導体結晶
４  電流拡散層
５  主面電極
６  主面反射層
８  ワイヤボンディング層
【図１】
2008041897.tif 000004
【図２】
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【図３】
2008041897.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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