(57)【要約】【課題】ＺｎＳｅ−ＬＥＤ、ＧａＮ−ＬＥＤはバンドギャップが広いのでｐ型が作りにくく、たとえできても抵抗率が高い。ｐ電極側から出力光を取り出す場合、薄膜金属電極をｐ型コンタクト層全面に被覆しているが２０ｎｍの厚みの薄膜でも吸収が大きくて出力光の損失が大きい。ｐ側への出力光を増大させることができるｐ電極の構造を提供する事。【解決手段】ｐ−ＺｎＴｅコンタクト層の上に、１０％以上の透過率をもつ被覆部と２０％以上の面積比率をもつ網目状の開口部とを有する電流拡散用のｐ側透光性薄膜金属電極を形成し、透光性薄膜金属電極と直接に接合されたワイヤボンディング用の台座電極とよりなる発光ダイオード素子のｐ側電極構造。【選択図】　　図２
2004055646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体基板と、その上にｎ型バッファ層を介し或いは直接に形成されたｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成されたｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層の上に直接にあるいはｐ型半導体層を介して形成されたｐ型コンタクト層と、ｎ型半導体基板の裏面に形成されたｎ電極とを含む発光ダイオード素子のｐ側の金属電極の構造であって、ｐ型コンタクト層の上に形成された１０％以上の透過率をもつ被覆部と２０％以上の面積比率をもつ網目状の開口部とを有する電流拡散用のｐ側透光性薄膜金属電極と、ｐ型コンタクト層の周辺部に設けられ透光性薄膜金属電極と直接に接合されたワイヤボンディング用の台座電極とよりなることを特徴とする発光ダイオード素子のｐ側電極構造。
【請求項２】
ｎ型ＺｎＳｅ基板と、その上にｎ−ＺｎＳｅバッファ層を介し或いは直接に形成されたｎ−ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層と、ｎ型クラッド層の上に形成されたＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ多重量子井戸活性層或いはＺｎＳｅＴｅ活性層と、活性層の上に形成されたｐ−ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層と、ｐ型クラッド層の上に直接にあるいはｐ−ＺｎＳｅ層を介して形成されたｐ−（ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ）多重量子井戸層と、ｐ−ＺｎＴｅコンタクト層と、ｎ型ＺｎＳｅ基板の裏面に形成されたｎ電極とを含むＺｎＳｅ系発光ダイオードのｐ側の金属電極の構造であって、ｐ−ＺｎＴｅコンタクト層の上に形成された１０％以上の透過率をもつ被覆部と２０％以上の面積比率をもつ網目状の開口部とを有する電流拡散用のｐ側透光性薄膜金属電極と、ｐ−コンタクト層の周辺部に設けられ透光性薄膜金属電極と直接に接合されたワイヤボンディング用の台座電極とよりなることを特徴とする発光ダイオード素子のｐ側電極構造。
【請求項３】
サファイヤ基板と、その上にｎ−ＧａＮバッファ層を介し或いは直接に形成されたｎ−ＧａＮクラッド層と、ｎ−ＧａＮクラッド層の上に設けられたＩｎＧａＮ活性層と、ＩｎＧａＮ活性層の上に形成されたｐ−ＡｌＧａＮクラッド層と、ｐ−クラッド層の上に形成されたｐ−ＧａＮコンタクト層と、ｎ−ＧａＮクラッド層までエッチング除去しｎ−ＧａＮクラッド層に設けたｎ電極とを含むＧａＮ系発光ダイオードのｐ側の金属電極の構造であって、ｐ−ＧａＮコンタクト層の上に形成された１０％以上の透過率をもつ被覆部と２０％以上の面積比率をもつ網目状の開口部とを有する電流拡散用のｐ側透光性薄膜金属電極と、ｐ−コンタクト層の周辺部に設けられ透光性薄膜金属電極と直接に接合されたワイヤボンディング用の台座電極とよりなることを特徴とする発光ダイオード素子のｐ側電極構造。
【請求項４】
ｎ−ＧａＮ基板と、その上にｎ−ＧａＮバッファ層を介し或いは直接に形成されたｎ−ＧａＮクラッド層と、ｎ−ＧａＮクラッド層の上に設けられたＩｎＧａＮ活性層と、ＩｎＧａＮ活性層の上に形成されたｐ−ＡｌＧａＮクラッド層と、ｐ−クラッド層の上に形成されたｐ−ＧａＮコンタクト層と、ｎ−ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ電極とを含むＧａＮ系発光ダイオードのｐ側の金属電極の構造であって、ｐ−ＧａＮコンタクト層の上に形成された１０％以上の透過率をもつ被覆部と２０％以上の面積比率をもつ網目状の開口部とを有する電流拡散用のｐ側透光性薄膜金属電極と、ｐ−コンタクト層の周辺部に設けられ透光性薄膜金属電極と直接に接合されたワイヤボンディング用の台座電極とよりなることを特徴とする発光ダイオード素子のｐ側電極構造。
【請求項５】
網目状のｐ側透光性薄膜金属電極の開口部の直径Ｌが１００μｍ以下である事を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の発光ダイオード素子のｐ側電極構造。
【請求項６】
網目状のｐ側透光性薄膜金属電極の被覆部の厚みｄが１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下である事を特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の発光ダイオード素子のｐ側電極構造。
【請求項７】
網目状ｐ側透光性薄膜金属電極のｐ型コンタクト層が露出した開口部の面積の比率が３０％〜９０％の範囲である事を特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の発光ダイオード素子のｐ側電極構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は発光ダイオードの出射側の金属電極の構造に関する。特に出射光の妨げにならないように工夫した金属電極の構造に関する。発光素子（ＬＥＤ）素子の上面下面にｎ電極、ｐ電極の二つの電極を設けるが面発光型の発光ダイオードでは何れかの面が出射面となる。出射面では金属電極が光出射の邪魔にならないようにしなければならない。
【０００２】
ここでは出射面側がｐ電極だとして説明する。逆であっても同じことである。ＡｌＧａＡｓ系の発光ダイオードなどではｐｎ接合の上のｐ型ＧａＡｓコンタクト層が充分な電気伝導性をもっており、その上に小面積のドット状、リング状の金属ｐ電極を設けた構造になっている。そのような狭いｐ電極はワイヤボンディング用の電極なので、ここでは台座電極とも呼ぶことにする。
【０００３】
ｐ型層が低抵抗なので、それが小面積ｐ電極から注入された電流を拡散する作用をもっておりコンタクト層の下では電流密度はほぼ一様になっている。つまりｐ型コンタクト層が電流拡散層として好適に機能している。だから狭い台座電極をｐ型コンタクト層に形成しただけで足る。
【０００４】
ところが低抵抗のｐ型が得られない材料で作製した発光ダイオードの場合は半導体自体で充分に電流を拡散させることができない。ＧａＮ系、ＺｎＳｅ系のワイドバンドギャップ型半導体ではｐ型が作りにくく、とりわけ低抵抗のｐ型が製造しにくい。だからＬＥＤの場合は低抵抗のｐ型コンタクト層というものがなかなか製造できない。つまり半導体電流拡散層に該当するものがない。
【０００５】
電流拡散層をもたない発光ダイオード素子では結線用の台座電極だけではｐ型層で電流が充分に広がらず電流が電極直下の部分だけに局在する。そうなると発光部の実効面積が狭くなるので発光効率が著しく下がる。電流集中で寿命も短くなる。それでは困る。電流拡散層を持たない発光ダイオードの場合、台座電極の直下あるいはその近傍での局所的な電流集中を防ぐため、たとえばＡｕなどの透光性の極めて薄い金属電極を発光面全面に敷設していた。その一部に台座電極が存在する。Ａｕはｐ型層とオーミック接合を形成できる。
【０００６】
薄い金属電極を台座電極と区別するため「透光性薄膜電極」と呼ぶことにする。つまり電極は台座電極と透光性薄膜電極の２重の構造となっている。台座電極は光が全く通らないが透光性薄膜電極は少し光を通すからｐｎ接合で発生した光は透光性薄膜電極を通って外部へ出て行くことができる。
【０００７】
【従来の技術】
ｐ電極を台座電極＋透光性薄膜電極の二重構造とする傾向は特に１×１０１８ｃｍ−３以上のｐ型ドーピングが困難であるＧａＮやＺｎＳｅ系などのワイドバンドギャップ半導体発光ダイオード素子で著しい。例えば市販されているＧａＮ系発光ダイオード素子の多くはこのような電極構造（台座電極／透光性薄膜電極）を有する。
【０００８】
ここでＧａＮ系発光ダイオード（ＬＥＤ）というのはサファイヤ基板の上にｎ−ＧａＮ、ｎ−ＩｎＧａＮ、ｐ−ＡｌＧａＮ、ｐ−ＧａＮなど３族窒化物を積層したＬＥＤである。活性層はＩｎＧａＮであるが簡単にＧａＮ系と表現することも多い。
【０００９】
ＺｎＳｅ系というのはＺｎＳｅ基板、ＧａＡｓ基板の上にｎ−ＺｎＳｅ、ＺｎＣｄＳｅ、ｐ−ＺｎＳｅなどの２−６族元素からなる化合物半導体を積層したＬＥＤである。いずれもｐ型層は比抵抗が高くｐ型半導体層だけでは電流拡散が不十分だから透光性薄膜電極を全面に形成し、その一部にワイヤボンディングのための台座電極を設けるようになっている。
【００１０】
しかし、このようなｐ層の全面を覆う金属電極は透光性であるとはいえ、その透過率は数１０％程度で低いものである。本来金（Ａｕ）は可視光に対し透明なものではない。吸収があり反射がある。１μｍもの厚みがあれば光は透過せず不透明である。Ａｕ層を２０ｎｍ程度と極端に薄くするから光が少し透過するということに過ぎない。いくら薄くても反射はあるし吸収も少しはある。
【００１１】
このためＧａＮ−ＬＥＤ、ＺｎＳｅ−ＬＥＤにおいて、活性層より上部へ発せられる光の一部は透光性薄膜電極によって吸収あるいは反射される。軸上光度は反射、吸収による損失の分だけ低くなる。
【００１２】
透光性薄膜電極での吸収、反射によりＬＥＤの外部への出射光が減り輝度がそれだけ損をする。光度（輝度）をさらに上げるためには、透光性薄膜電極での吸収を減らさなければならない。つまり透光性薄膜電極での透過率を上げる事が望まれる。透過率を上げる手段として、Ａｕ電極の厚みを減らすという方法があろう。
【００１３】
しかしＡｕ電極をあまりに薄くし過ぎると、横方向の電気抵抗が上がり透光性薄膜電極による電流拡散効果が減退してしまう。５ｎｍにすると抵抗が大きくて薄膜電極に充分な電流が流れない。それは望ましくない。それでＡｕ電極の最小厚みは１０ｎｍ以上で好ましくは約２０ｎｍ程度必要である。２０ｎｍ程度のＡｕ層は薄いといっても透過率は４０〜６０％程度にすぎない。つまり約半分の光が透光性薄膜電極のために損失となっている。それが現状である。
【００１４】
▲１▼　特開２００１−１４８５１１「半導体発光ダイオード」は、ｎ型のコンタクト層に網目状金属電極を設け、その上にＩＴＯ（インジウムチンオキサイド；Ｉｎ、Ｓｎの酸化物）の酸化物導電性透明電極層を形成し、その中央部に台座電極を形成したＬＥＤの網目状電極構造を提案している。これは本発明によく似ているので、ここに説明する。従来例としてＩＴＯ透明電極をｎ型コンタクト層に設けたＧａＮ−ＬＥＤ（青色）とＧａＡｓ−ＬＥＤ（赤外）を問題にする。だからＩＴＯを持たない通常のＬＥＤとは異なった問題がある。
【００１５】
ｎ側の電極構造が、台座電極／ＩＴＯ／ｎ型コンタクト層という構造となっている。ワイヤボンディング用の台座電極はｎ型コンタクト層とオーミック接合できないので台座電極を直接にｎ型コンタクト層に接触させても意味はない。出射光を出す方の電極がｎ型でありｎ型電極を透明にしなければならない。
【００１６】
そこで従来から酸化物透明電極としてよく知られているＩｎとＳｎの酸化物膜であるＩＴＯをｎ型コンタクト層に被覆し、その中心に台座電極を形成する。ＩＴＯはｎ型コンタクト層とオーミック接合する。注入された電流は厚いＩＴＯで充分に広がりｎ型コンタクト層には一様分布になって進入してゆくようになっている。ＩＴＯは充分な厚みをもつので電流拡散作用がある。電流拡散はＩＴＯが行うから半導体層で電流拡散する必要がない。
【００１７】
ＩＴＯは導電性といってもＡｕ程に伝導率が良くないので６００ｎｍ〜１μｍの厚い透明電極となっている。丁度中心に台座電極を付けるのはＩＴＯの導電性が良くないのでチップ全体で均一の電流分布にするために、どうしても中心に台座電極がなくてはならないからである。もしも端に台座電極を付けたとすると反対側の端には電流が廻ってこなくなる。
【００１８】
ＧａＮ−ＬＥＤにＩＴＯ透明電極を設けたものはｎ型コンタクト層（ｎ−ＧａＮ）との接合障壁が高くて順方向電圧降下が７ボルトにもなってしまい低電圧駆動できない、という事を問題にする。
【００１９】
ＧａＡｓ−ＬＥＤ（赤外）の場合はＩＴＯとオーミック接合できるｎ−ＧａＡｓＰをｎ型コンタクト層とするがバンドギャップの狭いＧａＡｓＰがＧａＡｓ活性層で発生したＬＥＤ発光（赤外）を吸収してしまい損失が大きくなるということを問題にする。
【００２０】
台座電極の配置されるべき中心部を除いた周辺部のｎ型コンタクト層に網目状の金属電極（Ａｕ／Ｇｅ）を設ける。金属電極はｎ型コンタクト層とオーミック接合する。開口部があるので、そこを光が透過することができる。網目状金属電極の上に酸化物透明電極ＩＴＯを全体に４００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚みで被覆する。そして、その中央に金属性ｎ側台座電極を形成する。ｎ側台座電極から注入される電子は厚いＩＴＯで中心から周辺部へ掛けて一様に広がり金属電極に流れ金属電極からｎ型コンタクト層（半導体）へと進入してゆく。
【００２１】
ＧａＮ−ＬＥＤの場合は、ＩＴＯから直接にｎ−ＧａＮコンタクト層へゆくと７Ｖもの電圧降下があるが、ＩＴＯから金属電極へ行き（電圧降下０Ｖ）、金属電極から半導体層へ入るので電圧降下は３Ｖ程度の小さいものになる、と言っている。これはＩＴＯ／半導体の間の高い電圧障壁（７Ｖ）を緩和するために金属（Ａｕ／Ｇｅ）を用いているのである。金属電極の厚みは５０ｎｍであって光を全く通さない。開口部から出力光が出て行くようになっている。
【００２２】
ＧａＡｓ−ＬＥＤの場合は、バンドギャップの狭いｎ−ＧａＡｓＰを設けることなくｐ−ＧａＡｓの上にｎ側網目状金属電極を形成しＩＴＯで厚く被覆し中心に台座電極を付けるようになっている。ｎ−ＧａＡｓＰがないのでそれによる出力光の吸収がない。金属電極による吸収があるが網目状で開口部があるから開口部を通って出力光が外部へ出て行くようになる、というわけである。
【００２３】
この発明は、台座電極／ＩＴＯ／半導体コンタクト層となっていて金属電極が全くなかったものに新たに薄膜金属電極を追加し半導体層とオーミック接合するようにしたものである。電流拡散はＩＴＯで行うから電流拡散の問題は初めから存在しない。かわりにＩＴＯとｎ型コンタクト層の電圧降下Ｖｆの大きい事やｎ型コンタクト層の吸収が問題になる。それで新たに半導体層を覆う金属薄膜電極をｎ型半導体層の上に部分的に被覆し（全体を被覆すると出力光が出ない）金属電極（Ａｕ・Ｇｅ）とｎ型半導体層をオーミック接合させる。新たに追加された金属電極は部分的被覆だから開口部から出力光を通すことができ、ｎ型半導体層との境界での電圧降下Ｖｆを減らす作用がある。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
ＺｎＳｅ、ＧａＮなどのワイドバンドギャップ半導体よりなりｐ側面から出射光が出る面発光ＬＥＤにおいてｐ型コンタクト層に接触する金属ｐ電極の光透過をＩＴＯを使わずに改善し発光出力を上げたＬＥＤを提供する事が本発明の目的である。
【００２５】
従来例▲１▼は酸化物透明電極ＩＴＯを用いる。ＩＴＯと半導体層の障壁を下げること、ＩＴＯとオーミック接合できる半導体層の吸収を回避することが目的になっている。台座電極／ＩＴＯ／ｎ型半導体層というような電流の流れである。ｎ型電極が出力光の出る方向であり、ｎ型コンタクト層に金属薄膜を設ける。それは本発明のようにｐ型層を出力光方向とするものと反対である。▲１▼はｎ型層に電極を付けるがｎ型はドーパントをよく吸収しキャリヤ濃度は高く充分低抵抗になるから電流拡散は容易である。▲１▼は電流拡散を問題にしていない。ＩＴＯを使えば、そこで電流拡散できるから問題がそもそも起こらない。
【００２６】
本発明はｐ型層を出力光の方向にする。▲１▼はｎ型層を出力光の方向にする。本発明はＩＴＯを用いない。本発明はＩＴＯを用いないから、どこかで電流拡散しなければならない。電流拡散はｐ型コンタクト層で行う。ｐ型コンタクト層は抵抗が大きいので電流はなかなか拡散しにくい。本発明はｐ型コンタクト層に付ける電極の工夫である。
【００２７】
従来例▲１▼はＩＴＯを用いている。ＩＴＯと台座電極だけだと障壁における電圧降下が大きいので電圧降下を抑制するためのｎ型コンタクト層に付ける電極の工夫である。ＩｎとＳｎの酸化物であるＩＴＯは透明電極として液晶用にはよく用いられる。製造方法によるが、うまく作っても４×１０−４Ωｃｍ程度の高い抵抗率である。それはＡｕのように２×１０−６Ωｃｍというように理想的に低抵抗でない。ＩＴＯはＡｕの２００倍以上の抵抗がある。
【００２８】
だから従来例▲１▼はＩＴＯを４００ｎｍ〜１０００ｎｍと厚くして伝導性を高めている。しかし、それでも台座電極と薄膜電極の間の抵抗が大きくなりすぎる。それを減らすために台座電極は常に素子の中心に配置させなければならない。それは抵抗率の大きいＩＴＯを使うことによる欠点である。本発明はＩＴＯを使いたくない。
【００２９】
本発明はワイドバンドギャップがｐ型になりにくく、たとえなっても高抵抗でｐ型コンタクト層で電流拡散できないという事を問題にしている。従来例▲１▼はｎ型だからドーピングの困難は初めからない。高ドープにすると高いキャリヤ密度が得られるからそのような問題はない。▲１▼はＩＴＯを使って電流拡散する。本発明はＩＴＯを使わない。直接に台座電極と金属電極を接触させる。そのように本発明と▲１▼は前提となる条件が大きく相違するのである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光ダイオード電極構造は、ｐ型コンタクト層の全面に薄い金属電極を開口部と被覆部が交代するよう網目状に配置し周辺部に設けたワイヤボンディング用台座電極と薄膜金属電極を直接に接触させ網目状金属電極の開口部と薄い金属電極被覆部を通してｐｎ接合で発生した光を外部へ出力するようにした。
【００３１】
薄膜電極の被覆部からは従来通りの透過率で出力光が出て行く。その透過率は１０％以上とする。望ましくは５０％程度ある方が良い。薄膜電極の網目からは出力光が無損失（透過率１００％）で出て行くので、その分だけ出力光が増える。
【００３２】
しかし反面、薄膜金属ｐ電極と接触しないｐ型コンタクト層部分ができるから電流が充分にｐ型コンタクト層で広がらない可能性もあり、その分の損失が発生する可能性もある。ｐ型コンタクト層の抵抗率が低ければ低いほど、開口部（窓）が狭ければ狭いほどｐ型コンタクト層で電流は広がり易い。だから網目状ｐ電極の開口部は狭い方が良い。開口部直径は大きくても１００μｍ程度で２０μｍ〜１０μｍ程度が良い。開口部直径を狭くすると被覆率も増えるから出力光の増えが少なくなる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
［ａ．発光素子材料］
面積の狭い金属電極を付けたとしてもｐ−コンタクト層において電流が充分に広がるのであれば本発明のような薄膜網目状電極を設ける必要は乏しい。ドーパントを充分にドープしてもキャリヤ数が不足し高い抵抗率で広いバンドギャップをもつＺｎＳｅ、ＧａＮに好適である。ＧａＡｓ系の場合はｐ型であってもキャリヤの活性度が高いので本発明のような工夫は不要である。その点で従来例▲１▼に述べたものとは条件が相違する。
【００３４】
［ｂ．電極の選択］
本発明は出力光を取り出す側の電極の形状の工夫である。ｎ側電極から出力光を取り出すタイプのＬＥＤもあるし、ｐ側電極から出力光を取り出すタイプのＬＥＤもある。本発明はｐ側電極から出力光を取り出すものに限られる。ＺｎＳｅ、ＧａＮはｎ型不純物の場合キャリヤ濃度はドーパント濃度に比例して高くなり低抵抗のｎ型層が得られるからｎ型コンタクト層に狭い電極を付けた場合コンタクト層で電流拡散がなされるから本発明を適用する必要性に乏しい。
【００３５】
［ｃ．ｐ型コンタクト層］
ＺｎＳｅ、ＧａＮの広バンドギャップ半導体ではｐ型不純物のドープが容易でないしドープしても活性化率が低くてアクセプタから正孔が励起されないことが多くｐ型キャリヤが不足する。だから狭いｐ電極から注入された電流がｐ型コンタクト層で充分に広がらない。だからｐ電極直下のｐ−コンタクト層の一部に電流に限られる。ｐ−ＺｎＳｅ、ｐ−ＺｎＴｅ、ｐ−ＢｅＴｅ、ｐ−ＧａＮ、ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層などｐ型コンタクト層の上に本発明の金属薄膜網目電極を設ける。
【００３６】
［ｄ．薄膜電極の被覆率σ］
ＺｎＳｅ−ＬＥＤでは全面を透光性薄膜電極で覆っていた。本発明は被覆率σを１ではなくて０＜σ＜１とする。被覆部の透過率βは膜厚ｄによって変化する。β（ｄ）と書く事ができる。本発明は薄膜の厚みは従来例と同等のものとする。だから被覆部分σでは従来と同じ透過率β（ｄ）である。ところが本発明は開口部がある。開口部（１−σ）の透過率は１である。
【００３７】
しかし開口部があるから電流の拡散が不十分になる可能性もある。開口部の存在による電流拡散の低下をγによって与える拡散能γは０〜１の値であり開口部の直径Ｌが大きいとγは低下する。γ（Ｌ）と書ける。ｐ電極の出力光の透過率をＴとすると、従来法の透過率Ｔ１は
Ｔ１＝β（ｄ）　　　　　　（１）
【００３８】
それに対し本発明の透過率Ｔ２は
Ｔ２＝β（ｄ）σ＋（１−σ）γ（Ｌ）　　（２）
というように書くことができる。
【００３９】
2004055646.tif 000003
【００４０】
これが１より小さければ従来法の方が優れているということである。γ（Ｌ）は１に近い値であるが必ずしもβ（ｄ）より大きいとはいえない。むしろβ（ｄ）が小さい時（金属薄膜透過率が低いとき）に本発明が効果的だということを表している。被覆率σが０．８以下（開口率０．２）程度であれば効果がある。後に実施例１で述べるが被覆率が０．７（開口率０．３）程度で１０％以上出力光が増強される。
【００４１】
［ｅ．金属薄膜電極の繰り返しパターン］
網目模様は開口部と被覆部が交代に存在すればよい。もちろん規則性のないパターンでも良い。同一パターンを繰り返すという規則性のあるパターンとしても良い。例えば六回対称パターン、四回対称パターン、二回対称パターンが可能である。これらの３つのパターンでもパターンの隅点に存在する開口部（窓）形状が、正六角形、正方形、三角形、円、楕円などいくつもの種類がありうる。
【００４２】
開口部（窓）が５種類だとしても対称性は３種類あるから１５種類の網目状薄膜電極パターンがありうる。フォトリソグラフィによって薄膜電極パターンを作るのだから、どのような形状でも同等の容易さで作り得る。開口率（１−σ）、被覆率σが与えられると、それが得易いパターンとすれば良いのである。以下に対称性と開口部形状（窓形状）によって開口率（１−σ）がどのように与えられるかを考察する。ここでは台座電極を簡単のため省いて計算する。実際には台座電極の分をさらに差し引いたものが開口率となる。
【００４３】
［ｆ．六回対称パターン（図２、図７）］
六回対称パターンで隣接隅点間の距離をＭとする。３つの隅点が囲む面積は３１／２Ｍ２／４である。隅点に設ける開口部（窓）は正六角形に限らない。円でも正方形でも良い。図２、７は窓が正六角形の場合を示す。隅点配置の対称性と窓形状の対称性が一致するので、その場合、窓の直径ＬがＬ＝２Ｍ／３１／２であれば開口率が１になる。正六角形窓の直径ＬとＭの比によって開口率σは
σ（正六角形窓）＝（３／４）（Ｌ２／Ｍ２）　　（４）
である。σの変域は０〜１である。
【００４４】
０≦σ（正六角形窓）≦１　　　　（５）
【００４５】
正方形窓の場合は直径Ｌ（対角線の長さとして定義）に対し面積がＬ２／２であるから開口率σは
σ（正方形窓）＝（１／３１／２）（Ｌ２／Ｍ２）　　（６）
となる。
【００４６】
ところがＬ＝（３１／２／２１／２）Ｍのときに上下の正方形が接触するのでＬをそれ以下にすることができない。だからσ（正方形）は１でない上限が存在する。
０≦σ（正方形窓）≦３１／２／２＝０．８６　　　　（７）
【００４７】
丸窓の場合は直径（半径の２倍として定義）Ｌに対し面積がπＬ２／４であるから、開口率σは
σ（丸）＝（π／２・３１／２）（Ｌ２／Ｍ２）　　　　　（８）
となる。直径ＬがＭのときに隣接円が接触するのでそれが上限を与える。
【００４８】
だからσ（丸）は１でない上限をもつ。
０≦σ（丸）≦π／２・３１／２＝０．９０６　　　　　（９）
【００４９】
［ｇ．四回対称パターン（図３、図４）］
四回対称パターンで隣接隅点間の距離をＭとする。４つの隅点が囲む面積はＭ２である。隅点に設ける開口部（窓）は正方形に限らない。円でも正六角形でも正三角形でも良い。図３は窓が正方形の場合を示す。図４は窓（開口部）が丸（円）の場合を示す。図３の正方形窓は隅点配置の対称性と窓形状の対称性が一致する。窓の直径を正方形の対角線で定義する。窓の直径ＬがＬ＝２１／２Ｍであれば開口率が１になる。
【００５０】
正方形窓の直径ＬとＭの比によって開口率σは
σ（正方形）＝Ｌ２／２Ｍ２　　（１０）
によって与えられる。開口率の上限は１である。
【００５１】
０≦σ（正方形）≦１　　　（１１）
図４の円窓（直径は半径の倍として定義する）の場合は開口率が
σ（円）＝（π／４）（Ｌ２／Ｍ２）　　（１２）
によって定義される。
【００５２】
Ｌ＝Ｍで隣接窓が接触するので、それ以上の開口率が実現できない。
０≦σ（円）≦０．７８５　　（１３）
である。
【００５３】
［ｈ．薄膜電極の厚みｄ］
先述したように従来は２０ｎｍの一様全面電極を用いていた。２０ｎｍで透過率は約５０％であり半分は吸収され無駄になる。もっと薄くすると吸収は減るが反対に電気抵抗が増えるので台座電極から透明薄膜電極へ電流が流れないようになる。だから最低でも１０ｎｍ以上である。製造工程からしても１０ｎｍ以下の薄い薄膜電極は作りにくい。
【００５４】
薄膜電極があっても１０％程度の透過率が欲しいので、それから上限が決まる。Ａｕは電気抵抗が低くてｐ型コンタクト層にオーミック接合できて優れた材料である。製造の方法にもよるが厚みが２０ｎｍだと抵抗率が２×１０−６Ωｃｍ程度の高伝導度のものを作製することができる。文献▲１▼で用いられているＩＴＯ（インジウムと錫の酸化物）はうまく作っても４×１０−４Ωｃｍ程度の抵抗率である。ＩＴＯがＡｕよりも約１００倍もの抵抗率をもつからＩＴＯ層は６００ｎｍ程度の厚い電極としなければ電流が流れない。それが▲１▼において台座電極はＩＴＯを介して金属電極と接続されＩＴＯの存在は台座電極・金属薄膜電極の間の抵抗を高めてしまうので不利である。
【００５５】
本発明は台座電極とＡｕ電極を直接に接続しておりＡｕ膜厚を１０ｎｍ〜３０ｎｍと薄くしても電流を充分に流すことができる。製造方法にもよるがＡｕ層は２０ｎｍで吸収率が約５０％である。１０ｎｍでは吸収率は約３０％に下がるが電気抵抗が上がる。１０ｎｍ以下にすると抵抗のあがりが大きくて好ましくない。被覆部でどの程度の透過率が必要かということで厚みの上限が決まる。被覆部でも０．１以上の透過率がほしいものである。厚みをｄとし吸収係数をαとすると、透過率はｅｘｐ（−αｄ）で表現される。ｄ＝２０ｎｍで透過率が０．５なのでα＝０．０３４６ｎｍである。０．１の透過率を与える厚みは、０．１＝ｅｘｐ（−０．０３４６ｄ）から６６ｎｍと計算される。しかし薄膜の電気抵抗は製造の方法条件によって大きく左右される。Ａｕは比較的安定で再現性は他の金属より優れている。
【００５６】
だから膜厚の上限は約６０ｎｍということである。
１０ｎｍ≦ｄ≦６０ｎｍ　　　　（１４）
これは目安であって実際には製造条件方法によりＡｕの抵抗率が変わる。被覆部の透過率が１０％以上になるように電極厚みｄを決めれば良い。
【００５７】
【実施例】
［１．実施例１（ＺｎＳｅ白色ＬＥＤにハニカム構造を適用）］
ｐ型が得にくくｐ型にしてもキャリヤが少ないのでｐ型コンタクト層で電流拡散が難しいのはワイドバンドギャップのＺｎＳｅとＧａＮがその典型である。図１に本発明を適用したＺｎＳｅ系白色発光ダイオードの一例を示す。ＺｎＳｅ−ＬＥＤは４８５ｎｍの青色発光をする青色ＬＥＤであるが、ＺｎＳｅ基板にある種の色中心となる不純物をドープすると青色によって橙色、黄色の蛍光（約５９０ｎｍを中心とする）を発生し両者が合成されて白色となる。それで、そのようなＺｎＳｅを白色ＬＥＤと呼んでいる。
【００５８】
それは本出願人による、
▲２▼　特許第３０８７７４２号「白色ＬＥＤ」（特願平１０−３１６１６９号）に詳しく説明している。
【００５９】
エピタキシャル成長の為に、Ｚｎセル、ＺｎＣｌ２セル、Ｓｅセル、Ｎラジカルガン、Ｃｄセル、Ｍｇセル等が設けられた分子線エピタキシー装置を用いた。ｎ型導電性のＺｎＳｅ単結晶基板２上に分子線エピタキシャル成長法により、１μｍ厚みのｎ型ＺｎＳｅバッファ層３、０．５μｍ厚みのｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４、ＺｎＳｅとＺｎＣｄＳｅの多重量子井戸活性層５、０．５μｍ厚みのｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層６、０．２μｍ厚みのｐ型ＺｎＳｅ層７、ＺｎＴｅとＺｎＳｅの積層超格子構造８からなるｐ型コンタクト層８を形成した。但し（ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ）ｍ積層超格子構造８の最表面には、６０ｎｍ厚みのｐ型ＺｎＴｅ層が形成されている。
【００６０】
エピ成長時の基板温度は２７５℃〜３２５℃である。成長速度は０．４〜０．７μｍ／Ｈ程度である。ｐ型不純物として窒素（Ｎ）をＮラジカルガンからＺｎＳｅ基板面に供給した。ｎ型不純物は塩素でありＺｎＣｌ２をＫセルから飛ばすようにしている。ここまでがｎ型ＺｎＳｅウエハの上へのエピタキシャル成長過程である。
【００６１】
ついでエピウエハ表面から素子の発光領域（中央部分）のみ残して周辺部を化学エッチングし、周辺部においてｐ型ＺｎＳｅ層７を露出させた。周辺露出ｐ型ＺｎＳｅ層７に、Ｔｉ／Ａｕよりなるワイヤボンディング用の台座電極９を形成した。台座電極９は直接に電流をｐ型ＺｎＳｅ層７へ流すのではない。あくまで、それに隣接する金の電極２０を通じてｐ−ＺｎＴｅに電流を流すようになっている。つまり台座電極９→網目状金属薄膜電極２０→ｐ−ＺｎＴｅという順に電流が流れる。周辺部に電流を流すと劣化が促進されるから周辺部には電流を流さない。周辺部にＴｉ／Ａｕ層があると周辺電流を遮断する作用がある。
【００６２】
その後、発光領域（中央部分）全面に、Ａｕよりなる厚み２０ｎｍ（ｄ＝２０ｎｍ）の蜂の巣状（ハニカム構造）の網目電極２０を形成した。さらにｎ型ＺｎＳｅ基板の底面にｎ電極（ＩｎまたはＴｉ／Ａｕ）１０を形成した。
【００６３】
電極（９、１０）形成後のエピウエハを縦横に切断して４００μｍ角の多数のＬＥＤチップに切り出した。図２は一つのチップの平面図を示すが、上面の上隅に台座電極９があり、蜂の巣状の薄膜電極２０が上面を覆う。開口部から下地のｐ−ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子８が見える。四辺は台座電極と同じＴｉ／Ａｕとなっており、ここには電流が流れないようになっている。ｐ型電極が形成されている面を上にしてリードフレームに固定しリードとｐ電極（台座電極９）をワイヤボンディングした。その後、樹脂封止して砲弾型ＬＥＤランプに仕上げた。
【００６４】
網目状電極の配置形状は既に説明したように、六回対称、四回対称などの対称性のある隅点に円、正方形、正六角形などの窓を配置する。図３は四回対称性のあるパターンにおいて正方形の窓を設けたものである。図４は四回対称性のある隅点に丸の窓を設けたパターンである。窓の直径Ｌは例えば１０μｍ〜４０μｍとする。
【００６５】
本発明のＬＥＤの発光出力を定電流モードで測定した。２０ｍＡ通電時で、発光強度が５ｍＷにもおよぶ高輝度の白色発光が得られた。網目状電極を様々なものにして面積比を変化させ発光領域における網目状の金属電極の面積比率（被覆率）σと、発光強度（軸上輝度）Ｑとの関係を調べた。その結果を図５に示す。横軸はＡｕ被覆率σである。縦軸が軸上輝度Ｑである。
【００６６】
面発光型ＬＥＤの輝度というのは角度依存性がある。全輝度を求めるにはＬＥＤを積分球の焦点において全ての発光を反射して集め、その強度を検出することによってなされる。それに対し軸上輝度というのはＬＥＤの面に法線を立てて法線上においた検出器で出力を測定したものである。ある決まった方向に出る光のパワーが軸上輝度である。しかし軸上輝度と全輝度は大体に比例する。軸上輝度の方が測定が簡単であるから、ここでは軸上輝度を測定して比較する。
【００６７】
金属電極の比率が小さくなるほど、発光強度（軸上輝度）Ｑが増える傾向があることを確認した。このデータはそれぞれの被覆率のサンプルを多数製造し輝度を測定して平均したものである。
【００６８】
σ＝１で、Ｑ＝１
σ＝０．６９（Ｌ＝４０μｍ）で　Ｑ＝１．１６
σ＝０．６１（Ｌ＝４０μｍ）で　Ｑ＝１．２３
σ＝０．４９（Ｌ＝４０μｍ）で　Ｑ＝１．３５
σ＝０．４９（Ｌ＝２０μｍ）で　Ｑ＝１．３６
【００６９】
となる。従来例はｐ型コンタクト層の上全面を透光性金属電極（Ａｕ電極）で覆っていたのであるからσ＝１に当たる。従来例にあたるσ＝１の時を基準としσ＝１での軸上輝度を１とした。それを基準にして輝度をグラフに描いている。被覆率σが０．６９（開口率０．３１）で１．１６倍に出力が増える。被覆率σが０．６１（開口率０．３９）で１．２３倍に出力が増える。また被覆率が０．４９でＬ＝４０μｍのときは１．３５倍、Ｌ＝２０μｍの時は１．３６倍にも輝度が高揚する。金属電極に開口部を設けることの利点がハッキリと表れている。
【００７０】
この結果はバラツキがあるが、（３）式の係数を大体評価することができる。開口率（１−σ）の単位増加分に対して輝度Ｑが約０．６だけ増加するので、
γ（Ｌ）／β（ｄ）＝１．６　　　　（１５）
の程度であろう。
【００７１】
ｄ＝２０ｎｍであるが、そのときの透過率を０．５だとすれば、γ（Ｌ）＝０．８の程度である。Ｌ＝４０μｍ、２０μｍで少ししか違わないが、それはＬが４０μｍ以下ならｐ型コンタクト層で充分に電流を拡散できるということを意味しているのであろう。
【００７２】
［２．実施例２（ＧａＮ系青色ＬＥＤにハニカム構造を適用）］
もう一つｐ型層が高抵抗になり電流拡散が難しいのはＧａＮである。図６に本発明を適用したＧａＮ系青色発光ダイオードの一例を示す。サファイヤ基板２２の上にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）により３０ｎｍ厚みのＧａＮバッファ層２３、４μｍ厚みのｎ型ＧａＮクラッド層２４、ＩｎＧａＮ活性層２５、０．１μｍ厚みのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、０．３μｍ厚みのｐ型ＧａＮ層２７を形成した。
【００７３】
ついで図６中に示すように発光領域（中央部）を残して、片隅の部分をｎ型ＧａＮクラッド層２４までドライエッチングした。露出したｎ型ＧａＮクラッド層２４表面にＴｉ／Ａｕからなるｎ型金属電極３０を形成した。その後、前記の発光領域にワイヤボンディング用の台座電極２８を形成したのち、蜂の巣状（ハニカム構造）の２０ｎｍ厚のＮｉ／Ａｕからなる薄膜金属電極２９を形成した。
【００７４】
電極形成後のエピウエハを３００μｍ角のチップに切り出した。図７の平面図に示すようにチップの上面右下隅の段下部分にはＴｉ／Ａｕのｎ電極３０がある。上段の左隅には台座電極２８がある。光が発生する部分には網目状のｎ電極（Ｎｉ／Ａｕ）２９がある。網目の隙間の開口部にｐ−ＧａＮ層２７がうかがえる。リードフレームにチップを固定し台座電極とリードをワイヤボンディングしたのち樹脂封止して砲弾型のＬＥＤランプに仕上げた。
【００７５】
本発明のＬＥＤを定電流モードで測定したところ、２０ｍＡ通電時で発光強度が４ｍＷにも及ぶ高輝度の青色発光が得られた。また、この時の順方向電圧は３．６Ｖであった。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、ｐ型不純物ドーピングが難しくｐ型の伝導度が低いワイドバンドギャップのＺｎＳｅ、ＧａＮ−ＬＥＤのｐ側電極においてｐ型コンタクト層の上に電流拡散用の透光性金属電極を被覆部と網目状開口部をもつように形成し周辺部の一部にワイヤボンディング用台座電極を形成する。注入された電流は台座電極、網目電極、ｐ型コンタクト層と流れる。網目薄膜電極で電流は周辺部まで一様に拡散するのでＬＥＤの中では均一分布になる。金属電極がｐ型層の全面を覆うのではなくて部分的に覆うから出力光の電極による吸収を減らすことができる。被覆部も薄くて光を通し開口部が増えたのでＬＥＤ表面からの出力光の取り出し効率が増加し高輝度のＬＥＤを提供することができる。
【００７７】
従来例の▲１▼は台座電極と金属電極の間にＩＴＯを使うから電流拡散の問題はないがＩＴＯによる大きい抵抗のために電圧損失が大きい。本発明はＩＴＯを使わず台座電極と金属薄膜電極とを直接に接触させるので電圧損失が少ない。▲１▼はｎ電極の改良であり本発明のようにｐ電極の改良でない。ｎ型不純物はドーピング容易でキャリヤ密度も高く低抵抗になるから本発明のようなｐ型の困難はもともと存在しない。
【００７８】
本発明は、ＺｎＳｅ−ＬＥＤ、ＧａＮ−ＬＥＤであり本来は青色発光素子を改良している。青色の高輝度ＬＥＤに蛍光材と組み合わせて高輝度の白色ＬＥＤとすることができる。その場合もｐ電極の透過率を高めて出射光の取り出し効率を向上することは有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ｎ型ＺｎＳｅ基板の上に、ｎ−ＺｎＳｅバッファ層、ｎ−ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ多重量子井戸活性層、ｐ−ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、ｐ−ＺｎＳｅ／ｐ＋−ＺｎＳｅ層、ｐ−（ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ）超格子層を設け、ｎ型ＺｎＳｅ基板の裏にｎ電極を形成したＺｎＳｅ−ＬＥＤのｐ型コンタクト層（ｐ−ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ；ＭＱＷの最上のｐ−ＺｎＴｅ）の上に本発明の網目状Ａｕ−ｐ電極を設けた実施例１の縦断面図。
【図２】ＺｎＳｅ−ＬＥＤに網目状ｐ電極を設ける実施例１において、六回対称性パターンの隅点に正六角形の窓を有する網目状ｐ電極をｐ型コンタクト層の上に設けた例の平面図。
【図３】ＺｎＳｅ−ＬＥＤに網目状ｐ電極を設ける実施例１において、四回対称性パターンの隅点に正方形の窓を有する網目状ｐ電極をｐ型コンタクト層の上に設けた例の平面図。
【図４】ＺｎＳｅ−ＬＥＤに網目状ｐ電極を設ける実施例１において、四回対称性パターンの隅点に円形の窓を有する網目状ｐ電極をｐ型コンタクト層の上に設けた例の平面図。
【図５】網目状ｐ電極をｐ型コンタクト層の上に形成した実施例１にかかるＺｎＳｅ−ＬＥＤにおいて、網目状電極のＡｕ被覆率σを変化させたときのＬＥＤの軸上輝度の測定値を示すグラフ。横軸がＡｕ被覆率σ、縦軸が軸上輝度（全被覆を１とする：σ＝１）である。
【図６】サファイヤ基板（絶縁物）の上に、ＧａＮバッファ層、ｎ−ＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮ活性層、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ−ＧａＮ層を設け、一部のｐ−ＧａＮ層、ｐ−ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ活性層、ｎ−ＧａＮクラッド層をエッチング除去しｎ−ＧａＮクラッド層にｎ電極を形成したＧａＮ−ＬＥＤのｐ型コンタクト層（ｐ−ＧａＮ層）の上に本発明の網目状Ｎｉ／Ａｕ−ｐ電極を設けた実施例２の縦断面図。
【図７】ＧａＮ−ＬＥＤに網目状ｐ電極を設ける実施例２において、六回対称性パターンの隅点に正六角形の窓を有する網目状ｐ電極をｐ型コンタクト層の上に設けた例の平面図。
【符号の説明】
２　ｎ−ＺｎＳｅ基板
３　ｎ−ＺｎＳｅバッファ層
４　ｎ−ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
５　ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ多重量子井戸活性層
６　ｐ−ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
７　ｐ−ＺｎＳｅ／ｐ＋−ＺｎＳｅ層
８　ｐ−（ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ）ＭＱＷ
９　ｐ側台座電極
１０　ｎ電極
２０　ｐ側網目状金属薄膜電極
２２　サファイヤ基板
２３　ＧａＮバッファ層
２４　ｎ−ＧａＮクラッド層
２５　ＩｎＧａＮ活性層
２６　ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
２７　ｐ−ＧａＮ層
２８　ｐ側台座電極
２９　ｐ側網目状金属薄膜電極
３０　（Ｔｉ／Ａｕ）ｎ電極
【図１】
2004055646.tif 000004
【図２】
2004055646.tif 000005
【図３】
2004055646.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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