(57)【要約】【課題】  緑色から赤色領域に至る長波長の発光を確実に得ることができる半導体発光素子と、電流ブロック構造を確実且つ容易に形成することができる半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  基板に対して大なる格子定数を有する半導体層と小なる格子定数を有する半導体層とを積層させた発光層を用いることによって基板と発光層との間の格子定数の「ずれ」を緩和させることができる。この時に、各層の膜厚を電子のド・ブロイ波の波長程度、あるいは「臨界膜厚」以下とすれば、結晶欠陥を発生させることなく各層に圧縮応力を印加してその格子定数を基板のそれに近づけることができる。また、ｐ側電極の形成領域の一部にｎ側電極材料を含む領域を形成してアニール処理を施すと、これらの電極金属が反応して接触抵抗の高い領域が形成される。【選択図】  図１
2004297094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体と、
前記第１導電型の半導体に接触して設けられた電極と、
を備え、
前記半導体と前記電極との接触部は、接触抵抗が低い第１の領域と、接触抵抗が高い第２の領域と、を有し、
前記第１の領域においては、前記第１導電型の半導体に対してオーミック性接触が可能な第１の金属が前記第１導電型の半導体に接触し、
前記第２の領域においては、前記第１の金属と、第２導電型の半導体に対してオーミック性接触が可能な第２の金属との混合体が前記第１導電型の半導体に接触してなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
第１導電型の半導体の表面に前記第１導電型の半導体に対してオーミック性接触が可能な第１の金属を堆積する工程と、
第１導電型の半導体の前記表面の一部に第２導電型の半導体に対してオーミック性接触が可能な第２の金属を堆積する工程と、
前記第１の金属と前記第２の金属とを反応させることにより前記第１導電型の半導体に対して接触抵抗が高い領域を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする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、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体あるいはそれ以外の材料からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）などの発光素子に係わるもので、電流ブロック構造の形成が有利な半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
昨今、短波長領域の発光素子の材料として、窒化ガリウム系化合物半導体が実用化され、これまでは困難とされていた発光強度の高い紫外光、青色、緑色等の発光が可能となっている。さらに、窒化ガリウム系化合物半導体は、材料物性の観点からは発光波長を６３３ｎｍまで長波長化することもできるので赤色領域まで発光の可能性があり、従来のガリウム砒素（ＧａＡｓ）系に代わって、全可視領域での発光を実現できる可能性がある。
【０００４】
ここで、本願において「窒化ガリウム系化合物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ（１−ｘ−ｙ−ｚ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）のIII−Ｖ族化合物半導体を含み、さらに、Ｖ族元素としては、Ｎに加えてリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などを含有する混晶も含むものとする。
【０００５】
図８は、従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の典型例を表す概略断面図である。すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１００は、サファイア基板１１８の上にＧａＮバッファ層（図示せず）、ｎ型ＧａＮ層１１９、発光層１２０、ｐ型ＧａＮ層１０５がこの順に積層された構成を有する。発光層１２０およびｐ型ＧａＮ層１０５の一部はエッチング除去されて、ｎ型ＧａＮ層１１９が露出されている。そして、ｐ型ＧａＮ層１０５の上にはｐ側透明電極１０６と電流阻止用の絶縁膜１２１が設けられ、絶縁膜１２１の上にｐ側透明電極１０６と接続されたｐ側ボンディング電極１０７が設けられている。また、ｎ型ＧａＮ層の上にはｎ側電極１０９が設けられている。
【０００６】
このような構造では、ｐ側ボンディング電極１０７を介して供給された電流は、導電性の良い透明電極１０６で面内方向に拡げられ、ｐ型ＧａＮ層１０５からＩｎＧａＮ発光層１２０に電流が注入されて発光し、その光は透明電極１０６を通して素子の外部に取り出される。
【０００７】
ここで、図８に例示した従来の発光素子のひとつの特徴は、「格子非整合系」、すなわち基板と成長層の格子定数が大きく異なることである。ＧａＮの格子定数は、３．１９Ａ（オングストローム）であるのに対して、基板１１８として用いているサファイアの格子定数は、２．７５Ａであり、格子不整合Δａ／ａは１６％にも達する。従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子においては、このように格子定数が大きく異なる基板上に多量の結晶欠陥を含むＧａＮ系結晶を成長させて発光を生じさせていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、図８に例示したような窒化ガリウム系化合物半導体の材料系において、緑色ないし赤色領域のように比較的長い波長帯での発光を得るためには、発光層１２０を構成する材料として、ＩｎＧａＮを用いる必要がある。このために、従来は、発光層１２０をＩｎＧａＮの単層からなるものとするか、または、特開平１０−２７０７５８号公報において開示されているように、ＩｎＧａＮウエル層と、ＧａＮバリア層とを用いた多重量子井戸（multiple quantum well：ＭＱＷ）を用いたものとしていた。そして、発光波長を長波長化させるに従って、そのＩｎ（インジウム）組成を高くする必要がある。
【０００９】
しかし、ＩｎＮの格子定数は、約３．５５Ａであり、ＩｎＧａＮにおいてＩｎ組成を上げると、サファイア基板やＧａＮ層との格子定数の「ずれ」は、さらに大きくなる。つまり、従来の発光素子において、発光層１２０のＩｎ組成を上げると、前述したような「格子非整合系」であることに起因して、サファイア基板１１８やＧａＮ層１０５、１１９との格子不整合の「ずれ」がさらに大きくなり、発光層１２０の結晶性が極度に悪化するという問題が生ずる。
【００１０】
また、Ｉｎの平衡蒸気圧が高いために、発光層１２０のＩｎ組成を高くすると、結晶成長の際に、一度結晶成長した発光層が分離したり再蒸発してしまうという問題もあった。
【００１１】
このように、図８に例示したような構造の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子においては、発光波長を長くするに従い、良質の結晶を成長させることが困難となり、発光パワーが大きく低下するという問題がある。このために、従来の発光素子では、発光層１２０を構成するＩｎｘ  Ｇａ１−ｘ  ＮのＩｎの含有量の上限はせいぜいｘ＝０．３程度であり、波長に換算すると４５０ｎｍの青色から緑色までの発光が限界であった。
【００１２】
従来の発光素子において、さらに長波長化するために、ＺｎとＳｉの両方をドープするなどして不純物準位を介した発光を生じさせる方法もあるが、発光した光の半値幅が広く単色性が悪いという欠点や、バンド端発光よりも発光パワーが小さい等の欠点がある。
【００１３】
さらに、初期特性だけでなく、格子定数の「ずれ」の大きいサファイア基板上にＧａＮ層を結晶成長させると、バッファ層を介して成長しても結晶に大きなストレスが加わり、多くの格子欠陥が発生して発光素子の信頼性、すなわち寿命や各特性の長期的安定性も低下させるという問題もあった。この問題は、特に高性能の半導体レーザの実現のためには深刻である。
【００１４】
フルカラーディスプレイには赤・青・緑の発光が必要である。しかし、上述した各種の問題が存在するために、従来は窒化ガリウム系材料を用いて高輝度な長波長領域すなわち赤色発光を得ることが極めて困難であった。
【００１５】
一方、図８に例示したような従来の発光素子では、基板１１８として用いるサファイアが導電性を有しないために、ｐ側電極とｎ側電極をいずれも発光素子の上側に形成する必要がある。そのため、必要とされるチップ面積が大きくなり、１枚のウェーハから得られる素子数が少なくなり、コストが高いという問題もあった。
【００１６】
一方、図８に例示したような従来の発光素子では、電流をブロックするために、ボンディングパッド１０７の下に絶縁膜１２１を設ける必要があり、構造上及び製造工程上の観点から煩雑であるという問題もあった。
【００１７】
本発明は、上述した種々の課題の認識に基づいてなされたものである。すなわち、そのひとつの目的は、電流ブロック構造を確実且つ容易に形成することができ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】
【００１８】
本発明の半導体発光素子は、第１導電型の半導体と、前記第１導電型の半導体に接触して設けられた電極と、を備え、前記半導体と前記電極との接触部は、接触抵抗が低い第１の領域と、接触抵抗が高い第２の領域と、を有し、
前記第１の領域においては、前記第１導電型の半導体に対してオーミック性接触が可能な第１の金属が前記第１導電型の半導体に接触し、前記第２の領域においては、前記第１の金属と、第２導電型の半導体に対してオーミック性接触が可能な第２の金属との混合体が前記第１導電型の半導体に接触してなることを特徴とする。
【００１９】
一方、本発明の半導体発光素子の製造方法は、第１導電型の半導体の表面に前記第１導電型の半導体に対してオーミック性接触が可能な第１の金属を堆積する工程と、第１導電型の半導体の前記表面の一部に第２導電型の半導体に対してオーミック性接触が可能な第２の金属を堆積する工程と、前記第１の金属と前記第２の金属とを反応させることにより前記第１導電型の半導体に対して接触抵抗が高い領域を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の第１の実施の形態によれば、ＩｎＧａＮ層を含んだ発光層とＧａＮ層との間の格子定数の「ずれ」を緩和させることができる。このための手段として、発光層のＩｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ層と積層させる。ＩｎＧａＮはＧａＮよりも格子定数が大きく、一方、ＡｌＧａＮはＧａＮよりも格子定数が小さい。従って、ＩｎＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とを積層させた発光層は、その平均的な格子定数をＧａＮと極めて近くなるように調節することが可能となる。この時に、ＩｎＧａＮ層の膜厚をある程度薄く、すなわち電子のド・ブロイ波の波長程度、あるいは「臨界膜厚」以下とすれば、結晶欠陥を発生させることなくＩｎＧａＮ層に圧縮応力を印加してその格子定数をＧａＮに近づけることができる。
【００２１】
この効果は、発光素子が、「格子整合系」の構成を採る場合に極めて顕著となる。すなわち、ＧａＮ基板またはＧａＮ層が格子整合可能な基板を採用することにより、基板と成長層との格子定数の「ずれ」を極めて小さくし、発光層を含めた各成長層に誘因される結晶欠陥を大幅に低減することができる。そして、本発明においては、このような「格子整合系」において、ＩｎＧａＮ層に誘因される結晶欠陥をさらに顕著に低減することができる。
【００２２】
一例としてＧａＮを基板とする場合について説明する。この場合には、成長層のＡｌ組成が高くなると界面方向に引っ張り応力、それと垂直な方向には圧縮応力が働き、Ｉｎ組成が高くなると界面方向に圧縮応力、それと垂直な方向には引っ張り応力が働く。ＩｎＧａＮ層は、ＡｌＧａＮ層によって面内方向の圧縮応力を受け、結晶格子が弾性的に縮小してＧａＮ層と格子整合する。つまり、本発明によれば、「格子整合系」の構成において、さらに発光層のＩｎＧａＮの格子定数をＧａＮに近づけることができる。その結果として、発光層のＩｎ組成を高くしても、結晶層や界面での結晶欠陥を大幅に低減することができる。
【００２３】
また、本発明によれば、薄膜のＩｎを含む層と薄膜のＡｌを含む層とを交互に成長することにより、結晶成長の際の問題であるＩｎＧａＮ結晶の再蒸発や分解を防止することができ、良質な結晶を確実に得ることができる。その結果として、従来よりもＩｎ組成の高い発光層を実現し、緑色やさらに長波長の赤色領域での高輝度な発光素子を実現できる。
【００２４】
ＩｎＧａＮ量子井戸が単層の場合は、クラッド層を障壁としてＡｌＧａＮ層を導入しても同等の効果が得られる。発光層を多重量子井戸構造とする場合には、すべての障壁層をＡｌＧａＮで構成しても良いし、ＩｎＧａＮとＡｌＧａＮの組合せで構成しても同等の効果が得られる。また、さらに長波長での発光を得るためには、ＡｌＧａＮ層ではさまれたＩｎＧａＮ層のＩｎ組成を基板側から表面に行くに従って、増加させると結晶性が悪化しない良好なＩｎＧａＮ層が実現できる。また、ＧａＮなどの導電性基板上に成長層を形成すれば、基板の裏面にも電極を形成することができるため、ウェーハ面積を有効利用できる。
【００２５】
一方、本発明の第２の実施の形態によれば、いわゆる「電流ブロック構造」を確実且つ容易に形成することができる。例えば、発光層において発光した光を遮蔽するボンディングパッドの下部に電流を流さないための構造などを確実且つ容易に実現できる。すなわち、ｐ側電極の形成領域の一部にｎ側電極材料を含む領域を形成してアニール処理を施すと、これらの電極金属が反応して接触抵抗の高い領域が形成される。この高抵抗領域にボンディングパッドとなるオーバーコート電極を形成すると、この部分は発光層に電流が注入されず、発光しない。この構造の形成に際しては、ｐ側電極のオーバーコート電極にｎ側電極材料を用いると効率的に製造プロセスを進めることができる。この領域以外の部分はｐ側電極と半導体層とが十分に低い接触抵抗で接触しており、発光層に対して電流注入され発光する。
【００２６】
以下、具体的な実施例を参照しつつ、本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。
【００２７】
（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施例について説明する。
【００２８】
図１は、本発明にかかる半導体発光素子を概念的に表す断面図である。すなわち、発光素子１０Ａは、ｎ−（ｎ型）ＧａＮ基板１１の上に、ｎ−ＧａＮバッファ層１２、ＭＱＷ層（発光層）１３、ｐ−（ｐ型）ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｐ−ＧａＮ層１５が順次積層された構成を有する。各結晶層は、ＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシー）法などの方法により成長させることができる。
【００２９】
ＭＱＷ層１３は、図１の挿入拡大図に示したように、ＩｎＧａＮ層ウエル層１３ａとＡｌＧａＮ層バリア層１３ｂとを交互に積層させた構成を有する。ここで、ＩｎＧａＮ層１３ａの層厚は２０オングストローム程度、ＡｌＧａＮ層１３ｂの層厚は１０オングストローム程度とし、交互に５組程度結晶成長させると良い。
【００３０】
図２は、ＧａＮとＩｎＮとＡｌＮのａ軸方向の格子定数の関係を表すグラフ図である。
【００３１】
また、図３は、ＧａＮ基板上にＭＱＷ層の各層をエピタキシャル成長させた場合の格子整合の様子を表す概念図である。すなわち、同図（ａ）は、ＧａＮ基板１１とＩｎＧａＮ層１３ａの格子定数の関係を表し、同図（ｂ）は、ＧａＮ基板１１とＡｌＧａＮ層１３ｂの格子定数の関係を表す。これらの図面に表したように、ＩｎＧａＮ層１３ａはＧａＮ基板１１よりも格子定数が大きく、ＡｌＧａＮ層１３ｂはＧａＮ基板１１よりも格子定数が小さい。従って、これらの層をそのままＧａＮ基板１１の上にエピタキシャル成長させると、格子定数の「ずれ」に起因して、結晶層や界面に結晶欠陥が発生する。
【００３２】
これに対して、図３（ｃ）に表したように、薄膜のＩｎＧａＮ層１３ａとＡｌＧａＮ層１３ｂとを積層させると、ＩｎＧａＮ層１３ａには面内方向の圧縮応力、ＡｌＧａＮ層１３ｂには面内方向の引っ張り応力がそれぞれ印加される。そして、各層の格子定数をＧａＮ基板１１に極めて近く調節することができる。この時に、ＩｎＧａＮ層１３ａとＡｌＧａＮ層１３ｂは、それぞれが、いわゆる「臨界膜厚」以下の膜厚、すなわち弾性的に変形可能な膜厚となるようにすれば結晶欠陥の発生を確実に抑止することができる。
【００３３】
その結果として、図３（ｄ）に表したように、ＧａＮ基板１１の上にエピタキシャル成長させた場合にも、極めて良好な格子整合性を実現することができる。
【００３４】
また、このように高濃度のＩｎを含む層１３ａを極めて薄く成長した後に、薄膜のＡｌＧａＮ層１３ｂを直ちに積層してキャップすると、ＩｎＧａＮ層１３ａの分解や再蒸発が防止され、Ｉｎの高濃度化が可能となった。
【００３５】
このようにして形成したＭＱＷ層１３すなわち発光層は、ＩｎＧａＮ層１３ａのＩｎ組成を高く設定しても、結晶欠陥の発生を顕著に抑制することができる。その結果として従来よりも長波長の領域において高輝度且つ長寿命の発光素子を得ることができる。
【００３６】
再び図１に戻って説明すると、ＧａＮ基板１１の上に各結晶層１２〜１５をエピタキシャル成長させた後に、ｐ−ＧａＮ層１５の表面に蒸着法によりＮｉ層とＡｕ層とをこの順に積層させた透明電極１６を形成し、さらに熱ＣＶＤ法によりＳｉＯ２膜を堆積し、ＰＥＰ（Photo Engraving Process）法を用いてパターニングすることにより保護膜１８を形成する。さらに、保護膜１８の開口部に露出している透明電極１６の上にｐ側ボンディングパッド１７としてｎ側電極の材料であるＴｉ層を積層させて蒸着し、さらにＡｕ層などを積層する。ボンディングパッド１７のパターニングは、例えば、レジストを用いたリフトオフ法により行うことができる。ＧａＮ基板１１の裏面を研磨後にＴｉ層とＡｕ層からなるｎ側電極１９を形成し、８００℃、２０分間程度のフラッシュアニールを施す。
【００３７】
このような方法で素子を作製すると、ｎ側電極１９のフラッシュアニールの際にｐ側においてＮｉ／Ａｕ透明電極１６とＴｉ／Ａｕボンディングパッド１７とが電極反応を起こしｐ−ＧａＮ層１５に対する接触抵抗が大きくなる。従ってボンディングパッド１７の下方には電流が流れ難くなり発光が生じない。一方、ボンディングパッド１７以外の透明電極１６においては電流が面内に広がってｐ−ＧａＮ層１５に流れるため均一な発光が得られる。つまり、遮光体であるボンディングパッド１７の下部における発光を効果的に抑制して、光の外部取り出し効率を改善することができる。
【００３８】
図４は、本実施例による発光素子の電流−光パワー特性を表すグラフ図である。ここでは、発光層１３のＩｎＧａＮ層１３ａのＩｎ組成を６０％とした。また、図４においては、比較例として、図８に例示した従来の構造の発光素子の特性も表した。本発明の発光素子は、電流値２０ｍＡのとき、電圧３．５Ｖ、光出力２．７ｍＷ、発光波長は５５０ｎｍが得られた。従来例に比べて、注入電流２０ｍＡにおける光パワーは約３倍であった。
【００３９】
なお、本実施例においては、ｐ側電極の一部を高抵抗領域としたが、上述の製造方法は、ｐ側電極に限定されず、ｎ側電極についても同様に適用が可能である。つまり、ｎ側電極の形成領域の一部にｐ側電極の材料を積層させ、適度に熱処理を施すと、ｎ側電極材料とｐ側電極材料とが合金化して発光素子のｎ側に高抵抗領域を形成することができる。
【００４０】
また、図８に例示した従来例のように基板の表面側にｐ側電極とｎ側電極の両方が形成されている場合にも本発明は同様に適用することができる。この場合には、Ａｕなどのオーバーコート電極とｎ側電極との材料を同一にすれば効率的にプロセスが行なえる。
【００４１】
また、本実施例では、発光層１３をＩｎＧａＮウエル層１３ａとＡｌＧａＮバリア層１３ｂとからなるＭＱＷ構造で構成する例について説明したが、この構成において、各層のＩｎやＡｌの組成は必ずしも同一である必要はない。すなわち、ＩｎＧａＮウエル層１３ａに対する歪量やＩｎ組成を変化させれば、色々な波長の発光を得ることができる。
【００４２】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
【００４３】
図５は、本発明の第２の実施例にかかる半導体発光素子を概念的に表す断面図である。同図に関しては、図１において前述した部分と同一の部分には同一の符合を付して詳細な説明は省略する。本実施例にかかる発光素子１０Ｂにおいては、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２０が設けられている。また、発光層を構成するウエル層１３ａが１層であり、その両側あるいは片側に歪を与えるためのＡｌＧａＮ層１３ｂ、１３ｂが設けられている。なお、図５においては、ウエル層１３ａの両側にＡｌＧａＮ層１３ｂが設けられている場合を例示した。
【００４４】
これらの層１３ａ、１３ｂは、それぞれ不純物をドーピングしても良く、またはアンドープとしても良い。このような構成では、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２０と、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１４と、ＩｎＧａＮ発光層１３ａに歪を与えるためのＡｌＧａＮ層１３ｂ、１３ｂのＡｌ組成とＩｎＧａＮ発光層１３ａのＩｎ組成との関係に応じて加わる歪量が変わる。この様にすると、よりきめこまかく与える歪量のコントロールが可能となる。また、ＡｌＧａＮ層は厚い場合にクラックが生じやすいが、本実施例によれば、トータルの厚さを薄くできるメリットもある。
【００４５】
なお、図５においては、ＩｎＧａＮ層１３ａのｐ側とｎ側にそれぞれ一層のみのＡｌＧａＮ歪層１３ｂ、１３ｂを設けているが、これらのＡｌＧａＮ層をそれぞれ複数の異なるＡｌ組成の層からなるものとしても良い。
【００４６】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例について説明する。
【００４７】
図６は、本発明の第３の実施例にかかる半導体発光素子を概念的に表す断面図である。同図に関しては、図１、図５において前述した部分と同一の部分には同一の符合を付して詳細な説明は省略する。本実施例にかかる発光素子１０Ｃにおいては、ウエル層１３ａが３層であり、それぞれのＩｎ組成を変えることにより発光波長を変えて、表面側からそれぞれ６４０、５４０、４６０ｎｍの赤・緑・青の発光を生じさせて、白色光を得ることができる。長波長側では明るい発光が得にくいため、より表面側から発光させる構成である。
【００４８】
しかし、これとは逆に、長波長側のウエル層、すなわち、Ｉｎ組成が高いウエル層を基板１１に近い側に設けても良い。すなわち、３層のウエル層が基板側から順にバンドギャップが大きくなるように配置する。このようにすれば、基板側のウエル層からの発光が上側のウエル層により吸収されるという事態を防ぐことができる。
【００４９】
また、発光素子からの紫外発光を蛍光体にあてて色変換を（例えば明るい発光の得られ難い赤色）行なった光と各ウエルからの発光とを組合わせて白色光を実現することもできる。一例として、この場合のウエル層のＩｎ組成を表面からそれぞれＩｎ＝０．０２、０．３、０．５とすると、発光波長はそれぞれ３７０、４６０、５４０ｎｍとなる。これらのうちの３７０ｎｍの紫外光を蛍光体に当てて赤色光に変換したものと、各ウエルからの青、緑の発光とにより白色光を得ることも可能である。
【００５０】
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例について説明する。
【００５１】
図７は、本発明の第４の実施例にかかる半導体発光素子を概念的に表す断面図である。同図に関しては、図１、図５、図６において前述した部分と同一の部分には同一の符合を付して詳細な説明は省略する。本実施例にかかる発光素子１０Ｄは半導体レーザである。すなわち、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２０の上には、ｎ−ＧａＮガイド層２４、ＭＱＷ型の発光層１３、ｐ−ＡｌＧａＮ層２５、ｐ−ＧａＮガイド層２６が、この順に設けられ、その上に、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｐ−ＧａＮ層１５が積層されている。
【００５２】
発光層１３は、例えば、図１に表したようなＭＱＷ型の構造を有するものとすることができる。この場合に、ＩｎＧａＮ層１３ａのＩｎ組成は０．２、ＡｌＧａＮ層１３ｂのＡｌ組成は０．０２とすることができる。
【００５３】
また、ｐ−ＧａＮ層１５の上には、発光層に対してストライプ状に電流を注入するために、ストライプ状の開口が設けられた絶縁膜２７が設けられ、その上に、ｐ側電極２８が設けられている。
【００５４】
本実施例によれば、従来よりも長波長且つ高パワーのレーザ光を安定して得ることが可能となる。
【００５５】
なお、絶縁膜２７の代わりに、第１実施例において説明したように、ｎ側電極材料を設けても良い。すなわち、ｐ−ＧａＮ層１５の上に、ストライプ状の開口を有するｎ側電極材料を形成し、この上全面にｐ側電極を積層させて熱処理を施すことにより、ストライプの外側の領域を高抵抗化することが可能である。
【００５６】
以上、具体的な実施例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５７】
例えば、本発明において用いる基板は、ＧａＮには限定されず、これ以外にも、ＧａＮとの格子不整合が小さい材料であれば同様の効果を得ることができる。例えば、基板材料として、ＭｎＯ、ＮｄＧａＯ３、ＺｎＯ、ＬｉＡｌＯ２、ＬｉＧａＯ２などを用いた場合には、ＧａＮ層との格子不整合を約２％以内に抑えることが可能である。従って、これらの材料からなる基板を用いると、ＧａＮ層との格子整合性が良好であり、本発明の効果を顕著に得ることができる。
【００５８】
また、本発明の第２の実施の形態として前述した電極形成に関する方法は、窒化ガリウム系の半導体発光素子に限定されず、その他のあらゆる材料からなる半導体発光素子に対して同様に適用して同様の効果を得ることができる。例えば、ＧａＰ系、ＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＧａＡｌＰ系、ＩｎＰ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系など各種の半導体からなる半導体発光素子について同様に適用することができる。
【００５９】
本発明は、以上説明した形態で実施され以下に詳述する効果を奏する。
【００６０】
まず、本発明によれば、基板に対して大なる格子定数を有する半導体層と小なる格子定数を有する半導体層とを積層させた発光層を用いることによって基板と発光層との間の格子定数の「ずれ」を緩和させることができる。この時に、各層の膜厚を電子のド・ブロイ波の波長程度、あるいは「臨界膜厚」以下とすれば、結晶欠陥を発生させることなく各層に圧縮応力を印加してその格子定数を基板のそれに近づけることができる。
【００６１】
本発明のこの効果は、発光素子が、「格子整合系」の構成を採る場合に極めて顕著となる。すなわち、窒化ガリウム系においては、ＧａＮ基板またはＧａＮ層が格子整合可能な基板を採用することにより、従来のサファイア基板用いた場合と比較して基板と成長層との格子定数の「ずれ」を極めて小さくし、発光層を含めた各成長層に誘因される結晶欠陥を大幅に低減することができる。そして、本発明においては、このような「格子整合系」において、ＩｎＧａＮ層に誘因される結晶欠陥をさらに顕著に低減することができる。従って、「格子整合系」が有する効果をより顕著にすることができる。
【００６２】
その結果として、発光層のＩｎ組成を高くしても、結晶層や界面での結晶欠陥を大幅に低減することができる。
【００６３】
また、本発明によれば、薄膜のＩｎを含む層と薄膜のＡｌを含む層とを交互に成長することにより、結晶成長の際の問題であるＩｎＧａＮ結晶の再蒸発や分解を防止することができ、良質な結晶を確実に得ることができる。その結果として、従来よりもＩｎ組成の高い発光層を実現し、緑色やさらに長波長の赤色領域での高輝度な発光素子を実現できる。
【００６４】
また、さらに長波長での発光を得るためには、ＡｌＧａＮ層ではさまれたＩｎＧａＮ層のＩｎ組成を基板側から表面に行くに従って、増加させると結晶性の悪化しない良好なＩｎＧａＮ層が実現できる。特に、各ウエル層のＩｎ組成を変えて、赤・青・緑の発光をさせると結果的に白色の発光が得られる。各ウエル層に対する歪み量をコントロールする事によってもある程度の波長のコントロールができる事が実験的に知られており、Ｉｎ組成と格子歪みを調節することで赤・青・緑の発光をさせて結果的に白色の発光を得ることもできる。
【００６５】
また、本発明によれば、ＧａＮなどの導電性基板上に成長層を形成すれば、基板の裏面にも電極を形成することができるため、ウェーハ面積を有効利用できるという効果も得られる。
【００６６】
一方、本発明の第２の実施の形態によれば、いわゆる「電流ブロック構造」を確実且つ容易に形成することができる。本発明のこの効果は、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子に限定されず、その他のあらゆる材料を用いた発光素子に対して同様に適用して同様に得ることができる。
【００６７】
以上詳述したように、本発明の実施形態によれば、緑色から赤色領域に至る長波長の発光を確実に得ることができ、また、電流ブロック構造を確実且つ容易に形成することができる半導体発光素子及びその製造方法を提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明にかかる半導体発光素子を概念的に表す断面図である。
【図２】ＧａＮとＩｎＮとＡｌＮのａ軸方向の格子定数の関係を表すグラフ図である。
【図３】ＧａＮ基板上にＭＱＷ層の各層をエピタキシャル成長させた場合の格子整合の様子を表す概念図である。
【図４】第１実施例による発光素子の電流−光パワー特性を表すグラフ図である。
【図５】本発明の第２の実施例にかかる半導体発光素子を概念的に表す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例にかかる半導体発光素子を概念的に表す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例にかかる半導体発光素子を概念的に表す断面図である。
【図８】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の典型例を表す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０Ａ〜Ｄ  半導体発光素子
１１  基板
１２  ｎ−ＧａＮバッファ層
１３  ＭＱＷ発光層
１３ａ  ＩｎＧａＮ層
１３ｂ  ＡｌＧａＮ層
１４  ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
１５  ｐ−ＧａＮ層
１６  透明電極
１７  ボンディングパッド
１８  保護膜
１９  ｎ側電極
２０  ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
２４  ｎ−ＧａＮガイド層
２５  ｐ−ＡｌＧａＮ層
２６  ｐ−ＧａＮガイド層
２７  絶縁膜
２８  ｐ側電極
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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