(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面に第１導電形の裏面オーミック電極を備えた第１導電形の単結晶基板と、該単結晶基板の表面上に形成されたリン化硼素（ＢＰ）系材料からなる緩衝層と、該緩衝層上に設けられた、ヘテロ接合構造の発光部を含む窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶層と、該ＩＩＩ族窒化物結晶層上に設けられた導電性透明酸化物結晶層からなる窓層とを少なくとも備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオードにおいて、前記窓層の上側表面の中央に結線用の台座電極が形成され、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と前記窓層との間に、前記窓層と導通をなす第２導電形の表面オーミック電極が、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と接し、かつ平面的に見て前記台座電極から離れて、台座電極を中心にしてその周囲に部分的かつ同心円状に配置され、前記裏面オーミック電極は単結晶基板の裏面の全面に設けられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項２】
前記表面オーミック電極が、前記台座電極の中心に対して左右対称の位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項３】
前記表面オーミック電極が、等間隔に配置された複数の電極から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項４】
前記表面オーミック電極の面積の合計が、台座電極直下の領域以外の領域（以下、開放発光領域という）の総面積の５％以上で３０％以下としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項５】
前記表面オーミック電極と接するＩＩＩ族窒化物結晶層が、窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1ーXＰX、但し０＜Ｘ＜１）からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプ。
【請求項７】
請求項６に記載の発光ダイオードランプを用いた光源。
【請求項８】
ヘテロ接合構造の発光部を含む窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶層と、該ＩＩＩ族窒化物結晶層上に設けられた導電性透明酸化物結晶層からなる窓層とを少なくとも備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオードに用いられる電極において、前記窓層の上部表面の中央に結線用の台座電極が形成され、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と前記窓層との間に、前記窓層と導通をなす表面オーミック電極が、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と接し、かつ平面的に見て前記台座電極から離れて、前記台座電極を中心にしてその周囲に部分的かつ同心円状に配置され、前記裏面オーミック電極は単結晶基板の裏面の全面に設けられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
【請求項９】
前記表面オーミック電極が、前記台座電極の中心に対して左右対称の位置に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
【請求項１０】
前記表面オーミック電極が、等間隔に配置された複数の電極から構成されていることを特徴とする請求項８または９に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
【請求項１１】
前記表面オーミック電極の面積の合計が、開放発光領域の総面積の５％以上で３０％以下としたことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
【請求項１２】
前記表面オーミック電極と接するＩＩＩ族窒化物結晶層が、窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1ーXＰX、但し０＜Ｘ＜１）からなることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
【請求項１３】
ヘテロ接合構造の発光部を含む窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と接して、表面オーミック電極を形成する第１の工程と、第１の工程に引き続き、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と前記表面オーミック電極とを覆って、その表面オーミック電極と導通する導電性透明酸化物結晶層からなる窓層を形成する第２の工程と、第２の工程に引き続き、前記窓層の上部表面の中央に、その窓層と導通する結線用の台座電極を形成する第３の工程とを有し、前記表面オーミック電極を平面的に見て前記台座電極から離して、前記台座電極を中心にしてその周囲に部分的かつ同心円状に配置し、前記裏面オーミック電極を単結晶基板の裏面の全面に設けることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極の製造方法。
【請求項１４】
台座電極を、ＩＩＩ族窒化物結晶層上に導電性透明酸化物結晶層からなる窓層を介して形成し、台座電極の結線を行う面には導電性透明酸化物結晶層が存在しないようにする請求項１３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、素子駆動電流を発光領域の広範囲に拡散させるために好適なオーミック（ｏｈｍｉｃ）電極の配置構成を備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）とそれに用いられるＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオードは、例えば窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）等からなるｐｎ接合型発光部を備えた積層構造体に電極を設けて構成される。積層構造体には、基板材料と積層構造体を構成するＩＩＩ族窒化物半導体層との格子の不整合性を緩和して良質のＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させるために、一般に緩衝（ｂｕｆｆｅｒ）層が設けられている（特開平２−２２９４７６号明細書参照）。サファイア（α−Ａｌ2Ｏ3単結晶）を基板とする発光素子用途の積層構造体では、緩衝層はもっぱら窒化アルミニウム・ガリウム（組成式ＡｌαＧａβＮ：０≦α、β≦１）から構成されている（前記特開平２−２２９４７６号明細書参照）。
この様な積層構造体からなるＬＥＤに素子駆動用電流を供給するための電極、所謂、オーミック（ｏｈｍｉｃ）電極は、サファイア等の絶縁性材料を基板とする積層構造体にあっては、積層構造体を構成するｐ形伝導層及びｎ形伝導層上に配置されている（例えば、特開平６ー２６０６８２号明細書参照）。
【０００３】
図１に、サファイア基板１０１上にＡｌαＧａβＮ（０≦α、β≦１、α＋β＝１）緩衝層１０２を介して設けた、ｎ形窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる下部クラッド層１０３、窒化ガリウム・インジウム（ＧａYＩｎ1-YＮ：０≦Ｙ≦１）からなる発光層１０４、及びｐ形ＧａＮからなる上部クラッド層１０５からなるｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）構造の発光部１０を備えた従来のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ１００の断面構造を模式的に示す。基板１０１が絶縁性であるが故に、ｐ形及びｎ形オーミック電極１０６、１０７の各々を積層構造体をなすｐ形伝導層（ｐ形クラッド層１０５）及びｎ形伝導層（ｎ形クラッド層１０３）表面上に設ける必要がある。即ち、電極１０７は発光部１０の一部を切削する煩雑な加工を経て形成されている。また、発光部１０の一部を除去するため、発光部１０の表面積が減少し、発光強度の高いＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤが提供できない不都合がある。
【０００４】
一方、リン化ガリウム（ＧａＰ）や珪素（シリコン）等の導電性結晶を基板としてＩＩＩ族窒化物半導体青色ＬＥＤ用途の積層構造体を構成する例も知られている（特開平２ー２７５６８２号明細書参照）。この積層構造体の形成にあっては、リン化硼素（ＢＰ）系材料から緩衝層を構成する技術が開示されている（前記特開平２−２７５６８２号明細書参照）。導電性結晶を基板とする積層構造体にあっては、基板結晶の伝導形に対応する第１導電形の電極を基板裏面に設け、それとは反対の第２導電形の電極を基板結晶とは逆の伝導形の積層体構成層上に配置するのが通例である（特開平１０−２４７７６１号明細書参照）。この従来の電極の配置例では、基板表面上に設けた発光部を欠損する必要もなく、従って発光部の表面積に減少を来すこともないために、高強度のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを得るにそもそも優位となっている。
【０００５】
導電性基板の裏面に第１導電形のオーミック電極（裏面オーミック電極）を、また、積層構造体の表面に第２導電形のオーミック電極（表面オーミック電極）を備えた従来のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ２００の平面構成を模式的に図２に例示する。表面オーミック電極２０１は、結線（ボンディング）用の電極（台座電極）を兼ねて、積層構造体の一構成層２０２の中央部に唯一、配置されるのが通例である（前記特開平２−２７５６８２号明細書参照）。また、中心部の台座電極に直接接触する帯状電極を付帯させて表面オーミック電極を構成する従来例が知られている（特開平１１−１６８２４０号明細書参照）。
【０００６】
表面オーミック電極は従来より、もっぱら窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌXＧａYＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）結晶層上に設けるのが通例である（特開平６−３１４８２２号明細書参照）。しかしながら、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及び窒化ガリウム（ＧａＮ）の移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）やリン化インジウム（ＩｎＰ）等の他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のそれに比較して桁違いに小さい（末松  安晴著、「光デバイス」（平成９年５月１５日、（株）コロナ社発行、初版第８刷）、２８〜２９頁参照）。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の室温での正孔移動度は１４ｃｍ2／Ｖ・ｓであり、例えば、間接遷移型のリン化硼素（ＢＰ）の５００ｃｍ2／Ｖ・ｓに比較しても約１／３０の低さにとどまっている（前記「光デバイス」、２８〜２９頁参照）。このため、オーミック電極を構成層上に唯一設ける従来の電極配置手段では、素子動作電流を発光部の広範囲に亘り充分に拡散できず、よって高強度のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを得るに不利となっている。
【０００７】
電流拡散性については他のＩＩＩーＶ族化合物半導体に比較して劣るＩＩＩ族窒化物半導体の物性に鑑み、従来技術では、素子動作電流を広範囲に拡散させるために、台座電極に直結させた透光性の金属薄膜電極をオーミック性電極として利用する手段が開示されている（特開平６−３１４８２２号明細書参照）。例えば、ｐ形不純物がドーピングされた窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物半導体層表面の略全面に金（Ａｕ）薄膜からなる透光性オーミック電極が設けられている（前記特開平６−３１４８２２号明細書参照）。しかしながら、この従来技術では、発光部からの発光が電極をなす金属薄膜に少なからず吸収されるため、結局のところ、ＬＥＤの外部に取り出せる発光の強度が低下してしまう問題が生じている。
【０００８】
インジウム・錫複合酸化物（ＩＴＯ）膜は、ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤが放出する青色、緑色或いはより長波長の発光に対して、前記の金属薄膜に比して高い透過率を有する（「透明導電膜の技術」（（株）オーム社、平成１１年３月３０日発行、第１版第１刷）、９７〜１０１頁参照）。この透過性を利用して外部へ発光をより良く取り出すために、ＩＴＯからなる導電性透明酸化物結晶層を窒化ガリウム（ＧａＮ）層についてのコンタクト層（発光透過用窓層）として設けてＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを構成する技術が知れている（▲１▼特開昭４９−１２２２９４号明細書、▲２▼実開平６−３８２６５号明細書、及び▲３▼Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４，Ｎｏ．２６（１９９９）、３９３０〜３９３２頁参照）。
【０００９】
従来技術においては、特に高い正孔（ｈｏｌｅ）濃度及び移動度が得られ難く電流拡散性に乏しいｐ形ＧａＮ層上に、ＩＴＯ等の導電性透明酸化物結晶層を配置することが多用されている（前記実開平６−３８２６５号、及びＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．参照）。しかし、ＩＴＯとＩＩＩ族窒化物半導体結晶層とのオーミック接触性は然して良好ではなく、上記の場合順方向電圧（ｆｏｒｗａｒｄｖｏｌｔａｇｅ：Ｖｆ）が上昇してしまう欠点がある（詳細は前記Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４（１９９９）参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記の従来技術の不都合に鑑みなされたもので、ＩＴＯ等の導電性透明酸化物結晶層を発光を外部へ効率的に取り出すための窓層として備えたＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤにおいて、素子動作電流を発光部の広範囲に拡散でき、且つ、高強度の発光を外部へ取り出すためのオーミック電極の配置手段を提示する。そしてその手段に依り配置されたオーミック電極を備えた高強度のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオードとそのＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極およびその製造方法を提供するものである。
【００１１】
特に、本発明は素子動作電流を発光部に広範に拡散させるために、台座電極の位置に対して表面オーミック電極を、積層構造体の一構成層の表面上の好適な位置に配置することを骨子とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
（１）裏面に第１導電形の裏面オーミック電極を備えた第１導電形の単結晶基板と、該単結晶基板の表面上に形成されたリン化硼素（ＢＰ）系材料からなる緩衝層と、該緩衝層上に設けられた、ヘテロ接合構造の発光部を含む窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶層と、該ＩＩＩ族窒化物結晶層上に設けられた導電性透明酸化物結晶層からなる窓層とを少なくとも備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオードにおいて、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と前記窓層との間に、前記窓層と導通をなす第２導電形の表面オーミック電極が、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と接して形成され、前記窓層の上側表面の中央に結線用の台座電極が形成されていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
である。
【００１３】
また本発明は、
（２）前記表面オーミック電極が、前記台座電極の周囲に配置されていることを特徴とする（１）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
（３）前記表面オーミック電極が、前記台座電極の中心に対して左右対称の位置に配置されていることを特徴とする（１）または（２）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
（４）前記表面オーミック電極が、前記台座電極の中心より等距離の位置に設けられていることを特徴とする（１）ないし（３）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
（５）前記表面オーミック電極が、等間隔に配置された複数の電極から構成されていることを特徴とする（１）ないし（４）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
（６）前記表面オーミック電極が、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面上の台座電極の射影領域以外の領域（以下、開放発光領域という）に配置されていることを特徴とする（１）ないし（５）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
（７）前記表面オーミック電極の面積の合計が、開放発光領域の総面積の５％以上で３０％以下としたことを特徴とする（６）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
（８）前記表面オーミック電極と接するＩＩＩ族窒化物結晶層が、窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1ーXＰX、但し０＜Ｘ＜１）からなることを特徴とする（１）ないし（７）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
である。
【００１４】
また本発明は、
（９）（１）ないし（８）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプ。
（１０）（９）に記載の発光ダイオードランプを用いた光源。
である。
【００１５】
また本発明は、
（１１）ヘテロ接合構造の発光部を含む窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶層と、該ＩＩＩ族窒化物結晶層上に設けられた導電性透明酸化物結晶層からなる窓層とを少なくとも備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオードに用いられる電極において、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と前記窓層との間に、前記窓層と導通をなす表面オーミック電極が、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と接して形成され、前記窓層の上部表面の中央に結線用の台座電極が形成されていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
である。
【００１６】
また本発明は、
（１２）前記表面オーミック電極が、前記台座電極の周囲の位置に配置されていることを特徴とする（１１）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
（１３）前記表面オーミック電極が、前記台座電極の中心に対して左右対称の位置に配置されていることを特徴とする（１１）または（１２）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
（１４）前記表面オーミック電極が、前記台座電極の中心より等距離の位置に設けられていることを特徴とする（１１）ないし（１３）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
（１５）前記表面オーミック電極が、等間隔に配置された複数の電極から構成されていることを特徴とする（１１）ないし（１４）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
（１６）前記表面オーミック電極が、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面上の台座電極の射影領域以外の領域（以下、開放発光領域という）に配置されていることを特徴とする（１１）ないし（１５）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
（１７）前記表面オーミック電極の面積の合計が、開放発光領域の総面積の５％以上で３０％以下としたことを特徴とする（１６）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
（１８）前記表面オーミック電極と接するＩＩＩ族窒化物結晶層が、窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1ーXＰX、但し０＜Ｘ＜１）からなることを特徴とする（１１）ないし（１７）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
である。
【００１７】
また本発明は、
（１９）ヘテロ接合構造の発光部を含む窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と接して、表面オーミック電極を形成する第１の工程と、第１の工程に引き続き、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と前記表面オーミック電極とを覆って、その表面オーミック電極と導通する導電性透明酸化物結晶層からなる窓層を形成する第２の工程と、第２の工程に引き続き、前記窓層の上部表面の中央に、その窓層と導通する結線用の台座電極を形成する第３の工程と、を有することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極の製造方法。
（２０）台座電極を、ＩＩＩ族窒化物結晶層上に導電性透明酸化物結晶層からなる窓層を介して形成し、台座電極の結線を行う面には導電性透明酸化物結晶層が存在しないようにする（１９）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極の製造方法。
である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図３は、上記（１）または（１１）に記載の発明に係わる第１の実施形態を表すＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ３００およびその電極の構成を説明するための断面模式図である。第１の実施形態に係わるＬＥＤ３００は、基板３０１として導電性を呈する単結晶を用いた積層構造体３１を母体材料として構成する。導電性の単結晶を基板とすれば、第１導電形のオーミック電極を基板の裏面に裏面オーミック電極３０９として設けることができる。即ち、サファイア等の電気絶縁性の単結晶を基板とする従来のＩＩＩ族窒化物ＬＥＤとは異なり、発光部の一部を欠落させることなくオーミック電極が設けられるため、従って、発光部の表面積の低減が回避され、高い発光強度のＩＩＩ族窒化物ＬＥＤを得るに優位となる。また、導電性を有し、且つ、劈開性を呈する単結晶を基板として用いれば、結晶の劈開を利用して、簡便に個別の素子に分割でき、ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤを作製するに至便となる。導電性と劈開性とを兼備し基板として好適に利用できる単結晶として、珪素（Ｓｉ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）などが例示できる。更に、基板表面上にＩＩＩ族窒化物半導体層を積層させる際の堆積温度が、一般には約８００℃を越える高温であることに鑑みると、高温での耐熱性を有する珪素単結晶（シリコン）等が基板として好適に用いられる。例えば、面方位を｛１００｝或いは｛１１１｝とするｐ形またはｎ形シリコンが基板として好適である。
【００１９】
導電性結晶からなる基板３０１の表面上には、リン化硼素（ＢＰ）系材料から構成される緩衝層３０２を設ける。リン化硼素（ＢＰ）系材料とは、構成元素として硼素（Ｂ）及びリン（Ｐ）を少なくとも含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を云う。ＢＰ系材料としてリン化硼素（ＢＰ）に加え、例えば、窒化リン化硼素（ＢＮ1-XＰX：０＜Ｘ＜１）やリン化硼素・ガリウム（Ｂ1-YＧａYＰ：０＜Ｙ＜１）等が例示できる。ＢＰ系材料はｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）発光部３０を構成する窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物半導体との格子のミスマッチ（ｍｉｓｍａｔｃｈ）が少ない。例えば、窒素組成比（＝１−Ｘ）を０．０３（３％）とするＢＮ0.03Ｐ0.97（格子定数＝４．５１０Å）からは立方晶のＧａＮとの格子整合を果たす緩衝層が構成できる利点がある。即ち、ＢＰ系材料からなる緩衝層は、格子整合性の良好さのためミスフィット転位等の結晶欠陥密度が少ない結晶性に優れる上層をもたらす作用を発揮する。
【００２０】
アズ−グローン（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）状態において、主に非晶質体から構成されているＢＰ系緩衝層は、基板をなす導電性単結晶材料と積層構造体をなす構成層との格子の不整合性を緩和するに特に有効に作用する。非晶質体を主体としてなる結晶層は、上層の成膜に伴い、格子ミスマッチに起因する格子歪を吸収しつつ結晶化するため良質の上層をもたらす作用を発揮するからである。非晶質体を主体とするＢＰ系緩衝層は積層構造体の他の構成層と同じく、例えば、トリエチル硼素（（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）／ホスフィン（ＰＨ3）反応系有機金属熱分解気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により成膜温度を約２００℃を越え約５００℃以下の温度で成膜することにより得られる。また、三塩化硼素（ＢＣｌ3）／三塩化リン（ＰＣｌ3）反応系ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）気相成長（ＶＰＥ）法を利用し、成膜温度を約１５０℃〜約７５０℃の範囲に設定して得られる。更に、成膜温度は約２００℃以上で約５００℃以下の範囲とするのが好適である（特開２０００−５８４５１号公報明細書参照）。前記気相成長手段に殆ど拘わらず、非晶質体を主体としてなるＢＰ系緩衝層を得るに最も肝要な条件は、その成膜温度である。成膜温度を約２００℃未満とすると原料の熱分解が充分に進行しないため、緩衝層が安定して形成出来ない不都合がある。一方、成長温度が５００℃を越えると多結晶体層が形成され易くなる。単結晶体が乱雑に集合してなる多結晶層上には、多結晶層を構成する各単結晶体の配向（配位方向）を反映して、乱雑な方位に結晶が成長し易いため、表面の平坦な上層が得られ難く不都合である。緩衝層の主たる構成要素の相違は一般的なＸ線回折分析法や電子線回折法等の分析手段をもって知ることができる。
【００２１】
２００℃以上で５００℃以下の範囲の比較的低温で成膜したＢＰ系材料からなる低温緩衝層と、低温緩衝層上にそれより高温で成膜したＢＰ系材料からなる単結晶層とで緩衝層を構成することもできる。低温緩衝層を介して成膜されたＢＰ系結晶層は、結晶欠陥密度が小さく結晶性に優れた単結晶層となり、当該単結晶層は欠陥密度の小さな上層を得るに効果を奏する。即ち、ＢＰ系低温緩衝層とその上のＢＰ系高温単結晶層との複数の層から構成した緩衝層は、結晶性に優れる上層をもたらすに有効となる。該当する緩衝層の構成例として、例えば、非晶質のリン化硼素（ＢＰ）からなる低温緩衝層とＢＰ単結晶層との２層から構成される重層緩衝層が例示できる。高温緩衝層は前記ＭＯＣＶＤ法等の気相成長手段を利用して大凡、８００℃から１２００℃の温度範囲で成膜するのが好ましい。
【００２２】
低温緩衝層或いは重層緩衝層上には発光部を構成する。発光部は発光を担う機能部位であり、少なくとも発光層とクラッド層とから構成する。発光部は単一（シングル）ヘテロ構造或いは二重（ダブル）ヘテロ接合構造の何れかからも構成できる。発光部をダブルヘテロ（ｄｏｕｂｌｅ  ｈｅｔｅｒｏ：ＤＨ）接合構造から構成すると、キャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）の「閉じ込め効果」により、シングルヘテロ接合構造に比較して高強度の発光をもたらすに優位となる。第１の実施形態として図３に例示するのは、発光層３０４とそれを挟持する下部クラッド層３０３及び上部クラッド層３０５とから構成されているｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部３０である。また、発光部から出射される発光の強度は発光部を構成する機能層、特に発光層をなす結晶層の結晶性に依存する。一般には、転位や欠陥の少ない良質な結晶層を利用する程、高強度の発光が得られる。従って、発光部は前記低温緩衝層或いは重層緩衝層と格子のミスマッチ（ｍｉｓｍａｔｃｈ）の少ない結晶層から構成するのが望ましい。例えば、ガリウム（Ｇａ）組成比を０．０３（３％）とする立方晶のリン化硼素・ガリウム（Ｂ0.97Ｇａ0.03Ｐ）と、リン組成比を０．０３とする立方晶窒化リン化ガリウム（ＧａＮ0.97Ｐ0.03）と、インジウム組成比を０．１２とする立方晶窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ0.88Ｉｎ0.12Ｎ）とは同一の格子定数４．５６６Åを有する。これより、Ｂ0.97Ｇａ0.03Ｐ緩衝層上に、ＧａＮ0.97Ｐ0.03をクラッド層とし、Ｇａ0.88Ｉｎ0.12Ｎを発光層として格子整合系の発光部を構成できる。即ち、格子ミスマッチに起因する結晶欠陥密度の小さい良質の結晶層から発光部を構成できる。
【００２３】
ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ３００の表面側の電極は、積層構造体３１を構成する一構成層、例えば、ｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部３０を構成する上部クラッド層３０５の表面上に表面オーミック電極３０８を配置し、上部クラッド層３０５と表面オーミック電極３０８の表面を被覆し、且つ、表面オーミック電極３０８と導通する様に設けたＩＴＯ等の導電性透明酸化物結晶層からなる窓層３０６を重層させ、窓層３０６上の中心部に台座電極３０７を設けて構成する。即ち、表面オーミック電極３０８は、台座電極３０７と個別に、しかも直接台座電極３０７に接触させずに、ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ３００用途の積層構造体３１の一構成層（図３に例示するＬＥＤ３００にあっては上部クラッド層３０５）の表面上に配置するのが特徴である。台座電極３０７と表面オーミック電極３０８とは、窓層３０６をなすＩＴＯなどの導電性透明酸化物結晶層を介して導通される。窓層３０６は発光を効率的に外部へ射出できる透過率を有し、尚且、表面オーミック電極３０８へ素子動作電流を供給できる、ＩＴＯ以外の良導性の透明材料からも同様に構成できる。ＩＴＯ以外の構成材料としては酸化亜鉛（ＺｎＯ）、亜鉛（Ｚｎ）・珪素（Ｓｉ）混合酸化物などが例示できる。
【００２４】
上記のＬＥＤ３００の表面側の電極は、第１の工程で上部クラッド層３０５の表面に公知のフォトリソグラフィー等の手法を用いて表面オーミック電極３０８を形成し、引き続き第２の工程でスパッタリング法等の手法を用いて、前記上部クラッド層３０５の表面と前記表面オーミック電極３０８とを覆って、表面オーミック電極３０８と導通する導電性透明酸化物結晶層からなる窓層３０６を形成し、さらに引き続き第３の工程で、前記窓層３０６の上部表面の中央に窓層３０６と導通する結線用の台座電極３０７を形成することによって作成できる。
【００２５】
この場合、台座電極３０７を上部クラッド層３０５上に導電性透明酸化物結晶層からなる窓層３０６を介して形成することにより、台座電極３０７の結線を行う面には導電性透明酸化物結晶層が存在しないようにする。台座電極３０７上に導電性透明酸化物結晶層が存在すると、透明なため導電性透明酸化物結晶層がある領域を認識できず、導電性透明酸化物結晶層上にワイヤボンディングによる結線を行ってしまい、ワイヤが台座電極３０７に接着しないという不具合が発生することがある。これに対し、導電性透明酸化物結晶層上に台座電極３０７を形成し台座電極３０７の結線を行う面には導電性透明酸化物結晶層が存在しないようにすることにより、この不具合を確実に防止することができる。
【００２６】
本発明は特に、平面的に見て表面オーミック電極３０８を台座電極３０７の周囲に配置してＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを構成するのが特徴である。図４に第１の実施形態に係わる表面オーミック電極３０８の配置例を例示する。積層構造体３１（図３参照）の一構成層３０５（図３参照）の表面上に、台座電極３０７を中心として左右対称の位置に配置された表面オーミック電極３０８は、一構成層３０５の内部に、しいては発光部３０（図３参照）に素子動作電流を分配、拡散させる作用を呈する。また、図４に例示する複数の表面オーミック電極３０８とは異なる構成からなる表面オーミック電極として、単一の環状金属電極から構成する例が挙げられる。本発明では、発光素子の中心ではなく素子の周辺に設けられた台座電極間の中間領域に島状にオーミック電極を設ける、従来の技術（特開昭５７−１１１０７６号明細書参照）に示される如くの配置手段とは異なり、平面的に見て、発光素子の中心に設置された台座電極の周囲に表面オーミック電極を配置する。
【００２７】
図３を利用して説明するに、台座電極３０７の下方に在る台座電極３０７の射影領域３０７ａに於ける発光は、発光部３０からの発光が台座電極３０７により遮蔽されてしまうために効率的に外部へ取り出せない。即ち、台座電極３０７より窓層３０６を介して射影領域３０７ａに供給される素子動作電流は素子の発光強度を向上させるに効率的に寄与せずに浪費されることとなる。
そこで本発明の第２の実施形態では、特に、表面オーミック電極３０８を、積層構造体３１をなすＩＩＩ族窒化物結晶層の台座電極３０７の射影領域３０７ａ以外の領域３０７ｂ（以下、開放発光領域３０７ｂ）の表面上に配置する。図４に本発明に係わる表面オーミック電極を備えたＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの平面模式図を示す。開放発光領域３０７ｂに配置された表面オーミック電極３０８は、開放発光領域３０７ｂに素子動作電流を優先的に流通、拡散させる作用を発揮する。また、外部に開放されているために発光を外部へ容易に取り出せる開放発光領域３０７ｂに限定して素子動作電流を集中して流入させることにより、しいては開放発光領域３０７ｂの下方の、例えば、窒化ガリウム・インジウム（ＧａYＩｎ1-YＮ：０≦Ｙ≦１）を発光層３０４として備えた発光部３０に流入する素子動作電流の電流密度を増加させられ、高発光強度のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを得るに効果が奏される。
【００２８】
また本発明の第３の実施形態では、表面オーミック電極を開放発光領域の表面上に、前記台座電極の中心に対して左右対称の位置に配置する。台座電極の周囲に左右対称の位置関係をもって配置された表面オーミック電極は、発光部の広範囲に亘り、均等に素子動作電流を拡散させる作用を発揮する。特に、開放発光領域の表面上にあって、台座電極の中心に対して左右対称の位置に表面オーミック電極を配置すれば、開放発光領域に流入される素子動作電流の電流密度の均一化が達成され、よって、面内発光強度が均一なＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを得るに効果を奏する。
【００２９】
また、本発明の第４の実施形態では、表面オーミック電極を開放発光領域の表面上にあって、台座電極の中心より等距離の位置に設けることとする。台座電極の周囲に、間隔を同一として設けたオーミック電極は、発光部に広範囲且つ均等に素子動作電流を拡散させる作用を発揮する。特に、開放発光領域の表面上に、台座電極からの距離を等しくして規則的に配置された表面オーミック電極は、開放発光領域に流入する素子動作電流の電流密度を均等となし、開放発光領域での発光強度を均一化するに効果を奏する。第４の実施形態の趣旨に則る表面オーミック電極の配置例として、例えば、台座電極の平面形状の中心を中心とする同心円の円周上の数箇所の位置に表面オーミック電極を設ければ構成できる。数箇所に設ける表面オーミック電極の平面形状は全て同一とする必要はないが、少なくとも台座電極に対し左右対称の位置に在る表面オーミック電極の平面形状は同一とするのが望ましい。これは開放発光領域に於ける電位分布を左右対称として、開放発光領域より均一な強度の発光を得るためである。
【００３０】
また、本発明の第５の実施形態では、表面オーミック電極を積層構造体の一構成層の表面上に等間隔に配置した複数の電極から構成する。一構成層の表面上の台座電極の周囲の領域に等間隔に複数の表面オーミック電極を配置することにより、台座電極より窓層を経由して供給される素子動作電流を発光部に均等に流通できる作用が得られる。特に、台座電極の射影に接することなく、開放発光領域の表面上に一定の間隔をもって表面オーミック電極を設ければ、開放発光領域にほぼ限定して、即ち、台座電極の射影領域以外の外部へ容易に発光を取り出せる領域に優先的に、高く且つ均一な電流密度をもって素子動作電流を流通できるため、面内の発光強度が均一なＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを得るに優位となる。等間隔に設ける表面オーミック電極は必ずしも同一の平面形状とする必要はないものの、台座電極に対し対称の位置には平面形状を同一とする表面オーミック電極を配置するのが好ましい。
【００３１】
特に開放発光領域に限定して、上記の第３〜第５の実施形態に示される構成手段を総合して備えて配置された表面オーミック電極は、開放発光領域に優先的に且つ均一な電流密度をもって素子動作電流を流通させるに最も効果を奏する。図５は、上記第３〜第５の実施形態に記載の内容を総合的に兼備する表面オーミック電極５０８の一配置形態を例示する平面模式図である。具体的には、開放発光領域５０７ｂに（イ）台座電極５０７の射影領域に接することなく、平面的に観て台座電極５０７の周囲の領域に台座電極５０７に対して左右対称の位置に、（ロ）台座電極５０７の中心を中心とする半径ｄ1及び半径ｄ2（但し、ｄ2＞ｄ1）の２つの同心円の円周５０９，５１０上の数箇所に各々、台座電極５０７の中心５０７ｃから等距離を保ち、且つ（ハ）同一の円周上（５０９または５１０）に相互に等間隔に表面オーミック電極５０８を配置してなる電極を有するＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの平面模式図である。図５に示す如く、開放発光領域５０７ｂに流入する素子動作電流の電流密度を均等とすべく、表面オーミック電極５０８を配置することにより、開放発光領域５０７ｂに優先的に且つ均等に素子動作電流を流通させることができ、従って、ＬＥＤの周縁部に於ける減光がなく発光強度の面内均一性に優れるＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤがもたらされる。
【００３２】
表面オーミック電極と当該電極を設ける積層構造体構成層とが接触する面積が減少すれば、素子動作電流の注入密度（電流密度）が増加し、発光強度の向上が期待できる。一方で、表面オーミック電極と構成層との接触面積が減少すれば、オーミック接触抵抗が増加することにより、順方向電圧（ｆｏｒｗａｒｄ  ｖｏｌｔａｇｅ：Ｖｆ）が徒に増加する不都合を来す。これより、本発明の第６の実施形態では、表面オーミック電極の面積の合計（＝Ａ）を、開放発光領域の総面積（＝Ｂ）に対し、比率（＝Ａ／Ｂ）にして５％以上で３０％以下に規定する。此処で、開放発光領域の総面積（＝Ｂ）とは、表面オーミック電極を配置する一構成層の表面積から台座電極の射影領域の表面積に相当する台座電極の底面積を差し引いて与えられる面積である。また、表面オーミック電極の面積の合計（＝Ａ）とは、単一のオーミック電極にあってはその平面の面積であり、複数のオーミック電極にあっては各オーミック電極の平面の面積の合計を指す。
【００３３】
開放発光領域の総面積（＝Ｂ）に占める表面オーミック電極の面積の合計（＝Ａ）の比率が５％未満であると、素子動作電流の電流密度は増加して発光強度の向上がもたらされるものの、順方向電流を２０ミリアンペア（ｍＡ）とした際のＶｆは急激に増加する不都合が生じる。例えば、前記好適な範囲の比率のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤに比較して、Ｖｆは約２０％から３０％以上は増加し、４．５ボルト（Ｖ）を越えて高くなる場合もある。一方、開放発光領域において表面オーミック電極が占有する面積が増加するに伴い、Ｖｆは低下する。しかし、通常表面オーミック電極は発光部からの発光を吸収する金属から構成されているため、比率（＝Ａ／Ｂ）が高くなるにつれ、金属からなる表面オーミック電極による発光の吸収の程度も増加するため、発光強度が著しく低下する不都合がある。開放発光領域の総面積（＝Ｂ）に占める表面オーミック電極の面積の合計（＝Ａ）の比率が３０％を越えると、前記好適な範囲の比率のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤに比較して、例えば順方向電流２０ｍＡにおけるＬＥＤの発光強度が、約４０％から５０％程度に低下する場合がある。
【００３４】
例えば、直径を１２０μｍとする円形の台座電極を備えた、一辺の長さを３５０μｍとする表面が正方形のＬＥＤであれば、平面的に見たＬＥＤの表面積から台座電極の射影領域を除いた開放発光領域の総面積は約１．１×１０-3ｃｍ2となる。この開放発光領域の総面積（＝Ｂ）に対し、表面オーミック電極の面積の合計（＝Ａ）を５．５×１０-5ｃｍ2（Ａ／Ｂ＝０．０５）以上で３．３×１０-4ｃｍ2（Ａ／Ｂ＝０．３０）以下とすることにより、発光強度も高く併せて順方向電圧も低いＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤが構成できる。例えば、総面積を約１．１×１０-3ｃｍ-2（＝Ｂ）とする開放発光領域に、直径を２０μｍとする円形の表面オーミック電極を計１２個配置すれば、表面オーミック電極の面積の合計（＝Ａ）は９．４×１０-6ｃｍ2となり、比率（Ａ／Ｂ）を約８．６％とするＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤが構成できる。比率（Ａ／Ｂ）は通常、表面オーミック電極の直径、幅、或いは長さを適宣設計して調整するが、同比率を特に約７％から約１０％の範囲とすると、高い発光強度を保ち、なお且つ低いＶｆのＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤが都合良く提供される。また、表面オーミック電極をｐ形のＩＩＩ族窒化物半導体層の表面に設ける場合にあっては、この比率（＝Ａ／Ｂ）をｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体層表面に設置する場合に比して大とすると、開放発光領域へ流通する素子動作電流の電流密度の均一化に優位である。これは、ｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体半導体に比べてｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体は、キャリアの移動度が小さく、従って素子動作電流が拡散できる範囲が狭まるため、表面オーミック電極の半導体層への接触面積を拡張して電流の拡散する範囲を拡げる必要があるためである。特に表面オーミック電極をｐ形のＩＩＩ族窒化物半導体層の表面に設けるｐサイドアップ（ｓｉｄｅ−ｕｐ）型のＬＥＤでは、比率（＝Ａ／Ｂ）をｎサイドアップ型ＬＥＤの場合に好適とされる比率（＝Ａ／Ｂ）に対して約１割程度大に設定すると好結果が得られる。
【００３５】
順方向電圧の徒な増加は、表面オーミック電極が設けられる一構成層（コンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層）の材質に依存する表面オーミック電極の接触抵抗を減ずれば抑制され得る。従って、本発明の第７の実施形態では、表面オーミック電極を配置する積層構造体構成層を窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1ーXＰX：０＜Ｘ＜１）結晶層から構成する。従来よりコンタクト層として多用されているのは、窒化ガリウム（ＧａＮ）である（特開平６−２６８２５９号公報明細書参照）。しかしＧａＮ1ーXＰX（０＜Ｘ＜１）にあっては、リン組成比（＝Ｘ）の調整により禁止帯幅を変化させられる（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６０、Ｎｏ．２０（１９９２）、２５４０〜２５４２頁参照）。換言すれば、リン組成比（＝Ｘ）の如何に依り、窒化ガリウム（ＧａＮ）に比して、禁止帯幅のより小さなＩＩＩ族窒化物半導体材料からコンタクト層を形成でき、故に、接触抵抗の小さな表面オーミック電極が形成できる利点がある。
【００３６】
例えば、波長４５０ナノメータ（ｎｍ）の青色発光に相応する遷移エネルギーは約２．７５ｅＶである。また、波長５２０ｎｍの緑色発光に相応する遷移エネルギーは約２．３８ｅＶである。従って、青色発光をもたらす発光層を有するＬＥＤについては約２．８ｅＶ以上の、また、緑色発光をもたらす発光層を有するＬＥＤにあっては約２．４ｅＶ以上の禁止帯幅を有するＧａＮ1ーXＰX（０＜Ｘ＜１）をコンタクト層に用いると、発光の吸収が抑制されたコンタクト層が構成できる。窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1ーXＰX：０＜Ｘ＜１）の非線形的変化からして（前記Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６０、参照）、青色あるいは緑色の発光に対して透過性に優れるコンタクト層は、リン組成比（＝Ｘ）を５％（Ｘ＝０．０５）以下とするＧａＮ1ーXＰX（０＜Ｘ≦０．０５）から構成できる。また、リン組成比（＝Ｘ）を５％（Ｘ＝０．０５）以下とするＧａＮ1ーXＰX（０＜Ｘ≦０．０５）の室温での禁止帯幅は約２．８ｅＶを越えるため、青色あるいは緑色の発光をもたらす発光層を挟持するクラッド層或いはクラッド層を兼用するコンタクト層としても活用できる利点がある。
【００３７】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶層からなるコンタクト層の表面に設ける表面オーミック電極は、コンタクト層がｎ形の場合、金（Ａｕ）や金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）、金・錫（Ａｕ・Ｓｎ）などの金合金から構成できる。また、コンタクト層がｐ形の場合、インジウム・亜鉛（Ｉｎ・Ｚｎ）、金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）等の亜鉛（Ｚｎ）含有合金や金・ベリリウム（Ａｕ・Ｂｅ）合金から表面オーミック電極が構成できる。これらの金属は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶層と良好なオーミック接触を形成する。特にコンタクト層がＧａＮ1ーXＰXからなる場合、これらの金属は接触抵抗の低い良好なオーミック接触を形成することができる。
また台座電極は、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの電気抵抗の小さい金属を用いるのが好ましい。
【００３８】
【作用】
本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の表面上の台座電極の周囲に配置された表面オーミック電極は、窓層上の台座電極より窓層を介して供給される素子動作電流を発光部の広範囲に拡散させる作用を有する。
【００３９】
表面オーミック電極をＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の表面上の台座電極の射影領域以外の領域（開放発光領域）に配置すると、発光を外部へ取り出すのが容易な開放発光領域に優先的に素子動作電流を流通させる作用を有する。
【００４０】
開放発光領域の表面上に、台座電極の中心に対して左右対称の位置に配置した表面オーミック電極は、開放発光領域に優先的に且つ均等に素子動作電流を拡散させる作用を有する。
【００４１】
開放発光領域の表面上の台座電極の中心より等距離の位置に設けた表面オーミック電極は、開放発光領域に流入する素子動作電流をより均等とする作用を有する。
【００４２】
互いに等間隔をもって配置された複数の電極から構成された表面オーミック電極は、開放発光領域に流入させる素子動作電流の電流密度の均等化を果たす作用を有する。
【００４３】
表面オーミック電極の面積の合計を、開放発光領域の総面積の５％以上で３０％以下に制御すると、順方向電圧の徒な増加を来さずに発光強度を向上させる作用を有する。
【００４４】
窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1ーXＰX：０＜Ｘ＜１）結晶層を表面オーミック電極のコンタクト層に用いると、接触抵抗の小さな表面オーミック電極をもたらす作用を有する。
【００４５】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明に係わるＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオードおよびその電極を実施例を基に詳細に説明する。図６は本実施例１に係わるＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ６００の平面模式図である。また、図７は図６に示すＬＥＤ６００の破線Ａ−Ａ’に沿った断面模式図である。
【００４６】
ＬＥＤ６００は基板６０１上に次の各層６０２〜６０５を備えた積層構造体６１を基に構成した。
（１）硼素（Ｂ）をドープしたｐ形導電性の（１００）面を有するＳｉ単結晶からなる基板６０１
（２）トリエチルボラン（（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）／ホスフィン（ＰＨ3）／水素（Ｈ2）反応系の常圧（大気圧）ＭＯＣＶＤ法により、３５０℃において、ＰＨ3と（Ｃ2Ｈ5）3Ｂの供給比率（Ｖ／ＩＩＩ比率）を約３００に設定して成長させた、層厚を約２０ナノメータ（ｎｍ）とするＺｎドープのｐ形リン化硼素（ＢＰ）からなる低温緩衝層６０２
（３）トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）／アンモニア（ＮＨ3）／ＰＨ3／Ｈ2反応系の常圧ＭＯＣＶＤ法により、ジメチル亜鉛（（ＣＨ3）2Ｚｎ）をＺｎのドーピング原料として、前記ｐ形ＢＰ低温緩衝層６０２上に約１０００℃で積層した、層厚を約０．８μｍとし、キャリア濃度を約１×１０18ｃｍ-3とするＺｎドープのｐ形リン化硼素（ＢＰ）単結晶層６０３
（４）（ＣＨ3）3Ｇａ／トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）／ＮＨ3／Ｈ2反応系の常圧ＭＯＣＶＤ法により、８８０℃で成長させた、平均的なインジウム（Ｉｎ）組成比を約０．０６（６％）とし、Ｉｎ組成を相違する複数の相（ｐｈａｓｅ）からなる多相構造からなる、層厚を約８ｎｍとするｎ形窒化ガリウム・インジウム混晶（Ｇａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ）からなる発光層６０４
（５）（ＣＨ3）3Ｇａ／ＮＨ3／Ｈ2反応系の常圧ＭＯＣＶＤ法により、１０８０℃で成長させた層厚を約０．１μｍとし、キャリア濃度を約２×１０18ｃｍ-3とするｎ形窒化ガリウム（ＧａＮ）層６０５
【００４７】
ｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造の発光部６０は、低温緩衝層６０２上に積層させた前記ｐ形ＢＰ単結晶層６０３を下部クラッド層とし、Ｇａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ層６０４を発光層とし、また、ｎ形ＧａＮ層６０５を上部クラッド層として構成した。上部クラッド層６０５の表面上の台座電極６０７の射影領域６０７ａ以外の開放発光領域６０７ｂには、金（Ａｕ）からなるｎ形の表面オーミック電極６０９を分配して配置した。ｎ形の表面オーミック電極６０９は、上部クラッド層６０５の表面全面を一旦、金（Ａｕ）の真空蒸着膜で被覆した後、公知のフォトリソグラフィー（写真食刻）技術を利用するパターニング手段を介して、所望する領域に限りＡｕ蒸着膜を残置させる手法により形成した。所望の領域以外に被着しているＡｕ蒸着膜は湿式エッチング液により除去した。然る後、上部クラッド層６０５の表面上にｎ形の表面オーミック電極６０９を残置させた状態で、通常の高周波スパッタリング法を利用して酸化インジウム・錫複合酸化物（ＩＴＯ）からなる窓層６０６を被着させた。窓層６０６をなすＩＴＯ膜の抵抗率は約６×１０-4オーム・センチメートル（Ω・ｃｍ）であり、層厚は約５５０ナノメータ（ｎｍ）とした。
【００４８】
表面オーミック電極６０９に加えて、公知のフォトリソグラフィー技術等を利用して、前記積層構造体６１に次の電極を形成してＬＥＤ６００を構成した。
（１）窓層６０６の中央部に形成した、金（Ａｕ）からなる直径を１２０μｍとする円形の台座電極６０７
（２）Ｓｉ単結晶基板６０１の裏面の略全面に形成したアルミニウム（Ａｌ）からなるｐ形の裏面オーミック電極６０８
【００４９】
ｎ形の表面オーミック電極６０９は、各々直径を３０μｍとする同一の円形のＡｕからなる金属電極を、開放発光領域６０７ｂの表面上の合計８箇所に配置して構成した。ｎ形の表面オーミック電極６０９の面積の合計（＝Ａ）は約５．６×１０-5ｃｍ2とした。表面オーミック電極６０９は台座電極６０７の中心を中心とする半径１２０μｍの円周上の位置に、中心角を４５°とし、互いに直線距離にして約４６μｍの等間隔をもって分配して配置した。
その後、Ｓｉ単結晶基板６０１の［１１０］方向の劈開性を利用して、電極６０７〜６０９が形成された積層構造体６０を一般的なスクライブ手段により個別素子（チップ）６００に分割した。チップ６００の平面形状は一辺を約３５０μｍとする正方形とし、台座電極６０７の直径は前記如く１２０μｍとして、開放発光領域６０７ｂの面積（＝Ｂ）は約１．１×１０-3ｃｍ2とした。従って、開放発光領域６０７ｂの総面積に占める表面オーミック電極の面積の合計の比率（＝Ａ／Ｂ）は約５．１％となった。
【００５０】
台座電極６０７及び窓層６０６を経由して表面オーミック電極６０９と裏面オーミック電極６０８の間に動作電流を流通させ、下記の発光特性を得た。
（イ）発光波長＝４４０ｎｍ
（ロ）発光輝度＝１．６カンデラ（ｃｄ）（但し、順方向電流＝２０ｍＡ）
（ハ）順方向電圧＝３．８ボルト（Ｖ）（但し、順方向電流＝２０ｍＡ）
（ニ）逆方向電圧＝２０Ｖ以上（但し、逆方向電流＝１０μＡ）
本実施例に如くの表面オーミック電極の構成に依れば、素子動作電流を好都合に開放発光領域に優先的に通流できるため、特に、発光強度の高いＩＩＩ族窒化半導体半導体発光素子が提供された。
【００５１】
（実施例２）
本実施例２では、実施例１に記載したものと同一の積層構造体６１を利用して、実施例１とは異なる配置の表面オーミック電極６０９を備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード７００を作製した例を用いて本発明を説明する。
【００５２】
図８に本実施例２に係わるＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ７００の平面概略図を示す。図８において、図６に記載したものと同一の部分については、図６と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
本実施例２のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ７００では、台座電極６０７の周囲の開放発光領域６０７ｂには、下層を金（Ａｕ）とし、上層を酸化ニッケル（ＮｉＯX：但し、Ｘはおよそ１）とする重層構造の枠状の表面オーミック電極６０９を設けてある。枠状の表面オーミック電極６０９の外縁は、一辺が３２０μｍの正方形のＬＥＤ７００の外形状を反映して正方形とし、内縁は直径を１２０μｍとする円形の台座電極６０７と相似させて円形とした。台座電極６０７の中心６０７ｃから枠状の表面オーミック電極６０９の外縁に至る距離は１２０μｍにし、また、円状の内縁に至る距離は中心６０７ｃから半径にして１００μｍに設定した。云わば、一辺を２４０μｍとする正方形の中央部から、直径２００μｍの円形に領域をくり抜いた平面形状の表面オーミック電極６０９は、台座電極６０７の中心６０７ｃを通る中央線Ｃ及び対角線Ｄの何れに関して左右対称となる配置とした。開放発光領域６０７ｂの総面積に占める表面オーミック電極６０９の面積の比率（＝Ａ／Ｂ）は約２８．８％とした。
【００５４】
表面オーミック電極６０９を通常の真空蒸着手段及びフォトリソグラフィ（写真食刻）手段等を利用して形成した後、一般的な高周波スパッタリング法により実施例１と同じＩＴＯ膜を窓層６０６として被着させた。窓層６０６の中央には金（Ａｕ）からなる台座電極６０７を設けた。Ｓｉ単結晶基板６０１の裏面にアルミニウム（Ａｌ）からなる裏面オーミック電極６０８を形成した後、劈開を利用するスクライブ手段に依り分割してＬＥＤ７００となした。
【００５５】
ＬＥＤ７００について、台座電極６０７と裏面オーミック電極６０８の間に動作電流を通流した際の特性は以下のとおりであった。
（イ）発光波長＝４４０ｎｍ
（ロ）発光輝度＝１．４カンデラ（ｃｄ）（但し、順方向電流＝２０ｍＡ）
（ハ）順方向電圧＝３．６ボルト（Ｖ）（但し、順方向電流＝２０ｍＡ）
（ニ）逆方向電圧＝２０Ｖ以上（但し、逆方向電流＝１０μＡ）
このように本実施例２では、順方向電圧が低く、高い発光強度のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオードが得られた。また、開放発光領域に於ける発光の相対強度の均一性を検証すべく取得したニアフィールド（ｎｅａｒ  ｆｉｅｌｄ）パターンに依れば、発光の強度は開放発光領域の略全表面において均一であるのが認められた。これは、開放発光領域に分配された電極から表面オーミック電極を構成することにより、開放発光領域の略全領域に均等に素子動作電流が流通できることを示している。
【００５６】
次に、このＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ７００を用いて作製した発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプについて説明する。図１０はこのＬＥＤを用いて作製したＬＥＤランプの構成を示す図である。図において、ＬＥＤランプ８０は、発光ダイオード８１とマウントリード８２とインナーリード８３とからなり、これらの全体を透明な樹脂８４でモールドすることで構成されている。
【００５７】
発光ダイオード８１には、本実施例２で作製したＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ７００を使用し、この発光ダイオード８１の基板裏面に形成された電極８１ａ（ＬＥＤ７００の裏面オーミック電極６０８）は、マウントリード８２と電気的に接触するようにマウントリード８２上に固定され、また発光ダイオード８１の台座電極８１ｂ（ＬＥＤ７００の台座電極６０７）は、ワイヤボンディングによりインナーリード８３に結線されている。
【００５８】
このＬＥＤランプ８０は、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオードを用いているため、従来のＬＥＤを使用したものに比較して発光効率が向上したものとなっている。
さらにこのＬＥＤランプ８０は、車両用灯具、鉄道車両用灯具、交通信号灯、踏切信号灯、路肩表示灯、視線誘導灯、あるいはモニター用表示器、操作盤用表示器の光源として、また複写機やファクシミリなどの事務機器や屋外で使用される情報板などの光源として用いることができ、その場合このＬＥＤランプ８０を用いた光源は、従来のものに比較して発光効率が高いものとなる。
【００５９】
（実施例３）
本実施例３では、実施例１に記載した積層構造体の最表層をなすｎ形窒化ガリウム（ＧａＮ）層６０５の上に、更にオーミックコンタクト層６１０として窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1ーXＰX、但しＸ＝０．０３）を積層させた積層構造体を利用してＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを構成した。本実施例３に係わるＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの断面模式図を図９に示す。尚、図９において、図７に記したのと同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６０】
オーミックコンタクト層６１０をなすリン組成比を３％とするｎ形窒化リン化ガリウム（ＧａＮ0.97Ｐ0.03）は、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）／アンモニア（ＮＨ3）／ホスフィン（ＰＨ3）／水素（Ｈ2）反応系の減圧ＭＯＣＶＤ法により、９８０℃で成長した。ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）をｎ形ドーピングガスに用いて、オーミックコンタクト層６１０のキャリア濃度を約２×１０18ｃｍ-3に調整した。またオーミックコンタクト層６１０の層厚は、約０．１５μｍとした。
【００６１】
ｎ形ＧａＮ0.97Ｐ0.03オーミックコンタクト層６１０の表面の開放発光領域６０７ｂ上には、実施例２と同一の外形状と底面積を有する金（Ａｕ）からなる表面オーミック電極６０９を形成した。その後、実施例２に記載と同様に、表面オーミック電極６０９を窓層６０６をなすＩＴＯ膜で被覆し、ＩＴＯ窓層の中央部に、下層がクロム（Ｃｒ）から、上層が金（Ａｕ）から構成される直径を１２０μｍとする円形の台座電極６０７を設置した。また、ｐ形Ｓｉ単結晶基板６０１の裏面の略全面にはアルミニウム（Ａｌ）からなる裏面オーミック電極６０８を設け、ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを構成した。
【００６２】
ｎ形ＧａＮ0.97Ｐ0.03オーミックコンタクト層６１０表面の開放発光領域６０７ｂ上に表面オーミック電極６０９を設けて形成した本実施例３のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの主たる特性を以下に纏める。
（イ）発光波長＝４４０ｎｍ
（ロ）発光輝度＝１．３カンデラ（ｃｄ）（但し、順方向電流＝２０ｍＡ）
（ハ）順方向電圧＝３．２ボルト（Ｖ）（但し、順方向電流＝２０ｍＡ）
（ニ）逆方向電圧＝２０Ｖ以上（但し、逆方向電流＝１０μＡ）
本実施例３で得られたＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤは、実施例２で得たＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤと比較して、発光波長及び逆方向電圧に然したる差異は認められないものの、ＧａＮ0.97Ｐ0.03層をオーミックコンタクト層とするため、高い発光強度を発揮しつつ、尚且つ、順方向電圧が低くなるという効果が示される結果となった。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、発光部に平均的に素子動作電流を流通させることができるため、高い発光強度のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤが提供できる効果がある。
特に本発明において、台座電極の射影領域以外の開放発光領域の表面上に表面オーミック電極を配置し、（１）表面オーミック電極を台座電極の中心に対して左右対称の位置に配置する、（２）台座電極の中心より等距離となる位置に配置する、（３）表面オーミック電極を互いに等間隔に配置する等の構成を採用すると、開放発光領域に優先的に且つ均等に素子動作電流を流通できるため、開放発光領域に流通できる素子動作電流の電流密度を増加させられ、従って、高発光強度のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを得るに効果が挙げられる。
【００６４】
また本発明において、開放発光領域に敷設する表面オーミック電極の平面積の合計を、開放発光領域の総表面積の５％以上で３０％以下に制御すると、高い発光強度を保持しつつ、低い順方向電圧のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤがもたらされる効果がある。
さらに本発明において、表面オーミック電極を窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1ーXＰX：０＜Ｘ＜１）結晶層の表面上に設けると、順方向電圧が更に低減されたＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを提供することができる。
【００６５】
また、本発明の上記のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオードに用いるＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極は、高発光強度のＬＥＤをもたらすことが出来る。さらに本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極の製造方法は、高発光強度のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの作製に用いる電極を収率良く作製することができる。特に、導電性透明酸化物結晶層上に台座電極を形成し、台座電極の結線を行う面には導電性透明酸化物結晶層が存在しないようにすることにより、ワイヤボンディングによる結線を導電性透明酸化物結晶層上に行ってしまい、ワイヤが台座電極３０７に接着しないという不具合を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの断面模式図である。
【図２】従来のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの平面模式図である。
【図３】本発明に係わる表面オーミック電極を備えたＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの断面模式図である。
【図４】本発明に係わる表面オーミック電極を備えたＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの平面模式図である。
【図５】本発明に係わる表面オーミック電極を備えた別のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの平面模式図である。
【図６】本発明の実施例１に係わるＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの平面模式図である。
【図７】図６に示すＬＥＤの破線Ａ−Ａ’に沿った断面模式図である。
【図８】本発明の実施例２に係わるＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの平面模式図である。
【図９】本発明の実施例３に係わるＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの断面模式図である。
【図１０】本発明の発光ダイオードランプの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０      発光部
１００    ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ
１０１    サファイア基板
１０２    緩衝層
１０３    下部クラッド層
１０４    発光層
１０５    上部クラッド層
１０６    ｐ形オーミック電極
１０７    ｎ形オーミック電極
２００    ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ
２０１    表面オーミック電極
２０２    積層構造体の一構成層
３０      発光部
３１      積層構造体
３００    ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ
３０１    基板
３０２    緩衝層
３０３    下部クラッド層
３０４    発光層
３０５    上部クラッド層
３０６    窓層
３０７    台座電極
３０７ａ  台座電極の射影領域
３０７ｂ  開放発光領域
３０８    表面オーミック電極
３０９    裏面オーミック電極
５０７    台座電極
５０７ｂ  開放発光領域
５０７ｃ  台座電極の中心
５０８    表面オーミック電極
５０９    半径をｄ1とする円の円周
５１０    半径をｄ2とする円の円周
ｄ1        台座電極の中心を中心とする半径
ｄ2        台座電極の中心を中心とする半径
６０      発光部
６１      積層構造体
６００    ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ
６０１    基板
６０２    低温緩衝層
６０３    ｐ形ＢＰ単結晶層（下部クラッド層）
６０４    発光層
６０５    ｎ形ＧａＮ層（上部クラッド層）
６０６    窓層
６０７    台座電極
６０７ａ  台座電極の射影領域
６０７ｂ  開放発光領域
６０７ｃ  台座電極の中心
６０８    裏面オーミック電極
６０９    表面オーミック電極
６１０    オーミックコンタクト層
７００    ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ
８０      ＬＥＤランプ
８１      発光ダイオード
８１ａ    基板裏面に形成された電極
８１ｂ    台座電極
８２      マウントリード
８３      インナーリード
８４      樹脂
Ｃ        台座電極の中心を通るＬＥＤの中央線
Ｄ        台座電極の中心を通るＬＥＤの対角線
【図１】
0004754711.tif 000002
【図２】
0004754711.tif 000003
【図３】
0004754711.tif 000004
【図４】
0004754711.tif 000005
【図５】
0004754711.tif 000006
【図６】
0004754711.tif 000007
【図７】
0004754711.tif 000008
【図８】
0004754711.tif 000009
【図９】
0004754711.tif 000010
【図１０】
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