(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ形またはｐ形の燐化アルミニウム・ガリウム・インジウムからなる発光層を備えた積層構造体と、該積層構造体を支持するための透光性の基材とが接合されてなるｐｎ接合型化合物半導体発光素子において、
前記積層構造体にはｎ形またはｐ形の導電層が備えられ、該導電層と前記基材とが接合されており、
前記導電層が、燐化硼素又は砒化燐化硼素から構成されていることを特徴とするｐｎ接合型化合物半導体発光素子。
【請求項２】
前記導電層の室温での禁止帯幅が、前記発光層の室温での禁止帯幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光素子。
【請求項３】
前記導電層が、不純物を故意に添加していないアンドープの燐化硼素又は砒化燐化硼素から構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光素子。
【請求項４】
前記導電層が、双晶を内在していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光素子。
【請求項５】
前記双晶の双晶面が、（１１１）格子面であることを特徴とする請求項４に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光素子。
【請求項６】
結晶基板上に、下部クラッド層、ｎ形またはｐ形の燐化アルミニウム・ガリウム・インジウムからなる発光層、上部クラッド層、燐化硼素又は砒化燐化硼素からなるｎ形またはｐ形の導電層を順次積層して積層構造体を形成する工程と、
前記導電層と透光性の基材とを接合する工程を有することを特徴とするｐｎ接合型化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記導電層と透光性の基材とを接合した後に、前記結晶基板を除去することを特徴とする請求項６に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記導電層を形成する際、層厚が１０ｎｍから２５ｎｍの範囲に到達するまでは、毎分２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の成長速度で結晶成長させた後、成長速度を毎分２０ｎｍ未満として所望の層厚が得られるまで、結晶成長を行い、導電層を形成することを特徴とする請求項６又は７に記載のｐｎ接合型化合物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、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）混晶からなる発光層を備えた積層構造体を有するｐｎ接合型の化合物半導体発光素子に関し、特に高い発光強度が得られるｐｎ接合型の化合物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
緑色帯から赤色帯の光を出射する発光ダイオード（light-emitting diode：ＬＥＤ。以下、ＬＥＤとも言う。）として、ｎ形またはｐ形の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板上に気相成長させて形成した燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ：０≦Ｘ≦１）層を発光層とするＬＥＤが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
具体的には、ＧａＡｓ基板上に、発光層として前記組成式中のＹが０．５の燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ：０≦Ｘ≦１）層が備えられたＬＥＤが利用されている。
【０００３】
（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰからなる発光層を備えたＬＥＤにおいて、高い発光強度を得るためには、素子を駆動させるための電流（素子駆動電流）を発光層の広範囲に拡散させ、かつ外部への光の取り出し効率を向上させる必要があり、電流拡散層や窓（ｗｉｎｄｏｗ）層を発光層上に設けることが一般的となっている。
例えば、窓層は、発光層で発せられた光を透過して外部へ出射する機能を有し、この窓層として燐化ガリウム（ＧａＰ）からなる層が備えられたＬＥＤが開示されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
ＧａＡｓ基板上に積層構造体が気相成長法によって形成されたＬＥＤでは、ＧａＡｓ基板が発光波長に対して不透明であるため、発光層から発せられた光のうち、ＬＥＤの上面からの出射光しか利用できず、外部への光の取り出し効率が低い問題があった。
そこで、ＧａＡｓ基板上に形成された積層構造体に、発光波長に対して透明な基板を接合させた後に、積層構造体を気相成長させるために用いたＧａＡｓ基板を除去してＬＥＤを製造する方法が提案されている。
この方法によって得られたＬＥＤでは、発光波長に対して透明な基板が接合されたことによって、ＬＥＤの上面だけでなく、側面や下面からも光を出射でき、優れた光の取り出し効率が得られる。
このようなＬＥＤの製造方法としては、例えば発光層を備えた積層構造体に、ＧａＰ、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、炭化珪素（ＳｉＣ）などの発光波長に対して透明な半導体基板を接合させて、ＬＥＤを製造する技術が知られている（例えば、特許文献２，３参照。
）。
また、インジウム・錫複合酸化膜（ＩＴＯ）などの透光導電薄膜を介して、発光波長に対して透明なＧａＰ基板を積層構造体に接合させてＬＥＤを製造する技術も開示されている（例えば、特許文献４参照。）。
【非特許文献１】Ｙ．Ｈｏｓｏｋａｗａ、「ジャーナル  オブ  クリスタル  グロース（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ）」、（オランダ）、２０００年、第２２１巻、ｐ．６５２−６５６
【特許文献１】米国特許第５００８７１８号明細書
【特許文献２】特許第３２３０６３８号公報
【特許文献３】特開２００１−２４４４９９号公報
【特許文献４】特許第２５８８８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献４では、例えば発光波長に対して透明なＧａＰ基板を、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰからなるクラッド層や電流拡散層などの積層構造体の最表層に接合する場合、８３０℃以上の高温で加熱する必要があることが開示されている（特許文献４の明細書段落［０００７］参照。）。
また、特許文献２では、ＹＡＧレーザ光などの光を照射して加熱する手段を併用しない場合、発光波長に対して透明な半導体基板を積層構造体に接合させるために、３００℃〜９００℃で加熱することが適すると開示されている（特許文献２の明細書段落［００３５］参照。）。
【０００６】
このような高温環境下では、積層構造体を構成する燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ）や砒化アルミニウム・ガリウム（組成式ＡｌＸＧａＹＡｓ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）などの易酸化性のアルミニウム（Ａｌ）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が容易に酸化されてしまう。
このため、積層構造体と、この積層構造体に接合されたＧａＰ基板などの透光性の基板との接合領域に、酸化物などからなる高抵抗層が生成し、素子を駆動させるための電流（素子駆動電流）を通流させる際に支障をきたす場合があった。
【０００７】
また、積層構造体には、発光層以外にも燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ）からなる層が備えられている場合があるが、この層には、通常、導電性を付与するために、亜鉛（Ｚｎ）やセレン（Ｓｅ）などの熱拡散し易い不純物が添加されている。
透光性の基板を積層構造体に接合するために高温で加熱すると、亜鉛（Ｚｎ）やセレン（Ｓｅ）などの熱拡散し易い不純物が発光層などへ拡散し、ｎ形またはｐ形の発光層のキャリア濃度、しいてはＬＥＤの順方向電圧（Ｖｆ）を変化させてしまう不都合が発生する場合があった。
【０００８】
更に特許文献４では、透光導電薄膜として、沃素・錫酸化物膜やカドミウム・錫酸化膜などの透明酸化物膜が挙げられるが、一般に、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ）などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とのオーミック（Ｏｈｍｉｃ）接触性を安定して確保することが難しい。
従って、前記透明酸化物膜を介在させて、サファイア（α−Ａｌ２Ｏ３単結晶）、ガラス、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの透光性に優れた透明基板を積層構造体に接合しても、得られたＬＥＤでは、透明基板を介して素子駆動電流を積層構造体に広範囲に拡散して流通させることが難くなる問題点がある。
【０００９】
本発明は、上記の従来技術の問題点を克服すべくなされたもので、低抵抗で素子駆動電流を通流し易く、かつ外部への光の取り出し効率に優れたｐｎ接合型の化合物半導体発光素子と、その製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
即ち、本発明は、（１）ｎ形またはｐ形の燐化アルミニウム・ガリウム・インジウムからなる発光層を備えた積層構造体と、該積層構造体を支持するための透光性の基材とが接合されてなるｐｎ接合型化合物半導体発光素子において、前記積層構造体にはｎ形またはｐ形の導電層が備えられ、該導電層と前記基材とが接合されており、前記導電層が、燐化硼素又は砒化燐化硼素から構成されていることを特徴とするｐｎ接合型化合物半導体発光素子である。
【００１１】
（２）前記導電層の室温での禁止帯幅が、前記発光層の室温での禁止帯幅よりも大きいことを特徴とする（１）に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光素子である。
【００１２】
（３）前記導電層が、不純物を故意に添加していないアンドープの燐化硼素又は砒化燐化硼素から構成されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光素子である。
【００１６】
（４）前記導電層が、双晶を内在していることを特徴とする（１）乃至（３）の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光素子である。
【００１７】
（５）前記双晶の双晶面が、（１１１）格子面であることを特徴とする（４）に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光素子である。
【００１８】
（６）結晶基板上に、下部クラッド層、ｎ形またはｐ形の燐化アルミニウム・ガリウム・インジウムからなる発光層、上部クラッド層、燐化硼素又は砒化燐化硼素からなるｎ形またはｐ形の導電層を順次積層して積層構造体を形成する工程と、前記導電層に透光性の基材を接合する工程を有することを特徴とするｐｎ接合型化合物半導体発光素子の製造方法である。
【００１９】
（７）前記導電層に透光性の基材を接合した後に、前記結晶基板を除去することを特徴とする（６）に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光素子の製造方法である。
【００２０】
（８）前記導電層を形成する際、層厚が１０ｎｍから２５ｎｍの範囲に到達するまでは、毎分２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の成長速度で結晶成長させた後、成長速度を毎分２０ｎｍ未満として所望の層厚が得られるまで、結晶成長を行い、導電層を形成することを特徴とする（６）又は（７）に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のｐｎ接合型化合物半導体発光素子によると、導電層が、硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成されたことによって、良好な密着性をもって導電層と透光性の基材とが接合されたｐｎ接合型化合物半導体発光素子が実現できる。また、導電層上には、オーミック電極を安定して形成できる。
これにより、低抵抗で素子駆動電流を通流し易く、かつ外部への光の取り出し効率に優れたｐｎ接合型化合物半導体発光素子を実現できる。
【００２２】
また、導電層の室温での禁止帯幅が、前記発光層の室温での禁止帯幅よりも大きいことによって、発光層から出射される光を透光性の基材側に低損失で透過できる。これにより高い発光強度が得られる。
【００２３】
導電層が、不純物を故意に添加していないアンドープの硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成されたことによって、添加された不純物が発光層などへ拡散してｐｎ接合型化合物半導体発光素子の順方向電圧などを変化させてしまうことがなく、低い順方向電圧が得られる。
【００２４】
導電層が、砒素と硼素とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成されたことによって、この導電層上に、オーミック接触性に優れる電極を形成できる。このため、低い順方向電圧が得られる。
【００２５】
導電層が、燐と硼素とを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体や、砒素と硼素とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の砒化燐化硼素から構成されたことによって、広い禁止帯幅が得られ、発光層から出射される光を透光性の基材側に更に低損失で透過できる。これにより更に高い発光強度が得られる。
【００２６】
導電層が、双晶を内在する硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成されたことによって、導電層と下地層との格子ミスマッチが緩和され、結晶性に優れた導電層が得られ、更に低抵抗で、光の取り出し効率に優れたｐｎ接合型化合物半導体発光素子を実現できる。
【００２７】
本発明のｐｎ接合型化合物半導体発光素子の製造方法によると、硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｎ形またはｐ形の導電層を、積層構造体と透光性の基材との接合層として形成することによって、ＹＡＧレーザ光などの光を照射して加熱する手段を併用しなくとも、低温に於いて、良好な密着性をもって導電層と透光性の基材とを接合させることができる。
これより、従来のように、導電層が燐化ガリウムなどから構成され、透光性の基材と導電層とを高温度で接合する場合のように、酸化物などからなる高抵抗層が生成したり、積層構造体を構成する層に添加された不純物が熱拡散することを抑制できる。また、導電層上には、オーミック電極を安定して形成できる。
これにより、低抵抗で素子駆動電流を通流し易く、かつ外部への光の取り出し効率に優れたｐｎ接合型化合物半導体発光素子を製造できる。
【００２８】
また、導電層と透光性の基材とを接合した後に、結晶基板を除去することによって、これにより、結晶基板による光の吸収がなく、外部への光の取り出し効率に優れたｐｎ接合型化合物半導体発光素子を製造できる。
【００２９】
層厚が１０ｎｍから２５ｎｍの範囲に到達するまでは、毎分２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の成長速度で結晶成長させた後、成長速度を毎分２０ｎｍ未満として所望の層厚が得られるまで、結晶成長を行い、導電層を形成することによって、導電層内に双晶を内在させることができ、結晶性に優れた導電層を形成できる。
更に、成長速度を毎分２０ｎｍ未満として所望の層厚が得られるまで、結晶成長を行うことによって、表面の平滑性に優れた導電層を形成できる。このため、優れた密着性で導電層と透光性の基材とを接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
［ｐｎ接合型化合物半導体発光素子］
本発明のｐｎ接合型の化合物半導体発光素子は、ｎ形またはｐ形の燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ：０≦Ｘ≦１）からなる発光層を備えた積層構造体と、この積層構造体を支持するための透光性の基材とから構成されている。積層構造体には、透光性の基材との接合層として、硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成され、導電形がｎ形またはｐ形の導電層が備えられており、この導電層と透光性の基材とが接合されている。
【００３１】
積層構造体は、ｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造を有するものであり、例えばｐ形の亜鉛（Ｚｎ）ドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐなどの下部クラッド層、ｐ形のアンドープの（Ａｌ０．４Ｇａ０．６）０．５Ｉｎ０．５Ｐなどの発光層、ｎ形のセレン（Ｓｅ）ドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐなどの上部クラッド層が順次積層されたものなどが挙げられる。
【００３２】
この積層構造体の導電層に、一方の極性のオーミック電極が設けられ、積層構造体のうち、発光層を介して導電層とは反対側に位置する構成層（例えば緩衝層やクラッド層）に、他方の極性のオーミック電極が設けられている。
これにより、双方の極性のオーミック電極間に順方向に素子駆動電流が流通されると、発光層から光が放射できるようになっている。
例えば、積層構造体が、ｎ形の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰからなる下部クラッド層、発光層、ｐ形の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰからなる上部クラッド層、ｐ形の燐化硼素からなる導電層が順次積層されたものである場合、導電層にｐ形のオーミック電極（正極）が設けられ、下部クラッド層にｎ形のオーミック電極（負極）が設けられてｐｎ接合型の化合物半導体発光素子となる。
【００３３】
本発明の要旨となる導電層と透光性の基材について、以下に詳細に説明する。
導電層は、硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成されている。
ここで、本明細書中、「硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」とは、硼素（Ｂ）を構成元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であり、例えば、組成式ＢαＡｌβＧａγＩｎ１−α−β−γＰ１−δＡｓδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１で表される化合物や、組成式ＢαＡｌβＧａγＩｎ１−α−β−γＰ１−δＮδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）で表される化合物などが挙げられる。
【００３４】
硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の混晶を構成する元素の種類がより多種に及ぶと、組成比の安定した良質の混晶層を形成することがより困難となる（寺本  巌著、「半導体デバイス概論」、１９９５年３月３０日、（株）培風館発行初版、ｐ．２４参照。）。
このため、上記の組成式で表される硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体として、構成元素種が３以下のものが好ましく、これにより組成比の安定した良質の層が形成される。
特に、導電層としては、アルミニウム（Ａｌ）などの易酸化性の元素が構成元素として含まれておらず、かつ燐（Ｐ）又は砒素（Ａｓ）と、硼素とを構成元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成された層が好ましい。アルミニウム（Ａｌ）などの易酸化性の元素が構成元素として含まれていないことによって、優れた耐酸化性が得られ、発光素子を製造する際などに導電層が加熱されても酸化物などからなる高抵抗層が生成し難く、高抵抗層の生成によって導電性が低下することを抑制できる。
【００３５】
アルミニウム（Ａｌ）などの易酸化性の元素が構成元素として含まれておらず、かつ燐と硼素とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（以下、燐化硼素系半導体とも言う。）としては、例えば、単量体の燐化硼素（ＢＰ）、組成式ＢαＧａγＰ（０＜α≦１、０≦γ＜１）で表される燐化硼素・ガリウム、組成式ＢαＩｎ１−αＰ（０＜α≦１）で表される燐化硼素インジウム、組成式ＢＰ１−δＮδ（０≦δ＜１）で表される窒化燐化硼素などの複数のＶ族元素を含む混晶などが挙げられる。
燐化硼素系半導体では、燐が含有されたことによって優れた耐熱性が得られるため、導電層の耐酸化性を向上させることができる。
【００３６】
アルミニウム（Ａｌ）などの易酸化性の元素が構成元素として含まれておらず、かつ砒素と硼素とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（以下、砒化硼素系半導体とも言う。）としては、例えば、組成式ＢＰ１−δＡｓδ（０≦δ＜１）で表される砒化燐化硼素などが挙げられる。
このような砒化硼素系半導体から構成された導電層では、硼素とＶ族構成元素として燐（Ｐ）のみとを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成された導電層に比べて低抵抗であり、順方向電圧を低く抑えることができる。
【００３７】
導電層内の硼素原子の濃度（含有量）は、特に限定されず、ｐｎ接合型の化合物半導体発光素子の用途、発光波長などに応じて適宜調整される。例えば導電層としては、硼素を添加（ドーピング）したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体などのように、硼素を構成元素として多量に含んでいない層であっても構わない。
硼素原子濃度が１×１０１９ｃｍ−３未満の場合、充分な耐酸化性を有する導電層を安定して形成することが難しくなる。このため、後述するｐｎ接合型の化合物半導体発光素子の製造工程において、導電層と透光性の基材とを接合する際、例えば、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、及びアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス雰囲気などの酸素を含まない雰囲気中で行うことが好ましい。
【００３８】
導電層の伝導形は、導電層と接する積層構造体の構成層、すなわち導電層を形成する際の下地層となる層の伝導形に合致させることが望ましい。
また、導電層は低抵抗であることが望ましい。具体的には、導電層の室温でのキャリア濃度が１×１０１９ｃｍ−３以上であり、抵抗率が５×１０−２Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。導電層の層厚は、５０ナノメータ（単位：ｎｍ）以上、５０００ｎｍ以下とするのが適する。
この様な膜厚を有する低抵抗の導電層は、発光層からの発光を外部へ透過するための窓（ｗｉｎｄｏｗ）層や電流拡散層等として予め、積層構造体に備えられていても構わない。
【００３９】
また、導電層の室温での禁止帯幅は、発光層の室温での禁止帯幅よりも大きいことが好ましく、これにより導電層では、発光層で発せられた光をほとんど吸収せずに透明な基材へと導出でき、優れた光の取り出し効率が得られる。このため、高い光強度の光を出射できる発光素子が実現できる。
ここで、硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（導電層）の禁止帯幅は、吸収係数の光子エネルギー（＝ｈ・ν）依存性や、屈折率（ｎ）及び消衰係数（ｋ）の積値（＝２・ｎ・ｋ）の光子エネルギー依存性などから求められる。
【００４０】
導電層が、燐化硼素系半導体や、砒化硼素系半導体の砒化燐化硼素から構成されている場合、広い禁止帯幅（ｗｉｄｅ  ｂａｎｄｇａｐ）が得られる。
特に、単量体の燐化硼素からなる導電層が好ましく、室温での禁止帯幅が２．８ｅＶ以上で５．０ｅＶ以下の広い禁止帯幅が得られる。例えば、ＭＯＣＶＤ法に依り、単量体の燐化硼素からなる導電層を形成する際、形成速度を毎分２ｎｍ以上で３０ｎｍ以下の範囲に設定すると、室温での禁止帯幅が２．８ｅＶ以上の導電層が得られる。
室温での禁止帯幅が５．０ｅＶよりも大きい場合、発光層或いはクラッド層などとの障壁差が大きくなり、ｐｎ接合型の化合物半導体発光素子の順方向電圧或いは閾値電圧を低く抑えることが困難となるため、好ましくない。
例えば、赤色発光用のｐｎ接合型の化合物半導体発光素子として、発光層が組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰで表される燐化アルミニウム・ガリウム・インジウムからなり、その室温での禁止帯幅が２．０エレクトロンボルト（以下ｅＶと示す。）である場合、導電層としては、室温での禁止帯が２．３ｅＶの砒化燐化硼素（ＢＰ１−δＡｓδ：０≦δ＜１）が適用できる。
【００４１】
導電層が、燐化硼素系半導体又は砒化硼素系半導体から構成されている場合、この導電層を構成する半導体は、不純物を故意に添加しない、所謂、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）であることが好ましい。
組成式ＡｌＸＧａＹＡｓ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）で表される砒化アルミニウムや、組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＰ（０≦Ｘ，Ｙ、Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で表される燐化アルミニウム・ガリウム・インジウムなどの従来の半導体材料に比べて、燐化硼素系半導体や砒化硼素系半導体は、イオン（ｉｏｎ）結合性が小さく、アンドープであっても、低抵抗で、かつ大きな禁止帯幅が得られる。
例えば、燐化硼素系半導体の一例として単量体の燐化硼素（ＢＰ）を用いることによって、アンドープ状態で１０１９ｃｍ−３〜１０２０ｃｍ−３の高キャリア濃度の導電層が簡便に得られる。
【００４２】
従来では、導電層として、不純物を故意に添加（ドーピング）した亜鉛（Ｚｎ）ドープＧａＰなどからなる層が備えられている場合があった。このような導電層が備えられた発光素子では、導電層から拡散して来る不純物（亜鉛）に因り、発光層のキャリア濃度や伝導形が変化し、所望の電圧値とは異なる順方向電圧（Ｖｆ）が印加されたり或いは所望の波長とは異なる波長の光が発光される場合があった。
これに対して、アンドープの燐化硼素系半導体や砒化硼素系半導体から構成された導電層が備えられた場合、アンドープであるため、導電層と接する積層構造体の構成層、しいては発光層へ導電層から拡散する不純物量を低減でき、不純物の外部拡散に因る発光層の性質の変性を抑制できる。更に低抵抗であるため、素子駆動電流を発光層に拡散し易くなる。
【００４３】
従って、このようなアンドープでありながら低抵抗であり、且つ、広い禁止帯幅の硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、不純物の外部拡散に因り、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ発光層の性質を変性させないクラッド（ｃｌａｄ）層や、素子を駆動させるための素子駆動電流を発光層に拡散させる作用を担う電流拡散層として、好適に利用できる。また、広い禁止帯幅を有する硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、また、発光層からの光を、基材を通して外部へ出射させるための光透過層としても応用できる。
このため積層構造体には、クラッド層や電流拡散層として、前記したアンドープでありながら低抵抗であり且つ広い禁止帯幅の硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層や、光透過層として、広い禁止帯幅を有する硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層などが備えられていても構わない。
【００４４】
また、導電層は、双晶を内在していることが好ましい。
導電層と接する積層構造体の構成層、すなわち導電層を形成する際の下地層となる層と導電層との接合界面の近傍の領域に双晶が形成されている場合、この双晶によって下地層と導電層との格子ミスマッチを緩和でき、ミスフィット転位の少ない硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる導電層を形成できる。
特に、双晶の双晶面が、硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の（１１１）格子面であることが更に好ましく、これにより更に下地層と導電層との格子ミスマッチを緩和できる。
【００４５】
次に、積層構造体を支持するための透光性の基材について説明する。
この透光性の基材は、発光波長に対して透明な材料から構成されたものである。透光性の基材としては、導電層の伝導形や構成材料に拘らず、ガラス材料から構成されたものが好適である。
ガラス材料としては、例えば、シリカガラス（吉澤  四郎他著、工業化学基礎講座５「無機工業化学」、（株）朝倉書店、昭和４８年２月２５日発行、６版、ｐ．１６９参照。
）、ソーダ石灰ガラスなどの珪酸塩ガラス（上記の「無機工業化学」、ｐ．２０５〜２０６参照。）、シリカの一部を酸化硼素で置換した硼珪酸ガラス（上記の「無機工業化学」、ｐ．２０７参照。）などの非晶質ガラスである。具体的には、９６％シリカガラスなどが挙げられる。
特に、透光性の基材としては、硼珪酸ガラス（上記の「無機工業化学」、ｐ．２０８参照。），ガラスセラミック類などの熱膨張率の小さいガラス材料から構成されたものが好ましく、これにより透光性の基材とこの透光性の基材に接合された積層構造体との間に生じる熱応力を低減できる。このため、例えば発光層として（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層が備えられた発光素子であっても、熱応力によって積層構造体に亀裂などが発生し難く優れた熱安定性が得られる。
【００４６】
また、透光性の基材の屈折率は、硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の屈折率よりも小さいことが好ましい。具体的には透光性の基材の屈折率は、１．３以上で２．０未満が好ましく、更に好ましくは１．５以上で１．８以下である。
組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰで表される発光層から発光可能な波長であるナトリウム（Ｎａ）のｄ線（５８７ｎｍ）に対して、屈折率が１．５〜１．８の透光性の基材としては、例えば、クラウン（Ｋ）、ホウケイクラウン（ＢＫ）、バリウムクラウン（ＢａＫ）、フリント（Ｆ）、バリウムフリント（ＢａＦ）、ランタンクラウン（ＬａＫ）、ランタンフリント（ＬａＦ）系ガラスなどの光学ガラス類からなるものを例示できる（例えば、上記の「無機工業化学」、ｐ．２１４参照。）。
【００４７】
また、透光性の基材としては、ガラス材料からなるもの以外に、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰで表される発光層から発せられる光に対して透光性を有し、発光層からの光を吸収せずに透過できる材料からなるものが挙げられる。
例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ），硫化亜鉛（ＺｎＳ），セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）などのＩＩ―ＶＩ族化合物半導体、立方晶３Ｃ型，六方晶４Ｈ，六方晶６Ｈ型，１５Ｒ型の炭化珪素（ＳｉＣ）、サファイア（α−Ａｌ２Ｏ３単結晶）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの材料からなる透光性の基材を例示できる。
ＧａＮやＺｎＳｅなどの導電性を有する材料からなる透光性の基材では、この透光性の基材の伝導形が、導電層の伝導形と一致していることが望ましい。
【００４８】
［ｐｎ接合型化合物半導体発光素子の製造方法］
まず、結晶基板上に、下部クラッド層、ｎ形またはｐ形の燐化アルミニウム・ガリウム・インジウムからなる発光層、上部クラッド層、硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｎ形またはｐ形の導電層を順次積層して積層構造体を形成する。
結晶基板としては、珪素（Ｓｉ）結晶、サファイア（α−Ａｌ２Ｏ３単結晶）、六方晶または立方晶の炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）などの結晶基板、あるいはこれら結晶基板上にIII−Ｖ族半導体層などが下地層として形成されたものなどが挙げられる。
【００４９】
下部クラッド層、発光層、上部クラッド層を形成する方法としては、常法のＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相堆積）法などの気相成長手段などが挙げられる。なお、結晶基板上に、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）などのIII−Ｖ族半導体からなる緩衝層を形成した後に各層を形成しても構わない。
【００５０】
そして、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ；水素化物）法やＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相堆積）法などの気相成長手段に依り、上部クラッド層上に、硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる導電層を形成する。また、導電層の形成方法としては、分子線エピタキシャル法も適用できる（Ｊ．Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｈｅｍ．，１９９７年、１３３巻、ｐ．２６９〜２７２参照。）。
例えば、ｐ形又はｎ形の単量体の燐化硼素（ＢＰ）からなる導電層の形成方法としては、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）とホスフィン（分子式：ＰＨ３）を原料として用いた常圧（略大気圧）或いは減圧ＭＯＣＶＤ法が適用できる。
ｐ形の単量体の燐化硼素（ＢＰ）からなる導電層を形成する場合、形成温度は１０００℃〜１２００℃が適する。また形成時の原料供給比率（Ｖ／ＩＩＩ比率、例えばＰＨ３／（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）は１０〜５０が適する。
また、ｎ形の単量体の燐化硼素（ＢＰ）からなる導電層を形成する場合、形成温度は７００℃〜１０００℃が適する。またＶ／ＩＩＩ比率は、２００以上、更に好ましくは４００以上が適する。
【００５１】
更に、形成温度、Ｖ／ＩＩＩ比率に加えて、形成速度を精密に制御することによって、室温でも大きな禁止帯幅を有する燐化硼素系半導体からなる導電層を形成できる。
例えば、ＭＯＣＶＤ法に依り、単量体の燐化硼素からなる導電層を形成する場合、形成速度を毎分２ｎｍ以上で３０ｎｍ以下とすることによって、室温での禁止帯幅が２．８ｅＶ以上の導電層層を形成できる。
【００５２】
導電層を形成する際、以下に示されたように成長初期の結晶成長速度を速くすることによって、結晶性に優れた導電層を形成できる。
導電層を構成する硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体として、燐化硼素を例示すると、立方晶閃亜鉛鉱結晶型の燐化硼素の格子定数は、０．４５４ｎｍである。また、立方晶閃亜鉛鉱結晶型の砒化硼素（ＢＡｓ）の格子定数は、０．４７７ｎｍである。従って、発光層やクラッド層をなす（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰとは格子定数が一致しない。
例えば、燐化ガリウム（ＧａＰ）の格子定数は、０．５４５ｎｍであり、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰと燐化硼素との格子ミスマッチは、燐化ガリウム（ＧａＰ）を基準とすると、約１６．７％に達する。
このような格子ミスマッチの大きなクラッド層などの層上に、燐化硼素などの硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる導電層を堆積して形成する場合、成長初期に於ける成長速度を速くして結晶成長させると、結晶性に優れた良質の導電層が得られる。
例えば、アンドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるクラッド層などの層上に、アンドープの燐化硼素からなる導電層を７００℃以上で９５０℃以下の温度で形成する場合、成長初期の成長速度は、毎分２０ｎｍ以上で３０ｎｍ以下が適する。
ここで、成長速度とは、導電層の鉛直方向の層厚を、その厚さの層を得るに要した時間で除した数値である。
【００５３】
上記のような速い成長速度での成膜は、層厚が１０ｎｍから２５ｎｍの範囲に到達するまでとする。そして、成長速度を毎分２０ｎｍ未満となるように遅くした条件で所望の層厚が得られるまで、結晶成長を行い、導電層を形成する。
所望の層厚が得られる迄、毎分３０ｎｍを超える成長速度で導電層を形成した場合、導電層の表面は、平坦性に欠ける乱雑なものとなり、後述する透光性の基材に対して十分な密着性が得られず、好ましくない。
【００５４】
ＡｌＸＧａＹＡｓ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）などからなるクラッド層などの層上に、上記のような速い成長速度で、導電層を構成する硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させることによって、接合層のうち、クラッド層などの層との接合界面近傍の内部領域に双晶（ｔｗｉｎ）を生成させることができる。
導電層のうち、クラッド層などの層との接合界面近傍の領域に生成した双晶は、クラッド層などの層との格子ミスマッチを緩和する作用を有し、ミスフィット転位の少ない導電層を形成できる。
特に、硼素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の（１１１）格子面を双晶面とする双晶を生成させることによって、更に格子のミスマッチを緩和させることができる。
上記した成長初期の成長速度を毎分２０ｎｍ以上で３０ｎｍ以下とすることによって、特に、（１１１）格子面を双晶面とする双晶を発生させることができる。
以上のようにして、導電層を透光性の基材との接合層とする積層構造体を形成する。
【００５５】
次に、以下に示された方法によって、積層構造体の導電層と透光性の基板とを接合する。
透光性の基材として、酸化亜鉛（ＺｎＯ），硫化亜鉛（ＺｎＳ），セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）などのＩＩ―ＶＩ族化合物半導体、立方晶３Ｃ型，六方晶４Ｈ，六方晶６Ｈ型，１５Ｒ型の炭化珪素（ＳｉＣ）、サファイア（α−Ａｌ２Ｏ３単結晶）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの単結晶から構成されたものを用いる場合、導電層と透光性の基材との結晶の格子面間隔の差異（ミスマッチ）ができるだけ小さくなるように接合することが好ましい。これにより、接合層と透光性の基材とを接合する際に、発光層に加わる応力を低減できる。
例えば、単量体の燐化硼素（格子定数＝０．４５４ｎｍ）の（１１０）格子面の面間隔は０．３２０ｎｍである。また、ウルツ鉱結晶型の窒化ガリウムのａ軸格子定数は０．３１９ｎｍである。従って、単量体の燐化硼素からなる導電層と、（０００１）格子面の窒化ガリウムからなる透光性の基材とを接合する場合、透光性の基材を構成するＧａＮのａ軸に対して、接合層を構成する単単量体の燐化硼素の（１１０）格子面が平行となるように位置決めしながら例えば４５０℃に加熱して接合する。
【００５６】
透光性の基材として、ガラス材料から構成されたものを用いる場合、導電層と透光性の基材との接合方法として、陽極接合手段が適用できる。
陽極接合手段で導電層と透光性の基材とを接合する場合、ガラス板などの透光性の基材に印加する負（−）の電圧は、１００ボルト（Ｖ）以上で１２００Ｖ以下が好適である。
印加電圧が高いほど、接合が容易になるが、歩留まりが低下する。このため、印加電圧は２００Ｖ〜７００Ｖが好ましく、更に好ましくは３００Ｖ以上で５００Ｖ以下である。
【００５７】
陽極接合手段で導電層と透光性の基材とを接合する際、導電層や透光性の基材を加熱しながら導電層と透光性の基材とを接合することが好ましく、これにより更に容易に接合できる。
加熱温度としては、２００℃以上で７００℃以下が適する。接合する際の加熱温度を高くするほど、導電層と透光性の基材に印加する電圧を低くする必要がある。
【００５８】
陽極接合手段に依って、導電層と透光性の基材とを接合する場合、透光性の基材としては、アルカリ成分を含むガラスからなるものが好ましい。例えば、ソーダ石灰ガラスなどの珪酸塩ガラスなどが挙げられる。
また、硼珪酸ガラスは、構成成分として硼素を含むため、同じく硼素を構成元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との密着性に優れる。ガラス材料からなる基材の厚さは０．１ｍｍ以上で１．０ｍｍ以下が適する。
【００５９】
また、導電層と透光性の基材とは、導電性の酸化物粉を含む導電性液状体（ペーストやゲル）を用いて接着して接合することもできる。
例えば、酸化インジウム・錫複合酸化物を含む導電性ゲル状体を用いて、ゾル・ゲル手段で導電層と透光性の基材とを接着して接合できる。
【００６０】
なお、発光層から発せられた光を充分に透過できる広い禁止帯幅を有する導電層が備えられている場合、発光層からの光を反射できる金属材料からなる被膜を導電層又は透光性の基材の接合面に形成した状態で、導電層と透光性の基材とを導電性ペーストで接着して接合しても構わない。
例えば、導電層に、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）やロジウム（Ｒｈ）などの白金族６元素（「ダフィー  無機化学」、（株）廣川書店、昭和４６年４月１５日発行、５版、２４９頁参照）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）などの金属材料を被着して金属皮膜を形成する。そして、金属皮膜が形成された面をガラスなどからなる透光性の基材に対向させた状態で導電層と透光性の基材とを導電性ペーストで接合する。このように、導電層又は透光性の基材の接合面に、光を反射する金属皮膜を形成することによって、高い光強度の発光が可能なフリップマウント型のｐｎ接合型化合物半導体発光素子を製造できる。
【００６１】
そして、導電層に一方の極性のオーミック電極を形成し、また積層構造体のうち、発光層を介して導電層とは反対側に位置する構成層（例えば緩衝層やクラッド層）に、他方の極性のオーミック電極を形成する。このオーミック電極の形成方法としては、公知のスパッタ法や蒸着法などが適用できる。
例えば、積層構造体が、ｎ形の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰからなる下部クラッド層、発光層、ｐ形の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰからなる上部クラッド層、ｐ形の燐化硼素からなる導電層が順次席層されたものである場合、導電層上にｐ形オーミック電極（正極）を形成する。また、発光層を介して導電層とは反対側に位置する構成層、すなわち下部クラッド層にｎ形オーミック電極（負極）を形成する。
【００６２】
燐化硼素系半導体や砒化硼素系半導体などからなるｎ形の導電層上には、金（Ａｕ）・ゲルマニウム（Ｇｅ）合金などの金（Ａｕ）合金などを用いることによってｎ形オーミック電極を形成できる。
燐化硼素系半導体や砒化硼素系半導体などからなるｐ形の導電層上には、従来のニッケル（Ｎｉ）単体（ドイツ（旧西ドイツ）特許第１１６２４８６号参照）、或いはその合金、金（Ａｕ）・亜鉛（Ｚｎ）や金（Ａｕ）・ベリリウム（Ｂｅ）合金などを用いることによってｐ形オーミック電極を形成できる。
また、オーミック電極として重層構造のものを形成する場合、最上層には、結線（ｂｏｎｄｉｎｇ）が容易に行えるように、金（Ａｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）を用いることが好適である。また、例えば、３層の重層構造のオーミック電極を形成する場合、底面部と最上層との中間に設ける中間層には、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）などの遷移金属、或いは白金（Ｐｔ）を用いる。
【００６３】
このように、導電層と透光性の基板とを接合した後に、オーミック電極を形成することによってｐｎ接合型化合物半導体発光素子を得るが、本発明では、導電層と透光性の基材とを接合した後に、積層構造体を気相成長させて形成するために用いた結晶基板を除去することが好ましい。これにより、外部への光の取り出し効率に優れたｐｎ接合型化合物半導体発光素子を製造できる。
特に、結晶基板が、ＧａＡｓ基板などのように禁止帯幅が小さく、発光層からの光を吸収してしまうものである場合、この結晶基板を除去することによって、高い発光強度のｐｎ接合型化合物半導体発光素子を製造できる。
結晶基板を除去する方法としては、公知のエッチング法などが適用でき、例えばＧａＡｓ結晶基板を除去する場合、アンモニア水と過酸化水素水との混合液を使用した湿式エッチング法によって除去できる。
【００６４】
結晶基板が、燐化ガリウム（ＧａＰ）基板などのように発光層からの光を透過できる材料から構成されたものである場合、この結晶基板を敢えて除去しなくとも高い発光強度のｐｎ接合型の化合物半導体発光素子を製造できる。
例えば、燐化ガリウム結晶基板は導電性を有しているため、この燐化ガリウム結晶基板の裏面に一方の極性のオーミック電極を設け、積層構造体を構成する構成層（例えば導電層）に他方の極性のオーミック電極を配置すれば、高い発光強度のｐｎ接合型の化合物半導体発光素子を製造できる。
【００６５】
次に、ＧａＡｓ基板などのように、ｎ形の発光層からの光を吸収する結晶基板上に積層構造体を形成し、この積層構造体を用いて外部への光の取り出し効率に優れたｐｎ接合型の化合物半導体発光素子を製造する場合を例示し、本発明のｐｎ接合型化合物半導体発光素子の製造方法を更に詳細に説明する。
【００６６】
（１）例えば、結晶基板として、亜鉛ドープｐ形ＧａＡｓ結晶基板を用い、ＭＯＣＶＤ手段に依り、ｐ形の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる下部クラッド層、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる発光層、ｎ形の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる上部クラッド層を結晶基板上に順次積層して、ダブルヘテロ（ＤＨ）接合型発光部を形成する（韓国結晶成長学会誌（J．Korean Association of Crystal Growth）、２００１年、第１１巻、第５号、ｐ．２０７−２１０参照。）。
なお、ｐ形の亜鉛ドープＧａＡｓ結晶基板上には、ｐ形ＧａＡｓ緩衝層を形成しても構わない。
（２）次に、ダブルヘテロ（ＤＨ）接合型発光部の上部クラッド層上に、ｎ形のアンドープ燐化硼素からなる導電層を、ＭＯＣＶＤ手段に依り気相成長させて形成し、ダブルヘテロ（ＤＨ）接合型発光部と導電層とからなる積層構造体を得る。
（３）次に、積層構造体の最表面をなす導電層と、無色透明の低融点ガラスからなる基材とを陽極接合手段に依り接合させる。
（４）次に、積層構造体を形成するために使用したＧａＡｓ基板を、エッチングして、積層構造体から除去する。
【００６７】
その後、次の手順を経て、オーミック電極を形成して発光素子を作製する。
（５）ＧａＡｓ基板を除去したことによって露出したｐ形ＧａＡｓ緩衝層又は下部クラッド層の表面に直接、ｐ形オーミック電極を形成する。
（６）然る後、下部クラッド層、発光層、及び上部クラッド層のうち、ｎ形オーミック電極を形成する領域に対応した部分をエッチングして除去し、上記のｎ形燐化硼素層を露出させる。
（７）露出させた導電層に直接、ｎ形オーミック電極を形成してｐｎ接合型の化合物半導体発光素子とする。
【００６８】
このように、ＧａＡｓ基板を除去し、導電層と、発光層を介して導電層とは反対側に位置する構成層とに、それぞれオーミック電極を形成することによって、透光性の基材側から光を出射できるｐｎ接合型の化合物半導体発光素子を製造できる。このため、このｐｎ接合型の化合物半導体発光素子を用いることによって、フリップ型の発光素子を形成できる。
例えば、発光素子のｎ形及びｐ形オーミック電極が回路基板に対向し、透光性の基材が上面（外方を向いた面）となる状態で、ｎ形及びｐ形オーミック電極にそれぞれ金属バンプを形成して回路基板に実装することによって、発光層からの光を透光性の基材に透過させて外部に取り出す方式、所謂、フリップマウント型の発光素子を作製できる。
【００６９】
また、透光性の基材を支持体（ステム）に向けた状態で、前記したｐｎ接合型の化合物半導体発光素子を支持体にマウントし、ｎ形及びｐ形オーミック電極をそれぞれ外部電極に結線しても発光素子を作製できる。この場合、発光層から透光性の基材を透過してくる光を反射できるように、支持体に反射鏡を設けることによって、発光層からの光を有効に利用でき、高輝度のＬＥＤランプや光源などの発光素子を作製できる。
【実施例】
【００７０】
（第１実施例）
アンドープでｎ形の砒化燐化硼素からなる導電層と、ガラス材料からなる透光性の基材とを接合させてｐｎ接合型の化合物半導体発光素子を形成する場合を例にして、本発明を具体的に説明する。
図１は、結晶基板上に形成されたｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造の積層構造体１１の断面構造の一例を示す模式図である。
【００７１】
まずｐｎ接合型の化合物半導体発光素子（以下、ＬＥＤチップとも言う。後述。）１０を構成する積層構造体１１を以下のようにして形成した。
亜鉛（Ｚｎ）をドープしたｐ形の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板１００の（１００）格子面上に、亜鉛をドープしたｐ形のＧａＡｓからなる緩衝層１０１、亜鉛をドープした燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ）からなる下部クラッド層１０２、アンドープでｎ形の（Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐからなる発光層１０３、セレン（Ｓｅ）をドープしたｎ形の（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐからなる上部クラッド層１０４を、順次、堆積して形成した（「韓国結晶成長学会誌（J. Korean Association of Crystal Growth）」、２００１年、第１１巻、第５号、ｐ．２０７−２１０参照。）
この各層１０１〜１０４は、一般的な減圧ＭＯＣＶＤ手段に依り、７２０℃で基板１００上に気相成長させて形成した。
【００７２】
そして、導電層１０５として、アンドープでｎ形の砒化燐化硼素（ＢＡｓ０．０８Ｐ０．９２）層を、上部クラッド層１０４上に堆積して形成した。
このアンドープでｎ形の砒化燐化硼素（ＢＡｓ０．０８Ｐ０．９２）から構成された導電層１０５は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）を硼素（Ｂ）源とし、アルシンガス（分子式：ＡｓＨ３）を砒素（Ａｓ）源とし、ホスフィン（分子式：ＰＨ３）を燐（Ｐ）源とする常圧（略大気圧）有機金属化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）手段を利用して形成した。導電層１０５の層厚は８５０ｎｍとした。
【００７３】
この導電層１０５の形成方法について、以下に詳細に説明する。
室温での禁止帯幅が約４．３ｅＶである単量体のリン化硼素（ＢＰ）を形成する際の条件と同様に、Ｖ／ＩＩＩ比率（（ＡｓＨ３＋ＰＨ３）／（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）濃度比率）を８００、成長温度を７００℃、成長速度を２５ｎｍ／分としてアンドープでｎ形の砒化燐化硼素（ＢＡｓ０．０８Ｐ０．９２）の結晶成長を開始した。
成長速度を２５ｎｍ／分として８分間に亘りアンドープでｎ形の砒化燐化硼素（ＢＡｓ０．０８Ｐ０．９２）の結晶成長を行った後、層厚が２００ｎｍに達した時点で成長速度を１５ｎｍ／分まで低下させて、この成長速度で引き続き結晶成長を行った。
そして、導電層１０５の層厚が８５０ｎｍに達すると結晶成長を停止した。
【００７４】
形成された導電層１０５の室温での禁止帯幅は３．５ｅＶであった。またキャリア濃度は１×１０２０ｃｍ−３であり、室温での抵抗率は２×１０−２Ω・ｃｍであった。
また、導電層１０５の表面は平坦であった。これは、導電層１０５を形成する際、成長初期に比べて成長速度を遅くしたためであると考えられる。
【００７５】
導電層１０５と、上部クラッド層１０４との接合界面近傍の領域について透過電子線回折（ＴＥＤ）像を撮像した。ＴＥＤ像には、（１１１）回折スポット（斑点）が現れる軸上に、（１１１）格子面を双晶面とする双晶の存在を示す異常回折斑点が規則的に出現していた。
一般的な断面ＴＥＭ技法によって、導電層１０５の内部構造を観察した結果、特に、上部クラッド層１０４との接合領域には、（１１１）格子面を双晶面とする双晶が多く含まれていることがわかった。
【００７６】
次に、以下に示されたように、積層構造体１１の導電層１０５と、透光性の基材１０６とを接合して、ｐｎ接合型の化合物半導体発光素子を形成した。
図２は、ｐｎ接合型の化合物半導体発光素子１０の断面構造の一例を示す模式図であり、図３は、このｐｎ接合型の化合物半導体発光素子１０の平面構造の一例を示す模式図である。
まず、陽極接合手段に依り、導電層１０５と、無色透明な硼珪酸ガラス板からなる透光性の基材１０６とを接合させた。この陽極接合手段に依る接合条件は、印加電圧を８００Ｖとし、温度を５００℃とした。また用いた透光性の基材１０６の厚さは０．１５ｍｍであり、熱膨張率は約６×１０−６／ケルビン（Ｋ）の低膨張率であり、屈折率は１．３であった。
前述したように導電層１０５の表面が平坦であったため、密着性良く、導電層１０５と透光性の基材１０６を接合できた。
【００７７】
導電層１０５と透光性の基材１０６とを接合させた後、積層構造体１１を形成するために使用したＧａＡｓ結晶基板１００を、アンモニア−過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）水混合液でエッチングして除去した。
次に、ＧａＡｓ緩衝層１０１をエッチングに依り除去して、下部クラッド層１０２の表面を露出させた。露出させた下部クラッド層１０２の表面の全面には、一旦、通常の真空蒸着法及び電子ビーム蒸着法に依り金（Ａｕ）・ベリリウム（Ｂｅ）合金膜、ニッケル（Ｎｉ）膜、及び金（Ａｕ）膜を、順次、被着させた。
その後、公知のフォトリソグラフィー技術に依る選択的パターニングを利用して、図２に示されたように、下部クラッド層１０２の一頂角部の端部に、結線用の台座（ｐａｄ）電極を兼ねるｐ形オーミック電極１０７を設けた。
【００７８】
その後、下部クラッド層１０２、発光層１０３、及び上部クラッド層１０４のうち、ｎ形オーミック電極１０８を形成する領域に対応した部分をエッチングして除去した。このエッチングに依り、導電層１０５の表面（透光性の基材１０６との接合面に対向した面）を露出させた。
エッチングにより露出した導電層１０５の表面に、公知のフォトリソグラフィー技術及び選択パターニング技法を利用して、金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）真空蒸着膜からなるｎ形オーミック電極１０８を形成した。
次に、積層構造体１１を裁断して、一辺が３００μｍの平面視正方形のｐｎ接合型の化合物半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１０を得た。
【００７９】
図４は、第１実施例のＬＥＤチップを備えた発光素子の一例を示す断面模式図である。
導線回路１０９ａ，１０９ｂが描画された支持体１０９を用意した。
ＬＥＤチップ１０を、その透光性の基材１０６が上面側となり、ｐ形及びｎ形オーミック電極１０７，１０８が、それぞれ導電回路１０９ｂ，１０９ａと対向するように仮固定した。そして、この状態で、金属バンプ１１０を用いてｐ形及びｎ形オーミック電極１０７，１０８を、それぞれ導電回路１０９ｂ，１０９ａに導通させてＬＥＤチップ１０を支持体１０９に固定してマウントした。
【００８０】
その後、マウントしたＬＥＤチップ１０を無色透明なエポキシ樹脂１１１で封止して、発光素子１２を形成した。
ここで、ＬＥＤチップ１０をエポキシ樹脂１１１で封止する際、ＬＥＤチップ１０の光の出射面となる透光性の基材１０６の上面側と側面側において、外観が半球状のレンズ状であり、かつ断面が半円状でありＬＥＤチップ１０の中心線上に半円の頂点がくる形状にエポキシ樹脂１１１を成形した。
【００８１】
支持体１０９の導線１０９ａ、１０９ｂを経由してｐ形及びｎ形オーミック電極１０７、１０８の間に、順方向に２０ｍＡの素子駆動電流を流通すると、中心波長が約６１０ｎｍの黄色味を帯びた緑色光がＬＥＤチップ１０から放射された。
導電層１０５が、広い禁止帯幅を有し且つ低抵抗である砒化燐化硼素から構成され、かつ透光性の基材１０６が備えられたことによって、ｐ形オーミック電極１０７の射影領域以外の発光層１０３の平面領域の略全面から、光が外部へもたらされるのが視認された。
【００８２】
発光パターンの近視野像から、上記の射影領域以外の発光層１０３の領域からの発光強度は略一定であることがわかった。
また、一般的な積分球を用いて輝度を測定した結果、輝度（発光強度）は３２０ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。更に、ｎ形オーミック電極１０８が、低抵抗の導電層１０５上に直接、設けられたことによって、順方向電圧（Ｖｆ）は２．３Ｖの低値となった。一方、逆方向電流を１０μＡとした際の逆方向電圧は８Ｖを越える高値となった。
このように、本発明に係るＬＥＤチップ１０は、低い順方向電圧を有し、低抵抗で素子駆動電流を通流し易く、かつ外部への光の取り出し効率に優れている。このため、高い発光強度の光を出射できる。
このようなＬＥＤチップを用いることによって、高い発光強度の光を出射できる発光素子が提供できる。
【００８３】
（第２実施例）
本実施例のＬＥＤチップ２０が第１実施例と異なる点は、導電層２０５として、アンドープでｎ形の燐化硼素層が備えられている点である。
以下、上記の第１実施例と同一の構成要素については同一の符号を用いて、本発明を具体的に説明する。
図５は、第２実施例のＬＥＤチップ２０を備えたＬＥＤランプ２２の一例を示す断面模式図である。
【００８４】
まず、第１実施例と同様にして、単結晶基板１００上に、導電層２０５以外の積層構造体２１の構成層１０１〜１０４を形成した。
次に、導電層２０５として、アンドープでｎ形の燐化硼素（ＢＰ）層を、上部クラッド層１０４上に堆積して形成した。
このアンドープでｎ形の燐化硼素（ＢＰ）から構成された導電層２０５は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ２Ｈ５）３Ｂ）を硼素（Ｂ）源とし、ホスフィン（分子式：ＰＨ３）を燐（Ｐ）源とする常圧（略大気圧）有機金属化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）手段を利用して８００℃で形成した。導電層２０５の層厚は、７５０ｎｍとした。
【００８５】
形成された導電層２０５のキャリア濃度は８×１０１９ｃｍ−３であり、抵抗率は６×１０−２Ω・ｃｍであった。
また、一般的な分光エリプソメータを用いて屈折率と消衰係数を計測し、この測定値から導電層２０５の室温での禁止帯幅を算出した。導電層２０５の室温での禁止帯幅は約４．８ｅＶであり、発光層１０３からの光を透過するに充分なものであった。
【００８６】
次に、上記の第１実施例に倣い、積層構造体２１の最表面をなす導電層２０５と、硼珪酸ガラス板からなる透光性の基材１０６とを、陽極接合手段で接合させた。
基材１０６を接合後、ＧａＡｓ結晶基板１００を除去して、下部クラッド層１０３の表面を露出させた。
露出させた下部クラッド層１０３の表面には、図２に示された第１実施例と同様の位置にＡｕ・Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ３層構造のｐ形オーミック電極１０７を設けた。
【００８７】
また、下部クラッド層１０２、発光層１０３、及び上部クラッド層１０４のうち、ｎ形オーミック電極１０８を形成する領域に対応した部分をエッチングして除去し、導電層２０５の表面（透光性の基材１０６との接合面に対向した面）を露出させた。
この露出した導電層１０５の表面に、公知のフォトリソグラフィー技術及び選択パターニング技法を利用して、金・ベリリウム（Ａｕ・Ｂｅ）真空蒸着膜からなるｎ形オーミック電極１０８を形成した。
次に、積層構造体２１を裁断して、一辺が４００μｍの平面視正方形のＬＥＤチップ２０を得た。
【００８８】
表面に銀（Ａｇ）膜１１２を被着させた支持体１０９を用意した。図５に示されたように、ＬＥＤチップ２０を、その透光性の基材１０６を下面、すなわち支持体１０９と接する面として、支持体１０９のＡｇ膜１１２上にマウントして固定した。
そして、ｐ形及びｎ形オーミック電極１０７，１０８に、それぞれ結線を施し導線回路（図示省略）に導通させた後、エポキシ樹脂でＬＥＤチップ２０を封止してＬＥＤランプ２２を作製した。
【００８９】
ｐ形及びｎ形オーミック電極１０７，１０８間に、２０ｍＡの順方向電流を通流した際の順方向電圧は２．３Ｖの低値に抑えられ、逆方向電流を１０μＡとした際の逆方向電圧は８Ｖと良好な整流特性が得られた。
また、順方向電流を２０ｍＡとした際には、中心波長が約６１０ｎｍの赤橙色の光が出射された。一般的な積分球を用いて輝度を測定した結果、ＬＥＤランプ２２の輝度（発光強度）は約３４０ｍｃｄであった。
このように、本発明に係わるＬＥＤチップ２０を用いれば、高強度のＬＥＤランプ２２が提供できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明によると、ｎ形またはｐ形の燐化アルミニウム・ガリウム・インジウムからなる発光層を備えた各種発光波長のｐｎ接合型の化合物半導体発光素子として利用でき、特に高輝度が得られ、表示ディスプレイ用ＬＥＤや、光通信機器などの電子機器用のＬＥＤなどとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】第１実施例の積層構造体の断面構造の一例を示す模式図である。
【図２】第１実施例のｐｎ接合型の化合物半導体発光素子の断面構造の一例を示す模式図である。
【図３】第１実施例のｐｎ接合型の化合物半導体発光素子の平面構造の一例を示す模式図である。
【図４】第１実施例のＬＥＤチップを備えた発光素子の一例を示す断面模式図である。
【図５】第２実施例のＬＥＤチップを備えたランプの断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０、２０…ＬＥＤチップ、１１、２１…積層構造体、１２…発光素子、２２…ＬＥＤランプ、１００…ＧａＡｓ基板、１０１…ｐ形緩衝層、１０２…ｐ形下部クラッド層、１０３…ｎ形発光層、１０４…ｎ形上部クラッド層、１０５、２０５…導電層、１０６…基材１０７…ｎ形オーミック電極、１０８…ｐ形オーミック電極、１０９…支持体、１０９ａ、１０９ｂ…導線、１１０  金属バンプ、１１１…封止用樹脂、１１２…銀被膜
【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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