(57)【要約】【課題】金属酸化物窓層（透明導電膜）を備えた構造の半導体発光素子において、寿命が短く急速に劣化してしまうことを防止し、つまり高信頼性であり、且つ中間バンドギャップ層を設けなくても順方向電圧が低く、再現性良く製造できる構造とする。【解決手段】第一導電型の半導体基板１と、第一導電型クラッド層３と第二導電型クラッド層５との間に活性層４が設けられた発光部と、前記発光部上に形成された第二導電型コンタクト層６と、前記第二導電型コンタクト層上に積層された金属酸化物窓層７と、前記金属酸化物窓層の表面側の一部に形成された第一電極８と、前記基板の裏面の全面又は部分的に形成された第二電極９とを備えた半導体発光素子において、前記第二導電型クラッド層５及び第二導電型コンタクト層６を第二導電型とする添加物にＭｇを用い、前記第二導電型コンタクト層６の材料としてＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）を用いる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型の半導体基板と、
第一導電型クラッド層と第二導電型クラッド層との間に活性層が設けられた発光部と、
前記発光部上に形成された第二導電型コンタクト層と、
前記第二導電型コンタクト層上に積層された金属酸化物窓層と、
前記金属酸化物窓層の表面側の一部に形成された第一電極と、
前記基板の裏面の全面又は部分的に形成された第二電極とを備えた半導体発光素子において、
前記第二導電型クラッド層及び第二導電型コンタクト層を第二導電型とする添加物にＭｇを用い、
前記第二導電型コンタクト層の材料としてＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）を用いたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１記載の半導体発光素子において、
前記第二導電型クラッド層と前記第二導電型ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層との間に、電流分散層が設けてあることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１記載の半導体発光素子において、
前記第二導電型クラッド層と前記第二導電型ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層の間に電流分散層が設けてあり、且つ電流分散層の一部にアンドープ層が設けてあることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１記載の半導体発光素子において、
前記第二導電型クラッド層と前記第二導電型ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層の間に電流分散層が設けてあり、且つ電流分散層の一部にアンドープ層が設けてあり、且つ前記第二導電型クラッド層と前記活性層との間にアンドープ層が設けてあることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項２〜４記載の半導体発光素子において、
電流分散層の材料が、ＧａＰ若しくはＡｌxＧａ1-XＡｓ（０．８≦Ｘ）、（ＡｌxＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項３又は４記載の半導体発光素子において、
電流分散層の一部のアンドープ層の材料が、ＧａＰ若しくはＡｌXＧａ1-XＡｓ（０．８≦Ｘ）、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
請求項４記載の半導体発光素子において、
第二導電型クラッド層と活性層との間のアンドープ層の材料が、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光素子において、
前記第二導電型ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層のキャリア濃度が１×１０19cm-3以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の半導体発光素子において、
前記金属酸化物窓層が酸化インジウム錫からなり、該金属酸化物窓層を形成する方法が真空蒸着法であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の半導体発光素子において、
前記第二導電型ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層の膜厚が２００nm以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体発光素子において、
第一導電型クラッド層、アンドープ若しくは第二導電型の活性層、第二導電型クラッド層を形成する主たる材料が（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の半導体発光素子において、
前記金属酸化物窓層の比抵抗が１×１０-5Ωｍ以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１３】
請求項１〜１２の半導体発光素子において、
前記金属酸化物窓層の膜厚が、５０nm以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化物窓層を備えた高輝度、高信頼性及び低価格の半導体発光素子の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）は、ＧａＰの緑色、ＡｌＧａＡｓの赤色がほとんどであった。しかし、最近ＧａＮ系やＡｌＧａＩｎＰ系の結晶層をＭＯＶＰＥ法で成長できるようになったことから、橙色、黄色、緑色、青色の高輝度ＬＥＤが製作できるようになってきた。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：有機金属気相成長）法で形成したエピタキシャルウェハにより、これまでにできなかった短波長の発光や、高輝度が得られるＬＥＤの製作が可能となった。しかし、高輝度を得るためには、電流分散を良くするために窓層（電流分散層）の膜厚を厚くする必要があり、このためＬＥＤ用エピタキシャルウェハの製造コストが高くなり、半導体発光素子を安価に製作することが難しかった。
【０００４】
コストを下げるためには、窓層の膜厚を薄くし、且つ電流分散を良くすれば良い。つまり、窓層自体の抵抗率をさらに低くすれば良い。抵抗の低いエピタキシャル層を得るためには、移動度を大幅に変える。または、キャリア濃度を高くする方法がある。
【０００５】
そこで、これらの問題を解決する方法として、窓層としてできるだけ抵抗の低い値が得られる材料を用いる手法が常套となっている。
【０００６】
例えばＡｌＧａＩｎＰ４元系ＬＥＤの場合には、窓層としてＧａＰやＡｌＧａＡｓが用いられる。しかしこれらの抵抗率の低い材料を用いても、ｐ型で高キャリア濃度のエピタキシャル層を成長させることが難しいため、やはり電流分散効果を良くするためには、窓層の膜厚を８μｍ以上まで厚くする必要がある。
【０００７】
また他の半導体でそのような特性を有するものがあれば、それで代用することができる。しかし、その様な特性を満足する半導体は見当たらない。
【０００８】
また例えばＧａＮ系ＬＥＤの場合は、その他の方法として金属薄膜を透光性導電膜として用いている。しかし、金属薄膜は光を通すためには非常に薄くする必要があり、また十分な電流分散を得ようとすれば、厚くする必要がある。このため良好な電流分散特性を得ようとすれば、透過率が悪くなってしまう。つまり電流分散と光の透過率は、トレードオフの関係である。更に金属薄膜は、一般的に真空蒸着法で形成され、その真空排気時間が長いことも問題である。
【０００９】
ここで、十分な透光性を有し、且つ電流分散を得られる電気特性を有する膜として、金属酸化物導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜が注目される。このＩＴＯ膜を電流分散膜として用いることができれば、これまで電流分散膜用として半導体層を厚くしていたが、そのエピタキシャル層が要らなくなるため、安価に高輝度のＬＥＤを生産できるようになる。
【００１０】
このＬＥＤの製造においては、通常、窓層としてのＩＴＯ膜（透明導電膜）の上に金属電極が形成されるが、エピタキシャルウェハ最上層の半導体層と金属酸化物である透明導電膜の間に接触抵抗が発生してしまい、順方向動作電圧が高くなるという問題がある。
【００１１】
また一方で、半導体コンタクト層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ＬＥＤを駆動させるという方法も開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１２】
さらにまた、半導体コンタクト層としてＧａＡｓ層を用い、添加物としてＺｎ及びＣを用い、半導体層と金属酸化物の透明導電膜の間の接触抵抗を低減し、順方向動作電圧を低くするという方法や、該方法で、ＧａＡｓコンタクト層とクラッド層のバンド不連続を緩和するために、ＧａＡｓコンタクト層とクラッド層の間に中間バンドギャップ層を入れるという方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、最上の半導体層としてＣを添加物としたＧａＡｓ層を用い、Ｃ添加物の原料として四臭化炭素（ＣＢｒ4）を用いて、高輝度、低動作電圧、高信頼性のＬＥＤを作製するという方法が記載されている。
【非特許文献１】ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ、７Ｔｈ  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ１９９５（２２１０〜２２１２頁参照）
【特許文献１】特開平１１−３０７８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、半導体コンタクト層としてＧａＡｓを用い、添加物としてＺｎを用いると、半導体発光素子の寿命が短く急速に劣化してしまう。つまり、信頼性が悪くなってしまうという問題があった。
【００１４】
また一方、半導体コンタクト層としてＧａＡｓを用い、Ｃ添加物の原料として四臭化炭素（ＣＢｒ4）を用いて添加物としてＣを用いる方法では、高輝度、低動作電圧、高信頼性の半導体発光素子を製作することに成功している。しかしＣ添加物の原料に四臭化炭素（ＣＢｒ4）を用いると、１回目の成長では充分な特性を達成できるが、２回目以降は、極めて発光出力が低くなってしまうという問題があった。つまり、再現性に問題があった。
【００１５】
また添加物としてＣを用いた場合には、Ｚｎを用いる時よりも、順方向動作電圧が若干高くなる。このため特許文献１のようにＧａＡｓコンタクト層とクラッド層の間に中間バンドギャップ層を設けなければならず、該中間バンドギャップ層の分だけ、高コストになる。更にＧａＡｓコンタクト層を用いると、チップ切断加工時に、金属酸化物の透明導電膜の剥がれや逆方向電圧等の不良が頻発するという問題があり、歩留りが悪かった。
【００１６】
従って、本発明の目的は、金属酸化物窓層（透明導電膜）を備えた構造の半導体発光素子において、寿命が短く急速に劣化してしまうことを防止し、つまり高信頼性であり、且つ中間バンドギャップ層を設けなくても順方向動作電圧が低く、再現性良く製造することができる構造とし、これにより高輝度、高信頼性で、且つ低価格であり、再現性も良好な半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１８】
請求項１の発明に係る半導体発光素子は、第一導電型の半導体基板と、第一導電型クラッド層と第二導電型クラッド層との間に活性層が設けられた発光部と、前記発光部上に形成された第二導電型コンタクト層と、前記第二導電型コンタクト層上に積層された金属酸化物窓層と、前記金属酸化物窓層の表面側の一部に形成された第一電極と、前記基板の裏面の全面又は部分的に形成された第二電極とを備えた半導体発光素子において、前記第二導電型クラッド層及び第二導電型コンタクト層を第二導電型とする添加物にＭｇを用い、前記第二導電型コンタクト層の材料としてＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）を用いたことを特徴とする。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１記載の半導体発光素子において、前記第二導電型クラッド層と前記第二導電型ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層との間に、電流分散層が設けてあることを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１記載の半導体発光素子において、前記第二導電型クラッド層と前記第二導電型ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層の間に電流分散層が設けてあり、且つ電流分散層の一部にアンドープ層が設けてあることを特徴とする。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項１記載の半導体発光素子において、前記第二導電型クラッド層と前記第二導電型ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層の間に電流分散層が設けてあり、且つ電流分散層の一部にアンドープ層が設けてあり、且つ前記第二導電型クラッド層と前記活性層との間にアンドープ層が設けてあることを特徴とする。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項２〜４記載の半導体発光素子において、電流分散層の材料が、ＧａＰ若しくはＡｌXＧａ1-XＡｓ（０．８≦Ｘ）、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）であることを特徴とする。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項３又は４記載の半導体発光素子において、電流分散層の一部のアンドープ層の材料が、ＧａＰ若しくはＡｌXＧａ1-XＡｓ（０．８≦Ｘ）、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）であることを特徴とする。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項４記載の半導体発光素子において、第二導電型クラッド層と活性層との間のアンドープ層の材料が、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）であることを特徴とする。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記第二導電型ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層のキャリア濃度が１×１０19cm-3以上であることを特徴とする。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記金属酸化物窓層が酸化インジウム錫からなり、該金属酸化物窓層を形成する方法が真空蒸着法であることを特徴とする。
【００２７】
請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記第二導電型ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層の膜厚が２００nm以下であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１１の発明は、請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体発光素子において、第一導電型クラッド層、アンドープ若しくは第二導電型の活性層、第二導電型クラッド層を形成する主たる材料が（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）であることを特徴とする。
【００２９】
請求項１２の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記金属酸化物窓層の比抵抗が１×１０-5Ωｍ以下であることを特徴とする。
【００３０】
請求項１３の発明は、請求項１〜１２の半導体発光素子において、前記金属酸化物窓層の膜厚が、５０nm以上であることを特徴とする。
【００３１】
＜発明の要点＞
上記目的を達するために、本発明者等は上記課題を解決するべく鋭意努力し研究を行った結果、本発明に到達した。
【００３２】
即ち本発明の要点は、半導体発光素子の第二導電型の添加物を、拡散しやすい従来の第二導電型添加物であるＺｎや成長炉内に残存しやすい従来の第二導電型添加物であるＣから、拡散しにくく、且つ次の成長への影響を少なく（残存しにくい）できるＭｇを第二導電型添加物としたことにより、活性層中への第二導電型添加物の拡散が押さえ込め、且つ該第二導電型添加物が次の成長に悪影響を及ぼさないことを見い出したことにあり、また、これにより該第二導電型添加物（Ｚｎ）の拡散による発光出力の低下及び特性の劣化、つまり信頼性の低下を防止し、且つ再現性良く製作できることを見い出したことにある。
【００３３】
また本発明の他の要点として、従来の上記ＧａＡｓコンタクト層を用いて第二導電型の添加物をＭｇにすることではＭｇが入りにくいために、該ＧａＡｓコンタクト層と上記金属酸化物窓層間で、充分なトンネル電流を発生させることが出来なかった。しかし、本発明者等は半導体コンタクト層として直接遷移型のＰ系半導体であるＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）を上記半導体コンタクト層として用いれば、充分なトンネル電流を発生させることを見出した。つまり該半導体コンタクト層をＭｇ添加のＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）にすることで、充分なトンネル電流を発生させることを見出した。
【００３４】
さらに本発明者は、第二導電型の添加物をＭｇにして、半導体コンタクト層材料を直接遷移型のＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）にすることで、半導体コンタクト層と第二導電型クラッド層間のバンド不連続を緩和できることを見出した。つまり、半導体コンタクト層と第二導電型クラッド層の間に中間バンドギャップ層が無くても、順方向動作電圧が高くならないことを見出した。また本発明者等は、半導体コンタクト層と金属酸化物窓層の双方に、同元素であるＩｎが含まれていることで、密着性が向上し、切断加工時の金属酸化物窓層の剥がれ等の不良が激減することを見出した。つまり半導体コンタクト層をＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）にすることで、切断加工時の不良を低減でき、歩留り良く製造できることを見出した。
【００３５】
要するに、本発明に従い、第二導電型の添加物をＭｇにして、金属酸化物窓層と第二導電型クラッド層の間に直接遷移型のＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）層をコンタクト層として形成した構造をとることによって、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を提供することができる。また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を、歩留り良く、且つ再現性良く製造することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、第二導電型クラッド層及び第二導電型コンタクト層の添加物にＭｇを用いているので、ＺｎやＣを用いた場合に較べて拡散しにくく、且つ成長炉内に残存しにくいので、次の成長への影響が少ない。従って、第二導電型添加物の拡散による発光出力の低下や特性の劣化（信頼性の低下）を防止し、再現性良く半導体発光素子を製作することができる。
【００３７】
また、本発明によれば、第二クラッド層と金属酸化物窓層の間に、第二導電型のＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）から成る半導体コンタクト層を設けたので、Ｍｇが入り易くなり、充分なトンネル電流を発生させることができる。
【００３８】
従って、本発明によれば、製造コストが極めて安価であり、高輝度、高信頼性、且つ順方向動作電圧の低いＬＥＤが、歩留り良く、且つ再現性良く安定して製作できる。これによりＬＥＤ用のエピタキシャル層の膜厚は五分の一から数十分の一まで薄くすることができるようになった。これは、ＬＥＤを構成するエピタキシャル層の中で窓層（電流分散層）の厚さが最も厚かったためである。また、これによりＬＥＤ用エピタキシャルウェハの価格を大幅に低減することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００４０】
本実施形態では、第一導電型の基板１の上に、活性層４を導電型が異なる第一クラッド層３と第二クラッド層５で挟んだ発光部を形成し、その第二クラッド層５上に金属酸化物からなる窓層７を形成し、その表面側の一部に表面電極８を形成し、上記基板の裏面に全面又は部分電極から成る裏面電極９を形成した半導体発光素子において、上記第二クラッド層５と上記金属酸化物窓層７の間に、第二導電型のＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）から成る半導体コンタクト層６を設け、上記第二導電型クラッド層５及び第二導電型コンタクト層６の添加物にＭｇを用いた構造とする。
【００４１】
＜実施形態１＞
本発明の第一の実施形態にかかる試作例として、図１のような構造の発光波長６３０nm付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。
【００４２】
第一導電型基板であるｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層（膜厚４００nm、キャリア濃度１×１０18cm-3）２、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る第一クラッド層（第一導電型クラッド層）（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０18cm-3）３、アンドープ（Ａｌ0.1Ｇａ0.9）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層（膜厚６００nm）４、ｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る第二クラッド層（第二導電型クラッド層）（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０17cm-3）５、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層（第二導電型コンタクト層）（膜厚５nm、キャリア濃度３×１０19cm-3）６を、ＭＯＶＰＥ法で成長させた。
【００４３】
実施例１〜３として、この時の上記ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６が、Ｇａ0.72Ｉｎ0.28Ｐ層６ａ、Ｇａ0.50Ｉｎ0.50Ｐ層６ｂ、ＩｎＰ層６ｃの３種類を作製した。なお図１には、これらを総称させてコンタクト層６として示してある。
【００４４】
ＭＯＶＰＥ成長は、成長温度６５０℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒ、各層の成長速度は０．３〜１．０nm／ｓ、Ｖ／III比は２００〜６００で行った。
【００４５】
ＭＯＶＰＥ成長において用いる原料としては、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等の有機金属や、アルシン（ＡｓＨ3）、ホスフィン（ＰＨ3）等の水素化物ガスを用いた。
【００４６】
ｎ型ＧａＡｓバッファ層２のようなｎ型層の添加物原料としては、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）を用いた。またｐ型ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６のようなｐ型層の添加物原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いた。その他にｎ型層添加物原料として、シラン（ＳｉＨ4）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。
【００４７】
このエピタキシャルウェハに、金属酸化物窓層となるＩＴＯ膜７を真空蒸着法にて、約２８０nm形成した。この時の成膜温度（基板表面温度）は、３００℃である。この時のＩＴＯ膜７の比抵抗は、６．２×１０-6Ωｍであった。
【００４８】
エピタキシャルウェハ上面には、直径１２０μｍの円形電極から成る第一電極（表面電極）８を、マトリックス状に蒸着で形成した。この第一電極８は、ニッケル、金を、それぞれ２０nm、１０００nmの順に蒸着した。更にエピタキシャルウェハ底面には、全面に第二電極（裏面電極）９を形成した。この第二電極９は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞれ６０nm、１０nm、５００nmの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中４００℃で５分行った。
【００４９】
その後、上記のようにして構成された電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウェハを、該円形の第一電極８が中心になる様に切断し、チップサイズ３００μｍ角の発光ダイオードベアチップを作製した。更にこの発光ダイオードベアチップをＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）し、その後更にマウントされた該発光ダイオードベアチップに、ワイヤボンディングを行い、ＬＥＤ素子を作製した。  
【００５０】
上記実施例１〜３のＬＥＤ素子、つまり第二導電型添加物としてＭｇを用い、且つＭｇドープＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６を用いたＬＥＤ素子につき、そのＬＥＤ特性（２０ｍＡ通電時の発光出力と順方向動作電圧）を調べたところ、２０ｍＡ通電時の発光出力は、上記Ｇａ0.72Ｉｎ0.28Ｐコンタクト層６ａ（実施例１のＬＥＤ）で２．６５ｍＷ、Ｇａ0.50Ｉｎ0.50Ｐコンタクト層６ｂ（実施例２のＬＥＤ）で２．５６ｍＷ、ＩｎＰコンタクト層６ｃ（実施例３のＬＥＤ）で２．５０ｍＷであった。また２０ｍＡ通電時の順方向電圧は、それぞれ１．９５Ｖ、１．９３Ｖ、１．９０Ｖであった。また試験条件：２５℃、５０ｍＡ通電の信頼性試験を実施した所、１６８ｈｒ通電試験後の相対出力（相対出力：１６８ｈｒ通電試験後の発光出力／初期発光出力）は、それぞれ９７％、９９％、９８％であった。因みに信頼性評価時の電流値は２０ｍＡである。
【００５１】
更に上記ＩＴＯ膜７に含まれるＩｎが該コンタクト層６にも含まれていることから、該ＩＴＯ膜７とコンタクト層６の密着性が向上し、切断作業時のＩＴＯ膜７の剥がれが減少した。このため、ＬＥＤ側面に流れるリーク電流による逆方向電圧不良が減少した。つまり、ＩＴＯ膜７の剥がれによる不良と逆方向電圧不良を、合わせて１％以下に減少することができた。
【００５２】
＜実施形態２＞
本発明の第二の実施形態にかかる試作例として、図２のような構造の発光波長６３０nm付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。
【００５３】
ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層（膜厚４００nm、キャリア濃度１×１０18cm-3）２、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０18cm-3）３、アンドープ（Ａｌ0.1Ｇａ0.9）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層（膜厚６００nm）４、ｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０17cm-3）５、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰ電流分散層（膜厚５００nm、キャリア濃度５×１０18cm-3）１０ａ、ｐ型（Ｍｇドープ）Ｇａ0.50Ｉｎ0.50Ｐコンタクト層（膜厚５nm、キャリア濃度３×１０19cm-3）６ｂを、ＭＯＶＰＥ法で成長させた（実施例４）。また、上記ｐ型ＧａＰ電流分散層１０ａを、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１０ｂ及びｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１０ｃに変えたエピタキシャルウェハ（実施例５、６）も、同時に作製した。図２には、これらを総称させて電流分散層１０として示してある。
【００５４】
エピタキシャル成長方法、ＩＴＯ膜７の成膜方法と膜厚や電極形成方法及びＬＥＤ素子製作方法は、基本的に上記の実施形態１と同じとした。この時のＩＴＯ膜７の比抵抗は、６．３×１０-6Ωｍであった。
【００５５】
この様にして製作されたＬＥＤ素子（発光ダイオード）のＬＥＤ特性を評価した。
【００５６】
ＭｇドープＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐコンタクト層６ｂを用い、更に上記ｐ型電流分散層１０に、ｐ型ＧａＰ電流分散層１０ａ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１０ｂ及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層１０ｃを設けた各ＬＥＤ素子（実施例４〜６）の発光特性は、表１に示す通りであった。発光特性及び信頼性評価は、実施例１〜３と同じである。
【００５７】
【表１】
2005235797.tif 000003
＜実施形態３＞
本発明の第三の実施形態にかかる試作例として、図３のような構造の発光波長６３０nm付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。
【００５８】
ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層（膜厚４００nm、キャリア濃度１×１０18cm-3）２、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０18cm-3）３、アンドープ（Ａｌ0.1Ｇａ0.9）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層（膜厚６００nm）４、ｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０17cm-3）５、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰ電流分散層（膜厚１５０nm、キャリア濃度５×１０18cm-3）１０ａ、抵抗層としてのアンドープＧａＰ層（膜厚２００nm）１１ａ、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰ電流分散層（膜厚１５０nm、キャリア濃度５×１０18cm-3）１０ａ、ｐ型（Ｍｇドープ）Ｇａ0.50Ｉｎ0.50Ｐコンタクト層（膜厚５nm、キャリア濃度３×１０19cm-3）６ｂを、ＭＯＶＰＥ法で成長させた（実施例７）。また、上記ｐ型ＧａＰ電流分散層１０ａを、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１０ｂ及びｐ型Ａｌ0.85ＧａＡｓ層１０ｃに変え、更に抵抗層としてのアンドープＧａＰ層（膜厚２００nm）１１ａを、アンドープＡｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓ層１１ｂに変えたエピタキシャルウェハ（実施例８、９）も、同時に作製した。
【００５９】
エピタキシャル成長方法、ＩＴＯ膜７の成膜方法と膜厚や電極形成方法及びＬＥＤ素子製作方法は、基本的に上記の実施形態１と同じとした。この時のＩＴＯ膜７の比抵抗は、６．１×１０-6Ωｍであった。
【００６０】
この様にして作製されたＬＥＤ素子（実施例７〜９）のＬＥＤ特性を評価した。
【００６１】
上記のようにＭｇドープＧａ0.50Ｉｎ0.50Ｐコンタクト層６ｂを用い更にｐ型電流分散層１０及びアンドープ層１１を設けたＬＥＤ素子（実施例７〜９）の発光特性は、表２に示す通りであった。発光特性及び信頼性評価は、実施例１と同じである。
【００６２】
【表２】
2005235797.tif 000004
以上のように、第二導電型の添加物をＭｇにしてＩＴＯ膜７とｐ型クラッド層５、若しくはＬＥＤ膜７と電流分散層１０の間にＭｇを添加したｐ型ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６を設けた構造とすることにより、低動作電圧であり、且つ良好な発光出力を併せ持つＬＥＤを製作することができた。またアンドープ層１１（抵抗層）を挿入することで、駆動電圧の変動に対しても、強いＬＥＤを製作することができた。更にコンタクト層６をＩｎを含む材料としたことで、該ＩＴＯ膜７の剥がれ不良を少なくし、且つ逆方向電圧不良も少なくすることが出来、歩留りを向上することができた。
【００６３】
＜比較例＞
比較例として、図４に示した構造の発光波長６３０nm付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。
【００６４】
エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル層構造とＩＴＯ膜７の成膜方法と膜厚や電極形成方法及びＬＥＤ素子製作方法は、基本的に上記実施形態１と同じにし、コンタクト層のみｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＡｓコンタクト層（膜厚５nm）１２ａ又はｐ型（Ｃドープ）ＧａＡｓコンタクト層（膜厚５０nm）１２ｂを、ＭＯＶＰＥ法で成長させた。該ＧａＡｓ層コンタクト層１２のキャリア濃度は１×１０19cm-3である。
【００６５】
この様にして製作されたＬＥＤ素子（比較例１、２）のＬＥＤ特性を評価した。
【００６６】
比較例１に係るＺｎドープＧａＡｓコンタクト層１２ａを用いたＬＥＤ素子の発光出力は、２０ｍＡ通電時で２．４ｍＷであった。また順方向動作電圧は、１．９４Ｖであった。更に該ＬＥＤ素子の１６８時間通電後の相対出力は４１％であった。（出力評価時の電流値は２０ｍＡ）。相対出力が低く、特性劣化、つまり信頼性が低下してしまうのは、ＺｎドープＧａＡｓコンタクト層１２ａのＺｎが活性層に拡散して欠陥を作り、非発光再結合が多くなるためである。
【００６７】
比較例２に係るＣドープＧａＡｓコンタクト層１２ｂ（Ｃ添加物原料＝ＣＢｒ4）を用いたＬＥＤ素子の発光出力は、２０ｍＡ通電時で２．３５ｍＷであった。また順方向動作電圧は、２．２１Ｖであった。更に該ＬＥＤ素子の１６８時間通電後の相対出力は９８％であった（出力評価時の電流値は２０ｍＡ）。このため、ほぼ良好なＬＥＤを得られた。
【００６８】
しかし順方向動作電圧が高い（２Ｖ以上）のが問題である。またＣドープＧａＡｓコンタクト層１２ｂ（Ｃ添加物原料：ＣＢｒ4）を用いたＬＥＤ素子を再度製作して評価した所、発光出力は、２０ｍＡ通電時で１．２ｍＷであった。また順方向動作電圧は、２．１８Ｖであった。その後、ＬＥＤ素子（樹脂でモールドされていない）を、何度製作しても、発光出力は０．７〜１．４ｍＷ程度であり、良好な発光特性を有するＬＥＤ素子を製作できなかった。発光出力が高くならない原因をＳＩＭＳ分析により調べた所、発光層を含むエピタキシャル層中に、Ｃ（炭素）とＯ（酸素）が、多量に混入していることが明らかとなった。つまり、Ｃの添加物原料としてＣＢｒ4を用いることにより、成長後に成長炉内にＣとＯが多量に残存してしまうことが解った。このため、２回目以降の成長で製作したＬＥＤ素子の発光出力の低い原因がＣＢｒ4によるものであることが確認された。
【００６９】
＜最適条件に付いての根拠＞
上記ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６のキャリア濃度が低いとトンネル電流が流れにくくなることや、上記ｐ型クラッド層５とのバンド不連続による順方向動作電圧の上昇が起こることから、上記ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６のキャリア濃度は１×１０19cm-3以上が望ましい。またＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６のキャリア濃度は、高ければ高いほど好ましい。
【００７０】
上記ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６は、活性層４のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する場合がある。このため、活性層４のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する組成を用いた場合は、発光した光に対して吸収層となってしまい、ＬＥＤとしての発光出力を低下させてしまう。よって、上記ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６で、活性層４のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する組成を用いた場合は、薄い方が望ましい。しかし、上記ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６の膜厚をあまり薄くし過ぎると、トンネル電流が流れなくなる。このためＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６の膜厚には、最適値がある。したがって上記ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６の膜厚は、１〜２００nm程度が好ましく、より好ましいのは、２〜３０nmである。
【００７１】
上記金属酸化物窓層（ＩＴＯ膜７）の比抵抗が高いとトンネル電流が流れなくなったり、流れにくくなる。このため、順方向動作電圧が高くなる。また、電流分散効果も薄れ、発光出力が低くなる。よって、上記金属酸化物窓層（ＩＴＯ膜７）の比抵抗は低ければ低いほど好ましい。
【００７２】
金属酸化物窓層（ＩＴＯ膜７）の比抵抗は、好ましくは１×１０-5Ωｍであり、より好ましくは７×１０-6Ωｍ以下である。
【００７３】
金属酸化物窓層（ＩＴＯ膜７）の膜厚が薄いと電流分散効果が薄れ、発光出力が低くなる。よって、金属酸化物窓層（ＩＴＯ膜７）の膜厚は厚ければ厚いほど好ましい。金属酸化物窓層７の膜厚は、好ましくは５０nm以上であり、より好ましくは２００nm以上である。
【００７４】
ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６を高温で成長すると、結晶性が良くなる。結晶性が良いと、同じキャリア濃度でもトンネル電流が流れにくくなる。このため、順方向動作電圧が高くなる。またｐ型クラッド層５とのバンド不連続による順方向動作電圧の上昇も起こりやすくなり、順方向動作電圧が高くなる。よってＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６の結晶性は、あまり良くない方が良い。したがってＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６の成長温度は低い方が好ましい。つまりＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６の成長温度は、低い方が好ましい。ＧａXＩｎ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．７２）コンタクト層６のより好ましい成長温度は、４５０〜６５０℃である。
【００７５】
＜他の実施形態例、変形例＞
上記実施形態では第二導電型添加物として、拡散の少ないＭｇを用いたが、若干の拡散はある。このため、上記活性層４と上記ｐ型クラッド層５の間に拡散抑止層を設ける構造としても良いし、これを本発明と併用しても良い。上記拡散抑止層は、アンドープ層若しくは低濃度第一導電型（キャリア濃度：１×１０１７cm−３以下）、低濃度第二導電型（キャリア濃度：１×１０１７cm−３以下）としても良い。しかし拡散抑止層をあまり厚くすると、直列抵抗が増加して順方向電圧が高くなる。また製造コストが高くなる。よって拡散抑止層を設ける場合は、１５００nm以下が望ましい。
【００７６】
ＡｌＧａＩｎＰ系の材料で製作される発光波長５６０〜６５０nmのＬＥＤでも、同様な効果が得られることが容易に類推できる。
【００７７】
活性層に多重量子井戸を用いても、同様の効果がある。また上記バッファ層２と上記ｎ型クラッド層３の間に、光反射層であるＤＢＲ層を挿入した構造でも、同様の効果がある。更にバッファ層２を抜いた構造でも、同様の効果がある。
【００７８】
上記実施形態例では、表面電極と金属層の形状は、円形であるが、異形状、例えば四角、菱形、多角形等でも同様の効果が出ることが、容易に類推できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面構造図である。
【図２】本発明の第二の実施形態にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面構造図である。
【図３】本発明の第三の実施形態にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面構造図である。
【図４】比較例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面構造図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  基板
２  バッファ層
３  第一クラッド層
４  活性層
５  第二クラッド層
６  コンタクト層
７  ＩＴＯ膜（金属酸化物窓層）
８  第一電極（表面電極）
９  第二電極（裏面電極）
１０  電流分散層
１１  アンドープ層（抵抗層）
【図１】
2005235797.tif 000005
【図２】
2005235797.tif 000006
【図３】
2005235797.tif 000007
【図４】
2005235797.tif 000008