(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面に第１の電極が形成された第１導電型の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶からなる基板と、該基板上に積層されたリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）からなる発光部を含む半導体層と、該半導体層の表面の一部に設けられた第２導電型のコンタクト層と、該コンタクト層上に形成された金属被膜からなるオーミック電極と、前記半導体層、コンタクト層およびオーミック電極を覆って形成された透明導電膜と、該透明導電膜の表面の一部に形成された台座電極とを少なくとも具備し、該コンタクト層は前記半導体層表面の開放発光領域に分配して設けられ、該コンタクト層と前記オーミック電極とは平面形状が実質的に同一であるＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項２】
前記コンタクト層が、砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌZＧａ1-ZＡｓ：０≦Ｚ≦１）からなることを特徴とする請求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項３】
前記コンタクト層が、ＡｌＧａＩｎＰからなることを特徴とする請求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項４】
裏面に第１の電極が形成された第１導電型の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶からなる基板と、該基板上に積層されたリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）からなる発光部を含む半導体層と、該半導体層の表面の一部に設けられた第２導電型のコンタクト層と、該コンタクト層上に形成された金属被膜からなるオーミック電極と、前記半導体層、コンタクト層およびオーミック電極を覆って形成された透明導電膜と、該透明導電膜の表面の一部に形成された台座電極とを少なくとも具備するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの製造方法において、コンタクト層を前記半導体層表面の開放発光領域に分配して設け、コンタクト層と金属被膜からなるオーミック電極の平面形状を同一マスクを用いて実質的に同一に形成することを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光部の広い範囲に駆動電流を広げるために改良された電極構造を具備する高輝度のリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リン化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ：０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ＜１）にあって、特にインジウム組成比（＝１−Ｙ）を０．５とする（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶と良好な格子整合性を果たせる利点がある。このため、（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）は、例えば赤橙色の光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはレーザーダイオード（ＬＤ）の発光部等を構成するのに利用されている。
このＬＥＤないしＬＤの発光部は、キャリアの「閉じ込め」効果を利用して高輝度の発光を獲得するために、（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）からなる発光層と、該発光層より禁止帯幅（バンドギャップエネルギー）が大きく該発光層を挟持するそれぞれｐ形とｎ形の上下クラッド層とから構成されるｐｎ接合型のダブルヘテロ（ＤＨ）構造からなるのが通例である。
【０００３】
ＡｌＧａＩｎＰからなるＤＨ構造の発光部を有するＬＥＤでは、発光を外部へ取り出す主な方向にあたるＤＨ構造発光部の上方に、導電透光酸化層（透明導電膜）を形成する技術が知られている。導電透光酸化層は、発光層からの発光を充分に透過できる必要があり、またＬＥＤの駆動電流を発光部へ広く拡散させる電流拡散の役目を担うため、禁止帯幅が大きく透明で且つ低抵抗の導電性を有する金属酸化物等の材料から構成する必要がある。
例えば、特開平１１−１７２２０には、ＤＨ構造の発光部を含む半導体層の上に砒化ガリウム（ＧａＡｓ）からなるコンタクト層を設け、該コンタクト層上に酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）からなる導電透光酸化層を設けたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤが記載されている。このＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、ＧａＡｓからなるコンタクト層は、ＬＥＤの半導体層の表面の台座電極の射影領域（すなわち半導体層の表面の平面的に見て台座電極と重なる領域）以外の領域、つまり半導体層の表面の発光を外部へ取出せる領域（開放発光領域）に一様に万遍なく敷設される構成となっている。さらに、このＬＥＤでは、コンタクト層上に重ねて導電透光酸化層が形成されている。
そしてこのＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、ＬＥＤの駆動電流は台座電極から導電透光酸化層を通ってコンタクト層さらに半導体層に流れ、ＬＥＤの発光部を発光させるようになっており、発光部の発光は、コンタクト層と導電透光酸化層を介してＬＥＤの外部に取り出されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術に開示されるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、コンタクト層をなすＧａＡｓの禁止帯幅がＡｌＧａＩｎＰからなる発光層から放射される発光のエネルギーより小さく、またＧａＡｓからなるコンタクト層が開放発光領域の全域に敷設されているために、発光のかなりの部分がコンタクト層に吸収されてしまい、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの高輝度化を果たせないという問題があった。
【０００５】
また、導電透光酸化層（透明導電膜）を形成しないでコンタクト層上に直接オーミック接触を得られる金属電極を形成したときのＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの順方向電圧（Ｖｆ：但し順方向電流が２０ｍＡのときの値）は、一般に約２Ｖ程度である。しかし、ＧａＡｓからなるコンタクト層上にＩＴＯからなる透明導電膜を直接形成した上記のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤのＶｆ（順方向電圧＝２０ｍＡ）は、５Ｖを越える場合もある。
すなわち、透明導電膜をコンタクト層の表面に直接接合させる従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、Ｖｆが低いＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを作製することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの問題点を解決し、高輝度のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを提供することを目的とする。すなわち本発明は、（イ）順方向電圧（Ｖｆ）を高くすることなく、ＬＥＤの駆動電流を発光部へ広く拡散させる透明導電膜をＬＥＤの半導体層上に形成することができ、かつ（ロ）ＬＥＤの発光部からの発光を外部へ効率よく取り出すことができるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの電極の構造を明らかにし、もって高輝度のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、裏面に第１の電極が形成された第１導電型の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶からなる基板と、該基板上に積層されたリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）からなる発光部を含む半導体層と、該半導体層の表面の一部に設けられた第２導電型のコンタクト層と、該コンタクト層上に形成された金属被膜からなるオーミック電極と、前記半導体層、コンタクト層およびオーミック電極を覆って形成された透明導電膜と、該透明導電膜の表面の一部に形成された台座電極とを少なくとも具備するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードである。
【０００８】
特に本発明は、前記コンタクト層の平面形状と、前記オーミック電極の平面形状とが実質的に同一であることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、前記コンタクト層は、砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌZＧａ1-ZＡｓ：０≦Ｚ≦１）とすることができる。
また本発明では、前記コンタクト層は、ＡｌＧａＩｎＰとすることができる。
【００１０】
特に本発明では、前記コンタクト層およびオーミック電極が、前記半導体層の表面の前記台座電極の射影領域には設けられていないことが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの平面構造を示す模式図である。また図２は、図１に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの破線Ｘ−Ｙに沿った断面構造を示す模式図である。図１、２を用いて本発明を説明する。
【００１２】
図１、２に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０は、裏面に第１の電極１１２が形成された第１導電型の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶からなる基板１０１と、該基板１０１上に積層されたリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）からなる発光部１０Ｂを含む半導体層１０Ａと、該半導体層１０Ａの表面の一部に設けられた第２導電型のコンタクト層１０７と、該コンタクト層１０７上に形成された金属被膜からなるオーミック電極１０８と、前記半導体層１０Ａ、コンタクト層１０７およびオーミック電極１０８を覆って形成された透明導電膜１１０と、該透明導電膜の表面の一部に形成された台座電極１１１とを具備するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードである。
すなわち、図１、２に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０は、請求項１に記載の構成を有するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードである。
【００１３】
上記のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０は、以下の手順により作製することができる。
（１）第１導電型（ｎ形或いはｐ形）のＧａＡｓ単結晶基板１０１上に、ＧａＡｓからなる緩衝層１０２、ＧａＡｌＡｓからなるブラッグ反射層（ＤＢＲ層）１０３およびそれぞれＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層１０４、発光層１０５、上部クラッド層１０６を積層する。さらに上部クラッド層１０６の上には第２導電型（ｐ形或いはｎ形）のＧａＡｓからコンタクト層１０７を形成する。これらの層１０２〜１０７は、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により積層する。
なお、上記のＬＥＤ１０の発光部１０Ｂは、それぞれＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層１０４、発光層１０５および上部クラッド層１０６からなる。また本明細書では、上記の基板１０１上に積層された層のうち、コンタクト層１０７を除いた層、すなわち層１０２〜１０６をあわせて半導体層１０Ａと呼ぶ。また、上記の上部クラッド層１０６は、ＬＥＤの駆動電流を横方向に拡散させて広げる効果を有する。
（２）次に、第２導電型のコンタクト層１０７の表面上に、ＧａＡｓとオーミック接触を形成する金属からなる金属被膜を真空蒸着法等により被着させる。
（３）次に、周知のフォトリソグラフィー（写真食刻）技術およびエッチング技術を施して、コンタクト層１０７の表面の一部の所望の位置に金属被膜を残存させる。
この金属被膜が合金化のための熱処理によりオーミック電極１０８となる。
（４）続けて、上記金属被膜を残存させた位置のコンタクト層１０７を除く、それ以外の部分のコンタクト層１０７をエッチングで除去する。これにより、半導体層１０Ａの表面の一部の所望の位置に、金属被膜が表面に載ったコンタクト層１０７が形成される。
（５）次に、導電性の金属酸化物からなる透明導電膜１１０を、前記半導体層１０Ａの表面およびコンタクト層１０７、金属被膜（すなわちオーミック電極１０８）を覆って形成する。
（６）次に、透明導電膜１１０の表面の一部の所望の位置に台座電極１１１を形成する。
（７）また、ＧａＡｓ単結晶基板１０１の裏面には、第１の電極１１２を形成する。ここで、第１の電極１１２およびオーミック電極１０８は、合金化のための熱処理によりそれぞれオーミック接触を形成する。
以上のようにして、本発明のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０を作製できる。
【００１４】
本発明のオーミック電極１０８は、半導体層１０Ａの表面上の所定の位置に残置させたコンタクト層１０７の表面に、コンタクト層１０７とオーミック接触を形成する金属被膜を堆積させて作製する。
オーミック電極１０８を構成するのに都合の良い金属には、コンタクト層がｎ形のＡｌZＧａ1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）或いはｎ形の（ＡｌXＧａ1-X）CＩｎ1-CＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｃ≦１）の場合、金（Ａｕ）や金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｚｎ）、金・錫（Ａｕ・Ｓｎ）、金・インジウム（Ａｕ・Ｉｎ）合金が挙げられる。また、コンタクト層がｐ形のＡｌZＧａ1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）やＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐまたは（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐの場合、金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）や金・ベリリウム（Ａｕ・Ｂｅ）合金などがオーミック電極１０８の金属材料として利用できる。
また、オーミック電極１０８をなす金属被膜は、一般的な真空蒸着法、高周波スパッタリング法、化学的気相堆積（ＣＶＤ）法等の手段により形成できる。
【００１５】
オーミック電極１０８を構成する金属被膜の膜厚は、概ね１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とするのが好都合である。金属被膜が極端に薄膜であると、金属被膜が充分な連続膜とはならず、良好なオーミック接触の特性を発揮するオーミック電極１０８が形成出来なくなる。また、金属被膜の膜厚を極端に大とすると、オーミック電極１０８とコンタクト層１０７とを覆って形成される透明導電膜１１０と半導体層１０Ａとの密着性が、金属被膜の端部で悪くなる。従って、金属被膜すなわちオーミック電極１０８の最適な層厚は、およそ１０〜５００ｎｍである。
【００１６】
また本発明では、半導体層１０Ａの表面上に形成するコンタクト層１０７の平面形状と、該コンタクト層１０７上に形成するオーミック電極１０８の平面形状とを、実質的に同一とするのが好ましい。例えば、半導体層１０Ａの表面上に残置させるコンタクト層１０７の平面形状が正方形であれば、その上に設置するオーミック電極１０８も正方形とする。円形のコンタクト層１０７上には、実質的に同一の円形のオーミック電極１０８を冠する。
すなわち本発明では、オーミック電極１０８は、半導体層１０Ａの表面上の一部に残置されたコンタクト層１０７の表面の全面に敷設するようにするのが好ましい。このようにすると、半導体層１０Ａの表面上にコンタクト層およびオーミック電極をエッチングにより残置させて形成する際、同一のマスキング材を使うことができるため、ＬＥＤの作製が容易となる利点がある。
【００１７】
本発明では、コンタクト層１０７を砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌZＧａ1-ZＡｓ：０≦Ｚ≦１）から構成することができる。ＡｌZＧａ1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）は、ＬＥＤの発光部をなす（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐと良好な格子整合の関係にあるため、格子不整合性に起因する結晶欠陥等の少ない結晶性に優れるコンタクト層１０７が構成できる。ここでコンタクト層１０７を構成するＡｌZＧａ1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）層の伝導形は、コンタクト層１０７の直下の例えば上部クラッド層等の伝導形に一致させれば良い。例えば、ｎ形の上部クラッド層の上にはｎ形のＡｌZＧａ1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）からなるコンタクト層を堆積する。
また、本発明においては、半導体層１０Ａの表面のコンタクト層１０７が残置されている部分は、ＬＥＤの発光部１０Ｂからの発光が金属被膜からなるオーミック電極１０８によって遮蔽され、発光が外部に取り出せない領域である。従って、発光層１０５からの発光を透過する高い禁止帯幅を有する高いアルミニウム組成比（＝Ｚ）のＡｌZＧａ1-ZＡｓからコンタクト層１０７を構成する必要はない。むしろ、接触抵抗が低くなるアルミニウム組成比（＝Ｚ）が比較的小さいＡｌZＧａ1-ZＡｓから、コンタクト層１０７を構成するのが望ましい。コンタクト層１０７を構成するＡｌZＧａ1-ZＡｓは、バンド構造が間接遷移型とならないよう、少なくともアルミニウム組成比（＝Ｚ）が０．４２よりも小とするのが適当である。特にＺを０とした、即ちＧａＡｓ（禁止帯幅＝１．４３ｅＶ）からコンタクト層を構成するのが好適である。
【００１８】
また本発明では、コンタクト層１０７をｎ形或いはｐ形のＡｌＧａＩｎＰ（（ＡｌXＧａ1-X）CＩｎ1-CＰ：０≦Ｘ≦１、０≦Ｃ≦１）から構成することができる。（ＡｌXＧａ1-X）CＩｎ1-CＰは、インジウム組成比（＝１−Ｃ）を制御することにより発光部を構成する（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐと良好な格子整合が得られるため、結晶性に優れるコンタクト層１０７を構成できる。コンタクト層１０７の（ＡｌXＧａ1-X）CＩｎ1-CＰの伝導形は、コンタクト層１０７の直下の例えば上部クラッド層等の伝導形と一致させればよい。
コンタクト層１０７は、発光層１０５からの発光に対して透明である必要が無いため、コンタクト層１０７の禁止帯幅は発光層１０５の禁止帯幅よりも小さくてもよく、従ってコンタクト層１０７をなす（ＡｌXＧａ1-X）CＩｎ1-CＰのアルミニウム組成比（＝Ｘ）は、例えばＸ＝０も許容される。
上記のようにコンタクト層１０７をＡｌZＧａ1-ZＡｓ或いは（ＡｌXＧａ1-X）CＩｎ1-CＰのいずれで構成する場合でも、コンタクト層１０７のキャリア濃度としては１×１０17ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下程度とするのが好ましい。また、導電型の制御のためにコンタクト層に添加する不純物としては、ｐ型不純物としてはＺｎやＭｇを、またｎ型不純物としてはＳｉやＳｅを用いるのが好ましい。さらにコンタクト層の層厚は、５０〜５００ｎｍとするのが望ましい。
【００１９】
本発明ではＬＥＤの駆動電流が発光部の全域に広がるように、コンタクト層１０７およびその上に形成したオーミック電極１０８を、例えば半導体層１０Ａの表面の開放発光領域に分配させて配置する。開放発光領域とは、半導体層１０Ａの表面の平面的に見て台座電極１１１と重ならない領域、つまり半導体層の表面の台座電極１１１に遮蔽されずに発光を外部に取り出すことが可能である領域を云う。
コンタクト層１０７およびその上に形成したオーミック電極１０８を開放発光領域の所望の領域に設けるには、例えば開放発光領域の所望の領域にのみ金属被膜を冠するコンタクト層１０７を残置させるようにフォトリソグラフィー技術によりパターニングを施し、湿式エッチング或いはプラズマ（ｐｌａｓｍａ）エッチングにより加工を施せばよい。コンタクト層１０７およびオーミック電極１０８を開放発光領域に分配して配置することにより、ＬＥＤの駆動電流がオーミック電極１０８を通して開放発光領域の下の発光部に広げられるため、外部への発光の取り出し効率を向上させ、高輝度のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを得るに効果がある。
【００２０】
さらに本発明では、コンタクト層１０７およびオーミック電極１０８が、半導体層１０Ａの表面の台座電極１１１の射影領域には設けられていないことが望ましい。ここで半導体層１０Ａの表面の台座電極１１１の射影領域とは、半導体層の表面の平面的に見て台座電極と重なる領域をいう。
本発明のＬＥＤ１０では、ＬＥＤの駆動電流が台座電極１１１の直下にある発光部に流れてそこで発光が起こっても、その発光は台座電極１１１に遮蔽されて外部に取り出せない。従って、ＬＥＤの駆動電流をＬＥＤの外部に取り出せる発光に効率良く変換するには、ＬＥＤの駆動電流は台座電極１１１の射影領域以外の領域（すなわち開放発光領域）でのみ発光部に流通するようにするのが望ましい。
本発明では、コンタクト層１０７が残置された領域を除く半導体層１０Ａの表面においては、透明導電膜１１０と半導体層１０Ａとが直接接触させる構造とする。この透明導電膜１１０と半導体層１０Ａとの接触は、オーミック接触を形成せず接触抵抗が高いため、透明導電膜１１０と半導体層１０Ａとが直接接触する部分では、ＬＥＤの駆動電流の流通が阻害される。
従って、コンタクト層１０７およびオーミック電極１０８が、すべて半導体層１０Ａ表面の台座電極１１１の射影領域以外の領域に設けられていて、台座電極１１１の射影領域には設けられていなければ、ＬＥＤの駆動電流が台座電極１１１の直下にある発光部に流れることを阻止でき、駆動電流を台座電極１１１の射影領域以外の領域のみで発光部に流通するようにできる。その結果、外部へ発光を効率よく取り出すことができるＬＥＤを作製することができる。
【００２１】
本発明では、透明導電膜１１０は発光に対して透明である必要があるため、透明導電膜１１０は、発光波長に対応するエネルギーより大きい禁止帯幅を有する金属酸化物材料から構成するのが好ましい。特に本発明のＬＥＤではＡｌＧａＩｎＰを発光部とするため、透明導電膜１１０は禁止帯幅を３ｅＶ以上とする金属酸化物材料から構成するのが望ましい。
また、本発明の透明導電膜１１０は発光を外部に透過すると共に、透明導電膜１１０の表面に設ける台座電極１１１から供給されるＬＥＤ駆動電流をオーミック電極１０８に都合良く導通させる作用を担うものである。従って、透明導電膜１１０は抵抗率の低い導電性の金属酸化物層から構成する必要がある。本発明では、透明導電膜は、抵抗率を１×１０-3Ω・ｃｍ以下とする低抵抗率の導電性の金属酸化物層から構成するのが好ましい。
【００２２】
発光に対して透明であり、かつＬＥＤの駆動電流を台座電極からオーミック電極まで導通する透明導電膜１１０は、酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、または酸化錫（ＳｎＯ2）などから構成できる。例えば、抵抗率を５×１０-4Ωｃｍ以下とする多結晶のＩＴＯからは、好適な透明導電膜１１０が形成できる。また、ガリウム（Ｇａ）またはインジウム（Ｉｎ）等のＩＩＩ族元素を添加して抵抗率を２〜３×１０-4Ωｃｍ以下に低減した酸化亜鉛（ＺｎＯ）から透明導電膜１１０を構成することもできる。
ＩＴＯからなる透明導電膜１１０は、通常の高周波スパッタ法、真空蒸着法等の物理的堆積法や化学的堆積（ＣＶＤ）法などにより作製できる。また、ターゲット材料の表面にレーザ光を照射するレーザアブレーション法でも形成できる。また、ＩＴＯの成分を含む懸濁液を塗布する手段によっても形成できる。
また透明導電膜１１０の抵抗率は、一般的なホール（Ｈａｌｌ）効果測定法により計測できる。また、Ｈａｌｌ効果測定法に依れば、透明導電膜のキャリア濃度や移動度も知ることができる。
透明導電膜１１０を構成する金属酸化物層の膜厚は、発光波長に対し最大の透過率を与える層厚に設定するのが好ましい。例えば、ＩＴＯから透明導電膜１１０を構成した場合、発光波長を約６２０ｎｍとする発光を透過するのに好都合な膜厚は、ＩＴＯの組成に依る屈折率の変動を考慮すると６００ｎｍ程度である。
【００２３】
【作用】
本発明のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードでは、ＬＥＤの駆動電流は、台座電極から透明導電膜を通ってオーミック電極へ流れ、さらにコンタクト層を通って半導体層の中の発光部に流れる。ここで、半導体層に流入したＬＥＤの駆動電流は、電流を拡散する効果を有する層、例えば上部クラッド層やその他電流を拡散する目的で特に設けられる層により、オーミック電極およびコンタクト層の周辺で広がって発光層に流れる。すなわちＬＥＤの駆動電流は、オーミック電極およびコンタクト層を中心にその周辺で半導体層の発光部に広がって、ＬＥＤを発光させる。一方、本発明のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードでは、透明導電膜と半導体層とが直接接合する部分では、ＬＥＤの駆動電流の流通が阻害される。
従って本発明のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードでは、ＬＥＤの駆動電流が開放発光領域の下の発光部の全域に広がるように、コンタクト層およびその上に形成したオーミック電極を半導体層の表面に分配させて配置することにより、ＬＥＤの駆動電流を開放発光領域の下の発光部の全域に広げ、ＬＥＤの開放発光領域の全面を発光させることができる。
【００２４】
また、本発明のコンタクト層およびオーミック電極は、発光部の発光に対して透明ではないが、コンタクト層およびオーミック電極を残置する部分を半導体層の表面の一部分とすることにより、半導体層表面のコンタクト層およびオーミック電極のない領域から、透明導電膜を介して発光部の発光をＬＥＤの外部に取り出すことができる。
本発明では、上部クラッド層にＬＥＤの駆動電流の電流拡散の作用を持たせても良い。また上部クラッド層とコンタクト層の間に、ＬＥＤの駆動電流の電流拡散の作用を有する電流拡散層を設けてもよい。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明を実施例を基に詳細に説明する。図３は本実施例１に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ３０の平面構造を示す模式図である。また図４は、図３に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ３０の破線Ａ−Ａ’に沿った断面構造を示す模式図である。
【００２６】
ＬＥＤ３０を作製する際は、まず亜鉛（Ｚｎ）ドープでｐ形の（００１）面を有するＧａＡｓ単結晶基板３０１上に、順次Ｚｎドープのｐ形ＧａＡｓからなる緩衝層３０２、Ｚｎドープのｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる下部クラッド層３０３、アンドープのｎ形（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる発光層３０４、Ｓｉドープのｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる上部クラッド層３０５及びＳｉドープのｎ形ＧａＡｓからなるコンタクト層３０６を積層し、エピタキシャルウェハを形成した。このＬＥＤ３０の発光部は、それぞれＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層３０３、発光層３０４および上部クラッド層３０５からなる。また上記の基板３０１上に積層された層のうち、コンタクト層３０６を除いた層、すなわち層３０２〜３０５をあわせて半導体層と呼ぶ。上記の各層３０２〜３０６は、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）およびトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料とし、アルシン（ＡｓＨ3）およびホスフィン（ＰＨ3）をＶ族構成元素の原料として、減圧ＭＯＣＶＤ法により７３０℃で成長した。亜鉛（Ｚｎ）のドーピング原料には、ジエチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ）を利用した。又、珪素（Ｓｉ）のドーピング原料には、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を利用した。
【００２７】
上記の緩衝層３０２のキャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3とし、層厚は約０．５μｍとした。下部クラッド層３０３のキャリア濃度は約３×１０17ｃｍ-3とし、層厚は約１μｍとした。引き続き７３０℃で成膜した発光層の３０４のキャリア濃度は約５×１０16ｃｍ-3とし、層厚は約０．３μｍとした。また、ｎ形上部クラッド層３０５のキャリア濃度は約１×１０18ｃｍ-3とし、層厚は約３μｍとした。ｎ形コンタクト層３０６の層厚は約１００ｎｍとし、キャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3とした。
【００２８】
その後、上記の各層３０２〜３０６を積層したエピタキシャルウェハの両面に電極を形成した。
すなわち、まず上記のエピタキシャルウェハのｎ形コンタクト層３０６の全面に一旦、一般的な真空蒸着法により金（Ａｕ）・ゲルマニウム（Ｇｅ）合金（Ａｕ９３重量％・Ｇｅ７重量％）からなる金属被膜を被着した。この金属被膜の厚さは約１００ｎｍとした。次に、有機フォトレジスト材をマスキング材として用いる一般的なフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、コンタクト層３０６の表面の所望の位置に限り金属被膜を残置させ、それ以外の金属被膜をエッチングで除去した。この金属被膜が合金化のための熱処理によりオーミック電極３０７となる。
本実施例１では、コンタクト層上の金属被膜（すなわちオーミック電極３０７）を残置させた位置は、図３に示すように、台座電極３１０の周囲にＬＥＤ３０の４辺それぞれに沿って、互いに間隔Ｌを５０μｍとし等間隔に離して、計１２箇所とした。また残置させた金属被膜の形状は、一辺を２０μｍとする正方形とした。
【００２９】
続けて、上記と同一のマスキング材を用いて、フッ酸（ＨＦ）／過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）／純水（Ｈ2０）混合エッチング溶液により、金属被膜を残置させた領域以外にあるＧａＡｓコンタクト層をエッチングで除去した。そして金属被膜を残置させてある位置に限りコンタクト層３０６を残置させた。この結果、金属被膜及びコンタクト層３０６の平面形状は実質的に同一の正方形となった。
【００３０】
その後、金属被膜、金属被膜を冠したコンタクト層３０６及びコンタクト層３０６が残置する以外の領域に於いて露出している上部クラッド層３０５の表面を覆って、酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）からなる透明導電膜３０８を形成した。ＩＴＯからなる透明導電膜３０８は、室温での比抵抗を約３×１０-4Ω・ｃｍとするｎ形の層であり、その層厚は約６００ｎｍとした。マグネトロンスパッタリング法により成膜したＩＴＯは、一般的なＸ線回折分析法に依れば、＜０００１＞方向（Ｃ軸）方向に優先的に配向した多結晶層であった。
【００３１】
次に、透明導電膜３０８上の全面に一般的なフォトレジスト材料を塗布した後、台座電極３１０を設けるべき領域を公知のフォトリソグラフィー技術を利用してパターニングした。然る後、パターニングを施したレジスト材料を残置させたままで、レジスト材料の表面の全面にチタン（Ｔｉ）を、続けて金（Ａｕ）を真空蒸着した。その後、レジスト材料を剥離するに併せて、台座電極３１０の形成予定領域外に在るＴｉ・Ａｕ被膜を周知のリフト−オフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）手段を利用して除去した。これより、直径を約１１０μｍとする円形の台座電極３１０を透明導電膜３０８上に形成した。その後、コンタクト層３０６上に残置した金属被膜を熱処理によりオーミック電極３０７とした。
【００３２】
一方、ｐ形ＧａＡｓ基板３０１の裏面の全面には、金・亜鉛（Ａｕ９７重量％・Ｚｎ３重量％）合金からなる被膜を被着させ、ｐ形の第１の電極３１１を形成した。このＡｕ・Ｚｎ合金被膜は一般的な真空蒸着法により形成し、その層厚は約１．５μｍとした。
上記のようにしてエピタキシャルウェハの両面に電極を形成した後、一般的なダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）手段及びスクライブ手段を併用して、エピタキシャルウェハを一辺を約２５０μｍとする個別素子（チップ）に分割して、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ３０を作製した。
【００３３】
上記のようにして作製したＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ３０の台座電極３１０及びｐ形電極３１１間に、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流したところ、赤橙色の発光が得られた。このＬＥＤのチップ状態での発光強度は、約３２ミリカンデラ（ｍｃｄ）であり、分光器により測定された発光の中心波長は約６２０ｎｍであった。また、発光スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は約２０ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。また、順方向電流を２０ｍＡ流すときの順方向電圧は約２．２ボルト（Ｖ）であった。このＬＥＤからの発光は、上部クラッド層３０５の表面の開放発光領域の全面から透明導電膜３０８を介してほぼ均一に観察された。
【００３４】
（実施例２）
本実施例２に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ４０の平面模式図を図５に示す。また、図５に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ４０の破線Ｂ−Ｂ’に沿った断面模式図を図６に示す。
【００３５】
ＬＥＤ４０を作製する際は、まず珪素（Ｓｉ）ドープでｎ形の（００１）面を有するＧａＡｓ単結晶基板４０１上に、順次Ｓｉドープでｎ形のＧａＡｓからなる緩衝層４０２、何れもＳｉをドーピングしたｎ形のＡｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓ層及びＡｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層を交互に１２周期積層させてなるブラッグ反射層４０３、Ｓｉドープでｎ形の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる下部クラッド層４０４、アンドープのｎ形の（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ混晶からなる発光層４０５、マグネシウム（Ｍｇ）をドーピングしたｐ形の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる上部クラッド層４０６及び亜鉛（Ｚｎ）ドープのｐ形Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるコンタクト層４０７を積層し、エピタキシャルウェハを作製した。このＬＥＤ４０の発光部は、それぞれＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層４０４、発光層４０５および上部クラッド層４０６からなる。また上記の基板４０１上に積層された層のうち、コンタクト層４０７を除いた層、すなわち層４０２〜４０６をあわせて半導体層と呼ぶ。
該エピタキシャルウェハの各層４０２〜４０７は、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）またはトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料とし、アルシン（ＡｓＨ3）またはホスフィン（ＰＨ3）をＶ族構成元素の原料として、減圧ＭＯＣＶＤ法により７３０℃で成膜した。また、珪素（Ｓｉ）のドーピング原料には、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を利用した。マグネシウム（Ｍｇ）のドーピング原料にはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ5Ｈ5）2Ｍｇ）を利用した。亜鉛（Ｚｎ）のドーピング原料には、ジエチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ）を利用した。
【００３６】
上記の緩衝層４０２のキャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3とし、層厚は約１μｍとした。ブラッグ反射層４０３を構成するＡｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓ層及びＡｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層の層厚は双方共に約４０ｎｍとし、キャリア濃度は約１×１０18ｃｍ-3とした。下部クラッド層４０４のキャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3とし、層厚は約３μｍとした。引き続き７３０℃で成膜した発光層の４０５のキャリア濃度は約８×１０16ｃｍ-3とし、層厚は約１５ｎｍとした。また、Ｍｇドープｐ形上部クラッド層４０６のキャリア濃度は約１×１０18ｃｍ-3とし、層厚は約３μｍとした。Ｚｎドープｐ形コンタクト層４０７の層厚は約１００ｎｍとし、キャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3とした。
【００３７】
その後、上記の各層４０２〜４０７を積層したエピタキシャルウェハの両面に電極を形成した。
すなわち、まず上記のエピタキシャルウェハのｐ形コンタクト層４０７の全面に一旦、一般的な真空蒸着法により金（Ａｕ）・亜鉛（Ｚｎ）合金（Ａｕ９７重量％・Ｚｎ３重量％）からなる金属被膜を被着した。金属被膜の厚さは約１００ｎｍとした。次に、有機フォトレジスト材をマスキング材として用いる一般的なフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、コンタクト層４０７の表面の所望の位置に限り金属被膜を残置させ、それ以外の金属被膜をエッチングで除去した。この金属被膜が合金化のための熱処理によりオーミック電極４０８となる。
本実施例２では、コンタクト層上の金属被膜（すなわちオーミック電極４０８）を残置させた位置は、図５に示すように、台座電極４１０の周囲に同心円状に等間隔に離して計８箇所とした。また残置させた金属被膜の形状は、直径を２０μｍとする円形とした。
【００３８】
続けて、上記と同一のマスキング材を用いて、塩酸（ＨＣｌ）エッチング液により、金属被膜を残置させた領域以外にあるＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐコンタクト層をエッチングして除去した。そして金属被膜を残置させてある位置に限りコンタクト層４０７を残置させた。この結果、金属被膜及びコンタクト層４０７の平面形状は実質的に同一の円形となった。
【００３９】
その後、金属被膜、金属被膜を冠したコンタクト層４０７及びコンタクト層４０７が残置する以外の領域に於いて露出している上部クラッド層４０６の表面を覆って、酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）からなる透明導電膜４０９を形成した。ＩＴＯからなる透明導電膜４０９は、室温での比抵抗を約４×１０-4Ω・ｃｍとするｎ形の層であり、その層厚は約６００ｎｍとした。マグネトロンスパッタリング法により成膜したＩＴＯは、一般的なＸ線回折分析法に依れば、＜０００１＞方向（Ｃ軸）方向に優先的に配向した多結晶層であった。
【００４０】
次に、透明導電膜４０９上の全面に一般的なフォトレジスト材料を塗布した後、台座電極４１０を設けるべき領域を公知のフォトリソグラフィー技術を利用してパターニングした。然る後、パターニングを施したレジスト材料を残置させたままで、レジスト材料の表面の全面にチタン（Ｔｉ）を、続けて金（Ａｕ）を真空蒸着した。その後、レジスト材料を剥離するに併せて、台座電極４１０の形成予定領域外に在るＴｉ・Ａｕ被膜を周知のリフト−オフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）手段を利用して除去した。これより、直径を約１１０μｍとする円形の台座電極４１０を透明導電膜４０９上に形成した。その後、コンタクト層４０７上に残置した金属被膜を熱処理によりオーミック電極４０８とした。
【００４１】
一方、ｎ形ＧａＡｓ基板４０１の裏面の全面には、金・ゲルマニウム（Ａｕ９５重量％・Ｇｅ５重量％）合金からなる被膜を被着させ、ｎ形の第１の電極４１１となした。このＡｕ・Ｇｅ合金被膜は一般的な真空蒸着法により形成し、その層厚は約１．２μｍとした。
上記のようにしてエピタキシャルウェハの両面に電極を形成した後、一般的なダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）手段及びスクライブ手段を併用して、エピタキシャルウェハを一辺を約２５０μｍとする個別素子（チップ）に分割して、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ４０を作製した。
【００４２】
上記のようにして作製したＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ４０の台座電極４１０及びｎ形電極４１１間に、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流したところ、赤橙色の発光が得られた。このＬＥＤのチップ状態での発光強度は、約７６ミリカンデラ（ｍｃｄ）であり、分光器により測定された発光の中心波長は約６２０ｎｍであった。また、発光スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は約２０ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。また、順方向電流を２０ｍＡ流すときの順方向電圧は約２．１ボルト（Ｖ）であった。このＬＥＤからの発光は、上部クラッド層４０６の表面の開放発光領域の全面から透明導電膜４０９を介してほぼ均一に観察された。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、順方向電圧が低く且つ高輝度のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤが提供できる。
特にコンタクト層およびオーミック電極を、半導体層表面の台座電極の射影領域以外の開放発光領域に散在させて設けると、発光を外部に取り出すことが可能な開放発光領域の下の発光部に優先的にＬＥＤの駆動電流を流通できるため、高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオ−ドが得られる。
【００４４】
またコンタクト層およびオーミック電極を、台座電極の周囲にＬＥＤの４辺それぞれに沿って等間隔に配置したり、台座電極の周囲に同心円状に等間隔に配置したりして、開放発光領域に互いに等間隔に分配して配置すると、開放発光領域に均等にＬＥＤの動作電流を分配でき、ＬＥＤ表面の発光強度分布の均一な高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオ−ドが得られる。
【００４５】
また本発明によれば、コンタクト層とオーミック電極の平面形状を実質的に同一としたので、半導体層の表面上にコンタクト層およびオーミック電極をエッチングにより形成する際、同一のマスキング材を使うことができるため、ＬＥＤの作製が容易となる利点がある。
また本発明において、オーミック電極を設けるために開放発光領域に分配して配置するコンタクト層をｎ形或いはｐ形のＡｌZＧａ1-ZＡｓ（０≦Ｚ≦１）から構成すれば、接触抵抗の低いオーミック電極が形成でき、従って、順方向電圧が低く安定したＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードが提供できる。また本発明において、オーミック電極を設けるためのコンタクト層をｎ形或いはｐ形の（ＡｌXＧａ1-X）CＩｎ1-CＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｃ≦１）から構成すれば、接触抵抗の低いオーミック電極が形成でき、従って、順方向電圧が低く安定したＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの平面構造を示す模式図である。
【図２】図１に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの破線Ｘ−Ｙに沿った断面構造を示す模式図である。
【図３】本発明の本実施例１に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの平面構造を示す模式図である。
【図４】図３に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの破線Ａ−Ａ’に沿った断面構造を示す模式図である。
【図５】本発明の本実施例２に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの平面構造を示す模式図である。
【図６】図５に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの破線Ｂ−Ｂ’に沿った断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１０      ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
１０Ａ    半導体層
１０Ｂ    発光部
１０１    ＧａＡｓ単結晶基板
１０２    緩衝層
１０３    ブラッグ反射層（ＤＢＲ層）
１０４    下部クラッド層
１０５    発光層
１０６    上部クラッド層
１０７    コンタクト層
１０８    オーミック電極
１１０    透明導電膜
１１１    台座電極
１１２    第１の電極
３０      ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
３０１    ＧａＡｓ単結晶基板
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    コンタクト層
３０７    オーミック電極
３０８    透明導電膜
３１０    台座電極
３１１    第１の電極
４０      ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
４０１    ＧａＡｓ単結晶基板
４０２    緩衝層
４０３    ブラッグ反射層
４０４    下部クラッド層
４０５    発光層
４０６    上部クラッド層
４０７    コンタクト層
４０８    オーミック電極
４０９    透明導電膜
４１０    台座電極
４１１    第１の電極
【図１】
0004439645.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004439645.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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