(57)【要約】【課題】本発明は、ＧａＮ系化合物よりも高効率な発光が期待できるＺｎＯ系化合物半導体を用いながら、高効率で全面発光し得るＺｎＯ系化合物半導体発光素子を提供する。【解決手段】絶縁性基板１上にＺｎＯ系化合物半導体材料からなるｎ形層２、活性層３、ｐ形層４が積層され、前記ｎ形層２の比抵抗の値が０.００１Ω・ｃｍ以上１Ω・ｃｍ以下で、かつ、ｎ形層２の膜厚（μｍ）が比抵抗（Ω・ｃｍ）×３００の計算式により算出された値よりも大きい値に設定され、ｎ形層２の基板と接する面と反対面の露出部にｎ側電極５が、ｐ形層４上にｐ側電極６が形成されている。【選択図】        図１
2007173404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺｎＯ系化合物半導体材料からなり少なくともｎ形層、ｐ形層を有する酸化亜鉛系化合物半導体素子であって、前記ｎ形層の比抵抗の値が０.００１Ω・ｃｍ以上１Ω・ｃｍ以下で、かつ、前記ｎ形層の膜厚ｄ（μｍ）が、ｄ＝比抵抗（Ω・ｃｍ）×３００の計算式により算出された値以上の値に設定され、前記ｎ形層に接するようにｎ側電極が、前記ｐ形層に接するようにｐ側電極が形成されていることを特徴とする酸化亜鉛系化合物半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｎ形層およびｐ形層が絶縁性基板上に形成され、前記ｎ形層の基板側の面と反対面の露出部にｎ側電極が形成されていることを特徴とする請求項１記載の酸化亜鉛系化合物半導体発光素子。
【請求項３】
前記ｎ形層、ｐ形層が絶縁性基板上に形成された後、前記絶縁性基板が除去され露出したｎ形層の露出面にｎ側電極が形成され、かつ、前記ｐ側電極に高反射率の金属を用いたことを特徴とする請求項１記載の酸化亜鉛系化合物半導体発光素子。
【請求項４】
前記ｎ形層が、ＭＯＣＶＤ法によって結晶成長された層であることを特徴とする請求項２または３記載の酸化亜鉛系化合物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＺｎＯやＺｎＯにＭｇ、Ｃｄなどが混晶された化合物などの酸化亜鉛系（以下、ＺｎＯ系ともいう）半導体を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）などのＺｎＯ系化合物半導体発光素子に関する。さらに詳しくは、とくにメサ構造のｎ電極側のみで発光させるのではなく、高効率でチップ全体から発光し得る構造のＺｎＯ系化合物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物半導体を用いた青色系発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオードなどの窒化物半導体発光素子が実用化されている。従来この種の青色系の半導体素子は、たとえば、図５にＬＥＤの一例の構造図が示されるように、絶縁性基板であるサファイア基板５１上にIII族チッ化物化合物半導体（ＧａＮ系化合物半導体）が有機金属気相成長法（Metal Organic Vaper Deposition、以下ＭＯＣＶＤという）により順次積層されるものであり、図示しないバッファ層、ｎ形ＧａＮ層５２、ＩｎＧａＮ活性層５３、ｐ形ＡｌＧａＮ障壁層５４ａ、ｐ形ＧａＮコンタクト層５４ｂが順次積層され、積層された半導体層の一部が図５に示されるようにドライエッチングなどによりエッチングされてｎ形ＧａＮ層５２を一部露出させ、その表面にｎ側電極５５、前述のｐ形コンタクト層５４ｂ上に透光性電極５７、ｐ側電極５６がそれぞれ形成されることにより構成されている（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、酸化物半導体であるＺｎＯ系化合物半導体は、そのエキシトン（励起子；電子と正孔がクーロン力によって拘束されてペアを作ったもの）の結合エネルギー（束縛エネルギー）が６０ｍｅＶと非常に大きく、室温の熱エネルギー２６ｍｅＶよりも大きいため、室温においてもエキシトンは安定に存在し得る。このエキシトンは、一旦形成されると容易に光子を生成する。すなわち効率よく発光する。そのため、自由電子と自由正孔が直接再結合して発光する直接再結合発光よりも遥かに効率よく発光することが知られている。そこで、近年では窒化物半導体発光素子よりも高効率発光し得る可能性があるＺｎＯ系化合物半導体層を用いた半導体発光素子の研究が活発に行われている。
【特許文献１】特開平１０−１７３２２２号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のＺｎＯ系化合物半導体発光素子は、窒化物半導体発光素子と同様、サファイア基板など絶縁性基板上に形成されることが多く、その場合、ｎ側電極およびｐ側電極とも同じ側（半導体積層部の表面側）に作製しなければならず、半導体層の積層方向と垂直方向（図５の紙面横方向に該当）に電流が流れる部分が存在する。そして、このような構造をＺｎＯ系化合物半導体発光素子で採用した場合、窒化物半導体発光素子と同様、ｎ形層の比抵抗の値が大きく、また膜厚が電流拡がりに対して十分でないと、電流は活性層までの最短距離を主に流れることになり、ｎ側電極に近い場所に電流が集中することになる。その結果、絶縁性基板上にＺｎＯ系化合物半導体層を形成した場合もｎ側電極に近いメサ構造の端に電流が集中し、メサ外周部しか発光しないという問題がある。
【０００５】
また、絶縁性基板上にＺｎＯ系化合物半導体層の厚膜を形成後、絶縁性基板を除去した、いわゆる絶縁性基板フリーの構造でもｎ形層の抵抗が高い場合には電流拡がりの問題が解決されず、電流が一部に集中することになる。とくに、光取出し側で面積を小さくした電極の下部に電流が集中することで発光領域が電極下部に限られることになるため、電極に発光が遮られてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、ＧａＮ系化合物よりも高効率な発光が期待できるＺｎＯ系化合物半導体を用いながら、高効率で全面発光し得るＺｎＯ系化合物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、メサ外周部のみしか発光しない不具合、すなわち、電極に接触するｎ形層での比抵抗の値が大きく、またその膜厚が電流拡がりに対して十分でないことを防止するため、まず、窒化物半導体発光素子で一般的に行われている手法であるｎ側電極に接するｎ形層の比抵抗の値を、ｎドーパントの量を増やすことにより小さくし十分に電流拡散させることを考えた。しかし、ｎ形ドーピングを行ったＺｎＯ系化合物はそれを行った窒化物半導体よりも移動度が低く、窒化物半導体系ＬＥＤで用いられているｎ形層のキャリア濃度、膜厚では電流拡散が不十分なことを見出した。
【０００８】
そして、ｎ形層にｎドーパントの量を増やして比抵抗の値の小さなＺｎＯ系化合物半導体材料にしようとすると、その上部に積層される活性層の結晶性が急激に低下し、発光効率が悪くなることがＧａＮ系よりも顕著に起こり、結局、全面発光が可能となっても発光効率自体が低下してしまうということを見出した。具体的には、本発明者らは、ｎ形層に種々の比抵抗をもつＺｎＯ系化合物層を形成し、結晶性の良し悪し（半値幅が広いと結晶性が悪い）を判断するため図４に示されるようにＸ線回折強度を調べた。ここで半値幅（ＦＷＨＭ）とは、Ｘ線回折強度の最高強度の５０％強度のときの曲線の幅をいう。そして、その結果から、比抵抗の値を下げすぎると、半値幅の値が大きくなる。また、ｎ形層の結晶性悪化に伴い、その上部に積層される活性層の結晶性も悪化し、発光効率の良し悪しの目安となるフォトルミネッセンス強度も小さくなる。他方、比抵抗の値を大きくしていくと、半値幅の値は小さくなり、結晶性が向上し、フォトルミネッセンス強度も大きくなっているという結果を得た。このようにＺｎＯ系化合物半導体では、比抵抗の値に対する結晶性の影響が極めて大きく、具体的には、比抵抗の値が０.００１Ω・ｃｍ以上でなければ上部の活性層への影響が避けられないことになること、および、比抵抗の値が１Ω・ｃｍ以下でないと、駆動電圧の上昇が生じ実用的でないことを同時に見出した。
【０００９】
また、上記検討により、結晶性の悪化しない比抵抗の値を用いる場合、ｎ形層の膜厚によっては十分に電流が拡がらないことにもなり得るが、本発明者らは、さらに比抵抗の値と膜厚の関係に注目し、ｎ側電極に接するｎ形層の膜厚と比抵抗の値との相関関係から、全面発光を維持しながら、発光効率の低下を招かないｎ形層の膜厚と比抵抗の値を算出できる式を見出した。具体的には、本発明者らは、ｎ側電極から３００μｍ離れた場所（一般的に半導体発光素子で使用される大きさ）での電流値がｎ側電極近傍の５０％以上とすればほぼ全面発光し得ることから、このような条件を満たすｎ形層の膜厚と比抵抗の関係を鋭意検討した。その結果、図３に示されるように、ｎ形層の膜厚ｄ（μｍ）が、ｄ＝比抵抗（Ω・ｃｍ）×３００で算出される値以上を有する関係にあれば、十分に電流が拡がることを見出した。
【００１０】
そこで、本発明の酸化亜鉛系（ＺｎＯ系）化合物半導体素子は、ＺｎＯ系化合物半導体材料からなり少なくともｎ形層、ｐ形層を有する酸化亜鉛系化合物半導体素子であって、前記ｎ形層の比抵抗の値が０.００１Ω・ｃｍ以上１Ω・ｃｍ以下で、かつ、前記ｎ形層の膜厚ｄ（μｍ）が、ｄ＝比抵抗（Ω・ｃｍ）×３００の計算式により算出された値以上の値に設定され、前記ｎ形層に接するようにｎ側電極が、前記ｐ形層に接するようにｐ側電極が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
ここに酸化亜鉛（ＺｎＯ）系化合物半導体材料とは、Ｚｎを含む酸化物を意味し、具体例としては、ＺｎＯの他、IIＡ族元素とＺｎ、IIＢ族元素とＺｎ、またはIIＡ族元素およびIIＢ族元素とＺｎのそれぞれの酸化物を含むものを意味する。
【００１２】
具体的には、前記ｎ形層およびｐ形層が絶縁性基板上に形成され、前記ｎ形層の基板側の面と反対面の露出部にｎ側電極が形成されている。また、前記ｎ形層、ｐ形層が絶縁性基板上に形成された後、前記絶縁性基板が除去され露出したｎ形層の露出面にｎ側電極が形成され、かつ、前記ｐ側電極に高反射率の金属を用いている。
【００１３】
さらに、前記ｎ形層が、ＭＯＣＶＤ法によって結晶成長された層であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、比抵抗の値が０.００１Ω・ｃｍ以上１Ω・ｃｍ以下であるため、ｎ形のＺｎＯ系半導体層の結晶性が悪化せず、その上部に積層される活性層の結晶性も維持し得ることから、結晶性悪化による発光効率の低下を招かない。また、膜厚（μｍ）を比抵抗（Ω・ｃｍ）×３００以上としているため、駆動電圧の上昇も防ぐことできる。
【００１５】
さらに、ｎ形層の膜厚が、比抵抗の値との関係を考慮した式から算出されることから、ｎ形層の結晶性を維持しつつ、十分に電流拡がりを確保し、さらに高効率の全面発光型の酸化亜鉛系半導体発光素子が得られる。すなわち、活性層の結晶性を向上させたとしても、十分に電流が拡がっていなければ、発光強度は電流値が低いときは電流密度に比例していたとしても、電流密度が大きくなると局所的発熱のために発光強度の増加が直線からずれる現象が観察され、結晶性悪化以外の発熱という要因で発光効率が低下することになる。しかし、本発明のように、均等に電流を拡げることにより局所的な発熱を抑えることができることにより、電流値に対して発光強度が比例する領域を長くすることができ、その結果さらに高効率化を達成できるのである。
【００１６】
また、上述の関係を見出したことから、ＺｎＯ系半導体発光素子であっても、絶縁性基板を用い、結晶成長面側にｎ側電極およびｐ側電極を形成したメサ型構造や、絶縁性基板フリーの構造を採用し高効率の半導体発光素子を作製することができる。さらに、ｎ形層をＭＯＣＶＤ法により形成することにより、従来のＭＢＥ法で結晶成長し得ないほどの膜厚のｎ形層を容易に形成でき、より十分に電流拡がりを確保した半導体発光素子を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
つぎに、図面を参照しながら本発明の酸化亜鉛系化合物半導体発光素子について説明をする。本発明による酸化亜鉛系化合物半導体発光素子は、たとえば図１にその一実施形態のチップの断面説明図が示されるように、絶縁性基板１上にＺｎＯ系化合物半導体材料からなるｎ形層２、活性層３、ｐ形層４が積層され、ｎ形層２の比抵抗の値が０.００１Ω・ｃｍ以上１Ω・ｃｍ以下で、かつ、ｎ形層２の膜厚ｄ（μｍ）が、ｄ＝比抵抗（Ω・ｃｍ）×３００の計算式により算出された値以上の値に設定され、ｎ形層２の基板側の面と反対面の露出部にｎ側電極５が、ｐ形層４上にｐ側電極６が形成されている。
【００１８】
絶縁性基板１は、たとえばＭｇが５０ａｔ％以下の割合で混晶された高抵抗のＭｇvＺｎ1-vＯ（以下、単にＭｇＺｎＯ系化合物ともいう）基板、その他サファイア基板、ＳＣＡＭ（ＳｃＡｌＭｇＯ4）基板などを用いることができる。また、絶縁性基板１の表面には、化合物半導体の格子不整合を緩和するための図示しない緩衝層が、たとえばＺｎＯにより０.１μｍ程度形成されていてもよい。また、絶縁性基板とは、完全に絶縁性を有するものでなくてもよく、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以下、または比抵抗の値が１Ω・ｃｍ以上のものを含む。
【００１９】
絶縁性基板１上にはＺｎＯ系化合物半導体材料からなる少なくともｎ形層２、ｐ形層４が積層される。そして、活性層３をｎ形層２とｐ形層４の間に形成し、活性層のバンドギャップエネルギーの大きいＭｇzＺｎ1-zＯ（０≦ｚ≦１、たとえばｚ＝０.１）からなるｎ形層２およびｐ形層４とでサンドイッチするダブルへテロ構造に形成されていることが電流の閉じ込め効果を向上させ、発光効率を向上させることができる点で好ましい。もっとも、活性層３を有せずｎ形層２とｐ形層４を積層した形のｐｎ接合としてもよい。
【００２０】
活性層３を設ける場合は、たとえばＭｇxＺｎyＣｄ1-x-yＯ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１たとえばｘ＝０、ｙ＝０.９）からなるバルク構造、ｘおよびｙを変化させた層を組み合わせた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造で形成される。たとえば、バルク構造で形成する場合であれば、膜厚が５０ｎｍ程度のＭｇxＺｎyＣｄ1-x-yＯ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１  たとえばｘ＝０、ｙ＝０.９）からなる層、多重量子井戸構造で形成する場合、下層側からたとえばｎ形Ｍｇ0.05Ｚｎ0.95Ｏからなり、０〜１５ｎｍ程度の厚さのｎ形ガイド層と、６〜１５ｎｍ程度厚のＭｇ0.1Ｚｎ0.9Ｏ層および１〜５ｎｍ程度厚のＺｎＯ層を交互に６周期積層した積層部と、ｐ形Ｍｇ0.05Ｚｎ0.95Ｏからなり、０〜１５ｎｍ程度の厚さのｐ形ガイド層との積層構造とすることができるがこれらに限定されるものではない。
【００２１】
ｎ形層２やｐ形層４は前述のように活性層３よりバンドギャップエネルギーの大きいＭｇzＺｎ1-zＯ（０≦ｚ≦１、たとえばｚ＝０.１）からなることが、発光効率を向上させる点で好ましい。たとえば、ｐ形層４は、膜厚０.３μｍ程度のＭｇ0.1Ｚｎ0.9Ｏからなる。さらに、障壁層とコンタクト層との積層構造にしたり、また、ヘテロ接合の層間に勾配層を設けたり、さらには基板側に光反射層を形成したりすることもできる。たとえば、ｐ形層４を、障壁層としてＭｇ0.1Ｚｎ0.9Ｏ、およびコンタクト層としてＺｎＯ層の積層構造とすることが考えられる。
【００２２】
また、ｎ形層２は、その比抵抗値が０.００１Ω・ｃｍ以上１Ω・ｃｍ以下で、かつ、膜厚（μｍ）が比抵抗（Ω・ｃｍ）×３００の計算式により算出された値以上の値に設定される。
【００２３】
本発明者らは、前述のように、駆動電圧を上昇させることなく、かつ結晶性を悪化させないため、比抵抗の値を０.００１Ω・ｃｍ以上１Ω・ｃｍ以下とすることを見出した。しかし、このように比抵抗の値の下限値が設定されると、ｎ形層の膜厚によっては十分に電流が拡がらないことにもなりうる。そこで、さらに比抵抗の値と膜厚との関係に注目し、ｎ側電極に接するｎ形層の膜厚と比抵抗の値との相関関係から、全面発光を維持しながら、発光効率の低下を招かないｎ形層の膜厚と比抵抗の値を算出できる式を見出した。
【００２４】
すなわち、メサ構造の場合にｎ側電極側に発光部が集中して全面発光しないのは、ｎ側電極に接触するｎ形層での比抵抗の値が大きい場合、ｎ形層の膜厚を充分に厚くしないと、図３（ａ）に示されるｐｎ接合型のＺｎＯ系半導体発光素子の電流の流れを示す模式図で示されるように、ｎ側電極に流れ込む電流がｎ側電極に近いｎ形層を通過して流れ込み（経路Ａ）、ｎ側電極から遠い位置にあるｎ形層には充分に電流が流れない（経路Ｂ）ことになり、一部でのみ発光することになる。
そこで、本発明者らは、ｎ側電極から３００μｍ離れた場所（一般的に半導体発光素子で使用される大きさ）でのｎ形層に流れ込む電流（経路Ｂ）が、ｎ側電極近傍のｎ形層に流れ込む電流（経路Ａ）の５０％以上となるように設計すれば、発光素子全面で発光し得ることを利用し、ｎ形層の比抵抗の値を固定した上で、その際に最低限必要なｎ形層の膜厚（ｎ側電極近傍のｎ形層に流れる電流値の５０％以上となるような膜厚）を見積った。さらにｎ形層の比抵抗の値を種々変化させ、それぞれに必要なｎ形層の膜厚の値を算出した。
【００２５】
そして、上記方法により算出されたｎ形層の膜厚の値とその際の比抵抗の値をプロットした結果が図３（ｂ）に示されている。図３（ｂ）に示されるように、それぞれ前述の方法により求められた点を結んだ線よりも右領域になるように比抵抗の値と膜厚の値を設定してやれば、ｎ側電極から３００μｍ離れた場所でのｎ形層に流れ込む電流（経路Ｂ）が、ｎ側電極近傍のｎ形層に流れ込む電流（経路Ａ）の少なくとも５０％以上となることを意味している。
【００２６】
したがって、図３（ｂ）に示されるような電流拡がり領域になるように、比抵抗の値、膜厚を設定すれば、一部に電流が集中することなく、発光効率の低下を招かないで全面発光し得ることを見出した。すなわち、図３（ｂ）に示される直線より右領域になるような関係、具体的には、ｎ形層の膜厚（μｍ）が比抵抗（Ω・ｃｍ）×３００で算出される値以上を有する関係にあれば、充分に電流が拡がることを見出した。たとえば前述の図３（ｂ）からわかるように、比抵抗の値が、０.００５Ω・ｃｍのｎ形ＺｎＯ層の場合、少なくともｎ形層の膜厚は１.５μｍ以上必要であり、０.０１Ω・ｃｍのｎ形ＺｎＯ層の場合、少なくともｎ形層の膜厚は３μｍ以上必要となる。
【００２７】
ｐ側電極６は、ｐ形層４の表面にリフトオフ法により、Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕなどの積層構造として形成される。また、ｐ側からの電流の拡がりをよくするために、ｐ側電極６形成前に活性層３で発光した光を吸収しない材料からなる（たとえばＩＴＯ）透光性電極７が形成されていることが高効率化を図る上で好ましい。他方、ｎ側電極５は、ｎ形層２に達するまでｐ形層４、活性層３、ｎ形層２の一部をドライエッチングやウェットエッチングにより除去しｎ形層２を露出させた後、露出部にリフトオフ法により、Ｔｉ、Ａｌを積層することで形成される。その後、絶縁性基板１の裏面を研磨して厚さを１００μｍ程度にした後に、ウェハからチップ化することにより、図１に示される構造の発光素子チップが形成される。なお、ｎ側電極５、ｐ側電極６の位置や大きさについては、後述するように他の形態とすることも可能であるし、用いられる材料も公知の種々の材料を使用することができる。
【００２８】
この発光ダイオードを製造するには、まず、たとえばサファイア基板１上にＺｎＯ系化合物を成長する。ｎ形層２を形成するＺｎＯ系化合物の成長には、有機金属源を備えたＭＯＣＶＤ装置を用いることが好ましい。このようにＭＯＣＶＤ装置を用いてｎ形層を積層すると、従来のＭＢＥ装置で成長するよりも遥かに成長速度が速く、容易にｎ形層を厚膜化することができ、比抵抗の値をそれほど小さくせずとも膜厚を大きくすることで、ｎ形層の比抵抗の値を小さくすることによって生じる結晶性の低下を防ぐと共に、ｎ形層上に積層される活性層の結晶性低下も防止し、高効率で、かつ全面発光の半導体発光素子が容易に得られる点で好ましい。そして、ＭＯＣＶＤ装置を用いてｎ形層を形成した場合、有機金属に含まれるメチル基、エチル基などの炭素が結晶成長中にｎ形層に混入することになり、クラックが入り難い膜になるという点でも好ましい。炭素濃度としては、１０16ｃｍ-3から１０19ｃｍ-3程度が好ましい。もっとも、ＭＢＥ装置を用いてもｎ形層を形成することが不可能ではないので、後述するＭＢＥ装置を用いてもよいのはいうまでもない。
【００２９】
具体的には、たとえば、ＭＯＣＶＤ装置内に、サファイア基板（ＭｇＺｎＯ系化合物基板でもよい）のウェハを導入後、基板温度を４００〜９００℃程度にして必要なドーパントガスをキャリアガスのＨ2やＮ2またはそれらの混合ガスと共に導入し気相反応させることにより、半導体層を成長させることでき、反応ガスを順次変化させたり、その流量を変化させることにより所望の混晶比の半導体層を積層することができる。なお、反応ガスとしては、Ｚｎ源としてジメチル亜鉛（ＺｎＣＨ3）ジエチル亜鉛（Ｚｎ（Ｃ2Ｈ5）2）、Ｏ源としては酸素、酸化窒素、炭化酸素、水、アルコールなど、Ｍｇとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）などがそれぞれ用いられ、ドーパントガスとしては、Ａｌのｎ形ドーパントガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やトリメチルガリウム（ＴＭＧ）などを供給する。そして反応時間を制御することにより、ｎ形層２の膜厚を制御することができる。このようにｎ形層２の組成、ドーピングによる比抵抗の値、膜厚などを制御し、前述の範囲に入る比抵抗の値、膜厚になるように成長する。
【００３０】
その後、ＭＯＣＶＤ装置からウェハを取り出し、ｎ形層２の一部、活性層３やｐ形層４を形成することになるが、より高性能な膜を形成することが発光効率向上に好ましいため、活性層３およびｐ形層４の結晶成長には、ＲＦプラズマで酸素ガスの反応活性を上げた酸素ラジカルを作り出すラジカル源を備えたＭＢＥ装置を用いることが好ましい。同じラジカル源をｐ形ＺｎＯのドーパントである窒素のために用意する。Ｚｎ源、Ｍｇ源、Ｇａ源（ｎ形ドーパント）は、それぞれ純度６Ｎ（９９.９９９９％）以上の金属Ｚｎ、Ｍｇなどを使用して、クヌーセンセル（蒸発源）から供給する。ＭＢＥチャンバの周りには液体窒素が流れるシュラウドを用意し、壁面がセルや基板ヒータからの熱放射で暖まらないようにしておく。そうすることにより、チャンバ内を１×１０-9Ｔｏｒｒ程度の高真空に保つことができる。このようなＭＢＥ装置内に、ＭｇＺｎＯ系化合物からなる基板１上にｎ形層２が形成されたウェハを導入後、７００℃程度でサーマルクリーニングをした後、基板温度を６００℃程度に下げ、前述の構成の活性層３、ｐ形層４を順次形成する。なお、前述のＭＯＣＶＤ装置を用いることも当然可能である。
【００３１】
そして、積層した半導体層の一部をＲＩＥ法などによりエッチングしてｎ形層２を露出させる。露出したｎ形層２の表面に、たとえばリフトオフ法などによりＴｉ／Ａｌなどを真空蒸着などにより成膜してｎ側電極５を形成し、ｐ形層の表面にも真空蒸着などによりＩＴＯを成膜して透光性電極７を形成すると共に、さらにリフトオフ法などによりＮｉ／Ａｕ積層構造を真空蒸着してｐ側電極６を形成する。その後、基板１の裏面を研磨し、１００μｍ程度の厚さとして、ダイシングなどによりウェハからチップ化することで図１に示される発光ダイオードチップが得られる。
【００３２】
このようにして得られた発光ダイオードは、ｎ形層２の比抵抗が０.００１〜１Ω・ｃｍの範囲内にあるため、結晶性が悪化することもなく、動作電圧が上昇することもない。さらに、ｎ形層の膜厚も充分に電流が拡がるように設定されて形成されていることから、ｎ側電極５とｐ側電極６が同じ面側に形成するメサ構造であっても高効率でかつ全面発光し得ることになる。
【００３３】
本発明による他の実施形態による酸化亜鉛系化合物半導体発光素子は、たとえば図２にその実施形態のチップの断面説明図が示されるように、ＺｎＯ系化合物半導体材料からなるｎ形層２、活性層３、ｐ形層４が積層され、前記ｎ形層２の比抵抗の値が０.００１Ω・ｃｍ以上１Ω・ｃｍ以下で、かつ、前記ｎ形層２の膜厚（μｍ）が比抵抗（Ω・ｃｍ）×３００の計算式により算出された値以上の値に設定されており、ｐ形層４上にｐ側電極６が形成された後、絶縁性基板１が除去され、除去されて露出した面にｎ側電極５が形成されている。
【００３４】
図２の酸化亜鉛系半導体発光素子では、絶縁性基板にｎ形層２およびｐ形層４を形成後、絶縁性基板を除去し、除去して露出したｎ形層にｎ側電極が形成されているため、ｎ側電極５とｐ側電極６が同じ面に形成するメサ構造とする必要がないので、ｎ側電極近傍以外でのメサ外周部での発光効率が悪いという問題は生じない。しかし、光取出しの関係から、絶縁性基板を除去する構成で除去部分に露出したｎ形層２の一部にｎ側電極５を形成することになり、ｎ形層２の比抵抗の値が大きいとｎ側電極５に覆われた部分から離れた領域には電流が流れ難く充分に拡がらない。そして、ｎ形層２での電流拡がりが充分でないとｎ側電極５の真下の活性層３で発光が起こり発光した光は電極に遮られることになり、ｎ側電極５が透光性電極でない場合には、十分に発光する素子を得ることができないことになるが、本発明によれば、ｎ形層の膜厚および比抵抗の値を適宜設定しているため、電流を充分にチップ周囲まで拡げることができるので、上述の問題は生じない。
【００３５】
ｎ形層２、活性層３、ｐ形層４のそれぞれの構成、および結晶成長方法は前述の説明と同様の方法により行うことができる。そして、それぞれの層を積層後、前述のように、表面側のｐ形層４上にリフトオフ法により真空蒸着法などを用いて、Ｎｉ／Ａｕ積層構造のｐ側電極６を形成後、サブマウント８にフリップチップボンディングする。この際、ｐ側電極６は反射率の高い金属、たとえばＡｌやＡｇまたはそれらを含む積層構造を用いることがより高効率の半導体発光素子とすることができるため好ましい。その後、絶縁性基板１をエッチングなどにより取り除き、取り除くことで露出したｎ形層２にｎ側電極５を形成することにより得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるＺｎＯ系化合物半導体素子の一実施形態であるＬＥＤの断面説明図である。
【図２】本発明によるＺｎＯ系化合物半導体素子の他の実施形態であるＬＥＤの断面説明図である。
【図３】発光素子の電流の流れを示す模式図およびn形層の比抵抗の値とｎ形層の膜厚の関係を示すグラフである。
【図４】ＺｎＯ系化合物半導体層の結晶性を評価するＸ線回折のを説明図である。
【図５】従来のＧａＮ系化合物半導体を用いたＬＥＤの構造例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
２    ｎ形層
４    ｐ形層
５    ｎ側電極
６    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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