(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半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光部を含む半導体層と、
前記半導体層の表面の一部に分配して形成され、その半導体層とオーミック接触をなす分配電極と、
前記半導体層の表面と前記分配電極とを覆って形成され、その分配電極と導通し、＜０００１＞方向に優先的に配向した酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の多結晶膜からなる透明導電膜と、
前記透明導電膜の表面であって平面的に見てその中心に形成され、その透明導電膜と底面全面が導通する台座電極と、を有し、
前記分配電極は、半導体層表面の平面的に見て台座電極の外周であり、その平面上での表面形状の縦横の中心線に対して左右対称となる位置に配置され、かつ半導体層表面の平面的に見て台座電極と重ならない部分に形成され、
前記分配電極の合計の平面積が、透明導電膜表面の面積から、台座電極の面積を差し引いた面積である発光有効面積の３％以上で３０％以下である、
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記分配電極は、半導体層表面の平面的に見て台座電極と重なる部分に形成されていない、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記分配電極の面積が台座電極の面積より小さい、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記半導体層が有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により形成されたものである、請求項１乃至３の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記台座電極が、半導体層上に透明導電膜を介して形成され、台座電極のワイヤボンディングを行う面には透明導電膜が存在しない、請求項１乃至４の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
半導体発光素子の、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光部を含む半導体層の表面の一部に分配して形成され、その半導体層とオーミック接触をなす分配電極と、
前記半導体層の表面と前記分配電極とを覆って形成され、その分配電極と導通し、＜０００１＞方向に優先的に配向した酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の多結晶膜からなる透明導電膜と、
前記透明導電膜の表面であって平面的に見てその中心に形成され、その透明導電膜と底面全面が導通する台座電極と、を有し、
前記分配電極は、半導体層表面の平面的に見て台座電極の外周であり、その平面上での表面形状の縦横の中心線に対して左右対称となる位置に配置され、かつ半導体層表面の平面的に見て台座電極と重ならない部分に形成され、
前記分配電極の合計の平面積が、透明導電膜表面の面積から、台座電極の面積を差し引いた面積である発光有効面積の３％以上で３０％以下である、
ことを特徴とする半導体発光素子用電極。
【請求項７】
前記分配電極は、半導体層表面の平面的に見て台座電極と重なる部分に形成されていない、請求項６に記載の半導体発光素子用電極。
【請求項８】
前記分配電極の面積が台座電極の面積より小さい、請求項６または７の何れか１項に記載の半導体発光素子用電極。
【請求項９】
前記台座電極が、半導体層上に透明導電膜を介して形成され、台座電極のワイヤボンディングを行う面には透明導電膜が存在しない、請求項６乃至８の何れか１項に記載の半導体発光素子用電極。
【請求項１０】
ＡｌＧａＩｎＰからなる発光部を含む半導体層の表面の一部に、その半導体層とオーミック接触をなす分配電極を、その半導体層表面の平面的に見て台座電極の外周であって、その平面上での表面形状の縦横の中心線に対して左右対称となる位置に、半導体層表面の平面的に見て台座電極と重ならない部分に形成する第１の工程と、
第１の工程に引き続き、前記半導体層の表面と前記分配電極とを覆って、その分配電極と導通し、＜０００１＞方向に優先的に配向した酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の多結晶膜からなる透明導電膜を形成する第２の工程と、
第２の工程に引き続き、前記透明導電膜の表面の一部に、その透明導電膜と底面全面が導通する台座電極を、半導体発光素子表面の平面的に見て中心に形成する第３の工程と、
を有し、
前記分配電極の合計の平面積を、透明導電膜表面の面積から、台座電極の面積を差し引いた面積である発光有効面積の３％以上で３０％以下とする、
ことを特徴とする半導体発光素子用電極の製造方法。
【請求項１１】
前記分配電極を、半導体層表面の平面的に見て台座電極と重なる部分に形成しない、請求項１０に記載の半導体発光素子用電極の製造方法。
【請求項１２】
前記透明導電膜がスパッタリング法により形成され、前記台座電極が真空蒸着法で形成される、請求項１０または１１に記載の半導体発光素子用電極の製造方法。
【請求項１３】
前記台座電極を、半導体層上に透明導電膜を介して形成し、台座電極のワイヤボンディングを行う面には透明導電膜が存在しないようにする、請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の半導体発光素子用電極の製造方法。
【請求項１４】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の半導体発光素子を用いた、ことを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のＬＥＤランプを用いた、ことを特徴とする光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、緑色〜赤色系の発光を行う半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、赤橙色系の光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）等の発光素子として、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ＜１）混晶層からなる発光部構造を含む発光素子が、例えば特開平８−８３９２７号公開公報で知られている。この公開公報に開示された発光素子は、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ混晶層からなる発光部表面上に酸化インジウム錫からなる透明導電膜を積層し、その透明導電膜上に上面電極を形成して構成されており、この構成により、上面電極からの電流を、透明導電膜を介して発光部表面上のできるだけ広い範囲に拡散させるようにしている。
【０００３】
ところで、上記した従来の発光素子では、透明導電膜と発光部表面との間のオーミック接触を十分に得ることができず、順方向電圧を大きくし、寿命特性を低下させる要因となっており、この点を改善するべく、例えば特開平１１−１７２２０号公開公報では、発光部表面上にウインドウ層を形成し、このウインドウ層の上にコンタクト層を形成し、このコンタクト層の上に、酸化インジウム錫からなる透明導電膜（導電透光酸化層）を積層し、その透明導電膜上に上面電極（上層電極）を形成して発光素子を構成し、この上面電極からの電流を、透明導電膜、コンタクト層およびウインドウ層を介して発光部表面上のできるだけ広い範囲に拡散させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した特開平１１−１７２２０号公開公報に記載された発光素子においては、確かに、透明導電膜と半導体層とのオーミック接触の点では、改善されているものの、コンタクト層を設けるがゆえに、このコンタクト層に発光が吸収されてしまい、したがって、高輝度発光を得るに至らず、発光効率が改善されていないのが現状である。
【０００５】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、電極と半導体層との良好なオーミック接触を実現し、また発光が吸収されることなく発光効率を大幅に改善することができる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、裏面に第１の電極が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に形成された、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光部を含む半導体層と、前記半導体層の表面の一部に分配して形成され、その半導体層とオーミック接触をなす分配電極と、前記半導体層の表面と前記分配電極とを覆って形成され、その分配電極と導通し、＜０００１＞方向に優先的に配向した酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の多結晶膜からなる透明導電膜と、前記透明導電膜の表面であって平面的に見てその中心に形成され、その透明導電膜と底面全面が導通する台座電極と、を有し、前記分配電極は、半導体層表面の平面的に見て台座電極の外周であり、その平面上での表面形状の縦横の中心線に対して左右対称となる位置に配置され、かつ半導体層表面の平面的に見て台座電極と重ならない部分に形成され、前記分配電極の合計の平面積が、透明導電膜表面の面積から、台座電極の面積を差し引いた面積である発光有効面積の３％以上で３０％以下である、ことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記分配電極は、半導体層表面の平面的に見て台座電極と重なる部分に形成されていない、ことを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記した請求項１または２に記載の発明の構成に加えて、前記分配電極の面積が台座電極の面積より小さい、ことを特徴としている。
【００１３】
さらに、請求項４に記載の発明は、上記した請求項１乃至３の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、前記半導体層が有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により形成されたものである、ことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、上記した請求項１乃至４の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、前記台座電極が、半導体層上に透明導電膜を介して形成され、台座電極のワイヤボンディングを行う面には透明導電膜が存在しない、ことを特徴としている。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、半導体発光素子用電極であって、半導体発光素子の、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光部を含む半導体層の表面の一部に分配して形成され、その半導体層とオーミック接触をなす分配電極と、前記半導体層の表面と前記分配電極とを覆って形成され、その分配電極と導通し、＜０００１＞方向に優先的に配向した酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の多結晶膜からなる透明導電膜と、前記透明導電膜の表面であって平面的に見てその中心に形成され、その透明導電膜と底面全面が導通する台座電極と、を有し、前記分配電極は、半導体層表面の平面的に見て台座電極の外周であり、その平面上での表面形状の縦横の中心線に対して左右対称となる位置に配置され、かつ半導体層表面の平面的に見て台座電極と重ならない部分に形成され、前記分配電極の合計の平面積が、透明導電膜表面の面積から、台座電極の面積を差し引いた面積である発光有効面積の３％以上で３０％以下である、ことを特徴としている。
【００２０】
さらに、請求項７に記載の発明は、上記した請求項６に記載の発明の構成に加えて、前記分配電極は、半導体層表面の平面的に見て台座電極と重なる部分に形成されていない、ことを特徴としている。
請求項８に記載の発明は、上記した請求項６または７に記載の発明の構成に加えて、前記分配電極の面積が台座電極の面積より小さい、ことを特徴としている。
【００２３】
また、請求項９に記載の発明は、上記した請求項６乃至８の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、前記台座電極が、半導体層上に透明導電膜を介して形成され、台座電極のワイヤボンディングを行う面には透明導電膜が存在しない、ことを特徴としている。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、半導体発光素子用電極の製造方法であって、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光部を含む半導体層の表面の一部に、その半導体層とオーミック接触をなす分配電極を、その半導体層表面の平面的に見て台座電極の外周であって、その平面上での表面形状の縦横の中心線に対して左右対称となる位置に、半導体層表面の平面的に見て台座電極と重ならない部分に形成する第１の工程と、第１の工程に引き続き、前記半導体層の表面と前記分配電極とを覆って、その分配電極と導通し、＜０００１＞方向に優先的に配向した酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の多結晶膜からなる透明導電膜を形成する第２の工程と、第２の工程に引き続き、前記透明導電膜の表面の一部に、その透明導電膜と底面全面が導通する台座電極を、半導体発光素子表面の平面的に見て中心に形成する第３の工程と、を有し、前記分配電極の合計の平面積を、透明導電膜表面の面積から、台座電極の面積を差し引いた面積である発光有効面積の３％以上で３０％以下とする、ことを特徴としている。
【００２８】
さらに、請求項１１に記載の発明は、上記した請求項１０に記載の発明の構成に加えて、前記分配電極を、半導体層表面の平面的に見て台座電極と重なる部分に形成しない、ことを特徴としている。
【００３０】
また、請求項１２に記載の発明は、上記した請求項１０または１１に記載の発明の構成に加えて、前記透明導電膜がスパッタリング法により形成され、前記台座電極が真空蒸着法で形成される、ことを特徴としている。
【００３１】
また、請求項１３に記載の発明は、上記した請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、前記台座電極を、半導体層上に透明導電膜を介して形成し、台座電極のワイヤボンディングを行う面には透明導電膜が存在しないようにする、ことを特徴としている。
【００３２】
請求項１４に記載の発明は、ＬＥＤランプであって、上記した請求項１乃至５の何れか１項に記載の半導体発光素子を用いた、ことを特徴としている。
【００３３】
また、請求項１５に記載の発明は、光源であって、請求項１４に記載のＬＥＤランプを用いた、ことを特徴としている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１および図２はこの発明の半導体発光素子の概略構成を模式的に示す図で、図１はその平面図、図２は図１のＩ−Ｉ線断面を示す図である。なお、本明細書では、半導体層表面を平面的に見るとは、図１のような平面図で見ることを言う。
【００３５】
これらの図において、この発明の半導体発光素子１０は、裏面に第１の電極５が形成された半導体基板１と、半導体基板１上に形成された、発光部２を含む半導体層３と、半導体層３の表面の一部に分配して形成され、その半導体層３とオーミック接触をなす分配電極７と、半導体層３の表面と分配電極７とを覆って形成され、その分配電極７と導通する透明導電膜４と、透明導電膜４の表面の一部に形成され、その透明導電膜４と導通する台座電極６と、を有することを特徴としている。なお、半導体層３上に形成した分配電極７、透明導電膜４および台座電極６は、半導体発光素子用電極として構成されている。ここで、分配電極７は、図１に示すように、半導体層３表面の平面的に見て台座電極６とは重ならない部分に配置するのが好ましく、さらに、台座電極６と重なる部分には配置しないようにするのがより好ましい。また、分配電極７と半導体層３との間の接合は良好なオーミック接触を保ってその間の電気抵抗は小さくなり、一方の透明導電膜４と半導体層３との間の接合では十分なオーミック接触は得られないため、その間の電気抵抗は大きい。
【００３６】
上記構成の半導体発光素子１０において、半導体層３の表面の一部にオーミック接触をなす分配電極７を設けることで、透明導電膜４と半導体層３との間の電気抵抗に比べて、分配電極７と半導体層３との間の電気抵抗が大幅に小さくなり、台座電極６から供給される駆動電流は、図２の矢印で示すように、その大部分がより電気抵抗の低い、台座電極６→透明導電膜４→分配電極７→半導体層３（発光部２）の経路を流れる。そのため、発光部２での発光を分配電極７の周辺で行わせることができる。したがって、分配電極７の平面的な配置に応じて、台座電極６からの駆動電流を半導体層３表面の広い範囲に拡げることができる。そして、その発光は、透明導電膜４を介して上方から取り出される。上記のように、分配電極７は、台座電極６とは重ならないように配置するので、台座電極６の直下方向での発光は発生せず、発光の大部分は台座電極６に遮られることなく、上方から取り出すことができ、発光効率を大幅に改善することができる。
【００３７】
さらに、この発光効率については、分配電極７の面積を台座電極６の面積より小さくすることにより、従来の半導体発光素子に比べて外部に光を効率よく取り出せるため、発光効率をより一層向上させることができる。
【００３８】
また、分配電極７と半導体層３との間の電気抵抗は、上記したように、オーミック接触としたことにより小さくなるので、半導体発光素子１０の順方向電圧の上昇を抑制することが可能となり、寿命特性を向上することができる。
【００３９】
また、透明導電膜４は、例えば酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなる良好な透光性を備えるものであり、このため、発光部２からの発光は、この透明導電膜４を通過する間でもほとんど吸収されることがなく、効率よく透明導電膜４から上方へ取り出すことができる。
【００４０】
また、台座電極６は、半導体発光素子１０と外部電気回路との接続のためのワイヤボンディングを行うための電極であり、そのためある程度の面積が必要であるが、従来この台座電極６から直下方向に流れる駆動電流に基づく発光は、台座電極６で遮られて外部に取り出すことができなかった。このため、従来は台座電極６と発光部２との間に絶縁層を設ける等で対策を施し、台座電極６から直下方向へ駆動電流が流れるのを強制的に防ぐようにしていたが、本発明では、駆動電流を分配電極７に分配して誘導することができ、したがって、絶縁層を設けなくとも、より簡単な構成の下で、台座電極６の直下方向に流れる駆動電流をなくすことができる。
【００４１】
ここで、透明導電膜４の表面（半導体層３の表面）のうち、発光させると有効となる面（発光有効面）の面積は、透明導電膜４表面の面積から、台座電極６の面積（図１の平面視での面積）を差し引いた面積であり、この面積を発光有効面積Ｓと称するとする。ところで、台座電極６がその直下方向での発光の取り出しを妨害する現象は、分配電極７についても同様に発生する。そこで、本発明では、分配電極７の合計の平面積（平面視での面積）が、発光有効面積Ｓの３％以上で３０％以下となるようにし、分配電極７の面積が広すぎて発光の取り出し妨害が過剰に発生したり、逆にその面積が小さすぎて、順方向電圧（Ｖf）が増大することによる不都合が発生したりするのを防止するのが好ましい。
【００４２】
次にこの発明の半導体発光素子のより具体的な構成例を図３〜図７を用いて順に説明する。
【００４３】
図３および図４はこの発明の半導体発光素子の第１の構成例を示す図で、図３はその平面図、図４は図３のＩＩ−ＩＩ線断面を示す図である。これらの図において、この発明の半導体発光素子２０は、赤橙色系の光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、亜鉛（Ｚｎ）ドープｐ形（００１）−ＧａＡｓからなる単結晶基板２１上に、順次積層された、Ｚｎドープｐ形ＧａＡｓからなる緩衝層２３１、Ｚｎドープｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる下部クラッド層２３２、アンドープのｎ形（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ混晶からなる発光層２２、および珪素（Ｓｉ）ドープｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる上部クラッド層２３３から構成される半導体層２３が形成されている。
【００４４】
半導体層２３を構成する各層２３１，２３２，２２および２３３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、減圧の有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により基板２１上に成膜した。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。ｎ形のドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を使用した。また、Ｖ族元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ3）またはアルシン（ＡｓＨ3）を用いた。各層２３１，２３２，２２および２３３の成膜温度は７３０℃に統一した。緩衝層２３１のキャリア濃度は約５×１０18ｃｍ-3に、また、層厚は約０、５μｍとした。下部クラッド層２３２のキャリア濃度は約３×１０18ｃｍ-3に、また、層厚は約１μｍとした。発光層２２の層厚は約０．５μｍとし、キャリア濃度は約５×１０16ｃｍ-3とした。上部クラッド層２３３のキャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3とし、また、層厚は約３μｍとした。
【００４５】
ここで、下部クラッド層２３２，発光層２２および上部クラッド層２３３が、この半導体発光素子２０の発光部を構成する。したがって、発光部はＡｌＧａＩｎＰからなる。
【００４６】
この半導体発光素子２０では、分配電極２７を形成するために、上部クラッド層２３３の表面の全面に、一般的な真空蒸着法により、先ず膜厚を約５０ｎｍとする、金・ゲルマニウム合金（Ａｕ９３重量％−Ｇｅ７重量％合金）膜を一旦被着させ、続けて、その金・ゲルマニウム合金膜の表面上に膜厚を約５０ｎｍとする金（Ａｕ）膜を被着させた。次に、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用して金・ゲルマニウム合金からなる第１膜２７１と、金からなる第２膜２７２とからなる２層構造の重層膜が、分配電極２７の形になるようにパターニングを施し、一辺を約２０μｍとする正方形の分配電極２７を形成した。この第１膜２７１と第２膜２７２とからなる分配電極２７は、図３に示すように、台座電極２６の直下領域を除く上部クラッド層２３３の表面上に合計１２個、上部クラッド層２３３の平面上での形状の中心線Ｃ１，Ｃ２に対して左右対称に設けた。分配電極２７の中心間の距離Ｌは５０μｍとした。次に、上記の分配電極２７を上部クラッド層２３３の表面上に形成した後、アルゴン（Ａｒ）気流中において４２０℃で１５分間の合金化熱処理を施し、分配電極２７と上部クラッド層２３３とのオーミック接触を形成した。
【００４７】
次に、上部クラッド層２３３とその表面の分配電極２７とを覆って、一般のマグネトロンスパッタリング法により、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなる膜を透明導電膜２４として半導体層２３上に被着させた。透明導電膜２４の比抵抗は約４×１０-4Ω・ｃｍであり、層厚は約６００ｎｍとした。一般的なＸ線回折分析法により、透明導電膜２４は＜０００１＞方向（Ｃ軸）に優先的に配向した多結晶膜であることが分かった。
【００４８】
次に、透明導電膜２４の全面に、一般的な有機フォトレジスト材料を塗布した後、台座電極２６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。
【００４９】
台座電極２６を設けるべき領域は、図３に示すように半導体発光素子表面の平面的に見て中心を含む領域（ここでは四角形の半導体発光素子表面の対角線の交点を含む領域）とした。これは、台座電極２６が半導体発光素子表面の中心にある方が、各分配電極２７までの各距離が均一化し、電流が分流する際に好ましいためである。また、電流が半導体発光素子全体に均一に流れやすくなるためである。さらに、台座電極２６が半導体発光素子表面の中心から大きくずれていると、ワイヤボンディングを行うときにチップが傾いたりするので、それを防止するためである。
【００５０】
その後、パターニングされたレジスト材料を残置させたままで、全面に金（Ａｕ）膜を真空蒸着法により被着させた。金（Ａｕ）膜の厚さは約７００ｎｍとした。その後、レジスト材料を剥離するに併せて、周知のリフト−オフ手段により、台座電極２６の形成予定領域に限定して上記の金膜を残留させた。これにより、直径を約１１０μｍとする円形の金からなる台座電極２６を形成した。台座電極２６の平面積は約０．９５×１０-4ｃｍ2となった。
【００５１】
一方、単結晶基板２１の裏面に金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金からなるｐ形オーミック電極２５を形成した。その後、通常のスクライブ法により素子の形状に裁断して個別に細分化し、半導体発光素子２０となした。半導体発光素子２０は一辺を２６０μｍとする正方形としたことより、透明導電膜２４の平面積は約６．８×１０-4ｃｍ2となり、この透明導電膜２４の平面積から台座電極２６の平面積を差し引いた発光有効面積Ｓは約５．９×１０-4ｃｍ2となった。また、分配電極２７の合計の平面積は０．４８×１０-4ｃｍ2であり、この面積が発光有効面積Ｓに対して占める割合は約８．１％となった。
【００５２】
上記のようにして作製した半導体発光素子２０のｐ形オーミック電極２５および台座電極２６間に順方向に電流を通流したところ、透明導電膜２４の表面から波長を約６２０ｎｍとする赤橙色の光が出射された。また、その発光スペクトルの半値幅は、分光器により測定した結果、約２０ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖf：２０ｍＡ当り）は、各分配電極２７の良好なオーミック特性を反映し、約２．１ボルト（Ｖ）となった。また、オーミック性の分配電極２７を半導体発光素子２０の周縁部に配置した効果により、その周縁の領域においても発光が認められ、チップ状態で市販の積分球を利用して視感度補正をした状態で、簡易的に測定される発光の強度は約４２ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。さらに、駆動電流が分配電極２７によって均等に分配されることにより、透明導電膜２４の表面に見られる発光強度は、表面でほぼ均等な分布となっていた。
【００５３】
（比較例）
上記した第１の構成例の半導体発光素子２０の持つＶf値および発光強度と比較するために、上部クラッド層２３３表面に直接厚さ５０ｎｍの金・ゲルマニウム合金を下層とし、厚さ５０ｎｍの金を上層とする、台座電極２６と同じ形状のオーミック性の電極を形成し、その他は全て第１の構成例と同一の構成からなる半導体発光素子（ＬＥＤ）を比較用素子として作製した。すなわち、本比較用素子は、透明導電膜２４および分配電極２７を具備せず、上部クラッド層２３３表面に直接形成した、台座電極２６と同じ形状のオーミック性電極を備えている。
【００５４】
この半導体発光素子のＶf値（２０ｍＡ当り）は約２Ｖであり、第１の構成例の半導体発光素子２０のＶfとはほぼ同等であった。一方、合計の層厚を約１００ｎｍとする平坦なオーミック性電極を直接上部クラッド層に設けたため、発光は、オーミック性電極の直下とその周辺のみで生じることとなり、発光のかなりの割合が電極に遮られ、外部に取り出せない事態を招いた。その結果、比較用素子の発光強度は約２０ｍｃｄの低きに低迷した。
【００５５】
この比較用素子と、前記第１の構成例の本発明の半導体発光素子２０とを対比すれば、本発明の半導体発光素子２０では、半導体層２３（上部クラッド層２３３）に接触するオーミック性電極の平面積が少ないにも拘わらず、徒にＶfの増加を来すことなく、逆に発光有効面積Ｓを徒に削ぐことのなきようにオーミック性の分配電極２７を配置したがために、高輝度化が顕現されることが明らかである。
【００５６】
図５および図６はこの発明の半導体発光素子の第２の構成例を示す図で、図５はその平面図、図６は図５のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を示す図である。これらの図において、この発明の半導体発光素子３０は、赤橙色系の光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、珪素（Ｓｉ）ドープｎ形（００１）２゜オフＧａＡｓからなる単結晶基板３１上に、減圧ＭＯＣＶＤ法により順次、Ｓｉドープｎ形ＧａＡｓからなる緩衝層３３１、何れもＳｉをドーピングしたｎ形Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓ層とｎ形Ａｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層とを交互に１０周期積層した周期構造からなるブラッグ反射（ＤＢＲ）層３３２、Ｓｉドープｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる下部クラッド層３３３、アンドープのｎ形（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ混晶からなる発光層３２、およびマグネシウム（Ｍｇ）ドープｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる上部クラッド層３３４を積層して形成されている。半導体層３３は、上記の各層３３１，３３２，３３３，３２および３３４から構成されている。
【００５７】
半導体層３３の各層３３１，３３２，３３３，３２および３３４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族元素の原料とし、ホスフィン（ＰＨ3）またはアルシン（ＡｓＨ3）をＶ族元素の原料として、減圧ＭＯＣＶＤ法により成膜した。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。ｎ形のドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を使用した。各層３３１，３３２，３３３，３２および３３４の成膜温度は７３０℃に統一した。緩衝層３３１のキャリア濃度は約３×１０18ｃｍ-3に、また、層厚は約５００ｎｍとした。ＤＢＲ層３３２をなすｎ形Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓ層とｎ形Ａｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層の層厚は各々、約４０ｎｍとした。下部クラッド層３３３のキャリア濃度は約３×１０18ｃｍ-3に、また、層厚は約４００ｎｍとした。発光層３２の層厚は約１０ｎｍとし、キャリア濃度は約１×１０17ｃｍ-3とした。上部クラッド層３３４のキャリア濃度は約４×１０18ｃｍ-3とし、また、層厚は約３μｍとした。
【００５８】
上部クラッド層３３４の表面の全面に、一般的な電子ビーム真空蒸着法により膜厚を約１５ｎｍとするニッケル（Ｎｉ）を被着させた。次に、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してＮｉ膜をパターニングして、直径を２０μｍとする円形の分配電極３７を形成した。分配電極３７は、図５に示すように、台座電極３６の直下領域を除く上部クラッド層３３４の表面上に合計８個、台座電極３６の中心からの半径Ｒを９５μｍとする円周上であって、上部クラッド層３３４の平面上での形状の両対角線上およびその両対角線の間に等間隔で設けた。分配電極３７を形成した後、合金化熱処理を行い、分配電極３７と上部クラッド層３３４とのオーミック接触を形成した。
【００５９】
次に、上部クラッド層３３４上に分配電極３７を形成した後、一般のマグネトロンスパッタリング法により、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなる膜を透明導電膜３４として、上部クラッド層３３４および分配電極３７を覆って被着させた。透明導電膜３４の比抵抗は約４×１０-4Ω・ｃｍであり、層厚は約６００ｎｍとした。一般的なＸ線回折分析法により、透明導電膜３４は＜０００１＞方向（Ｃ軸）に優先的に配向した多結晶膜であることが分かった。透明導電膜３４は２５０℃で成膜した。
【００６０】
次に、透明導電膜３４の全面に、一般的な有機フォトレジスト材料を塗布した後、台座電極３６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。その後、パターニングされたレジスト材料を残置させたままで、全面にチタン（Ｔｉ）膜を電子ビーム真空蒸着法により被着させた。チタン膜の厚さは約６００ｎｍとした。その後、レジスト材料を剥離するに併せて、周知のリフト−オフ手段により台座電極３６の形成予定領域に限定してチタン膜を残留させた。これより、透明導電膜３４上に直径を約１２０μｍとする円形のチタンからなる台座電極３６を形成した。台座電極３６の平面積は約１．１×１０-4ｃｍ2となった。
【００６１】
単結晶基板３１の裏面に金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）合金からなるｎ形オーミック電極３５を形成した後、通常のスクライブ法により裁断して個別に細分化し、半導体発光素子３０となした。半導体発光素子３０は一辺を２６０μｍとする正方形としたことより、透明導電膜３４の平面積は約６．８×１０-4ｃｍ2となり、この透明導電膜３４の平面積から台座電極３６の平面積を差し引いた発光有効面積Ｓは約５．７×１０-4ｃｍ2となった。また、分配電極３７の合計の平面積は０．２５×１０-4ｃｍ2であり、この面積が発光有効面積Ｓに対して占める割合は約４．４％となった。
【００６２】
ｎ形オーミック電極３５および台座電極３６間に順方向に電流を通流したところ、透明導電膜３４の表面から波長を約６２０ｎｍとする赤橙色光が出射された。また、その発光スペクトルの半値幅は、分光器により測定した結果、約２０ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖf：２０ｍＡ当り）は、各分配電極３７の良好なオーミック特性を反映し、約２．１ボルト（Ｖ）となった。また、オーミック性の分配電極３７を半導体発光素子３０の周縁部に配置した効果により、半導体発光素子３０の周縁の領域においても発光が認められ、チップ状態で市販の積分球を利用して視感度補正をした状態で、簡易的に測定される発光の強度は約７４ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。さらに、駆動電流が分配電極３７によって均等に分配されることにより、透明導電膜３４の表面に見られる発光強度は、表面でほぼ均等な発光となっていた。
【００６３】
そして、この第２の構成例による半導体発光素子３０においても、上記した第１の構成例による半導体発光素子２０の場合と同様に、半導体層３３（上部クラッド層２３３）に接触するオーミック性電極の平面積が少ないにも拘わらず、徒にＶfの増加を来すことなく、逆に発光有効面積Ｓを徒に削ぐことのなきようにオーミック性の分配電極３７を配置したがために、高輝度化が顕現されることが明らかである。
【００６４】
図７は平面的に見た分配電極の他の配置例を示す図である。上記の説明では、分配電極７（２７，３７）を台座電極６（２６，３６）の周囲に、個別に分散させて配置し、また台座電極６とは重ならないように配置したが、連続的に分布させて構成してもよいし、また必要に応じて台座電極６と重ねて配置するようにしてもよい。例えば、図７（Ａ）の分配電極７１では、台座電極６を矩形状に囲む帯状枠体７１ａと、その帯状枠体７１ａにさらに直交するように多数分布させた枝７１ｂとで構成してあり、図７（Ｂ）の分配電極７２では、台座電極６の両側に細長く配置した２本の帯状体７２ａと、台座電極６の直下を通過してその２本の帯状体７２ａを連結する連結体７２ｂとで構成してある。また、図７（Ｃ）の分配電極７３では、台座電極６の両側に矩形状の２つの面状体７３ａを配置して構成してあり、図７（Ｄ）の分配電極７４では台座電極６の周囲を矩形状に囲む帯状枠体７４ａとその帯状枠体７４ａの各コーナから放射上に伸びる４本の帯状体７４ｂとで構成してある。さらに、図７（Ｅ）の分配電極７５は台座電極６の直下領域をも含めて全面にハニカム状に形成されている。
【００６５】
このように、分配電極に関しては、個別に分散させて配置するだけでなく、帯状のものを連続的に配置してもよいし、面状のものを配置するようにしてよい。
【００６６】
また、分配電極を個別に分散させて配置する場合は、その一個一個の形状は、正方形や長方形、円形その他任意の形状のものでよく、分散させる際のパターンも放射状や円周状、螺旋状、その他任意のパターンでよい。
【００６７】
次に、この発明の半導体発光素子を用いて作製したＬＥＤランプについて説明する。
【００６８】
図８はこの発明の半導体発光素子を用いて作製した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、半導体発光素子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。
【００６９】
半導体発光素子８１には、第１の構成例で作製した半導体発光素子２０、あるいは第２の構成例で作製した半導体発光素子３０を使用し、この半導体発光素子８１の基板裏面に形成された電極８１ａ（第１の構成例ではｐ形オーミック電極２５、第２の構成例ではｎ形オーミック電極３５）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、また半導体発光素子８１の台座電極８１ｂ（第１の構成例では台座電極２６、第２の構成例では台座電極３６）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。
【００７０】
ところで、従来の半導体発光素子の構成例として、例えば特開昭５７−１１１０７６号公報では台座電極上に覆うように透明導電膜を形成しているが、このように、台座電極上に透明導電膜が存在すると、透明なため透明導電膜がある領域を認識できず、透明導電膜上にワイヤボンディングを行ってしまい、ワイヤが台座電極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、この発明では、透明導電膜上に台座電極を形成し、台座電極のワイヤボンディングを行う面には透明導電膜が存在しないようになっているので、上記の不具合を確実に防止することができる。
【００７１】
このＬＥＤランプ８０は、本発明の半導体発光素子を用いているため、従来のものに比較して発光効率が高く、また寿命特性も向上したものとなっている。
【００７２】
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く寿命特性の向上したものとなる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の半導体発光素子では、半導体層の表面の一部に分配電極を設けることで、透明導電膜と半導体層との間の電気抵抗に比べて、分配電極と半導体層との間の電気抵抗が大幅に小さくなり、台座電極から供給される駆動電流は、その大部分がより電気抵抗の低い、台座電極→透明導電膜→分配電極→半導体層（発光部）の経路を流れるので、発光部での発光を分配電極の周辺で行わせることができる。また、分配電極は、そのほとんどが台座電極とは重ならないように配置するので、台座電極の直下方向での発光は発生せず、したがって、発光の大部分は台座電極に遮られることなく、上方から取り出すことができ、発光効率を大幅に改善することができる。
【００７４】
また、この発光効率については、分配電極の面積を台座電極の面積より小さくするので、従来の発光素子に比べて、より一層良好な効率で外部に光を取り出すことができる。
【００７５】
また、分配電極と半導体層との間の電気抵抗は、小さくなるので、発光素子の順方向電圧を下げることが可能となり、寿命特性を向上することができる。
【００７６】
また、透明導電膜は良好な透光性を備えるものであり、このため、発光部からの発光は、この透明導電膜を通過する間でもほとんど吸収されることがなく、効率よく透明導電膜から上方へ取り出すことができる。
【００７７】
さらに、台座電極から直下方向に流れる駆動電流に基づく発光は、台座電極で遮られて無駄な電力消費となるので、従来は台座電極と発光部との間に絶縁層を設ける等で対策を施し、台座電極から直下方向へ駆動電流が流れるのを強制的に防ぐようにしていたが、この発明では、駆動電流を分配電極に誘導することができ、したがって、絶縁層を設けなくとも、より簡単な構成の下で、台座電極の直下方向に流れる駆動電流をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の半導体発光素子の概略構成を模式的に示す平面図である。
【図２】この発明の半導体発光素子の概略構成を模式的に示す図で、図１のＩ−Ｉ線断面を示す図である。
【図３】この発明の半導体発光素子の第１の構成例を示す平面図である。
【図４】この発明の半導体発光素子の第１の構成例を示す図で、図３のＩＩ−ＩＩ線断面を示す図である。
【図５】この発明の半導体発光素子の第２の構成例を示す平面図である。
【図６】この発明の半導体発光素子の第２の構成例を示す図で、図５のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を示す図である。
【図７】この発明に係る分配電極の他の配置例を示す図である。
【図８】この発明の半導体発光素子を用いたＬＥＤランプを示す図である。
【符号の説明】
１    半導体基板
２    発光部
３    半導体層
４    透明導電膜
６    台座電極
７    分配電極
１０    半導体発光素子
２０    半導体発光素子
２１    単結晶基板
２２    発光層
２３    半導体層
２３１    緩衝層
２３２    下部クラッド層
２３３    上部クラッド層
２４    透明導電膜
２５    ｐ形オーミック電極
２６    台座電極
２７    分配電極
２７１    第１膜
２７２    第２膜
３０    半導体発光素子
３１    単結晶基板
３２    発光層
３３    半導体層
３３１    緩衝層
３３２    ブラッグ反射層
３３３    下部クラッド層
３３４    上部クラッド層
３４    透明導電膜
３５    ｎ形オーミック電極
３６    台座電極
３７    分配電極
７１    分配電極
７２    分配電極
７３    分配電極
７４    分配電極
７５    分配電極
８０    ＬＥＤランプ
８１    半導体発光素子
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
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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