(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体層からなる発光層部と、該発光層部に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層とを有し、前記発光層部からの光を、前記酸化物透明電極層を透過させる形で取り出すようにした発光素子において、
前記発光層部と前記酸化物透明電極層との間に、前記酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるための電極接合層が、該酸化物透明電極層に接するように配置され、前記酸化物透明電極層の接合界面において、前記電極接合層の形成領域と非形成領域とが混在してなり、
前記電極接合層は、該電極接合層を構成する化合物半導体が、Ｉｎを含有したＧａＡｓであり、かつ厚さが０．００１μｍ以上０．０２μｍ以下の範囲に調整されてなり、さらに、
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）により、第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有するものとして前記発光層部が構成され、前記第一導電型クラッド層及び前記第二導電型クラッド層の少なくともいずれかの側に、前記酸化物透明電極層としてのＩＴＯ透明電極層を有し、前記発光層部からの光が、該ＩＴＯ透明電極層を透過させる形で取り出されるとともに、前記発光層部と前記ＩＴＯ透明電極層との間に、Ｉｎを含有したＧａＡｓよりなる電極接合層が、該ＩＴＯ透明電極層と接する形にて形成され、
前記電極接合層の厚さ方向におけるＩｎ濃度分布が、前記ＩＴＯ透明電極層から厚さ方向に遠ざかるにつれ連続的に減少するものとされ、かつ、前記電極接合層の、前記ＩＴＯ透明電極層との境界近傍におけるＩｎ濃度をＣＡとし、これと反対側の境界近傍におけるＩｎ濃度をＣＢとして、ＣＢ／ＣＡが０．８以下とされ、前記電極接合層の前記ＩＴＯ透明電極層との界面近傍におけるＩｎ濃度が、ＩｎとＧａとの合計濃度に対するＩｎの原子比にて、０．１以上０．６以下とされることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記酸化物透明電極層の前記接合界面は、ボンディングパッドの直下領域からなる第一領域と残余の第二領域とを有し、前記第二領域は、前記第一領域より光取り出し量が多く、前記電極接合層は、前記第二領域において、前記第一領域よりも形成面積率が大きいことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記第一領域に前記電極接合層が形成されていないことを特徴とする請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
前記第二領域において少なくとも、前記電極接合層の形成領域と非形成領域とが混在してなることを特徴とする請求項２又は３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第二領域において、前記電極接合層の形成領域が分散形成されてなることを特徴とする請求項３又は４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記電極接合層と、前記第一導電型クラッド層と第二導電型クラッド層とのうち、該電極接合層の形成側に位置するクラッド層との間に、それら電極接合層とクラッド層との中間のバンドギャップエネルギーを有する中間層が形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記中間層を、ＡｌＧａＡｓ層、ＧａＩｎＰ層及びＡｌＧａＩｎＰ層のうち少なくとも一つを含むものとして形成することを特徴とする請求項６記載の発光素子。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法であって、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）により、第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有するものとして発光層部が構成され、前記第一導電型クラッド層及び前記第二導電型クラッド層の少なくともいずれかの側に、前記発光層部に発光駆動電圧を印加するためのＩＴＯ透明電極層を有する発光素子の製造方法において、
前記発光層部上にＧａＡｓ層を、該ＧａＡｓ層の形成領域と非形成領域とが混在するように形成し、当該ＧａＡｓ層と接するように前記ＩＴＯ透明電極層を形成した後に熱処理することにより、前記ＩＴＯ透明電極層から前記ＧａＡｓ層にＩｎを拡散させて、Ｉｎを含有したＧａＡｓよりなる電極接合層となすとともに、
前記電極接合層の厚さ方向におけるＩｎ濃度分布が、前記ＩＴＯ透明電極層から厚さ方向に遠ざかるにつれ連続的に減少するとともに、前記電極接合層の、前記ＩＴＯ透明電極層との境界近傍におけるＩｎ濃度をＣＡとし、これと反対側の境界近傍におけるＩｎ濃度をＣＢとして、ＣＢ／ＣＡが０．８以下となり、前記電極接合層の前記ＩＴＯ透明電極層との界面近傍におけるＩｎ濃度が、ＩｎとＧａとの合計濃度に対するＩｎの原子比にて、０．１以上０．６以下となるように、前記熱処理を、６００℃以上７５０℃以下にて熱処理時間を５秒以上１２０秒以下に設定して行なうことを特徴とする発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は発光素子及び発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ混晶（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１（以下、ＡｌＧａＩｎＰ混晶、あるいは単にＡｌＧａＩｎＰとも記載する）により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ活性層を、それよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、高輝度の素子を実現できる。また、近年では、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）を用いて同様のダブルへテロ構造を形成した青色発光素子も実用化されている。
【０００３】
例えば、ＡｌＧａＩｎＰ発光素子を例に取れば、ｎ型ＧａＡｓ基板上にヘテロエピタキシャル成長させる形にて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層をこの順序にて積層し、ダブルへテロ構造をなす発光層部を形成する。発光層部への通電は、素子表面に形成された金属電極を介して行なわれる。ここで、金属電極は遮光体として作用するため、例えば発光層部主表面の中央部のみを覆う形で形成され、その周囲の電極非形成領域から光を取り出すようにする。
【０００４】
この場合、金属電極の面積をなるべく小さくしたほうが、電極の周囲に形成される光漏出領域の面積を大きくできるので、光取出し効率を向上させる観点において有利である。従来、電極形状の工夫により、素子内に効果的に電流を拡げて光取出量を増加させる試みがなされているが、この場合も電極面積の増大はいずれにしろ避けがたく、光漏出面積の減少により却って光取出量が制限されるジレンマに陥っている。そこで、金属電極に代えて、高導電率のＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウム錫）透明電極層にて発光層部主表面を覆い、光取出効率を高める提案が、例えば特開平６−１８８４５５号あるいは特開平１−２２５１７８号の各公報にてなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らが検討したところによると、ＩＴＯからなる透明導電層は、そのままでは素子側の化合物半導体層との接触抵抗が高くなりやすく、直列抵抗増大による発光効率の低下が避けがたくなることがわかった。例えば特開平１−２２５１７８号公報には、ＩｎＧａＡｓ層よりなる電極接合層を、ＩＴＯ透明導電層の全面に対応させる形で素子側の化合物半導体層との間に介在させ、接触抵抗を減ずる方法が提案されている。しかし、電極接合層はオーミックコンタクト確保のためバンドギャップエネルギーの低いＩｎＧａＡｓ等で構成せざるを得ず、ごく薄く形成しても、光吸収による取出効率の低下が避け難い問題がある。また、透明電極を用いた場合でも、素子化の際には通電用ワイヤを接合するための金属製のボンディングパッドを透明電極上に配置しなければならない。この場合、導電性の良好な金属製のボンディングパッドの形成領域に駆動電圧が集中しやすいため、光取出領域となるパッドの周囲領域では電流が不足して光取出効率が低下しやすく、ひいては透明電極を採用することによる効果が必ずしも十分に発揮できない問題がある。
【０００６】
本発明は、酸化物透明電極層を発光駆動用の電極として有し、かつ酸化物透明電極層による光取出効率の改善効果をより有効に引き出すことができる発光素子と、その製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明の発光素子は、化合物半導体層からなる発光層部と、該発光層部に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層とを有し、発光層部からの光を、酸化物透明電極層を透過させる形で取り出すようにした発光素子において、
発光層部と酸化物透明電極層との間に、酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるための電極接合層が、該酸化物透明電極層に接するように配置され、酸化物透明電極層の接合界面において、電極接合層の形成領域と非形成領域とが混在してなり、
電極接合層は、該電極接合層を構成する化合物半導体が、Ｉｎを含有したＧａＡｓであり、かつ厚さが０．００１μｍ以上０．０２μｍ以下の範囲に調整されていることを特徴とする。
【０００８】
既に説明した通り、ＩＴＯ等の酸化物透明電極層は、素子側の化合物半導体層と直接接合しようとしたとき、良好なオーミック接合が必ずしも形成されず、接触抵抗に基づく直列抵抗増大により発光効率が低下することがある。しかしながら、本発明の発光素子は、酸化物透明電極層の接触抵抗を減ずるための電極接合層を、酸化物透明電極層の素子側に接するように配置することにより、酸化物透明電極層の接触抵抗を下げることができる。さらに、酸化物透明電極層の接合界面において、電極接合層の形成領域と非形成領域とを混在させることにより、電極接合層が、発光層部からの光を吸収しやすい性質を有している場合においても、電極接合層の形成領域直下にて発生した光は、これと隣接する非形成領域から漏出することにより、電極接合層による光吸収を抑制することができる。このように電極接合層を形成することにより素子全体の光取出効率を高めることができる。
【０００９】
電極接合層を酸化物透明電極層の素子側への接合面全面を被覆するように形成すると、上記のものを含め、次のような問題が生ずる。
▲１▼ワイヤ接合用のボンディングパッドの直下領域でも酸化物透明電極層の接触抵抗が改善される結果、駆動電流ひいては発光が該領域に集中しやすくなり、発生した光の多くがボンディングパッドにより遮蔽されて光取出効率の低下を招く。
▲２▼電極接合層として採用する化合物半導体の材質によっては、電極接合層が光吸収体として作用し、同様に光取出効率の低下につながる。
【００１１】
上記の構成によると、光取り出し量が少ないボンディングパッドの直下領域（第一領域）において、光取り出し量が多い残余の領域（第二領域）よりも酸化物透明電極層の接合界面に形成される電極接合層の形成面積率を小さくしたから、第一領域における酸化物透明電極層の接触抵抗が増大する。その結果、発光素子の駆動電流は、第一領域を迂回して第二領域に流れる成分が大きくなり、光取出効率を大幅に高めることができる。なお、光取り出し量が少ない第一領域にはなるべく発光駆動電流が流れないことが光取出効率向上の観点においては望ましい。従って、第一領域には電極接合層が可及的に形成されていないことが望ましい。また、酸化物透明電極層の接合界面のうち、発光層部からの光を外部へ取り出す量が多い第二領域において少なくとも、電極接合層の形成領域と非形成領域とが混在してなることが望ましい。
【００１２】
次に、本発明の発光素子の第二の構成は、化合物半導体層からなる発光層部と、該発光層部に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層とを有し、発光層部からの光を、酸化物透明電極層を透過させる形で取り出すようにした構造を前提とし、発光層部と酸化物透明電極層との間に、酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるための化合物半導体からなる電極接合層が、該酸化物透明電極層に接するように配置され、かつ、酸化物透明電極層の接合界面は、ボンディングパッドの直下領域からなる第一領域と残余の第二領域とを有し、第二領域は、第一領域より光取り出し量が多く、第二領域において少なくとも、電極接合層の形成領域と非形成領域とが混在してなることを特徴とする。電極接合層の形成領域は、分散形成されてなることが好ましい。
【００１３】
上記の構造によると、酸化物透明電極層の接触抵抗低減のために形成する電極接合層が、発光層部からの光を吸収しやすい性質を有している場合においても、電極接合層の形成領域直下にて発生した光は、これと隣接する非形成領域から漏出することにより、電極接合層による吸収を抑制することができる。その結果、素子全体としての光取出効率を高めることができる。
【００１４】
次に、電極接合層は、具体的には、酸化物透明電極層との接合界面においてＡｌを含有せず、かつバンドギャップエネルギーが１．４２ｅＶより小さい化合物半導体からなるものを使用することが、酸化物透明電極層の接触抵抗を減少させる効果に優れ、本発明に好適に採用することができる。このような電極接合層を用いることにより、酸化物透明電極層の接触抵抗を低減できる理由として、以下の理由が考えられる。
▲１▼例えば、従来の発光素子では、酸化物透明電極層はＡｌＧａＡｓ電流拡散層に接する形にて形成されていたが、電流拡散層の透光性を十分に確保するためには、ＡｌＡｓ混晶比を相当高めなければならない。しかしながら、高ＡｌＡｓ混晶比のＡｌＧａＡｓ混晶はＡｌを高濃度にて含有しているため非常に酸化され易く、酸化物透明電極層を形成すると、該層に含有される酸素がＡｌＧａＡｓ電流拡散層中のＡｌ成分と結合して高抵抗率の酸化層が形成される。
▲２▼高ＡｌＡｓ混晶比のＡｌＧａＡｓ混晶は、混晶比にもよるが、電流拡散層として通常使用されるものにおいては、バンドギャップエネルギーが２．０２〜２．１３ｅＶと高いので、酸化物透明電極層との間でオーミック接触又はそれに近い低抵抗率の接触（例えば１０−４Ω・ｃｍ以下：以下、これらを総称してオーミック状接触という）が形成されにくい。また、ＡｌＧａＡｓを用いずにＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に直接酸化物透明電極層を接触させた場合にも、バンドギャップエネルギーが２．３〜２．３５ｅＶと高くかつＡｌを含有するため、上記ＡｌＧａＡｓの場合と同様の問題が生ずる。
【００１５】
そこで、酸化物透明電極層との接合界面において電極接合層を上記の構成とすれば、該電極接合層の該接合界面はＡｌを含有しないので高抵抗率の酸化層は形成されにくく、かつ、バンドギャップエネルギーも小さい（１．４２ｅＶ未満；例えばＩｎ０．５Ｇａ０．５Ａｓを採用した場合、０．７５ｅＶ）ので、オーミック状接触を容易に実現できる。その結果、透明電極層の接触抵抗を大幅に低減することができる。電極接合層を構成する化合物半導体は、酸化物透明電極層との接合界面において、より具体的にはＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）にて構成することができる。
【００１６】
次に、酸化物透明電極層の材質は、酸化錫（ＳｎＯ２）あるいは酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）を主体とするものを使用できる。具体的には、酸化物透明電極層は、ＩＴＯが高導電率であり、本発明に好適に使用できる。ＩＴＯは、酸化錫をドープした酸化インジウム膜であり、酸化錫の含有量を１〜９質量％とすることで、電極層の抵抗率を５×１０−４Ω・ｃｍ以下の十分低い値とすることができる。なお、ＩＴＯ透明電極層以外では、酸化亜鉛（ＺｎＯ）電極層が高導電率であり、本発明に採用可能である。また、酸化アンチモンをドープした酸化錫（いわゆるネサ）、Ｃｄ２ＳｎＯ４、Ｚｎ２ＳｎＯ４、ＺｎＳｎＯ３、ＭｇＩｎ２Ｏ４、酸化イットリウム（Ｙ）をドープしたＣｄＳｂ２Ｏ６、酸化錫をドープしたＧａＩｎＯ３なども酸化物透明電極層の材質として使用することができる。すなわち、酸化物透明電極層はインジウム、錫、亜鉛のいずれかを含むものとすることができる。
【００１７】
これらの酸化物透明電極層は、公知の気相成膜法、例えば化学蒸着法（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）あるいはスパッタリングや真空蒸着などの物理蒸着法（physical vapor deposition：ＰＶＤ）、あるいは分子線エピタキシャル成長法（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）にて形成することができる。例えば、ＩＴＯ透明電極層やＺｎＯ電極層は高周波スパッタリング又は真空蒸着により製造でき、また、ネサ膜はＣＶＤ法により製造できる。また、これら気相成長法に代えて、ゾル−ゲル法など他の方法を用いて形成してもよい。
【００１８】
酸化物透明電極層は、発光層部の主表面の全面を被覆する形にて形成することができる。このように構成すると、酸化物透明電極層に電流拡散層の機能を担わせることができ、従来のような化合物半導体からなる厚い電流拡散層の形成が不要となったり、仮に形成する場合でも、その厚みを大幅に減ずることができるから、工程の簡略化によるコスト削減に寄与し、産業利用上非常に有効である。他方、電極接合層の形成厚さは、オーミック接触を形成するために必要十分な程度であれば、それほど厚くする必要がなく、また、具体的には、化合物半導体が電極接合層を構成する場合、薄層化によりバルク結晶とは異なるバンドギャップエネルギーを示すようにならない程度の厚さを確保すればよく、０．００１μｍ以上（例えばＩｎｘＧａ１−ｘＡｓなどのＩｎを含有したＧａＡｓを用いる場合）あれば十分である。従って、酸化物透明電極層と発光層部との層間距離を従来の発光素子よりも大幅に縮めることができ、直列抵抗低減効果にも優れる。なお、電極接合層の厚さを過剰に大きくすることは、該電極接合層における光吸収が増大する結果、光取出効率の低下を招くので、０．０２μｍ以下とすることが望ましい。
【００１９】
また、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）又はＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）にて構成されている発光層部はいずれも殆どの場合にＡｌを含有するので、酸化劣化の問題を考慮しなければならないが、酸化物透明電極層にて全面的に覆う構成を採用することで、該酸化物透明電極層を上記Ａｌを含有する発光層部に対するパッシベーション膜としても機能させることができる利点がある。
【００２０】
なお、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓは、混晶比によっては上記発光層部をなす化合物半導体との格子定数の差が多少大きくなる化合物半導体ではあるが、厚さ０．００１μｍ以上０．０２μｍ以下の薄層として形成する場合は、格子不整合の影響を比較的小さく留めることができるので、該化合物半導体を用いて電極接合層を形成することが可能である。
【００２１】
なお、化合物半導体層を用いて酸化物透明電極層と直接接する電極接合層を形成する場合、該透明電極層とのオーミック状接触を良好に形成する観点から、前述の通り、バンドギャップエネルギーが１．４２ｅＶより小さい化合物半導体を酸化物透明電極層との接合界面において用いることが望ましい。そして、上記のような薄層化による格子不整合の影響軽減により、ＩｎＧａＡｓのほかにＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂまたはそれらの混晶を用いることも可能である。
【００２２】
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ又はＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮからなる発光層部は、各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ又はＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮにて構成される第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有するものとして形成できる。活性層の両側に形成されるクラッド層とのバンドギャップ差に起因したエネルギー障壁により、注入されたホールと電子とが狭い活性層中に閉じ込められて効率よく再結合するので、非常に高い発光効率を実現できる。さらに、活性層の組成調整により、前者は緑色から赤色領域（ピーク発光波長が５２０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下）にかけて、後者は紫外領域から赤色（ピーク発光波長が３００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）にかけての、それぞれ広範囲の発光波長を実現することができる。
【００２３】
そして、上記構成においては、第一導電型クラッド層及び第二導電型クラッド層の少なくともいずれかと酸化物透明電極層との間に、電極接合層を形成することができる。例えば、ダブルへテロ構造からなる発光層部の片側の主表面のみを光取出面として使用する場合は、該側に位置するクラッド層と酸化物透明電極層との間に該酸化物透明電極層と接する形にて電極接合層を形成した後、酸化物透明電極層を形成することができる。他方、発光層部の両側の主表面を光取出面として使用する場合は、両側のクラッド層のそれぞれに対応して酸化物透明電極層を形成するとともに、各酸化物透明電極層とクラッド層との間には、酸化物透明電極層に接する電極接合層を形成することができる。
【００２４】
また、電極接合層と、第一導電型クラッド層と第二導電型クラッド層とのうち、該電極接合層の形成側に位置するクラッド層との間には、それら電極接合層とクラッド層との中間のバンドギャップエネルギーを有する中間層を形成することができる。ダブルへテロ構造の発光層部は、活性層へのキャリア閉じ込め効果を高めて内部量子効率を向上させるために、クラッド層と活性層との間の障壁高さを一定以上に高める必要がある。図１２の模式バンド図（Ｅｃは伝導帯底、Ｅｖは価電子帯頂の各エネルギーレベルを示す）に示すように、このようなクラッド層（例えばＡｌＧａＩｎＰ）に電極接合層（例えばＩｎＧａＡｓ）を直接接合すると、クラッド層と電極接合層との間に、接合によるバンドの曲がりにより、比較的高いヘテロ障壁が形成される場合がある。この障壁高さΔＥは、クラッド層と電極接合層との間のバンド端不連続値が大きくなるほど高くなり、キャリアの移動、特に有効質量のより大きいホールの移動を妨げやすくなる。例えば金属電極を使用する場合は、クラッド層の全面を金属電極で覆うと光取出しができなくなるので、部分的な被覆となるように電極形成せざるを得ない。この場合、光取出し効率向上のため、電極の面内方向外側への電流拡散を何らかの形で促進しなければならない。例えば、金属電極の場合も、発光層部との間にＧａＡｓ等の電極接合層が形成されることが多いが、金属電極の場合は、電極接合層と発光層部との間に、ある程度高い障壁が形成された方が、障壁によるキャリアのせき止め効果により面内方向の電流拡散を促進できる利点がある。しかし、高い障壁形成のため、直列抵抗の増加は避け難い。
【００２５】
これに対し、ＩＴＯ透明電極層を用いる場合は、ＩＴＯ透明電極層自体が非常に高い電流拡散能を有しているため、障壁によるキャリアのせき止め効果はほとんど考慮する必要がない。しかも、ＩＴＯ透明電極層の採用により、光取出領域の面積は金属電極使用時と比較して大幅に増加している。そこで、図１３に示すように、電極接合層とクラッド層との間に、それら電極接合層とクラッド層との中間のバンドギャップエネルギーを有する中間層を挿入すると、電極接合層と中間層、及び中間層とクラッド層とのそれぞれはバンド端不連続値が小さくなるので、各々形成される障壁高さΔＥも小さくなる。その結果、直列抵抗が軽減されて、低い駆動電圧にて十分に高い発光強度を達成することが可能となる。
【００２６】
上記中間層を採用することによる効果は、ダブルへテロ構造の発光層部の中でも、特に電極接合層をなすＩｎを含有したＧａＡｓとの格子整合性が比較的良好なＡｌＧａＩｎＰにて発光層部を形成する場合に顕著である。この場合、発光層部と、電極接合層との中間のバンドギャップエネルギーを有する中間層として、具体的には、ＡｌＧａＡｓ層、ＧａＩｎＰ層及びＡｌＧａＩｎＰ層（バンドギャップエネルギーがクラッド層より小さくなるように組成調整されたもの）の少なくとも一つを含むものを好適に採用することができ、例えばＡｌＧａＡｓ層を含むものとして形成することができる。また、これ以外の発光層部、例えば、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮからなるダブルへテロ構造の発光層部にも適用可能である。この場合、中間層は、例えばＩｎＧａＡｌＮ層（バンドギャップエネルギーがクラッド層より小さくなるように組成調整されたもの）を含むものが採用可能である。
【００２７】
次に、本発明の発光素子の製造方法は、上記本発明の発光素子の製造方法であって、
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）により、第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有するものとして発光層部が構成され、第一導電型クラッド層及び第二導電型クラッド層の少なくともいずれかの側に、発光層部に発光駆動電圧を印加するためのＩＴＯ透明電極層を有する発光素子の製造方法において、
発光層部上にＧａＡｓ層を、厚さが０．００１μｍ以上０．０２μｍ以下となり、かつ該ＧａＡｓ層の形成領域と非形成領域とが混在するように形成し、当該ＧａＡｓ層と接するようにＩＴＯ透明電極層を形成した後に熱処理することにより、ＩＴＯ透明電極層からＧａＡｓ層にＩｎを拡散させて、Ｉｎを含有したＧａＡｓよりなる電極接合層となすとともに、
電極接合層の厚さ方向におけるＩｎ濃度分布が、ＩＴＯ透明電極層から厚さ方向に遠ざかるにつれ連続的に減少するものとなるように、熱処理が行なわれることを特徴とする。
【００２８】
上記本発明の発光素子の製造方法においては、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部上に、ＧａＡｓ層を形成し、そのＧａＡｓ層と接するようにＩＴＯ透明電極層を形成する。発光層部は例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成されるものであり、その上（ただし、格子整合する別の層が介在していてもよい）に形成されるＧａＡｓ層とともに、例えば周知のＭＯＶＰＥ法にて形成できる。ＧａＡｓ層はＡｌＧａＩｎＰ発光層部と格子整合が極めて容易であり、ＩｎＧａＡｓを直接エピタキシャル成長する場合と比較して、均質で連続性のよい膜を形成できる。
【００２９】
そして、そのＧａＡｓ層上にＩＴＯ透明電極層を形成した後、熱処理することにより、ＩＴＯ透明電極層からＧａＡｓ層にＩｎを拡散させて電極接合層とする。このように熱処理して得られるＩｎを含有したＧａＡｓよりなる電極接合層は、Ｉｎ含有量が過剰とならず、発光層部との格子不整合による、発光強度低下などの品質劣化を効果的に防止することができる。ＧａＡｓ層と発光層部との格子整合は、発光層部が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０．４５≦ｙ≦０．５５）にて構成される場合に特に良好となるので、混晶比ｙを上記の範囲に設定して、発光層部（クラッド層あるいは活性層）を形成することが望ましいといえる。
【００３０】
上記の熱処理は、電極接合層の厚さ方向におけるＩｎ濃度分布が、図１６の▲１▼に示すように、ＩＴＯ透明電極層から厚さ方向に遠ざかるにつれ連続的に減少するものとなるようにする（つまり、Ｉｎ濃度分布に傾斜をつける）ことが望ましい。こうした構造は、熱処理により、ＩＴＯ側から電極接合層側へＩｎを拡散させることにより形成される。
【００３１】
この場合、本発明の発光素子は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）により、第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有するものとして発光層部が構成され、第一導電型クラッド層及び第二導電型クラッド層の少なくともいずれかの側に、発光層部に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層としてのＩＴＯ透明電極層を有し、発光層部からの光が、該ＩＴＯ透明電極層を透過させる形で取り出されるとともに、発光層部とＩＴＯ透明電極層との間に、Ｉｎを含有したＧａＡｓよりなる電極接合層が、該ＩＴＯ透明電極層と接する形にて形成され、電極接合層の厚さ方向におけるＩｎ濃度分布が、ＩＴＯ透明電極層から厚さ方向に遠ざかるにつれ連続的に減少するものとされる。これは、ＡｌＧａＩｎＰよりなる発光層部側にて、電極接合層のＩｎ濃度分布が小さくなること、つまり、発光層部との格子定数差が縮まることを意味する。このようなＩｎ濃度分布の電極接合層を形成することにより、発光層部との格子整合性をより高めることができる利点を生ずる。熱処理温度が過度に高くなったり、あるいは熱処理時間が長大化すると、ＩＴＯ透明電極層からのＩｎ拡散が過度に進行して、図１６の▲３▼に示すように、電極接合層内のＩｎ濃度分布が厚さ方向にほぼ一定の高い値を示すようになり、上記の効果は得られなくなる（なお、熱処理温度が過度に低くなったり、あるいは熱処理時間が過度に短時間化すると、図１６の▲２▼に示すように、電極接合層内のＩｎ濃度が不足することにつながる）。
【００３２】
この場合、図１６において、電極接合層の、ＩＴＯ透明電極層との境界近傍におけるＩｎ濃度をＣＡとし、これと反対側の境界近傍におけるＩｎ濃度をＣＢとしたとき、ＣＢ／ＣＡが０．８以下となるように調整することが望ましく、該形態のＩｎ濃度分布が得られるように、前述の熱処理を行なうことが望ましい。ＣＢ／ＣＡが０．８を超えると、Ｉｎ濃度分布傾斜による発光層部との格子整合性改善効果が十分に得られなくなる。なお、電極接合層の厚さ方向の組成分布（ＩｎあるいはＧａ濃度分布）は、層を厚さ方向に徐々にエッチングしながら、二次イオン質量分析（Secondary Ion Mass Spectroscopy：ＳＩＭＳ）、オージェ電子分光分析（Auger Electron Spectroscopy）、Ｘ線光電子分光（X-ray Photoelectron Spectroscopy：ＸＰＳ）などの周知の表面分析方法により測定することができる。
【００３３】
電極接合層のＩＴＯ透明電極層との境界近傍におけるＩｎ濃度は、ＩｎとＧａとの合計濃度に対するＩｎの原子比にて、０．１以上０．６以下とされることが望ましく、上記の熱処理もこのようなＩｎ濃度が得られるように行なうことが望ましい。上記定義によるＩｎ濃度が０．１未満になると、電極接合層の接触抵抗低減効果が不十分となり、０．６を超えると電極接合層と発光層部との格子不整合による、発光強度低下などの品質劣化が甚だしくなる。なお、電極接合層のＩＴＯ透明電極層との境界近傍におけるＩｎ濃度が、ＩｎとＧａとの合計濃度に対するＩｎの原子比にて、例えば前述の望ましい値（０．１以上０．６以下）を確保できるのであれば、電極接合層の、ＩＴＯ透明電極層に面しているのと反対側の境界近傍でのＩｎ濃度ＣＢがゼロとなっていること、つまり、図１７に示すように、電極接合層のＩＴＯ透明電極層側にＩｎＧａＡｓ層が形成され、反対側の部分がＧａＡｓ層となる構造となっていても差し支えない。
【００３４】
ＩＴＯは、前述の通り酸化スズをドープした酸化インジウム膜であり、ＩＴＯ透明電極層をＧａＡｓ層上に形成し、さらにこれを適正な温度範囲にて熱処理することにより、上記望ましいＩｎ濃度を有した電極接合層を容易に形成できる。また、この熱処理により、ＩＴＯ透明電極層の電気抵抗率をさらに低減できる。熱処理は、６００℃以上７５０℃以下にて行なうことが望ましい。熱処理温度が７５０℃を超えるとＧａＡｓ層へのＩｎの拡散速度が大きくなりすぎ、電極接合層中のＩｎ濃度が過剰となりやすくなる。また、Ｉｎ濃度が飽和して、電極接合層の厚さ方向に傾斜したＩｎ濃度分布も得にくくなる。いずれも、電極接合層と発光層部との格子整合が悪化することにつながる。また、ＧａＡｓ層へのＩｎの拡散が過度に進みすぎると、電極接合層との接触部付近にてＩＴＯ透明電極層のＩｎが枯渇し、電極の電気抵抗値の上昇が避けがたくなる。さらに、熱処理温度が上記のように高温になりすぎると、ＩＴＯの酸素がＧａＡｓ層へ拡散して酸化が促進され、素子の直列抵抗が上昇しやすくなる。いずれも適正な電圧で発光素子を駆動できなくなる不具合につながる。また、熱処理温度が極端に高くなると、ＩＴＯ透明電極層の電気抵抗率がかえって悪化する場合がある。他方、熱処理温度が６００℃未満になると、ＧａＡｓ層へのＩｎの拡散速度が小さくなりすぎ、接触抵抗を十分に低下させた電極接合層を得るのに長時間を要するようになるので、製造能率の低下が甚だしくなる。
【００３５】
また、熱処理時間は、５秒以上１２０秒以下に設定することが望ましい。熱処理時間が１２０秒以上になると、特に、熱処理温度が上限値に近い場合、ＧａＡｓ層へのＩｎの拡散量が過剰となりやすくなる（ただし、熱処理温度を低めに留める場合は、これよりも長い熱処理時間（例えば３００秒程度まで）を採用することも可能である。他方、熱処理時間が５秒未満になると、ＧａＡｓ層へのＩｎの拡散量が不足し、接触抵抗を十分に低下させた電極接合層が得にくくなる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施形態である発光素子１００の主要部を示す概念図である。発光素子１００は、ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板（以下、単に基板という）１の第一主表面上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２を介して発光層部２４が形成されている。そして、その発光層部２４の第一主表面側に、電極接合層としてのＩｎＧａＡｓ層７と酸化物透明電極層としてのＩＴＯ透明電極層８とがこの順序にて形成され、さらに、ＩＴＯ透明電極層８のほぼ中央部に電極ワイヤを接合するためのＡｕ等にて構成されたボンディングパッド１６が配置されている。他方、基板１の第二主表面側には、Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金等の金属からなる反射層を兼ねた裏面電極層１５が全面に形成されている。
【００３７】
ここで、ＩＴＯ透明電極層８は、発光層部２４の主表面の全面を覆う形にて形成されている。他方、電極接合層としてのＩｎＧａＡｓ層７は、ボンディングパッド１６の直下領域をなす光取り出し量が少ない第一領域には形成されず、その周囲の光取り出し量が多い第二領域にのみ選択的に形成されている。さらに、該第二領域においてＩｎＧａＡｓ層７は、その形成領域と非形成領域とが混在した形となっている。従って、ＩｎＧａＡｓ層７の非形成領域においてはＩＴＯ透明電極層８が発光層部２４と直接接触する形となっている。
【００３８】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＩｎＧａＡｓ層７の形成領域は、ＩＴＯ透明電極層８の接合界面において分散形成することにより、発光層部２４における発光をより均一化し、かつＩｎＧａＡｓ層７の非形成領域からより均一に光を取り出すことができる。図２（ａ）はＩｎＧａＡｓ層７の形成領域を散点状とした例であり、（ｂ）は細長い帯状のＩｎＧａＡｓ層７の形成領域と、同形態の非形成領域とを交互に形成した例である。さらに、（ｃ）は、（ａ）とは逆に、ＩｎＧａＡｓ層７の形成領域を背景として、散点状の非形成領域をこれに分散形成した例である。ここではＩｎＧａＡｓ層７の形成領域を格子状に形成している。
【００３９】
次に、発光層部２４は、各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ混晶とされるとともに、第一導電型クラッド層６、第二導電型クラッド層４、及び第一導電型クラッド層６と第二導電型クラッド層４との間に位置する活性層５からなるダブルへテロ構造とされている。具体的には、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）混晶からなる活性層５を、ｐ型（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰクラッド層６とｎ型（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰクラッド層４とにより挟んだ構造となっている。図１の発光素子１００では、ＩＴＯ透明電極層８側にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置されており、裏面電極層１５側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。従って、通電極性はＩＴＯ透明電極層８側が正である。なお、当業者には自明のことであるが、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１０１３〜１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。
【００４０】
なお、図１の発光素子１００において、各層の厚さの実例として以下のような数値を例示できる：
・ＩｎＧａＡｓ層７＝厚さｔ：約０．００５μｍ
・ＩＴＯ透明電極層８＝厚さ：０．２μｍ、酸化錫含有率：７質量％（残部：酸化インジウム）；
・ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６＝１μｍ；
・ＡｌＧａＩｎＰ活性層５＝０．６μｍ；
・ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４＝１μｍ；
【００４１】
以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図１に示すように、ＡｌＧａＩｎＰ混晶と格子整合する化合物半導体単結晶基板であるＧａＡｓ単結晶基板１の第一主表面１ａに、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２を例えば０．５μｍ、次いで、発光層部２４として、１μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４、０．６μｍのＡｌＧａＩｎＰ活性層（ノンドープ）５、及び１μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、さらにＩｎＧａＡｓ層７’（図３（ａ））をｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６上に厚さ０．００５μｍにてエピタキシャル成長させ、図３（ａ）の状態とする。これら各層のエピタキシャル成長は、公知の有機金属気相エピタキシャル成長（Metalorganic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ）法により行なうことができる。
【００４２】
次いで、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ＩｎＧａＡｓ層７’に対し公知のフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングを施すことにより、図２（ａ）〜（ｃ）に例示したようなＩｎＧａＡｓ層７の形成領域及び非形成領域の形成パターンを、発光素子チップとなるべき領域毎に形成する。具体的には、図３（ｂ）に示すようにＩｎＧａＡｓ層７’上にフォトレジスト層３０を形成し、さらにガラス基板上にワックス等を用いて基板１を固定する。次いでフォトレジスト層３０上にマスクをかぶせて露光・現像することにより、図５（ａ）に示すように、ＩｎＧａＡｓ層７を形成しない領域にＩｎＧａＡｓ層７’が露出するようにフォトレジスト層３０にマスクパターンを転写する。その後、該ＩｎＧａＡｓ層７’の露出している部分をエッチングし、さらにフォトレジスト層３０を除去すれば、図５（ｂ）に示すようにパターニングされたＩｎＧａＡｓ層７が得られる。
【００４３】
次に、図３（ｄ）及び図６に示すように、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６とＩｎＧａＡｓ層７の両主表面に、公知の高周波スパッタリング法（例えば、ターゲット組成（Ｉｎ２Ｏ３＝９０．２質量％，ＳｎＯ２＝９．８質量％）、ｒｆ周波数１３．５６ＭＨｚ、Ａｒ圧力０．６Ｐａ、スパッタ電力３０Ｗ）により、ＩＴＯ透明電極層８を例えば厚さ０．２μｍ程度にて形成する。なお、膜形成後に窒素雰囲気中３００℃〜５００℃の温度で熱処理を施すことにより、約１桁抵抗率を低減することができる。
【００４４】
また、図３（ｅ）に示すように、基板１の第二主表面に真空蒸着法により裏面電極層１５を形成し、他方、第一主表面側のＩＴＯ透明電極層８上には、各発光素子チップに対応する領域毎にボンディングパッド１６を配置し、適当な温度で電極定着用のベーキングを施すことにより、図３（ｆ）に示す発光素子ウェーハ５０が得られる。該発光素子ウェーハ５０は、各発光素子チップ領域を分離するために図４（ａ）に示すようにハーフダイシングされ、さらに（ｂ）に示すようにダイシング面の加工歪をメサエッチングにより除去した後、（ｃ）に示すスクライビングにより発光素子チップ５１に分離される。そして、（ｄ）に示すように、裏面電極層１５（図３参照）をＡｇペースト等の導電性ペーストを用いて支持体を兼ねた端子電極９ａに固着する一方、ボンディングパッド１６と別の端子電極９ｂとにまたがる形態でＡｕワイヤ４７をボンディングし、（ｅ）に示すように樹脂モールド５２を形成することにより発光素子１００が得られる。
【００４５】
上記発光素子１００の構成によると、ＩｎＧａＡｓ層７の形成によりＩＴＯ透明電極層８の接触抵抗が下がり、発光層部２４への通電電流密度が向上して高輝度の発光素子を実現できる。また、光取り出し量が多い第二領域においてＩｎＧａＡｓ層７の形成領域と非形成領域とを混在させることにより、発光層部２４で生じた光はＩｎＧａＡｓ層７を透過する経路と、非形成領域においてＩｎＧａＡｓ層７を迂回する経路との２通りの経路にて取り出される。このうち、後者においては、ＩｎＧａＡｓ層７を透過する際の光吸収を生じないので、光取出効率を向上させることができる。
【００４６】
一方、ボンディングパッド１６は発光層部２４からの光の大部分を遮蔽するため、発光層部２４においてボンディングパッド１６の直下領域、つまり光取り出し量が少ない第一領域に通電電流が集中しないこと、むしろ、ボンディングパッド１６の周囲の光取り出し量が多い第二領域に通電電流がなるべく多く分配されることが、光取出効率を高める上で望ましい。そこで、図１の発光素子１００においては、ボンディングパッド１６の直下領域においてＩｎＧａＡｓ層７を作為的に非形成とすることで、この領域ではＩＴＯ透明電極層８の接触抵抗が高くなり電流が流れにくくなる。その結果、ＩＴＯ透明電極層８を介して発光層部２４に通電される電流は、光取り出し量が少ない第一領域を迂回して光取り出し量が多い第二領域に優先的に分配され、光取出効率を高めることができる。
【００４７】
また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６の全面がＩＴＯ透明電極層８により覆われてなり、このＩＴＯ透明電極層８を介して駆動電圧が印加される。駆動電圧による駆動電流は導電性の良好なＩＴＯ透明電極層８の全面に均一に拡散するので、光取出面の全体にわたって均一な発光が得られるとともに、電極層８が透明なので光取出効率が向上する。さらに、ＩＴＯ透明電極層８は、バンドギャップが比較的狭いＩｎＧａＡｓ層７に対しオーミック状接触状態を形成するため、接触部の直列抵抗が小さく抑えられ、発光効率が大幅に高められている。
【００４８】
さらに、従来の発光素子のような厚い電流拡散層が不要となるため、ＩＴＯ透明電極層（酸化物透明電極層）と発光面までの距離を大幅に短くできる。その結果、直列抵抗の低減を図ることができる。なお、発光面は、以下のように定義する。まず、発光層部２４が上記のようなダブルへテロ構造を有する場合には、酸化物透明電極層（ＩＴＯ透明電極層８）に近い側のクラッド層／活性層界面（ＩＴＯ透明電極層８からみればｐ型クラッド層６と活性層５との界面である）を発光面として定義する。他方、本発明は、上記のようなダブルへテロ構造型の発光層部を有するものに限らず、シングルへテロ構造型の発光部を有する発光素子にも適用可能であるが、この場合は、そのヘテロ接合界面を発光面として定義する。そして、本発明の採用により、酸化物透明電極層と電極接合層との界面から発光面までの距離は、具体的には３μｍ以下の小さな値とすることが可能となる。
【００４９】
なお、電極接合層であるＩｎＧａＡｓ層７は、適当なドーパントの添加により、これと接する各クラッド層６とそれぞれ同じ導電型を有するものとして形成してもよいが、ＩｎＧａＡｓ層７を上記のような薄層として形成する場合は、これらをドーパント濃度の低い低ドープ層（例えば１０１７個／ｃｍ３以下；あるいはノンドープ層（１０１３個／ｃｍ３〜１０１６個／ｃｍ３））として形成しても直列抵抗の過度の増加を招かないので、問題なく採用可能である。他方、低ドープ層とした場合、発光素子の駆動電圧によっては、以下のような効果が達成できる。すなわち、電極接合層を低ドープ層とすることで、層の電気抵抗率自体は高くなるので、これを挟む電気抵抗率の小さいクラッド層あるいはＩＴＯ透明電極層に対して、電極接合層の層厚方向に印加される電界（すなわち、単位距離当たりの電圧）が相対的に高くなる。このとき、電極接合層を、バンドギャップの比較的小さいＩｎＧａＡｓにより形成しておくと、上記電界の印加により電極接合層のバンド構造に適度な曲がりが生じ、より良好なオーミック状接合を形成することができる。
【００５０】
なお、図１においては光取り出し量が少ない第一領域（ボンディングパッド１６の直下領域）からＩｎＧａＡｓ層７が排除されていたが、該直下領域への過度の電流集中が生じなければ、図７に示すように、第一領域にもＩｎＧａＡｓ層７を形成することができる。この場合、ＩｎＧａＡｓ層７の形成領域の面積率が、光取り出し量が少ない第一領域において光取り出し量が多い第二領域よりも小さくなっていればよい。
【００５１】
また、ＩｎＧａＡｓ層７の厚みを非常に小さくできる場合、あるいはＩｎＧａＡｓ以外の光吸収の小さい電極接合層を使用できる場合など、電極接合層による光吸収の影響がそれほど問題にならない場合は、図８に示すように、光取り出し量が多い第二領域の全面を電極接合層（図ではＩｎＧａＡｓ層７）により覆うようにしてもよい。また、図９に示すように、ＩＴＯ透明電極層と接触する通電端子６０の形状の工夫により、ボンディングパッドを廃止できる場合や、あるいはボンディングパッド１６による光遮蔽を考慮する必要がない場合等においては、ＩＴＯ透明電極層８の全面にＩｎＧａＡｓ層７の形成領域を分散させることも可能である。
【００５２】
また、図１の発光素子１００においては、ダブルへテロ構造をなす発光層部２４の各層をＡｌＧａＩｎＰ混晶にて形成していたが、ダブルへテロ構造をなす発光層部の各層（ｐ型クラッド層、活性層及びｎ型クラッド層）をＡｌＧａＩｎＮ混晶により形成することにより、青色あるいは紫外発光用のワイドギャップ型発光素子を構成することもできる。発光層部は、図１の発光素子１００と同様にＭＯＶＰＥ法により形成される。また、活性層は上記実施形態では単一層として形成していたが、これを、バンドギャップエネルギーの異なる複数の化合物半導体層が積層されたもの、具体的には、量子井戸構造を有するものとして構成することもできる。
【００５３】
なお、ＩｎＧａＡｓ層とＡｌＧａＩｎＰ層とを直接接合した場合、接合界面にやや高いヘテロ障壁が形成され、これに起因して直列抵抗成分が増大する場合がありうる。そこで、これを低減する目的で、図１０に示すようにＩＴＯ透明電極層８と接する電極接合層７と、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６との間に、両者の中間のバンドギャップエネルギーを有する中間層１１を挿入することができる。中間層１１は、例えばＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰの少なくとも１つを含むものとして構成でき、例えば中間層の全体を単一のＡｌＧａＡｓ層として構成できる。この構造を採用する場合でも、それら中間層の厚さはそれぞれ０．１μｍ以下（０．０１μｍ以上：これ以上薄くなると、バルクのバンド構造が失われ、所期の接合構造が得られなくなる）とすることが可能なため、薄層化によるエピタキシャル成長時間の短縮、ひいては生産性の向上を図ることができ、中間層形成による直列抵抗の増分も少なくできるため、発光効率も損なわれにくい。本発明においては、光取出面側に形成されたＩＴＯ透明電極層８の一部領域のみに電極接合層７を形成しており、発光通電の際の電流密度はこれら電極接合層７の形成領域において選択的に高くなる傾向にある。もし、電極接合層７とＡｌＧａＩｎＰクラッド層６との間に形成されるヘテロ障壁が高いと、電流集中の影響により、該電極接合層７とＡｌＧａＩｎＰクラッド層６との接合界面を通過する際の電圧降下が一層甚だしくなり、見かけの直列抵抗がより大きくなりやすい問題がある。従って、電極接合層７をＩＴＯ透明電極層８の全面に形成する場合よりも、中間層１１の形成によりヘテロ障壁高さを減ずることの効果が一層顕著であるといえる。
【００５４】
なお、中間層１１は、厚さがごく小さい場合など、光吸収にそれほど悪影響を及ぼす心配が無い場合は、図１０に示すように、発光層部２４の全面を覆うように形成することができる。このようにすると、電極接合層７のみをパターニングすればよいので、例えば化学エッチングの場合、電極接合層７に対するエッチャントにて中間層１１を十分にエッチングできない場合でも、製造が容易である。他方、図１１に示すように、中間層１１を電極接合層７の形成領域にのみ形成することもでき、中間層１１による光吸収の影響をより小さくすることができる。この場合、電極接合層７と中間層１１とを発光層部２４の全面を覆うように形成しておき、前述のフォトリソグラフィーにより、両者を各々パターニングすればよい。この場合は、気相エッチングにより電極接合層７と中間層１１とを同時にエッチングしてもよいし、化学エッチングの場合は、電極接合層７と中間層１１とでエッチャントを交換して順次エッチングを行なうことも可能である。また、化学エッチングにより電極接合層７をパターニングする際に、中間層１１は、発光層部２４側への腐食の進行を停止させるストップ層として利用できる場合がある。例えば、電極接合層７をＩｎを含有したＧａＡｓにて構成する場合、中間層１１をＡｌＧａＡｓにて構成しておけば、アンモニア／過酸化水素をエッチャントとすることで、中間層１１をストップ層として電極接合層７のみを選択エッチングすることができる。
【００５５】
（実施の形態２）
実施の形態１の電極接合層はＭＯＶＰＥ法で形成したＩｎＧａＡｓ層であったが、これを以下のような電極接合層として形成することも可能である。すなわち、図５（ｂ）を援用して説明すると、ＩｎＧａＡｓ層７に代えてＧａＡｓ層７”を、同様にパターニングした形で形成し、図６と同様にＩＴＯ透明電極層８を形成して図１４の積層体ウェーハ１３とする。
【００５６】
そして、図１５に示すように、この積層体ウェーハ１３を炉Ｆの中に配置し、例えば窒素雰囲気中あるいはＡｒ等の不活性ガス雰囲気中にて、６００℃以上７５０℃以下（例えば７００℃）の低温で、５秒以上１２０秒以下（例えば３０秒）の短時間の熱処理を施す。これにより、ＩＴＯ透明電極層８からＧａＡｓ層７”にＩｎが拡散し、Ｉｎを含有したＧａＡｓよりなる電極接合層７が得られる。該電極接合層７は、図１６▲１▼において、ＩＴＯ透明電極層との界面近傍におけるＩｎ濃度が、ＩｎとＧａとの合計濃度に対するＩｎの原子比にて、０．１以上０．６以下とされる。また、Ｉｎ濃度は、ＩＴＯ透明電極層から厚さ方向に遠ざかるにつれ連続的に減少するものとなっており、ＩＴＯ透明電極層８（図１）との各境界近傍におけるＩｎ濃度をＣＡとし、これと反対側の境界近傍（つまり、クラッド層６（図１）との各境界近傍）におけるＩｎ濃度をＣＢとしたとき、ＣＢ／ＣＡが０．８以下となるように調整されている。電極接合層７の厚さｔは、０．００１μｍ以上０．０２μｍ以下（望ましくは０．００５μｍ以上０．０１μｍ以下）である。
【００５７】
電極接合層７は、ＡｌＧａＩｎＰよりなる発光層部２４に対し、格子整合性の良好なＧａＡｓ層７”をまず形成し、ＩＴＯ透明電極層を形成した後、比較的低温で短時間の熱処理を施すことにより、Ｉｎ含有量が過剰でなく、しかも均質で連続性の良好なものとなる。その結果、発光層部２４との格子不整合による、発光強度低下などの品質劣化を効果的に防止することができる。
【００５８】
電極接合層７は、適当なドーパントの添加により、これと接する各クラッド層６，４とそれぞれ同じ導電型を有するものとして形成してもよいが、これら電極接合層７を上記のような薄層として形成する場合は、これらをドーパント濃度の低い低ドープ層（例えば１０１７個／ｃｍ３以下；あるいはノンドープ層（１０１３個／ｃｍ３〜１０１６個／ｃｍ３））として形成しても直列抵抗の過度の増加を招かないので、問題なく採用可能である。他方、低ドープ層とした場合、発光素子の駆動電圧によっては、以下のような効果が達成できる。すなわち、電極接合層７を低ドープ層とすることで、層の電気抵抗率自体は高くなるので、これを挟む電気抵抗率の小さいクラッド層あるいはＩＴＯ透明電極層８に対して、電極接合層７の層厚方向に印加される電界（すなわち、単位距離当たりの電圧）が相対的に高くなる。このとき、電極接合層７を、バンドギャップの比較的小さいＩｎを含有したＧａＡｓにより形成しておくと、上記電界の印加により電極接合層のバンド構造に適度な曲がりが生じ、より良好なオーミック状接合を形成することができる。そして、図１６に示すように、電極接合層７のＩｎ濃度が、ＩＴＯ透明電極層８との接触側にて高められていることで、該効果が一層顕著なものとなる。なお、本実施形態においても、実施の形態１と全く同様に、中間層１１を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の一例を積層構造にて示す模式図。
【図２】図１の発光素子の、電極接合層の形成パターンをいくつか例示した模式図。
【図３】図１の発光素子の製造工程を示す模式図。
【図４】図３に続く模式図。
【図５】フォトリソグラフィーによる電極接合層のパターニング方法を説明する図。
【図６】パターニングされた電極接合層上にＩＴＯ透明電極層８を形成した状態を示す図。
【図７】図１の発光素子の、第一の変形例を示す図。
【図８】図１の発光素子の、第二の変形例を示す図。
【図９】図１の発光素子の、第三の変形例を示す図。
【図１０】図１の発光素子の、第四の変形例を示す図。
【図１１】図１の発光素子の、第五の変形例を示す図。
【図１２】電極接合層のバンド構造の第一例を示す模式図。
【図１３】電極接合層のバンド構造の第二例を示す模式図。
【図１４】ＧａＡｓ層にＩＴＯ透明電極層からのＩｎを拡散させて電極接合層とする製造工程を示す模式図。
【図１５】図１４に続く模式図。
【図１６】図１４及び図１５の工程により製造した電極接合層のＩｎ濃度分布の一例を、比較例と共に示す模式図。
【図１７】同じく電極接合層のＩｎ濃度分布の別例を示す模式図。
【符号の説明】
４  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第二導電型クラッド層）
５  ＡｌＧａＩｎＰ活性層
６  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第一導電型クラッド層）
７  ＩｎＧａＡｓ層（電極接合層）
８  ＩＴＯ透明電極層（酸化物透明電極層）
１１  中間層
２４  発光層部
１００  発光素子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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