(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層上に、金属薄膜を介して、酸化物を含む窓層と、窓層上に電極を有するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードにおいて、金属薄膜がＩＩＩ族化合物半導体結晶層の表面に接して電極の射影領域以外の領域に設けられており、窓層が異なる酸化物からなる二層構造であり、電極の射影領域におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層の少なくとも表層部には、イオンを注入した領域が設けられていることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層がｎ形層であり、イオン注入されている元素がアクセプター不純物であり、かつ金属薄膜とは異なる元素であ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】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層がｐ形層であり、イオン注入されている元素がドナー不純物であり、かつ金属薄膜とは異なる元素であ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】
水素または酸素がイオン注入されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項５】
イオンを注入した領域を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層が、ｎ形の燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ：０＜Ｘ≦１）からなる上部クラッド層であることを特徴とする請求項１、２、４のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項６】
イオンを注入する領域の平面積が、電極の底面積の０．７倍以上で１．２倍以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項７】
二層構造が、屈折率を異にする酸化物層を重層させたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項８】
二層構造の上層が下層よりも屈折率が小さいことを特徴とする請求項７に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項９】
二層構造が、酸化インジウム錫複合酸化物（略称：ＩＴＯ）からなる層を上層とし、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる層を下層として構成されている、ことを特徴とする請求項８に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項１０】
二層構造の下層をなす酸化亜鉛（ＺｎＯ）層がガリウム（元素記号：Ｇａ）又はアルミニウム（元素記号：Ａｌ）を添加したｎ形酸化亜鉛から構成されている、ことを特徴とする請求項９に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項１１】
二層構造の上層の上には、上層よりも屈折率を小とする珪素（元素記号：Ｓｉ）を含む絶縁膜が備えられている、ことを特徴とする請求項９に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
電流阻止機能を備えた高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）（以下、ＡｌＧａＩｎＰと略す）多元混晶にあって、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（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５７（２７）（１９９０）、２９３７〜２９３９頁参照）。このため、例えば赤橙系色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）等の発光素子を構成するための結晶層として利用されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６４（２１）（１９９４）、２８３９〜２８４１頁参照）。
【０００３】
従来の、ｐｎ接合型のダブルヘテロ（ＤＨ）構造の高輝度ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤにあって、ＤＨ構造発光部の上方には、窓層（ウィンドウ層）を配置するのが通例となっている（ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．３００２（１９９７）、１１０〜１１８頁参照）。窓層は、発光の取り出し効率を向上させるため、発光層からの発光を吸収し難い、発光に対して透明な禁止帯幅の大きな半導体材料から構成する必要がある。また、窓層は、発光面積の拡大を期して、素子動作電流をＬＥＤを構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層へ広範に拡散する役目も担う結晶層であるから、出来る限り低抵抗の結晶層から構成するのが常套である。
【０００４】
従来技術に於いては、窓層を透明酸化物から構成する例がある。例えば、アメリカ合衆国特許第５，４８１，１２２号の発明に依るＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、ｐ形オーミックコンタクト層上に酸化インジウム・錫（ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎｏｘｉｄｅ：略称ＩＴＯ）層からなる窓層が配置されている。また、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛や酸化マグネシウムからなる透明被膜を設ける手段が開示されている（特開平１１−１７２２０号公報明細書参照）。
【０００５】
酸化物結晶の多くは、室温で３ｅＶを越える大きな禁止帯幅を有するが故に、発光の外部への取り出しに優位な窓層を構成できる。一方で、酸化物結晶とＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶とでは、良好なオーミック接触性が安定して顕現されない。このため、ＬＥＤの順方向電圧（所謂、Ｖｆ）を低減できず、また、均一なＶｆを得るのに支障を来している。
【０００６】
一方で、ＩＴＯ層を、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成するｐ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層の表面全面に設けた、亜鉛（Ｚｎ）若しくは金（Ａｕ）・Ｚｎ合金膜を介して設ける技術が開示されている（特開平１１−４０２０号公報明細書参照）。ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成する半導体結晶材料に比較すれば、この様な金属や合金膜は、より導電性に優れる良導体である。従って、ＩＴＯ窓層上に敷設された電極から流通される素子動作電流をＡｌＧａＩｎＰ発光部に向けて平面的に広範囲に拡散できる利点がある。
【０００７】
酸化物窓層側から発光を外部に取り出す方式のＬＥＤにあって、窓層に設けた電極の下方の領域からの発光は、電極に遮蔽されて外部へ効率的に取り出すことができない。従って、発光の取り出し方向に設けた電極の射影領域に流通される動作電流は、外部発光効率の向上に然したる貢献をせずに浪費されることとなる。
【０００８】
しかし、特開平１１−４０２０号公報に記載される従来の発明では、電極との位置関係に拘わらず、酸化物窓層の直下の全面に、金属膜が一様に配置される構成となっている。即ち、電極により発光が遮蔽される領域に至る迄、素子動作電流を略一様に流通させる構成となっている。このため、効率的な高輝度化が充分に果たせ得ないのが問題となっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、発光の外部へ取り出すに好都合であり、且つ、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層との良好なオーミック接合を発現するために透明酸化物層を含んでなる窓層の直下に金属薄膜を介在させてなるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤに於いて、動作電流の電極直下の領域への流通を阻止する機能を発揮できる構成を提示する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記の課題を解決するべく鋭意努力し検討した結果、本発明に到達した。即ち、本発明は、
［１］ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層上に、金属薄膜を介して、酸化物を含む窓層と、電極を有するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードにおいて、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層における電極の射影領域が、イオン注入されていることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、
［２］ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層がｎ形層であり、イオン注入されている元素がアクセプター不純物であり、かつ金属薄膜とは異なる元素であることを特徴とする［１］に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、
［３］ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層がｐ形層であり、イオン注入されている元素がドナー不純物であり、かつ金属薄膜とは異なる元素であることを特徴とする［１］に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、
［４］水素または酸素がイオン注入されていることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、
［５］金属薄膜が、電極の射影領域以外に設けられていることを特徴とする［１］〜［４］の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、に関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の発光ダイオードは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層上に、金属薄膜を介して、酸化物を含む窓層と、電極を有する構造をもち、発光部は（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）、好ましくは（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）から構成される。
【００１２】
金属薄膜を被着させるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層にあって、イオン注入を施行する領域は、酸化物窓層上に配置する電極の垂直方向の、射影領域の少なくとも表層部とする。イオン注入領域の平面形状は、上記の電極の底面形状と略相似とするのが望ましい。また、電極の平面形状の中心と、イオン注入領域の平面形状とは、略一致させるのが望ましい。例えば、窓層と接合をなす電極の底面形状が方形であれば、イオン注入領域も相互に形状中心を略一致させて、尚且つ略相似の関係にある方形とする。
【００１３】
金属薄膜を冠し、且つイオン注入領域を備えたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層は、例えば次の手段をもって得られる。
（１）公知のパターニング技術を利用して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の表面の、電極の射影領域に予め、不純物イオンを注入した後、構成層の表面に金属薄膜を冠する手段。
（２）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の表面に金属薄膜を被着させた後、金属薄膜を除去することなく、電極の射影領域に相当する領域に選択的にイオン注入を施す、所謂、スルー（ｔｈｒｏｕｇｈ）イオン注入技術に依る手段。
【００１４】
ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上に被着させる金属被膜は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶に対してオーミック（Ｏｈｍｉｃ）接触性をなす金属から構成するのが望ましい。ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層については、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、インジウム（元素記号：Ｉｎ）、Ａｕ−ゲルマニウム（Ｇｅ）合金、Ａｕ−錫（Ｓｎ）合金、Ｉｎ−Ｓｎ合金から金属薄膜が構成できる。ｐ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層表面上の金属薄膜は、Ｎｉ、ＮｉＯ、Ａｕ−Ｚｎ合金、Ａｕ−ベリリウム（Ｂｅ）合金、Ｉｎ−Ｚｎ合金などから好適に構成できる。
【００１５】
イオン注入領域には、逆に金属薄膜を構成する以外の元素からなるイオン種を注入する。上記の如く、イオン注入領域は電極の直下への駆動電流の流通を阻害するために設けるものであるから、同領域はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層に対して非オーミック性とする必要があることに依る。従って、ｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層については、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇｅ以外のイオンを注入する。特に、ｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層については、第ＩＩ族元素であるＺｎやマグネシウム（Ｍｇ）若しくはＢｅ、または第ＩＶ族に属する炭素（元素記号：Ｃ）が好適な注入イオン種である。この様な元素は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に対してアクセプター（ａｃｃｅｐｔｏｒ）不純物として働くため、これらの不純物イオンをｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層に注入することにより、イオン注入領域にｐｎ接合部を形成できる利点がある。ｐｎ接合を内包するイオン注入領域の形成により、電極直下の領域への素子駆動電流の流通はより確実に遮断される。注入原子を電気的に活性なアクセプターとして働かせるために、注入後は活性化アニール（ａｎｎｅａｌ）を施す。Ｃ、Ｂｅ、ＭｇなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で比較的に拡散し難い注入原子についてのアニールは大凡、７００℃から８５０℃で実施する。易拡散性のＺｎの活性化アニールは、より低温の約６００℃から約７００℃とするのが推奨される。
【００１６】
ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に対してドナー（ｄｏｎｏｒ）不純物のイオンを注入すれば、ｐｎ接合を内包するイオン注入領域が形成できる。注入に適するドナーイオン種には、珪素（Ｓｉ）やＳｎ等の第ＩＶ族元素、或いは硫黄（元素記号：Ｓ）、セレン（Ｓｅ）やテルル（Ｔｅ）等の第ＶＩ族元素のイオンがある。注入するイオン種は一種に限定されず、複数のドナー不純物を同時にイオン注入しても構わない。ｐ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層にｎ形不純物をイオン注入した後は、アニールを施し、注入不純物を電気的に活性化させる。Ｓｉの様にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に於いて拡散定数が小さいｎ形不純物についてはアニール温度を大凡、８００℃〜８５０℃とするのが一般的である。Ｓｅ、Ｔｅなどの珪素に比較して拡散し易いｎ形不純物については、アニール温度をより低温の約７００℃〜約７５０℃とするのが推奨される。
【００１７】
また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で深い不純物準位（ｄｅｅｐ  ｌｅｖｅｌ）を形成する元素のイオンを注入して、高抵抗のイオン注入領域を形成する手段に依っても電極直下の領域への駆動電流の流入を妨害するに有効である。高抵抗領域を形成するのに好適なイオン種には酸素イオンが例示できる。例えば、ｎ形の砒化アルミニウム・ガリウム結晶（ＡｌXＧａ1-XＡｓ：０≦Ｘ≦１）からなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層に酸素イオンと同時にＺｎイオンを注入しても、高抵抗或いはｐｎ接合を内包するイオン注入領域が構成できる。
【００１８】
他には、ドナー或いはアクセプター不純物を電気的に不活性とする水素イオン（プロトン：ｐｒｏｔｏｎ）を注入しても高抵抗のイオン注入領域を形成することができる。水素イオンは上記の様な金属イオンに比較すれば質量数も小さく且つ原子半径もより小さいために、同一の加速電圧下に於いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層のより深部に注入できる。即ち、水素イオンはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層に深層に至る迄、高抵抗層を形成するに適する注入イオン種である。水素イオンの注入後は、上記のｎ形或いはｐ形不純物の場合とは事情が異なり、活性化アニールは実施しないか、或いは実施するとしても約４００℃以下の低温で行う。高温環境下では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層から水素が逸脱するため、高抵抗化が達成出来かねるからである。アルゴン（Ａｒ）等を注入しても高抵抗化は果たせるが、原子半径を比較的大とする原子をイオン注入する手法では、大きな注入損傷を招き、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の結晶性が悪化するため好適ではない。
【００１９】
上記の様にイオンを注入して高抵抗領域を構成するに際し、注入領域の平面積を極端に大きく設定すると、ＬＥＤ駆動電流が拡散できる面積が減少する。このため、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの高輝度化が充分に達成できなくなる。電極直下の領域への駆動電流の流通を阻害するのに都合が良く、且つ高輝度化に支障を来さないイオン注入領域の平面積は、電極の底面積に比して約０．７倍から約１．２倍の範囲である。
【００２０】
イオン注入領域に注入するイオンの量は、注入を施すＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層のキャリア（担体）を電気的に略補償できる量とする。例えば、電子濃度を約１×１０18ｃｍ-3とするｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層には、約１×１０18ｃｍ-3或いはそれを越える正孔濃度が得られる様に、例えば、Ｍｇイオンを注入する。正孔濃度はＭｇイオンの注入量、所謂、ドーズ（ｄｏｓｅ）量の調節により増減できる。また、注入イオン種を浸透させるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層表面からの深さは、注入時に於けるイオンの加速電圧を調節すれば制御できる。加速電圧を変化させて注入する、所謂、多段注入手段に依れば、深さ方向に略均一なキャリア濃度を有するイオン注入層が構成できる。イオンを浸透させる深さを増せば、例えば、高抵抗領域の厚さが増加する。本発明の場合、高抵抗領域の厚さは、トンネル（ｔｕｎｎｅｌ）効果に基づくキャリアの突き抜けを防止できる約５０ナノメータ（ｎｍ）以上であれば充分である。
【００２１】
酸化物を含む窓層とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層とのオーミック接触をもたらす金属薄膜は、同構成層の表面の全面に被着させても構わないが、電極の下方の、射影領域以外の外周囲に特定して配置すると、電流を阻止する効果が尚一層のこと発揮される。即ち、電極直下の射影領域に在るイオン注入領域の周囲の領域に選択的に敷設する。この金属薄膜の配置方式に依れば、高抵抗或いはｐｎ接合が構成されているイオン注入領域に良導体である金属薄膜を介して徒に動作電流が流入するのがより阻害され、その周囲に優先的に動作電流を配分できる。
【００２２】
電極直下の電極の射影領域を除いて、その領域の外周囲に選択的に金属薄膜を配置するには、（１）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の表面に金属薄膜を被着させる、（２）次に、電極の射影領域に相当する領域にある金属薄膜を、フォトリソグラフィー技術を利用して選択的に除去する、（３）次に、開口され露呈されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層の表面にイオンを注入すれば構成できる。また、（１）予め、電極の射影領域に限りイオン注入を施し、（２）次に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面全面に金属薄膜を被着する、（３）次に、イオン注入領域に限り、金属薄膜を選択的に除去する、などの手法により構成できる。金属薄膜を除去する領域の平面形状は、イオン注入領域のそれと略相似とする。双方の領域を完全に合致させても良く、双方の領域が外周縁で数μｍの幅で重複、若しくは間隙をもって配置されていても構わない。
【００２３】
金属薄膜或いはイオン注入領域上に設ける窓層は、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（化学式：ＳｎＯ2）、酸化インジウム（化学式：Ｉｎ2Ｏ3）、酸化チタン（Ｔｉ０、ＴｉＯ2）、酸化ガリウム（化学式：Ｇａ2Ｏ3）、酸化ニッケル（化学式：ＮｉＯ）、酸化マンガン（化学式：ＭｎＯ）、酸化銅（化学式：ＣｕＯ）等から構成できる。また、ＩＴＯなどの複合酸化物から構成できる。特に、ＡｌＧａＩｎＰ発光層から出射される赤橙色帯域の発光を充分に透過できる禁止帯幅にして約２エレクトロンボルト（ｅＶ）以上の酸化物は窓層の構成材料として好ましく利用できる。禁止帯幅がかくの如く大きく、また、比抵抗にして約１ミリオーム・センチメートル（ｍΩ・ｃｍ）或いはそれ以下の低抵抗率の、導電性の酸化物材料は、ＬＥＤの動作電流を平面的に拡散する電流拡散層を兼用する窓層として優位に利用できる。
【００２４】
窓層は、複数の酸化物結晶層を重層させても構成できる。例えば、下層をＩＴＯ層とし、上層をガリウム（Ｇａ）が添加されたＺｎＯ層とする重層構造窓層の例がある。屈折率を上方に向けて漸次、小となる様に屈折率を相違する酸化物からなる結晶層を重層させれば、発光層から出射される発光を透過するにより好都合な窓層を構成できる。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
実施例１は参考例として示す。
本実施例では、エピタキシャル積層構造体２０上に、ＩＴＯを含む窓層を備えたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０を例にして、本発明を詳細に説明する。図１は本実施例に係わるＬＥＤ１０の断面模式図である。
【００２６】
積層構造体２０は、Ｚｎドープｐ形ＧａＡｓ単結晶基板１０１、Ｍｇドープｐ形ＧａＡｓ緩衝層１０２、Ｍｇドープｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ下部クラッド層１０３、アンドープ（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ発光層１０４、及びＳｉドープｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部クラッド層１０５から構成した。エピタキシャル構成層１０２〜１０５の各層は、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）／トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）／トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）／ホスフィン（ＰＨ3）系減圧ＭＯ−ＶＰＥ法により７３０℃で成長させた。亜鉛のドーパント源にはジエチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ）を、マグネシウムのドーピング源はビス−シクロペンタジエニルＭｇ（（Ｃ5Ｈ5）2Ｍｇ）を用いた。珪素のドーピング源は、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を約１０体積ｐｐｍの濃度で含むシシラン−水素混合ガスとした。
【００２７】
基板１０１には、＜０１１＞方向に４゜傾斜したＧａＡｓ単結晶を用いた。基板１０１のキャリア濃度は約２×１０19ｃｍ-3で、層厚は約３００μｍであった。ＧａＡｓ緩衝層１０２の層厚（ｄ）は１．５μｍとし、キャリア濃度（ｐ）は約２×１０18ｃｍ-3とした。下部クラッド層１０３はｄ＝３．５μｍとし、ｐ＝３×１０18ｃｍ-3とした。発光層１０４はｄ＝０．２μｍとし、キャリア濃度（ｎ）＝１×１０17ｃｍ-3とした。上部クラッド層１０５はｄ＝１μｍとし、ｎ＝７×１０17ｃｍ-3とした。
【００２８】
公知のフォトリソグラフィー技術を利用して、後述の窓層１０７上の、電極１０９の射影領域１１１に相当する領域を上部クラッド層１０５にパターニングした。パターニングを施した領域１１１は、電極１０９の底面形状に相似させた直径約１３０μｍの円形とした。然る後、金属薄膜１０６のパターニングに使用したフォトレジスト材を冠したままで、電極１０９の射影領域１１１にあたる特定の領域に於いて表面を露呈させたｎ形上部クラッド層１０５にＭｇイオンを、加速電圧を２００キロボルト（ＫＶ）として注入した。ドーズ量は８．０×１０12ｃｍ-2に設定した。イオン注入後、表面を被覆しているフォトレジスト材を剥離し、アルゴン（Ａｒ）気流中で７２０℃で３０分間に亘り、アニールを施し、注入したＭｇイオンをアクセプターとして電気的に活性化させた。これより、射影領域（＝イオン注入領域）１１１の内部にｐｎ接合を形成した。
【００２９】
活性化アニール後、ｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部クラッド層１０５の表面の全面に、一般的な真空蒸着法によりＮｉからなる薄膜１０６を被着させた。膜厚は約１０ｎｍとした。被着直後のＮｉ膜１０６は灰色であるのが視認された。
【００３０】
金属薄膜１０６上には、ｎ形の伝導を呈するＩＴＯ膜からなる窓層１０７を接合させた。透明導電性窓層１０７は、高周波マグネトロンスパッタリング法により、比抵抗を約９×１０-4Ω・ｃｍとするＩＴＯから構成した。約３００℃で堆積したＩＴＯ層の厚さは約０．２５μｍとした。
【００３１】
窓層１０７の表面上には、ＩＴＯよりも小さな屈折率を有する窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）（屈折率約１．９）からなる絶縁膜を酸化物窓層１０７の表面保護膜１０８として堆積した。窒化珪素保護膜１０８はモノシラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）を原料とする公知のプラズマＣＶＤ法により被着させた。層厚は約０．１５μｍとした。
【００３２】
ｐ形ＧａＡｓ基板１０１の裏面には、Ａｕ−Ｚｎ合金（Ａｕ９８重量％−Ｚｎ２重量％）膜を一般的な真空蒸着法により被着させた。膜厚は約０．５μｍとした。然る後、Ａｒ気流中に於いて４３０℃で５分間、アロイング（ａｌｌｏｙｉｎｇ）処理を施して、ｐ形オーミック電極１１０となした。
【００３３】
アロイ（ａｌｌｏｙ）処理後にあっては、上記のＮｉ膜１０６は脱色され、略透明となるのが視認された。これは、Ｎｉ膜１０６の上層をなすＩＴＯ膜１０７に含有される酸素により、Ｎｉ膜１０６が酸化され、ＮｉＯ等のニッケル酸化物に変換されたために主に依ると判断された。
【００３４】
次に、ｎ形電極１０９を形成する領域にある窒化珪素保護膜１０８を公知のフォトリソグラフィー技術を利用して部分的に除去した。窒化珪素保護膜１０８が除去され、窓層１０７をなすＩＴＯ層の表面が露出された領域には、ＩＴＯ層に接する下底部１０９ａをチタン（Ｔｉ）とし、上層部１０９ｂをアルミニウム（Ａｌ）とした重層構造のｎ形電極１０９を形成した。ｎ形電極１０９は、直径を約１２０μｍとする円形電極とした。
【００３５】
ｎ形電極１０９及びｐ形オーミック電極１１０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、窓層１０７の略全面からほぼ一様に赤橙色の発光が得られた。分光器により測定された発光波長は約６２１ｎｍであった。また、発光スペクトルの半値幅は約１９ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。また、金属薄膜１０６の配備により上部クラッド層１０５と窓層１０７との間のオーミック接合性は良好となった。このため、順方向電圧（＠２０ｍＡ）は平均して１．９４ボルト（Ｖ）に低減された。発光強度は約５４ミリカンデラ（ｍｃｄ）に到達した。
【００３６】
（実施例２）
実施例１に記載と同一のエピタキシャル積層構造体４０を使用して、ｎ形上部クラッド層１０５の表面の特定領域にＺｎイオンの注入を施した後、図２に示すＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ３０を構成する場合を例にして本発明を説明する。実施例１の積層構造体２０と同一の構成要素には、同一の符号を付して（図１参照）、その説明を省略する。
【００３７】
本実施例では先ず、ｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部クラッド層１０５の表面の全面に、一般的な真空蒸着法によりＮｉからなる薄膜１０６を被着させた。膜厚は約１０ｎｍとした。被着直後のＮｉ膜１０６は灰色であるのが視認された。次に、窓層１０７上の電極１０９の射影領域１１１に相当する領域に在る金属薄膜１０６を、公知のフォトリソグラフィー技術を利用して選択的に除去した。Ｎｉ膜を除去した領域１１１は電極１０９の底面形状に相似させた直径約１１０μｍの円形とした。
【００３８】
然る後、金属薄膜１０６のパターニングに使用したフォトレジスト材を冠したままで、電極１０９の射影領域１１１にあたる特定の領域に於いて表面を露呈させたｎ形上部クラッド層１０５にＺｎイオンを、加速電圧を１５０ＫＶとして注入した。ドーズ量は４．０×１０12ｃｍ-2に設定した。イオン注入後、表面を被覆ているフォトレジスト材を剥離し、Ａｒ気流中で６５０℃で２０分間に亘り、アニールを施し、注入したＺｎイオンをアクセプターとして電気的に活性化させた。
【００３９】
活性化アニール後、金属薄膜１０６上には、一般のマグネトロンスパッタリング法を利用してＡｌドープのｎ形酸化亜鉛層（屈折率＝２．０）１０７ａを重層させた。スパッタリング圧力は約０．８Ｔｏｒｒとし、堆積温度は約３００℃とした。高周波電力は約１００Ｗとし、堆積時間を２５分間として約０．２５μｍの層厚の酸化亜鉛層１０７ａを得た。酸化亜鉛層１０７ａ上には、化学的に弱耐性のＺｎＯ層の保護を主目的としてＩＴＯ層１０７ｂを堆積した。ＩＴＯ層１０７ｂの層厚は約０．３μｍとした。ＩＴＯ層１０７ｂの比抵抗は、約２×１０-3Ω・ｃｍとした。ＺｎＯ層を第１の窓層構成層１０７ａ及びＩＴＯ層を第２の窓層構成層１０７ｂとして透明導電性窓層１０７を構成した。
【００４０】
窓層１０７の表面上には、ＩＴＯよりも小さな屈折率を有する二酸化珪素（ＳｉＯ2）（屈折率約１．６）からなる絶縁膜を酸化物窓層１０７の表面保護膜１０８として堆積した。窒化珪素保護膜１０８はモノシラン（ＳｉＨ4）と酸素（Ｏ2）を原料とする公知のプラズマＣＶＤ法により被着させた。層厚は約０．１０μｍとした。
【００４１】
ｐ形ＧａＡｓ基板１０１の裏面には、Ａｕ−Ｚｎ合金（Ａｕ９８重量％−Ｚｎ２重量％）膜を一般的な真空蒸着法により被着させた。膜厚は約０．５μｍとした。然る後、Ａｒ気流中に於いて４３０℃で５分間、アロイング処理を施して、ｐ形オーミック電極１１０となした。
【００４２】
アロイ処理後にあっては、上記のＮｉ膜１０６は脱色され、略透明となるのが視認された。これは、Ｎｉ膜１０６の上層をなすＩＴＯ膜１０７に含有される酸素により、Ｎｉ膜１０６が酸化され、ＮｉＯ等のニッケル酸化物に変換されたために主に依ると判断された。
【００４３】
次に、ｎ形電極１０９を形成する領域にある二酸化珪素保護膜１０８を公知のフォトリソグラフィー技術を利用して部分的に除去した。二酸化珪素保護膜１０８が除去され、窓層１０７をなすＩＴＯ層の表面が露出された領域には、ＩＴＯ層に接する下底部１０９ａをＴｉとし、上層部１０９ｂをＡｕとした重層構造のｎ形電極１０９を形成した。ｎ形電極１０９は、直径を約１３０μｍとする円形電極とした。
【００４４】
ｎ形電極１０９及びｐ形オーミック電極１１０間に順方向に２０ｍＡの電流を通流したところ、窓層１０７の略全面からほぼ一様に赤橙色の発光が得られた。分光器により測定された発光波長は約６２１ｎｍであった。また、発光スペクトルの半値幅は約１９ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。また、金属薄膜１０６の配備により上部クラッド層１０５と窓層１０７との間のオーミック接合性は良好となった。このため、順方向電圧（＠２０ｍＡ）は平均して１．９４Ｖに低減された。発光強度は約５４ｍｃｄに到達した。
【００４５】
（実施例３）
実施例２に記載のエピタキシャル積層構造体３０を構成するｎ形上部クラッド層１０５の表面の特定領域に水素イオンの注入を施した後、図２に示すと同様のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成する場合を例にして本発明を説明する。
【００４６】
実施例２に記載のｎ形上部クラッド層１０５の表面全面に、膜厚を約８ｎｍとするＡｕ−Ｇｅ合金（Ａｕ９７重量％−Ｇｅ３重量％）膜と、膜厚を約２μｍとしたＡｕ膜とを連続して被着させた。次に、公知のフォトリソグラフィー技術を利用して、ｎ形電極１０９を敷設する領域の直下に限り、上記の重層金属膜を選択的に除去した。ｎ形電極１０９が直径を約１２０μｍとする平面形状を円形とする電極であることに対応して、金属膜を除去した領域の直径は１００μｍとする円形とした。円形のｎ形電極１０９の中心と、金属膜を除去する領域の中心とは略合致させた。
【００４７】
次に、金属膜が除去され開口された領域に露出しているｎ形上部クラッド層１０５の表面に水素イオン（Ｈ+）を注入した。加速電圧は４０ＫＶとし、ドーズ量は約５×１０12ｃｍ-2に設定した。水素イオンは室温で注入し、注入したプロトンの逸脱を避けるため、注入後の活性化アニールは未実施とした。注入後、水素イオンの侵入を阻止するために注入領域１１１以外の外周囲に敷設したＡｕ・Ｇｅ／Ａｕ重層金属膜を構成する上層のＡｕ膜の略全体を除去し、下層のＡｕ・Ｇｅ合金膜のみを本発明に係わる金属薄膜１０６として残置させた。
【００４８】
金属薄膜１０６上には、一般のマグネトロンスパッタリング法を利用してＡｌドープのｎ形酸化亜鉛層（屈折率＝２．０）１０７ａを重層させた。Ａｌドープｎ形ＺｎＯ層は、一般的なマグネトロンスパッッタリング法により堆積した。スパッタリング圧力は約１．０Ｔｏｒｒとし、堆積温度は約２８０℃とした。高周波電力は約１００Ｗとし、堆積時間を１０分間として約０．１０μｍの層厚のＩＴＯ層１０７ｂを得た。酸化亜鉛層１０７ａ上には、ＩＴＯ層１０７ｂを堆積した。ＩＴＯ層１０７ｂの層厚は約０．３μｍとした。ＩＴＯ層１０７ｂの比抵抗は、約７×１０-3Ω・ｃｍとした。ＺｎＯ層を第１の窓層構成層１０７ａ及びＩＴＯ層を第２の窓層構成層１０７ｂとして透明導電性窓層１０７を構成した。
【００４９】
ＩＴＯからなる第２の窓層構成層１０７ｂ上には、窒化珪素からなる保護膜１０８を冠した。ｎ形電極１０９を形成する予定の領域に在る保護層１０８を一般的なプラズマエッチング法により選択的に除去して、酸化亜鉛層１０７ａの表面を露呈させた後、同領域に直径を約１２０μｍとするＡｕ円形電極１０９を設けた。これより、電極１０９の射影領域１１１には、金属薄膜１０６を残置せず、ｎ形電極１０９の周辺領域に限定して金属薄膜１０６を配置した構成とした。
【００５０】
ＧａＡｓ基板１０１の裏面の全面には金・亜鉛合金（Ａｕ９８重量％−Ｚｎ２重量％合金）を真空蒸着した後、４２０℃で２分間合金化処理を施してｐ形オーミック電極１１０となした。然る後、一辺を約３５０μｍとする略正方形の個別のチップに裁断して図１と同様のＬＥＤとなした。金属薄膜１０６をＡｕ−Ｇｅ合金から構成した場合、実施例１のＮｉ膜の場合とは異なり、ｐ形電極１１０のアロイ後に於いて特に顕著な脱色は視認されなかった。
【００５１】
ｎ形電極１０９及びｐ形オーミック電極１１０間に順方向に２０ｍＡの電流を通流したところ、金属薄膜１０６が敷設されている窓層１０７の略全面からほぼ均等な赤橙色の発光が得られた。分光器により測定された発光波長は約６２０ｎｍであった。また、発光スペクトルの半値幅は約１８ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。順方向電圧（＠２０ｍＡ）は１．９５±０．０３Ｖと低く、且つ均一であった。また、電極１０９の射影領域１１１を、水素イオンを注入して高抵抗領域となしたため、素子動作電流をｎ形電極１０９の直下の領域よりも、金属薄膜１０６が埋設された領域に優先的に供給できるため、発光強度は約５０ｍｃｄに到達した。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の請求項１乃至４に記載の発明に依れば、透明導電性の酸化物層を含む窓層を備えたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤに於いて、ＬＥＤを構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層と電流拡散の役目も果たす透明導電性酸化物窓層との中間に良好なオーミック接触性を発現する金属薄膜を配置し、遮蔽されて外部へ発光を取り出し難い電極直下の領域にイオン注入を施し、その領域をｐｎ接合領域或いは高抵抗領域と化したので、窓層上の電極から供給されるＬＥＤ駆動電流を外部へ発を取り出すのに容易な領域に優先的に効率的に配分でき、高輝度のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤが提供できる。
【００５３】
また、本発明の請求項５に記載の発明に依れば、電極直下の領域の、外周囲の領域に限定して良導性の金属薄膜を配置する一方で、電極直下の領域には、イオン注入を施して同領域を、電流阻止機能を果たす領域としたので、より効率的にＬＥＤの動作電流を電極の射影領域の外周囲に効率的に拡散できるため、高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオ−ドが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に記載のＬＥＤの断面模式図である。
【図２】実施例２に記載のＬＥＤの断面模式図である。
【符号の説明】
１０    ＡｌＧａＩｎＰ  ＬＥＤ
２０    積層構造体
３０    ＡｌＧａＩｎＰ  ＬＥＤ
４０    積層構造体
１０１    ＧａＡｓ単結晶基板
１０２    ＧａＡｓ緩衝層
１０３    下部クラッド層
１０４    発光層
１０５    上部クラッド層
１０６    金属薄膜
１０７    窓層
１０７ａ  第１の窓層構成層
１０７ｂ  第２の窓層構成層
１０８    保護膜
１０９    ｎ形電極
１０９ａ  ｎ形電極下底部
１０９ｂ  ｎ形電極上層部
１１０    ｐ形オーミック電極
１１１    電極の射影領域（イオン注入領域）
【図１】
0004382912.tif 000002
【図２】
0004382912.tif 000003