(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層、(AlXGa1-X)YIn1-YP（０≦X≦１、０＜Y≦１）の
発光層、及びｐ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層を積層した発光部を有するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードにおいて、前記ｎ形及びｐ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層上に、金属酸化物層を介して、ｎ形及びｐ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層とそれぞれ同一の伝導形を有するＧａＰ結晶層が貼付されており、該ｎ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層が、第III族または第IV族または第VI族の金属元素の酸化物層であり、該ｐ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層が、第II族の金属元素の酸化物層であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層が、ＡｌXＧａ1-XＡｓ（０＜Ｘ≦１）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族化合物半導体構成層が、（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）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】
ＧａＰ結晶層の層厚が、３０μｍ以上で３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項５】
ｎ形ＧａＰ結晶層と、ｐ形ＧａＰ結晶層との層厚の差が、２０μｍ以内であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項６】
ｎ形ＧａＰ結晶層と、ｐ形ＧａＰ結晶層との層厚が同一であることを特徴とする請求項５に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項７】
ｎ形及びｐ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層とそれぞれ同一の伝導形を有するＧａＰ結晶層が、該III−Ｖ族化合物半導体構成層と同一の表面面方位を有す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】
ｎ形及びｐ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層とそれぞれ同一の伝導形を有するＧａＰ結晶層が、該III−Ｖ族化合物半導体構成層と同一の傾斜角度（ｏｆｆ−ａｎｇｌｅ）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項９】
ｎ形及びはｐ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層とそれぞれ同一の伝導形を有するＧａＰ結晶層と、当該III−Ｖ族化合物半導体構成層の結晶方位とが平行となっていることを特徴とする請求項１〜８に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項１０】
金属酸化物層が、発光層から放射される発光に対して、５０％以上の透過率を有することを特徴とする請求項１〜９いずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項１１】
ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層が、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）を９０％以上含有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項１２】
ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層が、酸化錫（ＳｎＯ2）を９０％以上含有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項１３】
ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層が、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を９０％以上含有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項１４】
ｐ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層が、ガリウム（元素記号：Ｇａ）又はアルミニウム（元素記号：Ａｌ）又はインジウム（元素記号：Ｉｎ）が添加された、抵抗率（比抵抗）を１ｍΩ・ｃｍ以下とし、層厚を２ｎｍ以上で１μｍ以下とする酸化亜鉛から構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項１５】
ｎ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層、(AlXGa1-X)YIn1-YP（０≦X≦１、０＜Y≦１）の発光層、ｐ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層をＧａＡｓ単結晶基板上に積層して発光部を形成し、その後ＧａＡｓ単結晶基板を除去する工程を含むＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの製造方法において、前記ｎ形及びｐ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層上に、金属酸化物層を介して、ｎ形及びｐ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層とそれぞれ同一の伝導形を有するＧａＰ結晶層を貼付し、該ｎ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層が、第III族及び第IV族または第VI族の金属元素の酸化物層であり、該ｐ型のIII−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層が、第II族の金属元素の酸化物層であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの製造方法。
【請求項１６】
ｎ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層、(AlXGa1-X)YIn1-YP（０≦X≦１、０＜Y≦１）の発光層、ｐ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層をＧａＡｓ単結晶基板上に積層して発光部を形成し、その後ＧａＡｓ単結晶基板を除去する工程を含むＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの製造方法において、前記のｎ形及びｐ形のIII−Ｖ族化合物半導体構成層に、金属酸化物の微粒子を含む懸濁液を塗布して、該III−Ｖ族化合物半導体構成層の表面を金属酸化物微粒子を含む液状被膜で被覆する工程と、その液状被膜上にＧａＰ結晶体を載置した後、該結晶体に過重を加えつつ、その被膜を２００℃以上６００℃以下の温度で加熱して、層厚を２ｎｍ以上で１μｍ以下とする金属酸化物層に当該ＧａＰ単結晶体を接合する工程とを備えている、ことを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの製造方法。
【請求項１７】
金属酸化物の微粒子を含む液状被膜を、圧力を１３．３Ｐａ（０．１トール（単位：Ｔｏｒｒ））以下の減圧雰囲気内で加熱することを特徴とする請求項１６に記載の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】
ＡｌＧａＩｎＰ発光層の上方並びに下方の双方にＧａＰからなる発光透過層が貼付されている高輝度の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もあって（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５７（２７）（１９９０）、２９３７〜２９３９頁参照）、例えば赤橙色系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）を構成するのに利用されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６４（２１）（１９９４）、２８３９〜２８４１頁参照）。これらの化合物半導体発光素子の発光部は、光の「閉じ込め」効果を利用して高強度の発光を獲得するために、ｐｎ接合型のダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造から構成するのが通例である（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６１（１５）（１９９２）、１７７５〜１７７７頁参照）。
【０００３】
ＡｌＧａＩｎＰ系ＤＨ構造ＬＥＤにあって、発光の外部への取り出し方向にあたる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、素子動作電流の発光部への広範な拡散を期して電流拡散の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好ましい。また、窓層は、発光層からの発光を充分に透過できる、禁止帯幅の大きな透明材料から構成する必要がある。
【０００４】
例えば、特公平７−１２３１７１号に記載されるＡｌＧａＩｎＰ系ＤＨ構造ＬＥＤに係わる発明には、第１及び第２のウィンドウ層から構成される窓層にあって、第１のウィンドウ層をＧａＡｓから構成し、その上層の第２のウィンドウ層をＧａＰから構成する例が開示されている。第１のウィンドウ層を構成するＧａＡｓ層は、ｐ形のＡｌＧａＩｎＰ障壁層上に有機金属熱分解気相成長（ＯＭＶＰＥ）法で設けられている。また、第２のウィンドウ層をなすＧａＰ層の層厚は、５〜１５μｍに設定され、ＶＰＥ或いはＯＭＶＰＥ成長技術に依り設けられている（上記の特公平７−１２３１７１号参照）。
【０００５】
また、ＡｌＧａＩｎＰ発光層の上方並びに下方の双方向に発光を透過させるための発光透過層を配備したＬＥＤも知られている。例えば、アメリカ合衆国特許第５、００８、７１８号の発明に記載されるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤにあっては、例えば、ＧａＰからなる発光透過層が発光層の上方及び下方の双方向に配置されている。この従来例に開示されるＬＥＤにあって、一方の発光透過層は気相成長（ＶＰＥ）法により成膜されたＧａＰ成長層、他方の発光透過層は、基板としたＧａＡｓ結晶を除去し、露呈されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の表面上にＧａＰ結晶体を接着させて設けられる構成となっている。ＧａＰ成長層の層厚は、接着されるＧａＰ結晶体の層厚よりも小とされており、また、各ＧａＰ発光透過層上にオーミック電極を設けてＬＥＤが構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
発光層の上方並びに下方の双方に発光を外部へ充分に透過できる窓層を配置すれば、高輝度のＡｌＧａＩｎＰ系ＤＨ構造ＬＥＤを得るのに好都合となるのは勿論である。ＧａＰ結晶体から窓層を構成すれば外部発光効率が数倍に上昇する優位性があるとされる。しかし、ＡｌＧａＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上にＧａＰ結晶体を熱圧着手段に依り単純に貼付する従来技術にあっては、両者間の格子定数或いは熱膨張率の差異に因り、均一な強度で接合が果たせない問題が生じていた。ちなみに、ＧａＰの格子定数は約５．４５０オングストロームであり、ＧａＡｓのそれは約５．６５３オングストロームである（赤崎  勇編著、「ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」（（株）培風館、１９９４年５月２０日発行初版）、１４８頁参照）。従って、両者の格子不整合度は約３．６％に達する。
【０００７】
また、仮に、接合が果たせても、格子不整合性からミスフィット（ｍｉｓ−ｆｉｔ）転位が発生し、接合領域での結晶性は乱雑なものとなるのが実際であった。接合近傍領域に於ける結晶欠陥の発生により、ＬＥＤの長期の使用に於ける信頼性と動作安定性が損なわれることが指摘されている（上記の特公平７−１２３１７１号参照）。この様な不都合は、化合物半導体結晶体から窓層を構成する場合に必ず発生し、これは、ＬＥＤの順方向電圧を都合良く低減するのに支障を来すものであるとして問題となっている。
【０００８】
更には、ＧａＰ窓層とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との格子不整合性に起因する、両層の接合界面の乱雑化は、両層間のオーミック接触性を悪化させる原因となっている。ＡｌＧａＩｎＰ発光層からの発光波長に相当する禁止帯幅よりも小さなバンドギャップを有する、例えば、導電性のＧａＡｓ結晶層を下層としてＧａＰ窓層との導通性を高める技術手段も教示されている（上記の特公平１１−１２３１７１号参照）。しかしながら、この従来の積層法では、発光層からの発光が吸収され、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の高輝度化に支障を来す難点がある。
【０００９】
本発明は、発光層の上下双方向にＧａＰ結晶体からなる窓層を設けるにあたり、（イ）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との格子不整合性を緩和でき、（ロ）均一な接合強度をもって貼付でき、（ハ）良好なオーミック接触性を発現するとともに、且つ、（ニ）優れた発光の透光性をもたらす、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上にＧａＰ窓層を設ける技術を提供する。
【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検討した結果、本発明に到達した。即ち、本発明は、
［１］ＧａＡｓ単結晶基板上に、ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１）発光層、ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層を積層後、ＧａＡｓ単結晶基板を除去する工程を含むＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードにおいて、ｎ形及びｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層に金属酸化物層を介して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層と同一の伝導形を有するＧａＰ結晶層が貼付されていることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、
［２］ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層が、ＡｌXＧａ1-XＡｓ（０＜Ｘ≦１）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族化合物半導体構成層が、（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）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］ＧａＰ結晶層の層厚が、３０μｍ以上で３００μｍ以下であることを特徴とする［１］〜［３］の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、
［５］ｎ形ＧａＰ結晶層と、ｐ形ＧａＰ結晶層との層厚の差が、２０μｍ以内であ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、
［６］金属酸化物層が、発光層から放射される発光に対して、５０％以上の透過率を有することを特徴とする［１］〜［５］の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、
［７］ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層が、第ＩＩＩ族若しくは第ＩＶ族または第ＶＩ族の金属元素の酸化物であることを特徴とする［１］〜［６］の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、
［８］ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層が、第ＩＩ族の金属元素の酸化物であることを特徴とする［１］〜［６］の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、
［９］ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層が、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）を９０％以上含有することを特徴とする［１］〜［６］の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、
［１０］ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層が、酸化錫（ＳｎＯ2）を９０％以上含有することを特徴とする［１］〜［６］の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、
［１１］ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層が、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を９０％以上含有することを特徴とする［１］〜［６］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】
本発明の第１の実施形態に係わるＡｌＧａＩｎＰ系ＤＨ構造ＬＥＤは、例えば次の手順をもって構成する。図１及び図２は本実施形態を説明するための断面構造の模式図である。
（１）ｎ形或いはｐ形の導電性ＧａＡｓ単結晶等の基板１０１上に、緩衝層１０２、ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層１０３、ＡｌＧａＩｎＰ発光層１０４、ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層１０５等のＬＥＤ１０を構成するために必要なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層１０２〜１０５を、ＭＯＣＶＤ等の手段を利用してエピタキシャル成長させて積層構造体１００Ａを構成する。
（２）次に、例えば、ｎ形或いはｐ形の上部クラッド層１０５上に、金属酸化物層１０６を被着させる。
（３）次に、金属酸化物層１０６上に導電性のＧａＰ結晶体１０７を貼付する。
（４）次に、図２に掲示する如く、上記の基板１０１を除去して、例えば、上記の上部クラッド層１０５とは反対の伝導形である、ｎ形或いはｐ形ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層１０３の表面を露出させる。例えば、ＧａＡｓから構成された基板１０１であれば、アンモニア水−過酸化水素水−純水混合液によりＧａＡｓをエッチング除去して下部クラッド層１０３の表面を露出させる。
（５）次に、金属酸化物層１０８を、表面を露出させたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層１０３上に被着させる。
（６）次に、導電性のＧａＰ結晶体１０９を、金属酸化物層１０８を介在させて貼付する。
（７）次に、金属酸化物層１０６、１０８を介して貼付したＧａＰ結晶体１０７、１０９を擁する積層構造体１００Ｂの表裏面上にｎ形並びにｐ形のオーミック（Ｏｈｍｉｃ）性電極１１０、１１１を設ける。
【００１２】
以上の操作をもって、ｎ形或いはｐ形のＡｌＧａＩｎＰ発光層１０４に対して、上下双方向にＧａＰ結晶体１０７、１０９からなる窓層を備えたＬＥＤ１０を得る。
【００１３】
ＧａＰ結晶体１０７、１０９を貼付する対象となるのは、緩衝層１０２であり、上下クラッド層１０３、１０５であり、図１及び図２には掲示していないが電流拡散層であり、また、窓層などである。ｎ形或いはｐ形ＡｌＧａＩｎＰ発光層１０４から放射される発光は、緑色帯から赤色帯に及ぶ。ＧａＰ結晶体１０７、１０９と発光層１０４との間に、この様な短波長の可視光を吸収してしまう禁止帯幅を有する、例えば、ＧａＡｓ等からなる結晶層を介在させると、外部への発光の取り出し効率が低下し、高輝度のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を得るのに妨げとなる。従って、第２の実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層を、ｎ形或いはｐ形のＡｌXＧａ1-XＡｓ（０＜Ｘ≦１）とする。アルミニウム組成比（＝Ｘ）は、発光波長に相応する禁止帯幅を越える禁止帯幅を与える組成に設定されているのが好ましい。例えば、波長を６２０ｎｍとする赤橙色の発光については、Ｘを約０．４６以上とするｎ形或いはｐ形のＡｌXＧａ1-XＡｓ（０．４６≦Ｘ≦１）が例示できる。
【００１４】
また、第３の実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層を、ｎ形或いはｐ形（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）とする。（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）は、６００ｎｍ帯の赤橙色発光はもとより、５５０ｎｍ帯の緑色系の発光を透過できる２．２５ｅＶ以上の禁止帯幅を取り得るため、ＡｌＧａＩｎＰ発光層からの発光を透過できるからである。この様なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層に対しては、金属元素の酸化物からなる被膜は、単なる金属膜よりも強固に密着する。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層に堅牢な密着性を呈する金属元素の酸化物被膜であるからこそ、その上にまた強固にＧａＰ結晶体を接合させることができる。金属被膜よりも金属元素の酸化物被膜に於いて、ＧａＰ結晶体とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との頑強な接合が達成されるのは、酸化物被膜を構成する酸素原子がＧａＰ結晶体とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との双方に侵入して、強固な結合を創成するためと考えられる。
【００１５】
上記の如くのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上に金属酸化物層１０６、１０８を介して貼付するＧａＰ結晶体１０７、１０９は、ｎ形或いはｐ形の導電性に優れるＧａＰ単結晶であるのが好ましい。例えば、珪素（Ｓｉ）ドープのｎ形ＧａＰ単結晶とする。また、例えば、亜鉛（Ｚｎ）ドープｐ形ＧａＰ単結晶とする。多結晶のＧａＰを接着させても、多結晶の内部に多く存在する粒界を流路として、素子動作電流の短絡的な流通が発生し、発光素子を長期間に亘り安定して動作させるのが難しくなる。オーミック電極１１０、１１１より供給される素子動作電流を発光面へ広範囲に亘り拡散させるためには、接着させるＧａＰ単結晶体のキャリア濃度はｎ形、ｐ形に拘わらず約１×１０18ｃｍ-3以上で、尚且つ、抵抗率は約１ミリオーム・センチメートル（単位：Ω・ｃｍ）以下の低比抵抗であるのが好ましい。
【００１６】
また、接着、貼付するＧａＰ単結晶の表面の面方位は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層のそれと略一致させるのが好ましい。例えば、表面が｛１００｝面から構成されているＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上には、面方位を｛１００｝とするＧａＰを接着、貼付させる。また、主面からの傾斜角度（ｏｆｆ  ａｎｇｌｅ）も略一致させたＧａＰ単結晶を接着させるのが望ましい。また、ＧａＰ単結晶と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の結晶方位とが略平行となる様に接着させるのが望ましい。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の［１１０］方向と、ＧａＰ単結晶の［１１０］方位とをほぼ平行にして接着させる。
【００１７】
また、第４の実施形態では、金属酸化物層を介在させて貼付するｎ形またはｐ形ＧａＰ結晶体の層厚を５０μｍ以上で３００μｍ以下の範囲とすることを特徴としている。ＧａＰ結晶体１０７、１０９の層厚が、従来例の如く５〜１５μｍであると（上記の特公平７−１２３１７１号参照）、オーミック電極１１０、１１１から供給される素子動作電流を発光層１０４の略全面の広範囲に拡散させる効果は充分に認められない。動作電流を充分に拡散するためには、金属酸化物層１０６、１０８を介して接着させるＧａＰ結晶体１０７、１０９の層厚は、望ましくは３０μｍ以上で、更に好ましくは５０μｍとする。発光層１０４の両側に層厚が３００μｍを越える厚さのＧａＰ結晶体１０７、１０９を接着させるとすると、積層構造体１００Ａの全体の層厚がゆうに６００μｍを越えるものとなり、ダイシング法或いはスクライブ法等を利用して個別素子（ｃｈｉｐ）に分離する際に素子の“欠け”や“割れ”が多発し、良品素子歩留まりを低下させる不都合を来す。従って、金属酸化物層１０６、１０８を介して接着させるＧａＰ結晶体１０７、１０９の層厚は３００μｍ以下とする。
【００１８】
図３は、層厚を５０μｍ以上で３００μｍ以下の上記の好適な範囲としながらも、層厚を相違するＧａＰ結晶体１０７、１０９を発光層１０４の両側に配置する一つの事例を示す模式図である。此処では、一方のＧａＰ結晶体１０７の層厚をＤ１とし、他方のＧａＰ結晶体１０９の層厚をＤ２（但し、Ｄ１＜Ｄ２）と仮にしている。この場合に於ける好適な形態は、発光層１０４の両側に於いて、接着させるＧａＰ結晶体１０７、１０９の層厚Ｄ１、Ｄ２とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の層厚Ｄ３、Ｄ４（Ｄ３＞Ｄ４）との合計の層厚Ｔ１（＝Ｄ１＋Ｄ３）、Ｔ２（＝Ｄ２＋Ｄ４）が略均等となる様に配置させることにある。換言すれば、層厚（＝Ｄ４）が薄いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層１１３には、より層厚が大である（＝Ｄ２）のＧａＰ結晶体１０９を接着させ、層厚が厚い（＝Ｄ３）には、より層厚（＝Ｄ１）が小であるＧａＰ結晶体１０７を各々、接着させて発光層１０４の両側に於ける合計の層厚Ｔ１、Ｔ２の均等化を図る。
【００１９】
また、第５の実施形態では、例えば、図３に示される金属酸化物層１０６、１０８を介して接着させるＧａＰ結晶体１０７、１０９の層厚を略同一とする。概ね、双方のＧａＰ結晶体１０７、１０９の層厚の相違を望ましくは±２０μｍ以内とする。更に好ましくは±１０μｍとする。発光層１０４の両側に配備するＧａＰ結晶体１０７、１０９の層厚を略同一とすることにより、発光層１０４に印可される歪みの均等化を図ることができる。これにより、発光層１０４への局所的或いは偏りをもった歪みの印可が避けられる。
【００２０】
第６の実施形態では、例えば、図３に示される金属酸化物層１０６、１０８をＡｌＧａＩｎＰ発光層から放射される発光について、５０％以上の透過率を有する透明酸化物材料から構成する。発光層１０４から放射される発光を出来るだけ吸収することなく、ＧａＰ結晶体１０７、１０９から外部へ効率的に発光を出射させるためである。
【００２１】
また、金属酸化物層１０６、１０８は、導電性を有する透明酸化物材料から構成するのが尚更のこと、好ましい。ＧａＰ結晶体１０７、１０９を介して発光層１０４へ都合良く素子動作電流が流通されられるからである。接着させるＧａＰ結晶体１０７、１０９の伝導形及び透明で且つ導電性を有する酸化物層１０６、１０８の構成材料は、それを被着させるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層（例えば、図３の１０３、１０５など）の伝導形に依って選別する。例えば、第７の実施形態に記載の如く、ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上には、第ＩＩＩ族若しくは第ＩＶ族または第ＶＩ族の金属酸化物層を介して、ｎ形のＧａＰ結晶体を貼付する。ＧａＰ及びＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にあって、第ＩＩＩ族元素は等電子的（ｉｓｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ）不純物である。また、第ＩＶ族及び第ＶＩ族元素は何れもドナー（ｄｏｎｏｒ）不純物である。この様な元素がＧａＰ結晶体或いはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層へと拡散、侵入したところで両層の伝導形がｐ形に変換されない。また、高抵抗とも成り難い。従って、第７の実施形態が記す如くの酸化物層の構成とすれば、ＧａＰ結晶体とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との接合界面近傍の領域でｐｎ接合が形成されるのを防止できる。即ち、素子動作電流を滞りなく発光層へと通流できる。
【００２２】
逆に、ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上には、第８の実施形態の如く、第ＩＩ族金属酸化物層を介して、ｐ形のＧａＰ結晶体を貼付する。ＧａＰ結晶体及びＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の接合界面近傍の領域に於けるｐｎ接合の形成を回避するために、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体についてアクセプターとなり得る元素を構成元素として含む酸化物を用いる。
【００２３】
第ＩＩＩ族の金属元素を含む酸化物の例には、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）や酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）がある。特に、酸化インジウムは透明であり、また、数ｍΩ・ｃｍ程度の低抵抗率で良好な導電性を発揮する被膜が簡便に得られる。これより、第９の実施形態では、第ＩＩＩ族金属酸化物層を、Ｉｎ2Ｏ3を主成分とする酸化物から構成する。含有量は９０％以上が好ましく、さらに好ましくは９５％以上とする。酸化インジウムに含まれる酸化物には、例えば、酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）や酸化インジウム・亜鉛などがある。
【００２４】
また、第１０の実施形態では、ｎ形のＧａＰ結晶体とｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層とを接合させるために、特に、酸化錫（ＳｎＯ2）を主成分とする酸化物を第ＩＶ族金属元素の酸化物として利用する。含有量は９０％以上が好ましく、さらに好ましくは９５％以上とする。酸化錫は、他の第ＩＶ族元素を構成元素とする二酸化珪素（ＳｉＯ2）などに比べれば、透光性に優れ、且つ導電性に優れるからである。
【００２５】
また、第１１の実施形態では、ｐ形ＧａＰ結晶体とｐ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層とを接合させるために、特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする酸化物を第ＩＩ族金属元素の酸化物として利用する。含有量は９０％以上が好ましく、さらに好ましくは９５％以上とする。例えば、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）及びインジウム（Ｉｎ）が添加されたＺｎＯからは、約１ｍΩ・ｃｍ或いはそれ以下の低い抵抗率の導電性を有する透光性被膜が形成できる。抵抗率（比抵抗）は、一般的なホール（Ｈａｌｌ）効果測定法などにより測定できる。
【００２６】
第９〜第１１の実施形態に記す金属酸化物層は、一般的な高周波スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法、レーザーアブレーション（ｌａｓｅｒ−ａｂｌａｔｉｏｎ）法、或いは化学的気相堆積（ＣＶＤ）法等の手段により、ｎ形或いはｐ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上に被着できる。スパッタリング法で例えば、ＩＴＯ被膜やＡｌドープ酸化亜鉛被膜を被着するに際しては、被着体（ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層）の温度を約２００℃から約４００℃として成膜すると導電性に優れる酸化物膜が得られ易い。また、ＩＴＯやＺｎＯ等の微粒子を含む懸濁液をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上に塗布して酸化物被膜を形成することもできる。金属酸化物層は、ＧａＰ結晶体とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との接着をもたらす接合層として作用させる。これより、何れの成膜方法に拘わらず、金属酸化物層の最小限の層厚は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の表面を略均一に被覆するのに足りるものとする。また、金属酸化物層は、発光を透過する機能を併せて発揮する必要がある。従って、金属酸化物層の最大の層厚は透過率に顕著な低下が生じない層厚とする。この観点からして、金属酸化物層の好適な層厚の範囲は、２ｎｍ以上で約１μｍ以下となる。
【００２７】
上記の好適な層厚の金属酸化物層にＧａＰ結晶体を接着させるのに際し、ＧａＰ結晶体を載置した後、同結晶体に荷重を加え、加熱するとＧａＰ結晶体をより強固に接着できる。加熱温度は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の成膜温度未満の温度とするのが望ましく、好ましくは約２００℃以上で約６００℃以下である。例えば、スパッタリング法で成膜した多結晶或いは非晶質の固体の酸化物被膜ではなく、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層表面上に金属酸化物の微粒子を含む懸濁液を塗布してなる液状の被膜を介してＧａＰ結晶体を接着させる手段に依れば、接着時に亀裂を発生させること無く、両層を密着させることができる利点がある。液体被膜が双方の層の格子不整合性を緩和する緩衝材料として作用しつつ、多結晶体或いは単結晶体として固化するからである。液体被膜を、減圧または真空雰囲気内で緩やかに昇温して加熱処理を施す手段に依れば、格子不整合性緩衝材としての液体被膜からの脱泡が促進され、より均一な密着度をもってＧａＰ結晶体が接着できる。脱泡を促すには、１０-5トール（単位：Ｔｏｒｒ）程度の高真空度は必ずしも必要ではなく、０．１トール程度の減圧度でも構わない。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を、実施例を基に詳細に説明する。図４は本実施例に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成するにあたり母体材料として利用したエピタキシャル積層構造体２０Ａの断面模式図である。また、図５は、図４に示す母体材料を出発材料として構成されたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ２０の断面構造を示す模式図である。
【００２９】
ＬＥＤ２０を作製するにあたり、先ず、直径５０ｍｍのＺｎドープｐ形（００１）−ＧａＡｓ単結晶円形基板４０１上に、減圧ＯＭＶＰＥ法により順次積層した、Ｚｎドープｐ形ＧａＡｓ緩衝層４０２、Ｚｎドープｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る下部クラッド層４０３、アンドープのｎ形（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ混晶から成る発光層４０４、及びｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る上部クラッド層４０５のから構成されるエピタキシャル積層構造体２０Ａを母体材料として形成した。構造体２０Ａの各成長層４０２〜４０５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）及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、ホスフィン（ＰＨ3）をリン源として７３０℃で成膜した。亜鉛のドーピング源には、ジエチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ）を利用した。緩衝層４０２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４０３のキャリア濃度は約３×１０18ｃｍ-3とし、層厚は約５μｍとした。引き続き７３０℃で成膜した発光層の４０４のキャリア濃度は約５×１０16ｃｍ-3とし、層厚は約１２０ｎｍとした。また、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）をドーピング源としたＳｉドープｎ形上部クラッド層４０５のキャリア濃度は約１×１０18ｃｍ-3とし、層厚は約３μｍとした。
【００３０】
積層構造体２０Ａの形成を終了した後、冷却して、ＭＯＣＶＤ成長炉より積層構造体２０Ａを取り出した。ｎ形上部クラッド層４０５の、表面の中央部及び周縁の数箇所に、市販のＳｎＯ2コロイダル液を滴下した後、積層構造体２０Ａを毎分約１０００回の割合で回転し、上部クラッド層４０５の表面を略均一に約１００ｎｍの厚さの酸化錫液状被膜で被覆した。次に、酸化錫液体被膜上に直径を約５０ｍｍとするＳｉドープのｎ形ＧａＰ単結晶体４０７を、積層構造体２０Ａと中心を略一致させて載置した。ｎ形ＧａＰ単結晶体４０７の表面の面方位は基板１０１と同じく（００１）であり、厚さは約１２０μｍとした。また、ＧａＰ単結晶体１０１のキャリア濃度は約１×１０18ｃｍ-3であった。ｎ形ＧａＰ単結晶体４０７の上に、更に、直径を約６０ｍｍとし、重さを約２００グラム（ｇ）とするＳｉドープｎ形ＧａＰインゴットの小片を載置した。
【００３１】
次に、ＧａＰインゴト小片を載置したままの状態で、積層構造体２０Ａを室温に於いて一般的な真空加熱炉内に挿入した。然る後、真空加熱炉内を排気して約０．１トールに減圧した。この真空度を保ちながら、室温より８０℃に約５℃／分の速度で昇温した。８０℃に到達後、３０分間に亘り同温度に保持した。続けて、１２０℃に２℃／分の速度で昇温した。昇温後、１２０℃に３０分間保持した。保持後、更に、２５０℃に毎分２０℃の速度で昇温し、同温度に３０分間保持した。保持後、８０℃に約１０℃／分の速度で降温した。８０℃から室温迄は自然冷却した。以上の加熱、冷却操作により液状被膜を固化させて、酸化錫を主成分とする金属酸化物層４０６を形成する共に、ｎ形ＧａＰ結晶体４０７をｎ形上部クラッド層４０５に接合させた。
【００３２】
次に、ｎ形ＧａＰ結晶体４０７を一般的な耐熱ガラス製プレート（図示せず。）上に耐酸性ワックスで固定して、積層構造体２０Ａを支持した。耐熱ガラスプレートに固着させたままの状態で、発光層４０４を挟んでガラスプレートと対向する側に在るｐ形ＧａＡｓ基板４０１を、アンモニア水・過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）・純水（Ｈ2Ｏ）からなる混合水溶液中に浸し、エッチングして除去した。また、併せて、ｐ形ＧａＡｓ基板４０１上に堆積してあったｐ形ＧａＡｓ緩衝層４０２をも除去した。
【００３３】
次に、ガラスプレートに積層構造体２０Ａを保持したままで、ｐ形ＧａＡｓ基板４０１及びｐ形ＧａＡｓ緩衝層４０２を除去して露呈した、ｐ形下部クラッド層４０３の表面の全面に市販のＺｎＯ懸濁液を塗布した。塗布時には、積層構造体２０Ａを毎分約１０００回で回転させた。酸化亜鉛の液状被膜上には、積層構造体２０Ａの中心に合致させて、Ｚｎドープｐ形ＧａＰ単結晶体４０９を載置した。ｐ形ＧａＰ結晶体４０９の面方位は、（００１）とし、厚さは約１２０μｍとした。次に、ｐ形ＧａＰ結晶体４０９の上に、重量を約２００ｇとする亜鉛ドープのＧａＰインゴット小片を載置した。インゴット小片は直径を約６０ｍｍとし、高さが約１７ｍｍの円柱とした。
【００３４】
次に、ＧａＰインゴト小片を載置したままの状態で、積層構造体２０Ａを室温に於いて一般的な真空加熱炉内に再び挿入した。然る後、真空加熱炉内を排気して約０．１トールに減圧した。この真空度を保ちながら、室温より８０℃に約５℃／分の速度で昇温した。８０℃に到達後、３０分間に亘り同温度に保持した。続けて、１２０℃に２℃／分の速度で昇温した。昇温後、１２０℃に３０分間保持した。保持後、更に、２００℃に毎分１０℃の速度で昇温し、同温度に４０分間保持した。保持後、８０℃に約１０℃／分の速度で降温した。８０℃から室温迄は自然冷却した。以上の加熱、冷却操作により酸化亜鉛の液状被膜を固化させて、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物層４０８を形成する共に、ｐ形ＧａＰ結晶体４０９をｐ形下部クラッド層４０３に接合させた。冷却して真空加熱炉より積層構造体２０Ａを取り出した後、耐熱ガラスプレート（図示せず）に貼付した上記のワックスを有機溶剤で溶解し、積層構造体２０Ａを耐熱ガラスプレートから外した。発光層４０４に対して上下方向にＧａＰ結晶体４０７、４０９の接着を終了した時点で、積層構造体２０Ａには亀裂、破断は視認されなかった。
積層構造体２０Ａを有機溶剤で洗浄した後、ｎ形ＧａＰ結晶体４０７の表面上には、公知のフォトリソグラフィー技術を利用したパターニング手段を介して、直径を約１１０μｍとする円形のｎ形オーミック電極４１０を設けた。ｎ形オーミック電極４１０は、ｎ形ＧａＰ結晶体４０７に接する下層部４１０ａを金（Ａｕ）−ゲルマニウム（Ｇｅ）とし、上層部４１０ｂをＡｕから構成した。ｎ形のオーミック性を付与するためのアロイ（合金化）処理は、４２０℃で１０分間行った。また、ｐ形ＧａＰ結晶体４１１の略全面には、Ａｕ−Ｚｎ合金膜を被着させてｐ形オーミック電極４１１となした。ｐ形のオーミック性を付与するためのアロイは４２０℃で５分間とした。
【００３５】
次に、表裏面に電極４１０、４１１が形成された積層構造体２０Ａを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、底面を一辺を約３００μｍとする個別素子（チップ）に分割して、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０を構成した（図４及び図５参照）。両電極４１０，４１１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、電極４１０の外周囲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（ＦＷＨＭ）は約２０ｎｍであり、単色性に優れうる発光が得られた。チップ状態での発光強度は約７６ミリカンデラ（ｍｃｄ）に到達した。
【００３６】
また、発光層４０４の両側に於いて、配置するＧａＰ結晶体４０７、４０９の層厚を約１２０μｍと略同一とて、発光層４０４の両側での構成層とＧａＰ結晶体との合計の層厚を略同一としたために、７５ｍＡの順方向電流を５０時間通流した後に於いても発光強度の然したる劣化は認められず、連続駆動に於いて動作信頼性に優れるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ２０となった。
【００３７】
また、通常のＥＢＩＣ法により（日本電子顕微鏡学会関東支部編集、「先端材料評価のための電子顕微鏡技法」（（株）朝倉書店、１９９１年１２月１５日発行、初版第１刷）、８４〜８７頁参照）、ＧａＰ結晶体４０７、４０９と上、下クラッド層４０３、４０５との接合界面近傍の領域には、ｐｎ接合が形成されていないことが示された。これに起因して、順方向電圧（＠２０ｍＡ）は約２．２ボルト（Ｖ）であり、そのバラツキも２．２Ｖ±０．１Ｖと小であった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明では、発光層の上下の双方向に発光を外部に透過するのに好都合となるＧａＰ結晶体を、金属酸化物層を介在させて設けることとしたので、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との間の格子不整合性を緩和しつつ、従って、亀裂等を発生させることなく、ＧａＰ結晶体が接着でき、高輝度のＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤが提供できる。
【００３９】
本発明に依れば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に対してドナー成分を構成元素として含む酸化物層を介在させてｎ形ＧａＰ結晶体をｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層に接着させることとしたので、ｎ形構成層とｎ形ＧａＰ結晶体の伝導形に変化を来すことなく、また、高抵抗領域或いはｐｎ接合領域の発生を抑制しつつ、ｎ形ＧａＰ結晶体を接着できるので、順方向電圧が低減されたＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤが提供できる。
【００４０】
また、本発明では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に対してアクセプター成分を構成元素として含む酸化物層を介在させてｐ形ＧａＰ結晶体をｐ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層に接着させることとしたので、ｐ形構成層とｐ形ＧａＰ結晶体の伝導形に変化を来すことなく、また、高抵抗領域或いはｐｎ接合領域の発生を抑制しつつ、ｐ形ＧａＰ結晶体を接着できるので、順方向電圧が低減されたＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤが提供できる。
【００４１】
本発明に依れば、接着するｎ形及びｐ形ＧａＰ結晶体の層厚を略同一とすることとしたので、ＡｌＧａＩｎＰ系発光層に印可される歪み量の均等化が図れ、動作信頼性に優れるＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧａＰ結晶体を接着させる手順を説明するための第１の断面模式図である。
【図２】ＧａＰ結晶体を接着させる手順を説明するための第２の断面模式図である。
【図３】ＧａＰ結晶体が接着された積層構造体の断面構造例であって、特に、構造体構成層の層厚の関係を説明するための模式図である。
【図４】実施例１に記載のＬＥＤの、母体材料の構成を示す断面模式図である。
【図５】実施例１に記載のＬＥＤの断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１０    ＡｌＧａＩｎＰ  ＬＥＤ
２０    ＡｌＧａＩｎＰ  ＬＥＤ
２０Ａ  積層構造体
１００Ａ  積層構造体
１００Ｂ  積層構造体
１０１    単結晶基板
１０２    緩衝層
１０３    下部クラッド層
１０４    発光層
１０５    上部クラッド層
１０６    金属酸化物層
１０７    ＧａＰ結晶体
１０８    金属酸化物層
１０９    ＧａＰ結晶体
１１０    ｎ形オーミック電極
１１１    ｐ形オーミック電極
４０１    ｐ形ＧａＡｓ単結晶基板
４０２    ｐ形ＧａＡｓ緩衝層
４０３    ｐ形ＡｌＧａＩｎＰ系下部クラッド層
４０４    ＡｌＧａＩｎＰ系発光層
４０５    ｎ形ＡｌＧａＩｎＰ系上部クラッド層
４０６    酸化錫固化層
４０７    ｎ形ＧａＰ結晶体
４０８    酸化亜鉛固化層
４０９    ｐ形ＧａＰ結晶体
４１０    ＡｕＧｅ／Ａｕ  ｎ形オーミック電極
４１１    ＡｕＺｎ  ｐ形オーミック電極
Ｄ１    ＧａＰ結晶体の層厚
Ｄ２    ＧａＰ結晶体の層厚
Ｄ３    ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の層厚
Ｄ４    ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の層厚
Ｔ１    ＧａＰとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との合計の層厚
Ｔ２    ＧａＰとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との合計の層厚
【図１】
0004313478.tif 000002
【図２】
0004313478.tif 000003
【図３】
0004313478.tif 000004
【図４】
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【図５】
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