JP2000353820A - 窓層を備えたＡｌＧａＩｎＰ発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光素子を獲得するた
めに必要な透明導電性窓層の構成要件と積層構成を提供
する。 【解決手段】ｎ形クラッド層を、キャリア濃度を相違す
る高低両キャリア濃度のｎ形ＡｌＧａＩｎＰ層から構成
し、高キャリア濃度層側に、ｃ軸方向に配向したＩＩＩ
族元素をドープしたｎ形酸化亜鉛からなる透明導電性窓
層を有する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】リン化アルミニウム・ガリウ
ム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）活性層から発光を外
部へ出射するに好都合な窓層を具備する高輝度のＡｌＧ
ａＩｎＰ発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】（Ａｌ_αＧａ_{1- α}）_XＩｎ_1-XＰ（０≦α
≦１、０＜Ｘ＜１）多元混晶にあって、特に、インジウ
ム組成比（＝１−Ｘ）を０．５とする（Ａｌ_αＧ
ａ_{1- α}）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦α≦１）は、砒化ガリウム
（ＧａＡｓ）単結晶と良好な格子整合性を有し（Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５７（２７）（１９９
０）、２９３７〜２９３９頁参照）、例えば赤橙色系を
出射する発光素子（ＬＥＤ）或いはレーザーダイオード
（ＬＤ）に利用されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．，６４（２１）（１９９４）、２８３９〜２８４
１頁参照）。これらの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得るために、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】ＤＨ構造発光部とは、発光（活性）層、上
部及び下部クラッドから構成される発光を司る機能部位
である。クラッド層は、限定された領域内（発光層内）
で電子と正孔とを集中して放射再結合させるために、発
光層を挟持して設けられる障壁層である。発光層領域内
で、都合良くキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）の再結合を起
こすために、クラッド層は発光層よりも禁止帯幅（ｂａ
ｎｄ ｇａｐ）を大きくして構成される。例えば、（Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐから発光層を構成し、クラ
ッド層を（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5ＰとするＤＨ構
造が開示されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．，５８（１０）（１９９１）、１０１０〜１０１２
頁参照）。

【０００４】従来の（Ａｌ_αＧａ_{1- α}）_XＩｎ_1-XＰ発光
素子において、ＤＨ構造発光部の上方には素子動作電流
を発光部へ広範に拡散させるため、電流拡散の役目も担
う窓（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、発光面積を拡大するために敷
設する結晶層であるから、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、窓層は発光の取り出し
方向に配置するため、発光層からの発光を吸収し難く、
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。従来より、窓層を砒化アルミニウム
・ガリウム結晶（Ａｌ_CＧａ_1-CＡｓ：０≦Ｃ≦１）から
構成する例が開示されている（上記のＡｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．，５８（１９９１）参照）。また、リン
化ガリウム（ＧａＰ）から構成する例も知られている
（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｍａｔｅｒ．，２０（１９９
１）、１１２５〜１１３０頁参照）。窓層として利用さ
れるＧａＰ結晶層の層厚は約１０μｍから数１０μｍで
あり（前出のＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．３００２参照）、よっ
て（Ａｌ_αＧａ_{1- α}）_XＩｎ_1-XＰ結晶層の一般的な成長
方法である有機金属熱分解気相成長（ＭＯ−ＶＰＥ）法
に比較すれば、より簡便に厚膜が成膜できるハロゲン
（ｈａｌｏｇｅｎ）或いはハイドライド（ｈｙｄｒｉｄ
ｅ）ＶＰＥにより形成されている。

【０００５】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料に加え、透
明な酸化物結晶層を発光部の上方に配置する積層構成も
開示されている。例えば、アメリカ合衆国特許第５，４
８１，１２２号では、ｐ形オーミックコンタクト層上に
酸化インジウム・錫（ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎ ｏｘｉｄ
ｅ：略称ＩＴＯ）層が配置されている。また、リン化砒
化ガリウム（ＧａＡｓＰ）、リン化ガリウム（Ｇａ
Ｐ）、リン化ガリウム・インジウム（ＧａＩｎＰ）また
は砒化ガリウム（ＧａＡｓ）から構成されるコンタクト
層を被覆する様に酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛や
酸化マグネシウム被膜を設ける手段が開示されている
（特開平１１−１７２２０号公報参照）。図４は、導電
性酸化物膜を具備する従来のＡｌＧａＩｎＰ発光素子の
断面模式図である。導電性酸化物膜５２は、上部クラッ
ド層１０６上に備えられたコンタクト層５１上に設けら
れる構成となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】Ａｌ_CＧａ_1-CＡｓは、
クラッド層を構成する（Ａｌ_αＧａ_{1- α}）_XＩｎ_1-XＰと
良好な格子整合関係があり、ミスフィット（ｍｉｓｆｉ
ｔ）転位等の結晶欠陥の少ない窓層を形成できる利点が
ある。しかし、約０．５を越える高いアルミニウム組成
比（＝Ｃ）のＡｌ_CＧａ_1-CＡｓを窓層として設けたＡｌ
ＧａＩｎＰ発光素子では、高温多湿の環境下に於いて順
方向電圧が経時的に変動し、これを防ぐため、例えばパ
ッシベーション（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）技術などの
特別な技術手段が要求される。

【０００７】また、ＧａＰで窓層を構成すれば、外部発
光効率を数倍に高めることができるが、（Ａｌ_αＧａ_1-
α）_XＩｎ_1-XＰとの格子不整合性から、良質のＧａＰ結
晶層を形成するには至らず、発光素子の寿命を短くして
しまう。また、発光の取り出し効率を高めるため、厚膜
のＧａＰ結晶層を形成するためには、クラッド層或いは
発光層とは異なる成膜技術を必要とし、発光素子の製造
工程が煩雑となる。

【０００８】また、透明酸化物層を備えた従来のＡｌＧ
ａＩｎＰ発光素子においては、酸化物層はＧａＡｓ等か
ら成るコンタクト層を介して設けられている。しかし、
ＧａＡｓの室温での禁止帯幅（＝１．４３ｅＶ）は、一
般的な発光層の構成材料である（Ａｌ_αＧａ_{1- α}）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐに比較すれば小さいため、発光がＧａＡｓ層
に吸収され、高輝度の発光素子を得るのに不利となる。
更に、抵抗率が約１０^-4Ω・ｃｍ程度と小さなＩＴＯ膜
を,単にコンタクト層に接触させて設けても、良好なオ
ーミック接触が安定して得られないという問題がある。

【０００９】同じく、約１０^-4Ω・ｃｍ程度の低抵抗率
の導電性を有する酸化物結晶に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が
ある（電子通信情報学会技術研究会報告、Ｖｏｌ．９
９、Ｎｏ．６３（１９９９．５．２０．）、８３〜８８
頁参照）。しかし、酸化亜鉛膜について、透明窓層とし
て良好なオーミック接触特性を機能させる構成要件及び
積層構造は開示されていない。

【００１０】本発明は上記の背景に鑑み、酸化亜鉛から
窓層を構成するための構成要件および積層構造を明らか
にし、高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光素子を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明者らは上記の課題を
解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。即
ち、本発明は、［１］ＧａＡｓ単結晶基板上に、それぞ
れ（Ａｌ_αＧａ_{1- α}）_XＩｎ_1-XＰ（０≦α≦１、０＜Ｘ
＜１）からなるｐ形クラッド層、発光層、及びｎ形クラ
ッド層を有し、さらにその上に多結晶体の酸化亜鉛から
なる窓層を有することを特徴とする発光素子、［２］Ｉ
ｎの混晶比（１−Ｘ）が、０．５であることを特徴とす
る［１］記載の発光素子、［３］酸化亜鉛が、六方晶ウ
ルツ鉱型結晶で、主にｃ軸方向に配向していることを特
徴とする［１］または［２］に記載の発光素子、［４］
酸化亜鉛が、第ＩＩＩ族元素が添加され、ｎ形の伝導性
を有することを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１
項に記載の発光素子、［５］第ＩＩＩ族元素が、硼素、
アルミニウム、ガリウム、インジウムから選ばれた一種
類以上の元素であることを特徴とする［４］記載の発光
素子、［６］ｎ形クラッド層が、キャリヤ濃度を相違す
る２層を含み、キャリヤ濃度の低い方の層が発光層側に
あり（Ａ１層とし、キャリヤ濃度をＮ１とする）、キャ
リヤ濃度の高い方の層が窓層側にある（Ａ２層とし、キ
ャリヤ濃度をＮ２とする）ことを特徴とする［１］〜
［５］のいずれか１項に記載の発光素子、［７］Ｎ１が
１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上で５×１０¹⁸ｃｍ^-3未満であり、
Ｎ２が５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上で３×１０¹⁹ｃｍ^-3以下で
あることを特徴とする［６］に記載の発光素子、［８］
Ａ２層が、層厚５ｎｍ以上で５００ｎｍ以下であること
を特徴とする［６］または［７］に記載の発光素子、
［９］Ａ１層のドーパントが珪素であり、Ａ２層のドー
パントが第ＶＩ族元素であることを特徴とする［６］〜
［８］のいずれか１項に記載の発光素子、［１０］第Ｖ
Ｉ族元素が、セレンまたはテルルであることを特徴とす
る［９］に記載の発光素子、に関する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明では、ＧａＡｓ単結晶基板
上に、（Ａｌ_αＧａ_{1- α}）_XＩｎ_1-XＰ（０≦α≦１、０
＜Ｘ＜１）からなるｐ形クラッド層、発光層、及びｎ形
クラッド層と多結晶体である酸化亜鉛の窓層を形成す
る。この場合、ＡｌＧａＩｎＰ層のインジウムの組成比
（１−Ｘ）については、０．５とすることでＧａＡｓ基
板に対し良好な格子整合性が得られる。

【００１３】酸化亜鉛（ＺｎＯ）多結晶層は、通常の高
周波スパッタ法や真空蒸着法等の物理的堆積法や化学的
堆積（ＣＶＤ）法などにより形成できる。特に、堆積時
に被堆積物の温度を大凡、２００℃以上とすれば、ウル
ツ鉱結晶型の＜０００１＞方向（所謂、ｃ軸方向）を成
長方位とする多結晶の酸化亜鉛結晶層が得られる。単結
晶の酸化亜鉛結晶も利用可能ではあるが、単結晶の酸化
亜鉛結晶層が得られる成膜温度では、酸化亜鉛の昇華に
因り、連続性のある酸化亜鉛膜が安定して得られない場
合がある。動作電流を広範囲に拡散させるには、膜の連
続性に欠ける単結晶膜よりも、連続性の高い多結晶酸化
亜鉛膜が有利である。なお多結晶酸化亜鉛膜には非晶質
体の酸化亜鉛膜も含まれる。

【００１４】この場合、多結晶酸化亜鉛膜を、ｃ軸方向
に優先的に配向させ、且つ、動作電流を平面的に拡散す
るためには、抵抗率（比抵抗）を１×１０³Ω・ｃｍ未
満とすることが好ましい。このような酸化亜鉛膜は、窓
層形成時において、被堆積物の温度を約２５０℃から約
４５０℃に設定することにより得られる。窓層の層厚は
約５ｎｍ以上であるのが望ましく、約５μｍを越える
と、表面の平坦性が悪化し発光強度の発光面内での均一
化が低下する。

【００１５】酸化亜鉛結晶は不純物を故意に添加しな
い、所謂アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）状態でｎ形の伝導
を呈するが、第ＩＩＩ族元素をドーピングすれば、より
確実に低比抵抗のｎ形酸化亜鉛窓層が形成できる。アル
ミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）やインジウム（Ｉ
ｎ）等の第ＩＩＩ族元素をドープすれば、比抵抗を約２
〜３×１０⁴Ω・ｃｍとする窓層として充分な導電性が
付与されたｎ形酸化亜鉛結晶層が得られる。例えば、Ａ
ｌドープ酸化亜鉛窓層は、Ａｌ不純物を例えば、約２〜
５重量％含む酸化亜鉛から成る成型材をタ−ゲットとし
てスパッタリングすれば形成できる。また、この様なタ
ーゲット材料の表面にレーザ光を照射するレーザアブレ
ーション法でも形成できる。この場合、ドーパントは必
ずしも一種に限定する必要はない。例えば、ＡｌとＧａ
の双方が添加されたｎ形酸化亜鉛結晶層からも窓層が構
成できる。酸化亜鉛結晶層の比抵抗は通常のホール（Ｈ
ａｌｌ）効果測定法等により測定できる。

【００１６】本発明では、上記のｎ形多結晶の酸化亜鉛
窓層をＤＨ構造発光部の一構成層であるｎ形クラッド層
の上に堆積する。ここでは、単層または単一もしくは多
重量子井戸構造から成る発光層上の、発光を取り出す方
向に配置したクラッド層を、上部クラッド層と称する。
また、窓層を成すｎ形酸化亜鉛層とのオーミック接触を
果たす関係上、上部クラッド層はｎ形の（Ａｌ_αＧａ_1-
α）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦α≦１）から構成されるものと
する。この様に上部クラッド層上に、従来の如く禁止帯
幅の小さな材料から成るコンタクト層を介さずに窓層を
設ければ、発光の吸収が回避でき高輝度の発光を得るこ
とができる。

【００１７】従来のように、酸化物結晶とのオーミック
接触を得るためのコンタクト層を配置しなくても、ｎ形
クラッド層をキャリア濃度を相違する２つの層を有する
ように構成し、その内、高いキャリア濃度層上に、ｎ形
酸化亜鉛窓層を形成すればｎ形クラッド層間でのオーミ
ック接合は充分に達成できる。低抵抗のオーミック接触
を形成するために、高キャリア濃度層のｎ形キャリア濃
度は、少なくとも約１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上は必要であ
り、５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であるのが望ましい。一般的
には３×１０¹⁹ｃｍ^-3を越える高キャリア濃度とすると
表面の平坦性が乱され、良好なオーミック接触が安定し
て得られ難くなる。この様な高キャリア濃度のｎ形（Ａ
ｌ_αＧａ_{1- α}）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦α≦１）層を形成す
る際のｎ形不純物としては、元素周期律の第ＩＶ族に属
する珪素（Ｓｉ）等よりも、第ＶＩ族に属するセレン
（Ｓｅ）やテルル（Ｔｅ）が好ましい。

【００１８】また、ｎ形クラッド層に含まれる低いキャ
リヤ濃度の層を、（Ａｌ_αＧａ_{1- α}）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０
≦α≦１）発光層側に設ける。発光層側にｎ形不純物を
多量にドーピングした高キャリア濃度層を設けると、多
量に存在するｎ形不純物が発光層内へと侵入し発光層の
伝導形或いはキャリア濃度または発光層と上部クラッド
層との接合界面の組成の急峻性を悪化させ、発光特性を
劣悪なものとするからである。低キャリア濃度層のｎ形
キャリア濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上で５×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3未満であるのが好ましい。このキャリア濃度は第Ｖ
Ｉ族不純物のドーピングにより達成できるが、発光層へ
のｎ形不純物の拡散を抑制する観点から、より熱拡散し
にくい第ＩＶ族不純物である珪素（Ｓｉ）を用いること
が好ましい。

【００１９】高キャリア濃度層の層厚としては５ｎｍ以
上であれば充分である。５ｎｍ未満では膜を形成するの
が困難で、ｎ形酸化亜鉛窓層との良好なオーミック接触
特性が得られない。層厚が５００ｎｍを越えると、層内
に含まれる第ＶＩ族元素の総量が増加することとなり、
多量の第ＶＩ族不純物が発光層内へと侵入し、発光層の
特性を劣化させる要因となる。一方、低キャリア濃度層
の層厚は、発光層内部へ侵入する高キャリア濃度層内に
含まれるｎ形不純物の量を抑制するための層でもある。
そのため、ＭＯ−ＶＰＥ法によりｎ形クラッド層を成膜
する温度が約７００℃前後であるのを考慮すると、低キ
ャリヤ濃度層の層厚は約０．５μｍを越える厚さとする
のが好ましい。また、発光層に拡散する高キャリア濃度
層内のｎ形不純物の量は、低キャリア濃度層の層厚が大
きいほど、減少できる。厚さの上限については、例えば
１０μｍでも構わないが、厚膜とすると成長時間がかか
り、高温の成長温度での保持時間が増加し、ドーパント
が発光層へと拡散する機会が増え、発光層との接合界面
の組成急峻性が損なわれるなど好ましくない。

【００２０】

【実施例】（実施例１）以下、本発明を実施例を基に詳
細に説明する。図１は本実施例に係わる発光素子１０の
平面模式図である。また、図２は、図１に示す発光素子
１０の破線Ａ−Ａ’に沿った断面構造を示す模式図であ
る。

【００２１】短波長可視発光素子１０を、亜鉛（Ｚｎ）
ドープｐ形（００１）−ＧａＡｓ単結晶基板１０１上
に、減圧ＭＯ−ＶＰＥ法により順次積層した、Ｚｎドー
プｐ形ＧａＡｓ緩衝層１０２、Ｚｎドープｐ形（Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐから成る下部クラッド層１０
４、アンドープのｎ形（Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
混晶から成る発光層１０５、及びｎ形（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐから成る上部クラッド層１０６か
ら作製した。トリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａ
ｌ）、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、ジエチル亜鉛（（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎ）を亜
鉛のドーピング源とした。下部クラッド層１０４はキャ
リア濃度を約３×１０ ¹⁸ｃｍ^-3に、成膜温度は７３０
℃、層厚は約４３０ｎｍとした。また、発光層の１０５
の成膜温度は７３０℃、層厚は約１２ｎｍとし、キャリ
ア濃度は約５×１０¹⁶ｃｍ^-3とした。

【００２２】上部クラッド層１０６は、キャリア濃度を
７×１０¹⁷ｃｍ^-3とするＳｉドープ低キャリア濃度層１
０６ａと、キャリア濃度を２×１０¹⁹ｃｍ^-3とするＳｅ
ドープ高キャリア濃度層１０６ｂとから構成した。低キ
ャリヤ濃度層の層厚は約１μｍ、高キャリヤ濃度層の層
厚は約５０ｎｍとした。

【００２３】上部クラッド層１０６の上には、一般的な
高周波スパッタリング法によりＡｌドープのＺｎＯから
成る窓層１０７を被着させた。窓層１０７は室温での比
抵抗を約３×１０^-4Ω・ｃｍとするｎ形層から構成し、
層厚は約２００ｎｍとした。一般的なＸ線回折分析法に
より、窓層１０７を成す酸化亜鉛の配向性は、＜０００
１＞方向（Ｃ軸）であること、並びに多結晶であること
が示された。

【００２４】酸化亜鉛窓層１０７上には、Ａｌから成る
直径が約１２０μｍの円形のｎ形電極１０８を一般的な
フォトリソグラフィー技術を利用して設けた。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（アロイ）処理を施してｐ形オーミック
電極１０９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発光素子１０となし
た。

【００２５】ｎ形電極１０８及びｐ形オーミック電極１
０９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、酸化亜鉛窓層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１７ｎｍであり、単色性に優れた発光が
得られた。順方向電圧（＠２０ｍＡ）は約１．９ボルト
（Ｖ）となった。また、発光強度は約６０ミリカンデラ
（ｍｃｄ）に到達した。

【００２６】（実施例２）本実施例では、ブラッグ（Ｂ
ｒａｇｇ）反射層を具備した（ＡｌＧａ）ＩｎＰ発光素
子を構成する場合を例にして、本発明を詳細に説明す
る。図３は、本実施例に係わる発光素子３０の断面模式
図である。

【００２７】＜０１１＞方向に４゜傾斜した、Ｚｎドー
プ（１００）ｐ形ＧａＡｓ基板１０１上に、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（（ＣＨ
₃）₃Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料とする、一般的な
減圧ＭＯ−ＶＰＥ法により、マグネシウム（Ｍｇ）ドー
プｐ形ＧａＡｓ緩衝層１０２を積層した。次に、ブラッ
グ反射層１０３、Ｍｇドープｐ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐから成る下部クラッド層１０４、アンドー
プのｎ形（Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ混晶から成る
発光層１０５、及びｎ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐから成る上部クラッド層１０６を積層させた。ブラッ
グ反射層１０３は、Ａｌ組成比を０．４５とするＭｇド
ープｎ形Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓ層１０３ａと、Ａｌ組成
比を０．９０とするＭｇドープｎ形Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａ
ｓ層１０３ｂとを５周期、重層して構成した。Ａｌ_0.45
Ｇａ _0.55Ａｓ層１０３ａの層厚は約４２ｎｍであり、ま
た、Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓ層１０３ｂの層厚は約４９ｎ
ｍとした。

【００２８】ｐ形ＧａＡｓ緩衝層１０２の層厚は約０．
２μｍとし、キャリア濃度は約３×１０¹⁸ｃｍ^-3とし
た。ブラッグ反射層１０３の構成層１０３ａ、１０３ｂ
のキャリア濃度は双方共に約１×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。
下部クラッド層１０４の層厚は約０．８μｍとし、キャ
リア濃度は約３×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。発光層の１０５
の層厚は約１０ｎｍとし、キャリア濃度は約８×１０¹⁶
ｃｍ^-3とした。

【００２９】上部クラッド層１０６は、低及び高キャリ
ア濃度の２層から構成した。発光層１０５に接合させて
配置した低キャリア濃度層１０６ａは、キャリア濃度を
約６×１０¹⁷ｃｍ^-3とし、層厚を約１．７μｍとするＳ
ｉドープｎ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_{0 .3}）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐから構成
した。高キャリア濃度層１０６ａは、Ｓｅを高濃度にド
ーピングした、キャリア濃度を約１×１０¹⁹ｃｍ^-3と
し、層厚を約１００ｎｍとするｎ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐから構成した。

【００３０】高キャリア濃度層１０６上には、Ａｌを重
量含有率にして３重量％及びＧａを０．５重量％含む酸
化亜鉛から成る固形成型材料（ペレット）を原料とし
て、電子ビーム真空蒸着法により酸化亜鉛窓層１０７を
形成した。窓層１０７を構成するｎ形酸化亜鉛の比抵抗
はホール効果測定法によれば約４×１０^-4Ω・ｃｍであ
り、層厚は約１５０ｎｍとした。電子線回折解析法によ
る回折パターンから、酸化亜鉛層はｃ軸方向に配向した
多結晶であるのが確認された。

【００３１】実施例１の記載と同様にｎ形電極１０８及
びｐ形オーミック電極１０９を形成して発光素子３０を
作製した。順方向に素子動作電流を通流したところ、波
長を約６２０ｎｍとする赤橙色の発光が酸化亜鉛窓層１
０７の略全面から得られた。また、発光スペクトルの半
値幅（ＦＷＨＭ）は約１８ｎｍであり、単色性に優れる
発光がもたらされた。電流を２０ｍＡとした際の順方向
電圧は約２Ｖであった。発光強度は約９０ｍｃｄに達し
た。

【００３２】

【発明の効果】本発明により、高輝度のＡｌＧａＩｎＰ
発光素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に記載の発光素子の平面模式図であ
る。

【図２】実施例１に記載の発光素子の断面模式図であ
る。

【図３】実施例２に記載の発光素子の平面模式図であ
る。

【図４】透明な導電性酸化物膜を具備した従来のＡｌＧ
ａＩｎＰ発光素子の断面模式図である。

【符号の説明】

１０ ＡｌＧａＩｎＰ発光素子 ３０ ＡｌＧａＩｎＰ発光素子 ２０ 積層構造体 ５１ コンタクト層 ５２ 透明導電性酸化物膜 ５３ 上部電極 ５４ 下部電極 １０１ ＧａＡｓ単結晶基板 １０２ ＧａＡｓ緩衝層 １０３ ブラッグ反射層 １０３ａ ブラッグ反射構成層 １０３ｂ ブラッグ反射構成層 １０４ 下部クラッド層 １０５ 発光層 １０６ 上部クラッド層 １０６ａ 低キャリア濃度層 １０６ｂ 高キャリア濃度層 １０７ ｎ形酸化亜鉛窓層 １０８ ｎ形電極 １０９ ｐ形オーミック電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 良一 埼玉県秩父市大字下影森1505番地 昭和電 工株式会社秩父工場内 Ｆターム(参考） 5F041 AA04 AA11 CA04 CA23 CA34 CA35 CA41 CA64 CA82 CA88 CA98 CB36 5F073 AB17 CA14 CB02 CB07 DA05 EA24

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＧａＡｓ単結晶基板上に、それぞれ（Ａｌ
   _αＧａ_{1- α}）_XＩｎ_1-XＰ（０≦α≦１、０＜Ｘ＜１）か
   らなるｐ形クラッド層、発光層、及びｎ形クラッド層を
   有し、さらにその上に多結晶体の酸化亜鉛からなる窓層
   を有することを特徴とする発光素子。
2. 【請求項２】Ｉｎの混晶比（１−Ｘ）が、０．５である
   ことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
3. 【請求項３】酸化亜鉛が、六方晶ウルツ鉱型結晶で、主
   にｃ軸方向に配向していることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の発光素子。
4. 【請求項４】酸化亜鉛が、第ＩＩＩ族元素が添加され、
   ｎ形の伝導性を有することを特徴とする請求項１〜３の
   いずれか１項に記載の発光素子。
5. 【請求項５】第ＩＩＩ族元素が、硼素、アルミニウム、
   ガリウム、インジウムから選ばれた一種類以上の元素で
   あることを特徴とする請求項４記載の発光素子。
6. 【請求項６】ｎ形クラッド層が、キャリヤ濃度を相違す
   る２層を含み、キャリヤ濃度の低い方の層が発光層側に
   あり（Ａ１層とし、キャリヤ濃度をＮ１とする）、キャ
   リヤ濃度の高い方の層が窓層側にある（Ａ２層とし、キ
   ャリヤ濃度をＮ２とする）ことを特徴とする請求項１〜
   ５のいずれか１項に記載の発光素子。
7. 【請求項７】Ｎ１が１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上で５×１０¹⁸
   ｃｍ^-3未満であり、Ｎ２が５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上で３×
   １０¹⁹ｃｍ^-3以下であることを特徴とする請求項６に記
   載の発光素子。
8. 【請求項８】Ａ２層が、層厚５ｎｍ以上で５００ｎｍ以
   下であることを特徴とする請求項６または７に記載の発
   光素子。
9. 【請求項９】Ａ１層のドーパントが珪素であり、Ａ２層
   のドーパントが第ＶＩ族元素であることを特徴とする請
   求項６〜８のいずれか１項に記載の発光素子。
10. 【請求項１０】第ＶＩ族元素が、セレンまたはテルルで
    あることを特徴とする請求項９に記載の発光素子。