JP2002084001A

JP2002084001A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光ダイオード、発光ダイオードランプ、光源、ｉｉｉ族窒化物半導体発光ダイオード用電極およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002084001A
Application number: JP2001116251A
Authority: JP
Inventors: Takashi Udagawa; 隆宇田川
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2002-03-22
Anticipated expiration: 2021-04-16
Also published as: TW535302B; JP4754711B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤでは、オー
ミック電極を兼ねる台座電極のみからＬＥＤ駆動電流が
供給されているため、駆動電流を発光領域の広範囲に拡
散できず、高発光強度のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤが
都合良く提供されない問題を解決する。【解決手段】導電性基板上にリン化硼素（ＢＰ）系緩衝
層を介して積層した積層構造体の表面層上に表面オーミ
ック電極、導電性透明酸化物結晶層からなる窓層、およ
び台座電極を設けて、駆動電流を発光領域に広範囲に拡
散させることにより、高発光強度のＩＩＩ族窒化物半導
体ＬＥＤを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、素子駆動電流を発
光領域の広範囲に拡散させるために好適なオーミック
（ｏｈｍｉｃ）電極の配置構成を備えたＩＩＩ族窒化物
半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）とそれに用いられるＩ
ＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極、およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード
は、例えば窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム
（Ａｌ_XＧａ_YＩｎ_1-X-YＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、０≦Ｘ＋
Ｙ≦１）等からなるｐｎ接合型発光部を備えた積層構造
体に電極を設けて構成される。積層構造体には、基板材
料と積層構造体を構成するＩＩＩ族窒化物半導体層との
格子の不整合性を緩和して良質のＩＩＩ族窒化物半導体
層を成長させるために、一般に緩衝（ｂｕｆｆｅｒ）層
が設けられている（特開平２−２２９４７６号明細書参
照）。サファイア（α−Ａｌ₂Ｏ₃単結晶）を基板とする
発光素子用途の積層構造体では、緩衝層はもっぱら窒化
アルミニウム・ガリウム（組成式Ａｌ_αＧａ_βＮ：０≦
α、β≦１）から構成されている（前記特開平２−２２
９４７６号明細書参照）。この様な積層構造体からなる
ＬＥＤに素子駆動用電流を供給するための電極、所謂、
オーミック（ｏｈｍｉｃ）電極は、サファイア等の絶縁
性材料を基板とする積層構造体にあっては、積層構造体
を構成するｐ形伝導層及びｎ形伝導層上に配置されてい
る（例えば、特開平６ー２６０６８２号明細書参照）。

【０００３】図１に、サファイア基板１０１上にＡｌ_α
Ｇａ_βＮ（０≦α、β≦１、α＋β＝１）緩衝層１０２
を介して設けた、ｎ形窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる
下部クラッド層１０３、窒化ガリウム・インジウム（Ｇ
ａ_YＩｎ_1-YＮ：０≦Ｙ≦１）からなる発光層１０４、及
びｐ形ＧａＮからなる上部クラッド層１０５からなるｐ
ｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）構造の発光部１０を備え
た従来のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ１００の断面構造
を模式的に示す。基板１０１が絶縁性であるが故に、ｐ
形及びｎ形オーミック電極１０６、１０７の各々を積層
構造体をなすｐ形伝導層（ｐ形クラッド層１０５）及び
ｎ形伝導層（ｎ形クラッド層１０３）表面上に設ける必
要がある。即ち、電極１０７は発光部１０の一部を切削
する煩雑な加工を経て形成されている。また、発光部１
０の一部を除去するため、発光部１０の表面積が減少
し、発光強度の高いＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤが提供
できない不都合がある。

【０００４】一方、リン化ガリウム（ＧａＰ）や珪素
（シリコン）等の導電性結晶を基板としてＩＩＩ族窒化
物半導体青色ＬＥＤ用途の積層構造体を構成する例も知
られている（特開平２ー２７５６８２号明細書参照）。
この積層構造体の形成にあっては、リン化硼素（ＢＰ）
系材料から緩衝層を構成する技術が開示されている（前
記特開平２−２７５６８２号明細書参照）。導電性結晶
を基板とする積層構造体にあっては、基板結晶の伝導形
に対応する第１導電形の電極を基板裏面に設け、それと
は反対の第２導電形の電極を基板結晶とは逆の伝導形の
積層体構成層上に配置するのが通例である（特開平１０
−２４７７６１号明細書参照）。この従来の電極の配置
例では、基板表面上に設けた発光部を欠損する必要もな
く、従って発光部の表面積に減少を来すこともないため
に、高強度のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを得るにそも
そも優位となっている。

【０００５】導電性基板の裏面に第１導電形のオーミッ
ク電極（裏面オーミック電極）を、また、積層構造体の
表面に第２導電形のオーミック電極（表面オーミック電
極）を備えた従来のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ２００
の平面構成を模式的に図２に例示する。表面オーミック
電極２０１は、結線（ボンディング）用の電極（台座電
極）を兼ねて、積層構造体の一構成層２０２の中央部に
唯一、配置されるのが通例である（前記特開平２−２７
５６８２号明細書参照）。また、中心部の台座電極に直
接接触する帯状電極を付帯させて表面オーミック電極を
構成する従来例が知られている（特開平１１−１６８２
４０号明細書参照）。

【０００６】表面オーミック電極は従来より、もっぱら
窒化アルミニウム・ガリウム（Ａｌ_XＧａ_YＮ：０≦Ｘ，
Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）結晶層上に設けるのが通例である
（特開平６−３１４８２２号明細書参照）。しかしなが
ら、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及び窒化ガリウム（Ｇ
ａＮ）の移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）は、砒化ガリウム
（ＧａＡｓ）やリン化インジウム（ＩｎＰ）等の他のＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体のそれに比較して桁違いに小さ
い（末松安晴著、「光デバイス」（平成９年５月１５
日、（株）コロナ社発行、初版第８刷）、２８〜２９頁
参照）。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の室温で
の正孔移動度は１４ｃｍ²／Ｖ・ｓであり、例えば、間
接遷移型のリン化硼素（ＢＰ）の５００ｃｍ²／Ｖ・ｓ
に比較しても約１／３０の低さにとどまっている（前記
「光デバイス」、２８〜２９頁参照）。このため、オー
ミック電極を構成層上に唯一設ける従来の電極配置手段
では、素子動作電流を発光部の広範囲に亘り充分に拡散
できず、よって高強度のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを
得るに不利となっている。

【０００７】電流拡散性については他のＩＩＩーＶ族化
合物半導体に比較して劣るＩＩＩ族窒化物半導体の物性
に鑑み、従来技術では、素子動作電流を広範囲に拡散さ
せるために、台座電極に直結させた透光性の金属薄膜電
極をオーミック性電極として利用する手段が開示されて
いる（特開平６−３１４８２２号明細書参照）。例え
ば、ｐ形不純物がドーピングされた窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）系ＩＩＩ族窒化物半導体層表面の略全面に金（Ａ
ｕ）薄膜からなる透光性オーミック電極が設けられてい
る（前記特開平６−３１４８２２号明細書参照）。しか
しながら、この従来技術では、発光部からの発光が電極
をなす金属薄膜に少なからず吸収されるため、結局のと
ころ、ＬＥＤの外部に取り出せる発光の強度が低下して
しまう問題が生じている。

【０００８】インジウム・錫複合酸化物（ＩＴＯ）膜
は、ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤが放出する青色、緑色
或いはより長波長の発光に対して、前記の金属薄膜に比
して高い透過率を有する（「透明導電膜の技術」
（（株）オーム社、平成１１年３月３０日発行、第１版
第１刷）、９７〜１０１頁参照）。この透過性を利用し
て外部へ発光をより良く取り出すために、ＩＴＯからな
る導電性透明酸化物結晶層を窒化ガリウム（ＧａＮ）層
についてのコンタクト層（発光透過用窓層）として設け
てＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを構成する技術が知れて
いる（特開昭４９−１２２２９４号明細書、実開平
６−３８２６５号明細書、及びＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４，Ｎｏ．２６（１９９９）、
３９３０〜３９３２頁参照）。

【０００９】従来技術においては、特に高い正孔（ｈｏ
ｌｅ）濃度及び移動度が得られ難く電流拡散性に乏しい
ｐ形ＧａＮ層上に、ＩＴＯ等の導電性透明酸化物結晶層
を配置することが多用されている（前記実開平６−３８
２６５号、及びＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．参
照）。しかし、ＩＴＯとＩＩＩ族窒化物半導体結晶層と
のオーミック接触性は然して良好ではなく、上記の場合
順方向電圧（ｆｏｒｗａｒｄｖｏｌｔａｇｅ：Ｖｆ）が
上昇してしまう欠点がある（詳細は前記Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４（１９９９）参照）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の従来技
術の不都合に鑑みなされたもので、ＩＴＯ等の導電性透
明酸化物結晶層を発光を外部へ効率的に取り出すための
窓層として備えたＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤにおい
て、素子動作電流を発光部の広範囲に拡散でき、且つ、
高強度の発光を外部へ取り出すためのオーミック電極の
配置手段を提示する。そしてその手段に依り配置された
オーミック電極を備えた高強度のＩＩＩ族窒化物半導体
発光ダイオードとそのＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオ
ード用電極およびその製造方法を提供するものである。

【００１１】特に、本発明は素子動作電流を発光部に広
範に拡散させるために、台座電極の位置に対して表面オ
ーミック電極を、積層構造体の一構成層の表面上の好適
な位置に配置することを骨子とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）裏面に第１導電形の裏面オーミック電極を備えた
第１導電形の単結晶基板と、該単結晶基板の表面上に形
成されたリン化硼素（ＢＰ）系材料からなる緩衝層と、
該緩衝層上に設けられた、ヘテロ接合構造の発光部を含
む窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶層と、
該ＩＩＩ族窒化物結晶層上に設けられた導電性透明酸化
物結晶層からなる窓層とを少なくとも備えたＩＩＩ族窒
化物半導体発光ダイオードにおいて、前記ＩＩＩ族窒化
物結晶層の表面と前記窓層との間に、前記窓層と導通を
なす第２導電形の表面オーミック電極が、前記ＩＩＩ族
窒化物結晶層の表面と接して形成され、前記窓層の上側
表面の中央に結線用の台座電極が形成されていることを
特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。であ
る。

【００１３】また本発明は、（２）前記表面オーミック電極が、前記台座電極の周囲
に配置されていることを特徴とする（１）に記載のＩＩ
Ｉ族窒化物半導体発光ダイオード。（３）前記表面オーミック電極が、前記台座電極の中心
に対して左右対称の位置に配置されていることを特徴と
する（１）または（２）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体
発光ダイオード。（４）前記表面オーミック電極が、前記台座電極の中心
より等距離の位置に設けられていることを特徴とする
（１）ないし（３）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光
ダイオード。（５）前記表面オーミック電極が、等間隔に配置された
複数の電極から構成されていることを特徴とする（１）
ないし（４）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオ
ード。（６）前記表面オーミック電極が、前記ＩＩＩ族窒化物
結晶層の表面上の台座電極の射影領域以外の領域（以
下、開放発光領域という）に配置されていることを特徴
とする（１）ないし（５）に記載のＩＩＩ族窒化物半導
体発光ダイオード。（７）前記表面オーミック電極の面積の合計が、開放発
光領域の総面積の５％以上で３０％以下としたことを特
徴とする（６）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイ
オード。（８）前記表面オーミック電極と接するＩＩＩ族窒化物
結晶層が、窒化リン化ガリウム（ＧａＮ₁ _ー _XＰ_X、但し０
＜Ｘ＜１）からなることを特徴とする（１）ないし
（７）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
である。

【００１４】また本発明は、（９）（１）ないし（８）に記載のＩＩＩ族窒化物半導
体発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプ。（１０）（９）に記載の発光ダイオードランプを用いた
光源。である。

【００１５】また本発明は、（１１）ヘテロ接合構造の発光部を含む窒化ガリウム
（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶層と、該ＩＩＩ族窒化
物結晶層上に設けられた導電性透明酸化物結晶層からな
る窓層とを少なくとも備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光
ダイオードに用いられる電極において、前記ＩＩＩ族窒
化物結晶層の表面と前記窓層との間に、前記窓層と導通
をなす表面オーミック電極が、前記ＩＩＩ族窒化物結晶
層の表面と接して形成され、前記窓層の上部表面の中央
に結線用の台座電極が形成されていることを特徴とする
ＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。である。

【００１６】また本発明は、（１２）前記表面オーミック電極が、前記台座電極の周
囲の位置に配置されていることを特徴とする（１１）に
記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。（１３）前記表面オーミック電極が、前記台座電極の中
心に対して左右対称の位置に配置されていることを特徴
とする（１１）または（１２）に記載のＩＩＩ族窒化物
半導体発光ダイオード用電極。（１４）前記表面オーミック電極が、前記台座電極の中
心より等距離の位置に設けられていることを特徴とする
（１１）ないし（１３）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体
発光ダイオード用電極。（１５）前記表面オーミック電極が、等間隔に配置され
た複数の電極から構成されていることを特徴とする（１
１）ないし（１４）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光
ダイオード用電極。（１６）前記表面オーミック電極が、前記ＩＩＩ族窒化
物結晶層の表面上の台座電極の射影領域以外の領域（以
下、開放発光領域という）に配置されていることを特徴
とする（１１）ないし（１５）に記載のＩＩＩ族窒化物
半導体発光ダイオード用電極。（１７）前記表面オーミック電極の面積の合計が、開放
発光領域の総面積の５％以上で３０％以下としたことを
特徴とする（１６）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光
ダイオード用電極。（１８）前記表面オーミック電極と接するＩＩＩ族窒化
物結晶層が、窒化リン化ガリウム（ＧａＮ₁ _ー _XＰ_X、但し
０＜Ｘ＜１）からなることを特徴とする（１１）ないし
（１７）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード
用電極。である。

【００１７】また本発明は、（１９）ヘテロ接合構造の発光部を含む窒化ガリウム
（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と接して、表
面オーミック電極を形成する第１の工程と、第１の工程
に引き続き、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と前記表
面オーミック電極とを覆って、その表面オーミック電極
と導通する導電性透明酸化物結晶層からなる窓層を形成
する第２の工程と、第２の工程に引き続き、前記窓層の
上部表面の中央に、その窓層と導通する結線用の台座電
極を形成する第３の工程と、を有することを特徴とする
ＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極の製造方
法。（２０）台座電極を、ＩＩＩ族窒化物結晶層上に導電性
透明酸化物結晶層からなる窓層を介して形成し、台座電
極の結線を行う面には導電性透明酸化物結晶層が存在し
ないようにする（１９）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体
発光ダイオード用電極の製造方法。である。

【００１８】

【発明の実施の形態】図３は、上記（１）または（１
１）に記載の発明に係わる第１の実施形態を表すＩＩＩ
族窒化物半導体ＬＥＤ３００およびその電極の構成を説
明するための断面模式図である。第１の実施形態に係わ
るＬＥＤ３００は、基板３０１として導電性を呈する単
結晶を用いた積層構造体３１を母体材料として構成す
る。導電性の単結晶を基板とすれば、第１導電形のオー
ミック電極を基板の裏面に裏面オーミック電極３０９と
して設けることができる。即ち、サファイア等の電気絶
縁性の単結晶を基板とする従来のＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ
とは異なり、発光部の一部を欠落させることなくオーミ
ック電極が設けられるため、従って、発光部の表面積の
低減が回避され、高い発光強度のＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ
を得るに優位となる。また、導電性を有し、且つ、劈開
性を呈する単結晶を基板として用いれば、結晶の劈開を
利用して、簡便に個別の素子に分割でき、ＩＩＩ族窒化
物ＬＥＤを作製するに至便となる。導電性と劈開性とを
兼備し基板として好適に利用できる単結晶として、珪素
（Ｓｉ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム
（ＧａＡｓ）などが例示できる。更に、基板表面上にＩ
ＩＩ族窒化物半導体層を積層させる際の堆積温度が、一
般には約８００℃を越える高温であることに鑑みると、
高温での耐熱性を有する珪素単結晶（シリコン）等が基
板として好適に用いられる。例えば、面方位を｛１０
０｝或いは｛１１１｝とするｐ形またはｎ形シリコンが
基板として好適である。

【００１９】導電性結晶からなる基板３０１の表面上に
は、リン化硼素（ＢＰ）系材料から構成される緩衝層３
０２を設ける。リン化硼素（ＢＰ）系材料とは、構成元
素として硼素（Ｂ）及びリン（Ｐ）を少なくとも含むＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体を云う。ＢＰ系材料としてリン
化硼素（ＢＰ）に加え、例えば、窒化リン化硼素（ＢＮ
_1-XＰ_X：０＜Ｘ＜１）やリン化硼素・ガリウム（Ｂ_1-Y
Ｇａ_YＰ：０＜Ｙ＜１）等が例示できる。ＢＰ系材料は
ｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）発光部３０を構成する
窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物半導体との
格子のミスマッチ（ｍｉｓｍａｔｃｈ）が少ない。例え
ば、窒素組成比（＝１−Ｘ）を０．０３（３％）とする
ＢＮ_0.03Ｐ_0.97（格子定数＝４．５１０Å）からは立方
晶のＧａＮとの格子整合を果たす緩衝層が構成できる利
点がある。即ち、ＢＰ系材料からなる緩衝層は、格子整
合性の良好さのためミスフィット転位等の結晶欠陥密度
が少ない結晶性に優れる上層をもたらす作用を発揮す
る。

【００２０】アズ−グローン（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）状態
において、主に非晶質体から構成されているＢＰ系緩衝
層は、基板をなす導電性単結晶材料と積層構造体をなす
構成層との格子の不整合性を緩和するに特に有効に作用
する。非晶質体を主体としてなる結晶層は、上層の成膜
に伴い、格子ミスマッチに起因する格子歪を吸収しつつ
結晶化するため良質の上層をもたらす作用を発揮するか
らである。非晶質体を主体とするＢＰ系緩衝層は積層構
造体の他の構成層と同じく、例えば、トリエチル硼素
（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）／ホスフィン（ＰＨ₃）反応系有機金
属熱分解気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により成膜温度を約
２００℃を越え約５００℃以下の温度で成膜することに
より得られる。また、三塩化硼素（ＢＣｌ₃）／三塩化
リン（ＰＣｌ₃）反応系ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）気
相成長（ＶＰＥ）法を利用し、成膜温度を約１５０℃〜
約７５０℃の範囲に設定して得られる。更に、成膜温度
は約２００℃以上で約５００℃以下の範囲とするのが好
適である（特開２０００−５８４５１号公報明細書参
照）。前記気相成長手段に殆ど拘わらず、非晶質体を主
体としてなるＢＰ系緩衝層を得るに最も肝要な条件は、
その成膜温度である。成膜温度を約２００℃未満とする
と原料の熱分解が充分に進行しないため、緩衝層が安定
して形成出来ない不都合がある。一方、成長温度が５０
０℃を越えると多結晶体層が形成され易くなる。単結晶
体が乱雑に集合してなる多結晶層上には、多結晶層を構
成する各単結晶体の配向（配位方向）を反映して、乱雑
な方位に結晶が成長し易いため、表面の平坦な上層が得
られ難く不都合である。緩衝層の主たる構成要素の相違
は一般的なＸ線回折分析法や電子線回折法等の分析手段
をもって知ることができる。

【００２１】２００℃以上で５００℃以下の範囲の比較
的低温で成膜したＢＰ系材料からなる低温緩衝層と、低
温緩衝層上にそれより高温で成膜したＢＰ系材料からな
る単結晶層とで緩衝層を構成することもできる。低温緩
衝層を介して成膜されたＢＰ系結晶層は、結晶欠陥密度
が小さく結晶性に優れた単結晶層となり、当該単結晶層
は欠陥密度の小さな上層を得るに効果を奏する。即ち、
ＢＰ系低温緩衝層とその上のＢＰ系高温単結晶層との複
数の層から構成した緩衝層は、結晶性に優れる上層をも
たらすに有効となる。該当する緩衝層の構成例として、
例えば、非晶質のリン化硼素（ＢＰ）からなる低温緩衝
層とＢＰ単結晶層との２層から構成される重層緩衝層が
例示できる。高温緩衝層は前記ＭＯＣＶＤ法等の気相成
長手段を利用して大凡、８００℃から１２００℃の温度
範囲で成膜するのが好ましい。

【００２２】低温緩衝層或いは重層緩衝層上には発光部
を構成する。発光部は発光を担う機能部位であり、少な
くとも発光層とクラッド層とから構成する。発光部は単
一（シングル）ヘテロ構造或いは二重（ダブル）ヘテロ
接合構造の何れかからも構成できる。発光部をダブルヘ
テロ（ｄｏｕｂｌｅｈｅｔｅｒｏ：ＤＨ）接合構造か
ら構成すると、キャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）の「閉じ込
め効果」により、シングルヘテロ接合構造に比較して高
強度の発光をもたらすに優位となる。第１の実施形態と
して図３に例示するのは、発光層３０４とそれを挟持す
る下部クラッド層３０３及び上部クラッド層３０５とか
ら構成されているｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部３０であ
る。また、発光部から出射される発光の強度は発光部を
構成する機能層、特に発光層をなす結晶層の結晶性に依
存する。一般には、転位や欠陥の少ない良質な結晶層を
利用する程、高強度の発光が得られる。従って、発光部
は前記低温緩衝層或いは重層緩衝層と格子のミスマッチ
（ｍｉｓｍａｔｃｈ）の少ない結晶層から構成するのが
望ましい。例えば、ガリウム（Ｇａ）組成比を０．０３
（３％）とする立方晶のリン化硼素・ガリウム（Ｂ_0.97
Ｇａ_0.03Ｐ）と、リン組成比を０．０３とする立方晶窒
化リン化ガリウム（ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03）と、インジウム
組成比を０．１２とする立方晶窒化ガリウム・インジウ
ム（Ｇａ_0.88Ｉｎ_0.12Ｎ）とは同一の格子定数４．５６
６Åを有する。これより、Ｂ_0.97Ｇａ_0. ₀₃Ｐ緩衝層上
に、ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03をクラッド層とし、Ｇａ_0.88Ｉｎ
_0.12Ｎを発光層として格子整合系の発光部を構成でき
る。即ち、格子ミスマッチに起因する結晶欠陥密度の小
さい良質の結晶層から発光部を構成できる。

【００２３】ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ３００の表面
側の電極は、積層構造体３１を構成する一構成層、例え
ば、ｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部３０を構成する上部ク
ラッド層３０５の表面上に表面オーミック電極３０８を
配置し、上部クラッド層３０５と表面オーミック電極３
０８の表面を被覆し、且つ、表面オーミック電極３０８
と導通する様に設けたＩＴＯ等の導電性透明酸化物結晶
層からなる窓層３０６を重層させ、窓層３０６上の中心
部に台座電極３０７を設けて構成する。即ち、表面オー
ミック電極３０８は、台座電極３０７と個別に、しかも
直接台座電極３０７に接触させずに、ＩＩＩ族窒化物半
導体ＬＥＤ３００用途の積層構造体３１の一構成層（図
３に例示するＬＥＤ３００にあっては上部クラッド層３
０５）の表面上に配置するのが特徴である。台座電極３
０７と表面オーミック電極３０８とは、窓層３０６をな
すＩＴＯなどの導電性透明酸化物結晶層を介して導通さ
れる。窓層３０６は発光を効率的に外部へ射出できる透
過率を有し、尚且、表面オーミック電極３０８へ素子動
作電流を供給できる、ＩＴＯ以外の良導性の透明材料か
らも同様に構成できる。ＩＴＯ以外の構成材料としては
酸化亜鉛（ＺｎＯ）、亜鉛（Ｚｎ）・珪素（Ｓｉ）混合
酸化物などが例示できる。

【００２４】上記のＬＥＤ３００の表面側の電極は、第
１の工程で上部クラッド層３０５の表面に公知のフォト
リソグラフィー等の手法を用いて表面オーミック電極３
０８を形成し、引き続き第２の工程でスパッタリング法
等の手法を用いて、前記上部クラッド層３０５の表面と
前記表面オーミック電極３０８とを覆って、表面オーミ
ック電極３０８と導通する導電性透明酸化物結晶層から
なる窓層３０６を形成し、さらに引き続き第３の工程
で、前記窓層３０６の上部表面の中央に窓層３０６と導
通する結線用の台座電極３０７を形成することによって
作成できる。

【００２５】この場合、台座電極３０７を上部クラッド
層３０５上に導電性透明酸化物結晶層からなる窓層３０
６を介して形成することにより、台座電極３０７の結線
を行う面には導電性透明酸化物結晶層が存在しないよう
にする。台座電極３０７上に導電性透明酸化物結晶層が
存在すると、透明なため導電性透明酸化物結晶層がある
領域を認識できず、導電性透明酸化物結晶層上にワイヤ
ボンディングによる結線を行ってしまい、ワイヤが台座
電極３０７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、導電性透明酸化物結晶層上に台座電
極３０７を形成し台座電極３０７の結線を行う面には導
電性透明酸化物結晶層が存在しないようにすることによ
り、この不具合を確実に防止することができる。

【００２６】本発明は特に、平面的に見て表面オーミッ
ク電極３０８を台座電極３０７の周囲に配置してＩＩＩ
族窒化物半導体ＬＥＤを構成するのが特徴である。図４
に第１の実施形態に係わる表面オーミック電極３０８の
配置例を例示する。積層構造体３１（図３参照）の一構
成層３０５（図３参照）の表面上に、台座電極３０７を
中心として左右対称の位置に配置された表面オーミック
電極３０８は、一構成層３０５の内部に、しいては発光
部３０（図３参照）に素子動作電流を分配、拡散させる
作用を呈する。また、図４に例示する複数の表面オーミ
ック電極３０８とは異なる構成からなる表面オーミック
電極として、単一の環状金属電極から構成する例が挙げ
られる。本発明では、発光素子の中心ではなく素子の周
辺に設けられた台座電極間の中間領域に島状にオーミッ
ク電極を設ける、従来の技術（特開昭５７−１１１０７
６号明細書参照）に示される如くの配置手段とは異な
り、平面的に見て、発光素子の中心に設置された台座電
極の周囲に表面オーミック電極を配置する。

【００２７】図３を利用して説明するに、台座電極３０
７の下方に在る台座電極３０７の射影領域３０７ａに於
ける発光は、発光部３０からの発光が台座電極３０７に
より遮蔽されてしまうために効率的に外部へ取り出せな
い。即ち、台座電極３０７より窓層３０６を介して射影
領域３０７ａに供給される素子動作電流は素子の発光強
度を向上させるに効率的に寄与せずに浪費されることと
なる。そこで本発明の第２の実施形態では、特に、表面
オーミック電極３０８を、積層構造体３１をなすＩＩＩ
族窒化物結晶層の台座電極３０７の射影領域３０７ａ以
外の領域３０７ｂ（以下、開放発光領域３０７ｂ）の表
面上に配置する。図４に本発明に係わる表面オーミック
電極を備えたＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの平面模式図
を示す。開放発光領域３０７ｂに配置された表面オーミ
ック電極３０８は、開放発光領域３０７ｂに素子動作電
流を優先的に流通、拡散させる作用を発揮する。また、
外部に開放されているために発光を外部へ容易に取り出
せる開放発光領域３０７ｂに限定して素子動作電流を集
中して流入させることにより、しいては開放発光領域３
０７ｂの下方の、例えば、窒化ガリウム・インジウム
（Ｇａ _YＩｎ_1-YＮ：０≦Ｙ≦１）を発光層３０４として
備えた発光部３０に流入する素子動作電流の電流密度を
増加させられ、高発光強度のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥ
Ｄを得るに効果が奏される。

【００２８】また本発明の第３の実施形態では、表面オ
ーミック電極を開放発光領域の表面上に、前記台座電極
の中心に対して左右対称の位置に配置する。台座電極の
周囲に左右対称の位置関係をもって配置された表面オー
ミック電極は、発光部の広範囲に亘り、均等に素子動作
電流を拡散させる作用を発揮する。特に、開放発光領域
の表面上にあって、台座電極の中心に対して左右対称の
位置に表面オーミック電極を配置すれば、開放発光領域
に流入される素子動作電流の電流密度の均一化が達成さ
れ、よって、面内発光強度が均一なＩＩＩ族窒化物半導
体ＬＥＤを得るに効果を奏する。

【００２９】また、本発明の第４の実施形態では、表面
オーミック電極を開放発光領域の表面上にあって、台座
電極の中心より等距離の位置に設けることとする。台座
電極の周囲に、間隔を同一として設けたオーミック電極
は、発光部に広範囲且つ均等に素子動作電流を拡散させ
る作用を発揮する。特に、開放発光領域の表面上に、台
座電極からの距離を等しくして規則的に配置された表面
オーミック電極は、開放発光領域に流入する素子動作電
流の電流密度を均等となし、開放発光領域での発光強度
を均一化するに効果を奏する。第４の実施形態の趣旨に
則る表面オーミック電極の配置例として、例えば、台座
電極の平面形状の中心を中心とする同心円の円周上の数
箇所の位置に表面オーミック電極を設ければ構成でき
る。数箇所に設ける表面オーミック電極の平面形状は全
て同一とする必要はないが、少なくとも台座電極に対し
左右対称の位置に在る表面オーミック電極の平面形状は
同一とするのが望ましい。これは開放発光領域に於ける
電位分布を左右対称として、開放発光領域より均一な強
度の発光を得るためである。

【００３０】また、本発明の第５の実施形態では、表面
オーミック電極を積層構造体の一構成層の表面上に等間
隔に配置した複数の電極から構成する。一構成層の表面
上の台座電極の周囲の領域に等間隔に複数の表面オーミ
ック電極を配置することにより、台座電極より窓層を経
由して供給される素子動作電流を発光部に均等に流通で
きる作用が得られる。特に、台座電極の射影に接するこ
となく、開放発光領域の表面上に一定の間隔をもって表
面オーミック電極を設ければ、開放発光領域にほぼ限定
して、即ち、台座電極の射影領域以外の外部へ容易に発
光を取り出せる領域に優先的に、高く且つ均一な電流密
度をもって素子動作電流を流通できるため、面内の発光
強度が均一なＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを得るに優位
となる。等間隔に設ける表面オーミック電極は必ずしも
同一の平面形状とする必要はないものの、台座電極に対
し対称の位置には平面形状を同一とする表面オーミック
電極を配置するのが好ましい。

【００３１】特に開放発光領域に限定して、上記の第３
〜第５の実施形態に示される構成手段を総合して備えて
配置された表面オーミック電極は、開放発光領域に優先
的に且つ均一な電流密度をもって素子動作電流を流通さ
せるに最も効果を奏する。図５は、上記第３〜第５の実
施形態に記載の内容を総合的に兼備する表面オーミック
電極５０８の一配置形態を例示する平面模式図である。
具体的には、開放発光領域５０７ｂに（イ）台座電極５
０７の射影領域に接することなく、平面的に観て台座電
極５０７の周囲の領域に台座電極５０７に対して左右対
称の位置に、（ロ）台座電極５０７の中心を中心とする
半径ｄ₁及び半径ｄ₂（但し、ｄ₂＞ｄ₁）の２つの同心円
の円周５０９，５１０上の数箇所に各々、台座電極５０
７の中心５０７ｃから等距離を保ち、且つ（ハ）同一の
円周上（５０９または５１０）に相互に等間隔に表面オ
ーミック電極５０８を配置してなる電極を有するＩＩＩ
族窒化物半導体ＬＥＤの平面模式図である。図５に示す
如く、開放発光領域５０７ｂに流入する素子動作電流の
電流密度を均等とすべく、表面オーミック電極５０８を
配置することにより、開放発光領域５０７ｂに優先的に
且つ均等に素子動作電流を流通させることができ、従っ
て、ＬＥＤの周縁部に於ける減光がなく発光強度の面内
均一性に優れるＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤがもたらさ
れる。

【００３２】表面オーミック電極と当該電極を設ける積
層構造体構成層とが接触する面積が減少すれば、素子動
作電流の注入密度（電流密度）が増加し、発光強度の向
上が期待できる。一方で、表面オーミック電極と構成層
との接触面積が減少すれば、オーミック接触抵抗が増加
することにより、順方向電圧（ｆｏｒｗａｒｄｖｏｌ
ｔａｇｅ：Ｖｆ）が徒に増加する不都合を来す。これよ
り、本発明の第６の実施形態では、表面オーミック電極
の面積の合計（＝Ａ）を、開放発光領域の総面積（＝
Ｂ）に対し、比率（＝Ａ／Ｂ）にして５％以上で３０％
以下に規定する。此処で、開放発光領域の総面積（＝
Ｂ）とは、表面オーミック電極を配置する一構成層の表
面積から台座電極の射影領域の表面積に相当する台座電
極の底面積を差し引いて与えられる面積である。また、
表面オーミック電極の面積の合計（＝Ａ）とは、単一の
オーミック電極にあってはその平面の面積であり、複数
のオーミック電極にあっては各オーミック電極の平面の
面積の合計を指す。

【００３３】開放発光領域の総面積（＝Ｂ）に占める表
面オーミック電極の面積の合計（＝Ａ）の比率が５％未
満であると、素子動作電流の電流密度は増加して発光強
度の向上がもたらされるものの、順方向電流を２０ミリ
アンペア（ｍＡ）とした際のＶｆは急激に増加する不都
合が生じる。例えば、前記好適な範囲の比率のＩＩＩ族
窒化物半導体ＬＥＤに比較して、Ｖｆは約２０％から３
０％以上は増加し、４．５ボルト（Ｖ）を越えて高くな
る場合もある。一方、開放発光領域において表面オーミ
ック電極が占有する面積が増加するに伴い、Ｖｆは低下
する。しかし、通常表面オーミック電極は発光部からの
発光を吸収する金属から構成されているため、比率（＝
Ａ／Ｂ）が高くなるにつれ、金属からなる表面オーミッ
ク電極による発光の吸収の程度も増加するため、発光強
度が著しく低下する不都合がある。開放発光領域の総面
積（＝Ｂ）に占める表面オーミック電極の面積の合計
（＝Ａ）の比率が３０％を越えると、前記好適な範囲の
比率のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤに比較して、例えば
順方向電流２０ｍＡにおけるＬＥＤの発光強度が、約４
０％から５０％程度に低下する場合がある。

【００３４】例えば、直径を１２０μｍとする円形の台
座電極を備えた、一辺の長さを３５０μｍとする表面が
正方形のＬＥＤであれば、平面的に見たＬＥＤの表面積
から台座電極の射影領域を除いた開放発光領域の総面積
は約１．１×１０^-3ｃｍ²となる。この開放発光領域の
総面積（＝Ｂ）に対し、表面オーミック電極の面積の合
計（＝Ａ）を５．５×１０^-5ｃｍ²（Ａ／Ｂ＝０．０
５）以上で３．３×１０^-4ｃｍ²（Ａ／Ｂ＝０．３０）
以下とすることにより、発光強度も高く併せて順方向電
圧も低いＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤが構成できる。例
えば、総面積を約１．１×１０^-3ｃｍ^-2（＝Ｂ）とする
開放発光領域に、直径を２０μｍとする円形の表面オー
ミック電極を計１２個配置すれば、表面オーミック電極
の面積の合計（＝Ａ）は９．４×１０^-6ｃｍ²となり、
比率（Ａ／Ｂ）を約８．６％とするＩＩＩ族窒化物半導
体ＬＥＤが構成できる。比率（Ａ／Ｂ）は通常、表面オ
ーミック電極の直径、幅、或いは長さを適宣設計して調
整するが、同比率を特に約７％から約１０％の範囲とす
ると、高い発光強度を保ち、なお且つ低いＶｆのＩＩＩ
族窒化物半導体ＬＥＤが都合良く提供される。また、表
面オーミック電極をｐ形のＩＩＩ族窒化物半導体層の表
面に設ける場合にあっては、この比率（＝Ａ／Ｂ）をｎ
形ＩＩＩ族窒化物半導体層表面に設置する場合に比して
大とすると、開放発光領域へ流通する素子動作電流の電
流密度の均一化に優位である。これは、ｎ形ＩＩＩ族窒
化物半導体半導体に比べてｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体
は、キャリアの移動度が小さく、従って素子動作電流が
拡散できる範囲が狭まるため、表面オーミック電極の半
導体層への接触面積を拡張して電流の拡散する範囲を拡
げる必要があるためである。特に表面オーミック電極を
ｐ形のＩＩＩ族窒化物半導体層の表面に設けるｐサイド
アップ（ｓｉｄｅ−ｕｐ）型のＬＥＤでは、比率（＝Ａ
／Ｂ）をｎサイドアップ型ＬＥＤの場合に好適とされる
比率（＝Ａ／Ｂ）に対して約１割程度大に設定すると好
結果が得られる。

【００３５】順方向電圧の徒な増加は、表面オーミック
電極が設けられる一構成層（コンタクト（ｃｏｎｔａｃ
ｔ）層）の材質に依存する表面オーミック電極の接触抵
抗を減ずれば抑制され得る。従って、本発明の第７の実
施形態では、表面オーミック電極を配置する積層構造体
構成層を窒化リン化ガリウム（ＧａＮ₁ _ー _XＰ_X：０＜Ｘ＜
１）結晶層から構成する。従来よりコンタクト層として
多用されているのは、窒化ガリウム（ＧａＮ）である
（特開平６−２６８２５９号公報明細書参照）。しかし
ＧａＮ₁ _ー _XＰ_X（０＜Ｘ＜１）にあっては、リン組成比
（＝Ｘ）の調整により禁止帯幅を変化させられる（Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６０、Ｎｏ．２
０（１９９２）、２５４０〜２５４２頁参照）。換言す
れば、リン組成比（＝Ｘ）の如何に依り、窒化ガリウム
（ＧａＮ）に比して、禁止帯幅のより小さなＩＩＩ族窒
化物半導体材料からコンタクト層を形成でき、故に、接
触抵抗の小さな表面オーミック電極が形成できる利点が
ある。

【００３６】例えば、波長４５０ナノメータ（ｎｍ）の
青色発光に相応する遷移エネルギーは約２．７５ｅＶで
ある。また、波長５２０ｎｍの緑色発光に相応する遷移
エネルギーは約２．３８ｅＶである。従って、青色発光
をもたらす発光層を有するＬＥＤについては約２．８ｅ
Ｖ以上の、また、緑色発光をもたらす発光層を有するＬ
ＥＤにあっては約２．４ｅＶ以上の禁止帯幅を有するＧ
ａＮ₁ _ー _XＰ_X（０＜Ｘ＜１）をコンタクト層に用いると、
発光の吸収が抑制されたコンタクト層が構成できる。窒
化リン化ガリウム（ＧａＮ₁ _ー _XＰ_X：０＜Ｘ＜１）の非線
形的変化からして（前記Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．，Ｖｏｌ．６０、参照）、青色あるいは緑色の発光
に対して透過性に優れるコンタクト層は、リン組成比
（＝Ｘ）を５％（Ｘ＝０．０５）以下とするＧａＮ₁ _ー _X
Ｐ_X（０＜Ｘ≦０．０５）から構成できる。また、リン
組成比（＝Ｘ）を５％（Ｘ＝０．０５）以下とするＧａ
Ｎ₁ _ー _XＰ_X（０＜Ｘ≦０．０５）の室温での禁止帯幅は約
２．８ｅＶを越えるため、青色あるいは緑色の発光をも
たらす発光層を挟持するクラッド層或いはクラッド層を
兼用するコンタクト層としても活用できる利点がある。

【００３７】窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物
結晶層からなるコンタクト層の表面に設ける表面オーミ
ック電極は、コンタクト層がｎ形の場合、金（Ａｕ）や
金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）、金・錫（Ａｕ・Ｓ
ｎ）などの金合金から構成できる。また、コンタクト層
がｐ形の場合、インジウム・亜鉛（Ｉｎ・Ｚｎ）、金・
亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）等の亜鉛（Ｚｎ）含有合金や金・ベ
リリウム（Ａｕ・Ｂｅ）合金から表面オーミック電極が
構成できる。これらの金属は、窒化ガリウム（ＧａＮ）
系ＩＩＩ族窒化物結晶層と良好なオーミック接触を形成
する。特にコンタクト層がＧａＮ₁ _ー _XＰ_Xからなる場合、
これらの金属は接触抵抗の低い良好なオーミック接触を
形成することができる。また台座電極は、金（Ａｕ）や
アルミニウム（Ａｌ）などの電気抵抗の小さい金属を用
いるのが好ましい。

【００３８】

【作用】本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の表面上
の台座電極の周囲に配置された表面オーミック電極は、
窓層上の台座電極より窓層を介して供給される素子動作
電流を発光部の広範囲に拡散させる作用を有する。

【００３９】表面オーミック電極をＩＩＩ族窒化物半導
体結晶層の表面上の台座電極の射影領域以外の領域（開
放発光領域）に配置すると、発光を外部へ取り出すのが
容易な開放発光領域に優先的に素子動作電流を流通させ
る作用を有する。

【００４０】開放発光領域の表面上に、台座電極の中心
に対して左右対称の位置に配置した表面オーミック電極
は、開放発光領域に優先的に且つ均等に素子動作電流を
拡散させる作用を有する。

【００４１】開放発光領域の表面上の台座電極の中心よ
り等距離の位置に設けた表面オーミック電極は、開放発
光領域に流入する素子動作電流をより均等とする作用を
有する。

【００４２】互いに等間隔をもって配置された複数の電
極から構成された表面オーミック電極は、開放発光領域
に流入させる素子動作電流の電流密度の均等化を果たす
作用を有する。

【００４３】表面オーミック電極の面積の合計を、開放
発光領域の総面積の５％以上で３０％以下に制御する
と、順方向電圧の徒な増加を来さずに発光強度を向上さ
せる作用を有する。

【００４４】窒化リン化ガリウム（ＧａＮ₁ _ー _XＰ_X：０＜
Ｘ＜１）結晶層を表面オーミック電極のコンタクト層に
用いると、接触抵抗の小さな表面オーミック電極をもた
らす作用を有する。

【００４５】

【実施例】（実施例１）以下、本発明に係わるＩＩＩ族
窒化物半導体発光ダイオードおよびその電極を実施例を
基に詳細に説明する。図６は本実施例１に係わるＩＩＩ
族窒化物半導体ＬＥＤ６００の平面模式図である。ま
た、図７は図６に示すＬＥＤ６００の破線Ａ−Ａ’に沿
った断面模式図である。

【００４６】ＬＥＤ６００は基板６０１上に次の各層６
０２〜６０５を備えた積層構造体６１を基に構成した。（１）硼素（Ｂ）をドープしたｐ形導電性の（１００）
面を有するＳｉ単結晶からなる基板６０１（２）トリエチルボラン（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）／ホスフィ
ン（ＰＨ₃）／水素（Ｈ₂）反応系の常圧（大気圧）ＭＯ
ＣＶＤ法により、３５０℃において、ＰＨ₃と（Ｃ
₂Ｈ₅）₃Ｂの供給比率（Ｖ／ＩＩＩ比率）を約３００に
設定して成長させた、層厚を約２０ナノメータ（ｎｍ）
とするＺｎドープのｐ形リン化硼素（ＢＰ）からなる低
温緩衝層６０２（３）トリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）／アンモ
ニア（ＮＨ₃）／ＰＨ₃／Ｈ₂反応系の常圧ＭＯＣＶＤ法
により、ジメチル亜鉛（（ＣＨ₃）₂Ｚｎ）をＺｎのドー
ピング原料として、前記ｐ形ＢＰ低温緩衝層６０２上に
約１０００℃で積層した、層厚を約０．８μｍとし、キ
ャリア濃度を約１×１０¹⁸ｃｍ^-3とするＺｎドープのｐ
形リン化硼素（ＢＰ）単結晶層６０３（４）（ＣＨ₃）₃Ｇａ／トリメチルインジウム（（ＣＨ
₃）₃Ｉｎ）／ＮＨ₃／Ｈ₂反応系の常圧ＭＯＣＶＤ法によ
り、８８０℃で成長させた、平均的なインジウム（Ｉ
ｎ）組成比を約０．０６（６％）とし、Ｉｎ組成を相違
する複数の相（ｐｈａｓｅ）からなる多相構造からな
る、層厚を約８ｎｍとするｎ形窒化ガリウム・インジウ
ム混晶（Ｇａ_0.94Ｉｎ_0.06Ｎ）からなる発光層６０４（５）（ＣＨ₃）₃Ｇａ／ＮＨ₃／Ｈ₂反応系の常圧ＭＯＣ
ＶＤ法により、１０８０℃で成長させた層厚を約０．１
μｍとし、キャリア濃度を約２×１０¹⁸ｃｍ^-3とするｎ
形窒化ガリウム（ＧａＮ）層６０５

【００４７】ｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造
の発光部６０は、低温緩衝層６０２上に積層させた前記
ｐ形ＢＰ単結晶層６０３を下部クラッド層とし、Ｇａ
_0.94Ｉｎ _0.06Ｎ層６０４を発光層とし、また、ｎ形Ｇａ
Ｎ層６０５を上部クラッド層として構成した。上部クラ
ッド層６０５の表面上の台座電極６０７の射影領域６０
７ａ以外の開放発光領域６０７ｂには、金（Ａｕ）から
なるｎ形の表面オーミック電極６０９を分配して配置し
た。ｎ形の表面オーミック電極６０９は、上部クラッド
層６０５の表面全面を一旦、金（Ａｕ）の真空蒸着膜で
被覆した後、公知のフォトリソグラフィー（写真食刻）
技術を利用するパターニング手段を介して、所望する領
域に限りＡｕ蒸着膜を残置させる手法により形成した。
所望の領域以外に被着しているＡｕ蒸着膜は湿式エッチ
ング液により除去した。然る後、上部クラッド層６０５
の表面上にｎ形の表面オーミック電極６０９を残置させ
た状態で、通常の高周波スパッタリング法を利用して酸
化インジウム・錫複合酸化物（ＩＴＯ）からなる窓層６
０６を被着させた。窓層６０６をなすＩＴＯ膜の抵抗率
は約６×１０^-4オーム・センチメートル（Ω・ｃｍ）で
あり、層厚は約５５０ナノメータ（ｎｍ）とした。

【００４８】表面オーミック電極６０９に加えて、公知
のフォトリソグラフィー技術等を利用して、前記積層構
造体６１に次の電極を形成してＬＥＤ６００を構成し
た。（１）窓層６０６の中央部に形成した、金（Ａｕ）から
なる直径を１２０μｍとする円形の台座電極６０７（２）Ｓｉ単結晶基板６０１の裏面の略全面に形成した
アルミニウム（Ａｌ）からなるｐ形の裏面オーミック電
極６０８

【００４９】ｎ形の表面オーミック電極６０９は、各々
直径を３０μｍとする同一の円形のＡｕからなる金属電
極を、開放発光領域６０７ｂの表面上の合計８箇所に配
置して構成した。ｎ形の表面オーミック電極６０９の面
積の合計（＝Ａ）は約５．６×１０^-5ｃｍ²とした。表
面オーミック電極６０９は台座電極６０７の中心を中心
とする半径１２０μｍの円周上の位置に、中心角を４５
°とし、互いに直線距離にして約４６μｍの等間隔をも
って分配して配置した。その後、Ｓｉ単結晶基板６０１
の［１１０］方向の劈開性を利用して、電極６０７〜６
０９が形成された積層構造体６０を一般的なスクライブ
手段により個別素子（チップ）６００に分割した。チッ
プ６００の平面形状は一辺を約３５０μｍとする正方形
とし、台座電極６０７の直径は前記如く１２０μｍとし
て、開放発光領域６０７ｂの面積（＝Ｂ）は約１．１×
１０^-3ｃｍ²とした。従って、開放発光領域６０７ｂの
総面積に占める表面オーミック電極の面積の合計の比率
（＝Ａ／Ｂ）は約５．１％となった。

【００５０】台座電極６０７及び窓層６０６を経由して
表面オーミック電極６０９と裏面オーミック電極６０８
の間に動作電流を流通させ、下記の発光特性を得た。（イ）発光波長＝４４０ｎｍ（ロ）発光輝度＝１．６カンデラ（ｃｄ）（但し、順方
向電流＝２０ｍＡ）（ハ）順方向電圧＝３．８ボルト（Ｖ）（但し、順方向
電流＝２０ｍＡ）（ニ）逆方向電圧＝２０Ｖ以上（但し、逆方向電流＝１
０μＡ）本実施例に如くの表面オーミック電極の構成に依れば、
素子動作電流を好都合に開放発光領域に優先的に通流で
きるため、特に、発光強度の高いＩＩＩ族窒化半導体半
導体発光素子が提供された。

【００５１】（実施例２）本実施例２では、実施例１に
記載したものと同一の積層構造体６１を利用して、実施
例１とは異なる配置の表面オーミック電極６０９を備え
たＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード７００を作製し
た例を用いて本発明を説明する。

【００５２】図８に本実施例２に係わるＩＩＩ族窒化物
半導体ＬＥＤ７００の平面概略図を示す。図８におい
て、図６に記載したものと同一の部分については、図６
と同一の符号を付してその説明を省略する。

【００５３】本実施例２のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ
７００では、台座電極６０７の周囲の開放発光領域６０
７ｂには、下層を金（Ａｕ）とし、上層を酸化ニッケル
（ＮｉＯ_X：但し、Ｘはおよそ１）とする重層構造の枠
状の表面オーミック電極６０９を設けてある。枠状の表
面オーミック電極６０９の外縁は、一辺が３２０μｍの
正方形のＬＥＤ７００の外形状を反映して正方形とし、
内縁は直径を１２０μｍとする円形の台座電極６０７と
相似させて円形とした。台座電極６０７の中心６０７ｃ
から枠状の表面オーミック電極６０９の外縁に至る距離
は１２０μｍにし、また、円状の内縁に至る距離は中心
６０７ｃから半径にして１００μｍに設定した。云わ
ば、一辺を２４０μｍとする正方形の中央部から、直径
２００μｍの円形に領域をくり抜いた平面形状の表面オ
ーミック電極６０９は、台座電極６０７の中心６０７ｃ
を通る中央線Ｃ及び対角線Ｄの何れに関して左右対称と
なる配置とした。開放発光領域６０７ｂの総面積に占め
る表面オーミック電極６０９の面積の比率（＝Ａ／Ｂ）
は約２８．８％とした。

【００５４】表面オーミック電極６０９を通常の真空蒸
着手段及びフォトリソグラフィ（写真食刻）手段等を利
用して形成した後、一般的な高周波スパッタリング法に
より実施例１と同じＩＴＯ膜を窓層６０６として被着さ
せた。窓層６０６の中央には金（Ａｕ）からなる台座電
極６０７を設けた。Ｓｉ単結晶基板６０１の裏面にアル
ミニウム（Ａｌ）からなる裏面オーミック電極６０８を
形成した後、劈開を利用するスクライブ手段に依り分割
してＬＥＤ７００となした。

【００５５】ＬＥＤ７００について、台座電極６０７と
裏面オーミック電極６０８の間に動作電流を通流した際
の特性は以下のとおりであった。（イ）発光波長＝４４０ｎｍ（ロ）発光輝度＝１．４カンデラ（ｃｄ）（但し、順方
向電流＝２０ｍＡ）（ハ）順方向電圧＝３．６ボルト（Ｖ）（但し、順方向
電流＝２０ｍＡ）（ニ）逆方向電圧＝２０Ｖ以上（但し、逆方向電流＝１
０μＡ）このように本実施例２では、順方向電圧が低く、高い発
光強度のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオードが得られ
た。また、開放発光領域に於ける発光の相対強度の均一
性を検証すべく取得したニアフィールド（ｎｅａｒｆ
ｉｅｌｄ）パターンに依れば、発光の強度は開放発光領
域の略全表面において均一であるのが認められた。これ
は、開放発光領域に分配された電極から表面オーミック
電極を構成することにより、開放発光領域の略全領域に
均等に素子動作電流が流通できることを示している。

【００５６】次に、このＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ７
００を用いて作製した発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプ
について説明する。図１０はこのＬＥＤ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、Ｌ
ＥＤランプ８０は、発光ダイオード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。

【００５７】発光ダイオード８１には、本実施例２で作
製したＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ７００を使用し、こ
の発光ダイオード８１の基板裏面に形成された電極８１
ａ（ＬＥＤ７００の裏面オーミック電極６０８）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、また発光ダイオード８１の台座
電極８１ｂ（ＬＥＤ７００の台座電極６０７）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。

【００５８】このＬＥＤランプ８０は、本発明のＩＩＩ
族窒化物半導体発光ダイオードを用いているため、従来
のＬＥＤを使用したものに比較して発光効率が向上した
ものとなっている。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８
０を用いた光源は、従来のものに比較して発光効率が高
いものとなる。

【００５９】（実施例３）本実施例３では、実施例１に
記載した積層構造体の最表層をなすｎ形窒化ガリウム
（ＧａＮ）層６０５の上に、更にオーミックコンタクト
層６１０として窒化リン化ガリウム（ＧａＮ₁ _ー _XＰ_X、但
しＸ＝０．０３）を積層させた積層構造体を利用してＩ
ＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを構成した。本実施例３に係
わるＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの断面模式図を図９に
示す。尚、図９において、図７に記したのと同一の構成
要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

【００６０】オーミックコンタクト層６１０をなすリン
組成比を３％とするｎ形窒化リン化ガリウム（ＧａＮ
_0.97Ｐ_0.03）は、トリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇ
ａ）／アンモニア（ＮＨ₃）／ホスフィン（ＰＨ₃）／水
素（Ｈ₂）反応系の減圧ＭＯＣＶＤ法により、９８０℃
で成長した。ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）をｎ形ドーピングガ
スに用いて、オーミックコンタクト層６１０のキャリア
濃度を約２×１０¹⁸ｃｍ^-3に調整した。またオーミック
コンタクト層６１０の層厚は、約０．１５μｍとした。

【００６１】ｎ形ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03オーミックコンタク
ト層６１０の表面の開放発光領域６０７ｂ上には、実施
例２と同一の外形状と底面積を有する金（Ａｕ）からな
る表面オーミック電極６０９を形成した。その後、実施
例２に記載と同様に、表面オーミック電極６０９を窓層
６０６をなすＩＴＯ膜で被覆し、ＩＴＯ窓層の中央部
に、下層がクロム（Ｃｒ）から、上層が金（Ａｕ）から
構成される直径を１２０μｍとする円形の台座電極６０
７を設置した。また、ｐ形Ｓｉ単結晶基板６０１の裏面
の略全面にはアルミニウム（Ａｌ）からなる裏面オーミ
ック電極６０８を設け、ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを
構成した。

【００６２】ｎ形ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03オーミックコンタク
ト層６１０表面の開放発光領域６０７ｂ上に表面オーミ
ック電極６０９を設けて形成した本実施例３のＩＩＩ族
窒化物半導体ＬＥＤの主たる特性を以下に纏める。（イ）発光波長＝４４０ｎｍ（ロ）発光輝度＝１．３カンデラ（ｃｄ）（但し、順方
向電流＝２０ｍＡ）（ハ）順方向電圧＝３．２ボルト（Ｖ）（但し、順方向
電流＝２０ｍＡ）（ニ）逆方向電圧＝２０Ｖ以上（但し、逆方向電流＝１
０μＡ）本実施例３で得られたＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤは、
実施例２で得たＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤと比較し
て、発光波長及び逆方向電圧に然したる差異は認められ
ないものの、ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03層をオーミックコンタク
ト層とするため、高い発光強度を発揮しつつ、尚且つ、
順方向電圧が低くなるという効果が示される結果となっ
た。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、発光部に平均的に素子
動作電流を流通させることができるため、高い発光強度
のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤが提供できる効果があ
る。特に本発明において、台座電極の射影領域以外の開
放発光領域の表面上に表面オーミック電極を配置し、
（１）表面オーミック電極を台座電極の中心に対して左
右対称の位置に配置する、（２）台座電極の中心より等
距離となる位置に配置する、（３）表面オーミック電極
を互いに等間隔に配置する等の構成を採用すると、開放
発光領域に優先的に且つ均等に素子動作電流を流通でき
るため、開放発光領域に流通できる素子動作電流の電流
密度を増加させられ、従って、高発光強度のＩＩＩ族窒
化物半導体ＬＥＤを得るに効果が挙げられる。

【００６４】また本発明において、開放発光領域に敷設
する表面オーミック電極の平面積の合計を、開放発光領
域の総表面積の５％以上で３０％以下に制御すると、高
い発光強度を保持しつつ、低い順方向電圧のＩＩＩ族窒
化物半導体ＬＥＤがもたらされる効果がある。さらに本
発明において、表面オーミック電極を窒化リン化ガリウ
ム（ＧａＮ₁ _ー _XＰ_X：０＜Ｘ＜１）結晶層の表面上に設け
ると、順方向電圧が更に低減されたＩＩＩ族窒化物半導
体ＬＥＤを提供することができる。

【００６５】また、本発明の上記のＩＩＩ族窒化物半導
体発光ダイオードに用いるＩＩＩ族窒化物半導体発光ダ
イオード用電極は、高発光強度のＬＥＤをもたらすこと
が出来る。さらに本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダ
イオード用電極の製造方法は、高発光強度のＩＩＩ族窒
化物半導体ＬＥＤの作製に用いる電極を収率良く作製す
ることができる。特に、導電性透明酸化物結晶層上に台
座電極を形成し、台座電極の結線を行う面には導電性透
明酸化物結晶層が存在しないようにすることにより、ワ
イヤボンディングによる結線を導電性透明酸化物結晶層
上に行ってしまい、ワイヤが台座電極３０７に接着しな
いという不具合を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの断面模式
図である。

【図２】従来のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの平面模式
図である。

【図３】本発明に係わる表面オーミック電極を備えたＩ
ＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの断面模式図である。

【図４】本発明に係わる表面オーミック電極を備えたＩ
ＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの平面模式図である。

【図５】本発明に係わる表面オーミック電極を備えた別
のＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの平面模式図である。

【図６】本発明の実施例１に係わるＩＩＩ族窒化物半導
体ＬＥＤの平面模式図である。

【図７】図６に示すＬＥＤの破線Ａ−Ａ’に沿った断面
模式図である。

【図８】本発明の実施例２に係わるＩＩＩ族窒化物半導
体ＬＥＤの平面模式図である。

【図９】本発明の実施例３に係わるＩＩＩ族窒化物半導
体ＬＥＤの断面模式図である。

【図１０】本発明の発光ダイオードランプの構成を示す
図である。

【符号の説明】

１０発光部１００ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ１０１サファイア基板１０２緩衝層１０３下部クラッド層１０４発光層１０５上部クラッド層１０６ｐ形オーミック電極１０７ｎ形オーミック電極２００ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ２０１表面オーミック電極２０２積層構造体の一構成層３０発光部３１積層構造体３００ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ３０１基板３０２緩衝層３０３下部クラッド層３０４発光層３０５上部クラッド層３０６窓層３０７台座電極３０７ａ台座電極の射影領域３０７ｂ開放発光領域３０８表面オーミック電極３０９裏面オーミック電極５０７台座電極５０７ｂ開放発光領域５０７ｃ台座電極の中心５０８表面オーミック電極５０９半径をｄ₁とする円の円周５１０半径をｄ₂とする円の円周ｄ₁ 台座電極の中心を中心とする半径ｄ₂ 台座電極の中心を中心とする半径６０発光部６１積層構造体６００ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ６０１基板６０２低温緩衝層６０３ｐ形ＢＰ単結晶層（下部クラッド層）６０４発光層６０５ｎ形ＧａＮ層（上部クラッド層）６０６窓層６０７台座電極６０７ａ台座電極の射影領域６０７ｂ開放発光領域６０７ｃ台座電極の中心６０８裏面オーミック電極６０９表面オーミック電極６１０オーミックコンタクト層７００ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ８０ＬＥＤランプ８１発光ダイオード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Ｃ台座電極の中心を通るＬＥＤの中央線Ｄ台座電極の中心を通るＬＥＤの対角線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】裏面に第１導電形の裏面オーミック電極を
備えた第１導電形の単結晶基板と、該単結晶基板の表面
上に形成されたリン化硼素（ＢＰ）系材料からなる緩衝
層と、該緩衝層上に設けられた、ヘテロ接合構造の発光
部を含む窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶
層と、該ＩＩＩ族窒化物結晶層上に設けられた導電性透
明酸化物結晶層からなる窓層とを少なくとも備えたＩＩ
Ｉ族窒化物半導体発光ダイオードにおいて、前記ＩＩＩ
族窒化物結晶層の表面と前記窓層との間に、前記窓層と
導通をなす第２導電形の表面オーミック電極が、前記Ｉ
ＩＩ族窒化物結晶層の表面と接して形成され、前記窓層
の上側表面の中央に結線用の台座電極が形成されている
ことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオー
ド。
【請求項２】前記表面オーミック電極が、前記台座電極
の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記
載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項３】前記表面オーミック電極が、前記台座電極
の中心に対して左右対称の位置に配置されていることを
特徴とする請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物半
導体発光ダイオード。
【請求項４】前記表面オーミック電極が、前記台座電極
の中心より等距離の位置に設けられていることを特徴と
する請求項１ないし３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発
光ダイオード。
【請求項５】前記表面オーミック電極が、等間隔に配置
された複数の電極から構成されていることを特徴とする
請求項１ないし４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダ
イオード。
【請求項６】前記表面オーミック電極が、前記ＩＩＩ族
窒化物結晶層の表面上の台座電極の射影領域以外の領域
（以下、開放発光領域という）に配置されていることを
特徴とする請求項１ないし５に記載のＩＩＩ族窒化物半
導体発光ダイオード。
【請求項７】前記表面オーミック電極の面積の合計が、
開放発光領域の総面積の５％以上で３０％以下としたこ
とを特徴とする請求項６に記載のＩＩＩ族窒化物半導体
発光ダイオード。
【請求項８】前記表面オーミック電極と接するＩＩＩ族
窒化物結晶層が、窒化リン化ガリウム（ＧａＮ₁ _ー _XＰ_X、
但し０＜Ｘ＜１）からなることを特徴とする請求項１な
いし７に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項９】請求項１ないし８に記載のＩＩＩ族窒化物
半導体発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプ。
【請求項１０】請求項９に記載の発光ダイオードランプ
を用いた光源。
【請求項１１】ヘテロ接合構造の発光部を含む窒化ガリ
ウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶層と、該ＩＩＩ族
窒化物結晶層上に設けられた導電性透明酸化物結晶層か
らなる窓層とを少なくとも備えたＩＩＩ族窒化物半導体
発光ダイオードに用いられる電極において、前記ＩＩＩ
族窒化物結晶層の表面と前記窓層との間に、前記窓層と
導通をなす表面オーミック電極が、前記ＩＩＩ族窒化物
結晶層の表面と接して形成され、前記窓層の上部表面の
中央に結線用の台座電極が形成されていることを特徴と
するＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極。
【請求項１２】前記表面オーミック電極が、前記台座電
極の周囲の位置に配置されていることを特徴とする請求
項１１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用
電極。
【請求項１３】前記表面オーミック電極が、前記台座電
極の中心に対して左右対称の位置に配置されていること
を特徴とする請求項１１または１２に記載のＩＩＩ族窒
化物半導体発光ダイオード用電極。
【請求項１４】前記表面オーミック電極が、前記台座電
極の中心より等距離の位置に設けられていることを特徴
とする請求項１１ないし１３に記載のＩＩＩ族窒化物半
導体発光ダイオード用電極。
【請求項１５】前記表面オーミック電極が、等間隔に配
置された複数の電極から構成されていることを特徴とす
る請求項１１ないし１４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体
発光ダイオード用電極。
【請求項１６】前記表面オーミック電極が、前記ＩＩＩ
族窒化物結晶層の表面上の台座電極の射影領域以外の領
域（以下、開放発光領域という）に配置されていること
を特徴とする請求項１１ないし１５に記載のＩＩＩ族窒
化物半導体発光ダイオード用電極。
【請求項１７】前記表面オーミック電極の面積の合計
が、開放発光領域の総面積の５％以上で３０％以下とし
たことを特徴とする請求項１６に記載のＩＩＩ族窒化物
半導体発光ダイオード用電極。
【請求項１８】前記表面オーミック電極と接するＩＩＩ
族窒化物結晶層が、窒化リン化ガリウム（ＧａＮ
₁ _ー _XＰ_X、但し０＜Ｘ＜１）からなることを特徴とする請
求項１１ないし１７に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光
ダイオード用電極。
【請求項１９】ヘテロ接合構造の発光部を含む窒化ガリ
ウム（ＧａＮ）系ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と接し
て、表面オーミック電極を形成する第１の工程と、第１
の工程に引き続き、前記ＩＩＩ族窒化物結晶層の表面と
前記表面オーミック電極とを覆って、その表面オーミッ
ク電極と導通する導電性透明酸化物結晶層からなる窓層
を形成する第２の工程と、第２の工程に引き続き、前記
窓層の上部表面の中央に、その窓層と導通する結線用の
台座電極を形成する第３の工程とを有することを特徴と
するＩＩＩ族窒化物半導体発光ダイオード用電極の製造
方法。
【請求項２０】台座電極を、ＩＩＩ族窒化物結晶層上に
導電性透明酸化物結晶層からなる窓層を介して形成し、
台座電極の結線を行う面には導電性透明酸化物結晶層が
存在しないようにする請求項１９に記載のＩＩＩ族窒化
物半導体発光ダイオード用電極の製造方法。