JP2003101071A

JP2003101071A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP2003101071A
Application number: JP2001291833A
Authority: JP
Inventors: Taiichiro Konno; 泰一郎今野; Tsunehiro Unno; 恒弘海野; Kenji Shibata; 憲治柴田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】高輝度でダイシングやワイヤボンディング等
による表面電極の剥離の問題がなく、順方向動作電圧が
低い半導体発光素子を提供する。【解決手段】裏面電極10が形成された第一導電型の基
板１に、一対のクラッド層２，４に挟まれた活性層３か
らなる発光部層12と、金属酸化膜からなる透明導電層７
と、表面電極９とが形成された半導体発光素子であっ
て、透明導電層７は少なくとも１つの貫通孔11を有し、
貫通孔11内又は貫通孔11内とその周辺部にTi，Zr，Mo，
Ta，W，Pt，Ir，Os，Re，Rh，Pd及びこれらの合金から
なる群から選ばれた少なくとも１種の金属からなる層13
が形成されており、表面電極９は金属層13を介して発光
部層12と接している半導体発光素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はダイシングやワイヤ
ボンディング時に表面電極の剥離を起こすことなく、順
方向動作電圧が低く、表面電極から半導体層に流れる電
流の分散性が良好な高輝度半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来発光ダイオード（LED）としては、G
aP系の緑色発光ダイオードやAlGaAs系の赤色発光ダイオ
ードがほとんどであった。しかし、最近GaN系やAlGaInP
系の結晶層を有機金属気相成長法(MOVPE）により成長さ
せる技術が開発され、橙色、黄色、緑色、青色の高輝度
発光ダイオードが製造できるようになった。

【０００３】MOVPE法により形成したエピタキシャルウ
エハを用いると、これまで不可能であった短波長の発光
や、高輝度が得られるLEDが作製できる。図７は従来のL
EDの断面構造の一例を示す。このLEDは、ｎ型GaAs基板
１の第一の主面上に、ｎ型AlGaInPクラッド層２／アン
ドープAlGaInP活性層３／ｐ型AlGaInPクラッド層４から
なるダブルヘテロ構造の発光部層12を有する。さらにｐ
型クラッド層４上にｐ型GaP等からなる電流分散層５が
形成され、その上に透明導電層７が形成されている。透
明導電層７の表面の一部にはAu等からなる表面電極９
（光取り出し側）が形成され、基板１の第二の主面（裏
面）には、全体的にAuGe合金等からなる電極10（裏面電
極）が形成されている。

【０００４】十分な透光性と十分な電流分散を得るのに
必要な導電性とを満たす透明導電層用の材料として、酸
化インジウムスズ（ITO）のような金属酸化物が知られ
ている。ITO膜を透明導電層として用いると、従来の厚
い電流分散層が不要になるので、低コストで高輝度のLE
Dが得られるようになる。光取り出し側の表面電極と発
光部層との間にITO膜を設けたLEDの例は、米国特許5,48
1,122号、特開平11-4020号等に記載されている。

【０００５】しかしエピタキシャルウエハ上にITO膜等
の金属酸化物層を介して表面電極が形成されたLEDで
は、ダイシングやワイヤボンディング等の工程で、表面
電極が剥離してしまうという問題が生じることが分かっ
た。また透明導電層と金属電極間に接触抵抗が発生し、
順方向動作電圧が高くなるという問題もある。そのた
め、エピタキシャルウエハ上にITO膜を介して表面電極
を形成したLEDの実用化は困難であった。

【０００６】かかる問題に鑑み鋭意研究の結果、発光部
層上（電流分散層及び／又は化合物半導体層が設けられ
ている場合にはその上）に形成された透明導電層に貫通
孔を形成し、露出した発光部層、電流分散層又は化合物
半導体層に接触するように表面電極を設けることによ
り、既存のワイヤボンダーでも表面電極の剥離を防止し
つつ容易にボンディングできること、及び順方向動作電
圧が低下することが分かった。図６はかかる半導体発光
素子の一例を示す。電流分散層５までは図７と同じであ
り、透明導電層７に設けられた貫通孔11を介して表面電
極９は電流分散層５に直接接している。

【０００７】貫通孔を有する透明導電層上に表面電極を
蒸着した構造の半導体発光素子では、表面電極の剥離の
問題が実質的に解消されたが、表面電極に直接接する半
導体（電流分散層等）に流れる電流が多くなり、電流分
散効果が低下する傾向があることが分かった。表面電極
直下の発光層での発光が多いと、発光した光を効率よく
外部に取り出すことができない。そのため、透明導電層
の貫通孔を介して表面電極を直接半導体層に接しさせる
ことにより表面電極の剥離を防止した構造の半導体発光
素子では、電流分散性を向上させることが望まれる。

【０００８】従って本発明の目的は、高輝度でダイシン
グやワイヤボンディング等による表面電極の剥離の問題
がなく、順方向動作電圧が低い半導体発光素子であっ
て、電流分散性を向上することにより表面電極直下での
発光が増大し過ぎるのを抑制した半導体発光素子を提供
することである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記目的に鑑み鋭意研
究の結果、本発明者等は、(a) 透明導電層に貫通孔を形
成し、露出した半導体層（発光部層、電流分散層又は化
合物半導体層）に接触するように表面電極を設けること
により、既存のワイヤボンダーでも表面電極の剥離を防
止しつつ容易にボンディングできるようになり、かつ順
方向動作電圧も低下すること、及び(b) 貫通孔内に形成
された所定の金属からなる層を介して表面電極を半導体
層と接触させることにより、電流分散性が向上し、表面
電極直下での発光が増大し過ぎるのが抑制されることを
発見し、本発明に想到した。

【００１０】すなわち、本発明の半導体発光素子は、裏
面電極が形成された第一導電型の基板に、一対のクラッ
ド層に挟まれた活性層からなる発光部層と、金属酸化膜
からなる透明導電層と、表面電極とが形成されたもの
で、前記透明導電層は少なくとも１つの貫通孔を有し、
前記貫通孔内にTi，Zr，Mo，Ta，W，Pt，Ir，Os，Re，R
h，Pd及びこれらの合金からなる群から選ばれた少なく
とも１種の金属からなる層が形成されており、前記表面
電極は前記金属層を介して前記発光部層と接しているこ
とを特徴とする。前記貫通孔の周囲の前記透明導電層上
で前記表面電極と接する領域にも同じ金属からなる層を
形成して良い。前記金属層はTi又はその合金からなるの
が好ましい。

【００１１】本発明の一実施例では、前記発光部層と前
記透明導電層との間に第二導電型の電流分散層が形成さ
れており、前記表面電極は前記貫通孔内に形成された金
属層を介して前記電流分散層と接している。

【００１２】本発明の別の実施例では、前記発光部層と
前記透明導電層との間に化合物半導体層が形成されてお
り、前記表面電極は前記貫通孔内に形成された金属層を
介して前記化合物半導体層と接している。

【００１３】本発明のさらに別の実施例では、前記電流
分散層と前記透明導電層との間に化合物半導体層が形成
されており、前記表面電極は前記貫通孔内に形成された
金属層を介して前記化合物半導体層と接している。

【００１４】前記発光部層は第一導電型のクラッド層
と、第二導電型のクラッド層と、両クラッド層に挟まれ
た活性層とからなるのが好ましい。

【００１５】前記貫通孔の面積（複数の貫通孔がある場
合には合計面積）は前記表面電極の面積の１％以上であ
るのが好ましい。また前記発光部層、前記電流分散層又
は前記化合物半導体層のうち前記表面電極と接する領域
の中心と、前記表面電極の中心とは実質的に一致してい
るのが好ましい。

【００１６】前記基板はGaAsからなり、前記発光部層は
AlGaInP又はGaInPからなるのが好ましい。また前記電流
分散層はGaP、GaAlP、AlInP、AlGaInP、AlGaAs及びGaAs
Pからなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物半導
体からなるのが好ましい。

【００１７】前記化合物半導体層は、(1) InP又はInAs
の二元系化合物半導体、(2) AlInAs又はAlInPの三元系
化合物半導体、(3) AlGaAs、AlGaP、GaInAs及びGaInPか
らなる群から選ばれた少なくとも１種の三元系化合物半
導体（Gaのモル比：0.2以下）、(4) AlInAsPの四元系化
合物半導体、(5) AlGaInP、AlGaInAs、AlGaAsP及びGaIn
AsPからなる群から選ばれた少なくとも１種の四元系化
合物半導体（Gaのモル比：0.2以下）、又は(6) AlGaInA
sPからなる五元系化合物半導体（Gaのモル比：0.2以
下）のいずれかであるのが好ましい。

【００１８】前記透明導電層を形成する金属酸化物はSn
O₂、In₂O₃、ITO及びGa含有ZnOからなる群から選ばれた
少なくとも１種であるのが好ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】[1] 半導体発光素子 (A) 層構成本発明の半導体発光素子（例えば発光ダイオード）は、
エピタキシャルウエハの上に形成した透明導電層に貫通
孔を形成し、露出した半導体層（発光部層、電流分散層
又は化合物半導体層）に所定の金属層を介して接するよ
うに表面電極が設けられていることを特徴とする。以
下、本発明の半導体発光素子の構造を図面を参照して詳
細に説明する。

【００２０】(1) 第１の形態図１は本発明の第１の形態による半導体発光素子の縦断
面図であり、図２はその平面図であり、図１は図２のA-
A縦断面図に相当する。ｎ型GaAs基板１の第一主面上に
ｎ型AlGaInPクラッド層２が形成され、クラッド層２の
上にアンドープAlGaInP活性層３が形成され、活性層３
の上にｐ型AlGaInPクラッド層４が形成され、ｎ型クラ
ッド層２、活性層３及びｐ型クラッド層４によりダブル
へテロ構造の発光部層12を構成している。ここでｎ型Ga
As基板１とｎ型AlGaInPクラッド層２の間に、バッファ
層（図示せず）及び分布ブラッグ反射層（DBR層、図示
せず）を有していても良い。

【００２１】ｐ型クラッド層４の表面上にｐ型電流分散
層５が形成され、電流分散層５の上に透明導電層７が形
成されている。透明導電層７には貫通孔11（図２に破線
で示す）が形成されている。貫通孔11を含む透明導電層
７の領域に表面電極９（図２に実線で示す）が形成され
ている。このため、表面電極９は透明導電層７とその下
の電流分散層５の両方に接している。電流分散層５の上
に化合物半導体層（図示せず）が形成されている場合に
は、表面電極９は化合物半導体層と接する。なおｎ型Ga
As基板１の裏面全面には裏面電極10が形成されている。

【００２２】この実施例では、貫通孔11内に金属層13が
形成されているのみならず、貫通孔11の周辺部にも金属
層14が形成されている。従って、表面電極９は金属層1
3，14を介してそれぞれ電流分散層５及び透明導電層７
に接している。両金属層13，14とも後述の金属又はその
合金により形成されている。

【００２３】(2) 第２の形態図３は本発明の第２の形態による半導体発光素子の縦断
面図である。この形態の半導体発光素子では、ｐ型クラ
ッド層４上に透明導電層７が直接形成されているので、
表面電極９は金属層13，14を介してそれぞれｐ型クラッ
ド層４及び透明導電層７に接している。その他の層につ
いては第１の形態と同じであるので、説明を省略する。

【００２４】(3) 第３の形態図４は本発明の第３の形態による半導体発光素子の縦断
面図である。この形態の半導体発光素子では、貫通孔11
内に金属層13が形成されているだけで、貫通孔11の周辺
部には金属層が形成されていない。従って、表面電極９
は金属層13を介して電流分散層５に接するとともに、透
明導電層７には直接接している。これ以外の点について
は、第１の形態と同じであるので、説明を省略する。

【００２５】(4) 第４の形態図５は本発明の第４の形態による半導体発光素子の縦断
面図である。この形態の半導体発光素子では、貫通孔11
内に金属層13が形成されているだけで、貫通孔11の周辺
部には金属層が形成されていない。従って、表面電極９
は金属層13を介してｐ型クラッド層４に接するととも
に、透明導電層７には直接接している。これ以外の点に
ついては、第２の形態と同じであるので、説明を省略す
る。

【００２６】(B) 各層 (1) 基板基板の材質はエピタキシャル層を構成する結晶層と熱膨
張係数、格子定数等の特性が一致するものが好ましく、
具体的にはGaAs、GaP、InP等が好ましく、特にGaAsが好
ましい。

【００２７】(2) 発光部層発光部層12は、p-n接合型のダブルへテロ接合構造から
なるのが好ましく、例えば基板１がｎ型GaAsの場合、第
一導電型のクラッド層（ｎ型クラッド層２）、活性層３
及び第二導電型のクラッド層（ｐ型クラッド層４）から
なるのが好ましい。また発光部層12は、混晶系の化合物
半導体により構成するのが好ましい。具体的にはAlGaIn
P、GaInP、GaInAsP、AlGaInAs等の混晶が好ましく、AlG
aInP及びGaInPがより好ましい。特にインジウム組成比
を約0.5とする(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P（0≦ｘ≦1）は、Ga
As単結晶基板と格子整合するため好ましい。

【００２８】(3) 電流分散層ｐ型電流分散層５は、発光波長の吸収が少なく、かつ比
抵抗が低い材料の中から選ばれる。具体的にはGaP、GaI
nP、AlInP、AlGaInP、GaAsP、AlGaAs等の化合物半導体
が好ましい。電流分散層５はできるだけ薄い方が好まし
い。

【００２９】(4) 化合物半導体層化合物半導体層は、(1) InP又はInAsの二元系化合物半
導体、(2) AlInAs又はAlInPの三元系化合物半導体、(3)
AlGaAs、AlGaP、GaInAs及びGaInPからなる群から選ば
れた少なくとも１種の三元系化合物半導体（Gaのモル
比：0.2以下）、(4)AlInAsPの四元系化合物半導体、(5)
AlGaInP、AlGaInAs、AlGaAsP及びGaInAsPからなる群か
ら選ばれた少なくとも１種の四元系化合物半導体（Gaの
モル比：0.2以下）、又は(6) AlGaInAsPからなる五元系
化合物半導体（Gaのモル比：0.2以下）のいずれかであ
るのが好ましい。

【００３０】(5) 透明導電層透明導電層７の比抵抗は電流分散層５の比抵抗よりも大
幅に低い。例えばITO層の比抵抗は一般に約3×10^-6Ωm
であり、p型GaP層の比抵抗の約百分の一である。そのた
め透明導電層７を用いることにより、エピタキシャル半
導体層の厚さを大幅に減少させることができる。透明導
電層７は、酸化錫（SnO₂）、酸化亜鉛（ZnO）、酸化イ
ンジウム（In₂O₃）、酸化インジウム錫（ITO）、酸化マ
グネシウム（MgO）等の酸化物からなるのが好ましく、
特に酸化インジウム錫（ITO）からなるのが好ましい。

【００３１】(6) 電極 (a) 表面電極表面電極９は、結線が容易であること（良好なボンディ
ング特性）、下層との低いオーミック接触抵抗が安定し
て得られること（良好なオーミック特性）及び下層との
密着性が良好であることが要求される。これらを満たす
ために表面電極９は、金属（Au、Zn、Ni、Al等）、金属
合金（Au-Zn等）等の複数の層からなる重層電極である
のが好ましい。特に最上層はAu、Al等のボンディング特
性の良い金属からなるのが好ましい。表面電極の重層電
極は酸化ニッケル（NiO）、酸化チタン（TiO₂）等の金
属酸化物からなる層を含んでいても良い。

【００３２】(b) 裏面電極裏面電極10は、表面電極同様良好なオーミック特性およ
び密着性が要求されるため、金属（Au、Ni等）、金属合
金（Au-Ge等）等の複数の層からなる重層電極であるの
が好ましい。例えば、Au-Ge合金、Ni及びAuが順次積層
された電極等が好ましい。裏面電極10は基板裏面の全面
又は一部に形成され、最上層はAu、Alなどのボンディン
グ特性の良い金属からなるのが好ましい。

【００３３】(7) 金属層透明導電層７の貫通孔11を介して表面電極９が下の半導
体層（電流分散層５等）と直接接触すると、(1) その半
導体層から流れる電流が多く、電流分散効果が低下する
傾向があり、また(2) 表面電極９の直下の発光部での発
光が多くなるために、発光した光を外部に取り出す効率
が低下するという問題が起こる。金属層13はかかる問題
を解決するために設けるものであり、金属層13により上
記半導体層に流れる電流を低減し、表面電極９直下での
発光を抑制する作用を有する。

【００３４】このため、金属層13はTi，Zr，Mo，Ta，
W，Pt，Ir，Os，Re，Rh，Pd及びこれらの合金からなる
群から選ばれた少なくとも１種からなるのが好ましく、
特にTi又はその合金からなるのが好ましい。金属層13の
介在により表面電極９直下での発光を抑制する理由は明
らかでないが、金属層13を介在させることにより順方向
電圧VFが高まるためであると推定される。

【００３５】透明導電層７を複数のITO膜により構成す
ることがあるが、その場合最上のITO膜は比抵抗が高
い。従って、金属層13は最上のITO膜と接しない程度の
厚さである必要がある。この接しない程度の厚さという
点については、透明導電層７が単層からなるITO膜によ
り構成される場合も同じようなことが言え、この場合、
金属層は透明導電層の最上部分に接しない方が良い。具
体的には、金属層13の厚さは0.01〜0.1μmであるのが好
ましい。

【００３６】[2] 半導体発光素子の製造方法 (1) エピタキシャル層の形成エピタキシャル層を形成させる好ましい方法として、固
相エピタキシャル成長法、液相エピタキシャル成長法又
は気相エピタキシャル成長法が挙げられるが、エピタキ
シャル層の品質及び均一性の観点から気相エピタキシャ
ル成長法がより好ましい。具体的には有機金属気相エピ
タキシャル成長法（MOVPE法）、分子線エピタキシャル
成長法（MBE法）等が好ましい。

【００３７】(2) 貫通孔を有する透明導電層の形成貫通孔11を有する透明導電層７は、発光部層上（電流分
散層及び／又は化合物半導体層が設けられている場合に
はその上）に公知の方法で作製することができる。例え
ば塗布法（スピン式、ディップ式、ローラ式、スプ
レー式等）等により透明導電層７を形成し、さらにレジ
ストマスクをしてから露光した後、エッチングにより貫
通孔11を形成する方法、マスクを使用した蒸着法に
より所望の貫通孔11を有する透明導電層７を直接形成す
る方法、塗布法（スピン式、ディップ式、ローラ
式、スプレー式等）等により透明導電層７を形成した
後、イオンミリング等の膜除去方法によって透明導電層
７の一部を除去して貫通孔11を形成する方法、これ
ら公知の方法の任意の組合せによる方法等が挙げられ
る。

【００３８】貫通孔11の形状は特に制限はなく、円形、
角形（四角、菱形、多角形等）、円形や角形に突起を付
けた形状、リング状等任意の形状を設けることが可能で
ある。また貫通孔11の数は１つである必要はない。

【００３９】(3) 金属層及び電極の形成透明導電層７の貫通孔11の内部又はその周辺部を含む領
域に、まずTi，Zr，Mo，Ta，W，Pt，Ir，Os，Re，Rh，P
d及びこれらの合金からなる群から選ばれた少なくとも
１種からなる金属層13を蒸着し、次いで導電性金属又は
その合金を蒸着することにより表面電極９を形成する。
裏面電極10は基板１の裏面に同様の導電性金属又はその
合金を蒸着することにより形成する。蒸着方法として、
高周波スパッタリング法、イオンプレーティング法、電
子ビーム（EB）蒸着法、真空蒸着法等が挙げられる。

【００４０】表面電極９は金属層13を介して透明導電層
７の下の層、例えば発光部層４（図３，５の場合）、電
流分散層７（図１，４の場合）又は化合物半導体層（図
示せず）に接し、また透明導電層７の貫通孔11の周辺部
にも金属層14を形成する場合には、金属層14を介して透
明導電層７と接する。

【００４１】金属層13を介して表面電極９と下層との十
分な接合強度を得るために、貫通孔11の面積（複数の貫
通孔11を有する場合には合計面積）は、表面電極９の面
積の１％以上であるのが好ましく、20〜95％であるのが
より好ましい。貫通孔11の面積が１％未満では表面電極
11の耐剥離性の向上が得られない。一方、貫通孔11の面
積が95％超であると、金属酸化物からなる透明導電層７
の電流分散効果が不十分になり、発色出力が低くなる。

【００４２】均一な電流分散性の観点から、表面電極９
の中心と貫通孔11の中心（複数の貫通孔11を設ける場合
には全ての貫通孔11により包囲される領域の中心）とが
実質的に一致するのが好ましい。

【００４３】電極にオーミック性を付与するために、例
えば窒素ガス、アルゴンガス等の不活性雰囲気中で熱処
理（アロイング）を施しても良い。

【００４４】

【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。

【００４５】実施例１図１に示す構造の赤色発光ダイオード（発光波長630 nm
付近）をMOVPE法により作製した。

【００４６】(1) エピタキシャルウエハの作製まず700℃に加熱したｎ型GaAs基板１の第1主面上に、厚
さ500 nmのｎ型（Seドープ）GaAsバッファ層、厚さ500
nmのｎ型（Seドープ）(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5Pクラッド
層２（Seドープ量：1.0×10¹⁸cm^-3）、厚さ600 nmのア
ンドープ(Al_0.15Ga_0.85)_0.5In_0.5P活性層３、厚さ500 n
mのp型（亜鉛ドープ）(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In _0.5Pクラッド
層４（亜鉛ドープ量：５×10¹⁷cm^-3）、及び厚さ2μmの
p型（亜鉛ドープ）GaP電流分散層５（亜鉛ドープ量：5
×10¹⁸cm^-3）を、MOVPE法により順にエピタキシャル成
長させた。発光部層12（クラッド層２、発光層３、クラ
ッド層４）のMOVPE成長は、700℃の温度及び50 Torrの
圧力で、0.3〜1.0 nm／秒の成長速度で行なった。供給
したV族元素とIII族元素の比（V／III比）は300〜600の
範囲であった。またGaP電流分散層５は、成長速度１nm
／秒、V／III比100の条件で形成した。

【００４７】キャリアガスに水素を使用し、それぞれAl
供給源としてトリメチルアルミニウム（TMA）、Ga供給
源としてトリメチルガリウム（TMG）、In供給源として
トリメチルインジウム（TMI）、As供給源としてアルシ
ン（AsH₃）、P供給源としてホスフィン（PH₃）、Zn供給
源としてジエチル亜鉛（DEZ）、及びSe供給源としてH₂S
eを使用した。

【００４８】(2) 透明導電層の作製上記のようにして作製したエピタキシャルウエハの表面
に、スピンコータを使用して、ITO溶液を繰り返し3回塗
布することにより、ITO膜を形成した。ITO膜を形成した
エピタキシャルウェハを２×10^-6 Torr（2.7×10^-4Pa）
の真空中で500℃で１時間焼成し、厚さ0.3μmのITO透明
導電層７を形成した。

【００４９】(3) 表面電極の作製 ITO透明導電層７にフォトリソグラフィ法により貫通孔1
1を作製した。フォトリソグラフィ法は、ITO透明導電層
７上に２次元に一定間隔で直径125μmの円形開口部を有
するレジストマスクを形成し、露光後に塩酸／硝酸／純
水からなるエッチング液を用いて、レジストマスクの円
形開口部に露出したITO膜を除去し、貫通孔11を作製し
た。レジストマスクを除去した後、貫通孔11と中心が一
致する直径135μmの円形開口部を有するレジストマスク
をITO膜上に形成した。

【００５０】レジストマスクの円形開口部に、まず厚さ
20 nmのTiを蒸着することにより金属層13を形成した
後、厚さ10 nmのニッケル及び厚さ1000 nmの金を順に蒸
着することにより直径135μmの円形の表面電極９を形成
した。最後にレジストマスクを除去した。貫通孔11の面
積（金属層13と電流分散層５との接触面積）は、表面電
極９の面積の約86％であった。

【００５１】(4) 裏面電極の形成基板１の裏面全体に、厚さ60 nmの金−ゲルマニウム合
金、厚さ10 nmのニッケル及び厚さ500 nmの金を順に蒸
着し、ｎ型の裏面電極10を形成した。

【００５２】さらに表面電極９及び裏面電極10にオーミ
ック性を付与するために、窒素ガス雰囲気中、400℃で5
分間の熱処理（アロイング）を行なった。

【００５３】(5) 半導体発光素子の作製及び評価上記のようにして両電極９，10まで形成したエピタキシ
ャルウェハを、表面電極９を１つ含む300μm角のサイズ
でダイシングし、フレームに固定し、表面電極９にワイ
ヤボンディングを、裏面電極10にダイボンディングを行
なって、発光ダイオードチップを作製した。得られた発
光ダイオードチップの順方向動作電圧（20 mA通電時）
は1.87Vであり、発光出力は2.6mWであった。

【００５４】実施例２電流分散層５として、厚さ2μmのp型（亜鉛ドープ）GaP
膜の代わりに、厚さ２μmのp型（亜鉛ドープ）(Al_0.7Ga
_0.3)_0.5In_0.5P（亜鉛ドープ量：1.0×10¹⁸cm^-3）膜を形
成した以外実施例１と同様にして、図１に示す構造の発
光ダイオードを作製した。得られた発光ダイオードチッ
プの順方向動作電圧（20 mA通電時）は1.90Vであり、発
光出力は2.６mWであった。

【００５５】実施例３図１に示す構造の発光波長630 nm付近の赤色発光ダイオ
ードを下記手順により作製した。まず700℃に加熱した
ｐ型GaAs基板１の第1主面上に、厚さ500 nmのｐ型（Zn
ドープ）GaAsバッファ層、厚さ500 nmのｐ型（Znドー
プ）(Al_0.7Ga_0.3)_0. ₅In_0.5Pクラッド層２（Znドープ
量：1.0×10¹⁸cm^-3）、厚さ600 nmのアンドープ(Al_0.15
Ga_0.85)_0.5In_0.5P活性層３、厚さ500 nmのｎ型（Seドー
プ）(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5Pクラッド層４（Seドープ
量：５×10¹⁷cm^-3）、及び厚さ2μmのｎ型（Seドープ）
(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P電流分散層５（Seドープ量：1.0
×10¹⁸cm^-3）を、実施例１と同じ条件でMOVPE法により
順にエピタキシャル成長させた。ここまでの層構成は、
各層の極性以外実施例１のものと同じである。

【００５６】次に実施例１と同じ方法により厚さ0.3μm
のITO透明導電層７を形成し、それに直径125μmの貫通
孔11を作製した。貫通孔11と中心が一致する直径135μm
の円形開口部を有するレジストマスクをITO透明導電層
７上に形成し、貫通孔11内及びその周囲にTiを蒸着する
ことにより厚さ20 nmの金属層13を形成した後、厚さ10
nmのニッケル及び厚さ1000 nmの金を順に蒸着すること
により直径135μmの円形の表面電極９を形成した。最後
にレジストマスクを除去した。貫通孔11の面積（金属層
13と電流分散層５との接触面積）は、表面電極９の面積
の約86％であった。

【００５７】基板１の裏面全体に、厚さ60 nmの金−亜
鉛合金、厚さ10 nmのニッケル及び厚さ500 nmの金を順
に蒸着し、ｎ型の裏面電極10を形成した。さらに表面電
極９及び裏面電極10にオーミック性を付与するために、
窒素ガス雰囲気中、400℃で5分間の熱処理（アロイン
グ）を行なった。

【００５８】両電極９，10まで形成したエピタキシャル
ウェハから実施例１と同じ方法により発光ダイオードチ
ップを作製した。得られた発光ダイオードの20 mA通電
時の順方向動作電圧は1.86 Vであり、発光出力は2.6 mW
であった。

【００５９】実施例４図４に示す構造の発光波長630 nm付近の赤色発光ダイオ
ードを下記手順により作製した。まず700℃に加熱した
ｐ型GaAs基板１の第1主面上に、厚さ500 nmのｐ型（Zn
ドープ）GaAsバッファ層、厚さ500 nmのｐ型（Znドー
プ）(Al_0.7Ga_0.3)_0. ₅In_0.5Pクラッド層２（Znドープ
量：1.0×10¹⁸cm^-3）、厚さ600 nmのアンドープ(Al_0.15
Ga_0.85)_0.5In_0.5P活性層３、厚さ500 nmのｎ型（Seドー
プ）(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5Pクラッド層４（Seドープ
量：５×10¹⁷cm^-3）、及び厚さ2μmのｎ型（Seドープ）
(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P電流分散層５（Seドープ量：1.0
×10¹⁸cm^-3）を、実施例１と同じ条件でMOVPE法により
順にエピタキシャル成長させた。ここまでの層構成は、
各層の極性以外実施例３のものと同じである。

【００６０】次に実施例１と同じ方法により厚さ0.3μm
のITO透明導電層７を形成し、それに直径125μmの貫通
孔11を作製した。貫通孔11と一致する直径125μmの円形
開口部を有するレジストマスクをITO透明導電層７上に
形成し、Tiを蒸着することにより貫通孔11内に厚さ20 n
mの金属層13を形成した。そのレジストマスクを除去し
た後、再度貫通孔11と中心が一致する直径135μmの円形
開口部を有するレジストマスクをITO透明導電層７上に
形成し、貫通孔11内及びその周囲に厚さ10 nmのニッケ
ル及び厚さ1000 nmの金を順に蒸着することにより直径1
35μmの円形の表面電極９を形成した。最後にレジスト
マスクを除去した。貫通孔11の面積（金属層13と電流分
散層５との接触面積）は、表面電極９の面積の約86％で
あった。

【００６１】基板１の裏面全体に、厚さ60 nmの金−亜
鉛合金、厚さ10 nmのニッケル及び厚さ500 nmの金を順
に蒸着し、ｎ型の裏面電極10を形成した。さらに表面電
極９及び裏面電極10にオーミック性を付与するために、
窒素ガス雰囲気中、400℃で5分間の熱処理（アロイン
グ）を行なった。

【００６２】両電極９，10まで形成したエピタキシャル
ウェハから実施例１と同じ方法により発光ダイオードチ
ップを作製した。得られた発光ダイオードチップの20 m
A通電時の順方向動作電圧は1.84Vであり、発光出力は2.
8 mWであった。

【００６３】比較例１金属層13を形成しない以外実施例１と同様にして図６に
示す構造の発光波長630 nm付近の赤色発光ダイオードを
作製した。得られた発光ダイオードの20 mA通電時の順
方向動作電圧は1.85 Vであるが、発光出力は2.1 mWと低
かった。

【００６４】比較例2 電流分散層５として、厚さ2μmのp型（亜鉛ドープ）GaP
膜の代わりに、厚さ2.0μmのp型（亜鉛ドープ）(Al_0.7G
a_0.3)_0.5In_0.5P（亜鉛ドープ量：1.0×10¹⁸cm^- ³）膜を
形成した以外比較例１と同様にして、発光ダイオードを
作製した。得られた発光ダイオードの20 mA通電時の順
方向動作電圧は1.89 Vであるが、発光出力は2.1 mWと低
かった。

【００６５】本発明の半導体発光素子を添付図面を参照
して説明したが、本発明はそれらに限定されることはな
く、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変更を施すこ
とができる。例えば、金属層としてTiの蒸着層を設ける
以外に、Zr，Mo，Ta，W，Pt，Ir，Os，Re，Rh，Pd又は
これらの合金からなる蒸着層を設けても、同様の効果が
得られる。また貫通孔の形状及び数は図示の例に限定さ
れない。

【００６６】

【発明の効果】以上の通り、透明導電層に貫通孔を設け
た後で金属層及び表面電極を順に形成した本発明の半導
体発光素子は、(1) 貫通孔を介して表面電極が下層と直
接接するために、ダイシングやワイヤボンディング等に
よる表面電極の剥離の問題がないだけでなく、(2) Ti等
の金属層を介して表面電極が下層と接するために、電流
分散性が向上し、順方向動作電圧が低く、輝度も約30％
以上高いという利点を有する。

【００６７】またITOのような比抵抗の低い透明導電層
を有する本発明の半導体発光素子のエピタキシャル層
は、従来の半導体発光素子用のエピタキシャル層の五分
の一乃至数十分の一程度まで薄くすることができるの
で、エピタキシャルウェハのコスト低減に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による半導体発光素子を示
す断面図であって、図２のA-A断面図に相当する。

【図２】本発明の一実施例による半導体発光素子を示
す平面図である。

【図３】本発明の別の実施例による半導体発光素子を
示す断面図である。

【図４】本発明のさらに別の実施例による半導体発光
素子を示す断面図である。

【図５】本発明のさらに別の実施例による半導体発光
素子を示す断面図である。

【図６】本発明を適用する前の半導体発光素子を示す
断面図である。

【図７】従来の半導体発光素子を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・基板２，４・・・クラッド層３・・・活性層５・・・電流分散層７・・・透明導電層９・・・表面電極 10・・・裏面電極 11・・・貫通孔 12・・・発光部層 13・・・金属層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柴田憲治茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社日高工場内Ｆターム(参考） 5F041 AA43 CA34 CA65 CA85 CA88 CA92 CA98

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】裏面電極が形成された第一導電型の基板
に、一対のクラッド層に挟まれた活性層からなる発光部
層と、金属酸化膜からなる透明導電層と、表面電極とが
形成された半導体発光素子であって、前記透明導電層は
少なくとも１つの貫通孔を有し、前記貫通孔内にTi，Z
r，Mo，Ta，W，Pt，Ir，Os，Re，Rh，Pd及びこれらの合
金からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属からな
る層が形成されており、前記表面電極は前記金属層を介
して前記発光部層と接していることを特徴とする半導体
発光素子。
【請求項２】請求項１に記載の半導体発光素子におい
て、前記貫通孔の周囲の前記透明導電層上で前記表面電
極と接する領域にも、Ti，Zr，Mo，Ta，W，Pt，Ir，O
s，Re，Rh，Pd及びこれらの合金からなる群から選ばれ
た少なくとも１種の金属からなる層が形成されているこ
とを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】請求項１又は２に記載の半導体発光素子
において、前記金属層はTi又はその合金からなることを
特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の半導体
発光素子において、前記発光部層と前記透明導電層との
間に第二導電型の電流分散層が形成されており、前記表
面電極は前記貫通孔内に形成された金属層を介して前記
電流分散層と接していることを特徴とする半導体発光素
子。
【請求項５】請求項１〜３のいずれかに記載の半導体
発光素子において、前記発光部層と前記透明導電層との
間に化合物半導体層が形成されており、前記表面電極は
前記貫通孔内に形成された金属層を介して前記化合物半
導体層と接していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】請求項４に記載の半導体発光素子におい
て、前記電流分散層と前記透明導電層との間に化合物半
導体層が形成されており、前記表面電極は前記貫通孔内
に形成された金属層を介して前記化合物半導体層と接し
ていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の半導体
発光素子において、前記発光部層は第一導電型のクラッ
ド層と、第二導電型のクラッド層と、両クラッド層に挟
まれた活性層とからなることを特徴とする半導体発光素
子。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の半導体
発光素子において、前記貫通孔の面積（複数の貫通孔が
ある場合には合計面積）は前記表面電極の面積の１％以
上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の半導体
発光素子において、前記発光部層、前記電流分散層又は
前記化合物半導体層のうち前記表面電極と接する領域の
中心と、前記表面電極の中心とは実質的に一致している
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項10】請求項１〜９のいずれかに記載の半導体
発光素子において、前記基板はGaAsからなり、前記発光
部層はAlGaInP又はGaInPからなることを特徴とする半導
体発光素子。
【請求項11】請求項１〜10のいずれかに記載の半導体
発光素子において、前記電流分散層はGaP、GaAlP、AlIn
P、AlGaInP、AlGaAs及びGaAsPからなる群から選ばれた
少なくとも１種の化合物半導体からなることを特徴とす
る半導体発光素子。
【請求項12】請求項１〜11に記載の半導体発光素子に
おいて、前記化合物半導体層は、(1) InP又はInAsの二
元系化合物半導体、(2) AlInAs又はAlInPの三元系化合
物半導体、(3) AlGaAs、AlGaP、GaInAs及びGaInPからな
る群から選ばれた少なくとも１種の三元系化合物半導体
（Gaのモル比：0.2以下）、(4) AlInAsPの四元系化合物
半導体、(5) AlGaInP、AlGaInAs、AlGaAsP及びGaInAsP
からなる群から選ばれた少なくとも１種の四元系化合物
半導体（Gaのモル比：0.2以下）、又は(6) AlGaInAsPか
らなる五元系化合物半導体（Gaのモル比：0.2以下）の
いずれかであることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項13】請求項１〜12のいずれかに記載の半導体
発光素子において、前記透明導電層を形成する金属酸化
物はSnO₂、In₂O₃、ITO及びGa含有ZnOからなる群から選
ばれた少なくとも１種であることを特徴とする半導体発
光素子。