【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平１−２２５１７８号公報
【特許文献２】
米国特許公報第５７８９７６８号
【０００３】
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１：以下、ＡｌＧａＩｎＰとも記載する）混晶により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ活性層を、それよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、高輝度の素子を実現できる。また、近年では、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１：以下、ＩｎＧａＡｌＮとも記載する）を用いて同様のダブルへテロ構造を形成した青色発光素子も実用化されている。
【０００４】
上記のような発光素子においては、駆動電圧を印加するための電極として、従来、金属電極が用いられてきた。金属電極は遮光体として作用するため、例えば発光層部主表面の中央部のみを覆う形で形成し、その周囲の電極非形成領域から光を取り出す。金属電極は、面積をなるべく小さくしたほうが、電極の周囲に形成される光漏出領域の面積を大きくできるので、光取出し効率を向上させる観点において有利である。しかし、電極を小さくしすぎると素子の面内方向に電流を拡げることが困難となり、光取出量が却って制限される問題がある。これを解決するために、例えば、発光層部との金属電極との間に、ドーパント濃度を高めた低抵抗率の電流拡散層を形成する方法が採用されている。しかし、面内方向の電流密度分布を完全に均一化するには、電流拡散層の層厚をかなり厚く設定しなければならない（例えば５０μｍ程度）。しかし、これでは成膜に必要な時間が長くなるとともに多量の原料を必要とするため、生産性の悪化ひいては素子の高価格化は必至である。そこで、電流拡散効果と光取出効率との双方を高めるために、電極と電流拡散層との機能を兼用する高導電率の酸化物透明電極層（例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウム錫））にて発光層部を覆う提案が、例えば特許文献１あるいは特許文献２に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ダブルへテロ構造を有する発光素子の内部量子効率を高めるためには、活性層へのキャリア閉じ込め効果を高めることが重要である。具体的には、活性層とクラッド層とのバンド端不連続値を大きくする必要があり、そのためにはクラッド層のバンドギャップエネルギーを高めることが有効である。ＡｌＧａＩｎＰ系あるいはＩｎＧａＡｌＮ系の発光素子は、該観点から、いずれもクラッド層に相当量のＡｌが添加される。
【０００６】
ところで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に含有されるＡｌは、いずれも酸化されやすく、特に、酸素を含有する高温雰囲気での酸化が著しい。従って、Ａｌを含有する発光層部の表面に、前記のような酸化物透明電極層を、スパッタリングやＣＶＤなどにより直接堆積すると、発光層部の相当厚さ部分がＡｌの酸化により劣化する問題がある。また、酸化物透明電極層は、基板を加熱して成膜することが、結晶性の改善ひいては導電性向上の観点において有効であるが、昇温環境下での成膜は、発光層部側のＡｌの酸化が一層進みやすい問題がある。クラッド層のＡｌの酸化が進むと、絶縁性のＡｌ２Ｏ３層がかなりの厚さで形成されるため、素子の直列抵抗が増加する。また、クラッド層の実効厚さが目減りするために、活性層へのキャリア注入効率が低下する。さらに、Ａｌが酸化された後に残る残余の原子が、結晶欠陥を形成して発光層部からの光を散乱あるいは吸収する。これらはいずれも発光効率あるいは光取出効率の低下を招く。
【０００７】
本発明は、発光駆動用の電極として酸化物透明電極層を用いるとともに、発光層部側のＡｌ酸化に伴う発光効率あるいは光取出効率の低下を効果的に防止できる発光素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明の発光素子は、Ａｌを含有した化合物半導体層からなる発光層部と、該発光層部に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層とを有し、発光層部からの光を、酸化物透明電極層を透過させる形で取り出すようにした発光素子において、発光層部と酸化物透明電極層との間に、発光層部のＡｌ酸化を抑制するための、金属酸化物よりなる酸化物保護層が介挿形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によると、酸化物透明電極層を使用することにより、電流拡散層を用いることなく電流を効果的に発光素子領域全面に拡散することが可能となり、発光量を増大させることが可能となる。そして、発光層部と酸化物透明電極層との間に、金属酸化物よりなる酸化物保護層を積極形成することにより、酸化物透明電極層を形成する際の発光層部のＡｌ酸化を大幅に減少させることができる。これにより、発光層部のＡｌ酸化による劣化が抑制され、発光効率あるいは光取出効率を高めることができる。
【００１０】
酸化物保護層は、導電性酸化物又は半導体酸化物により形成すると、保護層形成に伴う直列抵抗の増加を抑制でき、ひいては発光効率をさらに高めることができる。このような酸化物としては、具体的には、ＺｎＯ、ＭｇＯ及びＳｎＯの１種又は２種以上を主成分（５０質量％以上）とするものを使用することができる。
【００１１】
酸化物保護層の厚さは、酸化物透明電極層の形成時において、発光層部のＡｌ酸化抑制効果が十分達成される範囲で可及的に薄く形成することが望ましく、例えば該厚さを５ｎｍ以上１μｍ以下の範囲にて調整することができる。厚さが５ｎｍ未満ではＡｌ酸化防止抑制効果に乏しく、１μｍを超える厚さは成膜に時間を要するために素子の製造効率低下につながる。また、厚すぎる酸化物保護層は、素子の直列抵抗増大を招きやすく、発光効率の低下を引き起こす場合がある。
【００１２】
また、酸化物保護層は、トンネリングによる導通が許容される厚さ、例えば１５ｎｍ以下の厚さに制限することで、絶縁性酸化物により構成することも可能である。例えば、Ａｌ２Ｏ３は非常に安定な酸化物であり、発光層部を薄く均一に覆うことさえできれば、内層側の発光層部のＡｌ酸化をむしろ抑制する働きをなすので、本発明に効果的に使用することが可能である。
【００１３】
酸化物保護層は、絶縁性酸化物で構成する場合に限らず、発光層部を薄く均一に覆う形で形成することが、発光層部のＡｌ酸化を十分に果たしつつ、余分な層を形成することに伴う発光素子性能への影響を必要最小限に留める上で有効である。この観点から、酸化物保護層は層厚方向に金属原子層と酸素原子層とが交互に積層された構造を有するものとして形成することが望ましい。また、該構造は、光散乱や吸収の原因となる結晶粒界を、電流通過方向を横切る向きに生じない観点においても有効である。
【００１４】
このような酸化物保護層は、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いて成長することが有効である。例えば、原子層エピタキシ法により発光層部上に、酸化物保護層の金属原子層を金属単原子層として形成した後、残余の酸素原子層と金属原子層とを成長させるようにする。ＡＬＥ法を採用すると、最初の金属単原子層が完成すれば、金属原子層の形成を１原子層分で飽和させることができ（いわゆる自己停止機能）、層内に配列した原子にも欠損や変位などの乱れを生じ難い。このように乱れの少ない金属原子層を、１原子層分完成させた後、後続の金属原子層と酸素原子層とを成長させることで、結晶性の極めて良好な酸化物保護層が得られ、高性能の発光素子を実現する上で好都合となる。また、層内に欠損や変位が生じ難いため、発光層部に対する被覆性も極めて良好であり、酸化物保護層を非常に薄く形成しても、発光層部のＡｌ酸化防止効果を十分に達成できる。具体的には、酸化物保護層は、金属原子層と酸素原子層とが５層以上５００層以下の範囲で積層されたものとすることができる。５層未満ではＡｌ酸化防止効果が不十分となる可能性があり、５００層以上では逆に効果が飽和し、製造能率の低下をきたす。
【００１５】
上記ＡＬＥ法は、基板を配置した反応容器内に有機金属ガス及び酸素成分源ガスを供給する、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｕｒ ＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）法）の形で実施することができる。具体的には、金属原子層の原料となる有機金属ガスのみを反応容器内に流通して、バッファ層を構成する最初の金属原子層を１原子層分で飽和するように形成し、金属単原子層とする。図５（ａ）に示すように、有機金属（ＭＯ）分子は、結合している有機基を分解・離脱させつつ、金属原子を基板上に化学吸着させる。このとき、ＡＬＥ法を採用すると、金属原子は、結合している有機基の一部を残留させた形で吸着し、図５（ｂ）に示すように、残留有機基を表面側に配向した形で金属原子層を形成する。この配向した残留有機基が新たな金属原子の吸着を阻害するため、１原子層が完成すれば自己停止機能の発現が顕著となり、層内に配列した原子に欠損や変位などの乱れが極めて生じ難にくくなる。
【００１６】
発光層部は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１：ＡｌＧａＩｎＰ）又はＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１：ＩｎＧａＡｌＮ）にて構成することができる。該発光層部は、各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ又はＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮにて構成される第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有するものとして形成できる。活性層の両側に形成されるクラッド層とのバンドギャップ差に起因したエネルギー障壁により、注入されたホールと電子とが狭い活性層中に閉じ込められて効率よく再結合するので、非常に高い発光効率を実現できる。さらに、活性層の組成調整により、前者は緑色から赤色領域（ピーク発光波長が５２０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下）にかけて、後者は紫外領域から赤色（ピーク発光波長が３００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）にかけての、それぞれ広範囲の発光波長を実現することができる。ＡｌＧａＩｎＰ又はＩｎＧａＡｌＮからなる発光層部は、いずれもＡｌを含有するので、酸化劣化の問題を考慮しなければならないが、酸化物保護層にて覆った後、酸化物透明電極層を形成する構成を採用することで、Ａｌ酸化劣化の影響を効果的に抑制することができる。
【００１７】
上記構成においては、第一導電型クラッド層及び第二導電型クラッド層の少なくともいずれかと接する位置に酸化物保護層及び酸化物透明電極層を形成することができる。例えば、ダブルへテロ構造からなる発光層部の片側の主表面のみを光取出面として使用する場合は、該側に位置するクラッド層と酸化物透明電極層との間に該酸化物透明電極と接する形にて酸化物保護層を形成して、酸化物透明電極層を形成することができる。他方、発光層部の両側の主表面を光取出面として使用する場合は、両側のクラッド層のそれぞれに対応して酸化物透明電極を形成するとともに、各酸化物透明電極とクラッド層との間には、酸化物透明電極に接する酸化物保護層を形成することができる。
【００１８】
ＡｌＧａＩｎＰ（閃亜鉛鉱型構造）及びＩｎＧａＡｌＮ（ウルツ鉱型構造）からなる化合物半導体層は、いずれもＩＩＩ族原子充填層とＶ族原子充填層とが交互積層された構造を有し、その積層方向に成長がなされる。従って、該化合物半導体層上にＡＬＥ法等により金属原子層と酸素原子層とを交互積層する形で酸化物保護層を成長・形成する場合は、その成長方向に金属原子層と酸素原子層とが交互積層される結晶構造の酸化物を用いることが、健全な酸化物保護層を効率的に成長できるので望ましい。この観点において、ＺｎＯ、ＭｇＯ（いずれもウルツ鉱型構造）あるいはＡｌ２Ｏ３（コランダム型構造）を酸化物保護層として採用することが望ましいといえる。ＺｎＯとＭｇＯとは両者の混晶を用いることも可能であるが、ＺｎＯあるいはＭｇＯを単独で用いるほうが、ＡＬＥ法等の採用がより容易である。また、導電性を考慮すれば、酸化物保護層をＺｎＯ単独にて形成することがより望ましいといえる。
【００１９】
上記本発明の発光素子の構成において、酸化物透明電極層の材質は、酸化スズ（ＳｎＯ２）あるいは酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）を主体とするものを使用できる。具体的には、酸化物透明電極層は、ＩＴＯが高導電率であり、本発明に好適に使用できる。ＩＴＯは、酸化スズをドープした酸化インジウム膜であり、酸化スズの含有量を１〜９質量％とすることで、電極層の抵抗率を５×１０−４Ω・ｃｍ以下の十分低い値とすることができる。なお、ＩＴＯ電極層以外では、ＺｎＯ電極層が高導電率であり、本発明に採用可能である。また、酸化アンチモンをドープした酸化スズ（いわゆるネサ）、Ｃｄ２ＳｎＯ４、Ｚｎ２ＳｎＯ４、ＺｎＳｎＯ３、ＭｇＩｎ２Ｏ４、酸化イットリウム（Ｙ）をドープしたＣｄＳｂ２Ｏ６、酸化スズをドープしたＧａＩｎＯ３なども酸化物透明電極層の材質として使用することができる。
【００２０】
これらの酸化物透明電極層は、公知の気相成膜法、例えば化学蒸着法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）、スパッタリングや真空蒸着などの物理蒸着法（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）、あるいは分子線エピタキシャル成長法（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）にて形成することができる。例えば、ＩＴＯ電極層やＺｎＯ電極層は高周波スパッタリング又は真空蒸着により製造でき、また、ネサ膜はＣＶＤ法により製造できる。また、これら気相成長法に代えて、ゾル−ゲル法など他の方法を用いて形成してもよい。酸化物透明電極層は、発光層部の全面を被覆する形にて形成することができる。このように構成すると、酸化物透明電極層に電流拡散層の機能を担わせることができ、従来のような化合物半導体からなる厚い電流拡散層の形成が不要となったり、仮に形成する場合でも、その厚みを大幅に減ずることができるから、工程の簡略化によるコスト削減に寄与し、産業利用上非常に有効である。
【００２１】
酸化物透明電極層をＩＴＯ層にて構成する場合は、結晶性の良好なＩＴＯ層を形成することが導電性の向上、ひいては電流拡散効果の向上による発光効率に改善に有効である。結晶性の良好なＩＴＯ層を得るには、スパッタリングの採用が有効であり、特に基板温度を４００〜８００℃に昇温して成長するとよい。また、酸化物透明電極層の厚さは、０．２μｍ以上１μｍ以下に形成することが望ましい。酸化物透明電極層の厚さが０．２μｍ未満では面内方向の電気抵抗率が高くなりすぎて、電流拡散層としての機能が損なわれるおそれがある。また、１μｍを超える厚さは製造能率の低下を招く。
【００２２】
そして、発光層部のＡｌ酸化抑制効果を十分に達成するには、酸化物保護層を酸化物透明電極層よりも低温で形成する必要がある。例えば前述のＡＬＥ法を採用する場合は、２５０℃以上４００℃以下にて酸化物保護層を成長することが望ましい。２５０℃以下では原料ガスの分解反応が十分に進まず、４００℃を超えると発光層部のＡｌ酸化が進みやすくなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である発光素子１００を示す概念図である。発光素子１００は、発光層部２４の第一主表面１７側に、酸化物保護層としてのＺｎＯ保護層７と酸化物透明電極層としてのＩＴＯ電極層８とがこの順序にて形成されている。また、発光層部２４の第二主表面１８側に、酸化物保護層としてのＺｎＯ保護層９と酸化物透明電極層としてのＩＴＯ電極層１０とがこの順序にて形成されている。ＩＴＯ電極層８，１０は、ＺｎＯ保護層７及びＺｎＯ保護層９とともに、発光層部２４の両主表面１７，１８のそれぞれ全面を覆う形にて形成されている。
【００２４】
発光層部２４は、各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ混晶とされるとともに、第一導電型クラッド層６、第二導電型クラッド層４、及び第一導電型クラッド層６と第二導電型クラッド層４との間に位置する活性層５からなるダブルへテロ構造とされている。具体的には、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（但し、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）混晶からなる活性層５を、ｐ型（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰクラッド層６とｎ型（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰクラッド層４とにより挟んだ構造となっている。図１の発光素子１００では、ＩＴＯ電極層８側にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置されており、ＩＴＯ電極層１０側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。従って、通電極性はＩＴＯ電極層８側が正である。なお、当業者には自明のことであるが、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１０１３〜１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。
【００２５】
なお、図１の発光素子１００において、各層の厚さの実例として以下のような数値を例示できる：
・ＺｎＯ保護層７＝厚さ：約５原子層分
・ＩＴＯ電極層８＝厚さ：０．１μｍ、酸化スズ含有率：７質量％（残部酸化インジウム）；
・ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６＝１μｍ；
・ＡｌＧａＩｎＰ活性層５＝０．６μｍ；
・ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４＝１μｍ；
・ＺｎＯ保護層９＝約５原子層分
・ＩＴＯ電極層１０＝ＩＴＯ電極層８と同一構成。
【００２６】
以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図３に示すように、ＡｌＧａＩｎＰ混晶と格子整合する化合物半導体単結晶基板であるＧａＡｓ単結晶基板１の第一主表面１ａに、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２を例えば０．５μｍ、次いで、発光層部２４として、１μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４、０．６μｍのＡｌＧａＩｎＰ活性層（ノンドープ）５、及び１μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６をエピタキシャル成長させる。発光層部２４のエピタキシャル成長は、公知の有機金属気相エピタキシャル成長（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ）法により行なうことができる。
【００２７】
次に、発光層部２４の第一主表面２４ａ（基板１に接しているのと反対側の主表面）に、ＺｎＯ保護層７をＡＬＥ法により成長する。具体的には、図５の工程（ａ）及び工程（ｂ）に示すように、有機金属ガスＭＯを反応容器内に供給し、ＺｎＯ保護層９の一部をなす最初の金属原子層をＡＬＥ法により単原子金属層として形成する。既に説明した通り、ＡＬＥ法では自己停止機能により金属原子層の成長は１原子層分で飽和し、有機金属ガスＭＯの供給を継続しても、それ以上の金属原子層の成長は起こらない。
【００２８】
その後、有機金属ガスＭＯの供給を停止し、窒素ガスで反応容器内を置換して有機金属ガスＭＯを十分にパージアウトした後、工程（ｃ）に示すように、酸素成分源ガス（酸化性ガス雰囲気でもある）としてＮ２Ｏを導入し、ＡＬＥ法により酸素原子層を１原子層分形成する。これにより、基板１０上にはＺｎＯ層が１分子層分だけ形成されたことになる。その後、工程（ｄ）に示すように、上記工程を交互に繰り返すことにより、金属原子層と酸素原子層が交互に積層されたＺｎＯ保護層７が形成される。
【００２９】
上記の成長後、例えば硫酸系水溶液（濃硫酸：３０％過酸化水素水：水＝３：１：１容量比）からなるエッチング液に浸漬することにより、ＧａＡｓ基板１およびＧａＡｓバッファ層２をエッチング除去することができる（図４（ａ））。そして、同図（ｂ）に示すように、そのエッチング剥離された側において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４の主表面１８に、ＺｎＯ保護層９を、ＡＬＥ法により同様に成長させる。
【００３０】
そして、それぞれのＺｎＯ保護層７及びＺｎＯ保護層９の両主表面に、公知の高周波スパッタリング法により、ＩＴＯ電極層８，１０をそれぞれ厚さ０．１μｍにて形成し、積層体ウェーハ１３を得る。積層体ウェーハ１３はダイシングにより半導体チップとされ、支持体に固着した後、図１に示すようにリード線１４ｂ，１５ｂを取り付け、さらに図示しない樹脂封止部を形成することにより発光素子１００が得られる。
【００３１】
なお、図６に示す発光素子５０のように、ダブルへテロ構造層からなる発光層部２４に、その片側にのみ酸化物保護層（ＺｎＯ保護層）７及び酸化物透明電極層（ＩＴＯ電極層）８を接合してもよい。この場合は、ｎ型ＧａＡｓ基板１は素子基板に流用され、その第一主表面側にＺｎＯ保護層７及びＩＴＯ電極層８が形成される。また、図７に示す発光素子５１のように、ＧａＡｓ基板１と発光層部２４との間に、例えば特開平７−６６４５５号公報に開示されている半導体多層膜や、あるいはＡｕないしＡｕ合金にて構成された金属層を反射層１６として挿入することができる。これにより、発光層部２４から直接光取出層側に漏出する光Ｌに加え、反射層１６での反射光Ｌ’が加わるので、光取出効率を高めることができる。また、全反射損失をさらに低減するために、特開平５−１９０８９３号公報に開示されているように、発光層部と光取出層との界面を光取出方向に向けて凸状に湾曲させることもできる。
【００３２】
図１の発光素子１００においては、ダブルへテロ構造をなす発光層部２４の各層をＡｌＧａＩｎＰ混晶にて形成していたが、図２に示すように、ダブルへテロ構造をなす発光層部１２４の各層（ｐ型クラッド層１０６、活性層１０５及びｎ型クラッド層１０４）をＡｌＧａＩｎＮ混晶により形成することにより、青色あるいは紫外発光用のワイドギャップ型発光素子２００を構成することもできる。発光層部１２４は、図１の発光素子１００と同様にＭＯＶＰＥ法により形成される。該図２の発光素子２００は、発光層部１２４を除き、残りの部分は図１の発光素子１００と同一構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００３３】
また、活性層５あるいは１０５は上記実施形態では単一層として形成していたが、これを、バンドギャップエネルギーの異なる複数の化合物半導体層が積層されたもの、具体的には、図８（ａ）に示すような量子井戸構造を有するものとして構成することもできる。量子井戸構造を有する活性層は、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すように、混晶比の調整によりバンドギャップが互いに相違する２層、すなわちバンドギャップエネルギーの小さい井戸層Ｂと大きい障壁層Ａとを、各々電子の平均自由工程もしくはそれ以下の厚さ（一般に、１原子層〜数ｎｍ）となるように格子整合させる形で積層したものである。上記構造では、井戸層Ｂの電子（あるいはホール）のエネルギーが量子化されるため、例えば半導体レーザー等に適用した場合に、発振波長をエネルギー井戸層の幅や深さにより自由に調整でき、また、発振波長の安定化、発光効率の向上、さらには発振しきい電流密度の低減などに効果がある。さらに、井戸層Ｂと障壁層Ａとは厚さが非常に小さいため、２〜３％程度までであれば格子定数のずれが許容され、発振波長領域の拡大も容易である。なお、量子井戸構造は、（ｂ）に示すように、井戸層Ｂを複数有する多重量子井戸構造としてもよいし、（ｃ）に示すように、井戸層Ｂを１層のみ有する単一量子井戸構造としてもいずれでもよい。図では、ｐ型及びｎ型の各クラッド層を（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ混晶により、障壁層Ａを（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ混晶により、井戸層Ｂを（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ混晶によりそれぞれ構成している。なお、障壁層Ａの厚さは、例えばクラッド層と接するもののみ５０ｎｍ程度とし、他は６ｎｍ程度とすることができる。また、井戸層Ｂは５ｎｍ程度とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の一例を積層構造にて示す模式図。
【図２】本発明の発光素子の別例を積層構造にて示す模式図。
【図３】図１の発光素子の製造工程を示す模式図。
【図４】図３に続く模式図。
【図５】ＡＬＥ法による酸化物保護層の形成工程を示す説明図。
【図６】発光層部の第一主表面にのみ酸化物保護層及び酸化物透明電極層を形成した素子構造の例を示す模式図。
【図７】図５において、光取出層の第二主表面側に反射層を挿入した素子構造の例を示す模式図。
【図８】量子井戸構造を有する活性層の模式図。
【符号の説明】
４ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第二導電型クラッド層）
５ ＡｌＧａＩｎＰ活性層
６ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第一導電型クラッド層）
７ ＺｎＯ保護層（酸化物保護層）
８ ＩＴＯ電極層（酸化物透明電極層）
９ ＺｎＯ保護層（酸化物保護層）
１０ ＩＴＯ電極層（酸化物透明電極層）
２４ 発光層部
１０４ ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層（第二導電型クラッド層）
１０５ ＡｌＧａＩｎＮ活性層
１０６ ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層（第一導電型クラッド層）
５０，５１，１００，２００ 発光素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting device.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP-A-1-225178 [Patent Document 2]
US Pat. No. 5,789,768
A light-emitting element in which a light-emitting layer portion is formed by a mixed crystal of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (here, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1: hereinafter also referred to as AlGaInP) By employing a double hetero structure in which a thin AlGaInP active layer is sandwiched between an n-type AlGaInP cladding layer and a p-type AlGaInP cladding layer having a larger band gap, a high-luminance element can be realized. In recent years, In x Ga y Al 1- x-y N ( where, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1: hereinafter, also referred to InGaAlN) terrorism to similar double with Blue light-emitting elements having a structure have also been put to practical use.
[0004]
In the light emitting element as described above, a metal electrode has conventionally been used as an electrode for applying a drive voltage. Since the metal electrode functions as a light-shielding body, it is formed, for example, so as to cover only the central portion of the main surface of the light-emitting layer portion, and light is extracted from the surrounding electrode-free region. It is advantageous to reduce the area of the metal electrode as much as possible, since the area of the light leakage region formed around the electrode can be increased, thereby improving the light extraction efficiency. However, if the electrodes are too small, it becomes difficult to spread the current in the in-plane direction of the element, and there is a problem that the light extraction amount is rather limited. In order to solve this, for example, a method of forming a low-resistivity current diffusion layer having a high dopant concentration between the light emitting layer portion and the metal electrode has been adopted. However, in order to completely uniform the current density distribution in the in-plane direction, the thickness of the current diffusion layer must be set to be considerably large (for example, about 50 μm). However, in this case, the time required for film formation becomes longer and a large amount of raw material is required, so that the productivity is lowered and the cost of the device is inevitably increased. Therefore, in order to increase both the current diffusion effect and the light extraction efficiency, a highly conductive oxide transparent electrode layer (for example, ITO (Indium Tin Oxide: indium tin oxide)) which also functions as an electrode and a current diffusion layer. For example, Patent Document 1 or Patent Document 2 discloses a proposal for covering the light-emitting layer portion in (1).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In order to increase the internal quantum efficiency of a light emitting device having a double hetero structure, it is important to enhance the effect of confining carriers in the active layer. Specifically, it is necessary to increase the band edge discontinuity between the active layer and the cladding layer. To this end, it is effective to increase the band gap energy of the cladding layer. From this point of view, any AlGaInP-based or InGaAlN-based light-emitting element has a considerable amount of Al added to the cladding layer.
[0006]
By the way, Al contained in the group III-V compound semiconductor is easily oxidized, and in particular, is remarkably oxidized in a high-temperature atmosphere containing oxygen. Therefore, when the above-described oxide transparent electrode layer is directly deposited on the surface of the Al-containing light emitting layer by sputtering, CVD, or the like, the problem that the considerable thickness of the light emitting layer is deteriorated due to oxidation of Al. is there. In addition, it is effective to form the oxide transparent electrode layer by heating the substrate from the viewpoint of improving the crystallinity and, consequently, the conductivity. There is a problem that oxidation of Al is more likely to proceed. As the oxidation of Al in the cladding layer progresses, the insulating Al 2 O 3 layer is formed with a considerable thickness, so that the series resistance of the device increases. In addition, since the effective thickness of the cladding layer is reduced, the efficiency of carrier injection into the active layer is reduced. Furthermore, the remaining atoms remaining after Al is oxidized form crystal defects and scatter or absorb light from the light emitting layer. Any of these causes a decrease in luminous efficiency or light extraction efficiency.
[0007]
An object of the present invention is to provide a light emitting element that uses an oxide transparent electrode layer as an electrode for driving light emission and that can effectively prevent a decrease in light emission efficiency or light extraction efficiency due to Al oxidation on the light emitting layer portion side. .
[0008]
[Means for Solving the Problems and Functions / Effects]
In order to solve the above problem, a light emitting element of the present invention includes a light emitting layer portion made of a compound semiconductor layer containing Al and an oxide transparent electrode layer for applying a light emission drive voltage to the light emitting layer portion. In a light-emitting element having light emitted from the light-emitting layer portion and transmitting the light through the transparent oxide electrode layer, Al oxidation of the light-emitting layer portion is performed between the light-emitting layer portion and the transparent oxide electrode layer. It is characterized in that an oxide protective layer made of a metal oxide is interposed and formed for suppression.
[0009]
According to the above configuration, by using the oxide transparent electrode layer, the current can be effectively diffused to the entire light emitting element region without using the current diffusion layer, and the light emission amount can be increased. Become. By actively forming an oxide protective layer made of a metal oxide between the light emitting layer portion and the oxide transparent electrode layer, Al oxidation of the light emitting layer portion when forming the oxide transparent electrode layer is greatly reduced. Can be reduced. As a result, deterioration of the light emitting layer due to Al oxidation is suppressed, and light emission efficiency or light extraction efficiency can be increased.
[0010]
When the oxide protective layer is formed using a conductive oxide or a semiconductor oxide, an increase in series resistance due to the formation of the protective layer can be suppressed, and the luminous efficiency can be further increased. As such an oxide, specifically, an oxide containing one or more of ZnO, MgO, and SnO as main components (50% by mass or more) can be used.
[0011]
The thickness of the oxide protective layer is desirably formed as thin as possible within the range where the effect of suppressing Al oxidation in the light emitting layer portion is sufficiently achieved at the time of forming the oxide transparent electrode layer. It can be adjusted in the range of 5 nm or more and 1 μm or less. When the thickness is less than 5 nm, the effect of suppressing Al oxidation is poor, and when the thickness exceeds 1 μm, it takes a long time to form a film, which leads to a reduction in device manufacturing efficiency. Further, an oxide protective layer that is too thick tends to cause an increase in the series resistance of the device, which may cause a decrease in luminous efficiency.
[0012]
In addition, the oxide protective layer can be made of an insulating oxide by limiting the thickness to a level that allows conduction by tunneling, for example, to a thickness of 15 nm or less. For example, Al 2 O 3 is a very stable oxide, and as long as it can cover the light emitting layer portion thinly and uniformly, it functions to suppress Al oxidation of the light emitting layer portion on the inner layer side. It is possible to use it.
[0013]
The oxide protective layer is not limited to the case where it is composed of an insulating oxide, but may be formed so as to cover the light emitting layer portion uniformly and thinly. This is effective in minimizing the influence on the performance of the light emitting element due to the above. From this viewpoint, it is preferable that the oxide protective layer be formed to have a structure in which metal atomic layers and oxygen atomic layers are alternately stacked in the layer thickness direction. The structure is also effective from the viewpoint that a crystal grain boundary causing light scattering or absorption is not generated in a direction crossing the current passing direction.
[0014]
It is effective to grow such an oxide protective layer by using an atomic layer epitaxy method (ALE: Atomic Layer Epitaxy). For example, after forming a metal atomic layer of an oxide protective layer as a metal monoatomic layer on the light emitting layer portion by an atomic layer epitaxy method, the remaining oxygen atomic layer and metal atomic layer are grown. When the ALE method is used, once the first metal monoatomic layer is completed, the formation of the metal atomic layer can be saturated in one atomic layer (so-called self-stop function), and the atoms arranged in the layer can be damaged or lost. Disturbance such as displacement is unlikely to occur. After a metal atomic layer with little disturbance is completed for one atomic layer, by growing a subsequent metal atomic layer and an oxygen atomic layer, an oxide protective layer with extremely good crystallinity can be obtained. This is convenient for realizing a high-performance light-emitting element. In addition, since defects and displacements hardly occur in the layer, the covering property for the light emitting layer is extremely good, and even when the oxide protective layer is formed very thin, the effect of preventing Al oxidation of the light emitting layer is sufficiently achieved. it can. Specifically, the oxide protective layer can be a layer in which a metal atomic layer and an oxygen atomic layer are stacked in a range of 5 to 500 layers. If it is less than 5 layers, the effect of preventing Al oxidation may be insufficient, and if it is 500 layers or more, the effect is conversely saturated and the production efficiency is reduced.
[0015]
The ALE method can be performed in the form of a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method in which an organic metal gas and an oxygen component source gas are supplied into a reaction vessel in which a substrate is placed. Specifically, only the organometallic gas serving as a raw material of the metal atomic layer is passed through the reaction vessel, and the first metal atomic layer constituting the buffer layer is formed so as to be saturated by one atomic layer, and the metal unit is formed. Atomic layer. As shown in FIG. 5A, the organometallic (MO) molecule chemically adsorbs a metal atom on a substrate while decomposing and releasing a bound organic group. At this time, when the ALE method is adopted, the metal atoms are adsorbed while leaving a part of the organic group bonded thereto, and the residual organic group is oriented to the surface side as shown in FIG. 5B. Form a metal atomic layer in the form. Since the oriented residual organic groups inhibit the adsorption of new metal atoms, the self-stopping function becomes remarkable when one atomic layer is completed, and the atoms arranged in the layer are extremely disturbed, such as loss or displacement. It becomes difficult.
[0016]
Emitting layer portion, (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P ( where, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1: AlGaInP) or In x Ga y Al 1-x -y N (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, x + y ≤ 1: InGaAlN). Light emitting layer portion, respectively (Al x Ga 1-x) y In 1-y P or In x Ga y Al 1-x -y N first-conductivity-type cladding layer composed of at, the active layer and a second The conductive type clad layer can be formed as having a double hetero structure laminated in this order. Very high luminous efficiency because the injected holes and electrons are confined in the narrow active layer and recombine efficiently due to the energy barrier caused by the band gap difference between the cladding layers formed on both sides of the active layer Can be realized. Further, by adjusting the composition of the active layer, the former emits light in a wide range from green to red (peak emission wavelength of 520 nm to 670 nm), and the latter emits light in a wide range from ultraviolet to red (peak emission wavelength of 300 nm to 700 nm). Wavelength can be realized. Since the light-emitting layer portion made of AlGaInP or InGaAlN contains Al, the problem of oxidative degradation must be taken into consideration. However, a structure in which an oxide transparent electrode layer is formed after covering with an oxide protective layer is required. By adopting, the influence of Al oxidation deterioration can be effectively suppressed.
[0017]
In the above configuration, the oxide protective layer and the oxide transparent electrode layer can be formed at positions that are in contact with at least one of the first conductivity type clad layer and the second conductivity type clad layer. For example, when only one main surface of the light emitting layer portion having a double hetero structure is used as the light extraction surface, the oxide transparent electrode is disposed between the clad layer and the oxide transparent electrode layer located on the side. The oxide transparent electrode layer can be formed by forming the oxide protective layer in contact with it. On the other hand, when the main surfaces on both sides of the light emitting layer portion are used as light extraction surfaces, an oxide transparent electrode is formed corresponding to each of the cladding layers on both sides, and a gap between each oxide transparent electrode and the cladding layer is formed. Can form an oxide protective layer in contact with the transparent oxide electrode.
[0018]
Each of the compound semiconductor layers composed of AlGaInP (zinc blende type structure) and InGaAlN (wurtzite type structure) has a structure in which a group III atom filling layer and a group V atom filling layer are alternately stacked, and the stacking direction thereof. The growth is made. Therefore, when an oxide protective layer is grown and formed on the compound semiconductor layer by alternately stacking a metal atomic layer and an oxygen atomic layer by the ALE method or the like, the metal atomic layer and the oxygen atomic layer are formed in the growth direction. It is desirable to use an oxide having a crystal structure in which are alternately stacked because a sound oxide protective layer can be efficiently grown. From this viewpoint, it can be said that it is desirable to employ ZnO, MgO (wurtzite type structure) or Al 2 O 3 (corundum type structure) as the oxide protective layer. Although it is possible to use a mixed crystal of ZnO and MgO, it is easier to employ the ALE method or the like if ZnO or MgO is used alone. Further, in consideration of conductivity, it can be said that it is more desirable to form the oxide protective layer using ZnO alone.
[0019]
In the above structure of the light emitting device of the present invention, the material of the oxide transparent electrode layer may be mainly composed of tin oxide (SnO 2 ) or indium oxide (In 2 O 3 ). Specifically, in the oxide transparent electrode layer, ITO has high conductivity and can be suitably used in the present invention. ITO is an indium oxide film doped with tin oxide. By setting the content of tin oxide to 1 to 9% by mass, the resistivity of the electrode layer is set to a sufficiently low value of 5 × 10 −4 Ω · cm or less. can do. In addition, other than the ITO electrode layer, the ZnO electrode layer has high conductivity and can be used in the present invention. Moreover, tin oxide doped with antimony oxide (so-called NESA), Cd 2 SnO 4, Zn 2 SnO 4, ZnSnO 3, MgIn 2 O 4, was CDSB 2 O 6 doped with yttrium oxide (Y), tin oxide-doped GaInO 3 or the like can also be used as a material for the transparent oxide electrode layer.
[0020]
These oxide transparent electrode layers are formed by a known vapor deposition method, for example, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition such as sputtering or vacuum deposition (PVD), or molecular beam epitaxial growth. It can be formed by a method (molecular beam epitaxy: MBE). For example, an ITO electrode layer and a ZnO electrode layer can be manufactured by high frequency sputtering or vacuum deposition, and a Nesa film can be manufactured by a CVD method. Further, instead of these vapor phase growth methods, another method such as a sol-gel method may be used. The oxide transparent electrode layer can be formed so as to cover the entire surface of the light emitting layer portion. With this configuration, the oxide transparent electrode layer can function as a current diffusion layer, and it is not necessary to form a thick current diffusion layer made of a compound semiconductor as in the related art. Since the thickness can be greatly reduced, it contributes to cost reduction by simplifying the process and is very effective for industrial use.
[0021]
In the case where the oxide transparent electrode layer is formed of an ITO layer, forming an ITO layer having good crystallinity is effective for improving the conductivity, and further improving the luminous efficiency by improving the current diffusion effect. In order to obtain an ITO layer having good crystallinity, it is effective to employ sputtering, and it is particularly preferable to grow the substrate by raising the substrate temperature to 400 to 800 ° C. Further, it is desirable that the thickness of the transparent oxide electrode layer is formed to be 0.2 μm or more and 1 μm or less. If the thickness of the oxide transparent electrode layer is less than 0.2 μm, the electrical resistivity in the in-plane direction becomes too high, and the function as a current diffusion layer may be impaired. Further, a thickness exceeding 1 μm causes a reduction in manufacturing efficiency.
[0022]
Then, in order to sufficiently achieve the Al oxidation suppressing effect of the light emitting layer portion, it is necessary to form the oxide protective layer at a lower temperature than the oxide transparent electrode layer. For example, when the above-described ALE method is adopted, it is desirable to grow the oxide protective layer at a temperature of 250 ° C. or more and 400 ° C. or less. At 250 ° C. or lower, the decomposition reaction of the raw material gas does not sufficiently proceed, and when it exceeds 400 ° C., the Al oxidation of the light emitting layer portion easily proceeds.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a light emitting device 100 according to one embodiment of the present invention. In the light emitting device 100, a ZnO protective layer 7 as an oxide protective layer and an ITO electrode layer 8 as an oxide transparent electrode layer are formed in this order on the first main surface 17 side of the light emitting layer portion 24. . On the second main surface 18 side of the light emitting layer portion 24, a ZnO protective layer 9 as an oxide protective layer and an ITO electrode layer 10 as an oxide transparent electrode layer are formed in this order. The ITO electrode layers 8 and 10 are formed together with the ZnO protective layer 7 and the ZnO protective layer 9 so as to cover the entire main surfaces 17 and 18 of the light emitting layer portion 24, respectively.
[0024]
The light emitting layer section 24 is made of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P mixed crystal, and has the first conductivity type cladding layer 6, the second conductivity type cladding layer 4, and the first conductivity type cladding. It has a double hetero structure composed of an active layer 5 located between the layer 6 and the cladding layer 4 of the second conductivity type. Specifically, the active layer 5 made of a non-doped (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (where 0 ≦ x ≦ 0.55, 0.45 ≦ y ≦ 0.55) mixed crystal is has a p-type (Al x Ga 1-x) y in 1-y P cladding layer 6 and the n-type (Al x Ga 1-x) y in 1-y P cladding layer 4 and the sandwiched. In the light emitting device 100 of FIG. 1, the p-type AlGaInP cladding layer 6 is disposed on the ITO electrode layer 8 side, and the n-type AlGaInP cladding layer 4 is disposed on the ITO electrode layer 10 side. Therefore, the polarity of the conduction is positive on the side of the ITO electrode layer 8. It is obvious to those skilled in the art that the term "non-doped" as used herein means "do not actively add a dopant", and a dopant component unavoidably mixed in a normal manufacturing process. (For example, the upper limit is about 10 13 to 10 16 / cm 3 ) is not excluded.
[0025]
In the light emitting device 100 of FIG. 1, the following numerical values can be exemplified as actual examples of the thickness of each layer:
ZnO protective layer 7 = thickness: about 5 atomic layers ITO electrode layer 8 = thickness: 0.1 μm, tin oxide content: 7% by mass (remainder indium oxide);
A p-type AlGaInP cladding layer 6 = 1 μm;
AlGaInP active layer 5 = 0.6 μm;
An n-type AlGaInP cladding layer 4 = 1 μm;
-ZnO protective layer 9 = about 5 atomic layers-ITO electrode layer 10 = Same configuration as ITO electrode layer 8.
[0026]
Hereinafter, a method for manufacturing the light emitting device 100 of FIG. 1 will be described.
First, as shown in FIG. 3, an n-type GaAs buffer layer 2 is, for example, 0.5 μm on a first main surface 1a of a GaAs single crystal substrate 1 which is a compound semiconductor single crystal substrate lattice-matched with an AlGaInP mixed crystal. As the light emitting layer portion 24, a 1 μm n-type AlGaInP cladding layer 4, a 0.6 μm AlGaInP active layer (non-doped) 5, and a 1 μm p-type AlGaInP cladding layer 6 are epitaxially grown. The epitaxial growth of the light emitting layer portion 24 can be performed by a known metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) method.
[0027]
Next, a ZnO protective layer 7 is grown on the first main surface 24a of the light emitting layer portion 24 (the main surface on the opposite side to the substrate 1 by the ALE method). Specifically, as shown in steps (a) and (b) of FIG. 5, an organometallic gas MO is supplied into the reaction vessel, and the first metal atomic layer forming a part of the ZnO protective layer 9 is ALE. It is formed as a monoatomic metal layer by a method. As described above, in the ALE method, the growth of the metal atomic layer is saturated by one atomic layer due to the self-stopping function, and no further growth of the metal atomic layer occurs even if the supply of the organometallic gas MO is continued.
[0028]
Thereafter, the supply of the organometallic gas MO is stopped, the inside of the reaction vessel is replaced with nitrogen gas, and the organometallic gas MO is sufficiently purged out. Then, as shown in step (c), an oxygen component source gas (oxidizing N 2 O is introduced as a gas atmosphere, and one atomic layer of oxygen is formed by the ALE method. As a result, only one molecular layer of the ZnO layer is formed on the substrate 10. Thereafter, as shown in step (d), the above steps are alternately repeated to form a ZnO protective layer 7 in which metal atomic layers and oxygen atomic layers are alternately stacked.
[0029]
After the above growth, the GaAs substrate 1 and the GaAs buffer layer 2 are etched by immersion in an etching solution composed of, for example, a sulfuric acid-based aqueous solution (concentrated sulfuric acid: 30% hydrogen peroxide solution: water = 3: 1: 1 by volume). It can be removed (FIG. 4A). Then, as shown in FIG. 3B, a ZnO protective layer 9 is similarly grown on the main surface 18 of the n-type AlGaInP cladding layer 4 by the ALE method on the side where the etching has been performed.
[0030]
Then, on both main surfaces of each of the ZnO protective layer 7 and the ZnO protective layer 9, ITO electrode layers 8 and 10 are respectively formed to a thickness of 0.1 μm by a known high-frequency sputtering method to obtain a laminated body wafer 13. . The laminated wafer 13 is formed into a semiconductor chip by dicing, fixed to a support, attached with lead wires 14b and 15b as shown in FIG. 1, and further formed with a resin sealing portion (not shown) to obtain the light emitting device 100. Can be
[0031]
In addition, as in the light emitting element 50 shown in FIG. 6, the light emitting layer portion 24 composed of the double hetero-structure layer has an oxide protective layer (ZnO protective layer) 7 and an oxide transparent electrode layer (ITO electrode layer) only on one side thereof. 8) may be joined. In this case, the n-type GaAs substrate 1 is used as an element substrate, and a ZnO protective layer 7 and an ITO electrode layer 8 are formed on the first main surface side. Further, like the light emitting element 51 shown in FIG. 7, between the GaAs substrate 1 and the light emitting layer part 24, for example, a semiconductor multilayer film disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-66455, or Au or Au alloy is used. The metal layer configured as described above can be inserted as the reflection layer 16. Thereby, in addition to the light L leaking directly from the light emitting layer section 24 to the light extraction layer side, the light L ′ reflected by the reflection layer 16 is added, so that the light extraction efficiency can be increased. Further, in order to further reduce the total reflection loss, the interface between the light emitting layer portion and the light extraction layer is convexly curved toward the light extraction direction as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-190893. You can also.
[0032]
In the light emitting device 100 of FIG. 1, each layer of the light emitting layer portion 24 having the double hetero structure is formed of AlGaInP mixed crystal. However, as shown in FIG. 2, the light emitting layer portion 124 having the double hetero structure is formed. By forming the layers (p-type cladding layer 106, active layer 105, and n-type cladding layer 104) of AlGaInN mixed crystal, the wide-gap light-emitting device 200 for blue or ultraviolet light emission can also be formed. The light emitting layer portion 124 is formed by the MOVPE method, similarly to the light emitting element 100 of FIG. The remaining portion of the light emitting device 200 of FIG. 2 has the same configuration as the light emitting device 100 of FIG. 1 except for the light emitting layer portion 124, and thus detailed description is omitted.
[0033]
Further, although the active layer 5 or 105 is formed as a single layer in the above embodiment, it is formed by stacking a plurality of compound semiconductor layers having different band gap energies, specifically, as shown in FIG. It can also be configured as having a quantum well structure as shown in FIG. As shown in FIGS. 8B and 8C, the active layer having the quantum well structure has two layers whose band gaps are different from each other by adjusting the mixed crystal ratio, that is, a well layer B having a small band gap energy. A large barrier layer A is laminated in such a manner as to be lattice-matched so as to have a thickness equal to or less than the mean free path of electrons (generally, one atomic layer to several nm). In the above structure, the energy of electrons (or holes) in the well layer B is quantized, so that when applied to a semiconductor laser, for example, the oscillation wavelength can be freely adjusted by the width and depth of the energy well layer. This has the effect of stabilizing the oscillation wavelength, improving the luminous efficiency, and further reducing the oscillation threshold current density. Furthermore, since the thickness of the well layer B and the barrier layer A is very small, a deviation of the lattice constant is allowed up to about 2 to 3%, and the oscillation wavelength region can be easily expanded. The quantum well structure may be a multiple quantum well structure having a plurality of well layers B as shown in (b), or a single quantum well structure having only one well layer B as shown in (c). Any structure may be used. In the figure, the p-type and n-type cladding layers are made of (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P mixed crystal, and the barrier layer A is made of (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0. the .5 an in 0.5 P mixed crystal, are respectively made of well layers B (Al 0.2 Ga 0.8) 0.5 in 0.5 P mixed crystal. The thickness of the barrier layer A can be, for example, about 50 nm only for those in contact with the cladding layer, and about 6 nm for the others. The well layer B can be set to about 5 nm.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view illustrating an example of a light-emitting element of the present invention in a stacked structure.
FIG. 2 is a schematic view illustrating another example of the light-emitting element of the present invention in a laminated structure.
FIG. 3 is a schematic view showing a manufacturing process of the light emitting device of FIG.
FIG. 4 is a schematic view following FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory view showing a step of forming an oxide protective layer by an ALE method.
FIG. 6 is a schematic view showing an example of an element structure in which an oxide protective layer and an oxide transparent electrode layer are formed only on a first main surface of a light emitting layer portion.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of an element structure in which a reflection layer is inserted on the second main surface side of the light extraction layer in FIG.
FIG. 8 is a schematic view of an active layer having a quantum well structure.
[Explanation of symbols]
4 n-type AlGaInP cladding layer (second conductivity type cladding layer)
5 AlGaInP active layer 6 p-type AlGaInP cladding layer (first conductivity type cladding layer)
7 ZnO protective layer (oxide protective layer)
8 ITO electrode layer (transparent oxide electrode layer)
9 ZnO protective layer (oxide protective layer)
10 ITO electrode layer (oxide transparent electrode layer)
24 Light-emitting layer part 104 n-type AlGaInN cladding layer (second conductivity type cladding layer)
105 AlGaInN active layer 106 p-type AlGaInN cladding layer (first conductivity type cladding layer)
50, 51, 100, 200 light emitting device
