JP2004265923A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極と半導体層との良好なオーミック接触を実現し、かつ発光部での発光を遮ることなく取り出すことで、発光効率を改善できるようにする。
【解決手段】この発明の半導体発光素子１０は、裏面に第１の電極５が形成された半導体基板１と、半導体基板１上に形成され、ＡｌＩｎＧａＰからなる発光部２ａを含むとともに上層に電流拡散層２ｂを有する半導体層３と、電流拡散層２ｂの表面の一部に分配して形成され、その電流拡散層２ｂとオーミック接触をなす分配電極７と、電流拡散層２ｂの表面と分配電極７とを覆って形成され、その分配電極７と導通する透明導電膜４と、透明導電膜４の表面の一部に形成され、その透明導電膜４と導通する台座電極６と、を有することを特徴としている。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可視光を発光する半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、黄緑〜赤橙色系の光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）等の発光素子として、（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ＜１）混晶層からなる発光部構造を含む発光素子が、例えば下記の特許文献１で知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−８３９２７号公報
【０００４】
この特許文献１に開示された発光素子は、（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ混晶層からなる発光部表面上に酸化インジウム錫からなる透明導電膜を積層し、その透明導電膜上に上面電極を形成して構成されており、この構成により、上面電極からの電流を、透明導電膜を介して半導体表面上のできるだけ広い範囲に拡散させるようにしている。
【０００５】
ところで、上記した従来の発光素子では、透明導電膜と発光部表面との間のオーミック接触を十分に得ることができず、順方向電圧を大きくし、寿命特性を低下させる要因となっており、この点を改善したものとして、例えば下記の特許文献２が知られている。
【０００６】
【特許文献２】
特開平１１−１７２２０号公報
【０００７】
この特許文献２に開示された発光素子は、発光部表面上にウインドウ層を形成し、このウインドウ層の上にコンタクト層を形成し、このコンタクト層の上に、酸化インジウム錫からなる透明導電膜（導電透光酸化層）を積層し、その透明導電膜上に上面電極（上層電極）を形成することで構成されており、この上面電極からの電流を、透明導電膜、コンタクト層およびウインドウ層を介して発光部表面上のできるだけ広い範囲に拡散させるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した特許文献２に記載された発光素子においては、確かに、透明導電膜と半導体層とのオーミック接触の点では、改善されているものの、コンタクト層を設けるがゆえに、このコンタクト層に発光が吸収されてしまい、したがって、高輝度発光を得るに至らず、発光効率が改善されていないのが現状である。
【０００９】
このような現状に対して、本発明者等は、半導体層の表面の一部に分配電極を設けることで、透明導電膜と半導体層との間の電気抵抗に比べて、分配電極と半導体層との間の電気抵抗を低減し、台座電極から供給される駆動電流の大部分がより電気抵抗の低い、台座電極→透明導電膜→分配電極→半導体層（発光部）の経路を流れるようにした発光素子を、下記の特許文献３で提案した。
【００１０】
【特許文献３】
特開２００１−１８９４９３号公報
【００１１】
この特許文献３に開示された発光素子では、発光部での発光を分配電極の周辺で行わせることができので、台座電極の直下方向での発光は発生せず、したがって、発光の大部分は台座電極に遮られることなく、上方から取り出すことができ、発光効率を改善することができた。また、コンタクト層を設けないので、コンタクト層に発光が吸収されるのを防止でき、この点からも発光効率を改善することができた。
【００１２】
しかし、上記の特許文献３の発光素子の場合、分配電極は分散し面積も小さいものではあるものの、分配電極の直下方向での発光が上方に取り出される際には、その分配電極で遮られる事態が生じており、発光効率が低下する一因となっていることが分かった。
【００１３】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、電極と半導体層との良好なオーミック接触を実現し、かつ発光部での発光を遮ることなく取り出すことで、発光効率を改善できるようにした半導体発光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、（１）裏面に第１の電極が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、ＡｌＩｎＧａＰからなる発光部を含むとともに上層に電流拡散層を有する半導体層と、前記電流拡散層の表面の一部に分配して形成され、その電流拡散層とオーミック接触をなす分配電極と、前記電流拡散層の表面と前記分配電極とを覆って形成され、その分配電極と導通する透明導電膜と、前記透明導電膜の表面の一部に形成され、その透明導電膜と導通する台座電極と、を有することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明は、（２）上記した（１）に記載の発明の構成に加えて、前記半導体基板はｎ型で、電流拡散層はｐ型である、ことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明は、（３）上記した（１）または（２）に記載の発明の構成に加えて、前記電流拡散層の厚さが３μｍ以上である、ことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明は、（４）上記した（１）乃至（３）に記載の発明の構成に加えて、前記電流拡散層の厚さとキャリア濃度との積（Ｎ・ｄ）が、５×１０^１４ｃｍ^−２以上である、ことを特徴としている。
【００１８】
本発明は、（５）上記した（１）乃至（４）に記載の発明の構成に加えて、前記電流拡散層の表面キャリア濃度が、１×１０^１８ｃｍ^−３以上である、ことを特徴としている。
【００１９】
また、本発明は、（６）上記した（１）乃至（５）に記載の発明の構成に加えて、前記電流拡散層は、ＺｎまたはＭｇを不純物としたｐ型のＧａＰ層からなる、ことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明は、（７）上記した（１）乃至（６）に記載の発明の構成に加えて、前記分配電極は、平面的に見て台座電極と重ならない半導体層表面に形成されている、ことを特徴としている。
【００２１】
さらに、本発明は、（８）上記した（１）乃至（７）に記載の発明の構成に加えて、前記分配電極の面積は台座電極の面積より小さい、ことを特徴としている。
【００２２】
本発明は、（９）上記した（１）乃至（８）に記載の発明の構成に加えて、前記分配電極の合計の平面積が、発光有効面積の３％以上で３０％以下である、ことを特徴としている。
【００２３】
また、本発明は、（１０）上記した（１）乃至（９）に記載の発明の構成に加えて、前記分配電極が金合金である、ことを特徴としている。
【００２４】
また、本発明は、（１１）上記した（１）乃至（１０）に記載の発明の構成に加えて、前記透明導電膜が酸化インジウム錫（ＩＴＯ）である、ことを特徴としている。
【００２５】
本発明は、（１２）上記した（１）乃至（１１）に記載の発明の構成に加えて、前記台座電極が平面的に見て素子表面の中心に形成されている、ことを特徴としている。
【００２６】
また、本発明は、（１３）上記した（１）乃至（１２）に記載の発明の構成に加えて、前記台座電極の表面が金である、ことを特徴としている。
【００２７】
また、本発明は、（１４）上記した（１）乃至（１３）に記載の発明の構成に加えて、前記台座電極が多層膜からなり、透明導電膜と接する層がクロムである、ことを特徴としている。
【００２８】
さらに、本発明は、（１５）上記した（１）乃至（１４）に記載の発明の構成に加えて、前記分配電極は、台座電極を囲む略四角形あるいは略円形の線状体である、ことを特徴としている。
【００２９】
本発明は、（１６）上記した（１）乃至（１５）に記載の発明の構成に加えて、前記分配電極は線幅が２０μｍ以下の線状体である、ことを特徴としている。
【００３０】
本発明は、（１７）半導体発光素子の製造方法であって、単結晶基板上に、ＡｌＩｎＧａＰからなる発光部を含むとともに上層にｐ型の電流拡散層を有する半導体層をエピタキシャル成長させる第１の工程と、前記第１の工程で形成された電流拡散層の表面の一部に、その電流拡散層とオーミック接触をなす分配電極を形成する第２の工程と、前記電流拡散層の表面と前記分配電極とを覆い、その分配電極と導通する透明導電膜を形成する第３の工程と、前記透明導電膜の表面の一部に、その透明導電膜と導通する台座電極を形成する第４の工程と、を有することを特徴としている。
【００３１】
本発明は、（１８）上記した（１７）に記載の発明の構成に加えて、前記半導体層が有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により形成される、ことを特徴としている。
【００３２】
また、本発明は、（１９）上記した（１７）または（１８）に記載の発明の構成に加えて、前記透明導電膜がスパッタリング法により形成される、ことを特徴としている。
【００３３】
また、本発明は、（２０）上記した（１７）乃至（１９）に記載の発明の構成に加えて、前記台座電極がスパッタリング法により形成される、ことを特徴としている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
図１および図２はこの発明の半導体発光素子の概略構成を模式的に示す図で、図１はその平面図、図２は図１のＩ−Ｉ線断面を示す図である。なお、本明細書では、半導体層表面を平面的に見るとは、図１のような平面図で見ることを言う。
【００３６】
これらの図において、この発明の半導体発光素子１０は、裏面に第１の電極５が形成された半導体基板１と、半導体基板１上に形成され、ＡｌＩｎＧａＰからなる発光部２ａを含むとともに上層に電流拡散層２ｂを有する半導体層３と、電流拡散層２ｂ（半導体層３）の表面の一部に分配して形成され、その電流拡散層２ｂとオーミック接触をなす分配電極７と、電流拡散層２ｂの表面と分配電極７とを覆って形成され、その分配電極７と導通する透明導電膜４と、透明導電膜４の表面の一部に形成され、その透明導電膜４と導通する台座電極６と、を有することを特徴としている。なお、発光部２ａは、公知のダブルヘテロ構造、マルチカンタムウェル（ＭＱＷ）構造の発光効率の高い構造を用いることが望ましい。ここで、分配電極７は、図１に示すように、半導体層３表面の平面的に見て台座電極６とは重ならない部分に配置するのが好ましく、さらに、台座電極６と重なる部分には配置しないようにするのがより好ましい。また、分配電極７と電流拡散層２ｂとの間の接合は良好なオーミック接触を保ってその間の電気抵抗は小さくなり、一方の透明導電膜４と電流拡散層２ｂとの間の接合では十分なオーミック接触は得られないため、その間の電気抵抗は大きい。
【００３７】
上記構成の半導体発光素子１０において、電流拡散層２ｂの表面の一部にオーミック接触をなす分配電極７を設けることで、透明導電膜４と電流拡散層２ｂとの間の電気抵抗に比べて、分配電極７と電流拡散層２ｂとの間の電気抵抗が大幅に小さくなり、台座電極６から供給される駆動電流は、図２の矢印で示すように、その大部分がより電気抵抗の低い、台座電極６→透明導電膜４→分配電極７→電流拡散層２ｂ→発光部２ａの経路を流れる。そして、分配電極７から電流拡散層２ｂに入った電流は、電流拡散層２ｂで適度に拡散されるので、発光部２ａでの発光は、分配電極７を中心とした周辺で行われる。このため、発光部２ａでの発光は、分配電極７で遮られることが少なく、その大部分を上方に取り出すことができ、したがって、発光効率を改善することができる。
【００３８】
上記の電流拡散層２ｂは、ｎ型、ｐ型の何れでも発光効率の改善に寄与する。ｐ型は、一般的に移動度が低く、分配電極７からの電流が拡散しにくくなるが、この発明では、このｐ型が特定の条件を満たし、例えば層厚、その層厚とキャリア濃度との積、表面キャリア濃度、材質等を最適化することにより、高輝度化に大きく寄与することを発見した。
【００３９】
すなわち、電流拡散層２ｂがｐ型の場合、層厚については３μｍ以上の厚さであれば、充分な電流拡散を起こすことが分かった。ただし、厚すぎる場合は、表面状態の悪化を招くので２０μｍ以下が望ましく、低コストを実現するには、１０μｍ以下がより望ましい。
【００４０】
また、電流拡散層２ｂの厚さとキャリア濃度との積が高輝度化に深く関与しており、高輝度化の効果が大きくなる範囲は、５×１０^１４ｃｍ^−２以上であることも分かった。
【００４１】
さらに電流拡散層２ｂの表面キャリア濃度については、１×１０^１８ｃｍ^−３以上であれば、分配電極７との接触抵抗の低下につながり、電流拡散を促進し、高輝度化をもたらす。
【００４２】
また、この電流拡散層２ｂの材質については、発光に対して透明で、電流を充分に拡散する材質が望ましく、例えば、ＧａＰは、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）で成長できるだけでなく、低抵抗化、厚膜化が容易で電流拡散層として最適な材料の１つである。
【００４３】
分配電極７は、図１では台座電極６を囲む略円形の線状体であり、その線状体は円形からさらに四方に延出している。線状体の幅は２０μｍ以下が望ましい。このような分配電極７の平面的な配置によって、上記の電流拡散層２ｂでの電流拡散は、より一層効果的に行うことができ、台座電極６からの駆動電流を電流拡散層２ｂ表面の広い範囲に拡げることができるようになる。
【００４４】
また上記のように、分配電極７は、台座電極６とは重ならないように配置するので、台座電極６の直下方向での発光は弱く、発光の大部分は台座電極６に遮られることなく、上方から取り出すことができ、発光効率を大幅に改善し高輝度化ができる。
【００４５】
さらに、この発光効率については、分配電極７の面積を台座電極６の面積より小さくすることにより、従来の半導体発光素子に比べて外部に光を効率よく取り出せるため、発光効率をより一層向上させることができる。
【００４６】
また、分配電極７と半導体層３との間の電気抵抗は、上記したように、オーミック接触としたことにより小さくなるので、半導体発光素子１０の順方向電圧の上昇を抑制することが可能となり、寿命特性を向上することができる。
【００４７】
透明導電膜４は、例えば酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなる良好な透光性を備えるものであり、特にスパッタリング法で形成した膜は、低抵抗で、透過率の高い優れた膜質が得られる。このため、発光部２ａからの発光は、この透明導電膜４を通過する間でもほとんど吸収されることがなく、効率よく透明導電膜４から上方へ取り出すことができる。
【００４８】
台座電極６は、半導体発光素子１０と外部電気回路との接続のためのワイヤボンディングを行うための電極である。そのため、ある程度の面積が必要であるが、従来この台座電極６から直下方向に流れる駆動電流に基づく発光は、台座電極６で遮られて外部に取り出すことができなかった。このため、従来は台座電極６と発光部２ａとの間に絶縁層を設ける等で対策を施し、台座電極６から直下方向へ駆動電流が流れるのを強制的に防ぐようにしていたが、本発明では、駆動電流を分配電極７に分配して誘導することができ、したがって、絶縁層を設けなくとも、より簡単な構成の下で、台座電極６の直下方向に流れる駆動電流をなくすことができる。
【００４９】
ここで、透明導電膜４の表面（あるいは半導体層３の表面）のうち、発光させると有効となる面（発光有効面）の面積は、透明導電膜４の面積から、台座電極６の面積（図１の平面視での面積）を差し引いた面積であり、この面積を発光有効面積Ｓと称するとする。ところで、台座電極６がその直下方向での発光の取り出しを妨害する現象は、分配電極７についても若干発生する。そこで、本発明では、分配電極７の合計の平面積（平面視での面積）が、発光有効面積Ｓの３％以上で３０％以下となるようにし、分配電極７の面積が広すぎて発光の取り出し妨害が過剰に発生したり、逆にその面積が小さすぎて、順方向電圧（Ｖｆ）が増大することによる不都合が発生したりするのを防止するのが好ましい。
【００５０】
また、分配電極７がその直下方向での発光の取り出しを妨害する現象は、電流拡散層２ｂの拡散が良好で適切であればある程、光の取り出しが妨げられる確率が低下する。
【００５１】
次にこの発明の半導体発光素子のより具体的な構成例を図３〜図７を用いて順に説明する。
【００５２】
図３および図４はこの発明の半導体発光素子の第１の構成例を示す図で、図３はその平面図、図４は図３のＩＩ−ＩＩ線断面を示す図である。これらの図において、この発明の半導体発光素子２０は、黄緑色系の光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００５３】
面方位が（００１）１５度オフのＳｉドープｎ型ＧａＡｓ単結晶基板２１上に、半導体層２３が形成されている。この半導体層２３は、基板２１上に順次積層された、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓからなる緩衝層２３１、Ｓｉドープｎ型Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ／Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ多層膜からなるＤＢＲ反射層２３２、Ｓｉドープｎ型とアンドープのＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる下部クラッド層２３３、発光波長５７０ｎｍとなるように組成が調整されたアンドープのＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる発光層２２、アンドープＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５ＰとＺｎドープｐ型Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｐとからなる上部クラッド層２３４、およびＺｎドープｐ型ＧａＰ電流拡散層２３５から構成される。
【００５４】
半導体層２３を構成する各層２３１，２３２，２３３、２２、２３４および２３５は、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ_３）_３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ_３）_３Ｇａ）およ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し、減圧のＭＯＣＶＤ法により基板２１上に成膜した。亜鉛（Ｚｎ）のドーピング原料にはジエチル亜鉛（（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｚｎ）を利用した。ｎ型のドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）を使用した。また、Ｖ族元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ_３）またはアルシン（ＡｓＨ_３）を用いた。各層２３１，２３２，２３３、２２、２３４および２３５の成膜温度は７３５℃に統一した。
【００５５】
緩衝層２３１のキャリア濃度は約２×１０^１８ｃｍ^−３に、また、層厚は約０．５μｍとした。反射層２３２のキャリア濃度は約２×１０^１８ｃｍ^−３に、また、層厚は約１．２μｍとした。下部クラッド層２３３のキャリア濃度は約１×１０^１８ｃｍ^−３に、層厚はＳｉドープｎ型層を約１．３μｍに、その上のアンドープ層は０．２μｍとした。発光層２２の層厚は約１μｍとした。上部クラッド層２３４は、アンドープ層を０．５μｍとし、その上のＺｎドープｐ型層を約０．５μｍとした。このＺｎドープｐ型層のキャリア濃度は約６×１０^１７ｃｍ^−３とした。
【００５６】
ｐ型電流拡散層２３５は、キャリア濃度が約３×１０^１８ｃｍ^−３、層厚は約６μｍとした。このときの電流拡散層２３５の厚さｄとキャリア濃度Ｎとの積Ｎ・ｄは、約１．８×１０^１５ｃｍ^−２であった。
【００５７】
ここで、下部クラッド層２３３，発光層２２および上部クラッド層２３４が、この半導体発光素子２０の発光部を構成する。したがって、発光部はＡｌＧａＩｎＰからなるダブルヘテロ構造である。
【００５８】
この半導体発光素子２０では、分配電極２７を形成するために、電流拡散層２３５の表面の全面に、一般的な真空蒸着法により、先ず膜厚を約５０ｎｍとする、金・ベリリウム合金（Ａｕ９９重量％−Ｂｅ１重量％合金）膜を一旦被着させ、続けて、その金・ベリリウム合金膜の表面上に膜厚を約１００ｎｍとする金（Ａｕ）膜を被着させた。
【００５９】
次に、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用して金・ベリリウム合金からなる第１膜と、金からなる第２膜とからなる２層構造の重層膜が、分配電極２７の形になるようにパターニングを施し、幅が約６μｍの線状体からなる一辺１５０μｍ略正方形の額縁形状の分配電極２７を形成した。分配電極２７の面積は、約０．３６×１０^−４ｃｍ^−２であった。この第１膜と第２膜とからなる分配電極２７は、図３に示すように、台座電極２６の直下領域を除く電流拡散層２３５の表面上にその台座電極２６を囲むように形成し、平面視で左右対称、略四角形状である。
【００６０】
一方、単結晶基板２１の裏面に、金・ゲルマニウム合金を約０．３μｍ、その下面に金を約０．３μｍ積層し、ｎ型オーミック電極２５を形成した。その後、窒素気流中において４５０℃で１０分間の合金化熱処理を施し、分配電極２７と電流拡散層２３５とのオーミック接触、およびｎ型オーミック電極２５と単結晶基板２１とのオーミック接触を形成した。
【００６１】
次に、公知のマグネトロンスパッタリング法により、電流拡散層２３５とその表面の分配電極２７の上に、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）透明導電膜２４を被着させた。透明導電膜２４の比抵抗は約４×１０^−４Ω・ｃｍであり、層厚は約５００ｎｍとした。発光波長に対する透過率は、約９５％の良好な膜質である。
【００６２】
透明導電膜２４の上に公知のマグネトロンスパッタリング法により、Ｃｒを３０ｎｍ、金を１μｍの重層膜を形成した。一般的な有機フォトレジスト材料を塗布した後、台座電極２６を設けるべき領域を、公知のフォトリソグラフィー技術を利用してパターニングし、直径を約１１０μｍとする円形の台座電極２６を形成した。台座電極２６の平面積は約１×１０^−４ｃｍ^２となった。
【００６３】
台座電極２６を設けるべき領域は、図３に示すように、平面的に見て半導体発光素子表面の中心、すなわち四角形の半導体発光素子表面の対角線の交点を含む領域とした。これは、台座電極２６が半導体発光素子表面の中心にある方が、電流が半導体発光素子全体に均一に流れやすく、また台座電極２６にワイヤボンディングを行うときにチップが傾きにくい利点がある。
【００６４】
その後、通常のダイシング法により一辺を２３０μｍ間隔で裁断して正方形の素子形状に分離し、半導体発光素子２０となした。透明導電膜２４の平面積は約４×１０^−４ｃｍ^２となり、この透明導電膜２４の平面積から台座電極２６の平面積を差し引いた発光有効面積Ｓは約３×１０^−４ｃｍ^２となった。また、分配電極２７の合計の平面積は約０．３６×１０^−４ｃｍ^２であり、この面積が発光有効面積Ｓに対して占める割合は約１２％となった。
【００６５】
上記のようにして作製した半導体発光素子２０のオーミック電極２５および台座電極２６間に順方向に電流を通流したところ、透明導電膜２４の表面から波長を約５７０ｎｍとする黄緑色の光が出射された。２０ｍＡの電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ：２０ｍＡ当り）は、各分配電極２７の良好なオーミック特性、および電流拡散層２ｂでの電流の拡散効果を反映し、約２Ｖとなった。
【００６６】
また、オーミック性の分配電極２７を半導体発光素子２０の周縁部に配置した効果、および電流拡散層２ｂの効果により、半導体発光素子２０の周縁の領域においても発光が認められ、チップ状態で、簡易的に測定される発光の強度は約４０ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。さらに、駆動電流が分配電極２７および電流拡散層２ｂによってより均等に分配されることにより、透明導電膜２４の表面に見られる発光強度は、ほぼ均等な分布となっていた。
【００６７】
上記の第１の構成例では、ドーパントにＺｎ、Ｓｉを用いたが、公知のＭｇ、Ｔｅ、Ｓｅ等のドーパントを用いても同様な効果が得られる。また、発光層２２は、ダブルヘテロ構造としたが、ＭＱＷ構造でも同様の効果が得られる。
【００６８】
この第１の構成例で得られた半導体発光素子２０は、上記のように、電流拡散層２３５の層厚が約６μｍ、キャリア濃度が約３×１０^１８ｃｍ^−３、層厚ｄとキャリア濃度Ｎとの積Ｎ・ｄが約１．８×１０^１５ｃｍ^−２であり、この半導体発光素子２０を実施例１とした。この電流拡散層の層厚およびキャリア濃度を、表１に示すように種々変更し、その他は実施例１と同じ条件でさらに５種類の半導体発光素子を作製し、その半導体発光素子を実施例２，３，４，５，６とした。この実施例１〜６の各半導体発光素子のＶｆ値および発光強度を測定し、表１に示す結果が得られた。
【００６９】
【表１】

【００７０】
（比較例） 上記した実施例１〜６の半導体発光素子の持つＶｆ値および発光強度と比較するために、電流拡散層を設けず、その他は全て実施例１と同一の構成からなる半導体発光素子（ＬＥＤ）を比較用素子として作製した。その比較結果を表１に示す。
【００７１】
表１の比較例は、Ｖｆ値（２０ｍＡ当り）が約２．２Ｖであり、実施例１〜６の半導体発光素子２０のＶｆ値、１．９９Ｖ〜２．０２Ｖより高い結果であった。一方、比較例の発光は、オーミック性電極の直下とその周辺のみで生じることとなり、発光のかなりの割合が電極に遮られ、外部に取り出せない事態を招いた。その結果、輝度は、１５ｍｃｄ未満の低きに低迷した。これに対し実施例１〜６の輝度は３０ｍｃｄ〜４２ｍｃｄであった。
【００７２】
この比較例と、本発明の実施例とを対比すれば、本発明の半導体発光素子は、Ｖｆの増加もなく、高輝度化が顕現されることが明らかである。
【００７３】
図５〜図８は平面的に見た分配電極の他の配置例を示す図である。上記の説明では、台座電極周辺に分配電極を線状体で連続的に分布させたが、図５のように、台座電極６の周囲に、個別に独立に分散させて配置することで分配電極７を構成してもよい。また、図６のように、線状体を図形的に組み合わせた分配電極７でもよい。また、図７のように、線状体を格子状に配置して分配電極７を構成してもよい。また、図８のように、線状体と、独立した個別の電極の組合せで分配電極７を構成してもよい。
【００７４】
このように、分配電極７に関しては、個別に分散させて配置するだけでなく、帯状、線状のものを連続的に配置してもよいし、面状のものを配置するようにしてよい。
【００７５】
また、分配電極７を個別に分散させて配置する場合や帯状、線状のものを連続させる場合は、それらの形状は、正方形、長方形、円形、楕円、多角形など、任意の形状のものでよく、分散させる際のパターンも放射状や円周状、螺旋状、その他任意のパターンでよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の半導体発光素子では、電流拡散層の表面の一部にオーミック接触をなす分配電極を設けることで、透明導電膜と電流拡散層との間の電気抵抗に比べて、分配電極と電流拡散層との間の電気抵抗が大幅に小さくなり、台座電極から供給される駆動電流は、その大部分がより電気抵抗の低い、台座電極→透明導電膜→分配電極→電流拡散層→発光部の経路を流れる。そして、分配電極から電流拡散層に入った電流は、電流拡散層で適度に拡散されるので、発光部での発光は、分配電極を中心とした周辺で行われる。このため、発光部での発光は、分配電極で遮られることが少なく、その大部分を上方に取り出すことができ、したがって、発光効率を改善することができる。
【００７７】
また、電流拡散層がｐ型の場合、層厚については３μｍ以上の厚さとしたので、充分な電流拡散を起こすことできる。
【００７８】
また、電流拡散層がｐ型の場合、層厚とキャリア濃度との積を５×１０^１４ｃｍ^−２以上としたので、電流拡散層を高輝度化に効果的に貢献させることができる。
【００７９】
さらに電流拡散層がｐ型の場合、その表面キャリア濃度については、１×１０^１８ｃｍ^−３以上としたので、分配電極との接触抵抗の低下につながり、電流拡散を促進し、高輝度化をもたらすことができる。
【００８０】
また、この電流拡散層をＺｎまたはＭｇを不純物としたｐ型のＧａＰで形成したので、発光に対して透明となり、電流を充分に拡散することができ、さらに低抵抗化、厚膜化を容易に行うことができ、電流拡散層の最適化も容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の半導体発光素子の概略構成を模式的に示す平面図である。
【図２】この発明の半導体発光素子の概略構成を模式的に示す図で、図１のＩ−Ｉ線断面を示す図である。
【図３】この発明の半導体発光素子の実施例を示す平面図である。
【図４】この発明の半導体発光素子の実施例を示す図で、図３のＩＩ−ＩＩ線断面を示す図である。
【図５】この発明に係る分配電極の他の配置例を示す図である。
【図６】この発明に係る分配電極の他の配置例を示す図である。
【図７】この発明に係る分配電極の他の配置例を示す図である。
【図８】この発明に係る分配電極の他の配置例を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２ａ 発光部
２ｂ 電流拡散層
３ 半導体層
４ 透明導電膜
５ 第１の電極
６ 台座電極
７ 分配電極
１０ 半導体発光素子
２０ 半導体発光素子
２１ 単結晶基板
２２ 発光層
２３ 半導体層
２３１ 緩衝層
２３２ 反射層
２３３ 下部クラッド層
２３４ 上部クラッド層
２３５ 電流拡散層
２４ 透明導電膜
２５ ｎ型オーミック電極
２６ 台座電極
２７ 分配電極

Claims (20)

1. 裏面に第１の電極が形成された半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成され、ＡｌＩｎＧａＰからなる発光部を含むとともに上層に電流拡散層を有する半導体層と、
   前記電流拡散層の表面の一部に分配して形成され、その電流拡散層とオーミック接触をなす分配電極と、
   前記電流拡散層の表面と前記分配電極とを覆って形成され、その分配電極と導通する透明導電膜と、
   前記透明導電膜の表面の一部に形成され、その透明導電膜と導通する台座電極と、
   を有することを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記半導体基板はｎ型で、電流拡散層はｐ型である、請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記電流拡散層の厚さが３μｍ以上である、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
4. 前記電流拡散層の厚さとキャリア濃度との積（Ｎ・ｄ）が、５×１０^１４ｃｍ^−２以上である、請求項１乃至３に記載の半導体発光素子。
5. 前記電流拡散層の表面キャリア濃度が、１×１０^１８ｃｍ^−３以上である、請求項１乃至４に記載の半導体発光素子。
6. 前記電流拡散層は、ＺｎまたはＭｇを不純物としたｐ型のＧａＰ層からなる、請求項１乃至５に記載の半導体発光素子。
7. 前記分配電極は、平面的に見て台座電極と重ならない半導体層表面に形成されている、請求項１乃至６に記載の半導体発光素子。
8. 前記分配電極の面積は台座電極の面積より小さい、請求項１乃至７に記載の半導体発光素子。
9. 前記分配電極の合計の平面積が、発光有効面積の３％以上で３０％以下である、請求項１乃至８に記載の半導体発光素子。
10. 前記分配電極が金合金である、請求項１乃至９に記載の半導体発光素子。
11. 前記透明導電膜が酸化インジウム錫（ＩＴＯ）である、請求項１乃至１０に記載の半導体発光素子。
12. 前記台座電極が平面的に見て素子表面の中心に形成されている、請求項１乃至１１に記載の半導体発光素子。
13. 前記台座電極の表面が金である、請求項１乃至１２に記載の半導体発光素子。
14. 前記台座電極が多層膜からなり、透明導電膜と接する層がクロムである、請求項１乃至１３に記載の半導体発光素子。
15. 前記分配電極は、台座電極を囲む略四角形あるいは略円形の線状体である、請求項１乃至１４に記載の半導体発光素子。
16. 前記分配電極は線幅が２０μｍ以下の線状体である、請求項１乃至１５に記載の半導体発光素子。
17. 単結晶基板上に、ＡｌＩｎＧａＰからなる発光部を含むとともに上層にｐ型の電流拡散層を有する半導体層をエピタキシャル成長させる第１の工程と、
    前記第１の工程で形成された電流拡散層の表面の一部に、その電流拡散層とオーミック接触をなす分配電極を形成する第２の工程と、
    前記電流拡散層の表面と前記分配電極とを覆い、その分配電極と導通する透明導電膜を形成する第３の工程と、
    前記透明導電膜の表面の一部に、その透明導電膜と導通する台座電極を形成する第４の工程と、
    を有する半導体発光素子の製造方法。
18. 前記半導体層が有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により形成される、請求項１７に記載の半導体発光素子の製造方法。
19. 前記透明導電膜がスパッタリング法により形成される、請求項１７または１８に記載の半導体発光素子の製造方法。
20. 前記台座電極がスパッタリング法により形成される、請求項１７乃至１９に記載の半導体発光素子の製造方法。

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