JP3814151B2 - 発光素子 - Google Patents

Description

【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】
（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１（以下、ＡｌＧａＩｎＰ混晶、あるいは単に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、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）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。
【０００３】
例えば、図７（ａ）はＡｌＧａＩｎＰ発光素子の例であり、該素子３００においては、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にヘテロエピタキシャル成長させる形にて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４、ＡｌＧａＩｎＰ活性層５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６がこの順序にて積層され、ダブルへテロ構造をなす発光層部２４が形成されている。１４及び１５は、駆動電圧を印加するための金属電極である。ここで、金属電極１４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ようにしている。
【０００４】
この場合、金属電極１４の面積をなるべく小さくしたほうが、電極１４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。従来、電極形状の工夫により、素子内に効果的に電流を拡げて光取出量を増加させる試みがなされているが、この場合も電極面積の増大はいずれにしろ避けがたく、光漏出面積の減少により却って光取出量が制限されるジレンマに陥っている。また、クラッド層６のドーパント濃度ひいては導電率は、活性層５内でのキャリアの発光再結合を最適化するために多少低めに抑えられており、面内方向には電流が広がりにくい傾向がある。これは、電極被覆領域に電流密度が集中し、光漏出領域における実質的な光取出量が低下してしまうことにつながる。そこで、クラッド層６と電極１４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１０７を形成する方法が採用されている。従来、このような電流拡散層１０７の材質としては、例えばＡｌＧａＡｓ混晶が使用されている。
【０００５】
ＡｌＧａＡｓ混晶からなる電流拡散層１０７は、ＡｌＧａＩｎＰ混晶と格子整合するので成長炉内で高品質の半導体層として一貫成長できる利点はあるが、面内方向の電流密度分布を完全に均一化するには、図７（ｂ）に示すように、層厚ｂを５０μｍ程度とかなり厚く設定しなければならない。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、生産性が著しく低下するとともに高コスト化となり産業利用上の大きな問題となっている。また、素子表面から実際に発光する活性層５までの距離が大きくなりすぎ、直列抵抗増大により、発光効率が低下することに加え、高周波での動作特性が損なわれる不具合も生じていた。他方、図７（ｃ）に示すように、電流拡散層１０７の層厚ｂを小さくすると、電流拡散効果が逆に不足し、光漏出領域における実質的な光取出量が小さくなってしまうジレンマがある。
【０００６】
そこで、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる電流拡散層１０７の全面を、高導電率のＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウム錫）透明導電層にて覆い、電流拡散層１０７の層厚ｂを小さくしつつも十分な電流拡散効果を達成して、光取出効率を高める提案がなされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らが検討したところによると、ＩＴＯからなる透明導電層をＡｌＧａＡｓ混晶からなる電流拡散層１０７上に形成した場合、透明導電層と電流拡散層１０７との接触抵抗が高くなりやすく、直列抵抗増大による発光効率の低下が避けがたくなることがわかった。
【０００８】
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、該電極の接触抵抗を小さくできる素子構造を採用することにより、光取出効率を改善できる発光素子を提供することにある。
【０００９】
【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、本発明の発光素子の第一の構成は、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、該酸化物透明電極層と接する形にて、Ａｌを含有せず、かつバンドギャップエネルギーが１．４２ｅＶより小さい化合物半導体からなる電極接合層が形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
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。また、遮光性の金属電極に覆われた領域も、ワイヤーをボンディング（結合）するための最低限度の大きさに設計することが可能となり、電流を発光素子内に効果的に拡げるために電極のサイズを大きく設計していた従来の発光素子構造と比較して、光取出面積を増加させることができる。さらに、発光層部と酸化物透明電極層との間に、該酸化物透明電極層と接する形にて、Ａｌを含有せず、かつバンドギャップエネルギーが１．４２ｅＶより小さい化合物半導体からなる電極接合層を形成することにより、酸化物透明電極層の接触抵抗を大幅に減少させることができ、ひいては光取出効率を高めることができる。
【００１１】
上記のような電極接合層を用いることにより、酸化物透明電極層の接触抵抗を低減できる理由として、本発明者らは以下の２つの理由を考えている。
▲１▼従来の発光素子では、酸化物透明電極層はＡｌＧａＡｓ電流拡散層に接する形にて形成されていたが、電流拡散層の透光性を十分に確保するためには、ＡｌＡｓ混晶比を相当高めなければならない。しかしながら、高ＡｌＡｓ混晶比のＡｌＧａＡｓ混晶はＡｌを高濃度にて含有しているため非常に酸化され易く、酸化物透明電極層を形成すると、該層に含有される酸素がＡｌＧａＡｓ電流拡散層中のＡｌ成分と結合して高抵抗率の酸化層が形成される。
▲２▼高ＡｌＡｓ混晶比のＡｌＧａＡｓ混晶は、混晶比にもよるが、電流拡散層として通常使用されるものにおいては、バンドギャップエネルギーが２．０２〜２．１３ｅＶと高いので、酸化物透明電極層との間でオーミック接触又はそれに近い低抵抗率の接触（例えば１０^−４Ω・ｃｍ以下：以下、これらを総称してオーミック状接触という）が形成されにくい。また、ＡｌＧａＡｓを用いずにＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に直接酸化物透明電極層を接触させた場合にもバンドギャップエネルギーが２．３〜２．３５ｅＶと高くかつＡｌを含有するため、上記ＡｌＧａＡｓの場合と同様の問題が生ずる。
【００１２】
本発明の第一の構成の発光素子によると、酸化物透明電極層と接する電極接合層がＡｌを含有しないので高抵抗率の酸化層は形成されにくく、かつ、バンドギャップエネルギーも小さい（１．４２ｅＶ未満；例えばＩｎ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓを採用した場合、０．７５ｅＶ）のでオーミック状接触を容易に実現できる。その結果、透明電極層の接触抵抗を大幅に低減することができる。
【００１３】
また、本発明の発光素子の第二の構成は、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、該酸化物透明電極層と接する形にて、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる電極接合層が形成されてなることを特徴とする。該構成も酸化物透明電極層を使用しているので、第一の構成と同様に、光取出面積を増加させることができる。また、発光層部と酸化物透明電極層との間にＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓからなる電極接合層を形成することにより、酸化物透明電極層の接触抵抗を大幅に減少させることができ、ひいては光取出効率を飛躍的に高めることができる。
【００１４】
図９は：
▲１▼ＡｌＧａＡｓ層もしくはＡｌＧａＩｎＰ層上に直接ＩＴＯ透明電極を形成した発光素子；
▲２▼ＡｌＧａＡｓ上にＧａＡｓ層（バンドギャップ１．４２ｅＶ）を介してＩＴＯ透明電極層を形成した発光素子；及び、
▲３▼Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ電極接合層を介してＩＴＯ透明電極層を形成した本発明の発光素子；
の、それぞれの電流電圧特性を示すものである。ＩＴＯ透明電極層にＧａＡｓ層を接触させた▲２▼では、直列抵抗成分の低下によりＶＦ値（ある特定の電流値を流すのに必要な電圧の値）が▲１▼と比較して低下しているが、依然、多少高めの値を示している。これに対し、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さいＩｎＧａＡｓ層を利用した▲３▼（本発明）では、ＶＦの低下がより顕著であり、実用的なレベルに到達していることがわかる。
【００１５】
上記本発明の発光素子の第一及び第二の構成において、酸化物透明電極層の材質は、酸化スズ（ＳｎＯ_２）あるいは酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）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）、Ｃｄ_２ＳｎＯ_４、Ｚｎ_２ＳｎＯ_４、ＺｎＳｎＯ_３、ＭｇＩｎ_２Ｏ_４、酸化イットリウム（Ｙ）をドープしたＣｄＳｂ_２Ｏ_６、酸化スズをドープしたＧａＩｎＯ_３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。
【００１６】
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（chemicalvapor deposition：ＣＶＤ）あるいは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（molecularbeam 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。
【００１７】
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。他方、電極接合層の形成厚さは、オーミック接触を形成するために必要十分な程度であれば、それほど厚くする必要がなく、また、具体的には、電極接合層を構成する化合物半導体が、薄層化によりバルク結晶とは異なるバンドギャップエネルギーを示すようにならない程度の厚さを確保すればよく、例えばＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓを用いる場合であれば、０．００１μｍ程度もあれば十分である。従って、酸化物透明電極層と発光層部との層間距離を従来の発光素子よりも大幅に縮めることができ、それによる直列抵抗低減効果を最小限に低下することが可能となる。なお、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓからなる電極接合層の厚さを過剰に大きくすることは、該電極接合層における光吸収が増大する結果、光取出効率の低下を招くので、０．０２μｍ以下とすることが望ましい。
【００１８】
また、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）又はＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）からなる発光層部はいずれも殆どの場合に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、酸化物透明電極層にて全面的に覆う構成を採用することで、該酸化物透明電極層を上記Ａｌを含有する発光層部に対するパッシベーション膜としても機能させることができる利点がある。
【００１９】
なお、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓは、混晶比によっては上記発光層部をなす化合物半導体（あるいはＧａＡｓ）との格子定数の差が多少大きくなる化合物半導体ではあるが、厚さ０．００１〜０．０２μｍ程度の薄層として形成する場合は、格子不整合の影響を比較的小さく留めることができるので、該化合物半導体を用いて電極接合層を形成することが可能である。
【００２０】
なお、化合物半導体層を用いて酸化物透明電極層と直接接する電極接合層を形成する場合、該透明電極層とのオーミック状接触を良好に形成する観点から、前述の通り、バンドギャップエネルギーが１．４２ｅＶより小さい化合物半導体を用いることが望ましい。そして、上記のような薄層化による格子不整合の影響軽減により、ＩｎＧａＡｓのほかにＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂまたはそれらの混晶を用いることも可能である。
【００２１】
（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ又はＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎからなる発光層部は、各々（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ又はＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ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。
【００２２】
そして、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電極接合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電極接合層を形成して、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電極接合層を形成することができる。
【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、電極接合層としてのＩｎＧａＡｓ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、電極接合層としてのＩｎＧａＡｓ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、ＩｎＧａＡｓ層７及びＩｎＧａＡｓ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（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−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（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−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（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰクラッド層６とｎ型（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−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１０^１３〜１０^１６／ｃｍ^３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：
・ＩｎＧａＡｓ層７＝厚さ：約０．００５μｍ
・ＩＴＯ電極層８＝厚さ：０．２μｍ、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；
・ＩｎＧａＡｓ層９＝厚さ：約０．００５μｍ
・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、さらにＩｎＧａＡｓ層７をｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６上に厚さ０．００５μｍにてエピタキシャル成長させる。これら各層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】
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、ＩｎＧａＡｓ層９を、ＭＯＶＰＥ法により厚さ０．００５μｍにてエピタキシャル成長させる。
【００２８】
そして、それぞれのＩｎＧａＡｓ層７及びＩｎＧａＡｓ層９の両主表面に、公知の高周波スパッタリング法（ターゲット組成（Ｉｎ_２Ｏ_３＝９０．２重量％，ＳｎＯ_２＝９．８重量％）、ｒｆ周波数１３．５６ＭＨｚ、Ａｒ圧力０．６Ｐａ、スパッタ電力３０Ｗ）により、ＩＴＯ電極層８，１０をそれぞれ厚さ０．２μｍにて形成し、積層体ウェーハ１３を得る。なお、膜形成後に窒素雰囲気中３００℃〜５００℃の温度で熱処理を施すことにより、約１桁抵抗率を低減することができる。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。
【００２９】
上記発光素子１００によると、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４の全面が、それぞれＩｎＧａＡｓ層７及びＩｎＧａＡｓ層９を介してＩＴＯ電極層８及びＩＴＯ電極層１０により覆われてなり、これらＩＴＯ電極層８，１０を介して駆動電圧が印加される。駆動電圧による駆動電流は導電性の良好なＩＴＯ電極層８，１０の全面に均一に拡散するので、光取出面（両主表面１７，１８）の全体にわたって均一な発光が得られるとともに、電極層８，１０が透明なので光取出効率が向上する。さらに、ＩＴＯ電極層８，１０は、バンドギャップが比較的狭いＩｎＧａＡｓ層７及びＩｎＧａＡｓ層９に対しオーミック状接触状態を形成するため、接触部の直列抵抗が小さく抑えられ、発光効率が大幅に高められている。
【００３０】
さらに、従来の発光素子のような厚い電流拡散層が不要となるため、ＩＴＯ電極層（酸化物透明電極層）と発光面までの距離を大幅に短くできる。その結果、直列抵抗の低減を図ることができる。なお、発光面は、以下のように定義する。まず、発光層部２４が上記のようなダブルへテロ構造を有する場合には、酸化物透明電極層（ＩＴＯ電極層）に近い側のクラッド層／活性層界面（ＩＴＯ電極層８からみればｐ型クラッド層６と活性層５と界面であり、ＩＴＯ電極層１０からみればｎ型クラッド層４と活性層５と界面である）を発光面として定義する。他方、本発明は、上記のようなダブルへテロ構造型の発光層部を有するものに限らず、シングルへテロ構造型の発光部を有する発光素子にも適用可能であるが、この場合は、そのヘテロ接合界面を発光面として定義する。そして、本発明の採用により、酸化物透明電極層と電極接合層との界面から発光面までの距離ｔ（図１参照）は、具体的には３μｍ以下の小さな値とすることが可能となる。
【００３１】
電極接合層であるＩｎＧａＡｓ層７あるいはＩｎＧａＡｓ層９は、適当なドーパントの添加により、これと接する各クラッド層６，４とそれぞれ同じ導電型を有するものとして形成してもよいが、ＩｎＧａＡｓ層７あるいはＩｎＧａＡｓ層９を上記のような薄層として形成する場合は、これらをドーパント濃度の低い低ドープ層（例えば１０^１７個／ｃｍ^３以下；あるいはノンドープ層（１０^１３個／ｃｍ^３〜１０^１６個／ｃｍ^３）として形成しても直列抵抗の過度の増加を招かないので、問題なく採用可能である。他方、低ドープ層とした場合、発光素子の駆動電圧によっては、以下のような効果が達成できる。すなわち、電極接合層を低ドープ層とすることで、層の電気抵抗率自体は高くなるので、これを挟む電気抵抗率の小さいクラッド層あるいはＩＴＯ層に対して、電極接合層の層厚方向に印加される電界（すなわち、単位距離当たりの電圧）が相対的に高くなる。このとき、電極接合層を、バンドギャップの比較的小さいＩｎＧａＡｓにより形成しておくと、上記電界の印加により電極接合層のバンド構造に適度な曲がりが生じ、より良好なオーミック状接合を形成することができる。
【００３２】
なお、ＩｎＧａＡｓ層とＡｌＧａＩｎＰ層とを直接接合した場合、接合界面にやや高いヘテロ障壁が形成され、これに起因して直列抵抗成分が増大する場合がありうる。そこで、これを低減する目的で、図８に示す発光素子１５０のように、酸化物透明電極（ＩＴＯ電極層）８と接するＩｎＧａＡｓ電極接合層７と、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６との間に、ＧａＡｓ層１９、ＡｌＧａＡｓ層２０、ＡｌＧａＩｎＰ層２１等からなる中間層を必要に応じて挿入することができる。この構造を採用する場合でも、それら中間層の厚さはそれぞれ０．１μｍ程度以下とすることが可能なため、薄層化によるエピタキシャル成長時間の短縮、ひいては生産性の向上を図ることができ、中間層形成による直列抵抗の増分も少なくできるため、発光効率も損なわれにくい。
【００３３】
なお、図５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、その片側にのみ電極接合層（例えばＩｎＧａＡｓ層）及び酸化物透明電極層（ＩＴＯ電極層）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ＩｎＧａＡｓ層７及びＩＴＯ電極層８が形成される。また、図６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。
【００３４】
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。
【００３５】
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１０（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１０（ｂ）及び（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１０Å）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（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ混晶により、障壁層Ａを（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ混晶により、井戸層Ｂを（Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ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５００Å程度とし、他は６０Å程度とすることができる。また、井戸層Ｂは５０Å程度とすることができる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態を示したが、本発明は何らこれに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載事項を逸脱しない限り、種々の改良あるいは変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、発光層部をＡｌＧａＩｎＰ混晶あるいはＡｌＧａＩｎＮ混晶により形成していたが、ＧａＰ、ＧａＡｓＰあるいはＡｌＧａＡｓなど、他の化合物半導体により発光層部を形成してもよく、この場合も、前記した本発明の効果を達成することができる。
【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】発光層部の第一主表面にのみ電極接合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６】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７】従来の発光素子の構造と問題点とを示す説明図。
【図８】電極接合層とクラッド層との間に中間層を形成した素子構造の例を示す模式図。
【図９】ＡｌＧａＩｎＰとＩＴＯ電極層との間に各種の電極接合層を設けた場合の、それぞれのＶＦ値を示すＩ−Ｖ特性図。
【図１０】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 ＩｎＧａＡｓ層（電極接合層）
８ ＩＴＯ電極層（酸化物透明電極層）
９ ＩｎＧａＡｓ層（電極接合層）
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

Claims (11)

1. 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、前記発光層部からの光を、前記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、前記発光層部と前記酸化物透明電極層との間に、該酸化物透明電極層と接する形にて、Ａｌを含有せず、かつバンドギャップエネルギーが１．４２ｅＶより小さい化合物半導体からなる電極接合層が形成されてなることを特徴とする発光素子。
2. 前記電極接合層を構成する化合物半導体はＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
3. 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、前記発光層部からの光を、前記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、前記発光層部と前記酸化物透明電極層との間に、該酸化物透明電極層と接する形にて、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる電極接合層が形成されてなることを特徴とする発光素子。
4. 前記酸化物透明電極層は前記発光層部の全面を被覆する形にて形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の発光素子。
5. 前記発光層部は、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）又はＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）にて構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の発光素子。
6. 前記発光層部は、各々前記（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ又は前記Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ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し、前記第一導電型クラッド層及び前記第二導電型クラッド層の少なくともいずれかと前記酸化物透明電極層との間に、該酸化物透明電極層と接する形にて、該電極接合層が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の発光素子。
7. 前記活性層が（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（但し、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）にて構成されることを特徴とする請求項６記載の発光素子。
8. 前記活性層は、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量子井戸構造を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の発光素子。
9. Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓからなる前記電極接合層の厚さが０．００１〜０．０２μｍの範囲に調整されていることを特徴とする請求項２ないし８のいずれかに記載の発光素子。
10. 前記酸化物透明電極層がＩＴＯ電極層であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の発光素子。
11. 前記酸化物透明電極層がＺｎＯ電極層であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の発光素子。

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