JPH09129921A

JPH09129921A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JPH09129921A
Application number: JP28069295A
Authority: JP
Inventors: Takashi Udagawa; 隆宇田川
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 1997-05-16
Anticipated expiration: 2015-10-27
Also published as: JP3675003B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｖ族元素として窒素を含有するIII −Ｖ族化
合物半導体からなる発光層を含む半導体発光素子におい
て、動作電流の一部が電極直下の発光部に流入し、その
部分からの発光が外部への光の取り出しに寄与しない問
題点を解決する。【解決手段】透光性の導電性薄膜電極と台座電極から
なる電極の台座電極と発光部の間に、動作電流の流通を
防止する層を挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化インジウム
（ＩｎＮ）及びそれらの混晶等の、Ｖ族元素として窒素
を含有するIII −Ｖ族化合物半導体を発光層とする、主
に短波長の発光をもたらす発光ダイオード（ＬＥＤ）等
の半導体発光素子に係わり、特に発光面積が拡大された
半導体発光素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＮや窒化ガリウム・インジウム（Ｇ
ａＩｎＮ）等のＶ族元素として窒素を含有するIII −Ｖ
族化合物半導体は、青色或いは青緑色等の短波長ＬＥＤ
の発光層として利用されている（「豊田合成技報」、第
３５巻（１９９３）、９１〜９５頁や「アプライドフ
ィジクスレターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．）」、第６４巻（１９９４）、１６８７〜１６８９
頁．）。

【０００３】図２はＧａＩｎＮ混晶を発光層とする従来
のダブルヘテロ接合型青色ＬＥＤの断面構造の一例を示
す模式図である。従来のダブルヘテロ接合型青色ＬＥＤ
は、基板（１０１）上に下部クラッド層（１０２）、発
光層（１０３）、上部クラッド層（１０４）、コンタク
ト層（１０５）を順次積層し、コンタクト層（１０５）
上の一部、および下部クラッド層（１０２）上の一部に
それぞれ電極を形成した構造になっている。

【０００４】図２に示す従来のダブルヘテロ接合型青色
ＬＥＤにおいては、基板（１０１）はアルミナ単結晶
（サファイア）からなる。下部クラッド層（１０２）
は、ｎ形のＧａＮ層からなり、基板（１０１）と発光層
（１０３）との間の緩衝層の役割を兼ねている。発光層
（１０３）は、珪素（Ｓｉ）と、亜鉛（Ｚｎ）またはマ
グネシウム（Ｍｇ）が添加されたｎ形のＧａＩｎＮ層か
らなる。上部クラッド層（１０４）は、マグネシウムを
添加したｐ形の窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａ
Ｎ）からなる。上述の下部クラッド層（１０２）、発光
層（１０３）、上部クラッド層（１０４）によりダブル
ヘテロ接合が形成されている。また、ｎ形の発光層（１
０３）とｐ形の上部クラッド層（１０４）によりｐｎ接
合が形成されている。そしてこの下部クラッド層（１０
２）、発光層（１０３）、上部クラッド層（１０４）に
より発光部が構成されている。

【０００５】コンタクト層（１０５）は、低抵抗で且つ
発光部からの発光を吸収しない程度にバンドギャップ
（禁止帯幅）が小さい半導体材料からなるのが通例であ
る。また、コンタクト層（１０５）の伝導型は、その直
下に存在する層、例えば図２に示すダブルヘテロ構造の
ＬＥＤにあっては上部クラッド層（１０４）を構成する
半導体層の伝導型と同一とするのが常である。ｎ形のＧ
ａＩｎＮ層を発光層とする図２に示す従来のＬＥＤにあ
っては、上部クラッド層（１０４）がｐ形層であること
から、コンタクト層（１０５）はｐ形のＧａＮから構成
されるのが通例である。

【０００６】電極は、コンタクト層（１０５）上の一部
および、下部クラッド層（１０２）上の一部にそれぞれ
形成されている。従来の発光ダイオードにおいては、発
光層からの光は発光層に対して基板（１０１）と反対側
の表面から取り出される。従って図２に例示したＬＥＤ
では、コンタクト層（１０５）上の一部に形成された第
１の電極（１０６）が発光の取り出し方向に配置された
電極となる。第２の電極（１０７）は、下部クラッド層
（１０２）上に形成される。これは、基板（１０１）が
絶縁性であるためである。基板が導電性を有する場合
は、第２の電極は基板（１０１）に被着して形成するの
が一般的である。

【０００７】コンタクト層（１０５）は、金属電極と半
導体との接合において、良好なオーム接触を得る目的で
形成される。また該コンタクト層が低抵抗であれば、発
光を得るための動作電流の広範囲への拡散が促進され、
発光面積の拡張がもたらされ得る。しかし、上述した従
来の発光ダイオードでは、コンタクト層として用いられ
るｐ形ＧａＮ層のキャリア濃度は一般に高くても概ね１
０¹⁷ｃｍ^-3程度であった。これは以下の理由による。す
なわち、ＧａＮは室温において、III −Ｖ族化合物半導
体にあっては比較的大きな約３．４ｅＶのバンドギャッ
プを有する。しかも、気相成長方法により得られるＧａ
Ｎは、通常高濃度の窒素の空孔（ｖａｃａｎｃｙ）等の
欠陥の存在により、１０¹⁸〜１０¹⁹ｃｍ^-3の高いキャリ
ア濃度を有するｎ形層となる。ｎ形キャリアとして作用
するこの高濃度の空孔の存在のために、それを電気的に
補償して、動作電流を発光領域へと拡散させるに充分に
足る低抵抗のｐ形ＧａＮ層を形成するのは現状では困難
であった。

【０００８】動作電流を広範囲へ拡散する目的において
は、コンタクト層としてはやはり１０¹⁸ｃｍ^-3程度或い
はそれを越えるキャリア濃度の低抵抗層が望ましい。前
記の様な比較的高い抵抗のｐ形ＧａＮ層をコンタクト層
とした場合には、その表面上に直接被着された電極から
供給される動作電流は、コンタクト層内の広い領域に亘
って流通させることができない。このため、動作電流を
発光領域へ充分に拡散させるには至らない。このこと
が、低キャリア濃度のｐ形のＧａＮコンタクト層の表面
上に電極が直接被着された従来の構造からなるＬＥＤに
あって、発光面積を拡張することによって発光強度に優
れるＬＥＤを得るにあたっての障害となっていた。

【０００９】電極から供給される動作電流を発光部のよ
り広範囲な領域に拡散させることはＬＥＤにあって発光
面積の拡張を果たすために是非とも必要である。そのた
め、発光の取り出し面例えば図２に示した従来のＬＥＤ
にあってはｐ形ＧａＮコンタクト層表面上に、半導体材
料に比較すれば遥かに抵抗が小さい金属材料からなる透
光性の被膜を導電性薄膜電極として被着したＬＥＤが提
示されている（特開平６−３３８６３２）。

【００１０】この技術は金属材料の良好な導電性をもっ
て、動作電流の発光部の広範囲に亘る拡散を果たすこと
を意図しているものである。この導電性薄膜電極を例え
ば発光部のほぼ全域に相当するコンタクト層の表面上の
領域に敷設すれば、発光を呈する面積の拡大がもたらさ
れる利点がある。ｐ形ＧａＮコンタクト層の表面上に直
接、透光性の導電性薄膜電極を設けた構成からなるＶ族
元素として窒素を含有するIII −Ｖ族化合物半導体を発
光層とするＬＥＤの従来例を図３に掲示する。図３に示
すＬＥＤにおいて、コンタクト層（１０５）上の透光性
の導電性薄膜電極（１０９）及びその上の台座電極（１
１０）以外の構造は図２に示したＬＥＤと同じである。
この導電性薄膜電極（１０９）は発光の取り出し面上に
形成されるため、発光に対して透過性を確保するため膜
厚を厚くすることはできず、約１００ｎｍ程度の薄膜か
ら構成されている。透光性の導電性薄膜電極（１０９）
は金（Ａｕ）及びニッケル（Ｎｉ）から構成される例が
ある。これらの導電性薄膜電極（１０９）はその一部が
台座電極（１１０）と電気的に導通している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】光の取り出し方向に透
光性の導電性薄膜電極を備えた従来のＬＥＤにあって
は、導電性薄膜電極が直下に存在する層を構成する半導
体材料に比較すれば低抵抗である金属材料より構成され
ているが故に、動作電流は台座電極から導電性薄膜電極
を経由して導電性薄膜電極が被着されている領域のほぼ
全域に行き渡るようになる。とはいえ、台座電極から発
光層に直接注入される動作電流による発光は、台座電極
によって遮られて外部への光の取り出しには寄与しな
い。発光部の広い領域に亘り動作電流の拡散を促すに
は、台座電極から発光部への直接的な動作電流の流入を
防止する措置を施す必要があった。本発明では、この課
題を解決する手段を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本出願に係わる発明は、
基板と、該基板上に形成されたＶ族元素として窒素を含
有するIII −Ｖ族化合物半導体からなる発光層を含む発
光部と、発光部上の基板と反対側の表面上に配置された
第１の電極と、該電極に対して発光層を挟んで反対側に
存する基板もしくは半導体層上に配置された第２の電極
とを具備し、発光部上の基板と反対側の表面から光を取
り出す半導体発光素子に於いて、発光部上の基板と反対
側の表面上に配置された第１の電極は、回路基板等への
実装或いは結線に供される台座電極と該台座電極に導通
する導電性薄膜電極からなり、該導電性薄膜電極は発光
部から放出される光に対して透過性を有し、かつ前記台
座電極と発光部の間には電流阻止層が存し、該台座電極
は該電流阻止層上に配置されており、該電流阻止層は半
導体発光素子をなす半導体からなる積層構造の最上部に
形成されており、かつ該電流阻止層は比抵抗が１Ω・ｃ
ｍ以上の高抵抗の層あるいは発光部を構成する最上層の
半導体層とは異なる導電型を有する半導体層からなるこ
とを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明においては、発光の取り出
し方向に配置する第１の電極は、回路基板等への実装或
いは結線に供される台座電極と、該台座電極と電気的に
導通させた導電性薄膜電極とから構成する。更に本発明
では、発光の取り出し方向に配置する第１の電極のうち
の台座電極は、コンタクト層上に直接被着するのではな
く、コンタクト層上の少なくとも一部の領域に形成され
た、比抵抗が１Ω・ｃｍ以上の高抵抗の層或いは発光部
を構成する最上層の半導体層とは異なる導電型を有する
半導体層からなる電流阻止層上に配置する。これは、当
該台座電極から発光部へ動作電流が短絡的に流入するの
を防止するためである。この結果、動作電流は第１の電
極のうちの台座電極からは短絡的に発光部へ流入せず、
主に導電性薄膜電極を介して発光部へ均等に流入するよ
うになる。

【００１４】台座電極と導電性薄膜電極との導通は、導
電性薄膜電極を台座電極の上表面或いは下表面に接触さ
せれば確保できる。しかし、回路基板等への実装或いは
結線に供される台座電極は発光を透過させる必要がある
導電性薄膜電極に比べれば一般には厚い。このため、導
電性薄膜電極を台座電極の上表面上に接触する様に敷設
すると、台座電極の厚さに相当する段差が少なくとも存
在するため、この段差により導電性薄膜電極に不連続性
が生ずる不具合が発生する。従って、導電性薄膜電極は
電流阻止層と台座電極との中間に挿入して、台座電極と
の電気的な接触を保持するのが好ましい。この配置によ
り、台座電極と電気的に導通し、且つ連続性が確保され
た導電性薄膜電極を形成することができる。これによ
り、電流阻止層によって台座電極から発光部への流通が
妨げられた動作電流を、導電性薄膜電極を介して、光を
取り出す表面に沿って有効に導通させられる。台座電極
はアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）や金
（Ａｕ）などの従来からある金属材料から構成すれば良
い（「ジャーナルオブフィジクスアンドケミスト
リオブソリッド（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｌ
ｉｄｓ）」、第２９巻（１９６８）、１２５５〜１２６
７頁）。台座電極と接触している領域以外にある導電性
薄膜電極は発光層からの光を取り出す表面のコンタクト
層に接触させる。

【００１５】電流阻止層は、比抵抗が１Ω・ｃｍ以上の
高抵抗の層あるいは発光部を構成する最上層の半導体層
とは異なる導電型を有する半導体層から構成する。比抵
抗が１Ω・ｃｍ以上の高抵抗の電流阻止層には、元素周
期律表の第II族に属するマグネシウムや亜鉛等が適量ド
ーピングされ、ドナー成分を電気的に補償した高抵抗の
ＧａＮ、ＡｌＮやＡｌＧａＮ等のＶ族元素として窒素を
含有するIII −Ｖ族化合物半導体層が利用できる。電流
阻止層は上記のＶ族元素として窒素を含有するIII −Ｖ
族化合物半導体から構成する必要は必ずしもなく、例え
ばヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）やヒ化アルミニウム・ガリ
ウム（ＡｌＧａＡｓ）等から構成しても差し支えはな
い。酸化珪素膜や窒化珪素膜等の絶縁膜を利用すること
もできる。電流阻止層として要求される主たる電気的性
質は抵抗率であって、それが大きい程好ましい。電流阻
止層となる高抵抗層は、電流阻止層が積層される電流阻
止層の直下の層の比抵抗に比較して、少なくとも約１桁
以上高い比抵抗を有することが好ましく、具体的にはそ
の比抵抗を約１Ω・ｃｍから１０² Ω・ｃｍ以上とする
のが望ましい。電流阻止層を比抵抗が１Ω・ｃｍ未満で
約０．１Ω・ｃｍ程度である半導体層から構成した場
合、台座電極から発光部への動作電流の短絡的な流通を
阻止するに充分な効果は必ずしも得られない。

【００１６】電流阻止層は、発光部を構成する最上層と
は伝導形を異にする半導体から構成してもよい。発光部
を構成する最上層とは、例えばダブルヘテロ接合型ＬＥ
Ｄにあっては上部クラッド層であり、ホモ接合型或いは
下部クラッド層のみを備えたシングルヘテロ接合型ＬＥ
Ｄにあっては、発光層そのものとなる。従って、例えば
ダブルヘテロ接合型ＬＥＤの場合、上部クラッド層がｎ
形であれば、上部クラッド層上のコンタククト層上に
は、ｐ形の伝導形を呈する半導体からなる電流阻止層を
設ける。コンタクト層を発光部を構成する最上層の表面
上に設ける場合、コンタクト層の伝導型はその最上層の
伝導型と同一とするのが常である。例えば、上部クラッ
ド層とコンタクト層とを備えたＬＥＤにあって、コンタ
クト層の伝導型はｎ形の上部クラッド層についてはｎ
形、逆にｐ形の上部クラッド層についてはｐ形となる。
従って、ＬＥＤ用途の積層構造にあって、発光部の最上
層より発光の取り出し方向の上部に存在する半導体層の
伝導形は、発光部の最上層の伝導形と同一とするのが通
例であって、これより、光の取り出し方向に在る電極を
設けるための電流阻止層の伝導形は発光部を構成する最
上層の伝導形をもって規定することができる。電流阻止
層と発光部の最上層との伝導形を異にするのは、電流阻
止層と電流阻止層が積層される電流阻止層の直下の層と
の間でｐｎ接合を形成して、動作電流の発光部への直接
的で短絡的な漏洩を防止するためである。

【００１７】上記の比抵抗が１Ω・ｃｍ以上の高抵抗の
層或いはｐｎ接合をもたらす半導体層からなる電流阻止
層の好ましい膜厚の範囲は、概ね、５０ｎｍ以上で１０
００ｎｍ以下の範囲である。５０ｎｍ以下の膜厚では高
電界の印加時に動作電流が通過し易い。電流阻止層を１
０００ｎｍを越える膜厚とすると、電流阻止層の側面で
電極に不連続を生じる可能性があるなどの問題を生ずる
おそれがあるため好ましくはない。望ましい膜厚は１０
０〜２００ｎｍの範囲である。なお、コンタクト層がな
くても電極と半導体の良好なオーム接触を得られる場
合、上述した本発明に係わる半導体発光素子においては
コンタクト層を省略しても良い。その場合、上述の電流
阻止層は発光部の最上層上に形成する。また、発光部上
に半導体多重膜反射層等の機能層を積層する構造のＬＥ
Ｄにおいては、該機能層上に本発明における電流阻止層
を形成することも可能である。

【００１８】なお本発明においては、上記のように電流
阻止層は、半導体発光素子をなす半導体からなる積層構
造の内部に設けるのではなく半導体からなる積層構造の
最上部に設けることを特徴とする。これは電流阻止層を
半導体からなる積層構造の内部に設けるようにした場
合、以下に述べるような問題が生じるためである。すな
わち電流阻止層を半導体からなる積層構造の内部に設け
るためには、半導体層の積層の途中で積層のプロセスを
一度中断し、電流阻止層を形成するための半導体の積層
とは別個のプロセスを経た後、再度半導体の積層を行う
必要がある。そのため、半導体の積層のプロセスが複雑
になる、或いは半導体の積層プロセスの中断のために積
層する半導体層の品質が低下するといった問題が生じ
る。本発明においては、電流阻止層を半導体からなる積
層構造の最上部に設けることにより、上記の問題の発生
を防止することができる。

【００１９】さらに本発明者は実験結果から、電流阻止
層が占有する領域の表面積を台座電極の表面積（Ｓ）に
対し、０．７×Ｓ以上で２．４５×Ｓ以下とすると、台
座電極から発光部への動作電流の漏洩が低減され、且つ
動作電流のより広範囲に亘る拡散を果たすに特に効果が
あることが見い出した。電流阻止層の表面積が台座電極
の表面積（Ｓ）に対し、０．７×Ｓで与えられる値未満
である場合、漏洩電流の流通を抑制する電流阻止層の表
面積は台座電極が占める表面積より著しく小さくなる。
従って、台座電極の下方のこの様な電流阻止層が欠損し
た領域の割合が増加し短絡的に発光部へと流入する動作
電流が増加するため好ましくない。台座電極から発光部
へと短絡的に流通する動作電流によっても一応の発光は
得られるが、台座電極直下からの発光は、透光性の導電
性薄膜電極に比較すれば膜厚を大とする台座電極に遮光
されるためＬＥＤの発光強度を顕著に増大させるには然
したる寄与を示さない。また、台座電極の占有する領域
に対して電流形成層が占有する表面積が小となると、漏
れ電流の発生のために、導電性薄膜電極を経由して発光
の取り出し面に沿って横方向に流れる電流が減少し、導
電性薄膜電極を設けて発光面積を拡張する施策を施して
も導電性薄膜電極に流入する動作電流の割合の低下を招
き、発光強度の増大には不都合となる。

【００２０】一方、表面積が２．４５×Ｓで与えられる
数値を越える電流阻止層上に台座電極を設けると、台座
電極より電流阻止層の表面積が大となるため、動作電流
の発光部への短絡的な流通を回避するには充分となる。
しかし、逆に表面積の大きな電流阻止層を配置すれば、
この電流阻止層の直下の領域には動作電流が流入し難い
ため、動作電流が流入し得る発光部の面積がそもそも減
少し、発光面積を拡張するに充分な効果が得られない。
即ち、電流阻止層の表面積の上限を２．４５×Ｓと規定
する主たる理由は、電流阻止層の表面積の増大に伴い動
作電流が流通し得る発光部の領域が縮小し、発光面積が
拡張された発光強度に優れる発光素子を得るに効率的と
はならないからである。

【００２１】さらに上述の発明において、前記の台座電
極と前記の電流阻止層とが平面形状に於いて略相似形を
なすように構成すると、動作電流の台座電極から発光部
への短絡的な漏洩を低減するのに特に有効である。電流
阻止層の平面形状がその上方に敷設する台座電極の平面
形状と著しく異なる場合、台座電極の下方には電流阻止
層が存在しない領域ができる。電流阻止層が存在しない
領域に被着された台座電極からは動作電流が発光部へ直
接流れ込む。即ち、発光領域への短絡的で局所的な動作
電流の流入が起こる。よって、電流阻止層と同層の上方
に設ける台座電極とは略相似形とし、形状の顕著な差異
に基づき台座電極が電流阻止層から”はみ出す”領域を
減少させることが、動作電流の台座電極から発光部への
短絡的な漏洩を低減するために有効に働く。

【００２２】以上述べた発明においては、前記の導電性
薄膜電極は発光部から放出される発光に対して透過性を
有するものとする。本発明の半導体発光素子の発光部か
らの光は、該導電性薄膜電極を透過して外部に放出され
る。よって、導電性薄膜電極は発光に対し透過性を有す
る必要がある。本発明に係わる透光性の導電性薄膜電極
は、Ａｌ、ＭｇやＡｕなどの金属材料から構成する場合
にあっては、その金属膜の膜厚を単純に薄くすれば、透
光性が増大し、透光性の導電性薄膜電極と成すことがで
きる。導電性薄膜電極を構成する金属膜の最適な厚さは
発光波長により変化するが、発光波長を４００〜５００
ｎｍとするＧａＮ系ＬＥＤにあっては概ね、１００ｎｍ
程度を最大の膜厚とする。また、導電性薄膜電極はイン
ジウム・錫酸化膜（略称ＩＴＯ）等の透明である無機材
質から構成することもできる。ＩＴＯの様な、元来透明
な材料から透光性電極を構成する場合にあっては、その
膜厚を敢えて金属材料からなる薄膜を採用する際の様に
１００ｎｍ程度に抑制する必要は勿論ない。また、導電
性薄膜電極は窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化アルミニウム
チタン（ＴｉＡｌＮ）等の高融点金属元素を含む窒素化
合物材料から構成してもよい。特に、これらの窒素化合
物材料はＬＥＤの積層構造を構成するＧａＮ等と同類の
窒化物であり好都合である。導電性薄膜電極と台座電極
とは同一の材料から構成しても構わない。また、導電性
薄膜電極を例えばチタン（Ｔｉ）とし、台座電極をアル
ミニウム（Ａｌ）とするように、導電性薄膜電極と台座
電極とを異なる材料から構成することも可能である。導
電性薄膜電極は台座電極共々、多層構造としても差し支
えない。多層構造からなる導電性薄膜電極の場合、各層
の膜厚を合計した膜厚は発光の透過率の極端な低下を防
止するためやはり最大１００ｎｍ程度とする。上に例示
した電極材料は通常の真空蒸着法やスパッタリング法等
の公知の薄膜形成技術を利用して被着させることができ
る。

【００２３】さらに上述した発明において、前記の導電
性薄膜電極は発光部からの発光の取り出し面の略全面に
設けられているように構成すると、発光面積を拡大する
のに有効である。すなわち、導電性薄膜電極の面積に比
例して動作電流が拡散される領域の拡張が果たせるた
め、導電性薄膜電極を発光の取り出し面の略全面に設け
るのが最良であって、電界が発光部のほぼ全域に充分に
波及する様に形成されているのが好ましい。

【００２４】

【作用】電流阻止層は動作電流の台座電極から発光部へ
の漏洩を防止する。導電性薄膜電極は、動作電流を発光
部の広範囲に亘り拡散させ、発光に寄与する動作電流の
有効成分の割合を増ずる作用を有する。また、導電性薄
膜電極は発光部から放出される光に対して透過性を有す
るようにすることにより、発光部からの光を外部に有効
に取り出せるようになる。これらの作用により、発光面
積が拡大された半導体発光素子を得ることができるよう
になる。また、電流阻止層の占有する領域の表面積を、
台座電極の表面積（Ｓ）に対し０．７×Ｓ以上で２．４
５×Ｓ以下とすることにより、発光に寄与する動作電流
の有効成分の割合を増し、かつ電流阻止層の形成によっ
て減ずる発光部の有効面積を最小限にすることができ
る。さらに、台座電極を電流阻止層と平面形状に於いて
略相似形をなすようにすることにより、動作電流の漏洩
を低減することが出来る。また、導電性薄膜電極を発光
部からの発光の取り出し面の略全面に設けることによ
り、動作電流の拡散する発光部の領域の面積を拡張させ
ることが出来る。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を実施例を基に説明する。図４
に本発明の実施例に係わるＬＥＤの平面模式図を示す。
図１には、図４に示す破線Ａ−Ａ’に沿った断面模式図
を示す。

【００２６】本実施例に係わるＬＥＤ用途の半導体発光
素子をなす積層構造は、面方位を｛０００１｝（Ｃ面）
とするサファイア（アルミナ単結晶）からなる基板（１
０１）上に構成した。Ｖ族元素として窒素を含有するII
I −Ｖ族化合物半導体からなる各層はトリメチルガリウ
ム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ）をガリウム（Ｇａ）源とし、ア
ンモニア（ＮＨ₃ ）を窒素（Ｎ）源とする通常の常圧方
式の有機金属熱分解気相成長（ＭＯＣＶＤ）法で成長さ
せた。このＭＯＣＶＤ成長系により６５０℃〜１０８０
℃の成長温度範囲に於いて、基板（１０１）上に第１か
ら第４のＶ族元素として窒素を含有するIII −Ｖ族化合
物半導体層（１０２）〜（１０５）と第５の層とした電
流阻止層（１０８）とを含めて合計５層のＶ族元素とし
て窒素を含有するIII −Ｖ族化合物半導体層を順次積層
した。

【００２７】第１の層は約１０００℃で成長させた、膜
厚を約２μｍとするキャリア濃度が約１×１０¹⁸ｃｍ^-3
のｎ形ＧａＮからなる下部クラッド層（１０２）であ
る。第２の層は下部クラッド層（１０２）上に堆積され
た亜鉛（Ｚｎ）を再結合中心としてドーピングしたキャ
リア濃度を約６×１０¹⁷ｃｍ^-3とするｎ形のＩｎ_0. ₀₅Ｇ
ａ_0.95Ｎからなる発光層（１０３）である。発光層（１
０３）の成長温度は８９０℃とし、また、膜厚は約１０
０ｎｍとした。発光層（１０３）上には、第３の層とし
て成長温度１０８０℃でマグネシウム（Ｍｇ）をドーピ
ングしたキャリア濃度を約６×１０¹⁶ｃｍ^-3とした膜厚
約１００ｎｍのｐ形のＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ混晶からなる
上部クラッド層（１０４）を設けた。上記の下部クラッ
ド層（１０２）、発光層（１０３）、上部クラッド層
（１０４）でＬＥＤの発光部を構成した。上部クラッド
層（１０４）の上には、成長温度を約１０００℃として
マグネシウムを添加した膜厚を約２００ｎｍのｐ形のＧ
ａＮからなるコンタクト層（１０５）を第４の層として
設けた。コンタクト層（１０５）はキャリア濃度は約１
×１０¹⁷ｃｍ^-3であって、比抵抗にすれば約１０Ω・ｃ
ｍであった。

【００２８】ｐ形のＧａＮからなるコンタクト層（１０
５）上には、成長温度を６５０℃として、第５の電流阻
止層（１０８）に用いる高抵抗のＧａＮ層を形成した。
この高抵抗のＧａＮ層の膜厚は約５０ｎｍであり、比抵
抗は約１０³ Ω・ｃｍであった。本実施例に於ける電流
阻止層（１０８）に用いる高抵抗のＧａＮ層の比抵抗
は、それを堆積したコンタクト層（１０５）の比抵抗に
比較し約２桁高い値になっている。

【００２９】然る後、公知のフォトリソグラフィー技術
に依るパターニング技術を利用して、選択された領域に
限りＧａＮからなる下部クラッド層（１０２）の表面が
露呈するに至る迄、エッチングを進めた。露呈した下部
クラッド層（１０２）の表面上には、後に通常の真空蒸
着法等のプロセス手法により金（Ａｕ）を被着し、電極
（１０７）を形成した。

【００３０】残存する高抵抗のＧａＮ層上には更に公知
のフォトリソグラフィー技術を駆使して、後に発光の取
り出し方向に設ける台座電極（１１０）を配置する領域
をパターニングした。パターニングを施したのは平面形
状を長方形とする、表面積が１．４５×１０^-4ｃｍ² の
領域である。パターニングした領域は、台座電極（１１
０）と相似である長方形とした。この表面積は台座電極
（１１０）の表面積である１．２０×１０^-4ｃｍ² の
１．２１倍に相当した。このパターニングされた領域に
限り高抵抗のＧａＮ層を残存させながら、それ以外の領
域に在る高抵抗のＧａＮ層はエッチングにより除去し
た。これにより、残存する高抵抗のＧａＮ層は台座電極
（１１０）を配置する予定の領域のみとなり、この残存
させた高抵抗のＧａＮ層は電流阻止層（１０８）として
利用した。

【００３１】台座電極（１１０）の形成予定領域にのみ
電流阻止層（１０８）を残存させた積層構造の表面にア
ルミニウム（Ａｌ）からなる薄膜を通常の真空蒸着法に
より被着した。公知のパターニング技術及びリフトオフ
技術により、このアルミニウム薄膜を発光層（１０３）
のほぼ全域に相当するｐ形ＧａＮコンタクト層（１０
５）上に残存させ、透光性の導電性薄膜電極（１０９）
とした。この透光性の導電性薄膜電極（１０９）の膜厚
は約８０ｎｍとした。同時に電流阻止層（１０８）の表
面及び側壁周囲も上記の導電性薄膜電極（１０９）で被
覆した。然る後に、再びアルミニウムを真空蒸着し、リ
フトオフ工程等を経て、発光の取り出し方向に配置する
台座電極（１１０）を形成した。台座電極（１１０）は
図１に示す断面模式図から明かな様に、電流阻止層（１
０８）上に導電性薄膜電極（１０９）を介在して敷設さ
れており、導電性薄膜電極（１０９）とは電気的に導通
している。台座電極（１１０）の膜厚は約１３００ｎｍ
とした。

【００３２】一辺を約３５０μｍのほぼ正方形とした本
実施例に係わる半導体発光素子に、２０ｍＡの動作電流
を流通した場合に得られる特性を表１に纏める。同表に
は比較のため、本発明に係わる電流阻止層を備えていな
いが本実施例とは同様の半導体積層構成からなるＬＥＤ
の特性を従来例として示してある。本発明及び従来例共
に、ＬＥＤからの発光の中心の発光波長は４５０ｎｍで
あり、両者に差異は認められない。これは、本実施例に
係わるＬＥＤに於いても、従来例と同じく発光が再結合
中心である亜鉛によっているからである。発光スペクト
ルの半値幅を比較すれば、双方共に６５ｎｍ（本実施
例）から７２ｎｍ（従来例）の範囲であり、極端な差異
は認められない。一方発光の強度は、本発明では１．２
ｍＷであるのに対し、従来例では０．９４ｍＷであり、
本発明により約１．２８倍の向上が果たされている。こ
れは本発明に係わる電流阻止層を設けることにより、台
座電極から発光層への短絡的に流入する動作電流成分が
減少され、動作電流のほとんどが導電性薄膜電極を介し
て発光部のほぼ全域に拡散された結果、発光面積が拡張
されたことによるものである。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【発明の効果】本発明は、半導体発光素子において動作
電流の発光部への拡散が助長され発光強度を増大させる
効果が得られる。本発明は、金属等からなる透光性の導
電性薄膜電極を用いて動作電流の発光部への拡散を図る
半導体発光素子において有効に働く。本発明は、上述し
てきたような半導体層によっては動作電流の発光部への
十分な拡散が図れないＶ族元素として窒素を含有するII
I −Ｖ族化合物半導体からなる半導体発光素子において
特に有効であるが、他のIII −Ｖ族化合物半導体からな
る半導体発光素子においても同様に用いることができ
る。あるいはＶ族元素として窒素を含有するIII −Ｖ族
化合物半導体と他のIII −Ｖ族化合物半導体とを組み合
わせてなる半導体発光素子においても用いることが出来
る。特にＶ族元素として窒素を含有するIII −Ｖ族化合
物半導体からなる発光層を有する青ないし青緑色等の発
光をなすＬＥＤにおいて本発明を用いると、従来のＬＥ
Ｄに比較して発光強度の優れたＬＥＤを得ることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わるＬＥＤの断面模式図で
ある。

【図２】従来のＶ族元素として窒素を含有するIII −Ｖ
族化合物半導体からなるＬＥＤの断面模式図である。

【図３】透光性の導電性薄膜電極を設けてなる従来のＬ
ＥＤの一構造例を示す断面模式図である。

【図４】図１に示す本発明の実施例に係わるＬＥＤの平
面模式図である。

【符号の説明】

（１０１）基板（１０２）下部クラッド層（１０３）発光層（１０４）上部クラッド層（１０５）コンタクト層（１０６）電極（１０７）電極（１０８）電流阻止層（１０９）導電性薄膜電極（１１０）台座電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に形成されたＶ族元素
として窒素を含有するIII −Ｖ族化合物半導体からなる
発光層を含む発光部と、発光部上の基板と反対側の表面
上に配置された第１の電極と、該電極に対して発光層を
挟んで反対側に存する基板もしくは半導体層上に配置さ
れた第２の電極とを具備し、発光部上の基板と反対側の
表面から光を取り出す半導体発光素子に於いて、発光部上の基板と反対側の表面上に配置された第１の電
極は、回路基板等への実装或いは結線に供される台座電
極と該台座電極に導通する導電性薄膜電極からなり、該
導電性薄膜電極は発光部から放出される光に対して透過
性を有し、かつ前記台座電極と発光部の間には電流阻止
層が存し、該台座電極は該電流阻止層上に配置されてお
り、該電流阻止層は半導体発光素子をなす半導体からな
る積層構造の最上部に形成されており、かつ該電流阻止
層は比抵抗が１Ω・ｃｍ以上の高抵抗の層あるいは発光
部を構成する最上層の半導体層とは異なる導電型を有す
る半導体層からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】前記の電流阻止層は、その占有する領域
の表面積が前記の台座電極の表面積（Ｓ）に対し０．７
×Ｓ以上で２．４５×Ｓ以下であることを特徴とする請
求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】台座電極は、電流阻止層と平面形状に於
いて略相似形をなすことを特徴とする請求項２に記載の
半導体発光素子。
【請求項４】導電性薄膜電極は、発光部からの光の取
り出し面の略全面に設けられていることを特徴とする請
求項１乃至３に記載の半導体発光素子。