JP2001068731A

JP2001068731A - ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード

Info

Publication number: JP2001068731A
Application number: JP24247399A
Authority: JP
Inventors: Takashi Udagawa; 隆宇田川
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2001-03-16
Anticipated expiration: 2019-08-30
Also published as: JP4313478B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤを構成するＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体構成層に、良好な機械的接着性と良好な
電気的接合性をもって、ＧａＰ結晶体を貼付する技術手
段を明らかにする。【解決手段】ＬＥＤ構成層に金属酸化物層を介してＧａ
Ｐ結晶体を接着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】ＡｌＧａＩｎＰ発光層の上方
並びに下方の双方にＧａＰからなる発光透過層が貼付さ
れている高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】（Ａｌ_XＧａ_1-X）_YＩｎ_1-YＰ（０≦Ｘ≦
１、０＜Ｙ≦１）（以下、ＡｌＧａＩｎＰと略す）多元
混晶にあって、特に、インジウム組成比（＝１−Ｙ）を
０．５とする（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦Ｘ≦
１）は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶と良好な格子
整合性を果たせる利点もあって（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ．，５７（２７）（１９９０）、２９３７〜２
９３９頁参照）、例えば赤橙色系を出射する発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）或いはレーザーダイオード（ＬＤ）を構
成するのに利用されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．，６４（２１）（１９９４）、２８３９〜２８４
１頁参照）。これらの化合物半導体発光素子の発光部
は、光の「閉じ込め」効果を利用して高強度の発光を獲
得するために、ｐｎ接合型のダブルヘテロ（ＤＨ）接合
構造から構成するのが通例である（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．，６１（１５）（１９９２）、１７７５
〜１７７７頁参照）。

【０００３】ＡｌＧａＩｎＰ系ＤＨ構造ＬＥＤにあっ
て、発光の外部への取り出し方向にあたるＤＨ構造発光
部の上方には、窓層（ウィンドウ層）を配置するのが通
例となっている（ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．３００２（１９９
７）、１１０〜１１８頁参照）。窓層は、素子動作電流
の発光部への広範な拡散を期して電流拡散の役目も担う
結晶層であるから、出来る限り低抵抗の結晶層から構成
するのが好ましい。また、窓層は、発光層からの発光を
充分に透過できる、禁止帯幅の大きな透明材料から構成
する必要がある。

【０００４】例えば、特公平７−１２３１７１号に記載
されるＡｌＧａＩｎＰ系ＤＨ構造ＬＥＤに係わる発明に
は、第１及び第２のウィンドウ層から構成される窓層に
あって、第１のウィンドウ層をＧａＡｓから構成し、そ
の上層の第２のウィンドウ層をＧａＰから構成する例が
開示されている。第１のウィンドウ層を構成するＧａＡ
ｓ層は、ｐ形のＡｌＧａＩｎＰ障壁層上に有機金属熱分
解気相成長（ＯＭＶＰＥ）法で設けられている。また、
第２のウィンドウ層をなすＧａＰ層の層厚は、５〜１５
μｍに設定され、ＶＰＥ或いはＯＭＶＰＥ成長技術に依
り設けられている（上記の特公平７−１２３１７１号参
照）。

【０００５】また、ＡｌＧａＩｎＰ発光層の上方並びに
下方の双方向に発光を透過させるための発光透過層を配
備したＬＥＤも知られている。例えば、アメリカ合衆国
特許第５、００８、７１８号の発明に記載されるＡｌＧ
ａＩｎＰＬＥＤにあっては、例えば、ＧａＰからなる発
光透過層が発光層の上方及び下方の双方向に配置されて
いる。この従来例に開示されるＬＥＤにあって、一方の
発光透過層は気相成長（ＶＰＥ）法により成膜されたＧ
ａＰ成長層、他方の発光透過層は、基板としたＧａＡｓ
結晶を除去し、露呈されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構
成層の表面上にＧａＰ結晶体を接着させて設けられる構
成となっている。ＧａＰ成長層の層厚は、接着されるＧ
ａＰ結晶体の層厚よりも小とされており、また、各Ｇａ
Ｐ発光透過層上にオーミック電極を設けてＬＥＤが構成
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】発光層の上方並びに下
方の双方に発光を外部へ充分に透過できる窓層を配置す
れば、高輝度のＡｌＧａＩｎＰ系ＤＨ構造ＬＥＤを得る
のに好都合となるのは勿論である。ＧａＰ結晶体から窓
層を構成すれば外部発光効率が数倍に上昇する優位性が
あるとされる。しかし、ＡｌＧａＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体構成層上にＧａＰ結晶体を熱圧着手段に
依り単純に貼付する従来技術にあっては、両者間の格子
定数或いは熱膨張率の差異に因り、均一な強度で接合が
果たせない問題が生じていた。ちなみに、ＧａＰの格子
定数は約５．４５０オングストロームであり、ＧａＡｓ
のそれは約５．６５３オングストロームである（赤崎
勇編著、「ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」（（株）培風
館、１９９４年５月２０日発行初版）、１４８頁参
照）。従って、両者の格子不整合度は約３．６％に達す
る。

【０００７】また、仮に、接合が果たせても、格子不整
合性からミスフィット（ｍｉｓ−ｆｉｔ）転位が発生
し、接合領域での結晶性は乱雑なものとなるのが実際で
あった。接合近傍領域に於ける結晶欠陥の発生により、
ＬＥＤの長期の使用に於ける信頼性と動作安定性が損な
われることが指摘されている（上記の特公平７−１２３
１７１号参照）。この様な不都合は、化合物半導体結晶
体から窓層を構成する場合に必ず発生し、これは、ＬＥ
Ｄの順方向電圧を都合良く低減するのに支障を来すもの
であるとして問題となっている。

【０００８】更には、ＧａＰ窓層とＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体構成層との格子不整合性に起因する、両層の接合
界面の乱雑化は、両層間のオーミック接触性を悪化させ
る原因となっている。ＡｌＧａＩｎＰ発光層からの発光
波長に相当する禁止帯幅よりも小さなバンドギャップを
有する、例えば、導電性のＧａＡｓ結晶層を下層として
ＧａＰ窓層との導通性を高める技術手段も教示されてい
る（上記の特公平１１−１２３１７１号参照）。しかし
ながら、この従来の積層法では、発光層からの発光が吸
収され、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の高輝度化に支
障を来す難点がある。

【０００９】本発明は、発光層の上下双方向にＧａＰ結
晶体からなる窓層を設けるにあたり、（イ）ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体構成層との格子不整合性を緩和でき、
（ロ）均一な接合強度をもって貼付でき、（ハ）良好な
オーミック接触性を発現するとともに、且つ、（ニ）優
れた発光の透光性をもたらす、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体構成層上にＧａＰ窓層を設ける技術を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記の課題を
解決するべく鋭意努力検討した結果、本発明に到達し
た。即ち、本発明は、［１］ＧａＡｓ単結晶基板上に、
ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層、（Ａｌ_XＧａ
_1-X）_YＩｎ_1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１）発光層、
ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層を積層後、Ｇａ
Ａｓ単結晶基板を除去する工程を含むＡｌＧａＩｎＰ発
光ダイオードにおいて、ｎ形及びｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体構成層に金属酸化物層を介して、ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体構成層と同一の伝導形を有するＧａＰ結
晶層が貼付されていることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ
発光ダイオード、［２］ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成
層が、Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０＜Ｘ≦１）であることを特
徴とする［１］に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオー
ド、［３］ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層が、（Ａｌ
_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）であることを特
徴とする［１］に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオー
ド、［４］ＧａＰ結晶層の層厚が、３０μｍ以上で３０
０μｍ以下であることを特徴とする［１］〜［３］の何
れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、
［５］ｎ形ＧａＰ結晶層と、ｐ形ＧａＰ結晶層との層厚
の差が、２０μｍ以内であることを特徴とする［１］〜
［４］の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオ
ード、［６］金属酸化物層が、発光層から放射される発
光に対して、５０％以上の透過率を有することを特徴と
する［１］〜［５］の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎ
Ｐ発光ダイオード、［７］ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体構成層上の金属酸化物層が、第ＩＩＩ族若しくは第
ＩＶ族または第ＶＩ族の金属元素の酸化物であることを
特徴とする［１］〜［６］の何れか１項に記載のＡｌＧ
ａＩｎＰ発光ダイオード、［８］ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体構成層上の金属酸化物層が、第ＩＩ族の金属
元素の酸化物であることを特徴とする［１］〜［６］の
何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、
［９］ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属
酸化物層が、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）を９０％以上
含有することを特徴とする［１］〜［６］の何れか１項
に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード、［１０］ｎ形
のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上の金属酸化物層
が、酸化錫（ＳｎＯ₂）を９０％以上含有することを特
徴とする［１］〜［６］の何れか１項に記載のＡｌＧａ
ＩｎＰ発光ダイオード、［１１］ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体構成層上の金属酸化物層が、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）を９０％以上含有することを特徴とする［１］〜
［６］の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオ
ード、に関する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態に係わる
ＡｌＧａＩｎＰ系ＤＨ構造ＬＥＤは、例えば次の手順を
もって構成する。図１及び図２は本実施形態を説明する
ための断面構造の模式図である。（１）ｎ形或いはｐ形の導電性ＧａＡｓ単結晶等の基板
１０１上に、緩衝層１０２、ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッ
ド層１０３、ＡｌＧａＩｎＰ発光層１０４、ＡｌＧａＩ
ｎＰ上部クラッド層１０５等のＬＥＤ１０を構成するた
めに必要なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層１０２〜１
０５を、ＭＯＣＶＤ等の手段を利用してエピタキシャル
成長させて積層構造体１００Ａを構成する。（２）次に、例えば、ｎ形或いはｐ形の上部クラッド層
１０５上に、金属酸化物層１０６を被着させる。（３）次に、金属酸化物層１０６上に導電性のＧａＰ結
晶体１０７を貼付する。（４）次に、図２に掲示する如く、上記の基板１０１を
除去して、例えば、上記の上部クラッド層１０５とは反
対の伝導形である、ｎ形或いはｐ形ＡｌＧａＩｎＰ下部
クラッド層１０３の表面を露出させる。例えば、ＧａＡ
ｓから構成された基板１０１であれば、アンモニア水−
過酸化水素水−純水混合液によりＧａＡｓをエッチング
除去して下部クラッド層１０３の表面を露出させる。（５）次に、金属酸化物層１０８を、表面を露出させた
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層１０３上に被着させ
る。（６）次に、導電性のＧａＰ結晶体１０９を、金属酸化
物層１０８を介在させて貼付する。（７）次に、金属酸化物層１０６、１０８を介して貼付
したＧａＰ結晶体１０７、１０９を擁する積層構造体１
００Ｂの表裏面上にｎ形並びにｐ形のオーミック（Ｏｈ
ｍｉｃ）性電極１１０、１１１を設ける。

【００１２】以上の操作をもって、ｎ形或いはｐ形のＡ
ｌＧａＩｎＰ発光層１０４に対して、上下双方向にＧａ
Ｐ結晶体１０７、１０９からなる窓層を備えたＬＥＤ１
０を得る。

【００１３】ＧａＰ結晶体１０７、１０９を貼付する対
象となるのは、緩衝層１０２であり、上下クラッド層１
０３、１０５であり、図１及び図２には掲示していない
が電流拡散層であり、また、窓層などである。ｎ形或い
はｐ形ＡｌＧａＩｎＰ発光層１０４から放射される発光
は、緑色帯から赤色帯に及ぶ。ＧａＰ結晶体１０７、１
０９と発光層１０４との間に、この様な短波長の可視光
を吸収してしまう禁止帯幅を有する、例えば、ＧａＡｓ
等からなる結晶層を介在させると、外部への発光の取り
出し効率が低下し、高輝度のＩＩＩ族窒化物半導体発光
素子を得るのに妨げとなる。従って、第２の実施形態で
は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層を、ｎ形或いはｐ
形のＡｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０＜Ｘ≦１）とする。アルミニ
ウム組成比（＝Ｘ）は、発光波長に相応する禁止帯幅を
越える禁止帯幅を与える組成に設定されているのが好ま
しい。例えば、波長を６２０ｎｍとする赤橙色の発光に
ついては、Ｘを約０．４６以上とするｎ形或いはｐ形の
Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０．４６≦Ｘ≦１）が例示できる。

【００１４】また、第３の実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体構成層を、ｎ形或いはｐ形（Ａｌ_XＧ
ａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）とする。（Ａｌ_XＧ
ａ_1-X）_0. ₅Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）は、６００ｎｍ帯
の赤橙色発光はもとより、５５０ｎｍ帯の緑色系の発光
を透過できる２．２５ｅＶ以上の禁止帯幅を取り得るた
め、ＡｌＧａＩｎＰ発光層からの発光を透過できるから
である。この様なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層に対
しては、金属元素の酸化物からなる被膜は、単なる金属
膜よりも強固に密着する。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体構成層に堅牢な密着性を呈する金属元素の酸化物被
膜であるからこそ、その上にまた強固にＧａＰ結晶体を
接合させることができる。金属被膜よりも金属元素の酸
化物被膜に於いて、ＧａＰ結晶体とＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体構成層との頑強な接合が達成されるのは、酸化物
被膜を構成する酸素原子がＧａＰ結晶体とＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体構成層との双方に侵入して、強固な結合を
創成するためと考えられる。

【００１５】上記の如くのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構
成層上に金属酸化物層１０６、１０８を介して貼付する
ＧａＰ結晶体１０７、１０９は、ｎ形或いはｐ形の導電
性に優れるＧａＰ単結晶であるのが好ましい。例えば、
珪素（Ｓｉ）ドープのｎ形ＧａＰ単結晶とする。また、
例えば、亜鉛（Ｚｎ）ドープｐ形ＧａＰ単結晶とする。
多結晶のＧａＰを接着させても、多結晶の内部に多く存
在する粒界を流路として、素子動作電流の短絡的な流通
が発生し、発光素子を長期間に亘り安定して動作させる
のが難しくなる。オーミック電極１１０、１１１より供
給される素子動作電流を発光面へ広範囲に亘り拡散させ
るためには、接着させるＧａＰ単結晶体のキャリア濃度
はｎ形、ｐ形に拘わらず約１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上で、尚
且つ、抵抗率は約１ミリオーム・センチメートル（単
位：Ω・ｃｍ）以下の低比抵抗であるのが好ましい。

【００１６】また、接着、貼付するＧａＰ単結晶の表面
の面方位は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層のそれと
略一致させるのが好ましい。例えば、表面が｛１００｝
面から構成されているＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層
上には、面方位を｛１００｝とするＧａＰを接着、貼付
させる。また、主面からの傾斜角度（ｏｆｆａｎｇｌ
ｅ）も略一致させたＧａＰ単結晶を接着させるのが望ま
しい。また、ＧａＰ単結晶と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体構成層の結晶方位とが略平行となる様に接着させるの
が望ましい。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層
の［１１０］方向と、ＧａＰ単結晶の［１１０］方位と
をほぼ平行にして接着させる。

【００１７】また、第４の実施形態では、金属酸化物層
を介在させて貼付するｎ形またはｐ形ＧａＰ結晶体の層
厚を５０μｍ以上で３００μｍ以下の範囲とすることを
特徴としている。ＧａＰ結晶体１０７、１０９の層厚
が、従来例の如く５〜１５μｍであると（上記の特公平
７−１２３１７１号参照）、オーミック電極１１０、１
１１から供給される素子動作電流を発光層１０４の略全
面の広範囲に拡散させる効果は充分に認められない。動
作電流を充分に拡散するためには、金属酸化物層１０
６、１０８を介して接着させるＧａＰ結晶体１０７、１
０９の層厚は、望ましくは３０μｍ以上で、更に好まし
くは５０μｍとする。発光層１０４の両側に層厚が３０
０μｍを越える厚さのＧａＰ結晶体１０７、１０９を接
着させるとすると、積層構造体１００Ａの全体の層厚が
ゆうに６００μｍを越えるものとなり、ダイシング法或
いはスクライブ法等を利用して個別素子（ｃｈｉｐ）に
分離する際に素子の“欠け”や“割れ”が多発し、良品
素子歩留まりを低下させる不都合を来す。従って、金属
酸化物層１０６、１０８を介して接着させるＧａＰ結晶
体１０７、１０９の層厚は３００μｍ以下とする。

【００１８】図３は、層厚を５０μｍ以上で３００μｍ
以下の上記の好適な範囲としながらも、層厚を相違する
ＧａＰ結晶体１０７、１０９を発光層１０４の両側に配
置する一つの事例を示す模式図である。此処では、一方
のＧａＰ結晶体１０７の層厚をＤ１とし、他方のＧａＰ
結晶体１０９の層厚をＤ２（但し、Ｄ１＜Ｄ２）と仮に
している。この場合に於ける好適な形態は、発光層１０
４の両側に於いて、接着させるＧａＰ結晶体１０７、１
０９の層厚Ｄ１、Ｄ２とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成
層の層厚Ｄ３、Ｄ４（Ｄ３＞Ｄ４）との合計の層厚Ｔ１
（＝Ｄ１＋Ｄ３）、Ｔ２（＝Ｄ２＋Ｄ４）が略均等とな
る様に配置させることにある。換言すれば、層厚（＝Ｄ
４）が薄いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層１１３に
は、より層厚が大である（＝Ｄ２）のＧａＰ結晶体１０
９を接着させ、層厚が厚い（＝Ｄ３）には、より層厚
（＝Ｄ１）が小であるＧａＰ結晶体１０７を各々、接着
させて発光層１０４の両側に於ける合計の層厚Ｔ１、Ｔ
２の均等化を図る。

【００１９】また、第５の実施形態では、例えば、図３
に示される金属酸化物層１０６、１０８を介して接着さ
せるＧａＰ結晶体１０７、１０９の層厚を略同一とす
る。概ね、双方のＧａＰ結晶体１０７、１０９の層厚の
相違を望ましくは±２０μｍ以内とする。更に好ましく
は±１０μｍとする。発光層１０４の両側に配備するＧ
ａＰ結晶体１０７、１０９の層厚を略同一とすることに
より、発光層１０４に印可される歪みの均等化を図るこ
とができる。これにより、発光層１０４への局所的或い
は偏りをもった歪みの印可が避けられる。

【００２０】第６の実施形態では、例えば、図３に示さ
れる金属酸化物層１０６、１０８をＡｌＧａＩｎＰ発光
層から放射される発光について、５０％以上の透過率を
有する透明酸化物材料から構成する。発光層１０４から
放射される発光を出来るだけ吸収することなく、ＧａＰ
結晶体１０７、１０９から外部へ効率的に発光を出射さ
せるためである。

【００２１】また、金属酸化物層１０６、１０８は、導
電性を有する透明酸化物材料から構成するのが尚更のこ
と、好ましい。ＧａＰ結晶体１０７、１０９を介して発
光層１０４へ都合良く素子動作電流が流通されられるか
らである。接着させるＧａＰ結晶体１０７、１０９の伝
導形及び透明で且つ導電性を有する酸化物層１０６、１
０８の構成材料は、それを被着させるＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体結晶層（例えば、図３の１０３、１０５など）
の伝導形に依って選別する。例えば、第７の実施形態に
記載の如く、ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上
には、第ＩＩＩ族若しくは第ＩＶ族または第ＶＩ族の金
属酸化物層を介して、ｎ形のＧａＰ結晶体を貼付する。
ＧａＰ及びＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にあって、第ＩＩ
Ｉ族元素は等電子的（ｉｓｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ）
不純物である。また、第ＩＶ族及び第ＶＩ族元素は何れ
もドナー（ｄｏｎｏｒ）不純物である。この様な元素が
ＧａＰ結晶体或いはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層へ
と拡散、侵入したところで両層の伝導形がｐ形に変換さ
れない。また、高抵抗とも成り難い。従って、第７の実
施形態が記す如くの酸化物層の構成とすれば、ＧａＰ結
晶体とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との接合界面近
傍の領域でｐｎ接合が形成されるのを防止できる。即
ち、素子動作電流を滞りなく発光層へと通流できる。

【００２２】逆に、ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構
成層上には、第８の実施形態の如く、第ＩＩ族金属酸化
物層を介して、ｐ形のＧａＰ結晶体を貼付する。ＧａＰ
結晶体及びＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の接合界面
近傍の領域に於けるｐｎ接合の形成を回避するために、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体についてアクセプターとなり
得る元素を構成元素として含む酸化物を用いる。

【００２３】第ＩＩＩ族の金属元素を含む酸化物の例に
は、酸化ガリウム（Ｇａ₂Ｏ₃）や酸化インジウム（Ｉｎ
₂Ｏ₃）がある。特に、酸化インジウムは透明であり、ま
た、数ｍΩ・ｃｍ程度の低抵抗率で良好な導電性を発揮
する被膜が簡便に得られる。これより、第９の実施形態
では、第ＩＩＩ族金属酸化物層を、Ｉｎ₂Ｏ₃を主成分と
する酸化物から構成する。含有量は９０％以上が好まし
く、さらに好ましくは９５％以上とする。酸化インジウ
ムに含まれる酸化物には、例えば、酸化インジウム・錫
（ＩＴＯ）や酸化インジウム・亜鉛などがある。

【００２４】また、第１０の実施形態では、ｎ形のＧａ
Ｐ結晶体とｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層とを接
合させるために、特に、酸化錫（ＳｎＯ₂）を主成分と
する酸化物を第ＩＶ族金属元素の酸化物として利用す
る。含有量は９０％以上が好ましく、さらに好ましくは
９５％以上とする。酸化錫は、他の第ＩＶ族元素を構成
元素とする二酸化珪素（ＳｉＯ₂）などに比べれば、透
光性に優れ、且つ導電性に優れるからである。

【００２５】また、第１１の実施形態では、ｐ形ＧａＰ
結晶体とｐ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層とを接合
させるために、特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とす
る酸化物を第ＩＩ族金属元素の酸化物として利用する。
含有量は９０％以上が好ましく、さらに好ましくは９５
％以上とする。例えば、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウ
ム（Ａｌ）及びインジウム（Ｉｎ）が添加されたＺｎＯ
からは、約１ｍΩ・ｃｍ或いはそれ以下の低い抵抗率の
導電性を有する透光性被膜が形成できる。抵抗率（比抵
抗）は、一般的なホール（Ｈａｌｌ）効果測定法などに
より測定できる。

【００２６】第９〜第１１の実施形態に記す金属酸化物
層は、一般的な高周波スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒ
ｉｎｇ）法、レーザーアブレーション（ｌａｓｅｒ−ａ
ｂｌａｔｉｏｎ）法、或いは化学的気相堆積（ＣＶＤ）
法等の手段により、ｎ形或いはｐ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体構成層上に被着できる。スパッタリング法で例え
ば、ＩＴＯ被膜やＡｌドープ酸化亜鉛被膜を被着するに
際しては、被着体（ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層）
の温度を約２００℃から約４００℃として成膜すると導
電性に優れる酸化物膜が得られ易い。また、ＩＴＯやＺ
ｎＯ等の微粒子を含む懸濁液をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体構成層上に塗布して酸化物被膜を形成することもでき
る。金属酸化物層は、ＧａＰ結晶体とＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体構成層との接着をもたらす接合層として作用さ
せる。これより、何れの成膜方法に拘わらず、金属酸化
物層の最小限の層厚は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成
層の表面を略均一に被覆するのに足りるものとする。ま
た、金属酸化物層は、発光を透過する機能を併せて発揮
する必要がある。従って、金属酸化物層の最大の層厚は
透過率に顕著な低下が生じない層厚とする。この観点か
らして、金属酸化物層の好適な層厚の範囲は、２ｎｍ以
上で約１μｍ以下となる。

【００２７】上記の好適な層厚の金属酸化物層にＧａＰ
結晶体を接着させるのに際し、ＧａＰ結晶体を載置した
後、同結晶体に荷重を加え、加熱するとＧａＰ結晶体を
より強固に接着できる。加熱温度は、ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体構成層の成膜温度未満の温度とするのが望まし
く、好ましくは約２００℃以上で約６００℃以下であ
る。例えば、スパッタリング法で成膜した多結晶或いは
非晶質の固体の酸化物被膜ではなく、ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体構成層表面上に金属酸化物の微粒子を含む懸濁
液を塗布してなる液状の被膜を介してＧａＰ結晶体を接
着させる手段に依れば、接着時に亀裂を発生させること
無く、両層を密着させることができる利点がある。液体
被膜が双方の層の格子不整合性を緩和する緩衝材料とし
て作用しつつ、多結晶体或いは単結晶体として固化する
からである。液体被膜を、減圧または真空雰囲気内で緩
やかに昇温して加熱処理を施す手段に依れば、格子不整
合性緩衝材としての液体被膜からの脱泡が促進され、よ
り均一な密着度をもってＧａＰ結晶体が接着できる。脱
泡を促すには、１０^-5トール（単位：Ｔｏｒｒ）程度の
高真空度は必ずしも必要ではなく、０．１トール程度の
減圧度でも構わない。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を、実施例を基に詳細に説明す
る。図４は本実施例に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構
成するにあたり母体材料として利用したエピタキシャル
積層構造体２０Ａの断面模式図である。また、図５は、
図４に示す母体材料を出発材料として構成されたＡｌＧ
ａＩｎＰＬＥＤ２０の断面構造を示す模式図である。

【００２９】ＬＥＤ２０を作製するにあたり、先ず、直
径５０ｍｍのＺｎドープｐ形（００１）−ＧａＡｓ単結
晶円形基板４０１上に、減圧ＯＭＶＰＥ法により順次積
層した、Ｚｎドープｐ形ＧａＡｓ緩衝層４０２、Ｚｎド
ープｐ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3） _0.5Ｉｎ_0.5Ｐから成る下部
クラッド層４０３、アンドープのｎ形（Ａｌ_0.2Ｇ
ａ₀ _.8）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ混晶から成る発光層４０４、及び
ｎ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐから成る上部クラ
ッド層４０５のから構成されるエピタキシャル積層構造
体２０Ａを母体材料として形成した。構造体２０Ａの各
成長層４０２〜４０５は、トリメチルアルミニウム
（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃
Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ）を
ＩＩＩ族構成元素の原料とし、ホスフィン（ＰＨ₃）を
リン源として７３０℃で成膜した。亜鉛のドーピング源
には、ジエチル亜鉛（（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎ）を利用した。
緩衝層４０２のキャリア濃度は約２×１０¹⁸ｃｍ^-3と
し、層厚は約０．５μｍとした。下部クラッド層４０３
のキャリア濃度は約３×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚は約５
μｍとした。引き続き７３０℃で成膜した発光層の４０
４のキャリア濃度は約５×１０ ¹⁶ｃｍ^-3とし、層厚は約
１２０ｎｍとした。また、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）をドー
ピング源としたＳｉドープｎ形上部クラッド層４０５の
キャリア濃度は約１×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚は約３μ
ｍとした。

【００３０】積層構造体２０Ａの形成を終了した後、冷
却して、ＭＯＣＶＤ成長炉より積層構造体２０Ａを取り
出した。ｎ形上部クラッド層４０５の、表面の中央部及
び周縁の数箇所に、市販のＳｎＯ₂コロイダル液を滴下
した後、積層構造体２０Ａを毎分約１０００回の割合で
回転し、上部クラッド層４０５の表面を略均一に約１０
０ｎｍの厚さの酸化錫液状被膜で被覆した。次に、酸化
錫液体被膜上に直径を約５０ｍｍとするＳｉドープのｎ
形ＧａＰ単結晶体４０７を、積層構造体２０Ａと中心を
略一致させて載置した。ｎ形ＧａＰ単結晶体４０７の表
面の面方位は基板１０１と同じく（００１）であり、厚
さは約１２０μｍとした。また、ＧａＰ単結晶体１０１
のキャリア濃度は約１×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。ｎ形Ｇ
ａＰ単結晶体４０７の上に、更に、直径を約６０ｍｍと
し、重さを約２００グラム（ｇ）とするＳｉドープｎ形
ＧａＰインゴットの小片を載置した。

【００３１】次に、ＧａＰインゴト小片を載置したまま
の状態で、積層構造体２０Ａを室温に於いて一般的な真
空加熱炉内に挿入した。然る後、真空加熱炉内を排気し
て約０．１トールに減圧した。この真空度を保ちなが
ら、室温より８０℃に約５℃／分の速度で昇温した。８
０℃に到達後、３０分間に亘り同温度に保持した。続け
て、１２０℃に２℃／分の速度で昇温した。昇温後、１
２０℃に３０分間保持した。保持後、更に、２５０℃に
毎分２０℃の速度で昇温し、同温度に３０分間保持し
た。保持後、８０℃に約１０℃／分の速度で降温した。
８０℃から室温迄は自然冷却した。以上の加熱、冷却操
作により液状被膜を固化させて、酸化錫を主成分とする
金属酸化物層４０６を形成する共に、ｎ形ＧａＰ結晶体
４０７をｎ形上部クラッド層４０５に接合させた。

【００３２】次に、ｎ形ＧａＰ結晶体４０７を一般的な
耐熱ガラス製プレート（図示せず。）上に耐酸性ワック
スで固定して、積層構造体２０Ａを支持した。耐熱ガラ
スプレートに固着させたままの状態で、発光層４０４を
挟んでガラスプレートと対向する側に在るｐ形ＧａＡｓ
基板４０１を、アンモニア水・過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）・
純水（Ｈ₂Ｏ）からなる混合水溶液中に浸し、エッチン
グして除去した。また、併せて、ｐ形ＧａＡｓ基板４０
１上に堆積してあったｐ形ＧａＡｓ緩衝層４０２をも除
去した。

【００３３】次に、ガラスプレートに積層構造体２０Ａ
を保持したままで、ｐ形ＧａＡｓ基板４０１及びｐ形Ｇ
ａＡｓ緩衝層４０２を除去して露呈した、ｐ形下部クラ
ッド層４０３の表面の全面に市販のＺｎＯ懸濁液を塗布
した。塗布時には、積層構造体２０Ａを毎分約１０００
回で回転させた。酸化亜鉛の液状被膜上には、積層構造
体２０Ａの中心に合致させて、Ｚｎドープｐ形ＧａＰ単
結晶体４０９を載置した。ｐ形ＧａＰ結晶体４０９の面
方位は、（００１）とし、厚さは約１２０μｍとした。
次に、ｐ形ＧａＰ結晶体４０９の上に、重量を約２００
ｇとする亜鉛ドープのＧａＰインゴット小片を載置し
た。インゴット小片は直径を約６０ｍｍとし、高さが約
１７ｍｍの円柱とした。

【００３４】次に、ＧａＰインゴト小片を載置したまま
の状態で、積層構造体２０Ａを室温に於いて一般的な真
空加熱炉内に再び挿入した。然る後、真空加熱炉内を排
気して約０．１トールに減圧した。この真空度を保ちな
がら、室温より８０℃に約５℃／分の速度で昇温した。
８０℃に到達後、３０分間に亘り同温度に保持した。続
けて、１２０℃に２℃／分の速度で昇温した。昇温後、
１２０℃に３０分間保持した。保持後、更に、２００℃
に毎分１０℃の速度で昇温し、同温度に４０分間保持し
た。保持後、８０℃に約１０℃／分の速度で降温した。
８０℃から室温迄は自然冷却した。以上の加熱、冷却操
作により酸化亜鉛の液状被膜を固化させて、酸化亜鉛を
主成分とする金属酸化物層４０８を形成する共に、ｐ形
ＧａＰ結晶体４０９をｐ形下部クラッド層４０３に接合
させた。冷却して真空加熱炉より積層構造体２０Ａを取
り出した後、耐熱ガラスプレート（図示せず）に貼付し
た上記のワックスを有機溶剤で溶解し、積層構造体２０
Ａを耐熱ガラスプレートから外した。発光層４０４に対
して上下方向にＧａＰ結晶体４０７、４０９の接着を終
了した時点で、積層構造体２０Ａには亀裂、破断は視認
されなかった。積層構造体２０Ａを有機溶剤で洗浄した
後、ｎ形ＧａＰ結晶体４０７の表面上には、公知のフォ
トリソグラフィー技術を利用したパターニング手段を介
して、直径を約１１０μｍとする円形のｎ形オーミック
電極４１０を設けた。ｎ形オーミック電極４１０は、ｎ
形ＧａＰ結晶体４０７に接する下層部４１０ａを金（Ａ
ｕ）−ゲルマニウム（Ｇｅ）とし、上層部４１０ｂをＡ
ｕから構成した。ｎ形のオーミック性を付与するための
アロイ（合金化）処理は、４２０℃で１０分間行った。
また、ｐ形ＧａＰ結晶体４１１の略全面には、Ａｕ−Ｚ
ｎ合金膜を被着させてｐ形オーミック電極４１１となし
た。ｐ形のオーミック性を付与するためのアロイは４２
０℃で５分間とした。

【００３５】次に、表裏面に電極４１０、４１１が形成
された積層構造体２０Ａを一般的なダイシング（ｄｉｃ
ｉｎｇ）手段及びスクライブ手段を併用して、底面を一
辺を約３００μｍとする個別素子（チップ）に分割し
て、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０を構成した（図４及び図
５参照）。両電極４１０，４１１間に順方向に２０ミリ
アンペア（ｍＡ）の電流を通流したところ、電極４１０
の外周囲の略全面からほぼ均等な赤橙色の発光が得られ
た。分光器により測定された発光波長は約６２０ｎｍで
あった。また、発光スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は
約２０ｎｍであり、単色性に優れうる発光が得られた。
チップ状態での発光強度は約７６ミリカンデラ（ｍｃ
ｄ）に到達した。

【００３６】また、発光層４０４の両側に於いて、配置
するＧａＰ結晶体４０７、４０９の層厚を約１２０μｍ
と略同一とて、発光層４０４の両側での構成層とＧａＰ
結晶体との合計の層厚を略同一としたために、７５ｍＡ
の順方向電流を５０時間通流した後に於いても発光強度
の然したる劣化は認められず、連続駆動に於いて動作信
頼性に優れるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ２０となった。

【００３７】また、通常のＥＢＩＣ法により（日本電子
顕微鏡学会関東支部編集、「先端材料評価のための電子
顕微鏡技法」（（株）朝倉書店、１９９１年１２月１５
日発行、初版第１刷）、８４〜８７頁参照）、ＧａＰ結
晶体４０７、４０９と上、下クラッド層４０３、４０５
との接合界面近傍の領域には、ｐｎ接合が形成されてい
ないことが示された。これに起因して、順方向電圧（＠
２０ｍＡ）は約２．２ボルト（Ｖ）であり、そのバラツ
キも２．２Ｖ±０．１Ｖと小であった。

【００３８】

【発明の効果】本発明では、発光層の上下の双方向に発
光を外部に透過するのに好都合となるＧａＰ結晶体を、
金属酸化物層を介在させて設けることとしたので、ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体構成層との間の格子不整合性を緩
和しつつ、従って、亀裂等を発生させることなく、Ｇａ
Ｐ結晶体が接着でき、高輝度のＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤ
が提供できる。

【００３９】本発明に依れば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体に対してドナー成分を構成元素として含む酸化物層を
介在させてｎ形ＧａＰ結晶体をｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体構成層に接着させることとしたので、ｎ形構成層
とｎ形ＧａＰ結晶体の伝導形に変化を来すことなく、ま
た、高抵抗領域或いはｐｎ接合領域の発生を抑制しつ
つ、ｎ形ＧａＰ結晶体を接着できるので、順方向電圧が
低減されたＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤが提供できる。

【００４０】また、本発明では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体に対してアクセプター成分を構成元素として含む酸
化物層を介在させてｐ形ＧａＰ結晶体をｐ形ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体構成層に接着させることとしたので、ｐ
形構成層とｐ形ＧａＰ結晶体の伝導形に変化を来すこと
なく、また、高抵抗領域或いはｐｎ接合領域の発生を抑
制しつつ、ｐ形ＧａＰ結晶体を接着できるので、順方向
電圧が低減されたＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤが提供でき
る。

【００４１】本発明に依れば、接着するｎ形及びｐ形Ｇ
ａＰ結晶体の層厚を略同一とすることとしたので、Ａｌ
ＧａＩｎＰ系発光層に印可される歪み量の均等化が図
れ、動作信頼性に優れるＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤが提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＧａＰ結晶体を接着させる手順を説明するため
の第１の断面模式図である。

【図２】ＧａＰ結晶体を接着させる手順を説明するため
の第２の断面模式図である。

【図３】ＧａＰ結晶体が接着された積層構造体の断面構
造例であって、特に、構造体構成層の層厚の関係を説明
するための模式図である。

【図４】実施例１に記載のＬＥＤの、母体材料の構成を
示す断面模式図である。

【図５】実施例１に記載のＬＥＤの断面構造を示す模式
図である。

【符号の説明】

１０ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ２０ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ２０Ａ積層構造体１００Ａ積層構造体１００Ｂ積層構造体１０１単結晶基板１０２緩衝層１０３下部クラッド層１０４発光層１０５上部クラッド層１０６金属酸化物層１０７ＧａＰ結晶体１０８金属酸化物層１０９ＧａＰ結晶体１１０ｎ形オーミック電極１１１ｐ形オーミック電極４０１ｐ形ＧａＡｓ単結晶基板４０２ｐ形ＧａＡｓ緩衝層４０３ｐ形ＡｌＧａＩｎＰ系下部クラッド層４０４ＡｌＧａＩｎＰ系発光層４０５ｎ形ＡｌＧａＩｎＰ系上部クラッド層４０６酸化錫固化層４０７ｎ形ＧａＰ結晶体４０８酸化亜鉛固化層４０９ｐ形ＧａＰ結晶体４１０ＡｕＧｅ／Ａｕｎ形オーミック電極４１１ＡｕＺｎｐ形オーミック電極Ｄ１ＧａＰ結晶体の層厚Ｄ２ＧａＰ結晶体の層厚Ｄ３ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の層厚Ｄ４ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層の層厚Ｔ１ＧａＰとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との
合計の層厚Ｔ２ＧａＰとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との
合計の層厚

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＧａＡｓ単結晶基板上に、ｎ形のＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体構成層、（Ａｌ_XＧａ_1-X）_YＩｎ_1-YＰ
（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１）発光層、ｐ形のＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体構成層を積層後、ＧａＡｓ単結晶基板を
除去する工程を含むＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードにお
いて、ｎ形及びｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層
に金属酸化物層を介して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構
成層と同一の伝導形を有するＧａＰ結晶層が貼付されて
いることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項２】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層が、Ａｌ
_XＧａ_1-XＡｓ（０＜Ｘ≦１）であることを特徴とする請
求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項３】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層が、（Ａ
ｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）であることを
特徴とする請求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオ
ード。
【請求項４】ＧａＰ結晶層の層厚が、３０μｍ以上で３
００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何
れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項５】ｎ形ＧａＰ結晶層と、ｐ形ＧａＰ結晶層と
の層厚の差が、２０μｍ以内であることを特徴とする請
求項１〜４の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダ
イオード。
【請求項６】金属酸化物層が、発光層から放射される発
光に対して、５０％以上の透過率を有することを特徴と
する請求項１〜５の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ
発光ダイオード。
【請求項７】ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上
の金属酸化物層が、第ＩＩＩ族若しくは第ＩＶ族または
第ＶＩ族の金属元素の酸化物であることを特徴とする請
求項１〜６の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダ
イオード。
【請求項８】ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上
の金属酸化物層が、第ＩＩ族の金属元素の酸化物である
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のＡ
ｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項９】ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上
の金属酸化物層が、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）を９０
％以上含有することを特徴とする請求項１〜６の何れか
１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項１０】ｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層
上の金属酸化物層が、酸化錫（ＳｎＯ₂）を９０％以上
含有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に
記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項１１】ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層
上の金属酸化物層が、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を９０％以上
含有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に
記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。