JP2004103709A

JP2004103709A - 半導体発光素子

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Publication number: JP2004103709A
Application number: JP2002261329A
Authority: JP
Inventors: Taiichiro Konno; 今野　泰一郎
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-06
Also published as: JP4039187B2

Abstract

【課題】比抵抗の低い良質の金属酸化物窓層（透明導電膜）を形成し、且つ動作電圧を低くして、高輝度で低価格の半導体発光素子を得ること。
【解決手段】第一導電型の基板１の上に、活性層４を導電型が異なる第一クラッド層３と第二クラッド層５で挟んだ発光部を形成し、その上に金属酸化物からなる窓層を形成し、その表面側の一部に表面電極９を形成し、上記基板の裏面に全面又は部分電極から成る裏面電極１０を形成した半導体発光素子において、上記第二クラッド層５と上記金属酸化物窓層の間に、第二導電型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）から成る第一半導体コンタクト層６と、その上のＰ系、Ｉｎ系又はＡｌ系の化合物から成る第二半導体コンタクト層７との積層構造を設ける。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高輝度の半導体発光素子、特に極めて安価で低動作電圧の半導体発光素子の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、ＧａＰの緑色、ＡｌＧａＡｓの赤色がほとんどであった。しかし、最近ＧａＮ系やＡｌＧａＩｎＰ系の結晶層をＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）で成長できるようになったことから、橙色、黄色、緑色、青色の高輝度ＬＥＤが製作できるようになってきた。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ法で形成した半導体発光ダイオード用エピタキシャルウェハにより、これまでにできなかった短波長の発光や、高輝度が得られるＬＥＤの製作が可能となった。しかし高輝度を得るためには、電流分散を良くするために窓層の膜厚を厚くする必要があり、ＬＥＤ用エピタキシャルウェハのコストが高くなり、半導体発光素子を安価に製作する事が難しかった。
【０００４】
図７にＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャルウェハを用いて作製した発光ピーク波長５９０ｎｍの黄色発光ダイオードチップを示す。全てのエピタキシャル層はＭＯＶＰＥ法によって成長している。ｎ型ＧａＡｓ基板２１の上には、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層２２、ｎ型（Ｓｅドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層２４、ｐ型（亜鉛ドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２５を順番に形成している。２３〜２５がＡｌＧａＩｎＰ４元ダブルヘテロ構造部分をなす。このＡｌＧａＩｎＰ４元ダブルヘテロ構造をなすｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２５の上に、ｐ型（亜鉛ドープ）ＡｌＧａＡｓの電流分散層２６（窓層）を形成している。２８はｐ側電極（表面電極）、２９はｎ側電極（裏面電極）である。
【０００５】
表面電極２８から供給された電流は、電流分散層２６中でチップ横方向に広がり、その結果、上部電極直下以外の領域で発光する割合を高くしている。電流分散層２６は、電気抵抗が低いほど効率良く横方向に電流を広げることができる為、電気抵抗を低くすることが望まれる。具体的には、キャリア濃度を高くすることと、膜厚を厚くすることで、低抵抗化を実現している。また、電流分散層２６は、活性層２４からの発光を透過する材料でなければならない。現状、電流分散層は、これらの条件を満足しているＡｌＧａＡｓ層（Ａｌ組成０．８以上）又は、ＧａＰ層が使われている。これらの材料の電流分散層を用いて電流を横方向に十分に広げる為には、電流分散層２６は８μｍ以上もの膜厚が必要になる。
【０００６】
発光ダイオードの製造コストを下げるためには、この窓層（電流分散層２６）の膜厚を薄くし、且つ電流の分散を良くすればよい。つまり、窓層自体の抵抗率をさらに低くすれば良い。抵抗の低いエピタキシャル層を得るためには、移動度を大幅に変える、または、キャリア濃度を高くする方法がある。
【０００７】
そこで、これらの問題を解決する方法として、窓層としてできるだけ抵抗の低い値が得られる材料として、例えばＡｌＧａＩｎＰ４元系ＬＥＤの場合には、窓層としてＧａＰやＡｌＧａＡｓが用いられたりしている。しかし、これらの抵抗率の低い材料を用いても、ｐ型で高キャリア濃度のエピタキシャル層を成長させることが難しいため、やはり電流分散効果を良くするためには、窓層の膜厚を８μｍ以上まで厚くする必要がある。また、他の半導体でそのような特性を有するものがあれば、それで代用する事ができる。しかし、その様な特性を満足する半導体は見当たらない。
【０００８】
また例えばＧａＮ系ＬＥＤの場合は、その他の方法として金属薄膜を透光性導電膜として用いている。しかし、金属薄膜は光を通すためには非常に薄くする必要があり、また十分な電流分散を得ようとすれば、透過率が悪くなってしまう。更に金属薄膜は、一般的に真空蒸着法で形成され、その真空排気時間が長い事も問題である。
【０００９】
ここで、十分な透光性を有し、且つ電流分散を得られる電気特性を有する膜として金属酸化膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）膜（酸化インジウムに錫が添加されている材料）がある。このＩＴＯ膜を電流分散膜として用いることができれば、これまで電流分散膜用として半導体層を厚くしていたが、そのエピタキシャル層が要らなくなるため、安価に高輝度のＬＥＤを生産できるようになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来技術の問題点を解決する手段としては、半導体による窓層の代わりに、キャリア濃度が非常に高く、薄い膜厚で十分な電流分散効果を得ることができる透明導電膜（ＩＴＯ膜）を用いる方法が提案されている。
【００１１】
しかしながら、通常、金属酸化物であるＩＴＯ膜を窓層に用いた場合、その上に金属電極が形成されるが、半導体層と透明導電膜の間に接触抵抗が発生してしまい、順方向動作電圧が高くなるという問題がある。
【００１２】
また一方で、半導体コンタクト層のキャリア濃度を極めて高くすることで、トンネル電流によりＬＥＤを駆動させるという方法も開示されている（ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ　ＬＥＴＴＥＲＳ，７Ｔｈ　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　１９９５，２２１０〜２２１２頁参照）。
【００１３】
しかし、この様な構造をとる場合、高キャリア濃度化が難しい半導体層をコンタクト層として用いる事ができない。また、比較的高キャリア濃度化が容易な半導体層をコンタクト層として用いても、該半導体層を構成する材料との組み合わせの問題で、比抵抗の低い良質の金属酸化物窓層が形成できない等の問題があり、ＬＥＤの順方向動作電圧が高くなってしまうという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、金属酸化物からなる窓層を備えた構造の半導体発光素子において、比抵抗の低い良質の金属酸化物窓層（透明導電膜）が形成でき、且つ動作電圧を低くする方法を提供する事により、高輝度で低価格の半導体発光素子を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１６】
請求項１の発明に係る半導体発光素子は、第一導電型の基板の上に、活性層を導電型が異なる第一クラッド層と第二クラッド層で挟んだ発光部を形成し、その上に金属酸化物からなる窓層を形成し、その表面側の一部に表面電極を形成し、上記基板の裏面に全面又は部分電極から成る裏面電極を形成した半導体発光素子において、上記第二クラッド層と上記金属酸化物窓層の間に、第二導電型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）から成る第一半導体コンタクト層と、その上のＰ系、Ｉｎ系又はＡｌ系の化合物から成る第二半導体コンタクト層との積層構造を設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１記載の半導体発光素子において、上記第二クラッド層と上記金属酸化物窓層の間に配設される積層構造の構成要素のうち、第一半導体コンタクト層が第二導電型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）から成り、その上の第二半導体コンタクト層が、Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．９）、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＡｓ（０．１≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．９）、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．１≦ｘ≦１）、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＡｓ（０．１≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．９）の何れか一つから成ることを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の半導体発光素子において、上記第二導電型の第一半導体コンタクト層の材料が活性層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有し、その第二導電型の第一半導体コンタクト層の膜厚が１ｎｍ〜１００ｎｍ以下の範囲にあることを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子において、上記第二半導体コンタクト層の材料が活性層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有し、上記第二半導体コンタクト層の膜厚が１ｎｍ〜１００ｎｍ以下の範囲にあることを特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子において、上記第二導電型の第一半導体コンタクト層のキャリア濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上であることを特徴とする。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子において、上記基板がＧａＡｓであり、発光部がＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰであることを特徴とする半導体発光素子。
【００２２】
＜発明の要点＞
発明者は上記課題を解決するべく鋭意努力し研究を行った結果、本発明に到達した。即ち、本発明は、トンネル電流を発生させるための第一半導体コンタクト層と比抵抗の低い良質の金属酸化物窓層を形成するための第二半導体コンタクト層とからなる半導体コンタクト層の積層構造をとることによって、低電圧でのトンネル電流を発生させ、極めて安価で、且つ低動作電圧の半導体発光素子を実現したものである。
【００２３】
第二半導体コンタクト層を構成する半導体層は、Ｐ系の二元から五元の化合物、またはＩｎ若しくはＡｌの二元から五元の化合物である。
【００２４】
更に、トンネル電流を起こさせる半導体層は第一半導体コンタクト層であることから、キャリア濃度は低くても良い。
【００２５】
ここで、第一半導体コンタクト層及び第二半導体コンタクト層の最適条件について触れる。
【００２６】
第一半導体コンタクト層のキャリア濃度が低いとトンネル電流が流れなくなることから、上記第一半導体コンタクト層のキャリア濃度は１×１０^１９ｃｍ^−３以上が望ましい。また第一半導体コンタクト層のキャリア濃度は、高ければ高いほど好ましい。このため第一半導体コンタクト層に用いる半導体材料は、容易に高キャリア濃度にできることが望ましい。例えばＧａＡｓなどである。
【００２７】
第一半導体コンタクト層が第二半導体コンタクト層、或いは上記コンタクト層ともに、活性層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する材料を用いている場合は、発光した光に対して吸収層となってしまうことから、ＬＥＤとしての発光出力を低下させてしまい、十分な輝度を得ることができない。このため、薄い方が望ましい。
【００２８】
第二半導体コンタクト層のキャリア濃度が低い場合は、当該第二半導体コンタクト層の膜厚が厚くなると、トンネル電流が流れなくなる。このため第二半導体コンタクト層のキャリア濃度が低い場合は、膜厚が薄ければ薄いほど良い。より好ましいのは、５ｎｍ以下である。
【００２９】
金属酸化物窓層であるＩＴＯ膜の比抵抗が高いとトンネル電流が流れなかったり、流れにくくなる。このため、金属酸化物窓層の比抵抗は低ければ低いほど好ましい。また金属酸化物窓層の比抵抗は低ければ低いほど好ましいため、第二半導体コンタクト層は、この金属酸化物窓層が形成しやすく、良質の金属酸化物窓層を得られる材料を選択することが望ましい。例えば、ＧａＡｓ層を第二半導体コンタクト層として用いるのは、好ましくない。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、実施例を中心に説明する。
【００３１】
＜実施例＞
本発明の一実施例にかかる、図１のような構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。
【００３２】
第一導電型基板であるｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐから成る第一クラッド層（第一導電型クラッド層）３、アンドープ（Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層４、ｐ型（亜鉛ドープ）（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐから成る第二クラッド層（第二導電型クラッド層）５を成長させた。３〜５がＡｌＧａＩｎＰ４元ダブルヘテロ構造部分（発光部）をなす。
【００３３】
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層までのＭＯＶＰＥ成長は、成長温度７００℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒ、各層の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／ｓ、Ｖ／ＩＩＩ比は３００〜６００で行った。Ｐ型クラッド層のキャリア濃度は５×ｌ０^１７ｃｍ^−３、ＧａＰ層のキャリア濃度は１×１０^１９ｃｍ^−３である。
【００３４】
このｐ型クラッド層５の上に、第一半導体コンタクト層６として、キャリア濃度１×１０^１９ｃｍ^−３のＧａＡｓ層を２０ｎｍ成膜し、更に第二半導体コンタクト層７のＰ系、Ｉｎ系、Ａｌ系化合物として下記表１の材料を５ｎｍ成膜した。この時の第二半導体コンタクト層のキャリア濃度は５×１０^１７ｃｍ^−３である。
【００３５】
第二半導体コンタクト層７を構成するＰ系化合物としては、Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）があり、Ｉｎ系化合物としては、Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．９）、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＡｓ（０．１≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．９）があり、Ａｌ系化合物としては、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．１≦ｘ≦１）、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＡｓ（０．１≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．９）がある。ここでは、第二半導体コンタクト層７として、ＧａＰ、Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ、ＩｎＰ、ＡｌＰ、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｐ、Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ、（Ａｌ_０．５Ｇａ_{０．５）０．５}Ｉｎ_０．５Ｐ、Ｇａ_０．１Ｉｎ_０．９Ａｓ、ＩｎＡｓ、（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．１Ｉｎ_０．９Ａｓ、Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ、ＡｌＡｓについて試作した。
【００３６】
このエピタキシャルウェハに、金属酸化物窓層となるＩＴＯ膜８をスプレー熱分解法にて、約２００ｎｍ形成した。この時の成膜温度（基板表面温度）は、４００℃である。
【００３７】
このようにして製作されたＩＴＯ膜付きエピタキシャルウェハ上のＩＴＯ膜の比抵抗を調べたところ、下記の表１及び図２のようになった。
【００３８】
このエピタキシャルウェハ上面には直径１２５μｍの円形ｐ側電極（表面電極）９を、マトリックス状に蒸着で形成した。ｐ側電極９は、金・亜鉛、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に蒸着した。更にエピタキシャルウェハ底面には、全面にｎ側電極（裏面電極）１０を形成した。ｎ側電極１０は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中４００℃で５分間行った。その後、上記ＩＴＯ膜及び電極付きエピタキシャルウェハを、チップサイズ３００μｍ角の発光ダイオードにするため、ダイシングにて切断加工して、発光ダイオードチップを製作した。
【００３９】
このようにして製作されたＬＥＤチップにつき、そのＬＥＤ特性（２０ｍＡ通電時の順方向動作電圧と発光出力）を調べたところ、下記の表１のような結果になった。
【００４０】
【表１】

【００４１】
すなわち、キャリア濃度１×１０^１９ｃｍ^−３、厚さ２０ｎｍのＧａＡｓ層から成る第一半導体コンタクト層６と、その上の第二半導体コンタクト層７であって、ＧａＰ、Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ、ＩｎＰ、ＡｌＰ、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｐ、Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ、（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ、Ｇａ_０．１Ｉｎ_０．９Ａｓ、ＩｎＡｓ、（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．１Ｉｎ_０．９Ａｓ、Ａｌ_０．１ＧａＡｓ、ＡｌＡｓのいずれか一つから成り、厚さ５ｎｍでキャリア濃度が５×１０^１７ｃｍ^−３である第二半導体コンタクト層７とを積層した積層構造を、上記第二クラッド層５と上記金属酸化物窓層たるＩＴＯ膜８と間に挿入する事により、２０ｍＡ通電時の順方向動作電圧は、表１及び図３に示すように２．００〜２．１４（Ｖ）と低くなり、また発光出力は、表１及び図４に示すように２．００〜２．４１（ｍＷ）と高い値を示した。
【００４２】
＜比較例１＞
本発明の効果を確認するため、比較例１として、図６に示した構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを製作した。
【００４３】
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層までのエピタキシャル成長方法、エピタキシャル層の構造等は、基本的に上記の実施例と同じとし、ｐ型クラッド層５の上に半導体コンタクト層１６として、ＧａＰ層を２μｍ、ＭＯＶＰＥ法で成長させた。
【００４４】
ＧａＰは、Ｖ／ＩＩＩ比１００、成長速度１ｎｍ／ｓで成長した。Ｐ型クラッド層のキャリア濃度は５×ｌ０^１７ｃｍ^−３、ＧａＰ層のキャリア濃度は１×１０^１９ｃｍ^−３である。
【００４５】
このエピタキシャルウェハに、金属酸化物窓層となるＩＴＯ膜８をスプレー熱分解法にて、約２００ｎｍ形成した。この時の成膜温度（基板表面温度）は４００℃である。
【００４６】
この時のＩＴＯ膜の比抵抗は、１．３９×１０^−４Ω・ｃｍであった。
【００４７】
ＬＥＤチップにした時のＬＥＤ特性を調べた結果、２０ｍＡ通電時の順方向動作電圧は、１１．０１Ｖであり、上記実施例の順方向動作電圧２．００〜２．１４Ｖよりも一桁高い値であった。
【００４８】
＜比較例２＞
また、比較例２として、半導体コンタクト層１６以外は上記比較例１と同じとして、半導体コンタクト層１６のみＧａＡｓ層としたエピタキシャルウェハも製作した。この時のＧａＡｓ層の膜厚は２０ｎｍである。
【００４９】
このエピタキシャルウェハに、金属酸化物窓層となるＩＴＯ膜８をスプレー熱分解法にて、約２００ｎｍ形成した。この時の成膜温度（基板表面温度）も４００℃である。この時のＩＴＯ膜は、良質の膜が形成されず、１ＴＯ膜の比抵抗は、１．５×１０^−１Ω・ｃｍであった。
【００５０】
このエピタキシャルウェハも、上記したプロセスと同じ工程により、チップサイズ３００μｍ角の発光ダイオードチップを製作した。
【００５１】
このＬＥＤは、チップ作製のための切断工程であるダイシングで、作製チップの８０％以上でＩＴＯ膜が剥がれた。またＩＴＯ膜が剥がれていないチップのＬＥＤの特性を調べた結果、２０ｍＡ通電前に、ＬＥＤが破壊され、順方向動作電圧の評価ができなかった。このため２０ｍＡ通電時の順方向動作電圧は、上記ＧａＰコンタクト層の１１．０１Ｖよりも高い事が解った。
【００５２】
以上のように、金属酸化物窓層とｐ型クラッド層の間に、第一半導体コンタクト層としてＧａＡｓ層、第二半導体コンタクト層としてＰ系、Ｉｎ系、Ａｌ系化合物の積層構造を挿入する事により、低動作電圧であり、且つ良好な発光出力を併せ持つＬＥＤを製作することができた。
【００５３】
＜他の実施例、変形例＞
上記実施例では発光部をＡｌＧａＩｎＰ４元ダブルヘテロ構造部分にて構成したが、ＧａＩｎＰで構成することもできる。
【００５４】
また上記実施例では、表面電極と裏面電極の金属層の形状が円形であるが、異形状、例えば四角、菱形、多角形等でも、同様の効果を得ることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第二クラッド層と金属酸化物窓層の間に、第二導電型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）から成る第一半導体コンタクト層と、その上のＰ系、Ｉｎ系又はＡｌ系の化合物から成る第二半導体コンタクト層との積層構造を設け、第一半導体コンタクト層でトンネル電流を発生させ、第二半導体コンタクト層で比抵抗の低い良質の金属酸化物窓層を形成するようにしたので、順方向動作電圧が低く、且つ良好な発光出力を発生するＬＥＤを、極めて安価に製作することができるようになった。すなわち、順方向動作電圧が低いため、ＬＥＤ用のエピタキシャル層の膜厚は五分の一から数十分の一まで薄くする事ができるようになった。これは、ＬＥＤを構成するエピタキシャル層の中で窓層（電流分散層）の厚さが最も厚かったためである。これにより、ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの価格を大幅に低減する事ができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面構造図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる第二半導体コンタクト層の材料とＩＴＯ膜の比抵抗の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施例にかかる第二半導体コンタクト層の材料とＬＥＤの順方向動作電圧の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例にかかる第二半導体コンタクト層の材料とＬＥＤの発光出力の関係を示すグラフである。
【図５】ＧａＡｓコンタクト層膜厚と発光出力の関係を示すグラフである。
【図６】比較例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面構造図である。
【図７】従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードチップの外観図である。
【符号の説明】
１　基板
２　バッファ層
３　第一クラッド層
４　活性層
５　第二クラッド層
６　第一半導体コンタクト層
７　第二半導体コンタクト層
８　ＩＴＯ膜（金属酸化物窓層）
９　ｐ側電極（表面電極）
１０　ｎ側電極（裏面電極）

Claims

第一導電型の基板の上に、活性層を導電型が異なる第一クラッド層と第二クラッド層で挟んだ発光部を形成し、その上に金属酸化物からなる窓層を形成し、その表面側の一部に表面電極を形成し、上記基板の裏面に全面又は部分電極から成る裏面電極を形成した半導体発光素子において、
上記第二クラッド層と上記金属酸化物窓層の間に、第二導電型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）から成る第一半導体コンタクト層と、その上のＰ系、Ｉｎ系又はＡｌ系の化合物から成る第二半導体コンタクト層との積層構造を設けたことを特徴とする半導体発光素子。
請求項１記載の半導体発光素子において、
上記第二クラッド層と上記金属酸化物窓層の間に配設される積層構造の構成要素のうち、第一半導体コンタクト層が第二導電型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）から成り、その上の第二半導体コンタクト層が、Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．９）、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＡｓ（０．１≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．９）、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．１≦ｘ≦１）、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＡｓ（０．１≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．９）の何れか一つから成ることを特徴とする半導体発光素子。
請求項１又は２記載の半導体発光素子において、
上記第二導電型の第一半導体コンタクト層の材料が活性層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有し、その第二導電型の第一半導体コンタクト層の膜厚が１ｎｍ〜１００ｎｍ以下の範囲にあることを特徴とする半導体発光素子。
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子において、
上記第二半導体コンタクト層の材料が活性層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有し、上記第二半導体コンタクト層の膜厚が１ｎｍ〜１００ｎｍ以下の範囲にあることを特徴とする半導体発光素子。
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子において、
上記第二導電型の第一半導体コンタクト層のキャリア濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上であることを特徴とする半導体発光素子。
請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子において、
上記基板がＧａＡｓであり、発光部がＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰであることを特徴とする半導体発光素子。