JP2004103710A

JP2004103710A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP2004103710A
Application number: JP2002261330A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Arai; 新井　優洋; Taiichiro Konno; 今野　泰一郎; Hiromi Usui; 薄井　浩美
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

Abstract

【課題】金属酸化物窓層から半導体コンタクト層へのＩｎ拡散を抑止し、低電圧でのトンネル電流を発生させることで、極めて安価で、且つ低動作電圧の半導体発光素子を得る。
【解決手段】第一導電型の基板１の上に、活性層４を導電型が異なるクラッド層３、５で挟んだ発光部を形成し、その上に第二導電型のコンタクト層６、その上に金属酸化物の窓層７を形成し、その表面側の一部に表面電極８を形成し、上記基板１の裏面に全面又は部分電極から成る裏面電極９を形成した半導体発光素子において、上記金属酸化物窓層７を、上記第二導電型コンタクト層６上に形成された成膜温度が３５０℃以下の低温形成部７ａと、その上に形成された成膜温度が４５０℃以上の高温形成部７ｂからなる膜の積層構造にする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属酸化物窓層を備えた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、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）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（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ：有機金属化学気相エピタキシー）法で形成したエピタキシャルウェハは、これまでに無かった短波長の発光や、高輝度を示すＬＥＤの製作を可能とした。しかし、高輝度を得るためには、窓層（電流分散層）の膜厚を厚く成長させる必要があり、このためＬＥＤ用エピタキシャルウェハの製造コストが高くなってしまう事が問題であった。
【０００４】
図６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を用いる手法が常套となっている。例えばＡｌＧａＩｎＰ４元系の場合には、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。従って、ＬＥＤ全体の製造コストの内、大部分を窓層のエピタキシャル成長が占めていた。
【０００８】
この窓層を薄くするためには、窓層自体の抵抗率をさらに低くすることが考えられる。移動度を大幅に変える事は困難である事から、キャリア濃度を高くしようと試みられているが、現段階では窓層を薄くできるほどキャリア濃度を高くすることはできない。
【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）が注目される。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、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、エピタキシャルウェハ最上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、金属酸化物窓層となるＩＴＯ膜を高温で成膜する方法では、ＩＴＯ膜からのＩｎ拡散が起こってしまい、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酸化物窓層（透明導電膜）を備えた構造の半導体発光素子において、金属酸化物窓層から半導体コンタクト層へのＩｎ拡散を抑止し、低電圧でのトンネル電流を発生させることで、極めて安価で、且つ低動作電圧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クラッド層で挟んだ発光部を形成し、その上に第二導電型のコンタクト層、その上に金属酸化物の窓層を形成し、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、上記金属酸化物窓層が、上記第二導電型コンタクト層上に形成された低温形成部と、その上に形成された高温形成部からなる膜の積層構造を有することを特徴とする。
【００１７】
Ｉｎは、結晶成長時において、高温で成長する時間が長ければ長いほど拡散しやすい傾向がある。よって、ここでは、全体を高温形成部のみを成長するものではなく、高温形成部と低温形成部の二つに別けて成長することにより、従来よりも高温成形部にかける成長時間が短くなり、よって、Ｉｎの拡散が抑えられる。また、低温形成部は高温形成部よりよりもＩｎが拡散しにくいという性質があるので、高温形成部より拡散してくるＩｎを低温形成部が拡散防止するという効果もある。
【００１８】
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、上記金属酸化物窓層の低温形成部の成膜温度が３５０℃以下であり、高温形成部の成膜温度が４５０℃以上であることを特徴とする。
【００１９】
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、上記金属酸化物窓層の低温形成部の膜厚が１ｎｍ〜１０ｎｍであり、高温形成部の膜厚が５０ｎｍ以上であることを特徴とする。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体発光素子において、上記第二導電型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５の発明は、請求項１乃至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する第二導電型半導体であり、該第二導電型コンタクト層の膜厚が少なくとも１ｎｍ以上保有し、さらに１００ｎｍ以下の範囲にあることを特徴とする。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項１乃至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。
【００２３】
＜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、透明導電膜である金属酸化物窓層を低温形成部と高温形成部からなる膜の積層構造をとることによって、高温形成部から半導体コンタクト層へのＩｎ拡散を抑止し、低電圧でのトンネル電流を発生させることで、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。
【００２４】
上記金属酸化物窓層を構成する低温形成部と高温形成部の膜は、第二導電型コンタクト層上に積層する順序として低温形成部が下になるように、まず低温形成部から成膜する。このときの成膜温度は、低温形成部の成膜温度が３５０℃以下であり、高温形成部の成膜温度が４５０℃以上である。
【００２５】
ここで、金属酸化物窓層の低温形成部と高温形成部の膜厚、及びコンタクト層の膜厚の最適条件について触れる。
【００２６】
金属酸化物窓層の低温形成部の膜厚が厚すぎると、高抵抗の低温形成部とコンタクト層との接触が支配的になり、トンネル電流が流れなくなることから、順方向電圧が高くなってしまう。また、金属酸化物窓層の高温形成部の膜厚が薄すぎると、上記の低温形成部と同様の現象が起こり、トンネル電流が流れなくなることから、順方向電圧が高くなってしまう。しかも、十分な電流分散効果を得ることができない。このことから、金属酸化物窓層の低温形成部と高温形成部の膜厚には、最適値がある。
【００２７】
金属酸化物窓層と接する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。しかしＧａＡｓなどの、発光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半導体材料によって構成されたコンタクト層は、活性層より発光した光に対し光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。このことから、コンタクト層の膜厚には最適値がある。
【００２８】
【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。
【００２９】
＜従来例＞
説明の便宜上、試作した従来例から説明する。
【００３０】
図５（ａ）は、試作した従来の赤色帯ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの素子構造を示す断面図、図５（ｂ）は、その時の各層のＩｎ濃度プロファイルを示す図である。なお、Ｉｎ濃度プロファイルはＳＩＭＳ測定で求め、その絶対値は標準サンプルを用いて校正している。
【００３１】
図５（ａ）に示した構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを作製した。ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型ＧａＡｓバッファ層（膜厚５００ｎｍ、Ｓｅドープ、１×１０^１８ｃｍ^−３）２、ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層（膜厚５００ｎｍ、Ｓｅドープ、５×１０^１７ｃｍ^−３）３、アンドープ（Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層（膜厚６００ｎｍ）４、ｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層（膜厚１０００ｎｍ、Ｚｎドープ、４×１０^１７ｃｍ^−３）５を成長させ、その上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層（Ｚｎドープ、３×１０^１９ｃｍ^−３）６を５０ｎｍ成長させた。
【００３２】
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７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４５０℃に設定した。エピタキシャルウェハ上面には直径１２５μｍの円形のｐ側電極８を、マトリックス状に蒸着で形成した。ｐ側電極８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９を形成した。ｎ側電極９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、ダイシング等でチップサイズ３００μｍ角のチップを形状に加工し、更にダイボンディング、ワイヤボンディングを行ってＬＥＤを製作した。
【００３３】
このＬＥＤのＬＥＤ特性を調べた結果、発光出力は、１．１０ｍＷ、順方向動作電圧（２０ｍＡ通電時）は、５．２４Ｖであった。
【００３４】
＜実施形態１＞
図１（ａ）は、本発明の実施形態にかかる赤色帯ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの素子構造を示す断面図、図１（ｂ）は、その時の各層のＩｎ濃度プロファイルを示す図である。なお、Ｉｎ濃度プロファイルはＳＩＭＳ測定で求め、その絶対値は標準サンプルを用いて校正している。
【００３５】
本発明の第一の実施形態にかかる試作例として、図１（ａ）のような構造の、発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを、次のように作製した。エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層の構造等は、基本的に上記の従来例と同じとし、また、電極形成方法及び電極形状も基本的に上記の従来例と同じとした。更にプロセス加工及びワイヤボンディング工程も、上記の従来例と同じとした。
【００３６】
詳述するに、第一導電型基板であるｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型ＧａＡｓバッファ層（膜厚５００ｎｍ、Ｓｅドープ、１×１０^１８ｃｍ^−３）２、ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層（膜厚５００ｎｍ、Ｓｅドープ、５×１０^１７ｃｍ^−３）３、アンドープ（Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層（膜厚６００ｎｍ）４、ｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層（膜厚１０００ｎｍ、Ｚｎドープ、４×１０^１７ｃｍ^−３）５を成長させ、その上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層（Ｚｎドープ、３×１０^１９ｃｍ^−３）６を５０ｎｍ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。
【００３７】
そして、上記したｐ型コンタクト層６の表面に、金属酸化物窓層であるＩＴＯ膜を、スプレー熱分解法にて、低温形成部７ａと高温形成部７ｂからなる２層構造の膜として成膜した。ここでは試作例として、ＩＴＯ膜の低温形成部７ａを、それぞれ成膜温度３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃と変化させて１０ｎｍずつ成膜し、さらにこれらの試料に対し、高温形成部７ｂをそれぞれ成膜温度３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃と変化させて１９０ｎｍずつ成膜した。
【００３８】
このエピタキシャルウェハ上面に、直径１２５μｍの円形のｐ側電極（表面電極）８を、マトリックス状に蒸着で形成した。ｐ側電極８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）９を形成した。ｎ側電極９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、ダイシング等でチップサイズ３００μｍ角のチップ形状に加工し、更にダイボンディング、ワイヤボンディングを行ってＬＥＤ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及び表２のような結果になった。
【００４０】
【表１】

【００４１】
【表２】

【００４２】
表１及び表２において、符号ｃ、ｄ、ｇ、ｈを付けた試料が本発明の実施例であり、本発明の要件である「低温形成部の成膜温度が３５０℃以下であり、高温形成部の成膜温度が４５０℃以上である」を満たす。他の試料はこれに対する比較例となるものである。表１から判るように、この実施例ｃ、ｄ、ｇ、ｈについては、順方向電圧が２Ｖ前後であり、これ以外の比較例よりも段違いに低い動作電圧のＬＥＤとなる。また、従来例（図５）のＬＥＤの順方向動作電圧５．２４Ｖよりも、更に段違いに低い動作電圧のＬＥＤとなる。
【００４３】
また、表２から判るように、この実施例ｃ、ｄ、ｇ、ｈのＬＥＤは、その発光出力についても、２ｍＷ台という大きな値が得られる。これ以外の試料である比較例のＬＥＤは１ｍＷ前後であり、また従来例（図５）のＬＥＤの発光出力は１．１０ｍＷであるから、実施例ｃ、ｄ、ｇ、ｈのＬＥＤは、これらの２倍近い発光出力が得られる。
【００４４】
図１（ａ）構造のＬＥＤの上記試作例（表１及び表２）において、順方向動作電圧が２Ｖ前後であったもの（実施例ｃ、ｄ、ｇ、ｈ）について、各層のＩｎ濃度プロファイルをＳＩＭＳ分析により測定した所、図１（ｂ）に示すようになり、ｐ型コンタクト層６へのＩｎの拡散が抑えられている事が確認された。
【００４５】
これに対し、順方向動作電圧が６Ｖ前後であったもの（表１及び表２中の比較例）について、同様に各層のＩｎ濃度プロファイルをＳＩＭＳ分析により測定した所、図５（ｂ）に示すようになり、ｐ型コンタクト層６へのＩｎ拡散が起きていることが確認された。
【００４６】
以上のように、金属酸化物窓層であるＩＴＯ膜の低温形成部を、成膜温度３５０℃以上で形成し、さらに、高温形成部を、成膜温度４５０℃以上で形成したことにより、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。
【００４７】
＜実施形態２＞
本発明の第二の実施形態にかかる試作例として、図１（ａ）のような構造の、発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを、次のように作製した。
【００４８】
すなわち、エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層の構造等は、基本的に上記の従来例と同じとし、また、電極形成方法及び電極形状も基本的に上記の従来例と同じとした。更にプロセス加工及びワイヤボンディング工程も、上記の従来例と同じとした。
【００４９】
そして、ｐ型コンタクト層６の表面に、金属酸化物窓層であるＩＴＯ膜をスプレー熱分解法にて、低温形成部７ａと高温形成部７ｂからなる２層構造を成膜した。該ＩＴＯ膜の低温形成部７ａは、成膜温度３５０℃で、膜厚をそれぞれ１ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ成膜し、さらに高温形成部７ｂを成膜温度４５０℃で１９０ｎｍ成膜した。すなわち、上記表１及び表２の実施例ｇについて、低温形成部７ａと高温形成部７ｂの厚みを変化させたＬＥＤの試料を製作した。
【００５０】
このようにして製作されたＬＥＤのＬＥＤ特性を調べた結果、図２に示す関係が得られた。すなわち、ＩＴＯ膜の低温形成部７ａの膜厚が、それぞれ１ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍであった時、順方向電圧（２０ｍＡ通電時）が、それぞれ２．０５Ｖ、２．０３Ｖ、２．０５Ｖ、４．９５Ｖであり（図２）、またこのときの発光出力は２．０４μｍＷ、２．０５ｍＷ、２．１１μｍＷ、１．１５ｍＶであった。よって、金属酸化物窓層の低温形成部の膜厚は図２中で１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲とするのが好ましい。
【００５１】
また、図１（ａ）構造のＬＥＤにおいて、順方向動作電圧が２Ｖ前後であったものについて、各層のＩｎ濃度プロファイルをＳＩＭＳ分析により測定した所、図１（ｂ）に示すようになり、ｐ型コンタクト層６へのＩｎの拡散が抑えられている事が確認された。また、同様に順方向動作電圧が５Ｖ前後であったものについて、各層のＩｎ濃度プロファイルをＳＩＭＳ分析により測定した所、図５（ｂ）に示すようになり、ｐ型コンタクト層６へのＩｎ拡散が起きていることが確認された。
【００５２】
以上のように、金属酸化物窓層であるＩＴＯ膜の低温形成部の膜厚を、１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲に限定して形成したことによって、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】
＜実施形態３＞
本発明の第三の実施形態にかかる試作例として、図１（ａ）のような構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを、次のように作製した。
【００５４】
すなわち、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型ＧａＡｓバッファ層（膜厚５００ｎｍ、Ｓｅドープ、１×１０^１８ｃｍ^−３）２、ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層（膜厚５００ｎｍ、Ｓｅドープ、５×１０^１７ｃｍ^−３）３、アンドープ（Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層（膜厚６００ｎｍ）４、ｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層（膜厚１０００ｎｍ、Ｚｎドープ、４×１０^１７ｃｍ^−３）５を成長させ、その上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層（膜厚５０ｎｍ、Ｚｎドープ）６を順次成長させた。
【００５５】
この時の上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６のキャリア濃度を、それぞれ５×１０^１８ｃｍ^−３、８×１０^１８ｃｍ^−３、１×１０^１９ｃｍ^−３（実施例ｑ）、３×１０^１９ｃｍ^−３（実施例ｒ）とした。
【００５６】
また、電極形成方法及び電極形状は基本的に上記の従来例と同じとした。更にプロセス加工及びワイヤボンディング工程も、上記の従来例と同じとした。
【００５７】
そして、ｐ型コンタクト層６の表面に、金属酸化物窓層であるＩＴＯ膜をスプレー熱分解法にて、低温形成部７ａと高温形成部７ｂからなる２層構造を成膜した。ＩＴＯ膜の低温形成部７ａは、成膜温度３５０℃で、膜厚を１０ｎｍ成膜し、さらに高温形成部を成膜温度４５０℃で１９０ｎｍ成膜した。
【００５８】
このようにして製作されたＬＥＤのＬＥＤ特性を調べた結果、図３に示す関係が得られた。すなわち、上記ｐ型コンタクト層６のキャリア濃度が、それぞれ５×１０^１８ｃｍ^−３、８×１０^１８ｃｍ^−３、１×１０^１９ｃｍ^−３（実施例ｑ）、３×１０^１９ｃｍ^−３（実施例ｒ）であった時、順方向電圧（２０ｍＡ通電時）が、それぞれ５．６２Ｖ、５．３５Ｖ、２．０５Ｖ（実施例ｑ）、２．０４Ｖ（実施例ｒ）であり（図３）、またこのときの発光出力は１．０５ｍＷ、１．１３ｍＷ、２．１１　ｍＷ（実施例ｑ）、２．１６ｍＷ（実施例ｒ）であった。よって、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃度は図３中の１×１０^１９ｃｍ^−３以上の範囲とするのが好ましい。
【００５９】
また、図１（ａ）構造のＬＥＤにおいて、順方向動作電圧が２Ｖ前後であったもの（実施例）について、各層のＩｎ濃度プロファイルをＳＩＭＳ分析により測定した所、図１（ｂ）に示すようにｐ型コンタクト層６へのＩｎの拡散が抑えられている事が確認された。
【００６０】
また、同様に順方向動作電圧が５Ｖ〜６Ｖ程度であったもの（比較例）について、各層のＩｎ濃度プロファイルをＳＩＭＳ分析により測定した所、図５（ｂ）に示すようになり、ｐ型コンタクト層６へのＩｎ拡散が起きていることが確認された。
【００６１】
以上のように、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃度を１×１０^１９ｃｍ^−３以上にしたことによって、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。
【００６２】
また、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６の膜厚と発光出力との関係を示したのが、図４であり、膜厚が１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲において大きな発光出力が得られている。従って、第二導電型コンタクト層６は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ｐ型ＧａＡｓ半導体から構成し、その膜厚については、少なくとも１ｎｍ以上保有し、さらに１００ｎｍ以下の範囲にあるようにすることが好ましい。
【００６３】
＜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。
【００６４】
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。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第一導電型の基板の上に、活性層を導電型が異なるクラッド層で挟んだ発光部を形成し、その上に第二導電型のコンタクト層、その上に金属酸化物の窓層を形成し、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、上記金属酸化物窓層が、上記第二導電型コンタクト層上に形成された低温形成部と、その上に形成された高温形成部からなる膜の積層構造を具備する。
【００６６】
すなわち、本発明によれば、低温形成部のＩＴＯを介在させるようにしたので、高温形成部から半導体コンタクト層へのＩｎ拡散を抑止し、低電圧でのトンネル電流を発生させることができる。
【００６７】
従って、本発明の半導体発光素子は製造コストが極めて安価であり、且つ順方向動作電圧の低いＬＥＤが製作できる。これにより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ことができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを示したもので、（ａ）はその断面構造図、（ｂ）はその各層のＩｎ濃度プロファイルを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる金属酸化物窓層の低温形成部の膜厚と順方向動作電圧の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態にかかるｐ型ＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃度と順方向動作電圧の関係を示すグラフである。
【図４】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５】従来例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを示したもので、（ａ）はその断面構造図、（ｂ）はその各層のＩｎ濃度プロファイルを示す図である。
【図６】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　コンタクト層
７　金属酸化物窓層（ＩＴＯ膜）
７ａ　低温形成部
７ｂ　高温形成部
８　ｐ側電極（表面電極）
９　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クラッド層で挟んだ発光部を形成し、その上に第二導電型のコンタクト層、その上に金属酸化物の窓層を形成し、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、
上記金属酸化物窓層が、上記第二導電型コンタクト層上に形成された低温形成部と、その上に形成された高温形成部からなる膜の積層構造を有する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、
上記金属酸化物窓層の低温形成部の成膜温度が３５０℃以下であり、高温形成部の成膜温度が４５０℃以上であ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、
上記金属酸化物窓層の低温形成部の膜厚が１ｎｍ〜１０ｎｍであり、高温形成部の膜厚が５０ｎｍ以上であることを特徴とする半導体発光素子。
請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体発光素子において、
上記第二導電型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乃至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する第二導電型半導体であり、該第二導電型コンタクト層の膜厚が少なくとも１ｎｍ以上保有し、さらに１００ｎｍ以下の範囲にあることを特徴とする半導体発光素子。
上記請求項１乃至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。