JP2004266258A

JP2004266258A - 半導体発光素子

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Publication number: JP2004266258A
Application number: JP2003430220A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakahara; 健中原
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP3720341B2; US7196348B2; KR20040073307A; CN100495744C; TW200417065A; US20040164314A1; CN1521868A

Abstract

【課題】従来用いられているＩＴＯ電極膜は発光した光の透過率は高いものの、ＩＴＯ電極膜とｐ型ＧａＮ系半導体層との間でショットキー型コンタクトとなり、電流が均一に流れなくなる。本発明は、ＧａＮ系半導体発光素子の出射側においてＩＴＯ電極膜に替わる透明電極を形成し、ＧａＮ系半導体発光素子の発光効率、出射効率を向上させることを目的とする。
【解決手段】上記目的を達成するために、本発明は、ｎ型ＧａＮ系半導体層とｐ型ＧａＮ系半導体層とで挟まれたＧａＮ系半導体からなる発光層を含む半導体発光素子であって、Ｇａ又はＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_１−ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜を備える半導体発光素子である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＧａＮ系半導体層で構成されるＧａＮ系半導体発光素子に関する。特に、発光効率、出射効率に優れたＧａＮ系半導体発光素子に関する。

ＧａＮ系半導体層で構成されるＧａＮ系半導体発光素子は、白色ＬＥＤを実現することができることから、バックライトに適用する照明用の電子素子として検討されている。ＧａＮ系半導体発光素子は、発光層をｎ型ＧａＮ系半導体層とｐ型ＧａＮ系半導体層とで挟んだｐｎ接合ダイオードを基本構成とする。発光層に対して、ｎ型ＧａＮ系半導体層から電子が、ｐ型ＧａＮ系半導体層からホールが注入され、発光層で再結合して発光する。しかし、特に、ｐ型ＧａＮ系半導体層は比抵抗が大きい（数Ω・ｃｍ）ために、電流を供給するボンディングパッド用の金属電極をｎ型ＧａＮ系半導体層、又はｐ型ＧａＮ系半導体層に直接付けただけでは、金属電極周辺にしか電流が流れないという不都合を生じる。その結果、金属電極周辺から離れた発光層では発光が弱くなることになる。その一方、金属電極周辺で発光した光は金属電極で半導体発光素子からの出射を妨げられることになる。

従来、電流の均一分布を図るために、電流拡散用に金属薄膜を成膜することが考えられていた。Ｎｉ／Ａｕ積層電極やＰｔ等の金属薄膜材料を酸素雰囲気中でアニールして透明化するものである。しかし、Ｎｉ／ＡｕやＰｔの比抵抗は小さいものの、透明度が十分でなく、発光した光の取り出し効率を悪化させることになる。発光した光の透過率を向上させるために、金属薄膜を薄くすると、膜厚が他より薄い部分が電流で破壊されやすくなり、さらに、横方向の抵抗の増大によって、電流の均一分布を図るという本来の目的が達成できなくなる。

また、電流拡散用にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）電極膜を成膜する方法も提案されていた（例えば、特許文献１参照。）。ＧａＮ系半導体発光素子にＩＴＯ電極膜を成膜した例を図６に示す。図６において、５１は金属電極、５２はＩＴＯ電極膜、５３はｐ型ＧａＮ系半導体層、５４は発光層、５５はｎ型ＧａＮ系半導体層、５６は金属電極、５７はサファイヤ基板である。図６では、サファイヤ基板５７上のｎ型ＧａＮ系半導体層５５とｐ型ＧａＮ系半導体層５３とで挟まれた発光層５４で発光する。ｎ型ＧａＮ系半導体層５５への電流供給は金属電極５６を介して行う。ｐ型ＧａＮ系半導体層５３への電流供給は金属電極５１とＩＴＯ電極膜５２とを介して行う。

しかし、ＩＴＯ電極膜は発光した光の透過率は高いものの、ＩＴＯ電極膜とｐ型ＧａＮ系半導体層との間でショットキー型コンタクトとなり、電流が均一に流れなくなる。一般に、ＩＴＯ電極膜とｎ型ＧａＮ系半導体層、又はｐ型ＧａＮ系半導体層とを接触させると、オーミックコンタクトが難しく、ショットキー型コンタクトとなる。ショットキー型コンタクトでは半導体層とＩＴＯ電極膜との間にポテンシャルバリアを生じ、駆動電圧が高くなり、消費電力の上昇や発生する熱の増大という結果を生む。

また、電極としてＺｎＯからなる透明電極でオーミック特性を得ようとする試みもなされている（例えば、特許文献２参照。）。これは、ＺｎＯとｎ型ＧａＮ系半導体層、又はｐ型ＧａＮ系半導体層との接触でオーミック接触が得られることを利用するものである。

本願において、材料は元素記号を用いて表す。例えば、Ｇａはｇａｌｌｉｕｍを、Ｂはｂｏｒｏｎを表す。
特開２００１−２１０８６７号特開２００２−１６４５７０号

本発明は、上記従来技術の有する問題を解決するために、ＧａＮ系半導体発光素子の出射側においてＩＴＯ電極膜に替えてオーミック特性の得やすい透明電極を形成し、ＧａＮ系半導体発光素子の発光効率、出射効率を向上させることを目的とする。

前述した目的を達成するために、本願第一の発明は、ｎ型ＧａＮ系半導体層とｐ型ＧａＮ系半導体層とで挟まれたＧａＮ系半導体からなる発光層を含む半導体発光素子であって、ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜を備える半導体発光素子である。
本願第一の発明により、Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ電極膜の面方向に電流を拡散し、併せてＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ電極膜とｎ型ＧａＮ系半導体層、又はｐ型ＧａＮ系半導体層とのポテンシャルバリアを減少させることができる。
本願では、ＧａＮ系半導体層とは、Ｉｎ_ｐＧａ_ｑＡｌ_ｒＮ（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１、ｐ≧０、ｑ≧０、ｒ≧０）を少なくとも１層を含む半導体層をいう。

本願第二の発明は、本願第一の発明において、前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は該ｐ型ＧａＮ系半導体層に電流を供給する金属電極を備え、前記ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜は前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層と該金属電極との間に形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
本願第二の発明により、Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ電極膜への電流供給を容易にすることができる。

本願第三の発明は、本願第一の発明において、前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層に電流を供給する金属電極を備え、該金属電極と前記ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜とは隣接し、かつ該金属電極及び前記ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜は前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層の面に接するように形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
本願第三の発明により、Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ電極膜への電流供給を容易にすることができる。

本願第四の発明は、本願第一、第二又は第三の発明において、前記Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜へのＧａのドーピング量がキャリア濃度１×１０^１９ｃｍ^−３以上、５×１０^２１ｃｍ^−３以下であることを特徴とする半導体発光素子である。
本願第四の発明により、Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ電極膜の抵抗率を減少させることができる。

本願第五の発明は、ｎ型ＧａＮ系半導体層とｐ型ＧａＮ系半導体層とで挟まれたＧａＮ系半導体からなる発光層を含む半導体発光素子であって、ＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜を備える半導体発光素子である。
本願第五の発明では、Ｇａに替えてＧａと同じIIIＢ族元素であるＢをドープすることにより、Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ電極膜の面方向に電流を拡散し、併せてＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ電極膜とｎ型ＧａＮ系半導体層、又はｐ型ＧａＮ系半導体層とのポテンシャルバリアを減少させることができる。

本願第六の発明は、本願第五の発明において、前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は該ｐ型ＧａＮ系半導体層に電流を供給する金属電極を備え、前記ＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜は前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層と該金属電極との間に形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
本願第六の発明により、Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ電極膜への電流供給を容易にすることができる。

本願第七の発明は、本願第五の発明において、前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層に電流を供給する金属電極を備え、該金属電極と前記ＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜とは隣接し、かつ該金属電極及び前記ＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜は前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層の面に接するように形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
本願第七の発明により、Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ電極膜への電流供給を容易にすることができる。

本願第八の発明は、本願第五、第六又は第七の発明において、前記Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜へのＢのドーピング量がキャリア濃度１×１０^１９ｃｍ^−３以上、５×１０^２１ｃｍ^−３以下であることを特徴とする半導体発光素子である。
本願第八の発明により、Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ電極膜の抵抗率を減少させることができる。
なお、これらの各構成は、可能な限り組み合わせることができる。

以上説明したように、本発明によれば本実施の形態で説明したＧａＮ系半導体発光素子は、Ｇａ又はＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）を透明電極として使用することにより、抵抗率を下げることができ、さらに、発光した光の透過率を高めることが可能となり、発光効率、出射効率に優れた半導体発光素子とすることができる。

以下、本願の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。本発明の第一の実施の形態を図１に示す。図１において、１１は金属電極、１２はＭｇＺｎＯ電極膜、１３はｐ型ＧａＮ系半導体層、１４は発光層、１５はｎ型ＧａＮ系半導体層、１６は金属電極、１７はサファイヤ基板である。

このようなＧａＮ系半導体発光素子は、まず、サファイヤ基板１７の上面にＭＯＣＶＤ法などによりｎ型ＧａＮ系半導体層１５を形成する。ｎ型ＧａＮ系半導体層１５はｎ型ＧａＮとＧａＮバッファ層で構成することが好適である。ｎ型ＧａＮ系半導体層１５はＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）で形成してもよい。ｎ型ＧａＮ系半導体層１５の上面に発光層１４を形成する。発光層１４は、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）又は／及びＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなる。また、発光層１４は、ＩｎとＧａとの比率を調整したＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ／ＧａＮ（０≦ｘ＜１）の多重量子井戸構造、又はＡｌとＧａとの比率を調整したＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ／ＧａＮ（０≦ｙ＜１）の多重量子井戸構造としてもよい。さらに、Ｉｎと、Ｇａと、Ａｌとの比率を調整したＩｎ_ｐＧａ_ｑＡｌ_ｒＮ／ＧａＮ（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１、ｐ≧０、ｑ≧０、ｒ≧０）で多重量子井戸構造としてもよい。また、発光層１４のｎ型ＧａＮ系半導体層１５の側にｎ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなる層を設けてもよいし、発光層１４のｐ型ＧａＮ系半導体層１３の側にｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなる層を設けてもよい。

次に、発光層１４の上面にｐ型ＧａＮ系半導体層１３を形成する。ｐ型ＧａＮ系半導体層１３の上面に、ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）からなるＭｇＺｎＯ電極膜１２を形成した後に、ＭｇＺｎＯ電極膜１２、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３、発光層１４及びｎ型ＧａＮ系半導体層１５の一部をエッチングにより除去する。ｎ型ＧａＮ系半導体層１５は層の途中までエッチングして、露出したｎ型ＧａＮ系半導体層１５の上面に金属電極１６を、ＭｇＺｎＯ電極膜１２の上面に金属電極１１を蒸着法やスパッタ法で形成する。ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）に替えて、ＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）としてもよい。

又は、発光層１４の上面にｐ型ＧａＮ系半導体層１３を形成した後、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３、発光層１４、及びｎ型ＧａＮ系半導体層１５の一部をエッチングにより除去する。ｎ型ＧａＮ系半導体層１５は層の途中までエッチングして、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３の上面に、ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）からなるＭｇＺｎＯ電極膜１２を形成する。露出したｎ型ＧａＮ系半導体層１５の上面に金属電極１６を、ＭｇＺｎＯ電極膜１２の上面には、金属電極１１を蒸着法やスパッタ法で形成する。ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）に替えて、ＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）としてもよい。

前述のＭｇＺｎＯ電極膜１２は、Ｇａ_２Ｏ_３とＭｇＯとＺｎＯの粉末を混合したものを焼成したターゲットを用いてスパッタ法、イオンプレーティング法などで形成する。また、金属Ｇａ、金属Ｍｇ、金属Ｚｎをヒータで加熱して分子線として供給し、酸素はＲＦラジカルセルで供給する分子線エピタキシー法に似た蒸着法でも形成することができる。

透明電極膜の材料としてのＺｎＯは、ｐ型ＧａＮ系半導体との接合ではオーミックコンタクトを形成する。図２は、ＺｎＯ膜とｐ型ＧａＮ層との接合状態を示す電流―電圧特性であって、横軸を印加電圧、縦軸を電流としたものである。図２により、印加電圧に対して電流がほぼ比例していることから、ＺｎＯ膜は分子線エピタキシー法で形成した後、アニールすることなくオーミックコンタクトが得られていることがわかる。ＭｇＺｎＯは透明電極膜の材料として使用することができ、さらにＺｎＯ同様にｐ型ＧａＮ系半導体との接合ではオーミックコンタクトが得られる。

ここで、発明者は、Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯにIIIＢ族元素であるＧａ又はＢをドープすることにより、大幅に抵抗が減少することを見出した。図３に、Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯに対するＧａのキャリア濃度と抵抗率の関係を示す。図３において、横軸をキャリア濃度、縦軸を抵抗率としたものである。図３より、キャリア濃度を高くすると抵抗率が下がり、キャリア濃度が１×１０^２１を越えると抵抗率は急激に上昇することがわかる。電流を拡散するための電極として、ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）からなる電極膜を使用する場合の抵抗率は、１×１０^−２Ωｃｍ以下であることが望ましい。この条件に合わせると、図３よりキャリア濃度は１×１０^１９ｃｍ^−３以上、５×１０^２１ｃｍ^−３以下であることが好適である。Ｇａに替えてＢをドープする場合でも同様である。このような条件で形成されたＭｇＺｎＯ電極膜の比抵抗は、ｐ型ＧａＮ系半導体層の比抵抗に比べて小さいため、図１に示すＧａＮ系半導体発光素子では、金属電極１１から注入された電流はＭｇＺｎＯ電極膜１２で横方向に容易に拡散できる。横方向に拡散した電流はｐ型ＧａＮ系半導体層１３から発光層１４に広く供給される。電流広がりが十分なため、ホールは発光層１４に広く供給され、効率的な発光が可能になる。

一方、金属電極１６から注入された電子はｎ型ＧａＮ系半導体層１５を通過して、発光層１４でホールと再結合する。再結合により発光した光のうち、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３の方向に向かった光はＭｇＺｎＯ電極膜１２を透過して外部に出射する。ここで、ＺｎＯ膜はＭｇを添加することによって４００ｎｍ程度の短波長でも透過率を高く維持することができる。発光層１４で発光した光はＭｇＺｎＯ電極膜１２を透過するため、発光した光を効率的に出射させることが可能になる。

従って、本実施の形態で説明したＧａＮ系半導体発光素子では、Ｇａ又はＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）を透明電極膜として使用することにより、発光効率、出射効率に優れた半導体発光素子とすることができた。

本発明の第二の実施の形態を図４に示す。図４において、１２はＭｇＺｎＯ電極膜、１３はｐ型ＧａＮ系半導体層、１４は発光層、１５はｎ型ＧａＮ系半導体層、１６は金属電極、１７はサファイヤ基板、１８は金属電極である。

第一の実施の形態との差は、金属電極１８がＭｇＺｎＯ電極膜１２の上面に形成されず、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３の上面であって、ＭｇＺｎＯ電極膜１２に隣接するように形成されている点である。ＭｇＺｎＯ電極膜１２が厚い場合には、金属電極１８とＭｇＺｎＯ電極膜１２との接触面積が広くなり、金属電極１８から供給されたホールがＭｇＺｎＯ電極膜１２へ横方向に拡散する。

図４に示すＧａＮ系半導体発光素子は、発光層１４の上面にｐ型ＧａＮ系半導体層１３を形成するまでは、図１に示すＧａＮ系半導体発光素子と同様の工程で製造される。Ｐ型ＧａＮ系半導体層１３を形成後、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３の上面に、ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）からなるＭｇＺｎＯ電極膜１２を形成した後に、ＭｇＺｎＯ電極膜１２、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３、発光層１４、及びｎ型ＧａＮ系半導体層１５の一部をエッチングにより除去する。ｎ型ＧａＮ系半導体層１５は層の途中までエッチングする。金属電極１８を形成する部分は、ＭｇＺｎＯ電極膜１２をエッチングにより除去する。露出したｎ型ＧａＮ系半導体層１５の上面に金属電極１６を、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３の上面に金属電極１８を蒸着法やスパッタ法で形成する。ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）に替えて、ＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）としてもよい。

又は、発光層１４の上面にｐ型ＧａＮ系半導体層１３を形成した後、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３、発光層１４、及びｎ型ＧａＮ系半導体層１５の一部をエッチングにより除去する。ｎ型ＧａＮ系半導体層１５は層の途中までエッチングして、露出したｎ型ＧａＮ系半導体層１５の上面に金属電極１６を蒸着法やスパッタ法で形成する。ｐ型ＧａＮ系半導体層１３の上面には、金属電極１８を蒸着法やスパッタ法で形成する。ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）からなるＭｇＺｎＯ電極膜１２はスパッタ法、イオンプレーティング法、蒸着法で形成する。若しくは、ｎ型ＧａＮ系半導体層１５は層の途中までエッチングして、ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）からなるＭｇＺｎＯ電極膜１２をスパッタ法、イオンプレーティング法、蒸着法で形成した後に、露出したｎ型ＧａＮ系半導体層１５の上面に金属電極１６を、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３の上面には、ＭｇＺｎＯ電極膜１２に隣接して金属電極１８をそれぞれ蒸着法やスパッタ法で形成する。ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）に替えて、ＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）としてもよい。

図４において、ＭｇＺｎＯ電極膜１２の比抵抗は、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３の比抵抗に比べて小さいため、図４に示すＧａＮ系半導体発光素子では、金属電極１８から注入された電流はＭｇＺｎＯ電極膜１２で横方向に容易に拡散できる。横方向に拡散した電流はｐ型ＧａＮ系半導体層１３から発光層１４に広く供給される。電流広がりが十分なため、ホールは発光層１４に広く供給され、効率的な発光が可能になる。発光層１４で発光した光はＭｇＺｎＯ電極膜１２を透過するため、発光した光を効率的に出射させることが可能になる。

従って、第二の実施の形態で説明したＧａＮ系半導体発光素子では、Ｇａ又はＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）を透明電極膜として使用することにより、発光効率、出射効率に優れた半導体発光素子とすることができた。

本発明の第三の実施の形態を図５に示す。図５において、１１は金属電極、１２はＭｇＺｎＯ電極膜、１３はｐ型ＧａＮ系半導体層、１４は発光層、１５はｎ型ＧａＮ系半導体層、１６は金属電極、１９は導電性基板である。

第一の実施の形態又は第二の実施の形態との差は、導電性基板１９上にｎ型ＧａＮ系半導体層１５、発光層１４、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３等が積層されている点である。導電性基板１９としては、ＳｉＣやＺｎＯが適用できる。導電性基板１９にＳｉＣを適用した場合の金属電極１６には、ＮｉやＮｉＳｉアロイを適用できる。導電性基板１９にＺｎＯを適用した場合の金属電極１６には、Ｔｉ／Ａｕ積層電極が適用できる。

図５に示すＧａＮ系半導体発光素子は、図１に示すＧａＮ系半導体発光素子と同様の工程で、導電性基板１９上にｎ型ＧａＮ系半導体層１５、発光層１４、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３等が積層される。但し、導電性基板１９上にｎ型ＧａＮ系半導体層１５等を積層することにより、第一又は第二の実施の形態のように、ＧａＮ系半導体発光素子の上部からエッチングして、ｎ型ＧａＮ系半導体層１５に接続する金属電極を形成する工程は不要である。このため、製造工程の簡易化と信頼性の向上を図ることができる。

図５に示すＧａＮ系半導体発光素子においても、ＭｇＺｎＯ電極膜１２の比抵抗は、ｐ型ＧａＮ系半導体層１３の比抵抗に比べて小さいため、図５に示すＧａＮ系半導体発光素子では、金属電極１１から注入された電流はＭｇＺｎＯ電極膜１２で横方向に容易に拡散できる。横方向に拡散した電流はｐ型ＧａＮ系半導体層１３から発光層１４に広く供給される。電流広がりが十分なため、ホールは発光層１４に広く供給され、効率的な発光が可能になる。発光層１４で発光した光はＭｇＺｎＯ電極膜１２を透過するため、発光した光を効率的に出射させることが可能になる。

従って、第三の実施の形態で説明したＧａＮ系半導体発光素子では、Ｇａ又はＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）を透明電極膜として使用することにより、発光効率、出射効率に優れた半導体発光素子とすることができた。

実施の形態１及び２では、サファイヤ基板１７の上面にＧａＮ系半導体層が形成され、サファイヤ基板１７がそのまま実装基板として利用されているが、このような構造のＧａＮ系半導体層からサファイヤ基板１７を剥がして、発光層で発光した光をｎ型ＧａＮ系半導体層から取り出す構造にすることもできる。また、当初から基板の上に、少なくともｐ型ＧａＮ系半導体層と、発光層と、ｎ型ＧａＮ系半導体層とを順次積層した構造の半導体発光素子とすることもできる。

このような構造の半導体発光素子では、ｎ型ＧａＮ系半導体層の上面に金属電極を形成することになる。ｎ型ＧａＮ系半導体層の上面に金属電極を形成する構造のＧａＮ系半導体発光素子では、ｎ型ＧａＮ系半導体層の上面にＧａがドープされたＭｇＺｎＯ電極膜を備える。実施の形態１のように、ＧａがドープされたＭｇＺｎＯ電極膜の上面に金属電極を備えてもよいし、実施の形態２のように、ｎ型ＧａＮ系半導体層に接して、かつＧａがドープされたＭｇＺｎＯ電極膜に隣接するように備えてもよい。また、実施の形態３のように、導電性基板の上面にＧａＮ系半導体を形成してもよい。ＧａがドープされたＭｇＺｎＯ電極膜に替えて、ＢがドープされたＭｇＺｎＯ電極膜としてもよい。

ｎ型ＧａＮ系半導体層の上面にＧａ又はＢがドープされたＭｇＺｎＯ電極膜を備えるＧａＮ系半導体発光素子でも、Ｇａ又はＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）を透明電極膜として使用することにより、発光効率、出射効率に優れた半導体発光素子とすることができる。

本発明の半導体発光素子は、ＬＥＤやＬＤとして適用することができる。

本願発明の実施形態を示すＧａＮ系半導体発光素子の構造を説明する図である。ＺｎＯ膜とｐ型ＧａＮ層との接合状態を示す電流―電圧特性の実験結果を説明する図である。Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯに対するＧａキャリア濃度と抵抗率の実験結果を説明する図である。本願他の発明の実施形態を示すＧａＮ系半導体発光素子の構造を説明する図である。本願他の発明の実施形態を示すＧａＮ系半導体発光素子の構造を説明する図である。従来のＧａＮ系半導体発光素子の構造を説明する図である。

符号の説明

１１金属電極
１２ＭｇＺｎＯ電極膜
１３ｐ型ＧａＮ系半導体層
１４発光層
１５ｎ型ＧａＮ系半導体層
１６金属電極
１７サファイヤ基板
１８金属電極
１９導電性基板

Claims

ｎ型ＧａＮ系半導体層とｐ型ＧａＮ系半導体層とで挟まれたＧａＮ系半導体からなる発光層を含む半導体発光素子であって、ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜を備える半導体発光素子。
前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層に電流を供給する金属電極を備え、前記ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜は前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層と該金属電極との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層に電流を供給する金属電極を備え、該金属電極と前記ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜とは隣接し、かつ該金属電極及び前記ＧａがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜は前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層の面に接するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
前記Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜へのＧａのドーピング量がキャリア濃度１×１０^１９ｃｍ^−３以上、５×１０^２１ｃｍ^−３以下であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の半導体発光素子。
ｎ型ＧａＮ系半導体層とｐ型ＧａＮ系半導体層とで挟まれたＧａＮ系半導体からなる発光層を含む半導体発光素子であって、ＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜を備える半導体発光素子。
前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層に電流を供給する金属電極を備え、前記ＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜は前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層と該金属電極との間に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層に電流を供給する金属電極を備え、該金属電極と前記ＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜とは隣接し、かつ該金属電極及び前記ＢがドープされたＭｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜は前記ｎ型ＧａＮ系半導体層又は前記ｐ型ＧａＮ系半導体層の面に接するように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
前記Ｍｇ_ｚＺｎ_1-ｚＯ（０≦ｚ＜１）電極膜へのＢのドーピング量がキャリア濃度１×１０^１９ｃｍ^−３以上、５×１０^２１ｃｍ^−３以下であることを特徴とする請求項５、６又は７に記載の半導体発光素子。