JP2006100475A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】外部量子効率の高い半導体発光素子の生産性や信頼性を確保すること。
【解決手段】ＭＱＷ構造の活性層５は膜厚約３．５ｎｍのＩｎ_0.30Ｇａ_0.70Ｎから成る井戸層５１と膜厚約７ｎｍのＧａＮから成るバリア層５２とが交互に合計５層積層することにより形成されている。この活性層５の上には、Ｍｇドープのｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎから成る膜厚約５０ｎｍのｐ型クラッド層６が形成されている。更に、ｐ型クラッド層６の上にはＭｇドープのｐ型Ｉｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎから成る膜厚約２００ｎｍのｐ型コンタクト層７が形成されている。このｐ型コンタクト層７の上面（ｃ面）には、所定の結晶成長条件下で実施されるｐ型コンタクト層７自身の結晶成長によって、凹凸形状が故意に形成されている。この凹部は６つのファセット面からなる逆六角錘形状の多数の穴（ピット）から形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、 III族窒化物系化合物半導体の結晶成長によって生成される半導体層を複数積層することにより形成される半導体発光素子の構造に関する。
本発明は、半導体発光素子における光取り出し効率（外部量子効率）の向上と、その高発光効率の半導体発光素子の生産性の確保の両方に大いに有用なものである。

半導体層の最上層を非鏡面にして、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させる従来技術としては、例えば下記の特許文献１や特許文献２に記載されている様に、半導体層の最上層に対してエッチングを実施する方法が知られている。
これらの従来技術は、生成された光が非鏡面（凹凸面）に入射する場合には、光が臨界角よりも小さい法線角で入射する確率が鏡面（平面）の場合よりも大きくなることを利用して、光取り出し効率（外部量子効率）の向上を図ったものである。
特開平６−２９１３６８ 特開２０００−１９６１５２

しかしながら、これらの従来技術に見られるエッチング処理は、結晶成長炉内から目的の半導体ウェハを取り出してから実施する必要があり、かつ、エッチング工程などのその他の余分な工程が必要となったり、そのエッチング工程が非常に複雑であったり、或いは別にエッチング装置を必要としたりする。これらの事情は、製品の生産コストの面で明らかに不利である。
また、特許文献１でも言及されている様に、従来のエッチング技法を採用する限り、半導体層を構成する結晶をエッチング時に傷める恐れがあり、よって、素子の発光強度や歩留りが低下する恐れを十分には払拭することができない。これらの事情は、製品の性能や信頼性の点でも明らかに不利である。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、外部量子効率の高い半導体発光素子を実現しつつ、その生産性や信頼性を確保することである。

上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、 III族窒化物系化合物半導体の結晶成長によって生成される半導体層を複数積層することにより形成される半導体発光素子において、１％以上のインジウム（Ｉｎ）を含むＩｎＧａＮ結晶から形成され、かつ表面に電極が形成された電極形成層を設け、この電極形成層の表面に、穴であるピットを１０⁵ 個／ｃｍ² 以上の点在密度で形成することである。

ただし、電極形成層の表面おいて形成すべきピットの望ましい点在密度は、１０⁶ 個／ｃｍ² 以上であり、より望ましくは１０⁷ 個／ｃｍ² 以上であり、更に望ましくは１０⁸ 個／ｃｍ² 〜１０⁹ 個／ｃｍ² 程度である。
この点在密度は高い場合程、電極形成層が薄くてもその表面を密にピットで覆い尽くすことができる。ただし、ピットの点在密度の上限値は、結晶の転位密度に略比例して拘束される傾向が強いので、結晶の転位密度を抑制する上で、ピットの点在密度には、上記の様に自ずと限界が生じる。結晶の転位密度は、内部量子効率の観点より勿論低い方が望ましいためである。

また、互いに近傍に位置するピットは立体的に一部が相互に重なっていても良い。言い換えれば、ピットを構成する全ての傾斜面などが必ずしも電極形成層の表面にそれぞれ達している必要はない。
また、上記の電極形成層は、ｐ型半導体層から形成することが望ましいが、勿論ｎ型の半導体層から形成しても良い。また、上記の電極形成層は、コンタクト層から形成することが望ましいが、勿論その他の半導体層から形成しても良い。

なお、上記のピットは、電極形成層を構成するＩｎＧａＮ結晶の結晶成長過程において、その半導体結晶中に１％以上のインジウム（Ｉｎ）を含ませることにより、所定の結晶成長条件下でその結晶成長面上に自然に形成されるものである。ただし、このピットの直径または点在密度は、例えば非選択的なエッチングなどによる後処理によって増大させることも可能である。

このインジウム（Ｉｎ）の組成比は、０．０１〜０．７の範囲が有効であるが、望ましくは０．０２〜０．５の範囲が良い。また、より望ましくは０．０３〜０．４の範囲が良い。更に望ましくは０．０４〜０．２の範囲が良い。

また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、上記の電極形成層の表面を結晶ｃ面から形成し、上記のピットの形状を、結晶構造上同等な６つのファセット面から構成された逆六角錐形状にすることである。

ただし、その他の多角錘状のピットが同時に電極形成層の表面上に形成されていても良い。例えば、結晶成長条件によっては、ｃ面上には１２角錘形状のピットが形成される場合もある。
なお、上記のピットは、ＩｎＧａＮ結晶のｃ面成長過程において、その半導体結晶中に１％以上のインジウム（Ｉｎ）を含ませることにより、所定の結晶成長条件下でｃ面上に自然に形成されるものである。

また、本発明の第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、上記のピットの直径を１ｎｍ以上、６００ｎｍ以下にすることである。ただし、より望ましくは、ピットの直径は、１０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下にすると良い。
この様なピットの直径の好適化或いは最適化は、例えば電極形成層を形成するＩｎＧａＮ結晶のインジウム組成比や膜厚などの調整パラメータを適当に選択することなどによって実施することも可能である。

また、本発明の第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段において、上記の電極形成層をマグネシウム（Ｍｇ）が添加されたｐ型のＩｎＧａＮ結晶から形成することである。
また、本発明の第５の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段において、上記の半導体発光素子を青色半導体発光素子とし、その電極形成層をｐコンタクト層から形成し、そのｐコンタクト層のＩｎ組成比ｘを０．０１以上、０．２０以下にすることである。

また、本発明の第６の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段において、上記の半導体発光素子を青緑色半導体発光素子とし、その電極形成層をｐコンタクト層から形成し、そのｐコンタクト層のＩｎ組成比ｘを０．０１以上、０．２５以下にすることである。
また、本発明の第７の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段において、上記の半導体発光素子を緑色半導体発光素子とし、その電極形成層をｐコンタクト層から形成し、そのｐコンタクト層のＩｎ組成比ｘを０．０１以上、０．３０以下にすることである。

また、本発明の第８の手段は、上記の第１乃至第７の何れか１つの手段において、上記の電極形成層の表面を気相エッチングによる被浸食面から構成することである。
この気相エッチングは、生産性の観点から言えば、非選択的に実施することが望ましく、更には、電極形成層を結晶成長させた結晶成長炉内からその半導体ウェハを取り出すことなく、同一炉内にて実施することが望ましい。この様な非選択的なエッチングは、例えばＨ₂ ガスや水素化ハロゲンガスや或いは任意の混合比によるこれらの混合ガスを用いた気相エッチングによって同一の結晶成長炉内にて極めて容易に実施することも可能である。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。

以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第１の手段によれば、電極形成層の結晶成長に伴い、その電極形成層の表面に多数のピットが形成されるので、電極形成層を結晶成長させるだけで電極形成層の表面に所望の非鏡面を形成することができる。電極形成層にインジウム（Ｉｎ）を１％以上含ませることにより、ピットが形成され易くなる理由は今のところ明確には判明していないが、我々の検証により少なくともインジウム組成比の上昇と共にこれらのピットが形成され易くなる傾向があることが判っている。そして、これらの各ピットは電極形成層の結晶成長と共に拡大していく。また、ピットを構成する傾斜面の傾斜角は十分に大きく確保することができるので、光の透過率も大きく確保することができる。

上記の様なピットの生成は、電極形成層を結晶成長させる結晶成長炉内で、電極形成層自身の結晶成長により、半導体ウェハを取り出すことなく極めて容易に実施することができる。また、別途エッチング装置を必要としたりすることもない。即ち、従来から行われてきた様な煩雑なエッチング工程を実行することなく、電極形成層の表面上に所望の非鏡面を獲得することができる。
したがって、本発明の第１の手段によれば、半導体発光素子における光取り出し効率（外部量子効率）の向上と、その高発光効率の半導体発光素子の生産性の確保とを容易に両立することができる。

また、本発明の第２の手段によれば、６つのファセット面で上記のピットを構成することができ、これらの各ピットは電極形成層のｃ面を底面として倒立した略六角錐形状に形成されて、その底面は電極形成層の成長と共に上方へ拡大していく。これらのファセット面の傾斜角は十分に大きく、よって、光の透過率を向上させる上で好適であるので、これにより、電極形成層の表面からの光取り出し効率を良好に確保することができる。

この様な六角錐形状のピットやその半導体結晶構造との関係などについては、例えば、公開特許公報「特開２００１−１０２３０７」などに具体的な例示がある。
また、この様なピットは上記の通り電極形成層をｃ面成長させることによって得ることができるため、本発明の第２の手段は、極めて多くの半導体発光素子に対して適用することができる。

また、本発明の第３の手段によれば、ピットの点在密度や電極形成層の膜厚などについて、ある程度拘束された諸条件の下で、電極形成層の表面を多くのピットで覆うことができる。即ち、電極形成層の表面広範に渡って凹凸を形成することができる。
ピットの点在密度は、電極形成層またはその直下の半導体層の結晶品質を劣化させる程高くできるが、その様な設定によって必要以上に電極形成層の結晶品質を劣化させると、内部量子効率の点で不利となる。また、電極形成層を厚く積む程ピットの半径を大きくすることができるが、必要以上に電極形成層を厚く積むと、抵抗、透光性、生産性の点で不利となる。これらの事情から、ピットの点在密度や電極形成層の膜厚などには、自ずと適正な拘束条件が現れる。

例えば、ピットの半径を１０ｎｍ未満にすると、結晶品質が良好な電極形成層を形成する限り、その表面をピットで覆い尽くすことはできない。また、ピットの半径を６００ｎｍよりも大きくするためには、電極形成層も厚く積層しなければならなくなる。
しかしながら、本発明の第３の手段によれば、これらの諸条件（例：ピットの点在密度や電極形成層の膜厚など）を実用性の高い範囲内に納めつつ、電極形成層の表面広範に渡って凹凸を形成することができる。

また、インジウム組成比ｘを大きくする程、ピットが発現し易くなり、その点在密度も高くすることができる。また、同時に、電極形成層を厚く積む程、ピットが発現し易くなる。したがって、本発明の第４の手段によれば、特に電極形成層をｐコンタクト層で形成する場合に、インジウム組成比ｘをパラメータとして、この組成比ｘの値に基づいて電極形成層の膜厚を好適値または最適値に設定することができる。

なお、これらのピットの形成によって、電極形成層の表面（ｃ面）に十分な凹凸が確保できる場合には、抵抗、透光性、生産性などの観点より、コンタクト層の膜厚は４００ｎｍ以下とすることが望ましく、更には２００ｎｍ以下とすることがより望ましい。本発明の第３の手段は、この様な好適化或いは最適化を可能または容易とするものである。

また、本発明の第５の手段によれば、低抵抗で透光性が高い電極形成層を簡単に製造することができる。
また、本発明の第６乃至第８の何れかの手段によれば、内部量子効率と外部量子効率とを両立させる様に、ｐコンタクト層のインジウム組成比ｘを最適化することができるので、何れの発光色の場合にも、高い発光効率を得ることができる。
ただし、電極形成層の表面にピットを良好に形成するには、上記の第３の手段を取り入れることがより望ましい。

また、本発明の第９の手段によれば、ピットの半径または点在密度を極めて容易に増大させることができるので、生産コストを効果的に抑制した上で、所望の半導体発光素子の発光効率を更に増大させることができる。

例えば、ｐコンタクト層で上記の電極形成層を構成する場合、そのｐコンタクト層の結晶成長工程における結晶成長温度は、７００℃〜１０００℃の範囲内の温度にすることが望ましい。より望ましくは、８００℃〜９００℃の範囲内が良い。この温度が高すぎるとその他の半導体層に対して熱的なダメージを与える恐れが生じ望ましくない。また、この温度が低すぎると、結晶成長が理想的に進まず、ｐコンタクト層の結晶性や或いは所望のピットの数や大きさや形などに問題が生じ易くなり望ましくない。
また、上記の電極形成層の材料ガスを運ぶフローガスは、希ガス、Ｎ₂ の何れでも良く、これらを任意の比で混合した混合ガスでも良い。

なお、ファセット面から構成されるファセット構造（即ち、逆六角錘形状のピット）を維持したまま、そのファセット構造を埋め込まないで成長させる結晶成長技法としては、例えば、「特開２００１−１０２３０７」に記載されている結晶成長条件などの周知の結晶成長技法を応用することができる。

また、本明細書で言う「 III族窒化物系化合物半導体」一般には、２元、３元、又は４元の「Ａｌ_1-x-y Ｇａ_y Ｉｎ_x Ｎ；０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ≦１」成る一般式で表される任意の混晶比の半導体が含まれ、更に、ｐ型或いはｎ型の不純物が添加された半導体もまた、これらの「 III族窒化物系化合物半導体」の範疇である。

また、上記の III族元素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）の内の少なくとも一部をボロン（Ｂ）やタリウム（Ｔｌ）等で置換したり、或いは、窒素（Ｎ）の少なくとも一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換したりしても良い。

また、上記のｐ型の不純物（アクセプター）としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）や、或いはカルシウム（Ｃａ）等の公知のｐ型不純物を添加することができる。
また、上記のｎ型の不純物（ドナー）としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）や、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、或いはゲルマニウム（Ｇｅ）等の公知のｎ型不純物を添加することができる。
また、これらの不純物（アクセプター又はドナー）は、同時に２元素以上を添加しても良いし、同時に両型（ｐ型とｎ型）を添加しても良い。

また、目的とする半導体発光素子の形態は、フェイスアップ型にした方が電極形成層の表面からの光取り出し効果を引き出す上で優位ではあるが、適当な反射構造（例：ｐコンタクト層の上の金属反射層など）を設ければフェイスダウン型の半導体発光素子を製造した場合にも、本発明の手段に基づいて同様の作用・効果を引き出すことが十分に可能である。

また、ピットを形成した電極形成層の表面に電極を形成する際の電極材料としては、周知の任意のものを用いることができる。特にその電極材料としてＩＴＯ（インジウムスズ酸化物；Indium Tin Oxide）を用いた場合には、透光性の点で大きな利点を得ることができ、よってこの場合には、外部量子効率の観点において本発明との相乗効果を図ることができる。このＩＴＯの積層方法は、真空蒸着でもスパッタ法でも良い。

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。

図１は、サファイア基板１上に形成された III族窒化物系化合物半導体で形成された発光ダイオード１０の模式的な断面構成図である。サファイア基板１の上には窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る膜厚約２５ｎｍのバッファ層２が設けられ、その上にはシリコン（Ｓｉ) ドープのＧａＮから成る膜厚約４.0μｍのｎ型コンタクト層３（ｎ型の高キャリア濃度層）が形成されている。

そして、ｎ型コンタクト層３の上に、ノンドープのＧａＮから成る膜厚１０ｎｍのｎ型クラッド層４（低キャリア濃度層）が形成されている。更に、その上には、膜厚約３．５ｎｍのＩｎ_0.30Ｇａ_0.70Ｎから成る井戸層５１と膜厚約７ｎｍのＧａＮから成るバリア層５２とが交互に合計５層積層されたＭＱＷ構造の活性層５が形成されている。また、この活性層５の上には、Ｍｇドープのｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎから成る膜厚約５０ｎｍのｐ型クラッド層６が形成されている。更に、ｐ型クラッド層６の上にはＭｇドープのｐ型Ｉｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎから成る膜厚約２００ｎｍのｐ型コンタクト層７が形成されている。このｐ型コンタクト層７の上面には、所定の結晶成長条件下で実施されるｐ型コンタクト層７自身の結晶成長によって、凹凸形状が故意に形成されている。そして、この凹部は六角錘が倒立した形状の多数の穴（ピット）から形成されている。

又、ｐ型コンタクト層７の上には蒸着によって透光性の電極９が、他方ｎ型コンタクト層３上には電極８が形成されている。透光性の電極９は、ｐ型コンタクト層７に接合する膜厚約４００ｎｍのＩＴＯ（Indium Tin Oxide, インジウムスズ酸化物）で形成されている。電極８は膜厚約２０ｎｍのバナジウム(V) と膜厚約1.8 μｍのアルミニウム( Ａｌ) 又はＡｌ合金で形成されている。

次に、この発光ダイオード１０の製造方法について説明する。
上記発光ダイオード１０は、有機金属気相成長法（以下「ＭＯＶＰＥ」と略す）による気相成長により製造された。用いられたガスは、アンモニア(NH₃) 、キャリアガス( Ｈ₂ , Ｎ₂ ) 、トリメチルガリウム( Ｇａ(CH₃)₃) （以下「ＴＭＧ」と記す）、トリメチルアルミニウム( Ａｌ(CH₃)₃) （以下「ＴＭＡ」と記す）、トリメチルインジウム( Ｉｎ(CH₃)₃) （以下「ＴＭＩ」と記す）、シラン( ＳｉH₄) とシクロペンタジエニルマグネシウム( Ｍｇ(C₅H₅)₂)（以下「ＣＰ₂ Ｍｇ」と記す）である。

まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面とした単結晶のサファイア基板１をＭＯＶＰＥ装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧でＨ₂ を流速２リットル／分で約３０分間反応室に流しながら温度１１００℃でサファイア基板１をベーキングした。

次に、温度を４０0 ℃まで低下させて、Ｈ₂ を２０リットル／分、ＮＨ₃ を１０リットル／分、ＴＭＡを1.8 ×１０^-5 mol／分で供給してＡｌＮから成るバッファ層２を約２５ｎｍの膜厚に形成した。
次に、サファイア基板１の温度を１１５０℃に保持し、Ｈ₂ を２０リットル／分、ＮＨ₃ を１０リットル／分、ＴＭＧを1.7 ×１０^-4 mol／分、Ｈ₂ ガスにより０．８６ｐｐｍに希釈されたシランを２×１０^-7 mol／分で供給し、膜厚約４.0μｍ、電子濃度２×１０¹⁸／ｃｍ³ 、Ｓｉ濃度4 ×１０¹⁸／ｃｍ³ のＧａＮから成るｎ型コンタクト層３を形成した。

その後、サファイア基板１の温度を１１５０℃に保持して、Ｈ₂ を２０リットル／分、ＮＨ₃ を１０リットル／分、ＴＭＧを1.7 ×１０^-4 mol／分で供給し、ノンドープのＧａＮから成る膜厚１０ｎｍのｎ型クラッド層４（低キャリア濃度層）を形成した。

そして、上記のｎ型クラッド層４を形成した後、合計５層から成る前記のＭＱＷ構造（図１）の活性層５を形成した。
即ち、まず最初に、サファイア基板１の温度を７３０℃まで低下させ、それと同時にＨ₂ からＮ₂ にキャリアガスを変更し、このキャリアガスとＮＨ₃ の供給量を維持しながら、ＴＭＧを３.1×１０^-6 mol／分、ＴＭＩを0.７×１０^-5 ol／分で供給することにより、膜厚約３．５ｎｍのＩｎ_0.30Ｇａ_0.70Ｎから成る井戸層５１をｎ型クラッド層４の上に形成した。

次に、サファイア基板１の温度を８８５℃にまで昇温し、上記の井戸層５１上に、Ｎ₂ を２０リットル／分、ＮＨ₃ を１０リットル／分、ＴＭＧを1.２×１０^-5 mol／分で供給して、膜厚約７ｎｍのＧａＮから成るバリア層５２を形成した。
以下、これを繰り返して、井戸層５１とバリア層５２とを交互に積層し、合計５層（井戸層５１、バリア層５２、井戸層５１、バリア層５２、最後の井戸層５１）から成る前記の活性層５を形成した。

その後、サファイア基板１の温度を９００℃に昇温し、Ｎ₂ を１０リットル／分、ＴＭＧを1.６×１０^-5 mol／分、ＴＭＡを６×１０^-6 mol／分、ＣＰ₂ Ｍｇを４×１０^-7 mol／分で供給して、膜厚約２０ｎｍ、濃度５×１０¹⁹／ｃｍ³ のマグネシウム（Ｍｇ）をドープしたｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎから成るｐ型クラッド層６を形成した。

そして最後に、サファイア基板１の温度を８５０℃に降温し、Ｎ₂ を１０リットル／分、ＮＨ₃ を１０リットル／分、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／分、ＴＭＩを５００μｍｏｌ／分、ＣＰ₂ Ｍｇを６０μｍｏｌ／分で供給し、濃度５×１０¹⁹／ｃｍ³ のＭｇをドープした膜厚約２００ｎｍのｐ型Ｉｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎから成るｐ型コンタクト層７を形成した。このｐ型コンタクト層７の結晶成長により、ｐ型コンタクト層７の表面（ｃ面）には、結晶構造上同等な６つのファセット面から構成された逆六角錐形状の穴であるピットが１０⁶ 〜１０⁸ 個／ｃｍ² の点在密度で多数形成された。また、それらの各ピットの直径は、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であった。
以上に示した工程が、 III族窒化物系化合物半導体から成る各半導体層の結晶成長工程である。

その後、ｐ型コンタクト層７の上にエッチングマスクを形成し、所定領域のエッチングマスクを除去して、エッチングマスクで覆われていない部分のｐ型コンタクト層７、ｐ型クラッド層６、活性層５、ｎ型クラッド層４、及びｎ型コンタクト層３の一部を塩素を含むガスによる反応性イオンエッチングによってエッチングして、ｎ型コンタクト層３の表面を露出させた。

次に、エッチングマスクを残した状態で、全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりｎ型コンタクト層３の露出面上の所定領域に窓を形成し、１０^-4Ｐａオーダ以下の高真空に排気した後、膜厚約２０ｎｍのバナジウム(V) と膜厚約1.8 μｍのＡｌを蒸着する。この後、フォトレジスト及びエッチングマスクを除去する。

続いて、表面上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフによりｐ型コンタクト層７上の電極形成部分のフィトレジストを除去して窓を形成し、ｐ型コンタクト層７を露出させる。蒸着装置内を１０^-4Ｐａオーダ以下の高真空に排気した後、ｐ型コンタクト層７の上にＩＴＯを膜厚約４００ｎｍ程度蒸着する。次に、そのウェハを蒸着装置から取り出し、リフトオフ法によりフォトレジスト上に堆積したＩＴＯを除去し、ｐ型コンタクト層７に対する透光性の電極９を形成する。

この後、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、Ｏ₂ ガスを供給して圧力３Paとし、その状態で雰囲気温度を約５５０℃にして、３分程度、加熱し、ｐ型コンタクト層７、ｐ型クラッド層６をｐ型低抵抗化すると共に、ｐ型コンタクト層７と電極９との合金化処理、ｎ型コンタクト層３と電極８との合金化処理を行った。このようにして、ｎ型コンタクト層３に対する電極８とｐ型コンタクト層７に対する電極９を形成した。

以上の様にして、半導体層側から光を取り出すフェイスアップ型の発光ダイオード（発光ダイオード１０）を製造した。
以上の様な発光ダイオードの製造方法により、ｐ型コンタクト層７の表面に適切かつ簡単に凹凸（：多数のピット）を形成することができるので、これにより、外部量子効率の高い発光ダイオードを実現しつつ、その生産性や信頼性を確保することができる。

図２−Ａ，−Ｂにそれぞれ、本実施例２の電極形成層の表面の写真を示す。図２−Ｂの写真は、一辺が１０μｍに相当している。また、明暗差で高さが表現されており、最も明るい部位が最も高く、最も明るい部位と最も暗い部位との高低差は、１０ｎｍある。ただし、ピット内はその深さに関係なく黒く表現されている。
この電極形成層は、上記の実施例１のｐ型コンタクト層７に対応するものであり、実施例１の発光ダイオード１０のｐ型コンタクト層７とは、以下の特徴点だけが異なっている。

（１）構造上の特徴点
電極形成層の膜厚 ：６００［ｎｍ］
ピットの直径 ：４４０［ｎｍ］
ピットの点在密度 ：１０⁶ 〜１０⁷ ［個／ｃｍ² ］
（２）結晶成長条件における特徴点
結晶成長温度 ：８５０［℃］
結晶成長時間 ： ２０［分］
ＴＭＩ流量 ：５００［μｍｏｌ／ｍｉｎ］

そして、この様に低い点在密度でピットを形成した場合にも、例えば上記の様にピットの直径を比較的大きく確保することにより、各ピットからの光取り出し効率が良好に確保できるため、その他の構成を例えば上記の実施例１の発光ダイオード１０等と同等にすることにより、外部量子効率を効果的に向上させることができる。

〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
例えば、ｐコンタクト層を備えない構成を採用する場合であっても、同様にして、ｐ型層の最上層の上面に凹凸形状を形成することができ、この様な構成によっても、前記の本発明の手段に基づく本発明の作用により本発明の効果を得ることができる。例えば、ｐ型クラッド層をｎ層構造（ｎ≧２）とし、そのｎ層の最上層の上面に、上記と同様の方法で凹凸形状を形成しても良い。

また、上記の実施例では、バリア層５２の組成をＧａＮとしたが、バリア層５２には、井戸層５１よりもバンドギャップの広い「Ａｌ_(1-x1-y1) Ｇａ_y1Ｉｎ_x1Ｎ（０≦ｘ１＜１，０≦ｙ１≦１）」より成る２元、３元、又は４元の III族窒化物系化合物半導体を用いることができる。また、上記の実施例では、発光ダイオード１０の活性層５をＭＱＷ構造（多重量子井戸構造）としたが、活性層５の構造はＳＱＷ構造（単一量子井戸構造）としてもよい。

本発明は、少なくとも最上層の半導体層の表面に凹凸を有する発光ダイオード及びその製造方法に関するものであり、発光ダイオードの高輝度化と生産性の向上に寄与する。また、本発明の構成又は方法に従えば、形状加工等によって半導体層が損傷されることが無いので、適正な発光強度、発光効率、駆動電圧、静電耐圧、素子寿命、歩合、生産コストなどの実際の基本的な商用要件を十分に満たす発光ダイオードを製造することが可能又は容易となる。

実施例１の発光ダイオードの積層構成を示した模式的な断面図 実施例２の電極形成層の表面の写真 実施例２の電極形成層の表面の写真

符号の説明

１０ ： 発光ダイオード
１ ： サファイア基板
２ ： バッファ層
３ ： ｎ型コンタクト層（ｎ型の高キャリア濃度層）
４ ： ｎ型クラッド層（ノンドープ低キャリア濃度層）
５ ： 活性層
５１： 井戸層
５２： バリア層
６ ： ｐ型クラッド層
７ ： ｐ型コンタクト層
８ ： 電極
９ ： 透光性電極

Claims (8)

1. III族窒化物系化合物半導体の結晶成長によって生成される半導体層を複数積層することにより形成される半導体発光素子において、
   １％以上のインジウム（Ｉｎ）を含むＩｎＧａＮ結晶から形成され、かつ、表面に電極が形成されている電極形成層を有し、
   前記電極形成層の前記表面に、
   穴であるピットが１０⁵ 個／ｃｍ² 以上の点在密度で形成されている
   ことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記電極形成層の前記表面は、
   結晶ｃ面から成り、
   前記ピットの形状は、
   結晶構造上同等な６つのファセット面から構成された逆六角錐形状である
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記ピットの直径は、
   １ｎｍ以上、６００ｎｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
4. 前記電極形成層は、
   マグネシウム（Ｍｇ）が添加されたｐ型のＩｎＧａＮ結晶から形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の半導体発光素子。
5. 前記半導体発光素子は、青色半導体発光素子であり、
   前記電極形成層は、ｐコンタクト層から形成されており、
   前記ｐコンタクト層のＩｎ組成比ｘは、０．０１以上、０．２０以下である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の半導体発光素子。
6. 前記半導体発光素子は、青緑色半導体発光素子であり、
   前記電極形成層は、ｐコンタクト層から形成されており、
   前記ｐコンタクト層のＩｎ組成比ｘは、０．０１以上、０．２５以下である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の半導体発光素子。
7. 前記半導体発光素子は、緑色半導体発光素子であり、
   前記電極形成層は、ｐコンタクト層から形成されており、
   前記ｐコンタクト層のＩｎ組成比ｘは、０．０１以上、０．３０以下である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の半導体発光素子。
8. 前記電極形成層の前記表面は、
   気相エッチングによる被浸食面から構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の半導体発光素子。