JP2007042850A - ｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】ｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードにあって、、発光の外部への取り出し効率に優れ、且つ、電極間の素子駆動電流の短絡的な流通を防止できる、静電耐圧の向上した発光ダイオードを提供する。
【解決手段】一方の極性のオーミック電極を、開口率を領域により異にして開口部を設けた導電性薄膜から構成する。特に、双方の極性の電極間に在る領域に、開口率を、周辺のその他の領域より大として開口部を設けた導電性薄膜を配置してオーミック電極を構成する。また、他方の極性の電極に近接する領域に、間口率を特に小とする導電性薄膜を配置してオーミック電極を構成する。さらに一方の台座電極と他方の電極とを結ぶ帯状部分の領域の開口率を他の領域より大きくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、III−Ｖ族等のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード、特に、外部への発光の取り出し効率に優れる、静電耐圧を向上させたｐｎ接合型発光ダイオ−ドに関する。

最近では、比較的短波長の可視光を発するｐｎ接合型構造の発光ダイオード（ＬＥＤ）が、様々なIII−Ｖ族化合物半導体材料を利用して構成されている（例えば、非特許文献１参照）。例えば、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（組成式Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＰ：０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）材料は、黄橙色帯から黄緑色帯の短波長可視光を発するＬＥＤを構成するための発光層やクラッド（clad）層を構成するに利用されている。また、青色帯或いは緑色帯の発光を放射する短波長ＬＥＤ用の半導体材料としてＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ（０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）等の窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ＬＥＤは、上記の様なIII−Ｖ族化合物半導体層に、正（＋）極及び負（−）極のオーミック(Ohmic)電極を設けて構成される。特に、Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＰやＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ等のワイドバンドギャップ（広禁止帯幅）材料では、素子駆動電流を広範囲に亘って、例えば発光層の略全面に平面的に拡散させ難い。このため、禁止帯幅が比較的に高いIII族窒化物半導体層には、その表面の略全域に金属膜をオーミック電極として設けてＬＥＤが構成されている（例えば、特許文献２参照）。

ワイドバンドギャップの化合物半導体については、開口部を有する金属膜からオーミック電極を構成する技術も知れている（例えば、特許文献３参照）。開口部を有するオーミック電極とは、具体的には、網（net）状或いは櫛型状の電極である（前出の特許文献３参照）。発光の外部への取り出し方向に設けるオーミック電極に開口部を設けて、発光層から放射される発光が電極材料に吸収される度合いを低減し、外部へ効率的に発光を取り出すためである。
特公昭５５−３８３４号公報 特開平６−３１４８２２号公報 特開平６−６９５４６号公報

ワイドバンドギャップの化合物半導体層の表面の全域に例えば、発光の取り出し効率を考慮して、開口部を設けた金属膜からなるオーミック電極を設けても、一方の極性のオーミック電極と、その電極に最も近接している他の極性のオーミック電極の一端との電極間で短絡的に素子駆動電流の流通が起きてしまう。このため、素子動作電流を発光領域に充分に拡散できない。そればかりか、むしろ、狭い領域に素子駆動電流が集中して流れ込むため、電流密度が大となり、その領域の温度が上昇し、電極が熱的損傷を被ってしまう。

オーミック電極間で、素子駆動電流の短絡的で、また集中的な流通を生ずる電極の構成及び配置を備えた化合物半導体発光素子では、また、静電気等に因る破壊（静電破壊）に対する耐性も充分とはなっていない。特に、電気的に絶縁性の高い、例えば、サファイア（α−Ａｌ_２Ｏ_３単結晶）やリチウム酸ガリウム（ＬｉＧａＯ_２）、リチウム酸アルミニウム（ＬｉＡｌＯ_２）等の絶縁性結晶を基板として構成された例えば、III族窒化物半導体発光素子では、静電耐圧が一般に低く、発光素子の組立工程中での静電破壊に因り、良品素子の収率向上を妨げている。

上記の如くの電極の熱的損傷或いは静電破壊を防止するには、一方の極性の電極から、他方の極性の電極への短絡的な流通を回避する必要がある。
本発明の目的は、電極間での素子駆動電流の短絡的で集中的な流通を回避して、外部への発光の取り出しを妨げることなく、尚且つ、静電耐圧に優れるｐｎ接合型化合物半導体発光素子を提供することにある。

本発明は上記の目的を達成するためになされたもので、以下の各発明からなる。
（１）第１の伝導型の導電層と、発光層と、第２の伝導型の導電層と、発光層からの発光を外部に取り出す方向に在る一方のオーミック（Ohmic）電極と、これに対向する他方のオーミック電極とを有し、前記一方のオーミック電極を開口部を有する導電性薄膜で構成したｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードに於いて、前記導電性薄膜の開口部の開口率が領域により異なるように構成とした、ことを特徴とするｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
（２）上記一方のオーミック電極に、電気的に導通させて結線用の台座電極が設けられている、ことを特徴とする上記（１）に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。

（３）上記一方のオーミック電極上に設けられた台座電極の周辺と上記他方のオーミック電極の周辺で導電性薄膜の開口率が異なっている、ことを特徴とする上記（１）または（２）に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
（４）上記一方のオーミック電極が、該電極上の台座電極から、上記他方のオーミック電極の方向に向けて開口率を減少させた導電性薄膜から構成されている、ことを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。

（５）上記一方のオーミック電極が、該電極上の台座電極と、上記他方のオーミック電極との間を結ぶ帯状の領域での開口率を、その他の領域より大とした導電性薄膜から構成されている、ことを特徴とする上記（１）乃至（４）の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
（６）上記一方のオーミック電極の、上記他方のオーミック電極と近接する領域が、開口率を２０％以下とする導電性薄膜から構成されている、ことを特徴とする上記（１）乃至（５）の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。

（７）上記一方のオーミック電極が、発光層からの発光を透過できる導電性薄膜から構成されている、ことを特徴とする上記（１）乃至（６）の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
（８）上記導電性薄膜が金属膜である上記（１）乃至（７）の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
（９）上記（１）乃至（８）の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードと蛍光体とを組合せた発光ダイオード。
（１０）上記（９）に記載の発光ダイオードを用いた照明器具。

本発明は、一方の極性のオーミック電極を開口部を有する導電性薄膜から構成することとしたので、その開口部から、発光を直接、外部へ透過できるため、外部への発光の取り出し効率に優れるｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
上記において、一方のオーミック電極が、該電極上の台座電極から、上記他方のオーミック電極の方向に向けて開口率を減少させた導電性薄膜から構成することにより、静電気耐性に優れるｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを提供できる。

特に、本発明では、双方の極性の電極間に在る帯状領域に、他の領域より開口部を大とした導電体を配置し、素子駆動電流を分散させて流通できるオーミック電極では、両電極間での短絡的で集中的な素子駆動電流の流通を回避する効果あり、静電耐圧にも優れるｐｎ接合型化合物半導体発光素子を提供できる。
また、本発明に依れば、光の取り出し方向と反対側のオーミック電極に近接する領域に、開口率の特に小さな導電性薄膜を配置した構成では、前記領域の電位を均等化することができ、静電耐圧に優れるｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを提供できる。

本発明のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードは第１の伝導型の導電層（ｎ又はｐ型の半導体層）と、発光層と、第２の伝導型の導電層（前記のｎ又はｐ型に対応してｐ又はｎ型の半導体層）とを有する積層体と、発光層からの発光を外部に取り出す方向に在る一方のオーミック（Ohmic）電極と、これに対向する他方のオーミック電極とを有し、前記一方のオーミック電極を開口部を有する導伝性薄膜で構成したｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードに於いて、前記導伝性薄膜の開口部の開口率を領域により異にするように構成とした、ことを特徴とするものである。以下これらについて詳しく説明する。

本発明のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを構成するための積層構造体は、サファイア（α−Ａｌ_２Ｏ_３単結晶）、４Ｈ結晶型または６Ｈ結晶型の六方晶(hexagonal)炭化珪素（ＳｉＣ）やウルツ鉱結晶型(wurtzite)窒化ガリウム（ＧａＮ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの六方晶の単結晶を基板として形成する。また、燐化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）及び珪素（Ｓｉ）等の閃亜鉛鉱結晶型（zinc-blende）の半導体単結晶を基板として形成する。

本発明のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード用途の積層構造体には、単一異種接合（single hetero）構造でも良いが、より高い強度の発光を得るために、２重異種接合（double hetero：ＤＨ）構造の発光部を備えさせる。発光部とは、発光層と、発光層を両側（上面側及び下面側）から挟持して障壁作用を及ぼす、ｎ型またはｐ型クラッド（clad）層とから構成されるｐｎ接合構造部である。

発光層は、例えば、燐化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_ＹＩｎ_ＺＰ：０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）、砒化アルミニウム・ガリウム（組成式Ａｌ_ＸＧａ_ＹＡｓ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）、窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_ＹＩｎ_ＺＮ：０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）、また窒化燐化ガリウム（組成式ＧａＮ_１−ａＰ_ａ：０≦ａ＜１）などの直接遷移型のIII−Ｖ族化合物半導体材料から形成する。また、セレン化硫化亜鉛（組成式ＺｎＳｅ_１−ＱＳ_Ｑ：０≦Ｑ≦１）等のII−VI族化合物半導体材料から構成する。

発光層は、単一層のみから構成しても良くが、より単色性に優れる発光を得るために量子井戸構造とする。単一量子井戸構造（SQW）よりは多重量子井戸構造(MQW)から構成する。青色帯或いは緑色帯の光を発する量子井戸構造の発光層は、例えば、Ａｌ_ＸＧａ_ＹＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）からなる障壁層と、Ｇａ_ＹＩｎ_ＺＮ（０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）からなる井戸層とを交互に積層させて構成する。また例えば、直接遷移型の窒化燐化ガリウム（組成式ＧａＮ_１−ａＰ_ａ：０≦ａ＜１）からなる井戸層（well）と、より禁止帯幅の大きなＧａＮ_１−ａＰ_ａ（０≦ａ＜１）からなる障壁（barrier）層とを交互に周期的に積層させて構成する。
緑色帯の光を発する量子井戸構造の発光層は、また、ＺｎＳｅ_１−ＱＳ_Ｑ（０≦Ｑ≦１）等のII−VI族化合物半導体材料からも構成できる。

ＧａＮ系III−Ｖ族化合物半導体材料から多重量子井戸構造を構成する場合、交互に積層させる際の周期数は、３以上で２０以下、更に好ましくは、５以上で１０以下とする。Ａｌ_ＸＧａ_ＹＡｓ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）から多重量子井戸構造を構成する場合、より周期数を多くして５以上で２０以下としても、表面の平坦な発光層が得られる。この障壁層と井戸層とは、キャリア濃度は相違しても差し支えはないが、同一の伝導型のＧａＮ系化合物半導体から構成する。量子井戸構造の始端及び終端は、何れも、井戸層であっても障壁層であっても構わない。また、始端が障壁層で、終端が井戸層であるか、またはその逆であっても差し支えはない。

ＧａＮ系III−Ｖ族化合物半導体から量子井戸構造をなす井戸層を構成する場合、井戸層の層厚は、２ｎｍ以上で１２ｎｍ以下であるのが好まれる。従来の如く膜厚を略均一とするのではなく、領域的（部分的）に層厚を薄くした層厚を不均一とする、例えば、Ｇａ_ＹＩｎ_ＺＮ（０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）から井戸層を用いて量子井戸構造を構成すると、順方向電圧の低いｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードが得られる。層厚が１．５ｎｍ以下である領域を部分的に含むＧａ_ＹＩｎ_ＺＮから構成された井戸層は低順方向電圧の発光ダイオードを得るに特に、好適に利用できる。部分的に膜厚が薄い領域を含む、層厚を不均一とする井戸層と、不純物をドーピングして低抵抗とした障壁層とからなる量子井戸構造では、障壁層から井戸層へ及ぼされるピエゾ（piezo）効果に因る悪影響が低減され、波長の安定した発光をもたす発光層を構成できる。

例えば、ＧａＮ系III−Ｖ族化合物半導体からなる発光層について、ｎ型またはｐ型クラッド層は、発光層よりも禁止帯幅を大とする、例えば、組成式Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ_１−ａＭ_ａ（０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１、記号Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である。）で表せるＧａＮ系III−Ｖ族化合物半導体から構成する。また、リン（Ｐ）と硼素（Ｂ）とを構成元素として含む、燐化硼素（ＢＰ）系III−Ｖ族化合物半導体材料から構成できる。ｎ型クラッド層は、例えば、珪素（Ｓｉ）或いはゲルマニウム（Ｇｅ）等の第IV族元素、或いはセレン（Ｓｅ）等の第VI族元素をドーピングして形成する。ｐ型クラッド層は、マグネシウム（Ｍｇ）やベリリウム（Ｂｅ）等の第II族元素をｐ型不純物としてドーピングして形成する。クラッド層をなす化合物半導体層のキャリア濃度は、１×１０^１７ｃｍ^−３〜５×１０^１８ｃｍ^−３の範囲とするのが望ましい。単量体の燐化硼素（ＢＰ）からは、不純物を敢えてドーピングせずとも、アンドープ（undope）のアズーグローン（as-grown）状態で上記の好ましい範囲のキャリア濃度を有するｎ型及びｐ型導電層を得ることが出来る。クラッド層の膜厚は、０．１μｍ以上で５μｍ以下であるのが好適である。

本発明に係わる発光ダイオードを形成するための発光層やクラッド層、或いは後述するコンタクト（contact）層等の、積層構造体を構成する各層は、ＭＯＣＶＤ法に加え、例えば、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法、ハイドライド（水素化物）気相エピタキシャル成長（ＶＰＥ）法等の気相成長手段で形成できる。珪素（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）をドーピングした障壁層を形成するには、気相成長時にシラン（分子式：ＳｉＨ_４）やジシラン（分子式：Ｓｉ_２Ｈ_６）、ゲルマン（分子式：ＧｅＨ_４）等をドーピングガスとして利用して添加する。障壁層をＧａＮ層とし、井戸層をＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ層とする量子井戸構造を形成するには、６５０℃〜９００℃が適する。この構成からなる量子井戸構造の場合、障壁層と井戸層とは略同一の成長温度で形成できる。障壁層を、ＧａＮに代替して、アルミニウム（Ａｌ）を含むＡｌ_ＸＧａ_ＹＮから構成する際には、成長温度を、ＧａＮ障壁層の場合より高温として形成する。

本発明に係わるｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを構成するにあたり、ｎ型及びｐ型オーミック電極は、ｎ型またはｐ型クラッド層の表面に直接、接触させて設ける。または、一方のクラッド層の上面及び他方のクラッド層の下面に接合させて設けた、クラッド層と同一の伝導型のコンタクト層に接触させて設ける。本発明では、正（＋）、負（−）何れかの極性のオーミック電極を、開口部を設けた導電性薄膜から構成する。そしてこの導電性薄膜を、発光層からの発光を外部へ取り出す方向のオーミック電極とする。例えば、ｎサイドアップ（n-side up）型のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードにあっては、ｎ型オーミック電極（負極）を開口部のある導電性薄膜から構成する。逆に、ｐサイドアップ型のｐｎ接合型ＬＥＤでは、ｐ型オーミック電極（正極）を開口部を設けた導電性薄膜から構成する。

オーミック電極を構成するための導電性薄膜に設ける開口部の平面形状は、正方形、長方形、平行四辺形、菱形、正六角形或いは正八角形等の正多角形等、任意に選択する。要は、発光層からの発光を外部に効率的に取り出せる形状であって、尚且つ、その形状の開口部を設けることに因り、素子駆動電流の発光部への平面的で均等な拡散を妨げないものであれば良い。開口部の平面形状は、導電性薄膜の面内で同形で同一であっても良く、また、領域ごとに異なっていても構わない。例えば、導電性薄膜の中央部が正方形の開口部からなる格子状であり、その他の領域に設ける開口部が円形である場合を例示できる。

発光を透過する性質の有る材料、または透過するに足る導電性薄膜からオーミック電極を構成することとすると、外部への発光の取り出し効率により優れるｐｎ接合型化合部半導体発光ダイオードが得られる。発光の外部への透過性を十分に確保するには、導電性薄膜の膜厚は、１ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲とするのが望ましい。１ｎｍ未満の層厚の極薄膜は、発光の透過率に優れるものの、素子駆動電流を通流する際の抵抗が増加するため、素子駆動電流を発光部へ平面的に拡散させるに十分な作用を及ぼさない。また、電極形成プロセスに於いて、損傷を被り易くなる不都合を生ずる。このため、透光性電極をなす導電性薄膜は、発光層からの発光に対して３０％から８０％の範囲の透過率を与える膜厚を有するのが好ましい。

導電性薄膜の材料としては金属薄膜、合金薄膜の他、酸化物薄膜なども用いることができる。これらの薄膜は重層させてもよい。重層構造をなす場合は合計で１ｎｍ以上１００ｎｍ以下にするのが好ましい。この様な膜厚の導電性薄膜は、高周波スパッリング法や真空蒸着法などの薄膜形成手段で形成できる。
上記の様な導電性薄膜から構成したオーミック電極の一部の領域上には、素子駆動電流を供給するための導線を結線するための台座（pad）電極を設ける。台座電極は、合計の層厚を０．５μｍ以上で５μｍ以下とする金属材料の厚膜から構成する。金属薄膜を多層に重層させて台座電極を構成する場合、表面は、結線を容易になすため、金（Ａｕ）またはその合金膜から構成するのが好ましい。台座電極は、導電性薄膜からなるオーミック電極に電気的に接触させて設ける。

台座電極を、導電性薄膜からなるオーミック電極上に設ける位置は、他の一方の極性のオーミック電極と遠隔な位置とする。例えば、図１に例示する平面視正方形のｐｎ接合型化合物半導体ＬＥＤを例にして説明すれば、開口部１１を設けた導電性薄膜からなるオーミック電極１０上に設ける金属厚膜からなる台座電極１２は、他の極性のオーミック電極１３と対向する辺（対辺）側の一位置に設ける。そして好ましくは図１に示すように辺のコーナーに両電極を対向して設ける。

本発明は、開口部を有する導電性薄膜を、図１に例示する様に、開口率が領域に依って異なるように構成し、これをオーミック電極１０とする。開口率とは、オーミック電極１０をなす導電性薄膜が敷設されている領域の平面積に対する、開口部１１の合計の平面積の比率である。

本発明における導電性薄膜の開口率が領域により異なる構成の態様として、図１に例示するように、導電性薄膜の開口率が、上記一方のオーミック電極上に設けられた台座電極の周辺と上記他方のオーミック電極の周辺とで異なり、前者の方が大きい。また導電性薄膜からなるオーミック電極１０上に設けた台座電極１２から、他の極性のオーミック電極１３に向けて、開口率を漸次、減少させた構成を挙げることができる。開口率をこのように構成すると、他の極性のオーミック電極１３に対峙する領域で電流拡散をよくすることができ好ましい。

導電性薄膜の開口率が領域により異なる構成の第２の態様は、導電性薄膜の他の極性のオーミック電極１３に近接する領域を、開口率２０％以下とする導電性薄膜から構成されるものである。開口率を２０％以下（０％を含まず）導電性薄膜では、導電性薄膜が連続している部位の幅が広く採れ、素子駆動電流をより良く通流できるため、他の極性のオーミック電極１３と対峙する領域を等電位とするに役立つ。しかし、開口率が小さいために、連続的な膜に近いものとなった金属薄膜を広範囲な平面領域に設けると、発光層からの発光が吸収される度合いが増加する。従って、この様な開口率の小さな導電性薄膜が占める平面積は、それと電気的に導通する導電性薄膜からなるオーミック電極１０の平面積の１／２以下、更に望ましく１／４以下とする。また、この様な開口率の小さな金属薄膜を配置する領域は、他の極性の電極１３の外縁を取り囲む様に配置するのが好ましい。

導電性薄膜の開口率が領域により異なる構成の第３の態様は、台座電極１２と他方の極性の電極１３を結ぶ帯状領域の開口率が、他の領域の開口率より大きくした構成である。このようにすることにより、静電気耐性の向上の作用がある。
開口率を領域により異にする構成は、例えば、開口率を異にする形状が描画されているフォトマスクを利用して、公知のフォトリソグラフィー技術に依り、フォトレジスト材料をパターンニングし、選択エッチングを施せば同一の金属材料から簡便に形成できる。

導電性薄膜の材料はからなるオーミック電極を形成するに適するｎ型オーミック電極（負極）材料には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、及びバナジウム（Ｖ）などがある。ｐ型オーミック電極（正極）は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、及びコバルト（Ｃｏ）などの薄膜から構成できる。またｎ型、ｐ型何れに対しても酸化ニッケルや酸化コバルト（ＮｉＯ、ＣｏＯ；組成比は、必ずしも１：１とは限らない）等の酸化物等を用いることができる。
本発明の発光ダイオードにおいて、一方の電極に対向する他方のオーミック電極、台座電極（オーミック電極を兼ねても良い）としては Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｓｎ、などおよびその合金や積層構造などが用いられる。最表面層は、ボンディング性を良くするため、ＡｕかＡｌとすることが望ましい。

（作用）
一方の極性の電極と、他方の極性の電極との間に在る平面領域に、開口率を他の周辺領域より大として設けた開口部は、結果として金属膜の接続部の幅を縮小させ、従って、電極間の素子駆動電流の短絡的な通流を阻止する作用をもたらす。

一方の極性のオーミック電極に対峙して設けた開口率を小とする金属膜は、一方の極性の電極と対抗する領域の電流拡散をよくする作用を発揮する。

開口部を有する金属薄膜は、発光層からの発光を、開口部を通して透過し、または開口部以外の薄膜を経由して外部へ透光する作用を有する。

（実施例）
窒化物系化合物半導体からなる青色発光素子を以下のとおり作製した。
サファイア基板上にＡｌＮ層を介してアンドープＧａＮからなる厚さ４μｍの下地層、Ｇｅドープ（濃度１×１０¹⁹／ｃｍ³）ＧａＮからなる厚さ２μｍのｎ側コンタクト層、Ｓｉドープ（濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³）Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからなる厚さ１２．５ｎｍのｎ側クラッド層、ＧａＮからなる厚さ１６ｎｍの障壁層とＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎからなる厚さ２．５ｎｍの井戸層を交互に５回積層させた後、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層、Ｍｇドープ（濃度１×１０²⁰／ｃｍ³）Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎからなる厚さ２．５ｎｍのｐ側クラッド層およびＭｇドープ（濃度８×１０¹⁹／ｃｍ³）Ａｌ_0.02Ｇａ_0.98Ｎからなる厚さ０．１６μｍのｐ側コンタクト層を順次積層して窒化物系化合物半導体積層構造を形成した。

この窒化物系化合物半導体積層構造のｐ側コンタクト層上の所定の位置に公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いて、図１のパターンの正極を形成した。正極は、ｐ側コンタクト層側から順にＰｔおよびＡｕを積層した構造とした。正極を構成する網状の電極１０は幅を６μｍとした。また、網状電極１０の開口率を、台座電極１２付近で５０％、他の極性のオーミック電極１３付近で１０％とした。
続いて、公知のフォトリソグラフィー技術を用い、半導体側からＡｕ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ層構造よりなる正極ボンディング用パッドを形成した。

続いて、反応性イオンエッチング法によって負極を形成する部分のｎ型ＧａＮコンタクト層を露出させ、露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上に負極を以下の手順により形成した。レジストを全面に一様に塗布した後、公知リソグラフィー技術を用いて、露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上の負極形成部分からレジストを除去して、通常用いられる真空蒸着法で半導体側から順にＴｉが１００ｎｍ、Ａｕが２００ｎｍよりなる負極を形成した。その後レジストを公知の方法で除去した。

然る後、３５０μｍ角の正方形のＬＥＤチップに切断し、リードフレーム上に載置し、金導線をリードフレームに結線して、リードフレームよりＬＥＤチップへ素子駆動電流を流せる様にした。

リードフレームを介して正極１０および負極１３間に順方向に素子駆動電流を流した。順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は３．５Ｖであった。また、２０ｍＡの順方向電流を流した際の出射される青色帯発光の中心波長は４６０ｎｍであった。また、一般的な積分球を使用して測定される発光の強度は、５ｍＷに達し、高い強度の発光をもたらすIII族窒化物半導体発光素子が得られた。

また、得られた発光素子の静電耐圧測定（ＥＳＤ）をヒュウマンボディモデル（ＨＢモデル）によって行なった結果、面内２０点中２０点全てが２０００Ｖ以上であった。

（比較例）
実施例と同じ積層構造のウエーハを用い、積層の構造は同じとしてｐ層のほぼ全面を均一に覆うようにｐ側電極を形成するようにパターンを変更して素子を作製した。ｎ電極のパターンや積層構造は実施例と同じとした。

得られた発光素子を実施例と同様に評価したところ、順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は３．５Ｖであった。また、２０ｍＡの順方向電流を流した際の出射される青色帯発光の中心波長は４６０ｎｍであった。また、一般的な積分球を使用して測定される発光の強度は、３ｍＷであり、発光の強度は明らかに実施例よりも弱かった。
更に、静電耐圧測定（ＥＳＤ）においては、２０００Ｖ以上示したのは面内２０点中３点のみであった。

本発明に依れば、電極間での局所的で且つ短絡的な素子動作電流の流通が回避され、耐電圧に優れるｐｎ接合型発光ダイオードが得られ、また開口部から、発光を直接、外部へ透過できるため、外部への発光の取り出し効率に優れるｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードなので、各種のディスプレイ等や各種のインジケータ類、各種の交通信号機、自動車のウインカ、リアライト類、デイタイムライト等に好適に利用できる。
またこの発光ダイオードと蛍光体とを組み合わせて、白色光等の発光ダイオードとして自動車のヘッドランプ、またはスポットライトや天井灯、街灯などの照明器具等に利用できる。

本発明の電極の構成を説明するためのＬＥＤの平面模式図である。

符号の説明

１０ 開口部を設けた一方の極性のオーミック電極
１１ 開口部
１２ 開口部を設けたオーミック電極上の台座電極
１３ 他方の極性のオーミック電極

Claims (10)

1. 第１の伝導型の導電層と、発光層と、第２の伝導型の導電層と、発光層からの発光を外部に取り出す方向に在る一方のオーミック（Ohmic）電極と、これに対向する他方のオーミック電極とを有し、前記一方のオーミック電極を開口部を有する導電性薄膜で構成したｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードに於いて、前記導電性薄膜の開口部の開口率が領域により異なるように構成とした、ことを特徴とするｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
2. 上記一方のオーミック電極に、電気的に導通させて結線用の台座電極が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
3. 上記一方のオーミック電極上に設けられた台座電極の周辺と上記他方のオーミック電極の周辺で導電性薄膜の開口率が異なっている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
4. 上記一方のオーミック電極が、該電極上の台座電極から、上記他方のオーミック電極の方向に向けて開口率を減少させた導電性薄膜から構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
5. 上記一方のオーミック電極が、該電極上の台座電極と、上記他方のオーミック電極との間を結ぶ帯状の領域での開口率を、その他の領域より大とした導電性薄膜から構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
6. 上記一方のオーミック電極の、上記他方のオーミック電極と近接する領域が、開口率を２０％以下とする導電性薄膜から構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
7. 上記一方のオーミック電極が、発光層からの発光を透過できる導電性薄膜から構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
8. 上記導電性薄膜が金属膜である請求項１乃至７の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードと蛍光体とを組合せた発光ダイオード。
10. 請求項９に記載の発光ダイオードを用いた照明器具。