JP2014116412A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】全体が均一に発光し、高い発光効率で信頼性に優れ、また製造コストが安いＬＥＤ素子を提供する。
【解決手段】発光素子は、第１の半導体層、活性層、及び第２の半導体層がこの順に積層されているＡｌＧａＩｎＰ系半導体からなる半導体構造層１１と、当該第１の半導体層上の一部に形成されている第１の電極と、当該第２の半導体層上の一部に形成されている第２の電極と、を含み、当該第２の電極は、当該第２の半導体層とショットキー接合を形成している給電配線２１、半導体層とオーミック接合を形成している配線電極１９を含み、当該給電配線が形成されている領域と当該半導体構造層を挟んで対向する領域の当該第１の半導体層上に当該第１の半導体層とショットキー接合を形成している対向電極２５が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）素子に関する。

ＬＥＤ素子を搭載した発光装置が、照明、バックライト、産業機器等に従来から用いられてきた。特許文献１に記載されているようなＬＥＤ素子は、ＧａＡｓ基板またはサファイヤ基板等の成長基板上にＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法等を用いてＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＮ等の半導体層をエピタキシャル成長させ、成長基板上に成長した半導体層を導電性の支持基板に貼り合わせた後、成長基板を除去して製造されている。

特開２０１１−１６５８５３号公報 特開２００９−２１４１６号公報

上記したような発光素子には、活性層全体に電流を均一に拡散させて発光ムラをなくす為、ｎ電極直下の反射面側電極に透光性絶縁体層を挿入して、ｐ電極とｎ電極とが互い違いに配されるようにすることで、ｎ電極直下での電流集中を抑制し、電流を拡散させる方法が用いられているものがある（特許文献１）。このような発光素子において、活性層から見て光取り出し面側にあるｎ型半導体層の層厚を厚く（例えば、数千ｎｍ）することによって、ｎ型半導体層内での電流の水平方向拡散（活性層と平行な面内における電流拡散）を促進し、活性層全体を均一に発光させているものがある（特許文献２）。

しかし、ｎ型半導体層の層厚を厚くすると、半導体層内の不純物キャリアによる光の吸収が増加するため発光素子の光取り出し効率の低下が生じてしまう。さらに、半導体層の層厚を厚くすることで半導体膜を成長する時間が増加してしまい、製造コストの増加も生じてしまう。

また、ｎ型半導体層の層厚を薄くして、光吸収を抑制しようとすると、ｎ型半導体層内での電流の水平方向拡散が不十分になり、活性層の発光面積が減少してしまう。さらに、層厚の薄いｎ型半導体層内で電流集中が生ずることにより、静電破壊耐圧（ＥＳＤ耐圧）、特に逆方向バイアスの電流が流れる際の静電破壊耐圧が低下してしまう。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、全体が均一に発光し、高い発光効率で信頼性に優れ、また製造コストが安いなど、高性能なＬＥＤ素子等の半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明の発光素子は、ｐ型の第１の半導体層、活性層、及びｎ型の第２の半導体層がこの順に積層されているＡｌＧａＩｎＰ系半導体からなる半導体構造層と、当該第１の半導体層上の一部に形成されている第１の電極と、当該第２の半導体層上の一部に形成されている第２の電極と、を含み、当該第１の電極は、当該第２の電極が形成されている領域と当該半導体構造層を挟んで対向している領域以外の領域に形成されており、当該第２の電極は、当該第２の半導体層とショットキー接合を形成している給電配線、及び当該給電配線から伸張し、当該第２の半導体層とオーミック接合を形成している配線電極を含み、当該給電配線が形成されている領域と当該半導体構造層を挟んで対向する領域の当該第１の半導体層上に当該第１の半導体層とショットキー接合を形成している対向電極が形成されており、当該第２の半導体層は、電流拡散層を含み、当該電流拡散層の電気抵抗率をρ、層厚をｄとしたとき、当該電流拡散層のＡｌ組成、キャリア濃度及び層厚は、ρ／ｄ≦６００［Ω］の関係を満たすように定められていることを特徴とする。

本発明の実施例に係る発光素子の平面図である。 図１の２−２線に沿った断面図である。 発光素子内の順方向バイアス時の電流の流れを示す図である。 電流拡散層の層厚と組成との関係を示す図である。 発光素子内の逆方向バイアス時の電流の流れを示す図である。 発光素子の静電破壊耐圧と電流拡散層の厚みとの関係を示す図である。 実施例及び比較例の発光分布、相対輝度、静電破壊耐圧を示す図である。 図１の発光素子の製造工程を示す断面図である。 図１の発光素子の製造工程を示す断面図である。

＜実施例＞
以下に、ＬＥＤ素子を例にして、本発明の実施例に係る発光素子１０について、図１及び図２を参照しつつ説明する。

半導体構造層１１は、ｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド層からなるｐ型半導体層１３、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する活性層１５、並びにｎ型クラッド層１７Ａ、電流拡散層１７Ｂ及び表面加工層１７Ｃからなるｎ型半導体層１７が積層されている構造を有している。例えば、ｐ型コンタクト層は、Ｍｇがドープされ、層中のキャリア濃度が３×１０^１８ｃｍ^−３である厚さ５００ｎｍのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｐの層であり、ｐ型クラッド層は、Ｍｇがドープされ、層中のキャリア濃度が５×１０^１７ｃｍ^−３である厚さ５００ｎｍのＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐの層である。

活性層１５を構成する多重量子井戸構造は、例えば、井戸層を（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層（厚さ２０ｎｍ）、バリア層を（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層（厚さ１０ｎｍ）とし、１５層の井戸層を有している。なお、ｐ型半導体層１３及び活性層の各層の組成比及び層厚は、上記したものに限定されるものではなく、発光波長等に合わせて適宜変更可能である。

上述のように、ｎ型半導体層１７は、ｎ型クラッド層１７Ａ、電流拡散層１７Ｂ、表面加工層１７Ｃがこの順に積層されて構成されている。すなわち、ｎ型半導体層１７は、３層構造になっており、その中央の層として電流拡散層１７Ｂを有している。ｎ型クラッド層１７Ａは、Ｓｉがドープされ、層中のキャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３である厚さ５００ｎｍのＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐの層であり、電流拡散層１７Ｂは、Ｓｉがドープされ、層中のキャリア濃度が２×１０^１８ｃｍ^ー３である厚さ５００ｎｍの（Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐの層であり、表面加工層１７Ｃは、Ｓｉがドープされ、層中のキャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３である厚さ５００ｎｍのＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐの層である。ｎ型半導体の各層内の電気抵抗率は、Ａｌ組成が小さくなるかまたは層中のキャリア濃度が高いほど低くなり、ｎ型クラッド層１７Ａ及び表面加工層１７Ｃの電気抵抗率が０．１４Ω・ｃｍ、電流拡散層１７Ｂの電気抵抗率が０．０２Ω・ｃｍとなっている。

なお、ｎクラッド層１７Ａ及び表面加工層１７Ｃの組成は、上記したものに限らずＧａＡｓ基板上に成長させることが可能であり、活性層１５から出射される光に対して十分な透光性を有する範囲である、例えば（Ａｌ_ＺＧａ_１−Ｚ）_ｘＩｎ_１−ｘＰ （０．６５≦Ｚ≦１．０、０．４５≦ｘ≦０．５５）のような組成であってもよい。また、電流拡散層１７Ｂの組成は、上記したものに限らず、後述するように、電流拡散層１７Ｂにおいて水平方向に電流が十分広がり活性層１５を均一に発光させることができ、電流拡散層１７Ｂによる活性層１５から出射された光の吸収の影響を無視できる範囲の組成であればよい。

半導体構造層１１のｎ型半導体層１７の上面、すなわち光取り出し面上には、ｎ配線電極１９及びｎ配線電極１９に電力を供給するためのｎ給電配線２１が形成されている。ｎ配線電極１９は、ＡｕＧｅＮｉからなり、ｎ型半導体層１７上に互いに平行に配され、ｎ型半導体層１７とオーミック接合を形成している線状電極として形成されている（本実施例では、３本の互いに平行な直線上に配置されている）。ｎ配線電極１９は、ｎ型半導体層１７とオーミック接合を形成できる他の金属、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｎＮｉ等で形成されていてもよい。

ｎ給電配線２１は、ｎ型半導体層１７の上面に、ｎ型半導体層１７の上面中央の後述するボンディングパッド２２を形成する円状の領域から十字方向に伸張し、ｎ配線電極１９の各々の一部を覆うように形成されており、ｎ配線電極１９と電気的に接続している。ｎ給電配線２１は、ｎ型半導体層１７及びｎ配線電極１９上に、Ｔｉが１００ｎｍ堆積されて形成されており、ｎ型半導体層１７とショットキー接合を形成している。なお、ｎ給電配線２１の材料は、ｎ型半導体層１７とショットキー接合を形成する金属であればよく、ＴａＮ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、これらの窒化物、またはこれらのシリサイドを使用することも可能である。また、ｎ給電配線２１とｎ型半導体層１７との間で形成されるショットキー接合のショットキー障壁は、半導体構造層１１内に動作電流が流れ始めるまでの配線抵抗を含む順方向電圧降下（Ｖ_Ｆ）（例えば、０．２Ｖ）よりも高く、０．５Ｖ以上であるのが好ましい。

ｎ給電配線２１の上面の中央には、ボンディングパッド２２が形成されている。ボンディングパッド２２は、ｎ給電配線２１上にＡｕが１０００ｎｍ堆積されて形成されており、直径が７０μｍの円柱形状を有している。ｎ給電配線２１がＴｉ以外の材料で形成されている場合には、ボンディングパッド２２は、ｎ給電配線２１の上面のボンディングパッド２２を形成する領域にＴｉ等の密着性の高い金属を形成し、その上にＡｕを堆積することで形成されもよい。なお、ボンディングパッド２２は、角柱状、錐台形状等任意の形状をとることが可能である。

半導体構造層１１の光取り出し面と反対側の面上（すなわちｐ型半導体層１３の表面）の一部領域には、ｐ電極２３が形成されている。ｐ電極２３は、半導体構造層１１を挟んでｎ配線電極１９及びｎ給電配線２１が形成されている領域と対向する領域以外の領域に形成されている。本実施例においては、ｐ電極２３は、ｎ配線電極１９の伸長方向と平行に伸張する電極であり、半導体構造層の上面方向から見た場合に、ｎ配線電極１９を挟み込む４本の直線上に形成されている。ｐ電極２３は、ｐ型半導体層とオーミック接合を形成する金属、例えば、ＡｕＺｎからなり、１００ｎｍの厚さを有している。

半導体構造層１１を挟んでボンディングパッド２２が形成されている領域と対向する領域（ボンディングパッド２２の真下）のｐ型半導体層１３の表面には、ｐ型半導体層１３とショットキー接合を形成する対向電極２５が形成されている。対向電極２５は、ｐ型半導体層１３とショットキー接合を形成する材料、例えば、Ａｕからなる厚さ１００ｎｍで直径が７０μｍの円柱体である。なお、対向電極２５は、角柱状、錐台形状等任意の形状をとることが可能である。なお、対向電極２５の材料は、ｐ型半導体層１３とショットキー接合を形成する材料であればよく、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、これらの窒化物（ＴａＮ、ＷＮ等）、またはこれらのシリサイド（ＷＳｉ、ＴａＳｉ等）を使用することも可能である。

ｐ型半導体層１３の表面の、ｐ電極２３及び対向電極２５を介して露出している領域には、透光性絶縁層２７が形成されている。透光性絶縁層２７は、絶縁性を有する透光性材料、例えば、ＳｉＯ_２からなる層厚１００ｎｍの層である。透光性絶縁層２７の材料としては、ＳｉＯ_２以外にもＳｉ_３Ｎ_４やＡｌ_２Ｏ_３等の他の透光性を有する絶縁性材料も用いることができる。

ｐ電極２３、対向電極２５及び透光性絶縁層２７の半導体構造層１１に接している面と反対側の面上には、反射金属層２９が形成されている。反射金属層２９は、光反射性の高い金属、例えばＡｕＺｎからなり、２００ｎｍの層厚を有している。なお、反射金属層２９には、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ等の他の光反射性の高い金属を用いてもよい。

半導体側接合層３１は、反射金属層２９のｐ電極２３、対向電極２５及び透光性絶縁層２７と接している面と反対側の表面上に形成されている。半導体側接合層３１は、反射金属層２９側からＴａＮ（層厚１００ｎｍ）、ＴｉＷ（層厚１００ｎｍ）、ＴａＮ（１００ｎｍ）、Ｎｉ（層厚３００ｎｍ）、Ａｕ（層厚３０ｎｍ）がこの順に積層されている層である。

支持基板側接合層３３は、上面及び下面にＰｔからなるオーミック金属層（図示せず）を有するＳｉ等の導電性基板である支持基板３５上に、Ｔｉ（層厚１５０ｎｍ）、Ｎｉ（層厚１５０ｎｍ）、ＡｕＳｎ（層厚６００ｎｍ）がこの順に形成されている層であり、半導体側接合層３１と共晶接合している。支持基板３５は、例えば、一辺が３５０μｍの正方形の上面形状を有している。なお、支持基板３５は、導電性を有し熱伝導率が高い材料であれば、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｕ、ＣｕＷ等の他の材料を用いてもよい。

ここで、図３を用いて、通常の動作時（例えば、１０Ｖ以下の電圧が印加されている場合）の発光素子１０の半導体構造層１１内での電流の流れについて説明する。図３は、図２の領域Ａの部分拡大図である。図３の太線矢印で示すように、通常の動作時において、半導体構造層１１内では、ｐ電極２３とｎ配線電極１９との間に電流が流れている。図３に示すように、ｎ型半導体層１７内においては、ｎ型半導体層１７において、電気抵抗率が比較的高いｎ型クラッド層１７Ａ及び表面加工層１７Ｃにおいては、電流は水平方向、すなわち活性層１５の上面と平行な面内方向にはあまり拡散せず、電流は主に電気抵抗率が比較的低い電流拡散層１７Ｂにおいて水平方向に拡散する。なお、ｎ給電配線２１及び対向電極２５は、それぞれｎ型半導体層１７及びｐ型半導体層１３とショットキー接合を形成しているので、通常の動作時においては、ｎ給電配線２１とｐ電極２３または対向電極２５との間、及びｎ配線電極１９と対向電極２５との間には電流は流れない。

本願の発明者は、電流拡散層１７Ｂの電気抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）と層厚ｄとの間で、ρ/ｄ≦６００［Ω］という関係が成り立つ膜厚ｄ以上のときに、電流拡散層のキャリア濃度にかかわらず電流拡散層１７Ｂにおいて水平方向に電流が十分広がり活性層１５が均一に発光すること、また電流拡散層１７Ｂによる活性層から出射された光の吸収の影響を無視できるということを見出した。さらに、局所的な電流集中がなくなることで、局所的なキャリアオーバーフローが減少し、光出力が向上することも見出した。図４にＳｉがドープされた電流拡散層１７Ｂの層中のキャリア濃度を１×１０^１８ｃｍ^−３（実線）、２×１０^１８ｃｍ^−３（破線）、及び３×１０^１８ｃｍ^−３（一点鎖線）とした場合に、ρ／ｄ＝６００［Ω］を満たす電流拡散層の層厚ｄとＡｌ組成Ｚとの関係を示す。この図において、ρ／ｄ≦６００［Ω］を満たす領域は、各曲線よりも上の領域、すなわち、層厚ｄが大なる領域である。

例えば、本実施例のように、Ｓｉがドープされた電流拡散層１７Ｂの層厚が５００ｎｍ、層中のキャリア濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３（破線）である場合、Ａｌ組成Ｚ≦０．５であれば、電流拡散層において水平方向に電流が十分広がり活性層１５が均一に発光し、電流拡散層１７Ｂによる活性層１５から出射される光の吸収の影響を無視することができる。

また、例えば、Ｓｉがドープされた電流拡散層１７Ｂの層厚が５００ｎｍ、層中のキャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３（実線）である場合はＡｌ組成Ｚ≦０．４５、Ｓｉがドープされた電流拡散層１７Ｂの層厚が５００ｎｍ、層中のキャリア濃度が３×１０^１８ｃｍ^−３（一点鎖線）である場合はＡｌ組成Ｚ≦０．５２であれば、電流拡散層において水平方向に電流が十分広がり活性層１５が均一に発光し、電流拡散層１７Ｂによる活性層１５から出射される光の吸収の影響を無視することができる。さらに、本実施例では、例えば５００ｎｍ以下の薄い電流拡散層１７Ｂとすることを可能にすることによって、ｎ型半導体層１７全体を薄くすることができ、半導体構造層の成長時間が短縮でき、発光素子の製造コストを削減することが可能である。

なお、電流拡散層１７Ｂの層厚及びＡｌ組成Ｚは上記ρ／ｄ≦６００であれば任意に変更可能であるが、層厚を厚くし過ぎると電流拡散層１７Ｂの光吸収量が増大し過ぎて、光取り出し効率の低下を招く可能性がある故に、５００ｎｍ以下であるのが好ましい。また、電流拡散層１７ＢのＡｌ組成Ｚを低くし過ぎると、電流拡散層１７Ｂの光吸収量が増大し光取り出し効率の低下を招く可能性がある故に、電流拡散層１７ＢのＡｌ組成Ｚは０．３以上（０．３≦Ｚ）であるのが好ましく、０．３５以上（０．３５≦Ｚ）であるのがさらに好ましい。

次に、発光素子１０内に、逆方向バイアスの電流が流れた場合（例えば、１００Ｖ以上の高電圧が印加された場合）の電流の流れを図５に示す。図５は、図３と同様に図２の領域Ａの部分拡大図である。図５の太線矢印で示すように、逆方向バイアスの電流が流れた場合、電流は、ｎ配線電極１９とｐ電極２３との間だけではなく、ｎ型半導体層１７とショットキー接合を形成しているボンディングパッド２２下のｎ給電配線２１と、ｐ型半導体層１３とショットキー接合を形成している対向電極２５との間にも流れる。従って、ｎ配線電極１９とｐ電極２３との間の経路に流れるはずの電流を、ボンディングパッド２２下のｎ給電配線２１と対向電極２５との間の経路にも分散させ、ｎ配線電極１９とｐ電極２３との間の経路に流れる電流の量を低下させることができる。よって、発光素子の静電破壊耐圧、特に、逆方向バイアスに電圧がかかった際の静電破壊耐圧を向上させることが可能である。

本実施例の発光素子１０のように、電流拡散層１７Ｂとして、電気抵抗率が比較的低く、薄い層（例えば５００ｎｍ以下の層）を挿入する構造をとる場合、電流拡散層１７Ｂにおいて、電流集中が生じやすく、それによる静電破壊耐圧の低下が生じ易い。図６に、対向電極が無い場合及び有る場合における、発光素子の静電破壊耐圧（Ｖ）の値と電流拡散層の厚み（ｎｍ）との関係を、電流拡散層のＡｌ組成毎に示す。例えば、図６に示すように、対向電極を形成しない場合には、特に、上記実施例において示したようなＡｌ組成Ｚ＝０．４またはＺ＝０．５で層厚５００ｎｍ程度の電流拡散層としたときに、発光素子の静電破壊耐圧が３０００Ｖ程度と低くなっている。しかし、対向電極を形成した場合には、静電破壊耐圧は、１３０００Ｖ程度と非常に高くなる。従って、対向電極を形成することによって、薄膜の電流拡散層を用いて光吸収を抑制しつつ、高い電流拡散効果を得ることができ、かつ非常に信頼性の高い発光素子が得られる。

上記実施例との比較のため、比較例のサンプルを作成し、それらの特性の評価を行った。比較例１の発光素子は、ｎ型半導体層全体が厚膜のもの（層厚３μｍ）の発光素子であり、対向電極を形成せず、電流拡散層の層厚を２μｍとしＡｌ組成ＺをＺ＝１．０とした以外は、実施例の発光素子１０と同一の構成を有している。比較例２の発光素子は、対向電極を形成せず、ｎ型半導体層全体を層厚１．５μｍ、Ａｌ組成ＺがＺ＝０．４である電流拡散層とすることで電流拡散を行っている以外は、実施例の発光素子１０と同一の構成を有している。比較例３の発光素子は、対向電極を形成していない以外は、実施例の発光素子１０と同一の構成を有している。

図７に比較例１−３及び実施例の発光素子の上面から見た際の発光分布（ＮＦＰ：near -field pattern）、発光素子の相対輝度（比較例１の発光素子の輝度を１とする）及び静電破壊耐圧を示す。発光分布の図においては、光の強度を色の濃淡で示しており、色の濃い部分ほど明るく光っていることを示している。発光分布は、発光素子の上面の光取り出し面に平行な面における電流分布に依存しており、均一に発光しているということは、電流が良好に拡散して発光素子全体に均一に流れているということを示している。図７から明らかなように、比較例１の発光素子の場合、光取出し面側のｎ配線電極付近のみが強く発光しており、ｎ配線電極直下に電流が集中し、発光素子全体に電流が均一に流れていないことが分かる。

比較例２の発光素子の場合、Ａｌ組成が低く電気抵抗率が低い層を使用しているので、比較例１よりも電流拡散の改善はなされており、発光素子全体が均一に光っている。しかし、相対輝度が０．９５となっており、比較例１の発光素子と比べて明るさが減少している。これは電流拡散層のＡｌ組成ＺがＺ＝０．４と低く、かつ層厚が厚いため、光が電流拡散層に吸収されている故である。

比較例３の発光素子の場合、Ａｌ組成が低く電気抵抗率が低く、かつ光の吸収が無視できる程度に薄い電流拡散層を用いている故に、電流拡散も良好に行われ、発光素子全体が均一に光っている。また、輝度についても比較例１の発光素子よりも高くなっている。しかし、電流拡散層の低抵抗化及び薄膜化による電流集中の故に、静電破壊耐圧が比較例１の発光素子よりも低くなっている。

上記実施例の発光素子の場合、比較例３の発光素子と同様に、発光分布は均一となっているので電流は面内に一様に拡散していることがわかり、輝度についても、電流拡散層による光の吸収が無視できる程度に電流拡散層を薄くしているために比較例１のものと比較しても高くなっている。また、対向電極を形成することによって静電破壊耐圧も向上している。従って、この比較からも、上記実施例の発光素子が、全体が均一に発光し、高い発光効率で信頼性に優れた発光素子であることがわかる。

以下に、上述した発光素子１０を製造する方法について、図１の２−２線に沿った発光素子１０の断面における製造過程の図である図８（ａ）−（ｄ）及び図９（ａ）−（ｂ）を用いて説明する。最初に、半導体構造層１１の結晶成長に使用する成長基板３７として（１００）面から［０１１］方向に１５°傾斜させた厚さ３００μｍのｎ型ＧａＡｓ基板を用意し、半導体構造層１１をＭＯＣＶＤ法により成膜する。

まず、成長基板３７上に表面加工層１７Ｃ、電流拡散層１７Ｂ、ｎ型クラッド層１７Ａを形成した（図８（ａ））。表面加工層１７Ｃは、Ｓｉがドープされ、層中のキャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３である厚さ５００ｎｍのＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐの層とし、電流拡散層１７Ｂは、Ｓｉがドープされ、層中のキャリア濃度が２×１０^１８ｃｍ^ー３である厚さ５００ｎｍの（Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐの層とし、ｎ型クラッド層１７Ａは、Ｓｉがドープされ、層中のキャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３である厚さ５００ｎｍのＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐの層とする。

次に、活性層１５、並びにｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層からなるｐ型半導体層１３をこの順に成膜し、半導体構造層１１を完成する（図８（ｂ））。ｐ型クラッド層は、Ｍｇがドープされ、層中のキャリア濃度が５×１０^１７ｃｍ^−３である厚さ５００ｎｍのＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐの層とし、ｐ型コンタクト層は、Ｍｇがドープされ、層中のキャリア濃度が３×１０^１８ｃｍ^−３である厚さ５００ｎｍのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｐの層とした。活性層１５を構成する多重量子井戸構造は、例えば、井戸層を（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層（厚さ２０ｎｍ）、バリア層を（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層（厚さ１０ｎｍ）とし、１５層の井戸層を有するように形成した。

なお、ｐ型コンタクト層には、活性層１５からの光を吸収しない範囲でＩｎを含めることができ、井戸層のＡｌ組成比Ｚは発光波長に合わせて０≦Ｚ≦０．４の範囲で調整することができる。また、V族原料としてホスフィン（ＰＨ_３）を使用し、III族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）の有機金属を使用した。また、ｎ型不純物であるＳｉの原料としてシラン（ＳｉＨ_４）を使用し、ｐ型不純物であるＭｇの原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を使用した。成長温度は７５０〜８５０℃とし、キャリアガスに水素を使用し、成長圧力は１０ｋＰａとした。

次に、ｐ型半導体層１３上にプラズマＣＶＤ法により透光性絶縁層２７を構成するＳｉＯ_２膜を１００ｎｍの厚さで形成する。続いて、ＳｉＯ_２膜上にレジストマスクを形成した後、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いてエッチングを行うことにより、ＳｉＯ_２膜にｐ電極２３及び対向電極２５のパターンに対応したパターニングを施した。ＳｉＯ_２膜を除去した部分において開口部が形成され、この開口部においてｐ型半導体層１３が露出する（図８（ｃ））。尚、ＳｉＯ_２膜の成膜方法として熱ＣＶＤ法やスパッタ法を用いることもできる。また、ＳｉＯ_２膜のエッチング方法としてドライエッチング法を用いることも可能である。透光性絶縁層２７の材料としては、ＳｉＯ_２以外にもＳｉ_３Ｎ_４やＡｌ_２Ｏ_３等の他の透光性を有する絶縁性材料も用いることができる。

次に、ＥＢ蒸着法により、上記透光性絶縁層２７の開口部を介して露出しているｐ型半導体層１３上に、ｐ電極２３及び対向電極２５を形成する。具体的には、まず、ｐ型半導体層１３及び透光性絶縁層２７上の対向電極２５を形成する領域以外の領域にレジストを形成し、その上からＡｕをＥＢ蒸着によって層厚１００ｎｍとなるように堆積し、リフトオフを行って対向電極２５を形成する。その後、対向電極２５上及び透光性絶縁層２７上にレジストを形成し、その上からＡｕＺｎをＥＢ蒸着によって１００ｎｍとなるように堆積し、リフトオフによって対向電極２５及び透光性絶縁層２７上に堆積されたＡｕＺｎを除去することによってｐ電極２３を形成する。その後、ｐ電極２３、対向電極２５、及び透光性絶縁層２７上にＥＢ蒸着法によりＡｕＺｎを２００ｎｍ堆積し反射金属層２９を形成した（図８（ｄ））。

なお、上記したように、対向電極２５の材料は、ｐ型半導体層１３とショットキー接合を形成する材料であればよく、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、これらの窒化物（ＴａＮ、ＷＮ等）、またはこれらのシリサイド（ＷＳｉ、ＴａＳｉ等）を使用することも可能である。また、後に形成される半導体構造層１１の光取り出し面側に形成されるｎ配線電極１９の形成において、熱処理が必要な場合には、上記窒化物（ＴａＮ、ＷＮ等）またはシリサイド（ＷＳｉ、ＴａＳｉ等）の耐熱性のある材料を用いるのが好ましい。また、反射金属層２９には、上記したように、光反射性の高い他の材料、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ等を用いることも可能である。

なお、ｐ電極２３、対向電極２５及び反射金属層２９を同一の材料で形成する場合には、これらを一工程で形成すべく、透光性絶縁層２７を形成した後に、透光性絶縁層２７上にＥＢ蒸着法等で層厚３００ｎｍとなるように金属材料を堆積することとしてもよい。このように、ｐ電極２３及び対向電極２５を同一の材料で形成する場合、すなわちｐ型半導体層とオーミック接合可能な材料で対向電極２５を形成する場合には、ｐ型半導体層１３の対向電極２５と接する領域のキャリア濃度を制御することでｐ型半導体層１３の対向電極２５とのショットキー接合を形成することとしてもよい。例えば、ｐ型半導体層１３が活性層に接して形成されているクラッド層とそれよりもキャリア濃度の高いコンタクト層から形成されている場合に、対向電極２５を形成する領域のコンタクト層をエッチングにより除去し、キャリア濃度の低いクラッド層に接して対向電極２５を形成し、ｐ型半導体層１３と対向電極２５との間でショットキー接合を形成することとしてもよい。

また、対向電極２５の形成後のアニール条件の変更、対向電極２５を形成する領域のｐ型半導体層１３の成長条件の変更によっても、対向電極２５とｐ型半導体層１３とのショットキー接合を実現することが可能である。

次に、反射金属層２９上に半導体側接合層３１を形成する。具体的には、例えば、電子ビーム真空蒸着法によりＴａＮ（層厚１００ｎｍ）、ＴｉＷ（層厚１００ｎｍ）、ＴａＮ（１００ｎｍ）、Ｎｉ（層厚２００ｎｍ）、Ａｕ（層厚３０ｎｍ）を順に成膜して積層する（図９（ａ））。なお、半導体側接合層３１の形成には、抵抗加熱蒸着法やスパッタ法を用いることも可能である。

次に、上面に支持基板側接合層３３が形成されている支持基板３５を用意する。例えば、支持基板３５は、上面及び下面にＥＢ蒸着法によりＰｔからなる層厚２００ｎｍのオーミック金属層（図示せず）が形成されているＳｉ基板である。支持基板側接合層３３は、スパッタ法等により、支持基板３５上にＴｉ（層厚１５０ｎｍ）、Ｎｉ（層厚１５０ｎｍ）、ＡｕＳｎ（層厚６００ｎｍ）がこの順に形成されている。

次に、半導体側接合層３１の表面と支持基板側接合層３３の表面とを接触させて、互いに対して圧力１ＭＰａで押圧しつつ、温度３３０℃の窒素雰囲気下で１０分間かけて熱圧着を行うことにより支持基板３５を貼り付ける。その後、例えば、アンモニア水と過酸化水素水との混合液を用いたウェットエッチングにより成長基板３７を除去する（図９（ａ））。なお、成長基板３７の除去は、ドライエッチング、機械研磨法、もしくは化学機械研磨（ＣＭＰ）法、またはこれらの方法を組み合わせて行ってもよい。なお、光取り出し効率を向上させる為に、露出したｎ型半導体層表面には、ウェットエッチング等で凹凸加工を施す事が好ましい。

上記処理の終了後、ｎ型半導体層１７上にｎ配線電極１９、ｎ給電配線２１及びボンディングパッド２２を形成する（図９（ｂ））。ｎ配線電極１９は、ｎ型半導体層１７上にＡｕＧｅＮｉをＥＢ蒸着法により堆積させた後に、リフトオフ法によりパターニングを行って形成する。続いて、ｎ型半導体層１７の上面及びｎ配線電極１９を覆うように、Ｔｉ（層厚１００ｎｍ）をＥＢ蒸着等で順に堆積し、リフトオフ法によりパターニングを行って、ｎ給電配線２１を形成した。その後、Ａｕを１０００ｎｍ堆積し、リフトオフ法によりパターニングを行ってボンディングパッド２２を形成した。なお、ｎ配線電極１９は、ｎ型半導体とオーミック接合を形成することが可能な材料で形成されていればよく、例えば、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｎＮｉ等を用いて形成してもよい。

最後に、ｎ型半導体層１７とｎ配線電極１９との間でのオーミック接合の形成を促進するために、４００℃の窒素雰囲気下で熱処理を行い、発光素子１０が完成する。

上述した実施例における種々の数値、寸法、材料、電極の配置等は、例示に過ぎず、用途及び製造される半導体発光素子等に応じて、適宜選択することができる。

１０ 発光素子
１１ 半導体構造層
１３ ｐ型半導体層
１５ 活性層
１７ ｎ型半導体層
１７Ａ ｎ型クラッド層
１７Ｂ 電流拡散層
１７Ｃ 表面加工層
１９ ｎ配線電極
２１ ｎ給電配線
２２ ボンディングパッド
２３ ｐ電極
２５ 対向電極
２７ 透光性絶縁層
２９ 反射金属層
３１ 半導体側接合層
３３ 支持基板側接合層
３５ 支持基板
３７ 成長基板

Claims (3)

1. ｐ型の第１の半導体層、活性層、及びｎ型の第２の半導体層がこの順に積層されているＡｌＧａＩｎＰ系半導体からなる半導体構造層と、
   前記第１の半導体層上の一部に形成されている第１の電極と、
   前記第２の半導体層上の一部に形成されている第２の電極と、を含み、
   前記第１の電極は、前記第２の電極が形成されている領域と前記半導体構造層を挟んで対向している領域以外の領域に形成されており、
   前記第２の電極は、前記第２の半導体層とショットキー接合を形成している給電配線、及び前記給電配線から伸張し、前記第２の半導体層とオーミック接合を形成している配線電極を含み、
   前記給電配線が形成されている領域と前記半導体構造層を挟んで対向する領域の前記第１の半導体層上に前記第１の半導体層とショットキー接合を形成している対向電極が形成されており、
   前記第２の半導体層は、電流拡散層を含み、前記電流拡散層の電気抵抗率をρ、層厚をｄとしたとき、前記電流拡散層のＡｌ組成、キャリア濃度及び層厚は、ρ／ｄ≦６００［Ω］の関係を満たすように定められていることを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記電流拡散層の層厚ｄが５００ｎｍ以下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. 前記電流拡散層の組成が（Ａｌ_ＺＧａ_１−Ｚ）_ｘＩｎ_１−ｘＰ（０．３０≦Ｚ）であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。