JP3807393B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、高輝度、低動作電圧であり、且つ高信頼性及び低価格の半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。

ＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオード（ＬＥＤ）は各種表示用光源として広く用いられている。特に、屋外ディスプレイや交通信号用光源は高出力で信頼性が高く、しかも安価であることが求められている。

高出力の発光ダイオードを得るための施策としては、例えば、発光層の上部に位置する、活性層の発光に対しほぼ透明な半導体層（いわゆる窓層）の厚膜化が行われており、その材料としては、例えば、特許文献１に開示されているＡｌＧａＡｓや、特許文献２に開示されているＧａＰ等が広く用いられている。また高出力発光ダイオードを得るための他の施策としては、例えば、特許文献３や特許文献４に開示されているように窓層の材料にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いることで電流分散を促進させ、前記窓層の膜厚を厚くせずに高出力を得る方法が開示されている。更に、高出力発光ダイオードを得るための他の施策としては、例えば、特許文献５に開示されているように、電極の下に電流阻止層を設置し、電流を強制的に分散させることにより高出力化する方法や、例えば、特許文献６に開示されているように、窓層にＩＴＯを用いた構造であって、更に電流阻止層を設けて、電流分散を良くし、更に電極直下への電流が流れないようにして電極以外の部分に電流を集中させ、より高出力化する方法が提案されている。
特公平６-１０３７５９号公報 米国特許第５００８７１８号明細書 米国特許第５４８１１２２号明細書 特開平１１-３０７８１０号公報 特開平４-２２９６６５号公報 特開平１１-０１７２２０号公報

上述した、半導体窓層を厚くする構造は、膜厚が厚くなることから高コストな構造である。また半導体窓層を用い、且つ電流阻止層を設ける構造も、エピタキシャル成長が必要であること及びプロセス工程が必要であることから高コストとなる。次に、窓層にＩＴＯを用い、且つ電流阻止層を設ける構造は、プロセス工程が必要であることから高コストとなる。即ちこれらの従来技術は、コスト面で問題がある。

もう一つの方法である、窓層にＩＴＯ等の金属酸化物を用いる方法は、コスト面では上述した従来技術とは異なり、低コストで製作できる。しかしながら以下の問題点が見出された。

特許文献３や特許文献４に記載されるような、ＩＴＯと接触するコンタクト層（接触層）にＧａＡｓ及びＧａＡｓＰを用いる方法では、チップ化加工の際の切断（ダイシング）後、顕微鏡によるチップの表面観察を行うと、前記ＩＴＯ窓層等の金属酸化物窓層の一部が剥がれているという問題が発生した。因みに該ＩＴＯ窓層の剥がれは、約５％程度である。また、前記チップの表面観察で、当該ＩＴＯ窓層に剥がれが生じていないチップを選び、そのＬＥＤ特性を評価した結果、逆方向電圧特性が低くなるという不良が発生した。（但し、逆方向電圧測定条件は１０μＡとし、その時の電圧が-５Ｖ以下のものを不良とした。）
以上のことより、当該ＩＴＯ窓層の剥がれと、逆方向電圧特性の悪化により、生産の歩留りが約８０％（不良率＝約２０％）に留まるという大きな問題があった。検討の結果、前記逆方向電圧特性の悪化原因も、上述したＩＴＯ窓層の微少な剥がれにより、当該ＩＴＯ窓層の側面が凸凹になったことによるものであることが判明した。つまり歩留りが向上しない原因は、当該ＩＴＯ窓層と前記ＧａＡｓ及び前記ＧａＡｓＰコンタクト層との密着性があまり良くないためであると考えられた。

また特許文献４には、当該ＧａＡｓ層とクラッド層とのバンド不連続を緩和するために、当該ＧａＡｓ層とクラッド層との間に中間バンドギャップ層を入れるという方法が開示されている。この方法をとれば、順方向電圧をある程度低くすることはできるが、当該ＩＴＯ窓層と接している層がＧａＡｓ層であるので、当然のことながら、該ＩＴＯ窓層の剥がれと、逆方向電圧特性の悪化とを改善することは出来ない。

加えて、当該ＧａＡｓ層とクラッド層との間に、当該中間バンドギャップ層を設けた場合、該中間バンドギャップ層の分だけ、高コストなるという問題もある。

従って本発明の目的は、前記ＩＴＯ窓層等の金属酸化物窓層を備えた半導体発光素子であって、逆方向電圧特性の悪化及び前記金属酸化物窓層の剥がれ等による歩留り低下が抑制され、且つ前記中間バンドギャップ層を設けなくても順方向動作電圧が低いという優れた特性を有する、高輝度、低動作電圧、高信頼性である半導体発光素子を提供することである。

上記課題を解決するために、発明者が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、第二導電型クラッド層と、ＩＴＯ窓層等の金属酸化物窓層との間に直接遷移型のＩｎを含んだコンタクト層を設けることにより、当該金属酸化物窓層の剥がれ及び逆方向電圧特性の不良を防止して歩留りを向上できること及び当該構成によりトンネル電流を発生させることができることを見出したことにある。

すなわち、上記の課題を解決するための第１の手段は、
第一導電型基板と、前記基板の上に、第一導電型クラッド層と、前記第一導電型とは導電型が異なる第二導電型クラッド層とが、活性層を挟んだＡｌＧａＩｎＰからなる発光部と、前記発光部の上に金属酸化物窓層とを有し、前記窓層の表面側の一部に表面電極が形成され、前記基板の裏面側の全面又は一部に、裏面電極が形成された半導体発光素子であって、前記第二導電型クラッド層と前記金属酸化物窓層との間に、前記第一導電型基板よりも小さなバンドギャップを有し、且つＩｎを含む直接遷移型の半導体からなるコンタクト層を設け、前記コンタクト層と前記第二導電型クラッド層との間に、ＧａＰ又はＡｌＧａＡｓからなり１×１０ ¹⁸ cm ^-3 以上のキャリア濃度を有する高キャリア濃度層が複数層設けられており、且つ前記複数層の高キャリア濃度層の間に、ＧａＰ又はＡｌＧａＡｓからなりアンドープの抵抗層が設けられていることを特徴とする半導体発光素子である。

第２の手段は、第１の手段に記載の半導体発光素子であって、前記コンタクト層がＩｎ_XＧａ_1-XＡｓ（０．０１≦Ｘ≦１）で構成されていることを特徴とする半導体発光素子である。

第３の手段は、第１の手段に記載の半導体発光素子であって、前記コンタクト層がＩｎ_XＧａ_1-XＰ（０．９≦Ｘ≦１）で構成されていることを特徴とする半導体発光素子である。

第４の手段は、第１の手段に記載の半導体発光素子であって、前記コンタクト層がＩｎＡｓ_XＰ_1-X（０≦Ｘ≦１）で構成されていることを特徴とする半導体発光素子である。

第５の手段は、第１の手段に記載の半導体発光素子であって、前記コンタクト層がＩｎＧａＡｓＰで構成されていることを特徴とする半導体発光素子である。

第６の手段は、第１〜第５の手段のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記コンタクト層のキャリア濃度が１×１０¹⁹cm^-3以上であることを特徴とする半導体発光素子である。

第７の手段は、第１〜第６の手段のいずれかに記載の半導体素子であって、前記コンタクト層の膜厚が３０nm以下であることを特徴とする半導体発光素子である。

第８の手段は、第１〜第７のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記活性層と前記第二導電型クラッド層との間に、Ｚｎ拡散抑止層が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。

第９の手段は、第１〜第８の手段のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記活性層と前記第二導電型クラッド層との間に、当該第二導電型クラッド層よりキャリア濃度が低い、第二導電型低キャリア濃度層が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。

第１０の手段は、第１〜第８の手段のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記活性層と前記第二導電型クラッド層との間に、当該第二導電型クラッド層よりキャリア濃度が低い、第一導電型低キャリア濃度層が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。

第１１の手段は、第８〜第１０の手段のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記Ｚｎ拡散抑止層を形成しているアンドープ層、前記第二導電型低キャリア濃度層、或いは第一導電型低キャリア濃度層が、いずれも（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０．５≦Ｘ≦１）で構成されていることを特徴とする半導体発光素子である。

第１２の手段は、第１〜第１１の手段に記載の半導体発光素子であって、前記コンタクト層は、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｇの何れか、若しくはそれらの組み合わせがドーピングされ、且つＣがオートドーピングされたものであることを特徴とする半導体発光素子である。

第１３の手段は、第１〜第１２の手段に記載の半導体発光素子であって、前記コンタクト層が、６００℃以下の温度で成膜されたことを特徴とする半導体発光素子である。

第１４の手段は、第１〜第１３の手段に記載された半導体発光素子であって、前記コンタクト層のＶ／III比が、５０以下であることを特徴とする半導体発光素子である。

第１５の手段は、第１〜第１４の手段のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記活性層に多重量子井戸を用いたことを特徴とする半導体発光素子である。

第１６の手段は、第１〜第１５の手段のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記第一導電型クラッド層と前記基板との間に、光反射層であるＤＢＲ層を設けたことを特徴とした半導体発光素子である。

第１７の手段は、第１〜第１６の手段のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記基板にＧａＡｓを用いたことを特徴とする半導体発光素子である。

第１８の手段は、第１〜第１７の手段のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記金層酸化物窓層が酸化インジウム錫からなることを特徴とする半導体発光素子である。

第１９の手段は、第１〜第１８の手段のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記金層酸化物窓層は、真空蒸着法を用いて形成されたものであることを特徴とする半導体発光素子である。

第２０の手段は、第１〜第１９の手段のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記金属酸化物窓層の比抵抗が、１×１０^-5Ωｍ以下であることを特徴とする半導体発光素子である。

第２１の手段は、第１〜第２０の手段のいずれかに記載の半導体発光素子であって、前記金属酸化物窓層の膜厚が、１００nm以上であることを特徴とする半導体発光素子である。

本発明により、金属酸化物窓層の剥がれが抑制され、順方向動作電圧が低く、高輝度、低動作電圧、高信頼性の半導体発光素子を得ることができた。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の参考例にかかる半導体発光素子の一例の模式的な断面図である。

当該半導体発光素子の最下層は裏面電極（９）であり、その上は第一導電型基板（１）である。第一導電型基板（１）の上には、下から順に、第一導電型バッファ層（２）、第一導電型ＤＢＲ層（１４）、第一導電型クラッド層（３）、活性層（４）、第一導電型クラッド層（３）と導電型が異なる第二導電型クラッド層（５）が形成されている。第二導電型クラッド層（５）の上には、まずＩｎを含むコンタクト層（１０）が形成され、その上に金属酸化物窓層（７）が形成されている。金属酸化物窓層（７）上には表面電極（８）が設けられている。

尚、図１〜４、６に記載された符号１ａ〜１４ａは、後述する実施例における説明の際に使用するものである。

本発明は、半導体発光素子において、第二導電型クラッド層（５）と金属酸化物窓層（７）との間に、直接遷移型のＩｎを含んだコンタクト層（１０）を設けることにより、金属酸化物窓層（７）の剥がれ、及び逆方向電圧特性の悪化を防止して歩留りを向上し、且つここにトンネル電流を発生させることができることを見出したことにある。つまり本発明においては、第一導電型基板（１）、その上に活性層（４）を第一導電型クラッド層（３）と、この第一導電型クラッド層（３）と導電型が異なる第二導電型クラッド層（５）とで挟んだ発光部、その上に金属酸化物窓層（７）、その表面側の一部に形成された表面電極（８）、第一導電型基板（１）の裏面に全面又は部分に裏面電極（９）が形成された半導体発光素子において、第二導電型クラッド層（５）と金属酸化物窓層（７）との間に、第一導電型基板（１）よりも小さなバンドギャップであり、且つ直接遷移型のＩｎを含むコンタクト層（１０）を設けた構成にすることにより、上記目的を達する事ができ、極めて安価で高輝度、高信頼性、低動作電圧の半導体発光素子を、高い歩留りを持って再現性良く製造し、提供することができたものである。

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こと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エハの価格を大幅に低減することができた。

ここで、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）の好ましい構成について説明する。

Ｉｎを含むコンタクト層（１０）のキャリア濃度は高いことが好ましい。コンタクト層のキャリア濃度が高いと、ここにトンネル電流が流れ、このトンネル電流により、順方向動作電圧を低くできるためである。

また、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）の成長温度は、低いことが好ましい。これは、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）へ高濃度のＺｎ等の添加物を添加すると、このコンタクト層の結晶性が悪くなるが、この結晶性の悪化のため、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）と第二導電型クラッド層（５）間にて、欠陥を介して電気が流れるようになり、抵抗が小さくなるからである。また、上述したＩｎを含むコンタクト層（１０）と金属酸化物窓層（７）との間のトンネル効果も大きくなる。この結果、金属酸化物窓層（７）とＩｎを含むコンタクト層（１０）、及び第二導電型クラッド層（５）との間の抵抗が小さくなり、順方向動作電圧を低くできるからである。

Ｉｎを含むコンタクト層（１０）のＶ／III比は低いことが好ましい。これは、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）のＶ／III比を低くすることにより、成膜時のＣ（炭素）のオートドーピングが多くなり、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）のキャリア濃度が高くなることによる。このＩｎを含むコンタクト層（１０）のキャリア濃度が高くなる効果で、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）と金属酸化物窓層（７）とでのトンネル効果が大きくなり、順方向動作電圧を低くできるからである。

また、前記Ｖ／III比を低くすることにより、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）の結晶性も悪くなることから、この効果によっても順方向動作電圧を低くできる。

金属酸化物窓層（７）と第二導電型クラッド層（５）との間に設けられたＩｎを含むコンタクト層（１０）を、直接遷移型としたのは、ここを間接遷移型とすると動作電圧が高くなるからである。

直接遷移型のＩｎを含むコンタクト層（１０）は、発光する光に対して透明な膜では無い。このため、直接遷移型のＩｎを含むコンタクト層（１０）の膜厚が厚すぎると、発光する光を吸収してしまうことから、発光出力が低くなる。しかし、あまり薄すぎると、トンネル電流が流れなくなり、直接遷移型のＩｎを含むコンタクト層（１０）を設けた意味がなくなってしまう。このため、直接遷移型のＩｎを含むコンタクト層（１０）には、好ましい膜厚の範囲がある。

上述したように、金属酸化物窓層（７）と直接遷移型のＩｎを含むコンタクト層（１０）との間でトンネル電流を流すために、直接遷移型のＩｎを含むコンタクト層（１０）のキャリア濃度を高くしている。つまり、直接遷移型のＩｎを含むコンタクト層（１０）へは、Ｚｎ等の添加物が多く添加されている。しかし大量に添加されたＺｎ等の添加物は、活性層（４）へ拡散して、この層の信頼性を低下させる原因となる。そこで、活性層（４）の信頼性をより高めるためには、Ｚｎ等の添加物が活性層（４）へ進入（拡散）するのを抑制する方法をとることが好ましい。その抑制方法として、活性層（４）と第二導電型クラッド層（５）との間に、Ｚｎ拡散抑止層を設けるのも好ましい構成である。当該Ｚｎ拡散抑止層としては、後述するアンドープ層、第二導電型低キャリア濃度層、第一導電型低キャリア濃度層を用いることができる。

更に、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）と第二導電型クラッド層（５）との間へ、１×１０¹⁸cm^-3以上のキャリア濃度を有する高キャリア濃度層を設けることも好ましい。当該高キャリア濃度層を設けることで、発光強度を上げることができる。

更に加えて、前記高キャリア濃度層を２以上の複数層構造とし、この複数層の間に抵抗層を設けるのも好ましい構成である。当該抵抗層を設けることで、電圧変動に対する耐久性を上げることができる。

次に、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）が具備すべき好ましい構成について、さらに説明する。

Ｉｎを含むコンタクト層（１０）のキャリア濃度が低いと、トンネル電流が流れにくくなることや、第二導電型クラッド層（５）とのバンド不連続による順方向動作電圧の上昇が起こることから、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）のキャリア濃度は１×１０¹⁹cm^-3以上が望ましい。またＩｎを含むコンタクト層（１０）のキャリア濃度は、高ければ高いほど好ましい。

一方、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）は、活性層（４）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。このため、発光した光に対して吸収層となってしまい、半導体発光素子としての発光出力を低下させてしまうので、薄い方が望ましい。しかし、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）の膜厚をあまり薄くし過ぎると、トンネル電流が流れなくなってしまう。従って、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）の膜厚には、最適値がある。またＩｎを含むコンタクト層（１０）の材料が変化しても、発光した光の吸収度合いが変化する。更に、発光波長によっても光吸収の度合いが変化する。このため発光波長が６３０nm帯の赤色発光素子であり、且つ本発明のコンタクト層材料である当該直接遷移型のＩｎを含むコンタクト層（１０）の膜厚は、１〜３０nm程度が好ましく、より好ましいのは２〜１５nmである。

Ｉｎを含むコンタクト層（１０）を高温で成長すると、結晶性が良くなる。しかし、結晶性が良くなると、同じキャリア濃度でもトンネル電流が流れにくくなり、さらに、第二導電型クラッド層（５）とのバンド不連続による順方向動作電圧の上昇が起こりやすくなる。このため当該Ｉｎを含むコンタクト層（１０）の結晶性は、あまり良くない方が好ましい。従って、当該Ｉｎを含むコンタクト層（１０）の成長温度は低い方が好ましい。このため当該Ｉｎを含むコンタクト層（１０）の成長温度は、６００℃以下が好ましく、より好ましくは、６００〜４５０℃である。

Ｉｎを含むコンタクト層（１０）のＶ／III比を高くして成長すると結晶性が良くなる。しかし、結晶性が良くなると、上述したように、同じキャリア濃度でもトンネル電流が流れにくくなり、第二導電型クラッド層（５）とのバンド不連続による順方向動作電圧の上昇が起こりやすくなる。このためＩｎを含むコンタクト層（１０）の結晶性は、あまり良くない方が好ましく、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）のＶ／III比は低い方が好ましい。

さらに、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）のＶ／III比を低くすると、成膜時にＣ（炭素）が自動的に添加される量（オートドーピング）が増加する。このオートドーピングにより、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）は、Ｖ／III比を低くすると高キャリア濃度化しやすく、且つ結晶の質が低下する。よって、順方向動作電圧を低くするためには、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）のＶ／III比を５０以下にするのが好ましい。より好ましくは、Ｖ／III比は１０以下である。

さらに加えて、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）は、Ｉｎを少しでも含んでいると、金属酸化物窓層（７）との密着性を良くすることができる。この観点からは、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）には、Ｉｎが少しでも含まれていれば良い。より好ましくは、Ｉｎ組成が０．０５以上である。

Ｉｎを含むコンタクト層（１０）は、直接遷移型が良い。何故ならば、Ｉｎを含むコンタクト層が間接遷移型になると、トンネル電流が流れにくくなるためである。

次に、金属酸化物窓層（７）が具備すべき好ましい構成について説明する。

ＩＴＯ等の金属酸化物からなる金属酸化物窓層（７）の比抵抗が高いと、トンネル電流が流れなくなったり、流れにくくなる。このため順方向動作電圧が高くなる。また、電流分散効果も薄れ、発光出力が低くなる。よって、金属酸化物窓層（７）の比抵抗は、低ければ低いほど好ましい。そこで、金属酸化物窓層（７）の比抵抗は、好ましくは１×１０^-5Ωｍ以下であり、より好ましくは７×１０^-6Ωｍ以下である。

金属酸化物窓層（７）の膜厚が薄いと電流分散効果が薄れ、発光出力が低くなる。よって、金属酸化物窓層（７）の膜厚は、厚ければ厚いほど好ましい。よって、金属酸化物窓層（７）の膜厚は、好ましくは１００nm以上であり、より好ましくは２００nm以上である。

次に、活性層（４）を多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とすることも好ましい構成である。この構成をとることで当該結晶構造の品質が改善されると共に、半導体発光素子の発光効率も増加させることができる。さらに量子井戸数が多くなると、各々の量子井戸に位置するキャリア密度が低下し、キャリアは量子井戸内へ有効に制限される。

次に、上述したように、直接遷移型のＩｎを含むコンタクト層（１０）に大量に添加されたＺｎ等の添加物が、活性層（４）へ進入（拡散）するのを抑制するために、活性層（４）と第二導電型クラッド層（５）との間に、Ｚｎ拡散抑止層を挿入する構成をとった場合、当該Ｚｎ拡散抑止層が具備すべき好ましい構成について説明する。

まず、当該Ｚｎ拡散抑止層の厚さは、厚ければ厚いほど、半導体発光素子の発光出力及び信頼性は向上する。これは、第二導電型クラッド層（５）に入っているＺｎ等が活性層（４）中へ拡散して進入するのを抑え、当該拡散による欠陥の発生を抑止できるためである。但し、ある一定の厚さ以上になれば、当該Ｚｎ拡散抑止層の効果は小さくなり、発光出力及び信頼性の向上は、飽和状態になる。また、当該Ｚｎ拡散抑止層の厚さが厚くなっていくことにより、順方向動作電圧が高くなる。更に、生産コストも高くなる。これから、当該Ｚｎ拡散抑止層の厚さは、適当な厚さがあり、厚くしすぎるのもあまり適しない。このため当該Ｚｎ拡散抑止層の厚さは、１００nm以上が好ましい。より好ましくは、３００〜３０００nmである。

当該Ｚｎ拡散抑止層として、（Ａｌ_XＧａ_1-X）_YＩｎ_1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）の組成を有するアンドープ層、第二導電型クラッド層（５）よりキャリア濃度が低くなるよう当該アンドープ層へＺｎをドープした第二導電型低キャリア濃度層、同様に、第二導電型クラッド層（５）よりキャリア濃度が低くなるよう当該アンドープ層へＳｅをドープした第一導電型低キャリア濃度層を用いることができる。尚、好ましくはＹ＝０．５であり、さらに好ましくはＸ＝０．７、Ｙ＝０．５である。

最後に、Ｉｎを含むコンタクト層（１０）と第二導電型クラッド層（５）との間に設けられる高キャリア濃度層、及び、当該高キャリア濃度層が２層構造を有するとき、この２層の間に設けられる抵抗層が具備すべき好ましい構成について説明する。

当該高キャリア濃度層は、１×１０¹⁸cm^-3以上のキャリア濃度を有することが好ましく、組成としては（Ａｌ_XＧａ_1-X）_YＩｎ_1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）又はＡｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）であることが好ましい。

また、当該２層の高キャリア濃度層間に設けられる抵抗層は、（Ａｌ_XＧａ_1-X）_YＩｎ_1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）若しくはＡｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）の組成を有していることが好ましい。

以上の説明から明らかなように、第一導電型クラッド層（３）、前記Ｚｎ拡散抑止層、活性層（４）、第二導電型クラッド層（５）及び前記抵抗層を構成する主たる材料を、（Ａｌ_XＧａ_1-X）_YＩｎ_1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）とする構成をとることができる。そして、当該構成をとることで、製造工程の簡素化を図り、生産性を向上させることができる。

以下、実施例を参照しながら本発明をより具体的に説明する。

［参考例１］
本発明の参考例１にかかる半導体発光素子の素材である、発光波長６３０nm帯の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの模式的な断面を図１に示す。

図１において、上述したように、下層から順に、符号９ａは裏面電極、符号１ａは第一導電型基板であるｎ型ＧａＡｓ基板、符号２ａは第一導電型バッファ層であるｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層、符号１４ａは第一導電型ＤＢＲ層であるｎ型ＤＢＲ層、符号３ａは第一導電型クラッド層であるｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層、符号４ａは活性層であるアンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層、符号５ａは第二導電型クラッド層であるｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層、符号１０ａはＩｎを含むコンタクト層であるｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＡｓ層、符号７ａはＩＴＯ窓層、符号８ａは上述した表面電極である上面円形電極である。

当該発光波長６３０nm帯の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハは、以下のようにして作製した。

まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１ａ上に、ＭＯＶＰＥ法によりｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層２ａを膜厚４００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3で成膜し、次にｎ型ＤＢＲ層１４ａ、次に、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層３ａを膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3で成膜し、次に、アンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層４ａを膜厚６００nmで成膜し、次に、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層５ａを膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０¹⁷cm^-13で成膜し、次に、ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＡｓ層１０ａをキャリア濃度１×１０¹⁹cm^-3でＭＯＶＰＥ法により成長させた。

当該ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＡｓ層１０ａにおけるＩｎＧａＡｓ層の組成は、Ｉｎ組成が０．０１、０．５、１．０の３種類を成膜してＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ（Ｘ＝０．０１、０．５、１．０）とし、また、当該各ＩｎＧａＡｓ層の膜厚を、２nm、５nm、１５nm、３０nmとして、表１に示すように１２種類のＬＥＤ素子を作製した。

ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＡｓ層１０ａのキャリア濃度は１×１０¹⁹cm^-3とした。ＭＯＶＰＥ成長は、成長温度６００℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒ、各層の成長速度は０．３〜１．０nm／ｓ、Ｖ／III比は５０とした。

ＭＯＶＰＥ成長に用いる原料としては、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等の有機金属や、アルシン（ＡｓＨ₃）、ホスフィン（ＰＨ₃）等の、水素化物ガスを用いた。

例えば、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層２ａのようなｎ型層の添加物原料としては、セレン化水素（Ｈ₂Ｓｅ）を用いた。また、ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＡｓ層１０ａのようなｐ型層の添加物原料としては、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）を用いた。その他にｎ型層の添加物原料として、シラン（ＳｉＨ₄）を、ｐ型層の添加物原料としてジエチル亜鉛（ＤＥＺ）を用いることもできる。

このエピタキシャルウエハに、前記金属酸化物窓層となる金属酸化物の透明導電膜であるＩＴＯ窓層７ａを真空蒸着法にて、約２８０nm形成した。この時の成膜温度（基板表面温度）は３００℃である。このときのＩＴＯ窓層７ａの比抵抗は６．２×１０^-6Ωｍであった。

エピタキシャルウエハ上面には、表面電極として直径１２５μｍの上面円形電極８ａをマトリックス状に蒸着法を用いて形成した。ｐ型の上面円形電極８ａは、まずニッケル、次に金を、それぞれ２０nm、１０００nmの順に蒸着して作製した。

他方、エピタキシャルウエハ底面には全面にｎ型の裏面電極９ａを形成した。裏面電極９ａ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化処理を、窒素ガス雰囲気中４００℃で５分間行った。

その後、上記のようにして構成された電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウエハを、上面円形電極８ａが中心になるように切断し、チップサイズ３００μｍ角のＬＥＤベアチップを製作した。更に、前記ＬＥＤベアチップをＴＯ-１８ステム上にマウント（ダイボンディング）し、その後、更にマウントされた当該ＬＥＤべアチップに、ワイヤボンディングを行い、本発明に係る半導体発光素子であるＬＥＤ素子（発光ダイオード）を製作した。

このようにして製作された当該ＬＥＤ素子（樹脂でモールドされていない）の、ＬＥＤ特性を評価した。

ＬＥＤ特性評価において、ＬＥＤ素子への通電電流は２０ｍＡで、発光出力、順方向動作電圧（Ｖｆ）を測定した。

次に、ＬＥＤ素子への通電電流を５０ｍＡとし、５５℃にて１６８時間通電後、再び、通電電流２０ｍＡのときの発光出力を測定し、この値から相対出力（通電試験開始前の出力を１００％として、相対出力＝通電後の発光出力／通電試験開始前の発光出力、より算定）を算定する信頼性試験を実施した。

また、当該ＬＥＤ素子におけるＩＴＯ窓層の剥がれ不良の発生率と、逆方向電圧の不良の発生率との合計を不良率として記載した。

この評価結果を、表１に示す。

［参考例２］
参考例２に係る、図１に示す構造を有する発光波長６３０nm帯の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハを作製した。尚、参考例２に係る赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハは、上述した参考例１のｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＡｓ層１０ａを、ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＰ層１０ｂへ代替した構成を有している。

ｎ型ＧａＡｓ基板１ａ上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層（膜厚４００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）２ａ、ｎ型ＤＢＲ層１４ａ、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）３ａ、アンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（膜厚６００nm）４ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０¹⁷cm^-3）５ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＰ層（キャリア濃度１×１０¹⁹cm^-3）１０ｂを、ＭＯＶＰＥ法で成長させた。

ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＰ層１０ｂの組成としては、Ｉｎ組成が０．９、１．０の２種類を成膜し（Ｉｎ_XＧａ_1-XＰ（Ｘ＝０．９、１．０））、また当該ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＰ層１０ｂの膜厚を、２nm、５nm、１５nm、３０nmの４種類として、表２に示すように８種類のＬＥＤ素子を作製した。

前記ＩＴＯ窓層７ａの成膜方法、膜厚、電極形成方法及、ＬＥＤ素子作製方法は、基本的に参考例１と同様に行った。

エピタキシャル成長方法は、当該ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＰ層１０ｂの成長温度を６００℃、Ｖ／III比を５０とした。その他のエピタキシャル成長方法は参考例１と同様である。このときの当該ＩＴＯ膜７ａの比抵抗は、６．１×１０^-6Ωｍであった。

このようにして製作された当該ＬＥＤ素子のＬＥＤ特性を参考例１と同様に評価した。評価結果を表２に示す。

［参考例３］
本発明の参考例３にかかる、図１に示す構造の発光波長６３０nm帯の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハを作製した。尚、参考例３に係る赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハは、上述した参考例１のｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＡｓ層１０ａを、ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＡｓＰ層１０ｃへ代替した構成を有している。

ｎ型ＧａＡｓ基板１ａ上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層（膜厚４００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）２ａ、ｎ型ＤＢＲ層１４ａ、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）３ａ、アンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（膜厚６００nm）４ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０¹⁷cm^-3）５ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＡｓ_0.5Ｐ_0.5層（キャリア濃度１×１０¹⁹cm^-3）１０ｃを、ＭＯＶＰＥ法で成長させた。前記ＩｎＡｓＰ層の膜厚は、２nm、５nm、１５nm、３０nmの４種類を成膜した。

前記ＩＴＯ窓層７ａの成膜方法、膜厚、電極形成方法、ＬＥＤ素子作製方法は、基本的に参考例１と同様に行った。

エピタキシャル成長方法は、当該ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＡｓ_0.5Ｐ_0.5層１０ｃの成長温度を６００℃、Ｖ／III比を５０とした。その他のエピタキシャル成長方法は参考例１と同様である。このときのＩＴＯ膜７ａの比抵抗は、６．３×１０^-6Ωｍであった。

このようにして製作されたＬＥＤ素子のＬＥＤ特性を参考例１と同様に評価した。評価結果を表３に示す。

［参考例４］
本発明の参考例４にかかる、図１に示す構造の発光波長６３０nm帯の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハを作製した。尚、参考例４に係る赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハは、上述した参考例１のｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＡｓ層１０ａを、ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＡｓＰ層１０ｄへ代替した構成を有している。

ｎ型ＧａＡｓ基板１ａ上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層（膜厚４００nm。キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）２ａ、ｎ型ＤＢＲ層１４ａ、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7、Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）３ａ、アンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（膜厚６００nm）４ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０¹⁷cm^-3）５ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ｉｎ_0.6Ｇａ_0.4）_0.5Ａｓ_0.8Ｐ_0.2層（キャリア濃度１×１０¹⁹cm^-3）１０ｄを、ＭＯＶＰＥ法で成長させた。ｐ型（Ｚｎドープ）（Ｉｎ_0.6Ｇａ_0.4）_0.5Ａｓ_0.8Ｐ_0.2層１０ｄの膜厚は、２nm、５nm、１５nm、３０nmの４種類を成膜した。

ＩＴＯ窓層７ａの成膜方法、膜厚、電極形成方法、ＬＥＤ素子作製方法は、基本的に参考例１と同様に行った。

ｐ型（Ｚｎドープ）（Ｉｎ_0.6Ｇａ_0.4）_0.5Ａｓ_0.8Ｐ_0.2層１０ｄのエピタキシャル成長方法は、成長温度を６００℃、Ｖ／III比を５０とした。その他のエピタキシャル成長方法は参考例１と同様である。このときの当該ＩＴＯ膜７ａの比抵抗は、６．４×１０^-6Ωｍであった。

このようにして製作された当該ＬＥＤ素子のＬＥＤ特性を参考例１と同様に評価した。評価結果を表４に示す。

以上のように、金属酸化物窓層（７）と第二導電型クラッド層（５）との間に、直接遷移型のＩｎを含むコンタクト層（１０）を設けたことにより、高出力、低動作電圧、高信頼性、低コストの発光素子を、歩留り良く製作することができた。

［参考例５］
本発明の参考例５にかかる、図２に示す構造の発光波長６３０nm帯の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハを作製した。

図２に示すエピタキシャルウエハは、活性層であるアンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層４ａと、第二導電型クラッド層であるｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層５ａとの間にＺｎ拡散抑止層（１１）を設けた以外は、図１に示すエピタキシャルウエハと同様の構成を有している。

エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層の膜厚、エピタキシャル構造と、ＩＴＯ窓層７ａの成膜方法、膜厚、電極形成方法、ＬＥＤ素子作製方法は、基本的に上記参考例１〜４と同様に行い、ｐ型（Ｚｎドープ）Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層（膜厚２nm、キャリア濃度２×１０¹⁹cm^-3）１０ａをＭＯＶＰＥで成長させた。

また、Ｚｎ拡散抑止層（１１）としてアンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層４ａと、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層５ａとの間に、アンドープ層である（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐアンドープ層（膜厚３００nm）（以下、ＡｌＧａＩｎＰアンドープ層と記載する場合がある。）１１ａ、又は、第二導電型低キャリア濃度層であるｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ低濃度層（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０¹⁷cm^-3）（以下、ＡｌＧａＩｎＰ第二導電型低キャリア濃度層と記載する場合がある。）１１ｂ、又は、第一導電型低キャリア濃度層であるｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ低濃度層（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０¹⁷cm^-3）（以下、ＡｌＧａＩｎＰ第一導電型低キャリア濃度層と記載する場合がある。）１１ｃのいずれかをＭＯＶＰＥで成長させた。

このようにして製作された構造を有する、ＬＥＤ素子のＬＥＤ特性を参考例１と同様に評価した。

前記活性層と前記第二導電型クラッド層との間に、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐアンドープ層１１ａ、又は、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ低濃度層１１ｂ、又は、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ低濃度層１１ｃのいずれかを設けた構造のＬＥＤの特性において、発光出力は、それぞれ２．５８ｍＷ、２．５６ｍＷ、２．５６ｍＷであり、順方向動作電圧はそれぞれ１．９６Ｖ、１．９４Ｖ、１．９７Ｖであり、表１に示した参考例１と同等、若しくはそれ以上の特性であった。また、信頼性も相対出力（１６８ｈｒ通電試験後）が９８〜１０５％と、参考例１よりも良くなった。更に、不良率（歩留り）は同程度であった。

［参考例６］
本発明の参考例６にかかる、図３に示す構造の発光波長６３０nm帯の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハを作製した。

図３に示すエピタキシャルウエハは、第二導電型クラッド層であるｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層５ａと、Ｉｎを含むコンタクト層であるｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＡｓ層１０ａとの間に、高キャリア濃度層（１２）を設けた以外は、図２に示すエピタキシャルウエハと同様の構成を有している。

ｎ型ＧａＡｓ基板１ａ上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層（膜厚４００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）２ａ、ｎ型ＤＢＲ層１４ａ、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）３ａ、アンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（膜厚６００nm）４ａ、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐアンドープ層（膜厚３００nm）１１ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０¹⁷cm^-3）５ａ、高キャリア濃度層（１２）としてｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＰ層（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０¹⁸cm^-3）１２ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ（膜厚２nm、キャリア濃度２×１０¹⁹cm^-3）１０ａを順次ＭＯＶＰＥで成長させた。また、ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＰ層１２ａをｐ型Ａｌ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ層１２ｂに代替したエピタキシャルウエハも同時に作製した。

エピタキシャル成長方法、ＩＴＯ窓層７ａの成膜方法、膜厚、電極形成方法、ＬＥＤ素子製作方法は、基本的に前記の参考例５と同じとした。この時のＩＴＯ窓層７ａの比抵抗は、６．１×１０^-6Ωｍであった。

このようにして製作されたＬＥＤ素子のＬＥＤ特性を参考例５と同様に評価した。評価結果を表５に示す。

表５の結果から明らかなように、参考例６にかかるＬＥＤ素子の特性は、参考例５とほぼ同等であった。また、不良率（歩留り）も同等であった。信頼性は、相対出力が９５％以上と良好であった。

［実施例］
本発明の実施例にかかる、図４に示す構造の発光波長６３０nm帯の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハを作製した。

図４に示すエピタキシャルウエハは、高キャリア濃度層（１２）を２層構造とし、この２層の高キャリア濃度層（１２）の間に、抵抗層（１３）を設けた以外は、図３に示すエピタキシャルウエハと同様の構成を有している。

ｎ型ＧａＡｓ基板１ａ上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層（膜厚４００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）２ａ、ｎ型ＤＢＲ層１４ａ、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）３ａ、アンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（膜厚６００nm）４ａ、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐアンドープ層（膜厚３００nm）１１ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０¹⁷cm^-3）５ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＰ層（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０¹⁸cm^-3）１２ａ、抵抗層（１３）としてアンドープＧａＰ層（膜厚８００nm）１３ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＰ層（膜厚２００nm、キャリア濃度５×１０¹⁸cm^-3）１２ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ（膜厚２nm、キャリア濃度２×１０¹⁹cm^-3）１０ａをＭＯＶＰＥ法で成長させた。

また、ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＰ層１２ａをｐ型Ａｌ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ層１２ｂに代替したエピタキシャルウエハ、及びアンドープＧａＰ層（膜厚８００nm）１３ａをアンドープＡｌ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ層１３ｂに代替したエピタキシャルウエハも同様に製作した。

エピタキシャル成長方法、前記ＩＴＯ窓層７ａの成膜方法と膜厚や電極形成方法及びＬＥＤ素子製作方法は、基本的に前記の参考例４と同じとした。この時の当該ＩＴＯ窓層７ａの比抵抗は、６．０×１０^-6Ωｍであった。

このようにして製作された当該ＬＥＤ素子のＬＥＤ特性を、参考例１と同様に評価した。評価結果を表６に示す。

表６の結果から明らかなように、当該ｐ型（Ｚｎドープ）Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓコンタクト層１０ａを用い、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４ａと、ｐ型（Ｚｎドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５ａとの間に、ＡｌＧａＩｎＰアンドープ層１１ａを挿入し、更にｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＰ層１２ａ又はｐ型Ａｌ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ層１２ｂ、及び抵抗層としてアンドープＧａＰ層１３ａ又はアンドープＡｌ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ層１３ｂを設けたＬＥＤ素子の発光出力は、参考例１〜６よりも高くなった。また順方向動作電圧及び信頼性や不良率は、参考例５と同等若しくはそれ以上であった。また不良率（歩留り）は、参考例１〜６と同等であり良好であった。

更に、このような構造をとったことで負性抵抗を無くし、大きな電圧変動があっても、破壊されることのないＬＥＤ素子とすることができた。

［参考例７］
本発明の参考例７にかかる、上述した図２に示す構造の発光波長６３０nm帯の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハを作製した。

ｎ型ＧａＡｓ基板１ａ上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層（膜厚４００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）２ａ、ｎ型ＤＢＲ層１４ａ、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）３ａ、アンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（膜厚６００nm）４ａ、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐアンドープ層（膜厚３００nm）１１ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０¹⁷cm^-3）５ａ、ｐ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層（膜厚２nm、キャリア濃度２×１０¹⁹cm^-3）１０ａを、ＭＯＶＰＥ法で成長させた。

但し、このときｐ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層（膜厚２nm、キャリア濃度２×１０¹⁹cm^-3）１０ａには、Ｚｎのドープを行わず、ＭｇとＢｅとをドープした。ドープ方法は、Ｍｇのみ添加、Ｂｅのみ添加、ＺｎとＭｇとの２種類同時添加、ＺｎとＢｅとの２種類同時添加、ＭｇとＢｅとの２種類同時添加を用いた。尚、比較のため参考例５に相当するＺｎのみの添加も行った。

エピタキシャル成長方法、ＩＴＯ窓層７ａの成膜方法と膜厚や電極形成方法及びＬＥＤ素子製作方法は、基本的に前記の参考例５と同じとした。つまり、ｐ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層１０ａへの添加物のみを代替した。

この時の当該ＩＴＯ窓層７ａの比抵抗は、６．２×１０^-6Ωｍであった。

以上のようにして、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４ａとｐ型（Ｚｎドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５ａとの間にＡｌＧａＩｎＰアンドープ層１１ａを挿入し、ｐ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層１０ａへの添加物が代替されて製作されたＬＥＤ素子を得た。

このようにして製作された当該ＬＥＤ素子のＬＥＤ特性を、参考例１と同様に評価した。評価結果を表７に示す。

［参考例８］
本発明の参考例８にかかる、上述した図２に示す構造の発光波長６３０nm帯の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハを作製した。

ｎ型ＧａＡｓ基板１ａ上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層（膜厚４００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）２ａ、ｎ型ＤＢＲ層１４ａ、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）３ａ、アンド-プ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（膜厚６００nm）４ａ、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐアンドープ層（膜厚３００nm）１１ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０¹⁷cm^-3）５ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層（膜厚２nm、キャリア濃度は２×１０¹⁹cm^-3）１０ａを、ＭＯＶＰＥ法で成長させた。

このとき、ｐ型（Ｚｎドープ）Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層（膜厚２nm）１０ａの成長温度を６００℃から５５０℃として、Ｃ（炭素）のオートドーピングを行った。このため、ｐ型（Ｚｎドープ）Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層１０ａに添加するＺｎ量は、参考例５よりもＺｎの添加量を少なくした。このときのｐ型（Ｚｎドープ）Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層（膜厚２nm）１０ａのキャリア濃度は、２×１０¹⁹cm^-3であった。

その他のエピタキシャル成長方法、ＩＴＯ窓層７ａの成膜方法、膜厚、電極形成方法、ＬＥＤ素子製作方法は、基本的に参考例５と同様である。つまり、前記ｐ型（Ｚｎドープ）Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層（膜厚２nm）１０ａの添加物であるＺｎの添加量を少なくし、且つ成長温度を参考例５よりも５０℃低くして作製した以外は、参考例５と同様である。

この時の該ＩＴＯ窓層７ａの比抵抗は、６．２×１０^-6Ωｍであった。

このようにして製作されたＬＥＤ素子のＬＥＤ特性を、参考例１と同様に評価した。

当該ＬＥＤ素子の発光特性は、発光出力が２．５７ｍＷ、順方向電圧が１．９７Ｖであり、相対出力は９９％であった。また不良率も１％以下であることが確認された。このように、当該ＩｎＧａＡｓ層の成長温度を低くして、Ｃ（炭素）のオートドーピングとＺｎ添加の併用によっても、ＬＥＤ特性が良好であることが確認された。

以上に示したように、金属酸化物である透明導電膜のＩＴＯ窓層７ａとｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層５ａとの間に、Ｚｎ及び／又はＭｇ及び／又はＢｅを添加し、及び／又は、前記添加物とＣ（炭素）とのオートドーピングを併用させた、直接遷移型でありｐ型のＩｎを含むコンタクト層１０とを設けた構成にすることにより、当該金属酸化物である透明導電膜のＩＴＯ窓層７ａの剥がれによる不良と、逆方向電圧の不良とを合わせた不良率は、１％以下と非常に少なく（歩留りが非常に良い）、且つ低動作電圧、高出力を併せ持ち、更に、再現性が良好なＬＥＤを製作することに成功した。

また活性層４ａとｐ型（Ｚｎドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５ａとの間にＡｌＧａＩｎＰアンドープ層１１ａ若しくはＡｌＧａＩｎＰ第二導電型低キャリア濃度層１１ｂ、ＡｌＧａＩｎＰ第一導電型低キャリア濃度層１１ｃを挿入することによっても、当該金属酸化物である透明導電膜のＩＴＯ窓層７ａの剥がれによる不良と、逆方向電圧の不良とを合わせた不良率が、１％以下と非常に少なく（歩留りが非常によい）、且つ低動作電圧、良好な発光出力を併せ持ち、更に再現性が良好なＬＥＤを製作することができた。更に、ＡｌＧａＩｎＰアンドープ層１１ａ以外に、ｐ型ＺｎドープＧａＰ層１２ａ中へ抵抗層を挿入することで、電圧の変動に対しても強いＬＥＤを製作することができた。

最後に、本発明にかかるＬＥＤのＩ-Ｖ特性について図５に示す。

図５は、縦軸に電流値をとり、横軸に電圧値をとって、ＬＥＤのＩ-Ｖ特性をプロットしたものである。ここで、参考例１から８は◇、実施例は○で示した。

［変形例１］
以上説明した実施例においては、ＤＢＲ層をエピタキシャルウエハ中に設けた構造となっている。これは、発光部から３次元的に全方向へ放射された光の一部、つまり基板の方向へ放射された光を、その反対の方向へ反射させる為に備えられたものである。ＤＢＲ層の役割は光の取り出し効率を向上させること、つまり発光出力を増大させることにあるので、例えば、ＤＢＲ層を有しない構造のＬＥＤにおいても、本発明に記した特性を有するＬＥＤを得ることが可能であることは容易に類推できる。

［変形例２］
以上説明した実施例においては、ｎ型の半導体基板としてＧａＡｓを用いたが、これ以外にもＧｅを基板に用いることができる。Ｇｅを基板に用いた場合においては、ＬＥＤの多少の発光出力低下、動作電圧の上昇を招くだけであり、本発明の意図するＬＥＤが得られることは容易に類推できる。Ｇｅ基板は実施例に記載したＧａＡｓ基板よりも安価に入手でき、基板の大口径化も容易であることからＬＥＤの製造にかかるコストを更に低減することができる。この観点から、上述したＬＥＤとしての多少の出力低下、動作電圧上昇はトレードオフの関係にあると言える。従って、ＧａＡｓ基板上のＬＥＤを高出力の高価品とするならば、Ｇｅ基板上のＬＥＤは廉価品として位置付けすることができる。

［変形例３］
以上説明した実施例において、表面電極の金属層の形状は円形であるが、異形状、例えば四角、菱形、多角形等でも同様の効果が出る事が、容易に類推できる。また実施例においては、活性層をアンドープとしたが、第二導電型又は第一導電型としても同様の効果が出ることが容易に類推できる。

［比較例］
比較例にかかる、図６に示す構造の発光波長６３０nm帯付近の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハを作製した。尚、比較例に係る赤色ＬＥＤは、上述した実施例のｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＡｓ層１０ａを、第二導電型ＧａＡｓコンタクト層であるｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＡｓ層６ａへ代替した構成を有している。

ｎ型ＧａＡｓ基板１ａ上に、ＭＯＶＰＥ法で、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層（膜厚４００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）２ａ、ｎ型ＤＢＲ層１４ａ、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3）３ａ、アンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（膜厚６００nm）４ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００nm、キャリア濃度５×１０¹⁷cm^-3）５ａ、ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＡｓ層（膜厚２nm）６ａを、ＭＯＶＰＥ法で成長させた。ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＡｓ層６ａのキャリア濃度は１×１０¹⁹cm^-3である。ＭＯＶＰＥ成長は、成長温度７００℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒ、各層の成長速度は０．３〜１．０nm／ｓ、Ｖ／III比は３００〜６００で行った。

ＭＯＶＰＥ成長において用いる原料は、実施例と同様のものを用いた。

得られたエピタキシャルウエハへ、実施例と同様にＩＴＯ窓層７ａを、約２８０nm形成し、このＩＴＯ窓層７ａ上へ円形電極８ａを設けて切断し、チップサイズ３００μｍ角のＬＥＤベアチップを製作した。更に前記ＬＥＤベアチップからＬＥＤ素子を製作した。

製作された該ＬＥＤ素子のＬＥＤ特性を、参考例１と同様に評価した。

発光出力は、２０ｍＡ通電時で２．５０ｍＷであった。また順方向動作電圧は、１．９８Ｖであった。

更に、信頼性試験の結果は、１６８ｈｒ通電後の相対出力が９０％程度であった。

上記のように、初期特性及び信頼性は良好であった。しかしＬＥＤ素子のＩＴＯ窓層７ａの剥がれによる不良が約５％程度発生した。又、逆方向電圧の不良も約１５％程度発生し、前記２つの不良を合わせると、不良率は約２０％であり、歩留りは８０％程度であった。

本発明の一参考例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの断面構造図である。 本発明の一参考例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの断面構造図である。 本発明の一参考例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの断面構造図である。 本発明の一実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの断面構造図である。 本発明の実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤのＩ-Ｖ特性である。 比較例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの断面構造図である。

符号の説明

（１） 第一導電型基板
１ａ ｎ型ＧａＡｓ基板
（２） 第一導電型バッファ層
２ａ ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層
（３） 第一導電型クラッド層
３ａ ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
（４） 活性層
４ａ アンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層
（５） 第二導電型クラッド層
５ａ ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
（６） 第二導電型ＧａＡｓコンタクト層
６ａ ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＡｓ層
（７） 金属酸化物窓層
７ａ ＩＴＯ窓層
（８） 表面電極
８ａ 上面円形電極
（９） 裏面電極
９ａ 裏面電極
（１０） Ｉｎを含むコンタクト層
１０ａ ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＡｓ層
１０ｂ ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＰ層
１０ｃ ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＡｓＰ層
１０ｄ ｐ型（Ｚｎドープ）ＩｎＧａＡｓＰ層
（１１） Ｚｎ拡散抑止層
１１ａ （Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐアンドープ層
１１ｂ ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ低濃度層
１１ｃ ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ低濃度層
（１２） 高キャリア濃度層
１２ａ ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＰ層
１２ｂ ｐ型Ａｌ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ層
（１３） 抵抗層
１３ａ アンドープＧａＰ層
１３ｂ アンドープＡｌ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ層
（１４） 第一導電型ＤＢＲ層
１４ａ ｎ型ＤＢＲ層

Claims (14)

1. 第一導電型基板と、
   前記基板の上に、第一導電型クラッド層と、前記第一導電型とは導電型が異なる第二導電型クラッド層とが、活性層を挟んだＡｌＧａＩｎＰからなる発光部と、
   前記発光部の上に金属酸化物窓層と、を有し、
   前記窓層の表面側の一部に表面電極が形成され、
   前記基板の裏面側の全面又は一部に、裏面電極が形成された半導体発光素子であって、
   前記第二導電型クラッド層と前記金属酸化物窓層との間に、前記第一導電型基板よりも小さなバンドギャップを有し、且つＩｎを含む直接遷移型の半導体からなるコンタクト層を設け、前記コンタクト層と前記第二導電型クラッド層との間に、ＧａＰ又はＡｌＧａＡｓからなり１×１０ ¹⁸ cm ^-3 以上のキャリア濃度を有する高キャリア濃度層が複数層設けられており、且つ前記複数層の高キャリア濃度層の間に、ＧａＰ又はＡｌＧａＡｓからなりアンドープの抵抗層が設けられていることを特徴とする半導体発光素子。
2. 請求項１に記載の半導体発光素子であって、
   前記コンタクト層がＩｎ_XＧａ_1-XＡｓ（０．０１≦Ｘ≦１）で構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
3. 請求項１に記載の半導体発光素子であって、
   前記コンタクト層がＩｎ_XＧａ_1-XＰ（０．９≦Ｘ≦１）で構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
4. 請求項１に記載の半導体発光素子であって、
   前記コンタクト層がＩｎＡｓ_XＰ_1-X（０≦Ｘ≦１）で構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
5. 請求項１に記載の半導体発光素子であって、
   前記コンタクト層がＩｎＧａＡｓＰで構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
6. 講求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子であって、
   前記コンタクト層のキャリア濃度が１×１０¹⁹cm^-3以上であることを特徴とする半導体発光素子。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の半導体素子であって、
   前記コンタクト層の膜厚が３０nm以下であることを特徴とする半導体発光素子。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光素子であって、
   前記活性層と前記第二導電型クラッド層との間に、Ｚｎ拡散抑止層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の半導体発光素子であって、
   前記活性層と前記第二導電型クラッド層との間に、当該第二導電型クラッド層よりキャリア濃度が低い、第二導電型低キャリア濃度層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
10. 請求項１〜８のいずれかに記載の半導体発光素子であって、
    前記活性層と前記第二導電型クラッド層との間に、当該第二導電型クラッド層よりキャリア濃度が低い、第一導電型低キャリア濃度層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
11. 請求項８〜１０のいずれかに記載の半導体発光素子であって、
    前記Ｚｎ拡散抑止層を形成しているアンドープ層、前記第二導電型低キャリア濃度層、或いは第一導電型低キャリア濃度層が、いずれも（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０．５≦Ｘ≦１）で構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の半導体発光素子であって、
    前記基板にＧａＡｓを用いたことを特徴とする半導体発光素子。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の半導体発光素子であって、
    前記金層酸化物窓層が酸化インジウム錫からなることを特徴とした半導体発光素子。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の半導体発光素子であって、
    前記金属酸化物窓層の膜厚が、１００nm以上であることを特徴とする半導体発光素子。

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