JP4298859B2 - ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、順方向電圧が低く、且つ高輝度である、酸化物窓層を備えたＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１）（以下、ＡｌＧａＩｎＰと略す）多元混晶にあって、特に、インジウム組成比（＝１−Ｘ）を０．５とする（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶と良好な格子整合性を果たせる利点がある（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５７（２７）（１９９０）、２９３７〜２９３９頁参照）。このため、例えば赤橙系色を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはレーザーダイオード（ＬＤ）等の発光素子の構成層として利用されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６４（２１）（１９９４）、２８３９〜２８４１頁参照）。
【０００３】
従来のｐｎ接合型の、ダブルヘテロ（ＤＨ）構造のＡｌＧａＩｎＰにあって、ＤＨ構造発光部の上方には、窓層（ウィンドウ層）を配置するのが通例となっている（ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．３００２（１９９７）、１１０〜１１８頁参照）。窓層は、発光の取り出し効率を向上させるため、発光層からの発光を吸収し難い、発光に対して透明な、禁止帯幅の大きな半導体材料から構成する必要がある。また、窓層は、発光面積の拡大を期して、素子動作電流を、ＬＥＤを構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層へ広範に拡散する役目も担う結晶層であるから、出来る限り低抵抗の結晶層から構成するのが常套である。
【０００４】
従来技術に於いては、窓層を透明酸化物から構成する例がある。例えば、アメリカ合衆国特許第５，４８１，１２２号の発明に依るＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、ｐ形オーミックコンタクト層上に酸化インジウム・錫（ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎｏｘｉｄｅ：略称ＩＴＯ）層からなる窓層が配置されている。また、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛や酸化マグネシウムからなる透明被膜を設ける手段が開示されている（特開平１１−１７２２０号公報明細書参照）。
【０００５】
また、ＩＴＯ層を、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成するｐ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層の表面全面に設けた亜鉛（Ｚｎ）膜若しくは金（Ａｕ）・Ｚｎ合金膜を介して設ける技術が開示されている（特開平１１−４０２０号公報明細書参照）。ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成する半導体結晶材料に比較すれば、この様な金属や合金膜はより導電性に優れる良導体である。従って、ＩＴＯ窓層上に敷設された電極から流通される素子動作電流をＡｌＧａＩｎＰ発光部に向けて平面的に広範囲に拡散できる利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
酸化物窓層側から発光を外部に取り出す方式のＬＥＤにあって、窓層に設けた電極の下方の領域からの発光は、電極に遮蔽されて外部へ効率的に取り出すことができない。従って、発光の取り出し方向に設けた電極の写影領域に流通される動作電流は、外部発光効率の向上に然したる貢献をせず、浪費されることとなる。
【０００７】
しかし、特開平１１−４０２０号公報に記載される従来の発明では、電極との位置関係に拘わらず、酸化物窓層の直下の全面に一様に金属膜が配置される構成となっている。即ち、電極により発光が遮蔽される領域に至る迄、素子動作電流を略一様に流通させる構成となっている。電極の直下に流入した電流は発光効率の向上に殆ど寄与することなく浪費される。このため、効率的な高輝度化が充分に果たせ得ないのが問題となっている。
【０００８】
また、発光層の上方に金属薄膜を設けると、金属薄膜により発光が吸収され、高輝度化が効率的に達成できない。金属薄膜に因る発光の吸収は、金属薄膜層をより薄くすると低減される。しかし、金属薄膜をより薄膜とすると、窓層を構成する酸化物層とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層とのオーミック接触性が悪化する問題がある。
【０００９】
本発明では、透明窓層とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ＬＥＤ構成層との間で、良好なオーミック接触性を発揮させ、且つ、発光を外部へ取り出すに好都合な透明導電性材料層を備えたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者は上記の課題を解決すべく鋭意努力検討した結果、本発明に到達した。即ち、本発明は、
［１］基板上に、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１）からなる発光層、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層、酸化物結晶からなる窓層、及び金属電極を有するｐｎ接合型ダブルヘテロ構造の発光ダイオードにおいて、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層が前記金属電極の下部を除いた領域に形成されていることを特徴とする発光ダイオード、
［２］ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層が、ｎ形セレン化亜鉛から構成されていることを特徴とする［１］に記載の発光ダイオード、
［３］ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層が、ｐ形テルル化亜鉛から構成されていることを特徴とする［１］に記載の発光ダイオード、に関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の発光部はＡｌＧａＩｎＰ多元混晶で構成され、特に、インジウム組成比が０．５である（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶と良好な格子整合性を果たせる利点がある。本発明の実施形態に係わるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層は、前記発光部上に次の様な手法をもって形成できる。
（１）発光部の全面に一旦、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を被着させた後、公知のパターニング技法を利用して電極を形成する予定の領域に対応する領域に在るＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を電極の底面形状に対応させて選択的に除去する方法。
（２）発光部の表面の電極を形成する予定の領域に、電極の底面形状に対応した平面形状の領域を、二酸化珪素或いは窒化珪素等の耐熱性の被覆材で予め被覆した後、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を被着させ、リフト−オフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）法等を利用して、電極の形成予定領域に在るＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層のみを部分的に除去する方法。
【００１２】
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を選択的に除去する非被覆領域の平面形状は、電極の平面形状と相似であるのが望ましい。例えば、円形電極にあっては、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を除去する非被覆領域も円形とするのが望ましい。また、電極の平面形状の中心とＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を除去する非被覆領域の中心とは略合致させるのが望ましい。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を除去する非被覆領域の平面積は、電極の底面積と略同様とする。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を除去する領域の面積を電極の底面積に比べて極端に大とすれば、それだけ酸化物窓層とＬＥＤ構成層との高抵抗な接合領域の面積が増し、動作電流が流通できる領域が縮小する。従って、高輝度化に支障を来す。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を除去する非被覆領域の平面積は、電極の底面積の大凡、０．７倍から１．２倍の範囲であるのが望ましい。
【００１３】
ＩＩ−ＶＩ族結晶層とする半導体材料には、周知の硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、及びセレン化硫化亜鉛（ＺｎＳ1-YＳｅY：０≦Ｙ≦１）などの混晶がある。また、複数のＩＩ族元素を構成元素として含むＺｎXＭｇ1-XＳ（０≦Ｘ≦１）、ＺｎXＭｇ1-XＳｅ（０≦Ｘ≦１）やＺｎXＭｇ1-XＳ1-YＳｅY（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）などがある。
【００１４】
ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤにあって、ＡｌＧａＩｎＰ発光層から放射される赤橙色の発光を透過できる様に、本発明では、室温での禁止帯幅（＝Ｅｇ）が約２エレクトロンボルト（ｅＶ）を越えるＩＩ−ＶＩ族半導体を、好適な化合物半導体層の構成材料として用いる。これに合致する禁止帯幅を有するＩＩ−ＶＩ族半導体としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ；Ｅｇ＝３．３５ｅＶ）、硫化亜鉛（Ｅｇ＝３．６８ｅＶ）、セレン化亜鉛（Ｅｇ＝２．６０ｅＶ）、セレン化硫化亜鉛（Ｅｇ＝２．６０ｅＶ〜３．６８ｅＶ）、硫化カドミウム（Ｅｇ＝２．４２ｅＶ）、テルル化亜鉛（Ｅｇ＝２．２ｅＶ）等が例示できる（禁止帯幅については、寺本 巌著、「半導体デバイス概論」（培風館 １９９５年３月３０日発行初版）、２８頁参照）。
【００１５】
上記のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶の中で、ＺｎＳｅは、ＡｌＧａＩｎＰ発光層からの発光を透過するのに充分な大きさのＥｇを有している。併せて、低抵抗のｎ形の伝導層が得られ易い適度のＥｇを有している。また、ＺｎＳｅの屈折率は約２．７であり、一方、その上に設ける予定の窓層を構成する一般的な酸化物材料であるＩＴＯの屈折率は２前後である。従って、ＺｎＳｅ層を下地層とし、上層をＩＴＯ層とする積層構造では、屈折率が発光の取り出し方向に向けて漸次、小となり、発光の取り出しに都合の良い積層構造がもたらされる。故に、本発明の実施形態では、ｎ形のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層をＺｎＳｅから構成する。
【００１６】
ｎ形のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層は、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成するｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層上に被着させる。ｐ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上に被着させると、ｐｎ接合が形成され、順方向電圧の低減が果たせないからである。従って、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層とそれを堆積するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との導電形は一致させる。
【００１７】
ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上には、ＺｎＴｅから構成されるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を被着させる。ＺｎＴｅは他のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体とは異なり、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）状態でもｐ形の伝導性を呈する。また、Ｅｇも２．２ｅＶであり（上記の「半導体デバイス概論」、２８頁参照）、波長を約６２０ｎｍとする赤橙色の発光も透過できる。従って、ＺｎＴｅからはｐ形のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層が好適に構成できる。
【００１８】
ｎ形或いはｐ形のＩＩ−ＶＩ族化合物層の層厚が極端に薄いと、酸化物窓層とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層とのオーミック接触性が不十分となる。また、逆に極端に厚くすると発光の吸収の度合が増す。従って、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の層厚は、約１ｎｍを越え、約５００ｎｍ未満とするのが望ましい。更に好ましくは、２ｎｍ以上で１００ｎｍ以下とする。
【００１９】
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層は、酸化物窓層とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層とのオーミック接触性を向上させる役目も担う層である。従って、同層のキャリア濃度は、少なくとも約１×１０17ｃｍ-3を越えるものとする。望ましくは、１×１０18ｃｍ-3以上とする。約１×１０19ｃｍ-3を越える高いキャリア濃度を得ようと過度にｎ形或いはｐ形不純物をドーピングすると、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の表面は平坦性が欠けるものとなり、酸化物窓層との密着性が悪化するため好ましくはない。ｎ形のドーパント（ｄｏｐａｎｔ）の例としては、アルミニウム（Ａｌ）がある。高い正孔濃度のＺｎＴｅを得るに適するｐ形ドーパントとしては、アンチモン（Ｓｂ）がある。上記の如くの好適な層厚とキャリア濃度のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層は、一般的な有機金属熱分解エピタキシャル成長（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピキャキシャル成長（ＭＢＥ）法や高周波スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法により成膜できる。例えば、この様な気相エピタキシャル法に於いて、不純物のドーピング量の制御によりキャリア濃度が調整できる。また、成膜時間の制御により層厚が制御できる。
【００２０】
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体構成層上に設ける窓層は、ＡｌＧａＩｎＰ発光層からの発光を透過するのに充分な大きさのＥｇを有する透明な材料から構成する。窓層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等のＩＩ族酸化物、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）等のＩＩＩ族酸化物、酸化錫（ＳｎＯ2）等のＩＶ族酸化物や、ｐ形の伝導を呈する酸化アルミニウム・銅（ＣｕＡｌＯ2）（Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．３８９（３０．Ｏｃｔ．，１９９７）、９３９〜９４２頁参照）などの複合酸化物から構成できる。
【００２１】
本発明に係わる窓層は、導電性を呈する酸化物から構成するのが好ましい。ＬＥＤの駆動電流を拡散させる作用を担わせるためである。例えば、比抵抗にして約１ミリオーム・センチメートル（ｍΩ・ｃｍ）前後或いはそれ以下の低抵抗率の酸化物が好ましく利用できる。低抵抗率である酸化物にはＩＴＯやＡｌドープのＺｎＯがある。また、ＩＩ−ＶＩ族半導体結晶層上にそれよりも屈折率を小とする導電性の透明酸化物層を重層させれば、屈折率の関係から、発光層から出射される発光を透過するのにより好都合であり、電流拡散の作用を有する窓層が構成できる。例えば、ＺｎＳｅ（屈折率約２．７）層上にＩＴＯ（屈折率約２．０）層を重層させた構造からなる窓層がある。また、ＺｎＳｅ層上にＺｎＯ（屈折率＝２．０）層を重層させた窓層がある。
【００２２】
窓層は、複数の酸化物層を重層させて構成できる。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層をｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を被堆積層として被着させる場合、電極の写影領域で部分的にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と接触する下層を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に対するアクセプタ不純物を含む酸化物から構成すると都合が良い。この構成に依れば、上記の写影領域に於いて、酸化物層から拡散してくるｐ形不純物により、ｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表層部が高抵抗或いはｐ形伝導層に変換される。このため、電極直下の領域に流入する動作電流が阻止でき、周辺の発光を透過し易い様に開放された領域へ優先的に電流を拡散させることができるからである。重層構造の好例としてＺｎＯを下層とし、上層をＩＴＯとする重層構造の酸化物窓層がある。上層のＩＴＯ層は、ＺｎＯに比較すれば、化学的な浸食に対する耐性が強いため、ＺｎＯ層を保護する保護膜としても有効に作用する。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
本実施例では、エピタキシャル積層構造体２０上に、ＺｎＳｅとＩＴＯとの重層構造の窓層を備えたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０を例にして、本発明を詳細に説明する。図１は本実施例に係わるＬＥＤ１０の断面模式図である。
【００２４】
積層構造体２０は、ｐ形ＧａＡｓ単結晶基板１０１、ｐ形ＧａＡｓ緩衝層１０２、ｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ下部クラッド層１０３、アンドープ（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ発光層１０４、及びｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部クラッド層１０５から構成した。エピタキシャル構成層１０２〜１０５は、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）／トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）／トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）／ホスフィン（ＰＨ3）系減圧ＭＯ−ＶＰＥ法により７３０℃で成長させた。ｐ形ドーピング源には、ジエチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ）を用いた。ｎ形ドーピング源はジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）とした。
【００２５】
基板１０１には、＜０１１＞方向に４゜傾斜した、Ｚｎドープ（１００）ＧａＡｓ単結晶を用いた。基板１０１のキャリア濃度は約１×１０19ｃｍ-3であった。ＺｎドープＧａＡｓ緩衝層１０２の層厚は１．５μｍとし、キャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3とした。Ｚｎドープ下部クラッド層１０３の層厚は３．５μｍとし、キャリア濃度は約３×１０18ｃｍ-3とした。発光層１０４の層厚は約０．２μｍとし、キャリア濃度は約５×１０16ｃｍ-3とした。Ｓｉドープ上部クラッド層１０５の層厚は約１μｍとし、キャリア濃度を７×１０17ｃｍ-3とした。
【００２６】
ｎ形の上部クラッド層１０５の表面上には、一般的なマグネトロンスパッタリング法によりＡｌドープのｎ形ＺｎＳｅからなるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層１０６を被着させた。同層１０６の層厚は約０．５μｍとし、キャリア濃度は約４×１０18ｃｍ-3とした。ＺｎＳｅ層１０６は一般的なＸ線回折分析に依れば、多結晶層であった。
【００２７】
次に、公知のパターニング技術とエッチング技術を駆使して、酸化物窓層に敷設する円形金属電極直下に相当する領域に在るＺｎＳｅ層１０６を選択的に除去した。除去したＺｎＳｅ層１０６の平面形状は、電極と平面形状と中心を略一致させた電極底面形状と相似の直径を約１３０μｍとする円形とした。
【００２８】
ＺｎＳｅ層１０６のパターニング加工を終了した後、公知のマグネトロンスパッタリング法を利用してＩＴＯ膜からなる窓層１０７をＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層１０６上に被着させた。窓層１０７を構成するＩＴＯ膜の層厚は約０．２０μｍとした。同膜１０７は、比抵抗を約８×１０-4Ω・ｃｍとするＩＴＯから形成した。
【００２９】
窓層１０７の表面上には、膜厚を約０．１５μｍとする窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）被膜を保護膜１０８として堆積した。窒化珪素保護膜１０８はモノシラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）を原料とする公知のプラズマＣＶＤ法により被着させた。これより、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層（屈折率を約２．７とするＺｎＳｅ層）、窓層（屈折率を約２．０前後とするＩＴＯ層）及びＳｉ3Ｎ4保護膜（屈折率約１．９）からなる発光層より遠方に向けて屈折率を漸次小とする窓層１０７と保護膜１０８との重層構造を形成した。
【００３０】
電極を形成する予定の領域に在る保護膜１０８を一般的なフォトリソグラフィー技術を利用して除去した後、同領域に直径を約１２０μｍとするＡｌ円形電極１０９を設けた。ＧａＡｓ基板１０１の裏面の全面には金・亜鉛合金（Ａｕ９８重量％−Ｚｎ２重量％合金）を真空蒸着した後、４２０℃で２分間合金化（アロイ）処理を施してｐ形オーミック電極１１０となした。然る後、一辺を約３５０μｍとする略正方形の個別のチップに裁断しＬＥＤ１０となした。
【００３１】
Ａｌ電極１０９及びｐ形オーミック電極１１０間に順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流したところ、電極１０９周囲の窓層１０７の略全面からほぼ均等な赤橙色の発光が得られた。分光器により測定された発光波長は約６２０ｎｍであった。また、発光スペクトルの半値幅は約１７ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。順方向電圧（＠２０ｍＡ）は１．９４±０．０３ボルト（Ｖ）と均一であった。また、発光強度は約４２ミリカンデラ（ｍｃｄ）に到達した。
【００３２】
（実施例２）
本実施例では、エピタキシャル積層構造体４０上に、ｐ形ＺｎＴｅからなるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を備えたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ３０を例にして、本発明を詳細に説明する。図２は本実施例に係わるＬＥＤ３０の断面模式図である。
【００３３】
積層構造体４０は、ｎ形ＧａＡｓ単結晶基板２０１、ｎ形ＧａＡｓ緩衝層２０２、ブラッグ反射層２１１、ｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ下部クラッド層２０３、アンドープ（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ発光層２０４、及びｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部クラッド層２０５から構成した。エピタキシャル構成層２０２〜２０５、２１１は、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）／トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）／トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）／ホスフィン（ＰＨ3）系減圧ＭＯ−ＶＰＥ法により７３０℃で成長させた。ｎ形ドーピング源はジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）とした。ｐ形ドーピング源には、ビス−シクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ5Ｈ5）2Ｍｇ）を用いた。
【００３４】
基板２０１には、＜０１１＞方向に３゜傾斜した、Ｓｉドープ（１００）ＧａＡｓ単結晶を用いた。基板２０１のキャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3であった。ＳｉドープＧａＡｓ緩衝層２０２の層厚は１．５μｍとし、キャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3とした。Ｓｉドープ下部クラッド層２０３の層厚は３．５μｍとし、キャリア濃度は約３×１０18ｃｍ-3とした。発光層２０４の層厚は約０．２μｍとし、キャリア濃度は約５×１０16ｃｍ-3とした。Ｍｇドープ上部クラッド層２０５の層厚は約１μｍとし、キャリア濃度を７×１０17ｃｍ-3とした。
【００３５】
ブラッグ反射層２１１は、Ｓｉドープｎ形Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層と、Ｓｉドープｎ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層とを交互に１２層積層させて構成した。ｎ形Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層の層厚は８ｎｍとし、ｎ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層の層厚は４２ｎｍとした。
【００３６】
ｎ形の上部クラッド層２０５の表面上には、一般的な減圧ＭＯＣＶＤ法に依り約３５０℃でｐ形ＺｎＴｅからなるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層２０６を被着させた。同層２０６の層厚は約０．２μｍとし、キャリア濃度は約２×１０17ｃｍ-3とした。テルル化亜鉛層２０６は一般的なＸ線回折分析に依れば、単結晶層であった。
【００３７】
次に、公知のパターニング技術とエッチング技術を駆使して、酸化物窓層に敷設する円形金属電極直下に相当する領域に在るテルル化亜鉛層２０６を選択的に除去した。除去したテルル化亜鉛層２０６の平面形状は、電極の平面形状と中心を略一致させた直径を約１３０μｍとする円形とした。
【００３８】
テルル化亜鉛層２０６のパターニング加工を終了した後、公知のマグネトロンスパッタリング法を利用してＡｌドープｎ形酸化亜鉛膜からなる窓層２０７をＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層２０６上に被着させた。スパッタリング圧力は約０．８トール（Ｔｏｒｒ）とし、堆積温度は約３００℃とした。高周波電力は約１００ワット（Ｗ）とし、堆積時間を２５分間として約０．２５μｍの層厚のＺｎＯ層２０７を得た。同膜２０７は、比抵抗を約１×１０-3Ω・ｃｍとするＺｎＯから形成した。
【００３９】
酸化亜鉛からなる窓層２０７上には、ＩＴＯからなる保護層２０８を形成した。表面保護層２０８たるＩＴＯ被膜は、比抵抗を約７×１０-4Ω・ｃｍとするｎ形導電性膜であり、層厚は約０．１０μｍとした。
【００４０】
電極を形成する予定の領域に在る保護層２０８を一般的なフォトリソグラフィー技術を利用して除去した後、同領域に直径を約１２０μｍとするＡｕ円形電極２０９を設けた。ｎ形ＧａＡｓ基板２０１の裏面の全面には金・ゲルマニウム合金（Ａｕ９５重量％−Ｇｅ５重量％合金）を真空蒸着した後、４２０℃で１０分間アロイ処理を施してｎ形オーミック電極２１０となした。然る後、一辺を約３５０μｍとする略正方形の個別のチップに裁断しＬＥＤ３０となした。
【００４１】
金電極２０９及びｎ形オーミック電極２１０間に順方向に２０ｍＡの電流を通流したところ、電極２０９の周辺の、窓層２０７の略全面からほぼ均等な赤橙色の発光が得られた。分光器により測定された発光波長は約６２０ｎｍであった。また、発光スペクトルの半値幅は約１８ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。順方向電圧（＠２０ｍＡ）は１．９５±０．０３Ｖと均一であった。また、発光強度は約６０ｍｃｄに到達した。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に依れば、発光を外部へ取り出すのに好都合で、且つ、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と良好なオーミック接触性をなす窓層が構成できるため、順方向電圧が低く、且つ均一な高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードが提供できる。
【００４３】
また、本発明の構成に依れば、発光の透過性を低下させることなく、電極直下への動作電流の流入を阻止する機能を発揮する接合構成が構築でき、動作電流を効率的に拡散できるので、発光効率に優れる高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に記載のＬＥＤの断面模式図である。
【図２】実施例２に記載のＬＥＤの断面模式図である。
【符号の説明】
１０ ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
２０ 積層構造体
３０ ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
４０ 積層構造体
１０１ ｐ形ＧａＡｓ単結晶基板
１０２ ｐ形緩衝層
１０３ ｐ形下部クラッド層
１０４ 発光層
１０５ ｎ形上部クラッド層
１０６ ｎ形ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層
１０７ 窓層
１０８ 保護膜
１０９ 金属電極
１１０ ｐ形オーミック電極
２０１ ｎ形ＧａＡｓ単結晶基板
２０２ ｎ形緩衝層
２０３ ｎ形下部クラッド層
２０４ 発光層
２０５ ｐ形上部クラッド層
２０６ ｐ形ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層
２０７ 窓層
２０８ 保護膜
２０９ 金属電極
２１０ ｎ形オーミック電極
２１１ ブラッグ反射層
【発明の属する技術分野】
本発明は、順方向電圧が低く、且つ高輝度である、酸化物窓層を備えたＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１）（以下、ＡｌＧａＩｎＰと略す）多元混晶にあって、特に、インジウム組成比（＝１−Ｘ）を０．５とする（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶と良好な格子整合性を果たせる利点がある（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５７（２７）（１９９０）、２９３７〜２９３９頁参照）。このため、例えば赤橙系色を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはレーザーダイオード（ＬＤ）等の発光素子の構成層として利用されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６４（２１）（１９９４）、２８３９〜２８４１頁参照）。
【０００３】
従来のｐｎ接合型の、ダブルヘテロ（ＤＨ）構造のＡｌＧａＩｎＰにあって、ＤＨ構造発光部の上方には、窓層（ウィンドウ層）を配置するのが通例となっている（ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．３００２（１９９７）、１１０〜１１８頁参照）。窓層は、発光の取り出し効率を向上させるため、発光層からの発光を吸収し難い、発光に対して透明な、禁止帯幅の大きな半導体材料から構成する必要がある。また、窓層は、発光面積の拡大を期して、素子動作電流を、ＬＥＤを構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層へ広範に拡散する役目も担う結晶層であるから、出来る限り低抵抗の結晶層から構成するのが常套である。
【０００４】
従来技術に於いては、窓層を透明酸化物から構成する例がある。例えば、アメリカ合衆国特許第５，４８１，１２２号の発明に依るＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、ｐ形オーミックコンタクト層上に酸化インジウム・錫（ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎｏｘｉｄｅ：略称ＩＴＯ）層からなる窓層が配置されている。また、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛や酸化マグネシウムからなる透明被膜を設ける手段が開示されている（特開平１１−１７２２０号公報明細書参照）。
【０００５】
また、ＩＴＯ層を、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成するｐ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層の表面全面に設けた亜鉛（Ｚｎ）膜若しくは金（Ａｕ）・Ｚｎ合金膜を介して設ける技術が開示されている（特開平１１−４０２０号公報明細書参照）。ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成する半導体結晶材料に比較すれば、この様な金属や合金膜はより導電性に優れる良導体である。従って、ＩＴＯ窓層上に敷設された電極から流通される素子動作電流をＡｌＧａＩｎＰ発光部に向けて平面的に広範囲に拡散できる利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
酸化物窓層側から発光を外部に取り出す方式のＬＥＤにあって、窓層に設けた電極の下方の領域からの発光は、電極に遮蔽されて外部へ効率的に取り出すことができない。従って、発光の取り出し方向に設けた電極の写影領域に流通される動作電流は、外部発光効率の向上に然したる貢献をせず、浪費されることとなる。
【０００７】
しかし、特開平１１−４０２０号公報に記載される従来の発明では、電極との位置関係に拘わらず、酸化物窓層の直下の全面に一様に金属膜が配置される構成となっている。即ち、電極により発光が遮蔽される領域に至る迄、素子動作電流を略一様に流通させる構成となっている。電極の直下に流入した電流は発光効率の向上に殆ど寄与することなく浪費される。このため、効率的な高輝度化が充分に果たせ得ないのが問題となっている。
【０００８】
また、発光層の上方に金属薄膜を設けると、金属薄膜により発光が吸収され、高輝度化が効率的に達成できない。金属薄膜に因る発光の吸収は、金属薄膜層をより薄くすると低減される。しかし、金属薄膜をより薄膜とすると、窓層を構成する酸化物層とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層とのオーミック接触性が悪化する問題がある。
【０００９】
本発明では、透明窓層とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ＬＥＤ構成層との間で、良好なオーミック接触性を発揮させ、且つ、発光を外部へ取り出すに好都合な透明導電性材料層を備えたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者は上記の課題を解決すべく鋭意努力検討した結果、本発明に到達した。即ち、本発明は、
［１］基板上に、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１）からなる発光層、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層、酸化物結晶からなる窓層、及び金属電極を有するｐｎ接合型ダブルヘテロ構造の発光ダイオードにおいて、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層が前記金属電極の下部を除いた領域に形成されていることを特徴とする発光ダイオード、
［２］ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層が、ｎ形セレン化亜鉛から構成されていることを特徴とする［１］に記載の発光ダイオード、
［３］ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層が、ｐ形テルル化亜鉛から構成されていることを特徴とする［１］に記載の発光ダイオード、に関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の発光部はＡｌＧａＩｎＰ多元混晶で構成され、特に、インジウム組成比が０．５である（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦Ｘ≦１）は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶と良好な格子整合性を果たせる利点がある。本発明の実施形態に係わるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層は、前記発光部上に次の様な手法をもって形成できる。
（１）発光部の全面に一旦、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を被着させた後、公知のパターニング技法を利用して電極を形成する予定の領域に対応する領域に在るＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を電極の底面形状に対応させて選択的に除去する方法。
（２）発光部の表面の電極を形成する予定の領域に、電極の底面形状に対応した平面形状の領域を、二酸化珪素或いは窒化珪素等の耐熱性の被覆材で予め被覆した後、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を被着させ、リフト−オフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）法等を利用して、電極の形成予定領域に在るＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層のみを部分的に除去する方法。
【００１２】
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を選択的に除去する非被覆領域の平面形状は、電極の平面形状と相似であるのが望ましい。例えば、円形電極にあっては、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を除去する非被覆領域も円形とするのが望ましい。また、電極の平面形状の中心とＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を除去する非被覆領域の中心とは略合致させるのが望ましい。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を除去する非被覆領域の平面積は、電極の底面積と略同様とする。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を除去する領域の面積を電極の底面積に比べて極端に大とすれば、それだけ酸化物窓層とＬＥＤ構成層との高抵抗な接合領域の面積が増し、動作電流が流通できる領域が縮小する。従って、高輝度化に支障を来す。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を除去する非被覆領域の平面積は、電極の底面積の大凡、０．７倍から１．２倍の範囲であるのが望ましい。
【００１３】
ＩＩ−ＶＩ族結晶層とする半導体材料には、周知の硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、及びセレン化硫化亜鉛（ＺｎＳ1-YＳｅY：０≦Ｙ≦１）などの混晶がある。また、複数のＩＩ族元素を構成元素として含むＺｎXＭｇ1-XＳ（０≦Ｘ≦１）、ＺｎXＭｇ1-XＳｅ（０≦Ｘ≦１）やＺｎXＭｇ1-XＳ1-YＳｅY（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）などがある。
【００１４】
ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤにあって、ＡｌＧａＩｎＰ発光層から放射される赤橙色の発光を透過できる様に、本発明では、室温での禁止帯幅（＝Ｅｇ）が約２エレクトロンボルト（ｅＶ）を越えるＩＩ−ＶＩ族半導体を、好適な化合物半導体層の構成材料として用いる。これに合致する禁止帯幅を有するＩＩ−ＶＩ族半導体としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ；Ｅｇ＝３．３５ｅＶ）、硫化亜鉛（Ｅｇ＝３．６８ｅＶ）、セレン化亜鉛（Ｅｇ＝２．６０ｅＶ）、セレン化硫化亜鉛（Ｅｇ＝２．６０ｅＶ〜３．６８ｅＶ）、硫化カドミウム（Ｅｇ＝２．４２ｅＶ）、テルル化亜鉛（Ｅｇ＝２．２ｅＶ）等が例示できる（禁止帯幅については、寺本 巌著、「半導体デバイス概論」（培風館 １９９５年３月３０日発行初版）、２８頁参照）。
【００１５】
上記のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶の中で、ＺｎＳｅは、ＡｌＧａＩｎＰ発光層からの発光を透過するのに充分な大きさのＥｇを有している。併せて、低抵抗のｎ形の伝導層が得られ易い適度のＥｇを有している。また、ＺｎＳｅの屈折率は約２．７であり、一方、その上に設ける予定の窓層を構成する一般的な酸化物材料であるＩＴＯの屈折率は２前後である。従って、ＺｎＳｅ層を下地層とし、上層をＩＴＯ層とする積層構造では、屈折率が発光の取り出し方向に向けて漸次、小となり、発光の取り出しに都合の良い積層構造がもたらされる。故に、本発明の実施形態では、ｎ形のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層をＺｎＳｅから構成する。
【００１６】
ｎ形のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層は、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成するｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶層上に被着させる。ｐ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上に被着させると、ｐｎ接合が形成され、順方向電圧の低減が果たせないからである。従って、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層とそれを堆積するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層との導電形は一致させる。
【００１７】
ｐ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層上には、ＺｎＴｅから構成されるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を被着させる。ＺｎＴｅは他のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体とは異なり、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）状態でもｐ形の伝導性を呈する。また、Ｅｇも２．２ｅＶであり（上記の「半導体デバイス概論」、２８頁参照）、波長を約６２０ｎｍとする赤橙色の発光も透過できる。従って、ＺｎＴｅからはｐ形のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層が好適に構成できる。
【００１８】
ｎ形或いはｐ形のＩＩ−ＶＩ族化合物層の層厚が極端に薄いと、酸化物窓層とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層とのオーミック接触性が不十分となる。また、逆に極端に厚くすると発光の吸収の度合が増す。従って、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の層厚は、約１ｎｍを越え、約５００ｎｍ未満とするのが望ましい。更に好ましくは、２ｎｍ以上で１００ｎｍ以下とする。
【００１９】
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層は、酸化物窓層とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構成層とのオーミック接触性を向上させる役目も担う層である。従って、同層のキャリア濃度は、少なくとも約１×１０17ｃｍ-3を越えるものとする。望ましくは、１×１０18ｃｍ-3以上とする。約１×１０19ｃｍ-3を越える高いキャリア濃度を得ようと過度にｎ形或いはｐ形不純物をドーピングすると、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の表面は平坦性が欠けるものとなり、酸化物窓層との密着性が悪化するため好ましくはない。ｎ形のドーパント（ｄｏｐａｎｔ）の例としては、アルミニウム（Ａｌ）がある。高い正孔濃度のＺｎＴｅを得るに適するｐ形ドーパントとしては、アンチモン（Ｓｂ）がある。上記の如くの好適な層厚とキャリア濃度のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層は、一般的な有機金属熱分解エピタキシャル成長（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピキャキシャル成長（ＭＢＥ）法や高周波スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法により成膜できる。例えば、この様な気相エピタキシャル法に於いて、不純物のドーピング量の制御によりキャリア濃度が調整できる。また、成膜時間の制御により層厚が制御できる。
【００２０】
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体構成層上に設ける窓層は、ＡｌＧａＩｎＰ発光層からの発光を透過するのに充分な大きさのＥｇを有する透明な材料から構成する。窓層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等のＩＩ族酸化物、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）等のＩＩＩ族酸化物、酸化錫（ＳｎＯ2）等のＩＶ族酸化物や、ｐ形の伝導を呈する酸化アルミニウム・銅（ＣｕＡｌＯ2）（Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．３８９（３０．Ｏｃｔ．，１９９７）、９３９〜９４２頁参照）などの複合酸化物から構成できる。
【００２１】
本発明に係わる窓層は、導電性を呈する酸化物から構成するのが好ましい。ＬＥＤの駆動電流を拡散させる作用を担わせるためである。例えば、比抵抗にして約１ミリオーム・センチメートル（ｍΩ・ｃｍ）前後或いはそれ以下の低抵抗率の酸化物が好ましく利用できる。低抵抗率である酸化物にはＩＴＯやＡｌドープのＺｎＯがある。また、ＩＩ−ＶＩ族半導体結晶層上にそれよりも屈折率を小とする導電性の透明酸化物層を重層させれば、屈折率の関係から、発光層から出射される発光を透過するのにより好都合であり、電流拡散の作用を有する窓層が構成できる。例えば、ＺｎＳｅ（屈折率約２．７）層上にＩＴＯ（屈折率約２．０）層を重層させた構造からなる窓層がある。また、ＺｎＳｅ層上にＺｎＯ（屈折率＝２．０）層を重層させた窓層がある。
【００２２】
窓層は、複数の酸化物層を重層させて構成できる。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層をｎ形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を被堆積層として被着させる場合、電極の写影領域で部分的にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と接触する下層を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に対するアクセプタ不純物を含む酸化物から構成すると都合が良い。この構成に依れば、上記の写影領域に於いて、酸化物層から拡散してくるｐ形不純物により、ｎ形ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表層部が高抵抗或いはｐ形伝導層に変換される。このため、電極直下の領域に流入する動作電流が阻止でき、周辺の発光を透過し易い様に開放された領域へ優先的に電流を拡散させることができるからである。重層構造の好例としてＺｎＯを下層とし、上層をＩＴＯとする重層構造の酸化物窓層がある。上層のＩＴＯ層は、ＺｎＯに比較すれば、化学的な浸食に対する耐性が強いため、ＺｎＯ層を保護する保護膜としても有効に作用する。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
本実施例では、エピタキシャル積層構造体２０上に、ＺｎＳｅとＩＴＯとの重層構造の窓層を備えたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ１０を例にして、本発明を詳細に説明する。図１は本実施例に係わるＬＥＤ１０の断面模式図である。
【００２４】
積層構造体２０は、ｐ形ＧａＡｓ単結晶基板１０１、ｐ形ＧａＡｓ緩衝層１０２、ｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ下部クラッド層１０３、アンドープ（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ発光層１０４、及びｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部クラッド層１０５から構成した。エピタキシャル構成層１０２〜１０５は、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）／トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）／トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）／ホスフィン（ＰＨ3）系減圧ＭＯ−ＶＰＥ法により７３０℃で成長させた。ｐ形ドーピング源には、ジエチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ）を用いた。ｎ形ドーピング源はジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）とした。
【００２５】
基板１０１には、＜０１１＞方向に４゜傾斜した、Ｚｎドープ（１００）ＧａＡｓ単結晶を用いた。基板１０１のキャリア濃度は約１×１０19ｃｍ-3であった。ＺｎドープＧａＡｓ緩衝層１０２の層厚は１．５μｍとし、キャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3とした。Ｚｎドープ下部クラッド層１０３の層厚は３．５μｍとし、キャリア濃度は約３×１０18ｃｍ-3とした。発光層１０４の層厚は約０．２μｍとし、キャリア濃度は約５×１０16ｃｍ-3とした。Ｓｉドープ上部クラッド層１０５の層厚は約１μｍとし、キャリア濃度を７×１０17ｃｍ-3とした。
【００２６】
ｎ形の上部クラッド層１０５の表面上には、一般的なマグネトロンスパッタリング法によりＡｌドープのｎ形ＺｎＳｅからなるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層１０６を被着させた。同層１０６の層厚は約０．５μｍとし、キャリア濃度は約４×１０18ｃｍ-3とした。ＺｎＳｅ層１０６は一般的なＸ線回折分析に依れば、多結晶層であった。
【００２７】
次に、公知のパターニング技術とエッチング技術を駆使して、酸化物窓層に敷設する円形金属電極直下に相当する領域に在るＺｎＳｅ層１０６を選択的に除去した。除去したＺｎＳｅ層１０６の平面形状は、電極と平面形状と中心を略一致させた電極底面形状と相似の直径を約１３０μｍとする円形とした。
【００２８】
ＺｎＳｅ層１０６のパターニング加工を終了した後、公知のマグネトロンスパッタリング法を利用してＩＴＯ膜からなる窓層１０７をＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層１０６上に被着させた。窓層１０７を構成するＩＴＯ膜の層厚は約０．２０μｍとした。同膜１０７は、比抵抗を約８×１０-4Ω・ｃｍとするＩＴＯから形成した。
【００２９】
窓層１０７の表面上には、膜厚を約０．１５μｍとする窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）被膜を保護膜１０８として堆積した。窒化珪素保護膜１０８はモノシラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）を原料とする公知のプラズマＣＶＤ法により被着させた。これより、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層（屈折率を約２．７とするＺｎＳｅ層）、窓層（屈折率を約２．０前後とするＩＴＯ層）及びＳｉ3Ｎ4保護膜（屈折率約１．９）からなる発光層より遠方に向けて屈折率を漸次小とする窓層１０７と保護膜１０８との重層構造を形成した。
【００３０】
電極を形成する予定の領域に在る保護膜１０８を一般的なフォトリソグラフィー技術を利用して除去した後、同領域に直径を約１２０μｍとするＡｌ円形電極１０９を設けた。ＧａＡｓ基板１０１の裏面の全面には金・亜鉛合金（Ａｕ９８重量％−Ｚｎ２重量％合金）を真空蒸着した後、４２０℃で２分間合金化（アロイ）処理を施してｐ形オーミック電極１１０となした。然る後、一辺を約３５０μｍとする略正方形の個別のチップに裁断しＬＥＤ１０となした。
【００３１】
Ａｌ電極１０９及びｐ形オーミック電極１１０間に順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流したところ、電極１０９周囲の窓層１０７の略全面からほぼ均等な赤橙色の発光が得られた。分光器により測定された発光波長は約６２０ｎｍであった。また、発光スペクトルの半値幅は約１７ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。順方向電圧（＠２０ｍＡ）は１．９４±０．０３ボルト（Ｖ）と均一であった。また、発光強度は約４２ミリカンデラ（ｍｃｄ）に到達した。
【００３２】
（実施例２）
本実施例では、エピタキシャル積層構造体４０上に、ｐ形ＺｎＴｅからなるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を備えたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ３０を例にして、本発明を詳細に説明する。図２は本実施例に係わるＬＥＤ３０の断面模式図である。
【００３３】
積層構造体４０は、ｎ形ＧａＡｓ単結晶基板２０１、ｎ形ＧａＡｓ緩衝層２０２、ブラッグ反射層２１１、ｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ下部クラッド層２０３、アンドープ（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ発光層２０４、及びｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部クラッド層２０５から構成した。エピタキシャル構成層２０２〜２０５、２１１は、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）／トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）／トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）／ホスフィン（ＰＨ3）系減圧ＭＯ−ＶＰＥ法により７３０℃で成長させた。ｎ形ドーピング源はジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）とした。ｐ形ドーピング源には、ビス−シクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ5Ｈ5）2Ｍｇ）を用いた。
【００３４】
基板２０１には、＜０１１＞方向に３゜傾斜した、Ｓｉドープ（１００）ＧａＡｓ単結晶を用いた。基板２０１のキャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3であった。ＳｉドープＧａＡｓ緩衝層２０２の層厚は１．５μｍとし、キャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3とした。Ｓｉドープ下部クラッド層２０３の層厚は３．５μｍとし、キャリア濃度は約３×１０18ｃｍ-3とした。発光層２０４の層厚は約０．２μｍとし、キャリア濃度は約５×１０16ｃｍ-3とした。Ｍｇドープ上部クラッド層２０５の層厚は約１μｍとし、キャリア濃度を７×１０17ｃｍ-3とした。
【００３５】
ブラッグ反射層２１１は、Ｓｉドープｎ形Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層と、Ｓｉドープｎ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層とを交互に１２層積層させて構成した。ｎ形Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層の層厚は８ｎｍとし、ｎ形Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層の層厚は４２ｎｍとした。
【００３６】
ｎ形の上部クラッド層２０５の表面上には、一般的な減圧ＭＯＣＶＤ法に依り約３５０℃でｐ形ＺｎＴｅからなるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層２０６を被着させた。同層２０６の層厚は約０．２μｍとし、キャリア濃度は約２×１０17ｃｍ-3とした。テルル化亜鉛層２０６は一般的なＸ線回折分析に依れば、単結晶層であった。
【００３７】
次に、公知のパターニング技術とエッチング技術を駆使して、酸化物窓層に敷設する円形金属電極直下に相当する領域に在るテルル化亜鉛層２０６を選択的に除去した。除去したテルル化亜鉛層２０６の平面形状は、電極の平面形状と中心を略一致させた直径を約１３０μｍとする円形とした。
【００３８】
テルル化亜鉛層２０６のパターニング加工を終了した後、公知のマグネトロンスパッタリング法を利用してＡｌドープｎ形酸化亜鉛膜からなる窓層２０７をＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層２０６上に被着させた。スパッタリング圧力は約０．８トール（Ｔｏｒｒ）とし、堆積温度は約３００℃とした。高周波電力は約１００ワット（Ｗ）とし、堆積時間を２５分間として約０．２５μｍの層厚のＺｎＯ層２０７を得た。同膜２０７は、比抵抗を約１×１０-3Ω・ｃｍとするＺｎＯから形成した。
【００３９】
酸化亜鉛からなる窓層２０７上には、ＩＴＯからなる保護層２０８を形成した。表面保護層２０８たるＩＴＯ被膜は、比抵抗を約７×１０-4Ω・ｃｍとするｎ形導電性膜であり、層厚は約０．１０μｍとした。
【００４０】
電極を形成する予定の領域に在る保護層２０８を一般的なフォトリソグラフィー技術を利用して除去した後、同領域に直径を約１２０μｍとするＡｕ円形電極２０９を設けた。ｎ形ＧａＡｓ基板２０１の裏面の全面には金・ゲルマニウム合金（Ａｕ９５重量％−Ｇｅ５重量％合金）を真空蒸着した後、４２０℃で１０分間アロイ処理を施してｎ形オーミック電極２１０となした。然る後、一辺を約３５０μｍとする略正方形の個別のチップに裁断しＬＥＤ３０となした。
【００４１】
金電極２０９及びｎ形オーミック電極２１０間に順方向に２０ｍＡの電流を通流したところ、電極２０９の周辺の、窓層２０７の略全面からほぼ均等な赤橙色の発光が得られた。分光器により測定された発光波長は約６２０ｎｍであった。また、発光スペクトルの半値幅は約１８ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。順方向電圧（＠２０ｍＡ）は１．９５±０．０３Ｖと均一であった。また、発光強度は約６０ｍｃｄに到達した。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に依れば、発光を外部へ取り出すのに好都合で、且つ、ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と良好なオーミック接触性をなす窓層が構成できるため、順方向電圧が低く、且つ均一な高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードが提供できる。
【００４３】
また、本発明の構成に依れば、発光の透過性を低下させることなく、電極直下への動作電流の流入を阻止する機能を発揮する接合構成が構築でき、動作電流を効率的に拡散できるので、発光効率に優れる高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に記載のＬＥＤの断面模式図である。
【図２】実施例２に記載のＬＥＤの断面模式図である。
【符号の説明】
１０ ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
２０ 積層構造体
３０ ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
４０ 積層構造体
１０１ ｐ形ＧａＡｓ単結晶基板
１０２ ｐ形緩衝層
１０３ ｐ形下部クラッド層
１０４ 発光層
１０５ ｎ形上部クラッド層
１０６ ｎ形ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層
１０７ 窓層
１０８ 保護膜
１０９ 金属電極
１１０ ｐ形オーミック電極
２０１ ｎ形ＧａＡｓ単結晶基板
２０２ ｎ形緩衝層
２０３ ｎ形下部クラッド層
２０４ 発光層
２０５ ｐ形上部クラッド層
２０６ ｐ形ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層
２０７ 窓層
２０８ 保護膜
２０９ 金属電極
２１０ ｎ形オーミック電極
２１１ ブラッグ反射層
Claims (3)
- 基板上に、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１）からなる発光層を含む発光部、該発光部の上に形成されたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層、該ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の上に形成された酸化物結晶からなる窓層、及び該窓層の上部に形成された金属電極を有するｐｎ接合型ダブルヘテロ構造の発光ダイオードにおいて、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層が前記金属電極の下部で該電極の底面積の０．７倍〜１．２倍の領域を除いた領域に形成されていることを特徴とする発光ダイオード。
- ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層が、ｎ形セレン化亜鉛から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
- ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層が、ｐ形テルル化亜鉛から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
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