JP4366522B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平１−２２５１７８号公報
【特許文献２】
米国特許公報第５７８９７６８号
【特許文献３】
特許第３３３３２１９号公報
【０００３】
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ混晶（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１（以下、ＡｌＧａＩｎＰ混晶、あるいは単にＡｌＧａＩｎＰとも記載する）により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ活性層を、それよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、高輝度の素子を実現できる。また、近年では、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）を用いて同様のダブルへテロ構造を形成した青色発光素子も実用化されている。
【０００４】
例えば、ＡｌＧａＩｎＰ発光素子を例に取れば、ｎ型ＧａＡｓ基板上にヘテロエピタキシャル成長させる形にて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層をこの順序にて積層し、ダブルへテロ構造をなす発光層部を形成する。発光層部への通電は、素子表面に形成された金属電極を介して行なわれる。ここで、金属電極は遮光体として作用するため、例えば発光層部主表面の中央部のみを覆う形で形成され、その周囲の電極非形成領域から光を取り出すようにする。
【０００５】
この場合、金属電極の面積をなるべく小さくしたほうが、電極の周囲に形成される光漏出領域の面積を大きくできるので、光取出し効率を向上させる観点において有利である。従来、電極形状の工夫により、素子内に効果的に電流を拡げて光取出量を増加させる試みがなされているが、この場合も電極面積の増大はいずれにしろ避けがたく、光漏出面積の減少により却って光取出量が制限されるジレンマに陥っている。また、クラッド層のドーパントのキャリア濃度ひいては導電率は、活性層内でのキャリアの発光再結合を最適化するために多少低めに抑えられており、面内方向には電流が広がりにくい傾向がある。これは、電極被覆領域に電流密度が集中し、光漏出領域における実質的な光取出量が低下してしまうことにつながる。そこで、クラッド層と電極との間に、キャリア濃度（ドーパント濃度）を高めた低抵抗率の電流拡散層を形成する方法が、特許文献２にて採用されている。電流拡散層は、有機金属気相成長法（MetalOrganic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ法）や、液相エピタキシャル成長法（Liquid Phase Epitaxy：ＬＰＥ法）により形成される。しかし、十分な電流拡散効果を得るには電流拡散層の成長厚さを相当厚く（例えば５０μｍ程度）形成しなければならず、製造コストの増加は免れない。
【０００６】
そこで、化合物半導体よりなる電流拡散層に代えて、あるいは電流拡散層と共に酸化物透明電極層（例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）透明電極層）を、発光層部表面を覆うように形成する提案が、特許文献１、特許文献２あるいは特許文献３に開示されている。酸化物透明電極層は導電率が金属並に高いため、厚さが小さくとも十分な電流拡散効果が得られ、電流拡散層の厚さの削減あるいは省略が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電流拡散層を厚く形成した発光素子は、電流拡散層の成長にコストがかかる反面、素子の全体厚さが増大することから、素子の周側面からの光取出量を増やすことができ、外部量子効率が向上する利点があった。しかし、高導電率の酸化物透明電極層を設けた発光素子は、その目的からして必然的に電流拡散層の厚さが縮小されるため、発光素子全体の厚さも大幅に減少する。その結果、素子の周側面からの光取出量が減少し、外部量子効率の低下が避け難くなる欠点がある。
【０００８】
特許文献３においては、発光層部の最表面にフロスト処理による凹凸を形成し、その凹凸面を酸化物透明電極層で覆うことにより、光取出し効率の向上を図る提案がなされている。しかし、この提案の構造では、酸化物透明電極層の接触抵抗を減ずるためのコンタクト層が省略されており、接触抵抗の増加により素子の順方向電圧が大幅に高くなる欠点がある。
【０００９】
本発明の課題は、酸化物透明電極層の使用により素子厚さが減じられているにもかかわらず、外部量子効率を十分に高めることが可能であり、ひいては従来型の酸化物透明電極層の使用した素子よりも発光輝度を大幅に高めることができる発光素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明は、発光層部を有した化合物半導体層と、該化合物半導体層の主表面を覆うように形成された、発光層部に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層とを有し、発光層部からの光を、酸化物透明電極層を透過させる形で取り出すようにした発光素子において、上記の課題を解決するために、その第一の構成は、
化合物半導体層と酸化物透明電極層との間に、酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるためのコンタクト層が、該酸化物透明電極層に接するように配置され、酸化物透明電極層の接合界面において、コンタクト層の形成領域と非形成領域とが混在するとともに、
化合物半導体層の最表面は、コンタクト層の非形成領域の少なくとも一部が、残余の領域よりも発光層部側に引っ込んで位置する凹状面とされ、
発光層部が透明導電性基板の第一主表面側に配置される一方、該透明導電性基板の第二主表面が裏面電極を兼ねた反射金属層により覆われてなることを特徴とする。
【００１１】
酸化物透明電極層は、例えばＩＴＯにて構成できる。ＩＴＯは、酸化スズをドープした酸化インジウム膜であり、酸化スズの含有量を１〜９質量％とすることで、電極層の抵抗率を５×１０−４Ω・ｃｍ以下の十分低い値とすることができる。なお、ＩＴＯ電極層以外では、ＺｎＯ電極層が高導電率であり、本発明に採用可能である。また、酸化アンチモンをドープした酸化スズ（いわゆるネサ）、Ｃｄ２ＳｎＯ４、Ｚｎ２ＳｎＯ４、ＺｎＳｎＯ３、ＭｇＩｎ２Ｏ４、酸化イットリウム（Ｙ）をドープしたＣｄＳｂ２Ｏ６、酸化スズをドープしたＧａＩｎＯ３なども酸化物透明電極層の材質として使用することができる。これらの酸化物透明電極材料は可視光に対して良好な透過性を有し（つまり、透明であり）、発光層部への電圧印加用電極として用いる場合、光の取出しを妨げない利点がある。また、該酸化物透明電極層上に形成されるボンディングパッドを介して素子駆動用の電圧を印加したとき、電流を面内に広げて発光を均一化し高効率化する役割も担う。
【００１２】
このような酸化物透明電極層は、発光層部や電流拡散層をなす化合物半導体層と直接接合しようとしたとき、良好なオーミック接合が必ずしも形成されず、接触抵抗に基づく直列抵抗増大により発光効率が低下することがある。したがって、発光層部と酸化物透明電極層との間には、該酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるためのコンタクト層を、該酸化物透明電極層に接するように配置する必要がある。このようなコンタクト層は後述する化合物半導体により形成することができるが、ＡｕやＡｇを主成分とする金属層とすることも可能である。
【００１３】
他方、化合物半導体を用いた発光素子は、発光層部に注入されたキャリアの発光再結合に基づく面発光型の素子であり、発光層部からの光放出形態は、層を面内方向に細分してそれぞれを点光源に置き換えて考えると理解が容易である。この場合、各点光源からは３次元な全ての方向に発光光束が放出されると考えられ、素子最表面に形成された酸化物透明電極層へは、面内方向において該点光源から離れた領域ほど、発光光束は低角度で入射する。酸化物透明電極層と化合物半導体層との界面に全反射臨界角以下で入射した発光光束は、該界面で反射されて化合物半導体層側に戻されるので、酸化物透明電極層を通過して外部へ取り出すことができない。酸化物透明電極層を採用した発光素子は、前述の通り、発光層部を含む化合物半導体層の全厚さが減じられて素子周側面からの光取出量が少なくならざるを得ないから、酸化物透明電極層に覆われた化合物半導体層の最表面領域が平坦であると、界面にて全反射される光束も増え、素子全体の光取出し効率は大きく損なわれてしまう。
【００１４】
そこで、本発明の発光素子においては、化合物半導体層の最表面に、酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるためのコンタクト層の形成領域と非形成領域とを混在させ、該化合物半導体層の最表面において、コンタクト層の非形成領域の少なくとも一部を、残余の領域よりも発光層部側に引っ込んで位置する凹状面とした。コンタクト層の形成領域は、凹状面から見れば相対的に突出した凸状部をなす。そして、酸化物透明電極層内を拡散した電流は、これら凸状部の頂面を選ぶ形で分散形成された各コンタクト層を経て発光層部に供給されるから、凸状部直下の各発光層部は、酸化物透明電極層により並列接続された、いわば独立した要素発光素子を形成し、コンタクト層を経て集中供給される電流により、それぞれ高輝度にて発光する。つまり、該要素発光素子の形成により、発光層部を従来の発光素子よりも効率的に活用できる。
【００１５】
該効果は、化合物半導体層の最表面に凸状部を分散形成し、コンタクト層も該凸状部に対応して分散形成し、酸化物透明電極層により、それらコンタクト層を面内方向に電気的に連結した構造を採用したとき、さらに高められる。この場合、コンタクト層は化合物半導体にて形成してもよいし、金属で形成することもできる。コンタクト層を金属で構成する場合、凸状部の頂部に該金属よりなるコンタクト層を選択的に形成することになる。化合物半導体よりなるコンタクト層の場合は、下地をなす化合物半導体層上にエピタキシャル成長する必要があり、成長面の平坦性が要求されるが、金属コンタクト層の場合は、コンタクト層を形成する凸部頂部が必ずしも平坦でなくとも、蒸着やスパッタリングにより容易に形成できる利点がある。
【００１６】
また、本発明の発光素子によると、発光層部からの光束の起点から遠く離れた位置にて界面に入射する光も、凹状部の存在により実質的な入射角が大きくなり、界面にて全反射される発光光束を大幅に減ずることができる。つまり、個々の要素発光素子にてそれぞれ発生した強い発光光束が、凸状部の周囲をなす凹状部の表面から、それぞれ全反射を抑制されつつ酸化物透明電極層を経て効率よく外部に放出されるので、全体として非常に高輝度な発光素子が実現することとなる。また、酸化物透明電極層の使用により素子厚さが減じられているにもかかわらず、酸化物透明電極層を用いた発光素子の発光輝度を飛躍的に向上させることができる。さらに、素子厚さ減少により素子周側面からの放射光が減ずる代わりに、酸化物透明電極層が形成された素子主表面側への放射光が増加するので、該素子主表面側に光束が集中した明るい光が得やすくなる利点も生ずる。
【００１７】
酸化物透明電極層は、公知の気相成膜法、例えば化学蒸着法（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）あるいはスパッタリングや真空蒸着などの物理蒸着法（physical vapor deposition：ＰＶＤ）、あるいは分子線エピタキシャル成長法（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）にて形成することができる。例えば、ＩＴＯ層やＺｎＯ電極層は高周波スパッタリング又は真空蒸着により製造でき、また、ネサ膜はＣＶＤ法により製造できる。また、これら気相成長法に代えて、ゾル−ゲル法など他の方法を用いて形成してもよい。
【００１８】
化合物半導体層の最表面は、パターンエッチングにより、エッチング領域に対応する凹状部と、非エッチング領域に対応した凸状部とを混在させたパターンエッチング面とすることができ、コンタクト層は、凸状部の頂面に選択的に形成することができる。この構造によると、フォトリソグラフィー等を用いて選択エッチングすることにより、光取出に好都合な凹凸形態を自由に得ることができ、凸状部の頂面を非エッチング領域として残すことで、個々の凸状部にコンタクト層を確実に形成することができ、ひいては、凸状部の一つ一つを前述した要素発光素子としてもれなく有効活用することができる。なお、特許文献３の発光素子においては、発光層部の最表面にフロスト処理による凹凸が形成されるが、この凹凸形成のためのフロスト処理エッチングは、発光層部最表面の全面に施されるので、発光層部に予めコンタクト層を形成しておいたとしても上記エッチングにより大半が失われることになる。従って、残留するコンタクト層があっても、偶発的なものが残るだけであるから、凸状部の頂面に選択的に形成できることにはならない。
【００１９】
上記のパターンエッチング面をなす凹状部と凸状部とによる一次粗さプロファイルには、さらに、該一次粗さプロファイルよりも微細な二次粗さプロファイルを、異方性エッチングによるフロスト処理面として重畳させることもできる。フロスト処理面は、最表面領域をなす化合物半導体層を、適当なエッチャントを用いて異方性エッチングすることにより得られ、微小な凹凸がランダムに形成されていることから、界面にて全反射される発光光束を減ずる効果が高い。これにより、フロスト処理面特有の発光光束の全反射防止効果と、パターンエッチング面によるそれよりマクロな凹状部及び凸状部による光取り出し効率向上効果とが複合して、さらに高輝度の発光素子が実現できる。
【００２０】
次に、酸化物透明電極層の最表面が平坦であると、該酸化物透明電極層の最表面での全反射により外部に取り出せなくなる発光光束が増加することになる。そこで、パターンエッチング面をなす凹状部と凸状部とを形成する場合、酸化物透明電極層の最表面は、該凹状部と凸状部とに倣うプロファイルにて起伏させることが、光取出効率をさらに高める上で望ましい。
【００２１】
酸化物透明電極層との接合抵抗を減ずるためのコンタクト層は、前述の通り化合物半導体にても形成できる。結晶欠陥の少ない高品質のコンタクト層を形成するには、該コンタクト層を化合物半導体層上にエピタキシャル成長することが望ましい。この場合、化合物半導体層の最表面に凹凸状部を形成しつつも、コンタクト層のエピタキシャル成長を結晶欠陥などの不具合を発生させることなく実施するには、化合物半導体層の最表面の、コンタクト層の形成領域に対応した部分を、発光層部の厚さ方向と直交するコンタクト形成平坦面とし、該コンタクト形成平坦面に化合物半導体よりなるコンタクト層をエピタキシャル成長することが望ましい。
【００２２】
コンタクト形成平坦面と、これよりも引っ込んだ凹状部とを形成するには、例えば鏡面研磨された基板を用いてエピタキシャル成長された平坦な化合物半導体層を用い、その平坦な層表面をフォトレジスト層により部分的に覆って選択エッチングすることにより（フォトリソグラフィー工程）、フォトレジスト層に覆われていない領域がエッチング領域となって凹状部を形成することができる。他方、フォトレジスト層に覆われた非エッチング領域は平坦な層表面がそのまま残留し、凸状部の頂面をなすコンタクト形成平坦面となる。
【００２３】
凹状面を形成するためのエッチングは、周知のメサエッチングにて行なうことができる。この場合、それらコンタクト形成平坦面の背景をなす形で凹状部を、湾曲形態の断面形状を有するものとして形成できる。湾曲形態の凹状部を形成することで光取出し効率をさらに高めることができる。具体的には、化合物半導体層の最表面にコンタクト形成平坦面を、残余の領域を背景とする形で島状に分散形成することができ、残余の領域がコンタクト形成平坦面よりも引っ込んで位置するとともに、コンタクト層の周囲において少なくとも湾曲断面形態の凹状面とすることができる。このようにすると、分散形成されたコンタクト形成平坦面の一つ一つが、湾曲形態の凹状面に囲まれた凸状部となり、それら凸状部がレンズ機能を兼ねる要素発光素子となるので、発光輝度をより高めることが可能となる。なお、凹状面のコンタクト層周囲領域以外の部分をなす一部が平坦面となっていてもよい。他方、これとは逆の形態、すなわち、化合物半導体層の最表面に凹状面を、コンタクト形成平坦面をなす残余の領域を背景とする形で島状に分散形成することもできる。この形態は、化合物半導体層の最表面のうち、背景をなすコンタクト形成平坦面を、フォトレジスト層にて一様に覆い、凹状面とすべき領域は島状に露出させてメサエッチングを行なうことにより、一つ一つの凹状面の内面を、ディンプル状に滑らかに仕上げることができ、良好な形状の凹状面を得るための条件設定も容易である。
【００２４】
次に、酸化物透明電極層上には、金属製のボンディングパッドを配置することができ、該ボンディングパッドに通電用の電極ワイヤが接合することができる。この場合、化合物半導体層の最表面の、ボンディングパッドの直下領域を、（凹状部や凸状部が形成されない）平坦に形成することが望ましい。これにより、酸化物透明電極層のボンディングパッドの形成領域も平坦化し、ボンディングパッドとの密着性も良好となる。また、そのボンディングパッドの表面も平滑化するので、該ボンディングパッドに電極ワイヤを、画像処理を用いて自動ボンディングする際に、面荒れによる画像の誤検出が軽減され、ひいてはワイヤボンディング工程での能率向上や、歩留まり改善にも寄与する。
【００２５】
なお、コンタクト層を酸化物透明電極層の素子側への接合面全面を被覆するように形成すると、ワイヤ接合用のボンディングパッドの直下領域でも酸化物透明電極層の接触抵抗が改善される結果、駆動電流ひいては発光が該領域に集中しやすくなり、発生した光の多くがボンディングパッドにより遮蔽されて光取出効率の低下を招く場合がある。そこで、ボンディングパッドの直下領域には、コンタクト層が形成しない構成とすることができる。このように構成すると、ボンディングパッドの直下領域において酸化物透明電極層の接触抵抗が増大する。その結果、酸化物透明電極層内の発光素子の駆動電流は、ボンディングパッドの直下領域を迂回してその外側に流れる成分が大きくなり、光取出効率を大幅に高めることができる。
【００２６】
次に、本発明の発光素子の第二の構成は、
発光層部を有した化合物半導体層と、該化合物半導体層の主表面を覆うように形成された、発光層部に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層とを有し、発光層部からの光を、酸化物透明電極層を透過させる形で取り出すようにした発光素子において、
化合物半導体層と酸化物透明電極層との間に、酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるためのコンタクト層が、該酸化物透明電極層に接するように配置され、酸化物透明電極層の接合界面において、コンタクト層の形成領域と非形成領域とが混在するとともに、
化合物半導体層の最表面の、コンタクト層の形成領域が、発光層部の厚さ方向と直交するコンタクト形成平坦面とされ、該コンタクト形成平坦面に化合物半導体よりなるコンタクト層がエピタキシャル成長されてなり、
コンタクト層の非形成領域の少なくとも一部が、コンタクト形成平坦面よりも粗面化された面粗し領域とされてなることを特徴とする。
【００２７】
上記発光素子の構造によると、酸化物透明電極層の接合界面において、コンタクト層の形成領域と非形成領域とが混在しており、酸化物透明電極層内を拡散した電流は、部分的に形成されたコンタクト層を経て発光層部に供給されるから、コンタクト層直下部とその周囲をなす各発光層部は、酸化物透明電極層により並列接続された、いわば独立した要素発光素子を形成し、コンタクト層を経て集中供給される電流により、それぞれ高輝度にて発光する。つまり、該要素発光素子の形成により、発光層部を従来の発光素子よりも効率的に活用できる。該効果は、化合物半導体層の最表面にコンタクト形成平坦面を複数分散形成し、各コンタクト形成平坦面にコンタクト層を形成したとき、さらに高められる。
【００２８】
また、個々の要素発光素子にてそれぞれ発生した発光光束は、コンタクト層の周囲をなす面粗し領域の表面から、それぞれ全反射を抑制されつつ酸化物透明電極層を経て効率よく外部に放出されるので、全体として非常に高輝度な発光素子が実現することとなる。また、酸化物透明電極層の使用により素子厚さが減じられているにもかかわらず、酸化物透明電極層を用いた発光素子の発光輝度を飛躍的に向上させることができる。さらに、素子厚さ減少により素子周側面からの放射光が減ずる代わりに、酸化物透明電極層が形成された素子主表面側への放射光が増加するので、該素子主表面側に光束が集中した明るい光が得やすくなる利点も生ずる。
【００２９】
また、本発明の発光素子の第三は、
発光層部を有した化合物半導体層と、該化合物半導体層の主表面を覆うように形成された、発光層部に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層とを有し、発光層部からの光を、酸化物透明電極層を透過させる形で取り出すようにした発光素子において、
化合物半導体層の主表面は、パターンエッチングにより、エッチング領域に対応する凹状部と、非エッチング領域に対応した凸状部とを混在させたパターンエッチング面とされてなることを特徴とする。
【００３０】
この構成によると、酸化物透明電極層との境界をなす化合物半導体層の主表面が、パターンエッチングにより大きく起伏しているので、該主表面を平坦に構成する従来の発光素子の比較して、光取出し効率が大幅に向上し、発光強度を高めることができる。なお、パターンエッチング面をなす凹状部と凸状部とを形成する場合、酸化物透明電極層の最表面は、該凹状部と凸状部とに倣うプロファイルにて起伏させることが、光取出効率をさらに高める上で望ましい。
【００３１】
さらに、パターンエッチング面をなす凹状部と凸状部とによる一次粗さプロファイルに、さらに、該一次粗さプロファイルよりも微細な二次粗さプロファイルを、異方性エッチングによるフロスト処理面として重畳させることもできる。パターンエッチング面による光分散効果と、フロスト処理面による光分散効果とが相乗的に作用して、取出し効率効果をさらに高めることができる。
【００３２】
次に、本発明の発光素子は、第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有する化合物半導体よりなる発光層部を有し、第二導電型クラッド層の主表面を覆う酸化物透明電極層を介して発光層部に発光駆動電圧を印加するようにしたものとして構成することができる。この場合、酸化物透明電極層上に金属製のボンディングパッドが配置され、該ボンディングパッドに通電用の電極ワイヤが接合され、酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるための化合物半導体よりなるコンタクト層が、該酸化物透明電極層に接するように配置される。
【００３３】
電極ワイヤのボンディングパッドへの接合は、超音波溶接や、これにさらに熱を付加するサーモソニックボンディングにより行なうことができる。この際、ボンディングパッド直下の化合物半導体層には、超音波や加熱（さらには加圧）による衝撃応力が集中し、転位などの結晶欠陥が損傷として導入される。その損傷領域が発光層部の活性層に及んだ場合、次のような不具合を招く。
▲１▼発光輝度の直接的な低下。結晶欠陥による非発光遷移過程の増加が原因として考えられる。
▲２▼素子ライフの低下。転位の形成された発光層に通電を継続すると、転位に電流が集中して転位の増殖が起こりやすくなり、発光輝度の経時的な劣化を引き起こす。
【００３４】
そこで、発光層部が第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有する化合物半導体よりなるものとされ、酸化物透明電極層上に金属製のボンディングパッドが配置され、該ボンディングパッドに通電用の電極ワイヤが接合される構成においては、化合物半導体層の最表面を含む、活性層とコンタクト層との間に位置する部分が、第二導電型クラッド層を含む厚さ０．６μｍ以上１０μｍ未満のボンディング側半導体層とすることが望ましい。ボンディング側半導体層の厚さが０．６μｍ未満になると、接合による損傷の影響が活性層に及びやすくなり、発光強度や素子ライフの低下につながる。他方、その厚さが１０μｍ以上になると、層成長に長時間を要し、原料も多く必要になることから、製造能率の低下とコストの増大を招きやすくなる。
【００３５】
また、ボンディング側半導体層は、ドーパント濃度を過度に高くしすぎると、次のような問題を生じやすくなる場合がある。すなわち、発光素子は、通電を継続するに伴い発光輝度が次第に低下する。例えば、一定電流により素子への通電を開始した直後に測定した発光輝度を初期輝度とし、積算通電時間の経過に従い減少する発光輝度を追跡したとき、発光輝度が予め定められた限界輝度に到達する時間、あるいは評価通電時間を一定値（例えば１０００時間）に固定したときの、初期輝度に対する評価通電時間経過後の輝度の比（以下、これを素子ライフと称する）は、素子寿命を評価するための一定の尺度となりえる。
【００３６】
電流拡散層を有する発光素子は、通電初期段階においては、クラッド層内のドーパント濃度は適正な値を保持されているが、通電を継続すると、電流拡散層内の高濃度のドーパント原子の、クラッド層および活性層内への拡散が、電気的な要因により促される。その過剰なドーパント濃度およびドーパント原子の拡散促進に伴って格子欠陥等が形成されると、活性層内またはＰ型クラッド層と活性層との界面には、非発光再結合中心となる電気的な準位が形成される。その結果、発光再結合確率が下がり、強度低下を引き起こす。すなわち、発光輝度の経時的な劣化が進みやすくなり、素子ライフが低下することにつながる。
【００３７】
そこで、ボンディング側半導体層は、ドーパント濃度を４×１０１６／ｃｍ３以上１×１０１８／ｃｍ３未満に設定することが望ましい。ボンディング側半導体層のドーパント濃度が４×１０１６／ｃｍ３未満では素子の直列抵抗が増大し、素子の順方向電圧の上昇を招く。また、１×１０１８／ｃｍ３以上になると、活性層内でのキャリアの発光再結合が進みにくくなり、発光効率の低下を招く。
【００３８】
ボンディング側半導体層は、第二導電型クラッド層と、該第二導電型クラッド層の酸化物透明電極層側に接して配置され、該第二導電型クラッド層よりも低いドーパント濃度の化合物半導体よりなるクッション層とを有するものとして構成できる。このようなクッション層を配置することにより、接合時に損傷領域が仮に生じても、その大半はクッション層内部に留まるので、活性層にその影響が及びにくくなり、発光強度や素子ライフの劣化をより効果的に抑制できる。
※第二クラッド層を厚くした構成（後述）があるので、「構成できる」としました。
【００３９】
また、クッション層は、これと接する第二導電型クラッド層よりも低いドーパント濃度を有しているので、クッション層から第二導電型クラッド層内へのドーパント原子の流入が抑制され、素子ライフの大幅な向上を図ることができる。また、成長時にドーパントが第二導電型クラッド層に拡散する不具合も生じにくい。
【００４０】
クッション層は、発光層部からの光をなるべく吸収しない材質にて構成することが、光取出し効率を向上させる上で望ましい。そのためには、クッション層をなす化合物半導体として、発光層部の活性層よりもバンドギャップの大きいものを使用することが有効である。ＡｌＧａＩｎＰにて発光層部を構成する場合、クッション層の具体的な材質として、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰを例示できる。また、クッション層を薄く形成すると、光吸収抑制の観点において有利に作用する。クッション層の厚さは、具体的には０．１μｍ以上５μｍ以下に調整することが望ましい。クッション層の厚さが０．１μｍ未満では、ボンディング側半導体層の全厚が不足しやすくなり、電極ワイヤ接合時の影響が発光層部へ及びやすくなる。また、クッション層の厚さが５μｍを超えると、ドーパント濃度が低く抑えられているために層厚方向の抵抗率が増し、素子の直列抵抗増大による発光効率低下につながる。また、厚いクッション層を成長させるには長時間を要し、原料も多く必要になることから、製造能率の低下とコストの増大を招きやすい。クッション層の厚さは０．５μｍ以上３μｍ以下とすることがより望ましい。
【００４１】
一方、ボンディング側半導体層は、厚さが０．６μｍ以上１０μｍ未満の第二導電型クラッド層よりなるものとして構成してもよい。つまり、第二導電型クラッド層を必要十分な厚さとすることで、損傷領域が活性層に及ぶことが防止可能である。また、同一材質のクラッド層の成長厚さを増大させるだけであるから、製造も容易である。この場合、第一導電型クラッド層は、ワイヤ接合に伴う損傷の影響を考慮する必要がないので、第二導電型クラッド層よりも薄く形成することが、製造コスト削減の観点において望ましい。
※第二クラッド層を厚くした構成の記載です。以下、「ボンディング側半導体層」にて統一します。
【００４２】
次に、コンタクト層は、具体的には、Ａｌを含有せず、かつバンドギャップエネルギーが比較的小さい（例えば１．４２ｅＶ未満）化合物半導体からなるものを好適に採用することができる。このようなコンタクト層を用いることにより、良好なオーミックコンタクトが得られ、また、Ａｌ成分酸化による抵抗増加も生じにくい。
【００４３】
酸化物透明電極層がＩＴＯ電極層の場合、コンタクト層は、例えばＩｎＧａＡｓ層やＧａＡｓ層を使用することができる。該コンタクト層は、（少なくとも）ＩＴＯ電極層との接合界面において、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）となっていることにより、接触抵抗低減効果を特に高めることができる。（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）により発光層を形成する場合、ＧａＡｓ層をＩＴＯ電極層と接するように形成し、その後、熱処理を行なうことにより、ＩＴＯ電極層からＧａＡｓ層にＩｎを拡散させて、Ｉｎを含有したＧａＡｓよりなるコンタクト層となすことができる。この場合、コンタクト層の厚さ方向におけるＩｎ濃度分布は、ＩＴＯ電極層から厚さ方向に遠ざかるにつれ連続的に減少するものとなる。また、コンタクト層は、ＩＴＯ電極層との接合界面において、必ずＩｎｘＧａ１−ｘＡｓよりなるものとなる。
【００４４】
コンタクト層はＩｎＧａＡｓを直接エピタキシャル成長する方法を採用してもよいのであるが、上記の方法を採用すると、次のような利点がある。すなわち、ボンディング側半導体層のこれと接する部分が、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰあるいはＡｌＧａＩｎＰにて構成されている場合、ＧａＡｓ層はこれらの化合物半導体と格子整合が極めて容易であり、ＩｎＧａＡｓを直接エピタキシャル成長する場合と比較して、均質で連続性のよい膜を形成できる。
【００４５】
そして、そのＧａＡｓ層上にＩＴＯ電極層を形成した後、熱処理することにより、ＩＴＯ電極層からＧａＡｓ層にＩｎを拡散させてコンタクト層とする。このように熱処理して得られるＩｎを含有したＧａＡｓよりなるコンタクト層は、Ｉｎ含有量が過剰とならず、ボンディング側半導体層との格子不整合による、発光強度低下などの品質劣化を効果的に防止することができる。
【００４６】
コンタクト層の厚さ方向におけるＩｎ濃度分布は、図１１の▲１▼に示すように、ＩＴＯ電極層から厚さ方向に遠ざかるにつれ連続的に減少するものとなるようにする（つまり、ボンディング側半導体層側にてＩｎ濃度が小さくなるように、Ｉｎ濃度分布に傾斜をつける）ことが望ましい。こうした構造は、熱処理により、ＩＴＯ側からコンタクト層側へＩｎを拡散させることにより形成される。発光層部をＡｌＧａＩｎＰにより形成し、ボンディング側半導体層をこれと格子整合する化合物半導体で構成する場合、コンタクト層のＩｎ濃度分布がボンディング側半導体層で小さくなっていれば、ボンディング側半導体層部との格子定数差が接近し、発光層部とコンタクト層との格子整合性をより高めることができる。熱処理温度が過度に高くなったり、あるいは熱処理時間が長大化すると、ＩＴＯ電極層からのＩｎ拡散が過度に進行して、図１１の▲３▼に示すように、コンタクト層内のＩｎ濃度分布が厚さ方向にほぼ一定の高い値を示すようになり、上記の効果は得られなくなる（なお、熱処理温度が過度に低くなったり、あるいは熱処理時間が過度に短時間化すると、図１１の▲２▼に示すように、コンタクト層内のＩｎ濃度が不足することにつながる）。
【００４７】
この場合、図１１において、コンタクト層の、ＩＴＯ電極層との境界位置におけるＩｎ濃度をＣＡとし、これと反対側の境界近傍におけるＩｎ濃度をＣＢとしたとき、ＣＢ／ＣＡが０．８以下となるように調整することが望ましく、該形態のＩｎ濃度分布が得られるように、前述の熱処理を行なうことが望ましい。ＣＢ／ＣＡが０．８を超えると、Ｉｎ濃度分布傾斜によるボンディング側半導体層との格子整合性改善効果が十分に得られなくなる。なお、コンタクト層の厚さ方向の組成分布（ＩｎあるいはＧａ濃度分布）は、層を厚さ方向に徐々にエッチングしながら、二次イオン質量分析（Secondary Ion Mass Spectroscopy：ＳＩＭＳ）、オージェ電子分光分析（Auger Electron Spectroscopy）、Ｘ線光電子分光（X-ray Photoelectron Spectroscopy：ＸＰＳ）などの周知の表面分析方法により測定することができる。
【００４８】
コンタクト層のＩＴＯ電極層との境界近傍におけるＩｎ濃度は、ＩｎとＧａとの合計濃度に対するＩｎの原子比にて、０．１以上０．６以下とされることが望ましく、上記の熱処理もこのようなＩｎ濃度が得られるように行なうことが望ましい。上記定義によるＩｎ濃度が０．１未満になると、コンタクト層の接触抵抗低減効果が不十分となり、０．６を超えるとコンタクト層と発光層部との格子不整合による、発光強度低下などの品質劣化が甚だしくなる。なお、コンタクト層のＩＴＯ電極層との境界近傍におけるＩｎ濃度が、ＩｎとＧａとの合計濃度に対するＩｎの原子比にて、例えば前述の望ましい値（０．１以上０．６以下）を確保できるのであれば、コンタクト層の、ＩＴＯ電極層に面しているのと反対側の境界近傍でのＩｎ濃度ＣＢがゼロとなっていること、つまり、図１２に示すように、コンタクト層のＩＴＯ電極層側にＩｎＧａＡｓ層が形成され、反対側の部分がＧａＡｓ層となる構造となっていても差し支えない。
【００４９】
ＩＴＯは、前述の通り酸化スズをドープした酸化インジウム膜であり、ＩＴＯ電極層をＧａＡｓ層上に形成し、さらにこれを適正な温度範囲にて熱処理することにより、上記望ましいＩｎ濃度を有したコンタクト層を容易に形成できる。また、この熱処理により、ＩＴＯ電極層の電気抵抗率をさらに低減できる。この熱処理は、コンタクト層内のＩｎ濃度が過剰とならないよう、なるべく低温で短時間にて行なうことが望ましい。
【００５０】
上記Ｉｎ拡散の熱処理は、６００℃以上７５０℃以下にて行なうことが望ましい。熱処理温度が７５０℃を超えるとＧａＡｓ層へのＩｎの拡散速度が大きくなりすぎ、コンタクト層中のＩｎ濃度が過剰となりやすくなる。また、Ｉｎ濃度が飽和して、コンタクト層の厚さ方向に傾斜したＩｎ濃度分布も得にくくなる。いずれも、コンタクト層とボンディング側半導体層との格子整合が悪化することにつながる。また、ＧａＡｓ層へのＩｎの拡散が過度に進みすぎると、コンタクト層との接触部付近にてＩＴＯ電極層のＩｎが枯渇し、電極の電気抵抗値の上昇が避けがたくなる。さらに、熱処理温度が７５０℃を超えて高温になりすぎると、ＩＴＯの酸素がＧａＡｓ層へ拡散して酸化が促進され、素子の直列抵抗が上昇しやすくなる。いずれも適正な電圧で発光素子を駆動できなくなる不具合につながる。また、熱処理温度が極端に高くなると、ＩＴＯ電極層の導電率がかえって損なわれる場合がある。他方、熱処理温度が６００℃未満になると、ＧａＡｓ層へのＩｎの拡散速度が小さくなりすぎ、接触抵抗を十分に低下させたコンタクト層を得るのに非常な長時間を要するようになるので、製造能率の低下が甚だしくなる。
【００５１】
また、熱処理時間は、５秒以上１２０秒以下の短時間に設定することが望ましい。熱処理時間が１２０秒より長くなると、特に、熱処理温度が上限値に近い場合、ＧａＡｓ層へのＩｎの拡散量が過剰となりやすくなる（ただし、熱処理温度を低めに留める場合は、これよりも長い熱処理時間（例えば３００秒程度まで）を採用することも可能である）。他方、熱処理時間が５秒未満になると、ＧａＡｓ層へのＩｎの拡散量が不足し、接触抵抗を十分に低下させたコンタクト層が得にくくなる。
【００５２】
コンタクト層とボンディング側半導体層との接触抵抗は、発光素子の通電を長時間継続しても低い値に安定的に維持されること、つまり、接触抵抗の経時的な増大が生じにくくなっていることが重要である。接触抵抗の低減を図る一つの方法としては、コンタクト層にボンディング側半導体層と同じ導電型のドーパントを添加することが有効である。この場合、コンタクト層へのドーパント添加量が高くなるほど、接触抵抗をより低くすることができる。なお、コンタクト層からボンディング側半導体層へドーパント拡散が比較的生じやすくなっている場合には、コンタクト層のドーパント添加量がボンディング側半導体層よりも過度に高くなっていると、発光通電時においてコンタクト層からボンディング側半導体層へのドーパント拡散が電気的に促進されやすくなることがあり、コンタクト層のドーパント量が次第に枯渇する場合がある。すると、発光通電を継続するに伴いコンタクト層の接触抵抗が経時的に増加し、素子ライフの低下を招くことにつながる。
【００５３】
このような不具合を抑制するには、コンタクト層中のドーパント濃度をボンディング側半導体層よりも高く設定しつつ、コンタクト層を構成する半導体として、これと接するボンディング側半導体層よりもバンドギャップエネルギーが小さいものを使用することが望ましい。コンタクト層側のバンドギャップエネルギーをボンディング側半導体層よりも小さく設定することにより、コンタクト層中のドーパント濃度をある程度高くしても、ボンディング側半導体層へのドーパント原子の拡散が生じにくくなり、コンタクト層の接触抵抗が経時的に増加することを効果的に抑制することができる。
【００５４】
例えば、酸化物透明電極層がＩＴＯ電極層の場合、コンタクト層は、少なくともＩＴＯ電極層との接合界面において、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）となっているものを使用することが望ましい。この場合、ボンディング側半導体層との接合側においてコンタクト層はＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）とすることができ、ボンディング側半導体層は、これよりもバンドギャップエネルギーの大きい半導体として、例えばＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０＜ｙ≦１）により構成することができる。ボンディング側半導体層は、この他、コンタクト層よりもバンドギャップエネルギーが高くなるように混晶比が調整されたＧａＩｎＰ層、ＡｌＧａＩｎＰ層、ＧａＰ層、ＧａＡｓＰ層あるいはＡｌＧａＡｓＰ層により構成することも可能である。
【００５５】
また、コンタクト層のドーパント濃度自体を下げることにより、ボンディング側半導体層への拡散を抑制する方法も可能である。この場合、コンタクト層のドーパント濃度は、ボンディング側半導体層と同じか又はそれよりも低いことが望ましい。また、コンタクト層は、低ドーピングであっても酸化物透明電極層とのコンタクト抵抗が十分低くなり、かつ、ボンディング側半導体層との接触抵抗も同様に低くなっていることが必要であり、具体的には、ボンディング側半導体層との間に極端に高いヘテロ接合障壁が形成されないものを使用することが望ましい。例えば、コンタクト層を、ＩＴＯ層側からＩｎを拡散させたＧａＡｓにて構成する場合、ボンディング側半導体層を、ＩｎＡｓ混晶比ｙが比較的小さいＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ（例えば、０≦ｙ≦０．２）にて構成する組合せを例示できる。
【００５６】
次に、コンタクト層は、中間層を介してボンディング側半導体層と結合することもできる。該中間層は、これと接するボンディング側半導体層とコンタクト層との中間のバンドギャップエネルギーを有する化合物半導体により構成される。ボンディング側半導体層とコンタクト層とのバンド端不連続値が大きい場合は、図１３に示すように、接合によるバンドの曲がりにより、形成されるヘテロ障壁の高さΔＥが大きくなり、コンタクト抵抗の増大につながる。そこで、図１４に示すように、コンタクト層とボンディング側半導体層との間に、それらコンタクト層とボンディング側半導体層との中間のバンドギャップエネルギーを有する中間層を挿入すると、コンタクト層と中間層、及び中間層とボンディング側半導体層とのそれぞれはバンド端不連続値が小さくなるので、各々形成される障壁高さΔＥも小さくなる。その結果、直列抵抗が軽減されて、低い駆動電圧にて十分に高い発光強度を達成することが可能となる。
【００５７】
ボンディング側半導体層が、該中間層と接する領域までＡｌＧａＩｎＰよりなる第二導電型クラッド層となっている場合は、コンタクト層との中間のバンドギャップエネルギーを有する中間層として、具体的には、ＡｌＧａＡｓ層、ＧａＩｎＰ層及びＡｌＧａＩｎＰ層（バンドギャップエネルギーがクラッド層より小さくなるように組成調整されたもの）の少なくとも一つを含むものを好適に採用することができ、例えばＡｌＧａＡｓ層を含むものとして形成することができる。他方、該中間層と同様の組成のクッション層が設けられる場合は、中間層の役割をこのクッション層に委ねることで、中間層を特に設けず、コンタクト層をクッション層に接するように配置する構成も十分採用可能である。
【００５８】
発光層部は、導電性基板の第一主表面側に配置することができる。この場合、該導電性基板と発光層部との間に、発光層部からの発光光束を酸化物透明電極層側に反射する反射層を形成することができる。発光層部から酸化物透明電極層を経て直接放射される発光光束に、反射層で反射された発光光束を重畳させることができ、光取出し効率をさらに高めることができる。この反射層は、金属反射層（例えばＡｕやＡｇを主成分とするもの）とすることもできるし、特開平７−６６４５５号公報に開示されているような、屈折率の相違する半導体膜を複数積層することにより、ブラッグ反射を利用して光を反射させるＤＢＲ層（Distributed Bragg Reflector：導電性基板上にエピタキシャル成長することにより形成できる）を使用してもよい。
【００５９】
また、本発明の発光素子において導電性基板を透明導電性基板で構成する場合、発光層部は、該透明導電性基板の第一主表面側に配置することもできる。この場合、該透明導電性基板の第二主表面が裏面電極を兼ねた反射金属層により覆うことができる。これにより、発光層部から酸化物透明電極層を経て直接放射される発光光束に、裏面の金属反射層で反射された発光光束を重畳させることができ、光取出し効率をさらに高めることができる。この場合、透明導電性基板の第二主表面に複数の凸状部を分散形成し、それら凸状部に倣う形で、該第二主表面を裏面電極を兼ねた反射金属層により覆うことができる。凸状部に倣う形で形成された反射金属層は、発光層部からの発光光束に対し凹面鏡状の集光面として機能するので、より高輝度の発光素子を実現することができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態である発光素子１００を示す概念図である。発光素子１００は、発光層部２４を有した化合物半導体層６１と、該化合物半導体層６１の主表面を覆うように形成された、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層３０とを有し、発光層部２４からの光を、酸化物透明電極層３０を透過させる形で取り出すようにしたものである。具体的には、透明導電性基板であるｎ型ＧａＰ単結晶基板（以下、単に「基板」ともいう）７の第一主表面７ａ上に、ＡｌＧａＩｎＰよりなる発光層部２４を配置し、該発光層部２４を覆うように、ｐ型のクッション層２０と、酸化物透明電極層としてのＩＴＯ電極層３０とをこの順序で形成してある。ＩＴＯ電極層３０のほぼ中央部には、Ａｕ等にて構成されたボンディングパッド９が配置され、ここにＡｕ等で構成された電極ワイヤ４７が接合されている。他方、基板７の他方の主表面側には、Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金等の金属からなる裏面電極層１５が全面に形成されている。
【００６１】
化合物半導体層６１の、ＩＴＯ電極層３０に覆われた最表面領域は、発光層部２４からの光を、ＩＴＯ電極層３０との境界面での全反射を抑制しつつ、該ＩＴＯ電極層３０内に導く凹凸面とされている。該凹凸面は、フォトリソグラフィーを用いたパターンエッチングにより、エッチング領域に対応する凹状部１０と、非エッチング領域に対応した凸状部１１とを混在させたパターンエッチング面として形成されている。本実施形態では、後述のメサエッチング法により、凹状部１０の内面（あるいは凸状部１１の外面）が下に凸な湾曲面となっている。なお、図２５に示すように、凹状部１０の内面のうち、凸状部１１の周囲領域のみ湾曲面状とし、それ以外の部分を平坦に形成することもできる。また、ＩＴＯ電極層３０の最表面は、該凹状部１０と凸状部１１とに倣うプロファイルにて起伏している。
【００６２】
化合物半導体層６１とＩＴＯ電極層３０との間には、ＩＴＯ電極層３０の接合抵抗を減ずるためのコンタクト層３１が形成されている。該コンタクト層３１は、ＩＴＯ電極層３０と接し、かつ凸状部１１の頂面に選択的に形成されている。図３に示すように、ＩＴＯ電極層３０内を拡散した電流は、凸状部１１の頂面を選ぶ形で分散形成された各コンタクト層３１を経て発光層部２４に供給される。凸状部１１の直下の各発光層部２４は、ＩＴＯ電極層３０により並列接続された、いわば独立した要素発光素子を形成する。本実施形態では、化合物半導体層６１の最表面領域に凸状部１１が図２に示すように分散形成され、コンタクト層３１も該凸状部１１に対応して分散形成されている。そして、それらコンタクト層３１、ひいては凸状部１１に対応した要素発光素子は、ＩＴＯ電極層３０により面内方向に電気的に連結される。
【００６３】
なお、コンタクト層３１の形成領域に対応した部分を、発光層部の厚さ方向Ｊと直交するコンタクト形成平坦面１１ａとし、該コンタクト形成平坦面１１ａにコンタクト層３１がエピタキシャル成長されている。また、コンタクト形成平坦面１１ａの背景をなす形で凹状部１０が、湾曲形態の断面形状を有するものとして形成されている。
【００６４】
発光層部２４は、各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ混晶とされるとともに、第一導電型クラッド層４、第二導電型クラッド層６、及び第一導電型クラッド層４と第二導電型クラッド層６との間に位置する活性層５からなるダブルへテロ構造とされている。具体的には、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）混晶からなる活性層５を、ｐ型（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰクラッド層６とｎ型（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰクラッド層４とにより挟んだ構造となっている。図１の発光素子１００では、クッション層２０側にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６（ｐ型ドーパントはＺｎ：有機金属分子からのＣもｐ型ドーパントとして寄与しうる）が配置されており、裏面電極層１５側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４（ｎ型ドーパントはＳｉ）が配置されている。なお、当業者には自明のことであるが、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１０１３〜１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。
【００６５】
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６は、ｐ型キャリア濃度（多数キャリア濃度）は、５×１０１６／ｃｍ３以上１×１０１８／ｃｍ３未満、望ましくは、１×１０１７／ｃｍ３以上７×１０１７／ｃｍ３以下である。また、クッション層２０は、本実施形態ではＺｎをｐ型ドーパントとして添加したＡｌＧａＡｓ層（例えばＡｌｘＧａ１−ｘＡｓにおいて、ｘ＝０．７程度）よりなり、ｐ型ドーパント濃度は、４×１０１６／ｃｍ３以上９×１０１７／ｃｍ３以下、望ましくは９×１０１６／ｃｍ３以上６×１０１７／ｃｍ３以下の範囲内で、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６よりも小さく設定されている。該クッション層２０の厚さｔ２は０．１μｍ以上５μｍ以下、望ましくは０．５μｍ以上３μｍ以下である。
【００６６】
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６とクッション層２０とはボンディング側半導体層６０を構成し、ＩＴＯ電極層３０により電流拡散効果が十分に確保されていることから、ボンディング側半導体層６０の厚さｔ１（つまり、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６とクッション層２０との合計厚さ）は０．６μｍ以上１０μｍ未満と小さく抑えられている。また、発光素子１００の全厚さ（基板７＋発光層部２４＋ボンディング側半導体層６０＋ＩＴＯ電極層３０）は、８０μｍ以上４００μｍ未満である。他方、発光層部２４の主表面の正方形換算における一辺の寸法Ｌは、例えば２００μｍ以上、照明用の高輝度面発光素子を構成する場合は４００μｍ以上（上限は、例えば４０ｍｍ）であり、このような大形チップの場合、ＩＴＯ電極層２０の厚さは４００ｎｍ以上（上限は、例えば３μｍ）とすることで、シート抵抗が十分に低減されて電流拡散効果が高められ、素子の順方向電圧を大幅に下げることができる。また、ボンディングパッド９によるＩＴＯ電極層３０の被覆面積率は０．１％以上１０％以下である。
【００６７】
発光素子１００の発光層部２４を面内方向に細分してそれぞれを点光源に置き換えて考えると、図４及び図５に示すように、各点光源からは全ての方向に３次元に発光光束が放出される。素子最表面に形成されたＩＴＯ電極層３０へは、面内方向において該点光源から離れた領域ほど、発光光束は低角度で入射する。図５に示すように、ＩＴＯ電極層３０と化合物半導体層６１との界面に全反射臨界角以下で入射した発光光束は、該界面で反射されて化合物半導体層６１側に戻されるので、ＩＴＯ電極層３０を通過して外部へ取り出すことができない。発光素子１００は、前述の通り、電流拡散能の高いＩＴＯ電極層３０を採用しているため、化合物半導体層６１の全厚さが減じられて素子周側面からの光取出量が少ない。従って、ＩＴＯ電極層３０に覆われた化合物半導体層６１の最表面領域が図５のように平坦であると、界面にて全反射される発光光束が増え、素子全体の光取出し効率は大きく損なわる。
【００６８】
しかし、本実施形態の発光素子１００は、図４に示すように、化合物半導体層６１の最表面領域が凸状部１１及び凹状部１０により起伏しているため、発光層部２４からの発光光束の起点から遠く離れた位置にて界面に入射する光も、凹状部１０の表面が傾斜ないし屈曲していることから実質的な入射角が大きくなり、界面にて全反射される発光光束が大幅に減少する。その結果、ＩＴＯ電極層３０を経て取り出される発光光束が顕著に増大し、素子厚さが減じられているにもかかわらず発光素子の光取出し効率を大幅に向上させることができる。
【００６９】
以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図６の工程Ａに示すように、ＧａＡｓ単結晶基板２３の第一主表面に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２を、次いで後にコンタクト層となるＧａＡｓ層３１”、ＡｌＧａＡｓよりなるクッション層２０、そして発光層部２４として、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、ノンドープＡｌＧａＩｎＰよりなる活性層５及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４をこの順序にエピタキシャル成長させる。これら各層のエピタキシャル成長は、公知の有機金属気相エピタキシャル成長（MetalOrganic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ）法により行なうことができる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ及びＡｓの各成分源となる原料ガスとしては以下のようなものを使用できる；
・Ａｌ源ガス；トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）など；
・Ｇａ源ガス；トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）など；
・Ｉｎ源ガス；トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）など。
・Ｐ源ガス；ターシャルブチルホスフィン（ＴＢＰ）、ホスフィン（ＰＨ３）など。
・Ａｓ源ガス；ターシャルブチルアルシン（ＴＢＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）など。
【００７０】
また、ドーパントガスとしては、以下のようなものを使用できる；
（ｐ型ドーパント）
・Ｍｇ源：ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）など。
・Ｚｎ源：ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）など。
（ｎ型ドーパント）
・Ｓｉ源：モノシランなどのシリコン水素化物など。
【００７１】
上記各層の成長は、原料ガスの切り替えにより、同一の気相成長装置内で連続的に行なうことができる。また、各層のドーパント濃度は、原料ガスに対するドーパントガスの供給比率により、所望の値に調整することができる。
【００７２】
次に、図６の工程Ｂに示すように、最上層のｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４上に、透明導電性酸化物層（例えばＩＴＯ層）７ｃを形成し、その上に透明導電性基板としてのｎ型ＧａＰ単結晶基板７を熱処理により貼り合わせ、次いで図７の工程１に示すように、成長用に用いたＧａＡｓ単結晶基板２３とＧａＡｓバッファ層２とを剥離する。
【００７３】
次に、工程２に示すように、剥離により露出したＧａＡｓ層３１”の全面をフォトレジスト層４０で覆い、凸状部１１（図１参照）を形成するためのマスクを介して露光・現像することにより、非エッチング領域となすべき部分にのみフォトレジスト層４０’が残るように、これをパターニングする。そして、工程３に示すように、フォトレジスト層４０’に覆われていない領域をエッチング領域として、ＧａＡｓ層３１”をアンモニア／過酸化水素水溶液よりなるエッチング液により除去する（残ったＧａＡｓ層は符号「３１’」にて表す）。次に、工程４に示すように、ＡｌＧａＡｓよりなるクッション層２０を、硫酸／過酸化水素水溶液、ブロムメタノールあるいはリン酸／過酸化水素水溶液よりなるエッチング液によりメサエッチングして凹状部１０を形成する。フォトレジスト層４０’に覆われていた非エッチング領域は、コンタクト形成平坦面が形成された凸状部１１となる。その後、フォトレジスト層４０’を除去する。
【００７４】
そして、工程５に示すように、エッチングにより凹状部１０と凸状部１１とが分散形成されたクッション層２０を覆うように、公知の高周波スパッタリング法により、ＩＴＯ電極層３０を、凹状部１０と凸状部１１とに追従した起伏形態に形成する。このとき、前述のＧａＡｓ層３１’もＩＴＯ電極層３０に覆われる。
【００７５】
この状態で基板を炉の中に配置して、例えば窒素雰囲気中あるいはＡｒ等の不活性ガス雰囲気中にて、６００℃以上７５０℃以下（例えば７００℃）の低温で、５秒以上１２０秒以下（例えば３０秒）の短時間の熱処理を施す。これにより、ＩＴＯ電極層２０からＧａＡｓ層３１’にＩｎが拡散し、コンタクト層３１（図１）が得られる。該熱処理によりコンタクト層３１は、図１１▲１▼において、ＩＴＯ電極層との境界近傍におけるＩｎ濃度ＣＡが、ＩｎとＧａとの合計濃度に対するＩｎの原子比にて、０．１以上０．６以下となる。また、Ｉｎ濃度は、ＩＴＯ電極層２０から厚さ方向に遠ざかるにつれ連続的に減少するものとなり、ＩＴＯ電極層２０との境界近傍におけるＩｎ濃度をＣＡとし、これと反対側の境界位置におけるＩｎ濃度をＣＢとしたとき、ＣＢ／ＣＡが０．８以下となるように調整される。該コンタクト層３１は、これと接するボンディング側半導体層部分、すなわち、クッション層２０がＡｌＧａＡｓにて構成されることも考慮し、接触抵抗を低減するために、ｐ型ドーパント濃度が高く（例えば１×１０１９／ｃｍ３程度）設定されている。
【００７６】
次に、基板７の第二主表面７ｂに真空蒸着法により裏面電極層１５を形成する。そして、ＩＴＯ電極層３０上に、各発光素子チップに対応する領域毎にボンディングパッド９を配置し、適当な温度で電極定着用のベーキングを施すことにより、図８の工程７に示す発光素子ウェーハ５０が得られる。該発光素子ウェーハ５０は、各発光素子チップ領域を分離するために工程８に示すようにハーフダイシングされ、さらにダイシング面の加工歪をメサエッチングにより除去した後、工程９に示すように、スクライビングにより発光素子チップ５１に分離される。そして、工程１０に示すように、裏面電極層１５（図３参照）をＡｇペースト等の導電性ペーストを用いて支持体を兼ねた端子電極９ａに固着する一方、ボンディングパッド９に電極ワイヤ４７を接合（ボンディング）し、工程１１に示すように樹脂モールド５２を形成することにより発光素子１００が得られる。
【００７７】
各々Ａｕよりなるボンディングパッド９に電極ワイヤ４７を接合する場合、例えば、超音波溶接（あるいはサーモソニックボンディング）が用いられる。この超音波溶接の衝撃応力は、ＩＴＯ電極層３０を経てボンディングパッド９の直下のボンディング側半導体層６０に及び、結晶欠陥等の損傷領域ＤＭを形成する。例えば、図１０に示すように、ＩＴＯ電極層３０の直下に発光層部２４が形成されていると、その損傷領域ＤＭが発光層部２４の奥深く、例えば活性層５にまで及び、発光輝度や素子ライフの低下など、特性不良につながる。しかし、本実施形態の発光素子においては、図９に示すように、クッション層２０が介在しているため、損傷領域ＤＭがクッション層２０内に留まり、その影響が発光層部２４の奥深くに及びにくいので、その分、発光輝度が損なわれる心配がない。
【００７８】
また、このクッション層２０は、ｐ型ドーパント濃度が４×１０１６／ｃｍ３以上９×１０１７／ｃｍ３以下の範囲内で、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６よりも小さく設定されている。これにより、発光通電を継続したときに、クッション層２０からｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６へのｐ型ドーパントの拡散の、電気的促進が生じにくくなり、素子ライフが向上する。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６のｐ型ドーパント濃度は、５×１０１６／ｃｍ３以上１×１０１８／ｃｍ３未満であり、ボンディング側半導体層６０全体で見た場合、４×１０１６／ｃｍ３以上１×１０１８／ｃｍ３未満の範囲に収まっている。
【００７９】
また、図３に示すクッション層２０は、ドーパント濃度が低いのでシート抵抗は多少大きいが、その上に導電率が非常に大きいＩＴＯ電極層３０が形成されているので、該ＩＴＯ電極層３０内にて電流を十分に拡げることができる。そして、クッション層２０は、ｐ型ドーパント濃度を前述の範囲に調整することで、層厚方向の導電性は十分に確保されているから、結果として発光層部２４への均一な通電が可能となり、発光効率を高めることができる。
【００８０】
以下、本発明の発光素子の種々の変形例について説明する。図１６の発光素子３００は、前述のメサエッチングにより凹状部１０と凸状部１１とを形成し、該凹状部１１にさらにフロスト処理を施した例である。フロスト処理面２５は、一様かつランダムな粗さプロファイルを有し、図７の工程５において、弗酸（化合物半導体層６１の最表面領域がＡｌＧａＡｓの場合：ＧａＰの場合は塩酸）等のフロスト処理液を使用し、凸状部１０の表面を異方性エッチングすることにより形成できる。この構成においては、凹状部１０と凸状部１１（頂面がコンタクト形成平坦面１１ａとされる）とによるパターンエッチング面が一次粗さプロファイルをなし、その凹状部１０の表面に、フロスト処理により一次粗さプロファイルよりも微細な二次粗さプロファイル２５が重畳される。なお、凹状部１０と凸状部１１とからなる一次粗さプロファイルは、凸状部１１の平均間隔が３μｍ以上５０μｍ以下とされ、凹状部１０の底と凸状部１１の頂との隔たりの平均値にて表す凸状部高さが３μｍ以上５０μｍ以下とされる。平均間隔が３μｍ未満及び高さが３μｍ未満の凸状部は、選択エッチングによるパターンニングが困難となる場合がある。また、平均間隔が５０μｍを超える、または高さが５０μｍを超える凸状部は、光取り出し効率の改善効果が飽和する上、エッチングにより化合物半導体が無駄に失われることにつながり不経済である。
【００８１】
フロスト処理面は微小な凹凸がランダムに形成されていることから、図１５に示すように、局所的に見れば発光層部２４の面内方向に対し、種々の角度をもった傾斜面が微細に入り組んで形成されているので、発光光束が界面にて全反射される確率は非常に低くなる。該微小な凹凸の粗さは、例えばＪＩＳ：Ｂ０６０１に準拠した方法により測定された算術平均粗さにて０．０１μｍ以上１μｍ以下の範囲のものとされる。
【００８２】
なお、化合物半導体層の最表面に形成される凹凸が、フロスト処理による０．０１μｍ以上１μｍ以下程度の算術平均粗さＲａを有したものである場合、ＩＴＯ電極層（酸化物透明電極層：厚さ、例えば３００ｎｍ以上）にて覆うと凹状部が埋まり、化合物半導体層の最表面の形状に倣う凹凸プロファイルがＩＴＯ電極層の表面に形成されなくなることがある。この場合、ＩＴＯ電極層の最表面にて全反射により発光層部へ戻る発光光束が増大して、光取出し効率が損なわれる場合がある。しかしながら、凸状部の平均間隔が３μｍ以上、凹状部１０の底と凸状部１１の頂との隔たりの平均値にて表す高さが３μｍ以上の凸状部がパターンエッチングにて形成されている場合は、相当厚いＩＴＯ電極層を形成しても、ＩＴＯ電極層の表面形状が凸状部のプロファイルに倣うものとなり、光取出し効率を向上させることができる。
【００８３】
次に、図１の発光素子１００においては、ボンディングパッド９は、発光層部２４からの光の大部分を遮蔽する。従って、発光層部２４においてボンディングパッド９の直下領域、つまり光取り出し量が少ない第一領域に通電電流が集中しないこと、むしろ、ボンディングパッド９の周囲の光取り出し量が多い第二領域に通電電流がなるべく多く分配されることが、光取出効率を高める上で望ましい。そこで、図１７の発光素子４００においては、コンタクト層３１は、ボンディングパッド９の直下領域をなす光取り出し量が少ない第一領域には形成されず、その周囲の光取り出し量が多い第二領域にのみ選択的に形成されている。ボンディングパッド９の直下領域においてコンタクト層３１を作為的に非形成とすることで、この領域ではＩＴＯ電極層３０の接触抵抗が高くなり電流が流れにくくなる。その結果、ＩＴＯ電極層３０を介して発光層部２４に通電される電流は、光取り出し量が少ない第一領域を迂回して光取り出し量が多い第二領域に優先的に分配され、光取出効率を高めることができる。なお、ボンディングパッド９の直下領域において、クッション層２０の最表面は、凹状部や凸状部が形成されない平坦な形状とされている。これにより、ＩＴＯ電極層３０とボンディングパッド９との密着性が向上し、また、ボンディングパッド９の表面も平滑化するので、電極ワイヤ４７を画像処理を用いて自動ボンディングする際に、面荒れによる画像の誤検出が軽減される利益が得られる。
【００８４】
図１８は、図１７の発光素子４００の製造工程を示している。図７の工程２までは、図１の発光素子１００と全く同じ工程が採用される。そして、図１８の工程１１に示すように、フォトレジスト層４０に、ボンディングパッド９の直下領域となるエッチングウィンドウ４０ｗを露光・現像により形成する。そして、工程１２において、該エッチングウィンドウ４０ｗ内のＧａＡｓ層３１”をエッチングにより除去する。次に、工程１３では、エッチングウィンドウ４０ｗの内側を塞ぐフォトレジスト層４２と、凸状部１１を形成するための非エッチング領域形成用のフォトレジスト層４１とを、露光・現像によりパターンニングした形で形成する。そして、工程１４に示すように、フォトレジスト層４１の周囲のＧａＡｓ層３１”をエッチングし、さらに工程１５に示すように、クッション層２０をメサエッチングして凹状部１０を形成する。また、工程１６に示すようにＩＴＯ電極層３０を形成すれば、以下の工程は図１の発光素子１００と同じである。
【００８５】
また、図１９の発光素子５００は、透明導電性基板であるＧａＰ単結晶基板７の第二主表面７ｂに、複数の凸状部１６を分散形成し、それら凸状部１６に倣う形で、該第二主表面７ｂを、裏面電極を兼ねた反射金属層１５により覆った例である。凸状部１６に倣う形で形成された反射金属層１５は、基板側から見たとき、発光層部２４からの発光光束に対し凹面鏡状の受光面１７を形成するから、反射光を光取り出し面内に集中させることができる。
【００８６】
図２０及び図２１に示す発光素子６００においては、クッション層（化合物半導体層）２０の最表面に湾曲断面形態の凹状面１０ｃを、コンタクト形成平坦面１１ｒをなす残余の領域を背景とする形で島状に分散形成している。この形態は、クッション層２０の最表面のうち、背景をなすコンタクト形成平坦面１１ｒを、フォトレジスト層にて一様に覆い、凹状面１０ｃとすべき領域は島状に露出させてメサエッチングすることにより形成できる。なお、凹状面１０ｃの底面が一部平坦になっていてもよい。また、図２１において、コンタクト層３１は、凹状面１０ｃの背景をなすコンタクト形成平坦面１１ｒの一部、具体的には、複数の凹状面１０ｃに取り囲まれた位置に選択的に形成されているが、これ以外の形成形態としてもよいことはもちろんであり、例えばコンタクト形成平坦面１１ｒの全面にコンタクト層３１を形成することも可能である。
【００８７】
また、上記の実施の形態では、コンタクト層を化合物半導体にて構成していたが、図２４に示すように、金属コンタクト層１３１を形成することもできる。図２４においては、クッション層２０の表面に形成された凸状部２０ｂの頂部に、金属コンタクト層１３１を選択的に形成している。金属コンタクト層１３１は蒸着やスパッタリングにより形成でき、また、クッション層２０上にエピタキシャル成長する必要はないから、凸状部２０ｂの頂面は特に平坦になっていなくともよい。金属コンタクト層１３１の材質としては、Ａｕ単体及び／又はＡｕを主体とする合金を採用することができ、例えばＡｕＧｅ合金を使用することができる。
【００８８】
図２２の発光素子７００においては、ＧａＰ単結晶基板７に代えて、不透明な導電性基板であるｎ型Ｓｉ単結晶基板１０７が使用されており、ＡｇあるいはＡｕを主成分とする金属反射層１０７ｍがＳｉ単結晶基板１０７の第一主表面１０７ａ上に形成され、さらにその上に発光層部２４が形成されている。裏面電極層１５は、Ｓｉ単結晶基板１０７の第二主表面１０７ｂの全面に形成される。この構造によると、発光層部２４からの発光光束は金属反射層１０７ｍにて反射され、発光層部２４からＩＴＯ電極層３０側へ直接向かう発光光束に重畳されるので、光取り出し効率が高められる。
【００８９】
また、図２３の発光素子８００においては、不透明な導電性基板であるｎ型ＧａＡｓ単結晶基板２０７が使用されており、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多層膜よりなるＤＢＲ反射層２０７ｄがＧａＡｓ単結晶基板２０７の第一主表面２０７ａ上に形成され、さらにその上に発光層部２４が形成されている。裏面電極層１５は、ＧａＡｓ単結晶基板２０７の第二主表面２０７ｂの全面に形成される。この構造によると、発光層部２４からの発光光束はＤＢＲ反射層２０７ｍにて反射され、発光層部２４からＩＴＯ電極層３０側へ直接向かう発光光束に重畳される。反射光の入射角依存性は、図２３の金属反射層の方が小さいので有利であるが、ＤＢＲ反射層２０７ｄは、発光層部２４とともに、ＧａＡｓ単結晶基板２０７上に一貫してエピタキシャル成長することにより形成できるので、製造工程が簡略化される利点がある。
【００９０】
以上の実施形態では、発光層部２４の各層をＡｌＧａＩｎＰ混晶にて形成していたが、該各層（ｐ型クラッド層６、活性層５及びｎ型クラッド層４）をＡｌＧａＩｎＮ混晶により形成することもできる。また、ＩＴＯ電極層３０を形成する光取出面側にｐ型クラッド層６が位置しているが、発光層部２４の積層順を逆転させ、光取出面側にｎ型クラッド層４を位置させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の第一実施形態を示す断面模式図。
【図２】同じく平面模式図。
【図３】図１の発光素子の要部を示す拡大模式図。
【図４】図１の発光素子の作用説明図。
【図５】比較例の発光素子の欠点を示す説明図。
【図６】図１の発光素子の、製造工程の一例を示す説明図。
【図７】図６に続く説明図。
【図８】図７に続く説明図。
【図９】クッション層の作用説明図。
【図１０】クッション層がない場合の問題点を説明する図。
【図１１】コンタクト層内のＩｎ濃度分布の一例を模式的に示す図。
【図１２】コンタクト層内のＩｎ濃度分布の別例を模式的に示す図。
【図１３】中間層を形成しない場合の、コンタクト層のバンド構造の例を示す模式図。
【図１４】中間層を形成する場合の、コンタクト層のバンド構造の例を示す模式図。
【図１５】フロスト処理面を形成した場合の発光素子の作用説明図。
【図１６】本発明の発光素子の第三実施形態を示す断面模式図。
【図１７】本発明の発光素子の第四実施形態を示す断面模式図。
【図１８】図１７の発光素子の製造工程説明図。
【図１９】本発明の発光素子の第五実施形態を示す断面模式図。
【図２０】本発明の発光素子の第六実施形態を示す断面模式図。
【図２１】同じく平面模式図。
【図２２】本発明の発光素子の第七実施形態を示す断面模式図。
【図２３】本発明の発光素子の第八実施形態を示す断面模式図。
【図２４】コンタクト層を金属にて構成した例を示す断面模式図。
【図２５】凹状部の底面が平坦に形成される例を示す断面模式図。
【符号の説明】
４ ｎ型クラッド層（第一導電型クラッド層）
５ 活性層
６ ｐ型クラッド層（第二導電型クラッド層）
９ ボンディングパッド
１０ 凹状部
１１ 凸状部
１１ａ，１１ｒ コンタクト形成平坦面１１ｒ
２４ 発光層部
２５ 面粗し領域
２０ クッション層
３０ ＩＴＯ電極層
３１ コンタクト層
６０ ボンディング側半導体層
６１ 化合物半導体層
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００ 発光素子
【発明の属する技術分野】
この発明は発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平１−２２５１７８号公報
【特許文献２】
米国特許公報第５７８９７６８号
【特許文献３】
特許第３３３３２１９号公報
【０００３】
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ混晶（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１（以下、ＡｌＧａＩｎＰ混晶、あるいは単にＡｌＧａＩｎＰとも記載する）により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ活性層を、それよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、高輝度の素子を実現できる。また、近年では、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）を用いて同様のダブルへテロ構造を形成した青色発光素子も実用化されている。
【０００４】
例えば、ＡｌＧａＩｎＰ発光素子を例に取れば、ｎ型ＧａＡｓ基板上にヘテロエピタキシャル成長させる形にて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層をこの順序にて積層し、ダブルへテロ構造をなす発光層部を形成する。発光層部への通電は、素子表面に形成された金属電極を介して行なわれる。ここで、金属電極は遮光体として作用するため、例えば発光層部主表面の中央部のみを覆う形で形成され、その周囲の電極非形成領域から光を取り出すようにする。
【０００５】
この場合、金属電極の面積をなるべく小さくしたほうが、電極の周囲に形成される光漏出領域の面積を大きくできるので、光取出し効率を向上させる観点において有利である。従来、電極形状の工夫により、素子内に効果的に電流を拡げて光取出量を増加させる試みがなされているが、この場合も電極面積の増大はいずれにしろ避けがたく、光漏出面積の減少により却って光取出量が制限されるジレンマに陥っている。また、クラッド層のドーパントのキャリア濃度ひいては導電率は、活性層内でのキャリアの発光再結合を最適化するために多少低めに抑えられており、面内方向には電流が広がりにくい傾向がある。これは、電極被覆領域に電流密度が集中し、光漏出領域における実質的な光取出量が低下してしまうことにつながる。そこで、クラッド層と電極との間に、キャリア濃度（ドーパント濃度）を高めた低抵抗率の電流拡散層を形成する方法が、特許文献２にて採用されている。電流拡散層は、有機金属気相成長法（MetalOrganic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ法）や、液相エピタキシャル成長法（Liquid Phase Epitaxy：ＬＰＥ法）により形成される。しかし、十分な電流拡散効果を得るには電流拡散層の成長厚さを相当厚く（例えば５０μｍ程度）形成しなければならず、製造コストの増加は免れない。
【０００６】
そこで、化合物半導体よりなる電流拡散層に代えて、あるいは電流拡散層と共に酸化物透明電極層（例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）透明電極層）を、発光層部表面を覆うように形成する提案が、特許文献１、特許文献２あるいは特許文献３に開示されている。酸化物透明電極層は導電率が金属並に高いため、厚さが小さくとも十分な電流拡散効果が得られ、電流拡散層の厚さの削減あるいは省略が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電流拡散層を厚く形成した発光素子は、電流拡散層の成長にコストがかかる反面、素子の全体厚さが増大することから、素子の周側面からの光取出量を増やすことができ、外部量子効率が向上する利点があった。しかし、高導電率の酸化物透明電極層を設けた発光素子は、その目的からして必然的に電流拡散層の厚さが縮小されるため、発光素子全体の厚さも大幅に減少する。その結果、素子の周側面からの光取出量が減少し、外部量子効率の低下が避け難くなる欠点がある。
【０００８】
特許文献３においては、発光層部の最表面にフロスト処理による凹凸を形成し、その凹凸面を酸化物透明電極層で覆うことにより、光取出し効率の向上を図る提案がなされている。しかし、この提案の構造では、酸化物透明電極層の接触抵抗を減ずるためのコンタクト層が省略されており、接触抵抗の増加により素子の順方向電圧が大幅に高くなる欠点がある。
【０００９】
本発明の課題は、酸化物透明電極層の使用により素子厚さが減じられているにもかかわらず、外部量子効率を十分に高めることが可能であり、ひいては従来型の酸化物透明電極層の使用した素子よりも発光輝度を大幅に高めることができる発光素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明は、発光層部を有した化合物半導体層と、該化合物半導体層の主表面を覆うように形成された、発光層部に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層とを有し、発光層部からの光を、酸化物透明電極層を透過させる形で取り出すようにした発光素子において、上記の課題を解決するために、その第一の構成は、
化合物半導体層と酸化物透明電極層との間に、酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるためのコンタクト層が、該酸化物透明電極層に接するように配置され、酸化物透明電極層の接合界面において、コンタクト層の形成領域と非形成領域とが混在するとともに、
化合物半導体層の最表面は、コンタクト層の非形成領域の少なくとも一部が、残余の領域よりも発光層部側に引っ込んで位置する凹状面とされ、
発光層部が透明導電性基板の第一主表面側に配置される一方、該透明導電性基板の第二主表面が裏面電極を兼ねた反射金属層により覆われてなることを特徴とする。
【００１１】
酸化物透明電極層は、例えばＩＴＯにて構成できる。ＩＴＯは、酸化スズをドープした酸化インジウム膜であり、酸化スズの含有量を１〜９質量％とすることで、電極層の抵抗率を５×１０−４Ω・ｃｍ以下の十分低い値とすることができる。なお、ＩＴＯ電極層以外では、ＺｎＯ電極層が高導電率であり、本発明に採用可能である。また、酸化アンチモンをドープした酸化スズ（いわゆるネサ）、Ｃｄ２ＳｎＯ４、Ｚｎ２ＳｎＯ４、ＺｎＳｎＯ３、ＭｇＩｎ２Ｏ４、酸化イットリウム（Ｙ）をドープしたＣｄＳｂ２Ｏ６、酸化スズをドープしたＧａＩｎＯ３なども酸化物透明電極層の材質として使用することができる。これらの酸化物透明電極材料は可視光に対して良好な透過性を有し（つまり、透明であり）、発光層部への電圧印加用電極として用いる場合、光の取出しを妨げない利点がある。また、該酸化物透明電極層上に形成されるボンディングパッドを介して素子駆動用の電圧を印加したとき、電流を面内に広げて発光を均一化し高効率化する役割も担う。
【００１２】
このような酸化物透明電極層は、発光層部や電流拡散層をなす化合物半導体層と直接接合しようとしたとき、良好なオーミック接合が必ずしも形成されず、接触抵抗に基づく直列抵抗増大により発光効率が低下することがある。したがって、発光層部と酸化物透明電極層との間には、該酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるためのコンタクト層を、該酸化物透明電極層に接するように配置する必要がある。このようなコンタクト層は後述する化合物半導体により形成することができるが、ＡｕやＡｇを主成分とする金属層とすることも可能である。
【００１３】
他方、化合物半導体を用いた発光素子は、発光層部に注入されたキャリアの発光再結合に基づく面発光型の素子であり、発光層部からの光放出形態は、層を面内方向に細分してそれぞれを点光源に置き換えて考えると理解が容易である。この場合、各点光源からは３次元な全ての方向に発光光束が放出されると考えられ、素子最表面に形成された酸化物透明電極層へは、面内方向において該点光源から離れた領域ほど、発光光束は低角度で入射する。酸化物透明電極層と化合物半導体層との界面に全反射臨界角以下で入射した発光光束は、該界面で反射されて化合物半導体層側に戻されるので、酸化物透明電極層を通過して外部へ取り出すことができない。酸化物透明電極層を採用した発光素子は、前述の通り、発光層部を含む化合物半導体層の全厚さが減じられて素子周側面からの光取出量が少なくならざるを得ないから、酸化物透明電極層に覆われた化合物半導体層の最表面領域が平坦であると、界面にて全反射される光束も増え、素子全体の光取出し効率は大きく損なわれてしまう。
【００１４】
そこで、本発明の発光素子においては、化合物半導体層の最表面に、酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるためのコンタクト層の形成領域と非形成領域とを混在させ、該化合物半導体層の最表面において、コンタクト層の非形成領域の少なくとも一部を、残余の領域よりも発光層部側に引っ込んで位置する凹状面とした。コンタクト層の形成領域は、凹状面から見れば相対的に突出した凸状部をなす。そして、酸化物透明電極層内を拡散した電流は、これら凸状部の頂面を選ぶ形で分散形成された各コンタクト層を経て発光層部に供給されるから、凸状部直下の各発光層部は、酸化物透明電極層により並列接続された、いわば独立した要素発光素子を形成し、コンタクト層を経て集中供給される電流により、それぞれ高輝度にて発光する。つまり、該要素発光素子の形成により、発光層部を従来の発光素子よりも効率的に活用できる。
【００１５】
該効果は、化合物半導体層の最表面に凸状部を分散形成し、コンタクト層も該凸状部に対応して分散形成し、酸化物透明電極層により、それらコンタクト層を面内方向に電気的に連結した構造を採用したとき、さらに高められる。この場合、コンタクト層は化合物半導体にて形成してもよいし、金属で形成することもできる。コンタクト層を金属で構成する場合、凸状部の頂部に該金属よりなるコンタクト層を選択的に形成することになる。化合物半導体よりなるコンタクト層の場合は、下地をなす化合物半導体層上にエピタキシャル成長する必要があり、成長面の平坦性が要求されるが、金属コンタクト層の場合は、コンタクト層を形成する凸部頂部が必ずしも平坦でなくとも、蒸着やスパッタリングにより容易に形成できる利点がある。
【００１６】
また、本発明の発光素子によると、発光層部からの光束の起点から遠く離れた位置にて界面に入射する光も、凹状部の存在により実質的な入射角が大きくなり、界面にて全反射される発光光束を大幅に減ずることができる。つまり、個々の要素発光素子にてそれぞれ発生した強い発光光束が、凸状部の周囲をなす凹状部の表面から、それぞれ全反射を抑制されつつ酸化物透明電極層を経て効率よく外部に放出されるので、全体として非常に高輝度な発光素子が実現することとなる。また、酸化物透明電極層の使用により素子厚さが減じられているにもかかわらず、酸化物透明電極層を用いた発光素子の発光輝度を飛躍的に向上させることができる。さらに、素子厚さ減少により素子周側面からの放射光が減ずる代わりに、酸化物透明電極層が形成された素子主表面側への放射光が増加するので、該素子主表面側に光束が集中した明るい光が得やすくなる利点も生ずる。
【００１７】
酸化物透明電極層は、公知の気相成膜法、例えば化学蒸着法（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）あるいはスパッタリングや真空蒸着などの物理蒸着法（physical vapor deposition：ＰＶＤ）、あるいは分子線エピタキシャル成長法（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）にて形成することができる。例えば、ＩＴＯ層やＺｎＯ電極層は高周波スパッタリング又は真空蒸着により製造でき、また、ネサ膜はＣＶＤ法により製造できる。また、これら気相成長法に代えて、ゾル−ゲル法など他の方法を用いて形成してもよい。
【００１８】
化合物半導体層の最表面は、パターンエッチングにより、エッチング領域に対応する凹状部と、非エッチング領域に対応した凸状部とを混在させたパターンエッチング面とすることができ、コンタクト層は、凸状部の頂面に選択的に形成することができる。この構造によると、フォトリソグラフィー等を用いて選択エッチングすることにより、光取出に好都合な凹凸形態を自由に得ることができ、凸状部の頂面を非エッチング領域として残すことで、個々の凸状部にコンタクト層を確実に形成することができ、ひいては、凸状部の一つ一つを前述した要素発光素子としてもれなく有効活用することができる。なお、特許文献３の発光素子においては、発光層部の最表面にフロスト処理による凹凸が形成されるが、この凹凸形成のためのフロスト処理エッチングは、発光層部最表面の全面に施されるので、発光層部に予めコンタクト層を形成しておいたとしても上記エッチングにより大半が失われることになる。従って、残留するコンタクト層があっても、偶発的なものが残るだけであるから、凸状部の頂面に選択的に形成できることにはならない。
【００１９】
上記のパターンエッチング面をなす凹状部と凸状部とによる一次粗さプロファイルには、さらに、該一次粗さプロファイルよりも微細な二次粗さプロファイルを、異方性エッチングによるフロスト処理面として重畳させることもできる。フロスト処理面は、最表面領域をなす化合物半導体層を、適当なエッチャントを用いて異方性エッチングすることにより得られ、微小な凹凸がランダムに形成されていることから、界面にて全反射される発光光束を減ずる効果が高い。これにより、フロスト処理面特有の発光光束の全反射防止効果と、パターンエッチング面によるそれよりマクロな凹状部及び凸状部による光取り出し効率向上効果とが複合して、さらに高輝度の発光素子が実現できる。
【００２０】
次に、酸化物透明電極層の最表面が平坦であると、該酸化物透明電極層の最表面での全反射により外部に取り出せなくなる発光光束が増加することになる。そこで、パターンエッチング面をなす凹状部と凸状部とを形成する場合、酸化物透明電極層の最表面は、該凹状部と凸状部とに倣うプロファイルにて起伏させることが、光取出効率をさらに高める上で望ましい。
【００２１】
酸化物透明電極層との接合抵抗を減ずるためのコンタクト層は、前述の通り化合物半導体にても形成できる。結晶欠陥の少ない高品質のコンタクト層を形成するには、該コンタクト層を化合物半導体層上にエピタキシャル成長することが望ましい。この場合、化合物半導体層の最表面に凹凸状部を形成しつつも、コンタクト層のエピタキシャル成長を結晶欠陥などの不具合を発生させることなく実施するには、化合物半導体層の最表面の、コンタクト層の形成領域に対応した部分を、発光層部の厚さ方向と直交するコンタクト形成平坦面とし、該コンタクト形成平坦面に化合物半導体よりなるコンタクト層をエピタキシャル成長することが望ましい。
【００２２】
コンタクト形成平坦面と、これよりも引っ込んだ凹状部とを形成するには、例えば鏡面研磨された基板を用いてエピタキシャル成長された平坦な化合物半導体層を用い、その平坦な層表面をフォトレジスト層により部分的に覆って選択エッチングすることにより（フォトリソグラフィー工程）、フォトレジスト層に覆われていない領域がエッチング領域となって凹状部を形成することができる。他方、フォトレジスト層に覆われた非エッチング領域は平坦な層表面がそのまま残留し、凸状部の頂面をなすコンタクト形成平坦面となる。
【００２３】
凹状面を形成するためのエッチングは、周知のメサエッチングにて行なうことができる。この場合、それらコンタクト形成平坦面の背景をなす形で凹状部を、湾曲形態の断面形状を有するものとして形成できる。湾曲形態の凹状部を形成することで光取出し効率をさらに高めることができる。具体的には、化合物半導体層の最表面にコンタクト形成平坦面を、残余の領域を背景とする形で島状に分散形成することができ、残余の領域がコンタクト形成平坦面よりも引っ込んで位置するとともに、コンタクト層の周囲において少なくとも湾曲断面形態の凹状面とすることができる。このようにすると、分散形成されたコンタクト形成平坦面の一つ一つが、湾曲形態の凹状面に囲まれた凸状部となり、それら凸状部がレンズ機能を兼ねる要素発光素子となるので、発光輝度をより高めることが可能となる。なお、凹状面のコンタクト層周囲領域以外の部分をなす一部が平坦面となっていてもよい。他方、これとは逆の形態、すなわち、化合物半導体層の最表面に凹状面を、コンタクト形成平坦面をなす残余の領域を背景とする形で島状に分散形成することもできる。この形態は、化合物半導体層の最表面のうち、背景をなすコンタクト形成平坦面を、フォトレジスト層にて一様に覆い、凹状面とすべき領域は島状に露出させてメサエッチングを行なうことにより、一つ一つの凹状面の内面を、ディンプル状に滑らかに仕上げることができ、良好な形状の凹状面を得るための条件設定も容易である。
【００２４】
次に、酸化物透明電極層上には、金属製のボンディングパッドを配置することができ、該ボンディングパッドに通電用の電極ワイヤが接合することができる。この場合、化合物半導体層の最表面の、ボンディングパッドの直下領域を、（凹状部や凸状部が形成されない）平坦に形成することが望ましい。これにより、酸化物透明電極層のボンディングパッドの形成領域も平坦化し、ボンディングパッドとの密着性も良好となる。また、そのボンディングパッドの表面も平滑化するので、該ボンディングパッドに電極ワイヤを、画像処理を用いて自動ボンディングする際に、面荒れによる画像の誤検出が軽減され、ひいてはワイヤボンディング工程での能率向上や、歩留まり改善にも寄与する。
【００２５】
なお、コンタクト層を酸化物透明電極層の素子側への接合面全面を被覆するように形成すると、ワイヤ接合用のボンディングパッドの直下領域でも酸化物透明電極層の接触抵抗が改善される結果、駆動電流ひいては発光が該領域に集中しやすくなり、発生した光の多くがボンディングパッドにより遮蔽されて光取出効率の低下を招く場合がある。そこで、ボンディングパッドの直下領域には、コンタクト層が形成しない構成とすることができる。このように構成すると、ボンディングパッドの直下領域において酸化物透明電極層の接触抵抗が増大する。その結果、酸化物透明電極層内の発光素子の駆動電流は、ボンディングパッドの直下領域を迂回してその外側に流れる成分が大きくなり、光取出効率を大幅に高めることができる。
【００２６】
次に、本発明の発光素子の第二の構成は、
発光層部を有した化合物半導体層と、該化合物半導体層の主表面を覆うように形成された、発光層部に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層とを有し、発光層部からの光を、酸化物透明電極層を透過させる形で取り出すようにした発光素子において、
化合物半導体層と酸化物透明電極層との間に、酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるためのコンタクト層が、該酸化物透明電極層に接するように配置され、酸化物透明電極層の接合界面において、コンタクト層の形成領域と非形成領域とが混在するとともに、
化合物半導体層の最表面の、コンタクト層の形成領域が、発光層部の厚さ方向と直交するコンタクト形成平坦面とされ、該コンタクト形成平坦面に化合物半導体よりなるコンタクト層がエピタキシャル成長されてなり、
コンタクト層の非形成領域の少なくとも一部が、コンタクト形成平坦面よりも粗面化された面粗し領域とされてなることを特徴とする。
【００２７】
上記発光素子の構造によると、酸化物透明電極層の接合界面において、コンタクト層の形成領域と非形成領域とが混在しており、酸化物透明電極層内を拡散した電流は、部分的に形成されたコンタクト層を経て発光層部に供給されるから、コンタクト層直下部とその周囲をなす各発光層部は、酸化物透明電極層により並列接続された、いわば独立した要素発光素子を形成し、コンタクト層を経て集中供給される電流により、それぞれ高輝度にて発光する。つまり、該要素発光素子の形成により、発光層部を従来の発光素子よりも効率的に活用できる。該効果は、化合物半導体層の最表面にコンタクト形成平坦面を複数分散形成し、各コンタクト形成平坦面にコンタクト層を形成したとき、さらに高められる。
【００２８】
また、個々の要素発光素子にてそれぞれ発生した発光光束は、コンタクト層の周囲をなす面粗し領域の表面から、それぞれ全反射を抑制されつつ酸化物透明電極層を経て効率よく外部に放出されるので、全体として非常に高輝度な発光素子が実現することとなる。また、酸化物透明電極層の使用により素子厚さが減じられているにもかかわらず、酸化物透明電極層を用いた発光素子の発光輝度を飛躍的に向上させることができる。さらに、素子厚さ減少により素子周側面からの放射光が減ずる代わりに、酸化物透明電極層が形成された素子主表面側への放射光が増加するので、該素子主表面側に光束が集中した明るい光が得やすくなる利点も生ずる。
【００２９】
また、本発明の発光素子の第三は、
発光層部を有した化合物半導体層と、該化合物半導体層の主表面を覆うように形成された、発光層部に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層とを有し、発光層部からの光を、酸化物透明電極層を透過させる形で取り出すようにした発光素子において、
化合物半導体層の主表面は、パターンエッチングにより、エッチング領域に対応する凹状部と、非エッチング領域に対応した凸状部とを混在させたパターンエッチング面とされてなることを特徴とする。
【００３０】
この構成によると、酸化物透明電極層との境界をなす化合物半導体層の主表面が、パターンエッチングにより大きく起伏しているので、該主表面を平坦に構成する従来の発光素子の比較して、光取出し効率が大幅に向上し、発光強度を高めることができる。なお、パターンエッチング面をなす凹状部と凸状部とを形成する場合、酸化物透明電極層の最表面は、該凹状部と凸状部とに倣うプロファイルにて起伏させることが、光取出効率をさらに高める上で望ましい。
【００３１】
さらに、パターンエッチング面をなす凹状部と凸状部とによる一次粗さプロファイルに、さらに、該一次粗さプロファイルよりも微細な二次粗さプロファイルを、異方性エッチングによるフロスト処理面として重畳させることもできる。パターンエッチング面による光分散効果と、フロスト処理面による光分散効果とが相乗的に作用して、取出し効率効果をさらに高めることができる。
【００３２】
次に、本発明の発光素子は、第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有する化合物半導体よりなる発光層部を有し、第二導電型クラッド層の主表面を覆う酸化物透明電極層を介して発光層部に発光駆動電圧を印加するようにしたものとして構成することができる。この場合、酸化物透明電極層上に金属製のボンディングパッドが配置され、該ボンディングパッドに通電用の電極ワイヤが接合され、酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるための化合物半導体よりなるコンタクト層が、該酸化物透明電極層に接するように配置される。
【００３３】
電極ワイヤのボンディングパッドへの接合は、超音波溶接や、これにさらに熱を付加するサーモソニックボンディングにより行なうことができる。この際、ボンディングパッド直下の化合物半導体層には、超音波や加熱（さらには加圧）による衝撃応力が集中し、転位などの結晶欠陥が損傷として導入される。その損傷領域が発光層部の活性層に及んだ場合、次のような不具合を招く。
▲１▼発光輝度の直接的な低下。結晶欠陥による非発光遷移過程の増加が原因として考えられる。
▲２▼素子ライフの低下。転位の形成された発光層に通電を継続すると、転位に電流が集中して転位の増殖が起こりやすくなり、発光輝度の経時的な劣化を引き起こす。
【００３４】
そこで、発光層部が第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有する化合物半導体よりなるものとされ、酸化物透明電極層上に金属製のボンディングパッドが配置され、該ボンディングパッドに通電用の電極ワイヤが接合される構成においては、化合物半導体層の最表面を含む、活性層とコンタクト層との間に位置する部分が、第二導電型クラッド層を含む厚さ０．６μｍ以上１０μｍ未満のボンディング側半導体層とすることが望ましい。ボンディング側半導体層の厚さが０．６μｍ未満になると、接合による損傷の影響が活性層に及びやすくなり、発光強度や素子ライフの低下につながる。他方、その厚さが１０μｍ以上になると、層成長に長時間を要し、原料も多く必要になることから、製造能率の低下とコストの増大を招きやすくなる。
【００３５】
また、ボンディング側半導体層は、ドーパント濃度を過度に高くしすぎると、次のような問題を生じやすくなる場合がある。すなわち、発光素子は、通電を継続するに伴い発光輝度が次第に低下する。例えば、一定電流により素子への通電を開始した直後に測定した発光輝度を初期輝度とし、積算通電時間の経過に従い減少する発光輝度を追跡したとき、発光輝度が予め定められた限界輝度に到達する時間、あるいは評価通電時間を一定値（例えば１０００時間）に固定したときの、初期輝度に対する評価通電時間経過後の輝度の比（以下、これを素子ライフと称する）は、素子寿命を評価するための一定の尺度となりえる。
【００３６】
電流拡散層を有する発光素子は、通電初期段階においては、クラッド層内のドーパント濃度は適正な値を保持されているが、通電を継続すると、電流拡散層内の高濃度のドーパント原子の、クラッド層および活性層内への拡散が、電気的な要因により促される。その過剰なドーパント濃度およびドーパント原子の拡散促進に伴って格子欠陥等が形成されると、活性層内またはＰ型クラッド層と活性層との界面には、非発光再結合中心となる電気的な準位が形成される。その結果、発光再結合確率が下がり、強度低下を引き起こす。すなわち、発光輝度の経時的な劣化が進みやすくなり、素子ライフが低下することにつながる。
【００３７】
そこで、ボンディング側半導体層は、ドーパント濃度を４×１０１６／ｃｍ３以上１×１０１８／ｃｍ３未満に設定することが望ましい。ボンディング側半導体層のドーパント濃度が４×１０１６／ｃｍ３未満では素子の直列抵抗が増大し、素子の順方向電圧の上昇を招く。また、１×１０１８／ｃｍ３以上になると、活性層内でのキャリアの発光再結合が進みにくくなり、発光効率の低下を招く。
【００３８】
ボンディング側半導体層は、第二導電型クラッド層と、該第二導電型クラッド層の酸化物透明電極層側に接して配置され、該第二導電型クラッド層よりも低いドーパント濃度の化合物半導体よりなるクッション層とを有するものとして構成できる。このようなクッション層を配置することにより、接合時に損傷領域が仮に生じても、その大半はクッション層内部に留まるので、活性層にその影響が及びにくくなり、発光強度や素子ライフの劣化をより効果的に抑制できる。
※第二クラッド層を厚くした構成（後述）があるので、「構成できる」としました。
【００３９】
また、クッション層は、これと接する第二導電型クラッド層よりも低いドーパント濃度を有しているので、クッション層から第二導電型クラッド層内へのドーパント原子の流入が抑制され、素子ライフの大幅な向上を図ることができる。また、成長時にドーパントが第二導電型クラッド層に拡散する不具合も生じにくい。
【００４０】
クッション層は、発光層部からの光をなるべく吸収しない材質にて構成することが、光取出し効率を向上させる上で望ましい。そのためには、クッション層をなす化合物半導体として、発光層部の活性層よりもバンドギャップの大きいものを使用することが有効である。ＡｌＧａＩｎＰにて発光層部を構成する場合、クッション層の具体的な材質として、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰを例示できる。また、クッション層を薄く形成すると、光吸収抑制の観点において有利に作用する。クッション層の厚さは、具体的には０．１μｍ以上５μｍ以下に調整することが望ましい。クッション層の厚さが０．１μｍ未満では、ボンディング側半導体層の全厚が不足しやすくなり、電極ワイヤ接合時の影響が発光層部へ及びやすくなる。また、クッション層の厚さが５μｍを超えると、ドーパント濃度が低く抑えられているために層厚方向の抵抗率が増し、素子の直列抵抗増大による発光効率低下につながる。また、厚いクッション層を成長させるには長時間を要し、原料も多く必要になることから、製造能率の低下とコストの増大を招きやすい。クッション層の厚さは０．５μｍ以上３μｍ以下とすることがより望ましい。
【００４１】
一方、ボンディング側半導体層は、厚さが０．６μｍ以上１０μｍ未満の第二導電型クラッド層よりなるものとして構成してもよい。つまり、第二導電型クラッド層を必要十分な厚さとすることで、損傷領域が活性層に及ぶことが防止可能である。また、同一材質のクラッド層の成長厚さを増大させるだけであるから、製造も容易である。この場合、第一導電型クラッド層は、ワイヤ接合に伴う損傷の影響を考慮する必要がないので、第二導電型クラッド層よりも薄く形成することが、製造コスト削減の観点において望ましい。
※第二クラッド層を厚くした構成の記載です。以下、「ボンディング側半導体層」にて統一します。
【００４２】
次に、コンタクト層は、具体的には、Ａｌを含有せず、かつバンドギャップエネルギーが比較的小さい（例えば１．４２ｅＶ未満）化合物半導体からなるものを好適に採用することができる。このようなコンタクト層を用いることにより、良好なオーミックコンタクトが得られ、また、Ａｌ成分酸化による抵抗増加も生じにくい。
【００４３】
酸化物透明電極層がＩＴＯ電極層の場合、コンタクト層は、例えばＩｎＧａＡｓ層やＧａＡｓ層を使用することができる。該コンタクト層は、（少なくとも）ＩＴＯ電極層との接合界面において、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）となっていることにより、接触抵抗低減効果を特に高めることができる。（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）により発光層を形成する場合、ＧａＡｓ層をＩＴＯ電極層と接するように形成し、その後、熱処理を行なうことにより、ＩＴＯ電極層からＧａＡｓ層にＩｎを拡散させて、Ｉｎを含有したＧａＡｓよりなるコンタクト層となすことができる。この場合、コンタクト層の厚さ方向におけるＩｎ濃度分布は、ＩＴＯ電極層から厚さ方向に遠ざかるにつれ連続的に減少するものとなる。また、コンタクト層は、ＩＴＯ電極層との接合界面において、必ずＩｎｘＧａ１−ｘＡｓよりなるものとなる。
【００４４】
コンタクト層はＩｎＧａＡｓを直接エピタキシャル成長する方法を採用してもよいのであるが、上記の方法を採用すると、次のような利点がある。すなわち、ボンディング側半導体層のこれと接する部分が、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰあるいはＡｌＧａＩｎＰにて構成されている場合、ＧａＡｓ層はこれらの化合物半導体と格子整合が極めて容易であり、ＩｎＧａＡｓを直接エピタキシャル成長する場合と比較して、均質で連続性のよい膜を形成できる。
【００４５】
そして、そのＧａＡｓ層上にＩＴＯ電極層を形成した後、熱処理することにより、ＩＴＯ電極層からＧａＡｓ層にＩｎを拡散させてコンタクト層とする。このように熱処理して得られるＩｎを含有したＧａＡｓよりなるコンタクト層は、Ｉｎ含有量が過剰とならず、ボンディング側半導体層との格子不整合による、発光強度低下などの品質劣化を効果的に防止することができる。
【００４６】
コンタクト層の厚さ方向におけるＩｎ濃度分布は、図１１の▲１▼に示すように、ＩＴＯ電極層から厚さ方向に遠ざかるにつれ連続的に減少するものとなるようにする（つまり、ボンディング側半導体層側にてＩｎ濃度が小さくなるように、Ｉｎ濃度分布に傾斜をつける）ことが望ましい。こうした構造は、熱処理により、ＩＴＯ側からコンタクト層側へＩｎを拡散させることにより形成される。発光層部をＡｌＧａＩｎＰにより形成し、ボンディング側半導体層をこれと格子整合する化合物半導体で構成する場合、コンタクト層のＩｎ濃度分布がボンディング側半導体層で小さくなっていれば、ボンディング側半導体層部との格子定数差が接近し、発光層部とコンタクト層との格子整合性をより高めることができる。熱処理温度が過度に高くなったり、あるいは熱処理時間が長大化すると、ＩＴＯ電極層からのＩｎ拡散が過度に進行して、図１１の▲３▼に示すように、コンタクト層内のＩｎ濃度分布が厚さ方向にほぼ一定の高い値を示すようになり、上記の効果は得られなくなる（なお、熱処理温度が過度に低くなったり、あるいは熱処理時間が過度に短時間化すると、図１１の▲２▼に示すように、コンタクト層内のＩｎ濃度が不足することにつながる）。
【００４７】
この場合、図１１において、コンタクト層の、ＩＴＯ電極層との境界位置におけるＩｎ濃度をＣＡとし、これと反対側の境界近傍におけるＩｎ濃度をＣＢとしたとき、ＣＢ／ＣＡが０．８以下となるように調整することが望ましく、該形態のＩｎ濃度分布が得られるように、前述の熱処理を行なうことが望ましい。ＣＢ／ＣＡが０．８を超えると、Ｉｎ濃度分布傾斜によるボンディング側半導体層との格子整合性改善効果が十分に得られなくなる。なお、コンタクト層の厚さ方向の組成分布（ＩｎあるいはＧａ濃度分布）は、層を厚さ方向に徐々にエッチングしながら、二次イオン質量分析（Secondary Ion Mass Spectroscopy：ＳＩＭＳ）、オージェ電子分光分析（Auger Electron Spectroscopy）、Ｘ線光電子分光（X-ray Photoelectron Spectroscopy：ＸＰＳ）などの周知の表面分析方法により測定することができる。
【００４８】
コンタクト層のＩＴＯ電極層との境界近傍におけるＩｎ濃度は、ＩｎとＧａとの合計濃度に対するＩｎの原子比にて、０．１以上０．６以下とされることが望ましく、上記の熱処理もこのようなＩｎ濃度が得られるように行なうことが望ましい。上記定義によるＩｎ濃度が０．１未満になると、コンタクト層の接触抵抗低減効果が不十分となり、０．６を超えるとコンタクト層と発光層部との格子不整合による、発光強度低下などの品質劣化が甚だしくなる。なお、コンタクト層のＩＴＯ電極層との境界近傍におけるＩｎ濃度が、ＩｎとＧａとの合計濃度に対するＩｎの原子比にて、例えば前述の望ましい値（０．１以上０．６以下）を確保できるのであれば、コンタクト層の、ＩＴＯ電極層に面しているのと反対側の境界近傍でのＩｎ濃度ＣＢがゼロとなっていること、つまり、図１２に示すように、コンタクト層のＩＴＯ電極層側にＩｎＧａＡｓ層が形成され、反対側の部分がＧａＡｓ層となる構造となっていても差し支えない。
【００４９】
ＩＴＯは、前述の通り酸化スズをドープした酸化インジウム膜であり、ＩＴＯ電極層をＧａＡｓ層上に形成し、さらにこれを適正な温度範囲にて熱処理することにより、上記望ましいＩｎ濃度を有したコンタクト層を容易に形成できる。また、この熱処理により、ＩＴＯ電極層の電気抵抗率をさらに低減できる。この熱処理は、コンタクト層内のＩｎ濃度が過剰とならないよう、なるべく低温で短時間にて行なうことが望ましい。
【００５０】
上記Ｉｎ拡散の熱処理は、６００℃以上７５０℃以下にて行なうことが望ましい。熱処理温度が７５０℃を超えるとＧａＡｓ層へのＩｎの拡散速度が大きくなりすぎ、コンタクト層中のＩｎ濃度が過剰となりやすくなる。また、Ｉｎ濃度が飽和して、コンタクト層の厚さ方向に傾斜したＩｎ濃度分布も得にくくなる。いずれも、コンタクト層とボンディング側半導体層との格子整合が悪化することにつながる。また、ＧａＡｓ層へのＩｎの拡散が過度に進みすぎると、コンタクト層との接触部付近にてＩＴＯ電極層のＩｎが枯渇し、電極の電気抵抗値の上昇が避けがたくなる。さらに、熱処理温度が７５０℃を超えて高温になりすぎると、ＩＴＯの酸素がＧａＡｓ層へ拡散して酸化が促進され、素子の直列抵抗が上昇しやすくなる。いずれも適正な電圧で発光素子を駆動できなくなる不具合につながる。また、熱処理温度が極端に高くなると、ＩＴＯ電極層の導電率がかえって損なわれる場合がある。他方、熱処理温度が６００℃未満になると、ＧａＡｓ層へのＩｎの拡散速度が小さくなりすぎ、接触抵抗を十分に低下させたコンタクト層を得るのに非常な長時間を要するようになるので、製造能率の低下が甚だしくなる。
【００５１】
また、熱処理時間は、５秒以上１２０秒以下の短時間に設定することが望ましい。熱処理時間が１２０秒より長くなると、特に、熱処理温度が上限値に近い場合、ＧａＡｓ層へのＩｎの拡散量が過剰となりやすくなる（ただし、熱処理温度を低めに留める場合は、これよりも長い熱処理時間（例えば３００秒程度まで）を採用することも可能である）。他方、熱処理時間が５秒未満になると、ＧａＡｓ層へのＩｎの拡散量が不足し、接触抵抗を十分に低下させたコンタクト層が得にくくなる。
【００５２】
コンタクト層とボンディング側半導体層との接触抵抗は、発光素子の通電を長時間継続しても低い値に安定的に維持されること、つまり、接触抵抗の経時的な増大が生じにくくなっていることが重要である。接触抵抗の低減を図る一つの方法としては、コンタクト層にボンディング側半導体層と同じ導電型のドーパントを添加することが有効である。この場合、コンタクト層へのドーパント添加量が高くなるほど、接触抵抗をより低くすることができる。なお、コンタクト層からボンディング側半導体層へドーパント拡散が比較的生じやすくなっている場合には、コンタクト層のドーパント添加量がボンディング側半導体層よりも過度に高くなっていると、発光通電時においてコンタクト層からボンディング側半導体層へのドーパント拡散が電気的に促進されやすくなることがあり、コンタクト層のドーパント量が次第に枯渇する場合がある。すると、発光通電を継続するに伴いコンタクト層の接触抵抗が経時的に増加し、素子ライフの低下を招くことにつながる。
【００５３】
このような不具合を抑制するには、コンタクト層中のドーパント濃度をボンディング側半導体層よりも高く設定しつつ、コンタクト層を構成する半導体として、これと接するボンディング側半導体層よりもバンドギャップエネルギーが小さいものを使用することが望ましい。コンタクト層側のバンドギャップエネルギーをボンディング側半導体層よりも小さく設定することにより、コンタクト層中のドーパント濃度をある程度高くしても、ボンディング側半導体層へのドーパント原子の拡散が生じにくくなり、コンタクト層の接触抵抗が経時的に増加することを効果的に抑制することができる。
【００５４】
例えば、酸化物透明電極層がＩＴＯ電極層の場合、コンタクト層は、少なくともＩＴＯ電極層との接合界面において、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）となっているものを使用することが望ましい。この場合、ボンディング側半導体層との接合側においてコンタクト層はＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）とすることができ、ボンディング側半導体層は、これよりもバンドギャップエネルギーの大きい半導体として、例えばＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０＜ｙ≦１）により構成することができる。ボンディング側半導体層は、この他、コンタクト層よりもバンドギャップエネルギーが高くなるように混晶比が調整されたＧａＩｎＰ層、ＡｌＧａＩｎＰ層、ＧａＰ層、ＧａＡｓＰ層あるいはＡｌＧａＡｓＰ層により構成することも可能である。
【００５５】
また、コンタクト層のドーパント濃度自体を下げることにより、ボンディング側半導体層への拡散を抑制する方法も可能である。この場合、コンタクト層のドーパント濃度は、ボンディング側半導体層と同じか又はそれよりも低いことが望ましい。また、コンタクト層は、低ドーピングであっても酸化物透明電極層とのコンタクト抵抗が十分低くなり、かつ、ボンディング側半導体層との接触抵抗も同様に低くなっていることが必要であり、具体的には、ボンディング側半導体層との間に極端に高いヘテロ接合障壁が形成されないものを使用することが望ましい。例えば、コンタクト層を、ＩＴＯ層側からＩｎを拡散させたＧａＡｓにて構成する場合、ボンディング側半導体層を、ＩｎＡｓ混晶比ｙが比較的小さいＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ（例えば、０≦ｙ≦０．２）にて構成する組合せを例示できる。
【００５６】
次に、コンタクト層は、中間層を介してボンディング側半導体層と結合することもできる。該中間層は、これと接するボンディング側半導体層とコンタクト層との中間のバンドギャップエネルギーを有する化合物半導体により構成される。ボンディング側半導体層とコンタクト層とのバンド端不連続値が大きい場合は、図１３に示すように、接合によるバンドの曲がりにより、形成されるヘテロ障壁の高さΔＥが大きくなり、コンタクト抵抗の増大につながる。そこで、図１４に示すように、コンタクト層とボンディング側半導体層との間に、それらコンタクト層とボンディング側半導体層との中間のバンドギャップエネルギーを有する中間層を挿入すると、コンタクト層と中間層、及び中間層とボンディング側半導体層とのそれぞれはバンド端不連続値が小さくなるので、各々形成される障壁高さΔＥも小さくなる。その結果、直列抵抗が軽減されて、低い駆動電圧にて十分に高い発光強度を達成することが可能となる。
【００５７】
ボンディング側半導体層が、該中間層と接する領域までＡｌＧａＩｎＰよりなる第二導電型クラッド層となっている場合は、コンタクト層との中間のバンドギャップエネルギーを有する中間層として、具体的には、ＡｌＧａＡｓ層、ＧａＩｎＰ層及びＡｌＧａＩｎＰ層（バンドギャップエネルギーがクラッド層より小さくなるように組成調整されたもの）の少なくとも一つを含むものを好適に採用することができ、例えばＡｌＧａＡｓ層を含むものとして形成することができる。他方、該中間層と同様の組成のクッション層が設けられる場合は、中間層の役割をこのクッション層に委ねることで、中間層を特に設けず、コンタクト層をクッション層に接するように配置する構成も十分採用可能である。
【００５８】
発光層部は、導電性基板の第一主表面側に配置することができる。この場合、該導電性基板と発光層部との間に、発光層部からの発光光束を酸化物透明電極層側に反射する反射層を形成することができる。発光層部から酸化物透明電極層を経て直接放射される発光光束に、反射層で反射された発光光束を重畳させることができ、光取出し効率をさらに高めることができる。この反射層は、金属反射層（例えばＡｕやＡｇを主成分とするもの）とすることもできるし、特開平７−６６４５５号公報に開示されているような、屈折率の相違する半導体膜を複数積層することにより、ブラッグ反射を利用して光を反射させるＤＢＲ層（Distributed Bragg Reflector：導電性基板上にエピタキシャル成長することにより形成できる）を使用してもよい。
【００５９】
また、本発明の発光素子において導電性基板を透明導電性基板で構成する場合、発光層部は、該透明導電性基板の第一主表面側に配置することもできる。この場合、該透明導電性基板の第二主表面が裏面電極を兼ねた反射金属層により覆うことができる。これにより、発光層部から酸化物透明電極層を経て直接放射される発光光束に、裏面の金属反射層で反射された発光光束を重畳させることができ、光取出し効率をさらに高めることができる。この場合、透明導電性基板の第二主表面に複数の凸状部を分散形成し、それら凸状部に倣う形で、該第二主表面を裏面電極を兼ねた反射金属層により覆うことができる。凸状部に倣う形で形成された反射金属層は、発光層部からの発光光束に対し凹面鏡状の集光面として機能するので、より高輝度の発光素子を実現することができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態である発光素子１００を示す概念図である。発光素子１００は、発光層部２４を有した化合物半導体層６１と、該化合物半導体層６１の主表面を覆うように形成された、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層３０とを有し、発光層部２４からの光を、酸化物透明電極層３０を透過させる形で取り出すようにしたものである。具体的には、透明導電性基板であるｎ型ＧａＰ単結晶基板（以下、単に「基板」ともいう）７の第一主表面７ａ上に、ＡｌＧａＩｎＰよりなる発光層部２４を配置し、該発光層部２４を覆うように、ｐ型のクッション層２０と、酸化物透明電極層としてのＩＴＯ電極層３０とをこの順序で形成してある。ＩＴＯ電極層３０のほぼ中央部には、Ａｕ等にて構成されたボンディングパッド９が配置され、ここにＡｕ等で構成された電極ワイヤ４７が接合されている。他方、基板７の他方の主表面側には、Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金等の金属からなる裏面電極層１５が全面に形成されている。
【００６１】
化合物半導体層６１の、ＩＴＯ電極層３０に覆われた最表面領域は、発光層部２４からの光を、ＩＴＯ電極層３０との境界面での全反射を抑制しつつ、該ＩＴＯ電極層３０内に導く凹凸面とされている。該凹凸面は、フォトリソグラフィーを用いたパターンエッチングにより、エッチング領域に対応する凹状部１０と、非エッチング領域に対応した凸状部１１とを混在させたパターンエッチング面として形成されている。本実施形態では、後述のメサエッチング法により、凹状部１０の内面（あるいは凸状部１１の外面）が下に凸な湾曲面となっている。なお、図２５に示すように、凹状部１０の内面のうち、凸状部１１の周囲領域のみ湾曲面状とし、それ以外の部分を平坦に形成することもできる。また、ＩＴＯ電極層３０の最表面は、該凹状部１０と凸状部１１とに倣うプロファイルにて起伏している。
【００６２】
化合物半導体層６１とＩＴＯ電極層３０との間には、ＩＴＯ電極層３０の接合抵抗を減ずるためのコンタクト層３１が形成されている。該コンタクト層３１は、ＩＴＯ電極層３０と接し、かつ凸状部１１の頂面に選択的に形成されている。図３に示すように、ＩＴＯ電極層３０内を拡散した電流は、凸状部１１の頂面を選ぶ形で分散形成された各コンタクト層３１を経て発光層部２４に供給される。凸状部１１の直下の各発光層部２４は、ＩＴＯ電極層３０により並列接続された、いわば独立した要素発光素子を形成する。本実施形態では、化合物半導体層６１の最表面領域に凸状部１１が図２に示すように分散形成され、コンタクト層３１も該凸状部１１に対応して分散形成されている。そして、それらコンタクト層３１、ひいては凸状部１１に対応した要素発光素子は、ＩＴＯ電極層３０により面内方向に電気的に連結される。
【００６３】
なお、コンタクト層３１の形成領域に対応した部分を、発光層部の厚さ方向Ｊと直交するコンタクト形成平坦面１１ａとし、該コンタクト形成平坦面１１ａにコンタクト層３１がエピタキシャル成長されている。また、コンタクト形成平坦面１１ａの背景をなす形で凹状部１０が、湾曲形態の断面形状を有するものとして形成されている。
【００６４】
発光層部２４は、各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ混晶とされるとともに、第一導電型クラッド層４、第二導電型クラッド層６、及び第一導電型クラッド層４と第二導電型クラッド層６との間に位置する活性層５からなるダブルへテロ構造とされている。具体的には、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）混晶からなる活性層５を、ｐ型（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰクラッド層６とｎ型（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰクラッド層４とにより挟んだ構造となっている。図１の発光素子１００では、クッション層２０側にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６（ｐ型ドーパントはＺｎ：有機金属分子からのＣもｐ型ドーパントとして寄与しうる）が配置されており、裏面電極層１５側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４（ｎ型ドーパントはＳｉ）が配置されている。なお、当業者には自明のことであるが、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１０１３〜１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。
【００６５】
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６は、ｐ型キャリア濃度（多数キャリア濃度）は、５×１０１６／ｃｍ３以上１×１０１８／ｃｍ３未満、望ましくは、１×１０１７／ｃｍ３以上７×１０１７／ｃｍ３以下である。また、クッション層２０は、本実施形態ではＺｎをｐ型ドーパントとして添加したＡｌＧａＡｓ層（例えばＡｌｘＧａ１−ｘＡｓにおいて、ｘ＝０．７程度）よりなり、ｐ型ドーパント濃度は、４×１０１６／ｃｍ３以上９×１０１７／ｃｍ３以下、望ましくは９×１０１６／ｃｍ３以上６×１０１７／ｃｍ３以下の範囲内で、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６よりも小さく設定されている。該クッション層２０の厚さｔ２は０．１μｍ以上５μｍ以下、望ましくは０．５μｍ以上３μｍ以下である。
【００６６】
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６とクッション層２０とはボンディング側半導体層６０を構成し、ＩＴＯ電極層３０により電流拡散効果が十分に確保されていることから、ボンディング側半導体層６０の厚さｔ１（つまり、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６とクッション層２０との合計厚さ）は０．６μｍ以上１０μｍ未満と小さく抑えられている。また、発光素子１００の全厚さ（基板７＋発光層部２４＋ボンディング側半導体層６０＋ＩＴＯ電極層３０）は、８０μｍ以上４００μｍ未満である。他方、発光層部２４の主表面の正方形換算における一辺の寸法Ｌは、例えば２００μｍ以上、照明用の高輝度面発光素子を構成する場合は４００μｍ以上（上限は、例えば４０ｍｍ）であり、このような大形チップの場合、ＩＴＯ電極層２０の厚さは４００ｎｍ以上（上限は、例えば３μｍ）とすることで、シート抵抗が十分に低減されて電流拡散効果が高められ、素子の順方向電圧を大幅に下げることができる。また、ボンディングパッド９によるＩＴＯ電極層３０の被覆面積率は０．１％以上１０％以下である。
【００６７】
発光素子１００の発光層部２４を面内方向に細分してそれぞれを点光源に置き換えて考えると、図４及び図５に示すように、各点光源からは全ての方向に３次元に発光光束が放出される。素子最表面に形成されたＩＴＯ電極層３０へは、面内方向において該点光源から離れた領域ほど、発光光束は低角度で入射する。図５に示すように、ＩＴＯ電極層３０と化合物半導体層６１との界面に全反射臨界角以下で入射した発光光束は、該界面で反射されて化合物半導体層６１側に戻されるので、ＩＴＯ電極層３０を通過して外部へ取り出すことができない。発光素子１００は、前述の通り、電流拡散能の高いＩＴＯ電極層３０を採用しているため、化合物半導体層６１の全厚さが減じられて素子周側面からの光取出量が少ない。従って、ＩＴＯ電極層３０に覆われた化合物半導体層６１の最表面領域が図５のように平坦であると、界面にて全反射される発光光束が増え、素子全体の光取出し効率は大きく損なわる。
【００６８】
しかし、本実施形態の発光素子１００は、図４に示すように、化合物半導体層６１の最表面領域が凸状部１１及び凹状部１０により起伏しているため、発光層部２４からの発光光束の起点から遠く離れた位置にて界面に入射する光も、凹状部１０の表面が傾斜ないし屈曲していることから実質的な入射角が大きくなり、界面にて全反射される発光光束が大幅に減少する。その結果、ＩＴＯ電極層３０を経て取り出される発光光束が顕著に増大し、素子厚さが減じられているにもかかわらず発光素子の光取出し効率を大幅に向上させることができる。
【００６９】
以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図６の工程Ａに示すように、ＧａＡｓ単結晶基板２３の第一主表面に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２を、次いで後にコンタクト層となるＧａＡｓ層３１”、ＡｌＧａＡｓよりなるクッション層２０、そして発光層部２４として、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、ノンドープＡｌＧａＩｎＰよりなる活性層５及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４をこの順序にエピタキシャル成長させる。これら各層のエピタキシャル成長は、公知の有機金属気相エピタキシャル成長（MetalOrganic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ）法により行なうことができる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ及びＡｓの各成分源となる原料ガスとしては以下のようなものを使用できる；
・Ａｌ源ガス；トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）など；
・Ｇａ源ガス；トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）など；
・Ｉｎ源ガス；トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）など。
・Ｐ源ガス；ターシャルブチルホスフィン（ＴＢＰ）、ホスフィン（ＰＨ３）など。
・Ａｓ源ガス；ターシャルブチルアルシン（ＴＢＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）など。
【００７０】
また、ドーパントガスとしては、以下のようなものを使用できる；
（ｐ型ドーパント）
・Ｍｇ源：ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）など。
・Ｚｎ源：ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）など。
（ｎ型ドーパント）
・Ｓｉ源：モノシランなどのシリコン水素化物など。
【００７１】
上記各層の成長は、原料ガスの切り替えにより、同一の気相成長装置内で連続的に行なうことができる。また、各層のドーパント濃度は、原料ガスに対するドーパントガスの供給比率により、所望の値に調整することができる。
【００７２】
次に、図６の工程Ｂに示すように、最上層のｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４上に、透明導電性酸化物層（例えばＩＴＯ層）７ｃを形成し、その上に透明導電性基板としてのｎ型ＧａＰ単結晶基板７を熱処理により貼り合わせ、次いで図７の工程１に示すように、成長用に用いたＧａＡｓ単結晶基板２３とＧａＡｓバッファ層２とを剥離する。
【００７３】
次に、工程２に示すように、剥離により露出したＧａＡｓ層３１”の全面をフォトレジスト層４０で覆い、凸状部１１（図１参照）を形成するためのマスクを介して露光・現像することにより、非エッチング領域となすべき部分にのみフォトレジスト層４０’が残るように、これをパターニングする。そして、工程３に示すように、フォトレジスト層４０’に覆われていない領域をエッチング領域として、ＧａＡｓ層３１”をアンモニア／過酸化水素水溶液よりなるエッチング液により除去する（残ったＧａＡｓ層は符号「３１’」にて表す）。次に、工程４に示すように、ＡｌＧａＡｓよりなるクッション層２０を、硫酸／過酸化水素水溶液、ブロムメタノールあるいはリン酸／過酸化水素水溶液よりなるエッチング液によりメサエッチングして凹状部１０を形成する。フォトレジスト層４０’に覆われていた非エッチング領域は、コンタクト形成平坦面が形成された凸状部１１となる。その後、フォトレジスト層４０’を除去する。
【００７４】
そして、工程５に示すように、エッチングにより凹状部１０と凸状部１１とが分散形成されたクッション層２０を覆うように、公知の高周波スパッタリング法により、ＩＴＯ電極層３０を、凹状部１０と凸状部１１とに追従した起伏形態に形成する。このとき、前述のＧａＡｓ層３１’もＩＴＯ電極層３０に覆われる。
【００７５】
この状態で基板を炉の中に配置して、例えば窒素雰囲気中あるいはＡｒ等の不活性ガス雰囲気中にて、６００℃以上７５０℃以下（例えば７００℃）の低温で、５秒以上１２０秒以下（例えば３０秒）の短時間の熱処理を施す。これにより、ＩＴＯ電極層２０からＧａＡｓ層３１’にＩｎが拡散し、コンタクト層３１（図１）が得られる。該熱処理によりコンタクト層３１は、図１１▲１▼において、ＩＴＯ電極層との境界近傍におけるＩｎ濃度ＣＡが、ＩｎとＧａとの合計濃度に対するＩｎの原子比にて、０．１以上０．６以下となる。また、Ｉｎ濃度は、ＩＴＯ電極層２０から厚さ方向に遠ざかるにつれ連続的に減少するものとなり、ＩＴＯ電極層２０との境界近傍におけるＩｎ濃度をＣＡとし、これと反対側の境界位置におけるＩｎ濃度をＣＢとしたとき、ＣＢ／ＣＡが０．８以下となるように調整される。該コンタクト層３１は、これと接するボンディング側半導体層部分、すなわち、クッション層２０がＡｌＧａＡｓにて構成されることも考慮し、接触抵抗を低減するために、ｐ型ドーパント濃度が高く（例えば１×１０１９／ｃｍ３程度）設定されている。
【００７６】
次に、基板７の第二主表面７ｂに真空蒸着法により裏面電極層１５を形成する。そして、ＩＴＯ電極層３０上に、各発光素子チップに対応する領域毎にボンディングパッド９を配置し、適当な温度で電極定着用のベーキングを施すことにより、図８の工程７に示す発光素子ウェーハ５０が得られる。該発光素子ウェーハ５０は、各発光素子チップ領域を分離するために工程８に示すようにハーフダイシングされ、さらにダイシング面の加工歪をメサエッチングにより除去した後、工程９に示すように、スクライビングにより発光素子チップ５１に分離される。そして、工程１０に示すように、裏面電極層１５（図３参照）をＡｇペースト等の導電性ペーストを用いて支持体を兼ねた端子電極９ａに固着する一方、ボンディングパッド９に電極ワイヤ４７を接合（ボンディング）し、工程１１に示すように樹脂モールド５２を形成することにより発光素子１００が得られる。
【００７７】
各々Ａｕよりなるボンディングパッド９に電極ワイヤ４７を接合する場合、例えば、超音波溶接（あるいはサーモソニックボンディング）が用いられる。この超音波溶接の衝撃応力は、ＩＴＯ電極層３０を経てボンディングパッド９の直下のボンディング側半導体層６０に及び、結晶欠陥等の損傷領域ＤＭを形成する。例えば、図１０に示すように、ＩＴＯ電極層３０の直下に発光層部２４が形成されていると、その損傷領域ＤＭが発光層部２４の奥深く、例えば活性層５にまで及び、発光輝度や素子ライフの低下など、特性不良につながる。しかし、本実施形態の発光素子においては、図９に示すように、クッション層２０が介在しているため、損傷領域ＤＭがクッション層２０内に留まり、その影響が発光層部２４の奥深くに及びにくいので、その分、発光輝度が損なわれる心配がない。
【００７８】
また、このクッション層２０は、ｐ型ドーパント濃度が４×１０１６／ｃｍ３以上９×１０１７／ｃｍ３以下の範囲内で、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６よりも小さく設定されている。これにより、発光通電を継続したときに、クッション層２０からｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６へのｐ型ドーパントの拡散の、電気的促進が生じにくくなり、素子ライフが向上する。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６のｐ型ドーパント濃度は、５×１０１６／ｃｍ３以上１×１０１８／ｃｍ３未満であり、ボンディング側半導体層６０全体で見た場合、４×１０１６／ｃｍ３以上１×１０１８／ｃｍ３未満の範囲に収まっている。
【００７９】
また、図３に示すクッション層２０は、ドーパント濃度が低いのでシート抵抗は多少大きいが、その上に導電率が非常に大きいＩＴＯ電極層３０が形成されているので、該ＩＴＯ電極層３０内にて電流を十分に拡げることができる。そして、クッション層２０は、ｐ型ドーパント濃度を前述の範囲に調整することで、層厚方向の導電性は十分に確保されているから、結果として発光層部２４への均一な通電が可能となり、発光効率を高めることができる。
【００８０】
以下、本発明の発光素子の種々の変形例について説明する。図１６の発光素子３００は、前述のメサエッチングにより凹状部１０と凸状部１１とを形成し、該凹状部１１にさらにフロスト処理を施した例である。フロスト処理面２５は、一様かつランダムな粗さプロファイルを有し、図７の工程５において、弗酸（化合物半導体層６１の最表面領域がＡｌＧａＡｓの場合：ＧａＰの場合は塩酸）等のフロスト処理液を使用し、凸状部１０の表面を異方性エッチングすることにより形成できる。この構成においては、凹状部１０と凸状部１１（頂面がコンタクト形成平坦面１１ａとされる）とによるパターンエッチング面が一次粗さプロファイルをなし、その凹状部１０の表面に、フロスト処理により一次粗さプロファイルよりも微細な二次粗さプロファイル２５が重畳される。なお、凹状部１０と凸状部１１とからなる一次粗さプロファイルは、凸状部１１の平均間隔が３μｍ以上５０μｍ以下とされ、凹状部１０の底と凸状部１１の頂との隔たりの平均値にて表す凸状部高さが３μｍ以上５０μｍ以下とされる。平均間隔が３μｍ未満及び高さが３μｍ未満の凸状部は、選択エッチングによるパターンニングが困難となる場合がある。また、平均間隔が５０μｍを超える、または高さが５０μｍを超える凸状部は、光取り出し効率の改善効果が飽和する上、エッチングにより化合物半導体が無駄に失われることにつながり不経済である。
【００８１】
フロスト処理面は微小な凹凸がランダムに形成されていることから、図１５に示すように、局所的に見れば発光層部２４の面内方向に対し、種々の角度をもった傾斜面が微細に入り組んで形成されているので、発光光束が界面にて全反射される確率は非常に低くなる。該微小な凹凸の粗さは、例えばＪＩＳ：Ｂ０６０１に準拠した方法により測定された算術平均粗さにて０．０１μｍ以上１μｍ以下の範囲のものとされる。
【００８２】
なお、化合物半導体層の最表面に形成される凹凸が、フロスト処理による０．０１μｍ以上１μｍ以下程度の算術平均粗さＲａを有したものである場合、ＩＴＯ電極層（酸化物透明電極層：厚さ、例えば３００ｎｍ以上）にて覆うと凹状部が埋まり、化合物半導体層の最表面の形状に倣う凹凸プロファイルがＩＴＯ電極層の表面に形成されなくなることがある。この場合、ＩＴＯ電極層の最表面にて全反射により発光層部へ戻る発光光束が増大して、光取出し効率が損なわれる場合がある。しかしながら、凸状部の平均間隔が３μｍ以上、凹状部１０の底と凸状部１１の頂との隔たりの平均値にて表す高さが３μｍ以上の凸状部がパターンエッチングにて形成されている場合は、相当厚いＩＴＯ電極層を形成しても、ＩＴＯ電極層の表面形状が凸状部のプロファイルに倣うものとなり、光取出し効率を向上させることができる。
【００８３】
次に、図１の発光素子１００においては、ボンディングパッド９は、発光層部２４からの光の大部分を遮蔽する。従って、発光層部２４においてボンディングパッド９の直下領域、つまり光取り出し量が少ない第一領域に通電電流が集中しないこと、むしろ、ボンディングパッド９の周囲の光取り出し量が多い第二領域に通電電流がなるべく多く分配されることが、光取出効率を高める上で望ましい。そこで、図１７の発光素子４００においては、コンタクト層３１は、ボンディングパッド９の直下領域をなす光取り出し量が少ない第一領域には形成されず、その周囲の光取り出し量が多い第二領域にのみ選択的に形成されている。ボンディングパッド９の直下領域においてコンタクト層３１を作為的に非形成とすることで、この領域ではＩＴＯ電極層３０の接触抵抗が高くなり電流が流れにくくなる。その結果、ＩＴＯ電極層３０を介して発光層部２４に通電される電流は、光取り出し量が少ない第一領域を迂回して光取り出し量が多い第二領域に優先的に分配され、光取出効率を高めることができる。なお、ボンディングパッド９の直下領域において、クッション層２０の最表面は、凹状部や凸状部が形成されない平坦な形状とされている。これにより、ＩＴＯ電極層３０とボンディングパッド９との密着性が向上し、また、ボンディングパッド９の表面も平滑化するので、電極ワイヤ４７を画像処理を用いて自動ボンディングする際に、面荒れによる画像の誤検出が軽減される利益が得られる。
【００８４】
図１８は、図１７の発光素子４００の製造工程を示している。図７の工程２までは、図１の発光素子１００と全く同じ工程が採用される。そして、図１８の工程１１に示すように、フォトレジスト層４０に、ボンディングパッド９の直下領域となるエッチングウィンドウ４０ｗを露光・現像により形成する。そして、工程１２において、該エッチングウィンドウ４０ｗ内のＧａＡｓ層３１”をエッチングにより除去する。次に、工程１３では、エッチングウィンドウ４０ｗの内側を塞ぐフォトレジスト層４２と、凸状部１１を形成するための非エッチング領域形成用のフォトレジスト層４１とを、露光・現像によりパターンニングした形で形成する。そして、工程１４に示すように、フォトレジスト層４１の周囲のＧａＡｓ層３１”をエッチングし、さらに工程１５に示すように、クッション層２０をメサエッチングして凹状部１０を形成する。また、工程１６に示すようにＩＴＯ電極層３０を形成すれば、以下の工程は図１の発光素子１００と同じである。
【００８５】
また、図１９の発光素子５００は、透明導電性基板であるＧａＰ単結晶基板７の第二主表面７ｂに、複数の凸状部１６を分散形成し、それら凸状部１６に倣う形で、該第二主表面７ｂを、裏面電極を兼ねた反射金属層１５により覆った例である。凸状部１６に倣う形で形成された反射金属層１５は、基板側から見たとき、発光層部２４からの発光光束に対し凹面鏡状の受光面１７を形成するから、反射光を光取り出し面内に集中させることができる。
【００８６】
図２０及び図２１に示す発光素子６００においては、クッション層（化合物半導体層）２０の最表面に湾曲断面形態の凹状面１０ｃを、コンタクト形成平坦面１１ｒをなす残余の領域を背景とする形で島状に分散形成している。この形態は、クッション層２０の最表面のうち、背景をなすコンタクト形成平坦面１１ｒを、フォトレジスト層にて一様に覆い、凹状面１０ｃとすべき領域は島状に露出させてメサエッチングすることにより形成できる。なお、凹状面１０ｃの底面が一部平坦になっていてもよい。また、図２１において、コンタクト層３１は、凹状面１０ｃの背景をなすコンタクト形成平坦面１１ｒの一部、具体的には、複数の凹状面１０ｃに取り囲まれた位置に選択的に形成されているが、これ以外の形成形態としてもよいことはもちろんであり、例えばコンタクト形成平坦面１１ｒの全面にコンタクト層３１を形成することも可能である。
【００８７】
また、上記の実施の形態では、コンタクト層を化合物半導体にて構成していたが、図２４に示すように、金属コンタクト層１３１を形成することもできる。図２４においては、クッション層２０の表面に形成された凸状部２０ｂの頂部に、金属コンタクト層１３１を選択的に形成している。金属コンタクト層１３１は蒸着やスパッタリングにより形成でき、また、クッション層２０上にエピタキシャル成長する必要はないから、凸状部２０ｂの頂面は特に平坦になっていなくともよい。金属コンタクト層１３１の材質としては、Ａｕ単体及び／又はＡｕを主体とする合金を採用することができ、例えばＡｕＧｅ合金を使用することができる。
【００８８】
図２２の発光素子７００においては、ＧａＰ単結晶基板７に代えて、不透明な導電性基板であるｎ型Ｓｉ単結晶基板１０７が使用されており、ＡｇあるいはＡｕを主成分とする金属反射層１０７ｍがＳｉ単結晶基板１０７の第一主表面１０７ａ上に形成され、さらにその上に発光層部２４が形成されている。裏面電極層１５は、Ｓｉ単結晶基板１０７の第二主表面１０７ｂの全面に形成される。この構造によると、発光層部２４からの発光光束は金属反射層１０７ｍにて反射され、発光層部２４からＩＴＯ電極層３０側へ直接向かう発光光束に重畳されるので、光取り出し効率が高められる。
【００８９】
また、図２３の発光素子８００においては、不透明な導電性基板であるｎ型ＧａＡｓ単結晶基板２０７が使用されており、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多層膜よりなるＤＢＲ反射層２０７ｄがＧａＡｓ単結晶基板２０７の第一主表面２０７ａ上に形成され、さらにその上に発光層部２４が形成されている。裏面電極層１５は、ＧａＡｓ単結晶基板２０７の第二主表面２０７ｂの全面に形成される。この構造によると、発光層部２４からの発光光束はＤＢＲ反射層２０７ｍにて反射され、発光層部２４からＩＴＯ電極層３０側へ直接向かう発光光束に重畳される。反射光の入射角依存性は、図２３の金属反射層の方が小さいので有利であるが、ＤＢＲ反射層２０７ｄは、発光層部２４とともに、ＧａＡｓ単結晶基板２０７上に一貫してエピタキシャル成長することにより形成できるので、製造工程が簡略化される利点がある。
【００９０】
以上の実施形態では、発光層部２４の各層をＡｌＧａＩｎＰ混晶にて形成していたが、該各層（ｐ型クラッド層６、活性層５及びｎ型クラッド層４）をＡｌＧａＩｎＮ混晶により形成することもできる。また、ＩＴＯ電極層３０を形成する光取出面側にｐ型クラッド層６が位置しているが、発光層部２４の積層順を逆転させ、光取出面側にｎ型クラッド層４を位置させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の第一実施形態を示す断面模式図。
【図２】同じく平面模式図。
【図３】図１の発光素子の要部を示す拡大模式図。
【図４】図１の発光素子の作用説明図。
【図５】比較例の発光素子の欠点を示す説明図。
【図６】図１の発光素子の、製造工程の一例を示す説明図。
【図７】図６に続く説明図。
【図８】図７に続く説明図。
【図９】クッション層の作用説明図。
【図１０】クッション層がない場合の問題点を説明する図。
【図１１】コンタクト層内のＩｎ濃度分布の一例を模式的に示す図。
【図１２】コンタクト層内のＩｎ濃度分布の別例を模式的に示す図。
【図１３】中間層を形成しない場合の、コンタクト層のバンド構造の例を示す模式図。
【図１４】中間層を形成する場合の、コンタクト層のバンド構造の例を示す模式図。
【図１５】フロスト処理面を形成した場合の発光素子の作用説明図。
【図１６】本発明の発光素子の第三実施形態を示す断面模式図。
【図１７】本発明の発光素子の第四実施形態を示す断面模式図。
【図１８】図１７の発光素子の製造工程説明図。
【図１９】本発明の発光素子の第五実施形態を示す断面模式図。
【図２０】本発明の発光素子の第六実施形態を示す断面模式図。
【図２１】同じく平面模式図。
【図２２】本発明の発光素子の第七実施形態を示す断面模式図。
【図２３】本発明の発光素子の第八実施形態を示す断面模式図。
【図２４】コンタクト層を金属にて構成した例を示す断面模式図。
【図２５】凹状部の底面が平坦に形成される例を示す断面模式図。
【符号の説明】
４ ｎ型クラッド層（第一導電型クラッド層）
５ 活性層
６ ｐ型クラッド層（第二導電型クラッド層）
９ ボンディングパッド
１０ 凹状部
１１ 凸状部
１１ａ，１１ｒ コンタクト形成平坦面１１ｒ
２４ 発光層部
２５ 面粗し領域
２０ クッション層
３０ ＩＴＯ電極層
３１ コンタクト層
６０ ボンディング側半導体層
６１ 化合物半導体層
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００ 発光素子
Claims (16)
- 発光層部を有した化合物半導体層と、該化合物半導体層の主表面を覆うように形成された、前記発光層部に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層とを有し、前記発光層部からの光を、前記酸化物透明電極層を透過させる形で取り出すようにした発光素子において、
前記化合物半導体層と前記酸化物透明電極層との間に、前記酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるためのコンタクト層が、該酸化物透明電極層に接するように配置され、前記酸化物透明電極層の接合界面において、前記コンタクト層の形成領域と非形成領域とが混在するとともに、
前記化合物半導体層の最表面は、前記コンタクト層の非形成領域の少なくとも一部が、残余の領域よりも前記発光層部側に引っ込んで位置する凹状面とされ、
前記発光層部が透明導電性基板の第一主表面側に配置される一方、該透明導電性基板の第二主表面が裏面電極を兼ねた反射金属層により覆われてなることを特徴とする発光素子。 - 前記化合物半導体層の前記最表面に凸状部が分散形成されてなり、前記コンタクト層も該凸状部に対応して分散形成されてなり、前記酸化物透明電極層により、それら前記コンタクト層が面内方向に電気的に連結されてなることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
- 前記コンタクト層が金属にて構成され、前記凸状部の頂部に該金属よりなるコンタクト層が選択的に形成されてなることを特徴とする請求項２記載の発光素子。
- 前記化合物半導体層の最表面は、パターンエッチングにより、エッチング領域に対応する凹状部と、非エッチング領域に対応した凸状部とを混在させたパターンエッチング面とされ、前記コンタクト層は、前記凸状部の頂面に選択的に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記パターンエッチング面をなす凹状部と凸状部とによる一次粗さプロファイルに、さらに、該一次粗さプロファイルよりも微細な二次粗さプロファイルを、異方性エッチングによるフロスト処理面として重畳させたことを特徴とする請求項４記載の発光素子。
- 前記酸化物透明電極層の最表面は、前記パターンエッチング面をなす前記凹状部と前記凸状部とに倣うプロファイルにて起伏していることを特徴とする請求項４又は５に記載の発光素子。
- 前記化合物半導体層の前記最表面の、前記コンタクト層の形成領域が、前記発光層部の厚さ方向と直交するコンタクト形成平坦面とされ、該コンタクト層形成平坦面に化合物半導体よりなるコンタクト層がエピタキシャル成長されてなることを特徴とする請求項２、４、５及び６のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記化合物半導体層の前記最表面に前記コンタクト形成平坦面が、残余の領域を背景とする形で島状に分散形成されてなり、前記残余の領域が、前記コンタクト形成平坦面よりも引っ込んで位置するとともに、前記コンタクト層の周囲において少なくとも湾曲断面形態の凹状面とされてなる請求項７記載の発光素子。
- 前記化合物半導体層の前記最表面に凹状面が、前記コンタクト形成平坦面をなす残余の領域を背景とする形で島状に分散形成されてなる請求項７記載の発光素子。
- 前記酸化物透明電極層上に金属製のボンディングパッドが配置され、該ボンディングパッドに通電用の電極ワイヤが接合されてなり、
前記化合物半導体層の前記最表面の、前記ボンディングパッドの直下領域が平坦に形成されてなり、かつ該直下領域に前記コンタクト層が形成されていないことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発光素子。 - 発光層部を有した化合物半導体層と、該化合物半導体層の主表面を覆うように形成された、前記発光層部に発光駆動電圧を印加するための酸化物透明電極層とを有し、前記発光層部からの光を、前記酸化物透明電極層を透過させる形で取り出すようにした発光素子において、
前記化合物半導体層と前記酸化物透明電極層との間に、前記酸化物透明電極層の接合抵抗を減ずるためのコンタクト層が、該酸化物透明電極層に接するように配置され、前記酸化物透明電極層の接合界面において、前記コンタクト層の形成領域と非形成領域とが混在するとともに、
前記化合物半導体層の前記最表面の、前記コンタクト層の形成領域が、前記発光層部の厚さ方向と直交するコンタクト形成平坦面とされ、該コンタクト形成平坦面に化合物半導体よりなるコンタクト層がエピタキシャル成長されてなり、
前記コンタクト層の非形成領域の少なくとも一部が、前記コンタクト形成平坦面よりも粗面化された面粗し領域とされてなることを特徴とする発光素子。 - 前記化合物半導体層の前記最表面に前記コンタクト形成平坦面が複数分散形成され、各コンタクト形成平坦面に前記コンタクト層が形成されてなることを特徴とする請求項１１記載の発光素子。
- 前記発光層部は、第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序にて積層されたダブルへテロ構造を有する化合物半導体よりなるものであり、
前記酸化物透明電極層上に金属製のボンディングパッドが配置され、該ボンディングパッドに通電用の電極ワイヤが接合されてなり、
前記化合物半導体層の前記最表面を含む、前記活性層と前記コンタクト層との間に位置する部分が、前記第二導電型クラッド層を含む厚さ０．６μｍ以上１０μｍ未満のボンディング側半導体層とされてなる請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の発光素子。 - 前記ボンディング側半導体層は、前記第二導電型クラッド層と、該第二導電型クラッド層の前記酸化物透明電極層側に接して配置され、該第二導電型クラッド層よりも低いドーパント濃度の化合物半導体よりなるクッション層とを有することを特徴とする請求項１３記載の発光素子。
- 前記発光層部が導電性基板の第一主表面側に配置されるとともに、該導電性基板の前記第一主表面と前記発光層部との間に、前記発光層部からの発光光束を前記酸化物透明電極層側に反射する反射層が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記透明導電性基板の第二主表面に複数の凸状部が分散形成され、それら凸状部に倣う形で前記第二主表面が前記反射金属層により覆われてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の発光素子。
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