JP4569859B2 - 発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は発光素子の製造方法に関する。

特開平５−２７５７４０号公報 特開２００１−６８７３１号公報

（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−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ヘ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。

例えば、ＡｌＧａＩｎＰ発光素子を例に取れば、ｎ型ＧａＡｓ基板上にヘテロ形成させる形にて、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、ダブルヘ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電極を介して行なわれる。ここで、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。

この場合、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取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、光取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、光取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、キャリア濃度を高めた低抵抗率のＧａＰ等からなる電流拡散層を形成する方法が採用されている。該電流拡散層は、特許文献１及び特許文献２に開示されているごとく、厚く形成することで、薄い発光層部を補強する素子基板に兼用させることもできる。

上記のような発光素子における電流拡散層は、発光層部とともに、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：以下、ＭＯＶＰＥ法ともいう）により形成されることが多かった。この場合、電流拡散層は、面内方向に電流を十分に拡げるために、層厚をある程度大きく設定すること、例えば発光層部よりは厚みを大きくして形成されるのが一般的である。しかし、ＭＯＶＰＥ法は層成長速度が小さく、十分な厚さの電流拡散層を成長させるには非常な長時間を要し、製造能率の低下とコストの増大を招く問題がある。

また、ＧａＰはＧａＡｓ（ひいては、その上に成長されるＡｌＧａＩｎＰ発光層部）よりも格子定数が相当大きいため、発光層部の品質向上の観点からＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰ発光層部をＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長し、その上にＧａＰ等からなる電流拡散層を引き続き成長する工程が採用される。しかし、厚膜の電流拡散層をＭＯＶＰＥによりエピタキシャル成長する際に、その下地となる発光層部は高温に長時間曝されることになり、ｐ−ｎ接合を形成するためのｐ型ドーパントやｎ型ドーパントの層厚方向の濃度プロファイルが熱拡散によって崩れ、発光層部の内部量子効率低下につながる問題を生ずる。具体的には、ノンドープにて形成した活性層に両側のクラッド層からのドーパントが拡散により浸透して電子／正孔の発光再結合の確率が減少し、発光強度の劣化が著しくなる。

また、電流拡散層は、特許文献２に開示されているように、発光層部の両面に設けることが電流拡散効果と、層側面からの光取出効率をそれぞれ改善する上でより望ましいといえる。しかし、ＡｌＧａＩｎＰ発光層部の両面に、これと格子定数が大きく異なるＧａＰ等の電流拡散層を成長しようとした場合、第一の電流拡散層は発光層部の成長後に形成可能であるが、第二の電流拡散層を、発光層部の成長に先立ってＧａＡｓ基板上に成長することは、前述のごとく発光層部の品質確保の観点から困難である。従って、特許文献２では、次のような工程が採用されている。すなわち、ＧａＡｓ基板の第二主表面上にＡｌＧａＩｎＰ発光層部をＭＯＶＰＥ法にて成長後、該発光層部の第二主表面にＧａＰ等からなる第一の電流拡散層をＭＯＶＰＥ法にて成長する。次に、発光層部の第一主表面側からＧａＡｓ基板を除去し、該発光層部の第一主表面に、別途用意したＧａＰ等からなる透明導電性半導体基板を、第二の電流拡散層として貼り合せる。

しかし、この工程を採用した場合、発光層部のＧａＡｓ基板の剥離面と、貼り合わせた透明導電性半導体基板との間には貼り合せムラや気泡残留などの欠陥が生じやすく、素子の直列抵抗ひいては順方向電圧のばらつきを生じやすい問題があった。

本発明の課題は、ＡｌＧａＩｎＰ発光層部の両主表面側に電流拡散層として機能する透明半導体を効率よく形成でき、また、発光層部のドーパントプロファイルの熱拡散による劣化も抑制でき、さらに、素子の直列抵抗ひいては順方向電圧のばらつきも生じにくい発光素子及びその製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び作用・効果

上記の課題を解決するために、本発明の発光素子は、
組成式（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物のうち、ＧａＡｓと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成された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で積層されたダブルヘテロ構造を有する発光層部と、
発光層部からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、該発光層部の第一主表面側にＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法：Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｇｒｏｗｔｈ Ｍｅｔｈｏｄ）により形成された第一透明半導体層と、
発光層部からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、該発光層部の第二主表面側にＨＶＰＥ法により形成された第二透明半導体層と、を有することを特徴とする。

また、本発明の発光素子の製造方法は、
ＧａＡｓ単結晶基板の第二主表面上に、組成式（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物のうち、ＧａＡｓと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成された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で積層されたダブルヘテロ構造を有する発光層部をＭＯＶＰＥ法にて成長する発光層部成長工程と、
発光層部の第二主表面側に、発光層部からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第一透明半導体層をＨＶＰＥ法により成長する第一透明半導体層成長工程と、
発光層部の第一主表面側からＧａＡｓ単結晶基板を除去する基板除去工程と、
該ＧａＡｓ単結晶基板を除去した発光層部の第一主表面側に、発光層部からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第二透明半導体層をＨＶＰＥ法にて成長する第二透明半導体層成長工程と、を含むことを特徴とする。

本発明において、「ＧａＡｓと格子整合する化合物半導体」とは、応力による格子変位を生じていないバルク結晶状態にて見込まれる、当該の化合物半導体の格子定数をａ１、同じくＧａＡｓの格子定数をａ０として、｛｜ａ１−ａ０｜／ａ０｝×１００（％）にて表される格子不整合率が、１％以内に収まっている化合物半導体のことをいう。また、「組成式（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物のうち、ＧａＡｓと格子整合する化合物」のことを、「ＧａＡｓと格子整合するＡｌＧａＩｎＰ」などと記載する。また、活性層は、ＡｌＧａＩｎＰの単一層として構成してもよいし、互いに組成の異なるＡｌＧａＩｎＰからなる障壁層と井戸層とを交互に積層した量子井戸層として構成してもよい（量子井戸層全体を、一層の活性層とみなす）。

本発明の発光素子は、ＧａＡｓと格子整合するＡｌＧａＩｎＰにて発光層部を構成し、発光層部からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により、該発光層部の第一主表面側に第一透明半導体層を、同じく第二主表面側に第二透明半導体層をそれぞれ形成する。透明半導体層を発光層部の両主表面側に形成することで面内方向の電流拡散効果が一層高められ、かつ、２つの透明半導体層が設けられることで素子側面からの光取出量も増加する。その結果、素子の光取出効率を大幅に高めることができる。

また、第一透明半導体層と第二透明半導体層とを成長するのに採用されるＨＶＰＥ法は、蒸気圧の低いＧａ（ガリウム）を塩化水素との反応により気化しやすいＧａＣｌに転換し、該ＧａＣｌを媒介とする形でＶ族元素源ガスとＧａとを反応させることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の気相成長を行なう方法である。例えば、ＭＯＶＰＥ法によるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長速度は例えば約４μｍ／時程度と小さく、薄い発光層部の成長には適していても、１０μｍ以上の厚さを有する透明厚膜半導体層の成長には、能率の点で明らかに不利である。これに対して、ＨＶＰＥ法の層成長速度は例えば約９μｍ／時とＭＯＶＰＥ法の２倍以上にも及ぶ。従って、層成長速度をＭＯＶＰＥ法よりも大きくでき、透明半導体層を非常に高能率にて形成できるほか、高価な有機金属を使用しないので、原材料費をＭＯＶＰＥ法よりもはるかに低く抑えることができる。

そして、本発明の構成では、２つの透明半導体層が発光層部の両主表面上にエピタキシャル成長され、それらの成長熱履歴がいずれも発光層部に付加される。しかし、それら透明半導体層はＨＶＰＥ法にて高速成長されるので、両透明半導体層の合計厚さが大きいにもかかわらず発光層部に付加される熱履歴は、ＭＯＶＰＥ法等を用いた場合に比べ時間的に大幅に短縮される。その結果、発光層部のドーパントプロファイルの熱拡散による劣化を効果的に軽減できる。

さらに、ＧａＡｓ基板を除去した発光層部の第一主表面には第一の透明半導体層がＨＶＰＥ法により気相成長される。つまり、発光層部の第一主表面側と第二主表面側のいずれも透明半導体層がＨＶＰＥ法によりエピタキシャル成長されるので、透明半導体基板の貼り合せ工程が介在しない。従って、特許文献２のごとく、基板貼り合せムラ等による素子の直列抵抗ひいては順方向電圧への影響も心配する必要がない。

なお、ＭＯＶＰＥ法を用いて成長された層は、有機金属に由来したＣやＨの残留量が多くなるが、本発明では第一及び第二の透明半導体層を、有機金属を用いないＨＶＰＥ法にて成長するので、有機金属に由来したＣやＨの残留も生じにくく、高品質で導電率の良好な層をより容易に得ることができる。具体的には、透明厚膜半導体層中のＣ濃度及びＨ濃度を、例えばそれぞれ７×１０^１７／ｃｍ^３以下に留めること、ひいては、検出限界以下（例えば１×１０^１７／ｃｍ^３程度あるいはそれ以下）とすることも比較的容易である。

第一及び第二の透明半導体層は、ＧａＰ又はＧａＡｓＰにて構成することが、ＨＶＰＥ法による成長が容易で、高品質の電流拡散層を得やすくなる利点があるので望ましい。

本発明の発光素子においては、第一透明半導体層と第二透明半導体層とを、いずれも膜厚１０μｍ以上の透明厚膜半導体層として構成することができる。２つの透明半導体層をいずれも上記のごとき透明厚膜半導体層とすることで、発光層部への通電電流の面内拡散効果が一層高められ、また、透明厚膜半導体層の合計側面面積も増加するので、光取出効率をさらに高めることができる。

一方、第二透明半導体層が膜厚１０μｍ以上の透明厚膜半導体層とし、第一透明半導体層を第二透明半導体層よりも膜厚の小さい補助電流拡散層として構成することもできる。第一透明半導体層の厚さが減少することで発光層部に付加される熱履歴は時間的にさらに短縮され、発光層部のドーパントプロファイルの熱拡散による劣化をより生じにくくすることができる。また、透明厚膜半導体が発光層部の第二主表面側にのみ設けられ、第一主表面側がそれよりも薄い補助電流拡散層となることで、発光素子全体の層厚を減少させることができる。これにより、素子を発光通電したときのジュール発熱に対する層厚方向の放熱が促進され、ひいては素子寿命を向上させることができる。特に、高輝度表示素子（例えば交通信号用あるいは大画面ディスプレイ用など）、あるいは照明用素子等の大電流が多面発光素子においては、素子厚削減による放熱改善効果が著しい。この場合、補助電流拡散層を成長する際にドーパント濃度（有効キャリア濃度）をこれと接するクラッド層よりも高く設定しておけば、補助電流拡散層として最終的に必要なシート抵抗を確保するための、ドーパントの追加拡散量を少なくすることができ、該追加拡散工程の効率化を図ることができる。

正方形状の平面形態を有する素子チップならば、その一辺の寸法をＸとすると、高輝度表示素子あるいは照明用素子として活用する場合の輝度確保のために、Ｘ≧１５０μｍ以上の素子寸法が求められることが多い。このような大面積の素子に通電を行なう場合、活性層の第二主表面から補助電流拡散層の第一主表面に至るチップ第一厚さをＺ、活性層の第二主表面から透明厚膜半導体層の第二主表面に至るチップ厚さをＹとして（図１参照）、２００μｍ≧Ｙ≧１１μｍとなることが、透明厚膜半導体層側面部からの光取出効果を十分高め、素子の積分球輝度を向上させる観点において望ましい。

また、発光層部の第二主表面側にのみ透明厚膜半導体層を設ける場合、Ｚ／Ｙ≦０．２及びＹ／Ｘ≦０．５を充足することが望ましく、これにより大電流通電にもよく耐えるとともに、長期間にわたって高い発光性能を維持できる発光素子を実現することができる。Ｚ／Ｙ＞０．２になると、活性層よりも第一主表面側に位置する化合物半導体層は相当大きな厚さを有するものとなり、素子全体の低背化と、それによる放熱改善の効果が十分に期待できなくなってしまう。また、Ｙ／Ｘ≦０．５になると、放熱性の悪い透明厚膜半導体層の素子面積に対する相対厚さが過剰に増加するので、素子の順方向電圧の増加にもつながるし、寿命低下に直結しやすくなる問題がある。

第一透明半導体層は、その第一主表面側に主光取出面が形成され、該第一透明半導体層の第一主表面の一部を覆う形で光取出側電極が配置された構造とすることができる。この場合、素子チップの金属ステージ等への接着側となる素子裏面側に、第二透明半導体層である厚さ１０μｍ以上の透明厚膜半導体層が配置されていることで、接着の影響が透明厚膜半導体層の介在により発光層部に及びにくくすることができる。例えば、透明厚膜半導体層の側で発光素子を、金属ペースト層を介して金属ステージ上に接着する場合、接着時に金属ペースト層がつぶれて変形して該透明厚膜半導体層の周側面側に這い上がることがある。この這い上がった金属ペーストが発光層部のｐ−ｎ接合部側面に達すると、ｐ−ｎ接合部が短絡するなどの不具合を生ずることがある。しかし、上記のように、この接着側に設ける透明厚膜半導体層の厚さを１０μｍ以上（望ましくは４０μｍ以上：上限値に制限はないが、例えば２００μｍ以下である）に確保すれば、仮に金属ペーストが這い上がってもｐ−ｎ接合部にまで達する確率は小さくなり、上記短絡等の不具合を効果的に防止できる。なお、素子の「光取出面」とは、発光光束が外部に取出可能となっている素子表面のことであり、「主光取出面」とは、素子チップの主表面に形成される光取出面のことをいう。また、上記主光取出面以外にも、第一及び第二の透明半導体層（特に、厚膜とされる後者）の側面などが光取出面を構成可能である。

第一透明半導体層を前述の比較的薄い補助電流拡散層とする場合、発光層部の第一主表面側の電流拡散効果を高めるために、次のような構成を採用することができる。すなわち、補助電流拡散層の第一主表面の一部領域を電流阻止層で覆い、光取出側電極を、電流阻止層（の一部又は全部）を覆う主電極と、該主電極に導通するとともに補助電流拡散層の第一主表面のうち電流阻止層の周囲に位置する一部領域を覆う副電極とを有するものとして構成する。上記のような副電極を設けることで、駆動電圧を印加した際に、主光取出面内の電界分布の偏りを軽減することができ、主光取出面全体により均一に電圧印加することができるので、電流拡散効果を高めることができる。また、電流阻止層を設けることで、主電極直下に向かう電流を遮断でき、主光取出面をなす主電極の背景領域への電流分配量を増加できるので、光取出し効率を高めることができる。電流阻止層は補助電流拡散層内に埋め込んでもよいが、放熱性を高めるために補助電流拡散層が薄く形成されている場合には、該化合物半導体層に対し主光取出面位置から突出する形態にて積層形成することが望ましい。

電流阻止層は、絶縁体層あるいはドーパント濃度の低い半導体層などからなる高抵抗層として形成することもできるが、補助電流拡散層と主電極との間に配置されるとともに該補助電流拡散層と逆の導電型を有する反転層を含むものとして構成することもできる。この場合、反転層を含む電流阻止層の全体をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて形成すると、発光素子の半導体積層構造を製造するエピタキシャル成長の一工程により、電流阻止層を容易に形成できる利点がある。この場合、補助電流拡散層の第一主表面から電流阻止層が、第一主表面の一部領域を覆う形で突出形成された構造とすることが、薄い補助電流拡散層を採用する場合に有利である。また、主電極が電流阻止層の第一主表面及び周側面とを覆うものとされ、電流阻止層の第一主表面の面積が第二主表面の面積よりも小となるように、該電流阻止層の周側面が傾斜面として形成されてなり、光取出側電極をなす主電極と副電極とが一体の金属膜として形成されてなる構造を採用することがさらに望ましい。このようにすると、蒸着やスパッタ等の指向性の強い成膜法により金属膜（光取出側電極）を形成する場合、電流阻止層の周側面を上記のような傾斜面としておくことで、該周側面にも金属膜を十分な厚さにて形成することができ、主電極と副電極との電気的導通をより確実なものとすることができる。

また、電流拡散効果を高める別の方法として、補助電流拡散層の第一主表面を覆う透明導電性酸化物層を設けることも可能である。ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３などを主成分とする透明導電性酸化物は、層厚が小さくとも十分な電流拡散効果が得られるので、活性層の第二主表面から、主光取出面をなす、補助電流拡散層の第一主表面に至るチップ第一厚さＺをより縮小し、ひいては素子の放熱性を一層高めることができる利点がある。

次に、本発明で使用するＧａＡｓ単結晶基板は、＜１００＞方向又は＜１１１＞方向を基準方向として、該基準方向に対するオフアングルが１０°以上２０°以下の主軸を有するものを使用することが望ましい。本明細書において、「オフアングルを有する」とは、化合物半導体層が積層される単結晶基板の結晶主軸が、＜１００＞又は＜１１１＞等に定められた基準方向に対し一定の角度傾けてあることをいう。

ＭＯＶＰＥ法によりＡｌＧａＩｎＰ混晶発光層部を成長する場合、上記のようなオフアングルを有さない基板を用いると、混晶中にてＩＩＩ族原子がランダムに分布せず、原子配列の望まざる規則化や分布の偏りを生じることがある。このような規則化や偏りの生じた領域は、本来期待される混晶半導体とは異なるバンドギャップエネルギーを有するので、結果として結晶全体のバンドギャップエネルギーに分布を生じてしまい、発光スペクトルプロファイルや中心波長のバラツキを招く。しかしながら、適度なオフアングルを単結晶基板に付与しておくことで、上記のようなＩＩＩ族元素の規則化や偏りが大幅に軽減され、発光スペクトルプロファイルや中心波長の揃った発光素子が得られる。また、このようなＭＯＶＰＥ法により成長した混晶発光層部の第二主表面上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第一及び第二の透明半導体層（以下、両者を総称する場合は単に「透明半導体層」とも言う）を、ＨＶＰＥ法を用いて形成すると、上記のようなオフアングルを付与した単結晶基板を用いた場合に、最終的に得られる透明半導体層の主表面に、結晶に起因したファセットや面荒れがほとんど生じず、ひいては良好な品質の透明半導体層が得られる。この効果は、透明半導体層を特に１０μｍ以上の厚膜に成長した場合に顕著である。

上記のオフアングルは、１°未満では発光特性（発光スペクトルプロファイルや中心波長）のバラツキ抑制効果に乏しく、２５°を超えると正常な発光層部成長が不能となる問題がある。より望ましくは、オフアングルが１０°以上２０°以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板を用いることがより望ましい。このような高角度のオフアングルを有するＧａＡｓ単結晶基板を用いると、ＨＶＰＥ法により得られる透明半導体層の主表面を平滑化する効果が一層高められる。本発明者らが検討したところ、オフアングルの１°以上１０°未満のＧａＡｓ単結晶基板を用いると、ＨＶＰＥ法にて得られる透明半導体層の主表面においては、ファセット的な振幅の小さい一様な凹凸の形成は効果的に防止されるものの、振幅の大きな突起状の結晶欠陥が少なからず残留することがあり、不良につながる場合があった。しかし、オフアングルを１０°以上２０°以下の範囲に大きくすると、こうした突起状の結晶欠陥発生を効果的に抑制できることがわかった。

また、突起状の結晶欠陥発生防止も含め、平滑で良好な表面状態の透明半導体層を得るには、ＨＶＰＥ法による透明半導体層の成長温度を適正化することも、工程上考慮すべき重要なポイントである。そして、オフアングルを１０°以上２０°以下の範囲に設定すると、そのような透明半導体層の適正な成長温度範囲を低温側に引き下げることができるのも、重要な効果の一つである。透明半導体層の成長温度を低温化できれば、該透明半導体層の下地をなす発光層部に加わる、前述の熱履歴をより和らげることができ、発光層部のドーパントプロファイルの拡散劣化が生じにくい。ダブルヘテロ構造の発光層部の場合、発光再結合の効率を高めるため、活性層のドーパント濃度はなるべく低くしたい要請がある。従って、透明半導体層の成長温度の低温化により、クラッド層側から活性層側へのドーパント拡散を抑制することにより、発光素子の内部量子効率を高めることができ、発光性能を大幅に改善することができる。また、成長温度の低減により、上記ドーパントプロファイルを良好に維持したまま透明半導体層の層厚を増やすことができるので、該透明半導体層を特に１０μｍ以上に厚膜化したときの発光強度の向上効果がとりわけ著しくなる利点もある。

オフアングルが１０°未満となるか、又はオフアングルが２０°を超えると、突起状の結晶欠陥発生防止効果及び透明半導体層の適正成長温度の低温化効果が不十分となる場合がある。オフアングルはより望ましくは１３°以上１７°以下に設定するのがよい。

ＧａＡｓＰからなる透明厚膜半導体層をハイドライド気相成長法により成長する場合、該成長温度を７００℃以上８００℃以下の温度に設定することが望ましい。成長温度が７００℃未満では透明厚膜半導体層の表面の平滑化効果、特に突起状の結晶欠陥の発生抑制効果が十分に得られなくなる。また、８００℃を超えるとでは、発光層部のドーパントプロファイルの拡散劣化防止効果が十分に達成できなくなる。なお、上記成長温度は、より望ましくは７２０℃以上７７０℃以下（特にオフアングルが１３°以上１７°以下の場合）に設定するのがよい。また、このような温度設定により、透明厚膜半導体層を１０μｍ以上（２００μｍ以下）に厚膜化させたときの、発光強度向上効果が特に著しくなる。

第一透明半導体層を前述の補助電流拡散層とする場合、補助電流拡散層の第一主表面から少なくとも活性層の第二主表面までの区間を、第一主表面の一部領域において切り欠くことにより電極用切欠き部を形成し、その電極用切欠き部の底面に異極性電極（光取出側電極とは異極性となる側の電極）を配置することもできる（以下、同面側電極取出構造ともいう）。この構成は、主化合物半導体の第二主表面側の一部が異極性電極の形成スペースとして消費される難点はあるが、発光駆動用の電極を同一主表面側に形成できる利点を生ずる。

例えば、ＩＩＩ族窒化物系の青色発光素子は、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長用の基板としてサファイア基板を使用するが、サファイア基板は絶縁体であり、しかもエッチング等による除去も困難なため、発光層部の下に該サファイア基板を残した形で素子化されるケースが多い。この場合、発光層部とサファイア基板との間に導電性の電極取出層を形成し、発光層部の一部を切り欠いて電極取出層を露出させ、ここに異極性電極を形成することが必須となる。こうした窒化物系青色発光素子のように、製造工程上、同面側電極取出構造を取らざるを得ない発光素子と、本発明の発光素子とを組み合わせて一体の発光モジュールを構成する場合に、本発明の発光素子に敢えて上記同面側電極取出構造を採用すれば、該別種の発光素子の光取出側電極又は異極性電極のうち、接地側となる電極を共通結線することができ、ワイヤボンディング等のアセンブリ工程を簡略化できる利点がある。また、ＲＧＢフルカラー発光素子モジュールのように、この種の発光素子を３以上組み合わせてモジュール化する場合、それらの素子の接地側の電極電位は全て等しくなるため、これら電極をワイヤにより順次連結し、その末端に位置する電極のみを、素子チップを接着するステージ側の端子に接続する構成が可能となり、ステージ側の端子の面積縮小、ひいてはモジュールの小型化にも寄与する。

さらに、本発明の発光素子の場合、発光層部が接する基板が導電性の透明厚膜半導体層であるから、これを電極取出層として活用できる。透明厚膜半導体層は層厚が大きいため（１０μｍ以上）、シート抵抗の低減が容易であり、素子の順方向電圧の増加も招きにくい。さらに、素子の基板に相当する部分が上記のように導電性の透明厚膜半導体層にて構成されていれば、該透明厚膜半導体層が静電気の放電路として機能するので、発光層部の帯電を軽減することができる。

一方、透明厚膜半導体層の第二主表面側に主光取出面を形成することもできる。同面側電極取出構造では、２つの電極を同一面側に形成する必要があるので、電極形成スペースも限られたものとなる。しかし、上記の構成では、電極形成されない透明厚膜半導体層の第二主表面側が主光取出面となるので、該主光取出面の面積が拡大され、光取出し効率が大幅に向上する。さらに、補助電流拡散層の第一主表面側に全ての電極が形成されるので、例えば素子チップを基板上に面実装する構成も容易となり、素子チップのアセンブリ工程の簡略化にも寄与する。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
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、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層部２４と、該発光層部２４の第二主表面側に形成され、発光層部２４からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第二透明半導体層としての透明厚膜半導体層９０と、発光層部２４の第一主表面側に形成され、発光層部２４からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、かつ、透明厚膜半導体層９０よりも膜厚が小さい第一透明半導体層としての補助電流拡散層９１とを有する。

発光層部２４は、組成式（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物のうち、ＧａＡｓと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成された第一導電型クラッド層４、活性層５及び第二導電型クラッド層６がこの順序で積層されたダブルヘテロ構造を有する。具体的には、ノンドープ（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−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（Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層（第二導電型クラッド層）６とｎ型（Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｎ型クラッド層（第一導電型クラッド層）４とにより挟んだ構造を有する。図１の発光素子１００では、第一主表面側（図面上側）にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されており、第二主表面側（図面下側）にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置されている。なお、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１×１０^１３〜１×１０^１６／ｃｍ^３程度を上限とする）をも排除するものではない。この発光層部２４はＭＯＶＰＥ法により成長されたものである。

ｎ型クラッド層４及びｐクラッド層６の厚さは、例えばそれぞれ０．８μｍ以上４μｍ以下（望ましくは０．８μｍ以上２μｍ以下）であり、活性層５の厚さは例えば０．４μｍ以上２μｍ以下（望ましくは０．４μｍ以上１μｍ以下）である。発光層部２４全体の厚さは、例えば２μｍ以上１０μｍ以下（望ましくは２μｍ以上５μｍ以下）である。

透明厚膜半導体層９０は、薄い発光層２４の支持基板の役割を果たすとともに、発光層部２４からの発光光束の取出層としても機能し、１０μｍ以上２００μｍ以下（望ましくは４０μｍ以上１００μｍ以上）の厚膜に形成されることで、層側面からの取出光束を増加させ、発光素子全体の輝度（積分球輝度）を高める役割を担う。また、発光層部２４からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、具体的にはＧａＰ又はＧａＡｓＰにて構成されることで、該透明厚膜半導体層９０での光吸収も抑制されている。他方、発光層部２４の第一主表面側には、ＧａＰ（ＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓでもよい）層からなる補助電流拡散層９１が透明厚膜半導体層９０よりも小さな膜厚で形成されている。

補助電流拡散層９１及び透明厚膜半導体層９０は、いずれもＨＶＰＥ法により成長されたものであり、そのＣ及びＨ濃度は、ＭＯＶＰＥ法による発光層部２４（通常、１５×１０^１７／ｃｍ^３程度）よりも小さく設定できる。本実施形態において透明厚膜半導体層９０はｐ型であり、この上に積層される発光層部２４はｐ型透明厚膜半導体層９０側からｐ型クラッド層６、活性層５、ｎ型クラッド層４の順で積層されている。しかし、透明厚膜半導体層９０をｎ型として、発光層部２４の積層順を上記の逆順としてもよい。

なお、ＧａＰ（ＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓでもよい）層からなる透明厚膜半導体層９０と発光層部２４との間には、ＧａＰ（ＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓでもよい）層からなる接続層７が、発光層部２４に続く形でＭＯＶＰＥ法により形成されてなる。なお、接続層７は、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部２４と、ＧａＰ（ＧｓＡｓＰでもよい）層からなる透明厚膜半導体層９０との間で、格子定数差（ひいては混晶比）を漸次変化させるＡｌＧａＩｎＰ層としてもよい。

補助電流拡散層９１は、発光層部２４の第一主表面側において主光取出面を形成する層として機能する。補助電流拡散層９１は、有効キャリア濃度（ｎ型ドーパント濃度）がクラッド層４よりも高く調整されていることが望ましく、厚さは、例えば０．５μｍ以上３０μｍ以下（望ましくは１μｍ以上１５μｍ以下）である。補助電流拡散層９１の第一主表面は、その一部領域を覆う形で光取出側電極９が形成され、その周囲に主光取出面ＥＡが形成されている。光取出側電極９はＡｕ薄膜により形成され、電極ワイヤ９ｗの一端が接合されている。また、補助電流拡散層９１と光取出側電極９との間には、両者の接触抵抗を減ずるための接合合金化層９ａが形成されている。接合合金化層９ａは、Ａｕ又はＡｇを主成分として（５０質量％以上）、これに、コンタクト先となる半導体の種別及び導電型に応じ、オーミックコンタクトを取るための合金成分を適量配合したコンタクト用金属を半導体表面上に膜形成した後、合金化熱処理（いわゆるシンター処理）を施すことにより形成されたものである。ｎ型層とのコンタクトを取るために、ここでは接合合金化層９ａをＡｕＧｅＮｉ合金（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％、残部Ａｕ）を用いて形成している。

透明厚膜半導体層９０の第二主表面側は、金属ステージ５２上にＡｇペースト等からなる金属ペースト層１７を介して接着され、該金属ペースト層１７が反射部を形成している。また、透明厚膜半導体層９０の第二主表面には、光取出側電極９側と同様に接合合金化層２１が分散形成され、該接合合金化層２１が金属ペースト層１７より覆われている。これにより、発光層部２４は、金属ペースト層１７を介して金属ステージ５２に電気的に接続される。一方、光取出側電極９は、導体金具５１にＡｕワイヤ等で構成された通電用ワイヤ９ｗを介して電気的に接続される。発光層部２４には、金属ステージ５２及び導体金具５１に一体化された図示しない駆動端子部を介して発光駆動電圧が印加される。

本実施形態において接合合金化層２１は、ｐ型層とのコンタクトを取るためにＡｕＢｅ合金を用いて形成されている。接合合金化層２１は反射率が比較的低いため、該領域での反射光束を増加させる効果と、接合合金化層２１との接触抵抗を低減する効果とのバランスを考慮し、透明厚膜半導体層９０の第二主表面の全面積に対する接合合金化層２１の形成面積の比率を１％以上２５％以下に調整することが望ましい。なお、接合合金化層２１をＡｕ層、Ａｇ層あるいはＡｌ層などの高反射率の金属反射層３２で覆い、該金属反射層３２を、金属ペースト層１７を介して金属ステージ５２に接着してもよい。

透明厚膜半導体層９０の側で発光素子を、金属ペースト層１７を介して金属ステージ５２に接着する場合、図１に一部拡大して示すように、その接着時に金属ペースト層１７がつぶれて変形して透明厚膜半導体層９０の周側面側に這い上がることがある。しかし、本実施形態では、この接着側に設ける透明厚膜半導体層９０の厚さを４０μｍ以上２００μｍ以下と厚くしてあり、仮に金属ペーストが這い上がっても発光層部（ｐ−ｎ接合部）２４にまで達する確率は小さくなり、ｐ−ｎ接合の短絡等を効果的に防止できる。

透明厚膜半導体層９０と発光層部２４とは、正方形状の平面形態を有する素子チップを形成しており、その一辺の寸法をＸ、活性層５の第二主表面から補助電流拡散層９１の第一主表面に至るチップ第一厚さをＺ、活性層５の第二主表面から透明厚膜半導体層９０の第二主表面に至るチップ第二厚さをＹとして、Ｘ≧１５０μｍ、２００μｍ≧Ｙ≧１１μｍ及びＺ／Ｙ≦０．２及びＹ／Ｘ≦０．５を充足するように、各部の寸法が定められている。Ｘ≧１５０μｍとしているのは、素子を高輝度表示素子あるいは照明用素子などの面発光素子として活用するためであり、その上限について制限はないが、例えばＸ＝４０ｍｍ程度の大面積素子を作ることも十分に可能である。他方、透明厚膜半導体層９０を含む第二チップ厚さＹを、２００μｍ≧Ｙ≧１１μｍとなるように定めているのは、透明厚膜半導体層９０の側面部９０Ｓからの光取出効果を十分に高め、素子の積分球輝度を向上させるためである。なお、ＨＶＰＥ法による透明厚膜半導体９０の形成効率を考慮すれば、第二チップ厚さＹの上限は１００μｍ以上とすることがより望ましい。

また、図１の発光素子１００においては、発光層部２４の第二主表面側にのみ透明厚膜半導体層を設けており、Ｚ／Ｙ≦０．２及びＹ／Ｘ≦０．５を充足するように、素子の一辺の寸法Ｘ、第一チップ厚さＹがそれぞれ定められている。面積の大きい素子の場合、発光駆動時に素子を流れる電流も相当大きくなるが、素子第一主表面側にチップ厚さＺを、第二チップ厚さＹに対する相対値Ｚ／Ｙにて０．２以下となるように薄く形成することで、大電流通電時のジュール発熱を効率よく放散させることができ、素子寿命の向上に貢献する。また、大面積チップであるにもかかわらず、その低背化に寄与する。

上記素子の構成では、主光取出面側に配置される補助電流拡散層９１の厚さが比較的小さいため、該補助電流拡散層９１の面内の電流拡散効果をさらに高めるために、該補助電流拡散層９１の（多数キャリア源となる）ドーパント濃度を透明厚膜半導体層９０のドーパント濃度よりも高めておくこと（例えば２×１０^１８／ｃｍ^３以上５×１０^１９／ｃｍ^３以下）が望ましい。

他方、透明厚膜半導体層９０は厚さが十分に大きいため、ドーパント濃度をそれほど高めなくとも発光駆動に支障を生じないシート抵抗値を容易に得ることができる。そして、後に詳述するように、ウェーハをダイシングして素子チップとした際に、側面部９０Ｓに生ずる加工ダメージ層の除去するための化学エッチングを促進するために、透明厚膜半導体層９０の全体のドーパント濃度を、５×１０^１６／ｃｍ^３以上２×１０^１８／ｃｍ^３以下の比較的低いレベルに調整してある。

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２の工程１に示すように、成長用基板として、オフアングルを付与したｎ型のＧａＡｓ単結晶基板１を用意する。該基板１は、＜１００＞方向を基準方向として、該基準方向に対するオフアングルが１０°以上２０°以下（望ましくは１３°以上１７°以下：本実施形態では１５°）の主軸Ａを有するものである。次に、工程２に示すように、その基板１の第二主表面（図面では上面として表れている）に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２を例えば０．５μｍエピタキシャル成長し、さらにＡｌＩｎＰなどからなるエッチストップ層３をエピタキシャル成長する。

次いで、発光層部２４として、各々（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰよりなる、厚さ１μｍのｎ型クラッド層４（ｎ型ドーパントはＳｉ）、厚さ０．６μｍの活性層（ノンドープ）５及び厚さ１μｍのｐ型クラッド層６（ｐ型ドーパントはＭｇ：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）を、この順序にてエピタキシャル成長させる。ｐ型クラッド層６とｎ型クラッド層４との各ドーパント濃度は、例えば１×１０^１７／ｃｍ^３以上２×１０^１８／ｃｍ^３以下である。さらに、図３の工程３に示すように、ｎ型クラッド層４上に接続層７をエピタキシャル成長する。

上記各層のエピタキシャル成長は、公知のＭＯＶＰＥ法により行なわれる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）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：トリメチルリン（ＴＭＰ）、トリエチルリン（ＴＥＰ）、ホスフィン（ＰＨ_３）など。

図３の工程４に進み、ｐ型ＧａＰ（ＧａＡｓＰでもよい）よりなる透明厚膜半導体層９０を、ＨＶＰＥ法により成長させる。ＨＶＰＥ法は、具体的には、容器内にてＩＩＩ族元素である金属Ｇａを所定の温度に加熱保持しながら、その金属Ｇａ上に塩化水素を導入することにより、下記（１）式の反応によりＧａＣｌを生成させ、キャリアガスであるＨ_２ガスとともに基板上に供給する。
Ｇａ（液体）＋ＨＣｌ（気体） → ＧａＣｌ（気体）＋１／２Ｈ_２‥‥（１）
ＧａＰの場合、成長温度は例えば６４０℃以上８６０℃以下に設定する。また、Ｖ族元素であるＰは、ＰＨ_３をキャリアガスであるＨ_２とともに基板上に供給する。さらに、ｐ型ドーパントであるＺｎは、ＤＭＺｎ（ジメチルＺｎ）の形で供給する。ＧａＣｌはＰＨ_３との反応性に優れ、下記（２）式の反応により、効率よく透明厚膜半導体層９０を成長させることができる：
ＧａＣｌ（気体）＋ＰＨ_３（気体）
→ＧａＰ（固体）＋ＨＣｌ（気体）十Ｈ_２（気体）‥‥（２）

ＨＶＰＥ法にて透明厚膜半導体層９０を形成すると、基板１にオフアングルが付与されているにもかかわらず、非常に平滑な層表面を得ることができる。なお、オフアングルが１０°以上２０°以下（望ましくは１３°以上１７°以下）の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板を用いると、透明厚膜半導体層９０の表面への振幅の大きな突起状の結晶欠陥が形成抑制に効果があり、また、平滑な表面状態を得るための、ＨＶＰＥ法による透明厚膜半導体層９０の適正な成長温度を、６４０℃以上７５０℃以下（より望ましくは６８０℃以上７２０℃以下）に下げることができ、ｐ型クラッド層６及びｎ型クラッド層４から活性層５へのドーパント拡散を抑制すること、ひいては発光層部２４のドーパントプロファイルの拡散劣化を抑制することができる。一方、ＧａＡｓＰ（ＧａＡｓ_１−ａＰ_ａ：０．５≦ａ≦０．９）を採用する場合は、前記（２）式において、ＰＨ_３とともにＡ_ＳＨ_３が併用され、ＧａＰの場合よりも成長温度２０〜３０℃低めに設定する。

透明厚膜半導体層９０の成長が終了したら、図４の工程５に進み、ＧａＡｓ基板１をバッファ層２とともに、アンモニア／過酸化水素混合液などのエッチング液を用いて化学エッチングすることにより除去し、その後、エッチストップ層３を塩酸などのエッチング液を用いて除去することにより、発光層部２４の第一主表面が露出したウェーハを得る。そして、該発光層部２４の第一主表面上に補助電流拡散層９１を、透明厚膜半導体層９０と同様のＨＶＰＥ法によりエピタキシャル成長する。以上の工程が終了すれば、必要に応じて補助電流拡散層９１に対しドーパントの追加拡散を行ない、さらに図５の工程６に示すように、スパッタリングや真空蒸着法により、補助電流拡散層９１の第一主表面及び透明厚膜半導体層９０の第二主表面に、接合合金化層形成用の金属層をそれぞれ形成し、さらに合金化の熱処理（いわゆるシンター処理）を行なうことにより、接合合金化層９ａ，２１とする（図１参照）。これら接合合金化層９ａ，２１をそれぞれ覆うように、光取出面側電極９及び裏面電極１５を形成する。続いて、電極形成後のウェーハを個々の素子チップに、ダイシングにより分離する。

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。なお、図１の発光素子１００との共通部分も多いので、以下、その相違点につき説明する。従って、以下に説明する相違点以外の部分は、図１の発光素子１００と同一の構成を有しているので、ここでは詳細な説明を繰り返さない。また、共通の構成要素には共通の符号を付与する。

図６の発光素子２００では、補助電流拡散層９１の第一主表面に、該第一主表面の一部領域を覆う形で電流阻止層１ｒが突出形成され、光取出側電極９を、電流阻止層１ｒの第一主表面及び周側面を覆う主電極９ｍと、切欠き部１ｊの底面をなす補助電流拡散層９１の第一主表面の一部領域を覆うとともに、主電極９ｍの外周縁から延出する線状の副電極９ｂとを有するものとして構成している。電流阻止層１ｒは、例えば補助電流拡散層９１と逆の導電型を有するＧａＰ層ないしＧａＡｓＰ層として構成されている。また、線状の副電極９ｂは、本実施形態において主電極９ｍを中心として主光取出面ＥＡ上に放射状に形成されている。副電極９ｂを上記のように形成することで、駆動電圧を印加した際に、主光取出面内の電界分布の偏りを軽減することができ、主光取出面ＥＡ全体に、より一様に電圧印加することができ、ひいては電流拡散効果を高めることがでできる。

本実施形態では接合合金化層９ａも副電極９ｂと重なる線状に形成しており、主電極９ｍの直下に位置する電流阻止層１ｒには接合合金化層を形成していない。従って、電流阻止層１ｒは、主電極９ｍの直下に向かう電流を遮断できる。その結果、主光取出面ＥＡをなす主電極９ｍの背景領域への電流分配量を増加でき、光取出し効率を高めることができる。

なお、電流阻止層１ｒの第一主表面の面積が第二主表面の面積よりも小となるように、該電流阻止層１ｒの周側面が傾斜面１ｓとして形成され、光取出側電極９をなす主電極９ｍと副電極９ｂとが一体の金属膜として形成されている。蒸着やスパッタ等の指向性の強い成膜法により金属膜を形成する場合、電流阻止層１ｒの周側面１ｓを上記のような傾斜面としておくことで、該周側面１ｓにも金属膜を十分な厚さにて形成することができ、ひいては、主電極９ｍと副電極９ｂとの電気的接続を確実に行なうことができる。なお、電流阻止層１ｒを覆う主電極は面積も大きく、通電用ワイヤ９ｗの接続も容易である。

周側面１ｓが傾斜面となった電流阻止層１ｒは、次のようにして形成できる。まず、図７の工程１に示すように、電流阻止層１ｒとなるべきＧａＰ層１’と発光層部２４との間には、ＡｌＧａＰよりなるエッチストップ層１ｐを形成しておく。次に、工程２に示すように、ＧａＰ層１’の第二主表面（面方位を＜１００＞とする）のうち、電流阻止層１ｒとして残す領域をエッチングレジストＭＳＫにより覆い、残余の部分を、硫酸−過酸化水素水溶液をエッチング液としてメサエッチングする。電流阻止層１ｒの周側面は、上記エッチング液の異方性エッチング効果により傾斜面となる。そして、工程３に示すように、塩酸をエッチング液としてエッチストップ層１ｐを除去し、さらにエッチングレジストＭＳＫを除去すればよい。なお、以上の工程においてエッチストップ層１ｐと電流阻止層１ｒとはＭＯＶＰＥ法により形成できる。

図８の発光素子３００においては、ＧａＡｓからなる本体層１ｍを、発光層部２４にてｐ−ｎ接合を形成するｐ型層部とｎ型層部とのうち、該本体層１ｍに近い側のもの（すなわち、ｎ型クラッド層４）、と同一の導電型（つまりｎ型）を有するものとして構成している。そして、発光層部２４と本体層１ｍとの間には、本体層１ｍを選択被覆する形で、該本体層１ｍと逆の導電型（つまりｐ型）を有する化合物半導体からなる反転層部９３を介挿している。そして、これら本体層１ｍと反転層部９３とが電流素子層を構成している。

図６及び図８の構成においては、いずれも、発光駆動時に逆バイアスとなる反転ｐ−ｎ接合部が、電流阻止層１ｒと発光層部２４との間に形成され、電流阻止層１ｒによる電流遮断層としての機能を一層高めることができる。従って、接合合金化層９ａを、副電極９ｂとともに電流阻止層１ｒをも覆う構成になっていても、反転ｐ−ｎ接合部の介在により電流遮断効果は問題なく達成できる。そこで、これを利用すれば、図８に示すように、接合合金化層９ａは、副電極９ｂ及び主電極９ｍを有した光取出側電極９と形状一致させた形で、副電極９ｂと接する切欠き部１ｊの底面領域とともに電流阻止層１ｒも一括して覆うものとして形成することが可能となる（図では、電流阻止層１ｒを覆う部分を符号９ｋにより表している）。このように同一形状で重なり合う接合合金化層９ａ（９ｋ）と光取出側電極９とは、形状のパターンニングを１回のフォトリソグラフィーにて行なうことができ、工程の簡略化に寄与する。

図９に示す発光素子４００においては、光取出側電極９の直下に、光取出面を形成する透明導電性酸化物層（ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３など）９６を配置して、電流拡散効果を高めている。ここでは薄い補助電流拡散層の主表面を覆う形で透明導電性酸化物層９６が設けられ、該透明導電性酸化物層９６と補助電流拡散層９１との間において光取出側電極９の背景をなす領域に、透明導電性酸化物層９６と補助電流拡散層９１との接触抵抗を低減するための、ＧａＡｓ等からなる接合層９７が分散形成されている。

上記の実施形態においては、光取出側電極９とは異極性となる側の電極部（接合合金化層２１あるいは金属反射膜）を、いずれも透明厚膜半導体層９０の第二主表面側に形成していたが、補助電流拡散層９１の第一主表面側から少なくとも活性層５の第二主表面までの区間を、前記第二主表面の一部領域において切り欠くことにより電極用切欠き部を形成し、その電極用切欠き部の底面に上記異極性となる側の電極を配置した、前述の同面側電極取出構造としてもよい。以下、その具体例について説明する。

図１０の発光素子５００は、図１の発光素子１００を同面側電極取出構造とした例である（発光素子１００と同一の符号を有していて特に説明のない要素は、発光素子１００と同一の構成であり、発光素子１００の詳細説明にて代用する）。補助電流拡散層９１から発光層部２４（及び結合層７）までが、第一主表面側で一部領域にて周知のフォトリソグラフィー工程により切り欠かれ、電極用切欠き部ＪＫが形成されている。そして、該電極用切欠き部ＪＫの底面をなす透明厚膜半導体層９０の第一主表面領域に、接合合金化層２１及び異極性電極３３２が形成されている。なお、透明厚膜半導体層９０の第一主表面を含む表層部が、電流拡散効果を高めるために、残余の領域よりも有効キャリア濃度が高められた高濃度ドーピング層９０ｈとされている。また、光取出側電極９及び異極性電極３３２には、通電用ワイヤ９ｗ及び３２ｗがぞれぞれ接合されている。なお、切欠き部ＪＫの底面は、クラッド層６により形成してもよい。

図１１は、赤色（Ｒ）発光素子チップ１６３、緑色（Ｇ）発光素子チップ１６１及び青色（Ｂ）発光素子チップ１６２を全て同面側電極取出構造とし、これらを組み合わせて構成したＲＧＢフルカラー発光素子モジュール１５０の一例を示すものである。各発光素子チップ１６１〜１６３の光取出側電極９はカソード側（接地側：負極性の電源が使える場合は、アノード側を接地側としてもよい）であり、電極電位は全て等しくなるため、これら光取出側電極９をワイヤ９ｗにより順次連結し、その末端に位置する電極のみ、素子チップを接着するステージ１５３側のカソード端子（光取出側電極９がアノードである場合はアノード端子）１５２に接続している。端子１５２にはワイヤを１本接続すればよいだけなので、面積が比較的小さくて済む（ただし、本発明は、各電極９から個別にワイヤ９ｗを端子１５２に接続する態様を排除するものではない）。他方、異極性電極３３２は全てアノード（光取出側電極９がアノードである場合はカソード）となり、発光光束の混合比調整のため、印加電圧（ないしデューティ比）が個別に調整される。従って、ワイヤ３３２ｗにより個別のアノード端子（異極性電極３３２がカソードである場合はカソード端子）１５１に接続されている。

発光素子チップ１６１〜１６３のうち、赤色（Ｒ）発光素子チップ１６３と緑色（Ｇ）発光素子チップ１６１とはＡｌＧａＩｎＰを用いた図１０の構成を採用している。両素子チップの活性層５は、発光波長に応じて異なるＡｌＧａＩｎＰ組成を有する。他方、青色（Ｂ）発光素子チップ１６２は、ＩｎＡｌＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物系の青色発光素子として構成されている。該素子チップ１６２には、ＩＩＩ族窒化物によるダブルヘテロ構造の発光層部２２４（及び電極取出層２２５）をエピタキシャル成長するための絶縁性のサファイア基板１９０が残され、該サファイア基板１９０を介してステージ１５３上に金属ペースト等により接着されている。異極性電極３３２は、電極取出層２２５の表面に形成されている。他方、本発明に係る発光素子チップ１６１，１６３は、導電性の透明厚膜半導体層９０を介してステージ１５３上に金属ペースト等により接着されている。これにより、透明厚膜半導体層９０が静電気の放電路として機能し、発光層部２４の帯電が軽減される。

図１０の発光素子５００は、それぞれ素子の上下を反転し、透明厚膜半導体層９０の第二主表面側に電極を形成せず、該第二主表面を主光取出面とすることで、図１２の発光素子６００とすることができる。該発光素子６００において図１０の発光素子５００と同一の符号を有していて特に説明のない要素は、同一の構成要素であり、詳細な説明は省略する）。ただし、光取出側電極９は第一電極（第一電極部）９、異極性電極３３２は第二電極（第二電極部）３３２と読み替える。なお、Ａｕ電極等で構成された第一電極９及び異極性電極３３２は省略することもでき、この場合は接合合金化層９ａ及び２１が、それぞれ第一電極部及び第二電極部を構成する。

また、図１３に示す発光素子７００においては、第一の透明半導体層として、図１の発光素子１００における補助電流拡散層９１に代え、ＧａＰないしＧａＡｓＰよりなる１０μｍ以上２００μｍ以下（望ましくは４０μｍ以上１００μｍ以上）の透明厚膜半導体層９１’が形成されている。該透明厚膜半導体層９１’も、第二の透明半導体層をなす透明厚膜半導体層９０と同様にＨＶＰＥ法により形成されたものである。

本発明の発光素子の第一例を積層構造にて示す模式図。 図１の発光素子の製造工程を示す説明図。 図２に続く説明図。 図３に続く説明図。 図４に続く説明図。 本発明の発光素子の、第二例の要部を積層構造にて示す模式図。 周側面が傾斜面となった電流阻止層の形成方法を示す工程説明図。 本発明の発光素子の、第三例の要部を積層構造にて示す模式図。 本発明の発光素子の、第四例の要部を積層構造にて示す模式図。 本発明の発光素子の第五例を積層構造にて示す模式図。 図１０の発光素子の応用例を示す断面模式図。 本発明の発光素子の第六例を積層構造にて示す模式図。 本発明の発光素子の第七例を積層構造にて示す模式図。

符号の説明

１ ＧａＡｓ単結晶基板
４ ｎ型クラッド層（第二導電型クラッド層）
５ 活性層
６ ｐ型クラッド層（第一導電型クラッド層）
９ 光取出面側電極
２４ 発光層部
９０ 透明厚膜半導体層（第一の透明半導体層）
９１ 補助電流拡散層（第二の透明半導体層）
９１’ 透明厚膜半導体層（第二の透明半導体層）
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００ 発光素子

Claims (8)

1. ＜１００＞方向又は＜１１１＞方向を基準方向として、該基準方向に対するオフアングルが１０°以上２０°以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板の第二主表面上に、組成式（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物のうち、ＧａＡｓと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成された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で積層されたダブルへテロ構造を有する発光層部をＭＯＶＰＥ法にて成長する発光層部成長工程と、
   前記発光層部の第二主表面側に、前記発光層部からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第一透明半導体層をＨＶＰＥ法により成長する第一透明半導体層成長工程と、
   前記発光層部の第一主表面側から前記ＧａＡｓ単結晶基板を除去する基板除去工程と、
   該ＧａＡｓ単結晶基板を除去した前記発光層部の第一主表面側に、前記発光層部からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第二透明半導体層をＨＶＰＥ法にて成長する第二透明半導体層成長工程と、
   を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
2. 前記第一透明半導体層と前記第二透明半導体層とがいずれもＧａＰ層又はＧａＡｓＰ層からなることを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
3. 前記第一透明半導体層と前記第二透明半導体層とがいずれも膜厚１０μｍ以上の透明厚膜半導体層とされてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子の製造方法。
4. 前記第二透明半導体層が膜厚１０μｍ以上の透明厚膜半導体層とされ、前記第一透明半導体層が前記第二透明半導体層よりも膜厚の小さい補助電流拡散層とされてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子の製造方法。
5. 前記第一透明半導体層の第一主表面側に主光取出面が形成され、該第一透明半導体層の第一主表面の一部を覆う形で主光取出側電極が配置されてなることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の発光素子の製造方法。
6. 前記補助電流拡散層の第一主表面の一部領域が電流阻止層で覆われてなり、前記光取出側電極は、前記電流阻止層を覆う主電極と、該主電極に導通するとともに前記補助電流拡散層の第一主表面のうち前記電流阻止層の周囲に位置する一部領域を覆う副電極とを有することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の発光素子の製造方法。
7. 前記電流阻止層は、前記補助電流拡散層と前記主電極との間に配置されるとともに該補助電流拡散層と逆の導電型を有する反転層を含んでなることを特徴とする請求項６に記載の発光素子の製造方法。
8. 前記反転層を含む前記電流阻止層の全体がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて形成され、前記補助電流拡散層の第一主表面から該電流阻止層が、前記第一主表面の一部領域を覆う形で突出形成され、前記主電極は、前記電流阻止層の第一主表面及び周側面を覆うものとされ、前記電流阻止層の第一主表面の面積が第二主表面の面積よりも小となるように、該電流阻止層の周側面が傾斜面として形成されてなり、前記光取出側電極をなす前記主電極と前記副電極とが一体の金属膜として形成されてなることを特徴とする請求項５記載の発光素子の製造方法。

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