JPH11186600A

JPH11186600A - 化合物半導体発光素子

Info

Publication number: JPH11186600A
Application number: JP35171397A
Authority: JP
Inventors: Takashi Udagawa; 隆宇田川
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 1999-07-09
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: JP3516433B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発光をもたらす素子動作電流を有効に発光領
域の略全面に拡散させて発光面積を拡張し、また発光層
の品質を良好に保持することで、発光出力を充分に発揮
させることができるようにする。【解決手段】この発明は、ｐ形不純物を添加したｐ形
半導体層３上に透光性薄膜電極４を介してｐ形台座電極
３を設けた化合物半導体発光素子１０において、ｐ形半
導体層３の内部に、所定範囲の温度で注入熱処理を施す
ことでｐ形半導体層３よりも高抵抗に形成した高抵抗イ
オン注入領域６を設け、その高抵抗イオン注入領域６の
上方にｐ形台座電極５を設けた、ことを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ｐ形不純物を添
加したｐ形半導体層上に透光性薄膜電極を介してｐ形台
座電極を設けた化合物半導体発光素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】Ａ．III 族窒化物半導体発光素子元素周期律表の第III 族に属するアルミニウム（Ａ
ｌ）、ガリウム（Ｇａ）やインジウム（Ｉｎ）等と第Ｖ
族である窒素（Ｎ）との化合物は、半導体の性質を呈す
るためIII 族窒化物半導体と呼称される。代表的なIII
族窒化物半導体には、一般式Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される第Ｖ族元
素として窒素（Ｎ）のみを含むものがある。これに加
え、窒素以外の第Ｖ族元素である砒素（Ａｓ）や燐
（Ｐ）等を一構成元素として含むＡｌ_xＧａ _yＩｎ_zＭ
_1-aＮ_a（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ａ
≦１、記号Ｍは窒素以外の第Ｖ族の構成元素）もIII 族
窒化物半導体の一種である。III 族窒化物半導体は、炭
化珪素（ＳｉＣ）やセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等のII−
VI族化合物半導体と同様に、青色系、青緑色系或いは緑
色系の短波長の可視光或いは紫外光を放射するに適する
禁止帯幅を有するワイドバンドギャップ半導体である。
このため、近年では、青色等の短波長可視光の発光に都
合の良い禁止帯幅が得られ、高輝度の発光をもたらすに
適する直接遷移型の窒化ガリウム・インジウム混晶（Ｇ
ａ_cＩｎ_1-cＮ：０≦ｃ≦１）（赤崎勇著、「アドバン
ストエレクトロニクスＩ−１／III −Ｖ族化合物半導
体」、１９９４年５月２０日初版、（株）培風館発行、
３２９頁参照）を発光層（活性層とも云う）とする発光
ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）など
のIII 族窒化物半導体発光素子が実用化されるに至って
いる。

【０００３】Ｂ．III 族窒化物半導体ＬＥＤの構造例 III 族窒化物半導体発光素子としてＬＥＤを例にすれ
ば、発光部は、窒化ガリウム・インジウム混晶等から成
る発光層を、ｐ形及びｎ形のIII 族窒化物半導体層で狭
持するダブルヘテロ（ＤＨ）構造とするのが一般的であ
る（特開平６−２６０６８２号公報明細書参照）。発光
層より禁止帯幅を大とするIII 族窒化物半導体層で発光
層を狭持するＤＨ構造とすることにより、キャリアとキ
ャリアの放射再結合による発光の「閉じ込め」効果（米
津宏雄著、「光通信素子工学−発光・受光素子」、昭
和６１年１２月１５日３版、工学図書（株）発行、１６
５頁参照）が発揮され、高発光出力を得るに優位となる
からである。

【０００４】発光層を狭持し、発光及びキャリアを「閉
じ込め」る作用を発揮するｎ形及びｐ形層は、障壁層或
いはクラッド層と呼称され、通常、窒化アルミニウム・
ガリウム混晶（Ａｌ_xＧａ_yＮ：０≦ｘ，ｙ≦１、ｘ＋ｙ
＝１）で構成される（特開平６−２６０２８３号公報明
細書）。発光を外部に取り出す方向とは反対の方向にあ
る、発光層の下部に配置するｎ形の下部クラッド層につ
いては、ｎ形の窒化ガリウム（ＧａＮ）から構成する例
がある（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、３２（１
９９３）、Ｌ８〜Ｌ１１頁参照）。一方、発光の取り出
し方向の発光層上に在るｐ形の上部クラッド層は、窒化
アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ_xＧａ_yＮ；０≦
ｘ，ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１）から構成されるのが通例であ
る（特開平６−２６８２５９号公報明細書参照）。従
来の構成において、ｐ形の上部クラッド層上には、ｐ形
電極を形成するためのIII 族窒化物半導体層から成るｐ
形層が重層される。ｐ形電極を敷設するためのｐ形層
は、電極に接触（ｃｏｎｔａｃｔ）することからコンタ
クト層とも呼称され、マグネシウム（Ｍｇ）等のｐ形不
純物を添加（ドーピング）した低抵抗のｐ形窒化ガリウ
ム（ＧａＮ）から構成する例がある（特開平６−２６８
２５９号公報明細書参照）。

【０００５】Ｃ．ｐ形電極の従来の構成図１０は従来のＬＥＤの断面構造を電極の配置状況を含
めて模式的に示す図である。図において、従来のＬＥＤ
６０は、基板２００上に、緩衝層２００ａ、ｎ形下部ク
ラッド層２０１、ｎ形発光層２０２、ｐ形上部クラッド
層２０３及びｐ形コンタクト層２０３ａが順次積層さ
れ、このｐ形コンタクト層２０３ａには、透光性薄膜電
極（以下、「透光性電極」という）２０４と、金属保護
膜２０４ａとが重層されている（特開平９−１２９９３
２号公報明細書参照）。

【０００６】ｐ形台座電極２０５は、発光素子を動作さ
せるための電力を外部電源から供給するための導線２０
８をボンディングするための電極であり、パッド電極と
も呼称される。透光性電極２０４はｐ形台座電極２０５
を介して供給される素子動作電流を、ｐｎ接合面（発光
面）の略全域に均等に拡散する役目も担う電極である。
透光性電極２０４と金属保護膜２０４ａとは、発光を外
部に取り出すために光透過性の薄膜から構成され、その
構成材料としては、金（Ａｕ）やニッケル（Ｎｉ）（実
開平６−３８２６５号及び特開平９−６４３３７号の各
公報明細書参照）の他、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓ
ｎ）の複合酸化物（ＩＴＯ）が用いられる（特公昭５３
−１１４３９号及び特開平９−１２９９１９号の各公報
明細書参照）。

【０００７】Ｄ．ｐ形台座電極の配置例透光性電極２０４は、発光面の略全域、概ね、発光面の
表面積の８０％を越える領域に設けられる（実開平６−
３８２６５号公報明細書参照）。また、ｐ形台座電極２
０５は、透光性電極２０４と電気的に導通するように配
備され、その平面形状は、多くは角形或いは円形であ
る。ｐ形台座電極２０５の従来の敷設例には、大別して
２通りある。第１は、コンタクト層２０４ａ等のｐ形半
導体層上に直接敷設するものである（特開平９−６３９
６２号及び特開平９−１２９９１９号の各公報明細書参
照）。第２は、ｐ形台座電極２０６の直下に形成した高
抵抗層の上に配置するものである（特開平８−２５０７
６８号、特開平８−２５０７６９号及び特開平８−２７
９６４３号の各公報明細書参照）。この第２の敷設例に
よる一つの利点は、ｐ形台座電極２０５の直下を、電流
の流通を妨害する高抵抗層、すなわち電流阻止層とする
が故に、素子動作電流を透光性電極２０４に都合良く拡
散できることにある（特開平８−２５０７６８号、特開
平８−２５０７６９号及び特開平８−２７９６４３号の
各公報明細書参照）。素子動作電流の通電範囲が拡大す
れば、発光面積が拡張され、発光出力の増大がもたらさ
れる。このため、最近のＬＥＤ等の窒化ガリウム系発光
素子にあっては、ｐ形台座電極２０５を形成する予定領
域の下方に高抵抗層を電流阻止層として配置するのが通
例となっている。

【０００８】Ｅ．ｐ形台座電極下方の高抵抗層の従来の
形成方法ｐ形台座電極の下方に高抵抗層（高抵抗領域）を敷設す
る手法には、大別して２通りある。第１は、ｐ形台座電
極の直下に二酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）等の絶縁膜を配置す
る手法である（特開平８−２７９６４３号公報明細書参
照）。絶縁膜の形成方法に関しては、ｐ形台座電極を配
置する予定の領域の直下にある、III 族窒化物半導体か
ら成るｐ形半導体層を削除して、その切り欠き部に窒化
珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）等から成る絶縁膜を埋め込む方法が開
示されている（特開平８−２５０７６９号公報明細書参
照）。埋設される絶縁膜の下部（底部）は発光層に接触
するものとなっている。高抵抗領域を敷設する第２の手
法は、イオン注入技術に依るものである（特開平８−２
５０７６８号公報明細書参照）。

【０００９】Ｆ．窒化ガリウム系半導体層への従来のイ
オン注入技術窒化ガリウム系半導体材料に関する従来のイオン注入技
術を省みるに、アンドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）結
晶に亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カドミウム
（Ｃｄ）、炭素（Ｃ）、リチウム（Ｌｉ）や珪素（Ｓ
ｉ）などのイオンを注入した例がある（Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．、４７（１２）（１９７６）、５３８７〜５
３９０頁参照）。この従来例におけるイオンの注入量
は、結晶中の濃度が１×１０²⁰ｃｍ^-3程度となるように
設定されている。また、イオン注入後のアニール（注入
熱処理）は、アンモニア（ＮＨ₃）雰囲気内で１０５０
℃で１時間に設定されている。また、窒化ガリウムにつ
いて、ｐ形（アクセプタ）不純物としてのカルシウム
（Ｃａ）を、キャリア濃度を５×１０¹⁵ｃｍ^-3以下とす
るｎ形のアンドープ窒化ガリウム層にイオン注入する例
が公知である（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、６８
（１４）（１９９６）、１９４５〜１９４７頁参照）。
此処では、Ｃａイオンは加速電圧を１８０キロボルト
（ＫＶ）とし、イオン注入量（所謂、ドーズ（ｄｏｓ
ｅ）量）を５×１０¹⁴ｃｍ^-2として注入されている。イ
オン注入後の、窒素ガス気流中における１１００℃以上
の温度でのアニールにより、ｐ形の伝導性を呈する窒化
ガリウム層が形成されたと報告されている。さらに、気
相成長法により成膜した、亜鉛（Ｚｎ）をドーピングし
た窒化ガリウム層にＭｇイオンを注入し、高抵抗領域を
形成した例も開示されている（特開昭５４−７１５８９
号公報明細書参照）。この場合、ＭｇイオンはＺｎドー
プ窒化ガリウム層の表面より多重に注入（多段注入）さ
れており、全ドーズ量は１．９×１０¹⁵ｃｍ^-2に設定さ
れている。注入後のアニールは、注入された窒化ガリウ
ム層の表面を二酸化珪素膜で被覆した後、窒素ガス気流
中において１０５０℃で１時間から２０時間、施されて
いる。

【００１０】Ｇ．イオン注入技術に依り高抵抗領域を形
成する際の問題点イオン注入された不純物が電気的に活性化する割合（活
性化率）は、主に注入後のアニール条件に依存する。例
えば、アンドープ窒化ガリウムに注入した第II族のカル
シウム（Ｃａ）イオンを例にすれば、アニール温度１１
００℃以上において１００％に近い活性化率が報告され
ている（上記のＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、６８
（１４）参照）。１００％の活性化率とは、注入イオン
の全てが電気的に活性化していることを意味している。
このような高い活性化率をもたらすアニール法は、例え
ばｐ形の伝導層の導電性形成を意図する場合にあっては
都合良く利用できる。反面、発光面への素子動作電流の
効率的な拡散を促進させる役目を担い、或いはｐ形台座
電極の特性劣化を防止する役目を担う高抵抗領域の形成
には不利である。イオン注入された不純物（注入不純
物）が電気的に活性化すれば導電性キャリアとなるた
め、充分に高抵抗とは成り難いからである。

【００１１】一般には、アニールを施さなければ、或い
はアニール温度を低下させれば、注入不純物の活性化率
は下げられる。これにより、高抵抗の層が得られ易くな
る。しかし、アニールを施さない或いはアニール温度を
低下させると、イオン注入に因り被注入体が被る注入損
傷を回復させるに充分な熱的エネルギーを付与できな
い。このため、被注入体（注入層）内には注入損傷が残
存する（蒲生健次編著、「半導体イオン注入技術」、
昭和６１年７月３１日初版、産業図書（株）発行、７９
〜８６頁参照）。注入損傷を内包する、結晶性が劣悪で
高抵抗の注入層上には、信頼性のあるｐ形台座電極は形
成され難い。

【００１２】イオン注入に依り高抵抗領域を形成する際
の別の問題点は、注入イオンの到達深さに関するもので
ある。注入イオンの到達深さは、通常はチャネリング
（ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）を防止した状況下で、注入エ
ネルギ（イオンの加速電圧）で調整する。注入エネルギ
Ｅと加速電圧Ｖとは、注入イオンの価数をｎ（ｎ≧１、
一般にはｎ＝１またはｎ＝２）とすれば、次式（１）の
関係にある。Ｅ＝ｎ×Ｖ・・・・・（１）イオンを被注入体の表面からから深部に到達させるに
は、注入エネルギをより大とする必要がある。

【００１３】従来技術では、ｐ形台座電極を形成するｐ
形半導体層の表面から発光層に到達するに至る深さ領域
を、全般に亘り高抵抗層とする例がある（特開平８−２
５０７６９号公報明細書参照）。発光層上にｐ形上部ク
ラッド層に加え、ｐ形台座電極の接触抵抗を低減するた
めのｐ形コンタクト層をも重層させるのが通例となって
いる昨今にあって、従来技術を踏襲して発光層に到達す
る程の深さの領域を、全般に亘り高抵抗領域とするに
は、かなり大きな注入エネルギが要求される。極く一般
的な、ｐ形上部クラッド層とｐ形コンタクト層との重層
で構成される合計の層厚で約０．２〜約０．３μｍのｐ
形層を通過して、発光層の表面にイオンを到達させるに
は、注入エネルギーを約２００キロエレクトロンボルト
（ＫｅＶ）と高くする必要があると単純に見積もること
ができる。

【００１４】被注入体が被る注入損傷は、注入エネルギ
の増加に伴い増大する。発光層に及ぶ注入損傷は、発光
層の品質を劣化させる。発光層の品質の劣化は、発光強
度の低下を来たし、高発光強度の発光素子を獲得するに
支障を来すのが常である。さらに、熱的に拡散し易い不
純物をイオン注入種として選択し、数百ＫＶ程度の比較
的高い加速電圧で注入した場合、残存する注入損傷を介
して、イオン注入種（注入不純物）の拡散が異常に促進
される事態が発生する。この注入損傷を介しての異常拡
散により、イオン注入種が発光層の内部に浸透すれば、
高強度の発光を得るべく調整された発光層のキャリア濃
度に変化が発生し、さらに進行すれば電気伝導形の変化
を起こす不具合をも引き起こす。このような事態は高発
光強度の発光素子を得る際に、支障を来すのは勿論であ
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように、イオン注
入技術は、高抵抗領域を限定された領域に選択的に形成
できる利便なプロセス手法ではあるが、上記の従来手法
で高抵抗領域を形成しようとしても、イオン注入後のア
ニール条件が必ずしも、高抵抗領域形成に適しておら
ず、このため、アニールによる注入損傷の回復は可能と
なっても、充分な高抵抗を形成するには至っていなかっ
た。したがって、電流阻止機能を充分に発揮できずにｐ
形台座電極の下方にも素子動作電流が流れ、素子動作電
流を有効に発光領域の略全面に拡散できず、発光出力を
充分に得ることができないという問題点を有していた。
また、高抵抗領域が発光層側に接するようにも広がって
いるため、勢い注入イオンが発光層内に到達し注入損傷
が発光層の内部にまで及び、したがって、発光層の品質
を低下させ、発光出力を低下させてしまっていた。ま
た、この発光層の品質低下は、イオン注入種の注入損傷
を介しての異常な拡散によっても生じていた。

【００１６】この発明は上記に鑑み提案されたもので、
発光をもたらす素子動作電流を有効に発光領域の略全面
に拡散させて発光面積を拡張し、また発光層の品質を良
好に保持することで、発光出力を充分に発揮させること
ができる化合物半導体発光素子を提供することを目的と
する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、ｐ形不純物を添加したｐ
形半導体層上に透光性薄膜電極を介してｐ形台座電極を
設けた化合物半導体発光素子において、上記ｐ形半導体
層の内部に、所定範囲の温度で注入熱処理を施すことで
ｐ形半導体層よりも高抵抗に形成した高抵抗イオン注入
領域を設け、その高抵抗イオン注入領域の上方に上記ｐ
形台座電極を設けた、ことを特徴としている。

【００１８】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または２に記載の発明の構成に加えて、上記高抵抗イオ
ン注入領域の平面積を、ｐ形台座電極の底面積の０．４
倍以上２倍以下とした、ことを特徴としている。

【００１９】さらに、請求項４に記載の発明は、請求項
１から３のいずれかに記載の発明の構成に加えて、上記
ｐ形半導体層の内部に注入するイオンの投影飛程をｐ形
半導体層の表面からその層厚の１／２以下とした、こと
を特徴としている。

【００２０】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
から４のいずれかに記載の発明の構成に加えて、上記高
抵抗イオン注入領域を、多重にイオンを注入して形成し
た、ことを特徴としている。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る化合
物半導体発光素子の積層構造の一部を模式的に示す図で
ある。

【００２２】図において、本発明に係る化合物半導体発
光素子１０は、例えばIII 族窒化物半導体発光素子であ
り、発光層２に接合して、ｐ形不純物を添加したｐ形半
導体層（以下ｐ形層という）３を形成してあり、そのｐ
形層３上に透光性薄膜電極（以下、透光性電極という）
４を介してｐ形台座電極５を設けてある。ｐ形層３は、
その内部に、所定範囲の温度で注入熱処理を施すことで
ｐ形層３よりも高抵抗に形成した高抵抗イオン注入領域
６を有し、ｐ形台座電極５はその高抵抗イオン注入領域
６の上方に配置してある。

【００２３】ｐ形層３は、一般式Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ
（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）で表記される
ｐ形の窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム系混晶
から構成できる。また、リン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）等の
窒素以外の元素周期律表の第Ｖ族元素（記号Ｍで示
す。）を構成元素として含む一般式Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ
_aＭ₁ _-a（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、０＜ａ
≦１）で表されるｐ形のIII族窒化物半導体混晶からも
構成できる。ｐ形層３を構成するためのｐ形不純物に
は、Ｚｎ、Ｍｇ、ベリリウム（Ｂｅ）、Ｃａ等が利用で
きる。有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等の化学的
堆積法や、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）などの
物理的堆積法によるｐ形III 族窒化物半導体気相成長層
の成膜にあっては、ＭｇやＢｅがｐ形不純物として好ん
で使用されている。ｐ形層３は、一般的なハロゲン或い
はハイドライド気相成長法で気相成長させてもよい。

【００２４】ｐ形台座電極５が良好なオーミック特性を
呈するように形成するには、ｐ形層３はできるだけキャ
リア濃度が高く低抵抗であるのが望ましい。実用的に
は、キャリア濃度にして約１×１０¹⁷ｃｍ^-3を越えるｐ
形層３であれば、ｐ形台座電極５を都合良く形成でき
る。抵抗率が数ミリオーム（ｍΩ）から数オーム（Ω）
の範囲にある低抵抗のｐ形層３であれば、尚更のこと都
合が良い。発光層２上には、これらｐ形層３から成るク
ラッド層或いはコンタクト層若しくはその双方を積層す
る。

【００２５】ｐ形層（クラッド層或いはコンタクト層若
しくはその双方）３の層厚は、ｐ形層３内に高抵抗イオ
ン注入領域６を形成する関係で、下記のように設定す
る。層厚が極端に薄い数ｎｍ〜数十ｎｍの極薄膜ｐ形層
３の内部に、イオン注入技術により高抵抗イオン注入領
域６を形成するとなると、イオン注入時の加速電圧を極
端に小とする必要がある。低加速電圧の注入は被注入体
であるｐ形層３の注入損傷の増加を抑制するには好都合
ではあるが、加速電圧が低い故に被注入体へイオンを注
入できるエネルギを付与するのが難しくなる。イオンを
注入するに実用上必要とされる最低の加速電圧は、大凡
５０ＫＶ程度である。この加速電圧に対応する注入イオ
ンの投影飛程が、ほぼ１０ｎｍより小であることから、
発光層２上に堆積するｐ形層３の層厚は、最低でも約１
０ｎｍ（１００Å）とするのが望ましい。発光層２上に
設けるｐ形層３の合計の層厚は、約２０ｎｍ〜約５００
ｎｍ程度とするのが推奨される。より好ましい合計の層
厚は約１００ｎｍから約３００ｎｍである。

【００２６】ＭＯＣＶＤ法或いはＭＢＥ法等の気相成長
法で得たｐ形層３に、不純物のイオン注入を行う。注入
する不純物種（イオン種）としては、ｐ形層３に対する
上記のｐ形不純物のみでなく、ｎ形不純物も挙げられ
る。ｎ形不純物の例としては、窒化ガリウム系半導体に
ついては、Ｓｉ、Ｃ、錫（Ｓｎ）等の第IV族元素や、セ
レン（Ｓｅ）やテルリウム（Ｔｅ）等の第VI族元素が挙
げられる。水素（Ｈ）やアルゴン（Ａｒ）の他、窒素
（Ｎ）やリン（Ｐ）等の第Ｖ族元素も、注入するイオン
種として利用できる。注入するイオン種は、単一には限
定されず、複数であっても構わない。例えば、Ｍｇと酸
素（Ｏ）或いはＭｇとＡｒとを同時に注入するのも許容
される。上記のようにイオン種には特別の限定は加わら
ないが、注入損傷は一般には、注入するイオン種の原子
量の増加に伴い大となることを勘案すると、原子量が比
較的に小さく、且つ熱拡散性の低い元素を注入種とする
のが好ましい。注入するイオン種として好ましい軽元素
の例には、Ｂｅ、硼素（Ｂ）、Ｃ、Ｎ、ＯやＭｇなどが
ある。発生する注入損傷の度合いから注入量、すなわち
ドーズ（ｄｏｓｅ）量は概ね、１×１０¹⁵ｃｍ^-2以下、
望ましくは５×１０¹⁴ｃｍ^-2以下とする。後述するアニ
ール温度での注入損傷の回復の程度を考慮すると、好ま
しいドーズ量は約１×１０¹⁴ｃｍ^-2以下である。ドーズ
量を約１×１０¹²ｃｍ^-2以下とするのも逆に好ましくな
い。高抵抗の注入層の形成に寄与する注入損傷が、イオ
ンの注入不足により都合良く発生させられないからであ
る。

【００２７】イオンをｐ形層３の特定の領域に注入す
る。特定の領域とは、ｐ形台座電極５を形成する部分の
下方である。ｐ形台座電極５を形成する部分に限り、ｐ
形層３の表面を露呈し、その他の領域をイオンの透過を
阻止する作用を有する膜で被覆する。このような表面被
覆状況下でイオンを注入すれば、ｐ形台座電極５の配置
部分に限定してイオン注入を行うことができる。これ
は、公知の選択イオン注入技術であって、特定の領域に
限りイオン注入を施すには特別な技術を必要としない。
選択イオン注入技術に利用できる表面被覆材（マスク
材）には、従来からの二酸化珪素（ＳｉＯ₂）や窒化珪
素（Ｓｉ₃Ｎ₄）の他に、フォトリソグラフィ技術にお
けるパターニングに利用されるフォトレジスト材があ
る。ＳｉＯ₂などの無機絶縁膜と有機フォトレジスト材
とを重層させた材料もマスク材として利用できる。酸化
膜或いは窒化膜などの無機絶縁性マスク材は、アニール
時の、ｐ形層３または高抵抗イオン注入領域（注入層）
６からの、揮発性の高い構成元素の揮散を抑制するため
の保護膜としても応用できる。

【００２８】注入後のアニール（熱処理）は限定された
温度で行う。本発明では、アニールは注入したイオンを
電気的に効率良く活性化するために実施するのではな
い。すなわち、活性化率の向上を追求するためのアニー
ルではない。ｎ形不純物であれ、ｐ形不純物であれ、イ
オンを注入した領域が明らかに電気伝導性を呈する程、
電気的に活性化させない。したがって、本発明ではアニ
ールを施す最高の温度を１０００℃に限定する。前述の
ＭｇやＳｉなどほとんどすべての注入イオンは、１００
０℃以下の温度では殆ど活性化しない。低温でのアニー
ルは、注入損傷を不必要に多く残存させるため逆に好ま
しくはない。注入によって誘因された結晶欠陥が多量に
存在すると、これらの結晶欠陥を介して、ｐ形台座電極
５から直下の発光層２へと直接、素子動作電流が通流す
る事態を招く確率が高くなる。結晶欠陥を介してのｐ形
台座電極５と発光層２との短絡的な通流は、ｐ形台座電
極５の耐圧不良となって現れ、信頼性のあるｐ形台座電
極５の形成に支障を来す。また、素子動作電流の発光層
２への短絡的な通流が発生すれば、発光面側に拡散する
電流成分が減少するため、結果として発光強度が低下す
る不都合をきたす。

【００２９】そこで、本発明では、アニール温度を最低
でも６５０℃としている。すなわち、本発明では、アニ
ール温度を６５０℃以上で１０００℃以下の範囲に限定
して、高抵抗イオン注入領域（注入層）６を選択的に形
成するものとする。

【００３０】本発明でのアニールは、注入した不純物の
効率的な活性化を主たる目的としているのではない。ア
ニールは一定の温度で一定の時間で実施する従来の画一
的な手法に限定されず、６５０℃以上１０００℃以下の
範囲の異なる温度で多段階に施しても構わない。例え
ば、ｐ形層３に、室温近傍の温度から概ね２００℃程度
以下の温度で選択的にイオン注入をした後、８５０℃に
昇温して同温度に１０分間保持して第１のアニールとな
し、引き続き８００℃で１０分間の第２のアニールを行
う２段階アニールとしてもよい。また、６５０℃以上１
０００℃以下の範囲内で、温度を連続的に変化させてア
ニールしてもよい。例えば、アニールの開始温度を９０
０℃とし、９００℃から７００℃に毎分５℃で冷却する
徐冷式のアニール方法がある。逆に、比較的低温の７０
０℃をアニールの開始温度とし、８５０℃への昇温過程
をもってアニールとなすこともできる。アニールは、赤
外線ランプ加熱法や抵抗加熱法、高周波加熱法等、加熱
手段の如何を問わず、ＰＩＤ方式等の温度調節機能を備
えた加熱装置を利用して行うことができる。アニールは
ｐ形層３を気相成長させた成長炉でも、またアニール専
用に設けた加熱炉を利用しても実施できる。

【００３１】アニール時間は、アニール温度を高温とす
る程、短時間とすると、好結果が得られる。推奨される
アニール温度とアニール時間の組み合わせの一例を挙げ
れば、８００℃〜９００℃でのアニール時間を１０分か
ら３０分程度とする例がある。７５０℃〜８５０℃で約
２０〜３０分間の条件が組み合わせの好例である。６５
０℃以上で１０００℃以下の温度範囲でのアニールの合
計の時間は、大凡１時間以内に留めるのが良い。例え
ば、単一温度でアニールを施す場合、同温度での保持時
間を、大凡６０分以内とする。異なる温度でアニールを
施す際には、各温度での保持時間の合計を、大凡１時間
以内に留めるのが良い。徐冷法によるアニールでは、徐
冷を開始する温度から終了する温度に至る時間を、大凡
１時間以内に収納する。昇温を伴うアニール法において
も、昇温を開始する温度からアニールの終焉をなす昇温
到達温度に至り、その到達温度に留まる合計の時間を、
大凡１時間以内とする。

【００３２】高温で長時間に亘りｐ形層３を保持する
と、昇華によりｐ形層３の表面状態が劣化する。数十ｎ
ｍと薄い金属膜を含む透光性電極４の形成には、表面の
平滑性を損なうｐ形層３の表面モフォロジの劣化は、不
利に作用する。表面に発生した凹凸により、極薄膜電極
を構成する金属膜或いは金属酸化物膜の連続性が損なわ
れ、またはｐ形層３表面との密着性が弱小化されるから
である。不連続性を内在する極薄膜電極は、素子動作電
流の通流に対して抵抗が高く、また発熱が生ずるため信
頼性のある電極を形成するに至らない。また、注入する
イオン種が熱的に拡散し易い不純物であると、アニール
温度が高くアニール時間が長大化すると、不純物の拡散
距離は延長する。例えば、亜鉛（Ｚｎ）のように易拡散
性の不純物を内在する高抵抗のイオン注入領域を発光層
２に近在させると、Ｚｎの異常な拡散により、発光層２
の電気伝導形や結晶的品質に変化を来す事態を招きかね
ない。Ｚｎの如き窒化ガリウム系半導体で深い準位を形
成する不純物が、発光層２に侵入し、発光層２が高抵抗
となると発光強度が極端に低下するなどの不具合が発生
する。発光層２はｎ形の導電層として保持しておく必要
がある。

【００３３】高抵抗イオン注入領域６の抵抗は、ｐ形層
３のそれに比し大とし、実用上、ｐ形層３の抵抗より約
１桁以上大であるのが望ましい。好ましくは、高抵抗イ
オン注入領域６の抵抗は、数百から数キロΩ程度以上と
する。高抵抗イオン注入領域６の抵抗は、アニール条件
の変更により調整できる。アニール温度を同一とする場
合、アニール時間を短縮すればより高抵抗となる確率が
増加する。しかし、短いアニール時間で帰結されるの
は、高抵抗イオン注入領域６の高抵抗化ではあるが、内
部には多量の未回復の注入損傷が内包されている。注入
損傷の残存の程度は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ
法）等の分析から知ることができる。結晶欠陥を内包す
るｐ形層３層上には、高耐圧で信頼性に優れるｐ形台座
電極５を形成することはできない。したがって、例え
ば、９００℃では、ｐ形台座電極５直下の高抵抗イオン
注入領域６の結晶欠陥の密度を減ずるために、最短でも
約５分間アニールする。アニール時間は温度に依って変
化させ、高温でのアニール程、アニール時間を短縮させ
ることができる。７００℃〜８００℃でのアニールで
は、最低約１０分間のアニール時間が必要である。

【００３４】イオン注入技術により一部の選択領域を高
抵抗としたｐ形層３の表面には、透光性電極４とボンデ
ィング用途のｐ形台座電極５とを形成する。透光性電極
４は、素子動作電流を発光面の略全面に拡散させる電極
であり、ｐ形層３を成す材料、ここでは窒化ガリウム系
半導体に対してオーミック接触を成す金属で構成する。
オーミック接触を成す代表的なｐ形オーミック電極材料
には、金（Ａｕ）やニッケル（Ｎｉ）がある。透光性電
極４の膜厚は、短波長可視光に対して透光性を失わない
程度の約１０〜２０ｎｍ程度とするのが望ましい。約１
０ｎｍ未満の極端に薄い膜とすると膜の連続性が損なわ
れるため、電極抵抗の増大が帰結される場合がある。逆
に、約２０ｎｍを越える膜厚とすると、透過光の強度
は、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則（「岩波理化学辞
典」第３版第７刷、（株）岩波書店発行、１４００頁参
照）が教示する如く低下する。波長を約４５０ｎｍとす
る青色光に対する透過率は、膜厚が約２０ｎｍを越える
Ａｕ膜にあっては５０％を下回るものとなる。したがっ
て、膜厚を厚くし連続性をもたせて電流の通流に対して
抵抗の少ない透光性電極４を形成したく意図しても、光
の透光性の観点からすれば、実用上の限度がある。

【００３５】これ故に、透光性電極４の膜厚を薄くする
と、今度はｐ形層３との密着性は劣るものとなり、ｐ形
層３と剥離する部位も生じるため、電極の抵抗の増大や
発光面積の縮小が生じ、発光強度は低下する。このよう
な場合にあっては、金属薄膜電極上に金属酸化物から成
る膜を絶縁性の保護膜として被着すると、密着性がより
向上する好結果が得られる。この金属酸化物保護膜を、
下地のオーミック性の透光性電極４よりも透光性に優れ
る材料で構成すると、尚のこと下地の透光性電極４の透
光性を徒に減ずることが避けられるため好都合である。
絶縁性を有する好適な透光性の金属酸化物保護膜には、
Ｎｉ₂ＯやＮｉＯ、Ｎｉ₂Ｏ₃等のニッケル酸化物膜
や、二酸化チタン等のチタニウム（Ｔｉ）酸化物膜があ
る。特に、二酸化ニッケル（ＮｉＯ₂）やこれに近い当
量組成比のニッケル酸化物は透光性に優れ、金属酸化物
保護膜として有用である。さらに、透光性電極４とｐ形
層３との密着性を向上させるには、金属酸化物保護膜上
に二酸化珪素や珪化窒素等の一般的な無機絶縁性保護膜
を積層する手法もある。また、ポリイミド等の有機樹脂
系の膜からも金属酸化物を含む重層保護膜を構成するこ
とができる。

【００３６】アニールにより高抵抗とした高抵抗イオン
注入領域６の上方には、ｐ形台座電極５を、オーミック
な透光性電極４を介してその表面上に形成する。ｐ形台
座電極５を透光性電極４の表面上に形成するには、ｐ形
台座電極５を形成する予定領域に金属酸化物保護膜が重
層させてあれば、先ずその金属酸化物保護膜をウェット
或いはドライエッチング等の技法により除去し、透光性
電極４の表面を露呈させた後、ｐ形台座電極５を被着さ
せる手法に依ればできる。ｐ形台座電極５は、透光性電
極４に重層させた、概ね高抵抗の金属酸化物保護膜とは
敢えて導通させる必要はない。

【００３７】また、ｐ形台座電極５は、高抵抗イオン注
入領域６の上方でｐ形層３の表面に、そのｐ形台座電極
５の底面の一部を直接接触させて設けることができる。
例えば、ｐ形台座電極５の底面を部分的に凸状とし、そ
の凸に対応させて透光性電極に通孔を形成することで、
底面の部分的な凸部をｐ形層３の表面に直接接触させて
設けることができる。この場合、そのｐ形台座電極５の
凸部を、ｐ形層３に対しオーミック抵抗が高いか非オー
ミック性を呈する材料から構成すると、直下に在る高抵
抗イオン注入領域６の高抵抗性と相俟って、ｐ形台座電
極５から発光層２へ直接的に流れる電流成分を減ずる
に、一層効果がある。窒化ガリウム系半導体から成るｐ
形層３に対して、比較的高いオーミック接触抵抗をもた
らす材料の例には、金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金や金・
ベベリウム（Ａｕ・Ｂｅ）合金がある。

【００３８】本発明は、イオン注入技術を利用して形成
した高抵抗イオン注入領域６の上方にｐ形台座電極５を
敷設する構成を基本とするが、特に、その高抵抗イオン
注入領域６の上面の面積（平面積）を、ｐ形台座電極５
の底面積に対して制約する。ｐ形台座電極５を配置する
側から発光を外部に取り出す方式の発光素子、特にＬＥ
Ｄにあって、ｐ形台座電極５の下方に在る発光層２から
の発光の大部分は、ｐ形台座電極５に遮蔽されて素子外
部へ放射されない。ｐ形台座電極５の直下に高抵抗イオ
ン注入領域６を設けるのは、このｐ形台座電極５の下方
に位置する発光層２への通流を妨げ、図１の矢印Ａで示
すように、素子動作電流を透光性電極４の全般的な領域
に行き渡らせて、発光面積を拡張させることを意図して
いる。

【００３９】ｐ形台座電極５の底面積に比して高抵抗イ
オン注入領域６の平面積が極端に小であると素子動作電
流が発光層２へと通流する確率が増える。すなわち、外
部へ取り出せる発光の強度の向上に寄与しない領域での
発光のために、素子動作電流の一部が消費される不具合
を生ずる。逆に、高抵抗イオン注入領域６の平面積がｐ
形台座電極５の底面積に比較して大であり、ｐ形台座電
極５の近辺の透光性電極４の敷設領域に及ぶと、その領
域の透光性電極４は良好なオーミック接触特性を示さ
ず、また、発光ももたらさない。したがって、発光面積
の減少が帰結され高発光強度の素子を得るのに不利とな
る。また、高抵抗イオン注入領域６が広範囲に及ぶと、
抵抗が高い故に通電時に発熱する領域が増大し、ｐ形台
座電極５の下方でのこの発熱によりｐ形台座電極５の信
頼性が低下するという悪影響も生じてしまう。そこで、
本発明では、高抵抗イオン注入領域６の平面積をｐ形台
座電極５の底面積の０．４倍以上２．０倍以下とする。

【００４０】高抵抗イオン注入領域６の形状は、ｐ形台
座電極５の底面の形状と相似とするのが望ましい。例え
ば、図２に示すように、ｐ形台座電極５の底面の形状が
正方形であれば、高抵抗イオン注入領域６の平面形状を
正方形とする。また、ｐ形台座電極５が円形の場合は、
高抵抗イオン注入領域６を円形に形成する。

【００４１】ｐ形台座電極５の底面形状の中心と、高抵
抗イオン注入領域６の平面形状の中心とは、厳密に一致
させる必要は必ずしもない。特に、高抵抗イオン注入領
域６の平面積がｐ形台座電極５の底面積を上回る場合、
高抵抗イオン注入領域６の隅部や、その中心から偏芯し
た箇所にｐ形台座電極５を設けても構わない。

【００４２】上記の高抵抗イオン注入領域６は、所定の
領域の全面に一様に注入された、所謂「べた」に注入し
た領域であるとして説明したが、高抵抗イオン注入領域
６を散在させて設ける構成としても構わない。例えば、
ｐ形台座電極５を形成する予定領域の下方に、等間隔に
均一に、或いは同心円の円周上に不均一に設けることが
できる。高抵抗イオン注入領域６を間隔を置いて散在さ
せて形成する場合にあっても、個々の高抵抗イオン注入
領域６の平面積の合計は、ｐ形台座電極５の底面積の
０．４倍以上２．０倍以下にする。この具体例は詳細に
後述する。

【００４３】高抵抗イオン注入領域６の形状加工は、上
記のマスク材に公知のフォトリソグラフィ技術を駆使し
てパターニングすれば容易に実施できる。近紫外線を露
光してパターニングを行う、通称ディープ（ｄｅｅｐ）
ＵＶ露光法を利用すれば、±０．５μｍ程度以内の充分
な寸法精度をもって形状加工を施すことができる。

【００４４】高抵抗イオン注入領域６の平面積に規定す
るに加え、本発明では、高抵抗イオン注入領域６のｐ形
層３内における位置、すなわち、イオン注入を施すｐ形
層３の表面からの深さ（距離）を規定する。これは、イ
オン注入に因る損傷が勢い発光層２に及ぶのを確実に回
避するためである。

【００４５】イオン注入された不純物の濃度Ｎの被注入
体表面からの深さ方向ｘの分布Ｎ（ｘ）は、周知のＬＳ
Ｓ理論を基礎として一般に次式（２）で近似される
（「超高速バイポーラ・デバイス」、１９９０年１０月
２０日初版第４刷、（株）培風館発行、１０６頁参
照）。Ｎ（ｘ）＝｛Ｑ／（２^1/2π・ΔＲｐ）｝・ｅｘｐ｛−１／２・（ｘ−Ｒｐ／ΔＲｐ）²｝・・・・・（２）上記式（２）において、Ｑはドーズ量、換言すれば被注
入体の単位面積（１ｃｍ²）に注入されるイオンの総量
である。Ｒｐは投影飛程であって、注入した不純物が最
も高濃度に存在する被注入体の表面からの深さを表し、
加速電圧の増加と共に増加する（深くなる）。ΔＲｐは
分布の標準偏差を表すものであって、正規分布における
標準偏差を表す数値に相当する。上記式（２）は、注入
された不純物（イオン）の濃度Ｎが、図３に示すよう
に、例えばｐ形層３のような被注入体の表面からの深さ
に対して正規分布を示すことを表している。

【００４６】本発明では、高抵抗イオン注入領域６を形
成するに当たり、注入するイオンの投影飛程Ｒｐをｐ形
層３の層厚の１／２以下とする。注入したイオンの濃度
が最大となるｐ形層３表面からの深さをｐ形層３の層厚
の中央付近に留め、発光層２へ注入損傷が及ぶのを極
力、回避するためである。このように、注入した不純物
イオンの濃度が最大となる深さを、発光層２から離れた
位置に設定したので、たとえ注入した不純物イオンの拡
散係数が大きくとも、発光層２内にその不純物イオンが
侵入するのを抑制することができる。

【００４７】上記のイオン注入は、同一部分に一回だけ
注入する単段の場合であるが、これを、注入条件を変化
させて何回も注入する、すなわち多段（多重）に行うこ
とで、高抵抗イオン注入領域６の深さ方向の幅を厚くす
ることもできる。

【００４８】図４はイオン注入を多段に行った場合の注
入イオン濃度分布を示す図である。図では、３段にイオ
ン注入を行った場合を示している。注入条件のうち、注
入するイオン種を同一とし、加速電圧を大から小へと３
段階に変えると、それに対応して原子濃度分布はＮ１，
Ｎ２，Ｎ３と変化し、投影飛程ＲｐもＲｐ１，Ｒｐ２，
Ｒｐ３と順次小さくなる。すなわち、加速電圧の増大と
共に、投影飛程Ｒｐも増加する。そして、個々の原子濃
度分布Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３を合成することで、多段注入し
た場合の原子濃度分布Ｎ０が得られる。多段注入した場
合の原子濃度分布Ｎ０は、単段注入の場合に比較して、
原子濃度を大とする部分が略平坦化（均一化）されるの
で、それだけ高抵抗イオン注入領域６の深さ方向の幅を
厚くでき、これにより、高抵抗イオン注入領域６をより
一層高抵抗に形成することができる。

【００４９】多段注入の場合も、各段での投影飛程Ｒｐ
１，Ｒｐ２…をｐ形層３の層厚の１／２以下とする。こ
のことは、注入するイオン種が同一であるという条件下
では、各段での投影飛程Ｒｐ１，Ｒｐ２…のうち、最大
の投影飛程Ｒｐmax をｐ形層３の層厚の１／２以下とす
ることに相当する。例えば、質量数が２４の１価のマグ
ネシウムイオン（²⁴Ｍｇ⁺）を、加速電圧を１００Ｋ
Ｖ、１５０ＫＶ及び２００ＫＶとして多段注入した場合
に、最大の投影飛程Ｒｐmax は加速電圧を２００ＫＶと
して注入されたイオン濃度によって与えられる。窒化ガ
リウムに、加速電圧を２００ＫＶとして²⁴Ｍｇ⁺を注入
した場合の投影飛程Ｒｐは、大凡０．２μｍ程度であ
る。本発明では、この最大の投影飛程Ｒｐmax をｐ形層
３の層厚の半分以下の表面側に位置させることを趣旨と
する。換言すれば、本発明は多段注入を施す場合に投影
飛程Ｒｐが、最大でもｐ形層３の層厚の１／２以下とな
るようにｐ形層３の表面側に注入することを特徴とする
ものである。

【００５０】発光層２上に存在するｐ形層３が、単層で
はなく重層である場合においても、注入する不純物イオ
ンの投影飛程Ｒｐは、ｐ形層３の合計の層厚の１／２以
下とする。例えば、発光層２上に層厚を０．１μｍとす
るＭｇドープ窒化アルミニウム・ガリウム混晶から成る
ｐ形クラッド層と、同じく層厚を０．１μｍとするｐ形
窒化ガリウムコンタクト層とから成る、合計の層厚を
０．２μｍとするｐ形層３が積層された構成にあって
も、投影飛程Ｒｐは合計の層厚の１／２以下に相当する
０．１μｍ以下とする。

【００５１】注入損傷が最も高密度に残留するのは、投
影飛程Ｒｐと、イオン濃度分布に関する標準偏差ΔＲｐ
とを加算した（Ｒｐ＋ΔＲｐ）の深さ近傍である。ここ
で、ΔＲｐはＲｐの約１／２であるから（前出の「超高
速バイポーラ・デバイス」、１０６頁参照）、（Ｒｐ＋
ΔＲｐ）は約１．５・Ｒｐとなる。本発明の如く、投影
飛程Ｒｐをｐ形層３の１／２以下に設定すれば、注入損
傷が最も高密度に残留する深さ１．５・Ｒｐは、せいぜ
いｐ形層３の３／４程度の深さとなり、注入損傷の発光
層２への伝搬は充分余裕をもって回避することができ、
発光層２に直接、注入損傷が及ぶのを防ぐことができ
る。

【００５２】被注入体であるｐ形層３に内在しているｐ
形不純物と極端に原子半径を異にする不純物イオンを強
引に注入すると、それだけでｐ形層３の注入領域に伸縮
性の歪みを発生させる恐れがある。この不必要な歪みの
発生は、アニールにより高抵抗イオン注入領域６を形成
するに際し、安定性的な形成を阻害する一要因となる。
このような事例は、Ｍｇをドーピングした窒化ガリウム
層にＭｇとは原子半径を異にするＺｎを選択的にイオン
注入し、高抵抗イオン注入領域６を形成する際に明瞭と
なる。Ｍｇの原子半径は１．６０ÅでＺｎのそれは１．
３３Åであり、この原子半径の相違に基づき導入される
格子歪等の発生により、本発明が提示するアニール条件
では、都合良く回復するに至らず、不必要に多くの結晶
欠陥が内在する高抵抗イオン注入領域６が帰結される場
合がある。さらには、残存する結晶欠陥を介して、Ｍｇ
より拡散性の高いＺｎが発光層２内へと侵入して、不用
意に発光層２の結晶組織或いは電気的特性を変化させる
場合がある。この点に鑑み本発明では、注入するイオン
種を特定する。特に、イオン種はｐ形III 族窒化物半導
体に添加するｐ形不純物と同一或いは近似した原子半径
を有するものとする。例えば、ｐ形層３のｐ形不純物
が、極く一般的に利用されているＭｇであれば、ｐ形層
３に注入するイオン種はＭｇ、或いはＢｅやＳｉとする
のが好ましい。

【００５３】次に、発光層２の構成例を説明すると、発
光層２については種々の構成例があるが、例えば層厚を
０．５μｍとするアンドープの窒化ガリウム・インジウ
ム層から発光層２を構成すればよい。アンドープの窒化
ガリウム・インジウム層から成る発光層２にあっては、
発光スペクトルの半値幅を狭帯化させ単色性（発光の色
純度）が向上するので、発光の単色性に優れるＬＥＤを
得るのに優位である。アンドープの窒化ガリウム・イン
ジウムから成る発光層２の層厚を、従来の約１／１０未
満程度と薄くし、具体的には、層厚を約１０ｎｍとする
ことで、発光スペクトルの半値幅を従来の約１／２以下
の約１５〜３０ｎｍとすることもできる。また、アンド
ープの窒化ガリウム・インジウム層等のインジウム含有
III 族窒化物半導体層から、単一或いは多重の量子井戸
構造の井戸層を構成し、それを発光層２としてもよい。

【００５４】一方、不純物をドーピングした発光層２と
しては、層厚を１００Åとし、亜鉛（Ｚｎ）と珪素（Ｓ
ｉ）を共にドーピングした窒化ガリウム・インジウムか
ら構成すればよい。また、層厚を１０Å〜０．５μｍと
する珪素をドーピングしたｎ形の窒化ガリウム・インジ
ウム層を発光層２としてもよい。また、亜鉛をドーピン
グした層厚を１０Åとする窒化ガリウム・インジウム層
から発光層２を構成してもよい。発光層２を構成する半
導体材料としては上記のアンドープ或いは不純物ドープ
の何れからも選択できる。発光層２には、電気伝導形か
ら観ればｎ形及びｐ形の何れのインジウム含有III 族窒
化物半導体も利用できる。ただし、発光強度等の特性の
観点からすれば、発光層２はｎ形層から構成するのが好
ましい。

【００５５】発光層２を構成する結晶層の内部結晶組織
には、特に限定を加えない。上記の一般式Ａｌ_xＧａ_y
Ｉｎ_zＮで表記される混晶系に包含される窒化ガリウム
・インジウム混晶を例にすれば、同混晶がインジウム組
成を均一とする単一相構造であっても、また、被熱によ
りインジウム濃度を相違する、インジウム組成（濃度）
に”ゆらぎ”を有する複数の相から成る多相構造であっ
ても構わない。代表的な多相構造例には、窒化ガリウム
或いはインジウム濃度を比較的希薄とする窒化ガリウム
・インジウム混晶から成る母相と、母相の構成物質より
もインジウム濃度を大とする窒化ガリウム・インジウム
混晶から成るドット状の微結晶体を従属相とする複数の
相から成る多相構造が挙げられる。本発明では特に、放
射される発光の強度の観点からして、より強い発光を帰
結する多相構造から成るインジウム含有III 族窒化物半
導体材料から発光層２を構成することを推奨する。多相
構造には、発光層２の内部に従属相が空間的に略均一の
密度で存在する場合と発光層２と他層との接合界面また
はその近傍の領域に集中して従属相が存在する場合があ
る。例えば、インジウム含有III 族窒化物半導体から成
る発光層２と、クラッド層等のｎ形接合層との接合界面
に、当該界面領域に凝縮したインジウムを核として発達
したと見受けられる島状或いは球状のインジウム含有従
属相が集中して存在する場合がある。此処では、従属相
の発光層２内での分布状況に拘らず、何れも多相構造と
みなす。

【００５６】このように、本発明に係る実施形態では、
ｐ形層３の内部にイオンを注入し、そのイオン注入領域
を、所定範囲の温度、例えば注入熱処理の温度としては
比較的低い設定の６００℃以上１０００℃以下の温度で
注入熱処理を施すことで、高抵抗イオン注入領域６を形
成することとした。イオン注入時に発生した注入損傷
は、充分に回復されているとは言えないものの、ｐ形層
３よりも確実に高抵抗化されているので、高抵抗イオン
注入領域６の形成に大きく寄与させることができる。そ
して、その高抵抗イオン注入領域６の上方に、透光性電
極４を介してｐ形台座電極５を形成したので、ｐ形台座
電極５からその下方位置の発光層２への短絡的な通電
を、高抵抗イオン注入領域６によって妨げることがで
き、したがって、発光をもたらす素子動作電流を透光性
電極４の電極面に沿って、発光領域の略全面に有効に拡
散させることができ、これにより、発光出力を充分に発
揮させることができる。

【００５７】また、この実施形態では、高抵抗イオン注
入領域６の平面積を、ｐ形台座電極５の底面積に対して
制約している。ｐ形台座電極５の底面積に比して高抵抗
イオン注入領域６の平面積が極端に小であると、ｐ形台
座電極５からその下方位置の発光層２に短絡的に通流し
て無駄な通電となるし、逆に、高抵抗イオン注入領域６
の平面積が大きすぎると、発光層２への通電が減少して
発光出力を低下させるとともに、高抵抗イオン注入領域
６での発熱が増大してｐ形台座電極５の信頼性を低下さ
せるが、本発明では、高抵抗イオン注入領域６の平面積
をｐ形台座電極５の底面積の０．４倍以上２．０倍以下
としたので、高抵抗イオン注入領域６は素子動作電流に
対する阻止機能を適切に発揮することとなり、これによ
り、素子動作電流を無駄なく有効に発光領域の略全面に
拡散させることができる。

【００５８】さらに、ｐ形層３の内部に注入するイオン
の投影飛程Ｒｐをｐ形層３の表面からその層厚の１／２
以下としたので、注入損傷が発光層２に及ぶのを確実に
回避することができ、発光層２の品質を保持して高い発
光出力を発揮させることができる。この場合、ｐ形層３
の表面側に高抵抗イオン注入領域６が形成されるが、ｐ
形台座電極５は透光性電極４を介して配置されるので、
素子動作電流は確実に発光領域の全面に拡散する。

【００５９】また、高抵抗イオン注入領域６を、多段に
イオンを注入して形成するようにしたので、単段注入の
場合に比較して、原子濃度分布中の原子濃度を大とする
部分の平坦化（均一化）が可能となり、それだけ高抵抗
イオン注入領域６の深さ方向の幅を厚くすることがで
き、これにより、高抵抗イオン注入領域６をより一層高
抵抗に形成することができる。

【００６０】また、注入するイオン種を、ｐ形半導体に
添加するｐ形不純物と同一あるいは近似した原子半径を
有するものとしたので、原子半径を異にするイオン種を
注入したときの格子歪みの発生を防止でき、拡散性の高
い原子を注入してその原子が発光層２に侵入するような
ことも防止でき、ｐ形層３や発光層２の品質を損なうよ
うなことなく、高い発光出力を維持させることができ
る。

【００６１】次に、この発明の化合物半導体発光素子
を、より具体的な実施例を以て説明する。

【００６２】

【実施例】（第１実施例）本発明を発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）に適用した場合について説明する。ＬＥＤ用途の
積層構造体を構成する各構成層は一般的な常圧（大気
圧）方式のＭＯＣＶＤ成長装置を利用して、基板上に次
の手順により順次形成した。

【００６３】図５は本発明の第１実施例に係る積層構造
体を示す図である。図において、積層構造体１１は、基
板１００上に積層して構成されている。基板１００とし
て、直径２インチ（直径５０ｍｍ）で厚さが約９０μｍ
の両面研磨した（０００１）（ｃ面）−サファイア（α
−Ａｌ₂Ｏ₃単結晶）を使用した。基板１００上には、ア
ンドープの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る緩衝層
１００ａ、珪素（Ｓｉ）ドープの窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）から成るｎ形の下部クラッド層１０１、主体相のイ
ンジウム（Ｉｎ）組成比を約１０％（０．１０）とする
多相構造のアンドープ窒化ガリウム・インジウムから成
る発光層１０２、マグネシウム（Ｍｇ）をｐ形不純物と
してドーピングした窒化アルミニウム・ガリウム混晶
（Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ）から成る上部クラッド層１０
３、及びＭｇドープの窒化ガリウムから成るコンタクト
層１０３ａを順次重層させ、ＬＥＤ用途の積層構造体１
１を形成した。上部クラッド層１０３とコンタクト層１
０３ａとは、双方でｐ形層１３０になっている。

【００６４】発光層１０２の上部に配置した上部クラッ
ド層１０３の層厚は０．０５μｍに、コンタクト層１０
３ａの層厚は０．１μｍに各々精密に制御し、ｐ形層１
３０を０．１５μｍとした。上部クラッド層１０３及び
コンタクト層１０３ａに対するＭｇのドーピング源に
は、ビス−シクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ
−（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｍｇ）を使用した。Ｍｇのドーピング
源の成長反応系への供給量は、両層１０３，１０３ａ共
に約２×１０¹⁹ｃｍ^-3となるように設定した。

【００６５】最表層のコンタクト層１０３ａの成膜を１
１００℃で終了した後、積層構造体１１を室温近傍の温
度迄冷却した。冷却後、常圧ＭＯＣＶＤ成長装置から積
層構造体１１を取り出し、コンタクト層１０３ａの表面
を有機溶媒で洗浄した。その後、一般的な有機フォトレ
ジスト材でコンタクト層１０３ａの表面を膜厚が１．２
μｍとなるように被覆し、公知のフォトリソグラフィ技
術を駆使して、ｐ形台座電極１０５を形成する予定の領
域に在るフォトレジスト材を選択的に剥離した。これに
より、一辺を１１０μｍとする正方形の領域に限りフォ
トレジスト材を開口し、コンタクト層１０３ａの表面を
露出させた。

【００６６】その後、表面に形状加工を施したフォトレ
ジスト材を残置したままで、室温で質量数が９のイオン
価を１価とするベリリウム（Ｂｅ）イオンを注入した。
加速電圧は８０ＫＶに設定した。ドーズ量は４×１０¹²
ｃｍ^-2とした。注入時には、注入イオンの面チャネリン
グを多少なりとも防止するため、イオンビームの入射方
向に対し、コンタクト層１０３ａの表面を角度にして約
１５度傾斜させた。注入の終了後、ｐ形台座電極１０５
の形成予定領域に選択的にＢｅイオンを注入するための
マスク材とした上記のフォトレジスト材を専用の薬液を
使用して剥離した。

【００６７】マスク材（フォトレジスト材）を剥離し表
面に被膜を冠しない状態で、イオン注入処理を施した積
層構造体１１を室温でアニール炉内に搬入した。アニー
ル炉内を一般の油回転式真空ポンプを具備した真空排気
経路を介して真空に排気した。約１０^-3トール（Ｔｏｒ
ｒ）の真空度に到達して約１０分間、同真空度の状態に
保持した後に、約３リットル／分の流量の精製アルゴン
（Ａｒ）ガスをアニール炉内に流通させて、アニール炉
内の圧力を大気圧に復帰させた。

【００６８】次に、アニール炉の外部周囲に配備した巻
線ヒータに電力を投入し、積層構造体１１を載置する半
導体工業用の高純度石英製サセプタの温度を８００℃に
昇温した。中途、温度が約６００℃に到達した時点で、
アニール炉内に供給する精製Ａｒガスの流量を電子式質
量流量計（マスフローコントローラ（ＭＦＣ））で正確
に毎分２．５リットルに調整した。サセプタの温度は、
それに接触する熱電対（ＪＩＳ−Ｋ規格）で測温し、熱
起電力信号はヒータへの投入電力を制御するための一般
的なＰＩＤ方式の温度調節器に入力した。８００℃に到
達した後、同温度に正確に２５分に亘り保持し、積層構
造体１１をアニールした。アニール終了後は室温迄冷却
した。このアニールにより、Ｂｅイオンを注入した領域
は、周囲のｐ形層１３０より高抵抗化し、平面視で一辺
を１１０μｍとする正四角形状の高抵抗イオン注入領域
（高抵抗イオン注入層）１０６となった。

【００６９】アニールを施した後、積層構造体１１の最
表層であるコンタクト層１０３ａの表面近傍の領域の抵
抗を、通常の触針法を用いて取得した電流−電圧特性か
ら計測した。選択的にＢｅイオンを注入した領域（ｐ形
台座電極１０５を形成する予定の領域）の抵抗は約４〜
５ＫΩに及んだ。一方、Ｂｅイオンの注入を施していな
い領域の層表面近傍の抵抗は、大凡２桁以上低く約５Ω
〜約８Ωであった。これにより、高抵抗イオン注入領域
１０６の形成を確認することができた。

【００７０】また、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）
によるＢｅ原子濃度の深さ方向の分析結果からは、注入
したＢｅが注入条件に鑑みたＬＳＳ理論で提示される正
規分布曲線状にほぼ分布していると認められた。これに
より、本発明に係わる上記のアニール条件は、Ｂｅの異
常な拡散を生じないものと確認された。Ｂｅの原子濃度
が最高となるのは、コンタクト層１０３ａの表面から約
０．０７μｍの深さであった。

【００７１】上記の積層構造体１１を母体材料として発
光ダイオードを作製した。図６は発光ダイオードの断面
構造を模式的に示す図で図７のＡ−Ａ断面であり、図７
は発光ダイオードの平面模式図である。これらの図にお
いて、発光ダイオード５０は、上記の積層構造体１１に
電極を設けた構成となっている。

【００７２】先ず、ｎ形パッド電極（負電極）１０９を
形成するために、当該電極１０９を形成する予定領域上
に在る発光層１０２、上部クラッド層１０３及びコンタ
クト層１０３ａを、アルゴン−メタン（ＣＨ₄）−水素
混合ガスを使用したプラズマエッチングで除去した。こ
のエッチングは、下部クラッド層１０１の表層部を約１
５０ｎｍ除去するに至る迄、継続した。然る後、エッチ
ングにより露呈した下部クラッド層１０１の表面にｎ形
パッド電極１０９を形成した。ｎ形パッド電極１０９
は、アルミニウム（Ａｌ）単体から構成した。

【００７３】一方、プラズマエッチング後も残存するコ
ンタクト層１０３ａ上の略全域には、膜厚を約１５０Å
のＡｕ薄膜から成るオーミック性のｐ形の透光性電極１
０４を形成した。次に、透光性電極１０４上には、厚さ
約５０ÅのＮｉ膜を真空蒸着した。真空蒸着設備からＮ
ｉ薄膜を付した積層構造体１１を取り出した後、ｐ形台
座電極１０５の形成予定領域、すなわちイオン注入した
領域に相当する部分に被着したＮｉ膜のみをエッチング
で除去した。然る後、Ｎｉ膜を、酸素ガスが流通する酸
化炉内で５００℃で５分間に亘り酸化させ、二酸化ニッ
ケル（ＮｉＯ₂）を主とする金属酸化物保護膜１０４ａ
を形成した。

【００７４】次に、金属酸化物保護膜１０４ａを除去し
て、下層の透光性電極１０４の表面が露呈した領域に
は、底面を一辺の長さが１００μｍの正四角形とするｐ
形台座電極１０５を一般的な真空蒸着法によって形成し
た。ｐ形台座電極１０５は、膜厚を約０．５μｍとする
Ａｕ・Ｂｅ（３％）合金から成るＡｕ・Ｂｅ膜１０５ａ
の上に、膜厚を約１．２μｍとするＡｕ膜１０５ｂを重
層させて構成した。

【００７５】ｐ形台座電極１０５の底面の中心は、高抵
抗イオン注入領域１０６の中心に略一致させた。ｐ形台
座電極１０５の底面積に対する高抵抗イオン注入領域１
０６の表面積は約１．２倍となった。

【００７６】上記構成のＬＥＤ５０において、ｎ形パッ
ド電極１０９及びｐ形台座電極１０５間に直流電圧を印
加し、発光させた。ＬＥＤ５０は青色の発光を呈した。
発光の中心波長は約４４５ｎｍであった。青色の発光領
域は透光性電極１０４を敷設した略全域に及んでいだ。
ｐ形台座電極１０５の裏面側からの発光は殆ど視認され
なかった。これにより、上記の高抵抗イオン注入領域１
０６は、電流阻止層としての役目を担うものと判断され
た。順方向電流を２０ミリアンペア（ｍＡ）とした際の
順方向電圧は、約３．７Ｖであった。逆方向電流を１０
マイクロアンペア（μＡ）とした際の逆方向電圧、すな
わち、逆方向の耐圧は５０Ｖを越えるものとなった。一
般の積分球を利用した測定では、順方向電流を２０ミリ
アンペア（ｍＡ）通流した際の発光出力は、１８マイク
ロワット（μＷ）であった（図８）。

【００７７】（第２実施例）この第２実施例では、上記
第１実施例に記載の積層構造体の最表層のコンタクト層
の、ｐ形台座電極を形成する部分以外の領域を、プラズ
マＣＶＤによる窒化珪素（ＳｉＮ）膜、及びフォトレジ
スト材の２層から成るマスク材で被覆した。次に、ｐ形
台座電極を形成する予定の領域に在るマスク材を選択的
に剥離し、直径を１４０μｍとするマスク材開口領域を
形成し、そのマスク材開口領域には、質量数を２８とす
る１価の珪素（Ｓｉ）イオンを注入した。加速電圧は６
０ＫＶとし、ドーズ（ｄｏｓｅ）量は４×１０¹³ｃｍ^-2
とした。入射イオンビームに対するＭｇドープ窒化ガリ
ウムから成るコンタクト層表面の傾斜角度は１２度と
し、チャネリングを防止した。本実施例では、Ｓｉイオ
ンの投影飛程がｐ形層の合計の層厚の１／２に満たない
ように注入条件を設定した。上記の加速電圧におけるＳ
ｉイオンの投影飛程は、コンタクト層の表面から約０．
０５μｍであると見積もられた。

【００７８】マスク材の上層を成すフォトレジスト材を
剥離した後、マスク材の下層のＳｉＮ膜をアニール時の
保護膜として残存させたままで、イオン注入を施した積
層構造体をアンモニア（ＮＨ₃）ガス１：Ａｒガス３の
流量比で構成された雰囲気ガス内でアニールした。アニ
ールは、９５０℃から７５０℃に至る迄、毎分１２．５
℃の割合で降温する徐冷法に依った。７５０℃から室温
迄は、アニール炉の炉心管の外壁に冷風を送気して強制
的に冷却した。このアニールにより、Ｓｉイオンを注入
した領域は、周囲のｐ形層より高抵抗化し、平面視で直
径を１４０μｍとする円形状の高抵抗イオン注入領域
（高抵抗イオン注入層）となった。

【００７９】アニールを施した後、積層構造体の最表層
であるコンタクト層の表面近傍の領域の抵抗を、通常の
触針法を用いて取得した電流−電圧特性から計測した。
選択的にＳｉイオンを注入した領域（ｐ形台座電極を形
成する予定の領域）の抵抗は約６ＫΩとなった。一方、
非注入領域の、透光性電極を形成する予定領域の抵抗は
約７Ωであった。これにより、高抵抗イオン注入領域の
形成を確認することができた。

【００８０】次に、第１実施例に記載の手法に則り、透
光性電極上に形成された、底面が円形のＡｕ・Ｂｅ／Ａ
ｕの重層構成から成るｐ形台座電極を備えたＬＥＤを作
製した。直径を１００μｍとするｐ形台座電極は、直径
を１４０μｍとする円形の高抵抗イオン注入領域の上方
に、双方の中心を合致させて形成した。このＬＥＤの、
透光性電極を敷設した略全面の領域からほぼ一様に青色
の発光が放出された。ｐ形台座電極からの距離を隔てる
に伴い青色発光の強度が低下するような発光強度上の不
均一さは視認されなかった。この他、図８に掲げるよう
に優れた逆耐圧特性等が得られた。

【００８１】（第３実施例）この第３実施例では、上記
第１実施例に記載の積層構造体の最表層のコンタクト層
の、ｐ形台座電極を形成する部分以外の領域を、二酸化
珪素（ＳｉＯ₂）膜、及び商品名がＡＺのフォトレジス
ト材の２層から成るマスク材で被覆した。次に、ｐ形台
座電極を形成する予定の領域に在るマスク材を選択的に
剥離し、一辺を１００μｍとする正方形のマスク材開口
領域を形成し、そのマスク材開口領域には、質量数を２
４の１価のマグネシウム（Ｍｇ）イオンを注入した。す
なわち、本実施例では、ｐ形層の所定の領域に注入する
不純物イオン種を、ｐ形層のｐ形ドーパントであるＭｇ
と同一とした。加速電圧は７０ＫＶとし、ドーズ量は８
×１０¹³ｃｍ^-2とした。入射イオンビームに対するＭｇ
ドープ窒化ガリウムから成るコンタクト層表面の傾斜角
度は１０度とし、チャネリングを防止した。本実施例で
は、Ｍｇイオンの投影飛程が発光層上のＭｇドープ窒化
ガリウム系層の合計の層厚の１／２に満たないように注
入条件を設定した。上記の加速電圧におけるＭｇイオン
の投影飛程は、コンタクト層の表面から約０．０７μｍ
と見積もられた。

【００８２】マスク材の上層をなすフォトレジスト材を
剥離した後、マスク材の下層のＳｉＯ₂膜をアニールの
際の保護膜として残存させたままで、イオン注入を施し
た積層構造体をＮＨ₃ガス１：Ｎ₂ガス３の流量比で構成
された雰囲気ガス内でアニールした。アニールは、９０
０℃から８００℃に至る迄、毎分１０℃の割合で、ま
た、８００℃から６５０℃に至る迄は１５℃／分の割合
で、各々降温する徐冷法に依った。６５０℃から室温迄
はアニール炉の炉心管の外壁に冷風を送気して強制的に
冷却した。このアニールにより、Ｍｇイオンを注入した
領域は、周囲のｐ形層より高抵抗化し、平面視で一辺を
１００μｍとする正方形状の高抵抗イオン注入領域（高
抵抗イオン注入層）となった。

【００８３】アニールを施した後、積層構造体の最表層
であるコンタクト層の表面近傍の領域の抵抗を、通常の
触針法を用いて取得した電流−電圧特性から計測した。
選択的にＭｇイオンを注入した領域（ｐ形台座電極を形
成する予定の領域）の抵抗は約２ＫΩとなり、一方、非
注入領域の、透光性電極を形成する予定領域の抵抗は約
６Ωであった。これにより、高抵抗イオン注入領域の形
成を確認することができた。

【００８４】次に、第１実施例に記載の手法に則り、透
光性電極上に形成された、底面を一辺が１００μｍの正
方形とするＡｕ・Ｚｎ／Ａｕの重層構成から成るｐ形台
座電極を備えたＬＥＤを作製した。ｐ形台座電極の底部
は、同じく一辺を１００μｍとする正方形の高抵抗イオ
ン注入領域の上方に、双方の中心を合致させて形成し
た。本実施例では、ｐ形台座電極の底面積と高抵抗イオ
ン注入領域の表面積とは一致させた。このＬＥＤの、透
光性電極を敷設した略全面の領域からほぼ一様に青色の
発光が放出された。ｐ形台座電極からの距離を隔てるに
伴い青色発光の強度が低下するような発光強度上の不均
一さは視認されなかった。この他、図８に掲げるように
優れた逆耐圧特性等が得られた。

【００８５】（第４実施例）この第４実施例では、上記
第３実施例に記載した材料及び手法を用い、第３実施例
と同様に、一辺を１００μｍとする正方形のマスク材開
口領域を形成し、そのマスク材開口領域に、質量数を２
４とする１価のマグネシウム（Ｍｇ）イオンを多段に注
入した。加速電圧はＭｇイオンの投影飛程がコンタクト
層の表面から約０．０７μｍ及び約０．０５μｍとなる
ように、７０ＫＶ及び５０ＫＶとした。ドーズ量は加速
電圧に拘わらず均一に４×１０¹³ｃｍ^-2とした。上記の
投影飛程におけるＭｇのピーク原子濃度は約５〜６×１
０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³と見積もられた。Ｍｇイオンビ
ームに対するコンタクト層表面の傾斜角度は１２度とし
た。

【００８６】第３実施例の手順に従いアニールした。ア
ニール後、積層構造体の最表層であるコンタクト層の表
面近傍の領域の抵抗を、通常の触針法を用いて取得した
電流−電圧特性から計測した。選択的にかつ多段にＭｇ
イオンを注入した領域（ｐ形台座電極を形成する予定の
領域）の抵抗は約９ＫΩとなり、一方、非注入領域の、
透光性電極を形成する予定領域の抵抗は約７Ωであっ
た。これにより、多段注入で層厚を大とした高抵抗イオ
ン注入領域の形成を確認することができた。

【００８７】次に、第３実施例に記載と同様のＬＥＤを
作製した。透光性電極の略全面から青色発光が放射され
た。一辺を１００μｍとする正方形ｐ形台座電極の下方
からの発光は特に視認されなかった。この他、図８に掲
げるように優れた逆耐圧特性等が得られた。

【００８８】（第５実施例）この第５実施例では、上記
の第１実施例に記載のマスク材でコンタクト層の表面を
被覆し、上記のパターニング技術を利用して、イオン注
入のためのマスク材開口領域を形成した。図９は第５実
施例でのイオン注入のためのマスク材開口領域を模式的
に示す図である。図において、コンタクト層を被覆した
マスク材表面１０３ｂには、マスク材表面１０３ｂを剥
離することで形成したマスク材開口領域１１６が設けて
ある。このマスク材開口領域１１６は、直径２５μｍの
円形状の開口部分１１６ａを、２５μｍ間隔で縦横３個
宛合計９箇所設けて成るものである。

【００８９】このマスク材開口領域１１６には第３実施
例に記載の条件でＭｇイオンを注入した。イオン注入
後、第３実施例に記載の雰囲気ガス内でアニールした。
アニールは、室温より９５０℃に１００℃／分の速度で
昇温した後、９５０℃から８００℃に至る迄、１５℃／
分の割合で、また、８００℃から６５０℃に至る迄は、
１０℃／分の割合で、各々降温する徐冷法に依った。６
５０℃から室温迄はアニール炉の炉心管の外壁に冷風を
送気して強制的に冷却した。

【００９０】アニール後、積層構造体の最表層であるコ
ンタクト層の表面近傍の領域の抵抗を、通常の触針法を
用いて取得した電流−電圧特性から計測した。選択的に
Ｍｇイオンを注入した領域（ｐ形台座電極を形成する予
定の領域）の抵抗は約２ＫΩとなり、一方、非注入領域
の、透光性電極を形成する予定領域の抵抗は約７Ωであ
った。これにより、高抵抗イオン注入領域の形成を確認
することができた。

【００９１】次に、第１実施例に記載の手法に則り、透
光性電極上に形成された底面を一辺が１００μｍの正方
形とするＡｕ・Ｚｎ／Ａｕの重層構成から成る、ｐ形台
座電極を備えたＬＥＤを作製した。ｐ形台座電極の底面
は、イオン注入領域上に中心を合致させて形成した。本
実施例の高抵抗イオン注入領域の合計の表面積（４．４
×１０^-5ｃｍ²）は、ｐ形台座電極の底面積（１×１０
^-4ｃｍ²）に対し、０．４４倍となった。

【００９２】次に、第３実施例に記載と同様のＬＥＤを
作製した。透光性電極の略全面の領域から青色発光が放
射されるものの、ｐ形台座電極の下方からも極めて微弱
ではあるが青色発光が視認された。このＬＥＤでは、他
の実施例、特に第３実施例３のＬＥＤに比して逆耐圧は
低く、逆方向電流を１０μＡとした際のそれは約４０Ｖ
となった（図８）。ｐ形台座電極とｎ形パッド電極間の
電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性には、マイクロプラズマと称
される短絡的な通流を示す耐圧の不良は認められなかっ
た。この他、図８に掲げるような諸特性が得られた。

【００９３】（比較例）第１実施例に記載の積層構造１
１体内に、イオン注入及びアニール加工による高抵抗イ
オン注入領域を形成せずに、第１実施例と同様の手順
で、ｐ形台座電極及び透光性電極を備えたＬＥＤを構成
した。発光の中心波長には、第１実施例乃至第４実施例
の各ＬＥＤに比較して、それ程の差異はなかったが、順
方向電圧、逆方向耐圧、発光出力には明らかに有意差が
認められた（図８）。特に、顕著な差異は、ｐ形台座電
極からより遠方となるに従い、発光強度の低下が視認さ
れることであった。高抵抗イオン注入領域を有しないｐ
形台座電極を備えたＬＥＤにあっては、素子動作電流を
オーミックな透光性電極の全面に拡散させる作用が不足
しているのが原因であると考察された。電流阻止機能を
持つ高抵抗イオン注入領域を付帯しない場合に典型的
な、ｐ形台座電極の裏面（底面）の略全面からの発光も
目視された。

【００９４】上記の各実施例では、本発明を発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）に適用した場合について説明したが、本
発明は、他の発光素子、例えばレーザダイオード（Ｌ
Ｄ）にも同様に適用することができる。

【００９５】

【発明の効果】この発明は上記した構成からなるので、
以下に説明するような効果を奏することができる。請求
項１に記載の発明では、ｐ形半導体層の内部にイオンを
注入し、そのイオン注入領域を、所定範囲の温度、例え
ば注入熱処理の温度としては比較的低い設定の６００℃
以上１０００℃以下の温度で注入熱処理を施すことで、
高抵抗イオン注入領域を形成することとした。イオン注
入時に発生した注入損傷は、充分に回復されているとは
言えないものの、ｐ形半導体層よりも確実に高抵抗化さ
れているので、高抵抗イオン注入領域の形成に大きく寄
与させることができる。そして、その高抵抗イオン注入
領域の上方に、透光性薄膜電極を介してｐ形台座電極を
形成したので、ｐ形台座電極からその下方位置の発光層
への短絡的な通電を、高抵抗イオン注入領域によって妨
げることができ、したがって、発光をもたらす素子動作
電流を透光性薄膜電極の電極面に沿って、発光領域の略
全面に有効に拡散させることができ、これにより、発光
出力を充分に発揮させることができる。

【００９６】また、請求項３に記載の発明では、高抵抗
イオン注入領域の平面積を、ｐ形台座電極の底面積に対
して制約している。ｐ形台座電極の底面積に比して高抵
抗イオン注入領域の平面積が極端に小であると、ｐ形台
座電極からその下方位置の発光層に短絡的に通流して無
駄な通電となるし、逆に、高抵抗イオン注入領域の平面
積が大きすぎると、発光層への通電が減少して発光出力
を低下させるとともに、高抵抗イオン注入領域での発熱
が増大してｐ形台座電極の信頼性を低下させるが、本発
明では、高抵抗イオン注入領域の平面積をｐ形台座電極
の底面積の０．４倍以上２．０倍以下としたので、高抵
抗イオン注入領域は素子動作電流に対する阻止機能を適
切に発揮することとなり、これにより、素子動作電流を
無駄なく有効に発光領域の略全面に拡散させることがで
きる。

【００９７】さらに、請求項４に記載の発明では、ｐ形
半導体層の内部に注入するイオンの投影飛程をｐ形半導
体層の表面からその層厚の１／２以下としたので、注入
損傷が発光層に及ぶのを確実に回避することができ、発
光層の品質を保持して高い発光出力を発揮させることが
できる。この場合、ｐ形半導体層の表面側寄りに高抵抗
イオン注入領域が形成されることになるが、ｐ形台座電
極を透光性薄膜電極を介して形成しているので、素子動
作電流を確実に発光領域の全面に拡散させることができ
る。

【００９８】また、請求項５に記載の発明では、高抵抗
イオン注入領域を、多段にイオンを注入して形成するよ
うにしたので、単段注入の場合に比較して、原子濃度分
布中の原子濃度を大とする部分の平坦化（均一化）が可
能となり、それだけ高抵抗イオン注入領域の深さ方向の
幅を厚くすることができ、これにより、高抵抗イオン注
入領域をより一層高抵抗に形成することができる。

【００９９】また、請求項６に記載の発明では、注入す
るイオン種を、ｐ形半導体に添加するｐ形不純物と同一
あるいは近似した原子半径を有するものとしたので、原
子半径を異にするイオン種を注入したときの格子歪みの
発生を防止でき、拡散性の高い原子を注入してその原子
が発光層に侵入するようなことも防止でき、ｐ形半導体
層や発光層の品質を損なうようなことなく、高い発光出
力を維持させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る化合物半導体発光素子の積層構造
の一部を模式的に示す図である。

【図２】高抵抗イオン注入領域とｐ形台座電極との平面
視での関係を示す図である。

【図３】ｐ形層等の被注入体の表面からの深さに対する
注入イオンの濃度分布を示す図である。

【図４】イオン注入を多段に行った場合の注入イオン濃
度分布を示す図である。

【図５】本発明の第１実施例に係る積層構造体を示す図
である。

【図６】第１実施例での発光ダイオードの断面構造を模
式的に示す図で図７のＡ−Ａ断面である。

【図７】第１実施例での発光ダイオードの平面模式図で
ある。

【図８】各実施例で製造した発光ダイオードの諸特性を
示す図である。

【図９】第５実施例でのイオン注入のためのマスク材開
口領域を模式的に示す図である。

【図１０】従来の発光ダイオードの断面構造を電極の配
置状況を含めて模式的に示す図である。

【符号の説明】２発光層３ｐ形層（ｐ形半導体層）４透光性電極（透光性薄膜電極）５ｐ形台座電極６高抵抗イオン注入領域１０化合物半導体発光素子１１積層構造体５０発光ダイオード（ＬＥＤ）１００基板１０１下部クラッド層１０２発光層１０３上部クラッド層１０３ａコンタクト層１０４透光性電極１０４ａ金属酸化物保護膜１０５ｐ形台座電極１０６高抵抗イオン注入領域１０９ｎ形電極１３０ｐ形層Ｎ，Ｎ０，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３注入イオン濃度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｐ形不純物を添加したｐ形半導体層上に
透光性薄膜電極を介してｐ形台座電極を設けた化合物半
導体発光素子において、上記ｐ形半導体層の内部に、所定範囲の温度で注入熱処
理を施すことでｐ形半導体層よりも高抵抗に形成した高
抵抗イオン注入領域を設け、その高抵抗イオン注入領域
の上方に上記ｐ形台座電極を設けた、ことを特徴とする化合物半導体発光素子。
【請求項２】上記所定範囲の温度は６５０℃以上１０
００℃以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素
子。
【請求項３】上記高抵抗イオン注入領域の平面積を、
ｐ形台座電極の底面積の０．４倍以上２倍以下とした、ことを特徴とする請求項１または２に記載の化合物半導
体発光素子。
【請求項４】上記ｐ形半導体層の内部に注入するイオ
ンの投影飛程をｐ形半導体層の表面からその層厚の１／
２以下とした、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の化
合物半導体発光素子。
【請求項５】上記高抵抗イオン注入領域を、多重にイ
オンを注入して形成した、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の化
合物半導体発光素子。
【請求項６】イオン注入種をｐ形半導体に添加するｐ
形不純物と同一あるいは近似した原子半径を有するもの
とした、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の化
合物半導体発光素子。
【請求項７】上記ｐ形半導体層は、ｐ形III 族窒化物
半導体層であり、上記化合物半導体発光素子は、III 族
窒化物半導体発光素子である、ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の化
合物半導体発光素子。