JP2005244207A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 高強度の発光をもたらす構成からなる量子井戸構造の発光層を備えたＧａＮ系化合物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】 窒化ガリウム系化合物半導体からなる障壁層と井戸層とから構成される量子井戸構造の発光層と、発光層に駆動電流を供給するオーミック電極を設けるためのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるコンタクト層を有し、コンタクト層上にはコンタクト層の一部の領域を露出する開口部のあるオーミック電極を有し、オーミック電極は発光層からの光に対して透光性を有し、井戸層はその層内で部分的に膜厚の厚い領域と薄い領域を有する窒化ガリウム系化合物半導体から構成する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、量子井戸構造などの超格子構造の発光層と、オーミック電極を形成するためのコンタクト層と、発光層から放射される発光を外部へ反射させるための金属反射鏡とを備えた窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体発光素子に関する。

近年、青色帯或いは緑色帯の発光を放射する短波長光発光素子用の半導体材料として窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体が注目を集めている（例えば、特許文献１参照）。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア（α−Ａｌ_２Ｏ_３単結晶）に加えて、種々の酸化物単結晶やＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を基板として、その上に有機金属化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等に依り、もっぱら形成されている。例えば、発光層は、この様な気相成長手段を利用して形成したＧａＮ系化合物半導体からなる障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）層と井戸（ｗｅｌｌ）層とからなる量子井戸（ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ：ＱＷ）構造から構成されるものとなっている。例えば、窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_ＹＩｎ_ＺＮ：０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）井戸層とＧａＮからなる障壁層とからなる単一（ＳＱＷ）または多重（ＭＱＷ）量子井戸構造から発光層が構成されている。

ＬＥＤ或いはレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子を構成するには、発光層に素子を駆動するための電流（素子駆動電流）を流通させるための正（＋）極及び負（−）極のオーミック電極を設ける必要がある。サファイア等の電気的に絶縁体の基板を用いて、発光ダイオード（ＬＥＤ）等のＧａＮ系化合物半導体発光素子を形成するに際し、炭化珪素（ＳｉＣ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）やリン化ガリウム（ＧａＰ）等の導電性半導体基板を使用した場合とは異なって、基板の表、裏面にオーミック電極を設けることができない。依って、正及び負の一対の極性のオーミック電極を基板の一方の表面側に形成されている。

何れにしても、ＧａＮ系化合物半導体発光素子を構成するためのＧａＮ系化合物半導体は、所謂、ワイドバンドギャップ（広禁止帯幅）材料であり、低い接触抵抗のオーミック電極を安定して形成し難い。このため、通常は、コンタクト層と通称される低抵抗層を利用してｎ型またはｐ型オーミック電極が設けられている。特に、発光層からの発光を外部へ取り出す方向に在るｐ型ＧａＮ系化合物半導体層に設けるｐ型オーミック電極は、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体層の略全面に配置された、非常に薄い金属膜から構成されるものとなっている（例えば、特許文献２参照）。

例えば、特開平６−３１４８２２号公報（前出の特許文献２）に記載されている発明では、上記の透光性の電極を構成するための金属材料として、膜厚を０．００１μｍ〜１μｍと薄くした、例えば、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、インジウム（Ｉｎ）、クロム（Ｃｒ）、及びチタン（Ｔｉ）等から透光性のオーミック電極を構成する技術が開示されている。また、発光の外部への取り出し方向に設けるオーミック電極を、透光性となす材料から敢えて形成するのは、発光層から放射される発光が吸収される度合いを低減して、外部へ効率的に発光を取り出すためである。

オーミック電極を上記の如く、透光性の電極材料から構成するに加えて、外部への発光の取り出し効率を向上させる技術手段も知れている（例えば、特許文献３参照）。それは、特に、発光の波長に対して光学的に透明な結晶材料を基板とする場合にあって、発光素子用途の積層構造体を設ける基板の表面とは反対の、基板の裏面に発光を外部の視野方向に反射する反射鏡を設ける技術である。反射鏡は、もっぱら、金属膜から構成されるものとなっている。
特公昭５５−３８３４号公報 特開平６−３１４８２２号公報 特開平９−３６４２７号公報 特開２００３−１３３５８９号公報

しかしながら、発光層を単純に、単一或いは多重量子井戸構造から構成したところで、強度的に優れる発光をもたらす発光層を構成できるとは限らない。高強度の発光を得るためには、本発明者らが鋭意、検討した結果に依れば、（１）量子井戸構造をなす井戸層の層厚、及び（２）障壁層内のドーパント（ドーピング不純物）の有無が係わっていることが判明した。

また、発光層からの発光を外部へ効率的に取り出す一技術手段として、透光性電極を、網状或いは櫛状の平面形状とする技術がある（例えば、特許文献４参照。）。しかし、この様な発光を吸収しない開口部を設けた透光性電極の場合、開口部を設けんがために、オーミック電極を敷設された面積が減少し、却って、素子駆動電圧（順方向電圧）が上昇するという問題があった。従って、開口部を持つ透光性電極を採用しても尚、例えば、３ボルト（Ｖ）程度の実用的な順方向電圧を与えるオーミック電極を形成できる技術手段が必要とされていた。

本発明は、上記の技術課題を克服して、高強度の発光をもたらす構成からなる量子井戸構造の発光層を備えたＧａＮ系化合物半導体発光素子を提供する。また、特に、開口部を有する透光性電極を設けた場合に於ける、例えば、順方向電圧の徒な増加を回避できる、キャリア濃度並びにその層厚を適正としたコンタクト層を備えたＧａＮ系化合物半導体発光素子を提供するものである。

即ち本発明は、以下に関する。
〔１〕結晶基板の表面側に窒化ガリウム系化合物半導体からなる障壁層と井戸層とから構成される量子井戸構造の発光層と、発光層に駆動電流を供給するオーミック電極を設けるためのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるコンタクト層を有し、コンタクト層上にはコンタクト層の一部の領域を露出する開口部のあるオーミック電極を有し、オーミック電極は発光層からの光に対して透光性を有し、井戸層はその層内で部分的に膜厚の厚い領域と薄い領域を有する窒化ガリウム系化合物半導体から構成されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔２〕井戸層の膜厚が、同層内の一部の領域において１．５ｎｍ〜０ｎｍの範囲内となっていることを特徴とする〔１〕に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔３〕障壁層または井戸層の何れか一方の層には、不純物が添加されていることを特徴とする〔１〕または〔２〕に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔４〕障壁層にのみに不純物がドーピングされていることを特徴とする〔３〕に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔５〕障壁層にのみ添加する不純物が、珪素であることを特徴とする〔４〕に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔６〕コンタクト層は、ｎ型の不純物が添加され、キャリア濃度が５×１０^１８ｃｍ^−３〜２×１０^１９ｃｍ^−３の範囲内であることを特徴とする〔１〕〜〔５〕の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔７〕コンタクト層は、ｐ型の不純物が添加され、キャリア濃度が１×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^１９ｃｍ^−３の範囲内であることを特徴とする〔１〕〜〔６〕の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔８〕コンタクト層は、ｐ型の不純物が添加され、キャリア濃度が１×１０^１７ｃｍ^−３〜５×１０^１８ｃｍ^−３の範囲内であることを特徴とする〔７〕に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔９〕コンタクト層の膜厚が、１μｍ〜３μｍの範囲内であることを特徴とする〔１〕〜〔８〕の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔１０〕オーミック電極の発光波長に対する透過率が３０％以上であることを特徴とする〔１〕〜〔９〕の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔１１〕オーミック電極の厚さが、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることを特徴とする〔１〕〜〔１０〕の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔１２〕結晶基板の裏面側に発光層からの発光を外部へ反射するための金属反射鏡を有し、金属反射鏡が、オーミック電極と同一の金属材料を含むことを特徴とする〔１〕〜〔１１〕の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔１３〕金属反射鏡が、オーミック電極を構成する金属材料と同一の材料からなる金属膜を含む多層構造から構成されていることを特徴とする〔１２〕に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔１４〕金属反射鏡が、銀、白金、ロジウム、アルミニウムからなる群から選ばれる何れか１種以上の単体金属膜、または合金膜を含むことを特徴とする〔１〕〜〔１３〕の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔１５〕金属反射鏡が、多層膜であることを特徴とする〔１〕〜〔１４〕の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
〔１６〕〔１〕〜〔１５〕のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いた発光ダイオード。
〔１７〕〔１〕〜〔１５〕のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いたランプ。

本発明によれば、出力が良好な開口部を持つ透光性電極を用いても、駆動電圧が良好な発光素子を提供することができる。

本発明の量子井戸構造の発光層は、サファイア、４Ｈ結晶型または６Ｈ結晶型の六方晶(ｈｅｘａｇｏｎａｌ)ＳｉＣやウルツ鉱結晶型(ｗｕｒｔｚｉｔｅ)ＧａＮや酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの六方晶の単結晶を基板として形成できる。また、ＧａＰ、ＧａＡｓ及びＳｉ等の閃亜鉛鉱結晶型（ｚｉｎｃ−ｂｌｅｎｄｅ）の半導体単結晶を基板として利用できる。六方晶或いは立方晶のＧａＮの基板を除いて、発光層をなす窒化ガリウム系化合物半導体層は、一般に、格子不整合の関係にある基板上に設けられる。基板との格子ミスマッチを緩和するために、基板と量子井戸構造の発光層との中間に、低温緩衝（バッファ）層を設けても構わない。或いは、シーディングプロセス（Ｓｅｅｄｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ：ＳＰ）法に依る格子不整合結晶系エピタキシャル成長技術を用いて、低温緩衝層を要せずに、発光層をなすＧａＮ系化合物半導体層を形成することができる。特に、ＧａＮ系化合物半導体層を成長させるための高温領域で、サファイア等の基板表面に、格子ミスマッチ度の大きな例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）単結晶膜を直接、成長できるＳＰ法は、発光層等の成長工程の簡略化をもたらせるため、ＧａＮ系化合物半導体発光素子の生産性の向上などに貢献できる。

本発明の発光層は、ｎ型またはｐ型のＧａＮ系化合物半導体からなる例えば、下地層を介して設けるのが好適である。例えば、約６００℃以下の低温で成長した低温緩衝（ｂｕｆｆｅｒ）層上に設けた、ｎ型ＧａＮからなる下地層を介して設ける。また、サファイア等の基板表面に、上記のＳＰ法を利用して、直接、成長させたｎ型ＧａＮ層を介して設ける。ＳＰ法を用いた成長の場合、ｎ型の伝導を呈するＧａＮ層にあっては、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）層であるか、１×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^１８ｃｍ^−３の低いキャリア濃度であることが望ましい。下地層の膜厚は、１μｍ以上であることが望ましく、５μｍ以上であることが更に好適である。

量子井戸構造の発光層をなす障壁層以上の禁止帯幅を有するＧａＮ系化合物半導体から構成した下地層は、下部クラッド（ｃｌａｄ）層として利用できる。クラッド層を兼用する下地層は、窒化アルミニウム・ガリウム（組成式Ａｌ_ＸＧａ_ＹＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）、ＧａＮ、Ｇａ_ＹＩｎ_ＺＮ（０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）などから形成できる。また下部クラッド層には、構成元素の組成比や格子定数を相違するＧａＮ系化合物半導体層を交互に積層させてなる、周期的重層構造を含ませても構わない。例えば、Ａｌ_ＸＧａ_ＹＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）、とＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ（０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）とを交互に積層させたヘテロ（異種）重層構造は、ミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）転位のより上部への伝搬を抑制する作用を有し、結晶性に優れる発光層をもたらすに効果を奏する。この様な効果は、また、下部クラッド層全体を、その様な重層構造から構成しても差し支えはない。重層構造は、ドーピングする不純物量や膜厚を相違するＧａＮ系化合物半導体層を交互に積層させても構成できる。

下部クラッド層には、オーミック電極を形成するコンタクト層を接合させて設けることができる。下部クラッド層とコンタクト層とは、同一の伝導型のＧａＮ系化合物半導体から構成する。例えば、ｎ型の下地層上には、ｎ型のコンタクト層を設ける。この場合、コンタクト層を量子井戸構造の発光層をなす障壁層よりも禁止帯幅の大きなＧａＮ系化合物半導体層から構成すると、下部クラッド層を兼用するコンタクト層を構成できる。また、ｎ型下部クラッド層には、ｎ型のコンタクト層を設ける。此の場合、コンタクト層のキャリア濃度は、下部クラッド層と同等でも良いが、より大きいと低い接触抵抗のオーミック電極を形成するに好都合となる。ｎ型コンタクト層は、キャリア濃度を５×１０^１８ｃｍ^−３から２×１０^１９ｃｍ^−３とするｎ型窒化ガリウム系化合物半導体から好適に構成できる。キャリア濃度を上記の範囲とすることで、開口部を持つ透光性電極を使用した場合でも、順方向電流を２０ｍＡとした場合に於いて２．９Ｖ以上で３．３Ｖ以下の範囲にある低い順方向電圧を呈するＧａＮ系化合物半導体発光素子を安定して得るとすることが可能となる。

コンタクト層は、例えば、下部クラッド層の下部に配置することが出来る。しかし、格子不整合の関係にある結晶基板により近接させたコンタクト層は、結晶基板との格子ミスマッチの影響を受けて、例えば、ミスフィット転位等の結晶欠陥の密度の高い層となる。この様な結晶欠陥の多い結晶層上にオーミック電極を設けたところで、電気的特性に優れるオーミック電極が安定して得られるとは限らない。例えば、転位を介した局所的な耐圧不良（local breakdown）が引き起こす電極が帰結されることとなり不都合となる。また、コンタクト層を、窒素以外の第Ｖ族元素を含む例えば、組成式Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ_１−ａＭ_ａ（０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１、記号Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である。）で表せるＧａＮ系化合物半導体から構成すると、局所的な耐圧不良の少ないオーミック電極が構成できる利点がある。また、ｎ型コンタクト層の膜厚を、１μｍ以上と厚くすると、順方向電圧を低減させるに効果を上げられる。３μｍ以上の層厚とすると、却って、表面の平坦性が悪化するため、密着性の強いオーミック電極を設けるに支障を来す。

下部クラッド層、コンタクト層上には、量子井戸構造の発光層を設ける。例えば、Ａｌ_ＸＧａ_ＹＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）からなる障壁層とＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ（０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）からなる井戸層とで単一または多重量子井戸構造を構成する。障壁層と井戸層とは、キャリア濃度は相違しても差し支えはないが、同一の伝導型のＧａＮ系化合物半導体から構成する。本発明では、井戸層は、従来の如く膜厚を略均一とするのではなく、部分的に層厚が薄い領域を含んだ層厚を不均一とするＧａＮ系化合物半導体層から構成する。特に、層厚が１．５ｎｍ以下である領域を部分的に含むインジウム含有ＧａＮ系化合物半導体から構成するのが好ましい。１．５ｎｍ以下の膜厚を有する領域は、井戸層の内部全体に均等に存在している必要はなく、井戸層の内部の一部分に偏在していても良い。井戸層は連続的な層となっている必要は必ずしも無く、井戸層が存在しない領域、即ち、膜厚が０（零）である領域が存在していても構わない。

この様な、部分的に膜厚を薄くした、層厚の不均一な井戸層は、それを成膜する際の成膜系への第Ｖ族原料の供給方法を独特とすることで形成され得る。例えば、Ｇａ_ＹＩｎ_ＺＮ（０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）からなる井戸層を成膜するに際し、成膜中に常時一定の量の窒素の原料を供給するのではなく、経時的に窒素の原料の供給量を変化させると形成できる。特に、窒素原料の供給量を周期的に減少させると効率的に形成できる。井戸層を成膜するための成長時間内に於いて、例えば、１秒間毎に供給する窒素原料を増減させる。減少させるとしても、成長層から窒素の揮散を抑制できる防止できる供給量は維持する。窒素原料が不足した成長環境をより長く継続すると、層厚の薄い領域を同一の井戸層内により多く形成できる。構成元素としての窒素の不足が超時間に亘ると、第ＩＩＩ族構成元素が凝縮して液滴となる度合いが高まり、その液滴の周囲では、第ＩＩＩ族元素が不足するため、従って、形成される膜の膜厚は薄くなると推定される。井戸層内部の層厚の薄い領域の存在とその領域の層厚は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を使用した断面ＴＥＭ技法で、井戸層の断面を観察すれば知れる。

また、井戸層の成長の初期に、窒素等の第Ｖ族構成の原料の成膜系への供給量を故意に減ずると、不均一な層厚の井戸層を形成し得る。例えば、トリメチルガリウム（分子式（ＣＨ_３）_３Ｇａ）とアンモニア（分子式ＮＨ_３）とを構成元素の原料とする常圧（略大気圧）或いは減圧ＭＯＣＶＤ法に依り、例えば、Ｇａ_ＹＩｎ_ＺＮ（０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）井戸層を成膜するに際し、その成膜初期の段階に於いて、所謂、Ｖ／ＩＩＩ比率（成膜系へ供給する第ＩＩＩ族構成原料の濃度に対する第Ｖ族構成元素原料の濃度の比率、即ち、ＮＨ_３／（ＣＨ_３）_３Ｇａ濃度比率）を１×１０^３以上で１×１０^４以下とする。更に好ましくは、２×１０^３以上で５×１０^３以下の範囲とする。この様な比較的に低いＶ／ＩＩＩ比率で成膜を続行するのは、時間的に長くとも、成長が開始された時点から予定の膜厚の１／３に達する迄に止めておくのが望ましい。所望の膜厚に至る迄、低Ｖ／ＩＩＩ比率で成長を継続すると、層状とはならず、単に第ＩＩＩ族構成元素を富裕に含む液滴が例えば、下部クラッド層、コンタクト層、或いはまた障壁層の表面上に形成されるのみとなる。

上記の何れの成長手法に依らず、部分的に膜厚が薄い領域を含む、層厚を不均一とする井戸層を利用した量子井戸構造の発光層は、ＧａＮ系化合物半導体発光素子の順方向電圧を低下させる作用を有する。例えば、従来例の如く、開口部を設けることに依り、コンタクト層等との接触面積が削減された透光性電極、開口率を７０％とする透光性電極を使用した場合でも、例えば、順方向電流を２０ｍＡとした際に、３．３Ｖ以下の低い順方向電圧をもたらすＧａＮ系化合物半導体発光素子を提供できる。尚、此処で開口率とは、開口部を設けた透光性電極にあって、それを設けた層の表面積に対する、電極の開口された領域の平面積の比率である。

順方向電圧は、更に、不純物を故意に添加（ドーピング）した井戸層或いは障壁層を用いて構成した量子井戸構造の発光層を用いれば、低減できる。例えば、ｎ型不純物をドーピングした井戸層を含む量子井戸構造の発光層を利用すれば、低順方向電圧のＧａＮ系化合物半導体発光素子をもたらすに効果を奏する。不純物がドーピングされた、低抵抗の井戸層は、順方向電圧を低下させる作用をもたらす。数量的に限られた井戸層を用いて発光層をなす量子井戸構造を構成する場合、不純物をドーピングして低抵抗となした井戸層を数多く用いる程、順方向電圧を低下させるに効果がある。しかしながら、不純物の添加に因り、結晶性が悪化して、所望とは異なる波長の発光が帰結される場合がある。従って、例えば、ｎ型井戸層である場合、ｐ型クラッド層に最も近接した井戸層は、不純物を故意に添加していないアンドープの井戸層とするのが好都合である。

量子井戸構造の発光層を、不純物をドーピングした井戸層を含む構成とした場合、上記の様に、順方向電圧を低減するに効果が挙げられ一方で、所望の波長の発光が得られない場合もある。所望の波長の発光をもたらし、且つ、順方向電圧の低いＧａＮ系化合物半導体発光素子を得るには、不純物をドーピングした障壁層を用いて量子井戸構造の発光層を構成するのが効果的である。井戸層の場合とは相違して、量子井戸構造を構成するための数量的に全ての障壁層を、不純物がドーピングされた低抵抗のＧａＮ系化合物半導体から構成するのが、発光波長に変化を来たさずに、順方向電圧の低い発光素子を得るに最も効果的である。例えば、ｎ型障壁層としては、第ＩＶ族元素がドーピングされ、その元素の層内での平均の原子濃度を、１×１０^１７ｃｍ^−３以上で、５×１０^１８ｃｍ^−３以下の範囲とする低抵抗導電層が好ましく用いられる。

例えば、低抵抗のｎ型ＧａＮコンタクト層上に設けた、５つの珪素（Ｓｉ）がドーピングされたｎ型ＧａＮ障壁層と、５つのアンドープＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ井戸層とを交互に積層して構成した５周期の量子井戸構造の発光層を用いると、前出の様な開口率を有する開口部を持つ透光性電極を設けた場合でも、２０ｍＡの順方向電流を通流した場合でも、順方向電圧を３．３Ｖ以下とするＧａＮ系化合物半導体発光素子が得られる。不純物をドーピングした低抵抗の障壁層を用いることとすれば、例えば、コンタクト層或いは下部クラッド層と接合する層が、障壁層であっても井戸層であっても、順方向電圧の低減に関し、同様の効果が発揮される。

不純物がドーピングされた低抵抗のＧａＮ系化合物半導体層を障壁層として含む量子井戸構造の発光層は、その始端が井戸層であるか障壁層、またその終端が障壁層であるか井戸層であるかに拘わらず、順方向電圧の低減に効果がある。

本発明に係わる不純物をドーピングした低抵抗のＧａＮ系化合物半導体層からなる障壁層を含む量子井戸構造の発光層は、ＭＯＣＶＤ法に加え、例えば、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法、ハイドライド（水素化物）気相エピタキシャル成長（ＶＰＥ）法等の気相成長手段で形成できる。珪素（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）をドーピングした障壁層を形成するには、気相成長時にシラン（分子式：ＳｉＨ_４）やジシラン（分子式：Ｓｉ_２Ｈ_６）、ゲルマン（分子式：ＧｅＨ_４）等をドーピングガスとして利用して添加する。障壁層をＧａＮ層とし、井戸層をＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ層とする量子井戸構造を形成するには、６５０℃〜９００℃が適する。この構成からなる量子井戸構造の場合、障壁層と井戸層とは略同一の成長温度で形成できる。障壁層を、ＧａＮに代替して、アルミニウム（Ａｌ）を含むＡｌ_ＸＧａ_ＹＮから構成する際には、成長温度を、ＧａＮ障壁層の場合より高温とするのが得策である。

本発明の量子井戸構造をなす井戸層の層厚は、１ｎｍ以上で１５ｎｍ以下とするのが適する。障壁層の層厚は、１０ｎｍ以上で５０ｎｍ以下とするのが適する。障壁層の層厚を、井戸層を層厚に対応して減ずる必要は必ずしも無い。量子井戸構造を構成する井戸層の数は、５以上で２０以下とするのが適当である。本発明に係わる井戸層の層厚は、領域的に不均一であるため、井戸層の数が増加すると共に、井戸層の層厚の不均一さに起因する、量子井戸構造の発光層の表面の凹凸は増加する。従って、層厚が厚い井戸層を用いる場合程、量子井戸構造の構成に用いる井戸層の数は減少させると、発光層上に表面の平坦な上層、例えば、ｐ型上部クラッド層を形成するに好都合となる。

本発明に係わる量子井戸構造の発光層の上方の発光の取り出し方向に設ける、所謂、クラッド層は、Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ_１−ａＭ_ａ（０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１、記号Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である。）から構成できる。例えば、ｐ型クラッド層は、第ＩＩ族元素をｐ型不純物としてドーピングしたＡｌ_ＸＧａ_ＹＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）等から構成できる。ｐ型クラッド層は、発光層に流入する電子のオーバーフロー（ｏｖｅｒ ｆｌｏｗ）を防ぎ、発光層の内部で、発光をもたらす放射再結合を効率的に起こすために、量子井戸構造をなす障壁層よりも大きなバンドギャップ（禁止帯幅）の半導体材料から形成することが望ましい。量子井戸構造の障壁層よりも禁止帯幅を大とする半導体材料からなる発光の取り出し方向にある上部クラッド層はまた、発光層からの発光を外部へ取り出すに有効となる。また、発光層に放射再結合をもたらすキャリアを効率的に注入できるように、高いキャリア濃度の低抵抗層であることが望ましい。

前記した下部クラッド層の場合と同様に、組成比や格子定数の異なる薄膜層を、交互に積層させた重層構造体を含む上部クラッド層は、下方より伝搬して来る貫通転位のより上方への伝搬を抑止する作用を有する。転位の貫通を抑止する作用は、例えば、ドーパントの濃度や膜厚などを変化させたＧａＮ系化合物半導体層を積層させた重層構造体からなる上部クラッド層からも構成できる。この様な重層構造は、歪み係わる臨界膜厚以下の薄膜層を積層した際に最も好適に構成できる。例えば、層厚を５ｎｍとするＧａＮ層と、層厚を５ｎｍ以下とし、インジウム組成比が０を超え、０．２以下であるＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ（０＜Ｙ≦０．２，Ｙ＋Ｚ＝１）層とから構成される重層構造がある。

ｐ型の上部クラッド層はまた、燐化ホウ素系半導体材料から構成することができる。燐化硼素系材料とは、硼素（元素記号：Ｂ）とリン（元素記号：Ｐ）とを構成元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料である。特に、ＭＯＣＶＤ法に依り気相成長させた、室温での禁止帯幅を３．５エレクトロンボルト（単位：ｅＶ）以上とする単量体の燐化硼素（ＢＰ）は、短波長の発光を外部へ充分に透過でき、尚且つ、低抵抗のｐ型クラッド層を構成するに好適である。しかも、単量体の燐化ホウ素からは、アンドープであっても、アズ−グローン（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）状態で容易に低抵抗層を構成できる。即ち、燐化硼素からは、気相成長後にわざわざ、熱処理を施して、ドーピングしたｐ型不純物を電気的に活性化（アクセプタ化）させる煩雑な操作を必要とするＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮとは異なり、容易に且つ簡便にｐ型伝導性を示す低抵抗層を形成できる。

また、上部クラッド層上に、直接、オーミック電極を設けるのではなく、低抵抗のコンタクト層を介して設けることとすると、より低い接触抵抗のオーミック電極を形成できる。従って、順方向電圧の低いＧａＮ系化合物半導体発光素子を構成するに貢献できる。上部クラッド層に付帯させて設けるコンタクト層は、前記の下部クラッド層に付帯するコンタクト層とは、反対の伝導型のＧａＮ系或いは燐化硼素（ＢＰ）系化合物半導体層から構成する。電流狭窄型のＬＤ、或いは電流阻止層の形成を意図するならいざ知らず、開口部を有する透光性オーミック電極を設けるためのコンタクト層との伝導型は、上部クラッド層のそれと一致させる。ｐ型オーミック電極を設けるためのＧａＮ系化合物半導体からなるｐ型コンタクト層のキャリア濃度は、１×１０^１７ｃｍ^−３から５×１０^１８ｃｍ^−３の範囲であるのが適する。一方、燐化硼素からｐ型コンタクト層を形成する場合、キャリア濃度は、５×１０^１８ｃｍ^−３以上で、１×１０^２０ｃｍ^−３以下であるのが好適である。層厚は、何れの材料からなるコンタト層でも、０．１μｍ以上で1μｍ以下とするのが適する。

下部及び上部クラッド層に付帯させて設けた、伝電型を反対とするコンタクト層上には、正、負何れかの極性のオーミック電極を配置して、発光素子を形成する。ＧａＮ系化合物半導体材料からなるｎ型コンタクト層上には、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、及びバナジウム（Ｖ）などの周知の金属材料からなるｎ型オーミック電極（負極）を形成できる。これらの金属或いはその合金材料からなる金属膜を多層に重層させて合計１μｍ程度の厚膜とすれば、台座（ｐａｄ）電極を兼ねるｎ型オーミック電極を構成できる。逆に、１ｎｍから１００ｎｍの金属薄膜からは、発光を外部へ透過するに有効となる透光性のオーミック電極を形成できる。

ｐ型コンタクト層上のｐ型オーミック電極（正極）は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、及びコバルト（Ｃｏ）などから構成できる。また、これらの金属膜と、これらの金属膜との重層構造から構成できる。透光性電極をなす金属電極膜の膜厚を薄くすれば、発光の透過率に優れる透光性電極を形成するに有利となる。しかし、電極用の金属電極膜の膜厚を薄くすると、素子駆動電流を通流する際の電気抵抗が増加する、また、電極形成プロセスに於いて、損傷を被り易くなる不都合を生ずる。このため、透光性電極をなす金属膜或いは合金膜は、発光層からの発光に対して３０％から８０％の範囲の透過率を与える膜を有するのが好ましい。透光性のｐ型オーミック電極は、膜厚を１ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲とする金属膜或いは金属合金膜から構成するのが好ましい。この様な膜厚の金属膜は、高周波スパッリング法や真空蒸着法などの薄膜形成手段で形成できる。透過性電極の電極を重層構造から形成する場合、重層構造の合計の膜厚はやはり１００ｎｍ以下に止めておくのが好ましい。ｐ型ＧａＮ系化合物半導体層上に設けるｐ型オーミック電極にあって、そのＧａＮ系半導体層の表面に接触する部位は、最終的に金（Ａｕ）またはその合金膜から構成されているのが好ましい。

また、金属酸化物膜を電極の構成要素とすることにより、発光の透光性をより向上させたｐ型オーミック電極を形成できる。透光性に優れるｐ型オーミック電極を構成するに寄与できる金属酸化物として酸化ニッケル（ＮｉＯ；必ずしも組成比は正確に１：１とは限らない。）や酸化コバルト（ＣｏＯ；必ずしも組成比は正確に１：１とは限らない。）を例示できる。これらの金属酸化物膜は、ＧａＮ系或いは燐化硼素系化合物半導体コンタクト層の表面に接触させて設けた金（Ａｕ）膜或いは金合金膜の上に積層されて設けられているのが望ましい。この様な金属酸化物幕を含む重層構造の電極は、予め、Ａｕ層と、ＮｉまたはＣｏの層とを、順次、積層させておき、次に、その積層体を、酸素を含む雰囲気中で酸化すれば作製できる。或いはまた、積層順序を逆にして、Ｎｉ膜またはＣｏ膜を先に被着させ、次にＡｕ膜を積層して、酸化処理を及ぼしても、最終的には、コンタクト層側に接触する側をＡｕ層とし、その上層をＮｉまたはＣｏの酸化物層とする透光性電極を形成できる。これは、ＮｉやＣｏ等の遷移金属は、金（Ａｕ）に比較すれば、酸化され易く、且つ拡散し易いことに起因していると想到される。

それ自体、発光層からの発光を透過する金属膜から構成した透光性電極は、発光を外部へ取り出す方向に在るコンタクト層の表面の略全面に一様に設けても構わないが、発光層から出射される発光を吸収せずに透過する作用を発揮する開口部（開孔部）を設けた透光性電極とすると、発光をより効率的に外部へ取り出すに効果を上げられる。開口部を有する透光電極は、例えば、選択パターニング技術手段と選択エッチング技術手段を応用して、透光性電極の特定の部位に限り、電極を構成する金属膜を除去して形成する。例えば、平面形状を円形、楕円形、或いは多角形状とする開口部を、規則的に設ければ、網（ｎｅｔ）状に残置された透光性金属膜からなる透光性電極が形成される。また、平面視四角形、長方形や菱形の開口部を位置的に規則的に設ければ、格子状の透光性電極を形成できる。また透光性電極の別の平面形状として、帯状部と、そこから分岐した細線部とから構成される櫛状、結線用途の台座電極から放射状に延在させた帯状部からなる放射状パターン、或いは同心円状形状を例示できる。

何れの平面形状の透光性電極にあっても、開口部は、コンタクト層を経由して、発光層の全面へ均等に素子駆動電流を拡散できる様に設ける必要がある。このため、開口部以外の領域は、互いに連結されて電気的に導通されている必要がある。本発明の透光性電極は、開口部以外に残置された電極部位も発光を透過できる金属薄膜層から形成されているために、それ自体、透光性に優れるものとなっているが、加えて開口部を設けているために更に、発光を外部へ透過する機能を備えたものとなっている。開口部が閉める平面積を大とすれば、透過性が増大し、高強度のＧａＮ系半導体発光素子を構成するに優位であるが、逆に、電極の敷設された領域が減少するため、素子駆動電流を拡散できる領域が減少する。従って、開口部の占める表面積的な比率は、素子駆動電流を十分に平面的に拡散でき、尚且つ、発光の高い透過性を維持するために、コンタクト層の表面積に対して３０％から８０％とすることが望ましい。

また、開口部を有する様に加工された透光性電極にあって、オーミック電極をなす残置された金属膜の最小の水平幅（横幅）と、開口部の水平幅とを適正とすることで、外部への発光の取り出し効率を向上させられる。金属膜の水平幅とは、相対して隣接する開口部に挟まれて存在する電極金属膜の幅である。換言すれば、対向する開口部間の距離である。開口部の水平幅とは、円形の開口部では直径であり、方形、多角形にあっては、最長の対角線の長さである。オーミック電極をなす金属膜の最小の水平幅は、１０μｍ以下であるのが好適である。更に、望ましくは、３μｍ以下であり、０．５μｍ以上である。電子線リソグラフィー技術を応用すれば、０．５μｍ未満の例えば、０．２５μｍの微細幅の金属膜にも加工できるが、この様な微細線は、こと大電流を通流して動作させる、例えば、一辺の長さを０．５ｍｍ以上とする大型ＬＥＤのオーミック電極を構成するには、不適である。通流抵抗が高くなっている上に、例えば、１００ｍＡを超える大電流を通流するために、金属膜が過度に加熱され、断線する恐れが大きいからである。また、開口部の水平幅は、最大で５０μｍ以下、より望ましくは２０μｍ以下、更に好ましくは８μｍ以下であり、安定した精度で開口部を加工するためには０．５μｍ以上であるのが好ましい。

そもそも、それ自体、発光の透光性を有する本発明の透光性の電極には、その一部の領域に、素子駆動電流を供給するための導線を、直接、結線することができる。従来では、透光性電極の一部を除去して、コンタクト層等を露出させ、その露出させた半導体層上に結線用の台座（ｐａｄ）電極を敷設し、そこに結線するのが一般的となっている。一方、本発明の透光性電極には、上記の如く開口部が設けられており、その開口部に導線を埋め込めば、台座電極を設ける必要も無く、また台座電極へ桔線する必要も無く、透光性電極へ素子駆動電流を直接に、しかも簡便に供給できる。この際、開口部は、周囲に残置された透光性金属膜電極に囲まれた窪地となっているため、凹地を目がけて圧着されたワイヤ（ｗｉｒｅ）導線は周囲の金属膜電極材料により強固に固着される。

導線を固着させて設ける開口部は、透光性電極に設けられたどの開口部であっても構わないが、反対の極性を有するオーミック電極と出来るだけ遠距離に在る開口部に結線させるのが好適である。例えば、平面視で正方形のＧａＮ系化合物半導体素子の場合、正方形の一頂点に在る一方のオーミック電極に対し、それに対向して、素子の対角線上にある他方のオーミック電極の何れかの開口部に結線を施す。また、例えば、一つの辺の中点近傍に設けられた一方のオーミック電極に対し、その辺と対向する辺の中点近傍の領域に在る開口部に結線をする。また、一頂点の近傍の領域に設けた一方のオーミック電極に対し、その頂点を形成しない辺に沿った開口部に結線を施す。また、一方のオーミック電極の敷設位置に拘わらず、透光性電極の略中央部に在る開口部に結線を施しても良い。何れの位置の開口部を利用しても、従来技術の如く、形成した透光性電極の一部をわざわざ除去して台座電極を設置する必要は無く、簡易に結線を施せる利点がある。その露出したコンタクト層の表面を利用して密着性に優れる台座電極を形成できる利点がある。

本発明の構成からなる透光性の金属薄膜からなる透光性のオーミック電極を、発光の取り出し方向に配置するに加えて、結晶基板の裏面に、発光を、上面或いは側面外部側へより反射鏡を設けることとすると、外部への発光の取り出し効率に優れるＧａＮ系化合物半導体発光素子を形成できる。裏面とは、発光素子用途の積層構造体を形成するのとは反対側にある基板の表面である。発光層からの発光を透過する光学的に透明な結晶を基板とした場合、裏面に反射膜を設けることにより、外部への発光の取り出し効率を、より顕著に増加させられる。発光を外部へ反射させるに適する反射膜は、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、及びアルミニウム（Ａｌ）などからなる金属膜を利用して形成することができる。

特に、透光性オーミック電極を構成する金属、その合金と同一の材料から金属膜を利用して反射鏡を構成することとすると、工程的に簡便に外部への発光の取り出し効率に優れるＧａＮ系化合物半導体発光素子を形成できる。例えば、パラジウム（Ｐｄ）やロジウム（Ｒｈ）または白金（Ｐｔ）等を金属膜は、透光性電極及び反射鏡を構成するに共通する材料として好適に利用できる。また、この様な金属膜を利用して構成した多層構造の反射膜も発光を外部への反射できる反射鏡として有益となる。多層構造の反射鏡にあって、透光性電極を構成するのと同一の材料からなる金属膜を、結晶基板の裏面に直接、被着させて設けると、即ち、透光性電極と対向する様に設けると、反射効率に優れる多層構造反射鏡を構成するに優位となる。多層構造となして、多重に発光を反射させることにより外部への発光の反射効率を向上させられるからである。多重構造の反射鏡を構成する各金属膜の膜厚は、発光層から出射される発光の波長の長短に応じて変化させる。より長い波長の発光を反射させる場合には、膜厚のより厚い金属膜をもって、多層構造の反射鏡を構成する。多層構造の反射鏡を構成するに好適な金属膜の膜厚は、発光波長（＝λ）のλ／４で与えられる。

本発明は、層内に、部分的に、層厚が薄い領域と、厚い領域とを含む不均一な層厚の井戸層を含む量子井戸構造の発光層は、高い強度の発光をもたらす作用を有する。

不純物がドーピングされた障壁層を備えた量子井戸構造の発光層は、順方向電圧を低下させる作用を有する。

量子井戸構造の発光層からの発光を外部へ取り出す方向に設けた透光性電極に設けられた開口部は、発光層からの発光を吸収せずに、外部へ取り出す作用を果たす。また、凹部となった開口部は、其処に圧着された導線を、周囲に残置されたオーミック性金属膜とともに固着するに優位に作用する。

結晶基板の裏面に設けた、透光性オーミック電極を構成する金属膜と同一の材料からなる金属膜、或いは同一の材料からなる金属膜を含む金属反射鏡は、発光を外部へ効率的に反射させる作用を発揮する。

（実施例１）
本発明に係わる発光半導体素子の一例は、図２、図５の断面図で示すような、サファイア基板（８、１０）上に、ＡｌＮ（７、１１）をバッファ層として、アンドープのＧａＮ下地層（６、１２）、ｎ型ＧａＮコンタクト層（５、１３）、ｎ型ＩｎＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮ井戸層とＳｉをドープしたＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸構造を持つ活性層（３、１５）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（２、１６）、ｐ型ＧａＮコンタクト層（１、１７）を順に積層した半導体基板のｐ型ＧａＮコンタクト層（１、１７）上に、Ａｕからなる第１の層、Ｎｉの酸化物からなる第２の層を、格子状のパターンのオーミック電極（１８）として形成した発光素子である。また図１は、図５で示した発光半導体素子の平面図である。

この構造において、ｎ型ＧａＮコンタクト層（１３）のキャリア濃度は１×１０^１９ｃｍ^−３とし、膜厚は２μｍとした。また、活性層（１５）のＧａＮ障壁層にはＳｉを１×１０^１８ｃｍ^−３程度ドープした。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層（１７）のキャリア濃度は８×１０^１７ｃｍ^−３とした。

また、透光性電極（１８）のパターンは、図１に示したような格子状とした。開口部の幅は７．５μｍ、細線部の幅は３μｍであり、全体の比率に対する開口部の面積は５０％程度である。

図１に示した発光半導体素子用透光性電極は、次の手順で作製した。
初めに、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いて、ｐ型ＧａＮ層上の透光性電極を形成する領域にのみ、Ａｕからなる第１の層およびＮｉの酸化物からなる第２の層を形成した。第１の層および第２の層の形成では、まず、半導体基板を真空蒸着機に入れ、ｐ型ＧａＮ層上に圧力３×１０^-6Ｔｏｒｒにおいて初めにＡｕを７．５ｎｍ、続いて同じ真空室内でＮｉを５ｎｍ蒸着した。ＡｕとＮｉを蒸着した基板は、真空室から取り出した後、通常リフトオフと呼ばれる手順に則って処理し、図２に示す形状の薄膜を形成した。このようにしてｐ型ＧａＮ層上には、Ａｕからなる第１の層とＮｉからなる第２の層とからなる薄膜が形成された。この薄膜は金属光沢を呈する暗灰色であり、透光性はほとんど見られなかった。次に、この基板をアニール炉において熱処理した。熱処理は、温度を４５０℃とし、雰囲気ガスとして、５％の酸素ガスを含む窒素を流通して、１０分間処理した。取り出した基板の透光性電極は、青味をおびた暗灰色で、透光性を示していた。なお、この熱処理は電極と半導体とのオーミック接触を得るための熱処理も兼ねていた。

続いて、公知のフォトリソグラフィー技術を用い、半導体側からＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ層構造よりなるｐ側電極ボンディング用パッド（１９）を形成した。ボンディングパッドを形成する部分には、切り欠き部を持つパターンを用いた。

上記の方法により作製した透光性電極の波長４７０ｎｍの光における透過率は６０％であった。なお、透過率は、上記と同じ透光性電極を透過率測定用の大きさに形成したもので測定した。

続いて、ドライエッチングによってｎ電極を形成する部分のｎ層を露出させ、ｐ側電極の形成に続いて、露出した部分に半導体側からＴｉ／Ａｕよりなるｎ側電極（２０）を形成した。

このようにして電極を形成したウエハを、裏面を研削、研磨することにより８０μｍまで全体の板厚を薄くして、レーザスクライバを用いて積層構造側から罫書き線を入れたあとで、ブレークをして、３５０μｍ角のチップに切断した。続いてこれらのチップを、リードフレーム上に載置し結線して発光ダイオードとした。電流２０ｍＡにおける発光出力が５ｍＷ、順方向電圧は２．９Ｖを示した。通電発光している状態の透光性電極を顕微鏡により観察したところ、各チップの透光性電極の発光は均一であった。

（比較例１）
実施例1と同じ積層構造において、ｎコンタクト層のキャリア濃度を１×１０^１８ｃｍ^−３、活性層の障壁層にはＳｉをドープせず、ｐコンタクト層のキャリア濃度を８×１０^１６ｃｍ^−３としたものを用いた。
この半導体積層構造基板の上に、実施例１と同じ手法により同じパターンの電極を作製したところ、電流２０ｍＡにおける発光出力が５ｍＷであったが、順方向電圧は４．０Ｖを示した。

（実施例２）
実施例２では、実施例１と同じチップの裏面に、Ａｌからなる反射膜（２１）を形成した。反射膜は、切断の終わったチップを裏面が上に来るように粘着性のビニールシートに転写し、これを蒸着機の中へ入れてＡｌを蒸着することで形成した。電流２０ｍＡにおける駆動電圧は２．９Ｖと実施例１と変化なく、出力は１０ｍＷと増加した。

（実施例３）
実施例３では、実施例１と同じ積層構造を持つウエーハに、ＮｉをＣｏに置き換える以外は全く同じ手順で、Ａｕ／ＣｏＯからなる構造の電極を作製した。電流２０ｍＡにおける駆動電圧は２．９５Ｖと実施例１とほぼ同じであり、出力は５ｍＷであった。
この実施例に用いた格子状の透光性電極のパターンには、ボンディングパッドを設けるための切り欠き部を設けないデザインのマスクを用いたが、ボンディング性には問題はなかった。

（実施例４）
実施例４では、ｎ型ＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は６×１０^１８ｃｍ^−３とし、膜厚は３μｍ、活性層はＧａＮ井戸層に膜厚３ｎｍの厚膜部と膜厚１．５ｎｍ以下の薄膜部を持つ多重量子井戸構造とし、また、ｐ型ＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は５×１０^１７ｃｍ^−３とした以外は、実施例１と同じ積層構造を持つウエーハに、全く同じ手順で、Ａｕ／ＮｉＯからなる構造の電極を作製した。電極のパターンを変え、図３に示すようなくし型のパターンを用いた。電流２０ｍＡにおける駆動電圧は３．３Ｖであり、出力は６ｍＷであった。

（実施例５）
実施例５では、実施例１と同じ積層構造を持つウエーハに、全く同じ手順でスパッタを用いて０．５ｎｍの膜厚を持つＰｔからなる電極を作製した。電極のパターンを、図４に示すような蜘蛛の巣型のパターンとした。電流２０ｍＡにおける駆動電圧は３．１Ｖであり、出力は６ｍＷであった。

実施例１〜３に係わる電極の形状の平面図を示す。 実施例１〜５に係わる積層構造の断面図を示す。 実施例４に係わる電極形状の平面図を示す。 実施例５に係わる電極形状の平面図を示す。 実施例１〜５に係わる素子構造の断面図を示す。

符号の説明

１ ｐコンタクト層
２ ｐクラッド層
３ 活性層
４ ｎクラッド層
５ ｎコンタクト層
６ 下地層
７ ＡｌＮ層
８ 基板
１０ 基板
１１ ＡｌＮ層
１２ 下地層
１３ ｎコンタクト層
１４ ｎクラッド層
１５ 活性層
１６ ｐクラッド層
１７ ｐコンタクト層
１８ オーミック電極
１９ ボンディングパッド
２０ 電極
２１ 金属反射鏡

Claims (17)

1. 結晶基板の表面側に窒化ガリウム系化合物半導体からなる障壁層と井戸層とから構成される量子井戸構造の発光層と、発光層に駆動電流を供給するオーミック電極を設けるためのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるコンタクト層を有し、コンタクト層上にはコンタクト層の一部の領域を露出する開口部のあるオーミック電極を有し、オーミック電極は発光層からの光に対して透光性を有し、井戸層はその層内で部分的に膜厚の厚い領域と薄い領域を有する窒化ガリウム系化合物半導体から構成されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
2. 井戸層の膜厚が、同層内の一部の領域において１．５ｎｍ〜０ｎｍの範囲内となっていることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
3. 障壁層または井戸層の何れか一方の層には、不純物が添加されていることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
4. 障壁層にのみに不純物がドーピングされていることを特徴とする請求項３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
5. 障壁層にのみ添加する不純物が、珪素であることを特徴とする請求項４に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
6. コンタクト層は、ｎ型の不純物が添加され、キャリア濃度が５×１０^１８ｃｍ^−３〜２×１０^１９ｃｍ^−３の範囲内であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
7. コンタクト層は、ｐ型の不純物が添加され、キャリア濃度が１×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^１９ｃｍ^−３の範囲内であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
8. コンタクト層は、ｐ型の不純物が添加され、キャリア濃度が１×１０^１７ｃｍ^−３〜５×１０^１８ｃｍ^−３の範囲内であることを特徴とする請求項７に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
9. コンタクト層の膜厚が、１μｍ〜３μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
10. オーミック電極の発光波長に対する透過率が３０％以上であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
11. オーミック電極の厚さが、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
12. 結晶基板の裏面側に発光層からの発光を外部へ反射するための金属反射鏡を有し、金属反射鏡が、オーミック電極と同一の金属材料を含むことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
13. 金属反射鏡が、オーミック電極を構成する金属材料と同一の材料からなる金属膜を含む多層構造から構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
14. 金属反射鏡が、銀、白金、ロジウム、アルミニウムからなる群から選ばれる何れか１種以上の単体金属膜、または合金膜を含むことを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
15. 金属反射鏡が、多層膜であることを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いた発光ダイオード。
17. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いたランプ。
    

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