発光素子及びその製造方法
【課題】ＩｎＴｉＯｘ電極とＡｌＧａＡｓ層の間に低抵抗のオーミックコンタクトを形成し、これにより高い発光効率を有する発光素子を提供する。
【解決手段】本発明による発光素子は、近赤外線を発生する主発光層５と、主発光層５を被覆するｐ−ＡｌＧａＡｓ層７と、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層７の上に直接に接合された、高濃度にドープされたｐ−ＧａＡｓ層８と、ｐ−ＧａＡｓ層８の上に直接に接合されたＩｎＴｉＯｘ層９とを具備する。
【解決手段】本発明による発光素子は、近赤外線を発生する主発光層５と、主発光層５を被覆するｐ−ＡｌＧａＡｓ層７と、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層７の上に直接に接合された、高濃度にドープされたｐ−ＧａＡｓ層８と、ｐ−ＧａＡｓ層８の上に直接に接合されたＩｎＴｉＯｘ層９とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、及びその製造方法に関しており、特に、発光ダイオードやレーザダイオードのような半導体発光素子においてオーミックコンタクト電極を形成するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光素子では、しばしば、駆動電流を供給する電極として透明電極が使用される。これは、面発光素子は、電極が形成される面から光を放出するように構成されるためである。光の放出効率を向上させるためには、電極の光透過率が高いことが望ましい。
【０００３】
ＩＴＯ（indium tin oxide）は、透明電極として最も広く使用される材料である。ＩＴＯは、２０２１ｃｍ−３台の高いキャリア電子密度を有しており、従って導電率が高い。このような利点により、ＩＴＯは、面発光の発光素子の電極として、広く使用される。
【０００４】
しかしながら、ＩＴＯは、高いキャリア電子密度を有するため、近赤外線に対する光透過率が充分に高くない。ＩＴＯのようにｎ型半導体として振舞う酸化物導電体では、キャリア電子が近赤外線と相互作用し、近赤外線を吸収したり反射したりする。従って、キャリア電子密度が高いほど、近赤外線の光透過率が低くなる。キャリア電子密度が高いＩＴＯは、近赤外線を発光する面発光素子の電極として好適な材料であるとはいえない。
【０００５】
近赤外線に対する光透過率が高い透明電極としては、ＩｎＴｉＯｘが知られている（例えば、特開２００４−１６８６３６号公報、特開２００４−２０７２２１号公報）。ＩｎＴｉＯｘは、そのキャリア電子密度が２０２０ｃｍ−３台であり、ＩＴＯと比較してキャリア電子密度が低い。従って、ＩｎＴｉＯｘは、ＩＴＯよりも近赤外線に対する光透過率が高い。その一方で、ＩｎＴｉＯｘは、高い電子移動度を有しており、ＩＴＯと同等の高い導電率を実現できる。このように、ＩｎＴｉＯｘは、近赤外線を発光する面発光素子の透明電極として有望な材料である。
【０００６】
近赤外線を発光する面発光素子の透明電極としてＩｎＴｉＯｘを使用する上での一つの問題は、低抵抗のオーミックコンタクトの実現である。近赤外線を発光する発光素子は、一般に、主としてＡｌＧａＡｓで形成されるが、ＩｎＴｉＯｘ電極とＡｌＧａＡｓ層の間に低抵抗のオーミックコンタクトを形成する技術は知られていない。特開２００２−２３２００５号公報は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層とＩＴＯ電極との間にｐ−ＩｎＧａＡｓ層を挿入することにより、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層とＩＴＯ電極との間でオーミックコンタクトを実現できることを開示している。しかしながら、この公報は、ＩｎＴｉＯｘ電極とＡｌＧａＡｓ層との間のオーミックコンタクトの形成については言及がない。
【特許文献１】特開２００４−１６８６３６号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７２２１号公報
【特許文献３】特開２００２−２３２００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、ＩｎＴｉＯｘ電極とＡｌＧａＡｓ層の間に低抵抗のオーミックコンタクトを形成する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。
【０００９】
本発明による発光素子は、赤外線を発生する発光部（５）と、発光部（５）を被覆するｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）と、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）の上に直接に接合された、高濃度にドープされたｐ−ＧａＡｓ層（８）と、ｐ−ＧａＡｓ層（８）の上に直接に接合されたＩｎＴｉＯｘ層（９）とを具備する。このように構成された発光素子では、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）とＩｎＴｉＯｘ層（９）との間にｐ−ＧａＡｓ層（８）が設けられていることにより、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）とＩｎＴｉＯｘ層（９）との間にオーミックコンタクトを実現することができる。
【００１０】
ｐ−ＧａＡｓ層（８）は、ＺｎとＣの少なくとも一方をｐ型不純物として含む一方で、Ｍｇをｐ型不純物として含まないことが好ましい。
【００１１】
ｐ−ＧａＡｓ層（８）の膜厚は、５ｎｍ以上であることが好ましく、発光部（５）によって発生される赤外線の波長が、ＧａＡｓの吸収領域にある場合には、ｐ−ＧａＡｓ層（８）の膜厚が５〜２０ｎｍであることが好ましい。
【００１２】
本発明による発光素子の製造方法は、
赤外線を発生する発光部（５）を形成する工程と、
発光部（５）を被覆するｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）を形成する工程と、
ｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）の上に高濃度にドープされたｐ−ＧａＡｓ層（８）を直接に形成する工程と、
ｐ−ＧａＡｓ層（８）の上にＩｎＴｉＯｘ層（９）を直接に形成する工程
とを備える。
【００１３】
当該発光素子の製造方法は、ＩｎＴｉＯｘ層（９）の形成の後、不活性雰囲気でアニールを行う工程を備えることが好ましい。
【００１４】
なお、発光部（５）及びｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）の形成が液相成長法によって行われる場合であっても、ｐ−ＧａＡｓ層（８）の形成が、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法又はＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法によって行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＩｎＴｉＯｘ電極とＡｌＧａＡｓ層の間に低抵抗のオーミックコンタクトを形成し、これにより高い発光効率を有する発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態の発光素子１の概略的な構造を示す断面図である。
発光素子１は、ｎ＋−ＧａＡｓ基板２と、その上に形成されたｎ−ＧａＡｓバッファ層３、ｎ型クラッド層４、主発光層５、ｐ型クラッド層６、及びｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７を備えている。ｎ＋−ＧａＡｓ基板２及びｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７は、高濃度にドープされており、高い導電率を有している。一実施形態では、ｎ型クラッド層４は、ｎ−ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０＜ｘ＜１）で形成されており、ｐ型クラッド層６は、ｐ−ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０＜ｘ＜１）で形成されている。主発光層５は、赤外線を発生するように形成されており、本実施形態では、主発光層５は、ｐ−ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ（０≦ｙ＜ｘ）で形成されている。本実施形態の発光素子１では、ダブルへテロ構造が採用されている。即ち、主発光層５におけるアルミニウムのガリウムに対する比率ｙは、ｎ型クラッド層４及びｐ型クラッド層６におけるアルミニウムのガリウムに対する比率ｘよりも小さく、主発光層５のバンドギャップは、ｎ型クラッド層４及びｐ型クラッド層６のバンドギャップより小さい。厳密には、赤外線は、主発光層５のみならず、ｐ型クラッド層６のうちの主発光層５との界面の近傍でも発生するが、赤外線の大部分は、主発光層５で発生する。主発光層５としては、様々な構造の層が使用可能であり、例えば、ＭＱＷ（multi quantum well）が使用されることも可能である。ｎ＋−ＧａＡｓ基板２の裏面には、金属電極１０が形成されている。
【００１７】
ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７の上には、ｐ＋−ＧａＡｓ層８及びＩｎＴｉＯｘ層９が順次に形成されている。ｐ＋−ＧａＡｓ層８は、ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７の上に直接に形成され、ＩｎＴｉＯｘ層９は、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の上に直接に形成されている。一実施形態では、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の膜厚は１０ｎｍであり、ＩｎＴｉＯｘ層９の膜厚は０．５μｍである。後述のように、ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７とＩｎＴｉＯｘ層９の間のｐ＋−ＧａＡｓ層８は、低抵抗のオーミックコンタクトを実現するために重要な役割を果たしている。発光素子１は、面発光構造を採用しており、主発光層５によって発生された近赤外線は、主として、ＩｎＴｉＯｘ層９を介して外部に放出される。
【００１８】
ＩｎＴｉＯｘ層９の上には、ボンディングのための金属電極１１が形成されている。発光素子１の実装の際には、ボンディングワイヤーは金属電極１１にボンディングされる。
【００１９】
本実施形態の発光素子１の一つの特徴は、高濃度にドープされたｐ＋−ＧａＡｓ層８がｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７とＩｎＴｉＯｘ層９との間に形成され、これにより、低抵抗のオーミックコンタクトが実現されていることである。ｐ＋−ＧａＡｓ層８による作用は、完全には理解されているわけではない。しかしながら、ｐ＋−ＧａＡｓ層８による作用の一つは、ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７の酸化を防止することにある。ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７の上にＩｎＴｉＯｘ層９を直接に形成しようとすると、ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７に含まれているＡｌが酸化してｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７とＩｎＴｉＯｘ層９との界面に高抵抗層が形成されてしまう。ｐ＋−ＧａＡｓ層８は、Ａｌが酸化されることによる高抵抗層の形成を防ぎ、低抵抗のオーミックコンタクトの実現を可能にする。
【００２０】
ｐ＋−ＧａＡｓ層８のｐ型不純物の濃度は、ｐ＋−ＧａＡｓ層８が縮退する程度に高い。具体的には、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上である。発明者の検討によれば、ｐ＋−ＧａＡｓ層８が高濃度にドープされることは、オーミックコンタクトを実現するために必要な条件である。
【００２１】
低抵抗のオーミックコンタクトを形成するためには、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の膜厚は５ｎｍ以上の厚さであることが好ましい。ｐ＋−ＧａＡｓ層８の膜厚が過剰に薄いと、Ａｌの酸化を防止する効果が失われるために好適でない。一方、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の膜厚が過剰に厚い場合には、主発光層５の発光波長によっては、発生された赤外線の透過を妨げることがある。より具体的には、主発光層５をｐ−ＡｌＧａＡｓで形成した場合には、その組成によって６５０〜９５０ｎｍの範囲で発生する波長を調整可能であるが、ＧａＡｓは、８６０ｎｍ以下の光に対する吸収係数が大きい。このような観点から、主発光層５の発光波長がＧａＡｓの吸収領域にある場合には（より具体的には、主発光層５の発光波長が８６０ｎｍ以下である場合には）、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の膜厚は、５〜２０ｎｍの範囲にあることが望ましい。
【００２２】
ｐ＋−ＧａＡｓ層８のｐ型不純物は、Ｚｎ（亜鉛）又はＣ（炭素）であることが好ましい。一般的にｐ−ＧａＡｓのｐ型不純物として広く使用されるＭｇ（マグネシウム）は、ｐ＋−ＧａＡｓ層８のｐ型不純物として好適ではない。図２は、ｐ＋−ＧａＡｓ層８に含まれるｐ型不純物がＺｎ、Ｃ、及びＭｇである場合における、ＩｎＴｉＯｘ層９のコンタクト抵抗の大きさを示すグラフである。ｐ＋−ＧａＡｓ層８に含まれるｐ型不純物がＺｎ、Ｃ、及びＭｇのいずれであっても、ＩｎＴｉＯｘ層９のコンタクト抵抗は、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の膜厚の増加にしたがって減少する。しかしながら、ｐ＋−ＧａＡｓ層８に含まれるｐ型不純物がＭｇである場合には、１×１０３Ω・ｃｍ２を超える接触抵抗しかえられなかった。一方、ｐ＋−ＧａＡｓ層８のｐ型不純物としてＺｎ又はＣを使用すると、ｐ＋−ＧａＡｓ層８のコンタクト抵抗を１×１０３Ω・ｃｍ２以下に抑えることができる。このように、ｐ＋−ＧａＡｓ層８に含まれるｐ型不純物としてＺｎ又はＣを使用することにより、低抵抗のオーミックコンタクトを実現することが出来る。
【００２３】
上述の発光素子１は、好適には下記の手順で形成される。まず、ｎ＋−ＧａＡｓ基板２の上に、液相成長法（ＬＰＥ）により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層３、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４と、主発光層５と、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６と、ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７とが順次に形成される。液相成長法は、各層を高いスループットで形成できる点で、ｎ−ＧａＡｓバッファ層３、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４、主発光層５、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６、及びｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７の形成に好適である。
【００２４】
続いて、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法により、ｐ＋−ＧａＡｓ層８が形成される。下層が液相成長法によって形成されているにも関らず、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の形成にＣＶＤ法が使用されることは有効である。上述のように、ｐ＋−ＧａＡｓ層８は、５〜２０ｎｍの膜厚を有することが好適であり、ＣＶＤ法を使用することは、均一な膜厚のｐ＋−ＧａＡｓ層８を制御性良く形成するために好適である。均一な膜厚のｐ＋−ＧａＡｓ層８を形成するためには、ＣＶＤ法の中でも、ＭＯＣＶＤ（metal-organic ＣＶＤ）法を使用することが好適である。ＭＯＣＶＤ法の使用は、カーボンドープのｐ＋−ＧａＡｓ層８を容易に形成できる点でも好適である。ＣＶＤ法の代わりに、ＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法によってｐ＋−ＧａＡｓ層８を形成してもよい。ＭＢＥ法の使用は、均一な膜厚のｐ＋−ＧａＡｓ層８を制御性良く形成するために好適である。ＭＢＥ法の中でも、ガスソースＭＢＥ法が使用されてもよいし、ＭＯＭＢＥ法（metal-organic ＭＢＥ）が使用されてもよい。
【００２５】
続いて、高周波マグネトロンスパッタ法により、ＩｎＴｉＯｘ層９が形成される。ＩｎＴｉＯｘ層９の膜厚は、好適には０．５μｍ程度である。
【００２６】
続いて、金属電極１０がｎ＋−ＧａＡｓ基板２の裏面に形成され、更に、金属電極１１がＩｎＴｉＯｘ層９の表面に形成され、図１の発光素子１の作製が完了する。
【００２７】
以上に説明されているように、本実施形態の発光素子１では、高濃度にドープされたｐ＋−ＧａＡｓ層８がｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７とＩｎＴｉＯｘ層９との間に形成されている。これにより、低抵抗のオーミックコンタクトが実現され、高い発光効率を有する発光素子を提供することができる。
【００２８】
なお、以上には本発明の好適な実施形態が記載されているが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。図１には、最も簡単な面発光の発光素子１の構造が開示されているが、構造の詳細は、様々に変更され得る。上述のように、例えば、ダブルへテロ構造が発光素子１に採用されることが可能である。
【００２９】
また、本発明の発光素子に、ＤＤＨ構造が採用されてもよい。図３は、ＤＤＨ構造が採用された発光素子１Ａの構造を示す断面図である。図３の発光素子１Ａは、図１の発光素子１からｎ＋−ＧａＡｓ基板２とｎ−ＧａＡｓバッファ層３とが除去された構造を有している。このような構造は、ＧａＡｓ基板による発光した光の吸収を減少させ、裏面の反射を増加させる効果があり、有利である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態における発光素子の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、ｐ＋−ＧａＡｓ層に含まれるｐ型不純物がＺｎ、Ｃ、及びＭｇである場合における、ＩｎＴｉＯｘ層のコンタクト抵抗の大きさを示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態における発光素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１、１Ａ：発光素子
２：ｎ＋−ＧａＡｓ基板
３：ｎ−ＧａＡｓバッファ層
４：ｎ型クラッド層
５：主発光層
６：ｐ型クラッド層
７：ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層
８：ｐ＋−ＧａＡｓ層
９：ＩｎＴｉＯｘ層
１０、１１：金属電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、及びその製造方法に関しており、特に、発光ダイオードやレーザダイオードのような半導体発光素子においてオーミックコンタクト電極を形成するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光素子では、しばしば、駆動電流を供給する電極として透明電極が使用される。これは、面発光素子は、電極が形成される面から光を放出するように構成されるためである。光の放出効率を向上させるためには、電極の光透過率が高いことが望ましい。
【０００３】
ＩＴＯ（indium tin oxide）は、透明電極として最も広く使用される材料である。ＩＴＯは、２０２１ｃｍ−３台の高いキャリア電子密度を有しており、従って導電率が高い。このような利点により、ＩＴＯは、面発光の発光素子の電極として、広く使用される。
【０００４】
しかしながら、ＩＴＯは、高いキャリア電子密度を有するため、近赤外線に対する光透過率が充分に高くない。ＩＴＯのようにｎ型半導体として振舞う酸化物導電体では、キャリア電子が近赤外線と相互作用し、近赤外線を吸収したり反射したりする。従って、キャリア電子密度が高いほど、近赤外線の光透過率が低くなる。キャリア電子密度が高いＩＴＯは、近赤外線を発光する面発光素子の電極として好適な材料であるとはいえない。
【０００５】
近赤外線に対する光透過率が高い透明電極としては、ＩｎＴｉＯｘが知られている（例えば、特開２００４−１６８６３６号公報、特開２００４−２０７２２１号公報）。ＩｎＴｉＯｘは、そのキャリア電子密度が２０２０ｃｍ−３台であり、ＩＴＯと比較してキャリア電子密度が低い。従って、ＩｎＴｉＯｘは、ＩＴＯよりも近赤外線に対する光透過率が高い。その一方で、ＩｎＴｉＯｘは、高い電子移動度を有しており、ＩＴＯと同等の高い導電率を実現できる。このように、ＩｎＴｉＯｘは、近赤外線を発光する面発光素子の透明電極として有望な材料である。
【０００６】
近赤外線を発光する面発光素子の透明電極としてＩｎＴｉＯｘを使用する上での一つの問題は、低抵抗のオーミックコンタクトの実現である。近赤外線を発光する発光素子は、一般に、主としてＡｌＧａＡｓで形成されるが、ＩｎＴｉＯｘ電極とＡｌＧａＡｓ層の間に低抵抗のオーミックコンタクトを形成する技術は知られていない。特開２００２−２３２００５号公報は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層とＩＴＯ電極との間にｐ−ＩｎＧａＡｓ層を挿入することにより、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層とＩＴＯ電極との間でオーミックコンタクトを実現できることを開示している。しかしながら、この公報は、ＩｎＴｉＯｘ電極とＡｌＧａＡｓ層との間のオーミックコンタクトの形成については言及がない。
【特許文献１】特開２００４−１６８６３６号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７２２１号公報
【特許文献３】特開２００２−２３２００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、ＩｎＴｉＯｘ電極とＡｌＧａＡｓ層の間に低抵抗のオーミックコンタクトを形成する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。
【０００９】
本発明による発光素子は、赤外線を発生する発光部（５）と、発光部（５）を被覆するｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）と、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）の上に直接に接合された、高濃度にドープされたｐ−ＧａＡｓ層（８）と、ｐ−ＧａＡｓ層（８）の上に直接に接合されたＩｎＴｉＯｘ層（９）とを具備する。このように構成された発光素子では、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）とＩｎＴｉＯｘ層（９）との間にｐ−ＧａＡｓ層（８）が設けられていることにより、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）とＩｎＴｉＯｘ層（９）との間にオーミックコンタクトを実現することができる。
【００１０】
ｐ−ＧａＡｓ層（８）は、ＺｎとＣの少なくとも一方をｐ型不純物として含む一方で、Ｍｇをｐ型不純物として含まないことが好ましい。
【００１１】
ｐ−ＧａＡｓ層（８）の膜厚は、５ｎｍ以上であることが好ましく、発光部（５）によって発生される赤外線の波長が、ＧａＡｓの吸収領域にある場合には、ｐ−ＧａＡｓ層（８）の膜厚が５〜２０ｎｍであることが好ましい。
【００１２】
本発明による発光素子の製造方法は、
赤外線を発生する発光部（５）を形成する工程と、
発光部（５）を被覆するｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）を形成する工程と、
ｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）の上に高濃度にドープされたｐ−ＧａＡｓ層（８）を直接に形成する工程と、
ｐ−ＧａＡｓ層（８）の上にＩｎＴｉＯｘ層（９）を直接に形成する工程
とを備える。
【００１３】
当該発光素子の製造方法は、ＩｎＴｉＯｘ層（９）の形成の後、不活性雰囲気でアニールを行う工程を備えることが好ましい。
【００１４】
なお、発光部（５）及びｐ−ＡｌＧａＡｓ層（７）の形成が液相成長法によって行われる場合であっても、ｐ−ＧａＡｓ層（８）の形成が、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法又はＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法によって行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＩｎＴｉＯｘ電極とＡｌＧａＡｓ層の間に低抵抗のオーミックコンタクトを形成し、これにより高い発光効率を有する発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態の発光素子１の概略的な構造を示す断面図である。
発光素子１は、ｎ＋−ＧａＡｓ基板２と、その上に形成されたｎ−ＧａＡｓバッファ層３、ｎ型クラッド層４、主発光層５、ｐ型クラッド層６、及びｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７を備えている。ｎ＋−ＧａＡｓ基板２及びｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７は、高濃度にドープされており、高い導電率を有している。一実施形態では、ｎ型クラッド層４は、ｎ−ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０＜ｘ＜１）で形成されており、ｐ型クラッド層６は、ｐ−ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０＜ｘ＜１）で形成されている。主発光層５は、赤外線を発生するように形成されており、本実施形態では、主発光層５は、ｐ−ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ（０≦ｙ＜ｘ）で形成されている。本実施形態の発光素子１では、ダブルへテロ構造が採用されている。即ち、主発光層５におけるアルミニウムのガリウムに対する比率ｙは、ｎ型クラッド層４及びｐ型クラッド層６におけるアルミニウムのガリウムに対する比率ｘよりも小さく、主発光層５のバンドギャップは、ｎ型クラッド層４及びｐ型クラッド層６のバンドギャップより小さい。厳密には、赤外線は、主発光層５のみならず、ｐ型クラッド層６のうちの主発光層５との界面の近傍でも発生するが、赤外線の大部分は、主発光層５で発生する。主発光層５としては、様々な構造の層が使用可能であり、例えば、ＭＱＷ（multi quantum well）が使用されることも可能である。ｎ＋−ＧａＡｓ基板２の裏面には、金属電極１０が形成されている。
【００１７】
ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７の上には、ｐ＋−ＧａＡｓ層８及びＩｎＴｉＯｘ層９が順次に形成されている。ｐ＋−ＧａＡｓ層８は、ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７の上に直接に形成され、ＩｎＴｉＯｘ層９は、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の上に直接に形成されている。一実施形態では、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の膜厚は１０ｎｍであり、ＩｎＴｉＯｘ層９の膜厚は０．５μｍである。後述のように、ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７とＩｎＴｉＯｘ層９の間のｐ＋−ＧａＡｓ層８は、低抵抗のオーミックコンタクトを実現するために重要な役割を果たしている。発光素子１は、面発光構造を採用しており、主発光層５によって発生された近赤外線は、主として、ＩｎＴｉＯｘ層９を介して外部に放出される。
【００１８】
ＩｎＴｉＯｘ層９の上には、ボンディングのための金属電極１１が形成されている。発光素子１の実装の際には、ボンディングワイヤーは金属電極１１にボンディングされる。
【００１９】
本実施形態の発光素子１の一つの特徴は、高濃度にドープされたｐ＋−ＧａＡｓ層８がｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７とＩｎＴｉＯｘ層９との間に形成され、これにより、低抵抗のオーミックコンタクトが実現されていることである。ｐ＋−ＧａＡｓ層８による作用は、完全には理解されているわけではない。しかしながら、ｐ＋−ＧａＡｓ層８による作用の一つは、ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７の酸化を防止することにある。ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７の上にＩｎＴｉＯｘ層９を直接に形成しようとすると、ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７に含まれているＡｌが酸化してｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７とＩｎＴｉＯｘ層９との界面に高抵抗層が形成されてしまう。ｐ＋−ＧａＡｓ層８は、Ａｌが酸化されることによる高抵抗層の形成を防ぎ、低抵抗のオーミックコンタクトの実現を可能にする。
【００２０】
ｐ＋−ＧａＡｓ層８のｐ型不純物の濃度は、ｐ＋−ＧａＡｓ層８が縮退する程度に高い。具体的には、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上である。発明者の検討によれば、ｐ＋−ＧａＡｓ層８が高濃度にドープされることは、オーミックコンタクトを実現するために必要な条件である。
【００２１】
低抵抗のオーミックコンタクトを形成するためには、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の膜厚は５ｎｍ以上の厚さであることが好ましい。ｐ＋−ＧａＡｓ層８の膜厚が過剰に薄いと、Ａｌの酸化を防止する効果が失われるために好適でない。一方、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の膜厚が過剰に厚い場合には、主発光層５の発光波長によっては、発生された赤外線の透過を妨げることがある。より具体的には、主発光層５をｐ−ＡｌＧａＡｓで形成した場合には、その組成によって６５０〜９５０ｎｍの範囲で発生する波長を調整可能であるが、ＧａＡｓは、８６０ｎｍ以下の光に対する吸収係数が大きい。このような観点から、主発光層５の発光波長がＧａＡｓの吸収領域にある場合には（より具体的には、主発光層５の発光波長が８６０ｎｍ以下である場合には）、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の膜厚は、５〜２０ｎｍの範囲にあることが望ましい。
【００２２】
ｐ＋−ＧａＡｓ層８のｐ型不純物は、Ｚｎ（亜鉛）又はＣ（炭素）であることが好ましい。一般的にｐ−ＧａＡｓのｐ型不純物として広く使用されるＭｇ（マグネシウム）は、ｐ＋−ＧａＡｓ層８のｐ型不純物として好適ではない。図２は、ｐ＋−ＧａＡｓ層８に含まれるｐ型不純物がＺｎ、Ｃ、及びＭｇである場合における、ＩｎＴｉＯｘ層９のコンタクト抵抗の大きさを示すグラフである。ｐ＋−ＧａＡｓ層８に含まれるｐ型不純物がＺｎ、Ｃ、及びＭｇのいずれであっても、ＩｎＴｉＯｘ層９のコンタクト抵抗は、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の膜厚の増加にしたがって減少する。しかしながら、ｐ＋−ＧａＡｓ層８に含まれるｐ型不純物がＭｇである場合には、１×１０３Ω・ｃｍ２を超える接触抵抗しかえられなかった。一方、ｐ＋−ＧａＡｓ層８のｐ型不純物としてＺｎ又はＣを使用すると、ｐ＋−ＧａＡｓ層８のコンタクト抵抗を１×１０３Ω・ｃｍ２以下に抑えることができる。このように、ｐ＋−ＧａＡｓ層８に含まれるｐ型不純物としてＺｎ又はＣを使用することにより、低抵抗のオーミックコンタクトを実現することが出来る。
【００２３】
上述の発光素子１は、好適には下記の手順で形成される。まず、ｎ＋−ＧａＡｓ基板２の上に、液相成長法（ＬＰＥ）により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層３、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４と、主発光層５と、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６と、ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７とが順次に形成される。液相成長法は、各層を高いスループットで形成できる点で、ｎ−ＧａＡｓバッファ層３、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４、主発光層５、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６、及びｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７の形成に好適である。
【００２４】
続いて、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法により、ｐ＋−ＧａＡｓ層８が形成される。下層が液相成長法によって形成されているにも関らず、ｐ＋−ＧａＡｓ層８の形成にＣＶＤ法が使用されることは有効である。上述のように、ｐ＋−ＧａＡｓ層８は、５〜２０ｎｍの膜厚を有することが好適であり、ＣＶＤ法を使用することは、均一な膜厚のｐ＋−ＧａＡｓ層８を制御性良く形成するために好適である。均一な膜厚のｐ＋−ＧａＡｓ層８を形成するためには、ＣＶＤ法の中でも、ＭＯＣＶＤ（metal-organic ＣＶＤ）法を使用することが好適である。ＭＯＣＶＤ法の使用は、カーボンドープのｐ＋−ＧａＡｓ層８を容易に形成できる点でも好適である。ＣＶＤ法の代わりに、ＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法によってｐ＋−ＧａＡｓ層８を形成してもよい。ＭＢＥ法の使用は、均一な膜厚のｐ＋−ＧａＡｓ層８を制御性良く形成するために好適である。ＭＢＥ法の中でも、ガスソースＭＢＥ法が使用されてもよいし、ＭＯＭＢＥ法（metal-organic ＭＢＥ）が使用されてもよい。
【００２５】
続いて、高周波マグネトロンスパッタ法により、ＩｎＴｉＯｘ層９が形成される。ＩｎＴｉＯｘ層９の膜厚は、好適には０．５μｍ程度である。
【００２６】
続いて、金属電極１０がｎ＋−ＧａＡｓ基板２の裏面に形成され、更に、金属電極１１がＩｎＴｉＯｘ層９の表面に形成され、図１の発光素子１の作製が完了する。
【００２７】
以上に説明されているように、本実施形態の発光素子１では、高濃度にドープされたｐ＋−ＧａＡｓ層８がｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層７とＩｎＴｉＯｘ層９との間に形成されている。これにより、低抵抗のオーミックコンタクトが実現され、高い発光効率を有する発光素子を提供することができる。
【００２８】
なお、以上には本発明の好適な実施形態が記載されているが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。図１には、最も簡単な面発光の発光素子１の構造が開示されているが、構造の詳細は、様々に変更され得る。上述のように、例えば、ダブルへテロ構造が発光素子１に採用されることが可能である。
【００２９】
また、本発明の発光素子に、ＤＤＨ構造が採用されてもよい。図３は、ＤＤＨ構造が採用された発光素子１Ａの構造を示す断面図である。図３の発光素子１Ａは、図１の発光素子１からｎ＋−ＧａＡｓ基板２とｎ−ＧａＡｓバッファ層３とが除去された構造を有している。このような構造は、ＧａＡｓ基板による発光した光の吸収を減少させ、裏面の反射を増加させる効果があり、有利である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態における発光素子の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、ｐ＋−ＧａＡｓ層に含まれるｐ型不純物がＺｎ、Ｃ、及びＭｇである場合における、ＩｎＴｉＯｘ層のコンタクト抵抗の大きさを示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態における発光素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１、１Ａ：発光素子
２：ｎ＋−ＧａＡｓ基板
３：ｎ−ＧａＡｓバッファ層
４：ｎ型クラッド層
５：主発光層
６：ｐ型クラッド層
７：ｐ＋−ＡｌＧａＡｓコンタクト層
８：ｐ＋−ＧａＡｓ層
９：ＩｎＴｉＯｘ層
１０、１１：金属電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を発生する発光部と、
前記発光部を被覆するｐ−ＡｌＧａＡｓ層と、
前記ｐ−ＡｌＧａＡｓ層の上に直接に接合された、高濃度にドープされたｐ−ＧａＡｓ層と、
前記ｐ−ＧａＡｓ層の上に直接に接合されたＩｎＴｉＯｘ層
とを具備する
発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の発光素子であって、
前記ｐ−ＧａＡｓ層が、ＺｎとＣの少なくとも一方をｐ型不純物として含む
発光素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発光素子であって、
前記ｐ−ＧａＡｓ層の膜厚が、５〜２０ｎｍである
発光素子。
【請求項４】
赤外線を発生する発光部を形成する工程と、
前記発光部を被覆するｐ−ＡｌＧａＡｓ層を形成する工程と、
前記ｐ−ＡｌＧａＡｓ層の上に高濃度にドープされたｐ−ＧａＡｓ層を直接に形成する工程と、
前記ｐ−ＧａＡｓ層の上にＩｎＴｉＯｘ層を直接に形成する工程
とを備える
発光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の発光素子の製造方法であって、
前記ＩｎＴｉＯｘ層の形成の後、不活性雰囲気でアニールを行う工程を備える
発光素子の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の発光素子の製造方法であって、
前記発光部及びｐ−ＡｌＧａＡｓ層の形成が液相成長法によって行われ、
前記ｐ−ＧａＡｓ層の形成が、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法又はＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法によって行われる
発光素子の製造方法。
【請求項１】
赤外線を発生する発光部と、
前記発光部を被覆するｐ−ＡｌＧａＡｓ層と、
前記ｐ−ＡｌＧａＡｓ層の上に直接に接合された、高濃度にドープされたｐ−ＧａＡｓ層と、
前記ｐ−ＧａＡｓ層の上に直接に接合されたＩｎＴｉＯｘ層
とを具備する
発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の発光素子であって、
前記ｐ−ＧａＡｓ層が、ＺｎとＣの少なくとも一方をｐ型不純物として含む
発光素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発光素子であって、
前記ｐ−ＧａＡｓ層の膜厚が、５〜２０ｎｍである
発光素子。
【請求項４】
赤外線を発生する発光部を形成する工程と、
前記発光部を被覆するｐ−ＡｌＧａＡｓ層を形成する工程と、
前記ｐ−ＡｌＧａＡｓ層の上に高濃度にドープされたｐ−ＧａＡｓ層を直接に形成する工程と、
前記ｐ−ＧａＡｓ層の上にＩｎＴｉＯｘ層を直接に形成する工程
とを備える
発光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の発光素子の製造方法であって、
前記ＩｎＴｉＯｘ層の形成の後、不活性雰囲気でアニールを行う工程を備える
発光素子の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の発光素子の製造方法であって、
前記発光部及びｐ−ＡｌＧａＡｓ層の形成が液相成長法によって行われ、
前記ｐ−ＧａＡｓ層の形成が、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法又はＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法によって行われる
発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１０１９１（Ｐ２００９−１０１９１Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７０５５７（Ｐ２００７−１７０５５７）
【出願日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【出願人】（５０４１３３１１０）国立大学法人 電気通信大学 (383)
【出願人】（５０１０４５０２１）株式会社ナノテコ (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【出願人】（５０４１３３１１０）国立大学法人 電気通信大学 (383)
【出願人】（５０１０４５０２１）株式会社ナノテコ (9)
【Ｆターム（参考）】
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