JP4030513B2

JP4030513B2 - オーミック電極構造、それを備えた化合物半導体発光素子及びｌｅｄランプ

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Publication number: JP4030513B2
Application number: JP2004087207A
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Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2008-01-09
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Description

本発明は、ｐ形の伝導を呈するリン化硼素系半導体層の表面に接触して設けるｐ形オーミック電極構造、及び、そのｐ形オーミック電極構造を利用して化合物半導体素子、特に、化合物半導体発光素子を構成するための技術に関する。

従来より、III −Ｖ族化合物半導体の一種であるリン化硼素（化学式：ＢＰ）及びその混晶を利用して発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）等のリン化硼素系半導体素子を構成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、ｐ形の導電性の単量体のリン化硼素（化学式：ＢＰ）層は、ｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造型の発光部を構成する障壁層として利用されている（例えば、特許文献２参照）。リン化硼素系半導体発光ダイオードは、例えば、リン化硼素層からなるｐ形のクラッド（ｃｌａｄ）層の表面上にｐ形のオーミック電極を設けて構成されている。従来技術に於いて、例えば、ｐ形リン化硼素層については、アルミニウム（Ａｌ）からｐ形オーミック電極を形成する例が知れている（例えば、非特許文献１）。

リン化硼素は、不純物を故意に添加せずとも低抵抗のｎ形またはｐ形の何れの伝導形の半導体層が得られるとされる（例えば、非特許文献１参照）。従って、導電性のリン化硼素層から構成された、例えば、クラッド（ｃｌａｄ）層或いはコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層等には、オーミック性電極が形成され得る。マグネシム（元素記号：Ｍｇ）を添加したｐ形リン化硼素層をコンタクト層として備えた従来の化合物半導体発光素子に於いて、金（元素記号：Ａｕ）・亜鉛（元素記号：Ｚｎ）から構成する例が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、上記の如くの金属からは、ｐ形リン化硼素に対して良好なオーミック接触性を呈するオーミック電極を安定して形成するに至っていない。このため、発光素子を動作させるための電流（素子駆動電流）を通流させる際の入力抵抗は、徒に高まり、順方向電圧（Ｖｆ）の高いＬＥＤが帰結されることなり問題となっている。また、低い閾値電圧（Ｖｔｈ）のレーザダイオード（ＬＤ）を得るに不都合となっている。

米国特許第６，０６９，０２１号公報明細書参照特開平２−２８８３８８号公報参照Ｋ．Ｓｈｏｈｎｏ他、ジャーナルオブクリスタルグロース（Ｊ．ＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ）、第２４／２５巻、１９７４年（オランダ）、１９３頁

本発明では、硼素（Ｂ)とリン（Ｐ)とを構成元素として含むｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触させて設けるｐ形オーミック電極にあって、良好なオーミック接触性をもたらせる電極の構成を提示する。ｐ形オーミック電極とは、ｐ形半導体層に設ける正（陽）電極を指す。また、本発明に係わる構成からなるｐ形オーミック電極を備えた化合物半導体発光素子を提供する。

即ち、本発明は、下記にある。
（１）ｐ形の伝導を呈する、硼素とリンとを構成元素として含む導電性のリン化硼素系半導体層の表面に接触させてオーミック電極を設けるオーミック電極構造であって、前記ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触する電極の少なくとも底面がランタニド元素またはランタニド元素を含む合金から構成されていることを特徴とするオーミック電極構造。
（２）前記ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触する底面を、ランタンと仕事関数が４．５ｅＶ以下の元素との合金から構成したことを特徴とする上記（１）に記載のオーミック電極構造。
（３）前記ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触する底面を、ランタンとアルミニウムとの合金から構成したことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のオーミック電極構造。
（４）前記ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触する底面を、ランタンと珪素との合金から構成したことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のオーミック電極構造。
（５）前記ｐ形リン化硼素系半導体層が、不純物を故意に添加していないアンドープで且つ室温での禁止帯幅が２．８ｅＶ以上５．４ｅＶ以下であるｐ形の単量体リン化硼素であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載のオーミック電極構造を含む化合物半導体装置。
（６）上記（５）に記載の化合物半導体装置からなる化合物半導体発光素子。
（７）絶縁性または導電性の結晶からなる基板と、該結晶基板上に形成された化合物半導体層からなる発光層と、該発光層上に設けられたｐ形の伝導を呈する硼素とリンとを構成元素として含む導電性のリン化硼素系半導体層と、該ｐ形リン化硼素系半導体層に接触させてオーミック接触性のｐ形オーミック電極とが備えられている化合物半導体発光素子であって、前記形リン化硼素系半導体層の表面に接触する前記ｐ形オーミック電極の少なくとも底面がランタニド元素又はランタニド元素を含む合金から構成されていることを特徴とする化合物半導体発光素子。
（８）前記ｐ形オーミック電極の底面がランタンと仕事関数が４．５ｅＶ以下の元素との合金から構成されたことを特徴とする上記（７）に記載の化合物半導体発光素子。
（９）前記ｐ形オーミック電極の底面がランタンとアルミニウムとの合金から構成されたことを特徴とする上記（７）又は（８）に記載の化合物半導体発光素子。
（１０）前記ｐ形オーミック電極の底面がランタンと珪素との合金から構成されたことを特徴とする上記（７）又は（８）に記載の化合物半導体発光素子。
（１１）前記化合物半導体層がIII-V族化合物半導体からなることを特徴とする上記（７）〜（１０）のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
（１２）前記化合物半導体層が窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ：０≦Ｘ≦１）、または窒化リン化ガリウム（組成式ＧａＮ_1-YＰ_Y：０≦Ｙ≦１）からなることを特徴とする上記（７）〜（１１）のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
（１３）ランタニド元素又はランタニド元素を含む合金から構成されている前記ｐ形オーミック電極の前記底部部分が、平面形状として、結線用台座電極の形状とそれに隣接して形成された網目状部分を有することを特徴とする上記（７）〜（１２）のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
（１４）前記ｐ形リン化硼素系半導体層が、不純物を故意に添加していないアンドープで且つ室温での禁止帯幅が２．８ｅＶ以上５．４ｅＶ以下であるｐ形の単量体リン化硼素であることを特徴とする上記（７）〜（１３）のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
（１５）上記（７）〜（１４）のいずれか１項に記載の化合物半導体素子を用いたＬＥＤランプ。

本発明に依れば、ｐ形のリン化硼素系半導体層の表面に接触させて設けるｐ形オーミック電極をランタノイド元素またはその合金膜から構成することとしたので、低接触抵抗の電極を形成できるため、供給される素子駆動電流を効率的に発光のために利用され、従って、高い発光強度の化合物半導体発光素子をもたらすに効果をあげられる。さらに、本発明の化合物半導体発光素子に導線を接続し、樹脂に封入することにより、高輝度のＬＥＤランプを作製することができる。

本発明は、ｐ形リン化硼素系半導体層に対して優れたオーミック接触性を提供する電極構造に関する。
本発明においてリン化硼素系半導体とは、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素として含む化合物半導体であり、例えば、Ｂ_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_1-α-β-γＰ_1-δＡｓ_δ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）である。また、例えば、Ｂ_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_1-α-β-γＰ_1-δＮ_δ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）である。例えば、単量体のリン化硼素（ＢＰ）、リン化硼素・ガリウム・インジウム（組成式Ｂ_αＧａ_γＩｎ_1-α-γＰ：０＜α≦１、０≦γ＜１）、また、窒化リン化硼素（組成式ＢＰ_1-δＮ_δ：０≦δ＜１）や砒化リン化硼素（組成式ＢＰ_1-δＡｓ_δ）等の複数のＶ族元素を含む混晶である。例えば、ＢＰ_1-δＮ_δやＢＰ_1-δＡｓ_δなどにあって、好ましいリン（Ｐ）の下限の組成比（１−δ）は、０．５０以上であり、更に好ましくは０．７５以上である。

ｐ形のオーミック電極を設けるためのｐ形リン化硼素系半導体層は、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）法やＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相堆積）法に依り形成できる。また、分子線エピタキシャル法でも形成できる（Ｊ．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｈｅｍ．，１３３（１９９７）、２６９〜２７２頁参照）。例えば、ｐ形の単量体のリン化硼素層は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）とホスフィン（分子式：ＰＨ₃）を原料とするＭＯＣＶＤ法で形成できる。ｐ形ＢＰ層の形成温度としては、１０００℃〜１２００℃の温度が適する。形成時の原料供給比率（＝ＰＨ₃／（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）は、１０〜５０とするのが適する。不純物を故意に添加しない、所謂、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）のＢＰ層は不純物の拡散に因る他層の変性を回避するに効果がある。形成温度、Ｖ／III 比率に加えて、形成速度を精密に制御すれば、禁止帯幅の大きなリン化硼素系半導体層を形成できる（特願２００２−１５８２８２号参照）。

特に、室温での禁止帯幅を２．８エレクトロンボルト（単位：ｅＶ）以上で５．４ｅＶ以下とするｐ形リン化硼素系半導体層は好ましく利用できる。更に好ましくは２．８ｅＶ〜３．２ｅＶとする広禁止帯幅（ｗｉｄｅｂａｎｄｇａｐ）のｐ形リン化硼素系半導体層は、化合物半導体発光素子にあって、例えば、ｐ形クラッド（ｃｌａｄ）層等のバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）作用を有する障壁層として利用できる。また、ワイドバンドギャップのｐ形リン化硼素系半導体層は、窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_XＩｎ_1-XＮ：０≦Ｘ≦１）や窒化リン化ガリウム（組成式ＧａＮ_1-YＰ_Y：０≦Ｙ≦１）からなる発光層からの青色光或いは緑色光等の可視光を発光素子の外部へ透過するための窓（ｗｉｎｄｏｗ）層を構成するに適する。禁止帯幅が５．４ｅＶを超えると、発光層との障壁差が大となり、順方向電圧或いは閾値電圧の低い化合物半導体発光素子を得るに不利となる。例えば、ｐ形クラッド層は、室温でのキャリア濃度を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上とし、抵抗率を５×１０^-2Ω・ｃｍ以下とする低抵抗のリン化硼素層から好適に形成できる。ｐ形クラッド層を構成するｐ形リン化硼素の層厚は、５００ナノメータ（単位：ｎｍ）以上で５０００ｎｍ以下とするのが適する。ｐ形クラッド層に接触させてｐ形のオーミック電極を設ける構成にあって、ｐ形クラッド層が不必要に薄層であると、オーミック電極を介して供給される素子駆動電流を発光層の全般に万遍なく平面的に拡散できなくなるため、不都合となる。
このようなｐ形リン化硼素系半導体層を利用する化合物半導体装置の代表例は、限定するわけでなないが、リン化硼素系化合物半導体ＬＥＤである。特に、上記の如く、窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_XＩｎ_1-XＮ：０≦Ｘ≦１）や窒化リン化ガリウム（組成式ＧａＮ_1-YＰ_Y：０≦Ｙ≦１）からなる発光層と好適に組み合わされる。その他、レーザダイオード（ＬＤ）などの化合物半導体発光素子にも適用できる。

本発明において、クラッド層或いは電極形成用コンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層などをなすｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触させて設けるｐ形のオーミック電極の底面部は、ランタニド元素の膜或いはその元素を含む合金膜から構成する。
ランタニド元素とは、原子番号５７のランタン（Ｌａ）から原子番号７１のルテシウム（元素記号：Ｌｕ）迄の元素である（ジェー・エー・ダフィー著、「無機化学」、（株）廣川書店、昭和４６年４月１５日発行、５版、２６２頁参照）。セリウム（Ｃｅ；原子番号５８）、プラセオジウム（Ｐｒ；原子番号５９）、ネオジム（Ｎｄ；原子番号６０）、ホロミウム（Ｈｏ；原子番号６７）等がランタノイド類（ｌａｎｔｈａｎｏｉｄｓ）である（上記の「無機化学」、２６３頁参照）。特に、本発明では、ｐ形オーミック電極の底面部をランタン（Ｌａ）及びその合金から構成することが好適である。ランタノイドの中でも、ランタン及びその合金は、ｐ形リン化硼素系半導体層と良好なオーミック接触性をもたらすからである。また、リン化硼素系半導体層との密着性がランタノイドの中でも富に優れているため、強固に被着した底面部を構成できるからである。

また、ランタンと仕事関数（ｗｏｒｋｆｕｎｃｔｉｏｎ）を４．５ｅＶ以下とする物質との合金は、ｐ形リン化硼素系半導体層の表面と接触するｐ形オーミック電極の底面部を構成するのに好都合である。仕事関数が４．５ｅＶを超えると、ｐ形リン化硼素系半導体層との障壁が急激に大となり、ｐ形オーミック電極を形成するに不利である。小さな仕事関数に加えて、融点の高い物質との合金は、耐熱性に優れるｐ形オーミック電極を構成するに好適となる。従って、仕事関数は小さいが融点の低いガリウム（仕事関数＝４．０ｅＶ、融点＝２９．８℃）やインジウム（仕事関数＝３．８ｅＶ、融点＝１５６℃）との合金よりも、より融点の高い合金が適する。例えば、ランタンとアルミニウム（仕事関数＝４．３ｅＶ、融点＝６６０℃）或いはランタンと珪素（仕事関数＝４．０ｅＶ、融点＝１４１４℃）との合金からは、良好なオーミック接触性を呈する底面部を好都合に構成できる。アルミニウム（Ａｌ）或いは珪素（Ｓｉ）の含有量は質量百分率（質量％）にして、１％以上で５０％未満であるのが適する。ランタン合金膜は、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法や高周波スパッタリング法等の手段に依り形成できる。周知のフォトリソグラフィー技術を利用して合金膜をパターニング加工すれば、平面形状を円形、方形等とする所望の形状の底面部を形成できる。その他には、例えば、ランタンとテルル（元素記号：Ｔｅ、仕事関数＝４．３ｅＶ、融点＝４５０℃）との合金であるテルル化ランタン（組成式：Ｌａ₂Ｔｅ₃）や、ニッケル（元素記号：Ｎｉ、仕事関数＝４．５ｅＶ、融点＝１４５３℃）とのランタンニッケル（組成式ＬａＮｉ₅）合金を例示できる。

本発明に係わるランタンまたはその合金からなる底面部を含むｐ形オーミック電極の特性は、例えば、一般的な電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性から調査できる。一例として、ランタン・アルミニウム合金（組成式：ＬａＡｌ₂）から構成したｐ形オーミック電極のＩ−Ｖ特性を、従来の電極の特性と比較して図１に例示する。Ｉ−Ｖ特性は、３５０μｍの間隔で隣接するｐ形オーミック電極間のものである。また、同一の抵抗を有するｐ形リン化硼素層を利用して測定した特性であり、従って、抵抗の小ささは接触抵抗の低さを反映するものとなっている。図１に例示する如く、本発明に係わるＬａＡｌ₂電極では、従来のアルミニウム（Ａｌ）単体或いは金（Ａｕ）・亜鉛（Ｚｎ）や金（Ａｕ）・ベリリウム（Ｂｅ）合金電極に比較して、同一の印可電圧に於いて多くの電流が流通でき、接触抵抗のより小さなｐオーミック電極がもたらされる。

ｐ形オーミック電極、特に、その底面部は、ｐ形リン化硼素系半導体層との接触を良好とするため、細孔の無い連続膜から構成するのが適する。このため、底面部は膜厚を１０ｎｍ以上とするランタンを含む膜から構成するのが適する。より好適なのは１００ｎｍ以上で３００ｎｍ以下である。
底面部の表面上には、更に、他の金属膜を重層させれば、重層構造からなるオーミック電極を構成できる。例えば、１２０ｎｍの膜厚のランタン（９５質量％）・アルミニウム（５質量％）合金から構成した円形の平面形状の底面部に、チタン（Ｔｉ）膜と金（Ａｕ）膜とを順次、重層させて３層構造のｐ形オーミック電極を好ましく構成できる。重層構造のｐ形オーミック電極を構成するにあたって、最上層は、結線（ｂｏｎｄｉｎｇ）を容易となすため、金（Ａｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）から構成するのが好適である。また、３層の重層構造のｐ形オーミック電極にあって、底面部と最上層との中間に設ける中間層は、例えば、チタン、モリブデン（Ｍｏ）等の遷移金属或いは白金（Ｐｔ）から構成され得る。

本発明に係わる構成のｐ形のオーミック電極を利用すれば、電気的特性特性に優れる化合物半導体発光素子を提供できる。例えば、順方向電圧（Ｖｆ）の低いＬＥＤを提供できる。Ｖｆの低い可視光ＬＥＤは、例えば、サファイア基板／ｎ形窒化ガリウム（ＧａＮ）クラッド層／ｎ形窒化ガリウム・インジウム（ＧａＩｎＮ）発光層／ｐ形リン化硼素（ＢＰ）クラッド層を備えた積層構造体にあって、ｐ形ＢＰクラッド層の表面にランタン・アルミニウム合金膜からなるｐ形オーミック電極を設けて構成できる。チップサイズを例えば、３００μｍ〜３５０μｍとするＬＥＤにあって、ｐ形オーミック電極の底面部は、例えば、直径９０μｍ〜１５０μｍとするのが適する。インジウム組成（＝１−Ｘ）を相違する複数の相（ｐｈａｓｅ）を含む多相構造のＧａ_XＩｎ_1-XＮ（０＜Ｘ＜１）層から構成すれば、発光強度のより高い化合物半導体素子を形成するに有効となる（日本国特許第３０９００５７号参照）。

また、例えば一辺の長さを５００μｍ以上とする平面積の大きなＬＥＤを構成する際には、ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に広範囲に亘り配置する手段が有効となる。素子駆動電流を平面的に広範囲に拡散できため、発光強度の高い、或いは発光面積の大きなＬＥＤを得るに好都合となるからである。オーミック電極は、均一に拡散できる様な形状をもって配置するのが望ましい。例えば、発光層上のｐ形リン化硼素ガリウム混晶層の表面に接触させて、互いに電気的に導通する格子状に或いは網目状にのランタン・アルミニウム合金からなるｐ形オーミック電極を配置する。また、ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触させて設けたランタン・珪素合金からなる底面部を、当該底面部と電気的に導通を保持させつつ、チップの周縁に枝状或いは放射状に延在させて、ｐ形オーミック電極を形成する。また、ｐ形リン化硼素系半導体層の中央に設けた台座電極に導通させた、複数の同心円状のランタン・アルミニウム合金膜からｐ形オーミック電極を構成する。これらの形状のオーミック電極を付帯する結線用の台座電極にあって、その底面をｐ形リン化硼素系半導体層に対してオーミック接触抵抗の高い材料から構成すると、台座電極の直下に素子駆動電流が短絡的に流通するのを防止でき、逆に、外部へ発光を取り出すに好都合な外部に開放された発光領域へ広範囲に素子駆動電流を拡散できて好都合となる。

所望の平面形状のｐ形オーミック電極を形成するには、例えば、先ず、ｐ形リン化硼素系半導体層の表面の全面に、例えば、ランタン・アルミニウム合金膜を通常の真空蒸着法、電子ビーム蒸着法等の手段に依り被着させておく。次に、公知のフォトリソグラフィー技術を利用して所望の形状にパターニングを施す。ｐ形リン化硼素系半導体層に等電位的な分布を形成できる形状にパターンニングするのが好適である。次に、不要な合金膜を湿式エッチング法、或いは塩素ガス（分子式：Ｃｌ₂）等のハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）ガスを用いるプラズマドライエッチング法等の手段に依り除去する。ランタノイド系合金の湿式エッチングには、氷酢酸−過酸化水素混合液等の氷酢酸を含む酸混合液を利用できる（ギュンター・ペッツォー著、松村源太郎訳、「金属エッチング技術」、（（株）アグネ、１９７７年９月１０日発行、第１版第１刷）、９１頁参照）。

ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触する底面をランタニド元素またはその元素を含む合金から構成した電極は、ｐ形リン化硼素系半導体層について良好なオーミック特性を示すｐ形オーミック電極をもたらす作用を有する。

ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触する底面を、ランタニド元素またはその元素を含む合金から構成したｐ形オーミック電極は、素子駆動電流を発光領域の広範囲に拡散させる作用を有する。

（第１実施例）
ｐ形リン化硼素半導体層の表面にランタン・アルミニウム合金（ＬａＡｌ₂）からなるｐ形オーミック電極を設けて化合物半導体ＬＥＤを構成する場合を例にして本発明を具体的に説明する。

図２にダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造のＬＥＤ１００を作製するために使用した積層構造体の断面構造を模式的に示す。積層構造体は、リン（Ｐ）ドープｎ形（１１１）−珪素（Ｓｉ）単結晶基板１０１上に、アンドープでｎ形のリン化硼素（ＢＰ）からなる下部クラッド層１０２、ｎ形窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_0.90Ｉｎ_0.10Ｎ）井戸層１０３ａと窒化ガリウム（ＧａＮ）障壁層１０３ｂとを５周期に重層させた多層量子井戸構造の発光層１０３、アンドープでｐ形のリン化硼素からなる上部クラッド層１０４を、順次、堆積して形成した。

アンドープのｎ形及びｐ形リン化硼素層１０２，１０４は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）を硼素（Ｂ）源とし、ホスフィン（分子式：ＰＨ₃）をリン源とする常圧（略大気圧）有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）手段を利用して形成した。ｎ形リン化硼素層１０２は９２５℃で、ｐ形リン化硼素層１０４は１０２５℃で形成した。発光層１０３は、トリメチルガリウム（分子式：（ＣＨ₃）₃Ｇａ）／ＮＨ₃／Ｈ₂反応系常圧ＭＯＣＶＤ手段により、８００℃で形成した。井戸層１０３ａを構成する上記の窒化ガリウム・インジウム層は、インジウム組成を相違する複数の相（ｐｈａｓｅ）から構成される多相構造から構成し、その平均的なインジウム組成は０．１０（＝１０％）であった。井戸層１０３ａ及び障壁層１０３ｂの層厚は、各々、５ｎｍ及び１０ｎｍとした。

上部クラッド層１０４をなすアンドープのｐ形リン化硼素層１０４のキャリア（正孔））濃度は２×１０¹⁹ｃｍ^-3とし、層厚は７２０ｎｍとした。同層１０４の室温での抵抗率は５×１０^-2Ω・ｃｍであった。また、ｐ形リン化硼素層１０４の室温での禁止帯幅は３．２ｅＶであったため、発光層１０３からの発光を外部へ透過するための窓層を兼用するｐ形クラッド層として利用した。

ｐ形上部クラッド層をなすｐ形リン化硼素層１０４の表面の全面に、通常の真空蒸着法及び電子ビーム蒸着法に依りランタン・アルミニウム（ＬａＡｌ₂）合金膜１０５、チタン（Ｔｉ）膜１０６、及び金（Ａｕ）膜１０７を被着させた。次に、結線用の台座電極１０８を設ける領域に限り、底面部をＬａＡｌ₂合金膜１０５とする上記の３層重層電極を残置させるために、公知のフォトリソグラフィー技術を利用して選択的にパターニングを施した。次に、氷酢酸−硫酸系等の酸混合液を使用して台座電極１０８とする以外の領域に在るＬａＡｌ₂合金膜等をエッチングして除去し、ｐ形リン化硼素層１０４の表面を露出させた。フォトレジスト材を剥離した後、再び、チップに裁断するための格子状の溝孔を設けるために選択的パターニングを施した。然る後、塩素を含むハロゲン系混合ガスを利用したプラズマドライエッチング手法に依り、上記のパターニングを施した領域に限定して、ｐ形リン化硼素層１０４を選択的にエッチングで除去した。
一方、珪素単結晶基板１０１の裏面の全面には、一般の真空蒸着法に依り金（Ａｕ）膜を被着させてｎ形オーミック電極（負電極）１０９を形成した。Ｓｉ単結晶基板１０１の（１１１）−結晶表面に直交する＜１１０＞結晶方位に平行に設けた、線幅を５０μｍとする上記の帯状の溝孔に沿って劈開し、一辺を３５０μｍとする正方形のＬＥＤチップとした。

本発明では、底面部を上部クラッド層１０４をなすｐ形リン化硼素層との密着性に優れるランタン・アルミニウム（ＬａＡｌ₂）合金膜１０５から構成したため、結線時に於いても、ｐ形リン化硼素層１０４から剥離しない台座電極を兼ねるｐ形オーミック電極１０８を形成できた。
ｐ形及びｎ形オーミック電極１０８、１０９の間に、順方向に２０ｍＡの素子駆動電流を流通してＬＥＤチップ１００の発光特性を確認した。ＬＥＤ１００からは中心の波長を４４０ｎｍとする青色帯光が放射された。発光スペクトルの半値幅は２１０ミリエレクトロンボルト（単位：ｍｅＶ）であった。一般的な積分球を利用して測定される樹脂モールド以前のチップ（ｃｈｉｐ）状態での輝度は１１ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。また、ｐ形オーミック電極１０５の底面部を、ｐ形リン化硼素層に対して接触抵抗の小さなＬａＡｌ₂合金膜から構成したため、順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧（Ｖｆ）は３．１Ｖと低値となった。一方、逆方向電流を１０μＡとした際の逆方向電圧は９．５Ｖと高値となった。また、高いキャリア濃度で低抵抗のアンドープｐ形リン化硼素層から上部クラッド層を構成することとし、且つ、ｐ形リン化硼素の表面に接触させて低接触抵抗のランタン・アルミニウム合金膜を含むｐ形オーミック電極を設けることとしたので、素子駆動電流を台座電極の射影領域以外の発光領域の略全面から発光がもたらされた。

（第２実施例）
ｐ形リン化硼素・ガリウム混晶層上にランタン・珪素合金を含むｐ形オーミック電極を設けて化合物半導体ＬＥＤを構成する場合を例にして本発明を具体的に説明する。化合物半導体発光素子の基本構造は第１の実施例と同様であるので、同様の部分については同じ参照数字を用いて、その断面構造を図３に、平面構造を図４に示す。

アンドープでｐ形のリン化・硼素ガリウム混晶（Ｂ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ）層２０４は、上記の第１実施例に記載の発光層１０３上に堆積した。Ｂ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ層２０４は、（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ／（ＣＨ₃）₃Ｇａ／ＰＨ₃系減圧ＭＯＣＶＤ法により８５０℃で形成した。層厚は３４０ｎｍとした。Ｂ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ層２０４の室温でのキャリア濃度は８×１０¹⁸ｃｍ^-3で、抵抗率は８×１０^-2Ω・ｃｍとなった。

次に、ｐ形Ｂ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ層２０４の表面の全面に、ランタン・珪素（Ｌａ・Ｓｉ）合金膜２０５を通常の真空蒸着法に依り形成した。Ｌａ・Ｓｉ合金膜２０５の膜厚は５４０ｎｍとした。次に、公知のフォトリソグラフィー技術及びプラズマエッチング技法を利用してパターニングした。その後、プラズマドライエッチング法に依り、不要な合金膜を除去し、図３に示す様に、ＬＥＤチップ２００の中央部に直径１５０μｍの円形２０５に、また、その周囲のｐ形Ｂ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ層の表面に接触させて網目状２１０にＬａ・Ｓｉ合金膜を残置させた。円形に残置させた部分は中間層２０６及び金膜２０７を形成して台座電極２０８を完成した。
一方、珪素単結晶基板１０１の裏面の全面には、金（Ａｕ）９９質量％・アンチモン（Ｓｂ）１質量％合金膜２０９を一般の真空蒸着法で被着させた。
その後、上記のパターニング加工を施したＬａ・Ｓｉ合金膜及び金蒸着膜を被着させた状態で、水素気流中で４５０℃で１０分間、熱処理（ｓｉｎｔｅｒ）して、オーミック接触性を向上させた。これより、ｐ形Ｂ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ層２０４の表面にＬａ・Ｓｉからなるｐ形オーミック電極２０５、及び珪素単結晶基板１０１の裏面にＡｕオーミック電極２０９を形成した。ｎ形オーミック電極２０９をなすＡｕ膜の膜厚は２μｍとした。

次に、上記のＬａ・Ｓｉ合金膜をエッチング加工するに併せて形成した裁断線に沿って、個別のＬＥＤチップに分離、裁断した。裁断用途の溝は、基板１０１をなすＳｉ単結晶の［１．−１．０］及び［−１．−１．０］結晶方位に平行に設けた。これより、一辺を５００μｍとし、他辺を６００μｍとする長方形のＬＥＤチップ２００となした。大型のＬＥＤチップ２００のｐ形及びｎ形オーミック電極２０５，２０９間に、２０ｍＡの順方向電流を通流した際の発光中心波長は４４０ｎｍであった。また、近視野発光像に依れば、チップ２００の中央部の台座電極以外の発光領域からの均一な強度の発光がもたらされているのが確認された。これは、素子動作電流をｐ形Ｂ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ層に広範囲に均一に拡散できる様な形状でｐ形オーミック電極を配置したためである。順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は３．４Ｖであり、逆方向電流を１０μＡとした際の逆方向電圧は８．３Ｖであった。

本発明と従来の材料についての電流・電圧特性を示す図である。第１実施例に記載のＬＥＤの断面構造を示す模式図である。第２実施例に記載のＬＥＤの断面構造を示す模式図である。第２実施例に記載のＬＥＤの平面構造を示す模式図である。

符号の説明

１００、２００…ＬＥＤ
１０１…珪素単結晶基板
１０２…ｎ形クラッド層
１０３…ｎ形発光層
１０４、２０４…ｐ形クラッド層
１０５、２０５…ｐ形オーミック性電極
１０６、２０６…中間層
１０７、２０７…結線用台座金属
１０８、２０８…台座電極
１０９、２０９…ｎ形オーミック電極
２１０…ｐ形オーミック性電極の網状部分

Claims

ｐ形の伝導を呈する、硼素とリンとを構成元素として含む導電性のリン化硼素系半導体層の表面に接触させてオーミック電極を設けるオーミック電極構造であって、前記ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触する電極の少なくとも底面がランタニド元素またはランタニド元素を含む合金から構成されていることを特徴とするオーミック電極構造。
前記ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触する底面を、ランタンと仕事関数が４．５ｅＶ以下の元素との合金から構成したことを特徴とする請求項１に記載のオーミック電極構造。
前記ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触する底面を、ランタンとアルミニウムとの合金から構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のオーミック電極構造。
前記ｐ形リン化硼素系半導体層の表面に接触する底面を、ランタンと珪素との合金から構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のオーミック電極構造。
前記ｐ形リン化硼素系半導体層が、不純物を故意に添加していないアンドープで且つ室温での禁止帯幅が２．８ｅＶ以上５．４ｅＶ以下であるｐ形の単量体リン化硼素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のオーミック電極構造を含む化合物半導体装置。
請求項５に記載の化合物半導体装置からなる化合物半導体発光素子。
絶縁性または導電性の結晶からなる基板と、該結晶基板上に形成された化合物半導体層からなる発光層と、該発光層上に設けられたｐ形の伝導を呈する硼素とリンとを構成元素として含む導電性のリン化硼素系半導体層と、該ｐ形リン化硼素系半導体層に接触させてオーミック接触性のｐ形オーミック電極とが備えられている化合物半導体発光素子であって前記形リン化硼素系半導体層の表面に接触する前記ｐ形オーミック電極の少なくとも底面がランタニド元素又はランタニド元素を含む合金から構成されていることを特徴とする化合物半導体発光素子。
前記ｐ形オーミック電極の底面がランタンと仕事関数が４．５ｅＶ以下の元素との合金から構成されたことを特徴とする請求項７に記載の化合物半導体発光素子。
前記ｐ形オーミック電極の底面がランタンとアルミニウムとの合金から構成されたことを特徴とする請求項７又は８に記載の化合物半導体発光素子。
前記ｐ形オーミック電極の底面がランタンと珪素との合金から構成されたことを特徴とする請求項７又は８に記載の化合物半導体発光素子。
前記化合物半導体層がIII-V族化合物半導体からなることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
前記化合物半導体層が窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ：０≦Ｘ≦１）または窒化リン化ガリウム（組成式ＧａＮ_1-YＰ_Y：０≦Ｙ≦１）からなることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
ランタニド元素又はランタニド元素を含む合金から構成されている前記ｐ形オーミック電極の前記底部部分が、平面形状として、結線用台座電極の形状とそれに隣接して形成された網目状部分を有することを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
前記ｐ形リン化硼素系半導体層が、不純物を故意に添加していないアンドープで且つ室温での禁止帯幅が２．８ｅＶ以上５．４ｅＶ以下であるｐ形の単量体リン化硼素層であることを特徴とする請求項７〜１３のいずれか１項に記載の化合物半導体発光素子。
請求項７〜１４のいずれか１項に記載の化合物半導体素子を用いたＬＥＤランプ。