[发明专利]氧化物半导体发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及使用ZnO或在ZnO中混晶有Mg、Cd等的化合物等氧化锌类(以下称为ZnO类)半导体的发光二极管(LED)等的ZnO类化合物半导体发光元件。更详细地说，涉及不仅使台面型晶体管结构的n电极侧发光，而且能够高效率地从芯片全体发光的结构的ZnO类化合物半导体发光元件。

背景技术

近年来，使用氮化物半导体的蓝色系发光二极管(LED)或激光二极管等的氮化物半导体发光元件已被实用化。例如如图5中所示的LED的一个例子的结构图，现有技术中的这种蓝色系的半导体元件，是利用有机金属气相成长法(Metal Organic Vapor Deposition，以下称为MOCVD)，在作为绝缘性基板的蓝宝石基板51上依次层叠III族氮化物化合物半导体(GaN类化合物半导体)；通过依次层叠图中没有表示的缓冲层、n型GaN层52、InGaN活性层53、p形AlGaN障壁层54a、p形GaN接点层54b；如图5所示，利用干式蚀刻等蚀刻层叠的半导体层的一部分使n形GaN层52的一部分露出，分别在其表面上形成n侧电极55、在上述p形接点层54b上形成透光性电极57、p侧电极56而构成(参照专利文献1)。

另一方面，作为氧化物半导体的ZnO类化合物半导体，由于其激子(激励子，电子和空穴通过库仑力拘束而形成为一对)的结合能量(束缚能量)为60meV，非常大，由于比室温的热能量26meV还大，因此即使在室温下激子也能够稳定地存在。一旦这种激子形成时，容易生成光子。即能够高效率地发光。因此，发光效率能够比自由电子和自由空穴直接再结合发光的直接再结合发光的效率高得多。因此，近年来正在积极进行使用比氮化物半导体发光元件可以更高效率的发光的ZnO类化合物半导体层的半导体发光元件的研究。

专利文献1：特开平10-173222号公报(图1)。

发明内容

上述ZnO类化合物半导体发光元件和氮化物半导体发光元件同样，大多是在蓝宝石基板等绝缘性基板上形成，在这种情况下，必需在相同侧(半导体层叠部的表面侧)上制作n侧电极和p侧电极，在与半导体层的层叠方向垂直的方向(相当于图5的纸面横方向)上存在电流流动的部分。并且，在ZnO类化合物半导体发光元件中采用这种结构的情况下，与氮化物半导体发光元件同样，n形层的比电阻的值大，并且当膜厚相对于电流扩散不充分时，电流主要在到活性层的最短距离上流动，在与n侧电极接近的地方电流集中。其结果是，在绝缘性基板上形成ZnO类化合物半导体层的情况下，在靠近n侧电极的台面型晶体管结构端上电流集中，存在只有台面型晶体管外周部发光的问题。

另外，在绝缘性基板上形成ZnO类化合物半导体层的厚膜之后，在除去绝缘性基板的所谓没有绝缘性基板的结构中，在n形层的电阻高的情况下，电流扩散的问题没有解决，电流集中在一部分上。尤其是，由于在光取出侧，电流集中在面积减小的电极的下部，发光区域局限在电极下部，存在发光被电极遮住的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的是提供使用能够比GaN类化合物高效率地发光的ZnO类化合物半导体，并且能够高效率地全面发光的ZnO类化合物半导体发光元件。

为了防止只有台面型晶体管外周部发光的不良状况，即为了防止在与电极接触的n形层中的比电阻值大，并且膜厚相对于电流扩散不够充分，本发明者们首先考虑利用作为氮化物半导体发光元件中一般进行的方法的，通过增加n掺杂的量减少与n侧电极接触的n形层的比电阻的值，而使电流充分地扩散。但是发现，进行n形掺杂的ZnO类化合物的移动度比进行n形掺杂的氮化物半导体低，利用在氮化物半导体类LED中使用的n形层的载流子浓度、膜厚不能充分地使电流扩散。