JP3332785B2 - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば発光ダイオ
ード等の半導体発光素子およびその製造方法に関する。
ード等の半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用
いた半導体発光素子は、可視領域用の発光素子として用
いられている。その理由は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料にお
いては、ＧａＡｓ基板と格子整合が可能であること、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体の中で最も直接遷移のバンドギ
ャップが大きいこと等の特徴を有しているためである。
特に、発光ダイオードでは、５５０ｎｍから６９０ｎｍ
の範囲で直接遷移型の発光を行うため、高い発光効率を
得ることができる。
いた半導体発光素子は、可視領域用の発光素子として用
いられている。その理由は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料にお
いては、ＧａＡｓ基板と格子整合が可能であること、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体の中で最も直接遷移のバンドギ
ャップが大きいこと等の特徴を有しているためである。
特に、発光ダイオードでは、５５０ｎｍから６９０ｎｍ
の範囲で直接遷移型の発光を行うため、高い発光効率を
得ることができる。
【０００３】しかし、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた面
発光型の従来の半導体発光素子には、光の取り出し効率
の点で問題点があった。この問題点について、図１２に
示す発光ダイオードを用いて説明する。この発光ダイオ
ードは、ｎ型ＧａＡｓ基板１２１上に、ｎ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ第１クラッド層１２３、ＧａＩｎＰ活性層１２４お
よびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１２５からなる
半導体積層構造１２１２が設けられている。ｐ型クラッ
ド層１２５の中央部上にはｐ型電極１２１１が設けら
れ、ｎ型基板１２１側には全面にｎ型電極１２１０が設
けられている。発光部であるＧａＩｎＰ活性層１２４で
発生した光は、ｐ型電極１２１１側のｐ型電極１２１１
が形成されていない部分から取り出される。この発光ダ
イオードにおいて、発光効率を高くするためには、ｐ型
電極１２１１から注入された電流がＧａＩｎＰ活性層１
２４全体に広がる必要がある。しかし、ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層１２５の抵抗率が大きいため、ｐ型クラ
ッド層１２５内で電流が少ししか広がらず、ＧａＩｎＰ
活性層１２４におけるｐ型電極１２１１の直下の部分で
しか発光が得られなかった。このため、図１２に示した
ような従来の発光ダイオードでは、上面方向への光の取
り出し効率が非常に小さくなってしまっていた。
発光型の従来の半導体発光素子には、光の取り出し効率
の点で問題点があった。この問題点について、図１２に
示す発光ダイオードを用いて説明する。この発光ダイオ
ードは、ｎ型ＧａＡｓ基板１２１上に、ｎ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ第１クラッド層１２３、ＧａＩｎＰ活性層１２４お
よびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１２５からなる
半導体積層構造１２１２が設けられている。ｐ型クラッ
ド層１２５の中央部上にはｐ型電極１２１１が設けら
れ、ｎ型基板１２１側には全面にｎ型電極１２１０が設
けられている。発光部であるＧａＩｎＰ活性層１２４で
発生した光は、ｐ型電極１２１１側のｐ型電極１２１１
が形成されていない部分から取り出される。この発光ダ
イオードにおいて、発光効率を高くするためには、ｐ型
電極１２１１から注入された電流がＧａＩｎＰ活性層１
２４全体に広がる必要がある。しかし、ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層１２５の抵抗率が大きいため、ｐ型クラ
ッド層１２５内で電流が少ししか広がらず、ＧａＩｎＰ
活性層１２４におけるｐ型電極１２１１の直下の部分で
しか発光が得られなかった。このため、図１２に示した
ような従来の発光ダイオードでは、上面方向への光の取
り出し効率が非常に小さくなってしまっていた。
【０００４】この問題点に対し、ＧａＰ電流拡散層を設
けて電流をより広い部分に広げた半導体発光素子が、例
えばＲｏｂｅｒｔ Ｍ． ＦｌｅｔｃｈｅｒらによりＵ
ｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ ５，００
８，７１８に提案されている。
けて電流をより広い部分に広げた半導体発光素子が、例
えばＲｏｂｅｒｔ Ｍ． ＦｌｅｔｃｈｅｒらによりＵ
ｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ ５，００
８，７１８に提案されている。
【０００５】以下に、提案された半導体発光素子につい
て、図１３を用いて説明する。この半導体発光素子は発
光ダイオードであり、ｎ型ＧａＡｓ基板１３１上に、ｎ
型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１３３、ＧａＩｎＰ活
性層１３４およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１
３５からなる半導体積層構造１３１２が設けられ、その
上にｐ型ＧａＰ電流拡散層１３６が設けられている。ｐ
型ＧａＰ電流拡散層１３６の中央部上にはｐ型電極１３
１１が設けられ、ｎ型基板１３１側には全面にｎ型電極
１３１０が設けられている。この半導体発光素子では、
ｐ型ＧａＰ電流拡散層１３６Ｃの抵抗率がｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層１３５の抵抗率よりも小さく、ｐ型電
流拡散層１３６内で電流が広がるため、ＧａＩｎＰ活性
層１２４における広い範囲で発光が得られ、発光効率が
向上する。また、活性層１３４で発生した光はｐ型電極
１３１１側から取り出されるが、ｐ型ＧａＰ電流拡散層
１３６のバンドギャップがｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層１３５のバンドギャップよりも大きく、発光した光が
ｐ型電流拡散層１３６で吸収されずに透過するため、発
光効率を高くすることができる。
て、図１３を用いて説明する。この半導体発光素子は発
光ダイオードであり、ｎ型ＧａＡｓ基板１３１上に、ｎ
型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１３３、ＧａＩｎＰ活
性層１３４およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１
３５からなる半導体積層構造１３１２が設けられ、その
上にｐ型ＧａＰ電流拡散層１３６が設けられている。ｐ
型ＧａＰ電流拡散層１３６の中央部上にはｐ型電極１３
１１が設けられ、ｎ型基板１３１側には全面にｎ型電極
１３１０が設けられている。この半導体発光素子では、
ｐ型ＧａＰ電流拡散層１３６Ｃの抵抗率がｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層１３５の抵抗率よりも小さく、ｐ型電
流拡散層１３６内で電流が広がるため、ＧａＩｎＰ活性
層１２４における広い範囲で発光が得られ、発光効率が
向上する。また、活性層１３４で発生した光はｐ型電極
１３１１側から取り出されるが、ｐ型ＧａＰ電流拡散層
１３６のバンドギャップがｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層１３５のバンドギャップよりも大きく、発光した光が
ｐ型電流拡散層１３６で吸収されずに透過するため、発
光効率を高くすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１３
に示した従来の半導体発光素子においては、電流拡散層
としてＧａＰ層を用いているため、以下のような問題点
があった。
に示した従来の半導体発光素子においては、電流拡散層
としてＧａＰ層を用いているため、以下のような問題点
があった。
【０００７】第１の問題点は、ＧａＰ層では良好な結晶
性が得られないことである。ＧａＰ層は、その結晶中に
おけるＧａ原子とＰ原子との結合が強いため、Ｇａ原子
が成長表面上で拡散（マイグレーション）しにくく、良
好な層状成長でなく島状成長となり、結晶欠陥が発生し
やすい原因となっている。これらの結晶欠陥によりＧａ
Ｐ層の結晶性が低下し、抵抗率が大きくなったりするた
め、半導体発光素子の発光効率および信頼性の低下の要
因となっていた。
性が得られないことである。ＧａＰ層は、その結晶中に
おけるＧａ原子とＰ原子との結合が強いため、Ｇａ原子
が成長表面上で拡散（マイグレーション）しにくく、良
好な層状成長でなく島状成長となり、結晶欠陥が発生し
やすい原因となっている。これらの結晶欠陥によりＧａ
Ｐ層の結晶性が低下し、抵抗率が大きくなったりするた
め、半導体発光素子の発光効率および信頼性の低下の要
因となっていた。
【０００８】第２の問題点は、ＧａＰ層の格子定数と、
ＧａＡｓ基板およびそれと格子整合したＡｌＧａＩｎＰ
系半導体層の格子定数とが大きく異なることである。Ｇ
ａＡｓの格子定数は５．６５オングストロームであるの
に対し、ＧａＰの格子定数は５．４５オングストローム
であり、−３．５４％の格子不整合が発生する。この格
子不整合の発生は、上記第１の問題点を引き起こす要因
ともなり、ＧａＰ結晶中に結晶欠陥が発生して結晶性が
低下する。これによっても、半導体発光素子の発光効率
および信頼性が低下していた。
ＧａＡｓ基板およびそれと格子整合したＡｌＧａＩｎＰ
系半導体層の格子定数とが大きく異なることである。Ｇ
ａＡｓの格子定数は５．６５オングストロームであるの
に対し、ＧａＰの格子定数は５．４５オングストローム
であり、−３．５４％の格子不整合が発生する。この格
子不整合の発生は、上記第１の問題点を引き起こす要因
ともなり、ＧａＰ結晶中に結晶欠陥が発生して結晶性が
低下する。これによっても、半導体発光素子の発光効率
および信頼性が低下していた。
【０００９】第３の問題点は、上記第２の問題点である
ＧａＰの格子不整合が発光部にも悪影響を与えることで
ある。上記−３．５４％の格子不整合により転位が発生
し、発光部である活性層やクラッド層等にも結晶欠陥が
発生するなど、非発光再結合中心の発生要因となる。こ
のため、半導体発光素子の発光効率が大幅に低下すると
共に、信頼性についても大幅に低下していた。
ＧａＰの格子不整合が発光部にも悪影響を与えることで
ある。上記−３．５４％の格子不整合により転位が発生
し、発光部である活性層やクラッド層等にも結晶欠陥が
発生するなど、非発光再結合中心の発生要因となる。こ
のため、半導体発光素子の発光効率が大幅に低下すると
共に、信頼性についても大幅に低下していた。
【００１０】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、発光効率および信頼
性を大幅に改善することができる半導体発光素子および
その製造方法を提供することを目的とする。
決するためになされたものであり、発光効率および信頼
性を大幅に改善することができる半導体発光素子および
その製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、基板上に、第１導電型の第１クラッド層と活性層と
第２導電型の第２クラッド層とを少なくとも含む半導体
積層構造が設けられ、該半導体積層構造上に第２導電型
のＧａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１）からなる電流拡散層が
設けられており、そのことにより上記目的が達成され
る。
は、基板上に、第１導電型の第１クラッド層と活性層と
第２導電型の第２クラッド層とを少なくとも含む半導体
積層構造が設けられ、該半導体積層構造上に第２導電型
のＧａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１）からなる電流拡散層が
設けられており、そのことにより上記目的が達成され
る。
【００１２】前記電流拡散層のＩｎ組成比ｘが０＜ｘ＜
０．４９にしてあるのが好ましい。
０．４９にしてあるのが好ましい。
【００１３】前記電流拡散層のＩｎ組成比ｘが０＜ｘ＜
０．２７にしてあるのが好ましい。
０．２７にしてあるのが好ましい。
【００１４】本発明の半導体発光素子は、基板上に、第
１導電型の第１クラッド層と活性層と第２導電型の第２
クラッド層とを少なくとも含む半導体積層構造が設けら
れ、該半導体積層構造上に、そのＩｎ組成比ｘを層厚方
向に向かって変化させた第２導電型のＧａ1-xＩｎxＰ
（０＜ｘ＜１）からなる電流拡散層が設けられており、
そのことにより上記目的が達成される。
１導電型の第１クラッド層と活性層と第２導電型の第２
クラッド層とを少なくとも含む半導体積層構造が設けら
れ、該半導体積層構造上に、そのＩｎ組成比ｘを層厚方
向に向かって変化させた第２導電型のＧａ1-xＩｎxＰ
（０＜ｘ＜１）からなる電流拡散層が設けられており、
そのことにより上記目的が達成される。
【００１５】前記電流拡散層の変化させたＩｎ組成比ｘ
が０＜ｘ＜０．４９にしてあるのが好ましい。
が０＜ｘ＜０．４９にしてあるのが好ましい。
【００１６】前記電流拡散層の変化させたＩｎ組成比ｘ
が０＜ｘ＜０．２７にしてあるのが好ましい。
が０＜ｘ＜０．２７にしてあるのが好ましい。
【００１７】前記活性層が（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ
（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）、ＡｌpＧａ1-pＡｓ（０≦
ｐ≦１）またはＩｎqＧａ1-qＡｓ（０≦ｑ≦１）からな
っていてもよい。
（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）、ＡｌpＧａ1-pＡｓ（０≦
ｐ≦１）またはＩｎqＧａ1-qＡｓ（０≦ｑ≦１）からな
っていてもよい。
【００１８】前記基板、前記半導体積層構造および前記
電流拡散層を挟んで一対の電極が設けられ、該電流拡散
層を間に挟んで該電流拡散層側の電極と対向するよう
に、電流阻止層が設けられていてもよい。
電流拡散層を挟んで一対の電極が設けられ、該電流拡散
層を間に挟んで該電流拡散層側の電極と対向するよう
に、電流阻止層が設けられていてもよい。
【００１９】前記電流拡散層側の電極が該電流拡散層の
中央部上に設けられ、該電極の非形成部から光を取り出
すようになっていてもよい。
中央部上に設けられ、該電極の非形成部から光を取り出
すようになっていてもよい。
【００２０】前記電流拡散層側の電極が該電流拡散層の
中央部上を取り囲むように設けられ、該電極の非形成部
から光を取り出すようになっていてもよい。
中央部上を取り囲むように設けられ、該電極の非形成部
から光を取り出すようになっていてもよい。
【００２１】前記電流阻止層がＧａ1-aＩｎaＰ（０＜ａ
＜１）からなっていてもよい。
＜１）からなっていてもよい。
【００２２】前記電流阻止層がＡｌを含む化合物半導体
からなっていてもよい。
からなっていてもよい。
【００２３】前記電流阻止層がＡｌbＧａ1-bＡｓ（０≦
ｂ≦１）または（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ（０≦ｃ≦
１、０≦ｄ≦１）からなっていてもよい。
ｂ≦１）または（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ（０≦ｃ≦
１、０≦ｄ≦１）からなっていてもよい。
【００２４】本発明の半導体発光素子の製造方法は、基
板上に、第１導電型の第１クラッド層と活性層と第２導
電型の第２クラッド層とを少なくとも含む半導体積層構
造が設けられ、該半導体積層構造の上に一部重畳して第
１導電型の電流阻止層が設けられ、該電流阻止層の形成
部および非形成部にわたって第２導電型のＧａ1-xＩｎx
Ｐ（０＜ｘ＜１）からなる電流拡散層が設けられ、該電
流拡散層を間に介し、かつ、該電流阻止層と対向するよ
うに一方の電極が設けられ、該基板側に他方の電極が設
けられている半導体発光素子を製造する方法であって、
該基板上に該半導体積層構造を形成し、該半導体積層構
造上にＡｌを含まない材料からなる保護層を間に介して
Ａｌを含む化合物半導体からなる電流阻止層形成用の層
を形成する工程と、該電流阻止層形成用の層と該保護層
とを選択的にエッチングして該半導体積層構造の上に一
部重畳するように電流阻止層を残す工程とを含み、その
ことにより上記目的が達成される。
板上に、第１導電型の第１クラッド層と活性層と第２導
電型の第２クラッド層とを少なくとも含む半導体積層構
造が設けられ、該半導体積層構造の上に一部重畳して第
１導電型の電流阻止層が設けられ、該電流阻止層の形成
部および非形成部にわたって第２導電型のＧａ1-xＩｎx
Ｐ（０＜ｘ＜１）からなる電流拡散層が設けられ、該電
流拡散層を間に介し、かつ、該電流阻止層と対向するよ
うに一方の電極が設けられ、該基板側に他方の電極が設
けられている半導体発光素子を製造する方法であって、
該基板上に該半導体積層構造を形成し、該半導体積層構
造上にＡｌを含まない材料からなる保護層を間に介して
Ａｌを含む化合物半導体からなる電流阻止層形成用の層
を形成する工程と、該電流阻止層形成用の層と該保護層
とを選択的にエッチングして該半導体積層構造の上に一
部重畳するように電流阻止層を残す工程とを含み、その
ことにより上記目的が達成される。
【００２５】前記エッチングの際に、前記電流阻止層が
前記半導体積層構造の中央部上に残るようにエッチング
を行ってもよい。
前記半導体積層構造の中央部上に残るようにエッチング
を行ってもよい。
【００２６】前記エッチングの際に、前記電流阻止層が
前記半導体積層構造の中央部上を取り囲んで残るように
エッチングを行ってもよい。
前記半導体積層構造の中央部上を取り囲んで残るように
エッチングを行ってもよい。
【００２７】前記電流阻止層としてＡｌbＧａ1-bＡｓ
（０≦ｂ≦１）層または（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ
（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）層を形成してもよい。
（０≦ｂ≦１）層または（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ
（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）層を形成してもよい。
【００２８】以下、本発明の作用について説明する。
【００２９】本発明にあっては、半導体積層構造上に設
けられたＧａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１）電流拡散層によ
り電流が広げられるので、活性層の広い範囲で発光が得
られる。ＧａＩｎＰ電流拡散層には、Ｐ原子に比べて原
子半径が大きいＩｎ原子が含まれているので、その結晶
成長途中でＰ原子が結晶中を移動しにくくなっており、
結晶欠陥が生じにくい。また、ＧａＩｎＰはＧａＡｓ基
板やその上に形成される半導体層との格子不整合がＧａ
Ｐに比べて小さいため、電流拡散層自体に結晶欠陥が生
じにくくなると共に、発光部である活性層やクラッド層
等にも結晶欠陥が生じにくくなる。
けられたＧａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１）電流拡散層によ
り電流が広げられるので、活性層の広い範囲で発光が得
られる。ＧａＩｎＰ電流拡散層には、Ｐ原子に比べて原
子半径が大きいＩｎ原子が含まれているので、その結晶
成長途中でＰ原子が結晶中を移動しにくくなっており、
結晶欠陥が生じにくい。また、ＧａＩｎＰはＧａＡｓ基
板やその上に形成される半導体層との格子不整合がＧａ
Ｐに比べて小さいため、電流拡散層自体に結晶欠陥が生
じにくくなると共に、発光部である活性層やクラッド層
等にも結晶欠陥が生じにくくなる。
【００３０】この電流拡散層のＩｎ組成比ｘを０＜ｘ＜
０．４９とすると、ＧａＩｎＰ活性層やＡｌＧａＩｎＰ
活性層から発光した光を吸収せずに透過させることがで
き、しかもＧａＡｓ基板やその上に形成される半導体層
との格子不整合による結晶欠陥を低減することができ
る。
０．４９とすると、ＧａＩｎＰ活性層やＡｌＧａＩｎＰ
活性層から発光した光を吸収せずに透過させることがで
き、しかもＧａＡｓ基板やその上に形成される半導体層
との格子不整合による結晶欠陥を低減することができ
る。
【００３１】また、電流拡散層のＩｎ組成比ｘを０＜ｘ
＜０．２７とすると、そのバンドギャップがＧａＰとほ
ぼ同じになるため、発光部である活性層で発生した光が
電流拡散層で吸収されず、光吸収による電流拡散層の劣
化も生じない。
＜０．２７とすると、そのバンドギャップがＧａＰとほ
ぼ同じになるため、発光部である活性層で発生した光が
電流拡散層で吸収されず、光吸収による電流拡散層の劣
化も生じない。
【００３２】電流拡散層のＩｎ組成比ｘを層厚方向に向
かって徐々に変化させると、格子歪みを徐々に緩和して
格子歪みを低減させることができる。
かって徐々に変化させると、格子歪みを徐々に緩和して
格子歪みを低減させることができる。
【００３３】この電流拡散層の変化させたＩｎ組成比ｘ
を０＜ｘ＜０．４９とすると、ＧａＩｎＰ活性層やＡｌ
ＧａＩｎＰ活性層から発光した光を吸収せずに透過させ
ることができ、しかもＧａＡｓ基板やその上に形成され
る半導体層との格子不整合による結晶欠陥を低減するこ
とができる。
を０＜ｘ＜０．４９とすると、ＧａＩｎＰ活性層やＡｌ
ＧａＩｎＰ活性層から発光した光を吸収せずに透過させ
ることができ、しかもＧａＡｓ基板やその上に形成され
る半導体層との格子不整合による結晶欠陥を低減するこ
とができる。
【００３４】また、電流拡散層の変化させたＩｎ組成比
ｘを０＜ｘ＜０．２７とすると、バンドギャップがＧａ
Ｐとほぼ同じになるため、発光部である活性層で発生し
た光が電流拡散層で吸収されず、光吸収による電流拡散
層の劣化も生じない。
ｘを０＜ｘ＜０．２７とすると、バンドギャップがＧａ
Ｐとほぼ同じになるため、発光部である活性層で発生し
た光が電流拡散層で吸収されず、光吸収による電流拡散
層の劣化も生じない。
【００３５】活性層としては、ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-z
Ｐ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）、ＡｌpＧａ1-pＡｓ（０
≦ｐ≦１）またはＩｎqＧａ1-qＡｓ（０≦ｑ≦１）等の
化合物半導体を用いることができ、結晶欠陥が少ない発
光部が得られる。
Ｐ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）、ＡｌpＧａ1-pＡｓ（０
≦ｐ≦１）またはＩｎqＧａ1-qＡｓ（０≦ｑ≦１）等の
化合物半導体を用いることができ、結晶欠陥が少ない発
光部が得られる。
【００３６】上記基板、半導体積層構造および電流拡散
層を挟んで設けられる一対の電極のうちの電流拡散層側
の電極と対向するように、電流拡散層を間に挟んで電流
阻止層を設けると、電流拡散層において電流阻止層の非
形成部に電流が導かれる。活性層の所望の領域に効率良
く電流が導かれるので、その部分での発光効率が向上
し、その発光部の上に電極が設けられていないので、電
極非形成部からの光の取り出し効率が向上する。
層を挟んで設けられる一対の電極のうちの電流拡散層側
の電極と対向するように、電流拡散層を間に挟んで電流
阻止層を設けると、電流拡散層において電流阻止層の非
形成部に電流が導かれる。活性層の所望の領域に効率良
く電流が導かれるので、その部分での発光効率が向上
し、その発光部の上に電極が設けられていないので、電
極非形成部からの光の取り出し効率が向上する。
【００３７】例えば、電流拡散層側の電極を電流拡散層
の中央部上に設けて、その電極に対向するように電流阻
止層を設けると、活性層の周縁部に電流が導かれてその
部分での発光効率が向上し、電極の非形成部である周縁
部からの光の取り出し効率が向上する。
の中央部上に設けて、その電極に対向するように電流阻
止層を設けると、活性層の周縁部に電流が導かれてその
部分での発光効率が向上し、電極の非形成部である周縁
部からの光の取り出し効率が向上する。
【００３８】また、電流拡散層側の電極を電流拡散層の
中央部上を取り囲むように設けて、その電極に対向する
ように電流阻止層を設けると、活性層の中央部に電流が
導かれてその部分での発光効率が向上し、電極の非形成
部である中央部からの光の取り出し効率が向上する。
中央部上を取り囲むように設けて、その電極に対向する
ように電流阻止層を設けると、活性層の中央部に電流が
導かれてその部分での発光効率が向上し、電極の非形成
部である中央部からの光の取り出し効率が向上する。
【００３９】この電流阻止層がＧａ1-aＩｎaＰ（０＜ａ
＜１）層であれば、電流阻止層とＧａＡｓ基板やその上
に形成される半導体層との格子不整合も小さくなり、結
晶欠陥がさらに低減される。
＜１）層であれば、電流阻止層とＧａＡｓ基板やその上
に形成される半導体層との格子不整合も小さくなり、結
晶欠陥がさらに低減される。
【００４０】また、電流阻止層としてＡｌbＧａ1-bＡｓ
（０≦ｂ≦１）や（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ（０≦ｃ
≦１、０≦ｄ≦１）等のＡｌを含む化合物半導体層を用
いれば、半導体積層構造上にＡｌを含まない材料からな
る保護層を介して電流阻止層を形成することにより、保
護層と電流阻止層とを選択的にエッチングして所望の領
域に電流阻止層を配置することができる。
（０≦ｂ≦１）や（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ（０≦ｃ
≦１、０≦ｄ≦１）等のＡｌを含む化合物半導体層を用
いれば、半導体積層構造上にＡｌを含まない材料からな
る保護層を介して電流阻止層を形成することにより、保
護層と電流阻止層とを選択的にエッチングして所望の領
域に電流阻止層を配置することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て図面を用いて説明する。
て図面を用いて説明する。
【００４２】（実施形態１）この実施形態１では、Ｇａ
1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１）電流拡散層を設けたＡｌＧａ
ＩｎＰ系半導体発光素子について説明する。
1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１）電流拡散層を設けたＡｌＧａ
ＩｎＰ系半導体発光素子について説明する。
【００４３】図１に、実施形態１の半導体発光素子の断
面図を示す。
面図を示す。
【００４４】この半導体発光素子は発光ダイオードであ
り、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳｉ
濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層２
が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ
（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．５、ｚ＝
０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μｍ）
クラッド層３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦
１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０、ｚ＝０．５、厚み０．
５μｍ）活性層４およびｐ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-z
Ｐ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．５、ｚ＝
０．５、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μｍ）
クラッド層５からなる半導体積層構造１２が設けられて
いる。その上にｐ型Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１、例え
ばｘ＝０．４０、Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚み５．
０μｍ）電流拡散層６が設けられている。ｐ型電流拡散
層６の中央部上にはｐ型電極１１が設けられ、ｎ型基板
１側には全面にｎ型電極１０が設けられている。
り、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳｉ
濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層２
が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ
（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．５、ｚ＝
０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μｍ）
クラッド層３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦
１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０、ｚ＝０．５、厚み０．
５μｍ）活性層４およびｐ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-z
Ｐ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．５、ｚ＝
０．５、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μｍ）
クラッド層５からなる半導体積層構造１２が設けられて
いる。その上にｐ型Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１、例え
ばｘ＝０．４０、Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚み５．
０μｍ）電流拡散層６が設けられている。ｐ型電流拡散
層６の中央部上にはｐ型電極１１が設けられ、ｎ型基板
１側には全面にｎ型電極１０が設けられている。
【００４５】本実施形態の半導体発光素子においては、
Ｇａ1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．５５）電流拡散層６を用いて
いるため、格子歪みを改善することができる。このこと
について図２を参照しながら説明する。
Ｇａ1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．５５）電流拡散層６を用いて
いるため、格子歪みを改善することができる。このこと
について図２を参照しながら説明する。
【００４６】図２は、Ｇａ1-xＩｎxＰ中のＩｎ組成ｘと
ＧａＡｓに対する格子不整合率との関係を示すグラフで
ある。この図２からわかるように、Ｇａ1-xＩｎxＰ中の
Ｉｎ組成ｘ＝０．４９のときにＧａＡｓと格子定数が一
致して、格子不整合率が０となる。本実施形態ではＧａ
1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．４０）電流拡散層６の格子不整合
率が−０．６％となり、図１３に示した従来の半導体発
光素子におけるＧａＰ電流拡散層の格子不整合率−３．
５４％に比べて８３％も格子歪みを改善することができ
た。
ＧａＡｓに対する格子不整合率との関係を示すグラフで
ある。この図２からわかるように、Ｇａ1-xＩｎxＰ中の
Ｉｎ組成ｘ＝０．４９のときにＧａＡｓと格子定数が一
致して、格子不整合率が０となる。本実施形態ではＧａ
1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．４０）電流拡散層６の格子不整合
率が−０．６％となり、図１３に示した従来の半導体発
光素子におけるＧａＰ電流拡散層の格子不整合率−３．
５４％に比べて８３％も格子歪みを改善することができ
た。
【００４７】また、本実施形態の半導体発光素子におい
ては、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（ｙ＝０、ｚ＝０．
５）活性層４に対してＧａ1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．４０）
電流拡散層６を用いているため、活性層４で発生した光
が電流拡散層６で吸収されない。このことについて図３
を参照しながら説明する。
ては、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（ｙ＝０、ｚ＝０．
５）活性層４に対してＧａ1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．４０）
電流拡散層６を用いているため、活性層４で発生した光
が電流拡散層６で吸収されない。このことについて図３
を参照しながら説明する。
【００４８】図３は、Ｇａ1-xＩｎxＰ中のＩｎ組成ｘと
バンドギャップＥｇとの関係を示すグラフである。この
図３からわかるように、Ｇａ1-xＩｎxＰ中のＩｎ組成比
ｘが０＜ｘ≦０．２７の場合には間接遷移であるＸ遷移
となるのでＧａＰのバンドギャップＥｇ＝２．２７ｅＶ
とほぼ同じバンドギャップであり、０．２７＜ｘ＜１の
場合には直接遷移であるΓ遷移となるのでＧａＰのバン
ドギャップよりも小さくなる。本実施形態ではＧａ1-x
ＩｎxＰ（ｘ＝０．４０）電流拡散層６のバンドギャッ
プＥｇ＝２．０ｅＶであり、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-z
Ｐ（ｙ＝０、ｚ＝０．５）活性層４のバンドギャップＥ
ｇ＝１．９ｅＶに比べて大きいため、活性層４で発生し
た光は電流拡散層６で吸収されることなく、上面から取
り出される。
バンドギャップＥｇとの関係を示すグラフである。この
図３からわかるように、Ｇａ1-xＩｎxＰ中のＩｎ組成比
ｘが０＜ｘ≦０．２７の場合には間接遷移であるＸ遷移
となるのでＧａＰのバンドギャップＥｇ＝２．２７ｅＶ
とほぼ同じバンドギャップであり、０．２７＜ｘ＜１の
場合には直接遷移であるΓ遷移となるのでＧａＰのバン
ドギャップよりも小さくなる。本実施形態ではＧａ1-x
ＩｎxＰ（ｘ＝０．４０）電流拡散層６のバンドギャッ
プＥｇ＝２．０ｅＶであり、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-z
Ｐ（ｙ＝０、ｚ＝０．５）活性層４のバンドギャップＥ
ｇ＝１．９ｅＶに比べて大きいため、活性層４で発生し
た光は電流拡散層６で吸収されることなく、上面から取
り出される。
【００４９】このように本実施形態の半導体発光素子に
おいては、電流拡散層６中の結晶欠陥が低減できると共
に、発光部である活性層４等の転位による結晶欠陥を大
幅に低減できるため、発光効率および信頼性を大幅に改
善することができた。また、活性層４で発生した光が電
流拡散層６で吸収されないため、発光効率が低下せず、
光吸収による素子特性の劣化も生じなかった。素子特性
については、波長６５０ｎｍの赤色発光ダイオードにお
いて発光効率が従来より２０％向上し、信頼性について
も、２０ｍＡ駆動時６０℃条件下において光度が半分に
なるまでの時間が１．５倍に増加した。
おいては、電流拡散層６中の結晶欠陥が低減できると共
に、発光部である活性層４等の転位による結晶欠陥を大
幅に低減できるため、発光効率および信頼性を大幅に改
善することができた。また、活性層４で発生した光が電
流拡散層６で吸収されないため、発光効率が低下せず、
光吸収による素子特性の劣化も生じなかった。素子特性
については、波長６５０ｎｍの赤色発光ダイオードにお
いて発光効率が従来より２０％向上し、信頼性について
も、２０ｍＡ駆動時６０℃条件下において光度が半分に
なるまでの時間が１．５倍に増加した。
【００５０】なお、本実施形態において、ｎ型クラッド
層、活性層およびｐ型クラッド層を構成する（ＡｌyＧ
ａ1-y）zＩｎ1-zＰの組成比ｙおよびｚは適宜変更して
もよい。このことは以下の実施形態でも同様である。ま
た、半導体発光素子の構造は本実施形態および以下の実
施形態に示したような発光ダイオードに限られず、Ｇａ
Ａｓ基板と格子整合する化合物半導体材料を用いた面発
光型の半導体発光素子であれば、それ以外の構造を採用
することも可能である。
層、活性層およびｐ型クラッド層を構成する（ＡｌyＧ
ａ1-y）zＩｎ1-zＰの組成比ｙおよびｚは適宜変更して
もよい。このことは以下の実施形態でも同様である。ま
た、半導体発光素子の構造は本実施形態および以下の実
施形態に示したような発光ダイオードに限られず、Ｇａ
Ａｓ基板と格子整合する化合物半導体材料を用いた面発
光型の半導体発光素子であれば、それ以外の構造を採用
することも可能である。
【００５１】（実施形態２）この実施形態２では、Ｇａ
1-xＩｎxＰ電流拡散層のＩｎ組成比ｘを実施形態１と異
ならせた半導体発光素子について説明する。
1-xＩｎxＰ電流拡散層のＩｎ組成比ｘを実施形態１と異
ならせた半導体発光素子について説明する。
【００５２】図４に、実施形態２の半導体発光素子の断
面図を示す。
面図を示す。
【００５３】この半導体発光素子は発光ダイオードであ
り、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳ
ｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層
２２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ
1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝１．０、
ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μ
ｍ）クラッド層２３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０
≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．４５、ｚ＝０．
５、厚み０．５μｍ）活性層２４およびｐ型（ＡｌyＧ
ａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えば
ｙ＝１．０、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ-3、
厚み１．０μｍ）クラッド層２５からなる半導体積層構
造２１２が設けられている。その上にｐ型Ｇａ1-xＩｎx
Ｐ（０＜ｘ＜１、例えばｘ＝０．２、Ｚｎ濃度５×１０
18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流拡散層２６が設けられ
ている。ｐ型電流拡散層２６の中央部上にはｐ型電極２
１１が設けられ、ｎ型基板２１側には全面にｎ型電極２
１０が設けられている。
り、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳ
ｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層
２２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ
1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝１．０、
ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μ
ｍ）クラッド層２３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０
≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．４５、ｚ＝０．
５、厚み０．５μｍ）活性層２４およびｐ型（ＡｌyＧ
ａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えば
ｙ＝１．０、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ-3、
厚み１．０μｍ）クラッド層２５からなる半導体積層構
造２１２が設けられている。その上にｐ型Ｇａ1-xＩｎx
Ｐ（０＜ｘ＜１、例えばｘ＝０．２、Ｚｎ濃度５×１０
18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流拡散層２６が設けられ
ている。ｐ型電流拡散層２６の中央部上にはｐ型電極２
１１が設けられ、ｎ型基板２１側には全面にｎ型電極２
１０が設けられている。
【００５４】本実施形態においては、Ｇａ1-xＩｎxＰ
（ｘ＝０．２）電流拡散層２６を用いているため、図２
に示すように格子不整合率が−２．１％となり、図１３
に示した従来の半導体発光素子におけるＧａＰ電流拡散
層の格子不整合率−３．５４％に比べて４０％も格子歪
みを改善することができた。
（ｘ＝０．２）電流拡散層２６を用いているため、図２
に示すように格子不整合率が−２．１％となり、図１３
に示した従来の半導体発光素子におけるＧａＰ電流拡散
層の格子不整合率−３．５４％に比べて４０％も格子歪
みを改善することができた。
【００５５】この格子歪み低減効果は実施形態１に比べ
て小さいものの、実施形態２では実施形態１に比べて電
流拡散層のバンドギャップを大きくできる。本実施形態
の半導体発光素子においては、図３に示すように、Ｇａ
1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．２）電流拡散層２６のバンドギャ
ップＥｇがＧａＰのバンドギャップとほぼ同じ２．２７
ｅＶであり、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（ｙ＝０．４
５、ｚ＝０．５）活性層２４のバンドギャップＥｇ＝
２．１８ｅＶに比べて大きいため、活性層２４で発生し
た緑色光についても電流拡散層２６で吸収されることは
なく、上面から取り出される。
て小さいものの、実施形態２では実施形態１に比べて電
流拡散層のバンドギャップを大きくできる。本実施形態
の半導体発光素子においては、図３に示すように、Ｇａ
1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．２）電流拡散層２６のバンドギャ
ップＥｇがＧａＰのバンドギャップとほぼ同じ２．２７
ｅＶであり、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（ｙ＝０．４
５、ｚ＝０．５）活性層２４のバンドギャップＥｇ＝
２．１８ｅＶに比べて大きいため、活性層２４で発生し
た緑色光についても電流拡散層２６で吸収されることは
なく、上面から取り出される。
【００５６】このように本実施形態の半導体発光素子に
おいては、電流拡散層２６中の結晶欠陥が低減できるた
め、発光効率および信頼性を大幅に改善することができ
た。また、活性層２４で発生した緑色光が電流拡散層２
６で吸収されないため、発光効率が低下せず、光吸収に
よる素子特性の劣化も生じなかった。素子特性について
は、波長５５０ｎｍの緑色発光ダイオードにおいて発光
効率が従来より３０％向上し、信頼性についても、２０
ｍＡ駆動時６０℃条件下において光度が半分になるまで
の時間が２．０倍に増加した。
おいては、電流拡散層２６中の結晶欠陥が低減できるた
め、発光効率および信頼性を大幅に改善することができ
た。また、活性層２４で発生した緑色光が電流拡散層２
６で吸収されないため、発光効率が低下せず、光吸収に
よる素子特性の劣化も生じなかった。素子特性について
は、波長５５０ｎｍの緑色発光ダイオードにおいて発光
効率が従来より３０％向上し、信頼性についても、２０
ｍＡ駆動時６０℃条件下において光度が半分になるまで
の時間が２．０倍に増加した。
【００５７】（実施形態３）この実施形態３では、Ｇａ
1-xＩｎxＰ電流拡散層のＩｎ組成比ｘを実施形態１およ
び実施形態２と異ならせた半導体発光素子について説明
する。
1-xＩｎxＰ電流拡散層のＩｎ組成比ｘを実施形態１およ
び実施形態２と異ならせた半導体発光素子について説明
する。
【００５８】図５に、実施形態３の半導体発光素子の断
面図を示す。
面図を示す。
【００５９】この半導体発光素子は発光ダイオードであ
り、ｎ型ＧａＡｓ基板３１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳ
ｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層
３２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ
1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝１．０、
ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μ
ｍ）クラッド層３３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０
≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．３０、ｚ＝０．
５、厚み０．５μｍ）活性層３４およびｐ型（ＡｌyＧ
ａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えば
ｙ＝１．０、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ-3、
厚み１．０μｍ）クラッド層３５からなる半導体積層構
造３１２が設けられている。その上にｐ型Ｇａ1-xＩｎx
Ｐ（０＜ｘ＜１、例えばｘ＝０．０１、Ｚｎ濃度５×１
０18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流拡散層３６が設けら
れている。ｐ型電流拡散層３６の中央部上にはｐ型電極
３１１が設けられ、ｎ型基板３１側には全面にｎ型電極
３１０が設けられている。
り、ｎ型ＧａＡｓ基板３１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳ
ｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層
３２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ
1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝１．０、
ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μ
ｍ）クラッド層３３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０
≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．３０、ｚ＝０．
５、厚み０．５μｍ）活性層３４およびｐ型（ＡｌyＧ
ａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えば
ｙ＝１．０、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ-3、
厚み１．０μｍ）クラッド層３５からなる半導体積層構
造３１２が設けられている。その上にｐ型Ｇａ1-xＩｎx
Ｐ（０＜ｘ＜１、例えばｘ＝０．０１、Ｚｎ濃度５×１
０18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流拡散層３６が設けら
れている。ｐ型電流拡散層３６の中央部上にはｐ型電極
３１１が設けられ、ｎ型基板３１側には全面にｎ型電極
３１０が設けられている。
【００６０】本実施形態においては、Ｇａ1-xＩｎxＰ
（ｘ＝０．１）電流拡散層３６を用いているため、図２
に示すように、図１３に示した従来の半導体発光素子に
おけるＧａＰ電流拡散層の格子不整合率−３．５４％に
比べて殆ど改善できていない。しかし、本実施形態にお
いては、Ｇａ1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．１）電流拡散層３６
を用いたことによりＧａＰ層に比べて結晶性を改善させ
ることができた。このことについて以下に説明する。Ｇ
ａＰ層はその結晶中でＧａ原子とＰ原子の結合が強いた
め、Ｇａ原子が成長表面上を拡散（マイグレーション）
しにくく、良好な成長でなく島状成長となり、結晶欠陥
が発生しやすい原因となっていた。これに対して、Ｉｎ
原子を少しでも含んだＧａＩｎＰにおいては、結晶欠陥
が大幅に低減する。このように結晶欠陥が低減するの
は、Ｉｎ原子はＰ原子と結合エネルギーが小さく、Ｉｎ
原子が成長表面を拡散（マイグレーション）しやすく、
それに伴いＧａ原子も拡散し、良好な層状成長が得ら
れ、結晶欠陥が低減して良好な結晶性が得られるためと
考えられる。
（ｘ＝０．１）電流拡散層３６を用いているため、図２
に示すように、図１３に示した従来の半導体発光素子に
おけるＧａＰ電流拡散層の格子不整合率−３．５４％に
比べて殆ど改善できていない。しかし、本実施形態にお
いては、Ｇａ1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．１）電流拡散層３６
を用いたことによりＧａＰ層に比べて結晶性を改善させ
ることができた。このことについて以下に説明する。Ｇ
ａＰ層はその結晶中でＧａ原子とＰ原子の結合が強いた
め、Ｇａ原子が成長表面上を拡散（マイグレーション）
しにくく、良好な成長でなく島状成長となり、結晶欠陥
が発生しやすい原因となっていた。これに対して、Ｉｎ
原子を少しでも含んだＧａＩｎＰにおいては、結晶欠陥
が大幅に低減する。このように結晶欠陥が低減するの
は、Ｉｎ原子はＰ原子と結合エネルギーが小さく、Ｉｎ
原子が成長表面を拡散（マイグレーション）しやすく、
それに伴いＧａ原子も拡散し、良好な層状成長が得ら
れ、結晶欠陥が低減して良好な結晶性が得られるためと
考えられる。
【００６１】また、本実施形態の半導体発光素子におい
ては、図３に示すように、Ｇａ1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．０
１）電流拡散層３６のバンドギャップＥｇがＧａＰのバ
ンドギャップとほぼ同じ２．２７ｅＶであり、（Ａｌy
Ｇａ1-y）zＩｎ1-zＰ（ｙ＝０．３０、ｚ＝０．５）活
性層３４のバンドギャップに比べて大きいため、活性層
３４で発生した黄色光についても電流拡散層３６で吸収
されることはなく、上面から取り出される。
ては、図３に示すように、Ｇａ1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．０
１）電流拡散層３６のバンドギャップＥｇがＧａＰのバ
ンドギャップとほぼ同じ２．２７ｅＶであり、（Ａｌy
Ｇａ1-y）zＩｎ1-zＰ（ｙ＝０．３０、ｚ＝０．５）活
性層３４のバンドギャップに比べて大きいため、活性層
３４で発生した黄色光についても電流拡散層３６で吸収
されることはなく、上面から取り出される。
【００６２】このように本実施形態の半導体発光素子に
おいては、電流拡散層３６中の結晶欠陥が低減できるた
め、発光効率および信頼性を大幅に改善することができ
た。また、活性層３４で発生した緑色光は電流拡散層３
６で吸収されないため発光効率が低下せず、光吸収によ
る素子特性の劣化も生じなかった。素子特性について
は、波長５９０ｎｍの黄色発光ダイオードにおいて発光
効率が従来より２０％向上し、信頼性についても、２０
ｍＡ駆動時６０℃条件下において光度が半分になるまで
の時間が１．５倍に増加した。
おいては、電流拡散層３６中の結晶欠陥が低減できるた
め、発光効率および信頼性を大幅に改善することができ
た。また、活性層３４で発生した緑色光は電流拡散層３
６で吸収されないため発光効率が低下せず、光吸収によ
る素子特性の劣化も生じなかった。素子特性について
は、波長５９０ｎｍの黄色発光ダイオードにおいて発光
効率が従来より２０％向上し、信頼性についても、２０
ｍＡ駆動時６０℃条件下において光度が半分になるまで
の時間が１．５倍に増加した。
【００６３】（実施形態４）この実施形態４では、Ｇａ
1-xＩｎxＰ電流拡散層のＩｎ組成比ｘを層厚方向に徐々
に変化させ、活性層としてＩｎqＧａ1-qＡｓ（０≦ｑ≦
１）を用いた半導体発光素子について説明する。
1-xＩｎxＰ電流拡散層のＩｎ組成比ｘを層厚方向に徐々
に変化させ、活性層としてＩｎqＧａ1-qＡｓ（０≦ｑ≦
１）を用いた半導体発光素子について説明する。
【００６４】図６に、実施形態４の半導体発光素子の断
面図を示す。
面図を示す。
【００６５】この半導体発光素子は発光ダイオードであ
り、ｎ型ＧａＡｓ基板６１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳ
ｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層
６２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ
1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．５、
ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μ
ｍ）クラッド層６３、ＩｎqＧａ1-qＡｓ（０≦ｑ≦１、
例えばｑ＝０．６、厚み０．５μｍ）活性層６４および
ｐ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ
≦１、例えばｙ＝０．５、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１
０17ｃｍ-3、厚み１．０μｍ）クラッド層６５からなる
半導体積層構造６１２が設けられている。その上にｐ型
Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１、例えばｘ＝０．４→０．
２、Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流
拡散層６６が設けられている。ｐ型電流拡散層６６の中
央部上にはｐ型電極６１１が設けられ、ｎ型基板６１側
には全面にｎ型電極６１０が設けられている。
り、ｎ型ＧａＡｓ基板６１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳ
ｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層
６２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ
1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．５、
ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μ
ｍ）クラッド層６３、ＩｎqＧａ1-qＡｓ（０≦ｑ≦１、
例えばｑ＝０．６、厚み０．５μｍ）活性層６４および
ｐ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ
≦１、例えばｙ＝０．５、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１
０17ｃｍ-3、厚み１．０μｍ）クラッド層６５からなる
半導体積層構造６１２が設けられている。その上にｐ型
Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１、例えばｘ＝０．４→０．
２、Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流
拡散層６６が設けられている。ｐ型電流拡散層６６の中
央部上にはｐ型電極６１１が設けられ、ｎ型基板６１側
には全面にｎ型電極６１０が設けられている。
【００６６】本実施形態においては、Ｇａ1-xＩｎxＰ電
流拡散層６６のＩｎ組成比ｘを層厚方向に０．４から
０．２まで徐々に変化させて成長させている。これによ
り格子歪みを徐々に低減させることができ、発光部に格
子歪みが生じるのを改善することができた。
流拡散層６６のＩｎ組成比ｘを層厚方向に０．４から
０．２まで徐々に変化させて成長させている。これによ
り格子歪みを徐々に低減させることができ、発光部に格
子歪みが生じるのを改善することができた。
【００６７】また、本実施形態の半導体発光素子におい
ては、Ｇａ1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．４→０．２）電流拡散
層６６のバンドギャップＥｇがＩｎqＧａ1-qＡｓ（ｑ＝
０．６）活性層６４のバンドギャップに比べて大きいた
め、活性層６４で発生した赤外光が電流拡散層６６で吸
収されることはなく、上面から取り出される。
ては、Ｇａ1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．４→０．２）電流拡散
層６６のバンドギャップＥｇがＩｎqＧａ1-qＡｓ（ｑ＝
０．６）活性層６４のバンドギャップに比べて大きいた
め、活性層６４で発生した赤外光が電流拡散層６６で吸
収されることはなく、上面から取り出される。
【００６８】このように本実施形態の半導体発光素子に
おいては、格子歪みを改善することができ、発光効率お
よび信頼性を大幅に改善することができた。また、活性
層６４で発生した赤外光が電流拡散層６６で吸収されな
いため、発光効率が低下せず、光吸収による素子特性の
劣化も生じなかった。素子特性については、波長９５０
ｎｍの赤外発光ダイオードにおいて発光効率が従来より
３０％向上し、信頼性についても、２０ｍＡ駆動時６０
℃条件下において光度が半分になるまでの時間が１．８
倍に増加した。
おいては、格子歪みを改善することができ、発光効率お
よび信頼性を大幅に改善することができた。また、活性
層６４で発生した赤外光が電流拡散層６６で吸収されな
いため、発光効率が低下せず、光吸収による素子特性の
劣化も生じなかった。素子特性については、波長９５０
ｎｍの赤外発光ダイオードにおいて発光効率が従来より
３０％向上し、信頼性についても、２０ｍＡ駆動時６０
℃条件下において光度が半分になるまでの時間が１．８
倍に増加した。
【００６９】なお、本実施形態において、活性層を構成
するＩｎqＧａ1-qＡｓの組成比ｑは適宜変更してもよ
い。また、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層として
ＩｎqＧａ1-qＡｓ（０≦ｑ≦１）層を用いても良い。
するＩｎqＧａ1-qＡｓの組成比ｑは適宜変更してもよ
い。また、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層として
ＩｎqＧａ1-qＡｓ（０≦ｑ≦１）層を用いても良い。
【００７０】（実施形態５）この実施形態５では、Ｇａ
1-xＩｎxＰ電流拡散層のＩｎ組成比ｘを層厚方向に徐々
に変化させたＡｌＧａＡｓ系半導体発光素子について説
明する。
1-xＩｎxＰ電流拡散層のＩｎ組成比ｘを層厚方向に徐々
に変化させたＡｌＧａＡｓ系半導体発光素子について説
明する。
【００７１】図７に、実施形態５の半導体発光素子の断
面図を示す。
面図を示す。
【００７２】この半導体発光素子は発光ダイオードであ
り、ｎ型ＧａＡｓ基板７１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳ
ｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層
７２が設けられ、その上にｎ型ＡｌpＧａ1-pＡｓ（０≦
ｐ≦１、例えばｐ＝０．７、Ｓｉ濃度５×１０17ｃ
ｍ-3、厚み１．０μｍ）クラッド層７３、ＡｌpＧａ1-p
Ａｓ（０≦ｐ≦１、例えばｐ＝０、厚み０．５μｍ）活
性層７４およびｐ型ＡｌpＧａ1-pＡｓ（０≦ｐ≦１、例
えばｐ＝０．７、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．
０μｍ）クラッド層７５からなる半導体積層構造７１２
が設けられている。その上にｐ型Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜
ｘ＜１、例えばｘ＝０．２→０．０１、Ｚｎ濃度５×１
０18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流拡散層７６が設けら
れ、さらにその上にｐ型Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１、
例えばｘ＝０．０１、Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚み
２μｍ）電流拡散層７７が設けられている。電流拡散層
７７の中央部上にはｐ型電極７１１が設けられ、ｎ型基
板７１側には全面にｎ型電極７１０が設けられている。
り、ｎ型ＧａＡｓ基板７１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳ
ｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層
７２が設けられ、その上にｎ型ＡｌpＧａ1-pＡｓ（０≦
ｐ≦１、例えばｐ＝０．７、Ｓｉ濃度５×１０17ｃ
ｍ-3、厚み１．０μｍ）クラッド層７３、ＡｌpＧａ1-p
Ａｓ（０≦ｐ≦１、例えばｐ＝０、厚み０．５μｍ）活
性層７４およびｐ型ＡｌpＧａ1-pＡｓ（０≦ｐ≦１、例
えばｐ＝０．７、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．
０μｍ）クラッド層７５からなる半導体積層構造７１２
が設けられている。その上にｐ型Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜
ｘ＜１、例えばｘ＝０．２→０．０１、Ｚｎ濃度５×１
０18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流拡散層７６が設けら
れ、さらにその上にｐ型Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１、
例えばｘ＝０．０１、Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚み
２μｍ）電流拡散層７７が設けられている。電流拡散層
７７の中央部上にはｐ型電極７１１が設けられ、ｎ型基
板７１側には全面にｎ型電極７１０が設けられている。
【００７３】本実施形態においては、Ｇａ1-xＩｎxＰ電
流拡散層７６のＩｎ組成比ｘを層厚方向に０．２から
０．０１まで徐々に変化させて成長させている。これに
より格子歪みを徐々に低減させることができ、発光部に
格子歪みが生じるのを改善することができた。
流拡散層７６のＩｎ組成比ｘを層厚方向に０．２から
０．０１まで徐々に変化させて成長させている。これに
より格子歪みを徐々に低減させることができ、発光部に
格子歪みが生じるのを改善することができた。
【００７４】また、本実施形態の半導体発光素子におい
ては、Ｇａ1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．２→０．０１）電流拡
散層７６のバンドギャップＥｇがＡｌpＧａ1-pＡｓ（ｐ
＝０）活性層７４のバンドギャップに比べて大きいた
め、活性層７４で発生した赤外光が電流拡散層７６で吸
収されることはなく、上面から取り出される。
ては、Ｇａ1-xＩｎxＰ（ｘ＝０．２→０．０１）電流拡
散層７６のバンドギャップＥｇがＡｌpＧａ1-pＡｓ（ｐ
＝０）活性層７４のバンドギャップに比べて大きいた
め、活性層７４で発生した赤外光が電流拡散層７６で吸
収されることはなく、上面から取り出される。
【００７５】このように本実施形態の半導体発光素子に
おいては、格子歪みを改善することができ、発光効率お
よび信頼性を大幅に改善することができた。また、活性
層７４で発生した赤外光が電流拡散層７６で吸収されな
いため、発光効率が低下せず、光吸収による素子特性の
劣化も生じなかった。素子特性については、波長８５０
ｎｍの赤外発光ダイオードにおいて発光効率が従来より
１０％向上し、信頼性についても、２０ｍＡ駆動時６０
℃条件下において光度が半分になるまでの時間が１．３
倍に増加した。
おいては、格子歪みを改善することができ、発光効率お
よび信頼性を大幅に改善することができた。また、活性
層７４で発生した赤外光が電流拡散層７６で吸収されな
いため、発光効率が低下せず、光吸収による素子特性の
劣化も生じなかった。素子特性については、波長８５０
ｎｍの赤外発光ダイオードにおいて発光効率が従来より
１０％向上し、信頼性についても、２０ｍＡ駆動時６０
℃条件下において光度が半分になるまでの時間が１．３
倍に増加した。
【００７６】なお、本実施形態において、ｎ型クラッド
層、活性層およびｐ型クラッド層を構成するＡｌpＧａ
1-pＡｓの組成比ｐは適宜変更してもよい。
層、活性層およびｐ型クラッド層を構成するＡｌpＧａ
1-pＡｓの組成比ｐは適宜変更してもよい。
【００７７】（実施形態６）この実施形態６では、半導
体積層構造の中央部上に電流阻止層を設け、その上にＧ
ａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１）電流拡散層を設けたＡｌＧ
ａＩｎＰ系半導体発光素子について説明する。
体積層構造の中央部上に電流阻止層を設け、その上にＧ
ａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１）電流拡散層を設けたＡｌＧ
ａＩｎＰ系半導体発光素子について説明する。
【００７８】図８に、実施形態６の半導体発光素子の断
面図を示す。
面図を示す。
【００７９】この半導体発光素子は発光ダイオードであ
り、ｎ型ＧａＡｓ基板８１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳ
ｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層
８２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ
1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝１．０、
ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μ
ｍ）クラッド層８３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０
≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．１５、ｚ＝０．
５、厚み０．５μｍ）活性層８４およびｐ型（ＡｌyＧ
ａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えば
ｙ＝１．０、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ-3、
厚み１．０μｍ）クラッド層８５からなる半導体積層構
造８１２が設けられている。その半導体積層構造８１２
の中央部上にｎ型Ｇａ1-aＩｎaＰ（０＜ａ＜１、例えば
ａ＝０．２、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μ
ｍ）電流阻止層８８が設けられ、その上に電流阻止層８
８の形成部および非形成部にわたってｐ型Ｇａ1-xＩｎx
Ｐ（０＜ｘ＜１、例えばｘ＝０．２、Ｚｎ濃度５×１０
18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流拡散層８６が設けられ
ている。ｐ型電流拡散層８６の中央部上には電流阻止層
８８と対向するようにｐ型電極８１１が設けられ、ｎ型
基板８１側には全面にｎ型電極８１０が設けられてい
る。
り、ｎ型ＧａＡｓ基板８１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳ
ｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層
８２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ
1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝１．０、
ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μ
ｍ）クラッド層８３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０
≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．１５、ｚ＝０．
５、厚み０．５μｍ）活性層８４およびｐ型（ＡｌyＧ
ａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えば
ｙ＝１．０、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ-3、
厚み１．０μｍ）クラッド層８５からなる半導体積層構
造８１２が設けられている。その半導体積層構造８１２
の中央部上にｎ型Ｇａ1-aＩｎaＰ（０＜ａ＜１、例えば
ａ＝０．２、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μ
ｍ）電流阻止層８８が設けられ、その上に電流阻止層８
８の形成部および非形成部にわたってｐ型Ｇａ1-xＩｎx
Ｐ（０＜ｘ＜１、例えばｘ＝０．２、Ｚｎ濃度５×１０
18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流拡散層８６が設けられ
ている。ｐ型電流拡散層８６の中央部上には電流阻止層
８８と対向するようにｐ型電極８１１が設けられ、ｎ型
基板８１側には全面にｎ型電極８１０が設けられてい
る。
【００８０】本実施形態の半導体発光素子においては、
半導体積層構造８１２の中央部上に電流阻止層８８を設
けてその上に電流拡散層８６を設けているため、ｐ型電
極８１１から注入された電流が電流拡散層８６で周縁部
にさらに広げられ、ｐ型電極８１１が形成されていない
周縁部からの光の取り出し効率がさらに向上した。ま
た、電流阻止層８８としてｐ型Ｇａ1-aＩｎaＰ（０＜ａ
＜１）を用いているため、電流拡散層８６と同様に、格
子歪みを低減して発光効率および信頼性を改善すること
ができた。素子特性については、波長６１０ｎｍの燈色
発光ダイオードにおいて発光効率が従来より３０％向上
し、信頼性についても、２０ｍＡ駆動時６０℃条件下に
おいて光度が半分になるまでの時間が２．５倍に増加し
た。
半導体積層構造８１２の中央部上に電流阻止層８８を設
けてその上に電流拡散層８６を設けているため、ｐ型電
極８１１から注入された電流が電流拡散層８６で周縁部
にさらに広げられ、ｐ型電極８１１が形成されていない
周縁部からの光の取り出し効率がさらに向上した。ま
た、電流阻止層８８としてｐ型Ｇａ1-aＩｎaＰ（０＜ａ
＜１）を用いているため、電流拡散層８６と同様に、格
子歪みを低減して発光効率および信頼性を改善すること
ができた。素子特性については、波長６１０ｎｍの燈色
発光ダイオードにおいて発光効率が従来より３０％向上
し、信頼性についても、２０ｍＡ駆動時６０℃条件下に
おいて光度が半分になるまでの時間が２．５倍に増加し
た。
【００８１】なお、本実施形態では発光部の中央部に注
入される電流を阻止するために半導体積層構造の中央部
上に電流阻止層を設けたが、半導体積層構造を基板の中
央部に設けてその周囲を埋め込むように電流阻止層を設
けてもよい。また、電流阻止層は基板と同じ導電型にし
たが、絶縁性材料であってもよい。これらのことは後述
する実施形態８でも同様である。
入される電流を阻止するために半導体積層構造の中央部
上に電流阻止層を設けたが、半導体積層構造を基板の中
央部に設けてその周囲を埋め込むように電流阻止層を設
けてもよい。また、電流阻止層は基板と同じ導電型にし
たが、絶縁性材料であってもよい。これらのことは後述
する実施形態８でも同様である。
【００８２】（実施形態７）この実施形態７では、半導
体積層構造の中央部上を取り囲むように電流阻止層を設
け、その上にＧａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１）電流拡散層
を設けたＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子について説明
する。
体積層構造の中央部上を取り囲むように電流阻止層を設
け、その上にＧａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１）電流拡散層
を設けたＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子について説明
する。
【００８３】図９に、実施形態７の半導体発光素子の断
面図を示す。
面図を示す。
【００８４】この半導体発光素子は発光ダイオードであ
り、ｎ型ＧａＡｓ基板９１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳ
ｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層
９２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ
1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝１．０、
ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μ
ｍ）クラッド層９３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０
≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．４、ｚ＝０．
５、厚み０．５μｍ）活性層９４およびｐ型（ＡｌyＧ
ａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えば
ｙ＝１．０、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ-3、
厚み１．０μｍ）クラッド層９５からなる半導体積層構
造９１２が設けられている。その半導体積層構造９１２
の中央部上を取り囲むようにｎ型Ｇａ1-aＩｎaＰ（０＜
ａ＜１、例えばａ＝０．２、Ｓｉ濃度５×１０17ｃ
ｍ-3、厚み０．５μｍ）電流阻止層９８が設けられ、そ
の上に電流阻止層９８の形成部および非形成部にわたっ
てｐ型Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１、例えばｘ＝０．
２、Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流
拡散層９６が設けられている。その上に、ｐ型電流拡散
層９６の中央部上を取り囲むように、かつ、電流阻止層
９８と対向するようにｐ型電極９１１が設けられ、ｎ型
基板９１側には全面にｎ型電極９１０が設けられてい
る。
り、ｎ型ＧａＡｓ基板９１上にｎ型ＧａＡｓ（例えばＳ
ｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ層
９２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ
1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝１．０、
ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．０μ
ｍ）クラッド層９３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０
≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．４、ｚ＝０．
５、厚み０．５μｍ）活性層９４およびｐ型（ＡｌyＧ
ａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えば
ｙ＝１．０、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ-3、
厚み１．０μｍ）クラッド層９５からなる半導体積層構
造９１２が設けられている。その半導体積層構造９１２
の中央部上を取り囲むようにｎ型Ｇａ1-aＩｎaＰ（０＜
ａ＜１、例えばａ＝０．２、Ｓｉ濃度５×１０17ｃ
ｍ-3、厚み０．５μｍ）電流阻止層９８が設けられ、そ
の上に電流阻止層９８の形成部および非形成部にわたっ
てｐ型Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１、例えばｘ＝０．
２、Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流
拡散層９６が設けられている。その上に、ｐ型電流拡散
層９６の中央部上を取り囲むように、かつ、電流阻止層
９８と対向するようにｐ型電極９１１が設けられ、ｎ型
基板９１側には全面にｎ型電極９１０が設けられてい
る。
【００８５】本実施形態の半導体発光素子においては、
半導体積層構造９１２の中央部上を取り囲むように電流
阻止層９８を設けてその上に電流拡散層９６を設けてい
るため、ｐ型電極９１１から注入された電流が電流拡散
層９６で中央部に集中し、ｐ型電極９１１が形成されて
いない中央部からの光の取り出し効率がさらに向上し
た。また、電流阻止層９８としてｐ型Ｇａ1-aＩｎaＰ
（０＜ａ＜１）を用いているため、電流拡散層９６と同
様に、格子歪みを低減して発光効率および信頼性を改善
することができた。素子特性については、波長５５０ｎ
ｍの緑色発光ダイオードにおいて発光効率が従来より３
５％向上し、信頼性についても、２０ｍＡ駆動時６０℃
条件下において光度が半分になるまでの時間が２．７倍
に増加した。
半導体積層構造９１２の中央部上を取り囲むように電流
阻止層９８を設けてその上に電流拡散層９６を設けてい
るため、ｐ型電極９１１から注入された電流が電流拡散
層９６で中央部に集中し、ｐ型電極９１１が形成されて
いない中央部からの光の取り出し効率がさらに向上し
た。また、電流阻止層９８としてｐ型Ｇａ1-aＩｎaＰ
（０＜ａ＜１）を用いているため、電流拡散層９６と同
様に、格子歪みを低減して発光効率および信頼性を改善
することができた。素子特性については、波長５５０ｎ
ｍの緑色発光ダイオードにおいて発光効率が従来より３
５％向上し、信頼性についても、２０ｍＡ駆動時６０℃
条件下において光度が半分になるまでの時間が２．７倍
に増加した。
【００８６】なお、本実施形態では発光部の周縁部に注
入される電流を阻止するために半導体積層構造の中央部
上を取り囲むように電流阻止層を設けたが、半導体積層
構造を基板の中央部上を取り囲むように設けてその中を
埋め込むように電流阻止層を設けてもよい。また、電流
阻止層は基板と同じ導電型にしたが、絶縁性材料であっ
てもよい。これらのことは後述する実施形態９でも同様
である。
入される電流を阻止するために半導体積層構造の中央部
上を取り囲むように電流阻止層を設けたが、半導体積層
構造を基板の中央部上を取り囲むように設けてその中を
埋め込むように電流阻止層を設けてもよい。また、電流
阻止層は基板と同じ導電型にしたが、絶縁性材料であっ
てもよい。これらのことは後述する実施形態９でも同様
である。
【００８７】（実施形態８）この実施形態８では、半導
体積層構造の中央部上にＡｌを含む化合物半導体、例え
ば（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦
１）からなる電流阻止層を設け、その上にＧａ1-xＩｎx
Ｐ（０＜ｘ＜１）電流拡散層を設けたＡｌＧａＩｎＰ系
半導体発光素子について説明する。
体積層構造の中央部上にＡｌを含む化合物半導体、例え
ば（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦
１）からなる電流阻止層を設け、その上にＧａ1-xＩｎx
Ｐ（０＜ｘ＜１）電流拡散層を設けたＡｌＧａＩｎＰ系
半導体発光素子について説明する。
【００８８】図１０（ｃ）に、実施形態８の半導体発光
素子の断面図を示す。
素子の断面図を示す。
【００８９】この半導体発光素子は発光ダイオードであ
り、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型ＧａＡｓ（例えば
Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ
層１０２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）z
Ｉｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝１．
０、ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．
０μｍ）クラッド層１０３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-z
Ｐ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．４５、ｚ
＝０．５、厚み０．５μｍ）活性層１０４およびｐ型
（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦
１、例えばｙ＝１．０、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０
17ｃｍ-3、厚み１．０μｍ）クラッド層１０５からなる
半導体積層構造１０１２が設けられている。その半導体
積層構造１０１２の上にｐ型Ｇａ1-rＩｎrＰ（０＜ｒ＜
１、例えばｒ＝０．２、Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚
み０．５μｍ）保護層１０９が設けられ、その中央部上
にｎ型（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ（０≦ｃ≦１、０≦
ｄ≦１、例えばｃ＝０．２、ｄ＝０．５、Ｓｉ濃度５×
１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）電流阻止層１０８が設
けられている。さらにその上に電流阻止層１０８の形成
部および非形成部にわたってｐ型Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜
ｘ＜１、例えばｘ＝０．２、Ｚｎ濃度５×１０18ｃ
ｍ-3、厚み５．０μｍ）電流拡散層１０６が設けられて
いる。ｐ型電流拡散層１０６の中央部上には電流阻止層
１０８と対向するようにｐ型電極１０１１が設けられ、
ｎ型基板１０１側には全面にｎ型電極１０１０が設けら
れている。
り、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型ＧａＡｓ（例えば
Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ
層１０２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）z
Ｉｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝１．
０、ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．
０μｍ）クラッド層１０３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-z
Ｐ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．４５、ｚ
＝０．５、厚み０．５μｍ）活性層１０４およびｐ型
（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦
１、例えばｙ＝１．０、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０
17ｃｍ-3、厚み１．０μｍ）クラッド層１０５からなる
半導体積層構造１０１２が設けられている。その半導体
積層構造１０１２の上にｐ型Ｇａ1-rＩｎrＰ（０＜ｒ＜
１、例えばｒ＝０．２、Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚
み０．５μｍ）保護層１０９が設けられ、その中央部上
にｎ型（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ（０≦ｃ≦１、０≦
ｄ≦１、例えばｃ＝０．２、ｄ＝０．５、Ｓｉ濃度５×
１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）電流阻止層１０８が設
けられている。さらにその上に電流阻止層１０８の形成
部および非形成部にわたってｐ型Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜
ｘ＜１、例えばｘ＝０．２、Ｚｎ濃度５×１０18ｃ
ｍ-3、厚み５．０μｍ）電流拡散層１０６が設けられて
いる。ｐ型電流拡散層１０６の中央部上には電流阻止層
１０８と対向するようにｐ型電極１０１１が設けられ、
ｎ型基板１０１側には全面にｎ型電極１０１０が設けら
れている。
【００９０】この半導体発光素子は、例えば以下のよう
にして作製することができる。
にして作製することができる。
【００９１】まず、図１０（ａ）に示すように、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１０１上にｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、
ｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰクラッド層１０３、
（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ活性層１０４、ｐ型（Ａｌ
yＧａ1-y）zＩｎ1-zＰクラッド層１０５、ｐ型Ｇａ1-r
ＩｎrＰ保護層１０９およびｎ型（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ
1-dＰからなる電流阻止層形成用の層１０８ａを順次積
層成長させる。
ａＡｓ基板１０１上にｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、
ｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰクラッド層１０３、
（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ活性層１０４、ｐ型（Ａｌ
yＧａ1-y）zＩｎ1-zＰクラッド層１０５、ｐ型Ｇａ1-r
ＩｎrＰ保護層１０９およびｎ型（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ
1-dＰからなる電流阻止層形成用の層１０８ａを順次積
層成長させる。
【００９２】次に、図１０（ｂ）に示すように、電流阻
止層形成用の層を保護層１０９の中央部上のみを残して
エッチングすることにより電流阻止層１０８を形成す
る。このとき、エッチング速度にＡｌ依存性を有するエ
ッチャント、例えばリン酸（Ｈ3ＰＯ4）系エッチャント
等を使用することにより、Ａｌを含む化合物半導体から
なる電流阻止層形成用の層１０８ａとＡｌを含まない材
料からなる保護層１０９との選択エッチングが可能とな
り、保護層１０９でエッチングを停止させることができ
る。
止層形成用の層を保護層１０９の中央部上のみを残して
エッチングすることにより電流阻止層１０８を形成す
る。このとき、エッチング速度にＡｌ依存性を有するエ
ッチャント、例えばリン酸（Ｈ3ＰＯ4）系エッチャント
等を使用することにより、Ａｌを含む化合物半導体から
なる電流阻止層形成用の層１０８ａとＡｌを含まない材
料からなる保護層１０９との選択エッチングが可能とな
り、保護層１０９でエッチングを停止させることができ
る。
【００９３】その後、図１０（ｃ）に示すように、ｐ型
Ｇａ1-xＩｎxＰ電流拡散層１０６を成長させ、ｎ型電極
１０１０およびｐ型電極１０１１を形成することにより
半導体発光素子が完成する。
Ｇａ1-xＩｎxＰ電流拡散層１０６を成長させ、ｎ型電極
１０１０およびｐ型電極１０１１を形成することにより
半導体発光素子が完成する。
【００９４】本実施形態の半導体発光素子においては、
電流阻止層１０８がＡｌを含む（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ
1-dＰ（ｃ＝０．２、ｄ＝０．５）からなるため、Ａｌ
を含まないＧａ1-rＩｎrＰ（ｒ＝０．２）保護層１０９
との選択エッチングを行って、製造ブロセスにおける歩
留りを大幅に向上させると共に、コストを大幅に低減さ
せることができた。
電流阻止層１０８がＡｌを含む（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ
1-dＰ（ｃ＝０．２、ｄ＝０．５）からなるため、Ａｌ
を含まないＧａ1-rＩｎrＰ（ｒ＝０．２）保護層１０９
との選択エッチングを行って、製造ブロセスにおける歩
留りを大幅に向上させると共に、コストを大幅に低減さ
せることができた。
【００９５】（実施形態９）この実施形態９では、半導
体積層構造の中央部上を取り囲むようにＡｌを含む化合
物半導体、例えばＡｌbＧａ1-bＡｓ（０≦ｂ≦１）から
なる電流阻止層を設け、その上にＧａ1-xＩｎxＰ（０＜
ｘ＜１）電流拡散層を設けたＡｌＧａＩｎＰ系半導体発
光素子について説明する。
体積層構造の中央部上を取り囲むようにＡｌを含む化合
物半導体、例えばＡｌbＧａ1-bＡｓ（０≦ｂ≦１）から
なる電流阻止層を設け、その上にＧａ1-xＩｎxＰ（０＜
ｘ＜１）電流拡散層を設けたＡｌＧａＩｎＰ系半導体発
光素子について説明する。
【００９６】図１１（ｃ）に、実施形態９の半導体発光
素子の断面図を示す。
素子の断面図を示す。
【００９７】この半導体発光素子は発光ダイオードであ
り、ｎ型ＧａＡｓ基板１１１上にｎ型ＧａＡｓ（例えば
Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ
層１１２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）z
Ｉｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝１．
０、ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．
０μｍ）クラッド層１１３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-z
Ｐ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．４、ｚ＝
０．５、厚み０．５μｍ）活性層１１４およびｐ型（Ａ
ｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例
えばｙ＝１．０、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ
-3、厚み１．０μｍ）クラッド層１１５からなる半導体
積層構造１１１２が設けられている。その半導体積層構
造１１１２の上にｐ型Ｇａ1-rＩｎrＰ（０＜ｒ＜１、例
えばｒ＝０．２、Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚み０．
５μｍ）保護層１１９が設けられ、その中央部上を取り
囲むようにｎ型ＡｌbＧａ1-bＡｓ（０≦ｂ≦１、例えば
ｂ＝０．２、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μ
ｍ）電流阻止層１１８が設けられている。さらにその上
に電流阻止層１１８の形成部および非形成部にわたって
ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１、例えばｘ＝０．２、
Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流拡散
層１１６が設けられている。その上にｐ型電流拡散層１
１６の中央部上を取り囲むように、かつ、電流阻止層１
１８と対向するようにｐ型電極１１１１が設けられ、ｎ
型基板１１１側には全面にｎ型電極１１１０が設けられ
ている。
り、ｎ型ＧａＡｓ基板１１１上にｎ型ＧａＡｓ（例えば
Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μｍ）バッファ
層１１２が設けられ、その上にｎ型（ＡｌyＧａ1-y）z
Ｉｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝１．
０、ｚ＝０．５、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み１．
０μｍ）クラッド層１１３、（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-z
Ｐ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例えばｙ＝０．４、ｚ＝
０．５、厚み０．５μｍ）活性層１１４およびｐ型（Ａ
ｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、例
えばｙ＝１．０、ｚ＝０．５、Ｚｎ濃度５×１０17ｃｍ
-3、厚み１．０μｍ）クラッド層１１５からなる半導体
積層構造１１１２が設けられている。その半導体積層構
造１１１２の上にｐ型Ｇａ1-rＩｎrＰ（０＜ｒ＜１、例
えばｒ＝０．２、Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚み０．
５μｍ）保護層１１９が設けられ、その中央部上を取り
囲むようにｎ型ＡｌbＧａ1-bＡｓ（０≦ｂ≦１、例えば
ｂ＝０．２、Ｓｉ濃度５×１０17ｃｍ-3、厚み０．５μ
ｍ）電流阻止層１１８が設けられている。さらにその上
に電流阻止層１１８の形成部および非形成部にわたって
ｐ型Ｇａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１、例えばｘ＝０．２、
Ｚｎ濃度５×１０18ｃｍ-3、厚み５．０μｍ）電流拡散
層１１６が設けられている。その上にｐ型電流拡散層１
１６の中央部上を取り囲むように、かつ、電流阻止層１
１８と対向するようにｐ型電極１１１１が設けられ、ｎ
型基板１１１側には全面にｎ型電極１１１０が設けられ
ている。
【００９８】この半導体発光素子は、例えば以下のよう
にして作製することができる。
にして作製することができる。
【００９９】まず、図１１（ａ）に示すように、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１１１上にｎ型ＧａＡｓバッファ層１１２、
ｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰクラッド層１１３、
（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ活性層１１４、ｐ型（Ａｌ
yＧａ1-y）zＩｎ1-zＰクラッド層１１５、ｐ型Ｇａ1-r
ＩｎrＰ保護層１１９およびｎ型ＡｌbＧａ1-bＡｓから
なる電流阻止層形成用の層１１８ａを順次積層成長させ
る。
ａＡｓ基板１１１上にｎ型ＧａＡｓバッファ層１１２、
ｎ型（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰクラッド層１１３、
（ＡｌyＧａ1-y）zＩｎ1-zＰ活性層１１４、ｐ型（Ａｌ
yＧａ1-y）zＩｎ1-zＰクラッド層１１５、ｐ型Ｇａ1-r
ＩｎrＰ保護層１１９およびｎ型ＡｌbＧａ1-bＡｓから
なる電流阻止層形成用の層１１８ａを順次積層成長させ
る。
【０１００】次に、図１１（ｂ）に示すように、電流阻
止層形成用の層を保護層１１９の中央部上を取り囲むよ
うに残してエッチングすることにより電流阻止層１１８
を形成する。このとき、エッチング速度にＡｌ依存性を
有するエッチャント、例えばリン酸（Ｈ3ＰＯ4）系エッ
チャント等を使用することにより、実施形態８と同様
に、Ａｌを含む化合物半導体からなる電流阻止層形成用
の層１１８ａとＡｌを含まない材料からなる保護層１１
９との選択エッチングが可能となり、保護層１１９でエ
ッチングを停止させることができる。
止層形成用の層を保護層１１９の中央部上を取り囲むよ
うに残してエッチングすることにより電流阻止層１１８
を形成する。このとき、エッチング速度にＡｌ依存性を
有するエッチャント、例えばリン酸（Ｈ3ＰＯ4）系エッ
チャント等を使用することにより、実施形態８と同様
に、Ａｌを含む化合物半導体からなる電流阻止層形成用
の層１１８ａとＡｌを含まない材料からなる保護層１１
９との選択エッチングが可能となり、保護層１１９でエ
ッチングを停止させることができる。
【０１０１】その後、図１１（ｃ）に示すように、ｐ型
Ｇａ1-xＩｎxＰ電流拡散層１１６を成長させ、ｎ型電極
１１１０およびｐ型電極１１１１を形成することにより
半導体発光素子が完成する。
Ｇａ1-xＩｎxＰ電流拡散層１１６を成長させ、ｎ型電極
１１１０およびｐ型電極１１１１を形成することにより
半導体発光素子が完成する。
【０１０２】本実施形態の半導体発光素子においては、
電流阻止層１１８がＡｌを含むＡｌbＧａ1-bＡｓ（ｂ＝
０．２）からなるため、Ａｌを含まないＧａ1-rＩｎrＰ
（ｒ＝０．２）保護層１１９との選択エッチングを行っ
て、製造ブロセスにおける歩留りを大幅に向上させると
共に、コストを大幅に低減させることができた。
電流阻止層１１８がＡｌを含むＡｌbＧａ1-bＡｓ（ｂ＝
０．２）からなるため、Ａｌを含まないＧａ1-rＩｎrＰ
（ｒ＝０．２）保護層１１９との選択エッチングを行っ
て、製造ブロセスにおける歩留りを大幅に向上させると
共に、コストを大幅に低減させることができた。
【０１０３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
電流拡散層の格子歪みを改善することができるので、電
流拡散層自体の結晶欠陥を低減すると共に活性層等の発
光部における結晶欠陥の発生を防ぐことができ、発光効
率および信頼性を大幅に改善させることができる。
電流拡散層の格子歪みを改善することができるので、電
流拡散層自体の結晶欠陥を低減すると共に活性層等の発
光部における結晶欠陥の発生を防ぐことができ、発光効
率および信頼性を大幅に改善させることができる。
【０１０４】この電流拡散層のＩｎ組成比ｘを０＜ｘ＜
０．４９とすることにより、ＧａＩｎＰ層またはＡｌＧ
ａＩｎＰ層から発光した光を吸収せずに透過させること
ができ、しかも電流拡散層の結晶欠陥を低減することが
できるので、さらに発光効率および信頼性を向上させる
ことができる。
０．４９とすることにより、ＧａＩｎＰ層またはＡｌＧ
ａＩｎＰ層から発光した光を吸収せずに透過させること
ができ、しかも電流拡散層の結晶欠陥を低減することが
できるので、さらに発光効率および信頼性を向上させる
ことができる。
【０１０５】また、電流拡散層のＩｎ組成比ｘを０＜ｘ
＜０．２７とすることにより、電流拡散層での光吸収が
生じず、しかも電流拡散層の結晶性が改善されるため、
さらに発光効率および信頼性を向上させることができ
る。
＜０．２７とすることにより、電流拡散層での光吸収が
生じず、しかも電流拡散層の結晶性が改善されるため、
さらに発光効率および信頼性を向上させることができ
る。
【０１０６】電流拡散層のＩｎ組成比ｘを層厚方向に向
かって徐々に変化させることにより、格子歪みが徐々に
緩和されるので、さらに格子歪みを低減させて発光効率
および信頼性を向上させることができる。
かって徐々に変化させることにより、格子歪みが徐々に
緩和されるので、さらに格子歪みを低減させて発光効率
および信頼性を向上させることができる。
【０１０７】この電流拡散層の変化させたＩｎ組成比ｘ
を０＜ｘ＜０．４９とすることにより、ＧａＩｎＰ層ま
たはＡｌＧａＩｎＰ層から発光した光を吸収せずに透過
させることができ、しかも電流拡散層の結晶欠陥を低減
することができるので、さらに発光効率および信頼性を
向上させることができる。
を０＜ｘ＜０．４９とすることにより、ＧａＩｎＰ層ま
たはＡｌＧａＩｎＰ層から発光した光を吸収せずに透過
させることができ、しかも電流拡散層の結晶欠陥を低減
することができるので、さらに発光効率および信頼性を
向上させることができる。
【０１０８】また、電流拡散層の変化させたＩｎ組成比
ｘを０＜ｘ＜０．２７とすることにより、電流拡散層で
の光吸収が生じず、しかも電流拡散層の結晶性が改善さ
れるため、さらに発光効率および信頼性を向上させるこ
とができる。
ｘを０＜ｘ＜０．２７とすることにより、電流拡散層で
の光吸収が生じず、しかも電流拡散層の結晶性が改善さ
れるため、さらに発光効率および信頼性を向上させるこ
とができる。
【０１０９】この電流拡散層は、（ＡｌyＧａ1-y）zＩ
ｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）、ＡｌpＧａ1-pＡ
ｓ（０≦ｐ≦１）、ＩｎqＧａ1-qＡｓ（０≦ｑ≦１）等
の発光部を備えた半導体発光素子に用いれば、結晶欠陥
が無い発光部が得られ、発光効率を向上させることがで
きる。
ｎ1-zＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）、ＡｌpＧａ1-pＡ
ｓ（０≦ｐ≦１）、ＩｎqＧａ1-qＡｓ（０≦ｑ≦１）等
の発光部を備えた半導体発光素子に用いれば、結晶欠陥
が無い発光部が得られ、発光効率を向上させることがで
きる。
【０１１０】電流拡散層側の電極と対向するように、電
流拡散層を間に挟んで電流阻止層を設ければ、電流拡散
層により電流阻止層の非形成部に効率良く電流を導いて
発光効率を高めると共に、電極非形成部からの光の取り
出し効率を高めることができる。
流拡散層を間に挟んで電流阻止層を設ければ、電流拡散
層により電流阻止層の非形成部に効率良く電流を導いて
発光効率を高めると共に、電極非形成部からの光の取り
出し効率を高めることができる。
【０１１１】例えば、電流拡散層側の電極を電流拡散層
の中央部上に設けて、その電極に対向するように電流阻
止層を設けると、電極の非形成部である周縁部からの光
の取り出し効率が向上する。
の中央部上に設けて、その電極に対向するように電流阻
止層を設けると、電極の非形成部である周縁部からの光
の取り出し効率が向上する。
【０１１２】また、電流拡散層側の電極を電流拡散層の
中央部上を取り囲むように設けて、その電極に対向する
ように電流阻止層を設けると、電極の非形成部である中
央部からの光の取り出し効率が向上する。
中央部上を取り囲むように設けて、その電極に対向する
ように電流阻止層を設けると、電極の非形成部である中
央部からの光の取り出し効率が向上する。
【０１１３】電流阻止層としてＧａ1-aＩｎaＰ（０＜ａ
＜１）層を用いることにより、電流阻止層の格子歪みも
改善されるので、発光効率および信頼性を向上させるこ
とができる。
＜１）層を用いることにより、電流阻止層の格子歪みも
改善されるので、発光効率および信頼性を向上させるこ
とができる。
【０１１４】また、電流阻止層としてＡｌbＧａ1-bＡｓ
（０≦ｂ≦１）や（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ（０≦ｃ
≦１、０≦ｄ≦１）等のＡｌを含む化合物半導体を用い
ることにより、選択エッチングを行って所望の領域に電
流阻止層を形成することができるので、製造プロセスの
歩留りを大幅に向上させると共にコストを大幅に低減さ
せることができる。
（０≦ｂ≦１）や（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ（０≦ｃ
≦１、０≦ｄ≦１）等のＡｌを含む化合物半導体を用い
ることにより、選択エッチングを行って所望の領域に電
流阻止層を形成することができるので、製造プロセスの
歩留りを大幅に向上させると共にコストを大幅に低減さ
せることができる。
【図１】実施形態１の半導体発光素子の断面図である。
【図２】Ｇａ1-xＩｎxＰ中のＩｎ組成ｘとＧａＡｓに対
する格子不整合率との関係を示すグラフである。
する格子不整合率との関係を示すグラフである。
【図３】Ｇａ1-xＩｎxＰ中のＩｎ組成ｘとバンドギャッ
プＥｇとの関係を示すグラフである。
プＥｇとの関係を示すグラフである。
【図４】実施形態２の半導体発光素子の断面図である。
【図５】実施形態３の半導体発光素子の断面図である。
【図６】実施形態４の半導体発光素子の断面図である。
【図７】実施形態５の半導体発光素子の断面図である。
【図８】実施形態６の半導体発光素子の断面図である。
【図９】実施形態７の半導体発光素子の断面図である。
【図１０】実施形態８の半導体発光素子の製造工程を示
す断面図である。
す断面図である。
【図１１】実施形態９の半導体発光素子の製造工程を示
す断面図である。
す断面図である。
【図１２】従来の半導体発光素子の断面図である。
【図１３】従来の半導体発光素子の断面図である。
１、２１、３１、６１、７１、８１、９１、１０１、１
１１ 基板 ２、２２、３２、６２、７２、８２、９２、１０２、１
１２ バッファ層 ３、２３、３３、６３、７３、８３、９３、１０３、１
１３ ｎ型クラッド層 ４、２４、３４、６４、７４、８４、９４、１０４、１
１４ 活性層 ５、２５、３５、６５、７５、８５、９５、１０５、１
１５ ｐ型クラッド層 ６、２６、３６、６６、７６、８６、９６、１０６、１
１６ 電流拡散層 １０、２１０、３１０、６１０、７１０、８１０、９１
０、１０１０、１１１０ ｎ型電極 １１、２１１、３１１、６１１、７１１、８１１、９１
１、１０１１、１１１１ ｐ型電極 １２、２１２、３１２、６１２、７１２、８１２、９１
２、１０１２、１１１２ 半導体積層構造 ７７ 電流拡散層 ８８、９８、１０８、１１８ 電流阻止層 １０９、１１９ 保護層
１１ 基板 ２、２２、３２、６２、７２、８２、９２、１０２、１
１２ バッファ層 ３、２３、３３、６３、７３、８３、９３、１０３、１
１３ ｎ型クラッド層 ４、２４、３４、６４、７４、８４、９４、１０４、１
１４ 活性層 ５、２５、３５、６５、７５、８５、９５、１０５、１
１５ ｐ型クラッド層 ６、２６、３６、６６、７６、８６、９６、１０６、１
１６ 電流拡散層 １０、２１０、３１０、６１０、７１０、８１０、９１
０、１０１０、１１１０ ｎ型電極 １１、２１１、３１１、６１１、７１１、８１１、９１
１、１０１１、１１１１ ｐ型電極 １２、２１２、３１２、６１２、７１２、８１２、９１
２、１０１２、１１１２ 半導体積層構造 ７７ 電流拡散層 ８８、９８、１０８、１１８ 電流阻止層 １０９、１１９ 保護層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (13)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上に、第１導電型の第１ク
ラッド層と、（Ａｌ y Ｇａ 1-y ） z Ｉｎ 1-z Ｐ（０≦ｙ≦
１、０≦ｚ≦１）からなる活性層と、第２導電型の第２
クラッド層とを少なくとも含む半導体積層構造が設けら
れ、該半導体積層構造上に第２導電型のＧａ1-xＩｎxＰ
（０＜ｘ＜１）からなる電流拡散層が設けられており、
該電流拡散層のＩｎ組成比ｘが０＜ｘ＜０．２７であ
る、半導体発光素子。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ基板上に、第１導電型の第１ク
ラッド層と、Ａｌ p Ｇａ 1-p Ａｓ（０≦ｐ≦１）またはＩ
ｎ q Ｇａ 1-q Ａｓ（０≦ｑ≦１）からなる活性層と、第２
導電型の第２クラッド層とを少なくとも含む半導体積層
構造が設けられ、該半導体積層構造上に、そのＩｎ組成
比ｘを層厚方向に向かって変化させた第２導電型のＧａ
1-xＩｎxＰ（０＜ｘ＜１）からなる電流拡散層が設けら
れており、前記電流拡散層の変化させたＩｎ組成比ｘが
０＜ｘ＜０．２７である、半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記基板、前記半導体積層構造および前
記電流拡散層を挟んで一対の電極が設けられ、該電流拡
散層を間に挟んで該電流拡散層側の電極と対向するよう
に、電流阻止層が設けられている請求項１または２に記
載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記電流拡散層側の電極が該電流拡散層
の中央部上に設けられ、該電極の非形成部から光を取り
出すようになっている請求項３に記載の半導体発光素
子。 - 【請求項５】 前記電流拡散層側の電極が該電流拡散層
の中央部上を取り囲むように設けられ、該電極の非形成
部から光を取り出すようになっている請求項３に記載の
半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記電流阻止層がＧａ1-aＩｎaＰ（０＜
ａ＜１）からなる請求項４または５に記載の半導体発光
素子。 - 【請求項７】 前記電流阻止層がＡｌを含む化合物半導
体からなる請求項４または５に記載の半導体発光素子。 - 【請求項８】 前記電流阻止層がＡｌbＧａ1-bＡｓ（０
≦ｂ≦１）または（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ（０≦ｃ
≦１、０≦ｄ≦１）からなる請求項７に記載の半導体発
光素子。 - 【請求項９】 ＧａＡｓ基板上に、第１導電型の第１ク
ラッド層と、（Ａｌ y Ｇａ 1-y ） z Ｉｎ 1-z Ｐ（０≦ｙ≦
１、０≦ｚ≦１）からなる活性層と、第２導電型の第２
クラッド層とを少なくとも含む半導体積層構造が設けら
れ、該半導体積層構造の上に一部重畳して第１導電型の
電流阻止層が設けられ、該電流阻止層の形成部および非
形成部にわたって第２導電型のＧａ1-xＩｎxＰ（０＜ｘ
＜０．２７）からなる電流拡散層が設けられ、該電流拡
散層を間に介し、かつ、該電流阻止層と対向するように
一方の電極が設けられ、該基板側に他方の電極が設けら
れている半導体発光素子を製造する方法であって、 該基板上に該半導体積層構造を形成し、該半導体積層構
造上にＡｌを含まない材料からなる保護層を間に介して
Ａｌを含む化合物半導体からなる電流阻止層形成用の層
を形成する工程と、 該電流阻止層形成用の層と該保護層とを選択的にエッチ
ングして該半導体積層構造の上に一部重畳するように電
流阻止層を残す工程とを含む半導体発光素子の製造方
法。 - 【請求項１０】 前記エッチングの際に、前記電流阻止
層が前記半導体積層構造の中央部上に残るようにエッチ
ングを行う請求項９に記載の半導体発光素子の製造方
法。 - 【請求項１１】 前記エッチングの際に、前記電流阻止
層が前記半導体積層構造の中央部上を取り囲んで残るよ
うにエッチングを行う請求項９に記載の半導体発光素子
の製造方法。 - 【請求項１２】 前記電流阻止層としてＡｌbＧａ1-bＡ
ｓ（０≦ｂ≦１）層または（ＡｌcＧａ1-c）dＩｎ1-dＰ
（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）層を形成する請求項９〜１
１のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１３】 前記保護層および前記電流阻止層上
に、前記電流拡散層を、前記活性層から遠ざかるほど格
子不整合が大きくなるようにｘ値を変化させて形成する
工程を含む請求項９〜１２のいずれか一つに記載の半導
体発光素子の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4633797A JP3332785B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| TW087102739A TW472399B (en) | 1997-02-28 | 1998-02-25 | Semiconductor light emitting element and method for fabricating the same |
| DE19808446A DE19808446C2 (de) | 1997-02-28 | 1998-02-27 | Halbleiter-Lichtemissionselement mit Stromdiffusionsschicht und Verfahren zum Herstellen desselben |
| KR1019980006570A KR100329054B1 (ko) | 1997-02-28 | 1998-02-28 | 반도체발광소자및그의제조방법 |
| CNB981062644A CN1151562C (zh) | 1997-02-28 | 1998-02-28 | 半导体发光元件及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4633797A JP3332785B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242510A JPH10242510A (ja) | 1998-09-11 |
| JP3332785B2 true JP3332785B2 (ja) | 2002-10-07 |
Family
ID=12744331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4633797A Expired - Lifetime JP3332785B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3332785B2 (ja) |
| KR (1) | KR100329054B1 (ja) |
| CN (1) | CN1151562C (ja) |
| DE (1) | DE19808446C2 (ja) |
| TW (1) | TW472399B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2000068554A (ja) | 1998-08-21 | 2000-03-03 | Sharp Corp | 半導体発光素子 |
| JP3472714B2 (ja) * | 1999-01-25 | 2003-12-02 | シャープ株式会社 | 半導体発光素子の製造方法 |
| DE10306309A1 (de) * | 2003-02-14 | 2004-09-09 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Verfahren zum Herstellen eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Halbleiterchips und elektromagnetische Strahlung emittierender Halbleiterchip |
| JP5326538B2 (ja) * | 2008-12-12 | 2013-10-30 | 信越半導体株式会社 | 化合物半導体基板および発光素子並びに化合物半導体基板の製造方法および発光素子の製造方法 |
| KR101633814B1 (ko) * | 2010-09-03 | 2016-06-27 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 |
| CN106057998A (zh) * | 2016-08-10 | 2016-10-26 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种具有电流阻挡层及电流扩展层的GaAs基发光二极管芯片及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2685209B2 (ja) * | 1988-03-25 | 1997-12-03 | 株式会社東芝 | 半導体装置及び半導体発光装置 |
| JP2831667B2 (ja) * | 1988-12-14 | 1998-12-02 | 株式会社東芝 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| US5008718A (en) * | 1989-12-18 | 1991-04-16 | Fletcher Robert M | Light-emitting diode with an electrically conductive window |
| JPH0715038A (ja) * | 1993-06-21 | 1995-01-17 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JP3143040B2 (ja) * | 1995-06-06 | 2001-03-07 | 三菱化学株式会社 | エピタキシャルウエハおよびその製造方法 |
-
1997
- 1997-02-28 JP JP4633797A patent/JP3332785B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-02-25 TW TW087102739A patent/TW472399B/zh not_active IP Right Cessation
- 1998-02-27 DE DE19808446A patent/DE19808446C2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-02-28 KR KR1019980006570A patent/KR100329054B1/ko not_active Expired - Lifetime
- 1998-02-28 CN CNB981062644A patent/CN1151562C/zh not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19808446C2 (de) | 2003-03-13 |
| CN1192057A (zh) | 1998-09-02 |
| JPH10242510A (ja) | 1998-09-11 |
| KR19980071848A (ko) | 1998-10-26 |
| CN1151562C (zh) | 2004-05-26 |
| KR100329054B1 (ko) | 2002-08-17 |
| TW472399B (en) | 2002-01-11 |
| DE19808446A1 (de) | 1998-09-10 |
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