JP2001291895A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JP2001291895A
JP2001291895A JP2000104919A JP2000104919A JP2001291895A JP 2001291895 A JP2001291895 A JP 2001291895A JP 2000104919 A JP2000104919 A JP 2000104919A JP 2000104919 A JP2000104919 A JP 2000104919A JP 2001291895 A JP2001291895 A JP 2001291895A
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JP2000104919A
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Hiroyuki Hosobane
弘之 細羽
Hiroshi Nakatsu
弘志 中津
Takanao Kurahashi
孝尚 倉橋
Tetsuro Murakami
哲朗 村上
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Original Assignee
Sharp Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コストを低減し、電流拡散層の結晶性を
良好にし、発光効率を改善する。 【解決手段】 ＩnＡlＧaＰ系半導体素子放射光に透明
なｎ‐ＧaＰ基板１１上に、ＩnＡlＧaＰによって格子歪
緩和層１２,クラッド層１３,活性層１４及びクラッド層
１５を形成する。最上層にＩn組成比ｘが(０＜ｘ＜１)
のＩnxＧa1-xＰ電流拡散層１６を形成する。こうして、
結晶表面の凹凸深さを低減し、結晶欠陥密度を減少させ
る。また、電流拡散層１６のエネルギーギャプを、活性
層１４のエネルギーギャプよりも大きくして、ＧaＰ基
板１１と最上層のＩnＧaＰ電流拡散層１６とをＩnＡlＧ
aＰ活性層１４からの放射光に対して透明にして発光効
率を高める。また、ｎ‐ＧaＰ基板１１上に格子歪緩和
層１２から電流拡散層１６までを順次形成するだけであ
るから製造コストを低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＧaＰ基板上に
形成されたＡlＧaＩnＰ系化合物半導体発光素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＡlＧaＩnＰ系半導体材料を用いた半導
体素子は、ＧaＡs基板と格子整合が可能であることと、
III‐Ｖ族化合物半導体の中で最も直接遷移バンドギャ
ップが大きいことから、可視領域の発光素子として用い
られている。特に、発光ダイオードとして５５０nmから
６９０nmまでの範囲内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。しかしながら、Ｇa
Ａs基板を使用した場合には、放射光に対して透明では
なく光吸収層となるため、面発光型ＡlＧaＩnＰ系半導
体素子の場合には高輝度化が達成できないという問題が
ある。
【０００３】これに対して、上記ＧaＡs基板ではなく、
ＡlＧaＩnＰ系半導体素子放射光に対して透明なＧaＰ基
板上にＡlＧaＩnＰ系半導体発光素子を設けた構造が提
案されている(例えば、特許公報第２７１４８８５号)。
【０００４】以下に、この上記ＧaＰ基板上に形成され
たＡlＧaＩnＰ系半導体発光素子について、図１０に従
って説明する。ＧaＰ基板上に形成されたＡlＧaＩnＰ系
半導体発光素子は、次のようにして形成される。
【０００５】先ず、図１０(a)に示すように、ＧaＡs基
板１上に、ＡlＧaＩnＰクラッド層２,ＡlＧaＩnＰ活性
層３及びＡlＧaＩnＰクラッド層４を、順次ＭＯＣＶＤ
(有機金属気相成長)法によって成長する。次に、図１０
(b)に示すように、yo‐yo溶質供給法や温度差法による
ＬＰＥ(液層エピタキシャル成長)法によってＧaＰ層５
を成長する。次に、図１０(c)に示すように、光吸収層
となるＧaＡs基板１を除去する。そして、図１０(d)に
示すように、ＧaＡs基板１が除去された後のＡlＧaＩn
Ｐクラッド層２上に、yo‐yo溶質供給法や温度差法によ
るＬＰＥ法によってＧaＰ電流拡散層６を成長する。こ
うして、ＧaＰ層５を基板とし、その上にＡlＧaＩnＰ系
半導体発光素子が形成されるのである。
【０００６】図１０に示すようなＧaＰ基板上に形成さ
れたＡlＧaＩnＰ系半導体発光素子では、ＧaＰ電流拡散
層６によって電流が広がり、広い範囲の活性層３で発光
するために、発光効率が向上する。また、ＧaＰ層５お
よびＧaＰ電流拡散層６はＡlＧaＩnＰ活性層３よりもバ
ンドギャップが大きいため、発光した光は吸収されるこ
となく透過し、高い発光効率を得ることができるのであ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＧaＰ基板上に形成されたＡlＧaＩnＰ系半導体発光
素子においては、以下のような問題がある。すなわち、
上記ＡlＧaＩnＰ系半導体発光素子製造工程は、第１の
工程でＧaＡs基板１上にＡlＧaＩnＰ系発光部２,３,４
を形成し、次に、第２の工程でその上にＧaＰ層５をyo
‐yo溶質供給法や温度差法によるＬＰＥ法によって形成
した後、第３の工程でＧaＡs基板１をエッチングによっ
て除去し、さらに、第４の工程でＧaＰ電流拡散層６をy
o‐yo溶質供給法や温度差法によるＬＰＥ法によって形
成するという、４つの工程を経て形成される。したがっ
て、製造コストが大幅に増加するという問題がある。
【０００８】さらに、上記ＧaＡs基板１は成長中に使用
された後除去されるため、更に製造コストを増加させる
一因となっている。
【０００９】そこで、上記ＧaＡs基板１の除去を避ける
ため、ＧaＰ基板上に直接ＡlＧaＩnＰ系発光部およびＧ
aＰ電流拡散層をＭＯＣＶＤ法によって成長することを
発明者らは試行してみた。その場合には一回の成長工程
で作製でき、ＧaＡs基板が不要であるため、製造コスト
は大幅に抑制できる。ところが、ＧaＰ基板上に格子不
整合が存在するＡlＧaＩnＰ系発光部を成長し、更にそ
の上に格子不整合が存在するＧaＰ電流拡散層を成長す
るため、ＧaＰ電流拡散層の結晶性が低下し、表面上に
凹凸が発生したり、結晶欠陥が多数発生することが判明
した。
【００１０】そこで、この発明の目的は、製造コストを
大幅に低減し、良好な結晶性の電流拡散層を有し、発光
効率を大幅に改善できる半導体発光素子を提供すること
にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、ＧaＰ基板上に,少なくとも活性層お
よびクラッド層から成る発光部と電流拡散層とが形成さ
れて成る半導体発光素子において、上記電流拡散層は、
Ｉnの組成比をｘとして、ＩnxＧa1-xＰ(０＜ｘ＜１)で
形成されていることを特徴としている。
【００１２】上記構成によれば、最上層に形成されるＩ
nxＧa1-xＰ電流拡散層のＩn組成比ｘは(０＜ｘ＜１)で
ある。したがって、結晶表面の凹凸深さが大幅に低減さ
れ、結晶欠陥密度が大幅に減少されて、結晶性の良好な
電流拡散層が得られる。さらに、上記電流拡散層として
ＩnxＧa1-xＰを用いているので、上記活性層がＡlＧaＩ
nＰ系半導体である場合には、上記活性層で発光した光
がＧaＰ基板だけではなく上記電流拡散層にも吸収され
ることがなく、発光効率が大幅に改善される。さらに、
ＧaＰ基板上に各層を順次形成するだけで形成でき、製
造コストが低減される。
【００１３】また、第２の発明は、ＧaＰ基板上に,少な
くとも活性層およびクラッド層から成る発光部と電流拡
散層とが形成されて成る半導体発光素子において、上記
電流拡散層は、Ｉnの組成比をｘ、Ａlの組成比をｙとし
て、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０＜ｘ＜１,０＜ｙ＜１)で形
成されていることを特徴としている。
【００１４】上記構成によれば、最上層に形成されるＩ
nxＡlyＧa1-x-yＰ電流拡散層のＩn組成比ｘは(０＜ｘ＜
１)である。したがって、結晶表面の凹凸の深さが大幅
に低減され、結晶欠陥密度が大幅に減少されて、結晶性
が良好な電流拡散層が得られる。さらに、結晶性向上の
ためにＩnの組成比ｘを増加させることによってバンド
ギャップが減少した場合には、Ａlの組成比ｙを増加す
ることによって、結晶性を低下させること無く上記電流
拡散層のバンドギャップが高められる。こうすることに
よって、上記活性層がＡlＧaＩnＰ系半導体である場合
には、上記活性層で発光した光が上記電流拡散層でも吸
収されることがなく、発光効率が大幅に改善される。さ
らに、ＧaＰ基板上に各層を順次形成するだけで形成で
き、製造コストが低減される。
【００１５】また、上記第１の発明あるいは第２の発明
の半導体発光素子は、上記ＧaＰ基板の面方位が(１０
０)面から[０１１]方向に傾斜していることが望まし
い。
【００１６】上記構成によれば、上記ＧaＰ基板の面方
位が(１００)面から[０１１]方向に傾斜しているため、
成膜中において、結晶表面にはＶ族原子が拡散している
(１１１)面が現れる。したがって、上記電流拡散層の結
晶中にＶI族の酸素が混入し難く、抵抗率が減少して駆
動電圧が低減される。さらに、結晶表面には結晶成長し
易い(１１１)面が現れるため、上記電流拡散層の平坦性
が向上して結晶欠陥が低減される。
【００１７】また、上記第１の発明あるいは第２の発明
の半導体発光素子は、上記ＧaＰ基板の面方位を、(１０
０)面から[０１１]方向に２度以上且つ２０度以下の範
囲で傾斜させることが望ましい。
【００１８】上記構成によれば、上記電流拡散層の抵抗
率減少と平坦性向上とが最も顕著に現れる。
【００１９】また、上記第１の発明あるいは第２の発明
の半導体発光素子は、上記電流拡散層のエネルギーギャ
ップを、上記活性層のエネルギーギャップよりも大きく
することが望ましい。
【００２０】上記構成によれば、上記電流拡散層の方が
上記活性層よりもエネルギーギャップが大きいために、
上記活性層がＡlＧaＩnＰ系半導体である場合には、上
記活性層で発光した光が、上記ＧaＰ基板だけではなく
上記電流拡散層にも吸収されることがなく、発光効率が
大幅に改善される。
【００２１】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部を、Ｉnの組成比をｘ、
Ａlの組成比をｙとして、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦ｘ≦
１,０≦ｙ≦１)で形成することが望ましい。
【００２２】上記構成によれば、上記発光部からの発光
波長が５５０nmから６８０nmである光が上記ＧaＰ基板
だけではなく上記電流拡散層にも吸収されることがな
く、発光効率が大幅に改善される。
【００２３】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部を、Ａlの組成比をｘと
して、ＡlxＧa1-xＡs(０≦ｘ≦１）で形成することが望
ましい。
【００２４】上記構成によれば、上記発光部からの発光
波長が７００nmから８８０nmである光が上記ＧaＰ基板
だけではなく上記電流拡散層にも吸収されることがな
く、発光効率が大幅に改善される。
【００２５】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部を、Ｉnの組成比をｘ、
Ａlの組成比をｙとして、ＩnxＡlyＧa1-x-yＡs(０≦ｘ
≦１,０≦ｙ≦１)で形成することが望ましい。
【００２６】上記構成によれば、上記発光部からの発光
波長が７００nmから１５００nmである光が上記ＧaＰ基
板だけではなく上記電流拡散層にも吸収されることがな
く、発光効率が大幅に改善される。
【００２７】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部を、Ｉnの組成比をｘ、
Ａsの組成比をｙとして、ＩnxＧa1-xＡsyＰ1-y(０≦ｘ
≦１,０≦ｙ≦１)で形成することが望ましい。
【００２８】上記構成によれば、上記発光部からの発光
波長が９００nmから１７００nmである光が上記ＧaＰ基
板だけではなく上記電流拡散層にも吸収されることがな
く、発光効率が大幅に改善される。
【００２９】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部を、Ａlの組成比をｘ、
Ａsの組成比をｙとして、ＡlxＧa1-xＡsyＳb1-y(０≦ｘ
≦１,０≦ｙ≦１)で形成することが望ましい。
【００３０】上記構成によれば、上記発光部からの発光
波長が８５０nmから１７００nmである光が上記ＧaＰ基
板だけではなく上記電流拡散層にも吸収されることがな
く、発光効率が大幅に改善される。
【００３１】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部を、Ｉnの組成比をｘ、
Ａlの組成比をｙとして、ＩnxＡlyＧa1-x-yＮ(０≦ｘ≦
１,０≦ｙ≦１)で形成することが望ましい。
【００３２】上記構成によれば、上記発光部からの発光
波長が５００nmから６００nmである光が上記ＧaＰ基板
だけではなく上記電流拡散層にも吸収されることがな
く、発光効率が大幅に改善される。
【００３３】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部と電流拡散層との間に電
流阻止層を備えることが望ましい。
【００３４】上記構成によれば、上記発光部と電流拡散
層との間に設けられた電流阻止層によって、上記電流拡
散層内における電流径路が制御される。
【００３５】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記電流阻止層のエネルギーギャッ
プを、上記活性層のエネルギーギャップよりも大きくす
ることが望ましい。
【００３６】上記構成によれば、上記電流阻止層の方が
上記活性層よりもエネルギーギャップが大きいために、
上記活性層がＡlＧaＩnＰ系半導体である場合には、上
記活性層で発光した光が、上記ＧaＰ基板だけではなく
上記電流阻止層にも吸収されることがなく、発光効率が
大幅に改善される。
【００３７】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記電流阻止層を、上記発光部と電
流拡散層との境界面における中央部に配置することが望
ましい。
【００３８】上記構成によれば、上記発光部と電流拡散
層との境界面における中央部に上記電流阻止層が設けら
れている。そのために、上記電流拡散層内において電流
径路が周辺部に広がることになり、上記活性層の広い範
囲で発光が行われて発光効率が大幅に改善される。
【００３９】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記電流阻止層を、上記発光部と電
流拡散層との境界面における周辺部に配置することが望
ましい。
【００４０】上記構成によれば、上記発光部と電流拡散
層との境界面における周辺部に上記電流阻止層が設けら
れている。そのために、上記電流拡散層内において電流
径路が中央部に集中することになり、発光の指向性が大
幅に向上される。
【００４１】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記電流阻止層をＧaＰによって形
成することが望ましい。
【００４２】上記構成によれば、上記電流阻止層として
ＧaＰを用いているので、上記活性層がＡlＧaＩnＰ系半
導体である場合には、上記活性層で発光した光がＧaＰ
基板だけではなく上記電流阻止層にも吸収されることが
なく、発光効率が大幅に改善される。
【００４３】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記電流阻止層を、Ｉnの組成比を
ｘとして、ＩnxＧa1-xＰ(０＜ｘ＜１)によって形成する
ことが望ましい。
【００４４】上記構成によれば、上記電流阻止層として
ＩnＧaＰを用いているので、上記活性層がＡlＧaＩnＰ
系半導体である場合には、上記活性層で発光した光がＧ
aＰ基板だけではなく上記電流阻止層にも吸収されるこ
とがなく、発光効率が大幅に改善される。
【００４５】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記電流阻止層を、Ｉnの組成比を
ｘ、Ａlの組成比をｙとして、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０＜
ｘ＜１,０≦ｙ≦１)によって形成することが望ましい。
【００４６】上記構成によれば、上記電流阻止層として
ＩnＡlＧaＰを用いているので、上記活性層がＡlＧaＩn
Ｐ系半導体である場合には、上記活性層で発光した光が
ＧaＰ基板だけではなく上記電流阻止層にも吸収される
ことがなく、発光効率が大幅に改善される。
【００４７】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。 ＜第１実施の形態＞図１は、本実施の形態の半導体発光
素子としてのＡlＧaＩnＰ系化合物半導体発光素子にお
ける断面図である。以下、図１にしたがって、本実施の
形態におけるＡlＧaＩnＰ系化合物半導体発光素子につ
いて説明する。
【００４８】先ず、ｎ‐ＧaＰ基板１１上に、ｎ‐Ｉnx
ＡlyＧa1-x-yＰ(０＜ｘ＜１,０＜ｙ＜１)格子歪緩和層
１２(例えば、ｘ＝０.３,ｙ＝０.４,Ｓi濃度５×１０17
cm-3)を１.０μmの膜厚で、ｎ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０
＜ｘ＜１,０＜ｙ＜１)クラッド層１３(例えば、ｘ＝０.
５,ｙ＝０.５,Ｓi濃度５×１０17cm-3）を１μmの膜厚
で、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)活性
層１４（例えば、ｘ＝０.５,ｙ＝０.１５）を０.５μm
の膜厚で、ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦ｘ≦１,０≦ｙ
≦１)クラッド層１５(例えば、ｘ＝０.５,ｙ＝０.５,Ｚ
n濃度５×１０17cm-3)を１.０μmの膜厚で、ｐ‐ＩnxＧ
a1-xＰ(０＜ｘ＜１)電流拡散層１６(例えば、ｘ＝０.０
１，Ｚn濃度５×１０18cm-3)を５μmの膜厚で順次積層
成長する。次に、上記ｎ‐ＧaＰ基板１１の下側に電極
１７を形成し、電流拡散層１６上に電極１８を形成す
る。こうして、ＡlＧaＩnＰ系化合物発光ダイオードが
完成する。
【００４９】本実施の形態においては、上記電流拡散層
１６にｐ‐ＩnxＧa1-xＰ層(ｘ＝０.０１)を用いてい
る。そして、図２には、ＩnxＧa1-xＰ層(０＜ｘ＜０.
５)およびＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０＜ｘ＜０.５,ｙ＝０.
５)層中におけるＩn組成比ｘと結晶表面の凹凸深さとの
関係を示している。図２から分るように、Ｉn組成比ｘ
＝０であるＧaＰ層およびＡl0.5Ｇa0.5Ｐ層において
は、結晶表面の凹凸の深さが１０００Åと非常に大き
い。これに対して、Ｉn組成比ｘが０ではなく僅かでも
Ｉnが含まれていれば、結晶表面の凹凸の深さは大幅に
減少し、Ｉn組成比ｘ＝０.０１程度で２００Å以下まで
減少している。したがって、本ＡlＧaＩnＰ系化合物発
光ダイオードの最上層を構成する電流拡散層１６を、Ｉ
n組成比ｘが０.０１であるｐ‐ＩnxＧa1-xＰ層で構成す
ることによって、表面の凹凸深さを２００Å以下に低減
できるのである。
【００５０】また、図３には、ＩnxＧa1-xＰ層(０＜ｘ
＜０.５)およびＩnxＡlyＧa1-x-yＰ（０＜ｘ＜０.５,ｙ
＝０.５)層中におけるＩn組成比ｘと結晶欠陥密度との
関係を示している。図３から分るように、Ｉn組成比ｘ
＝０であるＧaＰ層及びＡl0.5Ｇa0.5Ｐ層においては、
結晶欠陥密度が非常に多い。これに対して、Ｉn組成比
ｘが０ではなく僅かでもＩnが含まれていれば、結晶欠
陥密度は大幅に減少し、Ｉn組成比ｘ＝０.０１程度で５
００個/cm2以下まで減少している。したがって、本Ａl
ＧaＩnＰ系化合物発光ダイオードの最上層を構成する電
流拡散層１６を、Ｉn組成比ｘが０.０１であるｐ‐Ｉnx
Ｇa1-xＰ層で構成することによって、結晶欠陥密度を５
００個/cm2以下に低減できるのである。
【００５１】この２つの理由として、ＧaＰ層は、結晶
中でＧa原子とＰ原子の結合エネルギーが大きいためＧa
原子が成長面上を拡散(マイグレーション)し難く、良好
な層状成長ではなく島状成長となっている。したがっ
て、結晶欠陥が発生し易い原因を備えている。それに対
し、Ｉn原子はＰ原子の結合エネルギーが小さいため、
Ｉn原子が成長面上を拡散(マイグレーション)し易く、
良好な層状成長が得られる。これによって、結晶表面の
凹凸の深さが大幅に低減し平坦性が向上すると共に、結
晶欠陥密度も大幅に減少しているのである。
【００５２】また、本実施の形態においては、上記Ｉnx
ＡlyＧa1-x-yＰ(ｘ＝０.５,ｙ＝０.１５)活性層１４(Ｅ
g＝１.９eＶ）に対して、電流拡散層１６としてｐ‐Ｉn
xＧa 1-xＰ(ｘ＝０.０１)(Ｅg＝２.２６eＶ)を用いてい
るため、ｐ-ＩnxＧa1-xＰ電流拡散層１６の方がバンド
ギャップが大きく、上記ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦ｘ≦
１,０≦ｙ≦１)活性層１４で発光した発光波長５５０nm
〜６８０nmの光は、ＩnＡlＧaＰ系半導体素子放射光に
対して透明なｎ‐ＧaＰ基板１１および電流拡散層１６
で吸収されることなく取り出されるのである。
【００５３】上述のように、本実施の形態においては、
ＩnＡlＧaＰ系半導体素子放射光に対して透明なｎ‐Ｇa
Ｐ基板１１上に、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０＜ｘ＜１,０＜
ｙ＜１)によって格子歪緩和層１２及びクラッド層１３
を形成した後に、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦ｘ≦１,０≦
ｙ≦１)活性層１４を形成する。そして、さらに、Ｉnx
ＡlyＧa1-x-yＰ(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)クラッド層１
５およびＩnxＧa1-xＰ(０＜ｘ＜１)電流拡散層１６を形
成している。このように、最上層をＩn組成比ｘが(０＜
ｘ＜１）であるＩnxＧa1-xＰ電流拡散層１６で構成する
ことによって、結晶表面の凹凸の深さを大幅に低減し、
結晶欠陥密度を大幅に減少することができる。
【００５４】また、上記ＩnxＧa1-xＰ(０＜ｘ＜１）電
流拡散層１６のＩn組成比ｘを「０.０１」とすることに
よって、電流拡散層１６のエネルギーギャプ（Ｅg＝２.
２６eＶ)を、活性層１４のエネルギーギャプ(Ｅg＝１.
９eＶ)よりも大きくできる。したがって、最下層のｎ‐
ＧaＰ基板１１と最上層のｐ‐ＩnＧaＰ電流拡散層１６
とを、ＩnＡlＧaＰ活性層１４からの放射光に対して透
明にして、発光効率を高めることができるのである。
【００５５】また、本実施の形態におけるＡlＧaＩnＰ
系化合物発光ダイオードは、上記ｎ‐ＧaＰ基板１１上
に、ＭＯＣＶＤ法等によって格子歪緩和層１２から電流
拡散層１６までを順次形成するだけで得ることができ
る。したがって、図１０に示すような手順によって形成
される従来のＡlＧaＩnＰ系半導体発光素子の場合に比
して製造コストを低減できる。
【００５６】尚、以下、図１に示す構造を有するＡlＧa
ＩnＰ系化合物半導体発光素子を、ｎ‐ＧaＰ基板上にで
はなく、次のごとくＧaＡs基板上に形成した場合と比較
してみる。
【００５７】先ず、ｎ‐ＧaＡs基板上に、ｎ‐ＩnxＡly
Ｇa1-x-yＰ（０＜ｘ＜１,０＜ｙ＜１)バッファ層(例え
ば、ｘ＝０.３,ｙ＝０.４,Ｓi濃度５×１０17cm-3)を
１.０μmの膜厚で、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０＜ｘ＜１,０
＜ｙ＜１）クラッド層（例えば、ｘ＝０.５,ｙ＝０.５,
Ｓi濃度５×１０17cm-3)を１μmの膜厚で、ＩnxＡlyＧa
1-x-yＰ(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)活性層(例えば、ｘ＝
０.５,ｙ＝０.２)を０.５μmの膜厚で、ｐ‐ＩnxＡlyＧ
a1-x-yＰ(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)クラッド層（例え
ば、ｘ＝０.５,ｙ＝０.５,Ｚn濃度５×１０17cm-3)を
１.０μmの膜厚で、ｐ‐ＩnxＧa1-xＰ（０＜ｘ＜１)電
流拡散層(例えば、ｘ＝０.０１，Ｚn濃度５×１０18cm
-3）を５μmの膜厚で順次積層成長する。次に、ｎ‐Ｇa
Ａs基板の下側に電極を形成し、電流拡散層上に電極を
形成する。
【００５８】このように、ＡlＧaＩnＰ系化合物半導体
発光素子をｎ‐ＧaＡs基板上に形成した場合には、活性
層とクラッド層とがｎ‐ＧaＡs基板と格子整合するため
に、その上に成長したｐ‐ＩnxＧa1-xＰ(０＜ｘ＜１)電
流拡散層の結晶性は比較的良好である。ところが、活性
層で発光した光が、ＡlＧaＩnＰ系半導体素子放射光に
対して光吸収層となるｎ‐ＧaＡs基板によって吸収され
てしまうために、発光光度は大幅に減少してしまった。
【００５９】尚、本実施の形態のＡlＧaＩnＰ系化合物
半導体発光素子における活性層の他の異なる材料系とし
て、ＡlxＧa1-xＡs層(０≦ｘ≦１)(発光波長７００nm〜
８８０nm)、ＩnxＡlyＧa1-x-yＡs層(０≦ｘ≦１,０≦ｙ
≦１)(発光波長７００nm〜１５００nm)、ＩnxＧa1-xＡs
yＰ1-y層（０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)（発光波長９００nm
〜１７００nm)、ＡlxＧa1-xＡsyＳb1-y層(０≦ｘ≦１,
０≦ｙ≦１)(発光波長８５０nm〜１７００nm)、ＩnxＡl
yＧa1-x-yＮ層(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)(発光波長５０
０nm〜６００nm)を用いた場合であっても、ＧaＰ基板お
よびＩnxＧa1-xＰ電流拡散層に、上記活性層で発光した
光が吸収されることはなく、十分な効果が得られた。
【００６０】尚、本実施の形態において、全ての層の組
成比ｘ,ｙを適宜変更しても、結晶表面の凹凸深さを大
幅に低減し、結晶欠陥密度を大幅に減少し、活性層から
の放射光に対して透明であって発光効率が高まるという
効果は、十分に得ることができる。また、上記効果は、
電極１７,１８の形状、後に述べる電流阻止層の有無や
形状、活性層１４に対する量子井戸の形成等、構造上の
差異に拘わらず得られることは言うまでもない。
【００６１】＜第２実施の形態＞図４は、本実施の形態
の半導体発光素子としてのＡlＧaＩnＰ系化合物半導体
発光素子における断面図である。以下、図４にしたがっ
て、本実施の形態におけるＡlＧaＩnＰ系化合物半導体
発光素子について説明する。第１実施の形態と異なる点
は、電流拡散層にＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０＜ｘ＜１,０＜
ｙ＜１)を用いた点であり、他は、総て第１実施の形態
の場合と同様である。
【００６２】先ず、ｎ‐ＧaＰ基板２１上に、ｎ‐ＡlＧ
aＩnＰ格子歪緩和層２２(例えば、Ｓi濃度５×１０17cm
-3)を０.５μmの膜厚で、ｎ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦
ｘ≦１,０≦ｙ≦１)クラッド層２３（例えば、ｘ＝１.
０,ｙ＝０.５,Ｓi濃度５×１０17cm-3)を１.０μmの膜
厚で、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)活
性層２４(例えば、ｘ＝０.５,ｙ＝０.４)を０.５μmの
膜厚で、ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ（０≦ｘ≦１,０≦ｙ
≦１)クラッド層２５(例えば、ｘ＝０.５,ｙ＝０.５,Ｚ
n濃度５×１０17cm-3）を１.０μmの膜厚で、ｐ‐Ｉnx
ＡlyＧa1-x-yＰ（０＜ｘ＜１,０＜ｙ＜１)電流拡散層２
６(例えば、ｘ＝０.２,ｙ＝０.２)を５μmの膜厚で順次
積層成長する。次に、ｎ‐ＧaＰ基板２１の下側に電極
２７を形成し、電流拡散層２６上に電極２８を形成す
る。こうして、ＡlＧaＩnＰ系化合物発光ダイオードが
完成する。
【００６３】本実施の形態においては、上記電流拡散層
２６として、ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(ｘ＝０.２,ｙ＝
０.２)を用いている。ここで、図２および図３から分か
るように、ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ電流拡散層２６のＩ
n組成比ｘが増加すると、結晶表面の凹凸の深さおよび
結晶欠陥密度が低減する。ところが、一方において、バ
ンドギャップが減少することになる。しかしながら、図
２および図３から分るように、ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ
層におけるＩn組成比ｘに対する結晶表面の凹凸の深さ
および結晶欠陥密度の関係は、Ａl組成比ｙには何ら依
存しない。
【００６４】そこで、本実施の形態においては、上記ｐ
‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ電流拡散層２６のＡl組成比ｙを
増加することによって、結晶表面の凹凸の深さおよび結
晶欠陥密度を変えることなく、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(ｘ
＝０.５,ｙ＝０.２)活性層２４のバンドギャップ(Ｅg＝
２.０eＶ)に対して電流拡散層２６のバンドギャップ
（Ｅg＝２.３eＶ)の方を大きくするのである。こうする
ことによって、活性層２４で発光した光は、ＧaＰ基板
２１は元より電流拡散層２６においても吸収されること
なく、取り出すことができるのである。
【００６５】＜第３実施の形態＞図５は、本実施の形態
の半導体発光素子としてのＡlＧaＩnＰ系化合物半導体
発光素子における断面図である。以下、図５にしたがっ
て、本実施の形態におけるＡlＧaＩnＰ系化合物半導体
発光素子について説明する。第２実施の形態と異なる点
は、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ電流拡散層の組成比ｘ,ｙを変
えた点であり、他は総て第２実施の形態の場合と同様で
ある。
【００６６】先ず、ｎ‐ＧaＰ基板３１上に、ｎ‐ＡlＧ
aＩnＰ格子歪緩和層３２(例えば、Ｓi濃度５×１０17cm
-3)を０.５μmの膜厚で、ｎ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦
ｘ≦１,０≦ｙ≦１)クラッド層３３（例えば、ｘ＝０.
５,ｙ＝０.５,Ｓi濃度５×１０17cm-3)を１.０μmの膜
厚で、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)活
性層３４（例えば、ｘ＝０.５,ｙ＝０.１５）を０.５μ
mの膜厚で、ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦ｘ≦１,０≦
ｙ≦１)クラッド層３５(例えば、ｘ＝０.５,ｙ＝０.５,
Ｚn濃度５×１０17cm-3）を１.０μmの膜厚で、ｐ‐Ｉn
xＡlyＧa1-x-yＰ（０＜ｘ＜１,０＜ｙ＜１)電流拡散層
３６(例えば、ｘ＝０.２,ｙ＝０.５)を５μmの膜厚で順
次積層成長する。次に、ｎ‐ＧaＰ基板３１の下側に電
極３７を形成し、電流拡散層３６上に電極３８を形成す
る。こうして、ＡlＧaＩnＰ系化合物発光ダイオードが
完成する。
【００６７】本実施の形態においては、上記電流拡散層
３６として、ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(ｘ＝０.２,ｙ＝
０.５)を用いている。ここで、上記ｐ‐ＩnxＡlyＧa
1-x-yＰ電流拡散層３６のＩn組成比ｘが増加すると、図
２および図３から分るように、ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ
層におけるＩn組成比ｘに対する結晶表面の凹凸の深さ
および結晶欠陥密度の関係は、Ａl組成比ｙには何ら依
存しないため結晶表面の凹凸の深さ及び結晶欠陥密度は
低減することになる。ところが、一方において、バンド
ギャップが減少することになる。そのために、ＩnxＡly
Ｇa1-x-yＰ(ｘ＝０.５,ｙ＝０.１５)活性層３４のバン
ドギャップ(Ｅg＝１.９eＶ)に対して電流拡散層３６の
バンドギャップが小さくなり、電流拡散層３６で光の吸
収が発生する。
【００６８】しかしながら、本実施の形態のごとく、上
記Ａl組成比ｙを「０.５」に増加することによって、電流
拡散層３６バンドギャップ(Ｅg＝２.０eＶ)の方が活性
層３４よりも大きくなり、活性層３４で発光した光は、
ＧaＰ基板３１および電流拡散層３６の両方において吸
収されることなく、取り出すことができるのである。
【００６９】＜第４実施の形態＞図６は、本実施の形態
の半導体発光素子としてのＡlＧaＩnＰ系化合物半導体
発光素子における断面図である。以下、図６にしたがっ
て、本実施の形態におけるＡlＧaＩnＰ系化合物半導体
発光素子について説明する。第３実施の形態と異なる点
は、ｎ‐ＧaＰ基板の面方位が(１００)面から[０１１]
方向に傾斜している点であり、他は総て第３実施の形態
の場合と同様である。
【００７０】先ず、面方位が(１００)面から[０１１]方
向に１５度傾斜しているｎ‐ＧaＰ基板４１上に、ｎ‐
ＡlＧaＩnＰ格子歪緩和層４２（例えば、Ｓi濃度５×１
０17cm-3)を０.５μmの膜厚で、ｎ‐ＩnxＡlyＧa1-x-y
Ｐ(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)クラッド層４３(例えば、ｘ
＝０.５,ｙ＝０.５,Ｓi濃度５×１０17cm-3）を１.０μ
mの膜厚で、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦
１）活性層４４（例えば、ｘ＝０.５,ｙ＝０.２)を０.
５μmの膜厚で、ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ（０≦ｘ≦１,
０≦ｙ≦１)クラッド層４５(例えば、ｘ＝０.５,ｙ＝
０.５,Ｚn濃度５×１０17cm-3)を１.０μmの膜厚で、ｐ
‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０＜ｘ＜１,０＜ｙ＜１)電流拡
散層４６(例えば、ｘ＝０.５,ｙ＝０.５,Ｚn濃度５×１
０1 8cm-3)を５μmの膜厚で順次積層成長する。次に、ｎ
‐ＧaＰ基板４１の下側に電極４７を形成し、電流拡散
層４６上に電極４８を形成する。こうして、ＡlＧaＩn
Ｐ系化合物発光ダイオードが完成する。
【００７１】本実施の形態においては、第３実施の形態
と同様に、上記電流拡散層４６にｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-y
Ｐ(ｘ＝０.５,ｙ＝０.５)を用いている。その場合、上
記ｎ‐ＧaＡs基板４１の面方位が(１００)面から[０１
１]方向に領斜しているため、電流拡散層４６の抵抗値
が低減されて、駆動電圧を低減することができるのであ
る。
【００７２】以下、この理由を、図７に従って説明す
る。図７は、III‐Ｖ族の結晶表面を表現したモデル図
である。図７(a)に示すように、(１００)面においては
Ｖ族原子の２重結合が表面上にある。ところが、図７
(b)に示すように、[０１１]方向に傾斜すると、III族原
子の１重結合を有する結晶表面である(１１１)面がステ
ップ状に現れる。この(１１１)面はIII族原子の１重結
合によって表面が覆われているために、成膜中におい
て、Ｖ族原子(本実施の形態の場合はＰ原子)が供給され
て(１１１)面のIII族原子と結合することになる。とこ
ろが、この結合は１重結合であるために結合力が弱く、
すぐに結合が切れてＶ族原子が表面上を拡散(マイグレ
ーション)している状態なる。
【００７３】一方において、上記ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-y
Ｐ層の抵抗率が高い理由の一つに、Ｏ(酸素)の混入があ
る。Ｏ(酸素)はＶI族元素であるためＶ族サイトの格子
位置に入り易い。ところが、本実施の形態においては、
上述の理由によってＶ族原子が表面上を拡散(マイグレ
ーション)しているため結晶表面上にＶ族原子が多く存
在し、Ｖ族サイトの格子位置にＯ(酸素)が入り難くな
る。その結果、電流拡散層４６の抵抗率が減少するので
ある。
【００７４】さらに、上記ｎ‐ＧaＰ基板４１の面方位
が(１００)面から[０１１]方向に傾斜しているために、
結晶表面には(１１１)面がステップ状に現れことにな
る。したがって、このステップ毎に層状成長し易い良好
な結晶表面が形成されていることになる。そのために、
結晶表面の凹凸の深さが大幅に低減して平坦性が向上す
るのである。
【００７５】尚、本実施の形態においては、上記ｎ‐Ｇ
aＰ基板４１の面方位における(１００)面から[０１１]
方向への傾斜角を「１５度」にしている。しかしながら、
この発明における上記傾斜角は上記角度に限定されるも
のではなく、２度以上且つ２０度以下の範囲内であれば
同様の効果を奏することができる。
【００７６】また、本実施の形態においては、上記ｎ‐
ＧaＰ基板に対する面方位への傾斜付けを、電流拡散層
としてＩnxＡlyＧa1-x-yＰを用いた第３実施の形態に適
用している。しかしながら、電流拡散層としてＩnxＧa
1-xＰを用いる第１実施の形態に適用しても一向に差し
支えない。
【００７７】＜第５実施の形態＞図８は、本実施の形態
の半導体発光素子としてのＡlＧaＩnＰ系化合物半導体
発光素子における断面図である。以下、図８にしたがっ
て、本実施の形態におけるＡlＧaＩnＰ系化合物半導体
発光素子について説明する。第３実施の形態と異なる点
は、クラッド層と電流拡散層との間の中央部に電流阻止
層を設けている点であり、他は総て第３実施の形態の場
合と同様である。
【００７８】先ず、ｎ‐ＧaＰ基板５１上に、ｎ‐ＡlＧ
aＩnＰ格子歪緩和層５２(例えば、Ｓi濃度５×１０17cm
-3)を０.５μmの膜厚で、ｎ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦
ｘ≦１,０≦ｙ≦１)クラッド層５３（例えば、ｘ＝０.
５,ｙ＝０.５,Ｓi濃度５×１０17cm-3)を１.０μmの膜
厚で、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)活
性層５４（例えば、ｘ＝０.３８,ｙ＝０.２）を０.５μ
mの膜厚で、ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦ｘ≦１,０≦
ｙ≦１)クラッド層５５(例えば、ｘ＝０.５,ｙ＝０.５,
Ｚn濃度５×１０17cm-3)を１.０μmの膜厚で、ｎ‐Ｉnx
ＡlyＧa1-x-yＰ(０＜ｘ＜１,０≦ｙ≦１）電流阻止層５
６（例えば、ｘ＝０.２０,ｙ＝０.２０,Ｓi濃度５×１
０17cm-3)を０.５μmの膜厚で、ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-y
Ｐ(０＜ｘ＜１,０≦ｙ≦１)電流拡散層５７(例えば、ｘ
＝０.２,ｙ＝０.２,Ｚn濃度５×１０18cm-3)を５μmの
膜厚で順次積層成長する。次に、上記ｎ‐ＧaＰ基板５
１の下側に電極５８を形成し、電流拡散層５７上に電極
５９を形成する。こうして、ＡlＧaＩnＰ系化合物発光
ダイオードが完成する。
【００７９】ここで、上記ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ電流阻止
層５６は、クラッド層５５と電流拡散層５７との境界面
における中央部に配置する。さらに、電流拡散層５７上
の電極５９も、電流拡散層５７の上面における中央部
に、電流阻止層５６と重なるように配置するのである。
【００８０】上述のように、本実施の形態においては、
上記クラッド層５５と電流拡散層５７との間の中央部に
電流阻止層５６を設けている。したがって、この電流阻
止層５６の作用によって、電極５９から注入された電流
が電流拡散層５７内でより広げられ、活性層５４におけ
る広い範囲で発光が行われるために、光取り出し効率が
さらに向上するのである。
【００８１】尚、上記実施の形態においては、上記電流
阻止層５６としてＩnxＡlyＧa1-x-yＰを用いているが、
ＧaＰあるいはＩnxＧa1-xＰを用いても同様の効果を奏
することができる。
【００８２】＜第６実施の形態＞図９は、本実施の形態
の半導体発光素子としてのＡlＧaＩnＰ系化合物半導体
発光素子における断面図である。以下、図９にしたがっ
て、本実施の形態におけるＡlＧaＩnＰ系化合物半導体
発光素子について説明する。第５実施の形態と異なる点
は、クラッド層と電流拡散層との間の電流阻止層および
上記電流拡散層上の電極が周辺部に設けられている点で
あり、他は総て第５実施の形態の場合と同様である。
【００８３】先ず、ｎ‐ＧaＰ基板６１上に、ｎ‐ＡlＧ
aＩnＰ格子歪緩和層６２(例えば、Ｓi濃度５×１０17cm
-3)を０.５μmの膜厚で、ｎ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦
ｘ≦１,０≦ｙ≦１)クラッド層６３（例えば、ｘ＝０.
５,ｙ＝０.５,Ｓi濃度５×１０17cm-3)を１.０μmの膜
厚で、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)活
性層６４(例えば、ｘ＝０.５,ｙ＝０.２)を０.５μmの
膜厚で、ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ（０≦ｘ≦１,０≦ｙ
≦１)クラッド層６５(例えば、ｘ＝０.５,ｙ＝０.５,Ｚ
n濃度５×１０17cm-3）を１.０μmの膜厚で、ｎ‐Ｉnx
ＡlyＧa1-x-yＰ（０＜ｘ＜１,０≦ｙ≦１）電流阻止層
６６(例えば、ｘ＝０.０１,ｙ＝０.０１,Ｓi濃度５×１
０17cm-3)を０.５μmの膜厚で、ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-y
Ｐ(０＜ｘ＜１,０≦ｙ≦１)電流拡散層６７(例えば、ｘ
＝０.２,ｙ＝０.２,Ｚn濃度５×１０18cm-3)を５μmの
膜厚で順次積層成長する。次に、上記ｎ‐ＧaＰ基板６
１の下側に電極６８を形成し、電流拡散層６７上に電極
６９を形成する。こうして、ＡlＧaＩnＰ系化合物発光
ダイオードが完成する。
【００８４】本実施の形態においては、上記クラッド層
６５と電流拡散層６７との間における周辺部に電流阻止
層６６を設けている。したがって、この電流阻止層６６
の作用よって、電極６９から注入された電流が電流拡散
層６７内で中央部に集中し、発光の指向性が向上するの
である。
【００８５】尚、上記実施の形態においては、上記電流
阻止層６６としてＩnxＡlyＧa1-x-yＰを用いているが、
ＧaＰあるいはＩnxＧa1-xＰを用いても同様の効果を奏
することができる。
【００８６】もちろん、上記第５,第６実施の形態の場
合においても、上記第４実施の形態の場合と同様に、ｎ
‐ＧaＰ基板６１の面方位を(１００)面から[０１１]方
向に傾斜させても同様の効果が得られることは言うまで
もない。
【００８７】
【発明の効果】以上より明らかなように、第１の発明の
半導体発光素子は、最上層の電流拡散層を、Ｉn組成比
ｘが(０＜ｘ＜１)であるＩnxＧa1-xＰで形成したので、
結晶表面の凹凸深さを大幅に低減し、結晶欠陥密度を大
幅に減少して、結晶性の良好な電流拡散層を得ることが
できる。さらに、上記電流拡散層としてＩnxＧa1-xＰを
用いているので、上記活性層がＡlＧaＩnＰ系半導体で
ある場合には、上記活性層で発光した光がＧaＰ基板だ
けではなく上記電流拡散層にも吸収されないようにし
て、発光効率を大幅に改善することができる。さらに、
ＧaＰ基板上に各層を順次形成するだけで形成でき、製
造コストを低減できる。
【００８８】また、第２の発明の半導体発光素子は、最
上層の電流拡散層を、Ｉn組成比ｘが（０＜ｘ＜１)であ
るＩnxＡlyＧa1-x-yＰで形成したので、結晶表面の凹凸
深さを大幅に低減し、結晶欠陥密度を大幅に減少して、
結晶性の良好な電流拡散層を得ることができる。さら
に、Ａlの組成比ｙを増加することによって、結晶性を
低下させること無く上記電流拡散層のバンドギャップを
高めることができ、上記活性層がＡlＧaＩnＰ系半導体
である場合には、上記活性層で発光した光がＧaＰ基板
だけではなく上記電流拡散層にも吸収されないようにし
て、発光効率を大幅に改善することができる。さらに、
ＧaＰ基板上に各層を順次形成するだけで形成でき、製
造コストを低減できる。
【００８９】また、上記第１の発明あるいは第２の発明
の半導体発光素子は、上記ＧaＰ基板の面方位を(１０
０)面から[０１１]方向に傾斜させれば、成膜中におい
て、結晶表面にはＶ族原子が拡散している(１１１)面が
現れて、上記電流拡散層の結晶中にＶI族の酸素が混入
し難くなる。したがって、抵抗率が減少して、駆動電圧
を低減できる。さらに、結晶表面には結晶成長し易い
(１１１)面が現れるため、上記電流拡散層の平坦性を向
上させて結晶欠陥を低減することができる。
【００９０】また、上記第１の発明あるいは第２の発明
の半導体発光素子は、上記ＧaＰ基板の面方位を、(１０
０)面から[０１１]方向に２度以上且つ２０度以下の範
囲で傾斜させれば、上記電流拡散層の抵抗率減少と平坦
性向上との効果を最も顕著に奏することができる。
【００９１】また、上記第１の発明あるいは第２の発明
の半導体発光素子は、上記電流拡散層のエネルギーギャ
ップを上記活性層よりも大きくすれば、上記活性層がＡ
lＧaＩnＰ系半導体である場合には、上記活性層で発光
した光が、上記ＧaＰ基板だけではなく上記電流拡散層
にも吸収されないようにして、発光効率を大幅に改善す
ることができる。
【００９２】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部を、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ
(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)で形成すれば、上記発光部か
らの発光波長が５５０nmから６８０nmである光が、上記
ＧaＰ基板だけではなく電流拡散層にも吸収されないよ
うにして、発光効率を大幅に改善することができる。
【００９３】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部を、ＡlxＧa1-xＡs(０≦
ｘ≦１）で形成すれば、上記発光部からの発光波長が７
００nmから８８０nmである光が、上記ＧaＰ基板だけで
はなく上記電流拡散層にも吸収されないようにして、発
光効率を大幅に改善することができる。
【００９４】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部を、ＩnxＡlyＧa1-x-yＡ
s(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)で形成すれば、上記発光部か
らの発光波長が７００nmから１５００nmである光が、上
記ＧaＰ基板だけではなく上記電流拡散層にも吸収され
ないようにして、発光効率を大幅に改善することができ
る。
【００９５】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部を、ＩnxＧa1-xＡsyＰ
1-y(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)で形成すれば、上記発光部
からの発光波長が９００nmから１７００nmである光が、
上記ＧaＰ基板だけではなく上記電流拡散層にも吸収さ
れないようにして、発光効率を大幅に改善することがで
きる。
【００９６】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部を、ＡlxＧa1-xＡsyＳb
1-y(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)で形成すれば、上記発光部
からの発光波長が８５０nmから１７００nmである光が、
上記ＧaＰ基板だけではなく上記電流拡散層にも吸収さ
れないようにして、発光効率を大幅に改善することがで
きる。
【００９７】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部を、ＩnxＡlyＧa1-x-yＮ
(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)で形成すれば、上記発光部か
らの発光波長が５００nmから６００nmの光が、上記Ｇa
Ｐ基板だけではなく上記電流拡散層にも吸収されないよ
うにして、発光効率を大幅に改善することができる。
【００９８】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記発光部と電流拡散層との間に電
流阻止層を備えれば、上記電流拡散層内における電流径
路を上記電流阻止層によって制御することができる。
【００９９】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記電流阻止層のエネルギーギャッ
プを上記活性層のエネルギーギャップよりも大きくすれ
ば、上記活性層がＡlＧaＩnＰ系半導体である場合に
は、上記活性層で発光した光が上記ＧaＰ基板だけでは
なく上記電流阻止層にも吸収されないようにして、発光
効率を大幅に改善することができる。
【０１００】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記電流阻止層を、上記発光部と電
流拡散層との境界面における中央部に配置すれば、上記
電流拡散層内において電流径路を周辺部に広げることが
できる。したがって、上記活性層における広い範囲で発
光を行って発光効率を大幅に改善することができる。
【０１０１】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記電流阻止層を、上記発光部と電
流拡散層との境界面における周辺部に配置すれば、上記
電流拡散層内において電流径路を中央部に集中すること
ができ、発光の指向性を大幅に向上することができる。
【０１０２】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記電流阻止層をＧaＰによって形
成すれば、活性層がＡlＧaＩnＰ系半導体である場合に
は、上記活性層で発光した光がＧaＰ基板だけではなく
上記電流阻止層にも吸収されないようにして、発光効率
を大幅に改善することができる。
【０１０３】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記電流阻止層をＩnxＧa1-xＰ(０
＜ｘ＜１)によって形成すれば、活性層がＡlＧaＩnＰ系
半導体である場合には、上記活性層で発光した光がＧa
Ｐ基板だけではなく上記電流阻止層にも吸収されないよ
うにして、発光効率を大幅に改善することができる。
【０１０４】また、上記第１の発明または第２の発明の
半導体発光素子は、上記電流阻止層をＩnxＡlyＧa1-x-y
Ｐ(０＜ｘ＜１,０≦ｙ≦１)によって形成すれば、上記
活性層がＡlＧaＩnＰ系半導体である場合には、上記活
性層で発光した光がＧaＰ基板だけではなく上記電流阻
止層にも吸収されないようにして、発光効率を大幅に改
善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の半導体発光素子としてのＡlＧaＩ
nＰ系化合物半導体発光素子における断面図である。
【図２】 ＩnxＧa1-xＰ層およびＩnxＡlyＧa1-x-yＰ層
中におけるＩn組成比ｘと結晶表面の凹凸深さとの関係
を示す図である。
【図３】 ＩnxＧa1-xＰ層およびＩnxＡlyＧa1-x-yＰ層
中におけるＩn組成比ｘと結晶欠陥密度との関係を示す
図である。
【図４】 図１とは異なるＡlＧaＩnＰ系化合物半導体
発光素子における断面図である。
【図５】 図１および図４とは異なるＡlＧaＩnＰ系化
合物半導体発光素子における断面図である。
【図６】 図１,図４および図５とは異なるＡlＧaＩnＰ
系化合物半導体発光素子における断面図である。
【図７】 III‐Ｖ族の結晶表面を表現したモデル図で
ある。
【図８】 図１および図４〜図６とは異なるＡlＧaＩn
Ｐ系化合物半導体発光素子における断面図である。
【図９】 図１,図４〜図６および図８とは異なるＡlＧ
aＩnＰ系化合物半導体発光素子における断面図である。
【図１０】 ＧaＰ基板上に形成された従来のＡlＧaＩn
Ｐ系半導体発光素子の製造手順の説明図である。
【符号の説明】
１１,２１,３１,４１,５１,６１…ｎ‐ＧaＰ基板、 １２…ｎ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ格子歪緩和層、 １３,２３,３３,４３,５３,６３…ｎ‐ＩnxＡlyＧa
1-x-yＰクラッド層、 １４,２４,３４,４４,５４,６４…ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ
活性層、 １５,２５,３５,４５,５５,６５…ｐ‐ＩnxＡlyＧa
1-x-yＰクラッド層、 １６…ｐ‐ＩnxＧa1-xＰ電流拡散層、 １７,１８,２７,２８,３７,３８,４７,４８,５８,５９,
６８,６９…電極、 ２２,３２,４２,５２,６２…ｎ‐ＡlＧaＩnＰ格子歪緩
和層、 ２６,３６,４６,５７,６７…ｐ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ電
流拡散層、 ５６,６６…ｎ‐ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ電流阻止層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉橋 孝尚 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 村上 哲朗 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA04 CA05 CA34 CA35 CA36 CA37 CA39

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＧaＰ基板上に、少なくとも活性層およ
    びクラッド層から成る発光部と電流拡散層とが形成され
    て成る半導体発光素子において、 上記電流拡散層は、Ｉnの組成比をｘとして、ＩnxＧa
    1-xＰ(０＜ｘ＜１)で形成されていることを特徴とする
    半導体発光素子。
  2. 【請求項２】 ＧaＰ基板上に、少なくとも活性層およ
    びクラッド層から成る発光部と電流拡散層とが形成され
    て成る半導体発光素子において、 上記電流拡散層は、Ｉnの組成比をｘとし、Ａlの組成比
    をｙとして、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０＜ｘ＜１,０＜ｙ＜
    １)で形成されていることを特徴とする半導体発光素
    子。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の半導体
    発光素子において、 上記ＧaＰ基板の面方位が、(１００)面から[０１１]方
    向に傾斜していることを特徴とする半導体発光素子。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の半導体発光素子におい
    て、 上記ＧaＰ基板の面方位は、(１００)面から[０１１]方
    向に２度以上且つ２０度以下の範囲で傾斜していること
    を特徴とする半導体発光素子。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４の何れか一つに記
    載の半導体発光素子において、 上記電流拡散層のエネルギーギャップは、上記活性層の
    エネルギーギャップよりも大きいことを特徴とする半導
    体発光素子。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５の何れか一つに記
    載の半導体発光素子において、 上記発光部は、Ｉnの組成比をｘ、Ａlの組成比をｙとし
    て、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ（０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１）で
    形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項５の何れか一つに記
    載の半導体発光素子において、 上記発光部は、Ａlの組成比をｘとして、ＡlxＧa1-xＡs
    (０≦ｘ≦１)で形成されていることを特徴とする半導体
    発光素子。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項５の何れか一つに記
    載の半導体発光素子において、 上記発光部は、Ｉnの組成比をｘ、Ａlの組成比をｙとし
    て、ＩnxＡlyＧa1-x-yＡs(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１）で
    形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項５の何れか一つに記
    載の半導体発光素子において、 上記発光部は、Ｉnの組成比をｘとしＡsの組成比をｙと
    して、ＩnxＧa1-xＡsyＰ1-y(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)で
    形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至請求項５の何れか一つに
    記載の半導体発光素子において、 上記発光部は、Ａlの組成比をｘとしＡsの組成比をｙと
    して、ＡlxＧa1-xＡsyＳb1-y(０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１)
    で形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
  11. 【請求項１１】 請求項１乃至請求項５の何れか一つに
    記載の半導体発光素子において、 上記発光部は、Ｉnの組成比をｘ、Ａlの組成比をｙとし
    て、ＩnxＡlyＧa1-x-yＮ（０≦ｘ≦１,０≦ｙ≦１）で
    形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
  12. 【請求項１２】 請求項１乃至請求項１１の何れか一つ
    に記載の半導体発光素子において、 上記発光部と電流拡散層との間に、電流阻止層を備えた
    ことを特徴とする半導体発光素子。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の半導体発光素子に
    おいて、 上記電流阻止層のエネルギーギャップは、上記活性層の
    エネルギーギャップよりも大きいことを特徴とする半導
    体発光素子。
  14. 【請求項１４】 請求項１２または請求項１３に記載の
    半導体発光素子において、 上記電流阻止層は、上記発光部と電流拡散層との境界面
    における中央部に配置されていることを特徴とする半導
    体発光素子。
  15. 【請求項１５】 請求項１２または請求項１３に記載の
    半導体発光素子において、 上記電流阻止層は、上記発光部と電流拡散層との境界面
    における周辺部に配置されていることを特徴とする半導
    体発光素子。
  16. 【請求項１６】 請求項１２乃至請求項１５の何れか一
    つに記載の半導体発光素子において、 上記電流阻止層は、ＧaＰによって形成されていること
    を特徴とする半導体発光素子。
  17. 【請求項１７】 請求項１２乃至請求項１５の何れか一
    つに記載の半導体発光素子において、 上記電流阻止層は、Ｉnの組成比をｘとして、ＩnxＧa
    1-xＰ(０＜ｘ＜１)によって形成されていることを特徴
    とする半導体発光素子。
  18. 【請求項１８】 請求項１２乃至請求項１５の何れか一
    つに記載の半導体発光素子において、 上記電流阻止層は、Ｉnの組成比をｘとし、Ａlの組成比
    をｙとして、ＩnxＡlyＧa1-x-yＰ(０＜ｘ＜１,０≦ｙ≦
    １)によって形成されていることを特徴とする半導体発
    光素子。
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