JP2002111052A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子及びその製造方法Info
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- 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
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- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
- H01L33/305—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system characterised by the doping materials
Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板から活性層へのｐドーパントの拡散を防
止することができ、非発光センターの形成を抑制してよ
り一層の高輝度化及び安定化をはかる。 【解決手段】 ウェーハ接着技術を利用した発光ダイオ
ードにおいて、発光層となる活性層１３をｎ型及びｐ型
のクラッド層１２，１４で挟んだＩｎＧａＡｌＰ系材料
からなるダブルへテロ構造部と、ダブルへテロ構造部の
ｐ型クラッド層１４に直接接着されたｐ型ＧａＰ基板２
０と、ｐ型クラッド層１４とｐ型ＧａＰ基板２０との間
に形成されたＩｎＧａＡｌＰからなるＺｎ拡散防止層１
５とを備え、Ｚｎ拡散防止層１５は、ｐ型ドーパントの
Ｚｎとｎ型ドーパントのＳｉが同時にドープされ、Ｚ
ｎ，Ｓｉの不純物濃度をそれぞれＮａ，Ｎｄとすると
き、Ｎａ＞Ｎｄを満たし、かつＮｄ＞２×１０17ｃｍ-3
の条件を満たしている。
止することができ、非発光センターの形成を抑制してよ
り一層の高輝度化及び安定化をはかる。 【解決手段】 ウェーハ接着技術を利用した発光ダイオ
ードにおいて、発光層となる活性層１３をｎ型及びｐ型
のクラッド層１２，１４で挟んだＩｎＧａＡｌＰ系材料
からなるダブルへテロ構造部と、ダブルへテロ構造部の
ｐ型クラッド層１４に直接接着されたｐ型ＧａＰ基板２
０と、ｐ型クラッド層１４とｐ型ＧａＰ基板２０との間
に形成されたＩｎＧａＡｌＰからなるＺｎ拡散防止層１
５とを備え、Ｚｎ拡散防止層１５は、ｐ型ドーパントの
Ｚｎとｎ型ドーパントのＳｉが同時にドープされ、Ｚ
ｎ，Ｓｉの不純物濃度をそれぞれＮａ，Ｎｄとすると
き、Ｎａ＞Ｎｄを満たし、かつＮｄ＞２×１０17ｃｍ-3
の条件を満たしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウェーハ直接接着
技術を応用した半導体発光素子及びその製造方法に関す
る。
技術を応用した半導体発光素子及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＩｎＧａＡｌＰ系材料を用いた可
視領域の発光素子が種々提案されている。図６は、従来
のＩｎＧａＡｌＰ可視光ＬＥＤの一例を示す素子構造断
面図である。ｎ型ＧａＡｓ基板５０の上に、活性層５３
をｎ型及びｐ型のクラッド層５２，５４で挟んだＩｎＧ
ａＡｌＰ系のダブルへテロ構造部が形成され、ｐ型クラ
ッド層５４上にｐ側電極５７が形成され、ｎ型ＧａＡｓ
基板５０の下面にｎ側電極５８が設けられている。
視領域の発光素子が種々提案されている。図６は、従来
のＩｎＧａＡｌＰ可視光ＬＥＤの一例を示す素子構造断
面図である。ｎ型ＧａＡｓ基板５０の上に、活性層５３
をｎ型及びｐ型のクラッド層５２，５４で挟んだＩｎＧ
ａＡｌＰ系のダブルへテロ構造部が形成され、ｐ型クラ
ッド層５４上にｐ側電極５７が形成され、ｎ型ＧａＡｓ
基板５０の下面にｎ側電極５８が設けられている。
【０００３】ダブルへテロ構造部を形成する各層５２〜
５４は発光波長の調整やキャリアの閉じ込めのために、
バンドギャップを設計に応じて最適に選ぶ必要がある。
また、良好なエピタキシャル成長のためには、各層５２
〜５４の格子定数が基板５０の格子定数と整合している
ことが望ましい。III-Ｖ族化合物であるＩｎＧａＡｌＰ
は III族成分としてＩｎ，Ｇａ，Ａｌの３種を含むた
め、これらの組成比を選ぶことでバンドギャップと格子
定数を独立して設計することができる。
５４は発光波長の調整やキャリアの閉じ込めのために、
バンドギャップを設計に応じて最適に選ぶ必要がある。
また、良好なエピタキシャル成長のためには、各層５２
〜５４の格子定数が基板５０の格子定数と整合している
ことが望ましい。III-Ｖ族化合物であるＩｎＧａＡｌＰ
は III族成分としてＩｎ，Ｇａ，Ａｌの３種を含むた
め、これらの組成比を選ぶことでバンドギャップと格子
定数を独立して設計することができる。
【０００４】例えば、エピタキシャル成長層の組成を次
式Ｉｎx（Ｇａ1-y Ａｌy ）1-x ｐで表した場合、Ｉｎ
組成比ｘを０．５にすることでＧａＡｓ基板と格子定数
がほぼ整合し、ｘ＝０．５のままでＡｌとＧａの組成比
ｙを調整することでバンドギャップを制御することがで
きる。より具体的には、波長６４４ｎｍの赤色発光ＬＥ
Ｄを得る場合には、活性層５３の組成比をｘ＝０．５，
ｙ＝０．０４３にし、クラッド層５２，５４の組成をｘ
＝０．５，ｙ＝０．７にすればよい。また、波長５６２
ｎｍの緑色発光ＬＥＤを得る場合には、活性層５３の組
成比をｘ＝０．５，ｙ＝０，４５４にし、クラッド層５
２，５４の組成をｘ＝０．５，ｙ＝１．００、即ちＩｎ
ＡｌＰにすればよい。
式Ｉｎx（Ｇａ1-y Ａｌy ）1-x ｐで表した場合、Ｉｎ
組成比ｘを０．５にすることでＧａＡｓ基板と格子定数
がほぼ整合し、ｘ＝０．５のままでＡｌとＧａの組成比
ｙを調整することでバンドギャップを制御することがで
きる。より具体的には、波長６４４ｎｍの赤色発光ＬＥ
Ｄを得る場合には、活性層５３の組成比をｘ＝０．５，
ｙ＝０．０４３にし、クラッド層５２，５４の組成をｘ
＝０．５，ｙ＝０．７にすればよい。また、波長５６２
ｎｍの緑色発光ＬＥＤを得る場合には、活性層５３の組
成比をｘ＝０．５，ｙ＝０，４５４にし、クラッド層５
２，５４の組成をｘ＝０．５，ｙ＝１．００、即ちＩｎ
ＡｌＰにすればよい。
【０００５】このように、ＩｎＧａＡｌＰ系ダブルへテ
ロ構造部は、可視光領域内で発光波長を選ぶことができ
る。また、化合物半導体基板として最も一般的なＧａＡ
ｓ基板に格子整合したエピタキシャル成長が可能である
ため、基板の入手やエピタキシャル成長が比較的容易で
あるという利点がある。しかし、この反面、ＧａＡｓ基
板には可視光領域の光を吸収するという欠点がある。こ
のため、ＩｎＧａＡｌＰ系ダブルへテロ構造部で発光し
た光の一部がＧａＡｓ基板に吸収されるので、ＬＥＤの
輝度の低下が避けられない。
ロ構造部は、可視光領域内で発光波長を選ぶことができ
る。また、化合物半導体基板として最も一般的なＧａＡ
ｓ基板に格子整合したエピタキシャル成長が可能である
ため、基板の入手やエピタキシャル成長が比較的容易で
あるという利点がある。しかし、この反面、ＧａＡｓ基
板には可視光領域の光を吸収するという欠点がある。こ
のため、ＩｎＧａＡｌＰ系ダブルへテロ構造部で発光し
た光の一部がＧａＡｓ基板に吸収されるので、ＬＥＤの
輝度の低下が避けられない。
【０００６】輝度低下を避けるためには、可視光領域に
対し透明な材料を基板に使用すればよい。一般的な透明
材料としてはＧａＰがあるが、ＧａＰ基板はＩｎＧａＡ
ｌＰ系と格子整合がとれないため良好なエピタキシャル
成長が灘しい。この問題を解決するために、ＩｎＧａＡ
ｌＰエピタキシャル成長層とＧａＰ基板とをウェーハ接
着（Wafer Bonding）する方法が提案されている。この
提案はエピタキシャル成長層からＧａＡｓ基板を取り除
き、代わりにＧａＰ基板を密着させて、圧力をかけなが
ら熱処理をし、一体化する方法である。この方法により
ＬＥＤの輝度増加が図れるが、ＧａＡｓ基板を除去した
後のエピタキシャル成長層が薄いため取り扱いが灘し
く、また圧力を印加しながら熱処理をするので特殊な装
置を用いる必要があり、ウェーハ接着工程の安定性や生
産性に問題があった。
対し透明な材料を基板に使用すればよい。一般的な透明
材料としてはＧａＰがあるが、ＧａＰ基板はＩｎＧａＡ
ｌＰ系と格子整合がとれないため良好なエピタキシャル
成長が灘しい。この問題を解決するために、ＩｎＧａＡ
ｌＰエピタキシャル成長層とＧａＰ基板とをウェーハ接
着（Wafer Bonding）する方法が提案されている。この
提案はエピタキシャル成長層からＧａＡｓ基板を取り除
き、代わりにＧａＰ基板を密着させて、圧力をかけなが
ら熱処理をし、一体化する方法である。この方法により
ＬＥＤの輝度増加が図れるが、ＧａＡｓ基板を除去した
後のエピタキシャル成長層が薄いため取り扱いが灘し
く、また圧力を印加しながら熱処理をするので特殊な装
置を用いる必要があり、ウェーハ接着工程の安定性や生
産性に問題があった。
【０００７】一方、ウェーハの接着に関しては、清浄な
表面を有するウェーハ同士を直接接着する「直接接着」
或いは「直接接合」と呼ばれる技術が開発されている。
例えば、Ｓｉウェーハ同士の直接接着は１９８３年出願
の特許第１４２０１０９号他に記載され、化合物半導体
ウェーハの直接接着は１９８５年出願の特許第２０４０
６３７号他に記載されている。
表面を有するウェーハ同士を直接接着する「直接接着」
或いは「直接接合」と呼ばれる技術が開発されている。
例えば、Ｓｉウェーハ同士の直接接着は１９８３年出願
の特許第１４２０１０９号他に記載され、化合物半導体
ウェーハの直接接着は１９８５年出願の特許第２０４０
６３７号他に記載されている。
【０００８】このような直接接着技術を利用し、ＧａＰ
基板に密着されたＩｎＧａＡｌＰ系エピタキシャル成長
層を備えるＬＥＤの製造方法の一例を説明する。まず、
図７（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板５０の上
に、ｎ型電流拡散層５１，ｎ型クラッド層５２，活性層
５３，ｐ型クラッド層５４，接着層５５を成長させる。
次いで、図７（ｂ）に示すように、接着層５５の表面に
１×１０18ｃｍ-3程度の高濃度のＧａＰ層６１を成長さ
せたＧａＰ基板６０を直接接着する。
基板に密着されたＩｎＧａＡｌＰ系エピタキシャル成長
層を備えるＬＥＤの製造方法の一例を説明する。まず、
図７（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板５０の上
に、ｎ型電流拡散層５１，ｎ型クラッド層５２，活性層
５３，ｐ型クラッド層５４，接着層５５を成長させる。
次いで、図７（ｂ）に示すように、接着層５５の表面に
１×１０18ｃｍ-3程度の高濃度のＧａＰ層６１を成長さ
せたＧａＰ基板６０を直接接着する。
【０００９】さらに、図７（ｃ）に示すように、研磨や
エッチングなどによりＧａＡｓ基板５０を除去した後、
上下を逆にしてｎ型ＧａＰ基板６０の下面にｐ側電極６
８を形成し、ｎ型電流拡散層５１の上面にｎ側電極５７
を設けることにより、ＧａＰを基板としたＩｎＧａＡｌ
Ｐ系ＬＥＤが得られる。
エッチングなどによりＧａＡｓ基板５０を除去した後、
上下を逆にしてｎ型ＧａＰ基板６０の下面にｐ側電極６
８を形成し、ｎ型電流拡散層５１の上面にｎ側電極５７
を設けることにより、ＧａＰを基板としたＩｎＧａＡｌ
Ｐ系ＬＥＤが得られる。
【００１０】このようにして作られる接着技術を応用し
た高輝度ＬＥＤの発光効率は、接着技術を用いない従来
型のＬＥＤのおよそ２倍の輝度を持つ。その反面、接着
型の高輝度ＬＥＤは従来型のＬＥＤと比較してチップの
輝度が製品毎に大きくばらつくという問題が判明した。
この理由を以下に説明する。
た高輝度ＬＥＤの発光効率は、接着技術を用いない従来
型のＬＥＤのおよそ２倍の輝度を持つ。その反面、接着
型の高輝度ＬＥＤは従来型のＬＥＤと比較してチップの
輝度が製品毎に大きくばらつくという問題が判明した。
この理由を以下に説明する。
【００１１】図７のＬＥＤはｐタイプの基板の上に、ｐ
型クラッド層５４，活性層５３，ｎ型クラッド層５２，
ｎ型電流拡散層５１が順番に積層したｎアップ構造をし
ている。ｐ型のドーパントにＺｎを使った場合、活性層
５３から基板６０までの全ての層にＺｎが含まれてお
り、特にｐ型ＧａＰ基板６０はＬＥＤの直列抵抗を減ら
すために１×１０18ｃｍ-3以上の高濃度の基板を使用す
る場合もある。このｐ型のＧａＰ基板６０やＩｎＧａＡ
ｌＰエピタキシャル成長層に含まれるＺｎは直接接着後
の熱処理工程において活性層５３に拡散する。活性層５
３に拡散したＺｎは活性層５３で不純物準位を形成す
る。この不純物準位は電流注入されたキャリアに対して
は非発光センターとして働くので、活性層５３に拡散し
たＺｎが多ければ多いほど非発光センターの密度は大き
くなり、注入されたキャリアは発光再結合することなし
に消滅してしまう。その結果として、ＬＥＤチップの輝
度は大きく低下してしまう。
型クラッド層５４，活性層５３，ｎ型クラッド層５２，
ｎ型電流拡散層５１が順番に積層したｎアップ構造をし
ている。ｐ型のドーパントにＺｎを使った場合、活性層
５３から基板６０までの全ての層にＺｎが含まれてお
り、特にｐ型ＧａＰ基板６０はＬＥＤの直列抵抗を減ら
すために１×１０18ｃｍ-3以上の高濃度の基板を使用す
る場合もある。このｐ型のＧａＰ基板６０やＩｎＧａＡ
ｌＰエピタキシャル成長層に含まれるＺｎは直接接着後
の熱処理工程において活性層５３に拡散する。活性層５
３に拡散したＺｎは活性層５３で不純物準位を形成す
る。この不純物準位は電流注入されたキャリアに対して
は非発光センターとして働くので、活性層５３に拡散し
たＺｎが多ければ多いほど非発光センターの密度は大き
くなり、注入されたキャリアは発光再結合することなし
に消滅してしまう。その結果として、ＬＥＤチップの輝
度は大きく低下してしまう。
【００１２】この事実は、例えば（Jpn.J.Appl.Phys Vo
1.33(1994)pp.L857〜L.859“Effectof Substrate Micro
irentation and Zn Dopimg Characterisitions on Perf
omance of AlGaInP Vissib1e Light Emitting Diode”
や Solid State Electron Vol.38,No.2,PP.305〜PP.30
8,1995“AlGaInP ORANGE LIGHT EMITTING DIODES GROWN
ON MISORIENTED p-GaAs SUBSTRATES”）などに詳しく
述べられている。この活性層に拡散するＺｎの量は熱処
理温度と時間、拡散源となるＺｎの量によって決まる。
このうち、熱処理温度と時間は制御可能である。実際の
熱処理の保持温度は７００度から７７０度、また保持時
間は１時間である。
1.33(1994)pp.L857〜L.859“Effectof Substrate Micro
irentation and Zn Dopimg Characterisitions on Perf
omance of AlGaInP Vissib1e Light Emitting Diode”
や Solid State Electron Vol.38,No.2,PP.305〜PP.30
8,1995“AlGaInP ORANGE LIGHT EMITTING DIODES GROWN
ON MISORIENTED p-GaAs SUBSTRATES”）などに詳しく
述べられている。この活性層に拡散するＺｎの量は熱処
理温度と時間、拡散源となるＺｎの量によって決まる。
このうち、熱処理温度と時間は制御可能である。実際の
熱処理の保持温度は７００度から７７０度、また保持時
間は１時間である。
【００１３】従って、活性層５３に拡散するＺｎ量を制
御するためにはｐ型ＧａＰ基板６０、エピタキシャル層
のＺｎ濃度を一定に保つ必要がある。特にＧａＰ基板６
０はｐ型クラッド５４、接着層５５などのｐ型エピタキ
シャル層と比較して、厚くかつキャリア濃度も大きい。
よって、活性層に拡散するＺｎを抑制してチップの輝度
変動を抑えるためにはＧａＰ基板の低キャリア濃度化、
安定化は大きな効果が期待できる。しかしながら、低濃
度で安定したｐ型ＧａＰ基板を使うことは、チップの直
列低抗増化につながるだけでなく、基板コスト増加の原
因になる。
御するためにはｐ型ＧａＰ基板６０、エピタキシャル層
のＺｎ濃度を一定に保つ必要がある。特にＧａＰ基板６
０はｐ型クラッド５４、接着層５５などのｐ型エピタキ
シャル層と比較して、厚くかつキャリア濃度も大きい。
よって、活性層に拡散するＺｎを抑制してチップの輝度
変動を抑えるためにはＧａＰ基板の低キャリア濃度化、
安定化は大きな効果が期待できる。しかしながら、低濃
度で安定したｐ型ＧａＰ基板を使うことは、チップの直
列低抗増化につながるだけでなく、基板コスト増加の原
因になる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、Ｉｎ
ＧａＡｌＰ系のダブルへテロ構造部にＧａＰ基板を直接
接着することにより、ＬＥＤとしての高輝度化がはかれ
るが、このような構成では、ＧａＰ基板のｐドーパント
であるＺｎが活性層まで拡散してしまい、非発光センタ
ーを形成して輝度の低下を招く問題があった。
ＧａＡｌＰ系のダブルへテロ構造部にＧａＰ基板を直接
接着することにより、ＬＥＤとしての高輝度化がはかれ
るが、このような構成では、ＧａＰ基板のｐドーパント
であるＺｎが活性層まで拡散してしまい、非発光センタ
ーを形成して輝度の低下を招く問題があった。
【００１５】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、基板から活性層へのｐ
ドーパントの拡散を防止することができ、非発光センタ
ーの形成を抑制してより一層の高輝度化及び安定化をは
かり得る半導体発光素子及びその製造方法を提供するこ
とにある。
ので、その目的とするところは、基板から活性層へのｐ
ドーパントの拡散を防止することができ、非発光センタ
ーの形成を抑制してより一層の高輝度化及び安定化をは
かり得る半導体発光素子及びその製造方法を提供するこ
とにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。
するために本発明は、次のような構成を採用している。
【００１７】即ち本発明は、発光層となる活性層をｎ型
及びｐ型のクラッド層で挟んだIII-Ｖ族化合物半導体か
らなるダブルへテロ構造部と、前記発光層における発光
光に対して透明な材料からなり、前記ダブルへテロ構造
部のｐ型クラッド層側に直接接着された基板とを備えた
半導体発光素子であって、前記ｐ型クラッド層と基板と
の間、又は前記ｐ型クラッド層の一部にＺｎ拡散防止層
を形成してなることを特徴とする。
及びｐ型のクラッド層で挟んだIII-Ｖ族化合物半導体か
らなるダブルへテロ構造部と、前記発光層における発光
光に対して透明な材料からなり、前記ダブルへテロ構造
部のｐ型クラッド層側に直接接着された基板とを備えた
半導体発光素子であって、前記ｐ型クラッド層と基板と
の間、又は前記ｐ型クラッド層の一部にＺｎ拡散防止層
を形成してなることを特徴とする。
【００１８】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものが挙げられる。
は次のものが挙げられる。
【００１９】(1) ダブルへテロ構造部はＩｎＧａＡｌＰ
系材料からなり、基板はｐ型ＧａＰであること。
系材料からなり、基板はｐ型ＧａＰであること。
【００２０】(2) Ｚｎ拡散防止層は、ｐ型ドーパントの
Ｚｎとｎ型ドーパントのＳｉが同時にドープされてお
り、Ｚｎ，Ｓｉの不純物濃度をそれぞれＮａ，Ｎｄとす
るときＮａ＞Ｎｄを満たし、かつＮｄ＞２×１０17ｃｍ
-3の条件を満たすこと。
Ｚｎとｎ型ドーパントのＳｉが同時にドープされてお
り、Ｚｎ，Ｓｉの不純物濃度をそれぞれＮａ，Ｎｄとす
るときＮａ＞Ｎｄを満たし、かつＮｄ＞２×１０17ｃｍ
-3の条件を満たすこと。
【００２１】(3) Ｚｎ拡散防止層の組成は、Ｉｎ
0.5（Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5Ｐであり、且つ０＜ｘ＜１で
あること。
0.5（Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5Ｐであり、且つ０＜ｘ＜１で
あること。
【００２２】また本発明は、ウェーハ直接接着技術を応
用した半導体発光素子の製造方法において、第１の基板
上に、ｎ形クラッド層，発光層となる活性層，及びｐ型
クラッド層を順次積層したIII-Ｖ族化合物半導体からな
るダブルへテロ構造部を形成する工程と、前記ダブルへ
テロ構造部のｐ形クラッド層上にＺｎ拡散防止層を形成
する工程と、前記Ｚｎ拡散防止層上に前記発光層におけ
る発光光に対して透明な第２の基板を直接接着する工程
と、前記第１の基板を除去する工程とを含むことを特徴
とする。
用した半導体発光素子の製造方法において、第１の基板
上に、ｎ形クラッド層，発光層となる活性層，及びｐ型
クラッド層を順次積層したIII-Ｖ族化合物半導体からな
るダブルへテロ構造部を形成する工程と、前記ダブルへ
テロ構造部のｐ形クラッド層上にＺｎ拡散防止層を形成
する工程と、前記Ｚｎ拡散防止層上に前記発光層におけ
る発光光に対して透明な第２の基板を直接接着する工程
と、前記第１の基板を除去する工程とを含むことを特徴
とする。
【００２３】ここで、ダブルへテロ構造部がＩｎＧａＡ
ｌＰ系材料からなる場合、第１の基板としてＩｎＧａＡ
ｌＰ系材料に格子整合するＧａＡｓを用い、第２の基板
としてｐ型ＧａＰを用いるのが望ましい。
ｌＰ系材料からなる場合、第１の基板としてＩｎＧａＡ
ｌＰ系材料に格子整合するＧａＡｓを用い、第２の基板
としてｐ型ＧａＰを用いるのが望ましい。
【００２４】（作用）（従来の技術）の項でも説明した
ように、ウェーハの直接接着技術を用いた高輝度ＬＥＤ
では、Ｚｎ拡散による発光効率の低下は、おもに高温熱
処理のプロセスで発生する。熱処理でのＺｎ拡散源はｐ
クラッド層，接着層，ＧａＰ基板で、特にキャリア濃度
が大きく厚いＧａＰ基板からのＺｎ拡散の影響が大きい
と考えられる。従って、熱処理による発光効率低下を防
止するためにはＧａＰ基板からのＺｎ拡散を抑制しなけ
ればならない。ＧａＰ基板からのＺｎ拡散を抑制するた
めには、低キャリア濃度のＧａＰ基板を接着すればよい
が、かたや基板のキャリア濃度を下げるとチップの抵抗
が大きくなるデメリットがある。
ように、ウェーハの直接接着技術を用いた高輝度ＬＥＤ
では、Ｚｎ拡散による発光効率の低下は、おもに高温熱
処理のプロセスで発生する。熱処理でのＺｎ拡散源はｐ
クラッド層，接着層，ＧａＰ基板で、特にキャリア濃度
が大きく厚いＧａＰ基板からのＺｎ拡散の影響が大きい
と考えられる。従って、熱処理による発光効率低下を防
止するためにはＧａＰ基板からのＺｎ拡散を抑制しなけ
ればならない。ＧａＰ基板からのＺｎ拡散を抑制するた
めには、低キャリア濃度のＧａＰ基板を接着すればよい
が、かたや基板のキャリア濃度を下げるとチップの抵抗
が大きくなるデメリットがある。
【００２５】これに対して本発明では、クラッド層と基
板との間に間にＺｎ拡散防止層を設けることによりこの
問題を解決した。即ち、ダブルへテロ構造部に透明基板
を接着した発光素子の構造に関して、クラッド層と基板
との間に間にＺｎ拡散防止層を設けることにより、透明
基板から活性層へのＺｎの拡散を防止することができ
る。このため、活性層に非発光センターが形成されるの
を抑制できる。さらに、活性層へのＺｎの拡散を防止で
きることから、透明基板におけるＺｎ濃度を十分に高く
することができ、チップの直列低抗低減をはかることも
可能となる。これにより、より一層の高輝度化及び安定
化をはかることが可能となる。
板との間に間にＺｎ拡散防止層を設けることによりこの
問題を解決した。即ち、ダブルへテロ構造部に透明基板
を接着した発光素子の構造に関して、クラッド層と基板
との間に間にＺｎ拡散防止層を設けることにより、透明
基板から活性層へのＺｎの拡散を防止することができ
る。このため、活性層に非発光センターが形成されるの
を抑制できる。さらに、活性層へのＺｎの拡散を防止で
きることから、透明基板におけるＺｎ濃度を十分に高く
することができ、チップの直列低抗低減をはかることも
可能となる。これにより、より一層の高輝度化及び安定
化をはかることが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。
形態によって説明する。
【００２７】図１は、本発明の一実施形態に係わる接着
型ＬＥＤの素子構造を示す断面図である。
型ＬＥＤの素子構造を示す断面図である。
【００２８】ｐ型ＧａＰ基板２０上に高濃度のｐ型Ｇａ
Ｐバッファ層２１が形成され、その上に、ｐ型ＩｎＧａ
Ｐ接着層１６，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰからなるＺｎ拡散防
止層１５，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１４，ＩｎＧ
ａＡｌＰ活性層１３，ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１
２，ｎ型ＧａＡｓ電流拡散層１１を積層した積層構造体
が直接接着されている。そして、ＧａＰ基板２０の下面
にはｐ側電極２８が形成され、電流拡散層１１の上面に
はｎ側電極１７が形成されている。
Ｐバッファ層２１が形成され、その上に、ｐ型ＩｎＧａ
Ｐ接着層１６，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰからなるＺｎ拡散防
止層１５，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１４，ＩｎＧ
ａＡｌＰ活性層１３，ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１
２，ｎ型ＧａＡｓ電流拡散層１１を積層した積層構造体
が直接接着されている。そして、ＧａＰ基板２０の下面
にはｐ側電極２８が形成され、電流拡散層１１の上面に
はｎ側電極１７が形成されている。
【００２９】なお、上記の各層１２，１３，１４で発光
に寄与するダブルへテロ構造部が形成されている。ダブ
ルへテロ構造部の中で、キャリアが再結合して発光する
のは活性層１３である。活性層１３の上下に形成された
クラッド層１２，１４は、キャリアを閉じ込めて発光効
率を上げるために活性層１３よりも広いバンドギャップ
を有している。また、ダブルへテロ構造部の各層１２，
１３，１４は、発光波長の調整やキャリアの閉じ込めの
ために、バンドギャップを設計に応じて最適に選ぶ必要
がある。
に寄与するダブルへテロ構造部が形成されている。ダブ
ルへテロ構造部の中で、キャリアが再結合して発光する
のは活性層１３である。活性層１３の上下に形成された
クラッド層１２，１４は、キャリアを閉じ込めて発光効
率を上げるために活性層１３よりも広いバンドギャップ
を有している。また、ダブルへテロ構造部の各層１２，
１３，１４は、発光波長の調整やキャリアの閉じ込めの
ために、バンドギャップを設計に応じて最適に選ぶ必要
がある。
【００３０】次に、上記構造の接着型ＬＥＤの製造方法
について図２を参照して説明する。まず、図２（ａ）に
示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板（第１の基板）１０上
に、ｎ型ＧａＡｓ電流拡散層１１をエピタキシャル成長
した後、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１２，ＩｎＧａ
ＡｌＰ活性層１３，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１４
をエピタキシャル成長してダブルへテロ構造部を形成す
る。続いて、ｐ型クラッド層１４上に、ｐ型Ｚｎ拡散防
止層１５，接着層１６をエピタキシャル成長させる。
について図２を参照して説明する。まず、図２（ａ）に
示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板（第１の基板）１０上
に、ｎ型ＧａＡｓ電流拡散層１１をエピタキシャル成長
した後、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１２，ＩｎＧａ
ＡｌＰ活性層１３，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１４
をエピタキシャル成長してダブルへテロ構造部を形成す
る。続いて、ｐ型クラッド層１４上に、ｐ型Ｚｎ拡散防
止層１５，接着層１６をエピタキシャル成長させる。
【００３１】ここで、良好なエピタキシャル成長のため
には、ダブルへテロ構造部を構成する各層１２，１３，
１４の格子定数がＧａＡｓ基板１０の格子定数と整合し
ていることが望ましい。III-Ｖ族化合物であるＩｎＧａ
ＡｌＰは III族成分としてＩｎ，Ｇａ，Ａｌの３種を含
むため、これらの組成比を選ぶことでバンドギャップと
格子定数を独立して設計することができる。
には、ダブルへテロ構造部を構成する各層１２，１３，
１４の格子定数がＧａＡｓ基板１０の格子定数と整合し
ていることが望ましい。III-Ｖ族化合物であるＩｎＧａ
ＡｌＰは III族成分としてＩｎ，Ｇａ，Ａｌの３種を含
むため、これらの組成比を選ぶことでバンドギャップと
格子定数を独立して設計することができる。
【００３２】一方、上記基板とは別に、図２（ｂ）に示
すように、表面に１×１０18ｃｍ-3程度の高濃度のｐ型
ＧａＰバッファ層２１を成長させたｐ型ＧａＰ基板（第
２の基板）２０を用意する。そして、図２（ａ）に示す
基板と図２（ｂ）に示す基板を、図２（ｃ）に示すよう
に、直接接着する。この直接接着の際は、接着層１６の
表面及びＧａＰバッファ層２１の表面を清浄にしてお
く。この後、高温で熱処理を行い、接着強度を高める。
すように、表面に１×１０18ｃｍ-3程度の高濃度のｐ型
ＧａＰバッファ層２１を成長させたｐ型ＧａＰ基板（第
２の基板）２０を用意する。そして、図２（ａ）に示す
基板と図２（ｂ）に示す基板を、図２（ｃ）に示すよう
に、直接接着する。この直接接着の際は、接着層１６の
表面及びＧａＰバッファ層２１の表面を清浄にしてお
く。この後、高温で熱処理を行い、接着強度を高める。
【００３３】ここで、ウェーハの直接接着技術は、表面
を鏡面とした２枚の基板同士を、実質的に異物がない雰
囲気下において、室温で自力密着させ、その後熱処理で
接合一体化するものである。熱処理の前から全面が密着
しているため、未接着部を残すことなく全面を接合で
き、また熱処理中に圧力をかける必要がないので、特殊
な装置や器具を必要としない利点がある。
を鏡面とした２枚の基板同士を、実質的に異物がない雰
囲気下において、室温で自力密着させ、その後熱処理で
接合一体化するものである。熱処理の前から全面が密着
しているため、未接着部を残すことなく全面を接合で
き、また熱処理中に圧力をかける必要がないので、特殊
な装置や器具を必要としない利点がある。
【００３４】Ｓｉウェーハ同士の直接接着の機構は次の
ように考えられている。即ち、まず始めに洗浄や水洗に
よりウェーハの表面にＯＨ基を形成させる。そこでウェ
ーハ表面同士を接触させると、ＯＨ基同士が水素結合に
より引き合い、室温でウェーハが密着する。密着力は強
く、通常のウェーハの反りであれば、これを矯正して全
面が密着する。熱処理中には、１００℃を上回る温度に
おいて脱水縮合反応（Ｓｉ−ＯＨ：ＨＯ−Ｓｉ→Ｓｉ−
Ｏ−Ｓｉ＋Ｈ2 Ｏ）が発生し、酸素原子を介してウェー
ハ同士が結合し接着強度が上がっていく。さらに高温に
なると、接着界面近傍の原子の拡散と再配列が起こり、
強度的にも電気的にもウェーハが一体化する。本実施形
態のようなIII-Ｖ族化合物半導体の接着機構も同様と考
えられている。
ように考えられている。即ち、まず始めに洗浄や水洗に
よりウェーハの表面にＯＨ基を形成させる。そこでウェ
ーハ表面同士を接触させると、ＯＨ基同士が水素結合に
より引き合い、室温でウェーハが密着する。密着力は強
く、通常のウェーハの反りであれば、これを矯正して全
面が密着する。熱処理中には、１００℃を上回る温度に
おいて脱水縮合反応（Ｓｉ−ＯＨ：ＨＯ−Ｓｉ→Ｓｉ−
Ｏ−Ｓｉ＋Ｈ2 Ｏ）が発生し、酸素原子を介してウェー
ハ同士が結合し接着強度が上がっていく。さらに高温に
なると、接着界面近傍の原子の拡散と再配列が起こり、
強度的にも電気的にもウェーハが一体化する。本実施形
態のようなIII-Ｖ族化合物半導体の接着機構も同様と考
えられている。
【００３５】次いで、研磨やエッチングなどによりＧａ
Ａｓ基板１０を除去する。その後、上下を逆にしてｎ型
電流拡散層１１の上面にｎ側電極１７を設け、ＧａＰ基
板２０の下面にｐ側電極２８を設けることにより、前記
図１に示すような、ＧａＰを基板としたＩｎＧａＡｌＰ
系ＬＥＤが完成することになる。
Ａｓ基板１０を除去する。その後、上下を逆にしてｎ型
電流拡散層１１の上面にｎ側電極１７を設け、ＧａＰ基
板２０の下面にｐ側電極２８を設けることにより、前記
図１に示すような、ＧａＰを基板としたＩｎＧａＡｌＰ
系ＬＥＤが完成することになる。
【００３６】本実施形態の構造が前記図７に示した従来
構造と異なる点は、ＩｎＧａＰ接着層１６とｐ型クラッ
ド層１４との間にＺｎ拡散防止層１５を設けた点であ
る。このＺｎ拡散防止層１５の特徴を以下に述べる。
構造と異なる点は、ＩｎＧａＰ接着層１６とｐ型クラッ
ド層１４との間にＺｎ拡散防止層１５を設けた点であ
る。このＺｎ拡散防止層１５の特徴を以下に述べる。
【００３７】本実施形態のＺｎ拡散防止層１５は、ｐ型
ドーパントのＺｎとｎ型ドーパントのＳｉが同時にドー
プされており、Ｚｎ，Ｓｉの不純物濃度をそれぞれＮ
ａ，Ｎｄとすると、Ｎａ＞Ｎｄを満たし、かつＮｄ＞２
×１０17ｃｍ-3の条件を満たすようになっている。
ドーパントのＺｎとｎ型ドーパントのＳｉが同時にドー
プされており、Ｚｎ，Ｓｉの不純物濃度をそれぞれＮ
ａ，Ｎｄとすると、Ｎａ＞Ｎｄを満たし、かつＮｄ＞２
×１０17ｃｍ-3の条件を満たすようになっている。
【００３８】本発明者らは高輝度ＬＥＤの開発におい
て、活性層へのＺｎ拡散によるチップの輝度低下問題を
検討した結果、ｐ型クラッド層から活性層へ拡散したＺ
ｎはｎ型クラッド層には拡散せず、ｎ型クラッドと活性
層界面で蓄積する事実を見出した。つまり、ＩｎＧａＡ
ｌＰ中を拡散するＺｎはＳｉドープしたＩｎＧａＡｌＰ
層を超えて拡散することはできないのである。この理由
は解明されていないが、おそらく以下の理由によるもの
と推測される。
て、活性層へのＺｎ拡散によるチップの輝度低下問題を
検討した結果、ｐ型クラッド層から活性層へ拡散したＺ
ｎはｎ型クラッド層には拡散せず、ｎ型クラッドと活性
層界面で蓄積する事実を見出した。つまり、ＩｎＧａＡ
ｌＰ中を拡散するＺｎはＳｉドープしたＩｎＧａＡｌＰ
層を超えて拡散することはできないのである。この理由
は解明されていないが、おそらく以下の理由によるもの
と推測される。
【００３９】活性層に拡散したＺｎの量とＣＶ測定など
によって測定したキャリア濃度がよく一致することか
ら、Ｚｎ原子はＩｎＧａＡｌＰ中で III族原子が存在し
ない格子点（べーカンシー）と位置を交換しながら移動
していく、つまり拡散していくと考えられる。しかしな
がら、既にべーカンシーがｎ型のドーパントであるＳｉ
に占められていると、Ｚｎ原子の周りには位置を交換す
べき相手のべーカンシーが存在しないので、その位置を
変えることはできない。つまり、ＩｎＧａＡｌＰ層中に
Ｓｉが十分にドープされていると、Ｚｎの拡散を防止で
きるのである。
によって測定したキャリア濃度がよく一致することか
ら、Ｚｎ原子はＩｎＧａＡｌＰ中で III族原子が存在し
ない格子点（べーカンシー）と位置を交換しながら移動
していく、つまり拡散していくと考えられる。しかしな
がら、既にべーカンシーがｎ型のドーパントであるＳｉ
に占められていると、Ｚｎ原子の周りには位置を交換す
べき相手のべーカンシーが存在しないので、その位置を
変えることはできない。つまり、ＩｎＧａＡｌＰ層中に
Ｓｉが十分にドープされていると、Ｚｎの拡散を防止で
きるのである。
【００４０】そこで本発明者らは、ＩｎＧａＡｌＰから
なるＺｎ拡散防止層においてＺｎの拡散を防止するのに
必要なＳｉ濃度の規定について検討した。まず、非発光
ライフタイムとＺｎ拡散量との関係は、図３に示す通り
であった。非発光ライフタイムとは、活性層の結晶性を
表す良い指標で、ライフタイムが大きいほど活性層の結
晶性は良い。活性層に拡散したＺｎとライフタイムの関
係を検討した結果、Ｚｎが活性層に１０12個以上拡散す
るとライフタイムは小さくなる。つまり、活性層が劣化
することが分かった。
なるＺｎ拡散防止層においてＺｎの拡散を防止するのに
必要なＳｉ濃度の規定について検討した。まず、非発光
ライフタイムとＺｎ拡散量との関係は、図３に示す通り
であった。非発光ライフタイムとは、活性層の結晶性を
表す良い指標で、ライフタイムが大きいほど活性層の結
晶性は良い。活性層に拡散したＺｎとライフタイムの関
係を検討した結果、Ｚｎが活性層に１０12個以上拡散す
るとライフタイムは小さくなる。つまり、活性層が劣化
することが分かった。
【００４１】一方、Ｚｎ拡散防止層にドープするＳｉ濃
度を振って、活性層に拡散したＺｎの量を評価した結果
を、図４に示す。Ｓｉ濃度，Ｚｎ拡散量の定量化はＳＩ
ＭＳ（Secondary Ion Mass Spectoroscopy）を用いた。
接着したＧａＰ基板のキャリア濃度は１×１０18〜２×
１０18ｃｍ-3である。この結果、Ｓｉ濃度が２×１０ 17
ｃｍ-3以上ならば、活性層へのＺｎ拡散量は１×１０12
個以内に抑えられるが、Ｓｉ濃度が１×１０17ｃｍ-3以
下だとＺｎ拡散量は１×１０13個以上と大きくなること
が確認できた。従って、活性層へのＺｎ拡散を防止する
には、Ｚｎ拡散防止層のＳｉ濃度は２×１０17ｃｍ-3以
上が必要であるとの結論を得た。
度を振って、活性層に拡散したＺｎの量を評価した結果
を、図４に示す。Ｓｉ濃度，Ｚｎ拡散量の定量化はＳＩ
ＭＳ（Secondary Ion Mass Spectoroscopy）を用いた。
接着したＧａＰ基板のキャリア濃度は１×１０18〜２×
１０18ｃｍ-3である。この結果、Ｓｉ濃度が２×１０ 17
ｃｍ-3以上ならば、活性層へのＺｎ拡散量は１×１０12
個以内に抑えられるが、Ｓｉ濃度が１×１０17ｃｍ-3以
下だとＺｎ拡散量は１×１０13個以上と大きくなること
が確認できた。従って、活性層へのＺｎ拡散を防止する
には、Ｚｎ拡散防止層のＳｉ濃度は２×１０17ｃｍ-3以
上が必要であるとの結論を得た。
【００４２】（従来の技術）の項で述べたように、ｐ型
ＧａＰ基板を接着した接着ウェーハの熱処理による活性
層の劣化は、ＧａＰ基板から拡散したＺｎによる非発光
センター化が主な原因である。このＧａＰ基板から活性
層へのＺｎ拡散を防止するためには、上記の検討結果か
ら、ＧａＰ基板と活性層の間に２×１０17ｃｍ-3以上の
Ｓｉを含んだＩｎＧａＡｌＰ層を形成すればよい。但
し、伝導型はｐタイプであるためにＳｉの濃度以上のＺ
ｎが同時にドープされている必要がある。
ＧａＰ基板を接着した接着ウェーハの熱処理による活性
層の劣化は、ＧａＰ基板から拡散したＺｎによる非発光
センター化が主な原因である。このＧａＰ基板から活性
層へのＺｎ拡散を防止するためには、上記の検討結果か
ら、ＧａＰ基板と活性層の間に２×１０17ｃｍ-3以上の
Ｓｉを含んだＩｎＧａＡｌＰ層を形成すればよい。但
し、伝導型はｐタイプであるためにＳｉの濃度以上のＺ
ｎが同時にドープされている必要がある。
【００４３】図１の構成において、２×１０17ｃｍ-3以
上のＳｉを含んだ層を形成する場所は（１）活性層／ｐ
クラッド界面，（２）ｐクラッド層／接着層界面，
（３）接着層にＳｉをドープするの３点が考えられる
が、（１）の活性層／ｐクラッド界面は活性層に近いた
めに、ドープしたＳｉが非発光センター化して活性層結
晶性を悪化させる可能性がある。また、（３）の接着層
にＳｉをドープする方法は、接着層のキャリア濃度が小
さくなり、接着界面抵抗が大きくなることから問題があ
る。従って、チップの特性に悪影響を及ぼさずにＳｉを
ドープする層はｐクラッド／接着層界面が最適である。
但し、ｐクラッド層と接着界面ではなくｐクラッド層の
一部にＳｉをドープすることにより基板からのＺｎ拡散
を防止するという目的を達することができる点は明らか
である。
上のＳｉを含んだ層を形成する場所は（１）活性層／ｐ
クラッド界面，（２）ｐクラッド層／接着層界面，
（３）接着層にＳｉをドープするの３点が考えられる
が、（１）の活性層／ｐクラッド界面は活性層に近いた
めに、ドープしたＳｉが非発光センター化して活性層結
晶性を悪化させる可能性がある。また、（３）の接着層
にＳｉをドープする方法は、接着層のキャリア濃度が小
さくなり、接着界面抵抗が大きくなることから問題があ
る。従って、チップの特性に悪影響を及ぼさずにＳｉを
ドープする層はｐクラッド／接着層界面が最適である。
但し、ｐクラッド層と接着界面ではなくｐクラッド層の
一部にＳｉをドープすることにより基板からのＺｎ拡散
を防止するという目的を達することができる点は明らか
である。
【００４４】本発明のＺｎ拡散防止層はＺｎとＳｉを一
緒にドーピングしている点が大きな特徴である。膜の組
成についてはＰＬ光を吸収しないＩｎＧａＡｌＰであれ
ば良いが、表面モフォロジー，抵抗率を考慮すると、な
るべくＡｌ組成比の小さなＩｎＧａＡｌＰを使うことが
望ましい。膜厚に関してはＺｎ拡散を防止する目的を満
たせば薄くても問題ないが、Ｓｉが均一にドーピングで
きるよう０．１μｍ以上が望ましい。
緒にドーピングしている点が大きな特徴である。膜の組
成についてはＰＬ光を吸収しないＩｎＧａＡｌＰであれ
ば良いが、表面モフォロジー，抵抗率を考慮すると、な
るべくＡｌ組成比の小さなＩｎＧａＡｌＰを使うことが
望ましい。膜厚に関してはＺｎ拡散を防止する目的を満
たせば薄くても問題ないが、Ｓｉが均一にドーピングで
きるよう０．１μｍ以上が望ましい。
【００４５】本発明のドーパントプロファイルを従来の
例と比較する。接着技術を用いた従来のＬＥＤのドーパ
ントプロファイルの模式図を図５（ａ）に、本発明のＺ
ｎ拡散防止層を導入しだＬＥＤのドーパントプロファイ
ルの模式図を図５（ｂ）に示す。従来のＬＥＤでは濃度
勾配により熱処理中に高濃度のＧａＰ基板から活性層に
Ｚｎが拡散する。本発明によるＬＥＤはＺｎ拡散防止層
が基板からのＺｎ拡散を防止するため、活性層へのＺｎ
拡散はｐクラッド層からの拡散分しかないので、従来の
ＬＥＤと比較して活性層へのＺｎ拡散を少なくすること
ができ、結果として高輝度のＬＥＤを安定して得ること
ができる。
例と比較する。接着技術を用いた従来のＬＥＤのドーパ
ントプロファイルの模式図を図５（ａ）に、本発明のＺ
ｎ拡散防止層を導入しだＬＥＤのドーパントプロファイ
ルの模式図を図５（ｂ）に示す。従来のＬＥＤでは濃度
勾配により熱処理中に高濃度のＧａＰ基板から活性層に
Ｚｎが拡散する。本発明によるＬＥＤはＺｎ拡散防止層
が基板からのＺｎ拡散を防止するため、活性層へのＺｎ
拡散はｐクラッド層からの拡散分しかないので、従来の
ＬＥＤと比較して活性層へのＺｎ拡散を少なくすること
ができ、結果として高輝度のＬＥＤを安定して得ること
ができる。
【００４６】このように本実施形態では、ＩｎＧａＡｌ
Ｐ系ダブルへテロ構造部のｐ型クラッド層１４とこれに
直接接着するｐ型ＧａＰ基板２０との間にＩｎＧａＡｌ
ＰからなるＺｎ拡散防止層１５を設け、このＺｎ拡散防
止層１５におけるＳｉの不純物濃度Ｎｄを２×１０17ｃ
ｍ-3以上、Ｚｎの不純物濃度Ｎａをそれ以上に設定して
いるので、ｐ型ＧａＰ基板２０からのＺｎの拡散をＺｎ
拡散防止層１５内で確実に止めることができ、基板２０
から活性層１３へのＺｎの拡散を防止することができ
る。従って、高濃度のｐ型ＧａＰ基板２０を用いなが
ら、活性層１３での非発光センターの形成を抑制するこ
とができ、より一層の高輝度化及び安定化をはかること
が可能となる。
Ｐ系ダブルへテロ構造部のｐ型クラッド層１４とこれに
直接接着するｐ型ＧａＰ基板２０との間にＩｎＧａＡｌ
ＰからなるＺｎ拡散防止層１５を設け、このＺｎ拡散防
止層１５におけるＳｉの不純物濃度Ｎｄを２×１０17ｃ
ｍ-3以上、Ｚｎの不純物濃度Ｎａをそれ以上に設定して
いるので、ｐ型ＧａＰ基板２０からのＺｎの拡散をＺｎ
拡散防止層１５内で確実に止めることができ、基板２０
から活性層１３へのＺｎの拡散を防止することができ
る。従って、高濃度のｐ型ＧａＰ基板２０を用いなが
ら、活性層１３での非発光センターの形成を抑制するこ
とができ、より一層の高輝度化及び安定化をはかること
が可能となる。
【００４７】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。ダブルへテロ構造を構成する半導体
はＩｎＧａＡｌＰ系に限るものではなく、各種のIII-Ｖ
族化合物半導体を用いることができる。また、ダブルへ
テロ構造部に接着する基板はＧａＰに限るものではな
く、活性層における発光光に対して透明な材料であり、
且つ不純物ドープにより十分な低抵抗化がはかれるもの
であればよい。さらに、ｎ型ドーパントは必ずしもＳｉ
に限るものではなく、ＴｅやＳを用いることも可能であ
る。
れるものではない。ダブルへテロ構造を構成する半導体
はＩｎＧａＡｌＰ系に限るものではなく、各種のIII-Ｖ
族化合物半導体を用いることができる。また、ダブルへ
テロ構造部に接着する基板はＧａＰに限るものではな
く、活性層における発光光に対して透明な材料であり、
且つ不純物ドープにより十分な低抵抗化がはかれるもの
であればよい。さらに、ｎ型ドーパントは必ずしもＳｉ
に限るものではなく、ＴｅやＳを用いることも可能であ
る。
【００４８】また、実施形態では発光ダイオードについ
て説明したが、本発明は半導体レーザに適用することも
可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
て説明したが、本発明は半導体レーザに適用することも
可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
【００４９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ダ
ブルへテロ構造部と透明基板とを直接接着した発光素子
構造において、ダブルへテロ構造部と基板との間にＺｎ
拡散防止層を設けることにより、基板から活性層へのｐ
ドーパントの拡散を防止することができ、非発光センタ
ーの形成を抑制してより一層の高輝度化及び安定化をは
かることができる。これにより、高輝度の発光素子を安
定して生産することが可能となる。
ブルへテロ構造部と透明基板とを直接接着した発光素子
構造において、ダブルへテロ構造部と基板との間にＺｎ
拡散防止層を設けることにより、基板から活性層へのｐ
ドーパントの拡散を防止することができ、非発光センタ
ーの形成を抑制してより一層の高輝度化及び安定化をは
かることができる。これにより、高輝度の発光素子を安
定して生産することが可能となる。
【図１】本発明の一実施形態に係わるＬＥＤの素子構造
を示す断面図。
を示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係わるＬＥＤの製造工程
を示す断面図。
を示す断面図。
【図３】活性層におけるＺｎ拡散量とライフタイムとの
関係を示す図。
関係を示す図。
【図４】Ｚｎ拡散防止層におけるＳｉ濃度と活性層への
Ｚｎ拡散量との関係を示す図。
Ｚｎ拡散量との関係を示す図。
【図５】接着型ＬＥＤの不純物プロファイルを本発明と
従来例で比較して示す模式図。
従来例で比較して示す模式図。
【図６】従来のＬＥＤの素子構造を示す断面図。
【図７】従来の接着型ＬＥＤの製造工程を示す断面図。
１０…ｎ型ＧａＡｓ基板（第１の基板） １１…ｎ型ＧａＡｓ電流拡散層 １２…ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 １３…ＩｎＧａＡｌＰ活性層 １４…ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 １５…Ｚｎ拡散防止層 １６…接着層 １７…ｎ側電極 ２０…ｐ型ＧａＰ基板（第２の基板） ２１…ｐ型ＧａＰバッファ層 ２８…ｐ側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA44 CA04 CA34 CA35 CA37 CA53 CA57 CA74 CA77
Claims (6)
- 【請求項１】発光層となる活性層をｎ型及びｐ型のクラ
ッド層で挟んだIII-Ｖ族化合物半導体からなるダブルへ
テロ構造部と、前記発光層における発光光に対して透明
な材料からなり、前記ダブルへテロ構造部のｐ型クラッ
ド層側に直接接着された基板と、前記ｐ型クラッド層と
基板との間、又は前記ｐ型クラッド層の一部に形成され
たＺｎ拡散防止層とを具備してなることを特徴とする半
導体発光素子。 - 【請求項２】前記ダブルへテロ構造部はＩｎＧａＡｌＰ
系材料からなり、前記基板はｐ型ＧａＰであることを特
徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】前記Ｚｎ拡散防止層は、ｐ型ドーパントの
Ｚｎとｎ型ドーパントのＳｉが同時にドープされてお
り、Ｚｎ，Ｓｉの不純物濃度をそれぞれＮａ，Ｎｄとす
るときＮａ＞Ｎｄを満たし、かつＮｄ＞２×１０17ｃｍ
-3の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の半導
体発光素子。 - 【請求項４】前記Ｚｎ拡散防止層の組成は、Ｉｎ
0.5（Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐであり、且つ０＜ｘ＜１
であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素
子。 - 【請求項５】第１の基板上に、ｎ型クラッド層，発光層
となる活性層，及びｐ型クラッド層を順次積層したIII-
Ｖ族化合物半導体からなるダブルへテロ構造部を形成す
る工程と、前記ダブルへテロ構造部のｐ型クラッド層上
にＺｎ拡散防止層を形成する工程と、前記Ｚｎ拡散防止
層上に前記発光層における発光光に対して透明な第２の
基板を直接接着する工程と、前記第１の基板を除去する
工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方
法。 - 【請求項６】前記ダブルへテロ構造部はＩｎＧａＡｌＰ
系材料からなり、第１の基板としてＩｎＧａＡｌＰ系材
料に格子整合するＧａＡｓを用い、第２の基板としてｐ
型ＧａＰを用いたことを特徴とする請求項５記載の半導
体発光素子の製造方法。
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