JP2002353501A - オフカット底材上の半導体発光ダイオード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 オフカット基板上の半導体発光ダイオード。 【解決手段】 多重量子ウェル構造の活性層より光を発
射し、活性層が上下二層のＩｎＧａＡｌＰと上層のクラ
ッド層でサンドイッチ形態に被覆される。活性層の発光
効率が発光ダイオード中で増加する光線と電子反射層に
より強化される。ＩｎＧａＡｌＰのエピタキシャル層が
ＯＭＶＰＥでＧａＡｓ基板上に傾斜角度＜１１１＞Ａを
以て成長させられ、エピタキシャル層の品質とエピタキ
シャル層表面の平坦度及び発光効率を改善し、オフカッ
ト底材と低層の底材に接近するクラッド層の電性が同じ
である。高層のクラッド層の上面に第２種の導電性の光
線透過層があり電流拡散層とされ、この一層が電流拡散
と発射光線の拡散に供される。この光線透過層がバリア
層と、格子勾配層及び入射光線に対してそのエネルギー
レベルが透明なウインドウ層を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一種の発光ダイオー
ドの製造方法に係り、特に、伝統の技術中の発光ダイオ
ードに代わる化合物半導体材料で製造する発光ダイオー
ドに関し、並びに発光ダイオードの放射効率を高める方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩｎＧａＡｌＰを基礎とする合金は、波
長が赤光と緑光の間の発光ダイオードの製造方法に対し
て、相当重要な半導体材料である。Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X
Ａｌ_X）_0.5 Ｐ合金とＧａＡｓ底材は結晶格子がマッチ
し（ｌａｔｔｉｃｅ ｍａｔｃｈ）、並びに１．９ｅＶ
から２．３Ｅｖの直接遷移バンドギャップを有し、この
バンドギャップ内にあってＡｌの分子組成はほぼ０＜ｘ
＜０．７の間とされる。Ａｌの組成がほぼｘ〜０．７の
時、Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐは間接エネルギ
ーレベルを有し、焼く２．３ｅＶである。効率的な発光
を得るためには、強大なキャリア発光再結合（ｒｅｃｏ
ｍｂｉｎａｔｉｏｎ）及び高効率の発光ダイオードが必
要である。ＩｎＧａＡｌＰを基礎とする発光ダイオード
中の比較的短い波長は、赤光と黄−緑光の可視光スペク
トルの間に直接遷移バンドギャップを有して高輝度の発
光に供する。

【０００３】このほか、Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）
_0.5 Ｐはほぼ完全な結晶格子アライメントを有し且つＧ
ａＡｓはＶ／ＩＩＩ／Ｖ／ＩＩＩ族界面半導体底材上に
あって、放電平衡（ｃｈａｒｇｅ ｂａｌａｎｃｅ）の
特性を有する。このような特性はそれが原子レベル（ａ
ｔｏｍｉｃ ｌｅｖｅｌ）エピタキシャル成長であるこ
とを示し、それは多重量子ウェル（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ；ＭＱＷ）の厚さ及び組成を
正確に制御する良好な使用元素であり、このため、良好
なＬＥＤエピタキシャル製造材料であり、またＩｎ_0.5
（Ｇａ_1-X Ａｌ_X）_0.5 Ｐに可視光発光ダイオード工程
上、極めて大きな吸引力を持たせる。

【０００４】図１は、伝統的な発光ダイオードの構造を
示す。図中の構造は、少なくとも、ｎ形ＧａＡｓ底材１
０１上面に、ＩｎＧａＡｌＰ合金系統で組成されたダブ
ルヘテロ構造（ｄｏｕｂｌｅ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃ
ｔｕｒｅ；ＤＨ）があり、ＤＨは一つのｎ形Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐの低層のクラッド層１０２、
アンドープアクティブ層Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）
_0.5 Ｐ １０３、ｐ形Ｉｎ _0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5
Ｐの高層のクラッド層１０４、ｐ形ＧａＰ電流拡散層１
０５、上層金属１０６及び底層金属１０７で組成されて
いる。

【０００５】図１に示されるように、発光ダイオードは
ｐｎ接合を有し、順方向バイアスを加えて正孔をｐ形ク
ラッド層１０４より及び電子をｎ形クラッド層１０２よ
り活性層１０３に注入する。活性層１０３は電子と正孔
の本活性層での再結合により可視光を発生する。電子と
正孔は少数のキャリアのように、注入され且つ活性層１
０３を跨過し、並びに発光性或いは非発光性の再結合を
し、ＩｎＧａＡｌＰを基礎とするＬＥＤはその発射波長
が活性層（Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ）１０３
中のＡｌの組成により改変され、正確なバンドギャップ
により特定の発光波長に対応する。例えば、比較的短い
波長の時、例えば黄−緑光なら、活性層Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ １０３は比較的多くのＡｌ組成を
有して光線を放射する必要がある。活性層１０３の厚さ
も重要であり、通常、入射キャリア拡散長度（ｃａｒｒ
ｉｅｒ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌｅｎｇｈｔｈ）が短い
と、キャリアが再度組合される。比較的厚い活性層１０
３の発光効率は低密度のキャリアにより減少できる。活
性層１０３の厚さは約０．３〜０．５μｍである。活性
層１０３はキャリア注入（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）と再結
合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）により光線を発生す
る領域とされる。活性層１０３の材料品質要求は極めて
高く、その目的は、高効率の発光を得ることにある。活
性層１０３のヘビードープの背景は活性層１０３中の高
密度のディープトラップにより引き起こされ、光線放射
の過程中に非発光性再結合を形成させる。Ｉｎ_0.5 （Ｇ
ａ_1-XＡｌ_X ）_0.5 Ｐ活性層１０３はノンドープ領域
で、ｐ形或いはｎ形とされ、ドープ密度はほぼ５＊１０
¹⁵から１＊１０¹⁷／ｃｍ² の間とされ。一方、活性層１
０３の背景ドープ程度はＡｌの組成の増加により増加す
る。活性層１０３中の比較的高いＡｌ組成は、ディープ
レベルを増加せしめ、ディープレベルは非発光性再結合
を引き起こし、発光の効率を減少する。

【０００６】ｎ形とｐ形クラッド層（１０２及び１０
４）は入射キャリアの由来（ｓｏｕｒｃｅ）とされ、並
びにこの活性層１０３は比較的高いエネルギーレベルを
有し、以て注入されるキャリア及び発生する光を制限す
る。クラッド層Ｉｎ_0.5 （Ｇａ _1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐの厚
さは十分に厚くしなければならず、それによりキャリア
の活性層１０３からクラッド層への逆流を防止するが、
厚さがＬＥＤの発射効率に影響を与えないようにしなけ
ればならない。通常、発光効率は伝統的なＬＥＤダブル
ヘテロ構造にあって波長が小さくなると減衰する。

【０００７】ｐ形クラッド層１０４の上に、電流拡散層
１０５が設けられて、光線の有効な拡散に供される。電
流拡散層１０５は活性層の発生する光線を透過させる半
導体とされ、ウインドウ層に相当する。該半導体が光線
に対して活性層１０３より発射する光の波長は透過性と
される。このほか、電流拡散ウインドウ層（電流拡散層
１０５）は活性層１０３とクラッド層（１０２及び１０
４）に進入する電流を有効に拡散させる必要があり、こ
のため高いドープ濃度と厚さを必要とする。

【０００８】本発明中、ＩｎＧａＡｌＰを基礎とするＬ
ＥＤに係る複数の請求項を提出し、以て効率的な発光ダ
イオードを製造する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の一つの目的
は、化合物半導体材料で発光ダイオードを製造する方法
を提供することにある。

【００１０】本発明のもう一つの目的は、伝統的な技術
中の発光ダイオードに代わる化合物半導体材料で製造し
た発光ダイオードを提供し、並びに発光ダイオードの放
射効率を高める方法を提供することにある。

【００１１】以上の目的に基づき、本発明は発光ダイオ
ードを製造するための新たな材質を用いた製造方法を提
供し、これにより光線を発光ダイオードより発射させる
時に高い効率を得られるようにする。本発明中、発光ダ
イオードのＩｎＧａＡｌＰの数項の伝統的な技術とは異
なる請求項を提出し、効率的な発光ダイオードの製造に
供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、金属
コンタクトベースと、該金属コンタクトベースの上に設
けられ、＜１１１＞Ａ角度に沿ってオフカットされ、該
オフカット角度が１０°より大きい、第１導電型のＧａ
Ａｓ底材と、該底材の上面に位置する第１導電型のＩｎ
ＧａＡｌＰ層と、該第１導電型のＩｎＧａＡｌＰ層の上
面に位置し、原子順序を有さない活性層と、該活性層の
上面に位置し、その電性が第１導電型のＩｎＧａＡｌＰ
層と反対である第２導電型のＩｎＧａＡｌＰ層と、該第
２導電型のＩｎＧａＡｌＰ層の上面に位置し、成長方向
電流を阻止し並びに光線を拡散する光線抽出層と、を具
えたことを特徴とする、発光ダイオードとしている。請
求項２の発明は、前記発光ダイオードにおいて、さらに
一つのＧａＡｓバッファ層を、底材と第１導電型のＩｎ
ＧａＡｌＰ層の間に有することを特徴とする、請求項１
に記載の発光ダイオードとしている。請求項３の発明
は、前記発光ダイオードにおいて、バッファ層の厚度が
０．２から０．５μｍの間とされたことを特徴とする、
請求項２に記載の発光ダイオードとしている。請求項４
の発明は、前記発光ダイオードにおいて、底材の上に位
置する一つの光反射層を有し、該光反射層のドープ濃度
が２＊１０¹⁷／ｃｍ² より大きいことを特徴とする、請
求項１に記載の発光ダイオードとしている。請求項５の
発明は、前記発光ダイオードにおいて、光反射層が反射
波長αを有し該反射波長αが活性層の波長βに接近し、
α＝β−５ｎｍ或いはα＝β＋５ｎｍで、且つキャリア
の電性が底材と同じとされたことを特徴とする、請求項
４に記載の発光ダイオードとしている。請求項６の発明
は、前記発光ダイオードにおいて、光反射層が、ＡｌＡ
ｓ／Ａｌ_X1Ｇａ_1-X1Ａｓ底材（ｘ１≧０．５）、Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_1-X2Ａｌ_X2）_0.5 Ｐ底材（ｘ２≧０．１）及
びＡｌＡｓ／Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X2Ａｌ_X2）_0.5 Ｐ底材か
らなる群より選んだ底材の超結晶構造で組成されたこと
を特徴とする、請求項４に記載の発光ダイオードとして
いる。請求項７の発明は、前記発光ダイオードにおい
て、Ａｌの組成ｘ１とｘ２が発射光波長が６３０ｎｍよ
り大きいとき、ｘ１が０．６より小さく且つｘ２が０．
１より大きく、発射光波長が５９０ｎｍより大きいと
き、ｘ１が０．７より小さく且つｘ２が０．２より大き
く、発射光波長が５７０ｎｍより大きいとき、ｘ１が
０．８より小さく且つｘ２が０．３より大きいことを特
徴とする、請求項６に記載の発光ダイオードとしてい
る。請求項８の発明は、前記発光ダイオードにおいて、
光反射層が、ＡｌＡｓ／Ａｌ_X Ｇａ_1-X Ａｓ底材、Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ底材及びＡｌＡｓ／Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ底材からなる群より選ん
だ底材の超結晶構造で組成され、該超結晶構造の各層と
層との間の反射係数の差値が０．１５以上であることを
特徴とする、請求項６に記載の発光ダイオードとしてい
る。請求項９の発明は、前記発光ダイオードにおいて、
光反射層と底材の格子ミスマッチ度が０．３％より小さ
いことを特徴とする、請求項４に記載の発光ダイオード
としている。請求項１０の発明は、前記発光ダイオード
において、第１導電型のＩｎＧａＡｌＰ層が０．４＊１
０¹⁸／ｃｍ² から１＊１０¹⁸／ｃｍ² の間で勾配性変化
のドープ濃度を有することを特徴とする、請求項１に記
載の発光ダイオードとしている。請求項１１の発明は、
前記発光ダイオードにおいて、ドープ濃度が少なくとも
一つの高／低ドープ濃度厚度比の比率を０．１から０．
５の間に有することを特徴とする、請求項１０に記載の
発光ダイオードとしている。請求項１２の発明は、前記
発光ダイオードにおいて、活性層が少なくとも一つのひ
ずみＩｎ_y （Ｇａ_1-X1Ａｌ_X1）_1-y Ｐ／Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_1-X2Ａｌ_X2）_0.5 Ｐ多重量子ウェル構造を有し、この多
重量子ウェル構造のＩｎ_y （Ｇａ_1-X1Ａｌ_X1）_1-y Ｐ＜
００１＞格子定数がオフカット底材ＧａＡｓ＜００１＞
格子定数より０．２％から０．６％大きいことを特徴と
する、請求項１に記載の発光ダイオードとしている。請
求項１３の発明は、前記発光ダイオードにおいて、ひず
み多重量子ウェル層と層の間の厚度比が０．７５−１．
２５の間とされたことを特徴とする、請求項１２に記載
の発光ダイオードとしている。請求項１４の発明は、前
記発光ダイオードにおいて、電子反射層中にあってＩｎ
_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐバリア層を、活性層の上に有し、該バリ
ア層の厚度が２０−４０ｎｍの間とされたことを特徴と
する、請求項１に記載の発光ダイオードとしている。請
求項１５の発明は、前記発光ダイオードにおいて、電子
反射層中に少なくともＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5
Ｐ／Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ超結晶構造を、活性層と第２導
電型のＩｎＧａＡｌＰ層の間に有することを特徴とす
る、請求項１４に記載の発光ダイオードとしている。請
求項１６の発明は、前記発光ダイオードにおいて、電子
反射層が固定、階段及び勾配変化の成長層から選択して
組み合わせてなり、各層の厚度が２−５ｎｍとされるこ
とを特徴とする、請求項１４に記載の発光ダイオードと
している。請求項１７の発明は、前記発光ダイオードに
おいて、第１導電型のＩｎＧａＡｌＰ層が勾配性変化を
有し、この勾配性変化断面が０．４＊１０¹⁸／ｃｍ² か
ら１＊１０¹⁸／ｃｍ² の間とされたことを特徴とする、
請求項４に記載の発光ダイオードとしている。請求項１
８の発明は、前記発光ダイオードにおいて、勾配性変化
断面の低／高ドープ濃度厚度比の比率が０．１から０．
５の間とされたことを特徴とする、請求項１７に記載の
発光ダイオードとしている。請求項１９の発明は、前記
発光ダイオードにおいて、活性層が少なくとも一つのひ
ずみＩｎ_y （Ｇａ_1-X1Ａｌ_X1）_1-y Ｐ／Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_1-X2Ａｌ_X2）_0.5 Ｐ多重量子ウェル構造を有し、このＩ
ｎ_y （Ｇａ_1-X1Ａｌ_X1）_1-y Ｐウェルが有する＜００１
＞格子定数がオフカット底材ＧａＡｓ＜００１＞格子定
数より０．２％から０．６％大きいことを特徴とする、
請求項１８に記載の発光ダイオードとしている。請求項
２０の発明は、前記発光ダイオードにおいて、ひずみ多
重量子ウェルの層と層の間の厚度比が０．７５から１．
２５の間とされたことを特徴とする、請求項１９に記載
の発光ダイオードとしている。請求項２１の発明は、前
記発光ダイオードにおいて、電子反射層を有し、この電
子反射層が、Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐバリア層を、活性層の
上面に有し、該バリア層の厚度が約２０から４０ｎｍの
間とされたことを特徴とする、請求項１９に記載の発光
ダイオードとしている。請求項２２の発明は、前記発光
ダイオードにおいて、電子反射層中に少なくともＩｎ
_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ／Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ超
結晶構造を、活性層と第２導電型のＩｎＧａＡｌＰ層の
間に有することを特徴とする、請求項２１に記載の発光
ダイオードとしている。請求項２３の発明は、前記発光
ダイオードにおいて、電子反射層が固定、階段及び勾配
変化の成長層から選択して組み合わせてなり、各層の厚
度が２−５ｎｍとされることを特徴とする、請求項２１
に記載の発光ダイオードとしている。請求項２４の発明
は、前記発光ダイオードにおいて、発光ダイオードがＯ
ＭＶＰＥを利用して反応炉中で７５０より小さい温度下
で成長させられることを特徴とする、請求項２１に記載
の発光ダイオードとしている。請求項２５の発明は、前
記発光ダイオードにおいて、光線抽出層が少なくも、第
２導電型のＩｎＧａＡｌＰ層上面に形成されて、少なく
とも第２導電型と同性のＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）
_0.5 Ｐ層を具え、厚さが１０−１００ｎｍとされる、電
流バリア層と、該電流バリア層の上面に位置し、電流バ
リア層とその上の一層との格子定数の差異性を緩和す
る、勾配層と、該勾配層の上面に位置して電流拡散機能
を有する、ウインドウ層と、を有することを特徴とす
る、請求項１に記載の発光ダイオードとしている。請求
項２６の発明は、前記発光ダイオードにおいて、電流バ
リア層が、少なくとも、第２導電型のＩｎ_0.5 （Ｇａ
_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ層を有し、この第２導電型のＩｎ
_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ層のドープ密度が第１導
電型のＩｎＧａＡｌＰ層のドープ密度の２−４倍高いこ
とを特徴とする、請求項２５に記載の発光ダイオードと
している。請求項２７の発明は、前記発光ダイオードに
おいて、第２導電型の電流バリア層のＩｎ_0.5 （Ｇａ
_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐのアルミニウム分子成分組成ｘが
０．１から０．５の間とされたことを特徴とする、請求
項２５に記載の発光ダイオードとしている。請求項２８
の発明は、前記発光ダイオードにおいて、三層を含む光
線抽出層のエネルギーレベルが活性層のエネルギーレベ
ルより高いことを特徴とする、請求項２５に記載の発光
ダイオードとしている。請求項２９の発明は、前記発光
ダイオードにおいて、勾配層のドープ濃度が、ウインド
ウ層と第２導電型のバリア層の間とされたことを特徴と
する、請求項２５に記載の発光ダイオードとしている。
請求項３０の発明は、前記発光ダイオードにおいて、ウ
インドウ層のドープ濃度の階段式或いは勾配式変化が２
＊１０¹⁸／ｃｍ² から８＊１０¹⁸／ｃｍ² の間とされた
ことを特徴とする、請求項２５に記載の発光ダイオード
としている。請求項３１の発明は、前記発光ダイオード
において、ウインドウ層のウインドウ層／クラッド層界
面に接近するドープ濃度が、ウインドウ層／クラッド層
界面より離れたドープ用度より低いことを特徴とする、
請求項３０に記載の発光ダイオードとしている。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施例の詳細な
討論は以下のとおりである。実施例は、本発明の特定の
範例を説明し、本発明の範囲を限定するものではない。

【００１４】ＩｎＧａＡｌＰを基礎とする発光ダイオー
ドは、その発光色が活性層中のＩｎ _0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ
_X ）_0.5 Ｐ合金のＡｌの組成成分により特定の発射波長
に対応する正確なバンドギャップを達成し、活性層のＩ
ｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_{0. 5} Ｐの改変が、バンドギャ
ップ幅を小さくし、その構造は順序を有する傾向にあ
る。同じ発射光波長を達成するため、活性層のＡｌ成分
は比較的高い含有量を有する必要があるが、しかし、こ
れは却って活性層の高い不純物密度を形成し、並びに低
い放射効率をもたらす。Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）
_0.5 Ｐ合金系統中、インジウム（Ｉｎ）はＧａ或いはＡ
ｌ原子より比較的大きな四面体（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａ
ｌ）共有半径（ｃｏｖａｌｅｎｔ ｒａｄｉｕｓ）を有
する。このため、四面体の共有半径の差異性が同類クラ
スタ（ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ ｏｆｌｉｋｅ ｓｐｅｃ
ｉｅｓ）を発生しうる。結果として結晶構造の局部変形
収縮と延長（ｄｉｌａｔｉｏｎ）が発生する。ｓｐｉｎ
ｏｄａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ熱力観念からみ
て、位相図の可溶性（ｍｉｓｃｉｂｉｌｉｔｙ）バンド
ギャップ中に位置するある一つの組成合金は、ある遷移
温度で順序的から無順序的遷移を発生する。我々の実験
によると、Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ薄膜はｓ
ｐｉｎｏｄａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ熱力学基
本理論により、成長温度６６０−７７０度の間である種
の異なる程度の順序構造を有する傾向にあり、これが本
発明の一つの請求項とされる。また一方で、＜００１＞
ＧａＡｓの新たな成長は＜１１０＞方向のサブ表面層に
あって可変性圧縮と延伸の領域を有する。ＩｎはＧａ或
いはＡｌに較べて更に大きな四面体共有半径を有し、そ
の成長面上の可変性延長と圧縮性は、エネルギーの好ま
しい原子核位置（ｅｎｅｒｇｙ ｆａｖｏｒａｂｌｅ
ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｓｉｔｅ）とされ、Ｉｎ、Ａｌ
或いはＧａに対して、それらの成長に極めて適合する。
この点から、上述の規則的と非規則的の遷移温度以外
に、規則構造の形成と底材の表面構造には関係があるこ
とが暗示される。我々の実験によると、規則の程度は異
なるオフカットａＡｓ底材を使用することにより改善さ
れる。規則と非規則の遷移温度は底材ＧａＡｓの切割角
度の増加により下降する。オフカットＧａＡｓ底材の表
面には周期性を以て延伸と収縮する表面リビルト領域が
あり、底材ＧａＡｓのオフカット角度の増加により改善
並びに減少を獲得できる。以上の結果により、ＧａＡｓ
底材のオフカット角度の増加にともない、ＩｎＧａＡｌ
Ｐ無いの原子順序規則程度も顕著に減少する。

【００１５】ある成長温度下では、Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X
Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ合金系統中の規則構造は、量子効率を下
げる一つの因子と見なされ、このため、ＡｌをＩｎ_0.5
（Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ活性層の成分にあって増加す
ることにより、特定のエネルギーレベル幅の量子ウェル
を獲得する。これにより、Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X）
_0.5 Ｐエピタキシャルをオフカットの底材上に成長させ
て、遷移温度を７００℃より低くすることができる。

【００１６】このほか、Ａｌを含むＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X
Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ多重量子ウェル中の量子効率は底材のオ
フカット角度を増加することにより改善できる。ＧａＡ
ｓ底材のオフカットが＜１１１＞Ａ表面に向かうほど、
ますます多くの陽イオン末端ステップエッジ（ｃａｔｉ
ｏｎ ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ ｓｔｅｐ ｅｄｇｅｓ）
が成長表面の＜１１１＞Ａに沿ったオフカット角度の増
加に伴いその付着効果を減少する。ゆえに、活性層の不
純物の加入（例えばシリコン或いは酸素）は、角度の増
加により減少する。このような不純物質は光発射領域の
深層及び非発光再結合の中心とされ得て、並びに、ＬＥ
Ｄの発射効率に影響を与える。本発明中、ＧａＡｓを底
材とし且つオフカット角度が＜１１１＞Ａに沿って、１
０度以上であれば発射の光が良好な効率を有する。

【００１７】このほか、ＩｎＧａＡｌＰを基礎とするＬ
ＥＤの薄膜光滑度と品質は、オフカット底材ＧａＡｓ構
造にあっての成長により改善できる。過去に半導体表面
の光滑度を改善するのに応用されるエピタキシャル技術
例えばＬＰＥ或いはＣＶＤは、薄膜の光滑度を改善す
る。本発明中、ＩｎＧａＡｌＰを基礎とする発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）は並びにＯＭＶＰＥ（Ｏｒｇａｎｏｍｅ
ｔａｌｉｃ ＶａｐｏｒＰｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ；
ＯＭＶＰＥ）を応用して１０°より大きいオフカット角
度の底材ＧａＡｓ上に成長させられ、これにより薄膜光
滑度を改善する。我々の研究によると、ＬＥＤ構造の光
滑度は底材カットオフ角度の増加により増加し、このよ
うな光滑度の改善の、３−５族ミスマッチヘテロ構造例
えばＧａＰ、ＡｌＧａＰ及びＩｎＧａＡｌＰを基礎とす
るエピタキシャル成長はＧａＡｓ底材上にあって特別に
顕著である。このようなエピタキシャル層例えばＧａ
Ｐ、ＡｌＧａＰ及びＩｎＧａＡｌＰ合金と底材の間の結
晶格子のミスマッチの程度はほぼ０−３．６％であり、
並びに合金の組成と関係がある。ミスマッチの底材上の
堆積過程中に、薄膜初期成長は底材上に形状がアイラン
ド状の結晶物を成長させる傾向にあり、このアイランド
の大きさは薄膜と底材のミスマッチ度の増加により増大
する。これにより薄膜上に高密度のスレッドディスロケ
ーション（ｔｈｒｅａｄ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）が
形成され、且つ堆積される薄膜の表面の粗さを増す。こ
のような高密度の結晶の欠陥と粗さを有する薄膜表面
は、表面結晶点数を増加しアイランド面積を減少し、ミ
スマッチヘテロ構造の格子定数を勾配変化させることに
より、改善できる。薄膜結核点数目増加及びアイランド
面積の減少は、本発明中の請求項のもう一つの重点であ
る。ＧａＡｓ底材の１０°より大きい角度にカットオフ
し、且つ一つのＩｎＧａＡｌＰ中間層をＬＥＤＩｎ_{0. 5}
（Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐエピタキシャル層とウインド
ウ層の間に挿入して勾配層となすことによりこの効果を
達成する。オフカット底材上にあって、底材のステップ
エッジは底材のオフカット角度の増加により増加する。
このステップエッジが低いエネルギー量位置を薄膜堆積
の結核点に提供する。これにより密度が比較的高く面積
が比較的小さいアイランド結核はオフカット底材上で薄
膜品質の増加と比較的平滑な程度の達成をもたらし、薄
膜品質の改変によりＬＥＤ発光の出力効率が増す。この
ほか薄膜表面の光滑度は素子工程の範囲を増加し、例え
ば発光ダイオードの金属接点製造とパッケージ、薄膜の
品質、発光体の効率、素子製図時の工程上の範囲（ｐｒ
ｏｃｅｓｓ ｗｉｎｄｏｗ ｏｆ ｄｅｖｉｃｅｆａｂ
ｒｉｃａｔｉｏｎ）の改善はいずれも本発明の請求項中
にあり、ＬＥＤ中のＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ
基礎構造をオフカット角度１０°以上のＧａＡｓ底材上
に成長させる。

【００１８】

【実施例】本発明の第１実施例は、図２の発光ダイオー
ドの断面図に示されるよう、少なくとも、一つの光線反
射層と四元素合金Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐが
ｎ形傾斜底材ＧａＡｓ２０８の上面に成長させられ、こ
の装置は少なくとも一つのｎ形ＧａＡｓバッファ層２０
９、ｎ形ＡｌＡｓ／Ａｌ_X Ｇａ_1-X Ａｓ−或いはＩｎ
_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐを基礎とする分散型ブラ
ッグ発射層（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒ
ｅｆｌｅｃｔｏｒ；ＤＢＲ）２１０、ｎ形Ｉｎ _0.5 （Ｇ
ａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ低層クラッド層２１１、ひずみノ
ンドープＩｎ_y（Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_1-y Ｐ／Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ多重量子ウェル（ｍｕｌｔｉ
ｐｌｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ；ＭＱＷ）２１２、
ｐ^- 形Ｉｎ _0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ高層クラッド
層２１３、薄いＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-XＡｌ_X ）_0.5 Ｐ中間
バリア層２１４、ｐ^- 形ＧａＰ或いはＡｌＧａＡｓ電流
拡散層２１５、上層金属コンタクト２１６、及び底層金
属コンタクト２１７を含む。

【００１９】図２の発光ダイオードの断面図と図１の伝
統的なダブルヘテロ構造は似ているが、図１のＩｎＧａ
ＡｌＰ活性層１０３の代わりに図２ではひずみノンドー
プＩｎ_y （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_1-y Ｐ／Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ多重量子ウェル２１２が設けられて
いる。ｎ^- 形光線反射層の、ＡｌＡｓ／Ａｌ_X Ｇａ_1-X
Ａｓ−或いはＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐを基礎
とする分散型ブラッグ発射層２１０はＩｎ_0.5 （Ｇａ
_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ−ＬＥＤ構造の底部に設置され、光
線を反射する。このほか、Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）
_0.5 Ｐ電流バリア層２１４は、ｐ^- 形Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐクラッド層２１３とｐ^- 形ＧａＰ、
ＡｌＧａ或いはＡｌＧａＡｓウインドウ層２１５の中間
に設けられる。

【００２０】図２中のＬＥＤ構造はほぼ０．２〜０．４
μｍケイ素ドープＧａＡｓバッファ層２０９がケイ素ド
ープ傾斜底材２０８の上に成長したものの上に成長す
る。ＧａＡｓバッファ層２０９はＧａＡｓ底材の成長表
面の光滑性と均一性を改善するのに用いられる。ＧａＡ
ｓバッファ層２０９の成長はＬＥＤ多重量子ウェル２１
２のヘテロインタフェース薄膜の良好な品質に対して必
要である。続いてＧａＡｓバッファ層２０９の上面に分
散型ブラッグ反射層２１０を成長させて、光線反射に供
する。この光線反射層の組成物質はエネルギーレベルの
禁止バンド高度において活性層２１２と非常に近似の材
質で組成される。この層の組成物質の選択には格子定数
マッチング、バンドと反射係数の差別及び個別反射層の
ドープリミットを考慮する必要がある。一般には、一つ
の、１０から２０のブラッグ反射層２１０の周囲が、光
線外部量子効率（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌｉ
ｇｈｔ）を、ブラッグ反射層を使用しない状況での一般
のＬＥＤの１．５倍に増加できる。ＡｌＡｓ／Ａｌ_xＧ
ａ_1-x Ａｓブラッグ反射層２１０の反射波の波長λは個
別反射層の厚さにより決定され、その関数関係は、ｄ＝
λ／４ｎで、ｎはブラッグ反射層２１０の各層の反射係
数である。ブラッグ反射層の目的は、活性層２１２から
の入射光線を反射することにあり、Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ
のバンドギャップは活性層２１２のバンドギャップより
大きくなければならず、これにより光線の吸収を防止す
る。

【００２１】このほか、ブラッグ反射層２１０の各層の
層と層の反射係数の差はできるだけ大きくしてブラッグ
反射層２１０に良好な再反射効率を獲得させなければな
らない。しかし、ブラッグ反射層２１０の役割は、また
高密度（≧２＊１０¹⁷／ｃｍ ² ）の伝導キャリアの電流
を伝播層に注入する機能も必要とされる。ＡｌＡｓ−底
材のブラッグ反射層にあって、ｎ^- 形ドープ濃度の本質
制限（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ）に
より、ブラッグ反射層２１０の制限は低い順方向作業バ
イアスを達成し並びにブラッグ反射層中の反射率を９０
−９５％以上の効率とすることができる。一般に、Ｉｎ
ＧａＡｌＰ−を基礎とするブラッグ反射層２１０の周期
はほぼ１０から２０の間とされる。もう一つのブラッグ
反射層２１０の使用元素はＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）
_0.5 Ｐ−底材合金とされ、それはＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡ
ｓ−底材のブラッグ反射層２１０の底材より更に高い導
電度を達成するが、却ってＧａＡｓ基板上に成長する格
子マッチングの制御性が打ち消される。

【００２２】図２中、ｎ^- 形の低層クラッド層Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ２１１は、キャリアの活性層
２１２に供給し、キャリアを活性層２１２に局限する。
ｎ^-形Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ−クラッド層
２１１中のＡｌの分子組成はだいたい０．７＜ｘ＜１と
され、且つ活性層２１２の放射波長と関係がある。ｎ ^-
形クラッド層２１１の厚さはこのキャリアの拡散長度に
較べて厚く、これによりキャリアが活性層よりクラッド
層に拡散するのを防止する。一般のｎ^- 形Ｉｎ _0.5 （Ｇ
ａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐクラッド層２１１は約０．３−
０．８μｍである。本発明中のｎ^- 形クラッド層２１１
ドープ深度の違いには、勾配の変化或いは階段式の変化
があり、キャリア密度は約５＊１０¹⁷／ｃｍ² から１＊
１０¹⁸／ｃｍ² とされる。

【００２３】本発明中、ｐ^- 形クラッド層２１３のドー
プは深度に伴い勾配或いは階段変化を現出し、キャリア
濃度は約５＊１０¹⁷／ｃｍ² から１＊１０¹⁸／ｃｍ² と
される。ＬＥＤの光出力効率とｎ^- 形とｐ^- 形クラッド
層ドープ濃度と断面には極めて大きな関係があり、正確
なＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐクラッド層のｐ−
ｎ形ドープ断面の発生する活性層内のｐｎ接合位置は、
電流注入後の活性層内の効率を有する電子と正孔の発光
性再結合に対して必須である。どのような個別注入キャ
リアのオーバフローでも、ｐｎ接合の位置の偏りとドー
プ分子の活性層内の拡散により、非発射再結合（ｎｏｎ
ｒａｄｉａｔｉｖｅ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）中
心の発生をもたらし、放射光の効率の減少を形成する。
本発明中のｐ^- 形Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐク
ラッド層２１４の低／高ドープ程度の厚度比率は約０．
１から０．３で、これにより正確なキャリア再結合を保
証し、且つクラッド層にあって大き過ぎる電圧降下或い
はキャリアオーバーフローの現象を発生しない。良好な
放射装置は、多重量子ウェルから離れたｎ^- 形とｐ^- 形
クラッド層のドープ密度が０．７５〜１＊１０¹⁸／ｃｍ
² にあり、多重量子ウェルに接近するｎ^- 形とｐ^- 形の
低層のクラッド層のドープ密度が０．４〜０．７５＊１
０¹⁸／ｃｍ² であることが必要とされる。

【００２４】ｎ^- 形Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ
クラッド層２１１に近接して、一層の歪んだＩｎ_y （Ｇ
ａ_1-X Ａｌ_X ）_1-y Ｐ／Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）
_0.5 Ｐ多重量子ウェル２１２を、ｎ形とｐ形のクラッド
層の中間に入れて活性層となす。本発明中、ＩｎＧａＡ
ｌＰは超結晶格子の多重量子ウェルとされて活性層の効
率増加と量子ウェル中のアルミニウム含有量を減少する
のに用いられる。ＬＥＤ中、量子ウェル構造は放射光の
効率を増加しうる。量子ウェルはギャップを透過するウ
ェルと比較的高いバンドギャップのバリアにより形成さ
れる。結果として、電子と正孔のエネルギー量が量子化
（局限）され、且つ電流入射方向が自由移動不能とされ
る。しかし、入射電流の垂直平面上の自由移動は可能で
且つ再結合可能である。Ｉｎ_y （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_1-y
Ｐ／Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_{0. 5} Ｐ多重量子ウェル
２１２中、伝導帯中にあって導電帯エネルギーレベルの
向上が促進され、価電子帯のキャリアが価電子帯エネル
ギーレベルを下げるのを促進する。多重量子ウェル構造
は放射光の有効波長を比較的短い波長にシフトする。こ
のため、活性層２１２中のアルミニウムの含有量は大量
に減少可能で、これにより特定の放射光入源長に対し
て、ＬＥＤの多重量子構造が非輻射再組成の生命期を増
加し、且つ光線放射の被吸収を減少する。このほか、多
重量子ウェルＩｎ _y （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_1-y Ｐ／Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ２１２の総厚度は約５０
から１５０ｎｍで、現在の応用上、図２中のヘテロ構造
活性層（２００−２５０ｎｍ）の厚さより小さい。これ
により活性層注入キャリア密度の増加と快速再結合がも
たらされる。多重量子ウェル構造はＡｌ含有量を減ら
し、輻射再組成のキャリア生命期も短縮する。これによ
り、ＬＥＤ多重量子ウェル活性層２１２量子効率は大量
に増加する。多重量子ウェル２１２中の合金のアルミニ
ウム組成分子はほぼ０から０．３の間で、対応する波長
は赤光から黄光の間とされ、それは量子ウェル２１２の
厚度と量子ウェルの数により調整される。多重量子ウェ
ル中のＡｌ組成は、バンドギャップの合金Ｉｎ_0.5 （Ｇ
ａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5Ｐ、多重量子ウェル２１２の発射光
波長とウェルの厚度に極めて大きな関連性を有する。多
重量子ウェルの厚度が減少すると、その導電帯量子化キ
ャリアが有効サブバンドを押し上げ、且つ共価電子帯量
子化キャリアが有効にサブバンドを押し下げる。多重量
子ウェル２１２の量子化帯構造はウェル厚度が１から１
０ｎｍにあって相当敏感である。結果として、エネルギ
ーレベル構造の量子化により、電子と正孔再結合時の波
長が短くなる。Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ合金
の一般の総厚度は１から１０ｎｍとされ、最も好ましい
発光効率周期は１０から５０である。一方で、発光の内
部量子効率もウェル対バリア（ウェル／抵抗）厚度比率
に関係がある。一般に効率的なキャリア再結合時に、ウ
ェルとバリアの比の値は０．７５から１．２５とされ
る。

【００２５】格子ひずみもＬＥＤ多重量子ウェル２１２
の設計の重要な考慮因子である。多重量子ウェル構造の
二軸ひずみ（ｂｉａｘｉａｌ ｓｔｒａｉｎ）は量子化
エネルギーバンド構造内にあって、価電子帯エネルギー
レベルを分裂し並びに退化させる（ｑｕａｎｔｉｚｅｄ
ｂａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）。これが薄膜エネル
ギーバンド構造と薄膜物質の光学特性と電力特性に影響
する。圧縮性と延伸性応力の両者は、ＬＥＤの発光効率
に正面から貢献する。多重量子ウェル２１２の格子に作
用する不対称の応力は、エネルギーレベル構造と価電子
帯エネルギーレベル分裂に相当する。圧縮性の二軸応力
に対して、ヘビーホールエネルギーレベルは一つのグラ
ンドステート（ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅｓ）に変化
し、このグラウンドステートは比較的低い有効質量特性
（ｌｏｗｅｒ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍａｓｓ ｃｈａｒ
ａｃｔｅｒ）を価電子帯の頂上に有する。この可圧縮の
応力は入射電流の垂直面のキャリアの運動と再結合を強
化し、並びに量子ウェル内の内部量子効果（ｉｎｔｅｒ
ｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）の増
加を形成し、一方でライトホールの伸縮性ひずみ二軸応
力に対して、グラウンドステートとされ、且つ比較的高
い有効質量を有する。伸張応力を受ける時、量子ウェル
内の有効質量は比較的大きく、電子と正孔が比較的少量
のｋ空間分布（ｐｏｏｒ ｋ−ｓｐａｃｅ）が自発性発
射係数を減少し、こうして内部量子効率を増加できる。
これにより、多重量子ウェル中の圧縮性と伸張性応力は
いずれも量子ウェル中の光線発射効率に対して貢献す
る。我々の研究によると、ＬＥＤ中のその他の構造との
ミスマッチ度が１％を超過する時、多重量子ウェルＩｎ
_y（Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_1-y Ｐ／Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X
）_0.5 Ｐ ２１２は瓦解する。ＬＥＤ生命期試験によ
ると、ヘテロ構造に作用する内部ミスフィット応力は多
重量子ウェル中で不適当な錯位の由来とされる。並びに
素子の製造、操作時に点欠陥を形成する。量子ウェル中
の光出力効率伸張或いは収縮応力が制限されるのを改善
するため、ＩｎＧａＡｌＰの多重量子ウェルとＧａＡｓ
底材間の格子ミスマッチングは０．２％から０．６％の
間とされる。本発明中、ＬＥＤの最良の出力効率は成長
方向に沿って約０．３〜０．６％の結晶ミスマッチ度で
発生する圧縮性ひずみにより得られる。

【００２６】図３はＬＥＤ多重量子ウェル構造を示し、
図中、少なくとも一つのＤＢＲ、ｎ ^- 形傾斜底材ＧａＡ
ｓ３１８上に成長した四元素化合物Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X
Ａｌ _X ）_0.5 Ｐ合金を含み、この装置は少なくともＧａ
Ａｓバッファ層３１９、ＡｌＡｓ／Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ
−、ＡｌＡｓ／Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ或い
はＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ−底材分散型ブラ
ッグ反射層（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒ
ｅｆｌｅｃｔｏｒ；ＤＢＲ）３２０、ｎ形Ｉｎ _0.5 （Ｇ
ａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ低層クラッド層３２１、ひずみＩ
ｎ_y （Ｇａ_1-XＡｌ_X ）_1-y Ｐ／Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａ
ｌ_X ）_0.5 Ｐ多重量子ウェル３２２、Ｉｎ_y （Ｇａ_1-X
Ａｌ_X ）_1-y Ｐ−底材電子反射層３２３、ｐ形Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_{1- X} Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ高層クラッド層３２４、薄い
Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5Ｐ電流バリア層３２
５、ｐ^- 形ＧａＰ或いはｐ形−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層
３２６、トップ金属コンタクト３２７、ボトム金属コン
タクト３２８で組成されている。

【００２７】図３中、薄いひずみバリア層３２５或いは
多層電子反射層３２３がｐ^- 形クラッド層３２４の上面
に挿入されてクラッド層のバリア高度を増加している。
電子反射層３２３はＯＭＶＰＥ法で成長し、非常に正確
なインタフェースコントラスト、層の厚度と組成の正確
な制御を必要とする。細いひずみバリア層３２５はエネ
ルギーレベルがクラッド層以上のエネルギーレベルを有
し且つ活性層３２２に接近する領域に設置されてキャリ
アオーバーフローしてクラッド層に流入するのを防止
し、これにより発光効率を改善する。ｐ^- 形Ｉｎ_0.5 Ａ
ｌ_0.5 Ｐ電子反射層３２３はひずみ、その位置は活性層
３２２に接近し、相当な厚度と応力を有して活性層３２
２が電子トンネル効果を発生するのを防止する。また一
方で、電子反射層３２３の超結晶構造は電子を反射する
よう設計され、その厚さは約Ｎ／４ｄｅＢｒｏｇｉｌｅ
電子波長であり、そのうちＮは奇数である。反射電子の
最大の反射率はｐ形超結晶Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）
_0.5 Ｐ／Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐの組成、厚度、周期により
調整される。電子反射層３２３中のｐドープのＩｎ_{0. 5}
（Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐとノンドープの活性層３２２
量子ウェルは同じ組成を有する。

【００２８】Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ／Ｉｎ
_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ超結晶の周期が増加し、活性層３２２の
光射出効率も増加する時、これが電子反射層３２３の反
射率増加の原因となる。しかし、このような現象は、個
別の電子反射層の厚さが２−５ｎｍの範囲内で勾配性或
いは階段性の厚度増加を有する時に特に顕著であり、複
数層の電子反射層３２３のＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）
_0.5 Ｐの厚度変化（ｇｒａｄｉｅｎｔ）は、活性層より
入射される異なる高エネルギー量電子の反射エネルギー
量を示す。このため、キャリアは勾配或いは階段の領域
に局限され並びに高い電子入射エネルギー量を有し、電
子反射層の多様性（ｖａｒｉｅｔｙ ｉｎ ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）は層の厚さの勾配性変化
により獲得される。

【００２９】本発明中、電子反射層３２３は少なくとも
一つのひずみバリアＩｎ_0.5 Ａｌ_{0. 5} Ｐを有し、続いて
活性層３２２に接近するＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）
_0.5 Ｐ／Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ超結晶構造層を有し、活性
層からのオーバーフローキャリアを反射し、ひずみバリ
アＩｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐの厚さはほぼ２０−４０ｎｍ、Ｉ
ｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ／Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ
超結晶構造周期は約１０−４０、Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａ
ｌ_X ）_0.5 Ｐ／Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ超結晶構造の厚さは
約２−５ｎｍ、Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ超結
晶構造層は、固定的、階段的或いは勾配性の厚度断面を
有する。

【００３０】図３中、多重量子ウェル３２２と電子反射
層３２３の上に、ｐ^- 形Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）
_0.5 Ｐ−高層クラッド層３２４がある。ｐ^- 形Ｉｎ_0.5
（Ｇａ _1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐクラッド層３２４の作用はキ
ャリアを活性層３２２に注入し、並びにキャリアを活性
層３２２内に限り留めることにある。Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-
X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐクラッド層３２４のＡｌ組成は約０．
７＜ｘ＜１であり、活性層３２２の発射光の波長と関係
があり、赤（６２５ｎｍ）から黄−緑（５７０ｎｍ）の
間とされる。ｐ^- 形クラッド層３２４の厚さは必ず注入
キャリアの拡散長度より大きくなければならず、これに
より活性層３２２のキャリアのクラッド層への進入を防
止する。このほか、ｐ形クラッド層３２４はｎ形クラッ
ド層３２１に較べて厚くなければならず、これは即ちＬ
ＥＤ成長過程中にあってｐ形ドープ元素例えばＺｎ或い
はＭｇの拡散性の関係による。典型的なｐ^- 形Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ低層クラッド層３２４の厚度
はほぼ０．７から１．５μｍとされる。勾配変化或いは
ツーステップ式ドープのｐ^- 形クラッド層について、本
発明中そのドープ濃度は４＊１０¹⁷／ｃｍ² から１＊１
０¹⁸／ｃｍ² とされる。ＬＥＤの光線外部効率とドープ
程度とｎ^- 形及びｐ^- 形クラッド層のドープ程度には関
係がある。Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ−３２４
中、正確なｎ^-形及びｐ^- 形クラッド層ドープ断面と活
性層３２２のｐ−ｎの正確な接合位置は有効な発光性再
結合に対して必要である。入射キャリアのオーバーフロ
ーはｐｎ接合の不整合とドープ因子の活性層非輻射中心
の形成する再結合により光線の効率を低下させる。本発
明中、勾配性ドープクラッド層のＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａ
ｌ _X ）_0.5 Ｐ ３２４は、その高／低ドープ程度の厚度
比率が約０．１から０．３とされて、クラッド層の正確
なキャリア再結合が大きな電圧下降或いはキャリアオー
バーフローを発生しないことを保証する。

【００３１】好ましい発光ダイオード装置は多重量子ウ
ェル３２２から離れたｎ^- 形とｐ^-形クラッド層が高い
ドープ濃度（０．７５から１＊１０¹⁸／ｃｍ² ）を有
し、及び多重量子ウェルに接近する低いｎ^- 形とｐ^- 形
クラッド層の低いドープ濃度（０．４から０．７５＊１
０¹⁸／ｃｍ² ）を必要とする。

【００３２】ｐ^- 形クラッド層の上に、ドープ密度がｐ
^- 形クラッド層３２４より大きい薄いＩｎ_0.5 （Ｇａ
_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ中間層３２５があり、注入キャリア
のスムーズな透過及び拡散を確保するのに用いれ、並び
にこの中間層の高伝導性を確保して電流を、その注入方
向に垂直な平面にあって有効に拡散させるため、細い中
間層３２５のＡｌ組成（ｘが０．１から０．５の間）を
ｐ形Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-XＡｌ_X ）_0.5 Ｐクラッド層３２
４より更に小さくする必要があり、並びにｐ形クラッド
層格子とマッチングさせる必要がある。厚さが約５０−
１００ｎｍで、ドープ密度がｐ形電導層より高い中間電
流拡散層３２５が、設計により注入電流垂直平面の低抵
抗チャンネルを発生する。このほか、中間層Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ ３２５が活性層３２２より
大きなバンドギャップを有し、これにより活性層３２２
の発射する光線が吸着されるのを防止する。この中間層
３２５の厚度は非常に薄く且つｐ形クラッド層３２４に
較べて高いがウインドウ層３２６に較べて低いドープ密
度を有するため、電流の成長方向のバリア層及び電流入
射成長方向垂直平面の低抵抗チャンネルとされうる。電
流拡散領域範囲が非常に大きいため、素子内注入電流密
度はが拡散面の増大により減少しうる。これがＬＥＤ光
線発射効率を高め、このようなｐ形クラッド層３２４と
活性層３２２内の電流拡散効果はＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａ
ｌ_X ）_0.5 Ｐバリア層の厚度、組成とドープ程度により
定められ、典型的なＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ
の中間層のドープ濃度はｐ形クラッド層３２４の２−４
倍で１−３＊１０¹⁸である。Ａｌ組成はこの層において
０．２−０．４の間とされる。

【００３３】Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ発光ダ
イオードに最大の機能を発揮させる経路は、ｐ形Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ層 ３２５の頂上に加え
られた一層のウインドウ層３２６である。ＧａＰ、Ａｌ
ＧａＰ或いはＡｌＧａＡｓを使用しウインドウ層とし、
並びにＬＥＤ電流の拡散機能の観念はすでに過去の文献
において研究され、且つ発表済みの特許案中にある。Ｇ
ａＰ或いはＧａＡｓＰのＬＥＤ活性層３２２に対して放
射する光は対応する可透光バンドギャップを有する。本
発明中の、ＯＭＶＰＥ法を利用したカットオフ方向＜１
１１＞角度のＧａＡｓ底材上のＬＥＤ構造は、ｐ形Ｇａ
Ｐ、ＡｌＧａＰ或いはＡｌＧａＡｓウインドウ層３２６
を含む。この観念は１９７６年のある文献中からのもの
で、エピタキシャル堆積ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ或いはそ
の他の族半導体表面にＬＰＥ或いはＣＶＤエピタキシャ
ル成長方式で堆積薄膜の平滑性を改善する。本発明中で
は、III −Ｖ族化合物例えばＧａＰ、Ａｌ_X Ｇａ_1-X Ｐ
（ｘ＜１）及びＡｌ_y Ｇａ_{1- y} Ａｓ（０．５＜ｙ）がＭ
ＯＶＰＥ法で成長させられて、ＬＥＤ放射波長が６５０
−５６５ｎｍ範囲内で鵜引導層とされて注入電流を分散
し、なぜならそれらは放射波長６５０−５６５ｎｍに対
して透明であるためである。このほか、これらの三種類
のＧａＰ、Ａｌ_X Ｇａ_1-X Ｐ（ｘ＜１）とＡｌ_y Ｇａ
_1-y Ａｓ（０．５＜ｙ）の高ドープ濃度（容量）も選択
考慮の因子の一つであり、それらはいずれもヘビードー
プ密度（＞２＊１０¹⁸／ｃｍ² ）を用いることにより比
較的広い電流拡散を達成する。ウインドウ層の入射キャ
リア（ドープ程度）が増加する時、ＬＥＤの効率も増加
する。ウインドウ層３２６中へのキャリア注入の各層表
面に平行なドープ程度も増加する。典型的なウインドウ
層３２６ドープ濃度は約３−８＊１０¹⁸／ｃｍ² の間と
される。しかし、ウインドウ層３２６ドープ程度が１＊
１０¹⁹／ｃｍ² ）より高くなると、格子欠陥が発生する
可能性があり、且つＬＥＤの生命期が低減する。このほ
か、発光効率もウインドウ層３２６の厚さと関係があ
る。ウインドウ層３２６の厚さが増加する時、比較的広
い電流拡散面積及びＬＥＤ側面から放出される光がいず
れも増加するため、ＬＥＤの出力も増加する。ヘビード
ープ程度（＞１＊１０¹⁸／ｃｍ² ）ＧａＰ、Ａｌ_X Ｇａ
_1-X Ｐ（ｘ＜０．１）とＡｌ_y Ｇａ_1-y Ａｓ（０．７＜
ｙ）且つ厚度が１０−１５μｍの間のウインドウ層が本
発明中において、６３０ｎｍ波長、輝度は６０ｍｃｄの
ＬＥＤ、５９０ｎｍ波長、輝度は１００ｍｃｄのＬＥ
Ｄ、５７２ｎｍ波長、輝度は４０ｍｃｄのＬＥＤに使用
される。

【００３４】図４はＩｎ_y （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_1-y Ｐを
基礎とし且つ勾配或いは階段式変化の（００１）格子定
数の超結晶のＬＥＤ素子構造発光ダイオードである。図
中、少なくとも一つの四元素化合物Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X
Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ合金の分散型ブラッグ反射層（ＤＢＲ）
４３１が、ｎ^- 形傾斜底材ＧａＡｓ４２９の上に成長さ
せられている。この素子は少なくとも一つのｎ形ＧａＡ
ｓバッファ層４３０、分散型ブラッグ反射層４３１、ｎ
形Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ低層クラッド層４
３２、ひずみＩｎ_y （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_1-y Ｐ／Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ多重量子ウェル４３３、
Ｉｎ_y （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_1-y Ｐ底材電子反射層４３
４、ｐ形Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ高層クラッ
ド層４３５、薄いＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ電
流バリア層４３６、勾配組成変化を有するｐ形Ｉｎ_y
（Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_1-y Ｐ合金超結晶構造４３７、ｐ形
ＧａＰ或いはｐ形ＡｌＧａＰ電流拡散層４３８、上層金
属コンタクト４３９、底層金属コンタクト４４０で組成
されている。

【００３５】図４中、一層の光線抽出層があり、この光
線抽出層は実際には三層を含み、上から下に、それぞれ
電流バリア層４３６、格子勾配層４３７及びウインドウ
層４３８とされ、光線抽出層の主要な機能は、下のｐ形
ＩｎＧａＡｌＰ層より放射された光線を阻止し、並びに
この光線を効率的に放射することにある。図４中の全体
構造は以下のようである。ｐ形Ｉｎ_y （Ｇａ_1-X Ａｌ
_X ）_1-y Ｐ（００１）格子定数の勾配或いは階段式変化
の超結晶構造４３７が、中間電流バリア層４３６とｐ形
ウインドウ層４３８の中間に置かれている。ｐ形Ｉｎ_y
（Ｇａ_1-X Ａｌ_X）_1-y Ｐの勾配組成変化を有する超結
晶４３７はＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_{0. 5} Ｐ合金４３
６とｐ形ＧａＰウインドウ層４３８の間で勾配層として
用いられる。ＧａＰウインドウ層４３８とＩｎ_0.5 （Ｇ
ａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ合金バリア層４３６の格子定数の
差は約３．６％とされ、ＧａＰ／Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａ
ｌ_X）_0.5 Ｐのヘテロ構造のしきい厚度は約５−１０ｎ
ｍの間である。これら、ＧａＰエピタキシャル層はＩｎ
_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ中間電流バリア層４３６
の上に形成されたアイランド状の結晶体とされる。この
エピタキシャル結晶アイランド結合後、このエピタキシ
ャルアイランドの合併した高密度の条紋錯位の結晶がＧ
ａＰウインドウ層４３８の上面に発生し、並びに表面の
粗さを形成する。この欠点は薄膜の品質とＬＥＤ素子の
機能を悪化させることにある。ウインドウ層内の高密度
の結晶体欠陥は光線吸収中心を形成し、並びに光線の外
部効率を減少し、及びその生命期を減少する。このほ
か、この結晶格子欠陥が工程及びパッケージ例えばワイ
ヤボンディング、コンタクトの困難を増加する。これに
より、格子ミスマッチのヘテロ構造ＧａＰ／Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐを製造する時、必ずこの以上
の点に注意する必要がある。ＩｎとＡｌの勾配変化組成
を有するｐ形Ｉｎ_y （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_1-y Ｐ超結晶４
３７を用いてのＧａＰ及びＩｎＧａＡｌＰの間の格子定
数の差異は、本発明の請求項の一部分であり、ＩｎとＡ
ｌ組成（ｘとｙ）はＩｎ_y （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_1-y Ｐ底
材超結晶構造４３７中にあって勾配変化し、厚度は０か
ら１００乃至３００ｎｍの間とされ、その成長速度はほ
ぼ０．０５から０．２μｍ／時であり、且つ１００より
大きい高いＶ／III 族比率を有する。Ｉｎ_y （Ｇａ_1-X
Ａｌ_X ）_1-y Ｐ底材勾配層４３７はｐ形Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐクラッド層４３５の２から４倍のド
ープ濃度を有する。

【００３６】以上は本発明の好ましい実施例の説明にす
ぎず、本発明の請求範囲を限定するものではなく、本発
明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも
本発明の請求範囲に属するものとする。

【００３７】

【発明の効果】本発明は一種の発光ダイオードを提供
し、特に、化合物半導体材料の発光ダイオードを提供す
る。本発明によると、多重量子ウェル構造の活性層より
光を発射し、活性層が上下二層のＩｎＧａＡｌＰと上層
のクラッド層でサンドイッチ形態に被覆される。活性層
の発光効率が発光ダイオード中で増加する光線と電子反
射層により強化される。ＩｎＧａＡｌＰのエピタキシャ
ル層がＯＭＶＰＥでＧａＡｓ底材上に傾斜角度＜１１１
＞Ａを以て成長させられ、エピタキシャル層の品質とエ
ピタキシャル層表面の平坦度及び発光効率を改善し、オ
フカット底材と低層の底材に接近するクラッド層の電性
が同じである。高層のクラッド層の上面に第２種の導電
性の光線透過層があり電流拡散層とされ、この一層が電
流拡散と発射光線の拡散に供される。この光線透過層が
バリア層と、格子勾配層及び入射光線に対してそのエネ
ルギーレベルが透明なウインドウ層を含む。

【図面の簡単な説明】

【図１】伝統的な発光ダイオードの断面表示図である。

【図２】本発明の第１実施例の発光ダイオードの断面表
示図である。

【図３】本発明の第２実施例の発光ダイオードの断面表
示図である。

【図４】本発明の第３実施例の発光ダイオードの断面表
示図である。

【符号の説明】

１０１ ｎ形ＧａＡｓ底材 １０２ ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ １０３ 活性層 １０４ ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ １０５ ｐ−ＧａＰ １０６ 上層コンタクト １０７ 底層コンタクト ２１７ 底層コンタクト ２０８ ｎ形オフカットＧａＡｓ底材 ２０９ ｎ形バッファ層 ２１０ ｎ−ＤＢＲ ２１１ ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ ２１２ 多重量子ウェル ２１３ ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ ２１４ ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ 電流
バリア層 ２１５ ｐ−ＧａＰ，ＡｌＧａＰ，又はＡｌＧａＡｓ ２１６ 上層コンタクト ３２８ 底層コンタクト ３１８ ｎ形オフカットＧａＡｓ底材 ３１９ ｎ形ＧａＡｓバッファ層 ３２０ ｎ−ＤＢＲ ３２１ ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ ３２２ 多重量子ウェル ３２３ 電子反射層 ３２４ ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ ３２５ ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ 電流
バリア層 ３２６ ｐ−ＧａＰ，ＡｌＧａＰ，又はＡｌＧａＡｓ ３２７ 上層コンタクト ４４０ 底層コンタクト ４２９ ｎ形オフカットＧａＡｓ底材 ４３０ ｎ形ＧａＡｓバッファ層 ４３１ ｎ−ＤＢＲ ４３２ ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ ４３３ 多重量子ウェル ４３４ 電子反射層 ４３５ ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ ４３６ ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ 電流
バリア層 ４３７ ｐ−Ｉｎ_y （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_1-y Ｐ 格子勾
配層 ４３８ ｐ−ＧａＰ，ＡｌＧａＰ，又はＡｌＧａＡｓ ４３９ 上層コンタクト

フロントページの続き (72)発明者 許 文士 台湾桃園縣大溪鎮中正路23巷20號 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA05 CA08 CA34 CA67

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属コンタクトベースと、 該金属コンタクトベースの上に設けられ、＜１１１＞Ａ
   角度に沿ってオフカットされ、該オフカット角度が１０
   °より大きい、第１導電型のＧａＡｓ底材と、該底材の
   上面に位置する第１導電型のＩｎＧａＡｌＰ層と、 該第１導電型のＩｎＧａＡｌＰ層の上面に位置し、原子
   順序を有さない活性層と、 該活性層の上面に位置し、その電性が第１導電型のＩｎ
   ＧａＡｌＰ層と反対である第２導電型のＩｎＧａＡｌＰ
   層と、 該第２導電型のＩｎＧａＡｌＰ層の上面に位置し、成長
   方向電流を阻止し並びに光線を拡散する光線抽出層と、 を具えたことを特徴とする、発光ダイオード。
2. 【請求項２】 前記発光ダイオードにおいて、さらに一
   つのＧａＡｓバッファ層を、底材と第１導電型のＩｎＧ
   ａＡｌＰ層の間に有することを特徴とする、請求項１に
   記載の発光ダイオード。
3. 【請求項３】 前記発光ダイオードにおいて、バッファ
   層の厚度が０．２から０．５μｍの間とされたことを特
   徴とする、請求項２に記載の発光ダイオード。
4. 【請求項４】 前記発光ダイオードにおいて、底材の上
   に位置する一つの光反射層を有し、該光反射層のドープ
   濃度が２＊１０¹⁷／ｃｍ² より大きいことを特徴とす
   る、請求項１に記載の発光ダイオード。
5. 【請求項５】 前記発光ダイオードにおいて、光反射層
   が反射波長αを有し該反射波長αが活性層の波長βに接
   近し、α＝β−５ｎｍ或いはα＝β＋５ｎｍで、且つキ
   ャリアの電性が底材と同じとされたことを特徴とする、
   請求項４に記載の発光ダイオード。
6. 【請求項６】 前記発光ダイオードにおいて、光反射層
   が、ＡｌＡｓ／Ａｌ _X1Ｇａ_1-X1Ａｓ底材（ｘ１≧０．
   ５）、Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X2Ａｌ_X2）_0.5 Ｐ底材（ｘ２≧
   ０．１）及びＡｌＡｓ／Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X2Ａｌ_X2）
   _0.5 Ｐ底材からなる群より選んだ底材の超結晶構造で組
   成されたことを特徴とする、請求項４に記載の発光ダイ
   オード。
7. 【請求項７】 前記発光ダイオードにおいて、Ａｌの組
   成ｘ１とｘ２が発射光波長が６３０ｎｍより大きいと
   き、ｘ１が０．６より小さく且つｘ２が０．１より大き
   く、発射光波長が５９０ｎｍより大きいとき、ｘ１が
   ０．７より小さく且つｘ２が０．２より大きく、発射光
   波長が５７０ｎｍより大きいとき、ｘ１が０．８より小
   さく且つｘ２が０．３より大きいことを特徴とする、請
   求項６に記載の発光ダイオード。
8. 【請求項８】 前記発光ダイオードにおいて、光反射層
   が、ＡｌＡｓ／Ａｌ _X Ｇａ_1-X Ａｓ底材、Ｉｎ_0.5 （Ｇ
   ａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ底材及びＡｌＡｓ／Ｉｎ_0.5 （Ｇ
   ａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ底材からなる群より選んだ底材の
   超結晶構造で組成され、該超結晶構造の各層と層との間
   の反射係数の差値が０．１５以上であることを特徴とす
   る、請求項６に記載の発光ダイオード。
9. 【請求項９】 前記発光ダイオードにおいて、光反射層
   と底材の格子ミスマッチ度が０．３％より小さいことを
   特徴とする、請求項４に記載の発光ダイオード。
10. 【請求項１０】 前記発光ダイオードにおいて、第１導
    電型のＩｎＧａＡｌＰ層が０．４＊１０¹⁸／ｃｍ² から
    １＊１０¹⁸／ｃｍ² の間で勾配性変化のドープ濃度を有
    することを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオー
    ド。
11. 【請求項１１】 前記発光ダイオードにおいて、ドープ
    濃度が少なくとも一つの高／低ドープ濃度厚度比の比率
    を０．１から０．５の間に有することを特徴とする、請
    求項１０に記載の発光ダイオード。
12. 【請求項１２】 前記発光ダイオードにおいて、活性層
    が少なくとも一つのひずみＩｎ_y （Ｇａ_1-X1Ａｌ_X1）
    _1-y Ｐ／Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X2Ａｌ_X2）_0.5 Ｐ多重量子ウ
    ェル構造を有し、この多重量子ウェル構造のＩｎ_y （Ｇ
    ａ_1-X1Ａｌ_X1） _1-y Ｐ＜００１＞格子定数がオフカット
    底材ＧａＡｓ＜００１＞格子定数より０．２％から０．
    ６％大きいことを特徴とする、請求項１に記載の発光ダ
    イオード。
13. 【請求項１３】 前記発光ダイオードにおいて、ひずみ
    多重量子ウェル層と層の間の厚度比が０．７５−１．２
    ５の間とされたことを特徴とする、請求項１２に記載の
    発光ダイオード。
14. 【請求項１４】 前記発光ダイオードにおいて、電子反
    射層中にあってＩｎ _0.5 Ａｌ_0.5 Ｐバリア層を、活性層
    の上に有し、該バリア層の厚度が２０−４０ｎｍの間と
    されたことを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオ
    ード。
15. 【請求項１５】 前記発光ダイオードにおいて、電子反
    射層中に少なくともＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ
    ／Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ超結晶構造を、活性層と第２導電
    型のＩｎＧａＡｌＰ層の間に有することを特徴とする、
    請求項１４に記載の発光ダイオード。
16. 【請求項１６】 前記発光ダイオードにおいて、電子反
    射層が固定、階段及び勾配変化の成長層から選択して組
    み合わせてなり、各層の厚度が２−５ｎｍとされること
    を特徴とする、請求項１４に記載の発光ダイオード。
17. 【請求項１７】 前記発光ダイオードにおいて、第１導
    電型のＩｎＧａＡｌＰ層が勾配性変化を有し、この勾配
    性変化断面が０．４＊１０¹⁸／ｃｍ² から１＊１０¹⁸／
    ｃｍ² の間とされたことを特徴とする、請求項４に記載
    の発光ダイオード。
18. 【請求項１８】 前記発光ダイオードにおいて、勾配性
    変化断面の低／高ドープ濃度厚度比の比率が０．１から
    ０．５の間とされたことを特徴とする、請求項１７に記
    載の発光ダイオード。
19. 【請求項１９】 前記発光ダイオードにおいて、活性層
    が少なくとも一つのひずみＩｎ_y （Ｇａ_1-X1Ａｌ_X1）
    _1-y Ｐ／Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_1-X2Ａｌ_X2）_0.5 Ｐ多重量子ウ
    ェル構造を有し、このＩｎ_y （Ｇａ_1-X1Ａｌ_X1）_1-y Ｐ
    ウェルが有する＜００１＞格子定数がオフカット底材Ｇ
    ａＡｓ＜００１＞格子定数より０．２％から０．６％大
    きいことを特徴とする、請求項１８に記載の発光ダイオ
    ード。
20. 【請求項２０】 前記発光ダイオードにおいて、ひずみ
    多重量子ウェルの層と層の間の厚度比が０．７５から
    １．２５の間とされたことを特徴とする、請求項１９に
    記載の発光ダイオード。
21. 【請求項２１】 前記発光ダイオードにおいて、電子反
    射層を有し、この電子反射層が、Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐバ
    リア層を、活性層の上面に有し、該バリア層の厚度が約
    ２０から４０ｎｍの間とされたことを特徴とする、請求
    項１９に記載の発光ダイオード。
22. 【請求項２２】 前記発光ダイオードにおいて、電子反
    射層中に少なくともＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ
    ／Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ超結晶構造を、活性層と第２導電
    型のＩｎＧａＡｌＰ層の間に有することを特徴とする、
    請求項２１に記載の発光ダイオード。
23. 【請求項２３】 前記発光ダイオードにおいて、電子反
    射層が固定、階段及び勾配変化の成長層から選択して組
    み合わせてなり、各層の厚度が２−５ｎｍとされること
    を特徴とする、請求項２１に記載の発光ダイオード。
24. 【請求項２４】 前記発光ダイオードにおいて、発光ダ
    イオードがＯＭＶＰＥを利用して反応炉中で７５０より
    小さい温度下で成長させられることを特徴とする、請求
    項２１に記載の発光ダイオード。
25. 【請求項２５】 前記発光ダイオードにおいて、光線抽
    出層が少なくも、 第２導電型のＩｎＧａＡｌＰ層上面に形成されて、少な
    くとも第２導電型と同性のＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）
    _0.5 Ｐ層を具え、厚さが１０−１００ｎｍとされる、電
    流バリア層と、 該電流バリア層の上面に位置し、電流バリア層とその上
    の一層との格子定数の差異性を緩和する、勾配層と、 該勾配層の上面に位置して電流拡散機能を有する、ウイ
    ンドウ層と、 を有することを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイ
    オード。
26. 【請求項２６】 前記発光ダイオードにおいて、電流バ
    リア層が、少なくとも、第２導電型のＩｎ_0.5 （Ｇａ
    _1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ層を有し、この第２導電型のＩｎ
    _0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5 Ｐ層のドープ密度が第１導
    電型のＩｎＧａＡｌＰ層のドープ密度の２−４倍高いこ
    とを特徴とする、請求項２５に記載の発光ダイオード。
27. 【請求項２７】 前記発光ダイオードにおいて、第２導
    電型の電流バリア層のＩｎ_0.5 （Ｇａ_1-X Ａｌ_X ）_0.5
    Ｐのアルミニウム分子成分組成ｘが０．１から０．５の
    間とされたことを特徴とする、請求項２５に記載の発光
    ダイオード。
28. 【請求項２８】 前記発光ダイオードにおいて、三層を
    含む光線抽出層のエネルギーレベルが活性層のエネルギ
    ーレベルより高いことを特徴とする、請求項２５に記載
    の発光ダイオード。
29. 【請求項２９】 前記発光ダイオードにおいて、勾配層
    のドープ濃度が、ウインドウ層と第２導電型のバリア層
    の間とされたことを特徴とする、請求項２５に記載の発
    光ダイオード。
30. 【請求項３０】 前記発光ダイオードにおいて、ウイン
    ドウ層のドープ濃度の階段式或いは勾配式変化が２＊１
    ０¹⁸／ｃｍ² から８＊１０¹⁸／ｃｍ² の間とされたこと
    を特徴とする、請求項２５に記載の発光ダイオード。
31. 【請求項３１】 前記発光ダイオードにおいて、ウイン
    ドウ層のウインドウ層／クラッド層界面に接近するドー
    プ濃度が、ウインドウ層／クラッド層界面より離れたド
    ープ用度より低いことを特徴とする、請求項３０に記載
    の発光ダイオード。