JP2002359396A

JP2002359396A - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP2002359396A
Application number: JP2001166741A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Maruyama; 剛丸山; Kazuhisa Ishii; 和久石井; Masaru Sasakura; 賢笹倉; Shiyoutarou Tomita; 尚太郎富田; Keizo Kawaguchi; 恵蔵川口
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】光取り出し効率を高めることが可能な面発光
型の半導体発光装置を提供する。【解決手段】支持基板の主面上に、発光積層構造が形
成されている。発光積層構造は、半導体材料からなる下
部クラッド層、活性層、及び上部クラッド層の３層を含
む。下部クラッド層及び上部クラッド層のバンドギャッ
プが活性層のバンドギャップよりも大きい。発光積層構
造の上に電流拡散層が配置されている。電流拡散層のバ
ンドギャップは、上部クラッド層のバンドギャップより
も小さく、活性層の発光波長に対応するエネルギよりも
大きい。電流拡散層の上面のうち一部の領域上に第１の
電極が形成されている。第１の電極は、電流拡散層にキ
ャリアを注入する。第２の電極が、第１の電極から注入
されるキャリアとは反対の電荷を有するキャリアを活性
層内に注入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光装置に
関し、特に光の取り出し効率を高めるのに適した面発光
型の半導体発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンを用いたフォトダイオードの受
光感度が高い赤外波長領域（波長９２０ｎｍ以下の赤外
領域）の光を出力する面発光型素子として、Ｚｎドープ
のＧａＡｓ層をＡｌＧａＡｓ層で挟んだダブルへテロ型
発光ダイオードが知られている。このＧａＡｓ層のＺｎ
濃度を高めることにより、発光ダイオードの遮断周波数
を高めることができる。ところが、Ｚｎ濃度を高める
と、発光出力が低下してしまう。

【０００３】また、電極と発光層との間に介在する半導
体層が薄いと、電極が配置された部分に電流が集中し、
その部分に偏って発光が生ずる。電極直下の部分で発生
した光は、電極によって遮蔽されるため、外部に取り出
されない。このため、光の取り出し効率が低下する。電
極と発光層との間に挿入された半導体層の電気抵抗を下
げれば、電流が面内方向に拡散しやすくなり、発光領域
が広がる。半導体層の電気抵抗を下げるためには、不純
物濃度を高めればよいが、この方法では十分な光取り出
し効率を得ることが困難であることがわかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光取
り出し効率を高めることが可能な面発光型の半導体発光
装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、半導体材料からなり、物理的支持力を有する支持基
板と、前記支持基板の主面上に形成され、半導体材料か
らなる下部クラッド層、活性層、及び上部クラッド層の
３層を含み、該下部クラッド層及び上部クラッド層のバ
ンドギャップが該活性層のバンドギャップよりも大きい
発光積層構造と、前記発光積層構造の上に配置され、前
記上部クラッド層のバンドギャップよりも小さく、前記
活性層の発光スペクトルのピークを与える波長に対応す
るエネルギよりも大きなバンドギャップを有する半導体
材料で形成された電流拡散層と、前記電流拡散層の上面
のうち一部の領域上に形成され、該電流拡散層にキャリ
アを注入する第１の電極と、前記第１の電極から注入さ
れるキャリアとは反対の電荷を有するキャリアを、前記
活性層内に注入するための第２の電極とを有する半導体
発光装置が提供される。

【０００６】第１の電極から電流拡散層を経由して活性
層にキャリアが注入される。電流が電流拡散層内を流れ
るとき、基板の面内方向に拡散する。このため、活性層
の広い領域にキャリアが注入され、広い領域で発光が生
ずる。このため、第１の電極に遮光されることなく、外
部に取り出される光が増加し、光取り出し効率を高める
ことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の実施例による半
導体発光装置の断面図を示す。高濃度層２と低濃度層３
との２層から支持基板４が構成されている。支持基板４
は、Ｚｎがドープされたｐ型のＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓで形
成されている。高濃度層２のＺｎ濃度は１×１０¹⁸ｃｍ
^-3であり、低濃度層３のＺｎ濃度は５×１０¹⁷ｃｍ^-3で
ある。また、高濃度層２の厚さは４０μｍであり、低濃
度層３の厚さは１５０μｍである。

【０００８】低濃度層３の表面上に有機金属化学気相成
長（ＭＯＣＶＤ）により、ＡｌＧａＡｓバッファ層５か
らＧａＡｓコンタクト層１２までの各層が形成されてい
る。バッファ層５は、Ｚｎがドープされたｐ型のＡｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ａｓで形成され、その厚さは０．２μｍ、そ
のＺｎ濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

【０００９】下部クラッド層６は、Ｚｎがドープされた
ｐ型のＡｌ_0.32Ｇａ_0.68Ａｓで形成され、その厚さは
０．５μｍ、そのＺｎ濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3である。
下部キャリア閉込層（ＣＣＬ層）７は、不純物を意図的
にドープしていないＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ａｓで形成され、
その厚さは２〜１９０ｎｍである。下部キャリア閉込層
７のＺｎのバックグラウンド濃度は５×１０¹⁶〜１×１
０¹⁷ｃｍ^-3であった。

【００１０】歪量子井戸層（活性層）８は、ＩｎＧａＡ
ｓで形成され、その厚さは２．４〜１５ｎｍ、Ｉｎ組成
比は０．１２〜０．２５である。上部キャリア閉込層９
は、不純物を意図的にドープしていないＡｌ_0.18Ｇａ
_0.82Ａｓで形成され、その厚さは２〜１９０ｎｍであ
る。上部キャリア閉込層９のＳｉバックグラウンド濃度
は５×１０¹⁶〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3であった。上部クラッ
ド層１０は、Ｓｉがドープされたｎ型のＡｌ_0.32Ｇａ
_0.68Ａｓで形成され、その厚さは５．５μｍ、そのＳｉ
濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

【００１１】電流拡散層１１は、Ｓｉがドープされたｐ
型のＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ａｓで形成され、その厚さは４．
５μｍ、そのＳｉ濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3である。コン
タクト層１２は、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＡｓで
形成され、その厚さは０．１μｍ、そのＳｉ濃度は２×
１０¹⁸ｃｍ^-3である。

【００１２】コンタクト層１２の上面の一部の領域上
に、下から順番にＮｉ層、Ｇｅ層、及びＡｕ層が積層さ
れたｎ側電極１５が形成されている。ｎ側電極１５は、
リフトオフ法により所望の平面形状とされる。ｎ側電極
１５の平面形状については、後に図２を参照して説明す
る。支持基板４の一部を構成する高濃度層２の表面上
に、支持基板４側から順番にＡｕ層とＡｕＺｎ合金層と
が積層されたｐ側電極１６が形成されている。ｐ側電極
１６は、リフトオフ法により例えばハニカム形状とされ
る。

【００１３】図２（Ａ）に、図１に示した半導体発光装
置の平面図を示す。基板の法線に沿って見たときの半導
体発光装置の形状は、ほぼ正方形である。コンタクト層
１２の上面に、ｎ側電極１５が形成されている。ｎ側電
極１５は、コンタクト層１２のほぼ中央に配置された円
形部１５Ａ、及び円形部１５Ａから正方形の頂点に向か
って延びた４本の直線部１５Ｂにより構成される。

【００１４】図２（Ｂ）に、図１に示した半導体発光装
置の平面図の他の例を示す。図２（Ｂ）に示した例で
は、円形部のみによってｎ側電極１５が構成される。

【００１５】ｎ側電極１５の形状として、図２（Ａ）及
び図２（Ｂ）のいずれを採用するかは、光の取り出し効
率の観点から決定され得る。例えば、図２（Ａ）の電極
形状は、図２（Ｂ）のものに比べて、歪量子井戸層８で
発生し、ｎ側電極１５側に向かって伝搬する光を遮蔽し
てしまう面積が大きくなるが、電流を面内方向に拡散さ
せるという点では、図２（Ｂ）のものよりも優れてい
る。なお、ｎ側電極１５を、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示
した平面形状以外の形状にしてもよい。

【００１６】次に、図３を参照して、上記実施例による
半導体発光装置に用いられている下地基板４の製造方法
について説明する。

【００１７】図３（Ａ）に示したＧａＡｓからなる仮の
基板１を準備する。仮の基板１の主面は、ＧａＡｓの
（１００）面である。また、仮の基板１にはＺｎがドー
プされてｐ型導電性が付与されており、その濃度は２〜
５×１０¹⁹ｃｍ^-3である。

【００１８】仮の基板１の主面上に、液相エピタキシャ
ル成長（ＬＰＥ）により、Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓからなる
厚さ４０μｍの高濃度層２及び厚さ１５０μｍの低濃度
層３を順番に成長させる。この２層が支持基板４とな
る。ＬＰＥには、主として温度差法と徐冷法があるが、
ここでは、温度差法を採用する。温度差法を採用するこ
とにより、支持基板４のＡｌ組成比をほぼ均一にするこ
とができる。成長装置として、例えばスライドボート型
のものを用いることができる。高濃度層２及び低濃度層
３には、それぞれＺｎ濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3及び５×
１０¹⁷ｃｍ^-3になるように、成長中にＺｎがドープされ
る。

【００１９】用いた成長用溶液は、Ｇａ溶媒中にＧａＡ
ｓ、Ａｌ及びＺｎを溶解させたものである。メルト槽内
に満たされた成長用溶液の上下方向の温度勾配は、約５
℃／ｃｍであり、種結晶が接触する成長用溶液下部の温
度が約８３０〜８５０℃である。なお、成長用溶液下部
の温度及び温度勾配は、成長中ほぼ一定に保持される。

【００２０】図３（Ｂ）に示す状態に至るまでの工程を
説明する。図３（Ａ）に示したＧａＡｓの仮の基板１を
エッチングして除去する。これにより、支持基板４のみ
が残る。ＧａＡｓからなる仮の基板１は、アンモニア水
と過酸化水素水とを体積比で２０：１に混合したエッチ
ング液を用いてエッチングすることができる。なお、ア
ンモニア水の濃度は２８重量％であり、過酸化水素水の
濃度は３１重量％である。

【００２１】次に、低濃度層３の表面を研削し、凹凸を
少なくする。さらに、研削された表面を研磨して加工ダ
メージを除去した後、化学機械研磨（ＣＭＰ）による最
終仕上げを行う。一般に、温度差法で成長させた半導体
層は、徐冷法で成長させた半導体に比べて、表面の平坦
性が悪い。ＣＭＰによる最終仕上げを行うことにより、
表面の平坦性を高めることができる。ここまでの工程
で、支持基板４が得られる。

【００２２】ｎ側電極１５とｐ側電極１６との間に順方
向バイアスを印加し、歪量子井戸層８にキャリアを注入
することにより、赤外領域（波長８００〜９２０ｎｍ）
の発光を生じさせることができる。

【００２３】上記実施例では、ＡｌＧａＡｓからなる支
持基板４が、物理的支持力を有する基板となるととも
に、ＭＯＣＶＤの種結晶となる。基板材料としてＧａＡ
ｓを用いていないため、図１に示したコンタクト層１２
側からのみならず、支持基板４側からも光を取り出すこ
とができる。なお、コンタクト層１２は、後のチップ化
工程における酸処理で除去されるため、光の取り出しの
障害にはならない。歪量子井戸層８の発光スペクトルの
ピークを与える波長が、仮の基板１を形成する半導体材
料のバンドギャップに相当する波長よりも短い場合に、
特に、仮の基板１を除去する効果が高い。

【００２４】また、下部キャリア閉込層７、歪量子井戸
層８及び上部キャリア閉込層９がＭＯＣＶＤで形成され
ている。このため、これらの層をＬＰＥで形成する場合
に比べて、膜厚の均一性を高めることができ、高い発光
効率を実現することが可能になる。なお、ＭＯＣＶＤの
代わりに分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）を用いて
もよい。

【００２５】図４に、支持層４の（４００）面のＸ線ロ
ッキングカーブの半値幅と出力維持率との関係を示す。
横軸はＸ線ロッキングカーブの半値幅を単位「逆セカン
ト（ａｒｃｓｅｃ）」で表し、縦軸は出力維持率を単
位「％」で表す。出力維持率は、初期状態の光出力を基
準としたときの、１０００時間通電後の光出力の相対値
である。

【００２６】支持層４のＸ線ロッキングカーブの半値幅
は、支持層４の研削、研磨、及びＣＭＰ条件によって変
動する。例えば、研削時のグラインダ粒度を細かくする
と、研削による結晶性の低下を抑制することができる。

【００２７】Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が増大する
に従って出力維持率が低下していることがわかる。一般
的に、出力維持率７０％以上を確保することが望まれ
る。このために、支持層４の（４００）面のＸ線ロッキ
ングカーブの半値幅の逆セカントが１００以下になるよ
うにすることが好ましい。

【００２８】図５（Ａ）の右図は、深さ方向に関するＡ
ｌ組成比の分布を示す。横軸は、支持層４の表面からの
深さを単位「μｍ」で表し、右縦軸はＡｌ組成比を表
す。なお、上記実施例では、支持層４のＡｌの組成比を
０．２としたが、図５（Ａ）に示されている試料は、Ａ
ｌ組成比が０．２８になるように制御されたものであ
る。温度差法で成長させると、成長最表面の温度がほぼ
一定に保たれるため、Ａｌ組成比をほぼ一定にすること
ができる。

【００２９】図５（Ｂ）の左図は、活性層８の発光スペ
クトルの一例を示す。縦軸は波長を表し、その目盛は、
右図の縦軸のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＡｓのバンド
ギャップ相当の波長に対応する。横軸は発光強度を表
す。発光スペクトルのほとんどの部分が、支持層４のＡ
ｌ組成比０．２８に対応する波長よりも長波長側に位置
する。このため、活性層４で発光した光は、支持層４に
ほとんど吸収されることなく、支持層４を透過する。こ
のため、支持層４側に光を効率的に取り出すことができ
る。

【００３０】図５（Ｂ）に、比較例として、徐冷法でＡ
ｌＧａＡｓ層を成長させた場合のＡｌ組成比の分布を示
す。徐冷法を用いると、成長最表面の温度が変動するた
め、Ａｌ組成比も変動する。ある温度まで低下した後再
加熱すると、Ａｌ組成比が不連続に変化する。このた
め、Ａｌ組成比の分布が三角波状になる。このため、例
えばＡｌ組成比が０．２８になるように制御しても、組
成比が０．２８以下になる部分も現れる。Ａｌ組成比が
０．２８以下の部分は、活性層８から放出された光のう
ち一部（図５（Ｂ）の発光スペクトルのＬの部分）を吸
収してしまう。このため、支持層４側への光の取り出し
効率が低下してしまう。

【００３１】また、Ａｌ組成比が不連続に変化する部分
に、ポテンシャルの低い領域が現れ、ここにキャリアが
蓄積される。この蓄積されたキャリアは、高速動作を阻
害する要因になる。さらに、Ａｌ組成比の大きな領域
は、相対的に電気抵抗が高くなるため、素子全体の抵抗
を高くしてしまう。

【００３２】上述のように、発光素子を形成するための
基板として使用する支持層４は、厚さ方向におけるＡｌ
組成比の変化が小さく、相対的に素子全体の抵抗を下げ
ることが可能な温度差法で成長させることが好ましい。

【００３３】また、支持基板４上に発光積層構造を再成
長させる前に、支持基板４に自然酸化膜除去処理を施す
ことが、素子全体の抵抗を下げるうえで好ましい。自然
酸化膜除去処理として、上記の実施例では、厚さ方向に
おけるＡｌ組成比の変化がほとんどないように作製した
高濃度層２を設けた支持基板４を用い、前述したＣＭＰ
による最終仕上げを行った後に次のような処理を行っ
た。

【００３４】支持基板４の表面を有機溶剤による洗浄、
水洗、濃塩酸による洗浄、及び水洗を順番に行う。硫酸
と過酸化水素水と水とが、体積比で５：１：１に混合さ
れた水溶液に支持基板４を浸漬させ、表面のダメージ層
を除去する。なお、用いた硫酸は濃度９６重量％、過酸
化水素水は濃度３１重量％のものである。

【００３５】次に、下記に示す手順で、支持基板４の表
面に形成されている自然酸化膜除去処理を行う。なお、
下記の手順は、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気にされた
グローブボックス中で行われる。

【００３６】まず、支持基板４を、３重量％の塩酸に約
１分間浸漬させる。これにより、支持基板４の表面に形
成されている自然酸化膜が除去されると考えられる。な
お、塩酸に浸漬させる代わりに、支持基板４の酸化物を
除去することができる雰囲気に支持基板４を晒してもよ
い。例えば、塩酸以外のハロゲン化水素の水溶液に浸漬
させてもよいし、水素プラズマやアルゴンプラズマに晒
してもよい。

【００３７】塩酸から支持基板４を取り出した後、水洗
することなく、支持基板４の表面に残っている塩酸を、
イソプロピルアルコール等のアルコール類で置換する。
支持基板４の表面に窒素ガスを吹き付け、アルコールを
除去する。

【００３８】支持基板４を、大気に晒すことなく有機金
属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）の成長炉内に配置する。
成長炉内に水素ガスを満たし、圧力を０．１気圧とし、
温度７５０℃で５分〜１時間の成長前熱処理を行う。こ
の熱処理により、支持基板４の表面に残っている自然酸
化膜が除去されると考えられる。なお、水素の代わり
に、アルシン等の他の還元性雰囲気中で成長前熱処理を
行ってもよい。

【００３９】また、上述の実施例で採用した自然酸化膜
除去手順を種々変更して、試料＃１〜＃６を作製した。
なお、電流拡散層１１を含む他の発光積層構造の構成は
実施例と同一である。

【００４０】図６（Ａ）に、試料＃１〜＃６で採用され
た自然酸化膜除去手順、及び各試料の残留酸素面密度及
び光出力維持率を示す。試料＃６が、上述の実施例の手
順を採用したものである。試料＃５は、成長炉中での成
長前熱処理を行わなかったものである。試料＃４は、自
然酸化膜除去処理を大気中で行い、かつ成長前熱処理を
行わなかったものである。

【００４１】試料＃３は、支持基板４を塩酸から取り出
した後、アルコール置換を行う前に水洗し、成長前熱処
理を行わなかったものである。試料＃２は、試料＃３の
自然酸化膜除去処理と同一の処理を大気中で行ったもの
である。試料＃１は、自然酸化膜除去処理を行わなかっ
たものである。

【００４２】光透過維持率は、当初の光出力に対する１
０００時間通電後の光出力の比である。なお、各試料
は、一辺が３７０μｍの正方形状であり、バイアス電流
は１００ｍＡとした。

【００４３】図６（Ａ）に示した測定結果の評価を行う
前に、図７を参照して、残留酸素面密度の計算方法を説
明する。

【００４４】図７は、ある試料の深さ方向の不純物濃度
の２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）結果を示す。横軸は
深さ方向の位置を単位「μｍ」で表し、左縦軸は、炭素
原子、酸素原子、及び塩素原子の濃度を単位「原子／ｃ
ｍ³」で表し、右縦軸は、Ａｌの２次イオン強度を単位
「カウント／秒」で表す。なお、図２に示した実施例で
は、図２（Ａ）に示したＧａＡｓ仮基板１は既に除去さ
れているが、図７の測定対象試料には、ＧａＡｓ仮基板
が残されている。

【００４５】深さ約０．２８μｍの位置で、Ａｌの２次
イオン強度が急峻に立ち上がっている。この位置が、Ｇ
ａＡｓ基板と、その表面上にＬＰＥにより成長されたＡ
ｌ_0. ₃₇Ｇａ_0.63Ａｓ支持層との界面に相当する。深さ
１．３８μｍの位置に、Ａｌの２次イオン強度の立ち下
がりが観測される。この位置が、ＡｌＧａＡｓ支持層
と、その上にＭＯＣＶＤにより成長されたＡｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ａｓ層との界面に相当する。支持層とＡｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ａｓ層との界面に、酸素濃度のピークが現れてい
る。残留酸素面密度は、この界面の酸素濃度のピーク波
形の面積で表される。次に、図８を参照して、ピーク波
形の面積の求め方を具体的に説明する。

【００４６】図８は、酸素濃度のピークの一例を示す。
横軸は深さｘを単位「ｃｍ」で表し、縦軸は酸素濃度を
単位「原子／ｃｍ³」で表す。酸素濃度のバックグラウ
ンドレベルをＣ₀とし、酸素濃度のピークと、バックグ
ラウンドレベルとの交点を、ｘ₁及びｘ₂（ｘ₁＜ｘ₂）と
する。酸素濃度のピーク波形が関数Ｃ（ｘ）で表される
場合、残留酸素面密度σは、

【００４７】

【数１】で表される。

【００４８】図６に戻って説明を続ける。図６（Ｂ）
は、横軸を残留酸素面密度とし、縦軸を光出力維持率と
した場合の６個の試料の散布図を示す。通常、光出力維
持率は０．７以上とすることが望まれる。従って、残留
酸素面密度を１×１０¹⁴ｃｍ^-2以下とすることが好まし
い。なお、残留酸素面密度が２．２×１０¹³ｃｍ^-2以上
になると、光出力維持率が急激に低下してしまう。この
ため、残留酸素面密度を２．２×１０¹³ｃｍ^-2以下とす
ることがより好ましい。

【００４９】試料＃３と＃５とを対比すると、支持基板
を塩酸に浸漬させた後アルコール置換を行う前に、水洗
を行うと、残留酸素面密度が多くなることがわかる。こ
れは、水洗により、支持基板の表面に新たに自然酸化膜
が形成されてしまうためと考えられる。従って、アルコ
ール置換前に水洗を行わないことが好ましい。

【００５０】また、試料＃４と＃５とを対比すると、自
然酸化膜除去処理を窒素雰囲気中で行う方が、大気中で
行う場合に比べて、残留酸素面密度を低減できることが
わかる。また、試料＃５と＃６とを対比すると、ＡｌＧ
ａＡｓ層をＭＯＣＶＤでエピタキシャル成長させる前
に、水素雰囲気中で成長前熱処理を行うことにより、残
留酸素面密度をさらに低減できることがわかる。なお、
アルシン等の水素ガス以外の還元性ガス雰囲気中で熱処
理を行ってもよい。この場合には、熱処理温度を、水素
の解放が始まる温度（例えば、アルシンでは約４００
℃）以上とし、大量のガスを供給するとよい。また、成
長前熱処理の効果をより高めるために、水素等の還元性
雰囲気中での熱処理温度をＭＯＣＶＤによる成長温度よ
りも高くすることが好ましい。特に、支持基板４とその
上に再成長させる層との界面の残留酸素濃度密度を１×
１０¹⁴ｃｍ^-2以下とすると、素子全体の抵抗を下げ、寿
命を長くすることが可能になる。

【００５１】次に、図９を参照して、電流拡散層１１の
好ましい構成について説明する。図２に示した半導体発
光装置の平面図の面積、すなわち基板法線に沿って見た
ときの歪量子井戸層８の面積をＳ［ｍｍ²］、電流拡散
層１１の厚さをｄ［ｍｍ］としたとき、図９の横軸はｄ
／Ｓを表し、縦軸は、規格化光出力を不定単位で表す。
図中の三角記号、四角記号、及び菱形記号は、それぞれ
平面図の一辺の長さが２７０μｍ、３７０μｍ、及び５
００μｍの半導体発光装置の規格化光出力を示す。ここ
で、規格化光出力は、一辺の長さが等しい試料群のうち
ｄ／Ｓの最も小さな試料の光出力を１としたときの相対
値で表される。なお、支持基板４は、厚さ方向における
Ａｌ組成比の変化が上述した図５（Ｂ）のようにほとん
ど観察されない温度差法で作製されたものである。ま
た、支持基板４とその上に再成長する層との界面の残留
酸素面密度を１×１０¹⁴ｃｍ^-2以下として、上記実施例
と同一の発光積層構造が作製されている。

【００５２】面積Ｓに対する厚さｄの比ｄ／Ｓが大きく
なるに従って、光出力が大きくなっていることがわか
る。これは、電流拡散層１１が厚くなるに従って電流が
より広く拡散し、発光領域が広がったためである。ｄ／
Ｓが０．０１ｍｍ^-1を超えると、光出力の増加傾向が弱
まる。特に、ｄ／Ｓが０．０３ｍｍ^-1を超えると、それ
以上電流拡散層１１を厚くしても、光出力はほとんど増
加しない。これは、既に電流が十分拡散され、全領域で
十分な強度の発光が生じているためと考えられる。この
ため、ｄ／Ｓを０．０１ｍｍ^-1以上とすることが好まし
く、０．０３ｍｍ ^-1以上とすることがより好ましい。

【００５３】上記実施例では、電流拡散層１１として、
上部クラッド層１０のバンドギャップよりも小さなバン
ドギャップを有する半導体材料で形成した。これによ
り、電流拡散層１１の抵抗率が低下し、電流を拡散させ
ることが可能になった。なお、電流拡散層１１を、上部
クラッド層１０と同一の半導体材料で形成し、その不純
物濃度を高めることによっても低抵抗化を図ることがで
きる。ところが、不純物濃度を高めると、光の透過率が
低下してしまうことがわかった。上記実施例のように、
不純物濃度を高めることなく、電流拡散層１１の抵抗率
を低下させることにより、光の取り出し効率を高めるこ
とが可能になる。

【００５４】上記実施例の場合には、支持基板４が物理
的支持力を有する程度の厚さにされている。厚い支持基
板４が電流拡散層として働くため、歪量子井戸層８とｐ
側電極１６との間には、ｎ側の電流拡散層１１に相当す
る半導体層を挿入する必要はない。支持基板４の背面
（ｐ側電極１６が形成されている面）から歪量子井戸層
８までの厚さが、電流拡散層１１の上面から歪量子井戸
層８までの厚さよりも厚い場合に、電流拡散層１１を挿
入する効果が高い。

【００５５】図１に示した支持基板４側のｐ側電極はハ
ニカム形状であり、支持基板４の底面のほぼ全面に形成
されている。ｐ側電極は、底面のほぼ全面に形成する必
要はなく、底面の一部の領域に形成し、ｐ側電極の周辺
領域から光を取り出すようにしてもよい。この場合、支
持基板４の背面から歪量子井戸層８までを厚くすること
による効果が大きい。

【００５６】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
クラッド層と電極との間に、クラッド層よりもバンドギ
ャップの小さな半導体材料で形成された電流拡散層を挿
入することにより、電流を面内方向に拡散させることが
できる。これにより、電極が配置されていない領域まで
発光領域が十分広がり、光の取り出し効率を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による半導体発光装置の断面図
である。

【図２】電流拡散層側の電極の平面図である。

【図３】支持基板の作製方法を説明するための基板の断
面図である。

【図４】支持基板のＸ線ロッキングカーブの半値幅と、
半導体装置の出力維持率との関係を示すグラフである。

【図５】図５（Ａ）は、実施例による方法で作製した支
持基板のＡｌ組成比の分布、及び発光スペクトルを示す
グラフであり、図５（Ｂ）は、比較例による方法で作製
した支持基板のＡｌ組成比の分布、及び発光スペクトル
を示すグラフである。

【図６】実施例及び比較例による各試料の酸化膜除去手
順、残留酸素面密度、及び光出力維持率を示す図表、及
び横軸を残留酸素面密度とし縦軸を光出力維持率とした
場合の各試料の散布図である。

【図７】ＧａＡｓ基板上にＬＰＥによりＡｌＧａＡｓ層
を成長させ、その上にＭＯＣＶＤにより他のＡｌＧａＡ
ｓ層を成長させた積層構造のＳＩＭＳ分析結果を示すグ
ラフである。

【図８】残留酸素面密度の求め方を説明するための酸素
濃度のピークの例を示すグラフである。

【図９】半導体発光装置の基板法線方向に沿って見たと
きの活性層の面積に対する電流拡散層の厚さの比と、光
出力との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ｐ型ＧａＡｓ仮基板２ｐ型ＡｌＧａＡｓ高濃度層３ｐ型ＡｌＧａＡｓ低濃度層４支持基板５ｐ型ＡｌＧａＡｓバッファ層６ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層７ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部キャリア閉込層８ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層９ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部キャリア閉込層１０ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１１ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流拡散層１２ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１５ｎ側電極１６ｐ側電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笹倉賢東京都目黒区中目黒２−９−13 スタンレー電気株式会社内 (72)発明者富田尚太郎東京都目黒区中目黒２−９−13 スタンレー電気株式会社内 (72)発明者川口恵蔵東京都目黒区中目黒２−９−13 スタンレー電気株式会社内Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA04 CA05 CA12 CA36 CA53 CA65 CA85 CA93 CB13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体材料からなり、物理的支持力を有
する支持基板と、前記支持基板の主面上に形成され、半導体材料からなる
下部クラッド層、活性層、及び上部クラッド層の３層を
含み、該下部クラッド層及び上部クラッド層のバンドギ
ャップが該活性層のバンドギャップよりも大きい発光積
層構造と、前記発光積層構造の上に配置され、前記上部クラッド層
のバンドギャップよりも小さく、前記活性層の発光スペ
クトルのピークを与える波長に対応するエネルギよりも
大きなバンドギャップを有する半導体材料で形成された
電流拡散層と、前記電流拡散層の上面のうち一部の領域上に形成され、
該電流拡散層にキャリアを注入する第１の電極と、前記第１の電極から注入されるキャリアとは反対の電荷
を有するキャリアを、前記活性層内に注入するための第
２の電極とを有する半導体発光装置。
【請求項２】前記支持基板のバンドギャップが、前記
活性層の発光スペクトルのピークを与える波長に対応す
るエネルギよりも大きい請求項１に記載の半導体発光装
置。
【請求項３】前記支持基板の主面とは反対側の背面か
ら前記活性層までの厚さが、前記電流拡散層の上面から
前記活性層までの厚さよりも厚い請求項１または２に記
載の半導体発光装置。
【請求項４】前記発光積層構造が、さらに前記活性層
と下部クラッド層との間に挿入された下部キャリア閉込
層、及び前記活性層と上部クラッド層との間に挿入され
た上部キャリア閉込層とを含み、該下部キャリア閉込層
と上部キャリア閉込層とのバンドギャップが、前記活性
層のバンドギャップよりも大きく、かつ前記下部クラッ
ド層及び上部クラッド層のバンドギャップよりも小さい
半導体材料で形成されている請求項１〜３のいずれかに
記載の半導体発光装置。
【請求項５】前記支持基板の主面の法線方向に沿って
見たときの前記活性層の面積をＳとし、前記電流拡散層
の厚さをｄとしたとき、ｄ／Ｓが０．０３ｍｍ^-1以上で
ある請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項６】前記活性層で発生した光が、前記支持基
板側及び前記電流拡散層側の双方に取り出される請求項
１〜５のいずれかに記載の半導体発光装置。