JP2003008058A - ＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハ及びそれを製造する方法並びにそれを用いた半導体発光素子 - Google Patents
ＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハ及びそれを製造する方法並びにそれを用いた半導体発光素子Info
- Publication number
- JP2003008058A JP2003008058A JP2001183354A JP2001183354A JP2003008058A JP 2003008058 A JP2003008058 A JP 2003008058A JP 2001183354 A JP2001183354 A JP 2001183354A JP 2001183354 A JP2001183354 A JP 2001183354A JP 2003008058 A JP2003008058 A JP 2003008058A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light emitting
- layer
- current diffusion
- diffusion layer
- epitaxial wafer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 導電率が高くて質の良い、また発光波長に対
して透明で発光が吸収されることなく、発光効率を大幅
に改善 することができる電流拡散層を実現し、特性が
安定した、生産性の高い半導体発光素子を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 ２種類の不純物元素をドープしたエピタ
キシャル成長層で電流拡散層を構成し、発光部との格子
不整合による格子歪みの影響を極力排除し、かつ導電率
が高く発光波長に対して透明な電流拡散層を有するエピ
タキシャルウエーハを得ることにより、発光効率を大幅
に向上させた半導体発光素子とすることを可能にした。
電流拡散層内における２種類の不純物元素の濃度分布
を、特定の条件に規制することにより実現できる。
して透明で発光が吸収されることなく、発光効率を大幅
に改善 することができる電流拡散層を実現し、特性が
安定した、生産性の高い半導体発光素子を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 ２種類の不純物元素をドープしたエピタ
キシャル成長層で電流拡散層を構成し、発光部との格子
不整合による格子歪みの影響を極力排除し、かつ導電率
が高く発光波長に対して透明な電流拡散層を有するエピ
タキシャルウエーハを得ることにより、発光効率を大幅
に向上させた半導体発光素子とすることを可能にした。
電流拡散層内における２種類の不純物元素の濃度分布
を、特定の条件に規制することにより実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電流拡散層を有
し、表面から光を取り出す高輝度発光素子用のＡｌＧａ
ＩｎＰエピタキシャルウエーハ及びその製造方法並びに
それを用いた発光素子に関する。
し、表面から光を取り出す高輝度発光素子用のＡｌＧａ
ＩｎＰエピタキシャルウエーハ及びその製造方法並びに
それを用いた発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、赤橙色系の光を出射する発光ダイ
オード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）やレーザーダ
イオード（Laser Diode：ＬＤ）等の発光素子として、
（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ （ただし、0≦X≦1、0＜Y
＜1）混晶層からなる発光部構造を含む発光素子が知ら
れている（例えば特開平8-83927号公報参照）。（Ａｌx
Ｇａ1-x）yＩｎ1-yＰ 混晶は赤色系から緑色系まで幅広
い波長の発光が得られるので重用されている。前記公報
に開示された発光素子は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1 -yＰ
混晶層からなる発光部表面上に透明導電膜を積層し、発
光強度を上昇させている。また、発光強度を高める手段
として、例えば特開平7-202264号公報では、ＡｌＧａＩ
ｎＰ混晶層からなる発光部表面上に、２層構造とした半
導体電流拡散層を具備した発光素子が開示されている。
オード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）やレーザーダ
イオード（Laser Diode：ＬＤ）等の発光素子として、
（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ （ただし、0≦X≦1、0＜Y
＜1）混晶層からなる発光部構造を含む発光素子が知ら
れている（例えば特開平8-83927号公報参照）。（Ａｌx
Ｇａ1-x）yＩｎ1-yＰ 混晶は赤色系から緑色系まで幅広
い波長の発光が得られるので重用されている。前記公報
に開示された発光素子は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1 -yＰ
混晶層からなる発光部表面上に透明導電膜を積層し、発
光強度を上昇させている。また、発光強度を高める手段
として、例えば特開平7-202264号公報では、ＡｌＧａＩ
ｎＰ混晶層からなる発光部表面上に、２層構造とした半
導体電流拡散層を具備した発光素子が開示されている。
【０００３】一般にＡｌＧａＩｎＰ混晶は電気伝導度が
低いため、前述の電流拡散層は、電極からの電流を発光
層に至るまでに発光素子の発光部面積全体に均一に拡散
させ、発光層面積全体で発光させることを目的としたも
のである。このような電流拡散層は電気伝導度の大きな
材料で、かつ発光層で発光した光の吸収を防ぐため光透
過率の高い材料を使用するのが望ましい。ＡｌＧａＩｎ
Ｐ混晶を発光部として使用した場合、このような条件を
得るための電流拡散層の形成材料としては、ＧａＰ、Ａ
ｌＧａＡｓ、ＧａＮあるいはＧａＡｓＰ等が用いられて
いる。
低いため、前述の電流拡散層は、電極からの電流を発光
層に至るまでに発光素子の発光部面積全体に均一に拡散
させ、発光層面積全体で発光させることを目的としたも
のである。このような電流拡散層は電気伝導度の大きな
材料で、かつ発光層で発光した光の吸収を防ぐため光透
過率の高い材料を使用するのが望ましい。ＡｌＧａＩｎ
Ｐ混晶を発光部として使用した場合、このような条件を
得るための電流拡散層の形成材料としては、ＧａＰ、Ａ
ｌＧａＡｓ、ＧａＮあるいはＧａＡｓＰ等が用いられて
いる。
【０００４】電流拡散層は、発光部と格子歪のないＡｌ
ＧａＡｓの材質が望ましいが、Ａｌ濃度が高いため腐食
による信頼性低下の問題がある。一方、ＧａＰ、ＧａＡ
ｓＰ、ＧａＮ等の材料は、発光部との格子定数の差異が
大きく、結晶の格子歪が生じるため、高品質の電流拡散
層を得ることが困難であった。この問題を解決するため
に、前述の特開平７−２０２２６４号公報に開示された
発光素子では、発光部と電流拡散層との間に中間層を挿
入することで、発光部と電流拡散層の界面の格子不整合
を緩和し、電流拡散層の結晶の安定化を試みている。し
かし、前述の発光素子では中間層としてＧａＡｓ結晶層
を使用しており、ＧａＡｓ結晶がＡｌＧａＩｎＰ発光部
からの発光波長に対して不透明であるため輝度低下を招
いている。また中間層を安定的に製造することは非常に
難しく、著しい生産性の低下を招いている。
ＧａＡｓの材質が望ましいが、Ａｌ濃度が高いため腐食
による信頼性低下の問題がある。一方、ＧａＰ、ＧａＡ
ｓＰ、ＧａＮ等の材料は、発光部との格子定数の差異が
大きく、結晶の格子歪が生じるため、高品質の電流拡散
層を得ることが困難であった。この問題を解決するため
に、前述の特開平７−２０２２６４号公報に開示された
発光素子では、発光部と電流拡散層との間に中間層を挿
入することで、発光部と電流拡散層の界面の格子不整合
を緩和し、電流拡散層の結晶の安定化を試みている。し
かし、前述の発光素子では中間層としてＧａＡｓ結晶層
を使用しており、ＧａＡｓ結晶がＡｌＧａＩｎＰ発光部
からの発光波長に対して不透明であるため輝度低下を招
いている。また中間層を安定的に製造することは非常に
難しく、著しい生産性の低下を招いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記に鑑み
なされたものであって、導電率が高い質の良い電流拡散
層を実現し、また発光波長に対して透明で発光が吸収さ
れることなく、発光効率を大幅に改善することができ、
特性が安定した、生産性の高い半導体発光素子用のエピ
タキシャルウエーハおよび半導体発光素子を提供するこ
とを目的とする。
なされたものであって、導電率が高い質の良い電流拡散
層を実現し、また発光波長に対して透明で発光が吸収さ
れることなく、発光効率を大幅に改善することができ、
特性が安定した、生産性の高い半導体発光素子用のエピ
タキシャルウエーハおよび半導体発光素子を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では電流拡散層を２種類の不純物元素をドー
プしたエピタキシャル成長層から構成し、発光部との格
子不整合による格子歪みの影響を極力排除し、かつ導電
率が高く発光波長に対して透明な電流拡散層を有するエ
ピタキシャルウエーハを得ることにより、発光効率を大
幅に向上させた高輝度半導体発光素子とすることを可能
にした。
め、本発明では電流拡散層を２種類の不純物元素をドー
プしたエピタキシャル成長層から構成し、発光部との格
子不整合による格子歪みの影響を極力排除し、かつ導電
率が高く発光波長に対して透明な電流拡散層を有するエ
ピタキシャルウエーハを得ることにより、発光効率を大
幅に向上させた高輝度半導体発光素子とすることを可能
にした。
【０００７】即ち、本発明のＡｌＧａＩｎＰエピタキシ
ャルウエーハは、半導体基板上に形成されたリン化アル
ミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）か
らなる発光部を備え、該発光部上に該発光部からの光に
対して透明な半導体電流拡散層を有する発光素子であっ
て、電流拡散層中に最高濃度がそれぞれ１×１０17個／
ｃｍ3 以上の２種の不純物元素を含有するＡｌＧａＩｎ
Ｐエピタキシャルウエーハとした。このように電流拡散
層に複数の高濃度の不純物元素をドープした構成のエピ
タキシャルウエーハとすることにより、発光部と電流拡
散層との間の格子不整合の影響を極力排除し、質の良い
電流拡散層とすることができるので、発光効率を高める
ことが可能となる。半導体結晶は、ドープされる不純物
により、いわゆるハードニング効果のように機械的性質
が変化することが知られている。本発明は結晶のこの性
質を利用したものである。
ャルウエーハは、半導体基板上に形成されたリン化アル
ミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）か
らなる発光部を備え、該発光部上に該発光部からの光に
対して透明な半導体電流拡散層を有する発光素子であっ
て、電流拡散層中に最高濃度がそれぞれ１×１０17個／
ｃｍ3 以上の２種の不純物元素を含有するＡｌＧａＩｎ
Ｐエピタキシャルウエーハとした。このように電流拡散
層に複数の高濃度の不純物元素をドープした構成のエピ
タキシャルウエーハとすることにより、発光部と電流拡
散層との間の格子不整合の影響を極力排除し、質の良い
電流拡散層とすることができるので、発光効率を高める
ことが可能となる。半導体結晶は、ドープされる不純物
により、いわゆるハードニング効果のように機械的性質
が変化することが知られている。本発明は結晶のこの性
質を利用したものである。
【０００８】本発明のＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウ
エーハでは、前記電流拡散層の厚さがｄ（μｍ）であっ
て、該電流拡散層表面からの距離ｘ（μｍ）における第
１の不純物元素の濃度をＮ１（ｘ）（個／ｃｍ3 ）、第
２の不純物元素の濃度をＮ２（ｘ）（個／ｃｍ3 ）とし
た時に、該電流拡散層の表面及び該電流拡散層と発光部
との界面における不純物元素濃度Ｎ１及びＮ２が、 ｛ Ｎ１（０）−Ｎ２（０）｝＞１×１０17・・・・・・（１） ｛ Ｎ２（ｄ）−Ｎ１（ｄ）｝＞１×１０17・・・・・・（２） の２式を満足する関係することが必要である。第１の不
純物は電流拡散層の導電性を支配するドーパントであっ
て、電流拡散層表面部分に多くドープし、一方、第２の
不純物は電流拡散層の発光部との格子不整合による格子
歪を緩和させるためのものであるから、発光部との界面
近傍に多くドープさせるのが効率的だからである。
エーハでは、前記電流拡散層の厚さがｄ（μｍ）であっ
て、該電流拡散層表面からの距離ｘ（μｍ）における第
１の不純物元素の濃度をＮ１（ｘ）（個／ｃｍ3 ）、第
２の不純物元素の濃度をＮ２（ｘ）（個／ｃｍ3 ）とし
た時に、該電流拡散層の表面及び該電流拡散層と発光部
との界面における不純物元素濃度Ｎ１及びＮ２が、 ｛ Ｎ１（０）−Ｎ２（０）｝＞１×１０17・・・・・・（１） ｛ Ｎ２（ｄ）−Ｎ１（ｄ）｝＞１×１０17・・・・・・（２） の２式を満足する関係することが必要である。第１の不
純物は電流拡散層の導電性を支配するドーパントであっ
て、電流拡散層表面部分に多くドープし、一方、第２の
不純物は電流拡散層の発光部との格子不整合による格子
歪を緩和させるためのものであるから、発光部との界面
近傍に多くドープさせるのが効率的だからである。
【０００９】そして本発明のＡｌＧａＩｎＰエピタキシ
ャルウエーハでは、前記電流拡散層中の前記第１の不純
物元素の濃度Ｎ１（個／ｃｍ3 ）と第２の不純物元素の
濃度Ｎ２（個／ｃｍ3 ）とが、発光層からの距離ａ（μ
ｍ、ただし、ａ＜０．１×ｄ）、すなわち、電流拡散層
の表面から（ｄ−ａ）の点において等しくなっており、
ここを境にして濃度を逆転させたものとしてある。電流
拡散層中の不純物元素濃度をこのように構成することに
より、電流拡散層内の特性が変化し、発光部と電流拡散
層との間の格子不整合の影響を極力排除して、良質の電
流拡散層を形成することが可能となり、しかも透明で導
電性に優れた本来の電流拡散機能を備えた電流拡散層と
することができる。
ャルウエーハでは、前記電流拡散層中の前記第１の不純
物元素の濃度Ｎ１（個／ｃｍ3 ）と第２の不純物元素の
濃度Ｎ２（個／ｃｍ3 ）とが、発光層からの距離ａ（μ
ｍ、ただし、ａ＜０．１×ｄ）、すなわち、電流拡散層
の表面から（ｄ−ａ）の点において等しくなっており、
ここを境にして濃度を逆転させたものとしてある。電流
拡散層中の不純物元素濃度をこのように構成することに
より、電流拡散層内の特性が変化し、発光部と電流拡散
層との間の格子不整合の影響を極力排除して、良質の電
流拡散層を形成することが可能となり、しかも透明で導
電性に優れた本来の電流拡散機能を備えた電流拡散層と
することができる。
【００１０】本発明のＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウ
エーハでは、ｎ型基板を使用したｐ型電流拡散層におい
ては、前記第１の不純物元素として亜鉛（Ｚｎ）を使用
し、前記第２の不純物元素としてマグネシウム（Ｍｇ）
を使用することができる。また、ｐ型基板を使用したｎ
型電流拡散層においては、前記第１の不純物元素として
硫黄（Ｓ）を使用し、前記第２の不純物元素としてセレ
ン（Ｓｅ）又はシリコン（Ｓｉ）を使用することができ
る。これらの不純物元素の組み合わせを採用することに
より、発光部と電流拡散層との間の格子不整合に起因す
る格子歪みを緩和し、かつ導電性に優れた電流拡散層と
することができる。
エーハでは、ｎ型基板を使用したｐ型電流拡散層におい
ては、前記第１の不純物元素として亜鉛（Ｚｎ）を使用
し、前記第２の不純物元素としてマグネシウム（Ｍｇ）
を使用することができる。また、ｐ型基板を使用したｎ
型電流拡散層においては、前記第１の不純物元素として
硫黄（Ｓ）を使用し、前記第２の不純物元素としてセレ
ン（Ｓｅ）又はシリコン（Ｓｉ）を使用することができ
る。これらの不純物元素の組み合わせを採用することに
より、発光部と電流拡散層との間の格子不整合に起因す
る格子歪みを緩和し、かつ導電性に優れた電流拡散層と
することができる。
【００１１】本発明のＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウ
エーハでは、前記電流拡散層としてＧａＰ層を使用する
ことが好ましい。また、前記電流拡散層の厚さは５μｍ
以上とすることが好ましい。ＧａＰ結晶はＡｌＧａＩｎ
Ｐ発光層からの幅広い発光に対して透明で、導電率も高
く、しかも良質の結晶が得易いからである。また、Ｇａ
Ｐ電流拡散層の厚さを少なくとも５μｍ以上、望ましく
は１５μｍ以上とすれば、供給電流を発光層全域に拡散
させることができ、発光面全面から均一に発光させ高輝
度の発光素子とすることができる。
エーハでは、前記電流拡散層としてＧａＰ層を使用する
ことが好ましい。また、前記電流拡散層の厚さは５μｍ
以上とすることが好ましい。ＧａＰ結晶はＡｌＧａＩｎ
Ｐ発光層からの幅広い発光に対して透明で、導電率も高
く、しかも良質の結晶が得易いからである。また、Ｇａ
Ｐ電流拡散層の厚さを少なくとも５μｍ以上、望ましく
は１５μｍ以上とすれば、供給電流を発光層全域に拡散
させることができ、発光面全面から均一に発光させ高輝
度の発光素子とすることができる。
【００１２】次に、本発明のエピタキシャルウエーハの
製造方法について説明すると、半導体基板上に緩衝層、
反射層、ＡｌＧａＩｎＰ発光部及び電流拡散層を順次積
層してなるエピタキシャルウエーハの製造方法であっ
て、該電流拡散層を形成するに当たり、先ず１種類の不
純物元素をドープさせながら成膜した後、引き続き異な
る１種類の不純物元素のみをドープさせながら成膜する
２段成長法を採用した。このような製造方法を採れば、
ＡｌＧａＩｎＰ発光部と電流拡散層との界面近傍には不
純物元素濃度の逆転する領域を設け、電流拡散層の機械
的性質変化により格子歪みを極力抑制して良質の電流拡
散層を形成することができる。
製造方法について説明すると、半導体基板上に緩衝層、
反射層、ＡｌＧａＩｎＰ発光部及び電流拡散層を順次積
層してなるエピタキシャルウエーハの製造方法であっ
て、該電流拡散層を形成するに当たり、先ず１種類の不
純物元素をドープさせながら成膜した後、引き続き異な
る１種類の不純物元素のみをドープさせながら成膜する
２段成長法を採用した。このような製造方法を採れば、
ＡｌＧａＩｎＰ発光部と電流拡散層との界面近傍には不
純物元素濃度の逆転する領域を設け、電流拡散層の機械
的性質変化により格子歪みを極力抑制して良質の電流拡
散層を形成することができる。
【００１３】本発明のエピタキシャルウエーハを製造す
る方法では、前記１種又は２種類の不純物元素をドープ
させる成膜を有機金属化学蒸着法（ Metalorganic Chem
icalVapor Deposition ：ＭＯ−ＣＶＤ法）で行い、前
記１種類の不純物元素のみをドープさせる成膜を気相エ
ピタキシャル成長法（ Vapor Phase Epitaxial groｗt
h：ＶＰＥ法）で行うことが好ましい。ＭＯ−ＣＶＤ法
によれば複数の不純物のドープ量の制御が容易であり、
ＶＰＥ法は能率良く成膜することができる利点を有する
からである。
る方法では、前記１種又は２種類の不純物元素をドープ
させる成膜を有機金属化学蒸着法（ Metalorganic Chem
icalVapor Deposition ：ＭＯ−ＣＶＤ法）で行い、前
記１種類の不純物元素のみをドープさせる成膜を気相エ
ピタキシャル成長法（ Vapor Phase Epitaxial groｗt
h：ＶＰＥ法）で行うことが好ましい。ＭＯ−ＣＶＤ法
によれば複数の不純物のドープ量の制御が容易であり、
ＶＰＥ法は能率良く成膜することができる利点を有する
からである。
【００１４】本発明の半導体発光素子は、前記本発明に
なるＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハを使用し
て、ワイヤーボンディング等の実装加工を施して発光素
子としたものである。本発明の電流拡散層は、発光部と
の間の格子歪みが少なく、しかも導電性や透明性に優れ
ているので、発光効率の高い高輝度発光素子となってい
る。また、本発明の半導体発光素子は、特に透明な材料
が限られる発光波長が短い５５０〜５８０ｎｍを有する
ものに効果的である。ＡｌＧａＩｎＰ発光層のＡｌとＧ
ａの混晶比を変えることにより、赤色系から緑色系まで
幅広い波長で高輝度の発光を容易に得ることができる。
なるＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハを使用し
て、ワイヤーボンディング等の実装加工を施して発光素
子としたものである。本発明の電流拡散層は、発光部と
の間の格子歪みが少なく、しかも導電性や透明性に優れ
ているので、発光効率の高い高輝度発光素子となってい
る。また、本発明の半導体発光素子は、特に透明な材料
が限られる発光波長が短い５５０〜５８０ｎｍを有する
ものに効果的である。ＡｌＧａＩｎＰ発光層のＡｌとＧ
ａの混晶比を変えることにより、赤色系から緑色系まで
幅広い波長で高輝度の発光を容易に得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の半導
体発光素子用のエピタキシャルウェーハの構成を模式的
に示す図である。この半導体発光素子用のエピタキシャ
ルウェーハは、半導体基板１０と、半導体基板１０上に
形成された、緩衝層１１、反射層１２、発光部１３およ
び電流拡散層１４を含む半導体層から構成されている。
エピタキシャルウェーハの製造工程順に、各部を詳説す
る。本発明では半導体基板１０としてＧａＡｓ単結晶基
板を使用する。発光層を形成するＡｌＧａＩｎＰと格子
整合をとり易いからである。導電型はｎ型でもｐ型でも
構わない。面方位は一般的な（１００）面や、オフ角度
を付けた公知の材料を使用することができる。半導体基
板１０の表面には緩衝層１１を形成する。緩衝層１１は
半導体基板の結晶欠陥の影響を排除する。このため緩衝
層１１は、半導体基板１０と同じ材質、同じ導電型のエ
ピタキシャル成長膜で構成するのが一般的である。緩衝
層１１の層厚は０．１〜１μｍ程度でよい。
面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の半導
体発光素子用のエピタキシャルウェーハの構成を模式的
に示す図である。この半導体発光素子用のエピタキシャ
ルウェーハは、半導体基板１０と、半導体基板１０上に
形成された、緩衝層１１、反射層１２、発光部１３およ
び電流拡散層１４を含む半導体層から構成されている。
エピタキシャルウェーハの製造工程順に、各部を詳説す
る。本発明では半導体基板１０としてＧａＡｓ単結晶基
板を使用する。発光層を形成するＡｌＧａＩｎＰと格子
整合をとり易いからである。導電型はｎ型でもｐ型でも
構わない。面方位は一般的な（１００）面や、オフ角度
を付けた公知の材料を使用することができる。半導体基
板１０の表面には緩衝層１１を形成する。緩衝層１１は
半導体基板の結晶欠陥の影響を排除する。このため緩衝
層１１は、半導体基板１０と同じ材質、同じ導電型のエ
ピタキシャル成長膜で構成するのが一般的である。緩衝
層１１の層厚は０．１〜１μｍ程度でよい。
【００１６】緩衝層１１の上には反射層１２を形成す
る。反射層１２は屈折率の異なる半導体薄膜を特定の間
隔で多数積層して多層膜を構成したものであって、Brag
g の法則に従って特定波長の光を反射する機能を生じ
る。これがいわゆるブラッグ反射層（ Distributed Bra
gg Reflector：ＤＢＲ）である。ＤＢＲとしては、格子
整合し屈折率の異なる二つの材料が使用でき、例えばア
ルミニウム混晶比ｑを変えて屈折率を異ならせた、Ａｌ
qＧａ1-qＡｓの薄膜を積層したものが用いられる。積層
する薄膜の周期は、発光波長λに対してλ／２、λ／４
等に設定する。組成の異なるＡｌqＧａ1-qＡｓ薄膜を交
互に２０層以上積層し、全体として０．５〜２μｍの厚
さに構成するのが効果的である。
る。反射層１２は屈折率の異なる半導体薄膜を特定の間
隔で多数積層して多層膜を構成したものであって、Brag
g の法則に従って特定波長の光を反射する機能を生じ
る。これがいわゆるブラッグ反射層（ Distributed Bra
gg Reflector：ＤＢＲ）である。ＤＢＲとしては、格子
整合し屈折率の異なる二つの材料が使用でき、例えばア
ルミニウム混晶比ｑを変えて屈折率を異ならせた、Ａｌ
qＧａ1-qＡｓの薄膜を積層したものが用いられる。積層
する薄膜の周期は、発光波長λに対してλ／２、λ／４
等に設定する。組成の異なるＡｌqＧａ1-qＡｓ薄膜を交
互に２０層以上積層し、全体として０．５〜２μｍの厚
さに構成するのが効果的である。
【００１７】反射層１２の上には、ＡｌＧａＩｎＰ混晶
層を発光層１３２として含むＡｌＧａＩｎＰ発光部１３
を形成する。ＡｌＧａＩｎＰ混晶は基板であるＧａＡｓ
と格子定数が同じに選定できるので良質の結晶が得られ
易く、しかもＡｌとＧａの混晶比を変えることにより、
幅広い波長の発光が得られ、しかも直接遷移型であるの
で高効率の発光が得られる。ＡｌＧａＩｎＰ発光部１３
はダブルヘテロ（ Double Hetero junction ：ＤＨ）構
造あるいは多重量子井戸（ Multiple QuantumWell：Ｍ
ＱＷ）構造等のいずれであっても良い。いずれの場合も
障壁層となる下部クラッド層１３１及び上部クラッド層
１３３のＡｌ混晶比を発光層１３２のＡｌ混晶比よりも
高くして、障壁層の禁制帯幅を発光層の禁制帯幅よりも
大きくして、発光層に注入されたキャリアの閉じこめ効
果を高めるようにする。例えば（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ
1-yＰ混晶層において、障壁層のＡｌ混晶比（ｘcl）は
ｘcl＝０．７〜１．０、発光層のＡｌ混晶比（ｘact ）
は希望する発光波長に設定すればよい。
層を発光層１３２として含むＡｌＧａＩｎＰ発光部１３
を形成する。ＡｌＧａＩｎＰ混晶は基板であるＧａＡｓ
と格子定数が同じに選定できるので良質の結晶が得られ
易く、しかもＡｌとＧａの混晶比を変えることにより、
幅広い波長の発光が得られ、しかも直接遷移型であるの
で高効率の発光が得られる。ＡｌＧａＩｎＰ発光部１３
はダブルヘテロ（ Double Hetero junction ：ＤＨ）構
造あるいは多重量子井戸（ Multiple QuantumWell：Ｍ
ＱＷ）構造等のいずれであっても良い。いずれの場合も
障壁層となる下部クラッド層１３１及び上部クラッド層
１３３のＡｌ混晶比を発光層１３２のＡｌ混晶比よりも
高くして、障壁層の禁制帯幅を発光層の禁制帯幅よりも
大きくして、発光層に注入されたキャリアの閉じこめ効
果を高めるようにする。例えば（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ
1-yＰ混晶層において、障壁層のＡｌ混晶比（ｘcl）は
ｘcl＝０．７〜１．０、発光層のＡｌ混晶比（ｘact ）
は希望する発光波長に設定すればよい。
【００１８】ＡｌＧａＩｎＰ発光部１３の上には、電流
拡散層を形成する。電流拡散層は、抵抗率が低く、発光
波長に対し透明で、厚膜成長可能な材質が適するが、Ａ
ｌＧａＡｓ等のＡｌを多く含む材質は、腐食されやすい
ため望ましくない。これらの点から、ＧａＰ、ＧａＡｓ
Ｐ、ＧａＮ、ＺｎＳｅ等の化合物半導体が適用できる。
これらの化合物半導体は、ＡｌＧａＩｎＰの発光波長
（黄緑〜赤）に対して透明であるが、ＧａＰは成長温度
が８００℃以下のＡｌＧａＩｎＰ発光部が劣化しない低
温で成長できるので特に適する材質である。ＧａＮは成
長温度が９００℃以上と高く、発光部の劣化が生ずる。
これらの電流拡散層の成長方法としては、ＭＯ−ＣＶＤ
法、ＶＰＥ法などが適用できる。ＭＯ−ＣＶＤ法はドー
パントの制御性に優れている。特に、成長速度が速く量
産性に優れるＶＰＥ法は、電流拡散層の成長法として最
適である。液相法は格子不整合系に対しては成長が困難
である。充分な電流拡散効果を発揮させるためには、電
流拡散層の厚さは５μｍ以上望ましくは１５μｍ以上必
要である。電流拡散層の厚さをあまり厚くすると、形成
するのに長時間要して不経済であるので、上限は２００
μｍ程度が適当である。
拡散層を形成する。電流拡散層は、抵抗率が低く、発光
波長に対し透明で、厚膜成長可能な材質が適するが、Ａ
ｌＧａＡｓ等のＡｌを多く含む材質は、腐食されやすい
ため望ましくない。これらの点から、ＧａＰ、ＧａＡｓ
Ｐ、ＧａＮ、ＺｎＳｅ等の化合物半導体が適用できる。
これらの化合物半導体は、ＡｌＧａＩｎＰの発光波長
（黄緑〜赤）に対して透明であるが、ＧａＰは成長温度
が８００℃以下のＡｌＧａＩｎＰ発光部が劣化しない低
温で成長できるので特に適する材質である。ＧａＮは成
長温度が９００℃以上と高く、発光部の劣化が生ずる。
これらの電流拡散層の成長方法としては、ＭＯ−ＣＶＤ
法、ＶＰＥ法などが適用できる。ＭＯ−ＣＶＤ法はドー
パントの制御性に優れている。特に、成長速度が速く量
産性に優れるＶＰＥ法は、電流拡散層の成長法として最
適である。液相法は格子不整合系に対しては成長が困難
である。充分な電流拡散効果を発揮させるためには、電
流拡散層の厚さは５μｍ以上望ましくは１５μｍ以上必
要である。電流拡散層の厚さをあまり厚くすると、形成
するのに長時間要して不経済であるので、上限は２００
μｍ程度が適当である。
【００１９】電流拡散層には複数の不純物元素をドープ
する。本発明者は、不純物元素の種類により膜質が異な
る層が形成され、従来のいわゆる中間層としての効果を
発揮する層と、本来の電流拡散層の機能を備えた電流拡
散層が得られることを見出した。ここで、電流拡散層に
ドープする不純物元素としては、ｎ型電流拡散層におい
ては硫黄、シリコン、セレン又はテルル等が利用でき
る。また、ｐ型電流拡散層においては亜鉛、マグネシウ
ム等が利用できる。電流拡散層にはこれらのｎ型あるい
はｐ型の不純物のうちから２種類の不純物元素を選んで
ドープする。
する。本発明者は、不純物元素の種類により膜質が異な
る層が形成され、従来のいわゆる中間層としての効果を
発揮する層と、本来の電流拡散層の機能を備えた電流拡
散層が得られることを見出した。ここで、電流拡散層に
ドープする不純物元素としては、ｎ型電流拡散層におい
ては硫黄、シリコン、セレン又はテルル等が利用でき
る。また、ｐ型電流拡散層においては亜鉛、マグネシウ
ム等が利用できる。電流拡散層にはこれらのｎ型あるい
はｐ型の不純物のうちから２種類の不純物元素を選んで
ドープする。
【００２０】ドープする不純物元素の濃度はいずれも最
高濃度が１×１０17個／ｃｍ3 以上とする必要がある。
それぞれの不純物元素の担う作用効果を十分発揮させる
ためである。不純物元素濃度が高いほど結晶性へ強い影
響を及ぼすので、少なくとも１×１０17個／ｃｍ3 以
上、望ましくは５×１０17個／ｃｍ3 以上の濃度が必要
である。これにより発光部との格子不整合による格子歪
みの影響を極力排除し、かつ導電率が高く発光波長に対
して透明な電流拡散層とすることが可能になる。
高濃度が１×１０17個／ｃｍ3 以上とする必要がある。
それぞれの不純物元素の担う作用効果を十分発揮させる
ためである。不純物元素濃度が高いほど結晶性へ強い影
響を及ぼすので、少なくとも１×１０17個／ｃｍ3 以
上、望ましくは５×１０17個／ｃｍ3 以上の濃度が必要
である。これにより発光部との格子不整合による格子歪
みの影響を極力排除し、かつ導電率が高く発光波長に対
して透明な電流拡散層とすることが可能になる。
【００２１】前者の不純物元素は、電流拡散層の表面に
近い方の主要部分に高濃度に存在しているのが有効であ
り、逆に後者の不純物元素は電流拡散層中の発光部との
界面近傍に高濃度に存在しているのが有効である。従っ
て両者の不純物元素の濃度分布は、電流拡散層中の厚さ
方向で逆転した形となる。好ましい不純物元素の濃度分
布を示せば、電流拡散層１４の厚さがｄ（μｍ）であっ
て、該電流拡散層１４表面からの距離ｘ（μｍ）におけ
る第１の不純物元素の濃度をＮ１（ｘ）（個／ｃｍ
3 ）、第２の不純物元素の濃度をＮ２（ｘ）（個／ｃｍ
3 ）とした時に、該電流拡散層１４の表面（ｘ＝０）及
び該電流拡散層１４とＡｌＧａＩｎＰ発光部１３との界
面（ｘ＝ｄ）における不純物元素濃度Ｎ１とＮ２が、 ｛ Ｎ１（０）−Ｎ２（０）｝＞１×１０17・・・・・・（１） ｛ Ｎ２（ｄ）−Ｎ１（ｄ）｝＞１×１０17・・・・・・（２） の２式を満足するように形成する。すなわち、該電流拡
散層１４表面と該電流拡散層１４とＡｌＧａＩｎＰ発光
部１３との界面における不純物元素濃度差が、いずれも
１×１０17（個／ｃｍ3）以上となるようにする。
近い方の主要部分に高濃度に存在しているのが有効であ
り、逆に後者の不純物元素は電流拡散層中の発光部との
界面近傍に高濃度に存在しているのが有効である。従っ
て両者の不純物元素の濃度分布は、電流拡散層中の厚さ
方向で逆転した形となる。好ましい不純物元素の濃度分
布を示せば、電流拡散層１４の厚さがｄ（μｍ）であっ
て、該電流拡散層１４表面からの距離ｘ（μｍ）におけ
る第１の不純物元素の濃度をＮ１（ｘ）（個／ｃｍ
3 ）、第２の不純物元素の濃度をＮ２（ｘ）（個／ｃｍ
3 ）とした時に、該電流拡散層１４の表面（ｘ＝０）及
び該電流拡散層１４とＡｌＧａＩｎＰ発光部１３との界
面（ｘ＝ｄ）における不純物元素濃度Ｎ１とＮ２が、 ｛ Ｎ１（０）−Ｎ２（０）｝＞１×１０17・・・・・・（１） ｛ Ｎ２（ｄ）−Ｎ１（ｄ）｝＞１×１０17・・・・・・（２） の２式を満足するように形成する。すなわち、該電流拡
散層１４表面と該電流拡散層１４とＡｌＧａＩｎＰ発光
部１３との界面における不純物元素濃度差が、いずれも
１×１０17（個／ｃｍ3）以上となるようにする。
【００２２】また、電流拡散層を構成する膜質が変化す
る位置を、２種類の不純物元素濃度が等しくなる位置と
定義すると、ＡｌＧａＩｎＰ発光部との接合界面から膜
質が変化する位置までの距離ａは、電流拡散層全厚の１
０％未満、望ましくは５％未満とするのが良い。すなわ
ち、電流拡散層表面から（ｄ−ａ）の位置で２種類の不
純物濃度が等しくなっている（ただし、ｄは電流拡散層
の厚さを示し、ａ＜０．１ｄとする）。この関係を数式
で明示すれば、前記電流拡散層１４中の前記ＡｌＧａＩ
ｎＰ発光部１３からの距離ａ（μｍ、ただし、ａ＜０．
１×ｄ）、すなわち、電流拡散層表面から（ｄ−ａ）の
点において、第１の不純物元素の濃度Ｎ１（ｄ−ａ）
（個／ｃｍ3 ）と第２の不純物元素の濃度Ｎ２（ｄ−
ａ）（個／ｃｍ3 ）とが、次式 Ｎ１（ｄ−ａ）＝Ｎ２（ｄ−ａ）・・・・・・（３） を満足するのが好ましい。ＡｌＧａＩｎＰ発光部との接
合界面における格子歪みの影響は、ごく薄い範囲で吸収
することができるので、本来の電流拡散層機能を有する
層を厚く構成した方が有利となるからである。
る位置を、２種類の不純物元素濃度が等しくなる位置と
定義すると、ＡｌＧａＩｎＰ発光部との接合界面から膜
質が変化する位置までの距離ａは、電流拡散層全厚の１
０％未満、望ましくは５％未満とするのが良い。すなわ
ち、電流拡散層表面から（ｄ−ａ）の位置で２種類の不
純物濃度が等しくなっている（ただし、ｄは電流拡散層
の厚さを示し、ａ＜０．１ｄとする）。この関係を数式
で明示すれば、前記電流拡散層１４中の前記ＡｌＧａＩ
ｎＰ発光部１３からの距離ａ（μｍ、ただし、ａ＜０．
１×ｄ）、すなわち、電流拡散層表面から（ｄ−ａ）の
点において、第１の不純物元素の濃度Ｎ１（ｄ−ａ）
（個／ｃｍ3 ）と第２の不純物元素の濃度Ｎ２（ｄ−
ａ）（個／ｃｍ3 ）とが、次式 Ｎ１（ｄ−ａ）＝Ｎ２（ｄ−ａ）・・・・・・（３） を満足するのが好ましい。ＡｌＧａＩｎＰ発光部との接
合界面における格子歪みの影響は、ごく薄い範囲で吸収
することができるので、本来の電流拡散層機能を有する
層を厚く構成した方が有利となるからである。
【００２３】図２には、図１に示した構造のエピタキシ
ャルウエーハの電流拡散層中の不純物元素の濃度分布の
例を示している。図２においては、半導体基板がｎ型Ｇ
ａＡｓ単結晶で、ＧａＰ電流拡散層中の第１の不純物元
素が亜鉛（Ｚｎ）、第２の不純物元素がマグネシウム
（Ｍｇ）で、電流拡散層の厚さは３０μｍである。図２
では、横軸が電流拡散層表面からの距離ｘを、縦軸が不
純物元素濃度を表わしている。電流拡散層表面から３０
μｍ（ｘ＝ｄ＝３０）の地点でＡｌＧａＩｎＰ発光部と
ＧａＰ電流拡散層とが接合している。そしてＡｌＧａＩ
ｎＰ発光部とＧａＰ電流拡散層との接合面から１μｍ
（ａ＝１、すなわちｘ＝（ｄ−ａ）＝２９μｍ）の地点
でＭｇの濃度とＺｎの濃度が等しくなっている。
ャルウエーハの電流拡散層中の不純物元素の濃度分布の
例を示している。図２においては、半導体基板がｎ型Ｇ
ａＡｓ単結晶で、ＧａＰ電流拡散層中の第１の不純物元
素が亜鉛（Ｚｎ）、第２の不純物元素がマグネシウム
（Ｍｇ）で、電流拡散層の厚さは３０μｍである。図２
では、横軸が電流拡散層表面からの距離ｘを、縦軸が不
純物元素濃度を表わしている。電流拡散層表面から３０
μｍ（ｘ＝ｄ＝３０）の地点でＡｌＧａＩｎＰ発光部と
ＧａＰ電流拡散層とが接合している。そしてＡｌＧａＩ
ｎＰ発光部とＧａＰ電流拡散層との接合面から１μｍ
（ａ＝１、すなわちｘ＝（ｄ−ａ）＝２９μｍ）の地点
でＭｇの濃度とＺｎの濃度が等しくなっている。
【００２４】図２から電流拡散層中の２種類の不純物元
素の濃度分布を見ると、電流拡散層表面（ｘ＝０）にお
ける第１の不純物Ｚｎの濃度（Ｎ１）は、Ｎ１（０）＝
２×１０18（個／ｃｍ3 ）、第２の不純物Ｍｇの濃度
（Ｎ２）は、Ｎ２（０）＝２×１０15（個／ｃｍ3 ）と
なっている。また、ＡｌＧａＩｎＰ発光部と電流拡散層
との界面近傍（ｘ＝ｄ）では、第１の不純物Ｚｎの濃度
（Ｎ１）は、Ｎ１（ｄ）＝６×１０16（個／ｃｍ3 ）、
第２の不純物Ｍｇの濃度（Ｎ２）は、Ｎ２（ｄ）＝８×
１０17（個／ｃｍ3 ）となっている。したがって、電流
拡散層表面（ｘ＝０）では、｛Ｎ１（０）−Ｎ２
（０）｝＝１９．０８×１０17＞１×１０17となってい
る。すなわち前述の式（１）の関係を満足している。ま
た、ＡｌＧａＩｎＰ発光部と電流拡散層との界面近傍
（ｘ＝ｄ）では、｛Ｎ２（ｄ）−Ｎ１（ｄ）｝＝７．４
×１０17＞１×１０17となっている。すなわち前述の式
（２）の関係を満足している。さらに、第１の不純物Ｚ
ｎの濃度（Ｎ１）と第２の不純物Ｍｇの濃度（Ｎ２）と
は、ＡｌＧａＩｎＰ発光部と電流拡散層との界面から１
μｍの地点、すなわち電流拡散層表面から２９μｍの深
さの地点で等しくなっている。すなわち、｛Ｎ１（２
９）−Ｎ２（２９）｝＝０であり、前述の式（３）の関
係を満足している。
素の濃度分布を見ると、電流拡散層表面（ｘ＝０）にお
ける第１の不純物Ｚｎの濃度（Ｎ１）は、Ｎ１（０）＝
２×１０18（個／ｃｍ3 ）、第２の不純物Ｍｇの濃度
（Ｎ２）は、Ｎ２（０）＝２×１０15（個／ｃｍ3 ）と
なっている。また、ＡｌＧａＩｎＰ発光部と電流拡散層
との界面近傍（ｘ＝ｄ）では、第１の不純物Ｚｎの濃度
（Ｎ１）は、Ｎ１（ｄ）＝６×１０16（個／ｃｍ3 ）、
第２の不純物Ｍｇの濃度（Ｎ２）は、Ｎ２（ｄ）＝８×
１０17（個／ｃｍ3 ）となっている。したがって、電流
拡散層表面（ｘ＝０）では、｛Ｎ１（０）−Ｎ２
（０）｝＝１９．０８×１０17＞１×１０17となってい
る。すなわち前述の式（１）の関係を満足している。ま
た、ＡｌＧａＩｎＰ発光部と電流拡散層との界面近傍
（ｘ＝ｄ）では、｛Ｎ２（ｄ）−Ｎ１（ｄ）｝＝７．４
×１０17＞１×１０17となっている。すなわち前述の式
（２）の関係を満足している。さらに、第１の不純物Ｚ
ｎの濃度（Ｎ１）と第２の不純物Ｍｇの濃度（Ｎ２）と
は、ＡｌＧａＩｎＰ発光部と電流拡散層との界面から１
μｍの地点、すなわち電流拡散層表面から２９μｍの深
さの地点で等しくなっている。すなわち、｛Ｎ１（２
９）−Ｎ２（２９）｝＝０であり、前述の式（３）の関
係を満足している。
【００２５】次に、このような不純物元素濃度分布を有
する電流拡散層を備えたエピタキシャルウエーハを製造
する方法について説明する。半導体基板上に形成する緩
衝層、反射層、発光部等は、従来公知のＭＯ−ＣＶＤ法
等を利用して形成することができる。本発明に係わる電
流拡散層の形成に当たっては、先ずＡｌＧａＩｎＰ発光
部との界面近傍をＭＯ−ＣＶＤ法を利用して形成する。
その際、２種類の不純物元素を含むドーパントガス原料
を供給する。例えば、第１の不純物元素として亜鉛（Ｚ
ｎ）を使用する場合にはジメチル亜鉛、第２の不純物元
素としマグネシウム（Ｍｇ）を使用する場合にはシクロ
ペンタジエニルマグネシウム等を使用する。また、第１
の不純物元素として硫黄（Ｓ）を使用する場合には硫化
水素ガス、第２の不純物元素としセレン（Ｓｅ）を使用
する場合にはセレン化水素ガス等を使用する。電流拡散
層１４のエピタキシャル成長開始直後には第２の不純物
原料ガスの供給割合を多くして、第２の不純物元素濃度
を高くする。成長を続けるに従って第２の不純物原料ガ
スの供給量を減じ、やがて第２の不純物原料ガスの供給
を停止する。または第２の不純物原料ガスだけを供給す
る。
する電流拡散層を備えたエピタキシャルウエーハを製造
する方法について説明する。半導体基板上に形成する緩
衝層、反射層、発光部等は、従来公知のＭＯ−ＣＶＤ法
等を利用して形成することができる。本発明に係わる電
流拡散層の形成に当たっては、先ずＡｌＧａＩｎＰ発光
部との界面近傍をＭＯ−ＣＶＤ法を利用して形成する。
その際、２種類の不純物元素を含むドーパントガス原料
を供給する。例えば、第１の不純物元素として亜鉛（Ｚ
ｎ）を使用する場合にはジメチル亜鉛、第２の不純物元
素としマグネシウム（Ｍｇ）を使用する場合にはシクロ
ペンタジエニルマグネシウム等を使用する。また、第１
の不純物元素として硫黄（Ｓ）を使用する場合には硫化
水素ガス、第２の不純物元素としセレン（Ｓｅ）を使用
する場合にはセレン化水素ガス等を使用する。電流拡散
層１４のエピタキシャル成長開始直後には第２の不純物
原料ガスの供給割合を多くして、第２の不純物元素濃度
を高くする。成長を続けるに従って第２の不純物原料ガ
スの供給量を減じ、やがて第２の不純物原料ガスの供給
を停止する。または第２の不純物原料ガスだけを供給す
る。
【００２６】次いで、成長方法をＶＰＥ法に切り変え、
第１の不純物原料ガスのみ流しながら、残りの電流拡散
層の成長を続ける。第２の不純物原料ガスの供給を停止
したにもかかわらず、第２の不純物元素は熱拡散により
電流拡散層中に広がっていき、濃度は次第に低下する。
または、ＭＯ−ＣＶＤ法で連続的に成長させても良い。
このような不純物原料ガスの２段供給方法に依るエピタ
キシャル成長により、２種類の不純物元素の濃度分布が
本発明に規定する分布を有する、本発明にかかわる電流
拡散層を得ることができる。
第１の不純物原料ガスのみ流しながら、残りの電流拡散
層の成長を続ける。第２の不純物原料ガスの供給を停止
したにもかかわらず、第２の不純物元素は熱拡散により
電流拡散層中に広がっていき、濃度は次第に低下する。
または、ＭＯ−ＣＶＤ法で連続的に成長させても良い。
このような不純物原料ガスの２段供給方法に依るエピタ
キシャル成長により、２種類の不純物元素の濃度分布が
本発明に規定する分布を有する、本発明にかかわる電流
拡散層を得ることができる。
【００２７】次に、本発明の半導体発光素子について説
明する。本発明の半導体発光素子は、上述した本発明に
かかわるＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハを使用
した半導体発光素子である。すなわち、本発明にかかわ
るＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハのｐ型基板表
面に、真空蒸着法により先ず膜厚を約１００ｎｍ程度の
金・亜鉛合金膜被着させ、続けて、その金・亜鉛合金膜
の表面上に、膜厚を約１５００ｎｍ程度の金（Ａｕ）膜
を被着させ、２層構造からなるｐ型電極を形成する。次
に、ｎ型層の表面には、一般的な真空蒸着法により先ず
膜厚を約５０ｎｍ程度の金・ゲルマニウム合金膜を被着
させ、続けて、その金・ゲルマニウム合金膜の表面上
に、膜厚が約１５００ｎｍ程度の金（Ａｕ）膜を被着さ
せる。次いで、一般的なフォトリソグラフィー手段を利
用して、電流拡散層側の金及び金・ゲルマニウム合金か
らなる２層の金属膜にパターニングを施し、所定形状の
電極を形成する。
明する。本発明の半導体発光素子は、上述した本発明に
かかわるＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハを使用
した半導体発光素子である。すなわち、本発明にかかわ
るＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハのｐ型基板表
面に、真空蒸着法により先ず膜厚を約１００ｎｍ程度の
金・亜鉛合金膜被着させ、続けて、その金・亜鉛合金膜
の表面上に、膜厚を約１５００ｎｍ程度の金（Ａｕ）膜
を被着させ、２層構造からなるｐ型電極を形成する。次
に、ｎ型層の表面には、一般的な真空蒸着法により先ず
膜厚を約５０ｎｍ程度の金・ゲルマニウム合金膜を被着
させ、続けて、その金・ゲルマニウム合金膜の表面上
に、膜厚が約１５００ｎｍ程度の金（Ａｕ）膜を被着さ
せる。次いで、一般的なフォトリソグラフィー手段を利
用して、電流拡散層側の金及び金・ゲルマニウム合金か
らなる２層の金属膜にパターニングを施し、所定形状の
電極を形成する。
【００２８】次に、アルゴン（Ａｒ）気流中において４
００〜４５０℃で約１５分間程度の合金化熱処理を施
し、電流拡散層側とＧａＡｓ基板基板側にオーミック接
触を形成する。その後、通常のダイシング法により、例
えば３００μｍピッチでウェーハを裁断して個別に細分
化してチップとする。次に、エッチングによりチップ側
面の破砕層を除去し、チップにダイボンド、ワイヤボン
ド加工を施して組立を行い、半導体発光素子とする。こ
のようにして得た半導体発光素子は、格子歪みの少ない
良質の結晶からなり、電気伝導度が高く透明な電流拡散
層を備えているので、発光効率が高く高輝度な半導体発
光素子となる。
００〜４５０℃で約１５分間程度の合金化熱処理を施
し、電流拡散層側とＧａＡｓ基板基板側にオーミック接
触を形成する。その後、通常のダイシング法により、例
えば３００μｍピッチでウェーハを裁断して個別に細分
化してチップとする。次に、エッチングによりチップ側
面の破砕層を除去し、チップにダイボンド、ワイヤボン
ド加工を施して組立を行い、半導体発光素子とする。こ
のようにして得た半導体発光素子は、格子歪みの少ない
良質の結晶からなり、電気伝導度が高く透明な電流拡散
層を備えているので、発光効率が高く高輝度な半導体発
光素子となる。
【００２９】
【作用】本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ混晶を発光層とし、
該発光層の上に電流拡散層を設けた構成の半導体発光素
子において、半導体基板、緩衝層、反射層、発光部は格
子定数を整合させた材質の組み合わせで構成し、前記電
流拡散層は発光波長に対して透明で、電導度の高い結晶
層を使用したものである。この際、ＡｌＧａＩｎＰ発光
層と電流拡散層との格子不整合は、複数の不純物元素を
高濃度にドープすることにより格子歪みを極力小さくす
る手段を採用した。従って、発光部を含む電流拡散層の
歪を低減し、結晶性が良好で、発光効率の高い発光素子
用のエピタキシャルウエーハが得られる。このようなエ
ピタキシャルウエーハを使用した半導体発光素子は、発
光効率の高い高輝度発光素子となる。
該発光層の上に電流拡散層を設けた構成の半導体発光素
子において、半導体基板、緩衝層、反射層、発光部は格
子定数を整合させた材質の組み合わせで構成し、前記電
流拡散層は発光波長に対して透明で、電導度の高い結晶
層を使用したものである。この際、ＡｌＧａＩｎＰ発光
層と電流拡散層との格子不整合は、複数の不純物元素を
高濃度にドープすることにより格子歪みを極力小さくす
る手段を採用した。従って、発光部を含む電流拡散層の
歪を低減し、結晶性が良好で、発光効率の高い発光素子
用のエピタキシャルウエーハが得られる。このようなエ
ピタキシャルウエーハを使用した半導体発光素子は、発
光効率の高い高輝度発光素子となる。
【００３０】
【実施例】次に、この発明の半導体発光素子のより具体
的な構成例を図を用いて説明する。 （実施例１）実施例１はｎ型の基板を使用したｐサイド
アップ型の半導体発光素子である。図３および図４はこ
の発明の半導体発光素子の第１の実施例を示す図で、図
３はその平面図、図４は図３のＡ−Ａ’線に沿った断面
を示す図である。
的な構成例を図を用いて説明する。 （実施例１）実施例１はｎ型の基板を使用したｐサイド
アップ型の半導体発光素子である。図３および図４はこ
の発明の半導体発光素子の第１の実施例を示す図で、図
３はその平面図、図４は図３のＡ−Ａ’線に沿った断面
を示す図である。
【００３１】本実施例では、まず［１１０］方向に４゜
傾斜した（１００）面を有するＳｉドープのｎ形ＧａＡ
ｓからなる半導体基板２０上に、トリメチルガリウム
（（ＣＨ3）3Ｇａ）を III族元素の原料とし、アルシン
（ＡｓＨ3 ）をＶ族元素の原料とする一般的な減圧ＭＯ
−ＣＶＤ法により、シリコン（Ｓｉ）ドープのｎ形Ｇａ
Ａｓからなる緩衝層２１を積層した。Ｓｉのドーピング
原料にはジシラン（Ｓｉ 2 Ｈ6 ）を利用した。ｎ形Ｇａ
Ａｓからなる緩衝層２１の層厚は約１μｍとし、不純物
元素濃度は約３×１０18個／ｃｍ3 とした。成長温度は
７１０℃とした。
傾斜した（１００）面を有するＳｉドープのｎ形ＧａＡ
ｓからなる半導体基板２０上に、トリメチルガリウム
（（ＣＨ3）3Ｇａ）を III族元素の原料とし、アルシン
（ＡｓＨ3 ）をＶ族元素の原料とする一般的な減圧ＭＯ
−ＣＶＤ法により、シリコン（Ｓｉ）ドープのｎ形Ｇａ
Ａｓからなる緩衝層２１を積層した。Ｓｉのドーピング
原料にはジシラン（Ｓｉ 2 Ｈ6 ）を利用した。ｎ形Ｇａ
Ａｓからなる緩衝層２１の層厚は約１μｍとし、不純物
元素濃度は約３×１０18個／ｃｍ3 とした。成長温度は
７１０℃とした。
【００３２】次に、トリメチルアルミニウム（（Ｃ
Ｈ3）3Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）
を III族元素の原料、アルシン（ＡｓＨ3 ）をＶ族元素
の原料とする一般的な減圧ＭＯ−ＣＶＤ法により、緩衝
層２１上に混晶比の異なる複数のＡｌＧａＡｓ積層体か
らなる反射層２２を積層した。
Ｈ3）3Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）
を III族元素の原料、アルシン（ＡｓＨ3 ）をＶ族元素
の原料とする一般的な減圧ＭＯ−ＣＶＤ法により、緩衝
層２１上に混晶比の異なる複数のＡｌＧａＡｓ積層体か
らなる反射層２２を積層した。
【００３３】反射層２２の表面上には、トリメチルアル
ミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）、トリメチルガリウム
（（ＣＨ3）3Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ
3）3Ｉｎ）を III族元素の原料、ホスフィン（ＰＨ3 ）
をＶ族元素の原料とする一般的な減圧ＭＯ−ＣＶＤ法に
より、Ｓｉをドーピングしたｎ形の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）
0. 5 Ｉｎ0.5 Ｐから成る下部クラッド層２３１を積層し
た。下部クラッド層２３１の層厚は約１．５μｍとし、
正孔濃度は約２×１０17個／ｃｍ3 とした。
ミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）、トリメチルガリウム
（（ＣＨ3）3Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ
3）3Ｉｎ）を III族元素の原料、ホスフィン（ＰＨ3 ）
をＶ族元素の原料とする一般的な減圧ＭＯ−ＣＶＤ法に
より、Ｓｉをドーピングしたｎ形の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）
0. 5 Ｉｎ0.5 Ｐから成る下部クラッド層２３１を積層し
た。下部クラッド層２３１の層厚は約１．５μｍとし、
正孔濃度は約２×１０17個／ｃｍ3 とした。
【００３４】下部クラッド層２３１上には、（Ａｌ0.3
Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる発光層２３２を積層し
た。発光層２３２の層厚は約０．８μｍとした。発光層
２３２上にはＭｇをドーピングしたｐ形の（Ａｌ0.7Ｇ
ａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる上部クラッド層２３３を
約１．５μｍの厚さに積層した。下部クラッド層２３
１、発光層２３２及び上部クラッド層２３３の３層から
発光部２３を構成した。
Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる発光層２３２を積層し
た。発光層２３２の層厚は約０．８μｍとした。発光層
２３２上にはＭｇをドーピングしたｐ形の（Ａｌ0.7Ｇ
ａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる上部クラッド層２３３を
約１．５μｍの厚さに積層した。下部クラッド層２３
１、発光層２３２及び上部クラッド層２３３の３層から
発光部２３を構成した。
【００３５】上部クラッド層２３３上には、トリメチル
ガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）及びホスフィン（ＰＨ3 ）
を原料とするＭＯ−ＣＶＤ法で、第１の不純物元素とし
ての亜鉛（Ｚｎ）と、第２の不純物元素としてのマグネ
シウム（Ｍｇ）とを共にドーピングしたＧａＰからなる
電流拡散層２４１を約１μｍ積層した。更に、同一成長
温度においてＶＰＥ法でＺｎのみをドーピングしたＧａ
Ｐからなる電流拡散層２４２を約４０μｍの厚さに成長
させ、２４１と２４２とから電流拡散層２４を形成し
た。この時の発光部との界面、すなわちｘ＝ｄの地点で
の、Ｚｎの不純物元素濃度は約４×１０16個／ｃｍ3 で
あった。また、Ｍｇの不純物元素濃度は約１×１０ 18個
／ｃｍ3 であった。また、表面、すなわちｘ＝０の地点
でのＺｎ濃度は約１×１０18個／ｃｍ3 であり、Ｍｇ濃
度は、１×１０16個／ｃｍ3 以下で、前述の式（１）及
び式（２）の関係を満足する電流拡散層であった。また
ｘ＝３９．５の地点でＭｇとＺｎの濃度は共に５×１０
17個／ｃｍ3 と等しくなり、前述の式（３）の関係を満
足していた。このようにして、エピタキシャルウェーハ
を形成した。
ガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）及びホスフィン（ＰＨ3 ）
を原料とするＭＯ−ＣＶＤ法で、第１の不純物元素とし
ての亜鉛（Ｚｎ）と、第２の不純物元素としてのマグネ
シウム（Ｍｇ）とを共にドーピングしたＧａＰからなる
電流拡散層２４１を約１μｍ積層した。更に、同一成長
温度においてＶＰＥ法でＺｎのみをドーピングしたＧａ
Ｐからなる電流拡散層２４２を約４０μｍの厚さに成長
させ、２４１と２４２とから電流拡散層２４を形成し
た。この時の発光部との界面、すなわちｘ＝ｄの地点で
の、Ｚｎの不純物元素濃度は約４×１０16個／ｃｍ3 で
あった。また、Ｍｇの不純物元素濃度は約１×１０ 18個
／ｃｍ3 であった。また、表面、すなわちｘ＝０の地点
でのＺｎ濃度は約１×１０18個／ｃｍ3 であり、Ｍｇ濃
度は、１×１０16個／ｃｍ3 以下で、前述の式（１）及
び式（２）の関係を満足する電流拡散層であった。また
ｘ＝３９．５の地点でＭｇとＺｎの濃度は共に５×１０
17個／ｃｍ3 と等しくなり、前述の式（３）の関係を満
足していた。このようにして、エピタキシャルウェーハ
を形成した。
【００３６】次に、半導体基板２０に一般的な真空蒸着
法により、先ず膜厚を約５０ｎｍとする金・ゲルマニウ
ム合金膜２５１を一旦被着させ、続けてその金・ゲルマ
ニウム合金膜２５１の表面上に膜厚を約５０ｎｍとする
金（Ａｕ）膜２５２を被着させ、２層構造からなるｎ型
電極２５を形成した。次に、ＧａＰからなる電流拡散層
２４の表面に、真空蒸着法により先ず膜厚を約５０ｎｍ
とする、金・亜鉛合金膜２６１を一旦被着させ、続けて
その金・亜鉛合金膜２６１の表面上に、膜厚を約１５０
０ｎｍとする金（Ａｕ）膜２６２を被着させた。一般的
なフォトリソグラフィー手段を利用して金−金・ゲルマ
ニウム合金からなる２層構造の金属膜２６１，２６２に
パターニングを施し、直径を約１２０μｍとする円形の
ｐ型電極２６を３００μｍ間隔で形成した。
法により、先ず膜厚を約５０ｎｍとする金・ゲルマニウ
ム合金膜２５１を一旦被着させ、続けてその金・ゲルマ
ニウム合金膜２５１の表面上に膜厚を約５０ｎｍとする
金（Ａｕ）膜２５２を被着させ、２層構造からなるｎ型
電極２５を形成した。次に、ＧａＰからなる電流拡散層
２４の表面に、真空蒸着法により先ず膜厚を約５０ｎｍ
とする、金・亜鉛合金膜２６１を一旦被着させ、続けて
その金・亜鉛合金膜２６１の表面上に、膜厚を約１５０
０ｎｍとする金（Ａｕ）膜２６２を被着させた。一般的
なフォトリソグラフィー手段を利用して金−金・ゲルマ
ニウム合金からなる２層構造の金属膜２６１，２６２に
パターニングを施し、直径を約１２０μｍとする円形の
ｐ型電極２６を３００μｍ間隔で形成した。
【００３７】次に、アルゴン（Ａｒ）気流中において４
２０℃で１５分間の合金化熱処理を施し、金合金電極と
ＧａＰからなる電流拡散層２４および半導体基板２０と
のオーミック接触を形成した。その後、通常のダイシン
グ法により、３００μｍピッチでウェーハを裁断して個
別に細分化してチップとした。チップは一辺を約２６０
μｍとする正方形とした。次に、エッチングによりチッ
プ側面の破砕層を除去した。チップにダイボンド、ワイ
ヤボンドを施して組立を行い、半導体発光素子２００を
作製した。
２０℃で１５分間の合金化熱処理を施し、金合金電極と
ＧａＰからなる電流拡散層２４および半導体基板２０と
のオーミック接触を形成した。その後、通常のダイシン
グ法により、３００μｍピッチでウェーハを裁断して個
別に細分化してチップとした。チップは一辺を約２６０
μｍとする正方形とした。次に、エッチングによりチッ
プ側面の破砕層を除去した。チップにダイボンド、ワイ
ヤボンドを施して組立を行い、半導体発光素子２００を
作製した。
【００３８】上記のように作製した半導体発光素子のｎ
型電極及びｐ型電極の間に順方向に電流を通電したとこ
ろ、表面から波長を約５７２ｎｍとする黄緑色の光が出
射された。２０ｍＡの電流を通電した際の順方向電圧
（Ｖf ：２０ｍＡ当り）は、各電極での良好なオーミッ
ク特性を反映し、約２．０Ｖとなった。電流拡散層の効
果により、その周縁の領域においても均一な発光が認め
られ、チップ状態で市販の積分球を利用して視感度補正
をした状態で、簡易的に測定される発光の強度は約４２
ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。５０ｍＡで１０００
時間通電後の２０ｍＡでの残存輝度は９０％以上であっ
た。これらの結果を表１に示す。また、ＳＩＭＳ分析に
よる不純物元素濃度分布を図６に模式的に示す。
型電極及びｐ型電極の間に順方向に電流を通電したとこ
ろ、表面から波長を約５７２ｎｍとする黄緑色の光が出
射された。２０ｍＡの電流を通電した際の順方向電圧
（Ｖf ：２０ｍＡ当り）は、各電極での良好なオーミッ
ク特性を反映し、約２．０Ｖとなった。電流拡散層の効
果により、その周縁の領域においても均一な発光が認め
られ、チップ状態で市販の積分球を利用して視感度補正
をした状態で、簡易的に測定される発光の強度は約４２
ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。５０ｍＡで１０００
時間通電後の２０ｍＡでの残存輝度は９０％以上であっ
た。これらの結果を表１に示す。また、ＳＩＭＳ分析に
よる不純物元素濃度分布を図６に模式的に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】（実施例２）第２の実施例が第１の実施例
と異なる点は、ｐ型基板を使用したｎサイドアップ型の
半導体発光素子とした点である。図５は、この発明の第
２の実施例の半導体発光素子の断面を示す図である。平
面図は第１の実施例の図３と同一である。
と異なる点は、ｐ型基板を使用したｎサイドアップ型の
半導体発光素子とした点である。図５は、この発明の第
２の実施例の半導体発光素子の断面を示す図である。平
面図は第１の実施例の図３と同一である。
【００４１】本実施例では、まず［１１０］方向に４゜
傾斜した（１００）面を有するＺｎドープのｐ形ＧａＡ
ｓからなる半導体基板３０上に、トリメチルガリウム
（（ＣＨ3）3Ｇａ）を III族元素の原料とし、アルシン
（ＡｓＨ3 ）をＶ族元素の原料とする一般的な減圧ＭＯ
−ＣＶＤ法により、亜鉛（Ｚｎ）ドープのｐ形ＧａＡｓ
からなる緩衝層３１を積層した。亜鉛（Ｚｎ）のドーピ
ング原料にはジエチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2 Ｚｎ）を利用
した。ｐ形ＧａＡｓからなる緩衝層３１の層厚は約１μ
ｍとし、不純物元素濃度は約３×１０18個／ｃｍ3 とし
た。成長温度は７１０℃とした。
傾斜した（１００）面を有するＺｎドープのｐ形ＧａＡ
ｓからなる半導体基板３０上に、トリメチルガリウム
（（ＣＨ3）3Ｇａ）を III族元素の原料とし、アルシン
（ＡｓＨ3 ）をＶ族元素の原料とする一般的な減圧ＭＯ
−ＣＶＤ法により、亜鉛（Ｚｎ）ドープのｐ形ＧａＡｓ
からなる緩衝層３１を積層した。亜鉛（Ｚｎ）のドーピ
ング原料にはジエチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2 Ｚｎ）を利用
した。ｐ形ＧａＡｓからなる緩衝層３１の層厚は約１μ
ｍとし、不純物元素濃度は約３×１０18個／ｃｍ3 とし
た。成長温度は７１０℃とした。
【００４２】次に、トリメチルアルミニウム（（Ｃ
Ｈ3）3Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）
を III族元素の原料とし、ホスフィン（ＰＨ3 ）をＶ族
元素の原料とする一般的な減圧ＭＯ−ＣＶＤ法により、
緩衝層３１上に混晶比の異なる複数のＡｌＧａＡｓ積層
体からなる反射層３２を積層した。
Ｈ3）3Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）
を III族元素の原料とし、ホスフィン（ＰＨ3 ）をＶ族
元素の原料とする一般的な減圧ＭＯ−ＣＶＤ法により、
緩衝層３１上に混晶比の異なる複数のＡｌＧａＡｓ積層
体からなる反射層３２を積層した。
【００４３】次に、トリメチルアルミニウム（（Ｃ
Ｈ3）3Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）
及びトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）を III族
元素の原料、ホスフィン（ＰＨ3 ）及びアルシン（Ａｓ
Ｈ3 ）をＶ族元素の原料とする一般的な減圧ＭＯ−ＣＶ
Ｄ法により、反射層３２の表面上に、Ｚｎをドーピング
したｐ形の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る下
部クラッド層３３１を積層した。下部クラッド層３３１
の層厚は約１．５μｍとし、正孔濃度は約２×１０ 17ｃ
ｍ3 とした。
Ｈ3）3Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）
及びトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）を III族
元素の原料、ホスフィン（ＰＨ3 ）及びアルシン（Ａｓ
Ｈ3 ）をＶ族元素の原料とする一般的な減圧ＭＯ−ＣＶ
Ｄ法により、反射層３２の表面上に、Ｚｎをドーピング
したｐ形の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る下
部クラッド層３３１を積層した。下部クラッド層３３１
の層厚は約１．５μｍとし、正孔濃度は約２×１０ 17ｃ
ｍ3 とした。
【００４４】下部クラッド層３３１上には、（Ａｌ0.3
Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる発光層３３２を積層し
た。発光層３３２の層厚は約０．８μｍとした。発光層
３３２上にはＳｅをドーピングしたｎ形の（Ａｌ0.7Ｇ
ａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる上部クラッド層３３３を
約１．５μｍ積層した。下部クラッド層３３１、発光層
３３２及び上部クラッド層３３３からダブルへテロ接合
構造からなる発光部３３を形成した。
Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる発光層３３２を積層し
た。発光層３３２の層厚は約０．８μｍとした。発光層
３３２上にはＳｅをドーピングしたｎ形の（Ａｌ0.7Ｇ
ａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる上部クラッド層３３３を
約１．５μｍ積層した。下部クラッド層３３１、発光層
３３２及び上部クラッド層３３３からダブルへテロ接合
構造からなる発光部３３を形成した。
【００４５】上部クラッド層３３３の上には、第１の不
純物としての硫黄（Ｓ）と、第２の不純物としてのセレ
ン（Ｓｅ）とを共にドープしたＧａＰからなる電流拡散
層３４１を、ＭＯ−ＣＶＤ法で約１μｍの厚さに積層し
た。更に、ＶＰＥ法で硫黄（Ｓ）のみをドープしたＧａ
Ｐからなる電流拡散層３４２を約４０μｍの厚さに積層
し、３４１と３４２とから電流拡散層３４を形成した。
この時の発光部との界面、すなわちｘ＝ｄの地点におけ
る、第１の不純物元素である硫黄（Ｓ）の濃度は約４×
１０16個／ｃｍ3 で、第２の不純物元素であるセレン
（Ｓｅ）の濃度は、約２×１０18個／ｃｍ3 、あった。
また、表面、すなわちｘ＝０の地点では、第１の不純物
元素である硫黄（Ｓ）の濃度は約２×１０18個／ｃｍ3
であり、第２の不純物元素であるセレン（Ｓｅ）の濃度
は１×１０16個／ｃｍ3 以下であり、前述の式（１）及
び式（２）の関係を満足する電流拡散層であった。また
ｘ＝３９．５の地点で第１の不純物元素である硫黄
（Ｓ）と第２の不純物元素であるセレン（Ｓｅ）の濃度
は共に４×１０17個／ｃｍ3 と等しくなり、前述の式
（３）の関係を満足していた。このようにしてエピタキ
シャルウェーハを形成した。
純物としての硫黄（Ｓ）と、第２の不純物としてのセレ
ン（Ｓｅ）とを共にドープしたＧａＰからなる電流拡散
層３４１を、ＭＯ−ＣＶＤ法で約１μｍの厚さに積層し
た。更に、ＶＰＥ法で硫黄（Ｓ）のみをドープしたＧａ
Ｐからなる電流拡散層３４２を約４０μｍの厚さに積層
し、３４１と３４２とから電流拡散層３４を形成した。
この時の発光部との界面、すなわちｘ＝ｄの地点におけ
る、第１の不純物元素である硫黄（Ｓ）の濃度は約４×
１０16個／ｃｍ3 で、第２の不純物元素であるセレン
（Ｓｅ）の濃度は、約２×１０18個／ｃｍ3 、あった。
また、表面、すなわちｘ＝０の地点では、第１の不純物
元素である硫黄（Ｓ）の濃度は約２×１０18個／ｃｍ3
であり、第２の不純物元素であるセレン（Ｓｅ）の濃度
は１×１０16個／ｃｍ3 以下であり、前述の式（１）及
び式（２）の関係を満足する電流拡散層であった。また
ｘ＝３９．５の地点で第１の不純物元素である硫黄
（Ｓ）と第２の不純物元素であるセレン（Ｓｅ）の濃度
は共に４×１０17個／ｃｍ3 と等しくなり、前述の式
（３）の関係を満足していた。このようにしてエピタキ
シャルウェーハを形成した。
【００４６】次に、半導体基板３０に、真空蒸着法によ
り、先ず膜厚を約５０ｎｍとする、金・亜鉛合金膜３５
１を一旦被着させ、続けて、その金・亜鉛合金膜３５１
の表面上に、膜厚を約１５００ｎｍとする金（Ａｕ）膜
３５２を被着させ、２層構造からなるｐ型電極３５を形
成した。次に、ＧａＰからなる電流拡散層３４の表面
に、一般的な真空蒸着法により、先ず膜厚を約５０ｎｍ
とする、金・ゲルマニウム合金膜３６１を一旦被着さ
せ、続けて、その金・ゲルマニウム合金膜３６１の表面
上に、膜厚を約１５００ｎｍとする金（Ａｕ）膜３６２
を被着させた。一般的なフォトリソグラフィー手段を利
用して金及び金・ゲルマニウム合金からなる２層の金属
膜３６１，３６２にパターニングを施し、直径を約１２
０μｍとする円形のｎ型電極３６を３００μｍ間隔で形
成した。
り、先ず膜厚を約５０ｎｍとする、金・亜鉛合金膜３５
１を一旦被着させ、続けて、その金・亜鉛合金膜３５１
の表面上に、膜厚を約１５００ｎｍとする金（Ａｕ）膜
３５２を被着させ、２層構造からなるｐ型電極３５を形
成した。次に、ＧａＰからなる電流拡散層３４の表面
に、一般的な真空蒸着法により、先ず膜厚を約５０ｎｍ
とする、金・ゲルマニウム合金膜３６１を一旦被着さ
せ、続けて、その金・ゲルマニウム合金膜３６１の表面
上に、膜厚を約１５００ｎｍとする金（Ａｕ）膜３６２
を被着させた。一般的なフォトリソグラフィー手段を利
用して金及び金・ゲルマニウム合金からなる２層の金属
膜３６１，３６２にパターニングを施し、直径を約１２
０μｍとする円形のｎ型電極３６を３００μｍ間隔で形
成した。
【００４７】次に、アルゴン（Ａｒ）気流中において４
２０℃で１５分間の合金化熱処理を施し、金合金電極３
５，３６と電流拡散層３４及び半導体基板３０とのオー
ミック接触を形成した。その後、通常のダイシング法に
より、３００μｍピッチでウェーハを裁断して個別に細
分化してチップとした。チップは一辺を２６０μｍとす
る正方形とした。次に、エッチングによりチップ側面の
破砕層を除去した。チップにダイボンド、ワイヤボンド
加工を施して組立を行い、半導体発光素子３００を作製
した。
２０℃で１５分間の合金化熱処理を施し、金合金電極３
５，３６と電流拡散層３４及び半導体基板３０とのオー
ミック接触を形成した。その後、通常のダイシング法に
より、３００μｍピッチでウェーハを裁断して個別に細
分化してチップとした。チップは一辺を２６０μｍとす
る正方形とした。次に、エッチングによりチップ側面の
破砕層を除去した。チップにダイボンド、ワイヤボンド
加工を施して組立を行い、半導体発光素子３００を作製
した。
【００４８】上記のように作製した半導体発光素子のｎ
型電極及びｐ型電極の間に順方向に電流を通電したとこ
ろ、表面から波長を約５７２ｎｍとする黄緑色の光が出
射された。２０ｍＡの電流を通電した際の順方向電圧
（Ｖf ：２０ｍＡ当り）は、各電極での良好なオーミッ
ク特性を反映し、約２．０Ｖとなった。電流拡散層の効
果により、その周縁の領域においても均一な発光が認め
られ、チップ状態で市販の積分球を利用して視感度補正
をした状態で、簡易的に測定される発光の強度は約４３
ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。５０ｍＡで１０００
時間通電後の２０ｍＡでの残存輝度は９０％以上であっ
た。これらの結果を表１に併記して示す。また、ＳＩＭ
Ｓ分析による不純物元素濃度分布を模式的に示せば図６
のとおりになる。
型電極及びｐ型電極の間に順方向に電流を通電したとこ
ろ、表面から波長を約５７２ｎｍとする黄緑色の光が出
射された。２０ｍＡの電流を通電した際の順方向電圧
（Ｖf ：２０ｍＡ当り）は、各電極での良好なオーミッ
ク特性を反映し、約２．０Ｖとなった。電流拡散層の効
果により、その周縁の領域においても均一な発光が認め
られ、チップ状態で市販の積分球を利用して視感度補正
をした状態で、簡易的に測定される発光の強度は約４３
ミリカンデラ（ｍｃｄ）であった。５０ｍＡで１０００
時間通電後の２０ｍＡでの残存輝度は９０％以上であっ
た。これらの結果を表１に併記して示す。また、ＳＩＭ
Ｓ分析による不純物元素濃度分布を模式的に示せば図６
のとおりになる。
【００４９】（比較例）不純物の数又は濃度分布のみを
種々変更した以外は、実施例１又は実施例２と同じ条件
で作製した発光素子の特性結果を表１に併記して示す。
また、これらの比較例の電流拡散層内の不純物元素濃度
プロファイルの模式図を図７〜図９に示す。表１及び図
７〜図９から明らかなとおり、１種類の不純物元素のみ
をドーピングしたものは、輝度が２７から２８（ｍｃ
ｄ）と低いものしか得られない（比較例１−１，２−１
参照）。また、２種類の不純物をドーピングしたもので
あっても、その濃度分布が電流拡散層内で均一である場
合は、輝度は上がらない（比較例１−２，２−２参
照）。さらに、２種類の不純物をドーピングしてその濃
度分布に差を付けたものであっても、電流拡散層の表面
からあまり深いところで濃度が逆転したのでは、やはり
輝度は上がらない（比較例１−３，２−３参照）。
種々変更した以外は、実施例１又は実施例２と同じ条件
で作製した発光素子の特性結果を表１に併記して示す。
また、これらの比較例の電流拡散層内の不純物元素濃度
プロファイルの模式図を図７〜図９に示す。表１及び図
７〜図９から明らかなとおり、１種類の不純物元素のみ
をドーピングしたものは、輝度が２７から２８（ｍｃ
ｄ）と低いものしか得られない（比較例１−１，２−１
参照）。また、２種類の不純物をドーピングしたもので
あっても、その濃度分布が電流拡散層内で均一である場
合は、輝度は上がらない（比較例１−２，２−２参
照）。さらに、２種類の不純物をドーピングしてその濃
度分布に差を付けたものであっても、電流拡散層の表面
からあまり深いところで濃度が逆転したのでは、やはり
輝度は上がらない（比較例１−３，２−３参照）。
【００５０】
【発明の効果】２種の不純物元素を式（１）ないし式
（３）を満たす条件でドーピングした場合、１種の不純
物のみ、または２種の不純物を均一分布条件でドーピン
グした場合と比較して、輝度または信頼性の点で優位性
が認められる。本発明の２種類の不純物元素のドーピン
グが電流拡散層の結晶性改善に寄与していると考えられ
る。
（３）を満たす条件でドーピングした場合、１種の不純
物のみ、または２種の不純物を均一分布条件でドーピン
グした場合と比較して、輝度または信頼性の点で優位性
が認められる。本発明の２種類の不純物元素のドーピン
グが電流拡散層の結晶性改善に寄与していると考えられ
る。
【００５１】本発明は、ドーピング不純物の異なる電流
拡散層によるの二段成長により、格子定数の異なる発光
層と電流拡散層の結晶不安定化を抑制した。その結果、
高輝度かつ信頼性、生産安定性に優れたＡｌＧａＩｎＰ
発光素子が得られる。
拡散層によるの二段成長により、格子定数の異なる発光
層と電流拡散層の結晶不安定化を抑制した。その結果、
高輝度かつ信頼性、生産安定性に優れたＡｌＧａＩｎＰ
発光素子が得られる。
【図１】 ＡｌＧａＩｎＰ半導体発光素子に用いられる
エピタキシャルウェーハの断面構造を示す模式図であ
る。
エピタキシャルウェーハの断面構造を示す模式図であ
る。
【図２】 電流拡散層の不純物元素の濃度分布の模式図
である。
である。
【図３】 本発明の実施例１の半導体発光素子の平面図
である。
である。
【図４】 図３の半導体発光素子のＡ−Ａ’線に沿った
断面構造を示す図である。
断面構造を示す図である。
【図５】 本発明の実施例２の半導体発光素子のＡ−
Ａ’線に沿った断面構造を示す図である。
Ａ’線に沿った断面構造を示す図である。
【図６】 本発明の実施例１及び実施例２の半導体発光
素子の不純物元素濃度分布を示す模式図である。
素子の不純物元素濃度分布を示す模式図である。
【図７】 比較例の半導体発光素子の不純物元素濃度
の一例を示す模式図である。
の一例を示す模式図である。
【図８】 比較例の半導体発光素子の不純物元素濃度
の他の例を示す模式図である。
の他の例を示す模式図である。
【図９】 比較例の半導体発光素子の不純物元素濃度
のさらに他の例を示す模式図である。
のさらに他の例を示す模式図である。
１０，２０，３０・・・・・・半導体基板
１１，２１，３１・・・・・・緩衝層
１２，２２，３２・・・・・・反射層
１３，２３，３３・・・・・・発光部
１３１，２３１，３３１・・・・・・下部クラッド層
１３２，２３２，３３２・・・・・・発光層
１３３，２３３，３３３・・・・・・上部クラッド層
１４，２４，３４・・・・・・電流拡散層
２５，３６・・・・・・ｎ型電極
２６，３５・・・・・・ｐ型電極
２００，３００・・・・・・半導体発光素子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA21 AA40 CA04 CA05
CA34 CA35 CA37 CA49 CA53
CA65 CA74 CA76 CA82 CA92
DA07
5F045 AA04 AB11 AB18 AC19 BB11
CA10 DA52 DA59
Claims (12)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成されたリン化アルミ
ニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）から
なる発光部を備え、該発光部上に該発光部からの光に対
して透明である電流拡散層を有する発光素子であって、
該電流拡散層中に最高濃度がそれぞれ１×１０17個／ｃ
ｍ3 以上である複数の不純物元素を含有することを特徴
とするＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハ。 - 【請求項２】 電流拡散層の厚さがｄ（μｍ）であっ
て、該電流拡散層表面からの距離ｘ（μｍ）における第
１の不純物元素の濃度をＮ１（ｘ）（個／ｃｍ 3 ）、第
２の不純物元素の濃度をＮ２（ｘ）（個／ｃｍ3 ）とし
た時に、該電流拡散層の表面及び該電流拡散層と発光部
との界面における不純物元素濃度Ｎ１とＮ２が、 ｛ Ｎ１（０）−Ｎ２（０）｝＞１×１０17・・・・・・（１） ｛ Ｎ２（ｄ）−Ｎ１（ｄ）｝＞１×１０17・・・・・・（２） の２式を満足する関係にあることを特徴とする請求項１
に記載のＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハ。 - 【請求項３】 電流拡散層中の発光部との界面からの距
離ａ（μｍ）、すなわち電流拡散層の表面から（ｄ−
ａ）の点において、第１の不純物元素の濃度Ｎ１（ｄ−
ａ）（個／ｃｍ3 ）と第２の不純物元素の濃度Ｎ２（ｄ
−ａ）（個／ｃｍ3 ）とが、次式 Ｎ１（ｄ−ａ）＝Ｎ２（ｄ−ａ）・・・・・・（３） （ただし、０＜ａ＜０．１×ｄ） を満足する関係にあることを特徴とする請求項１又は請
求項２に記載のＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエー
ハ。 - 【請求項４】 第１の不純物元素が亜鉛（Ｚｎ）であ
り、第２の不純物元素がマグネシウム（Ｍｇ）であるこ
とを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に
記載のＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハ。 - 【請求項５】 第１の不純物元素が硫黄（Ｓ）であり、
第２の不純物元素がセレン（Ｓｅ）又はシリコン（Ｓ
ｉ）であることを特徴とする請求項１から請求項３のい
ずれか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエ
ーハ。 - 【請求項６】 電流拡散層がリン化ガリウム（ＧａＰ）
であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれ
か１項に記載のＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエー
ハ。 - 【請求項７】 電流拡散層の厚さがｄ（μｍ）が、５μ
ｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１
から請求項６のいずれか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰエ
ピタキシャルウエーハ。 - 【請求項８】 半導体基板上に少なくともＡｌＧａＩｎ
Ｐ発光部及び電流拡散層を順次積層してなるＡｌＧａＩ
ｎＰエピタキシャルウエーハの製造方法であって、該電
流拡散層を形成するに当たり、先ず２種類の不純物元素
をドープさせながら成膜した後、引き続き１種類の不純
物元素のみをドープさせながら成膜することを特徴とす
る請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のＡｌＧ
ａＩｎＰエピタキシャルウエーハを製造する方法。 - 【請求項９】 ２種類の不純物元素をドープさせる成膜
をＭＯ−ＣＶＤ法で行い、１種類の不純物元素のみをド
ープさせる成膜をＶＰＥ法で行うことを特徴とする請求
項８に記載のＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハを
製造する方法。 - 【請求項１０】 請求項８または請求項９に記載の方法
により製造されたＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエー
ハ。 - 【請求項１１】 請求項１から請求項７のいずれか１項
または請求項１０に記載のＡｌＧａＩｎＰエピタキシャ
ルウエーハを使用してなることを特徴とする半導体発光
素子。 - 【請求項１２】 発光波長が５５０〜５８０ｎｍである
ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001183354A JP2003008058A (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | ＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハ及びそれを製造する方法並びにそれを用いた半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001183354A JP2003008058A (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | ＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハ及びそれを製造する方法並びにそれを用いた半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003008058A true JP2003008058A (ja) | 2003-01-10 |
Family
ID=19023315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001183354A Pending JP2003008058A (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | ＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハ及びそれを製造する方法並びにそれを用いた半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003008058A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001210863A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-08-03 | Lumileds Lighting Us Llc | 選択的にドーピングされたｉｉｉ−ｖ窒化物層を有する半導体装置 |
| WO2005106975A1 (ja) * | 2004-04-27 | 2005-11-10 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 発光素子の製造方法及び発光素子 |
| WO2005106976A1 (ja) * | 2004-04-27 | 2005-11-10 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 発光素子の製造方法及び発光素子 |
| JP2008034852A (ja) * | 2006-07-27 | 2008-02-14 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 超格子を有する半導体層構造 |
| US7528417B2 (en) | 2003-02-10 | 2009-05-05 | Showa Denko K.K. | Light-emitting diode device and production method thereof |
| JP2011091103A (ja) * | 2009-10-20 | 2011-05-06 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子 |
| JP2011198807A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 化合物半導体基板および発光素子なら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 |
| US8471240B2 (en) | 2006-07-27 | 2013-06-25 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor layer structure with superlattice |
-
2001
- 2001-06-18 JP JP2001183354A patent/JP2003008058A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001210863A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-08-03 | Lumileds Lighting Us Llc | 選択的にドーピングされたｉｉｉ−ｖ窒化物層を有する半導体装置 |
| US7528417B2 (en) | 2003-02-10 | 2009-05-05 | Showa Denko K.K. | Light-emitting diode device and production method thereof |
| WO2005106975A1 (ja) * | 2004-04-27 | 2005-11-10 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 発光素子の製造方法及び発光素子 |
| WO2005106976A1 (ja) * | 2004-04-27 | 2005-11-10 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 発光素子の製造方法及び発光素子 |
| US7663151B2 (en) | 2004-04-27 | 2010-02-16 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method of fabricating light emitting device and thus-fabricated light emitting device |
| JP2008034852A (ja) * | 2006-07-27 | 2008-02-14 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 超格子を有する半導体層構造 |
| US8471240B2 (en) | 2006-07-27 | 2013-06-25 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor layer structure with superlattice |
| JP2011091103A (ja) * | 2009-10-20 | 2011-05-06 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子 |
| JP2011198807A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 化合物半導体基板および発光素子なら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 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6548834B2 (en) | Semiconductor light emitting element | |
| US5804834A (en) | Semiconductor device having contact resistance reducing layer | |
| JP4320653B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP3890930B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP5169012B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2008288248A (ja) | 半導体発光素子 | |
| WO2010103752A1 (ja) | 発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置 | |
| US7528417B2 (en) | Light-emitting diode device and production method thereof | |
| JP2007096152A (ja) | 透明導電膜を備えた半導体発光素子 | |
| JP5032033B2 (ja) | 発光ダイオード | |
| US20130240936A1 (en) | Light-emitting diode and light-emitting diode lamp | |
| US7230281B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| KR101317979B1 (ko) | 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼 | |
| JP2007096169A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP4320654B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2006040998A (ja) | 半導体発光素子、半導体発光素子用エピタキシャルウェハ | |
| JP2003008058A (ja) | ＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハ及びそれを製造する方法並びにそれを用いた半導体発光素子 | |
| US6831293B2 (en) | P-n junction-type compound semiconductor light-emitting device, production method thereof, lamp and light source | |
| JP2007096162A (ja) | 半導体発光素子 | |
| KR101560952B1 (ko) | 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼 | |
| JP2007096157A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP3763303B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP4123235B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
| JP2004356601A (ja) | 発光ダイオード | |
| WO2004070851A1 (en) | Light-emitting diode device and production method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040709 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061130 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070109 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070312 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070703 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080408 |