JP2003101066A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単色性に優れた半導体発光素子およびその製
造方法を提供する。 【解決手段】 ｎ-ＧaＡs基板１０１上にＭＯＣＶＤ法
により、ｎ-ＧaＡsバッファ層１１０と、ｎ-ＡlＧaＩn
Ｐクラッド層１０２と、アンドープＡlＧaＩnＰ活性層
１０３と、ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層１０４と、ｐ-Ａl
ＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７とを順に積層す
る。素子側面近傍においてｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギ
ャップ層１０７およびｐ-クラッド層１０４の上側の一
部をエッチングにより除去する。そして、基板上にｐ-
ＧaＰ電流拡散層１０５を積層する。次に、基板側に全
面にわたって第１電極１１１を形成し、成長層側の素子
中央域に第２電極１１２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、表面から光を取
り出す表面発光型の半導体発光素子およびその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体発光素子としてＬＥＤ(発
光ダイオード)が屋内外の表示デバイスとして脚光を浴
びている。特にその高輝度化に伴い、屋外ディスプレイ
市場が急伸し、ＬＥＤはネオンサインに代る媒体として
成長している。

【０００３】このような分野における可視光域の高輝度
ＬＥＤは、ＡlＧaＩnＰ系のＤＨ(ダブルヘテロ)型ＬＥ
Ｄで実現されている。図１９(a)〜(c)に従来の半導体発
光素子として、黄緑色帯ＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤの素子構
造図を示している(特開２０００−５８９１０号公報)。
ここで図１９(a)は上記ＬＥＤの上面図、図１９(b)は断
面図、図１９(c)は電流の流れを示す機能図である。

【０００４】この半導体発光素子は、図１９(a)〜(c)に
示すように、ｎ-ＧaＡs基板５０１上にＭＯＣＶＤ(Meta
l Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属気相
成長)法により、ｎ-ＧaＡsバッファ層５１０(厚さ０.５
μｍ、Ｓiドープ：５×１０^{1 7}ｃｍ^-3)、ｎ-ＡlＧaＩnＰ
クラッド層５０２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１
０¹⁷ｃｍ^-3)、アンドープ(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.5Ｉn_0.5Ｐ活
性層５０３(０.６μｍ)、ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層５
０４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)、
ｐ-ＡlＧaＡs電流拡散層５０５(厚さ６μｍ、Ｚnドー
プ：３×１０¹⁸ｃｍ^-3)、ｐ-ＧaＡsキャップ層５０６
(厚さ０.１μｍ、Ｚnドープ：３×１０¹⁸ｃｍ^-3)を成長
させ、基板側に第１電極５１１を形成する一方、成長層
側に第２電極５１２を形成している。上記ｐ-ＧaＡsキ
ャップ層５０６は、成長層側の第２電極５１２に合せて
中央部以外の領域を除去している。この半導体発光素子
では、活性層５０３内にｐｎ接合が形成されており、電
子−正孔の再結合により発光が生じる。この半導体発光
素子を５ｍｍφの樹脂にモールドし、２０ｍＡ通電した
ところ発光光度は１.２カンデラであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記半導体
発光素子では、図２０に示すように、チップ表面と側面
からの光を合せて見た発光スペクトルは、波長５８５ｎ
ｍ近辺にサブピークを有し、主発光の５６５ｎｍ(黄緑)
とは明らかに視覚的に異なる黄色をしている。このよう
なチップを樹脂にモールドした場合、純粋な黄緑色のＬ
ＥＤにならないという不具合が生じていた。

【０００６】上記半導体発光素子の側面からの発光スペ
クトルが黄色帯にピークを有するのは以下の理由によ
る。

【０００７】素子の中央部付近で発生した光は活性層３
を導波して側面に達するまでにその短波長成分が吸収さ
れ長波長成分が残る。これは、素子側面近傍の領域での
発光に寄与する利得と吸収に寄与する損失の波長依存性
が図２１のようになっているため、利得が損失を上回る
長波長域で活性層中央から進行した光の長波長成分が吸
収されずに素子側面に達するためである(図２２)。素子
側面近傍の領域での利得と損失の関係は、その領域での
電流注入量に依存する。すなわち、側面に流れる電流が
少なければ素子側面で長波長光も完全に吸収されてしま
うように、長波長域での損失も利得を上回らせることが
できる。

【０００８】このような考え方の下に図２３に示す半導
体発光素子の構造が提案されている(特開平５−２６７
７１５号公報)。図２３(a)は上記半導体発光素子の上面
図、図２３(b)は断面図、図２３(c)は電流の流れを示す
機能図である。

【０００９】この半導体発光素子は、図２３(a)〜(c)に
示すように、ｎ-ＧaＡs基板６０１上にＭＯＣＶＤ法に
より、ｎ-ＡlＧaＩnＰクラッド層６０２(厚さ１.０μ
ｍ、Ｓiドープ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)、アンドープ(ＡlＧ
a)_0.5Ｉn_0.5Ｐ活性層６０３(０.５μｍ)、ｐ-ＡlＧaＩn
Ｐクラッド層６０４(厚さ１.０μｍ、Ｚnドープ：４×
１０¹⁷ｃｍ^-3)、ｐ-ＧaＩnＰキャップ層６１４(厚さ０.
０５μｍ、Ｚnドープ：１×１０¹⁸ｃｍ^-3)、ｎ-ＡlＧa
ＩnＰ電流阻止層６０８,６０９(厚さ０.１５μｍ、Ｓi
ドープ：２×１０¹⁸ｃｍ^-3)、ｐ-ＡlＧaＡs電流拡散層
６０５(厚さ７μｍ、Ｚnドープ：３×１０¹⁸ｃｍ^-3)、
ｐ-ＧaＡsコンタクト層６１０(厚さ０.１μｍ、Ｚnドー
プ：３×１０¹⁸ｃｍ^-3)を成長させ、基板側に第１電極
６１１を形成する一方、成長層側に第２電極６１２を形
成している。

【００１０】この半導体発光素子では、電流阻止層６０
８は直径２４０μｍの円形状に、電流阻止層６０９は側
面に沿って帯状に幅５０μｍに加工されている。

【００１１】この半導体発光素子の場合、成長層側の第
２電極６１２から注入された電流は、第２電極６１２の
下にあるｎ-ＡlＧaＩnＰ電流阻止層６０８を避けてその
両側に流れるため、第２電極６１２下に流れる無効な電
流が減少すると共に、また素子側面近傍の領域に流れる
電流を減少させることができるために側面での損失を増
やすことができ、側面からの長波長光を少なくすること
ができる。

【００１２】しかしながら、電流阻止層６０９が活性層
６０３から１.０５μｍと離れた位置にあるため、図２
３(c)に示すように、側面に流れる電流を完全に減らす
ことができず、依然長波長光をなくすことができず、側
面から長波長光が観測された。

【００１３】そこで、この発明の目的は、単色性に優れ
た半導体発光素子およびその製造方法を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の半導体発光素子は、第１導電型の半導体
基板上に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第
２導電型またはアンドープの活性層と、第２導電型のク
ラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第
２導電型の電流拡散層とが積層された半導体発光素子で
あって、素子側面近傍において上記第２導電型の中間バ
ンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上
側の一部が除去されていることを特徴としている。

【００１５】上記構成の半導体発光素子によれば、素子
側面近傍において第２導電型の中間バンドギャップ層お
よび第２導電型のクラッド層の上側の一部が除去された
領域が高抵抗になるため、電流が素子側面近傍の領域に
流れず、その領域での長波長帯域の損失が増えて吸収が
大きくなるため、外部に長波長光が出てこないので、単
色性が向上する。

【００１６】また、一実施形態の半導体発光素子は、上
記素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギ
ャップ層が除去された領域が、素子の発光領域から周辺
領域への導波光を吸収するように形成されていることを
特徴としている。

【００１７】上記実施形態の半導体発光素子によれば、
素子の発光領域から周辺領域への導波光を吸収するよう
に、上記第２導電型の中間バンドギャップ層の除去領域
を形成するので、周辺領域での導波光の損失を増大でき
る。

【００１８】また、一実施形態の半導体発光素子は、上
記素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギ
ャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一
部が除去された領域が、素子側面から内側に向かって２
０μｍ〜５０μｍの領域であることを特徴としている。

【００１９】上記実施形態の半導体発光素子によれば、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層および第２導電
型のクラッド層の除去領域の幅が２０μｍよりも広い場
合は、導波光が充分に吸収されて素子表面からのスペク
トルのメインピークとサブピークの比が１／１０以下と
なり、単色性が良好になる。一方、上記第２導電型の中
間バンドギャップ層および第２導電型のクラッド層の除
去領域の幅が５０μｍを越えると、素子の発光領域その
ものが小さくなるために、除去領域がない場合に比べて
輝度が低下する。したがって、上記除去領域の幅が２０
μｍ〜５０μｍとすることによって、単色性が良好でか
つ高輝度な半導体発光素子が実現できる。

【００２０】また、一実施形態の半導体発光素子は、上
記第１導電型の半導体基板はＧaＡsからなり、上記第１
導電型のクラッド層と、上記第１導電型,第２導電型ま
たはアンドープの活性層と、上記第２導電型のクラッド
層とが上記第１導電型の半導体基板のＧaＡsに略格子整
合するＡlＧaＩnＰ系の材料で形成され、上記第２導電
型の中間バンドギャップ層がＧaＡsに格子整合しないＡ
lＧaＩnＰ系材料で形成され、上記第２導電型の電流拡
散層がＧaＰまたはＧaＡsに格子整合しないＡlＧaＩnＰ
系材料で形成され、上記第２導電型の電流拡散層および
上記第２導電型のクラッド層の価電子帯上端の位置と伝
導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構
造を有することを特徴としている。

【００２１】上記実施形態の半導体発光素子によれば、
上記第２導電型のクラッド層と上記第１導電型,第２導
電型またはアンドープの活性層がＧaＡsに略格子整合す
るＡlＧaＩnＰ系で構成され、上記第２導電型の中間バ
ンドギャップ層がＧaＡsに格子整合しないＡlＧaＩnＰ
系、上記第２導電型の電流拡散層がＧaＰまたはＧaＡs
に格子整合しないＡlＧaＩnＰ系で形成されており、上
記第２導電型の電流拡散層および第２導電型のクラッド
層の接合面がタイプIIのエネルギーバンド構造により高
抵抗になるので、可視域の発光素子において、素子側面
近傍において第２導電型の中間バンドギャップ層および
第２導電型のクラッド層の上側の一部を除去した領域を
高抵抗にできる。ここで、タイプIIのエネルギーバンド
構造とは、接合面において一方の半導体の価電子帯上端
が他方の半導体の伝導帯下端と価電子帯上端との間に位
置し、異なる空間的位置に電子と正孔が分離して閉じこ
められる構造である。

【００２２】また、一実施形態の半導体発光素子は、上
記第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層の
厚さが０.４μｍ〜２.０μｍであることを特徴としてい
る。

【００２３】上記実施形態の半導体発光素子によれば、
上記第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層
の厚さを０.４μｍ〜２.０μｍとすることによって、発
光強度を充分に大きくすることができる。なお、上記活
性層の厚さが０.４μｍより薄い場合、活性層のクラッ
ド層との界面の準位の影響を受けて発光強度が減少する
一方、上記活性層の厚さが２.０μｍよりも厚くなる
と、活性層自身の吸収が大きくなるために強度が減少す
る。

【００２４】また、一実施形態の半導体発光素子は、Ａ
lＧaＩnＰ系材料で形成された上記第２導電型の中間バ
ンドギャップ層の上記第１導電型の半導体基板のＧaＡs
に対する格子整合率△ａ／ａが−３.２％≦△ａ／ａ≦
−２.５％であることを特徴としている。

【００２５】上記実施形態の半導体発光素子によれば、
ＡlＧaＩnＰ系材料で形成された上記第２導電型の中間
バンドギャップ層の第１導電型の半導体基板のＧaＡsに
対する格子整合率△ａ／ａを−３.２％≦△ａ／ａ≦−
２.５％とすることによって、ＡlＧaＩnＰ系の発光素子
において、無効電流を低減して、発光強度を高くできる
上に、素子の動作電圧を低減でき、素子表面の結晶欠陥
を少なくできる。

【００２６】また、一実施形態の半導体発光素子は、素
子中央域において上記第２導電型の中間バンドギャップ
層と上記第２導電型の電流拡散層との間に形成された第
１導電型の電流阻止層と、上記第１導電型の半導体基板
表面の他方の側に全面にわたって形成された第１電極
と、上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に形成
された第２電極とを備えたことを特徴としている。

【００２７】上記実施形態の半導体発光素子によれば、
成長層側の第２電極の直下に流れる電流を少なくできる
ので、第２電極下での発光を減らし、光を外部に取り出
しやすくして、発光強度を上げることができる。

【００２８】また、一実施形態の半導体発光素子は、素
子中央域において上記第２導電型の中間バンドギャップ
層と上記第２導電型のクラッド層の上側の一部が除去さ
れていることを特徴としている。

【００２９】上記実施形態の半導体発光素子によれば、
素子中央域において第２導電型の中間バンドギャップ層
と上記第２導電型のクラッド層の上側の一部を除去する
ことによって、素子中央域も高抵抗領域になるので、第
２電極下の領域も避けてその周囲に流れ、第２電極下以
外の領域で発光が生じて、発光強度をさらに上げること
ができる。

【００３０】また、一実施形態の半導体発光素子は、素
子側面近傍において上記第２導電型のクラッド層が残厚
０.０１μｍ〜０.３μｍになるように、上記第２導電型
のクラッド層の上側の一部が除去されていることを特徴
としている。

【００３１】上記実施形態の半導体発光素子によれば、
素子側面近傍において第２導電型のクラッド層の厚さが
０.０１μｍ〜０.３μｍになるまで第２導電型のクラッ
ド層の上側の一部を除去しているので、上記活性層の素
子側面近傍の領域にダメージを与えることなく、素子側
面近傍の領域へ電流を流さないようにできる。なお、上
記第２導電型のクラッド層の残厚が０.３μｍよりも厚
くなると、素子側面近傍の領域に電流が流れるために単
色性が損なわれる一方、第２導電型のクラッド層の残厚
が０.０１μｍよりも薄い場合は、活性層の素子側面近
傍の領域がダメージを受けて、長時間発光を続けると素
子側面近傍に近い発光領域が劣化する。

【００３２】また、この発明の半導体発光素子は、第１
導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１クラッド層
と、第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層
と、第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型のエッ
チングストップ層と、第２導電型の第３クラッド層と、
第２導電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の電
流拡散層とが積層された半導体発光素子であって、素子
側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ
層および上記第２導電型の第３クラッド層が除去されて
いることを特徴としている。

【００３３】上記構成の半導体発光素子によれば、素子
側面近傍において第２導電型の中間バンドギャップ層お
よび第２導電型の第３クラッド層が除去された領域が高
抵抗になるため、電流が素子側面近傍の領域に流れず、
その領域での長波長帯域の損失が増えて吸収が大きくな
るため、外部に長波長光が出てこないので、単色性が向
上する。また、上記第２導電型のエッチングストップ層
があることによって、第２導電型のクラッド層の素子側
面近傍の領域の残厚を制御性よく残すことができるの
で、この半導体発光素子の歩留まりを上げることができ
る。

【００３４】また、一実施形態の半導体発光素子は、上
記第２導電型のエッチングストップ層が厚さ２０Å〜１
００ÅのＧaＩnＰで形成されたことを特徴としている。

【００３５】上記実施形態の半導体発光素子によれば、
上記第２導電型のエッチングストップ層の厚さが１００
Åよりも厚くなると、ＧaＩnＰが光を吸収し、外部に光
が出てこないために発光強度が減少する。一方、上記第
２導電型のエッチングストップ層の厚さが２０Åよりも
薄くなると、エッチングストップ層として機能しないた
め、エッチングでエッチングストップ層が部分的に除去
されてしまい、活性層の素子側面近傍の領域がダメージ
を受け、長時間発光を続けると素子内部にまで劣化が進
行し、発光強度が減少する。したがって、上記第２導電
型のエッチングストップ層を厚さ２０Å〜１００ÅのＧ
aＩnＰで形成することによって、発光強度の減少を防ぐ
ことができる。

【００３６】また、この発明の半導体発光素子の製造方
法は、第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１
導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型または
アンドープの活性層と、第２導電型のクラッド層と、第
２導電型の中間バンドギャップ層とを順に積層する工程
と、素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンド
ギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の
一部をエッチングにより除去する工程と、上記第２導電
型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラ
ッド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程の
後、上記第２導電型の中間バンドギャップ層上および上
記第２導電型のクラッド層上に第２導電型の電流拡散層
を積層する工程と、上記第１導電型の半導体基板表面の
他方の側に全面にわたって第１電極を形成する工程と、
上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極
を形成する工程とを有することを特徴としている。

【００３７】上記半導体発光素子の製造方法によれば、
素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍
の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐ
れた半導体発光素子が製造できる。

【００３８】また、この発明の半導体発光素子の製造方
法は、第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１
導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型または
アンドープの活性層と、第２導電型のクラッド層と、第
２導電型の中間バンドギャップ層と、第１導電型の電流
阻止層とを順に積層する工程と、上記第１導電型の電流
阻止層の素子中央域以外の領域をエッチングにより除去
する工程と、素子側面近傍において上記第２導電型の中
間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層
の上側の一部をエッチングにより除去する工程と、上記
第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電
型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除去す
る工程の後、上記第１導電型の電流阻止層上と上記第２
導電型の中間バンドギャップ層上および上記第２導電型
のクラッド層上に第２導電型の電流拡散層を積層する工
程と、上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全
面にわたって第１電極を形成する工程と、上記第２導電
型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極を形成する工
程とを有することを特徴としている。

【００３９】上記半導体発光素子の製造方法によれば、
素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍
の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐ
れた半導体発光素子が製造できる。さらに、成長層側の
第２電極の直下に電流阻止層があるので、第２電極下に
流れる電流が減少し、第２電極下での発光が少なくなる
ので光の取り出し効率が向上して発光強度が上がる。

【００４０】また、この発明の半導体発光素子の製造方
法は、第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１
導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型または
アンドープの活性層と、第２導電型のクラッド層と、第
２導電型の中間バンドギャップ層とを順に積層する工程
と、素子中央域と素子側面近傍において上記第２導電型
の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッ
ド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程と、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２
導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除
去する工程の後、上記第２導電型の中間バンドギャップ
層上および上記第２導電型のクラッド層上に第２導電型
の電流拡散層を積層する工程と、上記第１導電型の半導
体基板表面の他方の側に全面にわたって第１電極を形成
する工程と、上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央
域に第２電極を形成する工程とを有することを特徴とし
ている。

【００４１】上記半導体発光素子の製造方法によれば、
素子中央域と素子側面近傍の領域に電流を流さず、その
素子側面近傍の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、
単色性にすぐれた半導体発光素子が製造できる。

【００４２】また、この発明の半導体発光素子の製造方
法は、第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１
導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型または
アンドープの活性層と、第２導電型の第２クラッド層
と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型
の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ
層とを順に積層する工程と、素子側面近傍において上記
第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型の
第３クラッド層をエッチングにより除去する工程と、上
記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型
の第３クラッド層をエッチングにより除去する工程の
後、上記第２導電型の電流拡散層を積層する工程と、上
記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわた
って第１電極を形成する工程と、上記第２導電型の電流
拡散層上の素子中央域に第２電極を形成する工程とを有
することを特徴としている。

【００４３】上記半導体発光素子の製造方法によれば、
素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍
の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐ
れた半導体発光素子が製造できる。また、上記第２導電
型のエッチングストップ層によって第２導電型の第２ク
ラッド層の残厚の制御性がよくなり、歩留まりを向上で
きる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の半導体発光素子
およびその製造方法を図示の実施の形態により詳細に説
明する。

【００４５】(第１実施形態)図１(a)はこの発明の第１
実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図１(b)は
上記半導体発光素子の断面図であり、図１(c)は上記半
導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。なお、
この第１実施形態の半導体発光素子では、第１導電型を
ｎ型、第２導電型をｐ型としている。

【００４６】この半導体発光素子は、図１(a)〜(c)に示
すように、ｎ-ＧaＡs基板１０１上にＭＯＣＶＤ法によ
りｎ-ＧaＡsバッファ層１１０(厚さ０.５μｍ、Ｓiドー
プ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)、ｎ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5
Ｐクラッド層１０２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×
１０¹⁷ｃｍ^-3)、アンドープ(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
活性層１０３(０.６μｍ)、ｐ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn
_0.5Ｐクラッド層１０４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５
×１０¹⁷ｃｍ^-3)、ｐ-(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.9Ｉn_0.1Ｐ中間
バンドギャップ層１０７(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドー
プ：２×１０¹⁸ｃｍ^{- 3})、ｐ-ＧaＰ電流拡散層１０５(厚
さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０¹⁸ｃｍ^-3)を積層してい
る。

【００４７】ここで半導体発光素子の側面近傍におい
て、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７とｐ-
ＡlＧaＩnＰクラッド層１０４の上側の一部を素子側面
に沿って３０μｍ幅の帯状に除去している。また、基板
側に第１電極１１１を形成する一方、成長層側に直径１
００μｍの円形状の第２電極１１２を形成している。

【００４８】また、上記ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層１０
４は、残厚ｄが０.２μｍになるように除去されてい
る。なお、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７
はＧaＡs基板１０１に対して格子整合率△ａ／ａ＝−
２.８％のミスマッチを有している。

【００４９】この半導体発光素子を５ｍｍφの樹脂にモ
ールドし、２０ｍＡ通電したところ発光光度は１.２カ
ンデラであった。この半導体発光素子の場合、成長層側
の第２電極１１２から注入された電流は、ｐ-ＡlＧaＩn
Ｐ中間バンドギャップ層１０７とｐ-ＡlＧaＩnＰクラッ
ド層１０４の上側の一部を除去した素子側面近傍の領域
(除去領域)には流れない。

【００５０】以下にその理由を説明する。上記ｐ-ＡlＧa
ＩnＰクラッド層１０４とｐ-ＧaＰ電流拡散層１０５
は、真空準位に対して伝導帯下端の位置と価電子帯上端
の位置が図２(a)に示すようになり、ヘテロ接合を形成
した場合、価電子帯のバンド不連続性が大きくなるタイ
プIIと呼ばれる結合状態になる。そのため、素子側面近
傍の除去領域に、ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層１０４とｐ
-ＧaＰ電流拡散層１０５の界面があるが、その界面での
バンド接合状態は図２(b)のようになり、成長層側の第
２電極１１２から注入される電流(ホール)に対して接合
部分での価電子帯のノッチが大きく高抵抗になる(ノッ
チ高さは約０.２８Ｖである)。

【００５１】一方、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ
層１０７を除去していない領域では、ｐ-ＡlＧaＩnＰ/
ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７/ｐ-ＧaＰ
電流拡散層１０５の層構成になっており、ｐ-ＡlＧaＩn
Ｐ中間バンドギャップ層１０７の存在でバンド接合状態
は図２(c)のようになり、バンド不連続性が分割される
ため、接合部分での価電子帯のノッチが小さくなり低抵
抗になる(ノッチは０.１５Ｖと０.１３Ｖに分割され
る)。素子として動作させた場合、電極下の除去領域の
ように、ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層１０４とｐ-ＧaＰ電
流拡散層１０５の界面だけの素子では、ノッチ高さが大
きいため、２０ｍＡ通電時の電圧は約３.５Ｖとなる。

【００５２】一方、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ
層１０７を有する素子の場合は、２０ｍＡ通電時の電圧
は約２.１Ｖとなり、１.４Ｖもの電圧差が生じる。この
ため、２０ｍＡ通電時は図１(c)に示すように、成長層
側の第２電極１１２から注入された電流は、素子側面近
傍の除去領域には流れない。

【００５３】この半導体発光素子の場合、高抵抗界面が
活性層から０.２μｍと近い位置にあるため、図２３に
示す半導体発光素子で見られた電流阻止層下への電流の
回り込みはなく、素子側面近傍の領域での長波長帯域の
損失が大きくなるため、素子側面へ導波した光は完全に
吸収されるため素子の単色性が向上する。

【００５４】この半導体発光素子の表面と側面からの発
光を合せたスペクトルは、図３に示すように、波長５６
５ｎｍ付近のメインピークのみが見られた。また、第２
導電型中間バンドギャップ層と第２導電型のクラッド層
の上側の一部が除去された素子側面近傍の領域は、導波
光が充分に吸収されるような幅が必要である。図４は素
子側面近傍において中間バンドギャップ層とクラッド層
を除去する幅を変化させた場合の素子表面からのスペク
トルのメインピークとサブピークの比をプロットしたも
のである。比１／１０以下であれば単色性に問題がな
く、そのためには図４に示すように幅２０μｍ以上が必
要である。

【００５５】また、図５は素子側面近傍において中間バ
ンドギャップ層とクラッド層を除去する幅を変化させた
場合の素子表面からの発光強度をプロットしたものであ
る。図５に示すように、幅５０μｍを越えると素子の発
光領域そのものが小さくなるために、幅０μｍの場合す
なわち中間バンドギャップ層と第２導電型のクラッド層
の一部の除去領域がない場合に比べて８０％以下の輝度
になってしまい、光度減少がはなはだしくなる。したが
って、除去領域は２０μｍ〜５０μｍが適当である。素
子表面からの発光に関して長波長成分が混じった場合、
視認性が問題になるのは可視域である。したがって、活
性層を形成する材料はＡlＧaＩnＰ系が対象になる。

【００５６】また、電流拡散層は、ｐ-ＡlＧaＩnＰクラ
ッド層とヘテロ接合を形成した場合、真空準位に対して
伝導帯下端の位置と価電子帯上端の位置がタイプIIと呼
ばれる結合状態になるような材料(すなわちＧaＰまたは
ＧaＡsに格子整合しないＡlＧaＩnＰ)であるのが望まし
く、中間バンドギャップ層もＧaＡsと電流拡散層の中間
のバンドギャップ層を有するＡlＧaＩnＰであるのが望
ましい。

【００５７】図６はこの第１実施形態において活性層１
０３の厚さを０.３μｍ〜２.５μｍまで変化させた場合
の発光強度をプロットしたものである。図６に示すよう
に、活性層の厚さが０.４μｍ〜２.０μｍで充分な光度
が得られているが、０.４μｍより薄い場合、発光強度
が減少するのは、活性層のクラッド層との界面の準位の
影響を受けるためである。また、活性層の厚さが２.０
μｍよりも厚い場合強度が減少するのは活性層自身の吸
収が大きくなるためである。図６から活性層の厚さは
０.４μｍ〜２.０μｍが望ましい。

【００５８】図７は中間バンドギャップ層のＧaＡsに対
する格子整合率△ａ／ａを変えた場合の素子表面の欠陥
数を示しており、図８は中間バンドギャップ層のＧaＡs
に対する格子整合率△ａ／ａを変えた場合の駆動電圧を
示している。上記格子整合率が−３.２％より小さい
と、駆動電圧Ｖfが２.５Ｖ以上になり実用上不具合が生
じる。また、格子整合率が−２.５％より大きいとヒロ
ックと呼ばれる結晶欠陥が増えて不具合が生じる。した
がって、格子整合率は−３.２％≦△ａ／ａ≦−２.５％
が望ましい。

【００５９】(第２実施形態)図９(a)はこの発明の第２
実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図９(b)は
上記半導体発光素子の断面図であり、図９(c)は上記半
導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。なお、
この第２実施形態の半導体発光素子では、第１導電型を
ｎ型、第２導電型をｐ型としている。

【００６０】この半導体発光素子は、図９(a)〜(c)に示
すように、ｎ-ＧaＡs基板２０１上にＭＯＣＶＤ法によ
り、ｎ-ＧaＡsバッファ層２１０(厚さ０.５μｍ、Ｓiド
ープ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)、ｎ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn
_0.5Ｐクラッド層２０２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５
×１０¹⁷ｃｍ^-3)、アンドープ(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.5Ｉn_0.5
Ｐ活性層２０３(０.６μｍ)、ｐ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn
_0.5Ｐクラッド層２０４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５
×１０¹⁷ｃｍ^-3)、ｐ-(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.9Ｉn_0.1Ｐ中間
バンドギャップ層２０７(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドー
プ：２×１０¹⁸ｃｍ^{- 3})、ｐ-ＧaＰ電流拡散層２０５(厚
さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０¹⁸ｃｍ^-3)を積層してい
る。上記半導体発光素子の側面近傍において、ｐ-ＡlＧ
aＩnＰ中間バンドギャップ層２０７とｐ-ＡlＧaＩnＰク
ラッド層２０４の上側の一部の途中まで(残厚０.２μ
ｍ)を幅３０μｍの帯状に除去している。また、上記ｐ-
ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層２０７とｐ-ＧaＰ電
流拡散層２０５との間の素子中央の領域にｎ-ＧaＰ電流
阻止層２０９を形成している。基板側に第１電極２１１
を形成する一方、成長層側に直径１００μｍの円形状の
第２電極２１２を形成している。

【００６１】この半導体発光素子の場合、第１実施形態
と同じ原理で成長層側の第２電極２１２から注入された
電流は、図９(c)に示すように、側面近傍の除去領域を
避けて活性層２０３に流れ、素子側面近傍の領域は長波
長帯域の発光に対しても吸収領域になる。

【００６２】また、この半導体発光素子の場合、成長層
側の第２電極２１２の直下に電流阻止層２０９があるの
で、第２電極２１２下に流れる電流が減少し、したがっ
て、第２電極２１２下での発光が少なくなるので光の取
り出し効率が上がり発光強度が上がる。

【００６３】この半導体発光素子の場合、５ｍｍφモー
ルド品の２０ｍＡ通電時(動作電圧２.１Ｖ)の発光光度
は２.４カンデラと第１実施形態に比べて２倍に増大し
た。

【００６４】(第３実施形態)図１０(a)はこの発明の第
３実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図１０
(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図１０(c)は
上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。
なお、この第３実施形態の半導体発光素子では、第１導
電型をｎ型、第２導電型をｐ型としている。

【００６５】この半導体発光素子は、図１０(a)〜(c)に
示すように、ｎ-ＧaＡs基板３０１上にＭＯＣＶＤ法に
よりｎ-ＧaＡsバッファ層３１０(厚さ０.５μｍ、Ｓiド
ープ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)、ｎ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn
_0.5Ｐクラッド層３０２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５
×１０¹⁷ｃｍ^-3)、アンドープ(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.5Ｉn_0.5
Ｐ活性層３０３(０.６μｍ)、ｐ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn
_0.5Ｐクラッド層３０４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５
×１０¹⁷ｃｍ^-3)、ｐ-(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.9Ｉn_0.1Ｐ中間
バンドギャップ層３０７(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドー
プ：２×１０¹⁸ｃｍ^{- 3})、ｐ-Ａl_0.1Ｇa_0.8Ｉn_0.1Ｐ電流
拡散層３０５(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０¹⁸ｃｍ
^-3)を積層している。上記半導体発光素子の側面近傍の
領域と素子中央の領域のｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャ
ップ層３０７とｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層３０４の上側
の一部を除去している。素子側面近傍の除去領域は幅４
０μｍの帯状であり、素子中央の除去領域は直径１００
μｍの円形である。基板側に第１電極３１１を形成する
一方、成長層側に直径１００μｍの円形状の第２電極３
１２を形成している。

【００６６】この半導体発光素子の場合、素子中央域も
高抵抗領域になるので、図１０(c)に示すように、第２
電極３１２下の除去領域をも避けてその周囲に流れ、第
２電極３１２下以外の領域で発光が生じる。また、第１
実施形態と同じ原理で成長層側の第２電極３１２から注
入された電流は、側面近傍の除去領域を避けて活性層３
０３に流れ、素子側面近傍の領域は長波長帯域の発光に
対しても吸収領域になる。

【００６７】この半導体発光素子の場合、５ｍｍφモー
ルド品の２０ｍＡ通電時(動作電圧２.１Ｖ)の発光光度
は３.０カンデラと第１実施形態に比べて２.５倍に増大
した。

【００６８】図１１はＡlＧaＩnＰクラッド層３０４の
除去領域の残厚と発光スペクトルのメインピーク/サブ
ピーク比を示したものである。図１１に示すように、残
厚０.３μｍよりも厚い場合は、メインピーク/サブピー
ク比が１／１０以上になり単色性が損なわれる。それは
素子側面近傍の領域に電流が流れるためと考えられる。

【００６９】また、ＡlＧaＩnＰクラッド層３０４の除
去領域の残厚０.０１μｍよりも薄い場合は、図１２に
示すように、１００時間通電後の発光強度が８０％以下
に減少する。それはエッチング界面が活性層３０３に近
いために活性層３０３の素子側面近傍の領域がダメージ
を受け、長時間発光を続けると素子側面近傍に近い発光
領域が劣化するためである。

【００７０】(第４実施形態)図１３(a)はこの発明の第
４実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図１３
(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図１３(c)は
上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。
なお、この第４実施形態の半導体発光素子では、第１導
電型をｎ型、第２導電型をｐ型としている。

【００７１】この半導体発光素子は、図１３(a)〜(c)に
示すように、ｎ-ＧaＡs基板４０１上にＭＯＣＶＤ法に
より、ｎ-ＧaＡsバッファ層４１０(厚さ０.５μｍ、Ｓi
ドープ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)、ｎ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn
_0.5Ｐクラッド層４０２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５
×１０¹⁷ｃｍ^-3)、アンドープ(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.5Ｉn_{0 .5}
Ｐ活性層４０３(０.６μｍ)、ｐ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn
_0.5Ｐ第２クラッド層４０４a(厚さ０.１μｍ、Ｚnドー
プ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)、ｐ-ＧaＩnＰエッチングストッ
プ層４２２(厚さ０.０１μｍ、Ｚnドープ：５×１０¹⁷
ｃｍ^-3)、ｐ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ第３クラッド
層４０４b(厚さ０.５μｍ、Ｚnドープ：５×１０¹⁷ｃｍ
^-3)、ｐ-(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.9Ｉn_0.1Ｐ中間バンドギャッ
プ層４０７(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０¹⁸
ｃｍ^-3)、ｐ-ＧaＰ電流拡散層４０５(厚さ６μｍ、Ｚn
ドープ：２×１０¹⁸ｃｍ^-3)を積層している。素子側面
近傍において、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層４
０７とｐ-ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層４０４bを除去し
ている。このとき、ｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層
４２２の存在でｐ-ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層４０４a
の残厚の制御性が向上する。すなわち、エッチングスト
ップ層が無い場合、残厚を０.１μｍに設定した場合、
エッチングむらにより０.０１μｍより薄くなり、図８
で示すように強度が劣化する素子が出現したが、エッチ
ングストップ層がある素子では、９９％の歩留まりでｐ
-ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層の残厚を０.１μｍに制御
できる。

【００７２】また、基板側に第１電極４１１を形成する
一方、成長層側に直径１００μｍの円形状の第２電極４
１２を形成している。

【００７３】図１４はｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ
層４２２の厚さを変化させた場合の発光強度(１００時
間通電後)をプロットしたものである。図１４に示すよ
うに、ｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層４２２の厚さ
が１００Åよりも厚くなると発光強度が減少するが、こ
れはＧaＩnＰが光を吸収し、外部に光が出にくくなるた
めである。

【００７４】また、ｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層
４２２の層厚が２０Åよりも薄い場合も発光強度が減少
するが、これはＧaＩnＰが薄すぎてエッチングストップ
層として機能しないためである。すなわち、エッチング
で部分的に除去されてしまい、活性層４０３の素子側面
近傍の領域がダメージを受け、長時間発光を続けると素
子内部にまで劣化が進行するためである。したがって、
上記ｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層４２２の厚さは
２０Å〜１００Åが望ましい。

【００７５】この半導体発光素子の場合、素子側面近傍
の領域での長波長帯域の損失が大きくなるため、素子側
面へ導波した光は完全に吸収されるため素子の単色性が
向上する。

【００７６】(第５実施形態)図１５(a)〜(d)はこの発明
の第５実施形態の半導体発光素子の製造方法を示してお
り、第１実施形態の半導体発光素子の製造方法を以下に
説明する。

【００７７】まず、ｎ-ＧaＡs基板１０１表面の一方の
側にＭＯＣＶＤ法により、ｎ-ＧaＡsバッファ層１１０
(Ｓiドープ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)を０.５μｍの厚さに積
層し、さらにｎ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐクラッド層
１０２(Ｓiドープ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)と、アンドープ
(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.5Ｉn_0.5Ｐ活性層１０３と、ｐ-(Ａl
_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐクラッド層１０４(Ｚnドープ：
５×１０¹⁷ｃｍ^-3)と、ｐ-(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.9Ｉn_0.1Ｐ
中間バンドギャップ層１０７とを順に１.０μｍ、０.６
μｍ、０.７μｍ、０,１５μｍの厚さに積層する(図１
５(a))。

【００７８】続いて、通常のフォトマスクを用いてパタ
ーンを形成した後、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ
層１０７およびｐ-クラッド層１０４の素子側面近傍の
領域を０.５μｍエッチングにより除去する(図１５
(b))。上記ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７
は、例えばＨ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝３：１：１の溶
液(５０℃)に約２分間結晶を浸ければエッチングでき
る。また、Ｈ₃ＰＯ₄原液(４０℃)に結晶を約５分間浸け
ることでｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層１０４をほぼ所望の
位置(残厚０.２μｍ)までエッチングできる。

【００７９】その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ-Ｇa
Ｐ電流拡散層１０５(Ｚnドープ：２×１０¹⁸ｃｍ^-3)を
６μｍの厚さに積層する(図１５(c))。

【００８０】次に、ｎ-ＧaＡs基板１０１表面の他方の
側に全面にわたって第１電極１１１を形成し、成長層側
(ｐ-ＧaＰ電流拡散層１０５上)の素子中央域に第２電極
１１２を形成する(図１５(d))。成長層側への第２電極
１１２の形成は第１電極１１１の形成後、通常のフォト
マスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスクを
用いて選択的に電極蒸着しても良い。

【００８１】この半導体発光素子の製造方法を用いるこ
とにより、ｐ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐクラッド層１
０４とｐ-ＧaＰ電流拡散層１０５によるタイプII型のヘ
テロ接合が形成され、高抵抗界面を形成できる。

【００８２】上記半導体発光素子の製造方法によれば、
素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍
の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐ
れた半導体発光素子が製造することができる。

【００８３】ここでｎ-クラッド層,活性層およびｐ-ク
ラッド層は、ＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層であ
ればよい。また、電流拡散層は、ｐ-クラッド層とタイ
プII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。

【００８４】(第６実施形態)図１６(a)〜(d)はこの発明
の第６実施形態の半導体発光素子の製造方法を示してお
り、第２実施形態の半導体発光素子の製造方法を以下に
説明する。

【００８５】まず、ｎ-ＧaＡs基板２０１表面の一方の
側にＭＯＣＶＤ法により、ｎ-ＧaＡsバッファ層２１０
(Ｓiドープ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)を０.５μｍの厚さに積
層し、さらにｎ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐクラッド層
２０２(Ｓiドープ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)と、アンドープ
(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.5Ｉn_0.5Ｐ活性層２０３と、ｐ-(Ａl
_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐクラッド層２０４(Ｚnドープ：
５×１０¹⁷ｃｍ^-3)と、ｐ-(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.9Ｉn_0.1Ｐ
中間バンドギャップ層２０７と、ｎ-ＧaＰ電流阻止層２
０９(Ｓiドープ：３×１０¹⁸ｃｍ^-3)とを順に１.０μ
ｍ、０.６μｍ、０.７μｍ、０.１５μｍ、０.３μｍの
厚さに積層する(図１６(a))。

【００８６】続いて、通常のフォトマスクを用いてパタ
ーンを形成した後、素子中央域以外の電流阻止層２０９
をエッチングで除去し、さらに素子側面近傍においてｐ
-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層２０７とｐ-ＡlＧa
ＩnＰクラッド層２０４の上側の一部を０.５μｍエッチ
ングにより除去する(図１６(b))。例えば０.３μｍ厚の
ｎ-ＧaＰ電流保護層２２１は、Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂
Ｏ＝３：１：１の溶液(５０℃)に約３分間結晶を浸けれ
ばエッチングでき、ｐ-(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.9Ｉn_{0. 1}Ｐ中間
バンドギャップ層２０７も同じ溶液に約２分浸けること
でエッチングできる。また、Ｈ₃ＰＯ₄原液(４０℃)に結
晶を約５分間浸けることでｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層２
０４をほぼ所望の位置(残厚０.２μｍ)までエッチング
できる。

【００８７】その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ-Ａl
ＧaＩnＰ電流拡散層２０５(Ｚnドープ：２×１０¹⁸ｃｍ
^-3)を６μｍの厚さに積層する(図１６(c))。

【００８８】次に、ｎ-ＧaＡs基板２０１表面の他方の
側に全面にわたって第１電極２１１を形成し、成長層側
(ｐ-ＧaＰ電流拡散層２０５上)の素子中央域に第２電極
２１２を形成する(図１６(d))。成長層側への第２電極
２１２の形成は、第１電極２１１の形成後、通常のフォ
トマスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスク
を用いて選択的に電極蒸着しても良い。

【００８９】この半導体発光素子の製造方法を用いるこ
とにより、ｐ-(ＡlＧaＩnＰクラッド層２０４とｐ-Ｇa
Ｐ電流拡散層２０５によるタイプII型のヘテロ接合が形
成され、高抵抗界面を形成できる。

【００９０】上記半導体発光素子の製造方法によれば、
素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍
の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐ
れた半導体発光素子が製造することができる。さらに、
成長層側の第２電極２１２の直下に電流阻止層２０９が
あるので、第２電極２１２下に流れる電流が減少し、第
２電極２１２下での発光が少なくなるので光の取り出し
効率が向上して発光強度が上がる。

【００９１】ここでｎ-クラッド層,活性層およびｐ-ク
ラッド層は、ＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層であ
ればよい。また、電流拡散層は、ｐ-クラッド層とタイ
プII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。

【００９２】(第７実施形態)図１７(a)〜(d)はこの発明
の第７実施形態の半導体発光素子の製造方法を示してお
り、第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を以下に
説明する。

【００９３】まず、ｎ-ＧaＡs基板３０１表面の一方の
側にＭＯＣＶＤ法により、ｎ-ＧaＡsバッファ層３１０
(Ｓiドープ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)を０.５μｍの厚さに積
層し、さらにｎ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐクラッド層
３０２(Ｓiドープ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)と、アンドープ
(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.5Ｉn_0.5Ｐ活性層３０３と、ｐ-(Ａl
_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐクラッド層３０４(Ｚnドープ：
５×１０¹⁷ｃｍ^-3)と、ｐ-(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.9Ｉn_0.1Ｐ
中間バンドギャップ層３０７とを順に１.０μｍ、０.６
μｍ、０.７μｍ、０,１５μｍの厚さに積層する(図１
７(a))。

【００９４】続いて、通常のフォトマスクを用いてパタ
ーンを形成した後、素子側面近傍の領域と素子中央の領
域のｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層３０７および
ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層３０４の上側の一部を０.５
μｍエッチングにより除去する(図１７(b))。例えば０.
１５μｍ厚のｐ-(ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層３
０７は、Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝３：１：１の溶液
(５０℃)に約２分間結晶を浸ければエッチングできる。
また、Ｈ₃ＰＯ₄原液(４０℃)に結晶を約５分間浸けるこ
とでｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層３０４をほぼ所望の位置
(残厚０.２μｍ)までエッチングできる。

【００９５】その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ-Ｇa
Ｐ電流拡散層３０５(Ｚnドープ：２×１０¹⁸ｃｍ^-3)を
６μｍの厚さに積層する(図１７(c))。

【００９６】次に、ｎ-ＧaＡs基板３０１表面の他方の
側に全面にわたって第１電極３１１を形成し、成長層側
(ｐ-ＧaＰ電流拡散層３０５上)の素子中央域に第２電極
３１２を形成する(図１７(d))。成長層側への第２電極
３１２の形成は、第１電極３１１の形成後、通常のフォ
トマスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスク
を用いて選択的に電極蒸着しても良い。

【００９７】この半導体発光素子の製造方法を用いるこ
とにより、ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層３０４とｐ-ＧaＰ
電流拡散層３０５によるタイプII型のヘテロ接合が形成
され、高抵抗界面を形成することができる。

【００９８】上記半導体発光素子の製造方法によれば、
素子中央域と素子側面近傍の領域に電流を流さず、その
素子側面近傍の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、
単色性にすぐれた半導体発光素子を製造することができ
る。

【００９９】ここで、ｎ-クラッド層,活性層およびｐ-
クラッド層は、ＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層で
あればよい。また、電流拡散層は、ｐ-クラッド層とタ
イプII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。

【０１００】(第８実施形態)図１８(a)〜(d)はこの発明
の第８実施形態の半導体発光素子の製造方法を示してお
り、第４実施形態の半導体発光素子の製造方法を以下に
説明する。

【０１０１】まず、ｎ-ＧaＡs基板４０１表面の一方の
側にＭＯＣＶＤ法により、ｎ-ＧaＡsバッファ層４１０
(Ｓiドープ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)を０.５μｍの厚さに積
層し、さらにｎ-(Ａl_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐクラッド層
４０２(Ｓiドープ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)と、アンドープ
(Ａl_0.4Ｇa_0.6)_0.5Ｉn_0.5Ｐ活性層４０３と、ｐ-(Ａl
_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ第２クラッド層４０４a(Ｚnドー
プ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)とをそれぞれ１.０μｍ、０.６
μｍ、０.１μｍの厚さに積層する。その後、ｐ-Ｇa_{0 .5}
Ｉn_0.5Ｐエッチングストップ層４２２(Ｚnドープ：５×
１０¹⁷ｃｍ^-3)を０.０１μｍの厚さに積層し、ｐ-(Ａl
_0.7Ｇa_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ第３クラッド層４０４b(Ｚnドー
プ：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)を０.５μｍの厚さに積層し、ｐ
-(Ａl_0.4Ｇa_0.6) _0.9Ｉn_0.1Ｐ中間バンドギャップ層４０
７を続いて０.１５μｍの厚さに積層する(図１８(a))。

【０１０２】続いて、通常のフォトマスクを用いてパタ
ーンを形成した後、素子側面近傍においてｐ-ＡlＧaＩn
Ｐ中間バンドギャップ層４０７とｐ-ＡlＧaＩnＰ第３ク
ラッド層４０４bをエッチングにより除去する(図１８
(b))。例えば０.１５μｍ厚のｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バン
ドギャップ層４０７は、Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝
３：１：１の間溶液(５０℃)に約２分結晶を浸ければエ
ッチングできる。また、Ｈ ₃ＰＯ₄原液(４０℃)に結晶を
約６分間浸けることで０.５μｍのｐ-ＡlＧaＩnＰ第３
クラッド層４０４bを完全にエッチングできる。これは
第６実施形態の半導体発光素子の製造方法で説明したよ
うに、５分で０.５μｍのｐ-ＡlＧaＩnＰ第３クラッド
層４０４bがほぼエッチングできるものの、ｐ-ＧaＩnＰ
エッチングストップ層４２２が寄与するために長めにエ
ッチング液に浸けて、エッチングむらをなくすことがで
きる。

【０１０３】その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ-Ｇa
Ｐ電流拡散層４０５(Ｚnドープ：２×１０¹⁸ｃｍ^-3)を
６μｍの厚さに積層する(図１８(c))。

【０１０４】次に、ｎ-ＧaＡs基板４０１表面の他方の
側に全面にわたって第１電極４１１を形成し、成長層側
(ｐ-ＧaＰ電流拡散層４０５上)の素子中央域に第２電極
４１２を形成する(図１８(d))。成長層側への第２電極
４１２の形成は、第１電極４１１の形成後、通常のフォ
トマスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスク
を用いて選択的に電極蒸着しても良い。

【０１０５】この半導体発光素子の製造方法を用いるこ
とにより、ｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層４２２と
ｐ-ＧaＰ電流拡散層４０５によるタイプII型のヘテロ接
合が形成され、高抵抗界面を形成できる。

【０１０６】上記半導体発光素子の製造方法によれば、
素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍
の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐ
れた半導体発光素子が製造することができる。また、上
記エッチングストップ層４２２によって第２クラッド層
４０４aの残厚の制御性がよくなり、歩留まりを向上で
きる。

【０１０７】ここでｎ-クラッド層,活性層およびｐ-ク
ラッド層は、ＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層であ
ればよい。また、電流拡散層は、ｐ-クラッド層とタイ
プII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。

【０１０８】上記第１〜第８実施形態では、第１導電型
をｎ型、第２導電型をｐ型としたが、第１導電型をｐ
型、第２導電型をｎ型としてもよいのは勿論である。

【０１０９】また、上記第１〜第８実施形態では、第１
電極１１１,２１１,３１１,４１１は、基板１０１,２０
１,３０１,４０１の全面にわたって形成したが、基板の
一部に形成したものでもよい。

【０１１０】また、上記第１〜第８実施形態では、第２
電極１１２,２１２,３１２,４１２を円形状としたが、
第２電極の形状はこれに限らず、四角形状等の他の形状
であってもよい。

【０１１１】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体発光素子によれば、中間バンドギャップ層と第２導
電型のクラッド層の上側の一部が除去された素子側面近
傍の除去領域が高抵抗になるため、電流が素子側面近傍
の領域に流れず導波光の吸収領域を形成でき、素子の単
色性を向上できる。また、この発明の半導体発光素子
は、電流阻止層が形成された素子中央域または中間バン
ドギャップ層が除去された素子中央域も高抵抗になるた
め、成長層側の第２電極下へ流れる無効電流が減少し、
発光光度が上がる。また、この発明の半導体発光素子に
よれば、特にＡlＧaＩnＰ系の発光素子において、素子
側面近傍の領域への電流を流れなくし、吸収を増やすこ
とができるため、単色性が強く要求される可視域におい
て発光スペクトルの純度を上げることができる。

【０１１２】この発明の半導体発光素子の製造方法によ
れば、素子側面近傍の領域に電流が流れない単色性に優
れた半導体発光素子を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１(a)はこの発明の第１実施形態の半導体
発光素子の上面図であり、図１(b)は上記半導体発光素
子の断面図であり、図１(c)は上記半導体発光素子の機
能図である。

【図２】 図２は上記半導体発光素子の高抵抗層が生じ
る原理を説明するバンド図である。

【図３】 図３は上記半導体発光素子の発光スペクトル
である。

【図４】 図４は上記半導体発光素子の除去領域幅を変
えた場合のサブピーク/メインピーク比である。

【図５】 図５は上記半導体発光素子の除去領域幅を変
えた場合の発光強度である。

【図６】 図６は上記半導体発光素子の活性層の厚さを
変えた場合の発光強度である。

【図７】 図７は上記半導体発光素子の中間バンドギャ
ップ層の格子整合率と動作電圧の関係を示す図である。

【図８】 図８は上記半導体発光素子の中間バンドギャ
ップ層の格子整合率と結晶欠陥数の関係を示す図であ
る。

【図９】 図９(a)はこの発明の第２実施形態を示す上
面図であり、図９(b)は上記半導体発光素子の断面図で
あり、図９(c)は上記半導体発光素子の機能図である。

【図１０】 図１０(a)はこの発明の第３実施形態の半
導体発光素子を示す上面図であり、図１０(b)は上記半
導体発光素子の断面図であり、図１０(c)は上記半導体
発光素子の機能図である。

【図１１】 図１１は上記クラッド層の残厚とサブピー
ク／メインピーク比を示す図である。

【図１２】 図１２は上記クラッド層の残厚と発光強度
を示す図である。

【図１３】 図１３(a)はこの発明の第４実施形態の半
導体発光素子を示す上面図であり、図１３(b)は上記半
導体発光素子の断面図であり、図１３(c)は上記半導体
発光素子の機能図である。

【図１４】 図１４は上記半導体発光素子においてエッ
チングストップ層の厚さを変えた場合の発光強度を示す
図である。

【図１５】 図１５は第５実施形態の半導体発光素子の
製造方法を示す図である。

【図１６】 図１６は第６実施形態の半導体発光素子の
製造方法を示す図である。

【図１７】 図１７は第７実施形態の半導体発光素子の
製造方法を示す図である。

【図１８】 図１８は第８実施形態の半導体発光素子の
製造方法を示す図である。

【図１９】 図１９(a)は従来の半導体発光素子を示す
上面図であり、図１９(b)は上記半導体発光素子の断面
図であり、図１９(ｃ)は上記半導体発光素子の機能図で
ある。

【図２０】 図２０は上記半導体発光素子の発光スペク
トルである。

【図２１】 図２１は上記半導体発光素子の利得と損失
の波長依存性を示す図である。

【図２２】 図２２は上記半導体発光素子の長波長成分
を示す図である。

【図２３】 図２３(a)は従来の他の半導体発光素子を
示す上面図であり、図２３(b)は上記半導体発光素子の
断面図であり、図２３(c)は上記半導体発光素子の機能
図である。

【符号の説明】

１０１,２０１,３０１,４０１…ｎ-ＧaＡs基板、１０
２,２０２,３０２,４０２…ｎ-ＡlＧaＩnＰクラッド
層、１０３,２０３,３０３,４０３…ＡlＧaＩnＰ活性
層、 １０４,２０４,３０４,４０４a,４０４b…ｐ-Ａl
ＧaＩnＰクラッド層、１０５,２０５,４０５…ｐ-ＧaＰ
電流拡散層、 ３０５…ｐ-ＡlＧaＩnＰ電流拡散層、１
０７,２０７,３０７,４０７…ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バン
ドギャップ層、 ２０９…ｎ-ＧaＰ電流阻止層、１１
０,２１０,３１０,４１０…ｎ-ＧaＡsバッファ層、１１
１,２１１,３１１,４１１…第１電極、１１２,２１２,
３１２,４１２…第２電極、４２２…ｐ-ＧaＩnＰエッチ
ングストップ層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA11 AA21 CA04 CA12 CA34 CA35 CA49 CA53 CA57 CA65 CA74 FF01

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型の半導体基板上に、第１導電
   型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアン
   ドープの活性層と、第２導電型のクラッド層と、第２導
   電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の電流拡散
   層とが積層された半導体発光素子であって、 素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャ
   ップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部
   が除去されていることを特徴とする半導体発光素子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体発光素子におい
   て、 上記素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンド
   ギャップ層が除去された領域が、素子の発光領域から周
   辺領域への導波光を吸収するように形成されていること
   を特徴とする半導体発光素子。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の半導体発光素子におい
   て、 上記素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンド
   ギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の
   一部が除去された領域が、素子側面から内側に向かって
   ２０μｍ〜５０μｍの領域であることを特徴とする半導
   体発光素子。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
   半導体発光素子において、 上記第１導電型の半導体基板はＧaＡsからなり、 上記第１導電型のクラッド層と、上記第１導電型,第２
   導電型またはアンドープの活性層と、上記第２導電型の
   クラッド層とが上記第１導電型の半導体基板のＧaＡsに
   略格子整合するＡlＧaＩnＰ系の材料で形成され、 上記第２導電型の中間バンドギャップ層がＧaＡsに格子
   整合しないＡlＧaＩnＰ系材料で形成され、 上記第２導電型の電流拡散層がＧaＰまたはＧaＡsに格
   子整合しないＡlＧaＩnＰ系材料で形成され、 上記第２導電型の電流拡散層および上記第２導電型のク
   ラッド層の価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタ
   イプIIの関係のエネルギーバンド構造を有することを特
   徴とする半導体発光素子。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の半導体発光素子におい
   て、 上記第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層
   の厚さが０.４μｍ〜２.０μｍであることを特徴とする
   半導体発光素子。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の半導体発光素子におい
   て、 ＡlＧaＩnＰ系材料で形成された上記第２導電型の中間
   バンドギャップ層の上記第１導電型の半導体基板のＧa
   Ａsに対する格子整合率△ａ／ａが−３.２％≦△ａ／ａ
   ≦−２.５％であることを特徴とする半導体発光素子。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の
   半導体発光素子において、 素子中央域において上記第２導電型の中間バンドギャッ
   プ層と上記第２導電型の電流拡散層との間に形成された
   第１導電型の電流阻止層と、 上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわ
   たって形成された第１電極と、 上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に形成され
   た第２電極とを備えたことを特徴とする半導体発光素
   子。
8. 【請求項８】 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の
   半導体発光素子において、 素子中央域において上記第２導電型の中間バンドギャッ
   プ層と上記第２導電型のクラッド層の上側の一部が除去
   されていることを特徴とする半導体発光素子。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の
   半導体発光素子において、 素子側面近傍において上記第２導電型のクラッド層が残
   厚０.０１μｍ〜０.３μｍになるように、上記第２導電
   型のクラッド層の上側の一部が除去されていることを特
   徴とする半導体発光素子。
10. 【請求項１０】 第１導電型の半導体基板上に、第１導
    電型の第１クラッド層と、第１導電型,第２導電型また
    はアンドープの活性層と、第２導電型の第２クラッド層
    と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型
    の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ
    層と、第２導電型の電流拡散層とが積層された半導体発
    光素子であって、 素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャ
    ップ層および上記第２導電型の第３クラッド層が除去さ
    れていることを特徴とする半導体発光素子。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の半導体発光素子に
    おいて、 上記第２導電型のエッチングストップ層が厚さ２０Å〜
    １００ÅのＧaＩnＰで形成されたことを特徴とする半導
    体発光素子。
12. 【請求項１２】 第１導電型の半導体基板表面の一方の
    側に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導
    電型またはアンドープの活性層と、第２導電型のクラッ
    ド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層とを順に積
    層する工程と、 素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャ
    ップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部
    をエッチングにより除去する工程と、 上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２
    導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除
    去する工程の後、上記第２導電型の中間バンドギャップ
    層上および上記第２導電型のクラッド層上に第２導電型
    の電流拡散層を積層する工程と、 上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわ
    たって第１電極を形成する工程と、 上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極
    を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光
    素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 第１導電型の半導体基板表面の一方の
    側に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導
    電型またはアンドープの活性層と、第２導電型のクラッ
    ド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第１導
    電型の電流阻止層とを順に積層する工程と、 上記第１導電型の電流阻止層の素子中央域以外の領域を
    エッチングにより除去する工程と、 素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャ
    ップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部
    をエッチングにより除去する工程と、 上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２
    導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除
    去する工程の後、上記第１導電型の電流阻止層上と上記
    第２導電型の中間バンドギャップ層上および上記第２導
    電型のクラッド層上に第２導電型の電流拡散層を積層す
    る工程と、 上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわ
    たって第１電極を形成する工程と、 上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極
    を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光
    素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 第１導電型の半導体基板表面の一方の
    側に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導
    電型またはアンドープの活性層と、第２導電型のクラッ
    ド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層とを順に積
    層する工程と、 素子中央域と素子側面近傍において上記第２導電型の中
    間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層
    の上側の一部をエッチングにより除去する工程と、 上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２
    導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除
    去する工程の後、上記第２導電型の中間バンドギャップ
    層上および上記第２導電型のクラッド層上に第２導電型
    の電流拡散層を積層する工程と、 上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわ
    たって第１電極を形成する工程と、 上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極
    を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光
    素子の製造方法。
15. 【請求項１５】 第１導電型の半導体基板表面の一方の
    側に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導
    電型またはアンドープの活性層と、第２導電型の第２ク
    ラッド層と、第２導電型のエッチングストップ層と、第
    ２導電型の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンド
    ギャップ層とを順に積層する工程と、 素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャ
    ップ層と上記第２導電型の第３クラッド層をエッチング
    により除去する工程と、 上記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電
    型の第３クラッド層をエッチングにより除去する工程の
    後、上記第２導電型の電流拡散層を積層する工程と、 上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわ
    たって第１電極を形成する工程と、 上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極
    を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光
    素子の製造方法。