JP2003179254A - 発光ダイオード及びその製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】第二導電型クラッド層のＺｎが活性層中に拡散
することを効果的に抑止し、実用性に富む高出力、且つ
高信頼性の発光ダイオードを得る。 【解決手段】第一導電型の半導体基板１上に、第一導電
型クラッド層３、アンドープ活性層４、第二導電型クラ
ッド層５、更に第二導電型電流分散層６が積層された半
導体発光素子において、アンドープ活性層４と第二導電
型クラッド層５の間に、厚さ５００ｎｍ以上のアンドー
プスペーサ層９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高輝度、高信頼性
の発光ダイオード（半導体発光素子）の構造及びその製
作方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャル
ウェハを用いて製造する高輝度の赤色および黄色発光ダ
イオード（ＬＥＤ）の需要が大幅に伸びている。主な需
要は、交通用信号、自動車のブレーキランプ、フォグラ
ンプなどである。

【０００３】図９に赤色帯のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイ
オードの典型的な構造を示す。全てのエピタキシャル層
は有機金属気相成長法（以降ＭＯＶＰＥ法と書く）によ
って成長している。

【０００４】図９（ａ）は、従来の赤色帯ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系発光ダイオードの素子構造を示す断面図、図９
（ｂ）は、その時の各層のキャリアプロファイルを示す
図である。なお、このキャリアプロファイルはＳＩＭＳ
測定で求め、その絶対値は標準サンプルを用いて校正し
ている。

【０００５】図９（ａ）においてｎ−ＧａＡｓ基板１上
にＭＯＶＰＥ法により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層（厚さ
５００ｎｍ、Ｓｅドープ１×１０¹⁸cm^-3）２、ｎ−（Ａ
ｌ_{0. 7}Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（厚さ５００ｎ
ｍ、Ｓｅドープ：１×１０¹⁸cm^-3）３、アンドープ（Ａ
ｌ_0.15Ｇａ_0.85）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（厚さ６００ｎ
ｍ）４、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド
層（厚さ１０００ｎｍ、Ｚｎドープ：５×１０¹⁷cm^-3）
５、ｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ８０００ｎｍ、Ｚｎド
ープ：３×１０¹⁸cm^-3）６を順次成長させて成膜する。
更に、上記ｎ−ＧａＡｓ基板１の成長層とは反対側表面
全面に電極７を形成し、又、ｐ−ＧａＰ電流分散層６の
上表面に直径０．１３mmの円形電極８を形成する。

【０００６】この様にして構成された電極付きＬＥＤ用
エピタキシャルウェハを前記円形電極８が中心になる様
に０．３mm角に切断し、更にＴＯ−１８ステム上にマウ
ント（ダイボンディング）した。更にマウントされたＬ
ＥＤベアチップに、ワイヤボンディングを行った。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
にして製作されたＬＥＤ素子（ベアチップ）では、活性
層４にＺｎが拡散し活性層４内にｐｎ接合が形成され、
その時の発光出力は、２０ｍＡ通電時で１．１ｍＷであ
った。又、このＬＥＤ素子（樹脂でモールドされていな
い）の信頼性を、試験条件：５５℃、５０ｍＡ通電で行
い、評価したところ、２４時間通電後に、発光出力が約
６０％に低下してしまった（出力評価時の電流値は２０
ｍＡ）。この時の信頼性試験結果を、図１０に示す。

【０００８】上記従来の構成では活性層４にＺｎが拡散
し、これにより結晶中に欠陥を作り、発光出力が低下す
ることと、このＺｎ拡散によりＬＥＤの信頼性が著しく
低下すると言う問題がある。

【０００９】この点に関し、特開平８−３２１６３３号
公報では、第一導電型の半導体基板上に、第一導電型の
クラッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッド
層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半導
体発光素子において、第一導電型のクラッド層、第二導
電型のクラッド層及び第二導電型の電流分散層のうち少
なくとも第二導電型のクラッド層の一部を、厚さ５０〜
２０００オングストロームの範囲内のアンドープクラッ
ド層とする構成を開示している。これによれば、電流分
散層により誘発されるｐクラッド層のドーパント（Ｚ
ｎ）の活性層への拡散が、このアンドープ層で阻止され
るため、活性層の結晶性劣化を防止することができ、従
って、発光効率に優れた発光ダイオードを得ることがで
きる。

【００１０】しかし、この発光ダイオードは、アンドー
プクラッド層を２００ｎｍ以下に抑えるものであり、そ
の特性の更なる向上が望まれている。

【００１１】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、第二導電型クラッド層５のＺｎが活性層４中に拡散
することを効果的に抑止し、実用性に富む高出力、且つ
高信頼性の発光ダイオードを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意研究
努力した結果、アンドープ活性層と第二導電型クラッド
層の間に、Ｚｎ拡散抑止層（アンドープスペーサ層）を
５００ｎｍ以上挿入することにより、アンドープ活性層
中へのＺｎ拡散抑止作用が格段に高まることを見出し
た。又アンドープ活性層と第二導電型クラッド層の間、
若しくはアンドープ活性層中、若しくは第二導電型クラ
ッド層中に、Ｚｎトラップ層としてＧａＩｎＰ層を挿入
することにより、アンドープ活性層中へのＺｎ拡散が押
さえ込めることも見出した。本発明は、これらを基礎と
してなされたものであり、以下に述べる構成により、高
出力、高信頼性のＬＥＤ、又ＬＥＤ用エピタキシャルウ
ェハが製作可能になった。

【００１３】すなわち、本発明は、上記目的を達成する
ため、次のように構成したものである。

【００１４】（１）請求項１の発明に係る発光ダイオー
ドは、第一導電型の半導体基板上に、第一導電型のクラ
ッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッド層、
更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半導体発
光素子において、第二導電型クラッド層とアンドープ活
性層の間に、活性層よりもバンドギャップエネルギーの
高いアンドープ層を５００ｎｍ以上形成したことを特徴
とする。

【００１５】（２）請求項２の発明に係る発光ダイオー
ドは、第一導電型の半導体基板上に、第一導電型のクラ
ッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッド層、
更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半導体発
光素子において、第二導電型クラッド層のアンドープ活
性層側の一部の５００ｎｍ以上をアンドープとしたこと
を特徴とする。

【００１６】（３）請求項３の発明に係る発光ダイオー
ドは、第一導電型の半導体基板上に、第一導電型のクラ
ッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッド層、
更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半導体発
光素子において、第二導電型クラッド層とアンドープ活
性層の間に、活性層よりもバンドキャップエネルギーの
高い第二導電型であり、且つ第二導電型クラッド層より
もキャリア濃度が低い層を５００ｎｍ以上形成したこと
を特徴とする。

【００１７】（４）請求項４の発明に係る発光ダイオー
ドは、第一導電型の半導体基板上に、第一導電型のクラ
ッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッド層、
更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半導体発
光素子において、第二導電型クラッド層のアンドープ活
性層側の一部の５００ｎｍ以上を第二導電型クラッド層
よりも低キャリア濃度としたことを特徴とする。

【００１８】（５）請求項５の発明に係る発光ダイオー
ドは、第一導電型の半導体基板上に、第一導電型のクラ
ッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッド層、
更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半導体発
光素子において、第二導電型クラッド層とアンドープ活
性層の間に、活性層よりもバンドキャップエネルギーが
高く、且つキャリア濃度が１×１０¹⁷cm^-3以下の第一導
電型層が形成されたことを特徴とする。

【００１９】（６）請求項６の発明に係る発光ダイオー
ドは、第一導電型の半導体基板上に、第一導電型のクラ
ッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッド層、
更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半導体発
光素子において、第二導電型クラッド層とアンドープ活
性層の間に、活性層よりもバンドキャップエネルギーが
高く、且つキャリア濃度が１×１０¹⁷cm^-3以下の第一導
電型層を５００ｎｍ以上形成したことを特徴とする。

【００２０】（７）請求項７の発明に係る発光ダイオー
ドは、第一導電型の半導体基板上に、第一導電型のクラ
ッド層、アンドープ活性層、第二導電型クラッド層と同
じ組成のアンドープ層、第二導電型のクラッド層、更に
第二導電型の電流分散層が順次積層された半導体発光素
子において、第二導電型クラッド層と同じ組成のアンド
ープ層と第二導電型クラッド層の間に、ＧａＩｎＰ層を
形成したことを特徴とする。

【００２１】（８）請求項８の発明に係る発光ダイオー
ドは、第一導電型の半導体基板上に、第一導電型のクラ
ッド層、アンドープ活性層、第二導電型クラッド層と同
じ組成のアンドープ層、第二導電型のクラッド層、更に
第二導電型の電流分散層が順次積層された半導体発光素
子において、活性層と第二導電型クラッド層の間に、活
性層よりもバンドキャップエネルギーが高いアンドープ
層を形成し、第二導電型クラッド層の中にＧａＩｎＰ層
を形成したことを特徴とする。

【００２２】（９）請求項９に記載の発明は、請求項７
又は８記載の発光ダイオードにおいて、ＧａＩｎＰ層が
５０ｎｍ以下であることを特徴とする。

【００２３】（１０）請求項１０に記載の発明は、請求
項１〜９のいずれかに記載の発光ダイオードにおいて、
第一クラッド層、アンドープ活性層、第二クラッド層を
形成する主たる材料がＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰで
あることを特徴とする。

【００２４】（１１）請求項１１に記載の発明は、請求
項１〜１０のいずれかに記載の発光ダイオードにおい
て、ｐ型ドーパントがＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅであることを特
徴とする。

【００２５】（１２）請求項１２に記載の発明は、請求
項１〜１１のいずれかに記載の発光ダイオードにおい
て、活性層に多重量子井戸を用いたことを特徴とする。

【００２６】（１３）請求項１３の発明に係る発光ダイ
オードの製作方法は、第一導電型の半導体基板上に、第
一導電型のクラッド層、アンドープ活性層、第二導電型
のクラッド層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層
された発光ダイオードの製作方法において、第二導電型
クラッド層とアンドープ活性層の間に、活性層よりもバ
ンドギャップエネルギーの高いアンドープ層を５００ｎ
ｍ以上形成することを特徴とする。

【００２７】＜要点の補足説明＞本発明の要点は、図１
に示すように、アンドープ活性層４と第二導電型クラッ
ド層５の間にアンドープ活性層４中にＺｎが拡散しない
様にするためには、Ｚｎ拡散抑止層９（以降アンドープ
スペーサ層と書く）を５００ｎｍ以上挿入することが、
非常に効果的であることを見出したことにある。

【００２８】本発明の他の要点は、図２に示すように、
アンドープ活性層４と第二導電型クラッド層５の間、若
しくはアンドープ活性層４中、若しくは第二導電型クラ
ッド層５中に、Ｚｎトラップ層として、ＧａＩｎＰ層１
０を挿入することにより、アンドープ活性層４中へのＺ
ｎ拡散が押さえ込めることを見出したことにある。これ
らにより、本発明は、高出力、高信頼性のＬＥＤ、又Ｌ
ＥＤ用エピタキシャルウェハを製作可能とするものであ
る。

【００２９】上述したアンドープスペーサ層９の厚さは
厚ければ厚いほど、発光出力及び信頼性は向上する。但
し、ある一定の厚さ以上になれば、アンドープスペーサ
層９の効果は小さくなり、発光出力及び信頼性の向上
は、飽和状態になる。又、アンドープスペーサ層９の厚
さが厚くなっていくことにより、動作電圧が高くなる。
更に、コストも高くなる。これから、アンドープスペー
サ層９の厚さは、適当な厚さがあり、厚くしすぎるのも
あまり適しない。このためアンドープスペーサ層の厚さ
は、５００〜３０００ｎｍが最も適している。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。

【００３１】＜実施例１＞図１は、本発明の第一実施例
にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤを示したもので、
（ａ）はその断面構造図、（ｂ）は断面構造の各層のキ
ャリアプロファイルを示す図である。

【００３２】この第一実施例として、図１（ａ）に示し
た構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色発光ダイオード
を作製した。

【００３３】第一導電型基板としてのｎ−ＧａＡｓ基板
１上に、ＭＯＶＰＥ法により、第一導電型バッファ層と
してのｎ−ＧａＡｓバッファ層（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅ
ドープ１×１０¹⁸cm^-3）２、第一導電型クラッド層とし
てのｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3） _0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅドープ：１×１０¹⁸cm^-3）３、
アンドープ活性層としてのアンドープ（Ａｌ_0.15Ｇａ
_0.85）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（厚さ６００ｎｍ）４、アン
ドープスペーサ層としてのアンドープ（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐスペーサ層（厚さ５００ｎｍ）
９、第二導電型クラッド層としてのｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ
_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（厚さ１０００ｎｍ、Ｚ
ｎドープ：５×１０¹⁷cm^-3）５、第二導電型電流分散層
としてのｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ８０００ｎｍ、Ｚ
ｎドープ：３×１０¹⁸cm^-3）６を順次成長させて成膜し
た。ＭＯＶＰＥ成長は、成長温度７００℃、成長圧力５
０Ｔｏｒｒ、各層の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／
ｓ、III−Ｖ族原料のＶ／III 比は３００〜６００で行
った。

【００３４】更に、上記ｐ−ＧａＰ電流分散層６の表
面、つまりチップ上面に直径０．１３mmの円形のｐ型電
極（第二導電型電極）８を蒸着により形成した。又ｎ−
ＧａＡｓ基板１の成長層とは反対側表面全面に、ｎ型電
極（第一導電型電極）７を蒸着により形成した。ｐ型電
極８は、金・亜鉛、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎ
ｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に蒸着し、ｎ型電極７
は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞれ６０
ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着した。

【００３５】更に、ｐ型の円形電極８及びｎ型電極７が
設けられた電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウェハを、
前記円形電極８が中心になる様に０．３mm角に切断し、
更にＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディン
グ）した。更にマウントされたＬＥＤベアチップに、ワ
イヤボンディングを行った。

【００３６】この様にして製作されたＬＥＤ素子（ベア
チップ）の発光出力は、２０ｍＡ通電時で２．３ｍＷで
あった（図５参照）。又このＬＥＤ素子（樹脂でモール
ドされていない）の信頼性を、試験条件：５５℃、５０
ｍＡ通電で行い、評価したところ、実施例１の２４時間
通電後の発光出力（以降相対出力と書く）は約９２％で
あった（出力評価時の電流値は２０ｍＡ）（図７参
照）。

【００３７】又、図１（ａ）構造の各層のキャリアプロ
ファイルを、ＳＩＭＳにより測定した所、図１（ｂ）に
示す様に活性層４へのＺｎの拡散量が抑えられているこ
とが確認された。

【００３８】このため、第二導電型のクラッド層５とア
ンドープ活性層４の間に５００ｎｍのアンドープＡｌＧ
ａＩｎＰスペーサ層９を設けたことにより、高発光出力
及び高信頼性の半導体発光素子及び半導体発光素子用エ
ピタキシャルウェハを製作できた。

【００３９】＜実施例２＞図２は、本発明の第二実施例
にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ用エピタキシャル
ウェハの断面構造図である。

【００４０】この第二実施例として、図２に示した構造
の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色発光ダイオードを作製
した。

【００４１】第一導電型基板としてのｎ−ＧａＡｓ基板
１上に、ＭＯＶＰＥ法により、第一導電型バッファ層と
してのｎ−ＧａＡｓバッファ層（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅ
ドープ１×１０¹⁸cm^-3）２、第一導電型クラッド層とし
てのｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3） _0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅドープ：１×１０¹⁸cm^-3）３、
アンドープ活性層としてのアンドープ（Ａｌ_0.15Ｇａ
_0.85）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（厚さ６００ｎｍ）４、低濃
度第二導電型クラッド層としてのｐ−（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（厚さ５００ｎｍ、Ｚ
ｎドープ：１×１０¹⁷cm^{- 3}）１０、第二導電型クラッド
層としてのｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッ
ド層（厚さ１０００ｎｍ、Ｚｎドープ：５×１０¹⁷c
m^-3）５、第二導電型電流分散層としてのｐ−ＧａＰ電
流分散層（厚さ８０００ｎｍ、Ｚｎドープ：３×１０¹⁸
cm^-3）６を順次成長させて成膜した。ＭＯＶＰＥ成長条
件、電極形成条件、ＬＥＤ素子製作条件及び方法は、実
施例１と同じである。

【００４２】この様にして製作されたＬＥＤ素子（ベア
チップ）の発光出力は、２０ｍＡ通電時で２．１６ｍＷ
であった（図５参照）。又このＬＥＤ素子（樹脂でモー
ルドされていない）の信頼性を、試験条件：５５℃、５
０ｍＡ通電で行い、評価したところ、実施例２の２４時
間通電後の発光出力（相対出力）は約９１％であった
（出力評価時の電流値は２０ｍＡ）（図７参照）。

【００４３】このため、第二導電型のクラッド層５とア
ンドープ活性層４の間に第二導電型のクラッド層５より
もキャリア濃度が低く、且つ厚さ５００ｎｍの第二導電
型のクラッド層１０を設けたことにより、高発光出力及
び高信頼性の半導体発光素子及び半導体発光素子用エピ
タキシャルウェハを製作することができた。

【００４４】＜実施例３＞図３は、本発明の第三実施例
にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤを示したもので、
（ａ）はその断面構造図、（ｂ）は断面構造の各層のキ
ャリアプロファイルを示す図である。

【００４５】この第三実施例として、図３（ａ）に示し
た構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色発光ダイオード
を作製した。

【００４６】第一導電型基板としてのｎ−ＧａＡｓ基板
１上に、ＭＯＶＰＥ法により、第一導電型バッファ層と
してのｎ−ＧａＡｓバッファ層（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅ
ドープ１×１０¹⁸cm^-3）２、第一導電型クラッド層とし
てのｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3） _0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅドープ：１×１０¹⁸cm^-3）３、
アンドープ活性層としてのアンドープ（Ａｌ_0.15Ｇａ
_0.85）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（厚さ６００ｎｍ）４、アン
ドープスペーサ層としてのアンドープ（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐスペーサ層（厚さ５００ｎｍ）
９、アンドープＧａＩｎＰ層（厚さ５０ｎｍ）１１、第
二導電型クラッド層としてのｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（厚さ１０００ｎｍ、Ｚｎドー
プ：５×１０¹⁷cm^-3）５、第二導電型電流分散層として
のｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ８０００ｎｍ、Ｚｎドー
プ：３×１０¹⁸cm^-3）６を順次成長させて成膜した。Ｍ
ＯＶＰＥ成長条件、電極形成条件、ＬＥＤ素子製作条件
及び方法は、実施例１と同じである。

【００４７】この様にして製作されたＬＥＤ素子（ベア
チップ）の発光出力は、２０ｍＡ通電時で２．２５ｍＷ
であった（図５参照）。又このＬＥＤ素子（樹脂でモー
ルドされていない）の信頼性を、試験条件：５５℃、５
０ｍＡ通電で行い、評価したところ、実施例３の２４時
間通電後の発光出力（相対出力）は約９２％であった
（出力評価時の電流値は２０ｍＡ）（図７参照）。

【００４８】又、図３（ａ）構造の各層のキャリアプロ
ファイルを、ＳＩＭＳにより測定したところ、図３
（ｂ）に示す様に活性層４へのＺｎの拡散量が抑えられ
ていることが確認された。又、ＧａＩｎＰ層にＺｎがト
ラップされていることも確認された。このため、第二導
電型のクラッド層５とアンドープ活性層４の間に５００
ｎｍのアンドープスペーサ層９を設けたこと及びＧａＩ
ｎＰ層を挿入したことにより、高発光出力及び高信頼性
の半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャル
ウェハを製作できた。

【００４９】＜実施例４＞図４は、本発明の第四実施例
にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面構造図であ
る。

【００５０】この第四実施例として、図４に示した構造
の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色発光ダイオードを作製
した。

【００５１】第一導電型基板としてのｎ−ＧａＡｓ基板
１上に、ＭＯＶＰＥ法により、第一導電型バッファ層と
してのｎ−ＧａＡｓバッファ層（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅ
ドープ１×１０¹⁸cm^-3）２、第一導電型クラッド層とし
てのｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3） _0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅドープ：１×１０¹⁸cm^-3）３、
アンドープ活性層としてのアンドープ（Ａｌ_0.15Ｇａ
_0.85）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（厚さ６００ｎｍ）４、低濃
度第一導電型クラッド層としてのｎ−（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（厚さ５００ｎｍ、Ｓ
ｅドープ：１×１０¹⁷cm^{- 3}）１２、第二導電型クラッド
層としてのｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッ
ド層（厚さ１０００ｎｍ、Ｚｎドープ：５×１０¹⁷c
m^-3）５、第二導電型電流分散層としてのｐ−ＧａＰ電
流分散層（厚さ８０００ｎｍ、Ｚｎドープ：３×１０¹⁸
cm^-3）６を順次成長させて成膜した。ＭＯＶＰＥ成長条
件、電極形成条件、ＬＥＤ素子製作条件及び方法は、実
施例１と同じである。

【００５２】この様にして製作されたＬＥＤ素子（ベア
チップ）の発光出力は、２０ｍＡ通電時で２．１４ｍＷ
であった（図５参照）。又このＬＥＤ素子（樹脂でモー
ルドされていない）の信頼性を、試験条件：５５℃、５
０ｍＡ通電で行い、評価したところ、実施例４の２４時
間通電後の発光出力（相対出力）は約９０％であった
（出力評価時の電流値は２０ｍＡ）（図７参照）。

【００５３】このため、第二導電型のクラッド層５とア
ンドープ活性層４の間に第二導電型のクラッド層５より
もキャリア濃度が低く、且つ厚さ５００ｎｍの第一導電
型のクラッド層１２を設けたことにより、高発光出力及
び高信頼性の半導体発光素子及び半導体発光素子用エピ
タキシャルウェハを製作できた。

【００５４】図７に、上記実施例１〜実施例４につい
て、その１０００時間までの通電時間（ｈｒ）の経過に
対する相対出力の変化（信頼性評価結果）を示す。

【００５５】図５は、アンドープスペーサ層９の膜厚と
発光出力の関係を示した図、そして図６はアンドープス
ペーサ層の膜厚９と動作電圧の関係図である。また、図
８はアンドープスペーサ層９の膜厚の変化に対する１０
００時間通電試験後の相対出力（％）の変化を示した信
頼性の関係図である。

【００５６】図５及び図８に示すように、アンドープス
ペーサ層９の厚さが厚ければ厚いほど、発光出力及び信
頼性は向上する。但し、ある一定の厚さ以上になれば、
アンドープスペーサ層９の効果は小さくなり、発光出力
及び信頼性の向上は、飽和状態になる。又、図６に示す
ように、アンドープスペーサ層９の厚さが厚くなってい
くことにより、動作電圧が高くなる。更に、コストも高
くなる。これから、アンドープスペーサ層９の厚さは、
適当な厚さがあり、厚くしすぎるのもあまり適しない。
このためアンドープスペーサ層の厚さは、５００〜３０
００ｎｍが最も適している。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
一導電型の半導体基板上に、第一導電型クラッド層、ア
ンドープ活性層、第二導電型クラッド層、更に第二導電
型電流分散層が積層された半導体発光素子において、ア
ンドープ活性層と第二導電型クラッド層の間に、厚さ５
００ｎｍ以上アンドープスペーサ層を設けることによ
り、第二導電型クラッド層から拡散してきたＺｎ等のド
ーパントがアンドープ活性層に進入することを効果的に
防止し、活性層の劣化を防止することができ、従って高
信頼性であり、且つ高出力の優れた発光ダイオードを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系
赤色ＬＥＤを示したもので、（ａ）はその断面構造図、
（ｂ）は断面構造の各層のキャリアプロファイルを示す
図である。

【図２】本発明の第二実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系
赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面構造図であ
る。

【図３】本発明の第三実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系
赤色ＬＥＤを示したもので、（ａ）はその断面構造図、
（ｂ）は断面構造の各層のキャリアプロファイルを示す
図である。

【図４】本発明の第四実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系
赤色ＬＥＤの断面構造図である。

【図５】アンドープ活性層と第二導電型クラッド層の間
に設けたアンドープスペーサ層の膜厚と、発光出力の関
係図である。

【図６】アンドープ活性層と第二導電型クラッド層の間
に設けたアンドープスペーサ層の膜厚と、動作電圧の関
係図である。

【図７】本発明の実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色
ＬＥＤの信頼性評価結果である。

【図８】本発明の実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色
ＬＥＤのアンドープスペーサ層膜厚と信頼性の関係図で
ある。

【図９】従来例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤを
示したもので、（ａ）はその断面構造図、（ｂ）は断面
構造の各層のキャリアプロファイルを示す図である。

【図１０】従来例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ
の信頼性評価結果図である。

【符号の説明】

１ ｎ−ＧａＡｓ基板（第一導電型基板） ２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層（第一導電型バッファ層） ３ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第一導電型クラッ
ド層） ４ アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層（アンドープ活性
層） ５ 第二導電型クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層） ６ ｐ−ＧａＰ電流分散層（第二導電型電流分散層） ７ ｎ型電極（第一導電型電極） ８ ｐ型電極（第二導電型電極） ９ アンドープＡｌＧａＩｎＰスペーサ層（アンドープ
スペーサ層） １０ 低濃度第二導電型クラッド層 １１ ＧａＩｎＰ層 １２ 低濃度第一導電型クラッド層

フロントページの続き (72)発明者 柴田 憲治 東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日 立電線株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA44 CA03 CA22 CA34 CA49 CA57 CA64 FF01 5F045 AA04 AB18 AC07 AC19 AD11 AE23 AF04 AF05 CA10 DA52 DA59 DA63 DA64

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一導電型の半導体基板上に、第一導電型
   のクラッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッ
   ド層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半
   導体発光素子において、 第二導電型クラッド層とアンドープ活性層の間に、活性
   層よりもバンドギャップエネルギーの高いアンドープ層
   を５００ｎｍ以上形成したことを特徴とする発光ダイオ
   ード。
2. 【請求項２】第一導電型の半導体基板上に、第一導電型
   のクラッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッ
   ド層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半
   導体発光素子において、 第二導電型クラッド層のアンドープ活性層側の一部の５
   ００ｎｍ以上をアンドープとしたことを特徴とする発光
   ダイオード。
3. 【請求項３】第一導電型の半導体基板上に、第一導電型
   のクラッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッ
   ド層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半
   導体発光素子において、 第二導電型クラッド層とアンドープ活性層の間に、活性
   層よりもバンドキャップエネルギーの高い第二導電型で
   あり、且つ第二導電型クラッド層よりもキャリア濃度が
   低い層を５００ｎｍ以上形成したことを特徴とする発光
   ダイオード。
4. 【請求項４】第一導電型の半導体基板上に、第一導電型
   のクラッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッ
   ド層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半
   導体発光素子において、 第二導電型クラッド層のアンドープ活性層側の一部の５
   ００ｎｍ以上を第二導電型クラッド層よりも低キャリア
   濃度としたことを特徴とする発光ダイオード。
5. 【請求項５】第一導電型の半導体基板上に、第一導電型
   のクラッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッ
   ド層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半
   導体発光素子において、 第二導電型クラッド層とアンドープ活性層の間に、活性
   層よりもバンドキャップエネルギーが高く、且つキャリ
   ア濃度が１×１０¹⁷cm^-3以下の第一導電型層が形成され
   たことを特徴とする発光ダイオード。
6. 【請求項６】第一導電型の半導体基板上に、第一導電型
   のクラッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッ
   ド層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半
   導体発光素子において、 第二導電型クラッド層とアンドープ活性層の間に、活性
   層よりもバンドキャップエネルギーが高く、且つキャリ
   ア濃度が１×１０¹⁷cm^-3以下の第一導電型層を５００ｎ
   ｍ以上形成したことを特徴とする発光ダイオード。
7. 【請求項７】第一導電型の半導体基板上に、第一導電型
   のクラッド層、アンドープ活性層、第二導電型クラッド
   層と同じ組成のアンドープ層、第二導電型のクラッド
   層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半導
   体発光素子において、 第二導電型クラッド層と同じ組成のアンドープ層と第二
   導電型クラッド層の間に、ＧａＩｎＰ層を形成したこと
   を特徴とする発光ダイオード。
8. 【請求項８】第一導電型の半導体基板上に、第一導電型
   のクラッド層、アンドープ活性層、第二導電型クラッド
   層と同じ組成のアンドープ層、第二導電型のクラッド
   層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半導
   体発光素子において、 活性層と第二導電型クラッド層の間に、活性層よりもバ
   ンドキャップエネルギーが高いアンドープ層を形成し、
   第二導電型クラッド層の中にＧａＩｎＰ層を形成したこ
   とを特徴とする発光ダイオード。
9. 【請求項９】請求項７又は８記載の発光ダイオードにお
   いて、 ＧａＩｎＰ層が５０ｎｍ以下であることを特徴とする発
   光ダイオード。
10. 【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載の発光ダ
    イオードにおいて、 第一クラッド層、アンドープ活性層、第二クラッド層を
    形成する主たる材料がＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰで
    あることを特徴とする発光ダイオード。
11. 【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかに記載の発光
    ダイオードにおいて、 ｐ型ドーパントがＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅであることを特徴と
    する発光ダイオード。
12. 【請求項１２】請求項１〜１１のいずれかに記載の発光
    ダイオードにおいて、 活性層に多重量子井戸を用いたことを特徴とする発光ダ
    イオード。
13. 【請求項１３】第一導電型の半導体基板上に、第一導電
    型のクラッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラ
    ッド層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層された
    発光ダイオードの製作方法において、 第二導電型クラッド層とアンドープ活性層の間に、活性
    層よりもバンドギャップエネルギーの高いアンドープ層
    を５００ｎｍ以上形成することを特徴とする発光ダイオ
    ードの製作方法。