JP2004356137A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ヒロックの発生を抑えることにより、発光光度が高く、かつ、表面欠陥の少ない発光ダイオードを提供する。
【解決手段】本発明の発光ダイオードは、ＧａＡｓを基板とし、その上にＧａＡｓと格子整合するＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる下部クラッド層、活性層、上部クラッド層を有し，さらに電流拡散層を有する表面出射型の半導体発光素子であって，該電流拡散層がＡｌＧａＩｎＡｓで形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の発光ダイオードは、ＧａＡｓを基板とし、その上にＧａＡｓと格子整合するＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる下部クラッド層、活性層、上部クラッド層を有し，さらに電流拡散層を有する表面出射型の半導体発光素子であって，該電流拡散層がＡｌＧａＩｎＡｓで形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流拡散層を有するＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード及び当該発光ダイオードの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）が屋内外の表示デバイスとして脚光を浴びている。発光ダイオードの高輝度化に伴い、ネオン管灯に代る媒体として屋外ディスプレイ市場での需要が急増している。
【０００３】
可視域の高輝度発光ダイオードとして、ＡｌＧａＩｎＰ系のＤＨ型発光ダイオードが知られている。図１０は、特許文献１に記載された技術に基づく従来（以下、第１従来例という）のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード１００の構造を示す。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−１０３７５９号公報
【０００５】
発光ダイオード１００は、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、（Ａ１０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５活性層３（厚さ０．６μｍ）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層５（厚さ６．０μｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）、ｐ−ＧａＡｓキャップ層６（厚さ０．０２μｍ、Ｚｎドープ：１×１０１８ｃｍ−３）を順次成長させた後、電極９をｎ−ＧａＡｓ基板１側の全面に形成し、更に電極１２をｐ−ＧａＡｓキャップ層６の上に形成したものである。なお、ｐ−ＧａＡｓキャップ層６及び電極１２は、中央部分だけを円形に残してエッチング除去している。
【０００６】
上記発光ダイオード１００において、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２、活性層３及びｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４は発光部を構成する。活性層３ではｐｎ接合が形成されており、当該ｐｎ接合部分で生じる電子−正孔の再結合によって発光が生じる。発光ダイオード１００を５ｍｍφの樹脂にモールドして、２０ｍＡの電気を流したところ、発光光度は１．０ｃｄ（カンデラ）であった。
【０００７】
図１１は、特許文献２に記載された技術に基づく従来（以下、第２従来例という）のＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオード２００の構造を示す。
【０００８】
【特許文献２】
特開平４−２２９６６５号公報
【０００９】
発光ダイオード２００は、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層１３（厚さ０．６μｍ）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０１７ｃｍ−３）から成る発光層を形成した後、更に、ｐ−ＧａＩｎＰキャップ層１５（厚さ０．０５μｍ、Ｚｎドープ：２×１０１８ｃｍ−３）、及び、上記キャップ層１５の中央部分にｎ−ＡｌＧａＩｎＰ電流阻止層１６（厚さ０．３μｍ、Ｓｉドープ：３×１０１８ｃｍ−３）を形成し、その上にｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層１７（厚さ６．０μｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）とｐ−ＧａＡｓキャップ層（コンタクト層）１８（厚さ０．０２μｍ、Ｚｎドープ：１×１０１８ｃｍ−３）を形成したものである。電流阻止層１６は、中央部を円形に残してエッチング除去されている。電極２１が基板１１側の全面に形成され、電極２２がｐ−ＧａＡｓキャップ層１８の上に形成されている。ｐ−ＧａＡｓキャップ層１８及び電極２２は、電流阻止層１６と同様に、中央部分を円形に残してエッチング除去する。
【００１０】
発光ダイオード２００において、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２、活性層１３、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４及びｐ−ＧａＩｎＰキャップ層１５は、発光部を構成する。当該発光部において生じた光は、当該発光部の上に設けた電流阻止層１６において周囲に広がる。これにより電極２２の下に回り込む光量が減り、光の取り出し効率が上がり、結果として発光光度が増大する。発光ダイオード２００を５ｍｍφの樹脂にモールドして２０ｍＡの電気を流したところ、発光光度は１．８ｃｄであった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１従来例及び第２従来例に示す発光ダイオード１００及び２００の内部には、ヒロックと呼ばれる結晶欠陥が４０，０００／ｃｍ２程度の密度で存在する。上記ヒロックは、光を吸収して発光光度を低下したり、電極１２、２２の光学的な認識を困難にして自動ワイヤーボンディングに支障を与える。
【００１２】
本発明は、上記ヒロックの発生を抑えたことにより、発光光度の高い発光ダイオード及び当該発光ダイオードの製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発光ダイオードは、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光部を有する発光ダイオードにおいて、上記発光部の光射出側にＩｎ（インジウム）を含有する電流拡散層を備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の発光ダイオードは、電流拡散層としてＡｌＧａＩｎＡｓを用いることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第３の発光ダイオードは、上記第２の発光ダイオードにおいて、ＩＩＩ族全体に対してＩｎの比率が１〜１０％であるＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層を有していることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第４の発光ダイオードは、上記第２又は第３の発光ダイオードにおいて、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成する電流拡散層を２層構造とし、下層のキャリア濃度が上層のキャリア濃度よりも低いことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第５の発光ダイオードは、上記第４の発光ダイオードにおいて、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成する電流拡散層を２層構造とし、下層のキャリア濃度が０．５〜３×１０１８ｃｍ−３、上層のキャリア濃度が０．３〜２×１０１９ｃｍ−３であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第６の発光ダイオードは、上記第２乃至第５の発光ダイオードにおいて、上記発光部と上記電流拡散層との間の中央部にＧａＩｎＰ材料から成る電流阻止層を備えていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第７の発光ダイオードは、上記第２乃至第５の発光ダイオードにおいて、上部発光部と上記電流拡散層の間に、ＧａＩｎＰ材料で成り、中央部が開口した電流狭窄層を備えていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第１の発光ダイオードの製造方法は、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光部を有する発光ダイオードの製造法であって、上記発光部の光射出側にＡｌＧａＩｎＡｓから成る電流拡散層を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の第２の発光ダイオードの製造方法は、上記第１の発光ダイオードの製造方法において、上記ＡｌＧａＩｎＡｓから成る電流拡散層を形成する工程の少なくとも初期の段階において、電流拡散層を１．２μｍ／ｈ以下の成長速度で形成することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第３の発光ダイオードの製造方法は、上記第１の発光ダイオードの製造方法において、電流拡散層が０．１μｍ以上の厚みになるまで１．２μｍ／ｈ以下の成長速度で形成することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（１）発明の概要
本願発明者は、上記従来技術の欄において説明した第１従来例の発光ダイオード１００（図１０を参照）のｐ−ＧａＡｓキャップ層６とｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層５をエッチング除去した場合、ヒロックが完全に消滅する（少しでもｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層５が残っていればヒロックは無くならない）ことから、ヒロックはｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４とｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層５の界面付近で発生することを突き止めた。同様にして、第２従来例の発光ダイオード２００（図１１を参照）では、ヒロックは、ｐ−ＧａＩｎＰキャップ層１５とｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層１７の界面付近で発生することを突き止めた。
【００２４】
更に、発光ダイオード１００のｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層５の成長初期の０〜０．１μｍまでの層の組成を分析すると、意図的には入れていないＩｎが０．５〜１％程度混入していることがわかった。このＩｎは、下層のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４から拡散したものと考えられ、これを核にしてヒロックが発生しているものと考えられる。
【００２５】
上記事実に基づいて、本願発明者は、ＡｌＧａＩｎＰ係の発光部を有する発光ダイオードであって、Ｉｎ（インジウム）を含むｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓを電流拡散層として用いる発光ダイオードを発明した。当該発光ダイオードは、上記従来の発光ダイオード１００及び２００に比べてウェハ表面のヒロック数を１桁以上低減し、良好な発光光度を示すものである。
【００２６】
以下、実施の形態１乃至４の発光ダイオード（１１０、１２０、２１０、２２０）について、添付の図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
（２）実施の形態１
図１は、実施の形態１に係る発光ダイオード１１０の断面図である。上記従来技術の欄で説明した発光ダイオード１００（図１０を参照）と同一の構成物には、同じ参照番号を付けて示す。
【００２８】
発光ダイオード１１０は、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０（厚さ０．５μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、アンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層３（厚さ０．６μｍ）、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層７（厚さ６μｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）、及び、ｐ−ＧａＡｓキャップ層６（厚さ０．０１μｍ、Ｚｎドープ：１×１０１８ｃｍ−３）を形成したものである。上記電流拡散層７のＩｎの組成比はＩＩＩ属全体に対して２％とした。
【００２９】
また、上記電流拡散層７は、最初の０．１３μｍの成長速度を１μｍ／ｈ、残りを２μｍ／ｈとした。さらに、電極９及び１２を基板１側と成長層であるｐ−ＧａＡｓキャップ６上に形成した。電極１２及びｐ−ＧａＡｓキャップ層６は、ボンディングパッド用の領域約１００μｍφを残してエッチング除去した。
【００３０】
上記手順で形成した発光ダイオード１１０のウエハ表面のヒロック数は４０００／ｃｍ２であり、第１従来例の発光ダイオード１００に比べて１／１０に低減することができた。発光ダイオード１１０では、電流拡散層７の最初の０．１μｍの組成中にＩｎは２．１％含まれていた。これは、略設計（２．０％）通りであり、上クラッド層４からのＩｎ拡散を効果的に抑制できたことが解る。
【００３１】
上記手順で形成した発光ダイオード１１０を、５ｍｍφの樹脂にモールドして２０ｍＡの電気を通したところ、発光光度は第１従来例の発光ダイオード１００に比べて２倍の２．０ｃｄに向上した。
【００３２】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すグラフは、電流拡散層７においてＩｎのＩＩＩ族全体に対する比率を０％〜２０％の範囲で変えた場合のヒロック数（個／ｃｍ２）と光度（ｃｄ）を示したものである。ワイヤボンディングを自動で行うため、電極の自動認識を行うには、ヒロックが５，０００個／ｃｍ２以下であることが望ましい。２つのグラフから、上記ヒロックの数の要件を満たし、かつ、発光光度が最大値２．０ｃｄの９０％の１．８ｃｄ以上を示すことのできるＩｎ含有率は、１〜１０％であることが解る。
【００３３】
なお、図２（ａ）に示すように、Ｉｎ含有率が１％より小さい場合にヒロック数が飛躍的に増加するのは、クラッド層からのＩｎの拡散を抑制しきれないためと考えられる。
【００３４】
また、図２（ｂ）に示すように、Ｉｎ含有率が１０％より大きい場合に光度が減少するのは、格子歪のためであると考えられる。
【００３５】
電流拡散層７の最初の０．２μｍの成長速度を０．８μｍ／ｈで成長させた場合、ヒロック数は３，０００／ｃｍ２と減少し、発光光度は２．１ｃｄに上昇した。これは、成長初期の成長速度を落とすことで結晶性が上がり光吸収量が減少したためと考えられる。
【００３６】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すグラフは、電流拡散層７の最初の０．２μｍの成長速度を変えた場合のヒロック数（個／ｃｍ２）と発光光度（ｃｄ）を示す図である。本グラフから、成長速度１．２μｍ／ｈ以下の場合に、ヒロック数が５，０００／ｃｍ２以下であって、光度も２．０ｃｄの９０％の１．８ｃｄ以上になることが解る。
【００３７】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すグラフは、成長速度を０．８μｍ／ｈと遅くして電流拡散層７を成長させた場合の当該電流拡散層５の厚さに対するヒロック数（個／ｃｍ２）と発光光度（ｃｄ）を示す図である。ヒロック数が５，０００／ｃｍ２以下、光度が１．８ｃｄ以上とするには、０．１μｍ以上の厚さが必要であることがわかる。これは、厚さが０．１μｍ以下の場合は、電流拡散層７の結晶性が充分でない（結晶成長の初期から層厚が増すに従い徐々に結晶性がよくなるのが追いつかない）ためと考えられる。
【００３８】
（３）実施の形態２
図５は、実施の形態２に係る発光ダイオード１２０の構成を示す図である。上記従来技術の欄で説明した発光ダイオード１００（図１０を参照）と同一の構成物には、同じ参照番号を付けて示す。
【００３９】
発光ダイオード１２０は、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０（厚さ０．５μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｎ−（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層３（０．６μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１６ｃｍ−３）、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層７ａ（厚さ０．５μｍ、Ｚｎドープ：２×１０１８ｃｍ−３）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層７ｂ（厚さ５．５μｍ、Ｚｎドープ：８×１０１８ｃｍ−３）、及び、ｐ−ＧａＡｓキャップ層６（厚さ０．０１μｍ、Ｚｎドープ：２×１０１８ｃｍ−３）を形成したものである。電流拡散層７ａ，７ｂのＩｎの組成比はＩＩＩ属全体に対して３％とした。
【００４０】
発光ダイオード１２０では、上述した発光ダイオード１１０と同様に、電流拡散層７ａの成長の際、最初の０．１３μｍの成長速度を１μｍ／ｈ、残りの電流拡散層７ａ（０．３７μｍ）と電流拡散層７ｂの成長速度を２μｍ／ｈとした。更に、電極９及び１２を基板１側と成長層であるｐ−ＧａＡｓキャップ層６の上に形成する。なお、電極１２及びｐ−ＧａＡｓキャップ層６は、ボンディングパッド用の領域約１００μｍφを残してエッチング除去する。
【００４１】
上記手順で形成した発光ダイオード１２０のウエハ表面のヒロック数は、３，６００個／ｃｍ２と、実施の形態１の発光ダイオード１１０よりも更に１割減少させることができた。
【００４２】
発光ダイオード１２０を５ｍｍφの樹脂にモールドし、２０ｍＡの電流を通したところ発光光度は２．２ｃｄと第１従来例の発光ダイオード１００に比べ２．２倍の性能向上が認められた。
【００４３】
なお、発光ダイオード１２０では、２つの電流拡散層７ａ及び７ｂの内、下側の電流拡散層７ａのキャリア濃度を低くして結晶性を改善したことが、ヒロック数の減少と発光光度の向上につながったと思われる。
【００４４】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すグラフは、２層の電流拡散層７ａ及び７ｂの内、下側の低濃度層である電流拡散層７ａのキャリア濃度を変えた場合（上側電流拡散層７ｂのキャリア濃度を８×１０１８ｃｍ−３に固定）のヒロック数と光度の関係を示したものである。これらのグラフより、下側の低濃度層７ａのキャリア濃度が０．５×１０１８〜３×１０１８ｃｍ−３の範囲内に在る場合に、ヒロック数が５０００個／ｃｍ２以下、発光光度が１．８ｃｄ以上の所望値となることがわかる。
【００４５】
なお、下側の低濃度層７ａのキャリア濃度の下限値は、それ以上少なくすると抵抗が高くなり発熱で発光光度が１．８ｃｄ以下になる値であり、上限値は、それ以上多くすると電流拡散層７ａの結晶性が悪くなり、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４からのＩｎ拡散に起因するヒロック数が５０００個／ｃｍ２を越える値である。
【００４６】
また、図７（ａ）及び（ｂ）に示すグラフは、２層の電流拡散層７ａ及び７ｂの内、上側の高濃度層である電流拡散層７ｂのキャリア濃度を変えた場合（下側の電流拡散層７ａのキャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３に固定）のヒロック数と光度の関係を示したものである。これらのグラフより、上側の高濃度の電流拡散層７ｂのキャリア濃度が０．３×１０１９〜２×１０１９ｃｍ−３の範囲内に在る場合に、ヒロック数５０００個／ｃｍ２以下、光度１．８ｃｄ以上の所望値となることがわかる。
【００４７】
なお、上側の電流拡散層７ｂのキャリア濃度の下限値は、それ以上少なくすると電流広がりが悪くなり発光光度が１．８ｃｄ以下になる値であり、上限値は、それ以上多くすると結晶性が低下して電流拡散層７ｂそのもので発生するヒロック数が５０００個／ｃｍ２を越えてしまう値である。
【００４８】
（４）実施の形態３
図８は、実施の形態３の発光ダイオード２１０の構成を示す図である。上記従来技術の欄で説明した発光ダイオード２００（図１１を参照）と同一の構成物には、同じ参照番号を付けて示す。
【００４９】
発光ダイオード２１０は、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０（厚さ０．５μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１２（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、アンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層１３（厚さ０．６μｍ）、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１４（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＧａＩｎＰキャップ層（厚さ０．０５μｍ、Ｚｎドープ：１×１０１８ｃｍ−３）１５及びｎ−ＧａＩｎＰ電流阻止層１９を順に形成したものである。電流阻止層１９を円形にエッチング加工した後、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層２０（厚さ６μｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）及びｐ−ＧａＡｓキャップ層１８（厚さ０．０１μｍ、Ｚｎドープ：２×１０１８ｃｍ−３）を積層する。電流拡散層２０のＩｎの組成比は、ＩＩＩ属全体に対して５％とした。
【００５０】
さらに、電極２１を基板１１側の全面に形成し、電極２２を成長層であるｐ−ＧａＡｓキャップ層１８の上に形成する。電極２２は、ボンディングパッド用の領域約１００μｍφを残してエッチング除去する。
【００５１】
上記従来技術の欄で説明した第２従来例の発光ダイオード２００（図１１を参照）の電流阻止層１６は、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰで形成されているのに対して、対応する発光ダイオード２１０の電流阻止層１９は、ｎ−ＧａＩｎＰで形成する。これは、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ電流阻止層を用いる場合、Ａｌがあるために表面が酸化されるので、その上にｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層１８を再成長により形成する場合、界面が悪く、かえってヒロックが増える（例えば、１０，０００個／ｃｍ２以上になる）ためである。
【００５２】
発光ダイオード２１０では、ウエハ表面のヒロック数を４，０００／ｃｍ２と、上記第２従来例の発光ダイオード２００に比べて１／１０に減少することができた。また、電流拡散層２０の最初の０．１μｍの組成中にＩｎは略設計どおり５．２％であり、クラッド層１４からのＩｎ拡散が効果的に抑えられていることが解る。発光ダイオード２１０を５ｍｍφの樹脂にモールドして２０ｍＡの電気を通したところ、発光光度は３．６ｃｄと第２従来例の発光ダイオード２００に比べ２倍程明るくすることができた。
【００５３】
（４）実施の形態４
図９は、実施の形態４の発光ダイオード２２０の構成を示す図である。発光ダイオード２２０は、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０（厚さ０．５μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１２（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、アンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層１３（厚さ０．６μｍ）、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１４（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＧａＩｎＰキャップ層１５（厚さ０．０５μｍ、Ｚｎドープ：１×１０１８ｃｍ−３）及びｎ−ＧａＩｎＰ電流狭窄層２１を形成したものである。電流狭窄層２１は、中央部分が円形状にエッチング除去されて開口している。当該電流狭窄層２１の上に、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層２０（厚さ６μｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１８（厚さ０．０１μｍ、Ｚｎドープ：２×１０１８ｃｍ−３）が積層される。電流拡散層２０のＩｎの組成比はＩＩＩ属全体に対して８％とした。
【００５４】
さらに、電極２１を基板１１側全面に形成し、電極２２を成長層側のｐ−ＧａＡｓキャップ層１８上に上記電流狭窄層２１と同じ形状に形成されている。発光ダイオード２２０では、ウエハ表面のヒロック数は４，０００個／ｃｍ２であり、上述した実施の形態３の発光ダイオード２１０と同等であった。
【００５５】
上記構成の発光ダイオード２２０を５ｍｍφの樹脂にモールドし、２０ｍＡの電流を通したところ、発光光度は５．４ｃｄと第２従来技術の発光ダイオード２００の３倍であった。
【００５６】
以上に説明したように、実施の形態１乃至４に記載の発光ダイオード１１０、１２０、２１０、２２０は、何れもＩｎ（インジウム）を含むｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓを電流拡散層として用いることにより、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層からのＩｎの拡散を抑え、ヒロック数を従来の約１／１０にまで低減し、発光光度を２倍以上に向上させることができた。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の第１の発光ダイオードによれば、Ｉｎを含む電流拡散層を用いることにより、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる上部クラッド層から拡散して侵入するＩｎの影響を低減できる。従って、ヒロックの発生を抑えて成長表面を平坦にして発光光度を向上することができる。
【００５８】
本発明の第２の発光ダイオードによれば、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＡｓにより電流拡散層を形成することにより、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる上部クラッド層から拡散して侵入するＩｎの影響を低減することができる。従って、ヒロックの発生を抑えて成長表面を平坦にして発光光度を向上することができる。
【００５９】
本発明の第３の発光ダイオードによれば、電流拡散層のＩｎの比率が１〜１０％と適正化されているので、Ｉｎ添加による格子不整の影響がなく、成長表面がより平坦で良好な素子特性を得ることができる。従って、ヒロックの発生を抑えて成長表面を平坦にして発光光度を向上することができる。
【００６０】
本発明の第４の発光ダイオードによれば、電流拡散層において特に下側の上クラッド層に近い側のＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層のキャリア濃度を低くし、その部分の結晶の劣化を少なくしているのでクラッド層からのＩｎの拡散を効果的に抑えることができる。従って、ヒロックの発生を抑えて成長表面を平坦にして発光光度を向上することができる。
【００６１】
本発明の第５の発光ダイオードによれば、電流拡散層の下側の上クラッド層に近い領域のキャリア濃度を０．５〜３×１０１８ｃｍ−３，上側のキャリア濃度を０．３〜２×１０１９ｃｍ−３と適正化しているので、電流広がりなど本来の電流拡散層の機能を維持したまま、ヒロックの少ない良好な成長表面を形成し、発光光度を高めることができる。
【００６２】
本発明の第６の発光ダイオードによれば、素子中央域にＩｎを含むＧａＩｎＰでできた電流阻止層があるので、電流を素子周辺にまで広げることができ、成長表面が平坦で光度の高い発光ダイオードを得ることができる。
【００６３】
本発明の第７の発光ダイオードによれば、Ｉｎを含み、素子中央に開口しているＧａＩｎＰでできた電流狭窄層があるので、電流を素子中央に集中でき、成長表面が平坦でより光度の高い発光ダイオードを得ることができる。
【００６４】
本発明の第１の発光ダイオードの製造方法では、Ｉｎを含む電流拡散層を用いたことにより、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる発光部からのＩｎの浸入を防止してヒロックの発生数を低減して高い発光光度を示す発光ダイオードを製造することができる。
【００６５】
本発明の第２の発光ダイオードの製造方法では、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成される電流拡散層を少なくともその成長初期において１．２μｍ／ｈ以下の低い成長速度で形成したことにより結晶性を良くして、より一層ヒロックの発生数を抑えて高い発光光度を示す発光ダイオードを製造することができる。
【００６６】
本発明の第３の発光ダイオードの製造方法によれば、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成され、１．２μｍ／ｈ以下の低成長速度で形成する初期の層厚を０．１μｍ以上とするため結晶性が良くなり、より一層ヒロックの発生数を低減して高い発光光度の発光ダイオードを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る発光ダイオードの素子構造図である。
【図２】（ａ）は、実施の形態１に係る発光ダイオードの電流拡散層のＩｎ含有率とヒロック数の関係を示し、（ｂ）は、Ｉｎ含有率と発光光度の関係を示す図である。
【図３】（ａ）は、実施の形態１に係る発光ダイオードの電流拡散層の初期の成長速度とヒロック数の関係を示し（ｂ）は、上記成長速度と発光光度の関係を示す図である。
【図４】（ａ）は、実施の形態１に係る発光ダイオードを低成長速度で形成する場合の電流拡散層の層厚とヒロック数の関係を示し、（ｂ）は、上記層厚と光度の関係を示す図である。
【図５】実施の形態２に係る発光ダイオードの素子構造図である。
【図６】（ａ）は、実施の形態２に係る発光ダイオードの低濃度の電流拡散層のキャリア濃度とヒロック数の関係を示し、（ｂ）は、上記キャリア濃度と発光光度の関係を示す図である。
【図７】（ａ）は、実施の形態２に係る発光ダイオードの高濃度の電流拡散層のキャリア濃度とヒロック数の関係を示し、（ｂ）は、上記キャリア濃度と発光光度の関係を示す図である。
【図８】実施の形態３に係る発光ダイオードの素子構造図である。
【図９】実施の形態４に係る発光ダイオードの素子構造図である。
【図１０】第１従来例の発光ダイオードの素子構造図である。
【図１１】第２従来例の発光ダイオードの素子構造図である。
【符号の説明】
１、１１ ｎ−ＧａＡｓ基板
２、１２ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３、１３ 活性層
４、１４ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
５、１７ ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層
６、１８ ｐ−ＧａＡｓキャップ層
９、１２、２１、２２ 電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流拡散層を有するＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード及び当該発光ダイオードの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）が屋内外の表示デバイスとして脚光を浴びている。発光ダイオードの高輝度化に伴い、ネオン管灯に代る媒体として屋外ディスプレイ市場での需要が急増している。
【０００３】
可視域の高輝度発光ダイオードとして、ＡｌＧａＩｎＰ系のＤＨ型発光ダイオードが知られている。図１０は、特許文献１に記載された技術に基づく従来（以下、第１従来例という）のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード１００の構造を示す。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−１０３７５９号公報
【０００５】
発光ダイオード１００は、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、（Ａ１０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５活性層３（厚さ０．６μｍ）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層５（厚さ６．０μｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）、ｐ−ＧａＡｓキャップ層６（厚さ０．０２μｍ、Ｚｎドープ：１×１０１８ｃｍ−３）を順次成長させた後、電極９をｎ−ＧａＡｓ基板１側の全面に形成し、更に電極１２をｐ−ＧａＡｓキャップ層６の上に形成したものである。なお、ｐ−ＧａＡｓキャップ層６及び電極１２は、中央部分だけを円形に残してエッチング除去している。
【０００６】
上記発光ダイオード１００において、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２、活性層３及びｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４は発光部を構成する。活性層３ではｐｎ接合が形成されており、当該ｐｎ接合部分で生じる電子−正孔の再結合によって発光が生じる。発光ダイオード１００を５ｍｍφの樹脂にモールドして、２０ｍＡの電気を流したところ、発光光度は１．０ｃｄ（カンデラ）であった。
【０００７】
図１１は、特許文献２に記載された技術に基づく従来（以下、第２従来例という）のＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオード２００の構造を示す。
【０００８】
【特許文献２】
特開平４−２２９６６５号公報
【０００９】
発光ダイオード２００は、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層１３（厚さ０．６μｍ）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０１７ｃｍ−３）から成る発光層を形成した後、更に、ｐ−ＧａＩｎＰキャップ層１５（厚さ０．０５μｍ、Ｚｎドープ：２×１０１８ｃｍ−３）、及び、上記キャップ層１５の中央部分にｎ−ＡｌＧａＩｎＰ電流阻止層１６（厚さ０．３μｍ、Ｓｉドープ：３×１０１８ｃｍ−３）を形成し、その上にｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層１７（厚さ６．０μｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）とｐ−ＧａＡｓキャップ層（コンタクト層）１８（厚さ０．０２μｍ、Ｚｎドープ：１×１０１８ｃｍ−３）を形成したものである。電流阻止層１６は、中央部を円形に残してエッチング除去されている。電極２１が基板１１側の全面に形成され、電極２２がｐ−ＧａＡｓキャップ層１８の上に形成されている。ｐ−ＧａＡｓキャップ層１８及び電極２２は、電流阻止層１６と同様に、中央部分を円形に残してエッチング除去する。
【００１０】
発光ダイオード２００において、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２、活性層１３、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４及びｐ−ＧａＩｎＰキャップ層１５は、発光部を構成する。当該発光部において生じた光は、当該発光部の上に設けた電流阻止層１６において周囲に広がる。これにより電極２２の下に回り込む光量が減り、光の取り出し効率が上がり、結果として発光光度が増大する。発光ダイオード２００を５ｍｍφの樹脂にモールドして２０ｍＡの電気を流したところ、発光光度は１．８ｃｄであった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１従来例及び第２従来例に示す発光ダイオード１００及び２００の内部には、ヒロックと呼ばれる結晶欠陥が４０，０００／ｃｍ２程度の密度で存在する。上記ヒロックは、光を吸収して発光光度を低下したり、電極１２、２２の光学的な認識を困難にして自動ワイヤーボンディングに支障を与える。
【００１２】
本発明は、上記ヒロックの発生を抑えたことにより、発光光度の高い発光ダイオード及び当該発光ダイオードの製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発光ダイオードは、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光部を有する発光ダイオードにおいて、上記発光部の光射出側にＩｎ（インジウム）を含有する電流拡散層を備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の発光ダイオードは、電流拡散層としてＡｌＧａＩｎＡｓを用いることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第３の発光ダイオードは、上記第２の発光ダイオードにおいて、ＩＩＩ族全体に対してＩｎの比率が１〜１０％であるＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層を有していることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第４の発光ダイオードは、上記第２又は第３の発光ダイオードにおいて、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成する電流拡散層を２層構造とし、下層のキャリア濃度が上層のキャリア濃度よりも低いことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第５の発光ダイオードは、上記第４の発光ダイオードにおいて、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成する電流拡散層を２層構造とし、下層のキャリア濃度が０．５〜３×１０１８ｃｍ−３、上層のキャリア濃度が０．３〜２×１０１９ｃｍ−３であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第６の発光ダイオードは、上記第２乃至第５の発光ダイオードにおいて、上記発光部と上記電流拡散層との間の中央部にＧａＩｎＰ材料から成る電流阻止層を備えていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第７の発光ダイオードは、上記第２乃至第５の発光ダイオードにおいて、上部発光部と上記電流拡散層の間に、ＧａＩｎＰ材料で成り、中央部が開口した電流狭窄層を備えていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第１の発光ダイオードの製造方法は、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光部を有する発光ダイオードの製造法であって、上記発光部の光射出側にＡｌＧａＩｎＡｓから成る電流拡散層を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の第２の発光ダイオードの製造方法は、上記第１の発光ダイオードの製造方法において、上記ＡｌＧａＩｎＡｓから成る電流拡散層を形成する工程の少なくとも初期の段階において、電流拡散層を１．２μｍ／ｈ以下の成長速度で形成することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第３の発光ダイオードの製造方法は、上記第１の発光ダイオードの製造方法において、電流拡散層が０．１μｍ以上の厚みになるまで１．２μｍ／ｈ以下の成長速度で形成することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（１）発明の概要
本願発明者は、上記従来技術の欄において説明した第１従来例の発光ダイオード１００（図１０を参照）のｐ−ＧａＡｓキャップ層６とｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層５をエッチング除去した場合、ヒロックが完全に消滅する（少しでもｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層５が残っていればヒロックは無くならない）ことから、ヒロックはｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４とｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層５の界面付近で発生することを突き止めた。同様にして、第２従来例の発光ダイオード２００（図１１を参照）では、ヒロックは、ｐ−ＧａＩｎＰキャップ層１５とｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層１７の界面付近で発生することを突き止めた。
【００２４】
更に、発光ダイオード１００のｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層５の成長初期の０〜０．１μｍまでの層の組成を分析すると、意図的には入れていないＩｎが０．５〜１％程度混入していることがわかった。このＩｎは、下層のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４から拡散したものと考えられ、これを核にしてヒロックが発生しているものと考えられる。
【００２５】
上記事実に基づいて、本願発明者は、ＡｌＧａＩｎＰ係の発光部を有する発光ダイオードであって、Ｉｎ（インジウム）を含むｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓを電流拡散層として用いる発光ダイオードを発明した。当該発光ダイオードは、上記従来の発光ダイオード１００及び２００に比べてウェハ表面のヒロック数を１桁以上低減し、良好な発光光度を示すものである。
【００２６】
以下、実施の形態１乃至４の発光ダイオード（１１０、１２０、２１０、２２０）について、添付の図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
（２）実施の形態１
図１は、実施の形態１に係る発光ダイオード１１０の断面図である。上記従来技術の欄で説明した発光ダイオード１００（図１０を参照）と同一の構成物には、同じ参照番号を付けて示す。
【００２８】
発光ダイオード１１０は、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０（厚さ０．５μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、アンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層３（厚さ０．６μｍ）、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層７（厚さ６μｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）、及び、ｐ−ＧａＡｓキャップ層６（厚さ０．０１μｍ、Ｚｎドープ：１×１０１８ｃｍ−３）を形成したものである。上記電流拡散層７のＩｎの組成比はＩＩＩ属全体に対して２％とした。
【００２９】
また、上記電流拡散層７は、最初の０．１３μｍの成長速度を１μｍ／ｈ、残りを２μｍ／ｈとした。さらに、電極９及び１２を基板１側と成長層であるｐ−ＧａＡｓキャップ６上に形成した。電極１２及びｐ−ＧａＡｓキャップ層６は、ボンディングパッド用の領域約１００μｍφを残してエッチング除去した。
【００３０】
上記手順で形成した発光ダイオード１１０のウエハ表面のヒロック数は４０００／ｃｍ２であり、第１従来例の発光ダイオード１００に比べて１／１０に低減することができた。発光ダイオード１１０では、電流拡散層７の最初の０．１μｍの組成中にＩｎは２．１％含まれていた。これは、略設計（２．０％）通りであり、上クラッド層４からのＩｎ拡散を効果的に抑制できたことが解る。
【００３１】
上記手順で形成した発光ダイオード１１０を、５ｍｍφの樹脂にモールドして２０ｍＡの電気を通したところ、発光光度は第１従来例の発光ダイオード１００に比べて２倍の２．０ｃｄに向上した。
【００３２】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すグラフは、電流拡散層７においてＩｎのＩＩＩ族全体に対する比率を０％〜２０％の範囲で変えた場合のヒロック数（個／ｃｍ２）と光度（ｃｄ）を示したものである。ワイヤボンディングを自動で行うため、電極の自動認識を行うには、ヒロックが５，０００個／ｃｍ２以下であることが望ましい。２つのグラフから、上記ヒロックの数の要件を満たし、かつ、発光光度が最大値２．０ｃｄの９０％の１．８ｃｄ以上を示すことのできるＩｎ含有率は、１〜１０％であることが解る。
【００３３】
なお、図２（ａ）に示すように、Ｉｎ含有率が１％より小さい場合にヒロック数が飛躍的に増加するのは、クラッド層からのＩｎの拡散を抑制しきれないためと考えられる。
【００３４】
また、図２（ｂ）に示すように、Ｉｎ含有率が１０％より大きい場合に光度が減少するのは、格子歪のためであると考えられる。
【００３５】
電流拡散層７の最初の０．２μｍの成長速度を０．８μｍ／ｈで成長させた場合、ヒロック数は３，０００／ｃｍ２と減少し、発光光度は２．１ｃｄに上昇した。これは、成長初期の成長速度を落とすことで結晶性が上がり光吸収量が減少したためと考えられる。
【００３６】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すグラフは、電流拡散層７の最初の０．２μｍの成長速度を変えた場合のヒロック数（個／ｃｍ２）と発光光度（ｃｄ）を示す図である。本グラフから、成長速度１．２μｍ／ｈ以下の場合に、ヒロック数が５，０００／ｃｍ２以下であって、光度も２．０ｃｄの９０％の１．８ｃｄ以上になることが解る。
【００３７】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すグラフは、成長速度を０．８μｍ／ｈと遅くして電流拡散層７を成長させた場合の当該電流拡散層５の厚さに対するヒロック数（個／ｃｍ２）と発光光度（ｃｄ）を示す図である。ヒロック数が５，０００／ｃｍ２以下、光度が１．８ｃｄ以上とするには、０．１μｍ以上の厚さが必要であることがわかる。これは、厚さが０．１μｍ以下の場合は、電流拡散層７の結晶性が充分でない（結晶成長の初期から層厚が増すに従い徐々に結晶性がよくなるのが追いつかない）ためと考えられる。
【００３８】
（３）実施の形態２
図５は、実施の形態２に係る発光ダイオード１２０の構成を示す図である。上記従来技術の欄で説明した発光ダイオード１００（図１０を参照）と同一の構成物には、同じ参照番号を付けて示す。
【００３９】
発光ダイオード１２０は、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０（厚さ０．５μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｎ−（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層３（０．６μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１６ｃｍ−３）、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層７ａ（厚さ０．５μｍ、Ｚｎドープ：２×１０１８ｃｍ−３）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層７ｂ（厚さ５．５μｍ、Ｚｎドープ：８×１０１８ｃｍ−３）、及び、ｐ−ＧａＡｓキャップ層６（厚さ０．０１μｍ、Ｚｎドープ：２×１０１８ｃｍ−３）を形成したものである。電流拡散層７ａ，７ｂのＩｎの組成比はＩＩＩ属全体に対して３％とした。
【００４０】
発光ダイオード１２０では、上述した発光ダイオード１１０と同様に、電流拡散層７ａの成長の際、最初の０．１３μｍの成長速度を１μｍ／ｈ、残りの電流拡散層７ａ（０．３７μｍ）と電流拡散層７ｂの成長速度を２μｍ／ｈとした。更に、電極９及び１２を基板１側と成長層であるｐ−ＧａＡｓキャップ層６の上に形成する。なお、電極１２及びｐ−ＧａＡｓキャップ層６は、ボンディングパッド用の領域約１００μｍφを残してエッチング除去する。
【００４１】
上記手順で形成した発光ダイオード１２０のウエハ表面のヒロック数は、３，６００個／ｃｍ２と、実施の形態１の発光ダイオード１１０よりも更に１割減少させることができた。
【００４２】
発光ダイオード１２０を５ｍｍφの樹脂にモールドし、２０ｍＡの電流を通したところ発光光度は２．２ｃｄと第１従来例の発光ダイオード１００に比べ２．２倍の性能向上が認められた。
【００４３】
なお、発光ダイオード１２０では、２つの電流拡散層７ａ及び７ｂの内、下側の電流拡散層７ａのキャリア濃度を低くして結晶性を改善したことが、ヒロック数の減少と発光光度の向上につながったと思われる。
【００４４】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すグラフは、２層の電流拡散層７ａ及び７ｂの内、下側の低濃度層である電流拡散層７ａのキャリア濃度を変えた場合（上側電流拡散層７ｂのキャリア濃度を８×１０１８ｃｍ−３に固定）のヒロック数と光度の関係を示したものである。これらのグラフより、下側の低濃度層７ａのキャリア濃度が０．５×１０１８〜３×１０１８ｃｍ−３の範囲内に在る場合に、ヒロック数が５０００個／ｃｍ２以下、発光光度が１．８ｃｄ以上の所望値となることがわかる。
【００４５】
なお、下側の低濃度層７ａのキャリア濃度の下限値は、それ以上少なくすると抵抗が高くなり発熱で発光光度が１．８ｃｄ以下になる値であり、上限値は、それ以上多くすると電流拡散層７ａの結晶性が悪くなり、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４からのＩｎ拡散に起因するヒロック数が５０００個／ｃｍ２を越える値である。
【００４６】
また、図７（ａ）及び（ｂ）に示すグラフは、２層の電流拡散層７ａ及び７ｂの内、上側の高濃度層である電流拡散層７ｂのキャリア濃度を変えた場合（下側の電流拡散層７ａのキャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３に固定）のヒロック数と光度の関係を示したものである。これらのグラフより、上側の高濃度の電流拡散層７ｂのキャリア濃度が０．３×１０１９〜２×１０１９ｃｍ−３の範囲内に在る場合に、ヒロック数５０００個／ｃｍ２以下、光度１．８ｃｄ以上の所望値となることがわかる。
【００４７】
なお、上側の電流拡散層７ｂのキャリア濃度の下限値は、それ以上少なくすると電流広がりが悪くなり発光光度が１．８ｃｄ以下になる値であり、上限値は、それ以上多くすると結晶性が低下して電流拡散層７ｂそのもので発生するヒロック数が５０００個／ｃｍ２を越えてしまう値である。
【００４８】
（４）実施の形態３
図８は、実施の形態３の発光ダイオード２１０の構成を示す図である。上記従来技術の欄で説明した発光ダイオード２００（図１１を参照）と同一の構成物には、同じ参照番号を付けて示す。
【００４９】
発光ダイオード２１０は、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０（厚さ０．５μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１２（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、アンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層１３（厚さ０．６μｍ）、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１４（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＧａＩｎＰキャップ層（厚さ０．０５μｍ、Ｚｎドープ：１×１０１８ｃｍ−３）１５及びｎ−ＧａＩｎＰ電流阻止層１９を順に形成したものである。電流阻止層１９を円形にエッチング加工した後、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層２０（厚さ６μｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）及びｐ−ＧａＡｓキャップ層１８（厚さ０．０１μｍ、Ｚｎドープ：２×１０１８ｃｍ−３）を積層する。電流拡散層２０のＩｎの組成比は、ＩＩＩ属全体に対して５％とした。
【００５０】
さらに、電極２１を基板１１側の全面に形成し、電極２２を成長層であるｐ−ＧａＡｓキャップ層１８の上に形成する。電極２２は、ボンディングパッド用の領域約１００μｍφを残してエッチング除去する。
【００５１】
上記従来技術の欄で説明した第２従来例の発光ダイオード２００（図１１を参照）の電流阻止層１６は、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰで形成されているのに対して、対応する発光ダイオード２１０の電流阻止層１９は、ｎ−ＧａＩｎＰで形成する。これは、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ電流阻止層を用いる場合、Ａｌがあるために表面が酸化されるので、その上にｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層１８を再成長により形成する場合、界面が悪く、かえってヒロックが増える（例えば、１０，０００個／ｃｍ２以上になる）ためである。
【００５２】
発光ダイオード２１０では、ウエハ表面のヒロック数を４，０００／ｃｍ２と、上記第２従来例の発光ダイオード２００に比べて１／１０に減少することができた。また、電流拡散層２０の最初の０．１μｍの組成中にＩｎは略設計どおり５．２％であり、クラッド層１４からのＩｎ拡散が効果的に抑えられていることが解る。発光ダイオード２１０を５ｍｍφの樹脂にモールドして２０ｍＡの電気を通したところ、発光光度は３．６ｃｄと第２従来例の発光ダイオード２００に比べ２倍程明るくすることができた。
【００５３】
（４）実施の形態４
図９は、実施の形態４の発光ダイオード２２０の構成を示す図である。発光ダイオード２２０は、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０（厚さ０．５μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１２（厚さ１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、アンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層１３（厚さ０．６μｍ）、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１４（厚さ０．７μｍ、Ｚｎドープ：５×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＧａＩｎＰキャップ層１５（厚さ０．０５μｍ、Ｚｎドープ：１×１０１８ｃｍ−３）及びｎ−ＧａＩｎＰ電流狭窄層２１を形成したものである。電流狭窄層２１は、中央部分が円形状にエッチング除去されて開口している。当該電流狭窄層２１の上に、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層２０（厚さ６μｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１８（厚さ０．０１μｍ、Ｚｎドープ：２×１０１８ｃｍ−３）が積層される。電流拡散層２０のＩｎの組成比はＩＩＩ属全体に対して８％とした。
【００５４】
さらに、電極２１を基板１１側全面に形成し、電極２２を成長層側のｐ−ＧａＡｓキャップ層１８上に上記電流狭窄層２１と同じ形状に形成されている。発光ダイオード２２０では、ウエハ表面のヒロック数は４，０００個／ｃｍ２であり、上述した実施の形態３の発光ダイオード２１０と同等であった。
【００５５】
上記構成の発光ダイオード２２０を５ｍｍφの樹脂にモールドし、２０ｍＡの電流を通したところ、発光光度は５．４ｃｄと第２従来技術の発光ダイオード２００の３倍であった。
【００５６】
以上に説明したように、実施の形態１乃至４に記載の発光ダイオード１１０、１２０、２１０、２２０は、何れもＩｎ（インジウム）を含むｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓを電流拡散層として用いることにより、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層からのＩｎの拡散を抑え、ヒロック数を従来の約１／１０にまで低減し、発光光度を２倍以上に向上させることができた。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の第１の発光ダイオードによれば、Ｉｎを含む電流拡散層を用いることにより、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる上部クラッド層から拡散して侵入するＩｎの影響を低減できる。従って、ヒロックの発生を抑えて成長表面を平坦にして発光光度を向上することができる。
【００５８】
本発明の第２の発光ダイオードによれば、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＡｓにより電流拡散層を形成することにより、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる上部クラッド層から拡散して侵入するＩｎの影響を低減することができる。従って、ヒロックの発生を抑えて成長表面を平坦にして発光光度を向上することができる。
【００５９】
本発明の第３の発光ダイオードによれば、電流拡散層のＩｎの比率が１〜１０％と適正化されているので、Ｉｎ添加による格子不整の影響がなく、成長表面がより平坦で良好な素子特性を得ることができる。従って、ヒロックの発生を抑えて成長表面を平坦にして発光光度を向上することができる。
【００６０】
本発明の第４の発光ダイオードによれば、電流拡散層において特に下側の上クラッド層に近い側のＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層のキャリア濃度を低くし、その部分の結晶の劣化を少なくしているのでクラッド層からのＩｎの拡散を効果的に抑えることができる。従って、ヒロックの発生を抑えて成長表面を平坦にして発光光度を向上することができる。
【００６１】
本発明の第５の発光ダイオードによれば、電流拡散層の下側の上クラッド層に近い領域のキャリア濃度を０．５〜３×１０１８ｃｍ−３，上側のキャリア濃度を０．３〜２×１０１９ｃｍ−３と適正化しているので、電流広がりなど本来の電流拡散層の機能を維持したまま、ヒロックの少ない良好な成長表面を形成し、発光光度を高めることができる。
【００６２】
本発明の第６の発光ダイオードによれば、素子中央域にＩｎを含むＧａＩｎＰでできた電流阻止層があるので、電流を素子周辺にまで広げることができ、成長表面が平坦で光度の高い発光ダイオードを得ることができる。
【００６３】
本発明の第７の発光ダイオードによれば、Ｉｎを含み、素子中央に開口しているＧａＩｎＰでできた電流狭窄層があるので、電流を素子中央に集中でき、成長表面が平坦でより光度の高い発光ダイオードを得ることができる。
【００６４】
本発明の第１の発光ダイオードの製造方法では、Ｉｎを含む電流拡散層を用いたことにより、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる発光部からのＩｎの浸入を防止してヒロックの発生数を低減して高い発光光度を示す発光ダイオードを製造することができる。
【００６５】
本発明の第２の発光ダイオードの製造方法では、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成される電流拡散層を少なくともその成長初期において１．２μｍ／ｈ以下の低い成長速度で形成したことにより結晶性を良くして、より一層ヒロックの発生数を抑えて高い発光光度を示す発光ダイオードを製造することができる。
【００６６】
本発明の第３の発光ダイオードの製造方法によれば、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成され、１．２μｍ／ｈ以下の低成長速度で形成する初期の層厚を０．１μｍ以上とするため結晶性が良くなり、より一層ヒロックの発生数を低減して高い発光光度の発光ダイオードを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る発光ダイオードの素子構造図である。
【図２】（ａ）は、実施の形態１に係る発光ダイオードの電流拡散層のＩｎ含有率とヒロック数の関係を示し、（ｂ）は、Ｉｎ含有率と発光光度の関係を示す図である。
【図３】（ａ）は、実施の形態１に係る発光ダイオードの電流拡散層の初期の成長速度とヒロック数の関係を示し（ｂ）は、上記成長速度と発光光度の関係を示す図である。
【図４】（ａ）は、実施の形態１に係る発光ダイオードを低成長速度で形成する場合の電流拡散層の層厚とヒロック数の関係を示し、（ｂ）は、上記層厚と光度の関係を示す図である。
【図５】実施の形態２に係る発光ダイオードの素子構造図である。
【図６】（ａ）は、実施の形態２に係る発光ダイオードの低濃度の電流拡散層のキャリア濃度とヒロック数の関係を示し、（ｂ）は、上記キャリア濃度と発光光度の関係を示す図である。
【図７】（ａ）は、実施の形態２に係る発光ダイオードの高濃度の電流拡散層のキャリア濃度とヒロック数の関係を示し、（ｂ）は、上記キャリア濃度と発光光度の関係を示す図である。
【図８】実施の形態３に係る発光ダイオードの素子構造図である。
【図９】実施の形態４に係る発光ダイオードの素子構造図である。
【図１０】第１従来例の発光ダイオードの素子構造図である。
【図１１】第２従来例の発光ダイオードの素子構造図である。
【符号の説明】
１、１１ ｎ−ＧａＡｓ基板
２、１２ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３、１３ 活性層
４、１４ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
５、１７ ＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層
６、１８ ｐ−ＧａＡｓキャップ層
９、１２、２１、２２ 電極
Claims (10)
- ＡｌＧａＩｎＰ系の発光部を有する発光ダイオードにおいて、
上記発光部の光射出側にＩｎ（インジウム）を含有する電流拡散層を備えていることを特徴とする発光ダイオード。 - 上記電流拡散層としてＡｌＧａＩｎＡｓを用いた請求項１に記載の発光ダイオード。
- ＩＩＩ族全体に対してＩｎの比率が１〜１０％であるＡｌＧａＩｎＡｓ電流拡散層を有している請求項２に記載の発光ダイオード。
- ＡｌＧａＩｎＡｓで形成する電流拡散層を２層構造とし、下層のキャリア濃度が上層のキャリア濃度よりも低い請求項２又は請求項３に記載の発光ダイオード。
- ＡｌＧａＩｎＡｓで形成する電流拡散層を２層構造とし、下層のキャリア濃度が０．５〜３×１０１８ｃｍ−３、上層のキャリア濃度が０．３〜２×１０１９ｃｍ−３である請求項４に記載の発光ダイオード。
- 上記発光部と上記電流拡散層との間の中央部にＧａＩｎＰ材料から成る電流阻止層を備えている請求項１乃至請求項５の何れかに記載の発光ダイオード。
- 上部発光部と上記電流拡散層の間に、ＧａＩｎＰ材料で成り、中央部が開口した電流狭窄層を備えている請求項１乃至請求項５の何れかに記載の発光ダイオード。
- ＡｌＧａＩｎＰ系の発光部を有する発光ダイオードの製造法であって、
上記発光部の光射出側にＡｌＧａＩｎＡｓから成る電流拡散層を形成する工程を含む発光ダイオードの製造方法。 - 上記ＡｌＧａＩｎＡｓから成る電流拡散層を形成する工程の少なくとも初期の段階において、電流拡散層を１．２μｍ／ｈ以下の成長速度で形成する請求項８に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 上記ＡｌＧａＩｎＡｓから成る電流拡散層を形成する工程において、電流拡散層が０．１μｍ以上の厚みになるまで１．２μｍ／ｈ以下の成長速度で形成する請求項９に記載の発光ダイオードの製造方法。
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