JP2009071172A - 半導体発光素子及びその製造方法、並びに、下地層の形成方法 - Google Patents

半導体発光素子及びその製造方法、並びに、下地層の形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】発光部を形成するための下地層(基部)の設計自由度を高くすることができ、しかも、高い発光効率を得ることができる半導体発光素子を提供する。
【解決手段】半導体発光素子は、基板10の{100}面である主面上に形成された下地層11、下地層11の頂面上に形成された発光部20、並びに、下地層11が形成されていない基板10の主面の部分の上方に形成され、発光部20を構成する活性層23の露出した側面を少なくとも覆う電流ブロック層40を具備しており、下地層11は、III−V族化合物半導体から成り、基板10の主面上にエピタキシャル成長法にて形成されており、基板10の<110>方向と平行に延び、基板10の該<110>方向に垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が台形であり、該台形の2つの斜辺に相当する斜面が{111}B面であり、台形の上辺に相当する頂面が{100}面である。
【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体発光素子及びその製造方法、並びに、下地層の形成方法に関する。
低閾値電流Ithを有する半導体レーザとして、1回のエピタキシャル成長工程によって形成し得るSDH(Separated Double Hetero Junction)構造を有する半導体レーザ(以下、SDH型半導体レーザと呼ぶ)が、例えば、特許第2990837号から周知である。
このSDH型半導体レーザにおいては、先ず、主面として{100}面を有する基板に、{110}A面方向に延びる凸部を形成する。そして、この基板の主面上において結晶成長を行うと、凸部の{100}面(便宜上、凸部面と呼ぶ)の上に化合物半導体層が積層されて成る発光部が形成される。発光部は、例えば、第1導電型を有する第1化合物半導体層、活性層、及び、第2導電型を有する第2化合物半導体層が順次積層された構造を有する。凸部の延びる方向に対して垂直方向の仮想平面でこの発光部を切断したときの断面形状は例えば三角形であり、発光部の側面(斜面)は{111}B面から構成されている。一般に、MOCVD法(MOVPE法とも呼ばれる)においては、特殊な結晶成長条件を除けば、{111}B面は非成長面として知られている。従って、SDH型半導体レーザの場合、側面が{111}B面である発光部が形成されると、その後、MOCVDを継続しても、発光部の結晶成長は「自己成長停止」が保持される。ここで、{111}B面の傾斜角(α)は、54.7度である。
尚、結晶面の表記、
Figure 2009071172
を、便宜上、本明細書においては、(hkl)面、(hk−l)面と表記し、以下に例示する方向の表記、
Figure 2009071172
を、便宜上、本明細書においては、[hkl]方向、[hk−l]方向と表記する。
一方、凸部を除く基板の主面である{100}面の部分(便宜上、凹部面と呼ぶ)においては、非成長面が存在しないので、MOCVDを継続すると、やがて凹部面から結晶成長する化合物半導体層が、自己成長停止している発光部を完全に埋め尽くすようになる。凹部面から結晶成長した化合物半導体層は、第2化合物半導体層上に、電流ブロック層位置調整層、電流ブロック層、及び、埋込層が順次形成された構造を有する。ここで、通常、電流ブロック層位置調整層の厚さを制御することによって、凹部面から結晶成長する化合物半導体層が発光部を埋め尽くす前の途中段階で(特に、発光部に形成された活性層の両側面近傍に差し掛かったときに)、電流ブロック層を形成することにより、発光部の活性層のみに電流注入が可能な構造を形成することができる。
このように、SDH型半導体レーザにおいては、1回の結晶成長工程に基づき各化合物半導体層を形成することができ、しかも、発光部内で活性層を上下で挟む化合物半導体層(第1化合物半導体層及び第2化合物半導体層)に用いる材料や、発光部の外側に位置する電流ブロック層や埋込層、電流ブロック層位置調整層に用いる材料として、エネルギーバンドギャップが活性層よりも十分に高い材料、即ち、低屈折率の材料を選択することにより、光閉込めに好都合な化合物半導体層によって活性層を完全に囲むことが可能となる。そして、これによって、凸部の端面を光出射面として有する半導体レーザから出射されたビーム形状を、真円に近づけることができる。即ち、ファー・フィールド・パターン(Far Field Pattern,FFP)において、
θ//≒θ⊥
を達成することができる。
あるいは又、例えば、レンズとのカップリング効率等に依っては、半導体レーザから出射されたビーム形状を楕円とすることが求められる場合がある。このような場合には、例えば、凸部の端面付近の幅を拡げた、所謂フレア・ストライプ構造を採用することにより(例えば、特許第3399018号参照)、FFPのθ//を小さく制御することができる。しかも、フレア・ストライプ構造を採用することにより、高光出力を達成することができる。
特許第2990837号 特許第3399018号
ところで、上述したとおり、SDH型半導体レーザにおいては、先ず、主面として{100}面を有する基板に、{110}A面方向に延びる凸部を形成する(図58の(A)参照)。従って、発光部の大きさは、凸部の幅(WP)によって規定される。一方、活性層の幅(WA)は、SDH型半導体レーザの仕様に基づき決定される。それ故、凸部の幅(WP)が狭い場合、所望の幅(WA)の活性層を形成したとき、活性層から凸部までの距離(H1)が自ずと短くなる(図58の(B)参照)。ここで、H1,WP,WAには、以下の関係がある。
1={(WP−WA)/2}×tan(α)
そして、活性層から凸部までの距離(H1)が短い場合、活性層で発生した光が凸部を構成する基板に吸収され、光閉込め効果が不完全となり、発光効率(光出力/注入電流にて表されるスロープ効率)が低下してしまうといった問題がある。
また、発光部の高さ(H2)も、凸部の幅(WP)によって規定される。ここで、H2,WPには、以下の関係がある。
2=(WP/2)×tan(α)
そこで、図59の(A)に図示するように、凸部の高さ(H0)が低く、凸部の幅(WP)が広い、所謂低アスペクト比の凸部に基づきSDH型半導体レーザを製造した場合、図59の(B)に図示するように、活性層の側面に電流ブロック層を形成する余地が無くなってしまう場合がある。
従って、本発明の目的は、発光部を形成するための下地層(基部)の設計自由度を高くすることができ、しかも、高い発光効率を得ることができる半導体発光素子、係る半導体発光素子を製造する方法、下地層の形成方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明の半導体発光素子は、
(A){100}面を主面として有する基板の該主面上に形成された下地層、
(B)下地層の頂面上に、第1導電型を有する第1化合物半導体層、活性層、及び、第2導電型を有する第2化合物半導体層が順次積層されて成る発光部、並びに、
(C)下地層が形成されていない基板の主面の部分の上方に形成され、発光部を構成する活性層の露出した側面を少なくとも覆う電流ブロック層、
を具備した半導体発光素子であって、
下地層は、III−V族化合物半導体から成り、基板の主面上にエピタキシャル成長法にて形成されており、基板の<110>方向と平行に延び、基板の該<110>方向に垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が台形であり、該台形の2つの斜辺に相当する斜面が{111}B面であり、台形の上辺に相当する頂面が{100}面であることを特徴とする。
本発明の半導体発光素子において、下地層を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg)は、基板を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg-0)よりも高いことが望ましい。尚、このような要件を、便宜上、『エネルギーバンドギャップ条件−A』と呼ぶ。
また、上記の好ましい形態を含む本発明の半導体発光素子において、下地層を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg)は、第1化合物半導体層を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg-1)よりも高いことが望ましい。尚、このような要件を、便宜上、『エネルギーバンドギャップ条件−B』と呼ぶ。
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の半導体発光素子において、下地層を構成するIII−V族化合物半導体は、その構成要素として、少なくとも、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)の内の1つ、及び、アルミニウム(Al)を含むことが好ましく、あるいは又、下地層を構成するIII−V族化合物半導体は、その構成要素として、少なくともリン(P)を含むことが好ましい。前者の構成における(基板を構成するIII−V族化合物半導体,下地層を構成するIII−V族化合物半導体,第1化合物半導体層を構成するIII−V族化合物半導体)の組合せとして、エネルギーバンドギャップ条件−Aあるいはエネルギーバンドギャップ条件−Bを満足する限りにおいて、
組成−A:(GaAs,Alx1Ga(1-x1)As,AlyGa(1-y)As)[但し、0<x1≦1,0<y≦1であり、(GaAsのEg)<(Alx1Ga(1-x1)AsのEg-0),(Alx1Ga(1-x1)AsのEg)≧(AlyGa(1-y)AsのEg-1)である]
組成−B:(GaAs,Alx2Ga(1-x2)As/Alx3Ga(1-x3)Asの超格子,AlyGa(1-y)As)[但し、0≦x2,x3≦1,x2≠x3,0<y≦1であり、(GaAsのEg)<(Alx2Ga(1-x2)As/Alx3Ga(1-x3)Asの超格子のEg-0),(Alx2Ga(1-x2)As/Alx3Ga(1-x3)Asの超格子のEg)≧(AlyGa(1-y)AsのEg-1)]
を例示することができる。更には、エネルギーバンドギャップ条件−Aあるいはエネルギーバンドギャップ条件−Bを満足する限りにおいて、基板を構成するIII−V族化合物半導体としてGaSb(As)あるいはGaBi(As)を用いるとき、組成−Aあるいは組成−Bにあっては、As(ヒ素)を含有する化合物半導体層の内、少なくとも1層において、Asよりも原子半径が大きく、しかも、蒸気圧が低いSb(アンチモン)あるいはBi(ビスマス)を含有する組成を挙げることができるし、あるいは又、As(ヒ素)を含有する化合物半導体層の内、少なくとも1層において、Asよりも原子半径が大きく、しかも、蒸気圧が低いSb(アンチモン)あるいはBi(ビスマス)でAsが置換されている組成を挙げることができる。また、後者の構成における(基板を構成するIII−V族化合物半導体,下地層を構成するIII−V族化合物半導体,第1化合物半導体層を構成するIII−V族化合物半導体)の組合せとして、エネルギーバンドギャップ条件−Aあるいはエネルギーバンドギャップ条件−Bを満足する限りにおいて、
組成−C:(GaAs,{Alx4Ga(1-x4)x5In(1-x5)P,AlyGa(1-y)As)[但し、0≦x4≦1,0≦x5≦1,0<y≦1であり、(GaAsのEg)<({Alx4Ga(1-x4)x5In(1-x5)PのEg-0),({Alx4Ga(1-x4)x5In(1-x5)PのEg)≧(AlyGa(1-y)AsのEg-1)]
を例示することができる。更には、エネルギーバンドギャップ条件−Aあるいはエネルギーバンドギャップ条件−Bを満足する限りにおいて、基板を構成するIII−V族化合物半導体としてGaSb(As)あるいはGaBi(As)を用いるとき、組成−Cにあっては、As(ヒ素)を含有する化合物半導体層の内、少なくとも1層において、Asよりも原子半径が大きく、しかも、蒸気圧が低いSb(アンチモン)あるいはBi(ビスマス)を含有する組成を挙げることができるし、あるいは又、As(ヒ素)を含有する化合物半導体層の内、少なくとも1層において、Asよりも原子半径が大きく、しかも、蒸気圧が低いSb(アンチモン)あるいはBi(ビスマス)でAsが置換されている組成を挙げることができる。後述する本発明の半導体発光素子の製造方法においても、同様とすることができる。
あるいは又、上記の組成を含め、エネルギーバンドギャップ条件−Aあるいはエネルギーバンドギャップ条件−Bを満足する限りにおいて、基板として、GaN基板、GaP基板、AlN基板、AlP基板、InN基板、InP基板、AlGaInN基板、AlGaN基板、AlInN基板、GaInN基板、AlGaInP基板、AlGaP基板、AlInP基板、GaInP基板、ZnS基板等を例示することができるが、特に、閃亜鉛鉱(ジンク・ブレンド)型の結晶構造を有する基板あるいは結晶膜が形成された基板を用いることが好ましく、ここで、ジンク・ブレンド型の結晶構造を有する基板を構成する原子として、少なくとも、As、SbあるいはBi等を挙げることができる。本発明にあっては、これらのAs、SbあるいはBi等の原子が添加ひいては混晶として含まれている光吸収性の高い基板における光吸収を抑制することができる結果、半導体発光素子の特性の高性能化、均一化を達成することができる。更には、これらの基板の表面(主面)に、バッファ層や中間層が形成されたものを基板として用いることもできる。そして、これらの基板を用いた下地層の結晶成長において、少なくとも、As、Sb、Biの内の1つを、V族材料として添加し、あるいは、混晶として用いることによって、III族原子がマイグレージョンし難い結晶成長条件の設定が容易となり、V族トリマーを{111}B面の最表面に形成することが可能となり、{111}B面を非成長面化することが可能となる。また、エネルギーバンドギャップ条件−Aあるいはエネルギーバンドギャップ条件−Bを満足する限りにおいて、活性層を含めた各種化合物半導体層(基板、下地層、第1化合物半導体層)用の材料として、例えば、GaInNAs系化合物半導体(GaInAs系混晶あるいはGaNAs系混晶を含む)、AlGaInP系化合物半導体、AlGaInAs系化合物半導体、GaInAs系化合物半導体、GaInAsP系化合物半導体、GaInP系化合物半導体、GaP系化合物半導体、InP系化合物半導体を例示することができる。
上記の目的を達成するための本発明の半導体発光素子の製造方法は、
(a){100}面を主面として有する基板の該主面上に<110>方向に延びる複数のマスク層を形成し、マスク層とマスク層との間に基板の主面の一部分を露出させた後、
(b)露出した基板の主面の一部分の上に、基板の該<110>方向に垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が台形であって、該台形の2つの斜辺に相当する斜面が{111}B面であり、台形の上辺に相当する頂面が{100}面であり、III−V族化合物半導体から成る下地層をエピタキシャル成長させ、次いで、マスク層を除去した後、
(c)下地層の頂面上に、第1導電型を有する第1化合物半導体層、活性層、及び、第2導電型を有する第2化合物半導体層が順次積層されて成る発光部を形成し、併せて、下地層が形成されていない露出した基板の主面上に、第1導電型を有する第1化合物半導体層、活性層、及び、第2導電型を有する第2化合物半導体層が順次積層された積層構造体を形成し、その後、
(d)該積層構造体上に、発光部を構成する活性層の露出した側面を少なくとも覆う電流ブロック層を形成する、
工程を具備することを特徴とする。
本発明の半導体発光素子の製造方法において、基板を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg-0)よりも高いエネルギーバンドギャップ(Eg)を有する材料から構成された下地層を用いることが望ましい。即ち、エネルギーバンドギャップ条件−Aを満足することが望ましい。
また、上記の好ましい形態を含む本発明の半導体発光素子の製造方法において、第1化合物半導体層を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg-1)よりも高いエネルギーバンドギャップ(Eg)を有する材料から構成された下地層を用いることが望ましい。即ち、エネルギーバンドギャップ条件−Bを満足することが望ましい。
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の半導体発光素子の製造方法において、下地層を構成するIII−V族化合物半導体は、その構成要素として、少なくとも、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)の内の1つ、及び、アルミニウム(Al)を含むことが好ましく、あるいは又、下地層を構成するIII−V族化合物半導体は、少なくともリン(P)を含むことが好ましい。尚、(基板を構成するIII−V族化合物半導体,下地層を構成するIII−V族化合物半導体,第1化合物半導体層を構成するIII−V族化合物半導体)の組合せは、上述したとおりである。
上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る下地層の形成方法は、
(a)基板の主面上に複数のマスク層を形成し、マスク層とマスク層との間に基板の主面の一部分を露出させた後、
(b)露出した基板の主面の一部分の上に、III−V族化合物半導体から成る下地層をエピタキシャル成長させ、次いで、マスク層を除去する、
工程を具備する下地層の形成方法であって、
n型導電型を有する下地層のエピタキシャル成長において使用される原料には、下地層をn型導電型とするために、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されていることを特徴とする。
本発明の第1の態様に係る下地層の形成方法において、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物は、ケイ素及び錫から成る群から選択された少なくとも1種類の不純物であり、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物は、セレン、テルル及びイオウから成る群から選択された少なくとも1種類の不純物である形態とすることができる。
上記の好ましい形態を含む本発明の第1の態様に係る下地層の形成方法において、基板はn型導電型を有する構成とすることができる。
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の第1の態様に係る下地層の形成方法において、
基板はp型導電型を有し、
前記工程(a)に引き続き、露出した基板の主面の一部分の上に、p型導電型を有する基層をエピタキシャル成長させ、次いで、前記工程(b)において、露出した基板の主面の一部分の上にIII−V族化合物半導体から成る単一導電型の下地層をエピタキシャル成長させる代わりに、基層の上にIII−V族化合物半導体から成る下地層をエピタキシャル成長させ、
基層と下地層とによってトンネル接合を形成し、
p型導電型を有する基層のエピタキシャル成長において使用される原料には、基層をp型導電型とするために、少なくとも基層と下地層との界面及び界面近傍においては、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されている構成とすることができる。ここで、特に、少なくとも基層と下地層との界面及び界面近傍において、超格子構造によるトンネル接合を形成してもよい。そして、この場合、例えば、少なくともトンネル接合部においては、
基層において、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物は、亜鉛、マグネシウム、ベリリウム及びマンガンから成る群から選択された少なくとも1種類の不純物であり、
基層において、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物は炭素である構成とすることが好ましい。また、
下地層において、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物は、ケイ素及び錫から成る群から選択された少なくとも1種類の不純物であり、
下地層において、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物は、セレン、テルル及びイオウから成る群から選択された少なくとも1種類の不純物である構成とすることが好ましい。
ここで、基層と下地層とによってトンネル接合が形成される条件として、基板と同じ導電型を有する基層の上に、基板と反対の導電型を有する下地層を接合し、その上に、下地層と同じ導電型を有する、即ち、第1導電型を有する第1化合物半導体層を積層すればよい。そして、活性層、及び、第2導電型を有する第2化合物半導体層が順次積層されて成る発光部を形成することができる。ここで、単純なpn接合では、基本的には、逆方向には電流が流れない。しかし、逆方向に高電圧をかけると、空乏層が非常に薄くなり、電子は空乏層をトンネルし、電流が流れ始める。これをダイオードのツェナー降伏といい、このようなダイオードをツェナーダイオードというが、この空乏層の厚さは、不純物濃度によって更に調節することが可能である。従って、この場合、例えば、基層と下地層との界面接合部及びその近傍の各不純物濃度を、結晶の品質を著しく損なわない範囲内(1×1018/cm3〜1×1021/cM3のキャリア濃度)で出来るだけ大きくして接合すると、接合界面において形成される空乏層の幅が狭くなるので、トンネル効果が起こり易くなる。また、トンネル効果は、バンドギャップが小さい半導体ほど起こり易くなるので、少なくとも、界面接合構造部において、基層の最表面層(頂面層)、あるいは、基層に最も近い下地層の最下面層において、どちらか一方の層が、エネルギーバンドギャップが小さく、もう一方の層のエネルギーバンドギャップが大きくなるように、材料を選択してもよい。このような材料から成る化合物半導体層を更に超格子層として部分的に用いる(非常に薄い層を用いる)ことによって、エネルギーバンドギャップが小さい材料の割合を最小限に抑えられるので、発光層で発生した光の吸収量を、必要最低限に抑えることが可能になる。以上のように、基層と下地層との界面及び界面近傍を構成する化合物半導体層の不純物濃度、あるいは、エネルギーバンドギャップ、あるいは、厚さに着目することによって、トンネル効果の増大と光吸収量の抑制とを両立できる構造を得ることができる。次に述べる本発明の第2の態様に係る下地層の形成方法においても同様である。
また、上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る下地層の形成方法は、
(a)基板の主面上に複数のマスク層を形成し、マスク層とマスク層との間に基板の主面の一部分を露出させた後、
(b)露出した基板の主面の一部分の上に、III−V族化合物半導体から成る下地層をエピタキシャル成長させ、次いで、マスク層を除去する、
工程を具備する下地層の形成方法であって、
p型導電型を有する下地層のエピタキシャル成長において使用される原料には、下地層をp型導電型とするために、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されていることを特徴とする。
本発明の第2の態様に係る下地層の形成方法において、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物は、亜鉛、マグネシウム、ベリリウム及びマンガンから成る群から選択された少なくとも1種類の不純物であり、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物は炭素である形態とすることができる。
上記の好ましい形態を含む本発明の第2の態様に係る下地層の形成方法において、基板はp型導電型を有する構成とすることができる。
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の第2の態様に係る下地層の形成方法において、
基板はn型導電型を有し、
前記工程(a)に引き続き、露出した基板の主面の一部分の上に、n型導電型を有する基層をエピタキシャル成長させ、次いで、前記工程(b)において、露出した基板の主面の一部分の上にIII−V族化合物半導体から成る単一導電型の下地層をエピタキシャル成長させる代わりに、基層の上にIII−V族化合物半導体から成る下地層をエピタキシャル成長させ、
基層と下地層とによってトンネル接合を形成し、
n型導電型を有する基層のエピタキシャル成長において使用される原料には、基層をn型導電型とするために、少なくとも基層と下地層との界面及び界面近傍においては、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されている構成とすることができる。ここで、特に、少なくとも基層と下地層との界面及び界面近傍において、超格子構造によるトンネル接合を形成してもよい。そして、この場合、例えば、少なくともトンネル接合部においては、
基層において、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物は、ケイ素及び錫から成る群から選択された少なくとも1種類の不純物であり、
基層におきて、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物は、セレン、テルル及びイオウから成る群から選択された少なくとも1種類の不純物である構成とすることが好ましい。また、
下地層において、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物は、亜鉛、マグネシウム、ベリリウム及びマンガンから成る群から選択された少なくとも1種類の不純物であり、
下地層において、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物は炭素である構成とすることが好ましい。
本発明の半導体発光素子及びその製造方法、並びに、本発明の第1の態様若しくは第2の態様に係る下地層の形成方法にあっては、上述したとおり、エネルギーバンドギャップ条件−Aあるいはエネルギーバンドギャップ条件−Bを満足することが望ましい。ここで、エネルギーバンドギャップとは、対象とする化合物半導体層が単層の場合である場合に限らず、対象とする化合物半導体層が積層構造(例えば、エネルギーバンドギャップが大きい化合物半導体層とエネルギーバンドギャップが小さい化合物半導体層との超格子積層構造、あるいは、量子井戸積層構造、あるいは、積層構造の平均組成)から得られる実効的なエネルギーバンドギャップも含めた、広義のエネルギーバンドギャップを指す。従って、本来、単層では光の吸収が起こると考えられる化合物半導体層が、他の光の吸収が起こらない化合物半導体層と組み合わされて下地層の一部に含まれている場合であっても、実質的に吸収層としては機能しない場合、本発明における下地層として用いることができる。
尚、以下の説明において、セレン(Se)、テルル(Te)及びイオウ(S)という3種類の不純物から成る群から選択された少なくとも1種類の不純物を、便宜上、第VI族不純物と呼び、ケイ素(Si)及び錫(Sn)という2種類の不純物から成る群から選択された少なくとも1種類の不純物を、便宜上、第IV族不純物と呼び、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)及びマンガン(Mn)という4種類の不純物から成る群から選択された少なくとも1種類の不純物を、便宜上、第II族不純物と呼ぶ。
以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本発明の半導体発光素子及びその製造方法、並びに、本発明の第1の態様若しくは第2の態様に係る下地層の形成方法(以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある)において、下地層を構成する材料として、SiO2、SiN、SiONといった半導体酸化物層あるいは半導体窒化物層、高融点金属層、高融点金属酸化物層、高融点金属窒化物層を例示することができる。マスク層の形成方法として、スパッタリング法等の物理的気相成長法(PVD法)、化学的気相成長法(CVD法)を挙げることができる。また、マスク層の除去は、マスク層を構成する材料に依存して、ウエットエッチング法を採用してもよいし、ドライエッチング法を採用してもよい。
本発明の半導体発光素子あるいはその製造方法にあっては、半導体発光素子として、半導体レーザや発光ダイオード(LED)を挙げることができる。
また、本発明において、下地層のエピタキシャル成長法、活性層を含む各種化合物半導体層の形成方法(成膜方法)として、有機金属化学的気相成長法(MOCVD法、MOVPE法)や有機金属分子線エピタキシー法(MOMBE法)、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法(HVPE法)を挙げることができる。
本発明の半導体発光素子あるいはその製造方法にあっては、発光部を形成するために下地層を形成する。この下地層は基板上に、基板と別個に設けるので、幅の狭い下地層の上に、所望の幅の活性層を形成したとき、活性層から下地層までの距離が自ずと短くなったとしても、活性層で発生した光が下地層で吸収されないように下地層を構成する材料を選択することができる。その結果、発光効率(光出力/注入電流にて表されるスロープ効率)が低下してしまうといった問題の発生を抑制することができる。また、発光部の高さも下地層の幅によって規定されるが、下地層の高さを所望の高さに設計することができるので、活性層の側面に電流ブロック層を形成することができなくなるといった問題の発生も抑制することができる。
また、本発明の下地層の形成方法にあっては、n型導電型あるいはp型導電型を有する下地層のエピタキシャル成長において使用される原料には、下地層をn型導電型あるいはp型導電型とするために、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物の両方が添加されているので、下地層の導電型を確実に所望の導電型とすることができる。
一般的には、例えば、アノードコモン型の半導体発光素子の場合、p型導電性を有する基板上にp型導電型を有する下地層を高濃度で厚く形成すると、条件によっては、下地層に白濁が生じ、下地層を構成する化合物半導体層の結晶品質が著しく損なわれる虞がある。従って、このような下地層の上に積層される第1化合物半導体層、及び、発光層の結晶品質にも影響を与えてしまう虞がある。このような場合、下地層の導電型と反対の導電型を有する基板を用い、しかも、下地層の導電型と反対の導電型を有する基層を基板にエピタキシャル成長させることで、このような問題の発生を確実に回避することができ、p型基板を用いた場合と同様にアノードコモン型の半導体発光素子を実現することができる。しかも、下地層と基層とによってトンネル接合が形成されているので、従来と同様の極性で半導体発光素子に電圧を印加した場合であっても、逆バイアスがトンネル接合界面に加わることで、トンネル電流が発生して導通するので、半導体発光素子の活性層に電流が流れて発光が得られる。尚、ここで、実際のトンネル接合構造は、トンネル効果の性能を上げるため、例えば、n+層/(i層(低濃度層)/n層の所謂デルタドープ層)/p+層としてもよい。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
実施例1は、本発明の半導体発光素子及びその製造方法、並びに、本発明の第1の態様に係る下地層の形成方法に関する。
実施例1、あるいは、後述する実施例2〜実施例22においては、セレン(Se)、テルル(Te)及びイオウ(S)から成る群から選択された少なくとも1種類の不純物(第VI族不純物)として、具体的には、セレン(Se)を使用し、ケイ素(Si)及び錫(Sn)から成る群から選択された少なくとも1種類の不純物(第IV族不純物)として、具体的には、ケイ素(Si)を使用し、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)及びマンガン(Mn)から成る群から選択された少なくとも1種類の不純物(第II族不純物)として、具体的には、亜鉛(Zn)を使用するが、これらに限定するものではない。
また、実施例1、あるいは、後述する実施例2〜実施例22における半導体発光素子は、半導体レーザ、より具体的には、SDH型半導体レーザから構成されている。
実施例1の半導体発光素子の模式的な一部断面図を図1の(A)に示し、基板及び下地層の模式的な一部断面図を図2に示すが、実施例1の半導体発光素子は、
(A){100}面を主面として有する基板10のこの主面上に形成された下地層11、
(B)下地層11の頂面上に、第1導電型(実施例1にあっては、n型)を有する第1化合物半導体層21、活性層23、及び、第2導電型(実施例1にあっては、p型)を有する第2化合物半導体層22が順次積層されて成る発光部20、並びに、
(C)下地層11が形成されていない基板10の主面の部分(基板10の露出面と呼ぶ場合がある)の上方に形成され、発光部20を構成する活性層23の露出した側面を少なくとも覆う電流ブロック層40、
を具備している。
そして、下地層11は、III−V族化合物半導体から成り、基板10の主面上にエピタキシャル成長法にて形成されており、基板10の<110>方向と平行に延び、基板10のこの<110>方向に垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が台形であり、この台形の2つの斜辺に相当する斜面が{111}B面であり、台形の上辺に相当する頂面が{100}面である。即ち、下地層11は、所謂メサ構造を有し、[011]方向に延びている。
より具体的には、実施例1にあっては、基板10はn−GaAsから成り、下地層11を構成するIII−V族化合物半導体は、その構成要素として、少なくとも、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)の内の1つ、及び、アルミニウム(Al)を含む。より具体的には、下地層11は、例えば、n−Alx1Ga(1-x1)As:Se[但し、0<x1≦1であり、より具体的には、例えば、x1=0.1、あるいは、x1=0.2、あるいは、x1=0.3、あるいは、x1=0.4、あるいは、x1=0.47]から成り、第1化合物半導体層21は、n−Al0.4Ga0.6As:Seから成る。従って、下地層11を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg)は、基板10を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg-0)よりも高い。また、下地層11を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg)は、第1化合物半導体層21を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg-1)よりも高い。更には、電流ブロック層40は、第1導電型(n型)を有する第3化合物半導体層43、及び、第2導電型(p型)を有し、第3化合物半導体層43に接した第4化合物半導体層44から構成されている。図面の簡素化のため、図面においては、同一の導電型あるいは同一の不純物サイトを有し、屈折率が異なる2層以上の層(例えば、2層の場合:第2化合物半導体層22A、第2化合物半導体層22B)を纏めて1層(第2化合物半導体層22)で表した。尚、図1の(B)に、第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44の一部を拡大した模式的な一部断面図を示す。実施例1の半導体発光素子における発光部20を構成する各化合物半導体層の組成、電流ブロック層40を構成する各化合物半導体層の組成の詳細は、後述する。
実施例1の半導体発光素子にあっては、基板10に設けられた下地層11の頂面上に、順次、第1導電型を有するGaAsから成るバッファ層12、第1化合物半導体層21、活性層23、第2化合物半導体層22Aが形成され、第2化合物半導体層22A上には、更に、第2化合物半導体層22Bが形成され、頂点を形成している。ここで、{011}A面で下地層11を切断したときの第2化合物半導体層22Bを含む発光部20の断面形状は三角形であり、発光部20の側面は、{111}B面(より具体的には、(11−1)B面及び(1−11)B面)から構成されている。第2化合物半導体層22Aと第2化合物半導体層22Bの組成を変えることで、断面形状が三角形の発光部20を正確に形成することができる。一般に、MOCVD法(MOVPE法とも呼ばれる)においては、特殊な結晶成長条件を除けば、{111}B面は、Asトリマーで覆われた非成長面として知られている。従って、SDH型半導体レーザの場合、斜面(側面)が{111}B面である発光部20が形成されると、その後、MOCVDを継続しても、発光部の結晶成長は「自己成長停止」が保持される。{111}B面の角度は54.7度である。成長条件等によっては、断面形状が三角形の部分を発光部20のみから構成することもできる。
一方、基板10の露出面(主面)である{100}面(図示した例では、(100)面)の部分)にあっては、発光部20と同じ構造、電流ブロック層位置調整層30(実質的に第2化合物半導体層22の続きである)、電流ブロック層40、及び、埋込層(埋込み用クラッド層)31が順次形成されている。
また、全体は、第2導電型を有するGaAsから成るコンタクト層(キャップ層)32によって覆われている。そして、基板10の裏面には、第1電極51が形成されており、コンタクト層(キャップ層)32上には第2電極52が形成されている。
実施例1の半導体発光素子の製造方法、あるいは又、下地層の形成方法を、以下、説明する。
[工程−100]
先ず、{100}面を主面として有する基板10のこの主面上に<110>方向に延びる複数のマスク層11Aを形成し、マスク層11Aとマスク層11Aとの間に基板10の主面の一部分を露出させる。あるいは又、基板10の主面上に複数のマスク層11Aを形成し、マスク層11Aとマスク層11Aとの間に基板10の主面の一部分を露出させる。具体的には、n−GaAsから成る基板10の{100}結晶面、例えば(100)結晶面から成る主面上に、SiO2から成り、[011]A方向に延びるマスク層11AをCVD法及びフォトリソグラフィ技術に基づき形成する(図3の(A)参照)。
[工程−110]
次いで、露出した基板10の主面の一部分の上に、基板10のこの<110>方向に垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が台形であって、この台形の2つの斜辺に相当する斜面が{111}B面であり、台形の上辺に相当する頂面が{100}面であり、III−V族化合物半導体から成る下地層11をエピタキシャル成長させ、次いで、マスク層11Aを除去する。あるいは又、露出した基板10の主面の一部分の上に、III−V族化合物半導体から成る下地層11をエピタキシャル成長させ、次いで、マスク層11Aを除去する。ここで、n型導電型を有する下地層11のエピタキシャル成長において使用される原料には、下地層11をn型導電型とするために、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されている。
具体的には、例えば、トリメチルアルミニウム(TMAl)あるいはトリエチルアルミニウム(TEAl)をアルミニウム(Al)源の原料ガスとして用い、トリメチルガリウム(TMGa)あるいはトリエチルガリウム(TEGa)をガリウム(Ga)源の原料ガスとして用い、ターシャリー・ブチル・アルシン(TBAs)あるいはアルシン(AsH3)をヒ素(As)源の原料ガスとして用いる。また、n型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがIII族サイトである場合、ジシラン(Si26)、モノシラン(SiH4)あるいはトリメチルスズ(TMSn)を用いる。更には、n型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがV族サイトである場合、硫化化水素(H2S)、セレン化水素(H2Se)あるいはテルル化水素(H2Te)を用いる。そして、MOCVD法に基づき、これらのIII族ガス、V族ガス、不純物ガスを反応室に導入し、600゜C〜900゜Cの温度範囲で熱分解反応させて、高温成長させることによって、III族原料のマイグレーションを促進させ、{100}面の平坦性が高く、結晶品質が高い化合物半導体層をエピタキシャル成長させることができる。そして、これにより、少なくともGaAs基板よりもエネルギーバンドギャップが大きいAlGaAs系材料層で構成され、所望の頂面の幅と高さを有する台形状の下地層11を形成することができる。
また、下地層11の頂面の平坦性を一層改善するためには、反応室に導入する供給ガスの流速を高く調整したり、(V族ガス)/(III族ガス)のモル供給比を小さく調整して、III族原料のマイグレーションを促進させた成長条件とすればよい。更には、下地層11のn型不純物の濃度を高くするためには、供給する原料(有機金属)ガスに含有されるメチル基(CH3−)やエチル基(C25−)、ターシャリー・ブチル基((CH33C−)に起因するカーボン(C)のオートドーピング量(即ち、V族サイトを置換してホール(p型導電型層)を形成する量)を低減すればよい。そのためには、n型導電型層を形成する際に、V族サイトにおける置換では、メチル基(CH3−)やエチル基(C25−)、ターシャリー・ブチル基((CH33C−)に起因するカーボン(C)と同じV族サイトにおける置換が可能なn型用不純物とが競合する条件を積極的に活用すればよい。具体的には、対カーボン比率を相対的に増加させればよく、より具体的には、n型用不純物原料ガス(例えば、H2S、H2Se、H2Te等)のカーボン(C)に対するモル供給比を増大させたり、あるいは又、カーボン(C)自身の絶対量を減らすために発光層で発生した光を下地層11が吸収しない範囲で、例えば、ここでは、AlGaAs系下地層11のAl混晶比(TMAlのガス供給量)を減らして、カーボン(C)の取り込みを低減させればよい。これは、一般に、AlGaAs系下地層11の成長時、例えば、TMAlは2量体を形成しているので、Alと共にメチル基(CH3−)やエチル基(C25−)も結晶に取り込まれ易く、AlGaAs系下地層11のAl混晶比を下げることによって、カーボン(C)の取り込みの低減が可能となり、ひいては、オートドーピング量を低減することができるからである。
こうして、[011]A方向に延びる下地層11を得ることができる(図3の(B)参照)。下地層11は基板10の主面上には堆積するが、マスク層11A上には堆積しない。下地層11の幅方向は、[0−11]B方向に平行である。その後、ウエットエッチング法に基づき、SiO2から成るマスク層11Aを除去する。こうして、図2に示した構造を得ることができる。下地層11には、(11−1)B面及び(1−11)B面から構成された斜面(側面)が形成されており、下地層11の頂面は(100)面である。また、得られた下地層11には、下地層11をn型とするために、不純物としてセレン(置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物)及びケイ素(置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物)が含まれている。
[工程−120]
その後、下地層11の頂面上に、第1導電型を有する第1化合物半導体層21、活性層23、及び、第2導電型を有する第2化合物半導体層22が順次積層されて成る発光部20を形成し、併せて、下地層11が形成されていない露出した基板10の主面(基板10の露出面)上に、第1導電型を有する第1化合物半導体層21、活性層23、及び、第2導電型を有する第2化合物半導体層22が順次積層された積層構造体を形成する。具体的には、通常のMOCVD法、即ち、有機金属や水素化合物を原料ガスとするMOCVD法に基づき、下地層11上及び基板10の露出面上に、バッファ層12、第1化合物半導体層21、活性層23、第2化合物半導体層22A,22Bをエピタキシャル成長させる。このとき、下地層11上の化合物半導体層の斜面(側面)は{111}B面から構成され、上述したとおり、{111}B面は非成長面である。従って、バッファ層12、第1化合物半導体層21、活性層23、第2化合物半導体層22A,22Bは、下地層11の上の領域と、基板10の露出面上の領域とでは、分断された状態で形成(積層)される。こうして、図4に示す構造を得ることができる。
尚、下地層11の頂面の幅と下地層11の高さを適切に選択し、更には、バッファ層12、第1化合物半導体層21、活性層23、第2化合物半導体層22A,22Bの厚さを適切に選択することで、下地層11の上に、断面が三角形である発光部20の積層構造を得ることができる。
尚、代替的に、基板10をp−GaAsから構成し、[工程−100]に引き続き、露出した基板10の主面の一部分の上に、p型導電型を有する基層(具体的には、p−Alx1Ga(1-x1)As層[但し、0≦x1≦1であり、特に、下地層に最も近いp型の基層の最上部(頂面部)においては、p++−Alx1Ga(1-x1)As層[但し、0<x1≦1]、あるいは、p++−GaAs層から成る超格子層となっていてもよい)をエピタキシャル成長させ、次いで、[工程−110]において、基層の上に上述したIII−V族化合物半導体から成る下地層11をエピタキシャル成長させてもよい。ここで、基層と下地層11とによってトンネル接合を形成する。トンネル効果を発生させるためには、単純なpn接合(基層と下地層とのpn界面)では、基本的には、逆方向には電流が流れない。ところで、例えばこの空乏層の厚さは、不純物濃度によって更に調節することが可能であるため、結晶の品質を著しく損なわない範囲内で、出来るだけ接合界面を形成する領域における各層の不純物濃度を大きくすればよい。これにより、接合界面において形成される空乏層の幅が狭くなるので、逆バイアスを掛けたとき、トンネル効果が起こり易くなる。また、トンネル効果は、バンドギャップが小さい半導体ほど起こり易いので、少なくとも界面接合構造部において、基層の最表面層(頂面層)、あるいは、基層に最も近い下地層の最下面層において、どちらか一方の層が、エネルギーバンドギャップが小さく、もう一方の層のエネルギーバンドギャップが大きくなるように、材料を選択すればよい。この化合物半導体層を更に超格子層として部分的に用いる(非常に薄い層を用いる)ことによって、エネルギーバンドギャップが小さい材料の割合を最小限に抑えられるので、発光層で発生した光の吸収量を必要最低限に抑えることが可能になる。このように、基層と下地層との界面及び界面近傍を構成する化合物半導体層の不純物濃度、あるいは、エネルギーバンドギャップ、あるいは、厚さに着目した条件を採用すればよい。
尚、p型導電型を有する基層のエピタキシャル成長において使用される原料には、基層をp型導電型とするために、少なくとも基層と下地層との界面及び界面近傍においては、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されている。具体的には、基層のエピタキシャル成長において使用される原料として、例えば、トリメチルアルミニウム(TMAl)あるいはトリエチルアルミニウム(TEAl)をアルミニウム(Al)源の原料ガスとして用い、トリメチルガリウム(TMGa)あるいはトリエチルガリウム(TEGa)をガリウム(Ga)源の原料ガスとして用い、ターシャリー・ブチル・アルシン(TBAs)あるいはアルシン(AsH3)をヒ素(As)源の原料ガスとして用いる。また、p型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがIII族サイトである場合、例えば、トリメチル亜鉛(TMZn)、トリエチル亜鉛(TEZn)、ビス・シクロペンタ・ジエニルマグネシウム(Cp2Mg)、ビス・エチル・シクロペンタ・ジエニルマグネシウム(EtCp2Mg)、ビス・イソプロピル・シクロペンタ・ジエニルマグネシウム(i−PrCp2Mg)、ビス・メチルシクロペンタ・ジエニルマグネシウム(MeCp2Mg)あるいはトリメチルマンガン(TMMn)等を用いる。更に、p型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがV族サイトである場合、四塩化炭素(CCl4)、四臭化炭素(CBr4)あるいは四ヨウ化炭素(CI4)等をカーボン(C)源の原料ガスとして用いればよい。また、その他のカーボン(C)源として、Al源、Ga源、あるいは、As源の原料ガス(有機金属ガス)等に含有されるメチル基やエチル基が結晶に積極的に取り込まれる(オートドーピングされる)成長条件を用いてもよい。特に、p型の基層とn型の下地層によって形成されるトンネル接合部及びその近傍においては、p++型層(高濃度層)の基層とn++型の下地層とが必要になるので、p++型基層用の不純物ドーピング用のガスの選択としては、不純物で置換するサイトがIII族サイトとV族サイトとなる少なくとも2種類のガスを同一層に対して併用することが重要である。
[工程−130]
その後、積層構造体上に、発光部20を構成する活性層23の露出した側面を少なくとも覆う電流ブロック層40を形成する。具体的には、第2化合物半導体層22Bの形成に連続して、全面に、電流ブロック層位置調整層30をMOCVD法に基づき形成し、更に、例えば、第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43から成る電流ブロック層40を、順次、MOCVD法に基づき形成する(図5参照)。電流ブロック層40は、{111}B面上には成長しない。また、電流ブロック層40の端面が、少なくとも活性層23の側面を覆うように、電流ブロック層40を形成する。このような構成、構造は、下地層11の頂面の幅と下地層11の高さ、電流ブロック層位置調整層30の厚さを適切に選択することで達成することができる。第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44の構成、構造の詳細は、後述する。
[工程−140]
次いで、全面に、埋込層31及びコンタクト層(キャップ層)32を、順次、MOCVD法に基づき形成する。即ち、MOCVDを継続すると、やがて基板10の露出面から結晶成長する化合物半導体から成る埋込層31が、自己成長停止している発光部20を完全に埋め尽くすようになる。その後、コンタクト層32上に第2電極52を真空蒸着法に基づき形成し、一方、基板10を裏面側から適切な厚みにラッピングした後、第1電極51を真空蒸着法に基づき形成する。
[工程−150]
その後、各半導体発光素子を分離することによって、半導体発光素子を得ることができる。尚、後述する実施例2〜実施例13の半導体発光素子も、基本的には、以上に説明した方法と同様の方法に基づき作製することができる。
実施例1にあっては、発光部20を形成するために下地層11を形成する。ところで、この下地層11は、基板10上に、基板10と別個に設けられているので、幅の狭い下地層11の上に、所望の幅の活性層23を形成したとき、たとえ、活性層23から下地層11までの距離が短くなったとしても、活性層23で発生した光が下地層11で吸収されないように、下地層11を構成する材料を選択することができる。その結果、発光効率(スロープ効率)が低下してしまうといった問題の発生を抑制することができる。また、発光部20の高さも下地層11の幅によって規定されるが、活性層23の側面に電流ブロック層40の形成を可能にするためには、所望の活性層23の幅に対応した下地層11のアスペクト比(例えば、『高さ/幅』の値)には或る範囲が存在するので、その範囲にアスペクト比を収めなければならない。ここで、下地層11の側面(台形斜面)である{111}B面の{100}面に対する角度が常に一定(54.7度の結晶面)であることも考慮して、マスク層11Aの開口部(マスク層11Aの窓)の幅の設計を行えば、下地層11の頂面の幅とアスペクト比を、下地層11のエピタキシャル成長の時間によって同時に制御することが可能となる。このように、従来、基板のエッチング(制御に揺らぎのあるエッチング)によって得られる凹凸基板のアスペクト比は、凸部の幅や高さに関して、基板内、更には、1つのマスク層11Aの開口部内でバラツキが生じ、その結果、一部の基板の領域においては、下地層11の頂面上に形成した発光部における活性層の側面に電流ブロック層を形成することができないといった問題が生じていた。然るに、実施例1にあっては、所望の活性層23の幅に対応した所望の下地層11のアスペクト比をマスク層11Aの設計及び下地層11のエピタキシャル成長時間によって制御することが可能となり、高キャリア濃度の改善だけでなく、基板内の凹凸構造の面内均一性に関しても大幅な改善が可能となった。更には、実施例1の下地層の形成方法にあっては、n型導電型を有する下地層11のエピタキシャル成長において使用される原料には、下地層11をn型導電型とするために、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されているので、下地層11の導電型を確実にn型導電型とすることができる。
実施例2は、実施例1の変形である。実施例2にあっては、下地層11を構成するIII−V族化合物半導体は、その構成要素として、少なくともリン(P)を含む。より具体的には、下地層11は、例えば、GaAsから成る基板と格子整合させ易いn−{Alx4Ga(1-x4)x5In(1-x5)P:Se[但し、0≦x4≦1,x5=0.5であり、具体的には、例えば、x4=0、あるいは、x4=0.1、あるいは、x4=0.2、あるいは、x4=0.3、あるいは、x4=1]から成り、第1化合物半導体層21は、n−Al0.4Ga0.6As:Seから成る。従って、下地層11を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg)は、基板10を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg-0)よりも高い。また、下地層11を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg)は、第1化合物半導体層21を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg-1)よりも高い。
実施例2の半導体発光素子の製造方法、あるいは又、下地層の形成方法にあっては、実施例1の[工程−110]と同様の工程において、具体的には、例えば、トリメチルアルミニウム(TMAl)あるいはトリエチルアルミニウム(TEAl)をアルミニウム(Al)源の原料ガスとして用い、トリメチルガリウム(TMGa)あるいはトリエチルガリウム(TEGa)をガリウム(Ga)源の原料ガスとして用い、トリメチルインジウム(TMIn)あるいはトリエチルインジウム(TEIn)をインジウム(In)源の原料ガスとして用い、ターシャリー・ブチル・ホスフィン(TBP)あるいはホスフィン(PH3)をリン(P)源の原料ガスとして用いる。また、n型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがIII族サイトである場合、ジシラン(Si26)、モノシラン(SiH4)あるいはトリメチルスズ(TMSn)を用いる。更には、n型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがV族サイトである場合、硫化化水素(H2S)、セレン化水素(H2Se)あるいはテルル化水素(H2Te)を用いる。そして、MOCVD法に基づき、これらのIII族ガス、V族ガス、不純物ガスを反応室に導入し、600゜C〜900゜Cの温度範囲で熱分解反応させて、高温成長させることによって、III族原料のマイグレーションを促進させ、{100}面の平坦性が高く、結晶品質が高い化合物半導体層をエピタキシャル成長させることができる。そして、これにより、少なくともGaAs基板よりもエネルギーバンドギャップが大きいAlGaAs系材料層で構成され、所望の頂面の幅と高さを有する台形状の下地層11を形成することができる。
ここで、下地層11の頂面の平坦性を一層改善するためには、反応室に導入する供給ガスの流速を高く調整したり、(V族ガス)/(III族ガス)のモル供給比を小さく調整して、III族原料のマイグレーションを促進させた成長条件とすればよい。また、AlGaInP系(Asを含まない)材料を用いた下地層11の{111}B面(側面)成長は、AlGaAs系(Asを含む)材料を用いた下地層11の{111}B面(側面)成長に比べて、格段に成長し易い({111}B面成長する条件範囲が格段に広い)といった材料特性を有するので、AlGaInP系材料の{111}B面(側面)成長の制御範囲を広くする(例えば、{111}B面(側面)の非成長面化を実現する)ためには、リン(P)源の原料ガスの選択が重要であり、その選択として、低温分解効率に優れた、ターシャリー・ブチル・ホスフィン(TBP)を用いることが望ましい。このような低温分解効率の高いV族用原料ガスを用いることにより、分解効率の低いホスフィン(PH3)に比べて、少量の原料ガスモル供給量でも、熱分解時には、同じ実効的なV族/III族モル供給比が実現可能となる。従って、ターシャリー・ブチル・ホスフィン(TBP)とホスフィン(PH3)とを同一ガスモル供給量で比較した場合、ターシャリー・ブチル・ホスフィン(TBP)を用いた場合の方が、MFC(マスフローコントローラー)による広い流量調整だけで、低温成長から高温成長における広い温度範囲で、実効的なV族/III族モル供給比が大きい条件範囲で変化させることが可能となり、下地層11を構成する結晶面の制御(例えば、{100}面の平坦性や{111}B面成長の度合いなど)を多様に扱うことが可能となる。尚、ここでは、『Asを含まない』材料の例であるが故に、ターシャリー・ブチル・ホスフィン(TBP)を優れた特性を有する原料ガスとして説明しているが、一方で、『Asを含む』材料の例の場合、同様に優れた特性を有する原料ガスとして、ターシャリー・ブチル・アルシン(TBAs)を用いて説明できることは云うまでもない。
以上の点を除き、実施例2の半導体発光素子及びその製造方法、並びに、下地層の形成方法は、実施例1の半導体発光素子及びその製造方法、並びに、下地層の形成方法と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
尚、代替的に、基板10をp−GaAsから構成し、[工程−100]と同様の工程に引き続き、露出した基板10の主面の一部分の上に、p型導電型を有する基層(具体的には、p−{Alx4Ga(1-x4)x5In(1-x5)P[但し、0≦x4≦1,x5=0.5であり、特に、下地層に最も近いp型の基層の最上部(頂面部)においては、p++−{Alx4Ga(1-x4)x5In(1-x5)P[但し、0≦x4≦1,x5=0.5]、あるいは、p++−GaAs層から成る超格子層となっていてもよい)をエピタキシャル成長させ、次いで、[工程−110]と同様の工程において、基層の上に上述したIII−V族化合物半導体から成る下地層11をエピタキシャル成長させてもよい。ここで、基層と下地層11とによってトンネル接合を形成する。トンネル効果を発生させるためには、単純なpn接合(基層と下地層とのpn界面)では、基本的には、逆方向には電流が流れない。ところで、例えばこの空乏層の厚さは、不純物濃度によって更に調節することが可能であるため、結晶の品質を著しく損なわない範囲内で、出来るだけ接合界面を形成する領域における各層の不純物濃度を大きくすればよい。これにより、接合界面において形成される空乏層の幅が狭くなるので、逆バイアスを掛けたとき、トンネル効果が起こり易くなる。また、トンネル効果は、バンドギャップが小さい半導体ほど起こり易いので、少なくとも界面接合構造部において、基層の最表面層(頂面層)、あるいは、基層に最も近い下地層の最下面層において、どちらか一方の層が、エネルギーバンドギャップが小さく、もう一方の層のエネルギーバンドギャップが大きくなるように、材料を選択すればよい。この化合物半導体層を更に超格子層として部分的に用いる(非常に薄い層を用いる)ことによって、エネルギーバンドギャップが小さい材料の割合を最小限に抑えられるので、発光層で発生した光の吸収量を必要最低限に抑えることが可能になる。このように、基層と下地層との界面及び界面近傍を構成する化合物半導体層の不純物濃度、あるいは、エネルギーバンドギャップ、あるいは、厚さに着目した条件を採用すればよい。
尚、p型導電型を有する基層のエピタキシャル成長において使用される原料には、基層をp型導電型とするために、少なくとも基層と下地層との界面及び界面近傍においては、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されている。具体的には、基層のエピタキシャル成長において使用される原料として、例えば、トリメチルアルミニウム(TMAl)あるいはトリエチルアルミニウム(TEAl)をアルミニウム(Al)源の原料ガスとして用い、トリメチルガリウム(TMGa)あるいはトリエチルガリウム(TEGa)をガリウム(Ga)源の原料ガスとして用い、トリメチルインジウム(TMIn)あるいはトリエチルインジウム(TEIn)をインジウム(In)源の原料ガスとして用い、ターシャリー・ブチル・ホスフィン(TBP)あるいはホスフィン(PH3)をリン(P)源の原料ガスとして用い、ターシャリー・ブチル・アルシン(TBAs)あるいはアルシン(AsH3)をヒ素(As)源の原料ガスとして用いる。また、p型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがIII族サイトである場合、例えば、トリメチル亜鉛(TMZn)、トリエチル亜鉛(TEZn)、ビス・シクロペンタ・ジエニルマグネシウム(Cp2Mg)、ビス・エチル・シクロペンタ・ジエニルマグネシウム(EtCp2Mg)、ビス・イソプロピル・シクロペンタ・ジエニルマグネシウム(i−PrCp2Mg)、ビス・メチルシクロペンタ・ジエニルマグネシウム(MeCp2Mg)あるいはトリメチルマンガン(TMMn)等を用いる。更に、p型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがV族サイトである場合、四塩化炭素(CCl4)、四臭化炭素(CBr4)あるいは四ヨウ化炭素(CI4)等をカーボン(C)源の原料ガスとして用いればよい。また、その他のカーボン(C)源として、Al源、Ga源、あるいは、As源の原料ガス(有機金属ガス)等に含有されるメチル基やエチル基が結晶に積極的に取り込まれる(オートドーピングされる)成長条件を用いてもよい。特に、p型の基層とn型の下地層によって形成されるトンネル接合部及びその近傍においては、p++型層(高濃度層)の基層とn++型の下地層とが必要になるので、p++型基層用の不純物ドーピング用のガスの選択としては、不純物で置換するサイトがIII族サイトとV族サイトとなる少なくとも2種類のガスを同一層に対して併用することが重要である。
実施例3は、実施例1の半導体発光素子及びその製造方法の変形であり、また、本発明の第2の態様に係る下地層の形成方法に関する。
実施例3の半導体発光素子の模式的な一部断面図を図6の(A)に示す。尚、基板及び下地層の模式的な一部断面図は、図2に示したと同様である。実施例3の半導体発光素子は、一部の化合物半導体層の導電型が実施例1の半導体発光素子と異なる点を除き、実施例1の半導体発光素子と同じ構造を有する。
即ち、実施例3の半導体発光素子は、
(A){100}面を主面として有する基板10のこの主面上に形成された下地層11、
(B)下地層11の頂面上に、第1導電型(実施例3にあっては、p型)を有する第1化合物半導体層21、活性層23、及び、第2導電型(実施例3にあっては、n型)を有する第2化合物半導体層22が順次積層されて成る発光部20、並びに、
(C)下地層11が形成されていない基板10の主面(基板10の露出面)の部分の上方に形成され、発光部20を構成する活性層23の露出した側面を少なくとも覆う電流ブロック層40、
を具備している。
そして、下地層11は、実施例1と同様と構造を有するが、構成は異なっている。
より具体的には、実施例3にあっては、基板10はp−GaAsから成り、下地層11を構成するIII−V族化合物半導体は、少なくともヒ素及びアルミニウムを含み、より具体的には、下地層11は、例えば、p−Al0.47Ga0.53As:Znから成り、第1化合物半導体層21は、p−Al0.4Ga0.6As:Znから成る。従って、下地層11を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg)は、基板10を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg-0)よりも高い。また、下地層11を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg)は、第1化合物半導体層21を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg-1)よりも高い。更には、電流ブロック層40は、第1導電型(p型)を有する第3化合物半導体層43、及び、第2導電型(n型)を有し、第3化合物半導体層43に接した第4化合物半導体層44から構成されている。尚、図6の(B)に、第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44の一部を拡大した模式的な一部断面図を示す。実施例3の半導体発光素子における発光部20を構成する各化合物半導体層の組成、電流ブロック層40を構成する各化合物半導体層の組成の詳細は、後述する。
実施例3の半導体発光素子の製造方法、あるいは又、下地層の形成方法を、以下、説明する。
[工程−300]
先ず、実施例1の[工程−100]と同様にして、{100}面を主面として有する基板10のこの主面上に<110>方向に延びる複数のマスク層11Aを形成し、マスク層11Aとマスク層11Aとの間に基板10の主面の一部分を露出させる。あるいは又、基板10の主面上に複数のマスク層11Aを形成し、マスク層11Aとマスク層11Aとの間に基板10の主面の一部分を露出させる。具体的には、p−GaAsから成る基板10の{100}結晶面、例えば(100)結晶面から成る主面上に、SiO2から成り、所要の幅を有し、[011]A方向に延びるマスク層11AをCVD法及びフォトリソグラフィ技術に基づき形成する。
[工程−310]
次いで、実施例1の[工程−110]と同様にして、露出した基板10の主面の一部分の上に、基板10のこの<110>方向に垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が台形であって、この台形の2つの斜辺に相当する斜面が{111}B面であり、台形の上辺に相当する頂面が{100}面であり、III−V族化合物半導体から成る下地層11をエピタキシャル成長させ、次いで、マスク層11Aを除去する。あるいは又、露出した基板10の主面の一部分の上に、III−V族化合物半導体から成る下地層11をエピタキシャル成長させ、次いで、マスク層11Aを除去する。ここで、p型導電型を有する下地層11のエピタキシャル成長において使用される原料には、下地層11をp型導電型とするために、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されている。
具体的には、例えば、実施例1と同じアルミニウム(Al)源、ガリウム(Ga)源、ヒ素(As)源の原料ガスを用いる。また、p型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがIII族サイトである場合、例えば、トリメチル亜鉛(TMZn)、トリエチル亜鉛(TEZn)、ビス・シクロペンタ・ジエニルマグネシウム(Cp2Mg)、ビス・エチル・シクロペンタ・ジエニルマグネシウム(EtCp2Mg)、ビス・イソプロピル・シクロペンタ・ジエニルマグネシウム(i−PrCp2Mg)、ビス・メチルシクロペンタ・ジエニルマグネシウム(MeCp2Mg)あるいはトリメチルマンガン(TMMn)等を用いる。更に、p型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがV族サイトである場合、四塩化炭素(CCl4)、四臭化炭素(CBr4)あるいは四ヨウ化炭素(CI4)等をカーボン(C)源の原料ガスとして用いればよい。また、その他のカーボン(C)源として、実施例1の[工程−110]において説明したように、Al源、Ga源あるいはIn源の原料ガス(有機金属ガス)等に含有されるメチル基やエチル基が結晶に積極的に取り込まれる(オートドーピングされる)成長条件を用いてもよい。そして、MOCVD法に基づき、これらのIII族ガス、V族ガス、不純物ガスを反応室に導入し、600゜C〜900゜Cの温度範囲で熱分解反応させて、高温成長させることによって、III族原料のマイグレーションを促進させ、{100}面の平坦性が高く、結晶品質が高い化合物半導体層をエピタキシャル成長させることができる。そして、これにより、少なくともGaAs基板よりもエネルギーバンドギャップが大きいAlGaAs系材料層で構成され、所望の頂面の幅と高さを有する台形状の下地層11を形成することができる。
また、下地層11の頂面の平坦性を一層改善するためには、反応室に導入する供給ガスの流速を高く調整したり、(V族ガス)/(III族ガス)のモル供給比を小さく調整して、III族原料のマイグレーションを促進させた成長条件とすればよい。更には、下地層11のp型不純物の濃度を高くするためには、ドーパントの絶対量を増やすことは云うまでもないが、その他、メチル基(CH3−)やエチル基(C25−)に起因するカーボン(C)と、不純物の置換サイトとが競合しないカーボン(C)以外のp型不純物を一緒に用いることが有効である。具体的には、カーボン(C)が置換するサイトはV族サイトであることから、V族サイトと競合しないサイトはIII族サイトである。従って、II族の不純物原料ガスをカーボン(C)含有ガスと一緒に用いればよい。また、オートドーピングにおいてカーボン(C)自身の絶対量を増やすためには、発光層で発生した光を下地層11が吸収しない範囲で、例えば、AlGaAs系下地層11のAl混晶比(TMAlのガス供給量)を増やしてカーボン(C)の取り込みを増大させてもよい。これは、AlGaAs系下地層11の成長時、例えば、TMAlは2量体を形成しているため、Alと共にメチル基(CH3−)やエチル基(C25−)も結晶に取り込まれ易く、AlGaAs系下地層11のAl混晶比を上げることによって、カーボン(C)の取り込みの増大が可能となり、ひいては、オートドーピング量を増大することができるからである。特に、下地層11におけるカーボン(C)のオートドーピング量を一層増加させるためには、ターシャリー・ブチル・アルシン(TBAs)をヒ素(As)源の原料ガスとして用いることが望ましく、そうすることで、従来のIII族原料(有機金属)に含まれるメチル基(CH3−)やエチル基(C25−)に起因するカーボン(C)だけを用いる技術に対して、V族原料(有機金属)に含まれるターシャリーブチル基((CH33C−)に起因するカーボン(C)を用いることとなるので、カーボン(C)の絶対量が増え、オートドーピングによって結晶のV族サイトで置換されるカーボン(C)の量が増え、ひいては、ホール濃度を増やすことが可能となる。
こうして、[011]A方向に延びる下地層11を得ることができる。下地層11の幅方向は、[0−11]B方向に平行である。その後、ウエットエッチング法に基づき、SiO2から成るマスク層11Aを除去する。尚、下地層11には、(11−1)B面及び(1−11)B面から構成された斜面(側面)が形成されており、下地層11の頂面は(100)面である。また、得られた下地層11には、下地層11をp型とするために、不純物として亜鉛(置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物)及び炭素(置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物)が含まれている。
[工程−320]
その後、実施例1の[工程−120]〜[工程−150]と同様の工程を実行することで、実施例3の半導体発光素子を得ることができる。
尚、代替的に、基板10をn−GaAsから構成し、[工程−100]と同様の工程に引き続き、露出した基板10の主面の一部分の上に、n型導電型を有する基層(具体的には、n−Alx1Ga(1-x1)As層[但し、0≦x1≦1であり、特に、下地層に最も近いn型の基層の最上部(頂面部)においては、n++−Alx1Ga(1-x1)As層[但し、0<x1≦1]、あるいは、n++−GaAs層から成る超格子層となっていてもよい)をエピタキシャル成長させ、次いで、[工程−110]と同様の工程において、基層の上に上述したIII−V族化合物半導体から成る下地層11をエピタキシャル成長させてもよい。ここで、基層と下地層11とによってトンネル接合を形成する。トンネル効果を発生させるためには、単純なnp接合(基層と下地層とのnp界面)では、基本的には、逆方向には電流が流れない。ところで、例えばこの空乏層の厚さは、不純物濃度によって更に調節することが可能であるため、結晶の品質を著しく損なわない範囲内で、出来るだけ接合界面を形成する領域における各層の不純物濃度を大きくすればよい。これにより、接合界面において形成される空乏層の幅が狭くなるので、逆バイアスを掛けたとき、トンネル効果が起こり易くなる。また、トンネル効果は、バンドギャップが小さい半導体ほど起こり易いので、少なくとも界面接合構造部において、基層の最表面層(頂面層)、あるいは、基層に最も近い下地層の最下面層において、どちらか一方の層が、エネルギーバンドギャップが小さく、もう一方の層のエネルギーバンドギャップが大きくなるように、材料を選択すればよい。この化合物半導体層を更に超格子層として部分的に用いる(非常に薄い層を用いる)ことによって、エネルギーバンドギャップが小さい材料の割合を最小限に抑えられるので、発光層で発生した光の吸収量を必要最低限に抑えることが可能になる。このように、基層と下地層との界面及び界面近傍を構成する化合物半導体層の不純物濃度、あるいは、エネルギーバンドギャップ、あるいは、厚さに着目した条件を採用すればよい。
尚、n型導電型を有する基層のエピタキシャル成長において使用される原料には、基層をn型導電型とするために、少なくとも基層と下地層との界面及び界面近傍においては、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されている。具体的には、基層のエピタキシャル成長において使用される原料として、例えば、トリメチルアルミニウム(TMAl)あるいはトリエチルアルミニウム(TEAl)をアルミニウム(Al)源の原料ガスとして用い、トリメチルガリウム(TMGa)あるいはトリエチルガリウム(TEGa)をガリウム(Ga)源の原料ガスとして用い、ターシャリー・ブチル・アルシン(TBAs)あるいはアルシン(AsH3)をヒ素(As)源の原料ガスとして用いる。また、n型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがIII族サイトである場合、例えば、ジシラン(Si26)、モノシラン(SiH4)あるいはトリメチルスズ(TMSn)を用いる。更には、n型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがV族サイトである場合、硫化化水素(H2S)、セレン化水素(H2Se)あるいはテルル化水素(H2Te)を用いる。特に、n型の基層とp型の下地層によって形成されるトンネル接合部及びその近傍においては、n++型層(高濃度層)の基層とp++型の下地層とが必要になるので、n++型基層用の不純物ドーピング用のガスの選択としては、不純物で置換するサイトがIII族サイトとV族サイトとなる少なくとも2種類のガスを同一層に対して併用することが重要である。
実施例4は、実施例3の変形である。実施例4にあっては、下地層11を構成するIII−V族化合物半導体は、少なくともリンを含む。より具体的には、下地層11は、例えば、GaAsから成る基板と格子整合させ易いn−{Alx4Ga(1-x4)x5In(1-x5)P:Se[但し、0≦x4≦1,x5=0.5であり、具体的には、例えば、x4=0、あるいは、x4=0.1、あるいは、x4=0.2、あるいは、x4=0.3、あるいは、x4=1]から成り、第1化合物半導体層21は、p−Al0.4Ga0.6As:Znから成る。従って、下地層11を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg)は、基板10を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg-0)よりも高い。また、下地層11を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg)は、第1化合物半導体層21を構成する材料のエネルギーバンドギャップ(Eg-1)よりも高い。
実施例4の半導体発光素子の製造方法、あるいは又、下地層の形成方法にあっては、実施例3の[工程−310]と同様の工程において、アルミニウム(Al)源の原料ガス、ガリウム(Ga)源の原料ガス、インジウム(In)源、リン(P)源の原料ガスとして、実施例2において説明した原料ガスを用いればよい。また、p型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがIII族サイトである場合、実施例3において説明した原料ガスを用いればよい。更には、p型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがV族サイトである場合、実施例3において説明したカーボン(C)源の原料ガスとして用いればよい。また、その他のカーボン(C)源として、実施例1の[工程−110]において説明したように、Al源、Ga源あるいはIn源の原料ガス(有機金属ガス)等に含有されるメチル基やエチル基が結晶に積極的に取り込まれる(オートドーピングされる)成長条件を用いてもよい。そして、MOCVD法に基づき、これらのIII族ガス、V族ガス、不純物ガスを反応室に導入し、600゜C〜900゜Cの温度範囲で熱分解反応させて、高温成長させることによって、III族原料のマイグレーションを促進させ、{100}面の平坦性が高く、結晶品質が高い化合物半導体層をエピタキシャル成長させることができる。そして、これにより、少なくともGaAs基板よりもエネルギーバンドギャップが大きいAlGaAs系材料層で構成され、所望の頂面の幅と高さを有する台形状の下地層11を形成することができる。
また、下地層11の頂面の平坦性を一層改善するためには、反応室に導入する供給ガスの流速を高く調整したり、(V族ガス)/(III族ガス)のモル供給比を小さく調整して、III族原料のマイグレーションを促進させた成長条件とすればよい。更には、下地層11のp型不純物の濃度を高くするためには、ドーパントの絶対量を増やすことは云うまでもないが、その他、メチル基(CH3−)やエチル基(C25−)に起因するカーボン(C)と、不純物の置換サイトとが競合しないカーボン(C)以外のp型不純物を一緒に用いることが有効である。具体的には、カーボン(C)が置換するサイトはV族サイトであることから、V族サイトと競合しないサイトはIII族サイトである。従って、II族の不純物原料ガスをカーボン(C)含有ガスと一緒に用いればよい。また、オートドーピングにおいてカーボン(C)自身の絶対量を増やすためには、発光層で発生した光を下地層11が吸収しない範囲で、例えば、AlGaInP系あるいはAlGaAs系下地層11のAl混晶比(TMAlのガス供給量)を増やしてカーボン(C)の取り込みを増大させてもよい。これは、AlGaInP系あるいはAlGaAs系下地層11の成長時、例えば、TMAlは2量体を形成しているため、Alと共にメチル基(CH3−)やエチル基(C25−)も結晶に取り込まれ易く、AlGaInP系あるいはAlGaAs系下地層11のAl混晶比を上げることによって、カーボン(C)の取り込みの増大が可能となり、ひいては、オートドーピング量を増大することができるからである。特に、下地層11におけるカーボン(C)のオートドーピング量を一層増加させるためには、ターシャリー・ブチル・ホスフィン(TBP)をリン(P)源の原料ガスとして用いることが望ましく、そうすることで、従来のIII族原料(有機金属)に含まれるメチル基(CH3−)やエチル基(C25−)に起因するカーボン(C)だけを用いる技術に対して、V族原料(有機金属)に含まれるターシャリーブチル基((CH33C−)に起因するカーボン(C)を用いることとなるので、カーボン(C)の絶対量が増え、オートドーピングによって結晶のV族サイトで置換されるカーボン(C)の量が増え、ひいては、ホール濃度を増やすことが可能となる。
特に、AlGaInP系(Asを含まない)材料を用いた下地層11の{111}B面(側面)成長は、AlGaAs系(Asを含む)材料を用いた下地層11の{111}B面(側面)成長に比べて、格段に成長し易い({111}B面成長する条件範囲が格段に広い)といった材料特性を有するので、AlGaInP系材料の{111}B面(側面)成長の制御範囲を広くする(例えば、{111}B面(側面)の非成長面化を実現する)には、リン(P)源の原料ガスの選択が重要であり、その選択として、低温分解効率に優れた、ターシャリー・ブチル・ホスフィン(TBP)を用いることが望ましい。このような低温分解効率の高いV族用原料ガスを用いることにより、分解効率の低いホスフィン(PH3)に比べて、少量の原料ガスモル供給量でも、熱分解時には、同じ実効的なV族/III族モル供給比が実現可能となる。従って、ターシャリー・ブチル・ホスフィン(TBP)とホスフィン(PH3)とを同一ガスモル供給量で比較した場合、ターシャリー・ブチル・ホスフィン(TBP)を用いた場合の方が、MFC(マスフローコントローラー)による広い流量調整だけで、低温成長から高温成長における広い温度範囲で、実効的なV族/III族モル供給比が大きい条件範囲で変化させることが可能となり、下地層11を構成する結晶面の制御(例えば、{100}面の平坦性や{111}B面成長の度合いなど)を多様に扱うことが可能となる。尚、ここでは、『Asを含まない』材料の例であるが故に、ターシャリー・ブチル・ホスフィン(TBP)を優れた特性を有する原料ガスとして説明しているが、一方で、『Asを含む』材料の例の場合、同様に優れた特性を有する原料ガスとして、ターシャリー・ブチル・アルシン(TBAs)を用いて説明できることは云うまでもない。
尚、代替的に、基板10をn−GaAsから構成し、[工程−100]と同様の工程に引き続き、露出した基板10の主面の一部分の上に、n型導電型を有する基層(具体的には、n−{Alx4Ga(1-x4)x5In(1-x5)P[但し、0≦x4≦1,x5=0.5であり、特に、下地層に最も近いn型の基層の最上部(頂面部)においては、n++−{Alx4Ga(1-x4)x5In(1-x5)P[但し、0≦x4≦1,x5=0.5]、あるいは、n++−GaAs層から成る超格子層となっていてもよい)をエピタキシャル成長させ、次いで、[工程−110]と同様の工程において、基層の上に上述したIII−V族化合物半導体から成る下地層11をエピタキシャル成長させてもよい。ここで、基層と下地層11とによってトンネル接合を形成する。トンネル効果を発生させるためには、単純なnp接合(基層と下地層とのnp界面)では、基本的には、逆方向には電流が流れない。ところで、例えばこの空乏層の厚さは、不純物濃度によって更に調節することが可能であるため、結晶の品質を著しく損なわない範囲内で、出来るだけ接合界面を形成する領域における各層の不純物濃度を大きくすればよい。これにより、接合界面において形成される空乏層の幅が狭くなるので、逆バイアスを掛けたとき、トンネル効果が起こり易くなる。また、トンネル効果は、バンドギャップが小さい半導体ほど起こり易いので、少なくとも界面接合構造部において、基層の最表面層(頂面層)、あるいは、基層に最も近い下地層の最下面層において、どちらか一方の層が、エネルギーバンドギャップが小さく、もう一方の層のエネルギーバンドギャップが大きくなるように、材料を選択すればよい。この化合物半導体層を更に超格子層として部分的に用いる(非常に薄い層を用いる)ことによって、エネルギーバンドギャップが小さい材料の割合を最小限に抑えられるので、発光層で発生した光の吸収量を必要最低限に抑えることが可能になる。このように、基層と下地層との界面及び界面近傍を構成する化合物半導体層の不純物濃度、あるいは、エネルギーバンドギャップ、あるいは、厚さに着目した条件を採用すればよい。
尚、n型導電型を有する基層のエピタキシャル成長において使用される原料には、基層をn型導電型とするために、少なくとも基層と下地層との界面及び界面近傍においては、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されている。具体的には、基層のエピタキシャル成長において使用される原料として、例えば、トリメチルアルミニウム(TMAl)あるいはトリエチルアルミニウム(TEAl)をアルミニウム(Al)源の原料ガスとして用い、トリメチルガリウム(TMGa)あるいはトリエチルガリウム(TEGa)をガリウム(Ga)源の原料ガスとして用い、トリメチルインジウム(TMIn)あるいはトリエチルインジウム(TEIn)をインジウム(In)源の原料ガスとして用い、ターシャリー・ブチル・ホスフィン(TBP)あるいはホスフィン(PH3)をリン(P)源の原料ガスとして用い、ターシャリー・ブチル・アルシン(TBAs)あるいはアルシン(AsH3)をヒ素(As)源の原料ガスとして用いる。また、n型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがIII族サイトである場合、ジシラン(Si26)、モノシラン(SiH4)あるいはトリメチルスズ(TMSn)を用いる。更には、n型不純物ドーピング用のガスとして、不純物で置換するサイトがV族サイトである場合、硫化化水素(H2S)、セレン化水素(H2Se)あるいはテルル化水素(H2Te)を用いる。特に、n型の基層とp型の下地層によって形成されるトンネル接合部及びその近傍においては、n++型層(高濃度層)の基層とp++型の下地層とが必要になるので、n++型基層用の不純物ドーピング用のガスの選択としては、不純物で置換するサイトがIII族サイトとV族サイトとなる少なくとも2種類のガスを同一層に対して併用することが重要である。
以上の点を除き、実施例4の半導体発光素子及びその製造方法、並びに、下地層の形成方法は、実施例3の半導体発光素子及びその製造方法、並びに、下地層の形成方法と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
実施例1〜実施例4において説明した下地層の考え方を組み合わせることによって、実現可能な下地層11の特徴を纏めると、下記(1)〜(4)のとおりとなる。
(1)光吸収を抑制した下地層11。
(2)幅、アスペクト比の基板内での均一性に優れた下地層11。
(3)p型不純物濃度やn型不純物濃度の高濃度化が可能な下地層11。
(4)p+/n+接合(トンネル接合)の形成が可能な下地層11。
特に、上記(4)のトンネル接合に場合にあっては、上述したとおり、基層と下地層との接合界面及びその近傍で形成される構造の具体例としては、GaAs基板上に格子整合させ易い選択成長といった観点から、高濃度の(Al)GaAs系層、あるいは、高濃度の(Al)GaInP系層、あるいは、高濃度のGaAs層を、n++型化合物半導体層、あるいは、p++型化合物半導体層として例を挙げた。しかしながら、ここで、基板との格子整合性が保たれるのであれば、基層や下地層の材料の選択はこの限りではなく、GaAs以外の基板を用いる場合においても、III族材料としては、B、Al、Ga、Inの中から選択すればよく、V族材料としては、N、P、As、Sb、Biの中から選択してIII−V族を組み合わせることで、トンネル効果が得やすい基層あるいは下地層を得ることができる。特に、トンネル効果と光の吸収、あるいは、格子整合性を両立させた品質の高い発光素子を考える場合には、トンネル接合界面に超格子層を部分的に採用することで、光の吸収量を極力低減させながら、臨界膜厚を調整することが可能になる。
ところで、基板10の露出面における結晶成長によって得られる電流ブロック層40は、発光部20の側面から延びる{311}B結晶面領域、基板10の主面に沿って延びる{100}結晶面領域、及び、{311}B結晶面領域と{100}結晶面領域との間に位置する{h11}B結晶面領域(但し、hは4以上の整数であり、便宜上、高次の結晶面領域と呼ぶ場合がある)から構成されている(図1の(B)及び図6の(B)参照)。
そして、特に、{h11}B結晶面領域、あるいは、係る領域の近傍において、電流ブロック層40を構成するn型化合物半導体層とp型化合物半導体層との間での不純物相互拡散によって、電流ブロック層40が消滅し、あるいは又、電流ブロック層40が薄くなり、電流ブロック層40の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題が生じる場合がある。上述した特許第2990837号においては、このような問題を解決するために、基板としてp型基板を使用し、更には、電流ブロック層40をp型化合物半導体層から構成する。ところで、{311}B結晶面領域はn型化し易く、高次の結晶面領域においてはp型化し易い。従って、{311}B結晶面領域は結果的に本来のp型エピタキシャル成長膜厚より厚さが減少して膜薄部となり、他方、高次の結晶面領域は結果的にp型化によって厚さが増加して膜厚部となる。その結果、電流ブロック層40の高次の結晶面領域の厚さが大となるため、この部分におけるリーク電流を確実に回避することができる。このように、特許第2990837号に開示された技術は、上述した問題の解決のために非常に有効な技術であるが、n型基板の使用に対する強い要望がある。また、p型基板を使用した場合にあっても、電流ブロック層におけるリーク電流の一層の低減を図ることが望ましい。以上に説明した問題を、以下の説明のために、第2の問題と呼ぶ。
このような第2の問題を解決するために、本発明の半導体発光素子にあっては、
電流ブロック層は、第1導電型を有する第3化合物半導体層、及び、第2導電型を有し、第3化合物半導体層に接した第4化合物半導体層から構成されており、
第1化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第1化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2化合物半導体層を第2導電型とするための第2化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成り、
第3化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層を第2導電型とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る構成とすることができる。便宜上、係る構成を、『第(I)−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。尚、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできる。
第(I)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−1−Aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(I)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−1−Bの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(I)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−1−aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(I)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−1−bの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(I)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−1−Cの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(I)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−1−Dの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(I)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−1−cの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(I)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−1−dの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
以上に説明した第(I)−1−Aの構成、第(I)−1−aの構成、第(I)−1−Bの構成、第(I)−1−bの構成、第(I)−1−Cの構成、第(I)−1−cの構成、第(I)−1−Dの構成、第(I)−1−dの構成の半導体発光素子にあっては、
電流ブロック層は、第2導電型を有する第5化合物半導体層から更に構成されており、
第4化合物半導体層及び第5化合物半導体層によって第3化合物半導体層が挟まれた構造を有し、
第3化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第5化合物半導体層を第2導電型とするための第5化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る構成とすることができる。尚、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層/第5化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第5化合物半導体層/第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできる。あるいは又、
電流ブロック層は、第1導電型を有する第6化合物半導体層から更に構成されており、
第3化合物半導体層及び第6化合物半導体層によって第4化合物半導体層が挟まれた構造を有し、
第4化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第6化合物半導体層を第1導電型とするための第6化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る構成とすることができる。尚、下から、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層/第6化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第6化合物半導体層/第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできる。
あるいは又、上述した第2の問題を解決するために、本発明の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−2−Aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−2−Aの構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、3×2の6通りである。
尚、第VI族不純物が含まれる第1化合物半導体層は、具体的には、少なくとも活性層(井戸層、閉じ込め層を含む)と接する部分である。また、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできる。
あるいは又、上述した第2の問題を解決するために、本発明の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−2−Bの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−2−Bの構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物)の組合せは、2×3×4×1×2×4の192通りである。
あるいは又、上述した第2の問題を解決するために、本発明の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−2−Cの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−2−Cの構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、4×1の4通りである。
尚、第II族不純物が含まれる第1化合物半導体層は、具体的には、少なくとも活性層(井戸層、閉じ込め層を含む)と接する部分である。また、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできる。
あるいは又、上述した第2の問題を解決するために、本発明の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−2−Dの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−2−Dの構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物)の組合せは、1×4×3×2×1×3の72通りである。
あるいは又、上述した第2の問題を解決するために、本発明の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−3−aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−3−aの構成の半導体発光素子にあっては、(第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物)の組合せは、4×1の4通りである。
尚、第II族不純物が含まれる第2化合物半導体層は、具体的には、少なくとも活性層(井戸層、閉じ込め層を含む)と接する部分である。また、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできる。
あるいは又、上述した第2の問題を解決するために、本発明の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−3−bの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−3−bの構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物)の組合せは、2×3×4×1×3×1の72通りである。
あるいは又、上述した第2の問題を解決するために、本発明の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−3−cの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−3−cの構成の半導体発光素子にあっては、(第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物)の組合せは、2×3の6通りである。
尚、第VI族不純物が含まれる第2化合物半導体層は、具体的には、少なくとも活性層(井戸層、閉じ込め層を含む)と接する部分である。また、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできる。
あるいは又、上述した第2の問題を解決するために、本発明の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−3−dの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−3−dの構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物)の組合せは、1×4×3×2×4×2の192通りである。
あるいは又、上述した第2の問題を解決するために、本発明の半導体発光素子にあっては、
電流ブロック層は、第1導電型を有する第3化合物半導体層、及び、第2導電型を有し、第3化合物半導体層に接した第4化合物半導体層から構成されており、
第1化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層を第1導電型とするための不純物とは異なる構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−4−Aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
尚、第3化合物半導体層を第1導電型とするための不純物とは異なる不純物が含まれる第1化合物半導体層は、具体的には、少なくとも活性層と接する部分である。第1化合物半導体層が接する活性層には、井戸層、あるいは、閉じ込め層(Confinement 層)が包含される。以下の説明においても同様である。閉じ込め層を設けることで、光の閉じ込め、及び/又は、キャリアの閉じ込めを行うことができる。下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできる。
あるいは又、上述した第2の問題を解決するために、本発明の半導体発光素子にあっては、
電流ブロック層は、第1導電型を有する第3化合物半導体層、及び、第2導電型を有し、第3化合物半導体層に接した第4化合物半導体層から構成されている半導体発光素子であって、
第2化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第4化合物半導体層を第2導電型とするための不純物とは異なる構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−4−aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
尚、第4化合物半導体層を第2導電型とするための不純物とは異なる不純物が含まれる第2化合物半導体層は、具体的には、少なくとも活性層(井戸層、閉じ込め層を含む)と接する部分である。また、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできる。
あるいは又、上述した第2の問題を解決するために、本発明の半導体発光素子にあっては、
電流ブロック層は、少なくとも、第2導電型を有する第4化合物半導体層、及び、第1導電型を有する第3化合物半導体層が順次積層されて成り、
第4化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成り、且つ、第1化合物半導体層を第1導電型とするための第1化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成り、
第2化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第2化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成り、
第1化合物半導体層、電流ブロック層、及び、第2化合物半導体層を通る迂回経路を想定したとき、各化合物半導体層の界面から構成されたpn接合界面が迂回経路内に少なくとも3つ、存在する構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
第(I)−5の構成の半導体発光素子において、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している形態とすることができる。そして、この場合には、迂回経路は、第1化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層から構成されており、pn接合界面は、第1化合物半導体層の側面/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第2化合物半導体層の側面の3つである。
あるいは又、第(I)−5の構成の半導体発光素子において、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第1B化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第1A化合物半導体層を第1導電型とするための第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成り、且つ、第2化合物半導体層を第2導電型とするための第2化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成る構成とすることができる。尚、この場合、第1A化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層を第2導電型とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。
ところで、第1B化合物半導体層を用いる構成の場合、第1B化合物半導体層と、この第1B化合物半導体層の側面に接する第4化合物半導体層との関係においては、不純物の置換サイトが競合しない関係となる場合がある。そして、このような場合、先ず、この側面の部分で第1B化合物半導体層と第4化合物半導体層との間における不純物の拡散が発生し、次いで、電流ブロック層を構成する第3化合物半導体層に不純物の拡散が及んでしまい、電流のリークパスが形成される虞がある。
従って、このような場合、第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第6化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第1化合物半導体層(又は、第1A化合物半導体層)を第1導電型とするための第1化合物半導体層(又は、第1A化合物半導体層)における不純物の置換サイトと競合する不純物から成り、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している形態とすることができる。そして、このような構造を採用することで、不純物の置換サイトが互いに競合しない第1B化合物半導体層と第4化合物半導体層とが接しなくなるので、不純物が拡散することを防止できる。ここで、この場合には、迂回経路は、第1化合物半導体層(第1A化合物半導体層及び第1B化合物半導体層)、第6化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層から構成されており、pn接合界面は、第6化合物半導体層/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第2化合物半導体層の側面の3つである。
あるいは又、このような場合、第1B化合物半導体層から電流ブロック層内への不純物の拡散に起因した電流リークの発生を防止するために、電流ブロック層内に不純物拡散バリア層を設けることが望ましい。具体的には、第2導電型を有する第4化合物半導体層に対して、不純物の置換サイトが異なる第2導電型を有する第7化合物半導体層を「不純物拡散バリア層」として挿入すればよい。より具体的には、電流ブロック層を構成する第2導電型を有する第4化合物半導体層内に、同じく第2導電型を有する不純物拡散バリア層が少なくとも1層(例えば、第7化合物半導体層)、挿入され、第4化合物半導体層の不純物の置換サイトと、不純物拡散バリア層(例えば、不純物拡散バリア層が1層である場合、第7化合物半導体層)の不純物の置換サイトとが異なるように、不純物が選択されていればよい。そして、このような構成を採用することでも、電流ブロック層内を不純物が拡散することによって迂回経路に電流リークパスが形成される現象を、一層確実に防止することができる。
あるいは又、第(I)−5の構成の半導体発光素子において、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第2B化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2A化合物半導体層を第2導電型とするための第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成り、且つ、第1化合物半導体層を第1導電型とするための第1化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成る構成とすることができる。尚、この場合、第2A化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。
ところで、第2B化合物半導体層を用いる構成の場合、第2B化合物半導体層と、この第2B化合物半導体層の側面に接する第3化合物半導体層との関係においては、不純物の置換サイトが競合しない関係となる場合がある。そして、このような場合、先ず、この側面の部分で第2B化合物半導体層と第3化合物半導体層との間における不純物の拡散が発生し、次いで、電流ブロック層を構成する第4化合物半導体層に不純物の拡散が及んでしまい、電流のリークパスが形成される虞がある。
従って、このような場合、第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第5化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2化合物半導体層(又は、第2A化合物半導体層)を第2導電型とするための第2化合物半導体層(又は、第2A化合物半導体層)における不純物の置換サイトと競合する不純物から成り、
第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接しており、第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接している形態とすることができる。そして、このような構造を採用することで、不純物の置換サイトが互いに競合しない第2B化合物半導体層と第4化合物半導体層とが接しなくなるので、不純物が拡散することを防止できる。ここで、この場合には、迂回経路は、第1化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、第5化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層(第2B化合物半導体層及び第2A化合物半導体層)から構成されており、pn接合界面は、第1化合物半導体層の側面/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第5化合物半導体層の3つである。
あるいは又、このような場合、第2B化合物半導体層から電流ブロック層内への不純物の拡散に起因した電流リークの発生を防止するために、電流ブロック層内に不純物拡散バリア層を設けることが望ましい。具体的には、第1導電型を有する第3化合物半導体層に対して、不純物の置換サイトが異なる第1導電型を有する第8化合物半導体層を「不純物拡散バリア層」として挿入すればよい。より具体的には、電流ブロック層を構成する第1導電型を有する第3化合物半導体層内に、同じく第1導電型を有する不純物拡散バリア層が少なくとも1層(例えば、第8化合物半導体層)、挿入され、第3化合物半導体層の不純物の置換サイトと、不純物拡散バリア層(例えば、不純物拡散バリア層が1層である場合、第8化合物半導体層)の不純物の置換サイトとが異なるように、不純物が選択されていればよい。そして、このような構成を採用することでも、電流ブロック層内を不純物が拡散することによって迂回経路に電流リークパスが形成される現象を、一層確実に防止することができる。
第(I)−5の構成の半導体発光素子において、第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第4化合物半導体層及び第3化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成る。あるいは又、第1A化合物半導体層、第1B化合物半導体層、第2化合物半導体層、第4化合物半導体層及び第3化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成る。あるいは又、第1化合物半導体層、第2B化合物半導体層、第2A化合物半導体層、第4化合物半導体層及び第3化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成る。
そして、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−Aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。尚、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している形態とすることができる。
ここで、第(I)−5−Aの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−A−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−5−A−1の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、2×4×4×2の64通りである。
あるいは又、第(I)−5−Aの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−A−2の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−5−A−2の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、4×2×2×4の64通りである。
あるいは又、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。尚、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している形態とすることができる。
ここで、第(I)−5−aの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−a−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−5−a−1の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、3×1×1×3の9通りである。
あるいは又、第(I)−5−aの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−a−2の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−5−a−2の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、1×3×3×1の9通りである。
あるいは又、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−Bの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
ここで、第(I)−5−Bの構成の半導体発光素子にあっては、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−B−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−5−B−1の構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、2×3×4×4×2の192通りである。
尚、この場合、第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層及び第1A化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第(I)−5−Bの構成の半導体発光素子にあっては、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−B−2の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−5−B−2の構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、4×1×2×2×4の64通りである。
尚、この場合、第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層及び第1A化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−bの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
ここで、第(I)−5−bの構成の半導体発光素子にあっては、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−b−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−5−b−1の構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、3×2×1×1×3の18通りである。
尚、この場合、第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層及び第1A化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第(I)−5−bの構成の半導体発光素子にあっては、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−b−2の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−5−b−2の構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、1×4×3×3×1の36通りである。
尚、この場合、第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層及び第1A化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−Cの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
ここで、第(I)−5−Cの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−C−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−5−C−1の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、2×4×1×4×2の64通りである。
尚、この場合、第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層及び第2A化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第(I)−5−Cの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−C−2の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−5−C−2の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、4×2×3×2×4の192通りである。
尚、この場合、第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層及び第2A化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−cの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
ここで、第(I)−5−cの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−c−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−5−c−1の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、3×1×4×1×3の36通りである。
尚、この場合、第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層及び第2A化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第(I)−5−cの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(I)−5−c−2の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(I)−5−c−2の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物)の組合せは、1×3×2×3×1の9通りである。
尚、この場合、第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層及び第2A化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第(I)−5の構成の半導体発光素子にあっては、電流ブロック層を構成する第4化合物半導体層と第3化合物半導体層との間に、複数の化合物半導体層を設けてもよい。即ち、第4化合物半導体層と第3化合物半導体層との間には、更に、少なくとも、第1導電型を有する化合物半導体層及び第2導電型を有する化合物半導体層の2層の化合物半導体層が順次積層されている構成とすることもできる。具体的には、第1導電型をn型、第2導電型をp型とした場合、電流ブロック層を、p型第4化合物半導体層、n型化合物半導体層、p型化合物半導体層、n型第3化合物半導体層といった4層積層構造から構成してもよいし、p型第4化合物半導体層、n型化合物半導体層、p型化合物半導体層、n型化合物半導体層、p型化合物半導体層、n型第3化合物半導体層といった6層積層構造から構成してもよいし、p型第4化合物半導体層、n型化合物半導体層、p型化合物半導体層、n型化合物半導体層、p型化合物半導体層、n型化合物半導体層、p型化合物半導体層、n型第3化合物半導体層といった8層積層構造から構成してもよい。尚、このような積層構造を、p型第4化合物半導体層、(n型化合物半導体層,p型化合物半導体層)m、n型第3化合物半導体層(但し、m=1,2,3・・・・)と表現する場合がある。あるいは又、具体的には、第1導電型をp型、第2導電型をn型とした場合、電流ブロック層を、n型第4化合物半導体層、(p型化合物半導体層,n型化合物半導体層)m、p型第3化合物半導体層(但し、m=1,2,3・・・・)といった積層構造から構成してもよい。このように、電流ブロック層を多層構造とすることで、たとえ発光部と電流ブロック層との相対的な位置ズレが発生したとしても、迂回経路に電流リークパスが形成される現象を一層確実に防止することができる。尚、電流ブロック層を多層構造とする場合にあっても、電流ブロック層の厚さは増加させないことが望ましく、電流ブロック層を構成する化合物半導体層のpn界面(あるいはnp界面)が少なくとも1つ以上、活性層の側面と接触していることが一層望ましく、電流ブロック層を構成する化合物半導体層1層当たりの発光部の側面との接触面積が減少する結果、電気抵抗値が増加するので、漏れ電流がより一層抑制され、光出力の改善を図ることができる。
更に、電流ブロック層を構成する化合物半導体層の1層当たりの発光部の側面との接触面に関して、より望ましい形態として、電流ブロック層を構成する化合物半導体層の1層当たりの接触面の幅(発光部の側面の上下方向に沿った接触面の長さ)を、第1化合物半導体層(あるいは第1B化合物半導体層)と第2化合物半導体層(あるいは第2B化合物半導体層)とによって挟まれている活性層の総膜厚の幅(発光部の側面の上下方向に沿った活性層の長さ)以下とすることが望ましい。あるいは又、活性層が量子井戸構造を有する場合、電流ブロック層を構成する化合物半導体層の1層当たりの接触面の幅を、量子井戸構造を構成する井戸層1層の幅(発光部の側面の上下方向に沿った井戸層の長さ)以下とすることが望ましい。このような形態は、電流ブロック層を構成する各化合物半導体層の膜厚を非常に薄くする必要に迫られるため、従来の技術にあっては、先に説明したとおり、n型化合物半導体層/p型化合物半導体層(あるいはp型化合物半導体層/n型化合物半導体層)界面における不純物の相互拡散による導電型の中和によって、{311}B面やより高次の結晶面で構成される電流ブロック層の一部が、消滅してしまったり、逆に、異常に厚くなってしまったりするといった問題があった。然るに、第(I)−1の構成の半導体発光素子にあっては、電流ブロック層を構成する各化合物半導体層において所望の導電型を得る際、不純物の置換サイトの競合関係を考慮した組み合わせを電流リーク抑制の視点から総合的に判断することにより、電流ブロック層を構成する各化合物半導体層の膜厚を非常に薄くした場合においても、不純物の相互拡散による導電型の中和を抑制して、電流ブロック層自身の電流ブロック品質を高め、更には、発光部の側面のリーク電流を確実に抑制する構造を実現することが可能となった。
第(I)−1の構成の半導体発光素子にあっては、電流ブロック層を構成する第3化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層を第2導電型とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。従って、電流ブロック層を構成するn型化合物半導体層とp型化合物半導体層との間で不純物相互拡散が生じ難く、その結果、電流ブロック層が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層が薄くなったりして、電流ブロック層の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を回避することができる。また、第1化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第1化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2化合物半導体層を第2導電型とするための第2化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成るので、第1化合物半導体層と第2化合物半導体層との間での意図的な不純物相互拡散により設計されるpn接合制御が、各層不純物の濃度調整やドーピング位置調整によって細かく設計し易くなるため、発光特性の向上を図ることができる。
また、第(I)−2−Aの構成あるいは第(I)−2−Bの構成の半導体発光素子にあっては、第1化合物半導体層あるいは第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は第VI族不純物であり、第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は第IV族不純物である。更には、第(I)−2−Cの構成あるいは第(I)−2−Dの構成の半導体発光素子にあっては、第1化合物半導体層あるいは第1B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は第II族不純物であり、第3化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は炭素(C)である。また、第(I)−3−aの構成あるいは第(I)−3−bの構成の半導体発光素子にあっては、第2化合物半導体層あるいは第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は第II族不純物であり、第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は炭素(C)である。更には、第(I)−3−cの構成あるいは第(I)−3−dの構成の半導体発光素子にあっては、第2化合物半導体層あるいは第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は第VI族不純物であり、第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は第IV族不純物である。また、第(I)−4−Aの構成の半導体発光素子にあっては、第1化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層を第1導電型とするための不純物とは異なり、第(I)−4−aの構成の半導体発光素子にあっては、第2化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第4化合物半導体層を第2導電型とするための不純物とは異なる。そして、これらの構成、構造を採用することで、電流ブロック層を構成するn型化合物半導体層とp型化合物半導体層との間で不純物相互拡散が生じ難い構成、構造を達成することが可能となり、その結果、電流ブロック層が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層が薄くなったりして、電流ブロック層の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を回避することができる。
更には、第(I)−5の構成の半導体発光素子にあっては、第1化合物半導体層、電流ブロック層、及び、第2化合物半導体層を通る迂回経路を想定したとき、各化合物半導体層の界面から構成されたpn接合界面が迂回経路内に少なくとも3つ、存在し、しかも、各化合物半導体層を所定の導電型とするための不純物は、その化合物半導体層における不純物の置換サイトが、隣接する化合物半導体層を所定の導電型とするための係る隣接する化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。従って、電流ブロック層を構成するn型化合物半導体層とp型化合物半導体層との間で不純物相互拡散が生じ難く、加えて、電流ブロック層を構成するn型化合物半導体層やp型化合物半導体層と、発光部を構成するp型化合物半導体層やn型化合物半導体層との間で不純物相互拡散が生じ難く、その結果、電流ブロック層が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層が薄くなったりして、電流ブロック層の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を回避することができる。
次に、従来のフレア・ストライプ構造を有する半導体レーザの製造方法の概要を、説明し、更に、問題点を説明する。
[工程−10]
先ず、n−GaAsから成る基板10の{100}結晶面、例えば(100)結晶面から成る主面上に、所要の幅を有し、[011]A方向に延びる概ねストライプ状の凸部211を形成する。尚、凸部211の幅方向は、[0−11]B方向に平行である。こうして、図60の(A)に示す構造を得ることができる。凸部211には、{111}B面から構成された斜面(側面)が形成される。図60の(B)に凸部211の平面形状を模式的に示すが、凸部211は、中央部の幅が両端部の幅よりも狭い帯状の形状を有する。ここで、図60の(B)において、凸部211を明確化するために、凸部211に斜線を付した。
[工程−20]
次いで、通常のMOCVD法、即ち、有機金属や水素化合物を原料ガスとするMOCVD法に基づき、凸部211及び凹部面212の上に、バッファ層12、n型第1化合物半導体層21、活性層23、p型第2化合物半導体層22をエピタキシャル成長させる。このとき、凸部211の化合物半導体層の斜面(側面)は{111}B面から構成され、上述したとおり、{111}B面は非成長面である。従って、バッファ層12、第1化合物半導体層21、活性層23、第2化合物半導体層22によって形成される積層構造(所謂、ダブルヘテロ型構造)は、凸部211の上の領域と、凹部面212の上の領域とでは、係るダブルヘテロ型構造が分断された状態(Separated Double Heterostructure)で形成(積層)される。
[工程−30]
その後、第2化合物半導体層22の形成に連続して、全面に、p型化合物半導体層から成る電流ブロック層位置調整層30をMOCVD法に基づき形成する。更に、例えば、p型化合物半導体層及びn型化合物半導体層の積層構造から成る電流ブロック層40を、順次、MOCVD法に基づき形成する。電流ブロック層40は、{111}B面上には成長しない。また、電流ブロック層40の端面が、少なくとも活性層23の側面を覆うように、電流ブロック層40を形成する。こうして、凸部211の中央部にあっては、図61に示す断面構造を得ることができ、凸部211の両端部にあっては、図62に示す断面構造を得ることができる。
ここで、凸部211の中央部にあっては、発光部20の側面にのみ電流ブロック層40が形成される(図61参照)。一方、この時点では、凸部211の両端部にあっては、発光部20の側面に電流ブロック層40が形成されるだけでなく、発光部20の積層構造の頂面({100}面)上には、{111}Bファセット面(側面)を形成しながら頂面の幅を狭めるように、電流ブロック層40と同じ積層構造が形成される(図62参照)。尚、発光部20の積層構造の頂面に形成された電流ブロック層40と同じ積層構造を、便宜上、『堆積層40”』と呼ぶ。また、堆積層40”と発光部20の積層構造の頂面との間には、電流ブロック層位置調整層30と同じ構成を有する化合物半導体層30’が形成されている。
[工程−40]
次いで、全面に、埋込層31及びコンタクト層(キャップ層)32を、順次、MOCVD法に基づき形成する。一方、この時点では、凸部211の両端部にあっては、堆積層40”の頂面({100}面)上には、{111}Bファセット面(側面)を形成しながら頂面の幅を狭めるように埋込層が形成され、頂面の幅が十分に広い場合には、更に、コンタクト層(キャップ層)32と同じ積層構造が形成される。尚、堆積層40”上の埋込層を埋込層31”で表す。その後、最表層として形成されたコンタクト層32上に第2電極52を真空蒸着法に基づき形成し、一方、基板10を裏面側から適切な厚みにラッピングした後、第1電極51を真空蒸着法に基づき形成する(図63及び図64参照)。
ところで、上述の[工程−30]において、凸部211の両端部にあっては、発光部20の積層構造の頂面には、電流ブロック層40と同じ積層構造を有する堆積層40”が形成される。この堆積層40”は、p型化合物半導体層及びn型化合物半導体層の積層構造から成るので、電流を通過させない。従って、第2電極52から供給される電流は、コンタクト層(キャップ層)32及び埋込層31へ到達し、堆積層40”の周囲から埋込層31と接触している{111}B側面(接触面)を通じて第2化合物半導体層22へと流れ込む。その結果、活性層への電流注入経路が{111}B側面(接触面)に限定されることに起因して、電気抵抗の増加による発熱や消費電流の増加といった問題、ひいては、半導体発光素子の発光効率が低下するといった問題が生じる。以下の説明のために、これらの問題を、第3の問題と呼ぶ。
このような第3の問題を解決するために、本発明の半導体発光素子にあっては、
活性層の平面形状は、中央部の幅が両端部の幅よりも狭い帯状の形状を有し、
電流ブロック層は、第1導電型を有する第3化合物半導体層、及び、第2導電型を有し、第3化合物半導体層に接した第4化合物半導体層から構成されており、
第2導電型を有する埋込層は、第1埋込層及び第2埋込層が順次積層された積層構造体から構成されており、
電流ブロック層の上方に位置する埋込層において、第2埋込層を第2導電型とするための不純物は、第2埋込層における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成る構成とすることができる。便宜上、係る構成を、『第(II)の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。この第(II)の構成の半導体発光素子は、所謂フレア・ストライプ構造を有する。
第(II)の構成の半導体発光素子にあっては、電流ブロック層の上方に位置する埋込層において、第1埋込層を第2導電型とするための不純物は、第1埋込層における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る構成とすることが好ましい。また、電流ブロック層の上方に位置する埋込層において、第1埋込層を第2導電型とするための不純物は、第1埋込層における不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層を第2導電型とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る構成とすることが好ましい。尚、これらの好ましい構成を含む本発明の半導体発光素子を、以下、『上記の好ましい構成を含む第(II)の構成の半導体発光素子』と呼ぶ場合がある。
上記の好ましい構成を含む第(II)の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第1化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2化合物半導体層を第2導電型とするための第2化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成り、
第3化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層を第2導電型とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る構成とすることができる。便宜上、係る構成を、『第(II)−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。尚、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできるが、前者の積層構造を採用することがより好ましい。
第(II)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−1−Aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(II)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−1−Bの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(II)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−1−aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(II)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−1−bの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(II)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−1−Cの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(II)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−1−Dの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(II)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−1−cの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、第(II)−1の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−1−dの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
以上に説明した第(II)−1−Aの構成、第(II)−1−aの構成、第(II)−1−Bの構成、第(II)−1−bの構成、第(II)−1−Cの構成、第(II)−1−cの構成、第(II)−1−Dの構成、第(II)−1−dの構成の半導体発光素子にあっては、
電流ブロック層は、第2導電型を有する第5化合物半導体層から更に構成されており、
第4化合物半導体層及び第5化合物半導体層によって第3化合物半導体層が挟まれた構造を有し、
第3化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第5化合物半導体層を第2導電型とするための第5化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る構成とすることができる。尚、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層/第5化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第5化合物半導体層/第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできる。あるいは又、
電流ブロック層は、第1導電型を有する第6化合物半導体層から更に構成されており、
第3化合物半導体層及び第6化合物半導体層によって第4化合物半導体層が挟まれた構造を有し、
第4化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第6化合物半導体層を第1導電型とするための第6化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る構成とすることができる。尚、下から、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層/第6化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第6化合物半導体層/第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできる。
あるいは又、上述した第3の問題を解決するために、上記の好ましい構成を含む第(II)の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−2−Aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−2−Aの構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層における不純物,第2埋込層における不純物)の組合せは、3×2×4×1の24通りである。
尚、第VI族不純物が含まれる第1化合物半導体層は、具体的には、少なくとも活性層(井戸層、閉じ込め層を含む)と接する部分である。また、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできるが、前者の積層構造を採用することがより好ましい。
あるいは又、上述した第3の問題を解決するために、上記の好ましい構成を含む第(II)の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−2−Bの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−2−Bの構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層における不純物,第2埋込層における不純物)の組合せは、2×3×4×1×4×2×4×1の768通りである。
あるいは又、上述した第3の問題を解決するために、上記の好ましい構成を含む第(II)の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−2−Cの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−2−Cの構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層における不純物,第2埋込層における不純物)の組合せは、4×1×3×2の24通りである。
尚、第II族不純物が含まれる第1化合物半導体層は、具体的には、少なくとも活性層(井戸層、閉じ込め層を含む)と接する部分である。また、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできるが、前者の積層構造を採用することがより好ましい。
あるいは又、上述した第3の問題を解決するために、上記の好ましい構成を含む第(II)の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−2−Dの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−2−Dの構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第1埋込層における不純物,第2埋込層における不純物)の組合せは、1×4×3×2×1×3×3×2の432通りである。
あるいは又、上述した第3の問題を解決するために、上記の好ましい構成を含む第(II)の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−3−aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−3−aの構成の半導体発光素子にあっては、(第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第1埋込層における不純物,第2埋込層における不純物)の組合せは、4×1×1×4の16通りである。
尚、第II族不純物が含まれる第2化合物半導体層は、具体的には、少なくとも活性層(井戸層、閉じ込め層を含む)と接する部分である。また、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできるが、前者の積層構造を採用することがより好ましい。
あるいは又、上述した第3の問題を解決するために、上記の好ましい構成を含む第(II)の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−3−bの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−3−bの構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層における不純物,第2埋込層における不純物)の組合せは、2×3×4×1×1×3×1×4の288通りである。
あるいは又、上述した第3の問題を解決するために、上記の好ましい構成を含む第(II)の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−3−cの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−3−cの構成の半導体発光素子にあっては、(第2化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層における不純物,第2埋込層における不純物)の組合せは、3×2×2×3の36通りである。
尚、第VI族不純物が含まれる第2化合物半導体層は、具体的には、少なくとも活性層(井戸層、閉じ込め層を含む)と接する部分である。また、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできるが、前者の積層構造を採用することがより好ましい。
あるいは又、上述した第3の問題を解決するために、上記の好ましい構成を含む第(II)の構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−3−dの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−3−dの構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第1埋込層における不純物,第2埋込層における不純物)の組合せは、1×4×3×2×2×4×2×3の1152通りである。
あるいは又、上述した第3の問題を解決するために、上記の好ましい構成を含む第(II)の構成の半導体発光素子にあっては、第1化合物半導体層(あるいは、第1B化合物半導体層)を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層を第1導電型とするための不純物とは異なる構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−4−Aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
尚、第3化合物半導体層を第1導電型とするための不純物とは異なる不純物が含まれる第1化合物半導体層(あるいは、第1B化合物半導体層)は、具体的には、少なくとも活性層と接する部分である。第1化合物半導体層が接する活性層には、井戸層、あるいは、閉じ込め層(Confinement 層)が包含される。以下の説明においても同様である。閉じ込め層を設けることで、光の閉じ込め、及び/又は、キャリアの閉じ込めを行うことができる。下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできる。
あるいは又、上述した第3の問題を解決するために、上記の好ましい構成を含む第(II)の構成の半導体発光素子にあっては、第2化合物半導体層(あるいは、第2B化合物半導体層)を第2導電型とするための不純物は、第4化合物半導体層を第2導電型とするための不純物とは異なる構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−4−aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
尚、第4化合物半導体層を第2導電型とするための不純物とは異なる不純物が含まれる第2化合物半導体層(あるいは、第2B化合物半導体層)は、具体的には、少なくとも活性層(井戸層、閉じ込め層を含む)と接する部分である。また、下から、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層の積層構造とすることもできるし、第3化合物半導体層/第4化合物半導体層の積層構造とすることもできる。
あるいは又、上述した第3の問題を解決するために、上記の好ましい構成を含む第(II)の構成の半導体発光素子にあっては、
電流ブロック層は、少なくとも、第2導電型を有する第4化合物半導体層、及び、第1導電型を有する第3化合物半導体層が順次積層されて成り、
第4化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成り、且つ、第1化合物半導体層を第1導電型とするための第1化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成り、
第2化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第2化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成り、
第1化合物半導体層、電流ブロック層、及び、第2化合物半導体層を通る迂回経路を想定したとき、各化合物半導体層の界面から構成されたpn接合界面が迂回経路内に少なくとも3つ、存在する構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
第(II)−5の構成の半導体発光素子において、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している形態とすることができる。そして、この場合には、迂回経路は、第1化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層から構成されており、pn接合界面は、第1化合物半導体層の側面/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第2化合物半導体層の側面の3つである。
あるいは又、第(II)−5の構成の半導体発光素子において、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第1B化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第1A化合物半導体層を第1導電型とするための第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成り、且つ、第2化合物半導体層を第2導電型とするための第2化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成る構成とすることができる。尚、この場合、第1A化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層を第2導電型とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。
ところで、第1B化合物半導体層を用いる構成の場合、第1B化合物半導体層と、この第1B化合物半導体層の側面に接する第4化合物半導体層との関係においては、不純物の置換サイトが競合しない関係となる場合がある。そして、このような場合、先ず、この側面の部分で第1B化合物半導体層と第4化合物半導体層との間における不純物の拡散が発生し、次いで、電流ブロック層を構成する第3化合物半導体層に不純物の拡散が及んでしまい、電流のリークパスが形成される虞がある。
従って、このような場合、第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第6化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第1化合物半導体層(又は、第1A化合物半導体層)を第1導電型とするための第1化合物半導体層(又は、第1A化合物半導体層)における不純物の置換サイトと競合する不純物から成り、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している形態とすることができる。そして、このような構造を採用することで、不純物の置換サイトが互いに競合しない第1B化合物半導体層と第4化合物半導体層とが接しなくなるので、不純物が拡散することを防止できる。ここで、この場合には、迂回経路は、第1化合物半導体層(第1A化合物半導体層及び第1B化合物半導体層)、第6化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層から構成されており、pn接合界面は、第6化合物半導体層/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第2化合物半導体層の側面の3つである。
あるいは又、このような場合、第1B化合物半導体層から電流ブロック層内への不純物の拡散に起因した電流リークの発生を防止するために、電流ブロック層内に不純物拡散バリア層を設けることが望ましい。具体的には、第2導電型を有する第4化合物半導体層に対して、不純物の置換サイトが異なる第2導電型を有する第7化合物半導体層を「不純物拡散バリア層」として挿入すればよい。より具体的には、電流ブロック層を構成する第2導電型を有する第4化合物半導体層内に、同じく第2導電型を有する不純物拡散バリア層が少なくとも1層(例えば、第7化合物半導体層)、挿入され、第4化合物半導体層の不純物の置換サイトと、不純物拡散バリア層(例えば、不純物拡散バリア層が1層である場合、第7化合物半導体層)の不純物の置換サイトとが異なるように、不純物が選択されていればよい。そして、このような構成を採用することでも、電流ブロック層内を不純物が拡散することによって迂回経路に電流リークパスが形成される現象を、一層確実に防止することができる。
あるいは又、第(II)−5の構成の半導体発光素子において、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第2B化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2A化合物半導体層を第2導電型とするための第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成り、且つ、第1化合物半導体層を第1導電型とするための第1化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成る構成とすることができる。尚、この場合、第2A化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。
ところで、第2B化合物半導体層を用いる構成の場合、第2B化合物半導体層と、この第2B化合物半導体層の側面に接する第3化合物半導体層との関係においては、不純物の置換サイトが競合しない関係となる場合がある。そして、このような場合、先ず、この側面の部分で第2B化合物半導体層と第3化合物半導体層との間における不純物の拡散が発生し、次いで、電流ブロック層を構成する第4化合物半導体層に不純物の拡散が及んでしまい、電流のリークパスが形成される虞がある。
従って、このような場合、第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第5化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2化合物半導体層(又は、第2A化合物半導体層)を第2導電型とするための第2化合物半導体層(又は、第2A化合物半導体層)における不純物の置換サイトと競合する不純物から成り、
第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接しており、第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接している形態とすることができる。そして、このような構造を採用することで、不純物の置換サイトが互いに競合しない第2B化合物半導体層と第4化合物半導体層とが接しなくなるので、不純物が拡散することを防止できる。ここで、この場合には、迂回経路は、第1化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、第5化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層(第2B化合物半導体層及び第2A化合物半導体層)から構成されており、pn接合界面は、第1化合物半導体層の側面/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第5化合物半導体層の3つである。
あるいは又、このような場合、第2B化合物半導体層から電流ブロック層内への不純物の拡散に起因した電流リークの発生を防止するために、電流ブロック層内に不純物拡散バリア層を設けることが望ましい。具体的には、第1導電型を有する第3化合物半導体層に対して、不純物の置換サイトが異なる第1導電型を有する第8化合物半導体層を「不純物拡散バリア層」として挿入すればよい。より具体的には、電流ブロック層を構成する第1導電型を有する第3化合物半導体層内に、同じく第1導電型を有する不純物拡散バリア層が少なくとも1層(例えば、第8化合物半導体層)、挿入され、第3化合物半導体層の不純物の置換サイトと、不純物拡散バリア層(例えば、不純物拡散バリア層が1層である場合、第8化合物半導体層)の不純物の置換サイトとが異なるように、不純物が選択されていればよい。そして、このような構成を採用することでも、電流ブロック層内を不純物が拡散することによって迂回経路に電流リークパスが形成される現象を、一層確実に防止することができる。
第(II)−5の構成の半導体発光素子において、第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第4化合物半導体層及び第3化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成る。あるいは又、第1A化合物半導体層、第1B化合物半導体層、第2化合物半導体層、第4化合物半導体層及び第3化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成る。あるいは又、第1化合物半導体層、第2B化合物半導体層、第2A化合物半導体層、第4化合物半導体層及び第3化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成る。
そして、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第1埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第2埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−Aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。尚、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している形態とすることができる。
ここで、第(II)−5−Aの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−A−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−5−A−1の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層,第2埋込層)の組合せは、2×4×4×2×4×1の256通りである。
あるいは又、第(II)−5−Aの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−A−2の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−5−A−2の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層,第2埋込層)の組合せは、4×2×2×4×2×3の384通りである。
あるいは又、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−aの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。尚、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している形態とすることができる。
ここで、第(II)−5−aの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−a−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−5−a−1の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層,第2埋込層)の組合せは、3×1×1×3×1×4の36通りである。
あるいは又、第(II)−5−aの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−a−2の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−5−a−2の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層,第2埋込層)の組合せは、1×3×3×1×3×2の36通りである。
あるいは又、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第1埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第2埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−Bの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
ここで、第(II)−5−Bの構成の半導体発光素子にあっては、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−B−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−5−B−1の構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層,第2埋込層)の組合せは、2×3×4×4×2×4×1の768通りである。
尚、この場合、第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層及び第1A化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第(II)−5−Bの構成の半導体発光素子にあっては、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−B−2の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−5−B−2の構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層,第2埋込層)の組合せは、4×1×2×2×4×2×3の384通りである。
尚、この場合、第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層及び第1A化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−bの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
ここで、第(II)−5−bの構成の半導体発光素子にあっては、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−b−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−5−b−1の構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層,第2埋込層)の組合せは、3×2×1×1×3×1×4の72通りである。
尚、この場合、第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層及び第1A化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第(II)−5−bの構成の半導体発光素子にあっては、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−b−2の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−5−b−2の構成の半導体発光素子にあっては、(第1A化合物半導体層における不純物,第1B化合物半導体層における不純物,第2化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層,第2埋込層)の組合せは、1×4×3×3×1×3×2の216通りである。
尚、この場合、第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層及び第1A化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第1埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第2埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−Cの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
ここで、第(II)−5−Cの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−C−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−5−C−1の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層,第2埋込層)の組合せは、2×1×4×4×2×4×1の256通りである。
尚、この場合、第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層及び第2A化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第(II)−5−Cの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−C−2の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−5−C−2の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層,第2埋込層)の組合せは、4×3×2×2×4×2×3の1152通りである。
尚、この場合、第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層及び第2A化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−cの構成の半導体発光素子』と呼ぶ。
ここで、第(II)−5−cの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−c−1の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−5−c−1の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層,第2埋込層)の組合せは、3×4×1×1×3×1×4の144通りである。
尚、この場合、第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層及び第2A化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第(II)−5−cの構成の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である構成とすることができる。便宜上、係る構成を『第(II)−5−c−2の構成の半導体発光素子』と呼ぶ。第(II)−5−c−2の構成の半導体発光素子にあっては、(第1化合物半導体層における不純物,第2B化合物半導体層における不純物,第2A化合物半導体層における不純物,第4化合物半導体層における不純物,第3化合物半導体層における不純物,第1埋込層,第2埋込層)の組合せは、1×2×3×3×1×3×2の54通りである。
尚、この場合、第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層及び第2A化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接している構成とすることができる。
あるいは又、第(II)−5の構成の半導体発光素子にあっては、電流ブロック層を構成する第4化合物半導体層と第3化合物半導体層との間に、複数の化合物半導体層を設けてもよい。即ち、第4化合物半導体層と第3化合物半導体層との間には、更に、少なくとも、第1導電型を有する化合物半導体層及び第2導電型を有する化合物半導体層の2層の化合物半導体層が順次積層されている構成とすることもできる。具体的には、第1導電型をn型、第2導電型をp型とした場合、電流ブロック層を、p型第4化合物半導体層、n型化合物半導体層、p型化合物半導体層、n型第3化合物半導体層といった4層積層構造から構成してもよいし、p型第4化合物半導体層、n型化合物半導体層、p型化合物半導体層、n型化合物半導体層、p型化合物半導体層、n型第3化合物半導体層といった6層積層構造から構成してもよいし、p型第4化合物半導体層、n型化合物半導体層、p型化合物半導体層、n型化合物半導体層、p型化合物半導体層、n型化合物半導体層、p型化合物半導体層、n型第3化合物半導体層といった8層積層構造から構成してもよい。尚、このような積層構造を、p型第4化合物半導体層、(n型化合物半導体層,p型化合物半導体層)m、n型第3化合物半導体層(但し、m=1,2,3・・・・)と表現する場合がある。あるいは又、具体的には、第1導電型をp型、第2導電型をn型とした場合、電流ブロック層を、n型第4化合物半導体層、(p型化合物半導体層,n型化合物半導体層)m、p型第3化合物半導体層(但し、m=1,2,3・・・・)といった積層構造から構成してもよい。このように、電流ブロック層を多層構造とすることで、たとえ発光部と電流ブロック層との相対的な位置ズレが発生したとしても、迂回経路に電流リークパスが形成される現象を一層確実に防止することができる。尚、電流ブロック層を多層構造とする場合にあっても、電流ブロック層の厚さは増加させないことが望ましく、電流ブロック層を構成する化合物半導体層のpn界面(あるいはnp界面)が少なくとも1つ以上、活性層の側面と接触していることが一層望ましく、電流ブロック層を構成する化合物半導体層1層当たりの発光部の側面との接触面積が減少する結果、電気抵抗値が増加するので、漏れ電流がより一層抑制され、光出力の改善を図ることができる。
第(II)−1の構成〜第(II)−5の構成の半導体発光素子において、第1埋込層の厚さは、電流ブロック層上で成長してきた第1埋込層が、軸線に垂直な仮想平面で切断したときの発光部の断面形状が頂面及び両側面から構成された発光部の中央部あるいは発光部の両端部において、頂面と側面によって構成される稜線に到達するような厚さ、あるいは、それ以下の厚さとすることが望ましい。即ち、発光部の側面を覆う厚さ、あるいは、それ以下の厚さとすることが望ましい。一方、第2埋込層の厚さは、発光部の両端部の頂面上に電流ブロック層と同じタイミングで形成された堆積層の側面を少なくとも覆うような厚さとすることが好ましく、より望ましくは、第1埋込層と第2埋込層の積層によって、活性層で発生した光が吸収されない距離まで、頂面(頂点)を十分に覆うように厚く層を堆積することが好ましく、更には、より屈折率の低い材料を第1埋込層と第2埋込層用の材料として選択することが好ましい。
更に、電流ブロック層を構成する化合物半導体層の1層当たりの発光部の側面との接触面に関して、より望ましい形態として、電流ブロック層を構成する化合物半導体層の1層当たりの接触面の幅(発光部の側面の上下方向に沿った接触面の長さ)を、第1化合物半導体層(あるいは第1B化合物半導体層)と第2化合物半導体層(あるいは第2B化合物半導体層)とによって挟まれている活性層の総膜厚の幅(発光部の側面の上下方向に沿った活性層の長さ)以下とすることが望ましい。あるいは又、活性層が量子井戸構造を有する場合、電流ブロック層を構成する化合物半導体層の1層当たりの接触面の幅を、量子井戸構造を構成する井戸層1層の幅(発光部の側面の上下方向に沿った井戸層の長さ)以下とすることが望ましい。このような形態は、電流ブロック層を構成する各化合物半導体層の膜厚を非常に薄くする必要に迫られるため、従来の技術にあっては、先に説明したとおり、n型化合物半導体層/p型化合物半導体層(あるいはp型化合物半導体層/n型化合物半導体層)界面における不純物の相互拡散による導電型の中和によって、{311}B面やより高次の結晶面で構成される電流ブロック層の一部が、消滅してしまったり、逆に、異常に厚くなってしまったりするといった問題があった。然るに、第(II)−1の構成〜第(II)−5の構成の半導体発光素子にあっては、電流ブロック層を構成する各化合物半導体層において所望の導電型を得る際、不純物の置換サイトの競合関係を考慮した組み合わせを電流リーク抑制の視点から総合的に判断することにより、電流ブロック層を構成する各化合物半導体層の膜厚を非常に薄くした場合においても、不純物の相互拡散による導電型の中和を抑制して、電流ブロック層自身の電流ブロック品質を高め、更には、発光部の側面のリーク電流を確実に抑制する構造を実現することが可能となった。
以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む第(I)−1の構成〜第(I)−5の構成、第(II)−1の構成〜第(II)−5の構成の半導体発光素子にあっては、第3化合物半導体層は、発光部の側面から延びる{311}B結晶面領域;基板の主面に沿って延びる{100}結晶面領域、及び;{311}B結晶面領域と{100}結晶面領域との間に位置する{h11}B結晶面領域(但し、hは4以上の整数)から構成されている形態とすることができ、あるいは又、第4化合物半導体層は、発光部の側面から延びる{311}B結晶面領域;基板の主面に沿って延びる{100}結晶面領域、及び;{311}B結晶面領域と{100}結晶面領域との間に位置する{h11}B結晶面領域(但し、hは4以上の整数)から構成されている形態とすることができる。
第(II)の構成の半導体発光素子において、電流ブロック層の上方に位置する埋込層にあっては、第2埋込層を第2導電型とするための不純物は、第2埋込層における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成る。従って、第2埋込層を第2導電型とするための不純物は、発光部の両端部における頂面上に形成された電流ブロック層と同じ組成を有する積層構造から構成された堆積層における第1導電型を有する化合物半導体層中に拡散し、係る第1導電型を有する化合物半導体層を第2導電型を有する化合物半導体層へと変化させる。そして、以上の結果として、発光部の上方に位置する化合物半導体層は、全て、第2導電型を有するようになる。それ故、発光部の積層構造の頂面には電流ブロック層と同じ積層構造を有する堆積層が存在しなくなり、半導体発光素子の発光効率が低下するといった問題や、電気抵抗の増加による発熱や消費電極の増加といった問題の発生を確実に回避することができる。
そして、第(II)−1の構成の半導体発光素子にあっては、電流ブロック層を構成する第3化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層を第2導電型とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。従って、電流ブロック層を構成するn型化合物半導体層とp型化合物半導体層との間で不純物相互拡散が生じ難く、その結果、電流ブロック層が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層が薄くなったりして、電流ブロック層の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を回避することができる。また、第1化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第1化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2化合物半導体層を第2導電型とするための第2化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成るので、第1化合物半導体層と第2化合物半導体層との間での意図的な不純物相互拡散により設計されるpn接合制御が、各層不純物の濃度調整やドーピング位置調整によって細かく設計し易くなるため、発光特性の向上を図ることができる。
また、第(II)−2−Aの構成あるいは第(II)−2−Bの構成の半導体発光素子にあっては、第1化合物半導体層あるいは第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は第VI族不純物であり、第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は第IV族不純物である。更には、第(II)−2−Cの構成あるいは第(II)−2−Dの構成の半導体発光素子にあっては、第1化合物半導体層あるいは第1B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は第II族不純物であり、第3化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は炭素(C)である。また、第(II)−3−aの構成あるいは第(II)−3−bの構成の半導体発光素子にあっては、第2化合物半導体層あるいは第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は第II族不純物であり、第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は炭素(C)である。更には、第(II)−3−cの構成あるいは第(II)−3−dの構成の半導体発光素子にあっては、第2化合物半導体層あるいは第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は第VI族不純物であり、第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は第IV族不純物である。また、第(II)−4−Aの構成の半導体発光素子にあっては、第1化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層を第1導電型とするための不純物とは異なり、第(II)−4−aの構成の半導体発光素子にあっては、第2化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第4化合物半導体層を第2導電型とするための不純物とは異なる。そして、これらの構成、構造を採用することで、電流ブロック層を構成するn型化合物半導体層とp型化合物半導体層との間で不純物相互拡散が生じ難い構成、構造を達成することが可能となり、その結果、電流ブロック層が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層が薄くなったりして、電流ブロック層の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を回避することができる。
更には、第(II)−5の構成の半導体発光素子にあっては、第1化合物半導体層、電流ブロック層、及び、第2化合物半導体層を通る迂回経路を想定したとき、各化合物半導体層の界面から構成されたpn接合界面が迂回経路内に少なくとも3つ、存在し、しかも、各化合物半導体層を所定の導電型とするための不純物は、その化合物半導体層における不純物の置換サイトが、隣接する化合物半導体層を所定の導電型とするための係る隣接する化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。従って、電流ブロック層を構成するn型化合物半導体層とp型化合物半導体層との間で不純物相互拡散が生じ難く、加えて、電流ブロック層を構成するn型化合物半導体層やp型化合物半導体層と、発光部を構成するp型化合物半導体層やn型化合物半導体層との間で不純物相互拡散が生じ難く、その結果、電流ブロック層が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層が薄くなったりして、電流ブロック層の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を回避することができる。
以下、実施例5〜実施例22に基づき、各種の半導体発光素子を説明する。
実施例5は、第(I)−1の構成(より具体的には、第(I)−1−Aの構成)、第(I)−2−Aの構成、第(I)−4−Aの構成の半導体発光素子に関する。実施例5の半導体発光素子の概念図を、図7の(A)に概念図を示す。ここで、模式的な一部断面図は、図1の(A)及び(B)に示したと同様である。尚、図7〜図48のそれぞれの(A)及び(B)においては、「化合物半導体層」を単に「層」と表現した。即ち、例えば、第1層とは、第1化合物半導体層を意味する。また、図21〜図48のそれぞれの(A)は、半導体発光素子の中央部における概念図であり、図21〜図48のそれぞれの(B)は、半導体発光素子の両端部における概念図である。
そして、図1の(A)及び(B)に示したように、第4化合物半導体層44の上に第3化合物半導体層43が形成されている。第4化合物半導体層44(p型)とその上の第3化合物半導体層43(n型)とのpn接合界面は、{311}B結晶面に沿って延びており、その端部が発光部20(特に、活性層23の側面)で接することで、新たな接合界面が2つ形成される。即ち、第2化合物半導体層22A,22B/第3化合物半導体層43のpn接合界面、第3化合物半導体層43/第4化合物半導体層44のnp接合界面、第4化合物半導体層44/第1化合物半導体層21のpn接合界面といった、pnpn接合構造から構成された電流経路が形成され、電流ブロック構造として望ましい設計である。
一方、このような積層構造とは逆に、第3化合物半導体層43(n型)と第4化合物半導体層44(p型)との位置関係を逆にして形成してもよい。この場合には、第4化合物半導体層44(p型)とその下の第3化合物半導体層43(n型)とのpn接合界面は、{311}B結晶面に沿って延びており、その端部が発光部20(特に、活性層23の側面)で接することで、新たな接合界面が2つ形成される。即ち、第2化合物半導体層22A,22B/第4化合物半導体層44のpp接合界面、第4化合物半導体層44/第3化合物半導体層43のpn接合界面、第3化合物半導体層43/第1化合物半導体層21のnn接合界面である。このように、第2化合物半導体層22A,22B/第4化合物半導体層44/第3化合物半導体層43/第1化合物半導体層21によって、ppnn接合構造となってしまうが、電流ブロック層40と発光部20との接合面積(特に、nn接合面積)を減らすことにより、接触面における抵抗を増大させ、電流ブロック構造として望ましい設計にすることが可能となる。
そして、第1化合物半導体層21を第1導電型(n型)とするための不純物は、第1化合物半導体層21における不純物の置換サイトが、第2化合物半導体層22A,22Bを第2導電型(p型)とするための第2化合物半導体層22A,22Bにおける不純物の置換サイトと競合しない不純物から成る。また、第3化合物半導体層43を第1導電型(n型)とするための不純物は、第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層43と接する第4化合物半導体層44を第2導電型(p型)とするための第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。後述する実施例14にあっても、同様とすることができる。
具体的には、第(I)−1−Aの構成に沿って表せば、実施例5の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層21における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層22A,22Bにおける不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層43における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。
あるいは又、第(I)−2−Aの構成に沿って表せば、実施例5の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層21を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第3化合物半導体層43を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である。
あるいは又、実施例5の半導体発光素子は、第(I)−4−Aの構成に沿って表せば、第1化合物半導体層21を第1導電型(n型)とするための不純物は、第3化合物半導体層43を第1導電型(n型)とするための不純物とは異なる。
具体的には、実施例5の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表1Aあるいは表1Bに示す構成を有するが、第1化合物半導体層21及び第2化合物半導体層22A,22B、更には、電流ブロック層40を構成する化合物半導体は、活性層23を構成する化合物半導体と比較して、バンドギャップが大、即ち、屈折率が低い化合物半導体から成る。ここで、表1Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層44の上に第3化合物半導体層43が積層されており、表1Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層43の上に第4化合物半導体層44が積層されている。表1A、表1B、あるいは、後述する表2A、表2B、表3A、表3B、表4A、表4B、表5A、表5B、表6A、表6B、表7A、表7B、表8A、表8B、表9A〜表9L、表11A、表11B、あるいは、後述する表12A、表12B、表13A、表13B、表14A、表14B、表15A、表15B、表16A、表16B、表17A、表17B、表18A、表18B、表19A〜表19Lに示す積層構造にあっては、上段に記した層ほど、上層を占めている。
以下の表に示す構造を有する活性層を、表1A、表1B、表2A、表2B、表5A、表5BA、表6A、表6B、表9A、表9C、表9E、表9G、表9I、表9K、表11A、表11B、表12A、表12B、表15A、表15BA、表16A、表16B、表19A、表19C、表19E、表19G、表19I、表19Kにおいては、[活性層−A]と表現する。この積層構造にあっては、上段に記した層ほど、上層を占めている。
[活性層−A]
閉じ込め層 ・・・p−Al0.3Ga0.7As:Zn
閉じ込め層 ・・・i−Al0.3Ga0.7As
多重量子井戸構造・・・i−Al0.1Ga0.9As(井戸層)
i−Al0.3Ga0.7As(障壁層)及び
i−Al0.1Ga0.9As(井戸層)
閉じ込め層 ・・・i−Al0.3Ga0.7As
閉じ込め層 ・・・n−Al0.3Ga0.7As:Se
また、以下の表に示す構造を有する活性層を、表3A、表3B、表4A、表4B、表7A、表7B、表8A、表8B、表9B、表9D、表9F、表9H、表9J、表9L、表13A、表13B、表14A、表14B、表17A、表17B、表18A、表18B、表19B、表19D、表19F、表19H、表19J、表19Lにおいては、[活性層−B]と表現する。この積層構造にあっては、上段に記した層ほど、上層を占めている。
[活性層−B]
閉じ込め層 ・・・n−Al0.3Ga0.7As:Se
閉じ込め層 ・・・i−Al0.3Ga0.7As
多重量子井戸構造・・・i−Al0.1Ga0.9As(井戸層)
i−Al0.3Ga0.7As(障壁層)及び
i−Al0.1Ga0.9As(井戸層)
閉じ込め層 ・・・i−Al0.3Ga0.7As
閉じ込め層 ・・・p−Al0.3Ga0.7As:Zn
[表1A]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第2化合物半導体層22A・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層23 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層21 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
埋込層31 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層43 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層44 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層30・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層32 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第4化合物半導体層44は、電流ブロック層位置調整層30に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層44と電流ブロック層位置調整層30との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層43と埋込層31との間には、p−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する埋込層31の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表1B]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第2化合物半導体層22A・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層23 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層21 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
埋込層31 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層44 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層43 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層30・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層32 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)埋込層31は、第4化合物半導体層44に引き続き、連続的に形成され、実質的には、埋込層31と第4化合物半導体層44との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層43と電流ブロック層位置調整層30との間には、p−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する電流ブロック層位置調整層30の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
電流ブロック層の一部を構成する第3化合物半導体層43は、
発光部20の側面から延びる{311}B結晶面領域(より具体的には、(31−1)B面及び(3−11)B面)、
基板10の主面に沿って延びる{100}結晶面領域、及び、
{311}B結晶面領域と{100}結晶面領域との間に位置する{h11}B結晶面領域(より具体的には、(h1−1)B面及び(h−11)B面であり、ここで、hは4以上の整数である)、
から構成されている。尚、{h11}B結晶面領域(但し、hは4以上の整数)を、便宜上、高次の結晶面領域と呼ぶ。
更には、第3化合物半導体層43の下に形成された第4化合物半導体層44も、
第3化合物半導体層43と同様に、発光部20の側面から延びる{311}B結晶面領域、
基板10の主面に沿って延びる{100}結晶面領域、及び、
{311}B結晶面領域と{100}結晶面領域との間に位置する高次の結晶面領域、
から構成されている。
尚、後述する実施例6〜実施例22における半導体発光素子においても、第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44は、層の上下の位置関係を除き、基本的には、上記の構造と同様の構造を有する。
ところで、実施例1の[工程−130]において、第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43から成る電流ブロック層40をMOCVD法に基づき形成する。ここで、第4化合物半導体層44はp−Al0.47Ga0.53As:Znから成り、第3化合物半導体層43は、n−Al0.47Ga0.53As:Siから成る。即ち、第3化合物半導体層43を第1導電型(n型)とするための不純物(Si)の第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。また、第4化合物半導体層44を第2導電型(p型)とするための不純物(Zn)の第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトも、III族原子が占めるサイトである。即ち、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層44を第2導電型とするための第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。後述する実施例14にあっても同様である。
従って、第3化合物半導体層43を成膜した後、第4化合物半導体層44、埋込層31を成膜したとき、電流ブロック層40を構成する第3化合物半導体層43と第4化合物半導体層44との間で不純物相互拡散が生じ難い。また、電流ブロック層40と、電流ブロック層40に接する上下の2層との間の不純物相互拡散も生じ難い。その結果、電流ブロック層40が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層40が薄くなったりして、電流ブロック層40の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を回避することができる。後述する実施例14にあっても同様である。
また、第1化合物半導体層21を第1導電型(n型)とするための不純物は、第1化合物半導体層21における不純物の置換サイト(V族原子が占めるサイト)が、第2化合物半導体層22A,22Bを第2導電型(p型)とするための第2化合物半導体層22A,22Bにおける不純物の置換サイト(III族原子が占めるサイト)と競合しない不純物から成るので、第1化合物半導体層21と第2化合物半導体層22A,22Bとの間での意図的な不純物相互拡散により設計されるpn接合制御が、各層不純物の濃度調整やドーピング位置調整によって細かく設計し易くなるため、発光特性の向上を図ることができる。後述する実施例14にあっても同様である。
ここで、実施例5の半導体発光素子にあっては、下地層11の上に形成された活性層23は、活性層23よりも屈折率が低い電流ブロック層40によって横方向(側面)が囲まれ、活性層23よりも屈折率が低い第1化合物半導体層21及び第2化合物半導体層22A,22Bによって上下方向が囲まれている。従って、活性層23の上下方向及び横方向は完全なる光閉込め構造となっている。しかも、基板10の露出面の上にあっては、活性層23の側面近傍は、p−n−p−n構造(p型埋込層31−n型第3化合物半導体層43−p型第4化合物半導体層44、p型電流ブロック層位置調整層30(p型第2化合物半導体層22B)及びp型第2化合物半導体層22A−n型第1化合物半導体層21)の、いわばサイリスタ構造が形成される。従って、基板10の露出面において電流が流れることが阻止され、これによって活性層23に電流が集中し、低閾値電流化を図ることができる。ここで、p型電流ブロック層位置調整層30は、p型第4化合物半導体層44あるいはp型第2化合物半導体層22Bと見做すこともできる。後述する実施例6、実施例9、実施例10、実施例14、実施例15、実施例18、実施例19においても、同様である。
図49、図50、あるいは、後述する図55及び図56には、電流ブロック層40の端面が活性層23の側面に接している構造を示したが、電流ブロック層40の端面は、第2化合物半導体層22A,22Bの側面に接している構造としてもよいし、第1化合物半導体層21の側面に接している構造としてもよく、これによっても、リーク電流を実用上抑制することが可能である。しかしながら、望ましくは、電流ブロック層40と発光部20とが接する端面の位置としては、少なくとも電流ブロック層40の一部が、活性層23の側面と接していることが望ましい。後述する実施例6〜実施例22においても、同様である。
第3化合物半導体層43の形成(成膜)においては、第3化合物半導体層43は、発光部20の側面から延びる{311}B結晶面領域、基板10の主面に沿って延びる{100}結晶面領域、及び、{311}B結晶面領域と{100}結晶面領域との間に位置する高次の結晶面領域が形成される。そして、その結果、安定した(均一な)不純物濃度を有する第3化合物半導体層43の形成(積層)が可能となり、第3化合物半導体層43と接する別の伝導型を有する層との濃度バランスの調整が容易になる。従って、高い電流阻止能力を有する電流ブロック層40を得ることができる。しかも、安定した不純物濃度を有する第3化合物半導体層43の形成(積層)が可能となるので、第4化合物半導体層44の上に第3化合物半導体層43を形成したとき、あるいは又、第3化合物半導体層43の上に第4化合物半導体層44を形成したとき、第3化合物半導体層43や第4化合物半導体層44が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層40が薄くなったりして、電流ブロック層40の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を一層確実に回避することができる。
実施例6は、実施例5の変形であり、第(I)−1−Bの構成、及び、第(I)−2−Bの構成に関する。
具体的には、図8の(A)に概念図を示すように、第(I)−1−Bの構成に沿って表せば、実施例6の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。
あるいは又、第(I)−2−Bの構成に沿って表せば、実施例6の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である。
より具体的には、実施例6の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表2Aあるいは表2Bに示す構成を有する。ここで、表2Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層の上に第3化合物半導体層が積層されており、表2Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層の上に第4化合物半導体層が積層されている。
[表2A]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
第2B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層 ・・・[活性層−A]
第1B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
第1A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)第4化合物半導体層は、電流ブロック層位置調整層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層と電流ブロック層位置調整層との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層と埋込層との間には、p−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層が形成されていると見做すこともできる。
[表2B]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
第2B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層 ・・・[活性層−A]
第1B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
第1A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)埋込層は、第4化合物半導体層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、埋込層と第4化合物半導体層との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層と電流ブロック層位置調整層との間には、p−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層との界面を構成する電流ブロック層位置調整層の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
実施例6にあっては、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトも、III族原子が占めるサイトであり、更に、第4化合物半導体層と接する第3化合物半導体層における不純物の置換サイトも、III族原子が占めるサイトである。即ち、第1A化合物半導体層を第1導電型(n型)とするための不純物は、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイト(III族原子が占めるサイト)が、第4化合物半導体層を第2導電型(p型)とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイト(III族原子が占めるサイト)と競合する不純物から成り、更に、第4化合物半導体層と接する第3化合物半導体層を第1導電型(n型)とするための不純物の置換サイト(III族原子が占めるサイト)とも競合する不純物から成る。従って、第4化合物半導体層を成膜したとき、電流ブロック層を構成する第4化合物半導体層と第1A化合物半導体層との間で、あるいは又、第4化合物半導体層と第3化合物半導体層との間で、不純物相互拡散が生じ難く、高い信頼性を有する電流ブロック層を形成することができる。尚、第4化合物半導体層と第3化合物半導体層とで構成されている電流ブロック層における不純物の相互拡散の抑制は、{311}B面や高次面における抑制効果であるのに対して、第4化合物半導体層と第1A化合物半導体層との界面における不純物の相互拡散の抑制は、{111}B面界面における抑制効果である点で異なる。後述する実施例15にあっても同様である。
実施例7も、実施例5の変形であり、第(I)−1−Cの構成、及び、第(I)−2−Cの構成に関し、更には、第(I)−4−Aの構成に関する。尚、実施例7あるいは後述する実施例8における導電型を、実施例5における導電型と逆とした。即ち、実施例7あるいは後述する実施例8における第1導電型はp型であり、第2導電型はn型である。ここで、模式的な一部断面図は、図6の(A)及び(B)に示したと同様である。
具体的には、図9の(A)に概念図を示すように、第(I)−1−Cの構成に沿って表せば、実施例7の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、電流ブロック層40(第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44)は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層21における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層22A,22Bにおける不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層43における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。
あるいは又、第(I)−2−Cの構成に沿って表せば、実施例7の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、電流ブロック層40(第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44)は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層21を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第3化合物半導体層43を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である。
更には、第(I)−4−Aの構成に沿って表せば、実施例7の半導体発光素子にあっては、第1化合物半導体層21を第1導電型(p型)とするための不純物は、第3化合物半導体層43を第1導電型(p型)とするための不純物とは異なる。
より具体的には、実施例7の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表3Aあるいは表3Bに示す構成を有する。ここで、表3Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層44の上に第3化合物半導体層43が積層されており、表3Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層43の上に第4化合物半導体層44が積層されている。
[表3A]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第2化合物半導体層22A・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層23 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層21 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
埋込層31 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層43 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第4化合物半導体層44 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層30・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層32 ・・・n−GaAs:Se(又はSi)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第4化合物半導体層44は、電流ブロック層位置調整層30に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層44と電流ブロック層位置調整層30との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層43と埋込層31との間には、n−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する埋込層31の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表3B]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第2化合物半導体層22A・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層23 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層21 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
埋込層31 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層44 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層43 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層30・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層32 ・・・n−GaAs:Se(又はSi)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)埋込層31は、第4化合物半導体層44に引き続き、連続的に形成され、実質的には、埋込層31と第4化合物半導体層44との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層43と電流ブロック層位置調整層30との間には、n−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する電流ブロック層位置調整層30の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
実施例7にあっても、実施例1の[工程−130]と同様の工程において、例えば、電流ブロック層位置調整層30、第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43から成る電流ブロック層40を、順次、MOCVD法に基づき形成する。ここで、第3化合物半導体層43は、p−Al0.47Ga0.53As:Cから成り、第4化合物半導体層44はn−Al0.47Ga0.53As:Seから成る。即ち、第3化合物半導体層43を第1導電型(p型)とするための不純物(C)の第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。また、第4化合物半導体層44を第2導電型(n型)とするための不純物(Se)の第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトも、V族原子が占めるサイトである。即ち、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層44を第2導電型とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。後述する実施例16にあっても同様である。
従って、第3化合物半導体層43を成膜した後、第4化合物半導体層44を成膜したとき、あるいは又、第4化合物半導体層44を成膜した後、第3化合物半導体層43を成膜したとき、電流ブロック層40を構成する第3化合物半導体層43と第4化合物半導体層44との間で不純物相互拡散が生じ難い。その結果、電流ブロック層40が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層40が薄くなったりして、電流ブロック層40の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を回避することができる。後述する実施例16にあっても同様である。
また、第1化合物半導体層21を第1導電型(p型)とするための不純物は、第1化合物半導体層21における不純物の置換サイト(III族原子が占めるサイト)が、第2化合物半導体層22A,22Bを第2導電型(n型)とするための第2化合物半導体層22A,22Bにおける不純物の置換サイト(V族原子が占めるサイト)と競合しない不純物から成るので、第1化合物半導体層21と第2化合物半導体層22A,22Bとの間での意図的な不純物相互拡散により設計されるpn接合制御が、各層不純物の濃度調整やドーピング位置調整によって細かく設計し易くなるため、発光特性の向上を図ることができる。後述する実施例16にあっても同様である。
ここで、実施例7の半導体発光素子にあっても、下地層11の上に形成された活性層23は、活性層23よりも屈折率が低い電流ブロック層40によって横方向(側面)が囲まれ、活性層23よりも屈折率が低い第1化合物半導体層21及び第2化合物半導体層22A,22Bによって上下方向が囲まれている。従って、活性層23の上下方向及び横方向は完全なる光閉込め構造となっている。しかも、基板10の露出面の上にあっては、活性層23の側面近傍は、n−p−n−p構造(n型埋込層31−p型第3化合物半導体層43−n型第4化合物半導体層44−n型電流ブロック層位置調整層30(n型第2化合物半導体層22B)及びn型第2化合物半導体層22A−p型第1化合物半導体層21)の、いわばサイリスタ構造が形成される。従って、基板10の露出面において電流が流れることが阻止され、これによって活性層23に電流が集中し、低閾値電流化を図ることができる。ここで、n型電流ブロック層位置調整層30は、n型第4化合物半導体層44あるいは、n型第2化合物半導体層22Bと見做すこともできる。後述する実施例8、実施例11、実施例12、実施例16、実施例17、実施例20、実施例21においても、同様である。
MOCVD法において、第3化合物半導体層43の成膜時、炭素(C)を添加するための原料ガスとして、III族原子用の原料ガスの分解で得られるメチル基あるいはエチル基を意図的に用いればよいし、あるいは又、MOCVD法において、第3化合物半導体層43の成膜時、CBr4ガスやCCl4ガスを添加してもよい。後述する実施例16にあっても同様である。
実施例8は、実施例5及び実施例7の変形であり、第(I)−1−Dの構成、及び、第(I)−2−Dの構成に関する。
具体的には、図10の(A)に概念図を示すように、第(I)−1−Dの構成に沿って表せば、実施例8の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。
あるいは又、第(I)−2−Dの構成に沿って表せば、実施例8の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である。
より具体的には、実施例8の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表4Aあるいは表4Bに示す構成を有する。ここで、表4Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層の上に第3化合物半導体層が積層されており、表4Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層の上に第4化合物半導体層が積層されている。
[表4A]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
第2B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
第1A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・n−GaAs:Se(又はSi)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)第4化合物半導体層は、電流ブロック層位置調整層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層と電流ブロック層位置調整層との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層と埋込層との間には、n−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層との界面を構成する埋込層の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表4B]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
第2B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
第1A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・n−GaAs:Se(又はSi)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)埋込層は、第4化合物半導体層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、埋込層と第4化合物半導体層との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層と電流ブロック層位置調整層との間には、n−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層との界面を構成する電流ブロック層位置調整層の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
実施例8において、図10の(A)に示した例と異なり、表4Bに示したように、また、後述する実施例17にあっても、図24の(A)及び(B)に示す例と異なり、表14Bに示すように、第4化合物半導体層を下とし、第3化合物半導体層を上とする積層構造を形成した場合、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトも、V族原子が占めるサイトであり、更に、第4化合物半導体層と接する第3化合物半導体層における不純物の置換サイトも、V族原子が占めるサイトである。即ち、第1A化合物半導体層を第1導電型(p型)とするための不純物は、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイト(V族原子が占めるサイト)が、第4化合物半導体層を第2導電型(n型)とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイト(V族原子が占めるサイト)と競合する不純物から成り、更に、第4化合物半導体層と接する第3化合物半導体層を第1導電型(p型)とするための不純物の置換サイト(V族原子が占めるサイト)とも競合する不純物から成る。従って、第4化合物半導体層を成膜したとき、電流ブロック層を構成する第4化合物半導体層と第1A化合物半導体層との間、あるいは、第4化合物半導体層と第3化合物半導体層との間で、不純物相互拡散が生じ難く、高い信頼性を有する電流ブロック層を形成することができる。その結果、電流ブロック層40が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層40が薄くなったりして、電流ブロック層40の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を、より一層効果的に回避することができる。
実施例9は、第(I)−1−aの構成、第(I)−3−aの構成、及び、第(I)−4−aの構成の半導体発光素子に関する。
具体的には、実施例9の半導体発光素子は、図7の(B)に概念図を示すように、第(I)−1−aの構成に沿って表せば、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、電流ブロック層40(第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43)は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層21における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層22A,22Bにおける不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層43における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。尚、実施例9の半導体発光素子の模式的な一部断面図は、図1の(A)及び(B)に示したと同様である。
また、第(I)−3−aの構成に沿って表せば、実施例9の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、電流ブロック層40(第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43)は、III−V族化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層22A,22Bを第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第4化合物半導体層44を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である。
あるいは又、第(I)−4−aの構成に沿って表せば、実施例9の半導体発光素子にあっては、第2化合物半導体層22A,22Bを第2導電型(p型)とするための不純物は、第4化合物半導体層44を第2導電型(p型)とするための不純物とは異なる。
より具体的には、実施例9の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表5Aあるいは表5Bに示す構成を有する。ここで、表5Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層44の上に第3化合物半導体層43が積層されており、表5Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層43の上に第4化合物半導体層44が積層されている。
[表5A]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第2化合物半導体層22A・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層23 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層21 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
埋込層31 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層43 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層44 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層30・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層32 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第4化合物半導体層44は、電流ブロック層位置調整層30に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層44と電流ブロック層位置調整層30との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層43と埋込層31との間には、p−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する埋込層31の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表5B]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第2化合物半導体層22A・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層23 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層21 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
埋込層31 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層44 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第3化合物半導体層43 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層30・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層32 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)埋込層31は、第4化合物半導体層44に引き続き、連続的に形成され、実質的には、埋込層31と第4化合物半導体層44との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層43と電流ブロック層位置調整層30との間には、p−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する電流ブロック層位置調整層30の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
実施例9にあっても、実施例1の[工程−130]と同様の工程において、例えば、電流ブロック層位置調整層30、第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43から成る電流ブロック層40を、順次、MOCVD法に基づき形成する。ここで、第4化合物半導体層44はp−Al0.47Ga0.53As:Cから成り、第3化合物半導体層43は、n−Al0.47Ga0.53As:Seから成る。即ち、第3化合物半導体層43を第1導電型(n型)とするための不純物(Se)の第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。また、第4化合物半導体層44を第2導電型(p型)とするための不純物(C)の第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトも、V族原子が占めるサイトである。即ち、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層44を第2導電型とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。後述する実施例18にあっても同様である。
従って、第4化合物半導体層44を成膜した後、第3化合物半導体層43を成膜したとき、あるいは又、第3化合物半導体層43を成膜した後、第4化合物半導体層44を成膜したとき、電流ブロック層40を構成する第3化合物半導体層43と第4化合物半導体層44との間で不純物相互拡散が生じ難い。その結果、電流ブロック層40が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層40が薄くなったりして、電流ブロック層40の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を回避することができる。後述する実施例18にあっても同様である。
また、第1化合物半導体層21を第1導電型(n型)とするための不純物は、第1化合物半導体層21における不純物の置換サイト(V族原子が占めるサイト)が、第2化合物半導体層22A,22Bを第2導電型(p型)とするための第2化合物半導体層22A,22Bにおける不純物の置換サイト(III族原子が占めるサイト)と競合しない不純物から成るので、第1化合物半導体層21と第2化合物半導体層22A,22Bとの間での意図的な不純物相互拡散により設計されるpn接合制御が、各層不純物の濃度調整やドーピング位置調整によって細かく設計し易くなるため、発光特性の向上を図ることができる。後述する実施例18にあっても同様である。
ここで、実施例9の半導体発光素子にあっても、下地層11の上に形成された活性層23は、活性層23よりも屈折率が低い電流ブロック層40によって横方向(側面)が囲まれ、活性層23よりも屈折率が低い第1化合物半導体層21及び第2化合物半導体層22A,22Bによって上下方向が囲まれている。従って、活性層23の上下方向及び横方向は完全なる光閉込め構造となっている。しかも、基板10の露出面の上にあっては、活性層23の側面近傍は、p−n−p−n構造(p型埋込層31−n型第3化合物半導体層43−p型第4化合物半導体層44、p型電流ブロック層位置調整層30(n型第2化合物半導体層22B)及びp型第2化合物半導体層22A−n型第1化合物半導体層21)の、いわばサイリスタ構造が形成される。従って、基板10の露出面において電流が流れることが阻止され、これによって活性層23に電流が集中し、低閾値電流化を図ることができる。後述する実施例18にあっても同様である。
実施例10は、実施例9の変形であり、第(I)−1−bの構成、及び、第(I)−3−bの構成に関する。
具体的には、図8の(B)に概念図を示すように、第(I)−1−bの構成に沿って表せば、実施例10の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。
あるいは又、第(I)−3−bの構成に沿って表せば、実施例10の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である。
より具体的には、実施例10の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表6Aあるいは表6Bに示す構成を有する。ここで、表6Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層の上に第3化合物半導体層が積層されており、表6Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層の上に第4化合物半導体層が積層されている。
[表6A]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
第2B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層 ・・・[活性層−A]
第1B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
第1A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:C(又はZn)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)第4化合物半導体層は、電流ブロック層位置調整層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層と電流ブロック層位置調整層との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層と埋込層との間には、p−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層が形成されていると見做すこともできる。
[表6B]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
第2B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層 ・・・[活性層−A]
第1B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
第1A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:C(又はZn)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)埋込層は、第4化合物半導体層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、埋込層と第4化合物半導体層との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層と電流ブロック層位置調整層との間には、p−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層との界面を構成する電流ブロック層位置調整層の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
実施例11も、実施例9の変形であり、第(I)−1−cの構成、及び、第(I)−3−cの構成に関し、更には、第(I)−4−aの構成に関する。尚、実施例11あるいは後述する実施例12における導電型を、実施例9における導電型と逆とした。即ち、実施例11あるいは後述する実施例12における第1導電型はp型であり、第2導電型はn型である。
具体的には、図9の(B)に概念図を示すように、第(I)−1−cの構成に沿って表せば、実施例11の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、電流ブロック層40(第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44)は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層21における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層22A,22Bにおける不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層43における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。尚、実施例11の半導体発光素子の模式的な一部断面図は、図6の(A)及び(B)に示したと同様である。
あるいは又、第(I)−3−cの構成に沿って表せば、実施例11の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、電流ブロック層40(第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44)は、III−V族化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層22A,22Bを第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第4化合物半導体層44を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である。
更には、第(I)−4−aの構成に沿って表せば、実施例11の半導体発光素子にあっては、第2化合物半導体層22A,22Bを第2導電型(p型)とするための不純物は、第4化合物半導体層44を第2導電型(p型)とするための不純物とは異なる。
より具体的には、実施例11の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表7Aあるいは表7Bに示す構成を有する。ここで、表7Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層44の上に第3化合物半導体層43が積層されており、表7Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層43の上に第4化合物半導体層44が積層されている。
[表7A]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第2化合物半導体層22A・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層23 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層21 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
埋込層31 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第3化合物半導体層43 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層44 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層30・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
(全体)
コンタクト層32 ・・・n−GaAs:Si(又はSe)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第4化合物半導体層44は、電流ブロック層位置調整層30に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層44と電流ブロック層位置調整層30との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層43と埋込層31との間には、n−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する埋込層31の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表7B]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第2化合物半導体層22A・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層23 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層21 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
埋込層31 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層44 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第3化合物半導体層43 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層30・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
(全体)
コンタクト層32 ・・・n−GaAs:Si(又はSe)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)埋込層31は、第4化合物半導体層44に引き続き、連続的に形成され、実質的には、埋込層31と第4化合物半導体層44との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層43と電流ブロック層位置調整層30との間には、n−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する電流ブロック層位置調整層30の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
実施例11にあっても、実施例1の[工程−130]と同様の工程において、例えば、電流ブロック層位置調整層30、第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43から成る電流ブロック層40を、順次、MOCVD法に基づき形成する。ここで、第3化合物半導体層43は、p−Al0.47Ga0.53As:Znから成り、第4化合物半導体層44はn−Al0.47Ga0.53As:Siから成る。即ち、第3化合物半導体層43を第1導電型(p型)とするための不純物(Zn)の第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。また、第4化合物半導体層44を第2導電型(n型)とするための不純物(Si)の第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトも、III族原子が占めるサイトである。即ち、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層44を第2導電型とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。後述する実施例20にあっても同様である。
従って、第3化合物半導体層43を成膜した後、第4化合物半導体層44を成膜したとき、あるいは又、第4化合物半導体層44を成膜した後、第3化合物半導体層43を成膜したとき、電流ブロック層40を構成する第3化合物半導体層43と第4化合物半導体層44との間で不純物相互拡散が生じ難い。その結果、電流ブロック層40が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層40が薄くなったりして、電流ブロック層40の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を回避することができる。後述する実施例20にあっても同様である。
また、第1化合物半導体層21を第1導電型(p型)とするための不純物は、第1化合物半導体層21における不純物の置換サイト(III族原子が占めるサイト)が、第2化合物半導体層22A,22Bを第2導電型(n型)とするための第2化合物半導体層22A,22Bにおける不純物の置換サイト(V族原子が占めるサイト)と競合しない不純物から成るので、第1化合物半導体層21と第2化合物半導体層22A,22Bとの間での意図的な不純物相互拡散により設計されるpn接合制御が、各層不純物の濃度調整やドーピング位置調整によって細かく設計し易くなるため、発光特性の向上を図ることができる。後述する実施例20にあっても同様である。
ここで、実施例11の半導体発光素子にあっても、下地層11の上に形成された活性層23は、活性層23よりも屈折率が低い電流ブロック層40によって横方向(側面)が囲まれ、活性層23よりも屈折率が低い第1化合物半導体層21及び第2化合物半導体層22A,22Bによって上下方向が囲まれている。従って、活性層23の上下方向及び横方向は完全なる光閉込め構造となっている。しかも、基板10の露出面の上にあっては、活性層23の側面近傍は、n−p−n−p構造(n型埋込層31−p型第3化合物半導体層43−n型第4化合物半導体層44−n型電流ブロック層位置調整層30(n型第2化合物半導体層22B)及びn型第2化合物半導体層22A−p型第1化合物半導体層21)の、いわばサイリスタ構造が形成される。従って、基板10の露出面において電流が流れることが阻止され、これによって活性層23に電流が集中し、低閾値電流化を図ることができる。後述する実施例20にあっても同様である。
第3化合物半導体層43の形成(成膜)においては、第3化合物半導体層43は、発光部20の側面から延びる{311}B結晶面領域、基板10の主面に沿って延びる{100}結晶面領域、及び、{311}B結晶面領域と{100}結晶面領域との間に位置する高次の結晶面領域が形成される。そして、その結果、安定した(均一な)不純物濃度を有する第3化合物半導体層43の形成(積層)が可能となり、第3化合物半導体層43と接する別の伝導型を有する層との濃度バランスの調整が容易になる。従って、高い電流阻止能力を有する電流ブロック層40を得ることができる。しかも、安定した不純物濃度を有する第3化合物半導体層43の形成(積層)が可能となるので、第3化合物半導体層43上に第4化合物半導体層44を形成したとき、あるいは又、第4化合物半導体層44上に第3化合物半導体層43を形成したとき、第3化合物半導体層43や第4化合物半導体層44が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層40が薄くなったりして、電流ブロック層40の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を一層確実に回避することができる。後述する実施例20にあっても同様である。
実施例12は、実施例9及び実施例11の変形であり、第(I)−1−dの構成、及び、第(I)−3−dの構成に関する。
具体的には、図10の(B)に概念図を示すように、第(I)−1−dの構成に沿って表せば、実施例12の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。
あるいは又、第(I)−3−dの構成に沿って表せば、実施例12の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である。
より具体的には、実施例12の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表8Aあるいは表8Bに示す構成を有する。ここで、表8Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層の上に第3化合物半導体層が積層されており、表8Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層の上に第4化合物半導体層が積層されている。
[表8A]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
第2B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
第1A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
(全体)
コンタクト層 ・・・n−GaAs:Si(又はSe)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)第4化合物半導体層は、電流ブロック層位置調整層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層と電流ブロック層位置調整層との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層と埋込層との間には、n−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層との界面を構成する埋込層の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表8B]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
第2B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
第1A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
(全体)
コンタクト層 ・・・n−GaAs:Si(又はSe)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)埋込層は、第4化合物半導体層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、埋込層と第4化合物半導体層との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層と電流ブロック層位置調整層との間には、n−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層との界面を構成する電流ブロック層位置調整層の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
実施例13は、第(I)−5の構成(より具体的には、第(I)−5−A−1の構成)に係る半導体発光素子に関する。実施例13の半導体発光素子は、図11の(A)に概念図を示し、図1の(A)に模式的な一部断面図を示し、拡大された模式的な一部断面図を図1の(B)に示したと同様に、
(A)第1導電型(実施例13にあっては、n型)を有する第1化合物半導体層21、活性層23、及び、第2導電型(実施例13にあっては、p型)を有する第2化合物半導体層22が順次積層されて成る発光部20、並びに、
(B)発光部20の側面に接して設けられた電流ブロック層40、
を備えている。
電流ブロック層40は、少なくとも、第2導電型を有する第4化合物半導体層44、及び、第1導電型を有する第3化合物半導体層43が順次積層された積層構造体から構成されている。そして、第4化合物半導体層44を第2導電型とするための不純物は、第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトと競合する不純物から成り、且つ、第1化合物半導体層21を第1導電型とするための第1化合物半導体層21における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。また、第2化合物半導体層22を第2導電型とするための不純物は、第2化合物半導体層22における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。更には、第1化合物半導体層21、電流ブロック層40、及び、第2化合物半導体層22を通る迂回経路を想定したとき、各化合物半導体層の界面から構成されたpn接合界面が迂回経路内に少なくとも3つ、存在する。
第4化合物半導体層44は第1化合物半導体層21の側面と接しており、第3化合物半導体層43は第2化合物半導体層22の側面と接している。そして、具体的には、迂回経路は、第1化合物半導体層21、第4化合物半導体層44、第3化合物半導体層43、及び、第2化合物半導体層22から構成されており、pn接合界面は、第1化合物半導体層21の側面/第4化合物半導体層44、第4化合物半導体層44/第3化合物半導体層43、及び、第3化合物半導体層43/第2化合物半導体層22の側面の3つである。
実施例13の半導体発光素子にあっても、第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22、第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43は、III−V族化合物半導体から成る。あるいは又、後述するように、第1A化合物半導体層21A、第1B化合物半導体層21B、第2化合物半導体層22、第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43は、III−V族化合物半導体から成り、あるいは又、第1化合物半導体層21、第2A化合物半導体層22A、第2B化合物半導体層22B、第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43は、III−V族化合物半導体から成る。
ここで、実施例13にあっては、第1化合物半導体層21における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層22における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層44における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。そして、第1化合物半導体層21及び第3化合物半導体層43を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、ケイ素,Si)であり、第2化合物半導体層22及び第4化合物半導体層44を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、亜鉛,Zn)である。
より具体的には、実施例13の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表9Aに示す構成を有する。
[表9A]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第2化合物半導体層22A・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層23 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層21 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
埋込層31 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層43 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層44 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層30・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層32 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第4化合物半導体層44は、電流ブロック層位置調整層30に引き続き、連続的に形成され、実質的には、電流ブロック層位置調整層30と第4化合物半導体層44との間に境界は存在しない。
ここで、図1の(B)に示した例にあっては、第4化合物半導体層44の上に第3化合物半導体層43が形成されている。そして、第3化合物半導体層43(n型)とその下の第4化合物半導体層44(p型)とのpn接合界面は、{311}B結晶面に沿って延びており、その端部が発光部20(特に、活性層23の側面)で接することで、新たな接合界面が2つ形成される。即ち、第2化合物半導体層22A,22B/第3化合物半導体層43のpn接合界面、第3化合物半導体層43/第4化合物半導体層44のnp接合界面、第4化合物半導体層44/第1化合物半導体層21のpn接合界面といった、pnpn接合構造から構成された電流経路が形成され、電流ブロック構造として望ましい設計である。後述する実施例22にあっても同様である。
しかも、実施例13にあっては、第1化合物半導体層21における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層44における不純物の置換サイト、第3化合物半導体層43における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層22における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。即ち、第1化合物半導体層21を第1導電型(n型)とするための不純物は、第1化合物半導体層21における不純物の置換サイト(III族原子が占めるサイト)が、第4化合物半導体層44を第2導電型(p型)とするための第4化合物半導体層44における不純物の置換サイト(III族原子が占めるサイト)と競合する不純物から成る。また、第3化合物半導体層43を第1導電型(n型)とするための不純物は、第3化合物半導体層43における不純物の置換サイト(III族原子が占めるサイト)が、第4化合物半導体層44を第2導電型(p型)とするための第4化合物半導体層44における不純物の置換サイト(III族原子が占めるサイト)と競合する不純物から成る。更には、第2化合物半導体層22を第2導電型(p型)とするための不純物は、第2化合物半導体層22における不純物の置換サイト(III族原子が占めるサイト)が、第3化合物半導体層43を第1導電型(n型)とするための第3化合物半導体層43における不純物の置換サイト(III族原子が占めるサイト)と競合する不純物から成る。従って、第4化合物半導体層44を成膜したとき、電流ブロック層40を構成する第4化合物半導体層44と第1化合物半導体層21との間で不純物相互拡散が生じ難く、また、第3化合物半導体層43を成膜したとき、電流ブロック層40を構成する第3化合物半導体層43と第4化合物半導体層44との間で、あるいは又、第3化合物半導体層43と第2化合物半導体層22との間で、不純物相互拡散が生じ難く、高い信頼性を有する電流ブロック層40を形成することができる。即ち、電流ブロック層40が消滅したり、あるいは又、電流ブロック層40が薄くなったりして、電流ブロック層40の効果が安定せず、漏れ電流が増加するといった問題の発生を確実に回避することができる。後述する実施例22にあっても同様である。
尚、以上の点を除き、実施例13の半導体発光素子は、基本的に、実施例5の半導体発光素子と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
以下、実施例13の半導体発光素子の変形例を説明する。
図11の(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−A−2の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、Si)である。
より具体的には、実施例13の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表9Bに示す構成を有する。尚、表9Aの(注1)及び(注2)と同じ注が付される(後述する表9C〜表9Jにおいても同様)。
[表9B]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第2化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
活性層 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
図12の(A)及び(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−aの構成の半導体発光素子であり、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。
そして、図12の(A)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−a−1の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である。
より具体的には、実施例13の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表9Cに示す構成を有する。
[表9C]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第2化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
活性層 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層32 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
あるいは又、図12の(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−a−2の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)である。
より具体的には、実施例13の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表9Dに示す構成を有する。
[表9D]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第2化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
図13の(A)及び(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−Bの構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第1B化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第1A化合物半導体層を第1導電型とするための第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成り、且つ、第2化合物半導体層を第2導電型とするための第2化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成る。尚、第1A化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層を第2導電型とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。具体的には、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。
そして、図13の(A)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−B−1の構成の半導体発光素子であり、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、Si)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)である。
より具体的には、実施例13の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表9Eに示す構成を有する。
[表9E]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第2化合物半導体層 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層 ・・・[活性層−A]
第1B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
第1A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
あるいは又、図13の(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−B−2の構成の半導体発光素子であり、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、Si)である。
より具体的には、実施例13の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表9Fに示す構成を有する。
[表9F]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第2化合物半導体層 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
活性層 ・・・[活性層−B]
第1B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
第1A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
これらの図13の(A)及び(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例の更なる変形例の概念図を、図14の(A)及び(B)に示す。これらの更なる変形例にあっては、
第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第6化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第1A化合物半導体層を第1導電型とするための第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物(具体的には、図14の(A)にあっては第IV族不純物,Siであり、図14の(B)にあっては第II族不純物,Znである)から成り、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している。尚、迂回経路は、第1化合物半導体層(第1A化合物半導体層及び第1B化合物半導体層)、第6化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層から構成されており、pn接合界面は、第6化合物半導体層/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第2化合物半導体層の側面の3つである。
図15の(A)及び(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−bの構成の半導体発光素子であり、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。
そして、図15の(A)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−b−1の構成の半導体発光素子であり、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、Si)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である。
より具体的には、実施例13の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表9Gに示す構成を有する。
[表9G]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第2化合物半導体層 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
活性層 ・・・[活性層−A]
第1B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
第1A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
あるいは又、図15の(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−b−2の構成の半導体発光素子であり、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)である。
より具体的には、実施例13の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表9Hに示す構成を有する。
[表9H]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第2化合物半導体層 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
第1A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
これらの図15の(A)及び(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例の更なる変形例の概念図を、図16の(A)及び(B)に示す。これらの更なる変形例にあっても、
第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第6化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第1A化合物半導体層を第1導電型とするための第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物(具体的には、図16の(A)にあっては第VI族不純物,Seであり、図16の(B)にあっては炭素(C)である)から成り、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している。尚、迂回経路は、第1化合物半導体層(第1A化合物半導体層及び第1B化合物半導体層)、第6化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層から構成されており、pn接合界面は、第6化合物半導体層/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第2化合物半導体層の側面の3つである。
図17の(A)及び(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−Cの構成の半導体発光素子であり、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第2B化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2A化合物半導体層を第2導電型とするための第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成り、且つ、第1化合物半導体層を第1導電型とするための第1化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成る。尚、第2A化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。具体的には、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。
そして、図17の(A)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−C−1の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、Si)であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である。
より具体的には、実施例13の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表9Iに示す構成を有する。
[表9I]
(発光部の構成)
第2B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
第2A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
活性層 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
あるいは又、図17の(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−C−2の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、Si)であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)である。
より具体的には、実施例13の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表9Jに示す構成を有する。
[表9J]
(発光部の構成)
第2B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
第2A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
これらの図17の(A)及び(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例の更なる変形例の概念図を、図18の(A)及び(B)に示す。これらの更なる変形例にあっては、
第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第5化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2A化合物半導体層を第2導電型とするための第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物(具体的には、図18の(A)にあっては第II族不純物,Znであり、図18の(B)にあっては第IV族不純物,Siである)から成り、
第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接しており、第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接している。尚、迂回経路は、第1化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、第5化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層(第2A化合物半導体層及び第2B化合物半導体層)から構成されており、pn接合界面は、第1化合物半導体層の側面/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第5化合物半導体層の3つである。
図19の(A)及び(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−cの構成の半導体発光素子であり、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。
そして、図19の(A)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−c−1の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)である。
より具体的には、実施例13の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表9Kに示す構成を有する。
[表9K]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
第2B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
あるいは又、図19の(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例は、第(I)−5−c−2の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には,Si)である。
より具体的には、実施例13の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表9Lに示す構成を有する。
[表9L]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
第2B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
活性層 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
これらの図19の(A)及び(B)に概念図を示す実施例13の半導体発光素子の変形例の更なる変形例の概念図を、図20の(A)及び(B)に示す。これらの更なる変形例にあっても、
第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第5化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2A化合物半導体層を第2導電型とするための第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物(具体的には、図20の(A)にあっては炭素(C)であり、図20の(B)にあっては第VI族不純物,Seである)から成り、
第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接しており、第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接している。尚、迂回経路は、第1化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、第5化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層(第2A化合物半導体層及び第2B化合物半導体層)から構成されており、pn接合界面は、第1化合物半導体層の側面/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第5化合物半導体層の3つである。
電流ブロック層内に、不純物拡散バリア層を設けてもよい。具体的には、電流ブロック層を構成する第2導電型を有する第4化合物半導体層内に、同じく第2導電型を有する不純物拡散バリア層が少なくとも1層(例えば、第7化合物半導体層)、挿入され、第4化合物半導体層の不純物の置換サイトと、不純物拡散バリア層(例えば、不純物拡散バリア層が1層である場合、第7化合物半導体層)の不純物の置換サイトとが異なるように、不純物を選択すればよい。より具体的には、例えば、図13の(A)や図14の(A)に示した構造において、あるいは又、後述する図33の(A)及び(B)あるいは図34の(A)及び(B)に示す構造において、第4化合物半導体層における不純物を亜鉛(Zn)とし、第4化合物半導体層内に挿入する第2導電型の不純物拡散バリア層(第7化合物半導体層)における不純物を炭素(C)とする構成を採用することができる。即ち、
n型第3化合物半導体層(不純物:Si)
p型第4化合物半導体層(不純物:Zn)
p型第7化合物半導体層(不純物:C)
p型第4化合物半導体層(不純物:Zn)
といった構成とすることができる。あるいは又、図13の(B)や図14の(B)に示した構造において、あるいは又、後述する図34の(A)及び(B)あるいは図35の(A)及び(B)に示す構造において、第4化合物半導体層における不純物をケイ素(Si)とし、第4化合物半導体層内に挿入する第2導電型の不純物拡散バリア層(第7化合物半導体層)における不純物をセレン(Se)とする構成を採用することができる。即ち、
p型第3化合物半導体層(不純物:Zn)
n型第4化合物半導体層(不純物:Si)
n型第7化合物半導体層(不純物:Se)
n型第4化合物半導体層(不純物:Si)
といった構成とすることができる。このような構成とすれば、例えば、第1B化合物半導体層から不純物である第VI族不純物(Se)や炭素(C)が電流ブロック層中(Znドープ層中あるいはSiドープ層中)を拡散した場合、係る不純物は、係る不純物の置換サイトが競合する不純物(炭素やセレン)を含んだ第7化合物半導体層中で拡散できず、高い信頼性を有する電流ブロック層を形成することができる。
同様に、電流ブロック層を構成する第1導電型を有する第3化合物半導体層内に、同じく第1導電型を有する不純物拡散バリア層が少なくとも1層(例えば、第8化合物半導体層)、挿入され、第3化合物半導体層の不純物の置換サイトと、不純物拡散バリア層(例えば、不純物拡散バリア層が1層である場合、第8化合物半導体層)の不純物の置換サイトとが異なるように、不純物を選択すればよい。例えば、図17の(A)や図18の(A)に示した構造において、あるいは又、後述する図41の(A)及び(B)あるいは図42の(A)及び(B)に示す構造において、第3化合物半導体層における不純物をシリコン(Si)とし、第3化合物半導体層内に挿入する第1導電型の不純物拡散バリア層(第8化合物半導体層)における不純物をセレン(Se)とする構成を採用することができる。即ち、
n型第3化合物半導体層(不純物:Si)
n型第8化合物半導体層(不純物:Se)
n型第3化合物半導体層(不純物:Si)
p型第4化合物半導体層(不純物:Zn)
といった構成とすることができる。あるいは又、図17の(B)や図18の(B)に示した構造において、あるいは又、後述する図43の(A)及び(B)あるいは図44の(A)及び(B)に示す構造において、第3化合物半導体層における不純物を亜鉛(Zn)とし、第3化合物半導体層内に挿入する第1導電型の不純物拡散バリア層(第8化合物半導体層)における不純物を炭素(C)とする構成を採用することができる。即ち、
p型第3化合物半導体層(不純物:Zn)
p型第8化合物半導体層(不純物:C)
p型第3化合物半導体層(不純物:Zn)
n型第4化合物半導体層(不純物:Si)
といった構成とすることができる。このような構成とすることでも、例えば、第2B化合物半導体層から不純物である炭素(C)やセレン(Se)が電流ブロック層中(Siドープ層中やZnドープ層中)を拡散した場合、係る不純物は、係る不純物の置換サイトが競合する不純物(第VI族不純物,Seや炭素)を含んだ第8化合物半導体層中で拡散できず、高い信頼性を有する電流ブロック層を形成することができる。
第1化合物半導体層を第1A化合物半導体層及び第1B化合物半導体層から構成する他の半導体発光素子、第2化合物半導体層を第2A化合物半導体層及び第2B化合物半導体層から構成する他の半導体発光素子においても、同様とすることができる。
不純物拡散バリア層(第7化合物半導体層や第8化合物半導体層)を挿入する形態は、特に、図14の(A)、(B)、図16の(A)、(B)、図18の(A)、(B)、図20の(A)、(B)、後述する図34の(A)、(B)、図36の(A)、(B)、図38の(A)、(B)、図40の(A)、(B)、図42の(A)、(B)、図44の(A)、(B)、図46の(A)、(B)、図48の(A)、(B)等において不純物拡散バリアの効果が得易く、第7化合物半導体層や第8化合物半導体層を不純物拡散バリア層として、第7化合物半導体層や第8化合物半導体層と同一導電型である化合物半導体層(第4化合物半導体層あるいは第3化合物半導体層)に1層、挿入した例を上述のとおり挙げている。但し、不純物拡散バリアを目的とした不純物拡散バリア層の数は、第1化合物半導体層(あるいは第1B化合物半導体層)、あるいは、第2化合物半導体層(あるいは第2B化合物半導体層)から電流ブロック層に拡散する不純物の置換サイトと同じ不純物の置換サイトを有する化合物半導体層を不純物拡散バリア層として用いるのであれば、2層以上であってもよい。また、不純物拡散バリア層を設ける位置は、不純物拡散バリア層と同じ導電型を有する化合物半導体層内に限らず、異なる導電型を有する化合物半導体層内に1層以上挿入してもよい。
あるいは又、電流ブロック層を多層構成としてもよい。具体的には、例えば、図14の(A)に示した構造において、あるいは又、後述する図34の(A)及び(b)に示す構造において、n型第3化合物半導体層/p型第4化合物半導体層/n型第6化合物半導体層の積層構造の電流ブロック層を用いる替わりに、電流ブロック層全体の厚さを変えずに、電流ブロック層を、
(1)n型第3化合物半導体層(不純物:Si)
(2)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(3)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(4)p型第4化合物半導体層(不純物:Zn)
(5)n型第6化合物半導体層(不純物:Si)
といった5層積層構造から構成してもよいし、
(1)n型第3化合物半導体層(不純物:Si)
(2)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(3)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(4)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(5)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(6)p型第4化合物半導体層(不純物:Zn)
(7)n型第6化合物半導体層(不純物:Si)
といった7層積層構造から構成してもよいし、
(1)n型第3化合物半導体層(不純物:Si)
(2)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(3)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(4)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(5)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(6)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(7)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(8)p型第4化合物半導体層(不純物:Zn)
(9)n型第6化合物半導体層(不純物:Si)
といった9層積層構造から構成してもよいし、
(1)n型第3化合物半導体層(不純物:Si)
(2)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(3)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(4)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(5)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(6)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(7)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(8)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(9)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(10)p型第4化合物半導体層(不純物:Zn)
(11)n型第6化合物半導体層(不純物:Si)
といった11層積層構造から構成してもよい。同様に、図16の(A)に示した構造において、あるいは又、後述する図38の(A)及び(B)に示す構造において、n型第3化合物半導体層/p型第4化合物半導体層/n型第6化合物半導体層の積層構造の電流ブロック層を用いる替わりに、電流ブロック層全体の厚さを変えずに、電流ブロック層を、
(1)n型第3化合物半導体層(不純物:Se)
(2)p型化合物半導体層(不純物:C)
(3)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(4)p型第4化合物半導体層(不純物:C)
(5)n型第6化合物半導体層(不純物:Se)
といった5層積層構造から構成してもよいし、
(1)n型第3化合物半導体層(不純物:Se)
(2)p型化合物半導体層(不純物:C)
(3)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(4)p型化合物半導体層(不純物:C)
(5)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(6)p型第4化合物半導体層(不純物:C)
(7)n型第6化合物半導体層(不純物:Se)
といった7層積層構造から構成してもよいし、
(1)n型第3化合物半導体層(不純物:Se)
(2)p型化合物半導体層(不純物:C)
(3)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(4)p型化合物半導体層(不純物:C)
(5)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(6)p型化合物半導体層(不純物:C)
(7)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(8)p型第4化合物半導体層(不純物:C)
(9)n型第6化合物半導体層(不純物:Se)
といった9層積層構造から構成してもよいし、
(1)n型第3化合物半導体層(不純物:Se)
(2)p型化合物半導体層(不純物:C)
(3)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(4)p型化合物半導体層(不純物:C)
(5)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(6)p型化合物半導体層(不純物:C)
(7)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(8)p型化合物半導体層(不純物:C)
(9)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(10)p型第4化合物半導体層(不純物:C)
(11)n型第6化合物半導体層(不純物:Se)
といった11層積層構造から構成してもよい。また、図14の(B)に示した構造において、あるいは又、後述する図36の(A)及び(B)に示す構造において、p型第3化合物半導体層/n型第4化合物半導体層/p型第6化合物半導体層の積層構造の電流ブロック層を用いる替わりに、電流ブロック層全体の厚さを変えずに、電流ブロック層を、
(1)p型第3化合物半導体層(不純物:Zn)
(2)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(3)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(4)n型第4化合物半導体層(不純物:Si)
(5)p型第6化合物半導体層(不純物:Zn)
といった5層積層構造から構成してもよいし、
(1)p型第3化合物半導体層(不純物:Zn)
(2)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(3)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(4)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(5)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(6)n型第4化合物半導体層(不純物:Si)
(7)p型第6化合物半導体層(不純物:Zn)
といった7層積層構造から構成してもよいし、
(1)p型第3化合物半導体層(不純物:Zn)
(2)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(3)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(4)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(5)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(6)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(7)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(8)n型第4化合物半導体層(不純物:Si)
(9)p型第6化合物半導体層(不純物:Zn)
といった9層積層構造から構成してもよいし、
(1)p型第3化合物半導体層(不純物:Zn)
(2)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(3)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(4)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(5)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(6)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(7)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(8)n型化合物半導体層(不純物:Si)
(9)p型化合物半導体層(不純物:Zn)
(10)n型第4化合物半導体層(不純物:Si)
(11)p型第6化合物半導体層(不純物:Zn)
といった11層積層構造から構成してもよい。同様に、図16の(B)に示した構造において、あるいは又、後述する図40の(A)及び(B)に示す構造において、p型第3化合物半導体層/n型第4化合物半導体層/p型第6化合物半導体層の積層構造の電流ブロック層を用いる替わりに、電流ブロック層全体の厚さを変えずに、電流ブロック層を、
(1)p型第3化合物半導体層(不純物:C)
(2)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(3)p型化合物半導体層(不純物:C)
(4)n型第4化合物半導体層(不純物:Se)
(5)p型第6化合物半導体層(不純物:C)
といった5層積層構造から構成してもよいし、
(1)p型第3化合物半導体層(不純物:C)
(2)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(3)p型化合物半導体層(不純物:C)
(4)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(5)p型化合物半導体層(不純物:C)
(6)n型第4化合物半導体層(不純物:Se)
(7)p型第6化合物半導体層(不純物:C)
といった7層積層構造から構成してもよいし、
(1)p型第3化合物半導体層(不純物:C)
(2)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(3)p型化合物半導体層(不純物:C)
(4)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(5)p型化合物半導体層(不純物:C)
(6)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(7)p型化合物半導体層(不純物:C)
(8)n型第4化合物半導体層(不純物:Se)
(9)p型第6化合物半導体層(不純物:C)
といった9層積層構造から構成してもよいし、
(1)p型第3化合物半導体層(不純物:C)
(2)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(3)p型化合物半導体層(不純物:C)
(4)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(5)p型化合物半導体層(不純物:C)
(6)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(7)p型化合物半導体層(不純物:C)
(8)n型化合物半導体層(不純物:Se)
(9)p型化合物半導体層(不純物:C)
(10)n型第4化合物半導体層(不純物:Se)
(11)p型第6化合物半導体層(不純物:C)
といった11層積層構造から構成してもよい。
このように、電流ブロック層の総厚を厚くすることなく電流ブロック層を多層構造とすることで、電流ブロック層を構成する各化合物半導体層(上述した第3化合物半導体層から第6化合物半導体層までに至る全ての化合物半導体層の内の少なくとも1層以上の化合物半導体層、あるいは、図18の(A)、(B)、図20の(A)、(B)の場合においても、また、後述する図42の(A)、(B)、図44の(A)、(B)、図46の(A)、(B)、図48の(A)、(B)の場合においても、上述したと同様に、第5化合物半導体層から第4化合物半導体層までに至る全ての化合物半導体層の内の少なくとも1層以上の化合物半導体層)の厚さを任意に薄くする設計が選択できるので、電流ブロック層を構成する1層の発光部の側面に接する接触面積を減らすことが可能となる。この接触面において、更に接触面積が減るように電流ブロック層を構成する各化合物半導体層の厚さを調節することによって、電流ブロック層を構成する1層の接触面だけで活性層(あるいは井戸層)の全側面を跨る状態を回避することが可能となるので、迂回経路に電流リークパスが形成される現象を一層確実に防止することができる。
実施例13、あるいは又、後述する実施例22にあっては、第1化合物半導体層を第1A化合物半導体層と第1B化合物半導体層から構成し、併せて、第2化合物半導体層を第2A化合物半導体層と第2B化合物半導体層から構成することもできる。
実施例14は、第(II)−1の構成(より具体的には、第(II)−1−Aの構成)、第(II)−2−Aの構成、第(II)−4−Aの構成の半導体発光素子に関する。
ここで、実施例14の半導体発光素子の概念図を図21の(A)及び(B)に示し、模式的な一部断面図を図49及び図50に示し、拡大された模式的な一部断面図を図51の(A)〜(C)に示す。ここで、図21の(A)は、半導体発光素子の中央部における概念図であり、図21の(B)は、半導体発光素子の端部における概念図である。また、図49は、半導体発光素子の中央部における半導体発光素子の模式的な一部断面図であり、図50は、半導体発光素子の端部における半導体発光素子の模式的な一部断面図である。更には、図51の(A)は、電流ブロック層周りの拡大された模式的な一部断面図であり、図51の(B)及び(C)は、半導体発光素子の端部における発光部周りの拡大された模式的な一部断面図である。図49に示した半導体発光素子の両端部における半導体発光素子の断面構造における各化合物半導体層の厚さと、図50に示した半導体発光素子の両端部における半導体発光素子の断面構造における各化合物半導体層の厚さが異なっている場合があるが、実際には同じ厚さである。
そして、実施例14の半導体発光素子は、電流ブロック層40及び発光部20上に形成された埋込層31を更に備えており、活性層23の平面形状は、図60の(B)に平面形状を模式的に示す凸部211と同様の平面形状を有する下地層111(所謂メサ構造である)の上方に積層されることにより、中央部の幅が両端部の幅よりも狭い帯状の形状を有する。即ち、実施例14、あるいは、後述する実施例15〜実施例22の半導体発光素子は、所謂フレア・ストライプ構造を有する。
第2導電型を有する埋込層31は、第1埋込層31A及び第2埋込層31Bが順次積層された積層構造体から構成されており、電流ブロック層40の上方に位置する埋込層31において、第2埋込層31Bを第2導電型とするための不純物は、第2埋込層31Bにおける不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成る。更には、電流ブロック層40の上方に位置する埋込層31において、第1埋込層31Aを第2導電型とするための不純物は、第1埋込層31Aにおける不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。また、電流ブロック層40の上方に位置する埋込層31において、第1埋込層31Aを第2導電型とするための不純物は、第1埋込層31Aにおける不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層44を第2導電型とするための第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。後述する実施例15〜実施例22の半導体発光素子においても、同様である。
ここで、図49及び図50に示した例にあっては、実施例5にて説明したと同様に、第4化合物半導体層44の上に第3化合物半導体層43が形成されている。あるいは又、実施例5にて説明したと同様に、第3化合物半導体層43(n型)と第4化合物半導体層44(p型)との位置関係を逆にして形成してもよい。
また、第(II)−1−Aの構成に沿って表せば、実施例14の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、第3化合物半導体層43、第4化合物半導体層44、第1埋込層31A及び第2埋込層31Bは、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層21における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層22A,22Bにおける不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層43における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層31Aにおける不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層31Bにおける不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。
あるいは又、第(II)−2−Aの構成に沿って表せば、実施例14の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、第3化合物半導体層43、第4化合物半導体層44、第1埋込層31A及び第2埋込層31Bは、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層21を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第3化合物半導体層43を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1埋込層31Aを第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2埋込層31Bを第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である。
あるいは又、実施例14の半導体発光素子は、第(II)−4−Aの構成に沿って表せば、第1化合物半導体層21を第1導電型(n型)とするための不純物は、第3化合物半導体層43を第1導電型(n型)とするための不純物とは異なる。
具体的には、実施例14の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表11Aあるいは表11Bに示す構成を有するが、第1化合物半導体層21及び第2化合物半導体層22A,22B、更には、電流ブロック層40を構成する化合物半導体は、活性層23を構成する化合物半導体と比較して、バンドギャップが大、即ち、屈折率が低い化合物半導体から成る。ここで、表11Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層44の上に第3化合物半導体層43が積層されており、表11Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層43の上に第4化合物半導体層44が積層されている。
[表11A]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第2化合物半導体層22A・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層23 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層21 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
第2埋込層31B ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第1埋込層31A ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層43 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層44 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層30・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層32 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第4化合物半導体層44は、電流ブロック層位置調整層30に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層44と電流ブロック層位置調整層30との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層43と第1埋込層31Aとの間には、p−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する第1埋込層31Aの部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表11B]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第2化合物半導体層22A・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層23 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層21 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
第2埋込層31B ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第1埋込層31A ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層44 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層43 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層30・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層32 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第1埋込層31Aは、第4化合物半導体層44に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第1埋込層31Aと第4化合物半導体層44との間に境界は存在しない。
実施例14にあっては、半導体発光素子の製造過程において、発光部20の形成が完了した時点では、発光部20の軸線に垂直な仮想平面で発光部20の中央部を切断したときの断面形状は三角形である。このとき、同時に一方では、発光部20の軸線に垂直な仮想平面で発光部20の端部を切断したときの断面形状は台形である。従って、電流ブロック層40(第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43)を形成するとき、発光部20の中央部にあっては、発光部20の側面にのみ電流ブロック層40が形成される。このとき、同時に一方では、発光部20の端部にあっては、発光部20の側面に電流ブロック層40が形成されるだけでなく、発光部20の頂面にも、電流ブロック層40と同じ積層構造を有する層(堆積層40”)が形成される(図51の(B)参照)。ここで、堆積層40”が形成された時点において、堆積層40”を構成する第4化合物半導体層を堆積層第4化合物半導体層44’と呼び、堆積層40”を構成する第3化合物半導体層を堆積層第3化合物半導体層43”と呼ぶ。尚、堆積層40”と発光部20の積層構造の頂面との間には、電流ブロック層位置調整層30と同じ構成を有する化合物半導体層30’が形成されている。
そして、電流ブロック層40の形成に引き続き、特に両端部においては、発光部20の側面と、発光部20の上に更に積層された堆積層40”の内の少なくとも1層の側面を覆うように、第1埋込層31Aを形成する。次いで、第1埋込層31Aが発光部20の側面あるいは化合物半導体層30’の側面を少なくとも覆い終わった時点で、第2埋込層31Bの形成を開始し、全面を第2埋込層31Bで被覆する。このとき、第2埋込層31Bを第2導電型とするための不純物は、第2埋込層31Bにおける不純物の置換サイト(実施例14にあってはV族原子が占めるサイト)が、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイト(実施例14にあってはIII族原子が占めるサイト)と競合しない不純物から成る(表11Aあるいは表11B参照)。従って、例えば最終的に頂点を覆うように厚く積層された第2埋込層31Bを第2導電型とするための不純物は、発光部20の両端部における頂面上に形成された堆積層第3化合物半導体層43”中に拡散し、係る堆積層第3化合物半導体層43”を第2導電型を有する堆積層第3化合物半導体層43’へと変化させる(図51の(C)参照)。尚、このような状態となった堆積層を堆積層痕40’と呼ぶ。更には、堆積層痕40’上に形成された第1埋込層及び第2埋込層を、それぞれ、第1埋込層31A’、第2埋込層31B’と呼ぶ。また、図21〜図48の(A)のそれぞれにおいて、堆積層第3化合物半導体層43’を第3’層と呼び、堆積層第4化合物半導体層44’を第4’層と呼ぶ。ここで、特に、堆積層40”を構成する層として第1導電型を有する化合物半導体層が含まれる場合、この堆積層40”を構成する第1導電型を有する化合物半導体層の不純物の置換サイトと競合しない第2導電型を有する埋込層31が、堆積層40”の側面の少なくとも一部で接していることが望ましい。これにより、埋込層31(例えば、埋込層31B層)における第2導電型の不純物が堆積層40”の側面の少なくとも一部から拡散する結果、電流ブロックの原因となる堆積層40”を構成する第1導電型化合物半導体層を、先ずは導電型補償し、ひいては、第2導電型化することが可能となる。
実施例14の半導体発光素子は、例えば、以下に説明する方法に基づき製造することができる。即ち、実施例1の[工程−100]〜[工程−110]と同様の工程に基づき、図60の(B)に示す平面形状を有する下地層111を設ける。ここで、図60の(B)において、下地層111を明確化するために、下地層111に斜線を付した。
次いで、実施例1の[工程−120]と同様にして、下地層111の頂面上に、第1導電型を有する第1化合物半導体層21、活性層23、及び、第2導電型を有する第2化合物半導体層22が順次積層されて成る発光部20を形成し、併せて、基板10の露出面上に、第1導電型を有する第1化合物半導体層21、活性層23、及び、第2導電型を有する第2化合物半導体層22が順次積層された積層構造体を形成する。尚、下地層111の幅と深さを適切に選択し、更には、バッファ層12、第1化合物半導体層21、活性層23、第2化合物半導体層22A,22Bの厚さを適切に選択することで、下地層111の中央部上に、断面が三角形である発光部20の積層構造を得ることができる。このとき、同時に一方では、下地層111の両端部においては、断面が台形である発光部20の積層構造を得ることができる。ここで、その後、第2化合物半導体層22以降の層の成長が継続される過程で、中央部においては、成長停止状態にある三角形の側面が覆われながら、最終的に三角形の頂点も第2埋込層によって完全に埋め込まれる。一方、両端部においても、第2化合物半導体層22以降の層の成長が継続される過程で、台形の頂面({100}面)で化合物半導体層の成長が継続するので、例えば、最終的に中央部の場合に比べて、断面が大きな三角形(頂点)が形成され、更に、その三角形の側面が覆われながら最終的に頂点も第2埋込層によって完全に埋め込まれる。
具体的には、第2化合物半導体層22Bの形成に連続して、全面に、電流ブロック層位置調整層30をMOCVD法に基づき形成する。そして、更に、例えば、第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43の積層構造から成る電流ブロック層40を、順次、MOCVD法に基づき形成する。こうして、下地層111の中央部にあっては、図5に示す断面構造を得ることができ、下地層111の両端部にあっては、図52に示す断面構造を得ることができる。電流ブロック層40は、{111}B面上には成長しない。また、電流ブロック層40の端面が、少なくとも活性層23の側面を覆うように、電流ブロック層40を形成する。このような構成、構造は、下地層111の頂面の幅と下地層111の高さを適切に選択し、更には、電流ブロック層位置調整層30の厚さを適切に選択することで達成することができる。第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44の構成、構造は、上述したとおりである。
次いで、全面に、第1埋込層31A、第2埋込層31B、並びに、コンタクト層(キャップ層)32を、順次、MOCVD法に基づき形成する。即ち、MOCVDを継続すると、やがて基板10の露出面から結晶成長する化合物半導体から成る第1埋込層31Aが、自己成長停止している発光部20の側面と、両端部においては更に発光部20の上に積層された堆積層40”の側面の内の少なくとも1層の側面を完全に埋め尽くすようになる。この状態で、第1埋込層31Aの成長を停止させ、次いで、第2埋込層31Bを成長させて、全面を第2埋込層31Bで完全に埋め尽くす。こうして、下地層111の中央部にあっては、図53に示す断面構造を得ることができ、下地層111の両端部にあっては、図54に示す断面構造を得ることができる。その後、コンタクト層32上に第2電極52を真空蒸着法に基づき形成し、一方、基板10を裏面側から適切な厚みにラッピングした後、第1電極51を真空蒸着法に基づき形成する。こうして、下地層111の中央部にあっては、図49に示す断面構造を得ることができ、下地層111の両端部にあっては、図50に示す断面構造を得ることができる。
その後、各半導体発光素子を分離することによって、半導体発光素子を得ることができる。尚、後述する実施例15〜実施例22の半導体発光素子も、基本的には、以上に説明した方法と同様の方法に基づき作製することができる。
ところで、電流ブロック層40の上方に位置する埋込層31にあっては、第1埋込層31Aを第2導電型とするための不純物は、第1埋込層31Aにおける不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層44を第2導電型とするための第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。従って、第1埋込層31Aの不純物が第4化合物半導体層44に拡散することを確実に防止することができる。一方、第2埋込層31Bを第2導電型とするための不純物は、第2埋込層31Bにおける不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成る。従って、第2埋込層31Bを第2導電型とするための不純物は、発光部20の両端部における頂面上に電流ブロック層と同じタイミングで形成された堆積層40”における第1導電型を有する堆積層第3化合物半導体層43”中に拡散し、係る堆積層第3化合物半導体層43”を第2導電型を有する堆積層第3化合物半導体層43’へと変化させる。そして、以上の結果として、発光部20の両端部における発光部20の上方に位置する化合物半導体層は、全て、第2導電型を有するようになる。それ故、発光部20の積層構造の頂面に電流ブロック層40と同じ積層構造を有する堆積層が存在しなくなり、活性層23への電流注入経路が{111}B側面(接触面)に限定されないので、電気抵抗の増加による発熱や消費電流の増加といった問題、ひいては、半導体発光素子の発光効率が低下するといった問題の発生を確実に回避することができる。後述する実施例15〜実施例22にあっても、基本原理は同様である。
実施例15は、実施例14の変形であり、第(II)−1−Bの構成、及び、第(II)−2−Bの構成に関する。
具体的には、発光部の中央部における概念図を図22の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図22の(B)に示すように、第(II)−1−Bの構成に沿って表せば、実施例15の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。
あるいは又、第(II)−2−Bの構成に沿って表せば、実施例15の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である。
より具体的には、実施例15の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表12Aあるいは表12Bに示す構成を有する。ここで、表12Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層の上に第3化合物半導体層が積層されており、表12Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層の上に第4化合物半導体層が積層されている。
[表12A]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
第2B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層 ・・・[活性層−A]
第1B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
第1A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第1埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)第4化合物半導体層は、電流ブロック層位置調整層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層と電流ブロック層位置調整層との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層と第1埋込層との間には、p−Al0.47Ga0.53As:Znから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する第1埋込層31Aの部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表12B]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
第2B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層 ・・・[活性層−A]
第1B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
第1A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第1埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)第1埋込層は、第4化合物半導体層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第1埋込層と第4化合物半導体層との間に境界は存在しない。
実施例16も、実施例14の変形であり、第(II)−1−Cの構成、及び、第(II)−2−Cの構成に関し、更には、第(II)−4−Aの構成に関する。尚、実施例16あるいは後述する実施例17における導電型を、実施例14における導電型と逆とした。即ち、実施例16あるいは後述する実施例17における第1導電型はp型であり、第2導電型はn型である。
具体的には、発光部の中央部における概念図を図23の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図23の(B)に示し、模式的な一部断面図を図55及び図56に示し、拡大された模式的な一部断面図を図57の(A)〜(C)に示す。ここで、図55は、半導体発光素子の中央部における半導体発光素子の模式的な一部断面図であり、図56は、半導体発光素子の端部における半導体発光素子の模式的な一部断面図である。更には、図57の(A)は、電流ブロック層周りの拡大された模式的な一部断面図であり、図57の(B)及び(C)は、半導体発光素子の端部における発光部周りの拡大された模式的な一部断面図である。
第(II)−1−Cの構成に沿って表せば、実施例16の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、電流ブロック層40(第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44)、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層21における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層22A,22Bにおける不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層43における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。
あるいは又、第(II)−2−Cの構成に沿って表せば、実施例16の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、電流ブロック層40(第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44)、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層21を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第3化合物半導体層43を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である。
更には、第(II)−4−Aの構成に沿って表せば、実施例16の半導体発光素子にあっては、第1化合物半導体層21を第1導電型(p型)とするための不純物は、第3化合物半導体層43を第1導電型(p型)とするための不純物とは異なる。
より具体的には、実施例16の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表13Aあるいは表13Bに示す構成を有する。ここで、表13Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層44の上に第3化合物半導体層43が積層されており、表13Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層43の上に第4化合物半導体層44が積層されている。
[表13A]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第2化合物半導体層22A・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層23 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層21 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
第2埋込層31B ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第1埋込層31A ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層43 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第4化合物半導体層44 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層30・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層32 ・・・n−GaAs:Se(又はSi)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第4化合物半導体層44は、電流ブロック層位置調整層30に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層44と電流ブロック層位置調整層30との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層43と第1埋込層31Aとの間には、n−Al0.47Ga0.53As:Seから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する第1埋込層31Aの部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表13B]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第2化合物半導体層22A・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層23 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層21 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
第2埋込層31B ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第1埋込層31A ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層44 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層43 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層30・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層32 ・・・n−GaAs:Se(又はSi)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第1埋込層31Aは、第4化合物半導体層44に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第1埋込層31Aと第4化合物半導体層44との間に境界は存在しない。
実施例16にあっても、実施例1の[工程−120]と同様の工程において、発光部20の形成が完了した時点では、発光部20の軸線に垂直な仮想平面で発光部20の中央部を切断したときの断面形状は三角形である。このとき、同時に一方では、発光部20の軸線に垂直な仮想平面で発光部20の端部を切断したときの断面形状は台形である。従って、電流ブロック層40(第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43)を形成するとき、発光部20の中央部にあっては、発光部20の側面にのみ電流ブロック層40が形成される。このとき、同時に一方では、発光部20の端部にあっては、発光部20の側面に電流ブロック層40が形成されるだけでなく、発光部20の頂面にも、電流ブロック層40と同じ積層構造を有する堆積層40”が形成される。そして、電流ブロック層40の形成に引き続き、特に両端部においては、発光部20の側面と、発光部20の上に更に積層された堆積層40”の内の少なくとも1層の側面を覆うように第1埋込層31Aを形成する。次いで、第1埋込層31Aが発光部20の側面あるいは化合物半導体層30’の側面を少なくとも覆い終わった時点で、第2埋込層31Bの形成を開始し、全面を第2埋込層31Bで被覆する。このように、特に堆積層40”を構成する層として第1導電型を有する化合物半導体層が含まれる場合、この堆積層40”を構成する第1導電型を有する化合物半導体層の不純物の置換サイトと競合しない第2導電型を有する埋込層31(例えば、埋込層31B層)が、堆積層40”の側面の少なくとも一部で接していることが望ましい。これにより、埋込層31(例えば、埋込層31B層)における第2導電型の不純物が堆積層40”の側面の少なくとも一部から拡散し、電流ブロックの原因となる堆積層40”を構成する第1導電型化合物半導体層を、先ずは導電型補償し、ひいては、第2導電型化することが可能となる。このとき、第2埋込層31Bを第2導電型とするための不純物は、第2埋込層31Bにおける不純物の置換サイト(実施例16にあってはIII族原子が占めるサイト)が、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイト(実施例16にあってはV族原子が占めるサイト)と競合しない不純物から成る(表13Aあるいは表13B参照)。従って、例えば、最終的に頂点を覆うように厚く積層した第2埋込層31Bを第2導電型とするための不純物は、発光部20の両端部における頂面上に形成された第1導電型を有する堆積層第3化合物半導体層43”中に拡散し、係る堆積層第3化合物半導体層43”を第2導電型を有する堆積層第3化合物半導体層43’へと変化させる。そして、以上の結果として、発光部20の両端部における発光部20の上方に位置する化合物半導体層は、全て、第2導電型を有するようになる。それ故、発光部20の積層構造の頂面に電流ブロック層40と同じ積層構造を有する堆積層が存在しなくなり、活性層への電流注入経路が{111}B側面(接触面)に限定されないので、電気抵抗の増加による発熱や消費電流の増加といった問題、ひいては、半導体発光素子の発光効率が低下するといった問題の発生を確実に回避することができる。
実施例17は、実施例14及び実施例16の変形であり、第(II)−1−Dの構成、及び、第(II)−2−Dの構成に関する。
具体的には、発光部の中央部における概念図を図24の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図24の(B)に示すように、第(II)−1−Dの構成に沿って表せば、実施例17の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。
あるいは又、第(II)−2−Dの構成に沿って表せば、実施例17の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である。
より具体的には、実施例17の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表14Aあるいは表14Bに示す構成を有する。ここで、表14Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層の上に第3化合物半導体層が積層されており、表14Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層の上に第4化合物半導体層が積層されている。
[表14A]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
第2B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
第1A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第1埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・n−GaAs:Se(又はSi)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)第4化合物半導体層は、電流ブロック層位置調整層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層と電流ブロック層位置調整層との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層と第1埋込層との間には、n−Al0.47Ga0.53As:Seから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層との界面を構成する第1埋込層の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表14B]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
第2B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
第1A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第1埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・n−GaAs:Se(又はSi)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)第1埋込層は、第4化合物半導体層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第1埋込層と第4化合物半導体層との間に境界は存在しない。
実施例18は、第(II)−1−aの構成、第(II)−3−aの構成、及び、第(II)−4−aの構成の半導体発光素子に関する。
具体的には、実施例18の半導体発光素子は、発光部の中央部における概念図を図25の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図25の(B)に示すように、第(II)−1−aの構成に沿って表せば、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、電流ブロック層40(第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43)、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層21における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層22A,22Bにおける不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層43における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。尚、実施例18の半導体発光素子の模式的な一部断面図は、図55及び図56に示したと同様である。
また、第(II)−3−aの構成に沿って表せば、実施例18の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、電流ブロック層40(第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43)、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層22A,22Bを第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第4化合物半導体層44を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である。
あるいは又、第(II)−4−aの構成に沿って表せば、実施例18の半導体発光素子にあっては、第2化合物半導体層22A,22Bを第2導電型(p型)とするための不純物は、第4化合物半導体層44を第2導電型(p型)とするための不純物とは異なる。
より具体的には、実施例18の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表15Aあるいは表15Bに示す構成を有する。ここで、表15Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層44の上に第3化合物半導体層43が積層されており、表15Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層43の上に第4化合物半導体層44が積層されている。
[表15A]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第2化合物半導体層22A・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層23 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層21 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
第2埋込層31B ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第1埋込層31A ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第3化合物半導体層43 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層44 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層30・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層32 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第4化合物半導体層44は、電流ブロック層位置調整層30に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層44と電流ブロック層位置調整層30との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層43と第1埋込層31Aとの間には、p−Al0.47Ga0.53As:Cから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する第1埋込層31Aの部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表15B]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第2化合物半導体層22A・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層23 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層21 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
第2埋込層31B ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第1埋込層31A ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第4化合物半導体層44 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第3化合物半導体層43 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層30・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層32 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第1埋込層31Aは、第4化合物半導体層44に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第1埋込層31Aと第4化合物半導体層44との間に境界は存在しない。
実施例18にあっても、実施例1の[工程−120]と同様の工程において、発光部20の形成が完了した時点では、発光部20の軸線に垂直な仮想平面で発光部20の中央部を切断したときの断面形状は三角形である。このとき、同時に一方では、発光部20の軸線に垂直な仮想平面で発光部20の端部を切断したときの断面形状は台形である。従って、電流ブロック層40(第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43)を形成するとき、発光部20の中央部にあっては、発光部20の側面にのみ電流ブロック層40が形成される。このとき、同時に一方では、発光部20の端部にあっては、発光部20の側面に電流ブロック層40が形成されるだけでなく、発光部20の頂面にも、電流ブロック層40と同じ積層構造を有する堆積層40”が形成される。そして、電流ブロック層40の形成に引き続き、特に両端部においては、発光部20の側面と、発光部20の上に更に積層された堆積層40”の内の少なくとも1層の側面を覆うように覆うように第1埋込層31Aを形成する。次いで、第1埋込層31Aが発光部20の側面あるいは化合物半導体層30’の側面を少なくとも覆い終わった時点で、第2埋込層31Bの形成を開始し、全面を第2埋込層31Bで被覆する。このように、特に堆積層40”を構成する層として第1導電型を有する化合物半導体層が含まれる場合、この堆積層40”を構成する第1導電型を有する化合物半導体層の不純物の置換サイトと競合しない第2導電型を有する埋込層31(例えば、埋込層31B層)が、堆積層40”の側面の少なくとも一部で接していることが望ましい。これにより、埋込層31(例えば、埋込層31B層)における第2導電型の不純物が堆積層40”の側面の少なくとも一部から拡散し、電流ブロックの原因となる堆積層40”を構成する第1導電型化合物半導体層を、先ずは導電型補償し、ひいては、第2導電型化することが可能となる。このとき、第2埋込層31Bを第2導電型とするための不純物は、第2埋込層31Bにおける不純物の置換サイト(実施例18にあってはIII族原子が占めるサイト)が、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイト(実施例18にあってはV族原子が占めるサイト)と競合しない不純物から成る(表15Aあるいは表15B参照)。従って、例えば、最終的に頂点を覆うように厚く積層した第2埋込層31Bを第2導電型とするための不純物は、発光部20の両端部における頂面上に形成された第1導電型を有する堆積層第3化合物半導体層43”中に拡散し、係る堆積層第3化合物半導体層43”を第2導電型を有する堆積層第3化合物半導体層43’へと変化させる。そして、以上の結果として、発光部20の両端部における発光部20の上方に位置する化合物半導体層は、全て、第2導電型を有するようになる。それ故、発光部20の積層構造の頂面に電流ブロック層40と同じ積層構造を有する堆積層が存在しなくなり、活性層への電流注入経路が{111}B側面(接触面)に限定されないので、電気抵抗の増加による発熱や消費電流の増加といった問題、ひいては、半導体発光素子の発光効率が低下するといった問題の発生を確実に回避することができる。
実施例19は、実施例18の変形であり、第(II)−1−bの構成、及び、第(II)−3−bの構成に関する。
具体的には、発光部の中央部における概念図を図26の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図26の(B)に示すように、第(II)−1−bの構成に沿って表せば、実施例19の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。
あるいは又、第(II)−3−bの構成に沿って表せば、実施例19の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である。
より具体的には、実施例19の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表16Aあるいは表16Bに示す構成を有する。ここで、表16Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層の上に第3化合物半導体層が積層されており、表16Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層の上に第4化合物半導体層が積層されている。
[表16A]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
第2B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層 ・・・[活性層−A]
第1B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
第1A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第1埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:C(又はZn)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)第4化合物半導体層は、電流ブロック層位置調整層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層と電流ブロック層位置調整層との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層と第1埋込層との間には、p−Al0.47Ga0.53As:Cから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する第1埋込層31Aの部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表16B]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
第2B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層 ・・・[活性層−A]
第1B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
第1A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第1埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:C(又はZn)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)第1埋込層は、第4化合物半導体層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第1埋込層と第4化合物半導体層との間に境界は存在しない。
実施例20も、実施例18の変形であり、第(II)−1−cの構成、及び、第(II)−3−cの構成に関し、更には、第(II)−4−aの構成に関する。尚、実施例20あるいは後述する実施例21における導電型を、実施例18における導電型と逆とした。即ち、実施例20あるいは後述する実施例21における第1導電型はp型であり、第2導電型はn型である。
具体的には、発光部の中央部における概念図を図27の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図27の(B)に示すように、第(II)−1−cの構成に沿って表せば、実施例20の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、電流ブロック層40(第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44)、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層21における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2化合物半導体層22A,22Bにおける不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層43における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。尚、実施例20の半導体発光素子の模式的な一部断面図は、図55及び図56に示したと同様である。
あるいは又、第(II)−3−cの構成に沿って表せば、実施例20の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22A,22B、電流ブロック層40(第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44)、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層22A,22Bを第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第4化合物半導体層44を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である。
更には、第(II)−4−aの構成に沿って表せば、実施例20の半導体発光素子にあっては、第2化合物半導体層22A,22Bを第2導電型(p型)とするための不純物は、第4化合物半導体層44を第2導電型(p型)とするための不純物とは異なる。
より具体的には、実施例20の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表17Aあるいは表17Bに示す構成を有する。ここで、表17Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層44の上に第3化合物半導体層43が積層されており、表17Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層43の上に第4化合物半導体層44が積層されている。
[表17A]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第2化合物半導体層22A・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層23 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層21 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
第2埋込層31B ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第1埋込層31A ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第3化合物半導体層43 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層44 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層30・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
(全体)
コンタクト層32 ・・・n−GaAs:Si(又はSe)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第4化合物半導体層44は、電流ブロック層位置調整層30に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層44と電流ブロック層位置調整層30との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層43と第1埋込層31Aとの間には、n−Al0.47Ga0.53As:Siから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層43との界面を構成する第1埋込層31Aの部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表17B]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第2化合物半導体層22A・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層23 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層21 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
第2埋込層31B ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第1埋込層31A ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層44 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第3化合物半導体層43 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層30・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
(全体)
コンタクト層32 ・・・n−GaAs:Si(又はSe)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第1埋込層31Aは、第4化合物半導体層44に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第1埋込層31Aと第4化合物半導体層44との間に境界は存在しない。
実施例20にあっても、実施例1の[工程−120]と同様の工程において、発光部20の形成が完了した時点では、発光部20の軸線に垂直な仮想平面で発光部20の中央部を切断したときの断面形状は三角形である。このとき、同時に一方では、発光部20の軸線に垂直な仮想平面で発光部20の端部を切断したときの断面形状は台形である。従って、電流ブロック層40(第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43)を形成するとき、発光部20の中央部にあっては、発光部20の側面にのみ電流ブロック層40が形成される。このとき、同時に一方では、発光部20の端部にあっては、発光部20の側面に電流ブロック層40が形成されるだけでなく、発光部20の頂面にも、電流ブロック層40と同じ積層構造を有する堆積層40”が形成される。そして、電流ブロック層40の形成に引き続き、特に両端部においては、発光部20の側面と、発光部20の上に更に積層された堆積層40”の内の少なくとも1層の側面を覆うように第1埋込層31Aを形成する。次いで、第1埋込層31Aが発光部20の側面あるいは化合物半導体層30’の側面を少なくとも覆い終わった時点で、第2埋込層31Bの形成を開始し、全面を第2埋込層31Bで被覆する。このように、特に堆積層40”を構成する層として第1導電型を有する化合物半導体層が含まれる場合、この堆積層40”を構成する第1導電型を有する化合物半導体層の不純物の置換サイトと競合しない第2導電型を有する埋込層31(例えば、埋込層31B層)が、堆積層40”の側面の少なくとも一部で接していることが望ましい。これにより、埋込層31(例えば、埋込層31B層)における第2導電型の不純物が堆積層40”の側面の少なくとも一部から拡散し、電流ブロックの原因となる堆積層40”を構成する第1導電型化合物半導体層を、先ずは導電型補償し、ひいては、第2導電型化することが可能となる。このとき、第2埋込層31Bを第2導電型とするための不純物は、第2埋込層31Bにおける不純物の置換サイト(実施例20にあってはV族原子が占めるサイト)が、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイト(実施例20にあってはIII族原子が占めるサイト)と競合しない不純物から成る(表17Aあるいは表17B参照)。従って、例えば、最終的に頂点を覆うように厚く積層した第2埋込層31Bを第2導電型とするための不純物は、発光部20の両端部における頂面上に形成された第1導電型を有する堆積層第3化合物半導体層43”中に拡散し、係る堆積層第3化合物半導体層43”を第2導電型を有する堆積層第3化合物半導体層43’へと変化させる。そして、以上の結果として、発光部20の両端部における発光部20の上方に位置する化合物半導体層は、全て、第2導電型を有するようになる。それ故、発光部20の積層構造の頂面に電流ブロック層40と同じ積層構造を有する堆積層が存在しなくなり、活性層への電流注入経路が{111}B側面(接触面)に限定されないので、電気抵抗の増加による発熱や消費電流の増加といった問題、ひいては、半導体発光素子の発光効率が低下するといった問題の発生を確実に回避することができる。
実施例21は、実施例18及び実施例20の変形であり、第(II)−1−dの構成、及び、第(II)−3−dの構成に関する。
具体的には、発光部の中央部における概念図を図28の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図28の(B)に示すように、第(II)−1−dの構成に沿って表せば、実施例21の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、
第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第3化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第4化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第1埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、
第2埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。
あるいは又、第(II)−3−dの構成に沿って表せば、実施例21の半導体発光素子にあっては、
第1化合物半導体層、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層、第4化合物半導体層、第1埋込層及び第2埋込層は、III−V族化合物半導体から成り、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第1A化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、
第2A化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、
第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、
第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である。
より具体的には、実施例21の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表18Aあるいは表18Bに示す構成を有する。ここで、表18Aに示した例にあっては、第4化合物半導体層の上に第3化合物半導体層が積層されており、表18Bに示した例にあっては、第3化合物半導体層の上に第4化合物半導体層が積層されている。
[表18A]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
第2B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
第1A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第1埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
(全体)
コンタクト層 ・・・n−GaAs:Si(又はSe)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)第4化合物半導体層は、電流ブロック層位置調整層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第4化合物半導体層と電流ブロック層位置調整層との間に境界は存在しない。
(注3)第3化合物半導体層と第1埋込層との間には、n−Al0.47Ga0.53As:Siから成る第5化合物半導体層(第3化合物半導体層との界面を構成する第1埋込層の部分が該当する)が形成されていると見做すこともできる。
[表18B]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
第2B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
第1A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第1埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
(全体)
コンタクト層 ・・・n−GaAs:Si(又はSe)

(注1)第2A化合物半導体層に引き続き、電流ブロック層位置調整層が形成される。
(注2)第1埋込層は、第4化合物半導体層に引き続き、連続的に形成され、実質的には、第1埋込層と第4化合物半導体層との間に境界は存在しない。
実施例22は、第(II)−5の構成(より具体的には、第(II)−5−A−1の構成)に係る半導体発光素子に関する。実施例22の半導体発光素子は、発光部の中央部における概念図を図29の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図29の(B)に示し、図49、図50に模式的な一部断面図を示し、拡大された模式的な一部断面図を図51の(A)〜(C)に示したと同様に、
(A)第1導電型(実施例22にあっては、n型)を有する第1化合物半導体層21、活性層23、及び、第2導電型(実施例22にあっては、p型)を有する第2化合物半導体層22が順次積層されて成る発光部20、並びに、
(B)発光部20の側面に接して設けられた電流ブロック層40、
を備えている。
そして、電流ブロック層40は、実施例13にて説明したと同様の構成、構造を有するし、電流ブロック層40と発光部20の側面との位置関係も実施例13にて説明したと同様である。
ここで、実施例22の半導体発光素子にあっても、第1化合物半導体層21、第2化合物半導体層22、第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43は、III−V族化合物半導体から成る。あるいは又、後述するように、第1A化合物半導体層21A、第1B化合物半導体層21B、第2化合物半導体層22、第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43は、III−V族化合物半導体から成り、あるいは又、第1化合物半導体層21、第2A化合物半導体層22A、第2B化合物半導体層22B、第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43、並びに、第1埋込層A及び第2埋込層31Bは、III−V族化合物半導体から成る。
実施例22にあっては、第1化合物半導体層21における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層22における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層44における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。また、第1埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第2埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。そして、第1化合物半導体層21及び第3化合物半導体層43を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、ケイ素,Si)であり、第2化合物半導体層22及び第4化合物半導体層44を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、亜鉛,Zn)であり、第1埋込層31Aを第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、亜鉛,Zn)であり、第2埋込層31Bを第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である。
より具体的には、実施例22の半導体発光素子にあっては、各層は、以下の表19Aに示す構成を有する。
[表19A]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層22B・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第2化合物半導体層22A・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層23 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層21 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
第2埋込層31B ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第1埋込層31A ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層43 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層44 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層30・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層32 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)

(注1)第2化合物半導体層22Bに引き続き、電流ブロック層位置調整層30が形成される。
(注2)第4化合物半導体層44は、電流ブロック層位置調整層30に引き続き、連続的に形成され、実質的には、電流ブロック層位置調整層30と第4化合物半導体層44との間に境界は存在しない。
実施例22にあっても、実施例1の[工程−120]と同様の工程において、発光部20の形成が完了した時点では、発光部20の軸線に垂直な仮想平面で発光部20の中央部を切断したときの断面形状は三角形である。このとき、同時に一方では、発光部20の軸線に垂直な仮想平面で発光部20の端部を切断したときの断面形状は台形である。従って、電流ブロック層40(第4化合物半導体層44及び第3化合物半導体層43)を形成するとき、発光部20の中央部にあっては、発光部20の側面にのみ電流ブロック層40が形成される。このとき、同時に一方では、発光部20の端部にあっては、発光部20の側面に電流ブロック層40が形成されるだけでなく、発光部20の頂面にも、電流ブロック層40と同じ積層構造を有する堆積層40”が形成される。そして、電流ブロック層40の形成に引き続き、特に両端部においては、発光部20の側面と、発光部20の上に更に積層された堆積層40”の内の少なくとも1層の側面を覆うように第1埋込層31Aを形成する。次いで、第1埋込層31Aが発光部20の側面あるいは化合物半導体層30’の側面を少なくとも覆い終わった時点で、第2埋込層31Bの形成を開始し、全面を第2埋込層31Bで被覆する。このように、特に堆積層40”を構成する層として第1導電型を有する化合物半導体層が含まれる場合、この堆積層40”を構成する第1導電型を有する化合物半導体層の不純物の置換サイトと競合しない第2導電型を有する埋込層31(例えば、埋込層31B層)が、堆積層40”の側面の少なくとも一部で接していることが望ましい。これにより、埋込層31(例えば、埋込層31B層)における第2導電型の不純物が堆積層40”の側面の少なくとも一部から拡散し、電流ブロックの原因となる堆積層40”を構成する第1導電型化合物半導体層を、先ずは導電型補償し、ひいては、第2導電型化することが可能となる。このとき、第2埋込層31Bを第2導電型とするための不純物は、第2埋込層31Bにおける不純物の置換サイト(実施例22にあってはV族原子が占めるサイト)が、第3化合物半導体層43を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイト(実施例22にあってはIII族原子が占めるサイト)と競合しない不純物から成る(表19Aあるいは表19B参照)。従って、例えば、最終的に頂点を覆うように厚く積層した第2埋込層31Bを第2導電型とするための不純物は、発光部20の両端部における頂面上に形成された第1導電型を有する堆積層第3化合物半導体層43”中に拡散し、係る堆積層第3化合物半導体層43”を第2導電型を有する堆積層第3化合物半導体層43’へと変化させる。そして、以上の結果として、発光部20の両端部における発光部20の上方に位置する化合物半導体層は、全て、第2導電型を有するようになる。それ故、発光部20の積層構造の頂面に電流ブロック層40と同じ積層構造を有する堆積層が存在しなくなり、活性層への電流注入経路が{111}B側面(接触面)に限定されないので、電気抵抗の増加による発熱や消費電流の増加といった問題、ひいては半導体発光素子の発光効率が低下するといった問題の発生を確実に回避することができる。
尚、以上の点を除き、実施例22の半導体発光素子は、基本的に、実施例14の半導体発光素子と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
以下、実施例22の半導体発光素子の変形例を説明する。
発光部の中央部における概念図を図30の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図30の(B)に示す実施例22の半導体発光素子の変形例は、第(II)−5−A−2の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、Si)であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である。
より具体的には、実施例22の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表19Bに示す構成を有する。尚、表19Aの(注1)及び(注2)と同じ注が付される(後述する表19C〜表19Jにおいても同様)。
[表19B]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第2化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
活性層 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第1埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
発光部の中央部における概念図を図31の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図31の(B)に示すように、あるいは又、発光部の中央部における概念図を図32の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図32の(B)に示すように、実施例22の半導体発光素子のこれらの変形例は、第(II)−5−aの構成の半導体発光素子であり、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。
そして、図31の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例は、第(II)−5−a−1の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である。
より具体的には、実施例22の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表19Cに示す構成を有する。
[表19C]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第2化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
活性層 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第1埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層32 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
あるいは又、図32の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例は、第(II)−5−a−2の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である。
より具体的には、実施例22の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表19Dに示す構成を有する。
[表19D]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第2化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第1埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
発光部の中央部における概念図を図33の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図33の(B)に示すように、あるいは又、発光部の中央部における概念図を図35の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図35の(B)に示すように、実施例22の半導体発光素子のこれらの変形例は、第(II)−5−Bの構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層は、第1A化合物半導体層、及び、第1A化合物半導体層上に設けられ、活性層と接した第1B化合物半導体層から成り、
第1B化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第1A化合物半導体層を第1導電型とするための第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成り、且つ、第2化合物半導体層を第2導電型とするための第2化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成る。尚、第1A化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第4化合物半導体層を第2導電型とするための第4化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。具体的には、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第1埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第2埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。
そして、図33の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例は、第(II)−5−B−1の構成の半導体発光素子であり、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、Si)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である。
より具体的には、実施例22の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表19Eに示す構成を有する。
[表19E]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第2化合物半導体層 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層 ・・・[活性層−A]
第1B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
第1A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第1埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
あるいは又、図35の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例は、第(II)−5−B−2の構成の半導体発光素子であり、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、Si)であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である。
より具体的には、実施例22の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表19Fに示す構成を有する。
[表19F]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第2化合物半導体層 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
活性層 ・・・[活性層−B]
第1B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
第1A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第1埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
これらの図33の(A)及び(B)、並びに、図35の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例の更なる変形例の概念図を、図34の(A)及び(B)、並びに、図36の(A)及び(B)に示す。これらの更なる変形例にあっては、
第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層及び第1A化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第6化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第1A化合物半導体層を第1導電型とするための第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物(具体的には、図34の(A)及び(B)にあっては第IV族不純物,Siであり、図36の(A)及び(B)にあっては第II族不純物,Znである)から成り、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している。尚、迂回経路は、第1化合物半導体層(第1A化合物半導体層及び第1B化合物半導体層)、第6化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層から構成されており、pn接合界面は、第6化合物半導体層/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第2化合物半導体層の側面の3つである。
発光部の中央部における概念図を図37の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図37の(B)に示すように、あるいは又、発光部の中央部における概念図を図39の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図39の(B)に示すように、実施例22の半導体発光素子のこれらの変形例は、第(II)−5−bの構成の半導体発光素子であり、第1A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第1B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。
そして、図37の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例は、第(II)−5−b−1の構成の半導体発光素子であり、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、Si)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である。
より具体的には、実施例22の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表19Gに示す構成を有する。
[表19G]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第2化合物半導体層 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
活性層 ・・・[活性層−A]
第1B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
第1A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第1埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
あるいは又、図39の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例は、第(II)−5−b−2の構成の半導体発光素子であり、
第1A化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1B化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)であり、
第2化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である。
より具体的には、実施例22の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表19Hに示す構成を有する。
[表19H]
(発光部の構成)
第2化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第2化合物半導体層 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
第1A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第1埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
これらの図37の(A)及び(B)、並びに、図39の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例の更なる変形例の概念図を、図38の(A)及び(B)、並びに、図40の(A)及び(B)に示す。これらの更なる変形例にあっても、
第4化合物半導体層の下に、第1導電型を有する第6化合物半導体層が設けられており、
第6化合物半導体層を第1導電型とするための不純物は、第6化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第1A化合物半導体層を第1導電型とするための第1A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物(具体的には、図38の(A)及び(B)にあっては第VI族不純物,Seであり、図40の(A)及び(B)にあっては炭素(C)である)から成り、
第6化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面(少なくとも第1A化合物半導体層の側面の一部、及び、第1B化合物半導体層の側面の全て)と接しており、第3化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面と接している。尚、迂回経路は、第1化合物半導体層(第1A化合物半導体層及び第1B化合物半導体層)、第6化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層から構成されており、pn接合界面は、第6化合物半導体層/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第2化合物半導体層の側面の3つである。
発光部の中央部における概念図を図41の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図41の(B)に示すように、あるいは又、発光部の中央部における概念図を図43の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図43の(B)に示すように、実施例22の半導体発光素子のこれらの変形例は、第(II)−5−Cの構成の半導体発光素子であり、
第2化合物半導体層は、活性層と接した第2B化合物半導体層、及び、第2B化合物半導体層上に設けられた第2A化合物半導体層から成り、
第2B化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2A化合物半導体層を第2導電型とするための第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成り、且つ、第1化合物半導体層を第1導電型とするための第1化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合しない不純物から成る。尚、第2A化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第3化合物半導体層を第1導電型とするための第3化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る。具体的には、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第1埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第2埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトである。
そして、図41の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例は、第(II)−5−C−1の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、Si)であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)である。
より具体的には、実施例22の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表19Iに示す構成を有する。
[表19I]
(発光部の構成)
第2B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
第2A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
活性層 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第1埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
あるいは又、図43の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例は、第(II)−5−C−2の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には、Si)であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物である。
より具体的には、実施例22の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表19Jに示す構成を有する。
[表19J]
(発光部の構成)
第2B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
第2A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
活性層 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第1埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
これらの図41の(A)及び(B)、並びに、図43の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例の更なる変形例の概念図を、図42の(A)及び(B)、並びに、図44の(A)及び(B)に示す。これらの更なる変形例にあっては、
第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第5化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2A化合物半導体層を第2導電型とするための第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物(具体的には、図43の(A)及び(B)にあっては第II族不純物,Znであり、図44の(A)及び(B)にあっては第IV族不純物,Siである)から成り、
第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接しており、第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接している。尚、迂回経路は、第1化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、第5化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層(第2A化合物半導体層及び第2B化合物半導体層)から構成されており、pn接合界面は、第1化合物半導体層の側面/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第5化合物半導体層の3つである。
発光部の中央部における概念図を図45の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図45の(B)に示すように、あるいは又、発光部の中央部における概念図を図47の(A)に示し、発光部の端部における概念図を図47の(B)に示すように、実施例22の半導体発光素子のこれらの変形例は、第(II)−5−cの構成の半導体発光素子であり、第1化合物半導体層における不純物の置換サイト、第2A化合物半導体層における不純物の置換サイト、第4化合物半導体層における不純物の置換サイト、及び、第3化合物半導体層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第2B化合物半導体層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトであり、第1埋込層における不純物の置換サイトは、V族原子が占めるサイトであり、第2埋込層における不純物の置換サイトは、III族原子が占めるサイトである。
そして、図45の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例は、第(II)−5−c−1の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物(具体的には、Zn)であり、
第1埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、第2埋込層を第2導電型であるp型とするための不純物は、第II族不純物である。
より具体的には、実施例22の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表19Kに示す構成を有する。
[表19K]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
第2B化合物半導体層・・・p−Al0.4Ga0.6As:Zn
活性層 ・・・[活性層−A]
第1化合物半導体層 ・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
第1埋込層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第3化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第4化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
電流ブロック層位置調整層・・・p−Al0.47Ga0.53As:Zn
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
あるいは又、図47の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例は、第(II)−5−c−2の構成の半導体発光素子であり、
第1化合物半導体層及び第3化合物半導体層を第1導電型であるp型とするための不純物は、炭素(C)であり、
第2A化合物半導体層及び第4化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物(具体的には、Se)であり、
第2B化合物半導体層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物(具体的には,Si)であり、
第1埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第VI族不純物であり、第2埋込層を第2導電型であるn型とするための不純物は、第IV族不純物である。
より具体的には、実施例22の半導体発光素子のこの変形例にあっては、各層は、以下の表19Lに示す構成を有する。
[表19L]
(発光部の構成)
第2A化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Se
第2B化合物半導体層・・・n−Al0.4Ga0.6As:Si
活性層 ・・・[活性層−B]
第1化合物半導体層 ・・・p−Al0.4Ga0.6As:C
(電流ブロック層)
第2埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Si
第1埋込層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
第3化合物半導体層 ・・・p−Al0.47Ga0.53As:C
第4化合物半導体層 ・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
電流ブロック層位置調整層・・・n−Al0.47Ga0.53As:Se
(全体)
コンタクト層 ・・・p−GaAs:Zn(又はC)
これらの図45の(A)及び(B)、並びに、図47の(A)及び(B)に概念図を示す実施例22の半導体発光素子の変形例の更なる変形例の概念図を、図46の(A)及び(B)、並びに、図48の(A)及び(B)に示す。これらの更なる変形例にあっても、
第3化合物半導体層の上に、第2導電型を有する第5化合物半導体層が設けられており、
第5化合物半導体層を第2導電型とするための不純物は、第5化合物半導体層における不純物の置換サイトが、第2A化合物半導体層を第2導電型とするための第2A化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物(具体的には、図46の(A)及び(B)にあっては炭素(C)であり、図48の(A)及び(B)にあっては第VI族不純物,Seである)から成り、
第4化合物半導体層は第1化合物半導体層の側面と接しており、第5化合物半導体層は第2化合物半導体層の側面(少なくとも第2A化合物半導体層の側面の一部、及び、第2B化合物半導体層の側面の全て)と接している。尚、迂回経路は、第1化合物半導体層、第4化合物半導体層、第3化合物半導体層、第5化合物半導体層、及び、第2化合物半導体層(第2A化合物半導体層及び第2B化合物半導体層)から構成されており、pn接合界面は、第1化合物半導体層の側面/第4化合物半導体層、第4化合物半導体層/第3化合物半導体層、及び、第3化合物半導体層/第5化合物半導体層の3つである。
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例5における第1化合物半導体層の構造(図7の(A)参照)と実施例6における第2化合物半導体層の構造(図8の(A)参照)とを組み合わせてもよいし、実施例5における第2化合物半導体層の構造(図7の(A)参照)と実施例6における第1化合物半導体層の構造(図8の(A)参照)とを組み合わせてもよいし、実施例7における第1化合物半導体層の構造(図9の(A)参照)と実施例8における第2化合物半導体層の構造(図10の(A)参照)とを組み合わせてもよいし、実施例7における第2化合物半導体層の構造(図9の(A)参照)と実施例8における第1化合物半導体層の構造(図10の(A)参照)とを組み合わせてもよい。また、実施例9における第1化合物半導体層の構造(図7の(B)参照)と実施例10における第2化合物半導体層の構造(図8の(B)参照)とを組み合わせてもよいし、実施例9における第2化合物半導体層の構造(図7の(B)参照)と実施例10における第1化合物半導体層の構造(図8の(B)参照)とを組み合わせてもよいし、実施例11における第1化合物半導体層の構造(図9の(B)参照)と実施例12における第2化合物半導体層の構造(図10の(B)参照)とを組み合わせてもよいし、実施例11における第2化合物半導体層の構造(図9の(B)参照)と実施例12における第1化合物半導体層の構造(図10の(B)参照)とを組み合わせてもよい。
また、実施例14における第1化合物半導体層の構造(図21の(A)及び(B)参照)と実施例15における第2化合物半導体層の構造(図22の(A)及び(B)参照)とを組み合わせてもよいし、実施例14における第2化合物半導体層の構造(図21の(A)及び(B)参照)と実施例15における第1化合物半導体層の構造(図22の(A)及び(B)参照)とを組み合わせてもよいし、実施例16における第1化合物半導体層の構造(図23の(A)及び(B)参照)と実施例17における第2化合物半導体層の構造(図24の(A)及び(B)参照)とを組み合わせてもよいし、実施例16における第2化合物半導体層の構造(図23の(A)及び(B)参照)と実施例17における第1化合物半導体層の構造(図24の(A)及び(B)参照)とを組み合わせてもよい。また、実施例18における第1化合物半導体層の構造(図25の(A)及び(B)参照)と実施例19における第2化合物半導体層の構造(図26の(A)及び(B)参照)とを組み合わせてもよいし、実施例18における第2化合物半導体層の構造(図25の(A)及び(B)参照)と実施例19における第1化合物半導体層の構造(図26の(A)及び(B)参照)とを組み合わせてもよいし、実施例20における第1化合物半導体層の構造(図27の(A)及び(B)参照)と実施例21における第2化合物半導体層の構造(図28の(A)及び(B)参照)とを組み合わせてもよいし、実施例20における第2化合物半導体層の構造(図27の(A)及び(B)参照)と実施例21における第1化合物半導体層の構造(図28の(A)及び(B)参照)とを組み合わせてもよい。
更には、実施例5〜実施例12、実施例14〜実施例21において説明した半導体発光素子にあっては、
電流ブロック層40は、第2導電型を有する第5化合物半導体層から更に構成されており、
第4化合物半導体層44及び第5化合物半導体層によって第3化合物半導体層43が挟まれた構造を有し、
第3化合物半導体層43を第1導電型とするための不純物は、第3化合物半導体層43における不純物の置換サイトが、第5化合物半導体層を第2導電型とするための第5化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る構成とすることができる。
実施例5、実施例6、実施例9、実施例10にあっては、第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44の積層状態にも依るが、電流ブロック層位置調整層30を第5化合物半導体層と見做すこともできるし、埋込層31を第5化合物半導体層と見做すこともできる。実施例7、実施例8、実施例11、実施例12においても同様である。
また、実施例14、実施例15、実施例18、実施例19にあっては、第3化合物半導体層43及び第4化合物半導体層44の積層状態にも依るが、電流ブロック層位置調整層30を第5化合物半導体層と見做すこともできるし、第1埋込層31Aを第5化合物半導体層と見做すこともできる。実施例16、実施例17、実施例20、実施例21においても同様である。
あるいは又、実施例5〜実施例12、実施例14〜実施例21において説明した半導体発光素子にあっては、
電流ブロック層40は、第1導電型を有する第6化合物半導体層から更に構成されており、
第3化合物半導体層43及び第6化合物半導体層によって第4化合物半導体層44が挟まれた構造を有し、
第4化合物半導体層44を第2導電型とするための不純物は、第4化合物半導体層44における不純物の置換サイトが、第6化合物半導体層を第1導電型とするための第6化合物半導体層における不純物の置換サイトと競合する不純物から成る構成とすることができる。
実施例5、実施例6、実施例9、実施例10にあっては、電流ブロック層40を、第3化合物半導体層43(n型)/第4化合物半導体層44(p型)/第6化合物半導体層(n型)の順で積層された3層構成とすることができるし、あるいは又、第6化合物半導体層(n型)/第4化合物半導体層44(p型)/第3化合物半導体層43(n型)の順で積層された3層構成とすることができる。また、実施例7、実施例8、実施例11、実施例12にあっても、電流ブロック層40を、第3化合物半導体層43(p型)/第4化合物半導体層44(n型)/第6化合物半導体層(p型)の順で積層された3層構成とすることができるし、あるいは又、第6化合物半導体層(p型)/第4化合物半導体層44(n型)/第3化合物半導体層43(p型)の順で積層された3層構成とすることができる。
実施例5、実施例7、実施例9、実施例11においては、第2化合物半導体層を活性層側から、第2化合物半導体層22Aと第2化合物半導体層22Bの2層構成とし、実施例6、実施例8、実施例10、実施例12においては、第2化合物半導体層を活性層側から、第2A化合物半導体層と第2B化合物半導体層の2層構成としている。前者の場合には、バンドギャップ(又は屈折率)の変化で2層構成の第2化合物半導体層を定義している。一方、後者の場合には、不純物の置換サイトの変化で2層構成の第2化合物半導体層を定義している。従って、各実施例において説明した第2化合物半導体層の積層構造において、特に、第2A化合物半導体層と第2B化合物半導体層の2層構成の場合、第2A化合物半導体層を第2化合物半導体層22Aと見做し、第2B化合物半導体層を第2化合物半導体層22Bと見做すことができるし、あるいは又、例えば、第2A化合物半導体層が第2化合物半導体層22A,22Bの積層構造から構成されている場合もある得るし、第2B化合物半導体層が第2化合物半導体層22A,22Bの積層構造から構成されている場合もある得る。
実施例14、実施例15、実施例18、実施例19にあっては、電流ブロック層40を、第3化合物半導体層43(n型)/第4化合物半導体層44(p型)/第6化合物半導体層(n型)の順で積層された3層構成とすることができるし、あるいは又、第6化合物半導体層(n型)/第4化合物半導体層44(p型)/第3化合物半導体層43(n型)の順で積層された3層構成とすることができる。また、実施例16、実施例17、実施例20、実施例21にあっても、電流ブロック層40を、第3化合物半導体層43(p型)/第4化合物半導体層44(n型)/第6化合物半導体層(p型)の順で積層された3層構成とすることができるし、あるいは又、第6化合物半導体層(p型)/第4化合物半導体層44(n型)/第3化合物半導体層43(p型)の順で積層された3層構成とすることができる。
実施例14、実施例16、実施例18、実施例20においては、第2化合物半導体層を活性層側から、第2化合物半導体層22Aと第2化合物半導体層22Bの2層構成とし、実施例15、実施例17、実施例19、実施例21においては、第2化合物半導体層を活性層側から、第2A化合物半導体層と第2B化合物半導体層の2層構成としている。前者の場合には、バンドギャップ(又は屈折率)の変化で2層構成の第2化合物半導体層を定義している。一方、後者の場合には、不純物の置換サイトの変化で2層構成の第2化合物半導体層を定義している。従って、各実施例において説明した第2化合物半導体層の積層構造において、特に、第2A化合物半導体層と第2B化合物半導体層の2層構成の場合、第2A化合物半導体層を第2化合物半導体層22Aと見做し、第2B化合物半導体層を第2化合物半導体層22Bと見做すことができるし、あるいは又、例えば、第2A化合物半導体層が第2化合物半導体層22A,22Bの積層構造から構成されている場合もある得るし、第2B化合物半導体層が第2化合物半導体層22A,22Bの積層構造から構成されている場合もある得る。
図1の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例1の半導体発光素子の模式的な一部断面図、及び、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層の一部を拡大した模式的な一部断面図である。 図2は、基板及び下地層の模式的な一部断面図である。 図3の(A)及び(B)は、実施例1の半導体発光素子及びその製造方法、並びに、下地層の形成方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。 図4は、図3の(B)に引き続き、実施例1の半導体発光素子及びその製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。 図5は、図4に引き続き、実施例1の半導体発光素子及びその製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。 図6の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例3の半導体発光素子の模式的な一部断面図、及び、第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層の一部を拡大した模式的な一部断面図である。 図7の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例5及び実施例9の半導体発光素子の概念図である。 図8の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例6及び実施例10の半導体発光素子の概念図である。 図9の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例7及び実施例11の半導体発光素子の概念図である。 図10の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例8及び実施例12の半導体発光素子の概念図である。 図11の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例13の半導体発光素子の概念図である。 図12の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例13の半導体発光素子の変形例の概念図である。 図13の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例13の半導体発光素子の別の変形例の概念図である。 図14の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例13の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図15の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例13の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図16の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例13の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図17の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例13の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図18の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例13の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図19の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例13の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図20の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例13の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図21の(A)及び(B)は、実施例14の半導体発光素子の概念図である。 図22の(A)及び(B)は、実施例15の半導体発光素子の概念図である。 図23の(A)及び(B)は、実施例16の半導体発光素子の概念図である。 図24の(A)及び(B)は、実施例17の半導体発光素子の概念図である。 図25の(A)及び(B)は、実施例18の半導体発光素子の概念図である。 図26の(A)及び(B)は、実施例19の半導体発光素子の概念図である。 図27の(A)及び(B)は、実施例20の半導体発光素子の概念図である。 図28の(A)及び(B)は、実施例21の半導体発光素子の概念図である。 図29の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の変形例の概念図である。 図30の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の別の変形例の概念図である。 図31の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図32の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図33の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図34の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図35の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図36の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図37の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図38の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図39の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図40の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図41の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図42の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図43の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図44の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図45の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図46の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図47の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図48の(A)及び(B)は、実施例22の半導体発光素子の更に別の変形例の概念図である。 図49は、実施例14の半導体発光素子の両端部における半導体発光素子の模式的な一部断面図(但し、半導体発光素子の中央部)である。 図50は、実施例14の半導体発光素子の両端部における半導体発光素子の模式的な一部断面図(但し、半導体発光素子の両端部)である。 図51の(A)〜(C)は、実施例こ1の半導体発光素子の拡大された模式的な一部断面図である。 図52は、実施例14の半導体発光素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図(但し、半導体発光素子の両端部)である。 図53は、実施例14の半導体発光素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図(但し、半導体発光素子の両端部)である。 図54は、実施例14の半導体発光素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図(但し、半導体発光素子の両端部)である。 図55は、実施例16の半導体発光素子の中央部における半導体発光素子の模式的な一部断面図である。 図56は、実施例16の半導体発光素子の両端部における半導体発光素子の模式的な一部断面図である。 図57の(A)〜(C)は、実施例16の半導体発光素子の拡大された模式的な一部断面図である。 図58の(A)及び(B)は、従来の半導体発光素子における問題点を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。 図59の(A)及び(B)は、従来の半導体発光素子における別の問題点を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。 図60の(A)は、従来の半導体発光素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図であり、図60の(B)は、フレア・ストライプ構造を有する半導体発光素子を製造するための凸部あるいは下地層の模式的な平面図である。 図61は、図60の(A)に引き続き、フレア・ストライプ構造を有する半導体発光素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図(但し、半導体発光素子の中央部に相当する)である。 図61は、図60の(A)に引き続き、フレア・ストライプ構造を有する半導体発光素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図(但し、半導体発光素子の両端部に相当する)である。 図63は、図61に引き続き、フレア・ストライプ構造を有する半導体発光素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図(但し、半導体発光素子の中央部に相当する)である。 図64は、図62に引き続き、フレア・ストライプ構造を有する半導体発光素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図(但し、半導体発光素子の両端部に相当する)である。
符号の説明
10・・・基板、11,111・・・下地層、12・・・バッファ層、20・・・発光部、21・・・第1化合物半導体層、22A,22B・・・第2化合物半導体層、23・・・活性層、30・・・電流ブロック層位置調整層、31・・・埋込層、31A・・・第1埋込層、31B・・・第2埋込層、32・・・コンタクト層(キャップ層)、40・・・電流ブロック層、40’・・・堆積層痕、40”・・・堆積層、43・・・第3化合物半導体層、44・・・第4化合物半導体層、51・・・第1電極、52・・・第2電極

Claims (20)

  1. (A){100}面を主面として有する基板の該主面上に形成された下地層、
    (B)下地層の頂面上に、第1導電型を有する第1化合物半導体層、活性層、及び、第2導電型を有する第2化合物半導体層が順次積層されて成る発光部、並びに、
    (C)下地層が形成されていない基板の主面の部分の上方に形成され、発光部を構成する活性層の露出した側面を少なくとも覆う電流ブロック層、
    を具備した半導体発光素子であって、
    下地層は、III−V族化合物半導体から成り、基板の主面上にエピタキシャル成長法にて形成されており、基板の<110>方向と平行に延び、基板の該<110>方向に垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が台形であり、該台形の2つの斜辺に相当する斜面が{111}B面であり、台形の上辺に相当する頂面が{100}面であることを特徴とする半導体発光素子。
  2. 下地層を構成する材料のエネルギーバンドギャップは、基板を構成する材料のエネルギーバンドギャップよりも高いことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
  3. 下地層を構成する材料のエネルギーバンドギャップは、第1化合物半導体層を構成する材料のエネルギーバンドギャップよりも高いことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
  4. 下地層を構成するIII−V族化合物半導体は、その構成要素として、少なくとも、ヒ素、アンチモン、ビスマスの内の1つ、及び、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
  5. 下地層を構成するIII−V族化合物半導体は、その構成要素として、少なくともリンを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
  6. (a){100}面を主面として有する基板の該主面上に<110>方向に延びる複数のマスク層を形成し、マスク層とマスク層との間に基板の主面の一部分を露出させた後、
    (b)露出した基板の主面の一部分の上に、基板の該<110>方向に垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が台形であって、該台形の2つの斜辺に相当する斜面が{111}B面であり、台形の上辺に相当する頂面が{100}面であり、III−V族化合物半導体から成る下地層をエピタキシャル成長させ、次いで、マスク層を除去した後、
    (c)下地層の頂面上に、第1導電型を有する第1化合物半導体層、活性層、及び、第2導電型を有する第2化合物半導体層が順次積層されて成る発光部を形成し、併せて、下地層が形成されていない露出した基板の主面上に、第1導電型を有する第1化合物半導体層、活性層、及び、第2導電型を有する第2化合物半導体層が順次積層された積層構造体を形成し、その後、
    (d)該積層構造体上に、発光部を構成する活性層の露出した側面を少なくとも覆う電流ブロック層を形成する、
    工程を具備することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
  7. 基板を構成する材料のエネルギーバンドギャップよりも高いエネルギーバンドギャップを有する材料から構成された下地層を用いることを特徴とする請求項6に記載の半導体発光素子の製造方法。
  8. 第1化合物半導体層を構成する材料のエネルギーバンドギャップよりも高いエネルギーバンドギャップを有する材料から構成された下地層を用いることを特徴とする請求項6に記載の半導体発光素子の製造方法。
  9. 下地層を構成するIII−V族化合物半導体は、その構成要素として、少なくとも、ヒ素、アンチモン、ビスマスの内の1つ、及び、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体発光素子の製造方法。
  10. 下地層を構成するIII−V族化合物半導体は、その構成要素として、少なくともリンを含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体発光素子の製造方法。
  11. (a)基板の主面上に複数のマスク層を形成し、マスク層とマスク層との間に基板の主面の一部分を露出させた後、
    (b)露出した基板の主面の一部分の上に、III−V族化合物半導体から成る下地層をエピタキシャル成長させ、次いで、マスク層を除去する、
    工程を具備する下地層の形成方法であって、
    n型導電型を有する下地層のエピタキシャル成長において使用される原料には、下地層をn型導電型とするために、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されていることを特徴とする下地層の形成方法。
  12. 置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物は、ケイ素及び錫から成る群から選択された少なくとも1種類の不純物であり、
    置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物は、セレン、テルル及びイオウから成る群から選択された少なくとも1種類の不純物であることを特徴とする請求項11に記載の下地層の形成方法。
  13. 基板はn型導電型を有することを特徴とする請求項11に記載の下地層の形成方法。
  14. 基板はp型導電型を有し、
    前記工程(a)に引き続き、露出した基板の主面の一部分の上に、p型導電型を有する基層をエピタキシャル成長させ、次いで、前記工程(b)において、露出した基板の主面の一部分の上にIII−V族化合物半導体から成る下地層をエピタキシャル成長させる代わりに、基層の上にIII−V族化合物半導体から成る下地層をエピタキシャル成長させ、
    基層と下地層とによってトンネル接合を形成し、
    p型導電型を有する基層のエピタキシャル成長において使用される原料には、基層をp型導電型とするために、少なくとも基層と下地層との界面及び界面近傍においては、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されていることを特徴とする請求項11に記載の下地層の形成方法。
  15. 基層において、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物は、亜鉛、マグネシウム、ベリリウム及びマンガンから成る群から選択された少なくとも1種類の不純物であり、
    基層において、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物は炭素であることを特徴とする請求項14に記載の下地層の形成方法。
  16. (a)基板の主面上に複数のマスク層を形成し、マスク層とマスク層との間に基板の主面の一部分を露出させた後、
    (b)露出した基板の主面の一部分の上に、III−V族化合物半導体から成る下地層をエピタキシャル成長させ、次いで、マスク層を除去する、
    工程を具備する下地層の形成方法であって、
    p型導電型を有する下地層のエピタキシャル成長において使用される原料には、下地層をp型導電型とするために、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されていることを特徴とする下地層の形成方法。
  17. 置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物は、亜鉛、マグネシウム、ベリリウム及びマンガンから成る群から選択された少なくとも1種類の不純物であり、
    置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物は炭素であることを特徴とする請求項16に記載の下地層の形成方法。
  18. 基板はp型導電型を有することを特徴とする請求項16に記載の下地層の形成方法。
  19. 基板はn型導電型を有し、
    前記工程(a)に引き続き、露出した基板の主面の一部分の上に、n型導電型を有する基層をエピタキシャル成長させ、次いで、前記工程(b)において、露出した基板の主面の一部分の上にIII−V族化合物半導体から成る下地層をエピタキシャル成長させる代わりに、基層の上にIII−V族化合物半導体から成る下地層をエピタキシャル成長させ、
    基層と下地層とによってトンネル接合を形成し、
    n型導電型を有する基層のエピタキシャル成長において使用される原料には、基層をn型導電型とするために、少なくとも基層と下地層との界面及び界面近傍においては、不純物として、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物、及び、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物が添加されていることを特徴とする請求項16に記載の下地層の形成方法。
  20. 基層において、置換サイトがIII族原子が占めるサイトである不純物は、ケイ素及び錫から成る群から選択された少なくとも1種類の不純物であり、
    基層におきて、置換サイトがV族原子が占めるサイトである不純物は、セレン、テルル及びイオウから成る群から選択された少なくとも1種類の不純物であることを特徴とする請求項19に記載の下地層の形成方法。
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