JP2009277999A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】オフ角が１０度以上のＧａＡｓ基板を用いても、発光出力の低下を起こさずに、低順方向電圧の半導体発光素子を提供する。
【解決手段】オフ角が１０度以上である第一導電型のＧａＡｓ基板１０上に、少なくとも、高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓを含む複数層からなる第一導電型光反射層１２と、第一導電型クラッド層１３、アンドープ活性層１４および第二導電型クラッド層１５を有する発光層と、第二導電型電流分散層１７と、が順次積層された構造の半導体発光素子において、前記ＧａＡｓ基板１０上の第一導電型層の第一導電型決定ドーパントとして、Ｓｅを用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体発光素子に関し、更に詳しくは、ＧａＡｓ基板と発光層との間に光反射層を備えた半導体発光素子に関するものである。

近年、ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャルウェハを用いて製造する、赤色から緑色の発光ダイオード（ＬＥＤ）の需要が大幅に伸びている。その主な需要は、携帯電話の液晶用バックライト、表示灯、交通用信号灯、自動車のブレーキランプ等である。

ＡｌＧａＩｎＰは窒化物を除くIII−Ｖ族化合物半導体の中で最大のバンドギャップを
有する直接遷移型半導体であり、従来のＧａＰやＡｌＧａＡｓなどの間接遷移型半導体を用いた発光ダイオードと比較して、赤色から緑色に相当する可視波長域において高輝度の発光が可能である。

直接遷移型半導体のＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャルウェハの基板としてはＧａＡｓが用いられることが多いが、ＧａＡｓは、発光層から出た光を吸収してしまうため、外部への光取り出し効率が悪い。そのため、従来、光取り出し効率を向上させるために基板と発光層の間に光反射層を設け、発光層から出た光を素子外部へ取り出す手法が用いられていた。この光反射層は、発光層からＧａＡｓ基板に向かう光を光取出層である電流分散層の方向に反射させる役割を担っており、これにより、活性層から出た光を第一導電型ＧａＡｓ基板に吸収されること無く外部に取り出すことを可能にしている。

図７に、光反射層を設けたＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体エピタキシャルウェハの構造を示す。この化合物半導体エピタキシャルウェハは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型バッファ層１０２、ｎ型光反射層１０３、ｎ型クラッド層１０４、アンドープ活性層１０５、ｐ型クラッド層１０６、ｐ型電流分散層１０７が順次積層された構造となっている。

従来技術においては、ｎ型ドーパントとしてはＳｉやＴｅが用いられ、特にＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオードにおいてはＴｅを用いることが多い。また、ＧａＡｓ基板１０１はオフ角が２〜１５度のものを用いる。オフ角の範囲が２〜１５度のものを使用するのは、オフ角が大きいとＴｅのドーピング効率が悪く、オフ角が小さいとオーダリングが生じるためである。

また、光反射層に関する従来技術としては、屈折率の異なる２種類の材料からなる複数対の光反射層を、その対の厚みを活性層に近いものほど厚くすることにより、結晶性の良い部分を活性層の近くに配置したＬＥＤ（特許文献１）、広反射鏡帯域特性をもつ吸収損失を有する第一ブラッグ型反射鏡と、高反射率で透明な第二ブラッグ型反射鏡とからなるハイブリッド型の光反射層を用いたＬＥＤ（特許文献２）がある。

特開平１１−８７７６７号公報 特開平７−８６６３８号公報

上記特許文献１、２にも示されているように、一般に、光反射層は異なる組成の２種類の材料層を１対としてこれを適切な厚みで交互に積層した多層膜（交互積層膜）が用いられる。特許文献１、２では、ＡｌＧａＩｎＰとＡｌＩｎＰを１対とし交互に積層した光反
射層と、ＡｌＩｎＰとＧａＡｓを１対とし交互に積層した光反射層と、ＡｌＩｎＰとＧａＩｎＰを１対とし交互に積層した光反射層とが用いられている。

光反射層の光反射率を良くするためには、対をなしている半導体材料の屈折率の差が大きい方が光反射の効果が大きいため、上記光反射層の中では、ＡｌＩｎＰとＧａＡｓの組み合わせが優れている。しかし、ＧａＡｓ層を光反射層に用いると、発光波長に対して不透明な材料であることからＧａＡｓ層で光吸収してしまい、光出力の向上が少ない。そこで、光反射層は発光波長に対して透明で、かつＧａＡｓ基板に格子整合する材料にする必要がある。

このような状況下で、例えば、発光波長６３０ｎｍ帯の発光ダイオードの光反射層としては、屈折率差が大きく取れ、発光波長に対して透明であり、ＧａＡｓ基板と格子整合するという条件を考慮すると、ＡｌＡｓとＡｌＧａＡｓの組み合わせが最適であると言える。

しかし、オーダリングが生じないようにオフ角が１０度以上のＧａＡｓ基板を用いた場合、前述した光反射の効果が大きいＡｌＡｓとＡｌＧａＡｓの組み合わせを光反射層に用いることは困難であった。

これは、ＡｌＡｓはＴｅのドーピング効率が悪く、ＧａＡｓ基板のオフ角を大きくすると更にＴｅのドーピング効率が低下し、順方向電圧（Ｖｆ）の上昇を招いてしまうためである。Ｔｅのドーピング効率の低下を解決するために、Ｔｅのドーピング量を多くするという方法が考えられるが、Ｔｅのドーピング量を多くすると結晶性が悪化し、発光出力が低下してしまうという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、オフ角が１０度以上のＧａＡｓ基板を用いても、発光出力の低下を起こさずに、低順方向電圧の半導体発光素子を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。

本発明の第１の態様は、オフ角が１０度以上である第一導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも、高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓを含む複数層からなる第一導電型光反射層と、第一導電型クラッド層、アンドープ活性層および第二導電型クラッド層を有する発光層と、第二導電型電流分散層と、が順次積層された構造の半導体発光素子において、前記ＧａＡｓ基板上の第一導電型層の第一導電型決定ドーパントとして、Ｓｅが用いられていることを特徴とする半導体発光素子である。

本発明の第２の態様は、第１の態様の半導体発光素子において、前記ＧａＡｓ基板上の第二導電型層の第二導電型決定ドーパントとして、Ｍｇが用いられていることを特徴とする。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様の半導体発光素子において、前記第一導電型光反射層にＡｌＡｓ層が含まれていることを特徴とする。

本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様のいずれかの半導体発光素子おいて、前記第一導電型光反射層が、前記発光層で発光した光に対して透明な材料で構成されていることを特徴とする。

本発明の第５の態様は、第１〜第４の態様のいずれかの半導体発光素子において、前記
第一導電型光反射層が、前記第一導電型のＧａＡｓ基板と略格子整合する材料で構成されていることを特徴とする。

本発明の第６の態様は、第１〜第５の態様のいずれかの半導体発光素子において、前記発光層で発光した光のピーク波長をλｐとし前記第一導電型光反射層に用いた材料の屈折率をｎとしたとき、前記複数層からなる第一導電型光反射層の各層の膜厚が、ｄ＝λｐ／（４×ｎ）の計算式により求まるｄの±３０％の範囲内にあることを特徴とする。

本発明の第７の態様は、第１〜第６の態様のいずれかの半導体発光素子において、前記第一導電型光反射層のキャリア濃度が５×１０^１７〜５×１０^１８ｃｍ^−３の範囲にあることを特徴とする。

本発明の第８の態様は、第１〜第７の態様のいずれかの半導体発光素子において、前記第二導電型クラッド層と前記第二導電型電流分散層の間に、第二導電型のＧａ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０．６≦Ｘ）介在層が設けられていることを特徴とする。

本発明の第９の態様は、第１〜第８の態様のいずれかの半導体発光素子において、前記アンドープ活性層と前記第一導電型クラッド層との間に、及び／又は前記アンドープ活性層と前記第二導電型クラッド層との間に、前記第一導電型クラッド層、前記第二導電型クラッド層よりもドーパントの添加量が少ない層が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、高出力であり且つ低順方向電圧の半導体発光素子が得られる。

以下、本発明に係る半導体発光素子の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態の半導体発光素子の作製に用いられるエピタキシャルウェハの構造を示す断面図である。

エピタキシャルウェハの成長には、自公転炉を用いＭＯＶＰＥ法により作製するのが好ましい。原料ガスとしては、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属ガスと、アルシン（ＡｓＨ_３）、ホスフイン（ＰＨ_３）等の水素化物ガスを用いる。

これらの原料ガスを使用し、オフ角が１０〜２０度のｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型バッファ層２、ＡｌＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層からなるｎ型光反射層３、ｎ型クラッド層４、アンドープ活性層５、ｐ型クラッド層６、ｐ型ＧａＩｎＰ介在層７、ｐ型電流分散層８を順次成長させる。このとき、ｐ型ドーパントとしてＭｇを用い、ｎ型ＧａＡｓ基板以外のｎ型ドーパントとしてはＳｅを用いる。

ｎ型ＧａＡｓ基板１のオフ角を１０度以上にするのは、オフ角が１０度以下の場合、オーダリングが生じてしまうためである。また、図６に示すように、オフ角が小さいとき（図６（ａ））よりもオフ角が大きくなるほど（図６（ｂ））、粗面化後の表面の凹凸形状Ｓが良くなり、発光出力が向上するという利点もある。また、オフ角が２０度を超えると、ドーピング効率が低下してくる。よって、オフ角は１０度以上が望ましく、より望ましくは１０〜２０度の範囲である。また、基板のオフ方向に関してはどの方向であってもオーダリング防止等、同様の効果が期待できる。

ｎ型ドーパントとしてＳｅを用いるのは、次の理由からである。従来、ｎ型ドーパント
として用いられてきたＴｅは、基板のオフ角が大きいほどドーピング効率が下がり、また図５（ｂ）に示すように、ｎ型光反射層３にＡｌＡｓ層（Ａｌ組成１．００）を用いることによってさらにドーピング効率が下がってしまう。これに対し、Ｓｅの場合は、図５（ａ）に示すように、ＡｌＧａＡｓに対するドーピング効率はＡｌ組成にかかわらずＴｅよりも大きく、しかもＡｌＧａＡｓのＡｌ組成が高いほどドーピング効率が良くなり、ＡｌＡｓ層を用いるのに好適なドーパントである。また、ドーピング効率が良く、発光層（発光部）成長前にＳｅを大量に流さないことで、ｎ型光反射層３と、ｎ型クラッド層４、アンドープ活性層５及びｐ型クラッド層６からなる発光層の結晶品質を向上させることもできる。

また、ｐ型ドーパントとしてＭｇが望ましい理由は、ドーパントの活性層５への拡散が少ないためである。拡散抑止対策を行えば、Ｚｎを用いても良い。

さらに、ｎ型光反射層のキャリア濃度については、５×１０^１７〜５×１０^１８ｃｍ^−３が望ましく、より望ましくは、５×１０^１７〜２×１０^１８ｃｍ^−３の濃度である。これは、キャリア濃度が高すぎると結晶品質が劣化し、上部にある発光層の品質の低下を招き、逆に低すぎるとキャリア不足になり、発光出力が低下するためである。

また、ｎ型光反射層３は、ＡｌＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層を１対として、これを適切な厚みで交互に積層した多層膜（交互積層膜）からなる。このｎ型光反射層３の各層の膜厚に関しては、膜厚ｄ（単位：ｎｍ）＝波長λｐ（発光層で発光した光のピーク波長、単位：ｎｍ）／（４×屈折率ｎ）の計算式により求まる膜厚ｄの±３０％の範囲、即ち、（１±０．３）ｄに設定することが望ましい。これは、十分な光反射効果を得るためであり、より望ましくはｄの±５％の範囲に設定することが好ましい。

また、ｎ型光反射層３の材料については、発光部から出た光に対して透明である必要がある。上述したようにＡｌＧａＡｓはＡｌ組成が高いほどドーピング効率が良くなり、また、Ａｌ組成が高くても発光層の光に対して透明であるので、ｎ型光反射層３には、高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ層を用いるのが好ましい。しかし、Ａｌ組成が高すぎると、ＡｌＡｓとの屈折率差が小さくなって光反射効果が小さくなるので、ｎ型光反射層３のＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、発光層の発光波長などにもよるが、０．１０〜０．９９の範囲とし、必ず発光波長に対して透明になるＡｌ組成とするのが好ましい。
例えば、発光ピーク波長が６３０ｎｍであれば、ｎ型光反射層３の材料はＡｌ_０．４ＧａＡｓとＡｌＡｓとすることが望ましい。ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成をより大きくしても、発光層の光に対しては透明であるが、ＡｌＡｓとの屈折率差が小さくなって光反射効果が小さくなるので、光反射層のＡｌＧａＡｓとＡｌＡｓのペア数を増加させなければならず、コストが高くなってしまうため、Ａｌ_０．４ＧａＡｓを用いるのが最適である。

また、ｐ型ＧａＩｎＰ介在層１６を、ｐ型クラッド層１５とｐ型電流分散層１７の間に設けたのは、ｐ型ＧａＩｎＰ介在層１６を設けることで、より順方向電圧を低くできるためである。ｐ型ＧａＩｎＰ介在層１６は、発光層から出た光に対して透明であるのがよく、ＧａＩｎＰとしては、Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０．６≦Ｘ）を用いるのがより望ましい。介在層は、ＧａＩｎＰに限らず、順方向電圧を低くできればよく、しかも発光層から出た光に対して透明な材料が好ましい。

これらの条件で作製したエピタキシャルウェハは表面欠陥が少なく、順方向電圧ｖｆを十分低い値にすることができる。また、このエピタキシャルウェハに素子化プロセスを施してＬＥＤ素子を作製したが、従来よりも発光出力を向上することができた。

以下に、本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
実施例１では、図２に示す構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤを作製した。本実施例１で作製したＬＥＤ用のエピタキシャルウェハの成長には自公転炉を用い、原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属ガスと、アルシン（ＡｓＨ_３）、ホスフィン（ＰＨ_３）等の水素化物ガスを用い、添加物原料としてジエチルセレン（ＤＥＳｅ）を用いた。

これらの原料ガスを使用し、オフ角が１５度のｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層（膜厚２００ｎｍ、キャリア濃度１×１０^１８／ｃｍ^３）１１と、ＡｌＡｓ層とＡｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ層を交互に１０対重ねた構成のｎ型光反射層｛膜厚＝発光ピーク波長（λｐ）／４ｎ（ｎ：屈折率）、キャリア濃度１×１０^１８／ｃｍ^３｝１２と、ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層（膜厚４００ｎｍ、キャリア濃度４×１０^１７／ｃｍ^３）１３と、アンドープ（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層（膜厚６００ｎｍ）１４と、ｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層（膜厚６００ｎｍ、キャリア濃度６×１０^１８／ｃｍ^３）１５と、ｐ型Ｇａ_０．７Ｉｎ_０．３Ｐ介在層（膜厚３０ｎｍ、キャリア濃度６×１０^１８／ｃｍ^３）１６と、ｐ型ＧａＰ電流分散層（膜厚１００００ｎｍ、キャリア濃度４×１０^１８／ｃｍ^３）１７とを順次成長させた。このとき、ｐ型ドーパントとしてＭｇを用い、ｎ型ドーパントとしてはＳｅを用いた。

また、ＭＯＶＰＥ炉での成長温度は、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１からｐ型介在層１６までを６５０℃とし、ｐ型電流分散層１７を６７５℃とした。また、成長圧力は約６６６６Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）、各層の成長速度は０．３〜１．５ｎｍ／ｓｅｃ、（Ｖ族原料のモル数）／（III族原料のモル数）を約１５０として成長させた。

その後、このＬＥＤ用エピタキシャルウェハの表面（上面）にレジストやマスクアイライナといったフォトリソグラフィプロセスを施し、直径１１０μｍの円形の表面電極１８を、マトリックス状に真空蒸着法で形成した。蒸着後の電極形成はリフトオフ法を用い、ＡｕＢｅ（金・ベリリウム合金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）をそれぞれ４００ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着した。また、エピタキシャルウェハの底面全面には、ＡｕＧｅ（金・ゲルマニウム合金）を６０ｎｍ、Ｎｉ（ニッケル）を１０ｎｍ、Ａｕ（金）を５００ｎｍそれぞれ真空蒸着して裏面電極１９を形成した。その後、窒化ガス雰囲気中にて４００℃に加熱し、５分間熱処理をすることで、電極の合金化であるアロイ工程を施した。

その後、上記のようにして作製された電極付ＬＥＤ用エピタキシャルウェハに対して、マトリックス状に配置された各円形の表面電極１８が中心になるようにダイシング装置をもって切断し、チップサイズ３００μｍ角のＬＥＤベアチップを作製した。更に、このＬＥＤベアチップをＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）し、その後マウントされた前記ＬＥＤベアチップにワイヤボンディングを行い、ＬＥＤ素子を作製した。

本実施例で作製したＬＥＤ素子の初期特性を評価した結果、エピタキシャルウェハ中心付近から作製したＬＥＤ素子と、エピタキシャルウェハの周辺部から作製したＬＥＤ素子との、２０ｍＡ通電時の発光出力は、それぞれ１．９ｍＷ、１．９５ｍＷであった。また、順方向電圧ｖｆに関してはそれぞれ１．９０Ｖと１．９４Ｖであり、本実施例では、発光出力が高く、低順方向電圧のＬＥＤ素子を作製することができた。

本実施例では、発光波長６３０ｎｍの赤色ＬＥＤを作製したが、同じＡｌＧａＩｎＰ系
の材料を用いて作製される発光波長６３０ｎｍ以外のＬＥＤ素子、例えば発光波長５６０〜６６０ｎｍのＬＥＤ素子においても、同様の効果が得られる。また、本実施例では表面電極１８の形状を円形のものとしたが、円形の外周に放射状部を形成したり、円形と異なる形状（例えば四角、ひし形、多角形、その他これらを変形した形状など）であっても本発明の効果は期待できる。

（実施例２）
実施例２として、図３に示す構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤを作製した。この実施例２では、上記実施例１において、アンドープ（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層１４とｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層１５との間に、アンドープ層（２００ｎｍ）２０を設けている点が相違する。その他の成長条件などは、全て実施例１と同様にして作製した。

アンドープ層２０を設けるのは、活性層１４にドーパントが拡散することを抑止するためである。本実施例では膜厚を２００ｎｍとしたが、膜厚が２００ｎｍ以上であれば、２００ｎｍ以外の膜厚でも活性層へのドーパント拡散を防ぐことができる。またアンドープ層の他にも、ｐ型クラッド層１５よりもドーパントの添加量が少ない低濃度の層であれば、拡散防止層としての役割を期待できる。
また、ｎ型クラッド層１３と活性層１４との間に、アンドープ層、或いはｎ型クラッド層１３よりも低濃度の層を設けるようにしても良い。更に、活性層１４とｐ型クラッド層１５との間、およびｎ型クラッド層１３と活性層１４との間に、アンドープ層、或いは低濃度の層を設けるようにしても良い。

（実施例３）
実施例３として、図４に示す構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤを作製した。この実施例３では、上記実施例１におけるｐ型介在層１６を省略したものである。その他の成長条件などは、全て実施例１と同様にして作製した。

（実施例４）
実施例４では、実施例１における活性層１４を単層ではなく、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造にして赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを作製した。その他の成長条件などは、全て実施例１と同様にした。

その後、上記実施例２、３、４で作製したエピタキシャルウェハを、実施例１と同じ条件で素子化し、初期特性を評価したところ、実施例１と同様に、発光出力が高く、低ＶｆのＬＥＤ素子を作製することができた。

（比較例１）
比較例１として、ｎ型ドーパントとしてＴｅを用いて赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを作製した。添加物原料としてはジエチルテルル（ＤＥＴｅ）を使用し、その他の条件は実施例１と同一としてエピタキシャルウェハを作製した。その後、実施例１と同じ条件で、このエピタキシャルウェハからＬＥＤ素子を作製し、初期特性を評価した。

その結果、エピタキシャルウェハの中心部から作製した素子に関しては、２０ｍＡ通電時の発光出力が１．５ｍＷ、ｖｆは１．９５Ｖという結果を得ることができたが、エピタキシャルウェハの周辺部から作製した素子に関しては、発光出力が１．２ｍＷ、ｖｆが２．５Ｖ以上という結果になった。

また、エピタキシャルウェハの周囲から作製したＬＥＤ素子の順方向電圧ｖｆが高いのは、光反射層のＴｅ量不足が原因であるとも考えられるため、再度、光反射層のＴｅ量を
増加させてＬＥＤ用エピタキシャルウェハを作製した。その結果、エピタキシャルウェハの中心付近に欠陥が生じ、表面状態が悪化した。その後、このエピタキシャルウェハを用いてＬＥＤ素子を作製し、評価を行ったところ、エピタキシャルウェハ中心部から作製した素子の発光出力は１．２ｍＷ、ｖｆが１．９２Ｖであった。また、エピタキシャルウェハ周辺部から作製した素子に関しては、発光出力が１．４ｍＷ、ｖｆが２．１Ｖであった。

このように、Ｔｅ量増加によりエピタキシャルウェハ周辺部での低ｖｆ化には成功したものの、中心部から作製したＬＥＤ素子の発光出力は約８０％低下してしまった。

（比較例２）
また、比較例２として、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いて赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを作成した。添加物原料としてはジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）を使用し、その他の条件は実施例１と同一としてエピタキシャルウェハを作製した。その後、実施例ｌと同じ条件で、このエピタキシャルウェハからＬＥＤ素子を作製し、初期特性を評価した。

その結果、２０ｍＡ通電時、発光出力が０．３ｍＷと非常に低かった。また、この他にもモノシラン（ＳｉＨ_４）など様々なＳｉ原料を用いてＬＥＤ素子を作製し評価を行ったが、結果は同等に悪かった。

以上から、ｎ型ドーパントとしてＳｅを使用し、かつＡｌＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層の組み合わせからなる光反射層を用いれば、オフ角が１０度以上の基板を用いたときでも、順方向電圧Ｖｆがウェハの周辺部においても２．０Ｖ以下を達成し、十分に低い値にできることが判った。また発光出力も、従来のＴｅドープのものよりも３０％向上させることができたと言える。つまり、発光出力の低下を起こさずに低ｖｆの半導体発光素子を提供できることが判った。

なお、上記実施例では、ｎ型クラッド層１３、アンドープ活性層１４、ｐ型クラッド層１５にＡｌＧａＩｎＰを用いたが、発光波長に対して透明な材料であれば、実施例以外の組み合わせでも本発明の効果は得られる。

本発明の実施形態で作製した化合物半導体エピタキシャルウェハの構造を模式的に示す断面図である。 実施例１で作製した赤色ＬＥＤを模式的に示す断面図である。 実施例２で作製した赤色ＬＥＤを模式的に示す断面図である。 実施例３で作製した赤色ＬＥＤを模式的に示す断面図である。 基板のオフ角と表面粗面化後の凹凸形状との関係を示す模式図である。 ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成とＳｅドーピング効率との関係（図６（ａ））、及びＡｌＧａＡｓのＡｌ組成とＴｅドーピング効率との関係を示すグラフである。 従来の化合物半導体エピタキシャルウェハの構造を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ ｎ型ＧａＡｓ基板
２ ｎ型バッファ層
３ ｎ型光反射層
４ ｎ型クラッド層
５ アンドープ活性層
６ ｐ型クラッド層
７ ｐ型ＧａＩｎＰ介在層
８ ｐ型電流分散層
１０ ｎ型ＧａＡｓ基板（オフ角１５度）
１１ ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１２ ｎ型光反射層（ＡｌＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層を交互に積層）
１３ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１４ アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層
１５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１６ ｐ型ＧａＩｎＰ介在層
１７ ｐ型ＧａＰ電流分散層
１８ 表面電極
１９ 裏面電極
２０ アンドープ層

Claims (9)

1. オフ角が１０度以上である第一導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも、高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓを含む複数層からなる第一導電型光反射層と、第一導電型クラッド層、アンドープ活性層および第二導電型クラッド層を有する発光層と、第二導電型電流分散層と、が順次積層された構造の半導体発光素子において、
   前記ＧａＡｓ基板上の第一導電型層の第一導電型決定ドーパントとして、Ｓｅが用いられていることを特徴とする半導体発光素子。
2. 請求項１に記載の半導体発光素子において、前記ＧａＡｓ基板上の第二導電型層の第二導電型決定ドーパントとして、Ｍｇが用いられていることを特徴とする半導体発光素子。
3. 請求項１または２に記載の半導体発光素子において、前記第一導電型光反射層にＡｌＡｓ層が含まれていることを特徴とする半導体発光素子。
4. 請求項１乃至３に記載の半導体発光素子において、前記第一導電型光反射層が、前記発光層で発光した光に対して透明な材料で構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
5. 請求項１乃至４に記載の半導体発光素子において、前記第一導電型光反射層が、前記第一導電型のＧａＡｓ基板と略格子整合する材料で構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
6. 請求項１乃至５に記載の半導体発光素子において、前記発光層で発光した光のピーク波長をλｐとし前記第一導電型光反射層に用いた材料の屈折率をｎとしたとき、前記複数層からなる第一導電型光反射層の各層の膜厚が、ｄ＝λｐ／（４×ｎ）の計算式により求まるｄの±３０％の範囲内にあることを特徴とする半導体発光素子。
7. 請求項１乃至６に記載の半導体発光素子において、前記第一導電型光反射層のキャリア濃度が５×１０^１７〜５×１０^１８ｃｍ^−３の範囲にあることを特徴とする半導体発光素子。
8. 請求項１乃至７に記載の半導体発光素子において、前記第二導電型クラッド層と前記第二導電型電流分散層の間に、第二導電型のＧａ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０．６≦Ｘ）介在層が設けられていることを特徴とする半導体発光素子。
9. 請求項１乃至８に記載の半導体発光素子において、前記アンドープ活性層と前記第一導電型クラッド層との間に、及び／又は前記アンドープ活性層と前記第二導電型クラッド層との間に、前記第一導電型クラッド層、前記第二導電型クラッド層よりもドーパントの添加量が少ない層が設けられていることを特徴とする半導体発光素子。

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