JP3233569B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JP3233569B2 JP6687996A JP6687996A JP3233569B2 JP 3233569 B2 JP3233569 B2 JP 3233569B2 JP 6687996 A JP6687996 A JP 6687996A JP 6687996 A JP6687996 A JP 6687996A JP 3233569 B2 JP3233569 B2 JP 3233569B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子に関
わり、特に、ＡｌＧａＩｎＰ系材料のように、積層構造
を形成した際にその接合界面におけるエネルギーバンド
プロファイルに不連続（ノッチ）が生じる半導体材料を
用いて製造される半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌＧａＩｎＰ系材料は、窒化物を除く
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料の中で最大の直接遷移型
バンドギャップを有し、波長が０．５〜０．６μｍ帯の
発光素子材料として注目されている。特に、ＧａＡｓを
基板とし、これに格子整合するＡｌＧａＩｎＰ系材料に
よる発光部（活性層を含む積層構造）をＧａＡｓ基板の
上に成長させて形成されているｐｎ接合型発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）は、従来のＧａＰやＧａＡｓＰなどの間接
遷移型の材料を用いたものに比べて、赤色から緑色に相
当する波長域で、より高輝度の発光が可能である。
【０００３】高輝度のＬＥＤを形成するためには、発光
効率を高めることに加えて、発光部への電流注入効率の
向上や、素子外部への光の効率的な取り出しを実現する
ことが重要である。
【０００４】図１１は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた
発光部を有する、従来技術によるＬＥＤ１１００の断面
図である。
【０００５】ＬＥＤ１１００では、ｎ型ＧａＡｓ基板１
１１０の上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層１１
２０、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１１３０、ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ上部クラッド層１１４０、及びｐ型ＧａＰ電流拡散
層１１５０が順次積層されている。さらに、ｐ型ＧａＰ
電流拡散層１１５０の上にはｐ型電極１１６０が形成さ
れ、また、ｎ型ＧａＡｓ基板１１１０の下面にはｎ型電
極１１７０が形成され、これによってＬＥＤ１１００が
構成されている。
【０００６】ＬＥＤ１１００では、電流拡散層１１５０
の材料としてｐ型ＧａＰを用いている。電流拡散層１１
５０の構成材料としては、ｐ型ＧａＰの他にｐ型ＡｌＧ
ａＡｓが用いられ得る。しかし、ｐ型ＧａＰは光透過率
及び電気伝導率がｐ型ＡｌＧａＡｓより大きいので、電
流拡散層１１５０の構成材料としてＧａＰを用いる場合
には、光の取り出し効率が向上するとともに電流の拡が
りが改善される。さらに、組成にＡｌを含まないため
に、長期間にわたって高い信頼性を確保することができ
る。
【０００７】上述のＬＥＤ１１００では、ｐ型ＧａＰ電
流拡散層１１５０は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１
１４０の上に結晶成長によって形成されている。しか
し、このとき、両者の格子定数の違いから、ｐ型ＧａＰ
電流拡散層１１５０の結晶性が十分に良好なものではな
い。このため、電流の拡がりの度合いが十分ではなく、
また光透過率が低いという問題点が生じる。
【０００８】この問題を解決するために、例えば特開平
６−２９６０４０号公報には、以下のようなＬＥＤ及び
その製造方法が提案されている。図１２（ａ）〜（ｃ）
は、上記公開公報に開示されているＬＥＤ１２００の構
成及びその製造工程を示す断面図である。
【０００９】ＬＥＤ１２００の製造にあたっては、まず
図１２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１２１０
の上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層１２２０、Ａ
ｌＧａＩｎＰ活性層１２３０、及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ
上部クラッド層１２４０を順次積層する。これらのｎ型
下部クラッド層１２２０、活性層１２３０、及びｐ型上
部クラッド層１２４０によって、ＬＥＤ１２００の発光
部を含む積層構造が形成される。
【００１０】次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層１２４０の上に、ｐ型ＧａＰキャップ層１２５０を成
長する。次に、ＧａＰキャップ層１２５０の上に、ｐ型
ＧａＰ基板１２６０を結晶軸を一致させて配置する。さ
らに、ｐ型ＧａＰ基板１２６０の上に適当な重さの重り
１２７０を乗せ、Ｈ2雰囲気中にて約６５０℃で熱処理
を行って、ＧａＰキャップ層１２５０とｐ型ＧａＰ基板
１２６０とを接合させる。接合後には、このｐ型ＧａＰ
基板１２６０は、形成されるＬＥＤ１２００の電流拡散
層１２６０として機能する。
【００１１】その後に、図１２（ｂ）に示すように、ｐ
型ＧａＰ電流拡散層１２６０の上にｐ型電極１２８０
を、成膜プロセス及びエッチングにより形成する。ｐ型
電極１２８０は、例えば円形に加工する。次に、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１２１０をエッチングして１０μｍ程度の厚
さにした後に、ｎ型ＧａＡｓ基板１２１０の裏面全体に
わたってｎ型電極１２９０を形成する（図１２
（ｂ））。
【００１２】その後に、図１２（ｃ）に示すように、ｎ
型電極１２９０及びＧａＡｓ基板１２１０をフォトリソ
グラフィーにより適当な形状にエッチングして、ＬＥＤ
１２００を得る。
【００１３】上記に説明したＬＥＤ１２００では、電流
拡散層１２６０となるｐ型ＧａＰ基板を、ＧａＰキャッ
プ層１２５０の上に直接接合する。これにより、ｐ型Ｇ
ａＰ電流拡散層１２６０を比較的容易に形成することが
できて、生産性が向上する。また、結晶性の良い基板を
用いることによって結晶性の良いｐ型ＧａＰ電流拡散層
１２６０を得ることができるために、光の取り出し効率
が向上する。さらに、ｎ型ＧａＡｓ基板１２１０及びｎ
型電極１２９０を適切な形状にパターニングすることに
よって、下方向へ光を取り出すための「窓」が形成され
る。このことによっても、光の取り出し効率が向上す
る。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】前述のような構成を有
するＬＥＤ１１００では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラ
ッド層１１４０の上に、ｐ型ＧａＰ電流拡散層１１５０
が形成される。このとき、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラ
ッド層１１４０とｐ型ＧａＰ電流拡散層１１５０との間
の界面では、エネルギーバンドプロファイルに大きなノ
ッチ、すなわち不連続が生じる。一方、ＬＥＤ１２００
では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層１２４０の上
に、ｐ型ＧａＰキャップ層１２５０を介してｐ型ＧａＰ
電流拡散層１２６０が形成されるが、この場合にも、上
部クラッド層１２４０の構成材料であるｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰと、キャップ層１２５０及び電流拡散層１２６０の
構成材料であるｐ型ＧａＰとの接合界面では、同様にエ
ネルギーバンドプロファイルに不連続（ノッチ）が生じ
る。
【００１５】このようなエネルギーバンドプロファイル
におけるノッチの発生について、図１３（ａ）〜（ｃ）
を参照して説明する。
【００１６】一般に半導体材料同士のヘテロ接合は、接
合前のエネルギーバンドの位置関係に基づいて、タイプ
Ｉ、タイプII、及びタイプIIIの３種類に大別される。
図１３（ａ）〜（ｃ）は、タイプＩ〜タイプIIIのそれ
ぞれにおける接合前及び接合後のエネルギーバンドプロ
ファイルを示す。いずれのタイプにおいても、接合にと
もなって、接合界面近傍のエネルギーバンドプロファイ
ルに不連続部、すなわちノッチが生ずる。
【００１７】以下では、真空準位を基準としたときの伝
導帯下端ＥCや価電子帯上端ＥVのエネルギーレベルを、
それぞれの「エネルギー位置」と称することとする。こ
のとき、接合後の伝導帯下端ＥCに現れるノッチの高さ
は、接合前の２つの材料の伝導帯下端のエネルギー位置
の差（△ＥC）に相当する。同様に、接合後の価電子帯
上端ＥVに現れるノッチの高さは、接合前の２つの材料
の価電子帯上端のエネルギー位置の差（△ＥV）に相当
する。ノッチの高さを決定するこれらのエネルギー位置
の差は、例えば、Appl. Phys. Lett.、Vol.60、No.5、p
p.630-632（1992）に示されているSandip Tiwariらが求
めたエネルギー位置関係から得ることができる。
【００１８】上述のＬＥＤ１１００では、ｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰ上部クラッド層１１４０の上にｐ型ＧａＰ電流拡
散層１１５０が形成される。このとき、ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ上部クラッド層１１４０とｐ型ＧａＰ電流拡散層１
１５０との接合界面におけるエネルギーバンドプロファ
イルに生じる大きなノッチ、すなわち不連続の様子を、
図１４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００１９】ｐ型（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（例
えばｘ＝１）とｐ型ＧａＰとを接合する場合、接合前の
それらのエネルギーバンドプロファイルは、その電子親
和力の差により図１４（ａ）に示す位置関係となる。こ
れは、先に示した図１３（ｂ）のタイプIIに相当する。
この様なエネルギー位置関係にあるｐ型（ＡｌxＧ
ａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐとｐ型ＧａＰとを接合すると、
接合後には図１４（ｂ）に示すようなエネルギーバンド
プロファイルとなり、伝導帯下端ＥC及び価電子帯上端
ＥVのそれぞれにノッチが生ずる。具体的には、この場
合のノッチの高さは、伝導帯下端で０．２５ｅＶであ
り、価電子帯上端では０．２９ｅＶとなる。
【００２０】エネルギーバンドプロファイルにこの様な
ノッチが生じると、次に述べる現象が起こる。
【００２１】完成したＬＥＤの動作時には順方向バイア
スが印加されるので、接合後のエネルギーバンドプロフ
ァイルにおいて、図１４（ｃ）に示すようにその接合面
に向かって右側からホール（ｈ）が、また左側から電子
（ｅ）が供給される。供給された電子の半数以上はＡｌ
ＧａＩｎＰ活性層で再結合するが、その残数はオーバー
フローして、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型Ｇａ
Ｐ電流拡散層との界面に達する。この界面に達した電子
に対して、接合界面に存在している伝導帯下端ＥCのノ
ッチがエネルギー障壁として作用するため、電子は接合
界面に蓄積する。一方、この界面近傍では、価電子帯上
端ＥVのノッチが多数キャリアであるホールに対するエ
ネルギー障壁として作用して、ここにトラップされたホ
ールが存在している。この結果、接合界面においては、
図１４（ｃ）に模式的に示すように、電子とホールとの
再結合が多数生じる。
【００２２】さらに、（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ
とＧａＰとの格子定数はそれぞれ５．６５Å及び５．４
５Åであり、両者は格子不整合である。このために、Ｐ
型ＡｌＧａＩｎＰ／ｐ型ＧａＰ界面には、多数の界面準
位が存在する。この界面準位の存在も、接合界面におけ
る上記の再結合を増長している。
【００２３】この様に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ／ｐ型Ｇａ
Ｐ界面でエネルギーバンドプロファイルに存在するノッ
チは、接合界面でのキャリアの再結合を多数生じさせ
る。この再結合により、ホールの供給数が実質的に減少
して活性層へのキャリアの注入効率が減る。このため、
従来の構成の半導体発光素子（ＬＥＤ）では、発光効率
の低下が生じる。さらに、接合界面でのエネルギーバン
ドプロファイルに存在するノッチはキャリアの移動に対
して障壁となるため、ＬＥＤを点灯させるために必要な
電圧値（動作電圧値）を増加させる。
【００２４】このような接合界面でのエネルギーバンド
プロファイルにおけるノッチの発生に対して、従来で
は、バンドギャップ（すなわち、価電子帯上端と伝導帯
下端とのエネルギーレベルの差）の大きさに基づいて、
適切な材料からなる中間層を接合界面に挿入するという
手法が用いられている。例えば、接合される２つの材料
のバンドギャップの大きさがそれぞれＥｇ１及びＥｇ２
（Ｅｇ１＞Ｅｇ２とする）であるときに、Ｅｇ１＞Ｅｇ
３＞Ｅｇ２となるようなバンドギャップＥｇ３を有する
材料からなる層（中間バンドギャップ層）を接合界面に
挿入する。これによって、発生するノッチの大きさを低
減する。
【００２５】バンドギャップの大きさがそれぞれＥｇ１
及びＥｇ２である２つの層を接合する場合、中間バンド
ギャップ層を設けなければ、図１５（ａ）に示すように
接合後のエネルギーバンドプロファイルには大きなノッ
チが生じる。これに対して、図１５（ｂ）に示すように
大きさＥｇ３のバンドギャップを有する中間バンドギャ
ップ層を介して両者を接合すれば、ノッチが中間バンド
ギャップ層に関わる２つの界面に分散して形成されるこ
とになり、結果的に、生じるノッチの大きさが低減され
ることになる。
【００２６】しかし、バンドギャップの大きさＥｇのみ
に着目する上記の従来の手法では、接合対象である２つ
の材料のエネルギーバンドの位置関係（価電子帯上端及
び伝導帯下端のエネルギー位置の関係）によっては、十
分なノッチ低減効果が得られないことがある。
【００２７】本発明は、上記課題を解決すべくなされた
ものであり、その目的は、半導体発光素子において、エ
ネルギーバンドプロファイルにおいて接合界面に生じる
ノッチの低減或いは／及びクラッド層と電流拡散層との
間の界面準位の低減によって活性層へのキャリア注入効
率を上げ、また、電流拡散層の結晶性を上げることによ
って電流拡散層における電流拡がり及び光取り出し効率
を向上し、これらによって、動作電圧が低減するととも
に光出力特性が向上した半導体発光素子を提供すること
である。
【００２８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、第１導電型の化合物半導体基板と、該化合物半導体
基板の上に形成された積層構造であって、少なくとも発
光のための活性層と該活性層を両側から挟み込む第１導
電型の下部クラッド層及び第２導電型の上部クラッド層
とを含む、積層構造と、該積層構造の上に形成された第
２導電型の中間層と、該中間層の上に形成された第２導
電型の電流拡散層と、を有する半導体発光素子である。
接合前の該上部クラッド層及び該電流拡散層のそれぞれ
のエネルギーバンドプロファイルにおける伝導帯下端及
び価電子帯上端のエネルギー位置が、該上部クラッド層
及び該電流拡散層のいずれか一方の層が、該伝導帯下端
及び価電子帯上端の両方について、他方の層よりも高い
状態となっており、 該中間層は、該上部クラッド層及び
該電流拡散層のそれぞれの該伝導帯下端及び荷電子上端
のエネルギー差に起因する前記エネルギーバンドファイ
ルにおける伝導帯下端及び価電子帯上端に生じる不連続
を緩和する伝導帯下端及び価電子帯上端のエネルギー位
置を有し、そのことによって上記目的が達成される。前
記中間層は、前記上部クラッド層と前記電流拡散層との
間で、格子不整合を緩和することが好ましい。
【００２９】前記中間層は、複数の層を含んでいてもよ
い。
【００３０】ある実施形態では、前記中間層は、接合前
のその伝導帯下端のエネルギー位置が、接合前の前記上
部クラッド層の伝導帯下端のエネルギー位置と接合前の
前記電流拡散層の伝導帯下端のエネルギー位置との間に
位置し、且つ、接合前のその価電子帯上端のエネルギー
位置が、接合前の該上部クラッド層の価電子帯上端のエ
ネルギー位置と接合前の該電流拡散層の価電子帯上端の
エネルギー位置との間に位置する。
【００３１】他の実施形態では、前記中間層が、前記上
部クラッド層に接する第１中間層から前記電流拡散層に
接する第ｎ中間層（但し、ｎ＞１）に至る複数の層から
なり、第ｋ中間層（但し、１≦ｋ≦（ｎ−１））は第
（ｋ＋１）中間層に比べて、接合前のその伝導帯下端の
エネルギー位置が接合前の該上部クラッド層の伝導帯下
端のエネルギー位置により近く、且つ、接合前のその価
電子帯上端のエネルギー位置が接合前の該上部クラッド
層の価電子帯上端のエネルギー位置により近い。
【００３２】さらに他の実施形態では、前記中間層の格
子定数が、前記上部クラッド層の格子定数と前記電流拡
散層の格子定数との中間の値を有する。
【００３３】さらに他の実施形態では、前記中間層が、
前記上部クラッド層に接する第１中間層から前記電流拡
散層に接する第ｎ中間層（但し、ｎ＞１）に至る複数の
層からなり、第ｋ中間層（但し、１≦ｋ≦（ｎ−１））
の格子定数の値は第（ｋ＋１）中間層の格子定数の値に
比べて、該上部クラッド層の格子定数の値により近い。
【００３４】さらに他の実施形態では、前記中間層は、
接合前のその伝導帯下端のエネルギー位置が、接合前の
前記上部クラッド層の伝導帯下端のエネルギー位置と接
合前の前記電流拡散層の伝導帯下端のエネルギー位置と
の間に位置し、且つ、接合前のその価電子帯上端のエネ
ルギー位置が、接合前の該上部クラッド層の価電子帯上
端のエネルギー位置と接合前の該電流拡散層の価電子帯
上端のエネルギー位置との間に位置し、さらに、該中間
層の格子定数が、該上部クラッド層の格子定数と該電流
拡散層の格子定数との中間の値を有する。
【００３５】さらに他の実施形態では、前記中間層が、
前記上部クラッド層に接する第１中間層から前記電流拡
散層に接する第ｎ中間層（但し、ｎ＞１）に至る複数の
層からなり、第ｋ中間層（但し、１≦ｋ≦（ｎ−１））
は第（ｋ＋１）中間層に比べて、接合前のその伝導帯下
端のエネルギー位置が接合前の該上部クラッド層の伝導
帯下端のエネルギー位置により近く、且つ、接合前のそ
の価電子帯上端のエネルギー位置が接合前の該上部クラ
ッド層の価電子帯上端のエネルギー位置により近く、そ
の格子定数の値は該上部クラッド層の格子定数の値によ
り近い。
【００３６】さらに他の実施形態では、前記中間層の組
成が、前記上部クラッド層の組成から前記電流拡散層の
組成にかけて連続的に変化している。
【００３７】さらに他の実施形態では、前記積層構造が
Ａ１ＧａＩｎＰ系化合物半導体材料から構成され、前記
中間層がＡｌＩｎＡｓ系化合物半導体材料から構成さ
れ、前記電流拡散層がＡｌＧａＰ系化合物半導体材料か
ら構成されている。
【００３８】さらに他の実施形態では、前記積層構造が
Ａ１ＧａＩｎＰ系化合物半導体材料から構成され、前記
中間層がＧａＡｓＰ系化合物半導体材料から構成され、
前記電流拡散層がＡｌＧａＰ系化合物半導体材料から構
成されている。
【００３９】さらに他の実施形態では、前記積層構造及
び前記中間層がいずれもＡ１ＧａＩｎＰ系化合物半導体
材料から構成され、前記電流拡散層がＡｌＧａＰ系化合
物半導体材料から構成されている。
【００４０】好ましくは、前記中間層のキャリア濃度が
約１×１０17ｃｍ-3以上かつ１×１０19ｃｍ-3以下であ
る。
【００４１】また、好ましくは、前記中間層の厚さが約
０．０１μｍ以上かつ約５μｍ以下である。
【００４２】以下、作用について説明する。
【００４３】エネルギーバンドプロファイルに生じる不
連続（ノッチ）は、接合前の状態における伝導帯下端や
価電子帯上端のエネルギー位置が、接合される半導体材
料層（具体的には、上部クラッド層及び電流拡散層）に
よって異なる場合に生じる。接合後の伝導帯下端に現れ
るノッチの高さは、接合前の２つの半導体材料層の伝導
帯下端のエネルギー位置の差に相当する。同様に、接合
後の価電子帯上端に現れるノッチの高さは、接合前の２
つの半導体材料層の価電子帯上端のエネルギー位置の差
に相当する。これより、ノッチの高さは、接合前の上部
クラッド層及び電流拡散層において、伝導帯下端や価電
子帯上端のエネルギー位置の差が大きいほど高くなる。
【００４４】そこで、接合前のその伝導帯下端のエネル
ギー位置が接合前の上部クラッド層の伝導帯下端のエネ
ルギー位置と接合前の電流拡散層の伝導帯下端のエネル
ギー位置との間に位置し、且つ、接合前のその価電子帯
上端のエネルギー位置が接合前の上部クラッド層の価電
子帯上端のエネルギー位置と接合前の電流拡散層の価電
子帯上端のエネルギー位置との間に位置するような中間
層を設けることによって、ノッチが中間層の両端、すな
わち中間層と上部クラッド層との界面及び中間層と電流
拡散層との界面に、それぞれ分割されて生じる。その結
果、それぞれの界面に現れるノッチの高さが低くなる。
【００４５】また、ノッチの高さが低減されれば、ノッ
チの厚さもまた薄くなる。これより、電子のトンネル効
果によって、ノッチの障壁としての効果が低減される。
【００４６】このようなノッチの分割の効果により上部
クラッド層と電流拡散層との界面におけるノッチの高さ
及び幅が低減されると、ノッチによるキャリアの蓄積が
低減され、接合界面におけるキャリアの再結合を低減す
ることができる。キャリア再結合が低減されれば、活性
層へのキャリアの注入効率が向上するため、発光効率が
向上する。さらに、ノッチのキャリアに対する障壁とし
ての機能も低減されるので、動作電圧値が低減される。
【００４７】一方、上部クラッド層と電流拡散層との間
に格子不整合が生じている場合、その格子定数が上部ク
ラッド層の格子定数と電流拡散層の格子定数との中間と
なるような材料を選択して中間層を構成することによっ
て、格子不整合が緩和される。これにより、形成される
界面準位の量が低減される。これによっても、接合界面
でのキャリアの再結合が低減され、活性層へのキャリア
の注入効率が向上して発光効率が向上する。
【００４８】また、上記のように格子不整合を緩和する
ことによって、電流拡散層を結晶成長によって形成する
場合に、電流拡散層の結晶性を向上することができる。
このように結晶性が向上すると、電流の拡散が増長され
るとともに光透過率が向上するので、発光効率や光取り
出し効率が向上する。
【００４９】中間層を複数の層より構成すれば、ノッチ
がさらに多くの界面に分割して形成されるので、キャリ
ア再結合の低減やそれにともなう発光効率の向上などの
上述の効果を、さらに高めることができる。
【００５０】さらに、中間層を、その組成が上部クラッ
ド層の組成から電流拡散層の組成にかけて連続的に変化
するように構成すれば、エネルギーバンドプロファイル
におけるノッチや格子不整合の発生を完全に無くすこと
ができる。これによって、キャリア再結合の低減や発光
効率の向上などの上記効果を、さらに高めることができ
る。
【００５１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）本発明の第１の実施形態における半
導体発光素子として、発光ダイオード（ＬＥＤ）１００
を、図１（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図１
（ａ）は、ＬＥＤ１００の構成を示す断面図であり、図
１（ｂ）は、ＬＥＤ１００の上部クラッド層から電流拡
散層にかけての積層構造の接合界面におけるエネルギー
バンドプロファイルを模式的に示す図である。
【００５２】図１（ａ）に示すように、ＬＥＤ１００で
は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の上に、ｎ型（ＡｌxＧ
ａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）下部クラッド層
１２（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約１．０μｍ）、
（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）活性層
１３（例えば、ｘ＝０．３及び厚さ約０．５μｍ）、及
びｐ型（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）
上部クラッド層１４（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約
１．０μｍ）を、順次積層する。このうち、ｎ型ＡｌＧ
ａＩｎＰ下部クラッド層１２には、キャリア濃度が約５
×１０17ｃｍ-3となるようにＳｉがドープされている。
一方、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層１４には、キ
ャリア濃度が約５×１０17ｃｍ-3となるように、Ｚｎが
ドープされている。これらのｎ型下部クラッド層１２、
活性層１３、及びｐ型上部クラッド層１４によって、Ｌ
ＥＤ１００の発光部を含む積層構造が形成される。
【００５３】次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層１４の上に、ｐ型ＡｌyＩｎ1-yＡｓ中間層１５（例え
ば、ｙ＝０．７９及び厚さ約０．１μｍ）を積層する。
このｐ型ＡｌＩｎＡｓ中間層１５には、キャリア濃度が
約１×１０18ｃｍ-3となるようにＺｎがドープされてい
る。
【００５４】さらに、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ中間層１５の上
には、ｐ型ＧａＰ電流拡散層１６（例えば、厚さ約７μ
ｍ）を形成する。このｐ型ＧａＰ電流拡散層１６には、
キャリア濃度が約２×１０18ｃｍ-3となるようにＺｎが
ドープされている。
【００５５】次に、ｐ型ＧａＰ電流拡散層１６の上に例
えばＡｕ−Ｚｎ膜を蒸着して、これを例えば円形にパタ
ーニングしてｐ型電極１７を形成する。一方、ＧａＡｓ
基板１１の下面には、例えばＡｕ−Ｇｅ膜からなるｎ型
電極１８を蒸着により形成する。これによって、ＬＥＤ
１００が完成する。
【００５６】図１（ｂ）は、上記のようにして形成され
る本実施形態のＬＥＤ１００における、ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ上部クラッド層１４からｐ型ＧａＰ電流拡散層１６
にかけてのエネルギーバンドプロファイルを模式的に示
す図である。
【００５７】先に図１４（ｂ）を参照して説明したよう
に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層とｐ型ＧａＰ電
流拡散層との間に中間層を有しない従来のＬＥＤでは、
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層とｐ型ＧａＰ電流拡
散層との界面において、伝導帯下端にはエネルギー差
０．２５ｅＶのノッチが発生し、価電子帯上端にはエネ
ルギー差０．２９ｅＶのノッチが発生する。それに対し
て、本実施形態に従って形成されるＬＥＤ１００では、
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層１４とｐ型ＧａＰ電
流拡散層１６との間にｐ型ＡｌＩｎＡｓ中間層１５を挿
入することにより、ノッチが複数の接合界面に分散して
発生するようになる。この結果、伝導帯下端に発生する
ノッチはそのエネルギー差が最大で約０．２０ｅＶとな
り、価電子帯上端に発生するノッチはそのエネルギー差
が最大で約０．２４ｅＶとなり、それぞれ従来技術にお
ける値よりも低減される。
【００５８】この様なノッチの低減により、本実施形態
によるＬＥＤ１００では、従来技術では約２．５Ｖであ
った動作電流２０ｍＡの時の動作電圧が約２．４Ｖに低
減する一方で、そのときの発光輝度が約１．１倍向上す
る。
【００５９】（第２の実施形態）本発明の第２の実施形
態における半導体発光素子として、発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）２００を、図２（ａ）及び（ｂ）を参照して説明
する。図２（ａ）は、ＬＥＤ２００の構成を示す断面図
であり、図２（ｂ）は、ＬＥＤ２００の上部クラッド層
から電流拡散層にかけての積層構造の接合界面における
エネルギーバンドプロファイルを模式的に示す図であ
る。
【００６０】図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ２００で
は、ｎ型ＧａＡｓ基板２１の上に、ｎ型（ＡｌxＧ
ａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）下部クラッド層
２２（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約１．０μｍ）、
（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）活性層
２３（例えば、ｘ＝０．３及び厚さ約０．５μｍ）、及
びｐ型（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）
上部クラッド層２４（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約
１．０μｍ）を、順次積層する。このうち、ｎ型ＡｌＧ
ａＩｎＰ下部クラッド層２２には、キャリア濃度が約５
×１０17ｃｍ-3となるようにＳｉがドープされている。
一方、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層２４には、キ
ャリア濃度が約５×１０17ｃｍ-3となるように、Ｚｎが
ドープされている。これらのｎ型下部クラッド層２２、
活性層２３、及びｐ型上部クラッド層２４によって、Ｌ
ＥＤ２００の発光部を含む積層構造が形成される。
【００６１】次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層２４の上に、ｐ型ＡｌyＩｎ1-yＡｓ第１中間層２５
（例えば、ｙ＝０．８８及び厚さ約０．１μｍ）、及び
ｐ型ＡｌyＩｎ1-yＡｓ第２中間層２６（例えば、ｙ＝
０．７２及び厚さ約０．１μｍ）を順に積層する。この
第１及び第２のｐ型ＡｌＩｎＡｓ中間層２５及び２６に
は、キャリア濃度がそれぞれ約１×１０18ｃｍ-3となる
ように、Ｚｎがドープされている。
【００６２】さらに、第２のｐ型ＡｌＩｎＡｓ中間層２
６の上には、ｐ型ＧａＰ電流拡散層２７（例えば、厚さ
約７μｍ）を形成する。このｐ型ＧａＰ電流拡散層２７
には、キャリア濃度が約２×１０18ｃｍ-3となるように
Ｚｎがドープされている。
【００６３】次に、ｐ型ＧａＰ電流拡散層２７の上に例
えばＡｕ−Ｚｎ膜を蒸着して、これを例えば円形にパタ
ーニングしてｐ型電極２８を形成する。一方、ＧａＡｓ
基板２１の下面には、例えばＡｕ−Ｇｅ膜からなるｎ型
電極２９を蒸着により形成する。これによって、ＬＥＤ
２００が完成する。
【００６４】図２（ｂ）は、上記のようにして形成され
る本実施形態のＬＥＤ２００における、ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ上部クラッド層２４からｐ型ＧａＰ電流拡散層２７
にかけてのエネルギーバンドプロファイルを模式的に示
す図である。
【００６５】先に図１４（ｂ）を参照して説明したよう
に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層とｐ型ＧａＰ電
流拡散層との間に中間層を有しない従来のＬＥＤでは、
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層とｐ型ＧａＰ電流拡
散層との界面において、伝導帯下端にはエネルギー差
０．２５ｅＶのノッチが発生し、価電子帯上端にはエネ
ルギー差０．２９ｅＶのノッチが発生する。それに対し
て、本実施形態に従って形成されるＬＥＤ２００では、
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層２４とｐ型ＧａＰ電
流拡散層２７との間に第１及び第２のｐ型ＡｌＩｎＡｓ
中間層２５及び２６を挿入することにより、ノッチが複
数の接合界面に分散して発生するようになる。この結
果、伝導帯下端に発生するノッチはそのエネルギー差が
最大で約０．１５ｅＶとなり、価電子帯上端に発生する
ノッチはそのエネルギー差が最大で約０．１８ｅＶとな
り、それぞれ従来技術における値よりも低減される。
【００６６】この様なノッチの低減により、本実施形態
によるＬＥＤ２００では、従来技術では約２．５Ｖであ
った動作電流２０ｍＡの時の動作電圧が約２．３Ｖに低
減する一方で、そのときの発光輝度が約１．２倍向上す
る。
【００６７】（第３の実施形態）本発明の第３の実施形
態における半導体発光素子として、発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）３００を、図３を参照して説明する。図３は、Ｌ
ＥＤ３００の構成を示す断面図である。
【００６８】図３に示すように、ＬＥＤ３００では、ｎ
型ＧａＡｓ基板３１の上に、ｎ型（ＡｌxＧａ1-x）0.51
Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）下部クラッド層３２（例え
ば、ｘ＝１．０及び厚さ約１．０μｍ）、（ＡｌxＧａ
1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）活性層３３（例え
ば、ｘ＝０．３及び厚さ約０．５μｍ）、及びｐ型（Ａ
ｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）上部クラッ
ド層３４（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約１．０μｍ）
を、順次積層する。このうち、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部
クラッド層３２には、キャリア濃度が約５×１０17ｃｍ
-3となるようにＳｉがドープされている。一方、ｐ型Ａ
ｌＧａＩｎＰ上部クラッド層３４には、キャリア濃度が
約５×１０17ｃｍ-3となるように、Ｚｎがドープされて
いる。これらのｎ型下部クラッド層３２、活性層３３、
及びｐ型上部クラッド層３４によって、ＬＥＤ３００の
発光部を含む積層構造が形成される。
【００６９】次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層３４の上に、ｐ型ＧａＡｓzＰ1-z中間層３５（例え
ば、ｚ＝０．５及び厚さ約０．１μｍ）を積層する。こ
のｐ型ＧａＡｓＰ中間層３５には、キャリア濃度が約１
×１０18ｃｍ-3となるように、Ｚｎがドープされてい
る。
【００７０】さらに、ｐ型ＧａＡｓＰ中間層３５の上に
は、ｐ型ＧａＰ電流拡散層３６（例えば、厚さ約７μ
ｍ）を形成する。このｐ型ＧａＰ電流拡散層３６には、
キャリア濃度が約２×１０18ｃｍ-3となるようにＺｎが
ドープされている。
【００７１】次に、ｐ型ＧａＰ電流拡散層３６の上に例
えばＡｕ−Ｚｎ膜を蒸着して、これを例えば円形にパタ
ーニングしてｐ型電極３７を形成する。一方、ＧａＡｓ
基板３１の下面には、例えばＡｕ−Ｇｅ膜からなるｎ型
電極３８を蒸着により形成する。これによって、ＬＥＤ
３００が完成する。
【００７２】上記のように構成される本実施形態のＬＥ
Ｄ３００では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層３
４、ｐ型ＧａＡｓzＰ1-z中間層３５、及びｐ型ＧａＰ電
流拡散層３６の格子定数は、それぞれ５．６５Å、５．
５５Å及び５．４５Åである。これより、ｐ型ＧａＡｓ
zＰ1-z中間層３５が、Ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層３４とｐ型ＧａＰ電流拡散層３６との間の格子不整合
を緩和する構成となっている。この様な中間層３５によ
る格子不整合の緩和により、本実施形態のＬＥＤ３００
では、従来のＬＥＤに比べて発光輝度が約１．２倍に向
上する。
【００７３】（第４の実施形態）本発明の第４の実施形
態における半導体発光素子として、発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）４００を、図４を参照して説明する。図４は、Ｌ
ＥＤ４００の構成を示す断面図である。
【００７４】図４に示すように、ＬＥＤ４００では、ｎ
型ＧａＡｓ基板４１の上に、ｎ型（ＡｌxＧａ1-x）0.51
Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）下部クラッド層４２（例え
ば、ｘ＝１．０及び厚さ約１．０μｍ）、（ＡｌxＧａ
1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）活性層４３（例え
ば、ｘ＝０．３及び厚さ約０．５μｍ）、及びｐ型（Ａ
ｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）上部クラッ
ド層４４（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約１．０μｍ）
を、順次積層する。このうち、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部
クラッド層４２には、キャリア濃度が約５×１０17ｃｍ
-3となるようにＳｉがドープされている。一方、ｐ型Ａ
ｌＧａＩｎＰ上部クラッド層４４には、キャリア濃度が
約５×１０17ｃｍ-3となるように、Ｚｎがドープされて
いる。これらのｎ型下部クラッド層４２、活性層４３、
及びｐ型上部クラッド層４４によって、ＬＥＤ４００の
発光部を含む積層構造が形成される。
【００７５】次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層４４の上に、ｐ型ＧａＡｓzＰ1-z第１中間層４５（例
えば、ｚ＝０．６及び厚さ約０．１μｍ）、及びｐ型Ｇ
ａＡｓzＰ1-z第２中間層４６（例えば、ｚ＝０．３及び
厚さ約０．１μｍ）を順に積層する。この第１及び第２
のｐ型ＧａＡｓＰ中間層４５及び４６には、キャリア濃
度がそれぞれ約１×１０18ｃｍ-3となるように、Ｚｎが
ドープされている。
【００７６】さらに、第２のｐ型ＧａＡｓＰ中間層４６
の上には、ｐ型ＧａＰ電流拡散層４７（例えば、厚さ約
７μｍ）を形成する。このｐ型ＧａＰ電流拡散層４７に
は、キャリア濃度が約２×１０18ｃｍ-3となるようにＺ
ｎがドープされている。
【００７７】次に、ｐ型ＧａＰ電流拡散層４７の上に例
えばＡｕ−Ｚｎ膜を蒸着して、これを例えば円形にパタ
ーニングしてｐ型電極４８を形成する。一方、ＧａＡｓ
基板４１の下面には、例えばＡｕ−Ｇｅ膜からなるｎ型
電極４９を蒸着により形成する。これによって、ＬＥＤ
４００が完成する。
【００７８】上記のように構成される本実施形態のＬＥ
Ｄ４００では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層４
４、ｐ型ＧａＡｓzＰ1-z第１中間層４５、ｐ型ＧａＡｓ
zＰ1-z第２中間層４６、及びＰ型ＧａＰ電流拡散層４７
の格子定数が、それぞれ５．６５Å、５．５７Å、５．
５１Å及び５．４５Åとなっており、ｐ型ＧａＡｓzＰ
1-z第１中間層４５及びｐ型ＧａＡｓzＰl-z第２中間層
４６が、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層４４とｐ型
ＧａＰ電流拡散層４７との間の格子不整合を緩和する構
成となっている。この様な第１及び第２のｐ型ＧａＡｓ
Ｐ中間層４５及び４６による格子不整合の緩和により、
本実施形態のＬＥＤ４００では、従来のＬＥＤに比べて
発光輝度が約１．３倍に向上する。
【００７９】（第５の実施形態）本発明の第５の実施形
態における半導体発光素子として、発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）５００を、図５（ａ）及び（ｂ）を参照して説明
する。図５（ａ）は、ＬＥＤ５００の構成を示す断面図
であり、図５（ｂ）は、ＬＥＤ５００の上部クラッド層
から電流拡散層にかけての積層構造の接合界面における
エネルギーバンドプロファイルを模式的に示す図であ
る。
【００８０】図５（ａ）に示すように、ＬＥＤ５００で
は、ｎ型ＧａＡｓ基板５１の上に、ｎ型（ＡｌxＧ
ａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）下部クラッド層
５２（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約１．０μｍ）、
（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）活性層
５３（例えば、ｘ＝０．３及び厚さ約０．５μｍ）、及
びｐ型（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）
上部クラッド層５４（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約
１．０μｍ）を、順次積層する。このうち、ｎ型ＡｌＧ
ａＩｎＰ下部クラッド層５２には、キャリア濃度が約５
×１０17ｃｍ-3となるようにＳｉがドープされている。
一方、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層５４には、キ
ャリア濃度が約５×１０17ｃｍ-3となるように、Ｚｎが
ドープされている。これらのｎ型下部クラッド層５２、
活性層５３、及びｐ型上部クラッド層５４によって、Ｌ
ＥＤ５００の発光部を含む積層構造が形成される。
【００８１】次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層５４の上に、ｐ型Ｇａ1-u-vＩｎuＡｌvＰ中間層５５
（例えば、ｕ＝ｖ＝０．２５及び厚さ約０．１μｍ）を
積層する。このｐ型ＧａＩｎＡｌＰ中間層５５には、キ
ャリア濃度が約１×１０18ｃｍ-3となるように、Ｚｎが
ドープされている。
【００８２】さらに、ｐ型ＧａＩｎＡｌＰ中間層５５の
上には、ｐ型ＧａＰ電流拡散層５６（例えば、厚さ約７
μｍ）を形成する。このｐ型ＧａＰ電流拡散層５６に
は、キャリア濃度が約２×１０18ｃｍ-3となるようにＺ
ｎがドープされている。
【００８３】次に、ｐ型ＧａＰ電流拡散層５６の上に例
えばＡｕ−Ｚｎ膜を蒸着して、これを例えば円形にパタ
ーニングしてｐ型電極５７を形成する。一方、ＧａＡｓ
基板５１の下面には、例えばＡｕ−Ｇｅ膜からなるｎ型
電極５８を蒸着により形成する。これによって、ＬＥＤ
５００が完成する。
【００８４】図５（ｂ）は、上記のようにして形成され
る本実施形態のＬＥＤ５００における、ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ上部クラッド層５４からｐ型ＧａＰ電流拡散層５６
にかけてのエネルギーバンドプロファイルを模式的に示
す図である。
【００８５】先に図１４（ｂ）を参照して説明したよう
に、上部クラッド層と電流拡散層との間に中間層を有し
ない従来のＬＥＤでは、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッ
ド層とｐ型ＧａＰ電流拡散層との界面において、伝導帯
下端にはエネルギー差０．２５ｅＶのノッチが発生し、
価電子帯上端にはエネルギー差０．２９ｅＶのノッチが
発生する。それに対して、本実施形態に従って形成され
るＬＥＤ５００では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層５４とｐ型ＧａＰ電流拡散層５６との間にｐ型ＧａＩ
ｎＡｌＰ中間層５５を挿入することにより、ノッチが複
数の接合界面に分散して発生するようになる。この結
果、伝導帯下端に発生するノッチはそのエネルギー差が
最大で約０．１３ｅＶとなり、価電子帯上端に発生する
ノッチはそのエネルギー差が最大で約０．１６ｅＶとな
り、それぞれ従来技術における値よりも低減される。
【００８６】さらに、本実施形態のＬＥＤ５００では、
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層５４、ｐ型ＧａＩｎ
ＡｌＰ中間層５５、ｐ型ＧａＰ電流拡散層５６の格子定
数が、それぞれ５．６５Å、５．５５Å及び５．４５Å
となっており、ｐ型ＧａＩｎＡｌＰ中間層５５が、ｐ型
ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層５４とｐ型ＧａＰ電流拡
散層５６との間の格子不整合を緩和する構成となってい
る。
【００８７】この様な中間層５５によるノッチの低減と
格子不整合の緩和とにより、本実施形態によるＬＥＤ５
００では、従来技術では約２．５Ｖであった動作電流２
０ｍＡの時の動作電圧が約２．１Ｖに低減する一方で、
そのときの発光輝度が約１．４倍向上する。
【００８８】（第６の実施形態）本発明の第６の実施形
態における半導体発光素子として、発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）６００を、図６（ａ）及び（ｂ）を参照して説明
する。図６（ａ）は、ＬＥＤ６００の構成を示す断面図
であり、図６（ｂ）は、ＬＥＤ６００の上部クラッド層
から電流拡散層にかけての積層構造の接合界面における
エネルギーバンドプロファイルを模式的に示す図であ
る。
【００８９】図６（ａ）に示すように、ＬＥＤ６００で
は、ｎ型ＧａＡｓ基板６１の上に、ｎ型（ＡｌxＧ
ａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）下部クラッド層
６２（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約１．０μｍ）、
（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）活性層
６３（例えば、ｘ＝０．３及び厚さ約０．５μｍ）、及
びｐ型（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）
上部クラッド層６４（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約
１．０μｍ）を、順次積層する。このうち、ｎ型ＡｌＧ
ａＩｎＰ下部クラッド層６２には、キャリア濃度が約５
×１０17ｃｍ-3となるようにＳｉがドープされている。
一方、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層６４には、キ
ャリア濃度が約５×１０17ｃｍ-3となるように、Ｚｎが
ドープされている。これらのｎ型下部クラッド層６２、
活性層６３、及びｐ型上部クラッド層６４によって、Ｌ
ＥＤ６００の発光部を含む積層構造が形成される。
【００９０】次いで、ｐ型上部クラッド層６４の上に、
ｐ型Ｇａ1-u-vＩｎuＡｌvＰ第１中間層６５（例えば、
ｕ＝０．１５、ｖ＝０．２０及び厚さ約０．１μｍ）、
ｐ型Ｇａ1-u-vＩｎuＡｌvＰ第２中間層６６（例えば、
ｕ＝ｖ＝０．２５及び厚さ約０．１μｍ）、及びｐ型Ｇ
ａ1-u-vＩｎuＡｌvＰ第３中間層６７（例えば、ｕ＝
０．３５、ｖ＝０．３０及び厚さ約０．１μｍ）を順に
積層する。この第１、第２及び第３のｐ型ＧａＩｎＡｌ
Ｐ中間層６５、６６及び６７には、キャリア濃度がそれ
ぞれ約１×１０18ｃｍ-3となるようにＺｎがドープされ
ている。
【００９１】さらに、第３のｐ型ＧａＩｎＡｌＰ中間層
６７の上には、ｐ型ＧａＰ電流拡散層６８（例えば、厚
さ約７μｍ）を形成する。このｐ型ＧａＰ電流拡散層６
８には、キャリア濃度が約２×１０18ｃｍ-3となるよう
にＺｎがドープされている。
【００９２】次に、ｐ型ＧａＰ電流拡散層６８の上に例
えばＡｕ−Ｚｎ膜を蒸着して、これを例えば円形にパタ
ーニングしてｐ型電極６９を形成する。一方、ＧａＡｓ
基板６１の下面には、例えばＡｕ−Ｇｅ膜からなるｎ型
電極６１０を蒸着により形成する。これによって、ＬＥ
Ｄ６００が完成する。
【００９３】図６（ｂ）は、上記のようにして形成され
る本実施形態のＬＥＤ６００における、ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ上部クラッド層６４からｐ型ＧａＰ電流拡散層６８
にかけてのエネルギーバンドプロファイルを模式的に示
す図である。
【００９４】先に図１４（ｂ）を参照して説明したよう
に、上部クラッド層と電流拡散層との間に中間層を有し
ない従来のＬＥＤでは、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッ
ド層とｐ型ＧａＰ電流拡散層との界面において、伝導帯
下端にはエネルギー差０．２５ｅＶのノッチが発生し、
価電子帯上端にはエネルギー差０．２９ｅＶのノッチが
発生する。それに対して、本実施形態に従って形成され
るＬＥＤ６００では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層６４とｐ型ＧａＰ電流拡散層６８との間に第１、第２
及び第３のｐ型ＧａＩｎＡｌＰ中間層６５、６６及び６
７を挿入することにより、ノッチが複数の接合界面に分
散して発生するようになる。この結果、伝導帯下端に発
生するノッチはそのエネルギー差が最大で約０．０８ｅ
Ｖとなり、価電子帯上端に発生するノッチはそのエネル
ギー差が最大で約０．１２ｅＶとなり、それぞれ従来技
術における値よりも低減される。
【００９５】さらに、本実施形態のＬＥＤ６００では、
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層６４、ｐ型ＧａＩｎ
ＡｌＰ第１中間層６５、ｐ型ＧａＩｎＡｌＰ第２中間層
６６、ｐ型ＧａＩｎＡｌＰ第３中間層６７、ｐ型ＧａＰ
電流拡散層６８の格子定数が、それぞれ５．６５Å、
５．６０Å、５．５５Å、５．５１Å及び５．４５Åと
なっており、ｐ型ＧａＩｎＡｌＰ第１〜３中間層６５〜
６７が、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層６４とｐ型
ＧａＰ電流拡散層６８との間の格子不整合を緩和する構
成となっている。
【００９６】この様な第１〜第３のｐ型ＧａＩｎＡｌＰ
中間層６５〜６７によるノッチの低減と格子不整合の緩
和とにより、本実施形態によるＬＥＤ６００では、従来
技術では約２．５Ｖであった動作電流２０ｍＡの時の動
作電圧が約２．０Ｖに低減する一方で、そのときの発光
輝度が約１．５倍向上する。
【００９７】（第７の実施形態）本発明の第７の実施形
態における半導体発光素子として、発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）７００を、図７（ａ）〜（ｃ）を参照して説明す
る。図７（ａ）は、ＬＥＤ７００の構成を示す断面図で
あり、図７（ｂ）は、ＬＥＤ７００の上部クラッド層か
ら電流拡散層にかけての積層構造の接合界面におけるエ
ネルギーバンドプロファイルを模式的に示す図である。
図７（ｃ）は、ＬＥＤ７００の上部クラッド層から電流
拡散層にかけての積層構造における、格子定数の変化を
模式的に示す図である。
【００９８】図７（ａ）に示すように、ＬＥＤ７００で
は、ｎ型ＧａＡｓ基板７１の上に、ｎ型（ＡｌxＧ
ａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）下部クラッド層
７２（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約１．０μｍ）、
（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）活性層
７３（例えば、ｘ＝０．３及び厚さ約０．５μｍ）、及
びｐ型（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）
上部クラッド層７４（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約
１．０μｍ）を、順次積層する。このうち、ｎ型ＡｌＧ
ａＩｎＰ下部クラッド層７２には、キャリア濃度が約５
×１０17ｃｍ-3となるようにＳｉがドープされている。
一方、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層７４には、キ
ャリア濃度が約５×１０17ｃｍ-3となるように、Ｚｎが
ドープされている。これらのｎ型下部クラッド層７２、
活性層７３、及びｐ型上部クラッド層７４によって、Ｌ
ＥＤ７００の発光部を含む積層構造が形成される。
【００９９】次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層７４の上に、ｐ型（ＡｌuＧａ1-u）1-vＩｎvＰ中間層
７５（例えば、厚さ約０．１μｍ）を積層する。このｐ
型ＡｌＧａＩｎＰ中間層７５は、組成式におけるｕを１
から０へ、またｖを０．４９から０へ連続的に変化させ
ることによって、その組成をＡｌ0.51Ｉｎ0.49ＰからＧ
ａＰまで連続的に変化させる。さらに、ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ中間層７５には、キャリア濃度が約１×１０18ｃｍ
-3となるようにＺｎがドープされている。
【０１００】ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ中間層７５の上には、
ｐ型ＧａＰ電流拡散層７６（例えば、厚さ約７μｍ）を
形成する。このｐ型ＧａＰ電流拡散層７６には、キャリ
ア濃度が約２×１０18ｃｍ-3となるようにＺｎがドープ
されている。
【０１０１】次に、ｐ型ＧａＰ電流拡散層７６の上に例
えばＡｕ−Ｚｎ膜を蒸着して、これを例えば円形にパタ
ーニングしてｐ型電極７７を形成する。一方、ＧａＡｓ
基板７１の下面には、例えばＡｕ−Ｇｅ膜からなるｎ型
電極７８を蒸着により形成する。これによって、ＬＥＤ
７００が完成する。
【０１０２】図７（ｂ）は、上記のようにして形成され
る本実施形態のＬＥＤ７００における、ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ上部クラッド層７４からｐ型ＧａＰ電流拡散層７６
にかけてのエネルギーバンドプロファイルを模式的に示
す図である。
【０１０３】先に図１４（ｂ）を参照して説明したよう
に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層とｐ型ＧａＰ電
流拡散層との間に中間層を有しない従来のＬＥＤでは、
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層とｐ型ＧａＰ電流拡
散層との界面において、伝導帯下端にはエネルギー差
０．２５ｅＶのノッチが発生し、価電子帯上端にはエネ
ルギー差０．２９ｅＶのノッチが発生する。それに対し
て、本実施形態に従って形成されるＬＥＤ７００では、
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層７４とｐ型ＧａＰ電
流拡散層７６との間に、組成が連続的に変化するｐ型Ａ
ｌＧａＩｎＰ中間層７５を挿入することにより、ノッチ
を完全に無くすことができる。
【０１０４】さらに、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ中間層７５の
組成の連続的な変化にともなって、図７（ｃ）に示すよ
うに、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層７４からｐ型
ＧａＰ電流拡散層７６にかけての格子定数は連続的に変
化する。この結果、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層
７４とｐ型ＧａＰ電流拡散層７６との間の格子不整合が
緩和されている。
【０１０５】この様なノッチの低減及び格子不整合の緩
和によって、本実施形態によるＬＥＤ７００では、従来
技術では約２．５Ｖであった動作電流２０ｍＡの時の動
作電圧が約２．０Ｖに低減する一方で、そのときの発光
輝度が約１．４倍向上する。
【０１０６】（第８の実施形態）本発明の第８の実施形
態における半導体発光素子として、発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）８００を、図８（ａ）〜（ｃ）を参照して説明す
る。図８（ａ）〜（ｃ）は、ＬＥＤ８００の構成及びそ
の製造工程を示す断面図である。
【０１０７】ＬＥＤ８００の製造にあたっては、まず図
８（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板８１の上にｎ
型（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）下部
クラッド層８２（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約１．０
μｍ）、（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦
１）活性層８３（例えば、ｘ＝０．３及び厚さ約０．５
μｍ）、及びｐ型（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０
≦ｘ≦１）上部クラッド層８４（例えば、ｘ＝１．０及
び厚さ約１．０μｍ）を、順次積層する。このうち、ｎ
型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層８２には、キャリア濃
度が約５×１０17ｃｍ-3となるようにＳｉがドープされ
ている。一方、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層８４
には、キャリア濃度が約５×１０17ｃｍ-3となるよう
に、Ｚｎがドープされている。これらのｎ型下部クラッ
ド層８２、活性層８３、及びｐ型上部クラッド層８４に
よって、ＬＥＤ８００の発光部を含む積層構造が形成さ
れる。
【０１０８】次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層８４の上に、ｐ型Ｇａ1-u-vＩｎuＡｌvＰ中間層８５
（例えば、ｕ＝ｖ＝０．２５及び厚さ約０．１μｍ）を
積層する。このｐ型ＧａＩｎＡｌＰ中間層８５には、キ
ャリア濃度が約１×１０18ｃｍ-3となるように、Ｚｎが
ドープされている。
【０１０９】ｐ型ＧａＩｎＡｌＰ中間層８５の上には、
ｐ型ＧａＰキャップ層８６を成長する。次に、ＧａＰキ
ャップ層８６の上に、ｐ型ＧａＰ基板８７を結晶軸を一
致させて配置する。さらに、ｐ型ＧａＰ基板８７の上に
適当な重さの重り８８を乗せ、Ｈ2雰囲気中にて約６５
０℃で熱処理を行って、ＧａＰキャップ層８６とｐ型Ｇ
ａＰ基板８７とを接合させる。接合後には、このｐ型Ｇ
ａＰ基板８７は、形成されるＬＥＤ８００の電流拡散層
８７として機能する。
【０１１０】その後に、図８（ｂ）に示すように、ｐ型
ＧａＰ電流拡散層８７の上にｐ型電極８９を、成膜プロ
セス及びエッチングにより形成する。ｐ型電極８９は、
例えば円形に加工する。次に、ｎ型ＧａＡｓ基板８１を
エッチングして１０μｍ程度の厚さにした後に、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板８１の裏面全体にわたってｎ型電極８１０を
形成する（図８（ｂ））。
【０１１１】その後に、図８（ｃ）に示すように、ｎ型
電極８１０及びｎ型ＧａＡｓ基板８１をフォトリソグラ
フィーにより適当な形状にエッチングして、ＬＥＤ８０
０を得る。
【０１１２】以上のように形成される本実施形態のＬＥ
Ｄ８００では、第５の実施形態のＬＥＤ５００と同様
に、エネルギーバンドプロファイルに現れるノッチの低
減、及び積層構造での格子不整合の緩和が可能である。
これらの効果により、本実施形態によるＬＥＤ８００で
は、従来技術では約２．５Ｖであった動作電流２０ｍＡ
の時の動作電圧が約２．１Ｖに低減する一方で、そのと
きの発光輝度が約１．２倍向上する。
【０１１３】（第９の実施形態）本発明の第９の実施形
態における半導体発光素子として、発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）９００を、図９（ａ）〜（ｃ）を参照して説明す
る。図９（ａ）〜（ｃ）は、ＬＥＤ９００の構成及びそ
の製造工程を示す断面図である。
【０１１４】ＬＥＤ９００の製造にあたっては、まず図
９（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板９１の上にｎ
型（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦１）下部
クラッド層９２（例えば、ｘ＝１．０及び厚さ約１．０
μｍ）、（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０≦ｘ≦
１）活性層９３（例えば、ｘ＝０．３及び厚さ約０．５
μｍ）、及びｐ型（ＡｌxＧａ1-x）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（０
≦ｘ≦１）上部クラッド層９４（例えば、ｘ＝１．０及
び厚さ約１．０μｍ）を、順次積層する。このうち、ｎ
型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層９２には、キャリア濃
度が約５×１０17ｃｍ-3となるようにＳｉがドープされ
ている。一方、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層９４
には、キャリア濃度が約５×１０17ｃｍ-3となるよう
に、Ｚｎがドープされている。これらのｎ型下部クラッ
ド層９２、活性層９３、及びｐ型上部クラッド層９４に
よって、ＬＥＤ９００の発光部を含む積層構造が形成さ
れる。
【０１１５】次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層９４の上に、ｐ型Ｇａ1-u-vＩｎuＡｌvＰ中間層９５
（例えば、ｕ＝ｖ＝０．２５及び厚さ約０．１μｍ）を
積層する。このｐ型ＧａＩｎＡｌＰ中間層９５には、キ
ャリア濃度が約１×１０18ｃｍ-3となるように、Ｚｎが
ドープされている。
【０１１６】ｐ型ＧａＩｎＡｌＰ中間層９５の上には、
ｎ型ＧａＰ電流阻止層９６（例えば、厚さ約０．３μ
ｍ）を成長する。次に、ｎ型ＧａＰ電流阻止層９６の上
に適切にパターニングされたレジスト９７を塗布して、
エッチング処理によってｎ型ＧａＰ電流阻止層９６を例
えば円形の形状に加工する（図９（ｂ）参照）。
【０１１７】エッチング終了後にレジスト９７を除去し
た後に、ｎ型電流阻止層９６の上に、ｐ型ＧａＰ電流拡
散層９８（例えば、厚さ約７μｍ）を形成する。このｐ
型ＧａＰ電流拡散層９８には、キャリア濃度が約２×１
０18ｃｍ-3となるようにＺｎがドープされている。
【０１１８】次に、ｐ型ＧａＰ電流拡散層９８の上に例
えばＡｕ−Ｚｎ膜を蒸着して、これを例えば円形にパタ
ーニングしてｐ型電極９９を形成する。一方、ＧａＡｓ
基板９１の下面には、例えばＡｕ−Ｇｅ膜からなるｎ型
電極９１０を蒸着により形成する。これによって、ＬＥ
Ｄ９００が完成する。
【０１１９】上記構造を有する本実施形態のＬＥＤ９０
０では、ｐ型電極９９から注入された電流は、ｐ型Ｇａ
Ｐ電流拡散層９８の中でｎ型ＧａＰ電流阻止層９６の外
側まで広がり、その後にｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッ
ド層９４に注入される。このような構成によれば、発光
はｐ型電極９９の直下以外の箇所で生じるので、出射光
のうちでｐ型電極９９によって妨げられる量が低減され
る。この結果、光の取り出し効率が向上される。
【０１２０】以上のように形成される本実施形態のＬＥ
Ｄ９００では、第５の実施形態のＬＥＤ５００と同様
に、エネルギーバンドプロファイルに現れるノッチの低
減、及び積層構造での格子不整合の緩和が可能である。
これらの効果により、本実施形態によるＬＥＤ９００で
は、従来技術では約２．５Ｖであった動作電流２０ｍＡ
の時の動作電圧が約２．１Ｖに低減する一方で、そのと
きの発光輝度が約２倍向上する。
【０１２１】以上に説明した各実施形態では、中間層を
設けることによってエネルギーバンドプロファイルでの
ノッチを緩和するにあたって、伝導帯下端及び価電子帯
上端の両方におけるノッチの緩和を図っている。しか
し、必ずしも両方でのノッチの緩和を行う必要はなく、
伝導帯下端或いは価電子帯上端のいずれか一方でのノッ
チの緩和を図ることで、これまでに説明したものと同様
の効果を得ることができる。
【０１２２】以上の各実施形態の説明では、上部クラッ
ド層、中間層及び電流拡散層などの材料として、特定の
材料名を挙げて説明している。しかし、本発明の適用範
囲は、何らかの特定の材料に限られるものではない。例
えば、電流拡散層の材料としてＧａＰを使用している
が、ＡｌＧａＰを使用することもできる。その意味で、
上記の各実施形態における電流拡散層の構成材料として
は、ＧａＰ及びＡｌＧａＰの双方を含むＡｌＧａＰ系の
化合物半導体材料とすることができる。
【０１２３】どのような構成材料を使用する場合でも、
上記で説明したような、上部クラッド層、中間層及び電
流拡散層の伝導帯下端及び／または価電子帯上端におけ
るエネルギー位置の関係、或いは／及び、格子定数の関
係を満たすような材料を、中間層の材料として適宜選択
すればよい。この中間層材料の選択について、以下に図
１０を参照して説明する。
【０１２４】図１０は、Appl. Phys. Lett.、Vol.60、N
o.5、pp.630-632(1992)に記載されている、各種半導体
材料の伝導体下端及び価電子帯上端のエネルギー位置
（縦軸、Ａｕのショットキーバリア位置に対する相対値
として表示）と格子定数（横軸）とを示すグラフであ
る。具体的には、図中の印は、それぞれの２元混晶につ
いてのプロットである（但し、Ｓｉ及びＧｅを除く）。
また、それぞれの印の間を結ぶ実線や点線は、３元混晶
に関する値の変化を示している。
【０１２５】ここでは、ＡｌＰ層とＧａＰ層との接合を
例にとって、それらの間に挿入されるべき中間層の材料
の決定方法について説明する。なお、上記のうちでＡｌ
Ｐは、これまでの実施形態の構成の中で具体的に言及さ
れている材料系ではないが、図１０の中でのプロット位
置の関係で以下の説明を簡潔に行えるので、ここでは例
として選択している。
【０１２６】まず、エネルギーバンドプロファイルに着
目して中間層の材料を選択する場合の例を説明する。
【０１２７】このとき、ＧａＰ層及びＡｌＰ層の伝導帯
下端のエネルギー位置は、それぞれ図１０の縦軸の点
（１）及び点（２）である。また、ＧａＰ層及びＡｌＰ
層の価電子帯上端のエネルギー位置は、それぞれ図１０
の縦軸の点（３）及び点（４）である。従って、中間層
の材料として、その伝導帯下端のエネルギー位置が点
（１）と点（２）との間に存在し、且つ／または、価電
子帯上端のエネルギー位置が点（３）と点（４）との間
に位置するような材料を、選択する。
【０１２８】一方、格子定数に着目する場合には、Ｇａ
Ｐ層及びＡｌＰ層の格子定数の値がそれぞれ図１０の横
軸の点（５）及び点（６）であることから、格子定数の
値がこれらの点の間に位置するような材料を、中間層の
構成材料として選択すればよい。
【０１２９】格子定数及びエネルギーバンドプロファイ
ルの双方に着目する場合には、上記それぞれの条件を同
時に満たすような材料を選択する。
【０１３０】このようにすることによって、適切な中間
層の構成材料が決定される。上記の説明におけるＧａＰ
やＡｌＰを、実際に上部クラッド層や電流拡散層の構成
材料として使用される半導体材料で置き換えれば、どの
ような材料の組み合わせに対しても上記の手法は適用可
能である。接合対象になる半導体材料層が４元混晶から
構成されている場合でも、上記と同様の手法で適切な材
料を選択すればよい。なお、中間層の構成材料を具体的
に得るためには、例えば３元系化合物半導体材料や４元
系化合物半導体材料における組成比の調整など、半導体
技術で一般的に行われている手法を行えばよい。
【０１３１】上記で説明した各実施形態では、中間層の
キャリア濃度を約１×１０18ｃｍ-3としているが、実際
には約１×１０17ｃｍ-3〜約１×１０19ｃｍ-3のキャリ
ア濃度を有するように中間層を形成することが好まし
い。キャリア濃度が上記の範囲よりも小さいと、中間層
が高抵抗になって電流拡散層から上部クラッド層（活性
層）へのキャリアの注入が十分に行えなくなる。一方、
キャリア濃度が上記範囲よりも高いと、高濃度ドープに
よる結晶性の劣化や、ドープされた不純物の固体内拡散
による結晶性の劣化を招く可能性がある。
【０１３２】また、各実施形態のＬＥＤにおいて、中間
層の厚さは、好ましくは約０．０１μｍ〜約５μｍの範
囲内にあることが好ましい。中間層が上記範囲よりも薄
いと所望のエネルギーバンドプロファイルを得ることが
できず、一方、中間層が上記範囲よりも厚いと生産性が
低下する。
【０１３３】また、上記の各実施形態における各層の結
晶成長は、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＭＯＭＢＥ法、Ｌ
ＰＥ法など、半導体技術で一般に使用される成長技術に
よって行うことができる。
【０１３４】また、各層へのＳｉやＺｎなどの不純物の
ドープは、成長と共にドーピング材料を供給することに
よるドーピングの他に、イオン注入など半導体技術で一
般的に使用される手法で行うことができる。ドーピング
される不純物としては、Ｓｉ或いはＺｎのみならず、Ｓ
ｅやＭｇなど、半導体技術で一般に使用される不純物を
用いることができる。
【０１３５】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の半導体
発光素子では、上部クラッド層と電流拡散層との間に所
定の中間層を設けることによって、これらの層の界面に
おいて、エネルギーバンドプロファイルに生じる不連続
（ノッチ）が低減される。また、上部クラッド層と電流
拡散層との間の格子不整合が緩和される。これによっ
て、キャリアの移動に対する障壁や界面準位が低減され
て、上記の界面におけるキャリアの再結合が低減され
る。この結果、動作電圧が低減されて、半導体発光素子
の消費電力が低減される。さらに、活性層へのキャリア
の注入効率が向上して、発光効率が向上し、従って半導
体発光素子の発光輝度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態における半
導体発光素子の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、そ
の上部クラッド層から電流拡散層にかけてのエネルギー
バンドプロファイルを模式的に示す図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第２の実施形態における半
導体発光素子の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、そ
の上部クラッド層から電流拡散層にかけてのエネルギー
バンドプロファイルを模式的に示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態における半導体発光素
子の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態における半導体発光素
子の構成を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第５の実施形態における半
導体発光素子の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、そ
の上部クラッド層から電流拡散層にかけてのエネルギー
バンドプロファイルを模式的に示す図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第６の実施形態における半
導体発光素子の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、そ
の上部クラッド層から電流拡散層にかけてのエネルギー
バンドプロファイルを模式的に示す図である。
【図７】（ａ）は、本発明の第７の実施形態における半
導体発光素子の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、そ
の上部クラッド層から電流拡散層にかけてのエネルギー
バンドプロファイルを模式的に示す図であり、（ｃ）
は、上部クラッド層から電流拡散層にかけて格子定数の
変化を模式的に示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第８の実施形態に
おける半導体発光素子の構成及びその製造方法を示す断
面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第９の実施形態に
おける半導体発光素子の構成及びその製造方法を示す断
面図である。
【図１０】各種の化合物半導体材料における、伝導帯下
端及び価電子帯上端のエネルギー位置と格子定数との関
係を模式的に示すグラフである。
【図１１】従来の半導体発光素子の構成を示す断面図で
ある。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、従来の他の半導体発光素
子の構成及びその製造方法を示す断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、半導体材料接合時のタイ
プＩ〜ＩＩＩの接合の様子をそれぞれ模式的に示すエネ
ルギーバンドプロファイルである。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、従来の半導体発光素子に
おける半導体材料の接合前後のエネルギーバンドプロフ
ァイル、及びキャリアの挙動を模式的に説明する図であ
る。
【図１５】（ａ）及び（ｂ）は、従来技術による中間バ
ンドギャップ層の機能を説明するエネルギーバンドプロ
ファイルである。
【符号の説明】
１１ ｎ型ＧａＡｓ基板 １２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 １３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 １４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層 １５ ｐ型ＡｌＩｎＡｓ中間層 １６ ｐ型ＧａＰ電流拡散層 １７ ｐ型電極 １８ ｎ型電極 ２１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 ２３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 ２４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層 ２５ ｐ型ＡｌＩｎＡｓ第１中問層 ２６ ｐ型ＡｌＩｎＡｓ第２中間層 ２７ ｐ型ＧａＰ電流拡散層 ２８ ｐ型電極 ２９ ｎ型電極 ３１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ３２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 ３３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 ３４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層 ３５ ｐ型ＧａＡｓＰ中間層 ３６ ｐ型ＧａＰ電流拡散層 ３７ ｐ型電極 ３８ ｎ型電極 ４１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ４２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 ４３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 ４４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層 ４５ ｐ型ＧａＡｓＰ第１中間層 ４６ ｐ型ＧａＡｓＰ第２中間層 ４７ ｐ型ＧａＰ電流拡散層 ４８ ｐ型電極 ４９ ｎ型電極 ５１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ５２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 ５３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 ５４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層 ５５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ中間層 ５６ ｐ型ＧａＰ電流拡散層 ５７ ｐ型電極 ５８ ｎ型電極 ６１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ６２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 ６３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 ６４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層 ６５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１中間層 ６６ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２中間層 ６７ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第３中間層 ６８ ｐ型ＧａＰ電流拡散層 ６９ ｐ型電極 ６１０ ｎ型電極、 ７１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ７２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 ７３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 ７４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層 ７５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ中間層 ７６ ｐ型ＧａＰ電流拡散層 ７７ ｐ型電極 ７８ ｎ型電極 ８１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ８２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 ８３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 ８４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層 ８５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ中間層 ８６ ｐ型ＧａＰキャップ層 ８７ ｐ型ＧａＰ基板（電流拡散層） ８８ 重り ８９ ｐ型電極 ８１０ ｎ型電極 ９１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ９２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 ９３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 ９４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層 ９５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ中間層 ９６ ｎ型ＧａＰ電流阻止層 ９７ レジスト ９８ ｐ型ＧａＰ電流拡散層 ９９ ｐ型電極 ９１０ ｎ型電極 １１１０ ｎ型ＧａＡｓ基板 １１２０ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 １１３０ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 １１４０ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層 １１５０ ｐ型ＧａＰ電流拡散層 １１６０ ｐ型電極 １１７０ ｎ型電極 １２１０ ｎ型ＧａＡｓ基板 １２２０ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 １２３０ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 １２４０ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層 １２５０ ｐ型ＧａＰキャップ層 １２６０ ｐ型ＧａＰ基板（電流拡散層） １２７０ 重り １２８０ ｐ型電極 １２９０ ｎ型電極 １００、２００、３００、４００、５００、６００、７
００、８００、９００、１１００、１２００ 発光ダイ
オード（ＬＥＤ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−204236（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−61525（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−342936（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−202264（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−296678（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−106685（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−38203（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−85385（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−283797（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１導電型の化合物半導体基板と、 該化合物半導体基板の上に形成された積層構造であっ
    て、少なくとも発光のための活性層と該活性層を両側か
    ら挟み込む第１導電型の下部クラッド層及び第２導電型
    の上部クラッド層とを含む、積層構造と、 該積層構造の上に形成された第２導電型の中間層と、 該中間層の上に形成された第２導電型の電流拡散層と、 を有する半導体発光素子であって、接合前の該上部クラッド層及び該電流拡散層のそれぞれ
    のエネルギーバンドプロファイルにおける伝導帯下端及
    び価電子帯上端のエネルギー位置が、該上部クラッド層
    及び該電流拡散層のいずれか一方の層が、該伝導帯下端
    及び価電子帯上端の両方について、他方の層よりも高い
    状態となっており、 該中間層は、該上部クラッド層及び該電流拡散層のそれ
    ぞれの該伝導帯下端及び荷電子上端のエネルギー差に起
    因する前記エネルギーバンドファイルにおける伝導帯下
    端及び価電子帯上端に生じる不連続を緩和する伝導帯下
    端及び価電子帯上端のエネルギー位置を有している 、半
    導体発光素子。
  2. 【請求項２】 前記中間層は、前記上部クラッド層と前
    記電流拡散層との間で、格子不整合を緩和する、請求項
    １に記載の半導体素子。
  3. 【請求項３】 前記中間層が複数の層を含んでいる、請
    求項１または２に記載の半導体発光素子。
  4. 【請求項４】 前記中間層は、接合前のその伝導帯下端
    のエネルギー位置が、接合前の前記上部クラッド層の伝
    導帯下端のエネルギー位置と接合前の前記電流拡散層の
    伝導帯下端のエネルギー位置との間に位置し、且つ、接
    合前のその価電子帯上端のエネルギー位置が、接合前の
    該上部クラッド層の価電子帯上端のエネルギー位置と接
    合前の該電流拡散層の価電子帯上端のエネルギー位置と
    の間に位置する、請求項１または２に記載の半導体発光
    素子。
  5. 【請求項５】 前記中間層が、前記上部クラッド層に接
    する第１中間層から前記電流拡散層に接する第ｎ中間層
    （但し、ｎ＞１）に至る複数の層からなり、第ｋ中間層
    （但し、１≦ｋ≦（ｎ−１））は第（ｋ＋１）中間層に
    比べて、接合前のその伝導帯下端のエネルギー位置が接
    合前の該上部クラッド層の伝導帯下端のエネルギー位置
    により近く、且つ、接合前のその価電子帯上端のエネル
    ギー位置が接合前の該上部クラッド層の価電子帯上端の
    エネルギー位置により近い、請求項１または２に記載の
    半導体発光素子。
  6. 【請求項６】 前記中間層の格子定数が、前記上部クラ
    ッド層の格子定数と前記電流拡散層の格子定数との中間
    の値を有する、請求項２に記載の半導体発光素子。
  7. 【請求項７】 前記中間層が、前記上部クラッド層に接
    する第１中間層から前記電流拡散層に接する第ｎ中間層
    （但し、ｎ＞１）に至る複数の層からなり、第ｋ中間層
    （但し、１≦ｋ≦（ｎ−１））の格子定数の値は第（ｋ
    ＋１）中間層の格子定数の値に比べて、該上部クラッド
    層の格子定数の値により近い、請求項２に記載の半導体
    発光素子。
  8. 【請求項８】 前記中間層は、接合前のその伝導帯下端
    のエネルギー位置が、接合前の前記上部クラッド層の伝
    導帯下端のエネルギー位置と接合前の前記電流拡散層の
    伝導帯下端のエネルギー位置との間に位置し、且つ、接
    合前のその価電子帯上端のエネルギー位置が、接合前の
    該上部クラッド層の価電子帯上端のエネルギー位置と接
    合前の該電流拡散層の価電子帯上端のエネルギー位置と
    の間に位置し、さらに、該中間層の格子定数が、該上部
    クラッド層の格子定数と該電流拡散層の格子定数との中
    間の値を有する、請求項２に記載の半導体発光素子。
  9. 【請求項９】 前記中間層が、前記上部クラッド層に接
    する第１中間層から前記電流拡散層に接する第ｎ中間層
    （但し、ｎ＞１）に至る複数の層からなり、第ｋ中間層
    （但し、１≦ｋ≦（ｎ−１））は第（ｋ＋１）中間層に
    比べて、接合前のその伝導帯下端のエネルギー位置が接
    合前の該上部クラッド層の伝導帯下端のエネルギー位置
    により近く、且つ、接合前のその価電子帯上端のエネル
    ギー位置が接合前の該上部クラッド層の価電子帯上端の
    エネルギー位置により近く、その格子定数の値は該上部
    クラッド層の格子定数の値により近い、請求項２に記載
    の半導体発光素子。
  10. 【請求項１０】 前記中間層の組成が、前記上部クラッ
    ド層の組成から前記電流拡散層の組成にかけて連続的に
    変化している、請求項１または２に記載の半導体発光素
    子。
  11. 【請求項１１】 前記積層構造がＡ１ＧａＩｎＰ系化合
    物半導体材料から構成され、前記中間層がＡｌＩｎＡｓ
    系化合物半導体材料から構成され、前記電流拡散層がＡ
    ｌＧａＰ系化合物半導体材料から構成されている、請求
    項１または２に記載の半導体発光素子。
  12. 【請求項１２】 前記積層構造がＡ１ＧａＩｎＰ系化合
    物半導体材料から構成され、前記中間層がＧａＡｓＰ系
    化合物半導体材料から構成され、前記電流拡散層がＡｌ
    ＧａＰ系化合物半導体材料から構成されている、請求項
    １または２に記載の半導体発光素子。
  13. 【請求項１３】 前記積層構造及び前記中間層がいずれ
    もＡ１ＧａＩｎＰ系化合物半導体材料から構成され、前
    記電流拡散層がＡｌＧａＰ系化合物半導体材料から構成
    されている、請求項１または２に記載の半導体発光素
    子。
  14. 【請求項１４】 前記中間層のキャリア濃度が約１×１
    ０17ｃｍ-3以上かつ１×１０19ｃｍ-3以下である、請求
    項１または２に記載の半導体発光素子。
  15. 【請求項１５】 前記中間層の厚さが約０．０１μｍ以
    上かつ約５μｍ以下である、請求項１または２に記載の
    半導体発光素子。
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