JP4148764B2

JP4148764B2 - 半導体発光装置用半導体エピタキシャル構造および半導体発光装置

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Publication number: JP4148764B2
Application number: JP2002350808A
Authority: JP
Inventors: 光彦荻原
Original assignee: 株式会社沖データ; 株式会社沖デジタルイメージング
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Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2008-09-10
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に複数の半導体エピタキシャル層を積層してなる半導体エピタキシャル構造およびこの半導体エピタキシャル構造を用いた半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光装置の従来の技術（第１の従来技術）としては、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３５）からなる活性層を、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．６５）からなるクラッド層およびｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．６５）からなるクラッド層で挟み込んで、発光部を構成したものがある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来の他の技術（第２の従来技術）としては、ノンドープのＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．２）からなる活性層を、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．４）からなるクラッド層およびｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．４）からなるクラッド層で挟み込んで、発光部を構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３４０５０１号公報（図４）
【非特許文献１】
奧野保男著「発光ダイオード」、産業図書、１９９３
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術では、以下に説明する課題があった。
【０００６】
上記第１の従来技術では、ｐｎ接合がｐ型活性層／ｎ型クラッド層界面に形成されている。この構造に順方向電圧が印加されたときには、伝導帯においてｎ型クラッド層からｐ型クラッド層に少数キャリアとして電子が注入される。注入された電子は、ｐ型活性層／ｐ型クラッド層界面に形成されているエネルギー障壁の高さが十分であれば、エネルギー障壁によって、ｐ型クラッド層への拡散が阻止される。すなわち、注入された電子は、ｐ型活性層内に閉じ込められる。一方、順方向電圧が印加されたときには、価電子帯においてｐ型活性層とｎ型クラッド層の界面のエネルギー障壁の高さが十分であれば、正孔はｎ型クラッド層内へ移動できない（正孔はｎ型クラッド層内へ注入されない）。この場合、ｐ型領域（ｐ型クラッド層とｐ型活性層）内ではキャリア（多数キャリアとしての正孔）が均一に分布すると考えれば、ｐ型活性層内では、ｎ型クラッド層からｐ型活性層へ注入されてエネルギー障壁によってｐ型領域の拡散が阻止された電子のように、注入によって発生する活性層内に高濃度に局在するような正孔の分布状態は発生しないと考えられる。このように上記第１の従来技術では、高濃度の注入キャリアによって電子−正孔再結合確率が高くなり、発光効率が向上するが、正孔については、注入キャリア密度を高くして発光効率を高める効果が得られないという課題があった。
【０００７】
また、上記第２の従来技術では、発光強度を増加させるために発光部に流す電流を増加させると、活性層内に注入されるキャリアが増加し、活性層内での注入キャリア密度が増加する。活性層内のキャリア密度が非常に高くなった場合には、活性層からクラッド層にキャリアが溢れ出し（オーバーフロー）、電流の増加に対して発光強度が増加しなくなる。つまり、高電流注入領域での電流−発光強度特性の直線性が劣化するという課題があった。
【０００８】
上記第２の従来技術において、キャリアのオーバーフローを小さくするために活性層の厚さを厚くする、あるいはクラッド層／活性層界面のエネルギー障壁を高くした場合には、ｐ型クラッド層／ノンドープ活性層／ｎ型クラッド層のヘテロエピタキシャル層構造のｐ−ｎ間の抵抗が上昇し、消費電力が増加するという課題があった。半導体発光装置を駆動するに場合は、できるだけ低抵抗であることや低消費電力であることが、しばしば要求される。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、高発光効率および高電流注入領域での電流−発光強度特性に優れた半導体発光装置を実現できる半導体発光装置用半導体エピタキシャル構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光装置用半導体エピタキシャル構造は、
その一部が発光領域として働く活性層からなる第１の半導体エピタキシャル層と、上記第１の半導体エピタキシャル層を挟むようにそれぞれ上記第１の半導体エピタキシャル層に接して積層された第２の半導体エピタキシャル層および第３の半導体エピタキシャル層とを備え、
上記第１の半導体エピタキシャル層のエネルギーバンドギャップが、上記第２の半導体エピタキシャル層のエネルギーバンドギャップおよび上記第３の半導体エピタキシャル層のエネルギーバンドギャップよりも狭く、
上記第１の半導体エピタキシャル層内に、半導体エピタキシャル成長のときにあらかじめそれぞれ異なる不純物をドーピングして形成された第１導電型半導体エピタキシャル層部分と第２導電型半導体エピタキシャル層部分のエネルギーバンドの急峻な変化を伴う界面からなる、均一、平坦でエピタキシャル構造の積層面に平行なｐｎ接合界面が存在する
ことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１の半導体エピタキシャル層の積層構造（半導体エピタキシャル構造）を示す図である。
【００１２】
実施の形態１の半導体エピタキシャル構造は、基板１０１上に、バッファー層１０２と、クラッド層１１０３と、活性層１１０４ａおよび活性層２１０４ｂで構成された活性層１０４と、クラッド層２１０５と、コンタクト層１０６とを積層した構造である。
【００１３】
上記基板および上記それぞれの半導体エピタキシャル層は、例えば以下のような導電型とすることができる。基板１０１，バッファー層１０２，クラッド層１１０３，活性層１１０４ａはｐ型、活性層２１０４ｂ，クラッド層２１０５，コンタクト層１０６はｎ型とすることができる。従って、ｐｎ接合は、活性層１０４の中に存在する（活性層１０４内に設けられている）。
【００１４】
図２は図１の半導体エピタキシャル構造のエネルギーバンド構造を模式的に示した図である。図２において、Ｅｇ１はクラッド層１１０３のエネルギーバンドギャップ、Ｅｇ２は活性層１１０４ａおよび活性層２１０４ｂのエネルギーバンドギャップ、Ｅｇ３はクラッド層２１０５のエネルギーバンドギャップである。
【００１５】
図２に示すように、クラッド層１のエネルギーバンドギャップＥｇ１およびクラッド層２のエネルギーバンドギャップＥｇ３は、いずれも活性層のエネルギーバンドギャップＥｇ２よりも大きく、
Ｅｇ１，Ｅｇ３＞Ｅｇ２
である。活性層１／クラッド層１の界面およびクラッド層２／活性層２の界面は、それぞれヘテロエピタキシャル界面である。さらに、コンタクト層／クラッド層２の界面およびクラッド層１／バッファー層の界面も、それぞれヘテロエピタキシャル界面である。
【００１６】
また、図２に示すように、コンタクト層／クラッド層２，クラッド層２／活性層２，活性層１／クラッド層１，クラッド層１／バッファー層のそれぞれのヘテロエピタキシャル界面に、エネルギーバンド曲がりとエネルギーバンドの飛びが形成されている。特に、クラッド層２／活性層２の価電子帯には、正孔に対するエネルギーバリアが形成されており、活性層１／クラッド層１の伝導帯には、電子に対するエネルギーバリアが形成されている。また、活性層１（ｐ型）／活性層２（ｎ型）の界面には、ｐｎ接合の拡散電位に相当するエネルギーバリアが形成されている。上記の拡散電位は、ｐｎ接合を形成したときに、ｐ型領域とｎ型領域の静電ポテンシャルが異なることによって互いのキャリアが拡散し、ｐｎ接合に空乏層が形成されることによって生じる電位である。
【００１７】
図３は図２のｐｎ接合に順方向の電圧（ｐ側に＋電位、ｎ側に−電位）を印加した場合にエネルギーバンド図を模式的に示した図である。図３において、Ｖａは、上記順方向の電圧であり、上記の拡散電位に略相当する電圧である。
【００１８】
図３に示すように、順方向電圧Ｖｆを印加し、Ｖｆが増加していくと、ｐｎ接合界面のエネルギー障壁の高さが減少し、ｎ型領域である活性層２からｐ型領域である活性層１に移動できる電子の数が、またｐ型領域である活性層１からｎ型領域である活性層２に移動できる正孔の数が、増加する。すなわち、ｎ型領域である活性層２からｐ型領域である活性層１に電子が注入され、ｐ型領域である活性層１からｎ型領域である活性層２に正孔が注入される。ｐ型領域に注入された電子は、活性層１／クラッド層１の界面に形成されているエネルギーバリアによってクラッド層１への拡散が阻止され、注入電子は活性層１内に閉じ込められる。一方、ｎ型領域に注入された正孔は、活性層２／クラッド層２の界面に形成されているエネルギーバリアによってクラッド層２への拡散が阻止され、注入正孔は活性層２内に閉じ込められる。このように、両注入キャリア（活性層１内に注入された少数キャリアである電子および活性層２内に注入された少数キャリアである正孔）は活性層内に閉じ込められ、活性層内の両注入キャリアの密度を高くすることができる。
【００１９】
上記基板および上記それぞれの半導体エピタキシャル層の材料は、例えば以下の材料とすることができる。基板１０１はｐ型ＧａＡｓ（の半導体ウエハ）、バッファー層１０２はｐ型ＧａＡｓ、クラッド層１１０３はｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（１≧ｘ≧０）、活性層１１０４ａはｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（１≧ｙ≧０）、活性層２１０４ｂはｎ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ、クラッド層２１０５はｎ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ（１≧ｚ≧０）、コンタクト層１０６はｎ型ＧａＡｓとすることができる。
【００２０】
また、それぞれの半導体エピタキシャル層のドーピング不純物は、例えば、ｎ型不純物としてＳｉ、ｐ型不純物としてＺｎを用いることができる。ドーピング濃度は、例えば、ｐ型ＧａＡｓは１×１０^１９［ｃｍ^−３］、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓは１×１０^１９［ｃｍ^−３］、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓは５×１０^１８［ｃｍ^−３］、ｎ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓは５×１０^１８［ｃｍ^−３］、ｎ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓは５×１０^１７［ｃｍ^−３］、ｎ型ＧａＡｓは１×１０^１８［ｃｍ^−３］とすることができる。このような活性層の不純物濃度を高くした構造によって、活性層の層厚を厚くしても、活性層内での電圧降下を小さくできる。
【００２１】
それぞれの半導体エピタキシャル層の層厚は、例えば、クラッド層１（１０３）を０．５［μｍ］、活性層１１０４ａを０．５［μｍ］、活性層２１０４ｂを０．５［μｍ］、クラッド層２１０５を０．５［μｍ］とすることができる。
【００２２】
それぞれの半導体エピタキシャル層は、例えば、半導体エピタキシャル成長のときにあらかじめ不純物をドーピングして形成される。
【００２３】
以上のように実施の形態１によれば、活性層内にｐｎ接合界面を設けたことにより、ｐｎ接合界面を介して注入される電子および正孔の両注入キャリアを活性層内に高密度に閉じ込めることができ、両キャリアの活性層内での再結合確率を高くすることができるので、低電流注入領域でも発光強度が高い高発光効率の半導体発光装置を得ることができる。例えば、電子と正孔の両注入キャリア密度（単位体積あたりの注入キャリア数）をともに、各半導体層を形成する際に決定される多数キャリア密度（半導体エピタキシャル層を形成する際の不純物ドーパント濃度、あるいは半導体エピタキシャル層を形成する際の不純物ドーパント濃度の内の電気的に活性化しているドーパント濃度）とは別に、ｐｎ接合に印加する電圧（ｐｎ接合に流す電流）によって変えることができる（制御することができる）。
【００２４】
また、活性層内にｐｎ接合界面を設けたことにより、活性層の不純物濃度を高くして活性層内での電圧降下を増加させることなく、活性層を厚くすることができるので、高電流注入領域であっても注入キャリアのオーバーフローによる発光効率の低下を防止することができるので、高電流注入領域での電流−発光強度特性の直線性に優れ、かつ低抵抗および低消費電力の半導体発光装置を得ることができる。
【００２５】
また、活性層内にｐｎ接合界面を設けたことにより、正孔および電子の両注入キャリア注入キャリアが再結合する領域を活性層内とすることができるので、電子の再結合に起因した発光波長と正孔の再結合に起因した発光波長とを同じにできる。
【００２６】
さらに、活性層内のｐ型半導体層およびｎ型半導体層（活性層１および活性層２）を、半導体エピタキシャル成長のときにあらかじめそれぞれの半導体層に不純物をドーピングして形成することにより、極めて均一で平坦な欠陥のないｐｎ接合面を半導体エピタキシャル構造の積層面に平行に形成することができる。
【００２７】
実施の形態２
図４は本発明の実施の形態２の半導体エピタキシャル層の積層構造（半導体エピタキシャル構造）を示す図である。
【００２８】
実施の形態２の半導体エピタキシャル構造は、基板４０１上に、バッファー層４０２と、活性層１４０４ａおよび活性層２４０４ｂで構成された活性層４０４と、クラッド層２４０５と、コンタクト層４０６とを積層した構造である。
【００２９】
上記の基板４０１，バッファー層４０２，活性層４０４，クラッド層２４０５，コンタクト層４０６は、例えば、ｎ型基板４０１，ｎ型バッファー層４０２，ｎ型活性層１４０４ａ，ｐ型活性層２４０４ｂ，ｐ型クラッド層２４０５，ｐ型コンタクト層４０６とすることができる。
【００３０】
この実施の形態２の半導体エピタキシャル構造は、上記実施の形態１（図１参照）の半導体エピタキシャル構造において、クラッド層１を省略し、活性層４０４内のｐｎ接合面に対して上下に位置する半導体エピタキシャル層の導電型を反転させた構造である（上記実施の形態１を示している図１では、１０１，１０２，１０３，１０４ａがｐ型、１０４ｂ，１０５，１０６がｎ型、この実施の形態２を示している図４では、４０１，４０２，４０４ａがｎ型、４０４ｂ，４０５，４０６がｐ型である）。従って、この実施の形態２では、活性層１に注入された正孔に対するエネルギーバリヤが存在しないが、注入された正孔（少数キャリア）が電子（多数キャリア）と再結合するための領域を活性層内に設けた構造なので、注入された正孔が発光に寄与することができる。また、活性層２に注入された電子は、上記実施の形態１と同様に、活性層２／クラッド層２の界面のエネルギーバリアによってクラッド層２への拡散が阻止され、注入電子は活性層１内に閉じ込められる。これらのことによって、活性層内のキャリア密度を高くすることができる。
【００３１】
以上のように実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様に、発光効率および高電流注入領域に至るまでの広い電流範囲での電流−発光強度特性に優れ、かつ低抵抗および低消費電力の半導体発光装置を得ることができる。
【００３２】
なお、上記実施の形態１，２では、ｐｎ接合面が活性層中のほぼ中間位置に設けられている場合について具体的に説明したが、ｐｎ接合面は必ずしも活性層内のほぼ中間位置に設けなくてもよい。ｐ型領域に注入された電子の平均自由行程は、正孔の平均自由行程と比較して短い。多くの注入キャリアが平均自由行程内で再結合すると考えると、注入キャリアの平均自由行程内での電子と正孔の注入キャリア密度を高くすることが効果的である。従って、例えば、ｐｎ接合面を、ｐ側領域で広く、ｎ側領域で狭くとってもよい。
【００３３】
また、上記実施の形態１，２では、クラッド層１およびクラッド層２を単層構造とした場合について具体的に説明したが、クラッド層１、クラッド層２として、適宜多数の半導体層を積層した積層構造を設けてもよい。
【００３４】
また、上記実施の形態１，２では、半導体エピタキシャル層について、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（１≧ｘ≧０）を具体的な材料として取り上げて説明したが、必ずしも材料を限定する必要はなく、例えば、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（１≧ｘ≧０，１≧ｙ≧０）などの４元系の材料であってもよいし、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮなどの窒化物半導体を含む構造であってもよい。
【００３５】
また、上記実施の形態１，２では、基板，バッファー層，クラッド層１，活性層１をｐ型、活性層２，クラッド層２，コンタクト層をｎ型として具体的に説明したが、基板，バッファー層，クラッド層１，活性層１をｎ型、活性層２，クラッド層２，コンタクト層１０６をｐ型とすることもできる。
【００３６】
さらに、上記実施の形態１，２では、基板をｎ型としたが、基板を半絶縁性ＧａＡｓとしてもよいし、バッファー層、クラッド層をノンドープとすることもできる。
【００３７】
実施の形態３
図５は本発明の実施の形態３の半導体発光装置の構造を示す断面図、図６は本発明の実施の形態３の半導体発光装置の部分構造を示す上面図であって、図５は図６のＡ−Ａ間の断面に相当している。この実施の形態３の半導体発光装置は、上記実施の形態１の半導体エピタキシャル構造（図１参照）を用いて構成したものである。
【００３８】
実施の形態３の半導体発光装置は、基板５０１と、互いに分離された複数の半導体エピタキシャル構造領域と、層間絶縁膜５２１と、複数の個別電極５２２と、共通電極５２３と、複数の電極パッド５２４とを備えている。
【００３９】
図５に示すように、実施の形態３の上記半導体エピタキシャル構造領域のそれぞれは、基板５０１上に、バッファー層５０２と、クラッド層１５０３と、活性層１５０４ａおよび活性層２５０４ｂで構成された活性層５０４と、クラッド層２５０５と、コンタクト層５０６とを積層した構造であって、上記実施の形態１の半導体エピタキシャル構造（図１参照）と同様の構造である。
【００４０】
上記の基板５０１，バッファー層５０２，活性層５０４，クラッド層２５０５，コンタクト層５０６は、例えば、それぞれ上記実施の形態１（図１参照）の基板１０１，バッファー層１０２，活性層１０４，クラッド層２１０５，コンタクト層１０６と同じものである。
【００４１】
図５および図６に示すように、実施の形態３の半導体発光装置は、基板５０１上に、それぞれ発光部となる複数の半導体エピタキシャル構造領域（バッファー層５０２，活性層５０４，クラッド層２５０５，コンタクト層５０６の積層構造領域）を互いに分離して、略一列にアレイ配列し、それぞれの発光部に個別電極５２２およびそれに連なる電極バッド５２４を設けたものである。
【００４２】
実施の形態３の半導体発光装置に製造工程について以下に説明する。まず、半導体ウエハの基板５０１上に、バッファー層５０２，活性層５０４，クラッド層２５０５，コンタクト層５０６となるそれぞれの半導体エピタキシャル層を積層形成した半導体エピタキシャルウエハを用意する。
【００４３】
次に、上記の半導体エピタキシャル層の積層構造を、それぞれ発光部となる複数の領域を残して基板５０１の上面が露出するようにエッチング除去することによって、それぞれ発光部となる複数の半導体エピタキシャル構造領域（バッファー層５０２，活性層５０４，クラッド層２５０５，コンタクト層５０６の積層構造領域）に分割する。
【００４４】
そして、上記発光部となる半導体エピタキシャル構造領域の露出した上面および側面、ならびに基板５０１の露出した上面を層間絶縁膜５２１で被覆し、上記半導体エピタキシャル構造領域の上面において層間絶縁膜５２１に開口部を設けてコンタクト層５０６の上面を露出させ、その上に個別電極５２２および電極パッド５２４を設ける。個別電極５２２は、コンタクト層５０６に個別に接続し、電極パッド５２４は、個別電極５２２に一体形成され、基板５０１の上面を被覆する層間絶縁膜５２１上に設けられる。また、基板５０１の下面には、共通電極５２３が設けられる。
【００４５】
それぞれの個別電極５２２と共通電極５２３の間に個別に電圧を印加して、それぞれの発光部のｐｎ接合に電流を流すことによって、それぞれの発光部を独立して発光制御できる。なお、ｐｎ接合に電流を流したときのキャリアの動きおよびキャリアの再結合による発光動作については、上記実施の形態１で説明したものと同様である。
【００４６】
以上のように実施の形態３によれば、上記実施の形態１の半導体エピタキシャル構造を用いて半導体発光装置を構成したことにより、発光効率が高く、低電流駆動では発光強度が高く、高電流駆動では電流−発光強度特性の直線性に優れ、かつ低抵抗および低消費電力の発光部を有する半導体発光装置を得ることができる。
【００４７】
複数の発光部を、例えば略一列にアレイ配列して集積しても、それぞれの発光部が低抵抗および低消費電力であるので、半導体発光装置全体としての発熱量を小さくすることができ、温度上昇を防止できる。
【００４８】
なお、上記実施の形態３では、上記実施の形態１の半導体エピタキシャル構造を用いた半導体発光装置を具体的に説明したが、上記実施の形態２の半導体エピタキシャル構造（図４）を用いて半導体発光装置を構成してもよい。
【００４９】
実施の形態４
図７は本発明の実施の形態４の半導体エピタキシャル層の積層構造（半導体エピタキシャル構造）を示す図である。
【００５０】
実施の形態４の半導体エピタキシャル構造は、基板７０１上に、バッファー層７０２と、犠牲層７５０と、コンタクト層１７５２と、クラッド層１７０３と、活性層１７０４ａおよび活性層２７０４ｂで構成された活性層７０４と、クラッド層２７０５と、コンタクト層２７０６とを積層した構造である。
【００５１】
上記の基板７０１，バッファー層７０２，クラッド層１７０３，活性層７０４，クラッド層２７０５，コンタクト層２７０６は、例えば、それぞれ上記実施の形態１（図１参照）の基板１０１，バッファー層１０２，クラッド層１１０３，活性層１０４，クラッド層２１０５，コンタクト層１０６と同じものである。
【００５２】
この実施の形態４は、上記実施の形態１（図１参照）において、バッファー層とクラッド層１の間に、犠牲層７５０およびコンタクト層１７５２を設けた構造である。
【００５３】
犠牲層７５０は、コンタクト層１７５２からコンタクト層２７０６までの半導体エピタキシャル層の積層構造を基板７０１からリフトオフするための半導体層であって、例えばＡｌＡｓ層とすることができる。
【００５４】
コンタクト層１７５２は、コンタクト層１７５２からコンタクト層２７０６までの半導体エピタキシャル層の積層構造をリフトオフしたときに、異種基板との接合のために設けられた半導体エピタキシャル層である。このコンタクト層１は、例えばコンタクト層１７５２と同じ導電型（本実施の形態ではｐ型）のＧａＡｓ層とすることができる。
【００５５】
以上のように実施の形態４によれば、上記実施の形態１と同様に、発光効率および高電流注入領域を含め、低電流領域から高電流領域まで幅の広い電流範囲での電流−発光強度特性に優れ、かつ低抵抗および低消費電力の半導体発光装置を得ることができる。
【００５６】
さらに、半導体エピタキシャル層を形成するための基材となる半導体基板との間に、半導体エピタキシャル構造を上記半導体基板からリフトオフするための犠牲層を設けたことにより、以下の実施の形態５で説明するように、異種基板上に半導体発光装置を形成できる。
【００５７】
なお、上記実施の形態４において、クラッド層１またはクラッド層２を設けない構造とすることもできる。
【００５８】
実施の形態５
図８は本発明の実施の形態５の半導体発光装置の構造を示す斜視図である。この実施の形態５の半導体発光装置は、上記実施の形態４の半導体エピタキシャル構造（図７）を用いて構成したものである。
【００５９】
この実施の形態５の半導体発光装置は、異種基板８６１と、駆動集積回路８６２と、メタル層８６３と、互いに分離された複数の半導体エピタキシャル薄膜（半導体エピタキシャル構造領域）８６４とを備える。
【００６０】
複数の半導体エピタキシャル構造領域８６４のそれぞれは、コンタクト層１と、クラッド層１と、活性層１および活性層２で構成された活性層と、クラッド層２と、コンタクト層２とを積層した構造であって、上記実施の形態４の半導体エピタキシャル構造（図７参照）と同様の構造である。
【００６１】
上記の実施の形態５のコンタクト層１，クラッド層１，活性層，クラッド層２，コンタクト層２は、例えば、それぞれ上記実施の形態４（図７参照）のコンタクト層１７５２，クラッド層１７０３，活性層７０４，クラッド層２７０５，コンタクト層７０６と同じものである。
【００６２】
異種基板８６１は、例えばＳｉ基板である。駆動集積回路８６２は、異種基板８６１上に設けられている。メタル層８６３は、異種基板８６１上の発光部配列領域に設けられており、互いに分離された複数の半導体エピタキシャル構造領域８６４を異種基板８６１にそれぞれ接合した構造である。
【００６３】
図８に示すように、実施の形態５の半導体発光装置は、異種基板８６１上に、それぞれ発光部となる複数の半導体エピタキシャル構造領域（コンタクト層１，クラッド層１，活性層，クラッド層２，コンタクト層２の積層構造領域）８６４を互いに分離し、略一列にアレイ配列したものである。それぞれの発光部を駆動集積回路８６２で個別に駆動制御できるように、半導体エピタキシャル構造領域８６４と駆動集積回路８６２の間は、適宜電極によって接続される。
【００６４】
実施の形態５の半導体発光装置に製造工程について以下に説明する。まず、上記実施の形態４の半導体エピタキシャル構造（図７参照）と同様に、半導体ウエハの基板７０１上に、複数の半導体エピタキシャル層（バッファー層７０２，犠牲層７５０，コンタクト層１７５２，クラッド層１７０３，活性層７０４，クラッド層２７０５，コンタクト層２７０６）を積層形成した半導体エピタキシャルウエハを用意する。
【００６５】
次に、上記の半導体エピタキシャル層の積層構造を、それぞれ発光部となる複数の領域を残して犠牲層７５０の上面が露出するようにメサエッチングし、それぞれ発光部となる複数の半導体エピタキシャル構造領域８６４（コンタクト層１７５２，クラッド層１７０３，活性層７０４，クラッド層２７０５，コンタクト層２７０６バッファー層５０２）に分割する。
【００６６】
次に、上記のメサエッチングした半導体エピタキシャルウエハの上面に半導体エピタキシャル構造領域８６４の固定のためのキャリアシートを張り付けたあと、犠牲層７５０を選択エッチングして、複数の半導体エピタキシャル構造領域８６４を基板７０１からリフトオフする。
【００６７】
例えば、ＡｌＡｓ層の犠牲層７５０を、フッ化水素酸（ＨＦ）をエッチング液としてウエットエッチングすることにより、コンタクト層１／クラッド層１／活性層／クラッド層２／コンタクト層２からなる半導体エピタキシャル構造領域８６４をリフトオフすることができる。このＨＦを用いたウエットエッチングでは、犠牲層のＡｌＡｓ層は、半導体エピタキシャル構造領域８６４を構成するＧａＡｓ層およびＡｌＧａＡｓ層との選択エッチング比が極めて高い。このため、ＡｌＡｓ層が完全にエッチングされる時間内に、半導体エピタキシャル構造領域８６４を構成する他の半導体エピタキシャル層はほとんどエッチングされない。従って、半導体エピタキシャル構造領域８６４を、ほとんどエッチングすることなくリフトオフできる。
【００６８】
そして、上記のリフトオフした複数の半導体エピタキシャル構造領域８６４を、キャリアシートから剥がして、異種基板８６１に接合し、配列する。
【００６９】
以上にように実施の形態５によれば、上記実施の形態４の半導体エピタキシャル構造を用いて半導体発光装置を構成したことにより、発光効率が高く、低電流駆動では発光強度が高く、高電流駆動では電流−発光強度特性の直線性に優れ、かつ低抵抗および低消費電力の発光部が得られる。
【００７０】
さらに、半導体エピタキシャル構造領域を犠牲層でリフトオフして、異種基板上に発光部を設けることにより、半導体複合発光装置（複合半導体で構成された半導体発光装置）を実現できる。
【００７１】
また、異種基板のメタル層上に発光部（リフトオフした半導体エピタキシャル構造領域）を設けることにより、反射光をも取り出す構造とすることができるので、さらに高い発光効率が得られる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、発光効率および高電流注入領域での電流−発光強度特性に優れ、かつ低抵抗および低消費電力の半導体発光装置を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体エピタキシャル層の積層構造（半導体エピタキシャル構造）を示す図である。
【図２】図１の半導体エピタキシャル構造のエネルギーバンド構造を模式的に示した図である。
【図３】図２のｐｎ接合に順方向の電圧（ｐ側に＋電位、ｎ側に−電位）を印加した場合にエネルギーバンド図を模式的に示した図である。
【図４】本発明の実施の形態２の半導体エピタキシャル層の積層構造（半導体エピタキシャル構造）を示す図である。
半導体エピタキシャル層構造を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３の半導体発光装置の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３の半導体発光装置の部分構造を示す上面図である。
【図７】本発明の実施の形態４の半導体エピタキシャル層の積層構造（半導体エピタキシャル構造）を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態５の半導体発光装置の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０１，４０１，５０１，７０１基板、１０２，４０２，５０２，７０２バッファー層、１０３，５０３，７０３クラッド層１、１０４ａ，４０４ａ，５０４ａ，７０４ａ活性層１、１０４ｂ，４０４ｂ，５０４ｂ，７０４ｂ活性層２、１０４，４０４，５０４，７０４活性層、１０５，４０５，５０５，７０５クラッド層２、１０６，４０６，５０６コンタクト層、７０６コンタクト層２、５２２個別電極、５２３共通電極、５２４電極パッド、７５０犠牲層、７５２コンタクト層１、８６１異種基板、８６２駆動集積回路、８６３メタル層、８６４半導体エピタキシャル薄膜（半導体エピタキシャル構造領域）。

Claims

その一部が発光領域として働く活性層からなる第１の半導体エピタキシャル層と、上記第１の半導体エピタキシャル層を挟むようにそれぞれ上記第１の半導体エピタキシャル層に接して積層された第２の半導体エピタキシャル層および第３の半導体エピタキシャル層とを備え、
上記第１の半導体エピタキシャル層のエネルギーバンドギャップが、上記第２の半導体エピタキシャル層のエネルギーバンドギャップおよび上記第３の半導体エピタキシャル層のエネルギーバンドギャップよりも狭く、
上記第１の半導体エピタキシャル層内に、半導体エピタキシャル成長のときにあらかじめそれぞれ異なる不純物をドーピングして形成された第１導電型半導体エピタキシャル層部分と第２導電型半導体エピタキシャル層部分のエネルギーバンドの急峻な変化を伴う界面からなる、均一、平坦でエピタキシャル構造の積層面に平行なｐｎ接合界面が存在する
ことを特徴とする半導体発光装置用半導体エピタキシャル構造。
請求項１記載の半導体エピタキシャル構造において、
上記第２の半導体エピタキシャル層の導電型が、第１導電型であり、
上記第３の半導体エピタキシャル層の導電型が、第２導電型であり、
上記第１の半導体エピタキシャル層内の上記第１導電型半導体エピタキシャル層が、上記第２の半導体エピタキシャル層との界面側に設けられており、
上記第１の半導体エピタキシャル層内の上記第２導電型半導体エピタキシャル層が、上記第３の半導体エピタキシャル層との界面側に設けられている
ことを特徴とする半導体発光装置用半導体エピタキシャル構造。
請求項１に記載の半導体エピタキシャル構造と、この半導体エピタキシャル構造の基材となる基板との間に、上記半導体エピタキシャル構造を上記基板からリフトオフするための犠牲層をさらに備えた
ことを特徴とする半導体発光装置用半導体エピタキシャル構造。
請求項１に記載の半導体発光装置用半導体エピタキシャル構造の領域からなる発光部と、
上記発光部のｐｎ接合に電流を流すための電極と
を備えた
ことを特徴とする半導体発光装置。
上記犠牲層で上記基材となる基板からリフトオフした請求項３記載の半導体発光装置用半導体エピタキシャル構造の領域からなる発光部と、
上記基材となる基板とは異種のものであって、上記発光部が接合された異種基板と
を備えた
ことを特徴とする半導体発光装置。
請求項４または５に記載の半導体発光装置において、
上記発光部を略一列にアレイ配置したことを特徴とする半導体発光装置。