JP4302827B2 - ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラッグ反射層を具備したＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードに係わり、特に均一な順方向電圧を有し、高輝度で単色性に優れる発光をもたらす発光ダイオード（ＬＥＤ）を提供するためのブラッグ反射層の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
緑色、黄色から赤橙色帯域の発光素子の一つに、ｐｎ接合型のダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造のリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）からなる発光部を有するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード（ＬＥＤ）がある（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６１（１５）（１９９２）、１７７５〜１７７７頁参照）。特に、インジウム組成比を約０．５とするリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（（ＡｌαＧａ1- α）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、但し０≦α≦１）は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶と格子整合するため（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５７（２７）（１９９０）、２９３７〜２９３９頁参照）、ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードのＤＨ接合構造の発光部を構成するクラッド（ｃｌａｄ）層や発光層（活性層）に利用されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５８（１０）（１９９１）、１０１０〜１０１２頁参照）。
【０００３】
また従来のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードでは、高輝度化のためにブラッグ反射層（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）を配置する手段が採られている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６３（２５）（１９９３）、３４８５〜３４８７頁参照）。
ブラッグ反射層は、構成元素の組成および層厚を相違する２種類の構成層を交互に重層させた重層単位構造を周期的に積層させた周期構造から構成される。
【０００４】
図２は、ブラッグ反射層１０９を具備した従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの発光部の断面の一例を示す図である。図２の発光部は、図に示さない基板上に、直接或いは砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌCＧａ1-CＡｓ：０≦Ｃ≦１）等からなる緩衝層を介して積層されている。
図２のブラッグ反射層１０９は、例えばアルミニウム組成比と層厚とを相違する砒化アルミニウム・ガリウムからなる第１及び第２の構成層を周期的に重層させて構成されている。具体的には、ブラッグ反射層の第１の構成層１０９ａをアルミニウム組成比を０．５とするＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓとし、第２の構成層１０９ｂを砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）とする従来例が知られている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６０（１５）（１９９２）、１８３０〜１８３２頁参照）。この場合、第２の構成層の禁止帯幅は第１の構成層の禁止帯幅より大きくなっている。
【０００５】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるブラッグ反射層の場合、ｐ形のブラッグ反射層は、アクセプター不純物として亜鉛（Ｚｎ）などの第ＩＩ族元素がドーピングされた第１及び第２の構成層１０９ａ、１０９ｂから構成される（Ａｐｐｌ。Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６３（２０）（１９９３）、２７３２〜２７３４頁参照）。また、ｎ形のブラッグ反射層はドナー不純物として珪素（Ｓｉ）などがドープされた構成層から構成される（上記のＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６３（２０）（１９９３）参照）。ｐ形或いはｎ形にかかわらず、従来のブラッグ反射層の構成層には、略一様に不純物をドーピングする手段が採用されるのが通例であった。
【０００６】
しかし、亜鉛（Ｚｎ）は熱拡散し易いｐ形不純物である。そのため、亜鉛の拡散により、クラッド層１０３（または１０５）とブラッグ反射層１０９との接合界面は乱雑となりやすい。
その結果、クラッド層１０３（または１０５）とブラッグ反射層１０９との間のバンド（ｂａｎｄ）の不連続量が不均一となり、ＬＥＤの順方向電圧が不均一となる問題があった。
【０００７】
また、亜鉛の拡散により、クラッド層１０３（または１０５）と発光層１０４とのヘテロ接合界面１０３ａも乱雑となりやすい。このヘテロ接合界面の「無秩序化」（ｄｉｓａｏｒｄｅｒｉｎｇ）により、発光層１０４とクラッド層１０３（または１０５）との接合界面の急峻性が乱され、発光波長の単色性が損なわれる問題があった。
【０００８】
亜鉛の場合よりも高温で問題となるものであるが、Ｓｉの場合もＳｉの熱拡散による界面の「乱雑化」が起こることも知れている。ヘテロ接合界面が「乱雑」となれば、Ｓｉドープのブラッグ反射層の場合も亜鉛ドープのブラッグ反射層の場合と同様に、順方向電圧の不均一化並びに発光の単色性の悪化を招くのは必至である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ブラッグ反射層を具備するＡｌＧａＩｎＰＬＥＤにあって、高輝度化を安定して達成するためには、ブラッグ反射層に含有される不純物の発光部への拡散量を減ずる手段が必要である。
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みなされたもので、不純物がドーピングされた２種類の構成層からなるブラッグ反射層を備えたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤにあって、順方向電圧が均一であり、且つ高輝度のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを提供するための、発光部への不純物の拡散量の低減をもたらすブラッグ反射層の構成を提示するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の構成層と該第１の構成層よりも禁止帯幅を大とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の構成層とを交互に積層した多層構造からなる第１導電型のブラッグ反射層と、一方の主面を該ブラッグ反射層に接して形成されたリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、但し０≦Ｘ≦１）からなる第１導電型のクラッド層と、該第１導電型のクラッド層の他方の主面に接して形成されたリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（ＡｌYＧａ1-Y）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、但し０≦Ｙ≦１）からなる発光層とを少なくとも具備するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードにおいて、前記ブラッグ反射層が、前記第１導電型のクラッド層と接する面から１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲のアンドープの領域を有することを特徴とする。
【００１１】
また本発明においては、前記第１導電型のクラッド層と接するブラッグ反射層の構成層をアンドープとすることにより、上記のアンドープの領域を形成することができる。
さらに、前記第１導電型のクラッド層と接するブラッグ反射層の構成層は、第１の構成層より禁止帯幅の大きい第２の構成層から構成するのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係わるＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードに用いるブラッグ反射層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成する。例えば、第１の構成層をＡｌXＧａ1-XＡｓ（但し、０≦Ｘ≦１）とし、第２の構成層をアルミニウム組成比のより大きなＡｌYＧａ1-YＡｓ（但し、Ｘ＜Ｙ≦１）から構成して、本発明のブラッグ反射層を形成することが出来る。第２の構成層のアルミニウム組成比（＝Ｙ）は、一般には０．９以上で１以下とするのが好ましい。
また、第１の構成層を砒化ガリウム（ＧａＡｓ）とし、第２の構成層をリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（（ＡｌαＧａ1- α）0.5Ｉｎ0.5Ｐ：０≦α≦１）としても本発明に係わるブラッグ反射層を構成できる。
【００１３】
本発明では、ブラッグ反射層がクラッド層と接する面から１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲のアンドープの領域を有するようにする。
そのためには、本発明のブラッグ反射層において、クラッド層に接するブラッグ反射層の構成層をアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）とすればよい。ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードにおいて、ブラッグ反射層の構成層の厚さは、一般に１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲にある。
ブラッグ反射層を発光部の下方の基板側に配置する場合、クラッド層に接するブラッグ反射層の構成層は、ブラッグ反射層の最表層となる。また、発光部の上方にブラッグ反射層を配置する場合、クラッド層に接する層は、ブラッグ反射層の底部層となる。
また、図２に例示する如く、発光層１０４の下方並びに上方にそれぞれ下部クラッド層１０３および上部クラッド層１０５を介して６周期構造の下部ブラッグ反射層１０９Ａ、及び３周期構造の上部ブラッグ反射層１０９Ｂを設ける配置法もある。この配置の場合、下部および上部クラッド層１０３、１０５に接するブラッグ反射層の構成層は、下部ブラッグ反射層１０９Ａの最表層１０９ｃと上部ブラッグ反射層１０９Ｂの底部層１０９ｄの双方となる。
【００１４】
本発明に係わるブラッグ反射層のアンドープの構成層におけるドーパントの濃度は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で、不純物がドーピングされた他のブラッグ反射層の構成層より小であるのが望ましい。拡散し易い不純物の場合程、成膜後に於けるアンドープの構成層内の不純物の濃度が増加する。そこで、クラッド層とブラッグ反射層との接合界面の乱雑化が助長されるのを抑制するため、ドーパントの拡散定数が大である程、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態でのアンドープの構成層のドーパントの濃度を予め小さくしておく。
例えば、亜鉛（Ｚｎ）がドーピングされたｐ形のブラッグ反射層にあっては、アンドープの構成層のａｓ−ｇｒｏｗｎ状態での亜鉛の原子濃度は、他のブラッグ反射層の構成層の約１／１０以下とするのが望ましい。例えば、ブラッグ反射層の亜鉛をドープした構成層の亜鉛の原子濃度が１×１０18ｃｍ-3であれば、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態でのアンドープの構成層の亜鉛原子の濃度は１×１０17ｃｍ-3未満とするのが好適である。マグネシウム（Ｍｇ）がドーピングされたｐ形のブラッグ反射層の場合は、アンドープの構成層のマグネシウム原子濃度は他の構成層の約１／５以下であるのが望ましい。ドーパントが珪素（Ｓｉ）や炭素（Ｃ）であるブラッグ反射層の場合、アンドープの構成層のａｓ−ｇｒｏｗｎ状態でのこれらの原子の濃度はドープしたブラッグ反射層の構成層の約１／２以下とするのが望ましい。
ブラッグ反射層のアンドープの構成層は、ブラッグ反射層の形成の際に、当該構成層において不純物の添加を意図的に中止すれば形成することができる。なお、ブラッグ反射層内のドーパントの原子濃度は、一般的な２次イオン質量分析法（略称：ＳＩＭＳ）やオージェ電子分光分析法（略称：ＡＥＳ）により測定できる。
【００１５】
クラッド層に接するブラッグ反射層の構成層をアンドープの層から構成すると、クラッド層や発光層へ拡散、侵入して来る反射層内のドーパントをアンドープの層内に効率的に捕獲、停留させられる利点がある。アンドープの層内のドーパント種の原子濃度が低ければ低い程、捕獲、停留させられるドーパントの濃度は増加する。ドーパントの原子濃度を低く抑えておけば、許容される捕獲量が増すからである。
しかし、アンドープの構成層は、導電性を増すために不純物がドーピングされた他の構成層に比べれば高抵抗層である。従って、アンドープの構成層の層厚を大とすれば、捕獲できる拡散不純物の量は増加するものの、過度に厚膜とすると順方向電圧を増大させる。拡散して来るドーピング不純物を効率良く捕獲し、且つ順方向電圧のいたずらな増加を回避するに適するアンドープの領域の厚さは１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下である。
第１及び第２の２種類の構成層の周期積層構造からなるブラッグ反射層にあって、クラッド層に近接した第１及び第２の構成層の層厚を合計した層厚が１００ｎｍ以下であれば、クラッド層に近接した第１及び第２の双方の構成層をアンドープとしても差し支えはない。すなわち本発明で、ブラッグ反射層がクラッド層と接する面から１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲のアンドープの領域を有するようにすれば、クラッド層や発光層へ拡散、侵入して来る反射層内のドーパントをアンドープの領域内に効率的に捕獲、停留させることが出来る。
【００１６】
ブラッグ反射層内のクラッド層と接するアンドープの領域は、クラッド層や発光層へ流入する不純物量を抑制する作用を有する。これより、ブラッグ反射層とクラッド層とのヘテロ接合界面の「乱雑化」が抑制される。また、併せて発光層とクラッド層とのヘテロ接合界面の急峻性が保持される。これにより、ＬＥＤの順方向電圧が均一となり、また高輝度で単色性に優れる発光がもたらされることとなる。
なお上記のように、本発明に係わるブラッグ反射層の「アンドープの領域」乃至「アンドープの構成層」とは、ブラッグ反射層の形成の際に当該領域乃至構成層において不純物の添加を意図的に中止し、当該領域乃至構成層において不純物の濃度を不純物がドーピングされた他のブラッグ反射層の領域乃至構成層より小さくして、クラッド層や発光層へ拡散、侵入して来る反射層内の不純物を捕獲、停留できるようにした領域乃至構成層のことをいう。
【００１７】
さらに本発明では、クラッド層と接するブラッグ反射層の構成層は、前記第２の構成層、即ち、第１の構成層より禁止帯幅を大とする構成層から構成するのが好ましい。例えば、ＧａＡｓ層と（ＡｌαＧａ1- α）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦α≦１）層とで構成されるブラッグ反射層にあっては、（ＡｌαＧａ1- α）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層をクラッド層と接する構成層とする。また、ブラッグ反射層の構成層をアルミニウム組成の異なる２種類のＡｌＧａＡｓ層から構成する場合では、アルミニウム組成比をより大とするＡｌＧａＡｓ層をクラッド層と接する構成層とする。
【００１８】
ブラッグ反射層の構成層の中で禁止帯幅の大きい方の構成層をクラッド層に接して配置すれば、ブラッグ反射層とクラッド層との禁止帯幅の差が、禁止帯幅を小とする構成層を配置した場合に比較して縮小される。このため、順方向電圧が均一となるのに加え、順方向電圧が低減できるという効果が得られる。
【００１９】
【作用】
クラッド層と接するブラッグ反射層の構成層をアンドープにすると、ブラッグ反射層の他の構成層にドーピングされた不純物が、クラッド層や発光層に拡散、侵入するのを低減する作用を有する。
【００２０】
その結果、ブラッグ反射層より拡散して来る不純物によるブラッグ反射層とクラッド層或いはクラッド層と発光層との接合界面の乱雑化を防止することができる。
【００２１】
さらに、クラッド層と接するブラッグ反射層の構成層を、禁止帯幅をより大とする構成層とすると、ブラッグ反射層とクラッド層との界面での禁止帯幅の差を縮小することができ、順方向電圧を均一にし、また低減する作用を有する。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明を実施例を基に詳細に説明する。図１は本実施例１に係わるＬＥＤの断面模式図である。
【００２３】
［１１０］方向に４゜傾斜した（１００）面を有するＺｎドープのｐ形ＧａＡｓ基板１０１上に、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料とする一般的な減圧の有機金属気相エピタキシー法（ＭＯＶＰＥ法）により、７２０℃で亜鉛（Ｚｎ）ドープのｐ形ＧａＡｓ緩衝層１０２を積層した。ｐ形ＧａＡｓ緩衝層１０２の層厚は約０．８μｍとし、正孔濃度は約３×１０18ｃｍ-3とした。
【００２４】
次に、７２０℃で緩衝層１０２上にブラッグ反射層１０９を積層した。ブラッグ反射層１０９を形成するにあたっては、Ａｌ組成比を０．４５とするＺｎドープのｐ形Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ層と、Ａｌ組成比を０．９０とするＺｎドープのｐ形Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層とをまず交互に４周期重層した。
Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ層からなるブラッグ反射層の第１の構成層１０９ａの層厚は約４２ｎｍとし、またＡｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層からなるブラッグ反射層の第２の構成層１０９ｂの層厚は約４９ｎｍとした。上記のＺｎをドープした第１及び第２の構成層１０９ａ、１０９ｂの正孔濃度は双方共に約１×１０18ｃｍ-3であった。また、上記の構成層１０９ａ、１０９ｂ中の亜鉛原子濃度はともに約３×１０18ｃｍ-3であった。
次に、亜鉛を意図的にドープせずに、層厚を４２ｎｍとするアンドープのＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓからなる第１の構成層をプラッグ反射層の最表層１０９ｃとして積層した。アンドープの第１の構成層内のａｓ−ｇｒｏｗｎ状態での亜鉛の原子濃度はＳＩＭＳ分析に依れば２×１０17ｃｍ-3未満であり、また、正孔濃度は約９×１０16ｃｍ-3であった。
【００２５】
ブラッグ反射層１０９上には、Ｍｇをドーピングしたｐ形の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る下部クラッド層１０３を積層した。下部クラッド層１０３の層厚は約０．８μｍとし、正孔濃度は約３×１０18ｃｍ-3とした。
ｐ形下部クラッド層１０３上には、アンドープでｎ形の（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ混晶から成る発光層１０４を積層した。発光層１０４の層厚は約１００ｎｍとし、電子濃度は約８×１０16ｃｍ-3 とした。
発光層１０４上には、Ｓｉドープでｎ形の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る上部クラッド層１０５を積層した。上部クラッド層１０５の電子濃度は約３×１０17ｃｍ-3とし、層厚は約５μｍとした。
【００２６】
さらに、上部クラッド層１０５上には、Ｓｉを高濃度にドーピングした電子濃度を約７×１０18ｃｍ-3とし層厚を約１００ｎｍとするｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるコンタクト層１０６を積層させた。
【００２７】
コンタクト層１０６上には、アルミニウム（Ａｌ）をドープしたｎ形の酸化亜鉛からなる窓層１０７を形成した。窓層１０７をなす酸化亜鉛被膜は、アルミニウムを５重量％含む酸化亜鉛から成る固形成型材料（ペレット）を原料としてスパッタリング法により形成した。ｎ形の酸化亜鉛被膜の比抵抗はホール（Ｈａｌｌ）効果測定法によれば約１．４×１０-3Ω・ｃｍで、電子濃度は約３．３×１０20ｃｍ-3であり、ホール移動度は１４ｃｍ2／Ｖ・ｓであった。また、酸化亜鉛被膜の層厚は約２００ｎｍとした。
【００２８】
窓層１０７上にアルミニウム（Ａｌ）電極１０８を、またｐ形ＧａＡｓ基板１０１の裏面の全面にｐ形オーミック電極１１０を、それぞれ形成してＬＥＤを作製した。
このＬＥＤに順方向に２０ｍＡの電流を流したところ、波長を約６２１ｎｍとする赤橙色の発光が酸化亜鉛窓層１０７のおよそ全面を透過して出射された。発光のスペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は約１８ｎｍであり、単色性に優れていた。また、電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は約１．９８Ｖから２．０８Ｖの範囲内にあり、ＬＥＤ間で均一な順方向電圧が得られた。ＬＥＤの発光強度は約６０ｍｃｄであった。
【００２９】
本実施例１のＬＥＤについて、一般的なＳＩＭＳ分析により深さ方向の亜鉛（Ｚｎ）原子濃度分布を分析したところ、上記のＬＥＤを形成した後に於いては、ブラッグ反射層１０９の最表層１０９ｃであるアンドープの第１の構成層内の亜鉛原子濃度は、約１×１０18ｃｍ-3に増加しているのが認められた。しかし、発光層１０４へ拡散する亜鉛（Ｚｎ）の濃度は顕著に低減されていた。すなわち、発光層１０４内の亜鉛（Ｚｎ）の原子濃度は約７×１０16ｃｍ-3であった。
また、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察の結果、アンドープの第１の構成層の配置により、ブラッグ反射層１０９と下部クラッド層１０３との接合界面、並びに下部クラッド層１０３と発光層１０４との接合界面は乱雑となっておらず、平坦性が維持されていた。
これらより、上記の様な均一化された順方向電圧と単色性に優れる高輝度の発光がもたらされたと考えられる。
【００３０】
（実施例２）
本実施例２でも、図１に示すＬＥＤと同様の構造のＬＥＤを作製した。
まず、実施例１と同様にＭＯＶＰＥ法により、ｐ形ＧａＡｓ基板１０１上にｐ形ＧａＡｓ緩衝層１０２を堆積し、さらにその上にブラッグ反射層１０９を形成した。
ブラッグ反射層１０９は、まずＡｌ組成比を０．４５とするＺｎドープのｐ形Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ層１０９ａとＡｌ組成比を０．９０とするＺｎドープのｐ形Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層１０９ｂとを交互に４周期重層して形成した。Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ層からなる第１の構成層１０９ａの層厚は約４２ｎｍであり、また、Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層からなる第２の構成層１０９ｂの層厚は約４９ｎｍとした。ブラッグ反射層１０９の構成層１０９ａ、１０９ｂの正孔濃度は双方共に約１×１０18ｃｍ-3とした。
さらに本実施例２では、層厚を４９ｎｍとするアンドープのＡｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓからなる第２の構成層をプラッグ反射層の最表層１０９ｃとして積層した。アンドープの第２の構成層内部のａｓ−ｇｒｏｗｎ状態での亜鉛の原子濃度はＳＩＭＳ分析に依れば８×１０16ｃｍ-3未満であり、また、正孔濃度は約５×１０16ｃｍ-3と見積もられた。
【００３１】
上記のブラッグ反射層１０９上には、実施例１と同様にｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る下部クラッド層１０３、アンドープのｎ形（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ混晶から成る発光層１０４、及びｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る上部クラッド層１０５、ｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるコンタクト層１０６を順次、積層させた。
また、コンタクト層１０６上には、アルミニウム（Ａｌ）ドープのｎ形酸化亜鉛からなる窓層１０７を形成した。窓層１０７をなす酸化亜鉛被膜は、アルミニウムを５重量％含む酸化亜鉛から成る固形成型材料（ペレット）を原料としてスパッタリング法により形成した。ｎ形酸化亜鉛の比抵抗はホール（Ｈａｌｌ）効果測定法によれば約１．４×１０-3Ω・ｃｍで、電子濃度は約３．３×１０20ｃｍ-3であり、また、ホール移動度は１４ｃｍ2／Ｖ・ｓであった。層厚は約２００ｎｍとした。
【００３２】
さらに、窓層１０７上にアルミニウム（Ａｌ）電極１０８を、また、ｐ形ＧａＡｓ基板１０１の裏面の全面にｐ形オーミック電極１１０を形成してＬＥＤを作製した。
このＬＥＤに順方向に２０ｍＡの電流を流したところ、波長を約６２０ｎｍとする赤橙色の発光が酸化亜鉛の窓層１０７のおよそ全面を透過して出射された。また、発光のスペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は約１８ｎｍであり、単色性に優れる発光がもたらされた。電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は約１．９１Ｖから１．９８Ｖの範囲内にあり、実施例１より低い順方向電圧が得られた。また、発光強度は約６５ｍｃｄに達した。
【００３３】
本実施例２のＬＥＤについて、一般的なＳＩＭＳ分析により深さ方向の亜鉛（Ｚｎ）原子濃度の分布を分析したところ、上記のＬＥＤを形成した後においては、ブラッグ反射層の最表層１０９ｃであるアンドープの第２の構成層内の亜鉛原子濃度は約８×１０17ｃｍ-3に増加しているのが認められた。しかし、発光層１０４へ拡散する亜鉛（Ｚｎ）の濃度は顕著に低減された。すなわち、発光層１０４内の亜鉛（Ｚｎ）の原子濃度は約５×１０16ｃｍ-3であった。
また、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察の結果、アンドープの第２の構成層の配置により、ブラッグ反射層１０９と下部クラッド層１０３との接合界面並びに下部クラッド層１０３と発光層１０４との接合界面は乱雑となっておらず、平坦性が維持されていた。これらより、均一化された順方向電圧と上記の単色性に優れる高輝度の発光がもたらされたと考えられる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、ドーパント不純物の拡散による発光部の接合界面の乱雑化を防止できるため、順方向電圧の均一性に優れ、また発光の単色性にも優れる高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１、２に係わるＬＥＤの断面模式図である。
【図２】ブラッグ反射層を具備する従来のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの発光部の断面を示す模式図である。
【符号の説明】
１０１ ＧａＡｓ基板
１０２ ＧａＡｓ緩衝層
１０３ 下部クラッド層
１０３ａ クラッド層と発光層とのヘテロ接合界面
１０４ 発光層
１０５ 上部クラッド層
１０６ コンタクト層
１０７ 窓層
１０８ アルミニウム電極
１０９ ブラッグ反射層
１０９Ａ 下部ブラッグ反射層
１０９Ｂ 上部ブラッグ反射層
１０９ａ ブラッグ反射層の第１の構成層
１０９ｂ ブラッグ反射層の第２の構成層
１０９ｃ ブラッグ反射層の最表層
１０９ｄ ブラッグ反射層の底部層
１１０ ｐ形オーミック電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラッグ反射層を具備したＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードに係わり、特に均一な順方向電圧を有し、高輝度で単色性に優れる発光をもたらす発光ダイオード（ＬＥＤ）を提供するためのブラッグ反射層の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
緑色、黄色から赤橙色帯域の発光素子の一つに、ｐｎ接合型のダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造のリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）からなる発光部を有するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード（ＬＥＤ）がある（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６１（１５）（１９９２）、１７７５〜１７７７頁参照）。特に、インジウム組成比を約０．５とするリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（（ＡｌαＧａ1- α）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、但し０≦α≦１）は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶と格子整合するため（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５７（２７）（１９９０）、２９３７〜２９３９頁参照）、ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードのＤＨ接合構造の発光部を構成するクラッド（ｃｌａｄ）層や発光層（活性層）に利用されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５８（１０）（１９９１）、１０１０〜１０１２頁参照）。
【０００３】
また従来のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードでは、高輝度化のためにブラッグ反射層（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）を配置する手段が採られている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６３（２５）（１９９３）、３４８５〜３４８７頁参照）。
ブラッグ反射層は、構成元素の組成および層厚を相違する２種類の構成層を交互に重層させた重層単位構造を周期的に積層させた周期構造から構成される。
【０００４】
図２は、ブラッグ反射層１０９を具備した従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの発光部の断面の一例を示す図である。図２の発光部は、図に示さない基板上に、直接或いは砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌCＧａ1-CＡｓ：０≦Ｃ≦１）等からなる緩衝層を介して積層されている。
図２のブラッグ反射層１０９は、例えばアルミニウム組成比と層厚とを相違する砒化アルミニウム・ガリウムからなる第１及び第２の構成層を周期的に重層させて構成されている。具体的には、ブラッグ反射層の第１の構成層１０９ａをアルミニウム組成比を０．５とするＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓとし、第２の構成層１０９ｂを砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）とする従来例が知られている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６０（１５）（１９９２）、１８３０〜１８３２頁参照）。この場合、第２の構成層の禁止帯幅は第１の構成層の禁止帯幅より大きくなっている。
【０００５】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるブラッグ反射層の場合、ｐ形のブラッグ反射層は、アクセプター不純物として亜鉛（Ｚｎ）などの第ＩＩ族元素がドーピングされた第１及び第２の構成層１０９ａ、１０９ｂから構成される（Ａｐｐｌ。Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６３（２０）（１９９３）、２７３２〜２７３４頁参照）。また、ｎ形のブラッグ反射層はドナー不純物として珪素（Ｓｉ）などがドープされた構成層から構成される（上記のＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６３（２０）（１９９３）参照）。ｐ形或いはｎ形にかかわらず、従来のブラッグ反射層の構成層には、略一様に不純物をドーピングする手段が採用されるのが通例であった。
【０００６】
しかし、亜鉛（Ｚｎ）は熱拡散し易いｐ形不純物である。そのため、亜鉛の拡散により、クラッド層１０３（または１０５）とブラッグ反射層１０９との接合界面は乱雑となりやすい。
その結果、クラッド層１０３（または１０５）とブラッグ反射層１０９との間のバンド（ｂａｎｄ）の不連続量が不均一となり、ＬＥＤの順方向電圧が不均一となる問題があった。
【０００７】
また、亜鉛の拡散により、クラッド層１０３（または１０５）と発光層１０４とのヘテロ接合界面１０３ａも乱雑となりやすい。このヘテロ接合界面の「無秩序化」（ｄｉｓａｏｒｄｅｒｉｎｇ）により、発光層１０４とクラッド層１０３（または１０５）との接合界面の急峻性が乱され、発光波長の単色性が損なわれる問題があった。
【０００８】
亜鉛の場合よりも高温で問題となるものであるが、Ｓｉの場合もＳｉの熱拡散による界面の「乱雑化」が起こることも知れている。ヘテロ接合界面が「乱雑」となれば、Ｓｉドープのブラッグ反射層の場合も亜鉛ドープのブラッグ反射層の場合と同様に、順方向電圧の不均一化並びに発光の単色性の悪化を招くのは必至である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ブラッグ反射層を具備するＡｌＧａＩｎＰＬＥＤにあって、高輝度化を安定して達成するためには、ブラッグ反射層に含有される不純物の発光部への拡散量を減ずる手段が必要である。
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みなされたもので、不純物がドーピングされた２種類の構成層からなるブラッグ反射層を備えたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤにあって、順方向電圧が均一であり、且つ高輝度のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤを提供するための、発光部への不純物の拡散量の低減をもたらすブラッグ反射層の構成を提示するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の構成層と該第１の構成層よりも禁止帯幅を大とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の構成層とを交互に積層した多層構造からなる第１導電型のブラッグ反射層と、一方の主面を該ブラッグ反射層に接して形成されたリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、但し０≦Ｘ≦１）からなる第１導電型のクラッド層と、該第１導電型のクラッド層の他方の主面に接して形成されたリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（ＡｌYＧａ1-Y）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、但し０≦Ｙ≦１）からなる発光層とを少なくとも具備するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードにおいて、前記ブラッグ反射層が、前記第１導電型のクラッド層と接する面から１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲のアンドープの領域を有することを特徴とする。
【００１１】
また本発明においては、前記第１導電型のクラッド層と接するブラッグ反射層の構成層をアンドープとすることにより、上記のアンドープの領域を形成することができる。
さらに、前記第１導電型のクラッド層と接するブラッグ反射層の構成層は、第１の構成層より禁止帯幅の大きい第２の構成層から構成するのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係わるＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードに用いるブラッグ反射層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成する。例えば、第１の構成層をＡｌXＧａ1-XＡｓ（但し、０≦Ｘ≦１）とし、第２の構成層をアルミニウム組成比のより大きなＡｌYＧａ1-YＡｓ（但し、Ｘ＜Ｙ≦１）から構成して、本発明のブラッグ反射層を形成することが出来る。第２の構成層のアルミニウム組成比（＝Ｙ）は、一般には０．９以上で１以下とするのが好ましい。
また、第１の構成層を砒化ガリウム（ＧａＡｓ）とし、第２の構成層をリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム（（ＡｌαＧａ1- α）0.5Ｉｎ0.5Ｐ：０≦α≦１）としても本発明に係わるブラッグ反射層を構成できる。
【００１３】
本発明では、ブラッグ反射層がクラッド層と接する面から１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲のアンドープの領域を有するようにする。
そのためには、本発明のブラッグ反射層において、クラッド層に接するブラッグ反射層の構成層をアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）とすればよい。ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードにおいて、ブラッグ反射層の構成層の厚さは、一般に１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲にある。
ブラッグ反射層を発光部の下方の基板側に配置する場合、クラッド層に接するブラッグ反射層の構成層は、ブラッグ反射層の最表層となる。また、発光部の上方にブラッグ反射層を配置する場合、クラッド層に接する層は、ブラッグ反射層の底部層となる。
また、図２に例示する如く、発光層１０４の下方並びに上方にそれぞれ下部クラッド層１０３および上部クラッド層１０５を介して６周期構造の下部ブラッグ反射層１０９Ａ、及び３周期構造の上部ブラッグ反射層１０９Ｂを設ける配置法もある。この配置の場合、下部および上部クラッド層１０３、１０５に接するブラッグ反射層の構成層は、下部ブラッグ反射層１０９Ａの最表層１０９ｃと上部ブラッグ反射層１０９Ｂの底部層１０９ｄの双方となる。
【００１４】
本発明に係わるブラッグ反射層のアンドープの構成層におけるドーパントの濃度は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で、不純物がドーピングされた他のブラッグ反射層の構成層より小であるのが望ましい。拡散し易い不純物の場合程、成膜後に於けるアンドープの構成層内の不純物の濃度が増加する。そこで、クラッド層とブラッグ反射層との接合界面の乱雑化が助長されるのを抑制するため、ドーパントの拡散定数が大である程、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態でのアンドープの構成層のドーパントの濃度を予め小さくしておく。
例えば、亜鉛（Ｚｎ）がドーピングされたｐ形のブラッグ反射層にあっては、アンドープの構成層のａｓ−ｇｒｏｗｎ状態での亜鉛の原子濃度は、他のブラッグ反射層の構成層の約１／１０以下とするのが望ましい。例えば、ブラッグ反射層の亜鉛をドープした構成層の亜鉛の原子濃度が１×１０18ｃｍ-3であれば、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態でのアンドープの構成層の亜鉛原子の濃度は１×１０17ｃｍ-3未満とするのが好適である。マグネシウム（Ｍｇ）がドーピングされたｐ形のブラッグ反射層の場合は、アンドープの構成層のマグネシウム原子濃度は他の構成層の約１／５以下であるのが望ましい。ドーパントが珪素（Ｓｉ）や炭素（Ｃ）であるブラッグ反射層の場合、アンドープの構成層のａｓ−ｇｒｏｗｎ状態でのこれらの原子の濃度はドープしたブラッグ反射層の構成層の約１／２以下とするのが望ましい。
ブラッグ反射層のアンドープの構成層は、ブラッグ反射層の形成の際に、当該構成層において不純物の添加を意図的に中止すれば形成することができる。なお、ブラッグ反射層内のドーパントの原子濃度は、一般的な２次イオン質量分析法（略称：ＳＩＭＳ）やオージェ電子分光分析法（略称：ＡＥＳ）により測定できる。
【００１５】
クラッド層に接するブラッグ反射層の構成層をアンドープの層から構成すると、クラッド層や発光層へ拡散、侵入して来る反射層内のドーパントをアンドープの層内に効率的に捕獲、停留させられる利点がある。アンドープの層内のドーパント種の原子濃度が低ければ低い程、捕獲、停留させられるドーパントの濃度は増加する。ドーパントの原子濃度を低く抑えておけば、許容される捕獲量が増すからである。
しかし、アンドープの構成層は、導電性を増すために不純物がドーピングされた他の構成層に比べれば高抵抗層である。従って、アンドープの構成層の層厚を大とすれば、捕獲できる拡散不純物の量は増加するものの、過度に厚膜とすると順方向電圧を増大させる。拡散して来るドーピング不純物を効率良く捕獲し、且つ順方向電圧のいたずらな増加を回避するに適するアンドープの領域の厚さは１０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下である。
第１及び第２の２種類の構成層の周期積層構造からなるブラッグ反射層にあって、クラッド層に近接した第１及び第２の構成層の層厚を合計した層厚が１００ｎｍ以下であれば、クラッド層に近接した第１及び第２の双方の構成層をアンドープとしても差し支えはない。すなわち本発明で、ブラッグ反射層がクラッド層と接する面から１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲のアンドープの領域を有するようにすれば、クラッド層や発光層へ拡散、侵入して来る反射層内のドーパントをアンドープの領域内に効率的に捕獲、停留させることが出来る。
【００１６】
ブラッグ反射層内のクラッド層と接するアンドープの領域は、クラッド層や発光層へ流入する不純物量を抑制する作用を有する。これより、ブラッグ反射層とクラッド層とのヘテロ接合界面の「乱雑化」が抑制される。また、併せて発光層とクラッド層とのヘテロ接合界面の急峻性が保持される。これにより、ＬＥＤの順方向電圧が均一となり、また高輝度で単色性に優れる発光がもたらされることとなる。
なお上記のように、本発明に係わるブラッグ反射層の「アンドープの領域」乃至「アンドープの構成層」とは、ブラッグ反射層の形成の際に当該領域乃至構成層において不純物の添加を意図的に中止し、当該領域乃至構成層において不純物の濃度を不純物がドーピングされた他のブラッグ反射層の領域乃至構成層より小さくして、クラッド層や発光層へ拡散、侵入して来る反射層内の不純物を捕獲、停留できるようにした領域乃至構成層のことをいう。
【００１７】
さらに本発明では、クラッド層と接するブラッグ反射層の構成層は、前記第２の構成層、即ち、第１の構成層より禁止帯幅を大とする構成層から構成するのが好ましい。例えば、ＧａＡｓ層と（ＡｌαＧａ1- α）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０≦α≦１）層とで構成されるブラッグ反射層にあっては、（ＡｌαＧａ1- α）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層をクラッド層と接する構成層とする。また、ブラッグ反射層の構成層をアルミニウム組成の異なる２種類のＡｌＧａＡｓ層から構成する場合では、アルミニウム組成比をより大とするＡｌＧａＡｓ層をクラッド層と接する構成層とする。
【００１８】
ブラッグ反射層の構成層の中で禁止帯幅の大きい方の構成層をクラッド層に接して配置すれば、ブラッグ反射層とクラッド層との禁止帯幅の差が、禁止帯幅を小とする構成層を配置した場合に比較して縮小される。このため、順方向電圧が均一となるのに加え、順方向電圧が低減できるという効果が得られる。
【００１９】
【作用】
クラッド層と接するブラッグ反射層の構成層をアンドープにすると、ブラッグ反射層の他の構成層にドーピングされた不純物が、クラッド層や発光層に拡散、侵入するのを低減する作用を有する。
【００２０】
その結果、ブラッグ反射層より拡散して来る不純物によるブラッグ反射層とクラッド層或いはクラッド層と発光層との接合界面の乱雑化を防止することができる。
【００２１】
さらに、クラッド層と接するブラッグ反射層の構成層を、禁止帯幅をより大とする構成層とすると、ブラッグ反射層とクラッド層との界面での禁止帯幅の差を縮小することができ、順方向電圧を均一にし、また低減する作用を有する。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明を実施例を基に詳細に説明する。図１は本実施例１に係わるＬＥＤの断面模式図である。
【００２３】
［１１０］方向に４゜傾斜した（１００）面を有するＺｎドープのｐ形ＧａＡｓ基板１０１上に、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料とする一般的な減圧の有機金属気相エピタキシー法（ＭＯＶＰＥ法）により、７２０℃で亜鉛（Ｚｎ）ドープのｐ形ＧａＡｓ緩衝層１０２を積層した。ｐ形ＧａＡｓ緩衝層１０２の層厚は約０．８μｍとし、正孔濃度は約３×１０18ｃｍ-3とした。
【００２４】
次に、７２０℃で緩衝層１０２上にブラッグ反射層１０９を積層した。ブラッグ反射層１０９を形成するにあたっては、Ａｌ組成比を０．４５とするＺｎドープのｐ形Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ層と、Ａｌ組成比を０．９０とするＺｎドープのｐ形Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層とをまず交互に４周期重層した。
Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ層からなるブラッグ反射層の第１の構成層１０９ａの層厚は約４２ｎｍとし、またＡｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層からなるブラッグ反射層の第２の構成層１０９ｂの層厚は約４９ｎｍとした。上記のＺｎをドープした第１及び第２の構成層１０９ａ、１０９ｂの正孔濃度は双方共に約１×１０18ｃｍ-3であった。また、上記の構成層１０９ａ、１０９ｂ中の亜鉛原子濃度はともに約３×１０18ｃｍ-3であった。
次に、亜鉛を意図的にドープせずに、層厚を４２ｎｍとするアンドープのＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓからなる第１の構成層をプラッグ反射層の最表層１０９ｃとして積層した。アンドープの第１の構成層内のａｓ−ｇｒｏｗｎ状態での亜鉛の原子濃度はＳＩＭＳ分析に依れば２×１０17ｃｍ-3未満であり、また、正孔濃度は約９×１０16ｃｍ-3であった。
【００２５】
ブラッグ反射層１０９上には、Ｍｇをドーピングしたｐ形の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る下部クラッド層１０３を積層した。下部クラッド層１０３の層厚は約０．８μｍとし、正孔濃度は約３×１０18ｃｍ-3とした。
ｐ形下部クラッド層１０３上には、アンドープでｎ形の（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ混晶から成る発光層１０４を積層した。発光層１０４の層厚は約１００ｎｍとし、電子濃度は約８×１０16ｃｍ-3 とした。
発光層１０４上には、Ｓｉドープでｎ形の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る上部クラッド層１０５を積層した。上部クラッド層１０５の電子濃度は約３×１０17ｃｍ-3とし、層厚は約５μｍとした。
【００２６】
さらに、上部クラッド層１０５上には、Ｓｉを高濃度にドーピングした電子濃度を約７×１０18ｃｍ-3とし層厚を約１００ｎｍとするｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるコンタクト層１０６を積層させた。
【００２７】
コンタクト層１０６上には、アルミニウム（Ａｌ）をドープしたｎ形の酸化亜鉛からなる窓層１０７を形成した。窓層１０７をなす酸化亜鉛被膜は、アルミニウムを５重量％含む酸化亜鉛から成る固形成型材料（ペレット）を原料としてスパッタリング法により形成した。ｎ形の酸化亜鉛被膜の比抵抗はホール（Ｈａｌｌ）効果測定法によれば約１．４×１０-3Ω・ｃｍで、電子濃度は約３．３×１０20ｃｍ-3であり、ホール移動度は１４ｃｍ2／Ｖ・ｓであった。また、酸化亜鉛被膜の層厚は約２００ｎｍとした。
【００２８】
窓層１０７上にアルミニウム（Ａｌ）電極１０８を、またｐ形ＧａＡｓ基板１０１の裏面の全面にｐ形オーミック電極１１０を、それぞれ形成してＬＥＤを作製した。
このＬＥＤに順方向に２０ｍＡの電流を流したところ、波長を約６２１ｎｍとする赤橙色の発光が酸化亜鉛窓層１０７のおよそ全面を透過して出射された。発光のスペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は約１８ｎｍであり、単色性に優れていた。また、電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は約１．９８Ｖから２．０８Ｖの範囲内にあり、ＬＥＤ間で均一な順方向電圧が得られた。ＬＥＤの発光強度は約６０ｍｃｄであった。
【００２９】
本実施例１のＬＥＤについて、一般的なＳＩＭＳ分析により深さ方向の亜鉛（Ｚｎ）原子濃度分布を分析したところ、上記のＬＥＤを形成した後に於いては、ブラッグ反射層１０９の最表層１０９ｃであるアンドープの第１の構成層内の亜鉛原子濃度は、約１×１０18ｃｍ-3に増加しているのが認められた。しかし、発光層１０４へ拡散する亜鉛（Ｚｎ）の濃度は顕著に低減されていた。すなわち、発光層１０４内の亜鉛（Ｚｎ）の原子濃度は約７×１０16ｃｍ-3であった。
また、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察の結果、アンドープの第１の構成層の配置により、ブラッグ反射層１０９と下部クラッド層１０３との接合界面、並びに下部クラッド層１０３と発光層１０４との接合界面は乱雑となっておらず、平坦性が維持されていた。
これらより、上記の様な均一化された順方向電圧と単色性に優れる高輝度の発光がもたらされたと考えられる。
【００３０】
（実施例２）
本実施例２でも、図１に示すＬＥＤと同様の構造のＬＥＤを作製した。
まず、実施例１と同様にＭＯＶＰＥ法により、ｐ形ＧａＡｓ基板１０１上にｐ形ＧａＡｓ緩衝層１０２を堆積し、さらにその上にブラッグ反射層１０９を形成した。
ブラッグ反射層１０９は、まずＡｌ組成比を０．４５とするＺｎドープのｐ形Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ層１０９ａとＡｌ組成比を０．９０とするＺｎドープのｐ形Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層１０９ｂとを交互に４周期重層して形成した。Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ層からなる第１の構成層１０９ａの層厚は約４２ｎｍであり、また、Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層からなる第２の構成層１０９ｂの層厚は約４９ｎｍとした。ブラッグ反射層１０９の構成層１０９ａ、１０９ｂの正孔濃度は双方共に約１×１０18ｃｍ-3とした。
さらに本実施例２では、層厚を４９ｎｍとするアンドープのＡｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓからなる第２の構成層をプラッグ反射層の最表層１０９ｃとして積層した。アンドープの第２の構成層内部のａｓ−ｇｒｏｗｎ状態での亜鉛の原子濃度はＳＩＭＳ分析に依れば８×１０16ｃｍ-3未満であり、また、正孔濃度は約５×１０16ｃｍ-3と見積もられた。
【００３１】
上記のブラッグ反射層１０９上には、実施例１と同様にｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る下部クラッド層１０３、アンドープのｎ形（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ混晶から成る発光層１０４、及びｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る上部クラッド層１０５、ｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるコンタクト層１０６を順次、積層させた。
また、コンタクト層１０６上には、アルミニウム（Ａｌ）ドープのｎ形酸化亜鉛からなる窓層１０７を形成した。窓層１０７をなす酸化亜鉛被膜は、アルミニウムを５重量％含む酸化亜鉛から成る固形成型材料（ペレット）を原料としてスパッタリング法により形成した。ｎ形酸化亜鉛の比抵抗はホール（Ｈａｌｌ）効果測定法によれば約１．４×１０-3Ω・ｃｍで、電子濃度は約３．３×１０20ｃｍ-3であり、また、ホール移動度は１４ｃｍ2／Ｖ・ｓであった。層厚は約２００ｎｍとした。
【００３２】
さらに、窓層１０７上にアルミニウム（Ａｌ）電極１０８を、また、ｐ形ＧａＡｓ基板１０１の裏面の全面にｐ形オーミック電極１１０を形成してＬＥＤを作製した。
このＬＥＤに順方向に２０ｍＡの電流を流したところ、波長を約６２０ｎｍとする赤橙色の発光が酸化亜鉛の窓層１０７のおよそ全面を透過して出射された。また、発光のスペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は約１８ｎｍであり、単色性に優れる発光がもたらされた。電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は約１．９１Ｖから１．９８Ｖの範囲内にあり、実施例１より低い順方向電圧が得られた。また、発光強度は約６５ｍｃｄに達した。
【００３３】
本実施例２のＬＥＤについて、一般的なＳＩＭＳ分析により深さ方向の亜鉛（Ｚｎ）原子濃度の分布を分析したところ、上記のＬＥＤを形成した後においては、ブラッグ反射層の最表層１０９ｃであるアンドープの第２の構成層内の亜鉛原子濃度は約８×１０17ｃｍ-3に増加しているのが認められた。しかし、発光層１０４へ拡散する亜鉛（Ｚｎ）の濃度は顕著に低減された。すなわち、発光層１０４内の亜鉛（Ｚｎ）の原子濃度は約５×１０16ｃｍ-3であった。
また、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察の結果、アンドープの第２の構成層の配置により、ブラッグ反射層１０９と下部クラッド層１０３との接合界面並びに下部クラッド層１０３と発光層１０４との接合界面は乱雑となっておらず、平坦性が維持されていた。これらより、均一化された順方向電圧と上記の単色性に優れる高輝度の発光がもたらされたと考えられる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、ドーパント不純物の拡散による発光部の接合界面の乱雑化を防止できるため、順方向電圧の均一性に優れ、また発光の単色性にも優れる高輝度のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１、２に係わるＬＥＤの断面模式図である。
【図２】ブラッグ反射層を具備する従来のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの発光部の断面を示す模式図である。
【符号の説明】
１０１ ＧａＡｓ基板
１０２ ＧａＡｓ緩衝層
１０３ 下部クラッド層
１０３ａ クラッド層と発光層とのヘテロ接合界面
１０４ 発光層
１０５ 上部クラッド層
１０６ コンタクト層
１０７ 窓層
１０８ アルミニウム電極
１０９ ブラッグ反射層
１０９Ａ 下部ブラッグ反射層
１０９Ｂ 上部ブラッグ反射層
１０９ａ ブラッグ反射層の第１の構成層
１０９ｂ ブラッグ反射層の第２の構成層
１０９ｃ ブラッグ反射層の最表層
１０９ｄ ブラッグ反射層の底部層
１１０ ｐ形オーミック電極
Claims (4)
- ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の構成層と該第１の構成層よりも禁止帯幅を大とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の構成層とを交互に積層した多層構造からなる亜鉛をドープしたｐ型のブラッグ反射層と、一方の主面を該ブラッグ反射層に接して形成されたマグネシウムをドープしたリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、但し０≦Ｘ≦１）からなるｐ形のクラッド層と、該ｐ形のクラッド層の他方の主面に接して形成されたリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（ＡｌYＧａ1-Y）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、但し０≦Ｙ≦１）からなる発光層とを少なくとも具備するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードにおいて、前記ｐ形クラッド層と接する前記ｐ形のブラッグ反射層の構成層が、亜鉛の原子濃度を、該ブラッグ反射層を構成する他の構成層の１／１０以下とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成されていることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
- 亜鉛の原子濃度を、他の構成層の１／１０以下とするブラッグ反射層の構成層が、前記ｐ形のクラッド層との接する面から１０ｎｍ乃至１００ｎｍまでの領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
- 前記ｐ形のクラッド層との接する面から１０ｎｍ乃至１００ｎｍまでの領域には、第１及び第２のブラッグ反射層の構成層が配置されていることを特徴とする請求項２に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
- 前記ｐ型のクラッド層と接するブラッグ反射層の構成層が、前記第２の構成層からなることを特徴とする請求項２または３に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
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