JP4735651B2 - 半導体発光装置及びｌｅｄアレイ - Google Patents

Description

本発明は、ｐｎ接合を有する発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）等の発光素子を半導体基板に形成した半導体発光装置及びＬＥＤアレイに関する。

図３３および図３４は従来の半導体発光装置のＬＥＤ構造を示す断面図である。図３３のＬＥＤは、ｎ型のＧａＡｓ基板２１の上に、Ｐ（リン）組成比ｘが上層ほど大きくなるｎ型のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ傾斜層２２をエピタキシャル成長させ、この上にＰ組成比ｙがコンスタントであるｎ型のＧａＡｓ_１−ｙＰ_ｙ層２３をエピタキシャル成長させた半導体基板２０を用い、Ｚｎを選択的に拡散することによりＧａＡｓ_１−ｙＰ_ｙ層２３にＺｎ拡散領域（ｐ型拡散領域）２４を形成し、層間絶縁膜２５の開口部においてｐ型拡散領域２４にコンタクトするｐ側電極２６と、ＧａＡｓ基板２１にコンタクトするｎ側電極２７とを設けたものである。

また、図３４のＬＥＤは、特開昭６４−３５９７０号公報に開示された構造であり、ｎ型のＧａＡｓ基板２１の上に、Ｐ組成比ｘが上層ほど大きくなるｎ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘ傾斜層２２をエピタキシャル成長させ、この上にＰ組成比ｙがコンスタントであるｎ型のＧａＡｓ_１−ｙＰ_ｙ層２３をエピタキシャル成長させ、最上層にＰ組成比ｚがｙより大きくコンスタントであるｎ型のＧａＡｓ_１−ｚＰ_ｚ層３１をエピタキシャル成長させた半導体基板３０を用い、Ｚｎを選択的に拡散することにより、ＧａＡｓ_１−ｚＰ_ｚ層３１およびＧａＡｓ_１−ｙＰ_ｙ層２３にＺｎ拡散領域（ｐ型拡散領域）３２を形成したものである。図３４のＬＥＤでは、ＧａＡｓ_１−ｙＰ_ｙ層２３の発光波長に対し、ＧａＡｓ_１−ｚＰ_ｚ層３１が吸収層とならないので、ｐｎ接合深さを浅くして体積吸収効果を低減しても、図３３のＬＥＤよりも発光効率を高くできる。

特開昭６４−３５９７０号公報

しかしながら上記従来のＬＥＤ構造では、選択拡散によってｐｎ接合を形成する構造であるために、必ず横方向の拡散領域が発生する。基板表面付近の横方向拡散フロント、特に基板表面付近の半導体層界面（図３４のＧａＡｓ_１−ｚＰ_ｚ層３１とＧａＡｓ_１−ｙＰ_ｙ層２３の界面）近傍の横方向拡散フロントは、微視的な形状に急激な変化があるために、その領域では電場が高くなる。これにより、順方向の電圧を印加してＬＥＤを駆動する場合に、基板表面付近のｐｎ接合における非発光のキャリア注入成分が増加し、発光効率を低下させるという問題を内在している。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、発光効率の高い半導体発光装置及びＬＥＤアレイを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明の半導体発光装置は、第１導電型の半導体層と、前記第１導電型の半導体層上の、少なくともオーミックコンタクト層が形成される領域に形成された上部半導体層と、前記上部半導体層側から前記上部半導体層内及び前記第１導電型の半導体層内に第２導電型不純物を選択的に拡散させることによって、前記第１導電型の半導体層内にｐｎ接合を有するように、かつ、深さ方向拡散フロントが前記第１導電型の半導体層内に位置するように形成された第２導電型不純物拡散領域と、前記第２導電型不純物拡散領域により１つの発光部が形成され、該発光部の横方向拡散フロントを含む領域に、前記上部半導体層側からエッチングにより形成されたエッチング溝領域とを有することを特徴としいている。

以上説明したように本発明の半導体発光装置及びＬＥＤアレイによれば、基板上面付近の横方向拡散フロントをエッチング除去し、基板上面付近に横方向拡散フロントおよびこの横方向拡散フロントによるｐｎ接合が存在しない構造としたことにより、発光素子の発光効率を向上させることができるという効果がある。

第１の実施形態
図１および図２は本発明の第１の実施形態の半導体発光装置１の構造を示す断面図である。また、図３は本発明の第１の実施形態の半導体発光装置１の構造を示す上面図である。図１は図３におけるＡ−Ａ’間の断面図であり、図２は図３におけるＢ−Ｂ’間の断面図である。なお、図１ないし図３の半導体発光装置１は、半導体基板１００に複数のＬＥＤを一列に形成したＬＥＤアレイであるが、半導体基板に１個のＬＥＤを形成したものであっても良い。

半導体発光装置１は、半導体基板１００と、層間絶縁膜１０５と、半導体基板１００に形成されたＺｎ拡散領域（ｐ型拡散領域）１０６と、ｐ側電極１０７と、ｎ側電極１０８と、半導体基板１００に形成されたエッチング領域１１０とを備えている。

半導体発光装置１は、ｎ型半導体層を有する半導体基板１００に、選択的にｐ型拡散領域１０６を形成した構造である。拡散領域形成前の半導体基板１００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１０２を設け、その上にｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層（ただし１≧ｘ≧０）１０３を設け、最上層に電極とオーミックコンタクトを形成するためのｎ型のＧａＡｓ層１０４を設けた構造である。ｎ型ＧａＡｓバッファー層１０２、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３、およびＧａＡｓ層１０４は、ここでは半導体エピタキシャル層である。

Ｐ型拡散領域１０６は、固相拡散法あるいは気相拡散法を用い、ｐ型不純物であるＺｎを半導体基板１００の表面（上面）から選択的に拡散させることにより、ｎ型のＧａＡｓ層１０４内およびｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３内に形成される。このｐ型拡散領域１０６は、ＧａＡｓ層１０４内のＺｎ拡散領域であるＧａＡｓ−Ｚｎ拡散領域（ｐ型ＧａＡｓ領域）１０６ａと、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３内のＺｎ拡散領域であるＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ−Ｚｎ拡散領域（ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ領域）１０６ｂとにより構成される。また、ｐ型拡散領域１０６を形成することにより、ｎ型のＧａＡｓ層１０４には、ｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａと、これ以外の領域であるｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａとが混在することになる。また、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３には、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ領域１０６ｂと、これ以外の領域であるｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ領域１０３ａとが混在するようになる。

Ｐ型拡散領域１０６の拡散フロント１３０は、半導体基板１００の積層方向と略垂直な部分である深さ方向拡散フロント１３０ａと、深さ方向拡散フロント１０３ａ以外の横方向拡散フロント１３０ｂからなる。深さ方向拡散フロント１３０ａは、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の内部にある。

なお、本発明において、拡散フロントは、半導体層と、不純物を拡散することにより上記の半導体層に形成された拡散領域との界面領域を表すものとする。従って、ｎ型半導体層にｐ型拡散領域を形成した場合、およびｐ型半導体層にｎ型拡散領域を形成した場合には、拡散領域の拡散フロントは、半導体層と拡散領域とによるｐｎ接合面を表すものとする。この場合、拡散領域の拡散フロントをエッチング除去するということは、ｐｎ接合面をエッチング除去することを意味する。ただし、半絶縁性半導体層にｐ型またはｎ型の拡散領域を形成した場合には、拡散領域の拡散フロントは、半絶縁性半導体層と拡散領域との界面領域を表すが、拡散フロントはｐｎ接合面ではない。

半導体発光装置１は、半導体基板１００の表面付近に形成された横方向拡散フロントをエッチング除去したことを特徴とする。ｐ型拡散領域１０６の形成が済んだ半導体基板１００の表面に、ドライエッチング法またはウエットエッチング法を用い、エッチング領域１１０を形成することにより、ＧａＡｓ層１０４内、およびＧａＡｓ層１０４とＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の界面近傍に形成された横方向拡散フロント１３０ｂを除去する。エッチング領域１１０は、基板表面（ＧａＡｓ層１０４の上面）からＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３のＧａＡｓ層１０４との界面近傍の層領域までの横方向拡散フロント１３０ｂを含む基板領域に形成される。これにより、ｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａとｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａとが、ｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａを取り囲むように形成されたエッチング領域１１０により空間的に分離され、拡散フロント１３０およびこの拡散フロント１３０によるｐｎ接合１０９が、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の内部だけに存在する構造となる。

エッチング領域１１０が形成された半導体基板１００の表面上には、層間絶縁膜１０５が形成される。この層間絶縁膜１０５は、ｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａおよびエッチング領域１１０の全領域、ならびにｐ型ＧａＡｓ拡散領域１０６ａの周部領域を被覆している。層間絶縁膜１０５としては、例えば、ＳｉＮ膜が形成されている。また、ｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａ上には、このｐ型ＧａＡｓ領域にオーミックコンタクトするｐ側電極１０７が形成されている。層間絶縁膜１０５は、ｐ側電極１０７の配線がｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａまたはｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ領域１０３ａに接触してｐ型半導体領域とｎ型半導体領域がショートしないように設けられたものである。また、半導体基板１００の裏面（下面）であるｎ型ＧａＡｓ基板１０１の表面には、このＧａＡｓ基板にオーミックコンタクトするｎ側電極１０８が形成されている。ｐ側電極１０７としては、例えば、Ａｌからなる電極が形成されている。ｐ側電極１０７としては、Ａｕを含む材料を用いることもできる。また、ｎ側電極１０８としては、例えば、Ａｕ合金からなる電極が形成されている。

複数のＬＥＤを半導体基板１００に形成した半導体発光装置１において、ｎ側電極１０８と、ｎ型半導体領域（ｎ型ＧａＡｓ基板１０１、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１０２、およびｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ領域１０３ａ）と、ｐ型拡散領域１０６と、ｐ側電極１０７とは、１個のＬＥＤを構成している。ｎ側電極１０８およびｎ型半導体領域は、上記複数のＬＥＤに共通のものである。また、Ｚｎ拡散領域１０６およびｐ側電極１０７は、ＬＥＤごとに個別に設けられている。

次に、第１の実施形態の半導体発光装置１の動作を説明する。ｐ側電極１０７とｎ側電極１０８の間に順方向電圧を印加すると、ｐｎ接合面１０９を介し、ｎ型半導体領域からｐ型拡散領域１０６に少数キャリアとして電子が注入され、またｐ型拡散領域１０６からｎ型半導体領域に少数キャリアとして正孔が注入される。ｐｎ接合１０９は、最上層のＧａＡｓ層１０４内には存在せず、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の内部だけに存在するので、順方向に電流を流した場合には、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の内部だけで上記の少数キャリアの注入が起こる。従って、発光はＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３内で起こり、発生する光は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３のエネルギバンドギャップに相当するエネルギ（波長）の光である。また、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓのバンドギャップは主にＡｌ組成比ｘによって決まる。従って、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３のＡｌ組成比ｘによって発光波長を決めることができる。

Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３で発生した光は、ＧａＡｓ層１０４との界面あるいはエッチング領域１１０に到達する。最上層のＧａＡｓ層１０４のエネルギバンドギャップは、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３のエネルギバンドギャップよりも小さく、従ってＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３で発生した光のエネルギ（発光波長）よりも小さいので、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３で発生した光は、ＧａＡｓ層１０４内を通過するときに吸収される。しかし、ＧａＡｓ層１０４の層厚は、例えば５００［Å］程度に薄くすることができるので、ＧａＡｓ層１０４での光吸収密度は小さい。また、ｐ側電極１０７はｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａを通過してきた光を反射してしまうが、層間絶縁膜１０５はＧａＡｓ層１０４を通過してきた光およびエッチング領域１１０に到達した光を透過させる。従って、ｐ側電極１０７の形成領域を除く基板表面に到達した光が外部に放射される。

従来の半導体発光装置（図３３および図３４参照）では、基板表面付近にｐｎ接合が形成されている。基板表面付近では、ｐ型不純物の拡散に伴う結晶欠陥の密度が高いので、発光再結合効率が低い。これに対し、基板内部では発光再結合効率が高い。基板表面付近でのキャリア注入密度が高く、基板内部のｐｎ接合でのキャリア注入密度が低いほど、発光再結合成分が減少し、非発光再結合成分が増加するので、ＬＥＤの発光効率が低下する。基板表面付近にｐｎ接合が形成されている従来の半導体発光装置では、基板表面付近でキャリアの注入が起こり、注入されたキャリアは基板表面付近で再結合する。基板表面付近にｐｎ接合が形成されていなければ、基板表面付近でキャリアの注入が起こらず、これにより基板表面付近での再結合成分が減少し、基板内部での再結合成分が増加するので、発光再結合成分が増加し、ＬＥＤの発光効率を高くすることができる。

また、ｎ型の第１半導体層の上の最上層に、電極とオーミックコンタクトを形成するための、第１半導体層よりもバンドギャップが小さいｎ型の第２半導体層を設けた半導体基板に、ｐ型拡散領域を形成した場合（半導体発光装置１において最上層のＧａＡｓ層１０４内にｐｎ接合が形成されている場合）には、少数キャリアの注入は主に第２半導体層内のｐｎ接合を介して起こり、注入された少数キャリアは主に第２半導体層内で再結合する（第２半導体層内の再結合成分が主になる）。最上層の第２半導体層では、ｐ型不純物の拡散に伴う結晶欠陥の密度が高く、発光再結合効率が低いので、第２半導体層内の再結合成分が主になると、発光再結合成分が著しく減少する。従って、第１の半導体層よりもエネルギバンドギャップが小さい最上層の第２半導体層がｎ型である場合には、ＬＥＤの発光効率は著しく低くなる。また、発光波長は最上層の第２半導体層のエネルギバンドギャップに相当する波長になってしまう。

さらに、従来の半導体発光装置（図３３および図３４参照）では、基板表面付近に拡散フロントが形成されている。基板表面付近の拡散フロント、特に基板表面付近の半導体層の界面近傍の拡散フロントには、微視的形状が急激に変化する部分がある。拡散フロント形状が急激に変化する領域では、急激に変化していない領域よりも、電界が高くなり、キャリアの注入密度が高くなる。高電界領域が発生すると、高電界でない領域のキャリア注入密度が減少する。従って、上記の界面近傍の領域は、高電界領域となり、キャリアの注入密度が高くなる。半導体発光装置１において基板表面付近に拡散フロントが形成されている場合には、ＧａＡｓ層１０４とＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の界面近傍は高電界領域となり、この高電界領域のｐｎ接合を介して注入されたキャリアは、主にＧａＡｓ層１０４内で再結合する。ＧａＡｓ層１０４のｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａはＺｎ拡散に伴う結晶欠陥の密度が高いので、ＧａＡｓ領域１０４内での再結合は発光再結合効率が低い。上記の界面近傍に高電界領域が発生しなければ、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３内での再結合成分が増加し、これにより発光再結合成分が増加するので、ＬＥＤの発光効率をさらに高くすることができる。

半導体発光装置１は、ＧａＡｓ層１０４内およびＧａＡｓ層１０４とＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の界面近傍の横方向拡散フロント１３０ｂを除去し、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の内部のみに拡散フロント１３０およびｐｎ接合面１０９が存在する構造なので、またＧａＡｓ層１０４内でのキャリア注入が起こらず、また上記界面近傍に高電界領域が発生しない。これにより、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３内でのキャリアの注入密度を増加させ、発光再結合成分を増加させることができるので、ＬＥＤの発光効率を向上させることができる。また、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３のエネルギバンドギャップに相当する波長の光を発生させることができる。

このように第１の実施形態によれば、ｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の上の最上層にｎ型のＧａＡｓ層１０４を形成した半導体基板１００を用い、ＧａＡｓ層１０４内およびＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３内に選択的にｐ型拡散領域１０６を形成し、ＧａＡｓ層１０４内の横方向拡散フロント、およびＧａＡｓ層１０４とＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の界面近傍の横方向拡散フロントをエッチング除去した構造としたことにより、ＬＥＤの発光効率を向上させることができる。

なお、上記第１の実施形態では、エッチング領域１１０の底面が、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３のＧａＡｓ層１０４との界面近傍の層領域に位置する構造としたが、ＧａＡｓ層１０４とＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の界面に底面が位置するようにエッチング領域を形成し、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の上記層領域内の横方向拡散フロントを除去せずに、ＧａＡｓ層１０４内の横方向拡散フロントのみを除去した構造としても良い。このような構造でも、ＧａＡｓ層１０４内での再結合成分は極端に減少し、発光効率を向上させることができる。

第２の実施形態
図４は第２の実施形態の半導体発光装置２の構造を示す断面図である。この半導体発光装置２の上面図は上記第１の実施形態の図３と同じであり、図４は図３におけるＡ−Ａ’間の断面図である。なお、図４において、図１と同じものには同じ符号を付してある。

半導体発光装置２は、最上層に半絶縁性のＧａＡｓ層２０４を設けた半導体基板２００に、Ｚｎ拡散領域（ｐ型拡散領域）１０６およびエッチング領域１１０を形成したものである。

なお、本発明において、半絶縁性とは、真性またはノンドープの意である。半導体材料によっては、ノンドープでエピタキシャル層等を作製した場合に、真性半導体にならずに、薄いｎ型あるいは薄いｐ型の半導体になることがある。しかし本発明では、このようなノンドープの半導体でも比抵抗が真性半導体と同等であると見なすことができる半導体も含んでいる。

Ｐ型拡散領域１０６は、半絶縁性のＧａＡｓ層２０４内およびｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層（ただし１≧ｘ≧０）１０３内に形成される。ｐ型拡散領域１０６を形成することにより、半絶縁性のＧａＡｓ層２０４には、ｐ型拡散領域１０６を構成するＧａＡｓ−Ｚｎ拡散領域（ｐ型ＧａＡｓ領域）１０６ａと、これ以外の領域である半絶縁性ＧａＡｓ領域２０４ａとが混在することになる。

半導体発光装置２では、ＧａＡｓ層２０４が半絶縁性なので、ｐ型拡散領域１０６を形成しても、ＧａＡｓ層２０４内にはｐｎ接合が形成されない。しかし、ｐ型拡散領域１０６を形成すると、基板表面付近に拡散フロントが形成される。

基板表面付近の拡散フロント、特にＧａＡｓ層２０４とＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の界面近傍の拡散フロントには、微視的形状が急激に変化する部分がある。拡散フロント形状が急激に変化する領域では、急激に変化していない領域よりも、電界が高くなり、キャリアの注入密度が高くなる。高電界領域が発生すると、高電界でない領域のキャリア注入密度が減少する。従って、上記の界面近傍の領域は、高電界領域となり、キャリアの注入密度が高くなる。上記界面近傍の高電界領域のｐｎ接合（上記界面近傍のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３側に形成されたｐｎ接合）からｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ領域１０６ｂに注入されたキャリア（電子）は、ＧａＡｓ層１０４のエネルギバンドギャップがＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３よりも小さいので、ｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａに拡散し、ｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａ内で再結合する。ｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａはＺｎ拡散に伴う結晶欠陥の密度が高いので、ｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａ内での再結合は発光再結合効率が低い。上記の界面近傍に高電界領域が発生しなければ、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３内での再結合成分が増加し、これにより発光再結合成分が増加するので、ＬＥＤの発光効率をさらに高くすることができる。

半導体発光装置２は、ＧａＡｓ層２０４とＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の界面近傍に形成された横方向拡散フロントを、エッチング領域１１０を設けることにより除去し、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の内部のみに拡散フロント１３０およびｐｎ接合１０９が存在する構造なので、上記の界面近傍に高電界領域が発生しない。これにより、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３内での再結合成分を増加させ、発光再結合成分を増加させることができるので、発光効率を向上させることができる。

このように第２の実施形態によれば、ｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の上の最上層に半絶縁性のＧａＡｓ層２０４を設けた半導体基板２００を用い、ＧａＡｓ層２０４内およびＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３内に選択的にｐ型拡散領域１０６を形成し、ＧａＡｓ層２０４とＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の界面近傍に形成された横方向拡散フロントをエッチング除去した構造としたことにより、上記第１の実施形態と同様に、ＬＥＤの発光効率を向上させることができる。

また、層間絶縁膜１０５の下は半絶縁性ＧａＡｓ領域２０４ａなので、ｐ型電極形成領域下の層間絶縁膜１０５にダメージ等があっても、ショートが発生せず、不良発生率を低減することができる。

第３の実施形態
図５および図６は本発明の第３の実施形態の半導体発光装置３の構造を示す断面図である。この半導体発光装置３の上面図は上記第１の実施形態の図３と同じであり、図５は図３におけるＡ−Ａ’間の断面図であり、図６は図３におけるＢ−Ｂ’間の断面図である。なお、図５および図６において、図１および図２と同じものには同じ符号を付してある。

半導体発光装置３は、半導体基板３００と、層間絶縁膜１０５と、半導体基板３００に形成されたＺｎ拡散領域（ｐ型拡散領域）３０６と、ｐ側電極１０７と、ｎ側電極１０８と、半導体基板１００に形成されたエッチング領域３１０とを備えている。

半導体発光装置３は、ｎ型半導体層を有する半導体基板３００に、選択的にｐ型拡散領域３０６を形成した構造である。拡散領域形成前の半導体基板３００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１０２を設け、その上にｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層（ただし１≧ｘ≧０）３０３を設けた構造である。つまり、図１および図２の半導体基板１００において、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３をＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３とし、ＧａＡｓ層１０４を設けない構造である。Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３は、電極とオーミックコンタクトを形成する半導体層であり、Ａｌの酸化により上記のオーミックコンタクト形成に影響を及ぼすことがないように、Ａｌ組成比ｘを小さくしたものである。このＡｌ組成比ｘは、例えばｘ＝０．１５である。

Ｐ型拡散領域３０６は、Ｚｎを半導体基板３００の表面から選択的に拡散させることにより、ｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３内に形成される。ｐ型拡散領域３０６を形成することにより、ｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３は、ｐ型拡散領域３０６と、これ以外の領域であるｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ領域３０３ａになる。

半導体発光装置３は、横方向拡散フロント３３０ｂにより半導体基板３００の表面付近に形成されたｐｎ接合面をエッチング除去したことを特徴とする。ｐ型拡散領域３０６の形成が済んだ半導体基板３００の表面側にエッチング領域３１０を形成することにより、最上層のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３の表面付近に形成されたｐｎ接合面を除去する。これにより、基板表面付近のｐ型拡散領域３０６とｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ領域３０３ａとがエッチング領域３１０により空間的に分離され、拡散フロント３３０によるｐｎ接合面３０９が、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３の内部だけに形成された構造となる。

層間絶縁膜１０５は、エッチング領域３１０が形成されたＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３上に形成される。また、ｐ側電極１０７は、ｐ型拡散領域３０６上および層間絶縁膜１０５上に形成され、ｐ型拡散領域３０６にオーミックコンタクトしている。複数のＬＥＤを半導体基板３００に形成した半導体発光装置３において、ｎ側電極１０８と、ｎ型半導体領域（ｎ型ＧａＡｓ基板１０１、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１０２、およびｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ領域３０３ａ）と、ｐ型拡散領域３０６と、ｐ側電極１０７とは、１個のＬＥＤを構成している。

次に、第３の実施形態の半導体発光装置３の動作を説明する。ｐ側電極１０７とｎ側電極１０８の間に順方向電圧を印加すると、上記第１の実施形態と同様に、ｐｎ接合面３０９を介し、ｐ型拡散領域３０６およびｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ領域３０３ａにそれぞれ少数キャリアが注入され、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３において発光が起こる。発生する光は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３のエネルギバンドギャップに相当する波長の光である。Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３で発生した光は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３の表面あるいはエッチング領域３１０の底面に到達し、直接あるいは層間絶縁膜１０５を透過して外部に放射される。

半導体発光装置３では、横方向拡散フロント３０３ｂは、基板表面付近（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３の上面付近）において、半導体層の積層界面と交差していないが、その形状が急激に変化する場合がある。この基板表面付近の拡散フロント形状の急激な変化は、半導体基板３００と層間絶縁膜１０５（この層間絶縁膜１０５はＺｎ拡散工程において拡散マスク膜として用いられる）の間の密着性や膜ストレス等により生じる。例えば、基板表面付近の拡散フロントが鋭く尖った形状を含むことがある。拡散フロント形状が急激に変化する領域では、急激に変化していない領域よりも、電界が高くなり、キャリアの注入密度が高くなる。また、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３の上面付近では、Ｚｎ拡散に伴う結晶欠陥の密度が高いので、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３の上面付近では、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３の内部よりも発光再結合効率が低くなる。

半導体発光装置３は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３の上面付近の横方向拡散フロント３３０ｂを除去し、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３の内部のみに拡散フロント３３０およびｐｎ接合面３０９が存在する構造なので、基板表面付近に上記の高電界領域が発生しない。これにより、基板表面付近でのキャリアの注入密度を低減し、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３の内部でのキャリアの注入密度を増加させ、発光再結合成分を増加させることができるので、ＬＥＤの発光効率を向上させることができる。

このように第３の実施形態によれば、最上層にｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．１５）層３０３を設けた半導体基板３００を用い、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３内に選択的にｐ型拡散領域３０６を形成し、基板表面付近（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層３０３の上面付近）の横方向拡散フロントをエッチング除去した構造としたことにより、上記第１の実施形態と同様に、ＬＥＤの発光効率を向上させることができる。

第４の実施形態
図７および図８は本発明の第４の実施形態の半導体発光装置４の構造を示す断面図である。また、図９は本発明の第４の実施形態の半導体発光装置４の構造を示す上面図である。図７は図９におけるＤ−Ｄ’間の断面図であり、図８は図９におけるＥ−Ｅ’間の断面図である。なお、図７ないし図９において、図１ないし図３と同じものには同じ符号を付してある。また、図７ないし図９の半導体発光装置４は、半導体基板４００に複数のＬＥＤを一列に形成したＬＥＤアレイであるが、半導体基板に１個のＬＥＤを形成したものであっても良い。

半導体発光装置４は、半導体基板４００と、層間絶縁膜１０５と、半導体基板４００に形成されたＺｎ拡散領域（ｐ型拡散領域）１０６と、ｐ側電極１０７と、ｎ側電極４０８と、半導体基板４００に形成されたエッチング領域１１０とを備えている。

半導体発光装置４は、上記第１の実施形態の半導体発光装置１と同様に、ｎ型半導体層を有する半導体基板４００に、選択的にｐ型拡散領域１０６を形成した構造である。拡散領域形成前の半導体基板４００は、半絶縁性ＧａＡｓ基板４０１の上に、半絶縁性ＧａＡｓバッファー層４０２を設け、その上にｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３を設け、最上層に電極とオーミックコンタクトを形成するためのｎ型のＧａＡｓ層１０４を設けた構造である。つまり、図１および図２の半導体基板１００において、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１およびｎ型ＧａＡｓバッファー層１０２を、それぞれ半絶縁性ＧａＡｓ基板４０１および半絶縁性ＧａＡｓバッファー層４０２にしたものである。

半導体発光装置４は、上記第１の実施形態の半導体発光装置１と同様に、半導体基板４００の表面付近に形成された横方向拡散フロントおよびｐｎ接合をエッチング除去した構造である。ｐ型拡散領域１０６の形成が済んだ半導体基板４００の表面にエッチング領域１１０を形成することにより、ＧａＡｓ層１０４内、およびＧａＡｓ層１０４とＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の界面近傍に形成された横方向拡散フロント１３０ｂを除去する。これにより、ｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａとｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａとが、ｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａを取り囲むように形成されたエッチング領域１１０により空間的に分離され、拡散フロント１３０およびこの拡散フロント１３０によるｐｎ接合面１０９が、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の内部だけに形成された構造となる。

また、半導体発光装置４の層間絶縁膜１０５には、ｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａを露出させる開口部１０５ａの他にｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａを露出させる開口部１０５ｂが設けられており、ｎ側電極４０８は、ｐ側電極１０７と同じ基板表面側に設けられており、開口部１０５ｂにおいてｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａにオーミックコンタクトしている。ｎ側電極４０８としては、例えば、Ａｕ合金からなる電極が形成されている。つまり、半導体発光装置４は、上記第１の実施形態の半導体発光装置１において、ｎ側電極を、半導体基板の裏面ではなく、ｐ側電極と同じ基板表面側に設けたものである。なお、半導体発光装置４の動作は、上記第１の実施形態の半導体発光装置１と同様であるので、その説明を省略する。

半導体発光装置４では、ＧａＡｓ層１０４内およびＧａＡｓ層１０４とＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の界面近傍のｐｎ接合面を除去し、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の内部のみにｐｎ接合面１０９が存在する構造なので、基板表面付近のキャリア注入密度が高くなることはなく、高発光効率の半導体発光装置を実現できる。

また、ｎ側電極４０８を半導体基板４００の表面側に設けたことにより、マトリクス駆動型のＬＥＤアレイを作製することが可能となる。図１０はマトリクス駆動型のＬＥＤアレイの構造を示す上面図である。図１０のＬＥＤアレイは、ｎ型半導体層分離領域２００７により複数の半導体ブロック２００８に電気的に分離されたｎ型半導体層を有する半導体基板に、ｐ型拡散領域２００１と、ｐ側個別配線２００２と、ｐ側共通配線２００３と、ｐ側電極パッド２００５と、ｎ側電極パッド２００６とを形成したものである。

Ｐ型拡散領域２００１は、ｐ型不純物を選択的に拡散させることにより半導体ブロック２００８にそれぞれ複数個ずつ形成されている。ｐ側個別配線２００２は、ｐ型拡散領域２００１にそれぞれ個別にコンタクトしている。各半導体ブロック２００８に形成された同順位のＬＥＤから延びるｐ側個別配線２００２は、ｐ側共通配線２００３に層間絶縁膜のコンタクトホール２００４で接続している。ｐ側電極パッド２００５は、所定のｐ側共通配線２００３に接続されている（図１０では、所定のｐ側個別配線２００２に一体形成されている）。ｎ側電極パッド２００６は、半導体ブロック２００８のｎ型領域にコンタクトしている。なお、ｐ側個別配線２００２とｐ側共通配線２００３の間には、図示しない層間絶縁膜が形成されており、コンタクトホール２００４はこの層間絶縁膜に設けられている。

このようなマトリクス駆動型ＬＥＤアレイは、点灯するＬＥＤに接続されているｐ側共通配線２００３と結線したｐ側電極パッド２００５と、点灯するＬＥＤの半導体ブロック２００８に接続されたｎ側電極パッド２００６との間に順方向電圧を印加することにより、所望のＬＥＤを発光させることができ、全てのＬＥＤに共通のｎ側電極パッドを設け、ＬＥＤごとにｐ側電極パッドを設けた場合よりも、電極パッドの総数を少なくすることができる。

図１０のマトリクス駆動型ＬＥＤアレイの半導体基板は、半導体発光装置４の半導体基板４００に対応し、半導体ブロック２００８は、半導体発光装置４のＧａＡｓ層１０４およびＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３に対応する。また、ｐ型拡散領域２００１はＺｎ拡散領域１０６に対応し、ｐ側個別配線２００２はｐ側電極１０７に対応し、ｎ側電極パッド２００６はｎ側電極４０８に対応する。従って、図１０のＬＥＤアレイに、半導体発光装置４のエッチング領域１１０に対応するエッチング領域を設け、半導体ブロック２００８の表面近傍の横方向拡散フロントを除去すれば、高発光効率のマトリクス駆動型ＬＥＤアレイを実現できる。

このように第４の実施形態によれば、半絶縁性ＧａＡｓ基板４０１および半絶縁性ＧａＡｓバッファー層４０２の上にｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３を形成し、その上の最上層にｎ型のＧａＡｓ層１０４を形成した半導体基板４００を用い、ＧａＡｓ層１０４内およびＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３内に選択的にｐ型拡散領域１０６を形成し、ＧａＡｓ層１０４内の横方向拡散フロント、およびＧａＡｓ層１０４とＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３の界面近傍の横方向拡散フロントをエッチング除去した構造としたことにより、ＬＥＤの発光効率を向上させることができる。

また、ｎ側電極４０８を半導体基板４００の表面側に設けたことにより、高発光効率のマトリクス駆動型ＬＥＤアレイを作製することが可能となる。

なお、半導体発光装置４がマトリクス駆動型ＬＥＤアレイでない場合には、半絶縁性ＧａＡｓ基板４０１および半絶縁性ＧａＡｓバッファー層４０２は、それぞれｎ型ＧａＡｓ基板およびｎ型ＧａＡｓバッファー層であっても良い。

第５の実施形態
図１１および図１２は本発明の第５の実施形態の半導体発光装置５の構造を示す断面図である。この半導体発光装置５の上面図は上記第１の実施形態の図３と同じであり、図１１は図３におけるＡ−Ａ’間の断面図であり、図１２は図３におけるＢ−Ｂ’間の断面図である。また、図１３は半導体発光装置５におけるＧａＡｓ層１０４のエッチング除去領域を説明する上面図である（上記第１の実施形態の半導体発光装置１におけるＧａＡｓ層１０４のエッチング除去領域を説明する上面図も図１３と同じである）。図１３では、層間絶縁膜１０５およびｐ側電極１０７の図示を省略してある。なお、図１１および図１２において、図１および図２と同じものには同じ符号を付してある。

半導体発光装置５は、半導体基板５００と、層間絶縁膜１０５と、半導体基板５００に形成されたＺｎ拡散領域（ｐ型拡散領域）５０６と、ｐ側電極１０７と、ｎ側電極１０８と、半導体基板５００に形成されたエッチング領域５１０とを備えている。

半導体発光装置５は、半導体基板５００に選択的にｐ型拡散領域５０６を形成した構造である。拡散領域形成前の半導体基板５００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１０２を設け、その上にｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層（ただし１≧ｘ＞０）５１３、ｎ型のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層（ただし１＞ｙ≧０）５１４、ｎ型のＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層（ただし１≧ｚ＞０）５１５からなる積層構造のＡｌＧａＡｓ層５０３を設け、最上層に電極とオーミックコンタクトを形成するためのｎ型のＧａＡｓ層１０４を設けた構造である。つまり、上記第１の実施形態の半導体発光装置１において、半導体基板１００のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３を、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層５１３とＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４とＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５の積層構造としたものである。Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４は、深さ方向拡散フロントが形成され、所望波長の光を発生させる発光層となる半導体層であり、半導体発光装置１のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３に対応する。また、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４の上層および下層となるＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５およびＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層５１３は、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内のｐｎ接合面を介して注入されたキャリアをＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内に閉じ込め、キャリアの再結合効率を向上させるためのクラッド層となる半導体層である。

Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層５１３、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５の各Ａｌ組成比ｘ，ｙ，ｚは、ｘ＞ｙ、ｚ＞ｙであるものとする。従って、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層５１３、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５のエネルギバンドギャップをそれぞれＥｇ（５１３），Ｅｇ（５１４），Ｅｇ（５１５）とすると、Ｅｇ（５１３）＞Ｅｇ（５１４）、Ｅｇ（５１５）＞Ｅｇ（５１４）である。Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層５１３、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５は、ここでは半導体エピタキシャル層である。

Ｐ型拡散領域５０６は、Ｚｎを半導体基板５００の表面から選択的に拡散させることにより、ＧａＡｓ層１０４内、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５内、およびＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内に形成される。このｐ型拡散領域５０６は、ＧａＡｓ層１０４内のＺｎ拡散領域であるＧａＡｓ−Ｚｎ拡散領域（ｐ型ＧａＡｓ領域）５０６ａと、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５内のＺｎ拡散領域であるＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ−Ｚｎ拡散領域（ｐ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ領域）５０６ｂと、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内のＺｎ拡散領域であるＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ−Ｚｎ拡散領域（ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ領域）５０６ｃとにより構成される。また、ｐ型拡散領域５０６を形成することにより、ＧａＡｓ層１０４には、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａと、ｎ型ＧａＡｓ領域とが混在するようになる。また、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５には、ｐ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ領域５０６ｂと、ｎ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ領域とが混在するようになる。また、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４には、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ領域５０６ｃと、ｎ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ領域とが混在するようになる。ｐ型拡散領域５０６の深さ方向拡散フロント５０６ａは、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内にある。

半導体発光装置５は、半導体基板５００の表面付近に形成された横方向拡散フロントおよびｐｎ接合をエッチング除去したことを特徴とする。ｐ型拡散領域５０６の形成が済んだ半導体基板５００の表面にエッチング領域５１０を形成することにより、最上層のＧａＡｓ層１０４に形成されたｐｎ接合、およびＧａＡｓ層１０４とＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５の界面近傍に形成されたｐｎ接合を除去する。これにより、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａとｎ型ＧａＡｓ領域とが、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａを取り囲むように形成されたエッチング領域５１０により空間的に分離され、拡散フロント５３０によるｐｎ接合面５０９が積層構造のＡｌＧａＡｓ層５０３の内部だけに形成された構造となる。

複数のＬＥＤを半導体基板５００に形成した半導体発光装置５において、ｎ側電極１０８と、ｎ型半導体領域（ｎ型ＧａＡｓ基板１０１、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１０２、およびＡｌＧａＡｓ層５０３のｎ型ＡｌＧａＡｓ領域）と、ｐ型拡散領域５０６と、ｐ側電極１０７とは、１個のＬＥＤを構成している。

次に、第５の実施形態の半導体発光装置５の動作を説明する。ｐ側電極１０７とｎ側電極１０８の間に順方向電圧を印加すると、ｐｎ接合を介してｐ型拡散領域５０６とｎ型半導体領域に、少数キャリアとしてそれぞれ電子と正孔が注入される。

Ｐｎ接合面５０９は、ｐ側電極１０７とオーミックコンタクトをとるために設けられた最上層のＧａＡｓ層１０４内には存在せず、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５内およびＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内に存在する。また、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５のエネルギバンドギャップは、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４のエネルギバンドギャップよりも大きい。従って、順方向に電流を流した場合には、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内のｐｎ接合面を介して少数キャリアが注入される。

さらに、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ領域５０６ｃに注入された電子は、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５とＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４との間のエネルギ障壁によりｐ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ領域５０６ｂには拡散できない。従って、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ領域５０６ｃに注入された電子は、全てＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内で正孔と再結合する。また、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層５１３のエネルギバンドギャップは、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４のエネルギバンドギャップよりも大きいので、ｎ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ領域に注入された正孔は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層５１３とＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４との間のエネルギ障壁によりｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ領域には拡散できない。従って、ｎ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ領域に注入された正孔は、全てＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内で電子と再結合する。

このように、順方向電流を流した場合に、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内のｐｎ接合面を介して少数キャリアが注入され、注入されたキャリアはＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内に閉じ込められ、全てＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内で再結合するので、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内で光が発生する。従って、発生した光はＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４のエネルギバンドギャップに相当するエネルギの光である。また、少数キャリアをＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内に閉じ込めることができるので、キャリアの再結合効率が向上し、これにより発光効率が向上する。

Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４で発生した光のエネルギは上層のＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５のエネルギバンドギャップより小さいので、上記の光はＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５で吸収されず、このＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５を透過し、ＧａＡｓ層１０４あるいはエッチング領域５１０に到達する。最上層のＧａＡｓ層１０４のエネルギバンドギャップは、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４のエネルギバンドギャップよりも小さく、従ってＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４で発生した光のエネルギよりも小さいので、上記の光はＧａＡｓ層１０４内を通過するときに吸収される。しかし、ＧａＡｓ層１０４の層厚は、例えば５００［Å］程度に薄くすることができるので、ＧａＡｓ層１０４での光吸収密度は小さい。従って、ｐ側電極１０７の形成領域を除く基板表面に到達した光が外部に放射される。

基板表面付近の拡散フロントが除去されていない場合には、最上層のＧａＡｓ層１０４内にもｐｎ接合が形成され、少数キャリアの注入は主にＧａＡｓ層１０４内に形成されているｐｎ接合を介して起こり、注入された少数キャリアは主にＧａＡｓ層１０４内で再結合する。また、基板表面付近の拡散フロント、特にＧａＡｓ層１０４とＡｌＧａＡｓ層５０３の界面近傍の拡散フロントには、高電界領域が形成され、この領域のキャリアの注入密度が高くなる。最上層のＧａＡｓ層１０４内では発光再結合効率が低いので、基板表面付近に拡散フロントがある場合には、非発光再結合成分が増加し、ＬＥＤの発光効率は低下する。

半導体発光装置５は、ＧａＡｓ層１０４内およびＧａＡｓ層１０４とＡｌＧａＡｓ層５０３の界面近傍の横方向拡散フロント５３０ｂを除去し、ＡｌＧａＡｓ層５０３の内部のみに拡散フロント５３０およびｐｎ接合面５０９が存在する構造なので、上記の高電界領域が発生せず、またＧａＡｓ層１０４内でのキャリア注入が起こらない。これにより、ＡｌＧａＡｓ層５０３（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４）内でのキャリアの注入密度を増加させ、発光再結合成分を増加させることができるので、ＬＥＤの発光効率を向上させることができる。

このように第５の実施形態によれば、発光層の上下にクラッド層を設けた積層構造のｎ型ＡｌＧａＡｓ層５０３の上の最上層にｎ型ＧａＡｓ層１０４を形成した半導体基板５００を用い、ＧａＡｓ層１０４内およびＡｌＧａＡｓ層５０３内に選択的にｐ型拡散領域５０６を形成し、ＧａＡｓ層１０４内の横方向拡散フロント、およびＧａＡｓ層１０４とＡｌＧａＡｓ層５０３の界面近傍の横方向拡散フロントをエッチング除去した構造としたことにより、ＬＥＤの発光効率を向上させることができる。

なお、上記第５の実施形態では、エッチング領域５１０の底面が、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５のＧａＡｓ層１０４との界面近傍の層領域に位置する構造としたが、図１４の半導体発光装置６のように、ＧａＡｓ層１０４とＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５の界面に底面が位置するエッチング領域６１０を形成することにより、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５の上記層領域内のｐｎ接合を除去せずに、ＧａＡｓ層１０４内のｐｎ接合のみを除去した構造としても良い。半導体発光装置６のような構造でも、ＧａＡｓ層１０４内での再結合成分は極端に減少し、発光効率を向上させることができる。

また、上記第５の実施形態では、電極とオーミックコンタクトを形成するために最上層にＧａＡｓ層１０４を設けたが、このＧａＡｓ層１０４は、電極とオーミックコンタクトを形成することができるようにＡｌ組成比を０．２以下に小さくしたＡｌＧａＡｓ層であっても良い。

また、上記第５の実施形態では、電極とオーミックコンタクトを形成するための最上層のＧａＡｓ層１０４がｎ型であるが、最上層のＧａＡｓ層は半絶縁性のＧａＡｓ層でも良い。

第６の実施形態
図１５および図１６は第６の実施形態の半導体発光装置７の構造を示す断面図である。この半導体発光装置７の上面図は上記第１の実施形態の図３と同じであり、図１５は図３におけるＡ−Ａ’間の断面図であり、図１６は図３におけるＢ−Ｂ’間の断面図である。なお、図１５および図１６において、図４、図１１、および図１２と同じものには同じ符号を付してある。

半導体発光装置７は、最上層に半絶縁性のＧａＡｓ層２０４を設けた半導体基板７００に、Ｚｎ拡散領域（ｐ型拡散領域）５０６およびエッチング領域５１０を形成したものである。

Ｐ型拡散領域５０６は、半絶縁性のＧａＡｓ層２０４内、ｎ型のＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層（ただし１≧ｚ＞０）５１５内、およびｎ型のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層（ただし１＞ｙ≧０）５１４内に形成される。ｐ型拡散領域５０６を形成することにより、半絶縁性のＧａＡｓ層２０４には、ｐ型拡散領域５０６を構成するＧａＡｓ−Ｚｎ拡散領域（ｐ型ＧａＡｓ領域）５０６ａと、これ以外の半絶縁性ＧａＡｓ領域とが混在するようになる。

半導体発光装置７では、ＧａＡｓ層２０４が半絶縁性なのでｐ型拡散領域５０６を形成しても、ＧａＡｓ層２０４内にはｐｎ接合が形成されない。しかし、ｐ型拡散領域５０６を形成すると、ＧａＡｓ層２０４とＡｌＧａＡｓ層５０３の界面近傍に拡散フロントが形成される。上記の界面近傍の拡散フロント形状は微視的には急激に変化するので、上記の界面近傍は高電界領域となり、キャリアの注入密度が高くなる。この界面近傍のｐｎ接合（上記界面のＡｌＧａＡｓ層５０３側に形成されｐｎ接合）からｐ型ＡｌＧａＡｓ領域（ｐ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ５０６ｂ）に注入されたキャリア（電子）は、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａに拡散し、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａ内で再結合する。ｐ型ＧａＡｓ領域１０６ａ内では発光再結合効率が低いので、上記の界面近傍でのキャリア注入成分が増加すると、発光効率が低下する。

半導体発光装置７は、ＧａＡｓ層２０４とＡｌＧａＡｓ層５０３の界面の界面近傍に形成された横方向拡散フロントを、エッチング領域５１０を設けることにより除去し、ＡｌＧａＡｓ層５３０の内部のみに拡散フロント５３０およびｐｎ接合５０９が存在する構造なので、上記の高電界領域が発生しない。これにより、ＡｌＧａＡｓ層５０３（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４）内でのキャリア注入成分を増加させ、ＡｌＧａＡｓ層５０３（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４）内での発光再結合効率の高い再結合密度を増加させることができるので、発光効率を向上させることができる。

図１７は第６の実施形態の半導体発光装置７のＬＥＤにおける電流−発光強度特性を示す図である。なお、図１７には図３３のＧａＡｓＰ層にｐｎ接合を形成した従来の半導体発光装置のＬＥＤにおける電流−発光強度特性も示してある。図１７から、半導体発光装置７では、再結合効率が従来の半導体発光装置よりもはるかに向上していることが判る。

このように第６の実施形態によれば、発光層の上下にクラッド層を設けた積層構造のｎ型ＡｌＧａＡｓ層５０３の上の最上層に半絶縁性のＧａＡｓ層２０４を設けた半導体基板７００を用い、ＧａＡｓ層２０４内およびＡｌＧａＡｓ層５０３内に選択的にｐ型拡散領域５０６を形成し、ＧａＡｓ層２０４とＡｌＧａＡｓ層５０３の界面近傍に形成された横方向拡散フロントをエッチング除去した構造としたことにより、上記第５の実施形態と同様に、ＬＥＤの発光効率を向上させることができる。

また、層間絶縁膜１０５の下は半絶縁性ＧａＡｓ領域なので、ｐ側電極形成領域下の層間絶縁膜１０５にダメージ等があっても、ショートが発生せず、不良発生率を低減することができる。

第７の実施形態
図１８および図１９は本発明の第７の実施形態の半導体発光装置８の構造を示す断面図である。この半導体発光装置８の上面図は上記第４の実施形態の図９と同じであり、図１８は図９におけるＤ−Ｄ’間の断面図であり、図１９は図９におけるＥ−Ｅ’間の断面図である。なお、図１８および図１９において、図７、図８、図１１、および図１２と同じものには同じ符号を付してある。また、ｎ側電極は、図１０に示したようにＬＥＤの配列に対してｐ側電極と同一側に設けても良い。

半導体発光装置８は、半導体基板８００と、層間絶縁膜１０５と、半導体基板８００に形成されたＺｎ拡散領域（ｐ型拡散領域）５０６と、ｐ側電極１０７と、ｎ側電極４０８と、半導体基板８００に形成されたエッチング領域５１０とを備えている。

半導体発光装置８は、上記第５の実施形態の半導体発光装置５と同様に、ｎ型半導体層を有する半導体基板８００に、選択的にｐ型拡散領域５０６を形成した構造である。拡散領域形成前の半導体基板８００は、半絶縁性ＧａＡｓ基板４０１の上に、半絶縁性ＧａＡｓバッファー層４０２を設け、その上にｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層（ただし１≧ｘ＞０）５１３、ｎ型のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層（ただし１＞ｙ≧０）５１４、ｎ型のＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層（ただし１≧ｚ＞０）５１５からなる積層構造のＡｌＧａＡｓ層５０３を設け、最上層に電極とオーミックコンタクトを形成するためのｎ型のＧａＡｓ層１０４を設けた構造である。つまり、半導体基板８００は、上記第４の実施形態の半導体発光装置４において、半導体基板４００のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３を、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層５１３とＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４とＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５の積層構造としたものであり、また上記第５の実施形態の半導体発光装置５において、半導体基板５００のｎ型ＧａＡｓ基板１０１およびｎ型ＧａＡｓバッファー層１０２を、それぞれ半絶縁性ＧａＡｓ基板４０１および半絶縁性ＧａＡｓバッファー層４０２にしたものである。

また、半導体発光装置８は、上記第５の実施形態の半導体発光装置５と同様に、半導体基板８００の表面付近に形成された横方向拡散フロントおよびｐｎ接合をエッチング除去した構造である。ｐ型拡散領域５０６の形成が済んだ半導体基板８００の表面にエッチング領域５１０を形成することにより、最上層のＧａＡｓ層１０４に形成されたｐｎ接合、およびＧａＡｓ層１０４とＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５の界面近傍に形成されたｐｎ接合を除去する。これにより、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａとｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａとが、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａを取り囲むように形成されたエッチング領域５１０により空間的に分離され、拡散フロント５３０によるｐｎ接合面５０９が積層構造のＡｌＧａＡｓ層５０３の内部だけに存在する構造となる。

また、半導体発光装置８の層間絶縁膜１０５には、ｐ型拡散領域５０６を露出させる開口部１０５ａの他にｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａを露出させる開口部１０５ｂが設けられており、ｎ側電極４０８は、上記第４の実施形態の半導体発光装置４と同様に、ｐ側電極１０７と同じ基板表面側に設けられており、開口部１０５ｂにおいてｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａにオーミックコンタクトしている。つまり、半導体発光装置８は、上記第５の実施形態の半導体発光装置５において、ｎ側電極を、半導体基板の裏面ではなく、ｐ側電極と同じ基板表面側に設けたものである。なお、半導体発光装置８の動作は、上記第５の実施形態の半導体発光装置５と同様であるので、その説明を省略する。

半導体発光装置８では、ＧａＡｓ層１０４内およびＧａＡｓ層１０４とＡｌＧａＡｓ層５０３（Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５）の界面近傍のｐｎ接合面を除去し、ＡｌＧａＡｓ層５０３内のみにｐｎ接合面５０９を形成した構造なので、基板表面付近のキャリア注入密度が高くなることはなく、高発光効率の半導体発光装置を実現できる。

このように第７の実施形態によれば、発光層の上下にクラッド層を設けた積層構造のｎ型ＡｌＧａＡｓ層５０３の上の最上層にｎ型ＧａＡｓ層１０４を形成した半導体基板５００を用い、ＧａＡｓ層１０４内およびＡｌＧａＡｓ層５０３内に選択的にｐ型拡散領域５０６を形成し、ＧａＡｓ層１０４内の横方向拡散フロント、およびＧａＡｓ層１０４とＡｌＧａＡｓ層５０３の界面近傍の横方向拡散フロントをエッチング除去した構造としたことにより、上記第５の実施形態と同様に、ＬＥＤの発光効率を向上させることができる。

また、ｎ側電極４０８を半導体基板８００の表面側に設けたことにより、上記第４の実施形態と同様に、図１０に示すようなマトリクス駆動型のＬＥＤアレイを作製することが可能となる。

なお、半導体発光装置８がマトリクス型ＬＥＤアレイでない場合には、半絶縁性ＧａＡｓ基板４０１および半絶縁性ＧａＡｓバッファー層４０２は、それぞれｎ型ＧａＡｓ基板およびｎ型ＧａＡｓバッファー層であっても良い。

また、上記第５の実施形態では、電極とオーミックコンタクトを形成するために最上層にＧａＡｓ層１０４を設けたが、このＧａＡｓ層１０４は、電極とオーミックコンタクトを形成することができるようにＡｌ組成比を０．２以下に小さくしたＡｌＧａＡｓ層であっても良い。

第８の実施形態
図２０および図２１は本発明の第８の実施形態の半導体発光装置９の構造を示す断面図である。この半導体発光装置９の上面図は上記第１の実施形態の図３と同じであり、図２０は図３におけるＢ−Ｂ’間の断面図であり、図２１は図３におけるＡ−Ａ’間の断面図である。また、図２２は半導体発光装置９におけるＧａＡｓ層１０４のエッチング除去領域を説明する上面図である。図２２では、層間絶縁膜１０５およびｐ側電極１０７の図示を省略してある。なお、図２０および図２１において、図１、図２、図１１、および図１２と同じものには同じ符号を付してある。

半導体発光装置９は、半導体基板５００と、層間絶縁膜１０５と、半導体基板５００に形成されたＺｎ拡散領域（ｐ型拡散領域）５０６と、ｐ側電極１０７と、ｎ側電極１０８と、半導体基板５００に形成されたエッチング領域９１０とを備えている。半導体発光装置９は、上記第５の実施形態の半導体発光装置５と同じ半導体基板５００に、選択的にｐ型拡散領域５０６を形成した構造である。

また、半導体発光装置９は、半導体基板５００の表面付近に形成された横方向拡散フロントおよびｐｎ接合をエッチング除去した構造である。ｐ型拡散領域５０６の形成が済んだ半導体基板５００の表面にエッチング領域９１０を形成することにより、最上層のＧａＡｓ層１０４に形成されたｐｎ接合、およびＧａＡｓ層１０４とＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層（ただし１≧ｚ＞０）５１５の界面近傍に形成されたｐｎ接合を除去するとともに、ＧａＡｓ層１０４のｎ型ＧａＡｓ領域および上記界面近傍のｎ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ領域を全面的に除去する。つまり、エッチング領域９１０は、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａを除く基板表面領域に形成され、ＧａＡｓ層１０４は、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａを除いて全面的に除去される。これにより、ＧａＡｓ層１０４は、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａだけが残り、拡散フロント５３０によるｐｎ接合面５０９が積層構造のＡｌＧａＡｓ層５０３の内部だけに存在する構造となる。

エッチング領域９１０が形成された半導体基板５００の表面上には、層間絶縁膜１０５が形成される。この層間絶縁膜１０５は、エッチング領域９１０の全領域、ならびにｐ型ＧａＡｓ拡散領域５０６ａの周部領域を被覆しており、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４で発生した光を透過させる絶縁膜である。

つまり、半導体発光装置９は、上記第５の実施形態の半導体発光装置５において、ｐ側電極１０７とオーミックコンタクトするためのｐ型ＧａＡｓ拡散領域５０６ａだけを残し、ＧａＡｓ層１０４のｎ型ＧａＡｓ領域およびｐｎ接合を全面的に除去したものである。

次に、第８の実施形態の半導体発光装置９の動作を説明する。ｐ側電極１０７とｎ側電極１０８の間に順方向電圧を印加すると、上記第５の実施形態の半導体発光装置５と同様に、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層（ただし１＞ｙ≧０）５１４内のｐｎ接合面を介して少数キャリアが注入され、この少数キャリアはＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内に閉じ込められ、少数キャリアの再結合によりＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４内で光が発生する。

Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４で発生した光は、上記第５の実施形態の半導体発光装置５と同様に、上層のＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層５１５を透過し、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａを通過し、基板表面（ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａ上面あるいはエッチング領域９１０）に到達し、ｐ側電極１０７の形成領域を除く基板表面に到達した光は、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａの表面から外部に、あるいはエッチング領域９１０上の層間絶縁膜１０５を透過して外部に放射される。

図２２において、光取り出し領域９１１は、基板表面から光が放射される領域である。Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４で発生した光は、基板表面に垂直な方向だけでなく、基板表面に対し斜め方向にも進むので、光取り出し領域９１１は、上面図において横方向拡散フロント５３０ｂ（ｐ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ領域５０６ｂ）よりも広い領域となる。また、ＧａＡｓ層１０４のエネルギのエネルギバンドギャップは、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４で発生した光のエネルギよりも小さいので、上記の光はＧａＡｓ層１０４内を通過するときに吸収を受ける。従って、上記第５の実施形態の半導体発光装置５のように、ｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａを残した構造において、光取り出し領域とｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａとがオーバーラップしている場合には、このオーバーラップ領域では、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４で発生した光はｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａを通過するときに吸収を受ける。しかし、半導体発光装置９では、ｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａを全面的に除去した構造なので、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層５１４で発生した光は、ｐ側電極１０７とオーミックコンタクトするためのｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａ以外では吸収を受けない。従って、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａを通過しない光を、全く吸収を受けずに外部に取り出すことができるので、光の外部取り出し効率を向上させることができ、これにより発光効率を向上させることができる。

また、図２２において、複数のｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａはピッチＰで一列に配列されており、半導体発光装置９はＬＥＤをピッチＰで一列に配列したＬＥＤアレイである。ＬＥＤの集積密度が高くなると、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａのピッチＰは小さくなり、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａの間隔Ｓｐも狭くなる。例えば、電子写真プリンタの光源となるＬＥＤアレイの場合には、１２００［ｄｐｉ］以上の超高密度な配列が必要である。ＬＥＤの集積密度が１２００［ｄｐｉ］であるＬＥＤアレイを作製する場合には、ピッチＰは約２１．２［μｍ］となり、ｐ型ＧａＡｓ領域幅を約１１［μｍ］とした場合には、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａの間隔Ｓｐは約１０［μｍ］と微小になる。

ＬＥＤの集積密度が１２００［ｄｐｉ］のように高密度であり、上記第５の実施形態の半導体発光装置５のように、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａの間にｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａが存在する構造（図１３参照）では、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａの間のｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａの幅Ｌｎ（図１３参照）が小さくなるために、フォトリソグラフィ条件等によりｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａの幅Ｌｎのばらつきが大きくなる可能性がある。ｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａの幅Ｌｎのばらつきは、光取り出し領域と光の吸収層として働くｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａのオーバーラップ領域のばらつきとなるので、各ＬＥＤの発光効率のばらつき要因となる。しかし、半導体発光装置９では、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａの間のｎ型ＧａＡｓ領域は全て除去されており、ｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａの間は全てエッチング領域９１０になっているので、ＬＥＤ間の発光効率の均一性を高くすることができる。

このように第８の実施形態によれば、発光層の上下にクラッド層を設けた積層構造のｎ型ＡｌＧａＡｓ層５０３の上の最上層にｎ型ＧａＡｓ層１０４を形成した半導体基板５００を用い、ＧａＡｓ層１０４内およびＡｌＧａＡｓ層５０３内に選択的にｐ型拡散領域５０６を形成し、ＧａＡｓ層１０４内の横方向拡散フロントおよびＧａＡｓ層１０４とＡｌＧａＡｓ層５０３の界面近傍の横方向拡散フロントをエッチング除去するとともに、ＧａＡｓ層１０４のｎ型ＧａＡｓ領域を全面的に除去した構造としたことにより、ＬＥＤの発光効率を向上させることができる。

また、ＧａＡｓ層１０４のｎ型ＧａＡｓ領域を全面的に除去し、複数のｐ型ＧａＡｓ領域５０６ａの間にｎ型ＧａＡｓ領域が存在しない構造としたことにより、ＬＥＤ間の発光特性のばらつきを小さくすることができる。

なお、上記第８の実施形態の半導体発光装置９は、上記第５の実施形態の半導体発光装置５に対し、ｎ型ＧａＡｓ領域を全面的に除去した構造を適用したものであったが、図２３の半導体発光装置１０のように、上記第１の実施形態の半導体発光装置１に対し、ｎ型ＧａＡｓ領域を全面的に除去した構造を適用したものであっても良い。また、ｎ型ＧａＡｓ領域を全面的に除去した構造を、上記第４の実施形態または上記第７の実施形態に適用しても良い。ただし、上記第４の実施形態または上記第７の実施形態に適用する場合には、ｎ側電極形成予定領域のｎ型ＧａＡｓ領域を残す。さらに、半絶縁性ＧａＡｓ領域を全面的に除去した構造を、上記第２の実施形態または上記第６の実施形態に適用しても良い。

また、上記第８の実施形態では、ｎ型ＧａＡｓ領域を全面的に除去したが、光取り出し領域内のｎ型ＧａＡｓ領域が除去されていれば、ｎ型ＧａＡｓ領域を全面的に除去しなくても良い。また、この光取り出し領域内のｎ型ＧａＡｓ領域を除去した構造を、上記第４の実施形態または上記第７の実施形態に適用しても良い。さらに、光取り出し領域内の半絶縁性ＧａＡｓ領域を除去した構造を、上記第２の実施形態または上記第６の実施形態に適用しても良い。

図２４は第８の実施形態の他の半導体発光装置１１におけるＧａＡｓ層１０４のエッチング除去領域を説明する上面図である。半導体発光装置１１は、半導体発光装置９において、ｎ型ＧａＡｓ領域を全面的に除去せずに、光取り出し領域内のｎ型ＧａＡｓ領域を除去したものである。半導体発光装置１１では、エッチング領域１１１０は、ＬＥＤのピッチ方向に延びる帯状の領域であり、ＧａＡｓ−Ｚｎ拡散領域５０６ａは、帯状のエッチング領域１１１０内に、島状に配置されている。また、ピッチ方向に延びるエッチング領域１１１０の両側には、ｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａが残されている。

また、上記第８の実施形態では、電極とオーミックコンタクトを形成するために最上層にＧａＡｓ層１０４を設けたが、このＧａＡｓ層１０４は、電極とオーミックコンタクトを形成することができるようにＡｌ組成比を０．２以下に小さくしたＡｌＧａＡｓ層であっても良い。

また、上記第５ないし第８の実施形態において、発光層の下のクラッド層または発光層の上のクラッド層を省略することも可能である。

また、上記第１ないし第８の実施形態では、半導体基板のｎ型半導体層に選択的にｐ型不純物を拡散させたが、半導体基板のｐ型半導体層に選択的にｎ型不純物を拡散させても良い。

第９の実施形態
図２５は第９の実施形態の半導体発光装置１２の構造を示す断面図である。また、図２６は本発明の第９の実施形態の半導体発光装置１２の構造を示す上面図である。図２５は図２６におけるＡ−Ａ’間の断面図である。なお、図２５において、図１、図２、および図４と同じものには同じ符号を付してある。また、図２５および図２６の半導体発光装置１２は、３個のＬＥＤを一列に配列したものでるが、ＬＥＤは一列に配列されていなくても良く、またＬＥＤの個数は３個に限定されるものではない。

半導体発光装置１２は、異なる波長で発光する３個のＬＥＤを半導体基板に形成した半導体発光装置であり、半導体基板１２００と、半導体基板１２００に形成されたｐ型拡散領域（Ｚｎ拡散領域）１２０６Ａ，１２０６Ｂ，１２０６Ｃと、半導体基板１２００に形成されたエッチング領域１２１０と、層間絶縁膜１０５と、ｐ側電極１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃと、ｎ側電極１０８とを備えている。

半導体発光装置１２は、半導体基板１２００に選択的にｐ型拡散領域１２０６を形成した構造である。拡散領域形成前の半導体基板１２００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１０２を設け、その上に、ｎ型Ａｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層（ただし１≧ｓ＞０）（第１の半導体層）１２２３、ｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層（ただし１＞ｘ≧０）（第２の半導体層）１２２４、ｎ型のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層（ただし１＞ｙ＞０）（第３の半導体層）１２２５、ｎ型のＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層（ただし１＞ｚ＞０）（第４の半導体層）１２２６、ｎ型のＡｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層（ただし１≧ｔ＞０）（第５の半導体層）１２２７をこの順に積層したＡｌＧａＡｓ層１２０３を設け、最上層に電極とオーミックコンタクトを形成するための半絶縁性のＧａＡｓ層２０４を設けた構造である。つまり、半導体基板１２００は、上記第１の実施形態の半導体基板１００において、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１０３を、Ａｌ組成比の異なるＡｌＧａＡｓ層を積層したＡｌＧａＡｓ層１２０３としたものである。Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１２２４、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層１２２５、およびＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層１２２６は、発光層群となる半導体層であり、エネルギバンドギャップの異なる半導体層をエネルギバンドギャップの小さい順に下から上に（半導体基板１２００の裏面側から表面側に）積層した構造である。また、Ａｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層１２２３およびＡｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層１２２７は、クラッド層となる半導体層であり、Ａｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層１２２３はＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１２２４よりもエネルギバンドギャップが大きく、Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層１２２７はＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層１２２６よりもエネルギバンドギャップが大きい。従って、Ａｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層１２２３、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１２２４、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層１２２５、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層１２２６、Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層１２２７、のエネルギバンドギャップをそれぞれＥｇ（ｓ），Ｅｇ（ｘ），Ｅｇ（ｙ），Ｅｇ（ｚ），Ｅｇ（ｔ）とすると、Ｅｇ（ｘ）＜Ｅｇ（ｙ）＜Ｅｇ（ｚ）＜Ｅｇ（ｔ）Ｅｇ（ｘ）＜Ｅｇ（ｓ）である。ＡｌＧａＡｓは、Ａｌ組成比が大きいほどエネルギバンドギャップが大きくなるので、Ａｌ組成比ｓ，ｘ，ｙ，ｚ，ｔが、（０≦）ｘ＜ｙ＜ｚ＜ｔ（≦１）（０≦）ｘ＜ｓ（≦１）になるようにすれば良い。例えば、ｓ＝ｔ＝０．６、ｘ＝０．１、ｙ＝０．２５、ｚ＝０．４とすることができる。

Ｐ型拡散領域１２０６は、Ｚｎを半導体基板１２００の表面から選択的に拡散させることにより、ＧａＡｓ層２０４内およびＡｌＧａＡｓ層１２０３内に形成される。ｐ型拡散領域１２０６を形成することにより、ＧａＡｓ層２０４には、ＧａＡｓ−Ｚｎ拡散領域（ｐ型ＧａＡｓ領域）１２０６Ａａ，１２０６Ｂａ，１２０６Ｃａと、半絶縁性ＧａＡｓ領域とが混在するようになる。また、ＡｌＧａＡｓ層１２０３には、ＡｌＧａＡｓ−Ｚｎ拡散領域（ｐ型ＡｌＧａＡｓ領域）１２０６Ａｂ，１２０６Ｂｂ，１２０６Ｃｂと、ｎ型ＡｌＧａＡｓ領域とが混在するようになる。固相拡散工程または気相拡散工程において、基板表面に膜厚の異なる拡散制御膜を形成し、この拡散制御膜を介して基板中にＺｎを拡散させることにより、深さの異なるｐ型拡散領域１２０６Ａ，１２０６Ｂ，１２０６Ｃを形成することができる。

第１のｐ型拡散領域１２０６Ａは、ＧａＡｓ層２０４内の第１のｐ型ＧａＡｓ領域１２０６Ａａと、ＡｌＧａＡｓ層１２０３内の第１のｐ型ＡｌＧａＡｓ領域１２０６Ａｂとにより構成される。第２のｐ型拡散領域１２０６Ｂは、第２のｐ型ＧａＡｓ領域１２０６Ｂａと、第２のｐ型ＡｌＧａＡｓ領域１２０６Ｂｂとにより構成される。第３のｐ型拡散領域１２０６Ｃは、第３のｐ型ＧａＡｓ領域１２０６Ｃａと、第３のｐ型ＡｌＧａＡｓ領域１２０６Ｃｂとにより構成される。

第１のｐ型拡散領域１２０６Ａの深さ方向拡散フロント（第１の拡散フロント１２３０Ａにおける半導体基板１２００の積層方向と略垂直な部分）は、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層１２２６の内部に形成されている。第２のｐ型拡散領域１２０６Ｂの深さ方向拡散フロント（第２の拡散フロント１２３０Ｂにおける半導体基板１２００の積層方向と略垂直な部分）は、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層１２２５の内部に形成されている。第３のｐ型拡散領域１２０６Ｃの深さ方向拡散フロント（第３の拡散フロント１２３０Ｃにおける半導体基板１２００の積層方向と略垂直な部分）は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１２２４の内部に形成されている。

半導体発光装置１２は、ＧａＡｓ層２０４とＡｌＧａＡｓ層１２０３の界面付近に形成された横方向拡散フロントをエッチング除去したことを特徴とする。ｐ型拡散領域１２０６の形成が済んだ半導体基板１２００の表面にＡｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層１２２７を露出させるエッチング領域１２１０を形成することにより、ＧａＡｓ層２０４内に形成された横方向拡散フロント、およびＧａＡｓ層２０４とＡｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層１２２７の界面近傍に形成された横方向拡散フロントを除去する。これにより、拡散フロント１２３０Ａ，１２３０Ｂ，１２３０Ｃおよびこれらの拡散フロントによるｐｎ接合が、積層構造のＡｌＧａＡｓ層１２０３の内部だけに形成された構造となる。

第１の拡散フロント（ｐｎ接合）１２３０Ａは、Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層１２２７内およびＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層１２２６内に形成されている。第２の拡散フロント（ｐｎ接合）１２３０Ｂは、Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層１２２７内、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層１２２６内、およびＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層１２２５内に形成されている。第３の拡散フロント（ｐｎ接合）１２３０Ｃは、Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層１２２７内、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層１２２６内、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層１２２５内、およびＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１２２４内に形成されている。

層間絶縁膜１０５は、エッチング領域１２１０が形成された半導体基板１２００の表面上に形成されている。この層間絶縁膜１０５は、ｎ型ＧａＡｓ領域およびエッチング領域１２１０の全領域を被覆している。また、第１のｐ側電極１０７Ａは、第１のｐ型ＧａＡｓ領域１２０６Ａａ上および層間絶縁膜１０５上に形成され、このｐ型ＧａＡｓ領域にオーミックコンタクトしている。第２のｐ側電極１０７Ｂは、第２のｐ型ＧａＡｓ領域１２０６Ｂａ上および層間絶縁膜１０５上に形成され、このｐ型ＧａＡｓ拡散領域にオーミックコンタクトしている。第３のｐ側電極１０７Ｃは、第１のｐ型ＧａＡｓ領域１２０６Ｃａ上および層間絶縁膜１０５上に形成され、このｐ型ＧａＡｓ領域にオーミックコンタクトしている。

第１のｐ側電極１０７Ａと、第１のｐ型拡散領域１２０６Ａと、半導体基板１２００のｎ型半導体領域（ｎ型ＧａＡｓ基板１０１、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１０２、およびｎ型ＡｌＧａＡｓ領域）と、ｎ側電極１０８とは、第１のＬＥＤを構成している。第２のｐ側電極１０７Ｂと、第２のｐ型拡散領域１２０６Ｂと、半導体基板１２００のｎ型半導体領域と、ｎ側電極１０８とは、第２のＬＥＤを構成している。第３のｐ側電極１０７Ｃと、第３のｐ型拡散領域１２０６Ｃと、半導体基板１２００のｎ型半導体領域と、ｎ側電極１０８とは、第３のＬＥＤを構成している。

半導体発光装置１２では、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１２０３に、選択的にｐ型不純物であるＺｎを拡散させてＬＥＤのｐｎ接合を形成するので、ＬＥＤの集積密度は、ｐ型拡散領域（Ｚｎ拡散領域）１２０６の横方向の寸法により決まる。また、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１０２の層厚を約０．１［μｍ］とし、Ａｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層１２２３、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１２２４、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層１２２５、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層１２２６、Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層１２２７の層厚をそれぞれ約０．５［μｍ］、ＧａＡｓ層２０４の層厚を約０．０５［μｍ］とし、基板上面からＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１２２４までの合計の層厚を約２．６５［μｍ］と薄くすることが可能である。上記の合計の層厚を薄くできることにより、ｐ型拡散領域１２０６の拡散深さを浅くすることができ、これによりｐ型拡散領域１２０６の横方向拡散距離を小さくできるので、ｐ型拡散領域１２０６を高密度に集積することが可能である。従って、半導体発光装置１２では、ＬＥＤを高密度に集積することが可能である。

次に、第９の半導体発光装置１２の動作を説明する。図２７は半導体発光装置１２における第１のＬＥＤ（ＬＥＤ１）、第２のＬＥＤ（ＬＥＤ２）、第３のＬＥＤ（ＬＥＤ３）の電流−電圧特性を示す図である。ＬＥＤ１は、閾値電圧Ｖ１以上の電圧を第１のｐ側電極１０７Ａとｎ側電極１０８の間に印加すると電流が立ち上がり、波長λ１で発光する。ＬＥＤ２は、閾値電圧Ｖ２以上の電圧を第２のｐ側電極１０７Ｂとｎ側電極１０８の間に印加すると波長λ２で発光する。ＬＥＤ３は、閾値電圧Ｖ３以上の電圧を第３のｐ側電極１０７Ｃとｎ側電極１０８に印加すると波長λ３で発光する。ここで、Ｖ３＜Ｖ２＜Ｖ１である。また、λ１＜λ２＜λ３である。Ａｌ組成比ｘ，ｙ，ｚが、ｘ＝０．１、ｙ＝０．２５、ｚ＝０．４であるときには、Ｖ１は約１．９［Ｖ］、Ｖ２は約１．７［Ｖ］、Ｖ３は約１．６［Ｖ］となり、λ１は約６５０［ｎｍ］、λ２は約７３０［ｎｍ］、λ３は約７８０［ｎｍ］となる。

半導体発光装置１２のそれぞれのＬＥＤにおいては、ｐ型拡散領域１２０６の深さ方向拡散フロントが形成されている半導体層が発光層となり、ＬＥＤの発光波長は上記の発光層のエネルギバンドギャップに相当する波長となる。つまり、半導体発光装置１２のＡｌＧａＡｓ層１２０３は、上記の発光層のエネルギバンドギャップが、この発光層よりも上層（基板表面側）に位置する半導体層のエネルギバンドギャップよりも小さい。従って、上記の発光層よりも上層にある半導体層に形成されたｐｎ接合面を通してキャリアが注入されることはなく、ほぼ全ての電流が上記の発光層内のｐｎ接合面を通して流れ、上記の発光層内のｐｎ接合近傍でほぼ全ての光が発生する。

さらに、発光層よりもエネルギバンドギャップの大きい上層においては、発光層で発生した光の吸収がないので、発光効率を高くすることができる。また、発光層に注入された電子は上層の半導体層のエネルギ障壁により閉じ込められ、発光層に注入された正孔は下層の半導体層のエネルギ障壁により閉じ込められるので、この注入キャリアの閉じ込め効果によっても発光効率を高くすることができる。

第１のＬＥＤでは、第４の半導体層１２２６に深さ方向拡散フロントが形成されているので、第４の半導体層１２２６が発光層となり、第１のＬＥＤの発光波長は、第４の半導体層１２２６のエネルギバンドギャップに相当する波長となる。第１のＬＥＤにおいては、ｎ側電極１０８から第４の半導体層１２２６のＺｎ拡散領域に注入された電子、および第１のｐ側電極１０７Ａから第４の半導体層１２２６のｎ型半導体領域に注入された正孔は、第５の半導体層１２２７と第４の半導体層１２２６の界面に形成されたエネルギ障壁、および第３の半導体層１２２５と第４の半導体層１２２６の界面に形成されたエネルギ障壁により、それぞれ第４の半導体層１２２６内に閉じ込められ、第４の半導体層１２２６内のｐｎ接合近傍で再結合し、光を発生する。第４の半導体層１２２６で発生した光は、第５の半導体層１２２７を全く吸収を受けずに透過し、またその一部は薄いＧａＡｓ層２０４を多少の吸収を受けながら通過し、基板表面から外部に出射する。

また、第２のＬＥＤでは、第３の半導体層１２２５に深さ方向拡散フロントが形成されているので、第３の半導体層１２２５が発光層となり、第２のＬＥＤの発光波長は、第３の半導体層１２２５のエネルギバンドギャップに相当する波長となる。第２のＬＥＤにおいては、注入されたキャリアは、第３の半導体層１２２５内に閉じ込められ、第２の半導体層１２２５内のｐｎ接合近傍で再結合し、光を発生する。この光は、第４の半導体層１２２６および第５の半導体層１２２７を全く吸収を受けずに透過し、またその一部はＧａＡｓ層２０４を通過し、基板表面から外部に出射する。

同様に、第３のＬＥＤでは、第２の半導体層１２２４に深さ方向拡散フロントが形成されているので、第２の半導体層１２２４が発光層となり、第３のＬＥＤの発光波長は、第２の半導体層１２２４のエネルギバンドギャップに相当する波長となる。第３のＬＥＤにおいては、注入されたキャリアは、第２の半導体層１２２４内に閉じ込められ、第２の半導体層１２２４内のｐｎ接合近傍で再結合し、光を発生する。この光は、第３の半導体層１２２４〜第５の半導体層１２２７を全く吸収を受けずに透過し、またその一部はＧａＡｓ層２０４を通過し、基板表面から外部に出射する。

基板表面付近の拡散フロント、特にＧａＡｓ層２０４とＡｌＧａＡｓ層１２０３の界面近傍の拡散フロントが除去されていない場合には、この領域の拡散フロント形状が急激に変化しているために、この基板表面付近の領域は高電界領域となる。高電界領域ではキャリアの注入密度が増加する。このように基板表面付近の領域にキャリア注入領域がある場合には、順方向電流の一部が非発光再結合に消費されるので、発光効率低下の要因となる。また、基板表面近傍の拡散フロントが除去されていない場合には、基板表面で順方向電流の縁面リークが起こり、発光効率低下の要因となる。

半導体発光装置１２は、ＧａＡｓ層２０４内およびＧａＡｓ層２０４とＡｌＧａＡｓ層１２０３の界面近傍の横方向拡散フロントを除去した構造なので、非発光再結合成分および表面の縁面リーク電流成分を低減し、ＬＥＤの発光効率を向上させることがきる。

このように第９の実施形態によれば、互いに異なるエネルギバンドギャップの複数の発光層をエネルギバンドギャップの小さい順に下から上に積層した発光層群の上下にクラッド層を設けた積層構造のｎ型ＡｌＧａＡｓ層１２０３を形成し、このｎ型ＡｌＧａＡｓ層１２０３の上の最上層に半絶縁性ＧａＡｓ層２０４を形成した半導体基板１２００を用い、ＧａＡｓ層２０４内およびＡｌＧａＡｓ層１２０３内に選択的に、異なる発光層内に深さ方向拡散フロントを有する複数のｐ型拡散領域を形成し、ＧａＡｓ層２０４内の横方向拡散フロント、およびＧａＡｓ層２０４とＡｌＧａＡｓ層１２０３の界面近傍の横方向拡散フロントをエッチング除去した構造としたことにより、異なる波長で発光する複数のＬＥＤの発光効率を向上させることができる。

なお、上記第９の実施形態では、ｐ側電極とオーミックコンタクトするための最上層の半導体層として半絶縁性のＧａＡｓ層２０４を設けたが、最上層の半導体層は、ｎ型のＧａＡｓ層、あるいは電極とオーミックコンタクトを形成することができるようにＡｌ組成比を０．２以下に小さくしたＡｌＧａＡｓ層であっても良い。

また、上記第９の実施形態では、半導体基板のｎ型半導体層に選択的にｐ型不純物を拡散させたが、半導体基板のｐ型半導体層に選択的にｎ型不純物を拡散させても良い。

図２８は第９の実施形態の他の半導体発光装置１３の構造を示す断面図である。この半導体発光装置１３は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１３０３を有する半導体基板１３００に、ｎ型不純物であるＳｎまたはＳｉを選択的に拡散させ、ｎ型拡散領域１３０６Ａ，１３０６Ｂ，１４０６Ｃを形成した構造である。

半導体基板１３００は、ｎ型拡散領域１３０６の形成前においては、ｐ型ＧａＡｓ基板１３０１の上に、ｐ型ＧａＡｓバッファー層１３０２を設け、その上にｐ型Ａｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層（ただし１≧ｓ＞０）１３２３、ｐ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層（ただし１＞ｘ≧０）１３２４、ｐ型のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層（ただし１＞ｙ＞０）１３２５、ｐ型のＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層（ただし１＞ｚ＞０）１３２６、ｐ型のＡｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層（ただし１≧ｔ＞０）１３２７をこの順に積層したＡｌＧａＡｓ層１３０３を設け、最上層に電極とオーミックコンタクトを形成するための半絶縁性のＧａＡｓ層２０４を設けた構造である。Ａｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層１３２３、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１３２４、Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層１３２５、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層１３２６、Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層１３２７のエネルギバンドギャップおよびＡｌ組成比は、上記第９の実施形態の半導体発光装置１２の対応する半導体層と同じである。

半導体基板１３００の表面側には、ｎ型拡散領域１３０６とともに、ＧａＡｓ層２０４とＡｌＧａＡｓ層１３０３の界面付近の横方向拡散フロントを除去するためのエッチング領域１２１０が形成されている。ｐｎ接合面１３３０Ａ，１３３０Ｂ，１３３０Ｃは、ＡｌＧａＡｓ層１３０３の内部のみに形成されている。また、ｎ側電極１３０７Ａ，１３０７Ｂ，１３０７Ｃは、基板表面側に設けられており、ＧａＡｓ層２０４のｎ型拡散領域１３０６Ａ，１３０６Ｂ，１３０６Ｃにそれぞれオーミックコンタクトしている。また、ｐ側電極１３０８は、基板裏面側に設けられており、ｐ型ＧａＡｓ基板１３０１にオーミックコンタクトしている。

第１０の実施形態
図２９および図３０は第１０の実施形態の半導体発光装置１４の構造を示す断面図である。また、図３１は本発明の第１０の実施形態の半導体発光装置１４の構造を示す上面図である。図２９は図３１におけるＡ−Ａ’間の断面図であり、図３０は図３１におけるＢ−Ｂ’間の断面図である。なお、図２９ないし図３１において、図４、図２５ないし図２７と同じものには同じ符号を付してある。また、図２９ないし図３１の半導体発光装置１４は、３個のＬＥＤを一列に配列したものでるが、ＬＥＤは一列に配列されていなくても良く、またＬＥＤの個数は３個に限定されるものではない。

半導体発光装置１４は、異なる波長で発光する３個のＬＥＤを半導体基板に形成した半導体発光装置であり、半導体基板１４００と、半導体基板１４００に形成されたｐ型拡散領域（Ｚｎ拡散領域）１２０６Ａ，１２０６Ｂ，１２０６Ｃと、半導体基板１４００に形成されたエッチング領域１２１０と、層間絶縁膜１０５と、ｐ側電極１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃと、ｎ側電極４０８とを備えている。

拡散領域形成前の半導体基板１４００は、半絶縁性ＧａＡｓ基板４０１の上に、半絶縁性ＧａＡｓバッファー層４０２を設け、その上に、ｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層（ただし１＞ｘ≧０）（第２の半導体層）１２２４、ｎ型のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層（ただし１＞ｙ＞０）（第３の半導体層）１２２５、ｎ型のＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層（ただし１＞ｚ＞０）（第４の半導体層）１２２６、ｎ型のＡｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層（ただし１≧ｔ＞０）（第５の半導体層）１２２７をこの順に積層したＡｌＧａＡｓ層１４０３を設け、最上層に電極とオーミックコンタクトを形成するためのｎ型のＧａＡｓ層１０４を設けた構造である。つまり、ＡｌＧａＡｓ層１４０３は、上記第９の実施形態のＡｌＧａＡｓ層１２０３において、クラッド層となるＡｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層（ただし１≧ｓ＞０）１２２３を設けない構造である。また、半導体基板１４００は、上記第９の実施形態の半導体基板１２００において、ＡｌＧａＡｓ層１２０３をＡｌＧａＡｓ層１４０３とし、ＧａＡｓ基板およびＧａＡｓバッファーを半絶縁性とし、最上層のＧａＡｓ層をｎ型としたものである。

半導体発光装置１４は、上記第９の実施形態の半導体発光装置１２と同様に、エッチング領域１２１０を形成することにより、基板表面付近に形成された横方向拡散フロントを除去した構造である。ただし、半導体発光装置１４では、拡散フロントによるｐｎ接合は、Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層１２２７内だけでなく、ＧａＡｓ層１０４内にも形成されるので、ＧａＡｓ層１０４内に形成されたｐｎ接合、およびＡｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層１２２７とＧａＡｓ層１０４の界面近傍に形成されたｐｎ接合を除去することになる。

また、半導体発光装置１４の層間絶縁膜１０５には、ｐ型拡散領域１２０６を露出させる開口部１０５ａの他にｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａを露出させる開口部１０５ｂが設けられており、ｎ側電極４０８は、ｐ側電極１０７と同じ基板表面側に設けられており、開口部１０５ｂにおいてｎ型ＧａＡｓ領域１０４ａにオーミックコンタクトしている。

つまり、半導体発光装置１４は、上記第９の実施形態の半導体発光装置１２において、クラッド層となるＡｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層１２２３を設けず、またｎ側電極を、半導体基板の裏面ではなく、ｐ側電極と同じ基板表面側に設けたものである。

第１のｐ側電極１０７Ａと、第１のｐ型拡散領域１２０６Ａと、半導体基板１４００のｎ型ＡｌＧａＡｓ領域と、ｎ側電極４０８とは、第１のＬＥＤを構成している。第２のｐ側電極１０７Ｂと、第２のｐ型拡散領域１２０６Ｂと、半導体基板１４００のｎ型ＡｌＧａＡｓ領域と、ｎ側電極４０８とは、第２のＬＥＤを構成している。第３のｐ側電極１０７Ｃと、第３のｐ型拡散領域１２０６Ｃと、半導体基板１４００のｎ型ＡｌＧａＡｓ領域と、ｎ側電極４０８とは、第３のＬＥＤを構成している。なお、半導体発光装置１４の動作は、上記第９の実施形態の半導体発光装置１２と同様であるので、その説明を省略する。

半導体発光装置１４では、発光層群の下のクラッド層を省略しているが、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１２２４のｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ領域に注入された電子は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１２２４とＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層１２２５との界面のエネルギ障壁によりＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層１２２４内に閉じ込められるので、上記第９の実施形態の半導体発光装置１２と同様に、高発光動作が可能である。

このように第１０の実施形態によれば、互いに異なるエネルギバンドギャップの複数の発光層をエネルギバンドギャップの小さい順に下から上に積層した発光層群の上にクラッド層を設けた積層構造のｎ型ＡｌＧａＡｓ層１４０３を形成し、このｎ型ＡｌＧａＡｓ層１４０３の上の最上層にｎ型ＧａＡｓ層１０４を形成した半導体基板１４００を用い、ＧａＡｓ層１０４内およびＡｌＧａＡｓ層１４０３内に選択的に、異なる発光層内に深さ方向拡散フロントを有する複数のｐ型拡散領域を形成し、ＧａＡｓ層１０４内の横方向拡散フロント、およびＧａＡｓ層１０４とＡｌＧａＡｓ層１４０３の界面近傍の横方向拡散フロントをエッチング除去した構造としたことにより、異なる波長で発光する複数のＬＥＤの発光効率を向上させることができる。

また、Ａｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層１２２３を設けないようにしたことにより、半導体エピタキシャル層の厚さを削減でき、半導体基板の低価格化を図ることができる。

なお、上記第１０の実施形態では、発光層群の下のクラッド層を省略したが、発光層群の上のクラッド層であるＡｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層１２２７を省略することも可能である。

また、上記第１０の実施形態では、ｐ側電極とオーミックコンタクトするための最上層の半導体層としてｎ型のＧａＡｓ層１０４を設けたが、最上層の半導体層は、電極とオーミックコンタクトを形成することができるようにＡｌ組成比を０．２以下に小さくしたｎ型のＡｌＧａＡｓ層であっても良い。

また、上記第１０の実施形態では、半導体基板のｎ型半導体層に選択的にｐ型不純物を拡散させたが、半導体基板のｐ型半導体層に選択的にｎ型不純物を拡散させても良い。

また、ｎ側電極をＬＥＤの配列に対してｐ側電極と同じ側に設けても良い。

また、上記第１０の実施形態では、ｎ側電極とオーミックコンタクトするための最上層の半導体層としてｎ型のＧａＡｓ層１０４を設けたが、最上層の半導体層として半絶縁性のＧａＡｓ層を設け、この半絶縁性のＧａＡｓ層にｎ型ＧａＡｓ領域を形成し、このｎ型ＧａＡｓ領域にｎ側電極をコンタクトさせる構造としても良い。

図３２は第１０の実施形態の他の半導体発光装置１５の構造を示す断面図である。この半導体発光装置１５の半導体基板１５００は、拡散領域形成前においては、半絶縁性ＧａＡｓ基板４０１の上に、半絶縁性ＧａＡｓバッファー層４０２を設け、その上に、ｎ型Ａｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層（ただし１≧ｓ＞０）１２２３、ｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層（ただし１＞ｘ≧０）１２２４、ｎ型のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層（ただし１＞ｙ＞０）１２２５、ｎ型のＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層（ただし１＞ｚ＞０）１２２６、ｎ型のＡｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層（ただし１≧ｔ＞０）１２２７をこの順に積層したＡｌＧａＡｓ層１２０３を設け、最上層に電極とオーミックコンタクトを形成するための半絶縁性のＧａＡｓ層２０４を設けた構造である。

半導体基板１５００には、ＧａＡｓ層２０４にｎ型不純物であるＳｎまたはＳｉを選択的に拡散することにより、ｎ型Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ領域に達するｎ型拡散領域１５２０が形成されている。ｎ側電極４０８は、ｎ型拡散領域１５２０にオーミックコンタクトしている。

なお、上記第１ないし第１０の実施形態では、ｎ型半導体層としてＡｌＧａＡｓ層を用いたが、ｎ型半導体層は、ＡｌＧａＡｓＰ層、ＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層等の他の材料でも良い。

本発明の第１の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の半導体発光装置の構造を示す上面図である。 本発明の第２の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態の半導体発光装置の構造を示す上面図である。 マトリクス駆動型のＬＥＤアレイの構造を示す上面図である。 本発明の第５の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態の半導体発光装置におけるＧａＡｓ層のエッチング除去領域を説明する上面図である。 本発明の第５の実施形態の他の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態の半導体発光装置の電流−発光強度特性を示す図である。 本発明の第７の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第７の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第８の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第８の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第８の実施形態の半導体発光装置におけるＧａＡｓ層のエッチング除去領域を説明する上面図である。 本発明の第８の実施形態の他の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第８の実施形態の他の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第９の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第９の実施形態の半導体発光装置の構造を示す上面図である。 本発明の第９の実施形態の半導体発光装置におけるＬＥＤの電流−電圧特性を示す図である。 本発明の第９の実施形態の他の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第１０の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第１０の実施形態の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第１０の実施形態の半導体発光装置の構造を示す上面図である。 本発明の第１０の実施形態の他の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 従来の半導体発光装置の構造を示す断面図である。 従来の半導体発光装置の構造を示す断面図である。

符号の説明

１〜１５ 半導体発光装置、 １００，２００，３００，４００，５００，７００，８００，１２００，１３００，１４００，１５００ 半導体基板、 １０３，３０３，５１３，１２２４ ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層、 １０４ ｎ型ＧａＡｓ層、 １０６，３０６，５０６，１２０６ Ｐ型拡散領域、 １０７，１３０７ Ｐ側電極、 １０８，４０８，１３０８ ｎ側電極、 １１０，３１０，５１０，６１０，９１０，１１１０，１２１０ エッチング除去領域、 １３０，３３０，５３０，１２３０，１３３０ 拡散フロント、 １３０ｂ，３３０ｂ，５３０ｂ 横方向拡散フロント、 ２０４ 半絶縁性ＧａＡｓ層、 ４０２ 半絶縁性ＧａＡｓバッファー層、 ５０３，１２０３，１３０３、１４０３ ＡｌＧａＡｓ層、 ５１４，１２２５ ｎ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層、 ５１５，１２２６ ｎ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層、 ９１１ 光取り出し領域、 １２２３ ｎ型Ａｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層、 １１２７ ｎ型Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層、 １３０６ ｎ型拡散領域、 １３２３ Ｐ型Ａｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ層、 １３２４ Ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層、 １３２５ Ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層、 １３２６ ｐ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層、 １３２７ Ｐ型Ａｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ層。

Claims (18)

1. 第１導電型の半導体層と、
   前記第１導電型の半導体層上の、少なくともオーミックコンタクト層が形成される領域に形成された上部半導体層と、
   前記上部半導体層側から前記上部半導体層内及び前記第１導電型の半導体層内に第２導電型不純物を選択的に拡散させることによって、前記第１導電型の半導体層内にｐｎ接合を有するように、かつ、深さ方向拡散フロントが前記第１導電型の半導体層内に位置するように形成された第２導電型不純物拡散領域と、
   前記第２導電型不純物拡散領域により１つの発光部が形成され、該発光部の横方向拡散フロントを含む領域に、前記上部半導体層側からエッチングにより形成されたエッチング溝領域と
   を有することを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記第１導電型の半導体層上に残る前記上部半導体層は、オーミックコンタクト層であり、
   前記オーミックコンタクト層上に備えられた電極配線をさらに有し、
   前記オーミックコンタクト層と前記電極配線とが接続されている領域において、前記オーミックコンタクト層の幅は前記電極配線の幅より広い
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記横方向拡散フロントの一部を残留させることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
4. 前記エッチング溝領域は、前記第２導電型不純物拡散領域の前記横方向拡散フロントに加えて、前記横方向拡散フロントに隣接する前記第１導電型の半導体層の領域をも含む
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
5. 前記第２導電型不純物拡散領域を複数備え、
   前記第１導電型の半導体層が、
   前記第２導電型不純物拡散領域の前記深さ方向拡散フロントがそれぞれ形成される、互いにエネルギバンドギャップが異なる複数の発光層を、エネルギバンドギャップの小さい順に基板下面側から上面側に積層した発光層群と、
   前記発光層群の下に設けられた、前記発光層群の最下層の発光層よりもエネルギバンドギャップが大きいクラッド層と、
   前記発光層群と前記上部半導体層の間に設けられた、前記発光層群の最上層の発光層よりもエネルギバンドギャップが大きいクラッド層と
   の積層構造である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
6. 前記第２導電型不純物拡散領域を複数備え、
   前記第１導電型の半導体層が、
   前記第２導電型不純物拡散領域の前記深さ方向拡散フロントがそれぞれ形成される、互いにエネルギバンドギャップが異なる複数の発光層を、エネルギバンドギャップの小さい順に基板下面側から上面側に積層した発光層群と、
   前記発光層群の下に設けられた、前記発光層群の最下層の発光層よりもエネルギバンドギャップが大きいクラッド層と
   の積層構造である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
7. 前記第２導電型不純物拡散領域を複数備え、
   前記第１導電型の半導体層が、
   前記第２導電型不純物拡散領域の前記深さ方向拡散フロントがそれぞれ形成される、互いにエネルギバンドギャップが異なる複数の発光層を、エネルギバンドギャップの小さい順に基板下面側から上面側に積層した発光層群と、
   前記発光層群と前記上部半導体層の間に設けられた、前記発光層群の最上層の発光層よりもエネルギバンドギャップが大きいクラッド層と
   の積層構造である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
8. 前記発光部が、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
9. 前記第２導電型の不純物が、Ｚｎであり、
   前記上部半導体層が、ＧａＡｓ層であり、
   前記第１導電型の半導体層が、ｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（１≧ｘ≧０）層である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
10. 前記第２導電型の不純物が、ＳｎまたはＳｉであり、
    前記上部半導体層が、ＧａＡｓ層であり、
    前記第１導電型の半導体層が、ｐ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（１≧ｘ≧０）層である
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
11. 前記第２導電型の不純物が、Ｚｎであり、
    前記上部半導体層が、ＧａＡｓ層であり、
    前記発光層が、ｎ型のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（１＞ｙ≧０）層であり、
    前記クラッド層が、前記発光層よりもＡｌ組成比が大きいｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（１≧ｘ＞０）層である
    ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
12. 前記第２導電型の不純物が、ＳｎまたはＳｉであり、
    前記上部半導体層が、ＧａＡｓ層であり、
    前記発光層が、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層であり、
    前記クラッド層が、前記発光層よりもＡｌ組成比が大きいｐ型のＡｌＧａＡｓ層である
    ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
13. 前記第２導電型の不純物が、Ｚｎであり、
    前記上部半導体層が、ＧａＡｓ層であり、
    前記発光層群が、Ａｌ組成比が互いに異なるｎ型のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（１＞ｙ≧０）層を、Ａｌ組成比の小さい順に基板下面側から上面側に積層したものであり、
    前記発光層群の下に設けられた前記クラッド層が、前記発光層群の最下層のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層よりもＡｌ組成比が大きいｎ型のＡｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ（１≧ｓ＞０）層であり、
    前記発光層群と前記ＧａＡｓ層の間に設けられた前記クラッド層が、前記発光層群の最上層のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層よりもＡｌ組成比が大きいｎ型のＡｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ（１≧ｔ＞０）層である
    ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
14. 前記第２導電型不純物が、ＳｎまたはＳｉであり、
    前記上部半導体層が、ＧａＡｓ層であり、
    前記発光層が、Ａｌ組成比が互いに異なるｐ型のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（１＞ｙ≧０）層を、Ａｌ組成比の小さい順に基板下面側から上面側に積層したものであり、
    前記発光層群の下に設けられた前記クラッド層が、前記発光層群の最下層のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層よりもＡｌ組成比が大きいｐ型のＡｌ_ｓＧａ_１−ｓＡｓ（１≧ｓ＞０）層であり、
    前記発光層群と前記上部半導体層の間に設けられた前記クラッド層が、前記発光層群の最上層のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層よりもＡｌ組成比が大きいｐ型のＡｌ_ｔＧａ_１−ｔＡｓ（１≧ｔ＞０）層である
    ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
15. 第１導電型の半導体層と、
    前記第１導電型の半導体層上の、少なくともオーミックコンタクト層が形成される領域に形成された上部半導体層と、
    前記上部半導体層側から前記上部半導体層内及び前記第１導電型の半導体層内に第２導電型不純物を選択的に拡散させることによって、前記第１導電型の半導体層内にｐｎ接合を有するように、かつ、深さ方向拡散フロントが前記第１導電型の半導体層内に位置するように形成された複数の第２導電型不純物拡散領域と
    を有し、前記複数の第２導電型不純物拡散領域の各々により発光部が形成されるＬＥＤアレイであって、
    前記各々の発光部の横方向拡散フロントを含む領域に、前記上部半導体層側からエッチングにより形成されたエッチング溝領域を有することを特徴とするＬＥＤアレイ。
16. 前記第１導電型の半導体層上に残る前記上部半導体層は、オーミックコンタクト層であり、
    前記オーミックコンタクト層上に備えられた電極配線をさらに有し、
    前記オーミックコンタクト層と前記電極配線とが接続されている領域において、前記オーミックコンタクト層の幅は前記電極配線の幅より広い
    ことを特徴とする請求項１５に記載のＬＥＤアレイ。
17. 前記横方向拡散フロントの一部を残留させることを特徴とする請求項１５または１６に記載のＬＥＤアレイ。
18. 前記エッチング溝領域は、前記第２導電型不純物拡散領域の前記横方向拡散フロントに加えて、前記横方向拡散フロントに隣接する前記第１導電型の半導体層の領域をも含む
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載のＬＥＤアレイ。
    

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