JPH06188450A

JPH06188450A - 発光ダイオード

Info

Publication number: JPH06188450A
Application number: JP33582692A
Authority: JP
Inventors: Masanori Watanabe; 昌規渡辺; Masaki Kondo; 正樹近藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1994-07-08
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JP2824371B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光出射効率を向上でき、かつ、製造工程が簡
単な発光ダイオードを提供する。【構成】この発光ダイオードにおいては、ｎ型ＧaＡs
基板１０上のＳiＯ₂マスク膜１１の開口部２５上に形成
され、基板１０の表面に略平行な上面と、上記上面の結
晶成長速度よりも成長速度が遅い側面とを含む凸形状の
ｎ型ＧaＡs台座層１２を有しているので、結晶成長工程
を中断することなく、発光ダイオードの表面が凸型形状
を有した構造を作製できる。また、ｎ型ＧaＡs台座層１
２の上面上に選択的にｎ型ＧaＩnＰ中間バンドギャップ
層１３を形成しているので、台座層１２を基礎部とする
凸型メサ形状部４０の中心部に電流を絞ることができ、
上記中心部に対向する領域の発光層１５を集中的に発光
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示用、伝送用などに
用いられる発光ダイオードに関する。

【０００２】

【従来の技術】発光ダイオード(ＬＥＤ)において、内部
で発生した光を有効に外部に取り出すこと、すなわち外
部出射効率の向上は非常に重要である。なぜならば、Ｌ
ＥＤを構成する半導体の屈折率は極めて高いため、出射
面で全反射となる臨界角が小さくなり、出射面が平面の
場合には、臨界角以内のごく限られた角度の光しか外部
に出射しないからである。

【０００３】従来、上記外部出射効率の向上を図った発
光ダイオードとしては、図１０に示すものがある。この
発光ダイオードは、電流を、電極８から、ｐ⁺型層４Ｑ
と３Ｑとｐ型ＡlＧaＡs層２を経由して、ｐ型ＡlＧaＡs
基板１に流し、更に、基板１から、ｐ型ＡlＧaＡs層２
とｎ型ＡlＧaＡs発光層３とｎ⁺型ＧaＡsキャップ層４と
を経由して、電極７に電流を流す。そして、上記電流に
よって、上記発光層３を発光させて、上記基板１から外
部に光を取り出すようにしている。なお、図１０におい
て、Ｑは周辺部、Ｐは中心部、６はＳiＯ₂膜、５は溝で
ある。

【０００４】この発光ダイオードは、基板１の光出射面
をドーム状にすると共に、発光領域をドーム状の光出射
面の中心部に対向する中心部Ｐに限定しているので、光
が上記出射面に略垂直に入射し、光を有効に外部に取り
出すことができる。

【０００５】上記発光ダイオードは、以下のようにして
作製される。図１０の上下を逆にして参照し、まず、ｐ
型ＡlＧaＡs基板１の上に、ｐ型ＡlＧaＡs層２、ｎ型Ａ
lＧaＡs発光層３、ｎ⁺型ＧaＡsキャップ層４を順に形成
する。続いて周辺部ＱにＺnを拡散することによって、
周辺部Ｑの発光層３とキャップ層４とを、ｐ⁺型の導電
型に変化させ、ｐ⁺型層３Ｑと４Ｑとを形成する。さら
に、上記周辺部Ｑと中心部Ｐとの間に溝５を形成し、上
記溝５をＳiＯ₂膜６で覆う。そして、中心部Ｐおよび周
辺部Ｑの表面に電極７および電極８を形成する。この
後、図１０に示すようなチップ単位に分割し、各チップ
毎に基板１を研磨して、光出射面をドーム形状にする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
発光ダイオードは、発光層３が発生する光を外部に取り
出すために、上記光を基板１を通過させなければならな
い。したがって、基板１の吸収端よりも波長が短くて、
基板１を透過できない光を、外部に取り出したい場合に
は、図１０において基板１の下方側に光出射面と発光層
３の両方を設け、光出射面と発光層３が基板１を挟まな
いようにする必要がある。ところが、この場合には、成
長面から溝を形成する方式によって発光領域を限定する
ことができず、外部出射効率を向上させることができな
いという問題がある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、基板を通過させ
ることなく外部に光を取り出して、基板の光吸収領域に
関係なく発光波長を設定できる上に、外部への光出射効
率を向上させることができ、また、外部出射効率を向上
させる構造を作製するために結晶成長を中断させる必要
がなくて、工程が単純な発光ダイオードを提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、第１の導電型を有する半導体基板と、上
記半導体基板上に形成され、開口部を有するマスク膜
と、上記開口部上に形成され、上記半導体基板の表面に
略平行な上面と、上記上面の結晶成長速度よりも成長速
度が遅い側面とを含む凸形状の第１導電型半導体台座層
と、上記第１導電型半導体台座層の上面上の部分が、上
記第１導電型半導体台座層の側面上の部分よりも厚く、
かつ、上記台座層よりもバンドギャップが大きな第１導
電型半導体中間バンドギャップ層とを備え、上記中間バ
ンドギャップ層上に、少なくとも、上記中間バンドギャ
ップ層よりバンドギャップの大きな第１導電型半導体ク
ラッド層と、第２導電型半導体クラッド層を、順に積層
したことを特徴としている。

【０００９】また、上記第１導電型台座層がＡlzＧa_1-z
Ａs(０≦z≦１)であることが望ましい。

【００１０】また、上記第１導電型半導体クラッド層
は、第１導電型多層反射膜を含んでいることが望まし
い。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、中間バンドギャップ層と、
第１導電型半導体クラッド層と、第２導電型半導体クラ
ッド層とを、凸形状の台座層の上に形成したので、上記
各層は、凸形状の凸型形状部を構成する。また、通常上
記第１導電型半導体クラッド層と第２導電型半導体クラ
ッド層の間に発光層を挿入する場合が多い。以下の説明
では簡単のため発光層があるものとする。

【００１２】上記台座層は、側面の成長速度が、上面の
成長速度よりも遅い。したがって、上記台座層は、結晶
成長工程を中断させることなく、容易に、上面の面積が
マスクの開口部よりも狭い凸形状になる。

【００１３】発光層形成以後は、弱い面方位依存性を有
する結晶成長条件で、第２導電型半導体クラッド層の成
長を行うことにより、発光領域の幅に比べて、凸型形状
部の裾野の幅を開口部の幅よりも広くできる。

【００１４】また、上記中間バンドギャップ層は、上記
台座層の上面上の部分が、上記台座層の側面上の部分よ
りも厚肉になっているので、台座層の上面においては電
流の通過が容易になるのに対し、台座層側面では一種の
電気抵抗が生じ、その結果電流が台座層上面の上にある
発光層に集中する。したがって、上記発光層は、上記台
座層の上面に対向する部分が、主に発光する。つまり、
上記発光層は、上記凸型形状部の中心部に対向する部分
が、主に発光する。このため、上記発光層が発生する光
を、上記凸型形状部の光出射面に対して、垂直入射に近
付けることができ、光出射効率を向上させることができ
る。

【００１５】凸型形状部の中心部に発光領域を限定する
ことによって出射効率が向上することを、メサ(台形)形
状を例にとって説明する。

【００１６】また、本発明によれば、基板を通過させる
ことなく外部に光を取り出して、基板の光吸収領域に関
係なく発光波長を設定できる。

【００１７】図９(Ａ)に示す斜線領域ａ,ｂ,ｃは、メサ
形状の中心Ｏから発した光のうち外部に出射することが
できる光の範囲を示している。ここで、もし、出射面が
メサ形状ではなく、平面であるときには、全反射のため
斜線領域ｂに示した範囲の光しか外部に出射しない。し
たがって、出射面をメサ形状にすることによって、出射
面が平面である場合に比べて、外部に出射する光の割合
が増えることが分かる。

【００１８】また、図９(Ｂ)に示す斜線領域ｄ,ｅ,ｆ
は、メサ形状の周辺Ａから発した光のうち外部に出射す
ることができる光の範囲を示している。周辺Ａで発光し
た光の外部出射効率は中心Ｏに比べて減少することが分
かる。この傾向は、ドーム形状のような他の凸型形状に
ついても成り立ち、例えばドーム形状における外部出射
効率は、中心で発光したときには４２．５％、全体で均
一に発光したときには１６．４％となり、発光を中心に
限定することによって外部出射効率は２．６倍になる。

【００１９】結晶成長速度の面方位依存性によって、凸
型形状の結晶を作製できることを、以下に説明する。

【００２０】凸型形状の断面模式図を図８に示す。凸型
形状の上面に(１００)面が表れており、上記凸型形状の
側面に２つの{１１１}Ｂ面が表れている場合を考える。
そして、{１００}面の成長速度が{１１１}Ｂ面での成長
速度に比べて速い場合を想定する。(記号{}は等価な面
のグループを示す。)

【００２１】この場合、上記上面よりも、側面である上
記２つの{１１１}Ｂ面の方が成長速度が遅いので、一旦
現れた{１１１}Ｂ面が「凍結」されてしまう。その結果、
成長速度が遅い面を側面とし、かつ、成長速度が速い面
を上面とする凸型形状が形成される。

【００２２】ＡlＧaＡs系の半導体では、上述の面方位
による結晶成長速度の選択比を大きく取ることが容易な
ので、第１導電型台座層がＡlzＧa_1-zＡs(０≦z≦１)で
ある場合には、この台座層を凸型に形成することが容易
である。

【００２３】また、本発明によれば、台座層を凸形状に
形成するためには、ＡlＧaＡs系の半導体で作製するこ
とが望ましいが、凸形状の台座層の上に形成する中間バ
ンドギャップ層や第１導電型半導体クラッド層や第２導
電型半導体クラッド層や発光層は、ＡlＧaＡs系の半導
体で作製する必要はない。何故ならば、上記台座層が凸
形状であるので、その上に形成するクラッド層の面方位
による結晶速度の選択比が上記台座層に比べて小さくて
も、光出射面を凸型形状にでき、また、上記中間バンド
ギャップ層は、その側面部に電流が流れないように側面
部を上面部に比べて非常に薄く形成できる程度に選択比
を設定できれば、上述したように電流を凸形状の中心部
に絞ることができるからである。

【００２４】したがって、本発明によれば、一般に面方
位選択比を大きくするのが難しい例えばＡlＧaＩnＰ系
材料あるいはＺnＳe系(ＺnＳＳe、ＺnＣdＳe、ＺnＭgＳ
Ｓe系など)材料で、発光構造を作り込むことができる。
つまり、本発明によれば、発光構造を構成する材料が、
面方位選択比を大きくするのが難しい場合であっても、
発光領域を限定できる。

【００２５】また、上記第１導電型半導体クラッド層
は、第１導電型多層反射膜を含んでいる場合には、上記
発光層から基板へ向かう光を、上記第１導電型反射膜で
反射して、第２導電型半導体クラッド層の光出射面に向
かわせることができるので、光損失を抑えて、光出射効
率を更に向上させることができる。

【００２６】

【実施例】以下、この発明の発光ダイオードを、図示の
実施例により詳細に説明する。

【００２７】図１(Ａ)および(Ｂ)に、第１実施例の発光
ダイオードであるＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤの１つのメサ形
状部４０を拡大した断面および上面を示す。

【００２８】以下の説明において、ＧaＩnＰはＧa₀.₅Ｉ
n₀.₅Ｐを、ＡlＩnＰはＡl₀.₅Ｉn₀.₅Ｐを、ＡlＧaＩnＰ
は(ＡlyＧa_1-y)₀.₅Ｉn₀.₅Ｐを表す。また、以下の説明
において、括弧内の厚さ寸法は、基板表面に垂直な方向
の厚さ寸法を示している。

【００２９】上記第１実施例を、その製造工程に沿って
順に説明する。

【００３０】まず、表面が(１００)面であるｎ型ＧaＡs
基板１０上に、ＳiＯ₂マスク膜１１(厚さ５０nm)をスパ
ッタ法によって形成し、次に、上記ＳiＯ₂マスク膜１１
に正方形の開口部２５(１０μm×１０μm)を複数設け
る。(図１では、上記開口部２５を１箇所だけ示してい
る。)

【００３１】上記開口部２５が形成する正方形の４辺の
基板１０に対する向きは、[０１１]方向もしくは[０１
/１]方向にした。なお、括弧内の面方位を表す数字の前
に付したスラッシュは、その数字が示す方向が負の方向
であることを示す。

【００３２】次に、ＭＯＣＶＤ法(有機金属気相成長法)
を用い、上面である(１００)面の成長速度が、側面であ
る{１１１}Ａ面および{１１１}Ｂ面での成長速度の２０
倍以上になるような結晶成長条件で、ｎ型ＧaＡs台座層
１２(厚さ２μm)を形成する。(以下、側面の成長速度に
対する上面の成長速度の比を選択比と称する。)

【００３３】上記台座層１２は、上面の成長速度を側面
の成長速度の２０倍にしたので、図１(Ａ)に示すよう
に、台形状になる。

【００３４】次に、上記台座層１２の上に、ｎ型ＧaＩn
Ｐ中間バンドギャップ層１３(厚さ２０nm)を、選択比１
０程度の条件で形成する。このため、上記中間バンドギ
ャップ層１３は、上記台座層１２の上面上が厚肉部１３
ａになり、上記台座層１２の側面上が薄肉部１３ｂにな
る。

【００３５】次に、上記中間バンドギャップ層１３の上
に、ｎ型ＡlＩnＰクラッド層１４(厚さ１μm)と、アン
ドープＡlＧaＩnＰ(y＝０．４)発光層１５(厚さ１μm)
と、ｐ型ＡlＩnＰクラッド層１６(厚さ１０μm)を、そ
れぞれ選択比３程度の条件で、順に形成する。

【００３６】次に、上記クラッド層１６の上面上に、選
択比２０以上の結晶成長条件で、ｐ型ＧaＡsコンタクト
層１７(厚さ２μm)を形成する。

【００３７】次に、表面電極１８を、上記クラッド層１
６およびコンタクト層１７の表面全面上に蒸着する。そ
の後、上記表面電極１８を、フォトリソグラフィーによ
って、後述するパターンにする。

【００３８】次に、裏面電極１９(図示せず)を基板１０
の裏面全面に蒸着する。このようにして、この実施例
の、メサ形状部４０が完成する。

【００３９】上記メサ形状部４０の上面を図１(Ｂ)に示
す。

【００４０】図１(Ｂ)において、３１および３２は{１
１１}Ｂ面であり、３３および３４は{１１１}Ａ面であ
り、３０は(１００)面である。なお、面３５,３６,３
７,３８の面方位は、それぞれ、その面内位置によって
異なっている。また、コンタクト層１７は、{１１１}Ａ
面および{１１１}Ｂ面に向かってはほとんど成長しない
から、上記コンタクト層１７は、面３０および面３５,
３６,３７,３８に形成される。そして、このコンタクト
層１７上の表面電極１８のみを残し、面３１,３２,３
３,３４上の表面電極１８を除去するようにしている。

【００４１】図２は、チップ全体の上面を示している。
チップ上面には、メサ形状部４０がマトリクス状に配置
されている。ワイヤボンドのため、チップ上面の中央部
にはメサ形状部４０を設けていない。そして、この中央
部を表面電極のパッド部２９として、このパッド部２９
にワイヤボンドするようにしている。

【００４２】本実施例においては、台座層１２は、上記
メサ形状部４０の基礎部としての役割をするだけでな
く、バッファ層としての役割を兼ねている。ただし、上
記台座層１２は、普通のバッファ層と異なり、開口部２
５上に選択的に形成されている上に、形状が台形状にな
っている。

【００４３】また、上記台座層１２は、結晶成長の面方
位依存性を利用して、台形状に形成されるので、結晶成
長工程を中断することなく、メサ形状部４０を形成でき
て、製造工程の簡単化を図ることができる。

【００４４】また、上記台座層１２上に形成される中間
バンドギャップ層１３は、選択比１０程度で成長させた
ので、上記台座層１２の上面上の厚肉部１３ａ厚さが
２０nmであるのに対して、台座層１２の側面上の薄肉部
１３b の厚さは２nm程度と非常に薄くなる。このため、
台座層１２の側面においては、上記中間バンドギャップ
層１３の働きが不十分になる。すなわち、上記台座層１
２の側面では、エネルギーバンドの不連続な変化に起因
する一種の電気抵抗が生じる。したがって、電流は、台
座層１２と、この台座層１２の上面に対向する領域の中
間バンドギャップ層１３を経由して流れる。このため、
発光層１５においても、上記台座層１２の上面に対向す
る部分に集中的に電流が流れる。そして、上記メサ形状
部４０の中心部に対向する領域の発光層１５から発した
光は、メサ形状のクラッド層１６の露出した光出射面で
ある４つの面３１,３２,３３,３４へ垂直に近い角度で
入射する。したがって、上記実施例によれば、光出射面
が平面であるＬＥＤに比べて、約４倍の外部出射効率を
得ることができる。

【００４５】また、上記実施例によれば、基板１０を通
過させることなく外部に光を取り出して、基板１０の光
吸収領域に関係なく発光波長を設定できる。

【００４６】上記実施例では、上記台座層１２を含むメ
サ形状部４０を形成するために、ＭＯＣＶＤ法を用いて
各層を形成する際に、基板温度や、成長炉内のガス圧力
や、ガス流量の比(ＧaＡsの場合、例えばＡsＨ₃ガスの
流量に対するＴＭＧ(トリメチルガリウム)ガスの流量
比)を変化させることによって、結晶成長速度の面方位
選択比を変えた。上記ＭＯＣＶＤ法における、上記ガス
流量比等のパラメータは各層毎に変えてもよい。

【００４７】また、半導体層１２〜１７の成長条件とし
ては、基板温度を７００℃とし、圧力は７６Ｔorr一定
とし、上記ガス流量比(いわゆるＶ／ＩＩＩ比)を台座層
１２およびコンタクト層１７においては８０とし、中間
バンドギャップ層１３〜クラッド層１６においては２０
０とした。

【００４８】なお、上記第１実施例は、以下のように変
更してもよい。

【００４９】上記実施例では、基板１０表面の面方位を
(１００)面としたが、基板１０表面の面方位を(１００)
面から数度(２〜１５°)傾けてもよく、その方が発光効
率が高い場合がある。

【００５０】また、上記実施例では、表面電極１８とし
ては、ＡuＺnを用いたが、その他のｐ側オーミック電極
を用いてもよい。また、裏面電極１９として、ＡuＧeを
用いたが、その他のn側オーミック電極を用いてもよ
い。また、表面電極１８のパターンは、例えば上面３０
と１つの側面３５のみに形成してもよい。あるいは、上
記表面電極１８を、側面３５および側面３６および側面
３７および側面３８に形成して、上面３０には形成しな
い等の変更が可能である。

【００５１】さらに、基板１０の導電型はｎ型でもｐ型
でもよい。

【００５２】また、マスク膜１１は、酸化シリコンの
他、窒化シリコン、アルミナ、酸化チタンなどを形成す
るか、基板自体を酸化した膜(本実施例においてはＧaＡ
s酸化膜)としてもよい。

【００５３】また、上記実施例では、各半導体層１２〜
１７をＭＯＣＶＤ法で形成したが、上記各半導体層を、
ＭＢＥ法(分子線エピタキシ法)または、ガスソースＭＢ
Ｅ法または、ＭＯＭＢＥ法(有機金属ＭＢＥ法)または、
ＣＢＥ法(化学ビームエピタキシ法)等の面方位選択成長
法で形成してもよい。

【００５４】また、発光層１５の界面の接合はダブルヘ
テロ接合に限定されるものでなく、シングルヘテロ接合
やホモ接合であってもよい。

【００５５】次に、第２実施例のＬＥＤのチップ上面を
図３に示す。図３中、線ＡーＡにおける断面は、第１実
施例を示す図１(Ａ)と同じであるので、同一構成要素に
ついては同一記号で示して説明を省略し、第１実施例と
異なる点を説明する。図３に示すように、この第２実施
例は、凸型メサ形状部の表面形状がマルチストライプ状
になっている。そして、すべてのストライプが表面電極
１８のパッド部２９に連結されている。また、表面電極
１８は上記メサ形状部の上面の上にのみ形成されてい
る。したがって、フォトリソグラフィーでコンタクト露
光あるいはプロジェクション露光して、上記表面電極１
８をパターン形成するときにフォトマスクとの距離が一
定となる。したがって、露光パターンがボケることがな
くて、第１実施例に比べて歩留まりが向上する。また、
発光層からの光は、ストライプ状の凸型メサ形状部の左
右の２つの側面から外部に出射するので、外部出射効率
は平面型ＬＥＤの約２倍になる。

【００５６】次に、第３実施例のＬＥＤのチップの上面
を図４に示す。この第３実施例は、凸型メサ形状部の表
面形状が、図４に示すように多段分岐メサ状であり、す
べての分岐ストライプはパッド部２９０につながってい
る。また、表面電極１８はメサ形状部の上面の上にのみ
形成されており、この場合、フォトリソグラフィーが容
易で歩留が向上することは、第２実施例に示した通りで
ある。

【００５７】この第３実施例の図４におけるＢーＢ線断
面を、図５に示す。図５に示すように、この実施例は、
半導体層１２〜１７までの形成は実施例１と同じである
ので、同一記号で表して、説明を省略する。

【００５８】上記第３実施例は、ｐ型ＧaＡsコンタクト
層１７の成長に続けて、ｎ型ＧaＡs電流阻止層２０を形
成する。電流阻止層２０は、多段分岐メサ形状部の先端
中央の領域が除去され、開口部２８が形成される。そし
て、この電流阻止層２０の開口部２８を介してのみ、表
面電極１８とｐ型コンタクト層１７とが電気的にコンタ
クトする。したがって、上記多段分岐メサ形状部の先端
中央の領域に対向する領域の発光層のみが発光する。そ
して、分岐形状の先端部では、図４のＺ部に示すよう
に、クラッド層１６の光出射側面が３つあるので、平面
型ＬＥＤの約３倍の出射効率を得ことができる。また、
上記電流阻止層２０は、表面電極１８のパッド部２９０
に対向する発光層が発光することを防いで、無効発光を
抑制する働きもする。

【００５９】次に、図６に、第４実施例を示す。この第
４実施例は、ＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤである。また、上記
実施例は、基板の表面が(１１１)Ｂ面である。そして、
上記基板の表面上に、各半導体層を成長させている。

【００６０】以下、上記第４実施例を、その製造工程を
説明しながら、説明する。

【００６１】図６(Ａ)および(Ｂ)は、それぞれ、１つの
凸型形状部４００の拡大断面および上面を示す。上記第
４実施例は、表面が(１１１)Ｂ面から[ /２１１]方向に
２°傾いたｐ型ＧaＡs基板５０上に、Ｓi₃Ｎ₄膜５１(厚
さ２０nm)をＣＶＤ(ケミカル・ベイパー・ディポジショ
ン)法によって形成し、上記Ｓi₃Ｎ₄膜５１に一辺の長さ
が３０μmの正三角形の開口部７０を複数個設ける。(図
６には、１つの開口部７０のみを示す)。

【００６２】次に、ＭＢＥ法を用いて、{１１１}Ｂ面お
よび{１１１}Ａ面の成長速度が{１１０}面の成長速度の
１０倍以上になる成長条件で、上記開口部７０上に、ｐ
型ＧaＡs台座層５２(厚さ３μm)およびｐ型Ａl₀.₆Ｇa₀.
₄Ａs中間バンドギャップ層５３を形成する。台座層５２
とバンドギャプ層５３の選択比が同じなので、図６(Ａ)
に示すように、上記中間バンドギャップ層５３は、断面
台形状の台座層５２の側面上にはほとんど形成されな
い。

【００６３】次に、ＭＢＥ法を用いて、上記台座層５２
および中間バンドギャップ層５３上に、ｐ型ＡlＧaＩn
Ｐ(y＝０．６)／ｐ型ＡlＩnＰを４０ペア形成した多層
反射膜５４と、ｐ型ＡlＧaＩnＰ(y＝０．７)クラッド層
５５と、アンドープＡlＧaＩnＰ(y＝０．５)発光層５６
(厚さ１μm)と、ｎ型ＡlＧaＩnＰ(y＝０．７)クラッド
層５７(厚さ２０μm)を選択比が約３倍の条件で、順に
形成する。

【００６４】引き続いて、上記クラッド層５７上に、選
択比が２０倍以上になる成長条件で、ｎ型ＡlＧaＡs中
間バンドギャップ層５８(厚さ０．５μm)と、ｎ型ＧaＡ
sコンタクト層５９(厚さ２μm)を、順に形成する。

【００６５】次に、上記クラッド層５７の表面を含む表
面全体に表面電極６０を形成し、図６(Ｂ)に示すクラッ
ド層５７の出射面８１,８２,８３上に形成された表面電
極６０をエッチング除去する。次に、裏面全面に裏面電
極(図示せず)を形成する。

【００６６】上記実施例は、図６(Ｂ)に示すように、上
記コンタクト層５９の上面８０は、結晶面としては、
(１１１)Ｂ面である。また、３つの側面８１,８２,８３
は、その大部分を、上記クラッド層５７が構成してお
り、結晶面としては、{１１０}面である。また、側面８
１と側面８２、側面８２と側面８３、側面８３と側面８
１の間にわずかに他の面も存在している。上記第４実施
例は、上記コンタクト層５９の上面８０上および上記側
面間に僅かに存在する面上に表面電極６０を形成してい
る。そして、上記表面電極６０は、上記側面間の面上に
形成された部分が、パッド部(図示せず)につながってい
る。

【００６７】上記実施例では、ＭＢＥ法を用いて、台座
層５２や中間バンドギャップ層５３等の各半導体層を形
成した。上記ＭＢＥ法では、一般に、基板温度や、成長
炉内のＶ族ガス圧力を変化させて、各半導体層の成長速
度の面方位選択比を変えるようにしている。具体的に
は、台座層５２および中間バンドギャップ層５３の成長
条件は、基板温度を７５０℃とし、ガス圧力を８×１０
^-8Ｔorrとした。また、中間バンドギャップ層５８およ
びコンタクト層５９の成長条件は、基板温度を６５０
℃、ガス圧力を８×１０^-8Ｔorrとした。また、５４(多
層反射膜)〜５７(クラッド層)の半導体層の成長条件
は、基板温度を５５０℃とし、ガス圧力を５×１０^-8Ｔ
orrとした。

【００６８】上記実施例によれば、凸形状の光出射面を
有するクラッド層５７を含む凸型形状部４００が形成さ
れ、かつ、台座層５２の上面上の部分が台座層５２の側
面上の部分に比べて非常に厚い中間バンドギャップ層５
３を形成したので、第１実施例と同様に、凸型形状部４
００の光出射面中心に対向する領域の発光層５６を集中
的に発光させて、発光層が発生する光を光出射面に対し
て垂直入射に近付けることができて、外部への光出射効
率を向上させることができると共に、台座層５２を中心
とする凸型形状部４００を、結晶成長工程を中断するこ
となく、形成できて、製造工程の簡単化を図ることがで
きる。そのうえ、多層反射膜５４を、発光層５６の下に
設けたので、上記発光層５６から基板５０に向かう光
を、上記反射膜５４で反射して、クラッド層５７の光出
射面に向かわせることができ、外部への光出射効率を特
に向上させることができる。

【００６９】尚、上記第４実施例は、第１実施例で示し
た変更と同様の各変更が可能である。また、上記第４実
施例において、基板５０の面方位を(１１１)Ａ面として
もよく、また、(１１１)Ａ面あるいは(１１１)Ｂ面から
の傾きを０〜１５°としてもよい。

【００７０】次に、図７に、第５実施例であるＺnＣdＳ
e系ＬＥＤの断面を示す。

【００７１】この第５実施例を、その製造工程を説明し
ながら、説明する。まず、ｎ型ＧaＡs基板１００上に、
真空蒸着によってアルミナ・マスク膜１０１を形成す
る。次に、上記アルミナ・マスク膜１０１に開口部１２
５を設ける。

【００７２】次に、上記開口部１２５上に、ＭＢＥ法に
よって、ｎ型ＧaＡs台座層１０２と、ｎ型ＡlＧaＡs中
間バンドギャップ層１０３を、順に、選択比が１０以上
の条件で作製する。次に、上記中間バンドギャップ層１
０３上および上記台座層１０２の側面上に、ＭＢＥ法を
用いて、ｎ型ＺnＳＳeバッファ層１０４と、ｎ型ＺnＳe
クラッド層１０５と、アンドープＺn_1-xＣdxＳe(x＝
０．２)歪み量子井戸発光層１０６と、ｐ型ＺnＳeクラ
ッド層１０７と、ｐ型ＧaＡsコンタクト層１０８を順に
形成する。

【００７３】次に、上記コンタクト層１０８上に表面電
極１０９を形成し、基板１００の裏面に裏面電極(図示
せず)を形成する。

【００７４】上記第５実施例によれば、第１実施例と同
じように、発光層１０６が発生する光を光出射面に対し
て垂直入射に近付けることができて、外部への光出射効
率を向上させることができると共に、台座層１０２を中
心とする凸型メサ形状部５００を、結晶成長工程を中断
することなく、形成できて、製造工程の簡単化を図るこ
とができる。

【００７５】この第５実施例において、上記台座層１０
２を中心とする凸型メサ形状部５００を、マトリクス状
に配置してもよく、また、上記メサ形状部５００の表面
パターンを、第２実施例と同様のマルチストライプ形状
にしてもよく、また、上記メサ形状部５００の表面パタ
ーンを、第３実施例と同様の多段分岐形状にしてもよ
い。

【００７６】また、上記第５実施例のその他の点につい
ても、他の実施例で示したのと同じ変更が可能である。
例えば、発光層の下に反射膜を形成して外部出射効率を
向上させることができる。また、以下に示す変更も可能
である。

【００７７】基板の導電性はｎ型でもｐ型でもよい。ま
た、発光層１０５はＺn_1-xＣdxＳe(x＝０．２)とした
が、xの値は特に限定されず、例えばx＝０のＺnＳeであ
ってもよい。また、発光層は例えばＺnＳe／ＺnＣdＳe
多重量子井戸構造であってもよい。

【００７８】また、ｎ型ＺnＳＳeバッファ層１０３はｎ
型ＩnＧaＡsバッファ層であってもよく、ｎ型ＺnＳ／Ｚ
nＳe歪超格子層であってもよい。

【００７９】また、各半導体層１０２〜１０８をＭＢＥ
法(分子線エピタキシ法)で形成したが、ＭＯＣＶＤ法も
しくは、ＭＯＭＢＥ法もしくは、ガスソースＭＢＥ法も
しくは、ＣＢＥ法等で形成してもよい。

【００８０】また、各半導体層１０３〜１０７の材料と
しては、ＩＩ族元素としてＣd,Ｚn,Ｍg等を用い、ＶＩ
族材料としてＴe,Ｓe,Ｓ等を用いたＩＩ−ＶＩ族半導体
を用いることができる。

【００８１】なお、上記第１〜第５実施例は、基板をＧ
aＡsとし、その上に異種結晶を選択成長させたＬＥＤと
したが、本発明は他の材料系のＬＥＤにおいても適用で
きる。例えば、基板としてＩnＰを用い、ＩnＧaＡsＰ系
あるいはＩnＧaＡs系の材料を成長させたＬＥＤや、基
板としてＧaＰを用い、ＡlＧaＰ系もしくは、ＩnＧaＰ
系あるいはＧaＡsＰ系材料を成長させたＬＥＤ等に適用
することができる。

【００８２】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の発光ダイオードは、上面の結晶成長速度が側面の結晶
成長速度よりも速い台座層を有しているので、結晶成長
工程を中断することなく、発光ダイオードの表面が凸形
状を有した構造を作製できる。したがって、製造工程の
簡単化を図ることができる。

【００８３】また、本発明は、中間バンドギャップ層
を、上記台座層側面にほとんど形成せずに上記台座層上
面上に選択的に形成することができるので、上記台座層
を基礎部とする凸形状部の中心部に電流を絞ることがで
き、上記中心部に対向する領域の発光層を集中的に発光
させることができる。このため、上記発光層が発生する
光を上記凸型形状部の光出射面に対して垂直入射に近付
けることができて、光出射効率を向上させることができ
る。

【００８４】また、本発明によれば、基板を通過させる
ことなく外部に光を取り出して、基板の光吸収領域に関
係なく発光波長を設定できる。

【００８５】また、上記台座層をＡlzＧa_1-zＡs(０≦z
≦１)で作製した場合には、結晶成長速度の面方位によ
る選択性を特に大きくできるので、上記台座層を凸形状
にすることが特に容易になり、製造工程の一層の簡単化
を図ることができるようになる。

【００８６】また、第１導電型半導体クラッド層が第１
導電型多層反射膜を含む場合には、発光層の下の上記多
層反射膜が、上記発光層から基板に向かう光を反射し
て、この光を凸型形状部の光出射面に向かわせることが
できるので、光出射効率を特に向上できる。

【００８７】このように、本発明は、ＡlＧaＩnＰ系あ
るいはＩＩ−ＶＩ族系ＬＥＤ等の高輝度化ならびに生産
性の向上に大いに役立つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発光ダイオードの第１実施例のＡl
ＧaＩnＰ系ＬＥＤの拡大断面図および拡大上面図を含む
図である。

【図２】上記ＬＥＤの上面図である。

【図３】本発明の第２実施例のＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤ
の上面図である。

【図４】本発明の第３実施例のＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤ
の上面図である。

【図５】上記ＬＥＤの拡大断面図である。

【図６】本発明の第４実施例のＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤ
の拡大断面図と拡大上面図を含む図である。

【図７】本発明の第５実施例のＺnＣdＳe系ＬＥＤの
拡大断面図である。

【図８】凸型形状部の形成過程を説明する説明図であ
る。

【図９】光発生位置によって外部出射効率が変化する
ことを説明する説明図である。

【図１０】従来の発光ダイオードの断面図である。

【符号の説明】

１０…ｎ型ＧaＡs基板１１…ＳiＯ₂マスク膜１２…ｎ型ＧaＡs台座層１３…ｎ型ＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１４…ｎ型ＡlＩnＰクラッド層１５…アンドープＡlＧaＩnＰ(y＝０．４)発光層１６…ｐ型ＡlＩnＰクラッド層１７…ｐ型ＧaＡsコンタクト層１８…表面電極２５…ＳiＯ₂マスク膜１１の開口部４０,４００,５００…メサ形状部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の導電型を有する半導体基板と、上記半導体基板上に形成され、開口部を有するマスク膜
と、上記開口部上に形成され、上記半導体基板の表面に略平
行な上面と、上記上面の結晶成長速度よりも成長速度が
遅い側面とを含む凸形状の第１導電型半導体台座層と、上記第１導電型半導体台座層の上面上の部分が、上記第
１導電型半導体台座層の側面上の部分よりも厚く、か
つ、上記台座層よりもバンドギャップが大きな第１導電
型半導体中間バンドギャップ層とを備え、上記中間バンドギャップ層上に、少なくとも、上記中間
バンドギャップ層よりバンドギャップの大きな第１導電
型半導体クラッド層と、第２導電型半導体クラッド層
を、順に積層したことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】上記第１導電型台座層がＡlzＧa_1-zＡs
(０≦z≦１)であることを特徴とする請求項１に記載の
発光ダイオード。
【請求項３】上記第１導電型半導体クラッド層は、第
１導電型多層反射膜を含んでいることを特徴とする請求
項１もしくは請求項２に記載の発光ダイオード。