JPH07169993A

JPH07169993A - 半導体構造体および半導体発光素子

Info

Publication number: JPH07169993A
Application number: JP31561893A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakatsu; 弘志中津
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-07-04
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JP3151096B2

Abstract

(57)【要約】【目的】素子特性の安定性、再現性を損なうことな
く、外部への光取り出し効率を向上させることができる
ように作製できる構造の半導体構造体およびこの構造を
有する半導体発光素子を提供する。【構成】ｎ型ＧａＡｓ基板１表面上に、（０１１）面
から［０−１１］方向に傾斜したメサ型溝１１が形成さ
れている。この基板１表面上に形成される半導体層は、
メサ型溝１１の上部の領域に形成されたものと、それ以
外の領域に形成されたものとでは結晶の秩序度が異な
り、この秩序度の違いに基づくｐｎ接合の立ち上がり電
圧差が生じる。従って、半導体層側のｐ型電極７をメサ
型溝１１に対応する領域に設けると、ｐ型電極７直下以
外の部分の半導体層に選択的に電流を注入して発光領域
とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体構造体および半
導体発光素子に関し、特に、短波長帯において、素子内
部で発光した光を有効に外部へ取り出すことができ、内
部発光効率をも向上させることができる半導体構造体お
よび半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導
体レーザ素子等の半導体発光素子に対する高効率化、高
速化の要求が高まっており、素子サイズや形状が益々微
細化されてきている。このように微細化された素子で
は、新しい素子構造を形成したり、素子特性を向上させ
るために、気相成長法による選択成長技術が重要であ
る。一方、赤色から緑色の可視光領域のバンドギャップ
で直接遷移する化合物半導体結晶として、ＧａＩｎＰ／
ＡｌＧａＩｎＰ系材料が脚光を浴びている。この材料を
用いて高輝度ＬＥＤを作製するには、素子内部発光効率
を高めることはもとより、素子内部での光吸収を無くし
て、発光を素子外部へ有効に取り出せるような構造を実
現することが必要である。

【０００３】例えば、Ｊｐｎ.Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.ｖ
ｏｌ.３１（１９９２）ｐｐ.２４４６−２４５１には、
図８に示すようなＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤが記載されて
いる。このＬＥＤは、主面の面方位が（００１）である
ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層１０２、ノンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層１０
３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４がこの順に積
層形成され、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４の表
面上中央部に電流阻止層１０９が形成されている。さら
に、この電流阻止層１０９を覆って、ｐ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層１０４表面上にｐ型ＧａＡｌＡｓ電流拡散
層１０５が形成されている。そしてこのｐ型ＧａＡｌＡ
ｓ電流拡散層１０５表面上、先に形成された電流阻止層
１０９に対応する位置にコンタクト層１０６とｐ型電極
１０７がこの順に積層形成されている。このようなＬＥ
Ｄは以下のようにして作製される。

【０００４】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２、ノンドープＡｌＧａ
ＩｎＰ活性層１０３おびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０４の三層からなるダブルヘテロ構造を成長させる。
このダブルヘテロ構造の成長後、ｐ型クラッド層１０４
の表面上全面に、後に電流阻止層１０９となるｎ型Ａｌ
ＧａＩｎＰ層を成長させ、一旦成長を中断して成長装置
の中から基板１０１を取り出す。

【０００５】次に、後に形成されるｐ型電極１０７の直
下に対応する部分を残してこのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層を
エッチングし、電流阻止層１０９とする。

【０００６】その後、再度、基板１０１を成長装置の中
に導入し、ｐ型ＧａＡｌＡｓ電流拡散層１０５、ｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層１０６を成長させる。

【０００７】続いて、上記の半導体層の基板側表面にｎ
側電極用導電層を形成し、ｐ型ＧａＡｌＡｓ電流拡散層
１０５側表面にコンタクト層１０６とｐ型電極用導電層
を形成し、電流阻止層１０９の上部以外のコンタクト層
とｐ型電極用導電層を除去して図８に示すようなｐ型電
極１０７およびコンタクト層１０６を得る。

【０００８】上記のようなＬＥＤにおいて、ＬＥＤに注
入された電流は、図８中に矢印で示すようにｐ型電極１
０７直下の電流阻止層１０９で阻止される。このため、
電流阻止層１０９の下部にあるダブルヘテロ構造部には
電流は注入されず、ｐ型電極１０７直下では発光しな
い。電流は、ｐ型電極１０７直下以外のダブルヘテロ構
造部分に注入され、光はこの部分で発生する。発生した
光は、ｐ型電極１０７やコンタクト層１０６には吸収さ
れることなく、有効に素子外部に取り出すことができ
る。

【０００９】また、特開平４−３３０７８６号公報に
は、図９に示すようなＬＥＤが開示されている。このＬ
ＥＤは、基板の積層表面の一部に傾斜をもたせた構造を
有するが、この傾斜の有無によって、基板表面上に成長
形成されるエピタキシャル層のドーパント濃度が異な
る。傾斜が設けられている部分（図９中、←Ｏ→で示し
た部分）の上部の成長層では、ドーパントのドーピング
効率が良く、ｐ型電極１０７直下に相当する部分（図９
中、←Ｊ→で示した部分）上の成長層に比べてｐ型キャ
リア濃度を高くすることができる。このことを利用し
て、ｐ型電極１０７直下以外の部分に発光領域を広げる
ことができるので、外部への光取り出し効率を向上させ
ることができる。このような構造を有するＬＥＤは以下
のようにして作製される。

【００１０】まず、主面の面方位が（００１）であるｎ
型ＧａＡｓ基板１０１において、ｐ型電極１０７の直下
に相当する部分以外の表面を１５°の傾斜をもたせて形
成する。

【００１１】この状態の基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層１０２、ノンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層
１０３およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４から
なるダブルヘテロ構造を成長させる。

【００１２】このダブルヘテロ構造の成長後、ｐ型Ａｌ
ＧａＩｎＰ中間エネルギーギャップ層１１０、ｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層１０６をこの順で成長させる。

【００１３】最後に、コンタクト層１０６側にｐ型電極
１０７を、基板１０１側にｎ側電極１０８を形成してＬ
ＥＤを得る。

【００１４】このようなＬＥＤにおいて、基板１０１の
表面の傾斜角が設けられている部分（図９中、←Ｏ→で
示した部分）の上部の成長層では、先述したように、ｐ
型ドーパント（例えば、Ｚn等）のドーピング効率が良
いので、ｐ型電極１０７の直下に相当する部分（図９
中、←Ｊ→で示した部分）の成長層に比べてｐ型キャリ
アの濃度を高くすることができる。よって、ｐ型電極１
０７直下以外の部分に発光領域を広げることができるの
で、素子外部への光取り出し効率を向上させることがで
きる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記Ｊｐｎ.
Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.ｖｏｌ.３１（１９９２）ｐｐ.
２４４６−２４５１に記載されているＬＥＤの製造にお
いては、半導体層成長途中の素子を、一旦成長装置から
取り出し、エッチング、再成長させる工程が必要であ
り、再成長界面での安定性、再現性が不安定である。よ
って、素子の特性にバラツキが生じやすく、生産性も悪
いので実用的ではない。

【００１６】また、上記特開平４−３３０７８６号公報
に開示されているＬＥＤは、基板の傾斜角により生じる
ドーパントのドーピング効率に基づくキャリア濃度差を
利用して発光領域を広め、外部への光取り出し効率を高
めているものであるが、このキャリア濃度差は大きくて
もせいぜい２倍程度である。さらに、Ｚnドーパントは
半導体層成長後のアニーリングにより拡散しやすいの
で、電流分布を制御するための有効な手段とはならず、
このような方法は実用的ではない。

【００１７】このように、従来のＬＥＤでは、素子特性
の安定性、再現性を保ったまま外部への光取り出し効率
を向上させることは困難である。

【００１８】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、素子特性の安定性、再現性を保っ
たまま、光を外部に有効に取り出して輝度を向上させる
ことができる半導体構造体およびその構造を有する半導
体発光素子を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体構造体
は、基板上に、半導体層が積層されてなる半導体構造体
において、該基板の該半導体層が形成された面に、第１
の領域と、該第１の領域とは面方位が異っている２つの
第２の領域とが、該第１の領域を挟んで該第２の領域が
存在する状態で設けられておりそのことにより上記目的
が達成される。

【００２０】ある実施例では、前記第１の領域が、（１
００）面から［１１０］方向に傾斜した面方位を有し、
前記第２の領域が、（１００）面から傾斜していない面
方位、または該第１の領域の傾斜より小さい傾斜角で
（１００）面から傾斜した面方位を有してなる。

【００２１】本発明の半導体発光素子は、基板上に半導
体層が積層形成され、該基板および該半導体層を挟んで
電極が形成されてなる半導体発光素子において、該基板
の該半導体層が形成された面に、第１の領域が２つの第
２の領域に挟まれて設けられ、該第２の領域の面方位
を、該第１の領域上の該半導体層の結晶の秩序度が該第
２の領域上の該半導体層の結晶の秩序度より小さくなる
ように該第１の面方位と異ならせてあり、かつ、該半導
体層側に形成された該電極が該第１の領域に対応する領
域に形成されておりそのことにより上記目的が達成され
る。ある実施例では、基板上に半導体層が積層形成さ
れ、該基板および該半導体層を挟んで電極が形成されて
なる半導体発光素子において、複数の第１の領域と複数
の第２の領域とが該基板の表面に沿って交互に設けら
れ、該第２の領域の面方位を、該第１の領域上の該半導
体層の結晶の秩序度が該第２の領域上の該半導体層の結
晶の秩序度より小さくなるように該第１の面方位と異な
らせてあり、かつ、該半導体層側に形成された該電極が
該第１の領域に対応する領域に形成されてなる。

【００２２】ある実施例では、前記第１領域が、（１０
０）面から［１１０］方向に傾斜した面方位を有し、前
記第２領域が、（１００）面から傾斜していない面方
位、または第１領域の傾斜より小さい傾斜角で（１０
０）面から傾斜した面方位を有してなる。

【００２３】ある実施例では、前記半導体層の内の活性
層および該活性層を挟んで形成されたクラッド層が、Ａ
ｌＧａＩｎＰで形成されてなる。

【００２４】

【作用】上記のような構成によれば、基板表面の面方位
が異なる部分では、それぞれの部分の半導体層の結晶の
秩序度（ｏｒｄｅｒｉｎｇ度）が互いに異なる。半導体
層の各部分の秩序度（ｏｒｄｅｒｉｎｇ度）を異ならせ
ることにより、所望の部分に選択的にバンドギャップの
大きい部分と小さい部分を形成することができる。

【００２５】例えば、第１領域は、（１００）面から
［１１０］方向に傾斜した面方位を有するものとし、第
２領域は、（１００）面から傾斜していない面方位、あ
るいは第１領域の傾斜より小さい傾斜角で（１００）面
から傾斜した面方位を有するようにする。ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体では、基板の傾斜角が小さい程ｏｒｄｅｒｉ
ｎｇ度が大きく、バンドギャップが小さくなりやすい。
また、傾斜角の方向がＡ面（III族面）の方がバンドギ
ャップが大きくなりやすい。よって、上記のような場
合、第１領域では第２領域に比べてバンドギャップが大
きくなる。

【００２６】従って、バンドギャップの大きい第１領域
を電極直下に形成し、それ以外の部分にバンドギャップ
の小さい第２領域を形成すると、ｐｎ接合の立ち上がり
電圧差が生じるので、電極直下以外の部分に電流を注入
することが可能となる。よって、外部への光取り出し効
率の向上が図れる。

【００２７】このような構造を有するＬＥＤでは、電流
阻止層を必要とせず、作製の際、半導体層の再成長工程
を必要としないので、素子の特性の安定性、再現性を損
なうことなく、所望の電流の広がりを有するＬＥＤを得
ることができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００２９】（実施例１）図１は本発明の実施例１のＬ
ＥＤを示す断面図である。このＬＥＤは、（００１）面
を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板１表面上、［０−１１］
方向にメサ型溝１１が形成されている。この状態の基板
１表面全面に、ｎ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（例え
ばｘ＝０．７、ｙ＝０.５）クラッド層２、ノンドープ
（Ａｌ_pＧａ₁ _-p）_qＩｎ_1-qＰ（例えばｐ＝０．３、ｑ＝
０.５）活性層３、ｐ型（Ａｌ_xＧａ_1- _x）_yＩｎ_1-yＰク
ラッド層４がこの順に積層形成され、ダブルヘテロ構造
を成している。ｐ型クラッド層４表面上には、ｐ型Ａｌ
_rＧａ_1-rＡｓ（例えば、ｒ＝０.７）電流拡散層５が形
成されている。電流拡散層５表面上、メサ型溝１１の直
上部に相当する部分には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６
およびｐ型電極７が形成され、基板１の外側表面にはｎ
型電極８が形成されている。このようなＬＥＤは、例え
ば以下のようにして作製される。

【００３０】まず、結晶主面が（００１）面であるｎ型
ＧａＡｓ基板１表面上に、通常のウェットエッチングに
より、［０−１１］方向にメサ型溝１１を形成する。こ
の際、メサ面の角度θは、基板１表面上に成長形成され
る半導体層部に自然超格子が形成されないよう、８°〜
３０°とし、また、メサ幅は、後に形成されるｐ型電極
７の幅に合わせて形成する。本実施例１においては約３
０μｍとした。

【００３１】以上のような基板１表面上に、ＭＯＣＶＤ
（有機金属気相成長）法により、厚み１μｍのｎ型クラ
ッド層２、厚み０.６μｍの活性層３、厚み２μｍのｐ
型クラッド層４、厚み５μｍの電流拡散層５、厚み１μ
ｍのコンタクト層６を順次成長形成する。この時の成長
条件は、成長温度６５０〜６８０℃、III族／Ｖ族＝２
００〜４００、成長速度１〜３μｍ／ｈである。ｎ型ド
ーパントはＳｉ、Ｓｅのどちらでも良く、ｐ型ドーパン
トはＺｎ、Ｍｇのどちらでも良い。但し、Ｚｎをｐ型ド
ーパントとして使用する際、Ｚｎの拡張長が基板の傾斜
角が大きい程、長くなる傾向があるため、傾斜部分でＺ
ｎの拡散を防止する必要がある。そのため、活性層３に
Ｓｉを５×１０¹⁷ｃｍ^-3程度ドーピングして、活性層３
へのＺｎの拡散を抑制したり、活性層３とｐ型クラッド
層４の境界面に、Ｚｎの拡散長０．３〜０．６μｍを予
測して、予め厚み０．３〜０．６μｍのノンドープクラ
ッド層（Ａｌ_pＧａ_1-p）_qＩｎ_1-qＰ（ｐ＝０．３、ｑ＝
０．５）を挿入する等の対策を講じておく。

【００３２】続いて、コンタクト層６表面上にｐ型電極
７用の導電層、基板１の外側表面上にｎ型電極８用の導
電層を形成する。ｐ型電極７用の導電層はメサ型溝１１
の上部に相当する部分以外をコンタクト層６とともにエ
ッチングで除去し、ｐ型電極７とする。最後に素子分割
を行って本実施例１のＬＥＤを得る。

【００３３】以下に、上記ＬＥＤの動作原理について説
明する。このＬＥＤは、基板１上に赤色〜緑色の高輝度
ＬＥＤの材料であるＡｌＧａＩｎＰ系混晶半導体を成長
させたものであるが、このＡｌＧａＩｎＰ系混晶半導体
は、特定の面方位において自然超格子を形成することが
知られている。この自然超格子は、適当な成長条件の
下、周期律表III族原子であるＩｎ、ＧａおよびＡｌが
［１１１］方向に長距離秩序構造を形成するものであ
る。

【００３４】以下、説明を簡単にするためＧａＩｎＰに
限定して説明する。ＧａＩｎＰでは、このような自然超
格子が形成された状態（以下、ｏｒｄｅｒ状態と称す
る）の、例えば、Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐのような混晶状態が
理想的な状態であり、そのバンドギャップは、自然超格
子が形成されていない状態（以下、ｄｉｓｏｒｄｅｒ状
態と称する）のＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐのバンドギャップより
約９０ｍｅＶ小さいことが知られている。

【００３５】このような自然超格子のｏｒｄｅｒｉｎｇ
度（秩序度）、即ちバンドギャップは、成長温度やＶ族
／III族の混晶比等の成長条件だけでなく、基板の面方
位によっても異なる。図６に、基板表面の傾斜角と、基
板表面上に成長形成されるＧａＩｎＰ層のバンドギャッ
プエネルギーとの関係を示す（特開平４−２７３４９０
号公報参照）。

【００３６】図６によれば、基板表面の傾斜角の小さい
領域に形成されるＧａＩｎＰ層ほどそのバンドギャップ
エネルギーが小さく、ｏｒｄｅｒｉｎｇ度が大きいこと
が理解される。また、傾斜角の方向は、Ｂ面（Ｖ族面）
よりもＡ面（III族面）の方がバンドギャップが大きく
なりやすいことがわかる。よって、基板の所定の領域の
表面の傾斜角を大きくすることにより、その傾斜面上に
形成される半導体層の自然超格子をｄｉｓｏｒｄｅｒ状
態にし、この領域の半導体層のバンドギャップを大きく
することができる。それで、このバンドギャップの大き
い領域を電極直下に、バンドギャップの小さい領域をそ
れ以外の部分に選択的に形成すれば、ｐｎ接合の立ち上
がり電圧差を設けることができるので、半導体層側の電
極直下以外の領域の半導体層を発光領域として形成する
ことができる。

【００３７】上記ＬＥＤは、図２（ａ）に示すように、
基板１のメサ型溝１１の傾斜角が８°〜３０°に形成さ
れている。このメサ型溝１１上（図中、←Ｏ→で示した
部分）に成長形成される半導体層は、自然超格子が解消
されてｄｉｓｏｒｄｅｒ状態になるので、図２（ｂ）に
示すように、メサ型溝１１以外の基板領域上（図中、←
Ｊ→で示した部分）に成長形成されるｏｒｄｅｒ状態の
半導体層に比べて、バンドギャップΔＥ_gが約５０〜９
０ｍｅＶ程度大きくなる。それに伴って、図２（ｃ）に
示すように、ｐｎ接合部の立ち上がり電圧Ｖ_b（ビルト
イン電圧）も高くなる。

【００３８】図３に、←Ｏ→部分と←Ｊ→部分の電流−
電圧特性を示す。この図において、Ｖ_jは←Ｊ→部分の
立ち上がり電圧を示し、Ｖ_oは←Ｏ→部分の立ち上がり
電圧を示す。また、ｉ_jは←Ｊ→部分に流れる電流を示
し、ｉ_oは←Ｏ→部分に流れる電流を示す。通常、ＬＥ
Ｄは２０〜５０ｍＡの動作電流で使用されるが、この範
囲の動作電流ではｄｉｓｏｒｄｅｒ状態にある←Ｏ→部
分の半導体層部ではｐｎ接合がｔｕｒｎ−ｏｎせず、電
流はｏｒｄｅｒ状態の←Ｊ→部分にのみ流れることにな
る。

【００３９】従って、本実施例１のようなＬＥＤにおい
ては、図１の矢印に示すように、注入電流がｐ型電極７
の直下に殆ど流れず周辺部分に広がるので、この周辺部
を発光部とすれば、外部への光取り出し効率が高くな
り、素子の高輝度化を図ることができる。

【００４０】（実施例２）図４に本発明の実施例２に係
るＬＥＤを示す。本実施例２のＬＥＤでは、素子中にメ
サ型溝１１を複数形成し、各メサ型溝１１の上部にコン
タクト層６およびｐ型電極７を形成した。メサ型溝１１
は、幅１０μｍ、間隔５０μｍで１素子中に５個形成し
た。他の構造は、実施例１と同様なものとすることがで
きる。このＬＥＤは、複数のメサ型溝１１により、上記
した原理により、電流広がりをより大きくすることがで
き、実施例１に比べて約３倍の輝度を得ることができ
た。

【００４１】（実施例３）図５（ａ）に本発明の実施例
３に係るＬＥＤを示す。本実施例３のＬＥＤでは、ｐ型
電極７の直下の領域の基板１表面に三角断面の凸構造を
形成した。基板１表面のこの構造と、この構造に基づく
ｎ型クラッド層２、活性層３の表面構造以外は実施例１
のＬＥＤの構造と同様である。

【００４２】このＬＥＤにおいては、実施例１のＬＥＤ
と同様な面方位が基板１表面に形成され、実施例１と同
様な効果が得られる。

【００４３】（実施例４）図５（ｂ）に、本発明の実施
例４に係るＬＥＤを示す。本実施例４のＬＥＤは、ｐ型
電極７の直下の領域の基板１表面が、基板１底面に対し
て角度θで一様に傾斜した構造を有する。すなわち、傾
斜部の両側で基板１表面の底面からの高さが異なるよう
な構造になる。基板１表面のこの構造と、この構造に基
づくｎ型クラッド層２、活性層３の表面構造以外は実施
例１のＬＥＤの構造と同様である。このＬＥＤも、実施
例１と同様な効果が得られる。

【００４４】（実施例５）図５（ｃ）に、本発明の実施
例５に係るＬＥＤを示す。本実施例５のＬＥＤでは、ｐ
型電極７直下に相当する基板１部分に複数のメサ型溝１
１、１１・・・を設けた。基板１表面のこの構造と、この
構造に基づくｎ型クラッド層２、活性層３の表面構造以
外は実施例１のＬＥＤの構造と同様である。

【００４５】このＬＥＤも、実施例１と同様な効果が得
られるが、メサ型溝１１が深くなると、その上に形成さ
れるエピタキシャル成長層の結晶性に悪影響を与えるの
で、メサ型溝１１溝を深くならないように形成すること
が肝要である。

【００４６】（実施例６）図７（ｃ）に本発明の実施例
６に係るＬＥＤを示す。本実施例６のＬＥＤでは、ｐ型
電極７の直下の領域基板１の表面に実施例１と同様なメ
サ型溝１１を形成し、この領域以外の基板１の表面部分
に複数の微細メサ型溝１１'、１１'・・・を周期的に形成
した。各微細メサ型溝１１'の溝幅は４ｎｍ、配設ピッ
チは１０ｎｍとした。このようなＬＥＤは、例えば以下
のようにして作製することができる。

【００４７】まず、図７（ａ）に示すように、２光束干
渉法を用いたフォトリソグラフィーにより、基板１の表
面に上記の仕様で微細メサ型溝１１'、１１'・・・を形成
する。

【００４８】次に、図７（ｂ）に示すように、後に形成
されるｐ型電極７の直下領域の基板１表面上に、実施例
１と同様なメサ型溝１１を通常のウェットエッチングで
形成する。この状態の基板１表面上に、図７（ｃ）に示
すように、ｎ型クラッド層２、活性層３、ｐ型クラッド
層４、電流拡散層５、コンタクト層６をこの順で成長形
成させる。

【００４９】続いて、実施例１の場合と同様にして、基
板１の外側表面にｎ型電極８を、コンタクト層表面にｐ
型電極７を形成する。ｐ型電極７は、メサ型溝１１の上
部に相当する部分のコンタクト層６およびｐ型電極７用
の導電層をエッチング除去して形成する。

【００５０】最後に素子分割を行って、本実施例６のＬ
ＥＤ素子を得る。

【００５１】以上のような、ｐ型電極７の直下領域以外
の発光部にも微細メサ型溝１１'が複数形成された本実
施例６のＬＥＤにおいては、この微細メサ型溝１１'上
に形成された半導体層にｏｒｄｅｒｉｎｇ度の差が生じ
るので、図７（ｄ）に示すように、各微細メサ型溝１
１'に対応する部分に、ΔＥ_gだけバンドギャップの高い
バリアが形成される。このバリアによって発光部が変調
されるので、層の面内方向に対して量子細線が形成さ
れ、超格子構造が得られる。発光部には量子準位が形成
されるので、内部発光効率が増大し、かつ、発光波長を
量子準位分だけ短波長化することができる。

【００５２】本実施例６のＬＥＤは、実施例１のＬＥＤ
に比べて輝度を約５倍に向上させることができ、また発
光波長は約１０ｎｍ短波長化することができた。

【００５３】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明がこれらの実施例によって限定されるもので
はない。

【００５４】本発明の半導体発光素子において、基板の
導電型はｐ、ｎ型のいずれを用いてもよく、成長層の導
電型も基板に応じてｐ、ｎ型を決めることができる。半
導体発光素子の発光波長は、ＡｌＧａＩｎＰまたはＧａ
ＩｎＰ活性層の組成を適宜選択して、赤色から緑色の可
視光領域の波長を得ることができる。活性層は必ずしも
ノンドープである必要はなく、ｐ型またはｎ型にしても
よい。

【００５５】発光領域はホモ接合構造やシングルヘテロ
構造、ダブルヘテロ構造など種々の組み合わせの構造と
することができる。半導体層の成長方法は、ＭＯＣＶＤ
法以外のものを用いてもよく、例えばＭＢＥ法、ＧＳ−
ＭＢＥ法、ＭＯ−ＭＢＥ法なども可能である。また、基
板としては、ＧａＡｓ基板を用いたが、それ以外に、Ｇ
ａＰ基板、ＧａＡｓＰ基板、ＡｌＧａＳ基板などを用い
ることができる。

【００５６】本発明の半導体構造体は、上述のような半
導体発光素子以外に、例えば太陽電池、フォトダイオー
ド等の半導体受光素子などの半導体装置に適用すること
もできる。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、半導体発光素子において、素子特性の安定
性、再現性を損なうことなく、素子内の電流分布を制御
して外部への光取り出し効率を高め、素子の高輝度化を
図ることができる。

【００５８】また、面方位の異なる部分を基板の表面に
沿って周期的に設けることにより、活性層の面内方向に
対して量子細線を形成して超格子構造を形成すれば、さ
らにきめ細かな電流分布の制御が可能であるとともに、
発光波長を短波長化することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の半導体発光素子を示す断面図であ
る。

【図２】実施例１の半導体発光素子の原理を説明するた
めの図である。（ａ）は半導体発光素子の断面図であ
り、（ｂ）はバンドギャップを示す図であり、（ｃ）は
立ち上がり電圧を示す図である。

【図３】実施例１の半導体発光素子の電流−電圧特性を
示す図である。

【図４】実施例２の半導体発光素子を示す断面図であ
る。

【図５】（ａ）は実施例３の半導体発光素子を示す断面
図であり、（ｂ）は実施例４の半導体発光素子を示す断
面図であり、（ｃ）は実施例５の半導体発光素子を示す
断面図である。

【図６】基板の傾斜角とバンドギャップエネルギーとの
関係を示すグラフである。

【図７】（ａ）〜（ｃ）は実施例６の半導体発光素子の
製造工程を示す断面図であり、（ｄ）は実施例６の半導
体発光素子のバンドギャップを示す図である。

【図８】従来の半導体発光素子を示す断面図である。

【図９】従来の半導体発光素子を示す断面図である。

【符号の説明】

１ｎ型ＧａＡｓ基板２ｎ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰクラッド層３ノンドープ（Ａｌ_pＧａ_1-p）_qＩｎ_1-qＰ活性層４ｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰクラッド層５ｐ型Ａｌ_rＧａ_1-rＡｓ電流拡散層６ｐ型ＧａＡｓコンタクト層７ｐ型電極８ｎ型電極１１メサ型溝１１' 微細メサ型溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、半導体層が積層されてなる半
導体構造体において、該基板の該半導体層が形成された面に、第１の領域と、
該第１の領域とは面方位が異っている２つの第２の領域
とが、該第１の領域を挟んで該第２の領域が存在する状
態で設けられている半導体構造体。
【請求項２】前記第１の領域が、（１００）面から
［１１０］方向に傾斜した面方位を有し、前記第２の領
域が、（１００）面から傾斜していない面方位、または
該第１の領域の傾斜より小さい傾斜角で（１００）面か
ら傾斜した面方位を有している請求項１に記載の半導体
構造体。
【請求項３】基板上に半導体層が積層形成され、該基
板および該半導体層を挟んで電極が形成されてなる半導
体発光素子において、該基板の該半導体層が形成された面に、第１の領域が２
つの第２の領域に挟まれて設けられ、該第２の領域の面
方位を、該第１の領域上の該半導体層の結晶の秩序度が
該第２の領域上の該半導体層の結晶の秩序度より小さく
なるように該第１の面方位と異ならせてあり、かつ、該
半導体層側に形成された該電極が該第１の領域に対応す
る領域に形成されている半導体発光素子。
【請求項４】基板上に半導体層が積層形成され、該基
板および該半導体層を挟んで電極が形成されてなる半導
体発光素子において、複数の第１の領域と複数の第２の領域とが該基板の表面
に沿って交互に設けられ、該第２の領域の面方位を、該
第１の領域上の該半導体層の結晶の秩序度が該第２の領
域上の該半導体層の結晶の秩序度より小さくなるように
該第１の面方位と異ならせてあり、かつ、該半導体層側
に形成された該電極が該第１の領域に対応する領域に形
成されている半導体発光素子。
【請求項５】前記第１領域が、（１００）面から［１
１０］方向に傾斜した面方位を有し、前記第２領域が、
（１００）面から傾斜していない面方位、または第１領
域の傾斜より小さい傾斜角で（１００）面から傾斜した
面方位を有している請求項３又は４に記載の半導体発光
素子。
【請求項６】前記半導体層の内の活性層および該活性
層を挟んで形成されたクラッド層が、ＡｌＧａＩｎＰで
形成されている請求項３ないし５のいずれかに記載の半
導体発光素子。