JPH07326793A

JPH07326793A - 化合物半導体発光ダイオード

Info

Publication number: JPH07326793A
Application number: JP11888094A
Authority: JP
Inventors: Takashi Udagawa; 隆宇田川
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】電流拡散及び電流阻止層の機能を備えたプレ
ーナ形のＬＥＤを得る。【構成】ドナー不純物及びアクセプター不純物の双方
が注入されてなる層をクラッド層として利用する。【効果】構造が簡略化され且つ発光面積の拡大をもた
らす効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）に係わり、特に簡略化された構造をもっ
て発光面積の拡大化をもたらす高輝度のＡｌＧａＩｎＰ
からなるＬＥＤに関する。

【０００２】

【従来の技術】化合物半導体の光物性を応用した素子の
一つに発光ダイオード（ＬＥＤ）がある。このＬＥＤは
屋外ディスプレイなどの表示装置やファイバー通信等の
光通信機器等に広く用いられている。

【０００３】ＬＥＤは所望する発光波長を勘案して、種
々の化合物半導体材料から適当なバンドギャップを有す
る材料が母体材料として取捨、選択される。例えば、赤
外ＬＥＤにはＧａＡｓ、可視赤色ＬＥＤにはＧａＡｌＡ
ｓ、可視緑色ＬＥＤにはＧａＰなどの材料が利用され
る。また、最近では高輝度の橙色、黄色及び緑色ＬＥＤ
材料としてＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＰの４つの元素からな
るＡｌＧａＩｎＰ４元混晶も利用されている。

【０００４】従来のＡｌＧａＩｎＰ４元混晶を母体材料
とするＬＥＤの構造を模式的に図５に示す。基板結晶
（１１０）の直上には緩衝層（１１１）やブラッグ反射
層（１１２）（ＤＢＲ層と称す。）、或いはその双方が
設けられる。図５に示すＬＥＤでは緩衝層とＤＢＲ層の
双方を順次、堆積した例を示す。ＤＢＲ層（１１２）の
上にはクラッド層（１１３）が設けられている。クラッ
ド層（１１３）の上部には発光層（１１４）が在る。発
光層（１１４）の上には更にクラッド層（１１５）を堆
積してある。クラッド層は発光をもたらす電子や正孔を
発光層（１１４）に閉じ込めて発光効率の向上を図るた
めのものであり、発光層の上下に発光層を挟んで設けら
れるのが通例である。従って、図５に示す発光を上部に
取り出す構造のＬＥＤにあっては、発光層の下部の基板
結晶側のクラッド層（１１３）は下部クラッド、逆に発
光層の上部の発光を取り出す側にあるクラッド層（１１
５）は上部クラッド層と称されている。上部クラッド層
（１１５）の上には母体材料に印荷される電流を均一に
分散させるための電流拡散層（１１６）が設けられるの
が一般的である。電流拡散層（１１６）の上には入力電
極（１１７）が、基板結晶（１１０）の裏面には出力電
極（１１８）が形成されている。

【０００５】図５に示す様なＡｌＧａＩｎＰからなるＬ
ＥＤ用途の材料を構成する各層の電導形は使用する基板
結晶の電導形によって変わる。例えば、ｐ形の結晶を基
板とした場合は、基板結晶直上の緩衝層若しくはＤＢＲ
層から下部クラッド層及び発光層迄をｐ形とする。上部
クラッド層及び電流拡散層はｎ形とするのが通例であ
る。一方、ｎ形の基板結晶では直上の緩衝層若しくはＤ
ＢＲ層から下部クラッド層及び発光層迄をｎ形とし、上
部クラッド層及び電流拡散層はｐ形とするのが一般的で
ある。発光を得るためのｐ／ｎ接合を形成するためであ
る。即ち、クラッド層を構成する半導体層の電導形は、
ｎ形である場合もあり、逆にｐ形とする場合もある。ま
た、上部クラッド層と下部クラッド層では電導形を異に
するのが通例である。例えば、発光層をｐ形半導体層か
ら構成する場合、上部クラッド層は発光層と同じくｐ形
とし、下部クラッド層はｎ形とするのが一般的となって
いる。逆に、ｎ形発光層の場合は、上部クラッド層はｎ
形で下部クラッド層はｐ形とするのが通例である。この
様に発光層とダブルヘテロ接合構造を形成する上下のク
ラッド層の電導形を逆とすることによって、いわゆる発
光の『閉じ込め効果』が得られるバンド構造を構成でき
るからできるからである。

【０００６】上部クラッド層の上に設ける電流拡散層は
前述の如くｎ形或いはｐ形とする。電流拡散層の電導形
は上部クラッド層の電導形と通常同じくする。電流拡散
層は入力電極から供給される電流を効率良く発光層の表
層部全面に分散させ、発光層に均一に電流を流通させる
役目を担っている。従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは低
抵抗のＡｌＧａＩｎＰや低抵抗のＡｌＧａＡｓなどで電
流拡散層が構成されている。電流を均一に拡散させるた
めには或る程度の膜厚が必要である。電流拡散層の膜厚
が厚い程、電流の横方向の分散が促されるからである。
例えば、ＡｌＧａＩｎＰ緑色ＬＥＤ用途の材料では、Ａ
ｌＧａＡｓ電流拡散層を設けた例があるが、その膜厚は
概ね１０μｍ程度である。これに比し、液相エピタキシ
ャル（ＬＥＰ）法で成長できる材料から構成される旧来
のＡｌＧａＡｓＬＥＤ等にあっては数十〜数百μｍの電
流拡散層が備えられている。ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤにあ
っても、同程度の厚さの電流拡散層が入力電流を均一に
分散させる上で好ましい。

【０００７】ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの場合、その母体材
料を構成する各層は実用上の成長上の容易さや生産性の
観点から分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法やＬＰＥ法
ではなくＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥやＯＭＶＰＥ法とも称
される。）法がもっぱら利用されている。ＭＢＥ法でＰ
を含む薄膜を成長する場合には、蒸気圧の高いＰの真空
成長容器内への付着が起こり、ＭＢＥ成長設備の保守が
煩雑となる。従って、生産効率の低下をもたらし兼ねな
いからである。また、ＬＰＥ法にあっては多元混晶の組
成制御等の精密な制御性に難があるからである。しか
し、ＭＯＣＶＤ法はＬＰＥ法の如く数十μｍから数百μ
ｍに達する厚膜の成長には不適であり、厚い電流拡散層
を得るには困難が伴っている。

【０００８】電界を均一に分布させるための厚い電流拡
散層のみを例えばＬＰＥ法で設ける方法も考えられる。
例えば、電流拡散層を除く各層を比較的薄い膜の制御性
に優れるＭＯＣＶＤ法で成長させ、その後ＬＰＥ法で厚
い電流拡散層を得る手法も利用できなくはない。しか
し、ＬＰＥ法とＭＯＣＶＤ法ではたとえ同一の半導体材
料を成長させるにも良質の膜質を得るための成長温度が
異なる。一般にＬＰＥ法ではＭＯＣＶＤ法に比べ高い成
長温度を必要とする。従って、下地となるＭＯＣＶＤ層
がＬＰＥ法での層成長に最適な高温の成長温度に曝され
ることによって変性する恐れがある。例えば、ｐ形のＡ
ｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ層を得るに添加されるＺｎ
やｎ形のドーパントとして用いられるＳｅなどは極めて
熱拡散し易いため、良質のｐ／ｎ接合が得られなくな
る。これにより、発光特性に優れるＡｌＧａＩｎＰＬＥ
Ｄを得るのが困難となる。従って、現在でもＡｌＧａＩ
ｎＰのＬＥＤを構成する各層はＭＯＣＶＤ法による成長
で得ているのが現状である。

【０００９】このため、最近ではＭＯＣＶＤ成長法で得
た薄い電流拡散層による電流の拡散の不充分さを回避す
るために、クラッド層と電流拡散層の境界に改めて電流
阻止層を設けることが考えられている（例えばＮＩＫＫ
ＥＩＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ（日経エレクトロニク
ス）ｎｏ．５９３（１９９３．１０．２５．）、６０
頁）。図６に電流阻止層を備えたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ
用途の従来の構造例を示す。この電流阻止層は入力電極
より供給される入力電流が短絡的に発光層に流入するの
を防止し、発光層の全面に亘り電流の均一な分散を促す
ために挿入されるものである。従って、電流阻止層には
高抵抗な層か、ｎ形の電流拡散層にあってはｐ形層、ｐ
形の電流拡散層にはｎ形の層が使用される。電流阻止層
に電流拡散層と反対の電導形の層を利用するのはｐ／ｎ
接合の形成によって電流の流通が阻止できるからであ
る。

【００１０】また、入力電極から供給されるＬＥＤを動
作させるための動作電流は、電極直下の発光層に短絡的
に流入し易い。何故ならば電流は電極との距離が短い領
域に流入するからである。従って、電流阻止層は電極を
形成する直下のクラッド層上の領域に設けられており
（例えば、板谷和彦、菅原秀人、波多腰玄一、
「東芝レビュー」第４７巻、８号（１９９２）、６５１
〜６５４頁）、今迄にクラッド層の内部に電流阻止層を
設けた例はない。

【００１１】電流阻止層を設ける従来の方法は先ず、ク
ラッド層迄を成長させた後、電流阻止層をクラッド層の
全面に亘り成長させる。次に、電極を形成する領域に相
当する部分の電流阻止層のみを残存させるエッチング加
工を施した後、電流拡散層を堆積する。電流阻止層は電
極の直下に電極形状と同形になる様に選択的に残存させ
る（例えば、板谷和彦、菅原秀人、波多腰玄一、
「東芝レビュー」第４７巻８号（１９９２）、６５１〜
６５４頁参照）。即ち、電流阻止層はクラッド層上に凸
な層として残存させる。

【００１２】前工程で電流阻止の機能を果たす電流阻止
層を選択的に残存させた後、電流拡散層を堆積する。残
存させた電流阻止層上にも電流拡散層は間断無く堆積す
る。しかし、残存させた電流阻止層の順メサ断面上には
電流拡散層が間隙なく堆積し得るが、反対に逆メサの側
面上への堆積する場合には逆メサの底部がすぼまってい
るため、堆積層（電流拡散層）と残存した電流阻止層と
の間に間隙が出来易い。この様な間隙が存在するとＬＥ
Ｄの動作に於いて信頼性の低下をもたらす。従って、Ａ
ｌＧａＩｎＰＬＥＤ等にあっては電流阻止の機能を具備
せんがために煩雑な工程が必要とされるばかりでなく、
ＬＥＤの動作信頼性を損なう結果をもたらしていた。

【００１３】従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、前述の
如く電流阻止層を選択的に残存させた平坦でない結晶面
上に電流拡散層を堆積している。電流拡散層上にはＬＥ
Ｄを動作させ発光を得るための動作電流を流通させるた
めの入力電極が設けられる。動作電流を効率的に流通す
るには電極の入力抵抗は極力低減させるのが好ましい。
従って、電流拡散層のキャリア濃度は高く設定するのが
通例である。

【００１４】上述の様に従来の一般的なＡｌＧａＩｎＰ
ＬＥＤにあっては、発光層上に少なくとも３層が設けら
れていた。上部クラッド層と電流阻止層と電流拡散層の
３層である。即ち、従来の一般的なＡｌＧａＩｎＰＬＥ
Ｄの発光領域に電子或いは正孔を閉じ込めるために、ま
た発光領域の拡大を図るためにこれらの数の層が必要と
されていた。しかしながら、上述の如く上部クラッド層
の上方に電流拡散層を設けるに当たっては、それを得る
ためのプロセス上の煩雑さや、従来の電流阻止層を残存
させた平坦ではない結晶表面上への電流拡散層の形成方
法では、長期に亘る動作信頼性を損なうなどの欠点があ
った。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】電流阻止層を設けるに
当たっての従来法の欠点は電流阻止層が上部クラッド層
から上に凸となって突出していることに起因している。
電流阻止層が突出していないいわゆるプレーナ形が構成
できれば、電流阻止層上に堆積する電流拡散層との電流
阻止層との間に間隙も生ぜず、素子動作上の信頼性を向
上できる等の利点が生まれる。また、電流阻止と電流拡
散の機能を有しながら且つ構成層の削減、即ちＬＥＤ構
造の簡素化が達成されれば尚更好都合である。しかしな
がら、従来から電流阻止や電流拡散の機能を有しなが
ら、なお且つプレーナ形である簡略化された構造からな
るＡｌＧａＩｎＰを発光層とするＬＥＤは知られていな
い。

【００１６】例えば、上部クラッド層の内部に電流阻止
の役目を果たす層を段差を生じない様に、即ちプレーナ
層として設けられれば従来のＡｌＧａＡｓＰＬＥＤの信
頼性上の欠点を克服できる。上部クラッド層の内部に段
差を生じない平坦である電流阻止層を設けるには上部ク
ラッド層内にイオン注入法或いは拡散法等によりｐ形若
しくｎ形不純物、或いは高抵抗化をもたらす不純物を存
在させれば目的を達する。また、動作電流の拡散を果た
すには同じく上部クラッド層の表面側に高キャリア濃度
のイオン注入領域を設ければ良い。この様に図れば、上
部クラッド層１層のみで従来の上部クラッド層、電流阻
止層と電流拡散層の３層が持つ機能を担わせることが可
能となり、上部クラッド層表面上に突出した部分は無く
なる。即ち、ＬＥＤ構造のプレーナ化と併せて簡略化が
図れる。

【００１７】但し、前述の様に上部クラッドの電導形は
発光層の電導形に依ってｎ形かｐ形となる。従って、上
部クラッド層に従来のＬＥＤ構造に含まれる電流阻止や
電流拡散の機能を担わせるに不純物を添加するにあたっ
ては、上部クラッド層の電導形によって添加方法を変化
させる必要がある。例えばｎ形のクラッド層内に電流阻
止の機能を果たす領域を設けるにあたっては、ｐ形のイ
オンを添加しなければならない。ｎ形のイオンを注入し
たところで電流阻止の役目をするｐｎ接合領域が形成さ
れないからである。逆に、動作電流の拡散を果たす電流
拡散の役目を担う領域を形成するには、ｎ形のクラッド
層に対してはｎ形のイオンを添加する必要がある。しか
も、電流拡散の役目を果たす領域は電極を載置する上部
クラッド層の表面近傍に設ける必要がある。例えば、ｎ
形の上部クラッド層にあっては電流阻止領域とするｐ形
不純物を添加してなる領域は、電流拡散層とするｎ形不
純物を添加した領域より深部に設ける必要がある。逆に
ｐ形の上部クラッド層にあっては、この逆にｐ形不純物
の添加領域をｎ形不純物の添加領域より表面側に位置さ
せる必要がある。従って、上部クラッドの電導形に依存
してｎ形若しくはｐ形不純物の添加領域を変化させる必
要がある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は（Ａｌ_x
Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐ（ｘ、ｙは各々、組成比を表
す。）を発光層とする化合物半導体発光ダイオードに於
いて、ｐ形不純物及びｎ形不純物の双方がイオン注入さ
れてなる層を上部クラッド層として採用する。発光層の
上部に配置する上部クラッド層１層で従来のクラッド層
と電流阻止層及び電流拡散層の３層の役目を担わせ、Ｌ
ＥＤ構造の簡略化を果たすためである。但し、上部クラ
ッド層がｎ形層である場合には、ｐ形不純物をイオン注
入する領域をｎ形不純物を注入する領域より下部に存在
させる。逆にｐ形の上部クラッド層にあっては、ｎ形不
純物が注入されてなる領域をｐ形不純物を注入する領域
より同層の下部に存在させる。但し、イオンを注入する
量は注入領域に於ける最大のキャリア濃度が被注入体の
キャリア濃度以上で２×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の範囲に収納
できる様に調節する。また、上部クラッド層の電導形に
拘らず、下部にあるイオン注入領域の面積は該層のより
表面側に存在させる上部イオン注入領域の面積以下とす
る。本発明に則る上部クラッド層を設けることによりク
ラッデング、電流阻止、電流拡散の作用を含むプレーナ
形の簡略化された構造のＬＥＤが提供できる。

【００１９】ＡｌＧａＩｎＰ発光層やそれとヘテロ接合
させるクラッド層等は例えばＭＯＣＶＤ法等、公知の成
長技術を利用して形成できる。本発明に依ればクラッド
層は従来の電流拡散層の様な厚い膜厚を必要としない。
膜厚としては通常は数μｍ程度で充分なため、よってＭ
ＯＣＶＤ法でも十分に成長できる。また、本発明のため
にクラッド層等の特殊なエピタキシャル成長方法が必要
となる訳ではない。

【００２０】本発明は特に上部クラッド層を対象とした
不純物の添加方法である。上部クラッド層は前述の如く
ＡｌＧａＩｎＰ発光層の電導形に依ってｐ形かｎ形かが
決定される。上部クラッド層の電導形によって同層内に
設けるｐ形若しくはｎ形を呈する領域の配置関係は変化
するが、ｎ形かｐ形かの不純物領域を設ける方法には変
わりはない。不純物を添加する方法には従来からイオン
注入法や拡散法等がある。イオン注入法では、同一の注
入設備を使用してｎ形やｐ形不純物の注入も可能であ
る。且つ注入時に敢えて被注入体の温度を上昇させる必
要もないため拡散法に比較すれば工程的に簡便である。
また、不純物の濃度分布も加速電圧等の最適化により容
易に精密に制御できる利点があり、プロセス工程上、簡
便さをもたらす。

【００２１】上部クラッド層にイオン注入を施すには特
殊な方法は必要はない。ｎ形の上部クラッド層に対して
はｐ形不純物を注入する領域をｎ形の不純物注入領域よ
り下部に配置する。ｐ形の上部クラッド層についてはｎ
形不純物を注入する領域をｐ形不純物注入領域より下部
に配置する。上部クラッド層と同一の電導形を呈する不
純物注入領域を上部クラッド層の表面側に配置させるの
は、動作電流の拡散を促進するためである。また、上部
クラッド層上に載置する電極の接触抵抗を減ずるためで
ある。上部クラッド層の電導形と反対の電導形の不純物
領域をより深部に設けるのは動作電流のＡｌＧａＩｎＰ
発光層への直接的な流通を阻止し、発光面積の拡大を図
るためである。この様な電流阻止の機能を果たす領域を
上部クラッド層の表面側に設けると、電極の抵抗の増大
を招くなど好ましくない。

【００２２】注入時のイオンの加速電圧（加速エネルギ
ー）を適宣、調節すれば不純物が注入される深さを制御
できる。即ち、加速電圧の大小により注入イオンの濃度
が最も高い（ピーク濃度）上部クラッド層の表面からの
深さ（ピーク位置）を制御できる。注入するイオン種が
同一の場合、加速エネルギーが大きい程、ピーク位置は
クラッド層表面から深くなる。加速エネルギーが一定の
時は原子量が小さいイオン種程ピーク位置は深くなる。
よって、或る電導形を呈するイオン注入領域に対する別
の電導形のイオン注入領域の相対位置を調節するには、
注入イオンの原子量を勘案した上で、加速エネルギーを
相対的に調節すれば良い。

【００２３】上部クラッド層の膜厚が比較的厚い場合、
通常のイオン注入条件下ではイオンを層の深部に到達さ
せるに難が生ずる場合がある。この場合はイオンのチャ
ネリング（例えば「半導体イオン注入技術」（昭和６１
年７月３１日初版産業図書（株）発行）、２６頁）が生
ずる条件下で注入すれば良い。ピーク（最高）濃度はイ
オンの注入量（ドーズ量）を加減すれば調整できる。ド
ーズ量を多くする程一般にピーク濃度は高くできる。

【００２４】イオンを注入する際のドーズ量は被注入
体、即ち上部クラッド層の注入領域に於けるキャリア濃
度の最高値は被注入体のキャリア濃度以上とし、且つ２
×１０¹⁹ｃｍ^-3以下となる様に調節する。イオンを注入
するに際しては、上部クラッド層が元来有するキャリア
濃度以上のキャリア濃度が得られる様に図る。イオン注
入を施しても、上部クラッド層が元来有するキャリア濃
度以上のキャリア濃度が得られないと電流を阻止する或
いはまた電極のオーミックコンタクトを容易にするなど
の効果が得られない。逆にキャリア濃度が２×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3を越えると被注入体の格子間隔等に変化を来たし、
結晶性を悪化させる。従って、上部クラッド層にイオン
注入する際のドーズ量は上部クラッド層の元来のキャリ
ア濃度以上で２×１０¹⁹ｃｍ^-3以下のキャリア濃度が得
られる様に設定する。この様な注入イオンに対するドー
ズ量の設定方法はｎ形イオン、ｐ形イオン、即ちドナー
不純物イオンとアクセプター不純物イオンに拘らず共通
である。

【００２５】イオン注入領域に於けるキャリア濃度の分
布には特に制限はない。例えば、ドナー或いはアクセプ
ター不純物の単段のイオン注入では、一般的には図７に
示す様な正規分布状のキャリア濃度分布が得られる。ま
た、加速電圧に変化をもたせ多段にイオン注入を施すと
図８の様に、各々の加速電圧に対応した正規分布状のキ
ャリア濃度が合成された比較的平坦なキャリア濃度の分
布を得ることも可能である。更に、加速電圧とドーズ量
を互いに逆比例の関係を保持しながらイオン注入を施す
と、即ち加速電圧を低く設定した場合にはドーズ量を多
くすると図９に示す単調減少のキャリア濃度分布が得ら
れる。この場合は被注入体の表面から深部に向かって徐
々に加速電圧を上昇させ、加速電圧の増加に対応してド
ーズ量を減少させている。キャリア濃度の分布の形状如
何に拘らず、イオン注入領域に於ける最高のキャリア濃
度とは、最大のキャリア濃度を指す。

【００２６】III−Ｖ族化合物半導体にとって、ドナー
として働く不純物には元素周期律表の第IV族元素である
Ｓｉの他、第VI族のＳやＳｅなどがある。一方、アクセ
プター不純物には、第II族のＺｎやＭｇなどが挙げられ
る。これらの不純物の中から適当な不純物を選択し、組
み合わせて注入すれば良い。例えば、ｐ形クラッド層に
本発明に係わる注入加工を施すのにドナー不純物として
Ｓを、アクセプター不純物としてＭｇを選択することも
できる。この場合、クラッド層はｐ形であるからＳの注
入領域をＭｇの注入領域よりも深く位置させるために、
双方の不純物の注入加速エネルギーを調整する。

【００２７】不純物を注入する領域については、上部ク
ラッド層の表面側に位置する上部イオン注入領域を常に
同層のより深部に位置させる下部イオン注入領域の面積
以上とする。上部クラッド層表面近傍の上部イオン注入
領域がより深部のそれに比較して面積が小さいと、単に
オーミック性の不良をもたらすのみではなく発光領域の
減少も来す。上部クラッド層の深部に位置させる下部イ
オン注入領域は動作電流の発光層への短絡的な流入を防
止する電流阻止層の役目を果たすものである。従って、
電流阻止層を上部クラッド層の全面に亘る領域に存在さ
せると発光は得られない。上部クラッド層内の深部に設
ける下部イオン注入領域は電極形成領域とほぼ相似形の
領域とすれば良く、しかも電極が形成される領域の直下
に相当する位置に設ける。

【００２８】一方、上部クラッド層の表面側に設ける上
部イオン注入領域は上部クラッド層表面の全域に亘って
も構わない。クラッド層の表面側のイオン注入は同層上
に設ける電極のオーミック性の改善や動作電流を一様に
分散させる電流拡散層の役目を得るものであるから、ク
ラッド層表面近傍に一様なキャリア濃度と深さに設ける
のが良い。

【００２９】上部クラッド層の特定領域にイオンを注入
するには先ず、一般的なフォトレジスト剤、ＳｉＯ₂ 等
の酸化膜やＳｉＮ等の窒化膜、或いはそれらを組み合わ
せたマスク材料クラッド層の表面を被膜する。被膜後、
通常のフォトリソグラフィー法により、パターニングす
る。このパターニングによりイオンを注入する領域に在
る被膜を除去する。クラッド深部に設ける下部イオン注
入領域は入力電極を形成する領域の直下に相当する領域
に位置する様にパターニングする。然る加工を施した
後、露出した上部クラッド層の表面に選択的にイオン注
入する。

【００３０】上部クラッド層の表面側の特定の領域にイ
オンを注入する場合にあっても、前項に記載の如くのパ
ターニングを施した後、注入すれば良い。上部クラッド
層の表面近傍の全面にイオン注入領域を形成する際に
は、パターニングをする必要はない。

【００３１】イオン注入法では、適当な不純物を注入し
たのみではｎ形或いはｐ形の電導性は得られない。注入
した不純物を電気的に活性化してこそｎ形或いはｐ形電
導を呈する層が得られる。注入不純物は通常、被注入体
のアニールにより活性化される。例えば上部クラッド層
として利用されるＡｌＧａＩｎＰ等の III−Ｖ族化合物
半導体に注入されたＺｎやＭｇの活性化に要するアニー
ル温度は総じて、６００℃〜７００℃程度である。一
方、ｎ形の不純物であるＳｉ注入イオンの活性化温度は
通常、７５０〜８５０℃である。ＳやＳｅの活性化温度
は概ね７００℃前後である。従って、例えばｐ形不純物
としてＭｇを、ｎ形不純物としてＳを選択すると活性化
のためのアニール温度が統一され、同一温度で同時に双
方の注入イオンを活性化でき、アニール工程の簡略化が
もたらされ便利である。

【００３２】本発明に依れば上部クラッド層の内部に電
流を阻止する機能をもったｐ／ｎ接合を設けることがで
きる。また、本発明によるイオン注入法に依れば、従来
の電流拡散層の役目を果たす導電層をも上部クラッド層
の表面近傍に設けられる。即ち、同一の機能を備えるに
は従来は少なくとも個別に３層を堆積する必要があった
が、本発明によるイオン注入加工を上部クラッド層に施
せば、上部クラッド層１層のみでそれらの機能を達成す
ることができる。しかも、上部クラッド層の内部に電流
阻止層を設ければ、従来とは異なり電流阻止層の形成に
伴う、上に凸な結晶面をもたらさない。即ち、プレーナ
状態で電流阻止層や電流拡散層が形成でき、従来にない
プレーナ形のＡｌＧａＩｎＰ等から構成されるＬＥＤが
提供できる。

【００３３】

【作用】電流阻止と電流拡散の機能を唯一の層内に形成
でき、ＬＥＤ構造の簡略化がもたらされる。

【００３４】（実施例１）本発明を実施例を基に詳細に
説明する。図１は本発明により作製したＬＥＤの平面模
式図である。図２は図１に示す破線Ａ−Ａ’に沿った断
面の模式図である。本実施例に示すＬＥＤは主に（Ａｌ
_xａ1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐ（ｘ、ｙは各々、組成比を示
す。）から構成したものである。基板（１０１）にはＺ
ｎドープのｐ形ＧａＡｓ単結晶を用いた。結晶基板（１
０１）の表面にはＺｎをドーピングした厚さ２μｍのｐ
形ＧａＡｓ緩衝層（１０２）を堆積した。緩衝層のキャ
リア濃度は２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。ＧａＡｓ緩衝層
（１０２）上には下部クラッド層として厚さ０．８μｍ
のｐ形（Ａｌ_0.6ａ_0.4 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐ層（１０３）
を堆積した。ｐ形の下部クラッド層（１０３）のキャリ
ア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。下部クラッド層（１
０３）の上部にはｐ形のＡｌＧａＩｎＰからなる発光層
（１０４）を堆積した。発光層のキャリア濃度は１×１
０¹⁷ｃｍ^-3とした。Ａｌ組成（ｘ）は０．４９に、混晶
比（ｙ）は０．５０に各々設定した。発光層（１０４）
の膜厚は約０．２μｍとした。これらの層は全てＭＯＣ
ＶＤ法で成長させた。成長温度は７２０℃とした。ｐ形
の（Ａｌ_0.6 Ｇａ_0.4 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐ下部クラッド層
（１０３）及びｐ形の発光層（１０４）はＺｎのドーピ
ングにより得た。

【００３５】ｐ形発光層（１０４）の上にはｎ形の（Ａ
ｌ_0.6 Ｇａ_0.4 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐ上部クラッド層（１０
５）を堆積した。ｎ形の上部クラッド層（１０５）の膜
厚は０．６μｍとした。ｎ形の（Ａｌ_0.6 Ｇａ_0.4 ）
_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐ上部クラッド層（１０５）もＭＯＣＶＤ
法により温度７２０℃で成長させた。ｎ形の上部クラッ
ド層（１０５）のキャリア濃度は約１×１０¹⁸ｃｍ^-3と
した。このキャリア濃度はＳｉのドーピングにより得
た。

【００３６】上部クラッド層（１０５）を成長させた
後、ＭＯＣＶＤ成長用炉内で室温近傍の温度に至る迄冷
却した。冷却後、炉内よりウエハを取り出した。その
後、ｎ形の上部クラッド層（１０５）の表面を一般的な
フォトレジスト材で被覆し、公知のフォトリソグラフィ
ー技術を利用してパターニングした。パターニングの平
面形状は図１に示す電極形状と相似とした。

【００３７】パターニングにより選択的に露出させた一
つのｎ形の上部クラッド層（１０５）の表面から、原子
量が２４であるＭｇのイオンを注入した。即ち、電極形
状と相似形に露出させたクラッド層（１０５）の表面か
ら選択的にＭｇイオンを注入し、ｐ形を呈するイオン注
入領域（１０６）を形成した。注入時の加速電圧は３６
０ｋＶとし、ドーズ量は４×１０¹³ｃｍ^-2とした。この
注入により上部クラッド層（１０５）の電極の直下に相
当する領域に於いて、表面から深さ約０．４μｍの位置
で約２×１０¹⁸ｃｍ^-3のピーク濃度を有するｐ形注入領
域を形成した。これにより、ｎ形の上部クラッド層（１
０５）と深部のＭｇイオン注入領域とで電流阻止の機能
を果たすｐ／ｎ接合を形成した。

【００３８】Ｍｇイオンを注入した後、上部クラッド層
（１０５）の表面を選択的に被覆していたフォトレジス
ト材を剥離した。次に、原子量が３２のＳイオンを上部
クラッド層の全面に亘り注入した。加速エネルギーは２
５０ＫｅＶとし、ドーズ量は３×１０¹³ｃｍ^-2とした。
これによりピーク位置が上部クラッド層（１０５）の表
面から約０．２μｍで、キャリア濃度が約３×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3のｎ形の注入領域（１０７）を形成した。従って、
ｐ形のイオン注入領域（１０６）のピーク濃度位置は、
ｎ形の注入領域（１０７）のそれより約０．２μｍだけ
クラッド層（１０５）のより深部に位置することとなっ
た。上記のＳイオンの注入に於いても加速エネルギーを
調節すれば不純物イオンの注入の深さを調節できる。ｐ
形並びにｎ形のイオン注入領域（（１０６）及び（１０
７））に於けるキャリア濃度はほぼ正規分布曲線状であ
って、最終的に得られた上部クラッド層（１０５）の表
面から緩衝層（１０２）に至るキャリア濃度の分布は図
３に示す如くとなった。同図に示す如く、ｐ形イオン
（アクセプターイオン）とｎ形イオン（ドナーイオン）
が注入された領域（（１０６）及び（１０７））に於い
て、キャリア濃度は上部クラッド層（１０５）の元来の
キャリア濃度以上で且つ２×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の範囲に
納まっていた。

【００３９】入力側電極（１０８）は表面近傍にｎ形注
入領域（１０７）を含む上部クラッド層（１０５）上に
形成した。電極（１０８）は図１に示す如く直径１５０
μｍの円筒状電極と幅が約２５μｍで、長さが約２５０
μｍの長方形からなる十字電極を組み合わせたものであ
る。従って、電流阻止の役目を果たすｐ形のイオン注入
領域（１０６）もこれと相似である。また、入力電極
（１０８）はｐ形イオン注入領域（１０６）の直上に、
注入領域（１０６）と電極（１０８）の形成領域が合致
する様に設けた。電極（１０８）の材質はＡｕ・Ｇｅ合
金とした。一方、出力側の電極（１０９）は基板（１０
１）の裏面全面に形成した。基板としてｐ形のＧａＡｓ
を使用したため出力電極（１０９）はＡｕ・Ｚｎ合金で
構成した。

【００４０】（実施例２）Ｓｉドープのｎ形ＧａＡｓ単
結晶基板（１０１）上には、Ｓｉをドーピングした厚さ
２μｍのｎ形ＧａＡｓ緩衝層（１０２）を堆積した。緩
衝層のキャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。ＧａＡ
ｓ緩衝層（１０２）上には下部クラッド層として厚さ
０．８μｍのｎ形（Ａｌ_0.6 Ｇａ_0.4 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐ
層（１０３）を堆積した。ｎ形の下部クラッド層（１０
３）のキャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。下部ク
ラッド層（１０３）の上部にはｎ形のＡｌＧａＩｎＰか
らなる発光層（１０４）を堆積した。ｎ形発光層のキャ
リア濃度は３×１０¹⁶ｃｍ^-3とし、膜厚は約０．２μｍ
とした。Ａｌ混晶比ｘは０．４９に、混晶比（ｙ）は
０．５０に各々設定した。これらの層は全てＭＯＣＶＤ
法で成長させた。成長温度は７２０℃とした。ｎ形のＡ
ｌＧａＩｎＰ下部クラッド層（１０３）及びｎ形の発光
層（１０４）はＳｉのドーピングにより得た。

【００４１】ｎ形発光層（１０４）の上にはｐ形の（Ａ
ｌ_0.6 Ｇａ_0.4 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐ上部クラッド層（１０
５）を堆積した。ｐ形の上部クラッド層（１０５）の膜
厚は０．６μｍとした。ｐ形の上部クラッド層（１０
５）もＭＯＣＶＤ法により温度７２０℃で成長させた。
ｐ形の上部クラッド層（１０５）のキャリア濃度は約１
×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。このキャリア濃度はＺｎのドー
ピングにより得た。

【００４２】パターニングにより選択的にその表面を露
出させたｐ形の上部クラッド層（１０５）に原子量が３
２であるＳの２価イオンを選択注入し、上部クラッド層
（１０５）の内部にｎ形を呈するイオン注入領域（１０
６）を形成した。原子価が２価のＳイオンを選択的に注
入した領域は図１に示した電極形状と相似形とした。注
入時の加速エネルギーは４００ｋｅＶとし、ドーズ量は
３×１０¹³ｃｍ^-2とした。この注入により上部クラッド
層（１０５）の電極の直下に相当する領域に於いて同層
の表面から深さ約０．４μｍの位置で約１．５×１０¹⁸
ｃｍ^-3のピーク濃度を有するｎ形注入領域を形成した。
これにより、ｐ形の上部クラッド層（１０５）と深部に
介在させたこのＳイオン注入領域とで電流阻止の機能を
果たすｐ／ｎ接合を形成した。得られた断面構造は図２
と同一である。

【００４３】Ｓイオンを注入した後、上部クラッド層
（１０５）の表面にＺｎイオンを注入した。Ｚｎイオン
は、電極形成領域と相似の領域にのみ注入された上記の
Ｓイオンとは異なり、上部クラッド層（１０５）の表面
全体に注入した。電極を形成する領域は図１に示す様に
上部クラッド層（１０５）の表面の一部の領域であるた
め、Ｓイオン注入領域（１０７）に比較しＺｎイオン注
入領域（１０６）は広くなっている。Ｚｎイオンの注入
加速エネルギーは２００ＫｅＶとし、ドーズ量は２×１
０¹³ｃｍ^-2とした。これによりピーク位置がｐ形の上部
クラッド層（１０５）の表面から約０．２μｍで、キャ
リア濃度が約３×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ形の注入領域（１０
７）を形成した。従って、ｐ形のイオン注入領域（１０
７）のピーク濃度位置は、ｎ形の注入領域（１０６）の
それより約０．２μｍだけ、上部クラッド層（１０５）
のより表面側に位置することとなった。図４にイオン注
入後の上部クラッド層（１０５）の表面から深さ方向の
キャリア濃度分布を示す。同図に示す如く、ｐ形イオン
（アクセプターイオン）とｎ形イオン（ドナーイオン）
が注入された領域（（１０６）及び（１０７））に於い
て、キャリア濃度は上部クラッド層（１０５）の元来の
キャリア濃度以上で且つ２×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の範囲に
納まっていた。

【００４４】実施例１及び２に記載の方法により作成し
たＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、チップ（３５０μｍ×３
５０μｍ□）の全面でほぼ均一な発光が確認された。

【００４５】

【発明の効果】構造が簡略化でき且つ発光面積の拡大を
もたらす効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの平面模
式図である。

【図２】図１の平面模式図の線Ａ−Ａ’に沿った断面の
模式図である。

【図３】実施例１に係わるＬＥＤ構造の電極形成領域に
於ける深さ方向のキャリア濃度の分布を示す図である。

【図４】実施例２に係わるＬＥＤ構造に電極形成領域に
於ける深さ方向のキャリア濃度の分布を示す図である。

【図５】従来からの一般的なＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの断
面構造の例を示す図である。

【図６】電流阻止層を含んだ従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥ
Ｄの断面構造の例を示す図である。

【図７】単段のイオン注入によるキャリア濃度の分布の
一例を示す模式図である。

【図８】多段のイオン注入によるキャリア濃度の分布の
一例を示す模式図である。

【図９】加速電圧とドーズ量を相互に変化させてイオン
注入を施した場合のキャリア濃度の分布の一例を示す模
式図である。

【符号の説明】

（１０１）結晶基板（１０２）緩衝層（１０３）下部クラッド層（１０４）発光層（１０５）上部クラッド層（１０６）アクセプターイオン注入領域（１０７）ドナーイオン注入領域（１０８）入力電極（１０９）出力電極（１１０）ＧａＡｓ基板（１１１）ＧａＡｓ緩衝層（１１２）ブラッグ反射（ＤＢＲ）層（１１３）下部クラッド層（１１４）ＡｌＧａＩｎＰ発光層（１１５）上部クラッド層（１１６）電流拡散層（１１７）入力電極（１１８）出力電極（１１９）電流阻止層（１２０）キャリア濃度の分布曲線（１２１）キャリア濃度の最高値

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐ層を発
光層として含むダブルヘテロ構造を有する発光ダイオー
ドに於いて、該発光層とヘテロ接合している上部クラッ
ド層のドナー不純物またはアクセプター不純物がイオン
注入されてなることを特徴とする化合物半導体発光ダイ
オード。
【請求項２】ｎ形の上部クラッド層にあっては、アク
セプター不純物がイオン注入されてなる領域をドナー不
純物が注入されてなる領域より下部に存在させてなる請
求項１に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３】ｐ形の上部クラッド層にあっては、ドナ
ー不純物がイオン注入されてなる領域をアクセプター不
純物が注入されてなる領域より下部に存在させてなる請
求項１に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項４】イオンが注入されてなる領域の最高のキ
ャリア濃度は被注入体のキャリア濃度以上で２×１０¹⁹
ｃｍ^-3以下である請求項１〜３に記載の化合物半導体発
光ダイオード。
【請求項５】クラッド層のより下部に配置させるイオ
ン注入領域の面積は、該層のより表面側に存在する上部
イオン注入領域の面積以下である請求項１〜４に記載の
化合物半導体発光ダイオード。
【請求項６】クラッド層内の上部イオン注入領域上に
電極が形成されてなる請求項１から５に記載の化合物半
導体発光ダイオード。