JPH0818100A

JPH0818100A - 化合物半導体発光ダイオード

Info

Publication number: JPH0818100A
Application number: JP14349994A
Authority: JP
Inventors: Takashi Udagawa; 隆宇田川
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】動作電流を発光領域に広く拡散させる電流阻
止の機能をプレーナ構造をもって付与する。【構成】電流拡散層と接合させるクラッド層内にクラ
ッド層の電導形とは逆の電導形をもたらす不純物をイオ
ン注入した領域を設ける。【効果】発光領域が拡大され且つ動作信頼性も向上す
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）に関し、特に電流拡散層と接合させるク
ラッド層の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＥＤは表示装置、光通信機器等に広く
用いられている。ＬＥＤには発光波長によって種々の化
合物半導体材料が使用される。例えば、赤外ＬＥＤには
ＧａＡｓ、可視赤色ＬＥＤにはＡｌＧａＡｓ、可視緑色
ＬＥＤにはＧａＰなどの材料が使用されている。また、
最近では高輝度の橙色、黄色または緑色ＬＥＤ材料とし
てＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＰの４つの元素からなるＡｌＧ
ａＩｎＰ４元混晶が利用されている。

【０００３】図６に従来のＡｌＧａＩｎＰ４元混晶を母
体材料とするＬＥＤの構造の一例を模式的に示す。基板
結晶（３０１）の直上には緩衝層（３０２）やブラッグ
反射層（３０３）（ＤＢＲ層と称す。）、或いはその双
方が設けられる。図６は緩衝層（３０２）とＤＢＲ層
（３０３）の双方を順次堆積した例を示す。ＤＢＲ層
（３０３）の上にはクラッド層（３０４）を設ける。ク
ラッド層（３０４）の上部には発光層（３０５）を設け
る。発光層（３０５）の上には更にクラッド層（３０
６）を堆積する。クラッド層は発光をもたらす電子や正
孔を発光層（３０５）に閉じ込め、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６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（３０４）を下部クラッド、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
（３０６）を上部クラッド層と称す。上部クラッド層
（３０６）の上には母体材料に流通させる電流を均一に
分散させるための電流拡散層（３０７）が設けられるの
が一般的である。電流拡散層（３０７）の上には入力電
極（３０８）が、基板結晶（３０１）の裏面には出力電
極（３０９）が形成されている（特開平４−２１２４７
９参照）。

【０００４】図６に示す様なＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ用途
材料を構成する各層の電導形は、使用する基板結晶（３
０１）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（３０２）若
しくはＤＢＲ層（３０３）から下部クラッド層（３０
４）及び発光層（３０５）迄をｐ形とする。その場合、
上部クラッド層（３０６）及び電流拡散層（３０７）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（３０２）若しくはＤＢＲ層（３０３）か
ら下部クラッド層（３０４）及び発光層（３０５）迄を
ｎ形とし、上部クラッド層（３０６）及び電流拡散層
（３０７）はｐ形とするのが一般的である。これは発光
させるためのｐ／ｎ接合を得るための措置である。従来
からクラッド層の電導形に関係なく、即ちｎ形、ｐ形に
拘らず、クラッド層は唯一の単一の層で構成されてい
た。従来は上部クラッド層（３０６）が数層からなる積
層構造から構成されることはなかった。

【０００５】電流拡散層（３０７）は前述の如くｎ形或
いはｐ形とする。電流拡散層（３０７）の電導形は直下
に在る上部クラッド層（３０６）の電導形と同一とす
る。従って、上部クラッド層（３０６）がｎ形であれば
電流拡散層（３０７）もｎ形とする。電流拡散層（３０
７）は入力電極（３０８）から供給される電流を効率良
く分散させ、発光層（３０５）に均一に電界を拡散させ
る役目を担っている。従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは
ＡｌＧａＩｎＰやＡｌＧａＡｓなどで電流拡散層（３０
７）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。例えば、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ緑色ＬＥＤ用途の材料では、ＡｌＧａＡｓ電流拡散層
（３０７）を設けた例があるが、その膜厚は概ね１０μ
ｍ程度である。

【０００６】一方、液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法で
成長できる材料から構成される旧来のＬＥＤにあって
は、数〜数十μｍの電流拡散層（３０７）が備えられて
いる。ＡｌＧａＩｎＰを発光層（３０５）とするＬＥＤ
にあっても、同程度の厚さの電流拡散層（３０７）が入
力電流を均一に分散させる上で好ましい。しかし、Ａｌ
ＧａＩｎＰを発光層（３０５）とするＬＥＤ用途のダブ
ルヘテロ構造を構成する各層は、実用上の成長上の容易
さや生産性の面から従来よりＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥや
ＯＭＶＰＥ法とも称される。）法で成長させている。Ｍ
ＯＣＶＤ法はＬＰＥ法の如く数十μｍから数百μｍ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。

【０００７】電流拡散層は通常、上部クラッド層を構
成する半導体材料よりも小さなバンドギャップを有する
材料から構成される。即ち、上部クラッド層を構成する
半導体材料のバンドギャップは電流拡散層のバンドギャ
ップより大きくなっている。従って、電流拡散層の膜厚
が動作電流を発光層全面に拡散させるに充分でない場
合、上部クラッド層を構成する半導体材料のバンドギャ
ップの高さが災いし、電極抵抗を充分に低減できない等
の欠点を招いていた。この様な場合、入力抵抗を減少さ
せ、例えば順方向電圧を低減させるには電流拡散層と上
部クラッド層とのヘテロ接合界面でのバンドギャップの
不連続性を低減する必要がある。また、最近では薄い電
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電流阻止層を設け
ることが考えられている（例えば、日経エレクトロニク
ス、Ｎｏ．５９３、１９９３．１０．６０頁）。図７に
電流阻止層（３１０）を有するＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ用
途の従来の構造例を示す。この電流阻止層（３１０）は
入力電極（３０８）より供給される入力電流が短絡的に
発光層（３０５）に流入するのを防止し、発光層（３０
５）の全面に亘り電流の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（３１０）には高抵抗の
層であって、ｎ形の電流拡散層（３０７）にあってはｐ
形層、ｐ形の電流拡散層（３０７）はｎ形の層が使用さ
れる。電流阻止層（３１０）に電流拡散層（３０７）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
って電流が阻止できるからである。

【０００８】入力電極（３０８）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流
入し易い。何故ならば電流は電極との距離が短い部位に
流入し易いからである。従って、電流阻止層（３１０）
は電極を形成する領域の直下にある上部クラッド層（３
０４）の領域のみに設けられる（例えば、「東芝レビュ
ー」第４７巻、８号（１９９２）、６５１〜６５４
頁）。しかし、上部クラッド層（３０４）の内部に電流
阻止層（３１０）を設けた例はない。従来の電流阻止層
の形成方法は、先ず上部クラッド層迄の層を成長させた
後、一旦電流阻止層をクラッド層の全面に成長させる。
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。電流阻止層として残存させた層は上に凸
となり、従って残存させた電流阻止層上に堆積させる電
流拡散層もその領域に限り上に凸となり、電流拡散層の
表面はその全体に亘り平坦とはならない。

【０００９】電流阻止層は電極の直下に相当する領域に
電極形状と同形になる様に残存させるが、ＬＥＤの電極
形状には様々な形状がある。例えば、円形の中心電極と
そこから十字形に四方に延びる方形の電極とを合わせ持
った電極などが代表的な電極構造である。図８にその電
極の平面模式図を示す。この電極形状と相似形の領域に
のみ電流阻止層をメサエッチング等により残存させる訳
であるが、図８に示す十字形の電極のメサエッチングに
よる断面の形状は電極の形成方向に依存して異なってく
る。通常では、十字形をなす形成する互いに直交する方
形の電極は＜０バー１１＞及び＜０バー１バー１＞結晶
軸に沿って形成される。＜０バー１１＞に平行に形成さ
れた方形電極の断面は逆メサ形状となる。一方、＜０バ
ー１バー１＞に沿って形成された方形電極の断面は順メ
サ形状となる。

【００１０】上部クラッド層上に残存した電流阻止層
（６０１）上に電流拡散層（６０３）を堆積する場合、
順メサ断面上では堆積層が間隙なく堆積する。反対に逆
メサの断面上へ堆積する場合には逆メサの底部と堆積層
との間に間隙ができ易い。この様子を模式的に図９に示
す。この様な間隙はＬＥＤの動作に於いて信頼性の低下
をもたらす。従って、電流阻止の機能を備える層を設け
ることによって逆にＬＥＤの動作信頼性を損なう結果を
もたらしていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】電流拡散層を設けるに
あっても、同層が比較的薄い場合は前述の様に上部クラ
ッ層とのバンドギャップの不連続の高さが入力抵抗の増
大をもたらす結果を招く。従って、ＬＥＤの順方向電圧
の低減等の特性の向上を果たすには、このバンドギャッ
プの不連続性を緩和する積層構成が必要である。また、
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
ゆるプレーナ形となっておれば、電流阻止層上に堆積す
る電流拡散層との間隙も生じない利点が生まれる。しか
し、従来から電流阻止層を設けながらこの様なプレーナ
形の構成を持ったＡｌＧａＩｎＰ等のＬＥＤは未だ知ら
れていない。

【００１２】上部クラッド層を従来の如く単一のバンド
ギャップを有する半導体材料から構成するのではなく、
バンドギャップを互いに異にする半導体材料の積層から
構成し、その積層方法を工夫することにより入力抵抗を
減じ、順方向電圧の低下を果たすこともできる。また、
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。しかも、上部クラッド層の内部に電流阻止の機能
を果たす部位が設けられれば、従来の如く電流阻止層を
敢えて設ける専用の特殊な工程も必要が無くなり、工程
的にも簡便となる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は化合物半
導体からなる発光層とクラッド層とのダブルヘテロ接合
を備えてなる発光ダイオードに於いて、上部クラッド層
を第一のバンドギャップを有する第一のクラッド層と、
第一のバンドギャップより小さい第二のバンドギャップ
を有する第二の半導体層を順次積層した積層構造から化
合物半導体発光ダイオードを構成する。また、上部クラ
ッド層とする積層構造を構成なる半導体層の内、少なく
とも一つの半導体層にはイオンが注入された領域を内在
させる。この場合、ｎ形の上部クラッド層を得るために
積層させるｎ形の半導体層の内少なくとも一つの半導体
層には、ｐ形を呈する不純物をイオン注入した領域を含
むものとする。逆に、ｐ形の上部クラッド層を構成する
ｐ形の半導体層の少なくとも一つの半導体層には、ｎ形
を呈する不純物をイオン注入した領域を含むものとる。
この様なイオン注入領域を含む半導体層を積層して上部
クラッド層を形成することにより、電流阻止の機能を簡
便に付加したプレーナ形のＬＥＤを提供することができ
る。

【００１４】本発明で言う積層構造からなる上部クラッ
ド層は、上部クラッド層として必要とされる膜厚の何分
の一かの膜厚を有する半導体層を積層すればできる。例
えば、所望の膜厚の１／２の厚さの半導体層を２層積層
すれば、結果として所望の膜厚を有する積層構造からな
る上部クラッド層が得られる。ＡｌＧａＩｎＰ４元混晶
を発光層とするＡｌＧａＩｎＰＬＥＤでは、クラッド層
はＡｌＧａＩｎＰやＡｌＩｎＰなどで構成される。従っ
て、積層によりクラッド層を得る場合にあっても、積層
させる各層はこれらの半導体材料から構成すれば良い。
但し、本発明では上部クラッド層はバンドギャップの異
なる半導体材料の積層から構成する。例えば、ｐ形の
（Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐ発光層の直上に、
先ず第一のクラッド構成層としてｎ形の（Ａｌ_0.7 Ｇａ
_0.3 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐ層を堆積する。この第一のクラッ
ド構成層は発光層をなす４元混晶層に比較し、よりバン
ドギャップの大きな半導体材料である。発光層への発光
の『閉じ込め』のためである。第一のクラッド構成層の
上には、第二のクラッド構成層として第一のクラッド層
よりバンドギャップの小さい半導体層を形成する。例え
ば、第一のクラッド構成層よりもＡｌ組成を小さくした
（Ａｌ_0.6 Ｇａ_0.4 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐから構成する。こ
の場合、第一と第二のクラッド構成層のバンドギャップ
差は約０．０６ｅＶとなる。バンドギャップを異にする
半導体材料を積層して上部クラッド層を構成する場合に
は、発光層の直上にはクラッド構成層の内最もバンドギ
ャップの高い層を配置し、表面側に向かって順次バンド
ギャップが小さい層を積層する。この様にクラッド層を
配置すれば、発光層より電極が形成される表面側にバン
ドギャップが漸次縮小されたバンド構造を形成できる。
よって、クラッデング効果と同時に順方向電圧の低下等
のＬＥＤ特性の向上がもたらされる。

【００１５】上部クラッド層をバンドギャップを異にす
る複数の半導体層を積層させて構成するに際しては、さ
らに電流が拡散するのを阻止する効果を期待して、積層
構造にはイオン注入された領域を備えた層を介在させ
る。イオン注入された領域を介在させる一つの方法は、
先ず発光層上に上部クラッド層を構成する一つの層を第
一のクラッド層として発光層上に形成する。この第一の
層を形成した後、同層の表面をフォトレジスト剤やＳｉ
Ｏ₂ 等の酸化膜やＳｉＮ等の窒化膜、或いはそれらを組
み合わせたマスキング材料で被覆する。被覆後、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。イオン注入をする領域は入力電極を形成する
領域の直下に相当する部分である。然る加工を施した
後、表面を露出させた第一のクラッド層に不純物イオン
を注入する。

【００１６】注入するイオン種は上部クラッド層を構成
する層の電導形と反対の電導形を与える不純物から選択
する。例えば、上部クラッド層がｎ形のＡｌＧａＩｎＰ
層である場合にあっては、ｐ形のＡｌＧａＩｎＰを与え
る不純物を注入する。ｐ形のＡｌＧａＩｎＰを与える不
純物には、元素周期律表の第II族に属するＺｎ、Ｍｇ、
Ｃｄなどが挙げられる。一方、上部クラッド層がｐ形の
半導体である場合は、ｎ形の不純物を注入する。例えば
ＡｌＧａＩｎＰにｎ形として作用する不純物には第IV族
のＳｉや第VI族のＳやＳｅなどがある。

【００１７】イオン注入後、第一クラッド層の表面を被
覆していた被覆材を除去し、同層上に上部クラッド層を
構成する第２の層を堆積する。第２の層の電導形も第一
の層と同一とする。例えば、第一の層がｎ形であれば、
第２の層もｎ形とする。積層させて上部クラッド層を形
成する場合、各層の電導形を統一する。電導形を異にす
るのは積層を構成する或る層のイオン注入領域のみであ
る。

【００１８】イオン注入された領域を含む第一の層と、
その上に第２の層を堆積させ上部クラッド層となすこと
により、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。しかも、本発
明による方法に依れば、従来のクラッド層の上部に設け
た電流阻止層とは異なり、上に凸の形状をもたらさな
い。即ち、プレーナ状態で電流拡散層が設けられ、従来
にないプレーナ形の電流阻止層を備えたＡｌＧａＩｎＰ
等からなるＬＥＤが提供できる。

【００１９】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形の
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せる。例えば、ＺｎやＭｇ
の活性化に要するアニール温度は６００℃〜７００℃程
度である。この温度はＭＯＶＰＥ法でＡｌＧａＩｎＰ４
元混晶を成長させるに要する温度とほぼ同一である。従
って、例えばＭｇをイオン種として選択すると、Ｍｇイ
オンが注入された層の上に第２の層を堆積する際に、第
一の層を成長温度に保持しておけば、第２の層の堆積中
に自ず活性化される利点がある。即ち、注入されたＭｇ
イオンを活性化するために敢えてアニール処理を施す必
要がなくなり、ＬＥＤ製造工程の簡略化がもたらされ
る。

【００２０】いくつかの層を積層させて全体として上部
クラッド層を形成する場合、積層する層の数には限定は
ない。イオンを注入された領域を含む層の数にも限定は
ない。イオン注入領域を有する層を連続して複数層設け
ても良い。イオン注入領域を連続して複数の層に亘り設
けるには、先ず必要数の層を積層しておく。次に積層さ
れた層の最表層からイオン注入を施す。注入イオンが到
達する表面からの深さは注入時の加速電圧に比例して増
大する。従って、最表層から何層目迄にイオン注入を施
すかを勘案し、加速電圧を調整すれば良い。図１０にク
ラッド層上に最初に５層を積層し、次のこの５層の最表
層表面からイオンを注入した後、更に３層を積層したク
ラッド層の構造断面図を例示する。最初に堆積した５層
の半導体材料はその後に堆積した３層とはバンドギャッ
プを異にしている。最初に堆積した５層はその後に堆積
した３層よりもバンドギャップが高い半導体材料から構
成されている。図１０の例は最初に積層した５層の最表
層から３層目迄に注入イオンが到達する様に注入した例
である。イオン注入された領域（７０２）とその周囲の
クラッド層を形成している構成層（７０１）との電導形
は逆であり、よってｐ／ｎ接合による電流阻止層がプレ
ーナ形で構成されている。

【００２１】ＧａＩｎＰ３元混晶やＡｌＧａＩｎＰ４元
混晶を発光層とするＬＥＤでは、クラッド層を構成する
各層はＡｌＧａＩｎＰから構成する。但し、クラッド層
を構成するために積層する各層は必ずしも同一である必
要はなく、例えば（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y ＰのＡ
ｌやＩｎの混晶比（ｘ及びｙ）が異なる層を積層させて
も良い。

【００２２】クラッド層を構成する各層はＭＯＣＶＤ
法、ＭＢＥ法や他の成長方法に依っても構わない。クラ
ッド層を積層により形成する場合には、構成する各層の
膜厚については必要とするクラッド層全体の膜厚を勘案
し決定すれば良い。例えば、全体として５μｍのクラッ
ド層が必要で、それを５層の積層により得る場合には、
積層する各層の膜厚を１μｍと等しくしても良い。或い
は、３層の積層をもって全体の厚さが３μｍのクラッド
層を発光層上に設ける場合、例えばクラッド層を構成す
る発光層直上の第１の層を１μｍとし、第１の層上に堆
積する第２の層を０．５μｍとし、クラッド層の最表層
とする第３の層を１．５μｍとしても良い。この場合、
第２の層にイオン注入加工を施せばクラッド層の内部に
平坦な電流阻止層が形成される。クラッド層を構成する
各層の膜厚は必ずしも同一とする必要はない。

【００２３】本発明に係わるクラッド層を備えた材料か
らＬＥＤを作成するには特別な手法は要しない。従来の
プロセス手法によって素子化すれば事足りる。

【００２４】

【作用】上部クラッド層のバンドギャップ差を緩和する
構造とすることにより、順方向電圧の適正化をはかる。
また、電流阻止層をプレーナ化でき、電流阻止層を備え
たプレーナ形のＬＥＤをもたらす。

【００２５】

【実施例】

（実施例１）本発明を実施例を基に詳細に説明する。図
１は本発明に係わるＡｌＧａＩｎＰＬＥＤ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。基板（１０１）にはＺｎドープのｐ形Ｇ
ａＡｓ単結晶を用いた。基板結晶（１０１）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２×１
０¹⁸ｃｍ^-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_0.6 Ｇ
ａ_0.4 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐ層（１０３）を堆積した。この
下部クラッド層（１０３）は積層構造ではなく単層で構
成し、その内部に電流阻止層を設けなかった。ｐ形の下
部クラッド層（１０３）のキャリア濃度は１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3とした。下部クラッド層（１０３）の上部にはｐ形
の（Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐからなる厚さが
約０．２μｍの発光層（１０４）を堆積した。発光層
（１０４）のキャリア濃度は７×１０¹⁶ｃｍ^-3とした。
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。ｐ形の下部クラッド層（１０３）及
びｐ形の発光層（１０４）はＺｎのドーピングにより得
た。

【００２６】ｐ形発光層（１０４）の上には上部クラッ
ド層（１０５）を構成する第一の層として、ｎ形の（Ａ
ｌ_0.7 Ｇａ_0.3 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐ上部クラッド構成層
（１０５ａ）を堆積した。上部クラッド構成層（１０５
ａ）の膜厚は０．４μｍとした。次に、膜厚が０．４μ
ｍのｎ形（Ａｌ_0.6 Ｇａ_0.4 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐ層を、第
二のクラッド構成層（１０５ｂ）として第一のクラッド
構成層（１０５ａ）上に設けた。これら第一及び第二の
クラッド構成層（１０５ａ及び１０５ｂ）を積層して、
全体の膜厚が０．８μｍのｎ形の上部クラッド層（１０
５）を形成した。ｎ形の上部クラッド層（１０５）を構
成するｎ形の各構成層（１０５ａ及び１０５ｂ）もＭＯ
ＣＶＤ法により温度７２０℃で成長させた。ｎ形のクラ
ッド構成層（１０５ａ及び１０５ｂ）のキャリア濃度は
約２×１０¹⁸ｃｍ^-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。

【００２７】積層により構成したｎ形上部クラッド層
（１０５）の上部には、ｎ形のＡｌ_0. ₇ Ｇａ_0.3 Ａｓか
らなるコンタクト層（１０７）を形成した。コンタクト
層（１０７）のキャリア濃度は２×１０¹⁸ｃｍ^-3とし
た。膜厚は６μｍとした。コンタクト層（１０７）の上
部には、Ａｕ・Ｇｅ合金からなる入力電極（１０８）を
設けた。入力電極（１０８）は図１に示した平面形状と
した。基板結晶（１０１）の裏面側の出力電極（１０
９）は、Ａｕ・Ｚｎ合金から構成した。然る後にチップ
化し、ＬＥＤチップを得た。

【００２８】（実施例２）実施例２によるＬＥＤの断面
模式図を図４に示す。Ｚｎをドープしたｐ形ＧａＡｓ基
板（１０１）上に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_0.6 Ｇａ_0.4 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐ層（１０
３）を堆積した。この下部クラッド層（１０３）は積層
構造ではなく単層で構成し、その内部に電流阻止層を設
けなかった。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（Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 ）_0.5 Ｉｎ
_0.5 Ｐからなる発光層（１０４）を堆積した。発光層
（１０４）のキャリア濃度は８×１０¹⁶ｃｍ^-3とした。
膜厚は０．２μｍとした。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。ｐ形の下
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。

【００２９】ｐ形発光層（１０４）の上には上部クラッ
ド層（１０５）を構成する第一のクラッド構成層（１０
５ａ）として、ｎ形の（Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 ）_0.5 Ｉｎ
_0.5 Ｐ層を堆積した。第一の層はＳｉドープ、膜厚は
０．４μｍとし、キャリア濃度は約２×１０¹⁸ｃｍ^-3と
した。

【００３０】第一のクラッド構成層（１０５ａ）の成長
が終了した時点で、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、炉内よりウエハを一旦
取り出した。その後、ｎ形の第一クラッド構成層（１０
５ａ）の表面を一般的な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。

【００３１】パターニングにより選択的に露出させた一
つのｎ形のクラッド構成層（１０５ａ）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構成層（１０５ａ）の
表面近傍に選択的にＭｇイオンを注入し、イオン注入領
域（１０６）を形成した。注入時の加速電圧は１８０ｋ
Ｖとし、ドーズ量は６×１０¹³ｃｍ^-2とした。この注入
によりクラッド構成層（１０５ａ）の電極形状と相似の
領域に於いて、層の表面から深さ約０．２μｍの位置で
約２×１０¹⁷ｃｍ^-3のピーク濃度を有するｐ形のイオン
注入領域（１０６）を形成した。これにより、ｎ形のク
ラッド構成層（１０５ａ）の内部に電流阻止の機能を果
たすｐ／ｎ接合を形成した。

【００３２】Ｍｇイオンを注入した後、再度ウエハをＭ
ＯＣＶＤ炉内に載置し、温度７２０℃に加熱し、２０分
間に同温度に保持した。これは第一のクラッド構成層
（１０５ａ）に注入されたＭｇイオンを電気的に活性化
させるためである。その後、上部クラッド層の第二のク
ラッド構成層（１０５ｂ）として、第一のクラッド構成
層（１０５ａ）上にｎ形（Ａｌ_0.6 Ｇａ_0.4 ）_0.5 Ｉｎ
_0.5 Ｐ層を堆積した。第二のクラッド構成層（１０５
ｂ）の膜厚は０．４μｍとし、キャリア濃度はＳｉドー
ピングにより２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。ｎ形の第一及び
第二のクラッド構成層（１０５ａ及び１０５ｂ）の積層
により、合計の膜厚が０．８μｍのｎ形の上部クラッド
層（１０５）を形成した。上記第一及び第二のクラッド
構成層（１０５ａ及び１０５ｂ）のバンドギャップの差
は室温で約０．０６ｅＶとなった。

【００３３】ｎ形上部クラッド層（１０５）の表面をな
す第二のクラッド構成層（１０５ｂ）上にはｎ形Ａｌ
_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓコンタクト層（１０７）を成長させ
た。膜厚は６μｍとし、キャリア濃度はＳｉドーピング
により２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。図５に発光層（１０
４）からＡｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓコンタクト層（１０７）
に至るバンドギャップの変化を示す。

【００３４】入力側電極（１０８）はｎ形のＡｌ_0.7 Ｇ
ａ_0.3 Ａｓコンタクト層（１０７）上に形成した。入力
側電極（１０８）は図３に示す如く直径１５０μｍの円
形電極と、幅が約２５μｍで長さが約２５０μｍの長方
形からなる十字電極の組み合わせにより構成した。第一
のクラッド構成層（１０５ａ）の内部に形成したイオン
注入領域（１０６）は、この電極（１０８）の形状と相
似とした。また、入力電極（１０８）は、ｎ形上部クラ
ッド構成層（１０５ｂ）内に設けたｐ形のイオン注入領
域（１０６）の直上に、形状が相似形となる様に設け
た。電極（１０８）の材質はＡｕ・Ｇｅ合金とした。一
方、出力側の電極（１０９）は基板結晶（１０１）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、ＬＥＤとなした。

【００３５】（実施例３）次に、ｎ形ＧａＡｓ基板を使
用し、Ｓｉをイオン注入した実施例を示す。Ｓｉをドー
プしたｎ形ＧａＡｓ基板（１０１）上に、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ｎ形（Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 ）_0.5
Ｉｎ_0.5 Ｐ層（１０３）を堆積した。この下部クラッド
層（１０３）は積層構造ではなく単層で構成し、その内
部に電流阻止層を設けなかった。ｎ形の下部クラッド層
（１０３）のキャリア濃度は２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。
下部クラッド層（１０３）の上部にはｎ形の（Ａｌ_0.5
Ｇａ_0.5 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐからなる膜厚が０．２μｍの
発光層（１０４）を堆積した。発光層（１０４）のキャ
リア濃度は３×１０¹⁶ｃｍ^-3とした。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。

【００３６】ｎ形発光層（１０４）の上には上部クラッ
ド層（１０５）を構成する第一のクラッド構成層（１０
５ａ）としてｐ形のＡｌ_0.52Ｉｎ_0.48Ｐ層を堆積した。
この層の膜厚は０．４μｍとし、キャリア濃度は約２×
１０¹⁸ｃｍ^-3とした。

【００３７】第一のクラッド構成層（１０５ａ）の成長
が終了した時点で、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、炉内よりウエハを一
旦、取り出した。その後、ｐ形の第一クラッド構成層
（１０５ａ）の表面を一般的な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。

【００３８】パターニングにより選択的に露出させた一
つのｐ形のクラッド構成層（１０５ａ）の表面から原子
量が２８であるＳｉ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構成層（１０５ａ）の
表面近傍に選択的にＳｉイオンを注入し、イオン注入領
域（１０６）を形成した。注入時の加速電圧は２８０ｋ
Ｖとし、ドーズ量は４×１０¹³ｃｍ^-2とした。この注入
によりクラッド構成層（１０５ａ）の電極形状と相似の
領域に於いて、表面から深さ約０．２５μｍの位置で約
１×１０¹⁸ｃｍ^-3のピーク濃度を有するｎ形のイオン注
入領域を形成した。これにより、ｐ形のクラッド構成層
（１０５ａ）の内部に電流阻止の機能を果たすｐ／ｎ接
合を形成した。

【００３９】Ｓｉイオンを注入した後、再度、ウエハを
ＭＯＣＶＤ炉内に載置し温度７８０℃に加熱し、１５分
間に同温度に保持した。これは第一のクラッド構成層
（１０５ａ）に注入されたＳｉイオンを電気的に活性化
させるためである。その後、第一のクラッド構成層（１
０５ａ）上に、上部クラッド層の第二のクラッド構成層
（１０５ｂ）としてｐ形（Ａｌ_0.6 Ｇａ_0.4 ）_0.5 Ｉｎ
_0.5 Ｐ層を堆積した。第二のクラッド構成層（１０５
ｂ）の膜厚は０．４μｍとし、キャリア濃度はＺｎドー
ピングにより２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。ｎ形の第一及び
第二のクラッド構成層（１０５ａ及び１０５ｂ）の積層
により、合計の膜厚が０．８μｍのｐ形の上部クラッド
層（１０５）を形成した。上記第一のクラッド構成層
（１０５ａ）の室温でのバンドギャップは約２．５１ｅ
Ｖで、第二のクラッド構成層（１０５ｂ）の室温でのバ
ンドギャップは約２．３６ｅＶである。従って、第一の
クラッド構成層（１０５ａ）のバンドギャップは第二の
クラッド構成層（１０５ｂ）のそれより約約０．１５ｅ
Ｖ高くなった。

【００４０】ｐ形上部クラッド層（１０５）の表面をな
す第二のクラッド構成層（１０５ｂ）上には、ｐ形Ａｌ
_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓコンタクト層（１０７）を成長させ
た。膜厚は６μｍとし、キャリア濃度はＳｉドーピング
により２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓ
コンタクト層（１０７）の室温でのバンドギャップは約
２．３７ｅＶである。

【００４１】入力側電極（１０８）はｐ形のＡｌ_0.7 Ｇ
ａ_0.3 Ａｓコンタクト層（１０７）上に形成した。入力
側電極（１０８）は図３に示す如く直径１５０μｍの円
形電極と、幅が約２５μｍで長さが約２５０μｍの長方
形からなる十字電極の組み合わせにより構成した。第一
のクラッド構成層（１０５ａ）の内部に形成したｎ形の
電導を呈するイオン注入層の領域（１０６）はこの入力
電極（１０８）の形状と相似とした。また、入力電極
（１０８）はイオン注入領域（１０６）の直上で、且つ
イオン注入領域（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・
Ｚｎ合金とした。一方、出力側の電極（１０９）は基板
結晶（１０１）の裏面全面に形成した。基板としてｎ形
のＧａＡｓを使用したため、出力電極（１０９）はＡｕ
・Ｇｅ合金で構成し、ＬＥＤとした。ＬＥＤの断面構造
は図４に示したのと同様である。

【００４２】この様に作成したＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの
入力電極（１０８）と出力電極（１０９）間に電圧を印
荷してＬＥＤを動作させた結果、ＬＥＤチップ（３５０
μｍ×３５０μｍ□）内の発光面積が拡大しているのが
確認された。また、従来の様な非プレーナ形の電流阻止
層を備えたＡｌＧａＩｎＰＬＥＤとの比較に於いても、
従来のＬＥＤの欠点とされていた信頼性の不十分さも克
服されることが判明した。これは、本発明による方法で
は、プレーナ形の電流阻止層が形成できるため、従来の
様に電流阻止層とそれを被覆する層との間に上述の加工
による段差に基づく間隙が発生しないため、間隙間で発
生する信頼性を損なう不用意な放電等が生じないことに
主に起因していた。

【００４３】

【発明の効果】発光面積を拡大し、ＡｌＧａＩｎＰＬＥ
Ｄの動作信頼性を向上させる効果がある。

【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２に係わるＬＥＤの平面模式図である。

【図４】実施例２に係わるＬＥＤの断面模式図である。

【図５】実施例２の構造に於ける各層のバンドギャップ
の変化を示す図である。

【図６】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７】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８】一般的なＬＥＤの電極の形状を示す図である。

【図９】断面が逆メサ形状となる場合に発生する間隙を
模式的に示す図である。

【図１０】イオン注入領域を含む積層構造から構成され
るクラッド層の断面模式図である。

【符号の説明】

（１０１）単結晶基板（１０２）緩衝層（１０３）下部クラッド層（１０４）発光層（１０５）上部クラッド層（１０５ａ）第一のクラッド構成層（１０５ｂ）第二のクラッド構成層（１０６）イオン注入領域（１０７）コンタクト層（１０８）入力電極（１０９）出力電極（３０１）ＧａＡｓ基板（３０２）ＧａＡｓ緩衝層（３０３）ブラッグ反射層（ＤＢＲ）（３０４）下部クラッド層（３０５）ＡｌＧａＩｎＰ発光層（３０６）上部クラッド層（３０７）電流拡散層（３０８）入力電極（３０９）出力電極（３１０）電流阻止層（５０１）円形電極（５０２）方形電極（６０１）逆メサ断面を有する電流阻止層（６０２）間隙（６０３）電流拡散層（７０１）クラッド構成層（７０２）イオン注入領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化合物半導体からなる発光層とクラッド
層とのダブルヘテロ接合を備えてなる発光ダイオードに
於いて、クラッド層が第一のバンドギャップを有する第
一の半導体層と、第一のバンドギャップより小さい第二
のバンドギャップを有する第二の半導体層の積層構造か
ら構成されてなる化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２】クラッド層の少なくとも一つの半導体層
が、イオン注入された領域を含むことを特徴とする請求
項１に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３】ｎ形のクラッド層が、少なくとも一つの
ｐ形を呈するイオンが注入された領域を有する積層構造
から構成されている請求項１または２に記載の化合物半
導体発光ダイオード。
【請求項４】ｐ形のクラッド層が、少なくとも一つの
ｎ形を呈するイオンが注入された領域を有する積層構造
から構成されている請求項１または２に記載の化合物半
導体発光ダイオード。