JPH0997920A

JPH0997920A - ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0997920A
Application number: JP25395895A
Authority: JP
Inventors: Shigetaka Murasato; 茂隆村里; Yasuyuki Sakaguchi; 泰之坂口
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】高輝度で低ＶＦ特性を有し、長時間使用して
も輝度劣化の少ない高性能なＡｌＧａＩｎＰ４元混晶の
発光ダイオードを得る。【解決手段】高温で完全に格子整合させた状態で良質
なエピタキシャル成長結晶を作る。エピタキシャル成長
温度で格子整合するようなＩｎ混晶比を選択する。

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
ードにかかわり、特に発光効率の高い黄色ないし橙色の
発光を呈する（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐ４元混晶
ダブルヘテロ構造を有する半導体発光ダイオードに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】化合物半導体基板上に形成したエピタキ
シャル成長層を利用した発光ダイオード（Light Emitti
ng Diode：ＬＥＤ）は、低消費電力、長寿命、高発光効
率、高信頼性が得られる等の特徴を有しており、各種表
示装置用光源として広く利用されている。特に、ＬＥＤ
は近年屋内使用から屋外使用へと利用範囲を拡大してき
ている。これは、小型高効率といった従来の利点に加
え、断線がないこと、発光波長領域が狭いので視認性が
高いなどのためである。ＬＥＤの使用による安全性の向
上という点からも、従来の電球による表示に比べてＬＥ
Ｄによる表示の優位性が一般にも理解された結果であろ
う。しかし、屋外でのＬＥＤの利用を制限するものとし
て、現状では表示色が少ないこと、赤色よりも短波長領
域での輝度の不足が挙げられる。各種の III−Ｖ族化合
物半導体のうち、ＧａＡｓ単結晶基板上にエピタキシャ
ル成長させた、これと格子整合する（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）
_y Ｉｎ_1-y Ｐ４元混晶は、直接遷移型でしかも最大のバ
ンドキャップエネルギーを有するため、緑色から赤色の
範囲にわたり高輝度の発光が得られるので利用範囲が急
速に拡大し、各種のＬＥＤ発光構造が多数提案されてい
る。

【０００３】図１０に従来のＡｌＧａＩｎＰ４元ダブル
ヘテロ（ＤＨ）構造を有するＬＥＤの一例を示す。図中
１はＧａＡｓ基板、２はバッファー層、５〜７はＡｌＧ
ａＩｎＰＤＨ構造部分、９はコンタクト層、１０及び１
１は電極である。このような構造のＬＥＤにおいて、上
クラッド層７は活性層６よりもバンドギャップエネルギ
ー差を大きくするため、Ａｌ濃度を高くする必要があ
る。Ａｌ濃度が高くなるとキャリア濃度を高くすること
ができず、電気抵抗が高くなり、上クラッド層７におけ
る電流の拡がりが小さく、電極１０の直下のみが発光領
域となり、結果として発光効率を高めることができな
い。発光効率を高めるため図９に示すようにバッファ層
２と下クラッド層５との間に多層のブラッグ反射層３を
入れる試みもなされている。

【０００４】電極からの注入電流を拡散させるために、
上クラッド層７の厚さを厚くすることも考えられる。こ
の場合、ＡｌＧａＩｎＰ材料は熱伝導率が悪く、厚膜に
することによって結晶品質が低下する。また、クラッド
層の不純物として拡散性の高いものを使用した場合に
は、活性層６への不純物の拡散が起こり、素子特性の低
下を引き起こす。さらには結晶品質の上からエピタキシ
ャル成長速度が制限され、経済的に不利である等の欠点
が指摘され、上クラッド層７を厚くすることは困難であ
るとされている（特開平３−１７１６７９参照）。ま
た、クラッド層を厚くする場合はモビリティーの大きな
ｎ型のＡｌＧａＩｎＰとすればよりことが提案されてい
る（J. Appl. Phys. Vol.76 No.1 Sep.1994 p.2603 参
照）。

【０００５】電極からの注入電流を拡散させる方法とし
てダブルヘテロ構造と上部電極との間にＧａＡｌＡｓか
らなる電流拡散層を設ける方法が提案されている（特開
平４−２１２４７９参照）。その構造を図９に示す。電
流拡散層は発光波長に対して透明な材料とするため、バ
ンドギャップエネルギーを大きくし、キャリア濃度を５
×１０¹⁷ｃｍ^-3以上とし、厚さは５〜３０μｍ以上とす
るのが良いとされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＬＥＤでは屋外での使用等の高輝度を要求される用途に
対して、十分満足のいく輝度は達成されていない。ここ
で輝度とは発光強度に比例し、視覚による影響を加味し
た値である。また、ヘテロ接合面の増加により素子抵抗
が高くなり高い作動電圧が要求されたり、電流拡散層が
高Ａｌ濃度であるため素子の劣化が起こる等の問題点を
抱えている。高輝度が得られない原因は、ダブルヘテロ
接合発光構造部分の格子整合が得られておらず、しかも
多くのヘテロ接合面を抱えているため良質のエピタキシ
ャル成長層が得られていない為であると推察される。従
来から（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_yＩｎ_1-y Ｐ４元混晶は、ｙ
＝０．５の時ＧａＡｓ基板と格子整合するとされてきた
が、どのようにして格子整合させるかについては何ら提
案されていない。基板として使用するＧａＡｓ結晶の室
温での格子定数は０．５６５３３ｎｍであり、エピタキ
シャル成長温度である例えば７８０℃では０．５６８０
４ｎｍであり、０．４８％も変化している。一方クラッ
ド層として使用される（Ａｌ_0.7 Ｇａ_0. ₃ ）_0.5 Ｉｎ
_0.5 Ｐの室温での格子定数は０．５６６４０ｎｍで、７
８０℃では０．５６８３７ｎｍとなり０．３４８％増加
する。従って基板とクラッド層との格子不整合度は、室
温では０．１９％、７８０℃では０．０５８％となる。
このように一見格子整合しているように見える（Ａｌ_x
Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐエピタキシャル成長層でも、な
おかなりの格子不整合度を有している。本発明者らの詳
細な検討の結果、常温での格子整合もさることながら、
エピタキシャル成長温度で格子整合させることがより重
要であることが判明した。エピタキシャル成長時に構成
整合していれば良質の成長結晶が得られ、たとえ常温ま
で降温して結晶格子に歪が発生したとしても輝度に影響
を与えるほどではなく、結果として高輝度が達成される
こととなる。

【０００７】さらに、良質のエピタキシャル成長層が得
られれば、上クラッド層中での電流拡散が良好となり、
敢えて電流拡散層なる特別な層を設けなくても良くな
り、ヘテロ接合界面も減ることから素子抵抗が低くな
り、作動電圧（ＶＦ特性）も低くて良いこととなる。ま
た、Ａｌ濃度の高いエピタキシャル成長層を使用しなけ
れば素子の劣化の問題も解消し、信頼性の高い素子が得
られることとなる。本発明の目的は、高温での格子整合
を取ることにより、従来困難とされていた上部クラッド
層の厚膜化を達成し、もって高輝度、低作動電圧、高信
頼性のＬＥＤを得ようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では基板としてｐ型ＧａＡｓ単結晶を使用
し、この基板の上に（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐか
らなるダブルヘテロ接合発光構造の発光部を有し、該ダ
ブルヘテロ接合発光構造の各層がエピタキシャル成長温
度で格子整合しており、かつ上クラッド層として厚さ３
〜１０μｍのｎ型（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐ層を
具備した構造を採用することとした。この構造とするこ
とにより、波長５５０〜６５０ｎｍの領域で高輝度低作
動電圧で、寿命が長く高信頼性の発光素子を得ることが
できる。

【０００９】先ず、本発明の最も重要な要件であるダブ
ルヘテロ（ＤＨ）接合発光構造部分の格子整合について
説明する。基板であるＧａＡｓ結晶の物性は広く知られ
ているが、ダブルヘテロ接合をする（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）
_y Ｉｎ_1-y Ｐ４元混晶の物性は明らかにされていない、
ＡｌＧａＩｎＰはＡｌＰ、ＧａＰ、ＩｎＰの混晶である
から、これらの物性から４元混晶の物性を推計すること
ができる。既知の結晶の物性値は表１に示すとおりであ
る。

【００１０】

【表１】

【００１１】これらのデータを基に（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）
_y Ｉｎ_1-y Ｐ４元混晶の格子定数と線膨張係数を推計す
る。（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐの組成式を変形す
ることにより（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐ＝Ａｌ_xyＧａ_(1-x)yＩｎ_(1-y) Ｐ‥‥（１）となり、この混晶はＡｌＰ、ＧａＰ、ＩｎＰをそれぞれ
ｘｙ、（１−ｘ）ｙ、（１−ｙ）ずつ含むことになるか
ら、常温における格子定数ａ_roomはそれぞれの結晶の格
子定数を加重平均して、ａ_room＝0.54625 ｘｙ＋ 0.54512（１−ｘ）ｙ＋ 0.58688（１−ｙ）［ｎｍ］‥‥‥‥‥‥‥‥（２）線膨張係数β_epi はそれぞれの線膨張係数を加重平均し
て β_epi ＝4.20ｘｙ＋5.91（１−ｘ）ｙ＋4.56（１−ｙ）［×１０^-6／Ｋ］‥‥‥‥‥‥‥‥（３）となる。このようにして混晶比ｘ，ｙが定まれば、（Ａ
ｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐ４元混晶の常温における格
子定数ａ_roomと０〜７００Ｋにおける線膨張係数β_epi
を推計することができる。

【００１２】次にエピタキシャル成長温度をＴ℃とした
とき、成長温度と室温とにおける温度差はΔＴとなり、
エピタキシャル成長温度における４元混晶の格子定数ａ
_T と基板の格子定数ｓ_T はそれぞれａ_T ＝ａ_room（１＋β_epi ・ΔＴ） ‥‥‥‥‥‥‥（４）ｓ_T ＝ｓ_room（１＋β_sub ・ΔＴ） ‥‥‥‥‥‥‥（５）となる。ここでβ_epi は前出の（３）式によるエピタキ
シャル成長層の線膨張係数、β_sub は基板（例えばＧａ
Ａｓ）の線膨張係数である。

【００１３】上記の（２）式ないし（５）式を使用すれ
ば、混晶比ｘ，ｙを有する４元混晶のエピタキシャル成
長温度Ｔ℃における格子定数ａ_T を推計することができ
る。Ｔ℃における格子定数ａ_T が定まればＴ℃における
格子不整合度Δａを推計することができる。ここである
温度での基板の格子定数をｓ、４元混晶の格子定数をａ
とすれば、格子不整合度Δａは次式（６）で定義する。 Δａ＝（ｓ−ａ）／ｓ×１００（％） ‥‥‥‥‥‥（６）今、基板としてＧａＡｓ結晶、（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉ
ｎ_1-y Ｐ４元混晶のエピタキシャル成長温度を７８０℃
とした時、公知の４元混晶の室温とエピタキシャル成長
温度における格子不整合度Δａ_room、Δａ_epi は以下の
表２のとおりになる。

【００１４】

【表２】

【００１５】表２に示すとおり、公知のＡｌＧａＩｎＰ
４元混晶は、室温では０．１４〜０．１９％の格子不整
合度を有し、エピタキシャル成長時にもなお０．０３９
〜０．０５８％の格子不整合度を有している。例えば、
電流拡散層として使用されているＡｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐや
Ｇａ_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐでは、格子不整合度は一層拡大した
ものとなっている。このようにエピタキシャル成長温度
で格子不整合度の大きな結晶のヘテロ接合面を多数用い
ている公知のＡｌＧａＩｎＰ４元混晶ＬＥＤでは、ヘテ
ロスパイクが大きくなるため、高輝度が達成されない原
因になっていると考えられる。エピタキシャル成長時に
おける格子不整合は極力避けねばならない。

【００１６】次に、エピタキシャル成長温度で格子整合
させる方法について説明する。まず、Ａｌの混晶比はＡ
ｌＧａＩｎＰ４元混晶のバンドギャップエネルギーを決
めるので、作成した結晶のフォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）による発光波長測定から、目的のバンドギャップエ
ネルギーを与える混晶比に調整することができる。Ｇａ
Ａｓ（１００）基板を用いた場合について、目標とする
発光波長に対する活性層のＡｌ混晶比ｘとバンドギャッ
プエネルギーＥ_g を表３に示す。

【００１７】

【表３】

【００１８】上記に従って目標とする発光波長に対応す
る活性層のＡｌ混晶比ｘを選定する。ＡｌＧａＩｎＰ４
元混晶のバンドギャップエネルギーはＡｌの混晶比ｘと
共に増加し、ｘ＝０．７以上では間接遷移領域に入るの
で、ｘ＝０．７が上限となる。ｘ＝０はＧａＩｎＰ混晶
であり、発光波長は６５０ｎｍ（赤）となる。ｘ＝０．
７では発光波長は５５０ｎｍ（緑）となる。

【００１９】クラッド層のバンドギャップエネルギーは
活性層よりも大きくする必要がある。なぜならば、クラ
ッド層のバンドギャップエネルギーが活性層のバンドギ
ャップエネルギーよりも小さいと、キャリアのバンド間
の遷移により発光に対して吸収体として作用するように
なるからである。クラッド層によるキャリアの閉じ込め
効果を考えると、クラッド層のバンドギャップエネルギ
ーは、室温でのＬＥＤの使用を前提とすると、活性層の
バンドギャップエネルギーよりも少なくとも０．１ｅＶ
以上大きくする必要がある。このようにして選定したク
ラッド層のバンドギャップエネルギーを表３に併記す
る。

【００２０】次に、Ｉｎの量により格子定数が決まるの
で、以下の手順に従ってＩｎの混晶比（１−ｙ）を決定
する。一般に０．１μｍ以上の厚さを有するエピタキシ
ャル成長層に対しては、２結晶Ｘ線回折法等で室温にお
けるエピタキシャル成長結晶の格子定数を精密に測定す
ることができる。従って、各種のｘ，ｙに対するエピタ
キシャル成長結晶の格子定数を測定し、これらの値を基
にエピタキシャル成長温度（Ｔ℃）における格子定数を
式（４）に従って推計する。さらに、式（６）からＴ℃
における格子不整合度を求めることができる。このよう
にして求めた値からエピタキシャル成長温度における格
子不整合度が零（完全格子整合）となるような混晶比
ｘ，ｙを選択すれば良い。このようにして室温における
所定の格子不整合度を得るようにＩｎ混晶比（１−ｙ）
を調整するのである。具体的にはエピタキシャル成長温
度における格子整合条件は式（４）及び式（５）からａ_T −ｓ_T ＝ａ_room（１＋β_epi ・ΔＴ）−ｓ_room（１＋β_sub ・ΔＴ）＝０ ‥‥‥‥‥‥‥（７）となる。式（７）において右辺は成長温度、従ってΔＴ
が決まれば既知である。一方ａ_room、ｓ_roomはそれぞれ
式（４）、（５）で与えられ、共にｘ，ｙの関数であ
る。ただしｘは目的のバンドギャプエネルギーからも制
約されるため、結局式（７）はｙについての２次方程式
となる。ｙについての条件式０＜ｙ≦１を満たす解を求
め、再度ｘ，ｙを式（２）に代入すると室温での格子定
数ａ_roomが得られ、つづいて室温での格子不整合度が得
られる。表４はこの手順によって得られたエピタキシャ
ル成長温度７８０℃で厳密に格子整合するＡｌＧａＩｎ
Ｐ４元混晶の室温での格子不整合度を示したものであ
る。

【００２１】

【表４】

【００２２】表４に示した混晶比ｘ，ｙを有する（Ａｌ
_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐ４元混晶を使用してダブルヘ
テロ接合発光構造を作れば、ＧａＡｓ基板とエピタキシ
ャル成長温度で格子整合した良質のエピタキシャル成長
結晶が得られ、高輝度で信頼性の高いＬＥＤとすること
ができる。信頼性に関しては図４に５０ｍＡで通電した
場合の輝度の経時変化を示す。図に示すとおりエピタキ
シャル成長温度で格子整合させたものは、輝度の劣化も
少なく、信頼性に優れたものであることがわかる。表４
ではエピタキシャル成長温度を７８０℃とした場合を示
したが、エピタキシャル成長温度を変えた場合にも同様
にしてエピタキシャル成長温度で格子整合する４元混晶
の結晶組成を選定することが可能である。４元混晶の良
質な結晶を得るにはエピタキシャル成長温度は７３０〜
８３０℃が適当である。この温度範囲では格子不整合度
も僅かに変化するが許容できる範囲である。従ってＩｎ
混晶比（１−ｙ）の範囲は０．５０４５≦（１−ｙ）≦
０．５０９５とする。

【００２３】次に、本発明のＬＥＤに用いるエピタキシ
ャルウエーハの他の構成要件を順を追って説明する。ま
ず、基板としては発光層であるＡｌＧａＩｎＰと格子整
合が得られ、良質の結晶が容易に入手可能な材料とし、
ＧａＡｓを選択する。電気伝導型はｐ型を用いる。ｐ型
基板を用いると基板と反対側は必然的にｎ型となる。ｎ
型ＡｌＧａＩｎＰ結晶の上クラッド層は、不純物濃度を
高くしても良質の結晶を得やすく、同じキャリア濃度に
対してｐ型混晶よりも電子移動度が大きく、低抵抗で電
流の拡散効果の大きな上クラッド層となるからである。
ｐ型ドーパントとしては一般にＺｎが用いられ、キャリ
ア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であることが好ましい。
基板結晶の面方位は（１００）でも良く、または傾斜方
位のものでも良い。

【００２４】基板の上には基板からの不純物の拡散を防
止し、結晶欠陥の影響を排除するために、ＧａＡｓのバ
ッファー層を載置する。厚さは一般的には０．１〜１．
０μｍ、ドーパントとしてＺｎを用いる。キャリア濃度
は一般的には（１〜６）×１０¹⁸ｃｍ^-3である。また、
基板側へ向った光を有効に取出すためＡｌＧａＡｓ多層
構造からなる公知のブラッグ反射層（ＤＢＲ）を使用す
るのは効果がある。

【００２５】上記のとおりエピタキシャル成長温度で格
子整合させた本発明のＡｌＧａＩｎＰ系混晶ダブルへ接
合発光構造の第２の特徴は、その上クラッド層の伝導型
をｎ型とし、かつ層厚を厚くして、ダブルヘテロ接合構
造の上に電流拡散層又はウインド層といった特別な異種
の層を設けないことにある。ダブルヘテロ接合発光構造
各層の厚さは、活性層へのキャリアの閉じ込め効果が高
く、かつ活性層でのキャリアの再結合が大きくなる（す
なわち輝度が高くなる）ように決める。活性層の厚さは
薄くすると内部に注入されたキャリア（電子及びホー
ル）の再結合確立が増加する反面、体積の減少によって
存在できるキャリアの数が減少する。一方、あまり厚く
すると活性層中のキャリアは増加するものの再結合確立
は減少する。従って活性層の厚さは０．１〜１．５μｍ
程度が最適である。

【００２６】一般にダブルヘテロ接合構造のクラッド層
は活性層とのバンドギャップエネルギーによって活性層
中にキャリアを閉じ込める作用をもつ。従ってキャリア
のトンネリングによるすり抜けを防止するために、０．
５〜２μｍ程度の厚さが用いられる。本発明でも下クラ
ッド層の厚さは０．５〜２μｍ程度で良い。本発明では
上クラッド層の厚さを３〜１０μｍ、好ましくは５〜８
μｍと厚くすることを特徴とする。本発明では上クラッ
ド層にｎ型のＡｌＧａＩｎＰを用いたこと、エピタキシ
ャル成長時に完全に格子整合させてあり良質の結晶にな
っていること、さらにヘテロギャップが少ないことか
ら、上クラッド層内における電子の移動度が高く、充分
な電流拡散効果が得られるからである。図５にｐ型Ｇａ
Ａｓ基板を用いてｎ型ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層を用
いたＬＥＤの、上クラッド層の層厚と素子出力との関係
を示す。上クラッド層の層厚の増加とともに出力も徐々
に増加するが、１０μｍ程度で増加は収束する。既存の
ＬＥＤよりも高出力、即ち高輝度が得られるのは厚さが
３〜１０μｍの範囲、より好ましくは５〜８μｍであ
る。

【００２７】ｎ型上クラッド層に使用するｎ型ドーパン
トとしてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ等がある。これらの
うちでＳｉ、Ｇｅは両性不純物であり、成長温度によっ
てはｐ型として作用する。またＳｉは深い準位の不純物
となるため、電気抵抗を低くするために高濃度にドープ
すると発光の吸収を引き起こすようになる。従って、ｎ
型ドーパントとしてはＳｅまたはＴｅ、特にＳｅが好ま
しい。上クラッド層のキャリア濃度としては１×１０¹⁶
ｃｍ^-3〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3、好ましくは３×１０¹⁶ｃｍ
^-3〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3とする。

【００２８】上クラッド層のキャリア濃度を層厚の関数
として変化させるのも有効である。活性層の近くではキ
ャリア濃度を低くし、上部電極近傍ではキャリア濃度を
高くすることにより、活性層の近くでは比抵抗が増し上
部電極近傍では比抵抗が下がるので電極からの注入キャ
リアが拡散し易くなり、活性層へのキャリア注入面積を
増加させて素子の発光効率を増大させる結果となる。

【００２９】上クラッド層のバンドギャップエネルギー
を層厚の関数として変化させるのも有効である。先に述
べたように、活性層のキャリア閉じ込め効果を高めるた
めにはクラッド層のバンドギャップエネルギーは大きい
ほうが良い。しかし、上クラッド層の活性層側から徐々
にバンドギャップエネルギーを減少させることにより、
その上のコンタクト層からのキャリアの注入を効率よく
行うことができる。コンタクト層はオーミック電極を形
成し易くするため、通常バンドギャップエネルギーの小
さな材料（たとえばＧａＡｓ）を用いるが、この結果コ
ンタクト層と上クラッド層との間のバンドギャップエネ
ルギー差が大きくなり、電流の注入効率が阻害される。
そこで発光波長に対して吸収体とならない範囲で、上ク
ラッド層のバンドギャップエネルギーをコンタクト層に
向かって徐々に減少させることにより、コンタクト層と
の界面でのバンドギャップエネルギー差を小さくするこ
とができる。

【００３０】また、上クラッド層のバンドギャップエネ
ルギーを層厚の関数として変化させると、屈折率が変化
することにより表面電極の見込角の減少といった効果も
期待できる。物質の屈折率はそのバンドギャップエネル
ギーにほぼ反比例して減少する。上述のようなバンドギ
ャップエネルギープロファイルを有する上クラッド層で
は、屈折率は活性層側から上部に向かって徐々に増加す
る。この結果、活性層側から上部電極を覗くと光学的最
短線は電極の外側に向かって曲がることになり、上部電
極の見掛けの大きさは実寸よりも小さくなる。従って、
上部電極により覆われる活性層の面積は小さくなる。こ
のような効果は従来はダブルヘテロ接合発光構造の上
に、電流拡散層といった特別な層を設けることにより試
みられていた。しかし、本発明では特別な層を設けるこ
となく、厚さの厚い上クラッド層のみで達成することが
できる。バンドギャップエネルギーを変化させる場合に
はキャリアの閉じ込め効果を確保するために、バンドギ
ャップエネルギーが活性層よりも０．１ｅＶ以上高い領
域が、活性層との界面から少なくとも０．５μｍ以上存
在するようにする必要がある。さらに、バンドギャップ
エネルギー勾配とキャリア濃度勾配とを併用すると双方
の相乗効果が期待できる。このようなバンドギャップエ
ネルギー勾配は、例えばＭＯ−ＣＶＤ法などを利用すれ
ば比較的簡単に、かつ精密に形成することができる。

【００３１】以上のようにして載置した上クラッド層の
上にコンタクト層を介してｎ型オーミック電極を形成す
る。また、ＧａＡｓ基板の表面にはｐ型オーミック電極
を形成してＬＥＤ素子とする。コンタクト層については
その上の金属電極とオーム性接触を取り易いことを目安
に選ぶ。本発明の構造では最適な物質はＧａＡｓであ
り、厚さは０．１〜１μｍあれば良い。キャリア濃度は
１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上が必要である。金属電極はｎ型で
はＡｕ／Ａｕ−Ｇｅ、ｐ型ではＡｕ／Ａｕ−Ｂｅが用い
られる。以上のようにＬＥＤ用ウエーハを構成すること
により、上部電極からの注入電流を充分に拡散させ、効
果的に高い出力、即ち高い輝度の発光素子を得ることが
できる。

【００３２】

【作用】本発明は（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐダブ
ルヘテロ発光構造を有するＬＥＤにおいて、上クラッド
層をｎ型の（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐとし、かつ
エピタキシャル成長温度において格子整合させると共に
厚さを厚くして電流拡散効果を発揮させるようにしたも
のである。エピタキシャル成長温度で格子整合させてい
るため良質の成長結晶が得られ、かつヘテロ接合面の数
を少なくしてあり、しかも層厚を厚くしているので電流
か広く拡散し、輝度を高くすることができる。また、Ｖ
Ｆ特性は低い発光素子とすることができる。

【００３３】

【実施例】次に本発明の実施例を示す。（実施例１）ｐ型ＧａＡｓ基板上に６２０ｎｍの発光層
を持つＡｌＧａＩｎＰダブルヘテロ接合構造を有するＬ
ＥＤを作った。各層の構成を図１に示す。基板１として
はＺｎドープのｐ型ＧａＡｓ単結晶を使用した。キャリ
ア濃度は５．０×１０¹⁸ｃｍ^-3である。面方位は（１０
０）４度ｏｆｆとした。基板上にＭＯＣＶＤを利用して
エピタキシャル層を成長させた。先ず、基板１上にＧａ
Ａｓバッファー層２を成長させた。バッファー層２はＺ
ｎドープでキャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さは
０．５μｍとした。バッファー層２の上に下部反射層３
を積載した。下部反射層の構成はＳｅドープ、厚さ４
１．９ｎｍのＡｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓ層３ａと、Ｓｅドー
プ、厚さ４９．３ｎｍのＡｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層３ｂと
を２５層積層して構成した。キャリア濃度は２層の平均
で１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。

【００３４】次に、（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐダ
ブルヘテロ接合発光構造を形成した。発光波長を６２０
ｎｍとするため、活性層６のバンドギャップエネルギー
をＥ_g ＝２．００ｅＶに設定した。また、下クラッド層
５及び上クラッド層７ではキャリアの閉じ込め効果と発
光に対する透明性を確保するためバンドギャップエネル
ギーは活性層６よりも０．２９ｅＶ大きなＥ_g ＝２．２
９ｅＶに設定した。この結果、各層のＡｌ混晶比ｘは活
性層６ではｘ＝約０．１７、下クラッド層５及び上クラ
ッド層７ではｘ＝約０．７となる。

【００３５】次に、ダブルヘテロ接合発光構造部のエピ
タキシャル成長を７８０℃で行なうこととし、この成長
温度で格子定数がＧａＡｓ基板と完全に整合するように
した。即ち、７８０℃におけるＧａＡｓの格子定数は
５．６８０４Åであるから、ダブルヘテロ接合部の４元
混晶各層の格子定数も５．６８０４Åとなるように、前
述の計算式を用いてｘ、ｙを定めた。前述のバンドギャ
ップエネルギーと上記格子定数の条件を満たすｘ、ｙを
本発明の主旨に従って計算した結果、活性層６の組成は
（Ａｌ_0.1700Ｇａ_0.8300)_0.4946 Ｉｎ_0.5054Ｐ、下クラ
ッド層５及び上クラッド層７の結晶組成は（Ａｌ_0.7000
Ｇａ_0.3000）_0.4920Ｉｎ_o.5080Ｐとなった。上記組成の
結晶が得られるようＭＯＣＶＤ工程の原料ガスの混合比
を制御することにより、結晶の組成を変化させた。原料
ガスとしては、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＤＥＺ
ｎ、アルシン、ホスフィン、セレン化水素を用いた。各
層の伝導型は下クラッド層５はＺｎドープのｐ型、活性
層６はアンドープ、上クラッド層７はＳｅドープのｎ型
とした。また、厚さは下クラッド層５は１μｍ、活性層
６は０．５μｍ、上クラッド層７は３μｍとした。

【００３６】このようにして得られたダブルヘテロ接合
構造各層のキャリア濃度を測定した。キャリア濃度は下
クラッド層５は１×１０¹⁷ｃｍ^-3、活性層６は１×１０
¹⁶ｃｍ^-3、上クラッド層７は３×１０¹⁷ｃｍ^-3であっ
た。キャリア濃度プロファイルを図２に示す。また、バ
ンドギャップエネルギーのプロファイルを図３に示す。

【００３７】さらにダブルヘテロ接合構造の各層の格子
定数を測定し、前述の式（６）に従って格子不整合度を
測定した。その結果、下クラッド層５ではΔａ＝０．１
２％、活性層６ではΔａ＝０．０９％、上クラッド層７
ではΔａ＝０．１０％であり、各層とも従来のものと比
較して格子整合度は格段に向上していた。

【００３８】最後に上クラッド層７の上にＺｎドープの
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層９を厚さ０．３μｍ成長させ
た。キャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。この上に
（Ａｕ−Ｂｅ）／Ａｕを蒸着し、オーミック電極１０を
形成した。また、基板裏面には（Ａｕ−Ｇｅ）／Ａｕで
オーミック電極１１を形成してＬＥＤとした。

【００３９】このようにして得たＬＥＤの特性を評価し
たところ、波長６２０ｎｍ、電流２０ｍＡでの発光出力
は４０ａ．ｕ．(arbitrary unit ：任意単位で特定の測
定器で測定した値）であり、ＶＦ＝１．９５Ｖ、１００
０時間通電後の劣化試験結果では発光強度の劣化は８７
％と良好な値を示した。本実施例１と比較例１とを比べ
ると、ｐ型基板を使用することにより上クラッド層７が
ｎ型となり、電流拡散効果が増大して発光出力が高くな
る。また、本実施例１と比較例３とを比べると、ダブル
ヘテロ接合構造部分の格子整合度は発光強度及び通電に
よる素子の劣化に大きな影響を与えており、成長温度で
の格子整合条件により輝度及び素子としての信頼性が大
きく改善されることが分かる。主な構成要件と素子特性
を表５に一覧として示す。

【００４０】

【表５】

【００４１】（実施例２）発光波長を６５０ｎｍとする
ため、活性層６のバンドギャップエネルギーをＥ_g ＝
１．８９ｅＶに設定した。また、下クラッド層５及び上
クラッド層７ではバンドギャップエネルギーは活性層６
よりも０．２９ｅＶ大きなＥ_g ＝２．２８ｅＶに設定し
た。この結果、各層のＡｌ混晶比ｘは活性層６ではｘ＝
０．０、下クラッド層５及び上クラッド層７ではｘ＝約
０．７となる。エピタキシャル成長を７８０℃で行なう
こととし、この成長温度である７３０℃で格子定数がＧ
ａＡｓ基板と完全に整合するようにした。即ち、前述の
計算式を用いて前述のバンドギャップエネルギーと上記
格子定数の条件を満たすｘ、ｙを本発明の主旨に従って
計算した結果、活性層６の組成はＧａ_0.4955Ｉｎ_0.5045
Ｐ、下クラッド層５及び上クラッド層７の結晶組成は
（Ａｌ_0.7000Ｇａ_0.3000)_0.4920 Ｉｎ_0.5080Ｐとなっ
た。そのほかの条件は全て実施例１と同様にしてＬＥＤ
素子を作った。このようにして得たＬＥＤの特性を評価
したところ、波長６５０ｎｍ、電流２０ｍＡでの発光出
力は４５ａ．ｕ．であり、ＶＦ＝１．８９Ｖ、１０００
時間通電後の劣化試験結果では発光強度の劣化は１１０
％と良好な値を示した。

【００４２】（実施例３）発光波長を５９０ｎｍとする
ため、活性層６のバンドギャップエネルギーをＥ_g ＝
２．１０ｅＶに設定した。また、下クラッド層５及び上
クラッド層７ではバンドギャップエネルギーは活性層６
よりも０．２５ｅＶ大きなＥ_g ＝２．３５ｅＶに設定し
た。この結果、各層のＡｌ混晶比ｘは活性層６ではｘ＝
０．４８００、下クラッド層５及び上クラッド層７では
ｘ＝約１．０となる。エピタキシャル成長を７８０℃で
行なうこととし、この成長温度である８００℃で格子定
数がＧａＡｓ基板と完全に整合するようにした。即ち、
前述の計算式を用いて前述のバンドギャップエネルギー
と上記格子定数の条件を満たすｘ、ｙを本発明の主旨に
従って計算した結果、活性層６の組成は（Ａｌ_0.4800Ｇ
ａ_0.5200)_0.4931 Ｉｎ_0.5069Ｐ、下クラッド層５及び上
クラッド層７の結晶組成はＡｌ_0.4905Ｉｎ_0.50 ₉₅Ｐとな
った。そのほかの条件は全て実施例１と同様にしてＬＥ
Ｄ素子を作った。

【００４３】このようにして得たＬＥＤの特性を評価し
たところ、波長５９０ｎｍ、電流２０ｍＡでの発光出力
は３８ａ．ｕ．であり、ＶＦ＝１．９５Ｖ、１０００時
間通電後の劣化試験結果では発光強度の劣化は８５％と
良好な値を示した。

【００４４】（実施例４）発光波長を５７０ｎｍとする
ため、活性層６のバンドギャップエネルギーをＥ_g ＝
２．１８ｅＶに設定した。また、下クラッド層５及び上
クラッド層７ではバンドギャップエネルギーは活性層６
よりも０．１７ｅＶ大きなＥ_g ＝２．３５ｅＶに設定し
た。この結果、各層のＡｌ混晶比ｘは活性層６ではｘ＝
０．５８００、下クラッド層５及び上クラッド層７では
ｘ＝１．０となる。エピタキシャル成長を７８０℃で行
なうこととし、この成長温度である８３０℃で格子定数
がＧａＡｓ基板と完全に整合するようにした。即ち、前
述の計算式を用いて前述のバンドギャップエネルギーと
上記格子定数の条件を満たすｘ、ｙを本発明の主旨に従
って計算した結果、活性層６の組成は（Ａｌ_0.5800Ｇａ
_0.4200）_0.4926Ｉｎ_0. ₅₀₇₄Ｐ、下クラッド層５及び上ク
ラッド層７の結晶組成はＡｌ_0.4905Ｉｎ_0.5095Ｐとなっ
た。そのほかの条件は全て実施例１と同様にしてＬＥＤ
素子を作った。

【００４５】このようにして得たＬＥＤの特性を評価し
たところ、波長５７０ｎｍ、電流２０ｍＡでの発光出力
は３５ａ．ｕ．であり、ＶＦ＝２．００Ｖ、１０００時
間通電後の劣化試験結果では発光強度の劣化は８３％と
良好な値を示した。

【００４６】（実施例５）上クラッド層７の厚さを３μ
ｍから１０μｍに厚くした以外は、実施例１と同様な構
造とし、エピタキシャル成長温度で完全に格子整合した
ダブルヘテロ接合発光構造と、下部反射層３とを備えた
ＬＥＤとした。このようにして得られたＬＥＤの特性を
評価したところ、波長は６２０ｎｍ、電流２０ｍＡでの
発光出力は４５ａ．ｕ．、ＶＦ＝１．９５Ｖで、実施例
１と比べて出力が一段と向上し、電流拡散効果が増進し
たことが認められた。また１０００時間通電後の劣化も
９０％と良好な結果を示した。

【００４７】（実施例６）実施例５と同じ様な構造と
し、上クラッド層７のバンドギャップエネルギーとキャ
リア濃度を厚さ方向に従って変化させた。実施例５では
上クラッド層７のＡｌ濃度とキャリア濃度はクラッド層
全域にわたってほぼ一定であったが、本実施例ではクラ
ッド層の厚さ方向に従ってＡｌ濃度を減少させ、キャリ
ア濃度を増加させた。すなわち、上クラッド層７の活性
層６との界面近傍では、バンドギャップエネルギーは
２．２９ｅＶ、キャリア濃度は５×１０¹⁶ｃｍ^-3であっ
た。活性層６との界面から０．５μｍの地点ではバンド
ギャップエネルギーは２．２５ｅＶ、キャリア濃度は１
×１０¹⁷ｃｍ^-3であった。また、コンタクト層９との界
面近傍ではバンドギャップエネルギーは２．１ｅＶ、キ
ャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。このようなバ
ンドギャップエネルギー及びキャリア濃度の変化は、Ａ
ｌ組成及びＳｅドープ量の調整によって行なった。

【００４８】この実施例のダブルヘテロ接合発光構造部
のキャリア濃度プロファイルを図６に、バンドギャップ
エネルギープロファイルを図７に示す。その他の構成は
実施例１及び実施例５と同様な構造とし、エピタキシャ
ル成長温度で完全に格子整合したダブルヘテロ接合発光
構造と下部反射層３とを備え、上クラッド層７のバンド
ギャップエネルギーとキャリア濃度が勾配をもったＬＥ
Ｄとした。上クラッド層７の格子不整合度は上クラッド
層７全域にわたって０．１％を示した。このようにして
得られたＬＥＤの特性を評価したところ、波長は６２０
ｎｍ、電流２０ｍＡでの発光出力は５０ａ．ｕ．、ＶＦ
＝１．９５Ｖで、実施例６と比べて出力がさらに向上し
た。また１０００時間通電後の劣化も９２％と良好な結
果を示した。

【００４９】（比較例１）ｎ型基板上に発光波長６２０
ｎｍのＡｌＧａＩｎＰダブルヘテロ発光構造を有する従
来タイプのＬＥＤを形成した。断面構造を図８に示す。
ＧａＡｓ基板１はＳｉドープでキャリア濃度は２．０×
１０¹⁸ｃｍ^-3、面方位は（１００）４度オフであった。
この基板上にＭＯＣＶＤ法によるエピタキシャル成長に
より、成長温度７８０℃で発光構造を形成した。まず、
基板１上にＧａＡｓバッファー層２を成長させた。厚さ
は０．５μｍ、キャリア濃度は１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3で
あった。次に、反射層３を形成した。反射層３の構成は
Ｓｅドープ、厚さ４１．９μｍのｎ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6
Ａｓ層３ａと、Ｓｅドープ、厚さ４９．３μｍのｎ型Ａ
ｌＡｓ層３ｂとを１２層積層させて構成した。キャリア
濃度は２層平均で１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。

【００５０】次に、ＡｌＧａＩｎＰダブルヘテロ発光構
造を形成した。ＡｌＧａＩｎＰダブルヘテロ発光構造部
は発光波長を６２０ｎｍとするため、活性層６のバンド
ギャップエネルギーを２．００ｅＶ、上下クラッド層５
及び７のバンドギャップエネルギーを２．２９ｅＶに設
定した。さらにエピタキシャル成長温度７８０℃で格子
整合するようにＩｎ混晶比を設定したので、活性層６の
結晶組成は（Ａｌ_0.17 ₀₀Ｇａ_0.8300）_0.4946Ｉｎ_0.5054
Ｐ、上下クラッド層５及び７の結晶組成は（Ａｌ_0.7000
Ｇａ_0.3000）_0.4920Ｉｎ_0.5080Ｐとした。この結果、７
８０℃において格子不整合度は零となる

【００５１】下クラッド層５はＳｅドープのｎ型でキャ
リア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さは１μｍとした。活
性層６はアンドープでキャリア濃度は１×１０¹⁶ｃ
ｍ^-3、厚さは０．５μｍとした。上クラッド層７はＺｎ
ドープのｐ型でキャリア濃度は１×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ
は１μｍとした。

【００５２】最後にＺｎドープのｐ型ＧａＡｓのコンタ
クト層９を形成した。キャリア濃度は１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3、厚さは０．３μｍとした。この上に（Ａｕ−Ｂ
ｅ）／Ａｕを蒸着しオーミック電極１０を形成した。ま
た基板１に裏面には（Ａｕ−Ｇｅ）／Ａｕ金属でオーミ
ック電極１１を形成した。

【００５３】このようにして得たＬＥＤの特性を評価し
たところ、発光波長６２０ｎｍ、電流２０ｍＡでの発光
出力は１２ａ．ｕ．、ＶＦ＝１．９５Ｖ、５０ｍＡで１
０００時間通電試験後の輝度は、当初の輝度の８８％に
低下していた。

【００５４】（比較例２）比較例１において、ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ上クラッド層７の厚さを１μｍと薄くし、その
上にＺｎドープのｐ型Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓからなる電
流拡散層８を形成した。キャリア濃度は１×１０¹⁷ｃｍ
^-3、厚さは３μｍとした。断面構造を図９に示す。その
他の構成は全て比較例１と同じとした。このようにして
得たＬＥＤの特性を評価したところ、発光波長６２０ｎ
ｍ、電流２０ｍＡでの発光出力は３５ａ．ｕ．、ＶＦ＝
１．９５Ｖ、５０ｍＡで１０００時間通電試験後の輝度
は、当初の輝度の６５％に低下していた。

【００５５】（比較例３）ｐ型基板上に発光波長６２０
ｎｍのＡｌＧａＩｎＰダブルヘテロ発光構造を有するＬ
ＥＤを形成した。ＧａＡｓ基板１はＺｎドープでキャリ
ア濃度は５．０×１０¹⁸ｃｍ^-3、面方位は（１００）４
度オフであった。この基板上にＭＯＣＶＤ法によるエピ
タキシャル成長により、成長温度７８０℃で発光構造を
形成した。まず、基板１上にＧａＡｓバッファー層２を
成長させた。Ｚｎドープのｐ型で厚さは０．５μｍ、キ
ャリア濃度は１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。バッファ
層２の上に比較例１と同様な反射層３を積層した。

【００５６】次に、ＡｌＧａＩｎＰダブルヘテロ発光構
造を形成した。ＡｌＧａＩｎＰダブルヘテロ発光構造部
は発光波長を６２０ｎｍとするため、活性層６のバンド
ギャップエネルギーを２．００ｅＶ、上下クラッド層５
及び７のバンドギャップエネルギーを２．２９ｅＶに設
定した。さらに常温で格子整合するようにＩｎ混晶比を
設定したので、活性層６の結晶組成は（Ａｌ_0.1700Ｇａ
_0.8300）_0.5300Ｉｎ_0. ₄₇₀₀Ｐ、上下クラッド層５及び７
の結晶組成は（Ａｌ_0.7000Ｇａ_0.3000）_0.5300Ｉｎ
_0.4700Ｐとした。この結果、７８０℃における格子不整
合度は活性層６では−０．０８５％、上下クラッド層５
及び７では−０．０２９％となった。

【００５７】下クラッド層５はＺｎドープのｐ型でキャ
リア濃度は１×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さは１μｍとした。活
性層６はアンドープでキャリア濃度は１×１０¹⁶ｃ
ｍ^-3、厚さは０．５μｍとした。上クラッド層７はＳｅ
ドープのｎ型でキャリア濃度は３×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ
は３μｍとした。

【００５８】最後にＳｅドープのｎ型ＧａＡｓのコンタ
クト層９を形成した。キャリア濃度は１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3、厚さは０．３μｍとした。この上に（Ａｕ−Ｇ
ｅ）／Ａｕを蒸着しオーミック電極１０を形成した。ま
た基板１に裏面には（Ａｕ−Ｂｅ）／Ａｕ金属でオーミ
ック電極１１を形成した。

【００５９】このようにして得たＬＥＤの特性を評価し
たところ、発光波長６２０ｎｍ、電流２０ｍＡでの発光
出力は２０ａ．ｕ．、ＶＦ＝１．９５Ｖ、５０ｍＡで１
０００時間通電試験後の発光強度は、当初の輝度の４５
％に低下していた。

【００６０】（比較例４）従来から公知のＬＥＤの例と
して比較例３において、ダブルヘテロ接合部分の格子不
整合度を改善するため、ダブルヘテロ接合構造部分の結
晶組成を活性層６では（Ａｌ_0.1700Ｇａ_0.8300）_0.5000
Ｉｎ_0.5000Ｐ、上下クラッド層５及び７では（Ａｌ
_0.7000Ｇａ_0.3000）_0.5000Ｉｎ_0.5000Ｐとした。この結
果、７８０℃における格子不整合度は活性層６では０．
１４２％、上下クラッド層５及び７では０．１９０％と
なった。このようにして得た従来タイプのＬＥＤの特性
を評価したところ、発光波長６２０ｎｍ、電流２０ｍＡ
での発光出力は２５ａ．ｕ．、ＶＦ＝１．９５Ｖ、５０
ｍＡで１０００時間通電試験後の発光強度は、当初の強
度の６０％に低下していた。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、赤色から黄緑色まで広
範囲の発光領域にわたり高輝度で低作動電圧、高信頼性
に富むＬＥＤが得られ、屋外での用途拡大に寄与する点
が大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の断面構造を示す図である。

【図２】本発明の実施例１のダブルヘテロ構造部のキャ
リア濃度プロファイルを示す図である。

【図３】本発明の実施例１のダブルヘテロ構造部のバン
ドギャップエネルギープロファイルを示す図である。

【図４】通電時間と発光強度の関係を示す図である。

【図５】上クラッド層の膜厚と発光出力の関係を示す図
である。

【図６】本発明の実施例６のダブルヘテロ構造部のキャ
リア濃度プロファイルを示す図である。

【図７】本発明の実施例６のダブルヘテロ構造部のバン
ドギャップエネルギープロファイルを示す図である。

【図８】比較例１に示す従来のＬＥＤの断面構造を示す
図である。

【図９】比較例２に示す従来のＬＥＤの断面構造の例を
示す図である。

【図１０】従来のＬＥＤの断面構造の他の例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１基板２バッファー層３反射層５下クラッド層６活性層７上クラッド層８電流拡散層９コンタクト層１０電極１１電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｐ型ＧａＡｓ基板上に（Ａｌ_x Ｇａ
_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐからなるダブルヘテロ接合発光構造
を備え、ダブルヘテロ接合を構成する各層の常温におけ
るＧａＡｓ基板に対する格子不整合度が０．０８５以上
０．１４０％未満であり、基板と反対側の上クラッド層
が厚さ３〜１０μｍのｎ型（Ａｌ_x Ｇａ_1- _x ）_y Ｉｎ
_1-y Ｐであって、ｎ型（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐ
上クラッド層を光取り出し側とし、ＧａＡｓ基板上にｐ
型オーミック電極を、ｎ型上クラッド層上にコンタクト
層を介してｎ型オーミック電極を備えたことを特徴とす
るＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項２】ｐ型ＧａＡｓ基板上に（Ａｌ_x Ｇａ
_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐからなるダブルヘテロ接合発光構造
を備え、ダブルヘテロ接合を構成する各層のＩｎ混晶比
（１−ｙ）が０．５０４５≦（１−ｙ）≦０．５０９５
であり、基板と反対側の上クラッド層が厚さ３〜１０μ
ｍのｎ型（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐであって、ｎ
型（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐ上クラッド層を光取
り出し側とし、ＧａＡｓ基板上にｐ型オーミック電極
を、ｎ型上クラッド層上にコンタクト層を介してｎ型オ
ーミック電極を備えたことを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ
発光ダイオード。
【請求項３】ｐ型ＧａＡｓ基板と（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）
_y Ｉｎ_1-y Ｐダブルヘテロ接合発光構造との間に、Ａｌ
混晶比の異なる２種類のＡｌＧａＡｓの積層体であっ
て、該ＡｌＧａＡｓ層の一方のＡｌ混晶比が０．９５〜
１である反射層を挿入したことを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項４】ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層のｎ型ドー
パントがＳｅまたはＴｅであることを特徴とする請求項
１から請求項３のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ発光
ダイオード。
【請求項５】ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層のバン
ドギャップエネルギーが、活性層側から光取り出し側に
向かって徐々に減少していることを特徴とする請求項１
から請求項４のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダ
イオード。
【請求項６】ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層のキャ
リア濃度分布が、活性層側から光取り出し側に向かって
徐々に増加していることを特徴とする請求項１から請求
項５のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオー
ド。
【請求項７】ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層のキャ
リア濃度が、活性層との界面近傍で（１〜１０）×１０
¹⁶ｃｍ^-3、光取り出し側で（１〜１０）×１０¹⁷ｃｍ^-3
であることを特徴とする請求項６に記載のＡｌＧａＩｎ
Ｐ発光ダイオード。
【請求項８】Ｚｎドープでキャリア濃度が４×１０¹⁸
ｃｍ^-3〜２×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型ＧａＡｓ単結晶の、
（１００）面から（０１１）方向に０．１〜４．０度傾
斜した面を有する基板の上に、Ｚｎドープでキャリア濃
度が（２〜４）×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さが０．５〜１μｍ
のｐ型ＧａＡｓバッファー層を有し、該バッファー層の
上にＺｎドープでキャリア濃度が（５〜１０）×１０¹⁷
ｃｍ^-3でＡｌ混晶比ｚが（０．３〜０．５）および
（０．８５〜０．９５）である２種類のｐ型Ａｌ_z Ｇａ
_1-z Ａｓを複数層積層した多層反射層を具備し、該反射
層の上にＺｎドープでキャリア濃度が（５〜１０）×１
０¹⁶ｃｍ^-3、Ａｌ混晶比が０．７０以上、Ｉｎ混晶比
（１−ｙ）が０．５０４５≦（１−ｙ）≦０．５０９５
であり、厚さが０．５〜１．０μｍのｐ型（Ａｌ_x Ｇａ
_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐ下クラッド層、アンドープでＡｌ混
晶比ｘが０．１５〜０．２５、Ｉｎ混晶比（１−ｙ）が
０．５０４５≦（１−ｙ）≦０．５０９５であり、厚さ
が０．１〜０．５μｍの（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ_1-y
Ｐ活性層、およびＳｅドープでキャリア濃度が（５〜１
０）×１０¹⁷ｃｍ^-3、Ａｌ混晶比が０．７０以上、Ｉｎ
混晶比（１−ｙ）が０．５０４５≦（１−ｙ）≦０．５
０９５であり、厚さが３〜１０μｍのｎ型（Ａｌ_x Ｇａ
_1-x ）_y Ｉｎ_1-y Ｐ上クラッド層からなるダブルヘテロ
接合発光構造を有し、ｎ型（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y Ｉｎ
_1-y Ｐ上クラッド層を光取り出し側とし、ＧａＡｓ基板
上にｐ型オーミック電極を、ｎ型上クラッド層上にコン
タクト層を介してｎ型オーミック電極を備えたことを特
徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項９】ＧａＡｓ基板上に（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_y
Ｉｎ_1-y Ｐからなるダブルヘテロ接合発光構造を有する
ＬＥＤ用エピタキシャルウエーハをエピタキシャル成長
させるにあたり、エピタキシャル成長温度において（Ａ
ｌ_x Ｇａ_1-x）_y Ｉｎ_1-y Ｐ４元結晶がＧａＡｓ基板と
格子整合するように、混晶比ｘ，ｙを選定してエピタキ
シャル成長させることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光
ダイオード用エピタキシャルウエーハの製造方法。
【請求項１０】エピタキシャル成長温度が７３０〜８
３０℃であることを特徴とする請求項９に記載のＡｌＧ
ａＩｎＰ発光ダイオード用エピタキシャルウエーハの製
造方法。