JPH1065210A

JPH1065210A - 半導体発光素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH1065210A
Application number: JP21347596A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Watabe; 信一渡部; Hiroaki Okagawa; 広明岡川; Kazuyuki Tadatomo; 一行只友
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ＧａＰを結晶基板としＩｎＧａＡｌＰ系材料
からなるダブルヘテロ接合構造を発光部として用いる発
光素子において、発光効率、長期的な経時変化に対する
信頼性のより高い発光素子を提供すると共に、その好ま
しい製造方法を提供すること。【解決手段】ＧａＰからなる結晶基板１（図の例では
ｐ型）と、ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなるｐ型クラッド
層２１、活性層２２、ｎ型クラッド層２３がダブルヘテ
ロ接合されてなる発光部２とを有する発光素子であっ
て、活性層の厚みを０．７５μｍより大きく１．５μｍ
以下、および／または、ｐ型クラッド層の厚みを０．５
μｍ〜２．０μｍとする。ＧａＡｓ結晶基板を出発基板
とし、その上にＩｎＧａＡｌＰ系材料からなるダブルヘ
テロ接合構造を形成し、さらにＧａＰ層を厚膜に形成し
た後、出発基板を除去して製造するのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＰを結晶基板
とし、ＩｎＧａＡｌＰ系の化合物半導体が発光部の材料
として用いられてなる半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体発光素子（以下、「発光素子」と
いう）のなかでも、発光部としてＩｎＧａＡｌＰ系の化
合物半導体材料からなるダブルヘテロ接合構造を有する
もの（以下、「ＩｎＧａＡｌＰ系発光素子」という）
は、赤色〜緑色の発光を示す。ＩｎＧａＡｌＰ系の化合
物半導体材料は、Ｉｎ_y（Ｇａ_xＡｌ_1-x）_1-yＰ、０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、で表される多元混晶の化合物半
導体材料である（以下、「ＩｎＧａＡｌＰ系材料」とい
う）。従来、ＩｎＧａＡｌＰ系発光素子は、ＧａＡｓ系
やＧａＡｓＰ系の化合物半導体を結晶基板として用い、
該結晶基板への格子整合の条件を満たすように発光部が
形成されてきた。しかし、これらの材料は、バンドギャ
ップの大きさの点で発光部から発せられる光に対して透
明ではなく、その光を吸収する性質を示す。そのため例
えば面発光型のＬＥＤなどでは高輝度化が達成できない
という問題があった。

【０００３】このような問題に対処すべきものとして、
発光部から発せられる光に対して透明な材料であるＧａ
Ｐを結晶基板の材料として用いる発光素子がある。しか
し、ＧａＰ結晶基板上にＩｎＧａＡｌＰ系材料を結晶成
長させる場合、これらの間の格子不整合のため、ＧａＰ
結晶基板上に直接ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる結晶層
を良好に成長させることは困難である。このため、格子
整合のための緩和層を設けるなど、ＧａＰ結晶基板上に
ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる発光部を好適に設けるた
めの種々の方法・構造が開発されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ＧａＰ
を結晶基板とし、ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなるダブル
ヘテロ接合構造を発光部として高輝度の発光素子を形成
する場合、格子不整合を緩和するために、組成傾斜層ま
たは歪超格子などを用いたバッファ層が不可欠となる。
しかし、該バッファ層の介在による結晶品質の低下は避
けがたく、発光効率や、経時的なデバイスの信頼性を低
下させるという問題があった。

【０００５】本発明の課題は、上記問題を解決し、Ｇａ
Ｐを結晶基板としＩｎＧａＡｌＰ系材料からなるダブル
ヘテロ接合構造を発光部として用いる発光素子におい
て、発光効率のより高い、また、長期的な経時変化に対
して信頼性のより高い発光素子を提供すると共に、その
好ましい製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記発光
素子における発光効率をより向上させるべく研究したと
ころ、活性層の厚みの範囲、ｐ型クラッド層の厚みの範
囲、および、その他の構成要素に、発光効率をより向上
させ得る条件が存在することを見いだし、本発明を完成
させた。本発明の発光素子およびその製造方法は、次の
特徴を有するものである。

【０００７】（１）ＧａＰ結晶基板と、ｐ型クラッド
層、活性層、ｎ型クラッド層からなるダブルヘテロ接合
構造の発光部とを有する半導体発光素子であって、発光
部はＩｎＧａＡｌＰ系の化合物半導体材料からなり、活
性層の厚みが０．７５μｍより大きく１．５μｍ以下、
および／または、ｐ型クラッド層の厚みが０．５μｍ〜
２．０μｍであることを特徴とする発光素子。

【０００８】（２）ＧａＰからなる結晶基板がｐ型であ
って、ダブルヘテロ接合におけるｐ型クラッド層が結晶
基板側に位置するものである上記（１）記載の発光素
子。

【０００９】（３）ｐ型クラッド層のキャリア濃度が、
１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜５×１０¹⁷ｃｍ^-3である上記（１）
記載の発光素子。

【００１０】（４）活性層の厚みが、１．１μｍ〜１．
３μｍである上記（１）記載の発光素子。

【００１１】（５）当該発光素子に設けられる両電極の
うち発光部に対して結晶基板側とは反対の側に設けられ
る電極と、発光部との間に、電流拡散層がさらに設けら
れたものである上記（１）記載の発光素子。

【００１２】（６）出発基板となる結晶基板上に、Ｉｎ
ＧａＡｌＰ系の化合物半導体材料を用い、ｐ型クラッド
層、活性層、ｎ型クラッド層からなるダブルヘテロ接合
構造の発光部を、活性層の厚みが０．７５μｍより大き
く１．５μｍ以下、および／または、ｐ型クラッド層の
厚みが０．５μｍ〜２．０μｍとなるように形成し、発
光部上にＧａＰ結晶の厚膜層を形成した後、出発基板を
除去する工程を有することを特徴とする発光素子の製造
方法。

【００１３】（７）出発基板となる結晶基板が、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板であり、ダブルヘテロ接合構造が、出発基板
側から順に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層
であり、ＧａＰ結晶の厚膜層がｐ型である上記（６）記
載の発光素子の製造方法。

【００１４】

【作用】本発明による発光素子において、発光部の材料
を、例えばＩｎ_0.49（Ｇａ_1-xＡｌ_x）_0.51Ｐ、０≦ｘ
≦１で決定される材料として、黄色から緑色までの波長
域の発光を得ようとする場合、活性層とクラッド層との
接合面においては、充分なヘテロ障壁高さが得られな
い。そのような場合に、活性層へ注入されるキャリアの
注入密度が大きくなると、キャリアは活性層からクラッ
ド層へオーバーフローし、発光効率の低下を招くことに
なる。特に、キャリアが有効質量の小さい電子である場
合、これがｐ型クラッド層へオーバーフローすることが
顕著である。このような現象に対して、活性層の厚みを
０．７５μｍより大きくすることによって、電子がｐ型
クラッド層へオーバーフローすることを抑制し得る。

【００１５】一方、活性層の厚みを厚くし、キャリアの
拡散長に近づけると、キャリアの閉じ込め効果が薄れて
発光効率の低下を招く。この厚みの上限は１．５μｍ付
近である。従って、活性層の厚みの好ましい範囲は、
０．７５μｍよりも大きく、１．５μｍ程度以下となる
が、特に１．１μｍ〜１．３μｍでは発光効率は高くな
り、発光強度はこの範囲においてピークを示す。

【００１６】また、ｐ型クラッド層の厚みを、０．５μ
ｍから２．０μｍとすることによって、発光効率が向上
する。厚みが０．５μｍを下回ると、活性層からｐ型ク
ラッド層へのキャリアのオーバーフローを充分抑制する
ことができなくなる。一方、厚みが２．０μｍを上回る
と、その厚膜化に伴い結晶性が低下し非発光性の再結合
中心が増えるという不都合が生じる。

【００１７】活性層の厚みとｐ型クラッド層の厚みと
は、互いに独立的に発光効率に影響を与えるが、各々の
最も好ましい値を同時に設定することが、発光効率を向
上させるためにはより好ましい。

【００１８】また、クラッド層のキャリア濃度は、高い
値である方が活性層との接合面におけるヘテロ障壁高さ
が高くなり、活性層からの電子のオーバーフローを抑制
できるため発光効率は高くなるはずである。しかし、ｐ
型クラッド層のキャリア濃度を高くすると、ｐ型ドーパ
ント（例えばＺｎ）が活性層へ拡散し、非発光中心とし
て働く効果の方が大きくなり、ひいては発光効率の低下
を招く。これらの理由により、ｐ型クラッド層のキャリ
ア濃度は、５×１０¹⁶ｃｍ^-3〜５×１０¹⁷ｃｍ^-3の範囲
が最適であり、この範囲において発光効率はより向上す
る。

【００１９】ＧａＰからなる結晶基板は、そのバンドギ
ャップの大きさから、ＩｎＧａＡｌＰ系の発光部から放
出される発光波長を吸収することがないために、より高
輝度化を図ることができ、サブピーク光の問題点も発生
しない。

【００２０】また、本発明による発光素子の製造方法
は、出発基板を除去して、ＧａＰを新たな結晶基板とす
るものである。ＧａＰ結晶基板上にＩｎＧａＡｌＰ系材
料からなる結晶層を直接良好に成長させることは格子整
合性の点から困難であるが、本発明による製造方法で
は、逆に前記格子整合性の点からＧａＰ結晶基板の結晶
性の低下が起こりえるが、ＩｎＧａＡｌＰ系材料からな
る発光部の結晶性は良好に保たれ、高輝度のＬＥＤが得
られる。また、出発基板をＧａＡｓ結晶とし、これをエ
ッチングによって除去する場合、ＩｎＧａＡｌＰからな
るクラッド層が、エッチングを好ましくストップさせる
層となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、ＬＥＤ（発光ダイオー
ド）を例として、本発明を詳細に説明する。図１は、本
発明による発光素子の構造の一例を模式的に示す図であ
る。同図に例示する発光素子は、ＧａＰ結晶基板１（説
明のためにｐ型を例示）上に、ダブルヘテロ接合構造の
発光部２が形成されたＬＥＤである。ダブルヘテロ接合
構造の各層は全てＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる。この
ときのダブルヘテロ接合構造の各層の厚みは、上記作用
の説明のとおり、活性層２２の厚みが０．７５μｍより
大きく１．５μｍ以下、および／または、ｐ型クラッド
層（同図の例では２１）の厚みが０．５μｍ〜２．０μ
ｍである。また、３はＧａＰ結晶基板１側の電極（以
下、「下部電極」という）、４は発光部に対して結晶基
板側とは反対側に位置する電極（以下、「上部電極」と
いう）であって、同図では電極にハッチングを施して示
している。

【００２２】本発明の発光素子は、ＧａＰ結晶基板上に
公知の製造方法にてダブルヘテロ接合構造を成長させて
得るものであってもよいが、本発明の製造方法によって
より優れた発光素子が得られる。ここでは、本発明によ
る製造方法を先に説明し、その後、本発明の発光素子を
構成する各部の詳細な説明を行なう。

【００２３】本発明による発光素子の製造方法は、先ず
図３（ａ）に示すように、ＩｎＧａＡｌＰ系材料に対し
て格子整合性の良好な特定の結晶材料を出発基板Ｓと
し、その上に、クラッド層２１、２３に活性層２２が挟
まれてなるダブルヘテロ接合構造を成長させ発光部２と
する。ダブルヘテロ接合構造の材料は全てＩｎＧａＡｌ
Ｐ系の化合物半導体である。さらにこの発光部２上に、
ＧａＰ層１を形成させた後、図３（ｂ）に示すように、
出発基板Ｓを除去し、ＧａＰ層１を新たな結晶基板と
し、本発明の発光素子を得る。

【００２４】活性層に対する出発基板側の伝導型をｐ
型、ｎ型のいずれの型とするかは限定されないが、ｐ型
クラッド層の成長過程において結晶性の低下が起こりや
すいことから、初めに出発基板としてｎ型の結晶基板を
用い、順に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド
層、ｐ型ＧａＰ厚膜層を形成するというように、ｎ型を
先に、ｐ型をその後に形成する方が、発光部の結晶性の
低下を防ぎ、高輝度化を達成するためには特に好まし
い。

【００２５】従って、出発基板であるｎ型の結晶基板を
除去し、最後のｐ型ＧａＰ厚膜層を新たに基板として用
いることによって最終的に得られる発光素子では、活性
層に対するＧａＰ結晶基板側の各層の伝導型はｐ型が好
ましいということになる。図１の例では、ｐ型のＧａＰ
結晶基板１上に、該基板１側から順に、ｐ型クラッド層
２１、活性層２２、ｎ型クラッド層２３が積層された構
造である。以下、出発基板の伝導型をｎ型とする場合に
ついて説明する。

【００２６】各層の伝導型を決定するためのドーパント
は特に限定されないが、ｎ型にはＳｅ、Ｓｉ等、ｐ型に
はＺｎ、Ｍｇ等が好ましいものとして例示される。

【００２７】出発基板に用いられる結晶基板は、発光部
の材料であるＩｎＧａＡｌＰ系材料に対して良好に格子
整合するものであればよく、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰなど
が挙げられるが、特にＧａＡｓが、転位密度が低く良質
で安価な基板として市場で容易に入手出来るので好まし
い結晶基板である。従って、出発基板をｎ型のＧａＡｓ
結晶基板とすることが最も好ましい。

【００２８】発光部に用いられる材料は、ＩｎＧａＡｌ
Ｐ系材料であればよいが、Ｉｎ_0.49（Ｇａ_1-xＡｌ_x）
_0.51Ｐ、０≦ｘ≦１、で決定される化合物半導体材料
が、上記出発基板との格子整合性が良好であるため好ま
しい。ダブルヘテロ接合構造の各層の厚さについては、
上記作用のとおりである。また、ｐ型クラッド層のキャ
リア濃度を５×１０¹⁶ｃｍ^-3〜５×１０¹⁷ｃｍ^-3とする
ことによって、結晶基板などの外側の層から活性層へド
ーパントが拡散することを抑制する層ともなり、発光素
子の長期信頼性がより向上する。

【００２９】出発基板上にダブルヘテロ接合構造を結晶
成長させる方法としては、エピタキシャル成長可能な方
法であればよいが、良好な結晶品質が得られるという点
からＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy:
有機金属気相エピタキシー）が好ましく、その他、ＭＢ
Ｅ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシー）、
ＣＢＥ（Chemical Beam Epitaxy ；ケミカルビームエピ
タキシー）などの成長法も利用可能である。

【００３０】発光部の上にさらにＧａＰ結晶を厚膜にエ
ピタキシャル成長させるための方法としては、ＬＰＥ
（ Liqud Phase Epitaxy：液相エピタキシー）が好まし
い。ＬＰＥによる結晶成長では、温度差法など公知の手
法を利用してよいが、ｙｏ−ｙｏ溶質供給法を利用する
ことが特に好ましい。ｙｏ−ｙｏ溶質供給法は、例え
ば、本発明のようにＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる発光
部の上面にＧａＰ層を成長させる場合、発光部の上面を
下向きにして原料ＧａＰと対向するように配置し、これ
ら原料ＧａＰと発光部上面との間に、例えばＰを飽和溶
解したＧａ溶液を挿入し、溶液の温度を上下すること
で、発光部上面にＧａＰ層の厚膜を成長させる方法であ
る。（静岡大学電子工学研究所研究報告２１，（１９８
６），１１９「ｙｏ−ｙｏ溶質供給法による半導体結晶
の成長」参照）

【００３１】出発基板を除去する方法は限定されない
が、エッチングによって行うことが好ましい。エッチン
グの好ましい条件としては、例えば、アンモニア水と過
酸化水素水とが既知の分量、例えば容積比１０：１で混
合されたエッチャントを用い、５０℃でエッチングを行
う例が挙げられる。このエッチャントは、ＧａＡｓを出
発基板として用いた場合には、ＩｎＧａＡｌＰ系材料お
よびＧａＰをエッチングしないで、ＧａＡｓだけを選択
的にエッチング除去するので、出発基板だけを好ましく
除去でき都合がよい。

【００３２】本発明の製造方法において利用し得る製造
技術については、特開平３−１０８６４７号公報「半導
体発光素子とその製造方法」に詳しく記載されている。

【００３３】両電極は、公知の材料および構造のものが
使用可能である。例えば、ｎ型側の電極としてＡｕＳｎ
−Ａｕ、また、ｐ型側の電極としてＡｕＢｅ−Ａｕなど
が挙げられる。

【００３４】本発明による発光素子では、上部電極と発
光部との間に電流拡散層を設ける態様がより好ましい。
図２は、その構造の一例を示す模式図である。同図に例
示する発光素子は、図１と同様、ｐ型のＧａＰ基板１と
ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる発光部２とを有するＬＥ
Ｄであるが、上部電極４と発光部２のｎ型クラッド層２
３との間に電流拡散層５（ハッチングにて図示）がさら
に設けられている。

【００３５】電流拡散層は、上部電極と発光部との距離
を大きくとるために設けられる高キャリア濃度の半導体
層であって、この層によって上部電極からの電流は発光
面に対してより広範囲に分散でき、活性層の広範囲な面
からの発光が得られる。本発明において電流拡散層に用
いられる材料としては、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌ
Ｐ、ＧａＰなどが挙げられる。

【００３６】電流拡散層を形成する方法は限定されない
が、本発明の製造方法によって当該発光素子を形成する
場合であれば、次の二つの方法が例示される。一つは、
出発基板を除去し、クラッド層の外側の面を露出させた
後に、その面に新たに電流拡散層を形成する方法であ
る。他の一つは、出発基板と発光部との間に予め電流拡
散層となる厚膜層を形成しておき、出発基板を除去する
方法である。後者の方法では、電流拡散層の材料をＡｌ
ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰとする方が、ＧａＰとするよ
りも格子整合性の点で優れている。

【００３７】本発明の発光素子では、ＧａＰ結晶基板を
必ずしも実装側とする必要はない。上記したように、Ｇ
ａＰはＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる発光部から放出さ
れる光に対して透明であるから、例えば、図１、２にお
いて上下の電極３、４の形状を入替えて実装側を上下反
転させ、図１では発光部を、図２では電流拡散層を実装
側としてもよい。

【００３８】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。本実施例では、ＧａＡｓ結晶基板を出発基板
として用い、本発明による製造方法によって、ｐ型Ｇａ
Ｐ結晶基板と、ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなるダブルヘ
テロ接合構造とを有する、高輝度のＬＥＤを実際に製造
した。先ず、本発明による製造方法に基づく具体的な製
造工程を示す。

【００３９】〔出発基板のセットと予備工程〕（１）出発基板となるＧａＡｓ結晶基板を有機溶剤で脱
脂し、硫酸系のエッチャントで表面のダメージ層を取り
除いた後、結晶成長装置（ＭＯＶＰＥ）の反応管内にセ
ットした。（２）ＧａＡｓ結晶基板の温度を７００℃に設定し、Ａ
ｓＨ₃（アルシン）雰囲気下で１０分間サーマルエッチ
ングを行った。（３）ＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＡｓＨ₃を供給
し、ＧａＡｓ結晶基板上にＧａＡｓバッファ層を０．５
μｍ成長させた。

【００４０】〔ダブルヘテロ接合構造の形成工程〕（４）原料ガスとして、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウ
ム）、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＰＨ
₃（ホスフィン）及びｎ型ドーパント原料となるＨ₂Ｓ
ｅ（水素化セレン）を供給し、キャリア濃度３×１０¹⁷
ｃｍ^-3、Ｉｎ_0.49（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.51Ｐからなる
ｎ型クラッド層を約１μｍ成長させた。（５）各原料ガスの流量を変えることによって混合比を
変え、Ｉｎ_0.49（Ｇａ_0. ₇Ａｌ_0.3）_0.51Ｐからなるア
ンドープの活性層を約１．２μｍ成長させた。（６）さらにまた各原料ガスの混合比を変えて、ｐ型ド
ーパント原料となるＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛）を供給
し、キャリア濃度３×１０¹⁷ｃｍ^-3、Ｉｎ_0.49（Ｇａ
_0.3Ａｌ_0.7）_0.51Ｐからなるｐ型クラッド層を約１μ
ｍ成長させた。

【００４１】〔ＧａＰ結晶層の形成〕（７）原料ガスとしてＴＭＧ、ＰＨ₃、およびｐ型ドー
パント原料となるＤＭＺｎを供給し、キャリア濃度３×
１０¹⁷ｃｍ^-3のｐ型ＧａＰ層を約３μｍ成長させた。（８）成長終了した試料を取り出し、上記（７）のｐ型
ＧａＰ層上にさらにｐ型ＧａＰ結晶の厚膜を成長させる
ため、結晶成長装置（ＬＰＥ）の反応管内にセットし
た。（９）水素雰囲気下において、ＧａＰ成長温度の７００
℃まで昇温し、１℃／ｍｉｎ．の冷却速度で成長系全体
を冷却しながら、ｐ型ドーパントを含む成長溶液と試料
をコンタクトさせた。（１０）ｙｏ−ｙｏ溶質供給法により、キャリア濃度５
×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＰ層を厚み約１５０μｍとな
るまで成長させて厚膜層を得た。

【００４２】〔出発基板の除去工程〕（１１）成長終了後試料を取り出し、出発基板であった
ＧａＡｓ結晶基板をエッチングによって除去した。

【００４３】〔電極の形成〕（１２）ｎ型側の電極としてＡｕＳｎ（０．１μｍ）−
Ａｕ（０．５μｍ）、ｐ型側の電極としてＡｕＢｅ
（０．３μｍ）−Ａｕ（１μｍ）を形成して、高輝度の
発光ダイオードを得た。

【００４４】〔性能確認実験１〕上記実施例で得られた
ＬＥＤを樹脂モールドによりランプ状に加工し、２０ｍ
Ａの順方向電流を流したところ、５９５ｎｍの発光波長
で６ｃｄ〔カンデラ〕の光度が得られ、高輝度ＬＥＤと
して好ましいものであることが確認できた。

【００４５】〔性能確認実験２〕上記実施例と全く同様
の製造工程によって、活性層の厚みだけを変化させた多
数のＬＥＤサンプルを作製し、発光波長５９５ｎｍにお
ける発光強度が、活性層の厚みの変化に従ってどのよう
に変化するかを測定した。測定の結果を、活性層の厚み
と発光強度の関係として図４のグラフに示す。同図のグ
ラフで明らかなように、発光強度は活性層の厚み０．７
５μｍ〜１．５μｍにおいて上に凸の曲線を描き、特に
１．１μｍ〜１．３μｍの付近においてピークとなって
おり、この範囲における発光効率の向上を示している。

【００４６】〔性能確認実験３〕上記実施例と全く同様
の製造工程によって、活性層の厚みを０．７μｍとして
固定し、ｐ型クラッド層の厚みだけを変化させた多数の
ＬＥＤサンプルを作製し、発光波長５９５ｎｍにおける
発光強度が、ｐ型クラッド層の変化に従ってどのように
変化するかを測定した。測定の結果を、ｐ型クラッド層
の厚みと発光強度の関係として図５のグラフに示す。同
図のグラフで明らかなように、発光強度はｐ型クラッド
層の厚み０．５μｍ〜２．０μｍにおいて上に凸の曲線
を描いており、この範囲における発光効率の向上を示し
ている。

【００４７】〔性能確認実験４〕本発明の発光素子に電
流拡散層を付与し、ｐ型クラッド層の厚みだけを変化さ
せた多数のサンプルを作製し、通電時間を一定として、
ｐ型クラッド層の厚みと相対発光強度との関係を調べ
た。その結果をグラフとして図６に示す。相対発光強度
は、通電初期の発光強度に対する、所定時間だけ連続通
電した時の発光強度の割合〔％〕である。通電条件は、
２５℃、５０ｍＡとし、通電時間を５００ｈｒとした。
同図のグラフからも明らかなように、通電時間を５００
ｈｒ一定として比較した場合には、ｐ型クラッド層が厚
い方が相対発光強度が高く、素子の長期信頼性の点から
はｐ型クラッド層は厚い方が好ましいと言える。しか
し、あまり厚くなると上記実験で明らかなように発光効
率が低下するので上述の０．５μｍ〜２．０μｍが最適
の厚みの範囲となる。

【００４８】また、図１に示す発光素子において電極４
と３との形状を入れ替え、発光部を実装側としＧａＰ基
板を外界への光放出側として実装したところ、ＧａＰ結
晶基板が電流拡散層として働くために、さらに高輝度の
ＬＥＤランプが得られた。

【００４９】

【発明の効果】本発明の発光素子は、発光部から発せら
れる光を吸収しないＧａＰを結晶基板として用いている
と同時に、活性層、Ｐ型クラッド層の厚みを最適化する
ことにより、活性層に注入されるキャリアのオーバーフ
ローが抑えられ、閉じ込めが最適となるので、発光効率
を飛躍的に向上させることができた。またさらに、Ｐ型
クラッド層のキャリア濃度を最適化することにより、活
性層からの電子のオーバーフローを抑え、且つ、非発光
中心となるｐ型ドーパントの活性層への拡散も同時に抑
えることができるため、発光効率を飛躍的に向上させる
ことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による発光素子の構造を模式
的に示す図である。

【図２】電流拡散層を有する発光素子の構造例を模式的
に示す図である。

【図３】本発明の製造方法の工程を模式的に示す図であ
る。

【図４】本発明の発光素子における、活性層の厚みと発
光強度の関係を示すグラフである。

【図５】本発明の発光素子における、ｐ型クラッド層の
厚みと発光強度の関係を示すグラフである。

【図６】本発明の発光素子に電流拡散層を付与した場合
における、ｐ型クラッド層の厚みと一定時間通電後の相
対発光強度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ｐ型ＧａＰ結晶基板２発光部２１ｐ型クラッド層２２活性層２３ｎ型クラッド層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＧａＰ結晶基板と、ｐ型クラッド層、活
性層、ｎ型クラッド層からなるダブルヘテロ接合構造の
発光部とを有する半導体発光素子であって、発光部はＩ
ｎＧａＡｌＰ系の化合物半導体材料からなり、活性層の
厚みが０．７５μｍより大きく１．５μｍ以下、および
／または、ｐ型クラッド層の厚みが０．５μｍ〜２．０
μｍであることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】ＧａＰからなる結晶基板がｐ型であっ
て、ダブルヘテロ接合におけるｐ型クラッド層が結晶基
板側に位置するものである請求項１記載の半導体発光素
子。
【請求項３】ｐ型クラッド層のキャリア濃度が、１×
１０¹⁶ｃｍ^-3〜５×１０¹⁷ｃｍ^-3である請求項１記載の
半導体発光素子。
【請求項４】活性層の厚みが、１．１μｍ〜１．３μ
ｍである請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】当該半導体発光素子に設けられる両電極
のうち発光部に対して結晶基板側とは反対の側に設けら
れる電極と、発光部との間に、電流拡散層がさらに設け
られたものである請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項６】出発基板となる結晶基板上に、ＩｎＧａ
ＡｌＰ系の化合物半導体材料を用い、ｐ型クラッド層、
活性層、ｎ型クラッド層からなるダブルヘテロ接合構造
の発光部を、活性層の厚みが０．７５μｍより大きく
１．５μｍ以下、および／または、ｐ型クラッド層の厚
みが０．５μｍ〜２．０μｍとなるように形成し、発光
部上にＧａＰ結晶の厚膜層を形成した後、出発基板を除
去する工程を有することを特徴とする半導体発光素子の
製造方法。
【請求項７】出発基板となる結晶基板が、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板であり、ダブルヘテロ接合構造が、出発基板側か
ら順に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層であ
り、ＧａＰ結晶の厚膜層がｐ型である請求項６記載の半
導体発光素子の製造方法。