(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープのいずれかの活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の電流拡散層とが積層された半導体発光素子であって、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型の第３クラッド層の素子中央域が夫々除去され、その除去領域において上記第２導電型のエッチングストップ層上に上記第２導電型の電流拡散層が積層されており、
上記第２導電型の電流拡散層,上記第２導電型のエッチングストップ層および上記第２導電型の第２クラッド層において価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造を有すると共に、
上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって形成された第１電極と、上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に形成された第２電極とを備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層の素子中央域の除去領域が上記第２電極とほぼ同等の形状で互いに対向していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープのいずれかの活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の電流拡散層が積層された半導体発光素子であって、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層と第２導電型の第３クラッド層の素子中央域以外の領域が夫々除去され、かつ、その除去領域において上記第２導電型のエッチングストップ層上に上記第２導電型の電流拡散層が積層されており、
上記第２導電型の電流拡散層と上記第２導電型のエッチングストップ層および上記第２導電型の第２クラッド層において価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造を有すると共に、
上記第１導電型の半導体基板表面の一方の側に全面にわたって形成された第１電極と、上記第２導電型の電流拡散層の素子中央域以外の領域に形成された第２電極とを備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体発光素子において、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層上に上記第２導電型の保護層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項１または３のいずれか１つに記載の半導体発光素子において、
上記第１導電型の半導体基板がＧaＡsからなり、
上記第１導電型の第１クラッド層と、上記第１導電型,第２導電型またはアンドープのいずれかの活性層と、上記第２導電型の第２クラッド層と、上記第２導電型のエッチングストップ層と、上記第２導電型の第３クラッド層とがＧaＡsと格子整合するＡlＧaＩnＰ系の化合物半導体からなり、
上記第２導電型の電流拡散層がＧaＰまたはＡlＧaＩnＰ系の化合物半導体からなり、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層がＡlＧaＩnＰ系の化合物半導体からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体発光素子において、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層上に、ＧaＰまたはIII族全体に対するＡlの組成比が２０％以下のＡlＧaＩnＰ系の化合物半導体からなる第２導電型の保護層が積層されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
請求項５に記載の半導体発光素子において、
ＡlＧaＩnＰ系の化合物半導体からなる上記第２導電型の第２クラッド層と上記第２導電型の第３クラッド層の組成が(ＡlXＧa1-X)0.5Ｉn0.5Ｐ(０.６≦Ｘ≦１.０)であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体発光素子において、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層の層厚が０.５μｍ以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
請求項７に記載の半導体発光素子において、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層のキャリア濃度が０.５×１０18ｃｍ-3以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープのいずれかの活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の保護層とを順に積層する工程と、
上記第２導電型の保護層,上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型の第３クラッド層の素子中央域をエッチングにより除去する工程と、
上記第２導電型の保護層,中間バンドギャップ層および第３クラッド層の除去工程の後、上記第２導電型の保護層上および上記第２導電型のエッチングストップ層上に第２導電型の電流拡散層を積層して、上記第２導電型の電流拡散層,上記第２導電型のエッチングストップ層および上記第２導電型の第２クラッド層において価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造を形成する工程と、
上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって第１電極を形成する工程と、
上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極を形成する工程と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１１】
第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープのいずれかの活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の保護層とを順に積層する工程と、
上記第２導電型の保護層と上記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型の第３クラッド層の素子中央域以外の領域をエッチングにより除去する工程と、
上記第２導電型の保護層,中間バンドギャップ層および第３クラッド層の除去工程の後、上記第２導電型の保護層上および上記第２導電型のエッチングストップ層上に第２導電型の電流拡散層を積層して、上記第２導電型の電流拡散層,上記第２導電型のエッチングストップ層および上記第２導電型の第２クラッド層において価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造を形成する工程と、
上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって第１電極を形成する工程と、
上記第２導電型の電流拡散層の素子中央域以外の領域に第２電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電流拡散層を有する半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体発光素子としてＬＥＤ(発光ダイオード)が屋内外の表示デバイスとして脚光を浴びている。特にその高輝度化に伴い、屋外ディスプレイ市場が急伸し、ＬＥＤはネオンサインに代る媒体として成長している。このような分野における可視光域の高輝度ＬＥＤは、ＡlＧaＩnＰ系のＤＨ(ダブルヘテロ)型ＬＥＤで実現されている。図２３(a)〜(c)は半導体発光素子としての黄色帯ＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤの上面図,断面図および機能図を示している。
【０００３】
この半導体発光素子は、図２３(a)〜(c)に示すように、ｎ−ＧaＡs基板３１０上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧaＡsバッファ層３０１(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−ＡlＧaＩnＰクラッド層３０２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層３０３(厚さ０.６μｍ)、ｐ−ＡlＧaＩnＰクラッド層３０４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−ＡlＧaＡs電流拡散層３０５(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：３×１０18ｃｍ-3)、ｐ−ＧaＡsキャップ層３０６(厚さ０.１μｍ、Ｚnドープ：３×１０18ｃｍ-3)を成長させ、基板側に第１電極３１１を形成する一方、成長層側に第２電極３１２を形成している。上記ｐ−ＧaＡsキャップ層３０６は、成長層側の第２電極３１２に対向する素子中央域以外の領域が除去されている。この半導体発光素子では、活性層３０３内にｐｎ接合が形成されており、電子−正孔の再結合により発光が生じる。この半導体発光素子を５ｍｍφの樹脂にモールドし、２０ｍＡ通電したところ、発光光度は１.５カンデラであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図２３(c)に示するように、上記半導体発光素子では、成長層側の第２電極３１２から注入された電流は、電流拡散層３０５内で広がって活性層３０３に注入されるが、その大半は第２電極３１２の下側の領域に流れるため、その第２電極３１２の下側の領域での発光が第２電極３１２に遮られて外部に出ず、無効電流となって発光光度が上がらないという問題がある。
【０００５】
そこで、この問題を解決するため、第２電極３１２の下側に電流を阻止する電流阻止層を導入した構造が提案されている。
【０００６】
図２４(a)〜(c)は上記電流阻止層を導入した構造の半導体発光素子の上面図,断面図および機能図を示している。この半導体発光素子は、図２４(a),(b)に示すように、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧaＡs基板３３０上に、ｎ−ＧaＡsバッファ層３２１(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−ＡlＧaＩnＰクラッド層３２２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層３２３(厚さ０.６μｍ)、ｐ−ＡlＧaＩnＰクラッド層３２４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層３２５(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ−ＧaＰ第１電流拡散層３２６(厚さ１.５μｍ、Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)、ｎ−ＧaＰ電流阻止層３２７(厚さ０.４μｍ、Ｓiドープ：３×１０18ｃｍ-3)、ｐ−ＧaＰ第２電流拡散層３２８(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を成長させ、基板側に第１電極３３１を形成し、成長層側に第２電極３３２を形成している。
【０００７】
この半導体発光素子は、ｎ−ＧaＰ電流阻止層３２７が素子中央域を残してエッチングにより除去されており、その上にｐ−ＧaＰ第２電流拡散層３２８を再成長させている。
【０００８】
この半導体発光素子の場合、図２４(c)に示すように、成長層側の第２電極３３２から注入された電流は、第２電極３３２の下側にあるｎ−ＧaＰ電流阻止層３２７を避けてｎ−ＧaＰ電流阻止層３２７の両側に流れるため、図２３に示す半導体発光素子と比べて第２電極３３２の下側に流れる無効電流が減少し、発光光度が上がる。この半導体発光素子を５ｍｍφモールド品に適用した場合、２０ｍＡ通電時に発光光度は、２.０カンデラとなり、図２３に示す半導体発光素子に比べて３割強増加した。しかしながら、ｎ−ＧaＰ電流阻止層３２７の下側のｐ−ＧaＰ第１電流拡散層３２６の厚さが１.５μｍと厚いため、図２４(c)に示すように、ｎ−ＧaＰ電流阻止層３２７の下側への電流の回り込みが依然見られ、無効電流は完全には無くならないという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、簡単な構成で無効電流を低減でき、外部に有効に光を取り出すことのできる半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の半導体発光素子は、第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープのいずれかの活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の電流拡散層とが積層された半導体発光素子であって、上記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型の第３クラッド層の素子中央域が夫々除去され、その除去領域において上記第２導電型のエッチングストップ層上に上記第２導電型の電流拡散層が積層されており、上記第２導電型の電流拡散層,上記第２導電型のエッチングストップ層および上記第２導電型の第２クラッド層において価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造を有すると共に、上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって形成された第１電極と、上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に形成された第２電極とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
上記構成の半導体発光素子によれば、上記第２導電型の中間バンドギャップ層と第２導電型の第３クラッド層が除去された素子中央域の除去領域では、上記第２導電型の電流拡散層,エッチングストップ層および第２クラッド層において価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造が形成されることにより高抵抗になると共に、上記第２導電型のエッチングストップ層の存在により上記高抵抗界面を活性層の近くに制御性よく形成できるため、無効電流が少なく発光光度の高い半導体発光素子を歩留まり良く作成できる。
【００１８】
また、一実施形態の半導体発光素子は、上記第２導電型の中間バンドギャップ層の素子中央域の除去領域が上記第２電極とほぼ同等の形状で互いに対向していることを特徴としている。
【００１９】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、ほぼ同等の形状成長層側の第２電極とその第２電極の下側の高抵抗領域を互いに対向させることで発光効率を最適にできるので、無効電流をより少なくでき、発光光度を高められる。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
また、この発明の半導体発光素子は、第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープのいずれかの活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の電流拡散層が積層された半導体発光素子であって、上記第２導電型の中間バンドギャップ層と第２導電型の第３クラッド層の素子中央域以外の領域が夫々除去され、かつ、その除去領域において上記第２導電型のエッチングストップ層上に上記第２導電型の電流拡散層が積層されており、上記第２導電型の電流拡散層と上記第２導電型のエッチングストップ層および上記第２導電型の第２クラッド層において価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造を有すると共に、上記第１導電型の半導体基板表面の一方の側に全面にわたって形成された第１電極と、上記第２導電型の電流拡散層の素子中央域以外の領域に形成された第２電極とを備えたことを特徴としている。
【００２５】
上記構成の半導体発光素子によれば、上記第２導電型の中間バンドギャップ層と第２導電型の第３クラッド層が除去された素子中央域以外の除去領域では、上記第２導電型の電流拡散層,エッチングストップ層および第２クラッド層において価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造が形成されることにより高抵抗になると共に、上記第２導電型のエッチングストップ層の存在により上記高抵抗界面を活性層の近くに制御性よく形成できるため、無効電流が少なく発光光度の高い半導体発光素子を歩留まり良く作成できる。
【００２６】
また、一実施形態の半導体発光素子は、上記第２導電型の中間バンドギャップ層上に上記第２導電型の保護層が形成されていることを特徴としている。
【００２７】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第２導電型の中間バンドギャップ層上に第２導電型の保護層があるので、その第２導電型の保護層上に形成される電流拡散層との界面の抵抗層がなくなり、動作電圧を低くできる。
【００２８】
【００２９】
【００３０】
また、一実施形態の半導体発光素子は、上記第１導電型の半導体基板がＧaＡsからなり、上記第１導電型の第１クラッド層と、上記第１導電型,第２導電型またはアンドープのいずれかの活性層と、上記第２導電型の第２クラッド層と、上記第２導電型のエッチングストップ層と、上記第２導電型の第３クラッド層とがＧaＡsと格子整合するＡlＧaＩnＰ系の化合物半導体からなり、上記第２導電型の電流拡散層がＧaＰまたはＡlＧaＩnＰ系の化合物半導体からなり、上記第２導電型の中間バンドギャップ層がＡlＧaＩnＰ系の化合物半導体からなることを特徴としている。
【００３１】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、簡単な構成で無効電流を低減でき、発光光度の高いＡlＧaＩnＰ系の半導体発光素子を実現できる。
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
また、一実施形態の半導体発光素子は、上記第２導電型の中間バンドギャップ層上に、ＧaＰまたはIII族全体に対するＡlの組成比が２０％以下のＡlＧaＩnＰ系の化合物半導体からなる第２導電型の保護層が積層されていることを特徴としている。
【００３７】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第２導電型の中間バンドギャップ層上にＧaＰまたはＡlの少ないＡlＧaＩnＰ保護層があるので、そのＡlＧaＩnＰ保護層上に形成された第２導電型の電流拡散層との界面の抵抗層がなくなり、動作電圧を低くできる。
【００３８】
また、一実施形態の半導体発光素子は、ＡlＧaＩnＰ系の化合物半導体からなる上記第２導電型の第２クラッド層と上記第２導電型の第３クラッド層の組成が(ＡlXＧa1-X)0.5Ｉn0.5Ｐ(０.６≦Ｘ≦１.０)であることを特徴としている。
【００３９】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第２導電型の第２クラッド層と第２導電型の第３クラッド層の組成を(ＡlXＧa1-X)0.5Ｉn0.5Ｐ(０.６≦Ｘ≦１.０)とすることによって、動作電圧を低くできる。
【００４０】
また、一実施形態の半導体発光素子は、上記第２導電型の中間バンドギャップ層の層厚が０.５μｍ以下であることを特徴としている。
【００４１】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第２導電型の中間バンドギャップ層の層厚が０.５μｍ以下にすることによって、動作電圧を低くできる。
【００４２】
また、一実施形態の半導体発光素子は、上記第２導電型の中間バンドギャップ層のキャリア濃度が０.５×１０18ｃｍ-3以上であることを特徴としている。
【００４３】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第２導電型の中間バンドギャップ層のキャリア濃度を０.５×１０18ｃｍ-3以上とすることによって、動作電圧を低くできる。
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【００４８】
また、この発明の半導体発光素子の製造方法は、第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープのいずれかの活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の保護層とを順に積層する工程と、上記第２導電型の保護層,上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型の第３クラッド層の素子中央域をエッチングにより除去する工程と、上記第２導電型の保護層,中間バンドギャップ層および第３クラッド層の除去工程の後、上記第２導電型の保護層上および上記第２導電型のエッチングストップ層上に第２導電型の電流拡散層を積層して、上記第２導電型の電流拡散層,上記第２導電型のエッチングストップ層および上記第２導電型の第２クラッド層において価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造を形成する工程と、上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって第１電極を形成する工程と、上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００４９】
上記半導体発光素子の製造方法によれば、上記第２導電型の中間バンドギャップ層の素子中央域が除去された除去領域では、上記第２導電型の電流拡散層,エッチングストップ層および第２クラッド層において価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造が形成されることにより高抵抗になるため、電流が除去領域の周辺に流れて、上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に形成された第２電極の下側を流れる無効電流を低減でき、発光光度が上がる。したがって、発光光度の高い半導体発光素子を製造できる。また、上記第２導電型のエッチングストップ層の存在により上記高抵抗界面を活性層の近くに制御性よく形成できるため、この半導体発光素子の歩留まりを向上できる。
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
また、この発明の半導体発光素子の製造方法は、第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープのいずれかの活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の保護層とを順に積層する工程と、上記第２導電型の保護層と上記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型の第３クラッド層の素子中央域以外の領域をエッチングにより除去する工程と、上記第２導電型の保護層,中間バンドギャップ層および第３クラッド層の除去工程の後、上記第２導電型の保護層上および上記第２導電型のエッチングストップ層上に第２導電型の電流拡散層を積層して、上記第２導電型の電流拡散層,上記第２導電型のエッチングストップ層および上記第２導電型の第２クラッド層において価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造を形成する工程と、上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって第１電極を形成する工程と、上記第２導電型の電流拡散層の素子中央域以外の領域に第２電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００５５】
上記半導体発光素子の製造方法によれば、上記第２導電型の中間バンドギャップ層の素子中央域以外の領域が除去された除去領域では、上記第２導電型の電流拡散層,エッチングストップ層および第２クラッド層において価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造が形成されることにより高抵抗になるため、電流が除去領域の周辺に流れて、上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域以外の領域に形成された第２電極の下側を流れる無効電流を低減でき、発光光度が上がる。したがって、発光光度の高い半導体発光素子を製造できる。また、上記第２導電型のエッチングストップ層の存在により上記高抵抗界面を活性層の近くに制御性よく形成できるため、この半導体発光素子の歩留まりを向上できる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の半導体発光素子およびその製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５７】
（第１実施形態）
図１(a)〜(c)はこの発明の第１実施形態の半導体発光素子の上面図、断面図、電流の流れを示す機能図である。
【００５８】
図１(b)に示すように、この半導体発光素子は、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧaＡs基板１０上に、ｎ−ＧaＡsバッファ層１(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層３(厚さ０.６μｍ)、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層５(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ−ＧaＰ電流拡散層６(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)が順に積層されている。
【００５９】
ここで、素子中央域のｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層５を円形状に除去している(この円形の除去領域の径は１００μｍ)。そして、基板側に第１電極１１を形成する一方、成長層側に直径１００μｍの円形状の第２電極１２を形成している(図１(a)に示す)。なお、ｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層５は、ＧaＡs基板１０に対して格子整合率△ａ／ａ＝−２.８％のミスマッチを有している。
【００６０】
この半導体発光素子の場合、図１(c)に示すように、成長層側の第２電極１２から注入された電流は、第２電極１２の下側にあるｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層５が除去された領域(除去領域)を避けてその周囲に流れ、除去領域(第２電極１２の下側)以外の領域に対応する活性層３の領域で発光が生じる。その理由を以下に記載する。
【００６１】
上記ｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層４とｐ−ＧaＰ電流拡散層６は、真空準位に対して、伝導帯下端の位置と価電子帯上端の位置が図２(a)に示すようになり、ヘテロ接合を形成した場合、価電子帯のバンド不連続性が大きくなるエネルギーバンド構造がタイプIIと呼ばれる結合状態になる。
【００６２】
そのため、第２電極１２の下側の除去領域に、ｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層４とｐ−ＧaＰ電流拡散層６の界面があるが、そこでのバンド接合状態は図２(b)のようになり、成長層側の第２電極１２から注入される電流(ホール)に対して接合部分での価電子帯のノッチが大きく高抵抗になる(ノッチ高さは約０.２８Ｖである)。
【００６３】
一方、除去領域(第２電極１２の下側)以外の領域では、ｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層４／ｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層５／ｐ−ＧaＰ電流拡散層６の層構成になっており、ｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層５の存在でバンド接合状態は図２(c)のようになり、バンド不連続性が分割されるため、接合部分での価電子帯のノッチが小さくなって低抵抗になる(ノッチは０.１５Ｖと０.１３Ｖに分割される)。
【００６４】
素子として動作させた場合、第２電極１２の下側の除去領域のように、ｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層４とｐ−ＧaＰ電流拡散層６の界面だけの素子では、ノッチ高さが大きいため、２０ｍＡ通電時の電圧は約３.５Ｖとなる。一方、除去領域(第２電極１２の下側)以外の領域のように、ｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層５を有する半導体発光素子の場合は、２０ｍＡ通電時の電圧は約２.１Ｖとなり、１.４Ｖもの電圧差が生じる。
【００６５】
このため、２０ｍＡ通電時は、図１(c)に示すように、成長層側の第２電極１２から注入された電流は、第２電極１２の下側の除去領域を避けてその周囲に流れ、除去領域(第２電極１２の下側)以外の領域に対応する活性層３の領域で発光が生じる。
【００６６】
この半導体発光素子の場合、図２４に示す半導体発光素子のように電流阻止層の下側への電流の回り込みがなく、無効電流はほとんどなくなり、発光光度が上がる。
【００６７】
この第１実施形態の半導体発光素子を５ｍｍφモールド品に適用したところ、２０ｍＡ通電時の発光光度は、図２４に示す半導体発光素子に比べて１.５倍の３.０カンデラとなった。
【００６８】
（第２実施形態）
図３(a)〜(c)はこの発明の第２実施形態の半導体発光素子の上面図,断面図および機能図である。
【００６９】
この半導体発光素子は、図３(b)に示すように、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧaＡs基板３０上に、ｎ−ＧaＡsバッファ層２１(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層２２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層２３(厚さ０.６μｍ)、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層２４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２５(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ−ＧaＰ電流拡散層２６(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)が順に積層されている。
【００７０】
ここで、ｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層２５の素子中央域を円形状に除去すると共に、その除去領域に対応するｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層２４の領域の上側の途中まで(残厚０.３μｍ)を除去している(この円形の径は１００μｍ)。そして、基板側に第１電極３１を形成する一方、成長層側に直径１００μｍの円形状の第２電極３２を形成している。
【００７１】
この半導体発光素子の場合、第１実施形態の半導体発光素子と同じ原理で、図３(c)に示すように、成長層側の第２電極３２から注入された電流は、第２電極３２の下側の除去領域を避けてその周囲に流れ、除去領域(第２電極３２の下側)以外の領域に対応する活性層２３の領域で発光が生じる。
【００７２】
この半導体発光素子の場合、第１実施形態の半導体発光素子に比べて第２電極３２の下側のｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層２４とｐ−ＧaＰ電流拡散層２６で形成される高抵抗界面が活性層２３直上の０.３μｍまで近づいているため、より無効電流が少なくなり、さらに発光光度が上がる。
【００７３】
この第２実施形態の半導体発光素子を５ｍｍφモールド品に適用したところ、２０ｍＡ通電時(動作電圧２.１Ｖ)の発光光度は、３.３カンデラとなり、第１実施形態の半導体発光素子に比べて１割増大した。
【００７４】
（第３実施形態）
図４(a)〜(c)はこの発明の第３実施形態の半導体発光素子の上面図,断面図および機能図である。この半導体発光素子は、図４(a),(b)に示すように、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧaＡs基板５０上に、ｎ−ＧaＡsバッファ層４１(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層４２(厚さ１.０μｍ、Ｓiド−プ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層４３(厚さ０.６μｍ)、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層４４(厚さ０.３μｍ、ｐ−ＧaＩnＰエッチングストップ層４５(厚さ０.０１μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第３クラッド層４６(厚さ０.４μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層４７(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ−ＧaＰ電流拡散層４８(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)が順に積層されている。
【００７５】
ここで、ｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層４７とｐ−ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層４６の素子中央域を円形状に除去している(この円形の除去領域の径は１００μｍ)。そして、基板側に第１電極５１を形成する一方、成長層側に直径１００μｍの円形状の第２電極５２を形成している。
【００７６】
この半導体発光素子の場合でも、図４(c)に示すように、成長層側の第２電極５２から注入された電流は、第２電極５２の下側の除去領域を避けてその周囲に流れ、除去領域(第２電極５２の下側)以外の領域に対応する活性層４３の領域で発光が生じる。
【００７７】
それは、第２電極５２の下側のエッチングされた領域にあるｐ−ＧaＩnＰエッチングストップ層４５とｐ−ＧaＰ電流拡散層４８の界面においても、バンド接合状態は図２(b)に類した状態になり、成長層側の第２電極５２から注入される電流(ホール)に対して接合部分でのノッチが大きく高抵抗になるからである。(ノッチ高さは約０.２６Ｖとなり、２０ｍＡ通電時の電圧は約３.３Ｖと大きい)
この第３実施形態の半導体発光素子は、第２実施形態の半導体発光素子と同様の効果を有すると共に、第２実施形態の半導体発光素子に比べて、第２電極５２の下側のｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層４４とｐ−ＧaＰ電流拡散層４８で形成される高抵抗界面の位置を活性層４３直上の０.３μｍの位置に形成するときの制御性がエッチングストップ層４５を用いることによりよくなるため、この半導体発光素子の歩留まりが向上する。
【００７８】
この第３実施形態の半導体発光素子において、２０ｍＡ通電時(動作電圧２.１Ｖ)に発光光度は、３.３カンデラと第２実施形態の半導体発光素子と同様であったが、第２実施形態の歩留まりは７５％であったのに対して、歩留まりは９９％に向上した。
【００７９】
（第４実施形態）
図５(a)〜(c)はこの発明の第４実施形態の半導体発光素子の上面図,断面図および機能図である。
【００８０】
この半導体発光素子は、図５(a),(b)に示すように、ｎ−ＧaＡs基板７０上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧaＡsバッファ層６１(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−Ａl0.5Ｉn0.5Ｐ層とｎ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ層の１０対でできたＤＢＲ(光反射)層６２(それぞれの１層の厚さ０.０５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層６３(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層６４(０.６μｍ、Ｚnドープ：２×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層６５(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層６６(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.05Ｇa0.95)0.9Ｉn0.1Ｐ電流拡散層６７(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：３×１０18ｃｍ-3)が順に積層されている。
【００８１】
ここで、ｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層６６の素子中央域を円形状に残して周辺を除去している(この円形の除去領域の径は１００μｍ)。そして、基板側に第１電極７１を形成する一方、成長層側に直径１００μｍの円形状の領域を残し、それ以外の領域に第２電極７２を形成している。
【００８２】
また、ｐ−(Ａl0.05Ｇa0.95)0.9Ｉn0.1Ｐ電流拡散層６７とｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層６５においてもタイプIIのヘテロ接合が形成され、中間バンドギャップ層６６の除去領域には高抵抗界面が形成される。
【００８３】
この半導体発光素子の場合、図５(c)に示すように、成長層側の第２電極７２から注入された電流は、第２電極７２の下側の除去領域を避けて素子中央域に流れ、除去領域(第２電極７２の下側)以外の領域に対応する活性層６４の領域で発光が生じる。
【００８４】
この半導体発光素子と比較する構造として、従来の図２４に示す半導体発光素子に類似した図２５(a)〜(c)に示す構造の半導体発光素子がある。この図２５(a)〜(c)に示す半導体発光素子では、図２４に示す半導体発光素子と同じく、電流阻止層の下側で第２電極下に回り込む電流が多いために無効電流となり、光度が上がらない(放射角±２゜、２０ｍＡ通電時に４カンデラ)。その図２５(a)〜(c)に示す半導体発光素子に比べて、この第４実施形態の半導体発光素子では、除去領域の下側への電流の回り込みは少なく、無効電流はほとんどなくなり、発光光度が上がる。
【００８５】
上記第４実施形態の半導体発光素子において、２０ｍＡ通電時に発光光度は、図２５に示す半導体発光素子に比べて１.５倍の６.０カンデラとなり、動作電圧は２.３５Ｖとなった(電流注入領域の面積が小さいため、図２３に示す半導体発光素子に比べて動作電圧は大きくなる)。
【００８６】
（第５実施形態）
図６(a)〜(c)はこの発明の第５実施形態の半導体発光素子の上面図,断面図および機能図である。
【００８７】
この半導体発光素子は、図６(a),(b)に示すように、ｎ−ＧaＡs基板９０上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧaＡsバッファ層８１(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−Ａl0.5Ｉn0.5Ｐ層とｎ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ層の１０対でできたＤＢＲ(光反射)層８２(それぞれの１層の厚さ０.０５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層８３(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層８４(０.６μｍ、Ｚnドープ：２×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層８５(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層８６(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.05Ｇa0.95)0.9Ｉn0.1Ｐ電流拡散層８７(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：３×１０18ｃｍ-3)が順に積層されている。
【００８８】
ここで、ｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層８６の素子中央域を円形状に残して周辺を除去し、その除去領域に対応するｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層８５の上側の途中まで(残厚０.３μｍ)を除去している(円形の径は１００μｍ)。そして、基板側に第１電極９１を形成する一方、成長層側に直径１００μｍの円形状の領域を残し、それ以外の領域に第２電極９２を形成している。
【００８９】
この半導体発光素子の場合、図６(c)に示すように、成長層側の第２電極９２から注入された電流は、第２電極９２の下側の除去領域を避けて素子中央域に流れ、除去領域(第２電極９２の下側)以外の領域に対応する活性層８４の領域で発光が生じる。
【００９０】
この第５実施形態の半導体発光素子は、第４実施形態の半導体発光素子と同様の効果を有すると共に、第４実施形態の半導体発光素子に比べて、第２電極９２の下側のｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層８５とｐ−ＡlＧaＩnＰ電流拡散層８７で形成される高抵抗界面が活性層８４直上の０.３μｍまで近づいているために無効電流がより少なくなり、さらに発光光度が上がる。また、２０ｍＡ通電時(動作電圧２.３５Ｖ)に発光光度は、６.６カンデラとなり、第１実施形態の半導体発光素子に比べて１割増大した。
【００９１】
（第６実施形態）
図７(a)〜(c)はこの発明の第６実施形態の半導体発光素子の上面図,断面図および機能図である。
【００９２】
この半導体発光素子は、図７(a),(b)に示すように、ｎ−ＧaＡs基板１１０上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧaＡsバッファ層１０１(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−Ａl0.5Ｉn0.5Ｐ層とｎ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ層の１０対でできたＤＢＲ(光反射)層１０２(それぞれの１層の厚さ０.０５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層１０３(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層１０４(０.６μｍ、Ｚnドープ：２×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層１０５(厚さ０.３μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐエッチングストップ層１０６(厚さ０.０１μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第３クラッド層１０７(厚さ０.４μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層１０８(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.05Ｇa0.95)0.9Ｉn0.1Ｐ電流拡散層１０９(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：３×１０18ｃｍ-3)が順に積層されている。
【００９３】
ここで、ｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０８の素子中央域を円形状に残して周辺を除去し、その除去領域に対応するｐ−ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層１０７の領域を除去している(円形の径は１００μｍ)。そして、基板側に第１電極１１１を形成する一方、成長層側に直径１００μｍの円形状の領域を残し、それ以外の領域に第２電極１１２を形成している。
【００９４】
この半導体発光素子の場合、図７(c)に示すように、成長層側の第２電極１１２から注入された電流は、第２電極１１２の下側の除去領域を避けて素子中央域に流れ、除去領域(第２電極１１２の下側)以外の領域に対応する活性層１０４の領域で発光が生じる。
【００９５】
この第６実施形態の半導体発光素子では、第５実施形態の半導体発光素子と同様の効果を有すると共に、第５実施形態の半導体発光素子に比べて、第２電極１１２の下側のｐ−ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層１０７とｐ−ＡlＧaＩnＰ電流拡散層１０９で形成される高抵抗界面の位置を活性層１０４直上の０.３μｍの位置に形成するときの制御性がエッチングストップ層１０６を用いることによりよくなるため、この半導体発光素子の歩留まりが向上する。
【００９６】
この第６実施形態の半導体発光素子において、２０ｍＡ通電時(動作電圧２.３５Ｖ)に発光光度は、第５実施形態の半導体発光素子と同様の６.６カンデラとなったが、歩留まりは９９％に向上した(第５実施形態の半導体発光素子の歩留まりは７５％)。
【００９７】
（第７実施形態）
図８(a),(b)はこの発明の第７実施形態の半導体発光素子の上面図および断面図である。
【００９８】
この半導体発光素子は、図８(a),(b)に示すように、ｎ−ＧaＡs基板１３０上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧaＡsバッファ層１２１(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層１２２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層１２３(厚さ０.６μｍ)、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層１２４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層１２５(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ−ＧaＰ保護層１２６(厚さ０.１μｍ、Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)ｐ−ＧaＰ電流拡散層１２７(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)が順に積層されている。
【００９９】
ここで、ｐ−ＧaＰ保護層１２６とｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１２５の素子中央域を円形状に除去している(この円形の除去領域の径は１００μｍ)。そして、基板側に第１電極１３１を形成する一方、成長層側に、上記除去領域に対向する領域に直径が１００μｍの第２電極１３２を形成している(図８(a)に示す)。
【０１００】
この第７実施形態の半導体発光素子は、第１実施形態の図１に示す半導体発光素子と比較して、ｐ−中間バンドギャップ層１２５上にｐ−ＧaＰ保護層１２６が存在する点が異なっている。
【０１０１】
この半導体発光素子の場合、成長層側の第２電極１３２から注入された電流は、第２電極１３２の下側にあるｐ−ＧaＰ保護層１２６とｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１２５を除去した領域を避けてその周囲に流れ、除去領域(第２電極１３２の下側)以外の領域に対応する活性層１２３の領域で発光が生じる。
【０１０２】
この半導体発光素子は、２０ｍＡ動作時の電圧は２.０Ｖであり、第１実施形態の半導体発光素子に比べて０.１Ｖ減少した。これは、電流が流れる領域の再成長界面の下地が、第１実施形態の半導体発光素子の場合、ｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１２５であってＡlを多く含む層(この場合、全III族に対して３６％)であるのに対して、この第７実施形態の半導体発光素子は、ｐ−ＧaＰ保護層１２６であってＡlを含まない層であるため、界面でＡl酸化膜に起因する抵抗層が生じないからである。
【０１０３】
この第７実施形態の半導体発光素子を５ｍｍφモールド品に適用したところ、２０ｍＡ通電時の発光光度は、第１実施形態の半導体発光素子と同じ３.０カンデラとなった。
【０１０４】
（第８実施形態）
図９(a)〜(c)はこの発明の第８実施形態の半導体発光素子の上面図,断面図および機能図である。
【０１０５】
この半導体発光素子は、図９(a),(b)に示すように、ｎ−ＧaＡs基板１５０上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧaＡsバッファ層１４１(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層１４２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層１４３(厚さ０.６μｍ)、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層１４４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層１４５(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ−ＧaＰ保護層１４６(厚さ０.１μｍ、Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)ｐ−ＧaＰ電流拡散層１４７(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)が順に積層されている。
【０１０６】
ここで、ｐ−ＧaＰ保護層１４６とｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１４５の素子中央域を円形状に除去している(この円形の除去領域１５３の径は１００μｍ)。そして、基板側に第１電極１５１を形成する一方、成長層側に、上記除去領域に対向する領域に円形状の第２電極１５２を形成している。
【０１０７】
この第８実施形態の半導体発光素子は、第７実施形態の図８に示す半導体発光素子と比べて成長層側の第２電極１５２の径が８０μｍと２０μｍ小さい(第１実施形態では電極径１００μｍ)。
【０１０８】
この半導体発光素子の場合、図９(c)に示すように、成長層側の第２電極１５２から注入された電流は、第２電極１５２の下側にある除去領域を避けてその周囲に流れ、除去領域(第２電極１５２の下側)以外の領域に対応する活性層１４３の領域で発光が生じるが、第２電極１５２の端と除去領域(中央域)の端が位置的に１０μｍずれているため、電流広がりが第７実施形態(電極端と除去領域端が一致)に比べて若干悪くなる。
【０１０９】
この第８実施形態の半導体発光素子において、２０ｍＡ通電時に発光光度は、従来の図２３に示す半導体発光素子の９０％の２.７カンデラとなった。
【０１１０】
図１０に電極径(第２電極１５２の直径)と電流阻止領域径(除去領域の直径)の差に対する第８実施形態の素子の光度の関係を示している。図１０では、電極径が電流阻止領域径より小さい場合はマイナス、逆に大きい場合をプラスで表示している。
【０１１１】
図１０からわかるように、第８実施形態の半導体発光素子とは逆に電極径が電流阻止領域径より大きい場合は、電極下に発光領域ができるために光度は小さくなる。
【０１１２】
電極径は、電流阻止領域径に比べて±４０μｍ差であれば両方の径が等しい場合に比べ、光度は８０％以上となる。
【０１１３】
【０１１４】
【０１１５】
（第９実施形態）
図１１(a),(b)はこの発明による第９実施形態の半導体発光素子の上面図と断面図を示している。
【０１１６】
この半導体発光素子は、図１１(a),(b)に示すように、ｎ−ＧaＡs基板１７０上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧaＡsバッファ層１６１(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層１６２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層１６３(厚さ０.６μｍ)、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層１６４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層１６５(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ−ＧaＰ保護層１６６(厚さ０.１μｍ、Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)ｐ−ＧaＰ電流拡散層１６７(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)が順に積層されている。
【０１１７】
ここで、ｐ−ＧaＰ保護層１６６とｐ−ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１６５の素子中央域を円形状に除去している(この円形の除去領域の径は１００μｍ)。そして、基板側に第１電極１７１を形成する一方、成長層側に、上記除去領域に対向する領域に直径が１００μｍの第２電極１７２を形成している。
【０１１８】
この第９実施形態の半導体発光素子では、第７実施形態の図８に示す半導体発光素子とは、中間バンドギャップ層１６５が３層で構成されている点で異なる。具体的には、上記中間バンドギャップ層１６５は、下からミスマッチが−２.６％の第１中間バンドギャップ層１６５Ａ(厚さ０.０５μｍ、Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)、−２.８％の第２中間バンドギャップ層１６５Ｂ、(厚さ０.０５μｍ、Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)、−３.０％の第３中間バンドギャップ層１６５Ｃ(厚さ０.０５μｍ、Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)から形成されている。
【０１１９】
この第９実施形態の半導体発光素子では、２０ｍＡ動作電圧が１.９０Ｖとなり、第７実施形態の半導体発光素子に比べて小さくなる。その理由は、図１２に示したバンド接合図からわかるように、接合部でのノッチ高さがさらに分割されて低下するためである。
【０１２０】
また、上記第９実施形態では、中間バンドギャップ層の数を３層とした半導体発光素子について説明したが、中間バンドギャップ層の数は、任意の数(２層以上)であって良い。
【０１２１】
（第１０実施形態）
この発明の第１０実施形態の半導体発光素子は、第７実施形態の半導体発光素子と第２導電型の保護層がｐ−Ａl0.05Ｇa0.9Ｉn0.05Ｐ層で構成されている点で異なる。
【０１２２】
この第１０実施形態の半導体発光素子では、電流が流れる領域の再成長界面の下地がＡlを含む層であるが、全III族に対してＡlが５％とわずかであるため、２０ｍＡ動作電圧は２.０Ｖとなり、第７実施形態の半導体発光素子の場合と変わらない。
【０１２３】
この第１０実施形態の半導体発光素子を５ｍｍφモールド品に適用したところ、２０ｍＡ通電時の発光光度は、第１実施形態の半導体発光素子と同じ３.０カンデラとなった。
【０１２４】
図１３に第２導電型のＡlＧaＩnＰ保護層のＡl組成比を変えたときの第７実施形態の半導体発光素子の２０ｍＡ動作電圧を示している。図１３から明らかなように、この第１０実施形態の半導体発光素子は、保護層のない場合(第１実施形態：２０ｍＡ動作電圧２.１Ｖ)に比べて０.０７以上動作電圧が低い、すなわち動作電圧２.０３Ｖ以下になる条件として、ｐ−ＡlＧaＩnＰ保護層のＡl組成比Ｘは０.２以下(２０％以下)が望ましい。
【０１２５】
（第１１実施形態）
この発明の第１１実施形態の半導体発光素子は、第１実施形態の半導体発光素子と第２クラッド層がｐ−Ａl0.5Ｉn0.5Ｐ層で構成されている点で異なる。
【０１２６】
この第１１実施形態の半導体発光素子では、図２(b)のバンド接合図で示される電流拡散層と第２クラッド層間の価電子帯で発生するノッチが第１実施形態の半導体発光素子に比べてさらに高くなる(約０.２９ｅＶ)。これにより、この界面での２０ｍＡ動作電圧は約３.７Ｖに上昇する(第１実施形態では約３.５Ｖであった)。
【０１２７】
他方、図２(c)のバンド接合で示される中間バンドギャップ層と第２クラッド層間の価電子帯で発生するノッチも、第１実施形態の半導体発光素子に比べて高くなるが(約０.１６ｅｖ)、これによる２０ｍＡ動作電圧の上昇は０.０５ｖ程度にすぎない。
【０１２８】
すなわち、この半導体発光素子では、２０ｍＡ動作電圧が２.１５Ｖと第１実施形態の半導体発光素子に比べて０.０５Ｖ高くなったが、実用上は問題がない。
【０１２９】
図１４はｐ−(ＡlXＧa1-X)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層でＡl組成比Ｘを変化させた場合の２０ｍＡ動作時の電圧を示している。ただし、中間バンドギャップ層は、ＧaＡsとのミスマッチが−３.１％の層とした。Ａl組成０.６以上で動作電圧２.５Ｖ以下の許容レベルである。他方、Ａl組成Ｘを０.６未満とした場合、発光光度が減少する(ｐ−クラッド層と活性層とのヘテロ障壁が取れなくなるためと思われる)ため、Ａl組成は０.６≦Ｘ≦１.０が望ましい。
【０１３０】
また、図１５に第７実施形態の図８に示す半導体発光素子において、中間層の層厚を変化させた場合の２０ｍＡ動作時の電圧を示している。図１５からわかるように、中間層厚が０.５μｍ以上になると動作電圧が２.５Ｖ以上になるので、中間層厚は０.５μｍ以下が望ましい。ここで、中間層厚が増大すると動作電圧が増えるのは、中間層そのものの抵抗成分が現れるためと考えられる。
【０１３１】
また、図１６に第７実施形態の図８に示す半導体発光素子において、中間層のキャリア濃度を変化させた場合の２０ｍＡ動作電圧を示している。図８からわかるように、中間層のキャリア濃度が０.５×１０18ｃｍ-3以下になると動作電圧が２.５Ｖ以上になるので、中間層のキャリア濃度は０.５×１０18ｃｍ-3以上が望ましい。ここで、中間層のキャリア濃度が減少すると動作電圧が増えるのは、ノッチ部分の直列抵抗が高くなるためと考えられる。
【０１３２】
（第１２実施形態）
図１７(a)〜(d)はこの発明による半導体発光素子の製造方法を示している。
【０１３３】
まず、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧaＡs基板１９０上に、ｎ−ＧaＡsバッファ層１８１(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層１８２(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層１８３、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層１８４(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層１８５、ｐ−ＧaＰ保護層１８６(Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)をそれぞれ厚さ０.５μｍ、１.０μｍ、０.６μｍ、０.７μｍ、０.１５μｍ、０.１μｍで順に積層する(図１７(a))。
【０１３４】
続いて、通常のフォトマスクを用いてパターンを形成した後、保護層１８６および中間バンドギャップ層１８５の素子中央域をエッチングにより除去して、円形状の除去領域を有する保護層１８６Ａ,中間バンドギャップ層１８５Ａを形成する(図１７(b))。
【０１３５】
例えば、０.１μｍ厚のｐ−ＧaＰ保護層１８６は、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１の溶液(５０℃)に約１分間浸けることでエッチングでき、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層１８５も同じ溶液に約２分浸けることでエッチングできる。
【０１３６】
その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ−ＧaＰ電流拡散層１８７(Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を厚さ６μｍ成長させる(図１７(c))。
【０１３７】
次に、ｎ−ＧaＡs基板１９０の下側に全面にわたって第１電極１９１を形成する一方、上記除去領域に対向する成長層側の素子中央域に円形状の第２電極１９２を形成する(図１７(d))。この成長層側の第２電極１９２の形成は、成長層側の全面に電極を形成した後に通常のフォトマスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスクを用いて選択的に電極蒸着しても良い。
【０１３８】
この半導体発光素子の製造方法を用いることにより、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層１８４と、ｐ−ＧaＰ電流拡散層１８７によるタイプII型のヘテロ接合が形成され、高抵抗界面を形成できる。
【０１３９】
ここで、ｎ−第１クラッド層１８２,活性層１８３およびｐ−第２クラッド層１８４は、ＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層であればよい。また、電流拡散層１８７は、ｐ−第２クラッド層１８４とタイプII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。
【０１４０】
（第１３実施形態）
図１８(a)〜(d)はこの発明の第１３実施形態の半導体発光素子の製造方法を示している。
まず、ｎ−ＧaＡs基板２１０上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧaＡsバッファ層２０１(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層２０２(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層２０３、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層２０４(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)を、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２０５、ｐ−ＧaＰ保護層２０６(Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)をそれぞれ厚さ０.５μｍ、１.０μｍ、０.６μｍ、０.７μｍ、０.１５μｍ、０.１μｍで順に積層する(図１８(a))。
【０１４１】
続いて、通常のフォトマスクを用いてパターンを形成した後、保護層２０６と中間バンドギャップ層２０５の素子中央域をエッチングにより除去し、さらにその除去領域に対応するｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層２０４の上側を０.４μｍエッチングにより除去して、円形状の除去領域を有する保護層２０６Ａ,中間バンドギャップ層２０５Ａおよび第２クラッド層２０４Ａを形成する(図１８(b))。
【０１４２】
例えば、０.１μｍ厚のｐ−ＧaＰ保護層２０６は、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１の溶液(５０℃)に約１分間浸けることでエッチングでき、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２０５も同じ溶液に約２分浸けることでエッチングできる。次に、Ｈ3ＰＯ4原液(４０℃)に約４分間浸けることでｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層２０４をほぼ所望の位置(残厚０.３μｍ)までエッチングできる。
【０１４３】
その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ−ＧaＰ電流拡散層２０７(Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を厚さ６μｍ成長させる(図１８(c))。
【０１４４】
次に、ｎ−ＧaＡs基板２１０の下側に全面にわたって第１電極２１１を形成する一方、成長層側の素子中央域に円形状の第２電極２１２を形成する(図１８(d))。成長層側の第２電極２１２の形成は、成長層側の全面に電極を形成した後に通常のフォトマスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスクを用いて選択的に電極蒸着しても良い。
【０１４５】
この半導体発光素子の製造方法を用いることにより、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層２０４と、ｐ−ＧaＰ電流拡散層２０７によるタイプII型のヘテロ接合が形成され、高抵抗界面を形成できる。
【０１４６】
ここで、ｎ−第１クラッド層２０２,活性層２０３およびｐ−第２クラッド層２０４は、ＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層であればよい。
【０１４７】
また、電流拡散層２０７は、ｐ−第２クラッド層２０４とタイプII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。
【０１４８】
（第１４実施形態）
図１９(a)〜(d)はこの発明の第１４実施形態の半導体発光素子の製造方法を示している。
【０１４９】
まず、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧaＡs基板２３０上に、ｎ−ＧaＡsバッファ層２２１(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層２２２(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層２２３、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層２２４(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)をそれぞれ厚さ０.５μｍ、１.０μｍ、０.６μｍ、０.３μｍで積層した後、ｐ−Ｇ0.5Ｉn0.5Ｐエッチングストップ層２２５(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第３クラッド層２２６(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２２７、ｐ−ＧaＰ保護層２２８(Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)をそれぞれ厚さ０.０１μｍ、０.４μｍ、０.１５μｍ、０.１μｍで順に積層する(図１９(a))。
【０１５０】
続いて、通常のフォトマスクを用いてパターンを形成した後、保護層２２８と中間バンドギャップ層２２７とｐ−ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層２２６の素子中央域をエッチングにより除去して、円形状の除去領域を有する保護層２２８Ａ,中間バンドギャップ層２２７Ａおよび第３クラッド層２２６Ａを形成する(図１９(b))。
【０１５１】
例えば、０.１μｍ厚のｐ−ＧaＰ保護層２２８は、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１の溶液(５０℃)に約１分間浸けることでエッチングでき、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２２７も同じ溶液に約２分浸けることでエッチングできる。次に、Ｈ3ＰＯ4原液(４０℃)に約５分間浸けることで０.４μｍのｐ−ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層２２６を完全にエッチングできる。これは、第１３実施形態の半導体発光素子の製造方法で記載したように、４分で０.４μｍのｐ−ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層２２６がほぼエッチングできるが、ｐ−ＧaＩnＰ層がエッチングストップ層２２５として寄与するために長めにエッチング液に浸けて、エッチングむらをなくすことができる。
【０１５２】
その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ−ＧaＰ電流拡散層２２９(Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を厚さ６μｍ成長させる(図１９(c))。
【０１５３】
次に、ｎ−ＧaＡs基板２３０の下側に全面にわたって第１電極２３１を形成する一方、成長層側の素子中央域に円形状の第２電極２３２を形成する(図１９(d))。成長層側の第２電極２３２の形成は、成長層側の全面に電極を形成した後に通常のフォトマスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスクを用いて選択的に電極蒸着しても良い。
【０１５４】
この半導体発光素子の製造方法を用いることにより、ｐ−Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐエッチングストップ層２２５と、ｐ−ＧaＰ電流拡散層２２９によるタイプII型のヘテロ接合が形成され、高抵抗界面を形成できる。
【０１５５】
ここで、ｎ−第１クラッド層２２２、活性層２２３、ｐ−第２クラッド層２２４,第３クラッド層２２６は、ＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層であればよい。また、電流拡散層２２９は、第２クラッド層２２４とタイプII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。
【０１５６】
（第１５実施形態）
図２０(a)〜(d)はこの発明の第１５実施形態の半導体発光素子の製造方法を示している。
【０１５７】
まず、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧaＡs基板２５０上に、ｎ−ＧaＡsバッファ層２４１(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)を厚さ０.５μｍ成長させ、さらにｎ−Ａl0.5Ｉn0.5Ｐ層とｎ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ層を１０対成長させてＤＢＲ(光反射)層２４２を形成する(各層の厚さ０.０５μｍ、各層のＳiドープ：５×１０17ｃｍ-3)。続いて、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層２４３(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層２４４、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層２４５(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２４６、ｐ−ＧaＰ保護層２４７(Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)をそれぞれ厚さ１.０μｍ、０.６μｍ、０.７μｍ、０.１５μｍ、０.１μｍで順に積層する(図２０(a))。
【０１５８】
続いて、通常のフォトマスクを用いてパターンを形成した後、保護層２４７と中間バンドギャップ層２４６の素子中央域以外の領域をエッチングにより除去して、円形状の保護層２４７Ａ,中間バンドギャップ層２４６Ａを形成する(図２０(b))。
【０１５９】
例えば、０.１μｍ厚のｐ−ＧaＰ保護層２４７は、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１の溶液(５０℃)に約１分間浸けることでエッチングでき、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２４６も同じ溶液に約２分浸けることでエッチングできる。
【０１６０】
その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ−(Ａl0.05Ｇa0.95)0.9Ｉn0.1Ｐ電流拡散層２４８(Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を厚さ６μｍ成長させる(図２０(c))。
【０１６１】
次に、ｎ−ＧaＡs基板２５０の下側に全面にわたって第１電極２５１を形成する一方、成長層側の素子中央域以外の領域に第２電極２５２を形成する(図２０(d))。成長層側の第２電極２５２の形成は、成長層側の全面に電極を形成した後に通常のフォトマスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスクを用いて選択的に電極蒸着しても良い。
【０１６２】
この半導体発光素子の製造方法を用いることにより、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層２４５と、ｐ−(Ａl0.05Ｇa0.95)0.9Ｉn0.1Ｐ電流拡散層２４８によるタイプII型のヘテロ接合が形成され、高抵抗界面を形成できる。
【０１６３】
ここで、ｎ−第１クラッド層２４３,活性層２４４およびｐ−第２クラッド層２４５はＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層であればよい。また、電流拡散層２４８は、ｐ−第２クラッド層２４５とタイプII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。
【０１６４】
（第１６実施形態）
図２１(a)〜(d)はこの発明の第１６実施形態の半導体発光素子の製造方法を示している。
【０１６５】
まず、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧaＡs基板２７０上に、ｎ−ＧaＡsバッファ層２６１(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)を厚さ０.５μｍ成長させ、さらにｎ−Ａl0.5Ｉn0.5Ｐ層とｎ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ層を１０対成長させてＤＢＲ層２６２を形成する(各層の厚さは０.０５μｍ、各層のＳiドープ：５×１０17ｃｍ-3)。続いて、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層２６３(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層２６４、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層２６５(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２６６、ｐ−ＧaＰ保護層２６７(Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)をそれぞれ厚さ１.０μｍ、０.６μｍ、０.７μｍ、０.１５μｍ、０.１μｍで順に積層する(図２１(a))。
【０１６６】
続いて、通常のフォトマスクを用いてパターンを形成した後、保護層２６７と中間バンドギャップ層２６６の素子中央域以外の領域をエッチングにより除去し、さらにその除去領域に対応するｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層２６５の上側を０.３μｍエッチングにより除去する(図２１(b))。
【０１６７】
例えば、０.１μｍ厚のｐ−ＧaＰ保護層２６７は、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１の溶液(５０℃)に約１分間浸けることでエッチングでき、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２６６も同じ溶液に約２分浸けることでエッチングできる。次に、Ｈ3ＰＯ4原液(４０℃)に約４分間浸けることでｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層２６５をほぼ所望の位置(残厚０.３μｍ)までエッチングできる。
【０１６８】
その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ−(Ａl0.05Ｇa0.95)0.9Ｉn0.1Ｐ電流拡散層２６８(Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を厚さ６μｍ成長させる(図２１(c))。
【０１６９】
次に、ｎ−ＧaＡs基板２７０の下側に全面にわたって第１電極２７１を形成する一方、成長層側の素子中央域以外の領域に第２電極２７２を形成する(図２１(d))。成長層側の第２電極２７２の形成は、成長層側の全面に電極を形成した後に通常のフォトマスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスクを用いて選択的に電極蒸着しても良い。
【０１７０】
この半導体発光素子の製造方法を用いることにより、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層２６５と、ｐ−(Ａl0.05Ｇa0.95)0.9Ｉn0.1Ｐ電流拡散層２６８によるタイプII型のヘテロ接合が形成され、高抵抗界面を形成できる。
【０１７１】
ここで、ｎ−第１クラッド層２６３,活性層２６４およびｐ−第２クラッド層２６５は、ＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層であればよい。また、電流拡散層２６８は、ｐ−第２クラッド層２６５とタイプII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。
【０１７２】
（第１７実施形態）
図２２(a)〜(d)はこの発明の第１７実施形態の半導体発光素子の製造方法を示している。
【０１７３】
まず、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧaＡs基板２９０上に、ｎ−ＧaＡsバッファ層２８１(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)を厚さ０.５μｍ成長させ、さらにｎ−Ａl0.5Ｉn0.5Ｐ層とｎ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ層を１０対成長させてＤＢＲ層２８２を形成する(各層の厚さ０.０５μｍ、各層のＳiドープ：５×１０17ｃｍ-3)。続いて、ｎ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第１クラッド層２８３(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.3Ｇa0.7)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層２８４、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層２８５(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)をそれぞれ厚さ１.０μｍ、０.６μｍ、０.３μｍで順に積層した後、ｐ−Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐエッチングストップ層２８６(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第３クラッド層２８７(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２８８、ｐ−ＧaＰ保護層２８９(Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)をそれぞれ厚さ０.０１μｍ、０.４μｍ、０.１５μｍ、０.１μｍで順に積層する(図２２(a))。
【０１７４】
続いて、通常のフォトマスクを用いてパターンを形成した後、保護層２８９と中間バンドギャップ層２８８およびｐ−ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層２８７の素子中央域以外の領域をエッチングにより除去して、円形状の保護層２８９Ａ,中間バンドギャップ層２８８Ａおよび第３クラッド層２８７Ａを形成する(図２２(b))。
【０１７５】
例えば、０.１μｍ厚のｐ−ＧaＰ保護層２８９は、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１の溶液(５０℃)に約１分間浸けることでエッチングでき、ｐ−(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２８８も同じ溶液に約２分浸けることでエッチングできる。次に、Ｈ3ＰＯ4原液(４０℃)に約５分間浸けることで０.３μｍのｐ−ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層２８７を完全にエッチングできる。これは、第１６実施形態の半導体発光素子の製造方法で記載したように、４分で０.４μｍのｐ−ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層２８７がほぼエッチングできるが、ｐ−ＧaＩnＰ層がエッチングストップ層２８６として寄与するために長めにエッチング液に浸けて、エッチングむらをなくすことができる。
【０１７６】
その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ−(Ａl0.05Ｇa0.95)0.9Ｉn0.1Ｐ電流拡散層２９３(Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を厚さ６μｍ成長させる(図２２(c))。
【０１７７】
次に、ｎ−ＧaＡs基板２９０の下側に全面にわたって第１電極２９１を形成する一方、成長層側の素子中央域以外の領域に第２電極２９２を形成する(図２２(d))。成長層側の第２電極２９２の形成は、成長層側の全面に電極を形成した後に通常のフォトマスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスクを用いて選択的に電極蒸着しても良い。
【０１７８】
この半導体発光素子の製造方法を用いることにより、ｐ−Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐエッチングストップ層２８６と、ｐ−(Ａl0.05Ｇa0.95)0.9Ｉn0.1Ｐ電流拡散層２９３によるタイプII型のヘテロ接合が形成され、高抵抗界面を形成できる。
【０１７９】
ここで、ｎ−第１クラッド層２８３、活性層２８４、ｐ−第２クラッド層２８５は、ＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層であればよい。また、電流拡散層２９３は、第２クラッド層２８５とタイプII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。
【０１８０】
上記第１〜第１７実施形態では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としたが、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型としてもよいのは勿論である。
【０１８１】
また、上記第１〜第１７実施形態では、第１電極１１,３１,５１,７１,９１,１１１,１３１,１５１,１７１,１９１,２１１,２３１,２５１,２７１,２９１は、基板１０,３０,５０,７０,９０,１１０,１３０,１５０,１７０,１９０,２１０,２３０,２５０,２７０,２９０の全面にわたって形成したが、基板の一部に形成したものでもよい。
【０１８２】
また、上記第１〜第１１実施形態では、第２電極１２,３２,５２,１３２,１５２,１７２および第２電極７２,９２,１１２の除去領域を円形状としたが、第２電極の形状はこれに限らず、四角形状等の他の形状であってもよい。
【０１８３】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の半導体発光素子によれば、第２導電型の電流拡散層上に形成された第２電極の下側の第２導電型の中間バンドギャップ層が除去された領域では、電流拡散層と第２クラッド層の接合面のタイプIIのエネルギーバンド構造により高抵抗になるため、その除去領域以外の領域に電流が流れて、上記第２電極の下側を流れる無効電流を低減でき、外部に有効に光を取り出して発光光度を上げることができる。
【０１８４】
また、この発明の半導体発光素子によれば、特にＡlＧaＩnＰ系の半導体発光素子において、無効電流を低減でき、発光光度を高くできる上に、動作電圧を低減し、また素子表面の結晶欠陥を少なくできる。
【０１８５】
また、この発明の半導体発光素子の製造方法によれば、成長層側の第２電極の下側を流れる無効電流が少なく、かつ、動作電圧が低く発光光度が高い半導体発光素子を高歩留まりで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１(a)はこの発明の第１実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図１(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図１(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。
【図２】  図２はこの発明の効果を説明するためのバンド接合図である。
【図３】  図３(a)はこの発明の第２実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図３(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図３(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。
【図４】  図４(a)はこの発明の第３実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図４(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図４(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。
【図５】  図５(a)はこの発明の第４実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図５(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図５(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。
【図６】  図６(a)はこの発明の第５実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図６(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図６(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。
【図７】  図７(a)はこの発明の第６実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図７(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図７(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。
【図８】  図８(a)はこの発明の第７実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図８(b)は上記半導体発光素子の断面図である。
【図９】  図９(a)はこの発明の第８実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図９(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図９(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。
【図１０】  図１０は上記半導体発光素子における電極径と電流阻止(除去)領域径との差に対する発光光度の変化を示す図である。
【図１１】  図１１(a)はこの発明の第９実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図１１(b)は上記半導体発光素子の断面図である。
【図１２】  図１２は上記半導体発光素子の効果を説明するためのバンド接合図である。
【図１３】  図１３はこの発明の第１０実施形態の半導体発光素子における保護層のＡl組成比と動作電圧の関係を示す図である。
【図１４】  図１４はこの発明の第１１実施形態の半導体発光素子におけるｐ−クラッド層のＡl組成比と動作電圧の関係を示す図である。
【図１５】  図１５は上記半導体発光素子における中間バンドギャップ層の層厚と動作電圧の関係を示す図である。
【図１６】  図１６は上記半導体発光素子における中間バンドギャップ層のキャリア濃度と動作電圧の関係を示す図である。
【図１７】  図１７はこの発明の第１２実施形態の半導体発光素子の製造方法を示す図である。
【図１８】  図１８はこの発明の第１３実施形態の半導体発光素子の製造方法を示す図である。
【図１９】  図１９はこの発明の第１４実施形態の半導体発光素子の製造方法を示す図である。
【図２０】  図２０はこの発明の第１５実施形態の半導体発光素子の製造方法を示す図である。
【図２１】  図２１はこの発明の第１６実施形態の半導体発光素子の製造方法を示す図である。
【図２２】  図２２はこの発明の第１７実施形態の半導体発光素子の製造方法を示す図である。
【図２３】  図２３(a)は従来の半導体発光素子の上面図であり、図２３(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図２３(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。
【図２４】  図２４(a)は従来の他の半導体発光素子の上面図であり、図２４(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図２４(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。
【図２５】  図２５(a)は従来の他のもう１つの半導体発光素子の上面図であり、図２５(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図２５(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。
【符号の説明】
１,２１,４１,６１,８１,１０１,１２１,１４１,１６１,１８１,２０１,２２１,２４１,２６１,２８１…ｎ−ＧaＡsバッファ層、
１０,３０,５０,７０,９０,１１０,１３０,１５０,１７０,１９０,２１０,２３０,２５０,２７０,２９０…ｎ−ＧaＡs基板、
２,２２,４２,６３,８３,１０３,１２２,１４２,１６２,１８２,２０２,２２２,２４３,２６３,２８３…ｎ−ＡlＧaＩnＰ第１クラッド層、
３,２３,４３,６４,８４,１０４,１２３,１４３,１６３,１８３,２０３,２２３,２４４,２６４,２８４…活性層、
４,２４,４４,６５,８５,１０５,１２４,１４４,１６４,１８４,２０４,２２４,２４５,２６５,２８５…ｐ−ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層、
４５,１０６,２２５,２８６…エッチングストップ層、
４６,１０７,２２６,２８７…ｐ−ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層、
５,２５,４７,６６,８６,１０８,１２５,１４５,１６５,１８５,２０５,２２７,２４６,２６７,２８８…ｐ−中間バンドギャップ層、
６,２６,４８,６７,８７,１０９,１２７,１４７,１６７,１８７,２０７,２２９,２４８,２６９,２９３…電流拡散層、
１１,３１,５１,７１,９１,１１１,１３１,１５１,１７１,１９１,２１１,２３１,２５１,２７１,２９１…第１電極、
１２,３２,５２,７２,９２,１１２,１３２,１５２,１７２,１９２,２１２,２３２,２５２,２７２,２９２…第２電極、
１２６,１４６,１６６,１８６,２０６,２２８,２４７,２６８,２８９…ｐ−保護層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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