(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ｘ＝０，１を除く、０．５０４５≦（１−ｙ）≦０．５０９５）からなるダブルヘテロ接合発光構造を備えた発光ダイオードであって、ＧａＡｓ基板とダブルヘテロ接合発光構造との間に多層膜の積層体から成る反射層を備え、該ダブルヘテロ接合を構成する各層がエピタキシャル成長温度においてＧａＡｓ基板に対して格子整合しており、該ダブルヘテロ接合発光構造の基板と反対側のクラッド層の上にＧａＰからなる電流拡散層を有し、ＧａＡｓ基板上及び電流拡散層上に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】
ＧａＡｓ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ｘ＝０，１を除く、０．５０４５≦（１−ｙ）≦０．５０９５）からなるダブルヘテロ接合発光構造を備えた発光ダイオードであって、ＧａＡｓ基板上に多層膜の積層体から成る反射層を備え、該反射層の上に組勾配層を介してダブルヘテロ接合発光構造を備え、該ダブルヘテロ接合を構成する各層がエピタキシャル成長温度においてＧａＡｓ基板に対して格子整合しており、該ダブルヘテロ接合発光構造の基板と反対側のクラッド層の上にＧａＰからなる電流拡散層を有し、ＧａＡｓ基板上及び電流拡散層上に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】
ＧａＡｓ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ｘ＝０，１を除く、０．５０４５≦（１−ｙ）≦０．５０９５）からなるダブルヘテロ接合発光構造を備えた発光ダイオードであって、ＧａＡｓ基板とダブルヘテロ接合発光構造との間に多層膜の積層体から成る反射層を備え、該ダブルヘテロ接合を構成する各層がエピタキシャル成長温度においてＧａＡｓ基板に対して格子整合しており、該ダブルヘテロ接合発光構造の基板と反対側のクラッド層の上に格子不整合緩和層を介してＧａＰからなる電流拡散層を有し、ＧａＡｓ基板上及び電流拡散層上に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４】
多層の反射層が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であり、他方のＡｌＧａＡｓ層のＡｌ混晶比が０．３５〜０．７５であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード。
【請求項５】
ＧａＡｓ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ｘ＝０，１を除く、０．５０４５≦（１−ｙ）≦０．５０９５）からなるダブルヘテロ接合発光構造を形成する発光ダイオードの製造方法であって、ＧａＡｓ基板とダブルヘテロ接合発光構造との間に多層膜の積層体から成る反射層を形成し、該ダブルヘテロ接合を構成する各層をＭＯＣＶＤ法のエピタキシャル成長温度においてＧａＡｓ基板に対して格子整合させ、さらに該ダブルヘテロ接合発光構造の基板と反対側のクラッド層の上にＧａＰからなる電流拡散層を形成し、その後ＧａＡｓ基板上及び電流拡散層上にオーミック電極を形成することを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
ＧａＡｓ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ｘ＝０，１を除く、０．５０４５≦（１−ｙ）≦０．５０９５）からなるダブルヘテロ接合発光構造を形成する発光ダイオードの製造方法であって、ＧａＡｓ基板上に多層膜の積層体から成る反射層を形成し、該反射層の上に組成勾配層を介してダブルヘテロ接合発光構造を形成し、該ダブルヘテロ接合を構成する各層をＭＯＣＶＤ法のエピタキシャル成長温度においてＧａＡｓ基板に対して格子整合させ、さらに該ダブルヘテロ接合発光構造の基板と反対側のクラッド層の上にＧａＰからなる電流拡散層を形成し、その後ＧａＡｓ基板上及び電流拡散層上にオーミック電極を形成することを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの製造方法。
【請求項７】
ＧａＡｓ基板上に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ｘ＝０，１を除く、０．５０４５≦（１−ｙ）≦０．５０９５）からなるダブルヘテロ接合発光構造を形成する発光ダイオードの製造方法であって、ＧａＡｓ基板とダブルヘテロ接合発光構造との間に多層膜の積層体から成る反射層を形成し、該ダブルヘテロ接合を構成する各層をＭＯＣＶＤ法のエピタキシャル成長温度においてＧａＡｓ基板に対して格子整合させ、さらに該ダブルヘテロ接合発光構造の基板と反対側のクラッド層の上に格子不整合緩和層を介してＧａＰからなる電流拡散層を形成し、その後ＧａＡｓ基板上及び電流拡散層上にオーミック電極を形成することを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし４の何れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードを用いた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-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 Emitting 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ＬＥＤ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（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-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４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ＡｌＧａＩｎＰＤＨ構造部分、９はコンタクト層、１０及び１１は電極である。
ＡｌＧａＩｎＰはキャリアの移動度が小さく、低抵抗の結晶が得難い欠点がある。そこでキャリア濃度を高くすることにより低抵抗化を計ると、良質の結晶が得にくくなる。抵抗の高い結晶を用いると素子の直列抵抗が高くなり、動作電圧が高くなる等の問題点がある。また、このような構造のＬＥＤにおいては、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。上記従来のＡｌＧａＩｎＰからなる発光構造を有するＬＥＤにおいては、発光部における電流分布が悪く、外部への光の取出し効率は低くなる。
【０００４】
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３−１７１６７９参照）。その構造を図５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。また、別の電流拡散層としては発光層よりもバンドギャプエネルギ−の大きなＡｌＧａＩｎＰで構成することも提案されている（特開平７−１５０３８参照）。ＡｌＧａＩｎＰの場合は特に５８０ｎｍ以下の短波長領域において光吸収が少なくなり、比抵抗も低下するので外部への光の取出し効率が高くなるとされている。
【０００５】
さらに別の電流拡散層としてＧａＰを使用することも提案されている（ＵＳＰ５，００８，７１８参照）。ＧａＰを使用した場合はバンドギャップエネルギ−は活性層より大きく、従って発光に対して透明であり、比抵抗が小さいので電流拡散層としたときに厚さを厚くでき、従って電流拡散効果が大きくなることが期待できる。
【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（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-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、これは常温での場合であって、この組成ではエピタキシャル成長温度では格子整合していない。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０．５６８０４ｎｍ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（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの室温での格子定数は０．５６６４０ｎｍで、７８０℃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（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-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、これに比抵抗の低いＧａＰを電流拡散層として使用すれば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。
本発明の目的の一つは、高温での格子整合を取ることにより高輝度、低作動電圧、高信頼性のＬＥＤを得ようとするものである。本発明の他の目的は、発光に対して透明でしかも比抵抗の低い電流拡散層を使用することにより、広い発光領域を確保し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（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-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ＧａＰからなる電流拡散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（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-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】
0003635757.tif 000002
【００１１】
これらのデータを基に（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ４元混晶の格子定数と線膨張係数を推計する。
（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐの組成式を変形することにより
（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ＝ＡｌxyＧａ(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ａroomはそれぞれの結晶の格子定数を加重平均して、
ａroom＝0.54625 ｘｙ＋ 0.54512（１−ｘ）ｙ＋ 0.58688（１−ｙ）［ｎｍ］‥‥‥‥‥‥‥‥（２）
線膨張係数βepi はそれぞれの線膨張係数を加重平均して
βepi ＝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、（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ４元混晶の常温における格子定数ａroomと０〜７００Ｋにおける線膨張係数βepi 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ａT と基板の格子定数ｓT はそれぞれ
ａT ＝ａroom（１＋βepi ・ΔＴ）  ‥‥‥‥‥‥‥（４）
ｓT ＝ｓroom（１＋βsub ・ΔＴ）  ‥‥‥‥‥‥‥（５）
となる。ここでβepi 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、βsub は基板（例えばＧａＡｓ）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ａT を推計することができる。Ｔ℃における格子定数ａT 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、（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-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Δａroom、Δａepi は以下の表２のとおりになる。
【００１４】
【表２】
0003635757.tif 000003
【００１５】
表２に示すとおり、公知のＡｌＧａＩｎＰ４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Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ＰやＧａ0.5 Ｉｎ0.5 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ＡｌＧａＩｎＰ４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（ＰＬ）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。ＧａＡｓ（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Ｅg を表３に示す。
【００１７】
【表３】
0003635757.tif 000004
【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
0003635757.tif 000005
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ａroom、ｓroom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ａroom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ＡｌＧａＩｎＰ４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】
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【００２２】
表４に示した混晶比ｘ，ｙを有する（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-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。
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】
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。
【００２４】
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、クラッド層の厚さは０．５〜２μｍ程度の厚さが用いられる。
【００２５】
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。
ｐ型上クラッド層に使用するｐ型ドーパントとしてはＺｎ、Ｃｄ、Ｍｇ等が利用できる。
上クラッド層のキャリア濃度としては１×１０16ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3、好ましくは３×１０16ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3とする。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
基板側向かった光を有効に取り出すためにバッファ層とＡｌＧａＩｎＰダブルヘテロ構造の間に、ＡｌＧａＡｓ多層構造からなるブラッグ反射層（ＤＢＲ）を使用する。ＤＢＲとしては、基本的には従来から提案されてきた互いに屈折率の異なるエピタキシャル成長層を交互に積層したものを用いる。各エピタキシャル成長層の厚さは、目標の発光波長のそれぞれ１／４の光学長（対象とする層の屈折率をｎ、目標発光波長をλとして、層の厚さはλ／４ｎ）として、１０〜２５組程度積層する。
本発明のＡｌＧａＩｎＰ混晶を発光層とするＬＥＤについては、従来から用いられてきたＡｌＧａＡｓが適当である。ここで半導体多層膜反射層を構成する２種の層をそれぞれＡｌd1Ｇａ1-d1Ａｓ、Ａｌd2Ｇａ1-d2Ａｓ（ｄ１＜ｄ２）とする。それぞれの構成層の組成は、1)屈折率の差を大きくすること、2)対象波長に対してなるべく吸収が少なくなることから選定されるが、０≦ｄ１≦０．５、 ０．７５≦ｄ２＜１が妥当である。高い反射率を得るため、従来ｄ２＝１、即ち反射層の構成要素の一方をＡｌＡｓとするものが用いられてきたが、ＡｌＡｓは作成後の酸化が激しく素子寿命等の問題で好ましくない。少量のＧａを添加する事でこの問題を避ける事ができる。本実施例においてはｄ１＝０．４、ｄ２＝０．９５のＡｌＧａＡｓを用いた。目標発光波長の素子に使用するＤＢＲの構成は表５に示す。この様なＤＢＲにより、活性層の発光波長範囲にわたり９０％以上の反射率が得られる。
【００２９】
【表５】
0003635757.tif 000007
【００３０】
キャリア注入に対する抵抗を減少させるために、ＤＢＲと下部クラッド層の間にバンドギャップ勾配層を設ける事が効果的である。この抵抗の増加は、ＤＢＲ最終層と下部クラッド層間のバンドオフセットによりキャリアの下部クラッド層への移動が妨げられるために生じ、特にｐ型基板を用いＤＢＲや下部クラッド層がｐ型になった場合に特に顕著である。今回実施したバンドギャップ勾配層は、ＤＢＲと下部クラッド層の間に双方の更正元素であるＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｓ，Ｐを含み、その組成をＤＢＲ最終膜の組成から下部クラッド組成に向かって連続的に変化する組成勾配層である。基板がｐ型ＧａＡｓでＤＢＲの最終層がＡｌd2Ｇａ1-d2Ａｓでｄ２＝０．９５、また下部クラッド層が（AlxGa1-x)yIn1-yPでｘ＝０．７、ｙ＝０．５であった場合、この組成勾配層Ａｌa Ｇａb Ｉｎ1-a-b Ａｓ1-p Ｐp においてＡｌ組成ａは０．９５から０．３５まで、Ｇａ組成ｂは０．０５から０．１５まで、Ｉｎ組成１−ａ−ｂは０から約０．５まで、Ａｓ組成１−ｐは１から０まで、Ｐ組成ｐは０から１まで、ＤＢＲの上部界面から下部クラッド層界面に向かって変化する。
【００３１】
さらに、上部クラッド層とＧａＰ電流拡散層の間にＡｌＧａＩｎＰからなる格子不整合緩和層を設ける事も輝度の増加や信頼性の向上にとって効果がある。格子不整合緩和の方法として従来から、組成のステップ状の変化、超格子の採用、組成の直線勾配やそれらの組み合わせが提示されてきた。ダブルヘテロ部分の成長温度での格子整合成長に勝る効果は望めないものの、いずれの方法も効果がある。最も作成し易い線形の組成勾配不整合緩和層について述べる。
上部クラッド層（AlxGa1-x)yIn1-yPがｘ＝１．０、ｙ〜０．５であった場合、即ちクラッド層がＡｌＩｎＰであった場合、この組成勾配層Ａｌa Ｇａb Ｉｎ1-a-b ＰにおいてＡｌ組成ａは約０．５から０まで、Ｇａ組成ｂは０から１まで、Ｉｎ組成１−ａ−ｂは約０．５から０まで、下部クラッド層の上部界面からＧａＰ電流拡散層界面に向かって変化する。不整合緩和層の厚さは、０．５μｍ以上であれば効果があり、厚いほど従って格子定数の変化の小さいほど効果は高いが、ＡｌＧａＩｎＰ膜の成長方法として現在最も有効なＭＯＣＶＤ法を採用する限り厚さには限界がある。現実的な厚さとして０．５から１０μｍが適当である。伝導型及び添加不純物は上部クラッド層と同様とする。
【００３２】
上部クラッド層の上にはＧａＰからなる電流拡散層を成長する。電流拡散層の材質としては本素子の発光層であるＡｌＧａＩｎＰのいかなる組成よりバンドギャップエネルギーの大きなＧａＰが光学的には適している。ただし、ＧａＰはＧａＡｓに対して約３．６％の格子ミスマッチを持つ。従来からのダブルヘテロ部分の組成条件では、格子不整合によると見られる素子輝度の劣化が明瞭であったが、ダブルヘテロ部分に成長温度での格子整合条件を厳密に満たす少なくとも０．５μｍ以上の上部クラッド層を積めば劣化は事実上無視できるレベルに低下する。
【００３３】
ＧａＰ電流拡散層の厚さは、発光層全面にわたる注入電流の拡散が得られるようにある程度以上の厚さが必要であるが、実施例によれば有効な厚さは３０から３００μｍの範囲であり、これ以上の厚さによる大きな素子輝度の増加は得られない。伝導型は上部クラッド層と同一であり、従って基板とは反対の極性を有する。必要な極性を得る添加不純物種についての限定は無いが、３０から３００μｍの厚さを得るため有効な成長方法としては気相成長法（ＶＰＥ）があり、ｎ型ＧａＰを得るためにはＴｅのアルキル化合物または硫化水素を用いるのがよい。一方、ｐ型不純物種として成長時の適当なものはなく、無添加のＧａＰを成長後に拡散炉中でＺｎを拡散させ最上層のＧａＰ電流拡散層をｐ型とする。キャリア濃度は上部クラッド層より高い事が必要であるが、電流拡散層の結晶性を保つためには、５×１０17から５×１０18ｃｍ-3が適当である。
なお、電流拡散効果を高め、かつ上部クラッド層への不純物の拡散を防止するためキャリア濃度を上部クラッド層との界面から上部電極に向かって徐々に増加させる事も有効である。また、ＧａＰ成長中にＡｓを徐々に添加する事により、電流拡散層中でＧａＡｓＰの組成勾配層を得る事ができる。これにより、電流拡散層の上部電極側の移動度を高めることによっても電流拡散効果の向上を図る事ができる。
【００３４】
以上のようにして載置したＧａＰ電流拡散層の上に（コンタクト層を介して）オーミック電極を形成する。また、ＧａＡｓ基板の表面にも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。
このように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。
【００３５】
【作用】
本発明は（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐダブルヘテロ発光構造を有するＬＥＤにおいて、ダブルヘテロ発光構造をエピタキシャル成長温度において格子整合させ、かつ電流拡散層として比抵抗の小さいＧａＰを採用することにより大きな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電流が広く拡散し、輝度を高くすることができる。また、ＶF 特性は低い発光素子とすることができる。
【００３６】
【実施例】
次に本発明の実施例を示す。
（実施例１）
ｎ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ＬＥＤを作った。各層の構成を図１に示す。
基板１としてはＳｉドープのｎ型ＧａＡｓ単結晶を使用した。キャリア濃度は２．０×１０18ｃｍ-3である。面方位は（１００）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ＧａＡｓバッファー層２を成長させた。バッファー層２はＳｉ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４１．９ｎｍのＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層３ａと、Ｓｅドープ、厚さ４９．３ｎｍのＡｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層３ｂとを１２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。
【００３７】
次に、（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐダブルヘテロ接合発光構造を形成した。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  Ｅg ＝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Ｅg ＝２．２９ｅＶ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。
【００３８】
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（Ａｌ0.1700Ｇａ0.8300)0.4946 Ｉｎ0.5054Ｐ、下クラッド層５及び上クラッド層７の結晶組成は（Ａｌ0.7000Ｇａ0.3000）0.4920Ｉｎo.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、ＤＥＺｎ、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Ｓｅドープのｎ型、活性層６はアンドープ、上クラッド層７はＺｎドープのｐ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１μｍとした。
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１×１０16ｃｍ-3、上クラッド層７は３×１０17ｃｍ-3であった。
【００３９】
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＝０．１２％、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。
【００４０】
更に上記ダブルヘテロ発光構造部の上にＧａＰからなる電流拡散層を設けた。ＧａＰ電流拡散層はＺｎドープのｐ型で厚さは１００μｍ、キャリア濃度は７×１０17ｃｍ-3、比抵抗は０．１Ω・ｃｍであった。
【００４１】
最後に電流拡散層上に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。
【００４２】
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８０ａ．ｕ．(arbitrary unit ：任意単位で特定の測定器で測定した値）であり、ＶF ＝１．８８Ｖ、１０００時間通電後の劣化試験結果では発光強度の劣化は９５％と良好な値を示した。
主な構成要件と素子特性を表６に一覧として示す。
【００４３】
【表６】
0003635757.tif 000008
【００４４】
（実施例２）
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ＬＥＤを作った。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（１００）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ＧａＡｓバッファー層２を成長させた。バッファー層２はＺｎ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ＤＢＲ反射層３を積載した。ＤＢＲ反射層の構成はＺｎドープ、厚さ４１．９ｎｍのＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層３ａと、Ｚｎドープ、厚さ４９．３ｎｍのＡｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層３ｂとを１２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。
【００４５】
次に、（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐダブルヘテロ接合発光構造を形成した。発光波長を６２０ｎｍとするためダブルヘテロ発光構造は、活性層６、下クラッド層５及び上クラッド層７の導電型を実施例１とは逆にした以外は実施例１と同一である。
【００４６】
更に上記ダブルヘテロ発光構造部の上にＧａＰからなる電流拡散層を設けた。ＧａＰ電流拡散層はＳｅドープのｎ型で厚さは１００μｍ、キャリア濃度は５×１０17ｃｍ-3、比抵抗は０．１Ω・ｃｍであった。
最後に上クラッド層７の上にＳｅドープのｎ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。
【００４７】
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１００ａ．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、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。
主な構成要件と素子特性を表５に一覧として示す。
【００４８】
（実施例３）
実施例２において、ＤＢＲ反射層とダブルヘテロ構造部との間にバンドギャップ勾配層挿入し、注入抵抗の低下を計った。
バンドギャップ勾配層は、Ｚｎドープの５元混晶Ａｌa Ｇａb Ｉｎ1-a-b Ａｓ1-p Ｐp とし、Ａｌ組成ａは０．９５から０．３４４４まで、Ｇａ組成ｂは０．０５から０．１４７６まで、Ｉｎ組成１−ａ−ｂは０から０．５０８０まで、Ａｓ組成１−ｐは１から０まで、Ｐ組成ｐは０から１まで、ＤＢＲの上部界面から下部クラッド層界面に向かって変化させた。厚さは０．１μｍ、キャリア濃度は３×１０17ｃｍ-3とした。その他の構成は実施例２と同様とした。
【００４９】
このようにして得た発光ダイオードの輝度は９５（a.u.) と実施例２よりやや低下したものの、ＶF 特性は１．８５ｅＶと低くなり、使い易い発光ダイオードが得られた。特性を表６に併記する。
【００５０】
（実施例４）
実施例３において、さらにダブルヘテロの上クラッド層と電流拡散層との間に、格子不整合の悪影響を緩和するための不整合緩和層を設けた。
不整合緩和層には、Ｓｅドープの４元混晶Ａｌa Ｇａb Ｉｎ1-a-b Ｐを用い、Ａｌ組成ａは０．３４４４から０まで、Ｇａ組成ｂは０．１４７６から１まで、Ｉｎ組成１−ａ−ｂは０．５０８０から０まで、下部クラッド層の上部界面からＧａＰ電流拡散層界面に向かって変化させた。厚さは、１．０μｍ、キャリア濃度は３×１０17ｃｍ-3とした。
【００５１】
その他の構成は実施例３と同様とした。
このようにして得られた発光ダイオードはＶF 特性も低く、輝度は１０６（a.u.) と大幅に向上した。特性を表６に併記する。
【００５２】
（実施例５）
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  Ｅg ＝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Ｅg ＝２．１８ｅＶ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７８０℃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Ｇａ0.4955Ｉｎ0.5045Ｐ、下クラッド層５及び上クラッド層７の結晶組成は（Ａｌ0.7000Ｇａ0.3000)0.4920 Ｉｎ0.5080Ｐとなった。
そのほかの条件は全て実施例２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１３８ａ．ｕ．であり、ＶF ＝１．８０Ｖ、１０００時間通電後の劣化試験結果では発光強度の劣化は１０５％と良好な値を示した。特性値を表６に併記する。
【００５３】
（実施例６）
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  Ｅg ＝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Ｅg ＝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７８０℃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（Ａｌ0.4800Ｇａ0.5200)0.4931 Ｉｎ0.5069Ｐ、下クラッド層５及び上クラッド層７の結晶組成はＡｌ0.4905Ｉｎ0.5095Ｐとなった。そのほかの条件は全て実施例２と同様にしてＬＥＤ素子を作った。
【００５４】
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９９ａ．ｕ．であり、ＶF ＝１．９０Ｖ、１０００時間通電後の劣化試験結果では発光強度の劣化は９８％と良好な値を示した。特性を表６に併記する。
【００５５】
（実施例７）
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  Ｅg ＝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Ｅg ＝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７８０℃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（Ａｌ0.5800Ｇａ0.4200）0.4926Ｉｎ0.5074Ｐ、下クラッド層５及び上クラッド層７の結晶組成はＡｌ0.4905Ｉｎ0.5095Ｐとなった。そのほかの条件は全て実施例２と同様にしてＬＥＤ素子を作った。
【００５６】
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８９ａ．ｕ．であり、ＶF ＝１．９３、１０００時間通電後の劣化試験結果では発光強度の劣化は９２％と良好な値を示した。特性を表６に併記した。
【００５７】
（実施例８）
実施例４において、ＧａＰ電流拡散層の層厚を１００μｍから３００μｍへと厚くした。
この結果、波長６２０ｎｍ、電流２０ｍＡでの発光出力は９８ａ．ｕ．であり、ＶF ＝１．９８Ｖ、１０００時間通電後の劣化試験結果での発光強度の劣化は９８％であった。特性を表６に併記する。ＧａＰウィンドウ層の厚さを３倍にした事で若干の発光強度増加は見られるが、恐らくは膜厚の増加に伴うと見られる素子抵抗の増加が現れており、ウィンドウ層の厚膜化による発光強度の増加も限界と考えられる。
【００５８】
（実施例９）
実施例４において、ＧａＡｓ基板の角度を（１００）面４度ｏｆｆから１５度ｏｆｆへと大きくした。
この結果、波長６２０ｎｍ、電流２０ｍＡでの発光出力は１７０ａ．ｕ．であり、ＶF ＝１．９０Ｖ、１０００時間通電後の劣化試験結果での発光強度の劣化は９８％であった。特性を表６に併記する。ＧａＡｓ基板の面方位を（１００）から大きく傾斜させた事により実施例４と同様の構造で光出力が約３倍となっている。これは、成長面が高次の面となったことで安定な２次元成長が生じ活性層の結晶性自体が改善されたためと推定している。事実活性層のフォトルミネッセンス強度については著しい増加が見られるため結晶性の向上が得られた事は確実であるが、結晶性向上のメカニズムについての上述の推定に関しては未だ確証は得られていない。ただし、傾斜ＧａＡｓ基板の採用による活性層のフォトルミネッセンス強度及び素子の発光出力の増加は再現性の高い事実である。
【００５９】
（比較例１）
ｎ型基板上に発光波長６２０ｎｍ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。断面構造は図５と同様である。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Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層３ａと、Ｓｅドープ、厚さ４９．３μｍのｎ型ＡｌＡｓ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。
【００６０】
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（Ａｌ0.1700Ｇａ0.8300）0.4946Ｉｎ0.5054Ｐ、上下クラッド層５及び７の結晶組成は（Ａｌ0.7000Ｇａ0.3000）0.4920Ｉｎ0.5080Ｐとした。この結果、７８０℃において格子不整合度は零となる
【００６１】
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１×１０16ｃｍ-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。
【００６２】
最後にＺｎドープのｐ型Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 Ａｓ電流拡散層を厚さ１００μｍ形成した後、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１×１０18ｃｍ-3、厚さは０．３μｍ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。
【００６３】
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４０ａ．ｕ．、ＶF ＝１．８５Ｖ、５０ｍＡで１０００時間通電試験後の輝度は、当初の輝度の６０％に低下していた。
【００６４】
（比較例２）
比較例１において、電流拡散層８としてＧａＰを使用した。キャリア濃度は７×１０17ｃｍ-3、厚さは１００μｍとした。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６２０ｎｍ、電流２０ｍＡでの発光出力は４０ａ．ｕ．、ＶF ＝１．８７Ｖ、５０ｍＡで１０００時間通電試験後の輝度は、当初の輝度の５５％に低下していた。
【００６５】
【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３の断面構造を示す図である。
【図３】本発明の実施例４の断面構造を示す図である。
【図４】従来のダブルヘテロ構造を有する（ＡｌＧａ）ＩｎＰ発光ダイオードの断面構造を示す図である。
【図５】従来のＧａＡｌＡｓ電流拡散層を備えた（ＡｌＧａ）ＩｎＰ発光ダイオードの断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１  基板
２  バッファー層
３  反射層
４  組成勾配層
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
１２  不整合緩和層
【図１】
0003635757.tif 000009
【図２】
0003635757.tif 000010
【図３】
0003635757.tif 000011
【図４】
0003635757.tif 000012
【図５】
0003635757.tif 000013