(57)【要約】【課題】ある程度の電圧変動が起こっても壊れないＬＥＤ、つまり高信頼性であり、且つ高出力で安価に製造できる半導体発光素子用エピタキシャルウェハ及び半導体発光素子を提供すること。【解決手段】第一導電型の半導体基板１上に、第一導電型のクラッド層３、アンドープ活性層４、第二導電型のクラッド層５、更に第二導電型の電流分散層６が順次積層された半導体発光素子又はそのエピタキシャルウェハにおいて、第二導電型電流分散層６中にアンドープ抵抗層６ｂと第二導電型層６ａとを交互に形成し、且つアンドープ抵抗層６ｂを少なくとも２層以上形成した構造とする。【選択図】　　　図１
2004140300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型の半導体基板上に、第一導電型のクラッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッド層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
第二導電型電流分散層中にアンドープ層と第二導電型層とを交互に形成し、且つ前記アンドープ層を少なくとも２層以上形成したことを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
請求項１記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記第二導電型電流分散層がＧａＰ層であり、
前記第二導電型電流分散層中にあるアンドープ層が、ＧａＰ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかであることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
請求項１記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記第二導電型電流分散層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層であり、
前記第二導電型電流分散層中にあるアンドープ層が、ＧａＰ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかであることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
請求項１記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記第二導電型電流分散層が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層であり、
前記第二導電型電流分散層中にあるアンドープ層が、ＧａＰ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかであることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
第二導電型電流分散層にＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃの何れかのドーパントが添加されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記第二導電型電流分散層が、成長時のＶ／ＩＩＩ比を１０以下として形成され、
その第二導電型電流分散層中に形成する前記アンドープ層が、成長時のＶ／ＩＩＩ比を１００以上とし、且つドーパントを添加しないで形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記第二導電型電流分散層が、Ｃのオートドープにより第二導電型に形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハを用いて製作したことを特徴とする半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高輝度、高信頼性の半導体発光素子用エピタキシャルウェハ及び半導体発光素子の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャルウェハを用いて製造する高輝度の赤色および黄色発光ダイオードの需要が大幅に伸びている。主な用途は、交通用信号、自動車のブレーキランプ、フォグランプなどである。
【０００３】
図５に赤色帯のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの典型的な構造を示す。全てのエピタキシャル層は有機金属気相成長法（以降ＭＯＶＰＥ法と書く）によって成長している。ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ＳｅまたはＳｉをドープしたｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４、Ｚｎをドープしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５、Ｚｎをドープしたｐ型ＧａＰ電流分散層６ａ（ウインドウ層と呼ばれる場合もある）を順次積層した構造となっている。
【０００４】
また、近年、発光層を、障壁層（Ｚｎを添加したｐ型ＩｎＧａＡｓＰ）と井戸層（Ｚｎを添加したｐ型ＩｎＧａＡｓＰ）とが交互に設けられて成る多重量子井戸構造としたＬＥＤも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１５０３９号公報（段落番号００２４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、更なる高信頼性、高出力、且つ安価な半導体発光素子の提供が望まれている。
【０００７】
図５に示した従来の赤色帯ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの素子構造の場合について、具体的に説明する。なお、エピタキシャル層名称のｎ−、ｐ−はエピタキシャル層がそれぞれｎ型、ｐ型であることを表している。
【０００８】
図５において、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅドープ：１×１０１８ｃｍ−３）２、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅドープ：１×１０１８ｃｍ−３）３、アンドープ（Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層（厚さ６００ｎｍ）４、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（厚さ５００ｎｍ、Ｚｎドープ：５×１０１７ｃｍ−３）５、ｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ１４０００ｎｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）６ａを順次成長させて成膜する。更に、上記ｎ−ＧａＡｓ基板１の成長層とは反対側表面全面に電極８を形成し、又、ｐ−ＧａＰ電流分散層６ａ上の表面に直径０．１３ｍｍの円形電極７を形成する。
【０００９】
この様にして構成された電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウェハを上記円形電極７が中心になる様に０．３ｍｍ角に切断し、更にＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）した。更にマウントされたＬＥＤベアチップに、ワイヤボンディングを行った。
【００１０】
このようにして製作されたＬＥＤ素子（ベアチップ）は、２０ｍＡ通電時の発光出力が、２．５０ｍＷであった。図７に発光パターン断面を示す。又このＬＥＤ素子電流電圧特性を調べた結果、図６に示すようであった。このためＬＥＤを駆動するための電圧が変動すると、ＬＥＤに過電流が流れてしまい、ＬＥＤが壊れてしまうという問題があった。
【００１１】
上記したように、従来の構成では電圧変動が起こると、ＬＥＤに過電流が流れてしまい、ＬＥＤが壊れてしまうという問題があった。またＬＥＤの発光出力を高くするためには、電流分散層を厚くする必要がある。このため製造コストが、高くなっていた。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ある程度の電圧変動が起こっても壊れないＬＥＤ、つまり高信頼性であり、且つ高出力で安価に製造できる半導体発光素子用エピタキシャルウェハ及び半導体発光素子を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１４】
請求項１の発明に係る半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、第一導電型の半導体基板上に、第一導電型のクラッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッド層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、第二導電型電流分散層中にアンドープ層と第二導電型層とを交互に形成し、且つ前記アンドープ層を少なくとも２層以上形成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第二導電型電流分散層がＧａＰ層であり、前記第二導電型電流分散層中にあるアンドープ層が、ＧａＰ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかであることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第二導電型電流分散層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層であり、前記第二導電型電流分散層中にあるアンドープ層が、ＧａＰ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかであることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第二導電型電流分散層が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層であり、前記第二導電型電流分散層中にあるアンドープ層が、ＧａＰ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかであることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、第二導電型電流分散層にＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃの何れかのドーパントが添加されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第二導電型電流分散層が、成長時のＶ／ＩＩＩ比（Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の供給量比）を１０以下として形成され、その第二導電型電流分散層中に形成する前記アンドープ層が、成長時のＶ／ＩＩＩ比を１００以上とし、且つドーパントを添加しないで形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第二導電型電流分散層が、Ｃのオートドープにより第二導電型に形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【００２１】
請求項８の発明に係る半導体発光素子は、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハを用いて製作したことを特徴とする。
【００２２】
＜発明の要点＞
本発明の要点は、ある程度の電圧変動が起こっても壊れないＬＥＤとする上記目的を達するために、第二導電型電流分散層６ａ内に抵抗層としてアンドープ層６ｂを挿入することが有効であることを見出したことにある。また第二導電型電流分散層６ａとアンドープ層６ｂとを交互に形成し、且つ前記アンドープ層６ｂを２層以上にすることにより、電流分散効果があることを見出したことにある。これらにより、高出力、高信頼性のＬＥＤ、又はＬＥＤ用エピタキシャルウェハが製作可能になった。
【００２３】
また、第二導電型電流分散層６ａの膜厚を薄くしても、十分に電流分散できるようになったため、発光出力を低下することなく第二導電型電流分散層の膜厚を薄くできるようになった。よって、高信頼性であり、且つ高出力で安価なＬＥＤ、又ＬＥＤ用エピタキシャルウェハが製作可能になった。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２５】
本実施形態のＬＥＤ用エピタキシャルウェハは、図５で説明した赤色帯ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの素子構造において、第二導電型電流分散層中にアンドープ抵抗層（アンドープ層）を複数層形成し、発光出力及び信頼性の向上を図ったものである。
【００２６】
ここで取り扱うＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、発光波長６２０ｎｍ付近の赤色発光ダイオードであり、図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板（第一導電型基板）１上に、Ｓｅドープｎ型ＧａＡｓバッファ層（第一導電型バッファ層）２、Ｓｅドープｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第一導電型クラッド層）（第一クラッド層）３、該クラッド層よりバンドギャップエネルギーが小さいアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層（アンドープ活性層）４、該活性層よりバンドギャップエネルギーが大きい組成のｐ型（Ｚｎドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第二導電型クラッド層）（第二クラッド層）５、ｐ型多層電流分散層（第二導電型電流分散層）６を積層した構造を有する。
【００２７】
この多層電流分散層６は、第二導電型電流分散層中にアンドープ抵抗層（アンドープ層）６ｂと第二導電型層（第二導電型電流分散層）６ａとを交互に形成し、且つアンドープ抵抗層６ｂを少なくとも２層以上形成したものから成る。
【００２８】
このｐ型多層電流分散層６の第一の形態は、具体的には、第二導電型電流分散層６ａがＧａＰ層であり、アンドープ抵抗層６ｂが、ＧａＰ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかである形態である。
【００２９】
第二の形態は、第二導電型電流分散層６ａがＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層であり、アンドープ抵抗層６ｂが、ＧａＰ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかである形態である。
【００３０】
第三の形態は、第二導電型電流分散層６ａが（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層であり、アンドープ抵抗層６ｂが、ＧａＰ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかである形態である。
【００３１】
第二導電型電流分散層６ａが、ＧａＰである場合（第一の形態）、ＡｌＧａＡｓである場合（第二の形態）、ＡｌＧａＩｎＰである場合（第三の形態）の作用の優劣を比較すると、発光波長が短くなるにつれＧａＰが有利になる。赤色から黄色（波長６５０〜５９５ｎｍ）程度の波長であれば、ＧａＰとＡｌＧａＡｓの優劣にさほど差が認められない。そして、優れている順に強いて並べれば、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰの順になる。
【００３２】
上記した３つの形態において、第二導電型電流分散層中の　全てのアンドープ抵抗層は、第二導電型電流分散層に挟まれている構造とするのが好ましい。なお、第二クラッド層５を形成する主たる材料は、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰのいずれであってもよい。
【００３３】
第二導電型電流分散層に添加されるドーパントには、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃの何れかを用いる。
【００３４】
この半導体発光素子の特徴ある製作方法の第一の形態として、第二導電型電流分散層成長時のＶ／ＩＩＩ比を１０以下にし、前記第二導電型電流分散層中に形成するアンドープ抵抗層成長時のＶ／ＩＩＩ比を１００以上であり、且つドーパントを添加しない方法がある。
【００３５】
また第二の形態として、第二導電型電流分散層を、Ｃのオートドーピングにより第二導電型とする製作方法がある。オートドーピングは、第二導電型電流分散層６ａに積極的にドーパントのＺｎを入れず、Ｖ／ＩＩＩ比を低くして、Ｃが自然に添加されるようにする方法である。
【００３６】
【実施例】
＜実施例１＞
本発明の一実施例として、図１に示した構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。ｎ−ＧａＡｓ基板１上にＭＯＶＰＥ法により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅドープ１×１０１８ｃｍ−３）２、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅドープ：１×１０１８ｃｍ−３）３、アンドープ（Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層（厚さ６００ｎｍ）４、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（厚さ５００ｎｍ、Ｚｎドープ：５×ｌ０１７ｃｍ−３）５、ｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ２０００ｎｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）６ａ、アンドープＧａＰ抵抗層（厚さ５００ｎｍ）６ｂ、ｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ５００ｎｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）６ａ、アンドープＧａＰ抵抗層（厚さ５００ｎｍ）６ｂ、ｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ５００ｎｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）６ａ、アンドープＧａＰ抵抗層（厚さ５００ｎｍ）６ｂ、ｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ５００ｎｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）６ａ、アンドープＧａＰ抵抗層（厚さ５００ｎｍ）６ｂ、ｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ２０００ｎｍ、Ｚｎドープ：３×１０１８ｃｍ−３）６ａを順次成長させて成膜した。
【００３７】
また、前記アンドープ抵抗層６ｂのみをＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓに変えたものと、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐにしたものも、製作した。この時のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ及び（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ抵抗層６ｂの膜厚は、前記したアンドープＧａＰ抵抗層６ｂの膜厚と同じ５００ｎｍとした。
【００３８】
以上のように、アンドープ抵抗層６ｂの材料のみが異なった３種類のエピタキシャルウェハを製作した。
【００３９】
ＭＯＶＰＥ法による成長は、成長温度７００℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒ（６６．７ｈｐａ）で行った。電流分散層以外の各層の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／ｓ、Ｖ／ＩＩＩ比は３００〜６００で行った。ｐ−ＧａＰ電流分散層６ａ及びアンドープＧａＰ、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ抵抗層（厚さ５００ｎｍ）６ｂは、Ｖ／ＩＩＩ比、１００で行った。
【００４０】
更に、上記ｐ−ＧａＰ電流分散層６ａ表面、つまりチップ上面に直径０．１３ｍｍの円形のｐ側電極（第二導電型電極）７を蒸着により形成した。又ｎ−ＧａＡｓ基板１の成長層とは反対側表面全面に、ｎ側電極（第一導電型電極）８を蒸着により形成した。ｐ型電極は、金・亜鉛、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に蒸着し、ｎ型電極は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着した。
【００４１】
更に、ｐ型の円形電極７及びｎ型電極８が設けられた電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウェハを、前記円形電極が中心になる様に０．３ｍｍ角に切断し、更にＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）した。更にマウントされたＬＥＤベアチップに、ワイヤボンディングを行った。
【００４２】
この様にして製作された３種類のＬＥＤ素子（ベアチップ）の、２０ｍＡ通電時の発光出力を測定した。結果（ＧａＰ電流分散層時のアンドープ抵抗層材料と発光出力）を、まとめて表１に示す。また発光パターンの断面を図４に示す。
【００４３】
【表１】
2004140300.tif 000003
【００４４】
発光出力は、表１に示したように、従来と同等若しくはそれよりも、高くなった。
【００４５】
又この３種類のＬＥＤ素子（樹脂でモールドされていない）の、電流電圧特性も調べた。その結果、３種類全てのＬＥＤで、３Ｖ以上の電圧が印加されてもＬＥＤが壊れないことが確認された。代表的な電流電圧特性を、図２に示す。因みに図２は、アンドープ抵抗層６ｂがＧａＰ層である時のものである。
【００４６】
上記表１及び図２の結果が示すように、第二導電型電流分散層６ａ中にアンドープ抵抗層６ｂを２層以上設けたことにより、高発光出力及び高信頼性の半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハを製作することができた。また発光出力を低くすることなく、電流分散層（アンドープ抵抗層を含む）の膜厚を従来の約５０％の膜厚である７５００ｎｍまで薄くできた。このため、半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造コスト低減に成功し、価格を大幅に低減することができた。
【００４７】
＜実施例２＞
実施例１と同じ構造のエピタキシャルウェハを、製作した。また成長条件、ＬＥＤ素子製作工程や評価方法も実施例１と同じである。但し、第二導電型電流分散層６ａの材料をＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓにし、第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの材料を、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ、ＧａＰ、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐにしたものを、製作した。この時の、第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの膜厚は、実施例１と同じにし、更に第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂを加算した全体の膜厚が、実施例１と同じ７５００ｎｍになるようにエピタキシャルウェハを製作した。つまり、第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの材料のみが実施例１と異なっているだけで、その他は、全て実施例１と同じである。上記した様にして製作された３種類のＬＥＤ素子（ベアチップ）の、２０ｍＡ通電時の発光出力を、まとめて表２に示す。
【００４８】
【表２】
2004140300.tif 000004
【００４９】
発光出力は、表２に示したように、従来技術のＬＥＤと同等若しくはそれよりも、高くなった。
【００５０】
又この３種類のＬＥＤ素子（樹脂でモールドされていない）の、電流電圧特性も調べた。その結果、３種類全てのＬＥＤで、３Ｖ以上の電圧が印加されてもＬＥＤが壊れないことが確認された。代表的な電流電圧特性を、図３に示す。因みに図３は、アンドープ抵抗層６ｂがＡｌＧａＡｓ層である時のものである。
【００５１】
上記表２及び図３から判るように、第二導電型電流分散層６ａ中にアンドープ抵抗層６ｂを２層以上設けたことにより、高発光出力及び高信頼性の半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハを製作できた。また発光出力を低くすることなく、電流分散層（アンドープ抵抗層を合む）６の膜厚を従来の約５０％の膜厚である７５００ｎｍまで薄くできた。このため、半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造コストの低減に成功し、価格を大幅に低減することができた。
【００５２】
＜実施例３＞
実施例１と同じ構造のエピタキシャルウェハを、製作した。また成長条件、ＬＥＤ素子製作工程や評価方法も実施例１と同じである。但し、第二導電型電流分散層６ａの材料を（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐにし、第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの材料を、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ、ＧａＰ、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓにしたものを、製作した。この時の、第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの膜厚は、実施例１と同じにし、更に第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂを加算した全体の膜厚が、実施例１と同じ７５００ｎｍになるようにエピタキシャルウェハを製作した。つまり、第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの材料のみが実施例１と異なっているだけで、その他は、全て実施例１と同じである。
【００５３】
上記した様にして製作された３種類のＬＥＤ素子（ベアチップ）の、２０ｍＡ通電時の発光出力を、まとめて表３に示す。
【００５４】
【表３】
2004140300.tif 000005
【００５５】
発光出力は、表３に示したように、従来技術のＬＥＤと同等若しくはそれよりも、高くなった。
【００５６】
又この３種類のＬＥＤ素子（樹脂でモールドされていない）の、電流電圧特性も調べた。その結果、３種類全てのＬＥＤで、３Ｖ以上の電圧が印加されてもＬＥＤが壊れないことが確認された。代表的な電流電圧特性は、図２及び図３と同等である。
【００５７】
このため、第二導電型電流分散層６ａ中にアンドープ抵抗層６ｂを２層以上設けたことにより、高発光出力及び高信頼性の半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハを製作できた。また発光出力を低くすることなく、電流分散層（アンドープ抵抗層を含む）６の膜厚を従来の約５０％の膜厚である７５００ｎｍまで薄くできた。このため、半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造コスト低減に成功し、価格を大幅に低減することができた。
【００５８】
＜実施例４＞
実施例１と同じ構造のエピタキシャルウェハを、製作した。また成長条件、ＬＥＤ素子製作工程や評価方法は、基本的に実施例１と同じである。但し、第二導電型電流分散層６ａの成長条件を、アンドープとした。更に前記第二導電型電流分散層６ａ成長時のＶ／ＩＩＩ比（Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の供給量比）を、従来例や実施例１〜３の１００から、８に変えて成長した。この時の、第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの膜厚は、実施例１〜３と同じにし、更に第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂをたした全体の膜厚が、実施例１〜３と同じ７５００ｎｍになるようにエピタキシャルウェハを製作した。つまり、第二導電型電流分散層６ａのＶ／ＩＩＩ比を１００から８にしたことと、Ｚｎをドーピングせずにアンドープにしたことのみが実施例１〜３と異なっているだけで、その他は、全て実施例１〜３と同じである。
【００５９】
上記の様にして製作された９種類のＬＥＤ素子（ベアチップの、２０ｍＡ通電時）の発光出力を、まとめて表４に示す。
【００６０】
【表４】
2004140300.tif 000006
【００６１】
発光出力は、表４に示したように、従来技術のＬＥＤ及び実施例１〜３のＬＥＤよりも、高くなった。
【００６２】
又この３種類のＬＥＤ素子（樹脂でモールドされていない）の、電流電圧特性も調べた。その結果、３種類全てのＬＥＤで、３Ｖ以上の電圧が印加されてもＬＥＤが壊れないことが確認された。代表的な電流電圧特性は、図２及び図３と同等である。
【００６３】
このため、第二導電型電流分散層６ａ中にアンドープ抵抗層６ｂを２層以上設け、且つ第二導電型電流分散層６ａにドーピングしていたＺｎを入れず、Ｖ／ＩＩＩ比を低くしてＣのオートドーピングをしたことにより、実施例１〜３よりも、更に高出力にすることが出来た。実施例１〜３よりも発光出力が向上した原因は、成長中に活性層中に拡散しやすいドーパントが入れてないため、活性層中に形成される欠陥が少なくなったためである。
【００６４】
Ｖ／ＩＩＩ比を低くして成長するとＣのオートドーピングができる理由は、Ｖ／ＩＩＩ比が低くなると、原料である有機金属の分解が不完全になり、有機金属のＣが結晶中に取り込まれるからである。
【００６５】
実施例１〜３のＬＥＤの通電試験による信頼性は、１０００時間経過後で相対出力が９０％程度であったが、本実施例では、相対出力９８％と向上している。この時の通電条件は、チップ状態であり、２５℃で５０ｍＡ通電である。前記した信頼性の向上も、上記したドーパントの拡散が無いからである。
【００６６】
以上の結果から、実施例１〜３よりも高出力であり、且つ高信頼性の半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハを製作できた。また発光出力を低くすることなく、電流分散層（アンドープ抵抗層を含む）の膜厚を従来の約５０％の膜厚である７５００ｎｍまで薄くできた。このため、半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造コストの低減に成功し、価格を大幅に低減することができた。
【００６７】
＜最適条件について＞
第二導電型電流分散層６ａ中にある上記アンドープ抵抗層６ｂの全厚が厚くなると、ＬＥＤが壊れる電圧を高くすることができる。しかし上記アンドープ抵抗層６ｂの全厚をあまり厚くしすぎると、ＬＥＤの駆動電圧が高くなる。このことから、上記アンドープ抵抗層６ｂの全厚には、適当な厚さがあり、厚くしすぎるのもあまり適しない。このため、上記アンドープ抵抗層６ｂの全厚は、５００〜３０００ｎｍが適している。更に好ましいのは、８００〜２０００ｎｍである。
【００６８】
第二導電型電流分散層６ａ中にある上記アンドープ抵抗層６ｂの各層の膜厚を薄くして、層数を増やした方が電流分散効果が高まり、発光出力は向上する。しかし、上記アンドープ抵抗層６ｂ一つの層の膜厚が薄すぎると、第二導電型電流分散層６ａ中に存在するＺｎの拡散により、抵抗層として機能しなくなる。このことから、上記アンドープ抵抗層６ｂ一つの層の膜厚には、適当な厚さがあり、薄くして総数を増やすのもあまり適しない。このため、上記アンドープ抵抗層６ｂの膜厚は、５０〜１０００ｎｍが適している。更に好ましいのは、２００〜５００ｎｍである。
【００６９】
第二導電型電流分散層６ａ及びアンドープ抵抗層６ｂは、発光層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する半導体材料によって構成されると、活性層より発光した光に対し光吸収層となってしまうことから、ＬＥＤとしての発光出力を低下させてしまう。このことから、上記第二導電型電流分散層６ａ及びアンドープ抵抗層６ｂの材料は、発光層のバンドキャップよりも大きいバンドギャップを有する半導体材料によって構成することがより好ましい。
【００７０】
＜他の実施例、変形例＞
実施例では、表面電極の形状は、円形であるが、異形状、例えば四角、菱形、多角形等でも同様の効果を得ることができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明は、第一導電型の半導体基板上に第一導電型クラッド層、アンドープ活性層、第二導電型クラッド層、更に第二導電型電流分散層が積層された半導体発光素子において、第二導電型電流分散層中にアンドープ抵抗層を２層以上設けることにより、電圧変動に起因するＬＥＤ特性の劣化を防止し、更に電流分散効果を高めることに成功した。従って本発明により、高信頼性であり、且つ発光出力の優れたＬＥＤ及びＬＥＤ用エピタキシャルを得ることができた。また本発明により、発光出力を低くすることなく、電流分散層（アンドープ抵抗層を含む）の膜厚を従来の約５０％の膜厚である７５００ｎｍまで薄くできた。このため、本発明は、半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造コストの低減に成功し、価格を大幅に低減することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面構造図である。
【図２】本発明の一実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの電流電圧特性図である。
【図３】本発明の他の実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの電流電圧特性図である。
【図４】本発明の一実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの発光パターンの断面図である。
【図５】従来技術にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面構造図である。
【図６】従来技術にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの電流電圧特性図である。
【図７】従来技術にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの発光パターンの断面図である。
【符号の説明】
１　基板
２　バッファ層
３　クラッド層
４　活性層
５　クラッド層
６　多層電流分散層
６ａ　第二導電型電流分散層
６ｂ　アンドープ抵抗層（アンドープ層）
【図１】
2004140300.tif 000007
【図２】
2004140300.tif 000008
【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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