(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面に裏面電極を備えた導電性の結晶基板と、基板上に積層されたリン化ガリウム（ＧａＰ）系半導体からなる発光層を含む発光部と、発光部上に表面電極を備えたＧａＰ系発光ダイオードに於いて、表面電極の射影領域に、発光部の一構成層上に接合して、第１のｐ型リン化硼素（ＢＰ）系半導体層が設けられ、第１のｐ型リン化硼素（ＢＰ）系半導体層上及び射影領域以外の発光部の一構成層上に接合して、第１のｐ型リン化硼素よりも低抵抗の第２のｐ型リン化硼素（ＢＰ）系半導体層が備えられていて、第１及び第２のｐ型リン化硼素（ＢＰ）系半導体層が、室温での禁止帯幅を３．０±０．２エレクトロンボルト（ｅＶ）とするリン化硼素（ＢＰ）を基材として構成されていることを特徴とするＧａＰ系発光ダイオード。
【請求項２】
裏面に裏面電極を備えた導電性の結晶基板と、基板上に積層されたリン化ガリウム（ＧａＰ）系半導体からなる発光層を含む発光部と、発光部上に表面電極を備えたＧａＰ系発光ダイオードに於いて、表面電極の射影領域に、発光部の一構成層上に接合して、第１のリン化硼素（ＢＰ）系半導体層が設けられ、第１のリン化硼素（ＢＰ）系半導体層上及び射影領域以外の発光部の一構成層上に接合して、第２のリン化硼素（ＢＰ）系半導体層が備えられていて、第１のリン化硼素（ＢＰ）系半導体層と発光部の一構成層とが、電流阻止機能をなすｐｎ接合され、第１及び第２のリン化硼素（ＢＰ）系半導体層が、室温での禁止帯幅を３．０±０．２エレクトロンボルト（ｅＶ）とするリン化硼素（ＢＰ）を基材として構成されていることを特徴とするＧａＰ系発光ダイオード。
【請求項３】
第２のリン化硼素（ＢＰ）系半導体層の平面積を、第１のリン化硼素（ＢＰ）系半導体層を越えて大としたことを特徴とする請求項１または2に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
【請求項４】
第１のリン化硼素（ＢＰ）系半導体層の平面積（Ｓ：ｃｍ2）を表面電極の最大の平面積（Ｓ0：ｃｍ2）に対し、関係式０．７≦Ｓ／Ｓ0≦１．５で示される範囲としたことを特徴とする請求項３に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
【請求項５】
第１のリン化硼素（ＢＰ）系半導体層が、接合させる発光部の一構成層と同一の格子定数を有する格子整合層から構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
【請求項６】
第２のリン化硼素（ＢＰ）系半導体層が、接合させる発光部の一構成層と同一の格子定数を有する格子整合層から構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
【請求項７】
第１及び第２のリン化硼素（ＢＰ）系半導体層が、非晶質層または多結晶層から構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
【請求項８】
第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、格子定数を同一とするリン化硼素（ＢＰ）系半導体層から構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
【請求項９】
発光部に備えられている発光層が、砒化リン化ガリウム（ＧａＡｓ1-XＰX：０<Ｘ≦１）から構成されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
【請求項１０】
発光層とする砒化リン化ガリウム（ＧａＡｓ1-XＰX：０<Ｘ≦１）には、窒素（Ｎ）が添加されていることを特徴とする請求項９に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
【請求項１１】
発光部に備えられている発光層が、窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1-XＰX：０<Ｘ≦１）から構成されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオードを用いたランプ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のＧａＰ系発光ダイオードを用いたランプから作製された光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リン化硼素系半導体層のｐｎ接合を利用して、電流阻止或いは電流狭窄の機能を実現した積層構造を具備したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子を構成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リン化ガリウム（ＧａＰ）系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を発光層として利用する発光素子として例えば、リン化ガリウム（ＧａＰ）緑色帯発光ダイオード（ＬＥＤ）が公知である（寺本  巖著、「半導体デバイス概論」（（株）培風館、１９９５年３月３０日発行初版、１１８〜１２１頁参照）。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の別の例として砒化リン化ガリウム（ＧａＡｓ1-XＰX：０≦Ｘ≦１）黄色帯ＬＥＤが知れている（上記の「半導体デバイス概論」、１１４〜１１６頁参照）。また、最近では、ＩＩＩ族窒化物半導体の一種である窒化リン化ガリウム混晶（ＧａＮ1-XＰX：０≦Ｘ≦１）を発光層とする青紫色帯窒化ガリウム系ＬＥＤが開発されている（２００１年（平成１３年）年春季第４８回応用物理学関係連合講演会講演予稿集、Ｎｏ．１、４２５頁、３１ａ−Ｍ−２参照）。
【０００３】
従来より、例えば、ＧａＰＬＥＤは主に液相エピタキシャル（ＬＰＥ）手段により成膜した数ミクロンメーター（μｍ）或いは数十μｍ程度の厚い膜を利用して構成されている（Ｇ．Ｂ．ＳＴＲＩＮＧＦＥＬＬＯＷ他編著、”Ｈｉｇｈ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ”（ＡＣＡＤＥＭＩＣ  ＰＲＥＳＳ（Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，Ｕ．Ｓ．Ａ．、１９９７）、６〜７頁参照）。また、従来のＧａＡｓ1-XＰX（０≦Ｘ≦１）ＬＥＤはハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）気相成長手段により成膜した数μｍから数十μｍの厚膜を利用して構成されている（上記の”Ｈｉｇｈ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ”、４７〜４８頁参照）。これらの従来のＧａＰ系ＬＥＤでは、発光層とＬＥＤ駆動電流を供給するために発光部の表面上方に設けられる表面電極との中間に厚膜が配置される構成となっている。即ち、厚膜の配置により、表面電極と発光層との距離を大きく隔てている構造となっている。このため、駆動電流は発光層に到達する以前に厚膜内部で横方向に拡散させられ、発光領域に都合良く駆動電流を分散できる構成となっている。
【０００４】
一方で、有機金属熱分解気相成長（ＭＯＣＶＤ）手段による薄膜を利用するＬＥＤにあっては、表面電極と発光領域との距離はＧａＰ系ＬＥＤ程、大ではないのが一般的である。このため、ＬＥＤ駆動電流は横方向に拡散するよりも、表面電極の直下の発光領域（所謂、表面電極の射影（ｓｈａｄｏｗ）領域）に短絡的に流入してしまうため、発光領域の拡張を充分に達成できない。従来より、高輝度化を達成するための一手段として、ＬＥＤ駆動電流を外部視野方向に開口された発光領域（開口発光領域）に流通させる技術手段が知れている（上記の”Ｈｉｇｈ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ”、１７８〜１８０頁参照）。この方法の目的は、ＬＥＤ駆動電流を限定された領域、即ち、開口発光領域に優先的に集中的に流通させる作用を有する電流阻止層を配置することをもって達成されている。
【０００５】
ＬＥＤにあっては、電流阻止層は、素子駆動電流を供給するために発光部上に設けられる台座（ｐａｄ）電極等の表面電極の下方に敷設されるのが通常である。例えば、リン化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ：０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ＜１）系ＬＥＤにあって、電流ブロック（ｂｌｏｃｋ）層とも呼称される電流阻止層は、表面電極の発光部への射影領域（上記の開口発光領域以外の素子領域に相当する）に配置するのが一般的となっている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６１（１５）（１９９２）、１７７５〜１７７７頁参照）。
【０００６】
電流阻止層は、例えば、クラッド（障壁）層と発光層との接合構造からなる発光部の構成層とのｐｎ接合構造をもって従来から構成されている（上記の”Ｈｉｇｈ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ”、１７８〜１８０頁参照）。例えば、従来の（Ａｌ1-XＧａX）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ＜１）系ＬＥＤにあっては、電流阻止層をｐ形（Ａｌ0.49Ｇａ0.51）0.50Ｉｎ0.50Ｐ発光層に接合するｎ形（Ａｌ0.60Ｇａ0.40）0.50Ｉｎ0.50Ｐクラッド層内部にマグネシウム（Ｍｇ）をイオン注入して形成したｐｎ接合構造から構成する例がある（特開平７−３２６７９３号公報参照）。また、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）構造発光部の一構成層であるｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部クラッド（ｃｌａｄ）層とｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐブロック層とのｐｎ接合構造より電流阻止機能層が構成されている（上記のＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６１（１９９２）参照）。
【０００７】
一方、従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体レーザーダイオード（ＬＤ）に於いても、ＬＥＤの電流阻止層と類似の作用を発揮する機能層として電流狭窄層が利用されている（上記の「半導体デバイス概論」、１２６〜１２７頁参照）。最近では、電流狭窄層をリン化硼素（ＢＰ）から構成する技術例が開示されている（特開平１０−２４２５６９号公報参照）。リン化硼素の室温禁止帯幅として、従来より２エレクトロンボルト（ｅＶ）の値が通用している（▲１▼上記の「半導体デバイス概論」、２８頁、▲２▼ＲＣＡ  Ｒｅｖｉｅｗ，２５（１９６４）、１５９〜１６７頁、及び▲３▼Ｚ．ａｎｏｒｇ．ａｌｌｇ．ｃｈｅｍ．，３４９（１９６７）、１５１〜１５７頁参照）。上記の電流狭窄層も、室温での禁止帯幅を２．０ｅＶとするリン化硼素から構成されるものとなっている（特開平２−２７５６８２号公報、特開平１０−２４７７６０号、特開平１０−２４７７６１号公報参照）。
【０００８】
また、リン化硼素はフィリップスのイオン結合度が０．００６と低い（フィリップス著、「半導体結合論」（（株）吉岡書店、１９８５年７月２５日発行、第３刷）、４９〜５１頁参照）。また、例えば、砒化硼素（ＢＡｓ）に至っては０．００２とイオン結合度は更に小さい（上記の「半導体結合論」、４９〜５１頁参照）。従って、リン化砒素（ＢＰ）系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からは、電流阻止層をなすｐｎ接合構造を得られ易い特徴を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＧａＰ系ＬＥＤは、同一の素材からなる半導体層の同種（ホモ：ｈｏｍｏ）接合型構造から構成されている。キャリアの「閉じ込め」効果（上記の「半導体デバイス概論」、１２４〜１２５頁参照）に因る発光強度の向上が期待できる異種（ヘテロ：ｈｅｔｅｒｏ）接合型構造のＧａＰ系ＬＥＤは実用化されてはいない。ましてや、例えば、上記のリン化硼素系半導体層の特性を活用して構成された電流阻止機能構造を備えたＧａＰ系ＬＥＤを得るための技術は開示されていないのが現状である。従来のホモ接合型ＧａＰ系ＬＥＤに比較して、より発光強度に優れるＧａＰ系ＬＥＤを得るためには、発光部をヘテロ接合構造より構成する、あるいは、電流阻止作用を発揮するに有効な機能構造を構成するための技術措置を施すのが肝要となっている。
【００１０】
また、従来より電流阻止層を構成するに利用されているリン化硼素系半導体層の禁止帯幅は２ｅＶと低いが故に、緑色帯等の短波長可視光に対して不透明であるため、吸収による発光強度の損失が大となってしまう欠点があった（上記の▲１▼特開平２−２８８３８８号公報参照）。例えば、レーザー光を電流狭窄部位を透過させずに水平方向に発振させる構造を採るＬＤでは、電流狭窄層による吸収は発振光の強度に然したる影響を及ぼさない。一方、ＬＤとは相違して、発光を電流阻止作用を有する機能部位の構成層を透過させて外部視野方向に取り出す構造となっているのが一般的なＬＥＤの構造である。従って、この様な低い禁止帯幅の半導体層から電流阻止層を構成すると、発光が吸収され、高発光強度のＬＥＤを得るには不都合となる問題点がある。
【００１１】
従来では、例えば、禁止帯幅が２．７ｅＶ以上と充分に大きく、電流阻止機能を果たすｐｎ接合構造体を構成するに好都合となる伝導形（ｐｎ）制御が可能で、結晶の質も良好であると云う条件を満足する半導体材料は存在しないとされている（上記の特開平１０−２４７７６０号公報参照）。このため、従来に於いては、禁止帯幅を２ｅＶとするリン化硼素と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系混晶との超格子構造を作製して、室温禁止帯幅を２ｅＶ以上とする構造体を得る技術が開示されている（上記の特開平２−２７５６８２号参照）。しかし、この従来技術手段では、敢えて、超格子構造を形成する必要に迫られる煩雑な問題点を有している。
【００１２】
本発明は、上記の従来技術の欠点を克服するべくなされたもので、（ア）電流阻止機能を発揮する、ホモ接合型或いはヘテロ接合型の発光部を備えたＧａＰ系ＬＥＤを構成するための技術、また、（イ）電流阻止機能構造を伝導性の制御を容易に行えるリン化硼素系半導体層を利用して構成するための技術、及び（ウ）短波長可視波長領域の発光を透過するに好都合に作用する禁止帯幅の大きなリン化硼素系半導体層を提供するための技術を提示することを主たる趣旨とするものである。
【００１３】
また、本発明は、上記の提示技術を基に構成された電流阻止機能構造を具備するＧａＰ系ＬＥＤ、並びに同ＧａＰ系ＬＥＤを用いたランプ（ｌａｍｐ）及びそのランプを利用してなる光源を提供するものである。併せて、本発明は、特に、緑色帯或いは黄色帯の可視光を都合良く透過する禁止帯幅の大きなリン化硼素系半導体層を簡便に形成するための製造方法を提供すると共に、上記のＧａＰ系ＬＥＤ、ランプ、及び光源を形成するための製造方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、裏面に裏面電極を備えた導電性の結晶基板と、基板上に積層されたＧａＰ系半導体からなる発光層を含む発光部と、発光部上に表面電極を備えたＧａＰ系発光ＬＥＤにあって、次記の１．乃至１９．に記載の特徴を有するＧａＰ系ＬＥＤを提供するものである。特に、下記の１．〜４．に記載の発明では、ＧａＰ系ＬＥＤに好適となる電流阻止機能部の構成手段及び配置手段を提供するものである。
１．裏面に裏面電極を備えた導電性の結晶基板と、基板上に積層されたリン化ガリウム（ＧａＰ）系半導体からなる発光層を含む発光部と、発光部上に表面電極を備えたＧａＰ系発光ダイオードに於いて、表面電極の射影領域に、発光部の一構成層に接合して、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が設けられ、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接合して、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が備えられていることを特徴とするＧａＰ系発光ダイオード。
２．第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と反対の伝導形の導電層から構成されていることを特徴とする前記１．に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
３．上記の射影領域に、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接合する発光部の一構成層とで構成されるｐｎ接合構造が備えられていることを特徴とする前記１．または２．に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
４．上記の射影領域に在る第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面と、上記の射影領域以外の素子領域に露呈した発光部の一構成層の表面とを被覆する、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が備えられていることを特徴とする前記１．乃至３．に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
【００１５】
また本発明のＧａＰ系発光ダイオードは、上記の１．乃至４．に記載の基本的構成に加えて、
５．第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を、接合をなす発光部の一構成層と同一の伝導形の導電層とすることを特徴とする。
上記の発明は、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を発光部の構成層とヘテロ接合するヘテロ接合層として利用して、ヘテロ接合構造のＧａＰ系ＬＥＤを提供するものである。
【００１６】
また本発明ＧａＰ系発光ダイオードは、前記１．乃至５．に記載の発明の構成に加えて、
６．第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の平面積を、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の平面積を越えて大としたことを特徴とする。
上記の発明は、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を発光部構成層とのヘテロ接合層として備え、且つ表面電極より供給される駆動電流を開口発光領域に広範囲に拡散させる電流拡散層として利用したＧａＰ系ＬＥＤを提供する。
また本発明は、電流阻止機能部位の設置領域を徒に大とすることなく、開口発光領域の不要な縮小を抑制するため、
７．第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の平面積（Ｓ：ｃｍ2）を表面電極の最大の平面積（Ｓ0：ｃｍ2）に対し、関係式０．７≦Ｓ／Ｓ0≦１．５で示される範囲としたことを特徴とする前記６.に記載のＧａＰ系発光ダイオード
を提供する。
【００１７】
また、次の８．及び９．に記載の発明は、発光部の一構成層に格子整合する含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からヘテロ接合層を構成する技術手段を利用したＧａＰ系ＬＥＤに関するものである。
８．第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、接合させる発光部の一構成層と同一の格子定数を有する格子整合層から構成されていることを特徴とする上記の１．乃至７．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
９．第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、接合させる発光部の一構成層と同一の格子定数を有する格子整合層から構成されていることを特徴とする上記の１．乃至８．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード
【００１８】
また、上記の１．乃至９．に記載の発明の構成に加えて、
１０．第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、非晶質層または多結晶層から構成されていることを特徴とするＧａＰ系発光ダイオードでは、熱的変質が回避された発光部を備えたＧａＰ系ＬＥＤが提供される。
【００１９】
また、本発明では、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をリン化硼素系半導体層から構成した次の１１．乃至１５．項に記載のＧａＰ系ＬＥＤを提供する。特に、１４．及び１５．項では、障壁層として好都合に利用できる禁止帯幅の大きなリン化硼素系半導体層を備えたＧａＰ系ＬＥＤを提供する。すなわち本発明は、
１１．第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、リン化硼素（ＢＰ）系半導体層から構成されていることを特徴とする前記１．乃至１０．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
１２．第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、リン化硼素（ＢＰ）系半導体層から構成されていることを特徴とする前記１．乃至１１．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
１３．第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、同一のリン化硼素（ＢＰ）系半導体層から構成されていることを特徴とする前記１．乃至１２．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
１４．第１または第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、室温での禁止帯幅を３．０±０．２ｅＶとするリン化硼素を基材として構成されていることを特徴とする前記１．乃至１３．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
１５．第１または第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、室温での禁止帯幅を３．０±０．２ｅＶとする単量体のリン化硼素層から構成されていることを特徴とする前記１．乃至１４．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
である。
【００２０】
また本発明では、上記の１．乃至１５．項に記載の発明の構成に加えて、次の１６．及び１９．項に記載の特定されたＧａＰ系半導体材料からなる発光層を備えたＧａＰ系ＬＥＤを提供する。すなわち本発明は、
１６．発光部に備えられている発光層が、砒化リン化ガリウム（ＧａＡｓ1-XＰX：０<Ｘ≦１）から構成されていることを特徴とする前記１．乃至１５．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
１７．発光層とする砒化リン化ガリウム（ＧａＡｓ1-XＰX：０<Ｘ≦１）には、窒素（Ｎ）が添加されていることを特徴とする前記１６．に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
１８．発光部に備えられている発光層が、窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1-XＰX：０<Ｘ≦１）から構成されていることを特徴とする前記１．乃至１５．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオード。
１９．第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を、発光層に接合する障壁層として設けられていることを特徴とする１６．乃至１８．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオードである。
【００２１】
また本発明は、上記の１．〜１９．項に係わるＧａＰ系発光ダイオードを利用した次の２０．及び２１．項に記載のランプあるいは光源である。
２０．前記１．乃至１９．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオードを用いたランプ。
２１．前記２０．に記載のＧａＰ系発光ダイオードを用いたランプから作製された光源。
【００２２】
また本発明では、上記の１．乃至１９．項に記載のＧａＰ系発光ダイオードを製造するために、次の２２．乃至２６．項に記載のＧａＰ系発光ダイオードの製造方法を提供する。すなわち本発明は、
２２．導電性結晶基板上の、発光部の一構成層上に第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成し、発光部上に設ける表面電極の射影領域以外の素子領域に在る第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を除去した後に、射影領域に残置された第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面と素子領域に露呈した発光部の一構成層の表面とを被覆する第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成することを特徴とする前記１．乃至１９．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオードの製造方法。
２３．導電性結晶基板上に発光部を形成した後、発光部の構成層よりも低温で第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成することを特徴とする前記２２．に記載のＧａＰ系発光ダイオードの製造方法。
２４．導電性結晶基板上に発光部と第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成した後、発光部の構成層よりも低温で第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成することを特徴とする前記２２．または２３．に記載のＧａＰ系発光ダイオードの製造方法。
２５．第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を同一の温度で形成することを特徴とする前記２２．乃至２４．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオードの製造方法。
２６．第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を、２５０℃以上７５０℃以下の温度で形成することを特徴とする前記２２．乃至２５．の何れか１項に記載のＧａＰ系発光ダイオードの製造方法。
である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係わるＧａＰ系発光ダイオードは、基板上に積層させた積層構造体を母材として構成する。基板材料としては、半導体単結晶が好適に利用できる。例えば、珪素単結晶（シリコン：Ｓｉ）や炭化珪素（ＳｉＣ）等のＩＶ族半導体単結晶が基板として利用できる。また、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）やリン化ガリウム（ＧａＰ）或いはリン化硼素（ＢＰ）（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２０（１９７３）、ｐ．ｐ．８０２〜８０６．参照）、または窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶が利用できる。特に、格子整合性の観点からして、ＧａＡｓ1-XＰX（０≦Ｘ≦１）層を発光層として備えたＧａＰ系ＬＥＤには、ＧａＡｓ単結晶が好適な基板である。同じく、ＧａＰ層を発光層とするＧａＰ系ＬＥＤは、ＧａＰ単結晶を基板として好適に構成できる。また、サファイア（α−Ａｌ2Ｏ3単結晶）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の酸化物単結晶、或いは、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属類を基板として利用できる。基板となす単結晶の厚さ、面方位等はＬＥＤ用途積層構造体の構成層との格子定数を勘案して適宣、選択できる。
【００２４】
基板上には、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる緩衝（ｂｕｆｆｅｒ）層を介して発光層を備えた発光部を構成する。緩衝層は例えば、低温で成長させた非晶質層或いは多結晶層から構成できる。また、例えば、超格子構造層から構成できる。特に、基板材料と積層構造体の構成層とが格子不整合である場合、歪超格子構造の緩衝層は、格子の不整合性を緩和して結晶性に優れう得る積層構造体構成層をもたらすに貢献できる。また、層厚方向に組成の勾配を付した組成勾配層から構成される緩衝層も、格子不整合性を緩和するに有効に作用する。発光部を緩衝層に直接、接合させて設ける構成の場合、発光部より出射される発光を充分に透過できる禁止帯幅の大きな材料から緩衝層を構成すると、外部への発光の取り出し効率を向上でき、高輝度のＧａＰ系ＬＥＤを得るに有利となる。緩衝層上に設けられる、発光を反射する半導体層を重層させてなる半導体多層膜反射鏡（伊賀、小山共著、「面発光レーザ」（（株）オーム社、１９９０年９月２５日第１版第１刷発行）、１８１〜１８４頁参照）を介して発光部を設けることもできる。
【００２５】
発光部とは発光を出射するための機能部位であり発光層、または単一ヘテロ（ＳＨ）接合構造型では発光層と障壁（クラッド）層、または二重ヘテロ（ＤＨ）接合構造では発光層と上部クラッド層と下部クラッド層から構成する。発光層はｐ形或いはｎ形の導電層から構成する。ＳＨ接合構造にあって、クラッド層は発光層と反対の伝導形の導電層から構成する。ＤＨ接合構造は、ｐ形クラッド層とｎ形クラッド層とで発光層を挟持して発光部を構成する。本発明に係わるＧａＰ系ＬＥＤの発光層は所望の発光波長に相応する遷移エネルギーを与えるＧａＰ結晶から構成する。また、発光波長に対応する禁止帯幅を有するＧａＡｓ1-XＰXから構成する。
【００２６】
発光層は量子井戸（ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ）構造からも構成できる。例えば、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ）から構成できる。また例えば、歪超格子構造と量子井戸構造との接合体をもって発光層とすることもできる。
【００２７】
本発明では、発光部上に含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から構成されるｐｎ接合構造を設ける。含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体には、例えば、一般式ＢαＡｌβＧａγＩｎ1-α-β-γＰ1-δＡｓδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ≦１）で表記されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体がある。また、例えば、一般式ＢαＡｌβＧａγＩｎ1-α-β-γＰ1-δＮδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０＜δ≦１）で表記される窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体がある。具体的には、リン化アルミニウム・硼素混晶（ＢαＡｌβＰ：０＜α≦１、α＋β＝１）、リン化硼素・ガリウム混晶（ＢαＧａγＰ：０＜α≦１、α＋γ＝１）或いはリン化硼素・インジウム混晶（ＢαＩｎ1-αＰ：０＜α≦１）が例示できる。また、例えば、窒化リン化硼素（ＢＰ1-XＮX：０＜Ｘ＜１）などの複数のＶ族元素を構成元素とする複Ｖ族ＩＩＩ族窒化物半導体が例示できる。
【００２８】
前述の如くリン化硼素（ＢＰ）または砒化硼素（ＢＡｓ）は、イオン結合性が低い（上記の「半導体結合論」、４９〜５１頁参照）。また、その結晶型は硫化亜鉛鉱型（ｓｐｈａｒｅｌｉｔｅ）（上記の「半導体結合論」、１４〜１５頁参照）であり、立方晶特有の価電子帯の縮帯構造を保有している（生駒  英明、生駒俊明共著、「化合物半導体の基礎物性入門」（（株）培風館、１９９１年９月１０日発行初版）、１７頁参照）。このため、伝導層、特にｐ形の導電層を得られ易い利点がある。従って、硼素と、リン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を構成元素として含む含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からは、都合良く電流阻止作用を発揮す機能部位（ｐｎ接合型電流阻止層）を構成できる。
【００２９】
電流阻止層は、本発明の第１の実施形態では、第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を接合させて構成する。此処では、発光部の構成層に接合する層を第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と仮称する。例えば、発光部の構成層上に高抵抗の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導層を接合させる。次に、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に導電性の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を接合させる。高抵抗の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、上方に設けられる表面電極から表面電極の直下の発光部へのＬＥＤ駆動電流の短絡的流通を阻止する作用を発揮する。導電性の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、高抵抗の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の作用によって阻止された駆動電流を、表面電極の直下以外の領域に分散して流通させる作用を有する。即ち、高抵抗層と導電層の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを接合させることにより、電流阻止機能を発揮する構造を構成できる。
【００３０】
導電性の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層よりも約２桁、望ましくは３桁以上高い抵抗を有する高抵抗層から第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を構成すると、電流阻止機能をより効果的に発揮できる部位を構成できる。高抵抗の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の抵抗は、望ましくは１００オーム（Ω）以上、更に望ましくは１キロオーム（ｋΩ）以上である。また、例えば、抵抗率を１０3Ω・ｃｍ以上とする絶縁層からも構成できる。抵抗率（＝比抵抗）は例えば、通常のホール（Ｈａｌｌ）効果測定手段等により測定できる。第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を導電層とし、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を高抵抗層或いは絶縁層としても電流阻止層を構成できる。しかし、この接合構造では、特に、高抵抗の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に表面電極を設置する構成では、表面電極の接触抵抗が増加し、しいては、ＬＥＤの順方向電圧（所謂、Ｖｆ）が増加するため好ましい構成とは成り難い。
【００３１】
本発明の第２の実施形態では、電流阻止機能部位をｐｎ接合構造から構成する。ｐｎ接合構造は、伝導形を相違する第１と第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を接合させて構成する。例えば、ｎ形の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、ｐ形の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との接合構成からｐｎ接合を構成する。ｐｎ接合構造は、そのキャリア濃度（正孔濃度或いは電子濃度）に於ける零（０）バイアスでの空乏層（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）の深さを越えた層厚の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から構成するのが望ましい。空乏層の深さは、キャリア濃度の増加と共に減少し、キャリア濃度、比誘電率等を利用して算出できる（Ａ．Ｓ．Ｇｒｏｏｖ著、「Ｐｈｙｓｉｃｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、Ｉｎｃ．，１９６７、１５９頁参照）。ちなみに、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の一種であるリン化硼素（ＢＰ）（Ｎａｔｕｒｅ、１７９（Ｎｏ．４５６９）（１９５７）、１０７５頁参照）の比誘電率は約８．０２と予想されている（Ｗ．Ａ．ハリソン著、「固体の電子構造と物性（上巻）」（現代工学社、１９８７年５月３０日発行二版）、１２２頁参照）。
【００３２】
電流阻止機能部は、ＬＥＤ駆動電流を供給するリード線を結線するための台座（ｐａｄ）電極等の表面電極の直下の射影領域に設ける。射影領域とは鉛直方向への台座電極の写影領域を指し、その領域の最大の平面積は表面電極の最大の水平断面積に等しいものとなる。本発明の第３の実施形態では、発光部の一構成層とそれに接合させる第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とでｐｎ接合構造を構成する。例えば、ｐ形クラッド層にｎ形の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を接合させてｐｎ接合構造を構成する。また、例えば、ｎ形ＧａＰ発光層にはｐ形の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を接合させてｐｎ接合構造を構成する。本発明の第３の実施形態に記載の発明に係わるｐｎ接合構造は、第２の実施形態に係わるｐｎ接合構造と同様の電流阻止機能作用を果たすが、ｐｎ接合構造体の構成要素を相違するものである。即ち、本発明の第３の実施形態に記載の発明では、発光部の一構成層を利用して簡便に電流阻止用ｐｎ接合構造を構成しているのを特徴としている。
【００３３】
高抵抗層或いはｐｎ接合構造からなる電流阻止機能部位を構成するにあって、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に接合させる第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を表面電極の射影領域以外の表面を被覆する様に設けると、ＬＥＤ駆動電流を開口発光領域に広範囲に拡散させられる利点がある。即ち、電流阻止機能部位を設けることに依って、射影領域に在る発光部への短絡的な流通を抑止された駆動電流を第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の導電性を利用して開口発光領域に有効に分散、拡散できる。このため、光電変換効率に優れ、且つ高輝度のＧａＰ系ＬＥＤを得るに効果がある。特に、本発明の第４の実施形態の発明では、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面を被覆する様に第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を設け、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に表面電極を設ける構成とするのが好適である。この様な構成では、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の導電性を利用して、同層内の水平方向にＬＥＤ駆動電流を分散でき、従って、開口発光領域に優先的に且つ集中的に流通させられる効果がある。
【００３４】
例えば、発光層と障壁層とのｐｎ接合型ヘテロ接合構造発光部にあって、開口領域に於いて第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を障壁層に接合させて設ける場合、障壁層と同一の伝導形の導電層から第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を構成すれば、開口発光領域での発光部構成層とのｐｎ接合の形成を回避できる。このため、素子駆動電流の開口発光領域を介して、開放発光領域に万遍なく供給することができる。従って、本発明の第５の実施形態では、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を、それと接合する発光層の一構成層、特に障壁層と同一の伝導形の導電層から構成することとして、高輝度のＧａＰ系ＬＥＤを獲得するものである。尚、発光層に直接、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を接合させる構成に於いては、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の伝導形は発光層と同一或いは相違しても差し支えはない。例えば、リン化ガリウム（ＧａＰ）のホモ（ｈｏｍｏ）接合構造発光部を備えたＧａＰ系ＬＥＤにあっては、ｎ形のＧａＰ発光層にｐ形の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を接合させて発光部を構成することができる。
【００３５】
特に、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を、下方で接合する第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面の平面積を越えて大とする領域に配置することにより、ＬＥＤ駆動電流を分散できる領域を拡張できる。第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が敷設されている平面領域を大とする程、ＬＥＤ駆動電流を分散、拡散できる領域は広範囲となる。従って、本発明の第６の実施形態では、例えば、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面を被覆しつつ、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を開口発光領域の全面或いは略全面に敷設するのを好適とする。
【００３６】
逆に、電流阻止機能部を構成する第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の設置平面積を徒に大とすると、ＬＥＤ駆動電流の通流が阻止される領域が増加するため、高輝度のＧａＰ系ＬＥＤを得るに不都合となる。表面電極の最大の平面積（＝Ｓ0：ｃｍ2）に対し、直下に配置する第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の平面積（＝Ｓ：ｃｍ2）の比率（＝Ｓ／Ｓ0）を例えば、２とすると一定の素子形成領域に占める電流阻止機能部の領域が大となる反面、開口発光領域の表面積が顕著に縮小されるため、高輝度のＧａＰ系ＬＥＤを得るに不都合となる。また、Ｓ／Ｓ0が例えば、０．５以下となると、電流阻止機能を充分に発揮できず、多くのＬＥＤ駆動電流を効率的に開口発光領域に流通できず高輝度のＧａＰ系ＬＥＤを得るに不利となる。好適なＳ／Ｓ0の範囲は、０．７≦Ｓ／Ｓ0≦１．５である。本発明の第７の実施形態の一例として、直径を１２０μｍとする円形の表面台座電極（Ｓ0≒１．１×１０-4ｃｍ2）に対し、その直下の射影領域に直径を１４０μｍとする第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層（Ｓ≒１．５×１０-4ｃｍ2；Ｓ／Ｓ0≒１．４）を配置する例が挙げられる。
【００３７】
第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から電流阻止機能部位を構成するに際し、下地層となる発光部の一構成層に格子整合する含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料から構成すると、特に結晶性に優れる第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を得られる。即ち、本発明の第８の実施形態は、格子ミスマッチ（ｍｉｓｍａｔｃｈ）に因るミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）転位等の結晶欠陥の発生を抑制しつつ、良質の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をもたらすことを目的としている。
【００３８】
また、本発明の第９の実施形態では、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に格子整合する材料から構成することとする。接合させる発光部の一構成層に格子整合する第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をもって、開口発光領域を被覆すれば、発光部の内部への格子不整合に起因する結晶欠陥の導入を回避できるため、発光部構成層の結晶品質を良好に維持できる効果が上げられる。また、第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を互いに格子整合の関係にある材料から構成することにより、例えば、良好な電流阻止作用を発揮できる整流性に優れるｐｎ接合構造を構成できる利点がある。
【００３９】
本発明の第１０の実施形態に記載の発明によれば、発光部の構成層の結晶性や構成層相互の接合界面特性の熱的変質を抑制しつつ、第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から電流阻止機能部位を構成できる。例えば、ｐｎ接合構造のｐｎ接合界面の秩序性の熱的変性を回避するために、第１０の実施形態では、低温で成膜した非晶質或いは多結晶の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から電流阻止機能部位を構成するのが特徴である。例えば、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層として砒化硼素（ＢＡｓ）を例に挙げるに、２５０℃〜７５０℃の低温度領域で成膜した非晶質を主体とする第１の砒化硼素層と、同じく非晶質を主体としてなる第２の砒化硼素層とで電流阻止機能部位を構成する。例えば、アルキル（ａｌｋｙｌ）硼素化合物／ホスフィン（ＰＨ3）原料系ＭＯＣＶＤ手段に依れば、上記の低温度範囲内に於いて、大凡、５００℃を越える高温では多結晶の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が得られ易くなる。一方、成膜温度を低温とする程、非晶質を主体とする含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が得られ易くなる。含硼素リン化硼素系半導体層が非晶質層或いは多結晶層であるかは一般的なＸ線回折法や電子線回折法等に依り解析できる。非晶質或いは多結晶の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、約５０ｎｍ〜約１０００ｎｍ程度の層厚であるのが適する。層厚を好適な範囲内とするリン化硼素系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、例えば、熱膨張率の差異に起因する格子歪を緩和して、発光層の結晶性を良好に保持する作用をも発揮する。
【００４０】
ＭＯＣＶＤ手段において、例えば、発光層となすリン化ガリウム（ＧａＰ）層の一般的な成膜温度は７７５℃〜８２５℃である（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ、５６（１９８２）、３８２〜３８８頁参照）。これに対し、発光部の構成層の成膜温度よりも低温で電流阻止機能部位を構成する手段に依れば、発光部構成層の特性の熱的劣化を防止しつつ、例えば、整流特性に優れるｐｎ接合構造を構成できる利点がある。特に、第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を同一の温度で成膜することにより、成膜温度の変化に伴い発光部の構成層が被る熱的歪等を低減でき、従って、例えば、良好な整流特性を発現できるｐｎ接合構造から電流阻止機能部位を構成できる利点がある。
【００４１】
本発明の第１１の実施形態では、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をリン化硼素（ＢＰ）系半導体層から構成することとする。リン化硼素系半導体とは、構成元素として硼素（Ｂ）及びリン（Ｐ）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である。具体的には、上記の如く例えば、リン化アルミニウム・硼素混晶（ＢαＡｌβＰ：０＜α≦１，α＋β＝１）やリン化硼素・ガリウム混晶（ＢαＧａγＰ：０＜α≦１，α＋γ＝１）である。また、例えば、窒化リン化硼素（ＢＰ1-XＮX：０＜Ｘ＜１）などの複数のＶ族元素を含む複Ｖ族ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である。リン化硼素（ＢＰ）は上記の如くイオン結合性が低い（上記の「半導体結合論」、４９〜５１頁参照）。このため、ＢＰを母体材料としてなるＢＰ系半導体からは、導電性の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を簡便に構成できる利点がある。また、ＢＰ系半導体では、例えば、酸素（Ｏ）を添加することにより、高抵抗の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をも簡便に構成できる利点がある。
【００４２】
本発明の第１２の実施形態では、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をリン化硼素系半導体層から構成する。上記の如く、リン化硼素系半導体とは、構成元素として硼素（Ｂ）及びリン（Ｐ）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である。具体的には、上記の如く例えば、リン化アルミニウム・硼素混晶（ＢαＡｌβＰ：０＜α≦１，α＋β＝１）やリン化硼素・ガリウム混晶（ＢαＧａγＰ：０＜α≦１，α＋γ＝１）である。また、例えば、窒化リン化硼素（ＢＰ1-XＮX：０＜Ｘ＜１）などの複数のＶ族元素を含む複Ｖ族ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である。リン化硼素（ＢＰ）は、砒化硼素（ＢＡｓ）程ではないが、前述の如くイオン結合性が低い（上記の「半導体結合論」、４９〜５１頁参照）。このため、ＢＰを母体材料としてなるＢＰ系半導体からは、導電性の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を簡便に構成できる利点がある。また、砒化硼素（融点＞１０００℃）に比較して、ＢＰは高融点である（＞３０００℃）（上記の「半導体デバイス概論」、２８頁参照）。従って、成膜環境下に於ける被熱に因っても、接合特性の劣化を来さない例えば、ｐｎ接合構造をもたらす第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がもたらされる利点がある。
【００４３】
また、本発明に係わる第１３の実施形態では、第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を同一のリン化硼素系半導体層から構成する。即ち、格子定数を同一とするリン化硼素系半導体層から電流阻止機能を果たすｐｎ接合構造を構成する。この構成に依る電流阻止機能部位は、格子の不整合性に起因する結晶性の悪化を回避して、結晶性に優れたリン化硼素系半導体層から構成されるため、良好な電流阻止機能を発揮する。例えば、第１及び第２のリン化硼素系半導体層を何れも単量体のリン化硼素（ｂｏｒｏｎ  ｍｏｎｏｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）として電流阻止機能部位を構成する。３種の構成元素からなる３元、或いは４種の構成元素からなる４元半導体混晶等よりも、２元結晶は一般には簡易に形成できる（上記の「半導体デバイス概論」、２４頁参照）。従って、リン化硼素（ＢＰ）２元結晶層を利用すれば、簡便に電流阻止機能部位を構成できる利点がある。
【００４４】
本発明に係わるリン化硼素系半導体層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法（Ｉｎｓｔ．Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｆ．Ｓｅｒ．，Ｎｏ．１２９（ＩＯＰ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｌｔｄ．，１９９３）、１５７〜１６２頁参照）、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法（Ｊ．Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｈｅｍ．，１３３（１９９７）、２６９〜２７２頁参照）、ハライド（ｈａｌｉｄｅ）法（▲１▼「日本結晶成長学会誌」、Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．２（１９９７）、１５０頁及び▲２▼Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４２（１）（１９７１）、４２０〜４２４頁参照）、及びハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）法等の気相成長手段に依って成膜できる。これらの成長手段により成膜するに際し、成長原料、特に、硼素源の供給量を増減させれば、成膜速度を調整できる。また、層厚は成膜時間を調整して制御できる。例えば、ＭＯＣＶＤ手段に依り、リン化硼素系半導体層を成膜するには、トリエチル硼素（（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）／ボラン（ＢＨ3）／ホスフィン（ＰＨ3）系、或いはトリエチル硼素／ジボラン（Ｂ2Ｈ6）／ホスフィン系、または、トリエチル硼素とターシャリィブチル（ｔｅｒｔ．−ｂｕｔｈｙｌ）ホスフィン等の有機リン化合物とを含む系等の常圧（略大気圧）或いは減圧成長反応系を利用できる。
【００４５】
リン化硼素系半導体層は不純物を故意に添加しないアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）層から構成できる。また、リン化硼素系半導体層を成膜する際に、ｎ形或いはｐ形不純物を添加すると、所望の抵抗を有するリン化硼素系半導体層を得ることができる。例えば、ＩＩ族に属する亜鉛（Ｚｎ）やマグネシウム（Ｍｇ）を添加すればｐ形のリン化硼素系半導体層が得られる。また、珪素（Ｓｉ）や錫（Ｓｎ）等の第ＩＶ族元素を添加すれば、ｎ形のリン化硼素系半導体層が得られる。また、硫黄（Ｓ）やセレン（Ｓｅ）の添加によってもｎ形リン化硼素系半導体層を得ることができる。第ＶＩ族の元素であるが、酸素（Ｏ）をドーピングすると高抵抗の含酸素リン化硼素系半導体層を構成できる。単結晶の含酸素リン化硼素系半導体層を得るには、成膜温度は７００℃を越える高温とするのが望ましい。但し、１２００℃を越える高温とするとＢ13Ｐ2等の多量体の発生が顕著となり（Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃ．，４７（１９６４）ｐ．ｐ．４４−４６．参照）、均質なリン化硼素系半導体層が得られ難くなるため好ましくない。
【００４６】
また、成膜されたリン化硼素系半導体層の表面からこれらの不純物をイオン（ｉｏｎ）注入に依って添加することもできる。上記の気相成長手段では、酸素の存在に因り多結晶のリン化硼素層が形成され易い特徴がある（特開２０００−３５１６９２号公報参照）。一旦、成膜されたリン化硼素系半導体層に不純物を注入し、その後のアニール（ａｎｎｅａｌ）により注入に因る損傷を回復させると共に注入イオンの電気的活性化を図るイオン注入法は、半導体層の多結晶化を促進させずに酸素を添加でき得て利便である。ドーピングまたはイオン注入の何れの不純物を添加するための手段に依るにしても、過度に元素を添加するとリン化硼素系半導体層の結晶性は損なわれるため、不純物の添加量は大凡、原子濃度にして５×１０19ｃｍ-3以下に止めておくのが望ましい。リン化硼素系半導体層内の不純物濃度は、例えば、一般的な２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等の分析手段により定量できる。
【００４７】
本発明の第１４の実施形態では、室温での禁止帯幅を２．８ｅＶ以上３．２ｅＶ以下とするリン化硼素を基材として構成した含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から電流阻止機能部位を構成する。特に、本発明の第１５の実施形態では、室温での禁止帯幅を２．８ｅＶ以上３．２ｅＶ以下とする単量体のリン化硼素層から含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を構成する。禁止帯幅は例えば、複素誘電率の虚数部（＝ε2）の波長依存性から求められる。複素誘電率の虚数部（ε2＝２・η・ｋ）はエリプソメーター（ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ）等の偏光解析手段により測定された屈折率（＝η）及び消衰係数（＝ｋ）から算出できる（「ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」（（株）培風館、１９９４年５月２０日発行初版、１７０〜１７１頁参照）。
【００４８】
室温での禁止帯幅を３．０±０．２ｅＶ以下とするリン化硼素（ＢＰ）は特に、成長速度と原料の供給比率の双方を規程された範囲内に設定することにより形成できる（特願２００１−１５８２８２号明細書参照）。成長速度は、好ましくは、毎分２０Å以上で３００Å以下とする（上記の特願２００１−１５８２８２号参照）。成長速度を２０Å／ｍｉｎ未満の遅い速度とすると、成長層表面からのリン（Ｐ）構成元素或いはその化合物が脱離、揮発を充分に抑止できず、成膜が果たせない場合がある。３００Å／ｍｉｎを越える速い成長速度に設定すると、得られる禁止帯幅の値が不安定となり好ましくはない。また、成長速度を徒に速くすると多結晶の結晶層となり易い傾向にあり、単結晶層を得るには不都合となる。
【００４９】
また、成長速度と併せて、原料の供給比率を好ましくは１５以上で６０以下の範囲に規定する。ＢＰ層を形成する場合にあって、原料の供給比率とは、成長反応系への硼素（Ｂ）源の供給量に対するリン（Ｐ）源の供給量の比率である。また、ＢＰ系混晶を形成する場合にあっては、硼素（Ｂ）を含むＩＩＩ族源の合計の供給量に対する、リン（Ｐ）を含むＶ族源の合計の供給量の比率である。リン化硼素・インジウム（ＢαＩｎ1-αＰ：０＜α≦１）混晶を形成する場合を例にすれば、成長反応系に供給するガリウム（Ｇａ）源とインジウム（Ｉｎ）源の総量に対する、リン（Ｐ）源の供給量の比率である。即ち、所謂、Ｖ／ＩＩＩ比率である。Ｖ／ＩＩＩ比率を１５未満と小とすると、成長層表面が乱雑となり望ましくはない。また、Ｖ／ＩＩＩ比率を６０を越えて極端に大とすると、化学量論的に観てリン（Ｐ）が富裕な状態である成長層が形成され易くなる。過剰なリン（Ｐ）は、結晶格子で硼素（Ｂ）が占有すべき位置に入り込み、ドナー（ｄｏｎｏｒ）として働くとされる（庄野  克房著、「超ＬＳＩ時代の半導体技術１００集（５）」（（株）オーム社、昭和５９年５月１日発行、電子雑誌エレクトロニクス第２９巻第５号（昭和５９年５月号）付録、１２１頁参照）。化学量論的組成がリン（Ｐ）の富裕側に移行してしまえば、低抵抗のｐ形結晶層の形成に支障を来すので不都合である。
【００５０】
本発明に係わる電流阻止機能部位を構成するリン化硼素系半導体層は、禁止帯幅を３．０±０．２ｅＶとする上記のリン化硼素を利用して構成する。例えば、禁止帯幅を約２．３ｅＶとするリン化ガリウム（ＧａＰ）（上記の「ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」、１５０頁参照）と、禁止帯幅を３．１ｅＶとするリン化硼素（ＢＰ）からは、室温での禁止帯幅を約２．８ｅＶとする、リン化硼素・ガリウム混晶（Ｂ0.62Ｇａ0.38Ｐ）を形成できる。因みに、禁止帯幅を２．０ｅＶとする従来のＢＰを利用したのでは、最大でもＧａＰの禁止帯幅である２．３ｅＶ未満の低い禁止帯幅のＢαＧａ1-αＰ（０＜α≦１）混晶しか形成できない。
【００５１】
本発明の第１６の実施形態では、発光層に砒化リン化ガリウム（ＧａＡｓ1-XＰX：０≦Ｘ≦１）を用いてＧａＰ系ＬＥＤを構成する。ｐ形及びｎ形何れの伝導形のＧａＡｓ1-XＰX（０≦Ｘ≦１）層からも発光層を構成できる。例えば、珪素（Ｓｉ）或いはテルル（Ｔｅ）をドーピングしたｎ形ＧａＡｓ0.8Ｐ0.2層から構成できる。また、亜鉛（Ｚｎ）と酸素（Ｏ）とがドーピングされたｐ形ＧａＰ層から構成できる。ＧａＡｓ1-XＰX（０≦Ｘ≦１）層は、上記の気相成長手段に加えて、液相エピタキシャル（ＬＰＥ）手段に依っても成膜できる。
【００５２】
特に、本発明の第１７の実施形態では、窒素（Ｎ）を添加したＧａＡｓ1-XＰX（０≦Ｘ≦１）層を発光層として用いてＧａＰ系ＬＥＤを構成する。特に、窒素（Ｎ）を等電子的トラップ（ｉｓｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｔｒａｐ）として添加したＧａＡｓ1-XＰX層は、高い強度の発光を帰結する発光層として有効に利用できる。窒素添加ＧａＡｓ1-XＰX発光層は、液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法、ハライド（ｈａｌｉｄｅ）法またはハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）法等の気相成長（ＶＰＥ）手段に依る成膜時にアンモニア（ＮＨ3）等を窒素源として窒素を添加すれば得られる。また、有機金属熱分解気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により成膜時に、アンモニア（ＮＨ3）やヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）類等の窒素化合物を窒素源として窒素を添加すれば得られる。ＧａＡｓ1-XＰX（０≦Ｘ≦１）発光層に含ませる窒素の原子濃度としては、５×１０17ｃｍ-3以上で５×１０19ｃｍ-3の範囲とするのが望ましい。窒素の原子濃度は、例えば、一般的な２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等の分析手段により定量できる。
【００５３】
本発明の第１８の実施形態では、発光層を窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1-XＰX：０≦Ｘ≦１）から構成する。例えば、窒素組成比を３％（＝０．０３）とする立方晶のｎ形ＧａＮ0.97Ｐ0.03（格子定数＝４．５３８Å）からは、電流阻止機能部位を構成するリン化硼素（格子定数＝４．５３８Å）層に格子整合する発光層を構成できる。発光層を、電流阻止機能部位をなす含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に格子整合する材料から構成すると、格子ミスマッチに起因する格子歪の影響に因る発光層の結晶性の劣化を防止できる。このため、発光強度に優れるＧａＰ系ＬＥＤを構成できる利点がある。
【００５４】
本発明の第１９の実施形態では、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を、発光層に接合する障壁層として設置してＧａＰ系ＬＥＤを構成する。特に、禁止帯幅を３．０±０．２ｅＶとする本発明に係わるリン化硼素系半導体結晶からは、従来のＢＰ系混晶には無い高い禁止帯幅のＢＰ系混晶がもたらされる。この様なＢＰ系混晶層からは、例えば、短波長光を放射するために設けられた発光層に対する障壁層として兼用できる第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を構成できる。例えば、禁止帯幅を３．０ｅＶとするリン化硼素を基材とした硼素組成比を０．９０とするＢ0.90Ａｌ0.10Ｐ混晶の室温での禁止帯幅は約２．９ｅＶとなる。この禁止帯幅はＧａＰのΓ帯のバンドギャップ（＝２．７７ｅＶ；上記の「固体の電子構造と物性  上巻」、２６９頁参照）を上回るものである。従って、Ｂ0.90Ａｌ0.10Ｐ混晶層からは、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を構成できると共に、ＧａＡｓ1-XＰX（０≦Ｘ≦１）発光層に対するクラッド層を構成できる。また、禁止帯幅を約３．１ｅＶとするリン化硼素層は、ＧａＮ0.90Ｐ0.10発光層に対してクラッド作用を及ぼす第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を構成できる。
【００５５】
第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を発光層に対する障壁（クラッド）層としての作用を発揮できる高い禁止帯幅の材料から構成すれば、簡便にＧａＰ系ＬＥＤを構成できる。例えば、発光層上に第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を堆積し、表面電極の平面積に見合った領域に限り、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を残置させた後、残置させた第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層及び開口発光領域に露呈した発光部構成層の表面を被覆する様に第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を堆積する。この様な積層構成とすれば、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は障壁層として機能できるため、発光層に敢えてクラッド層を改めて接合させる迄もなく、簡易にヘテロ接合構造の発光部を構成できる利点がある。
【００５６】
また、上記の如くリン化硼素（ＢＰ）或いはＢＰ系混晶は閃亜鉛光型の結晶であり、その価電子帯のバンド構造（上記の「化合物半導体の基礎物性入門」参照）からｐ形層が得られ易い状況にある。従って、例えば、六方晶の窒化ガリウム（ｈ−ＧａＮ）とは状況が異なり、ｐ形で低抵抗のクラッド層を簡便に形成できる。立方晶のＧａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ発光層からは、発光波長を約４４３ｎｍとする青紫色の近紫外光が放射されるため、ｐ形Ｂ0.90Ａｌ0.10Ｐ混晶とｎ形Ｇａ0.75Ｉｎ0.25Ｎからなるヘテロ接合構造体を利用すれば、青色帯発光をもたらすｐｎ接合型発光部が構成できる。また、別の例として、Ｂ0.90Ａｌ0.10Ｐ混晶とＧａ0.75Ｉｎ0.25Ｎとは同一の格子定数（＝４．６２８Å）を有する（立方晶の窒化インジウム（ＩｎＮ）の格子定数は４．９８Åとして計算してある：上記の「ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」、３３０頁参照）。即ち、本発明の如くＢＰ系混晶から障壁層を構成することとすれば、発光層に格子整合するクラッド層を構成できるため、格子整合系のヘテロ接合発光部を構成できる。相互に格子整合の関係にある結晶層は格子ミスマッチに起因する結晶欠陥が少なく良質となる。このため、格子整合系の発光部からは高強度の発光が出射されることとなり、高輝度のリン化硼素系半導体発光素子をもたらすに貢献できる。
【００５７】
また本発明は、上記のＧａＰ系ＬＥＤを用いて製造した高輝度のＬＥＤランプである。例えば、図８に例示する如く、基板１１上に本発明に係わる含硼素系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体半導体層１２を備えたＬＥＤ１０を、台座１５上の銀（Ａｇ）或いはアルミニウム（Ａｌ）等の金属を鍍金した碗体１６の中央部に金属製碗体１６と導電性の接合材で固定する。これより、基板１１の底面に設けた一極性の裏面電極１４を台座１５に付属する一端子１７に電気的に接続させる。また、ヘテロ接合構造１２上に設置した電極１３を台座１５に付属する他の一方の端子１８に結線する。一般的な半導体封止用のエポキシ樹脂１９で碗体１６を囲繞する様に封止すればＬＥＤランプを構成できる。また、本発明に依れば、約２００μｍ〜約３００μｍ角の小型ＬＥＤランプも形成でき、従って、特に、設置容積を小とする表示器等として好適な小型の発光ダイオードランプを構成できる。ＬＥＤ１０の表裏面電極１３、１４は、それらを形成する被形成層に対しオーミック（Ｏｈｍｉｃ）接触をなす材料から構成できる。例えば、ｐ形Ｓｉ単結晶基板の裏面に設ける裏面電極は、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）等から構成できる。また、ｎ形リン化ガリウム（ＧａＰ）単結晶基板の裏面電極材料として、金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）合金等が例示できる。また、ｐ形リン化硼素（ＢＰ）障壁層上には、例えば、金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金等からなるｐ形オーミック電極を設けてＬＥＤを構成する。
【００５８】
また本発明は、ＧａＰ系ＬＥＤを備えたランプから作製された光源である。例えば、ＬＥＤチップ或いは樹脂封止されたダイオードランプを集合させれば、光源を構成できる。例えば、複数のＬＥＤを電気的に並列に接続させて、例えば、定電圧駆動型の光源を構成できる。また、電気的に直列にダイオードランプを接続して定電流型の光源を構成できる。これらのＬＥＤを利用する光源は、従来の白熱型のランプ光源とは異なり、点灯によりさほど放熱を伴わないため、冷光源として特に有用に利用できる。例えば、冷凍食品の展示用光源として利用できる。また、例えば、屋外表示器、交通信号を提示するための信号器、方向指示器或いは照明機器等に好適に用いられる光源を構成できる。
【００５９】
【作用】
本発明の表面電極の射影領域に設けられた第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる接合構造は、表面電極より供給されるＬＥＤ駆動用電流を射影領域に在る発光部へ短絡的に流通するのを防止する電流阻止作用を発揮する。また、併せて、外部に向けて開口された射影領域以外の開口発光領域に優先的にＬＥＤ駆動電流を分散、拡散させる作用を有する。
【００６０】
本発明の伝導形を相互に逆とする第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなるｐｎ接合は、表面電極の射影領域にｐｎ接合からなる電流阻止機能部位をもたらし、表面電極の射影領域に在る発光部へのＬＥＤ駆動電流の短絡的な流通を防止する作用を有する。
【００６１】
本発明の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層並びに開口発光領域の表面に露呈した発光部の一構成層とを被覆する様に設けられた第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、第１の含硼素ＩＩＩーＶ族化合物半導体層と共に電流阻止機能を発揮する部位を構成して、射影流域へのＬＥＤ駆動電流の流通を防止する作用を発揮すると共に、開口発光領域の広範囲に亘り、駆動電流を拡散させる作用を有する。
【００６２】
接合する発光部の一構成層と同一の伝導形の導電層からなる第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、開口発光領域での発光部の一構成層とのｐｎ接合の形成を回避して、開口発光領域の略全般に亘り、ＬＥＤ駆動電流を拡散させる作用を有する。
【００６３】
第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を越える平面積を有する第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との接合部で射影領域での流通を阻止されたＬＥＤ駆動電流を開口発光領域に確実に流通させる作用を有する。
【００６４】
表面電極の最大の水平断面積に対し規定された平面積を有する第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とからなる電流阻止機能部位は、開口発光領域の表面積を徒に減少させることなく、ＬＥＤ駆動電流を開口発光領域に効率的に流通させる作用を有する。
【００６５】
接合させる発光部の一構成層に格子整合する第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、格子不整合性に起因する発光部への格子歪や結晶欠陥等の導入を回避して、良好な接合特性を発揮する電流阻止機能部位をもたらす作用を有する。
【００６６】
接合させる発光部の一構成層に格子整合する第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、開口発光領域に於いて、格子不整合性に起因する発光部への格子歪や結晶欠陥等の導入を回避して、発光部を構成する構成層の結晶性を良好に維持する作用を有する。
【００６７】
非晶質または多結晶からなる第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、比較的低温で形成できるため、熱的歪等に因る発光部の構成層の熱変質を防止しつつ、電流阻止機能部位をもたらす作用を有する。
【００６８】
リン化硼素（ＢＰ）系半導体層からなる第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、電流阻止作用を発揮するｐｎ接合を、イオン結合性の低さと立方晶閃亜鉛鉱結晶型の価電子帯のバンド構造に依り、簡便にもたらす。
【００６９】
特に単量体のリン化硼素（ＢＰ）からなる第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、格子の整合性により結晶性に優れるため、電流阻止特性に優れる作用を発揮する電流阻止機能部位をもたらす作用を有する。
【００７０】
禁止帯幅を３．０±０．２ｅＶとするリン化硼素（ＢＰ）系半導体層または単量体のリン化硼素（ｂｏｒｏｎ  ｍｏｎｏｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）からなる含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、電流阻止機能部位をなす一構成層として作用すると共に、ヘテロ接合発光部を構成するための障壁層として作用する。
【００７１】
【実施例】
第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とからなる電流阻止機能部を備えたＧａＰ系ＬＥＤを、次の基本的な積層構成から構成した。単結晶、特に、導電性の単結晶からなる基板１０１、発光層１０２、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４、電流阻止機能部位１０５の上方に設けた表面電極１０６、単結晶基板１０１の裏面に設けたオーミック性の裏面電極１０７。以下、第１乃至第４の実施例をもって本発明を具体的に説明する。
これらの実施例において、実施例１、実施例２は請求項１に対応し、実施例３は請求項２に対応するものである。
【００７２】
（第１実施例）
第１実施例に係わるＧａＰ系ＬＥＤ１Ａの断面模式図を図１に示す。また、図２には、ＬＥＤ１Ａの平面模式図を示す。尚、以下の第１乃至第４の各実施例に於いて、同じ構成要素については、同一の符号を付してある。
【００７３】
本第１実施例では、珪素（Ｓｉ）ドープｎ形（１００）−リン化ガリウム（ＧａＰ）単結晶を基板１０１とした。発光層１０２は、一般的な液相エピタキシャル（ＬＰＥ）手段で９５０℃〜９８０℃で成膜した、珪素（Ｓｉ）ドープｎ形ＧａＰ層から構成した。発光層１０２のキャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3であり、層厚は約３０μｍとした。また、発光層１０２には、併せて、原子濃度にして約６×１０18原子／ｃｍ3の窒素（Ｎ）を等電子的トラップ（ｉｓｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｔｒｏｐ）として添加した。発光層１０２上には、同じく液相エピタキシャル手段に依り、８００℃〜９００℃で亜鉛（Ｚｎ）ドープｐ形ＧａＰ層１１１を堆積した。ｐ形ＧａＰ層１１１のキャリア濃度は約１×１０18ｃｍ-3とし、層厚は約１５μｍとした。
【００７４】
第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３は、トリエチル硼素（（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）／ホスフィン（ＰＨ3）／水素（Ｈ2）系常圧ＭＯＣＶＤ法により、８００℃で成長させた単量体の単結晶のリン化硼素（ＢＰ：格子定数≒４．５３８Å）から構成した。第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３は、酸素（Ｏ）を添加しつつ成膜したため、抵抗を約２．５ｋΩとする高抵抗層となった。高抵抗の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の層厚は約０．４μｍに設定した。第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３の下部には、発光層１０２をなすＧａＰ（格子定数≒５．４５０Å）との格子不整合性を緩和して結晶性に優れる第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を得んがために、上記のＭＯＣＶＤ手段に依り、３５０℃の低温で成膜したリン化硼素（ＢＰ）からなる低温緩衝層１０８を介在させた。低温緩衝層１０８は、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）のｎ形層で、層厚は約５ｎｍとした。
【００７５】
第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３の成長を終了した後、表面電極１０６の射影領域１０９に限り、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３を残置させた。公知の写真食刻（フォトリソグラフィー）技術を利用した選択パターニング手段を用いて、射影領域１０９以外の素子形成領域を占める開口発光領域１１０に在る第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３をエッチングにより除去した。残置させた第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３の平面形状は、表面電極１０６の水平断面形状と相似の円形とした。その直径は、１３０μｍとした（従って、平面積Ｓ≒１．１×１０-4ｃｍ2）。第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３をエッチングにより除去するに併せて、開口発光領域に在る低温緩衝層１０８も併せてエッチングに依り除去した。低温緩衝層１０８は第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３と略同一の平面形状に残置させた。不要な第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３及び低温緩衝層１０８を除去させるには、アルゴン（Ａｒ）・メタン（ＣＨ4）・水素（Ｈ2）混合ガスを使用するプラズマエッチング手段を利用した。
【００７６】
第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３及び低温緩衝層１０８を射影領域１０９に限定して残置させた状態で、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３の表面及び開口発光領域１１０に露呈した発光層１０２の表面とを第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４で被覆した。本第１実施例では、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４を室温での禁止帯幅を約３．０ｅＶとする単量体のリン化硼素（ＢＰ）から構成した。発光部をなすｐ形ＧａＰ層１１１と同じくｐ形の伝導層とするために、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４は、上記のＭＯＣＶＤ手段を利用して亜鉛（Ｚｎ）をドーピングして成膜した。第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４のキャリア濃度は約６×１０18ｃｍ-3とし、層厚は約０．５μｍとした。
【００７７】
表面電極１０６の射影領域１０９に限り残置させた第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３と、その表面に接合させた第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４とで電流阻止機能部位１０５を構成した。本第１実施例に於いて、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３は、高抵抗となっているため、表面電極１０６より供給されるＬＥＤ駆動電流を射影領域１０９に在る発光層１０２へ短絡的に流通するのを防止する機能を担えた。また、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４は第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３によって、射影領域１０９への流通を阻害された駆動電流を開口発光領域１１０に拡散させる機能を果した。
【００７８】
表面電極１０６は、射影領域１０９の上方に、ｐ形の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４に接して設けた。円形の射影領域１０９の中心と表面電極１０６の中心とは略一致させた。本第１実施例では、表面電極１０６を直径１２０μｍとする円形で、半導体層１０４側から順に金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の３金属層を重層させた真空蒸着膜から構成した。表面電極１０６の水平断面積（＝Ｓ0）は約１．１×１０-4ｃｍ2となり、射影領域の平面積（＝Ｓ）との比率（＝Ｓ／Ｓ0）は１となった。ｎ形単結晶基板１０１の裏面の略全面には、裏面電極１０７を設けた。本第１実施例では、金（Ａｕ）の真空蒸着膜からオーミック性裏面電極１０７を構成した。
【００７９】
表面電極１０６を台座（ｐａｄ）電極として結線を施し、ＬＥＤ１Ａの表面電極１０６及び裏面電極１０７間に順方向に駆動電流を通流して表１に記す発光特性を有するＧａＰ系ＬＥＤを得た。表１には、従来のＧａＰ系ＬＥＤの特性値を併せて記載する。従来のＧａＰ系ＬＥＤとは、第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３、１０４からなる電流阻止機能部位１０５を備えていないこと以外は、本第１実施例と同一の構成からなるＬＥＤである。特に、本発明に係わるＧａＰ系ＬＥＤは従来の発光強度の約１．５倍にあたる高強度の発光をもたらした。また、近視野発光パターンの観察に依れば（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ、２２１（２０００）、６５２〜６５６参照）、本第１実施例のＧａＰ系ＬＥＤ１Ａの開口発光領域１１０からの発光は均一であった。これらの良好な発光特性は、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に依る電流阻止機能と相俟って、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の駆動電流を開口発光領域に拡散させる機能とを備えたＧａＰ系ＬＥＤに特徴的に帰結される発光特性である。
【００８０】
また、電流阻止機能部位１０５の設置領域（表面電極１０６の射影領域）と開口発光領域１１０との平面積の比率（上記の比率Ｓ／Ｓ0）を好適としたため、順方向電圧（Ｖｆ）の徒な増加が回避された（表１参照）。また、逆方向電圧も良好であった（表１参照）。第１或いは第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の接合構成からは、発光部との接合界面の無秩序化をもたらさずに良好な接合特性を備えた電流阻止機能部位を備えたＧａＰ系ＬＥＤを構成できた。
【００８１】
以下の表１に順方向電流を２０ｍＡとした際の発光波長、輝度及び順方向電圧の特性値、並びに、逆方向電流値を１０μＡとした際の逆方向電圧値を、本実施例に係わるＬＥＤ（表１に「本発明」と略記）と従来のＬＥＤとで対比させて記す。
【００８２】
【表１】
0004799769.tif 000002
【００８３】
（第２実施例）
第１実施例とは別の積層構造をもってＧａＰ系ＬＥＤを構成する場合を例にして本発明を具体的に説明する。本第２実施例に係わるＧａＰ系ＬＥＤ２Ａの断面構造を模式的に図３に示す。
【００８４】
ＧａＰ系ＬＥＤ２Ａは、基本的に次の要素から構成した。
ｎ形ＧａＰ単結晶基板１０１、
ｎ形ＧａＰ発光層１０２、
第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３、
第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４、
電流阻止機能部位１０５の上方に設けた表面電極１０６、
単結晶基板１０１の裏面に設けたオーミック性の裏面電極１０７。
【００８５】
本第２実施例では、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３をマグネシウム（Ｍｇ）ドープのｐ形リン化硼素（ＢＰ）から構成した。また、ｐ形の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３をｎ形ＧａＰ発光層１０２の表面に直接、接合させて設けている点が第１実施例とは異なる。第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３は禁止帯幅を約３．１ｅＶとするＢＰ結晶層から構成した。第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３をなすｐ形ＢＰ層のキャリア濃度は約１×１０18ｃｍ-3とし、層厚は約０．１μｍとした。
【００８６】
第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３の成膜を終了した後、第１実施例に記載の如くのエッチング手段に依り、表面電極１０６の直下の射影領域１０９に限り第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３を残置させた。併せて、開口発光領域１１０には、ＧａＰ発光層１０２の表面を露出させた。これによって第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３の高抵抗層により電流阻止機能部位１０５を構成した。
【００８７】
電流阻止機能部位１０５を形成した後、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３と同じく第１実施例に記載のＭＯＣＶＤ手段に依り、第１実施例に記載したものと同一の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４を射影領域１０９及び開口発光領域１１０を被覆する様に設けた。第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４上には、第１実施例に記載と同一の平面形状と断面積（＝Ｓ0）を有し、射影領域１０９の断面積（＝Ｓ）との比率（＝Ｓ／Ｓ0）を１とする表面電極１０６を設置した。また、ｎ形単結晶基板１０１の裏面には、第１実施例と同一の材料からなる裏面電極１０７を配置して、ＬＥＤ２Ａとなした。
【００８８】
この様に構成されたＬＥＤ２Ａからは、順方向電流を２０ｍＡとした際に、中心波長を約５６０ｎｍとする黄緑光が発光された。本実施例に係わるＬＥＤ２Ａでは、開口発光領域１１０に於いて、ｐ形の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４とｎ形ＧａＰ発光層１０２とのｐｎ接合型単一ヘテロ（ＳＨ）構造の発光部が構成されているため、従来のＧａＰ系ＬＥＤに比較して約２倍の約１５ミリカンデラ（ｍｃｄ）の高発光強度がもたらされることとなった。また、発光波長に対応する遷移エネルギーを越える高い禁止帯幅の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４は、障壁層を兼ねて発光を透過できる窓層としての作用を発揮したため、第１実施例のＧａＰ系ＬＥＤ１Ａに比してより高輝度のＧａＰ系ＬＥＤ２Ａを提供できた。更に、本実施例のＬＥＤ２Ａでは、ＧａＰ層を利用した従来のＧａＰからなるｐｎ接合型ホモ接合構造ＬＥＤに時として認められるサイリスタ（ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）挙動は認められなかった。本第２実施例では、液相エピタキシャル成長層（本実施例ではｎ形ＧａＰ発光層１０２）上に接合させる第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４を、サイリスタを誘因するメルトバック（ｍｅｌｔ  ｂａｃｋ；”ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ”（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ  Ｉｎｔ．（ＵＫ、１９８７）、５０〜５１頁参照）を要しないＭＯＣＶＤ手段で成膜して、ｐｎ接合構造を構成する技術手段を採り入れているので、サイリスタ挙動を伴わないＧａＰ系ＬＥＤを提供できた。
【００８９】
（第３実施例）
窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1-XＰX：０≦Ｘ≦１）からなる発光層を備えたＧａＰ系ＬＥＤを構成する場合を例にして本発明を具体的に説明する。
【００９０】
図４は本第３実施例に係わるＧａＰ系ＬＥＤ３Ａの平面模式図である。また、図５は、図４に示される破線Ｘ−Ｘ’に沿った断面模式図である。
【００９１】
ＧａＰ系ＬＥＤ３Ａは、基本的に次の要素から構成した。
ｎ形Ｓｉ単結晶基板１０１、
ｎ形ＧａＮ0.97Ｐ0.03発光層１０２、
ｎ形の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３、
ｐ形の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４、
電流阻止機能部位１０５の上方に設けた表面電極１０６、
単結晶基板１０１の裏面に設けたオーミック性の裏面電極１０７である。
ＬＥＤ３Ａでは、第１及び第２の実施例に記載のＧａＰ系ＬＥＤ１Ａ，２Ａとは異なり、単結晶基板１０１をＧａＰに替えてシリコン（Ｓｉ単結晶）とし、ＧａＰに代替してＧａＮ0.97Ｐ0.03から発光層１０２を構成した。
【００９２】
ｎ形ＧａＮ0.97Ｐ0.03発光層１０２は、アンチモン（Ｓｂ）ドープｎ形Ｓｉ単結晶基板１０１上に設けたリン化硼素（ＢＰ）からなる緩衝層を介在させて設けた。緩衝層は、３５０℃の低温で成膜した非晶質のリン化硼素（ＢＰ）（層厚＝５ｎｍ）からなる低温緩衝層１０８と、低温緩衝層１０８上に８５０℃で重層させたＳｉドープｎ形単結晶ＢＰ（層厚＝０．４μｍ、キャリア濃度＝９×１０17ｃｍ-3）からなる高温緩衝層１１２とから構成した（米国特許ＵＳ−６，０６９，０２１号参照）。ＢＰ低温緩衝層１０８を配置すれば、Ｓｉ単結晶基板１０１との格子不整合性が緩和されて結晶性に優れる発光層１０２がもたらされる（上記のＵＳ−６，０６９，０２１号参照）。低温緩衝層１０８及び高温緩衝層１１２は、（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／ＰＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手段により成長させたが、他の成長手段、例えば、三塩化硼素（ＢＣｌ3）／三塩化リン（ＰＣｌ3）／Ｈ2反応系ハロゲン気相成長手段（「日本結晶成長学会誌」、Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．３（１９９８）、Ａ２８頁参照）に依っても上記の重層構造の緩衝層を形成できる。ｎ形ＧａＮ0.97Ｐ0.03発光層１０２は、上記のリン化硼素（ＢＰ）からなる高温緩衝層１１２上に設けた。
【００９３】
ｎ形の立方晶ＧａＮ0.97Ｐ0.03（格子定数≒４．５３８Å）らなる発光層１０２上には、発光層１０２と格子整合を果たすＭｇドープｐ形リン化硼素層（層厚＝０．２μｍ、キャリア濃度＝３×１０18ｃｍ-3）を障壁（クラッド）層１１３として積層した。上記のｎ形ＢＰ（格子定数≒４．５３８Å）高温緩衝層１１２、ｎ形ＧａＮ0.97Ｐ0.03発光層１０２とｐ形ＢＰ（格子定数≒４．５３８Å）障壁層１１３とで格子整合型のｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）構造の発光部を構成した。
【００９４】
ｐ形ＢＰ障壁層１１３上には、ｎ形の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３を設けた。第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３は、Ｓｉドープｎ形リン化硼素（層厚＝０．２μｍ、キャリア濃度＝２×１０18ｃｍ-3）から構成した。第１及び第２の実施例に記載の如く、エッチング除去処理を第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３に施し、表面電極１０６の射影領域１０９に限り第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３を残置させた。一方、開口発光領域１１０には、ｐ形ＢＰ障壁層１１３の表面を露出させた。これより、射影領域に限り、ｐ形ＢＰ障壁層１１３とｎ形の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３とからなるｐｎ接合構造に依る電流阻止機能部位１０５を形成した。また、ＳｉドープＧａＮ0.97Ｐ0.03（層厚＝０．２μｍ、キャリア濃度＝３×１０17ｃｍ-3）発光層１０２及びｐ形ＢＰ障壁層１１３を、アンモニア（ＮＨ3）を窒素（Ｎ）源として加えて含む上記のＭＯＣＶＤ手段に依り９５０℃で成膜したのに対し、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３は、より低温の８５０℃で成膜した。即ち、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３を、発光部の構成層１１２、１０２、１１３に格子整合する半導体材料から構成した上に、発光部構成層１１２、１０２、１１３よりも低温で成膜して、発光層１０２への格子歪或いは熱歪の導入を回避する技術手段を採用した。
【００９５】
第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３並びに開口発光領域１１０上には、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３と同一の８５０℃で成膜したＭｇドープｐ形リン化硼素（層厚＝０．２μｍ、キャリア濃度＝２×１０18ｃｍ-3）からなる第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４を設けた。ＢＰ高温緩衝層１１２、ＢＰ障壁層１１３及び第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３と同じく、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４は、上記のＭＯＣＶＤ手段により成膜速度を毎分２５ｎｍとし、Ｖ／ＩＩＩ比率（＝ＰＨ3／（ＣＨ3）3Ｇａ供給比率）を約５０として成膜した。この様に成膜条件を選定することにより、上記の各層１１２、１１３、１０３、１０４は、室温での禁止帯幅を約３．１ｅＶとするＢＰ結晶から構成されるものとなった。
【００９６】
射影領域１０９の上方に相当する第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４の表面上には、図４に示す平面形状の表面電極１０６を敷設した。表面電極１０６は、結線（ボンディング）のため円形の中心電極（直径＝１２０μｍ）１０６ａとその中心で直交し、開口発光領域１１０の対角線上に延在させた２本の帯状電極（幅＝３０μｍ、長さ＝３００μｍ）１０６ｂとから構成した。表面電極１０６ａ、１０６ｂの合計の平面積は、従って、約１．８×１０-4ｃｍ2となった。本第３実施例の射影領域１０９は、表面電極１０６と同一の平面形状と平面積を有している。表面電極１０６は金・亜鉛（Ａｕ９５重量％・Ｚｎ５重量％）合金膜から構成した。一方、ｎ形Ｓｉ単結晶基板１０１の裏面のほぼ全面には、アルミニウム（Ａｌ）からなるｎ形オーミック性の裏面電極１０７を形成して、ＧａＰ系ＬＥＤ３Ａとなした。
【００９７】
本第３実施例に係わるＬＥＤ３Ａは、２０ｍＡの順方向電流の通流時に於いて、発光中心波長を約４２０ｎｍとする青紫光を放射した。また、開口発光領域１１０に於ける発光の強度を略均一とするＬＥＤとなった。これは、発光層１０２上の高禁止帯幅の上部障壁層１１３と同じくワイドバンドギャップの第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３とからｐｎ接合構造体を形成したため、電流阻止機能を効率的に達成し、且つ、開口発光領域１１０の広範囲に優先的に順方向電流を拡散できる構成としたためである。更に、一般的な輻射積分球で測定される発光強度は約１８マイクロワット（μＷ）の高値となった。これは、上部障壁層１１３及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４を上記の青紫色帯の発光を充分に透過できる高禁止帯幅のリン化硼素（ＢＰ）から構成したことに依る、外部への発光の取り出し効率（例えば、供給電力と発光強度との光電変換効率で表せる）の向上に依るものである。即ち、本発明に依れば、（イ）発光部を格子整合系のＤＨ構造から構成したこと、（ロ）第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を発光部構成層に格子整合する半導体材料から構成したこと、（ハ）第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を発光部構成層よりも低温で成膜したこと、並びに（ニ）第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を上部障壁層１１３と共に高禁止帯幅の単量体リン化硼素（ＢＰ）層から構成したことなどの技術手段上の特徴を反映して、外部への発光の取り出し効率に優れるＧａＰ系ＬＥＤを提供できた。
【００９８】
（第４実施例）
第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を砒化リン化硼素（ＢＡｓ1-XＰX：０≦Ｘ≦１）とし、発光層を窒化リン化ガリウム（ＧａＮ1-XＰX：０≦Ｘ≦１）として構成されたＧａＰ系ＬＥＤを例にして本発明を具体的に説明する。
【００９９】
図６は本第４実施例に係わるＧａＰ系ＬＥＤ４Ａの平面模式図である。また、図７は、図６に示される破線Ｙ−Ｙ’に沿った断面模式図である。
【０１００】
ＧａＰ系ＬＥＤ４Ａは、基本的に次の要素から構成した。
ｐ形亜鉛ドープ砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板１０１、
ｐ形ＧａＡｓ1-XＰX発光層１０２、
ｐ形の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３、
ｎ形の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４、
電流阻止機能部位１０５の上方に設けた表面電極１０６、
単結晶基板１０１の裏面に設けたオーミック性の裏面電極１０７
である。ＬＥＤ４Ａは、第１乃至第３の実施例に記載のＬＥＤ１Ａ〜３Ａとは異なる基板材料と第１及び第２の含硼素ＩＩＩ族窒化物半導体層１０３、１０４を利用して構成した。
【０１０１】
図７に示すＬＥＤ４Ａ用途の積層構造体では、ｐ形ＧａＡｓ単結晶基板１０１上に、一般的なガリウム（Ｇａ）／アルシン（ＡｓＨ3）／ＰＨ3反応系ハイドライド気相成長（ＶＰＥ）手段（上記の「ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」、２６２〜２６３頁参照）により、ＧａＡｓ基板１０１の表面より層厚の増加方向に砒素（Ａｓ）組成（＝１−Ｘ）を直線的に低下させ、対応させて、リン組成比（＝Ｘ）を直線的に増加させる組成勾配を付したＧａＡｓ1-XＰX組成勾配層１１４を設けた。砒素（Ａｓ）の組成勾配は、ＧａＡｓ単結晶基板１０１との接合界面で１．０とし、それより層厚が６μｍに到達する迄に一律に減じ、最終的に０．５に低下させた。経時的に成長系へのＰＨ3に対するＡｓＨ3の供給量を減少させて組成勾配を付しつつ、亜鉛（Ｚｎ）を添加してｐ形の組成勾配層１１４とした。キャリア濃度は大凡、１×１０18ｃｍ-3とした。
【０１０２】
ＧａＡｓ1-XＰX組成勾配層１１４上には、同じく上記のハイドライドＶＰＥ手段に依り、砒素組成比を０．５と一定とする亜鉛（Ｚｎ）と酸素（Ｏ）とをドーピングしたｐ形ＧａＡｓ0.5Ｐ0.5発光層１０２を積層させた。発光層１０２の砒素組成比を組成勾配層１１４の表面の砒素組成比と同一とすることにより、格子のミスマッチ度が減少し、良質の発光層１０２が得られた。ＧａＡｓ1-XＰX組成勾配層１１４及び発光層１０２共に７５０℃で成膜した。発光層１０２の層厚は約４μｍとし、表面側の約１μｍの厚さの領域には窒素をアイソエレクトロニック不純物として添加した。同表面領域に於ける窒素原子の原子濃度は約６×１０18ｃｍ-3とした。発光層１０２のキャリア濃度は約４×１０17ｃｍ-3とした。
【０１０３】
ｐ形ＧａＡｓ0.5Ｐ0.5発光層１０２上には、ｐ形砒化リン化硼素（ＢＡｓ0.1Ｐ0.9）層からなる第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３を積層させた。第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３は、（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ／ＡｓＨ3／ＰＨ3／Ｈ2系常圧ＭＯＣＶＤ手段に依る成膜時にＭｇをドーピングしたｐ形層（層厚＝０．１μｍ、キャリア濃度＝２×１０18ｃｍ-3）とした。第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３は、発光層１０２の成膜温度より低温の３５０℃で成膜した非晶質（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）層とした。このように発光層１０２への格子歪或いは熱歪の導入を回避する技術手段を採用した。
【０１０４】
第１乃至第３の実施例に記載の如く、エッチング除去処理を第１の含硼素ＩＩＩＶ族化合物半導体層１０３に施し、後述する表面電極１０６の射影領域１０９に限り第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３を残置させた。一方、開口発光領域１１０には、ｐ形ＧａＡｓ0.5Ｐ0.5発光層１０２の表面を露出させた。
【０１０５】
第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３並びに開口発光領域１１０上には、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３と同一の３５０℃で成膜したＳｉドープｎ形リン化硼素（層厚＝０．２μｍ、キャリア濃度＝８×１０17ｃｍ-3）からなる第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４を設けた。非晶質の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４は、上記のＭＯＣＶＤ手段により成膜速度を毎分１５ｎｍとし、Ｖ／ＩＩＩ比率（＝ＰＨ3／（ＣＨ3）3Ｇａ供給比率）を約３０として成膜した。この様に成膜条件を選定することにより、第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４を禁止帯幅を約３．０ｅＶとするＢＰ結晶から構成した。
【０１０６】
射影領域１０９の上方に相当する第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０４の表面上には、図６に示す如く、素子形成領域の対角方向に２つの表面電極１０６を敷設した。表面電極１０６は、２辺の等辺をＬＥＤ４Ａの端面に平行して配置した直角二等辺三角形状のＡｕ・Ｚｎ合金膜から構成した。三角形状の表面電極１０６の各等辺の長さは、１２０μｍとし、従って、表面電極１０６の合計の平面積（＝Ｓ0）は約１．４×１０-4ｃｍ2となった。一方、本第４実施例の射影領域１０９は、等辺の長さを１３０μｍとする、表面電極１０６と相似形の直角二等辺三角形状とした。射影領域１０９は、表面電極１０６の直下の２箇所に、平面形状の頂点を一致させて配置した。２箇所の射影領域１０９の合計の平面積（＝Ｓ）は約１．７×１０-4ｃｍ2となり、表面電極１０６の断面積（＝Ｓ0）に対する射影領域１０９の平面積（＝Ｓ）の比率（＝Ｓ／Ｓ0）は約１．２となった。一方、ｐ形ＧａＡｓ単結晶基板１０１の裏面の略全面には、アルミニウム（Ａｌ）・アンチモン（Ｓｂ）合金真空蒸着膜からなるｐ形オーミック性の裏面電極１０７を形成して、ＧａＰ系ＬＥＤ４Ａとなした。
【０１０７】
本第４実施例に係わるＬＥＤ４Ａからは、２０ｍＡの順方向電流の通流時に於いて、発光中心波長を約６５０ｎｍとする赤色光が放射された。上記の第１乃至第３実施例に記載の各ＬＥＤ１Ａ〜３Ａと同じく、開口発光領域１１０に於ける発光の強度を略均一とするＬＥＤとなった。これは第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３の高抵抗層により電流阻止機能を達成でき、且つ、開口発光領域１１０の広範囲に優先的に順方向電流を拡散できる構成としたためである。更に、一般的な輻射積分球で測定される発光強度は約１０マイクロワット（μＷ）の高値となった。これは、第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０３，１０４を、発光層１０２に比較して低温で成膜したことにより、被熱に因る発光層１０２の結晶性の熱的変性を抑制し、且つ無秩序化を防止しつつ良好なヘテロ接合界面が形成され得たためである。また、開口発光領域１１０上に赤色発光を透過するに充分な高禁止帯幅のＢＰ系混晶層からなる第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０４を設けたことに依り、外部への発光の取り出し効率が向上したことに依るものである。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明に依れば、例えば、高抵抗の第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、導電性の第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との接合から構成される電流阻止機能部位を表面電極直下の射影領域に配置し、尚且つ、第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を外部視野方向に開口された発光領域（開口発光領域）の略全面に設置することとしたので、高抵抗の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に依り流通を阻害されたＬＥＤ駆動電流を開口発光領域に集中的に高密度に流通させられるため、高い発光強度のリン化ガリウム（ＧａＰ）系ＬＥＤを提供できる。
【０１０９】
また、本発明に依れば、互いに伝導形を反対とする第１及び第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との接合、即ち、ｐｎ接合から電流阻止機能部位を構成することし、且つ導電性の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を開口発光領域の略全面に設置する構成としたので、ＬＥＤ駆動電流の射影領域への流通を防止でき、且つ駆動電流を開口発光領域に優先的に流通できるため、高い発光強度のＧａＰ系ＬＥＤを提供できる。
【０１１０】
特に、本発明では、発光部を構成する一構成層を利用して、第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とでｐｎ接合を構成することとしたので、電流阻止機能を発揮できる部位を簡易に構成できるため、光電変換効率に優れる高い発光強度のＧａＰ系ＬＥＤを簡便に提供できる。
【０１１１】
また特に本発明に依れば、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を、それを接合させる発光部の一構成層と同一の伝導形の半導体層から構成することとしたので、開口発光領域に於いてｐｎ接合体の形成を回避でき、このため、開口発光領域に有効にＬＥＤ駆動電流を流通できるため、高発光強度のＧａＰ系ＬＥＤを提供できる。
【０１１２】
本発明に依れば、第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる電流阻止機能部位の水平断面積を、表面電極の水平断面積に対して規定された比率の範囲内としたので、開口発光領域へＬＥＤ駆動電流を拡散できる構成を備えた、順方向電圧の低い高発光強度のＧａＰ系ＬＥＤを提供できる。また、特に、禁止帯幅の大きなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から構成された電流阻止機能部位は、逆方向耐圧にも優れるＧａＰ系ＬＥＤをもたらすに効果を奏する。
【０１１３】
本発明に依れば、第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を高い禁止帯幅を有するリン化硼素系半導体層、特に、リン化硼素から構成することとしたので、電流阻止機能部位に併せて、発光を透過するに好都合となる発光を透過する窓層としての機能を備えた高発光強度のＧａＰ系ＬＥＤを提供できる。特に、高強度の短波長可視光を発光できる窒化リン化ガリウム、或いは窒素を等電子的捕獲中心として含む砒化リン化ガリウムからなる発光層上に、第１及び第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から構成される電流阻止機能と発光透過機能とを併せ持つ部位を具備させることにより高輝度のＧａＰ系ＬＥＤを提供できる。
【０１１４】
本発明に依れば、第１、第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を発光部の構成層よりも低温で形成できる非晶質層または多結晶層から構成することとしたので、発光層等の発光部構成層に印加される熱歪を抑制でき、発光層等の結晶性を良好に維持できるため、高発光強度のＧａＰ系ＬＥＤを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に記載のＬＥＤの断面模式図である。
【図２】第１実施例に記載のＬＥＤの平面模式図である。
【図３】第２実施例に記載のＬＥＤの断面模式図である。
【図４】第３実施例に記載のＬＥＤの平面模式図である。
【図５】第３実施例に記載のＬＥＤの断面模式図である。
【図６】第４実施例に記載のＬＥＤの平面模式図である。
【図７】第４実施例に記載のＬＥＤの断面模式図である。
【図８】本発明に係わるＬＥＤランプの断面模式図である。
【符号の説明】
１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、１０  ＧａＰ系ＬＥＤ
１１  基板
１２  含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
１３  表面電極
１４  裏面電極
１５  台座
１６  碗体
１７、１８  端子
１９  エポキシ樹脂
１０１  単結晶基板
１０２  ＧａＰ系発光層
１０３  第１の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
１０４  第２の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
１０５  電流阻止機能部位
１０６  表面電極
１０６ａ  中心電極
１０６ｂ  帯状電極
１０７  裏面電極
１０８  低温緩衝層
１０９  表面電極の射影領域
１１０  素子形成領域の開口発光領域
１１１  ｐ形ＧａＰ層
１１２  高温緩衝層
１１３  障壁層
１１４  組成勾配層
【図１】
0004799769.tif 000003
【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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