(57)【要約】【課題】  発光強度の強い点光源を得るために電流阻止の効果が大きく、かつ、製造コストを低くできる発光ダイオード及びその製造方法を提供する。【解決手段】  基板１と、基板の伝導型と逆伝導型の電流を阻止する役目を持つ電流阻止層２と、基板１と同一伝導型の第一のクラッド層５と活性層６と基板の伝導型と逆伝導型の第二のクラッド層７とで構成した発光部１７と、を備えた電流阻止型発光ダイオードにおいて、電流阻止層２が、基板１からのドーパント拡散によりこの電流阻止層２内に形成される反転層２ａを薄くし電流阻止効果を高める所定のキャリア密度及び／又は所定の厚みを有する層である。電流阻止層２のみをＭＯＣＶＤで成長させ他の層をＬＰＥ法で成長させて製造することができる。【選択図】        図１
2005064255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板の伝導型と逆伝導型であり、電流を阻止する役目を持つ電流阻止層と、上記基板と同一伝導型の第一のクラッド層と活性層と上記基板の伝導型と逆伝導型の第二のクラッド層とで構成された発光部と、を備えた電流阻止型発光ダイオードにおいて、  上記電流阻止層が、この電流阻止層内に形成される反転層を薄くし電流阻止効果を高める所定のキャリア密度及び／又は所定の厚みを有する層であることを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項２】
前記発光ダイオードの各発光部が、電流阻止層により所定の領域に限定された素子であることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記電流阻止層の所定のキャリア密度が、前記基板のキャリア密度と同程度以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記電流阻止層の所定のキャリア密度が、１×１０19ｃｍ-3前後であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記電流阻止層の所定の厚みが、１．５〜３μｍであることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記電流阻止層の厚さから前記形成される反転層の厚さを引いた実質的な電流阻止層の厚みが、１μｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記形成される反転層の厚さが、０．５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜６の何れかに記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記電流阻止層が、ＭＯＣＶＤ法で成長させた層であることを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記電流阻止層のドーパントとして、硫黄、セレン、テルル、シリコン、錫の何れかが用いられることを特徴とする、請求項１〜８の何れかに記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記基板がＧａＡｓ基板であり、前記電流阻止層がＡｌa Ｇａ1-a Ａｓ層（ここで、０≦ａ≦１）であり、前記第一のクラッド層、前記活性層及び前記第二のクラッド層がそれぞれＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ層、Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ層（ここで、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１，ｙ＜ｘ，ｚ）であることを特徴とする、請求項１〜９の何れかに記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れかに記載の発光ダイオードの素子を１つのチップに複数個備えたことを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項１２】
ＬＰＥ法によりＬＥＤ構造を成長させる発光ダイオードの製造方法において、
基板の上に、ＭＯＣＶＤ法により、所定のキャリア密度及び／又は所定の厚みを有するように電流阻止層を成長させ、
所定の箇所の電流素子層を除去し、
次に、上記ＬＥＤ構造を上記ＬＰＥ法により成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項１３】
前記電流阻止層の所定のキャリア密度が、前記基板のキャリア密度以上であることを特徴とする、請求項１２に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１４】
前記電流阻止層の所定のキャリア密度が、１×１０19ｃｍ-3前後であることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１５】
前記電流阻止層の所定の厚みが、１．５〜３μｍであることを特徴とする、請求項１２〜１４の何れかに記載の発光ダイオードの作製方法。
【請求項１６】
前記電流阻止層の厚さから、前記基板からのドーパント拡散により前記電流阻止層内に形成される反転層の厚さを引いた実質的な電流阻止層の厚みが、１μｍ以上であることを特徴とする、請求項１２〜１５の何れかに記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１７】
前記基板からのドーパント拡散により前記電流阻止層内に形成される反転層の厚さが、０．５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１２〜１６の何れかに記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１８】
前記電流阻止層のドーパントとして、硫黄、セレン、テルル、シリコン、錫の何れかが用いられることを特徴とする、請求項１２〜１７の何れかに記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１９】
前記基板がＧａＡｓ基板であり、前記電流阻止層がＡｌa Ｇａ1-a Ａｓ層（ここで、０≦ａ≦１）であり、前記ＬＥＤ構造がＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層の第一のクラッド層とＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ層の活性層とＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ層（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１，ｙ＜ｘ，ｚ）の第二のクラッド層とのサンドイッチ構造であることを特徴とする、請求項１２乃至１８の何れかに記載の発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種光学センサ、各種光学情報処理装置、各種光ポインタなどに使用される発光ダイオード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を製造する過程においては、ＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ；液相エピタキシャル）法やＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属化学気相成長）法などが主に利用されている。
ＬＰＥ法は、成長層厚みの制御性はあまり良くないが、低コストで高品質の厚膜の結晶が得られるという特徴がある。その一方、ＭＯＣＶＤ法は、層の厚みの制御性についてはＬＰＥ法と比べて良いが、同じ厚みの層を成長させると、ＬＰＥ法と比べてコスト高である。従来、ＬＥＤの製造において、主に低コストで高品質の厚膜の結晶が得られるという特徴を重視して、ＬＰＥ法が多用されることが多かった。
また、ＬＥＤにおいては、電流を特定の発光領域に集中させて点光源を得たり、発光効率を高めたりする電流阻止型の発光ダイオード、及びそれらを並べて配置した点光源アレイ型の発光ダイオードが知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１、２参照）。  
【０００３】
図１３〜１６は、従来のＬＰＥ法で１次元の点光源アレイ型ＬＥＤを製造する場合の一般的な製造工程の要部を示したものであり、図１７（Ａ）〜（Ｃ），図１８（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、図１３（Ｄ），図１４（Ｂ），図１５（Ａ），（Ｂ），図１６（Ａ）の平面図である。即ち、例えば図１７（Ａ）のＸ１―Ｘ１線に沿う断面図が図１３（Ｄ）である。
第１の工程として、図１３（Ａ）に示すように、基板３０の上に例えばｐ型のＧａＡｓ基板の上に、基板の伝導型と逆伝導型の電流阻止層３１、例えばｎ型のＧａＡｓ層を、ＬＰＥ法により厚さｔ1 程成長させる。この成長した電流阻止層３１の上面には、成長のために用いた成長溶媒３２、例えばＧａ（ガリウム）などが残存している。
第２の工程として、電流阻止層３１上に残存した成長溶媒３２を、図１３（Ｂ）に示すように除去する。
第３の工程として、図１３（Ｃ）に示すように、厚さｔ1 の電流阻止層３１を厚さｔ2 となるまで研磨する。具体的には、ｎ型のＧａＡｓを、所望の厚さｔ2 となるように研磨する。この研磨は、研磨プレートにワックスを塗布して、第２の工程を経た基板３０を貼り付ける。そして、エピタキシャル層を研磨して所望の厚さｔ2 とし、その後、基板３０を研磨プレートから剥ぎ取って基板裏面のワックスを除去する。
【０００４】
第４の工程では、図１３（Ｄ），図１７（Ａ）に示すように、電流阻止層３３及び基板３０に発光部となる部分３５とＰコンタクト部となる部分３５’のパターンを形成する。即ち、フォトリソグラフィー法により電流阻止層３３にレジスト３４を形成した後に、表面にレジスト３４の無い箇所をエッチングして、発光部となる部分３５とＰコンタクト部となる部分３５’のパターンを形成する。
第５の工程では、図１４（Ａ）に示すように、ＬＰＥ法によりＬＥＤ構造を作製する。即ち、レジスト３４を除去した後に、パターンを形成したエピタキシャル層上にＬＥＤ構造をＬＰＥ法により作製する。例えば、順に、ｐクラッド層３６（ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ層（ここで、０≦ｘ≦１である。））、活性層３７（ｐ型Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ層（ここで、０≦ｙ≦１である。））、ｎクラッド層３８（ｎ型Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ層（ここで、０≦ｚ≦１である。））の各層をＬＰＥ法により成長させ、ダブルヘテロ型のＬＥＤ構造を形成する。ここで、ｐクラッド層３６の組成ｘとｎクラッド層３８の組成ｚは同じでもよいが、それらの禁制帯幅は、活性層３７の禁制帯幅よりも大きくなるように組成ｘ、ｚを適宜選定することができる。
第６の工程として、図１４（Ｂ），図１７（Ｂ）に示すように、エピタキシャル層に基板３０に達する深さの電極及び素子分離用のエッチング溝３９を形成する。
第７の工程として、酸化膜（ＳｉＯ2 ）の層４０をスパッタ法やＣＶＤ法などによりエピタキシャル層上に形成し、その後、Ｐコンタクト部となる部分４１の酸化膜（ＳｉＯ2 ）などの層をエッチングにより除去する（図１４（Ｃ）参照）。
第８の工程として、第７の工程を経た基板３０を亜鉛（Ｚｎ）雰囲気中で熱処理することにより、第７の工程でエッチングで除去した部分４１から亜鉛（Ｚｎ）を拡散させることでＰ型の領域を形成し、Ｐコンタクト部４２とする（図１５（Ａ），図１７（Ｃ）参照）。この場合、酸化膜（ＳｉＯ2 ）の層４０は拡散の領域を制限するマスクの役割を果たす。
第９の工程として、図１５（Ｂ），図１８（Ａ）に示すように、Ｎコンタクト部となる部分４３をエッチングにより形成する。
第１０の工程として、フォトリソグラフィー法により図１５（Ｃ）に示すようなレジスト４４のパターンを形成し電極材料４５を蒸着後（図１６（Ａ））、リフトオフによりレジスト４４を剥離し、図１６（Ｂ），図１８（Ｂ）に示すような電極のパターンを形成し、それぞれＮ電極４６、Ｐ電極４７とする。
第１１の工程として、第１０の工程を経た基板３０に、例えば図１６（Ｃ）に示すような配線４８を、例えばアルミニュウム（Ａｌ）などにより形成してフリップチップタイプの１次元のアレイ型ＬＥＤチップを製造する。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−６９５４０号（段落［００４４］、図６及び図８）
【非特許文献１】今本  浩史、柳ケ瀬  雅司、高岡  元章著、「ＡｌＧａＩｎＰ点光源ＬＥＤの信頼性評価」、社団法人電子情報通信学会  信学技報、Ｒ９６−２１（１９９６―１１）ｐ．１１〜１６
【非特許文献２】加藤  俊宏、坂  貴、廣谷  真澄、曽根  豪紀著「ブラック反射鏡を用いた赤外点光源ＬＥＤの開発」、大同工業大学紀要  第３４巻（１９９８）ｐ．１０９〜１１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前述のように、ＬＰＥ法による電流阻止型ＬＥＤの製造においては、電流阻止型でない通常のＬＥＤの製造方法に比べ、特に第２の工程と第３の工程という煩雑な工程が余分に必要となる、という課題がある。
また、第２、第３の工程での基板が割れることなどにより基板が損傷し、歩留まりが低下することに加えて工程数の増加により、コスト高となる、生産性が低下する、という課題がある。
【０００７】
また、電流阻止層は、基板の伝導型と逆伝導型にする必要があるところ、図１９に示すように、基板１中のドーパントが、前記第５及び第８の工程中に図１９の矢印で示す方向に基板１から電流阻止層２に拡散することにより、成長させた電流阻止層２の中の一部が、逆の伝導型に反転した反転層２ａが形成されてしまう。これにより、電流阻止効果として作用する実質的な電流阻止層は、成長させた電流阻止層２よりも薄くなる。よって、電流阻止効果を効率良く発揮させるためには、形成される反転層２ａをできるだけ薄く抑えたい。
このために基板１のドーピング量を下げることも考えられるが、ドーピング量を下げることによりキャリア密度が下がり基板１の抵抗が高くなるため、各素子を所望の出力で発光させるのに必要な印加電圧が高くなるといった不具合があり、また発光中のＬＥＤチップの発熱による劣化も懸念されるため、反転層２ａを薄くするには、電流阻止層中のキャリア密度を高くすることが有効である。ところが、ＬＰＥ法において例えばｎ型ＧａＡｓ層の電流阻止層を成長させる場合には、キャリア密度は通常１〜２×１０18ｃｍ-3以下であり、これ以上のキャリア密度を得ることは困難であった。従って、電流阻止層において反転層を薄くすることが困難である、という課題がある。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑み、発光強度の強い点光源を得るために電流阻止の効果が大きく、かつ、製造コストを低くできる発光ダイオード及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明による発光ダイオードは、基板と、この基板の伝導型と逆伝導型であり、電流を阻止する役目を持つ電流阻止層と、基板と同一伝導型の第一のクラッド層と活性層と基板の伝導型と逆伝導型の第二のクラッド層とで構成された発光部と、を備えた電流阻止型発光ダイオードにおいて、電流阻止層が、この電流阻止層内に形成される反転層を薄くし電流阻止効果を高める所定のキャリア密度及び／又は所定の厚みを有する層であることを特徴とする。
発光ダイオードの各発光部は、電流阻止層により所定の領域に限定された素子であることが好ましい。ここで、電流阻止層の所定のキャリア密度は、基板のキャリア密度と同程度以上が望ましく、１×１０19ｃｍ-3前後であればよい。電流阻止層の厚みは、好ましくは１．５〜３μｍである。電流阻止層の厚さから形成される反転層の厚さを引いた実質的な電流阻止層の厚みは、好ましくは１μｍ以上である。形成される反転層の厚さは、好ましくは０．５μｍ以下である。好ましくは、電流阻止層はＭＯＣＶＤ法で成長させた層である。電流阻止層のドーパントとしては、硫黄、セレン、テルル、シリコン、錫の何れかが用いられることが好ましい。
また、好ましくは、基板はＧａＡｓ基板であり、電流阻止層はＡｌa Ｇａ1-a Ａｓ層（ここで、０≦ａ≦１）であり、第一のクラッド層、活性層及び第二のクラッド層はそれぞれＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ層、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ層、Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ層（ここで、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１，ｙ＜ｘ，ｚ）である。
上記構成の何れかの発光ダイオードの素子を１つのチップに複数個備えた発光ダイオードとしてもよい。
【００１０】
前記構成において、本発明の発光ダイオードは、所定のキャリア密度／又は所定の厚さを有する電流阻止層を備えるので、発光パターンの指向性が良く、発光強度が強くその電流阻止の効果を十分に発揮できる。
【００１１】
一方、本発明の別の態様によれば、ＬＰＥ法によりＬＥＤ構造を成長させる発光ダイオードの製造方法において、基板の上に、ＭＯＣＶＤ法により所定のキャリア密度及び／又は所定の厚みを有するように電流阻止層を成長させ、所定の箇所の電流阻止層を除去し、次に、上記ＬＥＤ構造を上記ＬＰＥ法により成長させることを特徴とする。
ここで、電流阻止層の所定のキャリア密度は、好ましくは、基板のキャリア密度程度以上であり、１×１０19ｃｍ-3前後であればよい。
また、電流阻止層の厚みは、好ましくは１．５〜３μｍであり、電流阻止層の厚さから、基板からのドーパント拡散により電流阻止層内に形成される反転層の厚さを引いた実質的な電流阻止層の厚みが、１μｍ以上であればよい。
また、基板からのドーパント拡散により電流阻止層内に形成される反転層の厚さは、０．５μｍ以下であればよい。電流阻止層のドーパントとして、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）の何れかが用いられることが好ましい。
また、好ましくは、基板はＧａＡｓ基板であり、電流阻止層がＡｌa Ｇａ1-a Ａｓ層（ここで、０≦ａ≦１）であり、ＬＥＤ構造が、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ層の第一のクラッド層とＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ層の活性層とＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ層（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１，ｙ＜ｘ，ｚ）の第二のクラッド層とのサンドイッチ構造である。
【００１２】
本発明の発光ダイオードの製造方法によれば、従来の第１の工程に代えて、ＭＯＣＶＤ法により基板上に、基板の伝導型と逆伝導型の電流阻止層を成長させる。これにより、所定のキャリア密度を有する電流阻止層か、所定の厚さの電流阻止層か、所定のキャリア密度を有しかつ所定の厚さの電流阻止層の何れかを成長させることができる。
このため、本発明の第１工程においては、ＭＯＣＶＤ法を用いており、ＬＰＥ法のように成長溶媒を使用しないことから、従来の第２の工程を削除することができる。さらに、本発明の第１工程ではＭＯＣＶＤ法を用いたので、エピタキシャル膜を、ウェハ内でも成長バッチ内でも、ほとんど厚みのバラツキなく成長させることが可能となる。よって、従来の第３の工程を削除することができる。
また、ＭＯＣＶＤ法で電流阻止層を成長させることによりキャリア密度を１×１０19ｃｍ-3程度まで高めることが可能となり、反転層の厚さを薄く抑えることができ、効率よく電流阻止を生じさせることができる。
上記の構成によれば、低コストで生産性よく、指向性の良い、しかも発光強度の強い発光ダイオードを製造することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電流阻止層の厚さを制御容易なＭＯＣＶＤ法で作製することにより、従来の工程より少ない工程で電流阻止型ＬＥＤを製造することができる。また、ＭＯＣＶＤ法を用いたことにより、ＬＰＥ法における成長溶媒そのものを必要としないため、その除去に関する工程自体不要となる。そして、ＭＯＣＶＤ法で電流阻止層を成長させるので、キャリア密度を基板のキャリア密度と同程度又はそれ以上に、例えば１×１０19ｃｍ-3程度まで高めることができ、反転層の厚さを薄く抑えることができ、電流阻止の効果を十分に生じさせることができ、発光パターンの指向性が良く、発光強度の強い点光源アレイ型発光ダイオードを作製することができる。
また、電流阻止層以外の層はＬＰＥ法で成長させることにより、コスト上昇を最低限におさえることができる。即ち、本発明は、点光源アレイ型ＬＥＤにおける各層の特徴に応じて、厚みは薄くてもよいが、少ない厚みのバラつきと高いキャリア密度が要求される電流阻止層にはＭＯＣＶＤ法を、厚みのバラツキはある程度許容されるが、低コストで高品質な結晶が望まれるクラッド層にはＬＰＥ法を、それぞれ用いて成長させることにより、各成長法の特長を活かしてコスト上昇を最低限に抑えつつ、特性、歩留まり、生産性を総合的に向上させることができる。
【００１４】
また、本発明による発光ダイオードは、所定の厚さの電流阻止層か、所定のキャリア密度を有する電流阻止層か、所定の厚さでかつ所定のキャリア密度を有する電流阻止層かの何れかの電流阻止層を有するので、電流阻止の効果を十分に発揮することができ、発光パターンの指向性が良く、発光強度の強い点光源アレイ型発光ダイオードを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。
図１（Ａ）は本発明に係る発光ダイオードの断面構造を示す図で、図１（Ｂ）はその平面図である。即ち、図１（Ｂ）のＹ―Ｙ線に沿った断面図が、図１（Ａ）である。発光ダイオードは、点光源アレイ型発光ダイオード２０を例にとって説明する。
点光源アレイ型発光ダイオードの各素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、図１に示すように、電流の通路となる凹部４を有する基板１と、基板１の伝導型と逆伝導型で電流を阻止する役目を持つ電流阻止層２と、基板１と同一伝導型のクラッド層５、活性層６、基板１と逆伝導型のクラッド層７のダブルヘテロ接合のＬＥＤ構造とをもつ。
ここで、点光源アレイ型発光ダイオード２０の各素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、後述するように、基板に達する深さまで分離溝８により分離され、各素子のリーク電流を減少させる構造となっている。これにより、各素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃにおいて、基板上の電流阻止層２のない所定のＬＥＤ構造領域からの発光が、所定の大きさ（Ｌ）の発光部１７から外部へ出射される（図１の↑参照）。また、この分離溝８は電極１５，１６間の分離も兼ねており、これによりＮ電極１５、Ｐ電極１６の両電極を同一面内に形成することができるため、アレイ型発光ダイオードを回路基板にフリップチップ実装することが可能となる。なお、９は酸化膜の層であり、１１はＰコンタクト部である。そして、電流阻止層２は、所定のキャリア密度と所定の厚さｔ3 となる必要がある。この点については後述する。
【００１６】
例えば、基板１としてｐ型のＧａＡｓ基板を用いた場合には、発光ダイオードは、その上面に、所定の厚みｔ3 、所定のキャリア密度を有するｎ型のＡｌa Ｇａ1-a Ａｓ層（０≦ａ≦１）の電流を阻止する役目を持つ電流阻止層２を有している。そして、電流阻止層２を基板１に達するまでエッチングして一部円筒状に形成された凹部４に、ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ層（０≦ｘ≦１）のクラッド層５、ｐ型Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ層（０≦ｙ≦１）の活性層６、ｎ型Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ層（０≦ｚ≦１）のクラッド層７のダブルヘテロ接合のＬＥＤ構造を結晶成長させ、Ｎ電極１２を形成して発光部１７が形成されている。このような素子が１次元あるいは２次元に配置されたものがアレイ型ＬＥＤである。
【００１７】
ここで、本発明による点光源アレイ型ＬＥＤの製造工程を図２〜図６を参照して説明する。図５（Ａ）〜（Ｃ），図６（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、図２（Ｂ），（Ｄ），図３（Ｂ），（Ｃ），図４（Ｃ）の平面図である。例えば、図５（Ａ）のＺ１−Ｚ１線に沿う断面図が図２（Ｂ）である。
以下の説明においては、Ｐ型基板を使用した場合の製造方法を例にとって説明する。
第１工程として、図２（Ａ）に示すように、ｐ型ＧａＡｓの基板１上にＭＯＣＶＤ法で、ｎ型Ａｌa Ｇａ1-a Ａｓ層（ここで、０≦ａ≦１）からなる電流阻止層２を厚さｔ3 程度成長させる。この厚さｔ3 については後述する。
第２工程として、図２（Ｂ），図５（Ａ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、エピタキシャル成長面上に発光部となる部分である凹部４とＰコンタクト部となる部分４’のパターンを形成する。即ち、フォトリソグラフィー法により電流阻止層２上にレジスト３を形成した後に、表面にレジスト３の無い箇所をエッチングして、発光部となる部分である凹部４とＰコンタクト部となる部分４’とを形成する。これにより、電流阻止層２のない部分、即ち、領域が存在することになる。ここで、発光部は直径Ｌ３の円形、Ｐコンタクト部は幅Ｌ４のストライプ状とすることができる。なお、レジスト３は後で除去する。
【００１８】
第３工程として、図２（Ｃ）に示すように、このパターンを形成したエピタキシャル成長面上にＬＥＤ構造、例えば、順にｐクラッド層５（ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ層）、活性層６（ｐ型Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ層）、ｎクラッド層７（ｎ型Ａｌz Ｇａ1- zＡｓ層）のサンドイッチ構造を、ＬＰＥ法によりそれぞれ成長させる。ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｙ＜ｘ，ｚである。
第４工程として、図２（Ｄ），図５（Ｂ）に示すように、エピタキシャル層に基板１に達する深さの電極及び素子分離用のエッチング溝８を形成する。
第５工程として、酸化膜ＳｉＯ2 の層９をスパッタ法やＣＶＤ法などによりエピタキシャル層上に形成し、その後、図３（Ａ）に示すように、Ｐコンタクト部となる部分１０の酸化膜ＳｉＯ2 の層をエッチングにより除去する。
第６工程として、第５工程を経た基板１を亜鉛（Ｚｎ）雰囲気中で熱処理することにより、図３（Ｂ），図５（Ｃ）に示すように、第５工程でエッチングにより除去した部分１０から亜鉛（Ｚｎ）を拡散させることで、Ｐ型の領域を形成し、Ｐコンタクト部１１とする。この場合、酸化膜（ＳｉＯ2 ）の層９は亜鉛（Ｚｎ）の拡散の領域を制限するマスクの役割を果たす。
第７工程として、図３（Ｃ），図６（Ａ）に示すように、Ｎコンタクト部となる部分１２をエッチングにより形成する。
第８工程として、フォトリソグラフィー法により図４（Ａ）に示すようなレジスト１３のパターンを形成し電極材料１４を蒸着後（図４（Ｂ））、リフトオフによりレジストを剥離し、図４（Ｃ），図６（Ｂ）に示すような電極のパターンを形成し、それぞれＮ電極１５、Ｐ電極１６とする。
第９工程として、例えば図４（Ｄ）に示すような配線１８を、例えばＡｌなどにより形成してフリップチップタイプの１次元点光源のアレイ型ＬＥＤチップ２１を製造する。図４（Ｄ）では、３個の発光部１７を有する 1次元点光源アレイ型ＬＥＤチップ２１を示している。ここで、本発明において、チップとは、複数個の素子を 1次元、または２次元に配列したものである。
【００１９】
ここで、第１工程における電流阻止層２の厚みｔ3 及びキャリア密度を所定の量に制御して電流阻止効果を高めることについて説明する。
基板１上に、基板の伝導型とは逆伝導型の電流阻止層２を成長させ、この上にＬＰＥ法によりＬＥＤ構造を成長させると、その電流阻止層２の中には、基板中のドーパントが拡散して、その伝導型が反転した反転層２ａが形成される。よって、電流阻止層２による電流阻止効果を高めるためには、反転層２ａを極力薄くする必要がある。ここで、反転層を薄くするには、電流阻止層２のキャリア密度を高くする必要があり、できれば電流阻止層２のキャリア密度を基板１のキャリア密度よりも高くすることが望ましい。しかしながら、キャリア密度を高めるため、あまりドーピング量を多くすると逆に結晶性が低下して好ましくないことから、具体的には電流阻止層２のキャリア密度を基板と同程度以上として、実質的に電流阻止層の反転層の厚さが薄くなるようにしておけばよい。ここで、ｐ型基板のキャリア密度が１〜２×１０19ｃｍ-3の場合には、電流阻止層２のキャリア密度を１×１０19ｃｍ-3程度以上とすることが望ましい。
【００２０】
また、別の観点から、電流阻止層２が厚すぎると、原料コスト、製造工数の点で不都合であるし、発光部を形成する際にエッチングを深く行う必要が生ずるためウェハ内での発光部の大きさ、深さのばらつきが大きくなり、各素子における特性のばらつきの原因となる。そのため、電流阻止層２の厚さは３μｍ以下が望ましい。
【００２１】
逆に、電流阻止層２が薄すぎると、実際に成長させた電流阻止層２に対して反転層の占める割合が大きくなり、電流阻止効果が減少する。後述する実施例の検討結果（図１１）により、実質的な電流阻止層２ｂの厚さは約１μｍ以上が望ましい。ｐ型基板のキャリア密度を２×１０19ｃｍ-3、電流阻止層２のキャリア密度を１×１０19ｃｍ-3とした場合、後述する電流阻止層のキャリア密度と反転層の厚みとの関係（図１０）から、反転層２ａの厚さは約０．５μｍ以下となるため、電流阻止層２の厚さは約１．５μｍ以上がよい。  
【００２２】
これらの検討結果から、電流阻止効果が最も発揮され、しかも特性のばらつき、製造工数、コスト面にも配慮した結果から、電流阻止層２のキャリア密度は１×１０19ｃｍ-3程度とするのが好ましい。電流阻止層２の厚さは、１．５〜３μｍ程度が良く、更に好ましくは、２μｍ程度が良い。
【００２３】
以上説明したように、本発明の発光ダイオードにおいては、所定のキャリア密度及び／又は所定の厚さを有する電流阻止層を備えているので、その電流阻止の効果を十分に発揮でき、各素子の発光強度が強く、指向性の良い発光パターンが再現良く得られる。
また、本発明の発光ダイオードの製造方法においては、従来の第１の工程に代えて、ＭＯＣＶＤ法により基板上に、基板の伝導型と逆伝電型の電流阻止層を成長させる。これにより、所定のキャリア密度を有する電流阻止層か、所定の厚さの電流阻止層か、所定のキャリア密度を有しかつ所定の厚さの電流阻止層の何れかを成長させることができる。
このように、本発明の第１の工程でＭＯＣＶＤ法を用いたことにより、従来の第２及び第３の工程を削除することができる。また、ＭＯＣＶＤ法で電流阻止層を成長させたことにより、電流阻止層のキャリア密度を基板のキャリア密度と同程度に高めることが可能となり、反転層の厚さを薄く抑えることができ、電流阻止の効果を十分に生じさせることができる。なお、キャリア密度の制御は結晶中の不純物密度を制御することによって行うが、通常、その不純物密度はキャリア密度とほぼ同程度となる。
【００２４】
以下、好ましい電流阻止層２の厚みでＬＥＤ素子を作製し、その発光パターンを測定した実施例を説明する。
（実施例）
図７は、この実施例における点光源アレイ型発光ダイオードの各組成及びドーパントの種類を示した表である。なお、後述する比較例におけるそれらも併せて示してある。
製造の第１工程として、キャリア密度２×１０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓの基板１上にＭＯＣＶＤ法でｎ型ＧａＡｓ層からなる電流阻止層２を成長させた。ＭＯＣＶＤ法のキャリアガスとしては水素を用い、このときの成長温度は７００℃、成長圧力は７５Ｔｏｒｒとした。また、ＧａＡｓ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びアルシン（ＡｓＨ3 ）を用い、それぞれの流量を０．１３ｍｍｏｌ（ミリモル）／分、１．３ｍｍｏｌ／分とした。ｎ型のドーパントには硫黄（Ｓ）を用い、その供給源を硫化水素（Ｈ2 Ｓ）とし、成長中このＨ2 Ｓガスを１００００ｐｐｍの濃度で流した。このようにしてキャリア密度１×１０19ｃｍ-3、厚さ２μｍのｎ型ＧａＡｓ層よりなる電流阻止層２を成長させた（図２（Ａ）参照）。なお、ｎ型のドーパントにはセレンを用い、その供給源としてセレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）を用いることや、ｎ型のドーパントにテルル（Ｔｅ）を用い、その供給源としてジエチルテルル（ＤＥＴｅ）を用いることや、ｎ型のドーパントにシリコン（Ｓｉ）を用い、その供給源としてシラン（ＳｉＨ4 ）やジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用いることや、ｎ型のドーパントに錫を用い、その供給源としてトリエチル錫（ＴＥＳｎ）やトリメチル錫（ＴＭＳｎ）を用いることも可能である。
【００２５】
製造の第２工程として、第１工程で得られた電流阻止層２の上にフォトリソグラフィー法により直径Ｌ３＝１５μｍの円形のパターンと幅Ｌ４＝１００μｍのストライプ状のパターンを形成し、この部分をエッチングすることにより電流阻止層２の一部に穴を空けて凹部を形成して、後の製造の第３工程でＬＥＤ構造を成長させた際の電流通路となる部分を設けた（図２（Ｂ），図５（Ａ）参照）。ここでは、リン酸（Ｈ3 ＰＯ4 ）―Ｈ2 Ｏ2 ―Ｈ2 Ｏ系のエッチング液によりエッチングした。
製造の第３工程として、第２工程にて得られた電流阻止層２付きの基板１の上にＬＰＥ法により、順に、ｐクラッド層５としてのｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層を約２μｍ成長させ、活性層６としてのｐ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ａｓ層を約１μｍ成長させ、ｎクラッド層７としてのｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層を約２μｍ成長させて、ダブルヘテロ型のＬＥＤ構造を形成した（図２（Ｃ）参照）。
【００２６】
製造の第４工程として、製造の第３工程で成長させたエピタキシャル層に、電極および素子分離用のエッチング溝８を幅５０μｍで形成した（図２（Ｄ），図５（Ｂ）参照）。  製造の第５工程として、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用い、原料ガスとしてシランＳｉＨ4 ガスと一酸化二窒素Ｎ2 Ｏガスとを流し、基板温度３５０℃、圧力０．５Ｔｏｒｒで高周波電力５００Ｗで厚み０．３μｍの酸化膜ＳｉＯ2 をエピタキシャル層上に堆積させた。その後、Ｐコンタクト部となる部分１０の酸化膜ＳｉＯ2 層をフッ素系のエッチング液によりエッチングして除去した（図３（Ａ）参照）。
製造の第６工程として、石英製容器中にウエハーとＺｎＡｓ2 （二砒化亜鉛）とをセットし、水素雰囲気中温度６００℃で２時間熱処理して、製造の第５工程でエッチングにより除去した部分１０から亜鉛（Ｚｎ）を拡散させて、Ｐコンタクト部１１としてＰ型の領域を形成した（図３（Ｂ），図５（Ｃ）参照）。
製造の第７工程として、Ｎコンタクト部となる部分１２をエッチングにより形成した（図３（Ｃ），図６（Ａ）参照）。
製造の第８工程として、フォトリソグラフィー法によりレジスト１３のパターンを形成し（図４（Ａ）参照）、電極材料１４を蒸着後（図４（Ｂ）参照）、アセトン中で煮沸することでレジストを剥離する、所謂リフトオフ法により、Ｎ電極１５とＰ電極１６を形成した（図４（Ｃ），図６（Ｂ）参照）。
製造の第９工程として、Ａｌで配線１８を形成してフリップチップタイプの１次元のアレイ型ＬＥＤチップを製造した（図４（Ｄ）参照）。
【００２７】
この点光源アレイ型ＬＥＤチップの発光特性として、各素子の発光出力強度及び発光パターンを測定した。
図８は、本発明の点光源アレイ型ＬＥＤチップの発光出力強度を示したテーブルであり、後述する比較例のそれと併せて示してある。各素子の発光出力の平均値は、図８に示すように、１６ｍＡ通電時において０．５４ｍＷであった。
図９は、本発明の点光源アレイ型ＬＥＤチップの各素子において発光ダイオードの前面に照射される光強度のファーフィールドパターンを示す図である。図９から分かるように、電流阻止効果による指向性の良好なファーフィールドパターンが観察された。
【００２８】
図１０は、上記の方法で点光源アレイ型発光ダイオードを製造した場合の電流阻止層のキャリア密度と反転層の厚みの関係を示す図である。電流阻止層をＭＯＣＶＤ法で成長させた実施例と、後述するＬＰＥ法で成長させた比較例を合わせて示している。ＭＯＣＶＤ法による実施例においては、電流阻止層２のキャリア密度が１×１０19ｃｍ-3前後で、反転層の厚みは、０．１μｍ〜０．４μｍの範囲内にあることが分かる。
一方、比較例のＬＰＥ法による電流阻止層の場合には、キャリア密度を１．４×１０18ｃｍ-3と高くしても反転層厚みは０．５μｍ〜０．８μｍの範囲内にあることから、本発明の電流阻止層２においては、反転層厚みを薄くできることは明らかである。
【００２９】
さらに、電流阻止層２の厚みを変化させて、点光源アレイ型ＬＥＤチップを作製して各素子の発光特性を測定した。図１１は、成長させた電流阻止層の厚みから反転層の厚みを引いた実質的な電流阻止層の厚さと、各素子の発光状態との関係を調べた結果を示す表である。この結果から、実質的な電流阻止層２ｂの厚みが１μｍ以上あれば、正常な発光が得られることが判明し、これよりも薄い場合、例えば、０．６μｍでは、発光広がりが生じるので好ましくない。これにより、実質的な電流阻止層２ｂの厚みは約１μｍ以上、特に１．１μｍ以上が好ましいことが分かる。
【００３０】
次に、比較例を示す。
（比較例）
本発明による点光源アレイ型ＬＥＤチップと比較するために、前述の従来の技術で説明した製造工程により点光源アレイ型ＬＥＤチップを以下のように製造して、同じように各素子の発光強度及び発光パターンを測定した。なお、図７には、前述の実施例と対比させて、比較例での点光源アレイ型発光ダイオードの各組成及びドーパントの種類を示してある。
ここで、用いた従来の製造工程を先ず説明する。
従来の製造の第１の工程として、キャリア密度２×１０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓの基板３０上にＬＰＥ法でｎ型ＧａＡｓからなる電流阻止層３１を成長させた。なお、成長溶媒にはＧａを用い、徐冷法により、成長開始温度８０６℃、成長終了温度８００℃、冷却速度は、成長温度が８０６℃から８０４℃の間は０．２４℃／分、成長温度が８０４℃から８００℃の間は０．０５℃／分の条件で成長を行った。また、ＧａＡｓ原料には、ＧａＡｓ多結晶体を用い、ｎ型のドーパントにはＴｅ（テルル）を用いた。これにより、キャリア密度１×１０18ｃｍ-3、厚さ約７μｍのｎ型ＧａＡｓよりなる電流阻止層３１を成長させた（図１３（Ａ）参照）。
【００３１】
従来の製造の第２の工程として、成長後、このウェハを炉から取り出した後、表面に残っているＧａ溶媒３２をふき取るなどして除去した（図１３（Ｂ）参照）。なお、この工程ではウェハに機械的な力が加わるため、ウェハを割ってしまうことがあったことは、前述した通りである。
従来の製造の第３の工程として、ＬＰＥ法によるエピタキシャル成長表面は平坦性が悪いことから、これを改善するため加熱したワックスを用いてウェハ裏面を研磨プレートに貼りつけ、砥粒を用いて表面の研磨を約５μｍ程度行った。即ち、電流阻止層３１の厚さを計算上２μｍ程度となる電流阻止層３３となるようにした（図１３（Ｃ）参照）。その後、再度加熱し、ワックスを溶かすことにより、ウェハを研磨プレートから剥ぎ取った。なお、前述した通り、この工程においてもウェハに機械的な力が加わるため、ウェハを割ってしまうことがあった。その後、ウェハ裏面のワックスをアセトンにより除去した。
【００３２】
従来の製造の第４の工程として、第３の工程により得られた電流阻止層３３の上にフォトリソグラフィー法により直径Ｌ１＝１５μｍの円形のパターンと幅Ｌ２＝１００μｍのストライプ状のパターンを形成し、このパターンを基板面までエッチングして形成した。このエッチングにより、電流阻止層３３の一部に穴を空けることで、この後ＬＥＤ構造を成長させたときの電流の通路となる部分を設けた（図１３（Ｄ），図１７（Ａ）参照）。  従来の製造の第５の工程として、本発明の実施例の第３の工程と同様に電流阻止層付き基板の上にＬＰＥ法により順に、ｐクラッド層３６としてｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓを約２μｍ、活性層３７としてｐ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ａｓ層を約１μｍ、ｎクラッド層３８としてｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層を約２μｍを成長させ、ダブルヘテロ型のＬＥＤ構造を形成した（図１４（Ａ）参照）。
【００３３】
従来の製造の第６〜第１１の工程として、本発明の実施例の第４〜第９の工程を順に行って、フリップチップタイプの１次元のアレイ型ＬＥＤチップを作製した。
【００３４】
この比較例における、電流阻止層のキャリア密度と反転層の厚みの関係は、図１０に示したように、キャリア密度を１．４×１０18ｃｍ-3と高くしても反転層の厚みは０．５μｍ〜０．８μｍの範囲内であった。
次に、この点光源アレイ型ＬＥＤチップの発光特性として、各素子の発光出力強度及び発光パターンを測定した。各素子の発光出力の平均値は、図８に示すように、１６ｍＡ通電時において０．１４ｍＷであった。この値を本発明の値と比較すると、本発明による点光源アレイ型発光ダイオードの発光出力の方が、従来と比べて約４倍も高くなることが分かる。これにより、本発明による点光源アレイ型発光ダイオードにおいては、電流阻止の効果が十分に生じている素子が多いことが分かる。
【００３５】
図１２は、従来の製造方法により作製した点光源アレイ型ＬＥＤチップの各素子の前面に照射される光強度のファーフィールドパターンを示す図である。図１２から分かるように、素子によっては電流阻止の効果が弱く、図９と比較すると分かるように指向性が悪かった。チップを替えて測定しても同様に発光出力が低い又は指向性の悪い素子を含むものが多く、一つのウェハから得られるチップの歩留まりが悪かった。このような指向性の悪い素子をへき開して内部を調べたところ、実質的な電流阻止層の厚さが１μｍ未満であったり、実質的な電流阻止層が全く見られないものがあった。これらの不良の原因としては、ＬＰＥ法で成長させた電流阻止層３３の厚みが同一ウェハ内でばらついていることや、従来の製造の第３の工程における研磨量にバラツキがあることによると考えられる。
【００３６】
この点は、電流阻止層３３の平均的な厚みを厚くすることで改善することも可能ではあるが、その分従来の製造工程の第４の工程で説明した発光部となる部分を形成するためのエッチングを深く行う必要が生ずるため、ウェハ内でのエッチングされる部分の大きさ、深さのばらつきが大きくなり、これらのばらつきが各素子の特性のばらつきの原因となるため、得策ではない。また、従来の第２及び第３の工程において、基板が割れることもあるので、実際に本発明による製造方法で作製したチップより、ＬＥＤ製品の歩留まりが悪い。
【００３７】
本発明は、上記実施例に記載の１次元の点光源アレイ型ＬＥＤチップに限定されることなく、２次元の点光源アレイ型ＬＥＤチップや単一素子のＬＥＤチップなど、また実施形態もフリップチップ型に限らず、ダイボンド型など、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る発光ダイオードの構造を示す図である。
【図２】本発明に係る点光源アレイ型発光ダイオードの製造工程のうち、第１〜第４工程を示した図である。
【図３】本発明に係る点光源アレイ型発光ダイオードの製造工程のうち、第５〜第７工程を示した図である。
【図４】本発明に係る点光源アレイ型発光ダイオードの製造工程のうち、第８〜第９工程を示した図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、図２（Ｂ），（Ｄ），図３（Ｂ）の各平面図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、図３（Ｃ），図４（Ｃ）の各平面図である。
【図７】実施例と比較例における点光源アレイ型発光ダイオードの各組成及びドーパントの種類を示したテーブルである。
【図８】実施例と比較例における点光源アレイ型ＬＥＤチップの発光出力強度を示したテーブルである。
【図９】本発明の点光源アレイ型ＬＥＤチップの各素子において発光ダイオードの前面に照射される光強度のファーフィールドパターンを示す図である。
【図１０】電流阻止層の中に生じる反転層の厚みと電流阻止層のキャリア密度との関係を示した図である。
【図１１】成長させた電流阻止層の厚みから反転層の厚みを引いた実質的な電流阻止層の厚さと、素子の発光状態との関係を調べた結果を示す表である。
【図１２】従来の製造方法により作製した点光源アレイ型発光ダイオードの前面に照射される光強度のファーフィールドパターンを示す図である。
【図１３】従来のＬＰＥ法で１次元の点光源アレイ型ＬＥＤを製造する場合の一般的な製造工程のうち、第１〜第４の工程を示した図である。
【図１４】従来のＬＰＥ法で１次元の点光源アレイ型ＬＥＤを製造する場合の一般的な製造工程のうち、第５〜第７の工程を示した図である。
【図１５】従来のＬＰＥ法で１次元の点光源アレイ型ＬＥＤを製造する場合の一般的な製造工程のうち、第８の工程〜第１０の工程前段を示した図である。
【図１６】従来のＬＰＥ法で１次元の点光源アレイ型ＬＥＤを製造する場合の一般的な製造工程のうち、第１０の工程後段と第１１の工程を示した図である。
【図１７】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１３（Ｄ），図１４（Ｂ），図１５（Ａ）の各平面図である。
【図１８】（Ａ），（Ｂ）は、図１５（Ｂ），図１６（Ａ）の各平面図である。
【図１９】電流阻止層に反転層が形成される現象を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，３０                基板
２，３１，３３          電流阻止層
２ａ                    反転層
２ｂ                    実質的な電流阻止層
３，３４                レジスト
５，７，３６，３８      クラッド層
６，３７                活性層
１５，１６，４６，４７  電極
１７，４９              発光部
８，３９                分離溝
２０                    点光源アレイ型発光ダイオード
２０ａ〜２０ｃ          点光源アレイ型発光ダイオードの素子
２１                    １次元点光源アレイ型ＬＥＤチップ
３２                    成長溶媒
【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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