(57)【要約】【課題】  半導体発光装置の信頼性を向上させる。【解決手段】  半導体発光装置は、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に形成され、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる発光層と、前記発光層上に形成され、Ｍｇを添加したＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層と、前記ｐ型クラッド層上に形成され、Ｚｎを添加したｐ型のＧａＩｎＰからなる電流拡散層とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層上に形成され、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる発光層と、
前記発光層上に形成され、Ｍｇを添加したＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層と、
前記ｐ型クラッド層上に形成され、Ｚｎを添加したｐ型のＧａＩｎＰからなる電流拡散層と
を有する半導体発光装置。
【請求項２】
前記ｐ型クラッド層は、Ｍｇを添加した（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｘＩｎ１−ｘＰ（０．４５≦ｘ≦０．５５、０．３≦ｙ≦１）からなり、前記電流拡散層から拡散したＺｎを含み、キャリア濃度が１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲である請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記ｐ型クラッド層のＺｎドーパント濃度が、５×１０１６〜５×１０１７ｃｍ−３の範囲である請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記発光層は、アンドープの（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｘＩｎ１−ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．７）からなる活性層とアンドープの（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｘＩｎ１−ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．７）からなるバリア層とからなる量子井戸構造である請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記発光層は、アンドープの（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｘＩｎ１−ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．７）からなるバルク活性層である請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体発光装置（ＬＥＤ）は、化合物半導体基板上に所望の結晶をエピタキシャル成長し製造される。ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの場合、基板にはＧａＡｓ結晶が用いられることが多い（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１７は、従来例によるダブルヘテロ構造の半導体発光装置（ＬＥＤ）５００の概略断面図である。半導体発光装置（ＬＥＤ）は、ｎ型ＧａＡｓ基板５１、ｎ型の第１のクラッド層５２、アンドープの活性層５３、ｐ型の第２のクラッド層５４、ｐ型電流拡散層５５、ｐ側電極（第１電極）５６及びｎ側電極（第２電極）５７を含んで構成される。
【０００４】
ｎ型ＧａＡｓ基板５１の上には、ＭＯＣＶＤ法にて、第１の導電型（例えば、ｎ型）を有し活性層５３よりもバンドギャップの大きい第１のクラッド層５２が形成されている。第１のクラッド層５２は、例えば、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ結晶からなり、バンドギャップは２．３ｅＶである。
【０００５】
第１のクラッド層５２の上には、所望の波長を発光する活性層（発光層）５３が形成されている。活性層５３は、例えば、アンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ結晶からなり、バンドギャップは、１．９ｅＶで赤色発光する。なお、活性層５３は、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなる井戸層と障壁層とを持つ量子井戸構造（ＱＷ）としてもよい。
【０００６】
活性層５３の上には、第２の導電型（例えば、ｐ型）を有し発光層よりもバンドギャップの大きい第２のクラッド層５４が形成されている。第２のクラッド層５４は、例えば、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ結晶からなり、バンドギャップは２．３ｅＶである。
【０００７】
第２のクラッド層５４の上には、必要に応じて、ｐ型電流拡散層５５が形成される。ｐ型電流拡散層５５は、例えば、ｐ型ＧａＰ結晶からなり、バンドギャップは２．２５ｅＶである。
【０００８】
なお、電流を供給するために、ｐ型電流拡散層５５（ｐ型電流拡散層５５を形成しない場合は、第２のクラッド層５４）の上面の一部の領域上に、ｐ側電極５６が形成され、ＧａＡｓ基板５１の下面上にｎ側電極５７が形成されている。
【０００９】
ＬＥＤ５０のさらなる高輝度化を目指して、吸収層である成長に用いたＧａＡｓ基板５１を除去して透明基板に貼り合わせたものや、Ｓｉなどの永久基板に反射構造を作製した反射基板を貼り合わせて輝度アップを施した構造が知られている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。この高輝度化により、ＬＥＤの市場がさらに拡大している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１２１７９６号公報
【特許文献２】特開２００９−４４８７号公報
【特許文献３】特開２０１０−５０３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
昨今ＬＥＤの市場が拡大するにつれて信頼性への要求が高まっている。特に、通電による光度劣化は、ｐ型不純物が活性層に拡散することが大きな原因と考えられている。
【００１２】
その対策として、活性層とｐ型クラッド層の間にアンドープ層を挿入する方法が知られている。アンドープ層を挿入することにより、活性層への拡散は抑制されるものの、ｐ型クラッド層からのキャリアの注入が減少するため、大電流領域では効率が落ちてしまい、電流・光出力間の線形性がない。
【００１３】
また、ｐ型クラッド層および電流拡散層の不純物としてＺｎよりも拡散係数の小さいＭｇを用いる方法も知られている。ｐ型不純物としてＭｇはドーピング効率がよいが、ドーピング遅れ（供給を開始してから、実際に取り込まれるまでの時間が長い）や成長炉内に残留する効果（メモリー効果）が大きいという問題を持っており、扱いにくい材料である。
【００１４】
本発明の目的は、半導体発光装置の信頼性を向上させることである。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、半導体発光装置の電流・光出力間の線形性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一観点によれば、半導体発光装置は、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に形成され、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる発光層と、前記発光層上に形成され、Ｍｇを添加したＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層と、前記ｐ型クラッド層上に形成され、Ｚｎを添加したｐ型のＧａＩｎＰからなる電流拡散層とを有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、半導体発光装置の信頼性を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、半導体発光装置の電流・光出力間の線形性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例による半導体発光装置１０１の概略断面図である。
【図２】本発明の実施例による半導体発光装置１０１のｎ型クラッド層２、発光層３、ｐ型クラッド層４のＳＩＭＳ分析結果を表すグラフである。
【図３】第１の比較例（比較例１）による半導体発光装置１１１の概略断面図である。
【図４】比較例１による半導体発光装置１１１のｎ型クラッド層２、発光層３、ｐ型クラッド層６４のＳＩＭＳ分析結果を表すグラフである。
【図５】比較例１の変形例による半導体発光装置１１１のＳＩＭＳ分析結果を表すグラフである。
【図６】通電時における発光出力の変化を示すグラフである。
【図７】第２の比較例（比較例２）による半導体発光装置１２１の概略断面図である。
【図８】作製１回目と作製連続３回目の比較例２による半導体発光装置１２１のＳＩＭＳ分析結果を表すグラフである。
【図９】第３の比較例（比較例３）による半導体発光装置１３１の概略断面図である。
【図１０】比較例３による半導体発光装置１３１のｎ型クラッド層２、発光層３、ｐ型クラッド層８４のＳＩＭＳ分析結果を表すグラフである。
【図１１】本発明の実施例によるＬＥＤデバイス構造１００の概略断面図である。
【図１２】本発明の実施例によるＬＥＤデバイス構造１００の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１３】本発明の実施例によるＬＥＤデバイス構造１００の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１４】本発明の実施例によるＬＥＤデバイス構造１００と比較例１によるＬＥＤデバイス構造の電流−電圧特性を示すグラフである。
【図１５】比較例１及びその変形例を用いたＬＥＤデバイス構造の電流・光出力間特性を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例と比較例１〜３のｐ型クラッド層及び電流拡散層を比較した表である。
【図１７】従来例によるダブルヘテロ構造の半導体発光装置（ＬＥＤ）５０の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の実施例による半導体発光装置１０１の概略断面図である。
【００２１】
半導体発光装置１０１は、ｎ型ＧａＡｓ基板１と、ｎ型クラッド層２と、発光層３と、ｐ型クラッド層４と、ｐ型電流拡散層５と、ｐ側電極（第１電極）６と、ｎ側電極（第２電極）７とを含んで構成される。
【００２２】
ｎ型クラッド層２は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に配置され、ｎ型不純物としてＳｉをドープした（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｘＩｎ１−ｘＰ（０．４５≦ｘ≦０．５５、０．３≦ｙ≦１）からなる。本実施例では、例えば、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層であり、膜厚は約３μｍ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。
【００２３】
発光層３は、ｎ型クラッド層２上に形成され、アンドープの（Ａｌｙ１Ｇａ１−ｙ１）ｘＩｎ１−ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ１≦０．７）からなる井戸層とアンドープの（Ａｌｙ２Ｇａ１−ｙ２）ｘＩｎ１−ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ２≦０．７）からなる障壁層とからなる量子井戸構造である（ただし、ｙ２＞ｙ１）。または、アンドープの（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｘＩｎ１−ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．７）からなるバルク活性層を発光層３としてもよい。本実施例では、例えば、膜厚１０ｎｍの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる井戸層と、膜厚１０ｎｍの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる障壁層を２０周期繰り返した量子井戸（ＱＷ）構造である。
【００２４】
ｐ型クラッド層４は、発光層３上に形成され、Ｍｇを故意に添加した（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｘＩｎ１−ｘＰ（０．４５≦ｘ≦０．５５、０．３≦ｙ≦１）からなり、キャリア濃度は、１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲である。本実施例では、例えば、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、膜厚は約１μｍで、キャリア濃度は、２×１０１７ｃｍ−３である。
【００２５】
ｐ型電流拡散層５は、ｐ型クラッド層４上に配置され、Ｚｎを故意に添加したｐ型のＧａ１−ｚＩｎｚＰ（０≦ｚ≦０．１）層であり、Ｚｎドーパント濃度は、３×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲である。本実施例では、例えば、ＧａＰからなり、膜厚は約１μｍで、Ｚｎのドーパント濃度は３×１０１８ｃｍ−３である。なお、ｐ型クラッド層４は、ｐ型電流拡散層５から拡散してきたＺｎを含む。ｐ型クラッド層４の拡散によるＺｎドーパント濃度は、５×１０１６〜５×１０１７ｃｍ−３の範囲である。
【００２６】
ｎ型ＧａＡｓ基板１、ｎ型クラッド層２、発光層３、ｐ型クラッド層４及びｐ型電流拡散層５は、周知のＭＯＣＶＤ法で作製し、原料としてホスフィン、ＩＩＩ族原料として有機金属材料ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）を用いた。
【００２７】
ｎ型クラッド層２の形成ためのドーパントとしてシラン（ＳｉＨ４）、ｐ型クラッド層４形成のためのドーパントとしてジシクロペンタマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、ｐ型電流拡散層５形成のためのドーパントとしてジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いた。
【００２８】
キャリアガスとしては、水素を用い、Ｖ／ＩＩＩ比は３０〜２００、ＡｌＧａＩｎＰ層の成長温度は６７０℃、ＧａＰ層の成長温度は７７０℃で、１０ｋＰａの減圧下で半導体発光装置１０１を作製した。
【００２９】
電流を供給するために、ｐ型電流拡散層５の上面の一部の領域上に、ｐ側電極（第１電極）６を形成し、ＧａＡｓ基板１の下面上にｎ側電極（第２電極）７を形成し、２００μｍ角にダイシングを行った。それをＴＯ−４６Ｓステムに搭載し、Ａｕワイヤーを装着した。これに電流を２０ｍＡ流したところ、光出力は１．０ｍＷ、半導体発光装置に印加された電圧は１．９５Ｖとなった。
【００３０】
図２は、本発明の実施例による半導体発光装置１０１のｎ型クラッド層２、発光層３、ｐ型クラッド層４のＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）分析結果を表すグラフである。
【００３１】
本実施例では、ｐ型クラッド層４にＺｎを故意に添加していないが、Ｚｎが検出されていることが分かる。このｐ型クラッド層４のＺｎはＺｎを故意に添加したｐ型電流拡散層（Ｚｎ−ＧａＰ層）５からの拡散によるものである。
【００３２】
電流を均一に拡げるためには、ｐ型電流拡散層（Ｚｎ−ＧａＰ層）５へのＺｎの高濃度ドーピングが必要であり、ＧａＰ層は上述したように、作製温度が７７０℃程度で、ＡｌＧａＩｎＰ層の作製温度である６７０℃程度より、１００℃程度高くなっていることから、Ｚｎが拡散する。しかし、本実施例では、ｐ型クラッド層４に故意にＺｎをドーピングしていないために、発光層３にはほとんどＺｎは拡散していない。
【００３３】
なお、ｐ型電流拡散層５にＭｇをドーピングすると、後述する第２の比較例（比較例２）におけるのと同様のＭｇ残留の影響が発生する。これは、ｐ型電流拡散層５は電流を均一に流すことと電極との良好なコンタクトをとるためにキャリア濃度を高くする必要があり、ｐ型クラッド層４よりも大量のＭｇをドーピングする必要があるためである。しかし、本実施例では、ｐ型クラッド層４にのみＭｇをドーピングし、ｐ型電流拡散層５にはＺｎをドーピングしているため、Ｍｇ残留の影響がない。なお、ｐ型クラッド層４へのＭｇドーピング量は、１×１０１８ｃｍ−３以下であるため、残留の影響はない。
【００３４】
図３は、第１の比較例（比較例１）による半導体発光装置１１１の概略断面図である。図１に示す実施例による半導体発光装置１０１とは、ｐ型クラッド層６４のみが異なる。その他の構成は実施例と同様であるので、同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００３５】
半導体発光装置１１１のｐ型クラッド層６４は、Ｚｎを故意に添加した（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、例えば、膜厚は約１μｍで、Ｚｎドーパント濃度は２×１０１７ｃｍ−３である。
【００３６】
図４は、比較例１による半導体発光装置１１１のｎ型クラッド層２、発光層３、ｐ型クラッド層６４のＳＩＭＳ分析結果を表すグラフである。
【００３７】
電流を均一に拡げるためには、電流拡散層（Ｚｎ−ＧａＰ層）５へのＺｎの高濃度ドーピングが必要であり、ｐ型電流拡散層５は、ＡｌＧａＩｎＰよりも作製温度が高い（＋１００℃以上）ため、ｐ型クラッド層６４および発光層３にＺｎが拡散していることがわかる。この拡散したＺｎのため、通電により光度劣化が生じる。
【００３８】
図５は、比較例１の変形例による半導体発光装置１１１のＳＩＭＳ分析結果を表すグラフである。この変形例では、発光層３へのＺｎ拡散を防止するために、図４に示す比較例１による半導体発光装置１１１の発光層３とｐ型クラッド層６４との間にアンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を３００ｎｍの膜厚で挿入した。アンドープ層を挿入することにより、発光層３までＺｎは拡散していないことが分かる。
【００３９】
図６は、通電時における発光出力の変化を示すグラフである。実施例による半導体発光装置１０１と比較例１によるＺｎのみドーピングし、アンドープ層のない構造の半導体発光装置１１１を室温において、２０ｍＡの通電試験を行った。
【００４０】
実施例による半導体発光装置１０１では、通電時間を増やしても発光出力は変化しないのに対し、比較例１の半導体発光装置１１１は、初期の早い段階で発光出力が減少している。これは、発光層３まで拡散したＺｎが影響していると考えられる。比較例１では、拡散したＺｎが通電により、非発光センターとして働いていると考えられる。
【００４１】
さらに、実施例による半導体発光装置１０１において、ｐ型クラッド層４のＭｇドーパント濃度を、１×１０１８ｃｍ−３とし、電流拡散層（ＧａＰ層）５のＺｎドーパント濃度を、１×１０１９ｃｍ−３とした場合においても、発光層３へのＺｎ拡散はなく、通電試験においても同様の効果を確認した。電流拡散層（ＧａＰ層）５のＺｎドーパント濃度を１×１０１９ｃｍ−３とした場合にも、ＳＩＭＳ分析を行ったところ、同様の拡散現象が確認された。ｐ型電流拡散層５のＺｎドーパント濃度が高いため、ｐ型クラッド層４中のＺｎドーパント濃度は、５×１０１７ｃｍ−３となったが、上述した半導体発光装置１０１と同様にＺｎの発光層３への拡散は見られなかった。これは、ｐ型クラッド層４で故意に添加したＭｇが、ｐ型電流拡散層５から発光層３へのＺｎ拡散を止める効果があるためと考えられる。また、この場合も、通電による光度劣化は起こらないことが分かった。
【００４２】
図７は、第２の比較例（比較例２）による半導体発光装置１２１の概略断面図である。図１に示す実施例による半導体発光装置１０１とは、電流拡散層７５のみが異なる。その他の構成は実施例と同様であるので、同一の参照番号を付して説明を省略する。なお、ｐ型クラッド層７４は、実施例のｐ型クラッド層４と同様に、Ｍｇを故意に添加した（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、例えば、膜厚は約１μｍで、Ｍｇのドーパント濃度は、２×１０１７ｃｍ−３であるが、拡散によるＺｎを含まないので、ｐ型クラッド層４とは異なる参照番号を付した。
【００４３】
比較例２の電流拡散層７５は、Ｍｇを故意に添加したｐ型のＧａＰからなり、例えば、膜厚は、約１μｍで、Ｍｇのドーパント濃度は３×１０１８ｃｍ−３である。この半導体発光装置１２１に電流を２０ｍＡ流したところ、光出力は０．２ｍＷ、半導体発光装置に印加された電圧は１．９５Ｖとなった。
【００４４】
ＭｇはＺｎに比べて拡散係数が小さく、発光層３までは拡散しにくい。しかしながら、電流拡散層７５においてＭｇの高濃度ドーピングを行わなければならず、メモリー効果の大きいＭｇが反応炉内部に残留してしまう。そのため、半導体発光装置１２１の作製を繰り返すうちに、残留Ｍｇが増大するために、意図しないＭｇがｐ型クラッド層７４や電流拡散層７５以外に取り込まれてしまう。
【００４５】
図８は、作製１回目と作製連続３回目の比較例２による半導体発光装置１２１のＳＩＭＳ分析結果を表すグラフである。
【００４６】
図から明らかなように、作製１回目ではＭｇはｐ型クラッド層７４中のみで検出されているのに対し、３回目では発光層３およびｎ型クラッド層２においてもＭｇが検出されている。このような意図せずに残留したＭｇは、デバイス特性に悪影響を与え、その結果として、明るさが急激に減少するという不具合を生じさせる。
【００４７】
図９は、第３の比較例（比較例３）による半導体発光装置１３１の概略断面図である。図１に示す実施例による半導体発光装置１０１とは、ｐ型クラッド層８４のみが異なる。その他の構成は実施例と同様であるので、同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００４８】
ｐ型クラッド層８４は、ＭｇおよびＺｎを故意に添加した（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、例えば、膜厚は約１μｍで、Ｍｇ及びＺｎのドーパント濃度は２×１０１７ｃｍ−３である。比較例３による半導体発光装置１３１に電流を２０ｍＡ流したところ、光出力は０．３ｍＷ、半導体発光装置に印加された電圧は１．９５Ｖとなった。
【００４９】
図１０は、比較例３による半導体発光装置１３１のｎ型クラッド層２、発光層３、ｐ型クラッド層８４のＳＩＭＳ分析結果を表すグラフである。
【００５０】
Ｍｇ及びＺｎのｐ型クラッド層８４への同時ドーピングにより、ｐ型クラッド層８４にＭｇ、Ｚｎが検出されている。ｐ型クラッド層８４及びｐ型電流拡散層５にＺｎをドーピングしているため、結晶中にＺｎが拡散している。ＭｇはＺｎ拡散を抑制する効果があるため、発光層３中にはＺｎ拡散していないが、発光層３近傍（深さ約１μｍの領域）にＺｎドーパント濃度の高い領域が存在する。この発光層３近傍のＺｎドーパント濃度の高い領域が非発光センターを形成し、比較例３では、発光出力が急激に減少すると考えられる。
【００５１】
続いて、特開２００９−４４８７号公報の段落［００１２］〜［００２６］、又は特開２０１０−５０３１８号公報の段落［００１３］〜［００２０］に記載された方法を用いて、図１に示す本発明の実施例による半導体発光装置構造１０と、ＧａＡｓ基板１（図１）とは別の材料からなる永久基板（Ｓｉ）１１との貼り合わせを行い、ＧａＡｓ基板１を除去し、図１１に示す電極を配置しＬＥＤデバイス構造１００を作製した。作製したＬＥＤデバイス構造１００を、ステム上に搭載し、ワイヤーを装着し、エポキシ系の樹脂により、直径５ｍｍの砲弾型ＬＥＤを作製した。
【００５２】
図１１は、本発明の実施例によるＬＥＤデバイス構造１００の概略断面図である。
【００５３】
ＬＥＤデバイス構造１００は、第１のＰｔ層（第１電極）１２、支持基板１１、第２のＰｔ層１３、Ｔｉ（チタン）層１４、接合（ＡｕＳｎＮｉ）層１５、第１の電極（ＴａＮ）層１６、第２の電極（ＴｉＷ）層１７、第３の電極（ＴａＮ）層１８、第４の電極（ＡｕＺｎ）層１９、コンタクト部（コンタクト層）２０が複数箇所に埋めこまれた反射絶縁（ＳｉＯ２）層２１及び実施例による半導体発光装置構造１０が順次積層された構造を有している。また、半導体発光装置構造１０上には、例えば、Ａｕからなる第２電極２２が形成されている。
【００５４】
以下に、図１１〜図１３を参照して、ＬＥＤデバイス構造１００の製造工程を簡単に説明する。
【００５５】
まず、図１２に示すように、ｎ型不純物を添加したシリコン（Ｓｉ）からなる支持基板（永久基板）１１の主表面上に第２のＰｔ層１３を形成するとともに、主表面とは反対側の底面上にも、第１電極（第１のＰｔ層）１２を形成する。第１電極（第１のＰｔ層）１２及び第２のＰｔ層１３は、オーミック電極として用いられる。また、第１電極１２は、外部と電気的接続をとるための電極として機能する。Ｐｔ層は、例えば抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング等により形成される。
【００５６】
第２のＰｔ層１３上には、Ｔｉ層１４を形成する。Ｔｉ層１４上には、Ｎｉからなる第１のＳｎ吸収層１５１、Ａｕ層１５２、ＡｕＳｎ合金からなる半田層１５３を形成する。Ｔｉ層１４及び第１のＳｎ吸収層１５１は、例えば電子ビーム蒸着またはスパッタリングにより形成され、Ａｕ層１５２及び半田層１５３は、例えば抵抗加熱蒸着またはスパッタリングにより形成される。
【００５７】
次に、図１３に示すように、半導体からなる第２の基板（仮基板）１１０の主表面上に、図１に示す実施例による半導体発光装置構造１０を成長させる。その後、化学気相成長（ＣＶＤ）法によって半導体発光装置構造１０上に、ＳｉＯ２からなる反射絶縁層（ＳｉＯ２層）２１が形成される。その後、反射絶縁層２１上にレジストが塗布、パターンニングし、パターンニングしたレジストをマスクとしてエッチングを行い、反射絶縁層２１に複数の開口部を形成する。開口部によって部分的に露出した半導体発光装置構造１０上に、スパッタリングによってＡｕＺｎからなるコンタクト部２０が埋め込まれる。なお、コンタクト部２０は、抵抗加熱蒸着又は電子ビーム蒸着によって堆積されても良い。
【００５８】
次に、反射絶縁層２１上に、ＡｕＺｎからなる反射電極層（第４の電極層）１９を抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、またはスパッタリングにより形成する。反射電極層１９は、コンタクト部２０を介して、半導体発光装置構造１０とオーミックコンタクトを取る。また、反射電極層１９は、半導体発光装置構造１０から入射した光を反射絶縁層（ＳｉＯ２層）２１との界面で効率よく反射させる機能を有する。
【００５９】
さらに、反射電極層１９上に、反応性スパッタリングによりＴａＮからなる第３の電極（ＴａＮ）層１８を形成し、その後、例えば、窒素雰囲気下において、約５００℃で熱処理を行う。この熱処理により、ＡｕＺｎからなる反射電極層１９（コンタクト部２０）とｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体発光装置構造１０の表層部とが合金化し、良好なオーミック接触が得られる。
【００６０】
次に、第３の電極（ＴａＮ）層１８上に、反応性スパッタリングによりＴｉＷ（チタン−タングステン合金）からなる第２の電極層１７及びＴａＮ（窒化タンタル）からなる第１の電極層１６を形成する。ＴａＮ（窒化タンタル）からなる第１の電極層１６、ＴｉＷ（チタン−タングステン合金）からなる第２の電極層１７及びＴａＮからなる第３の電極層１８は、金属原子の拡散を防止するバリア層として機能する。
【００６１】
その後、ＴａＮ層１６の上に、Ｎｉからなる第２のＳｎ吸収層１５４を、電子ビーム蒸着またはスパッタリングにより形成する。第２のＳｎ吸収層１５４の上に、Ａｕ層１５５を、抵抗加熱蒸着またはスパッタリングにより形成する。
【００６２】
次に、図１２に示す支持基板（永久基板）１１と図１３に示す仮基板１１０とを、それらの主表面同士が対向するように配置し、支持基板１１側のＡｕＳｎ半田層１５３と、仮基板１１０側のＡｕ層１５５とを密着させて、窒素雰囲気下で熱圧着を行う。
【００６３】
図１１に示すように、ＡｕＳｎ半田層１５３が溶融し、Ａｕ層１５２、１５５のＡｕ、第１のＳｎ吸収層１５１及び第２のＳｎ吸収層１５４のＮｉが、溶融している半田層１５３に溶解し、及びＡｕ層１５２、１５５、半田層１５３のＡｕ及びＳｎが、第１のＳｎ吸収層１５１及び第２のＳｎ吸収層１５４内に拡散し、吸収される。溶融した半田層１５３が固化することにより、ＡｕＳｎＮｉからなる接合層１５が形成される。接合後、仮基板１１０を除去する。仮基板１１０がＧａＡｓで形成されている場合には、例えば、アンモニア水と過酸化水素水との混合液を用いたウェットエッチングにより除去することができる。なお、ウェットエッチングの他に、ドライエッチング、化学機械研磨（ＣＭＰ）、機械的研削等により除去することも可能である。
【００６４】
最後に、仮基板１１０を除去することにより露出した半導体発光装置構造１０の表面の一部の領域上に、Ａｕからなる第２電極２２を抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング等による成膜と、リフトオフ法により形成する。第２電極２２を形成した後、例えば、窒素雰囲気下において、約４００℃で熱処理を行うことにより、オーミック接触を確保する。
【００６５】
以上のようにして作製した実施例によるＬＥＤデバイス構造１００の電流・光出力間特性を評価したところ、５０ｍＡの電流域でも、線形性がよいことが確認された。
【００６６】
さらに、本発明の実施例による半導体発光装置構造１０の代わりに図３に示す比較例１による半導体発光装置構造６０を用いてＬＥＤデバイス構造を作製した。作製した比較例１によるＬＥＤデバイス構造を、ステム上に搭載し、ワイヤーを装着し、エポキシ系の樹脂により、直径５ｍｍの砲弾型ＬＥＤを作製した。また、比較例１による半導体発光装置構造６０にアンドープ層を挿入した比較例１の変形例を用いて同様にＬＥＤデバイス構造を作製した。
【００６７】
図１４は、本発明の実施例によるＬＥＤデバイス構造１００と比較例１によるＬＥＤデバイス構造の電流−電圧特性を示すグラフである。
【００６８】
本発明の実施例によるＬＥＤデバイス構造１００は、比較例１によるＬＥＤデバイス構造と比べて、同じ電流値でも電圧値が低く（抵抗値が低く）、効率のよいことが分かった。これは、実施例のｐ型クラッド層４にＺｎとＭｇが含まれていることに起因しており、比較例１のようにｐ型クラッド層６４に含まれるのがＺｎのみでは効率が悪いことを示している。上述した図６に示す通電試験と同様の試験を実施したところ、実施例によるＬＥＤデバイス構造１００では通電による光度劣化は観測されなかった。
【００６９】
図１５は、比較例１及びその変形例を用いたＬＥＤデバイス構造の電流・光出力間特性を示すグラフである。
【００７０】
アンドープ層を挿入した比較例１の変形例を用いたＬＥＤデバイス構造は、低電流領域（５０ｍＡ以下）では、線形性があるのに対し、高電流領域（５０ｍＡ以上）では、急速に光出力が減少することが分かる。
【００７１】
一方、アンドープ層のない比較例１を用いたＬＥＤデバイス構造では、電流・光出力間の線形性が高電流領域でも保たれていることが分かる。比較例１の変形例ではアンドープ層を挿入したことにより、発光層３へのキャリアの注入効率が悪くなったことが原因と考えられる。アンドープ層によるＺｎ拡散抑制では、発光層３に拡散するＺｎは抑制されるが、電流・光出力間特性の線形性が悪くなることが分かった。
【００７２】
図１６は、本発明の実施例と比較例１〜３のｐ型クラッド層及び電流拡散層を比較した表である。
【００７３】
比較例１では、図３に示す構造において、ｐ型クラッド層６４にＺｎを故意に添加したので、Ｚｎドーパント濃度は１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３となっており、Ｚｎが非常に拡散しやすく、発光層３にＺｎが拡散してしまう。よって、発光効率は高く、Ｍｇ残留の影響もないものの、信頼性は低く、電流−電圧特性も良好ではない。
【００７４】
比較例２では、図７に示す構造において、電流拡散層７５にＭｇを故意に添加し、Ｍｇドーパント濃度を３×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３とした。Ｍｇは拡散しにくいので、発光層３までは拡散しないものの、メモリー効果の大きいＭｇが反応炉内部に残留してしまい、作製を繰り返すと発光層３およびｎ型クラッド層２においてもＭｇが検出されてしまう。よって、発光効率は低く、Ｍｇ残留の影響がある。
【００７５】
比較例３では、図９に示す構造において、ｐ型クラッド層８４へＭｇ及びＺｎを同時ドーピングし、ドーパント濃度を１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３としている。ＭｇはＺｎ拡散を抑制する効果があるため、発光層３中にはＺｎ拡散していないが、発光層３近傍にＺｎドーパント濃度の高い領域が存在する。よって、Ｍｇ残留の影響はないものの、発光効率が低い。
【００７６】
以上の比較例１〜３に対し、本発明の実施例では、図１に示す構造において、ｐ型クラッド層４のＭｇドーパント濃度を、１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３、ｐ型電流拡散層５のＺｎドーパント濃度を３×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３とした。これにより、ｐ型クラッド層４に拡散するＺｎドーパント濃度を５×１０１６〜５×１０１７ｃｍ−３とすることができ、発光層３へのＺｎの拡散を防ぐことができた。このような構造をとることにより、信頼性が高く、電流−電圧特性が良好であり、発光効率も高く、Ｍｇ残留の影響のない半導体発光装置１０１を作製することができる。
【００７７】
なお、上述の実施例では、クラッド層２、４や発光層３にＡｌＧａＩｎＰ層を用いているが、ＧａＡｓ基板１に整合する条件で作製されている。ＧａＡｓ基板１に整合する条件は成長する温度によって異なる。
【００７８】
ＧａＡｓ基板１に整合するためには、（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｘＩｎ１−ｘＰのｘの値を調整すれば良い。温度が５００℃〜７００℃の範囲で成長する場合は、（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｘＩｎ１−ｘＰのｘの値の範囲は０．４５≦ｘ≦０．５５となる。この範囲でも、実施例で得られたキャリア濃度と厚みで制御することにより、得られる効果は変わらない。
【００７９】
活性層（量子井戸構造の活性層およびバリア層）３については、臨界膜厚以下にすれば、ＧａＡｓ基板１に整合する必要はなく、この範囲でなくともよい。好ましい井戸層およびバリア層の組成の範囲は、臨界膜厚を考慮すると（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｘＩｎ１−ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．７）である。
【００８０】
また、上述の実施例では、ｎ型クラッド層２として、Ａｌ組成が７０％の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いたが、ｎ型クラッド層２は、発光層３に対して透明であればよく、Ｇａ組成が０％、すなわち、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐをｎ型クラッド層２として用いても、実施例によるキャリア濃度と厚みに制御すれば良い。つまり、（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｘＩｎ１−ｘＰ（０．４５≦ｘ≦０．５５、０．３≦ｙ≦１）クラッドにおけるＡｌ組成ｙの範囲であっても、発光層３に対して透明であれば構わない。
【００８１】
また、ｎクラッド構造を複数のＡｌ組成からなる構造、例えば、ＧａＡｓ基板１側から、膜厚２５００ｎｍの（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ、膜厚５００ｎｍの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐとしても、実施例によるキャリア濃度に制御すれば良く、得られる効果は変わらない。
【００８２】
なお、上述の実施例では、ｎ型導電を得るために、ドーパントとしてシラン（ＳｉＨ４）を用いたが、ジエチルテルル（ＤｅＴｅ）、もしくは、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いても、本発明の効果はｎ型不純物によって変わることはなく、ｎ型層の不純物の種類に依存するものではなく、得られる効果は変わらない。また、ｎ型クラッド層２の厚みに関しても、本発明に影響を与えるものではなく、３μｍに限定されるものではない。
【００８３】
また、上述の実施例では、赤色発光する量子井戸構造（Ａｌ組成１０％）を示したが、量子井戸構造の厚みや周期数を変更しても、ｐ型クラッド層４およびｐ型電流拡散層５の構造を本発明の実施例と同様にすれば、同様の効果を得ることができる。また、発光層３は、量子井戸構造に限らずホモｐｎ接合構造、ダブルへテロ構造、またはシングルへテロ構造としてもよい。
【００８４】
また、量子井戸層のＡｌ組成に関しても同様であり、Ａｌ組成を変更して、黄色発光（５９０ｎｍ）素子や真紅発光素子（６６０ｎｍ）としても、実施例の効果を得ることができる。さらに、基板のオフ角に関しても同様であり、オフ角、オフ方向の異なるＧａＡｓ基板を用いても効果は変わらない。実施例では、（１００）から１５度オフしたｎ型ＧａＡｓ基板１を用いたが、（１００）から４度オフしたｎ型ＧａＡｓ基板においても同様の効果を確認している。
【００８５】
また、上述の実施例では、ｐ型電流拡散層５としてＧａＰを用いたが、インジウム（Ｉｎ）を添加し、ＩｎＧａＰとした場合においても、ｐ型電流拡散層５が発光層３に対して透明であればよく、実施例の効果に影響を与えるものではない。
【００８６】
また、本発明の実施例は半導体基板に直接作製するタイプのＬＥＤのみだけではなく、ＧａＰなどの半導体基板に限らず、他の永久基板（例えばシリコン、銅、ガラス）に貼りあわせるタイプの発光装置にも有効である。電極の構造は、ｐｎ接合を介して活性層に電流を注入する構造であれば良く、上下に電極を配置する必要は無く、例えばフリップチップタイプの構造でも良い。
【００８７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００８８】
１、５１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２、５２  ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
３、５３  活性層
４、５４、６４、７４、８４  ｐ型クラッド層（第２のクラッド層）
５、５５、７５  電流拡散層
６、５６  ｐ側電極（第１電極）
７、５７  ｎ側電極（第２電極）
１０、６０、７０、８０  半導体発光装置構造
１１  支持基板
１２  第１電極
１３  第２のＰｔ層
１４  Ｔｉ（チタン）層
１５  接合層
１６  第１の電極層
１７  第２の電極層
１８  第３の電極層
１９  第４の電極層
２０  コンタクト部（コンタクト層）
２１  反射絶縁層
２２  第２電極
１００  ＬＥＤデバイス構造
１０１、１１１、１２１、１３１、５００  半導体発光装置
１１０  第２の基板（仮基板）
１５１  第１のＳｎ吸収層
１５２  Ａｕ層
１５３  半田層
１５４  第２のＳｎ吸収層
１５５  Ａｕ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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