(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長基板上に、発光層、電流拡散層、および電流狭窄層がこの順番で成長形成されており、
電流拡散層の上面において、電流狭窄層の側方に透明電極層が配置され、当該透明電極層に対向する電流狭窄層の周縁部が傾斜していて、
電流狭窄層の上面から透明電極層の上面まで細い電極部を介して延在するｐ-電極と、成長基板の下面に配置したｎ-電極と、が設けられていて、
当該電流狭窄層と透明電極層との間に所定間隔が確保されており、
当該所定間隔は、電流拡散層の膜厚に応じて、電流狭窄層の下方側に電流が回り込むのを防止するのに十分な距離として設定されていることを特徴とする、半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１記載の半導体発光素子を製造する方法であって、
上記成長基板として、表面が(１００)面に対して傾斜したものを用い、
当該成長基板上に、上記各層をエピタキシャル成長により形成し、
当該電流拡散層の上面全体に形成した電流狭窄層の一部を、Ｈ2ＳＯ4、Ｈ2Ｏ2、およびＨ2Ｏの成分を有する硫酸系エッチャントを使用して部分的に除去した後、当該除去された位置に透明電極を配置し、
上記ｐ-電極およびｎ-電極を設けることを特徴とする、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流狭窄型の半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
図１は、発光ダイオードの高輝度化を主目的とした従来の狭窄型ＬＥＤの一例を示している。この狭窄型ＬＥＤにおいては、電流狭窄層１が素子内部においてダブルへテロ発光層の上面に配置されている。このため、製造プロセスにおいては、ｎ型のGaAs基板上に、ｎ型のInGaAlAsクラッド層、InGaAlAs活性層、ｐ型のInGaAlAsクラッド層、ｎ型のGaAs電流狭窄層１をエピタキシャル成長させる。この後、電流狭窄層１の一部をエッチング除去してから、その上部にｐ型のGaP電流拡散層を再度エピタキシャル成長させる。
【０００３】
電流拡散層の上部に形成されるｐ-電極は、図２の上面図に示したように、中央が円形にエッチング除去されている。これは、電流狭窄層１のエッチング除去された部分を通過した光を外部に取り出すためである。
【０００４】
このように、狭窄型ＬＥＤでは、エピタキシャル成長工程の回数が増える分だけ製造プロセスが通常のＬＥＤよりも多くなり、製造に要する時間も長くなってしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段・作用・効果】
本発明は、上記従来技術の問題を有効に解決すべく創案されたものであって、以下の特徴を備えた半導体発光素子を提供するものである。
【０００６】
本発明の半導体発光素子においては、電流狭窄層が発光素子内部ではなく、電流拡散層の上面側に配置されている。したがって、従来のように製造プロセス中において、電流狭窄層を部分的にエッチング除去するために各層の成長工程を中断する必要がなくなり、その結果、製造プロセスを簡単化することができ、製造時間の短縮も可能となる。
【０００７】
さらに、電流拡散層として(AlxGa1-x)yIn1-yP（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を採用するとともに、その上面に位置する電流狭窄層としてAlZGa1-ZAs（０≦ｚ≦１）を採用すると、電流狭窄層を部分的にエッチング除去する際に、電流拡散層においてエッチングがストップし、これにより、電流拡散層のオーバーエッチングを防止することが可能となる。
【０００８】
本発明においては、成長基板の表面を(１００)面に対して傾斜させ、その上の各層をエピタキシャル成長で形成することが好ましい。この場合には、成長基板の面方位の影響により、電流狭窄層を部分的にエッチング除去した場合、当該狭窄層の角部を緩やかに傾斜させることが可能となり、その上に形成される電極が当該角部の影響で断線してしまう可能性を低減することができる。かかる有効性は、特に硫酸系エッチャントを使用することで高めることができる。
【０００９】
さらに本発明においては、電流拡散層の上面において、電流狭窄層の側方に透明電極層を配置して、当該透明電極層を介して電流拡散層に電流を供給することが好ましい。これにより、電流拡散層の所望の範囲に電流を均一に供給して、不要な非発光領域が発生することを防止できる。電流狭窄層と透明電極層との間には、電流拡散層の膜厚に応じて、電流狭窄層の下方側に電流が回り込むのを防止するのに十分な間隔を確保することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図３〜図５を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。図３は、半導体発光素子の断面図を示している。この例では、エピタキシャル成長の回数を従来例よりも少なくするために、電流狭窄層１を、素子内部ではなく、素子外部に配置している。
【００１１】
ｎ型のGaAs基板上の発光層は、従来と同様にｎ型のInGaAlAsクラッド層５、InGaAlAs活性層６、ｐ型のInGaAlAsクラッド層７の三層をエピタキシャル成長で形成してなる。ここまでは従来例と同じであるが、本発明では、その上に引き続いて、ｐ型のGaP電流拡散層およびｎ型のGaAs電流狭窄層１を順次エピタキシャル成長させる。
【００１２】
このように、本発明においては、発光素子の製造プロセスにおいて、エピタキシャル成長過程が２回に分断されることなく、１回で足りる。したがって、製造プロセスの簡略化および大幅な時間短縮を実現することが可能となる。
【００１３】
ｎ型電流狭窄層１の構成は、従来例の場合と同じく、層厚を0.1μｍ以上、キャリア濃度を３×1018以上とする。電流狭窄層１は、最初に電流拡散層の上面の全体にエピタキシャル成長された後、部分的にエッチング除去することで、図３に示したように、電流拡散層上の約半分の領域に存在することとなる。本発明では、電流拡散層としてGaPに限らず、広く(AlxGa1-x)yIn1-yP（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される組成を採用することができ、また、電流狭窄層としてGaAsに限らず、広くAlZGa1-ZAs（０≦ｚ≦１）で表される組成を採用することができる。かかる電流拡散層の上に電流狭窄層１を配置することで、電流狭窄層１を部分的にエッチング除去する際、電流拡散層においてエッチングがストップし、したがって、オーバーエッチングを防止することが可能となる。
【００１４】
この後、電流狭窄層１上面から電流拡散層上面に渡る領域に、ｐ-電極211を形成する。電流狭窄層１上面に位置する電極部分211ａはワイヤボンディングエリアとして利用され、ここを介して外部から電流が供給される。電流拡散層上で電流狭窄層１の側方に位置する電極部分211ｃは、図４に示したようにＥ字状に構成されており、当該電極部分211ｃから電流拡散層へと電流27が流れる。電極部分211ａと211ｃとは、電極部分211ｂによって連結されている。
【００１５】
電流狭窄層１を部分的にエッチング除去するときに、例えばＨ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１の成分を有する硫酸系エッチャントを使用すると、アンモニア系エッチャントを使用した場合に比べて、電流狭窄層１の面方位がエッチング除去後の角部１ａに現れ易い。この結果、図５の部分拡大図に示したように、電流狭窄層１の角部１ａが幾分緩やかに傾斜するが、やはり、この部分において電極部分211ｂが切れ易い。この問題は、後述の第２実施形態で説明するように、off基板を利用することで解決できる。
【００１６】
また、例えば電流拡散層の層厚が７μｍ程度の場合、電極から20μｍ程度の範囲で電流が拡散するため、図４のような電極部分211ｃの配置では、電流狭窄層１の下方側にも電流が回り込み、その結果図３に28で示したように、発光素子外部に取り出すことのできない光が生じる。さらに、電流拡散層中の所望領域の全体に電流が十分に拡散しないので、図４に示したように、枝状の電極部分211ｃの間に部分的な非発光領域Ｅが生じてしまう。これらの問題は、後述の第２実施形態で説明するように、透明電極を利用するとともに、当該透明電極と電流狭窄層との間に所定距離を確保することで解決できる。
【００１７】
次に、図６〜図８を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る半導体発光素子が第１実施形態のものと相違する点は、エピタキシャル成長基板としてoff基板を採用していること、および透明電極を介して電流拡散層に電流を供給していることである。以下に順を追って説明する。
【００１８】
（１）off基板の採用
ｎ型のGaAs基板として、その面方位が(１００)面から[０１１]方向または[０−１−１]方向に15度傾斜したoff基板を採用している。このため、エピタキシャル成長の成長方向が成長基板に対して傾斜することとなり、この結果、ウェハーをスクライビングで素子化すると、図６に示したような全体として傾斜した素子形状となる。このような成長方向の影響により、硫酸系エッチャントを使用して電流狭窄層１を部分的にエッチング除去したとき、図８の部分拡大図に示したように、電流狭窄層の角部１ａの傾斜が第１実施形態の場合よりもさらに緩やかに傾斜することとなる。これによって、電極部分312ｂが切断されてしまう可能性をさらに低く抑えることができる。また、発光素子全体が傾斜しているので、図６に38で示したように、発光素子側面からも光を取り出せるため、発光効率を向上させることができる。なお、図示の例では傾斜角度を15度としているが、少なくとも２度以上の傾斜角度があれば、角部１ａの傾斜を緩やかにできるという効果が得られる。
【００１９】
（２）透明電極の採用
電極部分312ｃと電流拡散層との間に、ITO膜で構成した透明電極311を配置している。かかる透明電極311を採用したため、電極部分312ｃから供給される電流36が電流拡散層中の所望領域の全体に十分に拡散する。この結果、第１実施形態においては枝状の電極部分間に生じていた非発光領域Ｅ(図４参照)が生じることが有効に防止できる。
【００２０】
透明電極311は、スパッタリング等によって、0.5〜1.0μｍ程度の膜厚に形成する。550〜630ｎｍの波長域の発光は、透明電極311に吸収されることなく、そのすべてを発光素子外部に取り出すことができ、高い発光効率を実現できる。
【００２１】
（３）透明電極と電流狭窄層との間の距離
第２実施形態においては、電流拡散層の膜厚を７μｍとしている。第１実施形態において既に説明したように、かかる膜厚を採用した場合、電流拡散領域は、電極から20μｍの範囲となる。第２実施形態では、透明電極311を介して電流拡散層に電流が供給されるので、結局、電流拡散領域は、透明電極311の外周縁よりも20μｍだけ拡がった領域となる。したがって、図６に示したように、電流狭窄層１と透明電極311との間隔Ｌを30μｍ確保することで、電流が電流狭窄層１の下方側に回り込むことを防止し、これにより、図３に28で示したような外部に取り出すことのできない発光が生じることを防いでいる。このようにして、発光効率を向上させることができる。なお、電流が電流狭窄層１の下方側に回り込むことを防止するのに必要な距離Ｌの具体的な値は、電流拡散層の膜厚により異なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来例の半導体発光素子の断面図である。
【図２】  図１の半導体発光素子の上面図である。
【図３】  本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図４】  図３の半導体発光素子の上面図である。
【図５】  図３中の円内領域の拡大図である。
【図６】  本発明の第２実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図７】  図６の半導体発光素子の上面図である。
【図８】  図６中の円内領域の拡大図である。
【符号の説明】
１  電流狭窄層
５  ｎ-クラッド層
６  活性層
７  ｐ-クラッド層
27  電流
28  素子外に取出し不可能な光
29  発光領域
211  ｐ-電極
36  電流
37  発光領域
38  素子側面から取り出される光
311  透明電極層
312  ｐ-電極
【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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