(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、第２導電型のクラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の電流拡散層とが積層され、表面から光を取り出す表面発光型の半導体発光素子であって、
素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層部の上側の一部が素子側面に沿って帯状に除去され、
上記第２導電型のクラッド層の上側の一部が素子側面に沿って帯状に除去された領域上に、上記第２導電型の電流拡散層が積層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に記載の半導体発光素子において、
上記素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部が除去された領域が、素子側面から内側に向かって２０μｍ〜５０μｍの領域であることにより、上記素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層の素子側面に沿って帯状に除去された領域が、素子の発光領域から周辺領域への導波光を吸収するように形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体発光素子において、
上記第１導電型の半導体基板はＧaＡsからなり、
上記第１導電型のクラッド層と、上記第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、上記第２導電型のクラッド層とが上記第１導電型の半導体基板のＧaＡsに略格子整合するＡlＧaＩnＰ系の材料で形成され、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層がＧaＡsに格子整合しないＡlＧaＩnＰ系材料で形成され、
上記第２導電型の電流拡散層がＧaＰまたはＧaＡsに格子整合しないＡlＧaＩnＰ系材料で形成され、
上記第２導電型の電流拡散層および上記第２導電型のクラッド層の価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体発光素子において、
上記第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層の厚さが０.４μｍ〜２.０μｍであることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項３に記載の半導体発光素子において、
ＡlＧaＩnＰ系材料で形成された上記第２導電型の中間バンドギャップ層の上記第１導電型の半導体基板のＧaＡsに対する格子整合率△ａ／ａが−３.２％≦△ａ／ａ≦−２.５％であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体発光素子において、
素子中央域において上記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型の電流拡散層との間に形成された第１導電型の電流阻止層と、
上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって形成された第１電極と、
上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に形成された第２電極とを備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体発光素子において、
素子中央域において上記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型のクラッド層の上側の一部が除去されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の半導体発光素子において、
素子側面近傍において上記第２導電型のクラッド層が残厚０.０１μｍ〜０.３μｍになるように、上記第２導電型のクラッド層の上側の一部が除去されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の電流拡散層とが積層され、表面から光を取り出す表面発光型の半導体発光素子であって、
素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型の第３クラッド層が素子側面に沿って帯状に帯状に除去され、
上記第２導電型の第３クラッド層が素子側面に沿って帯状に除去されて上記第２導電型のエッチングストップ層が露出した領域上に、上記第２導電型の電流拡散層が積層されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体発光素子において、
上記第２導電型のエッチングストップ層が厚さ２０Å〜１００ÅのＧaＩnＰで形成されたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１１】
表面から光を取り出す表面発光型の半導体発光素子の製造方法であって、
第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、第２導電型のクラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層とを順に積層する工程と、
素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程と、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程の後、上記第２導電型の中間バンドギャップ層上および上記第２導電型のクラッド層上に第２導電型の電流拡散層を積層する工程と、
上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって第１電極を形成する工程と、
上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
表面から光を取り出す表面発光型の半導体発光素子の製造方法であって、
第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、第２導電型のクラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第１導電型の電流阻止層とを順に積層する工程と、
上記第１導電型の電流阻止層の素子中央域以外の領域をエッチングにより除去する工程と、
素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程と、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程の後、上記第１導電型の電流阻止層上と上記第２導電型の中間バンドギャップ層上および上記第２導電型のクラッド層上に第２導電型の電流拡散層を積層する工程と、
上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって第１電極を形成する工程と、
上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
表面から光を取り出す表面発光型の半導体発光素子の製造方法であって、
第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、第２導電型のクラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層とを順に積層する工程と、
素子中央域と素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程と、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程の後、上記第２導電型の中間バンドギャップ層上および上記第２導電型のクラッド層上に第２導電型の電流拡散層を積層する工程と、
上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって第１電極を形成する工程と、
上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
表面から光を取り出す表面発光型の半導体発光素子の製造方法であって、
第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層とを順に積層する工程と、
素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型の第３クラッド層をエッチングにより除去する工程と、
上記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型の第３クラッド層をエッチングにより除去する工程の後、上記第２導電型の電流拡散層を積層する工程と、
上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって第１電極を形成する工程と、
上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、表面から光を取り出す表面発光型の半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体発光素子としてＬＥＤ(発光ダイオード)が屋内外の表示デバイスとして脚光を浴びている。特にその高輝度化に伴い、屋外ディスプレイ市場が急伸し、ＬＥＤはネオンサインに代る媒体として成長している。
【０００３】
このような分野における可視光域の高輝度ＬＥＤは、ＡlＧaＩnＰ系のＤＨ(ダブルヘテロ)型ＬＥＤで実現されている。図１９(a)〜(c)に従来の半導体発光素子として、黄緑色帯ＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤの素子構造図を示している(特開２０００−５８９１０号公報)。ここで図１９(a)は上記ＬＥＤの上面図、図１９(b)は断面図、図１９(c)は電流の流れを示す機能図である。
【０００４】
この半導体発光素子は、図１９(a)〜(c)に示すように、ｎ-ＧaＡs基板５０１上にＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属気相成長)法により、ｎ-ＧaＡsバッファ層５１０(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ-ＡlＧaＩnＰクラッド層５０２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層５０３(０.６μｍ)、ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層５０４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ-ＡlＧaＡs電流拡散層５０５(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：３×１０18ｃｍ-3)、ｐ-ＧaＡsキャップ層５０６(厚さ０.１μｍ、Ｚnドープ：３×１０18ｃｍ-3)を成長させ、基板側に第１電極５１１を形成する一方、成長層側に第２電極５１２を形成している。上記ｐ-ＧaＡsキャップ層５０６は、成長層側の第２電極５１２に合せて中央部以外の領域を除去している。この半導体発光素子では、活性層５０３内にｐｎ接合が形成されており、電子−正孔の再結合により発光が生じる。この半導体発光素子を５ｍｍφの樹脂にモールドし、２０ｍＡ通電したところ発光光度は１.２カンデラであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記半導体発光素子では、図２０に示すように、チップ表面と側面からの光を合せて見た発光スペクトルは、波長５８５ｎｍ近辺にサブピークを有し、主発光の５６５ｎｍ(黄緑)とは明らかに視覚的に異なる黄色をしている。このようなチップを樹脂にモールドした場合、純粋な黄緑色のＬＥＤにならないという不具合が生じていた。
【０００６】
上記半導体発光素子の側面からの発光スペクトルが黄色帯にピークを有するのは以下の理由による。
【０００７】
素子の中央部付近で発生した光は活性層３を導波して側面に達するまでにその短波長成分が吸収され長波長成分が残る。これは、素子側面近傍の領域での発光に寄与する利得と吸収に寄与する損失の波長依存性が図２１のようになっているため、利得が損失を上回る長波長域で活性層中央から進行した光の長波長成分が吸収されずに素子側面に達するためである(図２２)。素子側面近傍の領域での利得と損失の関係は、その領域での電流注入量に依存する。すなわち、側面に流れる電流が少なければ素子側面で長波長光も完全に吸収されてしまうように、長波長域での損失も利得を上回らせることができる。
【０００８】
このような考え方の下に図２３に示す半導体発光素子の構造が提案されている(特開平５−２６７７１５号公報)。図２３(a)は上記半導体発光素子の上面図、図２３(b)は断面図、図２３(c)は電流の流れを示す機能図である。
【０００９】
この半導体発光素子は、図２３(a)〜(c)に示すように、ｎ-ＧaＡs基板６０１上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ-ＡlＧaＩnＰクラッド層６０２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(ＡlＧa)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層６０３(０.５μｍ)、ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層６０４(厚さ１.０μｍ、Ｚnドープ：４×１０17ｃｍ-3)、ｐ-ＧaＩnＰキャップ層６１４(厚さ０.０５μｍ、Ｚnドープ：１×１０18ｃｍ-3)、ｎ-ＡlＧaＩnＰ電流阻止層６０８,６０９(厚さ０.１５μｍ、Ｓiドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ-ＡlＧaＡs電流拡散層６０５(厚さ７μｍ、Ｚnドープ：３×１０18ｃｍ-3)、ｐ-ＧaＡsコンタクト層６１０(厚さ０.１μｍ、Ｚnドープ：３×１０18ｃｍ-3)を成長させ、基板側に第１電極６１１を形成する一方、成長層側に第２電極６１２を形成している。
【００１０】
この半導体発光素子では、電流阻止層６０８は直径２４０μｍの円形状に、電流阻止層６０９は側面に沿って帯状に幅５０μｍに加工されている。
【００１１】
この半導体発光素子の場合、成長層側の第２電極６１２から注入された電流は、第２電極６１２の下にあるｎ-ＡlＧaＩnＰ電流阻止層６０８を避けてその両側に流れるため、第２電極６１２下に流れる無効な電流が減少すると共に、また素子側面近傍の領域に流れる電流を減少させることができるために側面での損失を増やすことができ、側面からの長波長光を少なくすることができる。
【００１２】
しかしながら、電流阻止層６０９が活性層６０３から１.０５μｍと離れた位置にあるため、図２３(c)に示すように、側面に流れる電流を完全に減らすことができず、依然長波長光をなくすことができず、側面から長波長光が観測された。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、単色性に優れた半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の半導体発光素子は、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、第２導電型のクラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の電流拡散層とが積層され、表面から光を取り出す表面発光型の半導体発光素子であって、素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部が素子側面に沿って帯状に除去され、上記第２導電型のクラッド層の上側の一部が素子側面に沿って帯状に除去された領域上に、上記第２導電型の電流拡散層が積層されていることを特徴としている。
【００１５】
上記構成の半導体発光素子によれば、素子側面近傍において第２導電型の中間バンドギャップ層および第２導電型のクラッド層の上側の一部が除去された領域が高抵抗になるため、電流が素子側面近傍の領域に流れず、その領域での長波長帯域の損失が増えて吸収が大きくなるため、外部に長波長光が出てこないので、単色性が向上する。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
また、一実施形態の半導体発光素子は、上記素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部が除去された領域が、素子側面から内側に向かって２０μｍ〜５０μｍの領域であることにより、上記素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層の素子側面に沿って帯状に除去された領域が、素子の発光領域から周辺領域への導波光を吸収するように形成されていることを特徴としている。
【００１９】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、素子の発光領域から周辺領域への導波光を吸収するように、上記第２導電型の中間バンドギャップ層の除去領域を形成するので、周辺領域での導波光の損失を増大でき、上記第２導電型の中間バンドギャップ層および第２導電型のクラッド層の除去領域の幅が２０μｍよりも広い場合は、導波光が充分に吸収されて素子表面からのスペクトルのメインピークとサブピークの比が１／１０以下となり、単色性が良好になる。一方、上記第２導電型の中間バンドギャップ層および第２導電型のクラッド層の除去領域の幅が５０μｍを越えると、素子の発光領域そのものが小さくなるために、除去領域がない場合に比べて輝度が低下する。したがって、上記除去領域の幅が２０μｍ〜５０μｍとすることによって、単色性が良好でかつ高輝度な半導体発光素子が実現できる。
【００２０】
また、一実施形態の半導体発光素子は、上記第１導電型の半導体基板はＧaＡsからなり、上記第１導電型のクラッド層と、上記第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、上記第２導電型のクラッド層とが上記第１導電型の半導体基板のＧaＡsに略格子整合するＡlＧaＩnＰ系の材料で形成され、上記第２導電型の中間バンドギャップ層がＧaＡsに格子整合しないＡlＧaＩnＰ系材料で形成され、上記第２導電型の電流拡散層がＧaＰまたはＧaＡsに格子整合しないＡlＧaＩnＰ系材料で形成され、上記第２導電型の電流拡散層および上記第２導電型のクラッド層の価電子帯上端の位置と伝導帯下端の位置がタイプIIの関係のエネルギーバンド構造を有することを特徴としている。
【００２１】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第２導電型のクラッド層と上記第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層がＧaＡsに略格子整合するＡlＧaＩnＰ系で構成され、上記第２導電型の中間バンドギャップ層がＧaＡsに格子整合しないＡlＧaＩnＰ系、上記第２導電型の電流拡散層がＧaＰまたはＧaＡsに格子整合しないＡlＧaＩnＰ系で形成されており、上記第２導電型の電流拡散層および第２導電型のクラッド層の接合面がタイプIIのエネルギーバンド構造により高抵抗になるので、可視域の発光素子において、素子側面近傍において第２導電型の中間バンドギャップ層および第２導電型のクラッド層の上側の一部を除去した領域を高抵抗にできる。ここで、タイプIIのエネルギーバンド構造とは、接合面において一方の半導体の価電子帯上端が他方の半導体の伝導帯下端と価電子帯上端との間に位置し、異なる空間的位置に電子と正孔が分離して閉じこめられる構造である。
【００２２】
また、一実施形態の半導体発光素子は、上記第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層の厚さが０.４μｍ〜２.０μｍであることを特徴としている。
【００２３】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層の厚さを０.４μｍ〜２.０μｍとすることによって、発光強度を充分に大きくすることができる。なお、上記活性層の厚さが０.４μｍより薄い場合、活性層のクラッド層との界面の準位の影響を受けて発光強度が減少する一方、上記活性層の厚さが２.０μｍよりも厚くなると、活性層自身の吸収が大きくなるために強度が減少する。
【００２４】
また、一実施形態の半導体発光素子は、ＡlＧaＩnＰ系材料で形成された上記第２導電型の中間バンドギャップ層の上記第１導電型の半導体基板のＧaＡsに対する格子整合率△ａ／ａが−３.２％≦△ａ／ａ≦−２.５％であることを特徴としている。
【００２５】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、ＡlＧaＩnＰ系材料で形成された上記第２導電型の中間バンドギャップ層の第１導電型の半導体基板のＧaＡsに対する格子整合率△ａ／ａを−３.２％≦△ａ／ａ≦−２.５％とすることによって、ＡlＧaＩnＰ系の発光素子において、無効電流を低減して、発光強度を高くできる上に、素子の動作電圧を低減でき、素子表面の結晶欠陥を少なくできる。
【００２６】
また、一実施形態の半導体発光素子は、素子中央域において上記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型の電流拡散層との間に形成された第１導電型の電流阻止層と、上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって形成された第１電極と、上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に形成された第２電極とを備えたことを特徴としている。
【００２７】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、成長層側の第２電極の直下に流れる電流を少なくできるので、第２電極下での発光を減らし、光を外部に取り出しやすくして、発光強度を上げることができる。
【００２８】
また、一実施形態の半導体発光素子は、素子中央域において上記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型のクラッド層の上側の一部が除去されていることを特徴としている。
【００２９】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、素子中央域において第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型のクラッド層の上側の一部を除去することによって、素子中央域も高抵抗領域になるので、第２電極下の領域も避けてその周囲に流れ、第２電極下以外の領域で発光が生じて、発光強度をさらに上げることができる。
【００３０】
また、一実施形態の半導体発光素子は、素子側面近傍において上記第２導電型のクラッド層が残厚０.０１μｍ〜０.３μｍになるように、上記第２導電型のクラッド層の上側の一部が除去されていることを特徴としている。
【００３１】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、素子側面近傍において第２導電型のクラッド層の厚さが０.０１μｍ〜０.３μｍになるまで第２導電型のクラッド層の上側の一部を除去しているので、上記活性層の素子側面近傍の領域にダメージを与えることなく、素子側面近傍の領域へ電流を流さないようにできる。なお、上記第２導電型のクラッド層の残厚が０.３μｍよりも厚くなると、素子側面近傍の領域に電流が流れるために単色性が損なわれる一方、第２導電型のクラッド層の残厚が０.０１μｍよりも薄い場合は、活性層の素子側面近傍の領域がダメージを受けて、長時間発光を続けると素子側面近傍に近い発光領域が劣化する。
【００３２】
また、この発明の半導体発光素子は、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第２導電型の電流拡散層とが積層され、表面から光を取り出す表面発光型の半導体発光素子であって、素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型の第３クラッド層が素子側面に沿って帯状に帯状に除去され、上記第２導電型の第３クラッド層が素子側面に沿って帯状に除去されて上記第２導電型のエッチングストップ層が露出した領域上に、上記第２導電型の電流拡散層が積層されていることを特徴としている。
【００３３】
上記構成の半導体発光素子によれば、素子側面近傍において第２導電型の中間バンドギャップ層および第２導電型の第３クラッド層が除去された領域が高抵抗になるため、電流が素子側面近傍の領域に流れず、その領域での長波長帯域の損失が増えて吸収が大きくなるため、外部に長波長光が出てこないので、単色性が向上する。また、上記第２導電型のエッチングストップ層があることによって、第２導電型のクラッド層の素子側面近傍の領域の残厚を制御性よく残すことができるので、この半導体発光素子の歩留まりを上げることができる。
【００３４】
また、一実施形態の半導体発光素子は、上記第２導電型のエッチングストップ層が厚さ２０Å〜１００ÅのＧaＩnＰで形成されたことを特徴としている。
【００３５】
上記実施形態の半導体発光素子によれば、上記第２導電型のエッチングストップ層の厚さが１００Åよりも厚くなると、ＧaＩnＰが光を吸収し、外部に光が出てこないために発光強度が減少する。一方、上記第２導電型のエッチングストップ層の厚さが２０Åよりも薄くなると、エッチングストップ層として機能しないため、エッチングでエッチングストップ層が部分的に除去されてしまい、活性層の素子側面近傍の領域がダメージを受け、長時間発光を続けると素子内部にまで劣化が進行し、発光強度が減少する。したがって、上記第２導電型のエッチングストップ層を厚さ２０Å〜１００ÅのＧaＩnＰで形成することによって、発光強度の減少を防ぐことができる。
【００３６】
また、この発明の半導体発光素子の製造方法は、表面から光を取り出す表面発光型の半導体発光素子の製造方法であって、第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、第２導電型のクラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層とを順に積層する工程と、素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程と、上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程の後、上記第２導電型の中間バンドギャップ層上および上記第２導電型のクラッド層上に第２導電型の電流拡散層を積層する工程と、上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって第１電極を形成する工程と、上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００３７】
上記半導体発光素子の製造方法によれば、素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐれた半導体発光素子が製造できる。
【００３８】
また、この発明の半導体発光素子の製造方法は、表面から光を取り出す表面発光型の半導体発光素子の製造方法であって、第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、第２導電型のクラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層と、第１導電型の電流阻止層とを順に積層する工程と、上記第１導電型の電流阻止層の素子中央域以外の領域をエッチングにより除去する工程と、素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程と、上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程の後、上記第１導電型の電流阻止層上と上記第２導電型の中間バンドギャップ層上および上記第２導電型のクラッド層上に第２導電型の電流拡散層を積層する工程と、上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって第１電極を形成する工程と、上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００３９】
上記半導体発光素子の製造方法によれば、素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐれた半導体発光素子が製造できる。さらに、成長層側の第２電極の直下に電流阻止層があるので、第２電極下に流れる電流が減少し、第２電極下での発光が少なくなるので光の取り出し効率が向上して発光強度が上がる。
【００４０】
また、この発明の半導体発光素子の製造方法は、表面から光を取り出す表面発光型の半導体発光素子の製造方法であって、第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、第２導電型のクラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層とを順に積層する工程と、素子中央域と素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程と、上記第２導電型の中間バンドギャップ層および上記第２導電型のクラッド層の上側の一部をエッチングにより除去する工程の後、上記第２導電型の中間バンドギャップ層上および上記第２導電型のクラッド層上に第２導電型の電流拡散層を積層する工程と、上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって第１電極を形成する工程と、上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００４１】
上記半導体発光素子の製造方法によれば、素子中央域と素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐれた半導体発光素子が製造できる。
【００４２】
また、この発明の半導体発光素子の製造方法は、表面から光を取り出す表面発光型の半導体発光素子の製造方法であって、第１導電型の半導体基板表面の一方の側に、第１導電型のクラッド層と、第１導電型,第２導電型またはアンドープの活性層と、第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型のエッチングストップ層と、第２導電型の第３クラッド層と、第２導電型の中間バンドギャップ層とを順に積層する工程と、素子側面近傍において上記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型の第３クラッド層をエッチングにより除去する工程と、上記第２導電型の中間バンドギャップ層と上記第２導電型の第３クラッド層をエッチングにより除去する工程の後、上記第２導電型の電流拡散層を積層する工程と、上記第１導電型の半導体基板表面の他方の側に全面にわたって第１電極を形成する工程と、上記第２導電型の電流拡散層上の素子中央域に第２電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００４３】
上記半導体発光素子の製造方法によれば、素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐれた半導体発光素子が製造できる。また、上記第２導電型のエッチングストップ層によって第２導電型の第２クラッド層の残厚の制御性がよくなり、歩留まりを向上できる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の半導体発光素子およびその製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４５】
(第１実施形態)
図１(a)はこの発明の第１実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図１(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図１(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。なお、この第１実施形態の半導体発光素子では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としている。
【００４６】
この半導体発光素子は、図１(a)〜(c)に示すように、ｎ-ＧaＡs基板１０１上にＭＯＣＶＤ法によりｎ-ＧaＡsバッファ層１１０(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層１０２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層１０３(０.６μｍ)、ｐ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層１０４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ-(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層１０７(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ-ＧaＰ電流拡散層１０５(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を積層している。
【００４７】
ここで半導体発光素子の側面近傍において、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７とｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層１０４の上側の一部を素子側面に沿って３０μｍ幅の帯状に除去している。また、基板側に第１電極１１１を形成する一方、成長層側に直径１００μｍの円形状の第２電極１１２を形成している。
【００４８】
また、上記ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層１０４は、残厚ｄが０.２μｍになるように除去されている。なお、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７はＧaＡs基板１０１に対して格子整合率△ａ／ａ＝−２.８％のミスマッチを有している。
【００４９】
この半導体発光素子を５ｍｍφの樹脂にモールドし、２０ｍＡ通電したところ発光光度は１.２カンデラであった。この半導体発光素子の場合、成長層側の第２電極１１２から注入された電流は、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７とｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層１０４の上側の一部を除去した素子側面近傍の領域(除去領域)には流れない。
【００５０】
以下にその理由を説明する。
上記ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層１０４とｐ-ＧaＰ電流拡散層１０５は、真空準位に対して伝導帯下端の位置と価電子帯上端の位置が図２(a)に示すようになり、ヘテロ接合を形成した場合、価電子帯のバンド不連続性が大きくなるタイプIIと呼ばれる結合状態になる。そのため、素子側面近傍の除去領域に、ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層１０４とｐ-ＧaＰ電流拡散層１０５の界面があるが、その界面でのバンド接合状態は図２(b)のようになり、成長層側の第２電極１１２から注入される電流(ホール)に対して接合部分での価電子帯のノッチが大きく高抵抗になる(ノッチ高さは約０.２８Ｖである)。
【００５１】
一方、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７を除去していない領域では、ｐ-ＡlＧaＩnＰ/ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７/ｐ-ＧaＰ電流拡散層１０５の層構成になっており、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７の存在でバンド接合状態は図２(c)のようになり、バンド不連続性が分割されるため、接合部分での価電子帯のノッチが小さくなり低抵抗になる(ノッチは０.１５Ｖと０.１３Ｖに分割される)。素子として動作させた場合、電極下の除去領域のように、ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層１０４とｐ-ＧaＰ電流拡散層１０５の界面だけの素子では、ノッチ高さが大きいため、２０ｍＡ通電時の電圧は約３.５Ｖとなる。
【００５２】
一方、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７を有する素子の場合は、２０ｍＡ通電時の電圧は約２.１Ｖとなり、１.４Ｖもの電圧差が生じる。このため、２０ｍＡ通電時は図１(c)に示すように、成長層側の第２電極１１２から注入された電流は、素子側面近傍の除去領域には流れない。
【００５３】
この半導体発光素子の場合、高抵抗界面が活性層から０.２μｍと近い位置にあるため、図２３に示す半導体発光素子で見られた電流阻止層下への電流の回り込みはなく、素子側面近傍の領域での長波長帯域の損失が大きくなるため、素子側面へ導波した光は完全に吸収されるため素子の単色性が向上する。
【００５４】
この半導体発光素子の表面と側面からの発光を合せたスペクトルは、図３に示すように、波長５６５ｎｍ付近のメインピークのみが見られた。また、第２導電型中間バンドギャップ層と第２導電型のクラッド層の上側の一部が除去された素子側面近傍の領域は、導波光が充分に吸収されるような幅が必要である。図４は素子側面近傍において中間バンドギャップ層とクラッド層を除去する幅を変化させた場合の素子表面からのスペクトルのメインピークとサブピークの比をプロットしたものである。比１／１０以下であれば単色性に問題がなく、そのためには図４に示すように幅２０μｍ以上が必要である。
【００５５】
また、図５は素子側面近傍において中間バンドギャップ層とクラッド層を除去する幅を変化させた場合の素子表面からの発光強度をプロットしたものである。図５に示すように、幅５０μｍを越えると素子の発光領域そのものが小さくなるために、幅０μｍの場合すなわち中間バンドギャップ層と第２導電型のクラッド層の一部の除去領域がない場合に比べて８０％以下の輝度になってしまい、光度減少がはなはだしくなる。したがって、除去領域は２０μｍ〜５０μｍが適当である。素子表面からの発光に関して長波長成分が混じった場合、視認性が問題になるのは可視域である。したがって、活性層を形成する材料はＡlＧaＩnＰ系が対象になる。
【００５６】
また、電流拡散層は、ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層とヘテロ接合を形成した場合、真空準位に対して伝導帯下端の位置と価電子帯上端の位置がタイプIIと呼ばれる結合状態になるような材料(すなわちＧaＰまたはＧaＡsに格子整合しないＡlＧaＩnＰ)であるのが望ましく、中間バンドギャップ層もＧaＡsと電流拡散層の中間のバンドギャップ層を有するＡlＧaＩnＰであるのが望ましい。
【００５７】
図６はこの第１実施形態において活性層１０３の厚さを０.３μｍ〜２.５μｍまで変化させた場合の発光強度をプロットしたものである。図６に示すように、活性層の厚さが０.４μｍ〜２.０μｍで充分な光度が得られているが、０.４μｍより薄い場合、発光強度が減少するのは、活性層のクラッド層との界面の準位の影響を受けるためである。また、活性層の厚さが２.０μｍよりも厚い場合強度が減少するのは活性層自身の吸収が大きくなるためである。図６から活性層の厚さは０.４μｍ〜２.０μｍが望ましい。
【００５８】
図７は中間バンドギャップ層のＧaＡsに対する格子整合率△ａ／ａを変えた場合の素子表面の欠陥数を示しており、図８は中間バンドギャップ層のＧaＡsに対する格子整合率△ａ／ａを変えた場合の駆動電圧を示している。上記格子整合率が−３.２％より小さいと、駆動電圧Ｖfが２.５Ｖ以上になり実用上不具合が生じる。また、格子整合率が−２.５％より大きいとヒロックと呼ばれる結晶欠陥が増えて不具合が生じる。したがって、格子整合率は−３.２％≦△ａ／ａ≦−２.５％が望ましい。
【００５９】
(第２実施形態)
図９(a)はこの発明の第２実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図９(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図９(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。なお、この第２実施形態の半導体発光素子では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としている。
【００６０】
この半導体発光素子は、図９(a)〜(c)に示すように、ｎ-ＧaＡs基板２０１上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ-ＧaＡsバッファ層２１０(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層２０２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層２０３(０.６μｍ)、ｐ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層２０４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ-(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２０７(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ-ＧaＰ電流拡散層２０５(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を積層している。上記半導体発光素子の側面近傍において、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層２０７とｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層２０４の上側の一部の途中まで(残厚０.２μｍ)を幅３０μｍの帯状に除去している。また、上記ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層２０７とｐ-ＧaＰ電流拡散層２０５との間の素子中央の領域にｎ-ＧaＰ電流阻止層２０９を形成している。基板側に第１電極２１１を形成する一方、成長層側に直径１００μｍの円形状の第２電極２１２を形成している。
【００６１】
この半導体発光素子の場合、第１実施形態と同じ原理で成長層側の第２電極２１２から注入された電流は、図９(c)に示すように、側面近傍の除去領域を避けて活性層２０３に流れ、素子側面近傍の領域は長波長帯域の発光に対しても吸収領域になる。
【００６２】
また、この半導体発光素子の場合、成長層側の第２電極２１２の直下に電流阻止層２０９があるので、第２電極２１２下に流れる電流が減少し、したがって、第２電極２１２下での発光が少なくなるので光の取り出し効率が上がり発光強度が上がる。
【００６３】
この半導体発光素子の場合、５ｍｍφモールド品の２０ｍＡ通電時(動作電圧２.１Ｖ)の発光光度は２.４カンデラと第１実施形態に比べて２倍に増大した。
【００６４】
(第３実施形態)
図１０(a)はこの発明の第３実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図１０(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図１０(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。なお、この第３実施形態の半導体発光素子では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としている。
【００６５】
この半導体発光素子は、図１０(a)〜(c)に示すように、ｎ-ＧaＡs基板３０１上にＭＯＣＶＤ法によりｎ-ＧaＡsバッファ層３１０(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層３０２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層３０３(０.６μｍ)、ｐ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層３０４(厚さ０.７μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ-(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層３０７(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ-Ａl0.1Ｇa0.8Ｉn0.1Ｐ電流拡散層３０５(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を積層している。上記半導体発光素子の側面近傍の領域と素子中央の領域のｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層３０７とｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層３０４の上側の一部を除去している。素子側面近傍の除去領域は幅４０μｍの帯状であり、素子中央の除去領域は直径１００μｍの円形である。基板側に第１電極３１１を形成する一方、成長層側に直径１００μｍの円形状の第２電極３１２を形成している。
【００６６】
この半導体発光素子の場合、素子中央域も高抵抗領域になるので、図１０(c)に示すように、第２電極３１２下の除去領域をも避けてその周囲に流れ、第２電極３１２下以外の領域で発光が生じる。また、第１実施形態と同じ原理で成長層側の第２電極３１２から注入された電流は、側面近傍の除去領域を避けて活性層３０３に流れ、素子側面近傍の領域は長波長帯域の発光に対しても吸収領域になる。
【００６７】
この半導体発光素子の場合、５ｍｍφモールド品の２０ｍＡ通電時(動作電圧２.１Ｖ)の発光光度は３.０カンデラと第１実施形態に比べて２.５倍に増大した。
【００６８】
図１１はＡlＧaＩnＰクラッド層３０４の除去領域の残厚と発光スペクトルのメインピーク/サブピーク比を示したものである。図１１に示すように、残厚０.３μｍよりも厚い場合は、メインピーク/サブピーク比が１／１０以上になり単色性が損なわれる。それは素子側面近傍の領域に電流が流れるためと考えられる。
【００６９】
また、ＡlＧaＩnＰクラッド層３０４の除去領域の残厚０.０１μｍよりも薄い場合は、図１２に示すように、１００時間通電後の発光強度が８０％以下に減少する。それはエッチング界面が活性層３０３に近いために活性層３０３の素子側面近傍の領域がダメージを受け、長時間発光を続けると素子側面近傍に近い発光領域が劣化するためである。
【００７０】
(第４実施形態)
図１３(a)はこの発明の第４実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図１３(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図１３(c)は上記半導体発光素子の電流の流れを示す機能図である。なお、この第４実施形態の半導体発光素子では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としている。
【００７１】
この半導体発光素子は、図１３(a)〜(c)に示すように、ｎ-ＧaＡs基板４０１上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ-ＧaＡsバッファ層４１０(厚さ０.５μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｎ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層４０２(厚さ１.０μｍ、Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)、アンドープ(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層４０３(０.６μｍ)、ｐ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層４０４a(厚さ０.１μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層４２２(厚さ０.０１μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第３クラッド層４０４b(厚さ０.５μｍ、Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)、ｐ-(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層４０７(厚さ０.１５μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ-ＧaＰ電流拡散層４０５(厚さ６μｍ、Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を積層している。素子側面近傍において、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層４０７とｐ-ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層４０４bを除去している。このとき、ｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層４２２の存在でｐ-ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層４０４aの残厚の制御性が向上する。すなわち、エッチングストップ層が無い場合、残厚を０.１μｍに設定した場合、エッチングむらにより０.０１μｍより薄くなり、図８で示すように強度が劣化する素子が出現したが、エッチングストップ層がある素子では、９９％の歩留まりでｐ-ＡlＧaＩnＰ第２クラッド層の残厚を０.１μｍに制御できる。
【００７２】
また、基板側に第１電極４１１を形成する一方、成長層側に直径１００μｍの円形状の第２電極４１２を形成している。
【００７３】
図１４はｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層４２２の厚さを変化させた場合の発光強度(１００時間通電後)をプロットしたものである。図１４に示すように、ｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層４２２の厚さが１００Åよりも厚くなると発光強度が減少するが、これはＧaＩnＰが光を吸収し、外部に光が出にくくなるためである。
【００７４】
また、ｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層４２２の層厚が２０Åよりも薄い場合も発光強度が減少するが、これはＧaＩnＰが薄すぎてエッチングストップ層として機能しないためである。すなわち、エッチングで部分的に除去されてしまい、活性層４０３の素子側面近傍の領域がダメージを受け、長時間発光を続けると素子内部にまで劣化が進行するためである。したがって、上記ｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層４２２の厚さは２０Å〜１００Åが望ましい。
【００７５】
この半導体発光素子の場合、素子側面近傍の領域での長波長帯域の損失が大きくなるため、素子側面へ導波した光は完全に吸収されるため素子の単色性が向上する。
【００７６】
(第５実施形態)
図１５(a)〜(d)はこの発明の第５実施形態の半導体発光素子の製造方法を示しており、第１実施形態の半導体発光素子の製造方法を以下に説明する。
【００７７】
まず、ｎ-ＧaＡs基板１０１表面の一方の側にＭＯＣＶＤ法により、ｎ-ＧaＡsバッファ層１１０(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)を０.５μｍの厚さに積層し、さらにｎ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層１０２(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)と、アンドープ(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層１０３と、ｐ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層１０４(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)と、ｐ-(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層１０７とを順に１.０μｍ、０.６μｍ、０.７μｍ、０,１５μｍの厚さに積層する(図１５(a))。
【００７８】
続いて、通常のフォトマスクを用いてパターンを形成した後、ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７およびｐ-クラッド層１０４の素子側面近傍の領域を０.５μｍエッチングにより除去する(図１５(b))。上記ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層１０７は、例えばＨ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１の溶液(５０℃)に約２分間結晶を浸ければエッチングできる。また、Ｈ3ＰＯ4原液(４０℃)に結晶を約５分間浸けることでｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層１０４をほぼ所望の位置(残厚０.２μｍ)までエッチングできる。
【００７９】
その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ-ＧaＰ電流拡散層１０５(Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を６μｍの厚さに積層する(図１５(c))。
【００８０】
次に、ｎ-ＧaＡs基板１０１表面の他方の側に全面にわたって第１電極１１１を形成し、成長層側(ｐ-ＧaＰ電流拡散層１０５上)の素子中央域に第２電極１１２を形成する(図１５(d))。成長層側への第２電極１１２の形成は第１電極１１１の形成後、通常のフォトマスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスクを用いて選択的に電極蒸着しても良い。
【００８１】
この半導体発光素子の製造方法を用いることにより、ｐ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層１０４とｐ-ＧaＰ電流拡散層１０５によるタイプII型のヘテロ接合が形成され、高抵抗界面を形成できる。
【００８２】
上記半導体発光素子の製造方法によれば、素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐれた半導体発光素子が製造することができる。
【００８３】
ここでｎ-クラッド層,活性層およびｐ-クラッド層は、ＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層であればよい。また、電流拡散層は、ｐ-クラッド層とタイプII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。
【００８４】
(第６実施形態)
図１６(a)〜(d)はこの発明の第６実施形態の半導体発光素子の製造方法を示しており、第２実施形態の半導体発光素子の製造方法を以下に説明する。
【００８５】
まず、ｎ-ＧaＡs基板２０１表面の一方の側にＭＯＣＶＤ法により、ｎ-ＧaＡsバッファ層２１０(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)を０.５μｍの厚さに積層し、さらにｎ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層２０２(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)と、アンドープ(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層２０３と、ｐ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層２０４(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)と、ｐ-(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２０７と、ｎ-ＧaＰ電流阻止層２０９(Ｓiドープ：３×１０18ｃｍ-3)とを順に１.０μｍ、０.６μｍ、０.７μｍ、０.１５μｍ、０.３μｍの厚さに積層する(図１６(a))。
【００８６】
続いて、通常のフォトマスクを用いてパターンを形成した後、素子中央域以外の電流阻止層２０９をエッチングで除去し、さらに素子側面近傍においてｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層２０７とｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層２０４の上側の一部を０.５μｍエッチングにより除去する(図１６(b))。例えば０.３μｍ厚のｎ-ＧaＰ電流保護層２２１は、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１の溶液(５０℃)に約３分間結晶を浸ければエッチングでき、ｐ-(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層２０７も同じ溶液に約２分浸けることでエッチングできる。また、Ｈ3ＰＯ4原液(４０℃)に結晶を約５分間浸けることでｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層２０４をほぼ所望の位置(残厚０.２μｍ)までエッチングできる。
【００８７】
その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ-ＡlＧaＩnＰ電流拡散層２０５(Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を６μｍの厚さに積層する(図１６(c))。
【００８８】
次に、ｎ-ＧaＡs基板２０１表面の他方の側に全面にわたって第１電極２１１を形成し、成長層側(ｐ-ＧaＰ電流拡散層２０５上)の素子中央域に第２電極２１２を形成する(図１６(d))。成長層側への第２電極２１２の形成は、第１電極２１１の形成後、通常のフォトマスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスクを用いて選択的に電極蒸着しても良い。
【００８９】
この半導体発光素子の製造方法を用いることにより、ｐ-(ＡlＧaＩnＰクラッド層２０４とｐ-ＧaＰ電流拡散層２０５によるタイプII型のヘテロ接合が形成され、高抵抗界面を形成できる。
【００９０】
上記半導体発光素子の製造方法によれば、素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐれた半導体発光素子が製造することができる。さらに、成長層側の第２電極２１２の直下に電流阻止層２０９があるので、第２電極２１２下に流れる電流が減少し、第２電極２１２下での発光が少なくなるので光の取り出し効率が向上して発光強度が上がる。
【００９１】
ここでｎ-クラッド層,活性層およびｐ-クラッド層は、ＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層であればよい。また、電流拡散層は、ｐ-クラッド層とタイプII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。
【００９２】
(第７実施形態)
図１７(a)〜(d)はこの発明の第７実施形態の半導体発光素子の製造方法を示しており、第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を以下に説明する。
【００９３】
まず、ｎ-ＧaＡs基板３０１表面の一方の側にＭＯＣＶＤ法により、ｎ-ＧaＡsバッファ層３１０(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)を０.５μｍの厚さに積層し、さらにｎ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層３０２(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)と、アンドープ(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層３０３と、ｐ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層３０４(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)と、ｐ-(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層３０７とを順に１.０μｍ、０.６μｍ、０.７μｍ、０,１５μｍの厚さに積層する(図１７(a))。
【００９４】
続いて、通常のフォトマスクを用いてパターンを形成した後、素子側面近傍の領域と素子中央の領域のｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層３０７およびｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層３０４の上側の一部を０.５μｍエッチングにより除去する(図１７(b))。例えば０.１５μｍ厚のｐ-(ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層３０７は、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１の溶液(５０℃)に約２分間結晶を浸ければエッチングできる。また、Ｈ3ＰＯ4原液(４０℃)に結晶を約５分間浸けることでｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層３０４をほぼ所望の位置(残厚０.２μｍ)までエッチングできる。
【００９５】
その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ-ＧaＰ電流拡散層３０５(Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を６μｍの厚さに積層する(図１７(c))。
【００９６】
次に、ｎ-ＧaＡs基板３０１表面の他方の側に全面にわたって第１電極３１１を形成し、成長層側(ｐ-ＧaＰ電流拡散層３０５上)の素子中央域に第２電極３１２を形成する(図１７(d))。成長層側への第２電極３１２の形成は、第１電極３１１の形成後、通常のフォトマスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスクを用いて選択的に電極蒸着しても良い。
【００９７】
この半導体発光素子の製造方法を用いることにより、ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層３０４とｐ-ＧaＰ電流拡散層３０５によるタイプII型のヘテロ接合が形成され、高抵抗界面を形成することができる。
【００９８】
上記半導体発光素子の製造方法によれば、素子中央域と素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐれた半導体発光素子を製造することができる。
【００９９】
ここで、ｎ-クラッド層,活性層およびｐ-クラッド層は、ＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層であればよい。また、電流拡散層は、ｐ-クラッド層とタイプII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。
【０１００】
(第８実施形態)
図１８(a)〜(d)はこの発明の第８実施形態の半導体発光素子の製造方法を示しており、第４実施形態の半導体発光素子の製造方法を以下に説明する。
【０１０１】
まず、ｎ-ＧaＡs基板４０１表面の一方の側にＭＯＣＶＤ法により、ｎ-ＧaＡsバッファ層４１０(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)を０.５μｍの厚さに積層し、さらにｎ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層４０２(Ｓiドープ：５×１０17ｃｍ-3)と、アンドープ(Ａl0.4Ｇa0.6)0.5Ｉn0.5Ｐ活性層４０３と、ｐ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第２クラッド層４０４a(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)とをそれぞれ１.０μｍ、０.６μｍ、０.１μｍの厚さに積層する。その後、ｐ-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐエッチングストップ層４２２(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)を０.０１μｍの厚さに積層し、ｐ-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐ第３クラッド層４０４b(Ｚnドープ：５×１０17ｃｍ-3)を０.５μｍの厚さに積層し、ｐ-(Ａl0.4Ｇa0.6)0.9Ｉn0.1Ｐ中間バンドギャップ層４０７を続いて０.１５μｍの厚さに積層する(図１８(a))。
【０１０２】
続いて、通常のフォトマスクを用いてパターンを形成した後、素子側面近傍においてｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層４０７とｐ-ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層４０４bをエッチングにより除去する(図１８(b))。例えば０.１５μｍ厚のｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層４０７は、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１の間溶液(５０℃)に約２分結晶を浸ければエッチングできる。また、Ｈ3ＰＯ4原液(４０℃)に結晶を約６分間浸けることで０.５μｍのｐ-ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層４０４bを完全にエッチングできる。これは第６実施形態の半導体発光素子の製造方法で説明したように、５分で０.５μｍのｐ-ＡlＧaＩnＰ第３クラッド層４０４bがほぼエッチングできるものの、ｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層４２２が寄与するために長めにエッチング液に浸けて、エッチングむらをなくすことができる。
【０１０３】
その後、再度ＭＯＣＶＤ法により、ｐ-ＧaＰ電流拡散層４０５(Ｚnドープ：２×１０18ｃｍ-3)を６μｍの厚さに積層する(図１８(c))。
【０１０４】
次に、ｎ-ＧaＡs基板４０１表面の他方の側に全面にわたって第１電極４１１を形成し、成長層側(ｐ-ＧaＰ電流拡散層４０５上)の素子中央域に第２電極４１２を形成する(図１８(d))。成長層側への第２電極４１２の形成は、第１電極４１１の形成後、通常のフォトマスクを用いた方法で行っても良いし、メタルマスクを用いて選択的に電極蒸着しても良い。
【０１０５】
この半導体発光素子の製造方法を用いることにより、ｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層４２２とｐ-ＧaＰ電流拡散層４０５によるタイプII型のヘテロ接合が形成され、高抵抗界面を形成できる。
【０１０６】
上記半導体発光素子の製造方法によれば、素子側面近傍の領域に電流を流さず、その素子側面近傍の領域での長波長帯域の吸収を大きくし、単色性にすぐれた半導体発光素子が製造することができる。また、上記エッチングストップ層４２２によって第２クラッド層４０４aの残厚の制御性がよくなり、歩留まりを向上できる。
【０１０７】
ここでｎ-クラッド層,活性層およびｐ-クラッド層は、ＧaＡsに格子整合するＡlＧaＩnＰ層であればよい。また、電流拡散層は、ｐ-クラッド層とタイプII型のヘテロ接合を形成する半導体であればよい。
【０１０８】
上記第１〜第８実施形態では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としたが、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型としてもよいのは勿論である。
【０１０９】
また、上記第１〜第８実施形態では、第１電極１１１,２１１,３１１,４１１は、基板１０１,２０１,３０１,４０１の全面にわたって形成したが、基板の一部に形成したものでもよい。
【０１１０】
また、上記第１〜第８実施形態では、第２電極１１２,２１２,３１２,４１２を円形状としたが、第２電極の形状はこれに限らず、四角形状等の他の形状であってもよい。
【０１１１】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の半導体発光素子によれば、中間バンドギャップ層と第２導電型のクラッド層の上側の一部が除去された素子側面近傍の除去領域が高抵抗になるため、電流が素子側面近傍の領域に流れず導波光の吸収領域を形成でき、素子の単色性を向上できる。また、この発明の半導体発光素子は、電流阻止層が形成された素子中央域または中間バンドギャップ層が除去された素子中央域も高抵抗になるため、成長層側の第２電極下へ流れる無効電流が減少し、発光光度が上がる。また、この発明の半導体発光素子によれば、特にＡlＧaＩnＰ系の発光素子において、素子側面近傍の領域への電流を流れなくし、吸収を増やすことができるため、単色性が強く要求される可視域において発光スペクトルの純度を上げることができる。
【０１１２】
この発明の半導体発光素子の製造方法によれば、素子側面近傍の領域に電流が流れない単色性に優れた半導体発光素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１(a)はこの発明の第１実施形態の半導体発光素子の上面図であり、図１(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図１(c)は上記半導体発光素子の機能図である。
【図２】  図２は上記半導体発光素子の高抵抗層が生じる原理を説明するバンド図である。
【図３】  図３は上記半導体発光素子の発光スペクトルである。
【図４】  図４は上記半導体発光素子の除去領域幅を変えた場合のサブピーク/メインピーク比である。
【図５】  図５は上記半導体発光素子の除去領域幅を変えた場合の発光強度である。
【図６】  図６は上記半導体発光素子の活性層の厚さを変えた場合の発光強度である。
【図７】  図７は上記半導体発光素子の中間バンドギャップ層の格子整合率と動作電圧の関係を示す図である。
【図８】  図８は上記半導体発光素子の中間バンドギャップ層の格子整合率と結晶欠陥数の関係を示す図である。
【図９】  図９(a)はこの発明の第２実施形態を示す上面図であり、図９(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図９(c)は上記半導体発光素子の機能図である。
【図１０】  図１０(a)はこの発明の第３実施形態の半導体発光素子を示す上面図であり、図１０(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図１０(c)は上記半導体発光素子の機能図である。
【図１１】  図１１は上記クラッド層の残厚とサブピーク／メインピーク比を示す図である。
【図１２】  図１２は上記クラッド層の残厚と発光強度を示す図である。
【図１３】  図１３(a)はこの発明の第４実施形態の半導体発光素子を示す上面図であり、図１３(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図１３(c)は上記半導体発光素子の機能図である。
【図１４】  図１４は上記半導体発光素子においてエッチングストップ層の厚さを変えた場合の発光強度を示す図である。
【図１５】  図１５は第５実施形態の半導体発光素子の製造方法を示す図である。
【図１６】  図１６は第６実施形態の半導体発光素子の製造方法を示す図である。
【図１７】  図１７は第７実施形態の半導体発光素子の製造方法を示す図である。
【図１８】  図１８は第８実施形態の半導体発光素子の製造方法を示す図である。
【図１９】  図１９(a)は従来の半導体発光素子を示す上面図であり、図１９(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図１９(ｃ)は上記半導体発光素子の機能図である。
【図２０】  図２０は上記半導体発光素子の発光スペクトルである。
【図２１】  図２１は上記半導体発光素子の利得と損失の波長依存性を示す図である。
【図２２】  図２２は上記半導体発光素子の長波長成分を示す図である。
【図２３】  図２３(a)は従来の他の半導体発光素子を示す上面図であり、図２３(b)は上記半導体発光素子の断面図であり、図２３(c)は上記半導体発光素子の機能図である。
【符号の説明】
１０１,２０１,３０１,４０１…ｎ-ＧaＡs基板、
１０２,２０２,３０２,４０２…ｎ-ＡlＧaＩnＰクラッド層、
１０３,２０３,３０３,４０３…ＡlＧaＩnＰ活性層、
１０４,２０４,３０４,４０４a,４０４b…ｐ-ＡlＧaＩnＰクラッド層、
１０５,２０５,４０５…ｐ-ＧaＰ電流拡散層、
３０５…ｐ-ＡlＧaＩnＰ電流拡散層、
１０７,２０７,３０７,４０７…ｐ-ＡlＧaＩnＰ中間バンドギャップ層、
２０９…ｎ-ＧaＰ電流阻止層、
１１０,２１０,３１０,４１０…ｎ-ＧaＡsバッファ層、
１１１,２１１,３１１,４１１…第１電極、
１１２,２１２,３１２,４１２…第２電極、
４２２…ｐ-ＧaＩnＰエッチングストップ層。
【図１】
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【図２】
0004050887.tif 000003
【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】
0004050887.tif 000011
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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