半導体発光素子および半導体発光素子アレイ
【課題】発光出力を向上させることが可能な半導体発光素子を提供する。
【解決手段】このＬＥＤ素子（半導体発光素子）は、ＭＱＷ構造を有するｎ型活性層４と、活性層４上に形成された拡散抑止層５と、拡散抑止層５上に形成された半絶縁性の第２クラッド層６とを備えている。また、第２クラッド層６は、Ｚｎが選択拡散されることによって形成されたｐ型の不純物選択拡散領域７を有している。この不純物選択拡散領域７は、コンタクト部７ａ（ｐ側電極１１）の下方に形成された第１領域７ｂと、第１領域７ｂ以外の第２領域７ｃとから構成されている。また、第１領域７ｂと活性層４との間には、高抵抗の半絶縁性領域９ａが形成されている。さらに、コンタクト部７ａ上にはコンタクト層８ａが形成されており、拡散抑止層５は、このコンタクト層８ａの厚みよりも小さい厚み（約０．０５ｎｍ）に構成されている。
【解決手段】このＬＥＤ素子（半導体発光素子）は、ＭＱＷ構造を有するｎ型活性層４と、活性層４上に形成された拡散抑止層５と、拡散抑止層５上に形成された半絶縁性の第２クラッド層６とを備えている。また、第２クラッド層６は、Ｚｎが選択拡散されることによって形成されたｐ型の不純物選択拡散領域７を有している。この不純物選択拡散領域７は、コンタクト部７ａ（ｐ側電極１１）の下方に形成された第１領域７ｂと、第１領域７ｂ以外の第２領域７ｃとから構成されている。また、第１領域７ｂと活性層４との間には、高抵抗の半絶縁性領域９ａが形成されている。さらに、コンタクト部７ａ上にはコンタクト層８ａが形成されており、拡散抑止層５は、このコンタクト層８ａの厚みよりも小さい厚み（約０．０５ｎｍ）に構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子および半導体発光素子アレイに関し、特に、活性層を備えた半導体発光素子および半導体発光素子アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性層を含む複数の半導体層が基板上に形成された半導体発光素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１２は、上記特許文献１に記載された従来の半導体発光素子の構造を示す断面図である。図１２を参照して、上記特許文献１に記載された従来の半導体発光素子では、ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１０３、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなる活性層１０４、半絶縁性のＡｌＧａＡｓ層１０５、および、半絶縁性のＧａＡｓ層１０６が順次形成されている。また、ＧａＡｓ層１０６の上面上の所定領域には、層間絶縁膜１０７が形成されている。この層間絶縁膜１０７を拡散マスクとしてＺｎが選択拡散されることにより、ＧａＡｓ層１０６、ＡｌＧａＡｓ層１０５、および、活性層１０４のそれぞれの所定領域に、ｐ型の選択拡散領域１０８が形成されている。また、層間絶縁膜１０７上の所定領域には、選択拡散領域１０８表面とオーミックコンタクトを有するｐ側電極１０９が形成されている。さらに、ＧａＡｓ基板１０１の裏面側には、ｎ側電極１１０が形成されている。
【０００４】
上記特許文献１に記載された従来の半導体発光素子では、上記のように、活性層１０４の上面上に形成されるＡｌＧａＡｓ層１０５およびＧａＡｓ層１０６がそれぞれ半絶縁性に構成されているので、Ｚｎを拡散した際に、ＡｌＧａＡｓ層１０５内およびＧａＡｓ層１０６内にｐｎ接合が形成されるのを抑制することが可能となる。このため、活性層１０４内にのみｐｎ接合が形成されるので、発光効率の低下が抑制される。なお、ｐｎ接合面で発光した光は、層間絶縁膜１０７により覆われていない領域、すなわち、選択拡散領域１０８表面から取り出される。
【特許文献１】特開平１１−６８１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の半導体発光素子では、層間絶縁膜１０７上の所定領域に形成されたｐ側電極１０９が選択拡散領域１０８表面とオーミックコンタクトを有するように構成されているため、選択拡散領域１０８表面の一部がｐ側電極１０９によって覆われてしまう。このため、ｐｎ接合面で発光した光の一部がｐ側電極１０９によって遮光されてしまうという不都合がある。これにより、取り出される光の量が減少するので、活性層１０４での発光効率の低下が抑制されたとしても、発光出力を向上させることが困難になるという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、発光出力を向上させることが可能な半導体発光素子および半導体発光素子アレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における半導体発光素子は、多重量子井戸構造を有する第１導電型の活性層と、活性層の上面上に形成された第２導電型領域と、第２導電型領域上に設けられ、電極が接続されるコンタクト部とを備えている。そして、第２導電型領域は、コンタクト部の下方に形成された第１領域と、第１領域以外の第２領域とから構成されており、第１領域と活性層との間には、半絶縁性領域が形成されている。
【０００８】
この第１の局面による半導体発光素子では、上記のように、活性層の上面上に形成された第２導電型領域を、コンタクト部の下方に形成された第１領域と、第１領域以外の第２領域とから構成するとともに、第１領域と活性層との間に半絶縁性領域を形成することによって、半導体発光素子に順方向の電流を流した際に、コンタクト部の下方に形成された第１領域下の領域に電流が流れないように構成することができる。このため、発光させたとしても電極によって遮光されるコンタクト部の下方領域（第１領域下の領域）を発光させないように構成することができる。一方、第１領域下の領域に電流が流れないように構成することによって、第２領域下の領域に流れる電流量を増加させることができるので、電極によって遮光されないコンタクト部の下方領域以外の領域（第２領域下の領域）での発光効率を向上させることができる。これにより、電極によって遮光される光の量を減少させることができるとともに、電極によって遮光されない光の量を増加させることができるので、取り出される光の量を増加させることができる。その結果、半導体発光素子の発光出力を向上させることができる。
【０００９】
また、第１の局面では、活性層を、障壁層と量子井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造に構成することによって、活性層を単層で構成した場合に比べて、活性層の発光出力を向上させることができる。このため、第１領域と活性層との間に半絶縁性領域を形成した上記の構成に、多重量子井戸構造の活性層が形成された構成を加えることにより、容易に、取り出される光の量を増加させることができる。その結果、半導体発光素子の発光出力をより向上させることができる。なお、この場合、多重量子井戸構造における障壁層および量子井戸層のそれぞれの層数を増加させることによって、半導体発光素子の発光出力をさらに向上させることができる。
【００１０】
上記第１の局面による半導体発光素子において、好ましくは、活性層の上面上に形成された半絶縁性半導体層をさらに備え、第２導電型領域は、第２導電型の不純物が半絶縁性半導体層に選択拡散されることによって形成された不純物選択拡散領域である。このように構成すれば、第２導電型領域の第１領域と活性層との間に、容易に、半絶縁性領域を形成することができるので、容易に、発光出力が向上された半導体発光素子を得ることができる。
【００１１】
この場合において、好ましくは、活性層の上面上には、拡散抑止層がさらに形成されている。このように構成すれば、第２導電型の不純物を選択拡散させた場合でも、拡散抑止層により、活性層中に不純物が拡散するのを抑止することができるので、活性層を多重量子井戸構造に構成した場合でも、活性層中に不純物が拡散されることに起因する活性層の劣化を抑制することができる。このため、活性層を多重量子井戸構造に構成した場合でも、活性層の発光出力が低下するのを抑制することができるので、容易に、半導体発光素子の発光出力を向上させることができる。
【００１２】
上記拡散抑止層が形成された構成において、好ましくは、コンタクト部の上面上に形成されるコンタクト層をさらに備え、拡散抑止層の厚みは、コンタクト層の厚みよりも小さい。このように構成すれば、活性層の上面上に拡散抑止層を形成した場合でも、活性層からの光が拡散抑止層で吸収されるのを抑制することができるので、取り出される光の量が減少するのを抑制することができる。このため、より容易に、半導体発光素子の発光出力を向上させることができる。
【００１３】
上記拡散抑止層が形成された構成において、拡散抑止層を、活性層と半絶縁性半導体層との間に配置するとともに、活性層および半絶縁性半導体層のそれぞれに接触するように形成することができる。
【００１４】
この発明の第２の局面における半導体発光素子アレイは、上記第１の局面による半導体発光素子が所定列に配列された状態でモノリシックに形成された半導体発光素子アレイである。このように構成すれば、容易に、発光出力を向上させることが可能な半導体発光素子アレイを得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、発光出力を向上させることが可能な半導体発光素子および半導体発光素子アレイを容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、半導体発光素子の一例である発光ダイオード素子（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子）に本発明を適用した場合について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の構造を示した断面図である。図２は、図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の活性層の構造を示した断面図である。まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の構造について説明する。
【００１８】
一実施形態によるＬＥＤ素子は、図１に示すように、約３５０μｍの厚みを有するｎ型ＧａＡｓ基板１上に、約０．２μｍの厚みを有するｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層２が形成されている。バッファ層２上には、約１．０μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなる第１クラッド層３が形成されている。第１クラッド層３上には、ｎ型の活性層４が形成されている。
【００１９】
ここで、本実施形態では、第１クラッド層３上に形成された活性層４は、多重量子井戸（ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造に構成されている。具体的には、活性層４は、図２に示すように、約１０ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ａｓからなる５０層の量子井戸層４ａと、約５ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓからなる５０層の障壁層４ｂとが交互に積層されて構成されている。
【００２０】
また、本実施形態では、図１に示すように、活性層４上に、半絶縁性のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる拡散抑止層５が形成されている。この拡散抑止層５（Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）のＡｌ組成比は、後述する第２クラッド層６（Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ）のＡｌ組成比よりも小さい。このため、拡散抑止層５における亜鉛（Ｚｎ）の拡散速度は、第２クラッド層６における亜鉛（Ｚｎ）の拡散速度よりも遅くなる。これにより、活性層４と第２クラッド層６との間に拡散抑止層５が形成されることによって、後述する製造プロセスにおいてｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）が第２クラッド層６中に選択拡散された際に、拡散抑止層５の位置で亜鉛（Ｚｎ）の拡散が抑止される。したがって、拡散抑止層５下に形成された活性層４内への亜鉛（Ｚｎ）の拡散が抑制される。
【００２１】
また、本実施形態では、拡散抑止層５の厚みは、約０．０５ｎｍと極めて小さい厚みに構成されている。これにより、拡散抑止層５のＡｌの組成比を小さくすることによって、拡散抑止層５における光の吸収率が増加したとしても、活性層４からの光が拡散抑止層５で吸収されるのを抑制することが可能となる。
【００２２】
また、拡散抑止層５上には、約０．５μｍの厚みを有する半絶縁性のＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなる第２クラッド層６が形成されている。この第２クラッド層６は、ｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）が選択拡散されることによって形成されたｐ型の不純物選択拡散領域７を有している。なお、第２クラッド層６は、本発明の「半絶縁性半導体層」の一例であり、ｐ型の不純物選択拡散領域７は、本発明の「第２導電型領域」の一例である。また、不純物選択拡散領域７表面の所定領域には、後述するコンタクト層８ａを介してｐ側電極１１が電気的に接続（オーミック接続）されるコンタクト部７ａが設けられている。
【００２３】
ここで、本実施形態では、不純物選択拡散領域７は、コンタクト部７ａの下方に形成された第１領域７ｂと、第１領域７ｂ以外の第２領域７ｃとから構成されている。また、第１領域７ｂにおける亜鉛（Ｚｎ）の拡散深さ（第２クラッド層６表面から拡散フロント７１ｂまでの深さ方向の距離）は、第２領域７ｃにおける亜鉛（Ｚｎ）の拡散深さ（第２クラッド層６表面から拡散フロント７１ｃまでの深さ方向の距離）よりも小さくなるように構成されている。すなわち、不純物選択拡散領域７の第２領域７ｃは、その拡散フロント７１ｃが拡散抑止層５に達するように構成されている一方、不純物選択拡散領域７の第１領域７ｂは、その拡散フロント７１ｂが拡散抑止層５に達しないように構成されている。このため、不純物選択拡散領域７の第１領域７ｂの下方（第１領域７ｂと活性層４との間）には、高抵抗の半絶縁性領域６ａが形成されている。
【００２４】
なお、拡散抑止層５は、極めて小さい厚み（約０．０５ｎｍ）に構成されているとともに、活性層４と第２クラッド層６との間にそれぞれの層と接触するように形成されているため、不純物選択拡散領域７の第２領域７ｃが拡散抑止層５まで達することにより、この第２領域７ｃと活性層４とによって、実質的にｐｎ接合が形成されている。
【００２５】
また、第２クラッド層６上には、約０．１μｍの厚みを有するアンドープＧａＡｓからなるコンタクト層８が形成されている。このコンタクト層８には、不純物選択拡散領域７表面を露出させる開口部８ｂが設けられている。また、不純物選択拡散領域７表面の所定領域に設けられたコンタクト部７ａの上面上には、約０．１μｍの厚みを有するアンドープＧａＡｓからなるコンタクト層８ａが形成されている。
【００２６】
また、コンタクト層８の上面上には、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍの厚みを有するとともに、開口部９ａを有するＳｉ３Ｎ４からなる層間絶縁膜９が形成されている。そして、コンタクト層８の開口部８ｂと層間絶縁膜９の開口部９ａとによって、活性層４からの光を取り出す発光窓１０が構成されている。
【００２７】
一方、コンタクト層８ａ上には、コンタクト層８ａ側から、Ｔｉ層（図示せず）、Ａｕ層（図示せず）、Ｚｎ層（図示せず）およびＡｕ層（図示せず）が順次積層された約１．２μｍの合計厚みを有するｐ側電極１１が形成されている。このｐ側電極１１は、コンタクト層８ａを介して、不純物選択拡散領域７のコンタクト部７ａと電気的に接続（オーミック接続）されている。なお、ｐ側電極１１は、本発明の「電極」の一例である。
【００２８】
また、ＧａＡｓ基板１の裏面上には、ＧａＡｓ基板１の裏面に近い方から、Ｔｉ層（図示せず）、Ａｕ層（図示せず）、Ｎｉ層（図示せず）、Ｇｅ層（図示せず）およびＡｕ層（図示せず）が順次積層された約０．５μｍの合計厚みを有するｎ側電極１２が形成されている。
【００２９】
本実施形態では、上記のように、活性層４の上面上に形成された不純物選択拡散領域７を、コンタクト部７ａの下方に形成された第１領域７ｂと、第１領域７ｂ以外の第２領域７ｃとから構成するとともに、第１領域７ｂと活性層４との間に高抵抗の半絶縁性領域６ａを形成することによって、ｐ側電極１１とｎ側電極１２との間に順方向の電流を流した際に、コンタクト部７ａの下方に形成された第１領域７ｂ下の領域に電流が流れないように構成することができる。このため、発光させたとしてもｐ側電極１１によって遮光されるコンタクト部７ａの下方領域（第１領域７ｂ下の領域）を発光させないように構成することができる。一方、第１領域７ｂ下の領域に電流が流れないように構成することによって、第２領域７ｃ下の領域に流れる電流量を増加させることができるので、ｐ側電極１１によって遮光されないコンタクト部７ａの下方領域以外の領域（第２領域７ｃ下の領域）での発光効率を向上させることができる。これにより、ｐ側電極１１によって遮光される光の量を減少させることができるとともに、ｐ側電極１１によって遮光されない光の量を増加させることができるので、発光窓１０から取り出される光の量を増加させることができる。その結果、ＬＥＤ素子の発光出力を向上させることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、活性層４を、５０層の量子井戸層４ａと５０層の障壁層４ｂとが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造に構成することによって、活性層４を単層で構成した場合に比べて、活性層４の発光出力を向上させることができる。具体的には、活性層４をＭＱＷ構造に構成することによって、単層で構成した場合の数倍の発光出力を得ることができる。このため、不純物選択拡散領域７の第１領域７ｂと活性層４との間に半絶縁性領域６ａを形成するとともに、活性層４をＭＱＷ構造に構成することによって、容易に、発光窓１０から取り出される光の量を増加させることができる。その結果、ＬＥＤ素子の発光出力をより向上させることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、活性層４の上面上に、拡散抑止層５を接触するように形成することによって、ｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）を選択拡散させた場合でも、拡散抑止層５により、活性層４中に亜鉛（Ｚｎ）が拡散するのを抑止することができるので、活性層４をＭＱＷ構造に構成した場合でも、活性層４中に亜鉛（Ｚｎ）が拡散されることに起因する活性層４の劣化を抑制することができる。このため、活性層４をＭＱＷ構造に構成した場合でも、活性層４の発光出力が低下するのを抑制することができるので、容易に、ＬＥＤ素子の発光出力を向上させることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、拡散抑止層５の厚みを、コンタクト層８（８ａ）の厚み（約０．１μｍ）よりも小さい約０．０５ｎｍに構成することによって、活性層４の上面上に拡散抑止層５を形成した場合でも、活性層４からの光が拡散抑止層５で吸収されるのを抑制することができるので、発光窓１０から取り出される光の量が減少するのを抑制することができる。このため、より容易に、ＬＥＤ素子の発光出力を向上させることができる。
【００３３】
図３〜図１１は、図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１〜図１１を参照して、本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスについて説明する。
【００３４】
まず、図３に示すように、ＭＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）を用いて、ＧａＡｓ基板１上に、バッファ層２、第１クラッド層３、活性層４、拡散抑止層５、第２クラッド層６、および、コンタクト層８を順次成長させる。
【００３５】
具体的には、ＧａＡｓ基板１の上面上に、約０．２μｍの厚みを有するｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層２を成長させる。次に、バッファ層２上に、約１．０μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなる第１クラッド層３を成長させる。次に、第１クラッド層３上に、ｎ型の活性層４を成長させる。なお、活性層４を成長させる際には、図２に示したように、約１０ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ａｓからなる５０層の量子井戸層４ａと、約５ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓからなる５０層の障壁層４ｂとを交互に成長させる。これにより、第１クラッド層３上に、５０層の量子井戸層４ａと５０層の障壁層４ｂとからなるＭＱＷ構造を有するｎ型の活性層４が形成される。
【００３６】
次に、活性層４上に、約０．０５ｎｍの厚みを有する半絶縁性のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる拡散抑止層５を成長させる。次に、拡散抑止層５上に、約０．５μｍの厚みを有するＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなる第２クラッド層６を成長させる。その後、第２クラッド層６上に、約０．１μｍの厚みを有するアンドープＧａＡｓからなるコンタクト層８を成長させる。
【００３７】
続いて、図４に示すように、フォトリソグラフィ技術とウェットエッチングとを用いて、コンタクト層８の所定領域を除去する。これにより、コンタクト層８に開口部８ｂが形成されるとともに、この開口部８ｂによって、第２クラッド層６の上面の所定領域が露出される。また、第２クラッド層６の上面上であるとともに、開口部８ｂの内側の所定領域（コンタクト部７ａ上）には、コンタクト層８ａが形成される。なお、ウェットエッチングには、たとえば、アンモニア系のエッチング液を用いる。
【００３８】
次に、図５に示すように、露出された第２クラッド層６の上面上、コンタクト層８および８ａの表面上を覆うように、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍの厚みを有するＳｉ３Ｎ４からなる層間絶縁膜９を形成する。その後、図６に示すように、フォトリソグラフィ技術とＣＦ４ガスによるプラズマエッチングとを用いて、コンタクト層８の開口部８ｂの内側に形成された層間絶縁膜９を除去する。これにより、活性層４からの光を取り出す発光窓１０が形成される。
【００３９】
次に、図７に示すように、層間絶縁膜９の上面上、露出された第２クラッド層６の上面上、および、コンタクト層８ａの上面上を覆うように、ｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）の拡散源となるＺｎＯ層１３を形成する。そして、図８に示すように、ＺｎＯ層１３の上面上、および、ＧａＡｓ基板１の裏面上に、Ｓｉ３Ｎ４からなるキャップ層１４をそれぞれ形成する。
【００４０】
その後、約６５０℃の熱処理温度で約６０分間熱処理を行うことによって、図９に示すように、ＺｎＯ層１３の亜鉛（Ｚｎ）を第２クラッド層６中に拡散させる。なお、この場合、層間絶縁膜９は、選択拡散膜として機能する。これにより、第２クラッド層６中にｐ型の不純物選択拡散領域７が形成される。
【００４１】
ここで、本実施形態では、コンタクト部７ａ上に形成されたコンタクト層８ａ（ＧａＡｓ）のＡｌの組成比は、第２クラッド層６（Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ）のＡｌの組成比よりも小さいため、コンタクト層８ａにおける亜鉛（Ｚｎ）の拡散速度は、第２クラッド層６における亜鉛（Ｚｎ）の拡散速度よりも遅くなる。このため、拡散速度の違いに起因して、不純物選択拡散領域７のコンタクト部７ａ（コンタクト層８ａ）下の領域（第１領域７ｂ）では、それ以外の領域（第２領域７ｃ）に比べて、亜鉛（Ｚｎ）の拡散深さが小さく（浅く）なる。これにより、不純物選択拡散領域７の第１領域７ｂの下方（第１領域７ｂと活性層４との間）に、高抵抗の半絶縁性領域６ａが形成される。
【００４２】
なお、拡散抑止層５は、極めて小さい厚み（約０．０５ｎｍ）に構成されているため、不純物選択拡散領域７の第２領域７ｃが拡散抑止層５に達することにより、不純物選択拡散領域７の第２領域７ｃと活性層４とによって、実質的にｐｎ接合が形成される。
【００４３】
その後、図１０に示すように、キャップ層１４および残余のＺｎＯ層１３を除去する。具体的には、ＣＦ４ガスによるプラズマエッチングを用いて、キャップ層１４を除去した後、塩酸を用いてＺｎＯ層１３を除去する。
【００４４】
次に、図１１に示すように、コンタクト層８ａの上面上に、リフトオフ法を用いて、コンタクト層８ａ側から、Ｔｉ層（図示せず）、Ａｕ層（図示せず）、Ｚｎ層（図示せず）およびＡｕ層（図示せず）を順次積層することにより、約１．２μｍの合計厚みを有するｐ側電極１１を形成する。最後に、ＧａＡｓ基板１の裏面上に、ＧａＡｓ基板１の裏面に近い方から、Ｔｉ層（図示せず）、Ａｕ層（図示せず）、Ｎｉ層（図示せず）、Ｇｅ層（図示せず）およびＡｕ層（図示せず）を順次積層することにより、約０．５μｍの合計厚みを有するｎ側電極１２を形成する。これにより、図１に示したような、本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子が得られる。
【００４５】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４６】
たとえば、上記実施形態では、ＡｌＧａＡｓ系の材料を用いてＬＥＤ素子を作製した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＡｌＧａＡｓ系以外の材料を用いてＬＥＤ素子を作製してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、拡散抑止層を、活性層の上面上に接触するように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、拡散抑止層を、活性層と接触しないように形成してもよい。たとえば、活性層と拡散抑止層との間に、ｐ型のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層などの他の半導体層が形成されていてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、活性層の上面上に拡散抑止層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、拡散抑止層を形成しない構成にしてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、ｐ型不純物として亜鉛（Ｚｎ）を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、亜鉛（Ｚｎ）以外の不純物を用いても良い。
【００５０】
また、上記実施形態では、ｎ型の基板を用いてＬＥＤ素子を作製した例を示したが、本発明はこれに限らず、ｐ型の基板を用いてＬＥＤ素子を作製してもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＡｓ基板上に、バッファ層、第１クラッド層、活性層、拡散抑止層、第２クラッド層およびコンタクト層の半導体各層を順次成長させた例を示したが、本発明はこれに限らず、ＭＯＣＶＤ法以外の成長方法を用いて、ＧａＡｓ基板上に上記半導体各層を成長させるようにしてもよい。ＭＯＣＶＤ法以外の方法としては、たとえば、ＶＰＥ（気相エピタキシャル）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシャル）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシャル）法、および、ＣＢＥ（化学ビームエピタキシャル）法などが考えられる。
【００５２】
また、上記実施形態では、層間絶縁膜をＳｉ３Ｎ４から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、層間絶縁膜をＳｉ３Ｎ４以外のＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などから構成してもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、リフトオフ法を用いてｐ側電極を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、リフトオフ法以外の方法を用いてｐ側電極を形成してもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、５０層の量子井戸層と５０層の障壁層とを交互に積層することによって、ＭＱＷ構造を有する活性層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、５０層以外の層数の量子井戸層と５０層以外の層数の障壁層とを交互に積層することによって、ＭＱＷ構造を有する活性層を形成してもよい。
【００５５】
また、本実施形態では、拡散抑止層を、第２クラッド層よりもＡｌ組成比の小さいＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓから構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、第２クラッド層よりもＡｌ組成比が小さければ、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ以外のＡｌＧａＡｓから拡散抑止層を構成してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、バッファ層の上面上に第１クラッド層を接触するように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、バッファ層と第１クラッド層との間に、必要に応じてＤＢＲ（分布ブラッグ反射）層を形成してもよい。
【００５７】
なお、上記実施形態では、１つの発光窓を有するＬＥＤ素子の構成について説明したが、上記実施形態による複数のＬＥＤ素子が所定列に配列された状態でモノリシックに形成されたＬＥＤ素子アレイ（半導体発光素子アレイ）に構成することもできる。このように構成した場合には、発光出力を向上させることが可能なＬＥＤ素子アレイを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の構造を示した断面図である。
【図２】図２は、図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の活性層の構造を示した断面図である。
【図３】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】特許文献１に記載された従来の半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ ＧａＡｓ基板
２ バッファ層
３ 第１クラッド層
４ 活性層
４ａ 量子井戸層
４ｂ 障壁層
５ 拡散抑止層
６ 第２クラッド層（半絶縁性半導体層）
６ａ 半絶縁性領域
７ 不純物選択拡散領域（第２導電型領域）
７ａ コンタクト部
７ｂ 第１領域
７ｃ 第２領域
８、８ａ コンタクト層
９ 層間絶縁膜
１０ 発光窓
１１ ｐ側電極（電極）
１２ ｎ側電極
１３ ＺｎＯ層
１４ キャップ層
７１ｃ、７１ｂ 拡散フロント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子および半導体発光素子アレイに関し、特に、活性層を備えた半導体発光素子および半導体発光素子アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性層を含む複数の半導体層が基板上に形成された半導体発光素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１２は、上記特許文献１に記載された従来の半導体発光素子の構造を示す断面図である。図１２を参照して、上記特許文献１に記載された従来の半導体発光素子では、ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１０３、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなる活性層１０４、半絶縁性のＡｌＧａＡｓ層１０５、および、半絶縁性のＧａＡｓ層１０６が順次形成されている。また、ＧａＡｓ層１０６の上面上の所定領域には、層間絶縁膜１０７が形成されている。この層間絶縁膜１０７を拡散マスクとしてＺｎが選択拡散されることにより、ＧａＡｓ層１０６、ＡｌＧａＡｓ層１０５、および、活性層１０４のそれぞれの所定領域に、ｐ型の選択拡散領域１０８が形成されている。また、層間絶縁膜１０７上の所定領域には、選択拡散領域１０８表面とオーミックコンタクトを有するｐ側電極１０９が形成されている。さらに、ＧａＡｓ基板１０１の裏面側には、ｎ側電極１１０が形成されている。
【０００４】
上記特許文献１に記載された従来の半導体発光素子では、上記のように、活性層１０４の上面上に形成されるＡｌＧａＡｓ層１０５およびＧａＡｓ層１０６がそれぞれ半絶縁性に構成されているので、Ｚｎを拡散した際に、ＡｌＧａＡｓ層１０５内およびＧａＡｓ層１０６内にｐｎ接合が形成されるのを抑制することが可能となる。このため、活性層１０４内にのみｐｎ接合が形成されるので、発光効率の低下が抑制される。なお、ｐｎ接合面で発光した光は、層間絶縁膜１０７により覆われていない領域、すなわち、選択拡散領域１０８表面から取り出される。
【特許文献１】特開平１１−６８１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の半導体発光素子では、層間絶縁膜１０７上の所定領域に形成されたｐ側電極１０９が選択拡散領域１０８表面とオーミックコンタクトを有するように構成されているため、選択拡散領域１０８表面の一部がｐ側電極１０９によって覆われてしまう。このため、ｐｎ接合面で発光した光の一部がｐ側電極１０９によって遮光されてしまうという不都合がある。これにより、取り出される光の量が減少するので、活性層１０４での発光効率の低下が抑制されたとしても、発光出力を向上させることが困難になるという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、発光出力を向上させることが可能な半導体発光素子および半導体発光素子アレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における半導体発光素子は、多重量子井戸構造を有する第１導電型の活性層と、活性層の上面上に形成された第２導電型領域と、第２導電型領域上に設けられ、電極が接続されるコンタクト部とを備えている。そして、第２導電型領域は、コンタクト部の下方に形成された第１領域と、第１領域以外の第２領域とから構成されており、第１領域と活性層との間には、半絶縁性領域が形成されている。
【０００８】
この第１の局面による半導体発光素子では、上記のように、活性層の上面上に形成された第２導電型領域を、コンタクト部の下方に形成された第１領域と、第１領域以外の第２領域とから構成するとともに、第１領域と活性層との間に半絶縁性領域を形成することによって、半導体発光素子に順方向の電流を流した際に、コンタクト部の下方に形成された第１領域下の領域に電流が流れないように構成することができる。このため、発光させたとしても電極によって遮光されるコンタクト部の下方領域（第１領域下の領域）を発光させないように構成することができる。一方、第１領域下の領域に電流が流れないように構成することによって、第２領域下の領域に流れる電流量を増加させることができるので、電極によって遮光されないコンタクト部の下方領域以外の領域（第２領域下の領域）での発光効率を向上させることができる。これにより、電極によって遮光される光の量を減少させることができるとともに、電極によって遮光されない光の量を増加させることができるので、取り出される光の量を増加させることができる。その結果、半導体発光素子の発光出力を向上させることができる。
【０００９】
また、第１の局面では、活性層を、障壁層と量子井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造に構成することによって、活性層を単層で構成した場合に比べて、活性層の発光出力を向上させることができる。このため、第１領域と活性層との間に半絶縁性領域を形成した上記の構成に、多重量子井戸構造の活性層が形成された構成を加えることにより、容易に、取り出される光の量を増加させることができる。その結果、半導体発光素子の発光出力をより向上させることができる。なお、この場合、多重量子井戸構造における障壁層および量子井戸層のそれぞれの層数を増加させることによって、半導体発光素子の発光出力をさらに向上させることができる。
【００１０】
上記第１の局面による半導体発光素子において、好ましくは、活性層の上面上に形成された半絶縁性半導体層をさらに備え、第２導電型領域は、第２導電型の不純物が半絶縁性半導体層に選択拡散されることによって形成された不純物選択拡散領域である。このように構成すれば、第２導電型領域の第１領域と活性層との間に、容易に、半絶縁性領域を形成することができるので、容易に、発光出力が向上された半導体発光素子を得ることができる。
【００１１】
この場合において、好ましくは、活性層の上面上には、拡散抑止層がさらに形成されている。このように構成すれば、第２導電型の不純物を選択拡散させた場合でも、拡散抑止層により、活性層中に不純物が拡散するのを抑止することができるので、活性層を多重量子井戸構造に構成した場合でも、活性層中に不純物が拡散されることに起因する活性層の劣化を抑制することができる。このため、活性層を多重量子井戸構造に構成した場合でも、活性層の発光出力が低下するのを抑制することができるので、容易に、半導体発光素子の発光出力を向上させることができる。
【００１２】
上記拡散抑止層が形成された構成において、好ましくは、コンタクト部の上面上に形成されるコンタクト層をさらに備え、拡散抑止層の厚みは、コンタクト層の厚みよりも小さい。このように構成すれば、活性層の上面上に拡散抑止層を形成した場合でも、活性層からの光が拡散抑止層で吸収されるのを抑制することができるので、取り出される光の量が減少するのを抑制することができる。このため、より容易に、半導体発光素子の発光出力を向上させることができる。
【００１３】
上記拡散抑止層が形成された構成において、拡散抑止層を、活性層と半絶縁性半導体層との間に配置するとともに、活性層および半絶縁性半導体層のそれぞれに接触するように形成することができる。
【００１４】
この発明の第２の局面における半導体発光素子アレイは、上記第１の局面による半導体発光素子が所定列に配列された状態でモノリシックに形成された半導体発光素子アレイである。このように構成すれば、容易に、発光出力を向上させることが可能な半導体発光素子アレイを得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、発光出力を向上させることが可能な半導体発光素子および半導体発光素子アレイを容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、半導体発光素子の一例である発光ダイオード素子（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子）に本発明を適用した場合について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の構造を示した断面図である。図２は、図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の活性層の構造を示した断面図である。まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の構造について説明する。
【００１８】
一実施形態によるＬＥＤ素子は、図１に示すように、約３５０μｍの厚みを有するｎ型ＧａＡｓ基板１上に、約０．２μｍの厚みを有するｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層２が形成されている。バッファ層２上には、約１．０μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなる第１クラッド層３が形成されている。第１クラッド層３上には、ｎ型の活性層４が形成されている。
【００１９】
ここで、本実施形態では、第１クラッド層３上に形成された活性層４は、多重量子井戸（ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造に構成されている。具体的には、活性層４は、図２に示すように、約１０ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ａｓからなる５０層の量子井戸層４ａと、約５ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓからなる５０層の障壁層４ｂとが交互に積層されて構成されている。
【００２０】
また、本実施形態では、図１に示すように、活性層４上に、半絶縁性のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる拡散抑止層５が形成されている。この拡散抑止層５（Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）のＡｌ組成比は、後述する第２クラッド層６（Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ）のＡｌ組成比よりも小さい。このため、拡散抑止層５における亜鉛（Ｚｎ）の拡散速度は、第２クラッド層６における亜鉛（Ｚｎ）の拡散速度よりも遅くなる。これにより、活性層４と第２クラッド層６との間に拡散抑止層５が形成されることによって、後述する製造プロセスにおいてｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）が第２クラッド層６中に選択拡散された際に、拡散抑止層５の位置で亜鉛（Ｚｎ）の拡散が抑止される。したがって、拡散抑止層５下に形成された活性層４内への亜鉛（Ｚｎ）の拡散が抑制される。
【００２１】
また、本実施形態では、拡散抑止層５の厚みは、約０．０５ｎｍと極めて小さい厚みに構成されている。これにより、拡散抑止層５のＡｌの組成比を小さくすることによって、拡散抑止層５における光の吸収率が増加したとしても、活性層４からの光が拡散抑止層５で吸収されるのを抑制することが可能となる。
【００２２】
また、拡散抑止層５上には、約０．５μｍの厚みを有する半絶縁性のＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなる第２クラッド層６が形成されている。この第２クラッド層６は、ｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）が選択拡散されることによって形成されたｐ型の不純物選択拡散領域７を有している。なお、第２クラッド層６は、本発明の「半絶縁性半導体層」の一例であり、ｐ型の不純物選択拡散領域７は、本発明の「第２導電型領域」の一例である。また、不純物選択拡散領域７表面の所定領域には、後述するコンタクト層８ａを介してｐ側電極１１が電気的に接続（オーミック接続）されるコンタクト部７ａが設けられている。
【００２３】
ここで、本実施形態では、不純物選択拡散領域７は、コンタクト部７ａの下方に形成された第１領域７ｂと、第１領域７ｂ以外の第２領域７ｃとから構成されている。また、第１領域７ｂにおける亜鉛（Ｚｎ）の拡散深さ（第２クラッド層６表面から拡散フロント７１ｂまでの深さ方向の距離）は、第２領域７ｃにおける亜鉛（Ｚｎ）の拡散深さ（第２クラッド層６表面から拡散フロント７１ｃまでの深さ方向の距離）よりも小さくなるように構成されている。すなわち、不純物選択拡散領域７の第２領域７ｃは、その拡散フロント７１ｃが拡散抑止層５に達するように構成されている一方、不純物選択拡散領域７の第１領域７ｂは、その拡散フロント７１ｂが拡散抑止層５に達しないように構成されている。このため、不純物選択拡散領域７の第１領域７ｂの下方（第１領域７ｂと活性層４との間）には、高抵抗の半絶縁性領域６ａが形成されている。
【００２４】
なお、拡散抑止層５は、極めて小さい厚み（約０．０５ｎｍ）に構成されているとともに、活性層４と第２クラッド層６との間にそれぞれの層と接触するように形成されているため、不純物選択拡散領域７の第２領域７ｃが拡散抑止層５まで達することにより、この第２領域７ｃと活性層４とによって、実質的にｐｎ接合が形成されている。
【００２５】
また、第２クラッド層６上には、約０．１μｍの厚みを有するアンドープＧａＡｓからなるコンタクト層８が形成されている。このコンタクト層８には、不純物選択拡散領域７表面を露出させる開口部８ｂが設けられている。また、不純物選択拡散領域７表面の所定領域に設けられたコンタクト部７ａの上面上には、約０．１μｍの厚みを有するアンドープＧａＡｓからなるコンタクト層８ａが形成されている。
【００２６】
また、コンタクト層８の上面上には、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍの厚みを有するとともに、開口部９ａを有するＳｉ３Ｎ４からなる層間絶縁膜９が形成されている。そして、コンタクト層８の開口部８ｂと層間絶縁膜９の開口部９ａとによって、活性層４からの光を取り出す発光窓１０が構成されている。
【００２７】
一方、コンタクト層８ａ上には、コンタクト層８ａ側から、Ｔｉ層（図示せず）、Ａｕ層（図示せず）、Ｚｎ層（図示せず）およびＡｕ層（図示せず）が順次積層された約１．２μｍの合計厚みを有するｐ側電極１１が形成されている。このｐ側電極１１は、コンタクト層８ａを介して、不純物選択拡散領域７のコンタクト部７ａと電気的に接続（オーミック接続）されている。なお、ｐ側電極１１は、本発明の「電極」の一例である。
【００２８】
また、ＧａＡｓ基板１の裏面上には、ＧａＡｓ基板１の裏面に近い方から、Ｔｉ層（図示せず）、Ａｕ層（図示せず）、Ｎｉ層（図示せず）、Ｇｅ層（図示せず）およびＡｕ層（図示せず）が順次積層された約０．５μｍの合計厚みを有するｎ側電極１２が形成されている。
【００２９】
本実施形態では、上記のように、活性層４の上面上に形成された不純物選択拡散領域７を、コンタクト部７ａの下方に形成された第１領域７ｂと、第１領域７ｂ以外の第２領域７ｃとから構成するとともに、第１領域７ｂと活性層４との間に高抵抗の半絶縁性領域６ａを形成することによって、ｐ側電極１１とｎ側電極１２との間に順方向の電流を流した際に、コンタクト部７ａの下方に形成された第１領域７ｂ下の領域に電流が流れないように構成することができる。このため、発光させたとしてもｐ側電極１１によって遮光されるコンタクト部７ａの下方領域（第１領域７ｂ下の領域）を発光させないように構成することができる。一方、第１領域７ｂ下の領域に電流が流れないように構成することによって、第２領域７ｃ下の領域に流れる電流量を増加させることができるので、ｐ側電極１１によって遮光されないコンタクト部７ａの下方領域以外の領域（第２領域７ｃ下の領域）での発光効率を向上させることができる。これにより、ｐ側電極１１によって遮光される光の量を減少させることができるとともに、ｐ側電極１１によって遮光されない光の量を増加させることができるので、発光窓１０から取り出される光の量を増加させることができる。その結果、ＬＥＤ素子の発光出力を向上させることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、活性層４を、５０層の量子井戸層４ａと５０層の障壁層４ｂとが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造に構成することによって、活性層４を単層で構成した場合に比べて、活性層４の発光出力を向上させることができる。具体的には、活性層４をＭＱＷ構造に構成することによって、単層で構成した場合の数倍の発光出力を得ることができる。このため、不純物選択拡散領域７の第１領域７ｂと活性層４との間に半絶縁性領域６ａを形成するとともに、活性層４をＭＱＷ構造に構成することによって、容易に、発光窓１０から取り出される光の量を増加させることができる。その結果、ＬＥＤ素子の発光出力をより向上させることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、活性層４の上面上に、拡散抑止層５を接触するように形成することによって、ｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）を選択拡散させた場合でも、拡散抑止層５により、活性層４中に亜鉛（Ｚｎ）が拡散するのを抑止することができるので、活性層４をＭＱＷ構造に構成した場合でも、活性層４中に亜鉛（Ｚｎ）が拡散されることに起因する活性層４の劣化を抑制することができる。このため、活性層４をＭＱＷ構造に構成した場合でも、活性層４の発光出力が低下するのを抑制することができるので、容易に、ＬＥＤ素子の発光出力を向上させることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、拡散抑止層５の厚みを、コンタクト層８（８ａ）の厚み（約０．１μｍ）よりも小さい約０．０５ｎｍに構成することによって、活性層４の上面上に拡散抑止層５を形成した場合でも、活性層４からの光が拡散抑止層５で吸収されるのを抑制することができるので、発光窓１０から取り出される光の量が減少するのを抑制することができる。このため、より容易に、ＬＥＤ素子の発光出力を向上させることができる。
【００３３】
図３〜図１１は、図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１〜図１１を参照して、本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスについて説明する。
【００３４】
まず、図３に示すように、ＭＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）を用いて、ＧａＡｓ基板１上に、バッファ層２、第１クラッド層３、活性層４、拡散抑止層５、第２クラッド層６、および、コンタクト層８を順次成長させる。
【００３５】
具体的には、ＧａＡｓ基板１の上面上に、約０．２μｍの厚みを有するｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層２を成長させる。次に、バッファ層２上に、約１．０μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなる第１クラッド層３を成長させる。次に、第１クラッド層３上に、ｎ型の活性層４を成長させる。なお、活性層４を成長させる際には、図２に示したように、約１０ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ａｓからなる５０層の量子井戸層４ａと、約５ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓからなる５０層の障壁層４ｂとを交互に成長させる。これにより、第１クラッド層３上に、５０層の量子井戸層４ａと５０層の障壁層４ｂとからなるＭＱＷ構造を有するｎ型の活性層４が形成される。
【００３６】
次に、活性層４上に、約０．０５ｎｍの厚みを有する半絶縁性のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる拡散抑止層５を成長させる。次に、拡散抑止層５上に、約０．５μｍの厚みを有するＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなる第２クラッド層６を成長させる。その後、第２クラッド層６上に、約０．１μｍの厚みを有するアンドープＧａＡｓからなるコンタクト層８を成長させる。
【００３７】
続いて、図４に示すように、フォトリソグラフィ技術とウェットエッチングとを用いて、コンタクト層８の所定領域を除去する。これにより、コンタクト層８に開口部８ｂが形成されるとともに、この開口部８ｂによって、第２クラッド層６の上面の所定領域が露出される。また、第２クラッド層６の上面上であるとともに、開口部８ｂの内側の所定領域（コンタクト部７ａ上）には、コンタクト層８ａが形成される。なお、ウェットエッチングには、たとえば、アンモニア系のエッチング液を用いる。
【００３８】
次に、図５に示すように、露出された第２クラッド層６の上面上、コンタクト層８および８ａの表面上を覆うように、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍの厚みを有するＳｉ３Ｎ４からなる層間絶縁膜９を形成する。その後、図６に示すように、フォトリソグラフィ技術とＣＦ４ガスによるプラズマエッチングとを用いて、コンタクト層８の開口部８ｂの内側に形成された層間絶縁膜９を除去する。これにより、活性層４からの光を取り出す発光窓１０が形成される。
【００３９】
次に、図７に示すように、層間絶縁膜９の上面上、露出された第２クラッド層６の上面上、および、コンタクト層８ａの上面上を覆うように、ｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）の拡散源となるＺｎＯ層１３を形成する。そして、図８に示すように、ＺｎＯ層１３の上面上、および、ＧａＡｓ基板１の裏面上に、Ｓｉ３Ｎ４からなるキャップ層１４をそれぞれ形成する。
【００４０】
その後、約６５０℃の熱処理温度で約６０分間熱処理を行うことによって、図９に示すように、ＺｎＯ層１３の亜鉛（Ｚｎ）を第２クラッド層６中に拡散させる。なお、この場合、層間絶縁膜９は、選択拡散膜として機能する。これにより、第２クラッド層６中にｐ型の不純物選択拡散領域７が形成される。
【００４１】
ここで、本実施形態では、コンタクト部７ａ上に形成されたコンタクト層８ａ（ＧａＡｓ）のＡｌの組成比は、第２クラッド層６（Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ）のＡｌの組成比よりも小さいため、コンタクト層８ａにおける亜鉛（Ｚｎ）の拡散速度は、第２クラッド層６における亜鉛（Ｚｎ）の拡散速度よりも遅くなる。このため、拡散速度の違いに起因して、不純物選択拡散領域７のコンタクト部７ａ（コンタクト層８ａ）下の領域（第１領域７ｂ）では、それ以外の領域（第２領域７ｃ）に比べて、亜鉛（Ｚｎ）の拡散深さが小さく（浅く）なる。これにより、不純物選択拡散領域７の第１領域７ｂの下方（第１領域７ｂと活性層４との間）に、高抵抗の半絶縁性領域６ａが形成される。
【００４２】
なお、拡散抑止層５は、極めて小さい厚み（約０．０５ｎｍ）に構成されているため、不純物選択拡散領域７の第２領域７ｃが拡散抑止層５に達することにより、不純物選択拡散領域７の第２領域７ｃと活性層４とによって、実質的にｐｎ接合が形成される。
【００４３】
その後、図１０に示すように、キャップ層１４および残余のＺｎＯ層１３を除去する。具体的には、ＣＦ４ガスによるプラズマエッチングを用いて、キャップ層１４を除去した後、塩酸を用いてＺｎＯ層１３を除去する。
【００４４】
次に、図１１に示すように、コンタクト層８ａの上面上に、リフトオフ法を用いて、コンタクト層８ａ側から、Ｔｉ層（図示せず）、Ａｕ層（図示せず）、Ｚｎ層（図示せず）およびＡｕ層（図示せず）を順次積層することにより、約１．２μｍの合計厚みを有するｐ側電極１１を形成する。最後に、ＧａＡｓ基板１の裏面上に、ＧａＡｓ基板１の裏面に近い方から、Ｔｉ層（図示せず）、Ａｕ層（図示せず）、Ｎｉ層（図示せず）、Ｇｅ層（図示せず）およびＡｕ層（図示せず）を順次積層することにより、約０．５μｍの合計厚みを有するｎ側電極１２を形成する。これにより、図１に示したような、本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子が得られる。
【００４５】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４６】
たとえば、上記実施形態では、ＡｌＧａＡｓ系の材料を用いてＬＥＤ素子を作製した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＡｌＧａＡｓ系以外の材料を用いてＬＥＤ素子を作製してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、拡散抑止層を、活性層の上面上に接触するように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、拡散抑止層を、活性層と接触しないように形成してもよい。たとえば、活性層と拡散抑止層との間に、ｐ型のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層などの他の半導体層が形成されていてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、活性層の上面上に拡散抑止層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、拡散抑止層を形成しない構成にしてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、ｐ型不純物として亜鉛（Ｚｎ）を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、亜鉛（Ｚｎ）以外の不純物を用いても良い。
【００５０】
また、上記実施形態では、ｎ型の基板を用いてＬＥＤ素子を作製した例を示したが、本発明はこれに限らず、ｐ型の基板を用いてＬＥＤ素子を作製してもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＡｓ基板上に、バッファ層、第１クラッド層、活性層、拡散抑止層、第２クラッド層およびコンタクト層の半導体各層を順次成長させた例を示したが、本発明はこれに限らず、ＭＯＣＶＤ法以外の成長方法を用いて、ＧａＡｓ基板上に上記半導体各層を成長させるようにしてもよい。ＭＯＣＶＤ法以外の方法としては、たとえば、ＶＰＥ（気相エピタキシャル）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシャル）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシャル）法、および、ＣＢＥ（化学ビームエピタキシャル）法などが考えられる。
【００５２】
また、上記実施形態では、層間絶縁膜をＳｉ３Ｎ４から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、層間絶縁膜をＳｉ３Ｎ４以外のＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などから構成してもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、リフトオフ法を用いてｐ側電極を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、リフトオフ法以外の方法を用いてｐ側電極を形成してもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、５０層の量子井戸層と５０層の障壁層とを交互に積層することによって、ＭＱＷ構造を有する活性層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、５０層以外の層数の量子井戸層と５０層以外の層数の障壁層とを交互に積層することによって、ＭＱＷ構造を有する活性層を形成してもよい。
【００５５】
また、本実施形態では、拡散抑止層を、第２クラッド層よりもＡｌ組成比の小さいＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓから構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、第２クラッド層よりもＡｌ組成比が小さければ、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ以外のＡｌＧａＡｓから拡散抑止層を構成してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、バッファ層の上面上に第１クラッド層を接触するように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、バッファ層と第１クラッド層との間に、必要に応じてＤＢＲ（分布ブラッグ反射）層を形成してもよい。
【００５７】
なお、上記実施形態では、１つの発光窓を有するＬＥＤ素子の構成について説明したが、上記実施形態による複数のＬＥＤ素子が所定列に配列された状態でモノリシックに形成されたＬＥＤ素子アレイ（半導体発光素子アレイ）に構成することもできる。このように構成した場合には、発光出力を向上させることが可能なＬＥＤ素子アレイを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の構造を示した断面図である。
【図２】図２は、図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の活性層の構造を示した断面図である。
【図３】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】図１に示した本発明の一実施形態によるＬＥＤ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】特許文献１に記載された従来の半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ ＧａＡｓ基板
２ バッファ層
３ 第１クラッド層
４ 活性層
４ａ 量子井戸層
４ｂ 障壁層
５ 拡散抑止層
６ 第２クラッド層（半絶縁性半導体層）
６ａ 半絶縁性領域
７ 不純物選択拡散領域（第２導電型領域）
７ａ コンタクト部
７ｂ 第１領域
７ｃ 第２領域
８、８ａ コンタクト層
９ 層間絶縁膜
１０ 発光窓
１１ ｐ側電極（電極）
１２ ｎ側電極
１３ ＺｎＯ層
１４ キャップ層
７１ｃ、７１ｂ 拡散フロント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重量子井戸構造を有する第１導電型の活性層と、
前記活性層の上面上に形成された第２導電型領域と、
前記第２導電型領域上に設けられ、電極が接続されるコンタクト部とを備え、
前記第２導電型領域は、前記コンタクト部の下方に形成された第１領域と、前記第１領域以外の第２領域とから構成されており、
前記第１領域と前記活性層との間には、半絶縁性領域が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２】
前記活性層の上面上に形成された半絶縁性半導体層をさらに備え、
前記第２導電型領域は、第２導電型の不純物が前記半絶縁性半導体層に選択拡散されることによって形成された不純物選択拡散領域であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記活性層の上面上には、拡散抑止層がさらに形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記コンタクト部の上面上に形成されるコンタクト層をさらに備え、
前記拡散抑止層の厚みは、前記コンタクト層の厚みよりも小さいことを特徴とする、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記拡散抑止層は、前記活性層と前記半絶縁性半導体層との間に配置されるとともに、前記活性層および前記半絶縁性半導体層のそれぞれに接触するように形成されていることを特徴とする、請求項３または４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の半導体発光素子を複数備え、
前記半導体発光素子が所定列に配列された状態でモノリシックに形成されていることを特徴とする、半導体発光素子アレイ。
【請求項１】
多重量子井戸構造を有する第１導電型の活性層と、
前記活性層の上面上に形成された第２導電型領域と、
前記第２導電型領域上に設けられ、電極が接続されるコンタクト部とを備え、
前記第２導電型領域は、前記コンタクト部の下方に形成された第１領域と、前記第１領域以外の第２領域とから構成されており、
前記第１領域と前記活性層との間には、半絶縁性領域が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２】
前記活性層の上面上に形成された半絶縁性半導体層をさらに備え、
前記第２導電型領域は、第２導電型の不純物が前記半絶縁性半導体層に選択拡散されることによって形成された不純物選択拡散領域であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記活性層の上面上には、拡散抑止層がさらに形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記コンタクト部の上面上に形成されるコンタクト層をさらに備え、
前記拡散抑止層の厚みは、前記コンタクト層の厚みよりも小さいことを特徴とする、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記拡散抑止層は、前記活性層と前記半絶縁性半導体層との間に配置されるとともに、前記活性層および前記半絶縁性半導体層のそれぞれに接触するように形成されていることを特徴とする、請求項３または４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の半導体発光素子を複数備え、
前記半導体発光素子が所定列に配列された状態でモノリシックに形成されていることを特徴とする、半導体発光素子アレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２１０９１４（Ｐ２００８−２１０９１４Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４５０１８（Ｐ２００７−４５０１８）
【出願日】平成１９年２月２６日（２００７．２．２６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（０００２１４８９２）三洋電機コンシューマエレクトロニクス株式会社 (1,582)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２６日（２００７．２．２６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（０００２１４８９２）三洋電機コンシューマエレクトロニクス株式会社 (1,582)
【Ｆターム（参考）】
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