半導体発光素子
【課題】 結晶欠陥の発生を抑え、電極形成面の凹凸を減らして平坦化し、半導体発光素子作成プロセスにおいて電極の剥がれが生じにくい半導体発光素子用ウェハーを提供すること。
【解決手段】 半導体基板１と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層２、発光層３、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層４、及び窓層５、がこの順序で積層されており、該基板には下部電極７、および該窓層には上部電極６が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層１１と発光層より遠い第２窓層１２とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第１の介在層を有することを特徴とするものである。この結果、ヒロックの少ないウェハーを得ることができる。
【解決手段】 半導体基板１と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層２、発光層３、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層４、及び窓層５、がこの順序で積層されており、該基板には下部電極７、および該窓層には上部電極６が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層１１と発光層より遠い第２窓層１２とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第１の介在層を有することを特徴とするものである。この結果、ヒロックの少ないウェハーを得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板の上に化合物半導体結晶を積層して構成される半導体発光素子に関し、特に、積層表面における結晶欠陥を低減し、平坦化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板の上に化合物半導体結晶を積層して構成される半導体発光素子は、結晶格子の長さが０．５％以上異なる格子不整合結晶を利用できるようになって以来、青色から赤外までの広い波長領域で高輝度の発光が可能となってきた。
【０００３】例えば、米国特許５，００８，７１８号公報に記載されている緑色発光する半導体発光素子は、図１１１１の如き構造を有する（以下、「従来例１」という）。該半導体発光素子１１００は以下のような手順で作製される。
【０００４】図１１において、ｎ型ＧａＡｓ仮基板（図示せず）の上に該仮基板に格子整合したｎ型ＩｎＡｌＧａＰ第１クラッド層１０２、ノンドープＩｎＡｌＧａＰ発光層１０３、ｐ型ＩｎＡｌＧａＰ第２クラッド層１０４、並びにｐ型ＧａＰ窓層１０５を成長する。ＧａＡｓ仮基板（図示せず）を除去した後、前記ｎ型第１クラッド層１０２上に透明基板層１０９を成長し、半導体発光素子用ウェハーとする。
【０００５】次に、透明基板層１０９上に、ｎ側電極１０７を設ける。窓層１０５の電極形成面１０５ａの中央部に円形のｐ側電極１０６を設ける。前記ウェハーを３００μｍ角程度の大きさに分割して、図１１の半導体発光素子１１００が作製される。両電極１０６、１０７は外部導体と電気的に接続される。例えばｐ側電極１０６には外部導体(図示せず）と接続された直径３０μｍ程度の金属ワイヤ(図示せず）がボンディングされる。
【０００６】半導体発光素子の輝度を高くするため、窓層１０５にはＧａＰを用いている。ＧａＰは結晶格子の値が前記仮基板のＧａＡｓ結晶に比べて約３．４％も小さく、格子不整合結晶であるが、バンドギャップが発光層１０３のＩｎＡｌＧａＰ結晶のバンドギャップより十分大きいため、発光層１０３で発生する発光層１０３のバンドギャップに近いエネルギーの波長の光に対し窓層１０５の透過率を十分高く保つことができる。その結果、発光層１０３から出た光の窓層１０５による吸収を低減し、半導体発光素子の輝度を高くすることができる。
【０００７】半導体発光素子の輝度を高くするには窓層１０５の抵抗値を低くすることも重要である。両電極１０６、１０７から電流を注入すると発光層１０３で波長５６０ｎｍの緑色発光が生じる。窓層１０５の抵抗値が高い場合、ｐ側電極１０６から注入された電流は横方向への広がりが少ないため、発光層１０３のｐ側電極１０６に対向する部分で集中して発光が生じる。発光層３で発生した光のうち、半導体発光素子と外部との境界面に略垂直に入射する光は効率よく半導体発光素子外部に出力されるが、その他の光は前記境界面で反射され、半導体発光素子の輝度に寄与しない。したがって、発光層１０３のｐ側電極１０６に対向する部分で発光が生じた場合、前記境界面に垂直に入射する光も該ｐ側電極１０６で反射され、半導体発光素子の輝度が低下する。
【０００８】抵抗値を下げる方法として窓層１０５のｐ型不純物濃度を高くする方法が良く知られている。ところが、典型的なｐ型不純物であるＺｎ（亜鉛）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｂｅ（ベリリウム）等は結晶中を拡散しやすい物質であり、窓層１０５のｐ型不純物濃度を高くすると発光層３までｐ型不純物が拡散し、該発光層３における電流の光への変換効率そのものが低下し、半導体発光素子の輝度が低下する。
【０００９】このような問題を解決するため、特開平５−３３５６１９号公報では、窓層を２層構造とし、活性層に近い窓層のｐ型不純物濃度を低く、活性層から遠い窓層のｐ型不純物濃度を高くして、電流が発光層全体に広がるようにするとともに、ｐ型不純物が発光層にまで拡散することを防止して半導体発光素子の輝度が低下することを防ぐ技術が開示されている（以下、「従来例２」という）。
【００１０】図１２に、従来例２の半導体発光素子１２００の略断面図を示す。半導体基板１０１に、窓層１０５を２層構造とし、活性層に近い第１窓層１１１と活性層から遠い第２窓層１１２とにより、窓層１０５を構成している。
【００１１】従来例２の半導体発光素子では、窓層１０５にＧａＡｌＡｓを用いているが、ＧａＡｌＡｓはバンドギャップが狭く、緑色光に対しては透過率が低い。本発明者らは窓層をバンドギャップの大きいＧａＰとしても同様の効果が得られることを確認した（以下「従来例の半導体発光素子」という）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窓層に用いるＧａＰのｐ型不純物濃度を高くすると、多数の結晶欠陥がｐ側電極形成面に発生し、該結晶欠陥によりｐ側電極形成面に凹凸が発生する。ｐ側電極１０６は面積が直径約１００μｍ程度と狭いため、ｐ側電極形成面１０５ａに凹凸があるとウェハーを分割し、ｐ側電極１０６にワイヤーをボンディングして半導体発光素子を作成するプロセスにおいて、ｐ側電極１０６が窓層１０５から剥がれ易いという問題がある。
【００１３】上記結晶欠陥のうち、ヒロック（ｈｉｌｌ−ｒｏｃｋ）と呼ばれる結晶欠陥が最も重要である。このヒロック欠陥は、基板と異なる面方位の結晶面が生じるために発生する突起状の欠陥である。いったんヒロック欠陥が発生するとその上に成長される結晶によって平坦化されず、突起状の形状が保たれたまま結晶成長する。本発明者らはヒロック欠陥は、下地よりｐ型不純物濃度が高い層を成長する初期の段階で発生すること、成長層のｐ型不純物濃度が高いほど大量に発生することを見出した。
【００１４】ヒロック欠陥が発生する理由としては、不純物濃度を高くするために、不純物材料を急激に増加させた時、ＧａＰの主要構成元素であるＧａやＰの動きが不純物材料により一時的に妨げられ、成長中の結晶表面全体に均一に分散できないことが原因と考えられる。特にＰ、Ａｓ、Ｎ、Ｓｂ等のＶ族元素は動きにくく、ＩＩＩ族元素と結合して移動するため、同時に使用するＩＩＩ族元素の種類が結晶欠陥の発生の有無と関係が大きい。例えばＩＩＩ族元素がＧａの場合、Ｖ族元素との結合が弱いために、Ｖ族元素が外れやすい。その結果、下地より不純物濃度の高い層の成長初期においてＶ族元素が均一に分散せず、ヒロックが発生するものと考えられる。
【００１５】本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の主要構成元素であるＩＩＩ族元素とＶ族元素が結晶成長過程において結晶表面全体に均一に分散するようにして、ヒロック等の結晶欠陥の発生を抑え、電極形成面の凹凸を減らして平坦化し、上記半導体発光素子作成プロセスにおいて電極の剥がれが生じにくい半導体発光素子用ウェハーを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の半導体発光素子は、基板と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層、及び窓層、がこの順序で積層されており、該基板には下部電極、および該窓層には上部電極が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第１の介在層を有することを特徴とするものである。
【００１７】また、請求項２記載の半導体発光素子の半導体の各層は次の構成よりなることを特徴とするものである。
【００１８】
半導体基板：ＧａＡｓ、第１クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx1Ａｌ1-x1）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ１≦１）、活性層：Ｉｎ0.5（Ｇａx2Ａｌ1-x2）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ２＜１）、または、ＧａyＡｌ1-yＡｓ（但し、０≦ｙ≦１）、または、ＩｎzＧａ1-zＡｓ（但し、０≦ｚ＜１）、第２クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx3Ａｌ1-x3）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ３≦１）、窓 層：ＩｎwＧａx4Ａｌ1-w-x4Ｐ（但し、０≦ｗ≦１、０≦ｘ４≦１）。
【００１９】また、請求項３記載の半導体発光素子は、前記第１の介在層のＩＩＩ族元素はＩｎ(インジウム）元素であり、且つ、第１窓層および第２窓層のＩｎ元素の組成比より高くしたこと特徴とするものである。
【００２０】また、請求項４記載の半導体発光素子は、前記第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍に、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第２の介在層を有し、且つ、第１窓層のＩＩＩ族元素のＩｎの組成比より高くしたこと特徴とするものである。
【００２１】また、請求項５記載の半導体発光素子は、基板と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層、及び窓層、がこの順序で積層されており、該基板および該窓層の片面にはそれぞれ電極が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、前記第２窓層内の不純物濃度を漸次増加させたことを特徴とするものである。
【００２２】また、請求項６記載の半導体発光素子は、前記第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍の前記第１クラッド層内の不純物濃度を漸次増加させたことを特徴とするものである。
【００２３】また、請求項７記載の半導体発光素子は、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍おける前記第２窓層内のＩｎ組成比を不純物濃度の増加にほぼ比例して漸次増加させたことを特徴とするものである。
【００２４】また、請求項８記載の半導体発光素子は、前記第２クラッド層と前記第１窓層との界面上に電流阻止層を配設し、且つ、該電流阻止層の形状は上部電極の形状とほぼ相似形であることを特徴とするものである。
【００２５】また、請求項９記載の半導体発光素子は、前記電流阻止層が次の構成よりなることを特徴とするものである。
電流阻止層：ＩｎvＡｌx6Ｇａ1-v-x6Ｐ（但し、０≦ｖ≦１、０≦ｘ６≦１）。
【００２６】さらに、請求項１０記載の半導体発光素子は、前記電流阻止層が半導体発光素子の中央部または周辺部に設けられていることを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を各図面に基づき詳細に説明する。
［実施の形態１］図１は、本発明にかかる実施の形態１の半導体発光素子を説明する面であり、図１（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図１（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【００２８】本発明の実施の形態１の半導体発光素子１００の結晶成長は、減圧ＭＯＶＰＥ法（減圧ＭＯＣＶＤ法）を用いて行い、半導体発光素子１００の各層は、次の構成より成る。１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッド層であり、不純物はＳｉで不純物濃度は５×１０17ｃｍ-3、厚さ約１μｍ、３はアンドープＩｎ0.5（Ｇａ0.55Ａｌ0.45）0.5Ｐ発光層、厚さ約０．５μｍ、４はｎ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッド層、不純物はＺｎで不純物濃度は５×１０17ｃｍ-3、厚さ約１μｍ、１１はｐ型ＧａＰ第１窓層、不純物はＺｎで不純物濃度は１×１０18ｃｍ-3、厚さ約１μｍ、１２はｐ型ＧａＰ第２窓層、不純物はＺｎで不純物濃度は１×１０19ｃｍ-3、厚さ約５μｍ、であり、第１窓層１１と第２窓層１２とにより、窓層５を形成している。
【００２９】上記各層を積層した後、ｎ型ＧａＡｓ基板１の片面にｎ側電極７、ｐ型窓層１２の片面の電極形成面５ａにｐ側電極６を形成し、半導体発光素子用ウェハー（以下、「実施の形態１のウェハー」という）を作成した。ｎ側電極７は基板１全面に形成するが、ｐ側電極６は光を取り出すために、例えば、直径約１００μｍ程度の円形形状とした。このウェハーを約３００μｍ角の大きさに分割し、半導体発光素子１００を作成した。
【００３０】ｐ型ＧａＰ第１窓層１１とｐ型ＧａＰ第２窓層１２のＺｎの不純物濃度は、それぞれ、１×１０18ｃｍ-3と１×１０19ｃｍ-3と、その界面において、大きな不純物濃度分布に落差があるため、第２窓層１２のヒロック欠陥密度の増加の要因となっていることが分かったため、図１（ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＰ第１窓層１１とｐ型ＧａＰ第２窓層１２との界面近傍に、ＩＩＩ族元素のＩｎを添加した介在層、ＩｎＧａＰ層（第１の介在層）を介在させる構造となっている。
【００３１】実施の形態１においては、第１窓層１１とｐ型ＧａＰ第２窓層１２との界面近傍に、厚さ約０．１μｍのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ層（Ｚｎの不純物濃度１×１０18ｃｍ-3）と厚さ約０．１μｍのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ層（Ｚｎの不純物濃度１×１０19ｃｍ-3）の介在層を持つ構造となっている。
【００３２】これは、ＩｎがＧａと同じく結晶表面を動きやすいこと、ＩｎとＶ族元素との結合はＧａとＶ族元素との結合より強固であるため、不純物濃度が急激に増加しても、ＩｎとＶ族元素（例えば、Ｐ、Ａｓ、Ｎ、Ｓｂ等）との結合が解離し難いことから、Ｖ族元素がＩｎと結合して移動することにより、不純物のＺｎが結晶表面に均一に分散することができるためと考えられる。
【００３３】結晶中のＩＩＩ族原素全体に対する特定のＩＩＩ族原素の割合をＩＩＩ族原素の組成比というが、前記両窓層１１、１２の界面近傍の第１窓層１１および第２窓層１２内の厚さ０．１μｍの領域のＩｎ組成比を約０．０１とすれば、上記Ｖ族元素の均一分散を実現することができた。
【００３４】実施の形態１の半導体発光素子において、要約すると、前記半導体の各層は次の構成よりなるものである。
半導体基板：ＧａＡｓ、第１クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx1Ａｌ1-x1）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ１≦１）、活性層：Ｉｎ0.5（Ｇａx2Ａｌ1-x2）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ２＜１）、または、ＧａyＡｌ1-yＡｓ（但し、０≦ｙ≦１）、または、ＩｎzＧａ1-zＡｓ（但し、０≦ｚ＜１）、第２クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx3Ａｌ1-x3）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ３≦１）、窓 層：ＩｎwＡｌx4Ｇａ1-w-x4Ｐ（但し、０≦ｗ≦１、０≦ｘ４≦１）。
【００３５】図２に、縦軸にヒロック欠陥密度、横軸にＩｎ組成比を取り、第１窓層と第２窓層との間の介在層のＩｎ組成比に対するヒロック欠陥密度の測定結果の一例を示す。
【００３６】図２において、Ｉｎ組成比が、およそ、５×１０-4、９×１０-4、４×１０-3、４×１０-2、に対して、ヒロック欠陥密度は、それぞれ、約１０００、１００、１０、５（個数／ｃｍ2）と、Ｉｎ組成比を０からわずかに大きくするだけでヒロック欠陥密度は大幅に減少することが分かる。図２はＧａＰ単層について測定したものであるが半導体発光素子用ウェハーの場合、Ｉｎ組成比を大きくしたときのヒロック欠陥密度の減少はもう少し緩やかであった。Ｉｎ組成比を更に大きくするとヒロック欠陥密度も減少するが、わずかに加えた場合ほど急激な減少は見られない。
【００３７】一方、窓層５のＩｎ組成比を増加させると、Ｉｎ組成比が０．２３迄は間接遷移の半導体であり、ＧａＰ半導体のバンドギャップの値とほぼ同じであり、ヒロック低減による結晶性の向上により、電流拡散が増加して、輝度は向上する。しかし、窓層５のＩｎ組成比が更に高くなると、窓層５の緑色光に対する透過率が低くなって、半導体発光素子の輝度が低下する。これは、窓層５のバンドギャップが小さくなるためである。
【００３８】従来例の半導体発光素子を作製するウェハー（以下、「従来例のウェハー」という）では、欠陥密度が約１０００個／ｃｍ2であったものが、本実施の形態１のウェハーでは約１００個／ｃｍ2と、１／５に減少した。実施の形態１のウェハーを用いて半導体発光素子を作成した場合の歩留まりは、従来のウェハーを用いた場合に対して、約３０％向上した。発光波長は５６０ｎｍの緑色であり、輝度は従来の半導体発光素子に比べて、約２０％増加することができた。
【００３９】［実施の形態２］図３は、本発明にかかる実施の形態２の半導体発光素子を説明する面であり、図３R>３（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図３（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【００４０】本発明の実施の形態２の半導体発光素子２００の結晶成長は、実施の形態１と同様に、減圧ＭＯＶＰＥ法（減圧ＭＯＣＶＤ法）を用いて行われる。
【００４１】本実施の形態２の半導体発光素子２００は、窓層５全体をＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｐとし、ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ第１窓層（不純物はＺｎで不純物濃度は１×１０18ｃｍ-3、厚さ約１μｍ）２１、ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ第２窓層（不純物はＺｎで不純物濃度は１×１０19ｃｍ-3、厚さ約５μｍ）２２、とにより、窓層５を形成している。
【００４２】そして、第１窓層２１とｐ型ＧａＰ第２窓層２２との界面近傍に、厚さ約０．１μｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｐ層（Ｚｎの不純物濃度１×１０18ｃｍ-3）と厚さ約０．１μｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｐ層（Ｚｎの不純物濃度１×１０19ｃｍ-3）の介在層を持つ構造となっており、その他の各層は、実施の形態１の半導体発光素子と同じである。このように窓層５全体をＩｎＧａＰとしても欠陥密度を減少させることがわかる。
【００４３】本実施の形態２の半導体発光素子構成を有するウェハー（以下、「実施の形態２のウェハー」という）では、欠陥密度を約１０個／ｃｍ2と従来例のウェハーに比べ、１／１００に減少した。実施の形態２のウェハーを用いて半導体発光素子を作成した場合の歩留まりは、従来例のウェハーを用いて作成した場合に対し約４０％向上し、輝度は従来例の半導体発光素子より、約２０％増加した。
【００４４】［実施の形態３］図４は、本発明にかかる実施の形態３の半導体発光素子を説明する面であり、図４R>４（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図４（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【００４５】本実施の形態３の半導体発光素子３００は、窓層５全体をＩｎ0.01（Ｇａ0.8Ａｌ0.2）0.99Ｐ層とＡｌを入れた化合物半導体層とした点を除けば、実施の形態２の半導体発光素子と同じである。
【００４６】即ち、ｐ型Ｉｎ0.01Ａｌ0.2Ｇａ0.79Ｐ第１窓層（不純物はＺｎで不純物濃度は１×１０18ｃｍ-3、厚さ約１μｍ）３１、ｐ型Ｉｎ0.01Ａｌ0.2Ｇａ0.79Ｐ第２窓層（不純物はＺｎで不純物濃度は１×１０19ｃｍ-3、厚さ約５μｍ）３２、とにより、窓層５を形成している。
【００４７】そして、第１窓層３１とｐ型ＧａＰ第２窓層３２との界面近傍に、厚さ約０．１μｍのＩｎ0.01Ａｌ0.2Ｇａ0.79Ｐ層（Ｚｎの不純物濃度１×１０18ｃｍ-3）と厚さ約０．１μｍのＩｎ0.01Ａｌ0.2Ｇａ0.79Ｐ層（Ｚｎの不純物濃度１×１０19ｃｍ-3）の介在層を持つ構造となっている。このように、窓層５全体をＩｎＡｌＧａＰとしても欠陥密度を減少させることがわかる。窓層５を構成するＩＩＩ族元素にＡｌを加えることにより、窓層５のバンドギャップが小さくなることを防ぐことができる。
【００４８】ＩＩＩ族元素Ａｌは窓層のバンドギャップを広げる効果はあるが、Ｇａと同様、Ｖ族元素（例えば、Ｐ、Ａｓ、Ｎ、Ｓｂ等）との結合力が弱いため、結晶欠陥を減らす効果は無い。さらに、結晶表面を移動する速度が遅いためＩｎによる結晶欠陥を抑制する効果を失わせる傾向がある。このため、緑色光を発生する半導体発光素子においては、前記第１窓層３１と第２窓層３２の界面近傍の第１窓層３１および第２窓層３２内のＩｎ組成比を０．２以上とすることは困難であった。
【００４９】本実施の形態３の半導体発光素子構成を有するウェハー（以下、「実施の形態３のウェハー」という）では欠陥密度は３０個／ｃｍ2と実施の形態２のウェハーに比較して欠陥密度は約３倍となった。しかし、従来例のウェハーに比べると欠陥密度は約１／３０である。本実施の形態３の半導体発光素子の輝度は従来例の半導体発光素子ｉ比べて、約３０％増加した。
【００５０】実施の形態３の半導体発光素子において、要約すると、前記半導体の各層は次の構成よりなるものである。
半導体基板：ＧａＡｓ、第１クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx1Ａｌ1-x1）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ１≦１）、活性層：Ｉｎ0.5（Ｇａx2Ａｌ1-x2）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ２＜１）、または、ＧａyＡｌ1-yＡｓ（但し、０≦ｙ≦１）、または、ＩｎzＧａ1-zＡｓ（但し、０≦ｚ＜１）、第２クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx3Ａｌ1-x3）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ３≦１）、窓 層：ＩｎwＡｌx4Ｇａ1-x4Ｐ（但し、０≦ｗ≦１、０≦ｘ４≦１）。
【００５１】［実施の形態４］図５は、本発明にかかる実施の形態４の半導体発光素子を説明する面であり、図５R>５（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図５（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【００５２】本発明の実施の形態４の半導体発光素子４００の結晶成長は、減圧ＭＯＶＰＥ法（減圧ＭＯＣＶＤ法）を用いて行い、図５（ｂ）に示すように第２クラッド層４と第１窓層４１との界面近傍の第１窓層４１内にもＩｎを添加し、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ層とした点、第２の介在層を配設した点、を除けば、実施の形態１の半導体発光素子１００と同じである。第１窓層４１と第２窓層１２とにより、窓層５を構成している。
【００５３】本実施の形態４の半導体発光素子構成を有するウェハー（以下、「実施の形態４のウェハー」という）では欠陥密度が約８０個／ｃｍ2であり、実施の形態４のウェハーを用いて半導体発光素子を作成した場合の歩留まりは、従来例のウェハーを用いた場合に対し、約４０％向上した。
【００５４】［実施の形態５］図６は、本発明にかかる実施の形態５の半導体発光素子を説明する面であり、図６R>６（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図６（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるｐ型不純物濃度の分布を示す図である。
【００５５】実施の形態５の半導体発光素子５００は、第１窓層１１と第２窓層５２の界面近傍の第２窓層５２内の厚さ１μｍの領域において、ｐ型（Ｚｎ）不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3から１×１０19ｃｍ-3まで１桁漸次増加させた点を除けば、実施の形態１の半導体発光素子と同じである。
【００５６】本実施の形態５の半導体発光素子構成を有するウェハー（以下、「実施の形態５のウェハー」という）では、欠陥密度が従来のウェハーでは、約１０００個／ｃｍ2であったものが、約５００個／ｃｍ2と半減させることができた。実施の形態５のウェハーを用いて半導体発光素子を作成した場合の歩留まりは、従来例のウェハーを用いた場合に比べて、約７％向上した。
【００５７】［実施の形態６］図７は、本発明にかかる実施の形態６の半導体発光素子を説明する面であり、図７R>７（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図７（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布、及び第１窓層６１と第２窓層６２のｐ型不純物濃度の分布を示す図である。
【００５８】本実施の形態６の半導体発光素子６００は、第１窓層６１と第２クラッド層４との界面近傍の第１窓層６１内の厚さ０．２μｍの領域において、ｐ型不純物濃度を５×１０17ｃｍ-3から１×１０18ｃｍ-3まで半桁漸次増加させたことを除けば実施の形態５の半導体発光素子と同じである。
【００５９】実施の形態５のウェハーの欠陥密度は約５００個／ｃｍ2であったが、本実施の形態６の半導体発光素子構成を有するウェハー（以下、「実施の形態６のウェハー」という）では欠陥密度が約３００個／ｃｍ2とさらに減少させることができた。実施の形態６のウェハーを用いて半導体発光素子を作成した場合の歩留まりは、従来例のウェハーを用いた場合の歩留まりに対し、約１０％向上した。
【００６０】［実施の形態７］図８は、本発明にかかる実施の形態７の半導体発光素子を説明する面であり、図８R>８（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図８（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図、及び、図８（ｃ）は、第１窓層６１と第２窓層６２と第２クラッド層のｐ型不純物濃度の分布を示す図である。
【００６１】本実施の形態７の半導体発光素子７００は、第１窓層７１の組成はＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ層であり、第１窓層７１と第２窓層７２との界面近傍の第１窓層７１内の厚さ約１μｍの領域において、Ｉｎ組成比を０．０１から０．０５まで漸次増加させて、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｐ層にするとともに、ｐ型不純物濃度も１×１０18ｃｍ-3から１×１０19ｃｍ-3までＩｎ組成比の増加にほぼ比例して漸次増加させた点を除けば、第１の実施の形態の半導体発光素子と同じである。
【００６２】本実施の形態７の半導体発光素子構成を有するウェハー（以下、「実施の形態７のウェハー」という）では、欠陥密度を約０〜５個／ｃｍ2と略無欠陥とすることができた。この実施の形態７のウェハーを用いて半導体発光素子を作成した場合の歩留まりは、従来例のウェハーを用いた場合に対し、約５０％向上した。
【００６３】［実施の形態８］図９は、本発明にかかる実施の形態８の半導体発光素子８００を説明するための略断面図である。実施の形態１の半導体発光素子１００との違いは、第２クラッド層４と第１窓層１１との間の第２クラッド層４上で、且つ、ｐ側電極６と対向する位置に、ｎ型電流阻止層８を設けた点である。
【００６４】ｐ側電極６の下に位置する発光層３の部分で発生した光は、ｐ側電極６で反射されて、外部へ放射され難い。即ち、ｐ側電極６の下に位置する発光層３の領域を流れる発光電流は、外部発光出力にあまり寄与しない無効電流である。ｎ型電流阻止層８は、ｐ型第２クラッド層４との界面で、ｎ−ｐ接合を形成している。半導体発光素子に電流を流すため、両電極６、７に順バイアス電圧を印加した時、前記接合は逆バイアスとなって、電流の流れを阻止する。従って、半導体発光素子に注入された電流は、すべて発光層３のｐ側電極６に対向していない部分に流れることになり、無効電流が殆ど無くなる。この場合、電流阻止層８の形状は、上部ｐ型電極６の形状とほぼ相似形である。
【００６５】ｎ型電流阻止層８の組成は、一般的には、ＩｎvＡｌx6Ｇａ1-v-x6Ｐ（但し、０≦ｖ≦１、０≦ｘ６≦１）が用いられ、望ましい組成の一例として、Ｉｎ0.01Ａｌ0.01Ｇａ0.98Ｐがある。
【００６６】本実施の形態８にかかる半導体発光素子では、ｐ側電極６およびｎ型電流阻止層８は、直径約１００μｍの円形形状とした。これはｐ側電極６の面積を電流を流すために施すワイヤをボンディングができる必要最小限の大きさとし、ｐ側電極６による輝度低下を最小限に抑えるためである。ｐ側電極６およびｎ型電流阻止層８は素子の中央部に設けている。このため発光層３全面に均一に電流を流すことができ、半導体発光素子の輝度を従来例に比べて、約４０％増加することができた。この半導体発光素子は屋外用表示板等の用途に用いることができる。
【００６７】［実施の形態９］図１０は、本発明の実施の形態９にかかる半導体発光素子９００の略断面図を表している。実施の形態８の半導体発光素子８００と同様、第２クラッド層４と第１窓層の間で第２クラッド層４上のｐ側電極６と対向する位置にｎ型電流阻止層８を設けた。本実施の形態９にかかる半導体発光素子９００では、ｐ側電極６およびｎ型電流阻止層８は、素子中央部分の直径約１００μｍの円形形状の部分を残して、素子の周辺部分に設けた。電流が素子中央の直径約１００μｍの狭い部分に集中するため、電流のＯＮ／ＯＦＦに対する光のＯＮ／ＯＦＦの応答速度を高めることができ、このため光通信用の光源として用いることができる。
【００６８】ｐ側電極６およびｎ型電流阻止層８を形成しない部分の面積Ｓは必要な輝度と応答速度の値とによって決定される。即ち、応答速度が遅くても良いが高い輝度が要求される場合は、Ｓを大きくし、逆に輝度は低くても良いが応答速度を早くする必要がある場合にはＳを小さくする。
【００６９】面積Ｓと輝度Ｂとの関係については、面積Ｓを大きくしても、輝度Ｂはあまり変化しない。これは、面積Ｓを大きくすると、電流密度が低下し、輝度Ｂは電流量に比例するからである。
【００７０】一方、面積Ｓと応答速度τとの関係については、面積Ｓを小さくすると、応答速度τは向上する。しかし、あまり小さくし過ぎると、抵抗の増加という悪影響が生じる。一例として、面積Ｓ＝１００μｍφでは、電流Ｉ＝２０ｍＡで、順方向電圧ＶF＝１．９５Ｖであり、Ｓ＝５０μｍφでは、Ｉ＝２０ｍＡで、順方向電圧ＶF＝２．２Ｖとなり、応答速度τは約２０％向上する。しかし、順方向電圧ＶFが０．２５Ｖ増加するので、本発明では、面積Ｓ＝１００μｍφが多く用いられる。応答速度τの具体的な数値の一例として、面積Ｓ＝１００μｍφとすることにより、応答速度τ１７．１μｓを４．４μｓに向上することができた。
【００７１】発光層をＩｎ0.1Ｇａ0.9Ａｓとすることにより、発光波長９５０ｎｍの半導体発光素子が得られ、赤外光を用いた無線通信用の光源として有効である。一方、発光層をＧａ0.9Ａｌ0.1Ａｓとすることにより、発光波長８５０ｎｍの半導体発光素子が得られる。前記発光波長の異なる２つの半導体発光素子を光源として用いることにより、赤外光を用いた波長多重無線通信が可能となる。また、上り信号と下り信号とで発光波長を変えることにより、赤外光を用いた全二重無線通信を行なうことも可能となる。
【００７２】また発光面積が小さいので、半導体発光素子の出射光を光ファイバーへ入射することが容易である。特に、光ファイバーとしてコアがプラスチックの光ファイバー（ＡＰＦ）を用いる場合、発光層３をＩｎ0.5（ＧａxＡｌ1-x）0.5Ｐとし、Ａｌの組成比ｘを０から１の間で調節することにより、ＡＰＦの伝送損失の小さい波長５５０ｎｍ〜６８０ｎｍの発光波長を有する半導体発光素子が得られる。この半導体発光素子は、ＡＰＦを用いた光ファイバ通信用の光源として有効である。
【００７３】以上の説明は第１クラッド層、発光層、第２クラッド層に基板に格子整合した結晶薄膜を用いた場合について説明したが、格子不整合結晶薄膜を用いても効果は変わらないことは明らかである。
【００７４】また、基板としてはＧａＡｓの場合について説明したが、サファイア等の絶縁性結晶、およびＳｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）等のＩＶ族半導体、ＺｎＳｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であっても良い。
【００７５】また、Ｖ族元素にＰを用いた場合について説明したが、Ａｓ、Ｎ、Ｓｂ等その他のＶ族元素を用いても同様の効果が得られる。
【００７６】要約すると、不純物濃度が異なる複数の窓層を積層する時、その窓層を構成する主要構成元素のうちＩＩＩ族元素として結晶成長過程において結晶表面での動きが早く、Ｖ族元素と結合が強いＩｎを添加することが重要である。しかし、Ｉｎは半導体のバンドギャップを小さくするので、添加量は発光層で生じた光に対し透過率を高く保つ範囲とする必要がある。
【００７７】
【発明の効果】本発明の請求項１記載の半導体発光素子よれば、基板と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層、及び窓層、がこの順序で積層されており、該基板には下部電極、および該窓層には上部電極が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第１の介在層を有することを特徴とするものである。
【００７８】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥（ヒロック（ｈｉｌｌ−ｒｏｃｋ）と呼ばれる結晶欠陥）を大きく減少させることができ、その結果、このウェハーを用いた半導体発光素子作製時の電極剥離による不良品の発生を減少させ、半導体発光素子の生産歩留まりを高くすることができる。
【００７９】また、請求項２記載の半導体発光素子によれば、半導体の各層は次の構成よりなることを特徴とするものである。
半導体基板：ＧａＡｓ、第１クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx1Ａｌ1-x1）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ１≦１）、活性層：Ｉｎ0.5（Ｇａx2Ａｌ1-x2）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ２＜１）、または、ＧａyＡｌ1-yＡｓ（但し、０≦ｙ≦１）、または、ＩｎzＧａ1-zＡｓ（但し、０≦ｚ＜１）、第２クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx3Ａｌ1-x3）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ３≦１）、窓 層：ＩｎwＧａx4Ａｌ1-w-x4Ｐ（但し、０≦ｗ≦１、０≦ｘ４≦１）。
【００８０】従って、従来例のＧａＰに比べ、ＩｎやＡｌを添加することにより、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥を減少させることができるウェハーの構成を提供できる。
【００８１】また、請求項３記載の半導体発光素子よれば、前記第１の介在層のＩＩＩ族元素はＩｎ(インジウム）元素であり、且つ、第１窓層および第２窓層のＩｎ元素の組成比より高くしたこと特徴とするものである。従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥を減少させることができるウェハー作製手段を提供することができる。窓層にＩｎを添加し過ぎると、従来例のＧａＰに比べ、抵抗率が増加し、動作電圧（順方向電圧ＶF）が増加するが、第２窓層にのみＩｎ元素の組成比を高くすることにより、結晶欠陥は減少し、且つ、第１窓層のＩｎ元素の組成比は低いため、動作電圧を低くすることができる。
【００８２】更に、請求項１から３に記載の半導体発光素子は、基板と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、および反対導電型の第２クラッド層並びに窓層がこの順序で結晶成長されており、前記基板および窓層にはそれぞれ電極が形成され、前記窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層を有し、前記第２窓層は前記第１窓層より不純物濃度の高い半導体発光素子であって、前記第１窓層および第２窓層における前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の主要構成元素の組成比、もしくは前記第２窓層内の不純物濃度を前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において変化させ、結晶成長過程における主要構成元素を均一に分散させることにより、窓層の電極形成面における結晶欠陥を低減することができる。特に、前記結晶成長過程における主要構成元素を均一に分散させる手段として、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍における第１窓層および第２窓層内のＩｎ組成比を、前記界面近傍から離れた各層内のＩｎ組成比よりも高くしたことを特徴とするものである。
【００８３】また、請求項４記載の半導体発光素子よれば、前記第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍に、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第２の介在層を有し、且つ、第１窓層のＩＩＩ族元素のＩｎの組成比より高くしたこと特徴とするものである。
【００８４】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥を請求項３の手段に対し、より一層減少させることができるウェハー作製手段を提供することができる。また、第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍（約０．１μｍ厚程度）に結晶欠陥が多く存在するため、この界面近傍のみＩｎ組成比を高くすることにより、動作電圧はあまり上がらず、且つ、結晶欠陥を減少させることができる。
【００８５】また、請求項４に記載の発明にかかる半導体発光素子は前記結晶成長過程における主要構成元素を均一に分散させる手段として、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍に加えて、前記発光層と前記第１窓層の界面近傍における第１窓層内のＩｎ組成比を、前記界面近傍から離れた第１窓層内のＩｎ組成比よりも高くしたことを特徴とするものである。
【００８６】また、請求項５記載の半導体発光素子よれば、基板と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層、及び窓層、がこの順序で積層されており、該基板および該窓層の片面にはそれぞれ電極が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、前記第２窓層内の不純物濃度を漸次増加させたことを特徴とするものである。
【００８７】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の発光波長に対する透過率を減少させること無く、窓層の電極形成面上の結晶欠陥を減少させるウェハー作製手段を提供することができる。従来例では、不純物濃度を急激に変化させた界面近傍では、結晶欠陥が発生しやすかったが、不純物濃度を漸次増加させることにより、透過率及び抵抗率とも従来例と変わらないため、動作電圧も変わらず、Ｉｎを添加する場合に比べて、効果はやや小さいが、結晶欠陥は約１／２に低減でき、歩留まりを約７％向上することができた。
【００８８】また、請求項６記載の半導体発光素子よれば、前記第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍の前記第１クラッド層内の不純物濃度を漸次増加させたことを特徴とするものである。
【００８９】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の発光波長に対する透過率を減少させること無く、窓層の電極形成面上の結晶欠陥を請求項５の手段に比べ、さらに一層減少させるウェハー作製手段を提供することができる。クラッド層と窓層の界面近傍では、結晶欠陥が発生しやすいが、界面近傍の不純物濃度を漸次増加させることにより、透過率及び動作電圧をＩｎを増加させる場合に比べて、効果はやや小さいものの、結晶欠陥は約３／１０に低減することができた。
【００９０】また、請求項７記載の半導体発光素子よれば、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍おける前記第２窓層内のＩｎ組成比を不純物濃度の増加にほぼ比例して漸次増加させたことを特徴とするものである。
【００９１】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥を請求項４、６の手段に対し、更に減少させることができるウェハー作製手段を提供することができる。この結果、歩留まりを約５０％向上することができた。
【００９２】また、請求項８記載の半導体発光素子よれば、前記第２クラッド層と前記第１窓層との界面上に電流阻止層を配設し、且つ、該電流阻止層の形状は上部電極の形状とほぼ相似形であることを特徴とするものである。
【００９３】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥が少なく、歩留まりの良好で、無効電流の少ない半導体発光素子を提供することができる。この結果、半導体発光素子の輝度を約４０％増加することができた。
【００９４】また、請求項９記載の半導体発光素子よれば、前記電流阻止層が次の構成よりなることを特徴とするものである。
電流阻止層：ＩｎvＡｌx6Ｇａ1-v-x6Ｐ（但し、０≦ｖ≦１、０≦ｘ６≦１）。
【００９５】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥が少なく、歩留まりの良好で、無効電流の少ない半導体発光素子の構成を提供できる。クラッド層と窓層の間に、ＩｎとＡｌを含むＩｎＡｌＧａＰ電流阻止層を有するため、結晶欠陥をさらに低減することができ、一例として、結晶欠陥を０〜３／ｃｍ2程度まで低減することができた。
【００９６】さらに、請求項１０記載の半導体発光素子よれば、前記電流阻止層が半導体発光素子の中央部または周辺部に設けられていることを特徴とするものである。
【００９７】従って、窓層の電極形成面上の結晶欠陥が少なく、歩留まりが高く、輝度の高い半導体発光素子または電流のＯＮ／ＯＦＦに対する光のＯＮ／ＯＦＦの応答が速い（変調速度の早い）半導体発光素子を提供することができる。また、電流阻止層が半導体発光素子の周辺部に設けられている場合、電流が中央部に集中し、発光部の電流密度が増加するため、動作電流を小さく選ぶことも可能であり、そのため、応答速度は、面積Ｓ＝１００μｍφとすることにより、本発明の請求項１〜９記載の半導体発光素子の発光応答速度τが１７．１μｓであったものを、本発明の請求項１０記載の半導体発光素子の発光応答速度τを４．４μｓに向上することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態１に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【図２】本発明のＧａＡｓ基板上のＧａＰ単層におけるヒロック密度のＩｎ組成比依存性を表す図である。
【図３】本発明の一実施の形態２に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態３に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態４に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態５に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるｐ型不純物濃度の分布を示す図である。
【図７】本発明の一実施の形態６に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布、及び第１窓層６１と第２窓層６２のｐ型不純物濃度の分布を示す図である。
【図８】本発明の一実施の形態７に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図、（ｃ）は第１窓層と第２窓層と第２クラッド層のｐ型不純物濃度の分布を示す図である。
【図９】本発明の一実施の形態８に係る半導体発光素子を説明するための略断面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態９に係る半導体発光素子を説明するための略断面図である。
【図１１】従来例１の半導体発光素子の略断面図である。
【図１２】従来例２の半導体発光素子の略断面図である。
【符号の説明】
１００ 本発明の実施の形態１の半導体発光素子
２００ 本発明の実施の形態２の半導体発光素子
３００ 本発明の実施の形態３の半導体発光素子
４００ 本発明の実施の形態４の半導体発光素子
５００ 本発明の実施の形態５の半導体発光素子
６００ 本発明の実施の形態６の半導体発光素子
７００ 本発明の実施の形態７の半導体発光素子
８００ 本発明の実施の形態８の半導体発光素子
９００ 本発明の実施の形態９の半導体発光素子
１ ｎ型ＧａＡｓ基板
２ ｎ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッド層
３ アンドープＩｎ0.5（Ｇａ0.55Ａｌ0.45）0.5Ｐ発光層
４ ｎ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッド層
５ 窓層
５ａ 電極形成面
６ ｐ側電極（上部電極）
７ ｎ側電極（下部電極）
８ ｎ型電流阻止層
１１ ｐ型ＧａＰ第１窓層
１２ ｐ型ＧａＰ第２窓層
２１ ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ第１窓層
２２ ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ第２窓層
３１ ｐ型Ｉｎ0.01Ａｌ0.2Ｇａ0.79Ｐ第１窓層
３２ ｐ型Ｉｎ0.01Ａｌ0.2Ｇａ0.79Ｐ第２窓層
４１ 第１窓層
６１ 第１窓層
６２ 第２窓層
７１ ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ第１窓層
７２ 第２窓層
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板の上に化合物半導体結晶を積層して構成される半導体発光素子に関し、特に、積層表面における結晶欠陥を低減し、平坦化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板の上に化合物半導体結晶を積層して構成される半導体発光素子は、結晶格子の長さが０．５％以上異なる格子不整合結晶を利用できるようになって以来、青色から赤外までの広い波長領域で高輝度の発光が可能となってきた。
【０００３】例えば、米国特許５，００８，７１８号公報に記載されている緑色発光する半導体発光素子は、図１１１１の如き構造を有する（以下、「従来例１」という）。該半導体発光素子１１００は以下のような手順で作製される。
【０００４】図１１において、ｎ型ＧａＡｓ仮基板（図示せず）の上に該仮基板に格子整合したｎ型ＩｎＡｌＧａＰ第１クラッド層１０２、ノンドープＩｎＡｌＧａＰ発光層１０３、ｐ型ＩｎＡｌＧａＰ第２クラッド層１０４、並びにｐ型ＧａＰ窓層１０５を成長する。ＧａＡｓ仮基板（図示せず）を除去した後、前記ｎ型第１クラッド層１０２上に透明基板層１０９を成長し、半導体発光素子用ウェハーとする。
【０００５】次に、透明基板層１０９上に、ｎ側電極１０７を設ける。窓層１０５の電極形成面１０５ａの中央部に円形のｐ側電極１０６を設ける。前記ウェハーを３００μｍ角程度の大きさに分割して、図１１の半導体発光素子１１００が作製される。両電極１０６、１０７は外部導体と電気的に接続される。例えばｐ側電極１０６には外部導体(図示せず）と接続された直径３０μｍ程度の金属ワイヤ(図示せず）がボンディングされる。
【０００６】半導体発光素子の輝度を高くするため、窓層１０５にはＧａＰを用いている。ＧａＰは結晶格子の値が前記仮基板のＧａＡｓ結晶に比べて約３．４％も小さく、格子不整合結晶であるが、バンドギャップが発光層１０３のＩｎＡｌＧａＰ結晶のバンドギャップより十分大きいため、発光層１０３で発生する発光層１０３のバンドギャップに近いエネルギーの波長の光に対し窓層１０５の透過率を十分高く保つことができる。その結果、発光層１０３から出た光の窓層１０５による吸収を低減し、半導体発光素子の輝度を高くすることができる。
【０００７】半導体発光素子の輝度を高くするには窓層１０５の抵抗値を低くすることも重要である。両電極１０６、１０７から電流を注入すると発光層１０３で波長５６０ｎｍの緑色発光が生じる。窓層１０５の抵抗値が高い場合、ｐ側電極１０６から注入された電流は横方向への広がりが少ないため、発光層１０３のｐ側電極１０６に対向する部分で集中して発光が生じる。発光層３で発生した光のうち、半導体発光素子と外部との境界面に略垂直に入射する光は効率よく半導体発光素子外部に出力されるが、その他の光は前記境界面で反射され、半導体発光素子の輝度に寄与しない。したがって、発光層１０３のｐ側電極１０６に対向する部分で発光が生じた場合、前記境界面に垂直に入射する光も該ｐ側電極１０６で反射され、半導体発光素子の輝度が低下する。
【０００８】抵抗値を下げる方法として窓層１０５のｐ型不純物濃度を高くする方法が良く知られている。ところが、典型的なｐ型不純物であるＺｎ（亜鉛）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｂｅ（ベリリウム）等は結晶中を拡散しやすい物質であり、窓層１０５のｐ型不純物濃度を高くすると発光層３までｐ型不純物が拡散し、該発光層３における電流の光への変換効率そのものが低下し、半導体発光素子の輝度が低下する。
【０００９】このような問題を解決するため、特開平５−３３５６１９号公報では、窓層を２層構造とし、活性層に近い窓層のｐ型不純物濃度を低く、活性層から遠い窓層のｐ型不純物濃度を高くして、電流が発光層全体に広がるようにするとともに、ｐ型不純物が発光層にまで拡散することを防止して半導体発光素子の輝度が低下することを防ぐ技術が開示されている（以下、「従来例２」という）。
【００１０】図１２に、従来例２の半導体発光素子１２００の略断面図を示す。半導体基板１０１に、窓層１０５を２層構造とし、活性層に近い第１窓層１１１と活性層から遠い第２窓層１１２とにより、窓層１０５を構成している。
【００１１】従来例２の半導体発光素子では、窓層１０５にＧａＡｌＡｓを用いているが、ＧａＡｌＡｓはバンドギャップが狭く、緑色光に対しては透過率が低い。本発明者らは窓層をバンドギャップの大きいＧａＰとしても同様の効果が得られることを確認した（以下「従来例の半導体発光素子」という）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窓層に用いるＧａＰのｐ型不純物濃度を高くすると、多数の結晶欠陥がｐ側電極形成面に発生し、該結晶欠陥によりｐ側電極形成面に凹凸が発生する。ｐ側電極１０６は面積が直径約１００μｍ程度と狭いため、ｐ側電極形成面１０５ａに凹凸があるとウェハーを分割し、ｐ側電極１０６にワイヤーをボンディングして半導体発光素子を作成するプロセスにおいて、ｐ側電極１０６が窓層１０５から剥がれ易いという問題がある。
【００１３】上記結晶欠陥のうち、ヒロック（ｈｉｌｌ−ｒｏｃｋ）と呼ばれる結晶欠陥が最も重要である。このヒロック欠陥は、基板と異なる面方位の結晶面が生じるために発生する突起状の欠陥である。いったんヒロック欠陥が発生するとその上に成長される結晶によって平坦化されず、突起状の形状が保たれたまま結晶成長する。本発明者らはヒロック欠陥は、下地よりｐ型不純物濃度が高い層を成長する初期の段階で発生すること、成長層のｐ型不純物濃度が高いほど大量に発生することを見出した。
【００１４】ヒロック欠陥が発生する理由としては、不純物濃度を高くするために、不純物材料を急激に増加させた時、ＧａＰの主要構成元素であるＧａやＰの動きが不純物材料により一時的に妨げられ、成長中の結晶表面全体に均一に分散できないことが原因と考えられる。特にＰ、Ａｓ、Ｎ、Ｓｂ等のＶ族元素は動きにくく、ＩＩＩ族元素と結合して移動するため、同時に使用するＩＩＩ族元素の種類が結晶欠陥の発生の有無と関係が大きい。例えばＩＩＩ族元素がＧａの場合、Ｖ族元素との結合が弱いために、Ｖ族元素が外れやすい。その結果、下地より不純物濃度の高い層の成長初期においてＶ族元素が均一に分散せず、ヒロックが発生するものと考えられる。
【００１５】本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の主要構成元素であるＩＩＩ族元素とＶ族元素が結晶成長過程において結晶表面全体に均一に分散するようにして、ヒロック等の結晶欠陥の発生を抑え、電極形成面の凹凸を減らして平坦化し、上記半導体発光素子作成プロセスにおいて電極の剥がれが生じにくい半導体発光素子用ウェハーを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の半導体発光素子は、基板と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層、及び窓層、がこの順序で積層されており、該基板には下部電極、および該窓層には上部電極が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第１の介在層を有することを特徴とするものである。
【００１７】また、請求項２記載の半導体発光素子の半導体の各層は次の構成よりなることを特徴とするものである。
【００１８】
半導体基板：ＧａＡｓ、第１クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx1Ａｌ1-x1）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ１≦１）、活性層：Ｉｎ0.5（Ｇａx2Ａｌ1-x2）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ２＜１）、または、ＧａyＡｌ1-yＡｓ（但し、０≦ｙ≦１）、または、ＩｎzＧａ1-zＡｓ（但し、０≦ｚ＜１）、第２クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx3Ａｌ1-x3）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ３≦１）、窓 層：ＩｎwＧａx4Ａｌ1-w-x4Ｐ（但し、０≦ｗ≦１、０≦ｘ４≦１）。
【００１９】また、請求項３記載の半導体発光素子は、前記第１の介在層のＩＩＩ族元素はＩｎ(インジウム）元素であり、且つ、第１窓層および第２窓層のＩｎ元素の組成比より高くしたこと特徴とするものである。
【００２０】また、請求項４記載の半導体発光素子は、前記第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍に、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第２の介在層を有し、且つ、第１窓層のＩＩＩ族元素のＩｎの組成比より高くしたこと特徴とするものである。
【００２１】また、請求項５記載の半導体発光素子は、基板と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層、及び窓層、がこの順序で積層されており、該基板および該窓層の片面にはそれぞれ電極が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、前記第２窓層内の不純物濃度を漸次増加させたことを特徴とするものである。
【００２２】また、請求項６記載の半導体発光素子は、前記第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍の前記第１クラッド層内の不純物濃度を漸次増加させたことを特徴とするものである。
【００２３】また、請求項７記載の半導体発光素子は、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍おける前記第２窓層内のＩｎ組成比を不純物濃度の増加にほぼ比例して漸次増加させたことを特徴とするものである。
【００２４】また、請求項８記載の半導体発光素子は、前記第２クラッド層と前記第１窓層との界面上に電流阻止層を配設し、且つ、該電流阻止層の形状は上部電極の形状とほぼ相似形であることを特徴とするものである。
【００２５】また、請求項９記載の半導体発光素子は、前記電流阻止層が次の構成よりなることを特徴とするものである。
電流阻止層：ＩｎvＡｌx6Ｇａ1-v-x6Ｐ（但し、０≦ｖ≦１、０≦ｘ６≦１）。
【００２６】さらに、請求項１０記載の半導体発光素子は、前記電流阻止層が半導体発光素子の中央部または周辺部に設けられていることを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を各図面に基づき詳細に説明する。
［実施の形態１］図１は、本発明にかかる実施の形態１の半導体発光素子を説明する面であり、図１（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図１（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【００２８】本発明の実施の形態１の半導体発光素子１００の結晶成長は、減圧ＭＯＶＰＥ法（減圧ＭＯＣＶＤ法）を用いて行い、半導体発光素子１００の各層は、次の構成より成る。１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッド層であり、不純物はＳｉで不純物濃度は５×１０17ｃｍ-3、厚さ約１μｍ、３はアンドープＩｎ0.5（Ｇａ0.55Ａｌ0.45）0.5Ｐ発光層、厚さ約０．５μｍ、４はｎ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッド層、不純物はＺｎで不純物濃度は５×１０17ｃｍ-3、厚さ約１μｍ、１１はｐ型ＧａＰ第１窓層、不純物はＺｎで不純物濃度は１×１０18ｃｍ-3、厚さ約１μｍ、１２はｐ型ＧａＰ第２窓層、不純物はＺｎで不純物濃度は１×１０19ｃｍ-3、厚さ約５μｍ、であり、第１窓層１１と第２窓層１２とにより、窓層５を形成している。
【００２９】上記各層を積層した後、ｎ型ＧａＡｓ基板１の片面にｎ側電極７、ｐ型窓層１２の片面の電極形成面５ａにｐ側電極６を形成し、半導体発光素子用ウェハー（以下、「実施の形態１のウェハー」という）を作成した。ｎ側電極７は基板１全面に形成するが、ｐ側電極６は光を取り出すために、例えば、直径約１００μｍ程度の円形形状とした。このウェハーを約３００μｍ角の大きさに分割し、半導体発光素子１００を作成した。
【００３０】ｐ型ＧａＰ第１窓層１１とｐ型ＧａＰ第２窓層１２のＺｎの不純物濃度は、それぞれ、１×１０18ｃｍ-3と１×１０19ｃｍ-3と、その界面において、大きな不純物濃度分布に落差があるため、第２窓層１２のヒロック欠陥密度の増加の要因となっていることが分かったため、図１（ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＰ第１窓層１１とｐ型ＧａＰ第２窓層１２との界面近傍に、ＩＩＩ族元素のＩｎを添加した介在層、ＩｎＧａＰ層（第１の介在層）を介在させる構造となっている。
【００３１】実施の形態１においては、第１窓層１１とｐ型ＧａＰ第２窓層１２との界面近傍に、厚さ約０．１μｍのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ層（Ｚｎの不純物濃度１×１０18ｃｍ-3）と厚さ約０．１μｍのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ層（Ｚｎの不純物濃度１×１０19ｃｍ-3）の介在層を持つ構造となっている。
【００３２】これは、ＩｎがＧａと同じく結晶表面を動きやすいこと、ＩｎとＶ族元素との結合はＧａとＶ族元素との結合より強固であるため、不純物濃度が急激に増加しても、ＩｎとＶ族元素（例えば、Ｐ、Ａｓ、Ｎ、Ｓｂ等）との結合が解離し難いことから、Ｖ族元素がＩｎと結合して移動することにより、不純物のＺｎが結晶表面に均一に分散することができるためと考えられる。
【００３３】結晶中のＩＩＩ族原素全体に対する特定のＩＩＩ族原素の割合をＩＩＩ族原素の組成比というが、前記両窓層１１、１２の界面近傍の第１窓層１１および第２窓層１２内の厚さ０．１μｍの領域のＩｎ組成比を約０．０１とすれば、上記Ｖ族元素の均一分散を実現することができた。
【００３４】実施の形態１の半導体発光素子において、要約すると、前記半導体の各層は次の構成よりなるものである。
半導体基板：ＧａＡｓ、第１クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx1Ａｌ1-x1）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ１≦１）、活性層：Ｉｎ0.5（Ｇａx2Ａｌ1-x2）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ２＜１）、または、ＧａyＡｌ1-yＡｓ（但し、０≦ｙ≦１）、または、ＩｎzＧａ1-zＡｓ（但し、０≦ｚ＜１）、第２クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx3Ａｌ1-x3）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ３≦１）、窓 層：ＩｎwＡｌx4Ｇａ1-w-x4Ｐ（但し、０≦ｗ≦１、０≦ｘ４≦１）。
【００３５】図２に、縦軸にヒロック欠陥密度、横軸にＩｎ組成比を取り、第１窓層と第２窓層との間の介在層のＩｎ組成比に対するヒロック欠陥密度の測定結果の一例を示す。
【００３６】図２において、Ｉｎ組成比が、およそ、５×１０-4、９×１０-4、４×１０-3、４×１０-2、に対して、ヒロック欠陥密度は、それぞれ、約１０００、１００、１０、５（個数／ｃｍ2）と、Ｉｎ組成比を０からわずかに大きくするだけでヒロック欠陥密度は大幅に減少することが分かる。図２はＧａＰ単層について測定したものであるが半導体発光素子用ウェハーの場合、Ｉｎ組成比を大きくしたときのヒロック欠陥密度の減少はもう少し緩やかであった。Ｉｎ組成比を更に大きくするとヒロック欠陥密度も減少するが、わずかに加えた場合ほど急激な減少は見られない。
【００３７】一方、窓層５のＩｎ組成比を増加させると、Ｉｎ組成比が０．２３迄は間接遷移の半導体であり、ＧａＰ半導体のバンドギャップの値とほぼ同じであり、ヒロック低減による結晶性の向上により、電流拡散が増加して、輝度は向上する。しかし、窓層５のＩｎ組成比が更に高くなると、窓層５の緑色光に対する透過率が低くなって、半導体発光素子の輝度が低下する。これは、窓層５のバンドギャップが小さくなるためである。
【００３８】従来例の半導体発光素子を作製するウェハー（以下、「従来例のウェハー」という）では、欠陥密度が約１０００個／ｃｍ2であったものが、本実施の形態１のウェハーでは約１００個／ｃｍ2と、１／５に減少した。実施の形態１のウェハーを用いて半導体発光素子を作成した場合の歩留まりは、従来のウェハーを用いた場合に対して、約３０％向上した。発光波長は５６０ｎｍの緑色であり、輝度は従来の半導体発光素子に比べて、約２０％増加することができた。
【００３９】［実施の形態２］図３は、本発明にかかる実施の形態２の半導体発光素子を説明する面であり、図３R>３（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図３（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【００４０】本発明の実施の形態２の半導体発光素子２００の結晶成長は、実施の形態１と同様に、減圧ＭＯＶＰＥ法（減圧ＭＯＣＶＤ法）を用いて行われる。
【００４１】本実施の形態２の半導体発光素子２００は、窓層５全体をＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｐとし、ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ第１窓層（不純物はＺｎで不純物濃度は１×１０18ｃｍ-3、厚さ約１μｍ）２１、ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ第２窓層（不純物はＺｎで不純物濃度は１×１０19ｃｍ-3、厚さ約５μｍ）２２、とにより、窓層５を形成している。
【００４２】そして、第１窓層２１とｐ型ＧａＰ第２窓層２２との界面近傍に、厚さ約０．１μｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｐ層（Ｚｎの不純物濃度１×１０18ｃｍ-3）と厚さ約０．１μｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｐ層（Ｚｎの不純物濃度１×１０19ｃｍ-3）の介在層を持つ構造となっており、その他の各層は、実施の形態１の半導体発光素子と同じである。このように窓層５全体をＩｎＧａＰとしても欠陥密度を減少させることがわかる。
【００４３】本実施の形態２の半導体発光素子構成を有するウェハー（以下、「実施の形態２のウェハー」という）では、欠陥密度を約１０個／ｃｍ2と従来例のウェハーに比べ、１／１００に減少した。実施の形態２のウェハーを用いて半導体発光素子を作成した場合の歩留まりは、従来例のウェハーを用いて作成した場合に対し約４０％向上し、輝度は従来例の半導体発光素子より、約２０％増加した。
【００４４】［実施の形態３］図４は、本発明にかかる実施の形態３の半導体発光素子を説明する面であり、図４R>４（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図４（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【００４５】本実施の形態３の半導体発光素子３００は、窓層５全体をＩｎ0.01（Ｇａ0.8Ａｌ0.2）0.99Ｐ層とＡｌを入れた化合物半導体層とした点を除けば、実施の形態２の半導体発光素子と同じである。
【００４６】即ち、ｐ型Ｉｎ0.01Ａｌ0.2Ｇａ0.79Ｐ第１窓層（不純物はＺｎで不純物濃度は１×１０18ｃｍ-3、厚さ約１μｍ）３１、ｐ型Ｉｎ0.01Ａｌ0.2Ｇａ0.79Ｐ第２窓層（不純物はＺｎで不純物濃度は１×１０19ｃｍ-3、厚さ約５μｍ）３２、とにより、窓層５を形成している。
【００４７】そして、第１窓層３１とｐ型ＧａＰ第２窓層３２との界面近傍に、厚さ約０．１μｍのＩｎ0.01Ａｌ0.2Ｇａ0.79Ｐ層（Ｚｎの不純物濃度１×１０18ｃｍ-3）と厚さ約０．１μｍのＩｎ0.01Ａｌ0.2Ｇａ0.79Ｐ層（Ｚｎの不純物濃度１×１０19ｃｍ-3）の介在層を持つ構造となっている。このように、窓層５全体をＩｎＡｌＧａＰとしても欠陥密度を減少させることがわかる。窓層５を構成するＩＩＩ族元素にＡｌを加えることにより、窓層５のバンドギャップが小さくなることを防ぐことができる。
【００４８】ＩＩＩ族元素Ａｌは窓層のバンドギャップを広げる効果はあるが、Ｇａと同様、Ｖ族元素（例えば、Ｐ、Ａｓ、Ｎ、Ｓｂ等）との結合力が弱いため、結晶欠陥を減らす効果は無い。さらに、結晶表面を移動する速度が遅いためＩｎによる結晶欠陥を抑制する効果を失わせる傾向がある。このため、緑色光を発生する半導体発光素子においては、前記第１窓層３１と第２窓層３２の界面近傍の第１窓層３１および第２窓層３２内のＩｎ組成比を０．２以上とすることは困難であった。
【００４９】本実施の形態３の半導体発光素子構成を有するウェハー（以下、「実施の形態３のウェハー」という）では欠陥密度は３０個／ｃｍ2と実施の形態２のウェハーに比較して欠陥密度は約３倍となった。しかし、従来例のウェハーに比べると欠陥密度は約１／３０である。本実施の形態３の半導体発光素子の輝度は従来例の半導体発光素子ｉ比べて、約３０％増加した。
【００５０】実施の形態３の半導体発光素子において、要約すると、前記半導体の各層は次の構成よりなるものである。
半導体基板：ＧａＡｓ、第１クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx1Ａｌ1-x1）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ１≦１）、活性層：Ｉｎ0.5（Ｇａx2Ａｌ1-x2）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ２＜１）、または、ＧａyＡｌ1-yＡｓ（但し、０≦ｙ≦１）、または、ＩｎzＧａ1-zＡｓ（但し、０≦ｚ＜１）、第２クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx3Ａｌ1-x3）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ３≦１）、窓 層：ＩｎwＡｌx4Ｇａ1-x4Ｐ（但し、０≦ｗ≦１、０≦ｘ４≦１）。
【００５１】［実施の形態４］図５は、本発明にかかる実施の形態４の半導体発光素子を説明する面であり、図５R>５（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図５（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【００５２】本発明の実施の形態４の半導体発光素子４００の結晶成長は、減圧ＭＯＶＰＥ法（減圧ＭＯＣＶＤ法）を用いて行い、図５（ｂ）に示すように第２クラッド層４と第１窓層４１との界面近傍の第１窓層４１内にもＩｎを添加し、Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ層とした点、第２の介在層を配設した点、を除けば、実施の形態１の半導体発光素子１００と同じである。第１窓層４１と第２窓層１２とにより、窓層５を構成している。
【００５３】本実施の形態４の半導体発光素子構成を有するウェハー（以下、「実施の形態４のウェハー」という）では欠陥密度が約８０個／ｃｍ2であり、実施の形態４のウェハーを用いて半導体発光素子を作成した場合の歩留まりは、従来例のウェハーを用いた場合に対し、約４０％向上した。
【００５４】［実施の形態５］図６は、本発明にかかる実施の形態５の半導体発光素子を説明する面であり、図６R>６（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図６（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるｐ型不純物濃度の分布を示す図である。
【００５５】実施の形態５の半導体発光素子５００は、第１窓層１１と第２窓層５２の界面近傍の第２窓層５２内の厚さ１μｍの領域において、ｐ型（Ｚｎ）不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3から１×１０19ｃｍ-3まで１桁漸次増加させた点を除けば、実施の形態１の半導体発光素子と同じである。
【００５６】本実施の形態５の半導体発光素子構成を有するウェハー（以下、「実施の形態５のウェハー」という）では、欠陥密度が従来のウェハーでは、約１０００個／ｃｍ2であったものが、約５００個／ｃｍ2と半減させることができた。実施の形態５のウェハーを用いて半導体発光素子を作成した場合の歩留まりは、従来例のウェハーを用いた場合に比べて、約７％向上した。
【００５７】［実施の形態６］図７は、本発明にかかる実施の形態６の半導体発光素子を説明する面であり、図７R>７（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図７（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布、及び第１窓層６１と第２窓層６２のｐ型不純物濃度の分布を示す図である。
【００５８】本実施の形態６の半導体発光素子６００は、第１窓層６１と第２クラッド層４との界面近傍の第１窓層６１内の厚さ０．２μｍの領域において、ｐ型不純物濃度を５×１０17ｃｍ-3から１×１０18ｃｍ-3まで半桁漸次増加させたことを除けば実施の形態５の半導体発光素子と同じである。
【００５９】実施の形態５のウェハーの欠陥密度は約５００個／ｃｍ2であったが、本実施の形態６の半導体発光素子構成を有するウェハー（以下、「実施の形態６のウェハー」という）では欠陥密度が約３００個／ｃｍ2とさらに減少させることができた。実施の形態６のウェハーを用いて半導体発光素子を作成した場合の歩留まりは、従来例のウェハーを用いた場合の歩留まりに対し、約１０％向上した。
【００６０】［実施の形態７］図８は、本発明にかかる実施の形態７の半導体発光素子を説明する面であり、図８R>８（ａ）は、半導体発光素子の略断面図、図８（ｂ）は、窓層５の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図、及び、図８（ｃ）は、第１窓層６１と第２窓層６２と第２クラッド層のｐ型不純物濃度の分布を示す図である。
【００６１】本実施の形態７の半導体発光素子７００は、第１窓層７１の組成はＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ層であり、第１窓層７１と第２窓層７２との界面近傍の第１窓層７１内の厚さ約１μｍの領域において、Ｉｎ組成比を０．０１から０．０５まで漸次増加させて、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｐ層にするとともに、ｐ型不純物濃度も１×１０18ｃｍ-3から１×１０19ｃｍ-3までＩｎ組成比の増加にほぼ比例して漸次増加させた点を除けば、第１の実施の形態の半導体発光素子と同じである。
【００６２】本実施の形態７の半導体発光素子構成を有するウェハー（以下、「実施の形態７のウェハー」という）では、欠陥密度を約０〜５個／ｃｍ2と略無欠陥とすることができた。この実施の形態７のウェハーを用いて半導体発光素子を作成した場合の歩留まりは、従来例のウェハーを用いた場合に対し、約５０％向上した。
【００６３】［実施の形態８］図９は、本発明にかかる実施の形態８の半導体発光素子８００を説明するための略断面図である。実施の形態１の半導体発光素子１００との違いは、第２クラッド層４と第１窓層１１との間の第２クラッド層４上で、且つ、ｐ側電極６と対向する位置に、ｎ型電流阻止層８を設けた点である。
【００６４】ｐ側電極６の下に位置する発光層３の部分で発生した光は、ｐ側電極６で反射されて、外部へ放射され難い。即ち、ｐ側電極６の下に位置する発光層３の領域を流れる発光電流は、外部発光出力にあまり寄与しない無効電流である。ｎ型電流阻止層８は、ｐ型第２クラッド層４との界面で、ｎ−ｐ接合を形成している。半導体発光素子に電流を流すため、両電極６、７に順バイアス電圧を印加した時、前記接合は逆バイアスとなって、電流の流れを阻止する。従って、半導体発光素子に注入された電流は、すべて発光層３のｐ側電極６に対向していない部分に流れることになり、無効電流が殆ど無くなる。この場合、電流阻止層８の形状は、上部ｐ型電極６の形状とほぼ相似形である。
【００６５】ｎ型電流阻止層８の組成は、一般的には、ＩｎvＡｌx6Ｇａ1-v-x6Ｐ（但し、０≦ｖ≦１、０≦ｘ６≦１）が用いられ、望ましい組成の一例として、Ｉｎ0.01Ａｌ0.01Ｇａ0.98Ｐがある。
【００６６】本実施の形態８にかかる半導体発光素子では、ｐ側電極６およびｎ型電流阻止層８は、直径約１００μｍの円形形状とした。これはｐ側電極６の面積を電流を流すために施すワイヤをボンディングができる必要最小限の大きさとし、ｐ側電極６による輝度低下を最小限に抑えるためである。ｐ側電極６およびｎ型電流阻止層８は素子の中央部に設けている。このため発光層３全面に均一に電流を流すことができ、半導体発光素子の輝度を従来例に比べて、約４０％増加することができた。この半導体発光素子は屋外用表示板等の用途に用いることができる。
【００６７】［実施の形態９］図１０は、本発明の実施の形態９にかかる半導体発光素子９００の略断面図を表している。実施の形態８の半導体発光素子８００と同様、第２クラッド層４と第１窓層の間で第２クラッド層４上のｐ側電極６と対向する位置にｎ型電流阻止層８を設けた。本実施の形態９にかかる半導体発光素子９００では、ｐ側電極６およびｎ型電流阻止層８は、素子中央部分の直径約１００μｍの円形形状の部分を残して、素子の周辺部分に設けた。電流が素子中央の直径約１００μｍの狭い部分に集中するため、電流のＯＮ／ＯＦＦに対する光のＯＮ／ＯＦＦの応答速度を高めることができ、このため光通信用の光源として用いることができる。
【００６８】ｐ側電極６およびｎ型電流阻止層８を形成しない部分の面積Ｓは必要な輝度と応答速度の値とによって決定される。即ち、応答速度が遅くても良いが高い輝度が要求される場合は、Ｓを大きくし、逆に輝度は低くても良いが応答速度を早くする必要がある場合にはＳを小さくする。
【００６９】面積Ｓと輝度Ｂとの関係については、面積Ｓを大きくしても、輝度Ｂはあまり変化しない。これは、面積Ｓを大きくすると、電流密度が低下し、輝度Ｂは電流量に比例するからである。
【００７０】一方、面積Ｓと応答速度τとの関係については、面積Ｓを小さくすると、応答速度τは向上する。しかし、あまり小さくし過ぎると、抵抗の増加という悪影響が生じる。一例として、面積Ｓ＝１００μｍφでは、電流Ｉ＝２０ｍＡで、順方向電圧ＶF＝１．９５Ｖであり、Ｓ＝５０μｍφでは、Ｉ＝２０ｍＡで、順方向電圧ＶF＝２．２Ｖとなり、応答速度τは約２０％向上する。しかし、順方向電圧ＶFが０．２５Ｖ増加するので、本発明では、面積Ｓ＝１００μｍφが多く用いられる。応答速度τの具体的な数値の一例として、面積Ｓ＝１００μｍφとすることにより、応答速度τ１７．１μｓを４．４μｓに向上することができた。
【００７１】発光層をＩｎ0.1Ｇａ0.9Ａｓとすることにより、発光波長９５０ｎｍの半導体発光素子が得られ、赤外光を用いた無線通信用の光源として有効である。一方、発光層をＧａ0.9Ａｌ0.1Ａｓとすることにより、発光波長８５０ｎｍの半導体発光素子が得られる。前記発光波長の異なる２つの半導体発光素子を光源として用いることにより、赤外光を用いた波長多重無線通信が可能となる。また、上り信号と下り信号とで発光波長を変えることにより、赤外光を用いた全二重無線通信を行なうことも可能となる。
【００７２】また発光面積が小さいので、半導体発光素子の出射光を光ファイバーへ入射することが容易である。特に、光ファイバーとしてコアがプラスチックの光ファイバー（ＡＰＦ）を用いる場合、発光層３をＩｎ0.5（ＧａxＡｌ1-x）0.5Ｐとし、Ａｌの組成比ｘを０から１の間で調節することにより、ＡＰＦの伝送損失の小さい波長５５０ｎｍ〜６８０ｎｍの発光波長を有する半導体発光素子が得られる。この半導体発光素子は、ＡＰＦを用いた光ファイバ通信用の光源として有効である。
【００７３】以上の説明は第１クラッド層、発光層、第２クラッド層に基板に格子整合した結晶薄膜を用いた場合について説明したが、格子不整合結晶薄膜を用いても効果は変わらないことは明らかである。
【００７４】また、基板としてはＧａＡｓの場合について説明したが、サファイア等の絶縁性結晶、およびＳｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）等のＩＶ族半導体、ＺｎＳｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であっても良い。
【００７５】また、Ｖ族元素にＰを用いた場合について説明したが、Ａｓ、Ｎ、Ｓｂ等その他のＶ族元素を用いても同様の効果が得られる。
【００７６】要約すると、不純物濃度が異なる複数の窓層を積層する時、その窓層を構成する主要構成元素のうちＩＩＩ族元素として結晶成長過程において結晶表面での動きが早く、Ｖ族元素と結合が強いＩｎを添加することが重要である。しかし、Ｉｎは半導体のバンドギャップを小さくするので、添加量は発光層で生じた光に対し透過率を高く保つ範囲とする必要がある。
【００７７】
【発明の効果】本発明の請求項１記載の半導体発光素子よれば、基板と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層、及び窓層、がこの順序で積層されており、該基板には下部電極、および該窓層には上部電極が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第１の介在層を有することを特徴とするものである。
【００７８】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥（ヒロック（ｈｉｌｌ−ｒｏｃｋ）と呼ばれる結晶欠陥）を大きく減少させることができ、その結果、このウェハーを用いた半導体発光素子作製時の電極剥離による不良品の発生を減少させ、半導体発光素子の生産歩留まりを高くすることができる。
【００７９】また、請求項２記載の半導体発光素子によれば、半導体の各層は次の構成よりなることを特徴とするものである。
半導体基板：ＧａＡｓ、第１クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx1Ａｌ1-x1）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ１≦１）、活性層：Ｉｎ0.5（Ｇａx2Ａｌ1-x2）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ２＜１）、または、ＧａyＡｌ1-yＡｓ（但し、０≦ｙ≦１）、または、ＩｎzＧａ1-zＡｓ（但し、０≦ｚ＜１）、第２クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx3Ａｌ1-x3）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ３≦１）、窓 層：ＩｎwＧａx4Ａｌ1-w-x4Ｐ（但し、０≦ｗ≦１、０≦ｘ４≦１）。
【００８０】従って、従来例のＧａＰに比べ、ＩｎやＡｌを添加することにより、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥を減少させることができるウェハーの構成を提供できる。
【００８１】また、請求項３記載の半導体発光素子よれば、前記第１の介在層のＩＩＩ族元素はＩｎ(インジウム）元素であり、且つ、第１窓層および第２窓層のＩｎ元素の組成比より高くしたこと特徴とするものである。従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥を減少させることができるウェハー作製手段を提供することができる。窓層にＩｎを添加し過ぎると、従来例のＧａＰに比べ、抵抗率が増加し、動作電圧（順方向電圧ＶF）が増加するが、第２窓層にのみＩｎ元素の組成比を高くすることにより、結晶欠陥は減少し、且つ、第１窓層のＩｎ元素の組成比は低いため、動作電圧を低くすることができる。
【００８２】更に、請求項１から３に記載の半導体発光素子は、基板と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、および反対導電型の第２クラッド層並びに窓層がこの順序で結晶成長されており、前記基板および窓層にはそれぞれ電極が形成され、前記窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層を有し、前記第２窓層は前記第１窓層より不純物濃度の高い半導体発光素子であって、前記第１窓層および第２窓層における前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の主要構成元素の組成比、もしくは前記第２窓層内の不純物濃度を前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において変化させ、結晶成長過程における主要構成元素を均一に分散させることにより、窓層の電極形成面における結晶欠陥を低減することができる。特に、前記結晶成長過程における主要構成元素を均一に分散させる手段として、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍における第１窓層および第２窓層内のＩｎ組成比を、前記界面近傍から離れた各層内のＩｎ組成比よりも高くしたことを特徴とするものである。
【００８３】また、請求項４記載の半導体発光素子よれば、前記第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍に、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第２の介在層を有し、且つ、第１窓層のＩＩＩ族元素のＩｎの組成比より高くしたこと特徴とするものである。
【００８４】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥を請求項３の手段に対し、より一層減少させることができるウェハー作製手段を提供することができる。また、第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍（約０．１μｍ厚程度）に結晶欠陥が多く存在するため、この界面近傍のみＩｎ組成比を高くすることにより、動作電圧はあまり上がらず、且つ、結晶欠陥を減少させることができる。
【００８５】また、請求項４に記載の発明にかかる半導体発光素子は前記結晶成長過程における主要構成元素を均一に分散させる手段として、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍に加えて、前記発光層と前記第１窓層の界面近傍における第１窓層内のＩｎ組成比を、前記界面近傍から離れた第１窓層内のＩｎ組成比よりも高くしたことを特徴とするものである。
【００８６】また、請求項５記載の半導体発光素子よれば、基板と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層、及び窓層、がこの順序で積層されており、該基板および該窓層の片面にはそれぞれ電極が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、前記第２窓層内の不純物濃度を漸次増加させたことを特徴とするものである。
【００８７】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の発光波長に対する透過率を減少させること無く、窓層の電極形成面上の結晶欠陥を減少させるウェハー作製手段を提供することができる。従来例では、不純物濃度を急激に変化させた界面近傍では、結晶欠陥が発生しやすかったが、不純物濃度を漸次増加させることにより、透過率及び抵抗率とも従来例と変わらないため、動作電圧も変わらず、Ｉｎを添加する場合に比べて、効果はやや小さいが、結晶欠陥は約１／２に低減でき、歩留まりを約７％向上することができた。
【００８８】また、請求項６記載の半導体発光素子よれば、前記第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍の前記第１クラッド層内の不純物濃度を漸次増加させたことを特徴とするものである。
【００８９】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の発光波長に対する透過率を減少させること無く、窓層の電極形成面上の結晶欠陥を請求項５の手段に比べ、さらに一層減少させるウェハー作製手段を提供することができる。クラッド層と窓層の界面近傍では、結晶欠陥が発生しやすいが、界面近傍の不純物濃度を漸次増加させることにより、透過率及び動作電圧をＩｎを増加させる場合に比べて、効果はやや小さいものの、結晶欠陥は約３／１０に低減することができた。
【００９０】また、請求項７記載の半導体発光素子よれば、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍おける前記第２窓層内のＩｎ組成比を不純物濃度の増加にほぼ比例して漸次増加させたことを特徴とするものである。
【００９１】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥を請求項４、６の手段に対し、更に減少させることができるウェハー作製手段を提供することができる。この結果、歩留まりを約５０％向上することができた。
【００９２】また、請求項８記載の半導体発光素子よれば、前記第２クラッド層と前記第１窓層との界面上に電流阻止層を配設し、且つ、該電流阻止層の形状は上部電極の形状とほぼ相似形であることを特徴とするものである。
【００９３】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥が少なく、歩留まりの良好で、無効電流の少ない半導体発光素子を提供することができる。この結果、半導体発光素子の輝度を約４０％増加することができた。
【００９４】また、請求項９記載の半導体発光素子よれば、前記電流阻止層が次の構成よりなることを特徴とするものである。
電流阻止層：ＩｎvＡｌx6Ｇａ1-v-x6Ｐ（但し、０≦ｖ≦１、０≦ｘ６≦１）。
【００９５】従って、半導体発光素子構成を有するウェハーの窓層の電極形成面上の結晶欠陥が少なく、歩留まりの良好で、無効電流の少ない半導体発光素子の構成を提供できる。クラッド層と窓層の間に、ＩｎとＡｌを含むＩｎＡｌＧａＰ電流阻止層を有するため、結晶欠陥をさらに低減することができ、一例として、結晶欠陥を０〜３／ｃｍ2程度まで低減することができた。
【００９６】さらに、請求項１０記載の半導体発光素子よれば、前記電流阻止層が半導体発光素子の中央部または周辺部に設けられていることを特徴とするものである。
【００９７】従って、窓層の電極形成面上の結晶欠陥が少なく、歩留まりが高く、輝度の高い半導体発光素子または電流のＯＮ／ＯＦＦに対する光のＯＮ／ＯＦＦの応答が速い（変調速度の早い）半導体発光素子を提供することができる。また、電流阻止層が半導体発光素子の周辺部に設けられている場合、電流が中央部に集中し、発光部の電流密度が増加するため、動作電流を小さく選ぶことも可能であり、そのため、応答速度は、面積Ｓ＝１００μｍφとすることにより、本発明の請求項１〜９記載の半導体発光素子の発光応答速度τが１７．１μｓであったものを、本発明の請求項１０記載の半導体発光素子の発光応答速度τを４．４μｓに向上することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態１に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【図２】本発明のＧａＡｓ基板上のＧａＰ単層におけるヒロック密度のＩｎ組成比依存性を表す図である。
【図３】本発明の一実施の形態２に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態３に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態４に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態５に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるｐ型不純物濃度の分布を示す図である。
【図７】本発明の一実施の形態６に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布、及び第１窓層６１と第２窓層６２のｐ型不純物濃度の分布を示す図である。
【図８】本発明の一実施の形態７に係る半導体発光素子を説明する面であり、（ａ）は半導体発光素子の略断面図、（ｂ）は窓層の厚さ方向におけるＩｎ組成比の分布を示す図、（ｃ）は第１窓層と第２窓層と第２クラッド層のｐ型不純物濃度の分布を示す図である。
【図９】本発明の一実施の形態８に係る半導体発光素子を説明するための略断面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態９に係る半導体発光素子を説明するための略断面図である。
【図１１】従来例１の半導体発光素子の略断面図である。
【図１２】従来例２の半導体発光素子の略断面図である。
【符号の説明】
１００ 本発明の実施の形態１の半導体発光素子
２００ 本発明の実施の形態２の半導体発光素子
３００ 本発明の実施の形態３の半導体発光素子
４００ 本発明の実施の形態４の半導体発光素子
５００ 本発明の実施の形態５の半導体発光素子
６００ 本発明の実施の形態６の半導体発光素子
７００ 本発明の実施の形態７の半導体発光素子
８００ 本発明の実施の形態８の半導体発光素子
９００ 本発明の実施の形態９の半導体発光素子
１ ｎ型ＧａＡｓ基板
２ ｎ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッド層
３ アンドープＩｎ0.5（Ｇａ0.55Ａｌ0.45）0.5Ｐ発光層
４ ｎ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッド層
５ 窓層
５ａ 電極形成面
６ ｐ側電極（上部電極）
７ ｎ側電極（下部電極）
８ ｎ型電流阻止層
１１ ｐ型ＧａＰ第１窓層
１２ ｐ型ＧａＰ第２窓層
２１ ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ第１窓層
２２ ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ第２窓層
３１ ｐ型Ｉｎ0.01Ａｌ0.2Ｇａ0.79Ｐ第１窓層
３２ ｐ型Ｉｎ0.01Ａｌ0.2Ｇａ0.79Ｐ第２窓層
４１ 第１窓層
６１ 第１窓層
６２ 第２窓層
７１ ｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｐ第１窓層
７２ 第２窓層
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基板と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層、及び窓層、がこの順序で積層されており、該基板には下部電極、および該窓層には上部電極が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第１の介在層を有す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において、前記半導体の各層は次の構成よりなることを特徴とする半導体発光素子。
半導体基板：ＧａＡｓ、第１クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx1Ａｌ1-x1）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ１≦１）、活性層：Ｉｎ0.5（Ｇａx2Ａｌ1-x2）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ２＜１）、または、ＧａyＡｌ1-yＡｓ（但し、０≦ｙ≦１）、または、ＩｎzＧａ1-zＡｓ（但し、０≦ｚ＜１）、第２クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx3Ａｌ1-x3）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ３≦１）、窓層 ：ＩｎwＧａx4Ａｌ1-w-x4Ｐ（但し、０≦ｗ≦１、０≦ｘ４≦１）。
【請求項３】 請求項１記載の半導体発光素子において、前記第１の介在層のＩＩＩ族元素はＩｎ(インジウム）元素であり、且つ、第１窓層および第２窓層のＩｎ元素の組成比より高くしたこと特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】 請求項１記載の半導体発光素子において、前記第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍に、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第２の介在層を有し、且つ、第１窓層のＩＩＩ族元素のＩｎの組成比より高くしたこと特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】 基板と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層、及び窓層、がこの順序で積層されており、該基板および該窓層の片面にはそれぞれ電極が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、前記第２窓層内の不純物濃度を漸次増加させたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】 請求項５記載の半導体発光素子において、前記第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍の前記第１クラッド層内の不純物濃度を漸次増加させたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】 請求項５記載の半導体発光素子において、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍おける前記第２窓層内のＩｎ組成比を不純物濃度の増加にほぼ比例して漸次増加させたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】 請求項１記載の半導体発光素子において、前記第２クラッド層と前記第１窓層との界面上に電流阻止層を配設し、且つ、該電流阻止層の形状は上部電極の形状とほぼ相似形であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】 請求項８記載の半導体発光素子において、前記電流阻止層が次の構成よりなることを特徴とする半導体発光素子。
電流阻止層：ＩｎvＡｌx6Ｇａ1-v-x6Ｐ（但し、０≦ｖ≦１、０≦ｘ６≦１）。
【請求項１０】 請求項８記載の半導体発光素子において、前記電流阻止層が半導体発光素子の中央部または周辺部に設けられていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１】 基板と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層、及び窓層、がこの順序で積層されており、該基板には下部電極、および該窓層には上部電極が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第１の介在層を有す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において、前記半導体の各層は次の構成よりなることを特徴とする半導体発光素子。
半導体基板：ＧａＡｓ、第１クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx1Ａｌ1-x1）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ１≦１）、活性層：Ｉｎ0.5（Ｇａx2Ａｌ1-x2）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ２＜１）、または、ＧａyＡｌ1-yＡｓ（但し、０≦ｙ≦１）、または、ＩｎzＧａ1-zＡｓ（但し、０≦ｚ＜１）、第２クラッド層：Ｉｎ0.5（Ｇａx3Ａｌ1-x3）0.5Ｐ（但し、０≦ｘ３≦１）、窓層 ：ＩｎwＧａx4Ａｌ1-w-x4Ｐ（但し、０≦ｗ≦１、０≦ｘ４≦１）。
【請求項３】 請求項１記載の半導体発光素子において、前記第１の介在層のＩＩＩ族元素はＩｎ(インジウム）元素であり、且つ、第１窓層および第２窓層のＩｎ元素の組成比より高くしたこと特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】 請求項１記載の半導体発光素子において、前記第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍に、ＩＩＩ族元素の組成比を変化させた第２の介在層を有し、且つ、第１窓層のＩＩＩ族元素のＩｎの組成比より高くしたこと特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】 基板と、少なくともＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶よりなる第１クラッド層、発光層、前記第１クラッド層と反対導電型の第２クラッド層、及び窓層、がこの順序で積層されており、該基板および該窓層の片面にはそれぞれ電極が形成され、該窓層は少なくとも発光層に近い第１窓層と発光層より遠い第２窓層とを有し、該第２窓層は該第１窓層より不純物濃度の高い半導体層であって、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍において、前記第２窓層内の不純物濃度を漸次増加させたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】 請求項５記載の半導体発光素子において、前記第２クラッド層と前記第１窓層の界面近傍の前記第１クラッド層内の不純物濃度を漸次増加させたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】 請求項５記載の半導体発光素子において、前記第１窓層と第２窓層の界面近傍おける前記第２窓層内のＩｎ組成比を不純物濃度の増加にほぼ比例して漸次増加させたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】 請求項１記載の半導体発光素子において、前記第２クラッド層と前記第１窓層との界面上に電流阻止層を配設し、且つ、該電流阻止層の形状は上部電極の形状とほぼ相似形であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】 請求項８記載の半導体発光素子において、前記電流阻止層が次の構成よりなることを特徴とする半導体発光素子。
電流阻止層：ＩｎvＡｌx6Ｇａ1-v-x6Ｐ（但し、０≦ｖ≦１、０≦ｘ６≦１）。
【請求項１０】 請求項８記載の半導体発光素子において、前記電流阻止層が半導体発光素子の中央部または周辺部に設けられていることを特徴とする半導体発光素子。
【図１】
【図２】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図３】
【図４】
【図１２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図３】
【図４】
【図１２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０００−１０１１３２（Ｐ２０００−１０１１３２Ａ）
【公開日】平成１２年４月７日（２０００．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−２７３２３８
【出願日】平成１０年９月２８日（１９９８．９．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年４月７日（２０００．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年９月２８日（１９９８．９．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]