電流狭窄型発光素子およびその製造方法
【課題】電流阻止層の配設に伴う電流密度の増加によって悪化しがちなリニアリティおよび信頼性を改善した電流狭窄型発光素子等を提供する。
【解決手段】本発明の発光素子１は、ＧａＡｓ基板2の上面2aに、下側クラッド層3、活性層4、上側クラッド層5、電流阻止層6、および第１開口7aをもつ第１電極層7を有し、ＧａＡｓ基板2の下面2bに第２電極層8を有し、活性層4が、不純物をドーピングしないアンドープ活性層であり、電流阻止層6は、上側クラッド層5の上方でかつ第１電極層7の直下位置に、上側クラッド層5の表面の一部5a1が前記第２開口6aよりも小さな径をもつ前記第１開口7aから露出するように配設されることを特徴とする。
【解決手段】本発明の発光素子１は、ＧａＡｓ基板2の上面2aに、下側クラッド層3、活性層4、上側クラッド層5、電流阻止層6、および第１開口7aをもつ第１電極層7を有し、ＧａＡｓ基板2の下面2bに第２電極層8を有し、活性層4が、不純物をドーピングしないアンドープ活性層であり、電流阻止層6は、上側クラッド層5の上方でかつ第１電極層7の直下位置に、上側クラッド層5の表面の一部5a1が前記第２開口6aよりも小さな径をもつ前記第１開口7aから露出するように配設されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流阻止層の配設に伴う電流密度の増加によって悪化しがちなリニアリティおよび信頼性を改善した電流狭窄型発光素子、ならびに、電流狭窄型発光素子を構成する下側クラッド層、活性層、上側クラッド層および電流阻止層の形成を、１回のエピタキシャル成長で行うことができ、かつ、その後のアニール処理を不要とすることができる電流狭窄型発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
点光源用の電流狭窄型発光素子の特性を向上させた公知技術を開示した例としては、例えば特許文献１〜３が挙げられる。
【０００３】
特許文献１には、電流狭窄層を、ＧａＡｓ基板と下側クラッド層との間に埋設した、いわゆる埋め込み型の半導体発光素子が記載されている。しかしながら、特許文献１記載のような埋め込み型の半導体発光素子は、使用する電流密度を増加させていくと、ある程度高い電流密度（例えば3.8Ａ/ｍｍ２）になると、電流密度に対し総発光出力Ｐ０が直線的に比例する、いわゆるリニアリティが得られず、電流密度をそれ以上増加させても発光出力を大きくすることはできず、一定ないし低下する傾向にあり、加えて、電流狭窄層をＧａＡｓ基板と下側クラッド層との間に埋設する場合、パターンニングなどの付加的な作業工程が必要となるため、エピタキシャル成長を複数回で行わなければならず、作業性やコストアップの悪化を招くという問題がある。
【０００４】
また、特許文献２は、電流狭窄層を設ける代わりに、活性層側の発光領域以外の部分を乱反射領域とし、電極で発光領域を制限した面発光型半導体発光装置が記載されている。しかしながら、特許文献２記載の半導体発光装置のように、電極のみで発光領域を制限した場合には、電流が素子全体を流れてしまうため、横方向へも発光してしまい、これは、特に点光源として用いる場合には好ましくない。
【０００５】
さらに、特許文献３は、活性層にｐ型もしくはｎ型となる不純物をドーピングした半導体発光素子が記載されている。しかしながら、特許文献３記載の半導体発光素子は、活性層にｐ型もしくはｎ型となる不純物がドーピングされているため、通電によりドーパントが拡散し出力変動が生じ、その結果、信頼性が悪いという問題があり、加えて、活性層にｐ型もしくはｎ型となる不純物をドープする方法として、アニーリング処理し、他の層にドープした不純物を活性層中に熱拡散させてドープする方法を採用する場合には、電流阻止層と上側クラッド層の間におけるドーパントの相互拡散が生じ、実効的なキャリア濃度の低下に伴って抵抗が増加し、電流狭窄型発光素子のように電極面積が狭い場合には、順方向電圧が増加する結果、発熱量が増え、信頼性に悪い影響を与えるという問題があった。
【０００６】
このように従来は、層構造を大きく変えるか、層自体の組成を不純物により大きく変えることなしには、特性の改善は図られないとされ、特に、リニアリティおよび信頼性を改善することは不可能であった。
【特許文献１】特公平７−７０７５７号公報
【特許文献２】特開平７−３８１４６号公報
【特許文献３】特開２００２−１１１０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、電流阻止層の配設に伴う電流密度の増加によって悪化しがちなリニアリティおよび信頼性を改善した電流狭窄型発光素子を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、電流狭窄型発光素子を構成する下側クラッド層、活性層、上側クラッド層および電流阻止層の形成を、１回のエピタキシャル成長で行うことができ、かつ、その後のアニール処理を不要とすることができる電流狭窄型発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）ＧａＡｓ基板の上面の側に、下側クラッド層、活性層、上側クラッド層、電流阻止層、および第１開口をもつ第１電極層を有し、ＧａＡｓ基板の下面の側に第２電極層を有する電流狭窄型発光素子において、前記活性層が、不純物をドーピングしないアンドープ活性層であり、前記電流阻止層は、第２開口をもち、前記上側クラッド層の上方でかつ前記第１電極層の直下位置に、前記電流阻止層に隣接する下層の表面の一部が前記第２開口よりも小さな径をもつ前記第１開口から露出するように配設されることを特徴とする電流狭窄型発光素子。
【００１０】
（２）下側クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰであり、活性層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＩｎＰであり、上側クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰであり、そして、電流阻止層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰである上記（１）記載の電流狭窄型発光素子。
【００１１】
（３）前記ＧａＡｓ基板と下側クラッド層の間に反射層をさらに有する上記（１）または（２）記載の電流狭窄型発光素子。
【００１２】
（４）前記反射層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる多層膜である上記（３）記載の電流狭窄型発光素子。
【００１３】
（５）前記ＧａＡｓ基板と前記反射層の間にバッファ層をさらに有する上記（３）又は（４）記載の電流狭窄型発光素子。
【００１４】
（６）前記バッファ層は、ＧａＡｓである上記（５）記載の電流狭窄型発光素子。
【００１５】
（７）ＧａＡｓ基板の上面の側に、ＭＯＣＶＤ法により、下側クラッド層、不純物をドーピングしないアンドープ活性層、上側クラッド層および電流阻止層を順次エピタキシャル成長させて形成した後、ウェットエッチング法により、前記電流阻止層に第２開口を形成し、その後、第２開口よりも小さな径の第１開口をもつ第１電極層を、前記電流阻止層に隣接する下層である上側クラッド層の表面の一部が露出するように形成し、前記エピタキシャル成長後にアニール処理は行わないことを特徴とする電流狭窄型発光素子の製造方法。
【００１６】
（８）前記下側クラッド層を形成するに先立って、バッファ層と反射層を順次形成する上記（７）記載の電流狭窄型発光素子の製造方法。
【００１７】
（９）前記ＧａＡｓ基板の下面の側に第２電極層を形成する上記（７）または（８）記載の電流狭窄型発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の電流狭窄型発光素子は、従来の層構造において、電流阻止層の配設に伴う電流密度の増加によって悪化しがちであったリニアリティを、かなり高い電流密度にわたって維持することができるとともに、信頼性の向上を可能にした。
【００１９】
また、本発明の電流狭窄型発光素子の製造方法は、電流狭窄型発光素子を構成する下側クラッド層、活性層、上側クラッド層および電流阻止層の形成を、１回のエピタキシャル成長で行うことができ、かつ、その後のアニール処理を不要とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明に従う電流狭窄型発光素子の断面構造を模式的に示したものである。
【００２１】
図１に示す発光素子１は、ＧａＡｓ基板２の上面2aの側に、下側クラッド層３、活性層4、上側クラッド層５、電流阻止層６、および発光面となる第１開口7aをもつ第１電極層７を有し、ＧａＡｓ基板２の下面2bの側に第２電極層８を有する、いわゆる電流狭窄型発光素子である。
【００２２】
各層３〜６を構成する好適な組成としては、例えば下側クラッド層３を、ＡｌａＧａ１−ａＡｓ（０≦ａ≦１）、活性層４を、ＩｎｂＧａ１−ｂＡｓ（０＜ｂ≦１）とＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（０≦ｃ≦１）からなる多重量子井戸、上側クラッド層５を、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ（０≦ｄ≦１）、電流阻止層６をＡｌｅＧａ１−ｅＡｓ（０≦ｅ≦１）とする場合が挙げられる。または、下側クラッド層３を、（ＡｌｆＧａ１−ｆ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ膜（０≦ｆ≦１）、活性層４を、ＩｎｇＧａ１-ｇＰ膜（０＜ｇ≦１）とＡｌｈＧａｉＩｎ１-ｈ-ｉＰ膜（０≦ｈ≦１、０≦ｉ≦１、かつ０≦ｈ+ｉ≦１）からなる多重量子井戸、上側クラッド層５を、（ＡｌｊＧａ１−ｊ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ膜（０≦ｊ≦１）、電流阻止層６を（ＡｌｋＧａ１−ｋ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ膜（０≦ｋ≦１）とする場合が挙げられる。
【００２３】
そして、本発明に従う発光素子１の構成上の主な特徴は、活性層４として、不純物をドーピングしないアンドープ活性層を用いるとともに、第２開口6aをもつ前記電流阻止層６を、前記上側クラッド層５の上方でかつ前記第１電極層７の直下位置に、前記電流阻止層６に隣接する下層、図１では上側クラッド層５の表面5aの一部5a1が前記第２開口6aよりも小さな径をもつ前記第１開口7aから露出するように配設することにあり、かかる構成を採用することにより、従来の層構造において、電流阻止層６の配設による電流密度の増加に伴って悪化しがちであったリニアリティおよび信頼性を、かなり高い電流密度にわたって維持することを可能にしたのである。
【００２４】
すなわち、本発明の発光素子１は、活性層４として、不純物をドーピングしないアンドープ活性層を用いることにより、活性層と上部クラッド層との界面付近の抵抗が局所的に高いため、活性層の直前で電流が適宜な範囲に広がり、過度の電流集中が無く、また不純物の拡散による信頼性の低下がないことが期待される。また、放熱経路にもなる第1電極層の直下に電流阻止層があることにより、電流阻止層６と、これに隣接する下層（図１では上側クラッド層５）間でのドーパントの相互拡散が抑制され、実効的なキャリア濃度の低下による抵抗の増加や、電流阻止領域の拡大を防ぐことが期待される。また、クラッド層の厚みを適宜調整することで、活性層での実効的な電流密度を下げることができる。これらの複合的な効果により、電極面積を狭くしても、順方向電圧の増加を抑制することができ、発光素子に、例えば１２．７Ａ／ｍｍ２までの高電流密度の範囲で電流を流したとしても、総発光出力Ｐ０は、電流密度ＩＦに対して直線的比例関係（リニアリティ）を維持することができ、この結果、電流密度の選択により、所望の総発光出力Ｐ０に制御することができる。
【００２５】
なお、本発明でいう「アンドープ活性層」は、ドーパントとしての不純物を積極的にドーピングしない活性層を意味するが、さらに、製造プロセスにおいて不可避的に混入する可能性のあるＣ（炭素）等の成分が微量含有する場合も含まれる。アンドープでのキャリア濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下である。なお、本実施例のようなＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸からなるアンドープ活性層の場合においても、実質的なキャリア濃度は１×１０１７ｃｍ−３以下である。
【００２６】
また、本発明の発光素子１では、電流阻止層６が第１電極層７の直下位置に配設されているため、電流阻止層６の第２開口6aの狭窄径Ｄ１と第１電極層７の第１開口7aの発光径Ｄ２とが一致する場合には、発光素子１には電流がほとんど流れない。このため、本発明では、電流阻止層６の前記狭窄径Ｄ１は、第１電極層７の前記発光径Ｄ２よりも大きいことが必要である。
【００２７】
本発明の発光素子の場合、電流阻止層６の前記狭窄径Ｄ１が小さくなるほど、順方向電圧Ｖｆが高くなる傾向にあり、また、第１電極層７の前記発光径Ｄ２を電流阻止層６の前記狭窄径Ｄ１対比で小さくするほど、第１電極層７の電極面積は増加するので、順方向電圧Ｖｆは低下するものの、発光径Ｄ２が小さくなるため、総発光出力は減少する傾向にある。
【００２８】
このため、本発明では、高い総発光出力Ｐ０と低い順方向電圧Ｖｆの双方をバランスよく満足させるには、電流阻止層６の第２開口6aの狭窄径Ｄ１を、第１電極層７の第１開口7aの発光径Ｄ２との対比で適正に設定することが好ましい。
【００２９】
例えば、電流阻止層６の第２開口6aの面積Ｓ１から、第１電極層７の第１開口7aの面積Ｓ２を差し引いた面積差Ｓ１−Ｓ２をコンタクト面積α（＝0.0028〜0.01ｍｍ２）とし、上側クラッド層５の膜厚を２〜１０μｍとするとき、電流阻止層６の第２開口6aの狭窄径Ｄ１と第１電極層７の第１開口7aの発光径Ｄ２は、下記（１）および（２）式の範囲を満足することが好ましい。
【００３０】
記
１７０μｍφ≧狭窄径Ｄ１＞発光径Ｄ２≧５０μｍφ・・・（１）
５０μｍ≧（狭窄径Ｄ１−発光径Ｄ２）≧２０μｍ ・・・（２）
【００３１】
狭窄径Ｄ１が１７０μｍφよりも大きいと、発光中心部への電流の広がりが不十分になるというおそれがあり、発光径Ｄ２が５０μｍφよりも小さいと、電極に覆われる部分が増えるため出力が低下するというおそれがあるからであり、また、（狭窄径Ｄ１−発光径Ｄ２）が５０μｍよりも大きいと、チップサイズに対して過分なコンタクト面積となり狭窄効果がえられないおそれがあり、（狭窄径Ｄ１−発光径Ｄ２）が２０μｍよりも小さいと、コンタクト面積が小さすぎてコンタクト部の抵抗が大きく、素子の性能（発光特性、信頼性）を損なう（劣化させる）おそれがあるからである。
【００３２】
種々の発光径Ｄ２と狭窄径Ｄ１をもつ、サイズ：１８０μｍ×３２０μｍ（長方形）の電流狭窄型発光素子を作製し、この発光素子に２０ｍＡ（一定）の電流を流したときの、総発光出力Ｐ０（ｍＷ）、単位面積Ａあたりの総発光出力Ｐ０／Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）および順方向電圧（Ｖ）を測定した結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１の結果から、上記（１）および（２）式を満足するサンプルＮｏ．１〜６はいずれも、総発光出力Ｐ０が高く、順方向電圧Ｖｆが低いことがわかる。
【００３５】
また、その他の実施形態として、前記ＧａＡｓ基板２と下側クラッド層３の間に、図１に示すように反射層９をさらに有することが軸上出力を高める点で好ましい。前記反射層９に用いられる材料としては、活性層４で発生した光を第１電極層７の開口7aに向かう方向に反射させる物性を有していればよく、特に限定はしないが、例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる多層膜反射層であることが好ましい。多層膜反射層は、例えばＡｌ１−ｘＧａｘＡｓ膜（０＜ｘ≦１）からなる第１反射膜、及びＡｌ１−ｙＧａｙＡｓ膜（０≦ｙ＜１、かつｙ＜ｘ）からなる第２反射膜を交互に積層することにより形成される。
【００３６】
さらに、ＧａＡｓ基板２と反射層９の間に、図１に示すように、バッファ層10をさらに有することが、高品質な結晶を得られる点で好ましい。前記バッファ層10に用いられる材料としては、例えば、ＧａＡｓが挙げられる。
【００３７】
本発明の電流狭窄型発光素子１は、特に、高電流密度（例えば3.8Ａ／ｍｍ２以上）で使用される高出力用発光素子に適用した場合であっても、良好なリニアリティを維持することができ、上述した本発明の顕著な効果を奏することができる。
【００３８】
次に、本発明に従う電流狭窄型発光素子の製造方法の一例について、以下で説明する。
【００３９】
本発明の電流狭窄型発光素子１の製造方法は、ｎ型のＧａＡｓ基板２の上面2aの側に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相蒸着法）により、必要に応じて、ｎ型のＧａＡｓからなるバッファ層10と、ｎ型のＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる多層膜からなる反射層９とを順次形成してから、ｎ型のＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる下側クラッド層３、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなり、不純物をドーピングしないアンドープ活性層４、ｐ型のＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる上側クラッド層５およびｎ型のＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる電流阻止層６を、１回のエピタキシャル成長で順次形成する。ｎ型のドーパントとしては、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）、Ｓｉ（シリコン）のいずれか1つ以上により選択される。ｐ型のドーパントとしては、Ｚｎ（亜鉛）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃ（炭素）のいずれか１つ以上により選択される。
【００４０】
次いで、ウエットエッチング法により、電流阻止層６に隣接する下層である上側クラッド層５の表面5aの一部である第１部分、好適には、図１に示すように、所定の狭窄径Ｄ１をもつ円形状の第１部分5a1を電流阻止層６から露出させる。なお、前記１部分5a1を電流阻止層６から露出させる他の方法として、ドライエッチング法を用いてもよい。
【００４１】
その後、前記第１部分5a1の一部が露出するように、前記狭窄径Ｄ１よりも小さな発光径Ｄ２をもつ円形状の発光面となる開口7aを設けた状態で、第１電極層７を、電流阻止層６が埋設するように形成し、その後、前記ＧａＡｓ基板２の下面の側に第２電極層８を形成することにより、本発明の電流狭窄型発光素子を製造することができる。
【００４２】
本発明の製造方法は、電流狭窄型発光素子１を構成する下側クラッド層３、活性層４、上側クラッド層５および電流阻止層６の形成を、１回のエピタキシャル成長で行うことができ、かつ、活性層４として、不純物をドーピングしないアンドープ活性層を用いるため、その後のアニール処理を不要とすることができる。
【００４３】
上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００４４】
次に、本発明の電流狭窄型発光素子を試作し、性能を評価したので、以下で説明する。
【００４５】
（実施例）
実施例は、図１に示す断面構造を有し、３００μｍ厚さのｎ型ＧａＡｓ基板２の上面2aに、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相蒸着法）により、０．１μｍ厚さのＳｅドープＧａＡｓからなるバッファ層10と、トータル厚さが１．２μｍのＳｅドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ／ＡｌＡｓ多層膜からなる反射層９と、０．５μｍ厚さのＳｅドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる下側クラッド層３と、トータル厚さが０．１μｍのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ多重量子井戸からなり、不純物をドーピングしないアンドープ活性層４、２．０μｍ厚さのＺｎドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる上側クラッド層５および ０．５μｍ厚さのＳｅドープＧａＡｓからなる電流阻止層６を、１回のエピタキシャル成長で順次形成し、次いで、ウェットエッチング法により、電流阻止層６の第２開口6a（狭窄径Ｄ１：１００μｍ）を形成し、その後、第２開口6aよりも小さな径の第１開口7a（発光径Ｄ２：８０μｍ）をもち、３μｍ厚さの第１電極層７を上側クラッド層５の表面5aの一部5a1が露出するように形成し、その後、ＧａＡｓ基板２の下面に、３μｍ厚さの第２電極層８を形成することにより、電流狭窄型発光素子（サイズ：１８０μｍ×３２０μｍ（長方形））を得た。なお、この発光素子の製造において、エピタキシャル成長後にアニール処理は行わなかった。
【００４６】
（比較例１）
比較例１は、図２に示す断面構造を有し、電流阻止層６を設けないこと以外は実施例と同様な方法で電流狭窄型発光素子を得た。
【００４７】
（比較例２）
比較例２は、図３に示す断面構造を有し、電流阻止層６を、上側クラッド層と第１電極層との間にさらに設けた追加クラッド層の直下位置に埋設したこと以外は実施例と同様な方法で電流狭窄型発光素子を得た。
【００４８】
（比較例３）
比較例３は、実施例の電流狭窄型発光素子を、エピタキシャル成長後にさらに６８０℃、２時間のアニール処理を行ったものである。
【００４９】
（比較例４）
比較例４は、活性層に不純物（Ｚｎなど）をドープして、活性層のキャリア濃度を５×１０１７ｃｍ−３としたこと以外は実施例と同様な方法で電流狭窄型発光素子を得た。
【００５０】
（比較例５）
比較例５は、実施例の電流狭窄型発光素子において、活性層に不純物（Ｚｎなど）をドープして、活性層のキャリア濃度を１×１０１８ｃｍ−３としたこと以外は実施例と同様な方法で電流狭窄型発光素子を得た。
【００５１】
（性能評価）
上記実施例および比較例１〜３の各供試発光素子について、２０ｍＡ（一定）の電流を流したときの、発光出力Ｐ０、軸上出力Ｉｅおよび順方向電圧Ｖｆを測定し、性能を評価した。
発光出力Ｐ０は積分球により測定し、軸上出力ＩｅはＣＩＥコンディションＡで測定し、そして、順方向電圧Ｖｆは電圧電流発生器により測定した。これらの測定結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】
【００５３】
表２の結果から、実施例は、総発光出力、軸状出力および順方向電圧のバランス性能に優れている。
【００５４】
また、実施例と比較例２について、発光素子（狭窄径Ｄ１：１００μｍ、発光径Ｄ２：８０μｍ）に０〜１００ｍＡ（電流密度にして０〜１２．７Ａ／ｍｍ２）の電流を流したときの総発光出力（ｍＷ）の変化をプロットしたものを図４に示す。図４に示す結果から、実施例は、１００ｍＡ（電流密度：１２．７Ａ／ｍｍ２）までの高電流の範囲に至るまで、総発光出力が電流に対し直線的に比例して増加しており、リニアリティに優れている。一方、電流阻止層を第１電極層から離して追加クラッド層の直下位置に配設した比較例２は、初期の総発光出力は高いものの、２０〜４０ｍＡ（電流密度にして２．５〜５．１Ａ／ｍｍ２）の範囲で、電流に対する総発光出力の増加のリニアリティが崩れ、４０ｍＡ（電流密度：５．１Ａ／ｍｍ２）を超えると、総発光出力は低下傾向にあるのがわかる。
【００５５】
さらに、実施例と比較例４および５について、発光素子に室温で５０ｍＡ（電流密度：６．４Ａ／ｍｍ２）を連続通電させたときの、初期出力Ｐ０（０時間、つまり数分の通電）に対するｔ時間通電後の出力Ｐｔとの比Ｐｔ／Ｐ０である相対出力の変化をプロットしたものを図５に示す。図５に示す結果から、実施例は出力の経時変化が非常に少なく、信頼性が高いことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明の電流狭窄型発光素子は、従来の層構造において、電流阻止層の配設に伴う電流密度の増加によって悪化しがちであったリニアリティを、かなり高い電流密度にわたって維持することができるとともに、信頼性の向上を可能にした。
【００５７】
また、本発明の電流狭窄型発光素子の製造方法は、電流狭窄型発光素子を構成する下側クラッド層、活性層、上側クラッド層および電流阻止層の形成を、１回のエピタキシャル成長で行うことができ、かつ、その後のアニール処理を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に従う電流狭窄型発光素子の断面図である。
【図２】比較例１の電極狭窄型発光素子の断面図である。
【図３】比較例２の埋め込み電流狭窄型発光素子の断面図である。
【図４】実施例と比較例２について、電流と総発光出力との関係をプロットしたグラフである。
【図５】実施例と比較例４および５について、発光素子に室温で５０ｍＡ（電流密度：６．４Ａ／ｍｍ２）を連続通電させたときの相対出力の変化をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１ 発光素子
２ ＧａＡｓ基板
３ 下側クラッド層
４ 活性層
５ 上側クラッド層
６ 電流阻止層
７ 第１電極層
８ 第２電極層
９ 反射層
10 バッファ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流阻止層の配設に伴う電流密度の増加によって悪化しがちなリニアリティおよび信頼性を改善した電流狭窄型発光素子、ならびに、電流狭窄型発光素子を構成する下側クラッド層、活性層、上側クラッド層および電流阻止層の形成を、１回のエピタキシャル成長で行うことができ、かつ、その後のアニール処理を不要とすることができる電流狭窄型発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
点光源用の電流狭窄型発光素子の特性を向上させた公知技術を開示した例としては、例えば特許文献１〜３が挙げられる。
【０００３】
特許文献１には、電流狭窄層を、ＧａＡｓ基板と下側クラッド層との間に埋設した、いわゆる埋め込み型の半導体発光素子が記載されている。しかしながら、特許文献１記載のような埋め込み型の半導体発光素子は、使用する電流密度を増加させていくと、ある程度高い電流密度（例えば3.8Ａ/ｍｍ２）になると、電流密度に対し総発光出力Ｐ０が直線的に比例する、いわゆるリニアリティが得られず、電流密度をそれ以上増加させても発光出力を大きくすることはできず、一定ないし低下する傾向にあり、加えて、電流狭窄層をＧａＡｓ基板と下側クラッド層との間に埋設する場合、パターンニングなどの付加的な作業工程が必要となるため、エピタキシャル成長を複数回で行わなければならず、作業性やコストアップの悪化を招くという問題がある。
【０００４】
また、特許文献２は、電流狭窄層を設ける代わりに、活性層側の発光領域以外の部分を乱反射領域とし、電極で発光領域を制限した面発光型半導体発光装置が記載されている。しかしながら、特許文献２記載の半導体発光装置のように、電極のみで発光領域を制限した場合には、電流が素子全体を流れてしまうため、横方向へも発光してしまい、これは、特に点光源として用いる場合には好ましくない。
【０００５】
さらに、特許文献３は、活性層にｐ型もしくはｎ型となる不純物をドーピングした半導体発光素子が記載されている。しかしながら、特許文献３記載の半導体発光素子は、活性層にｐ型もしくはｎ型となる不純物がドーピングされているため、通電によりドーパントが拡散し出力変動が生じ、その結果、信頼性が悪いという問題があり、加えて、活性層にｐ型もしくはｎ型となる不純物をドープする方法として、アニーリング処理し、他の層にドープした不純物を活性層中に熱拡散させてドープする方法を採用する場合には、電流阻止層と上側クラッド層の間におけるドーパントの相互拡散が生じ、実効的なキャリア濃度の低下に伴って抵抗が増加し、電流狭窄型発光素子のように電極面積が狭い場合には、順方向電圧が増加する結果、発熱量が増え、信頼性に悪い影響を与えるという問題があった。
【０００６】
このように従来は、層構造を大きく変えるか、層自体の組成を不純物により大きく変えることなしには、特性の改善は図られないとされ、特に、リニアリティおよび信頼性を改善することは不可能であった。
【特許文献１】特公平７−７０７５７号公報
【特許文献２】特開平７−３８１４６号公報
【特許文献３】特開２００２−１１１０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、電流阻止層の配設に伴う電流密度の増加によって悪化しがちなリニアリティおよび信頼性を改善した電流狭窄型発光素子を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、電流狭窄型発光素子を構成する下側クラッド層、活性層、上側クラッド層および電流阻止層の形成を、１回のエピタキシャル成長で行うことができ、かつ、その後のアニール処理を不要とすることができる電流狭窄型発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）ＧａＡｓ基板の上面の側に、下側クラッド層、活性層、上側クラッド層、電流阻止層、および第１開口をもつ第１電極層を有し、ＧａＡｓ基板の下面の側に第２電極層を有する電流狭窄型発光素子において、前記活性層が、不純物をドーピングしないアンドープ活性層であり、前記電流阻止層は、第２開口をもち、前記上側クラッド層の上方でかつ前記第１電極層の直下位置に、前記電流阻止層に隣接する下層の表面の一部が前記第２開口よりも小さな径をもつ前記第１開口から露出するように配設されることを特徴とする電流狭窄型発光素子。
【００１０】
（２）下側クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰであり、活性層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＩｎＰであり、上側クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰであり、そして、電流阻止層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰである上記（１）記載の電流狭窄型発光素子。
【００１１】
（３）前記ＧａＡｓ基板と下側クラッド層の間に反射層をさらに有する上記（１）または（２）記載の電流狭窄型発光素子。
【００１２】
（４）前記反射層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる多層膜である上記（３）記載の電流狭窄型発光素子。
【００１３】
（５）前記ＧａＡｓ基板と前記反射層の間にバッファ層をさらに有する上記（３）又は（４）記載の電流狭窄型発光素子。
【００１４】
（６）前記バッファ層は、ＧａＡｓである上記（５）記載の電流狭窄型発光素子。
【００１５】
（７）ＧａＡｓ基板の上面の側に、ＭＯＣＶＤ法により、下側クラッド層、不純物をドーピングしないアンドープ活性層、上側クラッド層および電流阻止層を順次エピタキシャル成長させて形成した後、ウェットエッチング法により、前記電流阻止層に第２開口を形成し、その後、第２開口よりも小さな径の第１開口をもつ第１電極層を、前記電流阻止層に隣接する下層である上側クラッド層の表面の一部が露出するように形成し、前記エピタキシャル成長後にアニール処理は行わないことを特徴とする電流狭窄型発光素子の製造方法。
【００１６】
（８）前記下側クラッド層を形成するに先立って、バッファ層と反射層を順次形成する上記（７）記載の電流狭窄型発光素子の製造方法。
【００１７】
（９）前記ＧａＡｓ基板の下面の側に第２電極層を形成する上記（７）または（８）記載の電流狭窄型発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の電流狭窄型発光素子は、従来の層構造において、電流阻止層の配設に伴う電流密度の増加によって悪化しがちであったリニアリティを、かなり高い電流密度にわたって維持することができるとともに、信頼性の向上を可能にした。
【００１９】
また、本発明の電流狭窄型発光素子の製造方法は、電流狭窄型発光素子を構成する下側クラッド層、活性層、上側クラッド層および電流阻止層の形成を、１回のエピタキシャル成長で行うことができ、かつ、その後のアニール処理を不要とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明に従う電流狭窄型発光素子の断面構造を模式的に示したものである。
【００２１】
図１に示す発光素子１は、ＧａＡｓ基板２の上面2aの側に、下側クラッド層３、活性層4、上側クラッド層５、電流阻止層６、および発光面となる第１開口7aをもつ第１電極層７を有し、ＧａＡｓ基板２の下面2bの側に第２電極層８を有する、いわゆる電流狭窄型発光素子である。
【００２２】
各層３〜６を構成する好適な組成としては、例えば下側クラッド層３を、ＡｌａＧａ１−ａＡｓ（０≦ａ≦１）、活性層４を、ＩｎｂＧａ１−ｂＡｓ（０＜ｂ≦１）とＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（０≦ｃ≦１）からなる多重量子井戸、上側クラッド層５を、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ（０≦ｄ≦１）、電流阻止層６をＡｌｅＧａ１−ｅＡｓ（０≦ｅ≦１）とする場合が挙げられる。または、下側クラッド層３を、（ＡｌｆＧａ１−ｆ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ膜（０≦ｆ≦１）、活性層４を、ＩｎｇＧａ１-ｇＰ膜（０＜ｇ≦１）とＡｌｈＧａｉＩｎ１-ｈ-ｉＰ膜（０≦ｈ≦１、０≦ｉ≦１、かつ０≦ｈ+ｉ≦１）からなる多重量子井戸、上側クラッド層５を、（ＡｌｊＧａ１−ｊ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ膜（０≦ｊ≦１）、電流阻止層６を（ＡｌｋＧａ１−ｋ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ膜（０≦ｋ≦１）とする場合が挙げられる。
【００２３】
そして、本発明に従う発光素子１の構成上の主な特徴は、活性層４として、不純物をドーピングしないアンドープ活性層を用いるとともに、第２開口6aをもつ前記電流阻止層６を、前記上側クラッド層５の上方でかつ前記第１電極層７の直下位置に、前記電流阻止層６に隣接する下層、図１では上側クラッド層５の表面5aの一部5a1が前記第２開口6aよりも小さな径をもつ前記第１開口7aから露出するように配設することにあり、かかる構成を採用することにより、従来の層構造において、電流阻止層６の配設による電流密度の増加に伴って悪化しがちであったリニアリティおよび信頼性を、かなり高い電流密度にわたって維持することを可能にしたのである。
【００２４】
すなわち、本発明の発光素子１は、活性層４として、不純物をドーピングしないアンドープ活性層を用いることにより、活性層と上部クラッド層との界面付近の抵抗が局所的に高いため、活性層の直前で電流が適宜な範囲に広がり、過度の電流集中が無く、また不純物の拡散による信頼性の低下がないことが期待される。また、放熱経路にもなる第1電極層の直下に電流阻止層があることにより、電流阻止層６と、これに隣接する下層（図１では上側クラッド層５）間でのドーパントの相互拡散が抑制され、実効的なキャリア濃度の低下による抵抗の増加や、電流阻止領域の拡大を防ぐことが期待される。また、クラッド層の厚みを適宜調整することで、活性層での実効的な電流密度を下げることができる。これらの複合的な効果により、電極面積を狭くしても、順方向電圧の増加を抑制することができ、発光素子に、例えば１２．７Ａ／ｍｍ２までの高電流密度の範囲で電流を流したとしても、総発光出力Ｐ０は、電流密度ＩＦに対して直線的比例関係（リニアリティ）を維持することができ、この結果、電流密度の選択により、所望の総発光出力Ｐ０に制御することができる。
【００２５】
なお、本発明でいう「アンドープ活性層」は、ドーパントとしての不純物を積極的にドーピングしない活性層を意味するが、さらに、製造プロセスにおいて不可避的に混入する可能性のあるＣ（炭素）等の成分が微量含有する場合も含まれる。アンドープでのキャリア濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下である。なお、本実施例のようなＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸からなるアンドープ活性層の場合においても、実質的なキャリア濃度は１×１０１７ｃｍ−３以下である。
【００２６】
また、本発明の発光素子１では、電流阻止層６が第１電極層７の直下位置に配設されているため、電流阻止層６の第２開口6aの狭窄径Ｄ１と第１電極層７の第１開口7aの発光径Ｄ２とが一致する場合には、発光素子１には電流がほとんど流れない。このため、本発明では、電流阻止層６の前記狭窄径Ｄ１は、第１電極層７の前記発光径Ｄ２よりも大きいことが必要である。
【００２７】
本発明の発光素子の場合、電流阻止層６の前記狭窄径Ｄ１が小さくなるほど、順方向電圧Ｖｆが高くなる傾向にあり、また、第１電極層７の前記発光径Ｄ２を電流阻止層６の前記狭窄径Ｄ１対比で小さくするほど、第１電極層７の電極面積は増加するので、順方向電圧Ｖｆは低下するものの、発光径Ｄ２が小さくなるため、総発光出力は減少する傾向にある。
【００２８】
このため、本発明では、高い総発光出力Ｐ０と低い順方向電圧Ｖｆの双方をバランスよく満足させるには、電流阻止層６の第２開口6aの狭窄径Ｄ１を、第１電極層７の第１開口7aの発光径Ｄ２との対比で適正に設定することが好ましい。
【００２９】
例えば、電流阻止層６の第２開口6aの面積Ｓ１から、第１電極層７の第１開口7aの面積Ｓ２を差し引いた面積差Ｓ１−Ｓ２をコンタクト面積α（＝0.0028〜0.01ｍｍ２）とし、上側クラッド層５の膜厚を２〜１０μｍとするとき、電流阻止層６の第２開口6aの狭窄径Ｄ１と第１電極層７の第１開口7aの発光径Ｄ２は、下記（１）および（２）式の範囲を満足することが好ましい。
【００３０】
記
１７０μｍφ≧狭窄径Ｄ１＞発光径Ｄ２≧５０μｍφ・・・（１）
５０μｍ≧（狭窄径Ｄ１−発光径Ｄ２）≧２０μｍ ・・・（２）
【００３１】
狭窄径Ｄ１が１７０μｍφよりも大きいと、発光中心部への電流の広がりが不十分になるというおそれがあり、発光径Ｄ２が５０μｍφよりも小さいと、電極に覆われる部分が増えるため出力が低下するというおそれがあるからであり、また、（狭窄径Ｄ１−発光径Ｄ２）が５０μｍよりも大きいと、チップサイズに対して過分なコンタクト面積となり狭窄効果がえられないおそれがあり、（狭窄径Ｄ１−発光径Ｄ２）が２０μｍよりも小さいと、コンタクト面積が小さすぎてコンタクト部の抵抗が大きく、素子の性能（発光特性、信頼性）を損なう（劣化させる）おそれがあるからである。
【００３２】
種々の発光径Ｄ２と狭窄径Ｄ１をもつ、サイズ：１８０μｍ×３２０μｍ（長方形）の電流狭窄型発光素子を作製し、この発光素子に２０ｍＡ（一定）の電流を流したときの、総発光出力Ｐ０（ｍＷ）、単位面積Ａあたりの総発光出力Ｐ０／Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）および順方向電圧（Ｖ）を測定した結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１の結果から、上記（１）および（２）式を満足するサンプルＮｏ．１〜６はいずれも、総発光出力Ｐ０が高く、順方向電圧Ｖｆが低いことがわかる。
【００３５】
また、その他の実施形態として、前記ＧａＡｓ基板２と下側クラッド層３の間に、図１に示すように反射層９をさらに有することが軸上出力を高める点で好ましい。前記反射層９に用いられる材料としては、活性層４で発生した光を第１電極層７の開口7aに向かう方向に反射させる物性を有していればよく、特に限定はしないが、例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる多層膜反射層であることが好ましい。多層膜反射層は、例えばＡｌ１−ｘＧａｘＡｓ膜（０＜ｘ≦１）からなる第１反射膜、及びＡｌ１−ｙＧａｙＡｓ膜（０≦ｙ＜１、かつｙ＜ｘ）からなる第２反射膜を交互に積層することにより形成される。
【００３６】
さらに、ＧａＡｓ基板２と反射層９の間に、図１に示すように、バッファ層10をさらに有することが、高品質な結晶を得られる点で好ましい。前記バッファ層10に用いられる材料としては、例えば、ＧａＡｓが挙げられる。
【００３７】
本発明の電流狭窄型発光素子１は、特に、高電流密度（例えば3.8Ａ／ｍｍ２以上）で使用される高出力用発光素子に適用した場合であっても、良好なリニアリティを維持することができ、上述した本発明の顕著な効果を奏することができる。
【００３８】
次に、本発明に従う電流狭窄型発光素子の製造方法の一例について、以下で説明する。
【００３９】
本発明の電流狭窄型発光素子１の製造方法は、ｎ型のＧａＡｓ基板２の上面2aの側に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相蒸着法）により、必要に応じて、ｎ型のＧａＡｓからなるバッファ層10と、ｎ型のＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる多層膜からなる反射層９とを順次形成してから、ｎ型のＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる下側クラッド層３、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなり、不純物をドーピングしないアンドープ活性層４、ｐ型のＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる上側クラッド層５およびｎ型のＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる電流阻止層６を、１回のエピタキシャル成長で順次形成する。ｎ型のドーパントとしては、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）、Ｓｉ（シリコン）のいずれか1つ以上により選択される。ｐ型のドーパントとしては、Ｚｎ（亜鉛）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃ（炭素）のいずれか１つ以上により選択される。
【００４０】
次いで、ウエットエッチング法により、電流阻止層６に隣接する下層である上側クラッド層５の表面5aの一部である第１部分、好適には、図１に示すように、所定の狭窄径Ｄ１をもつ円形状の第１部分5a1を電流阻止層６から露出させる。なお、前記１部分5a1を電流阻止層６から露出させる他の方法として、ドライエッチング法を用いてもよい。
【００４１】
その後、前記第１部分5a1の一部が露出するように、前記狭窄径Ｄ１よりも小さな発光径Ｄ２をもつ円形状の発光面となる開口7aを設けた状態で、第１電極層７を、電流阻止層６が埋設するように形成し、その後、前記ＧａＡｓ基板２の下面の側に第２電極層８を形成することにより、本発明の電流狭窄型発光素子を製造することができる。
【００４２】
本発明の製造方法は、電流狭窄型発光素子１を構成する下側クラッド層３、活性層４、上側クラッド層５および電流阻止層６の形成を、１回のエピタキシャル成長で行うことができ、かつ、活性層４として、不純物をドーピングしないアンドープ活性層を用いるため、その後のアニール処理を不要とすることができる。
【００４３】
上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００４４】
次に、本発明の電流狭窄型発光素子を試作し、性能を評価したので、以下で説明する。
【００４５】
（実施例）
実施例は、図１に示す断面構造を有し、３００μｍ厚さのｎ型ＧａＡｓ基板２の上面2aに、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相蒸着法）により、０．１μｍ厚さのＳｅドープＧａＡｓからなるバッファ層10と、トータル厚さが１．２μｍのＳｅドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ／ＡｌＡｓ多層膜からなる反射層９と、０．５μｍ厚さのＳｅドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる下側クラッド層３と、トータル厚さが０．１μｍのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ多重量子井戸からなり、不純物をドーピングしないアンドープ活性層４、２．０μｍ厚さのＺｎドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる上側クラッド層５および ０．５μｍ厚さのＳｅドープＧａＡｓからなる電流阻止層６を、１回のエピタキシャル成長で順次形成し、次いで、ウェットエッチング法により、電流阻止層６の第２開口6a（狭窄径Ｄ１：１００μｍ）を形成し、その後、第２開口6aよりも小さな径の第１開口7a（発光径Ｄ２：８０μｍ）をもち、３μｍ厚さの第１電極層７を上側クラッド層５の表面5aの一部5a1が露出するように形成し、その後、ＧａＡｓ基板２の下面に、３μｍ厚さの第２電極層８を形成することにより、電流狭窄型発光素子（サイズ：１８０μｍ×３２０μｍ（長方形））を得た。なお、この発光素子の製造において、エピタキシャル成長後にアニール処理は行わなかった。
【００４６】
（比較例１）
比較例１は、図２に示す断面構造を有し、電流阻止層６を設けないこと以外は実施例と同様な方法で電流狭窄型発光素子を得た。
【００４７】
（比較例２）
比較例２は、図３に示す断面構造を有し、電流阻止層６を、上側クラッド層と第１電極層との間にさらに設けた追加クラッド層の直下位置に埋設したこと以外は実施例と同様な方法で電流狭窄型発光素子を得た。
【００４８】
（比較例３）
比較例３は、実施例の電流狭窄型発光素子を、エピタキシャル成長後にさらに６８０℃、２時間のアニール処理を行ったものである。
【００４９】
（比較例４）
比較例４は、活性層に不純物（Ｚｎなど）をドープして、活性層のキャリア濃度を５×１０１７ｃｍ−３としたこと以外は実施例と同様な方法で電流狭窄型発光素子を得た。
【００５０】
（比較例５）
比較例５は、実施例の電流狭窄型発光素子において、活性層に不純物（Ｚｎなど）をドープして、活性層のキャリア濃度を１×１０１８ｃｍ−３としたこと以外は実施例と同様な方法で電流狭窄型発光素子を得た。
【００５１】
（性能評価）
上記実施例および比較例１〜３の各供試発光素子について、２０ｍＡ（一定）の電流を流したときの、発光出力Ｐ０、軸上出力Ｉｅおよび順方向電圧Ｖｆを測定し、性能を評価した。
発光出力Ｐ０は積分球により測定し、軸上出力ＩｅはＣＩＥコンディションＡで測定し、そして、順方向電圧Ｖｆは電圧電流発生器により測定した。これらの測定結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】
【００５３】
表２の結果から、実施例は、総発光出力、軸状出力および順方向電圧のバランス性能に優れている。
【００５４】
また、実施例と比較例２について、発光素子（狭窄径Ｄ１：１００μｍ、発光径Ｄ２：８０μｍ）に０〜１００ｍＡ（電流密度にして０〜１２．７Ａ／ｍｍ２）の電流を流したときの総発光出力（ｍＷ）の変化をプロットしたものを図４に示す。図４に示す結果から、実施例は、１００ｍＡ（電流密度：１２．７Ａ／ｍｍ２）までの高電流の範囲に至るまで、総発光出力が電流に対し直線的に比例して増加しており、リニアリティに優れている。一方、電流阻止層を第１電極層から離して追加クラッド層の直下位置に配設した比較例２は、初期の総発光出力は高いものの、２０〜４０ｍＡ（電流密度にして２．５〜５．１Ａ／ｍｍ２）の範囲で、電流に対する総発光出力の増加のリニアリティが崩れ、４０ｍＡ（電流密度：５．１Ａ／ｍｍ２）を超えると、総発光出力は低下傾向にあるのがわかる。
【００５５】
さらに、実施例と比較例４および５について、発光素子に室温で５０ｍＡ（電流密度：６．４Ａ／ｍｍ２）を連続通電させたときの、初期出力Ｐ０（０時間、つまり数分の通電）に対するｔ時間通電後の出力Ｐｔとの比Ｐｔ／Ｐ０である相対出力の変化をプロットしたものを図５に示す。図５に示す結果から、実施例は出力の経時変化が非常に少なく、信頼性が高いことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明の電流狭窄型発光素子は、従来の層構造において、電流阻止層の配設に伴う電流密度の増加によって悪化しがちであったリニアリティを、かなり高い電流密度にわたって維持することができるとともに、信頼性の向上を可能にした。
【００５７】
また、本発明の電流狭窄型発光素子の製造方法は、電流狭窄型発光素子を構成する下側クラッド層、活性層、上側クラッド層および電流阻止層の形成を、１回のエピタキシャル成長で行うことができ、かつ、その後のアニール処理を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に従う電流狭窄型発光素子の断面図である。
【図２】比較例１の電極狭窄型発光素子の断面図である。
【図３】比較例２の埋め込み電流狭窄型発光素子の断面図である。
【図４】実施例と比較例２について、電流と総発光出力との関係をプロットしたグラフである。
【図５】実施例と比較例４および５について、発光素子に室温で５０ｍＡ（電流密度：６．４Ａ／ｍｍ２）を連続通電させたときの相対出力の変化をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１ 発光素子
２ ＧａＡｓ基板
３ 下側クラッド層
４ 活性層
５ 上側クラッド層
６ 電流阻止層
７ 第１電極層
８ 第２電極層
９ 反射層
10 バッファ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板の上面の側に、下側クラッド層、活性層、上側クラッド層、電流阻止層、および第１開口をもつ第１電極層を有し、ＧａＡｓ基板の下面の側に第２電極層を有する電流狭窄型発光素子において、
前記活性層が、不純物をドーピングしないアンドープ活性層であり、
前記電流阻止層は、第２開口をもち、前記上側クラッド層の上方でかつ前記第１電極層の直下位置に、前記電流阻止層に隣接する下層の表面の一部が前記第２開口よりも小さな径をもつ前記第１開口から露出するように配設されることを特徴とする電流狭窄型発光素子。
【請求項２】
下側クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰであり、活性層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＩｎＰであり、上側クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰであり、そして、電流阻止層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰである請求項１記載の電流狭窄型発光素子。
【請求項３】
前記ＧａＡｓ基板と下側クラッド層の間に反射層をさらに有する請求項１または２記載の電流狭窄型発光素子。
【請求項４】
前記反射層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる多層膜である請求項３記載の電流狭窄型発光素子。
【請求項５】
前記ＧａＡｓ基板と前記反射層の間にバッファ層をさらに有する請求項３又は４記載の電流狭窄型発光素子。
【請求項６】
前記バッファ層は、ＧａＡｓである請求項５記載の電流狭窄型発光素子。
【請求項７】
ＧａＡｓ基板の上面の側に、ＭＯＣＶＤ法により、下側クラッド層、不純物をドーピングしないアンドープ活性層、上側クラッド層および電流阻止層を順次エピタキシャル成長させて形成した後、ウェットエッチング法により、前記電流阻止層に第２開口を形成し、その後、第２開口よりも小さな径の第１開口をもつ第１電極層を、前記電流阻止層に隣接する下層である上側クラッド層の表面の一部が露出するように形成し、かつ、前記エピタキシャル成長後にアニール処理は行わないことを特徴とする電流狭窄型発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記下側クラッド層を形成するに先立って、バッファ層と反射層を順次形成する請求項７記載の電流狭窄型発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記ＧａＡｓ基板の下面の側に第２電極層を形成する請求項７または８記載の電流狭窄型発光素子の製造方法。
【請求項１】
ＧａＡｓ基板の上面の側に、下側クラッド層、活性層、上側クラッド層、電流阻止層、および第１開口をもつ第１電極層を有し、ＧａＡｓ基板の下面の側に第２電極層を有する電流狭窄型発光素子において、
前記活性層が、不純物をドーピングしないアンドープ活性層であり、
前記電流阻止層は、第２開口をもち、前記上側クラッド層の上方でかつ前記第１電極層の直下位置に、前記電流阻止層に隣接する下層の表面の一部が前記第２開口よりも小さな径をもつ前記第１開口から露出するように配設されることを特徴とする電流狭窄型発光素子。
【請求項２】
下側クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰであり、活性層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＩｎＰであり、上側クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰであり、そして、電流阻止層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰである請求項１記載の電流狭窄型発光素子。
【請求項３】
前記ＧａＡｓ基板と下側クラッド層の間に反射層をさらに有する請求項１または２記載の電流狭窄型発光素子。
【請求項４】
前記反射層は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる多層膜である請求項３記載の電流狭窄型発光素子。
【請求項５】
前記ＧａＡｓ基板と前記反射層の間にバッファ層をさらに有する請求項３又は４記載の電流狭窄型発光素子。
【請求項６】
前記バッファ層は、ＧａＡｓである請求項５記載の電流狭窄型発光素子。
【請求項７】
ＧａＡｓ基板の上面の側に、ＭＯＣＶＤ法により、下側クラッド層、不純物をドーピングしないアンドープ活性層、上側クラッド層および電流阻止層を順次エピタキシャル成長させて形成した後、ウェットエッチング法により、前記電流阻止層に第２開口を形成し、その後、第２開口よりも小さな径の第１開口をもつ第１電極層を、前記電流阻止層に隣接する下層である上側クラッド層の表面の一部が露出するように形成し、かつ、前記エピタキシャル成長後にアニール処理は行わないことを特徴とする電流狭窄型発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記下側クラッド層を形成するに先立って、バッファ層と反射層を順次形成する請求項７記載の電流狭窄型発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記ＧａＡｓ基板の下面の側に第２電極層を形成する請求項７または８記載の電流狭窄型発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１０３０４（Ｐ２００９−１０３０４Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７２７７４（Ｐ２００７−１７２７７４）
【出願日】平成１９年６月２９日（２００７．６．２９）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２９日（２００７．６．２９）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]