JPH05211345A - 面発光型発光ダイオードおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光取出し効率の高い面発光型発光ダイオード
を提供する。 【構成】 ｐ型の第２クラッド層２２とキャップ層２６
との間にｎ型の電流ブロック層２４を設けるとともに、
キャップ層２６の光取出し面２８のうち上部電極３０が
取り付けられる部分以外の部分からｐ型不純物を拡散ま
たはイオン注入することにより、電流ブロック層２４の
周縁部をｐ型に反転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は面発光型発光ダイオード
に係り、特に、最上部に形成された光取出し面から効率
良く光を取り出すことができる面発光型発光ダイオード
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】基板上にｐ型半導体およびｎ型半導体が
積層されるとともに最上部に光取出し面が形成され、そ
の光取出し面に取り付けられた上部電極と前記基板の下
面に取り付けられた下部電極との間に動作電流が通電さ
れることにより、その光取出し面から光を放射する面発
光型発光ダイオードが広く知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに光取出し面に上部電極が取り付けられた面発光型発
光ダイオードにおいては、上部電極の直下部分で発生さ
せられた光がその上部電極によって反射されるため、光
取出し効率が低下して光出力が弱くなるという問題があ
った。

【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、光取出し効率の高い
面発光型発光ダイオードを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための第１の手段】かかる目的を達成
するために、第１発明は、基板上にｐ型半導体およびｎ
型半導体が積層されるとともに最上部に光取出し面が形
成され、その光取出し面に取り付けられた上部電極と前
記基板の下面に取り付けられた下部電極との間に動作電
流が通電されることにより、その光取出し面から光を放
射する面発光型発光ダイオードであって、前記光取出し
面と平行な平面内において前記上部電極の直下部分以外
の部分の不純物濃度が高められ、その直下部分以外の部
分を前記動作電流が流れ易くなるようにした電流制御層
を有することを特徴とする。

【０００６】

【第１発明の作用および効果】このような面発光型発光
ダイオードにおいては、上部電極の直下部分以外の部分
の不純物濃度が高められることにより、その直下部分以
外の部分を動作電流が流れ易くなるようにした電流制御
層を備えているため、その動作電流が流れ易い上部電極
の直下部分以外の部分で主に光が発せられるようになっ
て光取出し効率が向上する。

【０００７】

【課題を解決するための第２の手段】前記目的を達成す
るために、第２発明は、前記第１発明の面発光型発光ダ
イオードにおいて、前記光取出し面の近傍に導電型がｐ
ｎｐまたはｎｐｎとなるサンドイッチ構造部を有すると
ともに、その光取出し面の前記上部電極が取り付けられ
る部分以外の部分から、前記サンドイッチ構造部の中間
層の導電型を反転させるための不純物が拡散またはイオ
ン注入されることにより、その中間層によって前記電流
制御層が構成されていることを特徴とする。

【０００８】

【第２発明の作用および効果】すなわち、この第２発明
は前記第１発明の一態様を為すもので、不純物が拡散ま
たはイオン注入されない上部電極の直下部分ではｐｎｐ
またはｎｐｎのままで動作電流は流れないが、上部電極
の直下部分以外の部分は、不純物の拡散またはイオン注
入により同じ導電型とされて動作電流が流れるようにな
るため、その上部電極の直下部分以外の部分で主に光が
発せられるようになって光取出し効率が向上する。この
場合には、発光ダイオードを構成する半導体を結晶成長
させる際にサンドイッチ構造部を形成し、その後光取出
し面から不純物を拡散またはイオン注入してサンドイッ
チ構造部の中間層の導電型を反転させるだけで良いた
め、半導体の結晶成長を中断して電流制御層を設ける場
合に比較して、光取出し効率の高い面発光型発光ダイオ
ードを簡単且つ安価に製造できる。

【０００９】

【課題を解決するための第３の手段】前記目的を達成す
るために、第３発明は、前記第１発明の面発光型発光ダ
イオードにおいて、前記電流制御層が、前記光取出し面
の前記上部電極が取り付けられる部分以外の部分から電
気を通し易くするための不純物が拡散またはイオン注入
されて、その上部電極の直下部分以外の部分の導電率が
高められたものであることを特徴とする。

【００１０】

【第３発明の作用および効果】すなわち、この第３発明
は前記第１発明の一態様を為すもので、動作電流は、不
純物の拡散またはイオン注入により導電率が高められた
上部電極の直下部分以外の部分を流れるため、その直下
部分以外の部分で主に光が発せられるようになって光取
出し効率が向上する。この場合には、通常の面発光型発
光ダイオードの光取出し面から不純物を拡散またはイオ
ン注入して上部電極の直下部分以外の部分を電気が流れ
易くするだけであるため、上部電極の直下部分における
電流の流れを完全に阻止する上記第２発明の面発光型発
光ダイオードに比較して光取出し効率の向上効果は劣る
ものの、製造が一層簡単になって大幅なコストダウンを
図ることができる。

【００１１】

【課題を解決するための第４の手段】前記目的を達成す
るために、第４発明は、前記第１発明の面発光型発光ダ
イオードにおいて、前記電流制御層が、前記上部電極の
直下部分のみに設けられた第１半導体と、その上部電極
の直下部分以外の部分も含めてその第１半導体上に設け
られた第１半導体と同じ組成で第１半導体よりも不純物
濃度が高い第２半導体のうち、その第１半導体と同一平
面に位置する部分とによって構成され、光を発する活性
層よりも上部に設けられたものであることを特徴とす
る。

【００１２】

【第４発明の作用および効果】すなわち、この第４発明
は前記第１発明の一態様を為すもので、動作電流は不純
物濃度が高くて自由キャリアが多い第２半導体を流れ易
いため、第１半導体と同一平面およびそれよりも下部に
位置する活性層においては、上部電極の直下部分以外の
部分を動作電流は流れることになり、その直下部分以外
の部分で主に光が発せられるようになって光取出し効率
が向上する。この場合には、第２半導体の結晶成長の過
程で不純物を高濃度でドーピングすれば良いため、拡散
やイオン注入等の面倒な操作が不要となる。また、不純
物を高濃度ドープした部分では自由キャリアによる光の
吸収が大きくなるため、光取出し効率を高めるためには
その高濃度ドープ部分の厚さを薄くすることが望まれる
が、拡散やイオン注入では不純物の高濃度ドープ部分の
厚さを薄くすることが困難で一般に２μｍ程度以上とな
り、光吸収が比較的大きいとともに、その高濃度ドープ
部分の厚さを制御することが困難で品質にばらつきが生
じ易いのに対し、第２半導体の結晶成長過程で不純物を
ドーピングすれば良い本発明では、第２半導体の膜厚制
御やその膜厚を２μｍ以下にしたりすることが容易に可
能で、光吸収の少ない一定品質の面発光型発光ダイオー
ドを安定して製造できる。

【００１３】

【課題を解決するための第５の手段】前記目的を達成す
るために、第５発明は、前記第２発明の面発光型発光ダ
イオードを製造する方法であって、（ａ）前記光取出し
面の近傍に導電型がｐｎｐまたはｎｐｎとなるサンドイ
ッチ構造部を形成する工程と、（ｂ）前記光取出し面の
前記上部電極が取り付けられる部分以外の部分から、前
記サンドイッチ構造部の中間層の導電型を反転させるた
めの不純物を拡散またはイオン注入する工程とを有する
ことを特徴とする。

【００１４】

【第５発明の作用および効果】かかる第５発明は、発光
ダイオードを構成するための半導体を結晶成長させる際
に導電型がｐｎｐまたはｎｐｎとなるサンドイッチ構造
部を形成し、その後反応炉から半導体ウェハを取り出し
て、サンドイッチ構造部の中間層の導電型を反転させる
不純物を光取出し面の上部電極が取り付けられる部分以
外の部分から拡散またはイオン注入することにより、前
記電流制御層を有する第２発明の面発光型発光ダイオー
ドを製造するのであり、第２発明と同様の効果が得られ
る。

【００１５】

【課題を解決するための第６の手段】前記目的を達成す
るために、第６発明は、前記第３発明の面発光型発光ダ
イオードを製造する方法であって、前記光取出し面の前
記上部電極が取り付けられる部分以外の部分から電気を
通し易くするための不純物を拡散またはイオン注入する
工程を有することを特徴とする。

【００１６】

【第６発明の作用および効果】かかる第６発明は、基板
上に半導体を結晶成長させて通常の面発光型発光ダイオ
ードを形成した後、最上部の光取出し面の上部電極が取
り付けられる部分以外の部分から電気を流し易くするた
めの不純物を拡散することにより、前記電流制御層を有
する第３発明の面発光型発光ダイオードを製造するので
あり、第３発明と同様の効果が得られる。

【００１７】

【課題を解決するための第７の手段】前記目的を達成す
るために、第７発明は、第４発明の面発光型発光ダイオ
ードを製造する方法であって、（ａ）前記活性層よりも
上部において前記第１半導体を結晶成長させる工程と、
（ｂ）その第１半導体のうち前記上部電極の直下部分以
外の部分を取り除く工程と、（ｃ）前記第１半導体より
も不純物を高濃度でドーピングしつつ前記第２半導体を
前記上部電極の直下部分以外の部分も含んでその第１半
導体上に結晶成長させる工程とを有することを特徴とす
る。

【００１８】

【第７発明の作用および効果】かかる第７発明は、活性
層よりも上部において第１半導体を結晶成長させるとと
もに、その第１半導体のうち上部電極の直下部分以外の
部分を取り除き、その後、第１半導体よりも不純物を高
濃度でドーピングしつつ第２半導体を上部電極の直下部
分以外の部分も含んで第１半導体上に結晶成長させるこ
とにより、前記電流制御層を有する第４発明の面発光型
発光ダイオードを製造するのであり、第４発明と同様の
効果が得られる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００２０】図１は、第２発明の一実施例である面発光
型発光ダイオード１０の構造図で、かかる面発光型発光
ダイオード１０は第５発明に従って製造される。図１に
おいて、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上には、ｎ−ＧａＡｌ
_0-0.45Ａｓから成るバッファ層１４，ｎ型の光反射層１
６，ｎ−Ｇａ_0.55Ａｌ_0.45Ａｓから成る第１クラッド層
１８，ｐ−ＧａＡｓから成る活性層２０，ｐ−Ｇａ_0.55
Ａｌ_0.45Ａｓから成る第２クラッド層２２，中央部がｎ
型で斜線が付されている周縁部がｐ型のＧａ_0.9Ａｌ
_0.1 Ａｓから成る電流ブロック層２４，ｐ−Ｇａ_0.9 Ａ
ｌ_0.1 Ａｓから成るキャップ層２６が順次積層されてい
る。第１クラッド層１８，活性層２０，および第２クラ
ッド層２２によってダブルヘテロ構造が構成され、活性
層２０から光が発せられる。

【００２１】上記キャップ層２６の上面２８は、活性層
２０で発生させられた光を取り出す光取出し面として機
能し、その中央部には直径が約１００μｍの上部電極３
０が取り付けられている。前記電流ブロック層２４のう
ち中央部のｎ−Ｇａ_0.9 Ａｌ_0.1 Ａｓの範囲は、上記上
部電極３０と略同じ大きさで上部電極３０の真下に位置
している。また、前記基板１２の下面には、その全面に
下部電極３２が取り付けられている。前記光反射層１６
は、屈折率が異なる２種類の半導体を発光波長に応じて
定められた所定の膜厚で繰り返し積層したもので、活性
層２０から基板１２側へ進行した光を光波干渉によって
反射する。

【００２２】また、かかる面発光型発光ダイオード１０
は、一辺が約３５０μｍの正四角形状を成しているとと
もに、上記バッファ層１４の膜厚は約０．２μｍで、第
１クラッド層１８の膜厚は約２．０μｍで、活性層２０
の膜厚は約０．１μｍで、第２クラッド層２２の膜厚は
約６．０μｍで、電流ブロック層２４の膜厚は約０．５
μｍで、キャップ層２６の膜厚は約１．０μｍである。
なお、図１は各層の膜厚を正確な割合で表したものでは
ない。

【００２３】このような面発光型発光ダイオード１０
は、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置を
用いて以下のようにして製造される。この製造方法は第
５発明に従うもので、先ず、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内
に基板１２をセットした後、Ｓｅドープによりその基板
１２上にｎ−ＧａＡｓを結晶成長させることによってバ
ッファ層１４を形成し、そのバッファ層１４上に、同じ
くＳｅドープによりｎ型の光反射層１６，およびｎ−Ｇ
ａ_0.55Ａｌ_0.45Ａｓから成る第１クラッド層１８を順次
積層する。続いて、Ｚｎドープによりｐ−ＧａＡｓから
成る活性層２０，ｐ−Ｇａ_0.55Ａｌ_0.45Ａｓから成る第
２クラッド層２２を積層し、更に、Ｓｅドープによりｎ
−Ｇａ_0.9 Ａｌ_0.1 Ａｓから成る電流ブロック層２４，
Ｚｎドープによりｐ−Ｇａ_0.9 Ａｌ_0.1 Ａｓから成るキ
ャップ層２６を積層する。図２の（ａ）に示されている
半導体ウェハ３６はこの状態のものであり、反応炉内に
導入する原料ガスの切換えや流量制御によってバッファ
層１４からキャップ層２６まで連続的に積層される。各
層の膜厚は、結晶成長時間や原料ガスの流量を制御する
ことによって調整される。上記ｐ型の第２クラッド層２
２，ｎ型の電流ブロック層２４，およびｐ型のキャップ
層２６を順次積層する工程が、サンドイッチ構造部を形
成する工程で、これ等の第２クラッド層２２，電流ブロ
ック層２４，およびキャップ層２６によりサンドイッチ
構造部が構成されている。

【００２４】次に、上記半導体ウェハ３６を反応炉から
取り出し、キャップ層２６の上面２８のうち、図２の
（ｂ）に示されているように前記上部電極３０が取り付
けられる部分２８ａ以外の斜線で示されている部分２８
ｂにＺｎを拡散する。このＺｎの拡散法の一例について
図３を参照しつつ具体的に説明すると、先ず、Ｓｉ₃ Ｎ
₄ の拡散防止膜７０をプラズマＣＶＤ法により半導体ウ
ェハ３６の上面全体にコーティングした後、通常のフォ
トリソグラフィ技術により、フォトレジストによるパタ
ーンを作成するとともに反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ：Reactive IonEtching）により部分的に削除し、前
記上部電極３０と略同じ形状の拡散防止膜７０のパター
ンを作成する。図３の（ａ）はこの状態である。次に、
その上からＳＯＧ（Spin-On-Glass)を塗布するととも
に、５００℃で１時間程度かけてＳＯＧ膜を固化するこ
とにより、保護膜７２を形成する。図３の（ｂ）はこの
状態である。そして、このように拡散防止膜７０および
保護膜７２が設けられた半導体ウェハ３６を、図３の
（ｃ）に示されているようにＺｎＡｓ₂ ７４と共に石英
アンプル７６内に真空封入（１０^-6ｔｏｒｒ程度）し、
この石英アンプル７６を図３の（ｄ）に示されているよ
うに拡散炉７８内にセットして６５０℃で２０時間程度
加熱することにより、半導体ウェハ３６内にＺｎを拡散
する。ＺｎＡｓ₂ ７４は約１．２ｇで、石英アンプル７
６の容積は約１２００ｃｃであり、１ｃｃ当たり約１ｍ
ｇである。また、Ｚｎは保護膜７２を突き抜けて半導体
ウェハ３６内に拡散する。その後、拡散炉７８から石英
アンプル７６を取り出して、図３の（ｅ）に示されてい
るように一部を水冷し、残留ＺｎＡｓ₂ 蒸気を水冷部に
凝縮させた後、石英アンプル７６から半導体ウェハ３６
を取り出す。図３の（ｆ）はその状態の半導体ウェハ３
６であり、保護膜７２および拡散防止膜７０を除去する
ことにより、前記図２の（ｂ）に示されている半導体ウ
ェハ３６が得られる。

【００２５】このようにしてＺｎが拡散されると、前記
ｎ−Ｇａ_0.9 Ａｌ_0.1 Ａｓから成る電流ブロック層２４
のうち、Ｚｎが拡散された周縁部はｐ型に反転する。す
なわち、このＺｎの拡散工程は、サンドイッチ構造部の
中間層である電流ブロック層２４の導電型を反転させる
ための不純物を拡散する工程であり、上部電極３０が取
り付けられる部分２８ａの直下部分以外の部分である周
縁部がｐ型に反転させられた電流ブロック層２４は電流
制御層に相当する。なお、図１，図２（ｂ），および図
３（ｆ）の斜線部はＺｎの拡散領域を表している。そし
て、前記上部電極３０および下部電極３２をそれぞれキ
ャップ層２６および基板１２に蒸着して取り付け、アニ
ール（熱処理）を行うことにより図１に示す面発光型発
光ダイオード１０が得られる。

【００２６】このような面発光型発光ダイオード１０
は、上部電極３０と下部電極３２との間に順方向、すな
わち電極３０から電極３２に向って動作電流が流される
ことにより、活性層２０内において光が発生させられ、
その光がキャップ層２６の上面２８から外部に放射され
る。この時、電流ブロック層２４の中央部、すなわち上
部電極３０の直下部分はｎ−Ｇａ_0.9 Ａｌ_0.1 Ａｓであ
り、ｐ−Ｇａ_0.55Ａｌ_0.45Ａｓから成る第２クラッド層
２２との間では電流の向きが逆バイアスとなるため、動
作電流は電流ブロック層２４のうち周縁部のｐ−Ｇａ
_0.9 Ａｌ_0.1 Ａｓの部分を流れる。また、第２クラッド
層２２の膜厚は約６．０μｍと極めて薄いため、その下
に設けられた活性層２０においても、その周縁部すなわ
ち上部電極３０の直下部分以外の部分を動作電流は主と
して流れることとなり、その周縁部で光が発せられる。
すなわち、活性層２０のうち上面２８から光が有効に取
り出される上部電極３０の直下部分以外の部分で主に光
が発せられるのであり、これにより、光取出し効率が向
上して高い光出力が得られるようになるのである。

【００２７】因に、かかる面発光型発光ダイオード１０
を（ａ）として、他に図４に示す（ｂ）〜（ｅ）の４種
類の面発光型発光ダイオード４０，４２，４４，４６を
用意し、動作電流Ｉ_F ＝５０ｍＡで発光させた時の光出
力（外部発光出力）Ｐ_O および動作電圧Ｖ_F を測定した
ところ、表１に示す結果が得られた。図４の（ｂ）の面
発光型発光ダイオード４０は、前記面発光型発光ダイオ
ード１０に比較してＺｎの非拡散領域、すなわち電流ブ
ロック層２４の電流ブロック領域を上部電極３０よりも
大きくした（直径約１２０μｍ）もので、（ｃ）の面発
光型発光ダイオード４２は、（ｂ）の面発光型発光ダイ
オード４０において上部電極３０を取り付ける前にキャ
ップ層２６の表面全体に浅くＺｎを拡散し、表層部にお
けるｐ型のキャリア濃度を高くして電気抵抗を低くした
ものであり、何れも第２発明の一態様である。これに対
し、図４の（ｄ）の面発光型発光ダイオード４４は、前
記面発光型発光ダイオード１０に比較して電流ブロック
層２４を備えていないとともにＺｎ拡散を行っていない
従来の面発光型発光ダイオードであり、（ｅ）の面発光
型発光ダイオード４６は、（ｄ）の面発光型発光ダイオ
ード４４において上部電極３０を取り付ける前にキャッ
プ層２６の表面全体に浅くＺｎを拡散し、表層部におけ
るｐ型のキャリア濃度を高くして電気抵抗を低くしたも
のである。

【００２８】

【表１】

【００２９】かかる表１の結果から明らかなように、上
部電極３０の直下部分に電流ブロック領域を有する本発
明品（ａ），（ｂ），（ｃ）においては高い光出力Ｐ_O
を得られることが判る。また、キャップ層２６の表層部
に上部電極３０の直下部分を含めて電気抵抗の低い低抵
抗層を設ければ、動作電圧Ｖ_F を低く維持しつつ光出力
Ｐ_O を更に向上させることができる。

【００３０】一方、本実施例の面発光型発光ダイオード
１０は、ＭＯＣＶＤ装置により半導体ウェハ３６を形成
する際にｐ型の第２クラッド層２２とキャップ層２６と
の間にｎ型の電流ブロック層２４を設け、その半導体ウ
ェハ３６を反応炉から取り出して上面２８のうち上部電
極３０が取り付けられる部分以外の部分２８ｂからＺｎ
を拡散することにより、電流ブロック層２４の周縁部を
ｐ型に反転させるだけで良いため、半導体の結晶成長を
中断して電流制御層を設ける場合に比較して、光取出し
効率の高い面発光型発光ダイオード１０を簡単且つ安価
に製造できる。図４の（ｂ）および（ｃ）に示す面発光
型発光ダイオード４０，４２についても同様である。

【００３１】次に、本発明の他の実施例を説明する。な
お、以下の実施例において前記実施例と共通する部分に
は同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

【００３２】図５の面発光型発光ダイオード５０は第３
発明の一実施例を為すもので、前記実施例の面発光型発
光ダイオード１０に比較して電流ブロック層２４を備え
ていない点が相違する。かかる面発光型発光ダイオード
５０は第６発明に従って製造され、ＭＯＣＶＤ装置によ
り基板１２上にバッファ層１４，光反射層１６，第１ク
ラッド層１８，活性層２０，第２クラッド層２２，およ
びキャップ層２６を順次積層した後、その半導体ウェハ
を反応炉から取り出し、上面２８のうち上部電極３０が
取り付けられる部分以外の部分にＺｎを拡散またはイオ
ン注入したものである。図５の斜線部はＺｎが拡散また
はイオン注入された領域を表しており、第２クラッド層
２２およびキャップ層２６のうちＺｎが拡散またはイオ
ン注入された深さまでの領域５２が電流制御層に相当す
る。

【００３３】Ｚｎの拡散処理は、前記面発光型発光ダイ
オード１０の場合と同様にして行えば良いため、ここで
はイオン注入する場合について、図６を参照しつつ具体
的に説明する。なお、前記面発光型発光ダイオード１０
や４０，４２についても、拡散法の代わりにイオン注入
法を用いて製造することができる。

【００３４】先ず、ＭＯＣＶＤ装置により基板１２上に
バッファ層１４，光反射層１６，第１クラッド層１８，
活性層２０，第２クラッド層２２，およびキャップ層２
６を順次積層し、図６の（ａ）に示されている半導体ウ
ェハ５４を作製する。次に、同図の（ｂ）に示されてい
るように、その半導体ウェハ５４のキャップ層２６の上
面２８のうち、上部電極３０を取り付ける部分に同じパ
ターンのレジスト５６をスピンコートし、その状態で、
例えばドーズ量が１×１０¹⁴（イオン／ｃｍ²）程度、
加速電圧が１００（ｋＶ）程度、基板温度が室温または
３５０℃程度の加工条件で、不純物としてのＺｎをイオ
ン注入する。同図の（ｃ）は、Ｚｎをイオン注入した状
態で、斜線はイオンの注入領域を表している。この場合
のＺｎの注入深さ、すなわち電流制御層５２の厚さは２
μｍ程度であり、不純物濃度は１０¹⁸（個／ｃｍ³ ）以
上である。

【００３５】その後、Ｏ₂ プラズマにてアッシング処理
を行うことにより、同図の（ｄ）に示されているように
レジスト５６を除去するとともに、プラズマＣＶＤ法に
より同図の（ｅ）に示されているように上面２８の全面
にＳｉ₃ Ｎ₄ 膜５８をコーティングし、その状態で、注
入されたＺｎを活性化させるために例えば赤外線ランプ
加熱により８５０℃に９０ｓｅｃ程度保持してアニール
する。最後に、ＣＦ₄プラズマを用いた反応性イオンエ
ッチングにより、同図の（ｆ）に示されているようにＳ
ｉ₃ Ｎ₄ 膜５８を除去し、上部電極３０および下部電極
３２をそれぞれキャップ層２６および基板１２に取り付
けることにより、図５に示されている面発光型発光ダイ
オード５０が得られる。上記Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜５８はＡｓの
蒸発を防止するためのもので、その膜厚は１０００Å程
度であるが、Ａｓ雰囲気中でアニールを行うようにすれ
ば、かかるＳｉ₃ Ｎ₄ 膜５８は必ずしも必要でない。

【００３６】このような面発光型発光ダイオード５０に
おいては、前記第２クラッド層２２およびキャップ層２
６のうち上部電極３０の直下部分以外の周縁部にＺｎが
拡散またはイオン注入されることにより、その周縁部で
は中央部に比較してｐ型のキャリア濃度が高くなり、導
電率が高められるため、動作電流は主にその周縁部を流
れるようになる。したがって、前記面発光型発光ダイオ
ード１０と同様に、活性層２０はその周縁部で主として
発光するようになり、光取出し効率が向上する。

【００３７】また、かかる本実施例の面発光型発光ダイ
オード５０は、通常の面発光型発光ダイオードとして用
いられる半導体ウェハ５４の上面２８からＺｎを拡散ま
たはイオン注入することにより、上部電極３０の直下部
分以外の部分を電気が流れ易くするだけであるため、上
部電極３０の直下部分における電流の流れを電流ブロッ
ク層２４によって完全に阻止する前記面発光型発光ダイ
オード１０や４０，４２に比較して光取出し効率の向上
効果は劣るが、製造が一層簡単になって大幅なコストダ
ウンを図ることができる。

【００３８】図７の面発光型発光ダイオード６０は第４
発明の一実施例を為すもので、活性層２０よりも上の第
２クラッド層２２上には、上部電極３０の直下部分のみ
にｐ−Ｇａ_0.9 Ａｌ_0.1 Ａｓから成る第１半導体６２が
設けられているとともに、その第１半導体６２上には、
第１半導体６２よりもＺｎが高濃度でドープされたｐ−
Ｇａ_0.9 Ａｌ_0.1 Ａｓから成る第２半導体６４が、上部
電極３０の直下部分以外の部分も含めて設けられてい
る。これ等の第１半導体６２，第２半導体６４は、共に
１．０μｍ程度の膜厚で形成されており、第２半導体６
４のうち第２クラッド層２２上に直接位置する部分、お
よびその内側に位置する第１半導体６２により、電流制
御層６６が構成されている。また、第２半導体６４は前
記キャップ層２６に対応し、その上面６７は光取出し面
として機能するとともに、中央部には上部電極３０が設
けられている。

【００３９】かかる面発光型発光ダイオード６０は第７
発明に従って製造され、先ず、ＭＯＣＶＤ装置により基
板１２上にバッファ層１４，光反射層１６，第１クラッ
ド層１８，活性層２０，第２クラッド層２２，および第
１半導体６２を順次積層する。第１半導体６２は前記キ
ャップ層２６と同様にして結晶成長させれば良く、図８
の（ａ）はこの状態である。その後、反応炉から一旦取
り出して、同図の（ｂ）に示されているように、第１半
導体６２の上面のうち上部電極３０の取付位置の直下に
位置する部分に同じパターンのレジスト６８をスピンコ
ートする。そして、過酸化水素水（Ｈ₂ Ｏ₂ ）と酒石酸
（Ｃ₄ Ｈ₆ Ｏ₆ ）の混合液を用いて、表面の第１半導体
６２のみを選択エッチングする。同図の（ｃ）は、この
エッチング後の状態であり、レジスト６８が設けられた
上部電極３０の直下部分のみを残して第１半導体６２が
除去される。

【００４０】その後、Ｏ₂ プラズマにてアッシング処理
を行うことにより、同図の（ｄ）に示されているように
レジスト６８を除去するとともに、これを再度ＭＯＣＶ
Ｄ装置の反応炉内にセットして、同図の（ｅ）に示され
ているように、第２クラッド層２２および第１半導体６
２上に、その第１半導体６２よりも２桁程度高い濃度で
Ｚｎをドーピングしつつｐ−Ｇａ_0.9 Ａｌ_0.1 Ａｓから
成る第２半導体６４を結晶成長させる。このように第２
半導体６４が設けられた半導体ウェハを反応炉から取り
出して、上部電極３０および下部電極３２をそれぞれ第
２半導体６２および基板１２に取り付けることにより、
図７に示されている面発光型発光ダイオード６０が得ら
れる。

【００４１】このような面発光型発光ダイオード６０に
おいては、動作電流は不純物濃度が高くて自由キャリア
が多い第２半導体６４を流れ易いため、第１半導体６２
と同一平面およびそれよりも下部に位置する活性層２０
においては、上部電極３０の直下部分以外の部分を動作
電流は流れることになり、その直下部分以外の部分で主
に光が発せられるようになって光取出し効率が向上す
る。しかも、この実施例では第２半導体６４の結晶成長
の過程で不純物を高濃度でドーピングすれば良いため、
拡散やイオン注入等の面倒な操作が不要であるととも
に、その第２半導体６４上に上部電極３０が設けられる
ため、前記キャップ層２６の表層部に低抵抗層を設けた
面発光型発光ダイオード４２と同様に、動作電流が拡が
り易くなって動作電圧を低く維持しつつ光取出し効率を
一層向上させることができる。

【００４２】一方、不純物を高濃度ドープした部分では
自由キャリアによる光の吸収が大きくなるため、光取出
し効率を高めるためにはその高濃度ドープ部分の厚さを
薄くすることが望まれるが、前述した各実施例のように
拡散やイオン注入で不純物をドーピングする場合には、
不純物の高濃度ドープ部分の厚さを薄くすることが困難
で一般に２μｍ程度以上となり、光吸収が比較的大きい
とともに、その高濃度ドープ部分の厚さを制御すること
が困難で品質にばらつきが生じ易い。これに対し、第２
半導体６４の結晶成長過程で不純物を高濃度でドーピン
グすれば良い本実施例においては、第２半導体６４の膜
厚制御やその膜厚を２μｍ以下にしたりすることが容易
に可能で、光吸収の少ない一定品質の面発光型発光ダイ
オード６０を安定して製造できる利点がある。

【００４３】以上、本発明の幾つかの実施例を図面に基
づいて詳細に説明したが、本発明は更に別の態様で実施
することもできる。

【００４４】例えば、前記実施例では上部電極３０から
下部電極３２に向かって動作電流が流れるようになって
いたが、下部電極３２から上部電極３０に向かって動作
電流が流れる面発光型発光ダイオードにも本発明は適用
され得るのであり、第２発明ではｎｐｎとなるサンドイ
ッチ構造部を設けるとともに、上部電極の直下部分以外
の部分にＳｅ，Ｓｎ等のｎ型不純物を拡散して中間層の
ｐ型をｎ型に反転させれば良く、第３発明では上部電極
の直下部分以外の部分にｎ型不純物を拡散してｎ型のキ
ャリア濃度を高くするようにすれば良く、第４発明では
ｎ型不純物をドーピングしつつ第１半導体および第２半
導体を結晶成長させれば良い。

【００４５】また、前記実施例では不純物としてＺｎを
用いていたが、Ｃｄ等の他のｐ型不純物を用いることも
可能である。これ等の不純物は、発光ダイオードを構成
する半導体の種類等を考慮して適宜定められる。

【００４６】また、前記第１実施例ではＺｎＡｓ₂ ７４
と共に半導体ウェハ３６を石英アンプル７６内に真空封
入して加熱することによりＺｎを拡散していたが、Ｚｎ
を混合したＳＯＧを塗布した後高温でＺｎを拡散するな
ど、良く知られた種々の拡散手段を採用することもでき
る。

【００４７】また、上記不純物拡散を行う範囲は上部電
極３０の直下部分以外の部分と厳密に一致させる必要は
なく、部分的に上部電極３０の直下部分を含んでいた
り、上部電極３０の直下部分以外の部分の一部が不純物
拡散されなかったりしても良い。イオン注入を行う場合
も同様であり、第１半導体６２および第２半導体６４に
より電流制御層６６が構成されている面発光型発光ダイ
オード６０については、その第１半導体６２のパターン
を上部電極３０と厳密に一致させる必要はない。

【００４８】また、前記実施例では有機金属化学気相成
長法を利用した製造法について説明したが、分子線エピ
タキシー法，気相エピタキシー法，液相エピタキシー法
を利用したものなど、他の種々の製造法を採用できる。

【００４９】また、前記実施例ではＧａＡｓ／ＧａＡｌ
Ａｓダブルヘテロ構造の面発光型発光ダイオードについ
て説明したが、そのＧａとＡｌとの組成比率を適宜変更
できることは勿論、ＧａＰ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰな
どから成るダブルヘテロ構造の発光ダイオードや、単な
るｐｎ接合から成る発光ダイオードにも本発明は同様に
適用され得る。各層の膜厚についても適宜定められる。

【００５０】また、前記実施例では上部電極３０がキャ
ップ層２６，第２半導体６４の上面２８，６７の中央部
に設けられていたが、上部電極をそれ等の上面２８，６
７の周縁部に設けて中央部から光を取り出すように構成
することも可能である。

【００５１】また、前記面発光型発光ダイオード１０や
５０についても、図４の（ｃ）の面発光型発光ダイオー
ド４２と同様にキャップ層２６の表層部に浅くＺｎ等の
不純物を拡散して電気抵抗の低い低抵抗層を設けること
が可能である。キャップ層２６の上に電気抵抗の低い薄
膜などを設けて低抵抗層を形成することもできる。

【００５２】また、前記面発光型発光ダイオード６０の
第１半導体６２はｐ−Ｇａ_0.9 Ａｌ_0.1 Ａｓにて構成さ
れていたが、例えばｐ−ＧａＡｓの場合には、レジスト
６８の代わりにプラズマＣＶＤ法により酸化膜を形成す
るとともに、選択エッチング液として過酸化水素水とア
ンモニアの混合液を用いれば良く、その酸化膜は反応性
イオンエッチングで除去すれば良い。

【００５３】その他一々例示はしないが、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第２発明の一実施例である面発光型発光ダイオ
ードを説明する構造図である。

【図２】図１の面発光型発光ダイオードを第５発明に従
って製造する際の製造工程を説明する図である。

【図３】図１の面発光型発光ダイオードのＺｎ拡散工程
を説明する図である。

【図４】図１の面発光型発光ダイオードの光出力を測定
した際の比較例を示す図である。

【図５】第３発明の一実施例である面発光型発光ダイオ
ードを説明する構造図である。

【図６】図５の面発光型発光ダイオードを第６発明に従
って製造する際の製造工程を説明する図である。

【図７】第４発明の一実施例である面発光型発光ダイオ
ードを説明する構造図である。

【図８】図７の面発光型発光ダイオードを第７発明に従
って製造する際の製造工程を説明する図である。

【符号の説明】

１０，４０，４２，５０，６０：面発光型発光ダイオー
ド ２２：第２クラッド層 ２４：電流ブロック層（電流制御層） ２６：キャップ層 ２８，６７：上面（光取出し面） ３０：上部電極 ３２：下部電極 ５２，６６：電流制御層 ６２：第１半導体 ６４：第２半導体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上にｐ型半導体およびｎ型半導体が積
   層されるとともに最上部に光取出し面が形成され、該光
   取出し面に取り付けられた上部電極と前記基板の下面に
   取り付けられた下部電極との間に動作電流が通電される
   ことにより、該光取出し面から光を放射する面発光型発
   光ダイオードであって、 前記光取出し面と平行な平面内において前記上部電極の
   直下部分以外の部分の不純物濃度が高められ、該直下部
   分以外の部分を前記動作電流が流れ易くなるようにした
   電流制御層を有することを特徴とする面発光型発光ダイ
   オード。
2. 【請求項２】前記光取出し面の近傍に導電型がｐｎｐま
   たはｎｐｎとなるサンドイッチ構造部を有するととも
   に、該光取出し面の前記上部電極が取り付けられる部分
   以外の部分から、前記サンドイッチ構造部の中間層の導
   電型を反転させるための不純物が拡散またはイオン注入
   されることにより、該中間層によって前記電流制御層が
   構成されている請求項１に記載の面発光型発光ダイオー
   ド。
3. 【請求項３】前記電流制御層は、前記光取出し面の前記
   上部電極が取り付けられる部分以外の部分から電気を通
   し易くするための不純物が拡散またはイオン注入されて
   該上部電極の直下部分以外の部分の導電率が高められて
   いるものである請求項１に記載の面発光型発光ダイオー
   ド。
4. 【請求項４】前記電流制御層は、前記上部電極の直下部
   分のみに設けられた第１半導体と、該上部電極の直下部
   分以外の部分も含めて該第１半導体上に設けられた該第
   １半導体と同じ組成で該第１半導体よりも不純物濃度が
   高い第２半導体のうち、該第１半導体と同一平面に位置
   する部分とによって構成され、光を発する活性層よりも
   上部に設けられたものである請求項１に記載の面発光型
   発光ダイオード。
5. 【請求項５】請求項２に記載の面発光型発光ダイオード
   の製造方法であって、 前記光取出し面の近傍に導電型がｐｎｐまたはｎｐｎと
   なるサンドイッチ構造部を形成する工程と、 前記光取出し面の前記上部電極が取り付けられる部分以
   外の部分から、前記サンドイッチ構造部の中間層の導電
   型を反転させるための不純物を拡散またはイオン注入す
   る工程とを有することを特徴とする面発光型発光ダイオ
   ードの製造方法。
6. 【請求項６】請求項３に記載の面発光型発光ダイオード
   の製造方法であって、 前記光取出し面の前記上部電極が取り付けられる部分以
   外の部分から電気を通し易くするための不純物を拡散ま
   たはイオン注入する工程を有することを特徴とする面発
   光型発光ダイオード。
7. 【請求項７】請求項４に記載の面発光型発光ダイオード
   の製造方法であって、 前記活性層よりも上部において前記第１半導体を結晶成
   長させる工程と、 該第１半導体のうち前記上部電極の直下部分以外の部分
   を取り除く工程と、 前記第１半導体よりも不純物を高濃度でドーピングしつ
   つ前記第２半導体を前記上部電極の直下部分以外の部分
   も含めて該第１半導体上に結晶成長させる工程とを有す
   ることを特徴とする面発光型発光ダイオードの製造方
   法。