JPH118411A

JPH118411A - 面発光型発光ダイオード

Info

Publication number: JPH118411A
Application number: JP16114997A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kato; 俊宏加藤
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1997-06-18
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】超格子を利用した電流制御層を備えた面発光型
発光ダイオードにおいて、光取出効率を一層高める。【解決手段】発光ダイオード４０の電流制御層５２は、
上部電極６０の直下の位置に設けられ、互いに組成が異
なる二種類の半導体AlAsおよびGaAsを、活性層４８より
もバンドギャップエネルギが大きく且つ十分に高い導電
性を有するp-Al_0. ₂Ga_0.8Asの組成比（２：８：１０）に
二種類の半導体の構成元素（Al，Ga，As）の一周期に含
まれる原子数の比が一致し且つ一周期の合計膜厚が10(n
m)程度となるように各々定められた2(nm) 程度および8
(nm) 程度の膜厚で周期的に積層した構造の超格子から
成る電流遮断部５２ｂと、光取出部６４の直下の位置に
設けられ、上記構造の超格子にZnが拡散されて二種類の
半導体AlAs、GaAsが混晶化させられることによって形成
された上記p-Al_0.2Ga_0.8Asから成る通電部５２ａとから
構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面発光型発光ダイ
オードに関し、特に、その光取出効率を高める技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、基板上に発光層を含む複数の半
導体層が積層され、その基板の裏面および半導体層表面
にそれぞれ取り付けられた下部電極および上部電極間に
動作電流が通電されることによりその発光層で発生した
光を半導体層表面（すなわち光取出面）のうち上部電極
で覆われていない光取出部から取り出す形式の面発光型
発光ダイオードが知られている。このような光取出面に
上部電極が取り付けられた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、光取出効率が低下して光出力
が弱くなるという問題がある。このため、光取出部の直
下の位置に通電部（通電可能領域）を有する電流制御層
を発光層と光取出面との間に備えて、上部電極の直下部
分において動作電流の流れを阻害して発光層のその光取
出部の直下に位置する一部に選択的に通電することが提
案されている。このようにすれば、発光層のうち専ら光
取出部の直下の位置で光が発生させられることから、上
部電極で反射される光が少なくなって光取出効率が向上
する。ここで、「光取出効率」とは、放射光出力／（投
入電力×内部発光効率）で表されるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な光取出効率を高めるための電流制御層に、互いに組成
の異なる複数種類の半導体が周期的に積層された超格子
を利用することが提案されている。例えば、特開平６−
２５２４３９号公報に記載された面発光型発光ダイオー
ド等がその一例である。図１に示されるように、この発
光ダイオード１０は、p-GaAs基板１２上にn-AlGaAs第１
クラッド層１４、p-GaAs発光層１６、p-AlGaAs第２クラ
ッド層１８、電流制御層２０、およびp-GaAsキャップ層
２２が備えられると共に、キャップ層２２の上面２４の
中央部および基板１２の下面に上部電極２６および下部
電極２８がそれぞれ取り付けられて構成されている。上
記電流制御層２０は、結晶成長の過程においてp-GaAsと
p-AlAsとを交互に積層した構造の超格子として形成され
たものであるが、白抜き部２０ａはその構造の超格子に
維持されている一方、斜線部２０ｂはp-GaAsとp-AlAsと
が混晶化させられてp-AlGaAsから構成されている。な
お、斜線部分は結晶成長後に上面２４からZn（亜鉛）等
の不純物が拡散された範囲を示している。

【０００４】上記構造の電流制御層２０によれば、p-Ga
As／p-AlAs超格子から成る白抜き部２０ａはp-AlAsがバ
ンドギャップが大きく電気抵抗が高いことから電流遮断
部として機能する。一方、p-AlGaAsから成る斜線部２０
ｂは、超格子構造が破壊されることによりそのp-AlAsよ
りも十分に低抵抗となっているため、通電部として機能
する。したがって、上面２４のうち上部電極２６が設け
られていない光取出部３０の直下の部分に専ら動作電流
が流されることから、好適に通電領域が制御されて高い
光取出効率が得られるのである。なお、図の発光ダイオ
ード１０は所謂全面発光型に構成されているが、上部電
極２６が上面２４の周縁部に設けられる点光源型におい
ても、図とは反対に中央部（白抜き部２０ａ）のみに不
純物を拡散することによって好適に電流狭窄構造を実現
できる。

【０００５】しかしながら、本発明者が上記の構造を種
々の組成および層構成の超格子に適用したところ、結晶
成長過程において超格子を設けると共に所定範囲に不純
物を拡散することにより通電部２０ｂを形成しても、必
ずしも十分に高い光取出効率が得られないという問題が
明らかとなった。このような光取出効率の低い発光ダイ
オード１０においても、その劈開断面の発光近視野像を
観察した結果によれば、発光層１６内の発光領域は光取
出部３０の直下のみであって、電流遮断部２０ａは所期
の通り上部電極２６直下に形成されている。したがっ
て、上記の問題は通電部２０ｂの導電性が不十分である
ことに起因すると考えられるのである。

【０００６】本発明は、以上の知見に基づいて為された
ものであって、その目的は、超格子を利用した電流制御
層を備えた面発光型発光ダイオードにおいて、光取出効
率を一層高めることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
め、本発明の要旨とするところは、基板上に発光層を含
む複数の半導体層が積層され、その基板の裏面およびそ
の基板とは反対側の半導体層表面に取り付けられた下部
電極および上部電極間に動作電流が通電されることによ
りその発光層で発生した光をその半導体層表面のうちそ
の上部電極で覆われていない光取出部から取り出す形式
の面発光型発光ダイオードにおいて、前記光取出部の直
下に位置する前記発光層の一部に前記動作電流を選択的
に通電するための電流制御層をその発光層と前記半導体
層表面との間に備えた面発光型発光ダイオードであっ
て、前記電流制御層が、(a) 前記上部電極の直下の位置
に設けられ、互いに組成が異なる複数種類の半導体を、
前記発光層よりもバンドギャップエネルギが大きく且つ
所定の導電性を有する所定の化合物半導体の組成比にそ
れら複数種類の半導体の各々の構成元素の一周期に含ま
れる原子数の比が一致し、且つ一周期の合計膜厚が10(n
m)以下となるように各々定められた膜厚で周期的に積層
した構造の超格子から成る電流遮断部と、(b) 前記光取
出部の直下の位置に設けられ、前記超格子に不純物が拡
散されて前記複数種類の半導体が混晶化させられること
によって前記所定の化合物半導体が形成された通電部と
を、含むことにある。

【０００８】

【発明の効果】このようにすれば、面発光型発光ダイオ
ードの電流制御層は、上部電極の直下の位置に設けら
れ、互いに組成が異なる複数種類の半導体を、発光層よ
りもバンドギャップエネルギが大きく且つ所定の導電性
を有する所定の化合物半導体の組成比に複数種類の半導
体の各々の構成元素の一周期に含まれる原子数の比が一
致し、且つ一周期の合計膜厚が10(nm)以下となるように
各々定められた膜厚で周期的に積層した構造の超格子か
ら成る電流遮断部と、光取出部の直下の位置に設けら
れ、上記超格子に不純物が拡散されて複数種類の半導体
が混晶化させられることによって上記所定の化合物半導
体が形成された通電部とを含んで構成される。そのた
め、電流遮断部は超格子から構成されることから高抵抗
となって上部電極の直下の位置において好適に動作電流
を遮断する一方、通電部は発光層よりもバンドギャップ
エネルギが大きく且つ所定の導電性を有する所定の化合
物半導体から構成されることから、発光層で発生した光
を光取出部に向かって好適に透過させると共に光取出部
の直下の位置において好適に動作電流を流させる。この
場合において、上記の超格子は一周期の合計膜厚が10(n
m)以下と薄くされているため、不純物が拡散されると各
周期を構成する複数種類の半導体の全ての間でそれらの
構成元素が容易に相互拡散させられて超格子の全厚みに
亘って好適に混晶化させられるが、その一周期に含まれ
る元素の原子数の比が上記の所定の化合物半導体の組成
比と一致するように複数種類の半導体の各々の膜厚が定
められているため、混晶化によって上記所定の化合物半
導体が生成される。したがって、通電部が十分な導電性
を有し且つ発光層で発生した光を好適に透過させること
から、超格子を利用した電流制御層を備えた面発光型発
光ダイオードにおいて、光取出効率が一層高められる。

【０００９】因みに、超格子の一周期の合計膜厚が10(n
m)よりも厚くされていると、それを構成する複数種類の
半導体の構成元素の相互拡散が不十分となって混晶化さ
せられない部分や生成される化合物半導体が所期の組成
とならない部分が生じるため、十分な導電性が得られな
い。なお、電流制御層は発光層と半導体層表面（すなわ
ち光取出面）との間に設けられることから、発光層で発
生した光を吸収せず光取出面から放出させるためには、
バンドギャップエネルギが発光層よりも大きいことが必
要である。また、「所定の導電性」とは、前記通電部の
全抵抗が超格子から成る前記電流遮断部の全抵抗と比べ
て十分に小さい、好ましくは1/10以下となる導電性をい
う。また、「組成比」とは、所定の化合物半導体を構成
する元素の原子数の比をいうものである。

【００１０】

【発明の他の態様】ここで、好適には、前記電流遮断部
を構成する超格子は、第１半導体およびその第１半導体
よりもバンドギャップエネルギが大きい第２半導体から
成るものであり、それら第１半導体および第２半導体の
膜厚比（＝第２半導体膜厚／第１半導体膜厚）は、0.1
〜1 程度である。このようにすれば、膜厚比が十分に小
さくされていることから、前記所定の化合物半導体の組
成は超格子を構成する二種類の半導体のうち第１半導体
の組成に近似し、第２半導体よりも十分にバンドギャッ
プエネルギが小さくなる。そのため、半導体の電気抵抗
はバンドギャップエネルギが大きくなるほど高くなる傾
向にあることから、第１半導体をバンドギャップエネル
ギが十分に小さい半導体から構成して、所定の化合物半
導体から構成される通電部のバンドギャップエネルギを
小さくし延いては導電性を十分に高くしながら、第２半
導体をバンドギャップエネルギが十分に大きい半導体で
構成して電流遮断部の抵抗値を十分に高くして、動作電
流を光取出部の直下に一層集中させて光取出効率を一層
高くできる。因みに、超格子においては、電気抵抗が超
格子を構成する二種類の半導体のうちバンドギャップエ
ネルギの大きい方の第２半導体で略決定されることか
ら、電流遮断部の抵抗値は専らその第２半導体の組成で
定められる一方、上記所定の化合物半導体の組成は第
１、第２半導体の組成および膜厚の比で決定される。し
たがって、それら第１、第２半導体の組成および膜厚の
関係を適宜設定すれば、所定の化合物半導体で構成され
る通電部の導電性を電流遮断部の抵抗値とは殆ど無関係
に高く設定できるのである。なお、第２半導体の一層当
たりの厚み方向の抵抗値は膜厚比が小さくなるほど低く
なるが、超格子は第１、第２半導体が繰り返し積層され
て構成され、電流遮断部全体の抵抗値は第２半導体の全
膜厚で決定されることから、繰り返し積層数を適宜設定
すれば所望の抵抗値を得ることができる。

【００１１】また、好適には、前記超格子を構成する複
数種類の半導体は、何れも何ら不純物が拡散されていな
いものである。このようにすれば、電流遮断部は不純物
が拡散されていない半導体を積層した超格子から構成さ
れるため一層高抵抗となる一方、通電部を構成する所定
の化合物半導体は、その超格子に不純物が拡散されて混
晶化させられることにより形成されることから、その拡
散された不純物によって十分に低抵抗となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において各
部の寸法比等は必ずしも正確に描かれていない。

【００１３】図２は、本発明の面発光型発光ダイオード
の一実施例の電流狭窄型発光ダイオード４０（以下、単
に発光ダイオード４０という）の構成を模式的に示す図
である。図において、発光ダイオード４０は、例えば、
よく知られたＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vap
or Deposition ：有機金属化学気相成長）法等のエピタ
キシャル成長技術によって、基板４２上に順次結晶成長
させられた反射層４４、第１クラッド層４６、活性層４
８、第２クラッド層５０、電流制御層５２、およびキャ
ップ層５４と、基板４２の下面およびキャップ層５４の
上面５６にそれぞれ固着された下部電極５８および上部
電極６０とから構成されている。

【００１４】上記基板４２は、例えば350(μm)程度の厚
さのn-GaAs単結晶から成る化合物半導体である。また、
反射層４４は、例えば74(nm)程度の厚さのn-AlAs単結晶
から成る化合物半導体と、62(nm)程度の厚さのn-Al_0.1G
a_0.9As単結晶から成る化合物半導体とを、前者が基板４
２側となるように交互に例えば３０組積層して構成され
た所謂ｎ型の分布反射型半導体多層膜反射層（ｎ−ＤＢ
Ｒ）である。なお、この反射層４４を構成する各層の厚
さは、活性層４８で発生する光の波長の 1/4波長程度と
なるように決定されている。

【００１５】また、第１クラッド層４６は、例えば1(μ
m)程度の厚さのn-Al_0.45Ga_0.55As単結晶から成る化合物
半導体である。また、活性層４８は、例えば、厚さが1
(μm)程度のp-GaAs単結晶から成る化合物半導体であ
り、例えば、ピーク波長λp ＝880(nm) 程度の光を発生
させるものである。また、前記第２クラッド層５０は、
例えば、厚さが4(μm)程度のp-Al_0.45Ga_0.55As単結晶か
ら成る化合物半導体である。本実施例においては、第１
クラッド層４６、活性層４８、および第２クラッド層５
０によってダブルヘテロ構造が構成され、活性層４８が
発光層に相当する。

【００１６】また、電流制御層５２は、例えば0.2(μm)
程度の厚みを備えたものであり、図において斜線が施さ
れた直径50 (μm)程度で円形断面を備えた中央部の通電
部５２ａと、白抜きで示される周縁部の電流遮断部５２
ｂとから構成されている。図３に詳しく示すように、通
電部５２ａは、例えばｐ型のドーパントであるZn等の不
純物がドーピングされたp-Al_0.2Ga_0.8As単結晶から成る
化合物半導体で構成され、電流遮断部５２ｂは、例えば
2(nm) 程度の厚さのun-AlAs 単結晶から成る化合物半導
体と、例えば8(nm) 程度の厚さのun-GaAs 単結晶から成
る化合物半導体とが、交互に２０組積層された超格子で
構成される。なお、「un- 」は半導体の極性を決定する
不純物が何らドーピングされていないことを表す。本実
施例においては、超格子の一周期はun-AlAs １層および
un-GaAs １層から構成されていることからこれらun-AlA
s およびun-GaAs が複数種類の半導体に相当し、それら
の合計膜厚は10(nm)程度である。また、上記の通電部５
２ａを構成するp-Al_0.2Ga₀ _.8As単結晶が請求の範囲でい
う「所定の化合物半導体」に、un-GaAs が第１半導体
に、un-AlAs が第２半導体にそれぞれ相当する。

【００１７】ところで、一般に、半導体の電気抵抗はキ
ャリア密度と移動度とによって決定され、キャリア密度
が低いほど、また、移動度が低いほど抵抗値が高くな
る。また、キャリア密度はバンドギャップエネルギの大
きさに略逆比例し、且つ不純物がドーピングされている
場合にはドーピング濃度に略比例する。更に、一般に、
バンドギャップエネルギの大きいほどドーピングした不
純物の活性化率が低く、ドーピングしてもキャリア密度
が高くならない傾向にある。一方、図４に組成とバンド
ギャップエネルギとの関係を示すように、AlGaAS系化合
物半導体ではAl混晶比が大きくなるに従ってバンドギャ
ップエネルギが大きくなる。例えば、GaAsのバンドギャ
ップエネルギが1.42(eV)程度であるのに対し、AlAsのバ
ンドギャップエネルギは2.16(eV)程度であってそれより
も相当大きい。

【００１８】そのため、前記の超格子を構成する一方の
半導体であるAlAsはバンドギャップエネルギが大きく、
しかも、前述のように何ら不純物がドーピングされてい
ないことから抵抗値が極めて高いため、このAlAsとGaAs
とが交互に積層された電流遮断部５２ｂの膜厚方向の抵
抗値は極めて高くなっている。一方、p-Al_0.2Ga_0.8Asか
ら成る通電部５２ａは、上記図４から明らかなようにバ
ンドギャップエネルギが十分に低く、且つ不純物がドー
ピングされていることから、十分に高い導電性を有して
いる。したがって、電流制御層５２内においては、動作
電流が専ら通電部５２ａを通る経路だけを流れることと
なり、所謂電流狭窄構造が形成されている。

【００１９】図２に戻って、前記のキャップ層５４は、
例えば厚さが1(μm)程度のp-Al_0.2Ga_0.8As単結晶から成
る化合物半導体である。すなわち、通電部５２ａと同じ
構成にされている。なお、第２クラッド層５０、電流制
御層５２、およびキャップ層５４の一部を占める図に斜
線で示される領域６２は、ｐ型のドーパントであるZn等
の不純物が拡散された拡散領域である。前記の通電部５
２ａは、電流制御層５２内においてこの拡散領域６２と
一致する。また、前記下部電極５８は、例えば1(μm)程
度の厚さのｎ電極であって、例えば基板４２の下面全面
にその基板４２側から順にAu−Ge合金、NiおよびAuが積
層形成されている。また、上部電極６０は、例えば0.5
(μm)程度の厚さのｐ電極であって、キャップ層５４の
表面５６のうち中央部の直径50 (μm)程度の範囲を除く
周縁部すなわち拡散領域６２の外周側部分に、そのキャ
ップ層５４側から順にAu−Zn合金およびAuが積層形成さ
れている。なお、これら下部電極５８および上部電極６
０は、何れもオーミック電極である。

【００２０】このような発光ダイオード４０は、例えば
図示しないＭＯＣＶＤ装置を用いて以下のようにして製
造される。先ず、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に基板４２
を配置して、反射層４４乃至キャップ層５４を順次結晶
成長させてエピタキシャルウェハ６８（図５参照）を作
製する。このとき、反応炉内に導入する原料ガスの切換
えや流量制御、結晶成長時間制御等によって、連続的に
結晶成長させつつ前述のように各層の組成や膜厚等が調
整される。この段階において、電流制御層５２は、2(n
m) 程度の厚さのun-AlAs と8(nm) 程度の厚さのun-GaAs
とが交互に２０組積層されたun-AlAs ／un-GaAs 超格
子すなわち電流遮断部５２ｂと同様な構造の超格子で全
体が構成されている。なお、電流制御層５２を除く他の
層は、結晶成長の過程において全てｎ型或いはｐ型のド
ーパントである不純物がドーピングされている。次い
で、上記ウェハ６８を反応炉から取り出し、キャップ層
５４の上面５６のうち、上部電極６０が取り付けられる
部分を除く中央部の円形領域（前記光取出部６４に一致
する範囲）にZnを拡散する。

【００２１】図５は、このZnの拡散方法の一例を説明す
る図である。先ず、例えばSi₃N₄から成る拡散防止膜６
６をプラズマＣＶＤ法等によってウェハ６８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
によってフォトレジストによるパターンを作製すると共
に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive IonEt
ching）等により部分的に除去し、前記上部電極６０と
略同じ形状の拡散防止膜６６のパターンを作製する。図
５(a) はこの状態を示している。次に、この拡散防止膜
６６が設けられたウェハ６８を、図５(b) に示されるよ
うにZnAs₂等の拡散源７０と共に石英アンプル７２内に
真空封入［10^-6(Torr)程度］し、更に図５(c) に示され
るように拡散炉７４内に配置して、例えば600(℃) で10
時間程度加熱することによって、所謂封管拡散法でウェ
ハ６８内にZnを拡散する。これにより、ウェハ６８内に
直径50 (μm)程度、深さ1.5(μm)程度の選択拡散領域６
２が形成される。その後、拡散炉７４から石英アンプル
７２を取り出して、図５(d) に示されるように一部を水
冷し、残留ZnAs₂蒸気を水冷部に凝縮させた後、石英ア
ンプル７２内からウェハ６８を取り出し、更に拡散防止
膜６６を除去することにより図５(e) に示されるウェハ
６８が得られる。

【００２２】このようにしてZnが拡散されると、AlAs／
GaAs超格子から成る電流制御層５２のうちZnが拡散され
た部分５２ａは二種類の半導体AlAsおよびGaAsが略完全
に混晶化して全体が一様な組成の化合物半導体から構成
されて電気抵抗が低くなるが、非拡散部５２ｂはその超
格子構造に維持される。そのため、前記図３に示される
ように、電流制御層５２に互いに構成の異なる通電部５
２ａと電流遮断部５２ｂとが備えられることとなる。上
記の超格子は2(nm) 程度のAlAs層および8(nm)程度のGaA
s層で周期的な積層構造が構成されて、その一周期の厚
さが10(nm)程度と極めて薄いことから、通電部５２ａに
おいてはZnの拡散に伴うそれらの構成元素の相互拡散が
一周期の全厚みに渡るため、略完全に混晶化させられる
のである。なお、通電部５２ａの組成は、超格子の一組
すなわち一周期を構成する元素の原子数の比に応じて決
定されるが、本実施例においては、結晶成長時において
AlAs層が2(nm) 程度、GaAs層が8(nm) 程度の厚さに形成
されて、AlAsが相対的に極めて薄く、膜厚比（AlAs膜厚
／GaAs膜厚）＝0.25程度とされていることから、混晶化
後の組成はGaAsに比較的近いAl_0.2Ga_0.8Asとなる。換言
すれば、超格子を構成するAlAs層およびGaAs層の各々の
厚さは、Al_0.2Ga_0.8Asの組成比にそれら二種類の半導体
の構成元素（Al、As、Ga）の一周期（超格子の一組）に
含まれる原子数の比が一致し、且つ合計10(nm)となるよ
うに設定されているのである。なお、図３においては、
通電部５２ａと電流遮断部５２ｂとの境界が明確に描か
れているが、厳密には拡散領域６２と非拡散領域との境
界近傍では混晶化が不完全な部分が存在すると考えられ
る。

【００２３】そして、ウェハ６８を上記のように処理し
た後、前記下部電極５８および上部電極６０をそれぞれ
基板４２およびキャップ層５４に蒸着して取り付けてア
ニール（熱処理）し、更に、ダイシングによって個々の
素子に対応するブロック毎に切断することにより、前記
の発光ダイオード４０が得られる。なお、発光ダイオー
ド４０を実際に使用するに際しては、ＴＯ１８フラット
ステム等にマウント（ダイボンディング）し、上部電極
６０をAuワイヤでボンディングし、更に容器に密封す
る。

【００２４】以上のように構成された発光ダイオード４
０は、下部電極５８および上部電極６０間に順方向すな
わち下側から上側に向かって所定の動作電流が通電され
ることにより、活性層４８内で光が発生させられ、その
光がキャップ層５４の表面５６から外部に放射される。
このとき、光は表面５６のうち上部電極６０が設けられ
ている部分からは光が放射され得ないことから、放射範
囲はその表面５６のうち上部電極６０の内周側の光取出
部６４のみとなる。この場合において、拡散領域６２は
上部電極６０の内周側に位置させられていることから、
その拡散領域６２と一致する通電部５２ａはこの光取出
部６４の直下の部分に位置させられる。そのため、活性
層４８内では動作電流が流されるその通電部５２ａの直
下の範囲のみで発光させられ、上部電極６０の直下の部
分では発光させられないことから、その発生した光の殆
どが光取出部６４から取り出されることとなって、高い
光取出効率が得られる。例えば動作電流を50(mA)、順電
圧をＶf ＝2.0(V)として発光させた実験結果によれば、
Ｐo ＝2(mW) 程度の発光出力が得られ、発光径50 (μm)
程度の均一な発光近視野像を観察できた。なお、劈開断
面を観察したところ、発光ダイオード４０の構成を示す
図２に一点鎖線で範囲を示すように、通電部５２ａの直
下の範囲に発光近視野像が見られ、電流が良好に狭窄さ
れていることが確かめられた。また、前記図４から明ら
かなように、Al_0.2Ga_0.8Asから成る通電部５２ａおよび
キャップ層５４はGaAsから成る活性層４８よりもバンド
ギャップエネルギが十分に大きいことから、活性層４８
で発生して表面５６に向かわせられる光は、通電部５２
ａおよびキャップ層５４で殆ど吸収されない。

【００２５】要するに、本実施例によれば、発光ダイオ
ード４０の電流制御層５２は、上部電極６０の直下の位
置に設けられ、互いに組成が異なる二種類の半導体AlAs
およびGaAsを、活性層４８よりもバンドギャップエネル
ギが大きく且つ十分に高い導電性を有するp-Al_0.2Ga_0.8
Asの組成比（２：８：１０）に二種類の半導体の構成元
素（Al，Ga，As）の一周期に含まれる原子数の比が一致
し且つ一周期の合計膜厚が10(nm)程度となるように各々
定められた2(nm) 程度および8(nm) 程度の膜厚で周期的
に積層した構造の超格子から成る電流遮断部５２ｂと、
光取出部６４の直下の位置に設けられ、上記構造の超格
子にZnが拡散されて二種類の半導体AlAs、GaAsが混晶化
させられることによって形成された上記p-Al_0.2Ga_0.8As
から成る通電部５２ａとから構成される。そのため、電
流遮断部５２ｂは超格子から構成されることから高抵抗
となって上部電極６０の直下の位置において好適に動作
電流を遮断する一方、通電部５２ａは活性層４８よりも
バンドギャップエネルギが大きく且つ所定の導電性を有
するp-Al_0.2Ga_0.8Asから構成されることから、活性層４
８で発生した光を光取出部６４に向かって好適に透過さ
せると共に光取出部６４の直下の位置において好適に動
作電流を流させる。この場合において、上記の超格子は
一周期の合計膜厚が10(nm)程度と薄くされているため、
Znが拡散されると各周期を構成する二種類の半導体AlA
s、GaAs相互の間でそれらの構成元素（Al，Ga，As）が
容易に相互拡散させられて超格子の全厚みに亘って略完
全に混晶化させられるが、その一周期に含まれる元素の
原子数の比が上記p-Al_0.2Ga_0.8Asの組成比と一致するよ
うに二種類の半導体の各々の膜厚がそれぞれ2(nm) 、8
(nm) に定められているため、混晶化によって上記p-Al
_0.2Ga_0.8Asが生成される。したがって、通電部５２ａが
十分な導電性を有し且つ活性層４８で発生した光を好適
に透過させることから、超格子を利用した電流制御層５
２を備えた発光ダイオード４０において、光取出効率が
一層高められる。

【００２６】また、本実施例においては、前記電流遮断
部５２ｂを構成する超格子は、GaAsおよびそれよりもバ
ンドギャップエネルギが大きいAlAsから成るものであ
り、それらAlAs、GaAsの膜厚比（＝AlAsの膜厚／GaAsの
膜厚）は、0.25程度である。このようにすれば、膜厚比
が十分に小さくされていることから、通電部５２ａを構
成する化合物半導体の組成は超格子を構成する二種類の
半導体のうちGaAsの組成に近似し、AlAsよりも十分にバ
ンドギャップエネルギが小さくなる。そのため、通電部
５２ａのバンドギャップエネルギを小さくし延いては導
電性を十分に高くしながら、超格子を構成する一方の半
導体としてバンドギャップエネルギが十分に大きいAlAs
を用いて電流遮断部５２ｂの抵抗値を十分に高くして、
動作電流を光取出部６４の直下に一層集中させて光取出
効率を一層高くできる。

【００２７】また、本実施例においては、超格子から成
る電流遮断部５２ｂを構成する二種類の半導体は、何れ
も何ら不純物が拡散されていないものである。このよう
にすれば、電流遮断部５２ｂは不純物が拡散されていな
い半導体un-AlAs 、un-GaAsを積層した超格子から構成
されるため一層高抵抗となる一方、通電部５２ａは、不
純物が拡散されて超格子が混晶化させられることにより
形成されたp-Al_0.2Ga₀ _.8Asから構成されるため十分に低
抵抗となる。

【００２８】因みに、発光ダイオードに電流狭窄構造を
形成する方法としては、従来から、例えば図６に要部を
示されるように、活性層を含むダブルヘテロ構造の上側
に活性層とは極性が異なる電流ブロック層７６およびキ
ャップ層７８を設け、キャップ層７８に凹所８０を形成
して表面から一様な深さで不純物を拡散することによ
り、それら電流ブロック層７６およびキャップ層７８の
極性を部分的に反転させることが行われている。上記凹
所８０は、制御が容易な全面拡散で電流ブロック層７６
の一部に不純物をドーピングして、上部電極８２と活性
層の中央部との間に斜線で示される電流経路を形成する
ために設けられるのである。しかしながら、このような
方法では、エッチング処理等によって凹所８０を形成す
るために工程が煩雑になると共に、半導体結晶の異方性
に起因して凹所８０の形状を素子の特性上好ましい順メ
サ形状に形成することが困難であるため、部分的に逆メ
サ形状が形成されて凹所８０底面周縁部に電流集中が生
じ、発光ダイオードが劣化し易いという問題がある。な
お、結晶成長の過程においてキャップ層７８の極性を活
性層等と同様にして、電流ブロック層７６だけを異なる
極性とすることにより、中央部の光取出部に対応する部
分だけに不純物拡散して電流ブロック層７６のみ一部の
極性を反転させる構造とすることもできる。しかしなが
ら、このような構造を形成する場合には、確実に電流を
遮断するために電流ブロック層７６の厚みが1(μm)以上
必要となって結晶成長時間が増大するという問題が生じ
るため、実用的な方法とはいえないのである。

【００２９】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は、更に別の態様でも実施さ
れる。

【００３０】例えば、実施例においては、本発明がAlGa
As系の発光ダイオード４０に適用された場合について説
明したが、InGaAsP 系、InGaAlP 系、GaAsP 系、GaN 系
等のIII−Ｖ族化合物半導体や、ZnS 系、ZnSe系等のII
−VI族化合物半導体等で構成される発光ダイオードにも
本発明は同様に適用される。

【００３１】また、実施例においては、基板４２上に半
導体多層膜反射層から成る反射層４４が設けられていた
が、反射層４４は必ずしも設けられなくともよい。その
他、発光ダイオード４０の各層の組成や膜厚等の構成は
適宜変更される。

【００３２】また、実施例においては、表面５６の中央
部に設けられた光取出部６４のみか光を取り出す点光源
用の発光ダイオード４０に本発明が適用されていたが、
例えば表面５６の中央部等に上部電極６０を備えてその
表面５６の略全面から発光させる形式の図１に示される
ような全面発光型の発光ダイオードにも本発明は同様に
適用される。

【００３３】また、実施例においては、超格子（電流遮
断部５２ｂすなわち結晶成長直後の電流制御層５２）
は、不純物をドーピングされていないun-GaAs およびun
-AlAsから構成されていたが、Zn等の不純物がドーピン
グされた半導体から構成されていてもよい。その場合に
も、AlAsは図４に示されるようにバンドギャップエネル
ギが大きいことから電流遮断部５２ｂとして十分な機能
は保たれる。

【００３４】また、実施例においては、封管拡散法によ
って電流制御層５２の一部にZnを拡散して超格子が混晶
化させられていたが、例えばイオン注入等の他の方法に
よってZnを拡散しても差し支えない。

【００３５】また、実施例においては、超格子は二種類
の半導体から構成されていたが、三種類以上の半導体か
ら構成される場合にも、一周期の合計厚みが10(nm)程度
以下であれば差し支えない。このような場合には、その
三種以上の半導体相互の間で拡散が生じ得、且つその一
周期の構成元素の原子数の比が通電部５２ｂを構成しよ
うとする化合物半導体の組成比に一致させられていれば
よい。なお、構成する半導体は、実施例で示したような
二元系に限られず、三種類以上の元素から構成されたも
のであってもよく、超格子を構成する複数種類の半導体
の少なくとも一層が十分に高抵抗となるように適宜定め
られる。例えば、AlGaAs系発光ダイオードにおいても、
超格子をAlの混晶比が大きいAlGaAsとAlの混晶比が小さ
いAlGaAsとを交互に積層して構成してもよい。

【００３６】また、実施例においては、超格子を構成す
る二種類の半導体の膜厚比がAlAs／GaAs＝0.25とされて
いたが、この膜厚比は通電部５２ａを構成する半導体の
組成に応じて適宜変更される。例えば、AlAs／GaAs＝1
、すなわちそれぞれ5 (nm)程度の厚さで設けられても
よい。

【００３７】また、実施例においては、超格子を構成す
る二種類の半導体の膜厚の比は全体で一定とされていた
が、膜厚比を適宜変更して、混晶化後の通電部５２ａの
組成を傾斜構造とすることもできる。

【００３８】その他、一々例示はしないが、本発明はそ
の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の発光ダイオードの構成を説明する図であ
る。

【図２】本発明の一実施例の発光ダイオードの構成を示
す図である。

【図３】図２の発光ダイオードの構成の要部を拡大して
示す図である。

【図４】半導体の組成とバンドギャップエネルギの関係
を説明する図である。

【図５】(a) 〜(e) は図１の発光ダイオードの製造工程
における不純物拡散過程を説明する図である。

【図６】従来の発光ダイオードの他の例の要部を説明す
る図である。

【符号の説明】

４０：発光ダイオード４２：基板４８：活性層（発光層）５２：電流制御層５２ａ：通電部５２ｂ：電流遮断部６４：光取出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に発光層を含む複数の半導体層が
積層され、該基板の裏面および該基板とは反対側の半導
体層表面に取り付けられた下部電極および上部電極間に
動作電流が通電されることにより該発光層で発生した光
を該半導体層表面のうち該上部電極で覆われていない光
取出部から取り出す形式の面発光型発光ダイオードにお
いて、前記光取出部の直下に位置する前記発光層の一部
に前記動作電流を選択的に通電するための電流制御層を
該発光層と前記半導体層表面との間に備えた面発光型発
光ダイオードであって、前記電流制御層が、前記上部電極の直下の位置に設けられ、互いに組成が異
なる複数種類の半導体を、前記発光層よりもバンドギャ
ップエネルギが大きく且つ所定の導電性を有する所定の
化合物半導体の組成比に該複数種類の半導体の各々の構
成元素の一周期に含まれる原子数の比が一致し、且つ一
周期の合計膜厚が10(nm)以下となるように各々定められ
た膜厚で周期的に積層した構造の超格子から成る電流遮
断部と、前記光取出部の直下の位置に設けられ、前記超格子に不
純物が拡散されて前記複数種類の半導体が混晶化させら
れることによって前記所定の化合物半導体が形成された
通電部とと、を含むことを特徴とする面発光型発光ダイ
オード。