WO2016056171A1 - 半導体発光素子 - Google Patents

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light emitting
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健滋 酒井
池田　淳
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信越半導体株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor light emitting device using a compound semiconductor material.
  • AlGaInP-based materials have the largest direct transition type band gap among III-V compound semiconductor mixed crystals excluding nitrides, and are used as light emitting device materials in the 500 to 600 nm band.
  • a light-emitting element having a light-emitting portion made of AlGaInP lattice-matched with a GaAs substrate can emit light with higher luminance than a conventional device using an indirect transition material such as GaP or GaAsP.
  • Factors that decrease the light emission efficiency in the short wavelength region are: (1) the energy gap difference between the active layer and the cladding layer is small, so that carrier confinement is insufficient; (2) the Al composition of the active layer is high. Therefore, it is conceivable that the number of non-radiative centers in the active layer increases, and (3) the energy band structure becomes close to the indirect transition type from the direct transition type.
  • the active layer has a quantum well structure of 80 to 200 layers, and the Al composition in the barrier layer is made larger than 0.5 (that is, the composition formula is (Al x Ga). 1-x ) 1-y In y P (using a compound semiconductor of 0.5 ⁇ x ⁇ 1) is used to suppress carrier overflow and to obtain a high light emission efficiency.
  • a quantum well structure in which lattice strain is introduced into an active layer that is, a quantum well structure including a well layer having tensile strain or compression strain and a strain relaxation barrier layer having strain opposite to the well layer
  • a method for reducing the Al composition in the active layer and obtaining high luminous efficiency is disclosed.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 have been proposed in order to suppress a decrease in light emission efficiency in a short wavelength region.
  • the method disclosed in Patent Document 1 can suppress the overflow of carriers, there is a problem in that the luminous efficiency decreases because the Al composition in the active layer becomes high.
  • the method disclosed in Patent Document 2 has a problem in that even if a strain relaxation layer is used, lattice defects in the crystal due to strain are increased, so that high luminous efficiency cannot always be obtained. .
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a semiconductor light emitting device capable of obtaining high light emission efficiency in a short wavelength region (yellow light emission) while using an active layer having a quantum well structure.
  • the purpose is to do.
  • the present invention provides a semiconductor light emitting device having a quantum well active layer composed of a well layer and a barrier layer, wherein the emission wavelength of the semiconductor light emitting device is 585 nm or more and 605 nm or less,
  • the well layer is made of a compound semiconductor having the composition formula (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 0.06, 0 ⁇ y ⁇ 1), and the barrier layer is composed of the composition formula (Al to provide a semiconductor light emitting device characterized m Ga 1-m) n in 1-n P (0 ⁇ m ⁇ 1,0 ⁇ be made of a compound semiconductor of n ⁇ 1).
  • the Al composition of the well layer made of the AlGaInP-based compound semiconductor constituting the quantum well active layer is 0.06 or less, the average Al composition of the quantum well active layer can be reduced, Thereby, the non-light emission center in the quantum well active layer can be reduced, and high light emission efficiency in a short wavelength region (yellow light emission) can be obtained.
  • the total film thickness of the quantum well active layer is preferably 200 nm or more and 300 nm or less.
  • the total film thickness of the quantum well active layer is 200 nm or more, it is possible to suppress a decrease in light emission efficiency due to carrier overflow.
  • the total film thickness of the quantum well active layer is 300 nm or less, it is possible to prevent an increase in manufacturing cost due to an increase in manufacturing time and material costs.
  • the semiconductor light emitting device of the present invention high light emission efficiency in a short wavelength region (yellow light emission) can be obtained while using an active layer having a quantum well structure.
  • the present inventors have made extensive studies on a semiconductor light emitting device capable of obtaining high light emission efficiency in a short wavelength region (yellow light emission) while using an active layer having a quantum well structure.
  • the Al composition of the well layer made of the AlGaInP-based compound semiconductor constituting the quantum well active layer is 0.06 or less, the average Al composition of the quantum well active layer can be reduced, As a result, it has been found that non-luminescent centers in the quantum well active layer can be reduced, and that high luminous efficiency in a short wavelength region (yellow light emission) can be obtained, and the present invention has been made.
  • the semiconductor light emitting device 10 of the present invention shown in FIG. 1 has a light emitting portion 19 having a quantum well active layer 14.
  • the quantum well active layer 14 is formed by alternately stacking well layers 16 and barrier layers 15.
  • the well layer 16 is made of i-AlGaInP having the composition formula (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 0.06, 0 ⁇ y ⁇ 1)
  • the barrier layer 15 is composed of the composition formula (Al m Ga 1-m ) n In 1-n P (0 ⁇ m ⁇ 1, 0 ⁇ n ⁇ 1) i-AlGaInP.
  • the emission wavelength of the semiconductor light emitting device 10 is not less than 585 nm and not more than 605 nm. For example, by changing the film thickness of the well layer 16 of the quantum well active layer 14, a desired wavelength within the above range can be obtained.
  • the light emitting unit 19 is, for example, a semiconductor layer including a first conductivity type current diffusion layer 12, a first conductivity type cladding layer 13, a quantum well active layer 14, a second conductivity type cladding layer 17, and a second conductivity type current diffusion layer 18. It is.
  • Each of the first conductivity type current diffusion layer 12, the first conductivity type cladding layer 13, the second conductivity type cladding layer 17, and the second conductivity type current diffusion layer 18 is, for example, a composition formula (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1) p-AlGaInP layer, composition formula (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1) p-AlGaInP layer, composition formula (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1) n-AlGaInP layer, n-GaP layer.
  • the semiconductor light emitting element 10 further includes, for example, a conductive support substrate 24, a bonding metal layer 23 provided on the conductive support substrate 24, a reflective metal layer 22 provided on the bonding metal layer 23, and a reflection metal layer 22.
  • a transparent oxide film layer 21 provided on the transparent oxide film layer 21, and an n-type second ohmic wire electrode 20 provided in the transparent oxide film layer 21.
  • a conductive ohmic electrode 25 is provided on the lower surface of the conductive support substrate 24.
  • the above-described light emitting unit 19 is provided on the transparent oxide film layer 21, the above-described light emitting unit 19 is provided.
  • the first ohmic thin wire electrode 11 and the second ohmic thin wire electrode 20 are disposed, for example, at positions where they do not overlap each other when viewed from above.
  • the total film thickness of the quantum well active layer 14 is preferably 200 nm or more and 300 nm or less. This is because, as shown in FIG. 3, the light emission efficiency of the semiconductor light emitting device 10 when the emission wavelength is 585 nm peaks in the range where the total film thickness of the quantum well active layer 14 is 200 nm or more and 300 nm or less. .
  • the light emission efficiency in FIG. 3 is expressed as a ratio when the light emission efficiency when the total film thickness of the quantum well active layer 14 is 250 nm is “1”.
  • the total film thickness of the quantum well active layer 14 is less than 200 nm, the light emission efficiency decreases due to the overflow of carriers, and the total film thickness of the quantum well active layer 14 is 300 nm. If it is thicker, carrier overflow can be suppressed, but self-absorption by the well layer 16 increases, and improvement in luminous efficiency cannot be seen. If the total film thickness of the quantum well active layer 14 is 200 nm or more, a decrease in light emission efficiency due to carrier overflow can be suppressed. If the total film thickness of the quantum well active layer 14 is 300 nm or less, the manufacturing time or It can prevent that material cost increases and manufacturing cost becomes high.
  • the thickness of the well layer 16 is set so that the emission wavelength of the semiconductor light emitting element 10 becomes a desired value, and the total thickness becomes a desired value within the above range.
  • the number of pairs can be adjusted (the number of pairs in the case of the well layer n (n is a positive integer) layer and the barrier layer n + 1 layer is n).
  • the total film thickness of the quantum well active layer 14 can be about 250 nm, for example.
  • the Al composition of the well layer 16 made of an AlGaInP-based compound semiconductor constituting the quantum well active layer 14 is 0.06 or less.
  • the average Al composition of the well active layer 14 can be reduced, whereby non-luminescent centers in the quantum well active layer 14 can be reduced, and high luminous efficiency in a short wavelength region (yellow light emission) can be obtained. Can do.
  • FIG. 2A a semiconductor stacked structure of a plurality of AlGaInP-based materials is formed on a GaAs substrate 26.
  • the quantum well active layer 14, the n-Al 0.5 In 0.5 P n-type cladding layer 17, and the n-GaP n-type current diffusion layer 18 are sequentially deposited by the MOVPE method (metal organic vapor phase epitaxy).
  • the raw materials used in the MOVPE method are organometallic compounds such as trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa), trimethylaluminum (TMAl), trimethylindium (TMIn), arsine (AsH 3 ), phosphine (PH 3 ), etc. Hydride gas can be used.
  • monosilane (SiH 4 ) can be used as the n-type dopant material
  • biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) can be used as the p-type dopant material
  • hydrogen selenide (H 2 Se) disilane (Si 2 H 6 ), diethyl tellurium (DETe), or dimethyl tellurium (DMTe) can also be used as an n-type dopant material.
  • dimethyl zinc (DMZn) or diethyl zinc (DEZn) can also be used as a raw material of a p-type dopant.
  • a transparent oxide film layer 21 and an n-type second ohmic wire electrode 20 are formed on the surface of the n-type current diffusion layer 18 of the formed semiconductor multilayer structure.
  • an SiO 2 film is formed as the transparent oxide film layer 21 using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus, and then an opening is provided using a photolithography method and an etching method. More specifically, an opening is provided by removing the transparent oxide film layer 21 in a region where the resist pattern is not formed using a hydrofluoric acid-based etchant as an etching solution.
  • an AuSi alloy which is a material constituting the n-type second ohmic wire electrode 20, is formed in the opening using a vacuum deposition method.
  • an Al layer as a reflective layer and a barrier layer as a barrier layer are formed on the transparent oxide film layer 21 and the second ohmic wire electrode 20 by using a vacuum deposition method or a sputtering method.
  • a Ti layer and an Au layer as a bonding layer are sequentially formed.
  • the reflective metal layer 22 is formed.
  • a material having a high reflectance with respect to the wavelength of the light is selected according to the wavelength of the light emitted from the quantum well active layer 14.
  • the laminated body 29 is produced as described above.
  • a support substrate 30 in which Au as a bonding layer is formed using a vacuum deposition method is prepared, and this support substrate 30 is bonded to the laminate 29, whereby the support substrate 30 and the laminate 29 are mechanically and electrically connected. Connected joint structure 31 is produced.
  • the pressure inside the bonding apparatus is increased to a predetermined pressure, and then the stacked laminate 29 and the support substrate 30 are heated to a predetermined temperature while applying pressure through a jig.
  • Specific bonding conditions are a pressure of 7000 N / m 2 and a temperature of 350 ° C. for 30 minutes.
  • the n-GaAs substrate 26 is selectively and completely removed from the junction structure 31 using an etchant for GaAs etching, and p-Ga 0.5 In 0. .5 P etching stop layer 27 is exposed.
  • an etchant for GaAs etching for example, a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide water can be used.
  • the etching stop layer 27 is removed by etching using a predetermined etchant from the bonded structure 31 from which the n-GaAs substrate 26 has been removed (the contact layer 28 is exposed).
  • an etchant containing hydrochloric acid can be used as the predetermined etchant.
  • a p-type ohmic electrode is formed at a predetermined position by using a photolithography method and a vacuum deposition method.
  • the p-type ohmic electrode is formed by a circular electrode (not shown) and a first ohmic wire electrode 11, and is formed by evaporating, for example, Ti, AuBe, and Au in this order.
  • the first ohmic wire electrode 11 is formed at a position that does not overlap the second ohmic wire electrode 20.
  • the contact layer 28 made of p-GaAs is removed by etching.
  • the p-type current diffusion layer 12 can be roughened using the contact layer 28 as a mask. Further, after removing the contact layer 28, the p-type current diffusion layer 12 can be roughened using a predetermined etchant.
  • a conductive ohmic electrode 25 is formed on the substantially entire back surface of the conductive support substrate 24 by a vacuum deposition method.
  • the conductive ohmic electrode 25 on the back surface can be formed, for example, by depositing Ti and Au on the bottom surface of the support substrate 24 in this order.
  • an alloy process which is an alloying process for forming an electrical junction, is applied to each ohmic electrode.
  • heat treatment can be performed at 400 ° C. for 5 minutes in a nitrogen atmosphere as an inert atmosphere. Thereby, the joining structure 32 is produced.
  • the bonded structure 32 is separated into individual elements. Thereby, a plurality of semiconductor light emitting devices 10 as shown in FIG. 1 are manufactured.
  • each layer of the semiconductor light emitting device 10 is as follows.
  • p-type current diffusion layer 12 ... p- (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P p-type cladding layer 13... p-Al 0.5 In 0.5 P Barrier layer 15 ... i- (Al 0.6 Ga 0.4 ) 0.5 In 0.5 P Well layer 16 ... i- (Al 0.06 Ga 0.94 ) 0.5 In 0.5 P n-type cladding layer 17... n-Al 0.5 In 0.5 P, n current diffusion layer 18... n-GaP, GaAs substrate 26 ...
  • the Al composition of the well layer 16 is fixed to 0.06, the film thickness of the well layer 16 is changed, and the total film thickness of the quantum well active layer 14 is about 250 nm.
  • the emission wavelength of the semiconductor light emitting device 10 was changed in the range of 585 to 605 nm.
  • Luminous efficiency was measured for the semiconductor light emitting device fabricated as described above.
  • Table 1 shows the quantum well active layer structure and luminous efficiency at each emission wavelength.
  • the luminous efficiency when the emission wavelength is 615 nm is also shown for reference.
  • FIG. 4 shows the relationship between the emission wavelength and the emission efficiency.
  • a semiconductor light emitting device was fabricated in the same manner as in the example. However, the Al composition and film thickness of the well layer 16 were changed as shown in Table 2, and the emission wavelength was changed in the range of 585 to 605 nm.
  • the semiconductor light emitting device manufactured as described above was measured for luminous efficiency in the same manner as in the example.
  • Table 2 shows the quantum well active layer structure and luminous efficiency at each emission wavelength. In Table 2, the luminous efficiency when the emission wavelength is 615 nm is also shown for reference.
  • FIG. 4 shows the relationship between the emission wavelength and the emission efficiency.
  • the emission efficiency is higher in the example than in the comparative example in the range of the emission wavelength from 585 nm to 605 nm.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

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Abstract

　本発明は、井戸層と障壁層とで構成される量子井戸活性層を有する半導体発光素子において、前記半導体発光素子の発光波長が５８５ｎｍ以上、６０５ｎｍ以下であり、前記井戸層が、組成式（ＡｌｘＧａ１－ｘ）ｙＩｎ１－ｙＰ（０＜ｘ≦０．０６、０＜ｙ＜１）の化合物半導体からなり、前記障壁層が、組成式（ＡｌｍＧａ１－ｍ）ｎＩｎ１－ｎＰ（０≦ｍ≦１、０＜ｎ＜１）の化合物半導体からなることを特徴とする半導体発光素子である。これにより、量子井戸構造の活性層を用いながらも、短波長領域(黄色発光)での高い発光効率を得ることができる半導体発光素子が提供される。

Description

半導体発光素子
　本発明は、化合物半導体材料を用いた半導体発光素子に関する。
　ＡｌＧａＩｎＰ系材料は、窒化物を除くＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体混晶中で最大の直接遷移型バンドギャップを有し、５００～６００ｎｍ帯の発光素子材料として用いられている。特に、ＧａＡｓ基板と格子整合するＡｌＧａＩｎＰからなる発光部を持つ発光素子は、従来のＧａＰやＧａＡｓＰ等の間接遷移型の材料を用いたものに比べ、高輝度な発光が可能である。
　しかしながら、このようなＡｌＧａＩｎＰからなる発光部を持つ発光素子であっても、短波長領域(黄色発光)での発光効率は必ずしも十分とは言えなかった。
　短波長領域における発光効率が低下する要因としては、（１）活性層とクラッド層とのエネルギーギャップ差が小さくなるため、キャリアの閉じ込めが不十分になる、（２）活性層のＡｌ組成が高くなるために、活性層中の非発光中心が増加する、（３）エネルギーバンド構造が直接遷移型から間接遷移型に近くなる、等が考えられる。
　これらの問題点を解決するために、特許文献１では、活性層を８０～２００層の量子井戸構造とし、障壁層におけるＡｌ組成を０．５より大きくする（すなわち、組成式が（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ（０．５＜ｘ≦１）の化合物半導体を用いる）ことでキャリアのオーバーフローを抑制し、高い発光効率を得る方法が開示されている。
　また、特許文献２では、活性層に格子歪を導入した量子井戸構造（すなわち、引張り歪又は圧縮歪を持つ井戸層と、井戸層と反対の歪を持つ歪緩和障壁層とからなる量子井戸構造）とすることで、活性層中のＡｌ組成を減らし高い発光効率を得る方法が開示されている。
特開２００８－１９２７９０号公報 特開平８－０８８４０４号公報
　上述のように短波長領域における発光効率の低下を抑制するために、特許文献１や特許文献２に開示された方法が提案されている。
　しかしながら、特許文献１に開示された方法では、キャリアのオーバーフローは抑制できるが、活性層中のＡｌ組成が高くなるために、発光効率が低下してしまうという問題点があった。
　また、特許文献２に開示された方法では、歪緩和層を用いたとしても歪に起因する結晶中の格子欠陥の増加を招くため、必ずしも高い発光効率を得ることができないという問題点があった。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、量子井戸構造の活性層を用いながらも、短波長領域(黄色発光)での高い発光効率を得ることができる半導体発光素子を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、井戸層と障壁層とで構成される量子井戸活性層を有する半導体発光素子において、前記半導体発光素子の発光波長が５８５ｎｍ以上、６０５ｎｍ以下であり、前記井戸層が、組成式（ＡｌｘＧａ１－ｘ）ｙＩｎ１－ｙＰ（０＜ｘ≦０．０６、０＜ｙ＜１）の化合物半導体からなり、前記障壁層が、組成式（ＡｌｍＧａ１－ｍ）ｎＩｎ１－ｎＰ（０≦ｍ≦１、０＜ｎ＜１）の化合物半導体からなることを特徴とする半導体発光素子を提供する。
　このように、量子井戸活性層を構成するＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなる井戸層のＡｌ組成が０．０６以下である構成とすることによって、量子井戸活性層の平均Ａｌ組成を小さくすることができ、それによって、量子井戸活性層中の非発光中心を減少させることができ、短波長領域（黄色発光）での高い発光効率を得ることができる。
　このとき、前記量子井戸活性層のトータル膜厚が２００ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であることが好ましい。
　量子井戸活性層のトータル膜厚が２００ｎｍ以上であれば、キャリアのオーバーフローによる発光効率の低下を抑制することができる。また、量子井戸活性層のトータル膜厚が３００ｎｍ以下であれば、製造時間や材料費が増加して製造コストが高くなることを防止できる。
　以上のように、本発明の半導体発光素子によれば、量子井戸構造の活性層を用いながらも、短波長領域(黄色発光)での高い発光効率を得ることができる。
本発明の半導体発光素子の実施態様の一例を示す概略断面図である。 本発明の半導体発光素子を製造するのに用いられる製造フローを示す工程断面図である。 量子井戸活性層のトータル膜厚と発光効率との関係を示すグラフである。 実施例及び比較例における発光波長と発光効率との関係を示すグラフである。
　以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　前述のように半導体発光素子の短波長領域における発光効率の低下を抑制するために、量子井戸構造の活性層を用いる方法が複数提案されているが、いずれの方法においても、短波長領域（黄色発光）において高い発光効率を得るという点で改善の余地があった。
　そこで、本発明者らは、量子井戸構造の活性層を用いながらも、短波長領域(黄色発光)での高い発光効率を得ることができる半導体発光素子について鋭意検討を重ねた。
　その結果、量子井戸活性層を構成するＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体からなる井戸層のＡｌ組成が０．０６以下である構成とすることによって、量子井戸活性層の平均Ａｌ組成を小さくすることができ、それによって、量子井戸活性層中の非発光中心を減少させることができ、短波長領域（黄色発光）での高い発光効率を得ることができることを見出し、本発明をなすに至った。
　まず、図１を参照しながら、本発明の半導体発光素子の実施態様の一例を説明する。
　図１に示す本発明の半導体発光素子１０は、量子井戸活性層１４を有する発光部１９を有している。量子井戸活性層１４は、井戸層１６と、障壁層１５とが交互に積層されたものである。井戸層１６は組成式（ＡｌｘＧａ１－ｘ）ｙＩｎ１－ｙＰ（０＜ｘ≦０．０６、０＜ｙ＜１）のｉ－ＡｌＧａＩｎＰからなり、障壁層１５は組成式（ＡｌｍＧａ１－ｍ）ｎＩｎ１－ｎＰ（０≦ｍ≦１、０＜ｎ＜１）のｉ－ＡｌＧａＩｎＰからなる。半導体発光素子１０の発光波長は５８５ｎｍ以上、６０５ｎｍ以下であり、例えば、量子井戸活性層１４の井戸層１６の膜厚を変更することによって、上記の範囲内の所望の波長とすることができる。
　発光部１９は、例えば、第１導電型電流拡散層１２、第１導電型クラッド層１３、量子井戸活性層１４、第２導電型クラッド層１７、第２導電型電流拡散層１８からなる半導体層である。第１導電型電流拡散層１２、第１導電型クラッド層１３、第２導電型クラッド層１７、第２導電型電流拡散層１８はそれぞれ、例えば、組成式（ＡｌｘＧａ１－ｘ）ｙＩｎ１－ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）のｐ－ＡｌＧａＩｎＰ層、組成式（ＡｌｘＧａ１－ｘ）ｙＩｎ１－ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）のｐ－ＡｌＧａＩｎＰ層、組成式（ＡｌｘＧａ１－ｘ）ｙＩｎ１－ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）のｎ－ＡｌＧａＩｎＰ層、ｎ－ＧａＰ層である。
　発光部１９上には、例えば、ｐ型側の第１オーミック細線電極１１及びパッド電極（不図示）が設けられている。
　半導体発光素子１０は、例えば、さらに、導電性支持基板２４、導電性支持基板２４上に設けられた接合金属層２３、接合金属層２３上に設けられた反射金属層２２、反射金属層２２上に設けられた透明酸化膜層２１、透明酸化膜層２１内に設けられたｎ型側の第２オーミック細線電極２０を有し、導電性支持基板２４の下面には導電性オーミック電極２５が設けられ、透明酸化膜層２１上には上述の発光部１９が設けられている。また、第１オーミック細線電極１１と第２オーミック細線電極２０は、例えば、上面から見て互いに重ならない位置に配置されている。
　量子井戸活性層１４のトータル膜厚は、２００ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であることが好ましい。これは、図３に示すように、発光波長が５８５ｎｍのときの半導体発光素子１０の発光効率は、量子井戸活性層１４のトータル膜厚が２００ｎｍ以上、３００ｎｍ以下の範囲でピークとなるからである。ここで、図３の発光効率は、量子井戸活性層１４のトータル膜厚が２５０ｎｍのときの発光効率を“１”としたときの比率で表わされている。
　なお、図３に示すような特性になるのは、量子井戸活性層１４のトータル膜厚が２００ｎｍより薄い場合はキャリアのオーバーフローにより発光効率が低下し、量子井戸活性層１４のトータル膜厚が３００ｎｍより厚い場合はキャリアのオーバーフローを抑制できるが井戸層１６による自己吸収が大きくなり発光効率の向上が見られなくなるためである。
　量子井戸活性層１４のトータル膜厚が２００ｎｍ以上であれば、キャリアのオーバーフローによる発光効率の低下を抑制することができ、量子井戸活性層１４のトータル膜厚が３００ｎｍ以下であれば、製造時間や材料費が増加して製造コストが高くなることを防止できる。
　量子井戸活性層１４は、例えば、半導体発光素子１０の発光波長が所望の値になるように井戸層１６の膜厚を設定するとともに、トータル膜厚が上記の範囲内の所望の値となるようにペア数（井戸層ｎ（ｎは正の整数）層、障壁層ｎ＋１層のときのペア数をｎとする）の調整を行うことができる。
　量子井戸活性層１４のトータル膜厚は、例えば、２５０ｎｍ程度とすることができる。
　図１を用いて上記で説明した本発明の半導体発光素子は、量子井戸活性層１４を構成するＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体からなる井戸層１６のＡｌ組成が０．０６以下となっているので、量子井戸活性層１４の平均Ａｌ組成を小さくすることができ、それによって、量子井戸活性層１４中の非発光中心を減少させることができ、短波長領域（黄色発光）での高い発光効率を得ることができる。
　次に、図２を参照しながら、本発明の半導体発光素子を製造する製造方法の一例を説明する。以下、発光波長５８５ｎｍの半導体発光素子を製造する場合を例にして説明する。
　まず、図２（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板２６上に複数のＡｌＧａＩｎＰ系材料の半導体積層構造を形成する。具体的には、ｎ－ＧａＡｓ基板２６上に、例えばｐ－Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐのエッチングストップ層２７とｐ－ＧａＡｓのコンタクト層２８、ｐ－（Ａｌ０．４Ｇａ０．６）０．５Ｉｎ０．５Ｐのｐ型電流拡散層１２、ｐ－Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐのｐ型クラッド層１３、アンドープの（Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４）０．５Ｉｎ０．５Ｐの井戸層１６（膜厚２．７ｎｍ）とアンドープの（Ａｌ０．６Ｇａ０．４）０．５Ｉｎ０．５Ｐの障壁層１５（膜厚７．７ｎｍ）からなる量子井戸活性層１４、ｎ－Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐのｎ型クラッド層１７、ｎ－ＧａＰのｎ型電流拡散層１８をＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）により順次堆積させる。ＭＯＶＰＥ法において用いる原料は、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属化合物、及びアルシン（ＡｓＨ３）、フォスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスを用いることができる。更に、ｎ型ドーパントの原料は、モノシラン（ＳｉＨ４）、ｐ型ドーパントの原料はビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。また、ｎ型ドーパントの原料として、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、又はジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。そして、ｐ型ドーパントの原料としてジメチルジンク（ＤＭＺｎ）又は、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いることもできる。
　次に、図２（ｂ）に示すように、形成した半導体積層構造体のｎ型電流拡散層１８の表面に、透明酸化膜層２１、及び、ｎ型側の第２オーミック細線電極２０を形成する。具体的には、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いて、透明酸化膜層２１としてＳｉＯ２膜を形成後、フォトリソグラフィー法、及びエッチング法を用いて開口部を設ける。更に詳しくは、エッチング液としてフッ酸系のエッチャントを用いて、レジストパターンが形成されていない領域の透明酸化膜層２１を除去することにより開口部を設ける。続いて真空蒸着法を用いて、開口部にｎ型側の第２オーミック細線電極２０を構成する材料であるＡｕＳｉ合金を形成する。
　次に、図２（ｃ）に示すように、透明酸化膜層２１及び第２オーミック細線電極２０上に、真空蒸着法又はスパッタ法を用いて、反射層としてのＡｌ層と、バリア層としてのＴｉ層と、接合層としてのＡｕ層とを順次形成する。これにより、反射金属層２２が形成される。なお、反射金属層２２は、量子井戸活性層１４が発する光の波長に応じて、当該光の波長に対する反射率が高い材料を選択する。
　以上のようにして、積層体２９が作製される。
　次に、図２（ｄ）に示すように、導電性支持基板（例えば、Ｓｉ基板）２４上に、導電性オーミックの接合金属層２３として、コンタクト電極としてのＴｉと、バリア層としてのＮｉと、接合層としてのＡｕとを真空蒸着法を用いて形成した支持基板３０を準備し、この支持基板３０を積層体２９と貼り合せることで、支持基板３０と積層体２９とが機械的、電気的に接続した接合構造体３１が作製される。ウェーハの貼り合せは、貼り合せ装置内を所定圧力にした後、重なりあった積層体２９と支持基板３０とを冶具を介して圧力を加えると共に、所定の温度まで加熱する。具体的な貼り合せ条件は、圧力７０００Ｎ／ｍ２及び温度３５０℃で３０分間である。
　次に、図２（ｅ）に示すように、ＧａＡｓエッチング用のエッチャントを用いて、接合構造体３１よりｎ－ＧａＡｓ基板２６を選択的に完全に除去して、ｐ－Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるエッチングストップ層２７を露出させる。ＧａＡｓエッチング用のエッチャントとしては、例えば、アンモニア水と過酸化水素水との混合液が挙げられる。次にｎ－ＧａＡｓ基板２６を除去した接合構造体３１より、エッチングストップ層２７を所定のエッチャントを用いてエッチングにより除去する（コンタクト層２８が露出する。）。エッチングストップ層２７がＡｌＧａＩｎＰ系材料の化合物半導体から形成される場合、所定のエッチャントとしては、塩酸を含むエッチャントを用いることができる。
　次に、図２（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィー法及び真空蒸着法を用いて、所定の位置にｐ型側のオーミック電極を形成する。ｐ型側のオーミック電極は円電極（不図示）と第１オーミック細線電極１１で形成され、例えば、Ｔｉ、ＡｕＢｅ、Ａｕをこの順に蒸着することにより形成される。この場合、例えば、第１オーミック細線電極１１は、第２オーミック細線電極２０と重なり合わない位置に形成される。次にｐ型側のオーミック電極をマスクとして、ｐ－ＧａＡｓからなるコンタクト層２８をエッチングして除去する。また、コンタクト層２８をマスクとしてｐ型電流拡散層１２を粗面化処理することもできる。また、コンタクト層２８を除去した後、所定のエッチャントを用いてｐ型電流拡散層１２を粗面化処理することもできる。
　次に、図２（ｇ）に示すように、導電性支持基板２４の裏面の略全面に導電性オーミック電極２５を真空蒸着法により形成する。裏面の導電性オーミック電極２５は、例えば、ＴｉとＡｕとをこの順に支持基板２４の底面に蒸着することにより形成することができる。その後、各オーミック電極に、電気的接合を形成する合金化工程であるアロイ工程を施す。アロイ工程の一例として、不活性雰囲気としての窒素雰囲気下で４００℃、５分間の熱処理を施すことができる。これにより接合構造体３２が作製される。
　そして、ダイシングブレードを有するダイシング装置を用いて、接合構造体３２を各素子に個片化する。これにより、図１に示すような半導体発光素子１０が複数作製される。
　以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
　図１の半導体発光素子１０を、図２で説明した製造方法を用いて作製した。
　ここで、半導体発光素子１０の各層は、以下のとおりである。
　　ｐ型電流拡散層１２…ｐ－（Ａｌ０．４Ｇａ０．６）０．５Ｉｎ０．５Ｐ
　　ｐ型クラッド層１３…ｐ－Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ
　　障壁層１５…ｉ－（Ａｌ０．６Ｇａ０．４）０．５Ｉｎ０．５Ｐ
　　井戸層１６…ｉ－（Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４）０．５Ｉｎ０．５Ｐ
　　ｎ型クラッド層１７…ｎ－Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ、
　　ｎ電流拡散層１８…ｎ－ＧａＰ、
　　ＧａＡｓ基板２６…ｎ－ＧａＡｓ
　　エッチングストップ層２７…ｐ－Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ、
　　コンタクト層２８…ｐ－ＧａＡｓ
　ただし、表１に示すように、井戸層１６のＡｌ組成は０．０６に固定して、井戸層１６の膜厚を変化させ、さらに、量子井戸活性層１４のトータル膜厚が２５０ｎｍ程度となるように井戸層１６と障壁層１５のペア数を調整することで、半導体発光素子１０の発光波長を５８５～６０５ｎｍの範囲で変化させた。
　上記のようにして作製した半導体発光素子について、発光効率を測定した。
　各発光波長における量子井戸活性層構造と発光効率を表１に示す。なお、表１には、発光波長が６１５ｎｍのときの発光効率も参考のために示されている。ここで発光効率は、発光効率(％)=出力(ｍＷ)/投入電力(ｍＷ)で算出され、発光波長６１５ｎｍの発光効率を“１”としたときの比率で表している。
　また、発光波長と発光効率との関係を図４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（比較例）
　実施例と同様にして半導体発光素子を作製した。ただし、井戸層１６のＡｌ組成及び膜厚を表２のように変化させて、発光波長を５８５～６０５ｎｍの範囲で変化させた。
　上記のようにして作製した半導体発光素子について、実施例と同様にして発光効率を測定した。
　各発光波長における量子井戸活性層構造と発光効率を表２に示す。なお、表２にも、発光波長が６１５ｎｍのときの発光効率が参考のために示されている。
　また、発光波長と発光効率との関係を図４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図４からわかるように、発光波長が５８５ｎｍ以上、６０５ｎｍ以下の範囲において、実施例では、比較例と比べて発光効率が高くなっている。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (2)

  1. 　井戸層と障壁層とで構成される量子井戸活性層を有する半導体発光素子において、
    　前記半導体発光素子の発光波長が５８５ｎｍ以上、６０５ｎｍ以下であり、
    　前記井戸層が、組成式（ＡｌｘＧａ１－ｘ）ｙＩｎ１－ｙＰ（０＜ｘ≦０．０６、０＜ｙ＜１）の化合物半導体からなり、
    　前記障壁層が、組成式（ＡｌｍＧａ１－ｍ）ｎＩｎ１－ｎＰ（０≦ｍ≦１、０＜ｎ＜１）の化合物半導体からなることを特徴とする半導体発光素子。
  2. 　前記量子井戸活性層のトータル膜厚が２００ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
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