半导体发光元件的制作方法

专利名称：半导体发光元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体发光元件，更具体地说，本发明涉及一种具有透明导电膜作为电流扩展层的高亮度半导体发光元件。
背景技术：
以往作为半导体发光元件的发光二极管(以下简称为LED)，近年来，由于可以采用MOVPE(有机金属气相外延)法生长，GaN系或AlGaInP系的晶体质量得到改善，因而现在已经可以制作出蓝色、绿色、橙色、黄色、红色的高亮度LED。
但是，为了获得高亮度，需要改善电流扩展特性，从而向LED的芯片面内提供均匀的电流。例如在制造AlGaInP系LED元件时，必须使电流扩展层的膜厚达到约5～10μm左右的厚度。为此，增加了在电流扩展层生长中所消耗的原料费用，导致LED元件的制造成本提高，难以以较低的成本制造AlGaInP系LED元件。
为此，曾有人提出了一种方法，使用ITO(氧化铟锡)或ZnO(氧化锌)膜作为电流扩展层，以获得充分的半透明性且以及良好电流扩展特性(参照特开平8-83927号公报)。另外，还有人提出了在p型包覆层上直接形成ITO膜的方法(参照美国再颁专利No.35665，美国专利No.6,057,562号公报)。
如果可以将ITO用作电流扩展层，那么就不再需要以往将作为电流扩展层的半导体层厚度增大到5～10μm左右的方法，并且不再需要形成这样程度的外延生长层，所以可以廉价地制造高亮度LED元件以及LED元件用外延晶片。

发明内容
但是，将ITO膜用作窗口层时，在半导体层和作为金属氧化物的ITO膜之间产生接触电阻，正向工作电压增高。即，用作透明导电膜(透明电极)的ITO膜是n型半导体，另一方面，与之接触的包覆层是p型半导体。因而，对于LED施加正向工作电压时，在透明导电膜(透明电极)和p型包覆层之间形成反向偏压的状态，如果不施加大的电压，电流就不能流动。
作为解决该问题的对策，有人提出了这样一种方法，在p型包覆层和ITO膜之间形成p型接触层以提供隧道结，在低电压下驱动LED(参见美国再颁专利No.35665)。为了形成通过隧道结在低电压下驱动LED的结构，p型接触层通常由以大于等于1×1019/cm3的高浓度掺杂了p型掺杂剂例如Zn的As基的高载流子浓度层构成。
但是，该接触层形需要由薄膜形成，因为该接触层对于由活性层发出的光是光吸收层。此外，它还需要具有高的载流子浓度以获得遂道结。因此，由于生长时产生的热量可能引起掺杂剂的扩散。特别是，在上述p型包覆层上形成高载流子浓度的接触层的情况下，该接触层与活性层的之间的距离变短，因此扩散增加。结果产生以下两方面后果。
第一，导致LED元件的输出下降。由接触层扩散的p型掺杂剂在LED元件的深度方向上扩散，扩散到LED元件的活性层时，形成活性层内的缺陷。该缺陷变为非发光再结合成分，结果导致LED元件的输出下降。
第二，LED元件的驱动电压(正向工作电压)上升。由于p型掺杂剂的扩散，作为薄膜的高载流子浓度层的接触层的实际上的载流子浓度下降，因此，很难实现上述隧道结合，导致隧道电压上升，LED元件的驱动电压也上升。
另外，对于在p型包覆层上直接设置高载流子浓度层，并在其上设置ITO膜的方法中，由于p型包覆层的膜厚较薄，掺杂剂的扩散易于到达活性层，导致发光输出下降，可靠性变差。
而且，由于p型包覆层比较薄，在焊接导线时的损害常常引起元件破损。
作为解决上述问题的方法，有人提出在高载流子浓度的接触层和p型包覆层之间设置比该p型包覆层电阻低的缓冲层，例如设置AlGaAs或AlAs层，增加活性层和接触层的距离。因为AlGaAs或AlAs层对于发光波长是光学透明的，而且与AlGaInP等四元系材料相比，晶体生长容易，进而由于与构成发光部的AlGaInP系材料的晶格匹配性基本一致，是可以降低LED元件的工作电压的材料。作为设置该缓冲层的方法，曾有人提出例如设置比p型包覆层更低电阻的AlGaAs层，从而增加活性层和接触层之间的距离的方法(美国专利No.6,057,562号公报)。
但是，上述美国专利No.6,057,562号公报的方法中，没有解决容易发生掺杂剂扩散的问题。原因是，为了将缓冲层的电阻降低到比p型包覆层还低，在缓冲层中加入的很多添加物，使得扩散增大。此外，构成缓冲层的材料是使用As作为V族元素、对于发光波长透明的半导体材料时，例如使用高Al混晶比的AlGaAs层时，扩散变得显著。
另外，如果p型包覆层的C浓度高，则掺杂剂的扩散更加显著，输出降低、可靠性变得很差。这种情况，即使增加接触层和活性层之间的距离也不会有太大改善。
此外，本发明人发现，上述掺杂剂扩散的原因在于，与接触层相接的缓冲层或者p型包覆层的H(氢)浓度高。即，如果H浓度高则掺杂剂的扩散越显著，导致LED元件的输出下降、驱动电压上升。
本发明的目的是，解决上述课题，提供一种半导体发光元件，它具有高辉度、低电压，并且能抑制随着时间推移发光输出下降以及驱动电压上升，进而在导线焊接工序中可以防止元件破坏。
根据本发明的一个方面，提供了一种半导体发光元件，它包括在半导体衬底上形成的发光部，该发光部包含n型包覆层、活性层和p型包覆层；在所述发光部上形成的As基接触层，该接触层被掺杂了大于等于1×1019/cm3的p型掺杂剂；在所述接触层上形成的电流扩展层，该电流扩展层由金属氧化物材料的透明导电膜构成；在所述接触层和所述p型包覆层之间形成的或者被插入所述p型包覆层内的缓冲层；其中，所述的缓冲层由未掺杂的III/V族半导体构成，并且，所述的III/V族半导体包含含有P(磷)作为主要成分的V族元素。
含有P(磷)为V族元素的主要成分的III/V族半导体的代表性材料为AlInP、AlGaInP、GaP等。
其中，本说明书中所使用的“未掺杂的”、“无添加的”，是指没有进行积极的、有目的或者故意的添加(掺杂)，但并不排除晶体中不可避免地混入的C(碳)等杂质的情况。
根据上述本发明的一个方面，可以进行如下的变更和改变。
(1).所述的缓冲层相对于所述半导体衬底是晶格匹配的。
(2).所述缓冲层的Al成分比所述p型包覆层的Al成分小。
缓冲层可以使用与半导体衬底晶格匹配的III/V族半导体，不使用也属于P系材料的GaP等晶格失配的宽禁带材料。这样，可以降低初期的工作电压。满足这一条件的III/V族半导体的具体例是AlGaInP、AlInP。
(3).所述半导体发光元件进一步包括在所述活性层和所述p型包覆层之间设置的未掺杂层。
(4).所述缓冲层的C浓度为小于等于1×1017原子/cm3。
(5).所述半导体发光元件进一步包括在所述n型包覆层和所述活性层之间设置的未掺杂层。
(6).所述半导体发光元件进一步包括在所述n型包覆层和所述活性层之间设置的n型低浓度层，其中，所述n型低浓度层含有比n型包覆层低的载流子浓度。
(7).所述电流扩展层为ITO(氧化铟锡)。
(8).所述电流扩展层的厚度在由d＝A×λp/(4×n)的计算式(式中，A为1或3的常数)，λp为发光波长，单位是nm，n是折射率)计算出的d的±30％的范围内。
(9).所述接触层含有Zn作为主掺杂剂，接触层的载流子浓度为大于等于1×1019/cm3，该接触层组包含AlxGa1-xAs(其中，0≤x≤0.4)。
能够稳定实现大于等于1.0×1019/cm3的高载流子浓度的接触层的半导体材料是有限的，作为这样的半导体材料，Zn掺杂的AlxGa1-xAs(式中，0≤x≤0.4)最为适合。其中，由于上述AlGaAs对于发光波长为不透明，有必要使得形成的膜厚为小于等于30nm。
(10).所述p型包覆层含有Mg(镁)作为掺杂剂，且所述n型包覆层、所述活性层和所述p型包覆层由(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中，0≤x≤1，0.4≤y≤0.6)构成。
P型掺杂剂可以是Mg或Zn。Zn作为AlGaInP系化合物半导体内的p型掺杂剂是众所周知的，但人们还知道，其扩散系数比较大，因而由于热工序可能产生不良影响。因此，使用Zn作为掺杂剂，p型包覆层的载流子浓度提高，Zn向活性层中扩散而使得LED元件的特性变差。因此，对于p型包覆层，使用扩散系数比Zn小的Mg作为p型杂质，有利于提高载流子浓度。
优选的是，n型包覆层、活性层和p型包覆层由(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中，0≤x≤1，0.4≤y≤0.6)构成。选择这些材料的理由是，它们与GaAs衬底基本上是晶格匹配的，并且对于LED元件发出的光的波长表现出强烈的光学透明。
(11).所述半导体发光元件进一步包括在所述半导体衬底和所述n型包覆层之间设置的光反射层，其中，所述光反射层由包含15对或以上的二个半导体层的多层半导体构成，每对半导体层的折射率是不同的。
(12).所述电流扩展层的载流子浓度为大于等于8×1020/cm3。
(13).所述活性层为多量子阱结构或应变多量子阱结构。
(14).所述p型包覆层和所述缓冲层的厚度之和为1000～3000nm，且p型包覆层的厚度为200～600nm。
(15).所述接触层的厚度为1～30nm。
(16).所述缓冲层由对于发光波长光学透明的AlInP或者AlGaInP构成。
(17).所述光反射层由(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中，0≤x≤1，0.4≤y≤0.6)和AlxGa1-xAs(其中，0≤x≤1)组合构成。
选择这些材料的理由是，它们与GaAs衬底基本上是晶格匹配的，并且对于由LED所发出的光的波长表现出强烈的光学透明。
如所周知，作为光反射层的DBR，如果构成DBR的2种材料的折射率之差越大，则光反射波长范围扩大且反射率提高。因此，优选从上述材料种选择。
(18).所述半导体发光元件进一步包括在所述活性层和所述p型包覆层之间设置的p型低浓度层，其中，p型低浓度层含有比所述p型包覆层低的载流子浓度。
(19).所述未掺杂层的厚度小于等于100nm。
(20).所述n型低浓度层的厚度小于等于100nm。
(21).所述p型低浓度层的厚度小于等于100nm。
如果与活性层接触的未掺杂层或低浓度掺杂层的厚度过大，则向活性层的载流子供给就会变差，发光输出降低而且成本提高，因而优选小于等于100nm。
(22).所述半导体发光元件进一步包括在所述半导体衬底上设置的n型缓冲层，其中，该n型缓冲层由与该半导体衬底相同的材料构成。
(23).所述缓冲层与其下部形成的半导体层的晶格失配比率在±0.3％以内。
这里所说的晶格失配比率是按下述公式求出的值晶格失配比率＝(aepitaxial layer-asubstrate)/asubstrate，其中，aepitaxial layer为外延生长层的晶格常数，asubstrate为衬底的晶格常数。
(24).所述缓冲层为GaP。
根据本发明的另一个方面，半导体发光元件包括在半导体衬底上形成的发光部，该发光部至少由n型包覆层、活性层和p型包覆层构成；在所述发光部上形成的As系接触层，该接触层被掺杂了大于等于1×1019/cm3的p型掺杂剂；在所述接触层上形成的电流扩展层，该电流扩展层由金属氧化物材料的透明导电膜构成；在所述接触层和p型包覆层之间形成的、或者被插入所述p型包覆层内形成的缓冲层，其中，所述的缓冲层由未掺杂的III/V族半导体构成，所述III/V族半导体包含主要含有P(磷)的V族元素，并且，所述III/V族半导体含有H(氢)浓度为小于等于3×1017原子/cm3。
含有P(磷)作为V族元素的主要成分的III/V族半导体的代表性材料为AlInP、AlGaInP、GaP等。
另外，所述的缓冲层被设定具有H(氢)浓度为小于等于3×1017原子/cm3。这是因为，如果H浓度高，则p型掺杂剂的扩散增大，发光输出下降，驱动电压上升，所以，缓冲层的H(氢)浓度要小于等于3×1017原子/cm3。
根据上述本发明的另一实施方式，可以进行如下变更。
(25).所述的缓冲层与所述半导体衬底是晶格匹配的，并且，该缓冲层由电阻率比所述p型包覆层高的III/V族半导体构成。
(26).所述缓冲层的Al组成比所述p型包覆层小。
(27).所述半导体发光元件进一步包括在所述活性层和所述p型包覆层之间设置的未掺杂层。
(28).所述缓冲层的C浓度小于等于5×1016原子/cm3。
象H(氢)浓度一样C浓度被减少的原因是，来自接触层的Zn的扩散随着C浓度而改变。即，当C浓度升高时，则Zn的扩散增加，引起发光输出的下降和驱动电压的上升。从这一角度来看，优选缓冲层的C(碳)浓度小于等于5×1016原子/cm3。
(29).所述半导体发光元件进一步包括在所述n型包覆层和所述活性层之间设置的未掺杂层。
(30).所述半导体发光元件进一步包括在所述n型包覆层和所述活性层之间设置的n型低浓度层，其中，所述的n型低浓度层由含有比所述n型包覆层浓度低的决定n型导电性的杂质的半导体构成。
(31).所述电流扩展层为ITO(氧化铟锡)。
(32).所述电流扩展层的厚度在由d＝A×λp/(4×n)的计算式(其中，A为1或3常数，λp为发光波长，单位是nm，n是折射率)所计算出的d的±30％的范围内。
(33).所述接触层含有Zn作为掺杂剂，其载流子浓度为大于等于1×1019/cm3，其组成为AlxGa1-xAs(其中，0≤x≤0.4)。
能够稳定实现大于等于1.0×1019/cm3的高载流子浓度的接触层的半导体材料是有限的，优选的材料可以是AlxGa1-xAs(其中，0≤x≤0.4)。其中，由于上述AlGaAs对于发光波长是不透明的，因而必须具有小于等于30nm的厚度。
(34).所述p型包覆层含有Mg(镁)作为掺杂剂，并且，所述n型包覆层、所述活性层和所述p型包覆层的组成由(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中，0≤x≤1，0.4≤y≤0.6)构成。
P型掺杂剂可以是Mg或Zn。Zn作为AlGaInP系化合物半导体内的p型掺杂剂是众所周知的，但人们还知道，其扩散系数比较大，因而由于热工序而产生不良影响。因此，使用Zn作为掺杂剂提高p型包覆层的载流子浓度时，Zn可能向活性层扩散而使得LED元件的特性变差。因此，对于p型包覆层，使用扩散系数比Zn小的Mg来提供高的载流子浓度是有利的。
优选的是，n型包覆层、活性层和p型包覆层由(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中，0≤x≤1，0.4≤y≤0.6)构成。选择这些材料的理由是，它们与GaAs衬底基本上是晶格匹配的，并且，对于LED元件发出的光的波长是光学透明的。
(35).所述半导体发光元件进一步包括在所述半导体衬底和所述n型包覆层之间设置的光反射层，其中，所述光反射层由包含10对或以上的两个半导体层的半导体多层构成，所述的每对半导体层的折射率是不同的。
(36).所述电流扩展层的载流子浓度大于等于8×1020/cm3。
(37).所述活性层为多量子阱结构或应变多量子阱结构。
(38).所述p型包覆层和所述缓冲层的膜厚之和为1000～3000nm，且p型包覆层的膜厚为200～1000nm。
(39).所述接触层的膜厚为1～30nm。
(40).所述缓冲层是对于发光波长光学透明的AlInP或者AlGaInP。
(41).所述光反射层由(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中，0≤x≤1，0.4≤y≤0.6)和AlxGa1-xAs(其中，0≤x≤1)的组合构成。
(42).所述半导体发光元件进一步包括在所述活性层和所述p型包覆层之间设置的p型低浓度层，其中，该P型低浓度层由含有比所述p型包覆层浓度低的决定p型导电性的杂质的半导体构成。
(43).所述未掺杂层的膜厚为小于等于100nm。
(44).所述n型低浓度层的膜厚为小于等于100nm。
(45).所述p型低浓度层的膜厚为小于等于100nm。
(46).所述半导体发光元件进一步包括在所述半导体衬底上设置的n型缓冲层，其中，该n型缓冲层由与该半导体衬底相同的材料构成。
(47).所述缓冲层与其下部形成的半导体层的晶格失配比率的绝对值小于等于0.3％。
此处的晶格失配率是由公式晶格失配比率＝(aepitaxial layer-asubstrate)/asubstrate求出，其中，aepitaxial layer为外延生长层的晶格常数，asubstrate为衬底的晶格常数。
(48).所述缓冲层为GaP。
附图的简要说明

图1是本发明的实施例1中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图2是本发明的实施例2中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图3是本发明的实施例3中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图4是本发明的实施例3的变形例中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图5是本发明的实施例4所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图6是本发明的实施例5中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图7是本发明的实施例6中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图8是本发明的实施例7中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图9是表示接触层的膜厚与发光输出的衰减率之间关系的图。
图10是比较例1中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图11是比较例2中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图12是本发明的实施例8中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图13是本发明的实施例8的变形例中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图14是本发明的实施例9中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图15是本发明的实施例10中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图16是本发明的实施例10的变形例中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图17是本发明的实施例11所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图18是本发明的实施例12中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图19是本发明的实施例13中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图20是表示在GaAs衬底上形成的ITO薄膜的反射率图谱的图。
图21是表示光反射层的对数与垂直反射率之间的关系的图。
图22是比较例3中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
图23是比较例4中所涉及的AlGaInP系红色LED的断面结构图。
具体实施例方式
图1表示本发明的优选实施方式中的发光二极管的结构。
该发光二极管包括在作为半导体衬底的n型GaAs衬底1上依次生长的下列层n型GaAs缓冲层2；n型AlGaInP包覆层(简称为n型包覆层)3；未掺杂的AlGaInP活性层4；以及p型AlGaInP包覆层(简称为p型包覆层)5；这些层构成了发光部。
在发光部的最上层即p型包覆层5上，层叠无添加的AlGaInP缓冲层11和高浓度添加了p型掺杂剂的As系的p型AlGaAs接触层(简称为p型接触层)7。再在p型接触层7上，层叠作为透明导电膜的ITO膜8来作为由金属氧化物构成的电流扩展层，在ITO膜8的表面一侧形成表面电极9，在n型GaAs衬底1的背面一侧形成背面电极10。
活性层4由(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中0≤x≤1，0.4≤y≤0.6)构成，p型包覆层5由(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中0.6≤x≤1，0.4≤y≤0.6)构成。n型包覆层3的掺杂剂为Si，p型包覆层5的掺杂剂为Mg。
上述p型接触层7由AlxGa1-xAs(其中，0≤x≤0.4)构成，其厚度为1nm～30nm，并且以大于等于1×1019/cm3的高浓度掺杂了Zn。
由于接触层7具有吸收由活性层4发出的光的禁带，随着其厚度增大，发光输出下降。图9是表示接触层7的厚度与发光输出的衰减率之间关系的曲线图。如图9所示，接触层7的膜厚的上限优选为30nm，更优选为25nm。如果接触层7的膜厚不足1nm，在ITO膜8和接触层7之间难以具有隧道结，因而难以实现低工作电压化和工作电压的稳定化。因此，与ITO膜8相接触的接触层7的膜厚优选为1～30nm。
此外，与ITO膜8相接触的接触层7，需要掺杂极高浓度的决定导电型的杂质。具体而言，在掺杂了Zn(锌)的接触层7中，其晶体材料优选为从Al混晶比为0的GaAs到0.4的Al0.4Ga0.6As，其载流子浓度适合为大于等于1×1019/cm3，而且越高越好。
ITO膜8基本上属于n型半导体材料，而且LED一般制作成p型侧向上。因此，使用ITO膜8作为电流扩展层的LED，从衬底一侧看其导电型为n/p/n接合。所以在LED中在ITO膜8和p型半导体层之间的界面上形成大的位障，并且LED通常必须具有高的工作电压。为了消除这样的问题，接触层7就需要是具有高载流子浓度的p型半导体层。另外，上述接触层7的的理由是，通过这样的狭窄禁带可以催进高的载流子浓度。
作为电流扩展层的ITO膜8通过真空蒸镀法或者溅射法来形成。与上述接触层7的高载流子化有关，与接触层7相连接的ITO膜8具有高的载流子浓度是十分重要的。由于与上述接触层7同样的理由，其载流子浓度越高越好，在刚成膜后的状态下ITO膜8优选具有大于等于8×1020/cm3的载流子浓度。
作为电流扩展层的ITO膜8的膜厚在由d＝A×λp/(4×n)的计算式(其中，A为常数(1或3)，λp为发光波长(单位是nm)，n是折射率)所求出的d的±30％的范围内。
LED用外延晶片上形成的ITO膜8，具有介于半导体层和空气层中间的折射率，具有光学的防反射膜的功能。但是，取决于ITO膜8的形成方法、ITO膜质量，其膜厚越大透光率变差，发光输出下降。而且在电流扩展层中光的干涉增加，发光效率高的波长区域变窄。因此，为了提高LED元件的发光输出效率，获得更高输出的LED元件，优选具有由上述计算式算出的膜厚。且上述计算式中的常数A优选为1或3。另外，为了不降低作为防反射膜的效果，ITO膜8的膜厚最好是在由上述计算式求出的d值的±30％范围内。这是因为，作为反射防止膜的光学反射率低的波长区域，具有一定程度的宽度。例如反射率小于等于15％的反射防止膜，其厚度的容许值就是根据上述计算式求出的d的±30％的范围内。如果膜厚超出d的±30％的范围，则作为反射防止膜的效果减小，降低LED元件的发光输出。
上述发光二极管的特征是，在上述p型接触层7和上述p型包覆层5之间形成了无添加的缓冲层11，并且该缓冲层11由含有P(磷)作为主要的V族元素的III/V族半导体构成，对于半导体衬底1是晶格匹配的，并且是未掺杂的。
该无添加的缓冲层11，最好是由与半导体衬底晶格匹配的III/V族半导体构成，不使用晶格失配的宽禁带材料例如GaP、P系材料。V族元素的主要成分为P(磷)的III/V族半导体的代表是，对于发光波长为光学透明并且与衬底晶格匹配的AlInP、AlGaInP、GaP等。通过这些可以向下抑制初期的工作电压。
另外，优选的是降低缓冲层11的C浓度至小于等于1×1017原子/cm3。降低缓冲层11的C浓度的原因是，来自接触层7的Zn的扩散随着C浓度而改变，C浓度升高则Zn的扩散增加，引起发光输出下降。尽管该无添加的缓冲层11中没有有意地添加任何掺杂剂，但不可避免地会混入C(碳)，其C浓度要抑制在小于等于1×1017原子/cm3。
另外，该无添加的缓冲层11的膜厚，要使得与p型包覆层5的膜厚(通常200nm～600nm)之和为1000～3000nm，即，缓冲层11的膜厚为400～2800nm。这样构成可以在连接导线工序中避免元件破坏的结构。
缓冲层11的膜厚大于等于400nm的理由是，如果活性层4到表面电极9的距离太短，在制作LED元件时的导线连接工序中，在超声波振动等作用下会破坏LED元件。另外，将上限定在小于等于2800nm的理由是，可以通过在接触层7上设置的ITO膜8充分发挥LED元件的电流分散特性。相反，如果缓冲层11加厚10μm左右，由于上述的ITO膜8的电流分散效果起决定性作用，因而不能期待LED元件在发光输出上有明显的提高。相反，在制造LED元件时的成本升高，LED元件的价格也随之升高。所以，通常p型包覆层5的膜厚为200～600nm，缓冲层11的厚度优选为400～2800nm的范围。
在本发明中，根据情况，缓冲层11可以具有与p型包覆层5相同的组成，这种情况下，从活性层4的上端到接触层7的下端为止的距离优选为1000nm～3000nm。
总之，由于缓冲层11为无添加层，降低了缓冲层11中的C浓度，可以非常有效地抑制来自接触层7的Zn的扩散。另外，由于无添加的缓冲层11是由含有P作为V族元素的AlGaInP或者AlInP构成，没有使用对于活性层4透明的As系材料，例如高Al混晶比的AlGaAs层，因而可以获得优良的初期特性和高可靠性。此外，由于其由与衬底1晶格匹配的AlGaInP或者AlInP系材料所构成，还可以抑制初期的工作电压。
所以，在驱动半导体发光元件的基础上，可以获得能够抑制随着时间推移发光输出下降以及驱动电压上升(寿命特性恶化或者可靠性下降)的结构的半导体发光元件。
以下，通过实施例1～13和比较例1～4来说明本发明。
实施例1实施例1是缓冲层11由无添加的AlGaInP的例子。
在实施例1中，制作如图1所示结构的发光波长在630nm附近的红色LED用外延晶片。外延生长的方法、外延层膜厚、外延层结构、电极的形成方法以及LED元件的制造方法如下面所述。
在n型GaAs衬底1上，采用MOVPE法依次叠层生长n型(Si掺杂)GaAs缓冲层2(膜厚200nm、载流子浓度1×1018/cm3)、n型(Si掺杂)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包覆层3(膜厚400nm、载流子浓度7×1018/cm3)、未掺杂的(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P活性层4(膜厚600nm)、p型(Mg掺杂)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包覆层5(膜厚400nm、载流子浓度1×1018/cm3)、无添加的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P缓冲层11(膜厚600nm)、以及p型(Zn掺杂)Al0.1Ga0.9As接触层7(膜厚3nm、载流子浓度7×1019/cm3)。
MOVPE生长中的生长温度，从上述n型GaAs缓冲层2开始到上述无添加的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P缓冲层11(简称为无添加的缓冲层11或缓冲层11)为止是650℃，上述p型(Zn掺杂)Al0.1Ga0.9As接触层7(简称为p型接触层7)的生长温度为550℃。其他成长条件为，生长压力约6666Pa(50Torr)，各层的生长速度为0.3～1.0nm/sec，V/III比约为150。但是，无添加的缓冲层11的V/III比为200，以降低C浓度。此外，p型接触层7的V/III比为10。这里所说的V/III比是指以TMGa或TMAl等III族材料的摩尔数为分母、以AsH3或PH3等V族材料的摩尔数为分子得到的比例(商)。
MOVPE生长中所使用的原料，例如使用三甲基镓(TMGa)或者三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)等有机金属，或者胂(AsH3)、膦(PH3)等氢化物。例如，上述n型GaAs缓冲层2那样的n型层的添加物的原料使用乙硅烷(Si2H6)。另外，上述p型(Mg掺杂)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包覆层5(简称为p型包覆层5)这样的p型层的决定导电型的杂质的添加物原料，可以使用双环戊二烯基镁(Cp2Mg)，但仅在p型接触层7时使用二乙基锌(DEZn)。
另外，作为n型(Si掺杂)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包覆层3(简称为n型包覆层3)那样的n型层的决定导电型的杂质的添加物原料，可以使用硒化氢(H2Se)、甲硅烷(SiH4)、二乙基碲(DETe)和二甲基碲(DMTe)。其他的p型包覆层5的p型添加物原料可以使用二甲基锌(DMZn)、二乙基锌(DEZn)。
然后，将该LED用外延晶片从MOVPE装置中取出后，在该晶片表面，即p型接触层7的上表面一侧采用真空镀膜法形成膜厚约为270nm的ITO膜8。在该结构中，该ITO膜8构成电流扩展层。
这时，取出设置在与ITO膜8镀膜作业的同一批次内的用于评价的玻璃衬底，切断成可以进行Hall测定的尺寸后，评价ITO膜8单体的电气特性。该结果为，载流子浓度是1.1×1021/cm3，迁移率是18cm2/Vs，电阻率是2.9×10-4Ω·cm。
然后，在该外延生长用晶片的上表面，使用抗蚀剂和掩模校准等的一般的光刻过程中使用的公知的器具和材料，采用真空法形成矩阵状的直径约110μm的环状表面电极9。这时，在沉积后采用Liftoff法形成表面电极。上述表面电极9是通过依次沉积分别具有20nm、500nm的Ni(镍)和Au(金)而形成的。然后，在外延生长晶片的整个底面上，采用相同的真空沉积法全面形成背面电极10。上述背面电极10是通过依次沉积分别具有60nm、10nm、500nm的AuGe(金-锗合金)、Ni(镍)和Au(金)而形成的，然后，在氮气气氛中加热至400℃，进行5分钟的热处理来进行电极合金化的合金化工序。
之后，将如上所述形成了电极的LED用外延生长晶片用切块机切割，使得椭圆形的表面电极9位于中心，形成芯片尺寸300μm见方的LED空白芯片。然后，将该空白芯片由银胶封装(晶片结合)到TO-18基座上，随后在该封装的LED空白芯片上连接上导线形成LED元件。
对如此制作的LED元件的初期特性进行评价的结果是，LED元件具有在20mA通电时(评价时)的发光输出1.05mW、工作电压1.84V的优异初期特性的。
而且，当在大气湿度环境中在50mA下驱动该LED元件，以此条件进行连续通电168小时(一星期)的试验。其结果与试验前的相对比较值为，光输出102％(以通电前发光输出为100％，以后简略为相对输出)、工作电压+0.004V(增加约0.2％)。另外，评价的结果中，制作的全部LED元件中没有损坏的，因此成品率良好。
如上所述，由于缓冲层11是由非添加的并且含有P作为V族元素的C浓度低的AlGaInP构成，没有使用对于活性层4透明的As系材料，例如高Al混晶比的AlGaAs层，因而可以获得优良的初期特性和高可靠性。而且，由于不使用宽禁带并晶格失配的P系材料例如GaP，而由与衬底1晶格匹配的AlGaInP系材料所构成，还可以抑制初期的工作电压。
另外，对刚刚制作后状态的LED元件和制作LED后进行了上述条件下连续通电试验后状态的LED进行SIMS分析。其结果确认了在连续通电试验后的本实施例1的LED元件中，活性层4内没有作为p型接触层7的掺杂剂的Zn混入的现象，几乎没有来自上述接触层7的扩散。即，如本实施例1所示，通过使用C浓度低的、无添加的AlGaInP缓冲层11，可以抑制LED元件中的掺杂剂扩散。进而可以制作没有损坏的元件，可以得到良好的成品率。
同时，在AlGaInP缓冲层11的情况下，其与基底半导体层的晶格失配比率的绝对值为小于等于0.3％。此处的晶格失配率是由下列公式得到晶格失配比率＝(aepitaxial layer-asubstrate)/asubstrate，其中，aepitaxial layer为外延生长层的晶格常数，asubstrate为衬底的晶格常数。
实施例2实施例2是在缓冲层由无添加的AlGaInP构成且该无添加缓冲层被包覆层夹持的例子。
在实施例2中，制作如图2所示结构的发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长的生长方法、外延生长层膜厚、外延生长结构、电极形成方法和LED元件的制造方法基本上与上述实施例1(图1)相同。
但本实施例2的结构是，上述p型包覆层5的膜厚为200nm，其上设置600nm厚的无添加的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P缓冲层11，再在其上设置与上述p型包覆层5相同的层200nm厚。即其结构是在p型包覆层5中插入600nm厚的无添加的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P缓冲层11。
上述结构的LED元件特性为，发光输出为1.01mW，工作电压为1.86V，相对输出为99％。因而可以获得具有优良初期特性的LED元件。而且元件制造时没有损坏，成品率良好。
实施例3实施例3是缓冲层由无添加的AlGaInP构成并且在活性层和包覆层之间设置未掺杂层或低浓度掺杂层的例子。
在实施例3中，制作如图3所示结构的发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长的生长方法、外延生长层膜厚、外延层结构、电极形成方法和LED元件的制造方法基本与上述实施例1(图1)相同。
但是，在本实施例3中，在上述活性层4和上述p型包覆层5之间设置膜厚为75nm的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P未掺杂层12。
此外，作为实施例3的变形例，如图4所示，制作共计三种LED，在上述n型包覆层3和活性层4之间，设置膜厚为75nm的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P未掺杂层13a的LED，以及，图中未显示的、以75nm厚的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P低浓度层(Si掺杂，载流子浓度为2×1017/cm3)替代未掺杂层13a的LED。
与活性层4相接的未掺杂层12、13a以及低浓度层的膜厚优选为小于等于100nm，因为如果过厚，则向活性层4供给载流子就会变差，发光输出下降，且制造成本上升。
上述三种结构的LED元件特性为，发光输出为1.00～1.15mW，工作电压为1.85～1.86V，相对输出为101～105％。因而可以获得具有优良初期特性的LED元件，而且没有元件的损坏，成品率良好。
实施例4实施例4是缓冲层和p型包覆层各由AlInP构成的例子。
在实施例4中，制作如图5所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长方法、外延层膜厚、外延层结构、电极形成方法以及LED元件的制造方法基本与上述实施例1(图1)相同。
但是，本实施例4中不同的地方在于，形成p型AlInP包覆层15和无添加的AlInP缓冲层16，而不是p型包覆层5和C浓度低的无添加层11。膜厚分别为400nm和600nm。
另外，作为本实施例4的变形例，分别形成p型AlInP包覆层15和无添加的缓冲层11以代替15和16层的LED。即制作了两种LED。
对如此制作的2种LED元件的初期特性评价的结果是，20mA通电时(评价时)，发光输出1.06mW、工作电压1.84V和发光输出1.11mW、工作电压为1.85V，可以获得具有优良初期特性的LED元件。
而且，在与上述实施例1相同的条件下进行连续通电试验时，2种LED元件的相对输出分别为101％和103％，因而可以制造具有优良初期特性的LED元件，而且没有元件的损坏，成品率良好。
实施例5实施例5是形成DBR(分布布拉格反射镜)的例子。
在实施例5中，制作如图6所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长方法、外延层膜厚、外延层结构、电极形成方法以及LED元件的制造方法基本与上述实施例1(图1)相同。
但在实施例5中，在上述n型缓冲层2和上述n型包覆层3之间，交替形成AlInP层和Al0.4Ga0.6As层总共30层，设置由15对的DBR(分布布拉格反射镜)构成的光反射层14。上述光反射层14的膜厚为λp/4n。另外，光反射层14的载流子浓度大约为1×1018/cm3。
光反射层14具有10～30对DBR。这是因为，大于等于10对才可以满足充分的反射率，而超过30对时，光的输出达到饱和，不会带来进一步的效果。
对如此制作的LED元件的初期特性进行评价的结果是，在20mA通电时(评价时)，发光输出是1.56mW，工作电压为1.85V，可以获得具有优秀初期特性的LED元件。
另外，进行与上述实施例1同样的连续通电试验，相对输出为101％，而且可以制造具有优良初期特性的LED元件而没有元件的损坏，成品率良好。
实施例6实施例6是形成多重量子阱(MQW)的例子。
在实施例6中，制作如图7所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长方法、外延层膜厚、外延层结构、电极形成方法以及LED元件的制造方法基本与上述实施例1(图1)相同。
但在实施例6中，上述活性层4的结构是多重量子阱(MQW，MultipleQuantum Well)结构的活性层17。该多重量子阱由40.5对的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P(7.5nm)阻挡层和Ga0.5In0.5P(5.5nm)阱层构成。
另外，作为实施例6的变形例，适度改变上述MQW活性层17的阱层中的Ga和In的平衡(即，增加In，减少Ga)，制作所谓应变多重量子阱结构的LED元件。
对如此制作的两种LED元件的初期特性进行评价的结果是，20mA通电时(评价时)的LED特性分别为，发光输出1.12mW、工作电压1.84V，发光输出1.21mW、工作电压1.84V，可以同时得到具有优秀初期特性的LED元件。
而且，在与上述实施例1相同的条件下进行连续通电试验时，两种LED元件的相对输出分别为101％和100％，因而可以制造具有优良初期特性的LED元件而没有元件的损坏，成品率良好。
实施例7
实施例7为缓冲层11由GaP构成的例子。
在实施例7中，制作如图8所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长方法、外延层膜厚、外延层结构、电极形成方法以及LED元件的制造方法基本上与上述实施例1(图1)相同。
但不同的是，在实施例7中形成无添加的GaP缓冲层18而不是无添加的缓冲层11。GaP缓冲层18的生长温度为670℃，V/III比为30。
对如此制作的LED元件的初期特性进行评价的结果是，在20mA通电时(评价时)的LED特性是，发光输出是1.11mW，工作电压为1.90V，可以获得具有优秀初期特性的LED元件。
另外，在与上述实施例1同样的条件下进行连续通电试验，相对输出为101％，因而可以制造具有优良初期特性的LED元件而没有元件的损坏，成品率良好。
如上所述，通过设置无添加的GaP缓冲层18，尽管LED元件的初期工作电压稍微提高，但其光输出和可靠性等方面良好，而且可以防止元件损坏。工作电压的升高与缓冲层使用晶格失配的材料且具有宽禁带的GaP有密切关系。
虽然本发明的上述实施例制作的是发光波长为630nm的红色LED元件，但也可以制造使用相同的AlGaInP系材料制作的该波长以外的其它LED元件，例如发光波长560～660nm的LED元件，这样可以不改变其它各层材料、载流子浓度，特别是使用相同的窗口层。所以，即使LED元件的发光波长与上述本发明实施例不同，也可以同样获得本发明所期望的效果。
此外，上述实施例中，采用了在n型GaAs衬底1和n型包覆层3之间设置n型缓冲层2的LED元件结构。实际上，采用在n型GaAs衬底1上直接层叠n型包覆层3也可以同样的效果。
在上述本发明的实施例中，对表面电极9形状为圆形的情况进行了说明，但也可以采用其他的不同电极形状，例如四边形、菱形、多边形等。
上述实施例中仅例举了半导体衬底使用GaAs的例子，作为替代方案，例如以Ge(锗)为衬底的LED用外延生长晶片、或者以GaAs或者Ge为初始衬底，然后将其除去，代之以Si(硅)或比硅具有更高导热率的金属自支撑衬底的LED外延生长晶片，也可以获得本发明的目标效果。
在上述本发明的实施例中，p型包覆层5和缓冲层11使用了AlInP和AlGaInP的组合，这些的组合只要对发光波长为透明的材料即可，实施例以外的其它组合也可以具有同样的效果。
比较例1比较例1是缓冲层使用AlGaAs的例子。
在比较例1中，制作如图10所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长方法、外延层膜厚、外延层结构、电极形成方法以及LED元件的制造方法，基本上与上述实施例1(图1)相同。
比较例1的不同之处在于，在上述p型包覆层5上设置了p型(Mg掺杂)(Al0.7Ga0.3)As缓冲层6(膜厚600nm)。即，没有实施例1中的无添加的(AlxGa0.3)0.5In0.5P缓冲层11，而是设置了600nm的上述p型AlGaAs缓冲层6，除此之外与实施例1全部相同。该p型AlGaAs缓冲层6的V/III比为10。
然后，将上述制作的LED外延生长晶片制成LED元件，其步骤与上述这样制作的LED元件的初期特性的评价结果是，在20mA通电时(评价时)发光输出是0.95mW、工作电压是1.84V。在这一阶段中制作的元件没有破损，成品率良好。
但是，在与上述实施例1相同条件下进行通电试验时，LED元件的相对输出为52％，工作电压+0.06V(增加约3％)。
另外，对刚刚制作后状态的LED元件和制作LED后在上述条件下进行了连续通电试验后状态的LED元件进行SIMS分析。其结果确认了连续通电试验后本比较例1的LED元件中，作为p型接触层7的掺杂剂的Zn扩散、混入到活性层4中。即，本比较例1所示的LED元件的元件寿命及可靠性降低是由该掺杂剂的扩散而引起的。
比较例2比较例2为不使用缓冲层，在p型包覆层5上直接形成接触层7及ITO膜8的例子。
在比较例2中，制作如图11所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长方法、外延层膜厚、外延层结构、电极形成方法以及LED元件的制造方法，基本上与上述比较例1(图10)相同。
比较例2中的不同点在于，没有设置p型缓冲层6。400nm左右的p型包覆层5的厚度就可以充分实现封闭载流子的效果以及作为载流子(空穴)提供层。即，p型包覆层5在大约400nm膜厚的情况下，可以充分体现包覆层的作用。即，除了没有设置AlGaAs缓冲层6之外，其他组成与上述比较例1完全相同。
然后，按照与上述比较例1相同的方法，将制作成的LED用外延生长晶片制成LED元件。
这样制作的LED元件的初期特性的评价结果是，在20mA通电时(评价时)发光输出是0.90mW、工作电压是1.84V。
但是，在进行初期性能评价阶段，大约20～30％的元件损坏，不能发光。尽管未损坏的元件获得了上述特性，但在该阶段的成品率降低。据推测，是元件在评价元件之前的连接导线工序中受到损坏。对于未损伤的元件，在与上述比较例1相同条件下进行连续通电试验，LED元件的相对输出为79％，工作电压+0.008(增加约0.4％)。
如上所述，在没有设置缓冲层的结构中，成品率低，发光输出和可靠性也差。即，虽然相对输出与比较例1相比稍好一点，但成品率下降。
实施例8实施例8是缓冲层使用无添加的AlGaInP的例子。
在实施例8中，制作如图12所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长方法、外延层膜厚、外延层结构、电极的形成方法以及LED元件的制造方法如下面所述。
在n型GaAs衬底101上，采用MOVPE法依次叠层生长n型(Si掺杂)GaAs缓冲层102(膜厚200nm、载流子浓度1×1018/cm3)和光反射层103。光反射层103具有由交替形成各20层的AlInP层和Al0.5Ga0.5As层形成的20对DBR反射镜(分布布拉格反射镜)。上述光反射层103的厚度为λp/4n，其中，λp是指LED元件的发光峰值波长，n是组成光反射层103的每一半导体材料的折射率。另外，光反射层3的载流子浓度大约为1×1018/cm3。
在该光反射层103上，采用MOVPE法依次叠层生长n型(Si掺杂)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包覆层104(膜厚400nm、载流子浓度1×1018/cm3)、未掺杂的(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P活性层105(膜厚600nm)、p型(Mg掺杂)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包覆层106(膜厚400nm、载流子浓度5×1017cm3)。
而且，在p型(Mg掺杂)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包覆层106(简称为p型包覆层106)上，采用MOVPE法依次叠层生长无添加的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P缓冲层112(膜厚600nm)和p型(Zn掺杂)Al0.1Ga0.9As接触层108(膜厚3nm、载流子浓度7×1019/cm3)。
上述无添加的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P缓冲层112(简称为无添加的缓冲层112或缓冲层112)，由含有P(磷)作为主要的V族元素的III/V族半导体构成，与半导体衬底101晶格匹配并且是未掺杂的。例如，该无添加的缓冲层112是由对于发光波长为光学透明的并且与衬底晶格匹配的AlGaInP或者AlInP构成，该缓冲层112的膜厚应使得与p型包覆层106的膜厚(通常200nm～600nm)之和为1000～3000nm，即，缓冲层112的膜厚为400～2800nm。这样的厚度可以在连接导线工序中抑制元件破坏。
上述p型(Zn掺杂)Al0.1Ga0.9As接触层108(简称为p型接触层108)由AlxGa1-xAs(其中，0≤x≤0.4)构成，膜厚为1nm～30nm，作为p型掺杂剂以大于等于1×1019/cm3的高浓度添加了Zn。
MOVPE生长中的生长温度，从上述n型GaAs缓冲层102开始到上述无添加的AlGaInP缓冲层112为止是650℃，上述p型接触层108的生长温度是550℃。其他成长条件为，生长压力约6666Pa(50Torr)，各层的生长速度为0.3～1.0nm/sec，V/III比约为150。
但是，无添加的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P缓冲层112的V/III比为200来降低H(氢)浓度。在V/III比为200时，无添加的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P缓冲层112的H(氢)浓度降低到小于等于3×1017原子/cm3。另外，通过设定V/III比，即使在缓冲层112中混入不可避免的C(碳)时，也可以将该层中的C(碳)浓度降低到5×1016原子/cm3。此外，p型接触层108的V/III比为10。这里所说的V/III比，是指以TMGa或TMAl等III族原料的摩尔数为分母、以AsH3或PH3等V族原料的摩尔数为分子的比例(商)。
MOVPE生长中所使用的原料，可以使用三甲基镓(TMGa)或者三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)等有机金属，或者胂(AsH3)、膦(PH3)氢化物气体。例如，上述n型缓冲层102那样的n型层的掺杂剂的原料可以使用乙硅烷(Si2H6)。上述p型包覆层106这样的p型层的决定导电型的杂质的掺杂剂原料，使用双环戊二烯基镁(Cp2Mg)，但二乙基锌(DEZn)仅用于p型接触层108。
另外，作为n型层的决定导电性的杂质的掺杂剂原料，可以使用硒化氢(H2Se)、甲硅烷(SiH4)、二乙基碲(DETe)和二甲基碲(DMTe)。p型包覆层106的p型掺杂剂原料可以使用二甲基锌(DMZn)、二乙基锌(DEZn)。
然后，将该LED用外延生长用晶片从MOVPE装置中取出后，在该晶片的表面即p型接触层108的上表面一侧，采用真空沉积法形成膜厚约为80nm的ITO膜109。在该结构中，该ITO膜109成为电流扩展层。作为电流扩展层的ITO膜109的膜厚在由计算式d＝A×λp/(4×n)(其中，A为常数(1或3)，λp为发光波长(单位是nm)，n是折射率)计算出的d的±30％的范围内。ITO膜109采用真空蒸镀法或者溅射法形成，成膜后的状态下具有大于等于8×1020/cm3的载流子浓度。
这时，将设置在与ITO膜109镀膜作业的同一批料内的、用于评价的玻璃衬底取出，切断成可以进行Hall测定的尺寸，评价ITO膜109单体的电气特性。该结果为，载流子浓度是1.1×1021/cm3，迁移率是16.7cm3/Vs，电阻率是3.3×10-4Ω·cm。
然后，使用防蚀剂和掩模校准等的一般照相平版印刷过程中使用的公知的器具和材料，采用真空镀膜法在该外延晶片的上面，形成矩阵状的直径约110μm的圆形表面电极110。这时，在形成镀膜后采用Liftoff法形成电极。上述表面电极110是通过依次沉积厚度分别为20nm和500nm的Ni(镍)和Au(金)而形成的。然后，在外延晶片的整个底面上，采用相同的真空镀膜法形成背面电极111。上述背面电极111依次沉积厚度分别为60nm、10nm、500nm的AuGe(金-锗合金)、Ni(镍)和Au(金)而形成的，然后，在氮气气氛中加热至400℃，进行5分钟的热处理来进行使电极合金化的合金化工序。
之后，用切块机将如此形成的具有电极的LED外延生长晶片切断，使得椭圆形的表面电极110位于中心，形成芯片尺寸300μm见方的LED空白芯片。然后，将该空白芯片由银胶封装(晶片结合)到TO-18基座上，随后在该封装的LED空白芯片上连接上导线形成LED元件。
对如此制作的LED元件的初期特性进行评价，结果，在20mA通电时(评价时)的发光输出是2.05mW、工作电压是1.85V，得到优良初期特性的LED元件。
而且，当在常湿环境下在50mA下驱动该LED元件，以此条件进行连续通电试验168小时(一星期)。其结果，与试验前的相对比较值为，光输出102％(以通电前发光输出为100％，以后简略称为相对输出)、工作电压是+0.004V(增加约0.2％)。
这样，由于缓冲层112为无添加层，缓冲层112中的H(氢)浓度和C浓度低，可以非常有效地抑制来自接触层108的Zn的扩散。另外，由于缓冲层112没有使用对于未掺杂的(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P活性层105(简称活性层105)透明的As系材料，例如高Al混晶比的AlGaAs，而是使用含有P作为V族元素的AlGaInP或者AlInP，可以获得优良的初期特性和高可靠性。而且，由于不使用GaP等晶格失配的宽禁带P系材料，而由是由与衬底晶格匹配的AlGaInP或者AlInP系材料所构成，还可以抑制初期的工作电压。所以，可以获得在驱动半导体发光元件时可以抑制长时间后发光输出降低及驱动电压上升的半导体发光元件。
另外，对刚刚制作后状态的LED元件和制作LED后进行了上述条件下连续通电试验后状态的LED元件进行SIMS分析。其结果确认了，在连续通电试验后的本实施例8的LED元件中，作为p型接触层108的掺杂剂的Zn没有混入活性层105中，几乎没有来自上述接触层108的扩散。即，如本实施例8所示，通过使用H浓度低的、无添加的AlGaInP缓冲层112，可以抑制LED元件中的掺杂剂扩散。
同时，在AlGaInP缓冲层112的情况下，与其下部形成的半导体层的晶格失配比率的绝对值为小于等于0.3％。
图13表示实施例8的变形例。形成缓冲层112，该缓冲层112由未有意添加如上所述的掺杂剂且H(氢)浓度低的AlGaInP或者AlInP系材料构成，在这样的前提下，在上述活性层105和p型包覆层106之间设置作为扩散防止层的AlGaInP未掺杂层113，另外，在n型(Si掺杂)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包覆层104(简称n型包覆层104)和活性层105之间设置作为扩散防止层的AlGaInP未掺杂层114。作为替代的方案，也可以形成低载流子浓度的层来代替这些未掺杂层作为扩散防止层。
实施例9实施例9是缓冲层由无添加的AlGaInP构成且该无添加缓冲层被包覆层夹持的例子。
在实施例9中，制作如图14所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长方法、外延生长层膜厚、外延层结构、电极形成方法以及LED元件的制造方法，基本上与上述实施例8相同。
但在本实施例9中，上述p型包覆层106的膜厚为200nm，其上设置600nm厚的无添加的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P缓冲层112，再在其上设置与上述p型包覆层106相同的层200nm厚。
无添加的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P缓冲层112的V/III比为200。在V/III比为200时，无添加的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P缓冲层112的H(氢)浓度降低到小于等于3×1017原子/cm3，同时该层中的C(碳)浓度也下降到小于等于5×1016原子/cm3。
上述结构的LED元件具有良好的初始特性，其发光输出为1.98mW，工作电压为1.86V，相对输出为99％。因而可以获得具有优良初期特性的LED元件。而且在进行了与上述实施例8同样的连续通电试验后的状态的LED元件的SIMS分析结果，也确认了Zn没有扩散到活性层中。
实施例10实施例10是缓冲层使用无添加的AlGaInP，而且在活性层和包覆层之间设置未掺杂层或低浓度掺杂层的例子。
在实施例10中，制作如图15所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长的生长方法、外延生长层膜厚、外延层结构、电极形成方法以及LED元件的制造方法，基本上与上述实施例8相同。
但是，在本实施例10中，在上述活性层105和上述p型包覆层106之间设置膜厚为75nm的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P未掺杂层113。
此外，作为实施例10的变形例，制作如下的LED，如图16所示，制作在上述n型包覆层104和活性层105之间设置膜厚为75nm的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P未掺杂层114a的LED，另外，制作图中未显示的、以75nm厚的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P低浓度掺杂层(Si掺杂，载流子浓度为2×1017/cm3)替代上述未掺杂层114a的LED。
上述三种结构的LED特性为，发光输出为1.97～2.15mW，工作电压为1.85～1.888V，相对输出为101～105％。因而可以获得具有优良初期特性的LED元件。
实施例11实施例11是缓冲层和p型包覆层使用AlInP的例子。
在实施例11中，制作如图17所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长的生长方法、外延生长层膜厚、外延层结构、电极形成方法以及LED元件的制造方法，基本上与上述实施例8相同。
但是，在本实施例11中，由p型AlInP包覆层115和无添加的AlInP缓冲层116来替代p型包覆层106和H浓度低的无添加的缓冲层112。膜厚分别为400nm和600nm。
另外，作为本实施例11的变形例，制作形成p型AlInP包覆层115和无添加的缓冲层112来代替上述115层和116层的LED。
对如此制作的2种LED元件的初期特性评价的结果是，在20mA通电时(评价时)，发光输出1.96mW和2.11mW、工作电压1.88V和1.87V，可以获得具有优良初期特性的LED元件。
而且，在与上述实施例8相同的条件下进行连续通电试验时，2种LED元件的相对输出分别为97％和99％。总之，通过本实施例11所记载的结构，可以获得具有优良初期特性的LED元件。
实施例12
实施例12是形成多重量子阱(MQW)的例子。
在实施例12中，制作如图18所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长方法、外延层膜厚、外延层结构、电极形成方法以及LED元件的制造方法，基本上与上述实施例8相同。
本实施例12的不同在于，使用了上述活性层105的结构是多重量子阱(MQW，Multiple Quantum Well)结构的活性层17。多重量子阱的阻挡层由(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P(7.5nm)构成，另外，作为发光层的阱层由Ga0.5In0.5P(5.5nm)构成，由这些阻挡层和阱层的组合构成一对，合计形成40.5对。
另外，作为实施例12的变形例，适度改变上述MQW活性层17的阱层的Ga和In的平衡(增加In，减少Ga)，制作所谓应变多重量子阱结构的LED元件。
对如此制作的两种LED元件的初期特性进行评价，结果，在20mA通电时(评价时)的LED特性分别依次为，发光输出2.12mW和2.21mW、工作电压1.84V和1.84V，可以得到具有优秀初期特性的LED元件。
而且，在与上述实施例8相同的条件下进行连续通电试验时，两种LED元件的相对输出分别为101％和100％，通过本实施例12所记载的结构，可以获得具有优良初期特性的LED元件。
实施例13实施例13是缓冲层11由GaP构成的例子。
在实施例13中，制作如图19所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长的生长方法、外延生长层膜厚、外延层结构、电极形成方法以及LED元件的制造方法，基本上与上述实施例8相同。
但在实施例13中，形成无添加的GaP缓冲层(膜厚600nm)118来替代无添加的缓冲层112，在其上面采用MOVPE法形成p型(Zn掺杂)Al0.1Ga0.9As接触层(膜厚3nm，载流子浓度为7×1019/cm3)108。
而且，MOVPE生长中的生长温度，从上述n型GaAs缓冲层102开始到上述p型包覆层106为止是650℃，上述p型接触层108的生长温度为550℃。另外，GaP缓冲层118的生长温度为680℃，V/III比为50。
对如此制作的LED元件的初期特性进行评价，结果，在20mA通电时(评价时)的LED特性是，发光输出是2.18mW，工作电压为1.93V，可以获得具有优异初期特性的LED元件。
另外，进行了与上述实施例8同样的连续通电试验，LED元件的相对输出为95％。
总之，通过设置无添加的GaP缓冲层118，虽然LED元件的初期工作电压稍有增加，其可靠性稍微下降，但LED元件的发光输出非常好。工作电压的升高与缓冲层使用晶格失配的材料且具有宽禁带的GaP有密切关系。另外，可靠性有一定的下降，也与上述原因相同，与使用GaP有关。
最佳条件获得本发明的具有无添加缓冲层的半导体发光元件的最适合条件如下所述。
第一，与由金属氧化物构成的作为电流扩展层的ITO膜109相接触的接触层108，需要掺杂极高浓度的决定导电型的杂质。例如，对于掺杂了Zn的接触层108，希望其晶体材料优选Al混晶比为0(即GaAs)至0.4(Al0.4Ga0.6As)，其载流子浓度在大于等于1×1019/cm3时为合适，且越高越好。
ITO膜109基本属于n型半导体材料，而LED元件一般多制成以p侧向上。因此，用ITO膜109作为电流扩展层的LED元件，从衬底一侧看具有导电型是n/p/n结。因此，LED元件在ITO膜109和p型半导体层之间的界面上产生大的位障，一般形成工作电压非常高的LED。为了解决这一问题，要求接触层108是具有非常高的载流子浓度的p型半导体层。另外，上述接触层108的禁带(禁带宽度)窄的原因是，采用这样窄禁带可以促进高的载流子浓度。
而且，与上述接触层108的高载流子化相关联，与接触层108相接的电流扩展层(例如ITO膜109)的载流子浓度对于降低隧道电压也是很重要的。与上述接触层108的理由相同，其载流子浓度应尽可能高，优选ITO膜109具有大于等于8×1020/cm3的载流子浓度。
第二，上述接触层108的膜厚优选为1～30nm的范围。这是因为，上述接触层108具有吸收来自活性层105发射的光的带隙，因此随着膜厚的增加，发光输出下降。
由图9可知，优选接触层108的厚度的上限值为大约30nm。另外，如果接触层8的膜厚小于1nm，在ITO膜109与接触层108之间难以形成隧道结，因此低工作电压化、工作电压稳定化就变得困难。因此，与ITO膜109相接的接触层108的膜厚优选1～30nm。
第三，作为由金属氧化物构成的电流扩展层的ITO膜109，其膜厚优选为在由d＝A×λp/(4×n)的计算式(其中，A为常数(1或3)，λp为发射波长，单位是nm，n是折射率)计算出的d的±30％的范围内。
在LED用外延生长晶片上形成的电流扩展层ITO膜109，具有介于半导体层和空气层中间的折射率，具有光学的反射防止膜的功能。因此，为了提高LED元件的发光输出效率，获得更高输出的LED元件，优选具有由上述计算式算出的膜厚。
但是，随着ITO膜109增厚，透光率会有变差的趋势。如果ITO膜109的固有的透光率降低，则由活性层105发射出的光被ITO膜109所吸收的比例就会增加，从而导致的结果是发光输出下降。而且，随着上述ITO膜109的膜厚的增加，在该电流扩展层109中的光的干涉也增加，光输出效率高的波长区域变窄。关于这一点，在GaAs衬底101上适度形成ITO膜109，对着该试样入射垂直光，测定的此刻反射光的光谱，结果如图20所示。
即，由于这些理由，电流扩展层的优选的膜厚d由上述计算式确定，其中常数A优选为1或3。作为最合适的例子，常数A为1。另外，作为在LED用外延生长晶片上形成的电流扩展层的ITO膜109的膜厚，也可以是在由上述计算式求出的d值的±30％范围内。这是因为，作为反射防止膜的光学反射率低的波长区域，即光输出效率高的波长区域具有一定程度的宽度。例如作为反射防止膜，对于形成ITO膜109的LED用外延生长晶片入射垂直光时的反射率如果小于等于15％，则膜厚的容许值就是根据上述计算式求出的d的±30％的范围。如果膜厚超出d的±30％的范围，则作为反射防止膜的效果减小，LED元件的发光输出相对降低。
第四，插入到接触层108和p型包覆层106之间的缓冲层112的膜厚，优选为400～2800nm。例如，当p型包覆层106的厚度为400nm时，缓冲层112的膜厚为600～2600nm。缓冲层112的膜厚设定为大于等于400nm的理由是，如果从活性层105到表面电极110的距离太小，则在制作LED元件时的连接导线工序中，在超声波振动等作用下LED元件受到损坏。另外，将上限值限定在小于等于2800nm的理由是，可以通过在接触层108上设置的ITO膜109充分发挥LED元件的电流扩展特性。相反，即使缓冲层112加厚10μm左右，由于上述的ITO膜109的电流扩展效果起决定性作用，也不能期待LED元件的光输出有飞跃性的提高。相反，在制造LED元件时的成本升高，LED元件的价格也随之升高。所以，通常p型包覆层106的膜厚为200～600nm，缓冲层112的厚度优选为400～2800nm的范围。
另外，在本发明中，根据情况，缓冲层112可以具有与p型包覆层106相同的组成，这种情况下，从活性层105的上端到接触层108的下端的距离优选为1000nm～3000nm。
第五，与活性层105相接的未掺杂层113、114a以及低浓度层的膜厚优选为小于等于100nm，这是因为，如果过厚，则向活性层105的载流子的供给就会变差，发光输出下降，而且制造成本增高。
第六，光反射层103的对数优选为10～30对左右的范围。设置下限依据是，为了使作为光反射层103具有充分的反射率就需要10对。光反射层的叠层对数与垂直反射率的关系如图21所示。
对于上述对数设定上限的依据是，尽管光反射层103可以是非常厚，但LED元件的反射率或发光输出并不是因此而增大。如图21所示，在超过20对时，光反射层103的反射率几乎饱和了，超过30对就完全饱和了。因此，为了获得有效反射率，对数超过一定数量即可，特别从廉价且有效制造LED元件及LED用外延生长晶片的观点出发，光反射层103的对数的上限优选为小于等于30。
而且，构成上述光反射层103的合适的材料，可以例举AlxGa1-xAs(其中，0.4≤x≤1)，或者(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中，0≤x≤1，0.4≤y≤0.6)。选择这些材料的理由是，它们与GaAs衬底101基本上是晶格匹配的，并且对于从LED元件发出的光的波长光学上透明。根据已知，构成作为光反射层103的DBR的两种材料的折射率差别越大，则光的反射波长区域越宽，且反射率高。因此适合选择的材料优先从上述材料中选定。
尽管上述实施例制作的是发光波长为630nm的红色LED元件，但使用相同的AlGaInP系材料也可以制作该波长以外的其它LED元件，例如发光波长560～660nm的LED元件，可以在不改变其它各层材料、载流子浓度、特别是窗口层的情况下制作。所以，即使是具有与上述实施例发光波长范围不同的LED，也可以获得同样的效果。
此外，上述实施例中，采用了在n型GaAs衬底101和n型包覆层104之间设置n型缓冲层102的LED元件结构。实际上，采用在n型GaAs衬底101上直接形成n型包覆层104或者DBR层103也可以获得同样的效果。
尽管上述本发明的实施例中，对表面电极110形状为圆形的情况进行了说明，但也可以采用其他的不同形状，例如四边形、菱形、多边形等的电极形状。
上述实施例中仅例举了半导体衬底使用n型GaAs的例子，但例如也可以以Ge(锗)为衬底，或者以GaAs或者Ge为初始衬底，然后将其除去，使用Si(硅)或比硅具有更高导热率的金属自支撑衬底取而代之，可以获得同样的目标效果。
上述本发明的实施例中，p型包覆层106和缓冲层112使用了AlInP和AlGaInP的组合，但实际上这些的组合只要对发光波长为透明的材料即可，实施例以外的其它组合也可以具有同样的效果。
比较例3比较例3是缓冲层使用AlGaAs的例子。
在比较例3中，制作如图22所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长的生长方法、外延生长层膜厚、外延层结构、电极形成方法以及LED元件的制造方法，基本上与上述实施例8相同。
比较例3中的不同点在于，在比较例3中，在上述p型包覆层106上设置p型(Mg掺杂)(Al0.8Ga0.2)As缓冲层107(膜厚600nm、载流子浓度1×1018/cm3)。该p型AlGaAs缓冲层107的V/III比为30。此外，p型缓冲层107的p型掺杂剂的原料，可以使用二甲基锌(DMZn)、二乙基锌(DEZn)。
然后，将上述制作的LED外延生长晶片制成LED元件，其步骤与上述这样制作的LED元件的初期特性的评价结果是，在20mA通电时(评价时)，发光输出是1.61mW、工作电压是1.86V。
但是，在与上述实施例8相同条件下进行连续通电试验时，与试验前的光输出相比，相对输出为63％。
另外，对刚刚制作后状态的LED元件和制作LED元件后在上述条件下进行了连续通电试验后的LED元件进行SIMS分析。其结果证实，在通电试验前的阶段，本比较例3的LED元件中就有p型接触层108的掺杂剂Zn明显扩散、混入到活性层105中，通电试验后，Zn进一步扩散，混入到活性层105中的Zn量增加。本比较例3的LED元件的元件寿命及可靠性降低是由于该掺杂剂的扩散而引起的。LED元件的输出的原因也是掺杂剂的扩散。
比较例4比较例4是不使用缓冲层，在p型包覆层106上直接设置接触层108及ITO膜109的例子。
在比较例4中，制作如图23所示结构的、发光波长在630nm附近的红色LED用外延生长晶片。外延生长的生长方法、外延生长层膜厚、外延层结构、电极形成方法以及LED元件的制造方法，基本上与上述比较例3相同。
比较例4中的不同点在于，在比较例4中，在上述p型包覆层106上不设置p型缓冲层107。在p型包覆层106上直接设置接触层108。
然后，按照与上述实施例8相同的方法，将制作成的LED用外延生长晶片制成LED元件。
这样制作的LED元件的初期特性的评价结果是，在20mA通电时(评价时)，发光输出是1.53mW、工作电压是1.87V。在与上述实施例8相同条件下进行连续通电试验时，相对输出为71％。
另外，对刚制作后状态的LED元件和制作LED后在上述条件下进行了连续通电试验后状态的LED元件进行SIMS分析，结果证实，在比较例4的LED元件中，扩散、混入到活性层105中的Zn的量与比较例3同样多。
尽管以上通过具体的实施方案和实施例完全和清楚地说明和公开了本发明，但后附的权利要求并不受这些实施例的限制，本发明应理解为包括对于本领域的技术人员可能发生的、落入上述基本教导中的所有改变和替代的结构。
权利要求
1.半导体发光元件，该半导体发光元件具有在半导体衬底上形成的发光部，该发光部至少由n型包覆层、活性层和p型包覆层构成；在所述发光部上形成的As系接触层，该接触层被添加了大于等于1×1019/cm3的p型掺杂剂；在所述接触层上形成的电流扩展层，该电流扩展层由金属氧化物材料的透明导电膜构成；其特征是，在所述接触层和所述p型包覆层之间或者在所述p型包覆层中，形成了由V族元素的主要成分为P(磷)的未掺杂的III/V族半导体构成的缓冲层。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述缓冲层相对于所述半导体衬底是晶格匹配的。
3.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述缓冲层的Al组成比所述p型包覆层小。
4.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，在所述活性层和所述p型包覆层之间设置未掺杂层。
5.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述缓冲层的C浓度为小于等于1×1017原子/cm3。
6.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，在所述n型包覆层和所述活性层之间设置未掺杂层。
7.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，在所述n型包覆层和所述活性层之间设置n型低浓度层，该n型低浓度层含有比所述n型包覆层低的载流子浓度。
8.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述电流扩展层为ITO(氧化铟锡)。
9.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述电流扩展层的膜厚在由d＝A×λp/(4×n)的计算式(其中，A为1或3的常数，λp为发光波长，单位是nm，n是折射率)计算出的d的±30％的范围内。
10.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述接触层含有Zn作为主掺杂剂，该接触层的载流子浓度大于等于1×1019/cm3，其组成为AlxGa1-xAs，式中，0≤x≤0.4。
11.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述p型包覆层含有Mg作为掺杂剂，并且，所述n型包覆层、所述活性层和所述p型包覆层由(AlxGa1-x)yIn1-yP构成，其中，0≤x≤1，0.4≤y≤0.6。
12.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，在所述半导体衬底和所述n型包覆层之间设置光反射层，所述光反射层由包含15对以上折射率不同的2个半导体层的半导体多层膜构成。
13.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述电流扩展层的载流子浓度大于等于8×1020/cm3。
14.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述活性层为多量子阱结构或应变多量子阱结构。
15.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述p型包覆层和所述缓冲层的膜厚之和为1000～3000nm，且p型包覆层的膜厚为200～600nm。
16.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述接触层的膜厚为1～30nm。
17.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述缓冲层是对于发光波长光学透明的AlInP或者AlGaInP。
18.根据权利要求12所述的半导体发光元件，其特征是，所述光反射层由(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中，0≤x≤1，0.4≤y≤0.6)和AlxGa1-xAs(其中，0≤x≤1)的组合构成。
19.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，在所述活性层和所述p型包覆层之间设置p型低浓度层，所述的p型低浓度层含有比所述p型包覆层低的载流子浓度。
20.根据权利要求4所述的半导体发光元件，其特征是，所述未掺杂层的膜厚小于等于100nm。
21.根据权利要求6所述的半导体发光元件，其特征是，所述未掺杂层的膜厚小于等于100nm。
22.根据权利要求7所述的半导体发光元件，其特征是，所述n型低浓度层的膜厚小于等于100nm。
23.根据权利要求19所述的半导体发光元件，其特征是，所述p型低浓度层的膜厚小于等于100nm。
24.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，还具有在所述半导体衬底上设置的n型缓冲层，其中，该n型缓冲层由与所述半导体衬底相同的材料构成。
25.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述缓冲层与其下部形成的半导体层的晶格失配比率的绝对值小于等于0.3％。
26.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征是，所述缓冲层由GaP构成。
27.半导体发光元件，该半导体发光元件具有在半导体衬底上形成的发光部，所述发光部至少由n型包覆层、活性层和p型包覆层构成；在所述发光部的上部形成的As系接触层，该接触层被添加了大于等于1×1019/cm3的p型掺杂剂；在所述接触层的上部上形成的电流扩展层，该电流扩展层由金属氧化物材料的透明导电膜构成；其特征是，在所述接触层和所述p型包覆层之间或者在所述p型包覆层中形成了缓冲层，该缓冲层由未掺杂的III/V族半导体构成，所述的III/V族半导体的V族元素的主要成分是P(磷)且H(氢)浓度小于等于3×1017原子/cm3。
28.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述缓冲层相对于所述半导体衬底是晶格匹配的，并且，所述的缓冲层由比所述p型包覆层电阻率高的III/V族半导体构成。
29.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述缓冲层的Al组成比所述p型包覆层小。
30.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，在所述活性层和所述p型包覆层之间设置了未掺杂层。
31.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述缓冲层的C浓度小于等于5×1016原子/cm3。
32.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，在所述n型包覆层和所述活性层之间设置了未掺杂层。
33.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，在所述n型包覆层和所述活性层之间设置了n型低浓度层，该n型低浓度层由含有比所述n型包覆层低浓度的决定n型导电型的杂质的半导体构成。
34.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述电流扩展层由ITO(氧化铟锡)构成。
35.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述电流扩展层的膜厚在由d＝A×λp/(4×n)的计算式(其中，A为1或3的常数，λp为发光波长，单位是nm，n是折射率)计算出的d的±30％的范围内。
36.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述接触层含有Zn作为掺杂剂，该接触层的载流子浓度大于等于1×1019/cm3，其组成为AlxGa1-xAs，其中0≤x≤0.4。
37.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述p型包覆层含有Mg作为掺杂剂，并且，所述n型包覆层、所述活性层和所述p型包覆层由(AlxGa1-x)yIn1-yP构成，其中，0≤x≤1，0.4≤y≤0.6。
38.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，在所述半导体衬底和所述n型包覆层之间设置光反射层，所述光反射层由包含10对以上折射率不同的2个半导体层的半导体多层膜构成。
39.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述电流扩展层的载流子浓度大于等于8×1020/cm3。
40.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述活性层为多量子阱结构或应变多量子阱结构。
41.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述p型包覆层和所述缓冲层的膜厚之和为1000～3000nm，且p型包覆层的膜厚为200～1000nm。
42.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述接触层的膜厚为1～30nm。
43.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述缓冲层由对于发光波长光学透明的AlInP或者AlGaInP构成。
44.根据权利要求38所述的半导体发光元件，其特征是，所述光反射层由(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中，0≤x≤1，0.4≤y≤0.6)和AlxGa1-xAs(其中，0≤x≤1)的组合构成。
45.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，在所述活性层和所述p型包覆层之间设置p型低浓度层，该p型低浓度层由含有比所述p型包覆层低浓度的决定p型导电型的杂质的半导体构成。
46.根据权利要求30所述的半导体发光元件，其特征是，所述未掺杂层的膜厚小于等于100nm。
47.根据权利要求32所述的半导体发光元件，其特征是，所述未掺杂层的膜厚小于等于100nm。
48.根据权利要求33所述的半导体发光元件，其特征是，所述n型低浓度层的膜厚小于等于100nm。
49.根据权利要求45所述的半导体发光元件，其特征是，所述p型低浓度层的膜厚小于等于100nm。
50.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，在所述半导体衬底上形成n型缓冲层，该n型缓冲层由与该半导体衬底相同的材料构成。
51.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述缓冲层与其下部形成的半导体层的晶格失配比率的绝对值小于等于0.3％。
52.根据权利要求27所述的半导体发光元件，其特征是，所述缓冲层由GaP构成。
全文摘要
本发明提供除了高亮度和低驱动电压之外，能够抑制长时间后发光输出下降以及驱动电压上升的半导体发光元件。该半导体发光元件具有在半导体衬底上形成的至少由n型包覆层、活性层和p型包覆层构成的发光部；在所述发光部上形成的、添加了大于等于1×10
文档编号H01L33/12GK1941444SQ20061015993
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月26日 优先权日2005年9月30日
发明者今野泰一郎, 新井优洋, 饭塚和幸 申请人:日立电线株式会社