特許 7413901 発光素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/343 20060101AFI20240109BHJP

   H01L 33/30 20100101ALI20240109BHJP

   H01L 33/10 20100101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

H01S5/343

H01L33/30

H01L33/10

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020066770

(22)【出願日】2020-04-02

(65)【公開番号】P2021163919

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-09-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136098

【弁理士】

【氏名又は名称】北野 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100137246

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勝也

(72)【発明者】

【氏名】吉本 晋

【審査官】八木 智規

(56)【参考文献】

【文献】特開平８－３１６５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３３０６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－９１８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－３３１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０８４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－３６４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／３１２４１３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

Ｈ０１Ｌ ３３／００ －３３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の導電型を有する第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、
前記第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に配置され、量子井戸構造を含む発光層と、 前記発光層上に配置され、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、
前記第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に配置される第１電極と、
前記第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に配置される第２電極と、を備え、
前記量子井戸構造は、交互に積層される井戸層とバリア層とを含み、
前記井戸層を構成する材料は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０＜ｙ≦１を満たし、
前記バリア層を構成する材料は、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＡｓの組成式で表され、０＜ｚ≦１を満たし、
前記井戸層におけるＡｌの比率ｘと、前記バリア層におけるＡｌの比率ｚとの差の絶対値が０．０５以下であり、
前記第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記量子井戸構造からの光を反射する第１反射層を含み、
前記第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記量子井戸構造からの光を反射する第２反射層を含む、発光素子。

【請求項2】

厚さ方向において、前記第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層から見て、前記発光層とは反対側に配置される基板をさらに備え、
前記基板を構成する材料は、ＧａＡｓであり、
前記井戸層を構成する材料は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０＜ｙ＜０．３を満たす、請求項１に記載の発光素子。

【請求項3】

厚さ方向において、前記第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層から見て、前記発光層とは反対側に配置される基板をさらに備え、
前記基板を構成する材料は、ＩｎＰであり、
前記井戸層を構成する材料は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０．４＜ｙ＜０．６を満たす、請求項１に記載の発光素子。

【請求項4】

第１の導電型を有する第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、
前記第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に配置され、量子井戸構造を含む発光層と、 前記発光層上に配置され、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、
前記第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に配置される第１電極と、
前記第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に配置される第２電極と、を備え、
前記量子井戸構造は、交互に積層される井戸層とバリア層とを含み、
前記井戸層を構成する材料は、Ａｌ _ｘ Ｉｎ _ｙ Ｇａ _{１－ｘ－ｙ} Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０＜ｙ≦１を満たし、
前記バリア層を構成する材料は、Ａｌ _ｚ Ｇａ _１－ｚ Ａｓの組成式で表され、０＜ｚ≦１を満たし、
前記井戸層におけるＡｌの比率ｘと、前記バリア層におけるＡｌの比率ｚとの差の絶対値が０．０５以下であり、
厚さ方向において、前記第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層から見て、前記発光層とは反対側に配置される基板をさらに備え、
前記基板を構成する材料は、ＩｎＰであり、
前記井戸層を構成する材料は、Ａｌ _ｘ Ｉｎ _ｙ Ｇａ _{１－ｘ－ｙ} Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０．４＜ｙ＜０．６を満たす、発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発光素子に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＧａＡｓ（ガリウム砒素）製の基板上に井戸層であるＡｌＩｎＧａＡｓ（アルミニウムインジウムガリウム砒素）層とバリア層であるＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）層とを含む量子井戸構造を形成し、適切な電極を形成することによって発光素子を得ることができる（たとえば、非特許文献１参照）。非特許文献１では、１５６μＡの閾値電流で波長８５０ｎｍのレーザ光を出射する発光素子が報告されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】Ｊ．Ｋｏ，ｅｔ ａｌ．、“ＡｌＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ｓｔｒａｉｎｅｄ－ｌａｙｅｒ ８５０ ｎｍ ｖｅｒｔｉｃａｌ－ｃａｖｉｔｙ ｌａｓｅｒｓ ｗｉｔｈ ｖｅｒｙ ｌｏｗ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓ”、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３３、Ｎｏ．１８、２８ｔｈ Ａｕｇｕｓｔ １９９７、ｐ．１５５０－１５５１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような量子井戸構造を有する発光素子では、通電によって短時間で発光強度が低下し、故障に至る場合がある。そこで、ＡｌＩｎＧａＡｓ製の井戸層とＡｌＧａＡｓ製のバリア層とを含む量子井戸構造を有する発光素子の寿命を長くすることができる発光素子を提供することを目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示に従った発光素子は、第１の導電型を有する第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に配置され、量子井戸構造を含む発光層と、発光層上に配置され、第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に配置される第１電極と、第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に配置される第２電極と、を備える。量子井戸構造は、交互に積層される井戸層とバリア層とを含む。井戸層を構成する材料は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０＜ｙ≦１を満たす。バリア層を構成する材料は、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＡｓの組成式で表され、０＜ｚ≦１を満たす。井戸層におけるＡｌ（アルミニウム）の比率ｘと、バリア層におけるＡｌの比率ｚとの差の絶対値が０．０５以下である。

【発明の効果】

【0006】

上記発光素子によれば、ＡｌＩｎＧａＡｓ製の井戸層とＡｌＧａＡｓ製のバリア層とを含む量子井戸構造を有する発光素子の寿命を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施の形態１における発光素子の構造を示す概略断面図である。

【図2】図２は、量子井戸構造の構造を示す概略断面図である。

【図3】図３は、量子井戸構造の厚さ方向におけるＡｌの濃度およびＩｎの濃度を示す模式図である。

【図4】図４は、実施の形態１における発光素子の製造方法の概略を示すフローチャートである。

【図5】図５は、実施の形態１における発光素子の製造方法を説明するための概略断面図である。

【図6】図６は、実施の形態１における発光素子の製造方法を説明するための概略断面図である。

【図7】図７は、実施の形態１における発光素子の製造方法を説明するための概略断面図である。

【図8】図８は、実施の形態２における発光素子の構造を示す概略断面図である。

【図9】図９は、量子井戸構造の構造を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の発光素子は、第１の導電型を有する第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に配置され、量子井戸構造を含む発光層と、発光層上に配置され、第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に配置される第１電極と、第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に配置される第２電極と、を備える。量子井戸構造は、交互に積層される井戸層とバリア層とを含む。井戸層を構成する材料は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０＜ｙ≦１を満たす。バリア層を構成する材料は、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＡｓの組成式で表され、０＜ｚ≦１を満たす。井戸層におけるＡｌの比率ｘと、バリア層におけるＡｌの比率ｚとの差の絶対値が０．０５以下である。

【0009】

本発明者は、通電によって短時間で発光強度が低下する原因およびその対策について検討した。その結果、以下のような知見を得て、本開示に想到した。井戸層を構成する材料におけるＡｌの比率（モル比）と、バリア層を構成する材料におけるＡｌの比率（モル比）とに差があると、井戸層の厚さ方向においてＡｌの濃度（モル％）が均一とならず、局所的にＡｌの濃度（モル％）が低くなる領域が形成される場合がある。このような場合、発光素子への通電によって、当該領域にＩｎ原子が移動し、局所的にバンドギャップが小さい領域が形成される。バンドギャップが小さい領域にキャリアが集中することで、発光素子の劣化が加速度的に進行してしまう。その結果、短時間で発光素子の発光強度が低下し、故障に至ってしまう。

【0010】

本開示の発光素子における量子井戸構造では、井戸層を構成する材料が、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０＜ｙ≦１を満たす。バリア層を構成する材料が、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＡｓの組成式で表され、０＜ｚ≦１を満たす。井戸層におけるＡｌの比率ｘと、バリア層におけるＡｌの比率ｚとの差の絶対値が０．０５以下である。井戸層におけるＡｌの比率ｘおよびバリア層におけるＡｌの比率ｚが上記関係を有する程度にまで、比率ｘと比率ｚとの差を小さくすることで、井戸層において局所的にＡｌの濃度（モル％）が低くなる領域が形成され難くなり、Ｉｎ原子の移動を低減することができる。その結果、発光素子の発光強度を低下し難くすることができる。したがって、本開示の発光素子によれば、ＡｌＩｎＧａＡｓ製の井戸層とＡｌＧａＡｓ製のバリア層とを含む量子井戸構造を有する発光素子の寿命を長くすることができる。

【0011】

上記発光素子において、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、量子井戸構造からの光を反射する第１反射層を含んでもよい。第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、量子井戸構造からの光を反射する第２反射層を含んでもよい。このような構成を採用することで、厚さ方向に発光素子からの光を出射することができる。

【0012】

上記発光素子において、厚さ方向において、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層から見て、発光層とは反対側に配置される基板をさらに備えてもよい。基板を構成する材料は、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）であってもよい。井戸層を構成する材料は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０＜ｙ＜０．３を満たしてもよい。このような構成を採用することで、基板と井戸層との間の格子定数の差に起因する井戸層の結晶性の悪化を抑制することができる。

【0013】

上記発光素子において、厚さ方向において、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層から見て、発光層とは反対側に配置される基板をさらに備えてもよい。基板を構成する材料は、ＩｎＰ（インジウムリン）であってもよい。井戸層を構成する材料は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０．４＜ｙ＜０．６を満たしてもよい。このような構成を採用することで、基板と井戸層との間の格子定数の差に起因する井戸層の結晶性の悪化を抑制することができる。

【0014】

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本開示に係る発光素子の実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

【0015】

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における発光素子の構造を示す概略断面図である。図１において、Ｚ軸方向は厚さ方向である。図１を参照して、実施の形態１における発光素子１は、基板１０と、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）６１と、第１バッファ層６２と、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２０と、発光層３０と、第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４０と、第１電極５１と、第２電極５２と、を備える。

【0016】

基板１０を構成する材料は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体である。本実施の形態では、基板１０は、ＧａＡｓ製である。具体的には、基板１０を構成する材料として、例えばアンドープのＧａＡｓが採用される。

【0017】

基板１０の主面１０Ａ上にＤＢＲ６１が配置される。ＤＢＲ６１は、基板１０の主面１０Ａに接触する。ＤＢＲ６１は、発光層３０からの光を反射する。ＤＢＲ６１は、屈折率の異なる第１の層（図示せず）と第２の層（図示せず）とが交互に積層された構造を有する。本実施の形態では、第１の層を構成する材料は、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓである。第２の層を構成する材料は、Ａｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓである。第１の層および第２の層を構成する材料として、例えばアンドープのＡｌ_０．９Ｇａ_０．１ＡｓおよびＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓが採用される。

【0018】

ＤＢＲ６１の基板１０とは反対側の主面６１Ａ上に第１バッファ層６２が配置される。第１バッファ層６２は、ＤＢＲ６１の主面１０Ａに接触する。第１バッファ層６２を構成する材料は、ＡｌＧａＡｓである。具体的には、第１バッファ層６２を構成する材料として、例えばアンドープのＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓが採用される。

【0019】

第１バッファ層６２のＤＢＲ６１とは反対側の主面６２Ａ上に第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２０が配置される。本実施の形態では、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２０の導電型はｎ型である。第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２０は、第１反射層としての第１ＤＢＲ６３と、第１コンタクト層６４と、第１反射層としての第２ＤＢＲ６５と、を含む。

【0020】

第１ＤＢＲ６３は、第１バッファ層６２の主面６２Ａ上に間隔をあけて複数配置される。第１ＤＢＲ６３は、第１バッファ層６２の主面６２Ａに接触する。第１ＤＢＲ６３は、発光層３０からの光を反射する。第１ＤＢＲ６３は、屈折率の異なる第３の層（図示せず）と第４の層（図示せず）とが交互に積層されている。第３の層を構成する材料は、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓである。第４の層を構成する材料は、Ａｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓである。具体的には、第３の層および第４の層を構成する材料として、例えばｎ型のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓおよびｎ型のＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓが採用される。第３の層および第４の層に含まれるｎ型不純物として、例えばＳｉ（珪素）などを採用することができる。

【0021】

第１ＤＢＲ６３の第１バッファ層６２とは反対側の主面６３Ａ上に第１コンタクト層６４が配置される。第１コンタクト層６４は、第１ＤＢＲ６３の主面６３Ａに接触する。第１コンタクト層６４を構成する材料は、ＡｌＧａＡｓである。具体的には、第１コンタクト層６４を構成する材料として、例えばｎ型のＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓが採用される。第１コンタクト層６４に含まれるｎ型不純物として、例えばＳｉ（珪素）などを採用することができる。

【0022】

第１コンタクト層６４の第１ＤＢＲ６３とは反対側の主面６４Ａ上に第２ＤＢＲ６５が配置される。第２ＤＢＲ６５は、第１コンタクト層６４の主面６４Ａに接触する。第２ＤＢＲ６５は、発光層３０からの光を反射する。第２ＤＢＲ６５は、屈折率の異なる第５の層（図示せず）と第６の層（図示せず）とが交互に積層されている。第５の層を構成する材料は、Ａｌ_０．８８Ｇａ_０．１２Ａｓである。第６の層を構成する材料は、Ａｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓである。具体的には、第５の層および第６の層を構成する材料として、例えばｎ型のＡｌ_０．８８Ｇａ_０．１２Ａｓおよびｎ型のＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓが採用される。第５の層および第６の層に含まれるｎ型不純物として、例えばＳｉ（珪素）などを採用することができる。

【0023】

第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２０上に発光層３０が配置される。発光層３０は、第２バッファ層６６と、量子井戸構造６７と、第３バッファ層６８と、を含む。第２バッファ層６６は、第２ＤＢＲ６５の第１コンタクト層６４とは反対側の主面６５Ａ上に配置される。第２バッファ層６６は、第２ＤＢＲ６５の主面６５Ａに接触する。第２バッファ層６６を構成する材料は、ＡｌＧａＡｓである。具体的には、第２バッファ層６６を構成する材料として、例えばアンドープのＡｌＧａＡｓが採用される。

【0024】

第２バッファ層６６の第２ＤＢＲ６５とは反対側の主面６６Ａ上に量子井戸構造６７が配置される。量子井戸構造６７は第２バッファ層６６の主面６６Ａに接触する。図２を参照して、量子井戸構造６７は、交互に積層される井戸層６７１とバリア層６７２とを含む。井戸層６７１の厚みは、例えば３ｎｍ以上７ｎｍ以下である。バリア層６７２の厚みは、例えば３ｎｍ以上７ｎｍ以下である。本実施の形態では、４つの井戸層６７１と、厚さ方向（Ｚ軸方向）において井戸層６７１同士の間に配置される３つのバリア層６７２とを含む。井戸層６７１は、第２バッファ層６６の主面６６Ａに接触する。井戸層６７１は、量子井戸構造６７の第２バッファ層６６とは反対側の主面６７Ａを構成するように配置される。

【0025】

井戸層６７１を構成する材料は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０＜ｙ≦１を満たす。本実施の形態では、井戸層６７１を構成する材料は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０＜ｙ＜０．３を満たす。本実施の形態では、井戸層６７１を構成する材料として、例えばアンドープのＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓ（０＜ｘ≦１および０＜ｙ＜０．３）が採用される。バリア層６７２を構成する材料は、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＡｓの組成式で表され、０＜ｚ≦１を満たす。本実施の形態では、バリア層６７２を構成する材料として、例えばアンドープのＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＡｓ（０＜ｚ≦１）が採用される。井戸層６７１におけるＡｌの比率ｘとバリア層６７２におけるＡｌの比率ｚとの差の絶対値が０．０５以下である。比率ｘと比率ｚとの差の絶対値は、好ましくは０．０３以下であり、より好ましくは０．０１以下であり、さらに好ましくは０である。

【0026】

図３は、量子井戸構造６７の厚さ方向（Ｚ軸方向）におけるＡｌの濃度およびＩｎの濃度を示す模式図である。図３において、縦軸は、Ａｌの濃度（モル％）およびＩｎの濃度（モル％）を示す。横軸は、量子井戸構造６７の厚さ方向（Ｚ軸方向）における第２バッファ層６６からの距離を示す。図３を参照して、井戸層６７１の厚さ方向（Ｚ軸方向）において、バリア層６７２から離れるにしたがってＩｎの濃度Ｓ_２（モル％）が高くなり、Ｉｎの濃度Ｓ_２（モル％）が最大となる領域Ｗが形成されている。本実施の形態では、井戸層６７１におけるＡｌの濃度Ｓ_１（モル％）と、バリア層６７２におけるＡｌの濃度Ｓ_１（モル％）とが均一となっている。

【0027】

図１を参照して、第３バッファ層６８は、量子井戸構造６７の主面６７Ａ上に配置される。第３バッファ層６８は、量子井戸構造６７の主面６７Ａに接触する。第３バッファ層６８を構成する材料は、ＡｌＧａＡｓである。具体的には、第３バッファ層６８を構成する材料は、例えばアンドープのＡｌＧａＡｓである。

【0028】

第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４０は、量子井戸構造６７の主面６７Ａ上に第３バッファ層６８を挟んで配置される。本実施の形態では、第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４０の導電型はｐ型である。第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４０は、電流狭窄構造７１と、第２反射層としての第３ＤＢＲ７２と、第４バッファ層７３と、第２コンタクト層７４と、を含む。

【0029】

電流狭窄構造７１は、第１の部分７１１と、一対の絶縁体層７１２とを含む。第１の部分７１１は、一対の絶縁体層７１２の間に配置される。第１の部分７１１を構成する材料は、ＡｌＧａＡｓである。具体的には、第１の部分７１１を構成する材料として、例えばｐ型のＡｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓが採用される。絶縁体層７１２を構成する材料は、Ａｌの酸化物である。

【0030】

第３ＤＢＲ７２は、電流狭窄構造７１の第３バッファ層６８とは反対側の主面７１Ａ上に配置される。第３ＤＢＲ７２は、電流狭窄構造７１の主面７１Ａに接触する。第３ＤＢＲ７２は、発光層３０からの光を反射する。第３ＤＢＲ７２は、屈折率の異なる第７の層（図示せず）と第８の層（図示せず）とが交互に積層されている。第７の層を構成する材料は、Ａｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓである。第８の層を構成する材料は、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓである。具体的には、第７の層および第８の層を構成する材料として、例えばｐ型のＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓおよびｐ型のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓが採用される。第５の層および第６の層に含まれるｐ型不純物として、例えばＣ（炭素）などを採用することができる。

【0031】

第４バッファ層７３は、第３ＤＢＲ７２の電流狭窄構造７１とは反対側の主面７２Ａ上に配置される。第４バッファ層７３は、第３ＤＢＲ７２の主面７２Ａに接触する。第４バッファ層７３を構成する材料は、ＡｌＧａＡｓである。具体的には、第４バッファ層７３を構成する材料として、ｐ型のＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓが採用される。第４バッファ層７３に含まれるｐ型不純物として、例えばＣ（炭素）などを採用することができる。

【0032】

第２コンタクト層７４は、第４バッファ層７３の第３ＤＢＲ７２とは反対側の主面７３Ａ上に配置される。第２コンタクト層７４は、第４バッファ層７３の主面７３Ａに接触する。第２コンタクト層７４を構成する材料は、ＧａＡｓである。具体的には、第２コンタクト層７４を構成する材料として、ｐ型のＧａＡｓが採用される。第２コンタクト層７４に含まれる不純物として、例えばＣ（炭素）などを採用することができる。

【0033】

発光素子１には、第１ＤＢＲ６３および第１コンタクト層６４を貫通し、第１バッファ層６２に到達する一対の溝８１Ａ，８１Ｂが形成されている。すなわち、一対の溝８１Ａ，８１Ｂによって、発光素子１の隣り合う単位構造が分離されている。発光素子１には、第２ＤＢＲ６５、発光層３０および第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４０を貫通し、第１コンタクト層６４に到達するトレンチ８２が形成されている。トレンチ８２は側壁８２Ａと底壁８２Ｂによって取り囲まれている。トレンチ８２の側壁８２Ａにおいて、第２ＤＢＲ６５、発光層３０および第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４０が露出している。また、トレンチ８２の底壁８２Ｂは、第１コンタクト層６４内に位置している。つまり、トレンチ８２の底壁８２Ｂにおいて第１コンタクト層６４が露出している。このようにして、第２ＤＢＲ６５、発光層３０および第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４０によってメサ８３が形成されている。

【0034】

第１電極５１は、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２０上に配置される。第１電極５１は、第１コンタクト層６４に接触する。第１電極５１を構成する材料は、金属などの導電体である。具体的には、第１電極５１を構成する材料として、例えば、Ａｕ（金）／Ｇｅ（ゲルマニウム）を採用することができる。第１電極５１は、第１コンタクト層６４にオーミック接触している。

【0035】

第２電極５２は、第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４０上に配置される。第２電極５２は、第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４０上に配置される。第２電極５２は、第２コンタクト層７４に接触する。第２電極５２を構成する材料は、金属などの導電体である。具体的には、第２電極５２を構成する材料として、例えば、Ｔｉ（チタン）／Ｐｔ（白金）を採用することができる。第２電極５２は、第２コンタクト層７４にオーミック接触している。

【0036】

この発光素子１に対して順方向に電圧が印加されると、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２０から電子が発光層３０へ注入されると共に、第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４０から正孔が発光層３０へ注入される。そして、発光層３０における量子井戸構造６７内において、電子と正孔とが再結合し、発光する。本実施の形態では、上記構造の量子井戸構造６７が採用されることにより、赤外線が放出される。

【0037】

ここで、本実施の形態における量子井戸構造６７では、井戸層６７１を構成する材料が、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０＜ｙ≦１を満たす。バリア層６７２を構成する材料が、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＡｓの組成式で表され、０＜ｚ≦１を満たす。井戸層６７１におけるＡｌの比率ｘと、バリア層６７２におけるＡｌの比率ｚとの差の絶対値は０．０５以下である。このように比率ｘと比率ｚとの差を小さくすることで、井戸層６７１において局所的にＡｌの濃度（モル％）が低くなる領域が形成され難くなり、Ｉｎ原子の移動を低減することができる。その結果、発光素子１の発光強度が低下し難くなっている。したがって、本実施の形態における発光素子１によれば、ＡｌＩｎＧａＡｓ製の井戸層６７１とＡｌＧａＡｓ製のバリア層６７２とを含む量子井戸構造６７を有する発光素子１の寿命が長くなっている。

【0038】

上記実施の形態において、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２０は、量子井戸構造６７からの光を反射する第１ＤＢＲ６３および第２ＤＢＲ６５を含む。第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４０は、量子井戸構造６７からの光を反射する第３ＤＢＲ７２を含む。このような構成を採用することで、量子井戸構造６７の主面６７Ａに垂直な方向（Ｚ軸方向）に発光素子１からの光を出射することができる。

【0039】

上記実施の形態において、発光素子１は、量子井戸構造６７の主面６７Ａに垂直な方向（Ｚ軸方向）において、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２０から見て、量子井戸構造６７とは反対側に配置される基板１０を備える。基板１０は、ＧａＡｓ製である。井戸層６７１を構成する材料は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０＜ｙ＜０．３を満たす。このような構成を採用することで、基板１０と井戸層６７１との間の格子定数の差に起因する井戸層６７１の結晶性の悪化を抑制することができる。

【0040】

次に、図４～図６を参照して、本実施の形態における発光素子１の製造方法の概要について説明する。

【0041】

図４を参照して、本実施の形態における発光素子１の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、ＧａＡｓ製の基板１０が準備される。図５を参照して、基板１０の表面が研磨された後、洗浄等のプロセスを経て主面１０Ａの平坦性および清浄性が確保された基板１０が準備される。

【0042】

次に、図４を参照して、工程（Ｓ２０）としてエピ層形成工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、図５を参照して、工程（Ｓ１０）において準備された基板１０の主面１０Ａ上に、ＤＢＲ６１、第１バッファ層６２、第１ＤＢＲ６３、第１コンタクト層６４、第２バッファ層６６、量子井戸構造６７、第３バッファ層６８、第１の部分７１１、第３ＤＢＲ７２、第４バッファ層７３および第２コンタクト層７４が形成される。このエピ層の形成は、たとえば有機金属気相成長により実施することができる。有機金属気相成長によるエピ層の形成は、たとえば基板加熱用のヒータを備えた回転テーブル上に基板１０を載置し、基板１０をヒータにより加熱しつつ基板上に原料ガスを供給することにより実施することができる。

【0043】

図５を参照して、まず基板１０の主面１０Ａに接触するようにＤＢＲ６１が形成される。ＤＢＲ６１は、アンドープのＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ製の第１の層と、アンドープのＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓ製の第２の層とが交互に積層することによって形成される。Ａｌの原料ガスとしては、例えばＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）等を用いることができ、Ｇａの原料ガスとしては、例えばＴＭＧａ（トリメチルガリウム）等を用いることができ、Ａｓの原料ガスとしては、例えばＡｓＨ_３（アルシン）等を用いることができる。

【0044】

次に、ＤＢＲ６１の主面６１Ａに接触するようにアンドープのＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓ製の第１バッファ層６２が形成される。第１バッファ層６２の形成は、上記ＤＢＲ６１の形成に引き続いて有機金属気相成長により実施することができる。

【0045】

次に、第１バッファ層６２の主面６２Ａに接触するように第１ＤＢＲ６３が形成される。第１ＤＢＲ６３は、ｎ型のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ製の第３の層と、ｎ型のＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓ製の第４の層とが交互に積層することによって形成される。第１ＤＢＲ６３の主面６３Ａに接触するようにｎ型のＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ製の第１コンタクト層６４が形成される。第１コンタクト層６４の主面６４Ａに接触するように第２ＤＢＲ６５が形成される。第２ＤＢＲ６５は、ｎ型のＡｌ_０．８８Ｇａ_０．１２Ａｓ製の第５の層と、ｎ型のＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓ製の第６の層とが交互に積層することによって形成される。このようにして、第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２０が形成される。第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２０の形成は、上記第１コンタクト層６４の形成に引き続いて有機金属気相成長により実施することができる。ｎ型不純物としてＳｉを添加する場合、例えばＳｉ_２Ｈ_６（ジシラン）を原料ガスに添加することができる。

【0046】

次に、第１コンタクト層６４の主面６４Ａに接触するようにアンドープのＡｌＧａＡｓ製の第２バッファ層６６が形成される。第２バッファ層６６の主面６６Ａに接触するように量子井戸構造６７が形成される。図２および図５を参照して、量子井戸構造６７は、アンドープのＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓ（０＜ｘ≦１および０＜ｙ＜０．３）製の井戸層６７１と、アンドープのＡｌ_ｚＧａ_１－ｚＡｓ（０＜ｚ≦１）製のバリア層６７２とが交互に積層することによって形成される。量子井戸構造６７の主面６７Ａに接触するようにアンドープのＡｌＧａＡｓ製の第３バッファ層６８が形成される。このようにして、発光層３０が形成される。発光層３０の形成は、上記第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２０の形成に引き続いて有機金属気相成長により実施することができる。井戸層６７１の形成では、Ａｌの原料ガスとして、例えばＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）等を用いることができ、Ｉｎの原料ガスとして、例えばＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）等を用いることができ、Ｇａの原料ガスとして、例えばＴＭＧａ（トリメチルガリウム）等を用いることができ、Ａｓの原料ガスとして、例えばＡｓＨ_３（アルシン）等を用いることができる。

【0047】

次に、第３バッファ層６８の主面６８Ａに接触するようにｐ型のＡｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ製の第１の部分７１１が形成される。そして、第１の部分７１１の主面７１Ａに接触するように第３ＤＢＲ７２が形成される。第３ＤＢＲ７２は、ｐ型のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ製の第７の層とｐ型のＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓ製の第８の層とが交互に積層することによって形成される。第３ＤＢＲ７２の主面７２Ａに接触するようにｐ型のＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ａｓ製の第４バッファ層７３が形成される。第４バッファ層７３の主面７３Ａに接触するようにｐ型のＧａＡｓ製の第２コンタクト層７４が形成される。第３バッファ層６８、第１の部分７１１、第３ＤＢＲ７２、第４バッファ層７３および第２コンタクト層７４の形成は、発光層３０の形成に引き続いて有機金属気相成長により実施することができる。ｐ型不純物としてＣを添加する場合、例えばＣＢｒ_４（四臭化炭素）を原料ガスに添加することができる。以上のようにして半導体積層体２が得られる。

【0048】

次に、図４を参照して、工程（Ｓ３０）としてトレンチ形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図５および図６を参照して、上記工程（Ｓ１０）および（Ｓ２０）によって作製された半導体積層体２に、第２ＤＢＲ６５、発光層３０、第１の部分７１１、第３ＤＢＲ７２、第４バッファ層７３および第２コンタクト層７４を貫通し、第１コンタクト層６４に到達するトレンチ８２が形成される。さらに、第１ＤＢＲ６３および第１コンタクト層６４を貫通し、第１バッファ層６２に到達する一対の溝８１Ａ，８１Ｂが形成される。トレンチ８２は、たとえば第２コンタクト層７４の主面７４Ａ上にトレンチ８２の形状に対応する開口を有するマスクを形成した上で、エッチングを実施することにより形成することができる。また、一対の溝８１Ａ，８１Ｂは、第１コンタクト層６４の主面６４Ａ上に溝８１Ａ，８１Ｂに対応する開口を有するマスク層を形成した上で、エッチングを実施することにより形成することができる。

【0049】

次に、図４を参照して、工程（Ｓ４０）として電流狭窄構造形成工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図６および図７を参照して、工程（Ｓ３０）によってトレンチ８２が形成された半導体積層体２において、第１の部分７１１の一部が酸化され、第１の部分７１１を挟むように一対の絶縁体層７１２が形成される。このようにして、電流狭窄構造７１が形成される。電流狭窄構造形成工程は、例えばトレンチ８２が形成された半導体積層体２が酸化炉に設置され、酸素（Ｏ_２）と水素（Ｈ_２）との混合ガスを供給しつつ加熱することによって実施される。このようにして、第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４０が形成される。

【0050】

次に、図４を参照して、工程（Ｓ５０）として電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図１および図７を参照して、工程（Ｓ４０）によって電流狭窄構造７１が形成された半導体積層体２に、第１電極５１および第２電極５２が形成される。具体的には、たとえば第１電極５１および第２電極５２を形成すべき領域に対応する位置に開口を有するマスクを半導体積層体２上に形成し、たとえば蒸着法により適切な導電体からなる第１電極５１および第２電極５２を形成する。以上の工程により、本実施の形態における発光素子１が完成する。

【0051】

（実施の形態２）
次に本開示に係る発光素子１の他の実施の形態である実施の形態２における発光素子１について説明する。実施の形態２の発光素子１は基本的に実施の形態１の発光素子１と同様の構造を有し、同様の効果を奏する。しかしながら、実施の形態２では、基板を構成する材料および井戸層を構成する材料におけるＩｎの比率が、実施の形態１の場合とは異なっている。以下、実施の形態２の場合とは異なっている点について主に説明する。

【0052】

図８を参照して、本実施の形態では、基板１１は、ＩｎＰ製である。具体的には、基板１１を構成する材料として、例えばアンドープのＩｎＰが採用される。図９を参照して、量子井戸構造６７は、交互に積層される井戸層６７３とバリア層６７４とを含む。本実施の形態において、井戸層６７３を構成する材料は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ａｓの組成式で表され、０＜ｘ≦１および０．４＜ｙ＜０．６を満たす。バリア層６７４を構成する材料は、実施の形態１と同様である。このような構成を採用することで、基板１１と井戸層６７３との間の格子定数の差に起因する井戸層６７３の結晶性の悪化を抑制することができる。

【0053】

上記実施の形態２の発光素子１によっても、実施の形態１と同様に、ＡｌＩｎＧａＡｓ製の井戸層６７３とＡｌＧａＡｓ製のバリア層６７４とを含む量子井戸構造６７を有する発光素子１の寿命を長くすることができる。

【0054】

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本開示の発光素子は、ＡｌＩｎＧａＡｓ製の井戸層とＡｌＧａＡｓ製のバリア層とを含む量子井戸構造を有する発光素子の寿命を長くすることが求められる場合において特に有利に適用され得る。

【符号の説明】

【0056】

１ 発光素子
２ 半導体積層体
１０，１１ 基板
１０Ａ，６１Ａ，６２Ａ，６３Ａ，６４Ａ，６５Ａ，６６Ａ，６７Ａ，６８Ａ，７１Ａ，７２Ａ，７３Ａ，７４Ａ 主面
２０ 第１のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層
３０ 発光層
４０ 第２のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層
５１ 第１電極
５２ 第２電極
６１ ＤＢＲ
６２ 第１バッファ層
６３ 第１ＤＢＲ
６４ 第１コンタクト層
６５ 第２ＤＢＲ
６６ 第２バッファ層
６７ 量子井戸構造
６８ 第３バッファ層
７１ 電流狭窄構造
７２ 第３ＤＢＲ
７３ 第４バッファ層
７４ 第２コンタクト層
８１Ａ，８１Ｂ 溝
８２ トレンチ
８２Ａ 側壁
８２Ｂ 底壁
８３ メサ
６７１，６７３ 井戸層
６７２，６７４ バリア層
７１１ 第１の部分
７１２ 絶縁体層
Ｓ_１，Ｓ_２ 濃度
Ｗ 領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】