DE112015003919T5 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiter-Lichtemissionsbauelement mit einer aktiven Quantentopfschicht (Quantum-Well-Schicht) bereitgestellt, die aus Topfschichten und Barrierenschichten besteht, wobei das Halbleiter-Lichtemissionsbauelement eine Lichtemissionswellenlänge von 585 nm oder mehr und 605 nm oder weniger aufweist, die Topfschicht aus einem Verbindungshalbleiter mit einer Zusammensetzungsformel von (AlxGa1-x)yIn1-yP (0 < x ≤ 0,06, 0 < y < 1) hergestellt ist, und die Barrierenschicht aus einem Verbindungshalbleiter mit einer Zusammensetzungsformel von (AlmGa1-m)nIn1-nP (0 ≤ m ≤ 1, 0 < n < 1) hergestellt ist. Dadurch ist es möglich, ein Halbleiter-Lichtemissionsbauelement bereitzustellen, das in einem Bereich kürzerer Wellenlängen (Gelbemission) eine höhere Lichtemissionseffizienz bieten kann, während eine aktive Schicht mit einer Quantentopfstruktur verwendet wird.According to the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device having a quantum well active layer composed of well layers and barrier layers, wherein the semiconductor light emitting device has a light emission wavelength of 585 nm or more and 605 nm or less, the well layer is made of a compound semiconductor having a composition formula of (Alx Ga1-x) y In1-y P (0 <x≤0.06, 0 <y <1), and the barrier layer is made of a compound semiconductor having a composition formula of (AlmGa1-m) nIn1- nP (0 ≦ m ≦ 1, 0 <n <1). Thereby, it is possible to provide a semiconductor light emitting device capable of providing a higher light emitting efficiency in a region of shorter wavelengths (yellow emission) while using an active layer having a quantum well structure.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiter-Lichtemissionsbauelement, bei dem ein Verbindungshalbleitermaterial verwendet wird.The present invention relates to a semiconductor light emitting device using a compound semiconductor material.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Von den III-V-Verbindungshalbleitern, ausgenommen Nitride, weist ein Material auf Basis von AlGaInP die größte Bandlücke vom direkten Übergangstyp auf; dieses Material wird für ein lichtemittierendes Bauelement mit einem Band von 500 bis 600 nm verwendet. Insbesondere kann ein lichtemittierendes Bauelement mit einem lichtemittierenden Teil aus AlGaInP, dessen Gitterkonstante zu einem GaAs-Substrat passt, Emissionen mit einer Helligkeit erreichen, die größer als bei den bisherigen Materialien mit indirektem Bandübergang, wie etwa GaP und GaAsP, ist.Of the III-V compound semiconductors except nitrides, an AlGaInP-based material has the largest direct-transition-band gap; this material is used for a light emitting device having a band of 500 to 600 nm. In particular, a light-emitting device having an AlGaInP light-emitting part whose lattice constant matches a GaAs substrate can achieve emissions with a brightness greater than the previous indirect-band-transition materials such as GaP and GaAsP.
Bei solch einem lichtemittierenden Bauelement mit einem lichtemittierenden Teil aus AlGaInP ist jedoch die Lichtemissionseffizienz in einem Bereich kürzerer Wellenlängen (Gelbemission) nicht notwendigerweise ausreichend.However, in such a light-emitting device having an AlGaInP light-emitting part, the light emission efficiency is not necessarily sufficient in a region of shorter wavelengths (yellow emission).
Es wird die Auffassung vertreten, dass die Gründe für die Abnahme der Lichtemissionseffizienz in einem Bereich kürzerer Wellenlängen darin zu suchen sind, dass (1) der Ladungsträgereinschluss unzureichend wird, da der Bandabstand zwischen der aktiven Schicht und der Überzugsschicht klein wird, (2) nicht-lumineszierende Zentren in der aktiven Schicht zunehmen, da der Al-Anteil an der Zusammensetzung der aktiven Schicht zunimmt, (3) die Struktur des Energiebandes sich vom direkten Übergangstyp in Richtung indirekter Übergangstyp verändert usw.It is considered that the reasons for the decrease of the light emission efficiency in a shorter wavelength region are to be that (1) the carrier confinement becomes insufficient because the band gap between the active layer and the clad layer becomes small, (2) not luminescent centers in the active layer increase as the Al content of the composition of the active layer increases; (3) the structure of the energy band changes from the direct transition type to the indirect transition type, etc.
Zur Lösung dieser Probleme offenbart Patentdokument 1 ein Verfahren, bei dem die aktive Schicht derart eingerichtet wird, dass sie eine Quantentopfstruktur mit 80 bis 200 Schichten ist, und der Al-Anteil an der Zusammensetzung der Barrierenschicht derart eingerichtet wird, dass er mehr als 1/2 beträgt (d. h. dass ein Verbindungshalbleiter mit einer Zusammensetzungsformel von (AlxGa1-x)1-yInyP (0,5 < x ≤ 1) verwendet wird), wodurch ein Ladungsträgerüberlauf unterdrückt wird, um eine hohe Lichtemissionseffizienz zu erhalten.To solve these problems,
Patentdokument 2 offenbart ein Verfahren, bei dem die aktive Schicht derart eingerichtet wird, dass sie eine Quantentopfstruktur ist, wobei in die aktive Schicht eine Gitterverzerrung eingebracht wird (d. h. eine Quantentopfstruktur, bestehend aus Topfschichten mit Dehnungsverformung oder Stauchungsverformung und Barrierenschichten mit einer Verzerrung, die zu jener der Topfschichten entgegengesetzt ist, wie etwa eine Verzerrungsrelaxationsschicht), wodurch der Al-Anteil an der Zusammensetzung der aktiven Schicht verringert wird, sodass eine hohe Lichtemissionseffizienz erhalten wird.Patent Document 2 discloses a method in which the active layer is arranged to be a quantum well structure in which a lattice distortion is introduced into the active layer (ie, a quantum well structure consisting of strain-strain or strain-strain well layers and barrier layers having distortion that of the well layers is opposite, such as a distortion relaxation layer), whereby the Al content of the composition of the active layer is reduced, so that a high light emission efficiency is obtained.
ANFÜHRUNGENCITING
PATENTLITERATURPatent Literature
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Patentdokument 1: Veröffentlichung der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2008-192 790 Japanese Patent Application (Kokai) No. 2008-192,790 -
Patentdokument 2: Veröffentlichung der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. H08-088 404 Japanese Patent Application (Kokai) No. H08-088404
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION
DER ERFINDUNG ZUGRUNDELIEGENDE TECHNISCHE AUFGABEBACKGROUND OF THE INVENTION TECHNICAL TASK
Wie vorstehend beschrieben, sind zum Unterbinden einer Abnahme der Lichtemissionseffizienz in einem Bereich kürzerer Wellenlängen die im Patentdokument 1 und im Patentdokument 2 offenbarten Verfahren vorgeschlagen worden.As described above, in order to suppress a decrease in light emission efficiency in a region of shorter wavelengths, the methods disclosed in
Bei dem im Patentdokument 1 offenbarten Verfahren kann zwar der Ladungsträgerüberlauf unterdrückt werden, doch der Al-Anteil an der Zusammensetzung der aktiven Schicht nimmt zu, wodurch die Lichtemissionseffizienz abnimmt. In the method disclosed in
Das im Patentdokument 2 offenbarte Verfahren führt zu einer Zunahme von Gitterfehlern im Kristall infolge der Verzerrung, auch wenn die Verzerrungsrelaxationsschicht verwendet wird, und deshalb kann nicht unbedingt eine höhere Lichtemissionseffizienz erreicht werden.The method disclosed in Patent Document 2 results in an increase in lattice defects in the crystal due to the distortion even when the distortion relaxation layer is used, and therefore a higher light emitting efficiency can not necessarily be achieved.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiter-Lichtemissionsbauelement bereitzustellen, bei dem in einem Bereich kürzerer Wellenlängen (Gelbemission) eine hohe Lichtemissionseffizienz erreicht werden kann, während eine aktiven Schicht mit einer Quantentopfstruktur verwendet wird.The present invention has been made to solve the problems described above. It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device in which a high light emission efficiency can be achieved in a region of shorter wavelengths (yellow emission) while an active layer having a quantum well structure is used.
MTTTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABEMTTTEL TO SOLVE THE TASK
Um die Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Halbleiter-Lichtemissionsbauelement mit einer aktiven Quantentopfschicht (Quantum-Well-Schicht) bereit, die aus Topfschichten und Barrierenschichten besteht, wobei
das Halbleiter-Lichtemissionsbauelement eine Lichtemissionswellenlänge von 585 nm oder mehr und 605 nm oder weniger aufweist,
die Topfschicht aus einem Verbindungshalbleiter mit einer Zusammensetzungsformel von (AlxGa1-x)yIn1-yP (0 < x ≤ 0,06, 0 < y < 1) hergestellt ist, und
die Barrierenschicht aus einem Verbindungshalbleiter mit einer Zusammensetzungsformel von (AlmGa1-m)nIn1-nP (0 ≤ m ≤ 1, 0 < n < 1) hergestellt ist.To achieve the object, the present invention provides a semiconductor light emitting device having an active quantum well layer (quantum well layer) consisting of well layers and barrier layers, wherein
the semiconductor light emitting device has a light emission wavelength of 585 nm or more and 605 nm or less,
the well layer is made of a compound semiconductor having a composition formula of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 <x ≦ 0.06, 0 <y <1), and
the barrier layer is made of a compound semiconductor having a composition formula of (Al m Ga 1-m ) n In 1-n P (0 ≦ m ≦ 1, 0 <n <1).
Durch einen Aufbau, der derart ist, dass eine Topfschicht aus einem Verbindungshalbleiter auf Basis von AlGaInP, die die aktive Quantentopfschicht bildet, einen Al-Anteil von 0,06 oder weniger aufweist, kann der durchschnittliche Al-Anteil an der Zusammensetzung der aktiven Quantentopfschicht verringert sein, wodurch die nicht-lumineszierenden Zentren in der aktiven Quantentopfschicht schwinden können, und dadurch kann in einem Bereich kürzerer Wellenlängen (Gelbemission) eine hohe Lichtemissionseffizienz erreicht werden.By a constitution such that a well layer of an AlGaInP-based compound semiconductor constituting the quantum well active layer has an Al content of 0.06 or less, the average Al content of the composition of the quantum well active layer can be reduced whereby the non-luminescent centers in the quantum well active layer can disappear, and thereby high light emission efficiency can be achieved in a region of shorter wavelengths (yellow emission).
Die aktive Quantentopfschicht weist vorzugsweise eine Gesamtfilmdicke von 200 nm oder mehr und 300 nm oder weniger auf.The active quantum well layer preferably has a total film thickness of 200 nm or more and 300 nm or less.
Wenn die Gesamtfilmdicke der aktiven Quantentopfschicht 200 nm oder mehr beträgt, ist es möglich, eine Abnahme der Lichtemissionseffizienz infolge eines Ladungsträgerüberlaufs zu unterdrücken. Wenn die Gesamtfilmdicke der aktiven Quantentopfschicht 300 nm oder weniger beträgt, ist es möglich, eine Steigerung der Kosten infolge einer längeren Fertigungsdauer und höherer Materialkosten zu vermeiden.When 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. When the total film thickness of the quantum well active layer is 300 nm or less, it is possible to avoid an increase in cost due to a longer manufacturing time and higher material cost.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNGEFFECTS OF THE INVENTION
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Halbleiter-Lichtemissionsbauelement kann, wie vorstehend beschrieben, in einem Bereich kürzerer Wellenlängen (Gelbemission) eine hohe Lichtemissionseffizienz erreicht werden, während eine aktive Schicht mit einer Quantentopfstruktur verwendet wird.According to the semiconductor light emitting device of the present invention, as described above, in a region of shorter wavelengths (yellow emission), high light emission efficiency can be achieved while using an active layer having a quantum well structure.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels im Einzelnen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings by way of an embodiment, but the present invention is not limited thereto.
Wie vorstehend beschrieben, sind bereits mehrere Verfahren vorgeschlagen worden, die eine aktive Schicht mit einer Quantentopfstruktur verwenden, um eine Abnahme der Lichtemissionseffizienz eines Halbleiter-Lichtemissionsbauelements in einem Bereich kürzerer Wellenlängen zu unterdrücken. Jedes dieser Verfahren erfordert jedoch noch Verbesserungen, damit in einem Bereich kürzerer Wellenlängen (Gelbemission) eine hohe Lichtemissionseffizienz erhalten wird.As described above, several methods have been proposed which use an active layer having a quantum well structure to suppress a decrease in the light emitting efficiency of a semiconductor light emitting device in a shorter wavelength region. However, each of these methods requires improvements in order to obtain high light emission efficiency in a region of shorter wavelengths (yellow emission).
Von daher haben die Erfinder engagiert an einem Halbleiter-Lichtemissionsbauelement geforscht, bei dem in einem Bereich kürzerer Wellenlängen (Gelbemission) eine hohe Lichtemissionseffizienz erhalten werden kann, während eine aktiven Schicht mit einer Quantentopfstruktur verwendet wird.Therefore, the inventors have been actively engaged in a semiconductor light emitting device in which a high light emission efficiency can be obtained in a region of shorter wavelengths (yellow emission) while an active layer having a quantum well structure is used.
Als Ergebnis haben die Erfinder festgestellt, dass der Aufbau, bei dem eine Topfschicht aus einem Verbindungshalbleiter auf Basis von AlGaInP, die die aktive Quantentopfschicht bildet, einen Al-Anteil von 0,06 oder weniger aufweist, ermöglicht, den durchschnittlichen Al-Anteil an der Zusammensetzung der aktiven Quantentopfschicht zu verringern, wodurch die nicht-lumineszierenden Zentren in der aktiven Quantentopfschicht schwinden können, und dass dadurch in einem Bereich kürzerer Wellenlängen (Gelbemission) eine hohe Lichtemissionseffizienz erhalten werden kann, wodurch die vorliegende Erfindung zum Abschluss gebracht wurde.As a result, the inventors have found that the structure in which a well layer of an AlGaInP-based compound semiconductor constituting the quantum well active layer has an Al content of 0.06 or less enables the average Al content of the .alpha To reduce the composition of the active quantum well layer, whereby the non-luminescent centers in the active quantum well layer can disappear, and thereby in a range of shorter wavelengths (yellow emission) high light emission efficiency can be obtained, whereby the present invention has been completed.
Zunächst wird ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Halbleiter-Lichtemissionsbauelement unter Bezugnahme auf
Das in
Bei dem lichtemittierenden Teil
Auf dem lichtemittierenden Teil
Ferner weist das Halbleiter-Lichtemissionsbauelement
Die Gesamtfilmdicke der aktiven Quantentopfschicht
Übrigens ergibt sich der in
Bei einer Gesamtfilmdicke der aktiven Quantentopfschicht
In der aktiven Quantentopfschicht
Die Gesamtfilmdicke der aktiven Quantentopfschicht
Bei dem vorstehend anhand von
Unter Bezugnahme auf
Zunächst wird, wie in
Dann werden, wie in
Als Nächstes werden, wie in
Die Schichtung
Dann wird, wie in
Dieses Trägersubstrat
Anschließend wird, wie in
Dann wird, wie in
Als Nächstes wird, wie in
Anschließend wird die Verbindungsstruktur
BEISPIELEEXAMPLES
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf ein Beispiel und ein Vergleichsbeispiel im Einzelnen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfidung nicht darauf beschränkt.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to an example and a comparative example, but the present invention is not limited thereto.
(Beispiel)(Example)
Das Halbleiter-Lichtemissionsbauelement
Hierbei war jede Schicht des Halbleiter-Lichtemissionsbauelements
die p-leitende Stromaufweitungsschicht
die p-leitende Überzugsschicht
die Barrierenschicht
die Topfschicht
die n-leitende Überzugsschicht
die n-leitende Stromaufweitungsschicht
das GaAs-Substrat
die Ätzstoppschicht
die Kontaktschicht
the p-type current spreading layer
the p-type overcoat layer
the barrier layer
the pot layer
the n-type overcoat layer
the n-type current spreading layer
the GaAs substrate
the etch stop layer
the contact layer
Überdies wurden die Lichtemissionswellenlängen des Halbleiter-Lichtemissionsbauelements
Bei den wie vorstehend beschrieben hergestellten Halbleiter-Lichtemissionsbauelementen wurden die Lichtemissionseffizienzen gemessen.In the semiconductor light emitting devices manufactured as described above, the light emission efficiencies were measured.
Tabelle 1 gibt die Struktur der aktiven Quantentopfschicht und die Lichtemissionseffizienz jeder Lichtemissionswellenlänge an. Außerdem gibt Tabelle 1 als Referenz die Lichtemissionseffizienz bei der Lichtemissionswellenlänge 615 nm an. Die Lichtemissionseffizienzen wurden nach
(Vergleichsbeispiel)(Comparative Example)
Halbleiter-Lichtemissionsbauelemente wurden bei gleicher Vorgehensweise wie bei dem Beispiel hergestellt, nur dass der Al-Anteil und die Filmdicke der Topfschicht
Bei den wie vorstehend beschrieben hergestellten Halbleiter-Lichtemissionsbauelementen wurden die Lichtemissionseffizienzen auf die gleiche Weise wie bei dem Beispiel gemessen.In the semiconductor light emitting devices manufactured as described above, the light emission efficiencies were measured in the same manner as in the example.
Tabelle 2 gibt die Struktur der aktiven Quantentopfschicht und die Lichtemissionseffizienz jeder Lichtemissionswellenlänge an. Außerdem gibt Tabelle 2 als Referenz die Lichtemissionseffizienz bei der Lichtemissionswellenlänge 615 nm an.Table 2 indicates the structure of the quantum well active layer and the light emission efficiency of each light emission wavelength. In addition, Table 2 gives as a reference the light emission efficiency at the light emission wavelength of 615 nm.
Wie in
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorhergehende Ausführungsform beschränkt ist. Bei der Ausführungsform handelt es sich lediglich um eine Veranschaulichung, und alle Beispiele, die im Wesentlichen die gleichen Merkmale aufweisen und die gleichen Funktionen und Wirkungen wie in dem in den Ansprüchen beschriebenen technischen Konzept haben, sind in den technischen Möglichkeiten der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.It should be noted that the present invention is not limited to the foregoing embodiment. The embodiment is merely an illustration and all examples having substantially the same features and the same functions and effects as in the technical concept described in the claims are included in the technical possibilities of the present invention.
Claims (2)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |