JP2001007445A - ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハ - Google Patents
ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光出力及び信頼性が高いＡｌＧａＩｎＰ系
発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハを提供す
る。 【解決手段】 ｎ型導電性を有する基板１上に、少なく
ともＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるｎ型クラッ
ド層３と、ｎ型クラッド層３よりバンドギャップエネル
ギーが小さい組成のＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体から
なる活性層４と、活性層４よりバンドギャップエネルギ
ーが大きい組成のｐ型クラッド層５と、電流拡散層６を
積層した構造において、ｐ型クラッド層５ａ、５ｂの中
か、あるいは電流拡散層６とｐ型クラッド層５との間
に、ｐ型クラッド層５よりもＡｌ濃度の低い挿入層７を
挿入して、活性層４への不純物の拡散を防止することに
より発光素子の出力低下を防止する。
発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハを提供す
る。 【解決手段】 ｎ型導電性を有する基板１上に、少なく
ともＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるｎ型クラッ
ド層３と、ｎ型クラッド層３よりバンドギャップエネル
ギーが小さい組成のＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体から
なる活性層４と、活性層４よりバンドギャップエネルギ
ーが大きい組成のｐ型クラッド層５と、電流拡散層６を
積層した構造において、ｐ型クラッド層５ａ、５ｂの中
か、あるいは電流拡散層６とｐ型クラッド層５との間
に、ｐ型クラッド層５よりもＡｌ濃度の低い挿入層７を
挿入して、活性層４への不純物の拡散を防止することに
より発光素子の出力低下を防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系
発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハに関す
る。
発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】最近、ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャル
ウェハを用いて製造する高輝度の赤色及び黄色の発光ダ
イオードの需要が大幅に伸びている。主な需要は交通用
信号、自動車のブレーキランプやフォグランプである。
ウェハを用いて製造する高輝度の赤色及び黄色の発光ダ
イオードの需要が大幅に伸びている。主な需要は交通用
信号、自動車のブレーキランプやフォグランプである。
【０００３】図５は従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオ
ード用エピタキシャルウェハの構造図である。
ード用エピタキシャルウェハの構造図である。
【０００４】このエピタキシャルウェハは発光波長５９
０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード用のエピタキ
シャルウェハであり、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、有機金
属気相成長法（以下「ＭＯＶＰＥ」という。）によって
ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、セレン又はシリコンをドー
プしたｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（以下「ｎ型クラ
ッド層」という。）３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性
層（以下「活性層」という。）４、亜鉛をドープしたｐ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（以下「ｐ型クラッド層」
という。）５、亜鉛をドープしたｐ型ＧａＰ電流拡散層
（以下「電流拡散層」という。）６を順次積層した構造
となっている。
０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード用のエピタキ
シャルウェハであり、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、有機金
属気相成長法（以下「ＭＯＶＰＥ」という。）によって
ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、セレン又はシリコンをドー
プしたｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（以下「ｎ型クラ
ッド層」という。）３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性
層（以下「活性層」という。）４、亜鉛をドープしたｐ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（以下「ｐ型クラッド層」
という。）５、亜鉛をドープしたｐ型ＧａＰ電流拡散層
（以下「電流拡散層」という。）６を順次積層した構造
となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、現代技術の
課題として電流拡散層のｐ型ドーパントとして用いてい
る亜鉛が、ヘテロ界面や隣接層に異常拡散する現象が挙
げられる。
課題として電流拡散層のｐ型ドーパントとして用いてい
る亜鉛が、ヘテロ界面や隣接層に異常拡散する現象が挙
げられる。
【０００６】(1) 電流拡散層６は電極からの電流を、チ
ップの面方向へ広げるために、高いｐ型キャリア濃度
（約５×１０18ｃｍ-3）が必要となるため、高濃度の亜
鉛をドーピングしている。
ップの面方向へ広げるために、高いｐ型キャリア濃度
（約５×１０18ｃｍ-3）が必要となるため、高濃度の亜
鉛をドーピングしている。
【０００７】(2) また、電流拡散層６は、前述の電流の
拡散を良好にするため、５μｍ以上の厚膜成長させるた
め、成長時間が長い。
拡散を良好にするため、５μｍ以上の厚膜成長させるた
め、成長時間が長い。
【０００８】(3) さらにＡｌＧａＩｎＰ系発光素子用エ
ピタキシャルウェハは、不純物となる酸素濃度を低減さ
せるために、一般的に６５０℃以上の高温で成長させ
る。
ピタキシャルウェハは、不純物となる酸素濃度を低減さ
せるために、一般的に６５０℃以上の高温で成長させ
る。
【０００９】これら三つのことが原因となってエピタキ
シャルウェハ中では、成長中に受ける熱をドライビング
フォースとした亜鉛の拡散が非常に起こりやすい。亜鉛
は、高濃度にドープされた電流拡散層から、ｐ型ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層を通って、発光領域である活性層へ
と拡散し、この亜鉛の拡散が起こると、拡散した亜鉛が
非発光再結合中心を作り、発光ダイオードの発光出力を
劣化させることが知られている。
シャルウェハ中では、成長中に受ける熱をドライビング
フォースとした亜鉛の拡散が非常に起こりやすい。亜鉛
は、高濃度にドープされた電流拡散層から、ｐ型ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層を通って、発光領域である活性層へ
と拡散し、この亜鉛の拡散が起こると、拡散した亜鉛が
非発光再結合中心を作り、発光ダイオードの発光出力を
劣化させることが知られている。
【００１０】亜鉛による非発光再結合中心の影響は、連
続通電することによってさらに顕著になり、発光ダイオ
ードの信頼性を著しく悪化させることも分かっている。
続通電することによってさらに顕著になり、発光ダイオ
ードの信頼性を著しく悪化させることも分かっている。
【００１１】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、発光出力及び信頼性が高いＡｌＧａＩｎＰ系発光素
子及び発光素子用エピタキシャルウェハを提供すること
にある。
し、発光出力及び信頼性が高いＡｌＧａＩｎＰ系発光素
子及び発光素子用エピタキシャルウェハを提供すること
にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のＡｌＧａＩｎＰ系発光素子は、ｎ型導電性を
有する基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系化合物半
導体からなるｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層よりバ
ンドギャップエネルギーが小さい組成のＡｌＧａＩｎＰ
系化合物半導体からなる活性層と、活性層よりバンドギ
ャップエネルギーが大きい組成のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系
化合物半導体からなるクラッド層と、ｐ型電流拡散層を
積層した構造の発光素子において、ｐ型クラッド層の中
か、あるいはｐ型クラッド層とｐ型電流拡散層との間
に、ｐ型クラッド層よりもＡｌ濃度の低い挿入層が挿入
されているものである。
に本発明のＡｌＧａＩｎＰ系発光素子は、ｎ型導電性を
有する基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系化合物半
導体からなるｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層よりバ
ンドギャップエネルギーが小さい組成のＡｌＧａＩｎＰ
系化合物半導体からなる活性層と、活性層よりバンドギ
ャップエネルギーが大きい組成のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系
化合物半導体からなるクラッド層と、ｐ型電流拡散層を
積層した構造の発光素子において、ｐ型クラッド層の中
か、あるいはｐ型クラッド層とｐ型電流拡散層との間
に、ｐ型クラッド層よりもＡｌ濃度の低い挿入層が挿入
されているものである。
【００１３】上記構成に加え本発明のＡｌＧａＩｎＰ系
発光素子は、ｐ型電流拡散層がＧａＰからなるのが好ま
しい。
発光素子は、ｐ型電流拡散層がＧａＰからなるのが好ま
しい。
【００１４】上記構成に加え本発明のＡｌＧａＩｎＰ系
発光素子は、挿入層が、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
と格子整合する材料からなるのが好ましい。
発光素子は、挿入層が、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
と格子整合する材料からなるのが好ましい。
【００１５】上記構成に加え本発明のＡｌＧａＩｎＰ系
発光素子は、ｐ型クラッド層及びｐ型電流拡散層が亜鉛
をドープされた層からなるのが好ましい。
発光素子は、ｐ型クラッド層及びｐ型電流拡散層が亜鉛
をドープされた層からなるのが好ましい。
【００１６】上記構成に加え本発明のＡｌＧａＩｎＰ系
発光素子は、挿入層のキャリア濃度が、２×１０17ｃｍ
-3以上５×１０18ｃｍ-3以下であるのが好ましい。
発光素子は、挿入層のキャリア濃度が、２×１０17ｃｍ
-3以上５×１０18ｃｍ-3以下であるのが好ましい。
【００１７】上記構成に加え本発明のＡｌＧａＩｎＰ系
発光素子は、挿入層が、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からな
るのが好ましい。
発光素子は、挿入層が、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からな
るのが好ましい。
【００１８】本発明のＡｌＧａＩｎＰ系発光素子用エピ
タキシャルウェハは、ｎ型導電性を有する基板上に、少
なくともＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるｎ型ク
ラッド層と、ｎ型クラッド層よりバンドギャップエネル
ギーが小さい組成のＡｌＧａＩｎＰ系半導体からなる活
性層と、活性層よりバンドギャップエネルギーが大きい
組成のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるクラ
ッド層と、ｐ型電流拡散層とを積層した発光素子用エピ
タキシャルウェハにおいて、ｐ型クラッド層の中か、あ
るいはｐ型クラッド層とｐ型電流拡散層との間に、ｐ型
クラッド層よりもＡｌ濃度の低い挿入層が挿入されてい
るものである。
タキシャルウェハは、ｎ型導電性を有する基板上に、少
なくともＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるｎ型ク
ラッド層と、ｎ型クラッド層よりバンドギャップエネル
ギーが小さい組成のＡｌＧａＩｎＰ系半導体からなる活
性層と、活性層よりバンドギャップエネルギーが大きい
組成のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるクラ
ッド層と、ｐ型電流拡散層とを積層した発光素子用エピ
タキシャルウェハにおいて、ｐ型クラッド層の中か、あ
るいはｐ型クラッド層とｐ型電流拡散層との間に、ｐ型
クラッド層よりもＡｌ濃度の低い挿入層が挿入されてい
るものである。
【００１９】上記構成に加え本発明のＡｌＧａＩｎＰ系
発光素子用エピタキシャルウェハは、ｐ型電流拡散層が
ＧａＰからなるのが好ましい。
発光素子用エピタキシャルウェハは、ｐ型電流拡散層が
ＧａＰからなるのが好ましい。
【００２０】上記構成に加え本発明のＡｌＧａＩｎＰ系
発光素子用エピタキシャルウェハは、挿入層が、ｐ型Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層と格子整合する材料からなるの
が好ましい。
発光素子用エピタキシャルウェハは、挿入層が、ｐ型Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層と格子整合する材料からなるの
が好ましい。
【００２１】上記構成に加え本発明のＡｌＧａＩｎＰ系
発光素子用エピタキシャルウェハは、ｐ型クラッド層及
びｐ型電流拡散層が亜鉛をドープされた層からなるのが
好ましい。
発光素子用エピタキシャルウェハは、ｐ型クラッド層及
びｐ型電流拡散層が亜鉛をドープされた層からなるのが
好ましい。
【００２２】上記構成に加え本発明のＡｌＧａＩｎＰ系
発光素子用エピタキシャルウェハは、挿入層のキャリア
濃度が、２×１０17ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下で
あるのが好ましい。
発光素子用エピタキシャルウェハは、挿入層のキャリア
濃度が、２×１０17ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下で
あるのが好ましい。
【００２３】上記構成に加え本発明のＡｌＧａＩｎＰ系
発光素子用エピタキシャルウェハは、挿入層が、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系の材料からなるのが好ましい。
発光素子用エピタキシャルウェハは、挿入層が、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系の材料からなるのが好ましい。
【００２４】本発明は、ｎ型導電性を有する基板上に、
少なくともＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるｎ型
クラッド層と、ｎ型クラッド層よりバンドギャップエネ
ルギーが小さい組成のＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体か
らなる活性層と、活性層よりバンドギャップエネルギー
が大きい組成のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体から
なるクラッド層と、ＧａＰからなるｐ型電流拡散層を積
層した構造において、ｐ型クラッド層の中か、あるいは
電流拡散層（ＧａＰ層が用いられていることが多い）と
ｐ型クラッド層との間に、ｐ型クラッド層よりもＡｌ濃
度の低い挿入層を挿入して、活性層への不純物の拡散を
防止することにより発光素子の出力低下を防止するもの
である。
少なくともＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるｎ型
クラッド層と、ｎ型クラッド層よりバンドギャップエネ
ルギーが小さい組成のＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体か
らなる活性層と、活性層よりバンドギャップエネルギー
が大きい組成のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体から
なるクラッド層と、ＧａＰからなるｐ型電流拡散層を積
層した構造において、ｐ型クラッド層の中か、あるいは
電流拡散層（ＧａＰ層が用いられていることが多い）と
ｐ型クラッド層との間に、ｐ型クラッド層よりもＡｌ濃
度の低い挿入層を挿入して、活性層への不純物の拡散を
防止することにより発光素子の出力低下を防止するもの
である。
【００２５】ここで、ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの場合、
通常は基板の真上からｐ型クラッド層までの間は、ｐ型
クラッド層の格子定数と基板の格子定数とが整合するよ
うに材料の組成を選択して成長させるが、電流拡散層だ
けは、バンドギャップエネルギー、抵抗率及び素子の信
頼性等の観点から、格子定数の合わないＧａＰ層を成長
させざるを得ない。
通常は基板の真上からｐ型クラッド層までの間は、ｐ型
クラッド層の格子定数と基板の格子定数とが整合するよ
うに材料の組成を選択して成長させるが、電流拡散層だ
けは、バンドギャップエネルギー、抵抗率及び素子の信
頼性等の観点から、格子定数の合わないＧａＰ層を成長
させざるを得ない。
【００２６】このため、従来技術として、ｐ型クラッド
層と電流拡散層との間に、格子歪みを緩和させるため
の、中間的な格子定数を有する介在層を挿入することが
試みられた（特開平１０−２５６５９８号公報参
照。）。この従来技術は、格子不整合系で成長するＧａ
Ｐ層の結晶性を少しでも良くしようという意図で行われ
たものであるが、亜鉛の拡散の防止には、顕著な効果が
見られない。
層と電流拡散層との間に、格子歪みを緩和させるため
の、中間的な格子定数を有する介在層を挿入することが
試みられた（特開平１０−２５６５９８号公報参
照。）。この従来技術は、格子不整合系で成長するＧａ
Ｐ層の結晶性を少しでも良くしようという意図で行われ
たものであるが、亜鉛の拡散の防止には、顕著な効果が
見られない。
【００２７】そこで本発明者らは、種々の検討を重ねた
結果、前述した亜鉛の拡散が、結晶中のＡｌに関連した
欠陥を介して起こっており、Ａｌ濃度の高い材料程、拡
散しやすい傾向があることを発見した。これとは逆にＡ
ｌ濃度の低い材料中では亜鉛の拡散が起こりにくい。ア
ンドープの活性層へ、ｐ型クラッド層や電流拡散層中の
亜鉛が拡散することが問題になるのであれば、ｐ型クラ
ッド層中か、あるいはｐ型クラッド層と電流拡散層との
間に、クラッド層のＡｌＧａＩｎＰ層よりもＡｌ濃度の
低い挿入層を挿入すれば、その挿入層が亜鉛の拡散に対
して抵抗となり、従来に比べて活性層の亜鉛汚染が格段
に低減できる。
結果、前述した亜鉛の拡散が、結晶中のＡｌに関連した
欠陥を介して起こっており、Ａｌ濃度の高い材料程、拡
散しやすい傾向があることを発見した。これとは逆にＡ
ｌ濃度の低い材料中では亜鉛の拡散が起こりにくい。ア
ンドープの活性層へ、ｐ型クラッド層や電流拡散層中の
亜鉛が拡散することが問題になるのであれば、ｐ型クラ
ッド層中か、あるいはｐ型クラッド層と電流拡散層との
間に、クラッド層のＡｌＧａＩｎＰ層よりもＡｌ濃度の
低い挿入層を挿入すれば、その挿入層が亜鉛の拡散に対
して抵抗となり、従来に比べて活性層の亜鉛汚染が格段
に低減できる。
【００２８】すなわち、本発明によれば、ｐ型クラッド
層の中か、あるいはｐ型電流拡散層とｐ型クラッド層と
の間に、ｐ型クラッド層よりもＡｌ濃度の低い材料から
なる挿入層を挿入して、活性層への不純物の拡散を防止
することにより、上部電極をｐ型電極として用いられる
標準的なＡｌＧａＩｎＰ系の発光素子ダイオードを形成
した場合に高い発光出力と高い信頼性が得られる。
層の中か、あるいはｐ型電流拡散層とｐ型クラッド層と
の間に、ｐ型クラッド層よりもＡｌ濃度の低い材料から
なる挿入層を挿入して、活性層への不純物の拡散を防止
することにより、上部電極をｐ型電極として用いられる
標準的なＡｌＧａＩｎＰ系の発光素子ダイオードを形成
した場合に高い発光出力と高い信頼性が得られる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００３０】図１は本発明の発光素子用エピタキシャル
ウェハの一実施の形態を示す構造図である。なお、図５
に示した従来例と同様の部材には共通の符号を用いた。
ウェハの一実施の形態を示す構造図である。なお、図５
に示した従来例と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００３１】この発光素子用エピタキシャルウェハは、
ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層
２、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド
層（以下「ｎ型クラッド層」という。）３、アンドープ
（Ａｌ0.15Ｇａ0.85）0.5 ＩｎＰ活性層（以下「活性
層」という。）４、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐクラッド層（以下「ｐ型クラッド層」という。）
５、ｐ型（Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ挿入層
（以下「挿入層」という。）７及びｐ型ＧａＰ電流拡散
層（以下「電流拡散層」という。）６を順次積層したも
のである。
ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層
２、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド
層（以下「ｎ型クラッド層」という。）３、アンドープ
（Ａｌ0.15Ｇａ0.85）0.5 ＩｎＰ活性層（以下「活性
層」という。）４、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐクラッド層（以下「ｐ型クラッド層」という。）
５、ｐ型（Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ挿入層
（以下「挿入層」という。）７及びｐ型ＧａＰ電流拡散
層（以下「電流拡散層」という。）６を順次積層したも
のである。
【００３２】ｐ型クラッド層５よりもＡｌ濃度の低い材
料としては、同じＡｌＧａＩｎＰ系でｐ型クラッド層５
よりもＡｌ組成の低い層を挿入することが望ましい。こ
れは無用な汚染を避けることができ、かつ結晶成長が容
易なためであるが、必ずしもＡｌＧａＩｎＰ系に限った
ことではなく、ＡｌＧａＡｓ系材料や、Ａｌのまったく
入らないＧａＡｓ層の挿入でも亜鉛の拡散防止効果が期
待できる。
料としては、同じＡｌＧａＩｎＰ系でｐ型クラッド層５
よりもＡｌ組成の低い層を挿入することが望ましい。こ
れは無用な汚染を避けることができ、かつ結晶成長が容
易なためであるが、必ずしもＡｌＧａＩｎＰ系に限った
ことではなく、ＡｌＧａＡｓ系材料や、Ａｌのまったく
入らないＧａＡｓ層の挿入でも亜鉛の拡散防止効果が期
待できる。
【００３３】挿入層７の格子定数を、下地のｐ型クラッ
ド層５と整合させるのは、格子不整合に起因するエピタ
キシャル層中への欠陥発生を防止するためである。
ド層５と整合させるのは、格子不整合に起因するエピタ
キシャル層中への欠陥発生を防止するためである。
【００３４】挿入層７のキャリア濃度を２×１０17ｃｍ
-3以上５×１０18ｃｍ-3以下としたのは、キャリア濃度
が２×１０17ｃｍ-3よりも低いと、挿入層７の抵抗率が
高くなって、発光素子の駆動電圧が高くなりすぎ、キャ
リア濃度が５×１０18ｃｍ-3よりも高いと、介在層の結
晶性が劣化して発光素子の発光出力が低下し、いずれも
実用的な発光素子が得られなくなるためである。
-3以上５×１０18ｃｍ-3以下としたのは、キャリア濃度
が２×１０17ｃｍ-3よりも低いと、挿入層７の抵抗率が
高くなって、発光素子の駆動電圧が高くなりすぎ、キャ
リア濃度が５×１０18ｃｍ-3よりも高いと、介在層の結
晶性が劣化して発光素子の発光出力が低下し、いずれも
実用的な発光素子が得られなくなるためである。
【００３５】挿入層７のバンドギャップは、発光を吸収
しないように、活性層４のバンドギャップよりも大きい
ことが望ましいが、発光の吸収が無視できる程度に薄い
層であれば、活性層４よりもバンドギャップの大きい材
料でも、期待する効果が得られるため、必ずしも限定さ
れるものではない。
しないように、活性層４のバンドギャップよりも大きい
ことが望ましいが、発光の吸収が無視できる程度に薄い
層であれば、活性層４よりもバンドギャップの大きい材
料でも、期待する効果が得られるため、必ずしも限定さ
れるものではない。
【００３６】挿入層７の厚さは、挿入層７のＡｌ濃度、
ｐ型クラッド層５、電流拡散層６の亜鉛ドープ量、エピ
タキシャル成長時に受ける熱履歴に応じて最適値が存在
するため、必ずしも限定されるものではない。
ｐ型クラッド層５、電流拡散層６の亜鉛ドープ量、エピ
タキシャル成長時に受ける熱履歴に応じて最適値が存在
するため、必ずしも限定されるものではない。
【００３７】なお、亜鉛の拡散が活性層４に達しないよ
うにするためには、ｐ型クラッド層５中に、複数の挿入
層５を挿入してもよい。
うにするためには、ｐ型クラッド層５中に、複数の挿入
層５を挿入してもよい。
【００３８】
【実施例】（実施例１）本発明のＡｌＧａＩｎＰ系発光
素子用エピタキシャルウェハの一実施例に係わる、図１
に示すような構造の発光波長６２０ｎｍ付近の赤色発光
ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。
素子用エピタキシャルウェハの一実施例に係わる、図１
に示すような構造の発光波長６２０ｎｍ付近の赤色発光
ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。
【００３９】エピタキシャル構造や成長方法等は、基本
的に後述する比較例と同様とし、ｐ型クラッド層５と電
流拡散層６との間に、亜鉛を５×１０17ｃｍ-3ドープし
た厚さ０．１μｍのｐ型（Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ挿入層（挿入層）を挿入した。
的に後述する比較例と同様とし、ｐ型クラッド層５と電
流拡散層６との間に、亜鉛を５×１０17ｃｍ-3ドープし
た厚さ０．１μｍのｐ型（Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ挿入層（挿入層）を挿入した。
【００４０】成長したエピタキシャル層中の、深さ方向
の亜鉛の濃度分布をＳＩＭＳで測定した結果を図２に示
す。
の亜鉛の濃度分布をＳＩＭＳで測定した結果を図２に示
す。
【００４１】図２は本発明の一実施例に係る構造で作製
したエピタキシャル層中の、亜鉛濃度分布のＳＩＭＳ分
析結果を示す図であり、横軸が深さを示し、縦軸（対数
軸）が亜鉛濃度を示す。
したエピタキシャル層中の、亜鉛濃度分布のＳＩＭＳ分
析結果を示す図であり、横軸が深さを示し、縦軸（対数
軸）が亜鉛濃度を示す。
【００４２】同図より亜鉛の分布は略予想通りとなって
おり、従来例で見られたような亜鉛の異常な拡散は見ら
れなかった。
おり、従来例で見られたような亜鉛の異常な拡散は見ら
れなかった。
【００４３】さらに、このエピタキシャルウェハを加工
して従来例と同様に発光ダイオードチップを作製し、発
光特性を調べた結果、発光出力は１．１ｍＷであり、順
方向動作電圧（２０ｍＡ通電時）は１．９Ｖであった。
して従来例と同様に発光ダイオードチップを作製し、発
光特性を調べた結果、発光出力は１．１ｍＷであり、順
方向動作電圧（２０ｍＡ通電時）は１．９Ｖであった。
【００４４】（実施例２）図３は本発明のＡｌＧａＩｎ
Ｐ系発光素子用エピタキシャルウェハの他の実施例に係
わる、エピタキシャルウェハの構造図である。
Ｐ系発光素子用エピタキシャルウェハの他の実施例に係
わる、エピタキシャルウェハの構造図である。
【００４５】同図に示すエピタキシャルウェハは、発光
波長６２０ｎｍ付近の赤色発光ダイオード用エピタキシ
ャルウェハである。
波長６２０ｎｍ付近の赤色発光ダイオード用エピタキシ
ャルウェハである。
【００４６】エピタキシャル構造や成長方法等は、基本
的には上述した従来例と同じとし、ｐ型クラッド層５
ａ、５ｂの中に亜鉛を５×１０17ｃｍ-3ドープした厚さ
０．１μｍのｐ型（Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
からなる挿入層７を挿入した。
的には上述した従来例と同じとし、ｐ型クラッド層５
ａ、５ｂの中に亜鉛を５×１０17ｃｍ-3ドープした厚さ
０．１μｍのｐ型（Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
からなる挿入層７を挿入した。
【００４７】図４は図３に示したエピタキシャルウェハ
中の亜鉛濃度分布のＳＩＭＳ分析結果を示す図であり、
横軸が深さを示し、縦軸（対数軸）が亜鉛濃度を示して
いる。
中の亜鉛濃度分布のＳＩＭＳ分析結果を示す図であり、
横軸が深さを示し、縦軸（対数軸）が亜鉛濃度を示して
いる。
【００４８】同図より亜鉛の分布は略予想通り挿入層７
のところで止まっており、従来例で見られたような活性
層４への亜鉛の拡散は見られなかった。
のところで止まっており、従来例で見られたような活性
層４への亜鉛の拡散は見られなかった。
【００４９】さらに、このエピタキシャルウェハを加工
して、従来例と同様に発光ダイオードチップを作製し、
発光特性を調べたところ、発光出力は、１．３ｍＷであ
り、順方向動作電圧（２０ｍＡ通電時）は１．９Ｖであ
った。
して、従来例と同様に発光ダイオードチップを作製し、
発光特性を調べたところ、発光出力は、１．３ｍＷであ
り、順方向動作電圧（２０ｍＡ通電時）は１．９Ｖであ
った。
【００５０】（比較例）図５に示した構造の発光波長６
２０ｎｍ付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウ
ェハを作製した。
２０ｎｍ付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウ
ェハを作製した。
【００５１】ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法で
ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型（Ｓｅ
ドープ）クラッド層３、活性層４及びｐ型クラッド層５
を順次成長させ、そのｐ型クラッド層５の上に厚さ１０
μｍの電流拡散層６を成長させた。
ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型（Ｓｅ
ドープ）クラッド層３、活性層４及びｐ型クラッド層５
を順次成長させ、そのｐ型クラッド層５の上に厚さ１０
μｍの電流拡散層６を成長させた。
【００５２】ｐ型クラッド層５までのＭＯＶＰＥ成長
は、成長温度７００℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒで行い、
各層２、３、４の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／ｓ、
Ｖ／III 比は３００〜６００で行った。電流拡散層６の
Ｖ／III 比は１００であり、成長速度１ｎｍ／ｓで成長
した。ｐ型クラッド層５の亜鉛濃度は５×１０17ｃｍ-3
であり、電流拡散層６のＧａＰの亜鉛濃度は１×１０18
ｃｍ-3である。
は、成長温度７００℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒで行い、
各層２、３、４の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／ｓ、
Ｖ／III 比は３００〜６００で行った。電流拡散層６の
Ｖ／III 比は１００であり、成長速度１ｎｍ／ｓで成長
した。ｐ型クラッド層５の亜鉛濃度は５×１０17ｃｍ-3
であり、電流拡散層６のＧａＰの亜鉛濃度は１×１０18
ｃｍ-3である。
【００５３】図６は従来のエピタキシャル層中の深さ方
向の亜鉛の濃度分布をＳＩＭＳで測定した結果を示す図
であり、横軸が深さを示し、縦軸が亜鉛濃度を示してい
る。
向の亜鉛の濃度分布をＳＩＭＳで測定した結果を示す図
であり、横軸が深さを示し、縦軸が亜鉛濃度を示してい
る。
【００５４】ＳＩＭＳ分析の結果、電流拡散層６の亜鉛
がｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５の発
光領域に大量に拡散していることが確認された。
がｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５の発
光領域に大量に拡散していることが確認された。
【００５５】さらに、このエピタキシャルウェハを加工
して、発光ダイオードチップを作製した。チップの大き
さは３００μｍ角で、チップ下面全体にｎ型電極を形成
し、チップ上面に直径１５０μｍの円形のｐ型電極を形
成した。ｎ型電極は、金ゲルマニウム、ニッケル、金を
それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着し
た。ｐ型電極は、金亜鉛、ニッケル、金をそれぞれ６０
ｎｍ、１０ｎｍ、１００ｎｍの順に蒸着した。このチッ
プをステム組し、発光ダイオードの発光特性を調べた結
果、発光出力は０．６ｍＷであり、順方向動作電圧（２
０ｍＡ通電時）は２．４Ｖであった。
して、発光ダイオードチップを作製した。チップの大き
さは３００μｍ角で、チップ下面全体にｎ型電極を形成
し、チップ上面に直径１５０μｍの円形のｐ型電極を形
成した。ｎ型電極は、金ゲルマニウム、ニッケル、金を
それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着し
た。ｐ型電極は、金亜鉛、ニッケル、金をそれぞれ６０
ｎｍ、１０ｎｍ、１００ｎｍの順に蒸着した。このチッ
プをステム組し、発光ダイオードの発光特性を調べた結
果、発光出力は０．６ｍＷであり、順方向動作電圧（２
０ｍＡ通電時）は２．４Ｖであった。
【００５６】以上において本発明によれば、簡易な構造
で従来に比べて発光出力が高く、信頼性が高い発光ダイ
オードを得ることができる。
で従来に比べて発光出力が高く、信頼性が高い発光ダイ
オードを得ることができる。
【００５７】また、従来は亜鉛の拡散度合いに再現性が
乏しいため、亜鉛濃度分布のウェハ面内バラツキ及びロ
ット間バラツキが大きく、素子特性の均一性、再現性を
悪くする原因となっていたが、本発明により、亜鉛の拡
散が抑圧されるためこれらの問題が解決される。
乏しいため、亜鉛濃度分布のウェハ面内バラツキ及びロ
ット間バラツキが大きく、素子特性の均一性、再現性を
悪くする原因となっていたが、本発明により、亜鉛の拡
散が抑圧されるためこれらの問題が解決される。
【００５８】さらに、予想通りの亜鉛の濃度分布が得ら
れるため、ｐ型クラッド層と電流拡散層との間に、高キ
ャリア濃度の層を形成することができるようになり、動
作電圧が低い発光ダイオードを再現性よく得られる。
れるため、ｐ型クラッド層と電流拡散層との間に、高キ
ャリア濃度の層を形成することができるようになり、動
作電圧が低い発光ダイオードを再現性よく得られる。
【００５９】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００６０】発光出力及び信頼性が高いＡｌＧａＩｎＰ
系発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハの提供
を実現できる。
系発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハの提供
を実現できる。
【図１】本発明の発光素子用エピタキシャルウェハの一
実施の形態を示す構造図である。
実施の形態を示す構造図である。
【図２】本発明の一実施例に係る構造で作製したエピタ
キシャル層中の、亜鉛濃度分布のＳＩＭＳ分析結果を示
す図である。
キシャル層中の、亜鉛濃度分布のＳＩＭＳ分析結果を示
す図である。
【図３】本発明のＡｌＧａＩｎＰ系発光素子用エピタキ
シャルウェハの他の実施例に係わるエピタキシャルウェ
ハの構造図である。
シャルウェハの他の実施例に係わるエピタキシャルウェ
ハの構造図である。
【図４】図３に示したエピタキシャルウェハ中の亜鉛濃
度分布のＳＩＭＳ分析結果を示す図である。
度分布のＳＩＭＳ分析結果を示す図である。
【図５】従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード用エピ
タキシャルウェハの構造図である。
タキシャルウェハの構造図である。
【図６】従来のエピタキシャル層中の深さ方向の亜鉛の
濃度分布をＳＩＭＳで測定した結果を示す図である。
濃度分布をＳＩＭＳで測定した結果を示す図である。
１ 基板（ｎ型ＧａＡｓ基板） ２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ３ ｎ型クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層） ４ 活性層（アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層） ５、５ａ、５ｂ ｐ型クラッド層 ６ 電流拡散層（ｐ型ＧａＰ電流拡散層） ７ 挿入層（ｐ型（Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
挿入層）
挿入層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金田 直樹 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社アドバンスリサーチセンタ内 (72)発明者 柴田 憲治 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社日高工場内 Ｆターム(参考） 5F041 AA44 CA04 CA14 CA34 CA35 CA37 CA53 CA58 5F073 AA51 CA14 CB19 EA28
Claims (12)
- 【請求項１】 ｎ型導電性を有する基板上に、少なくと
もＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるｎ型クラッド
層と、該ｎ型クラッド層よりバンドギャップエネルギー
が小さい組成のＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなる
活性層と、該活性層よりバンドギャップエネルギーが大
きい組成のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなる
クラッド層と、ｐ型電流拡散層を積層した構造の発光素
子において、上記ｐ型クラッド層の中か、あるいは上記
ｐ型クラッド層と上記ｐ型電流拡散層との間に、上記ｐ
型クラッド層よりもＡｌ濃度の低い挿入層が挿入されて
いることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系発光素子。 - 【請求項２】 上記ｐ型電流拡散層がＧａＰからなる請
求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ系発光素子。 - 【請求項３】 上記挿入層が、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層と格子整合する材料からなる請求項１に記載のＡ
ｌＧａＩｎＰ系発光素子。 - 【請求項４】 上記ｐ型クラッド層及びｐ型電流拡散層
が亜鉛をドープされた層からなる請求項１に記載のＡｌ
ＧａＩｎＰ系発光素子。 - 【請求項５】 上記挿入層のキャリア濃度が、２×１０
17ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下である請求項１に記
載のＡｌＧａＩｎＰ系発光素子。 - 【請求項６】 上記挿入層が、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料
からなる請求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ系発光素子。 - 【請求項７】 ｎ型導電性を有する基板上に、少なくと
もＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるｎ型クラッド
層と、該ｎ型クラッド層よりバンドギャップエネルギー
が小さい組成のＡｌＧａＩｎＰ系半導体からなる活性層
と、該活性層よりバンドギャップエネルギーが大きい組
成のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるクラッ
ド層と、ｐ型電流拡散層とを積層した発光素子用エピタ
キシャルウェハにおいて、上記ｐ型クラッド層の中か、
あるいは上記ｐ型クラッド層と上記ｐ型電流拡散層との
間に、上記ｐ型クラッド層よりもＡｌ濃度の低い挿入層
が挿入されていることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系発
光素子用エピタキシャルウェハ。 - 【請求項８】 上記ｐ型電流拡散層がＧａＰからなる請
求項７に記載のＡｌＧａＩｎＰ系発光素子用エピタキシ
ャルウェハ。 - 【請求項９】 上記挿入層が、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層と格子整合する材料からなる請求項７に記載のＡ
ｌＧａＩｎＰ系発光素子用エピタキシャルウェハ。 - 【請求項１０】 上記ｐ型クラッド層及びｐ型電流拡散
層が亜鉛をドープされた層からなる請求項７に記載のＡ
ｌＧａＩｎＰ系発光素子用エピタキシャルウェハ。 - 【請求項１１】 上記挿入層のキャリア濃度が、２×１
０17ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下である請求項７に
記載のＡｌＧａＩｎＰ系発光素子用エピタキシャルウェ
ハ。 - 【請求項１２】 上記挿入層が、ＡｌＧａＩｎＰ系の材
料からなる請求項７に記載のＡｌＧａＩｎＰ系発光素子
用エピタキシャルウェハ。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18053999A JP2001007445A (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハ |
| US09/558,588 US20020145146A1 (en) | 1999-04-27 | 2000-04-26 | LED of AlGaInP system and epitaxial wafer used for same |
| TW089107934A TW445659B (en) | 1999-04-27 | 2000-04-26 | LED of AlGaInP system and epitaxial wafer used for same |
| CN00108101.2A CN1251334C (zh) | 1999-04-27 | 2000-04-27 | A1GalnP系的发光二极管和用于制作该二极管的外延片 |
| DE10020612A DE10020612A1 (de) | 1999-04-27 | 2000-04-27 | LED auf Basis eines AIGalnP-Systems und epitaxialer Wafer für die LED |
| US10/863,388 US20040224434A1 (en) | 1999-04-27 | 2004-06-09 | Method of forming a semiconductor structure for use in a light emitting diode and a semiconductor structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18053999A JP2001007445A (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001007445A true JP2001007445A (ja) | 2001-01-12 |
Family
ID=16085048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18053999A Pending JP2001007445A (ja) | 1999-04-27 | 1999-06-25 | ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001007445A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005203520A (ja) * | 2004-01-14 | 2005-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体発光素子 |
| JP2005217406A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-08-11 | Lumileds Lighting Us Llc | 電流拡散層を含む半導体発光装置 |
| JP2006261219A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Hitachi Cable Ltd | 半導体発光素子 |
| KR100760151B1 (ko) | 2006-03-08 | 2007-09-18 | 엘지전자 주식회사 | 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
| US7569866B2 (en) | 2005-09-30 | 2009-08-04 | Hitachi Cable, Ltd. | Semiconductor light-emitting device |
-
1999
- 1999-06-25 JP JP18053999A patent/JP2001007445A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005203520A (ja) * | 2004-01-14 | 2005-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体発光素子 |
| JP2005217406A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-08-11 | Lumileds Lighting Us Llc | 電流拡散層を含む半導体発光装置 |
| JP2006261219A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Hitachi Cable Ltd | 半導体発光素子 |
| US7569866B2 (en) | 2005-09-30 | 2009-08-04 | Hitachi Cable, Ltd. | Semiconductor light-emitting device |
| KR100760151B1 (ko) | 2006-03-08 | 2007-09-18 | 엘지전자 주식회사 | 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
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Legal Events
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