JP2001015805A - 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】 ｐ型クラッド層とｐ型ウインドウ層との間の
ヘテロ接合に起因するバンド不連続を解消し、エネルギ
ー障壁を低くして動作電圧を低下できる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１１と、その基
板１１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１３と、そのｎ型クラッド層１
２よりバンドギャップエネルギーが小さい組成のＡｌＧ
ａＩｎＰ系化合物半導体からなる活性層１４と、その活
性層１４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
１５と、そのｐ型クラッド層１５と同じ組成のＡｌＧａ
ＩｎＰからＧａＰへと徐々に組成が変化されてなるｐ型
ウインドウ層１０とを順次積層する。
ヘテロ接合に起因するバンド不連続を解消し、エネルギ
ー障壁を低くして動作電圧を低下できる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１１と、その基
板１１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１３と、そのｎ型クラッド層１
２よりバンドギャップエネルギーが小さい組成のＡｌＧ
ａＩｎＰ系化合物半導体からなる活性層１４と、その活
性層１４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
１５と、そのｐ型クラッド層１５と同じ組成のＡｌＧａ
ＩｎＰからＧａＰへと徐々に組成が変化されてなるｐ型
ウインドウ層１０とを順次積層する。
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係り、
特に６５０ｎｍ（赤色）から５５０ｎｍ（黄緑色）の波
長領域で発光する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ものである。
発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハに係り、
特に６５０ｎｍ（赤色）から５５０ｎｍ（黄緑色）の波
長領域で発光する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ものである。
【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された高輝度の赤色及び黄色発光ダ
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、自動車ブレーキランプ、フォグランプなどであ
る。
ウェハを用いて製造された高輝度の赤色及び黄色発光ダ
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、自動車ブレーキランプ、フォグランプなどであ
る。
【０００３】図３に発光波長６２０ｎｍの赤色ＡｌＧａ
ＩｎＰ系発光ダイオードの典型的な構造を示す。
ＩｎＰ系発光ダイオードの典型的な構造を示す。
【０００４】図３に示すように、従来のＡｌＧａＩｎＰ
系発光ダイオードは、ｎ型導電性を有するｎ型ＧａＡｓ
基板３１上に、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層
３２、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐクラッド層３３、そのクラッド層３３よりバン
ドギャップエネルギーが小さい組成のアンドープ（Ａｌ
0.15Ｇａ0.85）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ活性層３４、及びその活
性層３４よりバンドギャップエネルギーが大きい組成の
ｐ型（亜鉛ドープ）（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5Ｉｎ0.5
Ｐクラッド層３５が順次成長され、そのクラッド層３５
の上にｐ型ＧａＰウインドウ層３６が厚さ１０μｍで成
長されている。
系発光ダイオードは、ｎ型導電性を有するｎ型ＧａＡｓ
基板３１上に、ｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層
３２、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐクラッド層３３、そのクラッド層３３よりバン
ドギャップエネルギーが小さい組成のアンドープ（Ａｌ
0.15Ｇａ0.85）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ活性層３４、及びその活
性層３４よりバンドギャップエネルギーが大きい組成の
ｐ型（亜鉛ドープ）（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5Ｉｎ0.5
Ｐクラッド層３５が順次成長され、そのクラッド層３５
の上にｐ型ＧａＰウインドウ層３６が厚さ１０μｍで成
長されている。
【０００５】このｐ型クラッド層３５の亜鉛濃度は５×
１０17ｃｍであり、ｐ型ウインドウ層３６の亜鉛濃度は
１×１０18ｃｍ-3である。
１０17ｃｍであり、ｐ型ウインドウ層３６の亜鉛濃度は
１×１０18ｃｍ-3である。
【０００６】これら全てのエピタキシャル層３１〜３６
は、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥと称す
る。）によって成長されている。
は、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥと称す
る。）によって成長されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、ｐ型クラッド層３
５は（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐで、ｐ型ウイ
ンドウ層３６は例えばＧａＰで形成されているように、
ｐ型クラッド層３５とｐ型ウインドウ層３６の組成が大
幅に異なるために、これらｐ型クラッド層３５とｐ型ウ
インドウ層３６との間に、非常に大きな格子不整合が発
生していた。そして、この格子不整合により、界面欠陥
及び結晶欠陥が発生し、発光効率が低下してしまうこと
があった。
ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、ｐ型クラッド層３
５は（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐで、ｐ型ウイ
ンドウ層３６は例えばＧａＰで形成されているように、
ｐ型クラッド層３５とｐ型ウインドウ層３６の組成が大
幅に異なるために、これらｐ型クラッド層３５とｐ型ウ
インドウ層３６との間に、非常に大きな格子不整合が発
生していた。そして、この格子不整合により、界面欠陥
及び結晶欠陥が発生し、発光効率が低下してしまうこと
があった。
【０００８】さらに、ｐ型クラッド層３５とｐ型ウイン
ドウ層３６での、ヘテロ接合に起因するバンド不連続に
より、エネルギー障壁が高くなり、発光素子の動作電圧
が非常に高くなってしまうという問題があった。
ドウ層３６での、ヘテロ接合に起因するバンド不連続に
より、エネルギー障壁が高くなり、発光素子の動作電圧
が非常に高くなってしまうという問題があった。
【０００９】そこで、本発明の目的は、ｐ型クラッド層
とｐ型ウインドウ層との間のヘテロ接合に起因するバン
ド不連続を解消し、エネルギー障壁を低くして動作電圧
を低下できる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。
とｐ型ウインドウ層との間のヘテロ接合に起因するバン
ド不連続を解消し、エネルギー障壁を低くして動作電圧
を低下できる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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、ｎ型導電性を有する基板と、その
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、その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、その活性層よりバンド
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、そのｐ型クラッ
ド層と同じ組成のＡｌＧａＩｎＰからＧａＰへと徐々に
組成が変化されてなるｐ型ウインドウ層とを順次積層し
たものである。
に請求項１の発明は、ｎ型導電性を有する基板と、その
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、その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、その活性層よりバンド
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、そのｐ型クラッ
ド層と同じ組成のＡｌＧａＩｎＰからＧａＰへと徐々に
組成が変化されてなるｐ型ウインドウ層とを順次積層し
たものである。
【００１１】請求項２の発明は、上記ｐ型ウインドウ層
のうち、ｐ型クラッド層に隣接する少なくとも１０ｎｍ
の領域のキャリア濃度が、２×１０17ｃｍ-3以上５×１
０18ｃｍ-3以下のものである。
のうち、ｐ型クラッド層に隣接する少なくとも１０ｎｍ
の領域のキャリア濃度が、２×１０17ｃｍ-3以上５×１
０18ｃｍ-3以下のものである。
【００１２】請求項３の発明は、ｎ型導電性を有する基
板と、その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、その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ＡｌＧ
ａＩｎＰ系化合物半導体からなる活性層と、その活性層
よりバンドギャップエネルギーが大きい組成のｐ型Ａｌ
ＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるクラッド層と、その
ｐ型クラッド層と同じ組成のＡｌＧａＩｎＰからＧａＰ
へと徐々に組成が変化されてなるｐ型ウインドウ層とを
順次積層したものである。
板と、その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、その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ＡｌＧ
ａＩｎＰ系化合物半導体からなる活性層と、その活性層
よりバンドギャップエネルギーが大きい組成のｐ型Ａｌ
ＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるクラッド層と、その
ｐ型クラッド層と同じ組成のＡｌＧａＩｎＰからＧａＰ
へと徐々に組成が変化されてなるｐ型ウインドウ層とを
順次積層したものである。
【００１３】請求項４の発明は、上記ｐ型ウインドウ層
のうち、ｐ型クラッド層に隣接する少なくとも１０ｎｍ
の領域のキャリア濃度が、２×１０17ｃｍ-3以上５×１
０18ｃｍ-3以下のものである。
のうち、ｐ型クラッド層に隣接する少なくとも１０ｎｍ
の領域のキャリア濃度が、２×１０17ｃｍ-3以上５×１
０18ｃｍ-3以下のものである。
【００１４】すなわち、本発明は、上部電極をｐ型電極
として用いる標準的なＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード
（素子）において、ｐ型クラッド層の上に、そのｐ型ク
ラッド層と同組成から連続的に徐々にＧａＰへと組成を
変化させたｐ型ウインドウ層を積層することで、ヘテロ
接合に起因する、バンド不連続によるエネルギー障壁を
小さくし、また、格子不整合による結晶欠陥の発生を低
減し、結果として発光素子の動作電圧を低減、発光出力
の向上を得るものである。
として用いる標準的なＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード
（素子）において、ｐ型クラッド層の上に、そのｐ型ク
ラッド層と同組成から連続的に徐々にＧａＰへと組成を
変化させたｐ型ウインドウ層を積層することで、ヘテロ
接合に起因する、バンド不連続によるエネルギー障壁を
小さくし、また、格子不整合による結晶欠陥の発生を低
減し、結果として発光素子の動作電圧を低減、発光出力
の向上を得るものである。
【００１５】上記構成によれば、上記ウインドウ層を製
造するに際して、ｐ型クラッド層と同じ組成のＡｌＧａ
ＩｎＰ層を成長させ始め、その後原料供給を制御してＡ
ｌＧａＩｎＰウインドウ層のＩｎ組成が連続的に徐々に
少なくなるように変化させ、最終的にウインドウ層表面
がＧａＰ層になるように成長させる。これにより、ｐ型
クラッド層とｐ型ウインドウ層中のバンドが傾斜状にな
ってバンド不連続がなくなるので、発光素子の動作電圧
を低下できる。
造するに際して、ｐ型クラッド層と同じ組成のＡｌＧａ
ＩｎＰ層を成長させ始め、その後原料供給を制御してＡ
ｌＧａＩｎＰウインドウ層のＩｎ組成が連続的に徐々に
少なくなるように変化させ、最終的にウインドウ層表面
がＧａＰ層になるように成長させる。これにより、ｐ型
クラッド層とｐ型ウインドウ層中のバンドが傾斜状にな
ってバンド不連続がなくなるので、発光素子の動作電圧
を低下できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。
を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】図１に本発明にかかる発光素子用エピタキ
シャルウェハとして、発光波長６２０ｎｍ付近の赤色発
光ダイオード用エピウェハの断面図を示す。
シャルウェハとして、発光波長６２０ｎｍ付近の赤色発
光ダイオード用エピウェハの断面図を示す。
【００１８】図１に示すように、このエピウェハは、ｎ
型導電性を有するｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型（Ｓ
ｅドープ）ＧａＡｓバッファ層１２と、ｎ型（Ｓｅドー
プ）（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層１
３と、そのｎ型クラッド層１３よりバンドギャップエネ
ルギーが小さい組成のアンドープ（Ａｌ0.15Ｇａ0.85）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ活性層１４と、その活性層１４よりバン
ドギャップエネルギーが大きい組成のｐ型（亜鉛ドー
プ）（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層１
５とが形成されており、さらにそのクラッド層１５の上
に、そのｐ型クラッド層１５と同じ組成のＡｌＧａＩｎ
ＰからＧａＰへと徐々に組成が変化されたｐ型ウインド
ウ層１０が形成されている。
型導電性を有するｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型（Ｓ
ｅドープ）ＧａＡｓバッファ層１２と、ｎ型（Ｓｅドー
プ）（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層１
３と、そのｎ型クラッド層１３よりバンドギャップエネ
ルギーが小さい組成のアンドープ（Ａｌ0.15Ｇａ0.85）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ活性層１４と、その活性層１４よりバン
ドギャップエネルギーが大きい組成のｐ型（亜鉛ドー
プ）（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層１
５とが形成されており、さらにそのクラッド層１５の上
に、そのｐ型クラッド層１５と同じ組成のＡｌＧａＩｎ
ＰからＧａＰへと徐々に組成が変化されたｐ型ウインド
ウ層１０が形成されている。
【００１９】ｐ型ウインドウ層１０は、具体的にはｐ型
クラッド層側から組成が、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層〜ｐ型ＧａＰ層１６，１７の単層膜中
で順次変化していくように成長されている。そして、ｐ
型クラッド層１５と接する順次組成が変化していくｐ型
ウインドウ層１６には、亜鉛がドープされ、亜鉛濃度
（キャリア濃度）が５×１０17ｃｍ-3で、膜厚が０．５
μｍに形成されている。他方、ｐ型ウインドウ層１０の
ＧａＰ層１７は、組成がＧａＰとなってからは亜鉛ドー
プ量が増やされ、亜鉛濃度（キャリア濃度）が１×１０
18ｃｍ-3で、膜厚が１０μｍに形成されている。
クラッド層側から組成が、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層〜ｐ型ＧａＰ層１６，１７の単層膜中
で順次変化していくように成長されている。そして、ｐ
型クラッド層１５と接する順次組成が変化していくｐ型
ウインドウ層１６には、亜鉛がドープされ、亜鉛濃度
（キャリア濃度）が５×１０17ｃｍ-3で、膜厚が０．５
μｍに形成されている。他方、ｐ型ウインドウ層１０の
ＧａＰ層１７は、組成がＧａＰとなってからは亜鉛ドー
プ量が増やされ、亜鉛濃度（キャリア濃度）が１×１０
18ｃｍ-3で、膜厚が１０μｍに形成されている。
【００２０】このエピウェハを製造するに際しては、Ｍ
ＯＶＰＥ法により、ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型バッフ
ァ層１２からｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５まで
は、成長温度が７００度、成長圧力が５０Ｔｏｒｒ、成
長速度が０．３〜１．０ｎｍ／ｓ、Ｖ／ＩＩＩ比が３０
０〜６００で行われる。そして、ｐ型ウインドウ層１０
は、成長速度を０．３〜１．０ｎｍ／ｓから１ｎｍ／ｓ
へ、またＶ／ＩＩＩ比が３００〜６００から１００に徐
々に変化させて行われる。
ＯＶＰＥ法により、ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型バッフ
ァ層１２からｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５まで
は、成長温度が７００度、成長圧力が５０Ｔｏｒｒ、成
長速度が０．３〜１．０ｎｍ／ｓ、Ｖ／ＩＩＩ比が３０
０〜６００で行われる。そして、ｐ型ウインドウ層１０
は、成長速度を０．３〜１．０ｎｍ／ｓから１ｎｍ／ｓ
へ、またＶ／ＩＩＩ比が３００〜６００から１００に徐
々に変化させて行われる。
【００２１】更に、このエピタキシャルウェハから発光
素子（発光ダイオード）を製造するに際しては、チップ
下面全体に、金ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞ
れ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着してｎ型
電極を形成し、チップ上面に、金亜鉛、ニッケル、金
を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に
蒸着して円形のｐ型電極を形成する。
素子（発光ダイオード）を製造するに際しては、チップ
下面全体に、金ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞ
れ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着してｎ型
電極を形成し、チップ上面に、金亜鉛、ニッケル、金
を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に
蒸着して円形のｐ型電極を形成する。
【００２２】次に、作用を説明する。
【００２３】ｐ型ウインドウ層１０の組成を、ｐ型クラ
ッド層１５と同じ材料系で、単層中で連続的に徐々に変
化するように形成することにより、ｐ型クラッド層１５
とｐ型ウインドウ層１０との間にヘテロ界面がなくな
り、格子不整合がなくなる。これにより、ｐ型クラッド
層１５と電流拡散層（ウインドウ層１０）でのバンド不
連続によるエネルギー障壁がなくなるので、動作電圧が
低い発光ダイオードを再現良く得られるようになる。
ッド層１５と同じ材料系で、単層中で連続的に徐々に変
化するように形成することにより、ｐ型クラッド層１５
とｐ型ウインドウ層１０との間にヘテロ界面がなくな
り、格子不整合がなくなる。これにより、ｐ型クラッド
層１５と電流拡散層（ウインドウ層１０）でのバンド不
連続によるエネルギー障壁がなくなるので、動作電圧が
低い発光ダイオードを再現良く得られるようになる。
【００２４】更に、界面及び結晶欠陥の発生を大巾に抑
えることができるので、ウェハ面内バラツキ及びロット
間バラツキがなくなり、素子特性の均一性、及び再現性
を大幅に向上し、高信頼性の発光ダイオードを得ること
ができる。
えることができるので、ウェハ面内バラツキ及びロット
間バラツキがなくなり、素子特性の均一性、及び再現性
を大幅に向上し、高信頼性の発光ダイオードを得ること
ができる。
【００２５】また、ｐ型ウインドウ層１０を、単層中で
連続的に徐々に組成を変化させる層の最初の１０ｎｍ
を、２×１０17ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下とする
ことにより、従来格子不整合による亜鉛の拡散度合いの
差によって起きていた動作電圧及び発光出力のバラツキ
を非常に少なくすることができる。
連続的に徐々に組成を変化させる層の最初の１０ｎｍ
を、２×１０17ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下とする
ことにより、従来格子不整合による亜鉛の拡散度合いの
差によって起きていた動作電圧及び発光出力のバラツキ
を非常に少なくすることができる。
【００２６】尚、２×１０17ｃｍ-3よりも低いと、抵抗
率が高くなって発光素子の動作電圧が高くなりすぎ、５
×１０18ｃｍ-3より高いと、結晶性が悪化して発光素子
の出力が低下してしまい、いずれも実用的な発光素子が
得られなくなってしまう。
率が高くなって発光素子の動作電圧が高くなりすぎ、５
×１０18ｃｍ-3より高いと、結晶性が悪化して発光素子
の出力が低下してしまい、いずれも実用的な発光素子が
得られなくなってしまう。
【００２７】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。
る。
【００２８】図２に本発明の他の実施の形態を示すエピ
タキシャルウェハを示す。
タキシャルウェハを示す。
【００２９】図２に示すように、このエピタキシャルウ
ェハは、ｐ型ウインドウ層２０がｐ型クラッド層側から
順に、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.6 Ｉｎ0.4 Ｐ層２
６、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.7 Ｉｎ0.3 Ｐ層２７、
ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.8Ｉｎ0.2 Ｐ層２８、ｐ型
（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.9 Ｉｎ0.1 Ｐ層２９、及びｐ型
ＧａＰ層３０と階段状に順次積層されて構成されてお
り、すなわち、その積層する段数が３段以上に形成した
ものである。
ェハは、ｐ型ウインドウ層２０がｐ型クラッド層側から
順に、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.6 Ｉｎ0.4 Ｐ層２
６、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.7 Ｉｎ0.3 Ｐ層２７、
ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.8Ｉｎ0.2 Ｐ層２８、ｐ型
（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.9 Ｉｎ0.1 Ｐ層２９、及びｐ型
ＧａＰ層３０と階段状に順次積層されて構成されてお
り、すなわち、その積層する段数が３段以上に形成した
ものである。
【００３０】このエピタキシャルウェハは、基板２１上
に、バッファ層２２、ｎ型クラッド層２３、活性層２
４、及びｐ型クラッド層２５を成長させた後に、格子不
整合があまり大きくならない程度でかつｐ型クラッド層
よりもＩｎ組成が低いＡｌＧａＩｎＰ層２６をウインド
ウ層として成長し、更にその上に格子不整合が余り大き
くならない程度のＩｎ組成が低いＡｌＧａＩｎＰ層２
７，２８，２９を、３段階以上順次積層させ、最後にＧ
ａＰ層３０を成長して、ウインドウ層２０が形成されて
いる。
に、バッファ層２２、ｎ型クラッド層２３、活性層２
４、及びｐ型クラッド層２５を成長させた後に、格子不
整合があまり大きくならない程度でかつｐ型クラッド層
よりもＩｎ組成が低いＡｌＧａＩｎＰ層２６をウインド
ウ層として成長し、更にその上に格子不整合が余り大き
くならない程度のＩｎ組成が低いＡｌＧａＩｎＰ層２
７，２８，２９を、３段階以上順次積層させ、最後にＧ
ａＰ層３０を成長して、ウインドウ層２０が形成されて
いる。
【００３１】すなわち、階段状に順次積層するｐ型ウイ
ンドウ層２０が、２段以上では格子不整合を十分に緩和
できず、界面及び結晶欠陥の発生を十分に抑制できず、
発光出力が低下してしまうが、この実施の形態のよう
に、ｐ型ウインドウ層２０を同じ材料系で３段以上の階
段状に順次積層することにより、上述した本実施の形態
と同様に、格子不整合が非常に小さい状態にできる。
ンドウ層２０が、２段以上では格子不整合を十分に緩和
できず、界面及び結晶欠陥の発生を十分に抑制できず、
発光出力が低下してしまうが、この実施の形態のよう
に、ｐ型ウインドウ層２０を同じ材料系で３段以上の階
段状に順次積層することにより、上述した本実施の形態
と同様に、格子不整合が非常に小さい状態にできる。
【００３２】次に、本発明と従来技術の発光特性を比較
する。
する。
【００３３】まず、実施例として、図１に示した構造の
エピタキシャルウェハを加工し、また比較例として図３
に示した構造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。
エピタキシャルウェハを加工し、また比較例として図３
に示した構造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。
【００３４】それぞれのチップの大きさは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。
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。
【００３５】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、ｐ型電極は、金亜鉛、ニッケル、金を、それぞ
れ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に蒸着した。
このチップをステム組し、両発光ダイオードの発光特性
を調べた。
金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に
蒸着し、ｐ型電極は、金亜鉛、ニッケル、金を、それぞ
れ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に蒸着した。
このチップをステム組し、両発光ダイオードの発光特性
を調べた。
【００３６】その結果、実施例は発光出力が１．６ｍ
Ｗ、順方向動作電圧（２０ｍＡ通電時）は、１．８２Ｖ
が得られたのに対し、従来例は発光出力が０．６ｍＷ、
順方向動作電圧（２０ｍＡ通電時）は、２．４Ｖであっ
た。
Ｗ、順方向動作電圧（２０ｍＡ通電時）は、１．８２Ｖ
が得られたのに対し、従来例は発光出力が０．６ｍＷ、
順方向動作電圧（２０ｍＡ通電時）は、２．４Ｖであっ
た。
【００３７】このことから、本発明は、比較例よりも発
光出力を２．６倍以上に向上でき、動作電圧を約３／４
に低下できることが分かる。
光出力を２．６倍以上に向上でき、動作電圧を約３／４
に低下できることが分かる。
【００３８】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、簡易な構
造で、従来に比べて発光出力が高く、動作電圧が低い発
光ダイオードを得ることができる。
造で、従来に比べて発光出力が高く、動作電圧が低い発
光ダイオードを得ることができる。
【００３９】また、ｐ型クラッド層と電流拡散層でのバ
ンド不連続によるエネルギー障壁をなくして傾斜状にし
たことで、動作電圧が低い発光ダイオードを再現良く得
られるようになる。
ンド不連続によるエネルギー障壁をなくして傾斜状にし
たことで、動作電圧が低い発光ダイオードを再現良く得
られるようになる。
【００４０】更に、結晶欠陥及び界面欠陥が非常に低減
できることから、高信頼性の発光ダイオードを得ること
ができる。
できることから、高信頼性の発光ダイオードを得ること
ができる。
【００４１】また、格子不整合による亜鉛の拡散度合い
の差によって起きていた動作電圧及び発光出力のバラツ
キを非常に少なくすることができる。このため、ウェハ
面内バラツキ及びロット間バラツキをなくし、素子特性
の均一性、及び再現性を大幅に向上できる。
の差によって起きていた動作電圧及び発光出力のバラツ
キを非常に少なくすることができる。このため、ウェハ
面内バラツキ及びロット間バラツキをなくし、素子特性
の均一性、及び再現性を大幅に向上できる。
【図１】本発明の一実施の形態を示すＡｌＧａＩｎＰ系
赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面図である。
赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示すＡｌＧａＩｎＰ
系赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面図である。
系赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面図である。
【図３】従来のＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ用エピタキ
シャルウェハの断面図である。
シャルウェハの断面図である。
１０ ｐ型ウインドウ層 １１ 基板 １３ ｎ型クラッド層 １４ 活性層 １５ ｐ型クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── 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 AA03 AA40 CA12 CA34 CA37 CA60 5F045 AA04 AB10 AB11 AB18 AC07 BB12 BB16 CA09 CA10 CB01 CB02 DA51 DA52 DA53 DA54 DA57 DA58 DA62 DA63 DA64 5F073 AA89 CA14 CB02 DA05 EA24 EA29
Claims (4)
- 【請求項１】 ｎ型導電性を有する基板と、該基板上に
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、該ｐ型クラッド層と同じ組成
のＡｌＧａＩｎＰからＧａＰへと徐々に組成が変化され
てなるｐ型ウインドウ層とを順次積層したことを特徴と
するＡｌＧａＩｎＰ系発光素子。 - 【請求項２】 上記ｐ型ウインドウ層のうち、ｐ型クラ
ッド層に隣接する少なくとも１０ｎｍの領域のキャリア
濃度が、２×１０17ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下で
ある請求項１記載のＡｌＧａＩｎＰ系発光素子。 - 【請求項３】 ｎ型導電性を有する基板と、該基板上に
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、該ｐ型クラッド層と同じ組成
のＡｌＧａＩｎＰからＧａＰへと徐々に組成が変化され
てなるｐ型ウインドウ層とを順次積層したことを特徴と
する発光素子用エピタキシャルウェハ。 - 【請求項４】 上記ｐ型ウインドウ層のうち、ｐ型クラ
ッド層に隣接する少なくとも１０ｎｍの領域のキャリア
濃度が、２×１０17ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下で
ある請求項３記載の発光素子用エピタキシャルウェハ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18635699A JP2001015805A (ja) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18635699A JP2001015805A (ja) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | 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 |
|---|---|
| JP2001015805A true JP2001015805A (ja) | 2001-01-19 |
Family
ID=16186943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18635699A Pending JP2001015805A (ja) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | 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) | JP2001015805A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010004454A1 (en) | 2008-06-16 | 2010-01-14 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | Semiconductor light emitting device including graded region |
| KR20150128012A (ko) * | 2014-05-08 | 2015-11-18 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 |
| CN111052416A (zh) * | 2019-03-25 | 2020-04-21 | 泉州三安半导体科技有限公司 | 一种半导体发光元件 |
| WO2021013740A1 (de) * | 2019-07-24 | 2021-01-28 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronischer halbleiterchip |
| CN114447165A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-05-06 | 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 | Led外延结构及其制备方法 |
-
1999
- 1999-06-30 JP JP18635699A patent/JP2001015805A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105355746A (zh) * | 2008-06-16 | 2016-02-24 | 飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司 | 包括递变区域的半导体发光器件 |
| CN102067342A (zh) * | 2008-06-16 | 2011-05-18 | 飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司 | 包括递变区域的半导体发光器件 |
| JP2011524632A (ja) * | 2008-06-16 | 2011-09-01 | フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー | 傾斜領域を含む半導体発光デバイス |
| US8507929B2 (en) | 2008-06-16 | 2013-08-13 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Semiconductor light emitting device including graded region |
| TWI487135B (zh) * | 2008-06-16 | 2015-06-01 | Philips Lumileds Lighting Co | 具有級化區域的半導體發光裝置 |
| WO2010004454A1 (en) | 2008-06-16 | 2010-01-14 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | Semiconductor light emitting device including graded region |
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| CN114447165B (zh) * | 2022-01-27 | 2023-09-15 | 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 | Led外延结构及其制备方法 |
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