JP2001320083A - AlGaInP LIGHT EMITTING ELEMENT AND EPITAXIAL WAFER THEREFOR - Google Patents

AlGaInP LIGHT EMITTING ELEMENT AND EPITAXIAL WAFER THEREFOR

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JP2001320083A
JP2001320083A JP2000142245A JP2000142245A JP2001320083A JP 2001320083 A JP2001320083 A JP 2001320083A JP 2000142245 A JP2000142245 A JP 2000142245A JP 2000142245 A JP2000142245 A JP 2000142245A JP 2001320083 A JP2001320083 A JP 2001320083A
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JP
Japan
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layer
type
diffusion
light emitting
algainp
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Oshima
祐一 大島
Masatomo Shibata
真佐知 柴田
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable AlGaInP light emitting element having a high emission output, and an epitaxial wafer for light emitting element. SOLUTION: In an A1GaInP material, the degree of diffusion of dopant decreases as the Al composition increases, the dopant is trapped more at an interface as the degree of lattice mismatch increases on the interface, and diffusion from a layer having a larger lattice constant to a layer having a small lattice constant is retarded. Diffusion of dopant from the current diffusion layer 16 side into an active layer 14 can be prevented by inserting a diffusion stop layer 17 of multilayer structure having a high Al composition and different lattice constants between adjacent layers, between the active layer 14 and the p-type current diffusion layer 16. More specifically, effective current diffusion, reduction in working voltage and high optical output can be realized because the dopant is not diffused into the active layer 14 even if the current diffusion layer 16 or a p-type clad layer 15 has a high carrier density.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an AlGaInP-based light emitting device and an epitaxial wafer for the light emitting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、AlGaInP系エピタキシャル
ウェハを用いた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。この発光ダイオードの主な
用途は、交通用信号、自動車のブレーキランプ、フォグ
ランプ等である。
2. Description of the Related Art Recently, demand for high-brightness red and yellow light-emitting diodes using an AlGaInP-based epitaxial wafer has been greatly increased. The main application of the light emitting diode is as a traffic signal, an automobile brake lamp, a fog lamp and the like.

【0003】図3はAlGaInP系発光素子用のエピ
タキシャルウェハの従来例を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a conventional example of an epitaxial wafer for an AlGaInP-based light emitting device.

【0004】このエピタキシャルウェハ1は、n型導電
性(n型)のGaAs基板2上に、有機金属気相成長方
法(MOVPE法)によって、n型GaAsからなるバ
ッファ層3、Se(またはSi)をドープしたAlGa
InPからなるn型クラッド層4、アンドープAlGa
InPからなる活性層5、ZnをドープしたAlGaI
nPからなるp型導電性(p型)のクラッド層6及びZ
nをドープしたGaPからなるp型電流拡散層(または
ウィンドウ層)7を順次積層した、発光波長590nm
のAlGaInP系発光素子用のエピタキシャルウェハ
である。
[0004] The epitaxial wafer 1 is provided on an n-type conductive (n-type) GaAs substrate 2 by a metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method, a buffer layer 3 made of n-type GaAs, and Se (or Si). Doped AlGa
N-type cladding layer 4 made of InP, undoped AlGa
Active layer 5 made of InP, Zn-doped AlGaI
n-type p-type (p-type) cladding layer 6 and Z
An emission wavelength of 590 nm, in which a p-type current diffusion layer (or window layer) 7 made of n-doped GaP is sequentially laminated.
Is an epitaxial wafer for an AlGaInP-based light emitting device.

【0005】尚、AlGaInP系発光素子はこのエピ
タキシャルウェハ1をダイシングしたチップのn型のG
aAs基板2の下面全面及びp型電流拡散層7の上に部
分的に電極を形成したものである(図示せず。)。
Incidentally, the AlGaInP-based light emitting device is an n-type G
An electrode is partially formed on the entire lower surface of the aAs substrate 2 and on the p-type current diffusion layer 7 (not shown).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来例では、p型電流拡散層7のp型ドーパントとして用
いられているZnがヘテロ界面や隣接層に異常拡散する
ことがある。p型電流拡散層7は図にはない電極からの
電流をチップの面方向(図では横方向)へ拡散させるた
め、高いp型キャリア濃度(約5×1018cm-3以上)
が必要となるため、高濃度のZnがドーピングされてい
る。また、p型電流拡散層7は、前述した電流の異常拡
散を改善するため、5μm以上の厚膜成長させるため、
成長時間が長い。さらに、AlGaInP系発光素子用
の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に650℃以上の高温で成長させ
る。
Incidentally, in the above-mentioned conventional example, Zn used as a p-type dopant of the p-type current diffusion layer 7 may abnormally diffuse to a hetero interface or an adjacent layer. The p-type current diffusion layer 7 has a high p-type carrier concentration (about 5 × 10 18 cm −3 or more) in order to diffuse a current from an electrode not shown in the figure in the plane direction of the chip (lateral direction in the figure).
Is required, so that a high concentration of Zn is doped. The p-type current diffusion layer 7 has a thickness of 5 μm or more in order to improve the abnormal current diffusion described above.
Long growth time. Further, an epitaxial wafer for an AlGaInP-based light emitting device is generally grown at a high temperature of 650 ° C. or higher in order to reduce the concentration of oxygen serving as an impurity.

【0007】これら3つのことが原因になってエピタキ
シャルウェハ中では成長中に受ける熱をドラビングフォ
ースとした、Znの拡散が起こりやすい。Znは、高濃
度にドープされたp型電流拡散層7から発光領域である
n型クラッド層4、活性層5へと拡散し、このZnの拡
散が起こると、拡散したZnが非発光再結合中心を形成
し、発光ダイオードの発光出力を低下させることが知ら
れている。Zn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という問題があった。
[0007] Due to these three factors, diffusion of Zn easily occurs in the epitaxial wafer as a driving force by the heat received during growth. Zn diffuses from the heavily doped p-type current diffusion layer 7 to the n-type cladding layer 4 and the active layer 5 which are light emitting regions. When the Zn diffusion occurs, the diffused Zn is non-radiatively recombined. It is known to form a center and reduce the light output of a light emitting diode. The effect of Zn on the non-radiative recombination center becomes more remarkable by continuous energization, and there is a problem that the reliability of the light emitting diode is remarkably deteriorated.

【0008】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、発光出力が高く、信頼性の高い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。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a highly reliable AlGaInP-based light emitting device and an epitaxial wafer for a light emitting device, which have high emission output.

【0009】[0009]

【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、電極と、電極
の上に形成されたn型導電性のGaAs基板と、GaA
s基板上に形成され、n型AlGaInP系材料からな
るn型クラッド層と、n型クラッド層の上に形成され、
n型クラッド層よりバンドギャップが小さくAlGaI
nP系材料からなる活性層と、活性層の上に形成され、
活性層よりバンドギャップエネルギーが大きくp型Al
GaInP系材料からなるp型クラッド層と、p型クラ
ッド層の上に形成されたp型電流拡散層と、p型電流拡
散層の上に部分的に形成された電極とを備えたAlGa
InP系発光素子において、p型電流拡散層と活性層と
の間に活性層よりもバンドギャップが大きく、かつ組成
の異なる2種類以上の半導体材料からなる多層構造の拡
散ストップ層が挿入されているものである。
In order to achieve the above object, an AlGaInP-based light emitting device according to the present invention comprises an electrode, an n-type conductive GaAs substrate formed on the electrode, and a GaAs substrate.
an n-type clad layer formed on an s substrate and made of an n-type AlGaInP-based material, and formed on the n-type clad layer;
Band gap smaller than n-type cladding layer AlGaI
an active layer made of an nP-based material, and an active layer formed on the active layer;
Higher band gap energy than active layer, p-type Al
AlGa including a p-type cladding layer made of a GaInP-based material, a p-type current diffusion layer formed on the p-type cladding layer, and an electrode partially formed on the p-type current diffusion layer
In the InP-based light emitting device, a diffusion stop layer having a multilayer structure having a band gap larger than that of the active layer and made of two or more kinds of semiconductor materials having different compositions is inserted between the p-type current diffusion layer and the active layer. Things.

【0010】上記構成に加え本発明のAlGaInP系
発光素子の拡散ストップ層のキャリア濃度は2×1017
cm-3以上2×1019cm-3以下であるのが好ましい。
In addition to the above constitution, the carrier concentration of the diffusion stop layer of the AlGaInP-based light emitting device of the present invention is 2 × 10 17
It is preferably at least cm −3 and at most 2 × 10 19 cm −3 .

【0011】上記構成に加え本発明のAlGaInP系
発光素子の拡散ストップ層はAlGaInP系の材料か
らなるのが好ましい。
In addition to the above structure, the diffusion stop layer of the AlGaInP-based light emitting device of the present invention is preferably made of an AlGaInP-based material.

【0012】上記構成に加え本発明のAlGaInP系
発光素子の拡散ストップ層の各層のAl組成比が活性層
及びp型クラッド層よりも大きいのが好ましい。
In addition to the above constitution, it is preferable that the Al composition ratio of each layer of the diffusion stop layer of the AlGaInP-based light emitting device of the present invention is larger than that of the active layer and the p-type cladding layer.

【0013】上記構成に加え本発明のAlGaInP系
発光素子の拡散ストップ層の各層の格子定数が隣接する
層間で異なるのが好ましい。
In addition to the above structure, it is preferable that the lattice constant of each layer of the diffusion stop layer of the AlGaInP-based light emitting device of the present invention differs between adjacent layers.

【0014】本発明の発光素子用エピタキシャルウェハ
は、n型導電性のGaAs基板と、GaAs基板上に形
成されn型AlGaInP系材料からなるn型クラッド
層と、n型クラッド層の上に形成され、n型クラッド層
よりバンドギャップが小さくAlGaInP系材料から
なる活性層と、活性層の上に形成され、活性層よりバン
ドギャップエネルギーが大きくp型AlGaInP系材
料からなるp型クラッド層と、p型クラッド層の上に形
成されたp型電流拡散層とを備えた発光素子用エピタキ
シャルウェハにおいて、p型電流拡散層と活性層との間
に活性層よりもバンドギャップが大きく、かつ組成の異
なる2種類以上の半導体材料からなる多層構造の拡散ス
トップ層が挿入されているものである。
An epitaxial wafer for a light emitting device of the present invention is formed on an n-type conductive GaAs substrate, an n-type cladding layer formed on the GaAs substrate and made of an n-type AlGaInP-based material, and formed on the n-type cladding layer. An active layer made of an AlGaInP-based material having a smaller band gap than the n-type clad layer, a p-type clad layer formed on the active layer and having a larger band gap energy than the active layer and made of a p-type AlGaInP-based material, In an epitaxial wafer for a light emitting device having a p-type current diffusion layer formed on a cladding layer, a band gap between the p-type current diffusion layer and the active layer is larger than that of the active layer and the composition is different. In this case, a diffusion stop layer having a multi-layer structure composed of more than two kinds of semiconductor materials is inserted.

【0015】上記構成に加え本発明の発光素子用エピタ
キシャルウェハの拡散ストップ層のキャリア濃度は2×
1017cm-3以上2×1019cm-3以下であるのが好ま
しい。
In addition to the above constitution, the carrier concentration of the diffusion stop layer of the epitaxial wafer for a light emitting device of the present invention is 2 ×.
It is preferably 10 17 cm −3 or more and 2 × 10 19 cm −3 or less.

【0016】上記構成に加え本発明の発光素子用エピタ
キシャルウェハの拡散ストップ層はAlGaInP系の
材料からなるのが好ましい。
In addition to the above constitution, the diffusion stop layer of the epitaxial wafer for a light emitting device of the present invention is preferably made of an AlGaInP-based material.

【0017】上記構成に加え本発明の発光素子用エピタ
キシャルウェハは拡散ストップ層の各層のAl組成比が
活性層及びp型クラッド層よりも大きいのが好ましい。
In addition to the above structure, in the epitaxial wafer for a light emitting device of the present invention, it is preferable that the Al composition ratio of each layer of the diffusion stop layer is larger than that of the active layer and the p-type clad layer.

【0018】上記構成に加え本発明の発光素子用エピタ
キシャルウェハは拡散ストップ層の各層の格子定数が隣
接する層間で異なるのが好ましい。
In addition to the above structure, in the epitaxial wafer for a light emitting device of the present invention, it is preferable that the lattice constant of each layer of the diffusion stop layer is different between adjacent layers.

【0019】本発明者らは種々の検討の結果、AlGa
InP系材料においてはAl組成が大きいほどドーパン
ト(例えばZn)の拡散の度合いが小さくなること、ま
た、界層面における格子不整合度が大きいほどドーパン
トは界面にトラップされやすいこと、そして格子定数の
大きい層から小さい層へは拡散は起こりにくいことを発
見した。
The present inventors have made various studies and found that AlGa
In an InP-based material, the higher the Al composition, the lower the degree of diffusion of the dopant (for example, Zn). The higher the degree of lattice mismatch on the boundary layer surface, the more the dopant is easily trapped at the interface, and the higher the lattice constant. They found that diffusion from layer to layer was less likely.

【0020】したがってAl組成が大きく、かつ隣接す
る層間の格子定数が異なる多層構造の拡散ストップ層を
電流拡散層と活性層との間に挿入すれば電流拡散層側か
ら活性層内へのドーパントの拡散を防止することができ
る。
Therefore, if a multi-layered diffusion stop layer having a large Al composition and a different lattice constant between adjacent layers is inserted between the current diffusion layer and the active layer, dopants from the current diffusion layer side into the active layer can be obtained. Diffusion can be prevented.

【0021】すなわち、電流拡散層やp型クラッド層を
高キャリア濃度にしてもドーパントが活性層に拡散しな
いため、効果的な電流拡散と、動作電圧の低減と、高光
出力化が実現できる。
That is, even if the current diffusion layer or the p-type clad layer has a high carrier concentration, the dopant does not diffuse into the active layer, so that effective current diffusion, a reduction in operating voltage, and a high light output can be realized.

【0022】[0022]

【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。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0023】図1は本発明のAlGaInP系発光素子
用のエピタキシャルウェハの一実施の形態を示す断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an epitaxial wafer for an AlGaInP-based light emitting device of the present invention.

【0024】本エピタキシャルウェハ10は、n型のG
aAs基板11と、GaAs基板11上に形成され、n
型GaAsからなるバッファ層12と、バッファ層12
の上に形成され、n型AlGaInP系材料からなるn
型クラッド層13と、n型クラッド層13の上に形成さ
れ、n型クラッド層13よりバンドギャップが小さくA
lGaInP系材料からなる活性層14と、活性層14
の上に形成され、活性層14よりバンドギャップエネル
ギーが大きくp型のAlGaInP系材料からなるp型
クラッド層15と、p型クラッド層15の上に形成され
たp型電流拡散層16とを備え、活性層14とp型電流
拡散層16との間に活性層14よりもバンドギャップが
大きく、かつ組成の異なる2種類以上の半導体材料から
なる多層構造(図では6層であるが限定されない。)の
拡散ストップ層17が挿入されたものである。
The epitaxial wafer 10 has an n-type G
formed on an aAs substrate 11 and a GaAs substrate 11;
Buffer layer 12 of type GaAs, and buffer layer 12
Formed of n-type AlGaInP-based material
Formed on the n-type cladding layer 13 and the n-type cladding layer 13 and having a smaller band gap than the n-type cladding layer 13.
an active layer 14 made of lGaInP-based material;
A p-type cladding layer 15 formed of a p-type AlGaInP-based material having a larger bandgap energy than the active layer 14 and a p-type current diffusion layer 16 formed on the p-type cladding layer 15. A multi-layer structure between the active layer 14 and the p-type current diffusion layer 16 having a band gap larger than that of the active layer 14 and composed of two or more types of semiconductor materials having different compositions (the number is not limited to six in the figure). ) Is the one into which the diffusion stop layer 17 is inserted.

【0025】尚、AlGaInP系発光素子は、このエ
ピタキシャルウェハ10をダイシングしたチップのn型
GaAs基板の下面全面及びp型GaP電流拡散層の上
に部分的に電極を形成したものである(図示せず。)。
The AlGaInP-based light-emitting device has a structure in which electrodes are partially formed on the entire lower surface of the n-type GaAs substrate and on the p-type GaP current diffusion layer of a chip obtained by dicing the epitaxial wafer 10 (see FIG. 1). Zu.).

【0026】拡散ストップ層17は、そのキャリア濃度
は2×1017cm-3以上2×1019cm-3以下であるの
が好ましく、その材料はAlGaInP系の材料からな
るのが好ましい。拡散ストップ層17の各層17a、1
7b、17c、17d、17e、17fのAl組成比は
活性層14及びp型クラッド層15よりも大きいのが好
ましく、拡散ストップ層17の各層17a〜17fの格
子定数は隣接する層間で異なるのが好ましい。
The diffusion stop layer 17 preferably has a carrier concentration of 2 × 10 17 cm −3 or more and 2 × 10 19 cm −3 or less, and is preferably made of an AlGaInP-based material. Each layer 17a of the diffusion stop layer 17, 1
The Al composition ratio of 7b, 17c, 17d, 17e, and 17f is preferably larger than that of the active layer 14 and the p-type cladding layer 15, and the lattice constant of each layer 17a to 17f of the diffusion stop layer 17 is different between adjacent layers. preferable.

【0027】(最適条件について)拡散ストップ層17
のキャリア濃度が2×1017cm-3よりも低いと、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、拡
散ストップ層17のキャリア濃度が2×1019cm-3
りも高いと、結晶性が劣化して素子の発光出力が低下し
て、実用的な発光素子が得られなくなるためである。
(Optimal conditions) Diffusion stop layer 17
If the carrier concentration of is less than 2 × 10 17 cm −3 , the resistivity increases and the driving voltage of the light emitting element becomes too high, and the carrier concentration of the diffusion stop layer 17 is higher than 2 × 10 19 cm −3. This is because the crystallinity is deteriorated and the light emission output of the element is reduced, so that a practical light-emitting element cannot be obtained.

【0028】拡散ストップ層17の材料としてAlGa
InP系を選択するのは、活性層14やクラッド層1
3、15と同じ系の材料とすることで、不要な不純物の
混入を防止するためであり、例えばAs系の材料を用い
たときに生じるAsの拡散によるAlGaInPからな
るn型クラッド層13、活性層14及びp型クラッド1
5の中のAsとPとの置換反応等の素子の劣化を招く要
因を排除するためである。
AlGa as a material of the diffusion stop layer 17
The InP type is selected because the active layer 14 and the clad layer 1 are selected.
The use of a material of the same system as that of 3 or 15 is to prevent mixing of unnecessary impurities. For example, the n-type cladding layer 13 made of AlGaInP due to the diffusion of As generated when an As-based material is used. Layer 14 and p-type cladding 1
This is to eliminate factors that cause deterioration of the device, such as a substitution reaction between As and P in No. 5.

【0029】拡散ストップ層17を構成する各層17a
〜17fの格子定数は互いの格子定数が大きいほど、ま
た、p型クラッド層15に比べて大きいほどZnの拡散
を防止する効果が上がるが、格子定数の差が大きくなり
過ぎると、拡散ストップ層17に欠陥が発生し、発光素
子の性能を低下させる結果となる。したがって、拡散ス
トップ層17を構成する各層17a〜17fの格子定数
は最適範囲が存在するが、この範囲は拡散ストップ層1
7を挿入する層あるいは下地となるp型クラッド層15
の材質、組成及びエピタキシャル成長条件によって変わ
るため数値限定をすることができない。
Each layer 17a constituting the diffusion stop layer 17
The effect of preventing the diffusion of Zn increases as the lattice constants of .about.17f are larger than each other and as compared with the p-type cladding layer 15, but if the difference in the lattice constants becomes too large, the diffusion stop layer Defects occur in the light emitting element 17, resulting in a decrease in the performance of the light emitting element. Therefore, the lattice constant of each of the layers 17a to 17f constituting the diffusion stop layer 17 has an optimum range.
7-inserting layer or p-type cladding layer 15 serving as a base
The value cannot be limited because it changes depending on the material, composition and epitaxial growth conditions.

【0030】以上において本発明によれば、発光出力が
高く、信頼性の高い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することがで
きる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an AlGaInP-based light-emitting device and an epitaxial wafer for a light-emitting device having high light emission output and high reliability.

【0031】[0031]

【実施例】次に具体的な数値を挙げて説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。
Next, the present invention will be described with reference to specific numerical values, but the present invention is not limited thereto.

【0032】(実施例)図1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
ェハを作製する。
(Embodiment) Emission wavelength of the structure shown in FIG.
A red light emitting diode epitaxial wafer having a thickness of about 20 nm is manufactured.

【0033】n型のGaAs基板11上にMOVPE法
でGaAs(Seドープ:1×1018cm-3)からなる
n型バッファ層12、(Al0.7 Ga0.3 0.5 In
0.5 P(Seドープ:1×1018cm-3)からなるn型
クラッド層13、アンドープ(Al0.15Ga0.850.5
In0.5 Pからなる活性層14及び(Al0.7
0.3 0.5 In0.5 P(Znドープ:5×1017cm
-3)からなるp型クラッド層15を成長させ、このp型
クラッド層15の上に、(Al0.8 Ga0.2 0.51In
0.49P層17a及び(Al0.8 Ga0.2 0.5 In0.5
P層17bのペア、(Al0.8 Ga0.2 0.51In0.49
P層17c及び(Al0.8 Ga0.2 0.5 In0.5 P層
17dのペア、(Al0.8 Ga0.2 0.51In0.49P層
17e及び(Al0.8 Ga0.2 0.5 In0.5 P層17
fのペア3層からなる拡散ストップ層(Znドープ:5
×1017cm-3)17を形成し、拡散ストップ層17の
上にGaP(Znドープ:1×1018cm-3)からなる
厚さ10μmのp型電流拡散層16をMOVPE法で成
長させる。
An n-type buffer layer 12 made of GaAs (Se doping: 1 × 10 18 cm −3 ) and (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In are formed on an n-type GaAs substrate 11 by MOVPE.
N-type cladding layer 13 made of 0.5 P (Se-doped: 1 × 10 18 cm −3 ), undoped (Al 0.15 Ga 0.85 ) 0.5
The active layer 14 made of In 0.5 P and (Al 0.7 G
a 0.3 ) 0.5 In 0.5 P (Zn doped: 5 × 10 17 cm)
-3 ) is grown, and (Al 0.8 Ga 0.2 ) 0.51 In is deposited on the p-type cladding layer 15.
0.49 P layer 17a and (Al 0.8 Ga 0.2 ) 0.5 In 0.5
P layer 17b pair, (Al 0.8 Ga 0.2 ) 0.51 In 0.49
A pair of the P layer 17c and the (Al 0.8 Ga 0.2 ) 0.5 In 0.5 P layer 17d, the (Al 0.8 Ga 0.2 ) 0.51 In 0.49 P layer 17 e and the (Al 0.8 Ga 0.2 ) 0.5 In 0.5 P layer 17
f, a diffusion stop layer composed of three layers (Zn doped: 5
(× 10 17 cm −3 ) 17 is formed, and a 10 μm thick p-type current diffusion layer 16 made of GaP (Zn-doped: 1 × 10 18 cm −3 ) is grown on the diffusion stop layer 17 by MOVPE. .

【0034】AlGaInPからなるp型クラッド層1
5までのMOVPE成長は、成長温度700℃、成長圧
力6650Pa(50Torr)、各層の成長速度は
0.3〜1.0nm/sec、V/III比は200〜40
0で行う。GaPはV/III比50、成長速度1nm/s
ecで成長させる。p型クラッド層15のZn濃度は5
×1017cm-3、GaP層のZn濃度は1×1018cm
-3である。
A p-type cladding layer 1 made of AlGaInP
MOVPE growth up to 5, a growth temperature of 700 ° C., a growth pressure of 6650 Pa (50 Torr), a growth rate of each layer of 0.3 to 1.0 nm / sec, and a V / III ratio of 200 to 40
Perform at 0. GaP has a V / III ratio of 50 and a growth rate of 1 nm / s.
Grow at ec. The Zn concentration of the p-type cladding layer 15 is 5
× 10 17 cm −3 , the Zn concentration of the GaP layer is 1 × 10 18 cm
It is -3 .

【0035】図2は図1に示したエピタキシャルウェハ
の深さ方向のZnの濃度分布をSIMS(Second
ary Ion Mass Spectorscop
y:二次イオン質量分析)法で測定した結果を示す図で
あり、横軸が深さ軸であり、縦軸がZn濃度軸である。
FIG. 2 is a graph showing the concentration distribution of Zn in the depth direction of the epitaxial wafer shown in FIG.
ary Ion Mass Spectorscop
(y: secondary ion mass spectrometry), showing the results of the measurement, wherein the horizontal axis is the depth axis and the vertical axis is the Zn concentration axis.

【0036】同図より、電流拡散層から拡散してきたZ
nは拡散ストップ層の界面にはほとんどトラップされて
おり、後述する比較例で見られるような活性層にまで達
するZnの異常拡散は見られなかった。
As shown in the figure, Z diffused from the current diffusion layer
n was almost trapped at the interface of the diffusion stop layer, and no abnormal diffusion of Zn reaching the active layer was observed as seen in a comparative example described later.

【0037】さらに、このエピタキシャルウェハ10を
加工して発光ダイオードチップを作製する。チップの大
きさは300μm角で、チップ下面全面に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
形成する(いずれも図示せず。)。n型電極は、金ゲル
マニウム、ニッケル、金をそれぞれ厚さ60nm、10
nm、500nmの順に蒸着し、p型電極は、金亜鉛、
ニッケル、金をそれぞれ厚さ60nm、10nm、10
00nmの順に蒸着する。このようなチップを図示しな
いステムの上に載せ、発光ダイオードの発光特性を調べ
た結果、発光出力は1.6mW、順方向動作電圧(20
mA通電時)は1.8Vであった。
Further, the epitaxial wafer 10 is processed to produce a light emitting diode chip. The size of the chip is 300 μm square, an n-type electrode is formed on the entire lower surface of the chip, and a circular p-type electrode having a diameter of 150 μm is formed on the upper surface of the chip (both are not shown). The n-type electrode is made of gold germanium, nickel, and gold each having a thickness of 60 nm and a thickness of 10 nm.
nm, 500 nm in order, and the p-type electrode is gold zinc,
Nickel and gold are respectively 60 nm, 10 nm and 10 nm thick.
Vapor deposition is performed in the order of 00 nm. When such a chip was mounted on a stem (not shown) and the light emitting characteristics of the light emitting diode were examined, the light emitting output was 1.6 mW and the forward operating voltage (20
(at the time of energizing mA) was 1.8 V.

【0038】(比較例)図3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のエピタキシャル
ウェハを作製する。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する。
(Comparative Example) Emission wavelength 6 of the structure shown in FIG.
An epitaxial wafer for a red light emitting diode of about 20 nm is manufactured. The epitaxial structure and the growth method are basically the same as those of the above-described conventional example.

【0039】図4は図3に示したエピタキシャルウェハ
の深さ方向のZnの濃度分布をSIMS法で測定した結
果を示す図であり、横軸が深さ軸であり、縦軸がZn濃
度軸である。
FIG. 4 is a diagram showing the results of measurement of the Zn concentration distribution in the depth direction of the epitaxial wafer shown in FIG. 3 by the SIMS method. The horizontal axis is the depth axis, and the vertical axis is the Zn concentration axis. It is.

【0040】同図より電流拡散層7のZnがp型AlG
aInPクラッド層6、活性層5の発光領域に大量に拡
散していることが分る。さらに実施例と同様にエピタキ
シャルウェハ1を加工して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、0.6mW、
順方向動作電圧(20mA通電時)は1.9Vであっ
た。
As shown in the figure, Zn of the current diffusion layer 7 is p-type AlG
It can be seen that a large amount is diffused into the light emitting regions of the aInP cladding layer 6 and the active layer 5. Further, as in the example, the epitaxial wafer 1 was processed to produce a light emitting diode chip, and the light emission characteristics were examined. As a result, the light emission output was 0.6 mW,
The forward operating voltage (at the time of applying a current of 20 mA) was 1.9 V.

【0041】以上より本実施例のエピタキシャルウェハ
が比較例のエピタキシャルウェハより優れていることが
分る。
From the above, it can be seen that the epitaxial wafer of this embodiment is superior to the epitaxial wafer of the comparative example.

【0042】ここで、電流拡散層とp型クラッド層との
間に拡散ストップ層を挿入する代りに、p型クラッド層
と活性層との間に拡散ストップ層を挿入してもよい。ま
た、本実施例では拡散ストップ層の数が6層の場合で説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、5
層以下でも7層以上でもよい。
Here, instead of inserting a diffusion stop layer between the current diffusion layer and the p-type cladding layer, a diffusion stop layer may be inserted between the p-type cladding layer and the active layer. In this embodiment, the case where the number of diffusion stop layers is six has been described. However, the present invention is not limited to this.
The number of layers may be less than or equal to seven or more.

【0043】従来、活性層へのp型ドーパントの拡散を
防止するためには例えば拡散係数の小さいMg等のドー
パントを用いたり、拡散を見越して活性層付近へのドー
ピングを少くする等の対策がとられていた。しかし、M
gはメモリー効果やドーピングディレイのために制御性
が悪く、また、高濃度のドーピングを行うと、これらの
対策を施しても活性層へのドーパントの拡散を効果的に
防止することができなかった。結果的にp型クラッド層
や電流拡散層へのドーピング濃度を抑えなければなら
ず、素子特性の向上を妨げていた。
Conventionally, to prevent the diffusion of the p-type dopant into the active layer, measures such as using a dopant such as Mg having a small diffusion coefficient or reducing the doping near the active layer in anticipation of the diffusion are taken. Had been taken. But M
g had poor controllability due to the memory effect and doping delay, and when high-concentration doping was performed, even if these measures were taken, diffusion of the dopant into the active layer could not be effectively prevented. . As a result, the doping concentration in the p-type cladding layer and the current diffusion layer must be suppressed, which hinders improvement in device characteristics.

【0044】本発明を用いればドーパントの拡散を効果
的に抑えらるため、制御性のよいZn等のドーパントを
高濃度にドーピングでき、結果的に従来に比べて発光出
力が高く、信頼性の高い発光ダイオードを得ることがで
きる。
According to the present invention, the diffusion of the dopant is effectively suppressed, so that the dopant such as Zn with good controllability can be doped at a high concentration. As a result, the luminous output is higher than the conventional one, and the reliability is higher. A high light emitting diode can be obtained.

【0045】[0045]

【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。
In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

【0046】発光出力が高く、信頼性の高いAlGaI
nP系発光素子及び発光素子用エピタキシャルウェハの
提供を実現することができる。
AlGaI with high emission output and high reliability
Provision of an nP-based light emitting device and an epitaxial wafer for a light emitting device can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のAlGaInP系発光素子用のエピタ
キシャルウェハの一実施の形態を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an epitaxial wafer for an AlGaInP-based light emitting device of the present invention.

【図2】図1に示したエピタキシャルウェハの深さ方向
のZnの濃度分布をSIMS法で測定した結果を示す図
である。
FIG. 2 is a view showing a result of measuring a Zn concentration distribution in a depth direction of the epitaxial wafer shown in FIG. 1 by a SIMS method.

【図3】AlGaInP系発光素子用のエピタキシャル
ウェハの従来例を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional example of an epitaxial wafer for an AlGaInP-based light emitting device.

【図4】図3に示したエピタキシャルウェハの深さ方向
のZnの濃度分布をSIMS法で測定した結果を示す図
である。
4 is a diagram showing a result of measuring a Zn concentration distribution in a depth direction of the epitaxial wafer shown in FIG. 3 by a SIMS method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 エピタキシャルウェハ 11 GaAs基板 12 バッファ層 13 n型クラッド層 14 活性層 15 p型クラッド層 16 p型電流拡散層 17 拡散ストップ層 REFERENCE SIGNS LIST 10 epitaxial wafer 11 GaAs substrate 12 buffer layer 13 n-type cladding layer 14 active layer 15 p-type cladding layer 16 p-type current diffusion layer 17 diffusion stop layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F041 AA04 AA21 AA43 CA04 CA34 CA35 CA37 CA53 CA57 CA65 CA82 CA85 CA92 FF01 5F045 AA04 AB10 AB18 AD11 AE23 AF04 BB16 CA09 DA53 DA60 HA22  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F041 AA04 AA21 AA43 CA04 CA34 CA35 CA37 CA53 CA57 CA65 CA82 CA85 CA92 FF01 5F045 AA04 AB10 AB18 AD11 AE23 AF04 BB16 CA09 DA53 DA60 HA22

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電極と、該電極の上に形成されたn型導
電性のGaAs基板と、該GaAs基板上に形成され、
n型AlGaInP系材料からなるn型クラッド層と、
該n型クラッド層の上に形成され、該n型クラッド層よ
りバンドギャップが小さくAlGaInP系材料からな
る活性層と、該活性層の上に形成され、該活性層よりバ
ンドギャップエネルギーが大きくp型AlGaInP系
材料からなるp型クラッド層と、該p型クラッド層の上
に形成されたp型電流拡散層と、該p型電流拡散層の上
に部分的に形成された電極とを備えたAlGaInP系
発光素子において、上記p型電流拡散層と上記活性層と
の間に上記活性層よりもバンドギャップが大きく、かつ
組成の異なる2種類以上の半導体材料からなる多層構造
の拡散ストップ層が挿入されていることを特徴とするA
lGaInP系発光素子。
An electrode; an n-type conductive GaAs substrate formed on the electrode; and an n-type conductive GaAs substrate formed on the GaAs substrate.
an n-type cladding layer made of an n-type AlGaInP-based material;
An active layer formed on the n-type cladding layer and having a smaller band gap than the n-type cladding layer and made of an AlGaInP-based material; and a p-type layer formed on the active layer and having a larger band gap energy than the active layer. AlGaInP including a p-type cladding layer made of an AlGaInP-based material, a p-type current diffusion layer formed on the p-type cladding layer, and an electrode partially formed on the p-type current diffusion layer In the system light emitting device, a diffusion stop layer having a multilayer structure having a band gap larger than that of the active layer and made of two or more kinds of semiconductor materials having different compositions is inserted between the p-type current diffusion layer and the active layer. A characterized by having
lGaInP-based light-emitting element.
【請求項2】 上記拡散ストップ層のキャリア濃度は2
×1017cm-3以上2×1019cm-3以下である請求項
1に記載のAlGaInP系発光素子。
2. The carrier concentration of the diffusion stop layer is 2
AlGaInP-based light emitting device according to × 10 17 cm -3 or more 2 × 10 19 cm -3 or less claim 1.
【請求項3】 上記拡散ストップ層はAlGaInP系
の材料からなる請求項1または2に記載のAlGaIn
P系発光素子。
3. The AlGaIn according to claim 1, wherein the diffusion stop layer is made of an AlGaInP-based material.
P-based light emitting element.
【請求項4】 上記拡散ストップ層の各層のAl組成比
が上記活性層及び上記p型クラッド層よりも大きい請求
項1から3のいずれかに記載のAlGaInP系発光素
子。
4. The AlGaInP-based light emitting device according to claim 1, wherein an Al composition ratio of each layer of the diffusion stop layer is larger than that of the active layer and the p-type cladding layer.
【請求項5】 上記拡散ストップ層の各層の格子定数が
隣接する層間で異なる請求項1から4のいずれかに記載
のAlGaInP系発光素子。
5. The AlGaInP-based light emitting device according to claim 1, wherein a lattice constant of each layer of said diffusion stop layer is different between adjacent layers.
【請求項6】 n型導電性のGaAs基板と、該GaA
s基板上に形成されn型AlGaInP系材料からなる
n型クラッド層と、該n型クラッド層の上に形成され、
該n型クラッド層よりバンドギャップが小さくAlGa
InP系材料からなる活性層と、該活性層の上に形成さ
れ、該活性層よりバンドギャップエネルギーが大きくp
型AlGaInP系材料からなるp型クラッド層と、該
p型クラッド層の上に形成されたp型電流拡散層とを備
えた発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、上記p
型電流拡散層と上記活性層との間に上記活性層よりもバ
ンドギャップが大きく、かつ組成の異なる2種類以上の
半導体材料からなる多層構造の拡散ストップ層が挿入さ
れていることを特徴とする発光素子用エピタキシャルウ
ェハ。
6. An n-type conductive GaAs substrate, and said GaAs substrate.
an n-type cladding layer formed on an s substrate and made of an n-type AlGaInP-based material, and formed on the n-type cladding layer;
AlGa having a smaller band gap than the n-type cladding layer
An active layer made of an InP-based material; and a p-gap formed on the active layer and having a larger bandgap energy than the active layer.
In a light emitting device epitaxial wafer comprising a p-type cladding layer made of a p-type AlGaInP-based material and a p-type current diffusion layer formed on the p-type cladding layer,
A diffusion stop layer having a larger band gap than the active layer and having a multilayer structure composed of two or more semiconductor materials having different compositions is inserted between the active current layer and the active current diffusion layer. Epitaxial wafer for light emitting devices.
【請求項7】 上記拡散ストップ層のキャリア濃度は2
×1017cm-3以上2×1019cm-3以下である請求項
6に記載の発光素子用エピタキシャルウェハ。
7. The carrier concentration of the diffusion stop layer is 2
× 10 17 cm -3 or more 2 × 10 19 cm -3 or less at the light-emitting device epitaxial wafer according to claim 6.
【請求項8】 上記拡散ストップ層はAlGaInP系
の材料からなる請求項6または7に記載の発光素子用エ
ピタキシャルウェハ。
8. The light emitting device epitaxial wafer according to claim 6, wherein the diffusion stop layer is made of an AlGaInP-based material.
【請求項9】 上記拡散ストップ層の各層のAl組成比
が上記活性層及び上記p型クラッド層よりも大きい請求
項6から8のいずれかに記載の発光素子用エピタキシャ
ルウェハ。
9. The light-emitting device epitaxial wafer according to claim 6, wherein an Al composition ratio of each layer of the diffusion stop layer is larger than that of the active layer and the p-type clad layer.
【請求項10】 上記拡散ストップ層の各層の格子定数
が隣接する層間で異なる請求項6から9のいずれかに記
載の発光素子用エピタキシャルウェハ。
10. The epitaxial wafer for a light emitting device according to claim 6, wherein a lattice constant of each layer of said diffusion stop layer is different between adjacent layers.
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