JP2006040998A - Semiconductor light emitting device and epitaxial wafer therefor - Google Patents

Semiconductor light emitting device and epitaxial wafer therefor Download PDF

Info

Publication number
JP2006040998A
JP2006040998A JP2004215281A JP2004215281A JP2006040998A JP 2006040998 A JP2006040998 A JP 2006040998A JP 2004215281 A JP2004215281 A JP 2004215281A JP 2004215281 A JP2004215281 A JP 2004215281A JP 2006040998 A JP2006040998 A JP 2006040998A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
layer
semiconductor
light emitting
emitting device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004215281A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Arai
優洋 新井
Taiichiro Konno
泰一郎 今野
Katsuya Akimoto
克弥 秋元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP2004215281A priority Critical patent/JP2006040998A/en
Publication of JP2006040998A publication Critical patent/JP2006040998A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high luminance semiconductor light emitting device by constructing a light reflection layer from first and second light reflection layers in the semiconductor light emitting device containing the light reflection layer to widen a light reflection band compared with the conventional one. <P>SOLUTION: The semiconductor light emitting device comprises at least a conductive semiconductor substrate 1, the light reflection layer (3 and 10) formed on the principal plane of the semiconductor substrate 1, and a light emittier (4, 5, and 6) including an active layer 5 containing a pn junction grown on the light reflection layer. The light reflection layer consists of a first light reflection layer 3 whose central wavelength of reflection spectrum is set to the central wavelength of the emission spectrum emitted from the light emitting portion or shorter; and a second light reflection layer 10 having a different central wavelength of reflection spectrum in a visible wavelength band other than the central wavelength of reflection spectrum of the first light reflection layer. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高い反射率を有する高効率の光反射層を備えた高輝度の半導体発光素子及びその半導体発光素子用エピタキシャルウェハに関する技術である。   The present invention relates to a high-luminance semiconductor light-emitting device including a high-efficiency light reflecting layer having a high reflectance and an epitaxial wafer for the semiconductor light-emitting device.

近年、AlGaInP系発光素子用エピタキシャルウェハを用いて製造する高輝度半導体発光素子、特に、発光ダイオード(LED)の需要が大幅に伸びている。従来の用途は、電光掲示板、民生用家電製品の表示ランプなどであったが、最近の主な用途は、交通用信号、自動車の車載用ランプなどであり、これらは近年のLEDの著しい高輝度化に伴い、その応用範囲が急激に拡大してきた。特に、AlGaInP系半導体は、窒化物を除くIII−V族化合物半導体の中で最大のバンドギャップを有する直接遷移型半導体であり、これを用いて発光素子を作製すると、560nm〜660nmの発光帯域において非常に高い輝度が得られることから、現在でも盛んに研究・開発が行われている。   In recent years, the demand for high-intensity semiconductor light-emitting devices manufactured using an epitaxial wafer for AlGaInP-based light-emitting devices, in particular, light-emitting diodes (LEDs) has been greatly increased. Conventional applications were electric bulletin boards, display lamps for consumer electronics, etc., but recent major applications are traffic signals, automotive lamps, etc., which are extremely bright LEDs in recent years. The application range has expanded rapidly with the development. In particular, an AlGaInP-based semiconductor is a direct transition semiconductor having the largest band gap among III-V group compound semiconductors excluding nitrides. When a light emitting element is manufactured using the semiconductor, an AlGaInP-based semiconductor has a light emission band of 560 nm to 660 nm. Since very high brightness can be obtained, research and development are still underway.

現在のところ、一般に製造販売されている高輝度LEDの内部量子効率は既に各社製とも極めて高い値にあり、これまで以上の高輝度化を求めるには、内部量子効率よりも外部量子効率を向上させることが極めて効果的である。   At present, the internal quantum efficiency of high-brightness LEDs that are generally manufactured and sold is already extremely high for all manufacturers, and in order to achieve higher brightness than ever, external quantum efficiency is improved over internal quantum efficiency. Is extremely effective.

図4に赤色帯のAlGaInP系LEDの典型的な構造を示す。全てのエピタキシャル層は有機金属気相成長法(MOVPE法)によって成長されている。   FIG. 4 shows a typical structure of a red band AlGaInP-based LED. All epitaxial layers are grown by metal organic chemical vapor deposition (MOVPE).

図4におけるLEDでは、n型GaAsから成る半導体基板1の上にn型GaAsから成るバッファ層2が成長され、その上にn型の光反射層3が積層されている。このn型の光反射層3は、活性層5から前記n型GaAsから成る半導体基板1に向かう光を反対方向へ反射する役割を担い、これにより、光がn型GaAsから成る半導体基板1に吸収されること無くLEDの外部量子効率を高めることができる。例えば、前記n型の光反射層3の構成は、n型Al0.4Ga0.6As層及びn型Al0.5In0.5P層を1つのペアとしてこれを多数層積層したものである。ここでn型Al0.4Ga0.6As層及びn型Al0.5In0.5P層の各々の膜厚は、各々の屈折率をn1、n2とすると、発光波長λに対して、λ/(4×n1)、λ/(4×n2)と設計される。 In the LED in FIG. 4, a buffer layer 2 made of n-type GaAs is grown on a semiconductor substrate 1 made of n-type GaAs, and an n-type light reflection layer 3 is laminated thereon. The n-type light reflecting layer 3 plays a role of reflecting light from the active layer 5 toward the semiconductor substrate 1 made of n-type GaAs in the opposite direction, so that the light is reflected on the semiconductor substrate 1 made of n-type GaAs. The external quantum efficiency of the LED can be increased without being absorbed. For example, the n-type light reflecting layer 3 has a configuration in which an n-type Al 0.4 Ga 0.6 As layer and an n-type Al 0.5 In 0.5 P layer are stacked as a pair. Here, the film thicknesses of the n-type Al 0.4 Ga 0.6 As layer and the n-type Al 0.5 In 0.5 P layer are λ / (4 × n1) with respect to the emission wavelength λ, where the refractive indexes are n1 and n2, respectively. ), Λ / (4 × n2).

ここで、特許文献1には、半導体発光素子において、光反射層の一部にGaAs層を用いるLEDにおける赤外発光問題を解決する方策が開示されている。また同時に、光反射層を構成する一対の材料の内、一方を、活性層における発光層側と同一の組成にすることで、活性層から放射される光に励起され発光する光反射層からの放射光の波長を活性層で発光した波長と同一のものとし、総じて発光出力を高めるという方策が開示されている。
特開平10−290026号公報
Here, Patent Document 1 discloses a method for solving an infrared light emission problem in an LED using a GaAs layer as a part of a light reflection layer in a semiconductor light emitting device. At the same time, by making one of the pair of materials constituting the light reflecting layer the same composition as the light emitting layer side of the active layer, the light reflecting layer is excited by the light emitted from the active layer and emits light. A method is disclosed in which the wavelength of the emitted light is the same as the wavelength emitted by the active layer, and the light emission output is generally increased.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-290026

しかしながら、上記特許文献1における構造を用いたとしても、活性層で発光した光の全てを効率良く反射するには至らず、画期的な効果をもたらすことは難しい。   However, even if the structure in Patent Document 1 is used, it does not efficiently reflect all the light emitted from the active layer, and it is difficult to bring about an epoch-making effect.

従って本発明の目的は、光反射層を備えた半導体発光素子において、当該光反射層を第一光反射層と第二光反射層とから構成し、従来よりもその光反射帯域を広く備えることによって高輝度な半導体発光素子を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device having a light reflection layer, the light reflection layer being composed of a first light reflection layer and a second light reflection layer, and having a wider light reflection band than before. Accordingly, it is an object to provide a semiconductor light emitting device with high brightness.

上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。   In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.

請求項1の発明に係る半導体発光素子は、導電性の半導体基板と、該半導体基板の主面上に設けられた光反射層と、該光反射層の上に成長されたpn接合を有する活性層を含む発光部とを少なくとも具備する半導体発光素子において、前記光反射層が、前記発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長に一致するか、若しくはそれよりも短波長に反射スペクトルの中心波長が設定された第一光反射層を備え、且つ前記第一光反射層の有する反射スペクトルの中心波長以外の可視波長域において異なる反射スペクトルの中心波長を有する第二光反射層を備えたことを特徴とする。   The semiconductor light-emitting device according to the first aspect of the present invention includes a conductive semiconductor substrate, a light reflecting layer provided on the main surface of the semiconductor substrate, and an active structure having a pn junction grown on the light reflecting layer. In the semiconductor light emitting device including at least a light emitting portion including a layer, the light reflecting layer has a wavelength equal to or shorter than a center wavelength of an emission spectrum of light emitted from the light emitting portion. A first light reflecting layer having a center wavelength set, and a second light reflecting layer having a center wavelength of a different reflection spectrum in a visible wavelength region other than the center wavelength of the reflection spectrum of the first light reflecting layer. It is characterized by that.

上記半導体発光素子における電極の形成法としては、発光部の上に部分的に電極を形成し、且つ半導体基板の裏面に全面又は部分的に電極を形成する形態が一般的である。   As a method for forming an electrode in the semiconductor light emitting device, a mode in which an electrode is partially formed on a light emitting portion and an electrode is formed on the entire surface or partially on the back surface of a semiconductor substrate is common.

上記半導体発光素子には、第一反射層と第二反射層をそれぞれ一層形成したもののみではなく、第一反射層と第二反射層を複数層形成したものも含む。   The semiconductor light-emitting element includes not only one in which each of the first reflective layer and the second reflective layer is formed, but also one in which a plurality of first reflective layers and second reflective layers are formed.

請求項2の発明は、請求項1に記載の半導体発光素子において、前記光反射層が、前記発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長に一致するか、若しくはそれよりも短波長に反射スペクトルの中心波長が設定された第一光反射層を備え、且つ前記発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長よりも長波長側に反射スペクトルの中心波長が設定された第二光反射層を備えたことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the first aspect, the light reflection layer has a wavelength that is equal to or shorter than a center wavelength of an emission spectrum of light emitted from the light emitting portion. Second light having a first light reflecting layer in which the center wavelength of the reflection spectrum is set, and having the center wavelength of the reflection spectrum set longer than the center wavelength of the emission spectrum of the light emitted from the light emitting unit A reflection layer is provided.

請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の半導体発光素子において、前記第一光反射層を構成する半導体層のペア数が、5ペア以上30ペア以下であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor light-emitting device according to the first or second aspect, the number of pairs of semiconductor layers constituting the first light reflecting layer is 5 pairs or more and 30 pairs or less.

請求項4の発明は、請求項3に記載の半導体発光素子において、前記第二光反射層を構成する半導体層のペア数が、1ペア以上20ペア以下であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the third aspect, the number of pairs of semiconductor layers constituting the second light reflecting layer is 1 pair or more and 20 pairs or less.

請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記第一光反射層と前記第二光反射層とを構成する半導体層の材料がGaAs、AlGaAs、AlAs、AlGaInP、GaInP、AlInPの内から選択されたものであることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the first to fourth aspects, the material of the semiconductor layer constituting the first light reflecting layer and the second light reflecting layer is GaAs, AlGaAs, AlAs. , AlGaInP, GaInP, or AlInP.

請求項6の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記第一光反射層及び前記第二光反射層がそれぞれ低屈折率部と高屈折率部の組み合わせから構成され、その低屈折率部の材料が、AlxGa1-xAs(但し、0.6≦X≦1.0)、(AlYGa1-Y0.5In0.5P(但し、0.6≦Y≦1.0)のどちらかであり、また、高屈折率部の材料が、AlxGa1-xAs(但し、0≦X≦0.6)、(AlYGa1-Y0.5In0.5P(但し、0≦Y≦0.6)のどちらかであることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the first to fifth aspects, the first light reflecting layer and the second light reflecting layer are each composed of a combination of a low refractive index portion and a high refractive index portion. The material of the low refractive index portion is Al x Ga 1-x As (where 0.6 ≦ X ≦ 1.0), (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P (where 0. 6 ≦ Y ≦ 1.0), and the material of the high refractive index portion is Al x Ga 1-x As (where 0 ≦ X ≦ 0.6), (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P (where 0 ≦ Y ≦ 0.6).

請求項7の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記半導体基板がGaAs、若しくはGeから成ることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the first to sixth aspects, the semiconductor substrate is made of GaAs or Ge.

請求項8の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記活性層を、発光層と、前記発光層よりも広いバンドギャップを有する障壁層によって成る構造とし、これを複数層積層したことを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the first to seventh aspects, the active layer includes a light emitting layer and a barrier layer having a wider band gap than the light emitting layer. It is characterized by laminating a plurality of layers.

請求項9の発明は、請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記発光部上に少なくとも1層以上の半導体層を介して金属酸化物から成る電流分散層を形成したことを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the first to eighth aspects, a current spreading layer made of a metal oxide is formed on the light emitting portion via at least one semiconductor layer. It is characterized by.

請求項10の発明に係る半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、導電性の半導体基板と、該半導体基板の主面上に設けられた光反射層と、該光反射層の上に成長されたpn接合を有する活性層を含む発光部とを少なくとも具備する半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記光反射層が、前記発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長にほぼ一致するか、若しくはそれよりも短波長に反射スペクトルの中心波長が設定された第一光反射層を備え、且つ、前記発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長よりも長波長側に反射スペクトルの中心波長が設定された第二光反射層を備えたことを特徴とする。   An epitaxial wafer for a semiconductor light-emitting device according to the invention of claim 10 is a conductive semiconductor substrate, a light reflecting layer provided on the main surface of the semiconductor substrate, and a pn junction grown on the light reflecting layer. In the epitaxial wafer for a semiconductor light-emitting device comprising at least a light-emitting portion including an active layer having the light-emitting portion, the light reflecting layer substantially coincides with a center wavelength of an emission spectrum of light emitted from the light-emitting portion, or more Also includes a first light reflection layer in which the center wavelength of the reflection spectrum is set to a short wavelength, and the center wavelength of the reflection spectrum is set to a longer wavelength side than the center wavelength of the emission spectrum of the light emitted from the light emitting unit. The second light reflecting layer is provided.

請求項11の発明は、請求項10に記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第一光反射層のペア数が5ペア以上30ペア以下であることを特徴とする。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to the tenth aspect, the number of pairs of the first light reflecting layers is 5 pairs or more and 30 pairs or less.

請求項12の発明は、請求項11に記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第二光反射層のペア数が1ペア以上20ペア以下であることを特徴とする。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to the eleventh aspect, the number of pairs of the second light reflecting layers is 1 pair or more and 20 pairs or less.

請求項13の発明は、請求項10乃至12のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第一光反射層と前記第二光反射層とを構成する半導体材料がGaAs、AlGaAs、AlAs、AlGaInP、GaInP、AlInPの内から選択されたものであることを特徴とする。   The invention of claim 13 is the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to any one of claims 10 to 12, wherein the semiconductor material constituting the first light reflecting layer and the second light reflecting layer is GaAs, AlGaAs, It is selected from AlAs, AlGaInP, GaInP, and AlInP.

請求項14の発明は、請求項10乃至13のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第一光反射層及び前記第二光反射層がそれぞれ低屈折率部と高屈折率部の組み合わせから構成され、その低屈折率部の材料が、AlxGa1-xAs(但し、0.6≦X≦1.0)、(AlYGa1-Y0.5In0.5P(但し、0.6≦Y≦1.0)のどちらかであり、また、高屈折率部の材料がAlxGa1-xAs(但し、0≦X≦0.6)、(AlYGa1-Y0.5In0.5P(但し、0≦Y≦0.6)のどちらかであることを特徴とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to any one of the tenth to thirteenth aspects, the first light reflection layer and the second light reflection layer are a low refractive index portion and a high refractive index portion, respectively. And the material of the low refractive index portion is Al x Ga 1-x As (provided that 0.6 ≦ X ≦ 1.0), (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P (provided that 0.6 ≦ Y ≦ 1.0), and the material of the high refractive index portion is Al x Ga 1-x As (where 0 ≦ X ≦ 0.6), (Al Y Ga 1 -Y ) 0.5 In 0.5 P (where 0 ≦ Y ≦ 0.6).

請求項15の発明は、請求項10乃至14のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記発光部上に少なくとも1層以上の半導体層を介して金属酸化物から成る電流分散層を形成したことを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to any one of the tenth to fourteenth aspects, a current spreading layer made of a metal oxide is provided on the light emitting portion via at least one semiconductor layer. An epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device, characterized by being formed.

<発明の要点>
上記の目的を達する為に、本発明の半導体発光素子又は半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、短波長設計の第一光反射層と長波長設計の第二光反射層をそれぞれ1層以上備えた構造となっている。ここで、短波長設計の第一光反射層は、発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長に一致するか、若しくはそれよりも短波長に反射スペクトルの中心波長が設定された光反射層から構成される。また、長波長設計の第二光反射層は、前記第一光反射層の有する反射スペクトルの中心波長以外の可視波長域において異なる反射スペクトルの中心波長を有する光反射層、好ましくは前記発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長よりも長波長側に反射スペクトルの中心波長が設定された光反射層から構成される。
<Key points of the invention>
In order to achieve the above object, a semiconductor light emitting device or an epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device of the present invention has a structure including at least one first light reflecting layer having a short wavelength design and one or more second light reflecting layers having a long wavelength design. It has become. Here, the first light reflection layer with a short wavelength design is a light reflection whose center wavelength of the reflection spectrum is equal to or shorter than the center wavelength of the emission spectrum of the light emitted from the light emitting unit. Composed of layers. Further, the second light reflecting layer having a long wavelength design is a light reflecting layer having a central wavelength of a different reflection spectrum in a visible wavelength region other than the central wavelength of the reflection spectrum of the first light reflecting layer, preferably from the light emitting unit. The light reflection layer is configured such that the center wavelength of the reflection spectrum is set longer than the center wavelength of the emission spectrum of the emitted light.

この二つの短波長設計の第一光反射層と長波長設計の第二光反射層をペアとして、少なくとも1ペア以上、pn接合を有する活性層を含む発光部の基板側に配設すると、いわゆるスタガ同調により、従来よりも広帯域の光反射が実践され、極めて高輝度な半導体発光素子を得ることができる。   When the first light reflecting layer having the short wavelength design and the second light reflecting layer having the long wavelength design are paired and disposed on the substrate side of the light emitting unit including the active layer having a pn junction, so-called By stagger tuning, light reflection in a wider band than before is practiced, and a semiconductor light emitting device with extremely high luminance can be obtained.

ここで、短波長設計の第一光反射層と長波長設計の第二光反射層のいずれを基板側(下側)とするかは自由であるが、効率的には短波長設計の第一光反射層を上側とする方が効率は良くなる。   Here, it is free to select which of the first light reflecting layer with the short wavelength design and the second light reflecting layer with the long wavelength design is the substrate side (lower side). Efficiency is improved when the light reflection layer is on the upper side.

何故かというと、先ず前提として、光反射層(DBR)に使用する低屈折率部(A層)の材料と高屈折率部(B層)の材料は、バンドギャップだけで言えば、活性層で放出される光のエネルギーよりも遥かに大きい材料と、その光のエネルギーとほぼ同じエネルギー(バンドギャップ)を有する材料とで構成されている(この為に、光反射層で光吸収が起きても赤外線が発生しない)。   First of all, as a premise, the material of the low refractive index portion (A layer) and the material of the high refractive index portion (B layer) used for the light reflecting layer (DBR) is the active layer, if only speaking of the band gap. It is composed of a material that is much larger than the energy of the emitted light and a material that has almost the same energy (band gap) as that of the light (for this reason, even if light absorption occurs in the light reflection layer) Infrared is not generated).

次に、光反射層(DBR)の設計は、長波長、短波長のいずれの設計でも、材料が同じである場合には、そのA層とB層の膜厚を変える事により行われるので、バンドギャップ的には、長波長設計DBRも短波長設計DBRも等しくなる。そして、活性層の光のエネルギーは、波長が長い=エネルギー小さい、波長が短い=エネルギー大きい、となっていることから、光反射層(DBR)を上側に長波長設計としてしまうと、初めに長波の光を反射するが、短波側の反射は殆ど行われないため、この上側のDBR(長波長設計の第二光反射層)を透過して下側の短波長設計DBRで反射されるか、上側の長波長設計DBRで吸収されてしまうことになる。   Next, the design of the light reflection layer (DBR) is performed by changing the film thickness of the A layer and the B layer when the material is the same in both the long wavelength design and the short wavelength design. In terms of band gap, the long wavelength design DBR and the short wavelength design DBR are equal. The light energy of the active layer is long wavelength = low energy, short wavelength = high energy. Therefore, if the light reflection layer (DBR) is designed to have a long wavelength on the upper side, a long wave is first introduced. However, since the reflection on the short wave side is hardly performed, it passes through this upper DBR (second light reflection layer of long wavelength design) and is reflected by the lower short wavelength design DBR. It will be absorbed by the upper long wavelength design DBR.

逆に、短波長設計の第一光反射層が上側に在れば、エネルギーの大きい光(短波光)をまず反射し、透過したエネルギーの小さい光(長波光)を下側の長波設計の第二光反射層で反射できる。そして、エネルギーの小さい光と大きい光が、上側の短波長設計の第一光反射層を透過して下側の長波設計の第二光反射層に行く際には、光反射層の構成材料の関係上、エネルギーの小さい光の方が吸収が少なく、当然透過率が高くなりまず。   On the other hand, if the first light reflection layer of the short wavelength design is on the upper side, the light having a high energy (short wave light) is reflected first, and the light having a low energy transmitted (long wave light) is first reflected in the lower long wave design. It can be reflected by the two-light reflecting layer. When the light having a small energy and the light having large energy pass through the first light reflecting layer with the short wavelength design on the upper side and go to the second light reflecting layer with the long wave design on the lower side, the constituent materials of the light reflecting layer In relation, light with lower energy has less absorption and naturally has a higher transmittance.

よって、以上の事から、吸収損失をできるだけ抑えると言った点で、短波長設計の第一光反射層が上側にした方が反射効率が高くなる。つまり発光出力が高くなる。但し、効率は悪くなるものの、長波設計の第二光反射層を上側に位置させることもできる。   Therefore, from the above, the reflection efficiency is higher when the first light reflection layer of the short wavelength design is on the upper side in that the absorption loss is suppressed as much as possible. That is, the light emission output is increased. However, although the efficiency is deteriorated, the second light reflecting layer of the long wave design can be positioned on the upper side.

本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。   According to the present invention, the following excellent effects can be obtained.

本発明の半導体発光素子又は半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、短波長設計の第一光反射層と長波長設計の第二光反射層を少なくとも1ペア以上備えた構造となっているため、従来の半導体発光素子が備える光反射層の有する反射帯域よりも更に広範囲な反射帯域を有する半導体発光素子を得ることができ、更なる高輝度化が達成される。   The semiconductor light emitting device or the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device of the present invention has a structure including at least one pair of a first light reflecting layer with a short wavelength design and a second light reflecting layer with a long wavelength design. A semiconductor light-emitting element having a wider reflection band than the reflection band of the light reflection layer provided in the semiconductor light-emitting element can be obtained, and higher luminance can be achieved.

また、電流分散層への金属酸化物の応用により、従来と同等、若しくはそれ以上の輝度を有し、且つ製造に掛かるコストを画期的に低減した半導体発光素子を得ることができる。   In addition, by applying the metal oxide to the current spreading layer, a semiconductor light emitting device having a luminance equal to or higher than that of the conventional one and drastically reducing manufacturing costs can be obtained.

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

図1は、本発明の半導体発光素子用エピタキシャルウェハの第一の実施形態を示すもので、導電性の半導体基板1と、該基板の主面上にバッファ層2を介して設けられた光反射層(3、10)と、該光反射層の上に成長されたpn接合を有する活性層5を含む発光部(4、5、6)とを少なくとも具備する。   FIG. 1 shows a first embodiment of an epitaxial wafer for a semiconductor light-emitting device according to the present invention. A conductive semiconductor substrate 1 and light reflection provided on the main surface of the substrate via a buffer layer 2 are shown. It comprises at least a light emitting part (4, 5, 6) including a layer (3, 10) and an active layer 5 having a pn junction grown on the light reflecting layer.

上記光反射層は、発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長にほぼ一致するか、若しくはそれよりも短波長に反射スペクトルの中心波長が設定された第一光反射層3を備え、且つ発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長よりも長波長側に反射スペクトルの中心波長が設定された第二光反射層10を少なくとも1ペア以上備える。この実施形態の場合、上側(発光部側)に短波長設計の第一光反射層3を備え、下側(基板側)に長波長設計の第二光反射層10を備える。   The light reflection layer includes the first light reflection layer 3 that substantially matches the center wavelength of the emission spectrum of the light emitted from the light emitting unit or has a shorter center wavelength of the reflection spectrum than that of the emission spectrum. And at least 1 pair or more of the 2nd light reflection layers 10 in which the center wavelength of the reflection spectrum was set to the long wavelength side rather than the center wavelength of the emission spectrum of the light radiated | emitted from a light emission part are provided. In the case of this embodiment, the first light reflecting layer 3 with a short wavelength design is provided on the upper side (light emitting part side), and the second light reflecting layer 10 with a long wavelength design is provided on the lower side (substrate side).

上記第一光反射層3及び第二光反射層10は、それぞれ低屈折率部と高屈折率部を組み合わせたDBR(分布ブラッグ反射層)として構成され、その低屈折率部の材料は、AlxGa1-xAs(但し、0.6≦X≦1.0)、(AlYGa1-Y0.5In0.5P(但し、0.6≦Y≦1.0)のどちらかであり、また、高屈折率部の材料はAlxGa1-xAs(但し、0≦X≦0.6)、(AlYGa1-Y0.5In0.5P(但し、0≦Y≦0.6)のどちらかである。また、第一光反射層3を構成する半導体層のペア数は5ペア以上30ペア以下であり、第二光反射層10を構成する半導体層のペア数は1ペア以上20ペア以下である。なお、これらの光反射層は、その構成材料としてGaAsを用いていないので、赤外光は発光しない。 The first light reflection layer 3 and the second light reflection layer 10 are each configured as a DBR (distributed Bragg reflection layer) in which a low refractive index portion and a high refractive index portion are combined, and the material of the low refractive index portion is Al. x Ga 1-x As (where 0.6 ≦ X ≦ 1.0), (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P (where 0.6 ≦ Y ≦ 1.0) The material of the high refractive index portion is Al x Ga 1-x As (where 0 ≦ X ≦ 0.6), (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P (where 0 ≦ Y ≦ 0. 6) Either. The number of pairs of semiconductor layers constituting the first light reflecting layer 3 is 5 pairs or more and 30 or less, and the number of pairs of semiconductor layers constituting the second light reflecting layer 10 is 1 pair or more and 20 pairs or less. Note that these light reflecting layers do not use GaAs as a constituent material, and therefore do not emit infrared light.

図5は、本発明の半導体発光素子用エピタキシャルウェハの第二の実施形態を示すもので、図1とは、p型クラッド層6上に、コンタクト層11及びITOからなる電流分散層12を備えている点で相違する。   FIG. 5 shows a second embodiment of the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device of the present invention. FIG. 5 includes a contact layer 11 and a current spreading layer 12 made of ITO on a p-type cladding layer 6. Is different.

本発明の効果を確認するため、従来例及び実施例1、2、3の半導体発光素子を試作した。   In order to confirm the effect of the present invention, the semiconductor light emitting devices of the conventional example and Examples 1, 2, and 3 were manufactured as prototypes.

[従来例]
図4に示した構造の発光波長640nm付近の赤色帯LEDを製作した。
[Conventional example]
A red band LED having the structure shown in FIG. 4 and an emission wavelength of around 640 nm was manufactured.

製作の過程は、n型GaAsから成る半導体基板1上に、MOVPE法でn型GaAsから成るバッファ層2、n型の第一光反射層3、n型(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから成るn型クラッド層4、アンドープの活性層5、p型(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから成るp型クラッド層6、p型GaPから成る電流分散層7を順次成長させた。 In the manufacturing process, an n-type GaAs buffer layer 2, an n-type first light reflecting layer 3, an n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P are formed on a semiconductor substrate 1 made of n-type GaAs. An n-type cladding layer 4 made of, an undoped active layer 5, a p-type cladding layer 6 made of p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, and a current spreading layer 7 made of p-type GaP were sequentially grown.

MOVPE法による成長での成長温度は、前記n型GaAsから成るバッファ層2から前記p型クラッド層6までを650℃とし、前記p型GaPから成る電流分散層8は660℃で成長した。その他の成長条件は、成長圧力50Torr、各層の成長速度は0.3〜1.0nm/sec、V/III比は約200前後で行った。但し、p型GaPから成る電流分散層7のV/III比のみ9とした。   The growth temperature in the growth by the MOVPE method was 650 ° C. from the buffer layer 2 made of n-type GaAs to the p-type cladding layer 6, and the current spreading layer 8 made of p-type GaP was grown at 660 ° C. Other growth conditions were a growth pressure of 50 Torr, a growth rate of each layer of 0.3 to 1.0 nm / sec, and a V / III ratio of about 200. However, only the V / III ratio of the current spreading layer 7 made of p-type GaP was set to 9.

因みにここで言うV/III比とは、分母をTMGaやTMAlなどのIII族原料のモル数とし、分子をAsH3、PH3などのV族原料のモル数とした場合の比率(商)を指す。 Incidentally, the V / III ratio mentioned here is the ratio (quotient) when the denominator is the number of moles of a group III material such as TMGa or TMAl and the molecule is the number of moles of a group V material such as AsH 3 or PH 3. Point to.

MOVPE成長において用いる原料としては、例えばトリメチルガリウム(TMGa)、又はトリエチルガリウム(TEGa)、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリメチルインジウム(TMIn)、等の有機金属や、アルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)等の、水素化物ガスを用いた。 Examples of raw materials used in the MOVPE growth include organic metals such as trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa), trimethylaluminum (TMAl), and trimethylindium (TMIn), arsine (AsH 3 ), and phosphine (PH 3 A hydride gas such as) was used.

例えば前記n型バッファ層2のようなn型層の添加物原料としては、セレン化水素(H2Se)を用いた。前記p型クラッド層6の様なp型層の導電型決定不純物の添加物原料としては、ジエチルジンク(DEZn)を用いた。その他に、n型層の導電型決定不純物の添加物原料として、シラン(SiH4)、ジエチルテルル(DETe)、ジメチルテルル(DMTe)を用いることもできる。その他にp型層添加物原料として、ジメチルジンク(DMZn)を用いることもできる。 For example, hydrogen selenide (H 2 Se) was used as an additive material for an n-type layer such as the n-type buffer layer 2. Diethyl zinc (DEZn) was used as the additive material for the conductivity determining impurities of the p-type layer such as the p-type cladding layer 6. In addition, silane (SiH 4 ), diethyl tellurium (DETe), and dimethyl tellurium (DMTe) can also be used as an additive material for the conductivity determining impurity of the n-type layer. In addition, dimethyl zinc (DMZn) can also be used as a p-type layer additive raw material.

因みに前記第一光反射層3は、n型AlAs(約51nm)とn型Al0.4GaAs(約45nm)を順次積層した構造とし、そのペア数は15ペアとした。 Incidentally, the first light reflecting layer 3 has a structure in which n-type AlAs (about 51 nm) and n-type Al 0.4 GaAs (about 45 nm) are sequentially laminated, and the number of pairs is 15 pairs.

そして、このエピタキシャルウェハ上面には直径125μmの円形のp型(表面)電極8を、マトリックス状に真空蒸着法で形成した。このp型電極は、金・亜鉛(AuZn)合金、ニッケル(Ni)、金(Au)を、それぞれ60nm、10nm、1000nmの順に蒸着した。更に当該エピタキシャルウェハの底面には、全面にn側電極9を形成した。n型電極8は、金・ゲルマニウム(AuGe)合金、ニッケル(Ni)、金(Au)を、それぞれ60nm、10nm、500nmの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中400℃で5分間行った。   Then, a circular p-type (surface) electrode 8 having a diameter of 125 μm was formed on the upper surface of the epitaxial wafer in a matrix by a vacuum deposition method. For this p-type electrode, gold / zinc (AuZn) alloy, nickel (Ni), and gold (Au) were deposited in the order of 60 nm, 10 nm, and 1000 nm, respectively. Further, an n-side electrode 9 was formed on the entire bottom surface of the epitaxial wafer. The n-type electrode 8 is formed by depositing gold / germanium (AuGe) alloy, nickel (Ni), and gold (Au) in the order of 60 nm, 10 nm, and 500 nm, respectively, and then alloying the electrodes into an nitrogen gas atmosphere. Medium at 400 ° C. for 5 minutes.

その後、このエピタキシャルウェハを、ダイシング装置等でチップサイズ300μm角のチップ形状に加工し、更にダイボンディング、ワイヤボンディングを行ってLED素子を製作した。   Then, this epitaxial wafer was processed into a chip shape having a chip size of 300 μm square by a dicing apparatus or the like, and then die bonding and wire bonding were performed to manufacture an LED element.

また、本従来例に示すLEDに適用した光反射層をGaAsから成る半導体基板上に単体でエピタキシャル成長し、光反射率測定用試料として別個に作製した。この試料の光反射率を測定した結果を図2に示す。   In addition, a light reflecting layer applied to the LED shown in the conventional example was epitaxially grown on a semiconductor substrate made of GaAs as a single piece and separately manufactured as a sample for measuring light reflectance. The result of measuring the light reflectance of this sample is shown in FIG.

以上の様にして作製されたLEDの諸特性を評価した結果、発光出力は1.51mW、順方向動作電圧は、1.93Vであった(全て20mA通電時の評価結果)。   As a result of evaluating various characteristics of the LED fabricated as described above, the light emission output was 1.51 mW and the forward operation voltage was 1.93 V (all the evaluation results when energizing 20 mA).

[実施例1]
図1に示した構造の発光波長640nm付近の赤色帯LEDを製作した。
[Example 1]
A red band LED having the structure shown in FIG. 1 and an emission wavelength of around 640 nm was manufactured.

製作の過程は、n型GaAsから成る半導体基板1上に、MOVPE法でn型GaAsから成るバッファ層2、n型の第二光反射層10、n型の第一光反射層3、n型(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから成るn型クラッド層4、アンドープの活性層5、p型(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから成るp型クラッド層6、p型GaPから成る電流分散層7(膜厚12μm)を順次成長させた。MOVPE法による成長での成長温度は前記n型GaAsから成るバッファ層2から前記p型クラッド層6までを650℃とし、前記p型GaPから成る電流分散層8は660℃で成長した。その他の成長条件は、成長圧力50Torr、各層の成長速度は0.3〜1.0nm/sec、V/III比は約200前後で行った。但し、p型GaP電流分散層7のV/III比のみ9とした。因みに、ここで言うV/III比とは、分母をTMGaやTMAlなどのIII族原料のモル数とし、分子をAsH3、PH3などのV族原料のモル数とした場合の比率(商)を指す。 In the manufacturing process, an n-type GaAs buffer layer 2, an n-type second light reflecting layer 10, an n-type first light reflecting layer 3, an n-type are formed on a semiconductor substrate 1 made of n-type GaAs by the MOVPE method. An n-type cladding layer 4 made of (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, an undoped active layer 5, a p-type cladding layer 6 made of p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, and a current made of p-type GaP. Dispersion layer 7 (film thickness 12 μm) was grown sequentially. The growth temperature in the growth by the MOVPE method was 650 ° C. from the buffer layer 2 made of n-type GaAs to the p-type cladding layer 6, and the current spreading layer 8 made of p-type GaP was grown at 660 ° C. Other growth conditions were a growth pressure of 50 Torr, a growth rate of each layer of 0.3 to 1.0 nm / sec, and a V / III ratio of about 200. However, only the V / III ratio of the p-type GaP current dispersion layer 7 was set to 9. Incidentally, the V / III ratio mentioned here is a ratio (quotient) when the denominator is the number of moles of a group III material such as TMGa or TMAl and the molecule is the number of moles of a group V material such as AsH 3 or PH 3. Point to.

MOVPE成長において用いる原料としては、例えばトリメチルガリウム(TMGa)、又はトリエチルガリウム(TEGa)、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリメチルインジウム(TMIn)、等の有機金属や、アルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)等の、水素化物ガスを用いた。 Examples of raw materials used in the MOVPE growth include organic metals such as trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa), trimethylaluminum (TMAl), and trimethylindium (TMIn), arsine (AsH 3 ), and phosphine (PH 3 A hydride gas such as) was used.

例えば前記n型GaAsから成るバッファ層2のようなn型層の導電型決定不純物の添加物原料としては、セレン化水素(H2Se)を用いた。前記p型クラッド層6のようなp型層の導電型決定不純物の添加物原料としては、ジエチルジンク(DEZn)を用いた。その他に、n型層の導電型決定不純物の添加物原料として、シラン(SiH4)、ジエチルテルル(DETe)、ジメチルテルル(DMTe)を用いることもできる。その他にp型層の導電型決定不純物の添加物原料として、ジメチルジンク(DMZn)を用いることもできる。 For example, hydrogen selenide (H 2 Se) was used as an additive material for the conductivity determining impurities of the n-type layer such as the buffer layer 2 made of n-type GaAs. Diethyl zinc (DEZn) was used as an additive material for the conductivity determining impurities of the p-type layer such as the p-type cladding layer 6. In addition, silane (SiH 4 ), diethyl tellurium (DETe), and dimethyl tellurium (DMTe) can also be used as an additive material for the conductivity determining impurity of the n-type layer. In addition, dimethyl zinc (DMZn) can be used as an additive material for the conductivity determining impurity of the p-type layer.

因みに前記第一光反射層3は、n型AlAsから成る半導体層(約51nm)とn型Al0.4Ga0.6Asから成る半導体層(約45nm)を順次積層した構造(DBR:分布ブラッグ反射層)とし、そのペア数は15ペアとした。 Incidentally, the first light reflecting layer 3 has a structure in which a semiconductor layer (about 51 nm) made of n-type AlAs and a semiconductor layer (about 45 nm) made of n-type Al 0.4 Ga 0.6 As are sequentially laminated (DBR: distributed Bragg reflective layer). The number of pairs was 15 pairs.

更に、前記第一光反射層の下に設けた第二光反射層10は、n型AlAsから成る半導体層(約55nm)とn型Al0.4Ga0.6Asから成る半導体層(約48nm)を順次積層した構造(DBR:分布ブラッグ反射層)とし、そのペア数は10ペアとした。 Further, the second light reflecting layer 10 provided under the first light reflecting layer is formed by sequentially forming a semiconductor layer (about 55 nm) made of n-type AlAs and a semiconductor layer (about 48 nm) made of n-type Al 0.4 Ga 0.6 As. A laminated structure (DBR: distributed Bragg reflection layer) was used, and the number of pairs was 10 pairs.

そして、このエピタキシャルウェハ上面には直径125μmの円形のp型(表面)電極8を、マトリックス状に真空蒸着法で形成した。このp型電極は、金・亜鉛(AuZn)合金、ニッケル(Ni)、金(Au)を、それぞれ60nm、10nm、1000nmの順に蒸着した。更に当該エピタキシャルウェハの底面には、全面にn側電極9を形成した。n型電極8は、金・ゲルマニウム(AuGe)合金、ニッケル(Ni)、金(Au)を、それぞれ60nm、10nm、500nmの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中400℃で5分間行った。   Then, a circular p-type (surface) electrode 8 having a diameter of 125 μm was formed on the upper surface of the epitaxial wafer in a matrix by a vacuum deposition method. For this p-type electrode, gold / zinc (AuZn) alloy, nickel (Ni), and gold (Au) were deposited in the order of 60 nm, 10 nm, and 1000 nm, respectively. Further, an n-side electrode 9 was formed on the entire bottom surface of the epitaxial wafer. The n-type electrode 8 is formed by depositing gold / germanium (AuGe) alloy, nickel (Ni), and gold (Au) in the order of 60 nm, 10 nm, and 500 nm, respectively, and then alloying the electrode as an alloy in a nitrogen gas atmosphere. Medium at 400 ° C. for 5 minutes.

その後、このエピタキシャルウェハをダイシング装置等でチップサイズ300μm角のチップ形状に加工し、更にダイボンディング、ワイヤボンディングを行ってLED素子を製作した。   Then, this epitaxial wafer was processed into a chip shape having a chip size of 300 μm square by a dicing apparatus or the like, and further, die bonding and wire bonding were performed to manufacture an LED element.

また、本実施例に示すLEDに適用した光反射層(第一光反射層及び第二光反射層)をGaAsから成る半導体基板上に単体でエピタキシャル成長し、光反射率測定用試料として別個に作製した。   In addition, the light reflecting layers (first light reflecting layer and second light reflecting layer) applied to the LED shown in this example are epitaxially grown on a semiconductor substrate made of GaAs as a single sample for light reflectivity measurement. did.

この試料の光反射率測定結果を、図2に実施例として黒丸のドットにて示す。この測定結果によれば、図2で示した従来例(白丸のドット)の反射率スペクトルよりも、広い反射帯域を有した光反射層が作製されたことが解る。   The light reflectance measurement result of this sample is shown in FIG. According to this measurement result, it can be seen that a light reflection layer having a wider reflection band than the reflectance spectrum of the conventional example (white dots) shown in FIG.

以上の様にして作製されたLEDの諸特性を評価した結果、発光出力は1.65mW、順方向動作電圧は、1.94Vであった(全て20mA通電時の評価結果)。   As a result of evaluating various characteristics of the LED fabricated as described above, the light emission output was 1.65 mW, and the forward operation voltage was 1.94 V (all evaluation results when energized with 20 mA).

この結果から、本実施例に示した光反射層を用いることによって、従来の光反射層よりも広範囲な反射帯域を有することができ、それによって発光出力が増大したものである。   From this result, by using the light reflecting layer shown in this embodiment, it is possible to have a wider reflection band than the conventional light reflecting layer, thereby increasing the light emission output.

[実施例2]
図1に示した構造の発光波長640nm付近の赤色帯LEDを製作した。
[Example 2]
A red band LED having the structure shown in FIG. 1 and an emission wavelength of around 640 nm was manufactured.

製作の過程は、n型GaAs基板1上に、MOVPE法でn型GaAsから成るバッファ層2、n型の第二光反射層10、n型の第一光反射層3、n型(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから成るn型クラッド層4、アンドープの活性層5、p型(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから成るp型クラッド層6、p型GaPから成る電流分散層7を順次成長させた。 In the manufacturing process, an n-type GaAs substrate 1, a buffer layer 2 made of n-type GaAs, an n-type second light reflecting layer 10, an n-type first light reflecting layer 3, an n-type (Al 0.7 An n-type cladding layer 4 made of Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, an undoped active layer 5, a p-type cladding layer 6 made of p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, and a current spreading layer 7 made of p-type GaP Were grown sequentially.

MOVPE法による成長での成長温度は前記n型GaAsから成るバッファ層2から前記p型クラッド層6までを650℃とし、前記p型GaPから成る電流分散層8は660℃で成長した。その他の成長条件は、成長圧力50Torr、各層の成長速度は0.3〜1.0nm/sec、V/III比は約200前後で行った。   The growth temperature in the growth by the MOVPE method was 650 ° C. from the buffer layer 2 made of n-type GaAs to the p-type cladding layer 6, and the current spreading layer 8 made of p-type GaP was grown at 660 ° C. Other growth conditions were a growth pressure of 50 Torr, a growth rate of each layer of 0.3 to 1.0 nm / sec, and a V / III ratio of about 200.

但し、p型GaPから成る電流分散層7のV/III比のみ9とした。因みにここで言うV/III比とは、分母をTMGaやTMAlなどのIII族原料のモル数とし、分子をAsH3、PH3などのV族原料のモル数とした場合の比率(商)を指す。 However, only the V / III ratio of the current spreading layer 7 made of p-type GaP was set to 9. Incidentally, the V / III ratio mentioned here is the ratio (quotient) when the denominator is the number of moles of a group III material such as TMGa or TMAl and the molecule is the number of moles of a group V material such as AsH 3 or PH 3. Point to.

MOVPE法による成長において用いる原料としては、例えばトリメチルガリウム(TMGa)、又はトリエチルガリウム(TEGa)、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリメチルインジウム(TMIn)、等の有機金属や、アルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)等の、水素化物ガスを用いた。 As a raw material used in the growth by the MOVPE method, for example, trimethylgallium (TMGa), organic metal such as triethylgallium (TEGa), trimethylaluminum (TMAl), trimethylindium (TMIn), arsine (AsH 3 ), phosphine ( A hydride gas such as PH 3 ) was used.

例えば、前記n型バッファ層2のようなn型層の導電型決定不純物の添加物原料としては、セレン化水素(H2Se)を用いた。前記p型クラッド層6のようなp型層の導電型決定不純物の添加物原料としては、ジエチルジンク(DEZn)を用いた。その他に、n型層の導電型決定不純物の添加物原料として、シラン(SiH4)、ジエチルテルル(DETe)、ジメチルテルル(DMTe)を用いることもできる。その他にp型層の導電型決定不純物の添加物原料として、ジメチルジンク(DMZn)を用いることもできる。 For example, hydrogen selenide (H 2 Se) was used as an additive material for the conductivity determining impurity of the n-type layer such as the n-type buffer layer 2. Diethyl zinc (DEZn) was used as an additive material for the conductivity determining impurities of the p-type layer such as the p-type cladding layer 6. In addition, silane (SiH 4 ), diethyl tellurium (DETe), and dimethyl tellurium (DMTe) can also be used as an additive material for the conductivity determining impurity of the n-type layer. In addition, dimethyl zinc (DMZn) can be used as an additive material for the conductivity determining impurity of the p-type layer.

因みに前記第一光反射層3は、n型AlAs(約51nm)から成る半導体層とn型Al0.4GaAsから成る半導体層(約45nm)を順次積層した構造(DBR:分布ブラッグ反射層)とし、そのペア数は15ペアとした。 Incidentally, the first light reflection layer 3 has a structure (DBR: distributed Bragg reflection layer) in which a semiconductor layer made of n-type AlAs (about 51 nm) and a semiconductor layer made of n-type Al 0.4 GaAs (about 45 nm) are sequentially laminated, The number of pairs was 15 pairs.

更にこの時、前記第一光反射層の下に設けた第二光反射層10は、n型AlAsから成る半導体層(約47nm)とn型Al0.4Ga0.6Asから成る半導体層(約41nm)順次積層した構造(DBR:分布ブラッグ反射層)とし、そのペア数は10ペアとした。 Further, at this time, the second light reflecting layer 10 provided under the first light reflecting layer includes a semiconductor layer (about 47 nm) made of n-type AlAs and a semiconductor layer (about 41 nm) made of n-type Al 0.4 Ga 0.6 As. The structure was sequentially laminated (DBR: distributed Bragg reflection layer), and the number of pairs was 10 pairs.

そして、このエピタキシャルウェハ上面には直径125μmの円形の表面電極8を、マトリックス状に真空蒸着法で形成した。この表面電極は、金・亜鉛(AuZn)合金、ニッケル(Ni)、金(Au)を、それぞれ60nm、10nm、1000nmの順に蒸着した。更に、当該エピタキシャルウェハの底面には、全面に裏面電極9を形成した。裏面電極8は、金・ゲルマニウム(AuGe)合金、ニッケル(Ni)、金(Au)を、それぞれ60nm、10nm、500nmの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中400℃で5分間行った。   Then, a circular surface electrode 8 having a diameter of 125 μm was formed in a matrix on the upper surface of the epitaxial wafer by a vacuum deposition method. For this surface electrode, gold / zinc (AuZn) alloy, nickel (Ni), and gold (Au) were deposited in the order of 60 nm, 10 nm, and 1000 nm, respectively. Further, a back electrode 9 was formed on the entire bottom surface of the epitaxial wafer. The back electrode 8 is formed by depositing gold / germanium (AuGe) alloy, nickel (Ni), and gold (Au) in the order of 60 nm, 10 nm, and 500 nm, respectively, and then alloying the electrode into an alloy in a nitrogen gas atmosphere. Performed at 400 ° C. for 5 minutes.

その後、このエピタキシャルウェハをダイシング装置等でチップサイズ300μm角のチップ形状に加工し、更に、ダイボンディング、ワイヤボンディングを行ってLED素子を製作した。   Thereafter, the epitaxial wafer was processed into a chip shape having a chip size of 300 μm square by a dicing apparatus or the like, and further, die bonding and wire bonding were performed to manufacture an LED element.

以上のようにして作製されたLEDの諸特性を評価した結果、発光出力は1.70mW、順方向動作電圧は、1.95Vであった(全て20mA通電時の評価結果)。   As a result of evaluating various characteristics of the LED fabricated as described above, the light emission output was 1.70 mW, and the forward operation voltage was 1.95 V (all evaluation results when energized with 20 mA).

この結果から、本実施例に示した光反射層を用いることによって、従来の光反射層よりも広範囲な反射帯域を有することができ、それによって発光出力が増大したものである。   From this result, by using the light reflecting layer shown in this embodiment, it is possible to have a wider reflection band than the conventional light reflecting layer, thereby increasing the light emission output.

[実施例3]
図5に示した構造の発光波長640nm付近の赤色帯LEDを製作した。
[Example 3]
A red-band LED having a structure shown in FIG.

製作の過程は、n型GaAsから成る半導体基板1上に、MOVPE法でn型GaAsから成るバッファ層2、n型の第二光反射層10、n型の第一光反射層3、n型(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから成るn型クラッド層4、アンドープの活性層5、p型(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから成るp型クラッド層6、p型Al0.1Ga0.9Asから成るコンタクト層11を順次成長させた。MOVPE法による成長での成長温度は前記n型GaAsから成るバッファ層2から前記p型クラッド層6までを650℃とし、その他の成長条件は、成長圧力50Torr、各層の成長速度は0.3〜1.0nm/sec、V/III比は約200前後で行った。 In the manufacturing process, an n-type GaAs buffer layer 2, an n-type second light reflecting layer 10, an n-type first light reflecting layer 3, an n-type are formed on a semiconductor substrate 1 made of n-type GaAs by the MOVPE method. N-type cladding layer 4 made of (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, undoped active layer 5, p-type cladding layer 6 made of p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, p-type Al 0.1 A contact layer 11 made of Ga 0.9 As was sequentially grown. The growth temperature in the growth by the MOVPE method is 650 ° C. from the buffer layer 2 made of n-type GaAs to the p-type cladding layer 6, and other growth conditions are a growth pressure of 50 Torr, and the growth rate of each layer is 0.3 to 1.0 nm / sec and the V / III ratio were about 200.

MOVPE法による成長において用いる原料としては、例えばトリメチルガリウム(TMGa)、又はトリエチルガリウム(TEGa)、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリメチルインジウム(TMIn)、等の有機金属や、アルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)等の、水素化物ガスを用いた。 As a raw material used in the growth by the MOVPE method, for example, trimethylgallium (TMGa), organic metal such as triethylgallium (TEGa), trimethylaluminum (TMAl), trimethylindium (TMIn), arsine (AsH 3 ), phosphine ( A hydride gas such as PH 3 ) was used.

例えば前記n型GaAsから成るバッファ層2のようなn型層の導電型決定不純物の添加物原料としては、セレン化水素(H2Se)を用いた。前記p型クラッド層6のようなp型層の導電型決定不純物の添加物原料としては、ジエチルジンク(DEZn)を用いた。その他に、n型層の導電型決定不純物の添加物原料として、シラン(SiH4)、ジエチルテルル(DETe)、ジメチルテルル(DMTe)を用いることもできる。その他にp型層の導電型決定不純物の添加物原料として、ジメチルジンク(DMZn)を用いることもできる。 For example, hydrogen selenide (H 2 Se) was used as an additive material for the conductivity determining impurities of the n-type layer such as the buffer layer 2 made of n-type GaAs. Diethyl zinc (DEZn) was used as an additive material for the conductivity determining impurities of the p-type layer such as the p-type cladding layer 6. In addition, silane (SiH 4 ), diethyl tellurium (DETe), and dimethyl tellurium (DMTe) can also be used as an additive material for the conductivity determining impurity of the n-type layer. In addition, dimethyl zinc (DMZn) can be used as an additive material for the conductivity determining impurity of the p-type layer.

因みに前記第一光反射層3は、n型AlAsから成る半導体層(約51nm)とn型Al0.4Ga0.6Asから成る半導体層(約45nm)を順次積層した構造(DBR:分布ブラッグ反射層)とし、そのペア数は15ペアとした。 Incidentally, the first light reflecting layer 3 has a structure in which a semiconductor layer (about 51 nm) made of n-type AlAs and a semiconductor layer (about 45 nm) made of n-type Al 0.4 Ga 0.6 As are sequentially laminated (DBR: distributed Bragg reflective layer). The number of pairs was 15 pairs.

更に、前記第一光反射層の下に設けた第二光反射層10は、n型AlAsから成る半導体層(約55nm)とn型Al0.4Ga0.6Asから成る半導体層(約48nm)を順次積層した構造(DBR:分布ブラッグ反射層)とし、そのペア数は10ペアとした。 Further, the second light reflecting layer 10 provided under the first light reflecting layer is formed by sequentially forming a semiconductor layer (about 55 nm) made of n-type AlAs and a semiconductor layer (about 48 nm) made of n-type Al 0.4 Ga 0.6 As. A laminated structure (DBR: distributed Bragg reflection layer) was used, and the number of pairs was 10 pairs.

次に、このエピタキシャルウェハをMOVPE装置から搬出した後、当該ウェハの表面、つまりp型のコンタクト層11の表面側へ、真空蒸着法によって膜厚250nmのITOから成る電流分散層12を形成した。この時、ITOが蒸着された同一バッチ内にセットした評価用ガラス基板を取り出し、Hall測定が可能なサイズに切断し、ITO単体の電気特性を評価した所、キャリア濃度1.19×1021/cm3、移動度19.6cm2/Vs、抵抗率2.39×10-4Ω・cmであった。 Next, after this epitaxial wafer was unloaded from the MOVPE apparatus, a current spreading layer 12 made of ITO having a film thickness of 250 nm was formed on the surface of the wafer, that is, on the surface side of the p-type contact layer 11 by vacuum deposition. At this time, the glass substrate for evaluation set in the same batch on which ITO was deposited was taken out, cut into a size capable of Hall measurement, and the electrical characteristics of the ITO simple substance were evaluated. The carrier concentration was 1.19 × 10 21 / cm 3 , mobility 19.6 cm 2 / Vs, resistivity 2.39 × 10 −4 Ω · cm.

そして、このエピタキシャルウェハ上面には直径125μmの円形の表面電極8を、マトリックス状に真空蒸着法で形成した。この表面電極は、金(Au)、ニッケル(Ni)を、それぞれ600nm、20nmの順に蒸着した。更に当該エピタキシャルウェハの底面には、全面に裏面電極9を形成した。裏面電極8は、金・ゲルマニウム(AuGe)合金、ニッケル(Ni)、金(Au)を、それぞれ60nm、10nm、500nmの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中400℃で5分間行った。   Then, a circular surface electrode 8 having a diameter of 125 μm was formed in a matrix on the upper surface of the epitaxial wafer by a vacuum deposition method. For this surface electrode, gold (Au) and nickel (Ni) were deposited in the order of 600 nm and 20 nm, respectively. Further, a back electrode 9 was formed on the entire bottom surface of the epitaxial wafer. The back electrode 8 is formed by depositing gold / germanium (AuGe) alloy, nickel (Ni), and gold (Au) in the order of 60 nm, 10 nm, and 500 nm, respectively, and then alloying the electrode into an alloy in a nitrogen gas atmosphere. Performed at 400 ° C. for 5 minutes.

その後、このエピタキシャルウェハをダイシング装置等でチップサイズ300μm角のチップ形状に加工し、更にダイボンディング、ワイヤボンディングを行ってLED素子を製作した。   Then, this epitaxial wafer was processed into a chip shape having a chip size of 300 μm square by a dicing apparatus or the like, and further, die bonding and wire bonding were performed to manufacture an LED element.

以上の様にして作製されたLEDの諸特性を評価した結果、発光出力は1.52mW、順方向動作電圧は、1.94Vであった(全て20mA通電時の評価結果)。   As a result of evaluating various characteristics of the LED fabricated as described above, the light emission output was 1.52 mW and the forward operation voltage was 1.94 V (all evaluation results when energizing 20 mA).

この結果から、本実施例に示した光反射層を用いることによって、従来の光反射層よりも広範囲な反射帯域を有することができ、電流分散層としてITOを用いた薄膜構造のLEDにおいても、従来と同等のLEDを得ることができた。   From this result, by using the light reflecting layer shown in the present embodiment, it can have a wider reflection band than the conventional light reflecting layer, and even in a thin film LED using ITO as a current spreading layer, An LED equivalent to the conventional one could be obtained.

電流分散層に金属酸化物を用いたLEDはGaPなどの半導体材料によって電流分散層を形成しないことから、装置のスループットの向上と、電流分散層形成に掛かる原料コストの低減の両方を図ることができる。しかし、従来の方法において、この薄膜構造を作製した場合には、電流分散層の膜厚が現象したことによる光取出し面積の減少によって、発光出力が低下するという問題があった。しかしながら、本実施例に示した光反射層の構造を採ることによって、従来と同等、若しくはそれ以上の発光出力を有する高輝度LED素子を、従来よりも低コストに作製することができる様になった。   Since an LED using a metal oxide for the current spreading layer does not form the current spreading layer with a semiconductor material such as GaP, it is possible to improve both the throughput of the device and reduce the raw material cost for forming the current spreading layer. it can. However, when this thin film structure is produced in the conventional method, there is a problem that the light emission output is reduced due to the reduction of the light extraction area due to the phenomenon of the film thickness of the current dispersion layer. However, by adopting the structure of the light reflecting layer shown in this embodiment, a high-intensity LED element having a light emission output equivalent to or higher than that of the conventional one can be manufactured at a lower cost than the conventional one. It was.

<最適条件についての根拠>
本発明における第一光反射層は、活性層から放射された光の発光スペクトルにおいて、その中心波長とほぼ一致するか、若しくはそれよりも短波長に反射スペクトルの反射中心波長が設計された構造を採る。つまり、発光ピーク波長を主に反射する光反射層である。
<Reason for optimum conditions>
The first light reflection layer in the present invention has a structure in which the reflection center wavelength of the reflection spectrum is designed to be substantially the same as or shorter than the center wavelength in the emission spectrum of the light emitted from the active layer. take. That is, it is a light reflecting layer that mainly reflects the emission peak wavelength.

発光波長に対して主となる当該第一光反射層の反射率が低くては、当然ながら高い輝度の半導体発光素子を得ることは難しい。従って、高輝度の半導体発光素子を得るには、ある程度のペア数が必要とされる。但し、反射率はペア数に比例して無限大に高くなるものではなく、あるペア数以上になれば徐々に飽和傾向となり、大差は無くなる。従って厚くしすぎると、反射率の向上の効果は薄れ、コスト増大によるデメリットの方が大きくなっていく。   Naturally, it is difficult to obtain a semiconductor light emitting device with high luminance if the reflectance of the first light reflecting layer, which is the main component with respect to the emission wavelength, is low. Therefore, a certain number of pairs is required to obtain a high-luminance semiconductor light emitting device. However, the reflectivity does not increase infinitely in proportion to the number of pairs, and when it exceeds a certain number of pairs, it gradually becomes saturated and there is no large difference. Therefore, if it is too thick, the effect of improving the reflectivity is diminished, and the demerit due to the increase in cost becomes larger.

よって、第一光反射層のペア数には最適値があると言え、その範囲は少なくとも5ペア以上であり、多くとも30ペア以下である。   Therefore, it can be said that there is an optimum value for the number of pairs of the first light reflecting layer, and the range thereof is at least 5 pairs or more and at most 30 pairs or less.

次に、本発明における第二光反射層は、前記第一光反射層の有する反射スペクトルの中心波長以外の可視域において異なる反射スペクトルの中心波長を有する光反射層である。つまり、活性層で放射される光の主な部分を反射するのが第一光反射層であり、第二光反射層は、第一光反射層でカバーできない反射帯域の光を反射する様に設計し、効果的に光取出し効率、発光出力の増大を図るものである。   Next, the 2nd light reflection layer in this invention is a light reflection layer which has the center wavelength of a different reflection spectrum in visible regions other than the center wavelength of the reflection spectrum which said 1st light reflection layer has. In other words, the first light reflecting layer reflects the main part of the light emitted from the active layer, and the second light reflecting layer reflects light in the reflection band that cannot be covered by the first light reflecting layer. It is designed to effectively increase light extraction efficiency and light output.

そして、当該第二光反射層も前記第一光反射層と同様の理由により、そのペア数に最適値を持つと言える。その範囲は少なくとも1ペア以上であり、多くとも20ペア以下である。   And it can be said that the said 2nd light reflection layer also has the optimal value in the number of pairs for the same reason as said 1st light reflection layer. The range is at least one pair and at most 20 pairs.

ペア数の範囲が前記第一光反射層よりも狭い理由は、活性層から放射された光の主たる部分は第一光反射層が担う為、あくまでも第二光反射層は、それ以外の部分である。よって、必然的に必要とされる第二光反射層は前記第一光反射層よりも狭い範囲、若しくは少ないペア数で充分とされる。   The reason why the range of the number of pairs is narrower than that of the first light reflecting layer is that the first light reflecting layer is responsible for the main part of the light emitted from the active layer. is there. Therefore, the necessary second light reflecting layer is sufficient in a narrower range or a smaller number of pairs than the first light reflecting layer.

次に、光反射層に用いられる材料は、できるだけ対となる層同士の屈折率差が大きいことが好ましく、且つそのバンドギャップは広いことが好ましい。   Next, the material used for the light reflecting layer preferably has as large a difference in refractive index between the paired layers as possible, and preferably has a wide band gap.

前者の理由としては、光反射層(分布ブラッグ反射膜)の基本的な部分であり、屈折率差の大きい材料による対の方が反射帯域を広くすることができ、且つその反射強度(反射率)を高めることができるからである。そして、後者の理由としては、光反射層における活性層から放射された光の吸収を極力抑えたいからである。   The reason for the former is the basic part of the light reflection layer (distributed Bragg reflection film), and a pair made of a material having a large refractive index difference can widen the reflection band, and its reflection intensity (reflection rate). ) Can be increased. The reason for the latter is that it is desired to suppress the absorption of light emitted from the active layer in the light reflection layer as much as possible.

光反射層の存在する意義は、活性層から放射された光が基板材であるGaAsやGeで吸収されない様、光を上方へ反射させることで光取出し効率、ひいては発光出力の低下を未然に防ぐ為のものである。これは光反射層による吸収においても同様のことが言える。よって、光反射層のバンドギャップはできる限り広い方が好ましいのである。   The significance of the existence of the light reflection layer is to prevent the light extraction efficiency and thus the light emission output from being lowered by reflecting the light upward so that the light emitted from the active layer is not absorbed by the substrate material GaAs or Ge. Is for the purpose. The same can be said for absorption by the light reflecting layer. Therefore, it is preferable that the band gap of the light reflection layer is as wide as possible.

しかしここで、前述した屈折率差とバンドギャップは両立させることが難しい。一般に光反射層に用いられるAlGaAs系材料、AlGaInP系材料などでは、これらはまさに二律背反の関係にある。よって、好ましい範囲に設定されるべき光反射層の材料、及び組成には最適値があり、それは、第一光反射層、及び第二光反射層を構成する低屈折率部の材料が、AlxGa1-xAs(但し、0.6≦X≦1.0)、(AlYGa1-Y0.5In0.5P(但し、0.6≦Y≦1.0)のどちらかであり、また、高屈折率部の材料がAlxGa1-xAs(但し、0≦X≦0.6)、(AlYGa1-Y0.5In0.5P(但し、0≦Y≦0.6)のどちらかであることが好ましいのである。 However, it is difficult to make the above-described refractive index difference and band gap compatible. In general, AlGaAs-based materials, AlGaInP-based materials, and the like used for the light reflection layer have a trade-off relationship. Therefore, there is an optimum value for the material and composition of the light reflecting layer to be set in a preferable range, and the material of the low refractive index part constituting the first light reflecting layer and the second light reflecting layer is Al. x Ga 1-x As (where 0.6 ≦ X ≦ 1.0), (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P (where 0.6 ≦ Y ≦ 1.0) The material of the high refractive index portion is Al x Ga 1-x As (where 0 ≦ X ≦ 0.6), (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P (where 0 ≦ Y ≦ 0. 6) is preferable.

[変形例1]
本発明における実施例においては、どの構造においても活性層とp型クラッド層との間に何も介在させない構造とした。しかし、ここに例えば真性なアンドープ層を設けたり、多少導電型不純物を含んでいようとも擬似的にアンドープ層となる様な擬似アンドープ層を設けたりする構造を採っても、単にLED素子の出力の信頼性を向上させるなどの効果が生ずるのみであり、本発明の意図する効果が得られる。
[Modification 1]
In the embodiments of the present invention, no structure is interposed between the active layer and the p-type cladding layer in any structure. However, for example, even if an intrinsic undoped layer is provided here or a structure in which a pseudo undoped layer is provided which becomes a pseudo undoped layer even if it contains some conductivity type impurities, the output of the LED element is simply used. Only the effect of improving the reliability of the image is produced, and the effect intended by the present invention can be obtained.

[変形例2]
本発明における実施例においては、発光波長640nmの赤色LED素子のみを作製例としたが、同じAlGaInP系の材料を用いて製作されるそれ以外のLED素子、例えば発光波長560nm〜660nmのLED素子においても、この時に用いられる各層の材料、キャリア濃度などは活性層以外には大きな変更点を持たない。従って、仮にLED素子の発光波長を本発明の実施例と異なる波長帯域としても同様な効果が得られる。
[Modification 2]
In the embodiment of the present invention, only a red LED element having a light emission wavelength of 640 nm is used as an example of manufacture. However, in other LED elements manufactured using the same AlGaInP-based material, for example, LED elements having a light emission wavelength of 560 nm to 660 nm. However, the material of each layer used at this time, the carrier concentration, etc. have no significant changes other than the active layer. Accordingly, the same effect can be obtained even if the emission wavelength of the LED element is set to a wavelength band different from that of the embodiment of the present invention.

[変形例3]
本発明における実施例においては、バッファ層を常に設けたLED構造を作製例としたが、当該層が省略されたLED素子構造を採ることもできる。
[Modification 3]
In the embodiments of the present invention, an LED structure in which a buffer layer is always provided is used as an example of manufacture, but an LED element structure in which the layer is omitted can also be adopted.

[実施例4]
本発明における実施例においては、p型層に添加する導電型決定不純物を亜鉛(Zn)、n型層に添加する導電型決定不純物をセレン(Se)としたが、このp型層に添加する導電型決定不純物にマグネシウム(Mg)を用いたり、n型層に添加する導電型決定不純物にシリコン(Si)やテルル(Te)を用いることもできる。
[Example 4]
In the embodiment of the present invention, the conductivity determining impurity added to the p-type layer is zinc (Zn) and the conductivity determining impurity added to the n-type layer is selenium (Se), but this is added to the p-type layer. Magnesium (Mg) can be used as the conductivity determining impurity, or silicon (Si) or tellurium (Te) can be used as the conductivity determining impurity added to the n-type layer.

[変形例5]
本発明における実施例においては、表面電極の形状は常に円形のものとした構造を採ったが、その他にも異形状、例えば四角、菱形、多角形等でも本発明の意図する効果を得ることができる。
[Modification 5]
In the embodiments of the present invention, the surface electrode is always circular in shape. However, other shapes such as a square, a rhombus, and a polygon can obtain the intended effect of the present invention. it can.

[変形例6]
本発明における実施例においては、電流分散層としてITOのみを用いた例を挙げたが、この他方にも酸化インジウム(In23)、酸化亜鉛(ZnO)、ガリウム添加酸化亜鉛(GZO)、アルミニウム添加酸化亜鉛(AZO)、ホウ素添加酸化亜鉛(BZO)などの一般的に低抵抗で知られる金属酸化物を電流分散層に適用した場合においても、本発明の意図する所の効果が得られる。
[Modification 6]
In the embodiment of the present invention, an example in which only ITO is used as the current spreading layer has been described, but in addition to this, indium oxide (In 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), gallium-doped zinc oxide (GZO), Even when a metal oxide generally known for low resistance such as aluminum-added zinc oxide (AZO) or boron-added zinc oxide (BZO) is applied to the current spreading layer, the intended effect of the present invention can be obtained. .

[変形例7]
本発明における実施例においては、半導体基板にGaAsを用いた例のみを挙げたが、この他方にもGeを半導体基板とするLED用エピタキシャルウェハや、当初の半導体基板をGaAs、又はGeとし、これを後に除去し、代替の半導体基板としてSiやSi以上の熱伝導率を有する金属基板を用いたLED用エピタキシャルウェハにおいても本発明の意図する効果は得られる。
[Modification 7]
In the embodiments of the present invention, only examples in which GaAs is used as the semiconductor substrate have been described. On the other hand, an LED epitaxial wafer having Ge as the semiconductor substrate, or the initial semiconductor substrate as GaAs or Ge. The effect intended by the present invention can be obtained also in an epitaxial wafer for LED using a metal substrate having a thermal conductivity equal to or higher than that of Si or Si as an alternative semiconductor substrate.

本発明の一実施例にかかるAlGaInP系赤色LED素子の断面構造図である。1 is a cross-sectional structure diagram of an AlGaInP red LED element according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例における光反射層の反射スペクトルを従来例と比較して示した図である。It is the figure which showed the reflection spectrum of the light reflection layer in one Example of this invention compared with the prior art example. 本発明の一実施例におけるLED素子の発光出力を従来例と比較して示した図である。It is the figure which showed the light emission output of the LED element in one Example of this invention compared with the prior art example. 従来例にかかるAlGaInP系赤色LED素子の断面構造図である。It is sectional drawing of the AlGaInP type | system | group red LED element concerning a prior art example. 本発明の他の実施例にかかるAlGaInP系赤色LED素子の断面構造図である。It is sectional drawing of the AlGaInP type | system | group red LED element concerning the other Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2 バッファ層
3 光反射層(第一光反射層)
4 n型クラッド層
5 アンドープ活性層
6 p型クラッド層
7 (p型GaPから成る)電流分散層
8 表面電極
9 裏面電極
10 第二光反射層
11 コンタクト層
12 (ITOから成る)電流分散層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Buffer layer 3 Light reflection layer (1st light reflection layer)
4 n-type cladding layer 5 undoped active layer 6 p-type cladding layer 7 current dispersion layer (comprising p-type GaP) 8 surface electrode 9 back electrode 10 second light reflecting layer 11 contact layer 12 current dispersion layer (comprising ITO)

Claims (15)

導電性の半導体基板と、該半導体基板の主面上に設けられた光反射層と、該光反射層の上に成長されたpn接合を有する活性層を含む発光部とを少なくとも具備する半導体発光素子において、
前記光反射層が、前記発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長に一致するか、若しくはそれよりも短波長に反射スペクトルの中心波長が設定された第一光反射層を備え、且つ前記第一光反射層の有する反射スペクトルの中心波長以外の可視波長域において異なる反射スペクトルの中心波長を有する第二光反射層を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
Semiconductor light emission comprising at least a conductive semiconductor substrate, a light reflecting layer provided on the main surface of the semiconductor substrate, and a light emitting part including an active layer having a pn junction grown on the light reflecting layer In the element
The light reflection layer includes a first light reflection layer in which the center wavelength of the reflection spectrum is set to a wavelength shorter than or equal to the center wavelength of the emission spectrum of the light emitted from the light emitting section; and A semiconductor light emitting device comprising a second light reflecting layer having a central wavelength of a different reflection spectrum in a visible wavelength region other than the central wavelength of the reflection spectrum of the first light reflecting layer.
請求項1に記載の半導体発光素子において、
前記光反射層が、前記発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長に一致するか、若しくはそれよりも短波長に反射スペクトルの中心波長が設定された第一光反射層を備え、且つ前記発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長よりも長波長側に反射スペクトルの中心波長が設定された第二光反射層を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light emitting device according to claim 1,
The light reflection layer includes a first light reflection layer in which the center wavelength of the reflection spectrum is set to a wavelength shorter than or equal to the center wavelength of the emission spectrum of the light emitted from the light emitting section; and A semiconductor light emitting element comprising a second light reflecting layer in which a center wavelength of a reflection spectrum is set on a longer wavelength side than a center wavelength of an emission spectrum of light emitted from the light emitting section.
請求項1又は2に記載の半導体発光素子において、
前記第一光反射層を構成する半導体層のペア数が、5ペア以上30ペア以下であることを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2,
The number of pairs of semiconductor layers constituting the first light reflecting layer is 5 pairs or more and 30 pairs or less.
請求項3に記載の半導体発光素子において、
前記第二光反射層を構成する半導体層のペア数が、1ペア以上20ペア以下であることを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light-emitting device according to claim 3.
The number of pairs of semiconductor layers constituting the second light reflecting layer is 1 pair or more and 20 pairs or less.
請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体発光素子において、
前記第一光反射層と前記第二光反射層とを構成する半導体層の材料がGaAs、AlGaAs、AlAs、AlGaInP、GaInP、AlInPの内から選択されたものであることを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light-emitting device according to claim 1,
A semiconductor light emitting device, wherein a material of a semiconductor layer constituting the first light reflection layer and the second light reflection layer is selected from GaAs, AlGaAs, AlAs, AlGaInP, GaInP, and AlInP .
請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体発光素子において、
前記第一光反射層及び前記第二光反射層がそれぞれ低屈折率部と高屈折率部の組み合わせから構成され、その低屈折率部の材料が、AlxGa1-xAs(但し、0.6≦X≦1.0)、(AlYGa1-Y0.5In0.5P(但し、0.6≦Y≦1.0)のどちらかであり、また、高屈折率部の材料が、AlxGa1-xAs(但し、0≦X≦0.6)、(AlYGa1-Y0.5In0.5P(但し、0≦Y≦0.6)のどちらかであることを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light-emitting device according to claim 1,
The first light reflection layer and the second light reflection layer are each composed of a combination of a low refractive index portion and a high refractive index portion, and the material of the low refractive index portion is Al x Ga 1-x As (however, 0 .6 ≦ X ≦ 1.0), (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P (provided that 0.6 ≦ Y ≦ 1.0), and the material of the high refractive index portion is Al x Ga 1-x As (where 0 ≦ X ≦ 0.6), (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P (where 0 ≦ Y ≦ 0.6) A semiconductor light emitting device characterized.
請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体発光素子において、
前記半導体基板がGaAs、若しくはGeから成ることを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light-emitting device according to claim 1,
A semiconductor light emitting element, wherein the semiconductor substrate is made of GaAs or Ge.
請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体発光素子において、
前記活性層を、発光層と、前記発光層よりも広いバンドギャップを有する障壁層によって成る構造とし、これを複数層積層したことを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light-emitting device according to claim 1,
A semiconductor light-emitting device, wherein the active layer has a structure composed of a light-emitting layer and a barrier layer having a wider band gap than the light-emitting layer, and a plurality of these layers are stacked.
請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体発光素子において、
前記発光部上に少なくとも1層以上の半導体層を介して金属酸化物から成る電流分散層を形成したことを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light-emitting device according to claim 1,
A semiconductor light emitting element, wherein a current spreading layer made of a metal oxide is formed on the light emitting part via at least one semiconductor layer.
導電性の半導体基板と、該半導体基板の主面上に設けられた光反射層と、該光反射層の上に成長されたpn接合を有する活性層を含む発光部とを少なくとも具備する半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記光反射層が、前記発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長にほぼ一致するか、若しくはそれよりも短波長に反射スペクトルの中心波長が設定された第一光反射層を備え、且つ前記発光部から放射される光の発光スペクトルの中心波長よりも長波長側に反射スペクトルの中心波長が設定された第二光反射層を備えたことを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
Semiconductor light emission comprising at least a conductive semiconductor substrate, a light reflecting layer provided on the main surface of the semiconductor substrate, and a light emitting part including an active layer having a pn junction grown on the light reflecting layer In device epitaxial wafers,
The light reflection layer includes a first light reflection layer in which the center wavelength of the reflection spectrum is set to be substantially equal to or shorter than the center wavelength of the emission spectrum of the light emitted from the light emitting unit, An epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device, comprising: a second light reflecting layer in which a center wavelength of a reflection spectrum is set longer than a center wavelength of an emission spectrum of light emitted from the light emitting unit.
請求項10に記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記第一光反射層のペア数が5ペア以上30ペア以下であることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
In the epitaxial wafer for semiconductor light emitting devices according to claim 10,
The number of pairs of said 1st light reflection layer is 5 pairs or more and 30 pairs or less, The epitaxial wafer for semiconductor light-emitting devices characterized by the above-mentioned.
請求項11に記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記第二光反射層のペア数が1ペア以上20ペア以下であることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
In the epitaxial wafer for semiconductor light emitting devices according to claim 11,
The number of pairs of said 2nd light reflection layer is 1 pair or more and 20 pairs or less, The epitaxial wafer for semiconductor light-emitting devices characterized by the above-mentioned.
請求項10乃至12のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記第一光反射層と前記第二光反射層とを構成する半導体材料がGaAs、AlGaAs、AlAs、AlGaInP、GaInP、AlInPの内から選択されたものであることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
In the epitaxial wafer for semiconductor light emitting devices according to any one of claims 10 to 12,
An epitaxial for a semiconductor light emitting device, wherein a semiconductor material constituting the first light reflecting layer and the second light reflecting layer is selected from GaAs, AlGaAs, AlAs, AlGaInP, GaInP, and AlInP Wafer.
請求項10乃至13のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記第一光反射層及び前記第二光反射層がそれぞれ低屈折率部と高屈折率部の組み合わせから構成され、その低屈折率部の材料が、AlxGa1-xAs(但し、0.6≦X≦1.0)、(AlYGa1-Y0.5In0.5P(但し、0.6≦Y≦1.0)のどちらかであり、また、高屈折率部の材料がAlxGa1-xAs(但し、0≦X≦0.6)、(AlYGa1-Y0.5In0.5P(但し、0≦Y≦0.6)のどちらかであることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
In the epitaxial wafer for semiconductor light-emitting devices in any one of Claims 10 thru | or 13,
The first light reflection layer and the second light reflection layer are each composed of a combination of a low refractive index portion and a high refractive index portion, and the material of the low refractive index portion is Al x Ga 1-x As (however, 0 .6 ≦ X ≦ 1.0), (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P (provided that 0.6 ≦ Y ≦ 1.0), and the material of the high refractive index portion is Al x Ga 1-x As (where 0 ≦ X ≦ 0.6), (Al Y Ga 1-Y ) 0.5 In 0.5 P (where 0 ≦ Y ≦ 0.6) An epitaxial wafer for semiconductor light emitting devices.
請求項10乃至14のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記発光部上に少なくとも1層以上の半導体層を介して金属酸化物から成る電流分散層を形成したことを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
In the epitaxial wafer for semiconductor light-emitting devices in any one of Claims 10 thru | or 14,
An epitaxial wafer for a semiconductor light emitting element, wherein a current spreading layer made of a metal oxide is formed on the light emitting portion via at least one semiconductor layer.
JP2004215281A 2004-07-23 2004-07-23 Semiconductor light emitting device and epitaxial wafer therefor Pending JP2006040998A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004215281A JP2006040998A (en) 2004-07-23 2004-07-23 Semiconductor light emitting device and epitaxial wafer therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004215281A JP2006040998A (en) 2004-07-23 2004-07-23 Semiconductor light emitting device and epitaxial wafer therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006040998A true JP2006040998A (en) 2006-02-09

Family

ID=35905707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004215281A Pending JP2006040998A (en) 2004-07-23 2004-07-23 Semiconductor light emitting device and epitaxial wafer therefor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006040998A (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008060410A (en) * 2006-08-31 2008-03-13 Hitachi Cable Ltd Semiconductor light emitting element
JP2009088299A (en) * 2007-09-29 2009-04-23 Nichia Corp Light-emitting element and light-emitting device provided with the element
JP2009164423A (en) * 2008-01-08 2009-07-23 Nichia Corp Light-emitting element
CN101859854A (en) * 2009-04-07 2010-10-13 日立电线株式会社 Light-emitting element
JP2011054862A (en) * 2009-09-04 2011-03-17 Hitachi Cable Ltd Epitaxial wafer, light-emitting element, method of manufacturing the epitaxial wafer, and method of manufacturing the light-emitting element
EP2323179A1 (en) * 2008-07-17 2011-05-18 DOWA Electronics Materials Co., Ltd. Light-emitting element
JP2011222950A (en) * 2010-03-24 2011-11-04 Showa Denko Kk Light emitting diode
JP2012084692A (en) * 2010-10-12 2012-04-26 Hitachi Cable Ltd Light-emitting element
JP2012109436A (en) * 2010-11-18 2012-06-07 Showa Denko Kk Light-emitting diode
US8350274B2 (en) 2010-03-10 2013-01-08 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device, method of manufacturing the light emitting device, light emitting device package, and lighting unit
KR20210010777A (en) * 2019-07-19 2021-01-28 광전자 주식회사 An optical element having a broadband reflective layer and a manufacturing method thereof
CN115602769A (en) * 2022-12-16 2023-01-13 南昌凯捷半导体科技有限公司(Cn) Reverse-polarity infrared LED epitaxial wafer with light filtering structure and preparation method thereof

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008060410A (en) * 2006-08-31 2008-03-13 Hitachi Cable Ltd Semiconductor light emitting element
JP4710764B2 (en) * 2006-08-31 2011-06-29 日立電線株式会社 Semiconductor light emitting device
JP2009088299A (en) * 2007-09-29 2009-04-23 Nichia Corp Light-emitting element and light-emitting device provided with the element
JP2009164423A (en) * 2008-01-08 2009-07-23 Nichia Corp Light-emitting element
EP2323179A1 (en) * 2008-07-17 2011-05-18 DOWA Electronics Materials Co., Ltd. Light-emitting element
EP2323179A4 (en) * 2008-07-17 2013-09-25 Dowa Electronics Materials Co Light-emitting element
JP2010245312A (en) * 2009-04-07 2010-10-28 Hitachi Cable Ltd Light-emitting element
CN101859854A (en) * 2009-04-07 2010-10-13 日立电线株式会社 Light-emitting element
JP2011054862A (en) * 2009-09-04 2011-03-17 Hitachi Cable Ltd Epitaxial wafer, light-emitting element, method of manufacturing the epitaxial wafer, and method of manufacturing the light-emitting element
US8350274B2 (en) 2010-03-10 2013-01-08 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device, method of manufacturing the light emitting device, light emitting device package, and lighting unit
JP2011222950A (en) * 2010-03-24 2011-11-04 Showa Denko Kk Light emitting diode
JP2012084692A (en) * 2010-10-12 2012-04-26 Hitachi Cable Ltd Light-emitting element
US8796711B2 (en) 2010-10-12 2014-08-05 Hitachi Metals, Ltd. Light-emitting element
JP2012109436A (en) * 2010-11-18 2012-06-07 Showa Denko Kk Light-emitting diode
KR20210010777A (en) * 2019-07-19 2021-01-28 광전자 주식회사 An optical element having a broadband reflective layer and a manufacturing method thereof
KR102240884B1 (en) 2019-07-19 2021-04-16 광전자 주식회사 An optical element having a broadband reflective layer and a manufacturing method thereof
CN115602769A (en) * 2022-12-16 2023-01-13 南昌凯捷半导体科技有限公司(Cn) Reverse-polarity infrared LED epitaxial wafer with light filtering structure and preparation method thereof
CN115602769B (en) * 2022-12-16 2023-03-24 南昌凯捷半导体科技有限公司 Reverse-polarity infrared LED epitaxial wafer with light filtering structure and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4367393B2 (en) Semiconductor light emitting device having a transparent conductive film
US8237180B2 (en) Light emitting element including center electrode and thin wire electrode extending from periphery of the center electrode
JP5169012B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP4320653B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2008288248A (en) Semiconductor light-emitting element
US20110037049A1 (en) Nitride semiconductor light-emitting device
US8796711B2 (en) Light-emitting element
JP2007042751A (en) Semiconductor light emitting device
JP2006332205A (en) Nitride semiconductor light emitting element
JP2008103534A (en) Semiconductor light emitting element
JP2011082233A (en) Light emitting element
JP2012109436A (en) Light-emitting diode
JP4894411B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2012129357A (en) Semiconductor light-emitting element
US7230281B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP4310708B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP4911347B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2006040998A (en) Semiconductor light emitting device and epitaxial wafer therefor
JP4320654B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP5538006B2 (en) Light emitting diode
JP4710764B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2007096162A (en) Semiconductor light-emitting device
JP2006135215A (en) Process for fabricating semiconductor light emitting element
JP2007096157A (en) Semiconductor light-emitting element
JP2011176001A (en) Light emitting device and method of manufacturing the same