JP2007207932A - 発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】AlGaInPからなる発光層部の両面にGaP光取出層がエピタキシャル成長されているにも拘わらず、発光層部への結晶欠陥の導入が効果的に抑制され、ひいては発光輝度や素子ライフに優れた発光素子を提供する。
【解決手段】 発光素子100は、AlGaInPからなるダブルへテロ構造を有する発光層部24と、発光層部24の一方の主表面側にエピタキシャル成長された発光層部24よりも厚い第一のGaP光取出層20と、発光層部24の他方の主表面側にエピタキシャル成長された発光層部24よりも厚い第二のGaP光取出層90とを備える。そして、第二のGaP光取出層90と発光層部24との間に、GaAsXP1−X(ただし、XはGaAs混晶比:0<X<1)からなる接続層91を設ける。
【選択図】 図1
Description
組成式(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0≦y≦1)にて表される化合物のうち、GaAsと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成されたn型クラッド層、活性層及びp型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有する発光層部と、
発光層部の一方の主表面側にエピタキシャル成長された発光層部よりも厚い第一のGaP光取出層と、
発光層部の他方の主表面側にエピタキシャル成長された発光層部よりも厚い第二のGaP光取出層とを備え、
第二のGaP光取出層と発光層部との間に、GaAsXP1−X(ただし、XはGaAs混晶比:0<X<1)からなる接続層を設けてなることを特徴とする。
GaAs単結晶基板の第一主表面に発光層部をエピタキシャル成長する発光層部成長工程と、
発光層部の第一主表面側に第一のGaP光取出層をエピタキシャル成長する第一のGaP光取出層成長工程と、
発光層部の第二主表面側からGaAs単結晶基板を除去する基板除去工程と、
発光層部の第二主表面側に接続層をエピタキシャル成長する接続層成長工程と、
接続層の第二主表面に第二のGaP光取出層をエピタキシャル成長する第二のGaP光取出層成長工程と、をこの順で実施することを特徴とする。
図1は、本発明の一実施形態である発光素子100を示す概念図である。発光素子100は、組成式(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0≦y≦1)にて表される化合物のうち、GaAsと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成されたn型クラッド層4、活性層5及びp型クラッド層6がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有する発光層部24と、発光層部24の一方の主表面側にエピタキシャル成長された発光層部24よりも厚い第一のGaP光取出層20と、発光層部24の他方の主表面側にエピタキシャル成長された発光層部24よりも厚い第二のGaP光取出層90とを備える。また、第二のGaP光取出層90と発光層部24との間には、GaAsXP1−X(ただし、XはGaAs混晶比:0<X<1)からなる接続層91が設けられている。
まず、図3の工程1に示すように、成長用基板としてn型のGaAs単結晶基板1を用意する。次に、工程2に示すように、その基板1の主表面に、n型GaAsバッファ層2を例えば0.5μmエピタキシャル成長し、次いで、発光層部24として、各々(AlxGa1−x)yIn1−yPよりなる、厚さ1μmのn型クラッド層4(n型ドーパントはSi)、厚さ0.6μmの活性層(ノンドープ)5及び厚さ1μmのp型クラッド層6(p型ドーパントはMg:有機金属分子からのCもp型ドーパントとして寄与しうる)を、この順序にてエピタキシャル成長させる。p型クラッド層6とn型クラッド層4との各ドーパント濃度は、例えば1×1017/cm3以上2×1018/cm3以下である。さらに、図4の工程3に示すように、p型クラッド層6上に接続層20Jをエピタキシャル成長する(前述のごとく、この接続層20Jは省略することも可能である)。
・Al源ガス;トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリエチルアルミニウム(TEAl)など;
・Ga源ガス;トリメチルガリウム(TMGa)、トリエチルガリウム(TEGa)など;
・In源ガス;トリメチルインジウム(TMIn)、トリエチルインジウム(TEIn)など。
・P源ガス:トリメチルリン(TMP)、トリエチルリン(TEP)、ホスフィン(PH3)など。
・As源ガス;トリメチル砒素(TMAs)、アルシン(AsH3)など。
Ga(液体)+HCl(気体) → GaCl(気体)+1/2H2‥‥(1)
成長温度は例えば640℃以上860℃以下に設定する。また、V族元素であるPは、PH3をキャリアガスであるH2とともに基板上に供給する。さらに、p型ドーパントであるZnは、DMZn(ジメチルZn)の形で供給する。GaClはPH3との反応性に優れ、下記(2)式の反応により、効率よく第一のGaP光取出層20を成長させることができる:
GaCl(気体)+PH3(気体)
→GaP(固体)+HCl(気体)+H2(気体)‥‥(2)
まず、図1の発光素子100において、各層を以下の厚さにて形成した。素子形状は正方形状であり、素子寸法は、290μm角とした。
・n型GaAs単結晶基板:厚さ280μm。
・p型クラッド層6=1μm;
・活性層5=0.6μm(発光波長623nm);
・n型クラッド層4=1μm;
・第一のGaP光取出層20=150μm:キャリア濃度を2×1017/cm3〜1.6×1018/cm3にて種々の値に設定;
・接続層91=4μm:GaAs混晶比Xは、第二のGaP光取出層90側の端面位置にてゼロとなり、発光層部24との境界位置での値(Xmax)が0以上0.6以下の種々の値となるよう、当該境界位置に向けて直線的に増加するように調整;
・第二のGaP光取出層90=第一のGaP光取出層20よりも厚さが0〜90μmの種々の値だけ厚くなるように設定。キャリア濃度を1×1017/cm3〜1.2×1018/cm3にて種々の値に設定;
・発光強度:通電電流値を40〜200mA/パルス(Duty 10%)の種々の値とした;
・順方向電圧:通電電流値を20mAとして測定;
・素子ライフ:通電電流密度を23.8A/cm2に固定して連続通電し、初期発光輝度と1000時間通電後の輝度の比により測定;
・反りの測定:ダイシング前のエピタキシャルウェーハの直径を49mmとして測定。
5 活性層
6 p型クラッド層
20 第一のGaP光取出層
24 発光層部
90 第二のGaP光取出層
91 接続層
100 発光素子
Claims (11)
- 組成式(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0≦y≦1)にて表される化合物のうち、GaAsと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成されたn型クラッド層、活性層及びp型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有する発光層部と、
前記発光層部の一方の主表面側にエピタキシャル成長された前記発光層部よりも厚い第一のGaP光取出層と、
前記発光層部の他方の主表面側にエピタキシャル成長された前記発光層部よりも厚い第二のGaP光取出層とを備え、
前記第二のGaP光取出層と前記発光層部との間に、GaAsXP1−X(ただし、XはGaAs混晶比:0<X<1)からなる接続層を設けてなることを特徴とする発光素子。 - 前記接続層は、前記発光層部側にて前記第二のGaP光取出層側よりも前記GaAs混晶比Xが高くなる組成傾斜層として形成されてなる請求項1に記載の発光素子。
- 前記第一のGaP光取出層が前記発光層部に接して形成されてなる請求項1又は請求項2に記載の発光素子。
- 前記第二のGaP光取出層の厚さが50μm以上200μm以下であり、前記接続層の厚さが1μm以上10μm以下に設定されてなる請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記発光層部の前記n型クラッド層側に前記接続層を介して前記第二のGaP光取出層がn型層として形成され、前記p型クラッド層側に前記第一のGaP光取出層がp型層として形成されてなる請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記接続層は、前記第二のGaP光取出層側の端面にて前記GaAs混晶比が0.1以下に設定されてなる請求項2ないし請求項5のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記活性層のピーク発光波長が570nm以上652nm以下であり、前記接続層は、前記発光層部側の端面にて前記GaAs混晶比が0.2以上0.45以下に設定されている請求項6記載の発光素子。
- 前記接続層の前記GaAs混晶比Xは、前記発光層部側の端面にて、当該GaAs混晶比XにおけるGaAsXP1−Xのバンドギャップエネルギーが、前記活性層のバンドギャップエネルギーと等しくなるか又は大きくなるように調整されている請求項2ないし請求項7のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記第二のGaP光取出層の厚さが前記第一のGaP光取出層の0.8倍以上1.2倍以下である請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の発光素子。
- 請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法であって、
GaAs単結晶基板の第一主表面に前記発光層部をエピタキシャル成長する発光層部成長工程と、
前記発光層部の第一主表面側に前記第一のGaP光取出層をエピタキシャル成長する第一のGaP光取出層成長工程と、
前記発光層部の第二主表面側から前記GaAs単結晶基板を除去する基板除去工程と、
前記発光層部の第二主表面側に前記接続層をエピタキシャル成長する接続層成長工程と、
前記接続層の第二主表面に前記第二のGaP光取出層をエピタキシャル成長する第二のGaP光取出層成長工程と、をこの順で実施することを特徴とする発光素子の製造方法。 - 前記接続層、前記第一のGaP光取出層及び前記第二のGaP光取出層のエピタキシャル成長をHVPE法にて行なう請求項10記載の発光素子の製造方法。
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