JP2008060410A - Semiconductor light emitting element - Google Patents

Semiconductor light emitting element Download PDF

Info

Publication number
JP2008060410A
JP2008060410A JP2006236766A JP2006236766A JP2008060410A JP 2008060410 A JP2008060410 A JP 2008060410A JP 2006236766 A JP2006236766 A JP 2006236766A JP 2006236766 A JP2006236766 A JP 2006236766A JP 2008060410 A JP2008060410 A JP 2008060410A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
light emitting
type
semiconductor
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.)
Granted
Application number
JP2006236766A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4710764B2 (en
Inventor
Taiichiro Konno
泰一郎 今野
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 JP2006236766A priority Critical patent/JP4710764B2/en
Publication of JP2008060410A publication Critical patent/JP2008060410A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4710764B2 publication Critical patent/JP4710764B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element of high luminance which can be manufactured inexpensively. <P>SOLUTION: In the semiconductor light emitting diode, a light emitter composed of a group III-V compound semiconductor and including an n-type clad layer (4), an active layer (5), a p-type clad layer (6), and a p-type contact layer (8) are formed on a semiconductor substrate (1). Further, a current dispersion layer (9) composed of metal oxide transparent conductive film is formed on the p-type contact layer (8); an upper electrode (10) is formed on a part of the current dispersion layer (9); and a lower electrode (11) is formed on the rear side of the semiconductor substrate (1). A light reflection layer (12) composed of the group III-V compound semiconductor and capable of reflecting light from the light emitter is formed on a portion almost corresponding to the lower part of the upper electrode (10) between the p-type contact layer (8) and the current dispersion layer (9). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体発光素子に関わり、特に、透明導電膜を電流分散層に用いた半導体発光素子に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device using a transparent conductive film as a current spreading layer.

AlGaInP系材料は、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、560nm〜650nmの発光帯域において非常に高い輝度が得られる。このことから、現在でも盛んに研究・開発が行われており、特に更なる高輝度化の研究が盛んである。また最近では、AlGaInP系発光ダイオードは低価格化競争の最中にあり、発光ダイオードの原価低減、スループット向上が求められている。   The AlGaInP-based material is a direct transition type semiconductor having the largest band gap among III-V group compound semiconductors excluding nitrides, and extremely high luminance is obtained in an emission band of 560 nm to 650 nm. For this reason, research and development are actively conducted even now, and research on further enhancement of brightness is particularly active. Recently, AlGaInP-based light emitting diodes are in the midst of price reduction competition, and cost reduction and throughput improvement of the light emitting diodes are required.

AlGaInP系発光ダイオードの製造コストは、主に電流拡散層が占めている。この要因として、一つには電流拡散層の膜厚が厚いことが挙げられる。電流拡散層の材料は主に、GaP、AlGaAsであり、発光ダイオードの高輝度化、低動作電圧化を図るには、この電流拡散層の膜厚を大体8μm以上とする必要があった。このため、電流拡散層の成長に掛かる原料費用が高くなり、更には、成長に要する時間が長くなってスループットを悪化させ、総合的にAlGaInP系発光ダイオードの製造原価を高くしていた。   The current diffusion layer mainly occupies the manufacturing cost of the AlGaInP light emitting diode. One factor is that the current diffusion layer is thick. The material of the current diffusion layer is mainly GaP or AlGaAs, and the thickness of the current diffusion layer has to be about 8 μm or more in order to increase the luminance and the operating voltage of the light emitting diode. For this reason, the raw material cost required for the growth of the current spreading layer is increased, and further, the time required for the growth is lengthened, the throughput is deteriorated, and the manufacturing cost of the AlGaInP-based light emitting diode is increased overall.

これらの問題を解決する方法として、半導体による電流拡散層(窓層)の代わりに、キャリア濃度が非常に高く、薄い膜厚で十分な電流分散効果を得ることができる金属酸化膜の透明導電膜を用いる方法が提案されている。しかし、通常、金属酸化物の透明導電膜を用いた場合、その上に金属電極(上面電極)が形成されるが、半導体層と金属酸化膜である透明導電膜の間に接触抵抗が発生してしまい、順方向動作電圧が高くなるという問題がある。
また、最上の半導体層のキャリア濃度を極めて高くすることで、トンネル電流によりLEDを駆動させるという方法も開示されている(例えば、非特許文献1参照)。これらの方法を用いる事により、低コスト化が可能となる。
As a method for solving these problems, a transparent conductive film of a metal oxide film that has a very high carrier concentration and can obtain a sufficient current dispersion effect with a thin film thickness instead of a semiconductor current diffusion layer (window layer). A method of using is proposed. However, normally, when a metal oxide transparent conductive film is used, a metal electrode (upper surface electrode) is formed thereon, but contact resistance occurs between the semiconductor layer and the transparent conductive film that is a metal oxide film. As a result, there is a problem that the forward operation voltage becomes high.
In addition, a method of driving an LED with a tunnel current by making the carrier concentration of the uppermost semiconductor layer extremely high is also disclosed (for example, see Non-Patent Document 1). By using these methods, the cost can be reduced.

しかしながら、更なる高輝度化が求められており、上面電極によって遮蔽されてしまう上面電極直下での発光を少なくして高輝度化を図る方法として、電流ブロック層を備えた電流狭窄型の発光ダイオードが提案されている(例えば、特許文献1参照)。電流ブロック層は、発光層と電流拡散層との間に、電流拡散層とは逆の導電性を有する半導体層をMOVPE(有機金属気相成長)法で成長させ、これを選択的にエッチングして電流ブロック層のパターンニングを行って形成される。その後、電流ブロック層上に電流拡散層を再びMOVPE法によって成長させる事で、電流狭窄型の発光ダイオードを作製している。   However, there is a need for further increase in luminance, and as a method for increasing luminance by reducing light emission directly under the upper surface electrode that is shielded by the upper surface electrode, a current confinement type light emitting diode having a current blocking layer is provided. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the current blocking layer, a semiconductor layer having conductivity opposite to that of the current spreading layer is grown between the light emitting layer and the current spreading layer by MOVPE (metal organic chemical vapor deposition), and this is selectively etched. Then, the current blocking layer is formed by patterning. Thereafter, a current diffusion layer is grown again on the current blocking layer by the MOVPE method, thereby producing a current confinement type light emitting diode.

ELECTRONICS LETTERS,7Th December 1995,pp.2210〜2212ELECTRONICS LETTERS, 7Th December 1995, pp. 2210-2212 特開2002−64219号公報JP 2002-64219 A

しかし、電流ブロック層を設ける方法では、MOVPEによる成長工程が二度必要になる為、発光ダイオードの製造原価を低減する事が難しい。特にMOVPEは、1回のウェハ処理枚数が少ない為、成長工程が二度必要になると、スループットが悪く、製造コストが高くなってしまう。また逆メサ方向では、電流ブロック層が逆テーパになることから、二度目のMOVPEによる成長時に、欠陥が出来てしまうことが多々あり、制御性が悪く、再現性等に問題がある。つまり技術的にも製造が難しく、歩留まりが悪いことから、製造コストが高くなる。従って、現状では、高輝度で低コストの発光ダイオードを、歩留まり良く製作することが難しい。   However, in the method of providing the current blocking layer, it is difficult to reduce the manufacturing cost of the light emitting diode because a growth process by MOVPE is required twice. In particular, since MOVPE requires a small number of wafers to be processed at one time, if a growth process is required twice, the throughput is poor and the manufacturing cost is increased. In the reverse mesa direction, since the current blocking layer is reversely tapered, defects often occur during the second growth by MOVPE, so that the controllability is poor and the reproducibility is problematic. That is, it is difficult to manufacture technically and the yield is poor, which increases the manufacturing cost. Therefore, at present, it is difficult to manufacture a high-intensity, low-cost light-emitting diode with high yield.

本発明は、上記課題を解決し、低コストで製造可能な高輝度の半導体発光素子を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a high-luminance semiconductor light-emitting device that can be manufactured at low cost.

発光素子の上面(表面)に形成された上面電極(金属電極)の下方で発光し上面電極に達した光は、上面電極が遮光体となってしまい、発光素子の上面から取り出す事が出来ない。このため、上面電極直下での発光を少なくして高輝度化する方法が、従来の電流ブロック層を設ける方法である。しかし、上述したように、電流ブロック層は、製造が難しく歩留まりが悪いことから、製造コストが高くなる。
また、上面電極は、電極形成後にアロイ処理(熱処理)をしている。このアロイ処理によって、上面電極と半導体層が合金化して接触抵抗が低くなる。しかし、合金化することによって光の反射率は低下する。つまり、発光部で発光した光の内、上面電極に達したものの多くは、外に出られずに損失となる。
上面電極に達した光を効率よく反射することが出来れば、その反射した光は発光部側に行き、活性層で再発光する。所謂フォトリサイクリングが行われる。また、反射して外部に光が出て発光出力が増加する確率も高まる。
そこで、上面電極直下で発光し上面電極に向かう光を発光部に効率よく反射して戻すことができれば、電流ブロック層を設けることなく、低コストで高輝度の発光素子を得る事が出来る。かかる考察から本発明は案出されたものであり、次のように構成されている。
Light that reaches the upper surface electrode and emits light below the upper surface electrode (metal electrode) formed on the upper surface (front surface) of the light emitting element cannot be extracted from the upper surface of the light emitting element because the upper surface electrode becomes a light shielding body. . For this reason, the conventional method of providing a current blocking layer is a method of increasing luminance by reducing light emission directly under the upper surface electrode. However, as described above, since the current blocking layer is difficult to manufacture and has a low yield, the manufacturing cost is increased.
Further, the upper surface electrode is subjected to alloy processing (heat treatment) after electrode formation. By this alloying process, the upper surface electrode and the semiconductor layer are alloyed to reduce the contact resistance. However, the reflectance of light falls by alloying. That is, most of the light emitted from the light emitting section reaches the upper surface electrode and is lost without going out.
If the light reaching the upper surface electrode can be efficiently reflected, the reflected light goes to the light emitting part side and re-emits light in the active layer. So-called photo recycling is performed. In addition, the probability that light emission is reflected and light is emitted to increase the light emission output is increased.
Therefore, if light emitted directly under the top electrode and directed toward the top electrode can be efficiently reflected back to the light emitting portion, a light emitting element with high brightness can be obtained at low cost without providing a current blocking layer. The present invention has been devised from such considerations, and is configured as follows.

本発明の第1の態様は、半導体基板上に、III−V族化合物半導体からなる、n型クラッド層、活性層及びp型クラッド層の発光部と、p型コンタクト層とを有し、前記p型コンタクト層上に金属酸化物の透明導電膜からなる電流分散層が形成されると共に、前記電流分散層上の一部に上面電極が、前記半導体基板裏側に下面電極がそれぞれ形成された半導体発光素子において、前記p型コンタクト層と前記電流分散層との間の、前記上面電極下方にほぼ対応した部位に、前記発光部からの光を反射するIII−V族化合物半導体からなる光反射層を備えたことを特徴とする半導体発光素子である。   According to a first aspect of the present invention, an n-type cladding layer, an active layer and a p-type cladding layer made of a III-V compound semiconductor are provided on a semiconductor substrate, and a p-type contact layer is provided. A semiconductor in which a current spreading layer made of a transparent conductive film of a metal oxide is formed on a p-type contact layer, a top electrode is formed on a part of the current spreading layer, and a bottom electrode is formed on the back side of the semiconductor substrate. In the light emitting device, a light reflecting layer made of a III-V group compound semiconductor that reflects light from the light emitting portion at a portion between the p-type contact layer and the current spreading layer and substantially corresponding to the lower part of the upper surface electrode. A semiconductor light emitting device comprising:

本発明の第2の態様は、第1の態様の半導体発光素子において、前記光反射層が、AlGa1−xAs層(0≦x≦1)と(AlGa1−yIn1−zP層(0≦y≦1、0≦z≦1)との組み合わせからなることを特徴とする半導体発光素子である。 According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to the first aspect, the light reflecting layer includes an Al x Ga 1-x As layer (0 ≦ x ≦ 1) and (Al y Ga 1-y ) z. A semiconductor light emitting device comprising a combination with an In 1-z P layer (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1).

本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様の半導体発光素子において、前記光反射層が、p型層であることを特徴とする半導体発光素子である。   A third aspect of the present invention is the semiconductor light emitting element according to the first or second aspect, wherein the light reflection layer is a p-type layer.

本発明の第4の態様は、第1〜第3の態様のいずれかの半導体発光素子において、前記p型クラッド層と前記p型コンタクト層との間に、前記活性層で発光した光に対して透明な材料であり、且つAs系若しくはP系、またはAs系とP系が混在したIII−V族化合物半導体の緩衝層が設けられていることを特徴とする半導体発光素子である。   According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the first to third aspects, the light emitted from the active layer is between the p-type cladding layer and the p-type contact layer. The semiconductor light-emitting element is provided with a buffer layer of a III-V group compound semiconductor that is an As-based material, a P-based material, or a mixture of As-based material and P-based material.

本発明の第5の態様は、第1〜第4の態様のいずれかの半導体発光素子において、前記電流分散層が、ITOで形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。   A fifth aspect of the present invention is the semiconductor light emitting element according to any one of the first to fourth aspects, wherein the current dispersion layer is made of ITO.

本発明の第6の態様は、第1〜第5の態様のいずれかの半導体発光素子において、前記電流分散層が、真空蒸着法又はスパッタ法によって形成され、且つキャリア濃度が形成直後の状態で8×1020/cm以上であることを特徴とする半導体発光素子である。 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 current distribution layer is formed by a vacuum deposition method or a sputtering method, and the carrier concentration is in a state immediately after the formation. It is a semiconductor light emitting element characterized by being 8 × 10 20 / cm 3 or more.

本発明の第7の態様は、第1〜第6の態様のいずれかの半導体発光素子において、前記p型コンタクト層はAlGa1−xAs(但し、0≦x≦0.4)からなり、当該p型コンタクト層に含まれる主たるドーパントはZnで、且つキャリア濃度が1×1019/cm以上であることを特徴とする半導体発光素子である。 According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor light emitting device according to any one of the first to sixth aspects, the p-type contact layer is made of Al x Ga 1-x As (where 0 ≦ x ≦ 0.4). Thus, the main dopant contained in the p-type contact layer is Zn, and the carrier concentration is 1 × 10 19 / cm 3 or more.

本発明の第8の態様は、第1〜第7の態様のいずれかの半導体発光素子において、前記p型コンタクト層の膜厚が、1nm以上30nm以下であることを特徴とする半導体発光素子である。   An eighth aspect of the present invention is a semiconductor light emitting element according to any one of the first to seventh aspects, wherein the p-type contact layer has a thickness of 1 nm to 30 nm. is there.

本発明の第9の態様は、第1〜第8の態様のいずれかの半導体発光素子において、前記半導体基板と前記n型クラッド層の間に、屈折率の異なる2つの半導体層が交互に積層された半導体多層膜からなる光反射層が設けられていることを特徴とする半導体発光素子である。   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, two semiconductor layers having different refractive indexes are alternately stacked between the semiconductor substrate and the n-type cladding layer. The semiconductor light emitting device is characterized in that a light reflection layer comprising a semiconductor multilayer film is provided.

本発明の第10の態様は、第1〜第9の態様のいずれかの半導体発光素子において、前記活性層が、多重量子井戸構造、又は歪多重量子井戸構造であることを特徴とする半導体発光素子である。   A tenth aspect of the present invention is the semiconductor light-emitting device according to any one of the first to ninth aspects, wherein the active layer has a multiple quantum well structure or a strained multiple quantum well structure. It is an element.

本発明によれば、大幅なコストアップを招くことなく、歩留まり良く、高輝度の半導体発光素子が得られる。   According to the present invention, a high-luminance semiconductor light-emitting device with high yield can be obtained without causing a significant cost increase.

以下に、本発明に係る半導体発光素子の実施形態を図面を用いて説明する。図1は、実施形態の発光ダイオードの層構造を示す断面図である。   Embodiments of a semiconductor light emitting device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a layer structure of a light emitting diode according to an embodiment.

この実施形態の発光ダイオードは、図1に示すように、n型半導体基板1上には、III−V族化合物半導体からなる、n型バッファ層2と、n型光反射層3と、n型クラッド層4、アンドープの活性層5およびp型クラッド層6からなる発光部と、p型緩衝層7と、p型コンタクト層8とが形成されている。p型コンタクト層8上には金属酸化物の透明導電膜からなる電流分散層9が形成され、更に、電流分散層9上の一部には上面電極10が形成され、n型半導体基板1の裏面には下部電極11が形成されている。また、p型コンタクト層8と電流分散層9との間の、上面電極10下方にほぼ対応した部位に、上記発光部からの光を反射するIII−V族化合物半導体からなる光反射層12が形成されている。   As shown in FIG. 1, the light-emitting diode of this embodiment includes an n-type buffer layer 2, an n-type light reflection layer 3, and an n-type formed of a III-V compound semiconductor on an n-type semiconductor substrate 1. A light emitting portion including a clad layer 4, an undoped active layer 5 and a p-type clad layer 6, a p-type buffer layer 7, and a p-type contact layer 8 are formed. A current spreading layer 9 made of a metal oxide transparent conductive film is formed on the p-type contact layer 8, and an upper surface electrode 10 is formed on a part of the current spreading layer 9. A lower electrode 11 is formed on the back surface. In addition, a light reflecting layer 12 made of a III-V group compound semiconductor that reflects light from the light emitting part is provided at a portion between the p-type contact layer 8 and the current spreading layer 9 and substantially corresponding to the lower portion of the top electrode 10. Is formed.

n型光反射層3は、上記発光部から基板1側への光を反射する層であり、高屈折率層と低屈折率層との屈折率の異なる2つの半導体層が交互に積層された半導体多層膜が好ましい。
活性層5は、高出力化が図れる、多重量子井戸構造、又は歪多重量子井戸構造であるのが好ましい。
p型緩衝層7は、p型コンタクト層8のp型ドーパントであるZnやMgが活性層5に拡散するのを防止したり、上面電極10にワイヤボンディングする際のの衝撃を緩和したりするための層である。p型緩衝層7は、活性層5で発光した光に対して透明な材料であって、As系若しくはP系、またはAs系とP系が混在した層であるのが好ましい。
p型コンタクト層8は、AlGa1−xAs(但し、0≦x≦0.4)からなり、p型コンタクト層8に含まれる主たるドーパントはZnで、且つキャリア濃度が1×1019/cm以上であるのが好ましい。また、p型コンタクト層8の膜厚は、1nm以上30nm以下であるのが好ましい。
電流分散層9は、ITO(酸化インジウム錫:Indium Tin Oxide)で形成されているのが好ましい。その他、金属酸化物の透明導電膜からなる電流分散層9の材料としては、ZnO(酸化亜鉛)、CTO(酸化カドミウム錫)などが挙げられる。また、電流分散層9は、真空蒸着法又はスパッタ法によって形成され、且つキャリア濃度が形成直後の状態で8×1020/cm以上であるのが好ましい。また、電流分散層9の膜厚d(nm)は、膜厚d=定数A×波長λp(nm)/(4×電流分散層9の屈折率n)の関係式をほぼ満足し、更にその定数Aは奇数である事が好ましい。尚、前記関係式の波長λpは、上記発光部の発光ピーク波長である。
The n-type light reflection layer 3 is a layer that reflects light from the light emitting portion toward the substrate 1, and two semiconductor layers having different refractive indexes of a high refractive index layer and a low refractive index layer are alternately stacked. A semiconductor multilayer film is preferred.
The active layer 5 preferably has a multi-quantum well structure or a strained multi-quantum well structure that can increase the output.
The p-type buffer layer 7 prevents Zn or Mg, which are p-type dopants of the p-type contact layer 8, from diffusing into the active layer 5, or alleviates the impact when wire bonding is performed on the upper surface electrode 10. It is a layer for. The p-type buffer layer 7 is a material that is transparent to the light emitted from the active layer 5, and is preferably an As-based or P-based layer, or a layer in which an As-based layer and a P-based layer are mixed.
The p-type contact layer 8 is made of Al x Ga 1-x As (where 0 ≦ x ≦ 0.4), the main dopant contained in the p-type contact layer 8 is Zn, and the carrier concentration is 1 × 10 19. / Cm 3 or more is preferable. The film thickness of the p-type contact layer 8 is preferably 1 nm or more and 30 nm or less.
The current spreading layer 9 is preferably made of ITO (Indium Tin Oxide). In addition, examples of the material of the current dispersion layer 9 made of a metal oxide transparent conductive film include ZnO (zinc oxide) and CTO (cadmium tin oxide). Moreover, it is preferable that the current dispersion layer 9 is formed by a vacuum deposition method or a sputtering method, and the carrier concentration is 8 × 10 20 / cm 3 or more immediately after the formation. Further, the film thickness d (nm) of the current dispersion layer 9 substantially satisfies the relational expression of film thickness d = constant A × wavelength λp (nm) / (4 × refractive index n of the current dispersion layer 9). The constant A is preferably an odd number. The wavelength λp in the relational expression is the emission peak wavelength of the light emitting part.

光反射層12は、上記発光部から上面電極10に向かう光を反射して発光部側に戻すための、単層又は多層の半導体層である。光反射層12としては、AlGa1−xAs層(0≦x≦1)と(AlGa1−yIn1−zP層(0≦y≦1、0≦z≦1)との屈折率の異なる2つの半導体層が交互に積層された半導体多層膜(分布ブラッグ反射膜)が好ましい。光反射層12の各層の膜厚は、λp/(4×光反射層12の各層の屈折率)に設定する。また、光反射層12は、p型層であるのが好ましい。
光反射層12をp型層にすると、上面電極10から活性層5に対して、電流分散層9だけではなく光反射層12からも電流が供給される。従って、光反射層12直下、即ち上面電極10直下の活性層5からも発光するが、この発光のうち上面電極10に向かう光は上面電極10の前方に設けた光反射層12によって反射され、発光部側に戻されて活性層5での再発光に利用されたり、LED素子の側面などから外部に光が取り出されたりして、発光出力が増加する。
The light reflecting layer 12 is a single-layer or multi-layer semiconductor layer for reflecting the light traveling from the light emitting portion toward the upper surface electrode 10 and returning it to the light emitting portion side. The light reflecting layer 12 includes an Al x Ga 1-x As layer (0 ≦ x ≦ 1) and an (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P layer (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1). And a semiconductor multilayer film (distributed Bragg reflection film) in which two semiconductor layers having different refractive indexes are alternately stacked. The film thickness of each layer of the light reflecting layer 12 is set to λp / (4 × refractive index of each layer of the light reflecting layer 12). The light reflecting layer 12 is preferably a p-type layer.
When the light reflection layer 12 is a p-type layer, a current is supplied from the upper electrode 10 to the active layer 5 not only from the current dispersion layer 9 but also from the light reflection layer 12. Therefore, light is emitted also from the active layer 5 immediately below the light reflecting layer 12, that is, directly below the upper surface electrode 10, but the light traveling toward the upper surface electrode 10 is reflected by the light reflecting layer 12 provided in front of the upper surface electrode 10, The light emission output is increased by returning to the light emitting part side and being used for re-light emission in the active layer 5 or by extracting light from the side surface of the LED element to the outside.

次に、上述した実施形態の発光ダイオード構造を採用した理由、好ましい設定などを詳述する。
第1に、p型コンタクト層8は、例えばITO膜などから成る電流分散層9とオーミック接合するために、極めて高濃度に導電型決定不鈍物が添加されている必要がある。具体的には、Zn(亜鉛)が添加されたp型コンタクト層8の場合、その結晶材料はAlGa1−xAsのAl混晶比xが0から0.4までの、GaAs又はAlGaAsである事が望ましく、そのキャリア濃度は1×1019/cm以上が好適であり、キャリア濃度は高ければ高い程好ましい。
ITO膜は基本的にn型の半導体材料に属し、また、LEDは一般的にpサイドアップで作製される事が多い。この為、ITO膜を電流分散層に応用したLEDは導電型が半導体基板の側からn/p/n接合となってしまう。この為にLEDではITO膜とp型半導体層との界面に大きな電位障壁が生じ、通常は非常に動作電圧の高いLEDとなってしまう。この問題を解消する為、p型半導体層には非常に高いキャリア濃度を有するp型コンタクト層8が必要となる。また、p型コンタクト層8のバンドギャップを狭くするのは、その方が高キャリア化が容易である事による。
更に、p型コンタクト層8の高キャリア化と連動して、p型コンタクト層8と接するITO膜(電流分散層9)のキャリア濃度も、トンネル電圧を低減するには重要である。またITO膜のキャリア濃度は、上述したp型コンタクト層8と同様の理由で、高ければ高いほど好ましく、具体的には8×1020/cm以上のキャリア濃度を有している事が好ましい。
Next, the reason why the light emitting diode structure of the above-described embodiment is adopted, preferable settings, and the like will be described in detail.
First, the p-type contact layer 8 needs to have a conductivity type determining blunt substance added at an extremely high concentration in order to make ohmic contact with the current spreading layer 9 made of, for example, an ITO film. Specifically, in the case of the p-type contact layer 8 to which Zn (zinc) is added, the crystal material thereof is GaAs or AlGaAs having an Al mixed crystal ratio x of Al x Ga 1-x As of 0 to 0.4. The carrier concentration is preferably 1 × 10 19 / cm 3 or more, and the higher the carrier concentration, the more preferable.
The ITO film basically belongs to an n-type semiconductor material, and the LED is generally manufactured by p-side up. For this reason, the LED in which the ITO film is applied to the current dispersion layer has a conductivity type of n / p / n junction from the semiconductor substrate side. For this reason, in an LED, a large potential barrier is generated at the interface between the ITO film and the p-type semiconductor layer, and the LED usually has a very high operating voltage. In order to solve this problem, the p-type semiconductor layer requires the p-type contact layer 8 having a very high carrier concentration. The reason why the band gap of the p-type contact layer 8 is narrowed is that it is easier to increase the carrier.
Further, in conjunction with the increase in the carrier of the p-type contact layer 8, the carrier concentration of the ITO film (current dispersion layer 9) in contact with the p-type contact layer 8 is also important for reducing the tunnel voltage. Further, the carrier concentration of the ITO film is preferably as high as possible for the same reason as that of the p-type contact layer 8 described above, and specifically has a carrier concentration of 8 × 10 20 / cm 3 or more. .

第2に、p型コンタクト層8の膜厚は、1nmから30nmの範囲にある事が好ましい。何故ならば、p型コンタクト層8は、活性層5で発光した光に対し吸収層となるバンドギャップを有している為、膜厚が厚くなるに連れて、発光出力が低下してしまう。図3には、コンタクト層の膜厚と発光出力の減衰率との関係を示す。図3に示すように、コンタクト層の膜厚の上限をおよそ30nmとする事が好ましく、より好ましくは25nmまでである。
一方、p型コンタクト層8の膜厚が1nm未満になってくると、今度はITO膜(電流分散層9)とp型コンタクト層8との間でのトンネル接合が難しくなってくる為、低動作電圧化、動作電圧の安定化が困難になる。従って、ITO膜と接するp型コンタクト層8の膜厚の最適値は、1nmから30nmである。
Second, the thickness of the p-type contact layer 8 is preferably in the range of 1 nm to 30 nm. This is because the p-type contact layer 8 has a band gap serving as an absorption layer for the light emitted from the active layer 5, so that the light emission output decreases as the film thickness increases. FIG. 3 shows the relationship between the thickness of the contact layer and the attenuation rate of the light emission output. As shown in FIG. 3, the upper limit of the thickness of the contact layer is preferably about 30 nm, more preferably up to 25 nm.
On the other hand, when the film thickness of the p-type contact layer 8 is less than 1 nm, this time, the tunnel junction between the ITO film (current dispersion layer 9) and the p-type contact layer 8 becomes difficult. It becomes difficult to stabilize the operating voltage and operating voltage. Therefore, the optimum value of the film thickness of the p-type contact layer 8 in contact with the ITO film is 1 nm to 30 nm.

第3に、上述したように、透明導電膜からなる電流分散層9の膜厚は、膜厚d=定数A×波長λp/(4×電流分散層9の屈折率n)の関係式を満たすように設定され、更にその定数Aは奇数である事が好ましい。LED用エピタキシャルウェハ上に形成される電流分散層9として用いられるITO膜は、半導体層と空気層とのおよそ中間の屈折率を有し、光学的に反射防止膜としての機能を有する。その為、LEDの光取り出し効率を向上させ、より出力の高いLED素子を得るには、上記の関係式に則った膜厚設計とする事が好ましい。しかし、勿論、ITO膜は厚くすればする程、吸収によって透過率が悪くなる傾向にある。
ITO膜の透過率が低下すると、活性層5より放射される光がITO膜によって吸収される割合が増加する為、結果として発光出力が低下する。更に、電流分散層9の膜厚が増加するに連れ、当該層9の中での光の干渉が増え、光取出し効率の高い波長領域が狭くなってしまう。これらについて、GaAs基板上に上記関係式を満足する所定膜厚のITO膜を形成した試料を作製し、その試料に対し垂直に光を入射した時の反射光のスペクトルを測定した結果を図4に示す。
即ち、これらの理由によって、より好ましい電流分散層9の膜厚dは、上記の関係式にあり、なお且つ定数Aは1又は3である方が良く、最も好ましくは、定数Aは1である。また更に、LED用エピタキシャルウェハ上に形成される電流分散層9、例えばITO膜の膜厚dは、上記の関係式により求まる値の±30%以内の範囲にあれば良い。これは、反射防止膜として光学的に反射率の低い波長帯域、つまり、光取出し効率の高い波長帯域は、ある程度の幅を有するからである。例えば、反射防止膜として、ITO膜の形成されたLED用エピタキシャルウェハに対して垂直に光を入射した時の反射率が、15%以下となる膜厚の許容値は、上記関係式より求まる膜厚dの±30%の範囲にある。ITO膜の膜厚が、上記関係式より求まる膜厚dの±30%の範囲よりも大きくなったり小さくなったりすると、反射防止膜としての効果は小さくなり、LEDの出力が低下してしまうのである。
Third, as described above, the film thickness of the current dispersion layer 9 made of the transparent conductive film satisfies the relational expression of film thickness d = constant A × wavelength λp / (4 × refractive index n of the current dispersion layer 9). Further, it is preferable that the constant A is an odd number. The ITO film used as the current spreading layer 9 formed on the LED epitaxial wafer has a refractive index approximately in the middle between the semiconductor layer and the air layer, and optically functions as an antireflection film. Therefore, in order to improve the light extraction efficiency of the LED and obtain an LED element with higher output, it is preferable to design the film thickness according to the above relational expression. However, of course, the thicker the ITO film, the lower the transmittance due to absorption.
When the transmittance of the ITO film decreases, the ratio of the light emitted from the active layer 5 absorbed by the ITO film increases, and as a result, the light emission output decreases. Furthermore, as the film thickness of the current dispersion layer 9 increases, light interference in the layer 9 increases, and the wavelength region with high light extraction efficiency becomes narrow. For these, a sample in which an ITO film having a predetermined film thickness satisfying the above relational expression was formed on a GaAs substrate, and the spectrum of reflected light when light was incident perpendicularly on the sample was measured. Shown in
That is, for these reasons, the more preferable thickness d of the current spreading layer 9 is in the above relational expression, and the constant A is preferably 1 or 3, and most preferably, the constant A is 1. . Furthermore, the film thickness d of the current dispersion layer 9 formed on the LED epitaxial wafer, for example, the ITO film, may be within a range of ± 30% of the value obtained by the above relational expression. This is because the wavelength band having a low optical reflectance as the antireflection film, that is, the wavelength band having a high light extraction efficiency has a certain width. For example, as an antireflection film, the allowable value of the film thickness at which the reflectance is 15% or less when light is vertically incident on the LED epitaxial wafer on which the ITO film is formed is a film obtained from the above relational expression. It is in the range of ± 30% of the thickness d. If the thickness of the ITO film becomes larger or smaller than the range of ± 30% of the film thickness d obtained from the above relational expression, the effect as an antireflection film is reduced and the output of the LED is reduced. is there.

第4に、上記実施形態では、光反射層12をp型層としたが、n型でもアンドープ層でも良い。それは、上面電極10から活性層5に流れる電流は、電流分散層9であるITO膜を通じて供給されるためである。なお、p型、アンドープあるいはn型であっても、III−V族化合物半導体からなる光反射層12は、ITO膜より導電性が低く、多かれ少なかれITO膜に対して電流低減層ないし電流ブロック層としても機能することになる。   Fourth, in the above embodiment, the light reflection layer 12 is a p-type layer, but it may be an n-type or an undoped layer. This is because the current flowing from the top electrode 10 to the active layer 5 is supplied through the ITO film which is the current dispersion layer 9. Note that the light reflecting layer 12 made of a III-V group compound semiconductor is lower in conductivity than the ITO film, whether it is p-type, undoped, or n-type, and more or less than the current reduction layer or current block layer with respect to the ITO film. Will function as well.

第5に、上面電極10の下に設けられている光反射層12の総積層数、所謂ペア数は多ければ多いほど良い。しかし光反射層12の総膜厚は、電流分散層9であるITO膜よりも薄くなければならない。その理由は上記第4で述べたように、ITO膜を介して電流が流れるようにするためである。もしも、電流分散層9であるITO膜よりも厚くなると、電流が流れない事があるためである。但し、光反射層12がp型である場合には、電流分散層9であるITO膜と同等か、若干であればITO膜9よりも厚くなっても良い。それは、光反射層12からも電流が流れるためである。   Fifth, the larger the total number of light reflecting layers 12 provided below the top electrode 10, the so-called number of pairs, the better. However, the total thickness of the light reflecting layer 12 must be thinner than the ITO film that is the current dispersion layer 9. The reason for this is to allow a current to flow through the ITO film as described in the fourth aspect. This is because if the thickness is larger than the ITO film which is the current dispersion layer 9, current may not flow. However, when the light reflection layer 12 is p-type, it may be equal to or slightly thicker than the ITO film 9 that is the current dispersion layer 9. This is because a current also flows from the light reflecting layer 12.

次に、本発明の実施例を説明する。
[実施例1]
上記実施形態と同一構造を有する、図1に示す発光波長630nm付近の赤色LED素子を作製した。LED用エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル構造や電極形成方法及びLED素子製作方法は、以下の通りである。
Next, examples of the present invention will be described.
[Example 1]
A red LED element having an emission wavelength near 630 nm shown in FIG. An LED epitaxial growth method, an epitaxial layer thickness, an epitaxial structure, an electrode formation method, and an LED element manufacturing method are as follows.

n型GaAs基板1上に、MOVPE法で、Siドープのn型GaAsバッファ層(膜厚200nm、キャリア濃度1×1018/cm)2と、Siドープのn型光反射層3(A11nP層とAl0.5Ga0.5As層を各々20層ずつ交互に設けた20ペアの光反射層)と、Siドープのn型(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層(膜厚400nm、キャリア濃度5×1017/cm)4と、アンドープの(Al0.1Ga0.90.5In0.5P活性層(膜厚600nm)5と、Mgドープのp型(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層(膜厚400nm、キャリア濃度5×1017/cm)6と、Mgドープのp型Al0.8Ga0.2As緩衝層(膜厚600nm、キャリア濃度1×1018/cm)7と、Znドープのp型Al0.1GaAsコンタクト層(膜厚3nm、キャリア濃度7×1019/cm)8と、Mgドープのp型光反射層(AlInP層(膜厚40nm)とAl0.5Ga0.5As層(膜厚30nm)を各々1層ずつ設けた1ペアの光反射層、キャリア濃度1×1018/cm以上)12とを、順次エピタキシャル成長させて、LED用エピタキシャルウェハを作製した。
n型光反射層3の膜厚は、発光ピーク波長λp/(4×屈折率)とした。ここで、屈折率は、光反射層3を構成する各半導体材料の屈折率が適用される。また光反射層3のキャリア濃度は約1×1018/cmとした。
On the n-type GaAs substrate 1, an Si-doped n-type GaAs buffer layer (film thickness 200 nm, carrier concentration 1 × 10 18 / cm 3 ) 2 and an Si-doped n-type light reflection layer 3 (A11 nP layer) are formed by MOVPE. And 20 pairs of light reflecting layers in which 20 Al 0.5 Ga 0.5 As layers are alternately provided, and Si-doped n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.3 . 5 P clad layer (film thickness 400 nm, carrier concentration 5 × 10 17 / cm 3 ) 4 and undoped (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P active layer (film thickness 600 nm) 5 Mg-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad layer (film thickness 400 nm, carrier concentration 5 × 10 17 / cm 3 ) 6, Mg-doped p-type al 0.8 Ga 0.2 As buffer layer (film thickness 600 nm, calibration And A concentration of 1 × 10 18 / cm 3) 7, p -type Al 0.1 GaAs contact layer of Zn-doped (film thickness 3 nm, the carrier concentration of 7 × 10 19 / cm 3) 8, p -type light reflected Mg-doped Layer (a pair of light reflecting layers each having an AlInP layer (film thickness 40 nm) and an Al 0.5 Ga 0.5 As layer (film thickness 30 nm), a carrier concentration of 1 × 10 18 / cm 3 or more) 12 were sequentially epitaxially grown to produce an LED epitaxial wafer.
The film thickness of the n-type light reflection layer 3 was the emission peak wavelength λp / (4 × refractive index). Here, the refractive index of each semiconductor material constituting the light reflecting layer 3 is applied as the refractive index. The carrier concentration of the light reflecting layer 3 was about 1 × 10 18 / cm 3 .

MOVPE成長での成長温度は、n型GaAsバッファ層2からp型緩衝層7までは650℃とし、p型コンタクト層8及びp型光反射層12は550℃で成長した。その他の成長条件は、成長圧力は約6666Pa(50Torr)、各層の成長速度は0.3〜1.0nm/sec、V/III比は約150で行った。但し、p型緩衝層7及びp型コンタクト層8のV/III比は、それぞれ30と10とした。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AsH、PHなどのV族原料のモル数とした場合の比率(商)をいう。 The growth temperature in the MOVPE growth was 650 ° C. from the n-type GaAs buffer layer 2 to the p-type buffer layer 7, and the p-type contact layer 8 and the p-type light reflection layer 12 were grown at 550 ° C. Other growth conditions were such that the growth pressure was about 6666 Pa (50 Torr), the growth rate of each layer was 0.3 to 1.0 nm / sec, and the V / III ratio was about 150. However, the V / III ratios of the p-type buffer layer 7 and the p-type contact layer 8 were 30 and 10, respectively. The V / III ratio refers to 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 .

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(AsH)、ホスフィン(PH)等の水素化物ガスを用いた。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、ジシラン(Si)を用いた。p型クラッド層5のようなp型層の導電性決定不純物の添加物原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)を用いた。但し、p型コンタクト層8のみはジエチルジンク(DEZn)を用いた。
その他に、n型層の導電性決定不純物の添加物原料として、セレン化水素(HSe)、モノシラン(SiH)、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。また、p型クラッド層及びp型緩衝層のp型添加物原料として、ジメチルジンク(DMZn)、ジエチルジンク(DEZn)を用いる事も出来る。
Examples of raw materials used in the MOVPE growth include trimethylgallium (TMGa), organic metals such as triethylgallium (TEGa), trimethylaluminum (TMAl), and trimethylindium (TMIn), arsine (AsH 3 ), and phosphine (PH 3 ). A hydride gas such as was used. Disilane (Si 2 H 6 ) was used as an additive material for an n-type layer such as the n-type buffer layer 2. Biscyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) was used as an additive material for conductivity-determining impurities of the p-type layer such as the p-type cladding layer 5. However, diethyl zinc (DEZn) was used only for the p-type contact layer 8.
In addition, hydrogen selenide (H 2 Se), monosilane (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. Moreover, dimethyl zinc (DMZn) and diethyl zinc (DEZn) can also be used as a p-type additive material for the p-type cladding layer and the p-type buffer layer.

更に、このLED用エピタキシャルウェハをMOCVD装置から搬出した後、当該ウェハの表面、つまりp型光反射層12の表面側に、一般的なフォトリソグラフィプロセスに用いられる器材と周知の方法を利用して直径110μmのマトリックス状にパターンを形成する。つまりφ110μmのレジストをマトリックス状に形成する。
次に、硫酸系のエッチング液を用いてp型光反射層12の上部層であるAlGaAs層の一部を取り除く。この時、p型光反射層12の下部層であるAlInP層は、除去されない(選択的にエッチングされるからである)。その後更に、塩酸系のエッチング液により、p型光反射層12の下部層であるAlInP層の一部を除去する。これもまた、p型Al0.1GaAsコンタクト層8がAs系材料である事から、塩酸系のエッチング液では除去されず、エッチングがとまる。つまり選択エッチング方法を用いてp型光反射層12をφ110μmでマトリックス状に残す。その後、レジストを有機溶剤で除去する。
Further, after the LED epitaxial wafer is unloaded from the MOCVD apparatus, on the surface of the wafer, that is, on the surface side of the p-type light reflection layer 12, equipment used in a general photolithography process and a known method are used. A pattern is formed in a matrix with a diameter of 110 μm. That is, a φ110 μm resist is formed in a matrix.
Next, a part of the AlGaAs layer which is the upper layer of the p-type light reflection layer 12 is removed using a sulfuric acid-based etching solution. At this time, the AlInP layer which is the lower layer of the p-type light reflection layer 12 is not removed (because it is selectively etched). Thereafter, a part of the AlInP layer which is the lower layer of the p-type light reflection layer 12 is further removed with a hydrochloric acid-based etching solution. Again, since the p-type Al 0.1 GaAs contact layer 8 is an As-based material, it is not removed by a hydrochloric acid-based etchant, and etching stops. That is, the p-type light reflection layer 12 is left in a matrix shape with φ110 μm by using a selective etching method. Thereafter, the resist is removed with an organic solvent.

その後、LED用エピタキシャルウェハ表面全体に真空蒸着法によって膜厚80nmのITO膜9を形成した。本実施例1では、このITO膜9が電流分散層となる。
この時、ITO膜9の蒸着と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膜単体の電気特性を評価した所、キャリア濃度1.1×1021/cm、移動度16.7cm/Vs、抵抗率3.3×10−4Ω・cmであった。
Thereafter, an ITO film 9 having a film thickness of 80 nm was formed on the entire surface of the LED epitaxial wafer by vacuum deposition. In the first embodiment, the ITO film 9 becomes a current dispersion layer.
At this time, the glass substrate for evaluation set in the same batch as the deposition of the ITO film 9 was taken out, cut into a size capable of Hall measurement, and the electrical characteristics of the ITO film alone were evaluated. The carrier concentration was 1.1 × 10. It was 21 / cm 3 , mobility 16.7 cm 2 / Vs, and resistivity 3.3 × 10 −4 Ω · cm.

更に、ITO膜9を形成したエピタキシャルウェハの上面に、再度レジストやマスクアライナなどの一般的なフォトリソグラフィプロセスに用いられる器材と周知の方法を利用して上面電極10である直径110μmの円形電極用のレジストパターンを、光反射層12が残っている部分と略一致するように形成する。その後、真空蒸着法で、上面電極材料を蒸着した。蒸着後の電極形成はリフトオフ法を用いた。上面電極10は、Ni(ニッケル)、Au(金)を、それぞれ20nm、500nmの順に蒸着した。更に、エピタキシャルウェハの底面には、全面に下面電極11を同じく真空蒸着法によって形成した。下面電極11は、AuGe(金・ゲルマニウム合金)、Ni(ニッケル)、Au(金)を、それぞれ150nm、l0nm、500nmの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイエ程を、窒素ガス雰囲気中にて400℃に加熱し、5分間熱処理する事で行った。   Further, on the upper surface of the epitaxial wafer on which the ITO film 9 is formed, for the circular electrode having a diameter of 110 μm, which is the upper surface electrode 10 by using the equipment used in the general photolithography process such as resist and mask aligner and a known method again. The resist pattern is formed so as to substantially coincide with the portion where the light reflecting layer 12 remains. Thereafter, a top electrode material was deposited by vacuum deposition. The lift-off method was used for electrode formation after the deposition. The top electrode 10 was vapor-deposited with Ni (nickel) and Au (gold) in the order of 20 nm and 500 nm, respectively. Further, the bottom electrode 11 was formed on the entire bottom surface of the epitaxial wafer by the same vacuum deposition method. The lower electrode 11 is formed by depositing AuGe (gold / germanium alloy), Ni (nickel), and Au (gold) in the order of 150 nm, 10 nm, and 500 nm, respectively, and then performing alloying that is alloying of the electrodes in a nitrogen gas atmosphere. The inside was heated to 400 ° C. and heat-treated for 5 minutes.

その後、上記のようにして構成された電極付きLED用エピタキシャルウェハを円形の上面電極10が略中心に位置する様にダイシング装置を用いて切断し、チップサイズ300μm角のLEDベアチップを作製した。更に、前記LEDベアチップをTO−18ステム上にマウント(ダイボンディング)し、その後、更にマウントされた該LEDベアチップに、ワイヤボンディングを行い、LED素子を作製した。   Thereafter, the LED-equipped LED epitaxial wafer configured as described above was cut using a dicing apparatus so that the circular upper surface electrode 10 was positioned substantially at the center, and an LED bare chip having a chip size of 300 μm square was manufactured. Furthermore, the LED bare chip was mounted on a TO-18 stem (die bonding), and then wire bonding was performed on the mounted LED bare chip to produce an LED element.

また、実施例1との効果を比較するために、図5に示す構造の発光波長630nm付近の赤色LED素子を比較例として作製した。この比較例は、上記実施例1におけるp型光反射層12を設けずに、p型Al0.1GaAsコンタクト層8上にITO膜9を形成している。この相違点を除き、エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層構造、電極形成方法及びLED素子製作方法についは、上記実施例1と比較例とは基本的に同じである。 Further, in order to compare the effect with Example 1, a red LED element having an emission wavelength of about 630 nm and having a structure shown in FIG. 5 was produced as a comparative example. In this comparative example, the ITO film 9 is formed on the p-type Al 0.1 GaAs contact layer 8 without providing the p-type light reflection layer 12 in the first embodiment. Except for this difference, Example 1 and the comparative example are basically the same in the epitaxial growth method, the epitaxial layer structure, the electrode forming method, and the LED element manufacturing method.

上記の通りに作製された実施例1及び比較例のLED素子の初期特性を評価した。その結果、実施例1のLED素子では、20mA通電時(評価時)の発光出力2.07mW、動作電圧1.88Vという初期特性を得る事が出来た。一方、比較例のLED素子では、20mA通電時(評価時)の発光出力1.81mW、動作電圧1.86Vという初期特性であった。
つまり、実施例1では、比較例よりも約15%発光出力を向上することが出来た。また、実施例1では、歩留まりも良好であった。
また、実施例1におけるp型緩衝層7をAl0.8Ga0.2As層ではなく、GaP層に変更した例でも、上記比較例よりも約15〜20%の高出力化が実現できた。
The initial characteristics of the LED elements of Example 1 and Comparative Example manufactured as described above were evaluated. As a result, in the LED element of Example 1, it was possible to obtain initial characteristics of a light emission output of 2.07 mW and an operating voltage of 1.88 V when 20 mA was applied (evaluation). On the other hand, the LED element of the comparative example had initial characteristics of a light emission output of 1.81 mW and an operating voltage of 1.86 V when 20 mA was applied (evaluation).
That is, in Example 1, the light emission output was improved by about 15% compared with the comparative example. In Example 1, the yield was also good.
Further, even in the example in which the p-type buffer layer 7 in Example 1 is changed to the GaP layer instead of the Al 0.8 Ga 0.2 As layer, about 15 to 20% higher output than the above comparative example can be realized. It was.

[実施例2]
図1に示した構造の発光波長630nm付近の赤色LED用エピタキシャルウェハを作製した。エピタキシャル成長の方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル層構造やLED素子製作方法は、基本的に上記実施例1と同じにした。但し、本実施例2では、p型光反射層12をAlInP層(40nm)とAl0.5Ga0.5As層(30nm)とが各々3層ずつ交互に3ペア設けられている。また、p型光反射層12の膜厚の増加に対応して、電流分散層であるITO膜9の膜厚を240nmとした。
実施例2のLEDの初期特性は、実施例1と同様、上記比較例よりも約15〜20%発光出力が向上した。
実施例2では、電流分散層であるITO膜9の膜厚を、実施例1の80nmから240nmにしてp型光反射層12のペア数を増加させたが、出力の向上が実施例1と同程度であったのは、ITO膜9での光吸収が若干あるため、及びITO膜9の膜厚が増加するに連れてITO膜9中での光の干渉が増え、光取出し効率の高い波長領域が狭くなってしまう(図4参照)ためである。よりクオリティの良いITO膜が製作できれば、光吸収が低減し、p型光反射層12のペア数が多い方がより出力向上が望めるものと考える。
[Example 2]
An epitaxial wafer for red LED having an emission wavelength of about 630 nm and having the structure shown in FIG. 1 was produced. The epitaxial growth method, the epitaxial layer thickness, the epitaxial layer structure, and the LED element manufacturing method were basically the same as those in Example 1. However, in Example 2, three pairs of the p-type light reflection layer 12 are alternately provided, each including three AlInP layers (40 nm) and three Al 0.5 Ga 0.5 As layers (30 nm). Corresponding to the increase in the film thickness of the p-type light reflection layer 12, the film thickness of the ITO film 9 as the current dispersion layer was set to 240 nm.
As in Example 1, the initial characteristics of the LED of Example 2 were improved by about 15 to 20% in light output compared to the above comparative example.
In Example 2, the thickness of the ITO film 9 that is the current dispersion layer was increased from 80 nm to 240 nm in Example 1 to increase the number of pairs of the p-type light reflection layers 12. The reason for this is that light absorption by the ITO film 9 is slightly, and as the film thickness of the ITO film 9 increases, light interference in the ITO film 9 increases and the light extraction efficiency is high. This is because the wavelength region becomes narrow (see FIG. 4). If an ITO film with higher quality can be manufactured, light absorption is reduced, and it is considered that the output can be improved as the number of pairs of the p-type light reflection layers 12 increases.

[実施例3]
図2に示した構造の発光波長630nm付近の赤色LED用エピタキシャルウェハを作製した。エピタキシャル成長の方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル層構造やLED素子製作方法は、基本的に上記実施例1と同じにした。但し、この実施例3では、上記実施例1における緩衝層7を設けない構造とした。 この実施例3でも、実施例1と同様に、上記比較例よりもLEDの発光出力を約15〜20%向上できた。
[Example 3]
An epitaxial wafer for red LED having an emission wavelength near 630 nm and having the structure shown in FIG. 2 was produced. The epitaxial growth method, the epitaxial layer thickness, the epitaxial layer structure, and the LED element manufacturing method were basically the same as those in Example 1. However, in Example 3, the buffer layer 7 in Example 1 was not provided. In Example 3, as in Example 1, the light emission output of the LED could be improved by about 15 to 20% compared to the comparative example.

なお、上記実施例では、発光波長630nmの赤色LED素子を作製した例を説明したが、同じAlGaInP系の材料を用いて製作される、630nm以外の、発光波長560nm〜660nmのLED素子においても、同様な効果が得られるのは勿論である。
また、上記実施例では、n型GaAs基板1上にn型GaAsバッファ層2を積層する構造としたが、n型GaAs基板1に直接n型クラッド層4を設けたLED素子構造を採ってもよい。
更に、上記実施例においては、上面電極10の形状は円形のものとしたが、その他にも異形状、例えば四角、菱形、多角形等でもよい。
また、上記実施例では、p型クラッド層6とp型緩衝層7を、AlGaInPとAlGaAs若しくはGaPの組み合わせとしたが、発光波長に対して透明な材料であれば上記実施例以外の組み合わせでも、同様な効果が得られるのは勿論である。
In addition, although the example which produced the red LED element of luminescence wavelength 630nm was demonstrated in the said Example, also in the LED element of the luminescence wavelengths 560nm-660nm other than 630nm manufactured using the same AlGaInP type material, Of course, the same effect can be obtained.
In the above embodiment, the n-type GaAs buffer layer 2 is stacked on the n-type GaAs substrate 1, but an LED element structure in which the n-type cladding layer 4 is directly provided on the n-type GaAs substrate 1 can be adopted. Good.
Furthermore, in the above embodiment, the shape of the upper surface electrode 10 is circular, but other shapes such as a square, a rhombus, and a polygon may also be used.
In the above embodiment, the p-type cladding layer 6 and the p-type buffer layer 7 are a combination of AlGaInP and AlGaAs or GaP. Of course, the same effect can be obtained.

本発明の実施形態、実施例1及び実施例2にかかる発光ダイオードの断面構造図である。It is sectional structure drawing of the light emitting diode concerning Embodiment, Example 1 and Example 2 of this invention. 本発明の実施例3にかかる発光ダイオードの断面構造図である。It is sectional drawing of the light emitting diode concerning Example 3 of this invention. コンタクト層の膜厚と発光出力の減衰率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the film thickness of a contact layer, and the attenuation factor of light emission output. GaAs基板上に形成されたITO膜の反射率スペクトルを示した図である。It is the figure which showed the reflectance spectrum of the ITO film | membrane formed on the GaAs substrate. 比較例にかかる発光ダイオードの断面構造図である。It is sectional drawing of the light emitting diode concerning a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1 n型半導体基板(n型GaAs基板)
2 n型バッファ層(n型GaAsバッファ層)
3 n型光反射層
4 n型クラッド層(n型AlGaInPクラッド層)
5 アンドープの活性層(アンドープのAlGaInP活性層)
6 p型クラッド層(p型AlGaInPクラッド層)
7 p型緩衝層(p型AlGaAs緩衝層)
8 p型コンタクト層(p型AlGaAsコンタクト層)
9 電流分散層(ITO膜)
10 上面電極
11 下面電極
12 光反射層(p型光反射層)
1 n-type semiconductor substrate (n-type GaAs substrate)
2 n-type buffer layer (n-type GaAs buffer layer)
3 n-type light reflection layer 4 n-type cladding layer (n-type AlGaInP cladding layer)
5 Undoped active layer (undoped AlGaInP active layer)
6 p-type cladding layer (p-type AlGaInP cladding layer)
7 p-type buffer layer (p-type AlGaAs buffer layer)
8 p-type contact layer (p-type AlGaAs contact layer)
9 Current distribution layer (ITO film)
10 Upper surface electrode 11 Lower surface electrode 12 Light reflection layer (p-type light reflection layer)

Claims (10)

半導体基板上に、III−V族化合物半導体からなる、n型クラッド層、活性層及びp型クラッド層の発光部と、p型コンタクト層とを有し、前記p型コンタクト層上に金属酸化物の透明導電膜からなる電流分散層が形成されると共に、前記電流分散層上の一部に上面電極が、前記半導体基板裏側に下面電極がそれぞれ形成された半導体発光素子において、
前記p型コンタクト層と前記電流分散層との間の、前記上面電極下方にほぼ対応した部位に、前記発光部からの光を反射するIII−V族化合物半導体からなる光反射層を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
A light emitting part of an n-type cladding layer, an active layer and a p-type cladding layer made of a III-V group compound semiconductor and a p-type contact layer are formed on a semiconductor substrate, and a metal oxide is formed on the p-type contact layer In a semiconductor light emitting device in which a current spreading layer made of a transparent conductive film is formed, a top electrode is formed on a part of the current spreading layer, and a bottom electrode is formed on the back side of the semiconductor substrate,
A light reflecting layer made of a III-V group compound semiconductor that reflects light from the light emitting portion is provided at a portion between the p-type contact layer and the current spreading layer that substantially corresponds to the lower part of the upper surface electrode. A semiconductor light emitting device characterized by the above.
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、AlGa1−xAs層(0≦x≦1)と(AlGa1−yIn1−zP層(0≦y≦1、0≦z≦1)との組み合わせからなることを特徴とする半導体発光素子。 2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the light reflecting layer includes an Al x Ga 1-x As layer (0 ≦ x ≦ 1) and an (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P layer (0 <= Y <= 1, 0 <= z <= 1) The semiconductor light-emitting element characterized by the above-mentioned. 請求項1又は2に記載の半導体発光素子において、前記光反射層が、p型層であることを特徴とする半導体発光素子。   3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the light reflecting layer is a p-type layer. 請求項1〜3のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記p型クラッド層と前記p型コンタクト層との間に、前記活性層で発光した光に対して透明な材料であり、且つAs系若しくはP系、またはAs系とP系が混在したIII−V族化合物半導体の緩衝層が設けられていることを特徴とする半導体発光素子。   4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting element is a material transparent to light emitted from the active layer between the p-type cladding layer and the p-type contact layer, and As A semiconductor light emitting device comprising a buffer layer of III-V group compound semiconductor in which P-type, P-type, or As-type and P-type are mixed. 請求項1〜4のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記電流分散層が、ITOで形成されていることを特徴とする半導体発光素子。   5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the current dispersion layer is made of ITO. 請求項1〜5のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記電流分散層が、真空蒸着法又はスパッタ法によって形成され、且つキャリア濃度が形成直後の状態で8×1020/cm以上であることを特徴とする半導体発光素子。 6. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the current dispersion layer is formed by a vacuum deposition method or a sputtering method, and a carrier concentration is 8 × 10 20 / cm 3 or more immediately after the formation. There is a semiconductor light emitting element. 請求項1〜6のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記p型コンタクト層はAlGa1−xAs(但し、0≦x≦0.4)からなり、当該p型コンタクト層に含まれる主たるドーパントはZnで、且つキャリア濃度が1×1019/cm以上であることを特徴とする半導体発光素子。 7. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the p-type contact layer is made of Al x Ga 1-x As (where 0 ≦ x ≦ 0.4) and is included in the p-type contact layer. The main dopant is Zn, and the carrier concentration is 1 × 10 19 / cm 3 or more. 請求項1〜7のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記p型コンタクト層の膜厚が、1nm以上30nm以下であることを特徴とする半導体発光素子。   8. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the p-type contact layer has a thickness of 1 nm to 30 nm. 請求項1〜8のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記半導体基板と前記n型クラッド層の間に、屈折率の異なる2つの半導体層が交互に積層された半導体多層膜からなる光反射層が設けられていることを特徴とする半導体発光素子。   9. The light-emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light-emitting device includes a semiconductor multilayer film in which two semiconductor layers having different refractive indexes are alternately stacked between the semiconductor substrate and the n-type cladding layer. A semiconductor light emitting element comprising a layer. 請求項1〜9のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記活性層が、多重量子井戸構造、又は歪多重量子井戸構造であることを特徴とする半導体発光素子。   10. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the active layer has a multiple quantum well structure or a strained multiple quantum well structure.
JP2006236766A 2006-08-31 2006-08-31 Semiconductor light emitting device Expired - Fee Related JP4710764B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006236766A JP4710764B2 (en) 2006-08-31 2006-08-31 Semiconductor light emitting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006236766A JP4710764B2 (en) 2006-08-31 2006-08-31 Semiconductor light emitting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008060410A true JP2008060410A (en) 2008-03-13
JP4710764B2 JP4710764B2 (en) 2011-06-29

Family

ID=39242784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006236766A Expired - Fee Related JP4710764B2 (en) 2006-08-31 2006-08-31 Semiconductor light emitting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4710764B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011176001A (en) * 2010-02-23 2011-09-08 Hitachi Cable Ltd Light emitting device and method of manufacturing the same
JP2012018986A (en) * 2010-07-06 2012-01-26 Showa Denko Kk Epitaxial wafer for light emitting diode
KR101259482B1 (en) * 2010-09-24 2013-05-06 서울옵토디바이스주식회사 Light Emitting Diode with high efficiency

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101393606B1 (en) 2012-07-10 2014-06-17 광전자 주식회사 Light emitting diode using upper electrode with distributed Bragg reflector and fabrication method thereof

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0715038A (en) * 1993-06-21 1995-01-17 Toshiba Corp Semiconductor light emitting device
JPH09107123A (en) * 1995-08-10 1997-04-22 Hewlett Packard Co <Hp> Light emitting diode
JPH1117220A (en) * 1997-04-18 1999-01-22 Shogen Koden Kofun Yugenkoshi Light-emitting diode
JP2001015803A (en) * 1999-06-29 2001-01-19 Showa Denko Kk AlGaInP LIGHT EMITTING DIODE
JP2001036132A (en) * 1999-07-21 2001-02-09 Hitachi Cable Ltd AlGaInP LIGHT EMITTING DIODE AND MANUFACTURE OF THE SAME
JP2002151734A (en) * 2000-09-04 2002-05-24 Sharp Corp Light emitting diode
JP2004047504A (en) * 2002-07-08 2004-02-12 Korai Kagi Kofun Yugenkoshi Light-emitting diode having enhanced emission efficiency
JP2004207682A (en) * 2002-12-13 2004-07-22 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser element and manufacturing method therefor
JP2005136273A (en) * 2003-10-31 2005-05-26 Hitachi Cable Ltd Semiconductor laser diode and its manufacturing method
JP2006040998A (en) * 2004-07-23 2006-02-09 Hitachi Cable Ltd Semiconductor light emitting device and epitaxial wafer therefor

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0715038A (en) * 1993-06-21 1995-01-17 Toshiba Corp Semiconductor light emitting device
JPH09107123A (en) * 1995-08-10 1997-04-22 Hewlett Packard Co <Hp> Light emitting diode
JPH1117220A (en) * 1997-04-18 1999-01-22 Shogen Koden Kofun Yugenkoshi Light-emitting diode
JP2001015803A (en) * 1999-06-29 2001-01-19 Showa Denko Kk AlGaInP LIGHT EMITTING DIODE
JP2001036132A (en) * 1999-07-21 2001-02-09 Hitachi Cable Ltd AlGaInP LIGHT EMITTING DIODE AND MANUFACTURE OF THE SAME
JP2002151734A (en) * 2000-09-04 2002-05-24 Sharp Corp Light emitting diode
JP2004047504A (en) * 2002-07-08 2004-02-12 Korai Kagi Kofun Yugenkoshi Light-emitting diode having enhanced emission efficiency
JP2004207682A (en) * 2002-12-13 2004-07-22 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser element and manufacturing method therefor
JP2005136273A (en) * 2003-10-31 2005-05-26 Hitachi Cable Ltd Semiconductor laser diode and its manufacturing method
JP2006040998A (en) * 2004-07-23 2006-02-09 Hitachi Cable Ltd Semiconductor light emitting device and epitaxial wafer therefor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011176001A (en) * 2010-02-23 2011-09-08 Hitachi Cable Ltd Light emitting device and method of manufacturing the same
JP2012018986A (en) * 2010-07-06 2012-01-26 Showa Denko Kk Epitaxial wafer for light emitting diode
US9627578B2 (en) 2010-07-06 2017-04-18 Showa Denko K.K. Epitaxial wafer for light-emitting diodes
KR101259482B1 (en) * 2010-09-24 2013-05-06 서울옵토디바이스주식회사 Light Emitting Diode with high efficiency

Also Published As

Publication number Publication date
JP4710764B2 (en) 2011-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4367393B2 (en) Semiconductor light emitting device having a transparent conductive film
US7692203B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP4320653B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP5169012B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2007042751A (en) Semiconductor light emitting device
JP2008288248A (en) Semiconductor light-emitting element
JP2008283096A (en) Semiconductor light-emitting element
JP2011009524A (en) Light-emitting element, and method of making the light-emitting element
JP2008103534A (en) Semiconductor light emitting element
JP2011082233A (en) Light emitting element
JP4894411B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP4831107B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2012129357A (en) Semiconductor light-emitting element
US7230281B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP4911347B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP4310708B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP4710764B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2006040998A (en) Semiconductor light emitting device and epitaxial wafer therefor
JP2011054862A (en) Epitaxial wafer, light-emitting element, method of manufacturing the epitaxial wafer, and method of manufacturing the light-emitting element
JP4320654B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2007096162A (en) Semiconductor light-emitting device
TWI437729B (en) Light-emitting diode
JP2007096157A (en) Semiconductor light-emitting element
JP2006135215A (en) Process for fabricating semiconductor light emitting element
JP4980041B2 (en) Semiconductor light emitting device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080919

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110214

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110222

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110307

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees