JP2012174876A - Semiconductor light-emitting element and method for manufacturing semiconductor light-emitting element - Google Patents

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Shinjiro Fujio
真二郎 藤生
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the concentration of oxygen mixed into a reflection layer, and enhance the reliability of a semiconductor light-emitting element.SOLUTION: In a semiconductor light-emitting element 1 which includes a substrate, a buffer layer 20 provided on the substrate, a reflection layer 30 formed by laminating a plurality of pairs of low refractive index layers and high refractive index layers on the buffer layer 20, and a light-emitting layer 40 formed by laminating a first clad layer, an active layer and a second clad layer on the reflection layer 30, the buffer layer 20 includes an oxygen adsorption layer.

Description

本発明は、半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関し、更に詳しくは、低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層した反射層を有する半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device having a reflective layer in which a plurality of pairs of low refractive index layers and high refractive index layers are stacked and a method for manufacturing the semiconductor light emitting devices. .

近年、発光ダイオード(LED)等の半導体発光素子の製造工程においては、AlGaInP系やGaN系等の高品質結晶を有機金属気相成長(MOVPE:Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)法で成長させる技術の発達によって、青色、緑色、橙色、黄色、赤
色等の高輝度LEDが製作できるようになってきた。
In recent years, in the manufacturing process of semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs), a technology for growing high quality crystals such as AlGaInP and GaN based on metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method. With the development, high brightness LEDs such as blue, green, orange, yellow, and red can be manufactured.

上記のような高品質の結晶が成長可能となってから、半導体発光素子の内部効率は理論限界値に近づきつつある。しかし半導体発光素子からの光取り出し効率はまだまだ低く、光取り出し効率を向上させることが重要となっている。そこで、複数のエピタキシャル層を積層して発光機能を持たせた発光層の下層に、例えば低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層した反射層を設け、半導体基板側へと向かう光を半導体発光素子上面の光取り出し面側へと光干渉によって反射させる手法が採られている。例えば特許文献1には、一部或いは全ての材料にAlGa1−xAs層(0≦X≦1)を用いるn型光反射層が開示されている。また、n型光反射層の下層には、n型バッファ層としてGaAs層が用いられている。 Since the high quality crystal as described above can be grown, the internal efficiency of the semiconductor light emitting device is approaching the theoretical limit value. However, the light extraction efficiency from the semiconductor light emitting device is still low, and it is important to improve the light extraction efficiency. Therefore, for example, a reflective layer in which a plurality of pairs of low refractive index layers and high refractive index layers are stacked is provided below the light emitting layer that has a light emitting function by laminating a plurality of epitaxial layers, and light directed toward the semiconductor substrate side. Is reflected by light interference to the light extraction surface side of the upper surface of the semiconductor light emitting element. For example, Patent Document 1 discloses an n-type light reflection layer using an Al x Ga 1-x As layer (0 ≦ X ≦ 1) for some or all materials. A GaAs layer is used as an n-type buffer layer below the n-type light reflection layer.

バッファ層は、半導体基板の表面に付着したSiなどの不純物や、エピタキシャル成長させる炉内に残留した不純物を取り込み、押さえ込むことで、バッファ層上に所望の半導体エピタキシャル層を形成するための下地として設けられる。   The buffer layer is provided as a base for forming a desired semiconductor epitaxial layer on the buffer layer by taking in and suppressing impurities such as Si adhering to the surface of the semiconductor substrate or impurities remaining in the furnace for epitaxial growth. .

特許第4123235号公報Japanese Patent No. 4123235

しかしながら、上記のような構造を含む半導体発光素子では、素子の使用時間が長くなるとともに発光強度が低下し続ける等の現象がみられることがあり、充分な信頼性が得られない場合があった。本発明者等は、このような現象がみられた半導体発光素子において、素子が備える反射層に高濃度の酸素が混入していることを突き止めた。   However, in a semiconductor light emitting device including the above-described structure, there are cases where phenomena such as a decrease in light emission intensity and a decrease in light emission intensity may be observed and sufficient reliability may not be obtained. . The present inventors have found that in a semiconductor light emitting device in which such a phenomenon is observed, high-concentration oxygen is mixed in a reflective layer included in the device.

本発明の目的は、反射層に混入する酸素濃度を低減し、信頼性を向上させることが可能な半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor light-emitting device and a method for manufacturing the semiconductor light-emitting device that can reduce the oxygen concentration mixed in the reflective layer and improve the reliability.

本発明の第1の態様によれば、前記基板上に設けられるバッファ層と、前記バッファ層上に低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層して設けられる反射層と、前記反射層上に第1クラッド層、活性層、第2クラッド層を積層して設けられる発光層と、を有する半導体発光素子において、前記バッファ層は、酸素吸着層を含む半導体発光素子が提供される。   According to the first aspect of the present invention, a buffer layer provided on the substrate, a reflective layer provided by laminating a plurality of pairs of low refractive index layers and high refractive index layers on the buffer layer, and the reflection And a light emitting layer provided by laminating a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer on the layer, wherein the buffer layer includes a semiconductor light emitting device including an oxygen adsorption layer.

本発明の第2の態様によれば、前記酸素吸着層は、層厚が75nm以上200nm以下
のAlGa1−XAs層(但し、0.6≦X≦1)を含む第1の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
According to the second aspect of the present invention, the oxygen adsorption layer includes the Al X Ga 1-X As layer (provided that 0.6 ≦ X ≦ 1) having a layer thickness of 75 nm or more and 200 nm or less. The semiconductor light-emitting device described in 1. is provided.

本発明の第3の態様によれば、前記酸素吸着層は、層厚が75nm以上200nm以下の、前記基板側から前記反射層側に向かってAl組成比Xが徐々に小さくなるグレーデッドAlGa1−XAs層(但し、0.6≦X≦1)を含む第1の態様に記載の半導体発光素子が提供される。 According to a third aspect of the present invention, the oxygen adsorption layer has a layer thickness of 75 nm or more and 200 nm or less, and graded Al X in which the Al composition ratio X gradually decreases from the substrate side toward the reflective layer side. A semiconductor light-emitting element according to the first aspect including a Ga 1-X As layer (provided that 0.6 ≦ X ≦ 1) is provided.

本発明の第4の態様によれば、前記反射層中の酸素濃度が4.0×1018cm−3以下である第1から第3の態様に記載の半導体発光素子が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor light emitting element according to the first to third aspects, wherein the oxygen concentration in the reflective layer is 4.0 × 10 18 cm −3 or less.

本発明の第5の態様によれば、気相成長法を用いて基板上にバッファ層、低屈折率層と高屈折率層とからなる反射層、第1クラッド層と活性層と第2クラッド層とからなる発光層を成長させる半導体発光素子の製造方法において、前記バッファ層は、酸素吸着層を含み、前記酸素吸着層を、V族原料ガスとIII族原料ガスとのモル比率であるV/III比を30以上150以下とし、成長温度を580℃以上650℃以下として、AlGa1−XAs(但し、0<X<1)、AlAs、AlGaInP、AlInP、AlGaP、AlAsPのいずれかの組成を含むよう成長させ、或いは、前記V/III比を低減し、成長温
度を低温にして、GaAs、InGaP、InP、GaP、InGaAs、InGaAsP、GaAsP、InAsPのいずれかの組成を含むよう成長させる半導体発光素子の製造方法が提供される。
According to the fifth aspect of the present invention, a buffer layer, a reflective layer composed of a low refractive index layer and a high refractive index layer, a first cladding layer, an active layer, and a second cladding are formed on the substrate using a vapor deposition method. In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device, in which a light emitting layer comprising a layer is grown, the buffer layer includes an oxygen adsorption layer, and the oxygen adsorption layer is represented by a molar ratio of a group V source gas and a group III source gas. / III ratio is 30 or more and 150 or less, growth temperature is 580 ° C. or more and 650 ° C. or less, and any one of Al X Ga 1-X As (where 0 <X <1), AlAs, AlGaInP, AlInP, AlGaP, AlAsP Or by reducing the V / III ratio and lowering the growth temperature, GaAs, InGaP, InP, GaP, InGaAs, InGaAsP, GaAsP, and InAsP. A method of manufacturing a semiconductor light emitting device is provided that is grown to include any composition.

本発明によれば、反射層に混入する酸素濃度を低減し、半導体発光素子の信頼性を向上させることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to reduce the oxygen concentration mixed in the reflective layer and improve the reliability of the semiconductor light emitting device.

本発明の一実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor light-emitting device based on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor light-emitting device concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の変形例に係る半導体発光素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor light-emitting device which concerns on the modification of one Embodiment of this invention. 本発明の実施例に係る半導体発光素子が有する反射層中の酸素濃度を示すグラフである。It is a graph which shows the oxygen concentration in the reflection layer which the semiconductor light-emitting device concerning the Example of this invention has. 本発明の実施例に係る半導体発光素子の信頼性を示すグラフである。3 is a graph showing reliability of a semiconductor light emitting device according to an example of the present invention.

<本発明の一実施形態>
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法について説明する。
<One Embodiment of the Present Invention>
Hereinafter, a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention will be described.

(1)半導体発光素子の構造
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子は、例えばアルミニウム(Al)等を含む半導体を複数積層した反射層を有している。上述したように、このような半導体発光素子においては、素子への通電を継続して使用時間が長くなるにしたがい、発光強度が低下していく経時変化が生じることがあり、このような素子の反射層には高濃度の酸素の混入がみられた。本発明者等によれば、反射層への酸素の混入は、例えばMOVPE法により、反射層をエピタキシャル成長させる際に起きることが明らかになった。
(1) Structure of Semiconductor Light Emitting Element A semiconductor light emitting element according to an embodiment of the present invention has a reflective layer in which a plurality of semiconductors including, for example, aluminum (Al) is stacked. As described above, in such a semiconductor light-emitting element, there is a case where the luminescence intensity decreases with time as the operating time is continued and the use time becomes longer. A high concentration of oxygen was found in the reflective layer. According to the present inventors, it has been clarified that oxygen is mixed into the reflective layer when the reflective layer is epitaxially grown, for example, by the MOVPE method.

本発明者等は、バッファ層に酸素吸着層を設けることにより、反射層に混入する酸素濃度を低減させ、半導体発光素子の信頼性を向上させることができることを見いだした。以下に、バッファ層に酸素吸着層を含む本実施形態の半導体発光素子の構造について、図1
を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る半導体発光素子1を示す断面図である。
The present inventors have found that by providing an oxygen adsorption layer in the buffer layer, the oxygen concentration mixed in the reflective layer can be reduced and the reliability of the semiconductor light emitting device can be improved. Hereinafter, the structure of the semiconductor light emitting device of this embodiment including the oxygen adsorption layer in the buffer layer will be described with reference to FIG.
Will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor light emitting device 1 according to this embodiment.

図1に示すように、半導体発光素子1は、例えばn型GaAs基板10と、n型GaAs基板10上に設けられるn型AlGaAsバッファ層20と、を有する。バッファ層20は、下地としてのn型GaAs層20bと、酸素吸着層としてのn型AlGa1−XAs層20aとを含んでいる。すなわち、バッファ層20は、基板側にAl組成比X=0のn型GaAs層20bが設けられ、上層部に所定のAl組成比Xを有するn型AlGa1−XAs層20aが設けられた2層構造となっている。n型AlGa1−XAs層20aのAl組成比Xは、0<X<1、より好ましくは0.6≦X≦0.8である。また、n型AlGa1−XAs層20aの層厚は、75nm以上200nm以下である。
このように、バッファ層20に所定のAl組成比Xを有するn型AlGa1−XAs層20aを設けておくことで、後述する反射層30をMOVPE法によりエピタキシャル成長させる際、予め、MOVPE装置内の雰囲気中の酸素を低減しておくことができる。
As shown in FIG. 1, the semiconductor light emitting device 1 includes, for example, an n-type GaAs substrate 10 and an n-type AlGaAs buffer layer 20 provided on the n-type GaAs substrate 10. The buffer layer 20 includes an n-type GaAs layer 20b as an underlayer and an n-type Al X Ga 1-X As layer 20a as an oxygen adsorption layer. That is, the buffer layer 20 is provided with an n-type GaAs layer 20b having an Al composition ratio X = 0 on the substrate side, and an n-type Al X Ga 1-X As layer 20a having a predetermined Al composition ratio X is provided on the upper layer portion. It has a two-layer structure. The Al composition ratio X of the n-type Al X Ga 1-X As layer 20a is 0 <X <1, more preferably 0.6 ≦ X ≦ 0.8. The layer thickness of the n-type Al X Ga 1-X As layer 20a is not less than 75 nm and not more than 200 nm.
Thus, by providing the buffer layer 20 with the n-type Al X Ga 1-X As layer 20a having a predetermined Al composition ratio X, when the reflective layer 30 described later is epitaxially grown by the MOVPE method, the MOVPE Oxygen in the atmosphere in the apparatus can be reduced.

また、半導体発光素子1は、例えばバッファ層20上に、一部或いは全てにn型AlGa1−YAs層(0≦Y≦1)を用いる反射層30が設けられる。より具体的には、反射層30は、Y<1である低屈折率層としてのn型AlGa1−YAs層と、Y=1である高屈折率層としてのn型AlAs層と、を複数ペア積層して設けられる。反射層30上には、第1クラッド層としてのn型AlGaInPクラッド層41、活性層としてのアンドープAlGaInP活性層42、第2クラッド層としてのp型AlGaInPクラッド層43を積層して設けられる発光層40を有する。 In the semiconductor light emitting device 1, for example, a reflective layer 30 using an n-type Al Y Ga 1-Y As layer (0 ≦ Y ≦ 1) is provided on part or all of the buffer layer 20. More specifically, the reflective layer 30 includes an n-type Al Y Ga 1-Y As layer as a low refractive index layer where Y <1, and an n-type AlAs layer as a high refractive index layer where Y = 1. A plurality of pairs are stacked. A light emitting layer provided on the reflective layer 30 by laminating an n-type AlGaInP cladding layer 41 as a first cladding layer, an undoped AlGaInP active layer 42 as an active layer, and a p-type AlGaInP cladding layer 43 as a second cladding layer. 40.

このように、反射層30が低屈折率層と高屈折率層とを備えることで、アンドープAlGaInP活性層42で発生した所定波長の光の一部が反射層30へと入射してきた際、上記低屈折率層と高屈折率層との間で光干渉を起こさせ、入射してきた光を反射させることができる。つまり、反射層30は、所定波長の光に対する分布ブラッグ反射層(DBR:Distributed Bragg Reflector)として機能する。反射させる光の波長は、低屈折率層
及び高屈折率層のそれぞれの屈折率及び厚さを設定することで選択できる。低屈折率層及び高屈折率層の屈折率は、例えばn型AlGa1−YAs層の組成比Yを変えることで変化させることができる。
As described above, when the reflective layer 30 includes the low refractive index layer and the high refractive index layer, when a part of the light having a predetermined wavelength generated in the undoped AlGaInP active layer 42 enters the reflective layer 30, Optical interference can be caused between the low refractive index layer and the high refractive index layer, and incident light can be reflected. That is, the reflective layer 30 functions as a distributed Bragg reflector (DBR) for light of a predetermined wavelength. The wavelength of light to be reflected can be selected by setting the refractive index and thickness of each of the low refractive index layer and the high refractive index layer. The refractive indexes of the low refractive index layer and the high refractive index layer can be changed by changing the composition ratio Y of the n-type Al Y Ga 1 -Y As layer, for example.

また、基板上に形成されるバッファ層は、基板に対してホモエピタキシャル成長となるよう、組成比を決定するとよい。例えば、n型GaAs基板10上であれば、n型GaAs層から形成する。また、反射層30中の酸素濃度が、4.0×1018cm−3以下となるよう、酸素吸着層を形成するとよい。 In addition, the composition ratio of the buffer layer formed on the substrate may be determined so as to achieve homoepitaxial growth with respect to the substrate. For example, if it is on the n-type GaAs substrate 10, it is formed from an n-type GaAs layer. In addition, the oxygen adsorption layer may be formed so that the oxygen concentration in the reflective layer 30 is 4.0 × 10 18 cm −3 or less.

また、半導体発光素子1は、例えば発光層40上に設けられる接続層としてのp型AlGaInP層50と、p型AlGaInP層50上に設けられる電流分散層としてのp型GaP層60と、を有する。さらに、半導体発光素子1は、p型GaP層60上に、例えば金・ベリリウム(AuBe)合金、ニッケル(Ni)、金(Au)を積層して設けられる表面電極71と、n型GaAs基板10の上記各層の形成面とは反対側の面の全面に、例えば金・ゲルマニウム(AuGe)合金、Ni、Auを積層して設けられる裏面電極72と、を有する。   In addition, the semiconductor light emitting element 1 includes, for example, a p-type AlGaInP layer 50 as a connection layer provided on the light-emitting layer 40 and a p-type GaP layer 60 as a current spreading layer provided on the p-type AlGaInP layer 50. . Further, the semiconductor light emitting device 1 includes a surface electrode 71 provided by laminating, for example, gold / beryllium (AuBe) alloy, nickel (Ni), gold (Au) on the p-type GaP layer 60, and the n-type GaAs substrate 10. And a back electrode 72 provided by laminating, for example, a gold / germanium (AuGe) alloy, Ni, or Au, on the entire surface opposite to the surface on which each of the layers is formed.

(2)半導体発光素子の製造方法
次に、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子1の製造方法について説明する。
(2) Manufacturing Method of Semiconductor Light Emitting Element Next, a manufacturing method of the semiconductor light emitting element 1 according to an embodiment of the present invention will be described.

(エピタキシャルウエハの製造)
まずは、MOVPE法により、n型GaAs基板10上に、図1に示すバッファ層20からp型GaP層60までの複数のエピタキシャル層を積層して、所定の発光波長を有す
るエピタキシャルウエハを製造する。
(Epitaxial wafer production)
First, a plurality of epitaxial layers from the buffer layer 20 to the p-type GaP layer 60 shown in FIG. 1 are stacked on the n-type GaAs substrate 10 by the MOVPE method to manufacture an epitaxial wafer having a predetermined emission wavelength.

具体的には、MOVPE装置内にn型GaAs基板10を搬入して設置し、成長圧力、成長温度を所定値に保った状態で、所定の原料ガスを所定流量供給して行う。原料ガスには、例えばガリウム(Ga)源としてトリメチルガリウム(TMGa)やトリエチルガリウム(TEGa)等の有機金属ガスを使用する。また、例えばアルミニウム(Al)源にはトリメチルアルミニウム(TMAl)等、インジウム(In)源にはトリメチルインジウム(TMIn)等の有機金属ガスをそれぞれ使用する。また、ヒ素(As)源としてアルシン(AsH)等、リン(P)源としてホスフィン(PH)等の水素化物ガスをそれぞれ使用する。このとき、TMGaやTMAl等のIII族原料ガスのモル数を分母とし
、AsHやPH等のV族原料ガスのモル数を分子とする比率(商)、すなわち、V/III比を、所定値とする。
Specifically, the n-type GaAs substrate 10 is loaded and installed in the MOVPE apparatus, and a predetermined source gas is supplied at a predetermined flow rate while maintaining the growth pressure and growth temperature at predetermined values. As the source gas, for example, an organic metal gas such as trimethylgallium (TMGa) or triethylgallium (TEGa) is used as a gallium (Ga) source. Further, for example, an organic metal gas such as trimethylaluminum (TMAl) is used for an aluminum (Al) source and trimethylindium (TMIn) is used for an indium (In) source. Further, arsenic (As) source uses arsenic (AsH 3 ) or the like, and phosphorus (P) source uses hydride gas such as phosphine (PH 3 ). At this time, the ratio (quotient) in which the number of moles of the group III source gas such as TMGa and TMAl is the denominator and the number of moles of the group V source gas such as AsH 3 and PH 3 is the numerator, that is, the V / III ratio, Set to a predetermined value.

また、各層の導電型を決定する導電型決定不純物の添加は、例えば所定の添加物原料ガスを原料ガスに添加することにより行う。n型の導電型決定不純物としては、例えばセレン(Se)を用いる。Seを添加するには、例えばセレン化水素(HSe)等の添加物原料ガスを用いる。また、p型の導電型決定不純物としては、例えば亜鉛(Zn)を用いる。Znを添加するには、例えばジエチルジンク(DEZn)等の添加物原料ガスを用いる。 Moreover, the addition of the conductivity determining impurity for determining the conductivity type of each layer is performed by adding a predetermined additive source gas to the source gas, for example. For example, selenium (Se) is used as the n-type conductivity determining impurity. In order to add Se, an additive source gas such as hydrogen selenide (H 2 Se) is used. In addition, as the p-type conductivity determining impurity, for example, zinc (Zn) is used. In order to add Zn, for example, an additive material gas such as diethyl zinc (DEZn) is used.

以下、図2を参照しながら、各層の成長方法について説明する。図2は、半導体発光素子1の製造工程を示す断面図である。   Hereinafter, the growth method of each layer will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor light emitting device 1.

まず、図2(a)に示すように、例えばn型GaAs基板10上に、n型AlGaAsバッファ層20を成長させる。つまり、バッファ層20内に、下地としてn型GaAs層20bを成長させ、上層部にn型AlGa1−XAs層20aを成長させる。このとき、それぞれの原料ガスの流量比等を調整して、0<X<1、より好ましくは0.6≦X≦0.8に制御する。また、V/III比は、例えば30以上150以下とし、成長温度は、
例えば580℃以上650℃以下とする。
First, as shown in FIG. 2A, for example, an n-type AlGaAs buffer layer 20 is grown on an n-type GaAs substrate 10. That is, an n-type GaAs layer 20b is grown as a base in the buffer layer 20, and an n-type Al x Ga 1-x As layer 20a is grown in the upper layer portion. At this time, the flow rate ratio of each source gas is adjusted to control 0 <X <1, more preferably 0.6 ≦ X ≦ 0.8. The V / III ratio is, for example, 30 or more and 150 or less, and the growth temperature is
For example, the temperature is set to 580 ° C. or higher and 650 ° C. or lower.

MOVPE装置内には、装置内にパーツを装着したり、基板を搬入したりする際に、水分等が持ち込まれることがあり、装置内の雰囲気中には酸素(O)が存在する。例えばバッファ層としてn型GaAs層のみを設けた従来の半導体発光素子において、装置内雰囲気中の酸素は、反射層を成長させる際、例えば酸素と結合し易い成分であるAlを含むn型AlGa1−YAs層やn型AlAs層等からなる反射層中に取り込まれ易かった。反射層等のエピタキシャル層に高濃度の酸素が混入すると、エピタキシャル層の結晶性が損なわれてしまう。これにより、反射層等の品質が低下して所定の反射率が得られなくなる。また、酸素は非発光の再結合中心となり、発光効率を低下させる。このため、半導体発光素子の発光強度が経時的に低下し、半導体発光素子の信頼性が得られない場合があった。 Moisture or the like may be brought into the MOVPE apparatus when mounting parts or carrying a substrate into the apparatus, and oxygen (O 2 ) exists in the atmosphere in the apparatus. For example, in a conventional semiconductor light emitting device in which only an n-type GaAs layer is provided as a buffer layer, oxygen in the atmosphere in the device contains, for example, n-type Al Y containing Al which is a component that easily binds to oxygen when the reflective layer is grown. It was easy to be taken into a reflective layer composed of a Ga 1-Y As layer, an n-type AlAs layer, or the like. When high concentration oxygen is mixed in an epitaxial layer such as a reflective layer, the crystallinity of the epitaxial layer is impaired. As a result, the quality of the reflective layer and the like deteriorates, and a predetermined reflectance cannot be obtained. In addition, oxygen becomes a non-radiative recombination center and decreases luminous efficiency. For this reason, the light emission intensity of the semiconductor light emitting device has decreased over time, and the reliability of the semiconductor light emitting device may not be obtained.

しかしながら、本実施形態では、反射層30を成長させる前のバッファ層20の成長時に、酸素吸着層としてのn型AlGa1−XAs層20aを成長させることとしたので、MOVPE装置内の雰囲気中の酸素は、n型AlGa1−XAs層20a中に取り込まれることとなる。よって、反射層30を成長させる前に、雰囲気中の酸素濃度を低減させることができる。このとき、酸素吸着効果を向上させるため、酸素吸着層としてのn型AlGa1−XAs層20aは、高Al組成比とすることが好ましい。 However, in the present embodiment, when the buffer layer 20 is grown before the reflective layer 30 is grown, the n-type Al X Ga 1-X As layer 20a is grown as the oxygen adsorption layer. Oxygen in the atmosphere is taken into the n-type Al x Ga 1-x As layer 20a. Therefore, the oxygen concentration in the atmosphere can be reduced before the reflective layer 30 is grown. At this time, in order to improve the oxygen adsorption effect, it is preferable that the n-type Al x Ga 1-x As layer 20a as the oxygen adsorption layer has a high Al composition ratio.

次に、図2(b)に示すように、バッファ層20上に、反射層30を成長させる。反射層30は、例えば低屈折率層としてのn型AlGa1−YAs層(Y<1)と高屈折率
層としてのn型AlAs層(Y=1)とを複数ペア積層して設けられる。n型AlGa1−YAs層の組成比は、それぞれの原料ガスの流量比等を調整して制御する。
Next, as shown in FIG. 2B, the reflective layer 30 is grown on the buffer layer 20. The reflective layer 30 is formed, for example, by stacking a plurality of pairs of n-type Al Y Ga 1-Y As layers (Y <1) as low refractive index layers and n-type AlAs layers (Y = 1) as high refractive index layers. Provided. The composition ratio of the n-type Al Y Ga 1-Y As layer is controlled by adjusting the flow rate ratio of the respective source gases.

本実施形態では、n型AlGa1−XAs層20aを成長させることで、反射層30の成長前に、予めMOVPE装置内の雰囲気中の酸素濃度が低減されている。これにより、反射層30への酸素の混入が抑制され、反射層30中の酸素濃度を例えば4.0×1018cm−3以下とすることができる。 In the present embodiment, by growing the n-type Al X Ga 1-X As layer 20a, the oxygen concentration in the atmosphere in the MOVPE apparatus is reduced in advance before the reflective layer 30 is grown. Thereby, mixing of oxygen into the reflective layer 30 is suppressed, and the oxygen concentration in the reflective layer 30 can be, for example, 4.0 × 10 18 cm −3 or less.

続いて、図2(c)に示すように、反射層30上に、発光層40を成長させる。発光層40は、第1クラッド層としてのn型AlGaInPクラッド層41、活性層としてのアンドープAlGaInP活性層42、第2クラッド層としてのp型AlGaInPクラッド層43、を積層して設けられる。   Subsequently, as illustrated in FIG. 2C, the light emitting layer 40 is grown on the reflective layer 30. The light emitting layer 40 is provided by stacking an n-type AlGaInP cladding layer 41 as a first cladding layer, an undoped AlGaInP active layer 42 as an active layer, and a p-type AlGaInP cladding layer 43 as a second cladding layer.

次に、発光層40上に、接続層としてのp型AlGaInP層50を成長させ、p型AlGaInP層50上に、電流分散層としてのp型GaP層60を成長させる。   Next, a p-type AlGaInP layer 50 as a connection layer is grown on the light emitting layer 40, and a p-type GaP layer 60 as a current spreading layer is grown on the p-type AlGaInP layer 50.

以上により、所定の発光波長を有するエピタキシャルウエハが製造される。   As described above, an epitaxial wafer having a predetermined emission wavelength is manufactured.

(電極の形成)
以上のように各層が形成されたエピタキシャルウエハを、MOVPE装置から搬出した後、図2(d)に示すように、エピタキシャルウエハの上下面(表裏面)に電極形成を行う。すなわち、例えばマスクアライナ等を用いたフォトリソグラフィプロセスにて、p型GaP層60上に、フォトレジストパターンを形成する。続いて、真空蒸着法により、例えばAuBe合金、Ni、Auをこの順に蒸着する。蒸着後、リフトオフ法によりフォトレジストパターンを除去することで、例えば略円形の表面電極71を素子ごとに形成する。それぞれの表面電極71は、p型GaP層60上に例えばマトリクス状に配置される。なお、図2(d)に示す図においては、マトリクス状に配置された複数の表面電極71のうち1つを示す。
(Formation of electrodes)
After the epitaxial wafer on which each layer is formed as described above is unloaded from the MOVPE apparatus, electrodes are formed on the upper and lower surfaces (front and back surfaces) of the epitaxial wafer as shown in FIG. That is, for example, a photoresist pattern is formed on the p-type GaP layer 60 by a photolithography process using a mask aligner or the like. Subsequently, for example, AuBe alloy, Ni, and Au are vapor-deposited in this order by a vacuum vapor deposition method. After vapor deposition, the photoresist pattern is removed by a lift-off method to form, for example, a substantially circular surface electrode 71 for each element. Each surface electrode 71 is arranged on the p-type GaP layer 60 in, for example, a matrix. In the drawing shown in FIG. 2D, one of the plurality of surface electrodes 71 arranged in a matrix is shown.

次に、エピタキシャルウエハの裏面、すなわち、n型GaAs基板10のエピタキシャル層形成面とは反対側の面の全面に、真空蒸着法により、AuGe合金、Ni、Auをこの順に蒸着し、裏面電極72を形成する。その後、アロイ工程にて、上記電極71,72が形成されたエピタキシャルウエハを、例えば窒素(N)ガス雰囲気中で5分間、400℃に加熱し、電極71,72を合金化する。 Next, AuGe alloy, Ni, and Au are vapor-deposited in this order on the back surface of the epitaxial wafer, that is, on the entire surface opposite to the epitaxial layer forming surface of the n-type GaAs substrate 10 in this order, and the back electrode 72 Form. Thereafter, in the alloy process, the epitaxial wafer on which the electrodes 71 and 72 are formed is heated to 400 ° C. for 5 minutes in, for example, a nitrogen (N 2 ) gas atmosphere to alloy the electrodes 71 and 72.

続いて、電極71,72が形成された上記ウエハに対し、複数形成した表面電極71のそれぞれが中央部に位置するよう、例えば略矩形にダイシングを行ってチップ化し、図1に示す半導体発光素子1を複数個得る。以上により、本実施形態に係る半導体発光素子1が製造される。   Subsequently, the wafer on which the electrodes 71 and 72 are formed is diced into, for example, a substantially rectangular shape so that each of the plurality of formed surface electrodes 71 is located in the center, and the semiconductor light emitting device shown in FIG. Obtain multiple 1s. Thus, the semiconductor light emitting device 1 according to this embodiment is manufactured.

(半導体発光素子の実装)
その後、切り出された半導体発光素子1の実装を行う。すなわち、ダイシングにより複数切り出された個々の半導体発光素子1を、例えばTO−18ステム上にマウントしてダイボンディングを行い、さらにワイヤボンディングを施す。
(Semiconductor light emitting device mounting)
Thereafter, the cut out semiconductor light emitting element 1 is mounted. That is, a plurality of individual semiconductor light emitting devices 1 cut out by dicing are mounted on, for example, a TO-18 stem, die bonded, and then wire bonded.

(3)本発明の一実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果が得られる。
(3) Effects According to One Embodiment of the Present Invention According to the present embodiment, one or more effects shown below can be obtained.

(a)本実施形態によれば、バッファ層20上に、低屈折率層としてのn型AlGa1−YAs層と、高屈折率層としてのn型AlAs層と、を複数ペア積層して設けられる反
射層30を有し、バッファ層20は、n型AlGa1−XAs層20aを含んでいる。これにより、MOVPE装置内の雰囲気中の酸素をn型AlGa1−XAs層20aに取り込むことができ、反射層30をエピタキシャル成長させる前に、雰囲気中の酸素濃度を低減させることができる。よって、反射層30に混入する酸素濃度を低減することができ、半導体発光素子1の信頼性を向上させることができる。
(A) According to this embodiment, a plurality of pairs of an n-type Al Y Ga 1-Y As layer as a low refractive index layer and an n-type AlAs layer as a high refractive index layer are stacked on the buffer layer 20. The buffer layer 20 includes an n-type Al X Ga 1-X As layer 20a. Thereby, oxygen in the atmosphere in the MOVPE apparatus can be taken into the n-type Al X Ga 1-X As layer 20a, and the oxygen concentration in the atmosphere can be reduced before the reflective layer 30 is epitaxially grown. Therefore, the oxygen concentration mixed in the reflective layer 30 can be reduced, and the reliability of the semiconductor light emitting element 1 can be improved.

(b)また、本実施形態によれば、酸素吸着層をn型AlGa1−XAs層20aとしている。酸素を吸着し易い材料であるAlを酸素吸着層中に含むことで、酸素を吸着する効果が得られ、雰囲気中の酸素濃度を低減できる。 (B) According to the present embodiment, the oxygen adsorption layer is the n-type Al X Ga 1-X As layer 20a. By including Al, which is a material that easily adsorbs oxygen, in the oxygen adsorbing layer, an effect of adsorbing oxygen can be obtained and the oxygen concentration in the atmosphere can be reduced.

ここで、より酸素の吸着効果の高いAl組成比X=1のn型AlGa1−XAs層、つまりn型AlAs層等を酸素吸着層として用いることも可能であるが、膜剥がれの懸念があるn型AlAsよりも、より安定した材料であるAlGa1−XAsを酸素吸着層に用いることが好ましく、これにより、いっそう安定した半導体発光素子1が得られる。 Here, an n-type Al X Ga 1-X As layer having an Al composition ratio X = 1 having a higher oxygen adsorption effect, that is, an n-type AlAs layer or the like can be used as the oxygen adsorption layer. than n-type AlAs you are concerned, it is preferable to use the Al X Ga 1-X as a more stable material oxygen adsorption layer, thereby, the semiconductor light emitting element 1 can be obtained which more stable.

(c)また、本実施形態によれば、反射層30の成長前に、雰囲気中の酸素濃度を低減させることで、反射層30中の酸素濃度を4.0×1018cm−3以下とすることができる。これによって、半導体発光素子1の長期安定性、信頼性を向上させることができる。 (C) Further, according to the present embodiment, the oxygen concentration in the reflective layer 30 is reduced to 4.0 × 10 18 cm −3 or less by reducing the oxygen concentration in the atmosphere before the growth of the reflective layer 30. can do. Thereby, the long-term stability and reliability of the semiconductor light emitting device 1 can be improved.

(4)本発明の一実施形態の変形例に係る半導体発光素子
次に、上述の実施形態の変形例に係る半導体発光素子について、図3を用いて説明する。図3は、本変形例に係る半導体発光素子2を示す断面図である。半導体発光素子2においても、n型AlGaAsバッファ層21は酸素吸着層を含むが、本変形例に係る酸素吸着層は、層厚が75nm以上200nm以下、例えば100nmであり、n型GaAs基板10から反射層30側に向かってAl組成比Xが徐々に小さくなるn型のグレーデッド(Graded)AlGa1−XAs層21aとして構成されている。但し、Al組成比Xを変化させる範囲は、0≦X≦1、より好ましくは0.6≦X≦1、さらに好ましくは0.6≦X≦0.8である。
(4) Semiconductor Light Emitting Element According to Modification of One Embodiment of the Invention Next, a semiconductor light emitting element according to a modification of the above-described embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a semiconductor light emitting device 2 according to this modification. Also in the semiconductor light emitting device 2, the n-type AlGaAs buffer layer 21 includes an oxygen adsorption layer, but the oxygen adsorption layer according to this modification has a layer thickness of 75 nm to 200 nm, for example, 100 nm, and is from the n-type GaAs substrate 10. The n-type graded Al X Ga 1-X As layer 21a is configured such that the Al composition ratio X gradually decreases toward the reflective layer 30 side. However, the range in which the Al composition ratio X is changed is 0 ≦ X ≦ 1, more preferably 0.6 ≦ X ≦ 1, and still more preferably 0.6 ≦ X ≦ 0.8.

すなわち、Al組成比Xの変化の範囲を例えば1→0とした場合、酸素吸着層を、n型GaAs基板10側のn型AlAs(X=1)から、反射層30側のn型GaAs(X=0)へと変化させ、また、Al組成比Xの変化の範囲を0.8→0.6とした場合、n型GaAs基板10側のn型Al0.8Ga0.2Asから、反射層30側のn型Al0.6Ga0.4Asへと変化させる。 That is, when the range of change in the Al composition ratio X is, for example, 1 → 0, the oxygen adsorption layer is changed from n-type AlAs (X = 1) on the n-type GaAs substrate 10 side to n-type GaAs (on the reflective layer 30 side) X = 0), and when the range of change in the Al composition ratio X is 0.8 → 0.6, from the n-type Al 0.8 Ga 0.2 As on the n-type GaAs substrate 10 side. Then, it is changed to n-type Al 0.6 Ga 0.4 As on the reflective layer 30 side.

上記のようなn型のグレーデッドAlGa1−XAs層21aは、MOVPE法により、それぞれの原料ガスの流量比等を変化させながら成長させていくことで、形成することができる。このとき、Al組成比Xが、0≦X≦1、より好ましくは0.6≦X≦1、さらに好ましくは0.6≦X≦0.8となるよう、原料ガスの流量比等を調整する。また、V/III比は、例えば30以上150以下とし、成長温度は、例えば580℃以上65
0℃以下とする。
N-type graded Al X Ga 1-X As layer 21a as described above, by MOVPE, by gradually grown while changing the flow rate or the like of each raw material gas can be formed. At this time, the flow rate ratio of the source gas is adjusted so that the Al composition ratio X is 0 ≦ X ≦ 1, more preferably 0.6 ≦ X ≦ 1, and further preferably 0.6 ≦ X ≦ 0.8. To do. The V / III ratio is, for example, 30 or more and 150 or less, and the growth temperature is, for example, 580 ° C. or more and 65
0 ° C or less.

本変形例においても、上述の実施形態と同様の良好な効果を奏する。   Also in this modification, there exists the same favorable effect as the above-mentioned embodiment.

<本発明の他の実施形態>
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
<Other Embodiments of the Present Invention>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can change variously in the range which does not deviate from the summary.

例えば、上述の実施形態においては、酸素吸着層としてのn型AlGa1−XAs層20aは、バッファ層20の上層部に含まれることとしたが、それ以外の位置に含まれて
いてもよい。例えば、酸素吸着層がバッファ層の中間部分に含まれるよう、n型GaAs層/n型AlGa1−XAs層(酸素吸着層)/n型GaAs層などと構成されていてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the n-type Al X Ga 1-X As layer 20a as the oxygen adsorption layer is included in the upper layer portion of the buffer layer 20, but is included in other positions. Also good. For example, it may be configured as n-type GaAs layer / n-type Al X Ga 1-X As layer (oxygen adsorption layer) / n-type GaAs layer so that the oxygen adsorption layer is included in the middle portion of the buffer layer.

また、上述の実施形態においては、n型AlGa1−XAs層20aにおいて、Al組成比Xの範囲を0<X<1としたが、X=1、すなわち、酸素吸着層は、AlAs層を含んでいてもよい。また、酸素吸着層は、この他のAl系のエピタキシャル層とすることができ、例えばAlGaInP、AlInP、AlGaP、AlAsP等のいずれかの組成を含んでいてもよい。 Further, in the above-described embodiment, in the n-type Al X Ga 1-X As layer 20a, the range of the Al composition ratio X is 0 <X <1, but X = 1, that is, the oxygen adsorption layer is made of AlAs. Layers may be included. The oxygen adsorption layer may be another Al-based epitaxial layer, and may include any composition such as AlGaInP, AlInP, AlGaP, AlAsP, and the like.

また、上述の実施形態においては、n型AlGa1−XAs層20aにおいて、Al組成比Xの範囲を0<X<1としたが、X=0、すなわち、酸素吸着層は、GaAs層を含んでいてもよい。このように、Alを含まない組成の酸素吸着層とするときは、酸素吸着層の成長条件を、例えば低V/III比、低温の成長温度等の酸素を吸着し易い成長条件
とする。Alを含まない酸素吸着層としては、この他、InGaP、InP、GaP、InGaAs、InGaAsP、GaAsP、InAsP等のいずれかの組成を含んでいてもよい。
Further, in the above-described embodiment, in the n-type Al X Ga 1-X As layer 20a, the range of the Al composition ratio X is 0 <X <1, but X = 0, that is, the oxygen adsorption layer is made of GaAs. Layers may be included. As described above, when an oxygen adsorption layer having a composition not containing Al is used, the growth conditions of the oxygen adsorption layer are, for example, growth conditions that easily adsorb oxygen such as a low V / III ratio and a low temperature. In addition to this, the oxygen adsorption layer not containing Al may contain any composition such as InGaP, InP, GaP, InGaAs, InGaAsP, GaAsP, InAsP, or the like.

また、上下の各クラッド層の導電型(n型、p型)を逆にして、光取り出し面側をn型としてもよい。   Further, the conductivity type (n-type, p-type) of the upper and lower cladding layers may be reversed, and the light extraction surface side may be n-type.

また、上述の実施形態においては、MOVPE法による各層の形成にあたり、n型の添加物原料ガスとしてHSeを用いることとしたが、n型添加物原料ガスとしては、ジシラン(Si)や、モノシラン(SiH)、ジエチルテルル(DETe)、ジメチルテルル(DMTe)等を用いることもできる。また、p型の添加物原料ガスとしてジエチルジンク(DEZn)を用いることとしたが、p型添加物原料ガスとしては、ジメチルジンク(DMZn)やビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)等を用いることもできる。 In the above-described embodiment, H 2 Se is used as the n-type additive source gas in forming each layer by the MOVPE method. However, as the n-type additive source gas, disilane (Si 2 H 6 ), Monosilane (SiH 4 ), diethyl tellurium (DETe), dimethyl tellurium (DMTe), and the like can also be used. In addition, although diethyl zinc (DEZn) is used as the p-type additive source gas, dimethyl zinc (DMZn), biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg), etc. are used as the p-type additive source gas. It can also be used.

また、上述の実施形態においては、略円形の表面電極71を形成することとしたが、この他、四角形、菱形、多角形等、或いは枝状の電極部を有するものなど、表面電極は種々の形状とすることができる。   In the above-described embodiment, the surface electrode 71 having a substantially circular shape is formed. In addition, there are various surface electrodes such as a quadrangular shape, a rhombus shape, a polygonal shape, or a shape having a branch-shaped electrode portion. It can be a shape.

(1)実施例1
次に、本発明に係る実施例1について説明する。
(エピタキシャルウエハの製作)
まずは、上述の実施形態と同様の手法で、0nm〜200nmまでの異なる層厚の酸素吸着層(但し、0mmでは酸素吸着層なし)を有するエピタキシャルウエハをそれぞれ作成した。各層を形成する際の、各層の組成比、層厚、MOVPE法の成長条件等を以下に示す。
(1) Example 1
Next, Example 1 according to the present invention will be described.
(Epitaxial wafer production)
First, epitaxial wafers having oxygen adsorption layers having different thicknesses from 0 nm to 200 nm (however, no oxygen adsorption layer at 0 mm) were prepared by the same method as in the above-described embodiment. The composition ratio of each layer, the layer thickness, the growth conditions of the MOVPE method, etc. when forming each layer are shown below.

Figure 2012174876
Figure 2012174876

酸素吸着層はAl組成比X=0.8の層、すなわち、n型Al0.8Ga0.2As層とした。また、反射層は、屈折率差を大きく取ることができる組み合わせとして、n型Al0.4Ga0.6As層とn型AlAs層とを20ペア積層して設けた。 The oxygen adsorption layer was an Al composition ratio X = 0.8 layer, that is, an n-type Al 0.8 Ga 0.2 As layer. In addition, the reflective layer was provided by stacking 20 pairs of an n-type Al 0.4 Ga 0.6 As layer and an n-type AlAs layer as a combination capable of obtaining a large difference in refractive index.

以上により、本実施例に係るエピタキシャルウエハは、630nm帯の発光波長を有するアンドープ(Al0.1Ga0.90.5In0.5P活性層を備える赤色LED用エピタキシャルウエハとして構成される。 As described above, the epitaxial wafer according to the present example is configured as an epitaxial wafer for red LEDs including an undoped (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P active layer having an emission wavelength of 630 nm band. The

(電極の形成)
次に、上述の実施形態と同様の手法で、表面電極および裏面電極を形成した。このとき、略円形の表面電極のサイズを直径100μmとした。
(Formation of electrodes)
Next, a front electrode and a back electrode were formed by the same method as in the above embodiment. At this time, the size of the substantially circular surface electrode was 100 μm in diameter.

続いて、上述の実施形態と同様の手法で、上記のそれぞれのウエハに対し、チップサイズが9mil角(1mil≒25.4μm)となるようダイシングを行い、異なる層厚の
酸素吸着層を有する半導体発光素子をそれぞれ複数個製作した。それぞれの半導体発光素子は、630nm帯の発光波長を有する赤色LEDとして構成されている。
Subsequently, dicing is performed on each of the above wafers so that the chip size becomes 9 mil square (1 mil≈25.4 μm) in the same manner as in the above embodiment, and semiconductors having oxygen adsorption layers with different layer thicknesses A plurality of light emitting elements were manufactured. Each semiconductor light emitting element is configured as a red LED having an emission wavelength of 630 nm band.

(半導体発光素子の実装)
その後、上述の実施形態と同様の手法で、上記それぞれの半導体発光素子の実装を行った。
(Semiconductor light emitting device mounting)
Thereafter, each of the semiconductor light emitting elements was mounted by the same method as in the above embodiment.

(反射層の酸素濃度測定)
上記のように製作された、層厚が0nm、50nm、75nm、100nm、150nm、200nmの、n型Al0.8Ga0.2As層からなる酸素吸着層(但し、0mmでは酸素吸着層なし)を有する半導体発光素子それぞれについて、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により、反射層に混入される酸素濃度
を測定した。結果を、図4に示す。
(Measurement of oxygen concentration in the reflective layer)
An oxygen adsorption layer made of an n-type Al 0.8 Ga 0.2 As layer with a layer thickness of 0 nm, 50 nm, 75 nm, 100 nm, 150 nm, and 200 nm manufactured as described above (however, there is no oxygen adsorption layer at 0 mm) ) Was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) for each of the semiconductor light-emitting devices having a). The results are shown in FIG.

図4は、それぞれの半導体発光素子が有する反射層中の酸素濃度を示すグラフである。図4の横軸は、酸素吸着層としてのn型Al0.8Ga0.2As層の厚さ(nm)であり、図4の縦軸は、反射層中の酸素濃度(cm−3)の最大値である。 FIG. 4 is a graph showing the oxygen concentration in the reflective layer of each semiconductor light emitting device. The horizontal axis in FIG. 4 is the thickness (nm) of the n-type Al 0.8 Ga 0.2 As layer as the oxygen adsorption layer, and the vertical axis in FIG. 4 is the oxygen concentration (cm −3 ) in the reflective layer. ).

図4に示すように、n型Al0.8Ga0.2As層の厚さが0nm及び50nmのと
きの反射層中の酸素濃度は、5×1018cm−3〜6×1018cm−3程度であった。これに対して、n型Al0.8Ga0.2As層の厚さが75nm以上のときの反射層中の酸素濃度は、3×1018cm−3〜3.3×1018cm−3程度まで低減し、また、0nm〜200nmまでの層厚において、酸素濃度の値が略安定していた。
As shown in FIG. 4, when the thickness of the n-type Al 0.8 Ga 0.2 As layer is 0 nm and 50 nm, the oxygen concentration in the reflective layer is 5 × 10 18 cm −3 to 6 × 10 18 cm. -3 or so. On the other hand, the oxygen concentration in the reflective layer when the thickness of the n-type Al 0.8 Ga 0.2 As layer is 75 nm or more is 3 × 10 18 cm −3 to 3.3 × 10 18 cm −. The value was reduced to about 3 , and the value of the oxygen concentration was substantially stable at a layer thickness of 0 nm to 200 nm.

以上の結果から、酸素吸着層を設けることで、反射層中の酸素濃度を低減することができ、また、酸素吸着層の厚さが75nm以上の領域において、反射層中の酸素濃度が低濃度に略安定していることがわかった。   From the above results, by providing the oxygen adsorption layer, the oxygen concentration in the reflective layer can be reduced, and in the region where the thickness of the oxygen adsorption layer is 75 nm or more, the oxygen concentration in the reflective layer is low. It was found to be almost stable.

(半導体発光素子の信頼性試験)
次に、試験電流Ifを50mA、試験温度を室温、測定電流を20mAとして、上記酸素吸着層の層厚が異なる半導体発光素子それぞれに通電し、通電時間が0時間(hr)、100hr、500hr、1000hrのときの発光強度Poを測定した。結果を、図5に示す。
図5は、それぞれの半導体発光素子の信頼性を示すグラフである。図5の横軸は、通電時間(hr)である。図5の縦軸は、半導体発光素子の発光強度ΔPo(%)である。発光強度(相対発光強度)ΔPo(%)は、通電時間が0hrのときの発光強度Poを100%とし、それに対する100hr後、500hr後、1000hr後の発光強度をパーセンテージで表したものである。本実施例では、ΔPo(%)を半導体発光素子の信頼性を表す指標とした。
(Reliability test of semiconductor light emitting devices)
Next, the test current If is 50 mA, the test temperature is room temperature, the measurement current is 20 mA, and each of the semiconductor light emitting elements having different oxygen adsorption layer thicknesses is energized, and the energization time is 0 hour (hr), 100 hr, 500 hr, The emission intensity Po at 1000 hr was measured. The results are shown in FIG.
FIG. 5 is a graph showing the reliability of each semiconductor light emitting element. The horizontal axis in FIG. 5 is the energization time (hr). The vertical axis in FIG. 5 represents the emission intensity ΔPo (%) of the semiconductor light emitting device. The light emission intensity (relative light emission intensity) ΔPo (%) represents the light emission intensity Po when the energization time is 0 hr as 100%, and the light emission intensity after 100 hr, 500 hr, and 1000 hr as a percentage. In this example, ΔPo (%) was used as an index representing the reliability of the semiconductor light emitting device.

図5に示すように、n型Al0.8Ga0.2As層の厚さが0nm及び50nmの半導体発光素子(図中、■印及び◇印)では、通電時間が長くなるとともに発光強度ΔPoが低下し続けてしまう。これに対して、n型Al0.8Ga0.2As層の厚さが75nm以上の半導体発光素子(図中、75nmが◆印、100nmが○印、150nmが□印、200nmが●印)では、通電時間が100hrまでは低下傾向にあった発光強度ΔPoが、500hrでは低下が略止まり、500hr以降は安定した数値を保っている。 As shown in FIG. 5, in a semiconductor light emitting device (n mark and ◇ mark in the figure) where the thickness of the n-type Al 0.8 Ga 0.2 As layer is 0 nm and 50 nm, the energization time is increased and the emission intensity is increased. ΔPo continues to decrease. In contrast, a semiconductor light emitting device having an n-type Al 0.8 Ga 0.2 As layer having a thickness of 75 nm or more (in the figure, 75 nm is marked with ♦, 100 nm is marked with ○, 150 nm is marked with □, and 200 nm is marked with ● ), The emission intensity ΔPo, which tended to decrease until the energization time was 100 hr, almost stopped at 500 hr, and remained stable after 500 hr.

以上の結果から、n型Al0.8Ga0.2As層からなる酸素吸着層を75nm以上とすることで、安定した発光強度ΔPoが得られ、半導体発光素子の信頼性が向上することがわかった。 From the above results, by setting the oxygen adsorption layer composed of the n-type Al 0.8 Ga 0.2 As layer to 75 nm or more, a stable emission intensity ΔPo can be obtained, and the reliability of the semiconductor light emitting device can be improved. all right.

(2)実施例2
上述の実施例1と同様の測定・試験を、酸素吸着層のAl組成比X=0.6、すなわち、n型Al0.6Ga0.4As層である酸素吸着層を有する半導体発光素子に対して行った。その結果、反射層中の酸素濃度は、実施例1よりも若干高めであるものの、上述の実施例1と同様、酸素吸着層の層厚が50nmまでは不安定な発光強度ΔPoであったが、75nm以上では安定した発光強度ΔPoが得られた。
(2) Example 2
A semiconductor light emitting device having an oxygen adsorption layer in which the Al composition ratio X = 0.6 of the oxygen adsorption layer, that is, the n-type Al 0.6 Ga 0.4 As layer, is measured and tested in the same manner as in Example 1 above. Went against. As a result, although the oxygen concentration in the reflective layer was slightly higher than that in Example 1, as in Example 1 described above, the emission intensity ΔPo was unstable until the layer thickness of the oxygen adsorption layer was 50 nm. A stable emission intensity ΔPo was obtained at 75 nm or more.

1,2 半導体発光素子
10 n型GaAs基板(基板)
20,21 バッファ層
20a,21a n型AlGa1−XAs層(酸素吸着層)
20b n型GaAs層
30 反射層
40 発光層
41 n型AlGaInPクラッド層(第1クラッド層)
42 アンドープAlGaInP活性層(活性層)
43 p型AlGaInPクラッド層(第2クラッド層)
1, 2 Semiconductor light emitting device 10 n-type GaAs substrate (substrate)
20, 21 Buffer layer
20a, 21a n-type Al X Ga 1-X As layer (oxygen adsorption layer)
20b n-type GaAs layer 30 reflective layer 40 light-emitting layer 41 n-type AlGaInP clad layer (first clad layer)
42 Undoped AlGaInP active layer (active layer)
43 p-type AlGaInP cladding layer (second cladding layer)

Claims (5)

基板と、
前記基板上に設けられるバッファ層と、
前記バッファ層上に低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層して設けられる反射層と、
前記反射層上に第1クラッド層、活性層、第2クラッド層を積層して設けられる発光層と、を有する半導体発光素子において、
前記バッファ層は、酸素吸着層を含む
ことを特徴とする半導体発光素子。
A substrate,
A buffer layer provided on the substrate;
A reflective layer provided by laminating a plurality of low refractive index layers and high refractive index layers on the buffer layer;
A light emitting layer provided by laminating a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer on the reflective layer;
The semiconductor light emitting device, wherein the buffer layer includes an oxygen adsorption layer.
前記酸素吸着層は、層厚が75nm以上200nm以下のAlGa1−XAs層(但し、0.6≦X≦1)を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
2. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the oxygen adsorption layer includes an Al X Ga 1-X As layer (0.6 ≦ X ≦ 1) having a layer thickness of 75 nm to 200 nm.
前記酸素吸着層は、層厚が75nm以上200nm以下の、前記基板側から前記反射層側に向かってAl組成比Xが徐々に小さくなるグレーデッドAlGa1−XAs層(但し、0.6≦X≦1)を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
The oxygen adsorption layer is a graded Al X Ga 1-X As layer (provided that the layer thickness is 0.5 nm or more and 200 nm or less, the Al composition ratio X gradually decreases from the substrate side toward the reflective layer side. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein 6 ≦ X ≦ 1).
前記反射層中の酸素濃度が4.0×1018cm−3以下である
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体発光素子。
4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an oxygen concentration in the reflective layer is 4.0 × 10 18 cm −3 or less. 5.
気相成長法を用いて基板上にバッファ層、低屈折率層と高屈折率層とからなる反射層、第1クラッド層と活性層と第2クラッド層とからなる発光層を成長させる半導体発光素子の製造方法において、
前記バッファ層は、酸素吸着層を含み、
前記酸素吸着層を、
V族原料ガスとIII族原料ガスとのモル比率であるV/III比を30以上150以下とし、成長温度を580℃以上650℃以下として、AlGa1−XAs(但し、0<X<1)、AlAs、AlGaInP、AlInP、AlGaP、AlAsPのいずれかの組成を含むよう成長させ、或いは、
前記V/III比を低減し、成長温度を低温にして、GaAs、InGaP、InP、G
aP、InGaAs、InGaAsP、GaAsP、InAsPのいずれかの組成を含むよう成長させる
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
Semiconductor light emission in which a buffer layer, a reflective layer composed of a low refractive index layer and a high refractive index layer, and a light emitting layer composed of a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer are grown on the substrate using vapor phase growth. In the manufacturing method of the element,
The buffer layer includes an oxygen adsorption layer,
The oxygen adsorption layer,
The V / III ratio, which is the molar ratio of the group V source gas to the group III source gas, is set to 30 to 150, the growth temperature is set to 580 ° C. to 650 ° C., and Al X Ga 1-X As (where 0 <X <1) grown to include any composition of AlAs, AlGaInP, AlInP, AlGaP, AlAsP, or
The V / III ratio is reduced, the growth temperature is lowered, and GaAs, InGaP, InP, G
A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising growing a composition containing any one of aP, InGaAs, InGaAsP, GaAsP, and InAsP.
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