JP2618677B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直接遷移型のIII−Ｖ系混晶であるGaInPAs
系混晶から構成される発光ダイオード（LED）や半導体
レーザ（LD）などの半導体発光装置に関する。
系混晶から構成される発光ダイオード（LED）や半導体
レーザ（LD）などの半導体発光装置に関する。
〔従来の技術１〕 III−Ｖ族化合物半導体材料である四元混晶のGaInPAs
は、直接遷移型バンドギャップを有し、赤色〜波長１μ
ｍ以上の長波長から黄色〜橙色の短波長まで広波長帯の
材料であり、現在赤色または1.3μｍ、1.5μｍ帯の発光
素子として実用化されている。この赤色発光素子は高品
質な基板結晶が得られるGaAs基板上にGaInPAs活性層及
びクラッド層を成長させたものである。また、1.3μｍ
及び1.5μｍ帯の発光素子は同じく高品質な基板の１つ
であるInP基板上にGaInPAsの活性層及びクラッド層を成
長させたものである。第４図にGaxIn1-xPyAs1-yの等バ
ンドギャップ線と等格子定数線を示す。図から理解でき
るように、GaxIn1-xPyAs1-yはｘ、ｙを適当に選ぶこと
によって5.45Å〜6.06Åの格子定数で0.36eV〜2.2eVの
バンドギャップを任意に設定できる。しかし現実に結晶
成長可能なのは、格子定数の一致という制約があるた
め、GaAs及びInPを基板とし各々の格子整合ライン上の
組成だけである。
は、直接遷移型バンドギャップを有し、赤色〜波長１μ
ｍ以上の長波長から黄色〜橙色の短波長まで広波長帯の
材料であり、現在赤色または1.3μｍ、1.5μｍ帯の発光
素子として実用化されている。この赤色発光素子は高品
質な基板結晶が得られるGaAs基板上にGaInPAs活性層及
びクラッド層を成長させたものである。また、1.3μｍ
及び1.5μｍ帯の発光素子は同じく高品質な基板の１つ
であるInP基板上にGaInPAsの活性層及びクラッド層を成
長させたものである。第４図にGaxIn1-xPyAs1-yの等バ
ンドギャップ線と等格子定数線を示す。図から理解でき
るように、GaxIn1-xPyAs1-yはｘ、ｙを適当に選ぶこと
によって5.45Å〜6.06Åの格子定数で0.36eV〜2.2eVの
バンドギャップを任意に設定できる。しかし現実に結晶
成長可能なのは、格子定数の一致という制約があるた
め、GaAs及びInPを基板とし各々の格子整合ライン上の
組成だけである。
〔発明が解決しようとする課題１〕 ところで、基板結晶として用いた二元化合物のGaAsは
1.42eVのバンドギャップであり、870nmより短波長側の
光に対して大きな光吸収係数を有している。従って可視
発光素子の場合、GaInPAs活性層と平行方向に光を取り
出す端面発光型では問題ないが、活性層と垂直方向に光
を取り出す面発光型光素子の場合には、上記理由により
放射光がGaAs基板に吸収され、放熱性の良好なジャンク
ションダウンとして光を取り出すことは不可能である。
また、基板側を下にしてマウントしても基板側に放射し
た光は取り出せず、高輝度化の妨げとなる。すなわち、
最終的な素子となったLEDまたはLDの光を取り出す方向
に制限があり、素子化に対するデザインに大きな制約が
存在するという課題がある。
1.42eVのバンドギャップであり、870nmより短波長側の
光に対して大きな光吸収係数を有している。従って可視
発光素子の場合、GaInPAs活性層と平行方向に光を取り
出す端面発光型では問題ないが、活性層と垂直方向に光
を取り出す面発光型光素子の場合には、上記理由により
放射光がGaAs基板に吸収され、放熱性の良好なジャンク
ションダウンとして光を取り出すことは不可能である。
また、基板側を下にしてマウントしても基板側に放射し
た光は取り出せず、高輝度化の妨げとなる。すなわち、
最終的な素子となったLEDまたはLDの光を取り出す方向
に制限があり、素子化に対するデザインに大きな制約が
存在するという課題がある。
また基板としては、大面積でかつ高品質の結晶である
こと、及び混晶エピタキシャル薄膜と同じ結晶構造を有
することが望ましい。そこでIII−Ｖ族化合物のGaInPAs
混晶エピタキシャル成長に関しては、同じIII−Ｖ族の
二元化合物であるGaPが基板結晶として選定される。GaP
はGaAsと異なり2.26eVと広いバンドギャップを有し、55
0nmより長波長の光に対して透明であり、しかも熱伝導
率が良く放熱性に優れているので、GaPを基板に用いた
素子では、発光を基板側からも取り出せ、熱放散性に有
利なジャンクションダウンとすることができる。また、
基板側を下にしてもGaPが透明であるため基板側に放射
した光も上部に取り出すことができる。このように、任
意の方向に光を放出することができ、発光素子の設計に
対して大きな自由度が得られると共に、活性層での発熱
を効率良く放散させることが可能になる。
こと、及び混晶エピタキシャル薄膜と同じ結晶構造を有
することが望ましい。そこでIII−Ｖ族化合物のGaInPAs
混晶エピタキシャル成長に関しては、同じIII−Ｖ族の
二元化合物であるGaPが基板結晶として選定される。GaP
はGaAsと異なり2.26eVと広いバンドギャップを有し、55
0nmより長波長の光に対して透明であり、しかも熱伝導
率が良く放熱性に優れているので、GaPを基板に用いた
素子では、発光を基板側からも取り出せ、熱放散性に有
利なジャンクションダウンとすることができる。また、
基板側を下にしてもGaPが透明であるため基板側に放射
した光も上部に取り出すことができる。このように、任
意の方向に光を放出することができ、発光素子の設計に
対して大きな自由度が得られると共に、活性層での発熱
を効率良く放散させることが可能になる。
そのような多大な利点があるにもかかわらず、GaP基
板を用いたGaInPAs系の発光素子が現在までのところ開
発されていないのでは、GaPとGaInPAsの格子定数の不一
致（格子不整合）によりGaP基板上に直接遷移型のGaInP
Asをエピタキシャル成長させるのは不可能と見なされて
いたからである。先にも述べたように混晶の良質エピタ
キシャル薄膜を得ようとすると混晶の格子定数と一致し
た基板が必要であり、格子整合がとられない限り、目的
とする組成をもつ混晶薄膜を形成することはできない。
板を用いたGaInPAs系の発光素子が現在までのところ開
発されていないのでは、GaPとGaInPAsの格子定数の不一
致（格子不整合）によりGaP基板上に直接遷移型のGaInP
Asをエピタキシャル成長させるのは不可能と見なされて
いたからである。先にも述べたように混晶の良質エピタ
キシャル薄膜を得ようとすると混晶の格子定数と一致し
た基板が必要であり、格子整合がとられない限り、目的
とする組成をもつ混晶薄膜を形成することはできない。
従って本発明の〔課題１〕に対する目的は、GaP基板
を用い、GaP基板上にGaInPAs活性層を有する半導体発光
装置を提供することにある。
を用い、GaP基板上にGaInPAs活性層を有する半導体発光
装置を提供することにある。
〔従来の技術２〕 〔従来の技術１〕で述べたように、GaAs基板上にGaIn
PAs活性層を成長させた赤色発光素子並びにInP基板を用
いた1.3μｍ及び1.5μｍ帯の発光素子は周知である。言
い換えると、GaAs基板上にGaInPAsをエピタキシャル成
長させる場合は、GaxIn1-xPyAs1-yのうち約650〜950nm
範囲内の発光波長のものしか得られず、InP基板上では
さらに長波長領域の発光波長となる。それ以外の特性に
黄色〜橙色の短波長のものは未だ開発されるに至ってい
ない。第４図から分かるように、短波長領域の発光素子
が未開発であるのは格子整合する良質な基板結晶が存在
しないからである。逆に、この問題点が解決できれば、
すなわち、格子定数がGaAsより小さく、GaPより大きい
基板が用意できれば、この材料系でさらにバンドギャッ
プの広い発光領域を持った発光素子を形成し得るわけで
ある。この所望する格子定数の基板を得るための従来技
術としてGaPAs基板がある。GaxIn1-xP及びGaPyAs1-yの
格子定数及びバンドギャップは、 ａ（Ｘ）＝5.4512X＋5.8688（１−Ｘ）〔Å〕 （１） Eg（Ｘ）＝1.351＋0.643X＋0.786X2〔eV at300K〕
（２） ａ（Ｙ）＝5.4512Y＋5.6533（１−Ｙ）〔Å〕 （３） Eg（Ｙ）＝1.424＋1.15Y＋0.176Y2〔eV at300K〕（４） で与えられる。たとえば、GaxIn1-xPで570nm（2.175e
V）相当のバンドギャップを与える組成は（２）より、
Ｘ＝0.694、また（１）＝（３）よりＹ＝0.368が得られ
る。すなわち、GaPまたはGaAs基板上にGaPyAs1-yの組成
を順次変化させて成長させ、最終的にGaP0.368As0.632
なる組成のGaPAs基板を用意すれば、Ga0.694In0.306Ｐ
の成長が可能になる。この例は、たとえば特開昭62−11
9984号公報に示されている。
PAs活性層を成長させた赤色発光素子並びにInP基板を用
いた1.3μｍ及び1.5μｍ帯の発光素子は周知である。言
い換えると、GaAs基板上にGaInPAsをエピタキシャル成
長させる場合は、GaxIn1-xPyAs1-yのうち約650〜950nm
範囲内の発光波長のものしか得られず、InP基板上では
さらに長波長領域の発光波長となる。それ以外の特性に
黄色〜橙色の短波長のものは未だ開発されるに至ってい
ない。第４図から分かるように、短波長領域の発光素子
が未開発であるのは格子整合する良質な基板結晶が存在
しないからである。逆に、この問題点が解決できれば、
すなわち、格子定数がGaAsより小さく、GaPより大きい
基板が用意できれば、この材料系でさらにバンドギャッ
プの広い発光領域を持った発光素子を形成し得るわけで
ある。この所望する格子定数の基板を得るための従来技
術としてGaPAs基板がある。GaxIn1-xP及びGaPyAs1-yの
格子定数及びバンドギャップは、 ａ（Ｘ）＝5.4512X＋5.8688（１−Ｘ）〔Å〕 （１） Eg（Ｘ）＝1.351＋0.643X＋0.786X2〔eV at300K〕
（２） ａ（Ｙ）＝5.4512Y＋5.6533（１−Ｙ）〔Å〕 （３） Eg（Ｙ）＝1.424＋1.15Y＋0.176Y2〔eV at300K〕（４） で与えられる。たとえば、GaxIn1-xPで570nm（2.175e
V）相当のバンドギャップを与える組成は（２）より、
Ｘ＝0.694、また（１）＝（３）よりＹ＝0.368が得られ
る。すなわち、GaPまたはGaAs基板上にGaPyAs1-yの組成
を順次変化させて成長させ、最終的にGaP0.368As0.632
なる組成のGaPAs基板を用意すれば、Ga0.694In0.306Ｐ
の成長が可能になる。この例は、たとえば特開昭62−11
9984号公報に示されている。
〔発明が解決しようとする課題２〕 しかしてGaAs基板上にGaInPAs活性層を設けた発光素
子は、その発光波長が650〜950nm程度の赤色〜近赤外
で、これ以外の波長、たとえば570〜630nm（黄色〜橙
色）短波長の発光素子は研究開発途上にあるのが実情で
ある。これは前述したように、GaxIn1-xPyAs1-y混晶で6
50〜950nm程度の波長のものはGaAs基板上に成長させる
ことが可能であるが、黄色〜橙色波長（570〜630nm程
度）のもの、換言するとGaxIn1-xPyAs1-yのGaAsに対す
る格子整合条件下以外で格子定数がGaAsより小さい組成
のGaInPAs混晶は、エピタキシャル成長が困難であると
目されてきたがためである。それ故、多様な波長が得ら
れるIII−Ｖ族化合物半導体混晶において短波長化への
研究が盛んに行われている実情を踏まえると、特にGaIn
PAsの短波長化を実現させた発光素子の出現が待望され
るわけである。
子は、その発光波長が650〜950nm程度の赤色〜近赤外
で、これ以外の波長、たとえば570〜630nm（黄色〜橙
色）短波長の発光素子は研究開発途上にあるのが実情で
ある。これは前述したように、GaxIn1-xPyAs1-y混晶で6
50〜950nm程度の波長のものはGaAs基板上に成長させる
ことが可能であるが、黄色〜橙色波長（570〜630nm程
度）のもの、換言するとGaxIn1-xPyAs1-yのGaAsに対す
る格子整合条件下以外で格子定数がGaAsより小さい組成
のGaInPAs混晶は、エピタキシャル成長が困難であると
目されてきたがためである。それ故、多様な波長が得ら
れるIII−Ｖ族化合物半導体混晶において短波長化への
研究が盛んに行われている実情を踏まえると、特にGaIn
PAsの短波長化を実現させた発光素子の出現が待望され
るわけである。
しかして上記の例において、（４）よりEg＝1.871eV
となり、GaPAs組成傾斜層は660nmより長波長の光を吸収
することが分かる。この例において、GaInPAsを活性層
とした発光素子では第４図より570〜660nmの発光波長と
なる。すなわち、GaPAsでGaAsとGaPの間の格子定数に調
整した基板は格子整合するGaInPAs系のバンドギャップ
より小さくなり、課題１で述べた光吸収の問題が同様に
存在していることが分かる。
となり、GaPAs組成傾斜層は660nmより長波長の光を吸収
することが分かる。この例において、GaInPAsを活性層
とした発光素子では第４図より570〜660nmの発光波長と
なる。すなわち、GaPAsでGaAsとGaPの間の格子定数に調
整した基板は格子整合するGaInPAs系のバンドギャップ
より小さくなり、課題１で述べた光吸収の問題が同様に
存在していることが分かる。
従って本発明の〔課題２〕に対する目的は、GaP基板
上に形成した目的とする格子定数まで組成変化させた組
成傾斜層のバンドギャップが活性層のバンドギャップ以
上となる構成の半導体発光装置、特に550〜630nmの発光
波長である半導体発光装置を提供することにある。
上に形成した目的とする格子定数まで組成変化させた組
成傾斜層のバンドギャップが活性層のバンドギャップ以
上となる構成の半導体発光装置、特に550〜630nmの発光
波長である半導体発光装置を提供することにある。
〔発明が解決しようとする課題３〕 上記のGaPAs基板は、通常気相成長で作製されるが、
特有のクロスハッチパターンの表面モホロジーとなり、
その上に多層膜を形成しても表面モホロジーの改善はさ
れ難く、平坦な界面は得られない。また、ミスフィット
転位が多数存在し、端面発光型のLED、LDの性能、信頼
性を著しく低いものにしている。
特有のクロスハッチパターンの表面モホロジーとなり、
その上に多層膜を形成しても表面モホロジーの改善はさ
れ難く、平坦な界面は得られない。また、ミスフィット
転位が多数存在し、端面発光型のLED、LDの性能、信頼
性を著しく低いものにしている。
従って本発明の〔課題３〕に対する目的は、GaP基板
上に、格子定数がGaPと異なっていても表面モホロジー
が良好で転位の少ないGaInPAs系の多層膜を有する半導
体発光装置を提供することにある。
上に、格子定数がGaPと異なっていても表面モホロジー
が良好で転位の少ないGaInPAs系の多層膜を有する半導
体発光装置を提供することにある。
〔課題１〜３を解決するための手段〕 上記課題１〜３に対する目的を達成するために、本発
明の半導体発光装置においては、GaP基板と、GaP基板上
に設けた発光領域のバンドギャップ以上のバンドギャッ
プを有する材料からなる歪超格子、歪超格子上に設けた
多層とで構成され、多層がGaInPAs活性層及びAlを含有
するAlGaInPもしくは含有しないGaInPクラッド層を有す
ることを特徴とするものである。
明の半導体発光装置においては、GaP基板と、GaP基板上
に設けた発光領域のバンドギャップ以上のバンドギャッ
プを有する材料からなる歪超格子、歪超格子上に設けた
多層とで構成され、多層がGaInPAs活性層及びAlを含有
するAlGaInPもしくは含有しないGaInPクラッド層を有す
ることを特徴とするものである。
本発明の課題１〜３に対する半導体発光装置では、55
0nmより長波長の光に対して透明であるGaP基板上に発光
領域のバンドギャップ以上のバンドギャップを有する材
料からなる歪超格子を設けたことにより、従来はGaP基
板には成長困難と見なされていた領域のGaInPAs混晶の
活性層をGaP基板にエピタキシャル成長させることがで
きるようになり、高輝度LEDが実現された。換言する
と、GaAs及びInP基板結晶に対するGaInPAs混晶の格子整
合条件下の組成混晶だけでなく整合条件を外れた組成混
晶もエピタキシャル成長させ、半導体発光装置の材料と
して使用することを可能にしたものである。
0nmより長波長の光に対して透明であるGaP基板上に発光
領域のバンドギャップ以上のバンドギャップを有する材
料からなる歪超格子を設けたことにより、従来はGaP基
板には成長困難と見なされていた領域のGaInPAs混晶の
活性層をGaP基板にエピタキシャル成長させることがで
きるようになり、高輝度LEDが実現された。換言する
と、GaAs及びInP基板結晶に対するGaInPAs混晶の格子整
合条件下の組成混晶だけでなく整合条件を外れた組成混
晶もエピタキシャル成長させ、半導体発光装置の材料と
して使用することを可能にしたものである。
しかして歪超格子は、格子定数の異なる数種の50〜20
000Åのエピタキシャル成長薄膜を５層以上交互に成長
させた構造で、ヘテロ界面に格子定数の差に起因する歪
場が存在している。現在、Si基板上へのGaAs成長でこの
歪超格子の多くの研究がなされている。すなわち、基板
と格子定数の異なる結晶をエピタキシャル成長させる有
力な手段となっている。これは、エピタキシャル成長薄
膜が非常に薄い場合、ミスフィット転位が入り難く、ま
た界面の歪場が転位の伝播を止める作用を持っているこ
となどを利用したものである。
000Åのエピタキシャル成長薄膜を５層以上交互に成長
させた構造で、ヘテロ界面に格子定数の差に起因する歪
場が存在している。現在、Si基板上へのGaAs成長でこの
歪超格子の多くの研究がなされている。すなわち、基板
と格子定数の異なる結晶をエピタキシャル成長させる有
力な手段となっている。これは、エピタキシャル成長薄
膜が非常に薄い場合、ミスフィット転位が入り難く、ま
た界面の歪場が転位の伝播を止める作用を持っているこ
となどを利用したものである。
本発明では、GaP基板上にAlInP/GaPの構造を少なくと
も含んだ歪超格子を使い、GaP上に目的とするGaInP混晶
を成長させることを可能にした。すなわち、GaAsの格子
定数より小さく、GaPの格子定数より大きい格子定数の
基板が製作できたわけである。この時、目的とするGaIn
P混晶のバンドギャップ以上のバンドギャップを持つ材
料で歪超格子を設定することが重要である。従って、Zn
SeなどのII−VI系の材料を使っても構わない。ここでは
基板をGaPとしたが、端面発光デバイスを作製する場合
はGaAs基板を使っても構わない。
も含んだ歪超格子を使い、GaP上に目的とするGaInP混晶
を成長させることを可能にした。すなわち、GaAsの格子
定数より小さく、GaPの格子定数より大きい格子定数の
基板が製作できたわけである。この時、目的とするGaIn
P混晶のバンドギャップ以上のバンドギャップを持つ材
料で歪超格子を設定することが重要である。従って、Zn
SeなどのII−VI系の材料を使っても構わない。ここでは
基板をGaPとしたが、端面発光デバイスを作製する場合
はGaAs基板を使っても構わない。
GaP基板を用いた半導体発光装置は多層を有するが、
この多層はAlを含有するAlGaInPもしくは含有しないGaI
nPクラッド層、GaInPAs活性層及びAlGaInPもしくはGaIn
Pクラッド層からなるダブルヘテロ構造、或いはGaInPAs
活性層及びAlGaInPもしくはGaInPクラッド層からなるシ
ングルヘテロ構造などからなるものである。
この多層はAlを含有するAlGaInPもしくは含有しないGaI
nPクラッド層、GaInPAs活性層及びAlGaInPもしくはGaIn
Pクラッド層からなるダブルヘテロ構造、或いはGaInPAs
活性層及びAlGaInPもしくはGaInPクラッド層からなるシ
ングルヘテロ構造などからなるものである。
本発明の半導体発光装置の構成材料はLEDやLDに最適
なものであり、ダブルヘテロ接合またはシングルヘテロ
接合いずれの構造であってもLEDまたはLD用の材料とし
て好適である。ヘテロ接合部にｐ−ｎ接合を形成し面発
光素子としてもよいし、通常のLDの形状にしてもよい。
また、多層に選択的に異種導電型となるドーパントを拡
散し、拡散領域とGaInPAs活性層により発光領域を形成
してLEDまたはLDとしてもよく、実質的に極小の発光領
域になり、発光領域に対する電流注入効率の向上、発光
輝度の増加、高速変調などが得られ都合がよい。拡散ド
ーパントとしてはGaInPAs活性層の伝導型により異な
り、ドナーではＳ、Si、Te、Seなど、アクセプタではG
e、Be、Cd、Mg、Znなどが例示される。
なものであり、ダブルヘテロ接合またはシングルヘテロ
接合いずれの構造であってもLEDまたはLD用の材料とし
て好適である。ヘテロ接合部にｐ−ｎ接合を形成し面発
光素子としてもよいし、通常のLDの形状にしてもよい。
また、多層に選択的に異種導電型となるドーパントを拡
散し、拡散領域とGaInPAs活性層により発光領域を形成
してLEDまたはLDとしてもよく、実質的に極小の発光領
域になり、発光領域に対する電流注入効率の向上、発光
輝度の増加、高速変調などが得られ都合がよい。拡散ド
ーパントとしてはGaInPAs活性層の伝導型により異な
り、ドナーではＳ、Si、Te、Seなど、アクセプタではG
e、Be、Cd、Mg、Znなどが例示される。
なお、多層のクラッド層はAlを含有しないGaInPより
もAlを含有するAlGaInPからなることが好ましい。これ
は、Alの添加によってクラッド層のバンドギャップを大
きくすることができるからであり、特に本発明の発光装
置の構造を用いてLDとする場合、LD材料の望ましい一条
件としてクラッド層の材料が活性層に比べて十分大きな
バンドギャップ差と比屈折率差を持つことが挙げられ、
AlGaInPクラッド層はこの条件に合致するからである。
もAlを含有するAlGaInPからなることが好ましい。これ
は、Alの添加によってクラッド層のバンドギャップを大
きくすることができるからであり、特に本発明の発光装
置の構造を用いてLDとする場合、LD材料の望ましい一条
件としてクラッド層の材料が活性層に比べて十分大きな
バンドギャップ差と比屈折率差を持つことが挙げられ、
AlGaInPクラッド層はこの条件に合致するからである。
以下、本発明の半導体発光装置を図面に基づいて詳細
に説明する。
に説明する。
第１図はGaP基板１を用いたダブルヘテロ構造の基本
構造図で、この構造は、GaP基板１上に歪超格子層２を
形成し、歪超格子層２上にダブルヘテロ接合を有する多
層、すなわちAlGaInPクラッド層３、GaInPAs活性層４及
びAlGaInPクラッド層５を順にエピタキシャル成長させ
たものである。
構造図で、この構造は、GaP基板１上に歪超格子層２を
形成し、歪超格子層２上にダブルヘテロ接合を有する多
層、すなわちAlGaInPクラッド層３、GaInPAs活性層４及
びAlGaInPクラッド層５を順にエピタキシャル成長させ
たものである。
この構造は、GaInPAs活性層４をGaP基板１に成長させ
たことを特徴とするが、前述したようにこれはGaP基板
１に発光領域のバンドギャップ以上のバンドギャップを
有する材料からな歪超格子層２を設けたことに拠る。Ga
P基板１及びかかる材料にて構成した歪超格子層２はGaI
nPAs活性層４からの放射光に対して透明であり、かつGa
P基板１は熱伝導率が高くて放熱性に優れているため、
素子にした場合に発光の取り出す方向に制限がなく、延
いては素子化に対するデザインが自由であると共に、Ga
InPAs活性層４での発熱が効率良く放散される。また、
面発光型LEDとして使うと外部量子効率が著しく向上し
た。
たことを特徴とするが、前述したようにこれはGaP基板
１に発光領域のバンドギャップ以上のバンドギャップを
有する材料からな歪超格子層２を設けたことに拠る。Ga
P基板１及びかかる材料にて構成した歪超格子層２はGaI
nPAs活性層４からの放射光に対して透明であり、かつGa
P基板１は熱伝導率が高くて放熱性に優れているため、
素子にした場合に発光の取り出す方向に制限がなく、延
いては素子化に対するデザインが自由であると共に、Ga
InPAs活性層４での発熱が効率良く放散される。また、
面発光型LEDとして使うと外部量子効率が著しく向上し
た。
上記GaP基板を用いた発光素子において、たとえば黄
色LEDを製造する場合には、第２図に示すように、通常
のダブルヘテロ構造の高輝度LEDと同様の構造でよく、G
aInPAs活性層４のバンドギャップを2.138eV、AlGaInPク
ラッド層３、５のバンドギャップを2.3eV以上に設定す
ればよい。また第３図に示すように、構成している多層
とは異なる伝導型のドーパント（すなわちGaInPAs活性
層４の伝導型がｐ型ではドナー、ｎ型ではアクセプタ）
を拡散して拡散領域DRとGaInPAs活性層４とによって発
光領域ARを形成し、ｐ側電極材及びｎ側電極材E1、E2を
真空蒸着などの手段によって設ければよい。また黄色〜
橙色短波長帯のLDを製造するには、さらに材料の両端を
劈開するなどによりストライプ状の活性領域を共振器構
造にすればよい。第２図の構造を具備する発光素子で
は、GaP基板１で光が吸収されることがないためにSiO2
による反射板を設けることや、光の取り出し方向の反射
防止を施すことによって任意の方向に光を放射すること
ができるために、素子の設計上で大きな自由度がある。
加えて、GaP基板１が放熱性に優れているため、GaInPAs
活性層４の発熱の拡散が良い。第３図の構造を具備する
発光素子では、特に570〜630nm波長帯のGaInPAs活性層
を設ければ短波長帯の可視光LDを提供できる。
色LEDを製造する場合には、第２図に示すように、通常
のダブルヘテロ構造の高輝度LEDと同様の構造でよく、G
aInPAs活性層４のバンドギャップを2.138eV、AlGaInPク
ラッド層３、５のバンドギャップを2.3eV以上に設定す
ればよい。また第３図に示すように、構成している多層
とは異なる伝導型のドーパント（すなわちGaInPAs活性
層４の伝導型がｐ型ではドナー、ｎ型ではアクセプタ）
を拡散して拡散領域DRとGaInPAs活性層４とによって発
光領域ARを形成し、ｐ側電極材及びｎ側電極材E1、E2を
真空蒸着などの手段によって設ければよい。また黄色〜
橙色短波長帯のLDを製造するには、さらに材料の両端を
劈開するなどによりストライプ状の活性領域を共振器構
造にすればよい。第２図の構造を具備する発光素子で
は、GaP基板１で光が吸収されることがないためにSiO2
による反射板を設けることや、光の取り出し方向の反射
防止を施すことによって任意の方向に光を放射すること
ができるために、素子の設計上で大きな自由度がある。
加えて、GaP基板１が放熱性に優れているため、GaInPAs
活性層４の発熱の拡散が良い。第３図の構造を具備する
発光素子では、特に570〜630nm波長帯のGaInPAs活性層
を設ければ短波長帯の可視光LDを提供できる。
第３図に示すような構造のLDは、GaInPAsが直接遷移
型バンドギャップを有すると共に長波長化のみならず短
波長化にも有利であるという特性を活かすべく、黄色〜
橙色の可視領域の短波長が得られ、光ディスクメモリや
ビデオディスクの高密度化、レーザプリンタの高速化な
ど光情報処理システムの高性能化の鍵を握る有用なもの
である。また、黄色〜橙色の可視光LDは目に見えるコヒ
ーレント光を出す小形、軽量の光源として従来の赤外域
で発振するLDにない新たな応用の可能性を秘めているも
のである。
型バンドギャップを有すると共に長波長化のみならず短
波長化にも有利であるという特性を活かすべく、黄色〜
橙色の可視領域の短波長が得られ、光ディスクメモリや
ビデオディスクの高密度化、レーザプリンタの高速化な
ど光情報処理システムの高性能化の鍵を握る有用なもの
である。また、黄色〜橙色の可視光LDは目に見えるコヒ
ーレント光を出す小形、軽量の光源として従来の赤外域
で発振するLDにない新たな応用の可能性を秘めているも
のである。
次に、上述の如き数々の利点が得られるに至ったGaP
基板１に対する歪超格子層２の形成方法の一例を以下に
述べる。
基板１に対する歪超格子層２の形成方法の一例を以下に
述べる。
まず、〈011〉方向に２゜オフの（100）ｐ型GaP基板
上に通常の減圧MOVPE技術でｐ型のGaPを１μｍ成長さ
せ、続いて0.1μｍのｐ型Al0.73In0.27Ｐ及びｐ型GaPを
交互に10層ずつ成長させ、次にｐ型〔Al0.7Ga0.3〕0.73
In0.27Ｐを１μｍ成長させた。
上に通常の減圧MOVPE技術でｐ型のGaPを１μｍ成長さ
せ、続いて0.1μｍのｐ型Al0.73In0.27Ｐ及びｐ型GaPを
交互に10層ずつ成長させ、次にｐ型〔Al0.7Ga0.3〕0.73
In0.27Ｐを１μｍ成長させた。
上記の如くGaP基板１上に歪超格子層２を形成した後
は、有機金属気相成長法（MOVPE）、分子線エピタキシ
ャル成長法（MBE）または液相エピタキシャル成長法（L
PE）などによって多層を構成するAlGaInPクラッド層
３、GaInPAs活性層４及びAlGaInPクラッド層５を歪超格
子層２上に順にエピタキシャル成長させれば第１図に示
した構造の半導体発光装置が製造される。この時、GaIn
PAs活性層４のバンドギャップを2.138eV、AlGaInPクラ
ッド層３、５のバンドギャップを2.25〜2.4eVとなる混
晶組成に制御する。この多層は〔Al0.7Ga0.3〕0.73In
0.27Ｐに格子整合していることは言うまでもない。ま
た、多層の成長方法は上記のように多種存在するが、特
にはMOVPEで歪超格子の形成から連続的に形成すること
が望ましい。
は、有機金属気相成長法（MOVPE）、分子線エピタキシ
ャル成長法（MBE）または液相エピタキシャル成長法（L
PE）などによって多層を構成するAlGaInPクラッド層
３、GaInPAs活性層４及びAlGaInPクラッド層５を歪超格
子層２上に順にエピタキシャル成長させれば第１図に示
した構造の半導体発光装置が製造される。この時、GaIn
PAs活性層４のバンドギャップを2.138eV、AlGaInPクラ
ッド層３、５のバンドギャップを2.25〜2.4eVとなる混
晶組成に制御する。この多層は〔Al0.7Ga0.3〕0.73In
0.27Ｐに格子整合していることは言うまでもない。ま
た、多層の成長方法は上記のように多種存在するが、特
にはMOVPEで歪超格子の形成から連続的に形成すること
が望ましい。
本発明の半導体発光装置は、以上説明したように構成
されているので、以下に記載されるような効果を奏す
る。
されているので、以下に記載されるような効果を奏す
る。
GaP基板に発光領域のバンドギャップ以上のバンドギ
ャップを有する材料からなる歪超格子を設けることでGa
As及びInPに対するGaInPAsの格子整合条件下にある組成
のGaInPAs混晶活性層だけでなく整合条件を外れた組成
のGaInPAs混晶活性層も成長させることができ、短波長
から長波長までの広範囲な波長領域の発光が得られ、さ
らにGaP基板を用いていることから発光の取り出し方向
に制約がなく、発光素子設計に対する自由度も大きく、
しかも放熱性に優れている。
ャップを有する材料からなる歪超格子を設けることでGa
As及びInPに対するGaInPAsの格子整合条件下にある組成
のGaInPAs混晶活性層だけでなく整合条件を外れた組成
のGaInPAs混晶活性層も成長させることができ、短波長
から長波長までの広範囲な波長領域の発光が得られ、さ
らにGaP基板を用いていることから発光の取り出し方向
に制約がなく、発光素子設計に対する自由度も大きく、
しかも放熱性に優れている。
GaP基板を用いた半導体発光装置において、結晶成長
中のドーパント制御によりヘテロ接合部にｐ−ｎ接合を
形成してもよいし、多層に選択的に異種導電型となるド
ーパントを拡散して拡散領域とGaInPAs活性層とによっ
て発光領域を形成してもよい。しかる後に、ｐ側電極及
びｎ側電極を設けることによって特に黄色〜橙色短波長
帯のLEDが簡単に得られる。また、これに加えてたとえ
ば第３図のような構成材料の劈開などにより共振器を形
成し、LDを得ることも容易である。また、このダブルヘ
テロ構造に既知の手段により電流注入構造及び横モード
制御構造を導入するなどにより特に短波長帯の可視光LD
をも容易に得ることができる。
中のドーパント制御によりヘテロ接合部にｐ−ｎ接合を
形成してもよいし、多層に選択的に異種導電型となるド
ーパントを拡散して拡散領域とGaInPAs活性層とによっ
て発光領域を形成してもよい。しかる後に、ｐ側電極及
びｎ側電極を設けることによって特に黄色〜橙色短波長
帯のLEDが簡単に得られる。また、これに加えてたとえ
ば第３図のような構成材料の劈開などにより共振器を形
成し、LDを得ることも容易である。また、このダブルヘ
テロ構造に既知の手段により電流注入構造及び横モード
制御構造を導入するなどにより特に短波長帯の可視光LD
をも容易に得ることができる。
第１図は本発明の半導体発光装置の基本構造を示す断面
図、第２図は第１図の構造を用いた発光素子の一例の断
面図、第３図は第１図の構造を用いた発光素子の別例の
断面図、第４図はバンドギャップと格子定数の組成依存
性を示す図である。 1:GaP基板 2:歪超格子層 ３、5:AlGaInPクラッド層 4:GaInPAs活性層 DR:拡散領域 AR:発光領域 E1、E2:電極
図、第２図は第１図の構造を用いた発光素子の一例の断
面図、第３図は第１図の構造を用いた発光素子の別例の
断面図、第４図はバンドギャップと格子定数の組成依存
性を示す図である。 1:GaP基板 2:歪超格子層 ３、5:AlGaInPクラッド層 4:GaInPAs活性層 DR:拡散領域 AR:発光領域 E1、E2:電極
Claims (3)
- 【請求項１】GaP基板と、GaP基板上に設けた発光領域の
バンドギャップ以上のバンドギャップを有する材料から
なる歪超格子と、歪超格子上に設けた多層とで構成さ
れ、多層がGaInPAs活性層及びAlを含有するAlGaInPもし
くは含有しないGaInPクラッド層を有することを特徴と
する半導体発光装置。 - 【請求項２】多層が歪超格子上に順に形成したAlGaInP
クラッド層、GaInPAs活性層及びAlGaInPクラッド層から
なるダブルヘテロ構造を少なくとも有することを特徴と
する請求項（１）記載の半導体発光装置。 - 【請求項３】多層が歪超格子上に順に形成したGaInPAs
活性層及びAlGaInPクラッド層からなるシングルヘテロ
構造を少なくとも有することを特徴とする請求項（１）
記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7099588A JP2618677B2 (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7099588A JP2618677B2 (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01243483A JPH01243483A (ja) | 1989-09-28 |
| JP2618677B2 true JP2618677B2 (ja) | 1997-06-11 |
Family
ID=13447644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7099588A Expired - Lifetime JP2618677B2 (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2618677B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2408027A1 (en) * | 2009-03-10 | 2012-01-18 | Showa Denko K.K. | Light emitting diode, light emitting diode lamp and illuminating device |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01296678A (ja) * | 1988-05-25 | 1989-11-30 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体ヘテロ接合の製造方法 |
| JP2900754B2 (ja) * | 1993-05-31 | 1999-06-02 | 信越半導体株式会社 | ＡｌＧａＩｎＰ系発光装置 |
| JP4199835B2 (ja) * | 1996-08-28 | 2008-12-24 | 株式会社リコー | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61203691A (ja) * | 1985-03-07 | 1986-09-09 | Nec Corp | 半導体発光装置 |
| JPS621284A (ja) * | 1985-03-28 | 1987-01-07 | Masayoshi Umeno | 高速応答性可視発光ダイオ−ド |
-
1988
- 1988-03-24 JP JP7099588A patent/JP2618677B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2408027A1 (en) * | 2009-03-10 | 2012-01-18 | Showa Denko K.K. | Light emitting diode, light emitting diode lamp and illuminating device |
| EP2408027B1 (en) * | 2009-03-10 | 2019-05-08 | Showa Denko K.K. | Light emitting diode, light emitting diode lamp and illuminating device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01243483A (ja) | 1989-09-28 |
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