JP2856374B2 - Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same

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JP2856374B2
JP2856374B2 JP3647992A JP3647992A JP2856374B2 JP 2856374 B2 JP2856374 B2 JP 2856374B2 JP 3647992 A JP3647992 A JP 3647992A JP 3647992 A JP3647992 A JP 3647992A JP 2856374 B2 JP2856374 B2 JP 2856374B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子及びその
製造方法に関し、より詳しくは化合物半導体材料を使用
した発光ダイオード、半導体材料等の半導体発光素子及
びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a light emitting diode using a compound semiconductor material, a semiconductor light emitting device such as a semiconductor material, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】発光ダイオード(以下ではLEDと記
す)は高信頼性を有するため、タングステンランプに代
わる光源として各種表示装置に用いられ、屋内外の表示
デバイスとして脚光を浴びている。LEDは特にその高
輝度化に伴い、今後数年の間に屋外ディスプレイ市場が
急進するものと思われ、将来的にネオンサインに変わる
媒体に成長するものと期待されている。高輝度LEDは
数年前からGaAlAs系のDH(ダブルヘテロ)構造
をもつ赤色LEDでまず実現されている。
2. Description of the Related Art Light emitting diodes (hereinafter, referred to as LEDs) have high reliability and are used in various display devices as light sources instead of tungsten lamps, and have been spotlighted as indoor and outdoor display devices. With the increase in brightness of LEDs, in particular, the outdoor display market is expected to accelerate in the next few years, and is expected to grow into a medium that will become a neon sign in the future. The high-brightness LED has been realized for several years as a GaAlAs-based red LED having a DH (double hetero) structure.

【0003】In1-y(Ga1-xAlx)yP混晶半導体
(0≦x≦1、0≦y≦1)は、GaAsに格子整合す
るIII−V族化合物半導体の中で直接遷移領域でのバン
ドギャップが最も大きいことから、可視光領域の発光素
子材料として注目されている。可視光領域のLEDは赤
色領域(波長630〜660nm)では、GaAlAs
系材料によって高輝度LEDが得られているが、それよ
り短波長領域ではこのInGaAlP系混晶が高輝度L
ED用として有望である。
An In 1-y (Ga 1-x Al x ) y P mixed crystal semiconductor (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is a direct transition among III-V group compound semiconductors lattice-matched to GaAs. Since it has the largest band gap in the region, it is attracting attention as a light emitting element material in the visible light region. The LED in the visible light region is GaAlAs in the red light region (wavelength 630 to 660 nm).
A high-brightness LED is obtained by the use of an InGaAlP-based mixed crystal in a shorter wavelength region.
Promising for ED.

【0004】量子効率の高いLEDを得るために、チッ
プ全体にわたって活性層にキャリアを注入する必要があ
る。これを実現するためにはLEDの直列抵抗を小さく
し、上部クラッド層で十分に注入キャリアを拡散しなけ
ればならない。しかし、抵抗率の小さいInGaAlP
を得ることは容易ではない。InGaAlP材料では高
濃度にp型不純物を添加しても一部しか活性化せず、ま
たγ型不純物では電子の移動度が100cm2/Vse
cと低い。このため、注入電流が横方向に広がりにくい
から、活性層での発光再結合の大部分は上部電極の直下
部分に起こってしまう。発光は上部電極の周辺部にしか
観測されず、光の取り出し効率は極めて悪い。そこで、
従来から次のような構造が考えられている。
In order to obtain an LED with high quantum efficiency, it is necessary to inject carriers into the active layer over the entire chip. To achieve this, the series resistance of the LED must be reduced and the injected carriers must be sufficiently diffused in the upper cladding layer. However, the low resistivity InGaAlP
Getting it is not easy. In an InGaAlP material, only a part is activated even if a p-type impurity is added at a high concentration, and the electron mobility is 100 cm 2 / Vse in a γ-type impurity.
c and low. Therefore, most of the light-emitting recombination in the active layer occurs immediately below the upper electrode because the injected current is unlikely to spread in the lateral direction. Light emission is observed only in the periphery of the upper electrode, and the light extraction efficiency is extremely poor. Therefore,
Conventionally, the following structure has been considered.

【0005】図7は従来の半導体発光素子の一例を示
す。このLED100は、n−GaAs基板111の上
に、GaAsバッファ層119、n−InGaAlPク
ラッド層112、InGaAlP活性層113、p−I
nGaAlPクラッド層114、p−InGaAlP電
流拡散層115、p−InGaAlPオーミックコンタ
クト層116をこの順に成長している。
FIG. 7 shows an example of a conventional semiconductor light emitting device. The LED 100 includes a GaAs buffer layer 119, an n-InGaAlP cladding layer 112, an InGaAlP active layer 113, and a p-I
An nGaAlP cladding layer 114, a p-InGaAlP current spreading layer 115, and a p-InGaAlP ohmic contact layer 116 are grown in this order.

【0006】上部電極117はp−GaAsオーミック
コンタクト層116の上に形成され、下部電極118は
n−GaAs基板111の下面に形成されている。ま
た、上部電極117の直下部分に相当するp−InGa
AlPクラッド層114の上に電流阻止層119を形成
している。
The upper electrode 117 is formed on the p-GaAs ohmic contact layer 116, and the lower electrode 118 is formed on the lower surface of the n-GaAs substrate 111. Further, p-InGa corresponding to a portion directly below the upper electrode 117 is used.
A current blocking layer 119 is formed on the AlP cladding layer 114.

【0007】このLED100では、電流阻止層119
は上部電極117の直下部の活性層からの発光を抑制
し、チップ全体にキャリアを拡散させるためにp−In
GaAlP電流拡散層115を再成長させ、光の取り出
し効率の向上を図っている。
In this LED 100, the current blocking layer 119
Is p-In to suppress light emission from the active layer immediately below the upper electrode 117 and to diffuse carriers throughout the chip.
The GaAlP current diffusion layer 115 is regrown to improve the light extraction efficiency.

【0008】図8は従来の半導体発光素子の他の一例を
示す。このLED100はn−InGaAlPクラッド
層112の下に、上部電極117のパターンと逆のパタ
ーンになるように、選択的に中間エネルギーギャップ層
120を形成している。これによって、上部電極117
の周辺に中間エネルギーギャップ層120が存在する部
分の電圧降下を小さくし、上部電極117の外側に電流
を流すことによって、光の取り出し効率の向上を図って
いる。
FIG. 8 shows another example of a conventional semiconductor light emitting device. In the LED 100, an intermediate energy gap layer 120 is selectively formed below the n-InGaAlP cladding layer 112 so as to have a pattern opposite to the pattern of the upper electrode 117. Thereby, the upper electrode 117
The light extraction efficiency is improved by reducing the voltage drop in the portion where the intermediate energy gap layer 120 is present in the vicinity of and by passing a current outside the upper electrode 117.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】このように従来のLE
D100は、上部電極117に放射光を遮らないように
工夫されているものの、いずれも電流阻止層119や中
間エネルギーギャップ層120を選択的に成長するた
め、2回成長しなければならないという欠点がある。
As described above, the conventional LE
D100 is designed so that the upper electrode 117 does not block the radiated light, but has the disadvantage that it must be grown twice because it selectively grows the current blocking layer 119 and the intermediate energy gap layer 120. is there.

【0010】第1の従来例の場合、1回目の成長の際に
電流阻止層119迄成長した後に、上部電極117を形
成する予定の部分以外を選択エッチングし、その後Al
を含む混晶の上に再成長する困難さを伴う。p−InG
aAlPクラッド層114とp−InGaAlP電流拡
散層115の界面に再結合準位が発生する。このためキ
ャリアの無輻射再結合が生じたり、p−InGaAlP
電流拡散層115の結晶性が低下し、抵抗率をより大き
くしてしまう要因になる。
In the case of the first conventional example, after the current blocking layer 119 is grown during the first growth, selective etching is performed on portions other than the portion where the upper electrode 117 is to be formed, and then Al
With the difficulty of regrowth on mixed crystals containing p-InG
A recombination level is generated at the interface between the aAlP cladding layer 114 and the p-InGaAlP current diffusion layer 115. For this reason, non-radiative recombination of carriers occurs, and p-InGaAlP
The crystallinity of the current diffusion layer 115 is reduced, which causes the resistivity to be further increased.

【0011】また第2の実施例では、n−GaAs基板
111をメサエッチした後に中間エネルギーギャップ層
120を成長し、メサ上部のみを再びエッチングして平
坦にしなければならないので工程の複雑さを伴う。いず
れの場合でも2回成長のために工程が複雑になり、成長
時間も長くなる。このためコスト高となり、生産性の点
で大きな障害を伴う。
In the second embodiment, the intermediate energy gap layer 120 is grown after the n-GaAs substrate 111 is mesa-etched, and only the upper part of the mesa must be etched again to make it flat. In either case, the growth is performed twice, which complicates the process and increases the growth time. For this reason, the cost becomes high, and there is a great obstacle in terms of productivity.

【0012】本発明は上記で述べた従来の欠点を改良す
るために成されたものであり、その目的は、上部電極の
直下の活性層にキャリアを流さず素子全体にキャリアを
拡散させるための電流阻止層を1回のエピタキシャル成
長時に選択的に形成し、工程を単純化して生産性を良く
しコスト安に製造する。また、再結晶準位を少なくして
結晶性をよくすることにより発光効率を高くし、高抵抗
層の生成を防いで発光ダイオードの特性を改善すること
にある。
The present invention has been made to improve the above-mentioned conventional disadvantages, and has as its object to diffuse carriers throughout the device without flowing carriers into the active layer immediately below the upper electrode. The current blocking layer is selectively formed during one epitaxial growth, thereby simplifying the process, improving productivity, and manufacturing at a low cost. Another object of the present invention is to improve the crystallinity by reducing the recrystallization level to increase the luminous efficiency, to prevent the formation of a high-resistance layer, and to improve the characteristics of the light-emitting diode.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明半導体発光素子
は、基板の上にpn接合して形成された発光層と、外部
から選択的に光励起してp型に反転された電流通過部、
及び上部電極の直下部分に光励起していないn型の電流
阻止部を該発光層の上に積層した電流選択層と、該電流
選択層の上に積層された電流を注入する電流拡散層と、
を具備したものであり、そのことにより上記目的が達成
される。
According to the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device comprising: a light emitting layer formed by pn junction on a substrate; a current passing portion which is selectively photoexcited from the outside and inverted to p-type;
And a current selection layer in which an n-type current blocking portion that is not photoexcited immediately below the upper electrode is stacked on the light emitting layer, and a current diffusion layer that injects a current stacked on the current selection layer,
The above object is achieved.

【0014】本発明半導体発光素子の製造方法は、基板
の上にpn接合して発光層を形成する工程と、外部から
選択的に光励起してp型に反転された電流通過部、及び
上部電極の直下部分に光励起していないn型の電流阻止
部を有する電流選択層を該発光層の上に積層する工程
と、該電流選択層の上に電流を注入する電流拡散層を積
層する工程と、を包含するものであり、そのことにより
上記目的が達成される。
According to the method of manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, there are provided a step of forming a light emitting layer by pn junction on a substrate; Laminating a current selection layer having an n-type current blocking portion that is not photoexcited immediately below the light-emitting layer, and laminating a current diffusion layer for injecting a current on the current selection layer. , Whereby the above object is achieved.

【0015】[0015]

【作用】本発明によれば、電流選択層の成長中に外部か
ら光を選択的に照射してpn反転を起こさせ、光を照射
している領域だけをp型に反転して電流通過部が形成さ
れ、光を照射していない領域をそのままのn型に保持し
て電流阻止部が形成される。電流阻止部はチップ内に形
成されるから、1回成長した後に選択的にエッチング
し、その後電流拡散層を形成する工程が省略される。こ
のため、工程を単純化して生産性を良くしコスト安に製
造される。
According to the present invention, the pn inversion is caused by selectively irradiating light from the outside during the growth of the current selection layer, and only the region irradiated with light is inverted to the p-type to thereby make the current passing portion. Is formed, and a current blocking portion is formed by holding a region not irradiated with light as it is in the n-type. Since the current blocking portion is formed in the chip, the step of selectively etching after growing once and then forming the current diffusion layer is omitted. Therefore, the process is simplified, the productivity is improved, and the device is manufactured at low cost.

【0016】また、再結晶準位を少くして結晶性をよく
することにより発光効率を高くし、高抵抗層の生成を防
ぎ発光ダイオードの特性が改善される。上部クラッド層
と電流拡散層の界面に再結合準位が再生したり、再成長
による結晶性の低下等の特性劣化が防止される。
Further, by improving the crystallinity by reducing the recrystallization level, the luminous efficiency is increased, the formation of a high resistance layer is prevented, and the characteristics of the light emitting diode are improved. This prevents recombination levels from regenerating at the interface between the upper cladding layer and the current diffusion layer, and prevents deterioration in characteristics such as deterioration in crystallinity due to regrowth.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明半導体発光素子の実施例を図面
を用いて説明する。図1は本発明半導体発光素子の第1
実施例を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the semiconductor light emitting device of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first example of the semiconductor light emitting device of the present invention.
An example will be described.

【0018】本構造のLED10はn−GaAs基板1
1の上に、n−GaAsバッファ層19、n−InGa
AlPクラッド層12、InGaAlP活性層13、p
−InGaAlPクラッド層14、電流選択層20、p
−InGaAlP電流拡散層15、p−InGaPオー
ミックコンタクト層16がこの順に積層されている。上
部電極17はp−InGaAlPオーミックコンタクト
層16の上面に積層され、下部電極18はn−GaAs
基板11の下面に積層されている。上部電極17は図の
ように中央に形成されている。
The LED 10 of this structure is an n-GaAs substrate 1
1, an n-GaAs buffer layer 19, n-InGa
AlP cladding layer 12, InGaAlP active layer 13, p
-InGaAlP cladding layer 14, current selection layer 20, p
The -InGaAlP current diffusion layer 15 and the p-InGaP ohmic contact layer 16 are stacked in this order. The upper electrode 17 is stacked on the upper surface of the p-InGaAlP ohmic contact layer 16, and the lower electrode 18 is formed of n-GaAs.
It is stacked on the lower surface of the substrate 11. The upper electrode 17 is formed at the center as shown in the figure.

【0019】本構造のLED10は上部電極17の直下
部分に電流阻止部20aを形成し、上部電極17の直下
以外の部分に電流通過部20bを形成した電流選択層2
0を有する。
The LED 10 of this structure has a current blocking portion 20a formed immediately below the upper electrode 17, and a current selection layer 2 formed with a current passing portion 20b other than immediately below the upper electrode 17.
Has zero.

【0020】このLED10の各層は以下のような組成
で構成されている。n−GaAs基板11は、Siドー
プによるn濃度=5×1018cm-3である。n−GaA
sバッファ層19はSiドープによるn濃度=2×10
19cm-3である。n−InGaAlPクラッド層12は
Siドープによるn濃度=2×1019cm-2、層厚は2
μmである。InGaAlP活性層13はIn0.51(G
0.55Al0.450.49Pクラッド層で、アンドープで層
厚は0.5μmである。p−InGaAlPクラッド層
14はp−In0.51(Ga0.3Al0.70.49Pクラッド
層14で、Znドープによるp濃度=4×1017
-3、層厚は1μmである。p−InGaAlP電流拡
散層15はp−In0.51(Ga0.3Al0.70.49P電流
拡散層15の構成で、Znドープによるp濃度=7×1
17cm-3、層厚は1μmである。p−InGaPオー
ミックコンタクト層16はp−In0.31Ga0.49Pオー
ミックコンタクト層16の構成で、Znドープによるp
濃度=1×1019cm-3、層厚は0.05μmである。
Each layer of the LED 10 has the following composition. The n-GaAs substrate 11 has an n concentration of 5 × 10 18 cm −3 by Si doping. n-GaAs
The s buffer layer 19 has an n concentration of 2 × 10
19 cm -3 . The n-InGaAlP cladding layer 12 has an n concentration of 2 × 10 19 cm −2 by Si doping, and a layer thickness of 2 × 10 19 cm −2 .
μm. The InGaAlP active layer 13 is composed of In 0.51 (G
a 0.55 Al 0.45 ) 0.49 P clad layer, undoped and 0.5 μm thick. The p-InGaAlP cladding layer 14 is a p-In 0.51 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.49 P cladding layer 14 having a p concentration of 4 × 10 17 c by Zn doping.
m −3 , the layer thickness is 1 μm. The p-InGaAlP current diffusion layer 15 has a configuration of the p-In 0.51 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.49 P current diffusion layer 15, and the p concentration by Zn doping = 7 × 1
0 17 cm -3 and a layer thickness of 1 μm. The p-InGaP ohmic contact layer 16 has a configuration of a p-In 0.31 Ga 0.49 P ohmic contact layer 16 and is formed by p-doping with Zn.
The concentration = 1 × 10 19 cm −3 , and the layer thickness is 0.05 μm.

【0021】このLED10の各層は以上の組成で構成
されている。このLED10は基板11の上に、下部ク
ラッド層12、活性層13、上部クラッド層14を順次
形成したもので、DH(ダブルヘテロ)構造と呼ばれて
いる。また、積層中の電流選択層20はエピタキシャル
成長時に選択的に光励起することにより、n−In0. 51
(Ga0.3Al0.70.49P電流阻止部20aと、p−I
0.51(Ga0.3Al0 .70.49P電流通過部20bとを
形成している。
Each layer of the LED 10 has the above composition. The LED 10 has a lower clad layer 12, an active layer 13, and an upper clad layer 14 sequentially formed on a substrate 11, and is called a DH (double hetero) structure. The current selection layer 20 in the stack by selectively photoexcited during the epitaxial growth, n-In 0. 51
(Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.49 P current blocking portion 20a and p-I
n 0.51 (Ga 0.3 Al 0 .7 ) to form a 0.49 P current passing portion 20b.

【0022】次に、本発明半導体発光素子の製造方法の
一実施例を説明する。図2(a)〜(d)は、製造工程
の概略を示す断面図である。まず、図2(a)のよう
に、Siドープによるn濃度=5×1018cm-3のn−
GaAs基板11の上に、MOCVD法によって、Si
ドープのr濃度=2×1019cm-3で、層厚0.3μm
のn−GaAsバッファ層19を成長する。 そして、
Siドープによるn濃度=5×1019cm-2で、層厚は
2μmのn−In0.51(Ga0.3Al0.70.49Pクラッ
ド層12、アンドープで層厚は0.5μmのIn
0.51(Ga0.3Al0.70.49P活性層13、Znドープ
でp濃度=4×1017cm-3で、層厚は1μmのp−I
0.51(Ga0.3Al0.70.49P第1クラッド層14を
この順に成長する。
Next, an embodiment of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention will be described. 2A to 2D are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process. First, as shown in FIG. 2A, n-concentration by Si doping = 5 × 10 18 cm −3 n-
On a GaAs substrate 11, Si is deposited by MOCVD.
R concentration of dope = 2 × 10 19 cm −3 , layer thickness 0.3 μm
The n-GaAs buffer layer 19 is grown. And
N-In 0.51 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.49 P cladding layer 12 having an n concentration of 5 × 10 19 cm −2 and a thickness of 2 μm due to Si doping, and an In-doping layer having a thickness of 0.5 μm
0.51 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.49 P active layer 13, Zn-doped p-concentration = 4 × 10 17 cm -3 , layer thickness 1 μm p-I
n 0.51 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.49 P The first cladding layer 14 is grown in this order.

【0023】このLED10の製造には、光励起型のM
OCVD装置を用いる。図3は光励起型MOCVD装置
の構成を示す。この光励起型MOCVD装置30は、石
英製で箱状のリアクタ31と、該リアクタ31の中に収
容されたフローチャネル32と、リアクタ31の中に横
方向から突設されフローチャネル32の中に上面が露出
されたカーボン製のサセプタ33とを有する。リアクタ
31の外周壁には高周波コイル34が卷装され、外周壁
の上部には光導入孔31aが形成され、側壁35にはガ
ス導入孔36、37、38が設けられている。また、リ
アクタ31の上方には、励起用レーザ41、ミラー4
2、選択励起用マスク43、光学系44等が配置されて
いる。
In manufacturing the LED 10, a photo-excitation type M
An OCVD apparatus is used. FIG. 3 shows the configuration of a photo-excitation type MOCVD apparatus. The photoexcitation type MOCVD apparatus 30 includes a box-shaped reactor 31 made of quartz, a flow channel 32 housed in the reactor 31, and a top surface protruding from the lateral direction inside the reactor 31 and inside the flow channel 32. And a susceptor 33 made of carbon having an exposed portion. A high-frequency coil 34 is wound around an outer peripheral wall of the reactor 31, a light introducing hole 31 a is formed at an upper portion of the outer peripheral wall, and gas introducing holes 36, 37, and 38 are provided at a side wall 35. Above the reactor 31, an excitation laser 41 and a mirror 4 are provided.
2. A selective excitation mask 43, an optical system 44 and the like are arranged.

【0024】n−GaAs基板11はサセプタ33の上
に置かれ、これらは高周波コイル34により所定の温度
に加熱される。リアクタ31の中には、ガス導入口3
6、37よりIII族有機金属ガス、V族ハライドガスが
導入され、フローチャネル32の中に流される。ガス導
入口38からは、キャリアガスH2が導入され、フロー
チャネル32の外側に流され、リアクタ31の内壁に反
応生成物を付着させないようにする。
The n-GaAs substrate 11 is placed on a susceptor 33, which is heated to a predetermined temperature by a high-frequency coil 34. In the reactor 31, the gas inlet 3
Group III organic metal gas and group V halide gas are introduced from 6 and 37 and flow into the flow channel 32. From the gas inlet 38, a carrier gas H2 is introduced, flows outside the flow channel 32, and prevents reaction products from adhering to the inner wall of the reactor 31.

【0025】MOCVD装置30は光励起型のために、
リアクタ31の上壁に冷却水が流れない光導入孔31a
が形成され、フローチャネル32の上壁にも光導入窓3
2aが形成されている。励起光は励起用レーザ41から
193nmのレーザ光(ArFエキシマレーザ)をミラ
ー42で反射させて、n−GaAs基板11の上に照射
される。n−GaAs基板11には選択励起用マスク4
3、光学系44を使用して空間選択的に光が照射され
る。
The MOCVD apparatus 30 is of a photo-excitation type.
Light introduction hole 31a through which cooling water does not flow on the upper wall of reactor 31
Is formed on the upper wall of the flow channel 32.
2a is formed. The excitation light is emitted from the excitation laser 41 by reflecting the 193 nm laser light (ArF excimer laser) on the mirror 42 and irradiating the n-GaAs substrate 11. The mask 4 for selective excitation is provided on the n-GaAs substrate 11.
(3) Light is irradiated spatially selectively using the optical system 44.

【0026】励起光による成長層のpn反転の原理は下
記の通りである。図4は不純物キャリア濃度に対するV
/III比の依存性を示す。III族原料はトリメチルインジ
ュウム(TMI)、トリメチルガリウム(TMA)、ト
リメチルアルミニウム(TMA)であり、V族原料はフ
ォスフィン(PH3)とする。InGaAlPの成長で
はV/III比の増加につれてn型不純物Siの導入が促
進されて、p型からn型への伝導型の反転が起こる。い
ま、外部から光励起されるとPH3の分解が促進され
て、成長表面の実効的なV/III比が増大するか、又は
n型不純物の分解が促進される。そして、Siの結晶へ
の取り込まれ率が増大すると、図中の点線で示す無照射
部から実線で示す光照射部への反転位置が供給され、V
/III比の低い方へ移動する。
The principle of the pn inversion of the growth layer by the excitation light is as follows. FIG. 4 shows V vs. impurity carrier concentration.
4 shows the dependence of the / III ratio. Group III raw materials are trimethyl indium (TMI), trimethyl gallium (TMA), and trimethyl aluminum (TMA), and group V raw materials are phosphine (PH3). In the growth of InGaAlP, the introduction of n-type impurity Si is promoted as the V / III ratio increases, so that the conduction type is switched from p-type to n-type. Now, when photoexcited from the outside, the decomposition of PH3 is promoted, and the effective V / III ratio on the growth surface is increased, or the decomposition of n-type impurities is promoted. When the rate of incorporation of Si into the crystal increases, an inversion position is supplied from the non-irradiated portion indicated by the dotted line to the light-irradiated portion indicated by the solid line in FIG.
/ III ratio.

【0027】実験によると、図3で示すMOCVD装置
30を用いて光を照射しながら成長させすると、図4で
示す矢印の部分のV/III比(100)で、光照射部分
ではn型になり、光が照射されていない部分ではp型に
なることがわかった。
According to an experiment, when the film is grown while irradiating light using the MOCVD apparatus 30 shown in FIG. 3, the V / III ratio (100) indicated by the arrow shown in FIG. It was found that the portion not irradiated with light became p-type.

【0028】従って、図1のように本発明のLED10
を作製するには、図2(b)のように、いずれ後に積層
される上部電極17の直下に相当する部分だけに光を照
射して光励起し、n−In0.51(Ga0.3Al0.70.49
P電流阻止部20aを作製する。光が照射されていない
部分では、設定されたV/III比でp型になり、p−I
0.51(Ga0.3Al0.70.49P電流通過部20bとな
る。
Therefore, as shown in FIG.
As shown in FIG. 2B, only a portion corresponding to a portion immediately below the upper electrode 17 which is to be laminated later is irradiated with light to be photo-excited, and n-In 0.51 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.49 is formed.
The P current blocking section 20a is manufactured. In a portion not irradiated with light, the light becomes p-type at the set V / III ratio, and p-I
n 0.51 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.49 It becomes the P current passage portion 20b.

【0029】次に、図2(c)に示すように、Znドー
プによりp−In0.51(Ga0.3Al0.70.49P電流拡
散層15を成長し、エピタキシャル成長を終える。上部
電極17と下部電極18とは蒸着で形成した後、電流阻
止部20aの上部に当たるp−InGaAlPオーミッ
クコンタクト層16と上部電極17とを残して、あとは
エッチングで除去する。このような製造方法によれば、
ダブルヘテロ成長後エッチングによって電流阻止部20
aを形成した後に、また電流拡散層15を成長するとい
う2回成長のプロセスをとる必要がなくなる。このため
再成長面の再結合準位の発生を抑制でき、結晶性も向上
する。また工程も簡略化でき、LED10の抵抗も小さ
くなる。
Next, as shown in FIG. 2C, a p-In 0.51 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.49 P current diffusion layer 15 is grown by Zn doping, and the epitaxial growth is completed. After the upper electrode 17 and the lower electrode 18 are formed by evaporation, the p-InGaAlP ohmic contact layer 16 and the upper electrode 17, which are the upper portions of the current blocking portions 20a, are removed, and then removed by etching. According to such a manufacturing method,
Current blocking portion 20 by etching after double hetero growth
After forming a, it is not necessary to take the twice growth process of growing the current diffusion layer 15 again. Therefore, generation of recombination levels on the regrown surface can be suppressed, and crystallinity is also improved. Further, the process can be simplified, and the resistance of the LED 10 can be reduced.

【0030】実験の結果、上述の工程を経たエピ基板を
300μm角に素子化した特性は、ピーク波長550n
mの緑色発光が上部電極17の周辺から観測された。こ
のLED10を5mmφランプに樹脂モールドして輝度
を測定したところ順電流20mAで3000mcdの輝
度が得られた。
As a result of the experiment, the characteristic that the epi-substrate having undergone the above-mentioned steps was made into a device of 300 μm square was a peak wavelength of 550 nm.
m green emission was observed from around the upper electrode 17. When this LED 10 was resin-molded into a 5 mmφ lamp and measured for luminance, a luminance of 3000 mcd was obtained at a forward current of 20 mA.

【0031】図5は本発明半導体発光素子の第2実施例
を示す。本構造のLED10は第1実施例のLED10
と構造はほぼ同じである。第1実施例のLED10と異
なるところは、電流阻止部20aと電流通過部20bと
のパターンが逆転している点にある。第1実施例のもの
では電流阻止部20aが中央に形成され、電流通過部2
0bが外側に形成されている。これに対して、第2実施
例のものでは電流阻止部20aが外側に形成され、電流
通過部20bが中央に形成されている。
FIG. 5 shows a second embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention. The LED 10 of this structure is the LED 10 of the first embodiment.
And the structure is almost the same. The difference from the LED 10 of the first embodiment is that the patterns of the current blocking portion 20a and the current passing portion 20b are reversed. In the first embodiment, the current blocking portion 20a is formed in the center, and the current passing portion 2a is formed.
0b is formed on the outside. On the other hand, in the second embodiment, the current blocking portion 20a is formed outside and the current passing portion 20b is formed in the center.

【0032】これに伴って、上部電極17とp−InG
aAlPオーミックコンタクト層16の形状も、第1実
施例のものと逆に形成されている。従って、上部電極1
7から発射された電流は図5に示すように中央の電流通
過部20bを集中して通過し、n−GaAs基板11に
流れる。このため第2実施例のLED10によれば、発
光領域に於ける電流密度を第1実施例のものより高くす
ることができ、より高輝度のLED10を提供できる。
Accordingly, the upper electrode 17 and the p-InG
The shape of the aAlP ohmic contact layer 16 is also formed opposite to that of the first embodiment. Therefore, the upper electrode 1
The current emitted from 7 passes through the central current passing portion 20b in a concentrated manner as shown in FIG. 5, and flows to the n-GaAs substrate 11. Therefore, according to the LED 10 of the second embodiment, the current density in the light emitting region can be made higher than that of the first embodiment, and the LED 10 of higher luminance can be provided.

【0033】図6は本発明半導体発光素子の第3実施例
を示す。本構造のLED10は光励起する電流選択層2
0をInGaAlP活性層13の下部に形成している。
このLED10はInGaAlP活性層13を成長する
前に電流選択層20を設けたために、pn接合が長時間
高温に曝されることなく、ダブルヘテロ構造を形成して
いる。これによって不純物の拡散が小さくなり、結晶性
の向上を実現できる。本構造のLED10の特性は、5
mmφの樹脂モールド実装時に、順方向電流20mAの
とき3500mcdの輝度が得られた。
FIG. 6 shows a third embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention. The LED 10 having this structure is a current selection layer 2 for photoexcitation.
0 is formed below the InGaAlP active layer 13.
Since the LED 10 has the current selection layer 20 provided before the growth of the InGaAlP active layer 13, the LED 10 has a double hetero structure without exposing the pn junction to high temperatures for a long time. As a result, diffusion of impurities is reduced, and crystallinity can be improved. The characteristic of the LED 10 having this structure is 5
When a resin mold of mmφ was mounted, a luminance of 3500 mcd was obtained when the forward current was 20 mA.

【0034】なお、本発明半導体発光素子の実施例では
特に上部電極17の形状、パターンに関しては記載して
いないが、必ずしも円形、角形等の単純なものに限定さ
れない。上部電極17の形状、パターンは、注入キャリ
アが効率よく拡散されるようなパターンであればよく、
上部電極17のパターンと電流阻止部20aを形成する
ための光励起のパターンとが一致していることが望まし
い。
Although the shape and pattern of the upper electrode 17 are not particularly described in the embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention, the shape and pattern of the upper electrode 17 are not necessarily limited to a simple one such as a circle or a square. The shape and pattern of the upper electrode 17 may be any patterns that allow the injected carriers to be efficiently diffused.
It is desirable that the pattern of the upper electrode 17 and the pattern of light excitation for forming the current blocking portion 20a match.

【0035】この実施例では電流選択層20の組成とし
てIn0.51(Ga0.3Al0.70.49Pを用いたが、In
GaAlP活性層13からの発光波長に対して透明であ
るのに十分なバンドギャツプを持っていることが望まし
い。また実施例ではInGaAlP活性層13の組成と
してはIn0.51(Ga0.3Al0.70.49Pを用いたが、
Al組成を変化させて赤色から緑色までの発光波長を得
ることができる。クラッド層の組成は、キャリアを閉じ
込めるために十分なバンドギャップの差があるものが望
ましい。電流拡散層15は発光波長に対して透明であれ
ば良く、GaAlAs層でも良い。この実施例では電流
選択層20のドーパントとしてSiを用いたが、Seや
S等のn型不純物を用いても同様の効果がある。
In this embodiment, the composition of the current selection layer 20 is In 0.51 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.49 P.
It is desirable to have a band gap sufficient to be transparent to the emission wavelength from the GaAlP active layer 13. In the embodiment, the composition of the InGaAlP active layer 13 is In 0.51 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.49 P.
The emission wavelength from red to green can be obtained by changing the Al composition. The composition of the cladding layer desirably has a sufficient difference in band gap to confine carriers. The current diffusion layer 15 only needs to be transparent to the emission wavelength, and may be a GaAlAs layer. In this embodiment, Si is used as the dopant of the current selection layer 20, but the same effect can be obtained by using an n-type impurity such as Se or S.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によればInGaAlP系材料を
用いた発光材料において、p型クラッド層中にキャリア
を拡散させるための電流阻止部が光励起によるpn反転
で形成される。電流阻止部は従来のように、1回成長し
た後に選択的にエッチングする工程や、その後電流拡散
層を再成長する工程が省略されるから、生産性を良くし
コスト安に製造される。
According to the present invention, in a light emitting material using an InGaAlP-based material, a current blocking portion for diffusing carriers in a p-type cladding layer is formed by pn inversion due to photoexcitation. The step of selectively etching after growing the current once and the step of re-growing the current diffusion layer are omitted as in the prior art, so that the productivity is improved and the cost is reduced.

【0037】また、Al混晶比の高い再成長界面が存在
しないため、再結晶準位が少なくなり、結晶性がよくな
って発光効率が高くなり、高抵抗層の生成を防ぎ発光ダ
イオードの特性が改善される。上部クラッド層と電流拡
散層の界面に再結合準位が再生したり、再成長による結
晶性の低下等の特性劣化が防止される。これによって、
LEDは効率よく外部に光を取り出すことができ、結晶
性がよくなって高抵抗層の生成を防ぐことが出来るか
ら、発光ダイオードの特性を改善できる。
Also, since there is no regrowth interface having a high Al mixed crystal ratio, the recrystallization level is reduced, the crystallinity is improved, the luminous efficiency is increased, the formation of a high resistance layer is prevented, and the characteristics of the light emitting diode are reduced. Is improved. This prevents recombination levels from regenerating at the interface between the upper cladding layer and the current diffusion layer, and prevents deterioration in characteristics such as deterioration in crystallinity due to regrowth. by this,
Since the LED can efficiently extract light to the outside and improve the crystallinity and prevent the formation of a high-resistance layer, the characteristics of the light-emitting diode can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明半導体発光素子の構造の実施例を示す概
略図。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the structure of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図2】本発明半導体発光素子の製造工程を示す概略
図。
FIG. 2 is a schematic view showing a manufacturing process of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図3】本発明半導体発光素子を製造する光励起型MO
CVD成長装置を示す断面図。
FIG. 3 is a photo-excitation type MO for manufacturing the semiconductor light emitting device of the present invention.
Sectional drawing which shows a CVD growth apparatus.

【図4】不純物キャリア濃度のV/III比依存性を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing the V / III ratio dependency of the impurity carrier concentration.

【図5】本発明半導体発光素子の第2実施例を示す断面
図。
FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図6】本発明半導体発光素子の第3実施例を示す断面
図。
FIG. 6 is a sectional view showing a third embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図7】従来の半導体発光素子の1例を示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing an example of a conventional semiconductor light emitting device.

【図8】従来の半導体発光素子の他の例を示す断面図。FIG. 8 is a sectional view showing another example of a conventional semiconductor light emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、 LED 11、 n−GaAs基板 12、 n−InGaAlPクラッド層 13、 InGaAlP活性層 14、 p−InGaAlPクラッド層 15、 p−InGaAlP電流拡散層 16、 p−InGaAlPオーミックコンタクト層 17、 上部電極 18、 下部電極 19、 n−GaAsバッファ層 20、 電流選択層 20a、 電流阻止部 20b、 電流通過部 10, LED 11, n-GaAs substrate 12, n-InGaAlP clad layer 13, InGaAlP active layer 14, p-InGaAlP clad layer 15, p-InGaAlP current diffusion layer 16, p-InGaAlP ohmic contact layer 17, upper electrode 18, Lower electrode 19, n-GaAs buffer layer 20, current selection layer 20a, current blocking section 20b, current passing section

フロントページの続き (72)発明者 山本 三郎 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−89568(JP,A) 特開 平1−120085(JP,A) 特開 昭63−36588(JP,A) 特開 昭62−145888(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 33/00Continuation of the front page (72) Inventor Saburo Yamamoto 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (56) References JP-A-3-89568 (JP, A) JP-A-1-120085 (JP JP-A-63-36588 (JP, A) JP-A-62-145888 (JP, A) (58) Fields studied (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 33/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の領域及び第2の領域を有する基板
の上の発光層と、 p型クラッド層と、 該発光層に対して該p型クラッド層の外側に位置してお
り、該第1の領域に設けられたp型電流通過部、及び該
第2の領域に設けられたn型電流阻止部を含む電流選択
層であって、該n型電流阻止部によって、電流が該発光
層の該第1の領域に対応する部分に導かれる電流選択層
と、 を備えたIII−V族化合物半導体発光ダイオードであっ
て、 該n型電流阻止部は、該p型電流通過部を含む該電流選
択層を成長させる工程において、V族原料/III族原料
の比を所定の値に設定すること、及びレーザ光を該基板
の該第2の領域に照射することによって形成されている
半導体発光ダイオード
1. A substrate having a first region and a second region.
A light-emitting layer above, a p-type cladding layer, and a light-emitting layer positioned outside the p-type cladding layer.
A p-type current passing portion provided in the first region;
Current selection including n-type current blocking portion provided in second region
The current is emitted by the n-type current blocking portion.
Current selection layer directed to a portion of the layer corresponding to the first region
And a III-V compound semiconductor light-emitting diode comprising:
The n-type current blocking section includes the current selection section including the p-type current passing section.
In the process of growing the selective layer, the group V raw material / the group III raw material
Is set to a predetermined value, and the laser light is applied to the substrate.
A semiconductor light emitting diode formed by irradiating the second region .
【請求項2】 前記III−V族化合物は、InGaAl
Pを含む請求項1に記載の半導体発光ダイオード
2. The III-V group compound is InGaAl.
2. The semiconductor light emitting diode according to claim 1, comprising P.
【請求項3】 前記半導体発光ダイオードは、面発光型3. The semiconductor light-emitting diode is a surface-emitting type.
であり、電流拡散層をさらに備えている、請求項1またAnd further comprising a current spreading layer.
は2に記載の半導体発光ダイオード。3. The semiconductor light emitting diode according to 2.
【請求項4】 第1の領域及び第2の領域を有する基板4. A substrate having a first area and a second area.
の上の発光層と、A light-emitting layer above the p型クラッド層と、a p-type cladding layer; 該発光層に対して該p型クラッド層の外側に位置しておThe light emitting layer is located outside the p-type cladding layer.
り、該第1の領域に設けられたp型電流通過部、及び該A p-type current passing portion provided in the first region;
第2の領域に設けられたn型電流阻止部を含む電流選択Current selection including n-type current blocking portion provided in second region
層であって、該n型電流阻止部によって、電流が該発光The current is emitted by the n-type current blocking portion.
層の該第1の領域に対応する部分に導かれる電流選択層Current selection layer directed to a portion of the layer corresponding to the first region
と、When, を備えたIII−V族化合物半導体発光ダイオードの製造Of group III-V compound semiconductor light emitting diode provided with
方法であって、The method 該n型電流阻止部を、該p型電流通過部を含む該電流選The n-type current blocking section is connected to the current selection section including the p-type current passing section.
択層を成長させる工程において、V族原料/III族原料In the process of growing the selective layer, the group V raw material / the group III raw material
の比を所定の値に設定すること、及びレーザ光を該基板Is set to a predetermined value, and the laser light is applied to the substrate.
の該第2の領域に照射することによって形成する、半導A semiconductor formed by irradiating the second region of
体発光ダイオードの製造方法。Manufacturing method of body light emitting diode.
【請求項5】 前記n型電流阻止部を成長させる工程に5. The method according to claim 1, wherein the step of growing the n-type current blocking portion is performed.
おいて、前記レーザ光の照射によって、前記基板の前記In the irradiation of the laser light, the substrate of the
第2の領域付近のV族原料/III族原料の比Group V raw material / Group III raw material ratio near the second region を向上さImproved
せ、それによりn型不純物の分解が促進される、請求項Wherein the decomposition of the n-type impurities is promoted.
4に記載の半導体発光ダイオードの製造方法。5. The method for manufacturing a semiconductor light emitting diode according to item 4.
【請求項6】 前記III−V族化合物は、InGaAl6. The group III-V compound is InGaAl.
Pを含む請求項4または5に記載の半導体発光ダイオー6. The semiconductor light emitting diode according to claim 4, which contains P.
ドの製造方法。Manufacturing method.
【請求項7】 前記半導体発光ダイオードは、面発光型7. The semiconductor light emitting diode is a surface emitting type.
であり、電流拡散層をさらに備えている、請求項4からAnd further comprising a current spreading layer.
6のいずれかに記載の半導体発光ダイオードの製造方6. A method for manufacturing a semiconductor light-emitting diode according to any one of 6.
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