JP2937054B2 - ＡｌＧａＩｎＰ系発光装置 - Google Patents
ＡｌＧａＩｎＰ系発光装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体を用いた
半導体発光装置に関し、特にＡｌＧａＩｎＰを活性層と
する半導体発光装置に関する。
半導体発光装置に関し、特にＡｌＧａＩｎＰを活性層と
する半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌＧａＩｎＰ系材料は、窒化物を除く
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶中で最大の直接遷移型バ
ンドギャップを有する。斯かる大きな直接遷移型バンド
ギャップを有するＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた発光装
置は、５５０〜６５０ｎｍ波長域（緑色〜赤色域）にお
いて高輝度の発光が可能であるので、近年、主に屋外表
示への応用が進められている。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶中で最大の直接遷移型バ
ンドギャップを有する。斯かる大きな直接遷移型バンド
ギャップを有するＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた発光装
置は、５５０〜６５０ｎｍ波長域（緑色〜赤色域）にお
いて高輝度の発光が可能であるので、近年、主に屋外表
示への応用が進められている。
【０００３】図３は、従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置
の一例を示す概略断面説明図である。この従来のＡｌＧ
ａＩｎＰ系発光装置２０は、第１導電型のＧａＡｓ基板
１１上に、第１導電型の（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ
0.49Ｐクラッド層１２（厚さ約１μｍ）、（Ａｌy Ｇａ
1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層１３（厚さ約０．６μ
ｍ）、第２導電型の（Ａｌz Ｇａ1-z ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ
クラッド層１４（厚さ約１μｍ）及び第２導電型の電流
拡散層２５（厚さ数μｍ以上）を順次積層形成し、前記
ｐ型電流拡散層２５上に上面電極１６、前記ＧａＡｓ基
板１１の下面に下面電極１７を設けた構成になってい
る。
の一例を示す概略断面説明図である。この従来のＡｌＧ
ａＩｎＰ系発光装置２０は、第１導電型のＧａＡｓ基板
１１上に、第１導電型の（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ
0.49Ｐクラッド層１２（厚さ約１μｍ）、（Ａｌy Ｇａ
1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層１３（厚さ約０．６μ
ｍ）、第２導電型の（Ａｌz Ｇａ1-z ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ
クラッド層１４（厚さ約１μｍ）及び第２導電型の電流
拡散層２５（厚さ数μｍ以上）を順次積層形成し、前記
ｐ型電流拡散層２５上に上面電極１６、前記ＧａＡｓ基
板１１の下面に下面電極１７を設けた構成になってい
る。
【０００４】ここで、（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49
Ｐ活性層１３と該活性層１３より大きいバンドギャップ
を有する２つのＡｌＧａＩｎＰクラッド層すなわち第１
導電型の（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層
１２と第２導電型の（ＡｌzＧａ1-z ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ
クラッド層１４とで構成されるダブルヘテロ接合構造は
発光層部１８を構成し、前記ダブルヘテロ接合構造を構
成する各ＡｌＧａＩｎＰ層のＡｌ組成ｘ，ｙ，ｚは０≦
ｙ≦０．７，ｙ＜ｘ，ｙ＜ｚなる関係を満たす。また、
前記（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層１３は発
光層として機能する。なお、以下の説明において、特別
の事情がない場合、前記（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ
0.49Ｐ、（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ及び（Ａｌ
z Ｇａ1-z ）0.51Ｉｎ0.49Ｐを総称して（ＡｌB Ｇａ
1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ又は単にＡｌＧａＩｎＰと表記す
る。
Ｐ活性層１３と該活性層１３より大きいバンドギャップ
を有する２つのＡｌＧａＩｎＰクラッド層すなわち第１
導電型の（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層
１２と第２導電型の（ＡｌzＧａ1-z ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ
クラッド層１４とで構成されるダブルヘテロ接合構造は
発光層部１８を構成し、前記ダブルヘテロ接合構造を構
成する各ＡｌＧａＩｎＰ層のＡｌ組成ｘ，ｙ，ｚは０≦
ｙ≦０．７，ｙ＜ｘ，ｙ＜ｚなる関係を満たす。また、
前記（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層１３は発
光層として機能する。なお、以下の説明において、特別
の事情がない場合、前記（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ
0.49Ｐ、（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ及び（Ａｌ
z Ｇａ1-z ）0.51Ｉｎ0.49Ｐを総称して（ＡｌB Ｇａ
1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ又は単にＡｌＧａＩｎＰと表記す
る。
【０００５】上記のようなＡｌＧａＩｎＰ系発光装置に
おいては、前記発光層部１８上に電流拡散層を設ける必
要があり、特にＡｌＧａＩｎＰとは異なる材料からなる
電流拡散層を設ける必要がある。その理由を図３を参照
して説明する。図３には、上面電極１６からの電流分布
を符号１９で示した。
おいては、前記発光層部１８上に電流拡散層を設ける必
要があり、特にＡｌＧａＩｎＰとは異なる材料からなる
電流拡散層を設ける必要がある。その理由を図３を参照
して説明する。図３には、上面電極１６からの電流分布
を符号１９で示した。
【０００６】ＡｌＧａＩｎＰ系発光装置の通電発光にお
いては、上面電極１６からの電流を前記発光層部１８の
全域、特にＡｌＧａＩｎＰ活性層１３全域に効果的に拡
散させて効率的に発光させることが望ましく、そのため
には上面電極１６とＡｌＧａＩｎＰ活性層１３との間の
距離（厚さ）を所定以上（数μｍ以上）にする必要があ
る。
いては、上面電極１６からの電流を前記発光層部１８の
全域、特にＡｌＧａＩｎＰ活性層１３全域に効果的に拡
散させて効率的に発光させることが望ましく、そのため
には上面電極１６とＡｌＧａＩｎＰ活性層１３との間の
距離（厚さ）を所定以上（数μｍ以上）にする必要があ
る。
【０００７】ところで、ＡｌＧａＩｎＰ系発光装置は、
通常、図３に示すように、ＧａＡｓ基板１１上に、該Ｇ
ａＡｓ基板１１と格子整合させて、ＡｌＧａＩｎＰ系の
前記した層１２（厚さ約１μｍ）、層１３（厚さ約０．
６μｍ）、層１４（厚さ約１μｍ）を（ＡｌB Ｇ
ａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐなる組成で形成させるが、全厚
で４μｍを超える厚さの（ＡｌB Ｇａ1-B ）0.51Ｉｎ
0.49Ｐ層を結晶性を損なうことなく形成させることは極
めて困難である。従って、上面電極１６からの電流を前
記活性層１３の全域に効果的に拡散させるためには、上
面電極１６と前記活性層１３との間の厚さを数μｍ以上
にする必要があるが、この厚さの層の形成はＡｌＧａＩ
ｎＰ系材料では上記した理由により不可能に近い。
通常、図３に示すように、ＧａＡｓ基板１１上に、該Ｇ
ａＡｓ基板１１と格子整合させて、ＡｌＧａＩｎＰ系の
前記した層１２（厚さ約１μｍ）、層１３（厚さ約０．
６μｍ）、層１４（厚さ約１μｍ）を（ＡｌB Ｇ
ａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐなる組成で形成させるが、全厚
で４μｍを超える厚さの（ＡｌB Ｇａ1-B ）0.51Ｉｎ
0.49Ｐ層を結晶性を損なうことなく形成させることは極
めて困難である。従って、上面電極１６からの電流を前
記活性層１３の全域に効果的に拡散させるためには、上
面電極１６と前記活性層１３との間の厚さを数μｍ以上
にする必要があるが、この厚さの層の形成はＡｌＧａＩ
ｎＰ系材料では上記した理由により不可能に近い。
【０００８】そこで、従来、ＡｌＧａＩｎＰ系以外の材
料からなる層を電流拡散層２５として前記発光層部１８
上に形成し、上面電極１６からの電流をＡｌＧａＩｎＰ
活性層１３全域に効果的に拡散させて、効率的な発光を
得ることが行われていた。
料からなる層を電流拡散層２５として前記発光層部１８
上に形成し、上面電極１６からの電流をＡｌＧａＩｎＰ
活性層１３全域に効果的に拡散させて、効率的な発光を
得ることが行われていた。
【０００９】前記電流拡散層２５の材料としては、前記
ＡｌＧａＩｎＰ活性層１３から放射される光子が吸収さ
れないという前提から、該光子のエネルギーより大きい
直接型バンドギャップ（［数１］）
ＡｌＧａＩｎＰ活性層１３から放射される光子が吸収さ
れないという前提から、該光子のエネルギーより大きい
直接型バンドギャップ（［数１］）
【００１０】
【数１】 を有するＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ（０．４５≦ｗ＜１で通常
ｗ≒０．７）またはＧａＰが従来より用いられていた。
ｗ≒０．７）またはＧａＰが従来より用いられていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記Ａｌw Ｇ
ａ1-w ＡｓまたはＧａＰを前記電流拡散層の材料として
用いた場合、両者とも大きな問題を有しており、以下に
これについて説明する。
ａ1-w ＡｓまたはＧａＰを前記電流拡散層の材料として
用いた場合、両者とも大きな問題を有しており、以下に
これについて説明する。
【００１２】（Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ電流拡散層）ＡｌＧ
ａＩｎＰ活性層１３での発光がＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ電流
拡散層２５で吸収されないために、通常ＡｌＡｓ混晶比
ｗの大きい（例えばｗ≒０．７）高Ａｌ濃度のＡｌw Ｇ
ａ1-w Ａｓが用いられている。前記高Ａｌ濃度のＡｌw
Ｇａ1-wＡｓを電流拡散層２５の材料として用いた場
合、斯かる高Ａｌ濃度のＡｌw Ｇａ1-w Ａｓは非常に酸
化し易いため、このＡｌＧａＩｎＰ系発光装置２０を屋
外で通電発光使用すると、前記Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ電流
拡散層２５の酸化に伴い、発光輝度の劣化、さらには破
壊を惹き起こすという問題があった。但し、Ａｌw Ｇａ
1-w Ａｓと（ＡｌB Ｇａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐとの格子
不整合率は、約０．１％と非常に低い故に、（Ａｌz Ｇ
ａ1-z ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層１４と、該クラッド
層１４上に形成されたＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ電流拡散層２
５との間において良好な結晶界面が形成されると共に、
良好な結晶品質を有するＡｌw Ｇａ1-wＡｓ電流拡散層
が得られるという利点を有している。
ａＩｎＰ活性層１３での発光がＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ電流
拡散層２５で吸収されないために、通常ＡｌＡｓ混晶比
ｗの大きい（例えばｗ≒０．７）高Ａｌ濃度のＡｌw Ｇ
ａ1-w Ａｓが用いられている。前記高Ａｌ濃度のＡｌw
Ｇａ1-wＡｓを電流拡散層２５の材料として用いた場
合、斯かる高Ａｌ濃度のＡｌw Ｇａ1-w Ａｓは非常に酸
化し易いため、このＡｌＧａＩｎＰ系発光装置２０を屋
外で通電発光使用すると、前記Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ電流
拡散層２５の酸化に伴い、発光輝度の劣化、さらには破
壊を惹き起こすという問題があった。但し、Ａｌw Ｇａ
1-w Ａｓと（ＡｌB Ｇａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐとの格子
不整合率は、約０．１％と非常に低い故に、（Ａｌz Ｇ
ａ1-z ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層１４と、該クラッド
層１４上に形成されたＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ電流拡散層２
５との間において良好な結晶界面が形成されると共に、
良好な結晶品質を有するＡｌw Ｇａ1-wＡｓ電流拡散層
が得られるという利点を有している。
【００１３】（ＧａＰ電流拡散層）ＧａＰは（ＡｌB Ｇ
ａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐとの格子不整合率、約４％と非
常に高い故に、（Ａｌz Ｇａ1-z ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラ
ッド層１４上へのＧａＰの結晶成長が極めて困難であ
る。更に、格子不整合率が約４％あると、前記クラッド
層１４と該クラッド層１４上に形成されたＧａＰ電流拡
散層２５との界面には約１×１０12ｃｍ-2もの転位が発
生すると共に、この界面には局所的な内部応力が発生す
る。これらの転位及び内部応力は発光層部１８、特に発
光に主たる役割を担うＡｌＧａＩｎＰ活性層１３にまで
影響を及ぼす。このため、このＡｌＧａＩｎＰ系発光装
置２０を通電発光使用すると、デバイス特性、特に発光
輝度の劣化を生じるという、問題があった。但し、Ｇａ
Ｐは酸化しにくい材料であるため、前記高Ａｌ濃度のＡ
ｌw Ｇａ1-w Ａｓのような問題を惹き起こさないという
利点を有している。
ａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐとの格子不整合率、約４％と非
常に高い故に、（Ａｌz Ｇａ1-z ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラ
ッド層１４上へのＧａＰの結晶成長が極めて困難であ
る。更に、格子不整合率が約４％あると、前記クラッド
層１４と該クラッド層１４上に形成されたＧａＰ電流拡
散層２５との界面には約１×１０12ｃｍ-2もの転位が発
生すると共に、この界面には局所的な内部応力が発生す
る。これらの転位及び内部応力は発光層部１８、特に発
光に主たる役割を担うＡｌＧａＩｎＰ活性層１３にまで
影響を及ぼす。このため、このＡｌＧａＩｎＰ系発光装
置２０を通電発光使用すると、デバイス特性、特に発光
輝度の劣化を生じるという、問題があった。但し、Ｇａ
Ｐは酸化しにくい材料であるため、前記高Ａｌ濃度のＡ
ｌw Ｇａ1-w Ａｓのような問題を惹き起こさないという
利点を有している。
【００１４】そこで、本発明は、発光層部を構成する
（ＡｌB Ｇａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐと良好な格子整合を
し、且つ酸化されにくい電流拡散層を備え、長時間通電
発光しても発光特性等に劣化を生じない、長寿命且つ信
頼性の高いＡｌＧａＩｎＰ系発光装置を提供することを
目的とする。
（ＡｌB Ｇａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐと良好な格子整合を
し、且つ酸化されにくい電流拡散層を備え、長時間通電
発光しても発光特性等に劣化を生じない、長寿命且つ信
頼性の高いＡｌＧａＩｎＰ系発光装置を提供することを
目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰダブ
ルヘテロ接合構造からなる発光層部及び該発光層部上に
形成された電流拡散層を有するＡｌＧａＩｎＰ系発光装
置において、前記電流拡散層が、前記発光層部の（Ａｌ
y Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層から放射される光子
のエネルギーより大きい直接型バンドギャップ（［数
１］）
に、本発明は、ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰダブ
ルヘテロ接合構造からなる発光層部及び該発光層部上に
形成された電流拡散層を有するＡｌＧａＩｎＰ系発光装
置において、前記電流拡散層が、前記発光層部の（Ａｌ
y Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層から放射される光子
のエネルギーより大きい直接型バンドギャップ（［数
１］）
【００１６】
【数１】 を有するＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ層及び該Ａｌw Ｇａ1-w Ａ
ｓ層上に形成したＧａＡｓ1-v Ｐv 層の２層からなるよ
うにした。
ｓ層上に形成したＧａＡｓ1-v Ｐv 層の２層からなるよ
うにした。
【００１７】前記（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ活
性層のＡｌ組成ｙは０≦ｙ≦０．７であり、前記Ａｌw
Ｇａ1-w ＡｓのＡｌＡｓ混晶比ｗ及び前記ＧａＡｓ1-v
ＰvのＧａＰ混晶比ｖは、夫々０．４５≦ｗ＜１及び
０．４≦ｖ＜０．８であるのが好適である。
性層のＡｌ組成ｙは０≦ｙ≦０．７であり、前記Ａｌw
Ｇａ1-w ＡｓのＡｌＡｓ混晶比ｗ及び前記ＧａＡｓ1-v
ＰvのＧａＰ混晶比ｖは、夫々０．４５≦ｗ＜１及び
０．４≦ｖ＜０．８であるのが好適である。
【００１８】また、前記電流拡散層の総厚（Ａｌw Ｇａ
1-w Ａｓ層の厚さとＧａＡｓ1-v Ｐv 層の厚さとの和）
は、発光層部の結晶性を維持し、且つ電流拡散層を十分
に行うためには５μｍ以上とする必要があり、発光光の
外部取り出し効率を高くするには厚い程効率が大きい。
1-w Ａｓ層の厚さとＧａＡｓ1-v Ｐv 層の厚さとの和）
は、発光層部の結晶性を維持し、且つ電流拡散層を十分
に行うためには５μｍ以上とする必要があり、発光光の
外部取り出し効率を高くするには厚い程効率が大きい。
【００１９】Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓは、ＧａＡｓ基板と格
子整合させて成長した（ＡｌB Ｇａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49
Ｐとは格子定数が非常に近いため、ＡｌＧａＩｎＰ発光
層部と該発光層部上に成長したＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ層と
の間において良好な結晶界面が形成されると共に、良好
な結晶品質を有するＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ層が得られる。
また、ＧａＡｓ1-v Ｐv は混晶比ｖの変化に伴ない格子
定数は変化するが、例えば、ＧａＡｓ0.5 Ｐ0.5 層を前
記Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ層上に形成させた場合、Ａｌw Ｇ
ａ1-w ＡｓとＧａＡｓ0.5 Ｐ0.5 との格子不整合率は２
％程度となり、ＧａＰを電流拡散層として直接成長する
場合と比較すると、低い転位密度のＧａＡｓＰ層を成長
することができる。しかも、本発明の２重構造の電流拡
散層においては、転位が発生する界面がＡｌw Ｇａ1-w
Ａｓ層とＧａＡｓ1-v Ｐv 層との界面であるため、前記
界面はＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ層の厚さの分だけ前記発光層
部から隔たることとなり、前記界面で発生した転位は発
光層部にまで影響を及ぼしにくくなる。これにより、発
光層部の高結晶品質が維持され得る。
子整合させて成長した（ＡｌB Ｇａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49
Ｐとは格子定数が非常に近いため、ＡｌＧａＩｎＰ発光
層部と該発光層部上に成長したＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ層と
の間において良好な結晶界面が形成されると共に、良好
な結晶品質を有するＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ層が得られる。
また、ＧａＡｓ1-v Ｐv は混晶比ｖの変化に伴ない格子
定数は変化するが、例えば、ＧａＡｓ0.5 Ｐ0.5 層を前
記Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ層上に形成させた場合、Ａｌw Ｇ
ａ1-w ＡｓとＧａＡｓ0.5 Ｐ0.5 との格子不整合率は２
％程度となり、ＧａＰを電流拡散層として直接成長する
場合と比較すると、低い転位密度のＧａＡｓＰ層を成長
することができる。しかも、本発明の２重構造の電流拡
散層においては、転位が発生する界面がＡｌw Ｇａ1-w
Ａｓ層とＧａＡｓ1-v Ｐv 層との界面であるため、前記
界面はＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ層の厚さの分だけ前記発光層
部から隔たることとなり、前記界面で発生した転位は発
光層部にまで影響を及ぼしにくくなる。これにより、発
光層部の高結晶品質が維持され得る。
【００２０】更に、ＧａＡｓ1-v Ｐv はＧａＰと同様に
非常に酸化されにくい材料であるため、ＧａＡｓ1-v Ｐ
v 層はＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ層の酸化を防止する保護膜の
役目を果たすという効果がある。
非常に酸化されにくい材料であるため、ＧａＡｓ1-v Ｐ
v 層はＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ層の酸化を防止する保護膜の
役目を果たすという効果がある。
【００２１】
【実施例】以下、本発明のＡｌＧａＩｎＰ発光装置につ
いて、図１及び図２を参照して説明する。但し、この実
施例に記憶されている化学式、元素、層構成、膜厚、そ
の相対位置などは特に特定的な記載がない限りは、この
発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説
明例に過ぎない。
いて、図１及び図２を参照して説明する。但し、この実
施例に記憶されている化学式、元素、層構成、膜厚、そ
の相対位置などは特に特定的な記載がない限りは、この
発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説
明例に過ぎない。
【００２２】本実施例及び比較例のＡｌＧａＩｎＰ発光
装置の各層の成長にはＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長
法）を用いる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、及びＡｓの原料
としては各々トリメチルアルミニウム［Ａｌ（ＣＨ3 ）
3 ：ＴＭＡｌ］、トリメチルガリウム［Ｇａ（ＣＨ3 ）
3 ：ＴＭＧａ］、トリメチルインジウム［Ｉｎ（Ｃ
Ｈ3 ）3 ：ＴＭＩｎ］、ホスフィン（ＰＨ3 ）及びアル
シン（ＡｓＨ3 ）を用いる。更に、ｎ型及びｐ型のドー
パント源としては、各々セレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）及び
ジメチル亜鉛［Ｚｎ（ＣＨ3 ）2 ：ＤＭＺｎ］を用い
る。
装置の各層の成長にはＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長
法）を用いる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、及びＡｓの原料
としては各々トリメチルアルミニウム［Ａｌ（ＣＨ3 ）
3 ：ＴＭＡｌ］、トリメチルガリウム［Ｇａ（ＣＨ3 ）
3 ：ＴＭＧａ］、トリメチルインジウム［Ｉｎ（Ｃ
Ｈ3 ）3 ：ＴＭＩｎ］、ホスフィン（ＰＨ3 ）及びアル
シン（ＡｓＨ3 ）を用いる。更に、ｎ型及びｐ型のドー
パント源としては、各々セレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）及び
ジメチル亜鉛［Ｚｎ（ＣＨ3 ）2 ：ＤＭＺｎ］を用い
る。
【００２３】図２はＭＯＶＰＥ法で各層を成長する際に
用いる成長装置の構造例を示す。同図において、前記各
種のＩＩＩ族金属の有機物の蒸気と、気相のＶ族元素の
水素化物とを成長の組成に応じて分圧及び流量を選択し
て混合し、得られた混合ガスを反応室５０に供給し、反
応室５０に配置したｎ型又はｐ型ＧａＡｓ基板上に所望
の成長層を形成する。図中、５１はホスフィン（Ｐ
Ｈ3 ）及びアルシン（ＡｓＨ3 ）等の気相水素化物を貯
蔵するガスボンベで、圧力／流量調整器５２及び制御弁
５３を介して水素等のキャリアガス流路５５に送給され
る。５６はトリメチルアルミニウム［ＴＭＡｌ］、トリ
メチルガリウム［ＴＭＧａ］、トリメチルインジウム
［ＴＭＩｎ］等の金属の蒸気を生成するバブリング槽
で、圧力／流量調整器５２により調圧／流量制御された
水素ガスによりバブリングされた金属有機物蒸気が制御
弁５３を介して水素等のキャリアガス経路５５に送給さ
れる。そして前記ＩＩＩ族金属の有機物の蒸気と、Ｖ族
元素水素化物とは、前記ガス経路５５を介して成長の組
成に応じて分圧及び流量を選択して所定の混合ガスを生
成し、該混合ガスを発熱体が囲繞され所定圧力と所定温
度に調整された反応室５０に供給し、反応室５０に配置
したｎ型またはｐ型ＧａＡｓ基板上に所望の成長層を積
層形成する。具体的には、５０Ｔｏｒｒの減圧下で、Ｖ
族元素とＩＩＩ族元素との供給量比（Ｖ／ＩＩＩ比）が
１００となるように混合したガスを成長層の原料ガスと
して用い、成長温度７１０℃、成長速度４μｍ／時の成
長条件でＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰ系発光装置の
各層を積層形成させる。このようにして得られたエピタ
キシャルウェ−ハを素子化することにより、ＡｌＧａＩ
ｎＰ系発光装置が得られる。
用いる成長装置の構造例を示す。同図において、前記各
種のＩＩＩ族金属の有機物の蒸気と、気相のＶ族元素の
水素化物とを成長の組成に応じて分圧及び流量を選択し
て混合し、得られた混合ガスを反応室５０に供給し、反
応室５０に配置したｎ型又はｐ型ＧａＡｓ基板上に所望
の成長層を形成する。図中、５１はホスフィン（Ｐ
Ｈ3 ）及びアルシン（ＡｓＨ3 ）等の気相水素化物を貯
蔵するガスボンベで、圧力／流量調整器５２及び制御弁
５３を介して水素等のキャリアガス流路５５に送給され
る。５６はトリメチルアルミニウム［ＴＭＡｌ］、トリ
メチルガリウム［ＴＭＧａ］、トリメチルインジウム
［ＴＭＩｎ］等の金属の蒸気を生成するバブリング槽
で、圧力／流量調整器５２により調圧／流量制御された
水素ガスによりバブリングされた金属有機物蒸気が制御
弁５３を介して水素等のキャリアガス経路５５に送給さ
れる。そして前記ＩＩＩ族金属の有機物の蒸気と、Ｖ族
元素水素化物とは、前記ガス経路５５を介して成長の組
成に応じて分圧及び流量を選択して所定の混合ガスを生
成し、該混合ガスを発熱体が囲繞され所定圧力と所定温
度に調整された反応室５０に供給し、反応室５０に配置
したｎ型またはｐ型ＧａＡｓ基板上に所望の成長層を積
層形成する。具体的には、５０Ｔｏｒｒの減圧下で、Ｖ
族元素とＩＩＩ族元素との供給量比（Ｖ／ＩＩＩ比）が
１００となるように混合したガスを成長層の原料ガスと
して用い、成長温度７１０℃、成長速度４μｍ／時の成
長条件でＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰ系発光装置の
各層を積層形成させる。このようにして得られたエピタ
キシャルウェ−ハを素子化することにより、ＡｌＧａＩ
ｎＰ系発光装置が得られる。
【００２４】上気した製造方法により、本実施例のＡｌ
ＧａＩｎＰ系発光装置１０を製造した。図１は本発明の
ＡｌＧａＩｎＰ系発光装置の一実施例を示す概略断面説
明である。同図において図３と同一部材または類似部材
は同一符号を用いる。この発光装置１０は、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１１上に、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.
49Ｐクラッド層１２（厚さ約１μｍ）、（Ａｌ0.15Ｇａ
0.85）0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層１３（厚さ約０．６μ
ｍ）、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッ
ド層１４（厚さ約１μｍ）及びｐ型電流拡散層１５を構
成するｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ層１５ａ（厚さ約３μ
ｍ）、ｐ型ＧａＡｓ0.5 Ｐ0.5 層１５ｂ（厚さ約７μ
ｍ）を順次積層形成し、前記ｐ型ＧａＡｓ0.5 Ｐ0.5 層
１５ｂ上に上面電極１６、ｎ型ＧａＡｓ基板の下面に下
面電極１７を設けた構成になっている。
ＧａＩｎＰ系発光装置１０を製造した。図１は本発明の
ＡｌＧａＩｎＰ系発光装置の一実施例を示す概略断面説
明である。同図において図３と同一部材または類似部材
は同一符号を用いる。この発光装置１０は、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１１上に、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.
49Ｐクラッド層１２（厚さ約１μｍ）、（Ａｌ0.15Ｇａ
0.85）0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層１３（厚さ約０．６μ
ｍ）、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッ
ド層１４（厚さ約１μｍ）及びｐ型電流拡散層１５を構
成するｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ層１５ａ（厚さ約３μ
ｍ）、ｐ型ＧａＡｓ0.5 Ｐ0.5 層１５ｂ（厚さ約７μ
ｍ）を順次積層形成し、前記ｐ型ＧａＡｓ0.5 Ｐ0.5 層
１５ｂ上に上面電極１６、ｎ型ＧａＡｓ基板の下面に下
面電極１７を設けた構成になっている。
【００２５】（諸特性の評価結果）［表１］は、本実施
例のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置における諸特性の評価結
果を、比較例１及び比較例２の従来構造のＡｌＧａＩｎ
Ｐ系発光装置のそれと比較して示したものである。な
お、比較例１及び比較例２のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置
は、図３に示す従来構造のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置で
あり、ｐ型電流拡散層２５として、それぞれｐ型Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流拡散層（約１０μｍ）及びｐ型Ｇ
ａＰ層（厚さ約１０μｍ）を形成したこと以外は実施例
と同じである。
例のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置における諸特性の評価結
果を、比較例１及び比較例２の従来構造のＡｌＧａＩｎ
Ｐ系発光装置のそれと比較して示したものである。な
お、比較例１及び比較例２のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置
は、図３に示す従来構造のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置で
あり、ｐ型電流拡散層２５として、それぞれｐ型Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流拡散層（約１０μｍ）及びｐ型Ｇ
ａＰ層（厚さ約１０μｍ）を形成したこと以外は実施例
と同じである。
【００２６】［表１］から明らかなように、本実施例の
ＡｌＧａＩｎＰ系発光装置は、従来のＡｌＧａＩｎＰ系
発光装置（比較例１及び比較例２）と比較して、高発光
輝度、且つ発光輝度の劣化のほとんどないＡｌＧａＩｎ
Ｐ系発光装置であり、本発明の有効性が立証された。す
なわち、電流拡散層をＡｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ層のみで形
成した場合（比較例１）、発光層部を形成する（ＡｌB
Ｇａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐとの格子整合が良好であるた
め、初期の発光輝度は１００と高いものの、電流拡散層
が酸化され易いため長期使用による劣化が起こりライフ
６６％と劣る。一方、電流拡散層をＧａＰのみで形成し
た場合（比較例２）には、発光層部を形成する（ＡｌB
Ｇａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐとの格子不整合率が高いため
に、該発光層部とＧａＰ電流拡散層との界面に存在する
転位及び内部応力がＡｌＧａＩｎＰ活性層にまで影響を
及ぼし、初期の発光輝度は８３と低く、かつライフも８
８％と劣ることがわかる。これに対し、実施例では初期
の発光輝度は１００と高く、ライフも９８％と良好であ
り、電流拡散層を上記の２層で構成したことの効果が顕
著であることがわかる。
ＡｌＧａＩｎＰ系発光装置は、従来のＡｌＧａＩｎＰ系
発光装置（比較例１及び比較例２）と比較して、高発光
輝度、且つ発光輝度の劣化のほとんどないＡｌＧａＩｎ
Ｐ系発光装置であり、本発明の有効性が立証された。す
なわち、電流拡散層をＡｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ層のみで形
成した場合（比較例１）、発光層部を形成する（ＡｌB
Ｇａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐとの格子整合が良好であるた
め、初期の発光輝度は１００と高いものの、電流拡散層
が酸化され易いため長期使用による劣化が起こりライフ
６６％と劣る。一方、電流拡散層をＧａＰのみで形成し
た場合（比較例２）には、発光層部を形成する（ＡｌB
Ｇａ1-B ）0.51Ｉｎ0.49Ｐとの格子不整合率が高いため
に、該発光層部とＧａＰ電流拡散層との界面に存在する
転位及び内部応力がＡｌＧａＩｎＰ活性層にまで影響を
及ぼし、初期の発光輝度は８３と低く、かつライフも８
８％と劣ることがわかる。これに対し、実施例では初期
の発光輝度は１００と高く、ライフも９８％と良好であ
り、電流拡散層を上記の２層で構成したことの効果が顕
著であることがわかる。
【００２７】
【表１】
【００２８】［表１］において、評価データは、（１０
エピタキシャルウエーハ）×（１０発光装置／エピタキ
シャルウエーハ）＝１００発光装置の平均値である。ま
た、 輝度測定電流：２０ｍＡ ライフ（別称：残光率） 残光率＝（Ｉ／Ｉ0 ）×１００（％） Ｉ0 ：初期輝度 Ｉ ：８５℃、湿度８５％の環境下で、ＤＣ５０ｍＡで
１０００時間通電発光させた後の輝度 である。
エピタキシャルウエーハ）×（１０発光装置／エピタキ
シャルウエーハ）＝１００発光装置の平均値である。ま
た、 輝度測定電流：２０ｍＡ ライフ（別称：残光率） 残光率＝（Ｉ／Ｉ0 ）×１００（％） Ｉ0 ：初期輝度 Ｉ ：８５℃、湿度８５％の環境下で、ＤＣ５０ｍＡで
１０００時間通電発光させた後の輝度 である。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発光層部を構成する（ＡｌB Ｇａ1-B）0.51Ｉｎ0.49Ｐ
との格子整合が良好なＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ層及び該Ａｌ
w Ｇａ1-w Ａｓ層上に形成された酸化されにくいＧａＡ
ｓ1-v Ｐv 層の２層からなる電流拡散層を備えたことに
より、長時間通電発光使用しても発光特性等に劣化を生
じない長寿命且つ信頼性の高いＡｌＧａＩｎＰ系発光装
置が得られる。
発光層部を構成する（ＡｌB Ｇａ1-B）0.51Ｉｎ0.49Ｐ
との格子整合が良好なＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ層及び該Ａｌ
w Ｇａ1-w Ａｓ層上に形成された酸化されにくいＧａＡ
ｓ1-v Ｐv 層の２層からなる電流拡散層を備えたことに
より、長時間通電発光使用しても発光特性等に劣化を生
じない長寿命且つ信頼性の高いＡｌＧａＩｎＰ系発光装
置が得られる。
【図１】本発明のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置の一実施例
を示す概略断面説明図である。
を示す概略断面説明図である。
【図２】ＭＯＶＰＥ法で各層を成長する際に用いる製造
装置の一例を示す概略説明図である。
装置の一例を示す概略説明図である。
【図３】従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置（比較例１、
比較例２及び一般例）の一実施例を示す概略断面説明図
である。
比較例２及び一般例）の一実施例を示す概略断面説明図
である。
１０ 本発明の実施例に係るＡｌＧａＩｎＰ系発光装
置 １１ ＧａＡｓ基板 １２ クラッド層 １３ 活性層 １４ クラッド層 １５ 本発明の実施例に係るＡｌＧａＩｎＰ系発光装
置の電流拡散層 １５ａ ＡｌＧａＡｓ層 １５ｂ ＧａＡｓＰ層 １６ 上面電極 １７ 下面電極 １８ 発光層部（ダブルヘテロ接合構造） １９ 電流分布 ２０ 従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置 ２５ 従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置の電流拡散層
置 １１ ＧａＡｓ基板 １２ クラッド層 １３ 活性層 １４ クラッド層 １５ 本発明の実施例に係るＡｌＧａＩｎＰ系発光装
置の電流拡散層 １５ａ ＡｌＧａＡｓ層 １５ｂ ＧａＡｓＰ層 １６ 上面電極 １７ 下面電極 １８ 発光層部（ダブルヘテロ接合構造） １９ 電流分布 ２０ 従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置 ２５ 従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置の電流拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−342936（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−326360（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−172218（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (5)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰダブ
ルヘテロ接合構造からなる発光層部及び該発光層部上に
形成された電流拡散層を有するＡｌＧａＩｎＰ系発光装
置において、 前記電流拡散層が、前記発光層部の（Ａｌy Ｇａ1-y ）
0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層から放射される光子のエネルギー
より大きい直接型バンドギャップ（［数１］） 【数１】 を有するＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ層及び該Ａｌw Ｇａ1-w Ａ
ｓ層上に形成したＧａＡｓ1-v Ｐv 層の２層からなるこ
とを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系発光装置。 - 【請求項２】 前記（Ａｌy Ｇａ1-y ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ
活性層のＡｌ組成ｙが、 ０≦ｙ≦０．７ であることを特徴とする請求項１に記載のＡｌＧａＩｎ
Ｐ系発光装置。 - 【請求項３】 前記Ａｌw Ｇａ1-w ＡｓのＡｌＡｓ混晶
比ｗが、 ０．４５≦ｗ＜１ であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置。 - 【請求項４】 前記ＧａＡｓ1-v Ｐv のＧａＰ混晶比ｖ
が、 ０．４≦ｖ＜０．８ であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
れか１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置。 - 【請求項５】 前記電流拡散層の総厚が５μｍ以上であ
ることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか
１項に記載のＡｌＧａＩｎＰ系発光装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33792194A JP2937054B2 (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | ＡｌＧａＩｎＰ系発光装置 |
| EP95309391A EP0720242A3 (en) | 1994-12-27 | 1995-12-22 | AlGaInP semiconductor light emitting device |
| US08/577,961 US5739553A (en) | 1994-12-27 | 1995-12-26 | Algainp light-emitting device |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33792194A JP2937054B2 (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | ＡｌＧａＩｎＰ系発光装置 |
| US08/577,961 US5739553A (en) | 1994-12-27 | 1995-12-26 | Algainp light-emitting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08186290A JPH08186290A (ja) | 1996-07-16 |
| JP2937054B2 true JP2937054B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=26575952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33792194A Expired - Fee Related JP2937054B2 (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | ＡｌＧａＩｎＰ系発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2937054B2 (ja) |
-
1994
- 1994-12-27 JP JP33792194A patent/JP2937054B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08186290A (ja) | 1996-07-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |