JP3020542B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents

Semiconductor light emitting device

Info

Publication number
JP3020542B2
JP3020542B2 JP8462690A JP8462690A JP3020542B2 JP 3020542 B2 JP3020542 B2 JP 3020542B2 JP 8462690 A JP8462690 A JP 8462690A JP 8462690 A JP8462690 A JP 8462690A JP 3020542 B2 JP3020542 B2 JP 3020542B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
cladding layer
light emitting
ingaalp
composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP8462690A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH03283674A (en
Inventor
秀人 菅原
幸江 西川
正行 石川
和彦 板谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP8462690A priority Critical patent/JP3020542B2/en
Publication of JPH03283674A publication Critical patent/JPH03283674A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3020542B2 publication Critical patent/JP3020542B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明、半導体発光装置に係わり、特にInGaAlP系半
導体材料を用いた半導体発光装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device using an InGaAlP-based semiconductor material.

(従来の技術) InGaAlP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し、0.
5〜0.6μm帯の発光素子材料として注目されている。特
にGaAsを基板とし、これに格子整合するInGaAlPによる
発光部を持つpn接合型発光ダイオード(LED)は、従来
のGaPやGaAsP等の間接遷移型の材料を用いたものに比
べ、赤色から緑色の高輝度の発光が可能である。高輝度
のLEDを形成するには、発光効率を高めることはもとよ
り、素子内部での光吸収や、発光部と電極の相対的位置
関係等により、外部への有効な光取出しを実現すること
が重要である。
(Prior Art) InGaAlP-based materials have the largest direct transition band gap in III-V compound semiconductor mixed crystals excluding nitrides, and have a band gap of 0.1.
It is attracting attention as a light emitting element material in the 5-0.6 μm band. In particular, pn-junction light-emitting diodes (LEDs) that use GaAs as a substrate and have a light-emitting portion made of InGaAlP lattice-matched to the GaAs substrate have a red-to-green color, compared to conventional indirect transition materials such as GaP and GaAsP. High-luminance light emission is possible. In order to form a high-brightness LED, it is necessary not only to increase the luminous efficiency, but also to realize effective light extraction to the outside due to light absorption inside the device and the relative positional relationship between the light-emitting part and the electrodes. is important.

第6図にInGaAlP発光部を有する従来のLEDの断面図を
示す。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of a conventional LED having an InGaAlP light emitting portion.

第6図に示すように、n−GaAs基板61の一主面にn−
InGaAlPクラッド層62,n−InGaAlP活性層63、p−InGaAl
Pクラッド層64,p−InGaP中間バンドギャップ層65,p−Ga
Asコンタクト層66が順次積層形成され、このp−GaAsコ
ンタクト層66にはp側電極67、またn−GaAs基板61の他
方の主面にはn側電極68が形成されて、発光素子が構成
されている。そして、この素子中における発光部を69で
示し、電流分布を矢印で示している。
As shown in FIG. 6, n-GaAs substrate 61 has n-
InGaAlP cladding layer 62, n-InGaAlP active layer 63, p-InGaAl
P cladding layer 64, p-InGaP intermediate band gap layer 65, p-Ga
As contact layers 66 are sequentially laminated, and a p-side electrode 67 is formed on the p-GaAs contact layer 66, and an n-side electrode 68 is formed on the other main surface of the n-GaAs substrate 61 to form a light emitting element. Have been. The light emitting portion in this element is indicated by 69, and the current distribution is indicated by an arrow.

各層のAl組成は高い発光効率が得られるように設定さ
れ、発光部となる活性層63のバンドギャップは2つのク
ラッド層62,64より小さいダブルヘテロ接合が形成され
ている。なお、以下ではこのようなダブルヘテロ接合構
造を持つLEDについて記すが、以下で問題とする光の取
出し効率を考える上では、活性層部の層構造は本質では
なく、シングルヘテロ接合構造やホモ接合構造でも同様
に考えることができる。
The Al composition of each layer is set so as to obtain high luminous efficiency, and the band gap of the active layer 63 serving as a light emitting portion is formed as a double hetero junction smaller than the two cladding layers 62 and 64. In the following, an LED having such a double heterojunction structure will be described. However, considering the light extraction efficiency to be discussed below, the layer structure of the active layer is not essential, and a single heterojunction structure or a homojunction structure is not considered. The same can be considered for the structure.

第6図に示すような構造において波長600nm付近の橙
色の発光を得ようとしたとき、活性層63のIn0.5(Ga1-X
AlX0.5P層のAl組成はx=0.3となるが、このとき活
性層63に十分にキャリアを閉じ込め高い発光効率を得る
ためには、クラッド層62,64のAl組成xを0.7以上にし、
活性層63とのバンドギャップ差を大きくとることが必要
となる。一方、p型InGaAlP層における抵抗率は、Al組
成に大きく依存することが分かっている。第5図に、ド
ーピング原料としてZnを用いたときの、p型InGaAlP層
におけるキャリア濃度と抵抗率のAl組成依存性を示す。
InGaAlP成長時におけるZnドーピング原料の供給量は一
定である。Al組成の増加に伴いキャリア濃度は低下す
る。特に、x=0.4以上ではキャリア濃度は急激に低下
し、それに伴い抵抗率は増大する。
In the structure shown in FIG. 6, when an attempt is made to obtain orange luminescence having a wavelength of about 600 nm, the In 0.5 (Ga 1 -X
Al x ) 0.5 The Al composition of the P layer is x = 0.3. In this case, in order to sufficiently confine carriers in the active layer 63 and obtain high luminous efficiency, the Al composition x of the cladding layers 62 and 64 is set to 0.7 or more. ,
It is necessary to increase the band gap difference from the active layer 63. On the other hand, it has been found that the resistivity in the p-type InGaAlP layer largely depends on the Al composition. FIG. 5 shows the dependence of the carrier concentration and the resistivity of the p-type InGaAlP layer on the Al composition when Zn is used as the doping material.
The supply amount of the Zn doping material during the growth of InGaAlP is constant. As the Al composition increases, the carrier concentration decreases. In particular, when x = 0.4 or more, the carrier concentration sharply decreases, and the resistivity increases accordingly.

つまり、第6図に示したような構造では、p−InGaAl
Pクラッド層64の抵抗率がn−InGaAlPクラッド層62に比
べて大きいため、クラッド層64中での電流広がりは殆ど
無く、発光部は中間バンドギャップ層65,コンタクト層6
6及び電極67の直下のみとなり、上面方向への光の取り
出し効率は非常に低かった。
That is, in the structure as shown in FIG. 6, p-InGaAl
Since the resistivity of the P cladding layer 64 is larger than that of the n-InGaAlP cladding layer 62, there is almost no current spreading in the cladding layer 64, and the light emitting portion is composed of the intermediate band gap layer 65 and the contact layer 6.
6 and only below the electrode 67, the light extraction efficiency in the upper surface direction was extremely low.

第7図はInGaAlP発光部を持つ他のLEDを示す構造断面
図であり、図中71〜78はpn接合の関係が逆となっている
だけで第6図の61〜68に対応している。中間バンドギャ
ップ層75は、コンタクト層76側でなく基板71側に配置さ
れている。この図に示したような構造では、抵抗率の高
いp−InGaAlPクラッド層72を基板71側に設置すること
により、n−InGaAlPクラッド層74での電流広がり(図
中矢印)は第6図に示した例に比べ若干大きくなってい
る。しかしながら、発光部79の大部分はやはりコンタク
ト層76及び電極77の直下となり、光の取り出し効率の大
きさ改善は認められなかった。
FIG. 7 is a structural cross-sectional view showing another LED having an InGaAlP light emitting portion. In FIG. 7, 71 to 78 correspond to 61 to 68 in FIG. 6 except that the relationship of the pn junction is reversed. . The intermediate band gap layer 75 is arranged not on the contact layer 76 side but on the substrate 71 side. In the structure as shown in this drawing, the current spreading (arrow in the drawing) in the n-InGaAlP cladding layer 74 is shown in FIG. 6 by disposing the p-InGaAlP cladding layer 72 having high resistivity on the substrate 71 side. It is slightly larger than the example shown. However, most of the light emitting portion 79 was directly below the contact layer 76 and the electrode 77, and no improvement in the light extraction efficiency was observed.

(発明が解決しようとする課題) このように従来、InGaAlPからなる発光部を持つ半導
体発光素子においては、発光部における電流分布の状態
から大きな光の取り出し効率は得られず、高輝度化を実
現するのは困難であった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, conventionally, in a semiconductor light emitting device having a light emitting portion made of InGaAlP, a large light extraction efficiency cannot be obtained from a current distribution state in the light emitting portion, and high luminance is realized. It was difficult to do.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、InGaAlPからなる発光部における
電流分布を改善することができ、光の取り出し効率及び
輝度の向上をはかり得る半導体発光素子を提供すること
にある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve a current distribution in a light emitting portion made of InGaAlP, and to improve a light extraction efficiency and a luminance. It is to provide an element.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、InGaAlPからなる発光部と電極との
間に設けるクラッド層を2層にし、活性層側よりも電極
側のクラッド層の抵抗率をより小さくすることにある。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is that the cladding layer provided between the light emitting portion made of InGaAlP and the electrode is two layers, and the cladding layer on the electrode side with respect to the active layer side is formed. The object is to make the resistivity smaller.

即ち本発明は、第1導電型半導体基板上に、InGaAlP
からなる発光層が積層され、この発光層に対し基板と反
対側の面上の一部に設けられた電極以外の面から光を取
り出す半導体発光装置において、前記発光層上に、該発
光層よりもバンドギャップが大きいInGaAlPからなる第
1の第2導電型クラッド層を設け、この第1の第2導電
型クラッド層上に前記発光層よりもバンドギャップが大
きく且つ該クラッド層よりも抵抗率の小さいInGaAlPか
らなる第2の第2導電型クラッド層を設けるようにした
ものである。
That is, the present invention provides an InGaAlP on a first conductivity type semiconductor substrate.
In a semiconductor light emitting device in which a light emitting layer made of is laminated and light is extracted from a surface other than an electrode provided on a part of the surface opposite to the substrate with respect to the light emitting layer, the light emitting layer is A first second conductivity type cladding layer made of InGaAlP having a large band gap, and having a band gap larger than that of the light emitting layer and a resistivity higher than that of the cladding layer on the first second conductivity type cladding layer. A second clad layer of the second conductivity type made of small InGaAlP is provided.

また本発明は、第1の第2導電型クラッド層(第1ク
ラッド層)と第2の第2導電型クラッド層(第2クラッ
ド層)の抵抗率を変える手段として、第1クラッド層に
不純物としてZnをドープ、第2クラッド層に不純物とし
てMgをドープする、或いは第2クラッド層のAl組成を、
第1クラッド層のAl組成よりも小さくするようにしたも
のである。
The present invention also provides a method for changing the resistivity of the first second conductivity type cladding layer (first cladding layer) and the second second conductivity type cladding layer (second cladding layer) by adding impurities to the first cladding layer. Doping Zn as a material, doping the second cladding layer with Mg as an impurity, or changing the Al composition of the second cladding layer to
The first cladding layer is made smaller than the Al composition.

(作用) 本発明によれば、不純物の選択又はAl組成の異なりに
より、第1クラッド層よりも第2クラッド層の方が抵抗
率が小さくなっている。つまり、発光部側の第1クラッ
ド層よりも光取り出し電極側の第2クラッド層の方が抵
抗率が小さくなっている。このため、電極から注入され
た電流は第2クラッド層に注入されて広範囲に広がるこ
とになる。従って、電極直下以外の領域に発光領域を広
げることができ、光の導出効率及び輝度を向上させるこ
とが可能となる。
(Operation) According to the present invention, the resistivity of the second cladding layer is lower than that of the first cladding layer due to the selection of impurities or the difference in Al composition. That is, the second cladding layer on the light extraction electrode side has a lower resistivity than the first cladding layer on the light emitting section side. Therefore, the current injected from the electrode is injected into the second cladding layer and spreads over a wide range. Therefore, the light-emitting region can be expanded to a region other than immediately below the electrode, and light extraction efficiency and luminance can be improved.

(実施例) 以下、本発明の実施例につき図面を参照して説明す
る。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1の実施例に係わる半導体発光装
置の概略構造を示す断面図である。第1図に示すよう
に、n−GaAs基板(第1導電型半導体基板)11の一主面
にn−In0.5(Ga1-XAlX0.5Pクラッド層12,In0.5(Ga
1-YAlY0.5P活性層13,p−In0.5(Ga1-ZAlZ0.5Pク
ラッド層14(Znドープ),p−In0.5(Ga1-ZAlZ0.5Pク
ラッド層15(Mgドープ),p−Ga1-PAlPAs中間バンドギャ
ップ層16,p−GaAsコンタクト層17が順次積層され、この
コンタクト層17上にAu−Znでなるp型電極18、n−GaAs
基板11の他方の主面にAu−Geでなるn型電極19がそれぞ
れ形成されている。また、Mgドープクラッド層15(第1
の第2導電型クラッド層)はZnドープクラッド層14(第
2の第2導電型クラッド層)よりも厚く形成されてい
る。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an n-In 0.5 (Ga 1 -X Al X ) 0.5 P cladding layer 12, In 0.5 (Ga
1-Y Al Y ) 0.5 P active layer 13, p-In 0.5 (Ga 1 -Z Al Z ) 0.5 P cladding layer 14 (Zn-doped), p-In 0.5 (Ga 1 -Z Al Z ) 0.5 P cladding layer 15 (Mg-doped), a p-Ga 1 -P Al P As intermediate band gap layer 16 and a p-GaAs contact layer 17 are sequentially laminated, and a p-type electrode 18 made of Au-Zn GaAs
An n-type electrode 19 made of Au-Ge is formed on the other main surface of the substrate 11. The Mg-doped cladding layer 15 (first
Is formed thicker than the Zn-doped cladding layer 14 (second cladding layer of the second conductivity type).

第2図は、第1図に示した発光素子内での電流分布及
び発光領域を示す模式図である。同図に素子内での電流
分布22を破線矢印で、また発光領域21を節打点でそれぞ
れ示している。InGaAlP各層のAl組成x,y,zは高い発光効
率が得られるように、y≦x,y≦zで満たす。例えば、
x=z=0.7,y=0.3とする。即ち、発光部となる活性層
13のバンドギャップは、p,nの隣接する2つのクラッド
層12,14よりも小さいダブルヘテロ接合が形成されてい
る。なお、中間バンドギャップ層16におけるAl組成pは
クラッド層12,14のAl組成x,zよりも小さいものであれば
よく、p=0としてもよい。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a current distribution and a light emitting region in the light emitting device shown in FIG. In the figure, the current distribution 22 in the device is indicated by a broken arrow, and the light emitting region 21 is indicated by a node. The Al composition x, y, z of each layer of InGaAlP satisfies y ≦ x, y ≦ z so as to obtain high luminous efficiency. For example,
Let x = z = 0.7 and y = 0.3. That is, the active layer that becomes the light emitting section
A double hetero junction is formed in which the band gap of 13 is smaller than the two cladding layers 12 and 14 adjacent to each other with p and n. The Al composition p in the intermediate band gap layer 16 may be smaller than the Al composition x, z of the cladding layers 12, 14, and p = 0 may be set.

第1図及び第2図に示した構造において、各層の厚
さ,キャリア濃度は以下に括弧内で示すように設定され
ている。n−GaAs基板11(80μm、3×1018cm-3)、n
−InGaAlPクラッド層12(1μm、5×1017cm-3)、InG
aAlP活性層13(0.5μm、アンドープ)、Znドープp−I
nGaAlPクラッド14(0.2μm、4×1017cm-3)、Mgドー
プp−InGaAlPクラッド層15(1μm、1×1018c
m-3)、p−InGaP中間バンドギャップ層16(0.05μm、
1×1018cm-3)、p−GaAsコンタクト層17(0.1μm、
3×1018cm-3)である。
In the structure shown in FIGS. 1 and 2, the thickness of each layer and the carrier concentration are set as shown in parentheses below. n-GaAs substrate 11 (80 μm, 3 × 10 18 cm −3 ), n
-InGaAlP cladding layer 12 (1 μm, 5 × 10 17 cm −3 ), InG
aAlP active layer 13 (0.5 μm, undoped), Zn-doped p-I
nGaAlP cladding 14 (0.2 μm, 4 × 10 17 cm −3 ), Mg-doped p-InGaAlP cladding layer 15 (1 μm, 1 × 10 18 c
m -3 ), p-InGaP intermediate band gap layer 16 (0.05 μm,
1 × 10 18 cm −3 ), p-GaAs contact layer 17 (0.1 μm,
3 × 10 18 cm −3 ).

本実施例構造が従来の構造と異なる点は、p−InGaAl
PのZnドープクラッド層14上にそれよりも膜厚が厚く抵
抗率が低くすることができるp−InGaAlPのMgドープク
ラッド層15を形成したことであり、この構造の優位性に
ついて、以下に説明する。
The difference between the structure of the present embodiment and the conventional structure is that p-InGaAl
The p-InGaAlP Mg-doped cladding layer 15 having a larger thickness and a lower resistivity can be formed on the Zn-doped cladding layer 14 of P. The superiority of this structure will be described below. I do.

前記第6図に示すような従来構造においては、p−In
GaAlPクラッド層64での電流広がりは、クラッド層64の
抵抗率が高いため小さい。膜厚を厚くすることにより電
流の広がり大きくすることが考えられるが、このInGaAl
P材料形においては、熱伝導率が悪く厚膜にすることに
よって結晶品質が低下し、また上層への悪影響も現れる
ため好ましくない。また、InGaAlP系半導体材料は、結
晶品質の上から成長速度が制限され、厚膜の成長を行う
場合には成長時間の延長を行わなければないない。この
ことは、クラッド層の不純物として拡散性の高いものを
使用した場合に活性層への不純物拡散が起こり、素子特
性の低下を引き起こす。このため、InGaAlP層を厚膜に
成長することは難しい。
In the conventional structure as shown in FIG. 6, p-In
The current spread in the GaAlP cladding layer 64 is small because the resistivity of the cladding layer 64 is high. It is conceivable to increase the spread of current by increasing the film thickness.
In the case of the P material type, it is not preferable because the thermal conductivity is poor and the crystal quality is deteriorated by forming a thick film, and an adverse effect on the upper layer appears. In addition, the growth rate of the InGaAlP-based semiconductor material is limited from the viewpoint of crystal quality, and when growing a thick film, the growth time must be extended. This means that when an impurity having a high diffusivity is used as the impurity of the cladding layer, the impurity is diffused into the active layer, thereby deteriorating the device characteristics. For this reason, it is difficult to grow the InGaAlP layer into a thick film.

また、このInGaAlP系材料においてはZnをドープした
場合、その活性率が低いため高キャリア濃度を得ること
は難しく、これに加えてZnは拡散性の高い不純物であ
り、高濃度ドーピングによって活性層への拡散が起こ
り、素子特性の低下も引き起こす原因ともなる。クラッ
ド層は活性層とのバンドギャップ差を大きくして活性層
への電流閉じ込めを行うことが望ましいが、そのために
はAl組成を大きくしなければならない。しかし、ZnはAl
組成が大きくなるほど前記したような不利益が顕著とな
る。
In addition, when Zn is doped in this InGaAlP-based material, it is difficult to obtain a high carrier concentration due to its low activity rate.In addition, Zn is an impurity having a high diffusibility and is doped into the active layer by high concentration doping. Diffusion occurs, which also causes deterioration of device characteristics. It is desirable to increase the band gap difference between the cladding layer and the active layer to confine the current in the active layer. For this purpose, the Al composition must be increased. But Zn is Al
The disadvantages described above become more pronounced as the composition increases.

これに対しMgは、高いAl組成においても高濃度にドー
ピングすることができ、低抵抗のp−InGaAlP層を形成
できる。このため、抵抗率の高いp−InGaAlPのZnドー
プ14上に低抵抗のp−InGaAlPのMgドープ層15を積層し
てp−クラッド層を形成すると、電極から注入された電
流をp−InGaAlPのMgドープ層15で広げることができ、
電極直下以外の領域で発光が可能となる。
On the other hand, Mg can be doped at a high concentration even with a high Al composition, and a low-resistance p-InGaAlP layer can be formed. For this reason, when a Mg-doped layer 15 of low resistance p-InGaAlP is laminated on a Zn-doped layer 14 of p-InGaAlP having high resistivity to form a p-cladding layer, the current injected from the electrode is reduced by p-InGaAlP. Can be spread with Mg-doped layer 15,
Light emission is possible in a region other than immediately below the electrode.

本実施例に用いた p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5PのZnドープクラッド層
14と p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5PのMgドープクラッド層
15で上記キャリア濃度における抵抗率はそれぞれクラッ
ド層14が1Ωcm、クラッド層15が0.3Ωcmとなってい
る。このように抵抗率に差があるため、電極18から注入
された電流はクラッド層14に達する以前にクラッド層15
で広域に広げられる。
P-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P Zn-doped cladding layer used in this embodiment
14 and Mg-doped cladding layer of p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P
At 15 the resistivity at the carrier concentration is 1 Ωcm for the cladding layer 14 and 0.3 Ωcm for the cladding layer 15. Due to such a difference in resistivity, the current injected from the electrode 18 reaches the cladding layer 15 before reaching the cladding layer 14.
It can be spread over a wide area.

上述した積層構造で、In0.5(Ga1-YAlY0.5P活性層
13のAl組成yに0.3を用いて素子を構成し、順方向に電
圧を印加し電流を流したところ、第2図に示した電流分
布となり、p側電極17を除いた素子表面広域から610nm
にピーク波長を有する発光が得られた。なお、InGaAlP
で構成された発光部上にMgドープのpクラッド層内でキ
ャリア濃度の成長方向への分布を持たせることによっ
て、同様の効果を得ることができる。しかし、InGaAlP
系材料におけるMgのドーピングは第3図に示すように、
低キャリア濃度の制御が難しいことが本発明者らの実験
によって明らかとなっている。従って、発光部上にMgド
ープのpクラッド層内でキャリア濃度の成長方向への分
布を持たせることは困難である。
In 0.5 (Ga 1-Y Al Y ) 0.5 P active layer with the above-mentioned laminated structure
A device was formed by using 0.3 as the Al composition y of 13 and a current was applied by applying a voltage in the forward direction. As a result, the current distribution became as shown in FIG. 2, and 610 nm from the device surface wide area excluding the p-side electrode 17.
A light emission having a peak wavelength was obtained. Note that InGaAlP
A similar effect can be obtained by providing the carrier concentration distribution in the growth direction in the Mg-doped p-cladding layer on the light emitting portion composed of But InGaAlP
The doping of Mg in the base material is as shown in FIG.
It is clear from experiments by the present inventors that it is difficult to control the low carrier concentration. Therefore, it is difficult to provide the carrier concentration distribution in the growth direction in the Mg-doped p-cladding layer on the light emitting portion.

このように本実施例によれば、発光部となる活性層13
上にZnドープのクラッド層14とMgドープのクラッド層15
を積層形成しているので、電極18から注入された電流を
クラッド層15で広範囲に広げることができ、電極直下以
外の領域に発光領域を広げることができる。従って、電
極周辺からの光の取り出し効率の向上をはかることがで
き、これにより高輝度化をはかることが可能である。
As described above, according to the present embodiment, the active layer 13 serving as the light emitting portion
The Zn-doped cladding layer 14 and the Mg-doped cladding layer 15 on top
, The current injected from the electrode 18 can be spread over a wide range by the cladding layer 15, and the light emitting region can be expanded to a region other than immediately below the electrode. Therefore, it is possible to improve the efficiency of extracting light from the periphery of the electrode, and thereby to achieve higher luminance.

第4図は本発明の第2の実施例に係わる半導体発光装
置の概略構造を示す断面図である。n−GaAs基板41の一
主面にn−In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pクラッド層42,In
0.5(Ga0.7Al0.30.5P活性層43,p−In0.5(Ga0.3Al
0.70.5Pクラッド層(第1の第2導電型クラッド層)
44,p−In0.5(Ga0.6Al0.40.5P電流広がり層(第2の
第2導電型クラッド層)45,p−GaAsコンタクト層47が順
次積層され、このコンタクト層47上にAu−Znでなるp側
電極48、n−GaAs基板41の他方の主面にAu−Geでなるn
側電極49がそれぞれ形成されている。
FIG. 4 is a sectional view showing a schematic structure of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention. An n-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer 42, In
0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P active layer 43, p-In 0.5 (Ga 0.3 Al
0.7 ) 0.5 P cladding layer (first second conductivity type cladding layer)
44, p-In 0.5 (Ga 0.6 Al 0.4 ) 0.5 P current spreading layer (second second conductivity type cladding layer) 45 and p-GaAs contact layer 47 are sequentially laminated, and on this contact layer 47, Au-Zn The p-side electrode 48 made of Au-Ge is formed on the other main surface of the n-GaAs substrate 41.
Side electrodes 49 are formed respectively.

第4図に示した構造において、各層の厚さ,キャリア
濃度は以下に括弧内で示すように設定されている。n−
GaAs基板41(80μm、3×1018cm-3)、n−InGaAlPク
ラッド層42(1μm、5×1017cm-3)、InGaAlP活性層4
3(0.5μm、アンドープ)、p−InGaAlPクラッド層44
(1μm、4×1017cm-3)、p−InGaAlP電流広がり層4
5(3μm、1×1018cm-3)、p−GaAsコンタクト層47
(0.1μm、3×1018cm-3)である。
In the structure shown in FIG. 4, the thickness of each layer and the carrier concentration are set as shown in parentheses below. n-
GaAs substrate 41 (80 μm, 3 × 10 18 cm −3 ), n-InGaAlP cladding layer 42 (1 μm, 5 × 10 17 cm −3 ), InGaAlP active layer 4
3 (0.5 μm, undoped), p-InGaAlP cladding layer 44
(1 μm, 4 × 10 17 cm −3 ), p-InGaAlP current spreading layer 4
5 (3 μm, 1 × 10 18 cm −3 ), p-GaAs contact layer 47
(0.1 μm, 3 × 10 18 cm −3 ).

本実施例構造が従来の構造と異なる点は、p−InGaAl
Pクラッド層44上に、それよりもAl組成の低いp−InGaA
lP電流広がり層45を形成したことであり、この構造の優
位性について、以下に説明する。
The difference between the structure of the present embodiment and the conventional structure is that p-InGaAl
On the P cladding layer 44, p-InGaA having a lower Al composition is formed.
This is because the lP current spreading layer 45 is formed, and the superiority of this structure will be described below.

前記第6図に示すような従来構造においては、先にも
説明したようにp−InGaAlPクラッド層34での電流広が
りは、クラッド層34の抵抗率が1Ωcm以上と高いために
小さい。第5図に示すように、クラッド層に用いられる
ような、x=0.7以上のAl組成の高いInGaAlP層において
は、Znの活性化率が低く飽和キャリア濃度も低いので、
低抵抗の層を得ることは非常に困難である。
In the conventional structure as shown in FIG. 6, the current spread in the p-InGaAlP cladding layer 34 is small because the resistivity of the cladding layer 34 is as high as 1 Ωcm or more as described above. As shown in FIG. 5, in an InGaAlP layer having a high Al composition of x = 0.7 or more, such as used for the cladding layer, the activation rate of Zn is low and the saturation carrier concentration is low.
Obtaining a low resistance layer is very difficult.

これに対し本実施例のように、p−InGaAlPクラッド
層44よりもAl組成が低く、より高いキャリア濃度と低抵
抗率を得ることが可能なp−InGaAlP電流広がり層45を
クラッド層44上に形成することにより、電極48から注入
された電流を広げることができ、電極直下部以外の広域
で発光が可能となる。
On the other hand, as in the present embodiment, a p-InGaAlP current spreading layer 45 having a lower Al composition than the p-InGaAlP cladding layer 44 and capable of obtaining a higher carrier concentration and a lower resistivity is provided on the cladding layer 44. By forming, the current injected from the electrode 48 can be expanded, and light emission can be performed in a wide area other than immediately below the electrode.

本実施例で用いた p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pのクラッド層44と p−In0.5(Ga0.6Al0.40.5Pの電流広がり層45で上
記キャリア濃度における抵抗率はそれぞれ1Ωcmと0.1
Ωcmとなっている。このように抵抗率の差が大きいため
に電極から注入された電流は、クラッド層44に達する前
に電流広がり層45で広域に広げられる。従って、先の実
施例と同様な電流分布となり、p型電極48を除いた素子
表面広域から発光を得ることが可能である。また、本実
施例の積層構造で作成した素子からは、先の実施例と同
様に610nmにピーク波長を持つ発光が得られた。
The p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer 44 and the p-In 0.5 (Ga 0.6 Al 0.4 ) 0.5 P current spreading layer 45 used in this embodiment have a resistivity of 1 Ωcm at the above carrier concentration. And 0.1
Ωcm. As described above, the current injected from the electrode due to the large difference in resistivity is spread over a wide area by the current spreading layer 45 before reaching the cladding layer 44. Accordingly, the current distribution becomes similar to that of the previous embodiment, and light emission can be obtained from a wide area of the element surface excluding the p-type electrode 48. In addition, from the device formed with the laminated structure of this embodiment, light emission having a peak wavelength at 610 nm was obtained as in the previous embodiment.

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるもので
はない。第1の実施例では、活性層の組成としては In0.5(Ga0.7Al0.30.5P を用いたが、Al組成を変化させることによって赤色から
緑色に渡る可視光領域に発光を得ることができる。さら
に、クラッド層のAl組成は、キャリアの閉じ込めに十分
な活性層とのバンドギャップ差があればよく、0.7に限
らず適宜変更可能である。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments. In the first embodiment, In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P was used as the composition of the active layer. However, by changing the Al composition, light emission can be obtained in the visible light range from red to green. . Furthermore, the Al composition of the cladding layer only needs to have a band gap difference with the active layer sufficient to confine carriers, and is not limited to 0.7 but can be changed as appropriate.

また、第2の実施例ではp−InGaAlP電流広がり層の
組成は In0.5(Ga0.6Al0.40.5P としたが、pクラッド層よりAl組成が低く低抵抗化が可
能で、且つ発光層のバンドギャップエネルギーより大き
いバンドギャップを有する組成であれば、この組成に限
るものではない。また、p−InGaAlP電流広がり層を1
層有する構造を示したが、クラッド層よりAl組成が小さ
く、且つ発光層のバンドギャップより大きいInGaAlP層
であれば、組成の異なる2層以上を積層した構造におい
ても同様の効果が得られる。さらに、クラッド層から徐
々にAl組成を低減させていった組成傾斜層を形成しても
よい。
In the second embodiment, the composition of the p-InGaAlP current spreading layer is set to In 0.5 (Ga 0.6 Al 0.4 ) 0.5 P. However, the Al composition is lower than that of the p-cladding layer, the resistance can be reduced, and the light emitting layer can be formed. The composition is not limited to this composition as long as the composition has a band gap larger than the band gap energy. Also, the p-InGaAlP current spreading layer is
Although the structure having the layers is shown, if the InGaAlP layer has a smaller Al composition than the cladding layer and is larger than the band gap of the light emitting layer, the same effect can be obtained even in a structure in which two or more layers having different compositions are stacked. Further, a composition gradient layer in which the Al composition is gradually reduced from the cladding layer may be formed.

また、いずれの実施例においても、p,nを逆にしても
よいのは勿論のことである。さらに、活性層を含む発光
部の層構造はダブルヘテロ構造に限るものではなく、シ
ングルヘテロ接合構造やホモ接合構造であってもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。
In any of the embodiments, p and n may be reversed. Further, the layer structure of the light emitting section including the active layer is not limited to the double hetero structure, but may be a single hetero junction structure or a homo junction structure.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、InGaAlPからな
る発光部と電極との間に設けるクラッド層を2層にし、
活性層側よりも電極側のクラッド層の抵抗率をより小さ
くしているので、電極側のクラッド層で注入された電流
を広げることができる。従って、発光部における発光領
域を電極直下よりも大きく広げることができ、これによ
り光の取り出し効率及び輝度の向上を実現することが可
能となる。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, the cladding layer provided between the light emitting portion made of InGaAlP and the electrode is made into two layers,
Since the resistivity of the cladding layer on the electrode side is made smaller than that of the active layer side, the current injected in the cladding layer on the electrode side can be expanded. Therefore, the light-emitting area in the light-emitting portion can be made larger than immediately below the electrodes, thereby improving the light extraction efficiency and the luminance.

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

第1図は本発明の第1の実施例に係わる半導体発光素子
の概略構造を示す断面図、第2図は上記素子における電
流広がりの様子を示す模式図、第3図はIII族原料モル
比とキャリア濃度との関係を示す特性図、第4図は本発
明の第2の実施例の概略構造を示す断面図、第5図はAl
組成とキャリア濃度及び抵抗率との関係を示す特性図、
第6図及び第7図はそれぞれ従来の素子構造を示す断面
図である。 11,41……n−GaAs基板(第1導電型半導体基板)、 12,42……n−InGaAlPクラッド層、 13,43……InGaAlP活性層、 14,44……p−InGaAlPクラッド層(第1の第2導電型ク
ラッド層)、 15,45……p−InGaAlPクラッド層(第2の第2導電型ク
ラッド層)、 16……p−InGaP中間バンドギャップ層、 17,47……p−GaAsコンタクト層、 18,19,48,49……電極、 21……発光領域、 22……電流分布。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing current spreading in the device, and FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the carrier concentration and the carrier concentration, FIG. 4 is a sectional view showing a schematic structure of a second embodiment of the present invention,
Characteristic diagram showing the relationship between the composition and carrier concentration and resistivity,
6 and 7 are cross-sectional views each showing a conventional element structure. 11,41 n-GaAs substrate (first conductivity type semiconductor substrate), 12,42 n-InGaAlP cladding layer, 13,43 InGaAlP active layer, 14,44 p-InGaAlP cladding layer 1, second conductive type cladding layer), 15,45... P-InGaAlP cladding layer (second second conductive type cladding layer), 16... P-InGaP intermediate band gap layer, 17,47. GaAs contact layer, 18,19,48,49 ... electrode, 21 ... light emitting area, 22 ... current distribution.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 板谷 和彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−232686(JP,A) 特開 昭50−19382(JP,A) 特開 昭63−164384(JP,A) 特開 昭62−172782(JP,A) 特開 平2−151085(JP,A) 特開 昭58−165385(JP,A) 特開 昭62−264680(JP,A) 特開 平3−171679(JP,A) 特開 平3−129892(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuhiko Itaya 1 Tokoba, Komukai Toshiba-cho, Saisaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture (56) References JP-A-61-232686 (JP, A) JP-A-50-19382 (JP, A) JP-A-63-164384 (JP, A) JP-A-62-172782 (JP, A) JP-A-2-151085 (JP, A) JP-A-58-165385 (JP, A) JP-A-62-264680 (JP, A) JP-A-3-171679 (JP, A) JP-A-3-129892 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) H01L 33/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1導電型半導体基板上に形成されたInGa
AlPからなる発光層と、この発光層上に形成された、該
発光層よりもバンドギャップが大きいInGaAlPからなる
第1の第2導電型クラッド層と、この第1の第2導電型
クラッド層上に形成された、前記発光層よりもバンドギ
ャップが大きく且つ該クラッド層よりも抵抗率の小さい
InGaAlPからなる第2の第2導電型クラッド層と、この
第2の第2導電型クラッド層上の一部に設けられた電極
とを具備してなり、 前記電極から注入される電流を第2の第2導電型クラッ
ド層で横方向に拡散し、前記電極形成部を除く第2の第
2導電型クラッド層の表面から光を取り出すことを特徴
とする半導体発光装置。
An InGa film formed on a first conductivity type semiconductor substrate.
A light emitting layer made of AlP, a first second conductive type clad layer made of InGaAlP formed on the light emitting layer and having a band gap larger than that of the light emitting layer, and a layer formed on the first second conductive type clad layer Formed with a larger band gap than the light emitting layer and a smaller resistivity than the cladding layer.
A second second-conductivity-type clad layer made of InGaAlP; and an electrode provided on a part of the second second-conductivity-type clad layer. A semiconductor light-emitting device, wherein the light is diffused in the lateral direction by the cladding layer of the second conductivity type, and light is extracted from the surface of the cladding layer of the second conductivity type excluding the electrode forming portion.
【請求項2】前記第1の第2導電型クラッド層は不純物
としてZnをドープされ、前記第2の第2導電型クラッド
層は不純物としてMgをドープされたものである、又は前
記第2の第2導電型クラッド層のAl組成を、前記第1の
第2導電型クラッド層のAl組成よりも小さくしたことを
特徴とする請求項1記載の半導体発光装置。
2. The first cladding layer of the second conductivity type is doped with Zn as an impurity, and the cladding layer of the second second conductivity type is doped with Mg as an impurity. 2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the Al composition of the second conductivity type cladding layer is smaller than the Al composition of the first second conductivity type cladding layer.
JP8462690A 1990-03-30 1990-03-30 Semiconductor light emitting device Expired - Fee Related JP3020542B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8462690A JP3020542B2 (en) 1990-03-30 1990-03-30 Semiconductor light emitting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8462690A JP3020542B2 (en) 1990-03-30 1990-03-30 Semiconductor light emitting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03283674A JPH03283674A (en) 1991-12-13
JP3020542B2 true JP3020542B2 (en) 2000-03-15

Family

ID=13835888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8462690A Expired - Fee Related JP3020542B2 (en) 1990-03-30 1990-03-30 Semiconductor light emitting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3020542B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69428835T2 (en) * 1993-06-08 2002-08-22 Rohm Co Ltd Semiconductor light emitting device and manufacturing method
US8017958B2 (en) * 2009-06-30 2011-09-13 Koninklijke Philips Electronics N.V. P-contact layer for a III-P semiconductor light emitting device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03283674A (en) 1991-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5153889A (en) Semiconductor light emitting device
US5048035A (en) Semiconductor light emitting device
JP2791448B2 (en) Light emitting diode
JP3290672B2 (en) Semiconductor light emitting diode
US7528417B2 (en) Light-emitting diode device and production method thereof
JP3122324B2 (en) Semiconductor light emitting device
JPH0897468A (en) Semiconductor light emitting device
JPH0738150A (en) Semiconductor light emitting device
JP3251603B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2002050790A (en) Compound semiconductor light-emitting diode array
JP3124694B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2002237617A (en) Semiconductor light-emitting diode
JP3020542B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP3625088B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP3237972B2 (en) Semiconductor light emitting device
JPH09307140A (en) Semiconductor light emitting device
JP2766311B2 (en) Semiconductor light emitting device
JPH06103759B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2931678B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2795885B2 (en) Semiconductor light emitting diode
JP3117203B2 (en) Light emitting diode and method of manufacturing the same
JPH07169992A (en) Semiconductor light emitter
JPH05267715A (en) Semiconductor light-emitting device
JP2937432B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP3057547B2 (en) Green light emitting diode

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees