JP3140037B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JP3140037B2 JP3140037B2 JP29650990A JP29650990A JP3140037B2 JP 3140037 B2 JP3140037 B2 JP 3140037B2 JP 29650990 A JP29650990 A JP 29650990A JP 29650990 A JP29650990 A JP 29650990A JP 3140037 B2 JP3140037 B2 JP 3140037B2
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- Japan
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- light emitting
- emitting device
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体発光素子に関し、特に発光効率を高め
た半導体発光素子に関する。
た半導体発光素子に関する。
（発明の背景） 近時、GaAs膜などの化合物半導体の研究が盛んに行わ
れている。化合物半導体の多く直接遷移型半導体である
ことから、シリコンなどの半導体に比べて機能的および
性能的にすぐれた発光素子を形成できるが、良質で大面
積の単結晶基板を得にくいという問題がある。そこで、
良質で大面積化が可能なシリコン基板上に、GaAs膜を堆
積させて機能的および性能的にすぐれ且つ大面積化が可
能な半導体デバイスを形成することが種々試みられてい
る。
れている。化合物半導体の多く直接遷移型半導体である
ことから、シリコンなどの半導体に比べて機能的および
性能的にすぐれた発光素子を形成できるが、良質で大面
積の単結晶基板を得にくいという問題がある。そこで、
良質で大面積化が可能なシリコン基板上に、GaAs膜を堆
積させて機能的および性能的にすぐれ且つ大面積化が可
能な半導体デバイスを形成することが種々試みられてい
る。
従来、例えば第１図に示すような、ダブルヘテロ構造
の半導体発光素子が提案されている。
の半導体発光素子が提案されている。
第１図において、１はシリコンなどから成る半導体基
板、２は一導電型不純物を含有する第１のGaAs層、３は
一導電型不純物を含有する第１のAlxGa1-xAs層、４は逆
導電型不純物を含有する第２のAlyGa1-yAs層、５は逆導
電型不純物を含有する第３のAlzGa1-zAs層、６は逆導電
型不純物を含有する第２のGaAs層、７は上部電極層、８
はシリコン基板１の裏面側に形成された下部電極層であ
る。上述のようなダブルヘテロ構造とすることにより、
第１のAlxGa1-xAs層３と第３のAlzGa1-zAs層５とでキャ
リアを閉じ込めて、第１のAlxGa1-xAs層３と第２のAlyG
a1-yAs層４との界面部分でキャリアを再結合させて発光
のさせようとするものである。第３のAlzGa1-zAs層５
は、キャリアの閉じ込めおよび発光の窓層となるもので
あり、Alの混晶比は、第２のAlyGa1-yAs層３のAlの混晶
比よりも大とする必要がある。すなわちｚ＞ｙという関
係にする必要がある。
板、２は一導電型不純物を含有する第１のGaAs層、３は
一導電型不純物を含有する第１のAlxGa1-xAs層、４は逆
導電型不純物を含有する第２のAlyGa1-yAs層、５は逆導
電型不純物を含有する第３のAlzGa1-zAs層、６は逆導電
型不純物を含有する第２のGaAs層、７は上部電極層、８
はシリコン基板１の裏面側に形成された下部電極層であ
る。上述のようなダブルヘテロ構造とすることにより、
第１のAlxGa1-xAs層３と第３のAlzGa1-zAs層５とでキャ
リアを閉じ込めて、第１のAlxGa1-xAs層３と第２のAlyG
a1-yAs層４との界面部分でキャリアを再結合させて発光
のさせようとするものである。第３のAlzGa1-zAs層５
は、キャリアの閉じ込めおよび発光の窓層となるもので
あり、Alの混晶比は、第２のAlyGa1-yAs層３のAlの混晶
比よりも大とする必要がある。すなわちｚ＞ｙという関
係にする必要がある。
また、第２および第３のAlGaAs層に用いられる逆導電
型ドーパントとしては、通常亜鉛（Zn）元素などが用い
られるが、Al組成が大きくなると亜鉛元素のドーピング
効率が小さくなるため、高濃度にドーピングすることが
できない。しかし、第３のAlzGa1-zAs層５はなるべく高
濃度にドーピングして低抵抗にしないと上部電極層７と
下部電極層８との間に、電流を流したときに素子全体に
電流が流れず、発光効率のよい発光素子が得られない。
型ドーパントとしては、通常亜鉛（Zn）元素などが用い
られるが、Al組成が大きくなると亜鉛元素のドーピング
効率が小さくなるため、高濃度にドーピングすることが
できない。しかし、第３のAlzGa1-zAs層５はなるべく高
濃度にドーピングして低抵抗にしないと上部電極層７と
下部電極層８との間に、電流を流したときに素子全体に
電流が流れず、発光効率のよい発光素子が得られない。
本発明は、このような問題点に鑑みて案出されたもの
であり第３のAlzGa1-zAs層をキャリアの閉じ込め効果を
低減させることなく、しかも不純物を高濃度にドーピン
グして低抵抗にして、効率の良い発光が得られるように
した半導体発光素子を提供することを目的とするもので
ある。
であり第３のAlzGa1-zAs層をキャリアの閉じ込め効果を
低減させることなく、しかも不純物を高濃度にドーピン
グして低抵抗にして、効率の良い発光が得られるように
した半導体発光素子を提供することを目的とするもので
ある。
（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、一主面側に下部電極が形成された半
導体基板の他の主面側に、一導電型不純物を含有する第
１のGaAs層、一導電型不純物を含有する第１のAlxGa1-x
As層、逆導電型不純物を含有する第２のAlyGa1-yAs層、
逆導電型不純物を含有する第３のAlzGa1-zAs層、逆導電
型不純物を含有する第２のGaAs層、および上部電極層を
順次積層して成る半導体発光素子において、前記第３の
AlzGa1-zAs層の下層部分のAlの混晶比を大にするととも
に、上層部分のAlの混晶比を小として、上層部分の逆導
電型不純物含有量を下層部分よりも多くしたことを特徴
とする半導体発光素子が提供され、そのことにより上記
目的が達成される。
導体基板の他の主面側に、一導電型不純物を含有する第
１のGaAs層、一導電型不純物を含有する第１のAlxGa1-x
As層、逆導電型不純物を含有する第２のAlyGa1-yAs層、
逆導電型不純物を含有する第３のAlzGa1-zAs層、逆導電
型不純物を含有する第２のGaAs層、および上部電極層を
順次積層して成る半導体発光素子において、前記第３の
AlzGa1-zAs層の下層部分のAlの混晶比を大にするととも
に、上層部分のAlの混晶比を小として、上層部分の逆導
電型不純物含有量を下層部分よりも多くしたことを特徴
とする半導体発光素子が提供され、そのことにより上記
目的が達成される。
（作用） 上記のように構成することにより、第３のAlzGa1-zAs
層の上層部分にドーパントを高濃度にドーピングするこ
とができ、もって発光素子全体に大きな電流を流して、
効率よく発光させることができるようになる。
層の上層部分にドーパントを高濃度にドーピングするこ
とができ、もって発光素子全体に大きな電流を流して、
効率よく発光させることができるようになる。
（実施例） 以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る半導体発光素子の構成も基本的には、第
１図に示す構成と同一であるので、第１図を参照しなが
ら説明する。
１図に示す構成と同一であるので、第１図を参照しなが
ら説明する。
本発明に係る半導体発光素子に用いられる半導体基板
１は、（100）面から（011）面に２゜オフして切り出し
た単結晶シリコン基板などで構成され、アンチモン（S
b）などから成るドナーを1017個/cm3程度含有させたｎ
型半導体基板が用いられる。
１は、（100）面から（011）面に２゜オフして切り出し
た単結晶シリコン基板などで構成され、アンチモン（S
b）などから成るドナーを1017個/cm3程度含有させたｎ
型半導体基板が用いられる。
前記半導体基板１上には、一導電型不純物を含有する
第１のGaAs層２が形成されている。この第１のGaAs層２
は、シリコン（Si）などから成るドナーを1018個/cm3程
度含有し、二段階成長法や熱サイクル法を適宜採用した
MOCVD法で厚み１〜1.5μｍ程度に形成されている。すな
わち、MOCVD装置内を900〜1000℃で一旦加熱した後に、
400〜450℃に下げてGaAs膜を成長させるとともに、600
〜650℃に上げてGaAs膜を成長（二段階成長法）させ、
次に300〜900℃で温度を上下させ（熱サイクル法）、熱
膨張係数の相違に起因する内部応力を発生させ、シリコ
ン基板１とGaAs層２の格子定数の相違に起因するミスフ
ィット転移を低減させるように形成する。
第１のGaAs層２が形成されている。この第１のGaAs層２
は、シリコン（Si）などから成るドナーを1018個/cm3程
度含有し、二段階成長法や熱サイクル法を適宜採用した
MOCVD法で厚み１〜1.5μｍ程度に形成されている。すな
わち、MOCVD装置内を900〜1000℃で一旦加熱した後に、
400〜450℃に下げてGaAs膜を成長させるとともに、600
〜650℃に上げてGaAs膜を成長（二段階成長法）させ、
次に300〜900℃で温度を上下させ（熱サイクル法）、熱
膨張係数の相違に起因する内部応力を発生させ、シリコ
ン基板１とGaAs層２の格子定数の相違に起因するミスフ
ィット転移を低減させるように形成する。
前記第１のGaAs層２上には、一導電型不純物を含有す
る第１のAlxGa1-xAs層３が形成されている。この第１の
AlxGa1-xAs層３は、シリコン（Si）などから成るドナー
を1017個/cm3程度含有している。
る第１のAlxGa1-xAs層３が形成されている。この第１の
AlxGa1-xAs層３は、シリコン（Si）などから成るドナー
を1017個/cm3程度含有している。
前記第１のAlxGa1-xAs層３上には、第２のAlyGa1-yAs
層４が形成される。この第２のAlyGa1-yAs層４は、亜鉛
元素（Zn）などから成るアクセプタを1017個/cm3程度含
有している。
層４が形成される。この第２のAlyGa1-yAs層４は、亜鉛
元素（Zn）などから成るアクセプタを1017個/cm3程度含
有している。
前記第２のAlyGa1-yAs層４上には、第３のAlzGa1-zAs
層５が形成されている。この第３のAlzGa1-zAs層５は厚
み１μｍ程度に形成され、例えば厚み0.7μｍ程度まで
は、Alの混晶比が大きく、それ以上の上層部分ではAlの
混晶比が徐々に小さくなるように形成されている。すな
わち、この第３のAlzGa1-zAs層５もTMAlガス、TMGaガ
ス、AsH3ガス、および半導体不純物元素源となるDMZnガ
スを用いたMOCVD法により形成されるが、第２図（ａ）
（ｂ）に示すように、厚みが0.7μｍを過ぎたところか
らTMAlガスの流量比を徐々に低減して堆積させることに
より、Alの混晶比が徐々に小さくなるように形成する。
このように、Alの混晶比を徐々に小さくするとZnのドー
ピング量は反比例して徐々に多くなる。すなわち、第３
のAlzGa1-zAs層５は、下層部分から0.7μｍのところま
では、1017個/cm3程度のZn元素を含有しているが、そこ
から徐々にZn元素の含有量が増加し、表面部分では1019
個/cm程度含有することになる。なお、第２図（ａ）
は、第２、第３のAlGaAs層と第２のAlGaAs層におけるZn
元素の濃度を示し、同図（ｂ）は、第１、第２および第
３のAlGaAsのAlの混晶比を示す。このように、第３のAl
zGa1-zAs層５の上層部分のアクセプタの含有量を増加さ
せると、低抵抗になり、半導体接合部に大電流を流せる
ようになる。
層５が形成されている。この第３のAlzGa1-zAs層５は厚
み１μｍ程度に形成され、例えば厚み0.7μｍ程度まで
は、Alの混晶比が大きく、それ以上の上層部分ではAlの
混晶比が徐々に小さくなるように形成されている。すな
わち、この第３のAlzGa1-zAs層５もTMAlガス、TMGaガ
ス、AsH3ガス、および半導体不純物元素源となるDMZnガ
スを用いたMOCVD法により形成されるが、第２図（ａ）
（ｂ）に示すように、厚みが0.7μｍを過ぎたところか
らTMAlガスの流量比を徐々に低減して堆積させることに
より、Alの混晶比が徐々に小さくなるように形成する。
このように、Alの混晶比を徐々に小さくするとZnのドー
ピング量は反比例して徐々に多くなる。すなわち、第３
のAlzGa1-zAs層５は、下層部分から0.7μｍのところま
では、1017個/cm3程度のZn元素を含有しているが、そこ
から徐々にZn元素の含有量が増加し、表面部分では1019
個/cm程度含有することになる。なお、第２図（ａ）
は、第２、第３のAlGaAs層と第２のAlGaAs層におけるZn
元素の濃度を示し、同図（ｂ）は、第１、第２および第
３のAlGaAsのAlの混晶比を示す。このように、第３のAl
zGa1-zAs層５の上層部分のアクセプタの含有量を増加さ
せると、低抵抗になり、半導体接合部に大電流を流せる
ようになる。
前記第３のAlzGa1-zAs層５上には、GaAs層６が形成さ
れる。このGaAs層６は、電極とのコンタクトをとるため
に形成される。
れる。このGaAs層６は、電極とのコンタクトをとるため
に形成される。
前記GaAs層６には、上部電極７が形成されており、こ
の上部電極７はAgまたはAg/Znなどから成り、蒸着法な
どで厚み5000Å程度に形成される。
の上部電極７はAgまたはAg/Znなどから成り、蒸着法な
どで厚み5000Å程度に形成される。
また、半導体基板１の裏面側には下部電極８が形成さ
れており、この下部電極８はAgまたはAg/Znなどから成
り、蒸着法などで厚み5000Å程度に形成される。
れており、この下部電極８はAgまたはAg/Znなどから成
り、蒸着法などで厚み5000Å程度に形成される。
上述のように形成した半導体発光素子は、上部電極７
と下部電極８間に電流を流して、第２のAlyGa1-yAs層４
と第３のAlzGa1-zAs層５部分でキャリアを発生させて、
界面部分で再結合させることによって発光させるもので
ある。
と下部電極８間に電流を流して、第２のAlyGa1-yAs層４
と第３のAlzGa1-zAs層５部分でキャリアを発生させて、
界面部分で再結合させることによって発光させるもので
ある。
（発明の効果） 以上のように、本発明に係る半導体発光素子によれ
ば、逆導電型不純物を含有する第３のAlzGa1-zAs層の下
層側のAlの混晶比を大きくするとともに、上層側のAlの
混晶比を小として、上層部分の逆導電型不純物含有量を
下層部分よりも多くしたことから、第３のAlzGa1-zAs層
の上層部分には不純物元素が多数含有されて低抵抗とな
り、もって効率のよい発光が得られるようにした半導体
発光素子を提供することができる。
ば、逆導電型不純物を含有する第３のAlzGa1-zAs層の下
層側のAlの混晶比を大きくするとともに、上層側のAlの
混晶比を小として、上層部分の逆導電型不純物含有量を
下層部分よりも多くしたことから、第３のAlzGa1-zAs層
の上層部分には不純物元素が多数含有されて低抵抗とな
り、もって効率のよい発光が得られるようにした半導体
発光素子を提供することができる。
第１図は半導体発光素子の層構成を示す図、第２図
（ａ）は第２、第３のAlGaAs層と第２のAlGaAs層におけ
るZn元素の濃度を示す図、同図（ｂ）は、第１、第２お
よび第３のAlGaAsのAlの混晶比を示す図である。 1;半導体基板、2;第１のGaAs層 3;第１のAlxGa1-xAs層 4;第２のAlyGa1-yAs層 5;第３のAlzGa1-zAs層 6;第１のGaAs層 7;上部電極層、8;下部電極層
（ａ）は第２、第３のAlGaAs層と第２のAlGaAs層におけ
るZn元素の濃度を示す図、同図（ｂ）は、第１、第２お
よび第３のAlGaAsのAlの混晶比を示す図である。 1;半導体基板、2;第１のGaAs層 3;第１のAlxGa1-xAs層 4;第２のAlyGa1-yAs層 5;第３のAlzGa1-zAs層 6;第１のGaAs層 7;上部電極層、8;下部電極層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−69977（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−204583（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−106182（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−206184（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−28888（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−56371（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−166186（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−121887（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00
Claims (1)
- 【請求項１】一主面側に下部電極が形成された半導体基
板の他の主面側に、一導電型不純物を含有する第１のGa
As層、一導電型不純物を含有する第１のAlxGa1-xAs層、
逆導電型不純物を含有する第２のAlyGa1-yAs層、逆導電
型不純物を含有する第３のAlzGa1-zAs層、逆導電型不純
物を含有する第２のGaAs層、および上部電極層を順次積
層して成る半導体発光素子において、前記第３のAlzGa
1-zAs層の下層部分のAlの混晶比を大にするとともに、
上層部分のAlの混晶比を小として、上層部分の逆導電型
不純物含有量を下層部分よりも多くしたことを特徴とす
る半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29650990A JP3140037B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29650990A JP3140037B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04168773A JPH04168773A (ja) | 1992-06-16 |
| JP3140037B2 true JP3140037B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=17834463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29650990A Expired - Lifetime JP3140037B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3140037B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3461112B2 (ja) * | 1997-12-19 | 2003-10-27 | 昭和電工株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
-
1990
- 1990-10-31 JP JP29650990A patent/JP3140037B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04168773A (ja) | 1992-06-16 |
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