JP3216700B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
-
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表示又は照明等に使用
するための半導体発光素子に関する。
するための半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体発光素子は、図１に示すよ
うに、ｎ形ＧａＡｓ半導体から成るサブストレ−ト（ｓ
ｕｂｓｔｒａｔｅ）１とｎ形ＧａＡｓ半導体から成るバ
ッファ（ｂｕｆｆｅｒ）層２とｎ形ＡｌＩｎＰから成る
ｎ形クラッド層（ｃｌａｄｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ）３と
ＡｌＧａＩｎＰ半導体から成る活性層４とｐ形ＡｌＩｎ
Ｐ半導体から成るｐ形クラッド層５とｐ形ＡｌＧａＡｓ
半導体から成る電流拡散層６とｐ+ 形ＡｌＧａＩｎＰ半
導体からなる酸化防止のための保護層７とｐ形ＧａＡｓ
半導体から成るコンタクト層８とｎ形ＡｌＧａＩｎＰ半
導体から成る電流ブロック層９とを含む半導体基体１０
と、コンタクト層８の上面に形成されたアノード電極１
１と、ＧａＡｓサブストレ−ト１の下面に形成されたカ
ソード電極１２とから成る。ここで、ｐ+ 形ＡｌＧａＩ
ｎＰ半導体から成る保護層７のうちアノード電極１１で
被覆されていない部分は、光取り出し面となる。一例と
して、ｎ形ＡｌＩｎＰ半導体から成るｎ形クラッド層３
には、ｎ形導電形決定不純物としてシリコン（Ｓｉ）が
ドープされており、ｐ形ＡｌＩｎＰ半導体から成るＰ形
クラッド層５にはｐ形導電形決定不純物としてＺｎ（亜
鉛）が添加（ドープ）されている。また、活性層４には
不純物（Ｚｎ）が添加（ドープ）されていない。しか
し、活性層４には、ｐ形クラッド層５からのＺｎのにじ
み出しによってＺｎを含む領域が生じる。このＺｎのに
じみ出し領域の厚さは０．１μｍ程度であり、活性層の
厚さの１／５以下である。
うに、ｎ形ＧａＡｓ半導体から成るサブストレ−ト（ｓ
ｕｂｓｔｒａｔｅ）１とｎ形ＧａＡｓ半導体から成るバ
ッファ（ｂｕｆｆｅｒ）層２とｎ形ＡｌＩｎＰから成る
ｎ形クラッド層（ｃｌａｄｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ）３と
ＡｌＧａＩｎＰ半導体から成る活性層４とｐ形ＡｌＩｎ
Ｐ半導体から成るｐ形クラッド層５とｐ形ＡｌＧａＡｓ
半導体から成る電流拡散層６とｐ+ 形ＡｌＧａＩｎＰ半
導体からなる酸化防止のための保護層７とｐ形ＧａＡｓ
半導体から成るコンタクト層８とｎ形ＡｌＧａＩｎＰ半
導体から成る電流ブロック層９とを含む半導体基体１０
と、コンタクト層８の上面に形成されたアノード電極１
１と、ＧａＡｓサブストレ−ト１の下面に形成されたカ
ソード電極１２とから成る。ここで、ｐ+ 形ＡｌＧａＩ
ｎＰ半導体から成る保護層７のうちアノード電極１１で
被覆されていない部分は、光取り出し面となる。一例と
して、ｎ形ＡｌＩｎＰ半導体から成るｎ形クラッド層３
には、ｎ形導電形決定不純物としてシリコン（Ｓｉ）が
ドープされており、ｐ形ＡｌＩｎＰ半導体から成るＰ形
クラッド層５にはｐ形導電形決定不純物としてＺｎ（亜
鉛）が添加（ドープ）されている。また、活性層４には
不純物（Ｚｎ）が添加（ドープ）されていない。しか
し、活性層４には、ｐ形クラッド層５からのＺｎのにじ
み出しによってＺｎを含む領域が生じる。このＺｎのに
じみ出し領域の厚さは０．１μｍ程度であり、活性層の
厚さの１／５以下である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来は活性
層４にＺｎ（亜鉛）を添加すると、活性層４の結晶性が
悪くなり、非発光再結合が増大し、発光効率が低下する
と考えられていた。このため、従来は活性層４にＺｎを
添加せず、且つｐ形クラッド層５からのＺｎのにじみ出
しをできるだけ少なくするための試みがなされてきた。
しかし、活性層４の結晶性の低下を防止して発光効率の
増大を図っていたにもかかわらず、半導体発光素子の発
光量の増大を高水準に達成できないのが実情であった。
層４にＺｎ（亜鉛）を添加すると、活性層４の結晶性が
悪くなり、非発光再結合が増大し、発光効率が低下する
と考えられていた。このため、従来は活性層４にＺｎを
添加せず、且つｐ形クラッド層５からのＺｎのにじみ出
しをできるだけ少なくするための試みがなされてきた。
しかし、活性層４の結晶性の低下を防止して発光効率の
増大を図っていたにもかかわらず、半導体発光素子の発
光量の増大を高水準に達成できないのが実情であった。
【０００４】そこで、本発明は、このような問題点を解
消し、発光量の増大を高水準に達成することができる半
導体発光素子を提供することを目的とする。
消し、発光量の増大を高水準に達成することができる半
導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、光を放射するために複数の半導体層を有し
ている半導体基体と、前記半導体基体の一方の主面に配
置されたカソ−ド電極と、前記半導体基体の他方の主面
に配置されたアノ−ド電極とから成る半導体発光素子に
おいて、前記半導体基体が、１×１０ 18 〜４×１０ 18 ｃ
ｍ -3 の濃度で導電形決定不純物を含み、３３０〜３７０
μｍの厚さを有するｎ形のＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）
半導体から成るサブストレ−トと、前記サブストレ−ト
に隣接配置され、１×１０ 18 〜５×１０ 18 ｃｍ -3 の濃度
で導電形決定不純物を含み、０．１〜０．３μｍの厚さ
を有しているｎ形ＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）半導体か
ら成るバッファ層と、前記バッファ層の前記サブストレ
−トに隣接している主面とは反対側の主面に隣接配置さ
れ、８×１０ 16 〜１×１０ 18 ｃｍ -3 の濃度で導電形決定
不純物を含み、０．５〜１．５μｍの厚さを有している
ｎ形のＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム・ガリウム・イン
ジウム・リン）又はＡｌＩｎＰ（アルミニウム・インジ
ウム・リン）半導体から成るｎ形クラッド層と、前記ｎ
形クラッド層の前記バッファ層に隣接している主面とは
反対側の主面に隣接配置され、１×１０ 16 〜５×１０ 17
ｃｍ -3 の濃度で亜鉛（Ｚｎ）を含み、０．５〜２．０μ
ｍの厚さを有しているＡｌＧａＩn Ｐ（アルミニウム・
ガリウム・インジウム・リン）半導体から成る活性層
と、前記活性層の前記ｎ形クラッド層に隣接している主
面と反対側の主面に隣接配置され、５×１０ 16 〜１×１
０ 18 ｃｍ -3 の濃度で導電形決定不純物を含み、０．５〜
１．５μｍの厚さを有しているＰ形のＡｌＧａＩｎＰ
（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）又はＡ
ｌＩｎＰ（アルミニウム・インジウム・リン）半導体か
ら成るｐ形クラッド層と、前記ｐ形クラッド層の前記活
性層に隣接している主面と反対側の主面の一部に隣接す
るように配置され、１×１０ 18 〜１×１０ 19 ｃｍ -3 の濃
度の導電形決定不純物を含み、０．０５〜０．２５μｍ
の厚さを有しているＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム・ガ
リウム・インジウム・リン）半導体から成る電流ブロッ
ク層と、前記ｐ形クラッド層の前記反対側の主面の前記
電流ブロック層が隣接していない領域及び前記電流ブロ
ック層を覆うように配置され、１×１０ 18 〜５×１０ 19
ｃｍ -3 の濃度で導体形決定不純物を含み、５〜１５μｍ
の厚さを有しているＰ形のＡｌＧａＡｓ（アルミニウム
・ガリウム・ヒ素）半導体から成る電流拡散層と、前記
電流拡散層の前記電流ブロック層に隣接している主面と
反対側の主面に隣接配置され、１×１０ 17 〜１×１０ 18
ｃｍ -3 の濃度で導電形決定不純物を含み、０．２〜０．
４μｍの厚さを有しているｐ形のＡｌＧａＩｎＰ（アル
ミニウム・ガリウム・インジウム・リン）半導体から成
る保護層と、前記保護層の前記電流拡散層に隣接してい
る主面と反対側の主面に隣接配置され、５×１０ 18 〜７
×１０ 19 ｃｍ -3 の濃度で導電形決定不純物を含み、０．
０５〜０．１５μｍの厚みを有しているＰ形のＧａＡｓ
（ガリウム・ヒ素）半導体から成るコンタクト層とから
成り、前記カソ−ド電極は前記サブストレ−トに接触
し、前記アノ−ド電極は前記コンタクト層に接触してい
ることを特徴とする半導体発光素子に係わるものであ
る。
の本発明は、光を放射するために複数の半導体層を有し
ている半導体基体と、前記半導体基体の一方の主面に配
置されたカソ−ド電極と、前記半導体基体の他方の主面
に配置されたアノ−ド電極とから成る半導体発光素子に
おいて、前記半導体基体が、１×１０ 18 〜４×１０ 18 ｃ
ｍ -3 の濃度で導電形決定不純物を含み、３３０〜３７０
μｍの厚さを有するｎ形のＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）
半導体から成るサブストレ−トと、前記サブストレ−ト
に隣接配置され、１×１０ 18 〜５×１０ 18 ｃｍ -3 の濃度
で導電形決定不純物を含み、０．１〜０．３μｍの厚さ
を有しているｎ形ＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）半導体か
ら成るバッファ層と、前記バッファ層の前記サブストレ
−トに隣接している主面とは反対側の主面に隣接配置さ
れ、８×１０ 16 〜１×１０ 18 ｃｍ -3 の濃度で導電形決定
不純物を含み、０．５〜１．５μｍの厚さを有している
ｎ形のＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム・ガリウム・イン
ジウム・リン）又はＡｌＩｎＰ（アルミニウム・インジ
ウム・リン）半導体から成るｎ形クラッド層と、前記ｎ
形クラッド層の前記バッファ層に隣接している主面とは
反対側の主面に隣接配置され、１×１０ 16 〜５×１０ 17
ｃｍ -3 の濃度で亜鉛（Ｚｎ）を含み、０．５〜２．０μ
ｍの厚さを有しているＡｌＧａＩn Ｐ（アルミニウム・
ガリウム・インジウム・リン）半導体から成る活性層
と、前記活性層の前記ｎ形クラッド層に隣接している主
面と反対側の主面に隣接配置され、５×１０ 16 〜１×１
０ 18 ｃｍ -3 の濃度で導電形決定不純物を含み、０．５〜
１．５μｍの厚さを有しているＰ形のＡｌＧａＩｎＰ
（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）又はＡ
ｌＩｎＰ（アルミニウム・インジウム・リン）半導体か
ら成るｐ形クラッド層と、前記ｐ形クラッド層の前記活
性層に隣接している主面と反対側の主面の一部に隣接す
るように配置され、１×１０ 18 〜１×１０ 19 ｃｍ -3 の濃
度の導電形決定不純物を含み、０．０５〜０．２５μｍ
の厚さを有しているＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム・ガ
リウム・インジウム・リン）半導体から成る電流ブロッ
ク層と、前記ｐ形クラッド層の前記反対側の主面の前記
電流ブロック層が隣接していない領域及び前記電流ブロ
ック層を覆うように配置され、１×１０ 18 〜５×１０ 19
ｃｍ -3 の濃度で導体形決定不純物を含み、５〜１５μｍ
の厚さを有しているＰ形のＡｌＧａＡｓ（アルミニウム
・ガリウム・ヒ素）半導体から成る電流拡散層と、前記
電流拡散層の前記電流ブロック層に隣接している主面と
反対側の主面に隣接配置され、１×１０ 17 〜１×１０ 18
ｃｍ -3 の濃度で導電形決定不純物を含み、０．２〜０．
４μｍの厚さを有しているｐ形のＡｌＧａＩｎＰ（アル
ミニウム・ガリウム・インジウム・リン）半導体から成
る保護層と、前記保護層の前記電流拡散層に隣接してい
る主面と反対側の主面に隣接配置され、５×１０ 18 〜７
×１０ 19 ｃｍ -3 の濃度で導電形決定不純物を含み、０．
０５〜０．１５μｍの厚みを有しているＰ形のＧａＡｓ
（ガリウム・ヒ素）半導体から成るコンタクト層とから
成り、前記カソ−ド電極は前記サブストレ−トに接触
し、前記アノ−ド電極は前記コンタクト層に接触してい
ることを特徴とする半導体発光素子に係わるものであ
る。
【０００６】
【発明の作用及び効果】本発明に従って、導電形決定不
純物としてシリコンを含むｎ形クラッド層の上に活性層
を配置した構造の半導体発光素子において、活性層の全
領域にほぼ均一に亜鉛（Ｚｎ）を１×１０16〜５×１０
17ｃｍ-3の範囲に限定して添加すると、ディープ（ｄｅ
ｐｔｈ）発光又は深いレベルの発光と呼ばれているもの
であって、所望の波長の光よりも長い波長の光の発生が
減少し、従来と同一の電流値において所望波長の発光量
が増加する。亜鉛を導入すると活性層の結晶性が劣化
し、これによる発光量の低下が生じるが、亜鉛の濃度を
上記範囲に限定することによって活性層の結晶性劣化に
よる所望波長の発光量の低下よりもディープ発光の抑制
による発光量の増加が大きくなり、結果として半導体発
光素子から外部に放射される所望波長の光の量の増大が
達成される。要するに本発明に従って活性層に亜鉛を添
加すると、半導体発光素子のアノ−ド電極とカソ−ド電
極との間に流れる電流の所望波長の発光に対する寄与度
が向上する。
純物としてシリコンを含むｎ形クラッド層の上に活性層
を配置した構造の半導体発光素子において、活性層の全
領域にほぼ均一に亜鉛（Ｚｎ）を１×１０16〜５×１０
17ｃｍ-3の範囲に限定して添加すると、ディープ（ｄｅ
ｐｔｈ）発光又は深いレベルの発光と呼ばれているもの
であって、所望の波長の光よりも長い波長の光の発生が
減少し、従来と同一の電流値において所望波長の発光量
が増加する。亜鉛を導入すると活性層の結晶性が劣化
し、これによる発光量の低下が生じるが、亜鉛の濃度を
上記範囲に限定することによって活性層の結晶性劣化に
よる所望波長の発光量の低下よりもディープ発光の抑制
による発光量の増加が大きくなり、結果として半導体発
光素子から外部に放射される所望波長の光の量の増大が
達成される。要するに本発明に従って活性層に亜鉛を添
加すると、半導体発光素子のアノ−ド電極とカソ−ド電
極との間に流れる電流の所望波長の発光に対する寄与度
が向上する。
【０００７】
【実施例】次に、図２を参照して本発明の実施例に係わ
る半導体発光素子即ち発光ダイオードを説明する。な
お、図２において図１と実質的に同一の部分には同一の
符号が付けられている。図２の発光ダイオードは、半導
体基体１０とアノ−ド電極１１とカソ−ド電極１２とか
ら成る。半導体基体１０は、ｎ形（第１導電形）ＧａＡ
ｓ（ガリウム・ヒ素）半導体から成るサブストレ−ト１
と、ｎ形ＧａＡｓ半導体から成るバッファ層２と、ｎ形
ＡｌＩｎＰ（アルミニウム・インジウム・リン）半導体
から成るｎ形クラッド層３と、本発明に従うようにＺｎ
（亜鉛）を含むＡｌＧａＩｎＰ半導体から成る活性層１
４と、ｐ形（第２導電形）ＡｌＩｎＰ半導体から成るｐ
形クラッド層５と、ｐ形ＡｌＧａＡｓ半導体から成る電
流拡散層６と、ｐ+ 形ＡｌＧａＩｎＰ半導体から成る酸
化防止のための保護層７と、ｐ形ＧａＡｓ半導体から成
るコンタクト層８とを順次に積層した状態に有し、且つ
ｎ形ＡｌＧａＩｎＰ半導体から成る電流ブロック層９を
有する。コンタクト層８及び電流ブロック層９は平面的
に見て互いに重なり合うように半導体基体１０の中央に
配置されている。従って、電流ブロック層９はｐ形クラ
ッド層５の上面の一部にのみ接触し、また電流拡散層６
はｐ形クラッド層５と電流ブロック層９の両方に接触し
ている。また、Ａｕ（金）から成るアノード電極（第１
の電極）１１はコンタクト層８の上に設けられているの
で、半導体内部の酸化を防止するために設けられている
ｐ+ 形のＡｌＧａＩｎＰ半導体から成る保護層７のアノ
ード電極１１で覆われていない領域が光取り出し面とな
る。半導体基体１０の各層を詳しく説明する。サブスト
レ−ト１は１×１０18〜４×１０18ｃｍ-3の濃度で導電
形決定不純物を含み、３３０〜３７０μｍの厚さを有す
る。バッフア層２はサブストレ−ト１に隣接配置され、
１×１０18〜５×１０18ｃｍ-3の濃度で導電形決定不純
物を含み、０．１〜０．３μｍの厚さを有している。ｎ
形クラッド層３はバッファ層２のサブストレ−ト１に隣
接している主面とは反対側の主面に隣接配置され、８×
１０16〜１×１０18ｃｍ-3の濃度で導電形決定不純物を
含み、０．５〜１．５μｍの厚さを有している。活性層
１４はｎ形クラッド層３のバッファ層２に隣接している
主面とは反対側の主面に隣接配置され、１×１０16〜５
×１０17ｃｍ-3の濃度で亜鉛（Ｚｎ）を含み、０．５〜
２．０の厚さを有している。ｐ形クラッド層５は活性層
１４の前記ｎ形クラッド層３に隣接配している主面と反
対側の主面に隣接配置され、５×１０16〜１×１０18ｃ
ｍ-3の濃度で導電形決定不純物を含み、０．５〜１．５
μｍの厚さを有している。電流ブロック層９はｐ形クラ
ッド層５の前記活性層１４に隣接している主面と反対側
の主面の一部に隣接するように配置され、１×１０18〜
１×１０19ｃｍ-3の濃度で導電形決定不純物を含み、
０．０５〜０．２５μｍの厚さを有している。 電流拡
散層６はフロント・ウインドウ層とも呼ばれるものであ
って、ｐ形クラッド層５の主面の電流ブロック層９に隣
接していない領域及び電流ブロック層９を覆うように配
置され、１×１０18〜５×１０19ｃｍ-3の濃度で導体形
決定不純物を含み、５〜１５μｍの厚さを有している。
保護層７は電流拡散層６の電流ブロック層９に隣接して
いる主面と反対側の主面に隣接配置され、１×１０17〜
１×１０18ｃｍ-3の濃度の導電形決定不純物を含み、
０．２〜０．４μｍの厚さを有している。コンタクト層
８は保護層７の電流拡散層６に隣接している主面と反対
側の主面に隣接配置され、５×１０18〜７×１０19ｃｍ
-3の濃度の導電形決定不純物を含み、０．０５〜０．１
５μｍの厚みを有している。
る半導体発光素子即ち発光ダイオードを説明する。な
お、図２において図１と実質的に同一の部分には同一の
符号が付けられている。図２の発光ダイオードは、半導
体基体１０とアノ−ド電極１１とカソ−ド電極１２とか
ら成る。半導体基体１０は、ｎ形（第１導電形）ＧａＡ
ｓ（ガリウム・ヒ素）半導体から成るサブストレ−ト１
と、ｎ形ＧａＡｓ半導体から成るバッファ層２と、ｎ形
ＡｌＩｎＰ（アルミニウム・インジウム・リン）半導体
から成るｎ形クラッド層３と、本発明に従うようにＺｎ
（亜鉛）を含むＡｌＧａＩｎＰ半導体から成る活性層１
４と、ｐ形（第２導電形）ＡｌＩｎＰ半導体から成るｐ
形クラッド層５と、ｐ形ＡｌＧａＡｓ半導体から成る電
流拡散層６と、ｐ+ 形ＡｌＧａＩｎＰ半導体から成る酸
化防止のための保護層７と、ｐ形ＧａＡｓ半導体から成
るコンタクト層８とを順次に積層した状態に有し、且つ
ｎ形ＡｌＧａＩｎＰ半導体から成る電流ブロック層９を
有する。コンタクト層８及び電流ブロック層９は平面的
に見て互いに重なり合うように半導体基体１０の中央に
配置されている。従って、電流ブロック層９はｐ形クラ
ッド層５の上面の一部にのみ接触し、また電流拡散層６
はｐ形クラッド層５と電流ブロック層９の両方に接触し
ている。また、Ａｕ（金）から成るアノード電極（第１
の電極）１１はコンタクト層８の上に設けられているの
で、半導体内部の酸化を防止するために設けられている
ｐ+ 形のＡｌＧａＩｎＰ半導体から成る保護層７のアノ
ード電極１１で覆われていない領域が光取り出し面とな
る。半導体基体１０の各層を詳しく説明する。サブスト
レ−ト１は１×１０18〜４×１０18ｃｍ-3の濃度で導電
形決定不純物を含み、３３０〜３７０μｍの厚さを有す
る。バッフア層２はサブストレ−ト１に隣接配置され、
１×１０18〜５×１０18ｃｍ-3の濃度で導電形決定不純
物を含み、０．１〜０．３μｍの厚さを有している。ｎ
形クラッド層３はバッファ層２のサブストレ−ト１に隣
接している主面とは反対側の主面に隣接配置され、８×
１０16〜１×１０18ｃｍ-3の濃度で導電形決定不純物を
含み、０．５〜１．５μｍの厚さを有している。活性層
１４はｎ形クラッド層３のバッファ層２に隣接している
主面とは反対側の主面に隣接配置され、１×１０16〜５
×１０17ｃｍ-3の濃度で亜鉛（Ｚｎ）を含み、０．５〜
２．０の厚さを有している。ｐ形クラッド層５は活性層
１４の前記ｎ形クラッド層３に隣接配している主面と反
対側の主面に隣接配置され、５×１０16〜１×１０18ｃ
ｍ-3の濃度で導電形決定不純物を含み、０．５〜１．５
μｍの厚さを有している。電流ブロック層９はｐ形クラ
ッド層５の前記活性層１４に隣接している主面と反対側
の主面の一部に隣接するように配置され、１×１０18〜
１×１０19ｃｍ-3の濃度で導電形決定不純物を含み、
０．０５〜０．２５μｍの厚さを有している。 電流拡
散層６はフロント・ウインドウ層とも呼ばれるものであ
って、ｐ形クラッド層５の主面の電流ブロック層９に隣
接していない領域及び電流ブロック層９を覆うように配
置され、１×１０18〜５×１０19ｃｍ-3の濃度で導体形
決定不純物を含み、５〜１５μｍの厚さを有している。
保護層７は電流拡散層６の電流ブロック層９に隣接して
いる主面と反対側の主面に隣接配置され、１×１０17〜
１×１０18ｃｍ-3の濃度の導電形決定不純物を含み、
０．２〜０．４μｍの厚さを有している。コンタクト層
８は保護層７の電流拡散層６に隣接している主面と反対
側の主面に隣接配置され、５×１０18〜７×１０19ｃｍ
-3の濃度の導電形決定不純物を含み、０．０５〜０．１
５μｍの厚みを有している。
【０００８】半導体基体１０を作るときには、サブスト
レ−ト１の上に周知のエピタキシャル成長法でＧａＡｓ
から成るバッファ層２を形成したものを用意する。次
に、バッファ層２の上にエピタキシャル成長法で導電形
決定不純物としてシリコン（Ｓｉ）を含むｎ形ＡｌＩｎ
Ｐから成るｎ形クラッド層３を形成し、これに続いて、
導電形決定不純物をシリコン（Ｓｉ）から亜鉛（Ｚｎ）
に変え、また半導体材料をＡｌＩｎＰからＡｌＧａＩｎ
Ｐに変えてエピタキシャル成長させる。これによりＧａ
Ａｓバッファ層２の上面にｎ形ＡｌＩｎＰ半導体から成
るクラッド層３とＺｎが全域に導入されたＡｌＧａＩｎ
Ｐ半導体から成る活性層１４が連続して形成される。続
いて、ＡｌＩｎＰを活性層１４の上に連続してエピタキ
シャル成長させてｐ形ＡｌＩｎＰ半導体から成るｐ形ク
ラッド層５を形成する。なお、活性層１４の幅即ち厚さ
は０．５〜２．０μｍであり、ｐ形クラッド層５からの
Ｚｎのにじみ出しの厚さ（約０．１μｍ）よりも十分に
大きい。その後、ｐ形クラッド層５の上にｎ形のＡｌＧ
ａＩｎＰをエピタキシャル成長させ、これを所定のパタ
−ンにすることによって電流ブロック層９を得る。次
に、ｐ形ＡｌＧａＡｓ半導体、ＡｌＧａＩｎＰ半導体及
びｐ形ＧａＡｓ半導体を順次にエピタキシャル成長させ
ることによって電流拡散層６、保護層７及びコンタクト
層８を得る。
レ−ト１の上に周知のエピタキシャル成長法でＧａＡｓ
から成るバッファ層２を形成したものを用意する。次
に、バッファ層２の上にエピタキシャル成長法で導電形
決定不純物としてシリコン（Ｓｉ）を含むｎ形ＡｌＩｎ
Ｐから成るｎ形クラッド層３を形成し、これに続いて、
導電形決定不純物をシリコン（Ｓｉ）から亜鉛（Ｚｎ）
に変え、また半導体材料をＡｌＩｎＰからＡｌＧａＩｎ
Ｐに変えてエピタキシャル成長させる。これによりＧａ
Ａｓバッファ層２の上面にｎ形ＡｌＩｎＰ半導体から成
るクラッド層３とＺｎが全域に導入されたＡｌＧａＩｎ
Ｐ半導体から成る活性層１４が連続して形成される。続
いて、ＡｌＩｎＰを活性層１４の上に連続してエピタキ
シャル成長させてｐ形ＡｌＩｎＰ半導体から成るｐ形ク
ラッド層５を形成する。なお、活性層１４の幅即ち厚さ
は０．５〜２．０μｍであり、ｐ形クラッド層５からの
Ｚｎのにじみ出しの厚さ（約０．１μｍ）よりも十分に
大きい。その後、ｐ形クラッド層５の上にｎ形のＡｌＧ
ａＩｎＰをエピタキシャル成長させ、これを所定のパタ
−ンにすることによって電流ブロック層９を得る。次
に、ｐ形ＡｌＧａＡｓ半導体、ＡｌＧａＩｎＰ半導体及
びｐ形ＧａＡｓ半導体を順次にエピタキシャル成長させ
ることによって電流拡散層６、保護層７及びコンタクト
層８を得る。
【０００９】図３は従来のＺｎがドープされない活性層
４を有する発光ダイオードのディ−プ発光と所望波長の
発光の強度を示す。この図３において波長約７３０ｎｍ
及びこの近傍のパルス状の突出部はディ−プ発光（深い
赤色発光）を示し、波長約５７０ｎｍ及びこの近傍のパ
ルス状突出部は所望波長の発光（緑色発光）を示す。こ
のようなディ−プ発光が存在すると、所望波長の発光効
率が低下する。また、このようなディ−プ発光は、活性
層を構成する（ＡｌｘＧa1-x）ＩｎＰ相のＡl 組成比ｘ
を増大すると、即ち活性層のエネルギ−ギャップを大き
くして所望波長を短くすると、その発光強度が増大する
ことも確認されている。図４は、図２に示すＺｎがド−
プされた活性層１４を有する発光ダイオ−ドのディ−プ
発光と所望波長の発光の強度即ち光度との関係を図３と
同様に示す。なお、図３及び図４はともに最大突出部の
振幅を１００％として、最大振幅の突出分以外の突出部
の振幅を相対的に示したものである。また、図３と図４
において発光ダイオ−ドの駆動電流のレベルは同一であ
る。また、図４において所望波長は、図３と同様に５７
０ｎｍである。図３及び図４から明らかなように、Ｚｎ
を活性層１４にド−プすると、上述のディ−プ発光を完
全に消すことができる。これに伴って、所望波長の発光
強度の増大が認められ、、図１の従来の発光ダイオ−ド
に比べて所望波長の発光出力を２以上向上することがで
きた。
４を有する発光ダイオードのディ−プ発光と所望波長の
発光の強度を示す。この図３において波長約７３０ｎｍ
及びこの近傍のパルス状の突出部はディ−プ発光（深い
赤色発光）を示し、波長約５７０ｎｍ及びこの近傍のパ
ルス状突出部は所望波長の発光（緑色発光）を示す。こ
のようなディ−プ発光が存在すると、所望波長の発光効
率が低下する。また、このようなディ−プ発光は、活性
層を構成する（ＡｌｘＧa1-x）ＩｎＰ相のＡl 組成比ｘ
を増大すると、即ち活性層のエネルギ−ギャップを大き
くして所望波長を短くすると、その発光強度が増大する
ことも確認されている。図４は、図２に示すＺｎがド−
プされた活性層１４を有する発光ダイオ−ドのディ−プ
発光と所望波長の発光の強度即ち光度との関係を図３と
同様に示す。なお、図３及び図４はともに最大突出部の
振幅を１００％として、最大振幅の突出分以外の突出部
の振幅を相対的に示したものである。また、図３と図４
において発光ダイオ−ドの駆動電流のレベルは同一であ
る。また、図４において所望波長は、図３と同様に５７
０ｎｍである。図３及び図４から明らかなように、Ｚｎ
を活性層１４にド−プすると、上述のディ−プ発光を完
全に消すことができる。これに伴って、所望波長の発光
強度の増大が認められ、、図１の従来の発光ダイオ−ド
に比べて所望波長の発光出力を２以上向上することがで
きた。
【００１０】
【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 図２ではｎ形クラッド層３及びｐ形クラッド層
５がそれぞれ１層とされているが、ｎ形クラッド層３と
ｐ形クラッド層５のいずれか一方又は両方を第１及び第
２のクラッド層領域（複数層）で構成し、第１のクラッ
ド層領域を活性層１４に近い側に配置し、第２のクラッ
ド層領域を活性層１４に対して遠い側に配置し、第１の
クラッド層領域と活性層の間の電位障壁の高さを、第２
のクラッド層領域と活性層の間の電位障壁の高さよりも
高く設定することもできる。即ち、特開平８−１８１０
号公報に開示されている半導体発光素子にも本願発明を
適用することができる。 （２） ｎ形クラッド層３及びｐ形クラッド層５は、Ａ
ｌＩｎＰに限らず、例えば、ＡｌＧａＩｎＰでもよい。 （３） 活性層１４中のＺｎの不純物濃度は１×１０16
〜５×１０17の範囲で適宜変更できる。但し、１×１０
16ｃｍ-3未満及び５×１０17ｃｍ-3を越えると発光量増
大の効果が顕著に得られなくなる。 （４） 活性層１４の幅は、０．５〜２．０μｍの範囲
で適宜変更できる。但し、０．５μｍ未満ではクラッド
層との界面の影響を受けて発光効率が低下する。また、
２．０μｍを越えると、活性層１４中のキャリア密度が
減少し発光効率がやはり低下する。 （５） 図２においてｎ形クラッド層３、活性層１４、
ｐ形クラッド層５から成る主要部の下側及び上側に設け
られている半導体層の一部又は全部を省くこともでき
る。また、主要部の上側又は下側に別な半導体層を追加
することができる。 （６） 実施例では、波長が約７
３０ｎｍ付近のディ−プ発光が生じた場合を示したが、
活性層のＡｌ組成比等を変化させるとそれ以外の波長の
ディ−プ発光が生じることがある。この場合にも、本発
明を適用することにより発光効率の増大を図ることがで
きる。
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 図２ではｎ形クラッド層３及びｐ形クラッド層
５がそれぞれ１層とされているが、ｎ形クラッド層３と
ｐ形クラッド層５のいずれか一方又は両方を第１及び第
２のクラッド層領域（複数層）で構成し、第１のクラッ
ド層領域を活性層１４に近い側に配置し、第２のクラッ
ド層領域を活性層１４に対して遠い側に配置し、第１の
クラッド層領域と活性層の間の電位障壁の高さを、第２
のクラッド層領域と活性層の間の電位障壁の高さよりも
高く設定することもできる。即ち、特開平８−１８１０
号公報に開示されている半導体発光素子にも本願発明を
適用することができる。 （２） ｎ形クラッド層３及びｐ形クラッド層５は、Ａ
ｌＩｎＰに限らず、例えば、ＡｌＧａＩｎＰでもよい。 （３） 活性層１４中のＺｎの不純物濃度は１×１０16
〜５×１０17の範囲で適宜変更できる。但し、１×１０
16ｃｍ-3未満及び５×１０17ｃｍ-3を越えると発光量増
大の効果が顕著に得られなくなる。 （４） 活性層１４の幅は、０．５〜２．０μｍの範囲
で適宜変更できる。但し、０．５μｍ未満ではクラッド
層との界面の影響を受けて発光効率が低下する。また、
２．０μｍを越えると、活性層１４中のキャリア密度が
減少し発光効率がやはり低下する。 （５） 図２においてｎ形クラッド層３、活性層１４、
ｐ形クラッド層５から成る主要部の下側及び上側に設け
られている半導体層の一部又は全部を省くこともでき
る。また、主要部の上側又は下側に別な半導体層を追加
することができる。 （６） 実施例では、波長が約７
３０ｎｍ付近のディ−プ発光が生じた場合を示したが、
活性層のＡｌ組成比等を変化させるとそれ以外の波長の
ディ−プ発光が生じることがある。この場合にも、本発
明を適用することにより発光効率の増大を図ることがで
きる。
【図１】従来の半導体発光素子を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係わる半導体発光素子を示す
断面図である。
断面図である。
【図３】図１の従来の半導体発光素子の波長と発光強度
との関係を示す図である。
との関係を示す図である。
【図４】図２の本発明に従う半導体発光素子の波長と発
光強度との関係を示す図である。
光強度との関係を示す図である。
３ ｎ形クラッド層 ５ ｐ形クラッド層 １４ 活性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杢 哲次 埼玉県新座市北野三丁目６番３号 サン ケン電気株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−326793（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−308153（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−169992（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00
Claims (1)
- 【請求項１】 光を放射するために複数の半導体層を有
している半導体基体と、前記半導体基体の一方の主面に
配置されたカソ−ド電極と、前記半導体基体の他方の主
面に配置されたアノ−ド電極とから成る半導体発光素子
において、前記半導体基体が、 １×１０18〜４×１０18ｃｍ-3の濃度で導電形決定不純
物を含み、３３０〜３７０μｍの厚さを有するｎ形のＧ
ａＡｓ（ガリウム・ヒ素）半導体から成るサブストレ−
トと、 前記サブストレ−トに隣接配置され、１×１０18〜５×
１０18ｃｍ-3の濃度で導電形決定不純物を含み、０．１
〜０．３μｍの厚さを有しているｎ形ＧａＡｓ（ガリウ
ム・ヒ素）半導体から成るバッファ層と、 前記バッファ層の前記サブストレ−トに隣接している主
面とは反対側の主面に隣接配置され、８×１０16〜１×
１０18ｃｍ-3の濃度で導電形決定不純物を含み、０．５
〜１．５μｍの厚さを有しているｎ形のＡｌＧａＩｎＰ
（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）又はＡ
ｌＩｎＰ（アルミニウム・インジウム・リン）半導体か
ら成るｎ形クラッド層と、 前記ｎ形クラッド層の前記バッファ層に隣接している主
面とは反対側の主面に隣接配置され、１×１０16〜５×
１０17ｃｍ-3の濃度で亜鉛（Ｚｎ）を含み、０．５〜
２．０μｍの厚さを有しているＡｌＧａＩn Ｐ（アルミ
ニウム・ガリウム・インジウム・リン）半導体から成る
活性層と、 前記活性層の前記ｎ形クラッド層に隣接している主面と
反対側の主面に隣接配置され、５×１０16〜１×１０18
ｃｍ-3の濃度で導電形決定不純物を含み、０．５〜１．
５μｍの厚さを有しているＰ形のＡｌＧａＩｎＰ（アル
ミニウム・ガリウム・インジウム・リン）又はＡｌＩｎ
Ｐ（アルミニウム・インジウム・リン）半導体から成る
ｐ形クラッド層と、 前記ｐ形クラッド層の前記活性層に隣接している主面と
反対側の主面の一部に隣接するように配置され、１×１
０18〜１×１０19ｃｍ-3の濃度の導電形決定不純物を含
み、０．０５〜０．２５μｍの厚さを有しているＡｌＧ
ａＩｎＰ（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リ
ン）半導体から成る電流ブロック層と、 前記ｐ形クラッド層の前記反対側の主面の前記電流ブロ
ック層が隣接していない領域及び前記電流ブロック層を
覆うように配置され、１×１０18〜５×１０19ｃｍ-3の
濃度で導体形決定不純物を含み、５〜１５μｍの厚さを
有しているＰ形のＡｌＧａＡｓ（アルミニウム・ガリウ
ム・ヒ素）半導体から成る電流拡散層と、 前記電流拡散層の前記電流ブロック層に隣接している主
面と反対側の主面に隣接配置され、１×１０17〜１×１
０18ｃｍ-3の濃度で導電形決定不純物を含み、０．２〜
０．４μｍの厚さを有しているｐ形のＡｌＧａＩｎＰ
（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）半導体
から成る保護層と、 前記保護層の前記電流拡散層に隣接している主面と反対
側の主面に隣接配置され、５×１０18〜７×１０19ｃｍ
-3の濃度で導電形決定不純物を含み、０．０５〜０．１
５μｍの厚みを有しているＰ形のＧａＡｓ（ガリウム・
ヒ素）半導体から成るコンタクト層と、 から成り、 前記カソ−ド電極は前記サブストレ−トに接触し、 前記アノ−ド電極は前記コンタクト層に接触しているこ
とを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10246397A JP3216700B2 (ja) | 1996-05-22 | 1997-04-04 | 半導体発光素子 |
| US08/856,946 US5814838A (en) | 1996-05-22 | 1997-05-15 | Light emitting semiconductor element with ZN doping |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15153796 | 1996-05-22 | ||
| JP8-151537 | 1996-05-22 | ||
| JP10246397A JP3216700B2 (ja) | 1996-05-22 | 1997-04-04 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1041543A JPH1041543A (ja) | 1998-02-13 |
| JP3216700B2 true JP3216700B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=26443187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10246397A Expired - Fee Related JP3216700B2 (ja) | 1996-05-22 | 1997-04-04 | 半導体発光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5814838A (ja) |
| JP (1) | JP3216700B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6194742B1 (en) * | 1998-06-05 | 2001-02-27 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Strain engineered and impurity controlled III-V nitride semiconductor films and optoelectronic devices |
| TW399344B (en) * | 1998-09-09 | 2000-07-21 | Jan Shr Shiung | High intensity light emitting diode (LED) and the manufacturing method thereof |
| DE19844985A1 (de) * | 1998-09-30 | 2000-04-13 | Siemens Ag | Strahlungsemittierender Halbleiterkörper und Verfahren zum Herstellen des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers |
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