JP3237972B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents

Semiconductor light emitting device

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JP3237972B2
JP3237972B2 JP22536393A JP22536393A JP3237972B2 JP 3237972 B2 JP3237972 B2 JP 3237972B2 JP 22536393 A JP22536393 A JP 22536393A JP 22536393 A JP22536393 A JP 22536393A JP 3237972 B2 JP3237972 B2 JP 3237972B2
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current diffusion
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multiple quantum
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和彦 板谷
秀人 菅原
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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、化合物半導体材料を用
いた半導体発光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device using a compound semiconductor material.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、屋外表示板,交通信号等への応用
を目的として、緑色から黄色,燈色,赤色の発光ダイオ
ード(LED)の開発が盛んに進められている。この中
でも緑色から黄色といった、0.6μmよりも波長の短
い領域では従来材料による高輝度化が困難であり、新材
料による高輝度LEDの開発が望まれていた。
2. Description of the Related Art In recent years, for the purpose of application to outdoor display boards, traffic signals, and the like, light-emitting diodes (LEDs) from green to yellow, lantern, and red have been actively developed. Among these, it is difficult to increase the luminance with the conventional material in a region having a wavelength shorter than 0.6 μm, such as green to yellow, and the development of a high-luminance LED using a new material has been desired.

【0003】InGaAlP系混晶は、窒化物を除く I
II−V族化合物半導体混晶中で最大の直接遷移型エネル
ギーギャップを有し、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
まで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によ
り、外部への有効な光取り出しを実現することが重要で
ある。
[0003] InGaAlP-based mixed crystals, except nitride
It has the largest direct transition type energy gap in II-V compound semiconductor mixed crystals, and is attracting attention as a light emitting device material in the 0.5 to 0.6 μm band. In particular, a pn-junction LED having a GaAs substrate and a light-emitting portion of InGaAlP lattice-matched to the pn-junction LED has a higher luminance from red to green than a conventional device using an indirect transition material such as GaP or GaAsP. Light emission is possible. In order to form a high-brightness LED, it is important not only to increase the luminous efficiency but also to realize effective light extraction to the outside due to the light absorption inside the device and the relative positional relationship between the light emitting unit and the electrodes. It is.

【0004】図8にInGaAlP発光部を有する従来
のLEDの素子構造断面図を示す。図中81はn−Ga
As基板であり、この基板81の主面上にn−InGa
AlPクラッド層84,InGaAlP活性層85、n
−InGaAlPクラッド層86からなるダブルヘテロ
構造部(発光領域層)が成長形成されている。ダブルヘ
テロ構造部上には、p−InGaPキャップ層82及び
n−InGaAlP電流阻止層87が成長形成され、電
流阻止層87は選択エッチングによって円形に加工され
ている。
FIG. 8 is a sectional view showing the structure of a conventional LED having an InGaAlP light emitting portion. In the figure, 81 is n-Ga
An As substrate, and n-InGa
AlP cladding layer 84, InGaAlP active layer 85, n
A double heterostructure portion (light emitting region layer) composed of an -InGaAlP cladding layer 86 is grown and formed. On the double heterostructure, a p-InGaP cap layer 82 and an n-InGaAlP current blocking layer 87 are grown and formed, and the current blocking layer 87 is processed into a circular shape by selective etching.

【0005】キャップ層82及び電流阻止層87上に
は、p−GaAlAs電流拡散層88及びp−GaAs
コンタクト層89が形成され、コンタクト層89は電流
阻止層87の形状に合わせて円形に加工されている。そ
して、コンタクト層89上にp側電極91が形成され、
基板81の裏面側にn側電極92が形成されている。な
お、この素子における発光部を93で示し、電流分布を
矢印で示している。
On the cap layer 82 and the current blocking layer 87, a p-GaAlAs current diffusion layer 88 and a p-GaAs
A contact layer 89 is formed, and the contact layer 89 is processed into a circular shape according to the shape of the current blocking layer 87. Then, a p-side electrode 91 is formed on the contact layer 89,
An n-side electrode 92 is formed on the back side of the substrate 81. The light emitting portion of this device is indicated by 93, and the current distribution is indicated by arrows.

【0006】ところで、この種のLEDにおいては、次
の点が問題となっている。第1に、InGaAlP混晶
を用いることにより黄色領域で高輝度のLEDは実現さ
れているが、黄色よりも短波長化を進めると発光効率が
著しく低下する。これは、短波長化のためにAl組成を
多くする手法を通常用いるが、化学的に活性なAlが結
晶成長中に酸素を取り込み、これが結晶中に非発光セン
ターを形成するためである。実際のLEDにおいても、
黄色では1%以上の高効率が得られるものの、緑色では
0.3%と低下する。これを回避する手段として、発光
層下部にブラッグ反射層を設けるなどの光取り出し効率
を向上させることが行われているが十分ではなく、短波
長化における発光効率の改善を行うことが要請されてい
た。
[0006] By the way, the following points are problematic in this type of LED. First, an LED having a high luminance in a yellow region is realized by using an InGaAlP mixed crystal. However, if the wavelength is made shorter than that of yellow, the luminous efficiency is significantly reduced. This is because a method of increasing the Al composition for shortening the wavelength is usually used, but chemically active Al takes in oxygen during crystal growth, and this forms a non-emission center in the crystal. In actual LED,
In the case of yellow, a high efficiency of 1% or more is obtained, but in the case of green, the efficiency is reduced to 0.3%. As a means for avoiding this, improvement of light extraction efficiency such as providing a Bragg reflection layer below the light emitting layer has been performed, but this is not sufficient, and it is required to improve light emission efficiency at shorter wavelengths. Was.

【0007】多重量子井戸構造を発光層とすると、発光
層のAl組成を多くすることなく量子準位によって短波
長化するため、上記したAlが結晶成長中に酸素を取り
込む問題は起きない。そのため、高効率化が期待され
る。しかし、LED目的の多重量子井戸構造の設計にお
いては、井戸層数を20以上と大きくしなければならな
い(菅原他、応用物理連合講演会1993年春,III-13
02)。これは、井戸層からバリヤ層へ注入キャリアが溢
れ、バリヤ層において非発光再結合するためである。そ
のために、このような井戸層数を増やし、各井戸への注
入キャリア密度をあるレベル以下に制限する必要があ
る。
When the light emitting layer has a multiple quantum well structure, the wavelength is shortened by the quantum level without increasing the Al composition of the light emitting layer. Therefore, the problem of Al taking in oxygen during crystal growth does not occur. Therefore, high efficiency is expected. However, in designing a multiple quantum well structure for the purpose of LEDs, the number of well layers must be increased to 20 or more (Sugawara et al., Applied Physics Lecture Meeting Spring 1993, III-13)
02). This is because injected carriers overflow from the well layer to the barrier layer, and non-radiative recombination occurs in the barrier layer. Therefore, it is necessary to increase the number of such well layers and to limit the density of carriers injected into each well to a certain level or less.

【0008】しかしながら、注入キャリア密度の観点か
ら設計した井戸層数の多い多重量子井戸構造において
は、注入キャリア、特に正孔が均一に分布しないという
大きな問題が生じた。p型クラッド層から注入された正
孔は、井戸層/バリヤ層界面の存在により実効的な拡散
長が短くなり、p側部分に局在してしまい、ダブルヘテ
ロ構造と比較して大きな効率改善効果を得ることはでき
なかった。
However, in a multiple quantum well structure having a large number of well layers designed from the viewpoint of the density of injected carriers, there is a serious problem that injected carriers, particularly holes, are not uniformly distributed. Holes injected from the p-type cladding layer have a short effective diffusion length due to the existence of the well layer / barrier layer interface, and are localized on the p-side portion. No effect could be obtained.

【0009】第2に、前記図8に示したLEDにおいて
は、電流拡散層88において発光部で生じた光が吸収さ
れず、なおかつ十分に電流が広がるためには、活性層8
5よりもバンドギャップが大きく、p型で抵抗率が十分
に低い材料を選ばなくてはならない。In0.5 (Ga
1-x Alx0.5 (0≦x≦1)においては、xの値が
大きくなると共に、特にp型においては抵抗率が高くな
ってしまい、電流拡散層88として用いることは困難で
ある。そこで、p型でも抵抗率がn−InGaAlPク
ラッド層84に比べて低く、活性層85に比べてバンド
ギャップの大きいGaAlAsを電流拡散層88として
採用してきた。
Second, in the LED shown in FIG. 8, the light generated in the light emitting portion is not absorbed in the current spreading layer 88, and the current spreads sufficiently.
A material having a band gap larger than 5, a p-type material and a sufficiently low resistivity must be selected. In 0.5 (Ga
In the case of 1-x Al x ) 0.5 (0 ≦ x ≦ 1), the value of x increases, and the resistivity particularly increases in the p-type, so that it is difficult to use the current diffusion layer 88. Therefore, GaAlAs having a lower resistivity than the n-InGaAlP cladding layer 84 and a larger band gap than the active layer 85 has been adopted as the current diffusion layer 88 even in the p-type.

【0010】しかしながら、GaAlAsにおいても十
分に電流が広がるためには、膜厚を約7μmと厚くしな
ければならない。このように膜厚を厚くすると成長時間
が長くなり、また成長温度の制御が難しくなるため組成
の制御性が悪くなる。その結果、結晶の純度が低くな
り、結果としてモフォロジーの低下、発光部からの光の
吸収を生じてしまう。さらに、成長時間が長くなること
は生産性の低下につながる。
However, in order to sufficiently spread the current even in GaAlAs, the film thickness must be increased to about 7 μm. When the film thickness is increased as described above, the growth time becomes longer, and the control of the growth temperature becomes difficult, so that the controllability of the composition is deteriorated. As a result, the purity of the crystal is lowered, and as a result, the morphology is reduced and light is absorbed from the light emitting portion. Further, longer growth times lead to lower productivity.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】このように、InGa
AlP系材料を用いた従来のLEDにおいては、活性層
に多重量子井戸構造を採用した場合、正孔の分布が不均
一になり発光効率が著しく低下するという問題点があっ
た。また、電流拡散層で十分に電流を広げるためには膜
厚を厚くする必要があるが、このためには成長時間の増
大を招き、モフォロジーの低下や生産性の低下につなが
るという問題があった。
As described above, the InGa
In a conventional LED using an AlP-based material, when a multiple quantum well structure is employed for the active layer, there is a problem that the distribution of holes becomes non-uniform and the luminous efficiency is significantly reduced. Further, in order to sufficiently spread the current in the current diffusion layer, it is necessary to increase the film thickness. However, this causes an increase in growth time, which leads to a decrease in morphology and a decrease in productivity. .

【0012】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、層数の多い多重量子井戸
活性層においてもキャリアを均一に注入し、発光効率が
十分に高く、製造方法も簡単な優れた面発光型の半導体
発光装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances. It is an object of the present invention to uniformly inject carriers even in a multiple quantum well active layer having a large number of layers, to achieve a sufficiently high luminous efficiency, Another object of the present invention is to provide an excellent surface-emitting type semiconductor light-emitting device that is simple in method.

【0013】また、本発明のもう一つの目的は、電流拡
散層の材料及び構造を制御することにより、電流拡散層
の成長時間を非常に短縮し、なおかつ光の取出し効率の
向上をはかり得る半導体発光装置を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is to control the material and structure of the current diffusion layer, thereby significantly shortening the growth time of the current diffusion layer and improving the light extraction efficiency. A light emitting device is provided.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、次のような構成を採用している。即ち、
本発明(請求項1)は、第1導電型の半導体基板と、こ
の半導体基板上に形成された、多重量子井戸活性層を第
1導電型及び第2導電型のクラッド層で挟んだダブルヘ
テロ構造部と、このダブルヘテロ構造部上に形成された
第2導電型の電流拡散層と、この電流拡散層上の一部に
形成された第1の電極と、半導体基板の裏面側に形成さ
れた第2の電極とを具備した半導体発光装置において、
多重量子井戸活性層は、該層の積層方向に対して、井戸
層とバリヤ層の少なくとも一方の厚さ又は組成を可変し
てなるものであることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration. That is,
The present invention (claim 1) provides a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a double heterostructure formed on the semiconductor substrate and having a multiple quantum well active layer sandwiched between cladding layers of the first and second conductivity types. A structure, a second conductivity type current diffusion layer formed on the double heterostructure, a first electrode formed on a part of the current diffusion layer, and a back surface of the semiconductor substrate. A semiconductor light emitting device comprising:
The multiple quantum well active layer is characterized in that the thickness or the composition of at least one of the well layer and the barrier layer is varied in the stacking direction of the layers.

【0015】また、本発明(請求項2)は、第1導電型
の半導体基板と、この半導体基板上に形成された、活性
層を第1導電型及び第2導電型のクラッド層で挟んだダ
ブルヘテロ構造部と、このダブルヘテロ構造部上に形成
された第2導電型の電流拡散層と、この電流拡散層上の
一部に形成された第1の電極と、半導体基板の裏面側に
形成された第2の電極とを具備してなり、電流拡散層中
の一部又は全体に超格子構造を形成したことを特徴とす
る。
Further, according to the present invention (claim 2), a semiconductor substrate of a first conductivity type and an active layer formed on the semiconductor substrate are sandwiched between cladding layers of a first conductivity type and a second conductivity type. A double hetero structure, a second conductivity type current diffusion layer formed on the double hetero structure, a first electrode formed on a part of the current diffusion layer, and a back side of the semiconductor substrate. And a formed second electrode, wherein a superlattice structure is formed partially or entirely in the current spreading layer.

【0016】ここで、本発明(請求項1)の特徴は、多
重量子井戸構造を発光部とする半導体発光装置におい
て、該多重量子井戸構造が、電子の注入側から正孔の注
入側に向かって、井戸層の量子準位が大きくなるように
多重量子井戸構造の各パラメータを設定し、注入キャリ
ヤが均一に多重量子井戸構造部に分布するようにしたこ
とである。パラメータとしては、井戸層厚,井戸層の組
成,バリヤ層厚,バリヤ層の組成などである。
Here, a feature of the present invention (Claim 1) is that in a semiconductor light emitting device having a multiple quantum well structure as a light emitting portion, the multiple quantum well structure is directed from an electron injection side to a hole injection side. That is, each parameter of the multiple quantum well structure is set so that the quantum level of the well layer is increased, so that the injected carriers are uniformly distributed in the multiple quantum well structure. The parameters include well layer thickness, well layer composition, barrier layer thickness, barrier layer composition, and the like.

【0017】また、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 多重量子井戸構造が電子の注入側から正孔の注入側
に向かって、井戸層の量子準位が大きくなるように多重
量子井戸構造の各パラメータが設定されていること。 (2) 多重量子井戸構造の一部がn型不純物によってドー
プされていること。 (3) 多重量子井戸構造がInGaAlPからなること。
Preferred embodiments of the present invention include the following. (1) Each parameter of the multiple quantum well structure is set so that the quantum level of the well layer increases from the electron injection side to the hole injection side. (2) A part of the multiple quantum well structure is doped with an n-type impurity. (3) The multiple quantum well structure is made of InGaAlP.

【0018】本発明(請求項2)の特徴は、素子の成長
時間の短縮化及び素子と空気との界面における光の取り
出し効率を向上するために、薄くても十分電流が広が
り、なおかつ容易に屈折率を制御できる材料及び構造を
電流拡散層中に用いることである。
The feature of the present invention (Claim 2) is that in order to shorten the growth time of the device and improve the light extraction efficiency at the interface between the device and air, the current spreads sufficiently even if the device is thin, and it is easy to use. The use of materials and structures that can control the refractive index in the current spreading layer.

【0019】また、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 電流拡散層中に構成された超格子の周期が徐々に変
化していくこと。 (2) 電流拡散層を構成された超格子の周期が不規則であ
ること。 (3) 電流拡散層中の超格子を構成する材料のバンドギャ
ップが徐々に変化していくこと。 (4) 半導体基板がGaAs、ダブルヘテロ構造部がIn
GaAlP系材料からなること。
Preferred embodiments of the present invention include the following. (1) The period of the superlattice formed in the current diffusion layer changes gradually. (2) The period of the superlattice constituting the current spreading layer is irregular. (3) The band gap of the material constituting the superlattice in the current diffusion layer changes gradually. (4) GaAs semiconductor substrate and In double heterostructure
Be composed of a GaAlP-based material.

【0020】[0020]

【作用】本発明(請求項1)によれば、電子の注入側か
ら正孔の注入側に向かって、井戸層の量子準位が大きく
なるように多重量子井戸構造の各パラメータを設定する
ことにより、層数の多い多重量子井戸構造においてもキ
ャリヤを均一に注入することができる。従って、発光効
率が十分に高く、製造方法も簡単な優れた黄色、緑色の
面発光型LEDを提供することができる。
According to the present invention (claim 1), each parameter of the multiple quantum well structure is set such that the quantum level of the well layer increases from the electron injection side to the hole injection side. Thereby, carriers can be uniformly injected even in a multiple quantum well structure having a large number of layers. Therefore, it is possible to provide an excellent yellow and green surface-emitting LED having a sufficiently high luminous efficiency and a simple manufacturing method.

【0021】本発明(請求項2)によれば、電流拡散層
中に混晶比或いは層数の周期の不規則な超格子構造を形
成しているため、基板面に垂直な方向に比べ、水平な面
内の抵抗率が非常に小さくなり、膜厚を薄くしても十分
に電流が広がる。しかも、超格子における混晶比或いは
周期を徐々に変えることにより、電流拡散層の屈折率を
徐々に変えることができ、空気との界面における光の取
り出し効率の向上をはかることができる。従って、高輝
度の発光素子を短時間で作成することが可能となる。
According to the present invention (Claim 2), a superlattice structure having an irregular mixed crystal ratio or a periodicity of the number of layers is formed in the current diffusion layer. The resistivity in the horizontal plane becomes very small, and the current spreads sufficiently even if the film thickness is reduced. Moreover, by gradually changing the mixed crystal ratio or period in the superlattice, the refractive index of the current diffusion layer can be gradually changed, and the light extraction efficiency at the interface with air can be improved. Therefore, a light-emitting element with high luminance can be manufactured in a short time.

【0022】[0022]

【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。なお、以下に説明する第1〜第4の実施例は
(請求項1)に関する実施例であり、第5の実施例は
(請求項2)に関する実施例である。 (実施例1)図1は本発明の第1の実施例に係わるLE
Dの素子構造を示す断面図である。図中11はn−Ga
As基板であり、この基板11の表面は(100)面か
ら[011]方向に15°傾斜している。基板11上に
は、n−GaAsバッファ層12、n−In0.5 Al
0.5 P(Siドープ,5×1017cm-3)とn−GaA
s(Siドープ,3×1017cm-3)の10対から構成
されるブラッグ反射層13、n−In0.5 (Ga0.3
0.70.5 Pクラッド層14(Siドープ,5×10
17cm-3),多重量子井戸活性層15及びp−In0.5
(Ga0.3 Al0.70.5 Pクラッド層16(Znドー
プ,5×1017cm-3)からなるダブルヘテロ接合構造
が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The first to fourth embodiments described below are embodiments relating to (claim 1), and the fifth embodiment is an embodiment relating to (claim 2). (Embodiment 1) FIG. 1 shows an LE according to a first embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the element structure of D. In the figure, 11 is n-Ga
This is an As substrate, and the surface of the substrate 11 is inclined by 15 ° in the [011] direction from the (100) plane. On a substrate 11, an n-GaAs buffer layer 12, n-In 0.5 Al
0.5 P (Si-doped, 5 × 10 17 cm −3 ) and n-GaAs
s (Si-doped, 3 × 10 17 cm −3 ) 10 pairs of Bragg reflection layers 13, n-In 0.5 (Ga 0.3 A
l 0.7 ) 0.5 P clad layer 14 (Si-doped, 5 × 10
17 cm −3 ), multiple quantum well active layer 15 and p-In 0.5
A double heterojunction structure composed of a (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P clad layer 16 (Zn-doped, 5 × 10 17 cm −3 ) is formed.

【0023】クラッド層16上には、n−InGaAl
P電流狭窄層17(Siドープ,1×1018cm-3)が
円形状に形成されており、これらの上にはp−Ga0.8
Al0.2 As(Znドープ,2×1018cm-3)からな
る電流拡散層18が形成されている。電流拡散層18上
には、p−GaAsコンタクト層19(Znドープ、5
×1018cm-3)が円形状に形成されている。そして、
コンタクト層19の上面にはAu−Znからなるp側電
極21が被着され、基板11の下面にはAu−Geから
なるn側電極22が被着されている。なお、各層の成長
にはMOCVD法を用い、12〜17を1回目の成長で
形成し、18,19を2回目の成長で形成した。
On the cladding layer 16, n-InGaAl
A P current confinement layer 17 (Si-doped, 1 × 10 18 cm −3 ) is formed in a circular shape, and p-Ga 0.8
A current diffusion layer 18 made of Al 0.2 As (Zn-doped, 2 × 10 18 cm −3 ) is formed. A p-GaAs contact layer 19 (Zn-doped, 5
× 10 18 cm -3 ) is formed in a circular shape. And
A p-side electrode 21 made of Au-Zn is attached on the upper surface of the contact layer 19, and an n-side electrode 22 made of Au-Ge is attached on the lower surface of the substrate 11. Note that MOCVD was used to grow each layer, and 12 to 17 were formed in the first growth, and 18 and 19 were formed in the second growth.

【0024】発光効率の高いLEDを得るためには、構
造パラメータ、ここでは多重量子井戸活性層15の設計
を適切に行う必要があり、以下にその設計の詳細につい
て記述する。図2に、本実施例で採用した多重量子井戸
活性層15のエネルギーバンドダイヤグラム(バリヤ層
と井戸層の関係)を示す。このようにエネルギーバンド
ダイヤグラムは、非対称の形状となっている。ここで、
井戸層はIn0.5 (Ga0.7 Al0.30.5 P、バリヤ
層はIn0.5 (Ga0.5 Al0.50.5 Pとした。バリ
ヤ層厚は4nmと一定であるが、井戸層厚はn−クラッ
ド層14に最も近い側が5nmで、p−クラッド層16
側に順次4nm,3.5nmと薄くなっている。
In order to obtain an LED with high luminous efficiency, it is necessary to appropriately design structural parameters, here, the multiple quantum well active layer 15, and the details of the design will be described below. FIG. 2 shows an energy band diagram (the relationship between the barrier layer and the well layer) of the multiple quantum well active layer 15 employed in this embodiment. Thus, the energy band diagram has an asymmetric shape. here,
The well layer was In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P, and the barrier layer was In 0.5 (Ga 0.5 Al 0.5 ) 0.5 P. The barrier layer thickness is constant at 4 nm, but the well layer thickness is 5 nm on the side closest to the n-cladding layer 14 and the p-cladding layer 16
The thickness is sequentially reduced to 4 nm and 3.5 nm on the side.

【0025】比較のために図9に、従来の多重量子井戸
のエネルギーバンドダイヤグラムを示す。このように発
光効率を上げる構造としては、非常に多くの層数を必要
とする。このため、活性層の総厚が大きくなることと、
多数のヘテロ界面が存在することにより、キャリヤ、特
に正孔の均一な分布は著しく困難になり、p−クラッド
層側の一部の部分に局在化してしまう。このため、発光
効率を高くすることはできない。
FIG. 9 shows an energy band diagram of a conventional multiple quantum well for comparison. Such a structure for increasing the luminous efficiency requires a very large number of layers. Therefore, the total thickness of the active layer is increased,
Due to the presence of a large number of heterointerfaces, uniform distribution of carriers, particularly holes, becomes extremely difficult and is localized in a part of the p-cladding layer side. Therefore, the luminous efficiency cannot be increased.

【0026】これに対し図2に示すようにすれば、正孔
に対してはp側からn側に向かって量子準位が徐々に深
くなるように設定でき、円滑な注入が可能となる。電子
側はn側の注入部分で最も深くなるが、拡散長が長いの
でこのような構造でも均一な分布になる。井戸層厚が変
わることで量子準位、即ち発光波長も各設定で異なる
が、LEDの使用目的に関しては発光スペクトルの半値
幅が広くなる程度の変化であり問題はない。正孔の均一
分布による発光効率改善は大きく、図9に示す従来構造
の2倍の外部量子効率が得られた。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the quantum level of holes can be set to be gradually deeper from the p side to the n side, and smooth injection becomes possible. The electron side becomes deepest at the n-side injection part, but the diffusion length is long, so that even in such a structure, the distribution is uniform. Although the quantum level, that is, the emission wavelength, differs depending on the setting when the thickness of the well layer is changed, there is no problem with the use purpose of the LED because the half value width of the emission spectrum is widened. The luminous efficiency was greatly improved by the uniform distribution of holes, and the external quantum efficiency was twice that of the conventional structure shown in FIG.

【0027】実際のLEDにおいては、緑色光に対して
10cdの高輝度特性が得られた。これは、InGaA
lPを活性層としたダブルヘテロ構造LEDの約5倍の
明るさであった。 (実施例2)図3に、本発明の第2の実施例で採用した
多重量子井戸活性層のエネルギーバンドダイヤグラムを
示す。井戸層はIn0.5 (Ga0.7 Al0.30.5 P、
バリヤ層はIn0.5 (Ga0.5 Al0.50.5 Pであ
る。ここで、第1の実施例との違いは、井戸層厚と共に
バリヤ層厚も変化させていることである。井戸層厚はn
−クラッド層に最も近い側が5nmで、順次4nm,3
nmと薄くなっており、バリヤ層厚もn−クラッド層に
最も近い側が5nmで、順次4nm,3nmと薄くして
いる。
In an actual LED, a high luminance characteristic of 10 cd was obtained for green light. This is InGaAs
The brightness was about 5 times that of a double heterostructure LED using 1P as an active layer. (Embodiment 2) FIG. 3 shows an energy band diagram of a multiple quantum well active layer employed in a second embodiment of the present invention. The well layer is In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P,
The barrier layer is In 0.5 (Ga 0.5 Al 0.5 ) 0.5 P. Here, the difference from the first embodiment is that the barrier layer thickness is changed together with the well layer thickness. Well layer thickness is n
5 nm closest to the cladding layer, 4 nm, 3
The barrier layer thickness is 5 nm on the side closest to the n-cladding layer, and is sequentially reduced to 4 nm and 3 nm.

【0028】このように、バリヤ層厚がp−クラッド層
側で薄くなっているため、さらに正孔の均一分布はし易
くなる。さらに本実施例の特徴としては、各井戸層から
ほぼ同じ発光波長が得られることである。このため、L
EDのみでなく、半導体レーザにも適用することができ
る。
As described above, since the thickness of the barrier layer is reduced on the p-clad layer side, the uniform distribution of holes is further facilitated. Further, as a feature of this embodiment, substantially the same emission wavelength can be obtained from each well layer. Therefore, L
The invention can be applied not only to EDs but also to semiconductor lasers.

【0029】本実施例によっても、LEDにおいては緑
色に対して10cdの高輝度特性が得られた。また、レ
ーザにおいても595nmにおいて(黄色)室温連続発
振が得られた。なお、井戸層,バリヤ層の変調に関して
は、これら膜厚だけでなく、組成を変調することでも同
様な効果が得られる。しかしながら、実施例であげたよ
うに膜厚で変調する方が、実際の成長では時間を制御す
ることで対応できるために、作製が容易である。また、
バリヤ層のみを変調し、n−クラッド層側からp−クラ
ッド層側に向かって徐々に薄くしていく設計も効果があ
る。 (実施例3)図4に、本発明の第3の実施例に採用した
多重量子井戸活性層のエネルギーバンドダイヤグラムを
示す。ここで述べる実施例は、ヘテロ接合を形成する際
に、エネルギーバンドダイヤグラムが各層の不純物準位
に依存し、特に準位が深い場合に、フェルミレベルがピ
ンニングされる効果を利用したものである。
According to this embodiment, high luminance characteristics of 10 cd with respect to green were obtained in the LED. In addition, with the laser, continuous oscillation at room temperature (yellow) was obtained at 595 nm. In addition, regarding the modulation of the well layer and the barrier layer, similar effects can be obtained by modulating not only the film thickness but also the composition. However, the modulation by the film thickness as described in the embodiment is easier to manufacture because the actual growth can be handled by controlling the time. Also,
A design in which only the barrier layer is modulated and gradually thinned from the n-clad layer side toward the p-clad layer side is also effective. (Embodiment 3) FIG. 4 shows an energy band diagram of a multiple quantum well active layer employed in a third embodiment of the present invention. The embodiment described here makes use of the effect that the energy band diagram depends on the impurity level of each layer when forming a heterojunction, and particularly when the level is deep, the Fermi level is pinned.

【0030】図4(a)の場合にはバリヤ層はアンドー
プである。ここで、井戸層はIn0.5 (Ga0.7 Al
0.30.5 P、バリヤ層はIn0.5 (Ga0.5 Al
0.50.5Pとしている。井戸層とバリヤ層のヘテロ接
合は両者の真空準位でのバンド不連続関係を反映して、
伝導帯側に浅く、価電子帯側に深くつながる。この状態
では電子はオーバーフローし易く、正孔は強く閉じ込め
られ、上記してきた高効率化のための層数の多い多重量
子井戸の設計に対しては不都合である。
In the case of FIG. 4A, the barrier layer is undoped. Here, the well layer is made of In 0.5 (Ga 0.7 Al
0.3 ) 0.5 P, barrier layer is In 0.5 (Ga 0.5 Al
0.5 ) 0.5 P The heterojunction between the well layer and the barrier layer reflects the band discontinuity at the vacuum level of both,
It is shallow on the conduction band side and deeply connected on the valence band side. In this state, electrons easily overflow and holes are strongly confined, which is inconvenient for the above-described design of a multiple quantum well having a large number of layers for high efficiency.

【0031】一方、図4(b)のようにバリヤ層がn型
にドープ(ここではSi)されるとDXセンターと呼ば
れる深い準位がドナー準位となり、伝導帯側のフェルミ
準位はピンニングされ、井戸層とバリヤ層のヘテロ接合
は図のように伝導帯側に深く、価電子帯側に浅くなるよ
うにシフトする。このため、多重量子井戸を形成しても
正孔は均一分布がし易くなり発光効率は向上する。本実
施例のようにバリヤ層のみをSiドープした場合、従来
構造の2倍の外部量子効率が得られた。 (実施例4)図5に、本発明の第4の実施例に採用した
多重量子井戸活性層のエネルギーバンドダイヤグラムを
示す。本実施例では多重量子井戸構造において、n−ク
ラッド層側の井戸層のみにZnドープをしている。多重
量子井戸構造のために正孔は、p−クラッド層側に局在
化する。このとき、正孔の枯渇するn−クラッド層側の
井戸層に故意にp型ドープをし、電子の再結合のペアを
用意する設計となっている。勿論、第3の実施例と組み
合わせてもよい。
On the other hand, when the barrier layer is doped with n-type (here, Si) as shown in FIG. 4B, a deep level called a DX center becomes a donor level, and a Fermi level on the conduction band side becomes pinning. The heterojunction between the well layer and the barrier layer shifts so as to be deeper toward the conduction band and shallower toward the valence band as shown in the figure. For this reason, even if a multiple quantum well is formed, holes are easily distributed uniformly, and luminous efficiency is improved. When only the barrier layer is doped with Si as in this embodiment, the external quantum efficiency is twice as high as that of the conventional structure. (Embodiment 4) FIG. 5 shows an energy band diagram of a multiple quantum well active layer employed in a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, in the multiple quantum well structure, only the well layer on the n-cladding layer side is doped with Zn. Holes are localized on the p-cladding layer side due to the multiple quantum well structure. At this time, the well layer on the n-cladding layer side where holes are depleted is intentionally doped with p-type to prepare a pair of electron recombination. Of course, it may be combined with the third embodiment.

【0032】本実施例においても高効率化が得られ、緑
色光に対して5cdの高輝度特性が得られた。これは、
InGaAlPを活性層としたダブルヘテロ構造LED
の約3倍の明るさであった。
Also in this embodiment, high efficiency was obtained, and high luminance characteristics of 5 cd for green light were obtained. this is,
Double heterostructure LED using InGaAlP as active layer
It was about three times brighter than

【0033】なお、上述した各実施例では活性層として
InGaAlPを用いたが、これに限らずInGaAs
を用いることもでき、更にはZnSSeなどの II-VI族
化合物半導体を用いることも可能である。また、実施例
ではLEDの適用例を示したが、各量子井戸の量子準位
が同じになるよう配慮すれば半導体レーザにも適用がで
きる。 (実施例5)薄い膜で、なおかつ十分に電流が広がるた
めには、電流拡散層においてp型電極からn型電極に向
かう方向、即ち基板面と水平な平面内での抵抗率が、基
板面に垂直な方向の抵抗率に比べ十分低ければよい。つ
まり、いわゆる2次元伝導体のような材料を用いればよ
い。同時に、発光部で生じた光が吸収されないために
は、基板面に垂直な方向のバンドギャップエネルギーが
活性層のバンドギャップエネルギーより大きい必要があ
る。このような条件を満たす膜として、InGaAlP
系材料を用いた超格子で構成された膜が考えられる。
In each of the above embodiments, InGaAlP was used as the active layer.
It is also possible to use II-VI group compound semiconductors such as ZnSSe. Further, in the embodiment, the application example of the LED is shown. However, if consideration is given so that the quantum levels of the quantum wells are the same, the invention can be applied to a semiconductor laser. (Example 5) In order for a current to be sufficiently spread with a thin film, the resistivity in a direction from the p-type electrode to the n-type electrode in the current diffusion layer, that is, in a plane parallel to the substrate surface, is reduced. It is sufficient if the resistivity is sufficiently lower than the resistivity in the direction perpendicular to the direction. That is, a material such as a so-called two-dimensional conductor may be used. At the same time, the band gap energy in the direction perpendicular to the substrate surface needs to be larger than the band gap energy of the active layer so that the light generated in the light emitting portion is not absorbed. As a film satisfying such conditions, InGaAlP
A film composed of a superlattice using a system material can be considered.

【0034】しかしながら、単純に超格子で構成された
膜を用いると、超格子構造の電流拡散層と空気との界面
における全反射の確率が高くなり、光の取出し効率が低
下してしまう。そこで本発明では、超格子構造の混晶比
或いは周期を徐々にを変えることによって、電流拡散層
の屈折率を徐々に変え、空気との界面における光の取出
し効率の向上をはかっている。
However, if a film simply composed of a superlattice is used, the probability of total reflection at the interface between the current diffusion layer having a superlattice structure and air increases, and the light extraction efficiency decreases. Therefore, in the present invention, the refractive index of the current diffusion layer is gradually changed by gradually changing the mixed crystal ratio or period of the superlattice structure, and the light extraction efficiency at the interface with air is improved.

【0035】図6は本発明の第5の実施例に係わるLE
Dの素子構造を示す断面図である。図中31はn−Ga
As基板であり、この基板31の主面上に、n−In
0.5 (Ga1-x Alx0.5 Pクラッド層34,In
0.5 (Ga1-y Aly0.5 P活性層35,p−In
0.5 (Ga1-z Alz0.5 Pクラッド層36、からな
るダブルヘテロ構造部(発光領域層)が成長形成されて
いる。ダブルヘテロを構造するInGaAlP各層のA
l組成x,y,zは、高い発光効率が得られるようにy
≦x,y≦zに設定する。即ち、発光層となる活性層3
5のバンドギャップがp,nの2つのクラッド層34,
36より小さいダブルヘテロ接合が形成されている。
FIG. 6 shows an LE according to a fifth embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the element structure of D. In the figure, 31 is n-Ga
An As substrate, and on the main surface of the substrate 31, n-In
0.5 (Ga 1-x Al x ) 0.5 P cladding layer 34, In
0.5 (Ga 1-y Al y ) 0.5 P active layer 35, p-In
A double heterostructure portion (light-emitting region layer) composed of a 0.5 (Ga 1 -z Al z ) 0.5 P clad layer 36 is formed by growth. A of each layer of InGaAlP forming a double heterostructure
The l compositions x, y, and z are set so that high luminous efficiency can be obtained.
≤ x, y ≤ z. That is, the active layer 3 serving as a light emitting layer
5, two cladding layers 34 having p and n band gaps,
A double heterojunction smaller than 36 is formed.

【0036】ダブルヘテロ構造部上には、p−In0.5
(Ga1-w Alw0.5 P及びp−In0.5 (Ga1-v
Alv0.5 Pからなる超格子構造の電流拡散層38が
成長形成されている。電流拡散層38上には、p−In
GaPコンタクト層39a及びp−GaAsコンタクト
層39bが成長形成され、これらのコンタクト層39は
例えば円形に加工されている。そして、コンタクト層3
9上にAu−Znからなるp側電極41が形成され、基
板31の他方の主面にAu−Geからなるn側電極42
が形成されている。なお、各層の成長にはMOCVD法
を用いた。
On the double heterostructure, p-In 0.5
(Ga 1-w Al w ) 0.5 P and p-In 0.5 (Ga 1-v
A current diffusion layer 38 having a superlattice structure made of Al v ) 0.5 P is formed by growth. On the current diffusion layer 38, p-In
A GaP contact layer 39a and a p-GaAs contact layer 39b are grown and formed, and these contact layers 39 are processed into, for example, a circular shape. And the contact layer 3
9, a p-side electrode 41 made of Au—Zn is formed, and an n-side electrode 42 made of Au—Ge is formed on the other main surface of the substrate 31.
Are formed. Note that the MOCVD method was used for growing each layer.

【0037】また、電流拡散層38を構成するInGa
AlP各層のAl組成w,vは発光波長に対して透明で
あるように設定する。発光層との組成関係はおおよそ、
y≦(w+v)/2に設定すればよい。即ち、y=0.
5,x=z=1.0としたとき、電流拡散層38の構造
は、順次(In0.5 (Ga0.7 Al0.30.5 P,10
nm/InAlP,10nm)が50対、(In0.5
(Ga0.7 Al0.30. 5 P,5nm/InAlP,5
nm)が50対、(In0.5 (Ga0.7 Al0.30.5
P,2nm/InAlP,2nm)が100対の積層構
造となっている。この関係を図7に示す。このような層
構造であれば、発光波長に対して透明である。
The InGa constituting the current diffusion layer 38
The Al composition w, v of each AlP layer is set to be transparent to the emission wavelength. The composition relationship with the light emitting layer is roughly
It is sufficient to set y ≦ (w + v) / 2. That is, y = 0.
5, when x = z = 1.0, the structure of the current diffusion layer 38 is (In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P, 10
nm / InAlP, 10 nm), (In 0.5
(Ga 0.7 Al 0.3) 0. 5 P, 5nm / InAlP, 5
nm) is 50 pairs, and (In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5
P, 2 nm / InAlP, 2 nm) has a laminated structure of 100 pairs. This relationship is shown in FIG. Such a layer structure is transparent to the emission wavelength.

【0038】なお、以下ではこのようなダブルヘテロ構
造を持つLEDについて説明するが、光の取り出し効率
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。
Although an LED having such a double hetero structure will be described below, the layer structure of the active layer portion is not essential from the viewpoint of light extraction efficiency, and the same applies to a single hetero junction structure and a homo junction structure. Can be considered.

【0039】各層のキャリア濃度は、以下に括弧内に示
すように設定されている。 n−GaAs基板31(80μm,3×1018cm-3) n−InGaAlPクラッド層34(1μm,5×10
17cm-3) InGaAlP活性層35(0.5μm、アンドープ) p−InGaAlPクラッド層36(1μm,4×10
17cm-3) p−InGaAlP電流拡散層38(0.28μm,1
×1018cm-3) p−InGaPコンタクト層39a(0.025μm,
3×1018cm-3) p−GaAsコンタクト層39b(0.1μm,3×1
18cm-3) である。
The carrier concentration of each layer is set as shown in parentheses below. n-GaAs substrate 31 (80 μm, 3 × 10 18 cm −3 ) n-InGaAlP cladding layer 34 (1 μm, 5 × 10
17 cm −3 ) InGaAlP active layer 35 (0.5 μm, undoped) p-InGaAlP cladding layer 36 (1 μm, 4 × 10
17 cm -3 ) p-InGaAlP current diffusion layer 38 (0.28 μm, 1
× 10 18 cm −3 ) p-InGaP contact layer 39a (0.025 μm,
3 × 10 18 cm −3 ) p-GaAs contact layer 39b (0.1 μm, 3 × 1
0 18 cm -3 ).

【0040】上記構造が従来の構造と異なる点は、電流
拡散層38をInGaAlP系材料からなる、徐々に周
期を変化させた超格子構造で構成していることにあり、
この構造の優位性について以下に説明する。
The above structure is different from the conventional structure in that the current diffusion layer 38 is formed of a superlattice structure made of InGaAlP-based material and having a period that is gradually changed.
The advantages of this structure will be described below.

【0041】p−InGaAlP電流拡散層38は、I
nGaAlP系材料からなる超格子で構成されている。
InGaAlP系材料は、Al混晶比が異なると、バン
ドギャップエネルギーが異なり、Al混晶比の異なるも
の同士の界面にはヘテロバリアが生じ、特にp型では電
流が流れにくくなる(K,Itaya etal,Jpn J.Appl.Phys.5
A,1919(1993))。
The p-InGaAlP current spreading layer 38
It is composed of a superlattice made of nGaAlP-based material.
If the InGaAlP-based material has a different Al mixed crystal ratio, the band gap energy is different, and a heterobarrier is generated at the interface between those having different Al mixed crystal ratios. In particular, current hardly flows in the p-type (K, Itaya et al., Jpn J. Appl. Phys. 5
A, 1919 (1993)).

【0042】また、p側電極41からn側電極42に向
かう方向では、超格子の周期が一定でないためにキャリ
アが散乱され易くなり、抵抗率が高くなる。これらのこ
とから、基板面に水平な内面に比べ、垂直な方向の抵抗
率が高くなる。この抵抗率の比率は、Al混晶比や、超
格子の周期を選ぶことにより制御できる。従って、電極
18から注入された電流はp−InGaAlP電流拡散
層38で基板に水平な面内で十分に広がる。
In the direction from the p-side electrode 41 to the n-side electrode 42, carriers are easily scattered because the period of the superlattice is not constant, and the resistivity increases. For these reasons, the resistivity in the direction perpendicular to the inner surface that is horizontal to the substrate surface is higher. The ratio of the resistivity can be controlled by selecting the Al mixed crystal ratio and the period of the superlattice. Therefore, the current injected from the electrode 18 spreads sufficiently in the plane horizontal to the substrate by the p-InGaAlP current diffusion layer 38.

【0043】また、発光層から出た光は、クラッド層3
6を通過した後に電流拡散層38に入射する。電流拡散
層38内では屈折率が超格子構造の各周期で異なり、上
面に向かって徐々に大きくなるよう設定されているた
め、基板面に対する光の進行方向は徐々に垂直に近づい
ていく。従って、クラッド層36を通過したときに、臨
界角以上の入射角を持っていても、電流拡散層38を出
るときに臨界角以下となり取り出される光の確率が増加
する。従って、超格子にしたことで、反射率が高くな
り、空気との界面で全反射により外に取り出すことので
きなくなった光も外に取り出すことができるようにな
る。また、薄いことによる損失の低減、超格子の設計に
よっては多重反射も可能となり、従来よりさらに光取出
し効率を増加させることも可能である。
Light emitted from the light emitting layer is transmitted to the cladding layer 3.
After passing through 6, the light enters the current diffusion layer 38. In the current diffusion layer 38, the refractive index is different at each period of the superlattice structure and is set so as to gradually increase toward the upper surface, so that the traveling direction of light with respect to the substrate surface gradually approaches perpendicular. Therefore, even if the light has an incident angle greater than the critical angle when passing through the cladding layer 36, the light exits the current spreading layer 38 at a critical angle or less, and the probability of light to be extracted increases. Therefore, by adopting the superlattice, the reflectance increases, and light that cannot be extracted outside due to total reflection at the interface with air can be extracted outside. In addition, multiple reflections are possible depending on the reduction in loss due to the thinness and the design of the superlattice, and it is possible to further increase the light extraction efficiency as compared with the related art.

【0044】実際、上述した積層構造でp側電極41の
直径Aを200μmφとして形成し、In0.5 (Ga
1-y Aly0.5 P活性層35のAl組成yに0.5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、558nmに発光波長を有し、光度が1cd
を越える発光が得られた。これは、従来の素子に比べ5
倍の明るさであった。
Actually, the diameter A of the p-side electrode 41 is formed to be 200 μmφ in the above-described laminated structure, and the In 0.5 (Ga
1-y Al y) constitute a device using 0.5 P active layer 35 0.5 Al composition y of, when a current flows by applying a voltage in the forward direction, have an emission wavelength in the 558 nm, luminous intensity 1 cd
Luminescence exceeding. This is 5 times less than the conventional device.
It was twice as bright.

【0045】このように本実施例によれば、発光波長に
対して透明で、徐々に屈折率を変化させたInGaAl
P系材料からなる超格子で電流拡散層38を構成してい
るため、0.1〜数μm程度の薄膜であっても電極21
から注入された電流は十分に広がり、なおかつ、光の取
り出し効率を高くすることができる。これにより、短時
間で、歩留まり良く高輝度のLEDの作成を可能にす
る。
As described above, according to this embodiment, InGaAl which is transparent to the emission wavelength and whose refractive index is gradually changed.
Since the current diffusion layer 38 is made of a superlattice made of a P-based material, even if the thin film has a thickness of about 0.1 to
The current injected from the substrate spreads sufficiently, and the light extraction efficiency can be increased. As a result, it is possible to produce high-brightness LEDs with a high yield in a short time.

【0046】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例では、電流拡散層を構成するI
nGaAlPのAl混晶比w及びvの設定を一定とした
が、発光波長に対して透明になるような組み合わせであ
れば電流拡散層内で徐々に光の取り出し側に向かって屈
折率が高くなるように選んでもよい。また、実施例では
電流拡散層の膜厚を1.9μmとしたが、この限りでは
なく、基板面と垂直な方向と水平面内の抵抗率比に応じ
て実用上都合の良い膜厚を選べばよい。また、光の取り
出し効率をさらに向上させるために、電流拡散層と空気
との界面に屈折率の低いGaAlAsキャップ層を形成
してもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above. In the embodiment, the current I
Although the Al mixed crystal ratios w and v of nGaAlP are set to be constant, the refractive index gradually increases toward the light extraction side in the current diffusion layer if the combination is transparent to the emission wavelength. You may choose as follows. In the embodiment, the thickness of the current diffusion layer is set to 1.9 μm. However, the present invention is not limited to this. If a film thickness that is practically convenient is selected according to the resistivity ratio between the direction perpendicular to the substrate surface and the horizontal plane. Good. In order to further improve the light extraction efficiency, a GaAlAs cap layer having a low refractive index may be formed at the interface between the current diffusion layer and air.

【0047】また、実施例ではダブルヘテロ接合部、電
流拡散層共にInGaAlP系材料を用いたが、この限
りではなく、電流拡散層が発光波長に対して十分透明と
なるような材料系の組み合わせであればよい。発光部は
Si等の一元素系から五元以上の多元系半導体であって
もかまわず、電流拡散層は超格子を構成できるような材
料系の組み合わせであればよく、IV族、IV-IV 族、III-
V 族、II-VI 族、カルコパイライト系等さまざまな材料
系の発光素子に適用できる。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 the embodiment, the InGaAlP-based material is used for both the double heterojunction and the current diffusion layer. However, the present invention is not limited to this, and the material combination may be such that the current diffusion layer is sufficiently transparent to the emission wavelength. I just need. The light-emitting portion may be a single-element system such as Si or a multi-element semiconductor of five or more elements, and the current spreading layer may be any combination of materials that can form a superlattice. Tribe, III-
The present invention can be applied to light emitting devices of various material types such as group V, II-VI, and chalcopyrite. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上詳述したように本発明(請求項1)
によれば、多重量子井戸活性層を用いた半導体発光装置
において、電子の注入側から正孔の注入側に向かって、
井戸層の量子準位が大きくなるように多重量子井戸構造
の各パラメータを設定することにより、層数の多い多重
量子井戸活性層においてもキャリアを均一に注入し、発
光効率が十分に高く、製造方法も簡単な優れた面発光型
の半導体発光装置を実現することが可能となる。
As described in detail above, the present invention (claim 1)
According to the above, in the semiconductor light emitting device using the multiple quantum well active layer, from the electron injection side to the hole injection side,
By setting each parameter of the multiple quantum well structure so that the quantum level of the well layer becomes large, carriers can be injected uniformly even in the multiple quantum well active layer having a large number of layers, and the luminous efficiency is sufficiently high, and It is possible to realize an excellent surface-emitting type semiconductor light-emitting device with a simple method.

【0049】また、本発明(請求項2)によれば、電流
拡散層中に混晶比或いは層数の周期の不規則な超格子構
造を形成することにより、膜厚を薄くしても十分に電流
が広がることができ、しかも空気との界面における光の
取り出し効率の向上をはかることができる。従って、結
晶成長時間の短縮化により生産性の高い高輝度の半導体
発光装置を実現することが可能となる。
Further, according to the present invention (claim 2), by forming a superlattice structure in which the mixed crystal ratio or the number of layers is irregular in the current diffusion layer, a sufficient thickness can be obtained even if the film thickness is reduced. Current can be spread over the interface, and the light extraction efficiency at the interface with air can be improved. Therefore, it is possible to realize a semiconductor light emitting device with high productivity and high luminance by shortening the crystal growth time.

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

【図1】第1の実施例に係わるLEDの素子構造を示す
断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of an LED according to a first embodiment.

【図2】第1の実施例で採用した多重量子井戸活性層の
エネルギーバンドダイヤグラムを示す模式図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an energy band diagram of a multiple quantum well active layer adopted in the first embodiment.

【図3】第2の実施例で採用した多重量子井戸活性層の
エネルギーバンドダイヤグラムを示す模式図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an energy band diagram of a multiple quantum well active layer employed in a second embodiment.

【図4】第3の実施例で採用した多重量子井戸活性層の
エネルギーバンドダイヤグラムを示す模式図。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an energy band diagram of a multiple quantum well active layer adopted in a third embodiment.

【図5】第4の実施例で採用した多重量子井戸活性層の
エネルギーバンドダイヤグラムを示す模式図。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an energy band diagram of a multiple quantum well active layer employed in a fourth embodiment.

【図6】第5の実施例に係わるLEDの素子構造を示す
断面図。
FIG. 6 is a sectional view showing an element structure of an LED according to a fifth embodiment.

【図7】第5の実施例で採用した電流拡散層のエネルギ
ーバンドダイヤグラムを示す模式図。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an energy band diagram of a current spreading layer employed in a fifth embodiment.

【図8】InGaAlP発光部を有する従来のLEDの
素子構造を示す断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the element structure of a conventional LED having an InGaAlP light emitting unit.

【図9】従来の多重量子井戸活性層のエネルギーバンド
ダイヤグラムを示す模式図。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an energy band diagram of a conventional multiple quantum well active layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,31…n−GaAs基板 12…n−GaAsバッファ層 13…ブラッグ反射層 14,34…n−InGaAlPクラッド層 15…多重量子井戸活性層 16,36…p−InGaAlPクラッド層 17…n−InGaAlP電流狭窄層 18…p−GaAlAs電流拡散層 19,39b…p−GaAsコンタクト層 21,41…Au−Znからなるp側電極 22,42…Au−Geからなるn側電極 35…InGaP活性層 38…超格子を含む電流拡散層 39a…p−InGaPコンタクト層 11, 31 ... n-GaAs substrate 12 ... n-GaAs buffer layer 13 ... Bragg reflection layer 14, 34 ... n-InGaAlP cladding layer 15 ... multiple quantum well active layer 16, 36 ... p-InGaAlP cladding layer 17 ... n-InGaAlP Current confinement layer 18 p-GaAlAs current diffusion layer 19, 39b p-GaAs contact layer 21, 41 p-side electrode made of Au-Zn 22, 42 n-side electrode made of Au-Ge 35 InGaP active layer 38 ... Current diffusion layer including super lattice 39a ... p-InGaP contact layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−30486(JP,A) 特開 平4−212479(JP,A) 特開 平4−229665(JP,A) 特開 平3−214683(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-30486 (JP, A) JP-A-4-212479 (JP, A) JP-A-4-229665 (JP, A) JP-A-3-302 214683 (JP, A) (58) Field surveyed (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導電型の半導体基板と、この半導体基
板上に形成された、多重量子井戸活性層を第1導電型及
び第2導電型のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造部
と、このダブルヘテロ構造部上に形成された第2導電型
の電流拡散層と、この電流拡散層上の一部に形成された
第1の電極と、前記半導体基板の裏面側に形成された第
2の電極とを具備してなり、 前記多重量子井戸活性層は、井戸層厚,井戸層の組成,
バリヤ層厚,バリヤ層の組成のうちの少なくとも一つを
膜厚方向で変化させることにより、電子の注入側から正
孔の注入側に向かって井戸層の量子準位を大きくしてな
ることを特徴とする半導体発光装置。
1. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a double heterostructure portion formed on the semiconductor substrate and having a multiple quantum well active layer sandwiched between cladding layers of a first conductivity type and a second conductivity type; A second conductivity type current diffusion layer formed on the double heterostructure portion; a first electrode formed on a portion of the current diffusion layer; and a second electrode formed on a back surface of the semiconductor substrate. The multiple quantum well active layer has a well layer thickness, a well layer composition,
At least one of barrier layer thickness and barrier layer composition
A semiconductor light emitting device wherein the quantum level of the well layer is increased from the electron injection side to the hole injection side by changing the quantum level in the thickness direction .
【請求項2】第1導電型の半導体基板と、この半導体基
板上に形成された、活性層を第1導電型及び第2導電型
のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造部と、このダブ
ルヘテロ構造部上に形成された第2導電型の電流拡散層
と、この電流拡散層上の一部に形成された第1の電極
と、前記半導体基板の裏面側に形成された第2の電極と
を具備してなり、 前記電流拡散層中の一部又は全体に超格子構造を形成し
たことを特徴とする半導体発光装置。
2. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a double hetero structure portion formed on the semiconductor substrate and having an active layer sandwiched between cladding layers of a first conductivity type and a second conductivity type; A second conductivity type current diffusion layer formed on the structure, a first electrode formed on a part of the current diffusion layer, and a second electrode formed on the back side of the semiconductor substrate; And a superlattice structure is formed in part or the whole of the current diffusion layer.
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