JP3406907B2 - Semiconductor light emitting diode - Google Patents

Semiconductor light emitting diode

Info

Publication number
JP3406907B2
JP3406907B2 JP2002019064A JP2002019064A JP3406907B2 JP 3406907 B2 JP3406907 B2 JP 3406907B2 JP 2002019064 A JP2002019064 A JP 2002019064A JP 2002019064 A JP2002019064 A JP 2002019064A JP 3406907 B2 JP3406907 B2 JP 3406907B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
substrate
active layer
electrode
current
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
JP2002019064A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002237617A (en
Inventor
正行 石川
秀人 菅原
玄一 波多腰
幸江 西川
真理子 鈴木
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 JP2002019064A priority Critical patent/JP3406907B2/en
Publication of JP2002237617A publication Critical patent/JP2002237617A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3406907B2 publication Critical patent/JP3406907B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Weting (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体材料
を用いた半導体発光ダイオードに係わり、特に活性層に
InGaAlP系材料を用いた半導体発光ダイオードに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting diode using a compound semiconductor material, and more particularly to a semiconductor light emitting diode using an InGaAlP-based material for an active layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】LED(発光ダイオード)は、低消費電
力,高効率,高信頼性の得られる光源として、光通信や
光情報処理等の各種の分野での応用に用いられている。
特に、可視波長域では発光層材料として、GaP
(緑),GaAsP(黄色,橙色,赤色),GaAlA
s(赤色)等の化合物半導体が用いられている。
2. Description of the Related Art LEDs (Light Emitting Diodes) are used in various fields such as optical communication and optical information processing as a light source with low power consumption, high efficiency and high reliability.
Particularly, in the visible wavelength region, GaP is used as a light emitting layer material.
(Green), GaAsP (yellow, orange, red), GaAlA
Compound semiconductors such as s (red) are used.

【0003】しかし、GaP,GaAsPは間接遷移型
の半導体であり、その発光効率は透明な基板を用い、吸
収の影響をなくしても0.5%程度以下と極めて低いも
のである。また、GaAlAsは660nmでは8%程
度の効率が得られるものの、これより短波長ではやはり
間接遷移の影響により、635nmでの効率は1%程度
である。
However, GaP and GaAsP are indirect transition type semiconductors, and the luminous efficiency thereof is extremely low at about 0.5% or less even if the influence of absorption is eliminated by using a transparent substrate. Further, although GaAlAs has an efficiency of about 8% at 660 nm, the efficiency at 635 nm is about 1% at wavelengths shorter than this due to the influence of indirect transition.

【0004】人間の目の視感度を考慮すると、GaAl
As系では660nmで3cd(カンデラ)、635n
mで1cdに相当する。一方、GaPでは0.5cd以
下、GaAsPでは0.3cd以下のものしか実現され
ておらず、橙色,黄色,緑色の領域での高輝度のLED
の開発が強く嘱望されていた。
Considering the visibility of the human eye, GaAl
In As system, 3 cd (candela) at 660 nm, 635 n
It corresponds to 1 cd in m. On the other hand, GaP has realized only 0.5 cd or less and GaAsP has 0.3 cd or less, and high-intensity LEDs in the orange, yellow, and green regions.
Was strongly desired.

【0005】InGaAlP混晶は、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LEDは、緑色
から赤色までの高輝度の発光の可能性を持っている。し
かしながら、この種のLEDにあっても、短波長の領域
での発光効率は必ずしも十分高いとは言えなかった。
InGaAlP mixed crystals are nitrides except III.
It has the largest direct transition type energy gap in a mixed crystal of a group-V compound semiconductor, and is attracting attention as a light emitting device material in the 0.5 to 0.6 μm band. In particular, an InGaAlP LED that uses GaAs as a substrate and is lattice-matched to the substrate has a possibility of emitting light of high brightness from green to red. However, even with this type of LED, it cannot be said that the luminous efficiency in the short wavelength region is necessarily sufficiently high.

【0006】図30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1はn−G
aAs基板、2はn−InGaAlPクラッド層、3は
InGaAlP活性層、4はp−InGaAlPクラッ
ド層、5はp−GaAlAs電流拡散層、6はp−Ga
Asコンタクト層、7はAuZnからなるp側電極、8
はAuGeからなるn側電極である。
FIG. 30 is a sectional view showing the device structure of a conventional LED having an InGaAlP light emitting portion. In the figure, 1 is n-G
aAs substrate, 2 is n-InGaAlP cladding layer, 3 is InGaAlP active layer, 4 is p-InGaAlP cladding layer, 5 is p-GaAlAs current spreading layer, and 6 is p-Ga.
As contact layer, 7 is a p-side electrode made of AuZn, 8
Is an n-side electrode made of AuGe.

【0007】InGaAlP活性層3のエネルギーギャ
ップは、クラッド層2,4のそれより小さくなるように
混晶組成が設定されており、光及びキャリアを活性層3
に閉じ込めるダブルヘテロ構造をなしている。また、p
−GaAlAs電流拡散層5の組成は、InGaAlP
活性層3からの発光波長に対し略透明になるように設定
されている。
The mixed crystal composition is set so that the energy gap of the InGaAlP active layer 3 is smaller than that of the clad layers 2 and 4, and the active layer 3 receives light and carriers.
It has a double hetero structure that is confined in. Also, p
-The composition of the GaAlAs current diffusion layer 5 is InGaAlP.
It is set to be substantially transparent to the wavelength of light emitted from the active layer 3.

【0008】図30の構造において、活性層3を厚さ
0.2μmのアンドープのIn0.5 (Ga1-X AlX
0.5 P(x=0.4)とした場合、その導電型はn型で
あり、濃度は1〜5×1016cm-3程度であった。この
とき、発光波長は565nm(緑)、発光効率はDC2
0mAで0.07%程度であった。また、x=0.3と
したとき、発光波長は585nm(黄)、発光効率はD
C20mAで0.4%程度と低く、GaP,GaAsP
系に対する特性的なメリットは必ずしも見られなかっ
た。一方、x=0.2としたとき、発光波長は620n
m(橙色),発光効率はDC20mAで1.5%程度で
あり、発光波長に対し吸収体となるGaAs基板1を特
に除去することなくGaAlAs系を上回る発光効率が
得られた。
In the structure of FIG. 30, the active layer 3 is formed of undoped In 0.5 (Ga 1 -X Al X ) with a thickness of 0.2 μm.
When the conductivity was 0.5 P (x = 0.4), the conductivity type was n-type and the concentration was about 1 to 5 × 10 16 cm −3 . At this time, the emission wavelength is 565 nm (green) and the emission efficiency is DC2.
It was about 0.07% at 0 mA. When x = 0.3, the emission wavelength is 585 nm (yellow) and the emission efficiency is D.
C20mA is as low as 0.4% and GaP, GaAsP
The characteristic merit to the system was not always found. On the other hand, when x = 0.2, the emission wavelength is 620n.
m (orange), the light emission efficiency was about 1.5% at 20 mA DC, and the light emission efficiency higher than that of GaAlAs system was obtained without particularly removing the GaAs substrate 1 serving as an absorber for the emission wavelength.

【0009】このような発光効率の組成依存性の原因に
ついて本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、n伝導型に
おける移動度と強い相関があることが判った。即ち、移
動度はAl組成x=0.3程度で急激に低下した。ま
た、これに合わせてドナーレベルが深くなることも観測
された。これらは、n伝導型における深い準位の発生が
非発光再結合を来たし、発光効率の低下につながってい
ると考えられた。また、活性層3のAl組成xが高く発
光波長が短い場合、クラッド層2,4とのエネルギーギ
ャップ差を十分にとることができず、特に有効質量の小
さい電子のp型クラッド層4へのオーバーフローが顕著
になり、これが発光効率の低下につながっていることも
考えられた。
As a result of intensive studies made by the present inventors on the cause of such composition dependence of luminous efficiency, it was found that there is a strong correlation with the mobility in the n-conduction type. That is, the mobility dropped sharply when the Al composition x was about 0.3. It was also observed that the donor level would be deepened accordingly. It is considered that the generation of deep levels in the n-conductivity type causes non-radiative recombination, which leads to a decrease in luminous efficiency. Further, when the Al composition x of the active layer 3 is high and the emission wavelength is short, the energy gap difference between the active layers 3 and the cladding layers 2 and 4 cannot be sufficiently secured, and the electrons having a particularly small effective mass are transferred to the p-type cladding layer 4. It was also considered that the overflow became remarkable, which led to a decrease in luminous efficiency.

【0010】一方、図30の構成では電流拡散層5を設
けて電極7から注入された電流を広げているが、電流拡
散層5を設けない場合、次のような理由により注入電流
の広がりが小さくなり、発光領域は電極直下付近のみと
なる。即ち、クラッド層2,4のAl組成は、活性層3
とのバンドギャップ差を持たせるために活性層3のそれ
よりも十分大きくする必要がある。pクラッド層4にお
いては、Al組成が大きいと、キャリア濃度を高くする
ことはできず抵抗が大きくなる。このため、pクラッド
層4における電流の広がりは小さく、電極直下付近のみ
が発光領域となる。この場合、光を上から取り出す構成
においては、電極7が発光領域からの光を遮ることにな
り、光取り出し効率の低下を招く。
On the other hand, in the structure of FIG. 30, the current diffused layer 5 is provided to spread the current injected from the electrode 7. However, when the current diffused layer 5 is not provided, the spread of the injected current is increased due to the following reasons. It becomes smaller, and the light emitting region is only in the vicinity immediately below the electrode. That is, the Al composition of the cladding layers 2 and 4 is the same as that of the active layer 3
It is necessary to make it sufficiently larger than that of the active layer 3 in order to have a band gap difference with In the p-cladding layer 4, if the Al composition is large, the carrier concentration cannot be increased and the resistance becomes large. Therefore, the spread of the current in the p-clad layer 4 is small, and the light emitting region is only in the vicinity immediately below the electrode. In this case, in the structure in which the light is extracted from above, the electrode 7 blocks the light from the light emitting region, resulting in a decrease in the light extraction efficiency.

【0011】また、InGaAlP系材料を用いた半導
体発光素子においては、より短波長の発光を得るために
活性層のAl組成を大きくすると、活性層の非発光セン
ターが増加して非発光再結合が増えるために、発光効率
が低下するという問題があった。
Further, in the semiconductor light emitting device using the InGaAlP material, if the Al composition of the active layer is increased in order to obtain light emission of a shorter wavelength, the non-radiative centers of the active layer increase and non-radiative recombination occurs. However, there is a problem in that the luminous efficiency is lowered due to the increase.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のI
nGaAlP系によるLEDでは、特に黄色,緑色での
高効率の発光を得ることは困難であった。また、発光部
における電極下の電流集中が生じ、光取り出し効率の低
下や、活性層中の非発光再結合の増加のために、高輝度
化を実現することは困難であった。
As described above, the conventional I
It has been difficult to obtain highly efficient light emission particularly in yellow and green in the nGaAlP-based LED. In addition, current concentration under the electrode in the light emitting portion occurs, the light extraction efficiency is lowered, and non-radiative recombination in the active layer is increased, so that it is difficult to realize high brightness.

【0013】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、黄色,緑色等の短波長
領域でも高効率の発光が可能な半導体発光ダイオードを
提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor light emitting diode capable of emitting light with high efficiency even in a short wavelength region such as yellow and green. .

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】(構成)上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。
(Structure) In order to solve the above problems, the present invention adopts the following structure.

【0015】即ち本発明は、GaP基板と、この基板上
に形成された、InGaAlP系材料からなる活性層を
InGaAlP系材料からなる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1の電極と、前記基板の前記ダブルヘテロ構造部
と反対側面に選択的に形成された第2の電極とを具備し
てなり、第2の電極側から光を取り出す半導体発光ダイ
オードであって、前記活性層はキャリア濃度1×10 17
cm -3 以下のp型であり、前記活性層の厚さを0.15
〜0.75μmの範囲に設定し、前記ダブルヘテロ構造
部を構成するクラッド層のうち、p型クラッド層のキャ
リア濃度を5×10 17 cm -3 〜2×10 18 cm -3 の範囲
に設定してなることを特徴とする。
That is, the present invention provides a GaP substrate, a double heterostructure portion formed on the substrate, in which an active layer made of an InGaAlP material is sandwiched between cladding layers made of an InGaAlP material, and a double heterostructure portion on the double heterostructure portion. And a second electrode selectively formed on a side of the substrate opposite to the double heterostructure portion, the semiconductor light emitting device extracting light from the second electrode side. Die
The active layer has a carrier concentration of 1 × 10 17
cm −3 or less, and the active layer has a thickness of 0.15.
To 0.75 μm, the double hetero structure
Of the clad layers forming the part, the p-type clad layer
Range of the rear concentration 5 × 10 17 cm -3 ~2 × 10 18 cm -3
It is characterized by being set to .

【0016】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものが挙げられる。
Here, the following are preferred embodiments of the present invention.

【0017】[0017]

【0018】(2) ダブルヘテロ構造部を構成するクラッ
ド層のうち、n型クラッド層のキャリア濃度を1×10
16cm-3〜7×1017cm-3の範囲に設定してなるこ
と。
(2) Of the cladding layers forming the double hetero structure, the carrier concentration of the n-type cladding layer is 1 × 10.
It must be set in the range of 16 cm -3 to 7 × 10 17 cm -3 .

【0019】(3) 活性層を、Al組成の異なるInGa
AlP材料からなる井戸層と障壁層により構成される多
重量子井戸構造としたこと。
(3) The active layer is made of InGa having a different Al composition.
A multiple quantum well structure composed of a well layer made of an AlP material and a barrier layer.

【0020】(4) ダブルへテロ構造部と第1の電極との
間にGaAlAsからなる電流拡散層が形成され、この
電流拡散層の膜厚を5〜30μmの範囲に設定し、且つ
キャリア濃度を5×1017cm-3〜5×1018cm-3
範囲に設定してなること。
(4) A current diffusion layer made of GaAlAs is formed between the double hetero structure and the first electrode, and the film thickness of this current diffusion layer is set in the range of 5 to 30 μm, and the carrier concentration is set. Is set in the range of 5 × 10 17 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3 .

【0021】(5) ダブルへテロ構造部と第1の電極との
間に電流拡散層が形成されてなり、第1の電極側からも
光を取り出すこと。
(5) A current diffusion layer is formed between the double hetero structure and the first electrode so that light can be extracted also from the first electrode side.

【0022】(6) 電流拡散層は膜厚を5〜30μmの範
囲に設定し、キャリア濃度を5×1017cm-3〜5×1
18cm-3の範囲に設定してなること。
(6) The thickness of the current diffusion layer is set in the range of 5 to 30 μm, and the carrier concentration is 5 × 10 17 cm −3 to 5 × 1.
It must be set within the range of 0 18 cm -3 .

【0023】(作用)本発明によれば、素子形成基板と
してGaPを用い、活性層としてInGaAlPを用い
ているので、活性層からの光が基板で吸収されることは
なく、基板側から光を有効に取り出すことができる。ま
た、InGaAlPからなる活性層を、低濃度のp型
(キャリア濃度1×1017cm-3以下のp型)又は低濃
度のn型(キャリア濃度5×1016cm-3以下のn型)
とすることによって、前述した非発光再結合の影響を低
減することが可能となる。また、活性層の厚さを最適化
(0.15〜0.75μm)すると共に、p型クラッド
層のキャリア濃度を最適化(5×1017cm-3〜2×1
18cm-3)することにより、高効率の発光が得られる
ことになる。
(Operation) According to the present invention, since GaP is used as the element formation substrate and InGaAlP is used as the active layer, light from the active layer is not absorbed by the substrate, and light is emitted from the substrate side. It can be effectively taken out. In addition, an active layer made of InGaAlP is provided with a low concentration p-type (carrier concentration 1 × 10 17 cm −3 or less p-type) or a low concentration n-type (carrier concentration 5 × 10 16 cm −3 or less n-type).
By so doing, it becomes possible to reduce the influence of the non-radiative recombination described above. In addition, the thickness of the active layer is optimized (0.15 to 0.75 μm), and the carrier concentration of the p-type cladding layer is optimized (5 × 10 17 cm −3 to 2 × 1).
0 18 cm -3 ) makes it possible to obtain highly efficient light emission.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0025】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係わる半導体発光ダイオードの概略構造を
示す断面図である。図中11はn−GaAs基板であ
り、この基板11上にはn−InGaAlPクラッド層
12,p−InGaAlP活性層13及びp−InGa
AlPクラッド層14からなるダブルヘテロ構造部が成
長形成されている。ダブルヘテロ構造部上にはp−Ga
AlAs電流拡散層15が成長形成され、この電流拡散
層15上の一部にGaAsコンタクト層16が成長形成
されている。そして、コンタクト層16上にAuZnか
らなるp側電極17が形成され、基板11の下面にAu
Geからなるn側電極18が形成されている。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a semiconductor light emitting diode according to the embodiment of FIG. In the figure, 11 is an n-GaAs substrate, and on this substrate 11, an n-InGaAlP clad layer 12, a p-InGaAlP active layer 13 and a p-InGa.
A double heterostructure portion composed of the AlP cladding layer 14 is grown and formed. P-Ga is formed on the double hetero structure.
An AlAs current diffusion layer 15 is grown and formed, and a GaAs contact layer 16 is grown and formed on a part of the current diffusion layer 15. Then, the p-side electrode 17 made of AuZn is formed on the contact layer 16, and Au is formed on the lower surface of the substrate 11.
An n-side electrode 18 made of Ge is formed.

【0026】p−InGaAlP活性層13のエネルギ
ーギャップは、クラッド層12,14のそれより小さく
なるように混晶組成が設定されており、光及びキャリア
を活性層13に閉じ込めるダブルヘテロ構造をなしてい
る。p−GaAlAs電流拡散層15の組成は、活性層
13からの発光波長に対し略透明になるように設定され
ている。なお、本実施形態では基板側をn型の導電型と
したが、導電型を逆にした構造でも同様に考えることが
できる。
The mixed crystal composition is set so that the energy gap of the p-InGaAlP active layer 13 is smaller than that of the cladding layers 12 and 14, and a double hetero structure for confining light and carriers in the active layer 13 is formed. There is. The composition of the p-GaAlAs current diffusion layer 15 is set to be substantially transparent to the emission wavelength from the active layer 13. Although the substrate side has the n-type conductivity type in the present embodiment, the same concept can be applied to a structure in which the conductivity type is reversed.

【0027】図1に示した構造において、各層の厚さ,
キャリア濃度は以下のように設定されている。n−Ga
As基板11(250μm,3×1018cm-3)、n−
InGaAlPクラッド層12(1μm,5×1017
-3)、p−InGaAlP活性層13(0.5μm,
5×1016cm-3)、p−InGaAlPクラッド層1
4(1μm,7×1017cm-3)、p−GaAlAs電
流拡散層15(7μm,3×1018cm-3)、p−Ga
Asコンタクト層16(0.1μm,3×10 18
-3)、である。
In the structure shown in FIG. 1, the thickness of each layer,
The carrier concentration is set as follows. n-Ga
As substrate 11 (250 μm, 3 × 1018cm-3), N-
InGaAlP clad layer 12 (1 μm, 5 × 1017c
m-3), P-InGaAlP active layer 13 (0.5 μm,
5 x 1016cm-3), P-InGaAlP cladding layer 1
4 (1 μm, 7 × 1017cm-3), P-GaAlAs
Flow diffusion layer 15 (7 μm, 3 × 1018cm-3), P-Ga
As contact layer 16 (0.1 μm, 3 × 10 18c
m-3),

【0028】また、p側電極17は直径200μmの円
形とした。活性層13及びクラッド層12,14の組成
を、In0.5 (Ga1-X AlX 0.5 Pの表記でそれぞ
れ0.4,0.7とした場合、発光波長は565nm
(緑)、発光効率はDC20mAで0.7%程度と従来
の10倍の効率が得られた。
The p-side electrode 17 has a circular shape with a diameter of 200 μm. When the composition of the active layer 13 and the clad layers 12 and 14 is 0.4 and 0.7, respectively, with the notation of In 0.5 (Ga 1-X Al X ) 0.5 P, the emission wavelength is 565 nm.
(Green), the luminous efficiency was about 0.7% at 20 mA DC, which was 10 times higher than the conventional efficiency.

【0029】図2は、活性層13の膜厚を0.5μmと
したときの発光効率の活性層キャリア濃度依存性を示し
ている。p型はZnドープで、5×1016cm-3以下の
n型はアンドープで、それ以上のn型はSiドープによ
り作成した。このとき、n型ではその濃度が高くなるに
つれて発光効率は低下した。これは、深いレベルの発生
により、非発光再結合が増加すること、小数キャリアで
ある正孔の拡散長が低下することによると考えられた。
FIG. 2 shows the dependence of the luminous efficiency on the active layer carrier concentration when the thickness of the active layer 13 is 0.5 μm. The p-type was Zn-doped, the n-type of 5 × 10 16 cm −3 or less was undoped, and the n-type higher than that was Si-doped. At this time, in the n-type, the luminous efficiency decreased as the concentration thereof increased. It is considered that this is due to the increase in non-radiative recombination and the decrease in the diffusion length of holes, which are minority carriers, due to the generation of deep levels.

【0030】一方、p型では1×1017cm-3より濃度
を増すと、発光効率が顕著に低下した。これは、Znの
多量のドーピングにより、非発光再結合を引き起こすセ
ンターが形成されたためと考えられる。また、図2に示
す特性曲線は、活性層13の膜厚を変えても上下方向に
シフトするだけで、発光効率の高くなる範囲は殆ど変わ
らなかった。従って、活性層13としては、キャリア濃
度1×1017cm-3以下のp型又はキャリア濃度5×1
16cm-3以下のn型が望ましい。
On the other hand, in the p-type, when the concentration was increased from 1 × 10 17 cm -3 , the luminous efficiency was remarkably reduced. It is considered that this is because the center that causes non-radiative recombination was formed by the large amount of Zn doping. In the characteristic curve shown in FIG. 2, even if the film thickness of the active layer 13 was changed, it was only shifted in the vertical direction, and the range in which the luminous efficiency was high remained almost unchanged. Therefore, as the active layer 13, a p-type with a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less or a carrier concentration of 5 × 1
An n-type of 0 16 cm -3 or less is desirable.

【0031】図3は、活性層13のキャリア濃度を5×
1016cm-3(p型)としたときの、発光効率の活性層
厚さ依存性を示している。活性層13の厚さは、pクラ
ッド層14のキャリア濃度にも依存するが、0.15〜
0.75μmの範囲で高い発光効率が得られた。
In FIG. 3, the carrier concentration of the active layer 13 is 5 ×.
The graph shows the dependence of the luminous efficiency on the thickness of the active layer when it is set to 10 16 cm −3 (p-type). Although the thickness of the active layer 13 depends on the carrier concentration of the p-clad layer 14, it ranges from 0.15 to 0.15.
A high luminous efficiency was obtained in the range of 0.75 μm.

【0032】なお、図3には示さないが、キャリア濃度
が5×1016cm-3以上のn型の活性層は、Znドープ
のp型の活性層よりも同じ膜厚では発光効率が低くな
り、且つ発光効率のピーク値が薄膜側に存在した。薄膜
での効率の低下は、活性層の注入キャリア密度が注入電
流密度/活性層厚により決まることから、高注入密度に
よるクラッド層へのオーバーフローが顕著に発生するこ
とによると考えられる。活性層13をp型としたもので
は、多数キャリアが正孔であり、電子の注入により発光
が起こるため、オーバーフローによる影響がアンドープ
の場合に比べ難いと考えられる。一方、厚膜では活性層
内での注入キャリアの拡散長より大きくなると、ダブル
ヘテロ構造による効果が低下し、層内での吸収や低キャ
リア密度での相対的な非発光再結合の増加による発光効
率の低下が発生すると考えられる。
Although not shown in FIG. 3, the n-type active layer having a carrier concentration of 5 × 10 16 cm −3 or more has a lower luminous efficiency than the Zn-doped p-type active layer at the same film thickness. And the peak value of luminous efficiency was present on the thin film side. It is considered that the decrease in efficiency in the thin film is caused by the fact that the injection carrier density of the active layer is determined by the injection current density / active layer thickness, so that overflow into the cladding layer due to the high injection density occurs remarkably. When the active layer 13 is a p-type, the majority carriers are holes, and light is emitted by the injection of electrons. Therefore, it is considered that the influence due to the overflow is more difficult than in the undoped case. On the other hand, in the thick film, when the diffusion length of injected carriers is larger than that in the active layer, the effect due to the double hetero structure is reduced, and light emission due to absorption in the layer and relative non-radiative recombination at low carrier density is increased. It is thought that a decrease in efficiency will occur.

【0033】このように本実施形態によれば、InGa
AlPからなる活性層13のキャリア濃度及び膜厚を最
適化することにより、非発光再結合の影響を低減するこ
とができ、発光効率の向上をはかることができる。この
ため、黄色,緑色等の短波長領域でも高効率の発光が可
能な半導体発光ダイオードを実現することができる。
As described above, according to this embodiment, InGa
By optimizing the carrier concentration and the film thickness of the active layer 13 made of AlP, the influence of non-radiative recombination can be reduced and the luminous efficiency can be improved. Therefore, it is possible to realize a semiconductor light emitting diode capable of emitting light with high efficiency even in a short wavelength region such as yellow and green.

【0034】上記実施形態では、活性層13のAl組成
xを0.4としたものについて述べたが、これ以外のA
l組成としたものについても、同様の効果があった。こ
こで、キャリア濃度の如何に拘らずAl組成xを変える
と発光波長も変わるが、図4に示すように、Al組成x
を大きくして発光波長を短くするほど、発光効率は低下
することになる。この場合も、キャリア濃度1×1017
cm-3以下のp型又はキャリア濃度5×1016cm-3
下のn型であれば、高い発光効率が得られる。
In the above embodiment, the Al composition x of the active layer 13 is set to 0.4.
The same effect was obtained with the composition of 1 l. Here, although the emission wavelength changes when the Al composition x is changed regardless of the carrier concentration, as shown in FIG.
Is set to be shorter and the emission wavelength is made shorter, the luminous efficiency is lowered. Also in this case, the carrier concentration is 1 × 10 17
If cm -3 or less of p-type or carrier concentration of 5 × 10 16 cm -3 or less of n-type, high luminous efficiency is obtained.

【0035】(第2の実施形態)図5は、本発明の第2
の実施形態に係わる半導体発光ダイオードの概略構造を
示す断面図である。
(Second Embodiment) FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a semiconductor light emitting diode according to the embodiment of FIG.

【0036】図5に示した構造において、31は第1導
電型半導体基板であり、この基板31上には第1導電型
のバッファ層32,反射層33及び透明バッファ層34
が成長形成されている。透明バッファ層34上には、下
部クラッド層(第1導電型クラッド層)35,活性層3
6及び上部クラッド層(第2導電型クラッド層)37か
らなるダブルヘテロ構造部が形成されている。
In the structure shown in FIG. 5, 31 is a first conductivity type semiconductor substrate, and on this substrate 31, a first conductivity type buffer layer 32, a reflection layer 33 and a transparent buffer layer 34.
Is being grown and formed. On the transparent buffer layer 34, a lower clad layer (first conductivity type clad layer) 35, an active layer 3
6 and an upper clad layer (second conductivity type clad layer) 37, a double heterostructure portion is formed.

【0037】ダブルヘテロ構造部上には第2導電型の電
流拡散層38が成長形成され、電流拡散層38上の一部
には第2導電型のコンタクト層39が形成されている。
また、ダブルヘテロ構造部と電流拡散層38との界面に
は、コンタクト層39に対応する位置に第1導電型の電
流阻止層40が形成されている。そして、コンタクト層
39上に上部電極41が形成され、基板31の下面に下
部電極42が形成されている。
A second conductivity type current diffusion layer 38 is grown and formed on the double hetero structure portion, and a second conductivity type contact layer 39 is formed on a part of the current diffusion layer 38.
Further, a current blocking layer 40 of the first conductivity type is formed at a position corresponding to the contact layer 39 at the interface between the double hetero structure portion and the current diffusion layer 38. An upper electrode 41 is formed on the contact layer 39, and a lower electrode 42 is formed on the lower surface of the substrate 31.

【0038】次に、上記素子における基板,各層のキャ
リア濃度及び膜厚、その他の条件について説明する。な
お、この条件は、先に説明した第1の実施形態において
も同様に適用できるものである。
Next, the substrate, carrier concentration and film thickness of each layer, and other conditions in the above device will be described. Note that this condition can be similarly applied to the first embodiment described above.

【0039】第1導電型半導体基板31はn−GaAs
からなり、そのキャリア濃度は2×1018cm-3〜4×
1018cm-3である。これは、低濃度では欠陥密度の低
い物が得られないこと、高濃度では基板31上に形成す
るInGaAlPからなる層を良好に形成できないこと
による。また、その厚さは50〜450μmである。こ
れは、薄膜ではウェハでの取扱いが難しいこと、基板と
その上に形成する層のわずかな格子定数の違いで反りを
生ずること等が問題となり、厚膜ではペレット状にする
ことが困難になることによる。
The first conductivity type semiconductor substrate 31 is n-GaAs.
And its carrier concentration is 2 × 10 18 cm −3 to 4 ×
It is 10 18 cm -3 . This is because a substance having a low defect density cannot be obtained at a low concentration and a layer made of InGaAlP formed on the substrate 31 cannot be favorably formed at a high concentration. The thickness is 50 to 450 μm. This is because it is difficult to handle a thin film on a wafer and warps due to a slight difference in lattice constant between the substrate and the layer formed on it, making it difficult to form a pellet into a thick film. It depends.

【0040】n−GaAs基板31の面方位は(10
0)又は(100)から25度の範囲で傾斜している。
これは、傾斜の方向,角度により同じ波長を得るための
活性層36の組成が異なること、また欠陥密度が異なる
ことなどにより、結晶性が変化し、発光効率に影響を与
えるためである。図6は、基板表面の傾斜角度と590
nmの発光を得るためのAl組成xとの関係を示す特性
図であり、この図から傾斜角度が[011]方向に7度
以上となると、Al組成xを0.3と小さくできること
が判る。
The plane orientation of the n-GaAs substrate 31 is (10
It is inclined in the range of 0) or (100) to 25 degrees.
This is because the composition of the active layer 36 for obtaining the same wavelength is different depending on the direction and angle of the inclination, the defect density is different, and the like, which changes the crystallinity and affects the light emission efficiency. FIG. 6 shows the inclination angle of the substrate surface and 590.
It is a characteristic diagram showing the relationship with the Al composition x for obtaining the luminescence of nm. From this figure, it is understood that the Al composition x can be reduced to 0.3 when the tilt angle is 7 degrees or more in the [011] direction.

【0041】図7は、[011]方向に傾斜した角度と
フォトルミネッセンスの半値幅との関係を示す特性図で
ある。この図から、傾斜角度が10度〜20度で最も小
さい半値幅が得られる。従って、基板31の望ましい面
方位としては、(100)から[011]方向へ、7度
〜25度傾斜させた場合であり、特に望ましい面方位と
しては、(100)から[011]方向へ、10度〜2
0度傾斜させた場合であった。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the angle inclined in the [011] direction and the full width at half maximum of photoluminescence. From this figure, the smallest half-value width is obtained when the tilt angle is 10 to 20 degrees. Therefore, the desirable plane orientation of the substrate 31 is the case of inclining from (100) to the [011] direction by 7 degrees to 25 degrees, and the particularly desirable plane orientation is from (100) to the [011] direction. 10 degrees to 2
This was the case when tilted at 0 degrees.

【0042】バッファ層32は、基板表面の汚染などに
よる欠陥の発生、発光層への伝達を防止するためのもの
であり、例えばn−GaAsを用いる。そのキャリア濃
度は4×1017cm-3で、厚さは0.6μmである。こ
の場合、上記の目的を満たす材料であればn−GaAs
でなくともかまわず、例えば、n−InGaP,n−G
aAlAs,n−InGaAlP,或いはn−GaAs
を含めた、これらの材料による超格子構造(原子層オー
ダーから100原子層オーダー周期でトータル厚さ10
0nm程度)などでもよい。また、発光層への悪影響が
なければ、特にバッファ層32を設けなくてもよい。
The buffer layer 32 is for preventing generation of defects due to contamination of the surface of the substrate and transmission to the light emitting layer, and is made of, for example, n-GaAs. Its carrier concentration is 4 × 10 17 cm −3 and its thickness is 0.6 μm. In this case, if the material satisfies the above purpose, n-GaAs
However, for example, n-InGaP, n-G
aAlAs, n-InGaAlP, or n-GaAs
Superlattice structure of these materials including (including atomic layer order of 100 atomic layer order and total thickness 10
0 nm) or the like. In addition, the buffer layer 32 may not be provided if it does not adversely affect the light emitting layer.

【0043】反射層33は、発光波長に対し光吸収体と
なる基板31やバッファ層32に光が達しないように、
発光を基板31と反対方向へ反射することを目的とした
ものである。これには、発光波長λに対して屈折率ηの
異なる2種類の半導体層を、λ/(4n)の厚さで積層
することが望ましい。
The reflection layer 33 prevents the light from reaching the substrate 31 and the buffer layer 32, which are light absorbers, for the emission wavelength.
The purpose is to reflect the emitted light in the direction opposite to the substrate 31. For this purpose, it is desirable to stack two kinds of semiconductor layers having different refractive indices η with respect to the emission wavelength λ with a thickness of λ / (4n).

【0044】例えば、590nmの発光波長に対し、n
−GaAs(η=3.94;厚さ37.5nm)、n−
Ga0.3 Al0.7 As(η=3.425;厚さ43n
m)を交互に20層以上積層することで、基板側へ向か
う光の約30%を、基板等の吸収体に到達する前に反射
することができ、高い発光効率が得られる。このときの
ドーピング量は、通電の際に大きな電圧降下による動作
電圧上昇が起きないように設定されていればよく、ここ
では4×1017cm-3とした。この際、反射層33中の
n−GaAsは発光波長に対して吸収体であるが屈折率
の効果による反射の効果は十分ある。
For example, for an emission wavelength of 590 nm, n
-GaAs (η = 3.94; thickness 37.5 nm), n-
Ga 0.3 Al 0.7 As (η = 3.425; thickness 43n
By alternately laminating 20 or more layers of m), about 30% of the light traveling to the substrate side can be reflected before reaching the absorber such as the substrate, and high luminous efficiency can be obtained. The doping amount at this time may be set so that an operating voltage rise due to a large voltage drop does not occur during energization, and here it is set to 4 × 10 17 cm −3 . At this time, n-GaAs in the reflective layer 33 is an absorber for the emission wavelength, but the effect of reflection due to the effect of the refractive index is sufficient.

【0045】この他にも、n−InGaAlP,n−I
nAlP,n−InGaP,n−InGaAsP,n−
GaAlAs,n−GaAs等の材料、及びその組成の
違いの組み合わせにより、同様に反射層を構成すること
によって、高い発光効率が得られる。なお、基板側での
光吸収が発光効率に対し、大きなデメリットとならない
場合は、反射層33を設けなくてもよい。
Besides this, n-InGaAlP, n-I
nAlP, n-InGaP, n-InGaAsP, n-
High luminous efficiency can be obtained by forming the reflective layer in the same manner by using a combination of materials such as GaAlAs and n-GaAs and the difference in composition thereof. In addition, when the light absorption on the substrate side does not cause a large demerit to the luminous efficiency, the reflection layer 33 may not be provided.

【0046】透明バッファ層34は、発光波長に対し吸
収係数の十分小さい透明な材料からなり、側面からの発
光を有効に取り出すことに寄与する。これは、図8に示
すように、透明バッファ層34が十分厚い場合、基板側
へ向かう発光や、基板と反対側へ発せられペレット表面
での全反射によって再び基板方向へ進む光に対し、これ
らの光が基板等の光吸収体に到達するまえに、ペレット
の側面から放出できる割合が高くなることによる。
The transparent buffer layer 34 is made of a transparent material having a sufficiently small absorption coefficient with respect to the emission wavelength, and contributes to the effective extraction of the emission from the side surface. This is because when the transparent buffer layer 34 is sufficiently thick, as shown in FIG. 8, for light emitted toward the substrate side and light emitted toward the opposite side of the substrate and traveling toward the substrate again due to total reflection on the pellet surface, This is because the rate at which the light can be emitted from the side surface of the pellet increases before reaching the light absorber such as the substrate.

【0047】例えば、ペレットの大きさを300μm
角、発光波長を590nmとする時、n−Ga0.3 Al
0.7 As透明バッファ層34を厚さ30μm設けること
によって、側面から取り出せる光の増加により、30%
程度高い発光効率が得られる。これは、透明バッファ層
34の厚さと同程度の距離の範囲で、ペレット側面近傍
での発光が有効に取り出せていることによると考えられ
る。
For example, if the pellet size is 300 μm
Angle, when the emission wavelength is 590 nm, n-Ga 0.3 Al
By providing the 0.7 As transparent buffer layer 34 with a thickness of 30 μm, the amount of light that can be extracted from the side surface increases, and
A relatively high luminous efficiency can be obtained. It is considered that this is because the light emission in the vicinity of the side surface of the pellet can be effectively taken out in the range of the distance about the same as the thickness of the transparent buffer layer 34.

【0048】透明バッファ層34のドーピング量は、通
電の際に大きな電圧降下による動作電圧上昇が起きない
ように設定されていればよく、ここでは4×1017cm
-3とした。また、透明バッファ層34の厚さは、ペレッ
トのサイズに対し、発光が有効に取り出せるペレット側
面近傍の領域が有意に大きいことが必要であり、ペレッ
トサイズの5%程度以上であることが目安となる。
The doping amount of the transparent buffer layer 34 may be set so that the operating voltage does not increase due to a large voltage drop during energization, and here, it is 4 × 10 17 cm.
-3 . In addition, the thickness of the transparent buffer layer 34 needs to be significantly larger than the size of the pellet in the region near the side surface of the pellet where light emission can be effectively taken out. Become.

【0049】例えば300μm角のチップでは、図9に
示すように、透明バッファ層34の厚さを15μm程度
以上とすれば、十分な発光効率の向上が認められた。こ
のとき、透明バッファ層34の厚さが厚いほど、高い発
光効率が得られるが、100μm以上ではウエハの反り
により発生する欠陥,面内分布等により発光効率は低下
する。
For a 300 μm square chip, for example, as shown in FIG. 9, when the thickness of the transparent buffer layer 34 is set to about 15 μm or more, a sufficient improvement in luminous efficiency was observed. At this time, the thicker the transparent buffer layer 34 is, the higher the light emission efficiency can be obtained. However, when the thickness is 100 μm or more, the light emission efficiency is lowered due to defects and in-plane distribution generated by the warp of the wafer.

【0050】透明バッファ層34と反射層33を組み合
わせることによって、図10に示すように、反射層33
とペレット表面での全反射をジグザク状に繰り返し、側
面に放出される光を有効に取り出せる様になるのは言う
までもない。また、このような効果は透明バッファ層3
4を2種類以上の屈折率の異なる材料,組成による層構
造とすることによっても得られる。この場合、屈折率の
低い層を基板側とすることが重要である。
By combining the transparent buffer layer 34 and the reflective layer 33, as shown in FIG.
Needless to say, the total reflection on the surface of the pellet is repeated in a zigzag pattern so that the light emitted to the side surface can be effectively extracted. In addition, such an effect is obtained by the transparent buffer layer 3
It is also possible to obtain 4 by forming a layer structure of two or more kinds of materials and compositions having different refractive indexes. In this case, it is important to set the layer having a low refractive index on the substrate side.

【0051】ここでは、透明バッファ層34としてn−
GaAlAsを用いたが、この他にも、n−InGaA
lP,n−InAlP等の発光波長に対し透明な材料で
も同様な効果があることは言うまでもない。また、反射
層33は透明バッファ層34中にあってもかまわない。
なお、基板側での光吸収が発光効率に対し、大きなデメ
リットとならない場合は、透明バッファ層34を設けな
くてもよい。
Here, as the transparent buffer layer 34, n-
GaAlAs was used, but in addition to this, n-InGaA
It goes without saying that the same effect can be obtained with a material transparent to the emission wavelength such as 1P or n-InAlP. The reflective layer 33 may be in the transparent buffer layer 34.
Note that the transparent buffer layer 34 may not be provided when the light absorption on the substrate side does not cause a large demerit to the luminous efficiency.

【0052】下部クラッド層35は、活性層36に注入
されたキャリアを活性層36内に閉じ込めることにより
高い発光効率を得るためのものである。即ち、活性層3
6の導電型がn型でキャリア濃度が注入キャリア密度よ
り小さい場合(少数キャリアが正孔の場合)、活性層3
6の導電型がp型でキャリア濃度が注入キャリア密度よ
り小さい場合(少数キャリアが電子の場合)、或いは注
入キャリア密度が活性層36のキャリア濃度に比べ高い
場合(所謂ダブルインジェクション状態の場合)、いず
れの場合においても活性層36に注入されたキャリア
を、下部クラッド層35へ拡散するのを抑える効果があ
る。この場合、下部クラッド層35は活性層36よりも
エネルギーギャップが大きいことが必要となる。
The lower cladding layer 35 is for obtaining high luminous efficiency by confining the carriers injected into the active layer 36 in the active layer 36. That is, the active layer 3
When the conductivity type of 6 is n-type and the carrier concentration is lower than the injected carrier density (when the minority carriers are holes), the active layer 3
When the conductivity type of 6 is p-type and the carrier concentration is lower than the injected carrier density (when the minority carriers are electrons), or when the injected carrier density is higher than the carrier concentration of the active layer 36 (in the so-called double injection state), In either case, there is an effect of suppressing the carriers injected into the active layer 36 from diffusing into the lower cladding layer 35. In this case, the lower clad layer 35 needs to have a larger energy gap than the active layer 36.

【0053】ここでは、下部クラッド層35として、n
−In1-Y (Ga1-X AlX Y Pの組成表記(x,
y)において、x=0.7,y=0.5とした。これ
は、活性層36の発光波長を555nmまでに短波長化
した場合でも、十分なキャリア閉じこめ効果が得られる
エネルギーギャップが得られるからである。また、Ga
As基板31に格子定数が一致するため良好な結晶が得
られるからである。このようなクラッド層の組成範囲
は、上記の組成表記において0.6≦x≦1であった。
これは、n−InGaAlPがほぼ間接遷移型のエネル
ギーギャップを有する範囲である。この領域でのエネル
ギーギャップは、組成xと共に増加するため、xの大き
な組成でのキャリア閉じ込め効果は大きい。
Here, as the lower cladding layer 35, n
—In 1-Y (Ga 1-X Al X ) Y P composition notation (x,
In y), x = 0.7 and y = 0.5. This is because even if the emission wavelength of the active layer 36 is shortened to 555 nm, an energy gap with which a sufficient carrier confinement effect can be obtained can be obtained. Also, Ga
This is because a good crystal can be obtained because the lattice constant matches that of the As substrate 31. The composition range of such a clad layer was 0.6 ≦ x ≦ 1 in the above composition notation.
This is a range in which n-InGaAlP has an almost indirect transition type energy gap. Since the energy gap in this region increases with the composition x, the carrier confinement effect is large in the composition with a large x.

【0054】また、InGaAlP系材料では、原子配
列の秩序構造の形成が起こり易く、これによって、同じ
組成であってもエネルギーギャップが変化する。全く秩
序構造のないランダムな状態でのエネルギーギャップ
が、同じ組成での最大のエネルギーギャップを与える。
秩序構造のない場合がキャリア閉じ込めのためには有利
である。このような無秩序構造は、基板31において前
述の傾斜した方位を用いることで容易に形成することが
できた。
Further, in the InGaAlP-based material, formation of an ordered structure of atomic arrangement is likely to occur, whereby the energy gap changes even with the same composition. The energy gap in a random state with no ordered structure gives the maximum energy gap in the same composition.
The absence of an ordered structure is advantageous for carrier confinement. Such a disordered structure could be easily formed in the substrate 31 by using the above-mentioned inclined orientation.

【0055】一方、下部クラッド層35のキャリア濃度
は1×1017cm-3とした。図11にnクラッド層35
のキャリア濃度と発光効率との関係を示す。この図に示
すように、発光効率の観点から、望ましいキャリア濃度
の範囲は1×1016cm-3から7×1017cm-3であっ
た。これは、上部クラッド層37,電流拡散層38等と
の抵抗率との関係から、電極41によって光取り出しが
できない電極直下以外へ電流を広げる上で、その抵抗率
を高く、ひいてはキャリア濃度を低く設定することが望
ましいこと。さらに、InGaAlP中にSi,Se等
のドーパントが、その濃度に従って深いレベルを形成
し、活性層36に注入されたキャリアが、活性層近傍の
n−InGaAlP下部クラッド層35にあるこれらの
レベルを介して非発光再結合すること等がその理由と考
えられた。
On the other hand, the carrier concentration of the lower cladding layer 35 was set to 1 × 10 17 cm -3 . FIG. 11 shows the n-clad layer 35.
2 shows the relationship between the carrier concentration and the luminous efficiency. As shown in this figure, the desirable carrier concentration range was from 1 × 10 16 cm −3 to 7 × 10 17 cm −3 from the viewpoint of luminous efficiency. Due to the relationship with the resistivities of the upper clad layer 37, the current diffusion layer 38, etc., in order to spread the current to a place other than directly below the electrode where light cannot be extracted by the electrode 41, the resistivity is high and the carrier concentration is low. It is desirable to set. Further, dopants such as Si and Se form a deep level in InGaAlP according to the concentration, and carriers injected into the active layer 36 pass through these levels in the n-InGaAlP lower cladding layer 35 near the active layer. It was thought that the reason was non-radiative recombination.

【0056】望ましいキャリア濃度の下限は、通電の際
に大きな電圧降下による動作電圧上昇が起きないために
必要な最低の濃度であり、上限は、非発光再結合が増加
することから決まったものである。また、特に望ましい
キャリア濃度の範囲は1×1016cm-3から2×1017
cm-3であった。この場合の上限は、低抵抗化により電
流広がり効果が小さくなることによると考えられた。
The lower limit of the desirable carrier concentration is the lowest concentration necessary for preventing an increase in the operating voltage due to a large voltage drop during energization, and the upper limit is determined from the increase in non-radiative recombination. is there. Further, a particularly desirable carrier concentration range is 1 × 10 16 cm −3 to 2 × 10 17
It was cm -3 . It was considered that the upper limit in this case was due to the decrease in the current spreading effect due to the lower resistance.

【0057】下部クラッド層35とバッファ層32又は
反射層33を直接接合させる場合には、n−InGaA
lPとn−GaAsなどとのヘテロ接合が形成される。
このとき、エネルギーギャップの小さいGaAs側から
電子を注入する場合、ヘテロ接合による障壁を乗り越え
るための過剰な電圧降下を必要とした。このため、電流
はこの界面をペレット全体に均一に流れることで電流密
度を減らし、電圧降下を防ぐように流れ、結果的に大き
な電流広がりを得ることができた。これは、n−InG
aAlPのキャリア濃度に大きく依存し、1×1017
-3以下で顕著であった。
When the lower clad layer 35 and the buffer layer 32 or the reflective layer 33 are directly joined, n-InGaA
A heterojunction between IP and n-GaAs is formed.
At this time, when injecting electrons from the GaAs side having a small energy gap, an excessive voltage drop was required to overcome the barrier due to the heterojunction. For this reason, the current uniformly flows through the interface throughout the pellet to reduce the current density and prevent voltage drop, resulting in a large current spread. This is n-InG
greatly depends on the carrier concentration of aAlP, and is 1 × 10 17 c
It was remarkable at m −3 or less.

【0058】下部クラッド層35の厚さは、1μmとし
た。これは、活性層36に注入されたキャリアを、下部
クラッド層35へ拡散するのを抑える効果を持たせるた
めに、0.5μm程度以上必要なこと、電流広がりの効
果を与えるのに必要に厚さが2μm以下程度であること
により決まったものである。また、下部クラッド層35
は透明バッファ層34と同じ材料,組成であってもかま
わない。即ち、n−GaAlAsなどでもかまわない。
また、シングルヘテロ構造やホモ接合構造などで、活性
層に注入されたキャリアを、基板側へ拡散するのを抑え
なくても、発光効率に対し、大きなデメリットとならな
い場合は、下部クラッド層35を設けなくてもよい。
The thickness of the lower cladding layer 35 was 1 μm. This is because the carrier injected into the active layer 36 has an effect of suppressing diffusion to the lower clad layer 35, and needs to have a thickness of about 0.5 μm or more. Is about 2 μm or less. In addition, the lower clad layer 35
The same material and composition as the transparent buffer layer 34 may be used. That is, n-GaAlAs or the like may be used.
Further, in the case where the carriers injected into the active layer have a single hetero structure or a homojunction structure and the diffusion of the carriers to the substrate side is not suppressed, the lower cladding layer 35 is formed if the luminous efficiency does not become a large disadvantage. It may not be provided.

【0059】活性層36はIn1-Y (Ga1-X AlX
Y Pからなり、その組成x,y及び上記秩序構造の状態
によってエネルギーギャップが決まり、注入されたキャ
リアが発光再結合する時、エネルギーギャップに対応し
た波長で発光する。前記図4に示すように、Al組成x
を増すと共に発光波長は短波長化し、それに伴って発光
効率の低下がみられた。これは、Al組成の増加と共
に、直接遷移型のエネルギーギャップと間接遷移型のエ
ネルギーギャップの差が小さくなること、特にn型にお
いて深いレベルの発生が顕著になること、良好な結晶を
得難くなること等によると考えられる。
The active layer 36 is made of In 1-Y (Ga 1-x Al x ).
The energy gap is determined by the composition x and y of the YP and the state of the ordered structure, and when the injected carriers recombine radiatively, light is emitted at a wavelength corresponding to the energy gap. As shown in FIG. 4, Al composition x
The emission wavelength was shortened with the increase of, and the emission efficiency was decreased accordingly. This is because, as the Al composition increases, the difference between the direct transition type energy gap and the indirect transition type energy gap becomes smaller, particularly the deep level generation becomes remarkable in the n-type, and it becomes difficult to obtain a good crystal. It is thought that it depends on things.

【0060】これらを回避する方法として、いくつかの
方法が考えられる。同じ波長を得るのに、なるべくAl
組成の低い組成で実現する方法として、活性層36を無
秩序構造とする方法がある。このような無秩序構造は、
基板31において前述の傾斜した方位を用いることで容
易に形成することができた。また、多重量子井戸構造
(MQW)を採用することによって、エネルギーレベル
の量子化により、Al組成の小さい層を発光層となる井
戸層に用いても、短波長化が可能であった。
There are several possible methods for avoiding these problems. As much as possible to obtain the same wavelength, Al
As a method of realizing a low composition, there is a method of forming the active layer 36 in a disordered structure. Such a chaotic structure
The substrate 31 could be easily formed by using the above-mentioned inclined orientation. Further, by adopting the multiple quantum well structure (MQW), the wavelength can be shortened even if a layer having a small Al composition is used as a light emitting layer due to energy level quantization.

【0061】例えば、組成(x,y)=(0.3,0.
5)を井戸層、(0.7,0.5)を障壁層とし、それ
ぞれの厚さを2.5〜5nmとし、10周期から100
周期程度設けたものを活性層とすることにより、図12
に示すように、(0.4,0.5)〜(0.5,0.
5)の組成のバルクからなる活性層と同等の波長(57
5〜555nm)が得られた。
For example, the composition (x, y) = (0.3, 0.
5) is a well layer and (0.7, 0.5) is a barrier layer, and each has a thickness of 2.5 to 5 nm and 10 cycles to 100
By using an active layer provided with a period of about,
, (0.4,0.5) to (0.5,0.
The wavelength (57) equivalent to that of the active layer made of the bulk of composition 5)
5 to 555 nm) was obtained.

【0062】また、GaAsとの格子整合の枠を外すこ
と、即ち、活性層InGaAlPの格子定数をGaAs
より小さくすることで、Alの組成を減らすことができ
る。また、逆に活性層InGaAlPの格子定数をGa
Asより大きくすることで、直接遷移型のエネルギーギ
ャップと間接遷移型のエネルギーギャップの差を大きく
することができる。いずれも、効果が顕著になるのは
0.5%程度の格子不整合度以上であり、上限は転移の
発生による非発光再結合の増加による。このような転移
の発生は厚さに依存しており、0.3μm程度では1%
程度に限界が現れた。
Further, the frame of lattice matching with GaAs is removed, that is, the lattice constant of the active layer InGaAlP is set to GaAs.
By making it smaller, the composition of Al can be reduced. Conversely, the lattice constant of the active layer InGaAlP is Ga
By making it larger than As, the difference between the energy gap of the direct transition type and the energy gap of the indirect transition type can be increased. In all cases, the effect is remarkable when the lattice mismatch is about 0.5% or more, and the upper limit is due to an increase in non-radiative recombination due to the occurrence of transition. The occurrence of such a transition depends on the thickness, and is about 1% at about 0.3 μm.
The limit has appeared.

【0063】これを回避する方法として、上記MQW構
造からなる活性層の井戸層として格子定数をずらした層
を用いる方法が有効であった。井戸層の厚さは非常に薄
いため、図13に示すように、転移発生の限界を与える
格子不整合度は3%程度以上であり、非常に広い組成範
囲を使うことができた。なお、活性層36の導電型は先
の実施形態と同様に、5×1016cm-3以下のn型、或
いは1×1017cm-3以下のp型(図2を参照)とする
ことで高い発光効率が得られた。また、活性層36の厚
さも先の実施形態と同様に、ペレットサイズ300μm
角のもので、0.15μmから0.75μm(図3を参
照)で高い発光効率が得られた。
As a method of avoiding this, it was effective to use a layer having a shifted lattice constant as the well layer of the active layer having the MQW structure. Since the thickness of the well layer is very thin, as shown in FIG. 13, the degree of lattice mismatch that limits the occurrence of dislocation is about 3% or more, and a very wide composition range could be used. The conductivity type of the active layer 36 is the n-type of 5 × 10 16 cm −3 or less or the p-type of 1 × 10 17 cm −3 or less (see FIG. 2) as in the previous embodiment. Thus, high luminous efficiency was obtained. Further, the thickness of the active layer 36 is the same as in the previous embodiment, and the pellet size is 300 μm.
As for the square type, high luminous efficiency was obtained from 0.15 μm to 0.75 μm (see FIG. 3).

【0064】上部クラッド層37は、下部クラッド層3
5と同様、活性層36に注入されたキャリアを活性層3
6内に閉じこめることにより高い発光効率を得るための
ものである。即ち、少数キャリアが正孔の場合、少数キ
ャリアが電子の場合、或いはダブルインジェクション状
態の場合、いずれの場合においても活性層36に注入さ
れたキャリアを、上部クラッド層37へ拡散するのを抑
える効果がある。この場合、上部クラッド層37は活性
層36よりもエネルギーギャップが大きいことが必要と
なる。
The upper clad layer 37 is the lower clad layer 3.
5, carriers injected into the active layer 36 are transferred to the active layer 3
This is to obtain high luminous efficiency by confining it in the interior of No. 6. That is, in either case where the minority carriers are holes, when the minority carriers are electrons, or in the double injection state, it is possible to suppress the diffusion of the carriers injected into the active layer 36 to the upper cladding layer 37. There is. In this case, the upper cladding layer 37 needs to have a larger energy gap than the active layer 36.

【0065】ここでは、p−In1-Y (Ga1-X
X Y Pの組成表記(x,y)において、x=0.
7,y=0.5とした。これは、活性層36の発光波長
を555nmまでに短波長化した場合でも、十分なキャ
リア閉じ込め効果が得られるエネルギーギャップが得ら
れるからである。また、GaAs基板格子定数が一致す
るため良好な結晶が得られるからである。このような、
pクラッド層37の組成範囲は、図14に示すように、
上記の組成表記において0.6≦x≦1であった。これ
は、p−InGaAlPがほぼ間接遷移型のエネルギー
ギャップを有する範囲である。この領域でのエネルギー
ギャップは、組成xと共に増加するため、xの大きな組
成でのキャリア閉じ込め効果は大きい。
Here, p-In 1-Y (Ga 1-X A
In the composition notation (x, y) of l X ) Y P, x = 0.
7, y = 0.5. This is because even if the emission wavelength of the active layer 36 is shortened to 555 nm, an energy gap with which a sufficient carrier confinement effect can be obtained can be obtained. Also, since the GaAs substrate lattice constants match, a good crystal can be obtained. like this,
The composition range of the p-clad layer 37 is as shown in FIG.
In the above composition notation, 0.6 ≦ x ≦ 1. This is a range in which p-InGaAlP has an almost indirect transition type energy gap. Since the energy gap in this region increases with the composition x, the carrier confinement effect is large in the composition with a large x.

【0066】また、InGaAlP系材料では、原子配
列の秩序構造の形成が起こり易く、これによって、同じ
組成であってもエネルギーギャップが変化する。全く秩
序構造のないランダムな状態でのエネルギーギャップ
が、同じ組成での最大のエネルギーギャップを与える。
秩序構造のない場合が、キャリア閉じ込めのためには有
利である。このような無秩序構造は、基板31において
前述の傾斜した方位を用いること、さらに十分高いドー
ピングを行うことで、容易に形成することができた。
Further, in the InGaAlP-based material, formation of an ordered structure of atomic arrangement is likely to occur, whereby the energy gap changes even with the same composition. The energy gap in a random state with no ordered structure gives the maximum energy gap in the same composition.
The absence of an ordered structure is advantageous for carrier confinement. Such a disordered structure could be easily formed by using the above-mentioned inclined orientation in the substrate 31 and by performing sufficiently high doping.

【0067】一方、上部クラッド層37のキャリア濃度
は7×1017cm-3とした。図15にpクラッド層37
のキャリア濃度と発光効率との関係を示す。この図に示
すように、発光効率の観点から、望ましいキャリアの濃
度の範囲は5×1017cm-3から2×1018cm-3であ
った。これは、下部クラッド層35,電流拡散層38等
との抵抗率との関係から、電極41によって光取り出し
ができない電極直下以外へ電流を広げる上で、その抵抗
率を低く、ひいてはキャリア濃度を高く設定することが
望ましいこと、5×1017cm-3以上の高いドーピング
をすることで、無秩序構造が容易に形成でき、エネルギ
ーギャップを大きくすることができるため、キャリア閉
じ込めが有効に行えるためである。
On the other hand, the carrier concentration of the upper cladding layer 37 was set to 7 × 10 17 cm -3 . The p-clad layer 37 is shown in FIG.
2 shows the relationship between the carrier concentration and the luminous efficiency. As shown in this figure, from the viewpoint of luminous efficiency, the desirable carrier concentration range was 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 18 cm −3 . This is because of the relationship with the resistivity of the lower clad layer 35, the current diffusion layer 38, etc., the resistivity is low and the carrier concentration is high in order to spread the current to a place other than directly under the electrode where light cannot be extracted by the electrode 41. It is desirable to set it, because by performing high doping of 5 × 10 17 cm −3 or more, a disordered structure can be easily formed and the energy gap can be increased, so that carrier confinement can be effectively performed. .

【0068】上部クラッド層37の厚さは1μmとし
た。これは、活性層36に注入されたキャリアを、上部
クラッド層37へ拡散するのを抑える効果を持たせるた
めに、0.5μm程度以上必要なこと、電流広がりの効
果を与えるのに必要な厚さが2μm以下程度であること
により決まったものである。また、上部クラッド層37
は電流拡散層38などと同じ材料、組成であってもかま
わない。即ち、p−GaAlAsなどでもかまわない。
また、シングルヘテロ構造やホモ接合構造などで、活性
層に注入されたキャリアを、基板側と反対側へ拡散する
のを抑えなくても、発光効率に対し大きなデメリットと
ならない場合は、上部クラッド層を設けなくてもよい。
The thickness of the upper clad layer 37 was 1 μm. This is because the carrier injected into the active layer 36 has an effect of suppressing diffusion to the upper clad layer 37, and needs to have a thickness of about 0.5 μm or more. Is about 2 μm or less. In addition, the upper clad layer 37
May have the same material and composition as the current spreading layer 38 and the like. That is, p-GaAlAs or the like may be used.
Also, in the case of a single hetero structure or homojunction structure, if the carriers injected into the active layer are not suppressed from diffusing to the side opposite to the substrate side, but there is no major disadvantage to the luminous efficiency, the upper cladding layer Need not be provided.

【0069】電流拡散層38は、電極41によって光取
り出しができない電極直下以外へ電流を広げるためのも
のである。電流拡散層38は発光波長に対し、吸収係数
の十分小さい透明な材料からなる。例えばペレットの大
きさを300μm角、電極を直径150μm程度の円形
とし、発光波長を590nmとするとき、キャリア濃度
3×1018cm-3のp−Ga0.3 Al0.7 Asを厚さ1
5μm設けることによって、電流の広がりはチップ全体
に渡り、これを設けない場合の約30倍程度高い発光効
率が得られた。
The current diffusion layer 38 is for spreading the current to a position other than directly below the electrode where light cannot be extracted by the electrode 41. The current diffusion layer 38 is made of a transparent material having a sufficiently small absorption coefficient for the emission wavelength. For example, when the size of the pellet is 300 μm square, the electrode is circular with a diameter of about 150 μm, and the emission wavelength is 590 nm, p-Ga 0.3 Al 0.7 As with a carrier concentration of 3 × 10 18 cm −3 has a thickness of 1
By providing 5 μm, the spread of the current spreads over the entire chip, and a luminous efficiency about 30 times higher than that without this was obtained.

【0070】電流拡散層38の厚さは、電流の広がりを
大きくできるほど望ましい。有効な電流広がり効果が得
られるのは、図16に示すように、5μm以上の厚さで
あった。一方、30μm以上の厚さになると、電流広が
りの効果が飽和すると共に、長時間の成長による活性層
36への上部クラッド層37などからの不純物拡散など
による発光効率の低下などが起こることにより、むしろ
素子としての発光効率は低下した。
The thickness of the current diffusion layer 38 is desirable so that the spread of current can be increased. The effective current spreading effect was obtained at a thickness of 5 μm or more, as shown in FIG. On the other hand, when the thickness is 30 μm or more, the effect of current spreading is saturated, and the luminous efficiency is reduced due to the diffusion of impurities from the upper cladding layer 37 and the like into the active layer 36 due to long-time growth, and the like. Rather, the luminous efficiency of the device decreased.

【0071】電流拡散層38のキャリア濃度は、図17
に示すように、電流広がりを十分に得るために5×10
17cm-3以上であることが望ましい。一方、5×1018
cm -3以上にドーピングすると、電流広がりは十分であ
るものの、発光波長に対する吸収が大きくなり、結局素
子としての発光効率は低下した。
The carrier concentration of the current diffusion layer 38 is shown in FIG.
5 × 10 to obtain sufficient current spread, as shown in FIG.
17cm-3The above is desirable. On the other hand, 5 × 1018
cm -3With more doping, the current spread is sufficient
However, the absorption for the emission wavelength becomes large, and eventually the
The luminous efficiency as a child decreased.

【0072】電流拡散層38のAl組成xは、発光波長
に対し吸収係数が100cm-1程度以下で、なるべく低
い方が望ましい。このとき、図18に示すように、p−
Ga 1-X AlX Asの組成xは大きいほど、ある波長で
の吸収係数は小さくなる。InGaAlPによる発光波
長の領域に対しては、xは0.6以上であることが望ま
しい。一方、xの大きなGaAlAsでは結晶性のよい
ものが得難く、吸収係数はむしろ増加した。このため、
xは0.8以下であることが望ましかった。
The Al composition x of the current diffusion layer 38 is the emission wavelength.
The absorption coefficient is 100 cm-1As low as possible, as low as possible
Is better. At this time, as shown in FIG.
Ga 1-XAlXAs the composition x of As is larger, at a certain wavelength
Has a smaller absorption coefficient. Light emission wave by InGaAlP
For the long region, x should be 0.6 or more.
Good On the other hand, GaAlAs with large x has good crystallinity.
It was difficult to obtain, and the absorption coefficient increased rather. For this reason,
It was desired that x be 0.8 or less.

【0073】電流拡散層38と上部クラッド層37の接
合では、p−InGaAlPとp−GaAlAsなどと
のヘテロ接合が形成される、このとき、エネルギーギャ
ップの小さいp−GaAlAs側から正孔を注入する場
合、ヘテロ接合による障壁を乗り越えるための過剰な電
圧降下を必要とした。このため、電流はこの界面をペレ
ット全体に均一に流れることで電流密度を減らし、電圧
降下を防ぐように流れ、結果的に大きな電流広がりを得
ることができた。これは、p−InGaAlPのキャリ
ア濃度に大きく依存し、1×1018cm-3以下で顕著で
あった。
At the junction of the current diffusion layer 38 and the upper cladding layer 37, a heterojunction of p-InGaAlP and p-GaAlAs is formed. At this time, holes are injected from the p-GaAlAs side where the energy gap is small. In that case, an excessive voltage drop was required to overcome the barrier due to the heterojunction. For this reason, the current uniformly flows through the interface throughout the pellet to reduce the current density and prevent voltage drop, resulting in a large current spread. This largely depends on the carrier concentration of p-InGaAlP and was remarkable at 1 × 10 18 cm −3 or less.

【0074】ここでは、電流拡散層38としてp−Ga
AlAsを用いたが、この他にも、p−InGaAl
P,p−InAlPなどの発光波長に対し透明な材料で
も同様な効果があることは言うまでもない。また、電流
拡散層38を設けないことで、発光効率に対し、大きな
デメリットとならない場合は、電流拡散層38を設けな
くてもよい。
Here, p-Ga is used as the current diffusion layer 38.
AlAs was used, but in addition to this, p-InGaAl
Needless to say, a material that is transparent to the emission wavelength such as P or p-InAlP has the same effect. In addition, when the current diffusion layer 38 is not provided and the light emission efficiency is not largely disadvantageous, the current diffusion layer 38 may not be provided.

【0075】コンタクト層39は、電極41に対するオ
ーミック接触を容易にとるための層であり、例えばp−
GaAsを用いた。具体的には、図19に示すように電
流拡散層38上にp−GaAs層39を成長形成した
後、上部電極41を形成し、レジスト44をマスクに電
極41及びp−GaAs層39を選択エッチングし、最
終的にレジスト44を除去することにより形成した。
The contact layer 39 is a layer for easily making ohmic contact with the electrode 41, and is, for example, p-.
GaAs was used. Specifically, as shown in FIG. 19, after the p-GaAs layer 39 is grown and formed on the current diffusion layer 38, the upper electrode 41 is formed, and the resist 41 is used as a mask to select the electrode 41 and the p-GaAs layer 39. It was formed by etching and finally removing the resist 44.

【0076】コンタクト層39の濃度は、容易にコンタ
クト抵抗を十分低くするために1×1018cm-3以上で
あることが望ましい。またその厚さは、50nm以上で
あることが再現のよいコンタクトをとるために重要であ
った。コンタクト層39は必ずしも発光波長に対し透明
である必要はない。これは、電極以外の部分を選択的に
除去することで、吸収の効果を回避することができるか
らである。この場合、電極形成時のアロイ化などで生ず
るダメージ部分を同時に除去できるというメリットもあ
る。
The concentration of the contact layer 39 is preferably 1 × 10 18 cm -3 or more in order to easily lower the contact resistance. In addition, it was important that the thickness was 50 nm or more in order to make a contact with good reproducibility. The contact layer 39 does not necessarily need to be transparent to the emission wavelength. This is because the absorption effect can be avoided by selectively removing the portion other than the electrodes. In this case, there is also an advantage that a damaged portion caused by alloying or the like at the time of electrode formation can be removed at the same time.

【0077】なお、この場合に、コンタクト層39が厚
いと、除去プロセスにおいて、電極41の端部のコンタ
クト層が無くなり、電極41がはがれ易くなるなどのこ
とが起こるため、コンタクト層39の厚さは150nm
程度以下であることが望ましい。また、コンタクト層3
9は十分に薄ければ、吸収を小さくすることができるの
で、必ずしも電極以外の部分で除去する必要はない。
In this case, if the contact layer 39 is thick, the contact layer at the end of the electrode 41 disappears in the removal process and the electrode 41 easily peels off. Is 150 nm
It is desirable that it is not more than the level. In addition, the contact layer 3
If 9 is sufficiently thin, absorption can be reduced, so it is not always necessary to remove it at portions other than the electrodes.

【0078】ここでは、コンタクト層39としてp−G
aAsを用いたが、この他にも、p−InGaP,p−
InGaAlP,p−GaAlAsなどを用いてもよ
い。また、コンタクト層39を特に設けないで、電流拡
散層などに直接電極を形成してもかまわない。
Here, p-G is used as the contact layer 39.
Although aAs was used, p-InGaP, p-
InGaAlP, p-GaAlAs, or the like may be used. Further, the electrode may be directly formed on the current diffusion layer without providing the contact layer 39.

【0079】上部電極41はAuZn/Auからなり、
ペレットに電流注入を行うと共に、ワイヤボンディング
のためのパッドとなる。電極41はペレット全体に電流
を広げるのに有効である、発光を遮断しないようにする
ことが重要である。
The upper electrode 41 is made of AuZn / Au,
A current is injected into the pellet, and it also serves as a pad for wire bonding. The electrode 41 is effective in spreading the current over the entire pellet, it is important not to block the light emission.

【0080】電流阻止層は40は、電極41によって光
取り出しができない電極直下以外へ電流を広げるための
ものである。即ち、電極41の直下の一部又は全部に電
流注入を妨げる働きをする層を挿入することで、電極直
下への無効な電流注入を回避するものである。電流阻止
層40は、電極41と活性層36の間にあればよい。例
えば、前記図5に示すように上部クラッド層37と電流
拡散層38との間、また図20(a)に示すように電流
拡散層38の内部、電流拡散層38とコンタクト39と
の間、さらに図20(b)に示すようにコンタクト層3
9と電極41との間いずれでもかまわない。このとき、
電流阻止層40の直下へ回り込む電流を低減するために
は、なるべく活性層36に近い位置にあることが望まし
い。
The current blocking layer 40 is for spreading the current to a position other than directly below the electrode where light cannot be extracted by the electrode 41. That is, a layer that functions to prevent current injection is inserted into a part or all of the electrode 41 immediately below to avoid invalid current injection directly below the electrode. The current blocking layer 40 may be provided between the electrode 41 and the active layer 36. For example, as shown in FIG. 5, between the upper clad layer 37 and the current diffusion layer 38, and as shown in FIG. 20A, inside the current diffusion layer 38, between the current diffusion layer 38 and the contact 39, Further, as shown in FIG.
It does not matter whether it is between 9 and the electrode 41. At this time,
In order to reduce the current flowing directly under the current blocking layer 40, it is desirable that the current blocking layer 40 be located as close to the active layer 36 as possible.

【0081】電流阻止層40としては、上部クラッド層
37と反対の導電型を持つ半導体、例えばn−GaA
s,n−GaAlAs,n−InGaP,n−InGa
AlP,n−InAlPなど、或いは高抵抗の半導体、
例えばGaAs,GaAlAs,InGaP,InGa
AlP,InAlPなどを用いることができる。また、
上部クラッド層37と同じ導電型を持ち、それと接する
層との間にヘテロ接合による障壁を乗り越えるための過
剰な電圧降下を必要とする構造をもつ半導体層、例えば
p−GaAs/p−InGaAlP,p−GaAs/p
−InAlP,p−GaAlAs/p−InGaAl
P,p−GaAlAs/p−InAlPなど、或いは絶
縁物、例えばSiO2 ,Al2 3 ,Si3 4 などで
あれば使用することが可能である。
The current blocking layer 40 is a semiconductor having a conductivity type opposite to that of the upper clad layer 37, for example, n-GaA.
s, n-GaAlAs, n-InGaP, n-InGa
AlP, n-InAlP, etc., or high-resistance semiconductor,
For example, GaAs, GaAlAs, InGaP, InGa
AlP, InAlP, etc. can be used. Also,
A semiconductor layer having the same conductivity type as that of the upper clad layer 37 and having a structure requiring an excessive voltage drop for overcoming a barrier due to a heterojunction between the upper clad layer 37 and a layer in contact therewith, for example, p-GaAs / p-InGaAlP, p -GaAs / p
-InAlP, p-GaAlAs / p-InGaAl
P, like p-GaAlAs / p-InAlP, or insulator can be used as long such as SiO 2, Al 2 O 3, Si 3 N 4.

【0082】電流阻止層40を発光波長に対して透明な
材料とすることで、発光をより有効に取り出すことがで
きる。即ち、電極41の直下を含む領域に発光波長に対
し透明な電流阻止層40を設けることによって電極直下
への無効電流を減らし、また電流阻止層40の直下へ回
り込んだ電流による発光を吸収の影響を受けること無く
外部に取り出すことができる。
When the current blocking layer 40 is made of a material transparent to the emission wavelength, the emitted light can be more effectively taken out. That is, by providing the current blocking layer 40 that is transparent to the emission wavelength in the region including immediately below the electrode 41, the reactive current to the immediately below the electrode is reduced, and the light emission due to the current that circulates immediately below the current blocking layer 40 is absorbed. It can be taken out without being affected.

【0083】本実施形態では、例えばペレットの大きさ
を300μm角、電極を直径150μmの円形、発光波
長を590nmとするとき、n−In1-Y (Ga1-X
XY Pの組成表記(x,y)において、x=0.
7,y=0.5を電流阻止層40として、上部クラッド
層37と電流拡散層38の間に挿入した。電流阻止層4
0の濃度は1×1018cm-3、厚さは150nmとし
た。また、その形状は電極41を含む180μmの直径
とした。このとき、電極41の直下へは電流は殆ど注入
されず、ここでの発光が電極41に隠されても、発光効
率には影響しなかった。また、電流阻止層40の直下へ
回り込んだ電流による発光は、透明な電流阻止層40を
通して外部に取り出されるため、無効電流にはならなか
った。なお、電流阻止層40は、これを挿入しないこと
が発光効率に対し、大きなデメリットにならない場合
は、特に設けなくてもよい。
In this embodiment, for example, when the pellet size is 300 μm square, the electrode is circular with a diameter of 150 μm, and the emission wavelength is 590 nm, n-In 1 -Y (Ga 1 -X A
In the composition notation (x, y) of l X ) Y P, x = 0.
7, y = 0.5 was inserted as a current blocking layer 40 between the upper clad layer 37 and the current diffusion layer 38. Current blocking layer 4
The concentration of 0 was 1 × 10 18 cm −3 and the thickness was 150 nm. The shape was set to a diameter of 180 μm including the electrode 41. At this time, almost no current was injected directly below the electrode 41, and even if the light emission here was hidden by the electrode 41, it did not affect the light emission efficiency. In addition, the light emission due to the current flowing right under the current blocking layer 40 was taken out to the outside through the transparent current blocking layer 40, so that it was not a reactive current. Note that the current blocking layer 40 may not be provided unless the insertion of the current blocking layer 40 causes a large demerit to the luminous efficiency.

【0084】上記のように構造を設定し、ペレットの大
きさを300μm角、電極を直径150μmの円形とし
た素子ペレットを、広がり半値幅が8度程度になるよう
に樹脂でモールドし、素子化することによって、In
1-Y (Ga1-X AlX Y P活性層35の組成をx=
0.2,y=0.5とすることによって、発光波長61
0nmのオレンジ色の発光(光度10カンデラ)が、x
=0.3、y=0.5とすることによって、発光波長5
90nmの黄色の発光(光度7カンデラ)が、x=0.
4,y=0.5とすることによって、発光波長570n
mの黄緑色の発光(光度3カンデラ)が、x=0.5,
y=0.5とすることによって。発光波長555nmの
緑色の発光(光度1カンデラ)が、それぞれ得られた。
つまり、各層のキャリア濃度及び膜厚の最適化、基板の
面方位に選択等により、短波長の発光でも高い発光効率
を得ることができた。
With the structure set as described above, an element pellet having a pellet size of 300 μm square and an electrode having a circular shape with a diameter of 150 μm is molded with resin so as to have a spread half-value width of about 8 degrees, thereby forming an element. By doing In
The composition of 1-Y (Ga 1-X Al X ) Y P active layer 35 is x =
By setting 0.2 and y = 0.5, the emission wavelength 61
0 nm orange emission (luminance 10 candela) is x
= 0.3 and y = 0.5, the emission wavelength is 5
Yellow emission of 90 nm (luminance 7 candela) was observed at x = 0.
4, by setting y = 0.5, an emission wavelength of 570n
The yellowish green emission of m (luminance 3 candela) is x = 0.5,
By setting y = 0.5. Green light emission (luminance: 1 candela) having an emission wavelength of 555 nm was obtained.
In other words, by optimizing the carrier concentration and film thickness of each layer, selecting the plane orientation of the substrate, and the like, high luminous efficiency could be obtained even with light emission of a short wavelength.

【0085】上記した第2の実施形態では、第1導電型
半導体基板31としてn−GaAsを用いた例を示し
た。しかしながら、導電型の異なる、p−GaAsを用
いてもかまわない。このとき、各半導体層の導電型を逆
転することが必要である。この場合、各半導体層の厚さ
に関しては、n−GaAs基板31を用いた場合と同様
の設定が望ましい。
In the above-described second embodiment, an example in which n-GaAs is used as the first conductivity type semiconductor substrate 31 has been shown. However, p-GaAs having different conductivity types may be used. At this time, it is necessary to reverse the conductivity type of each semiconductor layer. In this case, the thickness of each semiconductor layer is preferably set to be the same as that when the n-GaAs substrate 31 is used.

【0086】一方、キャリア濃度については、電流広が
りや発光効率を考慮すると、その最適値はn−GaAs
基板31の場合と異なる。クラッド層については、n−
GaAs基板31の場合、下部クラッド層35がn−I
nGaAlP、上部クラッド層37がp−InGaAl
Pであったが、p−GaAs基板を用いた場合には、上
部クラッド層がn−InGaAlP、下部クラッド層が
p−InGaAlPとなり、このときのn−InGaA
lP及びp−InGaAlPそれぞれについての設定が
同じであると考えればよい。
On the other hand, regarding the carrier concentration, the optimum value is n-GaAs in consideration of current spread and luminous efficiency.
Different from the case of the substrate 31. For the clad layer, n−
In the case of the GaAs substrate 31, the lower clad layer 35 has an n-I
nGaAlP, the upper clad layer 37 is p-InGaAl
However, when a p-GaAs substrate is used, the upper clad layer is n-InGaAlP and the lower clad layer is p-InGaAlP. At this time, n-InGaA
It can be considered that the settings for lP and p-InGaAlP are the same.

【0087】バッファ層32,反射層33,透明バッフ
ァ層34,電流拡散層38,コンタクト層39,電流阻
止層40については導電型を逆転し、キャリア濃度の設
定は同じでよい。活性層36については、基板の導電型
によらず、n−GaAsの場合と同様の設定が望まし
い。
The buffer layer 32, the reflective layer 33, the transparent buffer layer 34, the current diffusion layer 38, the contact layer 39, and the current blocking layer 40 may have the same conductivity type and the same carrier concentration. The active layer 36 is preferably set similar to that of n-GaAs regardless of the conductivity type of the substrate.

【0088】p型の導電型基板を用いることの利点は、
n型の場合に比べ、電流広がりをより容易に拡大するこ
とができることである。これは、上述の組成域において
p−InGaAlP,p−GaAlAsに比べ、n−I
nGaAlP,n−GaAlAsの方が、同じ組成,キ
ャリア濃度に対し、移動度が大きく、低抵抗率の層が得
易く、これを活性層に対し上部電極側とすることによ
り、電流が広がり易く、発光部を容易に拡大できるため
である。特に、電流拡散層38にn−GaAlAsを用
いた場合、p−GaAlAsを用いた場合の1/2の抵
抗率となるため、図21に示すように、その厚さ(下限
側の厚さ)を1/2にしても、略同等の電流広がり、ひ
いては発光効率が得られた。これは、結晶成長時間の短
縮、ひいては生産性の向上に有効であった。
The advantage of using the p-type conductivity type substrate is that
The current spread can be expanded more easily than in the case of the n-type. This is n-I in comparison with p-InGaAlP and p-GaAlAs in the above composition range.
nGaAlP and n-GaAlAs have a higher mobility for the same composition and carrier concentration, and a layer having a low resistivity is easily obtained. By making this layer on the upper electrode side with respect to the active layer, the current is easily spread, This is because the light emitting portion can be easily enlarged. In particular, when n-GaAlAs is used for the current diffusion layer 38, the resistivity becomes 1/2 of that when p-GaAlAs is used. Therefore, as shown in FIG. 21, its thickness (thickness on the lower limit side). Even if the ratio was set to 1/2, substantially the same current spread and eventually luminous efficiency were obtained. This was effective in shortening the crystal growth time and, in turn, improving productivity.

【0089】また、第1導電型半導体基板31としてn
−GaAs又はp−GaAsを用いた場合、実施形態に
も詳述したように、発光波長に対し基板は光吸収体とし
て働く。基板31に吸収された光は、外部に取り出すこ
とができないため、活性層36での発光の約1/2は発
光効率に寄与しない。これを取り出す方法として、図2
2に示すように、基板31及び発光波長に対し吸収体と
なるバッファ層32等を除去することが有効である。
Further, as the first conductivity type semiconductor substrate 31, n
When -GaAs or p-GaAs is used, the substrate acts as a light absorber for the emission wavelength, as described in detail in the embodiment. Since the light absorbed by the substrate 31 cannot be extracted to the outside, about 1/2 of the light emitted from the active layer 36 does not contribute to the light emission efficiency. As a method of taking out this, FIG.
As shown in FIG. 2, it is effective to remove the substrate 31 and the buffer layer 32 or the like that serves as an absorber for the emission wavelength.

【0090】この場合、ペレットの機械的強度を保持す
るために、透明バッファ層34,電流拡散層38の厚さ
を厚く設定し、基板除去後のウェハ厚さを50μm程度以
上に設定することが重要である。このとき、下部電極4
2は透明バッファ層34に形成される。下部電極42或
いはアセンブリの際にこの下に形成する反射板により、
下部へ出射された光は吸収を受けずに外部に取り出せ
る。
In this case, in order to maintain the mechanical strength of the pellet, the thickness of the transparent buffer layer 34 and the current diffusion layer 38 may be set thick, and the wafer thickness after the substrate removal may be set to about 50 μm or more. is important. At this time, the lower electrode 4
2 is formed on the transparent buffer layer 34. By the lower electrode 42 or the reflector formed below this during assembly,
The light emitted to the lower part can be taken out without being absorbed.

【0091】また、ここまでの説明では、第1導電型半
導体基板31としてn−GaAs,p−GaAs、及び
これを除去した例を示した。この他にも、GaP,Zn
Se,ZnS,Si,Ge等の半導体、及びGaAsを
含めこれらからなる混晶等を基板として用いてもよい。
この場合、上述の導電型に対する考え方がそのまま当て
はまり、これらの導電型のn型でもp型でもよい。Ga
P,ZnSe,ZnS,GaAsP,InGaP等を基
板とする場合は、発光波長に対し基板は透明にすること
ができ、上述のように基板を除去する必要がないという
利点がある。
Further, in the above description, n-GaAs, p-GaAs as the first conductivity type semiconductor substrate 31 and an example in which this is removed have been shown. In addition to this, GaP, Zn
A semiconductor such as Se, ZnS, Si or Ge, or a mixed crystal including GaAs and the like may be used as the substrate.
In this case, the concept of the conductivity type described above is directly applied, and the conductivity type may be n-type or p-type. Ga
When P, ZnSe, ZnS, GaAsP, InGaP or the like is used as the substrate, the substrate can be made transparent to the emission wavelength, and there is an advantage that the substrate need not be removed as described above.

【0092】しかし、これらの場合、GaAsと異な
り、活性層材料と基板の格子整合が取れないことがあ
る。この場合、基板と同じ導電型の格子定数傾斜層を設
けることにより、活性層での転位の発生を抑え、非発光
再結合を低減することが重要である。この場合、格子定
数傾斜層の格子定数は、基板側から活性層側へ向かっ
て、基板の格子定数から活性層の格子定数へ徐々に変化
させる。このとき、この格子定数傾斜層の材料はInG
aAlP等の、発光波長に対し透明なものが望ましい。
活性層の格子定数をGaAsと同等とするとき、透明バ
ッファ層としてGaAlAsを格子定数傾斜層上に形成
することで、活性層と同等の格子定数を持つ層を形成す
ることになり、転位の低減にも有効である。この場合の
構成を図23に示す。図中51が透明基板、52が格子
定数傾斜層を示している。
However, in these cases, unlike GaAs, the active layer material and the substrate may not be lattice matched. In this case, it is important to suppress the generation of dislocations in the active layer and reduce non-radiative recombination by providing a lattice constant gradient layer having the same conductivity type as the substrate. In this case, the lattice constant of the gradient constant layer is gradually changed from the substrate lattice constant to the active layer lattice constant from the substrate side to the active layer side. At this time, the material of the lattice constant gradient layer is InG.
A transparent material such as aAlP for the emission wavelength is desirable.
When the lattice constant of the active layer is made equal to that of GaAs, by forming GaAlAs as the transparent buffer layer on the lattice constant gradient layer, a layer having the same lattice constant as that of the active layer is formed, thus reducing dislocations. It is also effective. The configuration in this case is shown in FIG. In the figure, 51 is a transparent substrate, and 52 is a lattice constant gradient layer.

【0093】Si,Geは発光波長に対し不透明である
ものの、良質で基板結晶を得ることができるため、量産
性,生産性の観点から望ましい基板結晶である。Siの
場合、活性層材料と基板の格子整合が取れない。基板と
同じ導電型の格子定数傾斜層を設けることにより、活性
層での転位の発生を抑え、非発光再結合を低減すること
が重要である。この場合、格子定数傾斜層の格子定数
は、基板側から活性層側へ向かって、基板の格子定数か
ら活性層の格子定数へ徐々に変化させる。このとき、こ
の格子定数傾斜層の材料は、GaP,AlP,GaA
s,InP等による混晶、或いは超格子を用いる。Ge
の場合、格子整合に問題はない。
Although Si and Ge are opaque with respect to the emission wavelength, a substrate crystal of good quality can be obtained, so that they are desirable substrate crystals from the viewpoint of mass productivity and productivity. In the case of Si, the lattice matching between the active layer material and the substrate cannot be achieved. It is important to suppress generation of dislocations in the active layer and reduce non-radiative recombination by providing a lattice constant gradient layer having the same conductivity type as the substrate. In this case, the lattice constant of the gradient constant layer is gradually changed from the substrate lattice constant to the active layer lattice constant from the substrate side to the active layer side. At this time, the material of the lattice constant gradient layer is GaP, AlP, GaA.
A mixed crystal of s, InP or the like, or a superlattice is used. Ge
In the case of, there is no problem in lattice matching.

【0094】いずれの場合においても、透明バッファ層
としてGaAlAsを形成することで、転位の低減にも
有効である。また、これらの基板は、GaAsの場合と
同様に、結晶成長後に基板を除去することが有効であ
る。
In any case, forming GaAlAs as the transparent buffer layer is effective for reducing dislocations. Further, it is effective to remove these substrates after crystal growth, as in the case of GaAs.

【0095】これらn−GaAs以外の結晶を基板に用
いた場合でも、電流拡散層等による電流の広がりの効
果、電流阻止層による無効電流低減の効果、活性層,ク
ラッド層等のキャリア濃度,厚さ,無秩序化の程度等の
発光効率へ与える効果は前述した実施形態と同様であ
る。
Even when these crystals other than n-GaAs are used for the substrate, the effect of spreading the current due to the current diffusion layer and the like, the effect of reducing the reactive current due to the current blocking layer, the carrier concentration and the thickness of the active layer and the cladding layer, etc. The effects on the luminous efficiency such as the degree of disordering are the same as in the above-described embodiment.

【0096】(第3の実施形態)図24は、本発明の第
3の実施形態に係わる半導体発光ダイオードの素子構造
を示す断面図である。図中61はn−GaAs基板であ
り、この基板61の主面は(100)面から[011]
方向に15度傾斜している。基板61上に、n−In
0.5 (Ga1-X1AlX10.5 Pクラッド層62,In
0.5 (Ga1-X2AlX20.5 P活性層63,p−In
0.5 (Ga1-X3AlX30.5 Pクラッド層64(Znド
ープ),p−In0.5 Ga0.5 P中間バンドギャップ層
65,p−GaAsコンタクト層66が順次積層形成さ
れている。そして、コンタクト層66上にAuZnから
なるp側電極67が形成され、基板61の裏面にAuG
eからなるn側電極68が形成されている。
(Third Embodiment) FIG. 24 is a sectional view showing an element structure of a semiconductor light emitting diode according to a third embodiment of the present invention. In the figure, 61 is an n-GaAs substrate, and the main surface of this substrate 61 is [011] from the (100) plane.
It is inclined 15 degrees in the direction. On the substrate 61, n-In
0.5 (Ga 1-X1 Al X1 ) 0.5 P cladding layer 62, In
0.5 (Ga 1-X2 Al X2 ) 0.5 P active layer 63, p-In
0.5 (Ga 1-X3 Al X3 ) 0.5 P cladding layer 64 (Zn-doped), p-In 0.5 Ga 0.5 P intermediate band gap layer 65, p-GaAs contact layer 66 are sequentially formed. Then, a p-side electrode 67 made of AuZn is formed on the contact layer 66, and AuG is formed on the back surface of the substrate 61.
An n-side electrode 68 made of e is formed.

【0097】図25は、図24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。同図に発光
素子内での電流分布72を破線矢印で、また発光領域7
1を節打点でそれぞれ示している。InGaAlP各層
のAl組成は、高い発光効率が得られるように、X2≦
X1,X2≦X3を満たすようにする。例えば、X1=
X3=0.7,X2=0.3とする。
FIG. 25 is a schematic diagram showing a current distribution and a light emitting region in the light emitting element shown in FIG. In the figure, the current distribution 72 in the light emitting element is indicated by a broken line arrow, and
No. 1 is indicated by each node. The Al composition of each InGaAlP layer is set to X2 ≦ so that high luminous efficiency can be obtained.
X1, X2 ≦ X3 are satisfied. For example, X1 =
X3 = 0.7 and X2 = 0.3.

【0098】図24及び図25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61(80μm,3
×1018cm-3)、n−InGaAlPクラッド層62
(1μm,5×1017cm-3)、InGaAlP活性層
63(0.5μm,アンドープ)、p−InGaAlP
クラッド層64(2μm,2×1018cm-3)、p−I
nGaP中間バンドギャップ層65(0.05μm,1
×1018cm-3)である。また、p側電極67は直径2
00μmの円形とした。
In the structure shown in FIGS. 24 and 25,
The thickness and carrier concentration of each layer are set as shown in parentheses below. n-GaAs substrate 61 (80 μm, 3
× 10 18 cm -3 ), n-InGaAlP cladding layer 62
(1 μm, 5 × 10 17 cm −3 ), InGaAlP active layer 63 (0.5 μm, undoped), p-InGaAlP
Cladding layer 64 (2 μm, 2 × 10 18 cm −3 ), p-I
nGaP intermediate bandgap layer 65 (0.05 μm, 1
× 10 18 cm −3 ). The p-side electrode 67 has a diameter of 2
The circular shape was 00 μm.

【0099】本実施形態構造が従来構造と異なる点は、
素子構造を積層するGaAs基板61の成長主面を(1
00)面から[011]方向に15度傾斜させた面にし
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 structure of this embodiment is different from the conventional structure in that
The main growth surface of the GaAs substrate 61 on which the element structure is laminated is set to (1
The surface is inclined by 15 degrees from the (00) plane in the [011] direction. The superiority of this structure will be described below.

【0100】従来構造、つまりGaAs基板61の成長
主面に(100)面を用いた構造においては、p−In
GaAlPクラッド層64での電流広がりはp−クラッ
ド層64の抵抗率が高いため小さい。p−クラッド層6
4の膜厚を厚くすることにより、電流広がりを大きくす
ることが考えられるが、このInGaAlP材料系は熱
伝導率が悪く膜厚を厚くすることによって結晶構造が低
下し、また上層への悪影響も現われるため好ましくな
い。さらに、InGaAlP系材料は、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らない。このことは、p
−クラッド層64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63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、p−InGaA
lPクラッド層64を厚く成長することは難しい。
In the conventional structure, that is, the structure in which the (100) plane is used as the principal growth surface of the GaAs substrate 61, p-In is used.
The current spread in the GaAlP cladding layer 64 is small due to the high resistivity of the p-cladding layer 64. p-cladding layer 6
It is conceivable to increase the current spread by increasing the film thickness of No. 4, but this InGaAlP material system has poor thermal conductivity, and increasing the film thickness lowers the crystal structure and adversely affects the upper layer. It is not preferable because it appears. Further, the growth rate of the InGaAlP-based material is limited due to its crystal quality, and when growing a thick film, it is necessary to extend the growth time. This is p
-When impurities having a high diffusibility are used as the impurities of the clad layer 64, the diffusion of the impurities into the active layer 63 occurs and the device characteristics are deteriorated. Therefore, p-InGaA
It is difficult to grow the IP cladding layer 64 thick.

【0101】また、このInGaAlP系材料において
は、Znをドープした場合、その活性化率が低いため、
高いキャリア濃度を得ることは難しい。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63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62,64は活性
層63とのバンドギャップ差を大きくして、活性層63
への光及びキャリアの閉じ込め行うことが望ましいが、
そのためにはクラッド層63,64のAl組成を大きく
しなければならない。しかし、p−クラッド層64の不
純物としてZn用いた場合、Al組成が大きくなるほど
キャリア濃度が低下し、抵抗が大きくなる問題がある。
故に、従来構造ではGaAs基板61上の素子構造によ
っては注入電流を広げることができず、電極直下のみの
発光となり、光の取り出し効率は非常に小さかった。
In addition, in this InGaAlP-based material, when Zn is doped, the activation rate is low, so that
It is difficult to obtain a high carrier concentration. In addition to this,
Zn is an impurity having a high diffusibility, and it causes diffusion into the active layer 63 due to high-concentration doping, which also causes deterioration of device characteristics. The clad layers 62 and 64 have a large band gap difference from the active layer 63, and
It is desirable to confine light and carriers to the
For that purpose, the Al composition of the cladding layers 63 and 64 must be increased. However, when Zn is used as the impurity of the p-clad layer 64, there is a problem that the carrier concentration decreases and the resistance increases as the Al composition increases.
Therefore, in the conventional structure, the injection current could not be widened depending on the element structure on the GaAs substrate 61, and the light was emitted only directly under the electrode, and the light extraction efficiency was very small.

【0102】これに対し、図24及び図25に示すよう
に、GaAs基板61の成長主面を(100)面から
[011]方向へ5〜15度傾斜させた面とした場合に
は、p−クラッド層64のAl組成が高い場合において
も、Znを高濃度にドーピングすることができ、低抵抗
のp−InGaAlPクラッド層64を形成することが
できる。
On the other hand, as shown in FIGS. 24 and 25, when the growth main surface of the GaAs substrate 61 is a surface inclined from the (100) surface in the [011] direction by 5 to 15 degrees, p Even if the Al composition of the cladding layer 64 is high, Zn can be doped at a high concentration, and the p-InGaAlP cladding layer 64 with low resistance can be formed.

【0103】図26に、Al組成0.7の場合のInG
aAlPに対するZnによる飽和ホール濃度と、GaA
s基板の(100)面から[011]方向への傾斜角と
の関係を示す。この図から傾斜角度が大きくなると飽和
ホール濃度が増加し、特に5度以上の傾斜角では1×1
18cm-3以上と十分な飽和ホール濃度が得られ、傾斜
させない基板を用いたものと比べ3倍以上の十分な発光
強度を得られることが判った。
FIG. 26 shows InG with an Al composition of 0.7.
Saturated hole concentration by Zn for aAlP and GaA
The relationship with the inclination angle from the (100) plane of the s substrate to the [011] direction is shown. From this figure, the saturated hole concentration increases as the tilt angle increases, and it is 1 x 1 especially at tilt angles of 5 degrees or more.
It was found that a sufficient saturated hole concentration of 0 18 cm −3 or more was obtained, and a sufficient emission intensity of 3 times or more was obtained as compared with the case where a substrate not tilted was used.

【0104】このため、本実施形態の素子構造にするこ
とによって、電極67から注入された電流を低抵抗のp
−InGaAlPクラッド層64において広域に広げる
ことができ、図25の電流分布で示すように電極67直
下以外の広域で発光が可能となる。本実施形態に用いた
(100)面から[011]方向へ15度傾斜させたG
aAs成長主面上に作成した素子のp−InGaAlP
クラッド層64と、従来の(100)面のGaAs成長
主面に作成した素子のp−InGaAlPクラッド層の
同じAl組成における上記キャリア濃度のときの抵抗率
は、それぞれ15度傾斜面上では0.2Ω・cm、(1
00)面上では2Ω・cmとなっている。
Therefore, by adopting the element structure of the present embodiment, the current injected from the electrode 67 has a low resistance p.
The -InGaAlP cladding layer 64 can be spread over a wide area, and light can be emitted over a wide area other than directly below the electrode 67 as shown by the current distribution in FIG. G tilted by 15 degrees from the (100) plane used in this embodiment in the [011] direction
p-InGaAlP of the device formed on the aAs growth main surface
The resistivity of the clad layer 64 and the p-InGaAlP clad layer of the device formed on the GaAs growth main surface of the conventional (100) surface at the same carrier concentration at the above carrier concentration is 0. 2 Ω · cm, (1
It is 2 Ω · cm on the (00) plane.

【0105】また、本実施形態と従来例で作成した素子
の活性層64をフォトルミネッセンス(P.L)等によ
り評価したところ、本実施形態で作成した方が発光効率
が高いことが判った。図27に、活性層のAl組成0.
3の場合のPL発光強度と傾斜角度との関係を示す。こ
のように傾斜角度が大きくなるに伴い、PL発光強度が
増加し、5度以上では3倍以上と十分な発光強度が得ら
れた。また、図28にAl組成とPL発光強度依存性の
傾斜角度が0度、即ち(100)面と、15度の場合を
示す。このように傾斜した基板による発光強度増大効果
は広いAl組成において認められた。
Further, when the active layer 64 of the device produced in this embodiment and the conventional example was evaluated by photoluminescence (PL) or the like, it was found that the device produced in this embodiment had higher luminous efficiency. 27, the Al composition of the active layer of 0.
The relationship between the PL emission intensity and the tilt angle in the case of 3 is shown. Thus, the PL emission intensity increased as the tilt angle increased, and at 5 degrees or more, a sufficient emission intensity of 3 times or more was obtained. Further, FIG. 28 shows the case where the inclination angles of the Al composition and the PL emission intensity dependency are 0 degree, that is, the (100) plane and 15 degrees. The effect of increasing the emission intensity by the tilted substrate was recognized in a wide Al composition.

【0106】このことからも、本実施形態では輝度を高
くすることが可能である。加えて(100)面から[0
11]方向へ傾斜したGaAs基板上に成長したInG
aAlP混晶は、自然超格子の発生が抑えられ、そのバ
ンドギャップは(100)面上に成長したものよりも大
きくなることが知られている。このバンドギャップ増大
効果により、ある発光波長を得るのにより少ないAl組
成の活性層を用いることが可能となり、短波長領域にお
いての高輝度化を可能にすることができる。
From this, it is possible to increase the brightness in this embodiment. In addition, from the (100) plane [0
InG grown on a GaAs substrate tilted in the [11] direction
It is known that the aAlP mixed crystal suppresses the generation of natural superlattice and has a band gap larger than that of the crystal grown on the (100) plane. Due to the effect of increasing the band gap, it is possible to use an active layer having a smaller Al composition to obtain a certain emission wavelength, and it is possible to achieve high brightness in a short wavelength region.

【0107】上述した積層構造でIn0.5 (Ga1-X2
X20.5 P活性層63のAl組成X2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、図25に示した電流分布となり、p側電極67を
除いた素子表面広域から600nm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Zn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。
In 0.5 (Ga 1 -X 2 A) having the above-mentioned laminated structure
l X2 ) 0.5 P An element was formed by using 0.3 for the Al composition X2 of the active layer 63, and when a voltage was applied in the forward direction to pass a current, the current distribution shown in FIG. Light emission having a peak wavelength at 600 nm was obtained from a wide area on the surface of the device excluding. The same effect can be obtained by providing a carrier concentration distribution in the growth direction in the Zn-doped p-cladding layer on the light emitting portion made of InGaAlP.

【0108】このように本実施形態によれば、GaAs
基板61に成長主面に(100)面から[011]方向
へ15度傾斜した面を用いることによって、発光部In
GaAlP活性層63上のp−InGaAlPクラッド
層64の抵抗率を低下することができ、電極67から注
入された電流をp−クラッド層64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
ことが可能となる。
As described above, according to this embodiment, GaAs
By using the surface of the substrate 61 inclined by 15 degrees from the (100) surface in the [011] direction as the main growth surface, the light emitting portion In
The resistivity of the p-InGaAlP clad layer 64 on the GaAlP active layer 63 can be reduced, the current injected from the electrode 67 can be spread over a wide range by the p-clad layer 64, and light is emitted to a region other than directly under the electrode. The area can be expanded. Therefore, it is possible to improve the efficiency of extracting light from the periphery of the electrodes, and thus it is possible to achieve high brightness.

【0109】(第4の実施形態)図29は、本発明の第
4の実施形態に係わる半導体発光ダイオードの素子構造
を示す断面図である。なお、図24と同一部分には同一
符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Fourth Embodiment) FIG. 29 is a sectional view showing an element structure of a semiconductor light emitting diode according to a fourth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 24 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0110】この実施形態が先に説明した第3の実施形
態と異なる点は、p−InGaAlPクラッド層を、A
l組成の異なる2層にしたことである。即ち、活性層6
3と隣接した第1のp−クラッド層64として、光及び
キャリアの閉じ込めに必要なAl組成の高いp−In
0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 P層を形成し、この第1
のp−クラッド層64上に、電流をより拡散させるため
の第2のp−In0.5 (Ga0.6 Al0.4 0.5 Pクラ
ッド層73を形成し、この第2のp−クラッド層73上
に中間バンドギャップ層65及びコンタクト層66が形
成されている。
This embodiment differs from the third embodiment described above in that the p-InGaAlP clad layer is
This means that two layers having different l compositions were used. That is, the active layer 6
3 as the first p-clad layer 64 adjacent to the No. 3 p-In having a high Al composition necessary for confining light and carriers.
0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P layer is formed and
A second p-In 0.5 (Ga 0.6 Al 0.4 ) 0.5 P clad layer 73 for further diffusing a current is formed on the p-clad layer 64 of FIG. The band gap layer 65 and the contact layer 66 are formed.

【0111】第1のp−クラッド層64及び第2のp−
クラッド層73の膜厚及びキャリア濃度はそれぞれ、第
1のp−クラッド層64が1μm,2×1017cm
-3で、第2のp−クラッド層73が3μm,6×1018
cm-3である。他の層構造については、先の第3の実施
形態と同様とした。
The first p-clad layer 64 and the second p-
The film thickness and carrier concentration of the clad layer 73 are respectively 1 μm and 2 × 10 17 cm for the first p-clad layer 64.
-3 , the second p-cladding layer 73 has a thickness of 3 μm, 6 × 10 18.
cm -3 . The other layer structures are the same as those in the third embodiment.

【0112】本実施形態が従来の構造と異なる点は、第
1のp−クラッド層64上にそれよりもAl組成の低い
第2のp−クラッド層73を形成したことである。上記
したようにZnドープによるp−InGaAlPは、そ
のキャリア濃度がAl組成に大きく依存しており、Zn
の供給量を一定とした場合、Al組成の大きいものほど
キャリア濃度が低く、抵抗率が大きくなる。このため、
本実施形態のような構成であれば、第1のp−クラッド
層64(Al組成0.7)よりも第2のp−クラッド層
73(Al組成0.4)の方が抵抗率を小さくすること
ができる。
The present embodiment is different from the conventional structure in that the second p-clad layer 73 having a lower Al composition than the first p-clad layer 64 is formed on the first p-clad layer 64. As described above, in Zn-doped p-InGaAlP, the carrier concentration thereof largely depends on the Al composition.
When the supply amount of is constant, the higher the Al composition, the lower the carrier concentration and the higher the resistivity. For this reason,
With the configuration of this embodiment, the second p-cladding layer 73 (Al composition 0.4) has a smaller resistivity than the first p-cladding layer 64 (Al composition 0.7). can do.

【0113】加えて、GaAs基板61の成長主面を
(100)面から[011]方向に15度傾斜した面を
用いると、よりキャリア濃度を高くでき、抵抗率を小さ
くすることができるため、第1のp−クラッド層64と
第2のp−クラッド層73の抵抗率の差をより大きくす
ることができる。このようにp−クラッド層64,73
内で抵抗率の分布を大きくすることができるため、電極
67から注入された電流を抵抗率の低いp−クラッド層
73で広域に広げることができ、電極直下以外の広域で
発光が可能となる。
In addition, when the growth main surface of the GaAs substrate 61 is inclined by 15 degrees from the (100) surface in the [011] direction, the carrier concentration can be increased and the resistivity can be decreased. The difference in resistivity between the first p-clad layer 64 and the second p-clad layer 73 can be further increased. In this way, the p-clad layers 64, 73
Since the resistivity distribution can be widened within the region, the current injected from the electrode 67 can be spread over a wide area by the p-clad layer 73 having a low resistivity, and light emission can be achieved over a wide area other than directly below the electrode. .

【0114】本実施形態で用いた第1のp−クラッド層
64と第2のp−クラッド層73で、上記キャリア濃度
における抵抗率はそれぞれ2Ω・cmと0.2Ω・cm
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第1のp−クラッド層64に
達する前に第2のp−クラッド層73で広域に広げられ
る。従って、第3の実施形態と同様な電流分布となり、
p側電極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、本実施形態の積層構造で作成した素子
からは第3の実施形態と同様に600nmにピーク波長
を持つ発光が得られた。
In the first p-cladding layer 64 and the second p-cladding layer 73 used in this embodiment, the resistivity at the above carrier concentration is 2 Ω · cm and 0.2 Ω · cm, respectively.
Has become. Because of the large difference in resistivity,
The current injected from the electrode is spread widely in the second p-clad layer 73 before reaching the first p-clad layer 64. Therefore, the current distribution is similar to that of the third embodiment,
It is possible to obtain light emission from a wide area of the device surface excluding the p-side electrode. Further, from the element formed by the laminated structure of the present embodiment, light emission having a peak wavelength at 600 nm was obtained as in the third embodiment.

【0115】なお、第4の実施形態では、第2のp−ク
ラッド層73の組成はIn0.5 (Ga0.6 Al0.4
0.5 Pとしたが、第1のp−クラッド層64よりAl組
成が低く低抵抗化が可能で、且つ活性層63のバンドギ
ャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギ
ーを有する組成であれば、この組成に限るものではな
い。同じ組成で第2のp−クラッド層73だけキャリア
濃度を高める方法でもよい。また、第2のp−クラッド
層73は1層に限るものではなく、第1のp−クラッド
層64よりAl組成が小さく、且つ活性層63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層以上積層した構造においても同様の効果が得
られる。さらに、第1のp−クラッド層64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 fourth embodiment, the composition of the second p-clad layer 73 is In 0.5 (Ga 0.6 Al 0.4 ).
Although 0.5 P is used, if the Al composition is lower than that of the first p-cladding layer 64, the resistance can be reduced, and the composition has a bandgap energy larger than that of the active layer 63, this composition is It is not limited. A method of increasing the carrier concentration in the second p-cladding layer 73 with the same composition may be used. Further, the second p-clad layer 73 is not limited to one layer, and if the InGaAlP layer has a smaller Al composition than the first p-clad layer 64 and is larger than the band gap of the active layer 63, the composition of the second p-clad layer 73 is not limited. The same effect can be obtained in a structure in which two or more different layers are laminated. Further, a composition gradient layer in which the Al composition is gradually reduced from the first p-clad layer 64 may be formed.

【0116】また、第3,4の実施形態においてはGa
As基板の成長主面を(100)面から[011]方向
に15度傾斜させた面を用いたが、この傾斜角度に限定
されるものではなく、上述したように5度以上の傾斜角
であれば、同様の効果が得られることはいうまでもな
い。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、シングルヘテロ構造やホ
モ接合であってもよい。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。
Further, in the third and fourth embodiments, Ga
A surface obtained by inclining the growth principal surface of the As substrate from the (100) plane by 15 degrees in the [011] direction was used, but the inclination angle is not limited to this, and as described above, the inclination angle is 5 degrees or more. It goes without saying that similar effects can be obtained if they exist. Furthermore, the layer structure of the light emitting portion including the active layer is not limited to the double hetero structure, and may be a single hetero structure or a homojunction. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0117】[0117]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
導体基板上にInGaAlPからなる活性層を有するダ
ブルへテロ構造が形成された半導体発光ダイオードにお
いて、基板としてGaP基板を用い、基板側から光を取
り出すようにしているので、活性層からの光を基板で吸
収させることなく外部に有効に取り出すことができる。
これにより高輝度の発光ダイオードが実現できる。ま
た、InGaAlPからなる活性層を低濃度のp型と
し、かつその厚さを0.25μmから0.75μmとす
ることによって、短波長でも高効率の発光が可能な半導
体発光ダイオードを実現できる。
As described above in detail, according to the present invention, in a semiconductor light emitting diode in which a double hetero structure having an active layer made of InGaAlP is formed on a semiconductor substrate, a GaP substrate is used as the substrate and the substrate side Since the light is extracted from the substrate, the light from the active layer can be effectively extracted to the outside without being absorbed by the substrate.
This makes it possible to realize a high-luminance light emitting diode. Further, by making the active layer made of InGaAlP a low-concentration p-type and having a thickness of 0.25 μm to 0.75 μm, a semiconductor light emitting diode capable of emitting light with high efficiency even at a short wavelength can be realized.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係わる半導体発光ダ
イオードの素子構造を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of a semiconductor light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.

【図2】キャリア濃度と発光効率との関係を示す特性
図。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between carrier concentration and luminous efficiency.

【図3】活性層厚さと発光効率との関係を示す特性図。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between active layer thickness and luminous efficiency.

【図4】波長と発光効率との関係を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between wavelength and luminous efficiency.

【図5】本発明の第2の実施形態を説明するためのもの
で、素子構造を示す断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an element structure for explaining the second embodiment of the present invention.

【図6】基板の傾斜角度とAl組成及び半値幅との関係
を示す特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the tilt angle of the substrate and the Al composition and half-value width.

【図7】基板の傾斜角度とAl組成及び半値幅との関係
を示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the tilt angle of the substrate and the Al composition and half-value width.

【図8】透明バッファ層の作用を説明するための断面
図。
FIG. 8 is a sectional view for explaining the function of the transparent buffer layer.

【図9】透明バッファ層の膜厚と発光効率との関係を示
す特性図。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness of the transparent buffer layer and the luminous efficiency.

【図10】透明バッファ層の作用を説明するための断面
図。
FIG. 10 is a sectional view for explaining the function of the transparent buffer layer.

【図11】nクラッド層のキャリア濃度と発光効率との
関係を示す特性図。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the carrier concentration of the n-clad layer and the luminous efficiency.

【図12】井戸層の厚さと波長との関係を示す特性図。FIG. 12 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of a well layer and wavelength.

【図13】井戸層の格子不整合と発光効率との関係を示
す特性図。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the lattice mismatch of the well layer and the luminous efficiency.

【図14】クラッド層のAl組成とエネルギーギャップ
との関係を示す特性図。
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the Al composition of the cladding layer and the energy gap.

【図15】クラッド層キャリア濃度と発光効率との関係
を示す特性図。
FIG. 15 is a characteristic diagram showing the relationship between the clad layer carrier concentration and luminous efficiency.

【図16】電流拡散層の膜厚と発光効率との関係を示す
特性図。
FIG. 16 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness of the current diffusion layer and the luminous efficiency.

【図17】電流拡散層のキャリア濃度と発光効率との関
係を示す特性図。
FIG. 17 is a characteristic diagram showing the relationship between the carrier concentration of the current diffusion layer and the luminous efficiency.

【図18】発光波長に対する電流拡散層の吸収係数の関
係を示す特性図。
FIG. 18 is a characteristic diagram showing the relationship between the emission wavelength and the absorption coefficient of the current diffusion layer.

【図19】上部電極形成工程を示す断面図。FIG. 19 is a sectional view showing an upper electrode forming step.

【図20】電流阻止層の形成位置を示す断面図。FIG. 20 is a cross-sectional view showing a formation position of a current blocking layer.

【図21】本発明の変形例を説明するためのもので、電
流拡散層の膜厚と発光効率との関係を示す特性図。
FIG. 21 is a characteristic diagram for explaining a modified example of the present invention, showing the relationship between the film thickness of the current diffusion layer and the luminous efficiency.

【図22】本発明の変形例で、基板を除去した例を示す
素子構造断面図。
FIG. 22 is a cross-sectional view of an element structure showing a modified example of the present invention in which the substrate is removed.

【図23】本発明の変形例で、透明基板を用いた例を示
す素子構造断面図。
FIG. 23 is a cross-sectional view of an element structure showing a modified example of the present invention using a transparent substrate.

【図24】本発明の第3の実施形態に係わる半導体発光
ダイオードの素子構造を示す断面図。
FIG. 24 is a sectional view showing an element structure of a semiconductor light emitting diode according to a third embodiment of the present invention.

【図25】第3の実施形態における素子内での電流分布
及び発光領域を示す模式図。
FIG. 25 is a schematic diagram showing a current distribution and a light emitting region in the element according to the third embodiment.

【図26】傾斜角度とZnの飽和ホール濃度との関係を
示す特性図。
FIG. 26 is a characteristic diagram showing the relationship between the inclination angle and the saturated hole concentration of Zn.

【図27】傾斜角度とPL発光強度との関係を示す特性
図。
FIG. 27 is a characteristic diagram showing a relationship between a tilt angle and PL emission intensity.

【図28】Al組成とPL発光強度との関係を示す特性
図。
FIG. 28 is a characteristic diagram showing the relationship between Al composition and PL emission intensity.

【図29】本発明の第4の実施形態に係わる半導体発光
ダイオードの素子構造を示す断面図。
FIG. 29 is a sectional view showing an element structure of a semiconductor light emitting diode according to a fourth embodiment of the present invention.

【図30】従来の半導体発光ダイオードの素子構造を示
す断面図。
FIG. 30 is a sectional view showing an element structure of a conventional semiconductor light emitting diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,31…n−GaAs基板 12,35…n−InGaAlPクラッド層 13,36…p−InGaAlP活性層 14,37…p−InGaAlPクラッド層 15,38…p−GaAlAs電流拡散層 16,39…p−GaAsコンタクト層 17,41…p側電極 18,42…n側電極 32…n−GaAsバッファ層 33…反射層 34…n−GaAlAs透明バッファ層 40…n−GaAs電流阻止層 11, 31 ... n-GaAs substrate 12, 35 ... n-InGaAlP clad layer 13, 36 ... p-InGaAlP active layer 14, 37 ... p-InGaAlP clad layer 15, 38 ... p-GaAlAs current spreading layer 16, 39 ... p-GaAs contact layer 17, 41 ... P-side electrode 18, 42 ... n-side electrode 32 ... n-GaAs buffer layer 33 ... Reflective layer 34 ... n-GaAlAs transparent buffer layer 40 ... n-GaAs current blocking layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西川 幸江 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 (72)発明者 鈴木 真理子 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 (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 平1−243482(JP,A) 特開 昭50−19382(JP,A) 特開 昭58−222577(JP,A) 特開 昭61−102786(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yukie Nishikawa 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Mariko Suzuki 1 Address, Toshiba Research Institute, Inc. (72) Inventor, Kazuhiko Itaya, Komukai Toshiba Town, Komukai-shi, Kawasaki-shi, Kanagawa Address, Toshiba Research Institute, Ltd. (56) Reference JP-A-1-243482 (JP, A) 50-19382 (JP, A) JP-A-58-222577 (JP, A) JP-A-61-102786 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 33 / 00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】GaP基板と、この基板上に形成された、
InGaAlP系材料からなる活性層をInGaAlP
系材料からなる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1の電極
と、前記基板の前記ダブルヘテロ構造部と反対側面に選
択的に形成された第2の電極とを具備してなり、第2の
電極側から光を取り出す半導体発光ダイオードであっ
て、 前記活性層はキャリア濃度1×10 17 cm -3 以下のp型
であり、前記活性層の厚さを0.15〜0.75μmの
範囲に設定し、 前記ダブルヘテロ構造部を構成するクラッド層のうち、
p型クラッド層のキャリア濃度を5×10 17 cm -3 〜2
×10 18 cm -3 の範囲に設定してなる ことを特徴とする
半導体発光ダイオード。
1. A GaP substrate and a substrate formed on the substrate.
An active layer made of InGaAlP-based material is formed as InGaAlP
A double heterostructure part sandwiched between cladding layers made of a system material, a first electrode formed on the double heterostructure part, and a first electrode selectively formed on the opposite side of the substrate from the double heterostructure part. it comprises a and a second electrode, a semiconductor light-emitting diodes out takes light from the second electrode side
The active layer is a p-type with a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less.
And the active layer has a thickness of 0.15 to 0.75 μm.
Set in the range, of the clad layers constituting the double heterostructure part,
The carrier concentration of the p-type cladding layer is 5 × 10 17 cm −3 to 2
A semiconductor light emitting diode characterized by being set in a range of × 10 18 cm -3 .
【請求項2】前記ダブルへテロ構造部と前記第1の電極
との間に、電流拡散層が形成されてなり、第1の電極側
からも光を取り出すことを特徴とする請求項1記載の半
導体発光ダイオード。
2. A current diffusion layer is formed between the double hetero structure portion and the first electrode, and light is extracted also from the first electrode side. Semiconductor light emitting diode.
【請求項3】前記電流拡散層は膜厚を5〜30μmの範
囲に設定し、キャリア濃度を5×1017cm-3〜5×1
18cm-3の範囲に設定してなることを特徴とする請求
項2記載の半導体発光ダイオード。
3. The current diffusion layer has a thickness set in a range of 5 to 30 μm and a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 to 5 × 1.
The semiconductor light emitting diode according to claim 2, wherein the light emitting diode is set in a range of 0 18 cm -3 .
【請求項4】前記ダブルヘテロ構造部を構成するクラッ
ド層のうち、n型クラッド層のキャリア濃度を1×10
16cm-3〜7×1017cm-3の範囲に設定してなること
を特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の半導体発光
ダイオード。
4. The carrier concentration of an n-type cladding layer among the cladding layers constituting the double hetero structure portion is 1 × 10.
16 cm -3 ~7 × 10 17 cm -3 semiconductor light emitting diode according to any one of claims 1 to 3 is set in the range of characterized by comprising.
【請求項5】前記活性層を、Al組成の異なるInGa
AlP材料からなる井戸層と障壁層により構成される多
重量子井戸構造としたことを特徴とする請求項1〜4
何れかに記載の半導体発光ダイオード。
5. The active layer is made of InGa having a different Al composition.
The semiconductor light emitting diode according to any one of claims 1 to 4 by well layer and a barrier layer made of AlP material is characterized in that a multiple quantum well structure composed.
JP2002019064A 1990-08-20 2002-01-28 Semiconductor light emitting diode Expired - Fee Related JP3406907B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002019064A JP3406907B2 (en) 1990-08-20 2002-01-28 Semiconductor light emitting diode

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2-218608 1990-08-20
JP21860890 1990-08-20
JP2002019064A JP3406907B2 (en) 1990-08-20 2002-01-28 Semiconductor light emitting diode

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5135891A Division JP3290672B2 (en) 1989-05-31 1991-03-15 Semiconductor light emitting diode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002237617A JP2002237617A (en) 2002-08-23
JP3406907B2 true JP3406907B2 (en) 2003-05-19

Family

ID=26522657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002019064A Expired - Fee Related JP3406907B2 (en) 1990-08-20 2002-01-28 Semiconductor light emitting diode

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3406907B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8044439B2 (en) 2005-10-03 2011-10-25 Dowa Electronics Materials Co., Ltd. Light-emitting device and manufacturing method of the same

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4120493B2 (en) * 2003-06-25 2008-07-16 松下電工株式会社 Light emitting diode and light emitting device
JP4341623B2 (en) 2003-10-16 2009-10-07 信越半導体株式会社 Light emitting device and manufacturing method thereof
JP2006222187A (en) * 2005-02-09 2006-08-24 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser
US7244630B2 (en) * 2005-04-05 2007-07-17 Philips Lumileds Lighting Company, Llc A1InGaP LED having reduced temperature dependence
JP4992250B2 (en) 2006-03-01 2012-08-08 日亜化学工業株式会社 Light emitting device
JP2008166400A (en) * 2006-12-27 2008-07-17 Hitachi Cable Ltd Light-emitting element, epitaxial wafer for light-emitting element and its manufacturing method
JP2008192790A (en) 2007-02-05 2008-08-21 Showa Denko Kk Light-emitting diode
JP2008270305A (en) 2007-04-17 2008-11-06 Nichia Corp Light-emitting device
JP2010199381A (en) * 2009-02-26 2010-09-09 Stanley Electric Co Ltd Method of manufacturing semiconductor light-emitting device, and semiconductor light-emitting device
JP5590653B2 (en) * 2010-02-16 2014-09-17 スタンレー電気株式会社 Semiconductor light emitting device and method for manufacturing semiconductor light emitting device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8044439B2 (en) 2005-10-03 2011-10-25 Dowa Electronics Materials Co., Ltd. Light-emitting device and manufacturing method of the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002237617A (en) 2002-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3290672B2 (en) Semiconductor light emitting diode
US5153889A (en) Semiconductor light emitting device
US5488233A (en) Semiconductor light-emitting device with compound semiconductor layer
US5410159A (en) Light-emitting diode
JP3698402B2 (en) Light emitting diode
JP3240097B2 (en) Semiconductor light emitting device
US5585649A (en) Compound semiconductor devices and methods of making compound semiconductor devices
JPH07254732A (en) Semiconductor light emitting device
JPH10190052A (en) Semiconductor light emitting element
US5459746A (en) Surface emission type semiconductor light-emitting device
JP3406907B2 (en) Semiconductor light emitting diode
JP5542689B2 (en) Light emitting device having a bonded interface
JPH08102548A (en) Semiconductor light-emitting element and its manufacture
JPH04229665A (en) Semiconductor light-emitting device
WO2012117795A1 (en) Light-emitting diode
JP2003506877A (en) Semiconductor structure using group III nitride quaternary material system
JP3237972B2 (en) Semiconductor light emitting device
JPH1146038A (en) Nitride semiconductor laser element and manufacture of the same
JP2000058910A (en) Semiconductor light emitting diode
JP2661576B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP3606545B2 (en) Semiconductor light emitting device
JPH0888404A (en) Plane light emitting type semiconductor light emitting device
JP3207618B2 (en) Semiconductor device
JP3057547B2 (en) Green light emitting diode
JPH0794780A (en) Semiconductor light emitting device

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080307

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090307

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100307

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100307

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110307

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees