JP3763303B2

JP3763303B2 - Semiconductor light emitting device

Info

Publication number: JP3763303B2
Application number: JP2003158886A
Authority: JP
Inventors: 泰一郎今野; 優洋新井
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: JP2004356600A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に、半導体発光素子の急速な劣化を防止し、中間バンドギャップを設けなくても順方向動作電圧を低くすることができるとともに、高輝度、低価格、高信頼性であり、再現性に優れる半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体発光素子である発光ダイオード（以下、ＬＥＤともいう）はＧａＰの緑色、ＡｌＧａＡｓの赤色がほとんどであった。しかし、最近ＧａＮ系やＡｌＧａＩｎＰ系の結晶層をＭＯＶＰＥ(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy :有機金属気相成長)法で成長できるようになったことから、橙色、黄色、緑色、青色の高輝度ＬＥＤが製作できるようになってきた。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ法で形成したエピタキシャルウエハにより、これまでにできなかった短波長の発光や、高輝度が得られるＬＥＤの製作が可能となった。しかし高輝度を得るためには、電流分散を良くするために窓層の膜厚を厚くする必要があり、そのためにＬＥＤ用エピタキシャルウエハのコストが高くなり、ＬＥＤを安価に製作することが難しかった。
【０００４】
コストを下げるためには、窓層の膜厚が薄く、かつ電流分散性が良好であることが望まれる。つまり、窓層自体の抵抗率をさらに低くすることが好ましい。抵抗の低いエピタキシャル層を得るには、移動度を大幅に変えるか、高キャリア濃度にする方法がある。
【０００５】
これらの問題を解決する方法として、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ４元系ＬＥＤの場合には、窓層としてできるだけ抵抗の低い値が得られる材料として、ＧａＰやＡｌＧａＡｓを用いることも行われている。しかし、これらの抵抗率の低い材料を用いてもｐ型で高キャリア濃度のエピタキシャル層を成長させることは難しく、電流分散効果を良くするためには窓層の膜厚を８μｍ以上まで厚くする必要がある。また、他の半導体でそのような特性を有するものがあればそれで代用することができる。しかし、そのような特性を有する半導体は見当たらない。
【０００６】
例えば、ＧａＮ系ＬＥＤでは、その他の方法として金属薄膜を透光性導電膜として用いている。しかし、金属薄膜は光を通すためには非常に薄くする必要がある。一方、十分な電流分散を得ようとすると膜厚が必要となって透光性が悪くなるという不都合がある。また、金属薄膜は、一般的に真空蒸着法で形成され、その真空排気時間が長いことも問題となっている。
【０００７】
かかる問題を解決するものとして、金属酸化物の透明導電膜であるＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）膜が知られている。このＩＴＯ膜を電流分散膜として用いると、これまで電流分散膜として用いたエピタキシャル層を不要にできることから、安価に高輝度のＬＥＤを生産できる。
【０００８】
このＬＥＤは、上記した構成で積層された電極付ＬＥＤ用エピタキシャルウエハをｐ型電極が中心になるようにチップサイズ３００μｍ角の切断加工することによりＬＥＤベアチップに形成される。このＬＥＤベアチップをＴＯ−１８ステム上にダイボンディングし、ＬＥＤベアチップとＴＯ−１８ステムとをワイヤボンディングして電気的に接続しているが、ＬＥＤベアチップにおいて、半導体層と金属酸化膜である透明導電膜との間に接触抵抗が発生してしまい、順方向動作電圧が高くなるという問題がある。
【０００９】
かかる問題を解決するものとして、最上の半導体層のキャリア濃度を極めて高くすることにより、トンネル電流に基づいてＬＥＤを駆動させるという方法が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１０】
また、最上の半導体層としてＣを添加物としたＧａＡｓ層を用い、Ｃ添加物の原料として四臭化炭素（ＣＢｒ₄）を用いて、高輝度，低動作電圧，高信頼性のＬＥＤを製作するという方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
【非特許文献１】
ELECTRONICS LETTERS、7Th December 1995（2210〜2212頁）
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−３０７８１０号公報（第１図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＬＥＤによると、半導体コンタクト層としてＧａＡｓを使用し、添加物としてＺｎを使用すると、半導体発光素子の寿命が短く急速に劣化してしまい、信頼性が悪くなるという問題がある。
【００１４】
例えば、ＧａＡｓ層とクラッド層のバンド不連続を緩和するために、ＧａＡｓ層とクラッド層との間に中間バンドギャップ層を入れるという方法が知られている。しかし、この方法でも、順方向電圧をある程度低くすることはできるが、透明導電膜と接している層がＧａＡｓ層であることから、当然のことながら、半導体発光素子の寿命が短く急速に劣化することを改善することはできない。また、ＧａＡｓ層とクラッド層との間に中間バンドギャップ層を設ける分コストアップとなる。
【００１５】
また、Ｃ添加物の原料にＣＢｒ₄を用いると、１回目の成長では充分な特性を達成できるが、連続して成長を行うと、２回目以降は発光出力が約５０％と極めて低くなり、再現性に劣るという問題がある。この問題を特定するため、発明者は２回目以降に成長したエピタキシャルウエハのＳＩＭＳ分析を行ったところ、エピタキシャルウエハ中に高濃度のＣおよびＯが存在することが明らかとなった。このことから、原料としてＣＢｒ₄を用いたことで１回目の成長にて高濃度のＣおよびＯが成長炉内に残存し、そのＣおよびＯが２回目以降の成長時にエピタキシャルウエハ中に混入することによって発光出力が低下すると考えられる。
【００１６】
従って、本発明の目的は、半導体発光素子の急速な劣化を防止し、中間バンドギャップ層を設けなくても順方向動作電圧を低くすることができるとともに、高輝度、低価格、高信頼性であり、再現性に優れるＬＥＤを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達するために、第一導電型の基板と、前記基板上に積層された第一導電型クラッド層と第二導電型クラッド層との間に活性層が設けられた発光部と、前記発光部の上に積層された第１の第二導電型ＧａＰ電流分散層と、前記第１の第二導電型ＧａＰ電流分散層の上に２００ｎｍの膜厚で積層されたアンドープＧａＰ層と、前記アンドープＧａＰ層の上に積層された第２の第二導電型ＧａＰ電流分散層と、前記第２の第二導電型ＧａＰ電流分散層の上に積層され、高添加濃度のＺｎを含む第二導電型コンタクト層と、前記第二導電型コンタクト層の上に積層された金属酸化物窓層と、前記金属酸化物窓層の表面側に形成された第１の電極と、前記基板の裏面の全面または部分的に形成された第２の電極と、前記活性層と前記第二導電型クラッド層との間に形成されたアンドープ拡散抑止層とを備えることを特徴とする半導体発光素子を提供する。
【００１８】
この構成によれば、第二導電型コンタクト層のキャリア濃度を高くすれば、第二導電型コンタクト層と第二導電型クラッド層間に電気が流れるようになるため、抵抗が小さくなり、また、トンネル効果が大きくなるため、金属酸化物窓層と第二導電型コンタクト層および第二導電型コンタクト層と第二導電型クラッド層との間の抵抗が小さくなり、順方向動作電圧が低下する。また、活性層と第二導電型クラッド層との間にＺｎ拡散を抑止するＺｎトラップ層の役目を果たすアンドープ層を挿入することにより、活性層中へのＺｎ拡散が抑え込めるため、Ｚｎの拡散による発光出力の低下及び特性の劣化、すなわち信頼性の低下を防止でき、第二導電型コンタクト層を所定の膜厚とすることで高輝度、低動作電圧を確保する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、参考例を図面に基づいて説明する。
図１は、参考例１に係るＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面を示す。このＬＥＤは、発光波長６３０ｎｍ付近の赤色を発光する。このＬＥＤは、第一導電型としてのｎ型ＧａＡｓ基板１と、この基板１上にｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層（膜厚４００ｎｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）２と、ｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Iｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００ｎｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）３と、アンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（膜厚６００ｎｍ）４と、Ｚｎ拡散抑止層である（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐアンドープ層（膜厚３００ｎｍ）１０と、第二導電型としてのｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００ｎｍ，キャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）５と、ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＡｓコンタクト層（膜厚５０ｎｍ，キャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3）６と、金属酸化物窓層７と、ｐ型である上面円形電極８と、ｎ型である裏面電極９とをそれぞれ積層したものである。なお、活性層４は、多重量子井戸を用いたものでもよい。
【００２０】
ｐ型コンタクト層６のキャリア濃度は、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上のものを使用する。キャリア濃度が低いとトンネル電流が流れにくくなることや、ｐ型クラッド層５とのバンド不連続による順方向動作電圧の上昇が起こるためである。
【００２１】
図２は、参考例１におけるｐ型コンタクト層６の膜厚と発光出力との関係を示す。ｐ型コンタクト層６の膜厚は、１〜１００ｎｍ程度、より好ましくは、２〜３０ｎｍの膜厚とする。ＧａＡｓは、活性層４のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有するため、発光した光に対して吸収層となってしまい、ＬＥＤとしての発光出力を低下させてしまうため、薄い方が望ましい。しかし、ｐ型コンタクト層６の膜厚をあまり薄くし過ぎると、トンネル電流が流れなくなり、順方向電圧が高くなる。このため、ｐ型コンタクト層６には、最適値がある。
【００２２】
ｐ型コンタクト層６のＶ／III比は、５０以下にするのが好ましく、より好ましくは、Ｖ／III比は１０以下とする。これは、順方向動作電圧を低くするためである。ｐ型コンタクト層６のＶ／III比を高くして成長させると、結晶性がよくなり、同じキャリア濃度でもトンネル電流が流れにくくなる。また、ｐ型クラッド層５とのバンド不連続による順方向動作電圧の上昇が起こりやすくなる。このため、ｐ型コンタクト層６の結晶性は、あまりよくない方が良い。またｐ型コンタクト層６のＶ／III比を低くすると、Ｃが自動的に添加される量（オートドーピング）が増加する。このためｐ型コンタクト層６のＶ／III比は、高キャリア濃度化し、さらに結晶の質が低下する。
【００２３】
金属酸化物窓層７の膜厚は、５０ｎｍ以上が好ましく、より好ましくは２００ｎｍ以上である。金属酸化物窓層７の膜厚が薄いと電流分散効果が薄れ、発光出力が低くなるためである。また、金属酸化物窓層７の比抵抗は、１×１０^- ^５Ωｍが好ましく、より好ましくは７×１０^-6Ωｍ以下である。金属酸化物窓層７の比抵抗が高いとトンネル電流が流れなくなったり、流れにくくなるため、順方向動作電圧が高くなり、電流分散効果も薄れ、発光出力が低くなるからである。
【００２４】
図３は、参考例１におけるアンドープ層１０の膜厚と発光出力との関係、図４は、参考例１におけるアンドープ層１０の膜厚と順方向動作電圧との関係、図５は、参考例１におけるアンドープ層１０の膜厚と相対出力との関係をそれぞれ示す。アンドープ層１０の厚さは、１００ｎｍ以上が好ましく、より好ましくは、３００〜３０００ｎｍとする。図３および図５に示すように、アンドープ層１０の厚さは厚ければ厚いほど、発光出力及び相対出力（信頼性）は向上する。但し、ある一定の厚さ以上になれば、アンドープ層１０の効果は小さくなり、発光出力及び信頼性の向上は、飽和状態になる。また、図４に示すように、アンドープ層１０の厚さが厚くなっていくことにより、順方向動作電圧が高くなる。さらに、コストも高くなるためである。
【００２５】
次に、このＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの製造方法の一例について説明する。ｎ型バッファ層２、ｎ型およびｐ型クラッド層３，５、活性層４、ｐ型コンタクト層６、アンドープ層１０は、ＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル成長させる。
【００２６】
ＭＯＶＰＥ法による成長は、成長温度７００℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒ、各層の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／ｓ、Ｖ／III比は３００〜６００で行う。ＭＯＶＰＥ法による成長において用いる原料として、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等の有機金属や、アルシン（ＡｓＨ₃）、ホスフィン（ＰＨ₃）等の水素化物ガスを用いる。
【００２７】
ｎ型ＧａＡｓバッファ層２のようなｎ型層の添加物原料としては、例えば、セレン化水素（Ｈ₂Ｓｅ）を用いる。
【００２８】
ｐ型コンタクト層６のようなｐ型層の添加物原料としては、例えば、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）、またはジエチル亜鉛（ＤＥＺ）を用いる。その他ｎ型層添加物原料としては、シラン（ＳｉＨ₄）を用いることもできる。
【００２９】
ｐ型コンタクト層６の成長温度は、６００℃以下が好ましく、より好ましくは、６００〜４５０℃である。ｐ型コンタクト層６を高温で成長させると、結晶性がよくなり、同じキャリア濃度でもトンネル電流が流れにくくなる。また、ｐ型クラッド層５とのバンド不連続による順方向動作電圧の上昇が起こりやすくなるため、ｐ型コンタクト層６の結晶性は、あまりよくない方が良い。
【００３０】
このエピタキシャルウエハに、金属酸化物窓層７を真空蒸着法により、約２３０ｎｍの厚さに形成する。この時の成膜温度（基板表面温度）は、３００℃である。
【００３１】
エピタキシャルウエハ上面は、直径１２５μｍの円形の上面円形電極８を、マトリックス状に蒸着して形成する。上面円形電極は、ニッケル、金を、それぞれ２０ｎｍ，１０００ｎｍの順に蒸着する。
【００３２】
エピタキシャルウエハ底面には、全面にｎ型である裏面電極９を形成する。裏面電極９は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ，１０ｎｍ，５００ｎｍの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中４００℃で５分行う。
【００３３】
その後、上記のようにして構成された電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウエハを上面円形電極８が中心になるように切断し、チップサイズ３００μｍ角の発光ダイオードベアチップを製作する。さらに発光ダイオードベアチップをＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）し、その後マウントされた発光ダイオードベアチップに、ワイヤボンディングを行い、ＬＥＤを製作する。
【００３４】
次に、上記の参考例１の効果を説明する。上記のように製作されたＬＥＤの特性を評価した。ｐ型コンタクト層６を用い、さらに活性層４とｐ型クラッド層５との間にアンドープ層１０を挿入したＬＥＤの発光出力は、２０ｍＡ通電時で２．１２ｍＷであった。また順方向動作電圧は、１．９３Ｖであった。さらにＬＥＤ（樹脂でモールドされていない）の信頼性試験を、５５℃、５０ｍＡ通電で行ったところ、２４時間通電後の発光出力（以下「相対出力」という。）は９８％であった（出力評価時の電流値は２０ｍＡ）。このときの金属酸化物窓層の比抵抗は、６.２×１０^-6Ωｍであった。
【００３５】
次に、参考例２に係るＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤについて説明する。このＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤは、参考例１に係るＬＥＤにおいて、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐアンドープ層（膜厚３００ｎｍ）１０にＺｎを少量添加し、キャリア濃度１×１０₁₇ｃｍ_-3のｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（膜厚３００ｎｍ）とする以外、エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル構造、ＩＴＯ成膜方法、金属酸化物窓層膜厚、電極形成方法およびＬＥＤ製作方法については、参考例１と同様である。
【００３６】
次に、上記の参考例２の効果を説明する。このＬＥＤの発光出力は、２０ｍＡ通電時で２.０２ｍＷであった。また順方向動作電圧は、１.９１Ｖであった。さらにＬＥＤ（樹脂でモールドされていない）の信頼性試験を、５５℃、５０ｍＡ通電で行ったところ、２４時間通電後の相対出力は９５％であった（出力評価時の電流値は２０ｍＡ）。
【００３７】
次に、参考例３に係るＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤについて説明する。このＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤは、参考例１に係るＬＥＤにおいて、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐアンドープ層（膜厚３００ｎｍ）１０にＳｅを少量添加し、キャリア濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（膜厚３００ｎｍ）とする以外、エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル構造、ＩＴＯ成膜方法、金属酸化物窓層膜厚、電極形成方法およびＬＥＤ製作方法については、参考例１と同様である。
【００３８】
次に、上記の参考例３の効果を説明する。このＬＥＤの発光出力は、２０ｍＡ通電時で２.０２ｍＷであった。また順方向動作電圧は、１.９２Ｖであった。さらにＬＥＤ（樹脂でモールドされていない）の信頼性試験を、５５℃、５０ｍＡ通電で行ったところ、２４時間通電後の相対出力は９６％であった（出力評価時の電流値は２０ｍＡ）。
【００３９】
次に、図６は、参考例４に係るＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面を示す。このＬＥＤは、発光波長６３０ｎｍ付近の赤色を発光する。このＬＥＤは、図１に示す参考例１のＬＥＤにおいて、ｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００ｎｍ，キャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）５とｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＡｓコンタクト層（膜厚５０ｎｍ，キャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3）６との間に、ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＰ電流分散層（膜厚５００ｎｍ，キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）１１を形成する以外、エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル構造、ＩＴＯ成膜方法、金属酸化物窓層膜厚、電極形成方法およびＬＥＤ製作方法については、参考例１と同様である。ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＰ電流分散層１１は、（Ａｌ_XＧａ_1-X）_YＩｎ_1-YＰ（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１）またはＡｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）で作られても良い。
【００４０】
なお、ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＰ電流分散層（膜厚５００ｎｍ，キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）１１を、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Iｎ_0.5Ｐ層およびｐ型Ａｌ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ層に変えたものを同時に製作し、ＬＥＤ特性を評価する。
【００４１】
次に、上記の参考例４の効果を説明する。このＬＥＤの特性を表１に示す。このときの金属酸化物窓層の比抵抗は、６.３×１０^-6Ωｍであった。発光特性および信頼性特性評価は、参考例１と同じであった。
【表１】

次に、図７は、本発明の実施形態に係るＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面を示す。このＬＥＤは、発光波長６３０ｎｍ付近の赤色を発光する。このＬＥＤは図６に示す参考例４のＬＥＤにおいて、ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＡｓコンタクト層（膜厚５０ｎｍ，キャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3）６とｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００ｎｍ，キャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）５との間にｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＰ電流分散層（膜厚１５０ｎｍ，キャリア濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3）１１Ａ、抵抗層としてのアンドープＧａＰ層（膜厚２００ｎｍ）１２、ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＰ電流分散層（膜厚１５０ｎｍ，キャリア濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3）１１Ｂ、を形成する以外、エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル構造、ＩＴＯ成膜方法、金属酸化物窓層膜厚、電極形成方法およびＬＥＤ制作方法については、参考例１と同様である。
【００４２】
なお、ｐ型ＧａＰ電流分散層１１Ａ、１１ＢおよびアンドープＧａＰ層（膜厚２００ｎｍ）１２を、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Iｎ_0.5Ｐ層およびｐ型Ａｌ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ層に変えたものを同時に製作する。
【００４３】
次に、本発明の実施形態の効果を説明する。このＬＥＤの特性を表２に示す。このときの金属酸化物窓層の比抵抗は、６.１×１０^-6Ωｍであった。発光特性および信頼性特性評価は、参考例１と同じであった。
【表２】

次に、参考例５に係るＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤについて説明する。このＬＥＤは、参考例１に係るＬＥＤにおいて、ｐ型コンタクト層６が、添加物としてＺｎとＭｇ（２種類同時添加）、ＺｎとＢｅ（２種類同時添加）を用いる以外、エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル構造、ＩＴＯ成膜方法、金属酸化物窓層膜厚、電極形成方法およびＬＥＤ製作方法については、参考例１と同様である。
【００４４】
次に、上記の参考例５の効果を説明する。このＬＥＤの特性を表３に示す。このときの金属酸化物窓層の比抵抗は、６.２×１０^-6Ωｍであった。発光特性および信頼性特性評価は、参考例１と同じであった。なお、添加物として、ＺｎとＣのオートドーピングまたは上記のものとの組合わせでもよい。このとき、Ｚｎのキャリア濃度は、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上であることが望ましい。
【表３】

以上のように、金属酸化物窓層７とｐ型クラッド層５との間にＺｎとＭｇ、またはＺｎとＢｅを添加したｐ型コンタクト層６を設け、活性層４とｐ型クラッド層５との間にアンドープ層１０を挿入することにより、低動作電圧であり、かつ良好な発光出力を併せ持つＬＥＤを製作することができる。またアンドープ層１０以外に、アンドープＧａＰ層１２（抵抗層）を挿入することで、駆動電圧の変動に対しても、強いＬＥＤを製作することができる。
【００４５】
図８は、従来例に対応した比較例１のＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面を示す。このＬＥＤは、発光波長６３０ｎｍ付近の赤色を発光する。このＬＥＤは、図１に示す参考例１のＬＥＤと比較して、アンドープ（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層（膜厚６００ｎｍ）４とｐ型（Ｚｎドープ）（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（膜厚３００ｎｍ、キャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）５の間にあるＺｎ拡散抑止層である（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐアンドープ層１０がない点以外、エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル構造、ＩＴＯ成膜方法、金属酸化物窓層膜厚、電極形成方法およびＬＥＤ製作方法については、参考例１と同様である。但し、ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＡｓコンタクト層６の成長温度は７００℃、Ｖ／III比は３００で行った。
【００４６】
次に、上記のように製造された比較例１のＬＥＤの効果について説明する。ｐ型コンタクト層６を用いたＬＥＤの発光出力は、２０ｍＡ通電時で１.４ｍＷであった。また順方向動作電圧は、２.６３Ｖであった。さらにＬＥＤ（樹脂でモールドされていない）の信頼性試験を、５５℃、５０ｍＡ通電で行ったところ、２４時間通電後の相対出力は５９％であった（出力評価時の電流値は２０ｍＡ）。
【００４７】
順方向動作電圧は、参考例１から参考例５、および本発明の実施形態と比較すると、比較例１の方が高い。その原因は、ｐ型（Ｚｎドープ）ＧａＡｓコンタクト層６の成長温度が高いこと、Ｖ／III比が高いことにより、比較例１のｐ型コンタクト層６の結晶性がよく、欠陥が少ないために、電流が流れにくくなったものである。つまり、ｐ型コンタクト層６と金属酸化物窓層７の界面での抵抗が高く、トンネル電流が流れにくくなったことによるものである。
【００４８】
また発光出力は、参考例１から参考例５、および本発明の実施形態と比較すると、比較例１の方が低く、特性劣化、つまり信頼性が低下する。これは、ｐ型コンタクト層６のＺｎが活性層に拡散して欠陥を作り、非発光再結合が多くなるためである。Ｃドープｐ型コンタクト層６（Ｃ添加物原料:ＣＢｒ₄）を用いたＬＥＤの発光出力は、２０ｍＡ通電時で１．９２ｍＷであった。また順方向動作電圧は、２．２１Ｖであった。さらにＬＥＤ（樹脂でモールドされていない）の信頼性試験を、５５℃、５０ｍＡ通電で行ったところ、２４時間通電後の相対出力は９８％であった（出力評価時の電流値は２０ｍＡ）。しかしｐ型コンタクト層６として、Ｃドープのｐ型コンタクト層（Ｃ添加物原料:ＣＢｒ₄）を用いたＬＥＤを再度製作して評価したところ、発光出力は、２０ｍＡ通電時で１.０２ｍＷであった。また順方向動作電圧は、２.１８Ｖであった。
【００４９】
その後、ＬＥＤ（樹脂でモールドされていない）を、何度製作しても、発光出力は０．７〜１.２ｍＷ程度であり、良好な発光特性を有するＬＥＤを製作できなかった。発光出力が高くならない原因をＳＩＭＳ分析により調べたところ、発光層を含むエピタキシャル層中に、Ｃ（炭素）とＯ（酸素）が、多量に混入していることが明らかとなった。つまり、Ｃの添加物原料としてＣＢｒ₄を用いることにより、成長後に成長炉内にＣとＯが多量に残存してしまうことが解った。このため、２回目以降の成長で製作したＬＥＤの発光出力の低い原因がＣＢｒ₄によるものであることが確認された。
【００５０】
次に従来例に対応した比較例２に係る従来のＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤについて図８を用いて説明する。このＬＥＤは、発光波長６３０ｎｍ付近の赤色を発光する。このＬＥＤは、図１に示す参考例１のＬＥＤにおいて、Ｚｎ拡散抑止層である（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐアンドープ層（膜厚３００ｎｍ）１０を取り去った以外、エピタキシャル成長方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル構造、ＩＴＯ成膜方法、金属酸化物窓層の膜厚、電極形成方法およびＬＥＤ製作方法については、参考例１と同様である。ただし、ｐ型コンタクト層６の成長のみ、成長温度６００℃、Ｖ／III比を５０で行った。
【００５１】
次に、上記のように製造された比較例２の効果について説明する。ｐ型コンタクト層６を用いたＬＥＤの発光出力は、２０ｍＡ通電時で１.４ｍＷであった。また順方向動作電圧は、１．９１Ｖであった。さらにＬＥＤ（樹脂でモールドされていない）の信頼性試験を、５５℃、５０ｍＡ通電で行ったところ、２４時間通電後の相対出力は４１％であった（出力評価時の電流値は２０ｍＡ）。このときの金属酸化物窓層７の比抵抗は、６.４×１０^-6Ωｍであった。比較例１よりも順方向動作電圧が約０．５Ｖ低下したのは、ｐ型コンタクト層６のキャリア濃度は同じであっても成長温度を低くして、かつＶ／III比を５０にしたことで、ｐ型コンタクト層６の結晶性が悪化し、電気が流れやすくなったことと、Ｃがオートドーピングされたためである。また、発光出力が低く、特性劣化、つまり信頼性が低下してしまうのは、ｐ型コンタクト層６のＺｎが活性層に拡散して欠陥を作り、非発光再結合が多くなったためである。
【００５２】
以上から、比較例１において、ｐ型コンタクト層６の結晶性がよく、欠陥が少なくなり、電流が流れ難くなるため、順方向動作電圧が高くなる。ｐ型コンタクト層６と金属酸化物窓層７の界面での抵抗が高く、トンネル電流が流れにくくなったことによるものである。
この点、参考例１から参考例５、および本発明の実施形態において、ｐ型コンタクト層６の結晶性が悪く、欠陥が多くなり、電流が流れやすくなるため、順方向動作電圧が低くなる。
【００５３】
また、比較例２において、発光出力が低く、特性劣化、つまり信頼性が低下してしまうのは、ｐ型コンタクト層６のＺｎが活性層に拡散して欠陥を作り、非発光再結合が多くなったためである。
この点、参考例１から参考例５、および本発明の実施形態において、ｐ型コンタクト層６のＺｎが活性層に拡散するのを抑止する半導体層を備えることとするため、発光出力が低下することなく、また、特性劣化、つまり信頼性を低下させることがない。
【００５４】
なお、参考例１から参考例５、および本発明の実施形態では、ｐ型電極の形状は、円形であるが、異形状、例えば四角、菱形、多角形等に変更してもよい。この変更によっても、各電極は円形の電極と同様の効果を奏することができる。
また、活性層４とｐ型クラッド層５との間にアンドープ層１０が設けられているが、他のアンドープ層を設けてもよい。
また、ｐ型コンタクト層６とｐ型クラッド層５との間に電流分散層１１を設ける場合、電流分散層の一部にアンドープ層を形成するものでもよい。このとき、アンドープ層は、（Ａｌ_XＧａ_1-X）_YＩｎ_1-YＰ（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１）またはＡｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）である材料で作ってもよい。
また、ｎ型ＧａＡｓ基板１とｎ型クラッド層３との間に光反射層であるＤＢＲ層を形成してもよい。
また、ｎ型バッファ層２を形成しなくても良い。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、活性層と第二導電型クラッド層との間に拡散抑止層を形成するとともに、高添加濃度のＺｎを含む第二導電型コンタクト層を備えることとしたため、半導体発光素子の急速な劣化を防止し、中間バンドギャップ層を設けなくても順方向動作電圧を低くできるとともに、高輝度、低価格、高信頼性であり、再現性に優れる半導体発光素子を容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１に係るＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面図である。
【図２】参考例１におけるＧａＡｓコンタクト層の膜厚とＬＥＤの発光出力との関係を示す図である。
【図３】参考例１におけるアンドープ層の膜厚と発光出力との関係を示す図である。
【図４】参考例１におけるアンドープ層の膜厚と順方向動作電圧との関係を示す図である。
【図５】参考例１におけるアンドープ層の膜厚と相対出力との関係を示す図である。
【図６】参考例４に係るＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面図である。
【図８】従来例に対応したＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面図である。
【符号の説明】
１ｎ型ＧａＡｓ基板
２ｎ型バッファ層
３ｎ型クラッド層
４活性層
５ｐ型クラッド層
６ｐ型コンタクト層
７金属酸化物窓層
８上面円形電極
９裏面電極
１０アンドープ層
１１電流分散層
１２アンドープＧａＰ層（抵抗層）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and in particular, can prevent rapid deterioration of the semiconductor light emitting device, reduce the forward operation voltage without providing an intermediate band gap, and achieve high brightness, low cost, and high reliability. The present invention relates to a semiconductor light emitting device that is excellent in reproducibility.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, most of light emitting diodes (hereinafter also referred to as LEDs) which are semiconductor light emitting elements are GaP green and AlGaAs red. However, recently, GaN-based and AlGaInP-based crystal layers can be grown by the MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) method, and orange, yellow, green, and blue high-brightness LEDs are manufactured. It has become possible.
[0003]
  With an epitaxial wafer formed by the MOVPE method, it has become possible to produce an LED capable of emitting light with a short wavelength and high brightness, which has not been possible before. However, in order to obtain high brightness, it is necessary to increase the film thickness of the window layer in order to improve current dispersion, which increases the cost of the epitaxial wafer for LEDs and makes it difficult to manufacture LEDs at low cost. .
[0004]
  In order to reduce the cost, it is desired that the window layer is thin and has good current dispersibility. That is, it is preferable to further reduce the resistivity of the window layer itself. In order to obtain an epitaxial layer with low resistance, there is a method of greatly changing the mobility or increasing the carrier concentration.
[0005]
  As a method for solving these problems, for example, in the case of an AlGaInP quaternary LED, GaP or AlGaAs is also used as a material for obtaining a low resistance value as a window layer. However, even if these low resistivity materials are used, it is difficult to grow a p-type high carrier concentration epitaxial layer. In order to improve the current dispersion effect, it is necessary to increase the thickness of the window layer to 8 μm or more. There is. Further, if there are other semiconductors having such characteristics, they can be substituted. However, there are no semiconductors having such characteristics.
[0006]
  For example, in a GaN-based LED, a metal thin film is used as a translucent conductive film as another method. However, the metal thin film needs to be very thin in order to transmit light. On the other hand, in order to obtain sufficient current dispersion, the film thickness is required and there is a disadvantage in that the translucency is deteriorated. In addition, the metal thin film is generally formed by a vacuum deposition method, and the evacuation time is long.
[0007]
  As a solution to this problem, an ITO (Indium Tin Oxide) film, which is a transparent conductive film of metal oxide, is known. When this ITO film is used as a current dispersion film, an epitaxial layer that has been used as a current dispersion film can be dispensed with, so that a high-brightness LED can be produced at low cost.
[0008]
  This LED is formed into an LED bare chip by cutting an LED epitaxial wafer with an electrode having the above-described configuration into a 300 μm square chip size so that the p-type electrode is at the center. The LED bare chip is die-bonded on the TO-18 stem, and the LED bare chip and the TO-18 stem are wire-bonded and electrically connected. In the LED bare chip, the transparent conductive material that is a semiconductor layer and a metal oxide film is used. There is a problem that contact resistance is generated between the film and the forward operation voltage becomes high.
[0009]
  In order to solve such a problem, a method is known in which an LED is driven based on a tunnel current by increasing the carrier concentration of the uppermost semiconductor layer (see, for example, Non-Patent Document 1).
[0010]
  Also, a GaAs layer with C as an additive is used as the uppermost semiconductor layer, and carbon tetrabromide (CBr) is used as a raw material for the C additive._Four) Is used to manufacture LEDs with high brightness, low operating voltage, and high reliability (see, for example, Patent Document 1).
[0011]
[Non-Patent Document 1]
          ELECTRONICS LETTERS, 7Th December 1995 (2210-2212)
[0012]
[Patent Document 1]
          Japanese Patent Laid-Open No. 11-307810 (FIG. 1)
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
  However, according to the conventional LED, when GaAs is used as the semiconductor contact layer and Zn is used as the additive, there is a problem that the life of the semiconductor light emitting device is short and rapidly deteriorates, resulting in poor reliability.
[0014]
  For example, in order to alleviate the band discontinuity between the GaAs layer and the cladding layer, a method of inserting an intermediate band gap layer between the GaAs layer and the cladding layer is known. However, even with this method, the forward voltage can be reduced to some extent, but since the layer in contact with the transparent conductive film is a GaAs layer, it is natural that the lifetime of the semiconductor light emitting device is short and rapidly deteriorates. It cannot be improved. Further, the cost is increased by providing an intermediate band gap layer between the GaAs layer and the cladding layer.
[0015]
  In addition, CBr is used as a raw material for the C additive._FourWhen the growth is used, sufficient characteristics can be achieved by the first growth, but if the growth is continued, the light emission output becomes extremely low at about 50% after the second growth, and there is a problem that the reproducibility is poor. In order to identify this problem, the inventor conducted SIMS analysis of the epitaxial wafer grown for the second time and later, and found that high concentrations of C and O exist in the epitaxial wafer. From this, as a raw material CBr_FourIt is considered that high-concentration C and O remain in the growth furnace in the first growth and that the C and O are mixed in the epitaxial wafer during the second and subsequent growths, thereby reducing the light emission output. It is done.
[0016]
  Accordingly, an object of the present invention is to prevent rapid deterioration of the semiconductor light emitting device, to reduce the forward operating voltage without providing an intermediate band gap layer, and to achieve high brightness, low cost, and high reliability. Yes, excellent reproducibilityRuIt is to provide an LED.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention provides a light emission in which an active layer is provided between a first conductivity type substrate and a first conductivity type cladding layer and a second conductivity type cladding layer laminated on the substrate. On the light emitting partA laminated first second conductivity type GaP current spreading layer, an undoped GaP layer laminated on the first second conductivity type GaP current spreading layer with a thickness of 200 nm, and the undoped GaP layer And a second second conductivity type GaP current spreading layer laminated on the second second conductivity type GaP current spreading layer,A second conductivity type contact layer containing Zn with a high additive concentration, a metal oxide window layer laminated on the second conductivity type contact layer, and a first surface formed on the surface side of the metal oxide window layer. An undoped diffusion suppression layer formed between the active layer and the second conductivity type cladding layerAndA semiconductor light emitting device is provided.
[0018]
  According to this configuration, if the carrier concentration of the second conductivity type contact layer is increased, electricity flows between the second conductivity type contact layer and the second conductivity type clad layer, so that the resistance is reduced and the tunnel is also reduced. Since the effect is increased, the resistance between the metal oxide window layer and the second conductivity type contact layer and between the second conductivity type contact layer and the second conductivity type cladding layer is decreased, and the forward operation voltage is decreased. Also, undoped that acts as a Zn trap layer that suppresses Zn diffusion between the active layer and the second conductivity type cladding layerLayerBy inserting, the diffusion of Zn into the active layer can be suppressed, so that it is possible to prevent a decrease in light emission output and a deterioration in characteristics due to the diffusion of Zn, that is, a decrease in reliability, and the second conductivity type contact layer has a predetermined thickness. As a result, high luminance and low operating voltage are secured.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Less than,Reference exampleIs described based on the drawings.
  FIG.Reference example 1The cross section of the AlGaInP type | system | group red LED which concerns on is shown. This LED emits red light having an emission wavelength of around 630 nm. This LED has an n-type GaAs substrate 1 as a first conductivity type, and an n-type (Se-doped) GaAs buffer layer (film thickness 400 nm, carrier concentration 1 × 10 6 on the substrate 1.¹⁸cm^-3) 2 and n-type (Se-doped) (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P clad layer (film thickness 300 nm, carrier concentration 1 × 10¹⁸cm^-3) 3 and undoped (Al_0.1Ga_0.9)_0.5In_0.5P active layer (film thickness 600 nm) 4 and Zn diffusion suppression layer (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P undoped layer (thickness 300 nm) 10 and p-type (Zn doped) (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P clad layer (thickness 300 nm, carrier concentration 5 × 10¹⁷cm^-3) 5 and a p-type (Zn-doped) GaAs contact layer (film thickness 50 nm, carrier concentration 1 × 10¹⁹cm^-3) 6, a metal oxide window layer 7, a p-type top circular electrode 8, and an n-type back electrode 9 are stacked. The active layer 4 may be one using a multiple quantum well.
[0020]
  The carrier concentration of the p-type contact layer 6 is 1 × 10¹⁹cm^-3Use the above. This is because if the carrier concentration is low, the tunnel current hardly flows and the forward operation voltage increases due to band discontinuity with the p-type cladding layer 5.
[0021]
  FIG.Reference example 13 shows the relationship between the film thickness of the p-type contact layer 6 and the light emission output. The thickness of the p-type contact layer 6 is about 1 to 100 nm, more preferably 2 to 30 nm. Since GaAs has a band gap smaller than the band gap of the active layer 4, it becomes an absorption layer for the emitted light and lowers the light emission output as the LED. However, if the thickness of the p-type contact layer 6 is made too thin, the tunnel current does not flow and the forward voltage becomes high. For this reason, the p-type contact layer 6 has an optimum value.
[0022]
  The V / III ratio of the p-type contact layer 6 is preferably 50 or less, and more preferably, the V / III ratio is 10 or less. This is to reduce the forward operation voltage. When the p-type contact layer 6 is grown at a high V / III ratio, the crystallinity is improved and the tunnel current hardly flows even at the same carrier concentration. In addition, the forward operating voltage is likely to increase due to band discontinuity with the p-type cladding layer 5. For this reason, it is better that the crystallinity of the p-type contact layer 6 is not so good. Further, when the V / III ratio of the p-type contact layer 6 is lowered, the amount of C added automatically (auto-doping) increases. For this reason, the V / III ratio of the p-type contact layer 6 is increased in carrier concentration and the quality of the crystal is further lowered.
[0023]
  The film thickness of the metal oxide window layer 7 is preferably 50 nm or more, more preferably 200 nm or more. This is because if the thickness of the metal oxide window layer 7 is small, the current dispersion effect is reduced and the light emission output is lowered. The specific resistance of the metal oxide window layer 7 is 1 × 10.^- ⁵Ωm is preferred, more preferably 7 × 10^-6Ωm or less. This is because if the specific resistance of the metal oxide window layer 7 is high, the tunnel current does not flow or does not flow easily, so that the forward operation voltage is increased, the current dispersion effect is decreased, and the light emission output is decreased.
[0024]
  FIG.Reference example 1FIG. 4 shows the relationship between the film thickness of the undoped layer 10 and the light emission output in FIG.Reference example 1The relationship between the film thickness of the undoped layer 10 and the forward operating voltage in FIG.Reference example 1The relationship between the film thickness of the undoped layer 10 and the relative output in FIG. The thickness of the undoped layer 10 is preferably 100 nm or more, and more preferably 300 to 3000 nm. As shown in FIGS. 3 and 5, the light emission output and the relative output (reliability) improve as the thickness of the undoped layer 10 increases. However, if the thickness exceeds a certain value, the effect of the undoped layer 10 is reduced, and the improvement of the light emission output and the reliability is saturated. Further, as shown in FIG. 4, the forward operating voltage increases as the thickness of the undoped layer 10 increases. Further, the cost is also increased.
[0025]
  Next, an example of a method for manufacturing the AlGaInP red LED will be described. The n-type buffer layer 2, the n-type and p-

type cladding layers

3 and 5, the active layer 4, the p-type contact layer 6, and the undoped layer 10 are epitaxially grown by the MOVPE method.
[0026]
  Growth by the MOVPE method is performed at a growth temperature of 700 ° C., a growth pressure of 50 Torr, a growth rate of each layer of 0.3 to 1.0 nm / s, and a V / III ratio of 300 to 600. Examples of raw materials used for growth by the MOVPE method include organic metals such as trimethylgallium (TMG) or triethylgallium (TEG), trimethylaluminum (TMA), and trimethylindium (TMI), arsine (AsH)._Three), Phosphine (PH_ThreeHydride gas such as
[0027]
  As an additive material for an n-type layer such as the n-type GaAs buffer layer 2, for example, hydrogen selenide (H₂Se) is used.
[0028]
  For example, dimethyl zinc (DMZ) or diethyl zinc (DEZ) is used as an additive material for the p-type layer such as the p-type contact layer 6. Other n-type layer additive materials include silane (SiH_Four) Can also be used.
[0029]
  The growth temperature of the p-type contact layer 6 is preferably 600 ° C. or lower, more preferably 600 to 450 ° C. When the p-type contact layer 6 is grown at a high temperature, the crystallinity is improved and the tunnel current hardly flows even at the same carrier concentration. Also, since the forward operating voltage is likely to increase due to band discontinuity with the p-type cladding layer 5, the crystallinity of the p-type contact layer 6 should be not so good.
[0030]
  A metal oxide window layer 7 is formed on the epitaxial wafer to a thickness of about 230 nm by vacuum deposition. The film formation temperature (substrate surface temperature) at this time is 300 ° C.
[0031]
  The upper surface of the epitaxial wafer is formed by depositing circular upper surface circular electrodes 8 having a diameter of 125 μm in a matrix form. The upper circular electrode deposits nickel and gold in the order of 20 nm and 1000 nm, respectively.
[0032]
  An n-type back electrode 9 is formed on the entire bottom surface of the epitaxial wafer. For the back electrode 9, gold / germanium, nickel, and gold are vapor-deposited in the order of 60 nm, 10 nm, and 500 nm, respectively, and then alloying of the electrode is performed at 400 ° C. for 5 minutes in a nitrogen gas atmosphere.
[0033]
  Thereafter, the electrode-equipped LED epitaxial wafer having the above-described structure is cut so that the upper circular electrode 8 is at the center, and a light emitting diode bare chip having a chip size of 300 μm square is manufactured. Further, the LED bare chip is mounted (die bonding) on the TO-18 stem, and then the LED is manufactured by wire bonding to the mounted LED bare chip.
[0034]
  Next, aboveReference example 1The effect of will be described. The characteristics of the LED manufactured as described above were evaluated. The light emission output of the LED using the p-type contact layer 6 and further inserting the undoped layer 10 between the active layer 4 and the p-type clad layer 5 was 2.12 mW when energized with 20 mA. The forward operating voltage was 1.93V. Further, when a reliability test of the LED (not molded with resin) was performed at 55 ° C. and 50 mA energization, the light emission output after 24 hours energization (hereinafter referred to as “relative output”) was 98% (output) The current value at the time of evaluation is 20 mA). The specific resistance of the metal oxide window layer at this time is 6.2 × 10^-6It was Ωm.
[0035]
  next,Reference example 2The AlGaInP red LED according to the above will be described. This AlGaInP red LED isReference example 1In the LED according to (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5A small amount of Zn is added to the P undoped layer (film thickness 300 nm) 10, and the carrier concentration is 1 × 10.₁₇cm_-3P-type (Zn-doped) (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5Except for the P layer (thickness 300 nm), the epitaxial growth method, epitaxial layer thickness, epitaxial structure, ITO film formation method, metal oxide window layer thickness, electrode formation method and LED manufacturing method,Reference example 1It is the same.
[0036]
  Next, aboveReference example 2The effect of will be described. The light emission output of this LED was 2.02 mW when energized with 20 mA. The forward operating voltage was 1.91V. Further, a reliability test of the LED (not molded with resin) was conducted at 55 ° C. and 50 mA energization, and the relative output after energization for 24 hours was 95% (current value at the time of output evaluation was 20 mA).
[0037]
  next,Reference example 3The AlGaInP red LED according to the above will be described. This AlGaInP red LED isReference example 1In the LED according to (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5A small amount of Se is added to the P undoped layer (film thickness 300 nm) 10, and the carrier concentration is 1 × 10.¹⁷cm^-3N-type (Se-doped) (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5Except for the P layer (thickness 300 nm), the epitaxial growth method, epitaxial layer thickness, epitaxial structure, ITO film formation method, metal oxide window layer thickness, electrode formation method and LED manufacturing method,Reference example 1It is the same.
[0038]
  Next, aboveReference example 3The effect of will be described. The light emission output of this LED was 2.02 mW when energized with 20 mA. The forward operating voltage was 1.92V. Further, when a reliability test of the LED (not molded with resin) was performed at 55 ° C. and 50 mA energization, the relative output after energization for 24 hours was 96% (current value at the time of output evaluation was 20 mA).
[0039]
  Next, FIG.Reference example 4The cross section of the AlGaInP type | system | group red LED which concerns on is shown. This LED emits red light having an emission wavelength of around 630 nm. This LED is shown in FIG.Reference example 1P-type (Zn-doped) (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P clad layer (thickness 300 nm, carrier concentration 5 × 10¹⁷cm^-3) 5 and p-type (Zn-doped) GaAs contact layer (film thickness 50 nm, carrier concentration 1 × 10¹⁹cm^-3) 6 and a p-type (Zn-doped) GaP current dispersion layer (film thickness 500 nm, carrier concentration 1 × 10¹⁸cm^-3) Except for forming 11, the epitaxial growth method, the epitaxial layer thickness, the epitaxial structure, the ITO film forming method, the metal oxide window layer thickness, the electrode forming method and the LED manufacturing method are as follows:Reference example 1It is the same. The p-type (Zn-doped) GaP current spreading layer 11 is made of (Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1) or Al_XGa_1-XIt may be made of As (0 ≦ X ≦ 1).
[0040]
  Note that a p-type (Zn-doped) GaP current dispersion layer (film thickness: 500 nm, carrier concentration: 1 × 10¹⁸cm^-3) 11 is p-type (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P layer and p-type Al_0.85Ga_0.15The thing changed into As layer is manufactured simultaneously, and LED characteristic is evaluated.
[0041]
  Next, aboveReference example 4The effect of will be described. The characteristics of this LED are shown in Table 1. The specific resistance of the metal oxide window layer at this time is 6.3 × 10^-6It was Ωm. Emission characteristics and reliability characteristics evaluationReference example 1Was the same.
[Table 1]

  Next, FIG. 7 shows the present invention.The fruitThe cross section of the AlGaInP type | system | group red LED which concerns on embodiment is shown. This LED emits red light having an emission wavelength of around 630 nm. This LED is shown in FIG.Reference example 4P-type (Zn-doped) GaAs contact layer (film thickness 50 nm, carrier concentration 1 × 10¹⁹cm^-3) 6 and p-type (Zn-doped) (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P clad layer (thickness 300 nm, carrier concentration 5 × 10¹⁷cm^-3) 5 and a p-type (Zn-doped) GaP current dispersion layer (film thickness 150 nm, carrier concentration 5 × 10¹⁸cm^-311A, undoped GaP layer (thickness 200 nm) 12 as a resistance layer, p-type (Zn doped) GaP current dispersion layer (thickness 150 nm, carrier concentration 5 × 10)¹⁸cm^-3) 11B, except for the epitaxial growth method, epitaxial layer thickness, epitaxial structure, ITO film formation method, metal oxide window layer thickness, electrode formation method and LED production method,Reference example 1It is the same.
[0042]
  Note that the p-type GaP current spreading layers 11A and 11B and the undoped GaP layer (thickness 200 nm) 12 are made p-type (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P layer and p-type Al_0.85Ga_0.15The thing changed into the As layer is manufactured at the same time.
[0043]
  next,The present inventionThe effect of this embodiment will be described. Table 2 shows the characteristics of this LED.InShow. The specific resistance of the metal oxide window layer at this time is 6.1 × 10^-6It was Ωm. Emission characteristics and reliability characteristics evaluationReference example 1Was the same.
[Table 2]

next,Reference Example 5The AlGaInP red LED according to the above will be described. This LEDReference example 1The p-type contact layer 6 uses an epitaxial growth method, an epitaxial layer thickness, an epitaxial structure, an ITO, except that the p-type contact layer 6 uses Zn and Mg (two types of simultaneous addition) and Zn and Be (two types of simultaneous addition) as additives. For film forming method, metal oxide window layer thickness, electrode forming method and LED manufacturing method,Reference example 1It is the same.
[0044]
Next, aboveReference Example 5The effect of will be described. Table 3 shows the characteristics of the LED. The specific resistance of the metal oxide window layer at this time is 6.2 × 10^-6It was Ωm. Emission characteristics and reliability characteristics evaluationReference example 1Was the same. The additive may be Zn and C autodoping or a combination of the above. At this time, the Zn carrier concentration is 1 × 10 5.¹⁹cm^-3The above is desirable.
[Table 3]

  As described above, the p-type contact layer 6 to which Zn and Mg or Zn and Be are added is provided between the metal oxide window layer 7 and the p-type cladding layer 5, and the active layer 4, the p-type cladding layer 5, By inserting the undoped layer 10 between these, an LED having a low operating voltage and a good light emission output can be manufactured. Further, by inserting an undoped GaP layer 12 (resistive layer) in addition to the undoped layer 10, it is possible to manufacture an LED that is strong against fluctuations in driving voltage.
[0045]
  FIG. 8 shows a cross section of an AlGaInP red LED of Comparative Example 1 corresponding to the conventional example. This LED emits red light having an emission wavelength of around 630 nm. This LED is shown in FIG.Reference example 1Compared with LED of undoped (Al_0.1Ga_0.9)_0.5In_0.5P active layer (film thickness 600 nm) 4 and p-type (Zn doped) (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P clad layer (film thickness 300 nm, carrier concentration 5 × 10¹⁷cm^-3) Is a Zn diffusion suppression layer between 5 (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5About the epitaxial growth method, the epitaxial layer thickness, the epitaxial structure, the ITO film forming method, the metal oxide window layer thickness, the electrode forming method, and the LED manufacturing method, except that there is no P undoped layer 10Reference example 1It is the same. However, the growth temperature of the p-type (Zn-doped) GaAs contact layer 6 was 700 ° C. and the V / III ratio was 300.
[0046]
  Next, the effect of the LED of Comparative Example 1 manufactured as described above will be described. The light emission output of the LED using the p-type contact layer 6 was 1.4 mW when energized with 20 mA. The forward operating voltage was 2.63V. Further, when a reliability test of the LED (not molded with resin) was performed at 55 ° C. and 50 mA energization, the relative output after 24 hours energization was 59% (current value at the time of output evaluation was 20 mA).
[0047]
  The forward operating voltage isReference exampleFrom 1Reference Example 5 and the present inventionThe fruitProcessingCompared with the state, Comparative Example 1 is higher. This is because the p-type (Zn-doped) GaAs contact layer 6 has a high growth temperature and a high V / III ratio, so that the p-type contact layer 6 of Comparative Example 1 has good crystallinity and few defects. , Current is difficult to flow. In other words, this is because the resistance at the interface between the p-type contact layer 6 and the metal oxide window layer 7 is high, and the tunnel current hardly flows.
[0048]
  The light output isReference exampleFrom 1Reference Example 5 and the present inventionCompared with the embodiment, the comparative example 1 is lower, and the characteristic deterioration, that is, the reliability is lowered. This is because Zn in the p-type contact layer 6 diffuses into the active layer to create defects and increases non-radiative recombination. C-doped p-type contact layer 6 (C additive raw material: CBr_FourThe light emission output of the LED using 1) was 1.92 mW when energized with 20 mA. The forward operating voltage was 2.21V. Further, when a reliability test of the LED (not molded with resin) was performed at 55 ° C. and 50 mA energization, the relative output after 24 hours energization was 98% (current value at the time of output evaluation was 20 mA). However, as the p-type contact layer 6, a C-doped p-type contact layer (C additive raw material: CBr)_FourLED was again fabricated and evaluated. As a result, the light emission output was 1.02 mW when energized with 20 mA. The forward operating voltage was 2.18V.
[0049]
  Thereafter, no matter how many times the LED (not molded with resin) was manufactured, the light emission output was about 0.7 to 1.2 mW, and an LED having good light emission characteristics could not be manufactured. The reason why the light emission output did not increase was examined by SIMS analysis, and it was found that a large amount of C (carbon) and O (oxygen) was mixed in the epitaxial layer including the light emitting layer. That is, CBr as an additive material for C_FourIt was found that a large amount of C and O remained in the growth furnace after growth by using. For this reason, the cause of the low light output of the LED manufactured in the second and subsequent growth is CBr._FourIt was confirmed that
[0050]
  Next, a conventional AlGaInP red LED according to Comparative Example 2 corresponding to the conventional example will be described with reference to FIG. This LED emits red light having an emission wavelength of around 630 nm. This LED is shown in FIG.Reference example 1In this LED, it is a Zn diffusion suppressing layer (Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5Except for removing the P undoped layer (film thickness 300 nm) 10, the epitaxial growth method, the epitaxial layer thickness, the epitaxial structure, the ITO film formation method, the metal oxide window layer thickness, the electrode formation method, and the LED manufacturing methodReference example 1It is the same. However, only the growth of the p-type contact layer 6 was performed at a growth temperature of 600 ° C. and a V / III ratio of 50.
[0051]
  Next, the effect of the comparative example 2 manufactured as mentioned above is demonstrated. The light emission output of the LED using the p-type contact layer 6 was 1.4 mW when energized with 20 mA. The forward operating voltage was 1.91V. Further, when a reliability test of the LED (not molded with resin) was performed at 55 ° C. and 50 mA energization, the relative output after energization for 24 hours was 41% (current value at the time of output evaluation was 20 mA). The specific resistance of the metal oxide window layer 7 at this time is 6.4 × 10^-6It was Ωm. The forward operating voltage decreased by about 0.5 V compared to Comparative Example 1 because the growth temperature was lowered and the V / III ratio was 50 even though the carrier concentration of the p-type contact layer 6 was the same. This is because the crystallinity of the p-type contact layer 6 is deteriorated, and it is easy for electricity to flow, and C is auto-doped. The reason why the light emission output is low and the characteristics are deteriorated, that is, the reliability is lowered is that Zn in the p-type contact layer 6 diffuses into the active layer to create defects and non-radiative recombination increases.
[0052]
  From the above, in Comparative Example 1, the p-type contact layer 6 has good crystallinity, fewer defects, and it becomes difficult for current to flow, so the forward operating voltage is increased. This is because the resistance at the interface between the p-type contact layer 6 and the metal oxide window layer 7 is high, and the tunnel current hardly flows.
  This point,Reference exampleFrom 1Reference Example 5 and the present inventionIn this embodiment, the p-type contact layer 6 has poor crystallinity, increases the number of defects, and the current easily flows, so that the forward operation voltage is lowered.
[0053]
  Further, in Comparative Example 2, the light emission output is low and the characteristic deterioration, that is, the reliability is lowered, because Zn in the p-type contact layer 6 diffuses into the active layer to create defects, and many non-light emitting recombination occurs. It is because it became.
  This point,Reference exampleFrom 1Reference Example 5 and the present inventionIn this embodiment, since the semiconductor layer that suppresses the diffusion of Zn in the p-type contact layer 6 into the active layer is provided, the light emission output is not reduced, and the characteristic deterioration, that is, the reliability is reduced. There is nothing.
[0054]
  In addition,Reference exampleFrom 1Reference Example 5 and the present inventionIn the embodiment, the shape of the p-type electrode is circular, but may be changed to a different shape, for example, a square, a rhombus, a polygon, or the like. Even with this change, each electrode can achieve the same effect as a circular electrode.
  In addition, although the undoped layer 10 is provided between the active layer 4 and the p-type cladding layer 5, other undoped layers may be provided.
  Further, when the current spreading layer 11 is provided between the p-type contact layer 6 and the p-type cladding layer 5, an undoped layer may be formed in a part of the current spreading layer. At this time, the undoped layer is (Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1) or Al_XGa_1-XYou may make with the material which is As (0 <= X <= 1).
  A DBR layer that is a light reflecting layer may be formed between the n-type GaAs substrate 1 and the n-type cladding layer 3.
  Further, the n-type buffer layer 2 may not be formed.
[0055]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, a diffusion suppression layer is formed between the active layer and the second conductivity type cladding layer, and a second conductivity type contact layer containing a high additive concentration of Zn is provided.GetTherefore, it is possible to prevent rapid deterioration of the semiconductor light emitting device, lower the forward operation voltage without providing an intermediate bandgap layer, and have high brightness, low price, high reliability, and excellent reproducibility.RuA semiconductor light emitting device can be easily manufactured.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]Reference example 1It is sectional drawing of the AlGaInP type | system | group red LED which concerns on.
[Figure 2]Reference example 1It is a figure which shows the relationship between the film thickness of the GaAs contact layer in, and the light emission output of LED.
[Fig. 3]Reference example 1It is a figure which shows the relationship between the film thickness of an undoped layer in, and light emission output.
[Fig. 4]Reference example 1It is a figure which shows the relationship between the film thickness of an undoped layer in, and a forward direction operating voltage.
[Figure 5]Reference example 1It is a figure which shows the relationship between the film thickness of an undoped layer in and relative output.
[Fig. 6]Reference example 4It is sectional drawing of the AlGaInP type | system | group red LED which concerns on.
FIG. 7The fruitIt is sectional drawing of AlGaInP type red LED which concerns on embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view of an AlGaInP red LED corresponding to a conventional example.
[Explanation of symbols]
  1 n-type GaAs substrate
  2 n-type buffer layer
  3 n-type cladding layer
  4 Active layer
  5 p-type cladding layer
  6 p-type contact layer
  7 Metal oxide window layer
  8 Top circular electrode
  9 Back electrode
  10 Undoped layer
  11 Current distribution layer
  12 Undoped GaP layer (resistance layer)

Claims

A first conductivity type substrate;
A light emitting part in which an active layer is provided between a first conductivity type clad layer and a second conductivity type clad layer laminated on the substrate;
A first second conductivity type GaP current spreading layer stacked on the light emitting unit ;
An undoped GaP layer stacked on the first second-conductivity-type GaP current spreading layer with a thickness of 200 nm;
A second second conductivity type GaP current spreading layer stacked on the undoped GaP layer;
A second conductivity type contact layer that is stacked on the second second conductivity type GaP current spreading layer and contains a high additive concentration of Zn;
A metal oxide window layer laminated on the second conductivity type contact layer;
A first electrode formed on the surface side of the metal oxide window layer;
A second electrode formed entirely or partially on the back surface of the substrate;
The semiconductor light emitting device characterized by comprising an undoped diffusion suppressing layer formed between the second-conductivity-type cladding layer and the active layer.