JP3767621B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents

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Description

本発明は、AlGaInP系、AlGaAsP系及びAlGaP系半導体材料を用いた半導体発光装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device using an AlGaInP-based, AlGaAsP-based, and AlGaP-based semiconductor material.

AlGaInP系半導体材料を用いた従来の半導体発光ダイオード(LED)の一例としては、図2に模型的に示すような構造のものがある。
すなわち図2において、201は、n型GaAs基板、202は、基板201上に形成されたn型AlGaInPからなるクラッド層である。203は、AlGaInPからなる活性層である。204は、p型AlGaInPからなるクラッド層である。すなわち、AlGaInP活性層203のエネルギーギャップが、AlGaInPクラッド層202及び204のエネルギーギャップより小さくなるよう混晶比が設定されている。そしてp型AlGaAs電流拡散層205は電極から注入された電流を広げることにより、発光領域を広げて光取り出し効率を向上させる。206はコンタクト層、207、208は電極である。
As an example of a conventional semiconductor light emitting diode (LED) using an AlGaInP-based semiconductor material, there is a structure as schematically shown in FIG.
That is, in FIG. 2, 201 is an n-type GaAs substrate, and 202 is a clad layer made of n-type AlGaInP formed on the substrate 201. Reference numeral 203 denotes an active layer made of AlGaInP. Reference numeral 204 denotes a clad layer made of p-type AlGaInP. That is, the mixed crystal ratio is set so that the energy gap of the AlGaInP active layer 203 is smaller than the energy gap of the AlGaInP cladding layers 202 and 204. The p-type AlGaAs current diffusion layer 205 widens the current injected from the electrodes, thereby widening the light emitting region and improving the light extraction efficiency. Reference numeral 206 denotes a contact layer, and 207 and 208 denote electrodes.

AlGaInP又はAlInP(以下、AlGaInP又はAlInPをあわせてAlGaInP系化合物という。)はAlGaAsP又はAlGaAs(以下、AlGaAsP又はAlGaAsをあわせてAlGaAsP系化合物という。)と比較して、抵抗率が高い、熱抵抗が大きい等の欠点も有しており、このことが素子の動作電圧を高くする、発熱を大きくするなどといた問題点が生じており、素子の特性や信頼性の向上において大きな課題となっている。特に発光密度が高くなる場合には、上記の問題点はますます深刻になる。   AlGaInP or AlInP (hereinafter, AlGaInP or AlInP is also referred to as an AlGaInP compound) is higher in resistivity and thermal resistance than AlGaAsP or AlGaAs (hereinafter, AlGaAsP or AlGaAs is also referred to as an AlGaAsP compound). There are also disadvantages such as large, and this has caused problems such as increasing the operating voltage of the element and increasing heat generation, which is a major issue in improving the characteristics and reliability of the element . In particular, when the emission density is increased, the above problem becomes more serious.

また、p型AlGaInP系化合物のクラッド層のドーパントとして、一般的に亜鉛(Zn)が用いられているが、Znの活性化率が低いために抵抗率を下げるためには高濃度ドーピングを行う必要がある。しかしながら、この場合活性化しなかったZnが成長中にAlGaInP系化合物結晶中を速い速度で拡散していき、pn接合位置が発光層よりもn側に大きくずれたりすることがある。この場合、電流電圧特性に異常をもたらしたり、発光出力が低下したりする。このようなp型AlGaInP系化合物層からのZn拡散は、p型AlGaInP系化合物層の層厚の増加に伴って、顕著になる。また、通常ダブルヘテロ構造を用いた場合、活性層へのキャリア及び光の閉じ込めを充分に行うために、クラッド層の膜厚として1〜2μm程度は必要となる。有機金属気相成長法でAlGaInP系化合物を成長するとき、 III族原料となる有機金属とV族原料となるPH3との供給
モル比(V/ III)を非常に大きくする必要がある。このために、成長速度を余り大きく取れない、成長原料コストがAlGaAs系などに比べてかなり高くなるといった問題が生じている。特に多数枚同時成長可能な量産用の大型装置においてはこれ以外に除害等の点でますます深刻となる。
また、クラッド層に隣接して光取り出し層が設けられることがあり、該光取り出し層の発光波長に対する透明性は、LEDの光取り出し効率を向上させるために重要だが、組成によっては透明性が高くても比抵抗が高く、表面で電流広がりが悪くなってしまうことがある。
In addition, zinc (Zn) is generally used as a dopant for the cladding layer of the p-type AlGaInP compound. However, since the activation rate of Zn is low, it is necessary to perform high concentration doping in order to reduce the resistivity. There is. However, in this case, Zn that has not been activated diffuses at a high rate in the AlGaInP-based compound crystal during growth, and the pn junction position may be greatly shifted to the n side from the light emitting layer. In this case, the current-voltage characteristic is abnormal, or the light emission output is reduced. Such Zn diffusion from the p-type AlGaInP-based compound layer becomes conspicuous as the layer thickness of the p-type AlGaInP-based compound layer increases. Further, when a double hetero structure is normally used, a film thickness of about 1 to 2 μm is required for the cladding layer in order to sufficiently confine carriers and light in the active layer. When an AlGaInP-based compound is grown by metal organic vapor phase epitaxy, it is necessary to increase the supply molar ratio (V / III) between the organic metal serving as the group III material and the PH 3 serving as the group V material. For this reason, there are problems that the growth rate cannot be increased so much that the growth raw material cost is considerably higher than that of AlGaAs. In particular, in large-scale equipment for mass production capable of simultaneous growth of a large number of sheets, it becomes increasingly serious in terms of detoxification.
Also, a light extraction layer may be provided adjacent to the cladding layer, and the transparency of the light extraction layer with respect to the emission wavelength is important for improving the light extraction efficiency of the LED, but depending on the composition, the transparency is high. However, the specific resistance is high, and current spread may be worsened on the surface.

そこで本発明者らは、GaAs又はGaAsPを基板とし、AlGaInP又はGaI
nPからなる活性層を有する半導体発光装置において、発光素子の素子特性を劣化させない程度にZnドープのp型AlGaInP系化合物クラッド層の厚みを薄くし、活性層及びn側クラッドへのZn拡散を少なくさせることに想到し、ただし、活性層上下のAlGaInP系クラッド層の膜厚を薄くすると、キャリア及び光の閉じ込めが不十分となり、素子特性を劣化させてしまうので、不足分をほぼ同じバンドギャップと屈折率を持つAlGaAsP系化合物で代用ができること、また、n型AlGaAsP系化合物は同程度のキャリア濃度を有するAlGaInP系化合物よりもZn拡散が起こりにくいために、n型AlGaInP系クラッドの層厚も薄い方がZn拡散によるpn接合位置のシフトを防ぐことにも有効であること、さらに、AlGaInP系クラッド層の薄膜化は動作電圧の低減、熱抵抗の低減にも有効であること、量産化の観点からも、成長時間、原料コスト及び除害等の点で、AlGaInP系化合物層を極力薄くし、AlGaAsP系化合物を多く用いる方が有効であること等を見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明の要旨は、GaAs又はGaAsP基板上に第1導電型のAlGaAsP又はAlGaAsからなる第1クラッド層と、該第1クラッド層に隣接して、第1導電型のAlGaInP又はAlInPからなる厚さ0.5μm以下の第2クラッド層と、該第2のクラッド層に隣接して、第1又は第2導電型のAlGaInP又はGaInPからなる厚さ0.1〜1μmの活性層と、該活性層に隣接して、第2導電型のAlGaInP又はAlInPから成る厚さ0.5μm以下の第3クラッド層と、該第3クラッド層に隣接して、第2導電型のAlGaP又はGaPからなる光取り出し層を有することを特徴とする半導体発光装置、に存する。
Therefore, the present inventors use GaAs or GaAsP as a substrate, AlGaInP or GaI.
In a semiconductor light emitting device having an active layer made of nP, the thickness of the Zn-doped p-type AlGaInP compound cladding layer is reduced to such an extent that the device characteristics of the light emitting element are not deteriorated, and Zn diffusion into the active layer and the n-side cladding is reduced. However, if the thickness of the AlGaInP-based clad layer above and below the active layer is reduced, the confinement of carriers and light becomes insufficient and the device characteristics are deteriorated. An AlGaAsP-based compound having a refractive index can be substituted, and an n-type AlGaInP-based clad has a thinner layer thickness because an n-type AlGaAsP-based compound is less susceptible to Zn diffusion than an AlGaInP-based compound having a similar carrier concentration. Is more effective in preventing shift of the pn junction position due to Zn diffusion, In addition, the thinning of the AlGaInP-based cladding layer is effective in reducing operating voltage and thermal resistance, and from the viewpoint of mass production, AlGaInP-based compounds from the viewpoints of growth time, raw material cost, detoxification, etc. The inventors have found that it is more effective to make the layer as thin as possible and to use more AlGaAsP-based compounds, and have reached the present invention. That is, the gist of the present invention is that a first clad layer made of AlGaAsP or AlGaAs of the first conductivity type on a GaAs or GaAsP substrate and made of AlGaInP or AlInP of the first conductivity type adjacent to the first clad layer. A second cladding layer having a thickness of 0.5 μm or less, an active layer having a thickness of 0.1 to 1 μm made of AlGaInP or GaInP of the first or second conductivity type, adjacent to the second cladding layer, Adjacent to the active layer, a third cladding layer made of AlGaInP or AlInP of the second conductivity type and having a thickness of 0.5 μm or less, and made of AlGaP or GaP of the second conductivity type adjacent to the third cladding layer The present invention resides in a semiconductor light emitting device having a light extraction layer.

以下本発明をより詳細に説明する。
本発明の半導体発光装置は、GaAs又はGaAsPを基板とし第1導電型のAlGaAsP系化合物からなる第1クラッド層と、該第1クラッド層に隣接して、第1導電型のAlGaInP系化合物からなる厚さ0.5μm以下の第2クラッド層と、該第2のクラッド層に隣接して、第1又は第2導電型のAlGaInP又はGaInPからなる厚さ0.1〜1μmの活性層と、該活性層に隣接して、第2導電型のAlGaInP系化合物から成る厚さ0.5μm以下の第3クラッド層と、該第3クラッド層に隣接して、第2導電型のAlGaP又はGaPからなる光取り出し層を有することを特徴としている。なお、本発明の半導体発光装置の各層中の構成元素の含有割合は,基板および各層間の格子整合を考慮して決定すればよい。
以下に、本発明の発光装置を発光ダイオード(LED)として実現した態様の一例である、図1の素子を用いて説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The semiconductor light-emitting device of the present invention includes a first cladding layer made of a first conductivity type AlGaAsP compound using GaAs or GaAsP as a substrate, and a first conductivity type AlGaInP compound adjacent to the first cladding layer. A second cladding layer having a thickness of 0.5 μm or less, an active layer having a thickness of 0.1 to 1 μm made of AlGaInP or GaInP of the first or second conductivity type, adjacent to the second cladding layer, Adjacent to the active layer, a third clad layer made of an AlGaInP-based compound of the second conductivity type and having a thickness of 0.5 μm or less, and adjoining the third clad layer, made of the second conductivity type AlGaP or GaP It is characterized by having a light extraction layer. Note that the content ratio of the constituent elements in each layer of the semiconductor light emitting device of the present invention may be determined in consideration of lattice matching between the substrate and each layer.
Hereinafter, the light-emitting device of the present invention will be described with reference to the element shown in FIG.

図1は本発明の半導体装置の一例であり、実施例にて製造した装置の説明図である。本発明の装置を製造する際には、基板101としては、GaAs又はGaAsP基板が用いられる。発光波長等により、活性層のアルミニウム組成を低くする場合には、GaAsP基板が好適である。該基板上には、通常基板の欠陥をエピタキシャル成長層に持ち込まないために2μm以下程度のバッファ層102を用いることが好ましい。そしてこのバッファ層上に本発明の第1,第2クラッド層、活性層、第3,第4クラッド層がこの順に積層される。第1クラッド層103としては、第1導電型のAlGaAsP系化合物であって、その厚さは通常15μm以下が好ましい。そしてより好ましい第1クラッド層の厚さは下限として0.1μm以上であり、上限として2μm以下である。そしてそのキャリア濃度としては、5×1016cm-3〜3×1018cm-3の範囲が好ましく、特に好ましくは、下限として1×1017cm-3、上限として1×1018cm-3の範囲である。 FIG. 1 is an example of a semiconductor device of the present invention, and is an explanatory view of the device manufactured in the example. In manufacturing the device of the present invention, a GaAs or GaAsP substrate is used as the substrate 101. A GaAsP substrate is preferred when the aluminum composition of the active layer is lowered due to the emission wavelength or the like. On the substrate, it is preferable to use a buffer layer 102 of about 2 μm or less in order not to bring defects of the substrate into the epitaxial growth layer. On the buffer layer, the first and second cladding layers, the active layer, and the third and fourth cladding layers of the present invention are laminated in this order. The first cladding layer 103 is an AlGaAsP-based compound of the first conductivity type, and the thickness is usually preferably 15 μm or less. A more preferable thickness of the first cladding layer is 0.1 μm or more as a lower limit and 2 μm or less as an upper limit. The carrier concentration is preferably in the range of 5 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 18 cm −3 , particularly preferably 1 × 10 17 cm −3 as the lower limit and 1 × 10 18 cm −3 as the upper limit. Range.

そして第1クラッド層上に、第1導電型のAlGaInP系化合物からなる厚さ0.5μm以下の第2クラッド層104が積層されている。この層の厚さのより好ましい下限としては0.01μm以上であり、上限としては0.3μmである。そしてそのキャリア濃度としては、5×1016cm-3〜3×1018cm-3の範囲が好ましく、特に好ましくは、
下限として1×1017cm-3、上限として1×1018cm-3の範囲である。
A second cladding layer 104 made of an AlGaInP-based compound of the first conductivity type and having a thickness of 0.5 μm or less is laminated on the first cladding layer. The more preferable lower limit of the thickness of this layer is 0.01 μm or more, and the upper limit is 0.3 μm. And as the carrier concentration thereof is preferably in the range of 5 × 10 16 cm -3 ~3 × 10 18 cm -3, particularly preferably,
The lower limit is 1 × 10 17 cm −3 and the upper limit is 1 × 10 18 cm −3 .

この第2のクラッド層の上に第1又は第2導電型のAlGaInP又はGaInPからなる厚さ0.1〜1μmの活性層105が積層される。より好ましい活性層の厚さは、下限としては0.2μm以上であり、上限としては0.5μm以下である。
活性層のキャリア濃度としては、1×1018cm-3以下が好ましく、特に好ましくは、下限として1×1017cm-3より大きく、上限として5×1017cm-3以下の範囲である。
An active layer 105 having a thickness of 0.1 to 1 μm made of AlGaInP or GaInP of the first or second conductivity type is laminated on the second cladding layer. The thickness of the active layer is more preferably 0.2 μm or more as the lower limit and 0.5 μm or less as the upper limit.
The carrier concentration of the active layer is preferably 1 × 10 18 cm −3 or less, particularly preferably the lower limit is greater than 1 × 10 17 cm −3 and the upper limit is 5 × 10 17 cm −3 or less.

そしてかかる活性層の上に第2導電型のAlGaInP系化合物から成る厚さ0.5μm以下の第3クラッド層106が積層される。そしてそのキャリア濃度としては、5×1016cm-3〜3×1018cm-3の範囲が好ましく、特に好ましくは、下限として1×1017cm-3、上限として1×1018cm-3の範囲である
On the active layer, a third cladding layer 106 made of an AlGaInP compound of the second conductivity type and having a thickness of 0.5 μm or less is laminated. The carrier concentration is preferably in the range of 5 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 18 cm −3 , particularly preferably 1 × 10 17 cm −3 as the lower limit and 1 × 10 18 cm −3 as the upper limit. Range.

さらにこの第3クラッド層の上に、第2導電型のAlGaP又はGaPからなる光取り出し層107を積層する。そしてその場合の光取り出し層107の厚さとしては1μmが好ましい。光取り出し層が厚いと電極での吸収が減るので好ましいが、光取り出し層自体の光吸収または電気抵抗に起因する効率の低下を考慮すると、あまり厚い光取り出し層を設ける意味はなく、300μm以下、より好ましくは100μm以下程度の厚みがよい。なお、厚み10〜1000μm程度の厚膜の光取り出し層を形成するには、ハイドライド気相成長法を用いるのがよい。又この場合のキャリア濃度としては、1×1017cm-3〜1×1020cm-3の範囲が好ましく、特に好ましくは、下限として5×1017cm-3、上限として5×1018cm-3の範囲である。
GaPは間接遷移型でかつバンドギャップの広い材料であるため、AlGaInP系で実現できる可視領域の波長(550〜690nm)に対して、非常に有効な光取り出し層である。高いAl組成でAlxGa1−xAs(X=0.6〜0.8)でもある同程度の透明性を実現できるが、このAlGaAs層の比抵抗は非常に高くなってしまい、表面で電流広がりが悪くなってしまう。n型GaPの方が、p型GaPよりも透明性が良く、かつ比抵抗が小さいために、n型GaPを光取り出し層に用いるのが好ましい。
Further, a light extraction layer 107 made of AlGaP or GaP of the second conductivity type is laminated on the third cladding layer. In this case, the thickness of the light extraction layer 107 is preferably 1 μm. When the light extraction layer is thick, it is preferable because absorption at the electrode is reduced. However, considering the decrease in efficiency due to light absorption or electrical resistance of the light extraction layer itself, there is no point in providing a very thick light extraction layer, 300 μm or less, More preferably, the thickness is about 100 μm or less. In order to form a light extraction layer having a thickness of about 10 to 1000 μm, a hydride vapor phase growth method is preferably used. In this case, the carrier concentration is preferably in the range of 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 , particularly preferably 5 × 10 17 cm −3 as the lower limit and 5 × 10 18 cm as the upper limit. It is in the range of -3 .
Since GaP is an indirect transition type material with a wide band gap, it is a very effective light extraction layer with respect to a wavelength in the visible region (550 to 690 nm) that can be realized by the AlGaInP system. Although the same level of transparency as AlxGa1-xAs (X = 0.6 to 0.8) can be realized with a high Al composition, the specific resistance of the AlGaAs layer becomes very high, and current spread is poor on the surface. turn into. Since n-type GaP has better transparency and lower specific resistance than p-type GaP, n-type GaP is preferably used for the light extraction layer.

上述のクラッド層等のドーパントの種類としては、p型の層がAlGaAs層である場合にはドーピング不純物として炭素が好ましく、p型の層がAlGaInP系化合物である場合にはドーピング不純物としてベリリウム及び/又はマグネシウムが好ましい。又n型ドーピング不純物としてはシリコンが好ましい。
又、本発明のより好ましい態様としては、基板と第1クラッド層の間に光反射層を設けることである。該光反射層は、公知の種々の光を反射する物質を用いることができるが、この内好ましくは、組成としてはAlGaAsP系化合物であり、構造としてはブラッグ反射膜を設けることである。
以下本発明を実施例を用いてより詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、実施例に限定されるものではない。
As the kind of the dopant such as the cladding layer, carbon is preferable as a doping impurity when the p-type layer is an AlGaAs layer, and beryllium and / or as a doping impurity when the p-type layer is an AlGaInP-based compound. Or magnesium is preferable. Silicon is preferable as the n-type doping impurity.
In a more preferred aspect of the present invention, a light reflecting layer is provided between the substrate and the first cladding layer. The light reflecting layer may be made of various known materials that reflect light. Among these, the composition is preferably an AlGaAsP-based compound, and the structure is to provide a Bragg reflecting film.
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to an Example, unless the summary is exceeded.

本発明によれば、AlGaInP又はGaInPからなる活性層を挟むクラッド層の構造を最適化することにより、発光素子の特性及び信頼性を向上させることができ、かつ原料コストの低減も可能となる。   According to the present invention, by optimizing the structure of the cladding layer sandwiching the active layer made of AlGaInP or GaInP, the characteristics and reliability of the light emitting element can be improved, and the raw material cost can be reduced.

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。本実施例では、結晶成長法として、膜厚、組成の制御性及び量産性に優れるMOVPE法を用いた。使用した原料ガスはトリメチルア
ルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)、ホスフィン(PH3 )、アルシン(AsH3 )であり、キャリアガスとして精製により高純度化された水素(H2 )ガスを使用した。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In this example, the MOVPE method having excellent film thickness, composition controllability, and mass productivity was used as the crystal growth method. The source gases used were trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), phosphine (PH 3 ), arsine (AsH 3 ), and hydrogen (H 2 ) Gas was used.

図1に示す本発明のLEDを、以下の手順に従ってエピタキシャルウェハとして製造した。まず、p型GaAs(100)基板101上にp型GaAsバッファー層102(厚み0.5μm)、p型のAlGaAs/AlAsを交互に15層積層したブラッグ反射膜108、p型Al0.7Ga0.3As第1クラッド層103(厚み1.0μm)、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第2クラッド層104(厚み0.2μm)、p型(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P活性層105(厚み0.3μm)、n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第3クラッド層106(厚み0.2μm)、n型GaP光取り出し層107(厚み4μm)を順次成長させた。
上記の手法で成長させたLEDウェファーからLEDランプを作製したところ、580〜590nmで発光し、20mAの駆動電流で約1.5cdの輝度が得られた。これはp型AlGaInPクラッド層を約1μmとした従来の構造と比較して約2倍の輝度が得られている。
The LED of the present invention shown in FIG. 1 was manufactured as an epitaxial wafer according to the following procedure. First, a p-type GaAs buffer layer 102 (thickness 0.5 μm) on a p-type GaAs (100) substrate 101, a Bragg reflection film 108 in which 15 layers of p-type AlGaAs / AlAs are alternately laminated, and p-type Al0.7Ga0.3As. First cladding layer 103 (thickness 1.0 μm), p-type (Al0.7Ga0.3) 0.5In0.5P Second cladding layer 104 (thickness 0.2 μm), p-type (Al0.4Ga0.6) 0.5In0 .5P active layer 105 (thickness 0.3 μm), n-type (Al0.7Ga0.3) 0.5In0.5P third cladding layer 106 (thickness 0.2 μm), n-type GaP light extraction layer 107 (thickness 4 μm) Grown sequentially.
When an LED lamp was produced from the LED wafer grown by the above method, light was emitted at 580 to 590 nm, and a luminance of about 1.5 cd was obtained with a driving current of 20 mA. This is about twice as bright as the conventional structure in which the p-type AlGaInP cladding layer is about 1 μm.

上記実施例における結晶成長条件は、成長温度650〜800℃、圧力10hPa、V/III 比25〜50(GaAs、AlGaAs)、500〜750(AlGaInP,GaInP)及び50〜200(GaP)、成長速度1〜5μm/hr(GaAs、AlGaAs)、0.5〜2μm/hr(AlGaInP,GaInP)及び0.5〜5μm
/h(GaP)であった。
上記実施例では基板側をp型の基板を用いたが、n型基板を用いて上記の構造の各層の導電型を反転させてエピタキシャルウェハを作製させてもよい。また、結晶成長法はMOVPE法に限定されるものではなく、MBE法、CBE法等の気相成長法においても本発明は大いに有効である。
The crystal growth conditions in the above examples are: growth temperature 650 to 800 ° C., pressure 10 2 hPa, V / III ratio 25 to 50 (GaAs, AlGaAs), 500 to 750 (AlGaInP, GaInP) and 50 to 200 (GaP), Growth rate 1-5 μm / hr (GaAs, AlGaAs), 0.5-2 μm / hr (AlGaInP, GaInP) and 0.5-5 μm
/ H (GaP).
In the above embodiment, a p-type substrate is used on the substrate side. However, an epitaxial wafer may be manufactured by inverting the conductivity type of each layer of the above structure using an n-type substrate. Further, the crystal growth method is not limited to the MOVPE method, and the present invention is also very effective in a vapor phase growth method such as an MBE method or a CBE method.

LEDにおいては、通常輝度向上のために比較的厚膜の光取り出し層を成長させる必要がある。しかしこの光取り出し層の成長に長時間を要するために、亜鉛やセレンのような拡散係数の大きい不純物をドーパントに用いると、クラッド層のドーパントが活性層内へ、あるいは活性層を通過して反対側の層にまで拡散してしまい、LED特性を大きく劣化させてしまったり、再現性を大きく損なうという問題を生じやすかった。そこで、本発明のようにAlGaInPクラッド層の厚みを極力薄くすることにより、トータルの不純物拡散量を低減させることができ、拡散を防止するための余分なドービングが不要になった。特に、厚膜のGaP光取り出し層をハイドライドVPEで再成長させるときには、本発明は非常に有効であり、結晶品質及び素子特性を特によく向上させることができる。   In an LED, it is usually necessary to grow a relatively thick light extraction layer in order to improve luminance. However, since the light extraction layer takes a long time to grow, if an impurity having a large diffusion coefficient such as zinc or selenium is used as the dopant, the dopant in the cladding layer is opposed to the active layer or through the active layer. The LED layer diffuses to the side layer, and the LED characteristics are greatly deteriorated, and the problem that the reproducibility is greatly impaired is likely to occur. Therefore, by reducing the thickness of the AlGaInP clad layer as much as possible as in the present invention, the total impurity diffusion amount can be reduced, and unnecessary doving for preventing diffusion is unnecessary. In particular, when a thick GaP light extraction layer is regrown by hydride VPE, the present invention is very effective, and crystal quality and device characteristics can be improved particularly well.

活性層を量子井戸構造等のような超薄膜にすると、上述の不純物の拡散の抑制はますます必要となる。そこで本発明では、p型AlGaAsP系化合物クラッド層のドーピング不純物として炭素を、p型AlGaInP系化合物クラッド層のドーピング不純物としてベリリウムあるいはマグネシウムを、n型AlGaAsP系化合物クラッド層及びn型AlGaInP系化合物クラッド層のドーピング不純物としてシリコンをそれぞれ用いることにより不純物拡散をさらに低減させ、素子作製の歩留りや再現性を大きく向上させることができる。   If the active layer is an ultra-thin film such as a quantum well structure, it is more and more necessary to suppress the diffusion of impurities described above. Therefore, in the present invention, carbon is used as the doping impurity of the p-type AlGaAsP-based compound cladding layer, beryllium or magnesium is used as the doping impurity of the p-type AlGaInP-based compound cladding layer, and the n-type AlGaAsP-based compound cladding layer and the n-type AlGaInP-based compound cladding layer. By using silicon as each doping impurity, impurity diffusion can be further reduced, and the yield and reproducibility of device fabrication can be greatly improved.

さらに、AlGaInP系化合物に特有な原子配列の秩序化によるバンドギャップの減少の抑制、すなわち発光波長の長波長化の抑制、あるいは表面モホロジーの良化及び安定化に関しては面方位を(100)から〔011〕方向に5〜25度傾斜させた第1導電型のGaAs基板を用いることが有効である。
また、発光層のAl組成の低減化は、素子の信頼性、寿命の向上の点で重要であるが、
これは、GaAsP基板を用いることにより容易に達成することができる。このときは、格子整合を取るためにAlGaAsPクラッド層又はAlGaAsP光反射層を用いればよい。
Furthermore, the surface orientation can be changed from (100) for the suppression of the band gap reduction by ordering of the atomic arrangement peculiar to the AlGaInP compound, that is, the suppression of the longer emission wavelength, or the improvement and stabilization of the surface morphology. [011] It is effective to use a GaAs substrate of the first conductivity type inclined by 5 to 25 degrees in the direction.
In addition, reducing the Al composition of the light emitting layer is important in terms of improving the reliability and life of the device,
This can be easily achieved by using a GaAsP substrate. In this case, an AlGaAsP clad layer or an AlGaAsP light reflecting layer may be used to obtain lattice matching.

そして、本発明により成長時間及び原料コストの低減かつ除害等の装置への負担の軽減を大いにはかることができ、多数枚同時成長可能な大型の量産装置による安定生産が可能となる。   The present invention can greatly reduce the burden on the apparatus such as reduction of growth time and raw material cost and removal, and enables stable production by a large-scale mass production apparatus capable of simultaneously growing a large number of sheets.

図1は本発明の発光素子の一例を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a light emitting device of the present invention. 図2は従来の発光素子の一例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a conventional light emitting device.

符号の説明Explanation of symbols

101 基板
102 バッファ層
103 第1クラッド層
104 第2クラッド層
105 活性層
106 第3クラッド層
107 光取り出し層
201 基板
202 クラッド層
203 活性層
204 クラッド層
205 光取り出し層
206 コンタクト層
207 電極
208 電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Substrate 102 Buffer layer 103 First clad layer 104 Second clad layer 105 Active layer 106 Third clad layer 107 Light extraction layer 201 Substrate 202 Cladding layer 203 Active layer 204 Cladding layer 205 Light extraction layer 206 Contact layer 207 Electrode 208 Electrode

Claims (10)

GaAs又はGaAsP基板上に第1導電型のAlGaAsP又はAlGaAsからなる第1クラッド層と、該第1クラッド層に隣接して、第1導電型のAlGaInP又はAlInPからなる厚さ0.5μm以下の第2クラッド層と、該第2のクラッド層に隣接して、第1又は第2導電型のAlGaInP又はGaInPからなる厚さ0.1〜1μmの活性層と、該活性層に隣接して、第2導電型のAlGaInP又はAlInPから成る厚さ0.5μm以下の第3クラッド層と、該第3クラッド層に隣接して、第2導電型のAlGaP又はGaPからなる光取り出し層を有することを特徴とする半導体発光装置。   A first clad layer made of AlGaAsP or AlGaAs of the first conductivity type on a GaAs or GaAsP substrate, and a first clad layer made of AlGaInP or AlInP of the first conductivity type adjacent to the first clad layer and having a thickness of 0.5 μm or less. Adjacent to the second cladding layer, an active layer made of AlGaInP or GaInP of the first or second conductivity type and having a thickness of 0.1 to 1 μm, adjacent to the active layer, A third clad layer made of two-conductivity type AlGaInP or AlInP and having a thickness of 0.5 μm or less, and a light extraction layer made of second-conductivity type AlGaP or GaP adjacent to the third clad layer A semiconductor light emitting device. 第1及び第2クラッド層がp型であり、第3クラッド層及び光取り出し層がn型である請求項1記載の半導体発光装置。   2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first and second cladding layers are p-type, and the third cladding layer and the light extraction layer are n-type. 第1クラッド層がp型のAlGaAsP又はAlGaAs層であって、かつ該p型層がドーピング不純物として炭素を含む請求項1記載の半導体発光装置。   2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first cladding layer is a p-type AlGaAsP or AlGaAs layer, and the p-type layer contains carbon as a doping impurity. 第1クラッド層と第2クラッド層がn型であり、第3クラッド層及び光取り出し層がp型である請求項1記載の半導体発光装置。   2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first cladding layer and the second cladding layer are n-type, and the third cladding layer and the light extraction layer are p-type. 発光波長が550〜690nmである請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the emission wavelength is 550 to 690 nm. 基板と第1クラッド層の間に、光反射層を有する請求項1ないし5のいずれかに記載の半導体発光装置。   6. The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising a light reflecting layer between the substrate and the first cladding layer. 該光反射層が、AlGaAsP又はAlGaAsからなる請求項6記載の半導体発光装置。   7. The semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein the light reflecting layer is made of AlGaAsP or AlGaAs. 第2クラッド層及び第3クラッド層のうち、p型の層がAlGaInP又はAlInPであって、かつ該p型層がドーピング不純物としてベリリウム及び/又はマグネシウムを含む請求項1ないし7のいずれか記載の半導体
発光装置。
The p-type layer of the second clad layer and the third clad layer is AlGaInP or AlInP, and the p-type layer contains beryllium and / or magnesium as doping impurities. Semiconductor light emitting device.
n型ドーピング不純物としてシリコンを用いた請求項1ないし8のいずれか記載の半導体発光装置。   9. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein silicon is used as an n-type doping impurity. 厚み10〜1000μmの前記光取り出し層がハイドライド気相成長法で形成された請求項1ないし9のいずれか記載の半導体発光装置。   The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the light extraction layer having a thickness of 10 to 1000 μm is formed by a hydride vapor phase growth method.
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