JP3969182B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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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する。
【0002】
【従来の技術】
LED(発光ダイオード)を利用したゼログラフィ方式のプリンタが実用化されている。そのゼログラフィ方式においては、感光体ドラムの受光感度から要求される発光波長、発光強度を有するLEDを選択することが必要である。
【0003】
実用的にはGaAsPを発光素子のp/n接合の主材料とするものとAlGaAsをp/n接合の主材料とするものとが採用されている。
【0004】
AlGaAs系の赤外LEDにおいては、発光が起こる活性層としてはAlGaAsを材料とする厚さ約0.5μm〜2μmのいわゆるバルクタイプ活性層が採用されていた。また、その発光波長は活性層のAlAs混晶比で所望の波長となるように調整できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、LEDプリンタ用のAlGaAs系LEDアレイの発光出力は、印字速度に直接影響を及ぼすため、高出力であることが望まれており、多重反射膜等を採用し、光取り出し効率を高める等の工夫がなされているが、電流を光に変換する活性層の発光効率が低いという問題があった。
【0006】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、発光効率の高い半導体発光素子を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1の発明は、n型のGaAs基板上にn型のGaAsバッファ層、n型でAl組成比の異なるAlGaAsのペアからなる多重反射膜、n型のAlGaAs下部クラッド層、p型またはアンドープのAlGaAsからなる多重量子井戸活性層、p型のAlGaAs上部クラッド層及びp型のGaAsコンタクト層を順次エピタキシャル成長させた積層構造を有する半導体発光素子において、上記多重量子井戸活性層の井戸層及びバリア層の厚さが4nm〜15nmの範囲であり、かつ上記井戸層のAlAs混晶比をX1とし、上記バリア層のAlAs混晶比をX2とし、X2−X1≧0.2としたときに、上記多重量子井戸活性層の井戸層及びバリア層のペア数を50〜150ペアとして発光出力が最大となるように調整したものである。
【0014】
本発明者らは、AlGaAs多重量子井戸活性層の井戸層及びバリア層のペア数を変えることにより発光出力が変化することを見出した。特に井戸層及びバリア層のペア数が10〜150の範囲内で発光出力の極大値が存在することを見出した。この結果、ペア数を調整することにより、発光効率の高い半導体発光素子の提供を実現することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0016】
図1は本発明の半導体発光素子の一実施の形態を示す断面図である。
【0017】
この半導体発光素子は、n型のGaAs基板1上に、n型のGaAsバッファ層2、n型のAl0.25Ga0.75As/Al0.85Ga0.15As層12ペアからなる多重反射膜3、n型のAlGaAs下部クラッド層4、AlGaAs井戸(ウエル)/バリア層のペア数が75対からなる多重量子井戸活性層5、p型のAlGaAs上部クラッド層6及びp型のGaAsコンタクト層7をエピタキシャル成長させて積層し、得られた積層体のGaAs基板1にn側共通電極(カソード)8を形成し、GaAsコンタクト層7にp側オーミック接触電極(アノード)9を形成したものである。同図はLEDアレイの1個のLED部分を示しており、10は発光部を示している。
【0018】
これらエピタキシャル層はMOVPE法で成長させたものである。そのときの成長温度は約700℃(基板温度)、成長圧力は70Torrとし、トリメチルガリウム及びトリメチルアルミニウムをIII族原料とした。またV族原料にはアルシンを用いた。n型ドーパントとしてはセレン化水素、p型ドーパントとしてはジエチル亜鉛(ジメチル亜鉛でもよい。)を用いた。
【0019】
多重量子井戸活性層5の井戸層及びバリア層のペア数は50〜150ペアにし、それらの厚さは共に4nm〜15nmの範囲内にするのが好ましい。
【0020】
また、井戸層のAlAs混晶比をX1とし、バリア層のAlAs混晶比をX2とし、X2−X1≧0.2とするのが好ましい。
【0021】
複数の発光部10を形成する場合、各発光部10の密度を240dpi以上とし、大きさを50μm×50μm以下とするのが好ましい。また、各発光部10上のコンタクト層7の大きさを20μm×20μm以下とし、コンタクト層7上の一部にオーミック接触を有するように個別にアノードを接続してもよい。さらに、各発光部10を少なくとも一列に配列してもよい。
【0022】
各アノードを各発光部10の配列方向に対して直交するように配列の一方の側から配列するか、あるいは配列の両側から交互に配列してもよい。
【0023】
次に600dpi、発光波長740nmのLEDアレイを試作したところ、図2に示すように、AlGaAs多重量子井戸活性層5のウエル/バリア層のペア数を変数としたとき、約75ペアで最大の発光出力が得られた。
【0024】
図2は多重量子井戸活性層のペア数と規格化発光出力との関係を示す図であり、横軸が多重量子井戸活性層のペア数を示し、縦軸が規格化発光出力を示す。
【0025】
以上において、本発明のLEDアレイ型発光素子は、AlGaAsウエル及びバリア層の対(ペア)からなる、多重量子井戸活性層を採用し、このペア数を50〜150ペアとして発光効率が最大となるように最適化した多重量子井戸活性層により、高い発光効率をもたらすことができる。
【0026】
ここで、上述した実施の形態では、pサイドアップのLEDアレイを例として説明したが、p型GaAs基板上に形成したnサイドアップ構造のLEDアレイに対しても適用可能である。
【0027】
また、エピタキシャル層のp型ドーパントとしてはZn、Mg、Cやこれらを組み合わせたものでもよく、n型ドーパントとしてはSe、Si、Teやこれらを組み合わせたものでもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、発光効率の高い半導体発光素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体発光素子の一実施の形態を示す断面図である。
【図2】多重量子井戸活性層のペア数と規格化発光出力との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 n型のGaAs基板
2 n型のバッファ層
3 n型のAlGaAs/AlGaAs多重反射膜
4 n型の下部クラッド層
5 多重量子井戸活性層
6 p型のAlGaAs上部クラッド層
7 p型のGaAsコンタクト層
8 n側共通電極(カソード)
9 p側オーミック接触電極(アノード)
10 発光部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device.
[0002]
[Prior art]
Xerographic printers using LEDs (light emitting diodes) have been put into practical use. In the xerographic method, it is necessary to select an LED having a light emission wavelength and light emission intensity required from the light receiving sensitivity of the photosensitive drum.
[0003]
Practically, those using GaAsP as the main material of the p / n junction and those using AlGaAs as the main material of the p / n junction are employed.
[0004]
In an AlGaAs-based infrared LED, a so-called bulk type active layer made of AlGaAs and having a thickness of about 0.5 μm to 2 μm has been adopted as an active layer where light emission occurs. The emission wavelength can be adjusted to a desired wavelength by the AlAs mixed crystal ratio of the active layer.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since the light emission output of the AlGaAs LED array for LED printers directly affects the printing speed, it is desired to have a high output, and a multiple reflection film or the like is used to increase the light extraction efficiency. Although it has been devised, there has been a problem that the luminous efficiency of the active layer for converting current into light is low.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a semiconductor light emitting device having high light emission efficiency.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the invention of
[0014]
The present inventors have found that the light emission output is changed by changing the number of pairs of the well layer and the barrier layer of the AlGaAs multiple quantum well active layer. In particular, it has been found that the maximum value of the light emission output exists within the range of 10 to 150 pairs of well layers and barrier layers. As a result, by adjusting the number of pairs, it is possible to provide a semiconductor light emitting element with high light emission efficiency.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0016]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor light emitting device of the present invention.
[0017]
This semiconductor light emitting device comprises an n-type
[0018]
These epitaxial layers are grown by the MOVPE method. The growth temperature at that time was about 700 ° C. (substrate temperature), the growth pressure was 70 Torr, and trimethylgallium and trimethylaluminum were used as Group III raw materials. Arsine was used as the Group V raw material. Hydrogen selenide was used as the n-type dopant, and diethylzinc (dimethylzinc may be used) as the p-type dopant.
[0019]
The number of pairs of well layers and barrier layers of the multi-quantum well
[0020]
Further, it is preferable that the AlAs mixed crystal ratio of the well layer is X1, the AlAs mixed crystal ratio of the barrier layer is X2, and X2−X1 ≧ 0.2.
[0021]
When a plurality of
[0022]
The anodes may be arranged from one side of the arrangement so as to be orthogonal to the arrangement direction of the
[0023]
Next, a prototype LED array with 600 dpi and a light emission wavelength of 740 nm was produced. As shown in FIG. 2, when the number of well / barrier layer pairs of the AlGaAs multiple quantum well
[0024]
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the number of pairs in the multi-quantum well active layer and the normalized light output. The horizontal axis indicates the number of pairs in the multi-quantum well active layer, and the vertical axis indicates the normalized light output.
[0025]
As described above, the LED array type light emitting device of the present invention employs a multiple quantum well active layer comprising a pair of an AlGaAs well and a barrier layer, and the number of pairs is 50 to 150 pairs to maximize luminous efficiency. The multi-quantum well active layer thus optimized can provide high luminous efficiency.
[0026]
Here, in the above-described embodiment, the p-side-up LED array has been described as an example. However, the present invention can also be applied to an n-side-up LED array formed on a p-type GaAs substrate.
[0027]
In addition, the p-type dopant of the epitaxial layer may be Zn, Mg, C, or a combination thereof, and the n-type dopant may be Se, Si, Te, or a combination thereof.
[0028]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, it is possible to realize a semiconductor light emitting device with high luminous efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor light emitting device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the number of pairs of multiple quantum well active layers and the normalized light emission output.
[Explanation of symbols]
1 n-type GaAs substrate 2 n-type buffer layer 3 n-type AlGaAs / AlGaAs multiple reflection film 4 n-type
9 p-side ohmic contact electrode (anode)
10 Light emitting part
Claims (1)
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