JP4039204B2 - Epitaxial wafer for semiconductor light emitting device and 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、高輝度、高信頼性の半導体発光素子用エピタキシャルウェハ及び半導体発光素子の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャルウェハを用いて製造する高輝度の赤色および黄色発光ダイオードの需要が大幅に伸びている。主な用途は、交通用信号、自動車のブレーキランプ、フォグランプなどである。
【０００３】
図５に赤色帯のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの典型的な構造を示す。全てのエピタキシャル層は有機金属気相成長法（以降ＭＯＶＰＥ法と書く）によって成長している。ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ＳｅまたはＳｉをドープしたｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４、Ｚｎをドープしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５、Ｚｎをドープしたｐ型ＧａＰ電流分散層６ａ（ウインドウ層と呼ばれる場合もある）を順次積層した構造となっている。
【０００４】
また、近年、発光層を、障壁層（Ｚｎを添加したｐ型ＩｎＧａＡｓＰ）と井戸層（Ｚｎを添加したｐ型ＩｎＧａＡｓＰ）とが交互に設けられて成る多重量子井戸構造としたＬＥＤも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１５０３９号公報（段落番号００２４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、更なる高信頼性、高出力、且つ安価な半導体発光素子の提供が望まれている。
【０００７】
図５に示した従来の赤色帯ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの素子構造の場合について、具体的に説明する。なお、エピタキシャル層名称のｎ−、ｐ−はエピタキシャル層がそれぞれｎ型、ｐ型であることを表している。
【０００８】
図５において、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層（厚さ５００nm、Ｓｅドープ：１×１０18cm-3）２、ｎ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（厚さ５００nm、Ｓｅドープ：１×１０18cm-3）３、アンドープ（Ａｌ0.15Ｇａ0.85）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層（厚さ６００nm）４、ｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（厚さ５００nm、Ｚｎドープ：５×１０17cm-3）５、ｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ１４０００nm、Ｚｎドープ：３×１０18cm-3）６ａを順次成長させて成膜する。更に、上記ｎ−ＧａＡｓ基板１の成長層とは反対側表面全面に電極８を形成し、又、ｐ−ＧａＰ電流分散層６ａ上の表面に直径０．１３mmの円形電極７を形成する。
【０００９】
この様にして構成された電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウェハを上記円形電極７が中心になる様に０．３mm角に切断し、更にＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）した。更にマウントされたＬＥＤベアチップに、ワイヤボンディングを行った。
【００１０】
このようにして製作されたＬＥＤ素子（ベアチップ）は、２０mA通電時の発光出力が、２．５０mWであった。図７に発光パターン断面を示す。又このＬＥＤ素子電流電圧特性を調べた結果、図６に示すようであった。このためＬＥＤを駆動するための電圧が変動すると、ＬＥＤに過電流が流れてしまい、ＬＥＤが壊れてしまうという問題があった。
【００１１】
上記したように、従来の構成では電圧変動が起こると、ＬＥＤに過電流が流れてしまい、ＬＥＤが壊れてしまうという問題があった。またＬＥＤの発光出力を高くするためには、電流分散層を厚くする必要がある。このため製造コストが、高くなっていた。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ある程度の電圧変動が起こっても壊れないＬＥＤ、つまり高信頼性であり、且つ高出力で安価に製造できる半導体発光素子用エピタキシャルウェハ及び半導体発光素子を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１４】
請求項１の発明に係る半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、第一導電型の半導体基板上に、第一導電型のクラッド層、アンドープ活性層、第二導電型のクラッド層、更に第二導電型の電流分散層が順次積層された半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、第二導電型電流分散層中に、膜厚が５０から１０００ｎｍのアンドープ層と第二導電型層とを交互に形成し、且つ前記アンドープ層を少なくとも２層以上形成し、前記アンドープ層のそれぞれは全て、前記第二導電型層に挟まれている構造をしていることを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第二導電型電流分散層がＧａＰ層であり、前記第二導電型電流分散層中にあるアンドープ層が、ＧａＰ層、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかであることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第二導電型電流分散層がＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５≦ｘ）層であり、前記第二導電型電流分散層中にあるアンドープ層が、ＧａＰ層、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかであることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第二導電型電流分散層が（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層であり、前記第二導電型電流分散層中にあるアンドープ層が、ＧａＰ層、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかであることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、第二導電型電流分散層にＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃの何れかのドーパントが添加されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第二導電型電流分散層が、成長時のＶ／III比（Ｖ族原料とIII族原料の供給量比）を１０以下として形成され、その第二導電型電流分散層中に形成する前記アンドープ層が、成長時のＶ／III比を１００以上とし、且つドーパントを添加しないで形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記第二導電型電流分散層が、Ｃのオートドープにより第二導電型に形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【００２１】
請求項８の発明に係る半導体発光素子は、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハを用いて製作したことを特徴とする。
【００２２】
＜発明の要点＞
本発明の要点は、ある程度の電圧変動が起こっても壊れないＬＥＤとする上記目的を達するために、第二導電型電流分散層６ａ内に抵抗層としてアンドープ層６ｂを挿入することが有効であることを見出したことにある。また第二導電型電流分散層６ａとアンドープ層６ｂとを交互に形成し、且つ前記アンドープ層６ｂを２層以上にすることにより、電流分散効果があることを見出したことにある。これらにより、高出力、高信頼性のＬＥＤ、又はＬＥＤ用エピタキシャルウェハが製作可能になった。
【００２３】
また、第二導電型電流分散層６ａの膜厚を薄くしても、十分に電流分散できるようになったため、発光出力を低下することなく第二導電型電流分散層の膜厚を薄くできるようになった。よって、高信頼性であり、且つ高出力で安価なＬＥＤ、又ＬＥＤ用エピタキシャルウェハが製作可能になった。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２５】
本実施形態のＬＥＤ用エピタキシャルウェハは、図５で説明した赤色帯ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの素子構造において、第二導電型電流分散層中にアンドープ抵抗層（アンドープ層）を複数層形成し、発光出力及び信頼性の向上を図ったものである。
【００２６】
ここで取り扱うＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、発光波長６２０nm付近の赤色発光ダイオードであり、図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板（第一導電型基板）１上に、Ｓｅドープｎ型ＧａＡｓバッファ層（第一導電型バッファ層）２、Ｓｅドープｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第一導電型クラッド層）（第一クラッド層）３、該クラッド層よりバンドギャップエネルギーが小さいアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層（アンドープ活性層）４、該活性層よりバンドギャップエネルギーが大きい組成のｐ型（Ｚｎドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第二導電型クラッド層）（第二クラッド層）５、ｐ型多層電流分散層（第二導電型電流分散層）６を積層した構造を有する。
【００２７】
この多層電流分散層６は、第二導電型電流分散層中にアンドープ抵抗層（アンドープ層）６ｂと第二導電型層（第二導電型電流分散層）６ａとを交互に形成し、且つアンドープ抵抗層６ｂを少なくとも２層以上形成したものから成る。
【００２８】
このｐ型多層電流分散層６の第一の形態は、具体的には、第二導電型電流分散層６ａがＧａＰ層であり、アンドープ抵抗層６ｂが、ＧａＰ層、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかである形態である。
【００２９】
第二の形態は、第二導電型電流分散層６ａがＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５≦ｘ）層であり、アンドープ抵抗層６ｂが、ＧａＰ層、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかである形態である。
【００３０】
第三の形態は、第二導電型電流分散層６ａが（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層であり、アンドープ抵抗層６ｂが、ＧａＰ層、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかである形態である。
【００３１】
第二導電型電流分散層６ａが、ＧａＰである場合（第一の形態）、ＡｌＧａＡｓである場合（第二の形態）、ＡｌＧａＩｎＰである場合（第三の形態）の作用の優劣を比較すると、発光波長が短くなるにつれＧａＰが有利になる。赤色から黄色（波長６５０〜５９５nm）程度の波長であれば、ＧａＰとＡｌＧａＡｓの優劣にさほど差が認められない。そして、優れている順に強いて並べれば、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰの順になる。
【００３２】
上記した３つの形態において、第二導電型電流分散層中の 全てのアンドープ抵抗層は、第二導電型電流分散層に挟まれている構造とするのが好ましい。なお、第二クラッド層５を形成する主たる材料は、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰのいずれであってもよい。
【００３３】
第二導電型電流分散層に添加されるドーパントには、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃの何れかを用いる。
【００３４】
この半導体発光素子の特徴ある製作方法の第一の形態として、第二導電型電流分散層成長時のＶ／III比を１０以下にし、前記第二導電型電流分散層中に形成するアンドープ抵抗層成長時のＶ／III比を１００以上であり、且つドーパントを添加しない方法がある。
【００３５】
また第二の形態として、第二導電型電流分散層を、Ｃのオートドーピングにより第二導電型とする製作方法がある。オートドーピングは、第二導電型電流分散層６ａに積極的にドーパントのＺｎを入れず、Ｖ／III比を低くして、Ｃが自然に添加されるようにする方法である。
【００３６】
【実施例】
＜実施例１＞
本発明の一実施例として、図１に示した構造の発光波長６３０nm付近の赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。ｎ−ＧａＡｓ基板１上にＭＯＶＰＥ法により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層（厚さ５００nm、Ｓｅドープ１×１０18cm-3）２、ｎ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（厚さ５００nm、Ｓｅドープ：１×１０18cm-3）３、アンドープ（Ａｌ0.15Ｇａ0.85）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層（厚さ６００nm）４、ｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（厚さ５００nm、Ｚｎドープ：５×ｌ０17cm-3）５、ｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ２０００nm、Ｚｎドープ：３×１０18cm-3）６ａ、アンドープＧａＰ抵抗層（厚さ５００nm）６ｂ、ｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ５００nm、Ｚｎドープ：３×１０18cm-3）６ａ、アンドープＧａＰ抵抗層（厚さ５００nm）６ｂ、ｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ５００nm、Ｚｎドープ：３×１０18cm-3）６ａ、アンドープＧａＰ抵抗層（厚さ５００nm）６ｂ、ｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ５００nm、Ｚｎドープ：３×１０18cm-3）６ａ、アンドープＧａＰ抵抗層（厚さ５００nm）６ｂ、ｐ−ＧａＰ電流分散層（厚さ２０００nm、Ｚｎドープ：３×１０18cm-3）６ａを順次成長させて成膜した。
【００３７】
また、前記アンドープ抵抗層６ｂのみをＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓに変えたものと、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐにしたものも、製作した。この時のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ及び（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ抵抗層６ｂの膜厚は、前記したアンドープＧａＰ抵抗層６ｂの膜厚と同じ５００nmとした。
【００３８】
以上のように、アンドープ抵抗層６ｂの材料のみが異なった３種類のエピタキシャルウェハを製作した。
【００３９】
ＭＯＶＰＥ法による成長は、成長温度７００℃、成長圧力５０Torr（６６．７ｈｐａ）で行った。電流分散層以外の各層の成長速度は０．３〜１．０nm／ｓ、Ｖ／III比は３００〜６００で行った。ｐ−ＧａＰ電流分散層６ａ及びアンドープＧａＰ、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ抵抗層（厚さ５００nm）６ｂは、Ｖ／III比、１００で行った。
【００４０】
更に、上記ｐ−ＧａＰ電流分散層６ａ表面、つまりチップ上面に直径０．１３mmの円形のｐ側電極（第二導電型電極）７を蒸着により形成した。又ｎ−ＧａＡｓ基板１の成長層とは反対側表面全面に、ｎ側電極（第一導電型電極）８を蒸着により形成した。ｐ型電極は、金・亜鉛、ニッケル、金を、それぞれ６０nm、１０nm、１０００nmの順に蒸着し、ｎ型電極は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞれ６０nm、１０nm、５００nmの順に蒸着した。
【００４１】
更に、ｐ型の円形電極７及びｎ型電極８が設けられた電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウェハを、前記円形電極が中心になる様に０．３mm角に切断し、更にＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）した。更にマウントされたＬＥＤベアチップに、ワイヤボンディングを行った。
【００４２】
この様にして製作された３種類のＬＥＤ素子（ベアチップ）の、２０mA通電時の発光出力を測定した。結果（ＧａＰ電流分散層時のアンドープ抵抗層材料と発光出力）を、まとめて表１に示す。また発光パターンの断面を図４に示す。
【００４３】
【表１】
発光出力は、表１に示したように、従来と同等若しくはそれよりも、高くなった。
【００４５】
又この３種類のＬＥＤ素子（樹脂でモールドされていない）の、電流電圧特性も調べた。その結果、３種類全てのＬＥＤで、３Ｖ以上の電圧が印加されてもＬＥＤが壊れないことが確認された。代表的な電流電圧特性を、図２に示す。因みに図２は、アンドープ抵抗層６ｂがＧａＰ層である時のものである。
【００４６】
上記表１及び図２の結果が示すように、第二導電型電流分散層６ａ中にアンドープ抵抗層６ｂを２層以上設けたことにより、高発光出力及び高信頼性の半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハを製作することができた。また発光出力を低くすることなく、電流分散層（アンドープ抵抗層を含む）の膜厚を従来の約５０％の膜厚である７５００nmまで薄くできた。このため、半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造コスト低減に成功し、価格を大幅に低減することができた。
【００４７】
＜実施例２＞
実施例１と同じ構造のエピタキシャルウェハを、製作した。また成長条件、ＬＥＤ素子製作工程や評価方法も実施例１と同じである。但し、第二導電型電流分散層６ａの材料をＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓにし、第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの材料を、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、ＧａＰ、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐにしたものを、製作した。この時の、第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの膜厚は、実施例１と同じにし、更に第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂを加算した全体の膜厚が、実施例１と同じ７５００nmになるようにエピタキシャルウェハを製作した。つまり、第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの材料のみが実施例１と異なっているだけで、その他は、全て実施例１と同じである。上記した様にして製作された３種類のＬＥＤ素子（ベアチップ）の、２０mA通電時の発光出力を、まとめて表２に示す。
【００４８】
【表２】
発光出力は、表２に示したように、従来技術のＬＥＤと同等若しくはそれよりも、高くなった。
【００５０】
又この３種類のＬＥＤ素子（樹脂でモールドされていない）の、電流電圧特性も調べた。その結果、３種類全てのＬＥＤで、３Ｖ以上の電圧が印加されてもＬＥＤが壊れないことが確認された。代表的な電流電圧特性を、図３に示す。因みに図３は、アンドープ抵抗層６ｂがＡｌＧａＡｓ層である時のものである。
【００５１】
上記表２及び図３から判るように、第二導電型電流分散層６ａ中にアンドープ抵抗層６ｂを２層以上設けたことにより、高発光出力及び高信頼性の半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハを製作できた。また発光出力を低くすることなく、電流分散層（アンドープ抵抗層を合む）６の膜厚を従来の約５０％の膜厚である７５００nmまで薄くできた。このため、半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造コストの低減に成功し、価格を大幅に低減することができた。
【００５２】
＜実施例３＞
実施例１と同じ構造のエピタキシャルウェハを、製作した。また成長条件、ＬＥＤ素子製作工程や評価方法も実施例１と同じである。但し、第二導電型電流分散層６ａの材料を（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐにし、第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの材料を、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、ＧａＰ、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓにしたものを、製作した。この時の、第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの膜厚は、実施例１と同じにし、更に第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂを加算した全体の膜厚が、実施例１と同じ７５００nmになるようにエピタキシャルウェハを製作した。つまり、第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの材料のみが実施例１と異なっているだけで、その他は、全て実施例１と同じである。
【００５３】
上記した様にして製作された３種類のＬＥＤ素子（ベアチップ）の、２０mA通電時の発光出力を、まとめて表３に示す。
【００５４】
【表３】
発光出力は、表３に示したように、従来技術のＬＥＤと同等若しくはそれよりも、高くなった。
【００５６】
又この３種類のＬＥＤ素子（樹脂でモールドされていない）の、電流電圧特性も調べた。その結果、３種類全てのＬＥＤで、３Ｖ以上の電圧が印加されてもＬＥＤが壊れないことが確認された。代表的な電流電圧特性は、図２及び図３と同等である。
【００５７】
このため、第二導電型電流分散層６ａ中にアンドープ抵抗層６ｂを２層以上設けたことにより、高発光出力及び高信頼性の半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハを製作できた。また発光出力を低くすることなく、電流分散層（アンドープ抵抗層を含む）６の膜厚を従来の約５０％の膜厚である７５００nmまで薄くできた。このため、半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造コスト低減に成功し、価格を大幅に低減することができた。
【００５８】
＜実施例４＞
実施例１と同じ構造のエピタキシャルウェハを、製作した。また成長条件、ＬＥＤ素子製作工程や評価方法は、基本的に実施例１と同じである。但し、第二導電型電流分散層６ａの成長条件を、アンドープとした。更に前記第二導電型電流分散層６ａ成長時のＶ／III比（Ｖ族原料とIII族原料の供給量比）を、従来例や実施例１〜３の１００から、８に変えて成長した。この時の、第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂの膜厚は、実施例１〜３と同じにし、更に第二導電型電流分散層６ａと第二導電型電流分散層中のアンドープ抵抗層６ｂをたした全体の膜厚が、実施例１〜３と同じ７５００nmになるようにエピタキシャルウェハを製作した。つまり、第二導電型電流分散層６ａのＶ／III比を１００から８にしたことと、Ｚｎをドーピングせずにアンドープにしたことのみが実施例１〜３と異なっているだけで、その他は、全て実施例１〜３と同じである。
【００５９】
上記の様にして製作された９種類のＬＥＤ素子（ベアチップの、２０mA通電時）の発光出力を、まとめて表４に示す。
【００６０】
【表４】
発光出力は、表４に示したように、従来技術のＬＥＤ及び実施例１〜３のＬＥＤよりも、高くなった。
【００６２】
又この３種類のＬＥＤ素子（樹脂でモールドされていない）の、電流電圧特性も調べた。その結果、３種類全てのＬＥＤで、３Ｖ以上の電圧が印加されてもＬＥＤが壊れないことが確認された。代表的な電流電圧特性は、図２及び図３と同等である。
【００６３】
このため、第二導電型電流分散層６ａ中にアンドープ抵抗層６ｂを２層以上設け、且つ第二導電型電流分散層６ａにドーピングしていたＺｎを入れず、Ｖ／III比を低くしてＣのオートドーピングをしたことにより、実施例１〜３よりも、更に高出力にすることが出来た。実施例１〜３よりも発光出力が向上した原因は、成長中に活性層中に拡散しやすいドーパントが入れてないため、活性層中に形成される欠陥が少なくなったためである。
【００６４】
Ｖ／III比を低くして成長するとＣのオートドーピングができる理由は、Ｖ／III比が低くなると、原料である有機金属の分解が不完全になり、有機金属のＣが結晶中に取り込まれるからである。
【００６５】
実施例１〜３のＬＥＤの通電試験による信頼性は、１０００時間経過後で相対出力が９０％程度であったが、本実施例では、相対出力９８％と向上している。この時の通電条件は、チップ状態であり、２５℃で５０mA通電である。前記した信頼性の向上も、上記したドーパントの拡散が無いからである。
【００６６】
以上の結果から、実施例１〜３よりも高出力であり、且つ高信頼性の半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハを製作できた。また発光出力を低くすることなく、電流分散層（アンドープ抵抗層を含む）の膜厚を従来の約５０％の膜厚である７５００nmまで薄くできた。このため、半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造コストの低減に成功し、価格を大幅に低減することができた。
【００６７】
＜最適条件について＞
第二導電型電流分散層６ａ中にある上記アンドープ抵抗層６ｂの全厚が厚くなると、ＬＥＤが壊れる電圧を高くすることができる。しかし上記アンドープ抵抗層６ｂの全厚をあまり厚くしすぎると、ＬＥＤの駆動電圧が高くなる。このことから、上記アンドープ抵抗層６ｂの全厚には、適当な厚さがあり、厚くしすぎるのもあまり適しない。このため、上記アンドープ抵抗層６ｂの全厚は、５００〜３０００nmが適している。更に好ましいのは、８００〜２０００nmである。
【００６８】
第二導電型電流分散層６ａ中にある上記アンドープ抵抗層６ｂの各層の膜厚を薄くして、層数を増やした方が電流分散効果が高まり、発光出力は向上する。しかし、上記アンドープ抵抗層６ｂ一つの層の膜厚が薄すぎると、第二導電型電流分散層６ａ中に存在するＺｎの拡散により、抵抗層として機能しなくなる。このことから、上記アンドープ抵抗層６ｂ一つの層の膜厚には、適当な厚さがあり、薄くして総数を増やすのもあまり適しない。このため、上記アンドープ抵抗層６ｂの膜厚は、５０〜１０００nmが適している。更に好ましいのは、２００〜５００nmである。
【００６９】
第二導電型電流分散層６ａ及びアンドープ抵抗層６ｂは、発光層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半導体材料によって構成されると、活性層より発光した光に対し光吸収層となってしまうことから、ＬＥＤとしての発光出力を低下させてしまう。このことから、上記第二導電型電流分散層６ａ及びアンドープ抵抗層６ｂの材料は、発光層のバンドキャップよりも大きいバンドギャップを有する半導体材料によって構成することがより好ましい。
【００７０】
＜他の実施例、変形例＞
実施例では、表面電極の形状は、円形であるが、異形状、例えば四角、菱形、多角形等でも同様の効果を得ることができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明は、第一導電型の半導体基板上に第一導電型クラッド層、アンドープ活性層、第二導電型クラッド層、更に第二導電型電流分散層が積層された半導体発光素子において、第二導電型電流分散層中にアンドープ抵抗層を２層以上設けることにより、電圧変動に起因するＬＥＤ特性の劣化を防止し、更に電流分散効果を高めることに成功した。従って本発明により、高信頼性であり、且つ発光出力の優れたＬＥＤ及びＬＥＤ用エピタキシャルを得ることができた。また本発明により、発光出力を低くすることなく、電流分散層（アンドープ抵抗層を含む）の膜厚を従来の約５０％の膜厚である７５００nmまで薄くできた。このため、本発明は、半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造コストの低減に成功し、価格を大幅に低減することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面構造図である。
【図２】本発明の一実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの電流電圧特性図である。
【図３】本発明の他の実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの電流電圧特性図である。
【図４】本発明の一実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの発光パターンの断面図である。
【図５】従来技術にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの断面構造図である。
【図６】従来技術にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの電流電圧特性図である。
【図７】従来技術にかかるＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの発光パターンの断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ バッファ層
３ クラッド層
４ 活性層
５ クラッド層
６ 多層電流分散層
６ａ 第二導電型電流分散層
６ｂ アンドープ抵抗層（アンドープ層）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-brightness and high-reliability epitaxial wafer for a semiconductor light-emitting device and a structure of the semiconductor light-emitting device.
[0002]
[Prior art]
Recently, the demand for high-intensity red and yellow light-emitting diodes manufactured using AlGaInP-based epitaxial wafers has increased significantly. Main applications are traffic signals, automobile brake lamps, fog lights, etc.
[0003]
FIG. 5 shows a typical structure of a red band AlGaInP light emitting diode. All epitaxial layers are grown by metal organic vapor phase epitaxy (hereinafter referred to as MOVPE). On the n-
[0004]
In recent years, an LED having a multiple quantum well structure in which a light emitting layer is alternately provided with a barrier layer (p-type InGaAsP doped with Zn) and a well layer (p-type InGaAsP doped with Zn) has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-7-15039 (paragraph number 0024)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is desired to provide a semiconductor light emitting device with higher reliability, higher output, and lower cost.
[0007]
The case of the element structure of the conventional red band AlGaInP light emitting diode shown in FIG. 5 will be specifically described. The epitaxial layer names n− and p− indicate that the epitaxial layer is n-type and p-type, respectively.
[0008]
In FIG. 5, an n-GaAs buffer layer (thickness 500 nm, Se doped: 1 × 10 6) is formed on an n-
[0009]
The electrode-equipped LED epitaxial wafer thus constructed was cut into 0.3 mm square so that the
[0010]
The LED element (bare chip) manufactured in this way had a light emission output of 2.50 mW when energized with 20 mA. FIG. 7 shows a light emission pattern cross section. Further, as a result of examining the current-voltage characteristics of the LED element, it was as shown in FIG. For this reason, when the voltage for driving the LED fluctuates, there is a problem that an overcurrent flows through the LED and the LED is broken.
[0011]
As described above, in the conventional configuration, when a voltage change occurs, an overcurrent flows through the LED, causing a problem that the LED is broken. In order to increase the light emission output of the LED, it is necessary to increase the thickness of the current dispersion layer. For this reason, the manufacturing cost was high.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an LED that does not break even when a certain voltage fluctuation occurs, that is, an epitaxial wafer for semiconductor light-emitting elements and semiconductor light-emitting that is highly reliable and can be manufactured at high output and low cost It is to provide an element.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
[0014]
An epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to the invention of
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to the first aspect, the second conductive type current spreading layer is a GaP layer, and the undoped layer in the second conductive type current spreading layer is GaP. Layer, Al x Ga 1-x As (0.5 ≦ x) layer or (Al x Ga 1-x ) y In 1-y It is one of P (0.5 ≦ x, 0.5 ≦ y) layers.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to the first aspect, the second conductivity type current spreading layer is made of Al. x Ga 1-x As (0.5 ≦ x) layer, and the undoped layer in the second conductivity type current spreading layer is a GaP layer, Al x Ga 1-x As (0.5 ≦ x) layer or (Al x Ga 1-x ) y In 1-y It is one of P (0.5 ≦ x, 0.5 ≦ y) layers.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, in the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to the first aspect, the second conductivity type current spreading layer is (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0.5 ≦ x, 0.5 ≦ y) layer, and the undoped layer in the second conductivity type current spreading layer is a GaP layer, Al x Ga 1-x As (0.5 ≦ x) layer or (Al x Ga 1-x ) y In 1-y It is one of P (0.5 ≦ x, 0.5 ≦ y) layers.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, in the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to any one of the first to fourth aspects, a dopant of any one of Zn, Mg, Be, and C is added to the second conductivity type current spreading layer. It is characterized by being.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, in the epitaxial wafer for a semiconductor light-emitting device according to any one of the first to fifth aspects, the second conductivity type current spreading layer has a V / III ratio (Group V material and Group III during growth). The undoped layer formed in the second conductivity type current dispersion layer is formed with a V / III ratio of 100 or more during growth and without addition of a dopant. It is characterized by.
[0020]
A seventh aspect of the present invention is the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the second conductivity type current spreading layer is formed to a second conductivity type by auto-doping of C. An epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device characterized by the above.
[0021]
A semiconductor light emitting device according to an eighth aspect of the present invention is manufactured using the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to any one of the first to seventh aspects.
[0022]
<Key points of the invention>
The main point of the present invention is that it is effective to insert an undoped layer 6b as a resistance layer in the second conductivity type current spreading layer 6a in order to achieve the above-mentioned purpose of making an LED that does not break even if a certain voltage fluctuation occurs. I found out that. Further, it has been found that there is a current dispersion effect by alternately forming the second conductivity type current spreading layers 6a and the undoped layers 6b and making the undoped layers 6b two or more. As a result, a high-output, high-reliability LED or an epitaxial wafer for LED can be manufactured.
[0023]
In addition, even if the thickness of the second conductivity type current spreading layer 6a is reduced, the current can be sufficiently dispersed, so that the thickness of the second conductivity type current spreading layer can be reduced without reducing the light emission output. Became. Therefore, it has become possible to manufacture high-reliability, high-output, inexpensive LEDs and LED epitaxial wafers.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on illustrated embodiments.
[0025]
The LED epitaxial wafer of the present embodiment has a light emitting output in which a plurality of undoped resistance layers (undoped layers) are formed in the second conductivity type current spreading layer in the element structure of the red band AlGaInP light emitting diode described in FIG. And improvement of reliability.
[0026]
The AlGaInP light emitting diode handled here is a red light emitting diode having an emission wavelength of about 620 nm. As shown in FIG. 1, an Se-doped n-type GaAs buffer layer (on a n-type GaAs substrate (first conductivity type substrate) 1). (First conductivity type buffer layer) 2, Se-doped n-type AlGaInP cladding layer (first conductivity type cladding layer) (first cladding layer) 3, undoped AlGaInP active layer (undoped active layer) having a smaller band gap energy than the cladding layer 4. p-type (Zn-doped) AlGaInP clad layer (second conductivity type clad layer) (second clad layer) 5 having a larger bandgap energy than the
[0027]
The multilayer current spreading
[0028]
Specifically, the first form of the p-type multilayer
[0029]
In the second embodiment, the second conductivity type current spreading layer 6a is made of Al. x Ga 1-x As (0.5 ≦ x) layer, the undoped resistance layer 6b is a GaP layer, Al x Ga 1-x As (0.5 ≦ x) layer or (Al x Ga 1-x ) y In 1-y It is a form that is one of P (0.5 ≦ x, 0.5 ≦ y) layers.
[0030]
In the third embodiment, the second conductivity type current spreading layer 6a is (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0.5 ≦ x, 0.5 ≦ y) layer, and the undoped resistance layer 6b is a GaP layer, Al x Ga 1-x As (0.5 ≦ x) layer or (Al x Ga 1-x ) y In 1-y It is a form that is one of P (0.5 ≦ x, 0.5 ≦ y) layers.
[0031]
When the second conductivity type current spreading layer 6a is GaP (first form), when it is AlGaAs (second form), when it is AlGaInP (third form), the superiority or inferiority of the action is compared. GaP becomes more advantageous as the emission wavelength becomes shorter. If the wavelength is from red to yellow (wavelength of 650 to 595 nm), there is no significant difference between GaP and AlGaAs. If they are arranged in order of superiority, GaP, AlGaAs, and AlGaInP are arranged in this order.
[0032]
In the three forms described above, it is preferable that all undoped resistance layers in the second conductivity type current spreading layer are sandwiched between the second conductivity type current spreading layers. The main material for forming the
[0033]
Any of Zn, Mg, Be, and C is used as the dopant added to the second conductivity type current spreading layer.
[0034]
As a first form of a characteristic manufacturing method of this semiconductor light emitting device, an undoped resistance layer formed in the second conductivity type current spreading layer by setting the V / III ratio during growth of the second conductivity type current spreading layer to 10 or less There is a method in which the V / III ratio during growth is 100 or more and no dopant is added.
[0035]
As a second form, there is a manufacturing method in which the second conductivity type current spreading layer is made to be the second conductivity type by C autodoping. Auto-doping is a method in which the dopant Zn is not positively added to the second conductivity type current spreading layer 6a, and the V / III ratio is lowered so that C is naturally added.
[0036]
【Example】
<Example 1>
As an example of the present invention, an epitaxial wafer for a red light emitting diode having a structure shown in FIG. An n-GaAs buffer layer (thickness 500 nm, Se doped 1 × 10 6) is formed on the n-
[0037]
Further, only the undoped resistance layer 6b is made of Al. 0.5 Ga 0.5 What changed to As and (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 I also made what P. Al at this time 0.5 Ga 0.5 As and (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 The thickness of the P resistance layer 6b was set to 500 nm, which is the same as the thickness of the undoped GaP resistance layer 6b.
[0038]
As described above, three types of epitaxial wafers were produced which differ only in the material of the undoped resistance layer 6b.
[0039]
Growth by the MOVPE method was performed at a growth temperature of 700 ° C. and a growth pressure of 50 Torr (66.7 hpa). The growth rate of each layer other than the current spreading layer was 0.3 to 1.0 nm / s, and the V / III ratio was 300 to 600. p-GaP current spreading layer 6a and undoped GaP, Al 0.5 Ga 0.5 As, (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 The P resistance layer (thickness 500 nm) 6b was performed at a V / III ratio of 100.
[0040]
Further, a circular p-side electrode (second conductivity type electrode) 7 having a diameter of 0.13 mm was formed on the surface of the p-GaP current dispersion layer 6a, that is, the upper surface of the chip by vapor deposition. Further, an n-side electrode (first conductivity type electrode) 8 was formed on the entire surface of the n-
[0041]
Further, the electrode-equipped LED epitaxial wafer provided with the p-
[0042]
The light emission output of the three types of LED elements (bare chips) manufactured in this way when 20 mA was energized was measured. The results (undoped resistance layer material and light emission output during GaP current dispersion layer) are collectively shown in Table 1. A cross section of the light emission pattern is shown in FIG.
[0043]
[Table 1]
As shown in Table 1, the light emission output was equal to or higher than the conventional one.
[0045]
The current-voltage characteristics of these three types of LED elements (not molded with resin) were also examined. As a result, it was confirmed that the LED was not broken even when a voltage of 3 V or higher was applied to all three types of LEDs. A typical current-voltage characteristic is shown in FIG. FIG. 2 shows the case where the undoped resistance layer 6b is a GaP layer.
[0046]
As shown in the results of Table 1 and FIG. 2, by providing two or more undoped resistance layers 6b in the second conductivity type current spreading layer 6a, a semiconductor light emitting device and a semiconductor light emitting device with high light emission output and high reliability can be obtained. An epitaxial wafer for devices could be manufactured. Further, the thickness of the current dispersion layer (including the undoped resistance layer) can be reduced to 7500 nm, which is about 50% of the conventional thickness, without reducing the light output. For this reason, the manufacturing cost of the semiconductor light emitting device and the epitaxial wafer for the semiconductor light emitting device was successfully reduced, and the price could be greatly reduced.
[0047]
<Example 2>
An epitaxial wafer having the same structure as in Example 1 was manufactured. The growth conditions, the LED element manufacturing process, and the evaluation method are the same as those in the first embodiment. However, the material of the second conductivity type current spreading layer 6a is Al. 0.5 Ga 0.5 As, and the material of the undoped resistance layer 6b in the second conductivity type current spreading layer is Al 0.5 Ga 0.5 As, GaP, (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 I made what P. At this time, the film thicknesses of the second conductivity type current spreading layer 6a and the undoped resistance layer 6b in the second conductivity type current spreading layer are the same as those in the first embodiment. An epitaxial wafer was manufactured so that the total film thickness of the undoped resistance layer 6b in the conductive type current spreading layer was 7500 nm, the same as in Example 1. That is, only the material of the second conductivity type current spreading layer 6a and the undoped resistance layer 6b in the second conductivity type current spreading layer is different from that of the first embodiment, and the rest is the same as the first embodiment. Table 2 summarizes the light emission output of the three types of LED elements (bare chips) manufactured as described above when energized with 20 mA.
[0048]
[Table 2]
As shown in Table 2, the light output was equal to or higher than that of the prior art LED.
[0050]
The current-voltage characteristics of these three types of LED elements (not molded with resin) were also examined. As a result, it was confirmed that the LED was not broken even when a voltage of 3 V or higher was applied to all three types of LEDs. A typical current-voltage characteristic is shown in FIG. FIG. 3 shows the case where the undoped resistance layer 6b is an AlGaAs layer.
[0051]
As can be seen from Table 2 and FIG. 3, by providing two or more undoped resistance layers 6b in the second conductivity type current spreading layer 6a, a semiconductor light emitting device and a semiconductor light emitting device with high light emission output and high reliability can be obtained. An epitaxial wafer could be manufactured. Further, the thickness of the current dispersion layer (including the undoped resistance layer) 6 can be reduced to 7500 nm, which is about 50% of the conventional thickness, without reducing the light output. For this reason, the manufacturing cost of the semiconductor light emitting device and the epitaxial wafer for semiconductor light emitting device was successfully reduced, and the price could be greatly reduced.
[0052]
<Example 3>
An epitaxial wafer having the same structure as in Example 1 was manufactured. The growth conditions, the LED element manufacturing process, and the evaluation method are the same as those in the first embodiment. However, the material of the second conductivity type current spreading layer 6a is (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P, and the material of the undoped resistance layer 6b in the second conductivity type current spreading layer is (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P, GaP, Al 0.5 Ga 0.5 I made something that was made into As. At this time, the film thicknesses of the second conductivity type current spreading layer 6a and the undoped resistance layer 6b in the second conductivity type current spreading layer are the same as those in the first embodiment. An epitaxial wafer was manufactured so that the total film thickness of the undoped resistance layer 6b in the conductive type current spreading layer was 7500 nm, the same as in Example 1. That is, only the material of the second conductivity type current spreading layer 6a and the undoped resistance layer 6b in the second conductivity type current spreading layer is different from that of the first embodiment, and the rest is the same as the first embodiment.
[0053]
Table 3 summarizes the light emission output of the three types of LED elements (bare chips) manufactured as described above when energized with 20 mA.
[0054]
[Table 3]
As shown in Table 3, the light output was equal to or higher than that of the prior art LED.
[0056]
The current-voltage characteristics of these three types of LED elements (not molded with resin) were also examined. As a result, it was confirmed that the LED was not broken even when a voltage of 3 V or higher was applied to all three types of LEDs. Typical current-voltage characteristics are the same as those in FIGS.
[0057]
Therefore, by providing two or more undoped resistance layers 6b in the second conductivity type current spreading layer 6a, a semiconductor light emitting device with high light emission output and high reliability and an epitaxial wafer for semiconductor light emitting devices can be manufactured. Further, the thickness of the current dispersion layer (including the undoped resistance layer) 6 can be reduced to 7500 nm, which is about 50% of the conventional thickness, without reducing the light output. For this reason, the manufacturing cost of the semiconductor light emitting device and the epitaxial wafer for the semiconductor light emitting device was successfully reduced, and the price could be greatly reduced.
[0058]
<Example 4>
An epitaxial wafer having the same structure as in Example 1 was manufactured. The growth conditions, the LED element manufacturing process, and the evaluation method are basically the same as those in the first embodiment. However, the growth condition of the second conductivity type current spreading layer 6a was undoped. Further, the V / III ratio (supply ratio of the V group raw material and the III group raw material) during the growth of the second conductivity type current spreading layer 6a was changed from 100 in the conventional example and Examples 1 to 3 to grow. . At this time, the film thicknesses of the second conductivity type current spreading layer 6a and the undoped resistance layer 6b in the second conductivity type current spreading layer are the same as those in Examples 1 to 3, and the second conductivity type current spreading layer 6a An epitaxial wafer was manufactured so that the total film thickness of the undoped resistance layer 6b in the second conductivity type current spreading layer was 7500 nm, which was the same as in Examples 1 to 3. That is, only the V / III ratio of the second conductivity type current spreading layer 6a was changed from 100 to 8 and that the Zn was not doped but was undoped. All are the same as in Examples 1-3.
[0059]
Table 4 summarizes the light emission outputs of the nine types of LED elements manufactured as described above (bare chip at 20 mA energization).
[0060]
[Table 4]
As shown in Table 4, the light emission output was higher than that of the prior art LED and the LEDs of Examples 1 to 3.
[0062]
The current-voltage characteristics of these three types of LED elements (not molded with resin) were also examined. As a result, it was confirmed that the LED was not broken even when a voltage of 3 V or higher was applied to all three types of LEDs. Typical current-voltage characteristics are the same as those in FIGS.
[0063]
Therefore, two or more undoped resistance layers 6b are provided in the second conductivity type current spreading layer 6a, and Zn doped in the second conductivity type current spreading layer 6a is not added, and the V / III ratio is lowered. By performing auto-doping of C, it was possible to achieve higher output than in Examples 1 to 3. The reason why the light emission output is improved as compared with Examples 1 to 3 is that a dopant that easily diffuses into the active layer during growth is not included, and therefore defects formed in the active layer are reduced.
[0064]
The reason why auto-doping of C is possible when growing at a low V / III ratio is that when the V / III ratio is low, decomposition of the organic metal as a raw material becomes incomplete, and C of the organic metal is taken into the crystal. Because.
[0065]
In the reliability of the LEDs of Examples 1 to 3, the relative output was about 90% after 1000 hours, but in this example, the relative output was improved to 98%. The energization condition at this time is a chip state, and 50 mA energization at 25 ° C. This is because the above-described improvement in reliability is due to the absence of the dopant diffusion described above.
[0066]
From the above results, it was possible to manufacture a semiconductor light emitting element and an epitaxial wafer for a semiconductor light emitting element having higher output and higher reliability than those of Examples 1 to 3. Further, the thickness of the current dispersion layer (including the undoped resistance layer) can be reduced to 7500 nm, which is about 50% of the conventional thickness, without reducing the light output. For this reason, the manufacturing cost of the semiconductor light emitting device and the epitaxial wafer for semiconductor light emitting device was successfully reduced, and the price could be greatly reduced.
[0067]
<About optimum conditions>
When the total thickness of the undoped resistance layer 6b in the second conductivity type current spreading layer 6a is increased, the voltage at which the LED is broken can be increased. However, if the total thickness of the undoped resistance layer 6b is too large, the driving voltage of the LED becomes high. Therefore, the total thickness of the undoped resistance layer 6b has an appropriate thickness, and it is not very suitable to make it too thick. For this reason, the total thickness of the undoped resistive layer 6b is suitably 500 to 3000 nm. More preferred is 800 to 2000 nm.
[0068]
When the thickness of each layer of the undoped resistance layer 6b in the second conductivity type current spreading layer 6a is reduced and the number of layers is increased, the current spreading effect is enhanced and the light emission output is improved. However, if the thickness of one layer of the undoped resistance layer 6b is too thin, it will not function as a resistance layer due to the diffusion of Zn present in the second conductivity type current spreading layer 6a. For this reason, the thickness of one layer of the undoped resistance layer 6b has an appropriate thickness, and it is not very suitable to reduce the thickness to increase the total number. For this reason, the film thickness of the undoped resistance layer 6b is suitably 50 to 1000 nm. More preferred is 200 to 500 nm.
[0069]
When the second conductivity type current spreading layer 6a and the undoped resistance layer 6b are made of a semiconductor material having a band gap smaller than the band gap of the light emitting layer, the second conductive type current spreading layer 6a and the undoped resistance layer 6b become light absorbing layers for the light emitted from the active layer. For this reason, the light emission output as the LED is reduced. For this reason, it is more preferable that the material of the second conductivity type current spreading layer 6a and the undoped resistance layer 6b is composed of a semiconductor material having a larger band gap than the band cap of the light emitting layer.
[0070]
<Other embodiments and modifications>
In the embodiment, the shape of the surface electrode is circular, but the same effect can be obtained even if the shape is different, for example, square, rhombus, polygon.
[0071]
【The invention's effect】
The present invention relates to a semiconductor light emitting device in which a first conductivity type cladding layer, an undoped active layer, a second conductivity type cladding layer, and a second conductivity type current spreading layer are stacked on a first conductivity type semiconductor substrate. By providing two or more undoped resistance layers in the conductive type current spreading layer, the LED characteristics were prevented from deteriorating due to voltage fluctuation, and the current spreading effect was further improved. Therefore, according to the present invention, it was possible to obtain a highly reliable LED and an LED epitaxial having excellent light emission output. Further, according to the present invention, the thickness of the current dispersion layer (including the undoped resistance layer) can be reduced to 7500 nm, which is about 50% of the conventional thickness, without reducing the light emission output. For this reason, this invention succeeded in the reduction of the manufacturing cost of the semiconductor light-emitting device and the epitaxial wafer for semiconductor light-emitting devices, and was able to reduce a price significantly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional structure diagram of an AlGaInP red LED according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a current-voltage characteristic diagram of an AlGaInP red LED according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a current-voltage characteristic diagram of an AlGaInP red LED according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a light emission pattern of an AlGaInP red LED according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an AlGaInP red LED according to the prior art.
FIG. 6 is a current-voltage characteristic diagram of an AlGaInP red LED according to the prior art.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a light emission pattern of an AlGaInP red LED according to the prior art.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 Buffer layer
3 Clad layer
4 Active layer
5 Clad layer
6 Multi-layer current spreading layer
6a Second conductivity type current spreading layer
6b Undoped resistance layer (undoped layer)
Claims (8)
第二導電型電流分散層中に、膜厚が５０から１０００ｎｍのアンドープ層と第二導電型層とを交互に形成し、且つ前記アンドープ層を少なくとも２層以上形成し、
前記アンドープ層のそれぞれは全て、前記第二導電型層に挟まれている構造をしていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。An epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device, in which a first conductivity type cladding layer, an undoped active layer, a second conductivity type cladding layer, and a second conductivity type current spreading layer are sequentially laminated on a first conductivity type semiconductor substrate. In
In the second conductivity type current spreading layer , undoped layers having a thickness of 50 to 1000 nm and second conductivity type layers are alternately formed, and at least two or more undoped layers are formed ,
Each of the undoped layers has a structure sandwiched between the second conductivity type layers . An epitaxial wafer for a semiconductor light-emitting element, wherein:
前記第二導電型電流分散層がＧａＰ層であり、
前記第二導電型電流分散層中にあるアンドープ層が、ＧａＰ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかであることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。In the epitaxial wafer for semiconductor light emitting elements according to claim 1,
The second conductivity type current spreading layer is a GaP layer;
The undoped layer in the second conductivity type current spreading layer is a GaP layer, an Al x Ga 1-x As (0.5 ≦ x) layer, or (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 .5 ≦ x, 0.5 ≦ y) any one of the layers, and an epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device.
前記第二導電型電流分散層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層であり、
前記第二導電型電流分散層中にあるアンドープ層が、ＧａＰ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかであることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。In the epitaxial wafer for semiconductor light emitting elements according to claim 1,
The second conductivity type current spreading layer is an Al x Ga 1-x As (0.5 ≦ x) layer;
The undoped layer in the second conductivity type current spreading layer is a GaP layer, an Al x Ga 1-x As (0.5 ≦ x) layer, or (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 .5 ≦ x, 0.5 ≦ y) any one of the layers, and an epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device.
前記第二導電型電流分散層が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層であり、
前記第二導電型電流分散層中にあるアンドープ層が、ＧａＰ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．５≦ｘ）層又は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．５≦ｘ、０．５≦ｙ）層のいずれかであることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。In the epitaxial wafer for semiconductor light emitting elements according to claim 1,
The second conductivity type current spreading layer is an (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0.5 ≦ x, 0.5 ≦ y) layer,
The undoped layer in the second conductivity type current spreading layer is a GaP layer, an Al x Ga 1-x As (0.5 ≦ x) layer, or (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 .5 ≦ x, 0.5 ≦ y) any one of the layers, and an epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device.
第二導電型電流分散層にＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃの何れかのドーパントが添加されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。In the epitaxial wafer for semiconductor light emitting elements in any one of Claims 1-4,
An epitaxial wafer for a semiconductor light emitting element, wherein a dopant of any one of Zn, Mg, Be, and C is added to the second conductivity type current spreading layer.
前記第二導電型電流分散層が、成長時のＶ／ＩＩＩ比を１０以下として形成され、
その第二導電型電流分散層中に形成する前記アンドープ層が、成長時のＶ／ＩＩＩ比を１００以上とし、且つドーパントを添加しないで形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。In the epitaxial wafer for semiconductor light-emitting devices in any one of Claims 1-5,
The second conductivity type current spreading layer is formed with a V / III ratio during growth of 10 or less,
An epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device, wherein the undoped layer formed in the second conductivity type current spreading layer has a V / III ratio during growth of 100 or more and is not added with a dopant. .
前記第二導電型電流分散層が、Ｃのオートドープにより第二導電型に形成されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。In the epitaxial wafer for semiconductor light-emitting devices in any one of Claims 1-5,
An epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device, wherein the second conductivity type current spreading layer is formed to a second conductivity type by auto-doping of C.
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