JP4270652B2 - AlGaInP light emitting diode - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子濃度を相違する3層を含む上部クラッド層と金属酸化物窓層を有する、高輝度のAlGaInP発光ダイオードに関する。
【0002】
【従来の技術】
緑色、黄色から赤橙色帯域の発光素子として、pn接合型のダブルヘテロ(DH)接合構造から成るリン化アルミニウム・ガリウム・インジウム(AlGaInP)発光ダイオード(LED)が知られている(Appl.Phys.Lett.,61(15)(1992)、1775〜1777頁参照)。特に、インジウム組成比を約0.5とする(AlαGa1- α0.5In0.5P(0≦α≦1)は、砒化ガリウム(GaAs)単結晶と良好な格子整合性を果たせる利点もあって(Appl.Phys.Lett.,57(27)(1990)、2937〜2939頁参照)、DH接合構造の発光部を構成するクラッド(clad)層や発光層(活性層)を構成するために利用されている(Appl.Phys.Lett.,58(10)(1991)、1010〜1012頁参照)。
【0003】
発光を取り出す側のクラッド層をn形層としたLEDを、n−サイドアップ型、またそれをp形層としたのをp−サイドアップ型と仮称する。何れの積層構成においても、発光層を挟持するクラッド層は、発光層の広範囲に亘り、素子動作電流を流す目的から、n形或いはp形不純物を高濃度にドーピングした(AlαGa1- α0.5In0.5P(0≦α≦1)から構成されるのが通例である(特開平2−168690号公報明細書参照)。また、クラッド層内部の電子濃度或いは正孔濃度は、略一定とするのが一般的である(特開平2−260682号公報明細書参照)。
【0004】
従来のAlGaInP高輝度LEDにあって、上部クラッド層の上方には、発光部からの発光を効率的に外部へ取りだすための窓層(ウィンドウ層)が配置されている(SPIE、Vol.3002(1997)、110〜118頁参照)。窓層は発光に対して透明な、禁止帯幅の大きな半導体材料から構成する必要があり、従来では、砒化アルミニウム・ガリウム結晶(AlCGa1-CAs:0≦C≦1)から構成する例や(上記のAppl.Phys.Lett.,58(1991)参照)、リン化ガリウム(GaP)から構成する例などが開示されている(J.Electron.Mater.,20(1991)、1125〜1130頁参照)。
【0005】
III−V族化合物半導体材料に加え、例えば、アメリカ合衆国特許第5,481,122号では、酸化インジウム・錫(indium−tin oxide:略称ITO)からなる金属酸化物の窓層が配置されている。また、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛や酸化マグネシウム被膜からなる透明酸化物層を設ける手段が開示されている(特開平11−17220号公報明細書参照)。金属酸化物には3エレクトロンボルト(eV)を越える高い室温禁止帯幅を有するものもあり、窓層の従来の構成材料であるIII−V族化合物半導体に比べ、発光の外部への取り出しに優れている。
【0006】
ITOなどのn形の伝導を呈する金属酸化物からなる透明窓層を、n形(AlαGa1- α0.5In0.5P(0≦α≦1)からなる上部クラッド層上に接合させて設ける際の問題点は、低いオーミック(Ohmic)接触抵抗の金属酸化物層が安定して形成できないことにある。このため従来では、n形クラッド層上に約1×1019cm-3を越える高いn形キャリア濃度(=電子濃度)のコンタクト(contact)層を配置するのが通例となっている(上記の特開平11−17220号参照)。コンタクト層は、リン化ガリウム・砒素(GaAsP)、リン化ガリウム(GaP)、リン化ガリウム・インジウム(GaInP)または砒化ガリウム(GaAs)から構成されているが(上記の特開平11−17220号参照)、積層構造体の構成が複雑となり問題である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みなされたもので、金属酸化物からなる窓層を備えたn−サイドアップ型のAlGaInP発光ダイオードにおいて、簡易な積層構成で高輝度LEDを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明に到達した。即ち本発明は、[1]p形GaAs単結晶基板上に、それぞれ(AlX Ga1-XY In1-Y P(0≦X≦1、0≦Y≦1)で表されるp形下部クラッド層、発光層、及びn形上部クラッド層(各層間で混晶比X、Yが異なる場合を含む)と、金属酸化物からなる窓層を有する発光ダイオードにおいて、n形上部クラッド層が、電子濃度を相違する3層(3層間で混晶比X、Yが異なる場合を含み、発光層に近い側の層から順に、第1のn形層(電子濃度をn1、層厚をd1とする)、第2のn形層(電子濃度をn2、層厚をd2とする)、第3のn型層(電子濃度をn3、層厚をd3とする)と呼ぶ)を含み、この3層の電子濃度に、n3>n1>n2、なる関係があることを特徴とする発光ダイオード、[2]p形下部クラッド層、発光層、n形上部クラッド層のInの混晶比(1−Y)が、それぞれ0.5であることを特徴とする[1]に記載の発光ダイオード、[3]窓層が、第3のn形層と接していることを特徴とする[1]または[2]に記載の発光ダイオード、[4]第1〜第3のn形層の層厚に、d1>d3≧d2、なる関係があることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか1項に記載の発光ダイオード、[5]第2のn形層の電子濃度が、1×1016 cm-3 ≦n2≦5×1017 cm-3 であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか1項に記載の発光ダイオード、[6]第2のn形層の層厚が、20nm≦d2≦200nmであることを特徴とする[1]〜[5]のいずれか1項に記載の発光ダイオード、[7]第1および第2のn形層のドーパントがSiであり、第3のn形層のドーパントがSeまたはTeであることを特徴とする[1]〜[6]のいずれか1項に記載の発光ダイオード、[8]窓層が、n形の伝導性を有することを特徴とする[1]〜[7]のいずれか1項に記載の発光ダイオード、[9]窓層を、酸化インジウム・錫、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、及び酸化マグネシウムから選ばれた少なくとも1種から構成することを特徴とする[1]〜[8]のいずれか1項に記載の発光ダイオード。[10]窓層を構成する酸化亜鉛が、アルミニウム、ガリウム、またはインジウムのいずれか1つを含むことを特徴とする[9]に記載の発光ダイオード。[11]p形GaAs単結晶基板の正孔濃度が、5×1018 〜5×1019 cm-3 の範囲であることを特徴とする[1]〜[10]のいずれか1項に記載の発光ダイオードとした。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図1により説明する。本発明の(AlXGa1-XYInYP(0≦X≦1、0≦Y≦1)発光ダイオードでは、特にインジウム組成比を約0.5とする場合にGaAs単結晶基板と良好な格子整合性が得られる。
【0010】
基板には、p型のGaAs単結晶基板を用いるが、素子化のためには導電性の基板であれば都合が良く、正孔濃度としては、5×1018 〜5×1019 cm-3 の範囲であることが好ましい。
【0011】
本発明では、n形の伝導を呈する金属酸化物半導体からなる窓層106と、発光層104の間に設置する、n形の(AlXGa1-X0.5In0.5P(0≦X≦1)からなる上部クラッド層105を、電子濃度を相違する3層105a〜105cから構成する。n形或いはp形の発光層104側の、第1のn形層105aの電子濃度は、1×1017cm-3以上で5×1018cm-3以下であるのが望ましい。n形層105aをn形不純物を多量にドーピングした高キャリア濃度層とすると、多量に存在するn形不純物が発光層104内へと拡散し、発光層104とn形層105aとの間の組成の急峻性を悪化させ、発光の単色性が損なわれ好ましくない。n形層105aの電子濃度は、Si、Sn等の第IV族またはSeやTeなどの第VI族不純物のドーピングにより達成できる。発光層104内部へのn形不純物の拡散を抑制する目的からすれば、第VI族不純物に比較すれば拡散定数を小とするSiがより好適なドーパントである。
【0012】
第2のn形(AlXGa1-X0.5In0.5P(0≦X≦1)層105bの電子濃度は、第1の電子濃度未満とする。また、第1のn形層の電子濃度は、後述の、第3のn形層105cの電子濃度未満とする。第2のn形層105bの電子濃度を、第1及び第3のn形層105a、105cのそれらよりも小さくすれば、電極107より窓層106を介して第3のn形層105cから流入して来る素子駆動電流に対する抵抗体となる。即ち、駆動電流を発光層104の広範囲に亘り拡散できる。
【0013】
第2のn形層105bの、電子濃度の最適な範囲は、1×1016cm-3以上で5×1017cm-3以下である。1×1016cm-3未満の低電子濃度とすると、順方向電圧が高くなりすぎ、また5×1017cm-3を越えると抵抗が低下し、駆動電流が広範囲に拡散できなくなる。最適な範囲の電子濃度は、第2のn形層105bをなす(AlXGa1-X0.5In0.5P(0≦X≦1)層を例にすれば、有機金属熱分解(MO−CVD)法により、n形不純物を故意に添加しないアンドープ(undope)状態で得られる場合がある。しかし、第IV族または第VI族元素をn形ドーパントとし、そのドーピング量を調整すればより安定的に電子濃度を制御できる。n形ドーパントとしては、発光層104へ侵入するドーパントの量を低減する都合上、第1のn形層105bの場合と同様に拡散が発生しにくいSiが適する。
【0014】
また、第2のn形層105bの層厚は、第3のn形層の層厚以下であり、また、第3のn形層は、第1のn形層の層厚未満とするのが好適である。第2のn形層の層厚が第1のn形層の層厚以上であると、順方向電圧が増大して不都合である。また、第3のn形層の層厚が第2のn形層の層厚より少ないと、駆動電流を充分に拡散できず、発光面積が縮小され不都合である。第2のn形層の層厚は、20nm以上で200nm以下であるのが最適である。第2のn形層の層厚は、同層の成膜時間を調整すれば容易に制御できる。
【0015】
第3のn形層105cの電子濃度は、第1及び第2の電子濃度を越えるものとし、窓層106を構成する金属酸化物窓層との良好なオーミック接触性を確保し、駆動電流を同層105c内部に平面的に拡散させるために高電子濃度とする。第3のn形層105cの電子濃度は、少なくとも約1×1018cm-3以上で、望ましくは5×1018cm-3以上とする。5×1019cm-3を越える高キャリア濃度とすると表面の平坦性が乱され、このため良好なオーミック接触性を有する金属酸化物窓層が安定して得られ難くなる。この様な高キャリア濃度のn形(AlXGa1-X0.5In0.5P(0≦X≦1)層を形成する際のn形不純物としては、Siよりも第VI族に属するSeやTeが好ましい。
【0016】
図2に第1及び第3のn形層105a〜105cから構成されるn形上部クラッド層105の電子濃度の分布様式を例示する。この場合、上部クラッド層105では、電子濃度は各n形層105a〜105cの電子濃度に相応して段階的に変化している。図3は上部クラッド層105の電子濃度の、別の分布状況を示す例であって、図2に比べ各層の電子濃度を比較的緩やかに変化させた例である。この様に連続的に電子濃度を変化させるには、n形(AlXGa1-X0.5In0.5P(0≦X≦1)層の成膜時にn形ドーパントの添加量を経時的に変化させたり、或いは成膜温度を上下させれば得られる。電子濃度はショットキー(Schottky)接合型電極を使用する一般的な容量−電圧(C−V)法により測定できる。
【0017】
第3のn形層105cは、n形金属酸化物窓層についてのオーミックコンタクト層として機能すれば良い層である。このため、第3のn形層の層厚は、それほど厚膜とする必要はなく、5nm以上であれば充分である。約2〜3nm以下の薄層では第2のn形層の表面全面を均等に被覆する連続膜とは成りがたい。従って、窓層との良好なオーミック接触特性がもたらされず、また、駆動電流を第3のn形層105c内部に水平方向に充分に拡散できず不都合となる。約500nmを越える厚膜とすると、層内に含まれる拡散し易いドーパントの総量が増加することとなり、多量のドーパントが発光層内へと侵入する機会を増し、発光の単色性を損なわせる要因となる。
【0018】
上記の第1のn形層105aは、第3のn形層105c側から発光層内部へ侵入するn形不純物の量を抑制するための層でもあるため、少なくとも第3のn形層105cを越える層厚とするのが望ましい。MO−VPE法によりn形(AlXGa1-X0.5In0.5P(0≦X≦1)層を成膜する際の一般的な温度が約700℃前後であるのを考慮すると、第1のn形層105aの層厚は、約0.5μmを越える厚さとするのが好適である。また、発光層104へ拡散するn形不純物の量は、第1のn形層105aの層厚を大とする程減少できる。
【0019】
本発明では、第3のn形層105c上に、n形金属酸化物窓層106を設ける。両層は、素子構造を簡略化するためには接していることが好ましい。金属酸化物としては、例えばITO、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどが使用できるが、特にn形の酸化亜鉛(化学式:ZnO)を用いることが好ましい。単一物質である酸化亜鉛は、酸化インジウムと酸化錫とを混合させて構成される混合物であるITOとは異なり、構成物質の混合比の変動による抵抗値の変化が少なく、抵抗値の再現性が良好である利点がある。また、酸化亜鉛は、室温での禁止帯幅が約3.35eVと高く(寺本 巌著、「半導体デバイス概論」(培風館、1995年3月30日初版発行)、28頁表2.3参照)、(AlXGa1-X0.5In0.5P(0≦X≦1)LEDから出射される例えば波長を600nmから630nmとする黄橙色の発光に対して約90%の高い透過率を有する。
【0020】
酸化亜鉛結晶は、アンドープ(undope)状態でn形の伝導を呈するII−VI族化合物半導体であるが、特に、第III族元素をドーピングすれば、より低比抵抗のn形酸化亜鉛窓層が確実に形成できる。アルミニウム(元素記号:Al)、ガリウム(元素記号:Ga)やインジウム(元素記号:In)等の第III族元素がドーピングされたn形酸化亜鉛膜は、比抵抗が約2〜3×104Ω・cmであり、窓層の構成材料として好適に用いることができる。電子濃度は概ね1×1020cm-3前後であるのが好ましく、例えば、AlとGaの双方が添加されたn形酸化亜鉛膜も低比抵抗であり、窓層を構成するに好適な材料である。酸化亜鉛結晶層の比抵抗は通常のホール(Hall)効果測定法等により測定できる。
【0021】
第3のn形層105cの表面上には、公知の高周波スパッタ法や真空蒸着法等の物理的堆積法や化学的堆積(CVD)法などによりn形酸化亜鉛からなる窓層106が形成できる。例えば、Al不純物を約2〜5重量%含む酸化亜鉛からなる成型材をタ−ゲットとするスパッタリング法により形成できる。また、この様なターゲット材料の表面にレーザ光を照射するレーザアブレーション法でも形成できる。酸化亜鉛窓層の層厚は約5nm以上であるのが望ましい。約5μmを越える厚膜とすると、酸化亜鉛層の表面の平坦性が悪化するため、面内での発光強度は不均一となる。
【0022】
【実施例】
(実施例1)
以下、本発明を実施例を基に詳細に説明する。図4は本実施例に係わるLED20の平面模式図である。また、図5は、図4に示すLED20の破線A−A’に沿った断面構造を示す模式図である。
【0023】
[110]方向に4゜傾斜した亜鉛(Zn)ドープp形(001)−GaAs単結晶基板301(正孔濃度:8×1018cm-3 )上に、Znドープp形GaAs緩衝層302、Znドープp形(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから成る下部クラッド層303、アンドープの(Al0.2Ga0.80.5In0.5P混晶から成る発光層304を順次積層した。緩衝層302、p形下部クラッド層303及び発光層304は、トリメチルアルミニウム((CH33Al)、トリメチルガリウム((CH33Ga)及びトリメチルインジウム((CH33In)をIII族構成元素の原料とし、ホスフィン(PH3)をV族構成元素源とする減圧MO−VPE法により720℃で成膜した。Znのドーピング源には、ジエチル亜鉛((C252Zn)を使用した。p形下部クラッド層303の正孔濃度は約1×1018cm-3に、また、層厚は約500nmとした。発光層の304の層厚は約150nmとし、正孔濃度は約5×1016cm-3とした。
【0024】
発光層304上には、n形の上部クラッド層305を積層させた。上部クラッド層305は、電子濃度を相違する第1〜第3のn形層305a〜305cを重層させて構成した。第1のn形層305aは、Siをドーピングした層厚を約1μmとし、また、電子濃度を7×1017cm-3とするn形(Al0.7Ga0.30.5In0.5P層から構成した。第2のn形層305bは、Siドープの層厚を100nmとし、電子濃度を9×1016cm-3とするn形(Al0.7Ga0.30.5In0.5P層から構成した。第3のn形層105cは、Seをドーピングした層厚を100nmとし、電子濃度を2×1019cm-3とするn形(Al0.7Ga0.30.5In0.5P層から構成した。
【0025】
上部クラッド層305の表面上には、一般的な高周波スパッタリング法によりAlドープのZnOから成る窓層306を被着させた。導電性透明窓層306は室温での比抵抗を約3×10-4Ω・cmとするn形の酸化亜鉛層から構成した。層厚は約200nmとした。一般的なX線回折分析法により、窓層306を成す酸化亜鉛の配向性は、<0001>方向(C軸)であること、並びに多結晶であるのが示された。
【0026】
酸化亜鉛窓層306上には、直径を約110μmとするAl円形電極307を一般的なフォトリソグラフィー技術を利用して設けた。GaAs基板301の裏面の全面には金・亜鉛合金(Au98重量%−Zn2重量%合金)を真空蒸着した後、420℃で2分間合金化(アロイ)処理を施したp形オーミック電極308を設けた。然る後、一辺を約350μmとする略正方形の個別のチップに裁断しLED30となした。
【0027】
アルミニウム電極307及びp形オーミック電極308間に順方向に20ミリアンペア(mA)の電流を通流したところ、酸化亜鉛窓層306の略全面からほぼ均等な赤橙色の発光が得られた。分光器により測定された発光波長は約620nmであった。また、発光スペクトルの半値幅は約17nmであり、単色性に優れる発光が得られた。順方向電圧(@20mA)は約2.1ボルト(V)となった。また、発光強度は約48ミリカンデラ(mcd)に到達した。
【0028】
(実施例2)
本実施例では、ブラッグ(Bragg)反射層を具備した(AlGa)InPLEDを構成する場合を例にして、本発明を詳細に説明する。図6は、本実施例に係わるLED40の断面模式図である。
【0029】
[110]方向に10゜傾斜した、Znドープp形(100)−GaAs基板401(正孔濃度:3×1019cm-3)上に、トリメチルアルミニウム((CH33Al)、トリメチルガリウム((CH33Ga)及びトリメチルインジウム((CH33In)をIII族構成元素の原料とする一般的な減圧MO−VPE法により、マグネシウム(Mg)ドープp形GaAs緩衝層402を積層した。p形GaAs緩衝層402の層厚は約0.2μmとし、正孔濃度は約3×1018cm-3とした。
【0030】
次に、緩衝層402上にブラッグ反射層409を積層した。ブラッグ反射層409は、Al組成比を0.45とするMgドープn形Al0.45Ga0.55As層409aと、Al組成比を0.90とするMgドープn形Al0.90Ga0.10As層409bとを5周期、重層して構成した。Al0.45Ga0.55As層からなる第1のブラッグ反射層構成層409aの層厚は約42nmであり、また、Al0.90Ga0.10As層からなる第2のブラッグ反射層構成層409bの層厚は約49nmとした。ブラッグ反射層409の構成層409a、409bの正孔濃度は双方共に約1×1018cm-3とした。
【0031】
ブラッグ反射層409上には、Mgをドーピングしたp形(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから成る下部クラッド層403を積層した。下部クラッド層403の層厚は約0.8μmとし、正孔濃度は約3×1018cm-3とした。p形下部クラッド層403上には、アンドープの(Al0.2Ga0.80.5In0.5P混晶から成る発光層404を積層した。発光層404の層厚は約100nmとし、電子濃度は約8×1016cm-3とした。
【0032】
発光層404上には、n形(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから成る上部クラッド層405を積層した。上部クラッド層405は、第1、第2及び第3のn形(Al0.7Ga0.30.5In0.5P層から構成した。発光層404に接合させて配置した第1のn形層405aは、電子濃度を約3×1018cm-3とし、層厚を約1.7μmとするSiドープn形(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから構成した。第2のn形層405bは、Siをドーピングした層厚を約80nmとし、電子濃度を約2×1017cm-3とするn形(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから構成した。第1及び第2のn形層405a、405bの電子濃度は、Siのドーピング源とするジシラン(Si26)の添加流量を経時的に間断なく変化させた。また、第3のn形層405cは、Seを高濃度にドーピングした電子濃度を約1×1019cm-3とし、層厚を約100nmとするn形(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pから構成した。
【0033】
第3のn形層405c上には、Alを重量含有率にして3重量%及びInを1.0重量%含む酸化亜鉛から成る固形成型材料(ペレット)を原料として電子ビーム真空蒸着法により酸化亜鉛窓層406を形成した。窓層406を構成するn形酸化亜鉛の比抵抗はホール効果測定法によれば約4×10-4Ω・cmであり、電子濃度は約9×1019cm-3であると見積もられた。層厚は約100nmとした。
【0034】
実施例1に記載と同様にAl電極407及びp形オーミック電極408を形成してLED40を作製した。順方向に20mAの駆動電流を通流したところ、波長を約620nmとする赤橙色の発光が酸化亜鉛窓層406の略全面を透過して出射された。また、発光スペクトルの半値幅(FWHM)は約18nmであり、単色性に優れる発光がもたらされた。電流を20mAとした際の順方向電圧は約1.9Vであった。発光強度は約90mcdに達した。
【0035】
【発明の効果】
n−サイドアップ型のAlGaInP発光ダイオードにおいて、n形上部クラッド層を本発明に基づき構成すれば、簡易な積層構造で高輝度の発光ダイオードが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる層構成を備えた上部クラッド層の断面構造を示す模式図である。
【図2】上部クラッド層内部の電子濃度の分布状況の一例を示す模式図である。
【図3】上部クラッド層内部の電子濃度の別の分布状況を示す模式図である。
【図4】 実施例1に記載のLEDの平面模式図である。
【図5】図4に記載のLEDの破線A−A’に沿った断面模式図である。
【図6】実施例2に記載のLEDの平面模式図である。
【符号の説明】
20 AlGaInP LED
30 AlGaInP LED
40 AlGaInP LED
103 p形下部クラッド層
104 発光層
105 上部クラッド層
105a 第1のn形層
105b 第2のn形層
105c 第3のn形層
106 n形酸化亜鉛窓層
107 金属電極
205c 第3のn形層
206 n形酸化亜鉛窓層
207 金属電極
301 p形GaAs単結晶基板
302 p形GaAs緩衝層
303 p形下部クラッド層
304 発光層
305 上部クラッド層
305a 第1のn形層
305b 第2のn形層
305c 第3のn形層
306 n形酸化亜鉛窓層
307 金属電極
308 p形オーミック電極
401 p形GaAs単結晶基板
402 p形GaAs緩衝層
403 p形下部クラッド層
404 発光層
405 上部クラッド層
405a 第1のn形層
405b 第2のn形層
405c 第3のn形層
406 n形酸化亜鉛窓層
407 金属電極
408 p形オーミック電極
409 ブラッグ反射層
409a 第1のブラッグ反射層構成層
409b 第2のブラッグ反射層構成層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-brightness AlGaInP light-emitting diode having an upper clad layer including three layers having different electron concentrations and a metal oxide window layer.
[0002]
[Prior art]
As a light-emitting element in the green, yellow to red-orange band, an aluminum phosphide-gallium-indium (AlGaInP) light-emitting diode (LED) having a pn junction type double hetero (DH) junction structure is known (Appl. Phys. Lett., 61 (15) (1992), pages 1775-1777). In particular, the indium composition ratio is about 0.5 (Al α Ga 1- α) 0.5 In 0.5 P (0 ≦ α ≦ 1) is also an advantage that play a gallium arsenide (GaAs) single crystal good lattice matching with (See Appl. Phys. Lett., 57 (27) (1990), pages 2937 to 2939) to form a clad layer and a light emitting layer (active layer) constituting the light emitting portion of the DH junction structure. (See Appl. Phys. Lett., 58 (10) (1991), pages 1010-1012).
[0003]
An LED having an n-type cladding layer on the side from which light is extracted is referred to as an n-side-up type, and a p-type layer is referred to as a p-side-up type. In any of the layered structure, clad layers sandwiching the light emitting layer, over a wide range of light-emitting layer, for the purpose of passing a device operation current, doped with an n-type or p-type impurity at a high concentration (Al α Ga 1- α ) 0.5 In 0.5 P (0 ≦ α ≦ 1) is usually used (see JP-A-2-168690). In general, the electron concentration or hole concentration in the clad layer is generally constant (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-260682).
[0004]
In the conventional AlGaInP high-intensity LED, a window layer (window layer) for efficiently extracting light emitted from the light emitting portion to the outside is disposed above the upper clad layer (SPIE, Vol. 3002 ( 1997), see pages 110-118). The window layer must be made of a semiconductor material that is transparent to light emission and has a large forbidden band. Conventionally, the window layer is made of aluminum arsenide / gallium crystal (Al C Ga 1 -C As: 0 ≦ C ≦ 1). Examples (see Appl. Phys. Lett., 58 (1991) above), examples composed of gallium phosphide (GaP), etc. are disclosed (J. Electron. Mater., 20 (1991), 1125). (See page 1130).
[0005]
In addition to the III-V compound semiconductor material, for example, in US Pat. No. 5,481,122, a metal oxide window layer made of indium-tin oxide (abbreviated as ITO) is disposed. Further, a means for providing a transparent oxide layer made of indium oxide, tin oxide, zinc oxide or magnesium oxide film is disclosed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-17220). Some metal oxides have a high room-temperature forbidden band exceeding 3 electron volts (eV), and are superior in extracting light emission to the outside as compared with III-V group compound semiconductors, which are conventional constituent materials of window layers. ing.
[0006]
A transparent window layer made of a metal oxide that has n-type conductivity, such as ITO, n-type (Al α Ga 1- α) 0.5 In 0.5 P (0 ≦ α ≦ 1) comprising by bonding on the upper cladding layer from A problem in providing the metal oxide layer is that a metal oxide layer having a low ohmic contact resistance cannot be stably formed. For this reason, conventionally, a contact layer having a high n-type carrier concentration (= electron concentration) exceeding about 1 × 10 19 cm −3 is usually disposed on the n-type cladding layer (see above). JP-A-11-17220). The contact layer is made of gallium phosphide / arsenic (GaAsP), gallium phosphide (GaP), gallium phosphide / indium (GaInP), or gallium arsenide (GaAs) (see the above-mentioned JP-A-11-17220). ), The structure of the laminated structure is complicated, which is a problem.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides a high-brightness LED with a simple laminated structure in an n-side-up type AlGaInP light-emitting diode having a window layer made of a metal oxide. There is.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have reached the present invention as a result of intensive studies to solve the above problems. That is, the present invention is represented by [1] in the p-type GaAs single crystal substrate, respectively (Al X Ga 1-X) Y In 1-Y P (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1) p An n-type upper cladding layer in a light-emitting diode having a lower cladding layer, a light-emitting layer, and an n-type upper cladding layer (including cases where the mixed crystal ratios X and Y are different between the respective layers) and a window layer made of a metal oxide However, three layers having different electron concentrations (including the case where the mixed crystal ratios X and Y are different among the three layers, and in order from the layer closer to the light emitting layer, the first n-type layer (the electron concentration is n1, the layer thickness is d2), a second n-type layer (referred to as electron concentration n2, layer thickness d2), and a third n-type layer (referred to as electron concentration n3, layer thickness d3), A light-emitting diode characterized by n3>n1> n2 in the electron concentration of the three layers, [2] p-type lower cladding layer, light-emitting layer The In mixed crystal ratio (1-Y) of the n-type upper cladding layer is 0.5, respectively. The light-emitting diode according to [1], wherein the [3] window layer is a third n The light-emitting diode according to [1] or [2], wherein [4] the first to third n-type layers have a thickness relationship of d1> d3 ≧ d2. [1] The light-emitting diode according to any one of [1] to [3], [5] the electron concentration of the second n-type layer is 1 × 10 16 cm −3 ≦ n2 ≦ 5 ×. The light-emitting diode according to any one of [1] to [4], [10] wherein the second n-type layer has a thickness of 20 nm ≦ d2 ≦ 200 nm, which is 10 17 cm −3. [1] The light-emitting diode according to any one of [1] to [5], wherein [7] the dopant of the first and second n-type layers is Si. [3] The light-emitting diode according to any one of [1] to [6], wherein the dopant of the third n-type layer is Se or Te, and [8] the window layer has n-type conductivity. The light-emitting diode according to any one of [1] to [7], wherein [9] the window layer is formed of indium oxide / tin oxide, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, and magnesium oxide The light-emitting diode according to any one of [1] to [8], comprising at least one selected from the group consisting of: [10] The light-emitting diode according to [9], wherein the zinc oxide constituting the window layer includes any one of aluminum, gallium, and indium. [11] Any one of [1] to [10], wherein the hole concentration of the p-type GaAs single crystal substrate is in the range of 5 × 10 18 to 5 × 10 19 cm −3. The light emitting diode was used.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In (Al X Ga 1-X) Y In Y P (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1) light emitting diode of the present invention, a GaAs single crystal substrate particularly when about 0.5 indium composition ratio Good lattice matching can be obtained.
[0010]
The substrate, but a p-type GaAs single crystal substrate, is convenient if the conductive substrate is for element processing, the hole concentration, 5 × 10 18 ~5 × 10 19 cm -3 It is preferable that it is the range of these.
[0011]
In the present invention, an n-type (Al x Ga 1 -x ) 0.5 In 0.5 P (0 ≦ X ≦) disposed between the light emitting layer 104 and the window layer 106 made of a metal oxide semiconductor exhibiting n-type conduction. The upper clad layer 105 made of 1) is composed of three layers 105a to 105c having different electron concentrations. The electron concentration of the first n-type layer 105a on the n-type or p-type light emitting layer 104 side is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 18 cm −3 or less. When the n-type layer 105a is a high carrier concentration layer doped with a large amount of n-type impurities, a large amount of n-type impurities diffuse into the light-emitting layer 104, and the composition between the light-emitting layer 104 and the n-type layer 105a. This is not preferable because the steepness of light is deteriorated and the monochromaticity of light emission is impaired. The electron concentration of the n-type layer 105a can be achieved by doping a Group IV impurity such as Si or Sn or a Group VI impurity such as Se or Te. For the purpose of suppressing the diffusion of the n-type impurity into the light emitting layer 104, Si having a smaller diffusion constant than the Group VI impurity is a more suitable dopant.
[0012]
The electron concentration of the second n-type (Al X Ga 1 -X ) 0.5 In 0.5 P (0 ≦ X ≦ 1) layer 105b is less than the first electron concentration. Further, the electron concentration of the first n-type layer is set to be lower than the electron concentration of the third n-type layer 105c described later. If the electron concentration of the second n-type layer 105b is made smaller than those of the first and third n-type layers 105a and 105c, it flows from the third n-type layer 105c through the window layer 106 from the electrode 107. It becomes a resistor against the element driving current. That is, the driving current can be diffused over a wide range of the light emitting layer 104.
[0013]
The optimum range of the electron concentration of the second n-type layer 105b is 1 × 10 16 cm −3 or more and 5 × 10 17 cm −3 or less. If the electron concentration is less than 1 × 10 16 cm −3 , the forward voltage becomes too high, and if it exceeds 5 × 10 17 cm −3 , the resistance decreases and the driving current cannot be diffused over a wide range. The electron concentration in the optimum range is determined by taking the (Al x Ga 1 -x ) 0.5 In 0.5 P (0 ≦ X ≦ 1) layer forming the second n-type layer 105b as an example, and using an organometallic pyrolysis (MO − In some cases, the CVD method may be used in an undoped state in which n-type impurities are not intentionally added. However, if the Group IV or Group VI element is an n-type dopant and the doping amount is adjusted, the electron concentration can be controlled more stably. As the n-type dopant, Si, which does not easily diffuse, is suitable as in the case of the first n-type layer 105b in order to reduce the amount of the dopant penetrating into the light emitting layer 104.
[0014]
The layer thickness of the second n-type layer 105b is equal to or less than the layer thickness of the third n-type layer, and the third n-type layer is less than the layer thickness of the first n-type layer. Is preferred. If the thickness of the second n-type layer is greater than or equal to the thickness of the first n-type layer, the forward voltage increases, which is inconvenient. On the other hand, if the thickness of the third n-type layer is smaller than the thickness of the second n-type layer, the driving current cannot be sufficiently diffused, which disadvantageously reduces the light emitting area. The layer thickness of the second n-type layer is optimally 20 nm or more and 200 nm or less. The layer thickness of the second n-type layer can be easily controlled by adjusting the film formation time of the same layer.
[0015]
The electron concentration of the third n-type layer 105c exceeds the first and second electron concentrations, ensures good ohmic contact with the metal oxide window layer constituting the window layer 106, and reduces the drive current. A high electron concentration is used in order to diffuse planarly in the same layer 105c. The electron concentration of the third n-type layer 105c is at least about 1 × 10 18 cm −3 or more, preferably 5 × 10 18 cm −3 or more. When the carrier concentration is higher than 5 × 10 19 cm −3 , the flatness of the surface is disturbed, and it is difficult to stably obtain a metal oxide window layer having good ohmic contact. As an n-type impurity for forming such a high carrier concentration n-type (Al X Ga 1 -X ) 0.5 In 0.5 P (0 ≦ X ≦ 1) layer, Se belonging to Group VI rather than Si can be used. Te is preferred.
[0016]
FIG. 2 illustrates an electron concentration distribution pattern of the n-type upper clad layer 105 including the first and third n-type layers 105a to 105c. In this case, in the upper clad layer 105, the electron concentration changes stepwise according to the electron concentration of each of the n-type layers 105a to 105c. FIG. 3 is an example showing another distribution state of the electron concentration of the upper clad layer 105, and is an example in which the electron concentration of each layer is changed relatively slowly as compared with FIG. The continuously varying the electron concentration in this manner, n-type (Al X Ga 1-X) 0.5 In 0.5 P (0 ≦ X ≦ 1) amount of n-type dopant during formation of the layer over time It can be obtained by changing or raising or lowering the film formation temperature. The electron concentration can be measured by a general capacitance-voltage (CV) method using a Schottky junction type electrode.
[0017]
The third n-type layer 105c only needs to function as an ohmic contact layer for the n-type metal oxide window layer. For this reason, the layer thickness of the third n-type layer does not need to be so thick, and it is sufficient if it is 5 nm or more. A thin layer of about 2 to 3 nm or less is unlikely to be a continuous film that uniformly covers the entire surface of the second n-type layer. Therefore, good ohmic contact characteristics with the window layer are not brought about, and the driving current cannot be sufficiently diffused in the horizontal direction inside the third n-type layer 105c, which is disadvantageous. If the film thickness is greater than about 500 nm, the total amount of easily diffusible dopants contained in the layer will increase, increasing the chance that a large amount of dopant will penetrate into the light emitting layer, and impairing monochromaticity of light emission. Become.
[0018]
The first n-type layer 105a is also a layer for suppressing the amount of n-type impurities that enter the light-emitting layer from the third n-type layer 105c side, so that at least the third n-type layer 105c is formed. It is desirable to have a layer thickness exceeding. Considering that the general temperature when forming an n-type (Al x Ga 1 -x) 0.5 In 0.5 P (0 ≦ X ≦ 1) layer by the MO-VPE method is about 700 ° C. The thickness of one n-type layer 105a is preferably greater than about 0.5 μm. Further, the amount of n-type impurity diffused into the light emitting layer 104 can be reduced as the thickness of the first n-type layer 105a is increased.
[0019]
In the present invention, an n-type metal oxide window layer 106 is provided on the third n-type layer 105c. Both layers are preferably in contact with each other in order to simplify the element structure. As the metal oxide, for example, ITO, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, magnesium oxide, and the like can be used, and it is particularly preferable to use n-type zinc oxide (chemical formula: ZnO). Unlike ITO, which is a mixture composed of indium oxide and tin oxide, zinc oxide, which is a single substance, has little change in resistance due to fluctuations in the mixing ratio of constituent materials, and resistance value reproducibility Has the advantage of being good. Zinc oxide has a high forbidden band width of about 3.35 eV at room temperature (see Teramoto, “Introduction to Semiconductor Devices” (Baifukan, first published on March 30, 1995), page 2.3, Table 2.3) has the (Al X Ga 1-X) 0.5 in 0.5 P (0 ≦ X ≦ 1) high transmittance of about 90% with respect to emission of yellow-orange to a wavelength of, for example, it is emitted from the LED from 600nm and 630 nm.
[0020]
The zinc oxide crystal is a II-VI group compound semiconductor that exhibits n-type conduction in an undoped state. In particular, if a group III element is doped, a lower specific resistance n-type zinc oxide window layer is formed. Can be formed reliably. An n-type zinc oxide film doped with a Group III element such as aluminum (element symbol: Al), gallium (element symbol: Ga), or indium (element symbol: In) has a specific resistance of about 2 to 3 × 10 4. Ω · cm, and can be suitably used as a constituent material of the window layer. The electron concentration is preferably approximately 1 × 10 20 cm −3 . For example, an n-type zinc oxide film to which both Al and Ga are added has a low specific resistance and is suitable for constituting a window layer. It is. The specific resistance of the zinc oxide crystal layer can be measured by a normal Hall effect measurement method or the like.
[0021]
A window layer 106 made of n-type zinc oxide can be formed on the surface of the third n-type layer 105c by a known physical deposition method such as a high-frequency sputtering method or a vacuum deposition method, a chemical deposition (CVD) method, or the like. . For example, it can be formed by sputtering using a molding material made of zinc oxide containing about 2 to 5% by weight of Al impurities as a target. It can also be formed by a laser ablation method in which the surface of such a target material is irradiated with laser light. The layer thickness of the zinc oxide window layer is desirably about 5 nm or more. If the thickness exceeds about 5 μm, the flatness of the surface of the zinc oxide layer is deteriorated, so that the in-plane emission intensity becomes non-uniform.
[0022]
【Example】
(Example 1)
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. FIG. 4 is a schematic plan view of the LED 20 according to this embodiment. FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure along the broken line AA ′ of the LED 20 shown in FIG.
[0023]
On a zinc (Zn) -doped p-type (001) -GaAs single crystal substrate 301 ( hole concentration: 8 × 10 18 cm −3 ) inclined by 4 ° in the [110] direction, a Zn-doped p-type GaAs buffer layer 302, A lower clad layer 303 made of Zn-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P and a light-emitting layer 304 made of undoped (Al 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In 0.5 P mixed crystal were sequentially laminated. The buffer layer 302, the p-type lower cladding layer 303, and the light emitting layer 304 are made of trimethylaluminum ((CH 3 ) 3 Al), trimethyl gallium ((CH 3 ) 3 Ga), and trimethyl indium ((CH 3 ) 3 In) III. A film was formed at 720 ° C. by a reduced pressure MO-VPE method using a phosphine (PH 3 ) as a group V constituent element source as a group constituent element raw material. Diethyl zinc ((C 2 H 5 ) 2 Zn) was used as a Zn doping source. hole concentration of p-type lower cladding layer 303 is about 1 × 10 18 cm -3, also the layer thickness was about 500 nm. The thickness of the light emitting layer 304 was about 150 nm, and the hole concentration was about 5 × 10 16 cm −3 .
[0024]
On the light emitting layer 304, an n-type upper cladding layer 305 was laminated. The upper clad layer 305 is formed by stacking first to third n-type layers 305a to 305c having different electron concentrations. The first n-type layer 305a is composed of an n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer having a Si-doped layer thickness of about 1 μm and an electron concentration of 7 × 10 17 cm −3 . . The second n-type layer 305b was composed of an n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer having a Si-doped layer thickness of 100 nm and an electron concentration of 9 × 10 16 cm −3 . The third n-type layer 105c was composed of an n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer having a Se-doped layer thickness of 100 nm and an electron concentration of 2 × 10 19 cm −3 .
[0025]
A window layer 306 made of Al-doped ZnO was deposited on the surface of the upper cladding layer 305 by a general high-frequency sputtering method. The conductive transparent window layer 306 was composed of an n-type zinc oxide layer having a specific resistance at room temperature of about 3 × 10 −4 Ω · cm. The layer thickness was about 200 nm. The general X-ray diffraction analysis showed that the orientation of zinc oxide forming the window layer 306 is <0001> direction (C axis) and polycrystalline.
[0026]
On the zinc oxide window layer 306, an Al circular electrode 307 having a diameter of about 110 μm was provided using a general photolithography technique. A p-type ohmic electrode 308 is provided on the entire back surface of the GaAs substrate 301 by vacuum deposition of a gold / zinc alloy (Au 98 wt% -Zn 2 wt% alloy) and then alloying (alloying) at 420 ° C. for 2 minutes. It was. Thereafter, the LED 30 was cut into individual chips each having a substantially square shape with a side of about 350 μm.
[0027]
When a current of 20 milliamperes (mA) was passed between the aluminum electrode 307 and the p-type ohmic electrode 308 in the forward direction, substantially uniform red-orange light emission was obtained from substantially the entire surface of the zinc oxide window layer 306. The emission wavelength measured by the spectroscope was about 620 nm. Further, the half width of the emission spectrum was about 17 nm, and light emission excellent in monochromaticity was obtained. The forward voltage (@ 20 mA) was about 2.1 volts (V). Further, the emission intensity reached about 48 milli candela (mcd).
[0028]
(Example 2)
In the present embodiment, the present invention will be described in detail by taking as an example the case of forming an (AlGa) InPLED having a Bragg reflective layer. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the LED 40 according to the present embodiment.
[0029]
[110] direction inclined 10 °, Zn dough doped p-type (100) -GaAs substrate 401: a (hole concentration 3 × 10 19 cm -3) on trimethylaluminum ((CH 3) 3 Al) , trimethyl Magnesium (Mg) -doped p-type GaAs buffer layer 402 is formed by a general reduced pressure MO-VPE method using gallium ((CH 3 ) 3 Ga) and trimethylindium ((CH 3 ) 3 In) as group III constituent elements. Were laminated. The layer thickness of the p-type GaAs buffer layer 402 was about 0.2 μm, and the hole concentration was about 3 × 10 18 cm −3 .
[0030]
Next, a Bragg reflective layer 409 was laminated on the buffer layer 402. The Bragg reflection layer 409 includes an Mg-doped n-type Al 0.45 Ga 0.55 As layer 409a with an Al composition ratio of 0.45 and an Mg-doped n-type Al 0.90 Ga 0.10 As layer 409b with an Al composition ratio of 0.90. It was composed of 5 layers. The layer thickness of the first Bragg reflection layer constituting layer 409a made of the Al 0.45 Ga 0.55 As layer is about 42 nm, and the layer thickness of the second Bragg reflection layer constituting layer 409b made of the Al 0.90 Ga 0.10 As layer is about It was 49 nm. The hole concentrations of the constituent layers 409a and 409b of the Bragg reflection layer 409 are both about 1 × 10 18 cm −3 .
[0031]
On the Bragg reflection layer 409, a lower cladding layer 403 made of p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P doped with Mg was laminated. The thickness of the lower cladding layer 403 was about 0.8 μm, and the hole concentration was about 3 × 10 18 cm −3 . On the p-type lower cladding layer 403, a light emitting layer 404 made of an undoped (Al 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In 0.5 P mixed crystal was laminated. The layer thickness of the light emitting layer 404 was about 100 nm, and the electron concentration was about 8 × 10 16 cm −3 .
[0032]
On the light emitting layer 404, an upper clad layer 405 made of n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P was laminated. The upper clad layer 405 was composed of first, second and third n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layers. The first n-type layer 405a disposed by bonding the light-emitting layer 404, an electron concentration of about 3 × 10 18 cm -3, Si doped n-type to approximately 1.7μm layer thickness (Al 0.7 Ga 0.3) It was composed of 0.5 In 0.5 P. The second n-type layer 405b was made of n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P having a Si-doped layer thickness of about 80 nm and an electron concentration of about 2 × 10 17 cm −3 . The electron concentration of the first and second n-type layers 405a and 405b was obtained by continuously changing the addition flow rate of disilane (Si 2 H 6 ) as a Si doping source over time. The third n-type layer 405c is an n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P having an electron concentration of about 1 × 10 19 cm −3 and a layer thickness of about 100 nm doped with Se at a high concentration. Consists of.
[0033]
On the third n-type layer 405c, a solid molding material (pellet) made of zinc oxide containing 3% by weight of Al and 1.0% by weight of In is oxidized by an electron beam vacuum deposition method. A zinc window layer 406 was formed. The specific resistance of the n-type zinc oxide constituting the window layer 406 is estimated to be about 4 × 10 −4 Ω · cm according to the Hall effect measurement method, and the electron concentration is estimated to be about 9 × 10 19 cm −3. It was. The layer thickness was about 100 nm.
[0034]
In the same manner as described in Example 1, an Al electrode 407 and a p-type ohmic electrode 408 were formed to produce an LED 40. When a drive current of 20 mA was passed in the forward direction, red-orange light emission having a wavelength of about 620 nm was transmitted through almost the entire surface of the zinc oxide window layer 406 and emitted. Moreover, the half width (FWHM) of the emission spectrum was about 18 nm, and light emission excellent in monochromaticity was brought about. The forward voltage when the current was 20 mA was about 1.9V. The emission intensity reached about 90 mcd.
[0035]
【The invention's effect】
In an n-side-up type AlGaInP light emitting diode, if the n-type upper cladding layer is configured according to the present invention, a high-intensity light emitting diode can be provided with a simple laminated structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a cross-sectional structure of an upper clad layer having a layer structure according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a distribution state of electron concentration inside an upper clad layer.
FIG. 3 is a schematic diagram showing another distribution state of the electron concentration inside the upper clad layer.
4 is a schematic plan view of the LED described in Example 1. FIG.
5 is a schematic cross-sectional view taken along the broken line AA ′ of the LED shown in FIG. 4. FIG.
6 is a schematic plan view of an LED described in Example 2. FIG.
[Explanation of symbols]
20 AlGaInP LED
30 AlGaInP LED
40 AlGaInP LED
103 p-type lower clad layer 104 light-emitting layer 105 upper clad layer 105a first n-type layer 105b second n-type layer 105c third n-type layer 106 n-type zinc oxide window layer 107 metal electrode 205c third n-type Layer 206 n-type zinc oxide window layer 207 metal electrode 301 p-type GaAs single crystal substrate 302 p-type GaAs buffer layer 303 p-type lower cladding layer 304 light-emitting layer 305 upper cladding layer 305a first n-type layer 305b second n-type Layer 305c third n-type layer 306 n-type zinc oxide window layer 307 metal electrode 308 p-type ohmic electrode 401 p-type GaAs single crystal substrate 402 p-type GaAs buffer layer 403 p-type lower cladding layer 404 light-emitting layer 405 upper cladding layer 405a First n-type layer 405b Second n-type layer 405c Third n-type layer 406 n-type zinc oxide window layer 407 Metal electrode 40 p-type ohmic electrode 409 Bragg reflection layer 409a first Bragg reflector layer structure layer 409b second Bragg reflector layer structure layer

Claims (10)

p形GaAs単結晶基板上に、それぞれ(AlXGa1-XYIn1-YP(0≦X≦1、0≦Y≦1)で表されるp形下部クラッド層、発光層、及びn形上部クラッド層(各層間で混晶比X、Yが異なる場合を含む)と、金属酸化物からなる窓層を有する発光ダイオードにおいて、n形上部クラッド層が、電子濃度を相違する3層(3層間で混晶比X、Yが異なる場合を含み、発光層に近い側の層から順に、第1のn形層(電子濃度をn1、層厚をd1とする)、第2のn形層(電子濃度をn2、層厚をd2とする)、第3のn型層(電子濃度をn3、層厚をd3とする)と呼ぶ)を含み、この3層の電子濃度に、n3>n1>n2、なる関係があり、3層の層厚にd1>d3≧d2、なる関係があることを特徴とする発光ダイオード。On a p-type GaAs single crystal substrate, a p-type lower cladding layer represented by (Al x Ga 1-x ) Y In 1-YP (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1), a light emitting layer, And the n-type upper cladding layer (including the case where the mixed crystal ratios X and Y are different between the respective layers) and the light emitting diode having the window layer made of metal oxide, the n-type upper cladding layer has a different electron concentration. Layer (including the case where the mixed crystal ratios X and Y are different among the three layers, and in order from the layer closer to the light emitting layer, the first n-type layer (the electron concentration is n1, the layer thickness is d1), the second an n-type layer (electron concentration is n2 and layer thickness is d2), and a third n-type layer (electron concentration is n3 and layer thickness is d3) are included. A light emitting diode characterized by n3>n1> n2 and a layer thickness of three layers of d1> d3 ≧ d2 . p形下部クラッド層、発光層、n形上部クラッド層のInの混晶比(1−Y)が、それぞれ0.5であることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード。  2. The light emitting diode according to claim 1, wherein an In mixed crystal ratio (1-Y) of each of the p-type lower cladding layer, the light emitting layer, and the n-type upper cladding layer is 0.5. 窓層が、第3のn形層と接していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発光ダイオード。  The light emitting diode according to claim 1, wherein the window layer is in contact with the third n-type layer. 第2のn形層の電子濃度が、1×1016cm−3≦n2≦5×1017cm-3であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の発光ダイオード。Electron concentration of the second n-type layer, 1 × 10 16 cm -3 ≦ n2 ≦ 5 × 10 17 cm be -3, characterized in claims 1 to 3 of the light-emitting diode according to any one . 第2のn形層の層厚が、20nm≦d2≦200nmであることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の発光ダイオード。The light-emitting diode according to a second of the layer thickness of the n-type layer, any one of claims 1 to 4, characterized in that a 20nm ≦ d2 ≦ 200nm. 第1および第2のn形層のドーパントがSiであり、第3のn形層のドーパントがSeまたはTeであることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の発光ダイオード。Dopants of the first and second n-type layer is Si, the light emitting diode according to any one of claims 1 to 5, the dopant of the third n-type layer is characterized in that it is a Se or Te . 窓層が、n形の伝導性を有することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の発光ダイオード。Window layer, light-emitting diode according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it has a n-type conductivity. 窓層を、酸化インジウム・錫、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、及び酸化マグネシウムから選ばれた少なくとも1種から構成することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の発光ダイオード。The window layer is composed of at least one selected from indium tin oxide, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, and magnesium oxide, The light emission according to any one of claims 1 to 7 , diode. 窓層を構成する酸化亜鉛が、アルミニウム、ガリウム、またはインジウムのいずれか1つを含むことを特徴とする請求項に記載の発光ダイオード。The light emitting diode according to claim 8 , wherein the zinc oxide constituting the window layer includes any one of aluminum, gallium, and indium. p形GaAs単結晶基板の正孔濃度が、5×1018〜5×1019cm−3の範囲であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の発光ダイオード。 hole concentration of p-type GaAs single crystal substrate, 5 × 10 18 ~5 × 10 19 light-emitting diode according to any one of claims 1 to 9, characterized in that in the range of cm -3.
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