JP4763153B2

JP4763153B2 - 半導体発光素子

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Publication number: JP4763153B2
Application number: JP2001155979A
Authority: JP
Inventors: 幸生松本; 忠敬細見
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2001-05-24
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: JP2002353502A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩｎＧａＡｌＰ系の４元系化合物半導体からなり、黄色から緑色の赤色より短い波長の光を発光させる半導体発光素子に関する。さらに詳しくは、活性層に効率良くキャリアを蓄えながら、クラッド層の電気抵抗を下げることにより、一定の入力に対して取り出す光の割合を大きくすることができる発光特性の優れた半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の赤色系の半導体発光素子は、たとえば図５に示されるような構造になっている。すなわち、図５において、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板２１上に、たとえばｎ型のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体材料からなるｎ型クラッド層２２、クラッド層よりバンドギャップが小さくなる組成のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体材料からなる活性層２３、ｐ型のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体材料からなるｐ型クラッド層２４がそれぞれエピタキシャル成長され、ダブルヘテロ構造の発光層形成部３１が形成されている。このｐ型クラッド層２４は、たとえば国際公開公報ＷＯ９７／４５８８１号公報に示されているように、少なくとも活性層２３側のキャリア濃度を小さくすることが、活性層２３へのドーパント拡散を防止して発光効率向上に寄与することが知られている。
【０００３】
さらにその表面にＡｌＧａＡｓ系化合物半導体（たとえばＡｌの混晶比率０.７）からなるｐ型のウインドウ層（電流拡散層）２５が設けられ、その上にウインドウ層２５よりＡｌの混晶比率の小さいＡｌＧａＡｓ系化合物半導体（たとえばＡｌの混晶比率０.５）からなる保護層２６が設けられている。そして、その表面の中央部にＧａＡｓからなるコンタクト層２７を介してｐ側電極２８および半導体基板の裏面にｎ側電極２９が形成されている。この保護層２６は、Ａｌの混晶比率の大きいＡｌＧａＡｓ系化合物半導体が表面に露出していると、外部からの水分などによりＡｌが腐食しやすく、信頼性が低下するため、それを防止するために設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
赤色から橙色程度の発光色に対しては、前述のようにＩｎＧａＡｌＰ系の４元系化合物半導体により発光層形成部が構成され、緑色系にはＧａＰ系化合物半導体が用いられていた。しかし、ＧａＰ系化合物半導体は結晶性が劣り、結晶性の優れたＩｎＧａＡｌＰ系の４元系化合物半導体を用いることが現在検討されている。しかし、黄色から緑色系で発光させるためには、活性層のバンドギャップを大きくする必要があり、前述のＩｎＧａＡｌＰ系化合物において、活性層のＧａの混晶比率を、赤色の０.８〜１から０.５５〜０.８程度にしなければならない。このように、活性層のバンドギャップが大きくなると、その活性層をサンドイッチするクラッド層のＩｎＧａＡｌＰ系化合物におけるＧａの混晶比率が、従来の赤色系の場合における０.３〜０.５程度では、充分にキャリアを活性層に閉じ込めることができず、発光効率が低下しやすいという問題がある。しかし、クラッド層のバンドギャップを大きくするため、Ｇａの混晶比を０.３より小さくすると、ドーパントを採り込み難くなり、キャリア濃度を充分に上げることができず、電極間の直列抵抗が増大し、同じ入力に対する出力、すなわち発光効率が低下するという問題がある。
【０００５】
また、黄色から緑色の短波長の発光素子では、表面に設けられる保護層として用いる、Ａｌの混晶比が０.５程度のＡｌＧａＡｓ系化合物半導体では、発光する光を吸収し、さらに発光効率が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、ＩｎＧａＡｌＰ系の４元系化合物半導体を用いて黄色から緑色のような波長の短い光を発光する場合でも、効率良く発光させると共に発光する光を吸収させないことにより、発光特性の優れた半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、半導体積層部の露出面に短い波長の光に対しても吸収せず、かつ、信頼性の高い保護層を設けることにより、外部微分量子効率を高くしながら信頼性の高い半導体発光素子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、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体を用いて黄色や緑色などの波長の短い光を発光させる場合に、赤色などに比べて発光効率が低下しないようにするため鋭意検討を重ねた結果、活性層とクラッド層との間のバンドギャップ差が小さくなり、充分にキャリアを活性層に閉じ込めることができず、また、クラッド層にＩｎＡｌＰなどのバンドギャップの大きい材料を用いるとｐ型クラッド層のキャリア濃度を充分にあげるこができず、内部微分量子効率が低下することに原因があることを見出した。そして、ｐ型クラッド層の活性層側の一部のみにＧａの混晶割合が０または非常に小さいＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体を用いることにより、キャリアの閉込めが充分に行われ、かつ抵抗損も殆ど生じないで良好な発光特性が得られることを見出した。ここにＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体とは、Ｉｎ_0.49（Ｇａ_aＡｌ_1-a）_0.51Ｐで表わされるａが０から１まで変化し得る化合物で、ＧａＡｓとほぼ格子整合し得る化合物半導体を意味する。
【０００９】
本発明による半導体発光素子は、ＧａＡｓからなる半導体基板と、該半導体基板の上に設けられ、該半導体基板と格子整合する材料であるＩｎ_0.49（Ｇａ_aＡｌ_1-a）_0.51Ｐ（０≦ａ≦１）からなり、活性層を該活性層よりバンドギャップの大きいｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層により挟持して、赤色より波長の短いの光を発光する発光層形成部と、該発光層形成部上に設けられるウインドウ層とからなり、前記ｐ型クラッド層の前記活性層側の第１層が、０.０５〜０.２μｍ厚でＩｎ_0.49（Ｇａ_xＡｌ_1-x）_0.51Ｐ（０≦ｘ≦０.１５）からなり、残部の第２層がＩｎ_0.49（Ｇａ_yＡｌ_1-y）_0.51Ｐ（０.２≦ｙ≦１）からなり、前記第１層のバンドギャップが前記第２層のバンドギャップより大きくなるように形成されている。
【００１０】
この構造にすることにより、ｐ型クラッド層の活性層側にＧａの混晶比が０か殆ど０に近いバンドギャップの大きいＩｎ_0.49（Ｇａ_xＡｌ_1-x）_0.51Ｐ（０≦ｘ≦０.１５）半導体層が設けられているため、キャリアを活性層に充分に閉じ込めることができる。しかも、Ｉｎ_0.49（Ｇａ_xＡｌ_1-x）_0.51Ｐ（０≦ｘ≦０.１５）半導体層が設けられる厚さは、０.０５〜０.２μｍに限定されているため、キャリア濃度を大きくできない半導体材料であることに関しては、殆ど影響を生じない。すなわち、とくにｐ型クラッド層の活性層側のキャリア濃度が大きいと、製造工程中などにｐ型クラッド層のドーパントが活性層中に拡散して発光効率が低下することが知られており、従来の赤色系発光素子用にＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体により製造される場合でも、活性層側のキャリア濃度を低くすることが行われる場合があり、活性層側のキャリア濃度を低くすることはむしろ好ましい。そのため、この層をｐ型クラッド層厚の１／１０以下程度の厚さに抑えることにより、ドーパントの活性層側への拡散防止とキャリア閉込めの効果の両方が得られ、抵抗の増大には殆ど結びつかず、高い発光効率に寄与する。
【００１１】
前記ウインドウ層がＡｌ_vＧａ_1-vＡｓ（０.５≦ｖ≦０.８）からなり、該ウインドウ層上にＡｌ_uＩｎ_1-uＰ（０.３５≦ｕ≦０.５１）からなる保護層が設けられることが好ましい。すなわち、Ａｌ_uＩｎ_1-uＰ（０.３５≦ｕ≦０.５１）は、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体よりバンドギャップが大きく、Ａｌの混晶比が０.３５程度になっても緑色程度の光を吸収することなく透過させながら、Ａｌの混晶比が０.５１のときに４元系化合物半導体と格子定数を一致させることができる関係にあり、０.３５程度になっても、格子定数のズレはそれほど大きくなく、格子不整合の問題は発生しない。その結果、光を全然減衰させることなく、水分などの浸入に対して安定した信頼性の高い半導体発光素子となる。
【００１２】
前記活性層が、Ｉｎ_0.49（Ｇａ_zＡｌ_1-z）_0.51Ｐ（０.５５≦ｚ≦０.８）からなり、赤色より波長の短い発光をする半導体発光素子の場合に、とくに効果が大きい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明による半導体発光素子について、図面を参照しながら説明をする。本発明による半導体発光素子は、図１にその一実施形態の断面説明図が示されるように、半導体基板１の上に、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体からなり、活性層４をその活性層４よりバンドギャップの大きいｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド層５により挟持する発光層形成部１１が設けられ、その発光層形成部１１上にウインドウ層６が設けられている。このｐ型クラッド層５が、活性層４側の０.０５〜０.２μｍ厚だけＩｎ_0.49（Ｇａ_xＡｌ_1-x）_0.51Ｐ（０≦ｘ≦０.１５）からなる第１層５ａと、残部がＩｎ_0.49（Ｇａ_yＡｌ_1-y）_0.51Ｐ（０.２≦ｙ≦１）からなる第２層５ｂとからなっている。
【００１４】
発光層形成部１１は、たとえばＩｎ_0.49（Ｇａ_yＡｌ_1-y）_0.51Ｐ（０.２≦ｙ≦０.５、たとえばｙ＝０.３３）からなるｎ型クラッド層３が０.１〜２μｍ程度、たとえば５７０ｎｍ程度の発光波長とするＩｎ_0.49（Ｇａ_zＡｌ_1-z）_0.51Ｐ（０.５５≦ｚ≦０.８、たとえばｙ＝０.７４）からなる活性層４が０.１〜２μｍ程度、Ｉｎ_0.49（Ｇａ_xＡｌ_1-x）_0.51Ｐ（０≦ｘ≦０.１５、たとえばｘ＝０）からなるｐ型クラッド層の第１層５ａが０.０５〜０.２μｍ程度と、たとえばＩｎ_0.49（Ｇａ_yＡｌ_1-y）_0.51Ｐ（０.２≦ｙ≦０.５、たとえばｙ＝０.３３）からなるｐ型クラッド層の第２層５ｂが０.１〜２μｍ程度それぞれ成長されて形成されている。
【００１５】
本発明では、図１に示される例のように、ｐ型クラッド層５が、たとえばＩｎ_0.49Ａｌ_0.51Ｐからなる第１層５ａと、たとえばＩｎ_0.49（Ｇａ_0.33Ａｌ_0.67）_0.51Ｐからなる第２層５ｂとからなっていることに特徴がある。すなわち、前述のように、本発明者らは、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体を用いて、黄色から緑などの短波長の光を発光させる発光素子の発光効率を向上させるため鋭意検討を重ねた結果、ｐ型クラッド層でのキャリア閉込め効率が低下することに原因があり、一方で、ｐ型クラッド層５の全体をＩｎＡｌＰで構成すると、キャリア濃度を５×１０¹⁷ｃｍ^-3より高くすることができず、同様に発光効率を向上させることができなかった。そこで、本発明者らは、ｐ型クラッド層５を活性層４側のＩｎ_0.49Ａｌ_0.51Ｐからなる第１層５ａとウインドウ層６側のＩｎ_0.49（Ｇａ_0.33Ａｌ_0.67）_0.51Ｐからなる第２層５ｂとで構成し、第１層５ａの厚さおよびキャリア濃度を種々変更して発光効率の変化を調べた。
【００１６】
図２は、第２層５ｂのキャリア濃度を常に１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度、厚さを０.５μｍ程度とし、第１層５ａのキャリア濃度を３×１０¹⁶ｃｍ^-3程度とし、その厚さを種々変更したときの同じ入力に対する発光強度（任意単位）を調べた結果を示す図である。図２から明らかなように、半導体層のバンドギャップが現れる程度の厚さ、すなわち０.０５μｍ程度形成すれば、発光強度が向上し、０.１μｍ程度までは余り変化しないが、それより厚くするほど発光強度が段々低下する。これは、第１層５ａのキャリア濃度が低いため、厚くなりすぎると直列抵抗が増大するためと考えられる。一方、第１層５ａの活性層４と反対側のキャリア濃度を上げることを試みたが、前述のように、ｐ型ＩｎＡｌＰのキャリア濃度を５×１０¹⁷ｃｍ^-3より高くすることができず、図２の結果に対して、それほど改善はされなかった。このキャリア濃度が上がらない原因は、Ｇａが殆どないため、ドーパントのＺｎなどを取り込みにくいためと考えられる。
【００１７】
一方、たとえば第１層５ａを０.１μｍ程度にして、直接ＡｌＧａＡｓからなるウインドウ層６を設けた結果は、図２にＡで示される発光強度となり、同様に好ましくなかった。すなわち、第１層５ａの直列抵抗自体は、それ程問題にならない筈であるのに、発光強度が第２層５ｂを設ける構造より明らかに低下している。これは、第１層５ａがＩｎＧａＡｌＰ系化合物であるのに対して、ウインドウ層６はＡｌＧａＡｓ系化合物と半導体の種類が異なり、完全には格子整合がとれていないため、第１層５ａが薄すぎると、完全に応力緩和をすることができず、活性層に応力がかかるためと考えられる。そのため、活性層４やＩｎＡｌＰと格子整合をとることができ、キャリア濃度を大きくすることができるＧａ混晶比の大きいＩｎＧａＡｌＰ系化合物からなる第２層５ｂを設ける必要があることが分る。
【００１８】
つぎに、第１層５ａの厚さを０.１μｍ程度として、キャリア濃度を１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3の範囲で変化させて、発光強度（任意単位）を調べた。その結果が図３に示されるように、第１層５ａの厚さが薄いこともあり、余り発光強度には顕著な変化が見られなかった。また、この第１層５ａがキャリア濃度を余り大きくできない材料であることから、第２層５ｂからのドーパントの拡散も少なく、非常に薄い層でも第２層５ｂからドーパントが活性層４に拡散して発光効率を低下させるという現象も現れ難い。
【００１９】
さらに、第１層５ａの厚さを０.１μｍ程度、キャリア濃度を３×１０¹⁶ｃｍ^-3程度とし、第１層５ａの材料のＩｎ_0.49（Ｇａ_xＡｌ_1-x）_0.51ＰにおけるＧａの量を０から増やしたときの発光強度（任意単位）について調べた。その結果を図４に示す。図４から明らかなように、Ｇａの混晶比が増えるにしたがって、発光強度が低下するが、ｘが０.１５以下、さらに好ましくは０.１以下であれば、０の場合とそれほど大差はなく、充分に発光効率の向上に寄与する。Ｇａの混晶比が大きくなると、前述のように、バンドギャップが小さくなってキャリアの閉込めが充分に行われないこと、不純物が拡散しやすく、活性層にｐ型ドーパントが拡散しやすいことなどに起因しているものと考えられる。
【００２０】
以上の検討結果から、ｐ型クラッド層５を活性層４側のＩｎ_0.49（Ｇａ_xＡｌ_1-x）_0.51Ｐ（０≦ｘ≦０.１５）からなる第１層５ａと、Ｉｎ_0.49（Ｇａ_yＡｌ_1-y）_0.51Ｐ（０.２≦ｙ≦１）からなる第２層５ｂとにより構成し、第１層５ａの厚さを０.０５〜０.２μｍにすることにより、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体を用いて黄色から緑色の短波長の発光素子を構成する場合でも、発光効率を向上させ得ることを見出した。
【００２１】
この発光層形成部１１の表面に、たとえばキャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度のＡｌ_vＧａ_1-vＡｓ（０.５≦ｖ≦０.８）からなるウインドウ層６が１〜１０μｍ程度設けられている。また、ウインドウ層６の表面には、Ａｌ_uＩｎ_1-uＰ（０.３５≦ｕ≦０.５１）からなる保護層１０が０.０３〜０.１５μｍ程度設けられ、その上にｐ側電極８の下側のみにＧａＡｓなどからなるコンタクト層７が設けられ、これらにより半導体積層部１２が形成されている。
【００２２】
この例では、ウインドウ層６の表面にＡｌ_uＩｎ_1-uＰからなる保護層１０が設けられている。すなわち、ウインドウ層６がバンドギャップを大きくするため、Ａｌの混晶比率の大きい半導体により形成されている。そのため、水分などの浸入により腐食されやすい。従来赤色系の半導体発光素子において、このウインドウ層上にＡｌの混晶比率が０.５程度と小さくした保護層が設けられているものはあるが、前述のように、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体を用いて緑色などの発光をさせることが検討されており、このような波長の短い発光素子においては、ＡｌＧａＡｓのＡｌの混晶比率を０.５程度に小さくすると、発光する光を吸収するという問題がある。
【００２３】
そのため、Ａｌ_uＩｎ_1-uＰのＡｌの混晶比ｕが０.３５以上、０.５１以下程度のものを使用している。ｕが０.３５以上であれば５７０ｎｍ程度の波長の光に対しても殆ど発光する光を吸収することがなく（大きくなるほど透明度がよくなる）、また、ｕが０.５１になっても、従来のＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を保護層とした場合のＡｌの混晶比率と同程度で、腐食性は問題にならないからである。さらに、格子定数は０.５１のとき４元系のＩｎＧａＡｌＰ化合物半導体と同程度となり、０.３５程度でもそのズレは０.９％程度であり、支障なく使用できる。また、前述のように、ＡｌＩｎＰでは余りキャリア濃度を大きくすることができないが、表面保護という観点からは、数十ｎｍ程度設けられておれば、保護機能を有し、１５０ｎｍ程度以下であれば、抵抗損の問題は殆ど生じない。
【００２４】
ｐ側電極８は、たとえばＡｕ-Ｂｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕなどを全面に設けた後にパターニングすることにより形成されてもよいし、電極が設けられる部分以外にマスクを設けて、全面に電極材料を被膜してからマスクを除去するリフトオフ法により形成されてもよい。また、ＧａＡｓからなる半導体基板１の裏面には、全面にＡｕ-Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕなどがたとえば０.３μｍ程度の厚さに設けられ、ｎ側電極９が形成されている。
【００２５】
本発明の半導体発光素子によれば、ｐ型クラッド層の活性層側に０.０５〜０.２μｍ厚だけＩｎ_0.49（Ｇａ_xＡｌ_1-x）_0.51Ｐ（０≦ｘ≦０.１５）からなる第１層５ａを設け、残部をＩｎ_0.49（Ｇａ_yＡｌ_1-y）_0.51Ｐ（０.２≦ｙ≦１）からなる第２層５ｂとしているため、キャリアを充分に活性層に閉じ込めながら、クラッド層のキャリア濃度は第２層により殆ど低下することなく、低抵抗を維持することができる。しかも、第１層のＩｎ_0.49（Ｇａ_xＡｌ_1-x）_0.51Ｐ（０≦ｘ≦０.１５）は、キャリア濃度を余り上げることができないが、活性層に接する部分には、活性層へのドーパントの拡散防止を図る点からも、キャリア濃度が小さい方がむしろ好ましく、その点からも発光効率向上に寄与している。
【００２６】
さらに、ウインドウ層上にＡｌ_uＩｎ_1-uＰ化合物半導体（以下、ＡｌＩｎＰ系化合物半導体ともいう）からなる保護層が設けられることにより、たとえばＡｌの混晶比率ｕが０.３５程度であればＡｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓと同程度のバンドギャップとなり、殆ど光を吸収しない。また、Ａｌの混晶比率が０.５１より小さくなることにより格子定数のズレが生じるが、そのズレは僅かであり、ＧａＰを設ける場合のように大きな格子不整合は生じない。また、キャリア濃度を余り上げられない点に関しては、その厚さを１５０ｎｍ程度以下に薄くすることにより電圧降下も殆ど生じない。その結果、格子歪みの問題などはなく、しかも結晶性がよく透明な半導体層で水分などにも安定な保護層として機能するため、信頼性を向上させながら発光効率を向上させることができる。
【００２７】
一方、ＭＯＣＶＤ法により半導体層を成長すると、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層を成長した後、ＡｌＩｎＰ系化合物半導体層を成長すると、その成長用原料ガスの変更の際にガス中のＡｓがなくなると成長したＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層からＡｓが抜け、その表面を荒らすという問題があるが、Ｐを含む層を堆積する直前までＡｓＨ₃を流すことによりこの問題を解決することができる。
【００２８】
つぎに、この半導体発光素子の製法について説明をする。たとえばｎ型ＧａＡｓ基板１をＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置内に入れ、反応ガスのトリエチルガリウム（ＴＥＧ）またはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ₃）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ホスフィン（ＰＨ₃）、ｎ型ドーパントとしてのＨ₂Ｓｅ、ｐ型層形成の場合はｐ型ドーパントとしてのジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）の必要なガスをそれぞれ導入し、図１に示されるように、Ｉｎ_0.49（Ｇａ_0.33Ａｌ_0.67）_0.51Ｐからなるｎ型クラッド層３を０.３〜１μｍ程度、ノンドープのＩｎ_0.49（Ｇａ_0.74Ａｌ_0.26）_0.51Ｐからなる活性層４を０.４〜１μｍ程度、たとえばＩｎ_0.49Ａｌ_0.51Ｐからなるｐ型クラッド層５の第１層５ａを０.０５〜０.２μｍ程度、たとえばＩｎ_0.49（Ｇａ_0.33Ａｌ_0.67）_0.51Ｐからなるｐ型クラッド層５の第２層５ｂを０.１〜２μｍ程度、たとえばＡｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓからなるｐ型ウインドウ層６を１〜１０μｍ程度、Ａｌ_0.35Ｉｎ_0.65Ｐからなる保護層１０を０.０３〜０.１５μｍ程度、ＧａＡｓからなるコンタクト層７を０.２〜１μｍ程度それぞれ連続的に成長する。
【００２９】
なお、ｐ型ウインドウ層６を成長した後に、保護層１０を成長する際、前述のように、ＡｌＩｎＰ系化合物半導体を成長する直前までＡｓＨ₃を流すことにより、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるウインドウ層６のＡｓ抜けを防止し、ウインドウ層６の表面を荒らすことはない。
【００３０】
その後、Ａｕ-Ｂｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕなどをリフトオフ法、マスク蒸着、または全面に成膜した後にホトリソグラフィ法によるパターニングにより、ｐ側電極８を形成し、さらに半導体基板１の裏面にＡｕ-Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕなどを全面に設けてｎ側電極９を形成し、チップ化することにより図１に示されるＬＥＤチップが得られる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の半導体発光素子によれば、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体を用いた緑色などの波長の短い発光素子でも、発光効率を高く維持するこができ、高性能な黄色から緑色の半導体発光素子が得られる。しかも、保護層としてＡｌＩｎＰ系化合物半導体を用いることにより、これら短波長の光でも吸収することなく、しかも格子定数不整合の問題もなく、光の取出し効率を上げながら、表面の腐食に対して信頼性が非常に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるＬＥＤチップの断面説明図である。
【図２】第１層の厚さを種々変化させたときの発光強度変化を示す図である。
【図３】第１層のキャリア濃度を種々変化させたときの発光強度変化を示す図である。
【図４】第１層のＩｎ_0.49（Ｇａ_xＡｌ_1-x）_0.51Ｐのｘを変えたときの発光強度変化を示す図である。
【図５】従来のＬＥＤチップの構成例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１半導体基板
３ｎ型クラッド層
４活性層
５ｐ型クラッド層
５ａ第１層
５ｂ第２層
６ウインドウ層
１０保護層
１１発光層形成部

Claims

ＧａＡｓからなる半導体基板と、該半導体基板の上に設けられ、該半導体基板と格子整合する材料であるＩｎ_0.49（Ｇａ_aＡｌ_1-a）_0.51Ｐ（０≦ａ≦１）からなり、活性層を該活性層よりバンドギャップの大きいｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層により挟持して、赤色より波長の短い光を発光する発光層形成部と、該発光層形成部上に設けられるウインドウ層とからなり、前記ｐ型クラッド層の前記活性層側の第１層が、０.０５〜０.２μｍ厚でＩｎ_0.49（Ｇａ_xＡｌ_1-x）_0.51Ｐ（０≦ｘ≦０.１５）からなり、残部の第２層がＩｎ_0.49（Ｇａ_yＡｌ_1-y）_0.51Ｐ（０.２≦ｙ≦１）からなり、前記第１層のバンドギャップが前記第２層のバンドギャップより大きくなるように形成されてなる半導体発光素子。
前記ｐ型クラッド層の前記第１層が、Ｉｎ_0.49Ａｌ_0.51Ｐである請求項１記載の半導体発光素子。
前記ウインドウ層がＡｌ_vＧａ_1-vＡｓ（０.５≦ｖ≦０.８）からなり、該ウインドウ層上にＡｌ_uＩｎ_1-uＰ（０.３５≦ｕ≦０.５１）からなる保護層が設けられてなる請求項１または２記載の半導体発光素子。
前記活性層が、Ｉｎ_0.49（Ｇａ_zＡｌ_1-z）_0.51Ｐ（０.５５≦ｚ≦０.８）からなる請求項１ないし３のいずれか１項記載の半導体発光素子。
前記発光層形成部を含む半導体積層部の表面に前記ｐ型クラッド層と電気的に接続されるようにｐ側電極が設けられ、該ｐ側電極がＡｕ-Ｂｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕの積層構造である請求項１ないし４のいずれか１項記載の半導体発光素子。
前記半導体基板の前記半導体積層部が形成された面と反対面にｎ側電極が設けられ、該ｎ側電極がＡｕ-Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層構造である請求項１ないし５のいずれか１項記載の半導体発光素子。