JP7373435B2 - semiconductor light emitting device - Google Patents

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Description

この発明は、発光ダイオード等の半導体発光素子に関する。 The present invention relates to semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes.

発光ダイオードにおいて、高輝度を得るためには、チップ面内に均一に電流が注入されるように、電流分散特性を良くする必要がある。そこで、ｐ型クラッド層とｐ側電極との間に、電流を分散させるためのウインドウ層（電流拡散層）が設けられている。このウインドウ層は厚いほど電流を分散させることができるが、ウインドウ層を厚く形成すると、ウインドウ層を構成する結晶に欠陥が発生しやすくなる。 In order to obtain high brightness in a light emitting diode, it is necessary to improve current dispersion characteristics so that current is uniformly injected within the chip surface. Therefore, a window layer (current diffusion layer) for dispersing current is provided between the p-type cladding layer and the p-side electrode. The thicker the window layer is, the more current can be dispersed, but the thicker the window layer is, the more defects are likely to occur in the crystals that make up the window layer.

そこで、ｐ側電極におけるｐ型クラッド層側に、酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる透明電極膜を設けることにより、従来のウインドウ層を薄くした発光ダイオードが提案されている。
しかしながら、透明電極膜を用いた発光ダイオードでは、半導体層と透明電極膜との間の接触抵抗が大きくなるため、順方向動作電圧が高くなるという問題がある。 Therefore, a light emitting diode has been proposed in which the conventional window layer is made thinner by providing a transparent electrode film made of indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), etc. on the p-type cladding layer side of the p-side electrode. has been done.
However, a light emitting diode using a transparent electrode film has a problem in that the contact resistance between the semiconductor layer and the transparent electrode film increases, resulting in a high forward operating voltage.

この問題を解消するために、透明電極膜と半導体層との間に、炭素がドープされたリン化ガリウム（ＧａＰ）からなるｐ型コンタクト層を設けることにより、透明電極膜と半導体層との間の接触抵抗を低下させたものが提案されている（特許文献１参照）。 In order to solve this problem, a p-type contact layer made of carbon-doped gallium phosphide (GaP) is provided between the transparent electrode film and the semiconductor layer. A device with reduced contact resistance has been proposed (see Patent Document 1).

特開２０１３－５８６２２号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-58622

透明電極膜と半導体層との間の接触抵抗を小さくするためには、ｐ型コンタクト層におけるｐ型不純物濃度を高くすることが好ましい。しかしながら、炭素ドープにより得られるＧａＰのキャリア濃度は１．５×１０１９ｃｍ－３程度であり、さほど高くない。
この発明の目的は、透明電極膜とウインドウ層との間の接触抵抗を低減化できる、半導体発光素子を提供することにある。 In order to reduce the contact resistance between the transparent electrode film and the semiconductor layer, it is preferable to increase the p-type impurity concentration in the p-type contact layer. However, the carrier concentration of GaP obtained by carbon doping is about 1.5×10 19 cm −3 , which is not very high.
An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that can reduce contact resistance between a transparent electrode film and a window layer.

この発明の実施形態は、ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層と、前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層に挟まれた発光層と、前記ｐ型クラッド層に対して前記発光層とは反対側に配置され、ＧａＰからなるｐ型ウインドウ層と、前記ｐ型ウインドウ層における前記ｐ型クラッド層とは反対側の表面に形成され、炭素がドープされたＡｌＧａＡｓＰ系半導体からなるｐ型コンタクト層と、前記ｐ型コンタクト層における前記ｐ型ウインドウ層とは反対側の表面に形成された透明電極膜とを備え、前記ｐ型コンタクト層は、炭素がドープされたＡｌＧａＡｓＰ層を含む、半導体発光素子を提供する。 An embodiment of the present invention includes a p-type cladding layer and an n-type cladding layer, a light-emitting layer sandwiched between the p-type cladding layer and the n-type cladding layer, and a light-emitting layer opposite to the p-type cladding layer. a p-type window layer made of GaP, and a p-type contact layer made of a carbon-doped AlGaAsP semiconductor and formed on a surface of the p-type window layer opposite to the p-type cladding layer; , a transparent electrode film formed on a surface of the p-type contact layer opposite to the p-type window layer, the p-type contact layer including a carbon-doped AlGaAsP layer; provide.

ＡｌＧａＡｓＰ系半導体に炭素をドープすることにより得られるｐ型コンタクト層と、ＧａＰに炭素をドープすることにより得られｐ型ＧａＰ層とを比較すると、ＧａＰに対してＡｌＧａＡｓＰ系半導体の方が炭素をより高濃度にドープできる。したがって、この構成では、透明電極膜とｐ型ウインドウ層との間の接触抵抗を低減できる。
この発明の実施形態では、前記透明電極膜がＩＴＯからなる。 Comparing a p-type contact layer obtained by doping an AlGaAsP-based semiconductor with carbon and a p-type GaP layer obtained by doping GaP with carbon, the AlGaAsP-based semiconductor has a higher concentration of carbon than GaP. Can be highly doped. Therefore, with this configuration, the contact resistance between the transparent electrode film and the p-type window layer can be reduced.
In an embodiment of the invention, the transparent electrode film is made of ITO.

この発明の実施形態では、前記ｐ型コンタクト層と前記透明電極膜との接触抵抗が、１×１０－３Ω・ｃｍ２以下である。
この発明の実施形態では、前記ｐ型コンタクト層における前記炭素の濃度が５×１０１９ｃｍ－３以上である。
この発明の実施形態では、前記ｐ型コンタクト層の膜厚が２５ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。 In an embodiment of the invention, the contact resistance between the p-type contact layer and the transparent electrode film is 1×10 −3 Ω·cm 2 or less.
In an embodiment of the invention, the concentration of carbon in the p-type contact layer is 5×10 19 cm −3 or more.
In an embodiment of the present invention, the p-type contact layer has a thickness of 25 nm or more and 400 nm or less.

この発明の実施形態では、前記ｐ型ウインドウ層の膜厚が、２．０μｍ以上８μｍ以下である。
この発明の実施形態では、前記透明電極膜の膜厚が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
この発明の実施形態では、前記ｐ型コンタクト層が、前記ｐ型ウインドウ層における前記ｐ型クラッド層とは反対側の表面に形成されかつ炭素がドープされたＡｌＧａＡｓＰ層と、前記ＡｌＧａＡｓＰ層における前記ｐ型ウインドウ層とは反対側の表面に形成されかつ炭素がドープされたＧａＡｓＰ層とからなる。 In an embodiment of the invention, the p-type window layer has a thickness of 2.0 μm or more and 8 μm or less.
In an embodiment of the invention, the thickness of the transparent electrode film is 100 nm or more and 300 nm or less.
In an embodiment of the present invention, the p-type contact layer includes an AlGaAsP layer formed on a surface of the p-type window layer opposite to the p-type cladding layer and doped with carbon, and a carbon-doped AlGaAsP layer and the p-type contact layer in the AlGaAsP layer. and a carbon-doped GaAsP layer formed on the surface opposite to the mold window layer.

この発明の実施形態では、前記ＡｌＧａＡｓＰ層の膜厚が、１５ｎｍ以上３９０ｎｍ以下であり、前記ＧａＡｓＰ層の膜厚が、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
この発明の実施形態では、前記ｐ型クラッド層と前記透明電極との間に存在するｐ型半導体層の膜厚の総和が２μｍよりも大きい。
この発明の実施形態では、前記ｐ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層および前記発光層が、ＩｎＡｌＧａＰ系半導体からなる。 In an embodiment of the invention, the thickness of the AlGaAsP layer is 15 nm or more and 390 nm or less, and the thickness of the GaAsP layer is 3 nm or more and 10 nm or less.
In an embodiment of the present invention, the total thickness of the p-type semiconductor layers existing between the p-type cladding layer and the transparent electrode is greater than 2 μm.
In an embodiment of the invention, the p-type cladding layer, the n-type cladding layer, and the light emitting layer are made of an InAlGaP-based semiconductor.

図１は、この発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の模式的な平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the invention. 図２は、図１のII-II線に沿う模式的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 図３は、この発明の第２実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the invention.

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の模式的な平面図である。図２は、図１のII-II線に沿う模式的な断面図である。
この半導体発光素子１は、基板２と、基板２の表面２ａに結晶成長によって形成された半導体積層構造３と、半導体積層構造３表面に形成された透明電極膜４と、基板２の裏面２ｂに接触するように形成されたｎ側電極５と、透明電極膜４の表面に接触するように形成されたｐ側電極６を備えている。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
This semiconductor light emitting device 1 includes a substrate 2, a semiconductor laminated structure 3 formed on the front surface 2a of the substrate 2 by crystal growth, a transparent electrode film 4 formed on the surface of the semiconductor laminated structure 3, and a back surface 2b of the substrate 2. It includes an n-side electrode 5 formed in contact with the surface of the transparent electrode film 4, and a p-side electrode 6 formed in contact with the surface of the transparent electrode film 4.

基板２は、この実施形態では、ＧａＡｓ単結晶基板で構成されている。基板２は、この実施形態では、図１に示すように、平面視正方形状に形成されている。基板２の平面視形状は特に制限されず、平面視長方形状等であってもよい。基板２の厚さは、例えば１７０μｍ程度である。半導体積層構造３を形成する各層は、基板２に対してエピタキシャル成長されている。エピタキシャル成長とは、下地層からの格子の連続性を保った状態での結晶成長をいう。 In this embodiment, the substrate 2 is composed of a GaAs single crystal substrate. In this embodiment, the substrate 2 is formed into a square shape in plan view, as shown in FIG. The shape of the substrate 2 in plan view is not particularly limited, and may be rectangular in plan view. The thickness of the substrate 2 is, for example, about 170 μm. Each layer forming the semiconductor stacked structure 3 is epitaxially grown on the substrate 2. Epitaxial growth refers to crystal growth while maintaining lattice continuity from the underlying layer.

半導体積層構造３は、発光層１０と、ｎ型半導体層１１と、ｐ型半導体層１２とを備えている。ｎ型半導体層１１は発光層１０に対して基板２側に配置されており、ｐ型半導体層１２は発光層１０に対して透明電極膜４側に配置されている。こうして、ダブルヘテロ接合が形成されている。発光層１０には、ｎ型半導体層１１から電子が注入され、ｐ型半導体層１２から正孔が注入される。これらが発光層１０で再結合することにより、光が発生するようになっている。 The semiconductor stacked structure 3 includes a light emitting layer 10, an n-type semiconductor layer 11, and a p-type semiconductor layer 12. The n-type semiconductor layer 11 is placed on the substrate 2 side with respect to the light-emitting layer 10, and the p-type semiconductor layer 12 is placed on the transparent electrode film 4 side with respect to the light-emitting layer 10. In this way, a double heterojunction is formed. Electrons are injected into the light emitting layer 10 from the n-type semiconductor layer 11 and holes are injected from the p-type semiconductor layer 12. By recombining these in the light emitting layer 10, light is generated.

ｎ型半導体層１１は、基板２側から順に、ｎ型多層膜光反射層１３およびｎ型クラッド層１４を積層して構成されている。
一方、ｐ型半導体層１２は、発光層１０上に、ｐ型クラッド層１５、ｐ型ＧａＰウインドウ層１６およびｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７を積層して構成されている。
ｎ型多層膜光反射層１３は、発光層１０から基板２側に向かって放出された光を反射させ、その光を透明電極膜４の露出面から外部に出射させるために設けられた層である。ｎ型多層膜光反射層１３は、ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）であり、例えば、ｎ型ＡｌＡｓ層とｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層とがそれぞれ１０層ずつ交互に積層されてなる。ｎ型ＡｌＡｓ層およびｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層の膜厚は、ともに例えば４０ｎｍ程度である。ｎ型多層膜光反射層１３の厚さは、例えば、８００ｎｍ程度である。 The n-type semiconductor layer 11 is constructed by laminating an n-type multilayer light reflection layer 13 and an n-type cladding layer 14 in order from the substrate 2 side.
On the other hand, the p-type semiconductor layer 12 is constructed by laminating a p-type cladding layer 15, a p-type GaP window layer 16, and a p-type AlGaAsP-based contact layer 17 on the light emitting layer 10.
The n-type multilayer light reflection layer 13 is a layer provided to reflect the light emitted from the light emitting layer 10 toward the substrate 2 side and to emit the light to the outside from the exposed surface of the transparent electrode film 4. be. The n-type multilayer light reflection layer 13 is a Bragg reflector (DBR: Distributed Bragg Reflector), and includes, for example, 10 n-type AlAs layers and 10 n-type Al 0.3 Ga 0.7 As layers alternately. It is layered. The thicknesses of both the n-type AlAs layer and the n-type Al 0.3 Ga 0.7 As layer are, for example, about 40 nm. The thickness of the n-type multilayer light reflection layer 13 is, for example, about 800 nm.

ｎ型ＡｌＡｓ層は、ＡｌＡｓにｎ型ドーパントとしてのＳｉ（シリコン）をドープすることによって、ｎ型半導体層とされている。また、ｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層は、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓにｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによって、ｎ型半導体層とされている。
なお、ｎ型多層膜光反射層１３は、ｎ型Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐ層とｎ型ＧａＡｓ層とが交互に積層されたものであってもよい。 The n-type AlAs layer is made into an n-type semiconductor layer by doping AlAs with Si (silicon) as an n-type dopant. Further, the n-type Al 0.3 Ga 0.7 As layer is made into an n-type semiconductor layer by doping Al 0.3 Ga 0.7 As with Si as an n-type dopant.
Note that the n-type multilayer light-reflecting layer 13 may be one in which n-type In 0.5 Al 0.5 P layers and n-type GaAs layers are alternately laminated.

ｎ型クラッド層１４と、ｐ型クラッド層１５とは、発光層１０にキャリア（電子および正孔）を閉じ込めるキャリア閉じ込め効果を生じるものである。
ｎ型クラッド層１４は、例えば、Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐにｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによって、ｎ型半導体層とされている。ｎ型クラッド層１４におけるＳｉの濃度は、例えば５．０×１０１７ｃｍ－３である。なお、ｎ型クラッド層１４にドープされるｎ型ドーパントは、Ｓｅ（セレン）であってもよい。ｎ型クラッド層１４の膜厚は、例えば５００ｎｍ程度である。 The n-type cladding layer 14 and the p-type cladding layer 15 produce a carrier confinement effect that confines carriers (electrons and holes) in the light emitting layer 10.
The n-type cladding layer 14 is made into an n-type semiconductor layer by, for example, doping In 0.5 Al 0.5 P with Si as an n-type dopant. The concentration of Si in the n-type cladding layer 14 is, for example, 5.0×10 17 cm −3 . Note that the n-type dopant with which the n-type cladding layer 14 is doped may be Se (selenium). The thickness of the n-type cladding layer 14 is, for example, about 500 nm.

ｐ型クラッド層１５は、例えば、Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐにｐ型ドーパントとしてのＺｎ（亜鉛）をドープすることによって、ｐ型半導体層とされている。ｐ型クラッド層１５ａにおけるＺｎの濃度は、例えば５．０×１０１７ｃｍ－３である。なお、ｐ型クラッド層１５にドープされるｐ型ドーパントは、Ｍｇ（マグネシウム）であってもよい。ｐ型クラッド層１５の膜厚は、例えば５００ｎｍ程度である。 The p-type cladding layer 15 is made into a p-type semiconductor layer by, for example, doping In 0.5 Al 0.5 P with Zn (zinc) as a p-type dopant. The concentration of Zn in the p-type cladding layer 15a is, for example, 5.0×10 17 cm −3 . Note that the p-type dopant with which the p-type cladding layer 15 is doped may be Mg (magnesium). The thickness of the p-type cladding layer 15 is, for example, about 500 nm.

ｐ型ＧａＰウインドウ層１６は、電流を分散させるために設けられた層である。ｐ型ＧａＰウインドウ層１６は、ＧａＰにｐ型ドーパントとしてのＺｎをドープ（ドーピング濃度は、例えば２×１０１８ｃｍ－３）することによって、ｐ型半導体層とされている。ｐ型ＧａＰウインドウ層１６にドープされるｐ型ドーパントは、Ｍｇであってもよい。
ｐ型ＧａＰウインドウ層１６の膜厚は、２０００ｎｍ以上８０００ｎｍ以下であることが好ましい。ｐ型ＧａＰウインドウ層１６の膜厚が２０００ｎｍよりも薄ければ電流分散が適切に行われないおそれがあり、８０００ｎｍよりも厚くしても電流分散効果がさほど上がらないからである。この実施形態では、ｐ型ＧａＰウインドウ層１６の膜厚は、６５００ｎｍ程度である。 The p-type GaP window layer 16 is a layer provided to disperse current. The p-type GaP window layer 16 is made into a p-type semiconductor layer by doping GaP with Zn as a p-type dopant (doping concentration, for example, 2×10 18 cm −3 ). The p-type dopant doped into the p-type GaP window layer 16 may be Mg.
The thickness of the p-type GaP window layer 16 is preferably 2000 nm or more and 8000 nm or less. This is because if the thickness of the p-type GaP window layer 16 is thinner than 2000 nm, current dispersion may not be carried out appropriately, and even if it is thicker than 8000 nm, the current dispersion effect will not improve much. In this embodiment, the thickness of the p-type GaP window layer 16 is approximately 6500 nm.

ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７は、透明電極膜４とｐ型ウインドウ層１６との間の接触抵抗を低減させるために設けられた低抵抗層である。ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７は、ｐ型ドーパントとしてのＣ（炭素）がドープされたＡｌＧａＡｓＰ系半導体からなるコンタクト層である。
本明細書および特許請求の範囲において、「ＡｌＧａＡｓＰ系の半導体」とは、ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓｙＰ１－ｙ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる半導体をいう。したがって、ＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｓＰ等も、「ＡｌＧａＡｓＰ系の半導体」に含まれる。 The p-type AlGaAsP-based contact layer 17 is a low-resistance layer provided to reduce the contact resistance between the transparent electrode film 4 and the p-type window layer 16. The p-type AlGaAsP-based contact layer 17 is a contact layer made of an AlGaAsP-based semiconductor doped with C (carbon) as a p-type dopant.
In this specification and claims, "AlGaAsP-based semiconductor" refers to a semiconductor consisting of Al x Ga 1-x As y P 1-y (0≦x≦1, 0≦y≦1). Therefore, AlGaAs, GaAsP, etc. are also included in "AlGaAsP-based semiconductors."

この実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７は、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ層からなる。ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ層は、ＡｌＧａＡｓＰにｐ型ドーパントとしてのＣ（炭素）を高濃度にドープすることによって、ｐ型半導体層とされている。
ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７におけるＣ（炭素）の濃度は、５×１０１９ｃｍ－３以上であることが好ましい。この理由は、Ｃの濃度が５×１０１９ｃｍ－３より低いとｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７の抵抗が大きくなり、透明電極膜４とｐ型ＧａＰウインドウ層１６との間の接触抵抗を十分に低減させることができないからである。 In this embodiment, the p-type AlGaAsP-based contact layer 17 is made of a p-type AlGaAsP layer. The p-type AlGaAsP layer is made into a p-type semiconductor layer by doping AlGaAsP with C (carbon) as a p-type dopant at a high concentration.
The concentration of C (carbon) in the p-type AlGaAsP contact layer 17 is preferably 5×10 19 cm −3 or more. The reason for this is that when the C concentration is lower than 5×10 19 cm -3 , the resistance of the p-type AlGaAsP contact layer 17 increases, and the contact resistance between the transparent electrode film 4 and the p-type GaP window layer 16 cannot be sufficiently maintained. This is because it cannot be reduced to

この実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７におけるＣの濃度は、７．０×１０１９ｃｍ－３程度である。
ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７の膜厚は、２５ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。この理由は、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７の膜厚が２５ｎｍよりも薄いと、透明電極膜４とｐ型ＧａＰウインドウ層１６との間の接触抵抗を十分に低減させることができないからである。一方、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７の膜厚が４００ｎｍよりも厚いと、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７による光吸収の影響が現れやすくなるからである。 In this embodiment, the concentration of C in the p-type AlGaAsP contact layer 17 is approximately 7.0×10 19 cm −3 .
The thickness of the p-type AlGaAsP contact layer 17 is preferably 25 nm or more and 400 nm or less. The reason for this is that if the thickness of the p-type AlGaAsP contact layer 17 is thinner than 25 nm, the contact resistance between the transparent electrode film 4 and the p-type GaP window layer 16 cannot be sufficiently reduced. On the other hand, if the film thickness of the p-type AlGaAsP-based contact layer 17 is thicker than 400 nm, the influence of light absorption by the p-type AlGaAsP-based contact layer 17 is likely to appear.

この実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７と透明電極膜４との接触抵抗が、１×１０－３Ω・ｃｍ２以下である。
ＡｌＧａＡｓＰにＣをドープすることにより得られるｐ型ＡｌＧａＡｓＰからなるｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７と、ＧａＰにＣをドープすることにより得られるｐ型ＧａＰコンタクト層とを比較すると、ＧａＰに対してＡｌＧａＡｓＰの方がＣをより高濃度にドープできる。これにより、透明電極膜４とｐ型ウインドウ層１６との間の接触抵抗を低減できる。これにより、高輝度化に適した半導体発光素子を実現することができる。 In this embodiment, the contact resistance between the p-type AlGaAsP contact layer 17 and the transparent electrode film 4 is 1×10 −3 Ω·cm 2 or less.
Comparing the p-type AlGaAsP contact layer 17 made of p-type AlGaAsP obtained by doping AlGaAsP with C and the p-type GaP contact layer obtained by doping GaP with C, it is found that In this case, C can be doped at a higher concentration. Thereby, the contact resistance between the transparent electrode film 4 and the p-type window layer 16 can be reduced. Thereby, a semiconductor light emitting device suitable for high brightness can be realized.

発光層１０は、多重量子井戸（ＭＱＷ：multiple-quantum well）構造を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。発光層１０の膜厚は、例えば１０００ｎｍ程度である。
発光層１０は、例えば、アンドープのＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ層からなる量子井戸（well）層と、アンドープのＩｎ０．５（Ｇａ０．１５Ａｌ０．８５）０．５Ｐ層からなる障壁(barrier）層とを交互に複数周期繰り返し積層して構成された多重量子井戸構造を有している。量子井戸層および障壁層の膜厚は、ともに例えば４ｎｍ程度ある。量子井戸層の層数は、例えば１００であり、障壁層の層数は、例えば９９である。 The light-emitting layer 10 has a multiple-quantum well (MQW) structure, and is a layer for generating light by recombining electrons and holes and amplifying the generated light. be. The thickness of the light emitting layer 10 is, for example, about 1000 nm.
The light emitting layer 10 includes, for example, a quantum well layer consisting of an undoped In 0.5 Ga 0.5 P layer and an undoped In 0.5 (Ga 0.15 Al 0.85 ) 0.5 P layer. It has a multi-quantum well structure constructed by alternately stacking barrier layers consisting of a plurality of layers repeatedly in multiple periods. The thickness of both the quantum well layer and the barrier layer is, for example, about 4 nm. The number of quantum well layers is, for example, 100, and the number of barrier layers is, for example, 99.

透明電極膜４は、電流を効率良く分散し、ｐ型ウインドウ層１６を薄くするために設けられた電極である。透明電極膜４は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）からなる。透明電極膜４の膜厚は、例えば１００ｎｍ～３００ｎｍ程度である。この実施形態では、透明電極膜４の膜厚は、２５０ｎｍ程度である。
ｎ側電極５は、例えば、第１のＡｕ層（例えば５０ｎｍ厚）と、ＡｕＧｅ／Ｎｉ層（例えば１６５ｎｍ厚）と、第２のＡｕ層（例えば１６５ｎｍ厚）からなる三層構造の合金からなり、その第１のＡｕ層側が基板２側に配されるように、基板２にオーミック接合されている。なお、ｎ側電極５は、例えば、Ａｕ／ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを基板２の裏面に成膜した後に、シンタリング（焼成）が行われることにより、基板２の材料（ＧａＡｓ）を含めて合金化される。 The transparent electrode film 4 is an electrode provided to efficiently disperse current and make the p-type window layer 16 thin. The transparent electrode film 4 is made of indium tin oxide (ITO). The thickness of the transparent electrode film 4 is, for example, about 100 nm to 300 nm. In this embodiment, the thickness of the transparent electrode film 4 is approximately 250 nm.
The n-side electrode 5 is made of, for example, an alloy with a three-layer structure consisting of a first Au layer (eg, 50 nm thick), an AuGe/Ni layer (eg, 165 nm thick), and a second Au layer (eg, 165 nm thick). , is ohmically bonded to the substrate 2 such that the first Au layer side is placed on the substrate 2 side. Note that the n-side electrode 5 is formed by, for example, forming a film of Au/AuGe/Ni/Au on the back surface of the substrate 2 and then sintering (baking) it to form an alloy including the material of the substrate 2 (GaAs). be converted into

ｐ側電極６は、透明電極膜４の表面の中央部に形成されている。ｐ側電極６は、例えばＣｒ（例えば３０ｎｍ厚）／Ａｕ（例えば２０００ｎｍ厚）合金からなり、そのＣｒ側が透明電極膜４に配されるように、透明電極膜４にオーミック接合されている。
このような構成によって、ｎ側電極５およびｐ側電極６を電源に接続し、ｎ型半導体層１１およびｐ型半導体層１２から電子および正孔を発光層１０に注入することによって、この発光層１０内での電子および正孔の再結合を生じさせ、光を発生させることができる。この光は、透明電極膜４の表面から外部に取り出されることになる。 The p-side electrode 6 is formed at the center of the surface of the transparent electrode film 4. The p-side electrode 6 is made of, for example, a Cr (for example, 30 nm thick)/Au (for example, 2000 nm thick) alloy, and is ohmically bonded to the transparent electrode film 4 so that its Cr side is disposed on the transparent electrode film 4 .
With this configuration, by connecting the n-side electrode 5 and the p-side electrode 6 to a power source and injecting electrons and holes from the n-type semiconductor layer 11 and the p-type semiconductor layer 12 into the light-emitting layer 10, this light-emitting layer Recombination of electrons and holes within 10 can occur and light can be generated. This light is extracted to the outside from the surface of the transparent electrode film 4.

ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７と透明電極膜４との接触抵抗は、１×１０－３Ω・ｃｍ２以下であることが好ましい。この実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰからなるｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７と透明電極膜４との接触抵抗は、１．６９×１０－４Ω・ｃｍ２程度である。これに対して、ＧａＰに炭素がドープされたｐ型ＧａＰをｐ型コンタクト層として用いた場合には、ｐ型ＧａＰコンタクト層と透明電極膜４との接触抵抗は、４．１１×１０－３Ω・ｃｍ２程度である。つまり、この実施形態では、ＧａＰに炭素がドープされたｐ型ＧａＰをｐ型コンタクト層として用いた場合に比べて、透明電極膜４とｐ型ウインドウ層１６との間の接触抵抗を大幅に低減できる。 The contact resistance between the p-type AlGaAsP contact layer 17 and the transparent electrode film 4 is preferably 1×10 −3 Ω·cm 2 or less. In this embodiment, the contact resistance between the p-type AlGaAsP contact layer 17 made of p-type AlGaAsP and the transparent electrode film 4 is about 1.69×10 −4 Ω·cm 2 . On the other hand, when p-type GaP doped with carbon is used as the p-type contact layer, the contact resistance between the p-type GaP contact layer and the transparent electrode film 4 is 4.11×10 −3 It is about Ω· cm2 . In other words, in this embodiment, the contact resistance between the transparent electrode film 4 and the p-type window layer 16 is significantly reduced compared to the case where p-type GaP doped with carbon is used as the p-type contact layer. can.

前述した半導体発光素子１の製造方法について簡単に説明する。まず、ＧａＡｓ基板２上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）によって、ｎ型多層膜光反射層１３、ｎ型クラッド層１４、発光層１０、ｐ型クラッド層１５、ｐ型ＧａＰウインドウ層１６およびｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７を順に成長させる。 A method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 described above will be briefly described. First, an n-type multilayer light reflection layer 13, an n-type cladding layer 14, a light emitting layer 10, a p-type cladding layer 15 are formed on a GaAs substrate 2 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). , a p-type GaP window layer 16 and a p-type AlGaAsP contact layer 17 are grown in this order.

なお、ｎ型多層膜光反射層１３は、ｎ型ＡｌＡｓ層とｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層とを交互に複数周期繰り返し成長させることによって形成される。また、発光層１０は、Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ層からなる量子井戸層と、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．１５Ａｌ０．８５）０．５Ｐ層からなる障壁層とを交互に複数周期繰り返し成長させることによって形成される。 Note that the n-type multilayer light-reflecting layer 13 is formed by repeatedly growing an n-type AlAs layer and an n-type Al 0.3 Ga 0.7 As layer in a plurality of cycles alternately. Furthermore, the light-emitting layer 10 is made up of alternating quantum well layers made of In 0.5 Ga 0.5 P layers and barrier layers made of In 0.5 (Ga 0.15 Al 0.85 ) 0.5 P layers. It is formed by repeated growth over multiple cycles.

次に、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７上に、透明電極膜４（ＩＴＯ膜）を形成する。そして、透明電極膜４にオーミック接触するｐ側電極６が形成される。また、ＧａＡｓ基板２にオーミック接触するｎ側電極５が形成される。
図３は、この発明の第２実施形態に係る半導体発光素子の模式的な断面図であり、図２の切断面に対応する断面図である。図３において、前述の図２リ各部に対応する部分には、図２と同じ符号を付して示す。 Next, a transparent electrode film 4 (ITO film) is formed on the p-type AlGaAsP-based contact layer 17. Then, a p-side electrode 6 is formed in ohmic contact with the transparent electrode film 4. Further, an n-side electrode 5 that is in ohmic contact with the GaAs substrate 2 is formed.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view corresponding to the cut plane of FIG. 2. In FIG. 3, parts corresponding to those in FIG. 2 described above are designated by the same reference numerals as in FIG.

第２実施形態に係る半導体発光素子１Ａの平面図は、第１実施形態に係る半導体発光素子１の平面図（図１）と同様である。
第２実施形態に係る半導体発光素子１Ａは、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７が二層構造である点においてのみ、第１実施形態に係る半導体発光素子１と異なっている。
ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７は、ｐ型ＧａＰウインドウ層１６上に形成されたｐ型ＡｌＧａＡｓＰ層１７Ａと、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ層１７Ａ上に形成されたｐ型ＧａＡｓＰ層１７Ｂとからなる。ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ層１７Ａは、ＡｌＧａＡｓＰにｐ型ドーパントとしてのＣ（炭素）を高濃度にドープすることによって、ｐ型半導体層とされている。ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ層１７Ａの膜厚は、例えば１５ｎｍ～３９０ｎｍである。この実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ層１７Ａの膜厚は、３００ｎｍ程度である。 A plan view of a semiconductor light emitting device 1A according to the second embodiment is similar to a plan view (FIG. 1) of a semiconductor light emitting device 1 according to the first embodiment.
The semiconductor light emitting device 1A according to the second embodiment differs from the semiconductor light emitting device 1 according to the first embodiment only in that the p-type AlGaAsP contact layer 17 has a two-layer structure.
The p-type AlGaAsP contact layer 17 includes a p-type AlGaAsP layer 17A formed on the p-type GaP window layer 16 and a p-type GaAsP layer 17B formed on the p-type AlGaAsP layer 17A. The p-type AlGaAsP layer 17A is made into a p-type semiconductor layer by doping AlGaAsP with C (carbon) as a p-type dopant at a high concentration. The thickness of the p-type AlGaAsP layer 17A is, for example, 15 nm to 390 nm. In this embodiment, the thickness of the p-type AlGaAsP layer 17A is approximately 300 nm.

ｐ型ＧａＡｓＰ層１７Ｂは、ＧａＡｓＰにｐ型ドーパントとしてのＣを高濃度にドープすることによって、ｐ型半導体層とされている。ｐ型ＧａＡｓＰ層１７Ｂの膜厚は、例えば３ｎｍ～１０ｎｍ程度である。この実施形態では、ｐ型ＧａＡｓＰ層１７Ｂの膜厚は、５ｎｍ程度である。
ＡｌＧａＡｓＰはＡｌを含んでいるので、Ａｌを含んでいないＧａＡｓＰよりも酸化しやすい。そこで、この実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ層１７Ａよりも酸化しにくいｐ型ＧａＡｓＰ層１７Ｂが、透明電極膜４に接するｐ型コンタクト層１７における表層部として用いられている。 The p-type GaAsP layer 17B is made into a p-type semiconductor layer by doping GaAsP with C as a p-type dopant at a high concentration. The thickness of the p-type GaAsP layer 17B is, for example, about 3 nm to 10 nm. In this embodiment, the thickness of the p-type GaAsP layer 17B is approximately 5 nm.
Since AlGaAsP contains Al, it is more easily oxidized than GaAsP which does not contain Al. Therefore, in this embodiment, the p-type GaAsP layer 17B, which is more difficult to oxidize than the p-type AlGaAsP layer 17A, is used as the surface layer of the p-type contact layer 17 in contact with the transparent electrode film 4.

ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７の膜厚は、２５ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。この理由は、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７の膜厚が２５ｎｍよりも薄いと、透明電極膜４とｐ型ウインドウ層１６との間の接触抵抗を十分に低減させることができないからである。一方、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７の膜厚が４００ｎｍよりも厚いと、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７による光吸収の影響が現れやすくなるからである。 The thickness of the p-type AlGaAsP contact layer 17 is preferably 25 nm or more and 400 nm or less. The reason for this is that if the thickness of the p-type AlGaAsP contact layer 17 is thinner than 25 nm, the contact resistance between the transparent electrode film 4 and the p-type window layer 16 cannot be sufficiently reduced. On the other hand, if the thickness of the p-type AlGaAsP-based contact layer 17 is thicker than 400 nm, the influence of light absorption by the p-type AlGaAsP-based contact layer 17 becomes more likely to appear.

ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７と透明電極膜４との接触抵抗は、１×１０－３Ω・ｃｍ２以下であることが好ましい。この実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層１７と透明電極膜４との接触抵抗は、１．６９×１０－４Ω・ｃｍ２程度である。これに対して、ＧａＰに炭素がドープされたｐ型ＧａＰをｐ型コンタクト層として用いた場合には、ｐ型ＧａＰコンタクト層と透明電極膜４との接触抵抗は、４．１１×１０－３Ω・ｃｍ２程度である。つまり、この実施形態では、ＧａＰに炭素がドープされたｐ型ＧａＰをｐ型コンタクト層として用いた場合に比べて、透明電極膜４とｐ型ＧａＰウインドウ層１６との間の接触抵抗を大幅に低減できる。 The contact resistance between the p-type AlGaAsP contact layer 17 and the transparent electrode film 4 is preferably 1×10 −3 Ω·cm 2 or less. In this embodiment, the contact resistance between the p-type AlGaAsP contact layer 17 and the transparent electrode film 4 is approximately 1.69×10 −4 Ω·cm 2 . On the other hand, when p-type GaP doped with carbon is used as the p-type contact layer, the contact resistance between the p-type GaP contact layer and the transparent electrode film 4 is 4.11×10 −3 It is about Ω· cm2 . In other words, in this embodiment, the contact resistance between the transparent electrode film 4 and the p-type GaP window layer 16 is significantly reduced compared to the case where p-type GaP doped with carbon is used as the p-type contact layer. Can be reduced.

以上、この発明の第１および第２実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することができる。例えば、前述の実施形態では、透明電極膜４はＩＴＯから構成されているが、透明電極膜４は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＩＺＯ（酸化インジウム－酸化亜鉛）等の透明電極材料で構成されてもよい。
また、発光層１０およびｎ型クラッド層１４、ｐ型クラッド層１５は、ＩｎＡｌＧａＰ系半導体から構成されていればよく、前記実施形態のものに限られない。 Although the first and second embodiments of this invention have been described above, this invention can be implemented in still other forms. For example, in the embodiment described above, the transparent electrode film 4 is made of ITO, but the transparent electrode film 4 is made of a transparent electrode material such as ZnO (zinc oxide) or IZO (indium oxide-zinc oxide). Good too.
Furthermore, the light emitting layer 10, the n-type cladding layer 14, and the p-type cladding layer 15 may be made of an InAlGaP-based semiconductor, and are not limited to those of the embodiments described above.

本明細書および特許請求の範囲において、「ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体」とは、ＩｎｘＧａｙＡｌ１－ｘ－ｙＰ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０＜（ｘ＋ｙ）≦１）からなる半導体をいう。したがって、ＩｎＧａＰ，ＩｎＡｌＰ，ＩｎＧａＡｌＰ，ＧａＰ，ＧａＡｌＰも、「ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体」に含まれる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の設計変更を施すことが可能である。 In this specification and claims, "InGaAlP-based semiconductor" refers to In x Ga y Al 1-x-y P (0≦x≦1, 0≦y≦1, 0<(x+y)≦1 ). Therefore, InGaP, InAlP, InGaAlP, GaP, and GaAlP are also included in "InGaAlP-based semiconductors."
In addition, various design changes can be made within the scope of the claims.

１，１Ａ 半導体発光素子
２ 基板
２ａ 表面
２ｂ 裏面
３ 半導体積層構造
４ 透明電極膜
５ ｎ側電極
６ ｐ側電極
１０ 発光層
１１ ｎ型半導体層
１２ ｐ型半導体層
１３ ｎ型多層膜光反射層
１４ ｎ型クラッド層
１５ ｐ型クラッド層
１６ ｐ型ＧａＰウインドウ層
１７ ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系コンタクト層
１７Ａ ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ層
１７Ｂ ｐ型ＧａＡｓＰ層 1,1A Semiconductor light emitting element 2 Substrate 2a Front surface 2b Back surface 3 Semiconductor laminated structure 4 Transparent electrode film 5 N-side electrode 6 P-side electrode 10 Light-emitting layer 11 N-type semiconductor layer 12 P-type semiconductor layer 13 N-type multilayer film light reflection layer 14 n-type cladding layer 15 p-type cladding layer 16 p-type GaP window layer 17 p-type AlGaAsP contact layer 17A p-type AlGaAsP layer 17B p-type GaAsP layer

Claims (7)

ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層と、
前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層に挟まれた発光層と、
前記ｐ型クラッド層に対して前記発光層とは反対側に配置され、ＧａＰからなるｐ型ウインドウ層と、
前記ｐ型ウインドウ層における前記ｐ型クラッド層とは反対側の表面に形成されたｐ型コンタクト層と、
前記ｐ型コンタクト層における前記ｐ型ウインドウ層とは反対側の表面に形成された透明電極膜とを備え、
前記ｐ型コンタクト層が、前記ｐ型ウインドウ層における前記ｐ型クラッド層とは反対側の表面に形成されかつ炭素がドープされたＡｌＧａＡｓＰ層と、前記ＡｌＧａＡｓＰ層における前記ｐ型ウインドウ層とは反対側の表面に形成されかつ炭素がドープされたＧａＡｓＰ層とからなり、これにより、前記ＡｌＧａＡｓＰ層よりも酸化しにくい前記ＧａＡｓＰ層が、前記ｐ型コンタクト層における前記ｐ型ウインドウ層とは反対側の表層部として用いられており、
前記ｐ型コンタクト層と前記透明電極膜との接触抵抗が、１×１０ －３ Ω・ｃｍ ２ 以下である、半導体発光素子。 a p-type cladding layer and an n-type cladding layer,
a light emitting layer sandwiched between the p-type cladding layer and the n-type cladding layer;
a p-type window layer made of GaP and disposed on the opposite side of the light emitting layer with respect to the p-type cladding layer;
a p-type contact layer formed on a surface of the p-type window layer opposite to the p-type cladding layer;
a transparent electrode film formed on a surface of the p-type contact layer opposite to the p-type window layer;
The p-type contact layer is formed on the surface of the p-type window layer opposite to the p-type cladding layer and is doped with carbon, and the AlGaAsP layer is on the opposite side of the p-type window layer. and a carbon-doped GaAsP layer, which is more difficult to oxidize than the AlGaAsP layer, is formed on the surface of the p-type contact layer opposite to the p-type window layer. It is used as a part of
A semiconductor light emitting device , wherein a contact resistance between the p-type contact layer and the transparent electrode film is 1×10 −3 Ω·cm 2 or less . 前記透明電極膜がＩＴＯからなる、請求項１に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the transparent electrode film is made of ITO. 前記ｐ型ウインドウ層の膜厚が、２．０μｍ以上８μｍ以下である、請求項１または２に記載の半導体発光素子。 3. The semiconductor light emitting device according to claim 1 , wherein the p-type window layer has a thickness of 2.0 μm or more and 8 μm or less. 前記透明電極膜の膜厚が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、請求項３に記載の半導体発光素子。 4. The semiconductor light emitting device according to claim 3 , wherein the transparent electrode film has a thickness of 100 nm or more and 300 nm or less. 前記ＡｌＧａＡｓＰ層の膜厚が、１５ｎｍ以上３９０ｎｍ以下であり、前記ＧａＡｓＰ層の膜厚が、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the AlGaAsP layer has a thickness of 15 nm or more and 390 nm or less, and the GaAsP layer has a thickness of 3 nm or more and 10 nm or less. 前記ｐ型クラッド層と前記透明電極膜との間に存在するｐ型半導体層の膜厚の総和が２μｍよりも大きい、請求項１～５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 6. The semiconductor light emitting device according to claim 1 , wherein the total thickness of the p-type semiconductor layers existing between the p-type cladding layer and the transparent electrode film is greater than 2 μm. 前記ｐ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層および前記発光層が、ＩｎＡｌＧａＰ系半導体からなる、請求項１～６のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 7. The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the p-type cladding layer, the n-type cladding layer, and the light-emitting layer are made of an InAlGaP-based semiconductor.
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