JPH02298083A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH02298083A JPH02298083A JP1118984A JP11898489A JPH02298083A JP H02298083 A JPH02298083 A JP H02298083A JP 1118984 A JP1118984 A JP 1118984A JP 11898489 A JP11898489 A JP 11898489A JP H02298083 A JPH02298083 A JP H02298083A
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Links
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は０．８μｍ帯で発光するＡｌＧａＩｎＰ／Ｇａ
Ａｓ系可視光半導体発光ダイオードに関するものである
。
Ａｓ系可視光半導体発光ダイオードに関するものである
。
従来の技術
従来赤色で発光する０、８μｍ帯の発光ダイオードはＧ
ａｋＳ＊、ａＰａ、ａ、Ａｌａ、ａｓＧａ＊、ｅｓＡＳ
、 ＧａＰ：ＺｎＯなどの半導体材料が用いられてい
た。しかし、これらは光学遷移が間接遷移もしくはそれ
に近い遷移であるため、量子効率が低くｍｗオーダの大
きな光出力を得るには原理的に不可能である。一方、Ａ
ｌＧａＩｎＰ１０ａＡｓ系の半導体材料はこの波長帯に
おいても直接遷移型であるため高効率、高光出力の半導
体発光ダイオードが期待できる。
ａｋＳ＊、ａＰａ、ａ、Ａｌａ、ａｓＧａ＊、ｅｓＡＳ
、 ＧａＰ：ＺｎＯなどの半導体材料が用いられてい
た。しかし、これらは光学遷移が間接遷移もしくはそれ
に近い遷移であるため、量子効率が低くｍｗオーダの大
きな光出力を得るには原理的に不可能である。一方、Ａ
ｌＧａＩｎＰ１０ａＡｓ系の半導体材料はこの波長帯に
おいても直接遷移型であるため高効率、高光出力の半導
体発光ダイオードが期待できる。
発明が解決しようとする課題
通常半導体発光ダイオードの構造は面発光型が用いられ
るがＡｌＧａＩｎＰ系においてはＡ１ＧａＩｎＰをクラ
ッド層に用いるため、発光窓にＡ１ＧａＩｎＰ層が露出
し、外気の水分等の付着、さらに素子の発熱等によりＡ
Ｉが酸化されることにより欠陥が導入され素子劣化の原
因となる。
るがＡｌＧａＩｎＰ系においてはＡ１ＧａＩｎＰをクラ
ッド層に用いるため、発光窓にＡ１ＧａＩｎＰ層が露出
し、外気の水分等の付着、さらに素子の発熱等によりＡ
Ｉが酸化されることにより欠陥が導入され素子劣化の原
因となる。
課題を解決するための手段
本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系可視光面発光ダイオードに
おいて、発光窓表面に発生するＡ１元素の酸化による欠
陥の導入を防ぐため、発光窓側のＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層上に外気に対して安定なＧａＩｎＰ保ｌ！層を具備
したことを特徴とする半導体発光素子である。
おいて、発光窓表面に発生するＡ１元素の酸化による欠
陥の導入を防ぐため、発光窓側のＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層上に外気に対して安定なＧａＩｎＰ保ｌ！層を具備
したことを特徴とする半導体発光素子である。
作用
上述の本発明の構成を用いると、発光窓表面はＡＩを含
まないＧａＩｎＰ層が露出するため表面酸化による素子
劣化を防ぐことができる。一方、表面酸化を防ぐ方法と
して入１酸化膜を保護層として半導体表面に堆積させる
方法があるが、本方法では結晶成長層を表面保護層とし
て用いるため工程数を削減できる特徴を有している。
まないＧａＩｎＰ層が露出するため表面酸化による素子
劣化を防ぐことができる。一方、表面酸化を防ぐ方法と
して入１酸化膜を保護層として半導体表面に堆積させる
方法があるが、本方法では結晶成長層を表面保護層とし
て用いるため工程数を削減できる特徴を有している。
実施例
以下、本発明を図面を用いて説明する。第１図は本発明
の第１の実施例（構造Ａ）を示す面発光型の発光ダイオ
ードの断面構造図である。作製の工程としては、まず結
晶成長で、ｎ型ＧａＡｓ基板１（Ｓｔ ドープ、ｎ：
ｆＸ １０１１０１ｌ１り上に、 ｎ型ＧａＬ５Ｉｎ＠
、５Ｐ層２ （ｎｉｌ Ｘ １０＋ ’ｃｍ−’、厚み
０．０５μｍ）、ｎ型（Ａｌｇ、ａＧｉａｓ、ａ）ｓ、
５ｌｎｉ、ａＰクラッド層ｎ（ｐ：５Ｘ １σＩＴｃ＠
−３、厚み１μ１１１）、ＧａＩｎＰ活性層４（アンド
ープ、厚み０．３μ１１１）、ｐ型（Ａ１１．６Ｇａｓ
、ａ）ａ、ｓｌｎ＠、ｓＰツク９フ層５ （ｐ：ＩＸ
１０”ｃｒ”、厚み０．８μｍｍ）、そしてｐ型ＧａＡ
ｓ）ンタクト層６ （ｐ：２Ｘ １０”ｃｍ−”、厚み
０．５μｍ）を順次形成する。成長方法はＭＯＶＰＥ法
で行い、成長条件は例えば温度７００℃、圧力１０Ｑｔ
ｏｒｒ、Ｖ／■比：２０Ｑ、キャリアガスである水素の
全流量はＩＯ＋／ｙｌ１ｍとした。次に、ｎ型ＧａＡｓ
基板を５０１１ｍ程度まで薄く研磨もしくは化学エツチ
ングする。発光窓を形成するためｎ型ＧａＡｓ基板１を
ｎ型Ｇａ＠、ｓｌｎ、、ｓＰ層２の表面までエツチング
し発光窓表面にＣｉａ・、６Ｉｎｓ、ｓＰ層２を露出さ
せた。エッチャントは選択性のあるＩＦ／ＨａＮＯａ：
１／１液を用いた。そして、Ｔｈ ｎ両電極を形成し
てチップに分割した。次に、第２の実施例の素子構造（
構造Ｂ）と作製について第２図を用いて説明する。作製
の工程としては、まず結晶成長で１．ｐ型ＧｉａＡｓ基
板１１ （Ｚｎドープ、ｐ：ｌＸ１０”ｃｒ”）上に１
ｐ型（Ａ１１．ａＧａａ、ｉ）ｉ、ａｙｌｓ、ｓＰクラ
ッド層１２（ｐ＝５Ｘ １０’〒Ｃ１−”、厚み１μｍ
）、ＧａＩｎＰ活性層１３（アンドープ、厚み０．３μ
ｍ）、ｎ型（Ａｌｇ、ｅＧａｅ、４）＠、ｓ Ｉｎ＋＋
、ＩＩＰクラッド層１４（ｎ＝ＩＸ １Ｇ”ｃｍ−”、
厚み０．６μｍ）、ｎ型Ｇａｇ、６１ｎ＠、ｓＰ層１５
（ｎ：１．Ｘ ｆＱ”ｃｍ−３、厚み０．０５μｍ）そ
してｎ型ＧａＡｓ＋ンタクト層１Ｂ（ｎ：２Ｘ ｆ Ｏ
’ ＠ｃｒ”、厚み０．５μｍ）を順次形成する。成長
方法ならびに成長条件は第１の実施例と同じである。
の第１の実施例（構造Ａ）を示す面発光型の発光ダイオ
ードの断面構造図である。作製の工程としては、まず結
晶成長で、ｎ型ＧａＡｓ基板１（Ｓｔ ドープ、ｎ：
ｆＸ １０１１０１ｌ１り上に、 ｎ型ＧａＬ５Ｉｎ＠
、５Ｐ層２ （ｎｉｌ Ｘ １０＋ ’ｃｍ−’、厚み
０．０５μｍ）、ｎ型（Ａｌｇ、ａＧｉａｓ、ａ）ｓ、
５ｌｎｉ、ａＰクラッド層ｎ（ｐ：５Ｘ １σＩＴｃ＠
−３、厚み１μ１１１）、ＧａＩｎＰ活性層４（アンド
ープ、厚み０．３μ１１１）、ｐ型（Ａ１１．６Ｇａｓ
、ａ）ａ、ｓｌｎ＠、ｓＰツク９フ層５ （ｐ：ＩＸ
１０”ｃｒ”、厚み０．８μｍｍ）、そしてｐ型ＧａＡ
ｓ）ンタクト層６ （ｐ：２Ｘ １０”ｃｍ−”、厚み
０．５μｍ）を順次形成する。成長方法はＭＯＶＰＥ法
で行い、成長条件は例えば温度７００℃、圧力１０Ｑｔ
ｏｒｒ、Ｖ／■比：２０Ｑ、キャリアガスである水素の
全流量はＩＯ＋／ｙｌ１ｍとした。次に、ｎ型ＧａＡｓ
基板を５０１１ｍ程度まで薄く研磨もしくは化学エツチ
ングする。発光窓を形成するためｎ型ＧａＡｓ基板１を
ｎ型Ｇａ＠、ｓｌｎ、、ｓＰ層２の表面までエツチング
し発光窓表面にＣｉａ・、６Ｉｎｓ、ｓＰ層２を露出さ
せた。エッチャントは選択性のあるＩＦ／ＨａＮＯａ：
１／１液を用いた。そして、Ｔｈ ｎ両電極を形成し
てチップに分割した。次に、第２の実施例の素子構造（
構造Ｂ）と作製について第２図を用いて説明する。作製
の工程としては、まず結晶成長で１．ｐ型ＧｉａＡｓ基
板１１ （Ｚｎドープ、ｐ：ｌＸ１０”ｃｒ”）上に１
ｐ型（Ａ１１．ａＧａａ、ｉ）ｉ、ａｙｌｓ、ｓＰクラ
ッド層１２（ｐ＝５Ｘ １０’〒Ｃ１−”、厚み１μｍ
）、ＧａＩｎＰ活性層１３（アンドープ、厚み０．３μ
ｍ）、ｎ型（Ａｌｇ、ｅＧａｅ、４）＠、ｓ Ｉｎ＋＋
、ＩＩＰクラッド層１４（ｎ＝ＩＸ １Ｇ”ｃｍ−”、
厚み０．６μｍ）、ｎ型Ｇａｇ、６１ｎ＠、ｓＰ層１５
（ｎ：１．Ｘ ｆＱ”ｃｍ−３、厚み０．０５μｍ）そ
してｎ型ＧａＡｓ＋ンタクト層１Ｂ（ｎ：２Ｘ ｆ Ｏ
’ ＠ｃｒ”、厚み０．５μｍ）を順次形成する。成長
方法ならびに成長条件は第１の実施例と同じである。
次に、発光窓を形成するためｎ型ＧａＡｓ層１６をｎ型
Ｇａ＠、５１ｎ＠、ｓＰ層！５表面までエツチングする
。エッチャントは選択性のあるＩＦ／Ｈａ ＮＯ４：ｉ
／１液を用いた。
Ｇａ＠、５１ｎ＠、ｓＰ層！５表面までエツチングする
。エッチャントは選択性のあるＩＦ／Ｈａ ＮＯ４：ｉ
／１液を用いた。
そして、ｐｌ ｎ両電極を形成してチップに分割した。
上述の方法により作製した本発明の発光ダイオードは構
造Ａ、 Ｂの両者とも発光窓表面に活性層４．１３と
同禁止帯幅のＧａ１１．５ｌｎｓ、ｓＰ層を用いている
にも拘らず、波長８７０ ｎｍ、外部量子効率数％、視
感効率５１−／ｖ程度のものが得られた。これは、Ｇａ
１Ｉ、６１ｎ＠４Ｐ層が薄いため活性層から発した光の
吸収が少ないためである。実際に算出されるＧａｐ 、
５ Ｉｎ＠、ｓｐ層による光の吸収量は、光吸収係数
が波長６７０ｎ１１に対して〜１０’ｃｒ’であり、厚
みが０．０５μＩであるので、９５％が透過し特性上問
題はないと言える。
造Ａ、 Ｂの両者とも発光窓表面に活性層４．１３と
同禁止帯幅のＧａ１１．５ｌｎｓ、ｓＰ層を用いている
にも拘らず、波長８７０ ｎｍ、外部量子効率数％、視
感効率５１−／ｖ程度のものが得られた。これは、Ｇａ
１Ｉ、６１ｎ＠４Ｐ層が薄いため活性層から発した光の
吸収が少ないためである。実際に算出されるＧａｐ 、
５ Ｉｎ＠、ｓｐ層による光の吸収量は、光吸収係数
が波長６７０ｎ１１に対して〜１０’ｃｒ’であり、厚
みが０．０５μＩであるので、９５％が透過し特性上問
題はないと言える。
さらに、Ｇａｐ、ｓｌｎ＠、ｓＰ保護層の厚みが０．１
μｍ以下であれば９０％以上の光透過が得られるので実
用上支障はない。また、素子劣化に関してはＧａｓ 、
ｌＩｌ’ｎａ 、 ｓＰ保護層の効果で発光面が酸化
劣化することなく長寿命が期待される。一方、Ｇａａ、
ａｌｎｓ、ｓＰ層をＭＯＶＰＥ成長法で成長した時、成
長温度もしくは■／■比により結晶構造が秩序化あるい
は無秩序化され禁止帯幅が変化し、最大的５０ｍｅｖ差
が出ることが知られている。結晶構造が無秩序な場合、
例えば成長条件が成長温度７０ｆ）’Ｃ，Ｖ１ｍ比８０
のとき禁止帯幅は１．９０ｅＶ、 結晶構造が秩序な場
合、成長温度７００℃、Ｖ／Ｉ比４００のとき禁止帯幅
は１．８５ｅＶのものが同組成で得られる。したがって
、構造Ａ、 Ｈの素子においてＧａｓ、５ｌｎｉ＋、
６Ｐ活性層４、Ｉ３が秩序結晶構造で、（ｉａａ、ｓ
Ｉｎｉ、ｓＰＰＩ３．１５が無秩序構造であればＧａｉ
、５ｌｎ９．ｓＰ保護層の方が活性層よりも禁止帯幅が
大きくなり、Ｇａ＠、５１ｎ＠、ＢＰ保護層による活性
層から発した光の吸収を防ぐことができ、より高出力の
素子が得られる。
μｍ以下であれば９０％以上の光透過が得られるので実
用上支障はない。また、素子劣化に関してはＧａｓ 、
ｌＩｌ’ｎａ 、 ｓＰ保護層の効果で発光面が酸化
劣化することなく長寿命が期待される。一方、Ｇａａ、
ａｌｎｓ、ｓＰ層をＭＯＶＰＥ成長法で成長した時、成
長温度もしくは■／■比により結晶構造が秩序化あるい
は無秩序化され禁止帯幅が変化し、最大的５０ｍｅｖ差
が出ることが知られている。結晶構造が無秩序な場合、
例えば成長条件が成長温度７０ｆ）’Ｃ，Ｖ１ｍ比８０
のとき禁止帯幅は１．９０ｅＶ、 結晶構造が秩序な場
合、成長温度７００℃、Ｖ／Ｉ比４００のとき禁止帯幅
は１．８５ｅＶのものが同組成で得られる。したがって
、構造Ａ、 Ｈの素子においてＧａｓ、５ｌｎｉ＋、
６Ｐ活性層４、Ｉ３が秩序結晶構造で、（ｉａａ、ｓ
Ｉｎｉ、ｓＰＰＩ３．１５が無秩序構造であればＧａｉ
、５ｌｎ９．ｓＰ保護層の方が活性層よりも禁止帯幅が
大きくなり、Ｇａ＠、５１ｎ＠、ＢＰ保護層による活性
層から発した光の吸収を防ぐことができ、より高出力の
素子が得られる。
発明の効果
このように本発明により発光窓表面が酸化されることが
ない長寿命の可視発光ダイオードを得ることができる。
ない長寿命の可視発光ダイオードを得ることができる。
第１図は本発明の第１の実施例を示す構造断面図、第２
図は本発明の第２の実施例を示す構造断面図である。 １、ｌ０＝＝−ＧａＡＳ基板、２．１５＝・・Ｇａ＠、
５ｌｎｓ、ｓＰ保護層、３．１４＝・−ｆｉ型（Ａｌｅ
、ａＧａｙ、ａ ）Ｉｎｕ、！、ＰクラッｌＪ層、４、
ｌＬ・＝ｃｉａｅ、ａ １ｎ１１．ｓＰ活性層、 ５．
１２・−＝ｐ型（Ａｌｓ、ａＧａｙ、４）Ｉｎｓ、ｓＰ
クラッド層。
図は本発明の第２の実施例を示す構造断面図である。 １、ｌ０＝＝−ＧａＡＳ基板、２．１５＝・・Ｇａ＠、
５ｌｎｓ、ｓＰ保護層、３．１４＝・−ｆｉ型（Ａｌｅ
、ａＧａｙ、ａ ）Ｉｎｕ、！、ＰクラッｌＪ層、４、
ｌＬ・＝ｃｉａｅ、ａ １ｎ１１．ｓＰ活性層、 ５．
１２・−＝ｐ型（Ａｌｓ、ａＧａｙ、４）Ｉｎｓ、ｓＰ
クラッド層。
Claims (6)
- （１）第１の導電型のＧａＡｓ基板上に順次格子整合の
とれた第１の導電型のＧａＩｎＰ層、第１の導電型の（
Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘ）、ＩｎＰクラッド層、（Ａ
ｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙ）、ＩｎＰ発光層、第２の導電
型の（Ａｌ＿ｚＧａ＿１＿−＿ｚ）、ＩｎＰクラッド層
、第２の導電型のＧａＩｎＰ層を具備したヘテロ構造を
有し、前記ＧａＡｓ基板の一部は選択的に前記第１の導
電型のＧａＩｎＰの表面まで除去された構造の発光窓を
有することを特徴とする半導体発光素子。 - （２）第１の導電型のＧａＡｓ基板上に格子整合のとれ
た第１の導電型の（Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘ）、Ｉｎ
Ｐクラッド層、（Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙ）、ＩｎＰ
発光層、第２の導電型の（Ａｌ＿ｚＧａ＿１＿−＿ｚ）
、ＩｎＰクラッド層、第２の導電型のＧａＩｎＰ層なら
びに第２の導電型のＧａＡｓ層を具備したヘテロ構造を
有し、前記第２の導電型のＧａＡｓ層の一部が選択的に
前記第２の導電型のＧａＩｎＰ層の表面まで除去された
構造の発光窓を有することを特徴とする半導体発光素子
。 - （３）第１の導電型のＧａＩｎＰ層の厚みが０．１μｍ
以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の半導体発光素子。 - （４）第２の導電型のＧａＩｎＰ層の厚みが０．１μｍ
以下であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
の半導体発光素子。 - （５）第１の導電型のＧａＩｎＰ層の結晶構造が無秩序
化され、（Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙ）、ＩｎＰ活性層
が秩序化された結晶構造を有することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の半導体発光素子。 - （６）第２の導電型のＧａＩｎＰ層の結晶構造が無秩序
化され、（Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙ）、ＩｎＰ活性層
が秩序化された結晶構造を有することを特徴とする特許
請求の範囲第２項記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1118984A JPH02298083A (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1118984A JPH02298083A (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02298083A true JPH02298083A (ja) | 1990-12-10 |
Family
ID=14750130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1118984A Pending JPH02298083A (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02298083A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0616377A2 (en) * | 1993-03-15 | 1994-09-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting element and method for manufacturing therefor |
| US5639674A (en) * | 1994-03-14 | 1997-06-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting element and method for manufacturing therefor |
-
1989
- 1989-05-12 JP JP1118984A patent/JPH02298083A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0616377A2 (en) * | 1993-03-15 | 1994-09-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting element and method for manufacturing therefor |
| EP0616377A3 (en) * | 1993-03-15 | 1995-01-04 | Tokyo Shibaura Electric Co | Light emitting semiconductor component and manufacturing method. |
| US5488235A (en) * | 1993-03-15 | 1996-01-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting element and method for manufacturing therefor |
| US5639674A (en) * | 1994-03-14 | 1997-06-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting element and method for manufacturing therefor |
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