JPH04212479A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents

Semiconductor light-emitting device

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JPH04212479A
JPH04212479A JP3051358A JP5135891A JPH04212479A JP H04212479 A JPH04212479 A JP H04212479A JP 3051358 A JP3051358 A JP 3051358A JP 5135891 A JP5135891 A JP 5135891A JP H04212479 A JPH04212479 A JP H04212479A
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substrate
electrode
active layer
light emitting
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正行 石川
Hideto Sugawara
秀人 菅原
Genichi Hatagoshi
玄一 波多腰
Yukie Nishikawa
幸江 西川
Mariko Suzuki
真理子 鈴木
Kazuhiko Itaya
和彦 板谷
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Abstract

PURPOSE:To realize a semiconductor light-emitting device capable of giving out the emission of light of a high efficiency even in short-wavelength regions, such as yellow, green short-wavelength regions and the like, by a method wherein the carrier concentration and film thickness of an active layer are optimized. CONSTITUTION:In a semiconductor light-emitting device of a structure, in which a double heterostructure part constituted in such a way as to hold an active layer 13 consisting of an InGaAlP material between n-type and p-type clad layers 12 and 14 is formed on an n-type GaAs substrate 11, a first electrode 17 is formed at one part on this double heterostructure part, a second electrode 18 is formed on the surface on the opposite side to the structure part of the substrate 11 and light is led out through the upper part of the surface other than the electrode 17 formed at one part on the luminous surface on the opposite side to the surface on the side of the electrode 18 of the substrate 11, the carrier concentration of the layer 13 is set into a p-type carrier concentration of 1X10<17>cm<-3> or lower or an n-type carrier concentration of 5X10<16>cm<-3> or lower and the thickness of the layer 13 is set in the range of a thickness of 0.15 to 0.75mum.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体材料を用
いた半導体発光装置に係わり、特に活性層にInGaA
lP系材料を用いた半導体発光装置に関する。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a semiconductor light emitting device using a compound semiconductor material, and in particular InGaA in the active layer.
The present invention relates to a semiconductor light emitting device using lP-based materials.

【0002】0002

【従来の技術】LED(発光ダイオード)は、低消費電
力,高効率,高信頼性の得られる光源として、光通信や
光情報処理等の各種の分野での応用に用いられている。 特に、可視波長域では発光層材料として、GaP(緑)
,GaAsP(黄色,橙色,赤色),GaAlAs(赤
色)等の化合物半導体が用いられている。
2. Description of the Related Art LEDs (light emitting diodes) are used as light sources with low power consumption, high efficiency, and high reliability in various fields such as optical communication and optical information processing. In particular, in the visible wavelength range, GaP (green) is used as a light-emitting layer material.
, GaAsP (yellow, orange, red), GaAlAs (red), and other compound semiconductors are used.

【0003】しかし、GaP,GaAsPは間接遷移型
の半導体であり、その発光効率は透明な基板を用い、吸
収の影響をなくしても0.5%程度以下と極めて低いも
のである。また、GaAlAsは660nmでは8%程
度の効率が得られるものの、これより短波長ではやはり
間接遷移の影響により、635nmでの効率は1%程度
である。
However, GaP and GaAsP are indirect transition type semiconductors, and their luminous efficiency is extremely low at about 0.5% or less even if a transparent substrate is used and the influence of absorption is eliminated. Further, although GaAlAs has an efficiency of about 8% at 660 nm, the efficiency at 635 nm is about 1% at shorter wavelengths due to the influence of indirect transition.

【0004】人間の目の視感度を考慮すると、GaAl
As系では660nmで3cd(カンデラ)、635n
mで1cdに相当する。一方、GaPでは0.5cd以
下、GaAsPでは0.3cd以下のものしか実現され
ておらず、橙色,黄色,緑色の領域での高輝度のLED
の開発が強く嘱望されていた。
Considering the visibility of the human eye, GaAl
In the As system, 3cd (candela) at 660nm, 635n
m corresponds to 1 cd. On the other hand, GaP has only achieved 0.5 cd or less, and GaAsP has only 0.3 cd or less, and high brightness LEDs in the orange, yellow, and green regions have been realized.
There were strong expectations for the development of

【0005】InGaAlP混晶は、窒化物を除く  
−  族化合物半導体混晶中で最大の直接遷移型エネル
ギーギャップを有し、0.5〜0.6μm帯の発光素子
材料として注目されている。特にGaAsを基板とし、
これに格子整合するInGaAlPによるLEDは、緑
色から赤色までの高輝度の発光の可能性を持っている。 しかしながら、この種のLEDにあっても、短波長の領
域での発光効率は必ずしも十分高いとは言えなかった。
[0005] InGaAlP mixed crystals exclude nitrides.
It has the largest direct transition type energy gap among the - group compound semiconductor mixed crystals, and is attracting attention as a material for light emitting devices in the 0.5 to 0.6 μm band. In particular, using GaAs as a substrate,
LEDs using InGaAlP, which is lattice-matched to this, have the possibility of emitting high-intensity light from green to red. However, even with this type of LED, the luminous efficiency in the short wavelength region cannot necessarily be said to be sufficiently high.

【0006】図30に、InGaAlP発光部を有する
従来のLEDの素子構造断面図を示す。図中1はn−G
aAs基板、2はn−InGaAlPクラッド層、3は
InGaAlP活性層、4はp−InGaAlPクラッ
ド層、5はp−GaAlAs電流拡散層、6はp−Ga
Asコンタクト層、7はAuZnからなるp側電極、8
はAuGeからなるn側電極である。
FIG. 30 shows a cross-sectional view of the element structure of a conventional LED having an InGaAlP light emitting section. 1 in the figure is n-G
aAs substrate, 2 is an n-InGaAlP cladding layer, 3 is an InGaAlP active layer, 4 is a p-InGaAlP cladding layer, 5 is a p-GaAlAs current diffusion layer, 6 is a p-Ga
As contact layer, 7 p-side electrode made of AuZn, 8
is an n-side electrode made of AuGe.

【0007】InGaAlP活性層3のエネルギーギャ
ップは、クラッド層2,4のそれより小さくなるように
混晶組成が設定されており、光及びキャリアを活性層3
に閉じ込めるダブルヘテロ構造をなしている。また、p
−GaAlAs電流拡散層5の組成は、InGaAlP
活性層3からの発光波長に対し略透明になるように設定
されている。
The mixed crystal composition is set so that the energy gap of the InGaAlP active layer 3 is smaller than that of the cladding layers 2 and 4, and light and carriers are transferred to the active layer 3.
It has a double heterostructure that confines the inside of the cell. Also, p
-The composition of the GaAlAs current spreading layer 5 is InGaAlP
It is set to be substantially transparent to the wavelength of light emitted from the active layer 3.

【0008】図30の構造において、活性層3を厚さ0
.2μmのアンドープのIn0.5 (Ga1−X A
lX )0.5 P(x=0.4)とした場合、その導
電型はn型であり、濃度は1〜5×1016cm−3程
度であった。このとき、発光波長は565nm(緑)、
発光効率はDC20mAで0.07%程度であった。ま
た、x=0.3としたとき、発光波長は585nm(黄
)、発光効率はDC20mAで0.4%程度と低く、G
aP,GaAsP系に対する特性的なメリットは必ずし
も見られなかった。一方、x=0.2としたとき、発光
波長は620nm(橙色),発光効率はDC20mAで
1.5%程度であり、発光波長に対し吸収体となるGa
As基板1を特に除去することなくGaAlAs系を上
回る発光効率が得られた。
In the structure of FIG. 30, the active layer 3 has a thickness of 0.
.. 2 μm undoped In0.5 (Ga1-X A
When 1X)0.5P (x=0.4), the conductivity type was n type and the concentration was about 1 to 5 x 1016 cm-3. At this time, the emission wavelength is 565 nm (green),
The luminous efficiency was about 0.07% at DC 20 mA. Also, when x = 0.3, the emission wavelength is 585 nm (yellow), the luminous efficiency is low at about 0.4% at DC 20 mA, and the G
Characteristic advantages over aP and GaAsP systems were not necessarily observed. On the other hand, when x = 0.2, the emission wavelength is 620 nm (orange) and the luminous efficiency is about 1.5% at DC 20 mA, and Ga acts as an absorber for the emission wavelength.
Luminous efficiency exceeding that of the GaAlAs system was obtained without particularly removing the As substrate 1.

【0009】このような発光効率の組成依存性の原因に
ついて本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、n伝導型に
おける移動度と強い相関があることが判った。即ち、移
動度はAl組成x=0.3程度で急激に低下した。また
、これに合わせてドナーレベルが深くなることも観測さ
れた。これらは、n伝導型における深い準位の発生が非
発光再結合を来たし、発光効率の低下につながっている
と考えられた。また、活性層3のAl組成xが高く発光
波長が短い場合、クラッド層2,4とのエネルギーギャ
ップ差を十分にとることができず、特に有効質量の小さ
い電子のp型クラッド層4へのオーバーフローが顕著に
なり、これが発光効率の低下につながっていることも考
えられた。
As a result of intensive studies by the present inventors regarding the cause of such compositional dependence of luminous efficiency, it was found that there is a strong correlation with the mobility in the n-conduction type. That is, the mobility decreased rapidly when the Al composition x was about 0.3. It was also observed that the donor level deepened accordingly. It was thought that the generation of deep levels in the n-conduction type caused non-radiative recombination, leading to a decrease in luminous efficiency. Furthermore, when the Al composition x of the active layer 3 is high and the emission wavelength is short, it is not possible to maintain a sufficient energy gap difference between the active layer 3 and the cladding layers 2 and 4. It was also thought that overflow became noticeable and this led to a decrease in luminous efficiency.

【0010】一方、図30の構成では電流拡散層5を設
けて電極7から注入された電流を広げているが、電流拡
散層5を設けない場合、次のような理由により注入電流
の広がりが小さくなり、発光領域は電極直下付近のみと
なる。即ち、クラッド層2,4のAl組成は、活性層3
とのバンドギャップ差を持たせるために活性層3のそれ
よりも十分大きくする必要がある。pクラッド層4にお
いては、Al組成が大きいと、キャリア濃度を高くする
ことはできず抵抗が大きくなる。このため、pクラッド
層4における電流の広がりは小さく、電極直下付近のみ
が発光領域となる。この場合、光を上から取り出す構成
においては、電極7が発光領域からの光を遮ることにな
り、光取り出し効率の低下を招く。
On the other hand, in the configuration shown in FIG. 30, the current diffusion layer 5 is provided to spread the current injected from the electrode 7, but if the current diffusion layer 5 is not provided, the spread of the injected current is reduced due to the following reasons. It becomes smaller, and the light emitting area is only near the area directly below the electrode. That is, the Al composition of the cladding layers 2 and 4 is the same as that of the active layer 3.
It is necessary to make the band gap sufficiently larger than that of the active layer 3 in order to have a band gap difference between the active layer 3 and the active layer 3. In the p-cladding layer 4, if the Al composition is large, the carrier concentration cannot be increased and the resistance becomes large. Therefore, the spread of current in the p-cladding layer 4 is small, and only the area directly below the electrode becomes a light-emitting region. In this case, in a configuration in which light is extracted from above, the electrode 7 blocks light from the light emitting region, resulting in a decrease in light extraction efficiency.

【0011】また、InGaAlP系材料を用いた半導
体発光素子においては、より短波長の発光を得るために
活性層のAl組成を大きくすると、活性層の非発光セン
ターが増加して非発光再結合が増えるために、発光効率
が低下するという問題があった。
Furthermore, in semiconductor light emitting devices using InGaAlP-based materials, when the Al composition of the active layer is increased in order to obtain light emission with a shorter wavelength, the number of non-radiative centers in the active layer increases and non-radiative recombination occurs. There is a problem in that the luminous efficiency decreases due to the increase in the amount of light.

【0012】0012

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のI
nGaAlP系によるLEDでは、特に黄色,緑色での
高効率の発光を得ることは困難であった。また、発光部
における電極下の電流集中が生じ、光取り出し効率の低
下や、活性層中の非発光再結合の増加のために、高輝度
化を実現することは困難であった。
[Problems to be Solved by the Invention] In this way, the conventional I
With nGaAlP-based LEDs, it has been difficult to obtain highly efficient light emission, especially in yellow and green. Furthermore, it has been difficult to achieve high brightness because current concentration occurs under the electrode in the light emitting part, resulting in a decrease in light extraction efficiency and an increase in non-radiative recombination in the active layer.

【0013】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、黄色,緑色等の短波長
領域でも高効率の発光が可能な半導体発光装置を提供す
ることにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a semiconductor light emitting device capable of emitting light with high efficiency even in short wavelength regions such as yellow and green. .

【0014】また、本発明の他の目的は、発光部におけ
る電流分布を改善することができ、光取り出し効率及び
輝度の向上をはかり得る半導体発光装置を提供すること
にある。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that can improve the current distribution in the light emitting section and improve the light extraction efficiency and brightness.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、InG
aAlPからなる活性層を有し、半導体基板と反対側の
発光面上の一部に形成された電極以外の面上から光を取
り出す半導体発光装置において、活性層のキャリア濃度
及び膜厚を最適化することにより、発光効率の向上をは
かることにある。
[Means for Solving the Problems] The gist of the present invention is to
Optimize the carrier concentration and film thickness of the active layer in a semiconductor light emitting device that has an active layer made of aAlP and extracts light from a surface other than the electrode formed on a part of the light emitting surface opposite to the semiconductor substrate. By doing so, the purpose is to improve luminous efficiency.

【0016】即ち本発明は、半導体基板上にInGaA
lP系材料からなる活性層をクラッド層で挟んだダブル
ヘテロ構造部を形成し、このダブルヘテロ構造部上の一
部に第1の電極を形成し、基板のダブルヘテロ構造部と
反対側面に第2の電極を形成した半導体発光装置におい
て、活性層をキャリア濃度1×1017cm−3以下の
p型又はキャリア濃度5×1016cm−3以下のn型
に形成し、且つ該活性層の厚さを0.15〜0.75μ
mの範囲に設定するようにしたものである。
That is, the present invention provides InGaA on a semiconductor substrate.
A double heterostructure is formed in which an active layer made of an lP-based material is sandwiched between cladding layers, a first electrode is formed on a part of the double heterostructure, and a first electrode is formed on the side of the substrate opposite to the double heterostructure. In the semiconductor light emitting device in which the electrode No. 2 is formed, the active layer is formed to be p-type with a carrier concentration of 1 x 1017 cm-3 or less or n-type with a carrier concentration of 5 x 1016 cm-3 or less, and the thickness of the active layer is 0. .15~0.75μ
It is set within a range of m.

【0017】より望ましくは本発明は、半導体基板とし
てGaAsを用い、この基板の面方位を(100)から
[011]方向に10〜20度傾斜させる。半導体基板
とダブルヘテロ構造部との間に、基板側から反射層及び
透明バッファ層を形成し、且つ透明バッファ層の膜厚を
20〜100μmの範囲に設定する。ダブルヘテロ構造
部を構成するクラッド層のうち、n型クラッド層のキャ
リア濃度を1×1016cm−3〜6×1017cm−
3の範囲に設定し、p型クラッド層のキャリア濃度を5
×1017cm−3〜2×1018cm−3の範囲に設
定する。この所望のキャリア濃度を得るために、積極的
にp型不純物とn型不純物のいずれか一方或いは双方を
活性層にドーピングする。また、活性層を、量子井戸構
造とする。さらに、ダブルヘテロ構造部と第1の電極と
の間にGaAlAsからなる電流拡散層を設け、この電
流拡散層の膜厚を5〜30μmの範囲に設定し、且つキ
ャリア濃度を5×1017cm−3〜5×1018cm
−3の範囲に設定するようにしたものである。また本発
明は、活性層に対し基板と反対側に設けた電極以外の面
上から光を取り出す半導体発光装置において、第1導電
型の半導体基板上に形成された第1導電型の反射層と、
この反射層上に形成された第1導電型の透明バッファ層
と、この透明バッファ層上に形成され、活性層を第1導
電型及び第2導電型のクラッド層で挟んだInGaAl
P系材料からなるダブルヘテロ構造部と、このダブルヘ
テロ構造部上に形成された第2導電型の電流拡散層と、
この電流拡散層上の一部に形成された第1の電極と、前
記基板の裏面側に形成された第2の電極と、前記ダブル
ヘテロ構造部と第1の電極との間の一部に、第1の電極
に対向するよう形成された第1導電型の電流阻止層とを
具備してなるものである。この構造においても、基板の
面方位、各層の材料,キャリア濃度,膜厚等の条件は、
上述した材料,範囲が望ましい。
More preferably, in the present invention, GaAs is used as the semiconductor substrate, and the plane orientation of the substrate is inclined from (100) to [011] direction by 10 to 20 degrees. A reflective layer and a transparent buffer layer are formed from the substrate side between the semiconductor substrate and the double heterostructure, and the thickness of the transparent buffer layer is set in a range of 20 to 100 μm. Among the cladding layers constituting the double heterostructure, the carrier concentration of the n-type cladding layer is set to 1 x 1016 cm-3 to 6 x 1017 cm-3.
3, and the carrier concentration of the p-type cladding layer is set to 5.
It is set in the range of ×1017 cm−3 to 2×1018 cm−3. In order to obtain this desired carrier concentration, the active layer is actively doped with one or both of p-type impurities and n-type impurities. Further, the active layer has a quantum well structure. Furthermore, a current diffusion layer made of GaAlAs is provided between the double heterostructure portion and the first electrode, and the film thickness of this current diffusion layer is set in the range of 5 to 30 μm, and the carrier concentration is set to 5×10 17 cm −3 ~5x1018cm
It is set in the range of -3. The present invention also provides a semiconductor light emitting device that extracts light from a surface other than an electrode provided on the side opposite to the substrate with respect to the active layer. ,
A transparent buffer layer of a first conductivity type formed on this reflective layer, and an InGaAl layer formed on this transparent buffer layer with an active layer sandwiched between cladding layers of a first conductivity type and a second conductivity type.
a double heterostructure made of a P-based material; a second conductivity type current diffusion layer formed on the double heterostructure;
A first electrode formed on a part of the current diffusion layer, a second electrode formed on the back side of the substrate, and a part between the double heterostructure part and the first electrode. , and a first conductivity type current blocking layer formed to face the first electrode. In this structure as well, conditions such as substrate orientation, material of each layer, carrier concentration, film thickness, etc.
The materials and ranges mentioned above are desirable.

【0018】また本発明は、半導体基板上にInGaA
lP系材料からなる活性層をクラッド層で挟んだダブル
ヘテロ構造部を形成し、このダブルヘテロ構造部上の一
部に第1の電極を形成し、基板のダブルヘテロ構造部と
反対側面に第2の電極を形成した半導体発光装置におい
て、基板をGaAs(例えばn型)とし、該基板の成長
主面の面方位を、(100)面から[011]方向に5
度以上傾斜させるようにしたものである。
[0018] Furthermore, the present invention provides InGaA on a semiconductor substrate.
A double heterostructure is formed in which an active layer made of an lP-based material is sandwiched between cladding layers, a first electrode is formed on a part of the double heterostructure, and a first electrode is formed on the side of the substrate opposite to the double heterostructure. In a semiconductor light emitting device in which a second electrode is formed, the substrate is made of GaAs (for example, n-type), and the plane orientation of the main growth surface of the substrate is changed from the (100) plane to the [011] direction.
It is designed to be tilted more than 100 degrees.

【0019】[0019]

【作用】本発明によれば、InGaAlPからなる活性
層を、低濃度のp型(キャリア濃度1×1017cm−
3以下のp型)、又はより低濃度のn型(キャリア濃度
5×1016cm−3以下のn型)とすることによって
、前述した非発光再結合の影響を低減することが可能と
なる。また、活性層の厚さを最適化(0.15〜0.7
5μm)することにより、高効率の発光が得られること
になる。 また、基板の面方位の傾斜,各層のキャリア濃度及び膜
厚等を最適化することにより、発光効率をより向上させ
ることが可能となる。
[Operation] According to the present invention, the active layer made of InGaAlP is formed into a low concentration p-type (carrier concentration 1 x 1017 cm-
By using p-type with a carrier concentration of 3 or less) or n-type with a lower concentration (n-type with a carrier concentration of 5×10 16 cm −3 or less), it is possible to reduce the influence of the non-radiative recombination described above. In addition, the thickness of the active layer was optimized (0.15~0.7
5 μm), highly efficient light emission can be obtained. Further, by optimizing the inclination of the plane orientation of the substrate, the carrier concentration and film thickness of each layer, etc., it is possible to further improve the luminous efficiency.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be explained below with reference to illustrated embodiments.

【0021】図1は本発明の第1の実施例に係わる半導
体発光装置の概略構造を示す断面図である。図中11は
n−GaAs基板であり、この基板11上にはn−In
GaAlPクラッド層12,p−InGaAlP活性層
13及びp−InGaAlPクラッド層14からなるダ
ブルヘテロ構造部が成長形成されている。ダブルヘテロ
構造部上にはp−GaAlAs電流拡散層15が成長形
成され、この電流拡散層15上の一部にGaAsコンタ
クト層16が成長形成されている。そして、コンタクト
層16上にAuZnからなるp側電極17が形成され、
基板11の下面にAuGeからなるn側電極18が形成
されている。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 11 is an n-GaAs substrate, and on this substrate 11 is an n-In
A double heterostructure consisting of a GaAlP cladding layer 12, a p-InGaAlP active layer 13, and a p-InGaAlP cladding layer 14 is grown. A p-GaAlAs current diffusion layer 15 is grown on the double heterostructure, and a GaAs contact layer 16 is grown on a portion of the current diffusion layer 15. Then, a p-side electrode 17 made of AuZn is formed on the contact layer 16,
An n-side electrode 18 made of AuGe is formed on the lower surface of the substrate 11.

【0022】p−InGaAlP活性層13のエネルギ
ーギャップは、クラッド層12,14のそれより小さく
なるように混晶組成が設定されており、光及びキャリア
を活性層13に閉じ込めるダブルヘテロ構造をなしてい
る。p−GaAlAs電流拡散層15の組成は、活性層
13からの発光波長に対し略透明になるように設定され
ている。なお、本実施例では基板側をn型の導電型とし
たが、導電型を逆にした構造でも同様に考えることがで
きる。
The p-InGaAlP active layer 13 has a mixed crystal composition set so that the energy gap is smaller than that of the cladding layers 12 and 14, and forms a double heterostructure that confines light and carriers in the active layer 13. There is. The composition of the p-GaAlAs current diffusion layer 15 is set so that it is substantially transparent to the wavelength of light emitted from the active layer 13. Note that in this embodiment, the substrate side is of n-type conductivity type, but a structure in which the conductivity type is reversed can be considered in the same way.

【0023】図1に示した構造において、各層の厚さ,
キャリア濃度は以下のように設定されている。即ち、n
−GaAs基板11(250μm,3×1018cm−
3)、 n−InGaAlPクラッド層12(1μm,5×10
17cm−3)、 p−InGaAlP活性層13(0.5μm,5×10
16cm−3)、 p−InGaAlPクラッド層14(1μm,7×10
17cm−3)、 p−GaAlAs電流拡散層15(7μm,3×101
8cm−3)、 p−GaAsコンタクト層16(0.1μm,3×10
18cm−3)、 である。
In the structure shown in FIG. 1, the thickness of each layer,
The carrier concentration is set as follows. That is, n
-GaAs substrate 11 (250μm, 3x1018cm-
3), n-InGaAlP cladding layer 12 (1 μm, 5×10
17cm-3), p-InGaAlP active layer 13 (0.5μm, 5×10
16cm-3), p-InGaAlP cladding layer 14 (1μm, 7×10
17cm-3), p-GaAlAs current spreading layer 15 (7μm, 3×101
8cm-3), p-GaAs contact layer 16 (0.1μm, 3×10
18cm-3).

【0024】また、p側電極17は直径200μmの円
形とした。活性層13及びクラッド層12,14の組成
を、In0.5 (Ga1−X AlX )0.5 P
の表記でそれぞれ0.4,0.7とした場合、発光波長
は565nm(緑)、発光効率はDC20mAで0.7
%程度と従来の10倍の効率が得られた。
Furthermore, the p-side electrode 17 was circular with a diameter of 200 μm. The composition of the active layer 13 and cladding layers 12 and 14 is In0.5(Ga1-XAlX)0.5P
When expressed as 0.4 and 0.7, respectively, the emission wavelength is 565 nm (green) and the luminous efficiency is 0.7 at DC 20 mA.
%, which is 10 times more efficient than the conventional method.

【0025】図2は、活性層13の膜厚を0.5μmと
したときの発光効率の活性層キャリア濃度依存性を示し
ている。p型はZnドープで、5×1016cm−3以
下のn型はアンドープで、それ以上のn型はSiドープ
により作成した。このとき、n型ではその濃度が高くな
るにつれて発光効率は低下した。これは、深いレベルの
発生により、非発光再結合が増加すること、小数キャリ
アである正孔の拡散長が低下することによると考えられ
た。
FIG. 2 shows the dependence of luminous efficiency on carrier concentration in the active layer when the thickness of the active layer 13 is 0.5 μm. The p-type was made by Zn doping, the n-type less than 5×10 16 cm −3 was undoped, and the n-type more than 5×10 16 cm −3 was made by doping with Si. At this time, in the case of n-type, the luminous efficiency decreased as the concentration increased. This was thought to be due to an increase in non-radiative recombination and a decrease in the diffusion length of holes, which are minority carriers, due to generation at deep levels.

【0026】一方、p型では1×1017cm−3より
濃度を増すと、発光効率が顕著に低下した。これは、Z
nの多量のドーピングにより、非発光再結合を引き起こ
すセンターが形成されたためと考えられる。また、図2
に示す特性曲線は、活性層13の膜厚を変えても上下方
向にシフトするだけで、発光効率の高くなる範囲は殆ど
変わらなかった。従って、活性層13としては、キャリ
ア濃度1×1017cm−3以下のp型又はキャリア濃
度5×1016cm−3以下のn型が望ましい。
On the other hand, in the case of p-type, when the concentration was increased from 1×10 17 cm −3 , the luminous efficiency decreased significantly. This is Z
This is thought to be due to the formation of centers that cause non-radiative recombination due to the large amount of n doping. Also, Figure 2
The characteristic curve shown in FIG. 10 only shifted in the vertical direction even if the thickness of the active layer 13 was changed, and the range in which the luminous efficiency was high remained almost unchanged. Therefore, the active layer 13 is preferably p-type with a carrier concentration of 1×10 17 cm −3 or less or n-type with a carrier concentration of 5×10 16 cm −3 or less.

【0027】図3は活性層13のキャリア濃度を5×1
016cm−3(p型)としたときの、発光効率の活性
層厚さ依存性を示している。活性層13の厚さは、pク
ラッド層14のキャリア濃度にも依存するが、0.15
〜0.75μmの範囲で高い発光効率が得られた。
FIG. 3 shows that the carrier concentration of the active layer 13 is 5×1.
The graph shows the dependence of luminous efficiency on the active layer thickness when 016 cm-3 (p type). The thickness of the active layer 13 depends on the carrier concentration of the p-cladding layer 14, but is approximately 0.15
High luminous efficiency was obtained in the range of ~0.75 μm.

【0028】なお、図3には示さないが、キャリア濃度
が5×1016cm−3以上のn型の活性層は、Znド
ープのp型の活性層よりも同じ膜厚では発光効率が低く
なり、且つ発光効率のピーク値が薄膜側に存在した。薄
膜での効率の低下は、活性層の注入キャリア密度が注入
電流密度/活性層厚により決まることから、高注入密度
によるクラッド層へのオーバーフローが顕著に発生する
ことによると考えられる。活性層13をp型としたもの
では、多数キャリアが正孔であり、電子の注入により発
光が起こるため、オーバーフローによる影響がアンドー
プの場合に比べ難いと考えられる。一方、厚膜では活性
層内での注入キャリアの拡散長より大きくなると、ダブ
ルヘテロ構造による効果が低下し、層内での吸収や低キ
ャリア密度での相対的な非発光再結合の増加による発光
効率の低下が発生すると考えられる。このように本実施
例によれば、InGaAlPからなる活性層13のキャ
リア濃度及び膜厚を最適化することにより、非発光再結
合の影響を低減することができ、発光効率の向上をはか
ることができる。このため、黄色,緑色等の短波長領域
でも高効率の発光が可能な半導体発光装置を実現するこ
とができる。
Although not shown in FIG. 3, an n-type active layer with a carrier concentration of 5×10 16 cm −3 or more has lower luminous efficiency than a Zn-doped p-type active layer at the same thickness. Moreover, the peak value of luminous efficiency was present on the thin film side. The decrease in efficiency in thin films is thought to be due to significant overflow into the cladding layer due to high injection density, since the injection carrier density in the active layer is determined by injection current density/active layer thickness. In the case where the active layer 13 is p-type, the majority carriers are holes and light emission occurs due to the injection of electrons, so it is considered that the influence of overflow is less compared to the undoped case. On the other hand, in thick films, when the diffusion length of injected carriers in the active layer becomes larger, the effect of the double heterostructure decreases, and light emission occurs due to absorption within the layer and an increase in relative non-radiative recombination at low carrier density. It is thought that a decrease in efficiency will occur. As described above, according to this embodiment, by optimizing the carrier concentration and film thickness of the active layer 13 made of InGaAlP, the influence of non-radiative recombination can be reduced and the luminous efficiency can be improved. can. Therefore, it is possible to realize a semiconductor light emitting device that can emit light with high efficiency even in short wavelength regions such as yellow and green.

【0029】上記実施例では、活性層13のAl組成x
を0.4としたものについて述べたが、これ以外のAl
組成としたものについても、同様の効果があった。ここ
で、キャリア濃度の如何に拘らずAl組成xを変えると
発光波長も変わるが、図4に示すように、Al組成xを
大きくして発光波長を短くするほど、発光効率は低下す
ることになる。この場合も、キャリア濃度1×1017
cm−3以下のp型又はキャリア濃度5×1016cm
−3以下のn型であれば、高い発光効率が得られる。図
5は、本発明の第2の実施例に係わる半導体発光装置の
概略構造を示す断面図である。
In the above embodiment, the Al composition x of the active layer 13
Although we have described the case where Al is set to 0.4, other Al
Similar effects were obtained with regard to the composition. Here, regardless of the carrier concentration, changing the Al composition x will also change the emission wavelength, but as shown in Figure 4, the larger the Al composition x and the shorter the emission wavelength, the lower the emission efficiency. Become. In this case as well, the carrier concentration is 1×1017
p-type below cm-3 or carrier concentration 5 x 1016 cm
If the n-type is -3 or less, high luminous efficiency can be obtained. FIG. 5 is a sectional view showing a schematic structure of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.

【0030】図5に示した構造において、31は第1導
電型半導体基板であり、この基板31上には第1導電型
のバッファ層32,反射層33及び透明バッファ層34
が成長形成されている。透明バッファ層34上には、下
部クラッド層(第1導電型クラッド層)35,活性層3
6及び上部クラッド層(第2導電型クラッド層)37か
らなるダブルヘテロ構造部が形成されている。
In the structure shown in FIG. 5, 31 is a first conductivity type semiconductor substrate, and on this substrate 31 are a first conductivity type buffer layer 32, a reflective layer 33, and a transparent buffer layer 34.
is growing and forming. On the transparent buffer layer 34 are a lower cladding layer (first conductivity type cladding layer) 35 and an active layer 3.
6 and an upper cladding layer (second conductivity type cladding layer) 37 is formed.

【0031】ダブルヘテロ構造部上には、第2導電型の
電流拡散層38が成長形成され、電流拡散層38上の一
部には第2導電型のコンタクト層39が形成されている
。また、ダブルヘテロ構造部と電流拡散層38との界面
には、コンタクト層39に対応する位置に第1導電型の
電流阻止層40が形成されている。そして、コンタクト
層39上に上部電極41が形成され、基板31の下面に
下部電極42が形成されている。
A second conductivity type current diffusion layer 38 is grown on the double heterostructure portion, and a second conductivity type contact layer 39 is formed on a portion of the current diffusion layer 38. Furthermore, a current blocking layer 40 of the first conductivity type is formed at a position corresponding to the contact layer 39 at the interface between the double heterostructure portion and the current diffusion layer 38 . An upper electrode 41 is formed on the contact layer 39, and a lower electrode 42 is formed on the lower surface of the substrate 31.

【0032】次に、上記素子における基板,各層のキャ
リア濃度及び膜厚、その他の条件について説明する。な
お、この条件は、先に説明した第1の実施例においても
同様に適用できるものである。
Next, the substrate, carrier concentration and film thickness of each layer, and other conditions in the above device will be explained. Note that this condition can be similarly applied to the first embodiment described above.

【0033】第1導電型半導体基板31はn−GaAs
からなり、そのキャリア濃度は2×1018cm−3〜
4×1018cm−3である。これは、低濃度では欠陥
密度の低い物が得られないこと、高濃度では基板31上
に形成するInGaAlPからなる層を良好に形成でき
ないことによる。また、その厚さは50〜450μmで
ある。これは、薄膜ではウェハでの取扱いが難しいこと
、基板とその上に形成する層のわずかな格子定数の違い
で反りを生ずること等が問題となり、厚膜ではペレット
状にすることが困難になることによる。
The first conductivity type semiconductor substrate 31 is n-GaAs.
The carrier concentration is 2 x 1018 cm-3 ~
It is 4 x 1018 cm-3. This is because a product with a low defect density cannot be obtained at a low concentration, and a layer made of InGaAlP formed on the substrate 31 cannot be formed satisfactorily at a high concentration. Moreover, its thickness is 50 to 450 μm. This is because thin films are difficult to handle as wafers, slight differences in lattice constant between the substrate and the layer formed on it can cause warping, and thick films are difficult to form into pellets. It depends.

【0034】n−GaAs基板31の面方位は(100
)又は(100)から25度の範囲で傾斜している。 これは、傾斜の方向,角度により同じ波長を得るための
活性層36の組成が異なること、また欠陥密度が異なる
ことなどにより、結晶性が変化し、発光効率に影響を与
えるためである。図6は、基板表面の傾斜角度と590
nmの発光を得るためのAl組成xとの関係を示す特性
図であり、この図から傾斜角度が[011]方向に7度
以上となると、Al組成xを0.3と小さくできること
が判る。
The plane orientation of the n-GaAs substrate 31 is (100
) or inclined within a range of 25 degrees from (100). This is because the composition of the active layer 36 to obtain the same wavelength differs depending on the direction and angle of inclination, and the defect density also changes, which changes the crystallinity and affects the luminous efficiency. Figure 6 shows the angle of inclination of the substrate surface and 590
It is a characteristic diagram showing the relationship with the Al composition x for obtaining nanometer light emission, and from this diagram it can be seen that when the inclination angle is 7 degrees or more in the [011] direction, the Al composition x can be reduced to 0.3.

【0035】図7は、[011]方向に傾斜した角度と
フォトルミネッセンスの半値幅との関係を示す特性図で
ある。この図から、傾斜角度が10度〜20度で最も小
さい半値幅が得られる。従って、基板31の望ましい面
方位としては、(100)から[011]方向へ、7度
〜25度傾斜させた場合であり、特に望ましい面方位と
しては、(100)から[011]方向へ、10度〜2
0度傾斜させた場合であった。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the angle of inclination in the [011] direction and the half width of photoluminescence. From this figure, the smallest half width can be obtained when the inclination angle is 10 degrees to 20 degrees. Therefore, the preferred surface orientation of the substrate 31 is from the (100) direction to the [011] direction when the substrate is tilted by 7 degrees to 25 degrees, and the particularly desirable surface orientation is from the (100) direction to the [011] direction. 10 degrees ~ 2
This was the case when it was tilted at 0 degrees.

【0036】バッファ層32は、基板表面の汚染などに
よる欠陥の発生、発光層への伝達を防止するためのもの
であり、例えばn−GaAsを用いる。そのキャリア濃
度は4×1017cm−3で、厚さは0.6μmである
。この場合、上記の目的を満たす材料であればn−Ga
Asでなくともかまわず、例えば、n−InGaP,n
−GaAlAs,n−InGaAlP,或いはn−Ga
Asを含めた、これらの材料による超格子構造(原子層
オーダーから100原子層オーダー周期でトータル厚さ
100nm程度)などでもよい。また、発光層への悪影
響がなければ、特にバッファ層32を設けなくてもよい
The buffer layer 32 is for preventing defects from occurring due to contamination on the substrate surface and from being transmitted to the light emitting layer, and is made of, for example, n-GaAs. Its carrier concentration is 4×10 17 cm −3 and its thickness is 0.6 μm. In this case, if the material satisfies the above objectives, n-Ga
For example, n-InGaP, n
-GaAlAs, n-InGaAlP, or n-Ga
A superlattice structure (total thickness of about 100 nm with a period on the order of atomic layers to 100 atomic layers) made of these materials including As may be used. Further, if there is no adverse effect on the light emitting layer, it is not necessary to provide the buffer layer 32.

【0037】反射層33は、発光波長に対し光吸収体と
なる基板31やバッファ層32に光が達しないように、
発光を基板31と反対方向へ反射することを目的とした
ものである。これには、発光波長λに対して屈折率ηの
異なる2種類の半導体層を、λ/(4n)の厚さで積層
することが望ましい。
The reflective layer 33 prevents light from reaching the substrate 31 and the buffer layer 32, which serve as light absorbers for the emission wavelength.
The purpose of this is to reflect light emitted in a direction opposite to the substrate 31. For this purpose, it is desirable to laminate two types of semiconductor layers having different refractive indexes η with respect to the emission wavelength λ to a thickness of λ/(4n).

【0038】例えば、590nmの発光波長に対し、n
−GaAs(η=3.94;厚さが37.5nm)、n
−Ga0.3 Al0.7 As(η=3.425;厚
さ43nm)を交互に20層以上積層することで、基板
側へ向かう光の約30%を、基板等の吸収体に到達する
前に反射することができ、高い発光効率が得られる。こ
のときのドーピング量は、通電の際に大きな電圧降下に
よる動作電圧上昇が起きないように設定されていればよ
く、ここでは4×1017cm−3とした。この際、反
射層33中のn−GaAsは発光波長に対して吸収体で
あるが屈折率の効果による反射の効果は十分ある。
For example, for an emission wavelength of 590 nm, n
-GaAs (η=3.94; thickness 37.5 nm), n
- By alternately stacking 20 or more layers of Ga0.3 Al0.7 As (η = 3.425; thickness 43 nm), approximately 30% of the light directed toward the substrate is absorbed before reaching the absorber such as the substrate. can be reflected, resulting in high luminous efficiency. The doping amount at this time may be set so as not to cause an increase in operating voltage due to a large voltage drop during energization, and is set to 4×10 17 cm −3 here. At this time, the n-GaAs in the reflective layer 33 is an absorber for the emission wavelength, but the reflection effect due to the effect of the refractive index is sufficient.

【0039】この他にも、n−InGaAlP,n−I
nAlP,n−InGaP,n−InGaAsP,n−
GaAlAs,n−GaAs等の材料、及びその組成の
違いの組み合わせにより、同様に反射層を構成すること
によって、高い発光効率が得られる。なお、基板側での
光吸収が発光効率に対し、大きなデメリットとならない
場合は、反射層33を設けなくてもよい。
In addition to this, n-InGaAlP, n-I
nAlP, n-InGaP, n-InGaAsP, n-
High luminous efficiency can be obtained by similarly configuring the reflective layer using a combination of materials such as GaAlAs and n-GaAs and their compositions. Note that the reflective layer 33 may not be provided if light absorption on the substrate side does not have a large disadvantage on luminous efficiency.

【0040】透明バッファ層34は、発光波長に対し吸
収係数の十分小さい透明な材料からなり、側面からの発
光を有効に取り出すことに寄与する。これは、図8に示
すように、透明バッファ層34が十分厚い場合、基板側
へ向かう発光や、基板と反対側へ発せられペレット表面
での全反射によって再び基板方向へ進む光に対し、これ
らの光が基板等の光吸収体に到達するまえに、ペレット
の側面から放出できる割合が高くなることによる。
The transparent buffer layer 34 is made of a transparent material having a sufficiently small absorption coefficient with respect to the emission wavelength, and contributes to effectively extracting light emission from the sides. As shown in FIG. 8, if the transparent buffer layer 34 is sufficiently thick, this will prevent light emitted toward the substrate side, or light emitted toward the opposite side of the substrate and then traveling toward the substrate again due to total reflection on the pellet surface. This is because the proportion of light that can be emitted from the side surfaces of the pellet increases before it reaches a light absorber such as a substrate.

【0041】例えば、ペレットの大きさを300μm角
、発光波長を590nmとする時、n−Ga0.3 A
l0.7 As透明バッファ層34を厚さ30μm設け
ることによって、側面から取り出せる光の増加により、
30%程度高い発光効率が得られる。これは、透明バッ
ファ層34の厚さと同程度の距離の範囲で、ペレット側
面近傍での発光が有効に取り出せていることによると考
えられる。
For example, when the pellet size is 300 μm square and the emission wavelength is 590 nm, n-Ga0.3 A
By providing the l0.7 As transparent buffer layer 34 with a thickness of 30 μm, the amount of light that can be taken out from the side increases,
A luminous efficiency as high as about 30% can be obtained. This is thought to be due to the fact that light emitted near the side surfaces of the pellet can be effectively extracted within a distance range comparable to the thickness of the transparent buffer layer 34.

【0042】透明バッファ層34のドーピング量は、通
電の際に大きな電圧降下による動作電圧上昇が起きない
ように設定されていればよく、ここでは4×1017c
m−3とした。また、透明バッファ層34の厚さは、ペ
レットのサイズに対し、発光が有効に取り出せるペレッ
ト側面近傍の領域が有意に大きいことが必要であり、ペ
レットサイズの5%程度以上であることが目安となる。
The doping amount of the transparent buffer layer 34 may be set so as not to cause an increase in the operating voltage due to a large voltage drop when energized, and in this case, it is set to 4×10 17 c.
It was set as m-3. In addition, the thickness of the transparent buffer layer 34 needs to be significantly larger than the size of the pellet in the area near the side surfaces of the pellet from which luminescence can be effectively extracted, and the thickness is approximately 5% or more of the pellet size. Become.

【0043】例えば300μm角のチップでは、図9に
示すように、透明バッファ層34の厚さを15μm程度
以上とすれば、十分な発光効率の向上が認められた。こ
のとき、透明バッファ層34の厚さが厚いほど、高い発
光効率が得られるが、100μm以上ではウエハの反り
により発生する欠陥,面内分布等により発光効率は低下
する。
For example, in a 300 μm square chip, as shown in FIG. 9, a sufficient improvement in luminous efficiency was observed when the thickness of the transparent buffer layer 34 was set to about 15 μm or more. At this time, the thicker the transparent buffer layer 34 is, the higher the luminous efficiency can be obtained, but if the thickness is 100 μm or more, the luminous efficiency decreases due to defects caused by warpage of the wafer, in-plane distribution, etc.

【0044】透明バッファ層34と反射層33を組み合
わせることによって、図10に示すように、反射層33
とペレット表面での全反射をジグザク状に繰り返し、側
面に放出される光を有効に取り出せる様になるのは言う
までもない。また、このような効果は透明バッファ層3
4を2種類以上の屈折率の異なる材料,組成による層構
造とすることによっても得られる。この場合、屈折率の
低い層を基板側とすることが重要である。
By combining the transparent buffer layer 34 and the reflective layer 33, as shown in FIG.
Needless to say, total reflection on the pellet surface is repeated in a zigzag pattern, making it possible to effectively extract the light emitted from the sides. Moreover, such an effect can be obtained by using the transparent buffer layer 3.
It can also be obtained by forming 4 into a layered structure made of two or more types of materials and compositions having different refractive indexes. In this case, it is important to place the layer with a low refractive index on the substrate side.

【0045】ここでは、透明バッファ層34としてn−
GaAlAsを用いたが、この他にも、n−InGaA
lP,n−InAlP等の発光波長に対し透明な材料で
も同様な効果があることは言うまでもない。また、反射
層33は透明バッファ層34中にあってもかまわない。 なお、基板側での光吸収が発光効率に対し、大きなデメ
リットとならない場合は、透明バッファ層34を設けな
くてもよい。
Here, as the transparent buffer layer 34, n-
Although GaAlAs was used, n-InGaA
It goes without saying that materials transparent to the emission wavelength, such as lP and n-InAlP, have similar effects. Further, the reflective layer 33 may be included in the transparent buffer layer 34. Note that if light absorption on the substrate side does not have a large disadvantage on luminous efficiency, the transparent buffer layer 34 may not be provided.

【0046】下部クラッド層35は、活性層36に注入
されたキャリアを活性層36内に閉じ込めることにより
高い発光効率を得るためのものである。即ち、活性層3
6の導電型がn型でキャリア濃度が注入キャリア密度よ
り小さい場合(少数キャリアが正孔の場合)、活性層3
6の導電型がp型でキャリア濃度が注入キャリア密度よ
り小さい場合(少数キャリアが電子の場合)、或いは注
入キャリア密度が活性層36のキャリア濃度に比べ高い
場合(いわゆるダブルインジェクション状態の場合)、
いずれの場合においても活性層36に注入されたキャリ
アを、下部クラッド層35へ拡散するのを抑える効果が
ある。この場合、下部クラッド層35は活性層36より
もエネルギーギャップが大きいことが必要となる。
The lower cladding layer 35 is for obtaining high luminous efficiency by confining carriers injected into the active layer 36. That is, active layer 3
When the conductivity type of 6 is n type and the carrier concentration is smaller than the injected carrier density (when the minority carrier is a hole), the active layer 3
When the conductivity type of 6 is p type and the carrier concentration is lower than the injected carrier density (when the minority carrier is an electron), or when the injected carrier density is higher than the carrier concentration of the active layer 36 (in the case of a so-called double injection state),
In either case, there is an effect of suppressing carriers injected into the active layer 36 from diffusing into the lower cladding layer 35. In this case, the lower cladding layer 35 needs to have a larger energy gap than the active layer 36.

【0047】ここでは、下部クラッド層35として、n
−In1−Y (Ga1−X AlX )Y Pの組成
表記(x,y)において、x=0.7,y=0.5とし
た。これは、活性層36の発光波長を555nmまでに
短波長化した場合でも、十分なキャリア閉じ込め効果が
得られるエネルギーギャップが得られるからである。ま
た、GaAs基板31に格子定数が一致するため良好な
結晶が得られるからである。このようなクラッド層の組
成範囲は、上記の組成表記において0.6≦x≦1であ
った。 これは、n−InGaAlPがほぼ間接遷移型のエネル
ギーギャップを有する範囲である。この領域でのエネル
ギーギャップは、組成xと共に増加するため、xの大き
な組成でのキャリア閉じ込め効果は大きい。
Here, as the lower cladding layer 35, n
In the composition notation (x, y) of -In1-Y(Ga1-XAlX)YP, x=0.7 and y=0.5. This is because even when the emission wavelength of the active layer 36 is shortened to 555 nm, an energy gap that provides a sufficient carrier confinement effect can be obtained. Further, since the lattice constant matches that of the GaAs substrate 31, a good crystal can be obtained. The composition range of such a cladding layer was 0.6≦x≦1 in the above composition notation. This is the range in which n-InGaAlP has an almost indirect transition type energy gap. Since the energy gap in this region increases with the composition x, the carrier confinement effect is large when the composition x is large.

【0048】また、InGaAlP系材料では、原子配
列の秩序構造の形成が起こり易く、これによって、同じ
組成であってもエネルギーギャップが変化する。全く秩
序構造のないランダムな状態でのエネルギーギャップが
、同じ組成での最大のエネルギーギャップを与える。 秩序構造のない場合がキャリア閉じ込めのためには有利
である。このような無秩序構造は、基板31において前
述の傾斜した方位を用いることで容易に形成することが
できた。
[0048] Furthermore, in InGaAlP-based materials, an ordered structure of atomic arrangement is likely to occur, and as a result, the energy gap changes even if the composition is the same. The energy gap in a random state with no ordered structure gives the largest energy gap for the same composition. A case without an ordered structure is advantageous for carrier confinement. Such a disordered structure could be easily formed by using the above-mentioned inclined orientation in the substrate 31.

【0049】一方、下部クラッド層35のキャリア濃度
は1×1017cm−3とした。図11に、nクラッド
層35のキャリア濃度と発光効率との関係を示す。この
図に示すように、発光効率の観点から、望ましいキャリ
ア濃度の範囲は1×1016cm−3から7×1017
cm−3であった。これは、上部クラッド層37,電流
拡散層38等との抵抗率との関係から、電極41によっ
て光取り出しができない電極直下以外へ電流を広げる上
で、その抵抗率を高く、ひいてはキャリア濃度を低く設
定することが望ましいこと。さらに、InGaAlP中
にSi,Se等のドーパントが、その濃度に従って深い
レベルを形成し、活性層36に注入されたキャリアが活
性層近傍のn−InGaAlP下部クラッド層35にあ
るこれらのレベルを介して非発光再結合すること等がそ
の理由と考えられた。
On the other hand, the carrier concentration of the lower cladding layer 35 was set to 1×10 17 cm −3 . FIG. 11 shows the relationship between the carrier concentration of the n-cladding layer 35 and the luminous efficiency. As shown in this figure, from the viewpoint of luminous efficiency, the desired carrier concentration range is from 1 x 1016 cm-3 to 7 x 1017
cm-3. Due to the relationship with the resistivity of the upper cladding layer 37, current diffusion layer 38, etc., this increases the resistivity and lowers the carrier concentration in order to spread the current to areas other than directly under the electrode where light cannot be extracted by the electrode 41. What is desirable to set. Furthermore, dopants such as Si and Se form deep levels in InGaAlP according to their concentration, and carriers injected into the active layer 36 are transferred through these levels in the n-InGaAlP lower cladding layer 35 near the active layer. The reason for this was thought to be non-radiative recombination.

【0050】望ましいキャリア濃度の下限は、通電の際
に大きな電圧降下による動作電圧上昇が起きないために
必要な最低の濃度であり、その上限は非発光再結合が増
加することから決まったものである。また、特に望まし
いキャリア濃度の範囲は1×1016cm−3から2×
1017cm−3であった。この場合の上限は、低抵抗
化により電流広がり効果が小さくなることによると考え
られた。
The lower limit of the desired carrier concentration is the minimum concentration necessary to prevent an increase in operating voltage due to a large voltage drop when current is applied, and the upper limit was determined because non-radiative recombination increases. be. In addition, a particularly desirable carrier concentration range is from 1 x 1016 cm-3 to 2 x
It was 1017 cm-3. The upper limit in this case was considered to be due to the fact that the current spreading effect becomes smaller due to lower resistance.

【0051】下部クラッド層35とバッファ層32又は
反射層33を直接接合させる場合には、n−InGaA
lPとn−GaAsなどとのヘテロ接合が形成される。 このとき、エネルギーギャップの小さいGaAs側から
電子を注入する場合、ヘテロ接合による障壁を乗り越え
るための過剰な電圧降下を必要とした。このため、電流
はこの界面をペレット全体に均一に流れることで電流密
度を減らし、電圧降下を防ぐように流れ、結果的に大き
な電流広がりを得ることができた。これは、n−InG
aAlPのキャリア濃度に大きく依存し、1×1017
cm−3以下で顕著であった。
When the lower cladding layer 35 and the buffer layer 32 or the reflective layer 33 are directly bonded, n-InGaA
A heterojunction between lP and n-GaAs or the like is formed. At this time, when electrons are injected from the GaAs side where the energy gap is small, an excessive voltage drop is required to overcome the barrier caused by the heterojunction. Therefore, the current flows uniformly through this interface throughout the pellet, reducing the current density and preventing voltage drop, resulting in a large current spread. This is n-InG
It is highly dependent on the carrier concentration of aAlP, 1×1017
It was noticeable below cm-3.

【0052】下部クラッド層35の厚さは1μmとした
。これは、活性層36に注入されたキャリアを、下部ク
ラッド層35へ拡散するのを抑える効果を持たせるため
に、0.5μm程度以上必要なこと、電流広がりの効果
を与えるのに必要に厚さが2μm以下程度であることに
より決まったものである。また、下部クラッド層35は
透明バッファ層34と同じ材料,組成であってもかまわ
ない。即ち、n−GaAlAsなどでもかまわない。 また、シングルヘテロ構造やホモ接合構造などで、活性
層に注入されたキャリアを、基板側へ拡散するのを抑え
なくても発光効率に対し大きなデメリットとならない場
合は、下部クラッド層35を設けなくてもよい。
The thickness of the lower cladding layer 35 was 1 μm. In order to have the effect of suppressing the diffusion of carriers injected into the active layer 36 to the lower cladding layer 35, it is necessary to have a thickness of about 0.5 μm or more, and to provide the effect of current spreading. This is determined by the fact that the thickness is about 2 μm or less. Further, the lower cladding layer 35 may be made of the same material and composition as the transparent buffer layer 34. That is, n-GaAlAs or the like may be used. In addition, if the carriers injected into the active layer are not suppressed to diffuse toward the substrate side, such as in a single heterostructure or a homojunction structure, but there is no significant disadvantage to luminous efficiency, the lower cladding layer 35 may not be provided. It's okay.

【0053】活性層36はIn1−Y (Ga1−X 
AlX )Y Pからなり、その組成x,y及び上記秩
序構造の状態によってエネルギーギャップが決まり、注
入されたキャリアが発光再結合する時、エネルギーギャ
ップに対応した波長で発光する。前記図4に示すように
、Al組成xを増すと共に発光波長は短波長化し、それ
に伴って発光効率の低下がみられた。これは、Al組成
の増加と共に、直接遷移型のエネルギーギャップと間接
遷移型のエネルギーギャップの差が小さくなること、特
にn型において深いレベルの発生が顕著になること、良
好な結晶を得難くなること等によると考えられる。
The active layer 36 is made of In1-Y (Ga1-X
The energy gap is determined by the composition x, y and the state of the ordered structure, and when the injected carriers are recombined radiatively, it emits light at a wavelength corresponding to the energy gap. As shown in FIG. 4, as the Al composition x increased, the emission wavelength became shorter, and the luminous efficiency decreased accordingly. This is because as the Al composition increases, the difference between the energy gap of the direct transition type and the energy gap of the indirect transition type becomes smaller, the occurrence of deep levels becomes more noticeable especially in n-type, and it becomes difficult to obtain good crystals. This is thought to be due to the following reasons.

【0054】これらを回避する方法として、いくつかの
方法が考えられる。同じ波長を得るのに、なるべくAl
組成の低い組成で実現する方法として、活性層36を無
秩序構造とする方法がある。このような無秩序構造は、
基板31において前述の傾斜した方位を用いることで容
易に形成することができた。また、多重量子井戸構造(
MQW)を採用することによって、エネルギーレベルの
量子化により、Al組成の小さい層を発光層となる井戸
層に用いても、短波長化が可能であった。
Several methods can be considered to avoid these problems. To obtain the same wavelength, use Al as much as possible.
One way to achieve this with a low composition is to form the active layer 36 into a disordered structure. Such a disordered structure is
By using the above-mentioned inclined orientation on the substrate 31, it was possible to easily form the structure. In addition, multiple quantum well structure (
By adopting MQW), it was possible to shorten the wavelength by quantizing the energy level even if a layer with a low Al composition was used as a well layer serving as a light emitting layer.

【0055】例えば、組成(x,y)=(0.3,0.
5)を井戸層、(0.7,0.5)を障壁層とし、それ
ぞれの厚さを2.5〜5nmとし、10周期から100
周期程度設けたものを活性層とすることにより、図12
に示すように、(0.4,0.5)〜(0.5,0.5
)の組成のバルクからなる活性層と同等の波長(575
〜555nm)が得られた。
For example, composition (x, y)=(0.3, 0.
5) is a well layer, (0.7, 0.5) is a barrier layer, each has a thickness of 2.5 to 5 nm, and has a period of 10 to 100.
By using the active layer as the active layer, the structure shown in FIG.
As shown in (0.4, 0.5) to (0.5, 0.5
) wavelength (575
~555 nm) was obtained.

【0056】また、GaAsとの格子整合の枠を外すこ
と、即ち、活性層InGaAlPの格子定数をGaAs
より小さくすることで、Alの組成を減らすことができ
る。また、逆に活性層InGaAlPの格子定数をGa
Asより大きくすることで、直接遷移型のエネルギーギ
ャップと間接遷移型のエネルギーギャップの差を大きく
することができる。いずれも、効果が顕著になるのは0
.5%程度の格子不整合度以上であり、上限は転移の発
生による非発光再結合の増加による。このような転移の
発生は厚さに依存しており、0.3μm程度では1%程
度に限界が現れた。
In addition, it is possible to remove the lattice matching with GaAs, that is, change the lattice constant of the active layer InGaAlP to GaAs.
By making it smaller, the Al composition can be reduced. In addition, conversely, the lattice constant of the active layer InGaAlP is set to Ga
By making it larger than As, it is possible to increase the difference between the energy gap of the direct transition type and the energy gap of the indirect transition type. In both cases, the effect becomes noticeable at 0
.. The degree of lattice mismatch is about 5% or more, and the upper limit is due to an increase in non-radiative recombination due to the occurrence of dislocations. The occurrence of such a transition depends on the thickness, and a limit of about 1% appeared at about 0.3 μm.

【0057】これを回避する方法として、上記MQW構
造からなる活性層の井戸層として格子定数をずらした層
を用いる方法が有効であった。井戸層の厚さは非常に薄
いため、図13に示すように転移発生の限界を与える格
子不整合度は3%程度以上であり、非常に広い組成範囲
を使うことができた。なお、活性層36の導電型は先の
実施例と同様に、5×1016cm−3以下のn型、或
いは1×1017cm−3以下のp型(図2を参照)と
することで高い発光効率が得られた。また、活性層36
の厚さも先の実施例と同様に、ペレットサイズ300μ
m角のもので、0.15μmから0.75μm(図3を
参照)で高い発光効率が得られた。
An effective way to avoid this is to use a layer with a shifted lattice constant as a well layer of the active layer having the MQW structure. Since the thickness of the well layer is very thin, the degree of lattice mismatch that limits the occurrence of dislocation is about 3% or more, as shown in FIG. 13, and a very wide composition range can be used. Note that, as in the previous embodiment, the conductivity type of the active layer 36 is n-type of 5 x 1016 cm-3 or less, or p-type of 1 x 1017 cm-3 or less (see Fig. 2) to achieve high luminous efficiency. was gotten. In addition, the active layer 36
The thickness of the pellet is 300 μm as in the previous example.
A high luminous efficiency was obtained in the m-square size from 0.15 μm to 0.75 μm (see FIG. 3).

【0058】上部クラッド層37は、下部クラッド層3
5と同様、活性層36に注入されたキャリアを活性層3
6内に閉じこめることにより高い発光効率を得るための
ものである。即ち、少数キャリアが正孔の場合、少数キ
ャリアが電子の場合、或いはダブルインジェクション状
態の場合、いずれの場合においても活性層36に注入さ
れたキャリアを、上部クラッド層37へ拡散するのを抑
える効果がある。この場合、上部クラッド層37は活性
層36よりもエネルギーギャップが大きいことが必要と
なる。
The upper cladding layer 37 is similar to the lower cladding layer 3.
5, the carriers injected into the active layer 36 are transferred to the active layer 3.
The purpose is to obtain high luminous efficiency by confining the light inside the 6. That is, the effect of suppressing the diffusion of carriers injected into the active layer 36 into the upper cladding layer 37 in any case when the minority carriers are holes, when the minority carriers are electrons, or in a double injection state. There is. In this case, the upper cladding layer 37 needs to have a larger energy gap than the active layer 36.

【0059】ここでは、p−In1−Y (Ga1−X
 AlX )Y Pの組成表記(x,y)において、x
=0.7,y=0.5とした。これは、活性層36の発
光波長を555nmまでに短波長化した場合でも、十分
なキャリア閉じ込め効果が得られるエネルギーギャップ
が得られるからである。また、GaAs基板格子定数が
一致するため良好な結晶が得られるからである。このよ
うな、pクラッド層37の組成範囲は、図14に示すよ
うに、上記の組成表記において0.6≦x≦1であった
。これは、p−InGaAlPがほぼ間接遷移型のエネ
ルギーギャップを有する範囲である。この領域でのエネ
ルギーギャップは、組成xと共に増加するため、xの大
きな組成でのキャリア閉じ込め効果は大きい。
Here, p-In1-Y (Ga1-X
In the composition notation (x, y) of AlX)YP, x
=0.7, y=0.5. This is because even when the emission wavelength of the active layer 36 is shortened to 555 nm, an energy gap that provides a sufficient carrier confinement effect can be obtained. Further, since the GaAs substrate lattice constants match, a good crystal can be obtained. As shown in FIG. 14, the composition range of the p cladding layer 37 was 0.6≦x≦1 in the above composition notation. This is the range in which p-InGaAlP has an almost indirect transition type energy gap. Since the energy gap in this region increases with the composition x, the carrier confinement effect is large when the composition x is large.

【0060】また、InGaAlP系材料では、原子配
列の秩序構造の形成が起こり易く、これによって、同じ
組成であってもエネルギーギャップが変化する。全く秩
序構造のないランダムな状態でのエネルギーギャップが
、同じ組成での最大のエネルギーギャップを与える。 秩序構造のない場合が、キャリア閉じ込めのためには有
利である。このような無秩序構造は、基板31において
前述の傾斜した方位を用いること、さらに十分高いドー
ピングを行うことで、容易に形成することができた。
[0060] Furthermore, in InGaAlP-based materials, an ordered structure of atomic arrangement is likely to occur, and as a result, the energy gap changes even if the composition is the same. The energy gap in a random state with no ordered structure gives the largest energy gap for the same composition. A case without an ordered structure is advantageous for carrier confinement. Such a disordered structure could be easily formed by using the above-mentioned inclined orientation in the substrate 31 and by performing sufficiently high doping.

【0061】一方、上部クラッド層37のキャリア濃度
は7×1017cm−3とした。図15にpクラッド層
37のキャリア濃度と発光効率との関係を示す。この図
に示すように、発光効率の観点から、望ましいキャリア
の濃度の範囲は5×1017cm−3から2×1018
cm−3であった。これは、下部クラッド層35,電流
拡散層38等との抵抗率との関係から、電極41によっ
て光取り出しができない電極直下以外へ電流を広げる上
で、その抵抗率を低く、ひいてはキャリア濃度を高く設
定することが望ましいこと、5×1017cm−3以上
の高いドーピングをすることで、無秩序構造が容易に形
成でき、エネルギーギャップを大きくすることができる
ため、キャリア閉じ込めが有効に行えるためである。
On the other hand, the carrier concentration of the upper cladding layer 37 was set to 7×10 17 cm −3 . FIG. 15 shows the relationship between the carrier concentration of the p-cladding layer 37 and the luminous efficiency. As shown in this figure, from the viewpoint of luminous efficiency, the desired carrier concentration range is from 5 x 1017 cm-3 to 2 x 1018 cm-3.
cm-3. This is due to the relationship with the resistivity of the lower cladding layer 35, current diffusion layer 38, etc., and in order to spread the current to areas other than directly under the electrode where light cannot be extracted by the electrode 41, the resistivity is lowered and the carrier concentration is increased. This is because by doping as high as 5×10 17 cm −3 or more, a disordered structure can be easily formed and the energy gap can be increased, so that carrier confinement can be effectively performed.

【0062】上部クラッド層37の厚さは1μmとした
。これは、活性層36に注入されたキャリアを、上部ク
ラッド層37へ拡散するのを抑える効果を持たせるため
に、0.5μm程度以上必要なこと、電流広がりの効果
を与えるのに必要な厚さが2μm以下程度であることに
より決まったものである。また、上部クラッド層37は
電流拡散層38などと同じ材料、組成であってもかまわ
ない。即ち、p−GaAlAsなどでもかまわない。 また、シングルヘテロ構造やホモ接合構造などで、活性
層に注入されたキャリアを、基板側と反対側へ拡散する
のを抑えなくても、発光効率に対し大きなデメリットと
ならない場合は、上部クラッド層を設けなくてもよい。
The thickness of the upper cladding layer 37 was 1 μm. This requires a thickness of approximately 0.5 μm or more in order to have the effect of suppressing the diffusion of carriers injected into the active layer 36 to the upper cladding layer 37, and a thickness necessary to provide the effect of current spreading. This is determined by the fact that the thickness is about 2 μm or less. Further, the upper cladding layer 37 may be made of the same material and composition as the current diffusion layer 38 and the like. That is, p-GaAlAs or the like may be used. In addition, if the carriers injected into the active layer are not suppressed to diffuse to the side opposite to the substrate side in a single heterostructure or homojunction structure, but there is no significant disadvantage to luminous efficiency, the upper cladding layer It is not necessary to provide

【0063】電流拡散層38は、電極41によって光取
り出しができない電極直下以外へ電流を広げるためのも
のである。電流拡散層38は発光波長に対し、吸収係数
の十分小さい透明な材料からなる。例えばペレットの大
きさを300μm角、電極を直径150μm程度の円形
とし、発光波長を590nmとするとき、キャリア濃度
3×1018cm−3のp−Ga0.3Al0.7 A
sを厚さ15μm設けることによって、電流の広がりは
チップ全体に渡り、これを設けない場合の約30倍程度
高い発光効率が得られた。
The current spreading layer 38 is for spreading the current to areas other than directly under the electrode where light cannot be extracted by the electrode 41. The current diffusion layer 38 is made of a transparent material having a sufficiently small absorption coefficient with respect to the emission wavelength. For example, when the pellet size is 300 μm square, the electrode is circular with a diameter of about 150 μm, and the emission wavelength is 590 nm, p-Ga0.3Al0.7 A with a carrier concentration of 3 x 1018 cm-3
By providing s with a thickness of 15 μm, the current spread over the entire chip, and a luminous efficiency approximately 30 times higher than that without this was obtained.

【0064】電流拡散層38の厚さは、電流の広がりを
大きくできるほど望ましい。有効な電流広がり効果が得
られるのは、図16に示すように、5μm以上の厚さで
あった。一方、30μm以上の厚さになると、電流広が
りの効果が飽和すると共に、長時間の成長による活性層
36への上部クラッド層37などからの不純物拡散など
による発光効率の低下などが起こることにより、むしろ
素子としての発光効率は低下した。
The thickness of the current spreading layer 38 is desirably as large as possible to spread the current. As shown in FIG. 16, an effective current spreading effect was obtained at a thickness of 5 μm or more. On the other hand, when the thickness is 30 μm or more, the current spreading effect is saturated and the luminous efficiency decreases due to impurity diffusion from the upper cladding layer 37 to the active layer 36 due to long-term growth. Rather, the luminous efficiency of the device decreased.

【0065】電流拡散層38のキャリア濃度は、図17
に示すように、電流広りを十分に得るために5×101
7cm−3以上であることが望ましい。一方、5×10
18cm−3以上にドーピングすると、電流広がりは十
分であるものの、発光波長に対する吸収が大きくなり、
結局素子としての発光効率は低下した。
The carrier concentration of the current diffusion layer 38 is shown in FIG.
As shown in Figure 2, in order to obtain sufficient current spread, 5 x 101
It is desirable that it is 7 cm −3 or more. On the other hand, 5×10
When doped to 18 cm-3 or more, the current spread is sufficient, but the absorption at the emission wavelength becomes large.
As a result, the luminous efficiency of the device decreased.

【0066】電流拡散層38のAl組成xは、発光波長
に対し吸収係数が100cm−1程度以下で、なるべく
低い方が望ましい。このとき、図18に示すように、p
−Ga1−X AlX Asの組成xは大きいほど、あ
る波長での吸収係数は小さくなる。InGaAlPによ
る発光波長の領域に対しては、xは0.6以上であるこ
とが望ましい。一方、xの大きなGaAlAsでは結晶
性のよいものが得にくく、吸収係数はむしろ増加した。 このため、xは0.8以下であることが望ましかった。
The Al composition x of the current diffusion layer 38 has an absorption coefficient of about 100 cm -1 or less for the emission wavelength, and is preferably as low as possible. At this time, as shown in FIG.
-Ga1-X AlX The larger the composition x of As, the smaller the absorption coefficient at a certain wavelength. For the emission wavelength region of InGaAlP, it is desirable that x be 0.6 or more. On the other hand, with GaAlAs having a large x value, it was difficult to obtain good crystallinity, and the absorption coefficient rather increased. For this reason, it was desirable that x be 0.8 or less.

【0067】電流拡散層38と上部クラッド層37の接
合では、p−InGaAlPとp−GaAlAsなどと
のヘテロ接合が形成される、このとき、エネルギーギャ
ップの小さいp−GaAlAs側から正孔を注入する場
合、ヘテロ接合による障壁を乗り越えるための過剰な電
圧降下を必要とした。このため、電流はこの界面をペレ
ット全体に均一に流れることで電流密度を減らし、電圧
降下を防ぐように流れ結果的に大きな電流広がりを得る
ことができた。これは、p−InGaAlPのキャリア
濃度に大きく依存し、1×1018cm−3以下で顕著
であった。
At the junction between the current diffusion layer 38 and the upper cladding layer 37, a heterojunction between p-InGaAlP and p-GaAlAs is formed. At this time, holes are injected from the p-GaAlAs side where the energy gap is smaller. In this case, an excessive voltage drop was required to overcome the barrier caused by the heterojunction. Therefore, the current flows uniformly through this interface throughout the pellet, reducing the current density and preventing voltage drop, resulting in a large current spread. This largely depended on the carrier concentration of p-InGaAlP, and was noticeable below 1×10 18 cm −3 .

【0068】ここでは、電流拡散層38としてp−Ga
AlAsを用いたが、この他にも、p−InGaAlP
,p−InAlPなどの発光波長に対し透明な材料でも
同様な効果があることは言うまでもない。また、電流拡
散層38を設けないことで、発光効率に対し、大きなデ
メリットとならない場合は、電流拡散層38を設けなく
てもよい。
Here, p-Ga is used as the current diffusion layer 38.
Although AlAs was used, in addition to this, p-InGaAlP
It goes without saying that materials transparent to the emission wavelength, such as , p-InAlP, have similar effects. Further, if not providing the current diffusion layer 38 does not cause a large disadvantage to the luminous efficiency, the current diffusion layer 38 may not be provided.

【0069】コンタクト層39は、電極41に対するオ
ーミック接触を容易にとるための層であり、例えばp−
GaAsを用いた。具体的には、図19に示すように電
流拡散層38上にp−GaAs層39を成長形成した後
、上部電極41を形成し、レジスト44をマスクに電極
41及びp−GaAs層39を選択エッチングし、最終
的にレジスト44を除去することにより形成した。
The contact layer 39 is a layer for easily making ohmic contact with the electrode 41, for example, p-
GaAs was used. Specifically, as shown in FIG. 19, after a p-GaAs layer 39 is grown on a current diffusion layer 38, an upper electrode 41 is formed, and the electrode 41 and p-GaAs layer 39 are selected using a resist 44 as a mask. It was formed by etching and finally removing the resist 44.

【0070】コンタクト層39の濃度は、容易にコンタ
クト抵抗を十分低くするために1×1018cm−3以
上であることが望ましい。またその厚さは、50nm以
上であることが再現のよいコンタクトをとるために重要
であった。コンタクト層39は必ずしも発光波長に対し
透明である必要はない。これは、電極以外の部分を選択
的に除去することで、吸収の効果を回避することができ
るからである。この場合、電極形成時のアロイ化などで
生ずるダメージ部分を同時に除去できるというメリット
もある。
The concentration of the contact layer 39 is preferably 1×10 18 cm −3 or more in order to easily lower the contact resistance sufficiently. Further, it was important that the thickness be 50 nm or more in order to make contact with good reproducibility. Contact layer 39 does not necessarily need to be transparent to the emission wavelength. This is because the absorption effect can be avoided by selectively removing parts other than the electrodes. In this case, there is also the advantage that damaged parts caused by alloying during electrode formation can be removed at the same time.

【0071】なお、この場合に、コンタクト層39が厚
いと、除去プロセスにおいて、電極41の端部のコンタ
クト層が無くなり、電極41がはがれ易くなるなどのこ
とが起こるため、コンタクト層39の厚さは150nm
程度以下であることが望ましい。また、コンタクト層3
9は十分に薄ければ、吸収を小さくすることができるの
で、必ずしも電極以外の部分で除去する必要はない。
In this case, if the contact layer 39 is thick, the contact layer at the end of the electrode 41 will be lost during the removal process, and the electrode 41 will easily peel off. is 150nm
It is desirable that it be below the level of In addition, contact layer 3
If 9 is sufficiently thin, the absorption can be reduced, so it is not necessarily necessary to remove it at parts other than the electrodes.

【0072】ここでは、コンタクト層39としてp−G
aAsを用いたが、この他にも、p−InGaP,p−
InGaAlP,p−GaAlAsなどを用いてもよい
。また、コンタクト層39を特に設けないで、電流拡散
層などに直接電極を形成してもかまわない。
Here, p-G is used as the contact layer 39.
aAs was used, but in addition to this, p-InGaP, p-
InGaAlP, p-GaAlAs, etc. may also be used. Further, the contact layer 39 may not be particularly provided, and the electrode may be directly formed on the current diffusion layer or the like.

【0073】上部電極41はAuZn/Auからなり、
ペレットに電流注入を行うと共に、ワイヤボンディング
のためのパッドとなる。電極41はペレット全体に電流
を広げるのに有効である、発光を遮断しないようにする
ことが重要である。
The upper electrode 41 is made of AuZn/Au,
In addition to injecting current into the pellet, it also serves as a pad for wire bonding. It is important that the electrode 41 is effective in spreading the current throughout the pellet and does not block the light emission.

【0074】電流阻止層は40は、電極41によって光
取り出しができない電極直下以外へ電流を広げるための
ものである。即ち、電極41の直下の一部又は全部に電
流注入を妨げる働きをする層を挿入することで、電極直
下への無効な電流注入を回避するものである。電流阻止
層40は、電極41と活性層36の間にあればよい。例
えば、前記図5に示すように上部クラッド層37と電流
拡散層38との間、また図20(a)に示すように電流
拡散層38の内部、電流拡散層38とコンタクト39と
の間、さらに図20(b)に示すようにコンタクト層3
9と電極41との間いずれでもかまわない。このとき、
電流阻止層40の直下へ回り込む電流を低減するために
は、なるべく活性層36に近い位置にあることが望まし
い。
The current blocking layer 40 is for spreading the current to areas other than directly under the electrode where light cannot be extracted by the electrode 41. That is, by inserting a layer that functions to prevent current injection into a part or all of the area directly below the electrode 41, invalid current injection directly below the electrode is avoided. The current blocking layer 40 may be provided between the electrode 41 and the active layer 36. For example, between the upper cladding layer 37 and the current diffusion layer 38 as shown in FIG. 5, inside the current diffusion layer 38, and between the current diffusion layer 38 and the contact 39 as shown in FIG. Furthermore, as shown in FIG. 20(b), the contact layer 3
9 and the electrode 41. At this time,
In order to reduce the current flowing directly under the current blocking layer 40, it is desirable to be located as close to the active layer 36 as possible.

【0075】電流阻止層40としては、上部クラッド層
37と反対の導電型を持つ半導体、例えばn−GaAs
,n−GaAlAs,n−InGaP,n−InAlP
,n−InGaAlPなど、或いは高抵抗の半導体、例
えばGaAs,InGaP,GaAlAs,InGaA
lP,InAlPなどを用いることができる。また、上
部クラッド層37と同じ導電型を持ち、それと接する層
との間にヘテロ接合による障壁を乗り越えるための過剰
な電圧降下を必要とする構造をもつ半導体層、例えばp
−GaAs/p−InGaAlP,p−GaAs/p−
InAlP,p−GaAlAs/p−InGaAlP,
p−GaAlAs/p−InAlPなど或いは絶縁物、
例えばSiO2 ,Al2 O3 ,Si3 N4 な
どであれば使用することが可能である。
The current blocking layer 40 is made of a semiconductor having a conductivity type opposite to that of the upper cladding layer 37, such as n-GaAs.
, n-GaAlAs, n-InGaP, n-InAlP
, n-InGaAlP, etc., or high resistance semiconductors such as GaAs, InGaP, GaAlAs, InGaA
lP, InAlP, etc. can be used. In addition, a semiconductor layer having the same conductivity type as the upper cladding layer 37 and having a structure that requires an excessive voltage drop between it and a layer in contact with it to overcome a barrier due to a heterojunction, such as a p
-GaAs/p-InGaAlP, p-GaAs/p-
InAlP, p-GaAlAs/p-InGaAlP,
p-GaAlAs/p-InAlP or an insulator,
For example, SiO2, Al2 O3, Si3 N4, etc. can be used.

【0076】電流阻止層40を発光波長に対して透明な
材料とすることで、発光をより有効に取り出すことがで
きる。即ち、電極41の直下を含む領域に発光波長に対
し透明な電流阻止層40を設けることによって電極直下
への無効電流を減らし、また電流阻止層40の直下へ回
り込んだ電流による発光を吸収の影響を受けること無く
外部に取り出すことができる。
By making the current blocking layer 40 a material that is transparent to the emission wavelength, the emission can be extracted more effectively. That is, by providing the current blocking layer 40 that is transparent to the emission wavelength in a region including directly below the electrode 41, it is possible to reduce the reactive current directly below the electrode, and also to absorb the light emitted by the current that has passed to the area directly below the current blocking layer 40. It can be taken outside without being affected.

【0077】本実施例では例えばペレットの大きさを3
00μm角、電極を直径150μmの円形、発光波長を
590nmとするときn−In1−Y (Ga1−X 
AlX )Y Pの組成表記(x,y)において、x=
0.7,y=0.5を電流阻止層40として、上部クラ
ッド層37と電流拡散層38の間に挿入した。電流阻止
層40の濃度は1×1018cm−3、厚さは150n
mとした。また、その形状は電極41を含む180μm
の直径とした。このとき、電極41の直下へは電流は殆
ど注入されず、ここでの発光が電極41に隠されても、
発光効率には影響しなかった。また、電流阻止層40の
直下へ回り込んだ電流による発光は、透明な電流阻止層
40を通して外部に取り出されるため、無効電流にはな
らなかった。なお、電流阻止層40は、これを挿入しな
いことが発光効率に対し、大きなデメリットにならない
場合は、特に設けなくてもよい。
In this example, for example, the size of the pellet is 3
n-In1-Y (Ga1-X
In the composition notation (x, y) of AlX)YP, x=
0.7, y=0.5 as the current blocking layer 40, which was inserted between the upper cladding layer 37 and the current spreading layer 38. The concentration of the current blocking layer 40 is 1×10 18 cm −3 and the thickness is 150 nm.
It was set as m. In addition, its shape is 180 μm including the electrode 41.
The diameter of At this time, almost no current is injected directly below the electrode 41, and even if the light emission here is hidden by the electrode 41,
Luminous efficiency was not affected. In addition, the light emitted by the current flowing directly under the current blocking layer 40 was taken out to the outside through the transparent current blocking layer 40, and therefore did not become a reactive current. Note that the current blocking layer 40 may not be particularly provided if not inserting it will not cause a large disadvantage to the luminous efficiency.

【0078】上記のように構造を設定し、ペレットの大
きさを300μm角、電極を直径150μmの円形とし
た素子ペレットを、広がり半値幅が8度程度になるよう
に樹脂でモールドし、素子化することによって、In1
−Y (Ga1−X AlX )Y P活性層35の組
成をx=0.2,y=0.5とすることにより、発光波
長610nmのオレンジ色の発光(光度10カンデラ)
が、x=0.3、y=0.5とすることによって、発光
波長590nmの黄色の発光(光度7カンデラ)が、x
=0.4,y=0.5とすることによって、発光波長5
70nmの黄緑色の発光(光度3カンデラ)が、x=0
.5,y=0.5とすることによって。発光波長555
nmの緑色の発光(光度1カンデラ)が、それぞれ得ら
れた。 つまり、各層のキャリア濃度及び膜厚の最適化、基板の
面方位に選択等により、短波長の発光でも高い発光効率
を得ることができた。
[0078] The device pellets having the structure set as above, the size of the pellets being 300 μm square, and the electrodes being circular with a diameter of 150 μm, were molded with resin so that the width at half maximum was about 8 degrees, and the device was formed. By doing, In1
-Y(Ga1-XAlX)Y By setting the composition of the active layer 35 to x=0.2 and y=0.5, orange light emission with an emission wavelength of 610 nm (luminous intensity 10 candela) is achieved.
However, by setting x=0.3 and y=0.5, yellow light emission with an emission wavelength of 590 nm (luminous intensity 7 candela) becomes x
=0.4, y=0.5, the emission wavelength 5
70 nm yellow-green light emission (luminous intensity 3 candela), x = 0
.. 5, by setting y=0.5. Emission wavelength 555
A green emission (luminous intensity of 1 candela) of 1 nm was obtained in each case. In other words, by optimizing the carrier concentration and film thickness of each layer, selecting the plane orientation of the substrate, etc., it was possible to obtain high luminous efficiency even at short wavelengths.

【0079】上記した第2の実施例では、第1導電型半
導体基板31としてn−GaAsを用いた例を示した。 しかしながら、導電型の異なる、p−GaAsを用いて
もかまわない。このとき、各半導体層の導電型を逆転す
ることが必要である。この場合、各半導体層の厚さに関
しては、n−GaAs基板31を用いた場合と同様の設
定が望ましい。
In the second embodiment described above, an example was shown in which n-GaAs was used as the first conductivity type semiconductor substrate 31. However, p-GaAs having a different conductivity type may be used. At this time, it is necessary to reverse the conductivity type of each semiconductor layer. In this case, the thickness of each semiconductor layer is desirably set in the same way as when the n-GaAs substrate 31 is used.

【0080】一方、キャリア濃度については、電流広が
りや発光効率を考慮すると、その最適値はn−GaAs
基板31の場合と異なる。クラッド層については、n−
GaAs基板31の場合、下部クラッド層35がn−I
nGaAlP、上部クラッド層37がp−InGaAl
Pであったが、p−GaAs基板を用いた場合には、上
部クラッド層がn−InGaAlP、下部クラッド層が
p−InGaAlPとなり、このときのn−InGaA
lP及びp−InGaAlPそれぞれについての設定が
同じであると考えればよい。
On the other hand, regarding the carrier concentration, considering current spread and luminous efficiency, the optimum value is n-GaAs.
This is different from the case of the substrate 31. For the cladding layer, n-
In the case of the GaAs substrate 31, the lower cladding layer 35 is n-I
nGaAlP, upper cladding layer 37 is p-InGaAl
However, when a p-GaAs substrate is used, the upper cladding layer becomes n-InGaAlP and the lower cladding layer becomes p-InGaAlP.
It is only necessary to consider that the settings for IP and p-InGaAlP are the same.

【0081】バッファ層32,反射層33,透明バッフ
ァ層34,電流拡散層38,コンタクト層39,電流阻
止層40については導電型を逆転し、キャリア濃度の設
定は同じでよい。活性層36については、基板の導電型
によらず、n−GaAsの場合と同様の設定が望ましい
The conductivity types of the buffer layer 32, reflective layer 33, transparent buffer layer 34, current diffusion layer 38, contact layer 39, and current blocking layer 40 may be reversed, and the carrier concentrations may be set the same. Regarding the active layer 36, settings similar to those for n-GaAs are desirable regardless of the conductivity type of the substrate.

【0082】p型の導電型基板を用いることの利点は、
n型の場合に比べ、電流広がりをより容易に拡大するこ
とができることである。これは、上述の組成域において
p−InGaAlP,p−GaAlAsに比べ、n−I
nGaAlP,n−GaAlAsの方が、同じ組成,キ
ャリア濃度に対し、移動度が大きく、低抵抗率の層が得
易く、これを活性層に対し上部電極側とすることにより
、電流が広がり易く、発光部を容易に拡大できるためで
ある。特に、電流拡散層38にn−GaAlAsを用い
た場合、p−GaAlAsを用いた場合の1/2の抵抗
率となるため、図21に示すように、その厚さ(下限側
の厚さ)を1/2にしても、略同等の電流広がり、ひい
ては発光効率が得られた。これは、結晶成長時間の短縮
、ひいては生産性の向上に有効であった。
The advantages of using a p-type conductivity type substrate are as follows:
Compared to the n-type case, the current spread can be expanded more easily. This is n-I compared to p-InGaAlP and p-GaAlAs in the above composition range.
With nGaAlP and n-GaAlAs, it is easier to obtain a layer with higher mobility and lower resistivity for the same composition and carrier concentration, and by placing this layer on the upper electrode side with respect to the active layer, the current spreads more easily. This is because the light emitting section can be easily enlarged. In particular, when n-GaAlAs is used for the current diffusion layer 38, the resistivity is 1/2 of that when p-GaAlAs is used, so as shown in FIG. Even when the ratio was reduced to 1/2, approximately the same current spread and, as a result, the luminous efficiency was obtained. This was effective in shortening crystal growth time and improving productivity.

【0083】また、第1導電型半導体基板31としてn
−GaAs又はp−GaAsを用いた場合、実施例にも
詳述したように発光波長に対し基板は光吸収体として働
く。基板31に吸収された光は、外部に取り出すことが
できないため、活性層36での発光の約1/2は発光効
率に寄与しない。これを取り出す方法として、図22に
示すように、基板31及び発光波長に対し吸収体となる
バッファ層32等を除去することが有効である。
Furthermore, as the first conductivity type semiconductor substrate 31, n
When -GaAs or p-GaAs is used, the substrate acts as a light absorber for the emission wavelength, as detailed in the Examples. Since the light absorbed by the substrate 31 cannot be extracted to the outside, approximately 1/2 of the light emitted from the active layer 36 does not contribute to the light emission efficiency. As a method for extracting this, as shown in FIG. 22, it is effective to remove the substrate 31 and the buffer layer 32 that serves as an absorber for the emission wavelength.

【0084】この場合、ペレットの機械的強度を保持す
るために、透明バッファ層34,電流拡散層38の厚さ
を厚く設定し、基板除去後のウェハ厚さを50μm程度
以上に設定することが重要である。このとき、下部電極
42は透明バッファ層34に形成される。下部電極42
或いはアセンブリの際にこの下に形成する反射板によっ
て、下部へ出射された光は吸収を受けずに外部に取り出
せる。
In this case, in order to maintain the mechanical strength of the pellet, the thickness of the transparent buffer layer 34 and current diffusion layer 38 may be set thick, and the wafer thickness after substrate removal may be set to approximately 50 μm or more. is important. At this time, the lower electrode 42 is formed on the transparent buffer layer 34. Lower electrode 42
Alternatively, the light emitted to the bottom can be taken out to the outside without being absorbed by a reflecting plate formed below this during assembly.

【0085】また、ここまでの説明では、第1導電型半
導体基板31としてn−GaAs,p−GaAs及びこ
れを除去した例を示した。この他にも、GaP,ZnS
e,ZnS,Si,Ge等の半導体、及びGaAsを含
めこれらからなる混晶等を基板として用いてもよい。こ
の場合、上述の導電型に対する考え方がそのまま当ては
まり、これらの導電型のn型でもp型でもよい。GaP
,ZnSe,ZnS,GaAsP,InGaP等を基板
とする場合は、発光波長に対し基板は透明にすることが
でき、上述のように基板を除去する必要がないという利
点がある。
Furthermore, in the explanation up to this point, examples in which n-GaAs and p-GaAs are used as the first conductivity type semiconductor substrate 31 and in which these are removed have been shown. In addition, GaP, ZnS
Semiconductors such as E, ZnS, Si, and Ge, and mixed crystals made of these including GaAs may be used as the substrate. In this case, the above-mentioned concept of conductivity type applies as is, and these conductivity types may be n-type or p-type. GaP
, ZnSe, ZnS, GaAsP, InGaP, etc. as a substrate has the advantage that the substrate can be made transparent to the emission wavelength and there is no need to remove the substrate as described above.

【0086】しかし、これらの場合、GaAsと異なり
、活性層材料と基板の格子整合が取れないことがある。 この場合、基板と同じ導電型の格子定数傾斜層を設ける
ことにより、活性層での転位の発生を抑え、非発光再結
合を低減することが重要である。この場合、格子定数傾
斜層の格子定数は、基板側から活性層側へ向かって、基
板の格子定数から活性層の格子定数へ徐々に変化させる
。このとき、格子定数傾斜層の材料はInGaAlP等
の、発光波長に対し透明なものが望ましい。活性層の格
子定数をGaAsと同等とするとき、透明バッファ層と
してGaAlAsを格子定数傾斜層上に形成することで
、活性層と同等の格子定数を持つ層を形成することにな
り、転位の低減にも有効である。この場合の構成を図2
3に示す。図中51が透明基板、52が格子定数傾斜層
を示している。
However, in these cases, unlike GaAs, lattice matching between the active layer material and the substrate may not be achieved. In this case, it is important to suppress the generation of dislocations in the active layer and reduce non-radiative recombination by providing a gradient lattice constant layer of the same conductivity type as the substrate. In this case, the lattice constant of the lattice constant gradient layer is gradually changed from the lattice constant of the substrate to the lattice constant of the active layer from the substrate side toward the active layer side. At this time, the material of the gradient lattice constant layer is preferably a material transparent to the emission wavelength, such as InGaAlP. When the lattice constant of the active layer is the same as that of GaAs, by forming GaAlAs as a transparent buffer layer on the lattice constant gradient layer, a layer with the same lattice constant as the active layer is formed, which reduces dislocations. It is also effective for Figure 2 shows the configuration in this case.
Shown in 3. In the figure, reference numeral 51 indicates a transparent substrate, and reference numeral 52 indicates a gradient lattice constant layer.

【0087】Si,Geは発光波長に対し不透明である
ものの、良質で基板結晶を得ることができるため、量産
性,生産性の観点から望ましい基板結晶である。Siの
場合は、活性層材料と基板の格子整合が取れない。基板
と同じ導電型の格子定数傾斜層を設けることにより、活
性層での転位の発生を抑え、非発光再結合を低減するこ
とが重要である。この場合、格子定数傾斜層の格子定数
は、基板側から活性層側へ向かって、基板の格子定数か
ら活性層の格子定数へ徐々に変化させる。このとき、こ
の格子定数傾斜層の材料は、GaP,AlP,GaAs
,InP等による混晶、或いは超格子を用いる。Geの
場合、格子整合に問題はない。
Although Si and Ge are opaque to the emission wavelength, they are desirable substrate crystals from the viewpoint of mass production and productivity because they can provide substrate crystals of good quality. In the case of Si, lattice matching cannot be achieved between the active layer material and the substrate. It is important to suppress the generation of dislocations in the active layer and reduce non-radiative recombination by providing a gradient lattice constant layer of the same conductivity type as the substrate. In this case, the lattice constant of the lattice constant gradient layer is gradually changed from the lattice constant of the substrate to the lattice constant of the active layer from the substrate side toward the active layer side. At this time, the material of this lattice constant gradient layer is GaP, AlP, GaAs.
, InP, etc., or a superlattice is used. In the case of Ge, there is no problem with lattice matching.

【0088】いずれの場合においても、透明バッファ層
としてGaAlAsを形成することで、転位の低減にも
有効である。また、これらの基板は、GaAsの場合と
同様に、結晶成長後に基板を除去することが有効である
In either case, forming GaAlAs as a transparent buffer layer is effective in reducing dislocations. Furthermore, as in the case of GaAs, it is effective to remove these substrates after crystal growth.

【0089】これらn−GaAs以外の結晶を基板に用
いた場合でも、電流拡散層等による電流の広がりの効果
、電流阻止層による無効電流低減の効果、活性層,クラ
ッド層等のキャリア濃度,厚さ,無秩序化の程度等の発
光効率へ与える効果は前述した実施例と同様である。
Even when crystals other than n-GaAs are used for the substrate, the effect of current spreading by the current diffusion layer, the effect of reducing reactive current by the current blocking layer, the carrier concentration and thickness of the active layer, cladding layer, etc. The effects on the luminous efficiency, such as the degree of disorder and the degree of disorder, are the same as in the embodiments described above.

【0090】図24は、本発明の第3の実施例に係わる
半導体発光装置の素子構造を示す断面図である。図中6
1はn−GaAs基板であり、この基板61の主面は(
100)面から[011]方向に15度傾斜している。 基板61上に、 n−In0.5 (Ga1−X1AlX1)0.5 P
クラッド層62In0.5 (Ga1−X2AlX2)
0.5 P活性層63p−In0.5 (Ga1−X3
AlX3)0.5 Pクラッド層64(Znドープ) p−In0.5 Ga0.5 P中間バンドギャップ層
65p−GaAsコンタクト層66 が順次積層形成されている。そして、コンタクト層66
上にAuZnからなるp側電極67が形成され、基板6
1の裏面にAuGeからなるn側電極68が形成されて
いる。
FIG. 24 is a sectional view showing the element structure of a semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention. 6 in the diagram
1 is an n-GaAs substrate, and the main surface of this substrate 61 is (
100) is inclined by 15 degrees in the [011] direction. On the substrate 61, n-In0.5 (Ga1-X1AlX1)0.5P
Cladding layer 62In0.5 (Ga1-X2AlX2)
0.5 P active layer 63p-In0.5 (Ga1-X3
AlX3)0.5P cladding layer 64 (Zn doped), p-In0.5Ga0.5P intermediate bandgap layer 65, and p-GaAs contact layer 66 are sequentially laminated. And contact layer 66
A p-side electrode 67 made of AuZn is formed on the substrate 6.
An n-side electrode 68 made of AuGe is formed on the back surface of 1.

【0091】図25は、図24に示した発光素子内での
電流分布及び発光領域を示す模式図である。同図に発光
素子内での電流分布72を破線矢印で、また発光領域7
1を節打点でそれぞれ示している。InGaAlP各層
のAl組成は、高い発光効率が得られるように、X2≦
X1,X2≦X3を満たすようにする。例えば、X1=
X3=0.7,X2=0.3とする。
FIG. 25 is a schematic diagram showing the current distribution and light emitting region within the light emitting element shown in FIG. 24. In the same figure, the current distribution 72 within the light emitting element is indicated by broken line arrows, and the light emitting region 7
1 is indicated by a nodal dot. The Al composition of each InGaAlP layer is set to X2≦ to obtain high luminous efficiency.
Make sure that X1, X2≦X3 is satisfied. For example, X1=
Let X3=0.7 and X2=0.3.

【0092】図24及び図25に示した構造において、
各層の厚さ,キャリア濃度は以下に括弧内で示すように
設定されている。即ち、 n−GaAs基板61(80μm,3×1018cm−
3)n−InGaAlPクラッド層62(1μm,5×
1017cm−3) InGaAlP活性層63(0.5μm,アンドープ)
p−InGaAlPクラッド層64(2μm,2×10
18cm−3) p−InGaP中間バンドギャップ層65(0.05μ
m,1×1018cm−3) である。また、p側電極67は直径200μmの円形と
した。
In the structure shown in FIGS. 24 and 25,
The thickness and carrier concentration of each layer are set as shown in parentheses below. That is, an n-GaAs substrate 61 (80 μm, 3×10 18 cm
3) n-InGaAlP cladding layer 62 (1 μm, 5×
1017 cm-3) InGaAlP active layer 63 (0.5 μm, undoped)
p-InGaAlP cladding layer 64 (2 μm, 2×10
18cm-3) p-InGaP intermediate bandgap layer 65 (0.05μ
m, 1 x 1018 cm-3). Furthermore, the p-side electrode 67 was circular with a diameter of 200 μm.

【0093】本実施例構造が従来構造と異なる点は、素
子構造を積層するGaAs基板61の成長主面を(10
0)面から[011]方向に15度傾斜させた面にした
ことであり、この構造の優位性について以下に説明する
The structure of this embodiment differs from the conventional structure in that the main growth surface of the GaAs substrate 61 on which the element structure is laminated is (10
This is because the surface is inclined by 15 degrees in the [011] direction from the 0) surface, and the advantages of this structure will be explained below.

【0094】従来構造、つまりGaAs基板61の成長
主面に(100)面を用いた構造においては、p−In
GaAlPクラッド層64での電流広がりはp−クラッ
ド層64の抵抗率が高いため小さい。p−クラッド層6
4の膜厚を厚くすることにより、電流広がりを大きくす
ることが考えられるが、このInGaAlP材料系は熱
伝導率が悪く膜厚を厚くすることによって結晶構造が低
下し、また上層への悪影響も現われるため好ましくない
。さらに、InGaAlP系材料は、結晶品質の上から
成長速度が制限され、厚膜の成長を行う場合には、成長
時間の延長を行わなければならない。このことは、p−
クラッド層64の不純物として拡散性の高いものを使用
した場合に、活性層63への不純物拡散が起こり、素子
特性の低下を引き起こす。このため、p−InGaAl
Pクラッド層64を厚く成長することは難しい。
In the conventional structure, that is, the structure in which the (100) plane is used as the main growth surface of the GaAs substrate 61, p-In
The current spread in the GaAlP cladding layer 64 is small because the p-cladding layer 64 has a high resistivity. p-cladding layer 6
It is possible to increase the current spread by increasing the film thickness of No. 4, but this InGaAlP material system has poor thermal conductivity, and increasing the film thickness deteriorates the crystal structure and may also have an adverse effect on the upper layer. It is not desirable because it appears. Furthermore, the growth rate of InGaAlP-based materials is limited due to crystal quality, and when growing a thick film, the growth time must be extended. This means that p-
When a highly diffusible impurity is used as the impurity in the cladding layer 64, the impurity diffuses into the active layer 63, causing deterioration of device characteristics. Therefore, p-InGaAl
It is difficult to grow the P cladding layer 64 thickly.

【0095】また、このInGaAlP系材料において
は、Znをドープした場合、その活性化率が低いため、
高いキャリア濃度を得ることは難しい。これに加えて、
Znは拡散性の高い不純物であり、高濃度ドーピングに
よって活性層63への拡散が起こり、素子特性の低下も
引き起こす原因ともなる。クラッド層62,64は活性
層63とのバンドギャップ差を大きくして、活性層63
への光及びキャリアの閉じ込め行うことが望ましいが、
そのためにはクラッド層63,64のAl組成を大きく
しなければならない。しかし、p−クラッド層64の不
純物としてZnを用いた場合、Al組成が大きくなるほ
どキャリア濃度が低下し、抵抗が大きくなる問題がある
。故に、従来構造ではGaAs基板61上の素子構造に
よっては注入電流を広げることができず、電極直下のみ
の発光となり、光の取り出し効率は非常に小さかった。
[0095] Furthermore, in this InGaAlP-based material, when doped with Zn, its activation rate is low;
It is difficult to obtain high carrier concentrations. In addition to this,
Zn is a highly diffusible impurity, and high concentration doping causes it to diffuse into the active layer 63, causing deterioration in device characteristics. The cladding layers 62 and 64 have a large band gap difference with the active layer 63, and the active layer 63
It is desirable to confine light and carriers to
For this purpose, the Al composition of the cladding layers 63 and 64 must be increased. However, when Zn is used as an impurity in the p-cladding layer 64, there is a problem that as the Al composition increases, the carrier concentration decreases and the resistance increases. Therefore, in the conventional structure, depending on the element structure on the GaAs substrate 61, the injection current could not be expanded, and light was emitted only directly below the electrode, resulting in very low light extraction efficiency.

【0096】これに対し、図24及び図25に示すよう
に、GaAs基板61の成長主面を(100)面から[
011]方向へ5〜15度傾斜させた面とした場合には
、p−クラッド層64のAl組成が高い場合においても
、Znを高濃度にドーピングすることができ、低抵抗の
p−InGaAlPクラッド層64を形成することがで
きる。
On the other hand, as shown in FIGS. 24 and 25, the main growth surface of the GaAs substrate 61 is changed from the (100) plane to [
011], even if the p-cladding layer 64 has a high Al composition, Zn can be doped at a high concentration, resulting in a low-resistance p-InGaAlP cladding. Layer 64 may be formed.

【0097】図26に、Al組成0.7の場合のInG
aAlPに対するZnによる飽和ホール濃度と、GaA
s基板の(100)面から[011]方向への傾斜角と
の関係を示す。この図から傾斜角度が大きくなると飽和
ホール濃度が増加し、特に5度以上の傾斜角では1×1
018cm−3以上と十分な飽和ホール濃度が得られ、
傾斜させない基板を用いたものと比べ3倍以上の十分な
発光強度を得られることが判った。
FIG. 26 shows InG with an Al composition of 0.7.
Saturation hole concentration due to Zn for aAlP and GaA
The relationship between the angle of inclination of the s-substrate from the (100) plane to the [011] direction is shown. This figure shows that as the tilt angle increases, the saturated hole concentration increases, especially at a tilt angle of 5 degrees or more.
A sufficient saturated hole concentration of 0.018 cm-3 or more was obtained,
It has been found that a sufficient luminous intensity of three times or more can be obtained compared to that using a non-tilted substrate.

【0098】このため、本実施例の素子構造にすること
によって、電極67から注入された電流を低抵抗のp−
InGaAlPクラッド層64において広域に広げるこ
とができ、図25の電流分布で示すように電極67直下
以外の広域で発光が可能となる。本実施例に用いた(1
00)面から[011]方向へ15度傾斜させたGaA
s成長主面上に作成した素子のp−InGaAlPクラ
ッド層64と、従来の(100)面のGaAs成長主面
に作成した素子のp−InGaAlPクラッド層の同じ
Al組成における上記キャリア濃度のときの抵抗率は、
それぞれ15度傾斜面上では0.2Ω・cm、(100
)面上では2Ω・cmとなっている。
Therefore, by using the element structure of this embodiment, the current injected from the electrode 67 is transferred to a low resistance p-
The light can be spread over a wide area in the InGaAlP cladding layer 64, and light can be emitted in a wide area other than directly under the electrode 67, as shown by the current distribution in FIG. (1
GaA tilted 15 degrees from the 00) plane in the [011] direction
The p-InGaAlP cladding layer 64 of the device formed on the s-grown main surface and the p-InGaAlP cladding layer of the device formed on the conventional (100)-plane GaAs growth main surface have the same Al composition and the above carrier concentration. The resistivity is
0.2Ω・cm on a 15 degree inclined surface, (100
) surface is 2Ω・cm.

【0099】また、本実施例と従来例で作成した素子の
活性層64をフォトルミネッセンス(P.L)等により
評価したところ、本実施例で作成した方が発光効率が高
いことが判った。図27に、活性層のAl組成0.3の
場合のPL発光強度と傾斜角度との関係を示す。このよ
うに傾斜角度が大きくなるに伴い、PL発光強度が増加
し、5度以上では3倍以上と十分な発光強度が得られた
。また、図28にAl組成とPL発光強度依存性の傾斜
角度が0度、即ち(100)面と、15度の場合を示す
。このように傾斜した基板による発光強度増大効果は広
いAl組成において認められた。
Furthermore, when the active layer 64 of the devices fabricated in this example and the conventional example was evaluated by photoluminescence (PL) etc., it was found that the light emitting efficiency was higher in the element fabricated in this example. FIG. 27 shows the relationship between the PL emission intensity and the tilt angle when the Al composition of the active layer is 0.3. In this way, as the tilt angle increases, the PL emission intensity increases, and at 5 degrees or more, a sufficient emission intensity of 3 times or more was obtained. Further, FIG. 28 shows cases where the inclination angle of the dependence on Al composition and PL emission intensity is 0 degree, that is, the (100) plane, and 15 degrees. The effect of increasing the emission intensity due to the tilted substrate was observed in a wide range of Al compositions.

【0100】このことからも、本実施例では輝度を高く
することが可能である。加えて(100)面から[01
1]方向へ傾斜したGaAs基板上に成長したInGa
AlP混晶は、自然超格子の発生が抑えられ、そのバン
ドギャップは(100)面上に成長したものよりも大き
くなることが知られている。このバンドギャップ増大効
果により、ある発光波長を得るのにより少ないAl組成
の活性層を用いることが可能となり、短波長領域におい
ての高輝度化を可能にすることができる。
From this reason as well, it is possible to increase the brightness in this embodiment. In addition, from the (100) plane, [01
1] InGa grown on a GaAs substrate tilted in the direction
It is known that AlP mixed crystals suppress the generation of natural superlattices and have a larger band gap than those grown on the (100) plane. This band gap increasing effect makes it possible to use an active layer with a smaller Al composition in order to obtain a certain emission wavelength, making it possible to achieve high brightness in a short wavelength region.

【0101】上述した積層構造でIn0.5 (Ga1
−X2AlX2)0.5 P活性層63のAl組成X2
に0.3を用いて素子を構成し、順方向に電圧を印加し
電流を流したところ図25に示した電流分布となり、p
側電極67を除いた素子表面広域から600nmにピー
ク波長を有する発光が得られた。なお、InGaAlP
で構成された発光部上にZnドープのp−クラッド層内
でキャリア濃度の成長方向への分布を持たせることによ
って、同様の効果を得ることができる。
[0101] In0.5 (Ga1
-X2AlX2)0.5 Al composition X2 of P active layer 63
When an element was constructed using 0.3 and a voltage was applied in the forward direction to flow a current, the current distribution was as shown in Figure 25, and p
Light emission having a peak wavelength of 600 nm was obtained from a wide area on the surface of the device excluding the side electrode 67. In addition, InGaAlP
A similar effect can be obtained by providing a distribution of carrier concentration in the growth direction in the Zn-doped p-cladding layer on the light emitting section constructed of the above structure.

【0102】このように本実施例によれば、GaAs基
板61に成長主面に(100)面から[011]方向へ
15度傾斜した面を用いることによって、発光部InG
aAlP活性層63上のp−InGaAlPクラッド層
64の抵抗率を低下することができ、電極67から注入
された電流をp−クラッド層64で広範囲に広げること
ができ、電極直下以外の領域に発光領域を広げることが
できる。従って、電極周辺からの光の取り出し効率の向
上をはかることができ、これにより高輝度化をはかるこ
とが可能となる。
As described above, according to this embodiment, by using the main growth plane of the GaAs substrate 61 that is inclined by 15 degrees from the (100) plane toward the [011] direction, the light emitting portion InG
The resistivity of the p-InGaAlP cladding layer 64 on the aAlP active layer 63 can be lowered, and the current injected from the electrode 67 can be spread over a wide range in the p-cladding layer 64, allowing light to be emitted in areas other than directly under the electrode. You can expand your area. Therefore, it is possible to improve the efficiency of extracting light from around the electrodes, and thereby it is possible to increase the brightness.

【0103】図29は、本発明の第4の実施例に係わる
半導体発光装置の素子構造を示す断面図である。なお、
図24と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説
明は省略する。
FIG. 29 is a sectional view showing the element structure of a semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention. In addition,
Components that are the same as those in FIG. 24 are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.

【0104】この実施例が先に説明した第3の実施例と
異なる点は、p−InGaAlPクラッド層を、Al組
成の異なる2層にしたことである。即ち、活性層63と
隣接した第1のp−クラッド層64として、光及びキャ
リアの閉じ込めに必要なAl組成の高いp−In0.5
 (Ga0.3 Al0.7 )0.5 P層を形成し
、この第1のp−クラッド層64上に、電流をより拡散
させるための第2のp−In0.5 (Ga0.6 A
l0.4 )0.5 Pクラッド層73を形成し、この
第2のp−クラッド層73上に中間バンドギャップ層6
5及びコンタクト層66が形成されている。
This embodiment differs from the third embodiment described above in that the p-InGaAlP cladding layer is composed of two layers with different Al compositions. That is, as the first p-cladding layer 64 adjacent to the active layer 63, p-In0.5 with a high Al composition necessary for confining light and carriers is used.
(Ga0.3 Al0.7 )0.5 P layer is formed, and a second p-In0.5 (Ga0.6 A
l0.4)0.5 A P cladding layer 73 is formed, and an intermediate bandgap layer 6 is formed on this second p-cladding layer 73.
5 and a contact layer 66 are formed.

【0105】第1のp−クラッド層64及び第2のp−
クラッド層73の膜厚及びキャリア濃度はそれぞれ、第
1のp−クラッド層64が1μm,2×1017cm−
3で、第2のp−クラッド層73が3μm,6×101
8cm−3である。他の層構造については、先の第3の
実施例と同様とした。
[0105] The first p- cladding layer 64 and the second p- cladding layer 64
The film thickness and carrier concentration of the cladding layer 73 are 1 μm for the first p-cladding layer 64 and 2×10 17 cm −
3, the second p-cladding layer 73 is 3 μm, 6×101
It is 8 cm-3. The other layer structures were the same as those in the third example.

【0106】本実施例が従来の構造と異なる点は、第1
のp−クラッド層64上にそれよりもAl組成の低い第
2のp−クラッド層73を形成したことである。上記し
たようにZnドープによるp−InGaAlPは、その
キャリア濃度がAl組成に大きく依存しており、Znの
供給量を一定とした場合、Al組成の大きいものほどキ
ャリア濃度が低く、抵抗率が大きくなる。このため、本
実施例のような構成であれば、第1のp−クラッド層6
4(Al組成0.7)よりも第2のp−クラッド層73
(Al組成0.4)の方が抵抗率を小さくすることがで
きる。
[0106] This embodiment differs from the conventional structure in the first
A second p-cladding layer 73 having a lower Al composition than that of the p-cladding layer 64 is formed on the p-cladding layer 64. As mentioned above, the carrier concentration of Zn-doped p-InGaAlP is highly dependent on the Al composition, and when the amount of Zn supplied is constant, the carrier concentration is lower and the resistivity is higher as the Al composition is higher. Become. Therefore, in the configuration of this embodiment, the first p-cladding layer 6
4 (Al composition 0.7), the second p-cladding layer 73
(Al composition 0.4) allows the resistivity to be lower.

【0107】加えて、GaAs基板61の成長主面を(
100)面から[011]方向に15度傾斜した面を用
いると、よりキャリア濃度を高くでき、抵抗率を小さく
することができるため、第1のp−クラッド層64と第
2のp−クラッド層73の抵抗率の差をより大きくする
ことができる。このように、p−クラッド層64,73
内で抵抗率の分布を大きくすることができるため、電極
67から注入された電流を抵抗率の低いp−クラッド層
73で広域に広げることができ、電極直下以外の広域で
発光が可能となる。
In addition, the main growth surface of the GaAs substrate 61 is
By using a plane inclined by 15 degrees in the [011] direction from the 100) plane, the carrier concentration can be higher and the resistivity can be lowered. The difference in resistivity of layer 73 can be made larger. In this way, the p-cladding layers 64, 73
Since the distribution of resistivity can be widened within the electrode 67, the current injected from the electrode 67 can be spread over a wide area in the p-cladding layer 73, which has low resistivity, and light emission is possible in a wide area other than directly under the electrode. .

【0108】本実施例で用いた第1のp−クラッド層6
4と第2のp−クラッド層73で、上記キャリア濃度に
おける抵抗率はそれぞれ2Ω・cmと0.2Ω・cmと
なっている。このように抵抗率の差が大きいために、電
極から注入された電流は第1のp−クラッド層64に達
する前に第2のp−クラッド層73で広域に広げられる
。従って、第3の実施例と同様な電流分布となり、p側
電極を除いた素子表面広域から発光を得ることが可能で
ある。また、本実施例の積層構造で作成した素子からは
第3の実施例と同様に600nmにピーク波長を持つ発
光が得られた。なお、第4の実施例では、第2のp−ク
ラッド層73の組成はIn0.5 (Ga0.6 Al
0.4 )0.5 Pとしたが、第1のp−クラッド層
64よりAl組成が低く低抵抗化が可能で、且つ活性層
63のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギ
ャップエネルギーを有する組成であれば、この組成に限
るものではない。同じ組成で第2のp−クラッド層73
だけキャリア濃度を高める方法でもよい。また、第2の
p−クラッド層73は1層に限るものではなく、第1の
p−クラッド層64よりAl組成が小さく、且つ活性層
63のバンドギャップより大きいInGaAlP層であ
れば、組成の異なる2層以上積層した構造においても同
様の効果が得られる。さらに、第1のp−クラッド層6
4から徐々にAl組成を低減させていった組成傾斜層を
形成してもよい。
First p-cladding layer 6 used in this example
4 and the second p-cladding layer 73, the resistivities at the above carrier concentrations are 2 Ω·cm and 0.2 Ω·cm, respectively. Because of this large difference in resistivity, the current injected from the electrode is spread over a wide area in the second p-cladding layer 73 before reaching the first p-cladding layer 64. Therefore, the current distribution is similar to that of the third embodiment, and it is possible to obtain light from a wide area on the device surface excluding the p-side electrode. Furthermore, the device made with the laminated structure of this example emitted light having a peak wavelength of 600 nm as in the third example. In the fourth embodiment, the composition of the second p-cladding layer 73 is In0.5 (Ga0.6 Al
0.4) 0.5 P, but the Al composition is lower than that of the first p-cladding layer 64, which makes it possible to lower the resistance, and has a bandgap energy larger than that of the active layer 63. If so, the composition is not limited to this. A second p-cladding layer 73 with the same composition
A method of increasing the carrier concentration may also be used. Further, the second p-cladding layer 73 is not limited to one layer, and any InGaAlP layer having an Al composition smaller than that of the first p-cladding layer 64 and larger than the bandgap of the active layer 63 can be used. A similar effect can be obtained in a structure in which two or more different layers are laminated. Furthermore, the first p-cladding layer 6
A composition gradient layer may be formed in which the Al composition is gradually reduced from No. 4.

【0109】また、第3,4の実施例においてはGaA
s基板の成長主面を(100)面から[011]方向に
15度傾斜させた面を用いたが、この傾斜角度に限定さ
れるものではなく、上述したように5度以上の傾斜角で
あれば、同様の効果が得られることはいうまでもない。 さらに、活性層を含む発光部の層構造は、ダブルヘテロ
構造に限るものではなく、シングルヘテロ構造やホモ接
合であってもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。
[0109] In addition, in the third and fourth embodiments, GaA
Although the main growth plane of the s-substrate was tilted from the (100) plane by 15 degrees in the [011] direction, the present invention is not limited to this tilt angle; Needless to say, the same effect can be obtained if there is. Furthermore, the layer structure of the light emitting section including the active layer is not limited to a double heterostructure, but may be a single heterostructure or a homojunction. In addition, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【0110】[0110]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
導体基板上に形成されInGaAlPからなる活性層を
有し、上記半導体基板と反対側の面上の一部に形成され
た電極以外の面上から光を取り出す半導体発光装置にお
いて、InGaAlPからなる活性層を低濃度のp型と
し、かつその厚さを0.25μmから0.75μmとす
ることにより、短波長でも高効率の発光が可能な半導体
発光装置を実現できる。また、基板の主面を(100)
面から[011]方向に5度以上傾斜させることにより
、発光部における電流分布を改善することができ、光取
り出し効率及び輝度の向上をはかり得る半導体発光装置
を実現することが可能となる。
As described in detail above, according to the present invention, the active layer is formed on a semiconductor substrate and is made of InGaAlP, and other than the electrode formed on a part of the surface opposite to the semiconductor substrate. In a semiconductor light emitting device that extracts light from the surface of the substrate, by making the active layer made of InGaAlP a low concentration p-type and having a thickness of 0.25 μm to 0.75 μm, highly efficient light emission can be achieved even at short wavelengths. A possible semiconductor light emitting device can be realized. Also, the main surface of the board is (100)
By tilting the surface by 5 degrees or more in the [011] direction, the current distribution in the light emitting part can be improved, and it becomes possible to realize a semiconductor light emitting device that can improve light extraction efficiency and brightness.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の第1の実施例に係わる半導体発光装置
の素子構造を示す断面図、
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the element structure of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】キャリア濃度と発光効率との関係を示す特性図
[Fig. 2] Characteristic diagram showing the relationship between carrier concentration and luminous efficiency,

【図3】活性層厚さと発光効率との関係を示す特性図、
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between active layer thickness and luminous efficiency;

【図4】波長と発光効率との関係を示す特性図、[Figure 4] Characteristic diagram showing the relationship between wavelength and luminous efficiency,

【図5
】本発明の第2の実施例を説明するためのもので、素子
構造を示す断面図、
[Figure 5
]A cross-sectional view showing a device structure for explaining a second embodiment of the present invention;

【図6】基板の傾斜角度とAl組成及び半値幅との関係
を示す特性図、
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the tilt angle of the substrate, the Al composition, and the half width;

【図7】基板の傾斜角度とAl組成及び半値幅との関係
を示す特性図、
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the tilt angle of the substrate, the Al composition, and the half width;

【図8】透明バッファ層の作用を説明するための断面図
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the action of the transparent buffer layer;

【図9】透明バッファ層の膜厚と発光効率との関係を示
す特性図、
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of the transparent buffer layer and luminous efficiency;

【図10】透明バッファ層の作用を説明するための断面
図、
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the action of the transparent buffer layer;

【図11】nクラッド層のキャリア濃度と発光効率との
関係を示す特性図、
FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the carrier concentration of the n-cladding layer and the luminous efficiency;

【図12】井戸層の厚さと波長との関係を示す特性図、
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the relationship between well layer thickness and wavelength;

【図13】井戸層の格子不整合と発光効率との関係を示
す特性図、
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between lattice mismatch of the well layer and luminous efficiency;

【図14】クラッド層のAl組成とエネルギーギャップ
との関係を示す特性図、
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the Al composition of the cladding layer and the energy gap;

【図15】クラッド層キャリア濃度と発光効率との関係
を示す特性図、
FIG. 15 is a characteristic diagram showing the relationship between cladding layer carrier concentration and luminous efficiency;

【図16】電流拡散層の膜厚と発光効率との関係を示す
特性図、
FIG. 16 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness of the current diffusion layer and luminous efficiency;

【図17】電流拡散層のキャリア濃度と発光効率との関
係を示す特性図、
FIG. 17 is a characteristic diagram showing the relationship between the carrier concentration of the current diffusion layer and the luminous efficiency;

【図18】発光波長に対する電流拡散層の吸収係数の関
係を示す特性図、
FIG. 18 is a characteristic diagram showing the relationship between the absorption coefficient of the current diffusion layer and the emission wavelength;

【図19】上部電極形成工程を示す断面図、FIG. 19 is a cross-sectional view showing the upper electrode forming process;

【図20】
電流阻止層の形成位置を示す断面図、
[Figure 20]
A cross-sectional view showing the formation position of the current blocking layer,

【図21】本発明
の変形例を説明するためのもので、電流拡散層の膜厚と
発光効率との関係を示す特性図、
FIG. 21 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness of the current diffusion layer and the luminous efficiency, which is for explaining a modification of the present invention;

【図22】本発明の変
形例で、基板を除去した例を示す素子構造断面図、
FIG. 22 is a cross-sectional view of an element structure showing an example in which the substrate is removed in a modified example of the present invention;

【図23】本発明の変形例で、透明基板を用いた例を示
す素子構造断面図、
FIG. 23 is a cross-sectional view of an element structure showing an example using a transparent substrate in a modified example of the present invention;

【図24】本発明の第3の実施例に係わる半導体発光装
置の素子構造を示す断面図、
FIG. 24 is a cross-sectional view showing the element structure of a semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention;

【図25】第3の実施例における素子内での電流分布及
び発光領域を示す模式図、
FIG. 25 is a schematic diagram showing the current distribution and light emitting region within the device in the third example;

【図26】傾斜角度とZnの飽和ホール濃度との関係を
示す特性図、
FIG. 26 is a characteristic diagram showing the relationship between the tilt angle and the saturated hole concentration of Zn;

【図27】傾斜角度とPL発光強度との関係を示す特性
図、
FIG. 27 is a characteristic diagram showing the relationship between tilt angle and PL emission intensity;

【図28】Al組成とPL発光強度との関係を示す特性
図、
FIG. 28 is a characteristic diagram showing the relationship between Al composition and PL emission intensity,

【図29】本発明の第4の実施例に係わる半導体発光装
置の素子構造を示す断面図、
FIG. 29 is a cross-sectional view showing the element structure of a semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention;

【図30】従来の半導体発光装置の素子構造を示す断面
図、
FIG. 30 is a cross-sectional view showing the element structure of a conventional semiconductor light emitting device;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,31…n−GaAs基板、12,35…n−In
GaAlPクラッド層、13,36…p−InGaAl
P活性層、14,37…p−InGaAlPクラッド層
、15,38…p−GaAlAs電流拡散層、16,3
9…p−GaAsコンタクト層、17,41…p側電極
、18,42…n側電極、32…n−GaAsバッファ
層、33…反射層、34…n−GaAlAs透明バッフ
ァ層、40…n−GaAs電流阻止層。
11,31...n-GaAs substrate, 12,35...n-In
GaAlP cladding layer, 13,36...p-InGaAl
P active layer, 14,37...p-InGaAlP cladding layer, 15,38...p-GaAlAs current spreading layer, 16,3
9... p-GaAs contact layer, 17, 41... p-side electrode, 18, 42... n-side electrode, 32... n-GaAs buffer layer, 33... reflective layer, 34... n-GaAlAs transparent buffer layer, 40... n- GaAs current blocking layer.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体基板上に形成された、InGa
AlP系材料からなる活性層をクラッド層で挟んだダブ
ルヘテロ構造部と、このダブルヘテロ構造部上の一部に
形成された第1の電極と、基板のダブルヘテロ構造部と
反対側面に形成された第2の電極とを具備し、前記活性
層はキャリア濃度1×1017cm−3以下のp型又は
キャリア濃度5×1016cm−3以下のn型であり、
且つ該活性層の厚さを0.15〜0.75μmの範囲に
設定してなることを特徴とする半導体発光装置。
Claim 1: InGa formed on a semiconductor substrate.
A double heterostructure portion in which an active layer made of an AlP-based material is sandwiched between cladding layers, a first electrode formed on a part of the double heterostructure portion, and a first electrode formed on the side opposite to the double heterostructure portion of the substrate. the active layer is p-type with a carrier concentration of 1×10 cm or less or n-type with a carrier concentration of 5×10 cm or less,
A semiconductor light emitting device characterized in that the thickness of the active layer is set in a range of 0.15 to 0.75 μm.
【請求項2】  前記基板はGaAsであり、この基板
の面方位を(100)から[011]方向に10〜20
度傾斜させてなることを特徴とする請求項1記載の半導
体発光装置。
2. The substrate is made of GaAs, and the plane orientation of the substrate is 10 to 20 in the (100) to [011] direction.
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device is tilted by a certain degree.
【請求項3】  前記基板とダブルヘテロ構造部との間
に、基板側から反射層及び透明バッファ層を形成し、且
つ透明バッファ層の膜厚を20〜100μmの範囲に設
定してなることを特徴とする請求項1記載の半導体発光
装置。
3. A reflective layer and a transparent buffer layer are formed from the substrate side between the substrate and the double heterostructure, and the thickness of the transparent buffer layer is set in a range of 20 to 100 μm. The semiconductor light emitting device according to claim 1, characterized in that:
【請求項4】  前記ダブルヘテロ構造部を構成するク
ラッド層のうち、n型クラッド層のキャリア濃度を1×
1016cm−3〜7×1017cm−3の範囲に設定
し、且つp型クラッド層のキャリア濃度を5×1017
cm−3〜2×1018cm−3の範囲に設定してなる
ことを特徴とする請求項1記載の半導体発光装置。
4. Among the cladding layers constituting the double heterostructure, the carrier concentration of the n-type cladding layer is set to 1×
The carrier concentration of the p-type cladding layer is set to 1016 cm-3 to 7×1017 cm-3, and the carrier concentration of the p-type cladding layer is 5×1017.
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device is set in a range of cm-3 to 2 x 1018 cm-3.
【請求項5】  前記活性層を、量子井戸構造としたこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体発光装置。
5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the active layer has a quantum well structure.
【請求項6】  前記ダブルヘテロ構造部と第1の電極
との間にGaAlAsからなる電流拡散層が形成され、
この電流拡散層の膜厚を5〜30μmの範囲に設定し、
且つキャリア濃度を5×1017cm−3〜5×101
8cm−3の範囲に設定してなることを特徴とする請求
項1記載の半導体発光装置。
6. A current spreading layer made of GaAlAs is formed between the double heterostructure portion and the first electrode,
The thickness of this current diffusion layer is set in the range of 5 to 30 μm,
And the carrier concentration is 5 x 1017 cm-3 to 5 x 101
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device is set in a range of 8 cm<-3>.
【請求項7】  第1導電型の半導体基板上に形成され
た第1導電型の反射層と、この反射層上に形成された第
1導電型の透明バッファ層と、この透明バッファ層上に
形成され、活性層を第1導電型及び第2導電型のクラッ
ド層で挟んだInGaAlP系材料からなるダブルヘテ
ロ構造部と、このダブルヘテロ構造部上に形成された第
2導電型の電流拡散層と、この電流拡散層上の一部に形
成された第1の電極と、前記基板の裏面側に形成された
第2の電極と、前記ダブルヘテロ構造部と第1の電極と
の間の一部に、第1の電極に対向するよう形成された第
1導電型の電流阻止層とを具備してなることを特徴とす
る半導体発光装置。
7. A reflective layer of a first conductive type formed on a semiconductor substrate of a first conductive type, a transparent buffer layer of a first conductive type formed on the reflective layer, and a transparent buffer layer of a first conductive type formed on the transparent buffer layer. a double heterostructure made of an InGaAlP-based material in which an active layer is sandwiched between cladding layers of a first conductivity type and a second conductivity type; and a current diffusion layer of a second conductivity type formed on the double heterostructure. A first electrode formed on a part of the current diffusion layer, a second electrode formed on the back side of the substrate, and a portion between the double heterostructure portion and the first electrode. 1. A semiconductor light emitting device comprising: a first conductivity type current blocking layer formed to face a first electrode;
【請求項8】  半導体基板上に形成された、InGa
AlP系材料からなる活性層をクラッド層で挟んだダブ
ルヘテロ構造部と、このダブルヘテロ構造部上の一部に
形成された第1の電極と、基板のダブルヘテロ構造部と
反対側面に形成された第2の電極とを具備し、前記基板
はGaAsであり、該基板の成長主面の面方位を、(1
00)面から[011]方向に5度以上傾斜させてなる
ことを特徴とする半導体発光装置。
8. InGa formed on a semiconductor substrate.
A double heterostructure portion in which an active layer made of an AlP-based material is sandwiched between cladding layers, a first electrode formed on a part of the double heterostructure portion, and a first electrode formed on the side opposite to the double heterostructure portion of the substrate. the substrate is made of GaAs, and the main growth surface of the substrate has a plane orientation of (1
00) A semiconductor light emitting device, the semiconductor light emitting device is inclined by 5 degrees or more in the [011] direction from the 00) plane.
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