JPH04253381A - Semiconductor light emitting element and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor light emitting element and manufacture thereof

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Publication number
JPH04253381A
JPH04253381A JP3009383A JP938391A JPH04253381A JP H04253381 A JPH04253381 A JP H04253381A JP 3009383 A JP3009383 A JP 3009383A JP 938391 A JP938391 A JP 938391A JP H04253381 A JPH04253381 A JP H04253381A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light emitting
cladding layer
mixed crystal
conductivity type
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP3009383A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Idei
出井 康夫
Kazumi Unno
海野 和美
Hideki Nozaki
秀樹 野崎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP3009383A priority Critical patent/JPH04253381A/en
Publication of JPH04253381A publication Critical patent/JPH04253381A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor light emitting element which can perform a multicolor high intensity light emission by a single substrate by forming two or more light emitting layers of (In-Ga-Al-P) series mixed crystal which can be independently biased on the same semiconductor substrate. CONSTITUTION:A first clad layer 2, a first active layer 3, a second clad layer 4, a second active layer 5, and a third clad layer 6 containing compositions as shown in a table, are sequentially epitaxially grown in this order on a compound semiconductor substrate 1 made, for example, of n-type GaAs. Here, a composition (y) is so set to 0<=y<=0.2 that the layer 3 is formed as a red light emitting layer of an emitting light wavelength of about 620-670nm, and a composition (w) is so set to 0.35<=w<=0.6 that the layer 5 is formed as a green light emitting layer of an emitting light wavelength of about 550-575nm. The composition ratio of the layers is so set as to satisfy relations of y<=x, w,y<=z,w<=y.

Description

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

【0001】[発明の目的][Object of the invention]

【0002】0002

【産業上の利用分野】この発明は、小型で高輝度の多色
発光が得られる半導体発光素子及びその製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compact semiconductor light emitting device capable of emitting multicolor light with high brightness, and a method for manufacturing the same.

【0003】0003

【従来の技術】発光ダイオード(LED)は、高輝度特
性を利用した表示用光源、例えば屋内や駅構内用の情報
表示板、屋外で用いられる道路表示用情報板、自動車の
停止ランプ、信号機等として使用され、また、応答速度
が早い特徴を利用して例えばプラスティックファイバを
用いる光通信用光源として使用されており、様々な分野
に多用されている。
[Prior Art] Light-emitting diodes (LEDs) are light sources for displays that utilize their high brightness characteristics, such as information display boards for indoors and in station premises, road display information boards used outdoors, stop lamps for automobiles, traffic lights, etc. Also, due to its fast response speed, it is used as a light source for optical communications using plastic fibers, and is widely used in various fields.

【0004】このような発光ダイオードとしては赤色L
EDと緑色LEDが基本であり、赤色LEDとしてはG
aAsP赤色LEDあるいはGaAlAs赤色LEDが
多用され、緑色LEDとしては窒素を添加したGaP緑
色LEDが多用されている。また、これら2色を混合し
て黄色等の他の表示色を得ている。
[0004] As such a light emitting diode, red L
ED and green LED are the basics, and G is the red LED.
AAsP red LEDs or GaAlAs red LEDs are often used, and nitrogen-doped GaP green LEDs are often used as green LEDs. In addition, other display colors such as yellow are obtained by mixing these two colors.

【0005】それぞれのLEDの輝度は、GaAsP赤
色LEDで300(mcd )程度、GaAlAs赤色
LEDではSH(シングルヘテロ)構造の場合に500
(mcd )程度、DH(ダブルヘテロ)構造でGaA
lAs基板の超高輝度の場合で3000(mcd )程
度であり、一方、GaP(N添加)緑色LEDで500
(mcd )程度が得られている。
The brightness of each LED is about 300 (mcd) for GaAsP red LEDs, and 500 mcd for GaAlAs red LEDs with SH (single hetero) structure.
(mcd), GaA in DH (double hetero) structure
The ultra-high brightness of the lAs substrate is about 3000 (mcd), while the GaP (N-doped) green LED is about 500 mcd.
(mcd) degree has been obtained.

【0006】このように、直接遷移型のGaAlAs赤
色LEDでは、1(cd)以上の輝度が得られているが
、間接遷移型のGaP緑色LEDでは、その最高輝度と
して、500(mcd )程度しか得られていない。こ
のため、緑色LEDは、1(cd)以上の輝度が必要と
なる屋外の表示用光源としては輝度不足のため十分に機
能できず、使用が困難であった。また、赤色と緑色との
混色によるマルチカラーの表示用光源にあっても、緑色
LEDの輝度が不十分であるため屋外での使用が制限さ
れることになる。このように、緑色LEDは使用範囲が
限られていた。
As described above, the direct transition type GaAlAs red LED has a brightness of 1 (cd) or more, but the indirect transition type GaP green LED has a maximum brightness of only about 500 (mcd). Not obtained. For this reason, green LEDs cannot function satisfactorily as an outdoor display light source that requires a brightness of 1 (cd) or more due to insufficient brightness, making it difficult to use them. Furthermore, even in the case of a multicolor display light source using a mixture of red and green, its use outdoors is restricted because the brightness of the green LED is insufficient. As described above, the range of use of green LEDs is limited.

【0007】一方、赤色LEDと緑色LEDの両LED
を用いて2色以上の発光を得る場合には、それぞれのL
EDが形成された半導体チップを同一のパッケージ内に
収納配置するため、単色の場合に比してコストが大幅に
上昇し、多数のLEDを配列してなるモジュール型表示
用光源の製造コストも上昇することになる。
On the other hand, both red LED and green LED
When obtaining light emission of two or more colors using
Since semiconductor chips with EDs formed are housed in the same package, the cost is significantly higher than in the case of a single color, and the manufacturing cost of a module-type display light source made by arranging a large number of LEDs also increases. I will do it.

【0008】これに対して、1チップ上にGaP赤色L
EDとGaP緑色LEDの両LEDを形成し、2色発光
を可能とした多色発光素子が、特開昭57−79687
号公報に開示されている。しかしながら、この多色発光
素子では、GaP赤色LEDの輝度が100(mcd 
)程度しか得られない。したがって、上述したように、
屋外用表示光源としては使用が困難となり、使用範囲が
限られていた。
On the other hand, GaP red L on one chip
A multicolor light-emitting element that formed both an ED and a GaP green LED and was able to emit two-color light was disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-79687.
It is disclosed in the publication No. However, in this multicolor light emitting device, the brightness of the GaP red LED is 100 (mcd
) can only be obtained. Therefore, as mentioned above,
It was difficult to use it as an outdoor display light source, and its range of use was limited.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の緑色LEDにあっては、輝度不足のため用途が限
定されるといった不具合を招いていた。さらに、緑色L
EDを用いた多色LEDにおいても同様の不具合を招い
ていた。
[Problem to be solved by the invention] As explained above,
Conventional green LEDs have had problems such as limited use due to insufficient brightness. Furthermore, green L
Similar problems have also occurred in multicolor LEDs using ED.

【0010】また、多色発光を実現する場合には、赤色
及び緑色LEDが形成されたチップを組合せるため、構
成の大型化やコストの上昇を招いていた。
Furthermore, in the case of realizing multicolor light emission, chips on which red and green LEDs are formed are combined, resulting in an increase in the size and cost of the structure.

【0011】一方、1チップで多色発光を実現した構成
にあっては、上述したと同様に輝度不足のため用途が制
限されていた。
[0011] On the other hand, in the case of a configuration in which multicolor light emission is achieved with a single chip, the use thereof is limited due to insufficient brightness, as described above.

【0012】このように、従来の発光ダイオードにあっ
ては、1チップ化と高輝度多色発光との両者を満足させ
ることができなかった。
[0012] As described above, conventional light emitting diodes have not been able to satisfy both the requirements of one chip and high brightness multicolor light emission.

【0013】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、単一基板で多
色高輝度発光を達成し得る半導体発光素子及びその製造
方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above, and its purpose is to provide a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same that can achieve multicolor high luminance light emission with a single substrate. It is in.

【0014】[発明の構成][Configuration of the invention]

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、同一の半導体基板上にそれぞれ独立し
てバイアス可能な(In−Ga−Al−P)系混晶の発
光層が、少なくとも2層以上形成されて構成される。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides light-emitting layers of (In-Ga-Al-P) mixed crystal that can be independently biased on the same semiconductor substrate. , is composed of at least two layers.

【0016】[0016]

【作用】上記構成において、この発明は、混晶の組成比
により所定の発光波長範囲内において直接遷移型の発光
を実現し、基板と混晶層との格子整合を良好とし、良質
な混晶膜を得るようにしている。
[Function] With the above structure, the present invention realizes direct transition type light emission within a predetermined emission wavelength range by changing the composition ratio of the mixed crystal, improves lattice matching between the substrate and the mixed crystal layer, and produces a high-quality mixed crystal. I'm trying to get a membrane.

【0017】[0017]

【実施例】以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】図1はこの発明に係る半導体発光素子の一
実施例における断面構造を示す図である。同図に示す実
施例の発光素子は、同一の基板における赤色発光と緑色
発光の2色発光を実現したものである。
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of an embodiment of a semiconductor light emitting device according to the present invention. The light emitting element of the example shown in the figure realizes two-color light emission of red light and green light emission on the same substrate.

【0019】図1において、不純物濃度を1×1018
cm−3程度とするn型の例えばGaAsからなる化合
物半導体基板(以下「基板」と呼ぶ)1上には、表1に
組成等を示す第1クラッド層2、第1活性層3、第2ク
ラッド層4、第2活性層5、第3クラッド層6がこの順
序で例えばMOCVD法により順次エピタキシャル成長
形成されている。なお、それぞれの層はMBE法により
エピタキシャル成長させてもよい。
In FIG. 1, the impurity concentration is 1×1018
A first cladding layer 2, a first active layer 3, and a second The cladding layer 4, the second active layer 5, and the third cladding layer 6 are epitaxially grown in this order by, for example, MOCVD. Note that each layer may be epitaxially grown using the MBE method.

【0020】[0020]

【表1】[Table 1]

【0021】それぞれの成長層の表1に示す組成におい
て、その組成比x,y,z,w,vは、以下に示すよう
に設定される。まず、組成比yは、第1活性層3を62
0〜670(nm)程度の発光波長とする赤色発光層と
するために、O≦y≦0.2とし、組成比wは、第2活
性層5を550〜575(nm)程度の発光波長とする
緑色発光層とするために、0.35≦w≦0.6に設定
される。また、それぞれの層の組成比は、y≦x、w,
y≦z、w≦vで示す関係か満たされるように設定され
る。
In the composition shown in Table 1 of each growth layer, the composition ratios x, y, z, w, and v are set as shown below. First, the composition ratio y of the first active layer 3 is 62
In order to obtain a red light-emitting layer with an emission wavelength of approximately 0 to 670 (nm), O≦y≦0.2, and the composition ratio w is such that the second active layer 5 has an emission wavelength of approximately 550 to 575 (nm). In order to obtain a green light-emitting layer, the w is set to 0.35≦w≦0.6. In addition, the composition ratio of each layer is y≦x, w,
It is set so that the relationships shown by y≦z and w≦v are satisfied.

【0022】このような組成比においては、発光層とな
るそれぞれの活性層3,5の禁制帯幅は、それぞれの活
性層3,5を挾み込む両クラッド層の禁制帯幅よりも小
さくなり、それぞれの活性層の両端面においてダブルヘ
テロ接合が形成されることになる。
[0022] With such a composition ratio, the forbidden band width of each of the active layers 3 and 5 serving as a light emitting layer is smaller than the forbidden band width of both cladding layers sandwiching each active layer 3 and 5. , a double heterojunction is formed at both end faces of each active layer.

【0023】第2クラッド層4,、第2活性層5、第3
クラッド層6の一部には、P型の不純物となるZnを選
択拡散させて、第2クラッド層4に電圧を印加するため
のオーミック領域7が形成されている。Znが選択拡散
されたオーミック領域7とZnが拡散されていない領域
との境界部分には、第2活性層5に所定の電圧が印加さ
れて緑色発光するように、第2クラッド層4に達する溝
8がドライエッチング法あるいはウェットエッチング法
により形成され、緑色発光する第2活性層5とオーミッ
ク領域7とが電気的に確実に分離されている。
[0023] Second cladding layer 4, second active layer 5, third
An ohmic region 7 for applying a voltage to the second cladding layer 4 is formed in a part of the cladding layer 6 by selectively diffusing Zn as a P-type impurity. A predetermined voltage is applied to the second active layer 5 at the boundary between the ohmic region 7 where Zn is selectively diffused and the region where Zn is not diffused, and reaches the second cladding layer 4 so as to emit green light. Grooves 8 are formed by dry etching or wet etching, and the second active layer 5, which emits green light, and the ohmic region 7 are electrically isolated reliably.

【0024】基板1及び第3クラッド層6の一方の面に
は、Au−Geからなるオーミック電極9,10が形成
され、オーミック領域7の一方の面には、Au−Znか
らなるオーミック電極11が形成されている。
Ohmic electrodes 9 and 10 made of Au-Ge are formed on one side of the substrate 1 and the third cladding layer 6, and an ohmic electrode 11 made of Au-Zn is formed on one side of the ohmic region 7. is formed.

【0025】このような構造において、In−Ga−A
l−P系の四元混晶は、Alの組成比を変化させること
によって赤色から緑色の発光範囲において直接遷移型と
なり、基板1のGaAsとの格子整合が極めて良好とな
り、良質な成長膜が得られる。
In such a structure, In-Ga-A
By changing the Al composition ratio, the l-P quaternary mixed crystal becomes a direct transition type in the red to green emission range, and the lattice matching with GaAs of the substrate 1 is extremely good, resulting in a high-quality grown film. can get.

【0026】したがって、例えば四元混晶層の組成比を
、x=z=v=0.7、y=0.13、w=0.4程度
に設定した場合、電極9側が(−)、電極11側が(+
)となる極性の電圧を印加して電極9と電極11間に電
流を流すと、第1活性層3において1(cd)以上の高
輝度で630(nm)程度の発光波長の赤色発光が得ら
れ、電極10側が(−)、電極11側が(+)となる極
性の電圧を印加して電極10と電極11間に電流を流す
と、第2活性層5において1(cd)以上の高輝度で5
60(nm)程度の発光波長の緑色発光が得られる。
Therefore, for example, when the composition ratio of the quaternary mixed crystal layer is set to about x=z=v=0.7, y=0.13, w=0.4, the electrode 9 side is (-), The electrode 11 side is (+
) When a current is applied between the electrodes 9 and 11 by applying a voltage with a polarity such that When a voltage with a polarity such that the electrode 10 side is (-) and the electrode 11 side is (+) is applied and a current is passed between the electrodes 10 and 11, a high brightness of 1 (cd) or more is generated in the second active layer 5. So 5
Green light emission with an emission wavelength of about 60 (nm) is obtained.

【0027】また、それぞれの活性層を流れる電流値を
適宜調整することによって、それぞれの活性層において
赤色から緑色の発光範囲で任意の色調の発光が高輝度で
得ることが可能となる。
Furthermore, by appropriately adjusting the value of the current flowing through each active layer, it becomes possible to obtain high-intensity light emission of any color tone within the red to green light emission range from each active layer.

【0028】このように、上記構造にあっては、1(c
d)以上の高輝度赤色及び緑色発光が同時に可能になる
ため、屋外用の多色表示用光源に用いることができるよ
うになり、半導体発光素子の使用範囲を拡大することが
できる。さらに、高輝度多色発光を同一の基板で実現し
ているので、表示用光源の1チップ化が可能となり、安
価で小型な表示用光源を提供することができるようにな
る。
In this way, in the above structure, 1(c
d) Since it is possible to emit high-intensity red and green light at the same time, it can be used as a light source for outdoor multicolor display, and the range of use of semiconductor light emitting devices can be expanded. Furthermore, since high-intensity multicolor light emission is realized on the same substrate, it becomes possible to integrate the display light source into a single chip, making it possible to provide an inexpensive and compact display light source.

【0029】次に、この発明の他の実施例を説明する。Next, another embodiment of the present invention will be described.

【0030】図2はこの発明に係る半導体発光素子の他
の実施例における断面構造を示す図である。同図に示す
実施例の発光素子における特徴とするところは、GaA
sからなる化合物半導体基板21上に、第1赤色クラッ
ド層22、第1赤色活性層23、第2赤色クラッド層2
4がエピタキシャル成長形成されてなる赤色発光部と、
第1緑色クラッド層25、第1緑色活性層26、第2緑
色クラッド層27がエピタキシャル成長形成されてなる
緑色発光部とが、それぞれ独立分離して形成されている
ことにあり、それぞれの成長層の組成等は表2に示す通
りである。
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of another embodiment of the semiconductor light emitting device according to the present invention. The light emitting device of the example shown in the figure is characterized by GaA
A first red cladding layer 22, a first red active layer 23, and a second red cladding layer 2 are formed on a compound semiconductor substrate 21 consisting of
4 is formed by epitaxial growth;
The green light-emitting section formed by epitaxially growing the first green cladding layer 25, the first green active layer 26, and the second green cladding layer 27 is formed independently and separately, and the The composition etc. are as shown in Table 2.

【0031】[0031]

【表2】[Table 2]

【0032】なお、基板21及び第2赤色クラッド層2
4、第2緑色クラッド層27には、オーミック電極とし
てAu−Geからなる電極28及びAu−Znからなる
電極29,30が形成されている。
Note that the substrate 21 and the second red cladding layer 2
4. On the second green cladding layer 27, an electrode 28 made of Au-Ge and electrodes 29 and 30 made of Au-Zn are formed as ohmic electrodes.

【0033】このような構造において、それぞれの成長
層における組成比x,y,z,u,v,wは、y≦x,
zかつv≦w,uで示す関係を満足するように設定され
る。したがって、赤色あるいは緑色の発光層となるそれ
ぞれの活性層23,26の禁制帯幅は、それぞれの活性
層23,26を挾み込む両クラッド層の禁制帯幅よりも
小さくなり、それぞれの活性層の両端面においてダブル
ヘテロ接合が形成される。
In such a structure, the composition ratios x, y, z, u, v, w in each growth layer are y≦x,
It is set to satisfy the relationship shown by z and v≦w, u. Therefore, the forbidden band width of each of the active layers 23 and 26 that becomes a red or green light emitting layer is smaller than the forbidden band width of both cladding layers sandwiching each active layer 23 and 26, and each active layer A double heterojunction is formed at both end faces of.

【0034】次に、上記構造を得るための一製造方法を
図3乃至図8に示す製造工程断図を参照して説明する。
Next, one manufacturing method for obtaining the above structure will be explained with reference to manufacturing process cross-sectional diagrams shown in FIGS. 3 to 8.

【0035】まず、不純物が1×1018cm−3程度
含む基板21上に、シリコン酸化膜(Si O2 膜)
31を選択的に形成する(図3)。
First, a silicon oxide film (SiO2 film) is formed on the substrate 21 containing about 1×1018 cm−3 of impurities.
31 (FIG. 3).

【0036】次に、第1赤色クラッド層22、第1赤色
活性層23、第2赤色クラッド層24をこれらの順序で
例えばMOCVD法により表2に示す不純物濃度及び厚
さで順次エピタキシャル成長させて形成する(図4)。
Next, the first red cladding layer 22, the first red active layer 23, and the second red cladding layer 24 are epitaxially grown in this order by, for example, the MOCVD method to the impurity concentrations and thicknesses shown in Table 2. (Figure 4).

【0037】次に、上記工程で形成されたそれぞれの成
長層のうち赤色発光部となる部分の成長層上にレジスト
膜32を選択形成する(図5)。
Next, a resist film 32 is selectively formed on the portion of each growth layer formed in the above steps that will become the red light emitting portion (FIG. 5).

【0038】次に、レジスト膜32下のそれぞれの成長
層を除くそれぞれの成長層をH3 PO4 系のエッチ
ング液でエッチング除去し、続いてSi O2 膜31
をHF系エッチング液によりエッチング除去する。その
後、基板21上に形成されたそれぞれの成長層の最上層
となる第2赤色クラッド層24上に、Si O2 膜3
3を選択形成する(図6)。
Next, each growth layer except the growth layer under the resist film 32 is etched away using an H3 PO4 based etching solution, and then the SiO2 film 31 is etched away.
is removed by etching with an HF-based etching solution. Thereafter, a SiO2 film 3 is deposited on the second red cladding layer 24, which is the top layer of each growth layer formed on the substrate 21.
3 (Fig. 6).

【0039】次に、第1緑色クラッド層25、第1緑色
活性層26、第2緑色クラッド層27をこれらの順序で
例えばMOCVD法により表2に示す不純物濃度及び厚
さで順次エピタキシャル成長させて形成する。この後、
上記工程で形成されたそれぞれの成長層のうち緑色発光
部となる部分の成長層上にレジスト膜34を選択形成す
る(図7)。
Next, the first green cladding layer 25, the first green active layer 26, and the second green cladding layer 27 are epitaxially grown in this order by, for example, the MOCVD method to the impurity concentrations and thicknesses shown in Table 2. do. After this,
A resist film 34 is selectively formed on the portion of each growth layer formed in the above steps that will become the green light emitting portion (FIG. 7).

【0040】最後に、図6に示した工程と同様にしてそ
れそれの成長層及びSi O2 膜33を除去する。こ
の後、レジスト膜34を除去して、それぞれの成長層か
らなる赤色発光部と緑色発光部が基板21上にそれぞれ
電気的に独立分離して形成される(図8)。
Finally, each grown layer and SiO2 film 33 are removed in the same manner as in the step shown in FIG. Thereafter, the resist film 34 is removed, and a red light-emitting section and a green light-emitting section made of the respective growth layers are formed on the substrate 21 in electrically independent and isolated manner (FIG. 8).

【0041】このようにして得られる構造にあっては、
前述した実施例に示した構造と同様に、それぞれの発光
範囲において直接遷移型となり、良質な成長膜が得られ
る。このため、四元混晶層のAlの組成比を、例えばy
=0.13に設定した場合に、電極28と電極29間に
電圧を印加すると、第1赤色活性層において1(cd)
以上の高輝度で630(nm)程度の発光波長の赤色発
光が得られ、組成比v=0.4に設定して、電極28と
電極30間に電圧を印加すると、第1緑色活性層26に
おいて1(cd)以上の高輝度で560(nm)程度の
発光波長の緑色発光が得られる。また、それぞれの活性
層を流れる電流値を適宜調整することによって、それぞ
れの活性層において赤色から緑色の発光範囲で任意の色
調の発光が高輝度で得ることが可能となる。
In the structure obtained in this way,
Similar to the structure shown in the above-mentioned embodiments, each emission range becomes a direct transition type, and a high-quality grown film can be obtained. For this reason, the Al composition ratio of the quaternary mixed crystal layer, for example, y
= 0.13, when a voltage is applied between the electrode 28 and the electrode 29, 1 (cd) is applied in the first red active layer.
Red light emission with an emission wavelength of about 630 (nm) is obtained with the above high brightness, and when the composition ratio v is set to 0.4 and a voltage is applied between the electrodes 28 and 30, the first green active layer 26 Green light emission with a high luminance of 1 (cd) or more and an emission wavelength of about 560 (nm) can be obtained. In addition, by appropriately adjusting the value of the current flowing through each active layer, it becomes possible to obtain high-intensity light emission of any color in the red to green light emission range from each active layer.

【0042】したがって、このような実施例の発光素子
にあっても、前述した発光素子と同様の効果を得ること
ができる。
Therefore, even with the light emitting device of this embodiment, the same effects as the above-described light emitting device can be obtained.

【0043】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な応用例が考えられる。
Note that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various application examples are possible.

【0044】例えば、図9に示すように、図1に示した
構造に対して溝8を設けないようにした構造、あるいは
図10に示すように、図9に示した構造に対してZnが
選択拡散されたオーミック領域7を設けず、緑色発光部
における第2クラッド層4、第2活性層5、第3クラッ
ド層6の一部を除去し、第1活性層3の上部に第2クラ
ッド層4を介して電極11を設けるようにしていもよい
。このような構造にあっては、Znが選択拡散されて形
成されたオーミック領域7が第1活性層3の赤色発光を
多少吸収するのに対して、オーミック領域7が形成され
ていないために、赤色発光の吸収は回避され、輝度をよ
り一層高めることができる。
For example, as shown in FIG. 9, the structure shown in FIG. 1 has no groove 8, or as shown in FIG. 10, the structure shown in FIG. The selectively diffused ohmic region 7 is not provided, and parts of the second cladding layer 4, second active layer 5, and third cladding layer 6 in the green light emitting part are removed, and a second cladding layer is formed on the top of the first active layer 3. The electrode 11 may be provided through the layer 4. In such a structure, the ohmic region 7 formed by selectively diffusing Zn absorbs some of the red light emitted from the first active layer 3, but since the ohmic region 7 is not formed, Absorption of red light emission is avoided and brightness can be further increased.

【0045】また、発光層となる活性層を2層以上形成
し、発光領域を2ケ所以上設けるようにしてもよい。例
えば、図11あるいは図12に示すように、前記四元混
晶の発光層となる活性層41,42,43を3層形成し
、3箇所の発光領域において、赤色から緑色の発光波長
の範囲で任意の発光波長でかつ独立に発光させるように
してもよい。このような場合にあっては、高輝度の多色
発光を容易に実現することができる。
Furthermore, two or more active layers serving as light-emitting layers may be formed, and two or more light-emitting regions may be provided. For example, as shown in FIG. 11 or 12, three active layers 41, 42, and 43 are formed as light emitting layers of the quaternary mixed crystal, and the emission wavelength range from red to green is formed in three light emitting regions. Alternatively, the light may be emitted independently at any emission wavelength. In such a case, high-intensity multicolor light emission can be easily achieved.

【0046】さらに、上述した四元混晶の積層構造にお
いて、基板は、基板上に成長形成される四元混晶との格
子整合が良好となり良質な成長膜が得られるようなもの
であれば、GaAsに限ることはなく、また導電型もP
型であってもよい。
Furthermore, in the above-mentioned stacked structure of quaternary mixed crystals, the substrate may be of a material that has good lattice matching with the quaternary mixed crystals grown on the substrate and can yield a high-quality grown film. , is not limited to GaAs, and the conductivity type is P.
It may be a type.

【0047】また、発光層となるそれぞれの活性層の構
造は、シングルヘテロ構造やホモ接合構造でもよく、ダ
ブルヘテロ構造に限ることはない。
Further, the structure of each active layer serving as a light emitting layer may be a single heterostructure or a homojunction structure, and is not limited to a double heterostructure.

【0048】一方、基板と基板上に形成される第1クラ
ッド層との間に、基板と同じ組成で同一の導電型、例え
ばn型のGaAsからなり、基板と第1クラッド層との
接合領域の結晶性を改善して結晶欠陥を抑制するバッフ
ァ層を介在させるようにしてもよい。
On the other hand, between the substrate and the first cladding layer formed on the substrate, a bonding region between the substrate and the first cladding layer is made of GaAs having the same composition and the same conductivity type as the substrate, for example, n-type. A buffer layer may be interposed to improve the crystallinity of and suppress crystal defects.

【0049】また、電極とクラッド層との間に、クラッ
ド層と同一導電型かつ低抵抗で発光波長に対して透明な
電流拡散層、例えば1×1018(cm−3)程度のn
型の不純物を含むGaAlAsからなる電流拡散層を設
けるようにしてもよい。このような電流拡散層を設ける
ことによって、活性層に均一に電流が流れ、活性層での
均一な発光を促進することができる。
Further, between the electrode and the cladding layer, a current diffusion layer having the same conductivity type as the cladding layer, low resistance, and transparent to the emission wavelength, for example, an n of about 1×10 18 (cm −3 )
A current diffusion layer made of GaAlAs containing type impurities may be provided. By providing such a current diffusion layer, a current can uniformly flow through the active layer, and uniform light emission in the active layer can be promoted.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、単一の半導体基板上に、(In−Ga−Al−P)系
混晶からなる発光層を複数層設けるようにしたので、基
板と良好な格子整合を有する混晶膜が形成されて、良質
な混晶膜を得ることが可能となり、かつ、直接遷移型の
発光を実現することができる。
As explained above, according to the present invention, a plurality of light emitting layers made of (In-Ga-Al-P) mixed crystal are provided on a single semiconductor substrate. A mixed crystal film having good lattice matching with the substrate is formed, making it possible to obtain a high quality mixed crystal film and realizing direct transition type light emission.

【0051】この結果、発光層の組成及びバイアスを変
えることによって高輝度で多色発光を達成することがで
きる。さらに、このような発光素子が同一基板において
得られるので、1チップ化が可能となり、安価で小型化
を図ることができる。また、上述した効果により用途を
拡大することができる。
As a result, high brightness and multicolor light emission can be achieved by changing the composition and bias of the light emitting layer. Furthermore, since such a light emitting element can be obtained on the same substrate, it becomes possible to form it into a single chip, and it is possible to achieve miniaturization at low cost. Moreover, the above-mentioned effects can expand the range of uses.

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

【図1】この発明に係る半導体発光素子の一実施例にお
ける断面構造を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of an embodiment of a semiconductor light emitting device according to the present invention.

【図2】この発明に係る半導体発光素子の他の実施例に
おける断面構造を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of another embodiment of the semiconductor light emitting device according to the present invention.

【図3】図2に示す実施例の構造を得るための一製造方
法の工程を示す断面図である。
3 is a cross-sectional view showing the steps of one manufacturing method for obtaining the structure of the embodiment shown in FIG. 2. FIG.

【図4】図2に示す実施例の構造を得るための一製造方
法の工程を示す断面図である。
4 is a cross-sectional view showing the steps of one manufacturing method for obtaining the structure of the embodiment shown in FIG. 2. FIG.

【図5】図2に示す実施例の構造を得るための一製造方
法の工程を示す断面図である。
5 is a cross-sectional view showing the steps of one manufacturing method for obtaining the structure of the embodiment shown in FIG. 2. FIG.

【図6】図2に示す実施例の構造を得るための一製造方
法の工程を示す断面図である。
6 is a cross-sectional view showing the steps of one manufacturing method for obtaining the structure of the embodiment shown in FIG. 2. FIG.

【図7】図2に示す実施例の構造を得るための一製造方
法の工程を示す断面図である。
7 is a cross-sectional view showing the steps of one manufacturing method for obtaining the structure of the embodiment shown in FIG. 2. FIG.

【図8】図2に示す実施例の構造を得るための一製造方
法の工程を示す断面図である。
8 is a cross-sectional view showing the steps of one manufacturing method for obtaining the structure of the embodiment shown in FIG. 2. FIG.

【図9】この発明に係る半導体発光素子の他の実施例に
おける断面構造を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional structure of another embodiment of the semiconductor light emitting device according to the present invention.

【図10】この発明に係る半導体発光素子の他の実施例
における断面構造を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional structure of another embodiment of the semiconductor light emitting device according to the present invention.

【図11】この発明に係る半導体発光素子の他の実施例
における断面構造を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional structure of another embodiment of the semiconductor light emitting device according to the present invention.

【図12】この発明に係る半導体発光素子の他の実施例
における断面構造を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional structure of another embodiment of the semiconductor light emitting device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21,  GaAs基板 2,4,6,22,24,25,27  クラッド層3
,5,23,26,41,42,43  活性層7  
オーミック領域
1, 21, GaAs substrate 2, 4, 6, 22, 24, 25, 27 cladding layer 3
, 5, 23, 26, 41, 42, 43 active layer 7
Ohmic region

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  同一の半導体基板上にそれぞれ独立し
てバイアス可能な(In−Ga−Al−P)系混晶の発
光層が、少なくとも2層以上形成されてなることを特徴
とする半導体発光素子。
1. A semiconductor light emitting device comprising at least two independently biasable (In-Ga-Al-P) mixed crystal light emitting layers formed on the same semiconductor substrate. element.
【請求項2】  前記それぞれの発光層は、混晶組成比
に応じて所定範囲における任意の発光波長で発光するこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein each of the light emitting layers emits light at an arbitrary emission wavelength within a predetermined range depending on a mixed crystal composition ratio.
【請求項3】  前記基板と基板上に積層形成される前
記混晶からなるクラッド層との間に、基板と同一の導電
型かつ組成の介在層を形成してなることを特徴とする請
求項1記載の半導体発光素子。
3. An intervening layer having the same conductivity type and composition as the substrate is formed between the substrate and the cladding layer made of the mixed crystal layered on the substrate. 1. The semiconductor light emitting device according to 1.
【請求項4】  前記発光層にバイアスを与える電極と
この電極に接合して形成される前記混晶からなるクラッ
ド層との間に、前記電極に与えられる電流を拡散させる
電流拡散層を形成してなることを特徴とする請求項1記
載の半導体発光素子。
4. A current diffusion layer for diffusing a current applied to the electrode is formed between an electrode that applies a bias to the light emitting layer and a cladding layer made of the mixed crystal formed in contact with this electrode. 2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device comprises:
【請求項5】  第1導電型の半導体基板における一方
の面上に、第1導電型の(In−Ga−Al−P)系の
混晶からなる第1のクラッド層と第2導電型の前記同系
の混晶からなる第1の発光層と第2導電型の前記同系の
混晶からなる第2のクラッド層と第2導電型の前記同系
の混晶からなる第2の発光層と第1導電型の前記同系の
混晶からなる第3のクラッド層とを順次気相成長法によ
り積層形成し、前記第2のクラッド層、第2の発光層、
第3のクラッド層を選択的に除去して第2のクラッド層
の一部を露出し、前記半導体基板における他方の面上と
前記第3のクラッド層上と前記露出された第2のクラッ
ド層上に、前記第1及び第2の発光層にバイアス電圧を
印加する電極を形成することを特徴とする半導体発光素
子の製造方法。
5. A first cladding layer made of an (In-Ga-Al-P)-based mixed crystal of the first conductivity type and a cladding layer of the second conductivity type on one surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type. a first light emitting layer made of the same type of mixed crystal; a second cladding layer made of the same type of mixed crystal of a second conductivity type; a second light emitting layer made of the same type of mixed crystal of a second conductivity type; A third cladding layer made of the same type of mixed crystal of one conductivity type is sequentially stacked by a vapor phase epitaxy method, the second cladding layer, the second light emitting layer,
selectively removing the third cladding layer to expose a part of the second cladding layer; A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising forming an electrode thereon for applying a bias voltage to the first and second light emitting layers.
【請求項6】  第1導電型の半導体基板における一方
の面上に、第1導電型の(In−Ga−Al−P)系の
混晶からなる第1のクラッド層と第2導電型の前記同系
の混晶からなる第1の発光層と第2導電型の前記同系の
混晶からなる第2のクラッド層と第2導電型の前記同系
の混晶からなる第2の発光層と第1導電型の前記同系の
混晶からなる第3のクラッド層とを順次気相成長法によ
り積層形成し、不純物の導入によって前記第2のクラッ
ド層、第2の発光層、第3のクラッド層を選択的に導電
化し、前記半導体基板における他方の面上と導電化され
た前記第3クラッド層上と導電化されていない前記第3
のクラッド層上に、前記第1及び第2の発光層にバイア
ス電圧を印加する電極を形成することを特徴とする半導
体発光素子の製造方法。
6. A first cladding layer made of an (In-Ga-Al-P)-based mixed crystal of the first conductivity type and a cladding layer of the second conductivity type on one surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type. a first light emitting layer made of the same type of mixed crystal; a second cladding layer made of the same type of mixed crystal of a second conductivity type; a second light emitting layer made of the same type of mixed crystal of a second conductivity type; A third cladding layer made of the same type of mixed crystal of one conductivity type is sequentially formed by a vapor phase growth method, and by introducing impurities, the second cladding layer, the second light-emitting layer, and the third cladding layer are formed. selectively conductive, and the other surface of the semiconductor substrate, the conductive third cladding layer, and the non-conductive third cladding layer.
A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising forming an electrode on the cladding layer of the semiconductor light emitting device to apply a bias voltage to the first and second light emitting layers.
【請求項7】  不純物が導入された領域と導入されて
いない領域を分離する溝をエッチング処理により形成す
る工程を含むことを特徴とする請求項6記載の半導体発
光素子の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 6, further comprising the step of forming, by etching, a groove that separates a region into which impurities are introduced and a region into which impurities are not introduced.
【請求項8】  第1導電型の半導体基板における一方
の面上に、第1導電型の(In−Ga−Al−P)系の
混晶からなる第1のクラッド層と第2導電型の前記同系
の混晶からなる第1の発光層と第2導電型の前記同系の
混晶からなる第2のクラッド層を順次気相成長法により
積層形成し、積層形成された前記それぞれの層を選択的
に除去し、残存する前記第2のクラッド層上を被覆し、
第1導電型の前記同系の混晶からなる第3のクラッド層
と第2導電型の前記同系の混晶からなる第2の発光層と
第2導電型の第4のクラッド層を順次気相成長法により
積層形成し、積層形成された第3及び第4のクラッド層
と第2の発光層を選択的に除去することによって第1及
び第2のクラッド層と第1の発光層からなる積層構造と
第3及び第4のクラッド層と第2の発光層からなる積層
構造とを前記半導体基板上にそれぞれ独立分離して形成
し、前記半導体基板における他方の面上と導電化された
前記第2のクラッド層上と前記第4のクラッド層上に、
前記第1及び第2の発光層にバイアス電圧を印加する電
極を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方
法。
8. A first cladding layer made of an (In-Ga-Al-P)-based mixed crystal of the first conductivity type and a cladding layer of the second conductivity type on one surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type. A first light-emitting layer made of the same type of mixed crystal and a second cladding layer made of the same type of mixed crystal of a second conductivity type are sequentially laminated by a vapor phase growth method, and each of the laminated layers is selectively removing and coating the remaining second cladding layer;
A third cladding layer made of the same type of mixed crystal of a first conductivity type, a second light emitting layer made of the same type of mixed crystal of a second conductivity type, and a fourth cladding layer of a second conductivity type are sequentially formed in a vapor phase. A laminate consisting of the first and second cladding layers and the first light emitting layer is formed by forming a laminate by a growth method and selectively removing the third and fourth cladding layers and the second light emitting layer formed in a laminate. A laminated structure consisting of a third and fourth cladding layer and a second light emitting layer are formed independently and separately on the semiconductor substrate, and the layered structure consisting of a third and fourth cladding layer and a second light emitting layer is formed independently and separately on the semiconductor substrate. on the second cladding layer and on the fourth cladding layer,
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising forming an electrode for applying a bias voltage to the first and second light emitting layers.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1162670A3 (en) * 2000-06-09 2006-06-07 Lg Electronics Inc. White light emitting diode and method for fabricating the same
JP2009152240A (en) * 2007-12-18 2009-07-09 Rohm Co Ltd Semiconductor light-emitting element and method of manufacturing the same
JP2011134854A (en) * 2009-12-24 2011-07-07 Kyocera Corp Light-emitting element, as well as, optical module and image device equipped with the same
JP2011249411A (en) * 2010-05-24 2011-12-08 Seiwa Electric Mfg Co Ltd Semiconductor light-emitting element, light-emitting device, illumination device, display device, signal light unit and road information device

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