JPH05129651A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH05129651A JPH05129651A JP28790991A JP28790991A JPH05129651A JP H05129651 A JPH05129651 A JP H05129651A JP 28790991 A JP28790991 A JP 28790991A JP 28790991 A JP28790991 A JP 28790991A JP H05129651 A JPH05129651 A JP H05129651A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 波長が５７０〜６６０ｎｍの赤〜橙の発光を
する高輝度、高発光効率を有する可視発光ダイオードを
得る。 【構成】 クラッド層と活性層が異なった結晶よりなる
ダブルヘテロ構造とし、かつ活性層をバンドギャップの
大きなクラッド層ではさみ込み、電極側に活性層よりも
広いバンドギャップを持つたｐ型のクラッド層を２層以
上積層し、しかも活性層に直接接するｐ型クラッド層の
キャリア濃度を低キャリア濃度とし、その上に高キャリ
ア濃度のｐ型クラッド層を１層以上積層した構造のダブ
ルヘテロ構造を備えたＬＥＤとする。 【効果】 波長が５７０〜６６０ｎｍの赤〜橙の発光を
する、高輝度で高発光効率を有する半導体発光素子が得
られる。
する高輝度、高発光効率を有する可視発光ダイオードを
得る。 【構成】 クラッド層と活性層が異なった結晶よりなる
ダブルヘテロ構造とし、かつ活性層をバンドギャップの
大きなクラッド層ではさみ込み、電極側に活性層よりも
広いバンドギャップを持つたｐ型のクラッド層を２層以
上積層し、しかも活性層に直接接するｐ型クラッド層の
キャリア濃度を低キャリア濃度とし、その上に高キャリ
ア濃度のｐ型クラッド層を１層以上積層した構造のダブ
ルヘテロ構造を備えたＬＥＤとする。 【効果】 波長が５７０〜６６０ｎｍの赤〜橙の発光を
する、高輝度で高発光効率を有する半導体発光素子が得
られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は波長が５７０〜６６０ｎ
ｍの赤〜橙の発光をする可視発光ダイオードに関する。
ｍの赤〜橙の発光をする可視発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年オプトエレクトロニクスの発展に伴
い、発光ダイオード（ＬＥＤ）の開発が進んでいる。発
光ダイオードは小型で寿命が長く、信頼性が高い等の特
徴を有するが、さらに発光出力が高くかつ応答速度が早
いことが要求されている。このため各種の混晶エピタキ
シャル成長層の使用が提案されている。例えば赤〜橙の
発光を示すＬＥＤとしては、従来ＧａＡｓ基板上あるい
は、ＧａＰ基板上に気相成長させたＧａＡｓＰエピタキ
シャル成長層が用いられている（特開昭４８−１９１８
７参照）。しかし、赤〜橙のＧａＡｓＰは間接遷移発光
であるため発光効率が低く、また発光効率を上げる目的
等で電子不純物のＮをドープしているため、その発光の
スペクトル幅が広いものとなる。
い、発光ダイオード（ＬＥＤ）の開発が進んでいる。発
光ダイオードは小型で寿命が長く、信頼性が高い等の特
徴を有するが、さらに発光出力が高くかつ応答速度が早
いことが要求されている。このため各種の混晶エピタキ
シャル成長層の使用が提案されている。例えば赤〜橙の
発光を示すＬＥＤとしては、従来ＧａＡｓ基板上あるい
は、ＧａＰ基板上に気相成長させたＧａＡｓＰエピタキ
シャル成長層が用いられている（特開昭４８−１９１８
７参照）。しかし、赤〜橙のＧａＡｓＰは間接遷移発光
であるため発光効率が低く、また発光効率を上げる目的
等で電子不純物のＮをドープしているため、その発光の
スペクトル幅が広いものとなる。
【０００３】また、ＩｎＧａＰエピタキシャル成長層も
利用されている。たとえば特開昭６２−１１１９８４に
はＩｎＧａＰエピタキシャル成長層によりｐ−ｎ接合を
形成したいわゆるホモ接合のＬＥＤが開示されている。
また、特開昭６１−２０３６９１にはＩｎＧａＰエピタ
キシャル成長層を利用したいわゆるダブルヘテロ構造の
ＬＥＤが開示されている。
利用されている。たとえば特開昭６２−１１１９８４に
はＩｎＧａＰエピタキシャル成長層によりｐ−ｎ接合を
形成したいわゆるホモ接合のＬＥＤが開示されている。
また、特開昭６１−２０３６９１にはＩｎＧａＰエピタ
キシャル成長層を利用したいわゆるダブルヘテロ構造の
ＬＥＤが開示されている。
【０００４】一方同じ発光波長領域で直接遷移形の発光
を示す物質として、ＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル成長
層も提案されている（特開昭６１−２０３６９１参
照）。この物質を用いてホモ接合ＬＥＤを作製した場合
は、従来のＧａＡｓＰＬＥＤと比較して、フォトルミネ
ッセンスでは１０倍以上の発光強度を示すのにもかから
わず、ＬＥＤとしての発光出力はＧａＡｓＰＬＥＤの８
分の１程度となる。ホモ接合ＬＥＤの場合、ＩｎＧａＡ
ｓＰは抵抗率が高いため、発光の自己吸収効果及び電極
より注入した電流が電極下より拡がらないことにより、
発光の外部取り出し効率が低くなるためである。さらに
ＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル成長層も、一般的なダブ
ルヘテロ構造のままでは高輝度のＬＥＤは得られない。
を示す物質として、ＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル成長
層も提案されている（特開昭６１−２０３６９１参
照）。この物質を用いてホモ接合ＬＥＤを作製した場合
は、従来のＧａＡｓＰＬＥＤと比較して、フォトルミネ
ッセンスでは１０倍以上の発光強度を示すのにもかから
わず、ＬＥＤとしての発光出力はＧａＡｓＰＬＥＤの８
分の１程度となる。ホモ接合ＬＥＤの場合、ＩｎＧａＡ
ｓＰは抵抗率が高いため、発光の自己吸収効果及び電極
より注入した電流が電極下より拡がらないことにより、
発光の外部取り出し効率が低くなるためである。さらに
ＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル成長層も、一般的なダブ
ルヘテロ構造のままでは高輝度のＬＥＤは得られない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】注入された電子と正孔
の再結合で生ずる発光は、注入された電子と正孔が熱平
衡状態より高いエネルギーを持つため、よりキャリア濃
度の低い領域で吸収をうける。この現象は電流集中の起
きている場合にはより顕著となる。また抵抗率の高い理
由として、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰの電子移動度が１０〜５
０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ（Ｔ．ＫＡＴＯ他、Ｊｐｎ．Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１９，２３６７（１９８０））で
あり、高輝度ＬＥＤとして用いられるｐ型ＧａＡｌＡｓ
の５００〜１０００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ等に比べて低い
事が挙げられる。このため抵抗率が高くなり電極より注
入された電流が横方向に拡散せず発光の外部取り出し効
率が低下する。以上の様な問題点を解決し、発光領域が
広くしかも外部発光効率が高いＬＥＤを提供するのが本
発明の目的である。
の再結合で生ずる発光は、注入された電子と正孔が熱平
衡状態より高いエネルギーを持つため、よりキャリア濃
度の低い領域で吸収をうける。この現象は電流集中の起
きている場合にはより顕著となる。また抵抗率の高い理
由として、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰの電子移動度が１０〜５
０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ（Ｔ．ＫＡＴＯ他、Ｊｐｎ．Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１９，２３６７（１９８０））で
あり、高輝度ＬＥＤとして用いられるｐ型ＧａＡｌＡｓ
の５００〜１０００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ等に比べて低い
事が挙げられる。このため抵抗率が高くなり電極より注
入された電流が横方向に拡散せず発光の外部取り出し効
率が低下する。以上の様な問題点を解決し、発光領域が
広くしかも外部発光効率が高いＬＥＤを提供するのが本
発明の目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は発光の外部取り
出し効率をあげ高輝度のＬＥＤとするため、クラッド層
と活性層が異なった結晶よりなるダブルヘテロ構造と
し、かつ電極側で活性層よりも広いバンドギャップを持
つたｐ型のクラッド層を２層以上積層し、しかも活性層
に直接接するｐ型クラッド層のキャリア濃度を低キャリ
ア濃度とし、その上に高キャリア濃度のｐ型クラッド層
を１層以上積層した構造のダブルヘテロ構造を備えたＬ
ＥＤとするものである。以下に本発明について説明す
る。
出し効率をあげ高輝度のＬＥＤとするため、クラッド層
と活性層が異なった結晶よりなるダブルヘテロ構造と
し、かつ電極側で活性層よりも広いバンドギャップを持
つたｐ型のクラッド層を２層以上積層し、しかも活性層
に直接接するｐ型クラッド層のキャリア濃度を低キャリ
ア濃度とし、その上に高キャリア濃度のｐ型クラッド層
を１層以上積層した構造のダブルヘテロ構造を備えたＬ
ＥＤとするものである。以下に本発明について説明す
る。
【０００７】図１に本発明の発光素子の構造を示す。ま
ずエピタキシャルウエハー１５について説明する。エピ
タキシャルウエハー１５は基板上にＩｎＧａＡｓＰ層を
エピタキシャル成長させたものを使用する。基板１とし
てはＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等通常入手容易なもの
で、なるべく結晶欠陥の少ないものを利用する。基板と
目標とする活性層との格子定数の違いを整合させるた
め、基板１上にＩｎ1-p Ｇａp Ａｓ1-q Ｐq よりなる組
成勾配層２、格子定数が５．６５３〜５．５７２Åで活
性層とほぼ同じ格子定数を有するＩｎ1-m Ｇａm Ａｓ
1-n Ｐn 一定組成層３を積載する。ここで組成勾配層２
のｐ、ｑは基板であるＧａＡｓあるいはＧａＰの格子定
数から、活性層であるＩｎ1-mＧａm Ａｓ1-n Ｐn の格
子定数まで、滑らかに連続的に変化させたものとする。
ここでｍ、ｎは格子定数が活性層の格子定数とほぼ同じ
になる５．６５３〜５．５７２Åの範囲で一定値になる
ように選ぶ。したがって組成勾配層２は組成がＧａＡｓ
あるいはＧａＰからＩｎ1-m Ｇａm Ａｓ1-n Ｐn まで変
化したものとなる。組成勾配層２、一定組成層３はとも
にＳｅやＴｅを添加したｎ型とする。キャリア濃度は通
常使用される範囲、すなわち１０16ｃｍ-3から１０18ｃ
ｍ-3程度が使用できる。以上のようにして準備したウエ
ハー１５の上にＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル層より成
るダブルヘテロ構造を積載する。
ずエピタキシャルウエハー１５について説明する。エピ
タキシャルウエハー１５は基板上にＩｎＧａＡｓＰ層を
エピタキシャル成長させたものを使用する。基板１とし
てはＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等通常入手容易なもの
で、なるべく結晶欠陥の少ないものを利用する。基板と
目標とする活性層との格子定数の違いを整合させるた
め、基板１上にＩｎ1-p Ｇａp Ａｓ1-q Ｐq よりなる組
成勾配層２、格子定数が５．６５３〜５．５７２Åで活
性層とほぼ同じ格子定数を有するＩｎ1-m Ｇａm Ａｓ
1-n Ｐn 一定組成層３を積載する。ここで組成勾配層２
のｐ、ｑは基板であるＧａＡｓあるいはＧａＰの格子定
数から、活性層であるＩｎ1-mＧａm Ａｓ1-n Ｐn の格
子定数まで、滑らかに連続的に変化させたものとする。
ここでｍ、ｎは格子定数が活性層の格子定数とほぼ同じ
になる５．６５３〜５．５７２Åの範囲で一定値になる
ように選ぶ。したがって組成勾配層２は組成がＧａＡｓ
あるいはＧａＰからＩｎ1-m Ｇａm Ａｓ1-n Ｐn まで変
化したものとなる。組成勾配層２、一定組成層３はとも
にＳｅやＴｅを添加したｎ型とする。キャリア濃度は通
常使用される範囲、すなわち１０16ｃｍ-3から１０18ｃ
ｍ-3程度が使用できる。以上のようにして準備したウエ
ハー１５の上にＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル層より成
るダブルヘテロ構造を積載する。
【０００８】まず、ｎ型クラッド層１４であるが、Ｓｅ
やＴｅを添加したｎ型ＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル層
で、厚さは３μｍ以上とする。ＩｎとＧａの混晶比は、
格子定数が５．６５３〜５．５７２Åで、目標とする活
性層の格子定数とほぼ同じになるように選択する。赤〜
橙の発光を示すＩｎＧａＡｓＰ活性層を成長させるため
のウエハー１５は、それ自身がエピタキシャル成長層を
有するウエハーであるＩｎＧａＡｓＰエピタキシャルウ
エハーを準備してある。この場合ウエハーの結晶格子定
数のある程度のばらつきは避けられず、その上に成長さ
せたクラッド層も影響をうける。この上にさらに活性層
を積層すると活性層にも影響が及んで良好な結晶が得ら
れず、ＬＥＤとしたときの特性にも影響が現れる。この
基板の影響を緩和するためにはウエハー上に直接積層す
るクラッド層の層厚を少なくとも３μｍ以上とする必要
があり、それ以下の層厚ではウエハーからの欠陥等を緩
和することが出来ない。キャリア濃度は２×１０17ｃｍ
-3以下とする。エネルギーギャップは活性層よりも高く
してｐ型クラッド層と共に活性層を挟み込むように構成
する。
やＴｅを添加したｎ型ＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル層
で、厚さは３μｍ以上とする。ＩｎとＧａの混晶比は、
格子定数が５．６５３〜５．５７２Åで、目標とする活
性層の格子定数とほぼ同じになるように選択する。赤〜
橙の発光を示すＩｎＧａＡｓＰ活性層を成長させるため
のウエハー１５は、それ自身がエピタキシャル成長層を
有するウエハーであるＩｎＧａＡｓＰエピタキシャルウ
エハーを準備してある。この場合ウエハーの結晶格子定
数のある程度のばらつきは避けられず、その上に成長さ
せたクラッド層も影響をうける。この上にさらに活性層
を積層すると活性層にも影響が及んで良好な結晶が得ら
れず、ＬＥＤとしたときの特性にも影響が現れる。この
基板の影響を緩和するためにはウエハー上に直接積層す
るクラッド層の層厚を少なくとも３μｍ以上とする必要
があり、それ以下の層厚ではウエハーからの欠陥等を緩
和することが出来ない。キャリア濃度は２×１０17ｃｍ
-3以下とする。エネルギーギャップは活性層よりも高く
してｐ型クラッド層と共に活性層を挟み込むように構成
する。
【０００９】つぎにＩｎＧａＡｓＰ活性層であるが、ｐ
型でキャリア濃度は０．２〜２×１０18ｃｍ-3、厚さは
３μｍ以下とする。ここでＩｎとＧａ、ＡｓとＰの混晶
比は発光波長を５７０〜６６０ｎｍの範囲とするため、
エネルギーギャップが１．８７８〜２．１７５ｅＶの範
囲、格子定数が５．６５３〜５．５７２Åの範囲で選択
する。エネルギーギャップは上下のクラッド層よりも低
くする。
型でキャリア濃度は０．２〜２×１０18ｃｍ-3、厚さは
３μｍ以下とする。ここでＩｎとＧａ、ＡｓとＰの混晶
比は発光波長を５７０〜６６０ｎｍの範囲とするため、
エネルギーギャップが１．８７８〜２．１７５ｅＶの範
囲、格子定数が５．６５３〜５．５７２Åの範囲で選択
する。エネルギーギャップは上下のクラッド層よりも低
くする。
【００１０】発光波長とバンドギャプエネルギー、結晶
の格子定数との関係を図示すれば図２の通りである。図
２において点ＡはＧａＰ結晶、点ＢはＧａＡｓ結晶、点
ＣはＩｎＰ結晶、曲線ＡＥＢはＧａＡｓＰ３元結晶、曲
線ＣＤＡはＩｎＧａＰ３元結晶、領域ＡＥＢＣＤＡ内は
ＩｎＧａＡｓＰ４元混晶結晶を表わす。領域ＢＣＤＥは
直接遷移領域、領域ＡＤＥは間接遷移領域のＩｎＧａＡ
ｓＰ４元混晶結晶を示す。また、領域ＥＦＧＨＩは波長
が５７０〜６６０ｎｍの活性層となるＩｎＧａＡｓＰ４
元混晶結晶を表わす。
の格子定数との関係を図示すれば図２の通りである。図
２において点ＡはＧａＰ結晶、点ＢはＧａＡｓ結晶、点
ＣはＩｎＰ結晶、曲線ＡＥＢはＧａＡｓＰ３元結晶、曲
線ＣＤＡはＩｎＧａＰ３元結晶、領域ＡＥＢＣＤＡ内は
ＩｎＧａＡｓＰ４元混晶結晶を表わす。領域ＢＣＤＥは
直接遷移領域、領域ＡＤＥは間接遷移領域のＩｎＧａＡ
ｓＰ４元混晶結晶を示す。また、領域ＥＦＧＨＩは波長
が５７０〜６６０ｎｍの活性層となるＩｎＧａＡｓＰ４
元混晶結晶を表わす。
【００１１】最後にｐ型クラッド層であるが、ｐ型クラ
ッド層はＩn1-xGaxAs1-yPy（ただし、０＜ｘ＜１、０＜
ｙ≦１）の組成を有する２層のエピタキシャル成長層１
１、１２により構成する。第２クラッド層１１は活性層
Ｂよりもバンドギャップエネルギーが大きければＩｎＧ
ａＰ３元結晶でも良い。バンドギャップエネルギーは両
層共活性層よりも大きく選択する。活性層に接する第１
ｐ型クラッド層１２はキャリア濃度が０．２〜２×１０
18ｃｍ-3で、厚さは５μｍ以上とする。これに対して活
性層に接しない第２ｐ型クラッド層１１はキャリア濃度
が１×１０18ｃｍ-3以上である少なくとも１層以上から
構成する。混晶比は第１層、第２層共に目標とする活性
層の格子定数と同じになるように選択する。このように
本発明ではｐ型クラッド層を２層以上の構造とし、キャ
リア濃度低い層で活性層の高キャリア濃度化を防ぎなが
ら、キャリア濃度の高い低抵抗の層で電流の拡散を有効
に行えるようにした。
ッド層はＩn1-xGaxAs1-yPy（ただし、０＜ｘ＜１、０＜
ｙ≦１）の組成を有する２層のエピタキシャル成長層１
１、１２により構成する。第２クラッド層１１は活性層
Ｂよりもバンドギャップエネルギーが大きければＩｎＧ
ａＰ３元結晶でも良い。バンドギャップエネルギーは両
層共活性層よりも大きく選択する。活性層に接する第１
ｐ型クラッド層１２はキャリア濃度が０．２〜２×１０
18ｃｍ-3で、厚さは５μｍ以上とする。これに対して活
性層に接しない第２ｐ型クラッド層１１はキャリア濃度
が１×１０18ｃｍ-3以上である少なくとも１層以上から
構成する。混晶比は第１層、第２層共に目標とする活性
層の格子定数と同じになるように選択する。このように
本発明ではｐ型クラッド層を２層以上の構造とし、キャ
リア濃度低い層で活性層の高キャリア濃度化を防ぎなが
ら、キャリア濃度の高い低抵抗の層で電流の拡散を有効
に行えるようにした。
【００１２】本発明者はクラッド層および活性層のキャ
リア濃度と発光出力の関係を測定した。図３にｎ型クラ
ッド層のキャリア濃度と発光出力の関係を示す。ｎ型ク
ラッド層のキャリア濃度は２×１０17ｃｍ-3以下とする
事で発光出力が増加する。図４に活性層のキャリア濃度
と発光出力の関係を示す。キャリア濃度は２×１０17ｃ
ｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3で発光出力が増加する。活性層
の上に積層するｐ型クラッド層は、抵抗率を下げるため
にドーピング量を増加させる必要があるが、活性層上に
高ドープのクラッド層を直接積層した場合ドーパントが
活性層に拡散し、活性層の最適キャリア濃度が変化する
ためＬＥＤとした場合発光出力がかえって減少する。図
５に活性層の上にｐ型クラッド層を１層のみ積層した３
層構造のダブルヘテロＬＥＤについて、ｐ型クラッド層
のドーピングレベルを変化させた場合の発光出力の変化
を示す。ドーピングレベルが増加するにつれて発光出力
が低下する傾向がみられる。
リア濃度と発光出力の関係を測定した。図３にｎ型クラ
ッド層のキャリア濃度と発光出力の関係を示す。ｎ型ク
ラッド層のキャリア濃度は２×１０17ｃｍ-3以下とする
事で発光出力が増加する。図４に活性層のキャリア濃度
と発光出力の関係を示す。キャリア濃度は２×１０17ｃ
ｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3で発光出力が増加する。活性層
の上に積層するｐ型クラッド層は、抵抗率を下げるため
にドーピング量を増加させる必要があるが、活性層上に
高ドープのクラッド層を直接積層した場合ドーパントが
活性層に拡散し、活性層の最適キャリア濃度が変化する
ためＬＥＤとした場合発光出力がかえって減少する。図
５に活性層の上にｐ型クラッド層を１層のみ積層した３
層構造のダブルヘテロＬＥＤについて、ｐ型クラッド層
のドーピングレベルを変化させた場合の発光出力の変化
を示す。ドーピングレベルが増加するにつれて発光出力
が低下する傾向がみられる。
【００１３】そこで活性層の上に低ドープのｐ型クラッ
ド層を積層し、その上に高ドープのｐ型クラッド層を１
層以上積層する構造とすることで、高ドープのｐ型クラ
ッド層からドーパントが活性層に拡散しないようにする
と共に、ｐ型クラッド層全体の層厚を増加させること
で、横方向の抵抗を低減させ電流の拡がりを得るように
した。この高ドープ層からの拡散を防ぐために、低ドー
プ層の層厚は５μｍ以上あればよい。
ド層を積層し、その上に高ドープのｐ型クラッド層を１
層以上積層する構造とすることで、高ドープのｐ型クラ
ッド層からドーパントが活性層に拡散しないようにする
と共に、ｐ型クラッド層全体の層厚を増加させること
で、横方向の抵抗を低減させ電流の拡がりを得るように
した。この高ドープ層からの拡散を防ぐために、低ドー
プ層の層厚は５μｍ以上あればよい。
【００１４】ＩｎＧａＡｓＰエピタキシャルウエハー
は、格子定数を整合させるため組成を変化させる必要が
あるため、連続的に組成変更が容易な気相法或は、有機
金属気相法によって成長させるのが適当である。これに
対して発光特性に直接影響するダブルヘテロ構造は、結
晶性の良い液相エピタキシャル成長法を使用するのが良
い。気相法或は、有機金属気相法によって成長させたｎ
型ＩｎＧａＡｓＰエピタキシャルウエハー上に、液相エ
ピタキシャル成長法によってＩｎＧａＡｓＰダブルヘテ
ロ構造のＬＥＤを作成するにあたって、ｎ型クラッド層
の層厚を３μｍ以上とすることでＩｎＧａＡｓＰ基板の
影響を緩和することが出来る。またそのキャリア濃度を
２×１０17ｃｍ-3以下とすることで高輝度ＬＥＤを作成
することができる。
は、格子定数を整合させるため組成を変化させる必要が
あるため、連続的に組成変更が容易な気相法或は、有機
金属気相法によって成長させるのが適当である。これに
対して発光特性に直接影響するダブルヘテロ構造は、結
晶性の良い液相エピタキシャル成長法を使用するのが良
い。気相法或は、有機金属気相法によって成長させたｎ
型ＩｎＧａＡｓＰエピタキシャルウエハー上に、液相エ
ピタキシャル成長法によってＩｎＧａＡｓＰダブルヘテ
ロ構造のＬＥＤを作成するにあたって、ｎ型クラッド層
の層厚を３μｍ以上とすることでＩｎＧａＡｓＰ基板の
影響を緩和することが出来る。またそのキャリア濃度を
２×１０17ｃｍ-3以下とすることで高輝度ＬＥＤを作成
することができる。
【００１５】さらに活性層のキャリア濃度を２×１０17
ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3とすることで、発光出力の向
上を図ることができる。活性層の上に積層するｐ型クラ
ッド層を２層以上積層し、活性層に接する側のｐ型クラ
ッド層を低ドープ層、電極に接する側のｐ型クラッド層
を高ドープ層とすることで、高ドープ層からのドーパン
トの拡散を防ぎ、且つ低抵抗で電流の拡散を有効に行え
る構造のＬＥＤとすることができる。
ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3とすることで、発光出力の向
上を図ることができる。活性層の上に積層するｐ型クラ
ッド層を２層以上積層し、活性層に接する側のｐ型クラ
ッド層を低ドープ層、電極に接する側のｐ型クラッド層
を高ドープ層とすることで、高ドープ層からのドーパン
トの拡散を防ぎ、且つ低抵抗で電流の拡散を有効に行え
る構造のＬＥＤとすることができる。
【００１６】
【作用】本発明はクラッド層のバンドギャプエネルギー
を活性層より大きくとることにより透明性を確保した。
それと同時に、キャリア濃度の低いクラッド層で活性層
を挟み、電子の閉じ込め効果を高めて高発光効率を得る
ようにしたものである。しかもクラッド層を２層にして
活性層と接する部分は低キャリア濃度とし、高ドープの
第２ｐ型クラッド層からのドーパントの拡散が、活性層
に影響を与えないようにして活性層のキャリアの増加を
防ぐようにした。さらにその上を高キャリア濃度の層に
して、電極より注入された電流がｐ型クラッド層の中を
拡散し、発光領域の拡大を有効に行えるようにした。
を活性層より大きくとることにより透明性を確保した。
それと同時に、キャリア濃度の低いクラッド層で活性層
を挟み、電子の閉じ込め効果を高めて高発光効率を得る
ようにしたものである。しかもクラッド層を２層にして
活性層と接する部分は低キャリア濃度とし、高ドープの
第２ｐ型クラッド層からのドーパントの拡散が、活性層
に影響を与えないようにして活性層のキャリアの増加を
防ぐようにした。さらにその上を高キャリア濃度の層に
して、電極より注入された電流がｐ型クラッド層の中を
拡散し、発光領域の拡大を有効に行えるようにした。
【００１７】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。液相
エピタキシャル成長法の方式としては通常の横型スライ
ドボート法を使用し、基板としては気相法によって成長
させたＧａＡｓＰエピタキシャル層を有するＧａＡｓエ
ピタキシャルウエハーを用いた。スライドボートにＧａ
ＡｓＰエピタキシャルウエハー及び４層積層のため各々
所定の組成となるように秤量した。４層分のＩｎメタ
ル、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓのポリ、ｎ型
のドーパントとしてＴｅ、ｐ型のドーパントとしてＺｎ
をチャージし、横型炉中で飽和温度に一定時間保持した
後、０．３℃／ｍｉｎの温度降下速度で降温しながら、
所定の温度で各層に対応する溶液と基板を順次接触した
あと溶液と基板を分離して、ダブルヘテロ構造を有する
エピタキシャルウエハーを得た。
エピタキシャル成長法の方式としては通常の横型スライ
ドボート法を使用し、基板としては気相法によって成長
させたＧａＡｓＰエピタキシャル層を有するＧａＡｓエ
ピタキシャルウエハーを用いた。スライドボートにＧａ
ＡｓＰエピタキシャルウエハー及び４層積層のため各々
所定の組成となるように秤量した。４層分のＩｎメタ
ル、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓのポリ、ｎ型
のドーパントとしてＴｅ、ｐ型のドーパントとしてＺｎ
をチャージし、横型炉中で飽和温度に一定時間保持した
後、０．３℃／ｍｉｎの温度降下速度で降温しながら、
所定の温度で各層に対応する溶液と基板を順次接触した
あと溶液と基板を分離して、ダブルヘテロ構造を有する
エピタキシャルウエハーを得た。
【００１８】この例では、ｎ型クラッド層のキャリア濃
度は６×１０17ｃｍ-3、ｐ型活性層のキャリア濃度は５
×１０17ｃｍ-3、低ドープの第１ｐ型クラッド層のキャ
リア濃度は１×１０18ｃｍ-3、高ドープの第２ｐ型クラ
ッド層のキャリア濃度は２×１０18ｃｍ-3であり、層厚
についてはｎ型クラッド層は９〜１１μｍ、活性層は１
μｍ、低ドープ第１ｐ型クラッド層は８〜９μｍ、高ド
ープ第２ｐ型クラッド層は７〜８μｍであった。
度は６×１０17ｃｍ-3、ｐ型活性層のキャリア濃度は５
×１０17ｃｍ-3、低ドープの第１ｐ型クラッド層のキャ
リア濃度は１×１０18ｃｍ-3、高ドープの第２ｐ型クラ
ッド層のキャリア濃度は２×１０18ｃｍ-3であり、層厚
についてはｎ型クラッド層は９〜１１μｍ、活性層は１
μｍ、低ドープ第１ｐ型クラッド層は８〜９μｍ、高ド
ープ第２ｐ型クラッド層は７〜８μｍであった。
【００１９】以上の構造に作成したウエハーのｐ型クッ
ラド層表面に、ｐ側電極として１４０μｍφのドット状
Ａｕ−Ｚｎ電極、裏面のＧａＡｓ基板にはｎ型電極とし
てＡｕ−Ｇｅ電極を全面に蒸着し合金化処理を施した。
その後ダイシング工程により３５０μｍ×３５０μｍの
チップとした後、ステムにマウントしてワイヤボンディ
ングにより配線した。作成した素子に通電したところチ
ップ全面にわたって発光領域がひろがっていた。図６
（ａ）にＩｎＧａＡｓＰのホモ接合構造のＬＥＤ、図６
（ｂ）にｐ型クラッド層を１層のみ積層した、３層より
なるＩｎＧａＡｓＰダブルヘテロ構造のＬＥＤ、図６
（ｃ）に本発明によるｐ型クラッド層を２層積層した４
層よりなるＩｎＧａＡｓＰダブルヘテロ構造のＬＥＤの
発光出力を示す。図から本発明のＬＥＤは従来のものよ
り格段に優れた発光出力を有することがわかる。
ラド層表面に、ｐ側電極として１４０μｍφのドット状
Ａｕ−Ｚｎ電極、裏面のＧａＡｓ基板にはｎ型電極とし
てＡｕ−Ｇｅ電極を全面に蒸着し合金化処理を施した。
その後ダイシング工程により３５０μｍ×３５０μｍの
チップとした後、ステムにマウントしてワイヤボンディ
ングにより配線した。作成した素子に通電したところチ
ップ全面にわたって発光領域がひろがっていた。図６
（ａ）にＩｎＧａＡｓＰのホモ接合構造のＬＥＤ、図６
（ｂ）にｐ型クラッド層を１層のみ積層した、３層より
なるＩｎＧａＡｓＰダブルヘテロ構造のＬＥＤ、図６
（ｃ）に本発明によるｐ型クラッド層を２層積層した４
層よりなるＩｎＧａＡｓＰダブルヘテロ構造のＬＥＤの
発光出力を示す。図から本発明のＬＥＤは従来のものよ
り格段に優れた発光出力を有することがわかる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、波長が５７０〜６６０
ｎｍの赤〜橙の発光をする、高輝度で高発光効率を有す
る半導体発光素子が得られる。
ｎｍの赤〜橙の発光をする、高輝度で高発光効率を有す
る半導体発光素子が得られる。
【図１】本発明による構造をもったＬＥＤの断面模式図
を示す。
を示す。
【図２】発光波長とバンドギャプエネルギー、結晶の格
子定数、混晶比との関係を示す図。
子定数、混晶比との関係を示す図。
【図３】ｎ型クラッド層のキャリア濃度と発光出力の関
係を示す図。
係を示す図。
【図４】活性層のキャリア濃度と発光出力の関係を示す
図。
図。
【図５】ｐ型クラッド層を１層のみ積層した構造のＬＥ
Ｄにおける、ｐクラッド層のキャリア濃度と発光出力の
関係を示す。
Ｄにおける、ｐクラッド層のキャリア濃度と発光出力の
関係を示す。
【図６】ＬＥＤの相対発光出力を示す図。（ａ）はＩｎ
ＧａＡｓＰホモ接合からなるＬＥＤ、（ｂ）はｐ型クラ
ッド層を３層積層したＩｎＧａＡｓＰダブルヘテロ接合
構造のＬＥＤ、（ｃ）はｐ型クラッド層を４層積層した
ＩｎＧａＡｓＰダブルヘテロ接合構造のＬＥＤの場合を
示す。
ＧａＡｓＰホモ接合からなるＬＥＤ、（ｂ）はｐ型クラ
ッド層を３層積層したＩｎＧａＡｓＰダブルヘテロ接合
構造のＬＥＤ、（ｃ）はｐ型クラッド層を４層積層した
ＩｎＧａＡｓＰダブルヘテロ接合構造のＬＥＤの場合を
示す。
１ 単結晶基板 ２ 組成変化層 ３ 一定組成層 １１ 第２ｐ型クラッド層 １２ 第１ｐ型クラッド層 １３ 活性層 １４ ｎ型クラッド層 １５ エピタキシャルウエハー
Claims (5)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ或は，ＧａＰ基板上にＩｎＧａ
ＡｓＰよりなる組成勾配層を介して格子定数が５．６５
３〜５．５７２Åのｎ型ＩｎＧａＡｓＰ一定組成層を積
載したエピタキシャルウエハーに、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
クラッド層、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層、ｐ型Ｉn1-xGa
xAs1-yPy（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦１）クラッド
層を順次積載した構造を有する発光素子であって、活性
層のバンドギャップエネルギーがクラッド層のバンドギ
ャプエネルギーよりも小さく、各層の格子定数が該一定
組成層の格子定数にほぼ等しくて、該ｐ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層は発光のピーク波長が５７０ｎｍ〜６６０ｎｍ
に相当するバンドギャップを有し、該ｐ型Ｉn1-xGaxAs
1-yPy（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦１）クラッド層
はキャリア濃度の異なる２層以上からなり、かつ活性層
に接するクラッド層と、それよりも大きなキャリア濃度
を有する少なくとも１層以上のクラッド層から構成され
たダブルヘテロ構造を具備したことを特徴とする半導体
発光素子。 - 【請求項２】 ｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層の厚さが
３μｍ以上であり、そのキャリア濃度が２×１０17ｃｍ
-3以下であることを特徴とする請求項第１項記載の半導
体発光素子。 - 【請求項３】 ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層のキャリア濃
度が ２×１０17ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3 で厚さが
３μｍ以下であることを特徴とする請求項第１項記載の
半導体発光素子。 - 【請求項４】 ｐ型Ｉn1-xGaxAs1-yPy（ただし、０＜ｘ
＜１、０＜ｙ≦１）クラッド層のうち、活性層に接触す
るｐ型クラッド層の厚さが５μｍ以上であり、かつその
キャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3 以下であり、その上
にキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3 以上であるｐ型ク
ラッド層を１層以上積層していることを特徴とする請求
項第１項記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 エピタキシャルウエハーが気相成長法或
は、有機金属気相成長法によって成長させたものであ
り、その上に積載された請求項第２項〜第４項に相当す
る各層が液相エピタキシャル成長法によって形成された
ものであることを特徴とする、請求項第１項記載の半導
体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28790991A JPH05129651A (ja) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28790991A JPH05129651A (ja) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129651A true JPH05129651A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=17723299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28790991A Pending JPH05129651A (ja) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05129651A (ja) |
-
1991
- 1991-11-01 JP JP28790991A patent/JPH05129651A/ja active Pending
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