JPH05136458A - 化合物半導体発光素子 - Google Patents

化合物半導体発光素子

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JPH05136458A
JPH05136458A JP30014491A JP30014491A JPH05136458A JP H05136458 A JPH05136458 A JP H05136458A JP 30014491 A JP30014491 A JP 30014491A JP 30014491 A JP30014491 A JP 30014491A JP H05136458 A JPH05136458 A JP H05136458A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、PN接合近傍における内部発光の
均一性を向上し、外部発光が電極において吸収されるこ
となく、発光効率および輝度を向上させる。 【構成】P型GaAs基板10の上にP型AlGaAsエ
ピタキシャル成長層11を設け、このP型AlGaAsエ
ピタキシャル成長層11の上にN型AlGaAsエピタキ
シャル成長層12を設け、このN型AlGaAsエピタキ
シャル成長層12上の全面に発光波長に対して50%以上
の透過率を有するIn2 3 層からなる上部透明電極16
を設け、前記P型GaAs基板10の下に下部透明電極18
を設ける。前記N型AlGaAsエピタキシャル成長層
12の表面の不純物濃度を1×1019 atoms/cm3 以下
としている。従って、PN接合近傍における内部発光の
均一性を向上し、外部発光が電極において吸収されるこ
とがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば電光表示板、
センサ光源等に用いられる高輝度、高効率の化合物半導
体発光素子(LED素子)に関する。
【0002】
【従来の技術】図1は、従来の化合物半導体発光素子を
示すものであり、図1(a)はその平面図、図1(b)
はその側面図である。N型化合物半導体基板1の上には
N型エピタキシャル成長層2が形成され、このN型エピ
タキシャル成長層2の上にはP型エピタキシャル成長層
3が形成され、これらのP型エピタキシャル成長層3お
よびN型エピタキシャル成長層2により、PN接合が形
成されている。P型エピタキシャル成長層3の上には図
1(a)に示すように、PEP(Photo Engraving Proc
ess )工程によりP型電極4がパタ−ニングされる。こ
の後、オ−ミック性を向上させるための熱処理が行わ
れ、前記P型電極4と導電性ワイヤ−5の一端とが接続
される。この導電性ワイヤ−5の他端は電極端子6に接
続される。前記N型化合物半導体基板1の下にはN型電
極7が形成され、このN型電極7は導電性ステム8に接
続される。さらに、これら全体がモ−ルド樹脂9により
覆われている。前記P型電極4はAu−Be合金からな
っており、N型電極7はAu−Ge合金からなってい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、Au系合金
はPN接合近傍で発生された光の波長に対して吸収体と
なる。このため、P型電極4は図1(a)に示す如くパ
タ−ニングされ、P型エピタキシャル成長層3のうちP
型電極4から露出された面から光が取り出される。この
露出されたP型エピタキシャル成長層3の表面にはフロ
スト処理により凹凸が形成されており、光が均一に放射
されるようにしている。
【0004】しかしながら、PN接合近傍で発生した光
の放射面としてのP型エピタキシャル成長層3の表面に
発生波長に対して吸収体となるP型電極4を設けている
ため、この電極4の面積により発光効率および輝度が左
右されるという問題を有していた。
【0005】上記の問題を改善するために、P型電極の
面積を小さくすることが考えられる。しかし、この電極
近傍のキャリア注入条件とその周辺のキャリア注入条件
とが異なるため、PN接合近傍において発光むらが生じ
たり、電極近傍しか発光しないことがあった。
【0006】また、P型電極の厚さを薄くすることも考
えられる。この場合、P型エピタキシャル成長層の露出
面積を一定とし、P型電極4を厚くした場合と同程度の
輝度を得られる範囲で充分な薄膜化を行った。しかし、
この薄膜化した電極は連続膜としての均一性が悪いた
め、電極としての信頼性が低く、実用化できないもので
あった。
【0007】一方、上記従来の半導体発光素子において
は、P型エピタキシャル成長層3の上にP型電極4が形
成された後、オ−ミック性を向上させるための熱処理が
行われる。この際、P型電極4におけるAu等の重金属
がP型エピタキシャル成長層3にド−ピングされ、この
P型エピタキシャル成長層3に重金属の高濃度拡散領域
が形成される。このため、このエピタキシャル成長層3
において光が吸収され、化合物半導体発光素子の発光効
率および輝度が低下するという問題を有していた。
【0008】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的はPN接合近傍における内
部発光の均一性を向上し、放射光がP型電極およびP型
エピタキシャル成長層の不純物によって吸収されること
なく、発光効率および輝度を向上することが可能な化合
物半導体発光素子を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するため、化合物半導体基板の上にエピタキシャル
成長により設けられた第1導電型の第1のエピタキシャ
ル成長層と、前記第1のエピタキシャル成長層の上に設
けられた第2導電型の第2のエピタキシャル成長層と、
前記第2のエピタキシャル成長層の上の全面に設けられ
た発光波長に対して50%以上の透過率を有する第2導
電型の第1の電極と、前記化合物半導体基板の下に設け
られた第1導電型の第2の電極とを具備することを特徴
としている。また、前記第2のエピタキシャル成長層は
前記第1の電極と接する側の表面の不純物濃度を1×1
19 atoms/cm3 以下としたことを特徴としている。
また、前記第1の電極はIn2 3 層からなることを特
徴としている。また、前記第1の電極はSn2 O型の酸
化物からなることを特徴としている。また、前記第1の
電極はポリチアジル(SN)x 等の高分子系材料からな
ることを特徴としている。
【0010】
【作用】この発明は、第1導電型の第1のエピタキシャ
ル成長層の上に第2導電型の第2のエピタキシャル成長
層を設けている。この第2のエピタキシャル成長層の上
に発光波長に対して50%以上の透過率を有する第2導
電型の第1の電極を設けているため、この第1の電極に
よる光の吸収を抑制できる。さらに、前記第2のエピタ
キシャル成長層は第1の電極と接する側の表面の不純物
濃度を1×1019 atoms/cm3 以下としている。この
ため、第2のエピタキシャル成長層および化合物半導体
基板の不純物による光の吸収が抑制される。また、前記
第1の電極は第2のエピタキシャル成長層上の全面に設
けられているため、第1のエピタキシャル成長層および
第2のエピタキシャル成長層の接合部近傍における内部
発光の均一性が向上する。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例に
ついて説明する。
【0012】図2(a)乃至図2(f)は、AlGaA
s/GaAs系の赤外発光素子の製造工程を示すもので
ある。先ず、P型GaAs基板10には濃度1×1018
atoms/cm3 のSi(シリコン)がド−プされる。こ
のP型GaAs基板10の上には図2(b)に示すよう
に濃度1×1018 atoms/cm3 のSiがド−プされた
P型AlGaAsエピタキシャル成長層11が形成され
る。このエピタキシャル層11の厚さは50〜100μ
m程度である。このエピタキシャル層11の上には図2
(c)に示すように濃度5×1018 atoms/cm3 のS
iがド−プされたN型AlGaAsエピタキシャル成長
層12が形成され、このエピタキシャル層12の厚さは
50〜100μm程度である。前記エピタキシャル層1
1とエピタキシャル層12との接合面にPN接合が形成
される。このエピタキシャル層12の表面上には図2
(d)に示すようにフロスト処理により凹凸13が形成
される。前記N型エピタキシャル層12の上には図2
(e)に示すようにSnを濃度3%でド−プした厚さ5
000オングストロ−ムのIn2 3 層15がスパッタ
リング法により堆積される。このIn2 3 層15によ
り発光波長に対して50%以上の透過率を有する上部透
明電極16が形成される。前記P型GaAs基板10の
下には図2(f)に示すようにZnを濃度5%でド−プ
した厚さ1μmのIn2 3 層17がスパッタリング法
により堆積され、このIn2 3 層17により下部透明
電極18が形成される。このように構成した発光素子1
9を300μm角のペレット20状に切断する。
【0013】図3(a)は、AlGaAs/GaAs系
の赤外発光素子を示す平面図であり、図3(b)は、そ
の側面図である。前記の300μm角のペレット20状
に切断された発光素子19における上部透明電極16に
はAu等からなる導電性ワイヤ21の一端22が接続さ
れ、この導電性ワイヤ21の他端23は電極端子24に
接続される。前記発光素子19における下部透明電極1
8には導電性ステム25の一端26が図示せぬ導電性マ
ウント材、例えばAgペ−ストによって接続され、発光
素子19全体が透光性モ−ルド樹脂29によって覆われ
る。この透光性モ−ルド樹脂29から前記導電性ステム
25の他端27が突出している。
【0014】上記実施例によれば、上部および下部透明
電極16、18を発光波長に対して50%以上の透過率
を有するIn2 3 層15、17によって形成してい
る。このため、N型AlGaAsエピタキシャル成長層
12から放射される光が上部透明電極16によって殆ど
吸収されることがなく、発光効率および輝度を向上でき
る。また、フロスト処理により、N型AlGaAsエピ
タキシャル成長層12の表面上に凹凸13を形成してい
るため、この凹凸13により発生された光が乱反射さ
れ、球状分散される。従って、N型AlGaAsエピタ
キシャル成長層12から放射される光の均一性を向上で
きる。さらに、上部透明電極16をN型AlGaAsエ
ピタキシャル成長層12上の全面に設けているため、P
N接合近傍における内部発光の均一性を向上できる。ま
た、従来の電極を形成するにはPEP工程が必要であっ
たが、N型AlGaAsエピタキシャル成長層12上の
全面に上部透明電極16を設けているから、この発明で
は不要となり製造コストを低減できる。
【0015】尚、上記実施例において、N型AlGaA
sエピタキシャル成長層の上には不純物を添加したIn
2 3 層を直接設けたが、先ず不純物を添加しない厚さ
数百オングストロ−ムのIn2 3層を堆積し、このI
2 3 層の上に濃度5%のSnが添加された厚さ50
00オングストロ−ム程度のIn2 3 層を堆積し、こ
の後、温度400℃で30分間シンタ−処理を行うこと
により、発光波長に対して50%以上の透過率を有する
上部透明電極を形成しても良い。
【0016】このような製造方法によっても前記実施例
と同様の効果を得ることができ、しかも不純物を添加し
ない厚さ数百オングストロ−ムのIn2 3 層を堆積さ
せることにより、N型AlGaAsエピタキシャル成長
層の表面不純物濃度を前記実施例のそれより低くするこ
とができる。
【0017】尚、上記実施例により製造された赤外発光
素子の光量および輝度をさらに向上させるには、前記下
部透明電極面にAl(アルミニウム)を蒸着させる工程
または前記ペレット周辺にミラ−を設ける工程を追加す
ると良い。Alを蒸着させると、PN接合から発した光
がこのAlにより反射され、上部透明電極における光量
が増加する。ミラ−を設けると、赤外発光素子の側面に
発した光がミラ−により反射され、赤外発光素子の輝度
が向上される。上記の追加工程における効果は上部透明
電極が発光波長に対して50%の透過率を有することに
より顕著となる。
【0018】図4は、この発明における上記実施例の効
果を示したものであり、エピタキシャル層上に透明電極
を全面形成および部分形成したAlGaAs/GaAs
系の赤外発光素子において、透明電極の透過率と発光効
率との関係を示したものである。前記部分形成とは透明
電極の面積がエピタキシャル層のそれの50%としたも
のである。図4に示すように、発光波長に対する透過率
が50%の透明電極を用いた場合、これを部分形成した
場合においても、従来の電極を用いた発光素子と同等の
発光効率が得られ、全面形成した場合は、部分形成した
場合に比べて200%の発光効率の向上が見られる。
【0019】図5は、SIMS(Secondary Ion Mass S
pectroscopy )分析により不純物濃度と深さとの関係を
示したものである。AlGaAs/GaAs系の赤外発
光素子の製造工程において、エピタキシャル層の上には
不純物を添加しない厚さ数百オングストロ−ムのIn2
3 層が堆積される。このIn2 3 層の上に濃度5%
のSnが添加された厚さ5000オングストロ−ム程度
のIn2 3 層が堆積される。この後、温度600℃で
30分間のシンタ−が行われた発光素子および温度40
0℃で30分間のシンタ−が行われた発光素子をそれぞ
れ本発明Iおよび本発明IIとする。また、AuGeから
形成された電極を用いたLEDを従来例とする。これら
の本発明IおよびIIおよび従来例を同時にSIMS分析
し、エピタキシャル層の不純物の表面濃度とその深さと
の関係を調べた。この結果、従来の電極およびこの発明
の透明電極の形成条件によって、不純物の表面濃度が異
なることが分かる。本発明IおよびIIの不純物濃度は従
来例のそれに比べて低い。特に、本発明IIでは浅い部分
において不純物濃度が1×1019 atoms/cm3 以下と
なっている。
【0020】図6は、エピタキシャル層の表面不純物濃
度と発光効率との関係を示したものである。これより、
表面不純物濃度が1×1019 atoms/cm3 以上になる
と発光効率が低下することが分かる。この発光効率の低
下はエピタキシャル層の表面不純物から生ずる高濃度拡
散層で光が吸収されるためである。
【0021】上記のように、AlGaAs/GaAs系
の赤外発光素子は発光波長に対する透過率が50%以上
の透明電極を全面形成し、エピタキシャル層の表面不純
物濃度を1×1019 atoms/cm3 以下とし、P型Ga
As基板はP型AlGaAsエピタキシャル成長層と接
する側の表面の不純物濃度を1×1019 atoms/cm3
以下とすると、発光効率が大きく向上する。従って、こ
の発明の透明電極の形成条件により、高濃度拡散層によ
る光の吸収を回避でき、発光効率が向上することは明ら
かである。尚、この発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、以下のような変更が可能である。
【0022】前記上部透明電極はSnが濃度3%でド−
プされているが、この上部透明電極がN型AlGaAs
エピタキシャル成長層とオ−ミック接合を形成するド−
プ材であれば種々変更可能であり、ド−プ濃度3%もド
−プ材により変更しても良い。また、下部透明電極にお
いても同様に変更できる。また、上部透明電極の材料は
In2 3 を用いているが、Sn2 O型の酸化物または
ポリチアジル等の高分子系材料を用いたものでも良い。
【0023】また、前記基板およびエピタキシャル成長
層にはP型GaAs基板およびP型、N型AlGaAs
エピタキシャル成長層を用いて赤外発光素子を構成して
いるが、以下の組み合わせを用いることも可能である。
【0024】N型GaAs基板の上にLPE法(液相エ
ピタキシャル成長法)によりN型、P型GaAsエピタ
キシャル成長層を順次形成することにより、発光波長が
940nm程度の赤外発光素子を構成できる。
【0025】N型GaAs基板の上にVPE法(気相エ
ピタキシャル成長法)によりN型、P型GaAsPエピ
タキシャル成長層を順次形成することにより、発光波長
が650nm程度の赤色発光素子を構成できる。
【0026】N型GaP基板の上にLPE法によりN
型、P型GaPエピタキシャル成長層を順次形成するこ
とにより、発光波長が700nm乃至555nmの赤色
乃至緑色発光素子を構成できる。前記N型、P型GaP
エピタキシャル成長層にZn、Oをド−パントしたもの
は赤色発光素子を構成し、Nをド−パントしたものは黄
色乃至緑色発光素子を構成し、Teをド−パントしたも
のは緑色発光素子を構成する。
【0027】N型GaP基板の上にVPE法によりN
型、P型GaAsPエピタキシャル成長層を順次形成す
ることにより、発光波長が630nm乃至590nmの
橙色乃至黄色発光素子を構成できる。発光波長はAsの
組成比によって異なる。
【0028】N型GaAs基板の上にLPE法によりN
型、P型InGaAlPエピタキシャル成長層およびP
型GaAlAsエピタキシャル成長層を順次形成するこ
とにより、発光波長が560nm乃至620nmの緑色
乃至橙色発光素子を構成できる。発光波長はAlの組成
比によって異なる。
【0029】N型SiC基板の上にLPE法によりN
型、P型SiCエピタキシャル成長層を順次形成するこ
とにより、発光波長が470nm程度の青色発光素子を
構成できる。
【0030】N型ZnSe基板の上にLPE法によりN
型、P型ZnSeエピタキシャル成長層を順次形成する
ことにより、発光波長が480nm程度の青色発光素子
を構成できる。上記各構成において、上部および下部透
明電極は前述した実施例と同様である。
【0031】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
第2導電型の第2のエピタキシャル成長層上の全面に発
光波長に対して50%以上の透過率を有する第2導電型
の第1の電極を設けている。前記第2のエピタキシャル
成長層は前記第1の電極と接する側の表面の不純物濃度
を1×1019 atoms/cm3 以下としている。従って、
第1のエピタキシャル成長層および第2のエピタキシャ
ル成長層の接合部近傍における内部発光の均一性を向上
し、放射光が第1の電極および第2のエピタキシャル成
長層の不純物によって吸収されることなく、発光効率お
よび輝度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は、従来の化合物半導体発光素子を
示す平面図、図1(b)はその側面図。
【図2】図2(a)乃至図2(f)は、この発明の一実
施例によるAlGaAs/GaAs系の赤外発光素子の
製造工程を示す断面図。
【図3】図3(a)は、この発明の一実施例によるAl
GaAs/GaAs系の赤外発光素子を示す平面図、図
3(b)は、その側面図。
【図4】透明電極の透過率と発光効率との関係を示した
図。
【図5】SIMS分析により不純物濃度と深さとの関係
を示す図。
【図6】エピタキシャル層の表面不純物濃度と発光効率
との関係を示す図。
【符号の説明】
10…P型GaAs基板、11…P型AlGaAsエピタキ
シャル成長層、12…N型AlGaAsエピタキシャル成
長層、13…凹凸、15…In2 3 層、16…上部透明電
極、17…In2 3 層、18…下部透明電極、19…発光素
子、20…ペレット、21…導電性ワイヤ、24…電極端子、
25…導電性ステム、29…モ−ルド樹脂

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体基板の上にエピタキシャル
    成長により設けられた第1導電型の第1のエピタキシャ
    ル成長層と、 前記第1のエピタキシャル成長層の上に設けられた第2
    導電型の第2のエピタキシャル成長層と、 前記第2のエピタキシャル成長層の上の全面に設けられ
    た発光波長に対して50%以上の透過率を有する第2導
    電型の第1の電極と、 前記化合物半導体基板の下に設けられた第1導電型の第
    2の電極とを具備することを特徴とする化合物半導体発
    光素子。
  2. 【請求項2】 前記第2のエピタキシャル成長層は前記
    第1の電極と接する側の表面の不純物濃度を1×1019
    atoms/cm3 以下としたことを特徴とする請求項1記
    載の化合物半導体発光素子。
  3. 【請求項3】 前記第1の電極はIn2 3 層からなる
    ことを特徴とする請求項1記載の化合物半導体発光素
    子。
  4. 【請求項4】 前記第1の電極はSn2 O型の酸化物か
    らなることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体発
    光素子。
  5. 【請求項5】 前記第1の電極はポリチアジル(SN)
    x 等の高分子系材料からなることを特徴とする請求項1
    記載の化合物半導体発光素子。
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