JPH05198837A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
- Publication number
- JPH05198837A JPH05198837A JP842092A JP842092A JPH05198837A JP H05198837 A JPH05198837 A JP H05198837A JP 842092 A JP842092 A JP 842092A JP 842092 A JP842092 A JP 842092A JP H05198837 A JPH05198837 A JP H05198837A
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- Japan
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- conductivity type
- impurity concentration
- type
- light emitting
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 素子のキャリア濃度の最適化を計り、層厚の
精密制御を行わず、量産効果の高い高輝度発光素子を提
供することである。 【構成】 半導体基板上に形成された第１導電型の第１
の成長層、この上に形成される第１の成長層より不純物
濃度が高い第１導電型の第２の成長層、及びこの上に形
成される第２の成長層より不純物濃度が低い第２導電型
の第３の成長層を有する半導体発光素子において、第２
の成長層の不純物濃度が８×１０17〜３×１０18cm-3、
第３の成長層の不純物濃度が１×１０17cm-3以下、そし
て第３の成長層の厚さが５０μｍ以下である。
精密制御を行わず、量産効果の高い高輝度発光素子を提
供することである。 【構成】 半導体基板上に形成された第１導電型の第１
の成長層、この上に形成される第１の成長層より不純物
濃度が高い第１導電型の第２の成長層、及びこの上に形
成される第２の成長層より不純物濃度が低い第２導電型
の第３の成長層を有する半導体発光素子において、第２
の成長層の不純物濃度が８×１０17〜３×１０18cm-3、
第３の成長層の不純物濃度が１×１０17cm-3以下、そし
て第３の成長層の厚さが５０μｍ以下である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、砒化アルミニウムガリ
ウム（ＡｌＧａＡｓ）より成る発光ダイオード等の半導
体発光素子に関するものである。
ウム（ＡｌＧａＡｓ）より成る発光ダイオード等の半導
体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌＧａＡｓを用いた可視発光ダイオー
ドとして、ｐ−ＧａＡｓ基板上にｐ−ＡｌＧａＡｓ層、
およびｎ−ＡｌＧａＡｓ層を液相成長法により積層形成
したシングルヘテロ接合型、並びにダブルヘテロ接合型
のものが一般に市販されている。この中でもダブルヘテ
ロ接合型の発光素子は、発光効率が高く、高出力化を目
的とした発光素子に用いられている。このようなヘテロ
接合は、異種の半導体で接合を形成するため、通常のホ
モ接合と比較して問題が多い。ヘテロ接合を形成する場
合、結晶構造、格子定数を一致させ結晶への歪みを出来
る限り減少させることが必要である。また不純物を添加
する場合も、ヘテロ界面で偏析が起こりやすく、その結
果、高密度の界面準位が発生する等素子の特性を悪くす
る。これに対して、ＡｌＧａＡｓは格子定数がＧａＡｓ
のそれに近く、最大でも０．１４％程度の格子不整合率
であるので、格子不整による歪みが少なく良好なヘテロ
接合がＧａＡｓ基板上に成長できる。その構造には、例
えば次のようなものがある。ｐ−ＧａＡｓ基板上に、ｐ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層、ｐ−ＡｌＧａＡｓ活性層、
ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層を順に積層成長せしめたも
ので、上記ＧａＡｓ基板は光を吸収しやすいため、最終
的には除去されることもある。
ドとして、ｐ−ＧａＡｓ基板上にｐ−ＡｌＧａＡｓ層、
およびｎ−ＡｌＧａＡｓ層を液相成長法により積層形成
したシングルヘテロ接合型、並びにダブルヘテロ接合型
のものが一般に市販されている。この中でもダブルヘテ
ロ接合型の発光素子は、発光効率が高く、高出力化を目
的とした発光素子に用いられている。このようなヘテロ
接合は、異種の半導体で接合を形成するため、通常のホ
モ接合と比較して問題が多い。ヘテロ接合を形成する場
合、結晶構造、格子定数を一致させ結晶への歪みを出来
る限り減少させることが必要である。また不純物を添加
する場合も、ヘテロ界面で偏析が起こりやすく、その結
果、高密度の界面準位が発生する等素子の特性を悪くす
る。これに対して、ＡｌＧａＡｓは格子定数がＧａＡｓ
のそれに近く、最大でも０．１４％程度の格子不整合率
であるので、格子不整による歪みが少なく良好なヘテロ
接合がＧａＡｓ基板上に成長できる。その構造には、例
えば次のようなものがある。ｐ−ＧａＡｓ基板上に、ｐ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層、ｐ−ＡｌＧａＡｓ活性層、
ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層を順に積層成長せしめたも
ので、上記ＧａＡｓ基板は光を吸収しやすいため、最終
的には除去されることもある。
【０００３】上記のような発光ダイオードは、小型、低
消費電力等その優れた特性に加え、多色性に富み、数多
くの分野で使用されている。パイロットランプの点光
源、数字あるいは文字のディスプレイ等の表示用、ファ
クシミリ、ＬＥＤプリンタ等のＯＡ機器用、光ファイバ
と組み合わせた光伝送システムの光源等、その用途は多
種多様にわたり益々拡がりつつある。このような発光ダ
イオードに対してより一層の高出力化、高速化が要求さ
れている。
消費電力等その優れた特性に加え、多色性に富み、数多
くの分野で使用されている。パイロットランプの点光
源、数字あるいは文字のディスプレイ等の表示用、ファ
クシミリ、ＬＥＤプリンタ等のＯＡ機器用、光ファイバ
と組み合わせた光伝送システムの光源等、その用途は多
種多様にわたり益々拡がりつつある。このような発光ダ
イオードに対してより一層の高出力化、高速化が要求さ
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に結晶成長は徐冷
法を用いて成長を行うが、ｐ型クラッド層、ｐ型活性層
の成長にドーパントとして用いるＺｎは拡散速度が速
く、その後に続くｎ型クラッド層の成長中にＺｎの拡散
が起こり、ｐ−ｎ接合がｎ型クラッド層内に移行して発
光がｎ型クラッド層内で起こるため、発光輝度が低下
し、発光波長も変化してしまうという欠点がある。さら
に、ｎ型ドーパントとしてＴｅを使用するが、Ｔｅは液
相から固相への析出が起きやすく種々の欠陥が発生しや
すいため、低キャリア濃度に抑える必要がある。しか
し、ＧａＡｌＡｓＬＥＤの発光領域はｐ−ＧａＡｌＡｓ
層であるため、発光効率を向上させるためには、電子の
注入効率を上げることが必要となってくる。すなわち、
Ｔｅ濃度を増加させることが必要となってくるが、前述
したように、Ｔｅ濃度を増加させると結晶性が極端に悪
くなるために、Ｔｅ濃度を増大させることは極めて困難
である。そのため発光効率の低下を招いていた。これら
の欠点を避けるために種々の条件を最適化する、たとえ
ばｎ型クラッド層の層厚を５０μｍ以上に、活性層を１
μｍ以下に制御する等が必要であった。
法を用いて成長を行うが、ｐ型クラッド層、ｐ型活性層
の成長にドーパントとして用いるＺｎは拡散速度が速
く、その後に続くｎ型クラッド層の成長中にＺｎの拡散
が起こり、ｐ−ｎ接合がｎ型クラッド層内に移行して発
光がｎ型クラッド層内で起こるため、発光輝度が低下
し、発光波長も変化してしまうという欠点がある。さら
に、ｎ型ドーパントとしてＴｅを使用するが、Ｔｅは液
相から固相への析出が起きやすく種々の欠陥が発生しや
すいため、低キャリア濃度に抑える必要がある。しか
し、ＧａＡｌＡｓＬＥＤの発光領域はｐ−ＧａＡｌＡｓ
層であるため、発光効率を向上させるためには、電子の
注入効率を上げることが必要となってくる。すなわち、
Ｔｅ濃度を増加させることが必要となってくるが、前述
したように、Ｔｅ濃度を増加させると結晶性が極端に悪
くなるために、Ｔｅ濃度を増大させることは極めて困難
である。そのため発光効率の低下を招いていた。これら
の欠点を避けるために種々の条件を最適化する、たとえ
ばｎ型クラッド層の層厚を５０μｍ以上に、活性層を１
μｍ以下に制御する等が必要であった。
【０００５】本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされ
たもので、素子のキャリア濃度の最適化を計り、層厚の
精密制御は必要とせず、しかも量産効果を高めた高輝度
な発光素子を提供することを目的とするものである。
たもので、素子のキャリア濃度の最適化を計り、層厚の
精密制御は必要とせず、しかも量産効果を高めた高輝度
な発光素子を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１導電型の
半導体基板上に形成された第１導電型の第１の成長層
と、前記第１の成長層上に形成され、前記第１の成長層
より不純物濃度が高い第１導電型の第２の成長層と、前
記第２の成長層上に形成され、前記第２の成長層より不
純物濃度が低い第２導電型の第３の成長層を有している
半導体発光素子において、前記第２の成長層の不純物濃
度が８×１０17〜３×１０18cm-3、前記第３の成長層の
不純物濃度が１×１０17cm-3以下であり、前記第３の成
長層の厚さが５０μｍ以下であることを特徴とする。
半導体基板上に形成された第１導電型の第１の成長層
と、前記第１の成長層上に形成され、前記第１の成長層
より不純物濃度が高い第１導電型の第２の成長層と、前
記第２の成長層上に形成され、前記第２の成長層より不
純物濃度が低い第２導電型の第３の成長層を有している
半導体発光素子において、前記第２の成長層の不純物濃
度が８×１０17〜３×１０18cm-3、前記第３の成長層の
不純物濃度が１×１０17cm-3以下であり、前記第３の成
長層の厚さが５０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００７】
【実施例】本発明に係わる一実施例を図面を参照して説
明する。図１に、一実施例にかかる発光素子の構成を模
式的に断面図で示す。１１は濃度が１〜２×１０19cm-3
であるｐ型のＧａＡｓ基板で、この基板上に高ＡｌＡｓ
混晶比のｐ型のＡｌＧａＡｓ（ｘ＞０．７）クラッド層
１２が形成され、このｐ型クラッド層１２の上に発光波
長に必要なＡｌＡｓ結晶比のＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ活性
層１３が形成されている。この活性層１３上には、上記
ｐ型クラッド層１２と同等のＡｌＡｓ混晶比のｎ型のＡ
ｌＧａＡｓクラッド層１４が形成され、それぞれｐ型不
純物としてＺｎ、ｎ型不純物としてＴｅが添加されてい
る。上記ＧａＡｓ基板１１の裏面側には、Ａｕ系ｐ−電
極１５、ｎ型クラッド層１４の上面には、Ａｕ系ｎ−電
極１６が形成されている。結晶の成長は、徐冷法による
液相エピタキシャル成長により行った。
明する。図１に、一実施例にかかる発光素子の構成を模
式的に断面図で示す。１１は濃度が１〜２×１０19cm-3
であるｐ型のＧａＡｓ基板で、この基板上に高ＡｌＡｓ
混晶比のｐ型のＡｌＧａＡｓ（ｘ＞０．７）クラッド層
１２が形成され、このｐ型クラッド層１２の上に発光波
長に必要なＡｌＡｓ結晶比のＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ活性
層１３が形成されている。この活性層１３上には、上記
ｐ型クラッド層１２と同等のＡｌＡｓ混晶比のｎ型のＡ
ｌＧａＡｓクラッド層１４が形成され、それぞれｐ型不
純物としてＺｎ、ｎ型不純物としてＴｅが添加されてい
る。上記ＧａＡｓ基板１１の裏面側には、Ａｕ系ｐ−電
極１５、ｎ型クラッド層１４の上面には、Ａｕ系ｎ−電
極１６が形成されている。結晶の成長は、徐冷法による
液相エピタキシャル成長により行った。
【０００８】その成長の手順は次のようにして行った。
上記各層の組成になるように液相の組成を調整し、これ
らの溶液組成の成長用ボート（治具）を、水素（Ｈ2)ガ
ス雰囲気中で室温から９００℃まで上昇させ、この温度
を１〜２時間保持した後、冷却速度０．３℃／min.で徐
々に冷却させ、８９０℃、８５０℃でｐ型クラッド層１
２、ｐ型活性層１３をそれぞれ成長する。その後、ｎ型
クラッド層１４を引き続いて数時間成長させた後、室温
まで自然冷却する。このようにして、ｐ型クラッド層１
０〜２０μｍ、活性層０．５〜１．５μｍ、ｎ型クラッ
ド層１０〜５０μｍの発光素子のウェハが得られる。そ
の後、このエピタキシャルウェハの両面に、オーミック
電極１５，１６を形成することによって発光素子のチッ
プが得られる。
上記各層の組成になるように液相の組成を調整し、これ
らの溶液組成の成長用ボート（治具）を、水素（Ｈ2)ガ
ス雰囲気中で室温から９００℃まで上昇させ、この温度
を１〜２時間保持した後、冷却速度０．３℃／min.で徐
々に冷却させ、８９０℃、８５０℃でｐ型クラッド層１
２、ｐ型活性層１３をそれぞれ成長する。その後、ｎ型
クラッド層１４を引き続いて数時間成長させた後、室温
まで自然冷却する。このようにして、ｐ型クラッド層１
０〜２０μｍ、活性層０．５〜１．５μｍ、ｎ型クラッ
ド層１０〜５０μｍの発光素子のウェハが得られる。そ
の後、このエピタキシャルウェハの両面に、オーミック
電極１５，１６を形成することによって発光素子のチッ
プが得られる。
【０００９】このようにして得られた発光素子の特性
を、図２、図３及び図４に示す。図２にｐ型クラッド層
１２、ｎ型クラッド層１４のキャリア濃度を一定とした
ときの、活性層１３のキャリア濃度と発光出力との関係
を、図３にｐ型クラッド層１２、活性層１３のキャリア
濃度を一定としたときの、ｎ型クラッド層１４のキャリ
ア濃度と発光出力との関係を示すものである。図２に示
すように、活性層１３のキャリア濃度には最適値があ
り、８〜２０×１０17の範囲で最高となり、それより低
濃度あるいは高濃度でも発光効率は低下する。また、ｎ
型クラッド層のキャリア濃度は、図３に示すように１×
１０17より高濃度であると、発光効率は極端に低下する
ことが判明した。
を、図２、図３及び図４に示す。図２にｐ型クラッド層
１２、ｎ型クラッド層１４のキャリア濃度を一定とした
ときの、活性層１３のキャリア濃度と発光出力との関係
を、図３にｐ型クラッド層１２、活性層１３のキャリア
濃度を一定としたときの、ｎ型クラッド層１４のキャリ
ア濃度と発光出力との関係を示すものである。図２に示
すように、活性層１３のキャリア濃度には最適値があ
り、８〜２０×１０17の範囲で最高となり、それより低
濃度あるいは高濃度でも発光効率は低下する。また、ｎ
型クラッド層のキャリア濃度は、図３に示すように１×
１０17より高濃度であると、発光効率は極端に低下する
ことが判明した。
【００１０】次に、図４にｎ型クラッド層の層厚と発光
出力との関係を示す。この第４図から明らかなように、
１０〜４０μｍの範囲で、光出力が一定で安定している
ことが判明した。４０μｍ以上で光出力の低下がみられ
る原因は、ｎ型クラッド層の成長時間が長時間化するた
め、ｐ型不純物のＺｎが拡散するためである。このよう
にｐ型、ｎ型の不純物領域を選定することによって、ｎ
型クラッド層の層厚を厚くする必要のない、高い発光効
率を持つ発光素子を得ることができる。
出力との関係を示す。この第４図から明らかなように、
１０〜４０μｍの範囲で、光出力が一定で安定している
ことが判明した。４０μｍ以上で光出力の低下がみられ
る原因は、ｎ型クラッド層の成長時間が長時間化するた
め、ｐ型不純物のＺｎが拡散するためである。このよう
にｐ型、ｎ型の不純物領域を選定することによって、ｎ
型クラッド層の層厚を厚くする必要のない、高い発光効
率を持つ発光素子を得ることができる。
【００１１】本発明は、ＧａＡｓ基板を除去しない場合
について説明したが、基板については除去したものも同
様であって、本発明の範囲に含まれる。
について説明したが、基板については除去したものも同
様であって、本発明の範囲に含まれる。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、活性層、ｎ型クラッド
層のキャリア濃度を、最適に形成することにより、各々
の成長層厚の精密制御を必要とせず、しかもｎ型クラッ
ド層を厚くする必要もないので、量産効果に優れた発光
素子の製造が可能である。
層のキャリア濃度を、最適に形成することにより、各々
の成長層厚の精密制御を必要とせず、しかもｎ型クラッ
ド層を厚くする必要もないので、量産効果に優れた発光
素子の製造が可能である。
【図１】本発明の一実施例の発光素子の構造を示す断面
図。
図。
【図２】活性層のキャリア濃度と発光出力との関係を示
す図。
す図。
【図３】ｎ型クラッド層のキャリア濃度と発光出力との
関係を示す図。
関係を示す図。
【図４】ｎ型クラッド層の層厚と発光出力との関係を示
す図である。
す図である。
１１…ＧａＡｓ結晶基板 １２…ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層 １３…ＧａＡｌＡｓ活性層 １４…ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層 １５，１６…オーミック電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 幸代 神奈川県川崎市多摩区登戸3816 三菱レイ ヨン株式会社東京研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板上に形成された
第１導電型の第１の成長層と、前記第１の成長層上に形
成され、前記第１の成長層より不純物濃度が高い第１導
電型の第２の成長層と、前記第２の成長層上に形成さ
れ、前記第２の成長層より不純物濃度が低い第２導電型
の第３の成長層を有している半導体発光素子において、
前記第２の成長層の不純物濃度が８×１０17〜３×１０
18cm-3、前記第３の成長層の不純物濃度が１×１０17cm
-3以下であり、前記第３の成長層の厚さが５０μｍ以下
であることを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP842092A JPH05198837A (ja) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP842092A JPH05198837A (ja) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05198837A true JPH05198837A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=11692636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP842092A Pending JPH05198837A (ja) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05198837A (ja) |
-
1992
- 1992-01-21 JP JP842092A patent/JPH05198837A/ja active Pending
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