JPH05291617A - Semiconductor light emitting device - Google Patents
Semiconductor light emitting deviceInfo
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- JPH05291617A JPH05291617A JP8912392A JP8912392A JPH05291617A JP H05291617 A JPH05291617 A JP H05291617A JP 8912392 A JP8912392 A JP 8912392A JP 8912392 A JP8912392 A JP 8912392A JP H05291617 A JPH05291617 A JP H05291617A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、主として表示用に用い
られる半導体発光素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device mainly used for display.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体発光素子の材料としては、従来A
lGaAs系混晶が広く用いられてきた。しかし、この
材料系で発光素子を作製するとき、波長660nm(赤
色)より短波長では効率が低下してしまうという問題が
あった。その点を克服するためAlGaInP系の材料
が精力的に開発されているが、波長590nm(黄色)
より短波長では高効率を示すものが得られていない。さ
らに短波長の半導体発光素子(発光ダイオード:LE
D)としてはGaP系のものがあり、波長565nm
(黄緑色)を得ているが、最高輝度を示す波長毎に比較
した効率においては、AlGaAs系あるいはAlGa
InP系に比べて極めて悪い。2. Description of the Related Art Conventional materials for semiconductor light emitting devices are
lGaAs-based mixed crystals have been widely used. However, when a light emitting device is manufactured using this material system, there is a problem that the efficiency is reduced at a wavelength shorter than 660 nm (red). AlGaInP-based materials have been energetically developed to overcome this problem, but the wavelength is 590 nm (yellow).
Higher efficiency has not been obtained at shorter wavelengths. Shorter wavelength semiconductor light emitting device (light emitting diode: LE
As D), there is a GaP type, which has a wavelength of 565 nm.
(Yellowish green) is obtained, but in the efficiency compared with each wavelength showing the highest brightness, AlGaAs system or AlGa
It is extremely worse than the InP type.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】GaP系黄緑色LED
の効率が悪い原因として、次の2点が考えられる。 GaPが間接遷移であり、発光中心となる不純物Nを
ドープしているが、直接遷移に比べて発光効率が劣る。 通常のGaP発光素子はホモ接合構造であり、キャリ
ア(電子・ホール)を発光層に閉じ込める構造を有さな
いため、キャリアが発光層からあふれ、その外側で非発
光遷移をする。 は本質的な問題であるため、他のワイドバンドギャッ
プ直接遷移発光材料を用いることにより解決しようとす
る試みが盛んに行われているが、現時点では別の問題点
が幾つか生じて高効率のものが得られていない。 については、GaPよりバンドギャップが広く、Ga
Pに格子整合するAlPをキャリアバリア層(以下この
ような働きをする層を単にバリア層と記す)として用い
ることにより、キャリアを閉じ込め、高効率を図ること
が試みられているが、好効果が得られていない。この解
釈としては、AlPが非常に空気によって腐食されやす
く、良質の結晶が得られないためとされていたが、超格
子を用いた最新の研究によって、もっと原理的な問題が
あることが明らかになった。GaP yellow-green LED
The following two points can be considered as the causes of the inefficiency of. GaP is an indirect transition and is doped with an impurity N that serves as an emission center, but the emission efficiency is inferior to that of the direct transition. Since a normal GaP light emitting device has a homojunction structure and does not have a structure for confining carriers (electrons / holes) in the light emitting layer, carriers overflow from the light emitting layer and make a non-light emitting transition outside thereof. Since this is an essential problem, many attempts have been made to solve it by using other wide band gap direct transition light emitting materials, but at the present time, there are some other problems and high efficiency. Things have not been obtained. Has a wider band gap than GaP,
It has been attempted to confine carriers and achieve high efficiency by using AlP that is lattice-matched to P as a carrier barrier layer (hereinafter, a layer having such a function will be simply referred to as a barrier layer). Not obtained. This interpretation was attributed to the fact that AlP is very easily corroded by air, and good quality crystals cannot be obtained, but the latest research using superlattices revealed that there are more fundamental problems. became.
【0004】その問題とは、GaP−AlP界面では、
図7(a)に示すように、ホールのGaPへの閉じ込め
は得られるものの、電子のGaPへの閉じ込め構造が得
られないことである。このように電子・ホールの一方し
か閉じ込められないヘテロ接合構造をタイプIIと呼ぶこ
とにする。一方、GaAs−AlAs界面では、図7
(b)のように、GaAs側に電子・ホールとも閉じ込
められる。このようなヘテロ接合構造をタイプIと呼ぶ
ことにする。The problem is that at the GaP-AlP interface,
As shown in FIG. 7A, the confinement of holes in GaP can be obtained, but the confinement structure of electrons in GaP cannot be obtained. A heterojunction structure in which only one of electrons and holes is confined in this way is called Type II. On the other hand, at the GaAs-AlAs interface, as shown in FIG.
As shown in (b), both electrons and holes are confined on the GaAs side. Such a heterojunction structure will be called type I.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】この発明は、基板上に発
光層が(Aly Ga1-y )X In1-X P(0≦x,y≦
1)の組成からなるpn接合が形成された半導体発光素
子において、バリア層が該発光層に隣接して形成され、
その組成が(Aln Ga1-n )m In1-m P(0≦m,
n≦1)であり、該バリア層中に圧縮または引っ張り歪
みを有することを特徴とする半導体発光素子を提供す
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention, light-emitting layer on the substrate (Al y Ga 1-y) X In 1-X P (0 ≦ x, y ≦
In a semiconductor light emitting device in which a pn junction having the composition of 1) is formed, a barrier layer is formed adjacent to the light emitting layer,
Its composition is (Al n Ga 1-n ) m In 1-m P (0 ≦ m,
There is provided a semiconductor light emitting device characterized in that n ≦ 1) and that the barrier layer has compression or tensile strain.
【0006】この発明の基板は、GaP,GaAs,S
i、ZnSeなどが利用でき、好ましくはGaP,Ga
Asである。発光層は周知の(Aly Ga1-y )X In
1-X Pの組成よりなるものである。バリア層はその組成
が(Aln Ga1-n )m In1-m Pであり、m,nの範
囲は0 〜1 である。さらにmの範囲は、基板がGaPの
場合好ましくは0.4〜1であり、基板がGaAsの場
合好ましくは0.4〜0.8である。The substrate of the present invention is made of GaP, GaAs, S.
i, ZnSe and the like can be used, and GaP and Ga are preferable.
It is As. The light-emitting layer is known (Al y Ga 1-y) X In
It has a composition of 1-XP . The composition of the barrier layer is (Al n Ga 1-n ) m In 1-m P, and the range of m and n is 0 to 1. Further, the range of m is preferably 0.4 to 1 when the substrate is GaP, and preferably 0.4 to 0.8 when the substrate is GaAs.
【0007】歪みバリア層の厚さは、格子欠陥が生じな
い臨界膜厚の範囲であればできるだけ大きく取ればよ
い。ただし臨界膜厚は歪み量に反比例して減少する。そ
の範囲は一般には1000Å以下であり、好ましくは3
00Åである。バリア層の作製法は、MBE法(分子線
成長法)、VPE法(気相成長法)、LPE法(液相成
長法)などが適用できる。The thickness of the strain barrier layer may be set as large as possible within a critical film thickness range where lattice defects do not occur. However, the critical film thickness decreases in inverse proportion to the amount of strain. The range is generally 1000 Å or less, preferably 3
It is 00Å. As a method for forming the barrier layer, an MBE method (molecular beam growth method), a VPE method (vapor phase growth method), an LPE method (liquid phase growth method), or the like can be applied.
【0008】バリア層への圧縮または引っ張り応力の負
荷はバリア層のバルクでの格子定数が下地の格子定数と
異なる様にバリア層の組成を設定し、バリア層の格子定
数が下地の格子定数に合わし込まれて結晶成長する様、
バリア層の厚さ及び結晶成長条件を制御する事によって
与えられる。本発明では、発光層にAlGaInP系材
料を用いた発光素子において、バリア層と発光層が格子
整合した材料を用いたヘテロ接合がタイプII、あるいは
所望のバリア高さが得られないタイプIとなる場合に、
キャリアの閉じ込めを図るために、バリア層の発光層に
隣接する部分を、発光層に格子接合せず、格子欠陥が生
じない程度の薄い膜とした歪み層で形成することによっ
て、より高いバリア障壁を有するタイプIのヘテロ接合
を実現し、発光効率の向上を図る。The load of compressive or tensile stress on the barrier layer is set so that the lattice constant of the bulk of the barrier layer is different from the lattice constant of the underlayer, and the lattice constant of the barrier layer is set to the lattice constant of the underlayer. So that they will fit together and grow crystals,
It is provided by controlling the thickness of the barrier layer and the crystal growth conditions. According to the present invention, in the light emitting element using the AlGaInP-based material for the light emitting layer, the heterojunction using the material in which the barrier layer and the light emitting layer are lattice-matched is the type II or the type I in which the desired barrier height is not obtained. In case,
In order to confine carriers, the portion of the barrier layer adjacent to the light emitting layer is formed by a strained layer that is a thin film that does not cause lattice defects and does not form a lattice junction with the light emitting layer, thereby providing a higher barrier barrier. To realize a type I heterojunction having the above structure and improve the light emission efficiency.
【0009】発光層は直接遷移でも間接遷移でもよく、
発光中心となる不純物を入れても入れなくてもよい。The light emitting layer may be a direct transition or an indirect transition,
It is possible to add or not to add an impurity that becomes a luminescence center.
【0010】[0010]
【作用】AlGaInP系材料で発光層としてGaPを
用いる場合を例にとって説明する。GaPと格子整合す
る材料はInを含まないAlX Ga1-X P(0≦x≦
1)であるが、この材料をバリア層にしたときGaP発
光層とのヘテロ接合はxが幾らであってもタイプIIとな
るため電子を閉じ込めることができず、発光効率はタイ
プIの場合に比べて大幅に劣る。そこで格子整合の条件
は満たさなくなるが、バリア層をAlGaInPとした
ときにGaP発光層との間でタイプIのヘテロ接合とな
る場合があるかを考察する。The operation will be described by taking as an example the case where GaP is used as the light emitting layer with an AlGaInP-based material. The material that lattice-matches with GaP is Al x Ga 1 -X P (0 ≦ x ≦
In 1), when this material is used as a barrier layer, the heterojunction with the GaP light emitting layer is of type II no matter how many x, no electrons can be confined, and the luminous efficiency is of type I. Significantly inferior. Therefore, although the condition for lattice matching is not satisfied, it is considered whether or not a type I heterojunction may form with the GaP light emitting layer when the barrier layer is AlGaInP.
【0011】接合がタイプIとなるためには、バリア層
のバンドギャップが発光層のバンドギャップより大きい
事のほか、バリア層の伝導帯レベルが発光層の伝導帯レ
ベルより高い必要がある。伝導帯レベルを、Ga0.5 I
n0.5 Pに対する相対値ΔEc0で表すことにする。図
8に横軸を格子定数、縦軸をバンドギャップエネルギー
とし、Ga0.5 In 0.5 P(点U)を基準にしたΔEc
0 の等高線を書き加えたAlGaInP系の状態図を示
す。ΔEc0 はAlP(点Q)、InP(点T)でそれ
ぞれ極小値となり、Ga0.8 In0.P(点V)とAl
0.4 In0.6 P(点S)を結ぶ線上で高くなり、特にA
l0.4 In0.6 P(点S)で極大値となる。領域PQS
Vが間接遷移領域、領域STVが直接遷移領域である。
GaP(点P)に対してタイプIの接合となるバリア層
は、GaP(点P)と等しいΔEc0の線PRより下
側、GaP(点P)と等しいバンドギャップの線PWよ
り上側でなければいけない。この条件が同時に成り立つ
領域PRSWがGaPに対する歪みバリアの組成として
適した範囲である。なお、ここでの議論では量子効果お
よび歪みによるバンドギャップの変化は考慮されていな
い。厳密にこれらの点も考慮すると領域PRSWの外側
(例えば点V)でも歪みバリアとして用いることのでき
る場合がある。In order for the junction to be type I, the barrier layer
Band gap is larger than the band gap of the light emitting layer
In addition, the conduction band level of the barrier layer depends on the conduction band level of the light emitting layer.
Must be higher than the bell. The conduction band level is Ga0.5I
n0.5Relative value to P ΔEc0Will be represented by. Figure
8, the horizontal axis is the lattice constant and the vertical axis is the band gap energy
And Ga0.5In 0.5ΔEc based on P (point U)
0Shows the phase diagram of the AlGaInP system with the contour lines added.
You ΔEc0Is AlP (point Q), InP (point T)
Each has a minimum value and Ga0.8In0.P (point V) and Al
0.4In0.6It becomes higher on the line connecting P (point S), especially A
l0.4In0.6It has a maximum value at P (point S). Area PQS
V is an indirect transition region, and region STV is a direct transition region.
Barrier layer that is a type I junction to GaP (point P)
Is ΔEc equal to GaP (point P)0Below the line PR
Side, line PW with a bandgap equal to GaP (point P)
Must be above. This condition holds at the same time
The region PRSW is the composition of the strain barrier for GaP.
It is a suitable range. Note that the quantum effect and
And bandgap changes due to strain are not taken into account
Yes. Strictly considering these points, the outside of the region PRSW
Can be used as a strain barrier even at (eg point V)
There are cases where
【0012】一般には格子整合条件が満たされないヘテ
ロ接合では格子欠陥が多いため発光素子に用いるには不
適であるが、非常に薄い膜では、圧縮(または引っ張
り)応力が存在した状態で格子欠陥を生じないようにす
ることができる。格子欠陥が生じない状態で存在し得る
最大膜厚は、例えばGaAs上に成長されたInGaA
s薄膜では歪み量が1%の時に約90Åとされ、歪み量
に反比例して減少する。歪みバリア層はこのような薄膜
で構成される。Generally, a heterojunction which does not satisfy the lattice matching condition has many lattice defects and is therefore unsuitable for use in a light emitting device. However, in a very thin film, the lattice defects are generated in the presence of compressive (or tensile) stress. You can prevent it from happening. The maximum film thickness that can exist without the occurrence of lattice defects is, for example, InGaA grown on GaAs.
In the s thin film, when the strain amount is 1%, it is about 90Å, and decreases in inverse proportion to the strain amount. The strain barrier layer is composed of such a thin film.
【0013】[0013]
【実施例】以下では、実施例に基づき本発明を詳細に説
明する。The present invention will be described in detail below based on examples.
【0014】実施例1 実施例1では、作用の説明で示した様に、GaP(図8
点P)を発光層とし、(Al0.3 Ga0.7 )0.8 In
0.2 P(点X)をp側の歪みバリア層とした。素子の断
面図を図1に示す。MOCVD型(Metal Organic Chem
ical Vaper Deposition:有機金属気相成長法)によって
n型GaP基板10上に、n型GaPバッファ層11、
アンドープAl0.2 Ga0.8 Pホールバリア層12、N
ドープGaP発光層13、アンドープ(Al0.3 Ga
0.7 )0.8 In0.2 P歪みバリア層14(圧縮応力、厚
さ70Å)、p型Aln Ga1-n Pグレーデッドバンド
ギャップ層15(nが0.1から0まで変化)、p型G
aPキャップ層16を成長する。基板裏面及びエピタキ
シ表面のそれぞれ一部分に、裏面電極17および表面電
極18を形成する。Example 1 In Example 1, as shown in the explanation of the operation, GaP (FIG.
Point P) is used as a light emitting layer, and (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.8 In
0.2 P (point X) was used as the p-side strain barrier layer. A cross-sectional view of the device is shown in FIG. MOCVD type (Metal Organic Chem
n-type GaP buffer layer 11 on the n-type GaP substrate 10 by ical vapor deposition (metal organic chemical vapor deposition).
Undoped Al 0.2 Ga 0.8 P hole barrier layer 12, N
Doped GaP light emitting layer 13, undoped (Al 0.3 Ga
0.7 ) 0.8 In 0.2 P strain barrier layer 14 (compressive stress, thickness 70Å), p-type Al n Ga 1-n P graded band gap layer 15 (n changes from 0.1 to 0), p-type G
The aP cap layer 16 is grown. A back electrode 17 and a front electrode 18 are formed on a part of each of the back surface of the substrate and the epitaxy surface.
【0015】この素子では発光波長に対して基板10お
よび各層が透明であるので、光は表面・裏面の電極に遮
られない部分、および側面から出射する。本素子の波長
は565nm(黄緑色)、外部量子効率は1.5%で、
従来のホモ接合型LEDにおける外部量子効率0.3%
の約5倍であった。電流注入時の素子のバンドエネルギ
ー図を図2(a)に示す。Efeは電子の擬フェルミレ
ベル、Efhはホールの擬フェルミレベルであり、両者
の差がeV(eは素電荷量、Vは印加電圧)となる。n
型基板10から注入され伝導帯を流れる電子に着目する
と、伝導帯はn型GaPバッファ層11からn型Al
0.2 Ga0.8 Pホールバリア層12にかけて落ち込む
が、この領域にはホールが存在しないので電子が飽和
し、GaP発光層13まで注入される。歪みバリア層1
4のため室温においては大部分の電子がこの障壁を乗り
越えることはない。一方p型GaPキャップ層に注入さ
れたホールはp型グレーデッドバリア層15へ侵入し、
歪みバリア層14に落ち込む。ここでは電子がないため
ホールはさらに発光層13へ進み、電子と発光再結合も
しくは非発光再結合する。In this element, since the substrate 10 and each layer are transparent with respect to the emission wavelength, light is emitted from the portions not covered by the electrodes on the front and back surfaces and the side surfaces. The wavelength of this device is 565 nm (yellowish green), the external quantum efficiency is 1.5%,
External quantum efficiency of 0.3% in conventional homojunction LED
Was about 5 times. A band energy diagram of the device at the time of current injection is shown in FIG. Efe is the pseudo-Fermi level of electrons and Efh is the pseudo-Fermi level of holes, and the difference between them is eV (e is the elementary charge amount, V is the applied voltage). n
Focusing on the electrons injected from the mold substrate 10 and flowing in the conduction band, the conduction band is from the n-type GaP buffer layer 11 to the n-type Al.
Although it falls down to the 0.2 Ga 0.8 P hole barrier layer 12, since there are no holes in this region, electrons are saturated and injected into the GaP light emitting layer 13. Strain barrier layer 1
Therefore, most of the electrons do not get over this barrier at room temperature. On the other hand, the holes injected into the p-type GaP cap layer enter the p-type graded barrier layer 15,
It falls into the strain barrier layer 14. Here, since there are no electrons, the holes further proceed to the light emitting layer 13 and are radiatively or non-radiatively recombined with the electrons.
【0016】各層の歪みを図2(b)に示す。歪みバリ
ア層14だけに強い圧縮歪みがかかり、その他の部分で
は歪みは生じていない。この実施例に関して以下の変形
が可能である。Al0.2 Ga0.8 Pホールバリア層12
は、n型でもi型(アンドープ)でもよい。(Al0.3
Ga0.7 )0.8 In0.2 P歪みバリア層14は、p型で
もi型(アンドープ)でもよい。The strain of each layer is shown in FIG. A strong compressive strain is applied only to the strain barrier layer 14, and no strain occurs in other portions. The following modifications are possible for this embodiment. Al 0.2 Ga 0.8 P hole barrier layer 12
May be n-type or i-type (undoped). (Al 0.3
The Ga 0.7 ) 0.8 In 0.2 P strain barrier layer 14 may be p-type or i-type (undoped).
【0017】n側バリア層12も歪みバリア層としても
よい。例えば(Ga0.5 Al0.5 Ga0.5 )0.8 In
0.2 Pとすると、GaP発光層13とΔEc0 が等しい
ため電子の落ち込みがなく、ホールに対してはバリア層
として働く。p型グレーデッドバリア層15はなくても
よく、直接p型キャップ層16と歪みバリア層14が接
していてもよい。The n-side barrier layer 12 may also be a strain barrier layer. For example, (Ga 0.5 Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.8 In
At 0.2 P, since ΔEc 0 is equal to that of the GaP light emitting layer 13, there is no electron drop and it functions as a barrier layer against holes. The p-type graded barrier layer 15 may be omitted, and the p-type cap layer 16 and the strain barrier layer 14 may be in direct contact with each other.
【0018】発光層13へドープする発光中心不純物
は、N以外に、Bi、ZnとO、ZnとS、ZnとS
e、ZnとTe、MgとS、MgとSe、MgとTeな
どであってもよく、また不純物を全く含まなくてもよ
い。歪みバリア層14はAlを含まないGaInPであ
ってもよい。例えばGa0. 1 In0.2 P歪みバリア層1
4”を用いると、GaPより僅かにバンドギャップが小
さいため、光吸収などが生じ不都合が生じるように思わ
れるが、歪みバリア層の厚さが極めて薄いため、量子効
果によりホールの準位が量子化され、また圧縮歪みによ
るバンド拡大効果が生じることから、特に効率が低下す
る事はなく、腐食性の高いAlを用いないため信頼性の
点で有利となる。The emission center impurities to be doped into the light emitting layer 13 are Bi, Zn and O, Zn and S, Zn and S, in addition to N.
e, Zn and Te, Mg and S, Mg and Se, Mg and Te, etc. may be used, and impurities may not be contained at all. The strain barrier layer 14 may be GaInP containing no Al. For example Ga 0. 1 In 0.2 P strained barrier layer 1
When 4 ″ is used, the band gap is slightly smaller than that of GaP, and it seems that light absorption or the like occurs, which causes inconvenience, but since the strain barrier layer is extremely thin, the quantum effect causes the hole level to be quantum. In addition, since the effect of increasing the band width and the band expansion effect due to the compressive strain are generated, the efficiency is not particularly reduced, and since highly corrosive Al is not used, it is advantageous in terms of reliability.
【0019】実施例2 素子の断面図を図3に示す。MOCVD法によって、p
型GaP基板20上に、p型Aln Ga1-n Pグレーデ
ッドバンドギャップ層21(nは0から0.5まで変
化)、アンドープAl0.75In0.25P歪みバリア層22
(圧縮応力状態、厚さ30Å)、NドープAl0.5 Ga
0.5 P発光量23、アンドープAl0.8 In0.2 P歪み
バリア層24(圧縮応力、厚さ50Å)、p型Aln G
a1-n Pグレーデッドバリア層25(nが0.5から1
まで変化)、p型AlPキャップ層26を成長する。さ
らにSiO2 保護層27をスパッタ法で形成した後、保
護層27を一部除去し、その除去した上に表面電極28
を形成し、基板裏面に裏面電極29を形成する。Example 2 A sectional view of the device is shown in FIG. P by MOCVD method
A p-type Al n Ga 1-n P graded bandgap layer 21 (n changes from 0 to 0.5) and an undoped Al 0.75 In 0.25 P strain barrier layer 22 on the Ga Ga substrate 20.
(Compressive stress state, thickness 30Å), N-doped Al 0.5 Ga
0.5 P emission amount 23, undoped Al 0.8 In 0.2 P strain barrier layer 24 (compressive stress, thickness 50Å), p-type Al n G
a 1-n P graded barrier layer 25 (n is 0.5 to 1)
Until the p type AlP cap layer 26 is grown. Further, a SiO 2 protective layer 27 is formed by a sputtering method, and then the protective layer 27 is partially removed.
Then, the back surface electrode 29 is formed on the back surface of the substrate.
【0020】この素子では基板20が発光波長を吸収す
るため、光は一部側面から出射するほかは表面から出射
する。発光波長は540nm(緑色)であった。In this element, since the substrate 20 absorbs the emission wavelength, the light is emitted from the side surface as well as a part of the side surface. The emission wavelength was 540 nm (green).
【0021】実施例3 実施例3では、直接遷移領域となるAlGaInPで発
光層を形成した発光素子に歪みバリア層を適用した。G
aAsに格子整合する(Aln Ga1-n )0.5 In0.5
P系のΔEc0 は、x=0,0.7,1の各場面につい
てそれぞれ0,+0.19,+0.12eVとなり、x
=0.7でΔEc0 は最大となる。一方緑色の発光を実
現するためには発光層のnとして0.6程度が必要とな
り、そのΔEc0 は+0.16eVとなるため、バリア
層としてn=0.7の系を用いても伝導帯バリアとして
は0.03eVしか得られない。Example 3 In Example 3, a strain barrier layer was applied to a light emitting device in which a light emitting layer was formed of AlGaInP which was a direct transition region. G
Lattice-matched to aAs (Al n Ga 1-n ) 0.5 In 0.5
ΔEc 0 of the P system is 0 , +0.19, +0.12 eV for each scene of x = 0, 0.7, 1 and x
= 0.7, ΔEc 0 becomes maximum. On the other hand, in order to realize green light emission, n of the light emitting layer needs to be about 0.6, and ΔEc 0 thereof is +0.16 eV. Therefore, even if a system of n = 0.7 is used as the barrier layer, the conduction band is decreased. Only 0.03 eV can be obtained as a barrier.
【0022】歪みバリア層としてAl0.4 In0.6 P
(図8点S)を用いると、ΔEc0 は+0.22eV
(推定値)となるため、伝導帯バリアとして0.06e
Vが得られることになる。素子の断面図を図5に示す。
MOCVD法によって、p型GaAs基板30上に、p
型(Alx Ga1-x )0.5 In0.5 Pグレーデッドバン
ドギャップ層31(xが0から0.7へ変化)、アンド
ープAl0.4 In0.6 歪みバリア層32(圧縮応力状
態、厚さ80Å)、アンドープ(Al0.4 Ga0.6 )
0.5 In0.5 P発光層33、n型(Al0.5 Ga0.5 )
0.6 In0.4 P歪みバリア層34(引っ張り応力状態、
厚さ60Å)、n型Al0.5 In0.5 Pバリア層35、
n型(Aln Ga1-x )0.5 In0.5 Pグレーデッドバ
ンドギャップ層36(xが1から0まで変化)、n型G
aAsキャップ層37を成長する。その上に表面電極3
8を形成し、38を一部エッチングし、38をマスクに
してn型グレーデッドバンドギャップ層36・n型キャ
ップ層37を一部除去する。基板裏面に裏面電極39を
形成する。Al 0.4 In 0.6 P as a strain barrier layer
Using (S in FIG. 8), ΔEc 0 is +0.22 eV.
(Estimated value), so 0.06e as a conduction band barrier
V will be obtained. A cross-sectional view of the device is shown in FIG.
By the MOCVD method, p
Type (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P graded band gap layer 31 (x changes from 0 to 0.7), undoped Al 0.4 In 0.6 strain barrier layer 32 (compressive stress state, thickness 80 Å), Undoped (Al 0.4 Ga 0.6 )
0.5 In 0.5 P light emitting layer 33, n-type (Al 0.5 Ga 0.5 ).
0.6 In 0.4 P strain barrier layer 34 (tensile stress state,
Thickness 60 Å), n-type Al 0.5 In 0.5 P barrier layer 35,
n-type (Al n Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P graded bandgap layer 36 (x changes from 1 to 0), n-type G
The aAs cap layer 37 is grown. Surface electrode 3 on it
8 is formed, 38 is partially etched, and the n-type graded band gap layer 36 and the n-type cap layer 37 are partially removed by using 38 as a mask. A back surface electrode 39 is formed on the back surface of the substrate.
【0023】素子のバンドエネルギー図を図6に示す。
グレーデッドバンドギャップ層31・36をそれぞれ用
いることにより、GaAsとの界面における価電子帯・
伝導帯のノッチが抑えれらている。歪みバリア層32に
よって電子、歪みバリア層34によってホールの発光層
33への閉じ込めが行われる。歪みバリア層34を用い
ることにより、バリア層35との伝導帯でのノッチが生
じない。A band energy diagram of the device is shown in FIG.
By using the graded band gap layers 31 and 36, respectively, the valence band at the interface with GaAs
The conduction band notch is suppressed. The strain barrier layer 32 confines electrons and the strain barrier layer 34 confines holes in the light emitting layer 33. By using the strain barrier layer 34, a notch in the conduction band with the barrier layer 35 does not occur.
【0024】この素子では基板30が発光波長を吸収す
るため、光は表面および側面から出射する。発光波長は
557nm(緑色)であった。本実施例において発光層
は直接遷移であるが、間接遷移に近いため、発光中心と
なる不純物(Nなど)をドープすることにより発光輝度
が増す。ただし、その場合発光波長が若干長波長とな
る。In this element, since the substrate 30 absorbs the emission wavelength, light is emitted from the surface and the side surface. The emission wavelength was 557 nm (green). In the present embodiment, the light emitting layer has a direct transition, but since it is close to an indirect transition, the emission brightness is increased by doping an impurity (N or the like) serving as an emission center. However, in that case, the emission wavelength becomes slightly longer.
【0025】[0025]
【発明の効果】ワイドバンドギャップで赤色〜黄色〜緑
色の発光素子に用いることができるAlGaInP系半
導体は、特に黄色〜緑色の短波長発光において、格子整
合するヘテロ接合によっては発光層への電子・ホールの
閉じ込めが困難となる。本発明は、バリア層に歪みを与
えた層を用いることによって、発光層に電子・ホールを
有効に閉じ込めることができる。従って本発明は、特に
黄色〜緑色半導体発光素子の高効率化に大いに役立つ。EFFECTS OF THE INVENTION AlGaInP semiconductors that can be used for red to yellow to green light emitting devices with a wide bandgap are particularly suitable for short wavelength light emission from yellow to green. It becomes difficult to confine the holes. In the present invention, electrons and holes can be effectively confined in the light emitting layer by using a strained layer for the barrier layer. Therefore, the present invention is particularly useful for increasing the efficiency of yellow to green semiconductor light emitting devices.
【図1】実施例1の半導体発光素子の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device of Example 1.
【図2】実施例1の半導体発光素子のエネルギーバンド
図および歪み量の図である。FIG. 2 is an energy band diagram and a strain amount diagram of the semiconductor light emitting device of Example 1.
【図3】実施例2の半導体発光素子の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor light emitting device of Example 2.
【図4】実施例2の半導体発光素子のエネルギーバンド
図である。FIG. 4 is an energy band diagram of the semiconductor light emitting device of Example 2.
【図5】実施例3の半導体発光素子の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor light emitting device of Example 3.
【図6】実施例3の半導体発光素子のエネルギーバンド
図である。6 is an energy band diagram of the semiconductor light emitting device of Example 3. FIG.
【図7】ヘテロ接合におけるタイプIIおよびタイプIの
バンド不連続の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of type II and type I band discontinuities in a heterojunction.
【図8】AlGaInP系材料の格子定数とバンドギャ
ップエネルギーの関係の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of the relationship between the lattice constant and the band gap energy of an AlGaInP-based material.
10 n型GaP基板 11 n型GaPバッファ層 12 AlGaPホールバリア層 13 GaP:N発光層 14 AlGaInP歪みバリア層 15 p型AlGaPグレーデッドバンドギャップ層 16 p型GaPキャップ層 17 表面電極 18 裏面電極 20 p型GaP基板 21 p型AlGaPグレーデッドバンドギャップ層 22 AlInP歪みバリア層 23 n型AlGaP発光層 24 AlInP歪みバリア層 25 p型AlGaPグレーデットバリア層 26 p型AlPキャップ層 27 SiO2 保護層 28 表面電極 29 裏面電極 30 p型GaAs基板 31 p型AlGaInPグレーデッドバンドギャップ
層 32 AlGaInP歪みバリア層 33 AlGaInP発光層 34 n型AlGaInP歪みバリア層 35 n型AlInPバリア層 36 n型AlGaInPグレーデッドバンドギャップ
層 37 n型GaAsキャップ層 38 表面電極 39 裏面電極10 n-type GaP substrate 11 n-type GaP buffer layer 12 AlGaP hole barrier layer 13 GaP: N light-emitting layer 14 AlGaInP strain barrier layer 15 p-type AlGaP graded bandgap layer 16 p-type GaP cap layer 17 front surface electrode 18 back electrode 20 p -Type GaP substrate 21 p-type AlGaP graded band gap layer 22 AlInP strain barrier layer 23 n-type AlGaP light-emitting layer 24 AlInP strain barrier layer 25 p-type AlGaP graded barrier layer 26 p-type AlP cap layer 27 SiO 2 protective layer 28 surface electrode 29 Backside Electrode 30 p-type GaAs Substrate 31 p-type AlGaInP Graded Band Gap Layer 32 AlGaInP Strain Barrier Layer 33 AlGaInP Light Emitting Layer 34 n-type AlGaInP Strain Barrier Layer 35 n-type AlInP Rear layer 36 n-type AlGaInP graded band gap layer 37 n-type GaAs cap layer 38 surface electrode 39 back-surface electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅 康夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 中津 弘志 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 山本 修 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yasuo Suga 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Within Sharp Corporation (72) Hiroshi Nakatsu 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Incorporated (72) Inventor Osamu Yamamoto 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture
Claims (3)
In1-X P(0≦x,y≦1)の組成からなるpn接合
が形成された半導体発光素子において、 バリア層が該発光層に隣接して形成され、その組成が
(Aln Ga1-n )m In1-m P(0≦m,n≦1)で
あり、該バリア層中に圧縮または引っ張り歪みを有する
ことを特徴とする半導体発光素子。1. A light-emitting layer on the substrate (Al y Ga 1-y) X
In a semiconductor light emitting device in which a pn junction having a composition of In 1-X P (0 ≦ x, y ≦ 1) is formed, a barrier layer is formed adjacent to the light emitting layer, and the composition is (Al n Ga 1 -n) is m in 1-m P (0 ≦ m, n ≦ 1), the semiconductor light emitting device characterized by having a compressive or tensile strain in the barrier layer.
に記載された半導体発光素子。2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the composition of the substrate is GaP.
項に記載された半導体発光素子。3. The substrate composition is GaAs.
The semiconductor light emitting device described in the item.
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-
1992
- 1992-04-09 JP JP8912392A patent/JP3209786B2/en not_active Expired - Fee Related
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