JPH0590641A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPH0590641A
JPH0590641A JP27470291A JP27470291A JPH0590641A JP H0590641 A JPH0590641 A JP H0590641A JP 27470291 A JP27470291 A JP 27470291A JP 27470291 A JP27470291 A JP 27470291A JP H0590641 A JPH0590641 A JP H0590641A
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JP
Japan
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layer
diffusion
algaas
current
light emitting
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Application number
JP27470291A
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English (en)
Inventor
Hideaki Watanabe
秀明 渡辺
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電流狭窄構造を有する発光素子において電流
阻止層に電流通路領域を形成するための不純物拡散工程
で、拡散深さの制御を容易にする。 【構成】 n−GaAs基板2の上にn−AlGaAs
下部クラッド層3、p−AlGaAs活性層4、p−A
lGaAs上部クラッド層5、n−InGaP電流ブロ
ック層6、p−AlGaAsキャップ層7を順次成長さ
せる。この後、Zn拡散工程によりキャップ層7から上
部クラッド層5までZnを拡散させ、p−Zn拡散領域
(電流通路領域)8を形成する。ここで、InGaPと
AlGaAsでは拡散スピードが4〜12倍異なるた
め、電流ブロック層6から上部クラッド層5へ拡散が進
むと、拡散スピードが1/4〜1/12に低下するの
で、拡散深さを容易に制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子に関す
る。具体的にいうと、本発明は、AlGaAs系の発光
ダイオードや半導体レーザ素子等の半導体発光素子に関
する。
【0002】
【従来の技術】本願の出願人は、既に電流狭窄構造の半
導体発光素子に関し、特許願平成3年第189214号
として特許出願している。
【0003】図4は上記先願特許出願において開示され
ている上面出射型のAlGaAs系発光ダイオード(L
ED)を示す平面図及び断面図である。
【0004】この半導体発光素子51は、n−GaAs
基板52の上にn−AlGaAs下部クラッド層53、
p−AlGaAs活性層54、p−AlGaAs上部ク
ラッド層55、p−AlGaAs拡散ストップ層56、
n−AlGaAs電流ブロック層57、p−AlGaA
sキャップ層58を順次成長させてpnpn構造を形成
した後、Zn拡散工程によりp−AlGaAsキャップ
層58の上央部から所望の発光径でp−AlGaAs拡
散ストップ層56までZnを拡散させ、p−Zn拡散領
域(電流通路領域)59を形成している。さらに、キャ
ップ層58の上面にp側電極60を設け、n−GaAs
基板52の下面にn側電極61を設けている。
【0005】しかして、電流ブロック層57と拡散スト
ップ層56とによって逆バイアスのpn接合電流阻止層
が形成されており、p−Zn拡散領域59によって電流
ブロック層57の一部をp型に反転させてあり、p−Z
n拡散領域59にのみ電流の流れる電流狭窄構造が実現
されている。
【0006】この半導体発光素子51においては、p−
Zn拡散領域59が確実に電流ブロック層57を抜け、
かつ、p−Zn拡散領域59が活性層54に達すること
のないよう、拡散ストップ層56と上部クラッド層55
との拡散スピードの差を利用してZnの拡散スピードを
制御している。すなわち、Al組成比xのAlxGa1 -x
Asは、図5に示すように、Al組成比xが増加するほ
どZnの拡散スピード(正確にいうと、拡散深さXjと
拡散時間tの平方根との比であって、拡散係数Dの平方
根に比例する。)が大きくなる。そこで、電流ブロック
層57のAl組成比xを比較的大きくし、上部クラッド
層55のAl組成比xを電流ブロック層57のAl組成
比xよりも小さくし、拡散ストップ層56のAl組成比
xを上部クラッド層55のAl組成比xよりも一層小さ
くすることによって、電流ブロック層57と拡散ストッ
プ層56との拡散スピードの比を電流ブロック層57と
上部クラッド層55との拡散スピードの比よりも大きく
し、拡散処理を容易にしている。すなわち、Znは電流
ブロック層57を速やかに拡散し、拡散ストップ層56
に達すると急激に拡散スピードが低下するので、Znが
活性層54に達するのを防止できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような半導体発光素子にあっては、拡散ストップ層のA
l組成比xは活性層のAl組成比xよりも大きく、か
つ、上部クラッド層のAl組成比xよりも小さくなけれ
ばならないので、拡散ストップ層のAl組成比xにも下
限があり、電流ブロック層と拡散ストップ層の拡散スピ
ードの比は最大3倍程度にしかならなかった。
【0008】特に、可視系(発光波長700nm以下)
の発光素子の場合には、活性層のAl組成比xは0.3
以上必要で、上部クラッド層のAl組成比xは0.7程
度であるため、拡散スピードの比は2倍程度しか得られ
ず、拡散深さの制御に限界があた。
【0009】また、拡散ストップ層を必要とするので、
余分に結晶成長の手間がかかるという問題があった。
【0010】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、電流狭窄構
造における電流阻止層に電流通路領域を形成するための
不純物拡散工程において、拡散深さの制御を容易にする
ことにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子は、AlxGa1-xAs(0≦x≦1)活性層の上方
に第1導電型のAlGaAs半導体層と第2導電型のI
nGaP半導体層を順次形成し、当該両半導体層によっ
てpn接合電流阻止層を形成し、このInGaP半導体
層の一部に拡散によって第1導電型の電流通路領域を形
成したことを特徴としている。
【0012】
【作用】InGaPはAlGaAsに比べてZn等の拡
散スピードが高いので、電流ブロック層をInGaPに
よって形成すれば、拡散ストップ層を用いることなく、
電流ブロック層とその下の半導体層(例えば、上部クラ
ッド層)との拡散スピードの比を、従来例における電流
ブロック層と拡散ストップ層との比よりも大きくするこ
とができる。
【0013】従って、電流通路領域を形成するために不
純物を拡散させる際の拡散深さを精密に制御することが
できる。
【0014】しかも、拡散ストップ層が不要になるの
で、半導体層を少なくとも1層減少させることができ、
結晶成長工程を簡略化することができる。
【0015】
【実施例】図1は本発明の一実施例による上面出射型の
半導体発光素子1を示す平面図及び断面図で、図2
(a)(b)(c)(d)はその製造方法を示す断面図
である。以下、この半導体発光素子1を製造手順に従っ
て説明する。
【0016】まず、図2(a)に示すように、n−Ga
As基板2の上に、例えばMOCVD(metal-organic
CVD)法により、n−AlGaAs下部クラッド層
3、p−AlGaAs活性層4、p−AlGaAs上部
クラッド層5、n−InGaP電流ブロック層6、p−
AlGaAsキャップ層7を順次成長させる。こうして
pnpn構造が得られる。つぎに、p−AlGaAsキ
ャップ層の任意の位置、例えば中央部に塗布性の拡散剤
(OCD)を用いて、または石英管内でのZn拡散工程
により、所望の発光径でp−AlGaAs上部クラッド
層5までZnを拡散させ、図2(b)に示すように、p
−Zn拡散領域(電流通路領域)8を形成する。
【0017】図3は拡散温度616℃におけるAlx
1-xAs(Al組成比x=0.05,0.3,0.7)と
InyGa1-yP(AlGaAsの上で格子整合を取るた
め、In組成比yは約0.5ぐらいとしてある。)の平
均拡散時間tの平方根と拡散深さXjとの関係を示す図
である。616℃で1時間拡散を行なうと、InGaP
では約7μm拡散するが、Al組成比x=0.3,0.7
のAlGaAsではそれぞれ0.6μm,1.6μmしか
拡散せず、InGaPとAlGaAsでは拡散スピード
が4〜12倍異なる。すなわち、電流ブロック層6から
上部クラッド層5へ拡散が進むと、拡散スピードが1/
4〜1/12に低下するので、AlGaAs系発光素子
のあらゆる発光波長(600〜880nm)において拡
散深さを再現性よく制御することができ、特性ばらつき
の小さい発光素子を製作できる。
【0018】この後、図2(c)に示すように、フォト
リソグラフィ工程により、p−Zn拡散領域8上にのみ
AZレジストによるマスク9を形成し、p−AlGaA
sキャップ層7の上面全体にp側電極10を蒸着させ、
リフトオフ法によりマスク9を除去することにより光を
取り出すためのウインドウ部11をp側電極10に形成
する。こうしてウインドウ部11を除き、p側電極10
はその全面においてp−AlGaAsキャップ層7とオ
ーミック接触することになる。最後に、n−AlGaA
s基板2の下面全体に蒸着等によってn側電極12を形
成し、図2(d)に示すような上面出射型の発光素子1
を完成する。
【0019】こうしてn−InGaP電流ブロック層6
の一部領域がp型に反転し、p−AlGaAsキャップ
層7及びn−InGaP電流ブロック層6を貫通してp
−Zn拡散領域8が形成される。しかして、n−InG
aP電流ブロック層6とp−AlGaAs上部クラッド
層5とによってpn接合電流阻止層が形成されており、
その境界面は素子に順バイアスがかけられた時に逆バイ
アスとなるので、p−Zn拡散領域8にのみ電流が流れ
る電流狭窄構造となっている。
【0020】なお、本発明を実施できる発光素子には発
光ダイオードや半導体レーザ素子等があり、上面出射型
の発光素子に限らず端面出射型の発光素子にも実施でき
ることはもちろんである。また、拡散領域及びウインド
ウ部の形状は円形に限らず、任意の形状が可能である。
さらに、本発明はInGaP電流ブロック層の下面にA
lGaAs拡散ストップ層を設けることを妨げるもので
なく、拡散ストップを設ければ、より一層拡散スピード
の比が大きくなり、拡散処理の制御が一層容易になる。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、InGaP電流ブロッ
ク層とその下の半導体層(例えば、上部クラッド層)と
の拡散スピードの比を大きくすることができるので、電
流通路領域を形成するために不純物を拡散させる際の拡
散深さを精密に制御することができ、電流通路領域を容
易に形成できる。この結果、特性ばらつきの小さな発光
素子を製作可能になる。
【0022】しかも、拡散ストップ層が不要になるの
で、半導体層を少なくとも1層減少させることができ、
結晶成長工程を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)(b)は本発明の一実施例による半導体
発光素子を示す平面図及び断面図である。
【図2】(a)(b)(c)(d)は同上の製造方法を
示す断面図である。
【図3】AlGaAsとInGaPにおける拡散時間と
拡散深さとの関係を示す図である。
【図4】(a)(b)は先願にかかるAlGaAs系の
半導体発光素子を示す平面図及び断面図である。
【図5】AlxGa1-xAsにおけるAl組成比xと拡散
スピードとの関係を示す図である。
【符号の説明】
4 p−AlGaAs活性層 5 p−AlGaAs上部クラッド層 6 n−InGaP電流ブロック層 8 p−Zn拡散領域

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 AlxGa1-xAs(0≦x≦1)活性層
    の上方に第1導電型のAlGaAs半導体層と第2導電
    型のInGaP半導体層を順次形成し、当該両半導体層
    によってpn接合電流阻止層を形成し、このInGaP
    半導体層の一部に拡散によって第1導電型の電流通路領
    域を形成したことを特徴とする半導体発光素子。
JP27470291A 1991-09-25 1991-09-25 半導体発光素子 Pending JPH0590641A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7009214B2 (en) * 2003-10-17 2006-03-07 Atomic Energy Council —Institute of Nuclear Energy Research Light-emitting device with a current blocking structure and method for making the same
JP2007109922A (ja) * 2005-10-14 2007-04-26 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置およびその製造方法

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