JPH07231115A - Semiconductor light emitting element - Google Patents

Semiconductor light emitting element

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Publication number
JPH07231115A
JPH07231115A JP2088094A JP2088094A JPH07231115A JP H07231115 A JPH07231115 A JP H07231115A JP 2088094 A JP2088094 A JP 2088094A JP 2088094 A JP2088094 A JP 2088094A JP H07231115 A JPH07231115 A JP H07231115A
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JP
Japan
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light
layer
semiconductor layer
semiconductor
light emitting
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Pending
Application number
JP2088094A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Kinoshita
浩彰 木下
Kunihiro Hattori
邦裕 服部
Kazumasa Dobashi
一雅 土橋
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a light emitting element, wherein light having a sub-peak wavelength is suppressed with the simple structure, by providing the new constitution, which can suppress the generation of the light having the sub-peak wavelength. CONSTITUTION:An absorbing layer 2 is provided between a substrate B and a P-N junction part 1 in this structure. The band-gap of the absorbing layer 2 is substantially equal to the energy of main-peak light. It is preferable that a suppressing layer 3 comprising a material, whose carrier concentration is 5X10<17>cm<-3> and the band gap is smaller than the energy of light passing through the absorbing layer, is provided on the substrate side of the absorbing layer 2. The suppressing layer 3 can be the layer, which is also used as the substrate B.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオードや半導
体レーザーなどの半導体発光素子に関し、詳しくは、発
光の主波長とは別に、他の波長帯に発生する有害な発光
を抑制しうる発光素子の構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode or a semiconductor laser, and more particularly, to a light emitting device capable of suppressing harmful light emission in other wavelength bands besides the main wavelength of light emission. Concerning the structure of.

【0002】[0002]

【従来の技術】発光ダイオード(LED)や半導体レー
ザーなどの半導体発光素子(以下、「発光素子」とい
う)における発光は、1つの半導体結晶材料の中に形成
されたpn接合部に対して順方向に電圧を加え、自由電
子と正孔とが再結合しエネルギーを放出することによっ
て生じる発光現象であり、その目的の発光の中心波長
は、活性層として用いられる半導体結晶材料のバンドギ
ャップでほぼ決まるものである。また、その光は、中心
波長だけでなく該中心波長をピークとして特定の波長範
囲にわたる発光である場合が多い。以下、目的の発光の
中心波長を「メインピーク波長」、また、メインピーク
波長を中心として特定の波長範囲にわたる上記のような
発光を含めた光を「メインピーク波長光」という。発光
素子においては、上記メインピーク波長とは別に、これ
と離れた他の波長帯にも発光が存在し問題となる場合が
ある。(以下、このような発光の中心波長を「サブピー
ク波長」という。)例えば、GaAs基板上にAlGa
Asのpn接合部を発光層として結晶成長させた赤色L
EDの場合について説明すると、メインピーク波長が6
50〜670nmであるのに対して、880〜900n
m付近をサブピーク波長とする発光が観測される等の現
象例が知られている。
2. Description of the Related Art Light emission from a semiconductor light emitting device (hereinafter referred to as "light emitting device") such as a light emitting diode (LED) or a semiconductor laser is forward to a pn junction formed in one semiconductor crystal material. Is a light-emission phenomenon caused by the recombination of free electrons and holes to release energy when a voltage is applied to it. The center wavelength of the intended light emission is almost determined by the band gap of the semiconductor crystal material used as the active layer. It is a thing. Further, the light is often not only a central wavelength but also a light emission having a peak at the central wavelength over a specific wavelength range. Hereinafter, the center wavelength of the target light emission is referred to as "main peak wavelength", and the light including the above-described light emission over a specific wavelength range centered on the main peak wavelength is referred to as "main peak wavelength light". In the light emitting element, in addition to the main peak wavelength, there may be a problem in that light emission also exists in other wavelength bands apart from this. (Hereinafter, the center wavelength of such light emission is referred to as "sub-peak wavelength".) For example, AlGa on a GaAs substrate
Red L crystal-grown with As pn junction as light emitting layer
Explaining the case of ED, the main peak wavelength is 6
880 to 900 n, while 50 to 670 nm
An example of a phenomenon is known in which light emission having a sub-peak wavelength near m is observed.

【0003】サブピーク波長光は、発光素子設計上の目
的に対して予期しない波長帯での発光である。従って、
このような発光が生じるような発光素子を、例えば光電
センサーの光源に用いると、誤動作などが発生し種々の
問題となる。サブピーク波長光の発生の原因は、メイン
ピーク波長光の照射により結晶基板が励起されて放出さ
れるフォトルミネセンスであることが知られている。こ
の現象に対処するために、従来においては、基板のキャ
リア濃度を1×1016〜1×1018cm-3程度とする
か、同様のキャリア濃度の薄層を基板上に設け、サブピ
ーク波長光となるフォトルミネセンスの強度を抑制する
層としていた。
Sub-peak wavelength light is light emission in a wavelength band that is unexpected for the purpose of designing a light emitting device. Therefore,
If a light emitting element that causes such light emission is used for a light source of, for example, a photoelectric sensor, malfunction occurs and various problems occur. It is known that the cause of generation of the sub-peak wavelength light is photoluminescence, which is generated by the crystal substrate being excited by the irradiation of the main peak wavelength light. In order to deal with this phenomenon, conventionally, the carrier concentration of the substrate is set to about 1 × 10 16 to 1 × 10 18 cm −3 , or a thin layer having a similar carrier concentration is provided on the substrate to detect the sub-peak wavelength light. Was used as a layer for suppressing the intensity of photoluminescence.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、サブ
ピーク波長光の発生を抑制しうる新たな構造によって、
簡単な構造でサブピーク波長光が抑制された発光素子を
提供することである。
The object of the present invention is to provide a new structure capable of suppressing the generation of sub-peak wavelength light.
An object of the present invention is to provide a light emitting device having a simple structure in which sub-peak wavelength light is suppressed.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者は、サブピーク
波長光が発生する層のバンドギャップに着目し、該バン
ドギャップとメインピーク波長光の持つエネルギーとを
実質的に等しくすることによって、サブピーク波長光を
効果的に抑制しうることを見いだし、本発明を完成し
た。即ち、本発明の発光素子は次に示す構成を有するも
のである。 (1) 基板上方に設けられるp型またはn型の伝導型で
ある光吸収用の半導体層(以下、「吸収層」という)
と、該吸収層の上方に設けられ上側が該吸収層と異なる
伝導型であるpn接合部とを有し、該吸収層のバンドギ
ャップがpn接合部から発せられる光の持つエネルギー
と実質的に等しいものであることを特徴とする半導体発
光素子。 (2)吸収層が、pn接合部から発せられる光の持つエ
ネルギーと実質的に等しいバンドギャップの部分と、そ
のバンドギャップよりも大きいバンドギャップの部分と
からなることを特徴とする(1)記載の半導体発光素
子。 (3)吸収層のキャリア濃度が5×1017cm-3以下で
ある(1)記載の半導体発光素子。 (4)吸収層が1μm〜40μmの厚みであり、該吸収
層が液相エピタキシャル法の徐冷法によって形成される
ものである(1)の半導体発光素子。 (5)吸収層に対して基板側にフォトルミネセンス抑制
用の半導体層(以下、「抑制層」という)を有し、該抑
制層は、吸収層と同じ伝導型であって、キャリア濃度が
5×1017cm-3以下であり、かつ、バンドギャップが
pn接合部から発せられる光の持つエネルギーより小さ
いものであることを特徴とする(1)記載の半導体発光
素子。 (6)抑制層が、基板を兼ねるものである(5)記載の
半導体発光素子。 (7)吸収層および/または抑制層のドーパントが、Z
nである(5)記載の半導体発光素子。
Means for Solving the Problems The present inventor has focused on the band gap of a layer in which sub-peak wavelength light is generated, and by making the band gap and the energy of the main peak wavelength light substantially equal, The inventors have found that wavelength light can be effectively suppressed and completed the present invention. That is, the light emitting device of the present invention has the following constitution. (1) A p-type or n-type conductive semiconductor layer for absorbing light, which is provided above the substrate (hereinafter referred to as “absorption layer”)
And a pn junction having a conductivity type different from that of the absorption layer provided above the absorption layer, and the band gap of the absorption layer is substantially equal to the energy of light emitted from the pn junction. A semiconductor light-emitting device characterized by being the same. (2) The absorption layer is composed of a portion having a band gap substantially equal to the energy of light emitted from the pn junction and a portion having a band gap larger than the band gap (1). Semiconductor light emitting device. (3) The semiconductor light emitting device according to (1), wherein the carrier concentration of the absorption layer is 5 × 10 17 cm −3 or less. (4) The semiconductor light emitting device according to (1), wherein the absorption layer has a thickness of 1 μm to 40 μm, and the absorption layer is formed by a slow cooling method of a liquid phase epitaxial method. (5) A semiconductor layer for suppressing photoluminescence (hereinafter referred to as “suppression layer”) is provided on the substrate side with respect to the absorption layer, and the suppression layer has the same conductivity type as the absorption layer and has a carrier concentration of The semiconductor light emitting device according to (1), which is 5 × 10 17 cm −3 or less and has a bandgap smaller than the energy of light emitted from the pn junction. (6) The semiconductor light emitting device according to (5), wherein the suppression layer also serves as the substrate. (7) The dopant of the absorption layer and / or the suppression layer is Z
The semiconductor light emitting device according to (5), wherein n is n.

【0006】本明細書でいう「pn接合部」は、ホモ接
合やヘテロ接合など2層からなるpn接合部の他、2重
ヘテロ接合、あるいは、1つまたは多重の量子井戸構造
による接合部を意味する。
The term "pn junction" as used herein means a pn junction composed of two layers such as a homojunction or a heterojunction, a double heterojunction, or a junction having one or multiple quantum well structures. means.

【0007】吸収層及び抑制層は、pn接合部の接合面
に対してp型側・n型側のいずれの側に設けられるもの
であってもよいが、これらの層の伝導型は、設けられた
側のpn接合部の伝導型と同じ型となる。例えば、吸収
層がpn接合面に対してp型側に設けられれば、該層の
伝導型はp型となるということである。以下、本明細書
では、便宜上、吸収層及び抑制層がpn接合面に対して
p型側に設けられる場合について説明する。
The absorption layer and the suppression layer may be provided on either the p-type side or the n-type side with respect to the joint surface of the pn junction, but the conduction type of these layers is provided. The conductivity type is the same as the conductivity type of the pn junction on the closed side. For example, if the absorption layer is provided on the p-type side with respect to the pn junction surface, the conductivity type of the layer is p-type. Hereinafter, in the present specification, a case where the absorption layer and the suppression layer are provided on the p-type side with respect to the pn junction surface will be described for convenience.

【0008】基板は、格子定数の整合性等をもってpn
接合部や吸収層等を結晶成長させるための基礎となり得
るものである。基板が半導体である場合、その伝導型は
吸収層と同様に、該基板が設けられた側のpn接合部の
伝導型と同じ型となる。
The substrate is pn with a matching lattice constant and the like.
It can serve as a basis for crystal growth of the bonding portion, the absorption layer, and the like. When the substrate is a semiconductor, its conductivity type is the same as the conductivity type of the pn junction on the side where the substrate is provided, like the absorption layer.

【0009】バンドギャップは、固体において電子がと
ることのできないエネルギー状態の幅であり、エネルギ
ーギャップまたは禁制帯幅ともいわれる。本明細書で言
うバンドギャップは、図4に示すように、真性半導体の
バンドギャップE1だけでなく、不純物によって形成さ
れる不純物バンドと真性半導体バンドとの間のバンドギ
ャップE2、E3、および不純物バンド間のバンドギャ
ップE4も含むものである。
The band gap is a width of an energy state in which electrons cannot be taken in a solid, and is also called an energy gap or a forbidden band width. As shown in FIG. 4, not only the band gap E1 of the intrinsic semiconductor but also the band gaps E2, E3 between the impurity band formed by impurities and the intrinsic semiconductor band, and the impurity band It also includes a band gap E4 between them.

【0010】光の持つエネルギーとは、その光の波長λ
によって決定される量であって、「hc/λ」で表され
るものである。ただし、hはプランクの定数、cは光の
速度である。
The energy of light is the wavelength λ of the light.
Is an amount determined by the above formula and is represented by “hc / λ”. However, h is Planck's constant and c is the speed of light.

【0011】[0011]

【作用】本発明の発光素子の構造が、どのようにサブピ
ーク波長光の発生を抑制するかを概略的に説明する。先
ず、光が半導体層を通過する場合の、その光の持つエネ
ルギーと該半導体層のバンドギャップとの関係について
述べる。ある特定の波長の光が、半導体層を通過する
時、その光の持つエネルギーが該半導体層のバンドギャ
ップよりも小さい場合、その光は該半導体層を単に通過
するだけである。これに対して、その光の持つエネルギ
ーが該半導体層のバンドギャップ以上の大きさである場
合は、その光は該半導体層に吸収される。また、吸収さ
れた光は該半導体層を励起し、該半導体層のバンドギャ
ップによって決定されるサブピーク波長光を発生させる
ことになる。本発明が対象とするメインピーク波長光L
1は、上記のように、単一の波長の光だけでなく、該メ
インピーク波長を中心として特定範囲内に分布する光の
集合である場合をも含むものである。このような光に対
して、以下の構造をもって、サブピーク波長光の発生を
抑制する。
The function of the structure of the light emitting device of the present invention will be described in brief. First, the relationship between the energy of the light and the band gap of the semiconductor layer when the light passes through the semiconductor layer will be described. When light having a specific wavelength passes through the semiconductor layer, and the energy of the light is smaller than the band gap of the semiconductor layer, the light simply passes through the semiconductor layer. On the other hand, when the energy of the light is larger than the band gap of the semiconductor layer, the light is absorbed by the semiconductor layer. In addition, the absorbed light excites the semiconductor layer and generates sub-peak wavelength light determined by the band gap of the semiconductor layer. Main peak wavelength light L targeted by the present invention
As described above, 1 includes not only light having a single wavelength, but also a case where the light is a set of lights distributed in a specific range around the main peak wavelength. With respect to such light, the following structure suppresses the generation of sub-peak wavelength light.

【0012】本発明の発光素子の基本的な構造は、図1
(a)に示すように、pn接合部1から最初に発せられ
るメインピーク波長光L1を、その中心波長の光の持つ
エネルギーと実質的に等しいバンドギャップを有する吸
収層2で受けるものである。同図において、は光を放
出すべき外界、Bは基板であり、光を太い矢印で表して
いる。また、電極等付帯部分は省略している。上記構造
によって、吸収層2のバンドギャップよりも大きいエネ
ルギーの光、即ち、メインピーク波長光L1の中心波長
λを含む短波長側の光は吸収層2に吸収され、該吸収層
2は励起されてフォトルミネセンスL2を放出する。し
かし、上記のように、該吸収層2のバンドギャップをメ
インピーク波長の光の持つエネルギーと実質的に等しく
なるように設定したことによって、このフォトルミネセ
ンスL2は、メインピーク波長光L1と同じ中心波長の
光となる。従って、フォトルミネセンスが発生してもメ
インピーク波長光が発せられたことになり、サブピーク
波長光が抑制されるのである。
The basic structure of the light emitting device of the present invention is shown in FIG.
As shown in (a), the main peak wavelength light L1 first emitted from the pn junction 1 is received by the absorption layer 2 having a band gap substantially equal to the energy of the light of the central wavelength. In the figure, a is an external world from which light should be emitted, B is a substrate, and light is indicated by a thick arrow. In addition, parts such as electrodes are omitted. With the above structure, light having an energy larger than the band gap of the absorption layer 2, that is, light on the short wavelength side including the central wavelength λ of the main peak wavelength light L1 is absorbed by the absorption layer 2 and the absorption layer 2 is excited. And emits photoluminescence L2. However, as described above, by setting the band gap of the absorption layer 2 to be substantially equal to the energy of the light of the main peak wavelength, this photoluminescence L2 is the same as the light L1 of the main peak wavelength. It becomes the light of the central wavelength. Therefore, even if photoluminescence occurs, the main peak wavelength light is emitted, and the sub peak wavelength light is suppressed.

【0013】一方、図1(b)に示すように、吸収層2
のバンドギャップよりも小さいエネルギーの光、即ち、
メインピーク波長光L1のうち、中心波長λよりも長波
長側の光L1aは、吸収層2で吸収されず、多少の減衰
を伴いながら該吸収層2を通過する。本発明は、この通
過した光L1aを、キャリア濃度が5×1017cm-3
下で、かつ、バンドギャップが該光L1aの持つエネル
ギーより小さい、抑制層3で受けることを好ましい構造
として提唱するものである。この抑制層を設ける構造に
よって、次に説明するように、サブピーク波長光の抑制
がさらに十分なものとなる。
On the other hand, as shown in FIG. 1 (b), the absorption layer 2
Light with energy smaller than the band gap of
Of the main peak wavelength light L1, the light L1a on the longer wavelength side than the central wavelength λ is not absorbed by the absorption layer 2 and passes through the absorption layer 2 with some attenuation. The present invention proposes that the passing light L1a is received by the suppression layer 3 having a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 or less and a band gap smaller than the energy of the light L1a, as a preferable structure. It is a thing. With the structure in which this suppression layer is provided, the suppression of the sub-peak wavelength light becomes more sufficient, as described below.

【0014】図1(b)において、抑制層3に吸収層2
を通過した光L1aが到達すると、、該抑制層3のバン
ドギャップが光L1aの持つエネルギーより小さいもの
であるために、光L1aはこの層をもはや通過すること
なく全て吸収され、フォトルミネセンスL2a、即ち、
有害なサブピーク波長光が発生する。しかし、抑制層3
に到達する通過光L1aの強度は、最初の発光L1の略
半分であり、かつ、抑制層のキャリア濃度を5×1017
cm-3以下と低く特定したために、発生するサブピーク
波長光L2aの強度も極めて低いレベルとなる。なお、
抑制層3には、通過光L1aの他に、吸収層2において
フォトルミネセンスとして発生したメインピーク波長光
L2も照射されるが、該フォトルミネセンスL2は本来
二次的に発生した弱い光であり、該フォトルミネセンス
L2の照射によって抑制層に三次的に発生するフォトル
ミネセンスL3は僅かな量となり問題とはならない。従
って、吸収層2を通過した光L1aによって抑制層3に
発生するフォトルミネセンスL2aだけが実質的なサブ
ピーク波長光となり、全体として十分に抑制された結果
が得られる。
In FIG. 1B, the absorption layer 2 is formed on the suppression layer 3.
When the light L1a that has passed through is reached, since the band gap of the suppression layer 3 is smaller than the energy of the light L1a, all the light L1a is absorbed without passing through this layer, and the photoluminescence L2a is absorbed. , That is,
Harmful sub-peak wavelength light is generated. However, the suppression layer 3
The intensity of the passing light L1a that reaches the first light emission L1a is about half that of the first light emission L1 and the carrier concentration of the suppression layer is 5 × 10 17.
Since it is specified to be as low as cm −3 or less, the intensity of the generated sub-peak wavelength light L2a is also at an extremely low level. In addition,
The suppression layer 3 is irradiated with not only the passing light L1a but also the main peak wavelength light L2 generated as photoluminescence in the absorption layer 2, but the photoluminescence L2 is a weak light originally generated secondarily. Therefore, the photoluminescence L3 tertiaryly generated in the suppression layer due to the irradiation of the photoluminescence L2 is a slight amount and is not a problem. Therefore, only the photoluminescence L2a generated in the suppression layer 3 by the light L1a that has passed through the absorption layer 2 becomes the sub-peak wavelength light of the substantial amount, and the result is sufficiently suppressed as a whole.

【0015】「吸収層のバンドギャップが、pn接合部
から発せられる光の持つエネルギーと実質的に等しい」
とは、吸収層のバンドギャップEg とpn接合部から発
せられる中心波長λの光の持つエネルギーhc/λ と
が理論上完全に等しい場合だけを意味するのではなく、
等しく設定すべきこれら2つのエネルギーの状態が、実
使用上において±0.03eV程度の許容範囲内で互い
に近似する値であればよいことを含む。
"The band gap of the absorption layer is substantially equal to the energy of light emitted from the pn junction."
Does not mean only when the bandgap E g of the absorption layer and the energy hc / λ of the light of the central wavelength λ emitted from the pn junction are theoretically completely equal,
It includes that these two energy states that should be set to be equal to each other should be values that are close to each other within an allowable range of about ± 0.03 eV in actual use.

【0016】吸収層2のバンドギャップは、厚み方向に
ついて均一である必要はなく、吸収層の内で部分的な層
が、pn接合部から発せられる光の持つエネルギーと実
質的に等しいバンドギャップであればよい。例えば、該
吸収層の結晶成長方法によっては、厚み方向に組成比が
緩やかに変化し、バンドギャップが均一とはならない場
合等である。その場合、pn接合部から発せられる光の
持つエネルギーと実質的に等しいバンドギャップとなる
層以外の部分は、光が単に通過するだけの層となるよう
に、その光の持つエネルギーよりも大きいバンドギャッ
プとすることが好ましい。
The bandgap of the absorption layer 2 does not need to be uniform in the thickness direction, and a partial layer in the absorption layer has a bandgap substantially equal to the energy of light emitted from the pn junction. I wish I had it. For example, depending on the crystal growth method of the absorption layer, the composition ratio gradually changes in the thickness direction and the band gap is not uniform. In that case, a band having a band gap larger than that of the light is emitted so that the portions other than the layer having a band gap substantially equal to the energy of the light emitted from the pn junction are layers through which the light simply passes. A gap is preferable.

【0017】「抑制層のバンドギャップがpn接合部か
ら到達する光の持つエネルギーより小さい」とは、該バ
ンドギャップが吸収層を通過した光を実質的に全て吸収
しうる大きさであることをいう。抑制層は、吸収層と基
板との間に設けられる態様だけでなく、抑制層が基板を
兼ねるものであってもよい。
The phrase "the bandgap of the suppression layer is smaller than the energy possessed by the light arriving from the pn junction" means that the bandgap has a size capable of absorbing substantially all the light passing through the absorption layer. Say. The suppression layer is not limited to the mode in which it is provided between the absorption layer and the substrate, and the suppression layer may also serve as the substrate.

【0018】[0018]

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明する。 〔実施例1〕図2は、本発明の発光素子の一実施例であ
るLEDの構成を模式的に示す図である。同図に示すよ
うに、該LEDの構成は、基板Bと、該基板上に設けら
れる抑制層3と、該抑制層上に設けられる吸収層2と、
該吸収層上に設けられるpn接合部1とからなるもので
ある。また、X,Yは各々正負の電極である。なお、抑
制層および吸収層のドーパントとしてZnを用いた。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples. [Embodiment 1] FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of an LED which is an embodiment of the light emitting device of the present invention. As shown in the figure, the structure of the LED includes a substrate B, a suppression layer 3 provided on the substrate, an absorption layer 2 provided on the suppression layer,
The pn junction 1 is provided on the absorption layer. Further, X and Y are positive and negative electrodes, respectively. Note that Zn was used as a dopant for the suppression layer and the absorption layer.

【0019】上記pn接合部1は、順方向電流によっ
て、可視・不可視を問わず発光現象が得られる公知の半
導体結晶によって構成される。また、上述のように、ホ
モ接合・ヘテロ接合の他、2重ヘテロ接合、さらに、そ
の中でも1つまたは多重の量子井戸構造を有するもので
あってよい。本実施例では、pn接合部1の構造として
2種類の構造例を示す。即ち、n型層1aとp型層1b
とからなる単純なシングルヘテロの構造例と、これらの
間に活性層1cを有してなるダブルヘテロの構造例であ
る。ただし図1では、活性層1cは、n型層1aとp型
層1bとの境界線で表している。表1に、pn接合部に
用いられる材質の組み合わせ例を示す。
The pn junction 1 is composed of a well-known semiconductor crystal capable of obtaining a light emission phenomenon whether visible or invisible by a forward current. Further, as described above, in addition to the homojunction / heterojunction, it may have a double heterojunction, and among them, one or multiple quantum well structures. In this embodiment, two types of structure examples are shown as the structure of the pn junction 1. That is, the n-type layer 1a and the p-type layer 1b
And a simple single-hetero structure example consisting of and a double-hetero structure example having an active layer 1c between them. However, in FIG. 1, the active layer 1c is represented by a boundary line between the n-type layer 1a and the p-type layer 1b. Table 1 shows examples of combinations of materials used for the pn junction.

【0020】吸収層2を形成する材料としては、メイン
ピーク波長光の持つエネルギーに対して実質的に等しい
バンドギャップを有するものであればどのようなもので
あってもよいが、実使用上においては、pn接合部1を
形成する半導体材料のバンドギャップと実質的に等しい
バンドギャップであるような半導体材料を用いる組み合
わせが挙げられ、特に、pn接合部を形成する半導体材
料の中でも発光に係る部分の半導体組成と、吸収層の材
料組成とを全く同じものとすることは、吸収層のバンド
ギャップと、pn接合部から発せられる光の持つエネル
ギーとを容易に等しいものとするための好適な手段であ
る。表1に、2番目の半導体層に用いられる材料を、p
n接合部の材料に対応させて示す。
Any material can be used as the material for forming the absorption layer 2 as long as it has a band gap substantially equal to the energy of the main peak wavelength light, but in practical use. Is a combination using a semiconductor material having a bandgap substantially equal to the bandgap of the semiconductor material forming the pn junction portion 1. In particular, among the semiconductor materials forming the pn junction portion, a portion related to light emission. By making the semiconductor composition and the material composition of the absorption layer exactly the same, it is preferable to make the bandgap of the absorption layer and the energy of the light emitted from the pn junction easily equal. Is. Table 1 shows the materials used for the second semiconductor layer, p
It is shown corresponding to the material of the n-junction.

【0021】吸収層のキャリア濃度は特に限定されない
が、1×1016〜5×1017cm-3程度の範囲内とする
ことによって、隣接する抑制層ヘのドーパントの拡散が
抑制され、該抑制層のキャリア濃度の上昇が防止できる
ので好ましい。とりわけ、ドーパントがZnの場合は拡
散速度が速いので、吸収層のキャリア濃度を上記範囲内
とすることが好ましい。
The carrier concentration of the absorption layer is not particularly limited, but by setting it within the range of about 1 × 10 16 to 5 × 10 17 cm -3 , diffusion of the dopant into the adjacent suppression layer is suppressed, and the suppression is suppressed. It is preferable because the carrier concentration in the layer can be prevented from increasing. In particular, when the dopant is Zn, the diffusion rate is high, so the carrier concentration in the absorption layer is preferably within the above range.

【0022】吸収層の厚みは特に限定されるものではな
いが、多元混晶の場合等に生じる厚み方向の組成比の変
動を小さくし、成長時間を短くする点等から薄い方が好
ましく、通常1μm〜40μm程度、特に1μm〜20
μmが好ましい。
The thickness of the absorption layer is not particularly limited, but it is preferably thin from the viewpoint of reducing the fluctuation of the composition ratio in the thickness direction which occurs in the case of a multi-element mixed crystal and shortening the growth time. 1 μm to 40 μm, particularly 1 μm to 20
μm is preferred.

【0023】抑制層3は、上記のように、吸収層2で吸
収されなかった光を好適に減衰させるための層であり、
そのバンドギャップは吸収層2を通過した光の持つエネ
ルギーより小さい値に設定され、かつ、キャリア濃度は
5×1017cm-3以下としたことによって、該通過光を
全て吸収し、微量なフォトルミネセンスを発生させるよ
うに機能する。抑制層3のキャリア濃度の下限として
は、該層に電極を設ける場合には、オーミック電極のコ
ンタクト抵抗値を考慮して1×1017cm-3以上である
ことが好ましく、また、該層に電極を設ける必要のない
場合は、結晶成長の安定性・再現性を考慮して、5×1
16cm-3以上であることが好ましい。
The suppression layer 3 is a layer for appropriately attenuating the light not absorbed by the absorption layer 2, as described above,
The band gap is set to a value smaller than the energy of the light passing through the absorption layer 2 and the carrier concentration is set to 5 × 10 17 cm −3 or less so that all the passing light is absorbed and a small amount of photo is generated. It functions to generate luminescence. The lower limit of the carrier concentration of the suppression layer 3 is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more in consideration of the contact resistance value of the ohmic electrode when an electrode is provided on the suppression layer 3, If it is not necessary to provide an electrode, consider the stability and reproducibility of crystal growth and use 5 x 1
It is preferably 0 16 cm -3 or more.

【0024】抑制層を形成する材料としては、上記のよ
うに吸収層2を通過した光の持つエネルギーより小さい
バンドギャップとなるものであればよい。具体的には、
pn接合部1を形成する材料を参照し、そのバンドギャ
ップより小さいバンドギャップとなるように組成比を決
定してもよい。抑制層に用いられる材料を、pn接合部
1の材料と吸収層2の材料とに好適な組み合わせとして
表1に示す。
As a material for forming the suppressing layer, any material may be used as long as it has a band gap smaller than the energy of light passing through the absorption layer 2 as described above. In particular,
The composition ratio may be determined so that the band gap is smaller than that of the material forming the pn junction 1. The materials used for the suppression layer are shown in Table 1 as a suitable combination of the material for the pn junction 1 and the material for the absorption layer 2.

【0025】基板Bは、上記種々の半導体結晶層を成長
させるための基礎となる結晶である。基板Bの材料は、
単一の元素からなる半導体、化合物半導体の他、成長さ
せるべき半導体結晶と格子定数の整合性が良好であるよ
うな結晶であれば、サファイヤのような絶縁体等、どの
ようなものであってもよい。基板Bに用いられる材料
を、pn接合部3から吸収層1までの材料に好適な組み
合わせとして表1に示す。
The substrate B is a crystal that serves as a basis for growing the above various semiconductor crystal layers. The material of the substrate B is
In addition to single-element semiconductors, compound semiconductors, crystals that have good lattice constant matching with semiconductor crystals to be grown, such as insulators such as sapphire Good. The materials used for the substrate B are shown in Table 1 as a suitable combination of the materials from the pn junction 3 to the absorption layer 1.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】表中における括弧内の数字は、各層のキャ
リア濃度(単位cm-3)である。
The numbers in parentheses in the table are carrier concentrations (unit: cm -3 ) of each layer.

【0028】抑制層,吸収層,pn接合部を基板上に形
成する方法としては、エピタキシャル成長可能な成膜方
法がよく、LPE法(液相エピタキシャル成長法)の
他、CVD法(化学気相堆積法),MOCVD法(有機
金属気相成長法),VPE法(気相エピタキシャル成長
法),MBE法(分子線エピタキシャル成長法)等が例
示されるが、特に、LPE法の徐冷法は、気相成長法に
比べて安全性が高く、少量でも多量でも容易に生産が対
応できる等の理由からが好ましく用いられる。本実施例
では、抑制層および吸収層の結晶成長には、徐冷法によ
るLPE法を用い、抑制層の厚みを15μm、吸収層の
厚みを5μmとした。
As a method of forming the suppression layer, the absorption layer, and the pn junction on the substrate, a film formation method capable of epitaxial growth is preferable. In addition to the LPE method (liquid phase epitaxial growth method), a CVD method (chemical vapor deposition method) is also available. ), MOCVD method (metalorganic vapor phase epitaxy method), VPE method (vapor phase epitaxy method), MBE method (molecular beam epitaxy method), etc. Compared with this, it is preferably used because it is highly safe and can be easily produced in small or large quantities. In this example, the crystal growth of the suppression layer and the absorption layer was performed by the LPE method by the slow cooling method, and the thickness of the suppression layer was 15 μm and the thickness of the absorption layer was 5 μm.

【0029】吸収層2および抑制層3に所望のキャリア
濃度を施与するためのドーパントとして用いられる物質
は特に限定されるものではないが、Znは、Te,Si
など他の物質に比べて材料中への拡散性がよく、目的と
するキャリア濃度を正確に得ることが容易であるため好
ましいものである。
The substance used as a dopant for imparting a desired carrier concentration to the absorption layer 2 and the suppression layer 3 is not particularly limited, but Zn is Te or Si.
It is preferable because it has a better diffusibility into the material than other substances, and it is easy to accurately obtain the target carrier concentration.

【0030】〔実施例2〕本実施例による発光素子は、
図3に示すように、実施例1における基板Bのキャリア
濃度を5×1017cm-3以下として、抑制層3が基板B
を兼ねる構造としたものである。かくして、積層数を増
加させない構造でありながら、従来より大幅な抑制作用
を得ることができ、好ましい構造が得られる。本実施例
において、pn接合部1から基板B(=抑制層3)まで
の各層に各々用いられる材料の好適な組み合わせを表2
に示す。
Example 2 A light emitting device according to this example is
As shown in FIG. 3, when the carrier concentration of the substrate B in Example 1 was 5 × 10 17 cm −3 or less, the suppression layer 3 was formed on the substrate B.
It has a structure that doubles as. Thus, a structure that does not increase the number of stacked layers can be obtained with a greater suppression effect than before, and a preferable structure can be obtained. In this embodiment, Table 2 shows a preferable combination of materials used for each layer from the pn junction 1 to the substrate B (= suppressing layer 3).
Shown in.

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】上記実施例1および2で示した発光素子
は、pn接合部の単純な一例を示したものであって、こ
れらを量子井戸構造等、種々の接合構造に置き換えるこ
とで、サブピーク波長が抑制された様々な発光素子が得
られる。
The light emitting devices shown in the above Examples 1 and 2 show a simple example of the pn junction, and by substituting these into various junction structures such as a quantum well structure, the sub-peak wavelength can be reduced. Various suppressed light emitting devices can be obtained.

【0033】〔性能試験〕上記実施例による発光素子を
実際に発光させ、この光を分析することによってサブピ
ーク波長の抑制程度を調べた。発光素子の構造は実施例
2および図2で示した発光ダイオードとし、各層に用い
る材料を、表2の第2番目に示す組み合わせとした。即
ち、 n型層1a ; Al0.7 Ga0.3 As( 1×1018 ) 活性層1c ; Al0.35Ga0.65As( 3×1017 ) p型層1b ; Al0.7 Ga0.3 As( 3×1017 ) 吸収層2 ; Al0.35Ga0.65As( 5×1017 ) 抑制層3(=基板) ; GaAs ( 5×1017 ) の材料構成である。(括弧内の数字は、各層のキャリア
濃度(単位cm-3)である。) 上記構成の発光ダイオードによる発光を測定した結果、
650〜670nmのメインピーク波長に対して、88
0〜900nmの波長帯にサブピーク波長光が観測され
たが、その強さはメインピーク波長の0.5%以下であ
り、十分効果的に抑制されていることが確認できた。ま
た、表1,2に示した材料の組み合わせをもって、実施
例1,2に示した発光素子の構造について測光したとこ
ろ、全て上記と同様のサブピーク波長の抑制効果を確認
できた。
[Performance Test] The light emitting devices according to the above-described examples were actually caused to emit light, and the degree of suppression of the sub-peak wavelength was examined by analyzing this light. The structure of the light emitting element was the light emitting diode shown in Example 2 and FIG. 2, and the material used for each layer was the combination shown in the second of Table 2. That is, n-type layer 1a; Al 0.7 Ga 0.3 As (1 × 10 18 ) active layer 1c; Al 0.35 Ga 0.65 As (3 × 10 17 ) p-type layer 1b; Al 0.7 Ga 0.3 As (3 × 10 17 ) absorption Layer 2; Al 0.35 Ga 0.65 As (5 × 10 17 ), suppression layer 3 (= substrate); GaAs (5 × 10 17 ). (The number in parentheses is the carrier concentration of each layer (unit: cm −3 ).) As a result of measuring light emission by the light emitting diode having the above-mentioned configuration,
88 for the main peak wavelength of 650 to 670 nm
Although sub-peak wavelength light was observed in the wavelength band of 0 to 900 nm, its intensity was 0.5% or less of the main peak wavelength, and it was confirmed that it was sufficiently effectively suppressed. Further, when the structures of the light emitting devices shown in Examples 1 and 2 were measured by using the combinations of materials shown in Tables 1 and 2, the same effect of suppressing the sub-peak wavelength as the above was confirmed.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明の発光素子は、メインピーク波長
光を吸収し、かつ、発生するフォトルミネセンスがメイ
ンピーク波長光と実質的に同じ中心波長となるような吸
収層を設けるという新規な構成によって、簡単な構造
で、サブピーク波長光が抑制された発光素子を提供する
ことができる。特に、上記吸収層に加えて、該吸収層で
吸収されず通過した光を、低いキャリア濃度で小さいバ
ンドギャップの抑制層で受ける構成とすることによっ
て、吸収層を通過した光を全て吸収し、微弱なサブピー
ク波長光の発生だけにどどめることができる。従って、
発光素子全体としてのサブピーク波長光の強度をメイン
ピーク波長光の強度の0.5%以下とすることが可能と
なる。本発明による、発光素子におけるサブピーク波長
光の効果的な抑制によって、センサーの誤動作などの問
題を解消することが可能となった。
The light-emitting device of the present invention has a novel absorption layer that absorbs light having a main peak wavelength and that the photoluminescence generated has a center wavelength that is substantially the same as that of the main peak wavelength light. According to the configuration, it is possible to provide a light emitting device with a simple structure, in which light with sub-peak wavelength is suppressed. In particular, in addition to the absorption layer, the light that has not been absorbed by the absorption layer and passes through is configured to be received by the suppression layer having a low carrier concentration and a small band gap, thereby absorbing all the light that has passed through the absorption layer, Only weak sub-peak wavelength light can be generated. Therefore,
It is possible to set the intensity of the sub-peak wavelength light as the entire light emitting element to 0.5% or less of the intensity of the main peak wavelength light. By effectively suppressing the sub-peak wavelength light in the light emitting device according to the present invention, it has become possible to solve problems such as malfunction of the sensor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の発光素子において、サブピーク波長光
が抑制される原理を概略的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the principle of suppressing sub-peak wavelength light in a light emitting device of the present invention.

【図2】本発明の発光素子の一実施例として製作したL
EDの構成を模式的に示す図である。
FIG. 2 shows an L manufactured as an example of a light emitting device of the present invention.
It is a figure which shows the structure of ED typically.

【図3】本発明の発光素子の他の実施例として製作した
LEDの構成を模式的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of an LED manufactured as another embodiment of the light emitting device of the present invention.

【図4】本明細書におけるバンドギャップの範囲を模式
的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a band gap range in the present specification.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 pn接合部 2 吸収層 3 抑制層 B 基板 1 pn junction 2 absorption layer 3 suppression layer B substrate

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上方に設けられるp型またはn型の
伝導型である光吸収用の半導体層と、該光吸収用の半導
体層の上方に設けられ上側が該光吸収用の半導体層と異
なる伝導型であるpn接合部とを有し、該光吸収用の半
導体層のバンドギャップがpn接合部から発せられる光
の持つエネルギーと実質的に等しいものであることを特
徴とする半導体発光素子。
1. A p-type or n-type conductive semiconductor layer for light absorption provided above a substrate, and a semiconductor layer provided above the semiconductor layer for light absorption and having an upper side above the semiconductor layer for light absorption. And a pn junction having different conductivity types, and the band gap of the semiconductor layer for absorbing light is substantially equal to the energy of light emitted from the pn junction. .
【請求項2】 光吸収用の半導体層が、pn接合部から
発せられる光の持つエネルギーと実質的に等しいバンド
ギャップの部分と、そのバンドギャップよりも大きいバ
ンドギャップの部分とからなることを特徴とする請求項
1記載の半導体発光素子。
2. A semiconductor layer for absorbing light is composed of a bandgap portion substantially equal to the energy of light emitted from a pn junction and a bandgap portion larger than the bandgap. The semiconductor light emitting device according to claim 1.
【請求項3】 光吸収用の半導体層のキャリア濃度が5
×1017cm-3以下である請求項1記載の半導体発光素
子。
3. The carrier concentration of the semiconductor layer for absorbing light is 5
The semiconductor light emitting device according to claim 1, which has a density of not more than × 10 17 cm -3 .
【請求項4】 光吸収用の半導体層が1μm〜40μm
の厚みであり、該半導体層が液相エピタキシャル法の徐
冷法によって形成されるものである請求項1記載の半導
体発光素子。
4. A semiconductor layer for absorbing light is 1 μm to 40 μm.
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is formed by a slow cooling method of a liquid phase epitaxial method.
【請求項5】 光吸収用の半導体層の基板側にフォトル
ミネセンス抑制用の半導体層を有し、該フォトルミネセ
ンス抑制用の半導体層は、光吸収用の半導体層と同じ伝
導型であって、キャリア濃度が5×1017cm-3以下で
あり、かつ、バンドギャップがpn接合部から到達する
光の持つエネルギーより小さいものであることを特徴と
する請求項1記載の半導体発光素子。
5. A semiconductor layer for suppressing photoluminescence is provided on the substrate side of the semiconductor layer for absorbing light, and the semiconductor layer for suppressing photoluminescence has the same conductivity type as the semiconductor layer for absorbing light. 2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the carrier concentration is 5 × 10 17 cm −3 or less, and the band gap is smaller than the energy of light reaching from the pn junction.
【請求項6】 フォトルミネセンス抑制用の半導体層
が、基板を兼ねるものである請求項5記載の半導体発光
素子。
6. The semiconductor light emitting device according to claim 5, wherein the semiconductor layer for suppressing photoluminescence also serves as a substrate.
【請求項7】 光吸収用の半導体層および/またはフォ
トルミネセンス抑制用の半導体層のドーパントが、Zn
である請求項5記載の半導体発光素子。
7. The dopant of the semiconductor layer for absorbing light and / or the semiconductor layer for suppressing photoluminescence is Zn.
The semiconductor light emitting device according to claim 5.
JP2088094A 1993-10-29 1994-02-18 Semiconductor light emitting element Pending JPH07231115A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2088094A JPH07231115A (en) 1994-02-18 1994-02-18 Semiconductor light emitting element
US08/330,838 US5442202A (en) 1993-10-29 1994-10-27 Semiconductor light emitting element

Applications Claiming Priority (1)

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ID=12039512

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JP (1) JPH07231115A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010199365A (en) * 2009-02-26 2010-09-09 Kyocera Corp Light emitting device

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