JPH07326793A - 化合物半導体発光ダイオード - Google Patents
化合物半導体発光ダイオードInfo
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- JPH07326793A JPH07326793A JP11888094A JP11888094A JPH07326793A JP H07326793 A JPH07326793 A JP H07326793A JP 11888094 A JP11888094 A JP 11888094A JP 11888094 A JP11888094 A JP 11888094A JP H07326793 A JPH07326793 A JP H07326793A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電流拡散及び電流阻止層の機能を備えたプレ
ーナ形のLEDを得る。 【構成】 ドナー不純物及びアクセプター不純物の双方
が注入されてなる層をクラッド層として利用する。 【効果】 構造が簡略化され且つ発光面積の拡大をもた
らす効果がある。
ーナ形のLEDを得る。 【構成】 ドナー不純物及びアクセプター不純物の双方
が注入されてなる層をクラッド層として利用する。 【効果】 構造が簡略化され且つ発光面積の拡大をもた
らす効果がある。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体発光ダイオ
ード(LED)に係わり、特に簡略化された構造をもっ
て発光面積の拡大化をもたらす高輝度のAlGaInP
からなるLEDに関する。
ード(LED)に係わり、特に簡略化された構造をもっ
て発光面積の拡大化をもたらす高輝度のAlGaInP
からなるLEDに関する。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体の光物性を応用した素子の
一つに発光ダイオード(LED)がある。このLEDは
屋外ディスプレイなどの表示装置やファイバー通信等の
光通信機器等に広く用いられている。
一つに発光ダイオード(LED)がある。このLEDは
屋外ディスプレイなどの表示装置やファイバー通信等の
光通信機器等に広く用いられている。
【0003】LEDは所望する発光波長を勘案して、種
々の化合物半導体材料から適当なバンドギャップを有す
る材料が母体材料として取捨、選択される。例えば、赤
外LEDにはGaAs、可視赤色LEDにはGaAlA
s、可視緑色LEDにはGaPなどの材料が利用され
る。また、最近では高輝度の橙色、黄色及び緑色LED
材料としてAl、Ga、In及びPの4つの元素からな
るAlGaInP4元混晶も利用されている。
々の化合物半導体材料から適当なバンドギャップを有す
る材料が母体材料として取捨、選択される。例えば、赤
外LEDにはGaAs、可視赤色LEDにはGaAlA
s、可視緑色LEDにはGaPなどの材料が利用され
る。また、最近では高輝度の橙色、黄色及び緑色LED
材料としてAl、Ga、In及びPの4つの元素からな
るAlGaInP4元混晶も利用されている。
【0004】従来のAlGaInP4元混晶を母体材料
とするLEDの構造を模式的に図5に示す。基板結晶
(110)の直上には緩衝層(111)やブラッグ反射
層(112)(DBR層と称す。)、或いはその双方が
設けられる。図5に示すLEDでは緩衝層とDBR層の
双方を順次、堆積した例を示す。DBR層(112)の
上にはクラッド層(113)が設けられている。クラッ
ド層(113)の上部には発光層(114)が在る。発
光層(114)の上には更にクラッド層(115)を堆
積してある。クラッド層は発光をもたらす電子や正孔を
発光層(114)に閉じ込めて発光効率の向上を図るた
めのものであり、発光層の上下に発光層を挟んで設けら
れるのが通例である。従って、図5に示す発光を上部に
取り出す構造のLEDにあっては、発光層の下部の基板
結晶側のクラッド層(113)は下部クラッド、逆に発
光層の上部の発光を取り出す側にあるクラッド層(11
5)は上部クラッド層と称されている。上部クラッド層
(115)の上には母体材料に印荷される電流を均一に
分散させるための電流拡散層(116)が設けられるの
が一般的である。電流拡散層(116)の上には入力電
極(117)が、基板結晶(110)の裏面には出力電
極(118)が形成されている。
とするLEDの構造を模式的に図5に示す。基板結晶
(110)の直上には緩衝層(111)やブラッグ反射
層(112)(DBR層と称す。)、或いはその双方が
設けられる。図5に示すLEDでは緩衝層とDBR層の
双方を順次、堆積した例を示す。DBR層(112)の
上にはクラッド層(113)が設けられている。クラッ
ド層(113)の上部には発光層(114)が在る。発
光層(114)の上には更にクラッド層(115)を堆
積してある。クラッド層は発光をもたらす電子や正孔を
発光層(114)に閉じ込めて発光効率の向上を図るた
めのものであり、発光層の上下に発光層を挟んで設けら
れるのが通例である。従って、図5に示す発光を上部に
取り出す構造のLEDにあっては、発光層の下部の基板
結晶側のクラッド層(113)は下部クラッド、逆に発
光層の上部の発光を取り出す側にあるクラッド層(11
5)は上部クラッド層と称されている。上部クラッド層
(115)の上には母体材料に印荷される電流を均一に
分散させるための電流拡散層(116)が設けられるの
が一般的である。電流拡散層(116)の上には入力電
極(117)が、基板結晶(110)の裏面には出力電
極(118)が形成されている。
【0005】図5に示す様なAlGaInPからなるL
ED用途の材料を構成する各層の電導形は使用する基板
結晶の電導形によって変わる。例えば、p形の結晶を基
板とした場合は、基板結晶直上の緩衝層若しくはDBR
層から下部クラッド層及び発光層迄をp形とする。上部
クラッド層及び電流拡散層はn形とするのが通例であ
る。一方、n形の基板結晶では直上の緩衝層若しくはD
BR層から下部クラッド層及び発光層迄をn形とし、上
部クラッド層及び電流拡散層はp形とするのが一般的で
ある。発光を得るためのp/n接合を形成するためであ
る。即ち、クラッド層を構成する半導体層の電導形は、
n形である場合もあり、逆にp形とする場合もある。ま
た、上部クラッド層と下部クラッド層では電導形を異に
するのが通例である。例えば、発光層をp形半導体層か
ら構成する場合、上部クラッド層は発光層と同じくp形
とし、下部クラッド層はn形とするのが一般的となって
いる。逆に、n形発光層の場合は、上部クラッド層はn
形で下部クラッド層はp形とするのが通例である。この
様に発光層とダブルヘテロ接合構造を形成する上下のク
ラッド層の電導形を逆とすることによって、いわゆる発
光の『閉じ込め効果』が得られるバンド構造を構成でき
るからできるからである。
ED用途の材料を構成する各層の電導形は使用する基板
結晶の電導形によって変わる。例えば、p形の結晶を基
板とした場合は、基板結晶直上の緩衝層若しくはDBR
層から下部クラッド層及び発光層迄をp形とする。上部
クラッド層及び電流拡散層はn形とするのが通例であ
る。一方、n形の基板結晶では直上の緩衝層若しくはD
BR層から下部クラッド層及び発光層迄をn形とし、上
部クラッド層及び電流拡散層はp形とするのが一般的で
ある。発光を得るためのp/n接合を形成するためであ
る。即ち、クラッド層を構成する半導体層の電導形は、
n形である場合もあり、逆にp形とする場合もある。ま
た、上部クラッド層と下部クラッド層では電導形を異に
するのが通例である。例えば、発光層をp形半導体層か
ら構成する場合、上部クラッド層は発光層と同じくp形
とし、下部クラッド層はn形とするのが一般的となって
いる。逆に、n形発光層の場合は、上部クラッド層はn
形で下部クラッド層はp形とするのが通例である。この
様に発光層とダブルヘテロ接合構造を形成する上下のク
ラッド層の電導形を逆とすることによって、いわゆる発
光の『閉じ込め効果』が得られるバンド構造を構成でき
るからできるからである。
【0006】上部クラッド層の上に設ける電流拡散層は
前述の如くn形或いはp形とする。電流拡散層の電導形
は上部クラッド層の電導形と通常同じくする。電流拡散
層は入力電極から供給される電流を効率良く発光層の表
層部全面に分散させ、発光層に均一に電流を流通させる
役目を担っている。従来のAlGaInPLEDでは低
抵抗のAlGaInPや低抵抗のAlGaAsなどで電
流拡散層が構成されている。電流を均一に拡散させるた
めには或る程度の膜厚が必要である。電流拡散層の膜厚
が厚い程、電流の横方向の分散が促されるからである。
例えば、AlGaInP緑色LED用途の材料では、A
lGaAs電流拡散層を設けた例があるが、その膜厚は
概ね10μm程度である。これに比し、液相エピタキシ
ャル(LEP)法で成長できる材料から構成される旧来
のAlGaAsLED等にあっては数十〜数百μmの電
流拡散層が備えられている。AlGaInPLEDにあ
っても、同程度の厚さの電流拡散層が入力電流を均一に
分散させる上で好ましい。
前述の如くn形或いはp形とする。電流拡散層の電導形
は上部クラッド層の電導形と通常同じくする。電流拡散
層は入力電極から供給される電流を効率良く発光層の表
層部全面に分散させ、発光層に均一に電流を流通させる
役目を担っている。従来のAlGaInPLEDでは低
抵抗のAlGaInPや低抵抗のAlGaAsなどで電
流拡散層が構成されている。電流を均一に拡散させるた
めには或る程度の膜厚が必要である。電流拡散層の膜厚
が厚い程、電流の横方向の分散が促されるからである。
例えば、AlGaInP緑色LED用途の材料では、A
lGaAs電流拡散層を設けた例があるが、その膜厚は
概ね10μm程度である。これに比し、液相エピタキシ
ャル(LEP)法で成長できる材料から構成される旧来
のAlGaAsLED等にあっては数十〜数百μmの電
流拡散層が備えられている。AlGaInPLEDにあ
っても、同程度の厚さの電流拡散層が入力電流を均一に
分散させる上で好ましい。
【0007】AlGaInPLEDの場合、その母体材
料を構成する各層は実用上の成長上の容易さや生産性の
観点から分子線エピタキシャル(MBE)法やLPE法
ではなくMOCVD(MOVPEやOMVPE法とも称
される。)法がもっぱら利用されている。MBE法でP
を含む薄膜を成長する場合には、蒸気圧の高いPの真空
成長容器内への付着が起こり、MBE成長設備の保守が
煩雑となる。従って、生産効率の低下をもたらし兼ねな
いからである。また、LPE法にあっては多元混晶の組
成制御等の精密な制御性に難があるからである。しか
し、MOCVD法はLPE法の如く数十μmから数百μ
mに達する厚膜の成長には不適であり、厚い電流拡散層
を得るには困難が伴っている。
料を構成する各層は実用上の成長上の容易さや生産性の
観点から分子線エピタキシャル(MBE)法やLPE法
ではなくMOCVD(MOVPEやOMVPE法とも称
される。)法がもっぱら利用されている。MBE法でP
を含む薄膜を成長する場合には、蒸気圧の高いPの真空
成長容器内への付着が起こり、MBE成長設備の保守が
煩雑となる。従って、生産効率の低下をもたらし兼ねな
いからである。また、LPE法にあっては多元混晶の組
成制御等の精密な制御性に難があるからである。しか
し、MOCVD法はLPE法の如く数十μmから数百μ
mに達する厚膜の成長には不適であり、厚い電流拡散層
を得るには困難が伴っている。
【0008】電界を均一に分布させるための厚い電流拡
散層のみを例えばLPE法で設ける方法も考えられる。
例えば、電流拡散層を除く各層を比較的薄い膜の制御性
に優れるMOCVD法で成長させ、その後LPE法で厚
い電流拡散層を得る手法も利用できなくはない。しか
し、LPE法とMOCVD法ではたとえ同一の半導体材
料を成長させるにも良質の膜質を得るための成長温度が
異なる。一般にLPE法ではMOCVD法に比べ高い成
長温度を必要とする。従って、下地となるMOCVD層
がLPE法での層成長に最適な高温の成長温度に曝され
ることによって変性する恐れがある。例えば、p形のA
lGaAsやAlGaInP層を得るに添加されるZn
やn形のドーパントとして用いられるSeなどは極めて
熱拡散し易いため、良質のp/n接合が得られなくな
る。これにより、発光特性に優れるAlGaInPLE
Dを得るのが困難となる。従って、現在でもAlGaI
nPのLEDを構成する各層はMOCVD法による成長
で得ているのが現状である。
散層のみを例えばLPE法で設ける方法も考えられる。
例えば、電流拡散層を除く各層を比較的薄い膜の制御性
に優れるMOCVD法で成長させ、その後LPE法で厚
い電流拡散層を得る手法も利用できなくはない。しか
し、LPE法とMOCVD法ではたとえ同一の半導体材
料を成長させるにも良質の膜質を得るための成長温度が
異なる。一般にLPE法ではMOCVD法に比べ高い成
長温度を必要とする。従って、下地となるMOCVD層
がLPE法での層成長に最適な高温の成長温度に曝され
ることによって変性する恐れがある。例えば、p形のA
lGaAsやAlGaInP層を得るに添加されるZn
やn形のドーパントとして用いられるSeなどは極めて
熱拡散し易いため、良質のp/n接合が得られなくな
る。これにより、発光特性に優れるAlGaInPLE
Dを得るのが困難となる。従って、現在でもAlGaI
nPのLEDを構成する各層はMOCVD法による成長
で得ているのが現状である。
【0009】このため、最近ではMOCVD成長法で得
た薄い電流拡散層による電流の拡散の不充分さを回避す
るために、クラッド層と電流拡散層の境界に改めて電流
阻止層を設けることが考えられている(例えばNIKK
EI ELECTRONICS(日経エレクトロニク
ス)no.593(1993.10.25.)、60
頁)。図6に電流阻止層を備えたAlGaInPLED
用途の従来の構造例を示す。この電流阻止層は入力電極
より供給される入力電流が短絡的に発光層に流入するの
を防止し、発光層の全面に亘り電流の均一な分散を促す
ために挿入されるものである。従って、電流阻止層には
高抵抗な層か、n形の電流拡散層にあってはp形層、p
形の電流拡散層にはn形の層が使用される。電流阻止層
に電流拡散層と反対の電導形の層を利用するのはp/n
接合の形成によって電流の流通が阻止できるからであ
る。
た薄い電流拡散層による電流の拡散の不充分さを回避す
るために、クラッド層と電流拡散層の境界に改めて電流
阻止層を設けることが考えられている(例えばNIKK
EI ELECTRONICS(日経エレクトロニク
ス)no.593(1993.10.25.)、60
頁)。図6に電流阻止層を備えたAlGaInPLED
用途の従来の構造例を示す。この電流阻止層は入力電極
より供給される入力電流が短絡的に発光層に流入するの
を防止し、発光層の全面に亘り電流の均一な分散を促す
ために挿入されるものである。従って、電流阻止層には
高抵抗な層か、n形の電流拡散層にあってはp形層、p
形の電流拡散層にはn形の層が使用される。電流阻止層
に電流拡散層と反対の電導形の層を利用するのはp/n
接合の形成によって電流の流通が阻止できるからであ
る。
【0010】また、入力電極から供給されるLEDを動
作させるための動作電流は、電極直下の発光層に短絡的
に流入し易い。何故ならば電流は電極との距離が短い領
域に流入するからである。従って、電流阻止層は電極を
形成する直下のクラッド層上の領域に設けられており
(例えば、板谷 和彦、菅原 秀人、波多腰 玄一、
「東芝レビュー」第47巻、8号(1992)、651
〜654頁)、今迄にクラッド層の内部に電流阻止層を
設けた例はない。
作させるための動作電流は、電極直下の発光層に短絡的
に流入し易い。何故ならば電流は電極との距離が短い領
域に流入するからである。従って、電流阻止層は電極を
形成する直下のクラッド層上の領域に設けられており
(例えば、板谷 和彦、菅原 秀人、波多腰 玄一、
「東芝レビュー」第47巻、8号(1992)、651
〜654頁)、今迄にクラッド層の内部に電流阻止層を
設けた例はない。
【0011】電流阻止層を設ける従来の方法は先ず、ク
ラッド層迄を成長させた後、電流阻止層をクラッド層の
全面に亘り成長させる。次に、電極を形成する領域に相
当する部分の電流阻止層のみを残存させるエッチング加
工を施した後、電流拡散層を堆積する。電流阻止層は電
極の直下に電極形状と同形になる様に選択的に残存させ
る(例えば、板谷 和彦、菅原 秀人、波多腰 玄一、
「東芝レビュー」第47巻8号(1992)、651〜
654頁参照)。即ち、電流阻止層はクラッド層上に凸
な層として残存させる。
ラッド層迄を成長させた後、電流阻止層をクラッド層の
全面に亘り成長させる。次に、電極を形成する領域に相
当する部分の電流阻止層のみを残存させるエッチング加
工を施した後、電流拡散層を堆積する。電流阻止層は電
極の直下に電極形状と同形になる様に選択的に残存させ
る(例えば、板谷 和彦、菅原 秀人、波多腰 玄一、
「東芝レビュー」第47巻8号(1992)、651〜
654頁参照)。即ち、電流阻止層はクラッド層上に凸
な層として残存させる。
【0012】前工程で電流阻止の機能を果たす電流阻止
層を選択的に残存させた後、電流拡散層を堆積する。残
存させた電流阻止層上にも電流拡散層は間断無く堆積す
る。しかし、残存させた電流阻止層の順メサ断面上には
電流拡散層が間隙なく堆積し得るが、反対に逆メサの側
面上への堆積する場合には逆メサの底部がすぼまってい
るため、堆積層(電流拡散層)と残存した電流阻止層と
の間に間隙が出来易い。この様な間隙が存在するとLE
Dの動作に於いて信頼性の低下をもたらす。従って、A
lGaInPLED等にあっては電流阻止の機能を具備
せんがために煩雑な工程が必要とされるばかりでなく、
LEDの動作信頼性を損なう結果をもたらしていた。
層を選択的に残存させた後、電流拡散層を堆積する。残
存させた電流阻止層上にも電流拡散層は間断無く堆積す
る。しかし、残存させた電流阻止層の順メサ断面上には
電流拡散層が間隙なく堆積し得るが、反対に逆メサの側
面上への堆積する場合には逆メサの底部がすぼまってい
るため、堆積層(電流拡散層)と残存した電流阻止層と
の間に間隙が出来易い。この様な間隙が存在するとLE
Dの動作に於いて信頼性の低下をもたらす。従って、A
lGaInPLED等にあっては電流阻止の機能を具備
せんがために煩雑な工程が必要とされるばかりでなく、
LEDの動作信頼性を損なう結果をもたらしていた。
【0013】従来のAlGaInPLEDでは、前述の
如く電流阻止層を選択的に残存させた平坦でない結晶面
上に電流拡散層を堆積している。電流拡散層上にはLE
Dを動作させ発光を得るための動作電流を流通させるた
めの入力電極が設けられる。動作電流を効率的に流通す
るには電極の入力抵抗は極力低減させるのが好ましい。
従って、電流拡散層のキャリア濃度は高く設定するのが
通例である。
如く電流阻止層を選択的に残存させた平坦でない結晶面
上に電流拡散層を堆積している。電流拡散層上にはLE
Dを動作させ発光を得るための動作電流を流通させるた
めの入力電極が設けられる。動作電流を効率的に流通す
るには電極の入力抵抗は極力低減させるのが好ましい。
従って、電流拡散層のキャリア濃度は高く設定するのが
通例である。
【0014】上述の様に従来の一般的なAlGaInP
LEDにあっては、発光層上に少なくとも3層が設けら
れていた。上部クラッド層と電流阻止層と電流拡散層の
3層である。即ち、従来の一般的なAlGaInPLE
Dの発光領域に電子或いは正孔を閉じ込めるために、ま
た発光領域の拡大を図るためにこれらの数の層が必要と
されていた。しかしながら、上述の如く上部クラッド層
の上方に電流拡散層を設けるに当たっては、それを得る
ためのプロセス上の煩雑さや、従来の電流阻止層を残存
させた平坦ではない結晶表面上への電流拡散層の形成方
法では、長期に亘る動作信頼性を損なうなどの欠点があ
った。
LEDにあっては、発光層上に少なくとも3層が設けら
れていた。上部クラッド層と電流阻止層と電流拡散層の
3層である。即ち、従来の一般的なAlGaInPLE
Dの発光領域に電子或いは正孔を閉じ込めるために、ま
た発光領域の拡大を図るためにこれらの数の層が必要と
されていた。しかしながら、上述の如く上部クラッド層
の上方に電流拡散層を設けるに当たっては、それを得る
ためのプロセス上の煩雑さや、従来の電流阻止層を残存
させた平坦ではない結晶表面上への電流拡散層の形成方
法では、長期に亘る動作信頼性を損なうなどの欠点があ
った。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】電流阻止層を設けるに
当たっての従来法の欠点は電流阻止層が上部クラッド層
から上に凸となって突出していることに起因している。
電流阻止層が突出していないいわゆるプレーナ形が構成
できれば、電流阻止層上に堆積する電流拡散層との電流
阻止層との間に間隙も生ぜず、素子動作上の信頼性を向
上できる等の利点が生まれる。また、電流阻止と電流拡
散の機能を有しながら且つ構成層の削減、即ちLED構
造の簡素化が達成されれば尚更好都合である。しかしな
がら、従来から電流阻止や電流拡散の機能を有しなが
ら、なお且つプレーナ形である簡略化された構造からな
るAlGaInPを発光層とするLEDは知られていな
い。
当たっての従来法の欠点は電流阻止層が上部クラッド層
から上に凸となって突出していることに起因している。
電流阻止層が突出していないいわゆるプレーナ形が構成
できれば、電流阻止層上に堆積する電流拡散層との電流
阻止層との間に間隙も生ぜず、素子動作上の信頼性を向
上できる等の利点が生まれる。また、電流阻止と電流拡
散の機能を有しながら且つ構成層の削減、即ちLED構
造の簡素化が達成されれば尚更好都合である。しかしな
がら、従来から電流阻止や電流拡散の機能を有しなが
ら、なお且つプレーナ形である簡略化された構造からな
るAlGaInPを発光層とするLEDは知られていな
い。
【0016】例えば、上部クラッド層の内部に電流阻止
の役目を果たす層を段差を生じない様に、即ちプレーナ
層として設けられれば従来のAlGaAsPLEDの信
頼性上の欠点を克服できる。上部クラッド層の内部に段
差を生じない平坦である電流阻止層を設けるには上部ク
ラッド層内にイオン注入法或いは拡散法等によりp形若
しくn形不純物、或いは高抵抗化をもたらす不純物を存
在させれば目的を達する。また、動作電流の拡散を果た
すには同じく上部クラッド層の表面側に高キャリア濃度
のイオン注入領域を設ければ良い。この様に図れば、上
部クラッド層1層のみで従来の上部クラッド層、電流阻
止層と電流拡散層の3層が持つ機能を担わせることが可
能となり、上部クラッド層表面上に突出した部分は無く
なる。即ち、LED構造のプレーナ化と併せて簡略化が
図れる。
の役目を果たす層を段差を生じない様に、即ちプレーナ
層として設けられれば従来のAlGaAsPLEDの信
頼性上の欠点を克服できる。上部クラッド層の内部に段
差を生じない平坦である電流阻止層を設けるには上部ク
ラッド層内にイオン注入法或いは拡散法等によりp形若
しくn形不純物、或いは高抵抗化をもたらす不純物を存
在させれば目的を達する。また、動作電流の拡散を果た
すには同じく上部クラッド層の表面側に高キャリア濃度
のイオン注入領域を設ければ良い。この様に図れば、上
部クラッド層1層のみで従来の上部クラッド層、電流阻
止層と電流拡散層の3層が持つ機能を担わせることが可
能となり、上部クラッド層表面上に突出した部分は無く
なる。即ち、LED構造のプレーナ化と併せて簡略化が
図れる。
【0017】但し、前述の様に上部クラッドの電導形は
発光層の電導形に依ってn形かp形となる。従って、上
部クラッド層に従来のLED構造に含まれる電流阻止や
電流拡散の機能を担わせるに不純物を添加するにあたっ
ては、上部クラッド層の電導形によって添加方法を変化
させる必要がある。例えばn形のクラッド層内に電流阻
止の機能を果たす領域を設けるにあたっては、p形のイ
オンを添加しなければならない。n形のイオンを注入し
たところで電流阻止の役目をするpn接合領域が形成さ
れないからである。逆に、動作電流の拡散を果たす電流
拡散の役目を担う領域を形成するには、n形のクラッド
層に対してはn形のイオンを添加する必要がある。しか
も、電流拡散の役目を果たす領域は電極を載置する上部
クラッド層の表面近傍に設ける必要がある。例えば、n
形の上部クラッド層にあっては電流阻止領域とするp形
不純物を添加してなる領域は、電流拡散層とするn形不
純物を添加した領域より深部に設ける必要がある。逆に
p形の上部クラッド層にあっては、この逆にp形不純物
の添加領域をn形不純物の添加領域より表面側に位置さ
せる必要がある。従って、上部クラッドの電導形に依存
してn形若しくはp形不純物の添加領域を変化させる必
要がある。
発光層の電導形に依ってn形かp形となる。従って、上
部クラッド層に従来のLED構造に含まれる電流阻止や
電流拡散の機能を担わせるに不純物を添加するにあたっ
ては、上部クラッド層の電導形によって添加方法を変化
させる必要がある。例えばn形のクラッド層内に電流阻
止の機能を果たす領域を設けるにあたっては、p形のイ
オンを添加しなければならない。n形のイオンを注入し
たところで電流阻止の役目をするpn接合領域が形成さ
れないからである。逆に、動作電流の拡散を果たす電流
拡散の役目を担う領域を形成するには、n形のクラッド
層に対してはn形のイオンを添加する必要がある。しか
も、電流拡散の役目を果たす領域は電極を載置する上部
クラッド層の表面近傍に設ける必要がある。例えば、n
形の上部クラッド層にあっては電流阻止領域とするp形
不純物を添加してなる領域は、電流拡散層とするn形不
純物を添加した領域より深部に設ける必要がある。逆に
p形の上部クラッド層にあっては、この逆にp形不純物
の添加領域をn形不純物の添加領域より表面側に位置さ
せる必要がある。従って、上部クラッドの電導形に依存
してn形若しくはp形不純物の添加領域を変化させる必
要がある。
【0018】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は(Alx
Ga1-x )y In1-y P(x、yは各々、組成比を表
す。)を発光層とする化合物半導体発光ダイオードに於
いて、p形不純物及びn形不純物の双方がイオン注入さ
れてなる層を上部クラッド層として採用する。発光層の
上部に配置する上部クラッド層1層で従来のクラッド層
と電流阻止層及び電流拡散層の3層の役目を担わせ、L
ED構造の簡略化を果たすためである。但し、上部クラ
ッド層がn形層である場合には、p形不純物をイオン注
入する領域をn形不純物を注入する領域より下部に存在
させる。逆にp形の上部クラッド層にあっては、n形不
純物が注入されてなる領域をp形不純物を注入する領域
より同層の下部に存在させる。但し、イオンを注入する
量は注入領域に於ける最大のキャリア濃度が被注入体の
キャリア濃度以上で2×1019cm-3以下の範囲に収納
できる様に調節する。また、上部クラッド層の電導形に
拘らず、下部にあるイオン注入領域の面積は該層のより
表面側に存在させる上部イオン注入領域の面積以下とす
る。本発明に則る上部クラッド層を設けることによりク
ラッデング、電流阻止、電流拡散の作用を含むプレーナ
形の簡略化された構造のLEDが提供できる。
Ga1-x )y In1-y P(x、yは各々、組成比を表
す。)を発光層とする化合物半導体発光ダイオードに於
いて、p形不純物及びn形不純物の双方がイオン注入さ
れてなる層を上部クラッド層として採用する。発光層の
上部に配置する上部クラッド層1層で従来のクラッド層
と電流阻止層及び電流拡散層の3層の役目を担わせ、L
ED構造の簡略化を果たすためである。但し、上部クラ
ッド層がn形層である場合には、p形不純物をイオン注
入する領域をn形不純物を注入する領域より下部に存在
させる。逆にp形の上部クラッド層にあっては、n形不
純物が注入されてなる領域をp形不純物を注入する領域
より同層の下部に存在させる。但し、イオンを注入する
量は注入領域に於ける最大のキャリア濃度が被注入体の
キャリア濃度以上で2×1019cm-3以下の範囲に収納
できる様に調節する。また、上部クラッド層の電導形に
拘らず、下部にあるイオン注入領域の面積は該層のより
表面側に存在させる上部イオン注入領域の面積以下とす
る。本発明に則る上部クラッド層を設けることによりク
ラッデング、電流阻止、電流拡散の作用を含むプレーナ
形の簡略化された構造のLEDが提供できる。
【0019】AlGaInP発光層やそれとヘテロ接合
させるクラッド層等は例えばMOCVD法等、公知の成
長技術を利用して形成できる。本発明に依ればクラッド
層は従来の電流拡散層の様な厚い膜厚を必要としない。
膜厚としては通常は数μm程度で充分なため、よってM
OCVD法でも十分に成長できる。また、本発明のため
にクラッド層等の特殊なエピタキシャル成長方法が必要
となる訳ではない。
させるクラッド層等は例えばMOCVD法等、公知の成
長技術を利用して形成できる。本発明に依ればクラッド
層は従来の電流拡散層の様な厚い膜厚を必要としない。
膜厚としては通常は数μm程度で充分なため、よってM
OCVD法でも十分に成長できる。また、本発明のため
にクラッド層等の特殊なエピタキシャル成長方法が必要
となる訳ではない。
【0020】本発明は特に上部クラッド層を対象とした
不純物の添加方法である。上部クラッド層は前述の如く
AlGaInP発光層の電導形に依ってp形かn形かが
決定される。上部クラッド層の電導形によって同層内に
設けるp形若しくはn形を呈する領域の配置関係は変化
するが、n形かp形かの不純物領域を設ける方法には変
わりはない。不純物を添加する方法には従来からイオン
注入法や拡散法等がある。イオン注入法では、同一の注
入設備を使用してn形やp形不純物の注入も可能であ
る。且つ注入時に敢えて被注入体の温度を上昇させる必
要もないため拡散法に比較すれば工程的に簡便である。
また、不純物の濃度分布も加速電圧等の最適化により容
易に精密に制御できる利点があり、プロセス工程上、簡
便さをもたらす。
不純物の添加方法である。上部クラッド層は前述の如く
AlGaInP発光層の電導形に依ってp形かn形かが
決定される。上部クラッド層の電導形によって同層内に
設けるp形若しくはn形を呈する領域の配置関係は変化
するが、n形かp形かの不純物領域を設ける方法には変
わりはない。不純物を添加する方法には従来からイオン
注入法や拡散法等がある。イオン注入法では、同一の注
入設備を使用してn形やp形不純物の注入も可能であ
る。且つ注入時に敢えて被注入体の温度を上昇させる必
要もないため拡散法に比較すれば工程的に簡便である。
また、不純物の濃度分布も加速電圧等の最適化により容
易に精密に制御できる利点があり、プロセス工程上、簡
便さをもたらす。
【0021】上部クラッド層にイオン注入を施すには特
殊な方法は必要はない。n形の上部クラッド層に対して
はp形不純物を注入する領域をn形の不純物注入領域よ
り下部に配置する。p形の上部クラッド層についてはn
形不純物を注入する領域をp形不純物注入領域より下部
に配置する。上部クラッド層と同一の電導形を呈する不
純物注入領域を上部クラッド層の表面側に配置させるの
は、動作電流の拡散を促進するためである。また、上部
クラッド層上に載置する電極の接触抵抗を減ずるためで
ある。上部クラッド層の電導形と反対の電導形の不純物
領域をより深部に設けるのは動作電流のAlGaInP
発光層への直接的な流通を阻止し、発光面積の拡大を図
るためである。この様な電流阻止の機能を果たす領域を
上部クラッド層の表面側に設けると、電極の抵抗の増大
を招くなど好ましくない。
殊な方法は必要はない。n形の上部クラッド層に対して
はp形不純物を注入する領域をn形の不純物注入領域よ
り下部に配置する。p形の上部クラッド層についてはn
形不純物を注入する領域をp形不純物注入領域より下部
に配置する。上部クラッド層と同一の電導形を呈する不
純物注入領域を上部クラッド層の表面側に配置させるの
は、動作電流の拡散を促進するためである。また、上部
クラッド層上に載置する電極の接触抵抗を減ずるためで
ある。上部クラッド層の電導形と反対の電導形の不純物
領域をより深部に設けるのは動作電流のAlGaInP
発光層への直接的な流通を阻止し、発光面積の拡大を図
るためである。この様な電流阻止の機能を果たす領域を
上部クラッド層の表面側に設けると、電極の抵抗の増大
を招くなど好ましくない。
【0022】注入時のイオンの加速電圧(加速エネルギ
ー)を適宣、調節すれば不純物が注入される深さを制御
できる。即ち、加速電圧の大小により注入イオンの濃度
が最も高い(ピーク濃度)上部クラッド層の表面からの
深さ(ピーク位置)を制御できる。注入するイオン種が
同一の場合、加速エネルギーが大きい程、ピーク位置は
クラッド層表面から深くなる。加速エネルギーが一定の
時は原子量が小さいイオン種程ピーク位置は深くなる。
よって、或る電導形を呈するイオン注入領域に対する別
の電導形のイオン注入領域の相対位置を調節するには、
注入イオンの原子量を勘案した上で、加速エネルギーを
相対的に調節すれば良い。
ー)を適宣、調節すれば不純物が注入される深さを制御
できる。即ち、加速電圧の大小により注入イオンの濃度
が最も高い(ピーク濃度)上部クラッド層の表面からの
深さ(ピーク位置)を制御できる。注入するイオン種が
同一の場合、加速エネルギーが大きい程、ピーク位置は
クラッド層表面から深くなる。加速エネルギーが一定の
時は原子量が小さいイオン種程ピーク位置は深くなる。
よって、或る電導形を呈するイオン注入領域に対する別
の電導形のイオン注入領域の相対位置を調節するには、
注入イオンの原子量を勘案した上で、加速エネルギーを
相対的に調節すれば良い。
【0023】上部クラッド層の膜厚が比較的厚い場合、
通常のイオン注入条件下ではイオンを層の深部に到達さ
せるに難が生ずる場合がある。この場合はイオンのチャ
ネリング(例えば「半導体イオン注入技術」(昭和61
年7月31日初版産業図書(株)発行)、26頁)が生
ずる条件下で注入すれば良い。ピーク(最高)濃度はイ
オンの注入量(ドーズ量)を加減すれば調整できる。ド
ーズ量を多くする程一般にピーク濃度は高くできる。
通常のイオン注入条件下ではイオンを層の深部に到達さ
せるに難が生ずる場合がある。この場合はイオンのチャ
ネリング(例えば「半導体イオン注入技術」(昭和61
年7月31日初版産業図書(株)発行)、26頁)が生
ずる条件下で注入すれば良い。ピーク(最高)濃度はイ
オンの注入量(ドーズ量)を加減すれば調整できる。ド
ーズ量を多くする程一般にピーク濃度は高くできる。
【0024】イオンを注入する際のドーズ量は被注入
体、即ち上部クラッド層の注入領域に於けるキャリア濃
度の最高値は被注入体のキャリア濃度以上とし、且つ2
×1019cm-3以下となる様に調節する。イオンを注入
するに際しては、上部クラッド層が元来有するキャリア
濃度以上のキャリア濃度が得られる様に図る。イオン注
入を施しても、上部クラッド層が元来有するキャリア濃
度以上のキャリア濃度が得られないと電流を阻止する或
いはまた電極のオーミックコンタクトを容易にするなど
の効果が得られない。逆にキャリア濃度が2×1019c
m-3を越えると被注入体の格子間隔等に変化を来たし、
結晶性を悪化させる。従って、上部クラッド層にイオン
注入する際のドーズ量は上部クラッド層の元来のキャリ
ア濃度以上で2×1019cm-3以下のキャリア濃度が得
られる様に設定する。この様な注入イオンに対するドー
ズ量の設定方法はn形イオン、p形イオン、即ちドナー
不純物イオンとアクセプター不純物イオンに拘らず共通
である。
体、即ち上部クラッド層の注入領域に於けるキャリア濃
度の最高値は被注入体のキャリア濃度以上とし、且つ2
×1019cm-3以下となる様に調節する。イオンを注入
するに際しては、上部クラッド層が元来有するキャリア
濃度以上のキャリア濃度が得られる様に図る。イオン注
入を施しても、上部クラッド層が元来有するキャリア濃
度以上のキャリア濃度が得られないと電流を阻止する或
いはまた電極のオーミックコンタクトを容易にするなど
の効果が得られない。逆にキャリア濃度が2×1019c
m-3を越えると被注入体の格子間隔等に変化を来たし、
結晶性を悪化させる。従って、上部クラッド層にイオン
注入する際のドーズ量は上部クラッド層の元来のキャリ
ア濃度以上で2×1019cm-3以下のキャリア濃度が得
られる様に設定する。この様な注入イオンに対するドー
ズ量の設定方法はn形イオン、p形イオン、即ちドナー
不純物イオンとアクセプター不純物イオンに拘らず共通
である。
【0025】イオン注入領域に於けるキャリア濃度の分
布には特に制限はない。例えば、ドナー或いはアクセプ
ター不純物の単段のイオン注入では、一般的には図7に
示す様な正規分布状のキャリア濃度分布が得られる。ま
た、加速電圧に変化をもたせ多段にイオン注入を施すと
図8の様に、各々の加速電圧に対応した正規分布状のキ
ャリア濃度が合成された比較的平坦なキャリア濃度の分
布を得ることも可能である。更に、加速電圧とドーズ量
を互いに逆比例の関係を保持しながらイオン注入を施す
と、即ち加速電圧を低く設定した場合にはドーズ量を多
くすると図9に示す単調減少のキャリア濃度分布が得ら
れる。この場合は被注入体の表面から深部に向かって徐
々に加速電圧を上昇させ、加速電圧の増加に対応してド
ーズ量を減少させている。キャリア濃度の分布の形状如
何に拘らず、イオン注入領域に於ける最高のキャリア濃
度とは、最大のキャリア濃度を指す。
布には特に制限はない。例えば、ドナー或いはアクセプ
ター不純物の単段のイオン注入では、一般的には図7に
示す様な正規分布状のキャリア濃度分布が得られる。ま
た、加速電圧に変化をもたせ多段にイオン注入を施すと
図8の様に、各々の加速電圧に対応した正規分布状のキ
ャリア濃度が合成された比較的平坦なキャリア濃度の分
布を得ることも可能である。更に、加速電圧とドーズ量
を互いに逆比例の関係を保持しながらイオン注入を施す
と、即ち加速電圧を低く設定した場合にはドーズ量を多
くすると図9に示す単調減少のキャリア濃度分布が得ら
れる。この場合は被注入体の表面から深部に向かって徐
々に加速電圧を上昇させ、加速電圧の増加に対応してド
ーズ量を減少させている。キャリア濃度の分布の形状如
何に拘らず、イオン注入領域に於ける最高のキャリア濃
度とは、最大のキャリア濃度を指す。
【0026】III−V族化合物半導体にとって、ドナー
として働く不純物には元素周期律表の第IV族元素である
Siの他、第VI族のSやSeなどがある。一方、アクセ
プター不純物には、第II族のZnやMgなどが挙げられ
る。これらの不純物の中から適当な不純物を選択し、組
み合わせて注入すれば良い。例えば、p形クラッド層に
本発明に係わる注入加工を施すのにドナー不純物として
Sを、アクセプター不純物としてMgを選択することも
できる。この場合、クラッド層はp形であるからSの注
入領域をMgの注入領域よりも深く位置させるために、
双方の不純物の注入加速エネルギーを調整する。
として働く不純物には元素周期律表の第IV族元素である
Siの他、第VI族のSやSeなどがある。一方、アクセ
プター不純物には、第II族のZnやMgなどが挙げられ
る。これらの不純物の中から適当な不純物を選択し、組
み合わせて注入すれば良い。例えば、p形クラッド層に
本発明に係わる注入加工を施すのにドナー不純物として
Sを、アクセプター不純物としてMgを選択することも
できる。この場合、クラッド層はp形であるからSの注
入領域をMgの注入領域よりも深く位置させるために、
双方の不純物の注入加速エネルギーを調整する。
【0027】不純物を注入する領域については、上部ク
ラッド層の表面側に位置する上部イオン注入領域を常に
同層のより深部に位置させる下部イオン注入領域の面積
以上とする。上部クラッド層表面近傍の上部イオン注入
領域がより深部のそれに比較して面積が小さいと、単に
オーミック性の不良をもたらすのみではなく発光領域の
減少も来す。上部クラッド層の深部に位置させる下部イ
オン注入領域は動作電流の発光層への短絡的な流入を防
止する電流阻止層の役目を果たすものである。従って、
電流阻止層を上部クラッド層の全面に亘る領域に存在さ
せると発光は得られない。上部クラッド層内の深部に設
ける下部イオン注入領域は電極形成領域とほぼ相似形の
領域とすれば良く、しかも電極が形成される領域の直下
に相当する位置に設ける。
ラッド層の表面側に位置する上部イオン注入領域を常に
同層のより深部に位置させる下部イオン注入領域の面積
以上とする。上部クラッド層表面近傍の上部イオン注入
領域がより深部のそれに比較して面積が小さいと、単に
オーミック性の不良をもたらすのみではなく発光領域の
減少も来す。上部クラッド層の深部に位置させる下部イ
オン注入領域は動作電流の発光層への短絡的な流入を防
止する電流阻止層の役目を果たすものである。従って、
電流阻止層を上部クラッド層の全面に亘る領域に存在さ
せると発光は得られない。上部クラッド層内の深部に設
ける下部イオン注入領域は電極形成領域とほぼ相似形の
領域とすれば良く、しかも電極が形成される領域の直下
に相当する位置に設ける。
【0028】一方、上部クラッド層の表面側に設ける上
部イオン注入領域は上部クラッド層表面の全域に亘って
も構わない。クラッド層の表面側のイオン注入は同層上
に設ける電極のオーミック性の改善や動作電流を一様に
分散させる電流拡散層の役目を得るものであるから、ク
ラッド層表面近傍に一様なキャリア濃度と深さに設ける
のが良い。
部イオン注入領域は上部クラッド層表面の全域に亘って
も構わない。クラッド層の表面側のイオン注入は同層上
に設ける電極のオーミック性の改善や動作電流を一様に
分散させる電流拡散層の役目を得るものであるから、ク
ラッド層表面近傍に一様なキャリア濃度と深さに設ける
のが良い。
【0029】上部クラッド層の特定領域にイオンを注入
するには先ず、一般的なフォトレジスト剤、SiO2 等
の酸化膜やSiN等の窒化膜、或いはそれらを組み合わ
せたマスク材料クラッド層の表面を被膜する。被膜後、
通常のフォトリソグラフィー法により、パターニングす
る。このパターニングによりイオンを注入する領域に在
る被膜を除去する。クラッド深部に設ける下部イオン注
入領域は入力電極を形成する領域の直下に相当する領域
に位置する様にパターニングする。然る加工を施した
後、露出した上部クラッド層の表面に選択的にイオン注
入する。
するには先ず、一般的なフォトレジスト剤、SiO2 等
の酸化膜やSiN等の窒化膜、或いはそれらを組み合わ
せたマスク材料クラッド層の表面を被膜する。被膜後、
通常のフォトリソグラフィー法により、パターニングす
る。このパターニングによりイオンを注入する領域に在
る被膜を除去する。クラッド深部に設ける下部イオン注
入領域は入力電極を形成する領域の直下に相当する領域
に位置する様にパターニングする。然る加工を施した
後、露出した上部クラッド層の表面に選択的にイオン注
入する。
【0030】上部クラッド層の表面側の特定の領域にイ
オンを注入する場合にあっても、前項に記載の如くのパ
ターニングを施した後、注入すれば良い。上部クラッド
層の表面近傍の全面にイオン注入領域を形成する際に
は、パターニングをする必要はない。
オンを注入する場合にあっても、前項に記載の如くのパ
ターニングを施した後、注入すれば良い。上部クラッド
層の表面近傍の全面にイオン注入領域を形成する際に
は、パターニングをする必要はない。
【0031】イオン注入法では、適当な不純物を注入し
たのみではn形或いはp形の電導性は得られない。注入
した不純物を電気的に活性化してこそn形或いはp形電
導を呈する層が得られる。注入不純物は通常、被注入体
のアニールにより活性化される。例えば上部クラッド層
として利用されるAlGaInP等の III−V族化合物
半導体に注入されたZnやMgの活性化に要するアニー
ル温度は総じて、600℃〜700℃程度である。一
方、n形の不純物であるSi注入イオンの活性化温度は
通常、750〜850℃である。SやSeの活性化温度
は概ね700℃前後である。従って、例えばp形不純物
としてMgを、n形不純物としてSを選択すると活性化
のためのアニール温度が統一され、同一温度で同時に双
方の注入イオンを活性化でき、アニール工程の簡略化が
もたらされ便利である。
たのみではn形或いはp形の電導性は得られない。注入
した不純物を電気的に活性化してこそn形或いはp形電
導を呈する層が得られる。注入不純物は通常、被注入体
のアニールにより活性化される。例えば上部クラッド層
として利用されるAlGaInP等の III−V族化合物
半導体に注入されたZnやMgの活性化に要するアニー
ル温度は総じて、600℃〜700℃程度である。一
方、n形の不純物であるSi注入イオンの活性化温度は
通常、750〜850℃である。SやSeの活性化温度
は概ね700℃前後である。従って、例えばp形不純物
としてMgを、n形不純物としてSを選択すると活性化
のためのアニール温度が統一され、同一温度で同時に双
方の注入イオンを活性化でき、アニール工程の簡略化が
もたらされ便利である。
【0032】本発明に依れば上部クラッド層の内部に電
流を阻止する機能をもったp/n接合を設けることがで
きる。また、本発明によるイオン注入法に依れば、従来
の電流拡散層の役目を果たす導電層をも上部クラッド層
の表面近傍に設けられる。即ち、同一の機能を備えるに
は従来は少なくとも個別に3層を堆積する必要があった
が、本発明によるイオン注入加工を上部クラッド層に施
せば、上部クラッド層1層のみでそれらの機能を達成す
ることができる。しかも、上部クラッド層の内部に電流
阻止層を設ければ、従来とは異なり電流阻止層の形成に
伴う、上に凸な結晶面をもたらさない。即ち、プレーナ
状態で電流阻止層や電流拡散層が形成でき、従来にない
プレーナ形のAlGaInP等から構成されるLEDが
提供できる。
流を阻止する機能をもったp/n接合を設けることがで
きる。また、本発明によるイオン注入法に依れば、従来
の電流拡散層の役目を果たす導電層をも上部クラッド層
の表面近傍に設けられる。即ち、同一の機能を備えるに
は従来は少なくとも個別に3層を堆積する必要があった
が、本発明によるイオン注入加工を上部クラッド層に施
せば、上部クラッド層1層のみでそれらの機能を達成す
ることができる。しかも、上部クラッド層の内部に電流
阻止層を設ければ、従来とは異なり電流阻止層の形成に
伴う、上に凸な結晶面をもたらさない。即ち、プレーナ
状態で電流阻止層や電流拡散層が形成でき、従来にない
プレーナ形のAlGaInP等から構成されるLEDが
提供できる。
【0033】
【作用】電流阻止と電流拡散の機能を唯一の層内に形成
でき、LED構造の簡略化がもたらされる。
でき、LED構造の簡略化がもたらされる。
【0034】(実施例1)本発明を実施例を基に詳細に
説明する。図1は本発明により作製したLEDの平面模
式図である。図2は図1に示す破線A−A’に沿った断
面の模式図である。本実施例に示すLEDは主に(Al
xa1-x )y In1-y P(x、yは各々、組成比を示
す。)から構成したものである。基板(101)にはZ
nドープのp形GaAs単結晶を用いた。結晶基板(1
01)の表面にはZnをドーピングした厚さ2μmのp
形GaAs緩衝層(102)を堆積した。緩衝層のキャ
リア濃度は2×1018cm-3とした。GaAs緩衝層
(102)上には下部クラッド層として厚さ0.8μm
のp形(Al0.6a0.4 )0.5 In0.5 P層(103)
を堆積した。p形の下部クラッド層(103)のキャリ
ア濃度は1×1018cm-3とした。下部クラッド層(1
03)の上部にはp形のAlGaInPからなる発光層
(104)を堆積した。発光層のキャリア濃度は1×1
017cm-3とした。Al組成(x)は0.49に、混晶
比(y)は0.50に各々設定した。発光層(104)
の膜厚は約0.2μmとした。これらの層は全てMOC
VD法で成長させた。成長温度は720℃とした。p形
の(Al0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5 P下部クラッド層
(103)及びp形の発光層(104)はZnのドーピ
ングにより得た。
説明する。図1は本発明により作製したLEDの平面模
式図である。図2は図1に示す破線A−A’に沿った断
面の模式図である。本実施例に示すLEDは主に(Al
xa1-x )y In1-y P(x、yは各々、組成比を示
す。)から構成したものである。基板(101)にはZ
nドープのp形GaAs単結晶を用いた。結晶基板(1
01)の表面にはZnをドーピングした厚さ2μmのp
形GaAs緩衝層(102)を堆積した。緩衝層のキャ
リア濃度は2×1018cm-3とした。GaAs緩衝層
(102)上には下部クラッド層として厚さ0.8μm
のp形(Al0.6a0.4 )0.5 In0.5 P層(103)
を堆積した。p形の下部クラッド層(103)のキャリ
ア濃度は1×1018cm-3とした。下部クラッド層(1
03)の上部にはp形のAlGaInPからなる発光層
(104)を堆積した。発光層のキャリア濃度は1×1
017cm-3とした。Al組成(x)は0.49に、混晶
比(y)は0.50に各々設定した。発光層(104)
の膜厚は約0.2μmとした。これらの層は全てMOC
VD法で成長させた。成長温度は720℃とした。p形
の(Al0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5 P下部クラッド層
(103)及びp形の発光層(104)はZnのドーピ
ングにより得た。
【0035】p形発光層(104)の上にはn形の(A
l0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5 P上部クラッド層(10
5)を堆積した。n形の上部クラッド層(105)の膜
厚は0.6μmとした。n形の(Al0.6 Ga0.4 )
0.5 In0.5 P上部クラッド層(105)もMOCVD
法により温度720℃で成長させた。n形の上部クラッ
ド層(105)のキャリア濃度は約1×1018cm-3と
した。このキャリア濃度はSiのドーピングにより得
た。
l0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5 P上部クラッド層(10
5)を堆積した。n形の上部クラッド層(105)の膜
厚は0.6μmとした。n形の(Al0.6 Ga0.4 )
0.5 In0.5 P上部クラッド層(105)もMOCVD
法により温度720℃で成長させた。n形の上部クラッ
ド層(105)のキャリア濃度は約1×1018cm-3と
した。このキャリア濃度はSiのドーピングにより得
た。
【0036】上部クラッド層(105)を成長させた
後、MOCVD成長用炉内で室温近傍の温度に至る迄冷
却した。冷却後、炉内よりウエハを取り出した。その
後、n形の上部クラッド層(105)の表面を一般的な
フォトレジスト材で被覆し、公知のフォトリソグラフィ
ー技術を利用してパターニングした。パターニングの平
面形状は図1に示す電極形状と相似とした。
後、MOCVD成長用炉内で室温近傍の温度に至る迄冷
却した。冷却後、炉内よりウエハを取り出した。その
後、n形の上部クラッド層(105)の表面を一般的な
フォトレジスト材で被覆し、公知のフォトリソグラフィ
ー技術を利用してパターニングした。パターニングの平
面形状は図1に示す電極形状と相似とした。
【0037】パターニングにより選択的に露出させた一
つのn形の上部クラッド層(105)の表面から、原子
量が24であるMgのイオンを注入した。即ち、電極形
状と相似形に露出させたクラッド層(105)の表面か
ら選択的にMgイオンを注入し、p形を呈するイオン注
入領域(106)を形成した。注入時の加速電圧は36
0kVとし、ドーズ量は4×1013cm-2とした。この
注入により上部クラッド層(105)の電極の直下に相
当する領域に於いて、表面から深さ約0.4μmの位置
で約2×1018cm-3のピーク濃度を有するp形注入領
域を形成した。これにより、n形の上部クラッド層(1
05)と深部のMgイオン注入領域とで電流阻止の機能
を果たすp/n接合を形成した。
つのn形の上部クラッド層(105)の表面から、原子
量が24であるMgのイオンを注入した。即ち、電極形
状と相似形に露出させたクラッド層(105)の表面か
ら選択的にMgイオンを注入し、p形を呈するイオン注
入領域(106)を形成した。注入時の加速電圧は36
0kVとし、ドーズ量は4×1013cm-2とした。この
注入により上部クラッド層(105)の電極の直下に相
当する領域に於いて、表面から深さ約0.4μmの位置
で約2×1018cm-3のピーク濃度を有するp形注入領
域を形成した。これにより、n形の上部クラッド層(1
05)と深部のMgイオン注入領域とで電流阻止の機能
を果たすp/n接合を形成した。
【0038】Mgイオンを注入した後、上部クラッド層
(105)の表面を選択的に被覆していたフォトレジス
ト材を剥離した。次に、原子量が32のSイオンを上部
クラッド層の全面に亘り注入した。加速エネルギーは2
50KeVとし、ドーズ量は3×1013cm-2とした。
これによりピーク位置が上部クラッド層(105)の表
面から約0.2μmで、キャリア濃度が約3×1018c
m-3のn形の注入領域(107)を形成した。従って、
p形のイオン注入領域(106)のピーク濃度位置は、
n形の注入領域(107)のそれより約0.2μmだけ
クラッド層(105)のより深部に位置することとなっ
た。上記のSイオンの注入に於いても加速エネルギーを
調節すれば不純物イオンの注入の深さを調節できる。p
形並びにn形のイオン注入領域((106)及び(10
7))に於けるキャリア濃度はほぼ正規分布曲線状であ
って、最終的に得られた上部クラッド層(105)の表
面から緩衝層(102)に至るキャリア濃度の分布は図
3に示す如くとなった。同図に示す如く、p形イオン
(アクセプターイオン)とn形イオン(ドナーイオン)
が注入された領域((106)及び(107))に於い
て、キャリア濃度は上部クラッド層(105)の元来の
キャリア濃度以上で且つ2×1019cm-3以下の範囲に
納まっていた。
(105)の表面を選択的に被覆していたフォトレジス
ト材を剥離した。次に、原子量が32のSイオンを上部
クラッド層の全面に亘り注入した。加速エネルギーは2
50KeVとし、ドーズ量は3×1013cm-2とした。
これによりピーク位置が上部クラッド層(105)の表
面から約0.2μmで、キャリア濃度が約3×1018c
m-3のn形の注入領域(107)を形成した。従って、
p形のイオン注入領域(106)のピーク濃度位置は、
n形の注入領域(107)のそれより約0.2μmだけ
クラッド層(105)のより深部に位置することとなっ
た。上記のSイオンの注入に於いても加速エネルギーを
調節すれば不純物イオンの注入の深さを調節できる。p
形並びにn形のイオン注入領域((106)及び(10
7))に於けるキャリア濃度はほぼ正規分布曲線状であ
って、最終的に得られた上部クラッド層(105)の表
面から緩衝層(102)に至るキャリア濃度の分布は図
3に示す如くとなった。同図に示す如く、p形イオン
(アクセプターイオン)とn形イオン(ドナーイオン)
が注入された領域((106)及び(107))に於い
て、キャリア濃度は上部クラッド層(105)の元来の
キャリア濃度以上で且つ2×1019cm-3以下の範囲に
納まっていた。
【0039】入力側電極(108)は表面近傍にn形注
入領域(107)を含む上部クラッド層(105)上に
形成した。電極(108)は図1に示す如く直径150
μmの円筒状電極と幅が約25μmで、長さが約250
μmの長方形からなる十字電極を組み合わせたものであ
る。従って、電流阻止の役目を果たすp形のイオン注入
領域(106)もこれと相似である。また、入力電極
(108)はp形イオン注入領域(106)の直上に、
注入領域(106)と電極(108)の形成領域が合致
する様に設けた。電極(108)の材質はAu・Ge合
金とした。一方、出力側の電極(109)は基板(10
1)の裏面全面に形成した。基板としてp形のGaAs
を使用したため出力電極(109)はAu・Zn合金で
構成した。
入領域(107)を含む上部クラッド層(105)上に
形成した。電極(108)は図1に示す如く直径150
μmの円筒状電極と幅が約25μmで、長さが約250
μmの長方形からなる十字電極を組み合わせたものであ
る。従って、電流阻止の役目を果たすp形のイオン注入
領域(106)もこれと相似である。また、入力電極
(108)はp形イオン注入領域(106)の直上に、
注入領域(106)と電極(108)の形成領域が合致
する様に設けた。電極(108)の材質はAu・Ge合
金とした。一方、出力側の電極(109)は基板(10
1)の裏面全面に形成した。基板としてp形のGaAs
を使用したため出力電極(109)はAu・Zn合金で
構成した。
【0040】(実施例2)Siドープのn形GaAs単
結晶基板(101)上には、Siをドーピングした厚さ
2μmのn形GaAs緩衝層(102)を堆積した。緩
衝層のキャリア濃度は1×1018cm-3とした。GaA
s緩衝層(102)上には下部クラッド層として厚さ
0.8μmのn形(Al0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5 P
層(103)を堆積した。n形の下部クラッド層(10
3)のキャリア濃度は1×1018cm-3とした。下部ク
ラッド層(103)の上部にはn形のAlGaInPか
らなる発光層(104)を堆積した。n形発光層のキャ
リア濃度は3×1016cm-3とし、膜厚は約0.2μm
とした。Al混晶比xは0.49に、混晶比(y)は
0.50に各々設定した。これらの層は全てMOCVD
法で成長させた。成長温度は720℃とした。n形のA
lGaInP下部クラッド層(103)及びn形の発光
層(104)はSiのドーピングにより得た。
結晶基板(101)上には、Siをドーピングした厚さ
2μmのn形GaAs緩衝層(102)を堆積した。緩
衝層のキャリア濃度は1×1018cm-3とした。GaA
s緩衝層(102)上には下部クラッド層として厚さ
0.8μmのn形(Al0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5 P
層(103)を堆積した。n形の下部クラッド層(10
3)のキャリア濃度は1×1018cm-3とした。下部ク
ラッド層(103)の上部にはn形のAlGaInPか
らなる発光層(104)を堆積した。n形発光層のキャ
リア濃度は3×1016cm-3とし、膜厚は約0.2μm
とした。Al混晶比xは0.49に、混晶比(y)は
0.50に各々設定した。これらの層は全てMOCVD
法で成長させた。成長温度は720℃とした。n形のA
lGaInP下部クラッド層(103)及びn形の発光
層(104)はSiのドーピングにより得た。
【0041】n形発光層(104)の上にはp形の(A
l0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5 P上部クラッド層(10
5)を堆積した。p形の上部クラッド層(105)の膜
厚は0.6μmとした。p形の上部クラッド層(10
5)もMOCVD法により温度720℃で成長させた。
p形の上部クラッド層(105)のキャリア濃度は約1
×1018cm-3とした。このキャリア濃度はZnのドー
ピングにより得た。
l0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5 P上部クラッド層(10
5)を堆積した。p形の上部クラッド層(105)の膜
厚は0.6μmとした。p形の上部クラッド層(10
5)もMOCVD法により温度720℃で成長させた。
p形の上部クラッド層(105)のキャリア濃度は約1
×1018cm-3とした。このキャリア濃度はZnのドー
ピングにより得た。
【0042】パターニングにより選択的にその表面を露
出させたp形の上部クラッド層(105)に原子量が3
2であるSの2価イオンを選択注入し、上部クラッド層
(105)の内部にn形を呈するイオン注入領域(10
6)を形成した。原子価が2価のSイオンを選択的に注
入した領域は図1に示した電極形状と相似形とした。注
入時の加速エネルギーは400keVとし、ドーズ量は
3×1013cm-2とした。この注入により上部クラッド
層(105)の電極の直下に相当する領域に於いて同層
の表面から深さ約0.4μmの位置で約1.5×1018
cm-3のピーク濃度を有するn形注入領域を形成した。
これにより、p形の上部クラッド層(105)と深部に
介在させたこのSイオン注入領域とで電流阻止の機能を
果たすp/n接合を形成した。得られた断面構造は図2
と同一である。
出させたp形の上部クラッド層(105)に原子量が3
2であるSの2価イオンを選択注入し、上部クラッド層
(105)の内部にn形を呈するイオン注入領域(10
6)を形成した。原子価が2価のSイオンを選択的に注
入した領域は図1に示した電極形状と相似形とした。注
入時の加速エネルギーは400keVとし、ドーズ量は
3×1013cm-2とした。この注入により上部クラッド
層(105)の電極の直下に相当する領域に於いて同層
の表面から深さ約0.4μmの位置で約1.5×1018
cm-3のピーク濃度を有するn形注入領域を形成した。
これにより、p形の上部クラッド層(105)と深部に
介在させたこのSイオン注入領域とで電流阻止の機能を
果たすp/n接合を形成した。得られた断面構造は図2
と同一である。
【0043】Sイオンを注入した後、上部クラッド層
(105)の表面にZnイオンを注入した。Znイオン
は、電極形成領域と相似の領域にのみ注入された上記の
Sイオンとは異なり、上部クラッド層(105)の表面
全体に注入した。電極を形成する領域は図1に示す様に
上部クラッド層(105)の表面の一部の領域であるた
め、Sイオン注入領域(107)に比較しZnイオン注
入領域(106)は広くなっている。Znイオンの注入
加速エネルギーは200KeVとし、ドーズ量は2×1
013cm-2とした。これによりピーク位置がp形の上部
クラッド層(105)の表面から約0.2μmで、キャ
リア濃度が約3×1018cm-3のp形の注入領域(10
7)を形成した。従って、p形のイオン注入領域(10
7)のピーク濃度位置は、n形の注入領域(106)の
それより約0.2μmだけ、上部クラッド層(105)
のより表面側に位置することとなった。図4にイオン注
入後の上部クラッド層(105)の表面から深さ方向の
キャリア濃度分布を示す。同図に示す如く、p形イオン
(アクセプターイオン)とn形イオン(ドナーイオン)
が注入された領域((106)及び(107))に於い
て、キャリア濃度は上部クラッド層(105)の元来の
キャリア濃度以上で且つ2×1019cm-3以下の範囲に
納まっていた。
(105)の表面にZnイオンを注入した。Znイオン
は、電極形成領域と相似の領域にのみ注入された上記の
Sイオンとは異なり、上部クラッド層(105)の表面
全体に注入した。電極を形成する領域は図1に示す様に
上部クラッド層(105)の表面の一部の領域であるた
め、Sイオン注入領域(107)に比較しZnイオン注
入領域(106)は広くなっている。Znイオンの注入
加速エネルギーは200KeVとし、ドーズ量は2×1
013cm-2とした。これによりピーク位置がp形の上部
クラッド層(105)の表面から約0.2μmで、キャ
リア濃度が約3×1018cm-3のp形の注入領域(10
7)を形成した。従って、p形のイオン注入領域(10
7)のピーク濃度位置は、n形の注入領域(106)の
それより約0.2μmだけ、上部クラッド層(105)
のより表面側に位置することとなった。図4にイオン注
入後の上部クラッド層(105)の表面から深さ方向の
キャリア濃度分布を示す。同図に示す如く、p形イオン
(アクセプターイオン)とn形イオン(ドナーイオン)
が注入された領域((106)及び(107))に於い
て、キャリア濃度は上部クラッド層(105)の元来の
キャリア濃度以上で且つ2×1019cm-3以下の範囲に
納まっていた。
【0044】実施例1及び2に記載の方法により作成し
たAlGaInPLEDでは、チップ(350μm×3
50μm□)の全面でほぼ均一な発光が確認された。
たAlGaInPLEDでは、チップ(350μm×3
50μm□)の全面でほぼ均一な発光が確認された。
【0045】
【発明の効果】構造が簡略化でき且つ発光面積の拡大を
もたらす効果がある。
もたらす効果がある。
【図1】本発明に係わるAlGaInPLEDの平面模
式図である。
式図である。
【図2】図1の平面模式図の線A−A’に沿った断面の
模式図である。
模式図である。
【図3】実施例1に係わるLED構造の電極形成領域に
於ける深さ方向のキャリア濃度の分布を示す図である。
於ける深さ方向のキャリア濃度の分布を示す図である。
【図4】実施例2に係わるLED構造に電極形成領域に
於ける深さ方向のキャリア濃度の分布を示す図である。
於ける深さ方向のキャリア濃度の分布を示す図である。
【図5】従来からの一般的なAlGaInPLEDの断
面構造の例を示す図である。
面構造の例を示す図である。
【図6】電流阻止層を含んだ従来のAlGaInPLE
Dの断面構造の例を示す図である。
Dの断面構造の例を示す図である。
【図7】単段のイオン注入によるキャリア濃度の分布の
一例を示す模式図である。
一例を示す模式図である。
【図8】多段のイオン注入によるキャリア濃度の分布の
一例を示す模式図である。
一例を示す模式図である。
【図9】加速電圧とドーズ量を相互に変化させてイオン
注入を施した場合のキャリア濃度の分布の一例を示す模
式図である。
注入を施した場合のキャリア濃度の分布の一例を示す模
式図である。
(101) 結晶基板 (102) 緩衝層 (103) 下部クラッド層 (104) 発光層 (105) 上部クラッド層 (106) アクセプターイオン注入領域 (107) ドナーイオン注入領域 (108) 入力電極 (109) 出力電極 (110) GaAs基板 (111) GaAs緩衝層 (112) ブラッグ反射(DBR)層 (113) 下部クラッド層 (114) AlGaInP発光層 (115) 上部クラッド層 (116) 電流拡散層 (117) 入力電極 (118) 出力電極 (119) 電流阻止層 (120) キャリア濃度の分布曲線 (121) キャリア濃度の最高値
Claims (6)
- 【請求項1】 (Alx Ga1-x )y In1-y P層を発
光層として含むダブルヘテロ構造を有する発光ダイオー
ドに於いて、該発光層とヘテロ接合している上部クラッ
ド層のドナー不純物またはアクセプター不純物がイオン
注入されてなることを特徴とする化合物半導体発光ダイ
オード。 - 【請求項2】 n形の上部クラッド層にあっては、アク
セプター不純物がイオン注入されてなる領域をドナー不
純物が注入されてなる領域より下部に存在させてなる請
求項1に記載の化合物半導体発光ダイオード。 - 【請求項3】 p形の上部クラッド層にあっては、ドナ
ー不純物がイオン注入されてなる領域をアクセプター不
純物が注入されてなる領域より下部に存在させてなる請
求項1に記載の化合物半導体発光ダイオード。 - 【請求項4】 イオンが注入されてなる領域の最高のキ
ャリア濃度は被注入体のキャリア濃度以上で2×1019
cm-3以下である請求項1〜3に記載の化合物半導体発
光ダイオード。 - 【請求項5】 クラッド層のより下部に配置させるイオ
ン注入領域の面積は、該層のより表面側に存在する上部
イオン注入領域の面積以下である請求項1〜4に記載の
化合物半導体発光ダイオード。 - 【請求項6】 クラッド層内の上部イオン注入領域上に
電極が形成されてなる請求項1から5に記載の化合物半
導体発光ダイオード。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11888094A JPH07326793A (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 化合物半導体発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11888094A JPH07326793A (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 化合物半導体発光ダイオード |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07326793A true JPH07326793A (ja) | 1995-12-12 |
Family
ID=14747422
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11888094A Pending JPH07326793A (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 化合物半導体発光ダイオード |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07326793A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003023181A (ja) * | 2001-07-06 | 2003-01-24 | Showa Denko Kk | GaP系発光ダイオード及びその製造方法 |
JP2005026493A (ja) * | 2003-07-03 | 2005-01-27 | Sharp Corp | 酸化物半導体発光素子 |
JP2008021905A (ja) * | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子、半導体レーザ素子の製造方法および応用システム |
JP2010118672A (ja) * | 2002-02-08 | 2010-05-27 | Cree Inc | 改良エピタキシャル堆積のために炭化珪素基板を処理する方法、及びその方法によって得られる構造とデバイス |
KR101134720B1 (ko) * | 2009-02-16 | 2012-04-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
USRE49298E1 (en) | 2007-02-01 | 2022-11-15 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting element |
-
1994
- 1994-05-31 JP JP11888094A patent/JPH07326793A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003023181A (ja) * | 2001-07-06 | 2003-01-24 | Showa Denko Kk | GaP系発光ダイオード及びその製造方法 |
JP2010118672A (ja) * | 2002-02-08 | 2010-05-27 | Cree Inc | 改良エピタキシャル堆積のために炭化珪素基板を処理する方法、及びその方法によって得られる構造とデバイス |
JP2005026493A (ja) * | 2003-07-03 | 2005-01-27 | Sharp Corp | 酸化物半導体発光素子 |
JP2008021905A (ja) * | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子、半導体レーザ素子の製造方法および応用システム |
USRE49298E1 (en) | 2007-02-01 | 2022-11-15 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting element |
USRE49406E1 (en) | 2007-02-01 | 2023-01-31 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting element |
KR101134720B1 (ko) * | 2009-02-16 | 2012-04-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
US8901599B2 (en) | 2009-02-16 | 2014-12-02 | Lg Innotek Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device |
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