JPH0794780A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JPH0794780A JPH0794780A JP23476693A JP23476693A JPH0794780A JP H0794780 A JPH0794780 A JP H0794780A JP 23476693 A JP23476693 A JP 23476693A JP 23476693 A JP23476693 A JP 23476693A JP H0794780 A JPH0794780 A JP H0794780A
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- oxygen concentration
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＩｎＧａＡｌＰ系材料を用いても、高Ａｌ組
成ＩｎＧａＡｌＰの低抵抗ｐ型層を実現し、かつ良好な
表面モホロジー及びヒロック密度を実現することがで
き、素子特性の向上及び製造歩留まりの向上をはかり得
る半導体発光装置を提供すること。 【構成】 Ｉｎ1-y （Ｇａ1-x Ａｌx ）y Ｐからなり、
活性層１５をｐ型クラッド層１６及びｎ型クラッド層１
４で挟んだダブルヘテロ構造部を有する半導体発光装置
において、ｐ型クラッド層１６のＡｌ混晶比ｘをｘ≧
０．７５とし、ｐ型クラッド層１６の酸素濃度を２×１
０17ｃｍ-3以下に設定してなることを特徴とする。
成ＩｎＧａＡｌＰの低抵抗ｐ型層を実現し、かつ良好な
表面モホロジー及びヒロック密度を実現することがで
き、素子特性の向上及び製造歩留まりの向上をはかり得
る半導体発光装置を提供すること。 【構成】 Ｉｎ1-y （Ｇａ1-x Ａｌx ）y Ｐからなり、
活性層１５をｐ型クラッド層１６及びｎ型クラッド層１
４で挟んだダブルヘテロ構造部を有する半導体発光装置
において、ｐ型クラッド層１６のＡｌ混晶比ｘをｘ≧
０．７５とし、ｐ型クラッド層１６の酸素濃度を２×１
０17ｃｍ-3以下に設定してなることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光装置に係わ
り、特にＩｎＧａＡｌＰ系材料を用いた半導体発光装置
に関する。
り、特にＩｎＧａＡｌＰ系材料を用いた半導体発光装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩｎＧａＡｌＰ系混晶は、窒化物を除く
III-Ｖ族化合物半導体混晶中で最大の直接遷移型エネル
ギーギャップを有し、０．５〜０．６μｍ帯の発光素子
材料として注目されている。特に、ＧａＡｓを基板と
し、これに格子整合するＩｎＧａＡｌＰによる発光部を
持つｐｎ接合型発光ダイオード（ＬＥＤ）は、従来のＧ
ａＰやＧａＡｓＰ等の間接遷移型の材料を用いたものに
比べ、発光層のＡｌ混晶比を変えることにより赤色から
緑色まで直接遷移型の発光が可能であり、高輝度のＬＥ
Ｄを形成することが可能である。またさらに、高出力の
可視光レーザを形成することが可能である。
III-Ｖ族化合物半導体混晶中で最大の直接遷移型エネル
ギーギャップを有し、０．５〜０．６μｍ帯の発光素子
材料として注目されている。特に、ＧａＡｓを基板と
し、これに格子整合するＩｎＧａＡｌＰによる発光部を
持つｐｎ接合型発光ダイオード（ＬＥＤ）は、従来のＧ
ａＰやＧａＡｓＰ等の間接遷移型の材料を用いたものに
比べ、発光層のＡｌ混晶比を変えることにより赤色から
緑色まで直接遷移型の発光が可能であり、高輝度のＬＥ
Ｄを形成することが可能である。またさらに、高出力の
可視光レーザを形成することが可能である。
【０００３】高輝度のＬＥＤや高出力レーザを形成する
ためには、発光効率を高めることはもとより、発光層に
おけるキャリアの閉じ込めや、光の閉じ込めが十分にな
されることが重要である。そのためには、発光層とクラ
ッド層のバンドギャップ差、屈折率差が十分であること
が必要となる。従って、クラッド層のＡｌ混晶比を大き
くすることが必要となる。
ためには、発光効率を高めることはもとより、発光層に
おけるキャリアの閉じ込めや、光の閉じ込めが十分にな
されることが重要である。そのためには、発光層とクラ
ッド層のバンドギャップ差、屈折率差が十分であること
が必要となる。従って、クラッド層のＡｌ混晶比を大き
くすることが必要となる。
【０００４】しかしながら、これまでＩｎＧａＡｌＰに
おいて、Ａｌ混晶比ｘを大きくすると、特にｘが０．７
を越えるとｐ型ドーパントであるＺｎの取り込まれ効率
が悪くなるだけでなく、膜中の酸素濃度が高くなり、ア
クセプタを補償してしまうなどしてさらに、取り込まれ
たＺｎの電気的な活性化率（結晶中に取り込まれたＺｎ
濃度に対するキャリア濃度の割合）を低下させてしま
い、ｐ型キャリアを高濃度にドーピングすることが困難
であった。
おいて、Ａｌ混晶比ｘを大きくすると、特にｘが０．７
を越えるとｐ型ドーパントであるＺｎの取り込まれ効率
が悪くなるだけでなく、膜中の酸素濃度が高くなり、ア
クセプタを補償してしまうなどしてさらに、取り込まれ
たＺｎの電気的な活性化率（結晶中に取り込まれたＺｎ
濃度に対するキャリア濃度の割合）を低下させてしま
い、ｐ型キャリアを高濃度にドーピングすることが困難
であった。
【０００５】成長温度を低くすれば、Ｚｎの取り込まれ
効率は高くなるが、さらに酸素濃度が増加することにな
り、ヒロック密度の増加や表面モホロジーの悪化によ
り、素子の歩留まりが低くなるという問題があった。特
に、クラッド層にＩｎＡｌＰを用い、Ｚｎをｐ型ドーパ
ントとして用いた素子ではｐ型クラッド層が高抵抗にな
ってしまった。
効率は高くなるが、さらに酸素濃度が増加することにな
り、ヒロック密度の増加や表面モホロジーの悪化によ
り、素子の歩留まりが低くなるという問題があった。特
に、クラッド層にＩｎＡｌＰを用い、Ｚｎをｐ型ドーパ
ントとして用いた素子ではｐ型クラッド層が高抵抗にな
ってしまった。
【０００６】なお、ｐ型ドーパントとしてＭｇを用いれ
ば、その取り込まれ効率が高くなるため、高キャリア濃
度を得ることはできるが、Ｍｇには拡散や遅れ等の問題
があり、制御性良くドーピングすることは困難であっ
た。
ば、その取り込まれ効率が高くなるため、高キャリア濃
度を得ることはできるが、Ｍｇには拡散や遅れ等の問題
があり、制御性良くドーピングすることは困難であっ
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、Ｉｎ
ＧａＡｌＰ系材料を用いた半導体発光装置においては、
高Ａｌ組成のクラッド層を採用すると、キャリア濃度の
低下による抵抗値増大や、ヒロック密度の増加や表面モ
ホロジーの悪化による歩留まり低下を招き、実質的に高
Ａｌ組成のクラッド層を採用することは困難であった。
ＧａＡｌＰ系材料を用いた半導体発光装置においては、
高Ａｌ組成のクラッド層を採用すると、キャリア濃度の
低下による抵抗値増大や、ヒロック密度の増加や表面モ
ホロジーの悪化による歩留まり低下を招き、実質的に高
Ａｌ組成のクラッド層を採用することは困難であった。
【０００８】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ＩｎＧａＡｌＰ系材料
を用いても、高Ａｌ組成ＩｎＧａＡｌＰの低抵抗ｐ型層
を実現し、かつ良好な表面モホロジー及びヒロック密度
を実現することができ、素子特性の向上及び製造歩留ま
りの向上をはかり得る半導体発光装置を提供することに
ある。
ので、その目的とするところは、ＩｎＧａＡｌＰ系材料
を用いても、高Ａｌ組成ＩｎＧａＡｌＰの低抵抗ｐ型層
を実現し、かつ良好な表面モホロジー及びヒロック密度
を実現することができ、素子特性の向上及び製造歩留ま
りの向上をはかり得る半導体発光装置を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、酸素濃
度を最適化することにより、低抵抗かつ良好なモホロジ
ーを持つ高Ａｌ組成ＩｎＧａＡｌＰ層を得ることにあ
る。即ち本発明は、Ｉｎ1-y （Ｇａ1-x Ａｌx ）y Ｐか
らなり、活性層をｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層で
挟んだダブルヘテロ構造部を有する半導体発光装置にお
いて、ｐ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘをｘ≧０．７５と
し、ｐ型クラッド層の酸素濃度を２×１０17ｃｍ-3以下
に設定してなることを特徴とする。
度を最適化することにより、低抵抗かつ良好なモホロジ
ーを持つ高Ａｌ組成ＩｎＧａＡｌＰ層を得ることにあ
る。即ち本発明は、Ｉｎ1-y （Ｇａ1-x Ａｌx ）y Ｐか
らなり、活性層をｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層で
挟んだダブルヘテロ構造部を有する半導体発光装置にお
いて、ｐ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘをｘ≧０．７５と
し、ｐ型クラッド層の酸素濃度を２×１０17ｃｍ-3以下
に設定してなることを特徴とする。
【００１０】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 基板の面方位が（１００）から［０１１］又は［０
１-1］方向に１０度以上傾斜した面方位であること。 (2) ｐ型クラッド層のドーパントがＺｎであること。
は、次のものがあげられる。 (1) 基板の面方位が（１００）から［０１１］又は［０
１-1］方向に１０度以上傾斜した面方位であること。 (2) ｐ型クラッド層のドーパントがＺｎであること。
【００１１】
【作用】本発明によれば、高Ａｌ組成のＩｎ0.5 （Ｇａ
1-x Ａｌx ）0.5 Ｐ（ｘ≧０．７５）において、酸素濃
度を前記のように規定することにより、低抵抗，高濃度
ｐ型ドーピング及び良好な表面モホロジーを実現するこ
とができるため、高バンドギャップ差及び高屈折率差を
有する良好なダブルヘテロ接合を有する素子を歩留まり
良く作成することが可能となる。
1-x Ａｌx ）0.5 Ｐ（ｘ≧０．７５）において、酸素濃
度を前記のように規定することにより、低抵抗，高濃度
ｐ型ドーピング及び良好な表面モホロジーを実現するこ
とができるため、高バンドギャップ差及び高屈折率差を
有する良好なダブルヘテロ接合を有する素子を歩留まり
良く作成することが可能となる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の第１の実施例に係わる半導体発
光装置の概略構成を示す断面図である。図中１１はｎ−
ＧａＡｓ基板であり、この基板１１の主面上に、ｎ−Ｇ
ａＡｓバッファ層１２、１０対のｎ−ＩｎＡｌＰとｎ−
ＧａＡｓからなるブラッグ反射層１３が形成されてい
る。ブラッグ反射層１３上には、ｎ−Ｉｎ0.5 Ａｌ0.5
Ｐクラッド層１４、Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.55Ａｌ0.45）0.5
Ｐ活性層１５、及びｐ−Ｉｎ0.5 Ａｌ0.5 Ｐクラッド層
１６からなるダブルヘテロ構造部（発光領域層）が成長
形成されている。
する。図１は、本発明の第１の実施例に係わる半導体発
光装置の概略構成を示す断面図である。図中１１はｎ−
ＧａＡｓ基板であり、この基板１１の主面上に、ｎ−Ｇ
ａＡｓバッファ層１２、１０対のｎ−ＩｎＡｌＰとｎ−
ＧａＡｓからなるブラッグ反射層１３が形成されてい
る。ブラッグ反射層１３上には、ｎ−Ｉｎ0.5 Ａｌ0.5
Ｐクラッド層１４、Ｉｎ0.5 （Ｇａ0.55Ａｌ0.45）0.5
Ｐ活性層１５、及びｐ−Ｉｎ0.5 Ａｌ0.5 Ｐクラッド層
１６からなるダブルヘテロ構造部（発光領域層）が成長
形成されている。
【００１３】ダブルヘテロ構造部上には、ｐ−ＩｎＧａ
Ｐ中間コンタクト層１７及びｎ−Ｉｎ0.5 Ａｌ0.5 Ｐ電
流阻止層１８が成長形成され、選択エッチングにより電
流阻止層１８は例えば円形に加工されている。中間コン
タクト層１７及び電流阻止層１８上には、ｐ−Ｇａ0.2
Ａｌ0.8 Ａｓ電流拡散層１９及びｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層２０が成長形成され、このコンタクト層２１は電流
阻止層１８の形状に合わせて円形に加工されている。そ
して、コンタクト層２０の上にＡｕ−Ｚｎからなるｐ側
電極２１が形成され、基板１１の他方の主面にＡｕ−Ｇ
ｅからなるｎ側電極２２が形成されている。
Ｐ中間コンタクト層１７及びｎ−Ｉｎ0.5 Ａｌ0.5 Ｐ電
流阻止層１８が成長形成され、選択エッチングにより電
流阻止層１８は例えば円形に加工されている。中間コン
タクト層１７及び電流阻止層１８上には、ｐ−Ｇａ0.2
Ａｌ0.8 Ａｓ電流拡散層１９及びｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層２０が成長形成され、このコンタクト層２１は電流
阻止層１８の形状に合わせて円形に加工されている。そ
して、コンタクト層２０の上にＡｕ−Ｚｎからなるｐ側
電極２１が形成され、基板１１の他方の主面にＡｕ−Ｇ
ｅからなるｎ側電極２２が形成されている。
【００１４】なお、各層の成長にはＭＯＣＶＤ法を用
い、１２〜１８を１回目の成長で形成し、１９，２０を
２回目の成長で形成した。また、図１の素子では、ｎ型
クラッド層１４を形成するＩｎ0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）
0.5 Ｐ、活性層１５を形成するＩｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌ
y ）0.5 Ｐ、及びｐ型クラッド層１６を形成するＩｎ
0.5 （Ｇａ1-z Ａｌz ）0.5 Ｐ各層のＡｌ組成ｘ，ｙ，
ｚは、ｘ＝ｚ＝１．０，ｙ＝０．４５としたが、ｙ≦
ｘ，ｙ≦ｚであればよい。即ち、発光層となる活性層１
５のバンドギャップがｐ，ｎの２つのクラッド層１４，
１６より小さければよい。
い、１２〜１８を１回目の成長で形成し、１９，２０を
２回目の成長で形成した。また、図１の素子では、ｎ型
クラッド層１４を形成するＩｎ0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）
0.5 Ｐ、活性層１５を形成するＩｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌ
y ）0.5 Ｐ、及びｐ型クラッド層１６を形成するＩｎ
0.5 （Ｇａ1-z Ａｌz ）0.5 Ｐ各層のＡｌ組成ｘ，ｙ，
ｚは、ｘ＝ｚ＝１．０，ｙ＝０．４５としたが、ｙ≦
ｘ，ｙ≦ｚであればよい。即ち、発光層となる活性層１
５のバンドギャップがｐ，ｎの２つのクラッド層１４，
１６より小さければよい。
【００１５】ｐ−Ｇａ1-w Ａｌw Ａｓ電流拡散層１９の
Ａｌ組成ｗとｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-v Ａｌv ）0.5 Ｐ電
流阻止層１８の各層のＡｌ組成ｖ，ｗは、図１の素子で
はｗ＝０．８，ｖ＝１．０としているが、この限りでは
ない。具体的には、活性層１５の発光波長に対して透明
になるように、活性層１５よりもバンドギャップが大き
くなるように選べばよい。
Ａｌ組成ｗとｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-v Ａｌv ）0.5 Ｐ電
流阻止層１８の各層のＡｌ組成ｖ，ｗは、図１の素子で
はｗ＝０．８，ｖ＝１．０としているが、この限りでは
ない。具体的には、活性層１５の発光波長に対して透明
になるように、活性層１５よりもバンドギャップが大き
くなるように選べばよい。
【００１６】ｐ側電極２１は、レジストなどを用いたリ
フトオフ法又はエッチングにより電流阻止層１８の真上
に形成され、このｐ側電極２１以外の部分のｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層２０は、アンモニア，過酸化水素水系の
選択エッチャントにより除去されている。
フトオフ法又はエッチングにより電流阻止層１８の真上
に形成され、このｐ側電極２１以外の部分のｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層２０は、アンモニア，過酸化水素水系の
選択エッチャントにより除去されている。
【００１７】ここで、ｐ−ＩｎＧａＰ中間コンタクト層
１７は、Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌy）0.5 Ｐ活性層１５
のＡｌ組成ｙを大きくした場合、活性層１５の発光に対
して吸収層となってしまうが、本実施例では次のような
理由で形成している。即ち、一般にＧａＡｌＡｓ上への
結晶成長はその成長主面であるＧａＡｌＡｓ表面が酸化
しやすく、酸化膜が形成されるため、良好な結晶成長を
行うことはできないこと、及びｎ−ＩｎＧａＡｌＰ電流
阻止層１８をエッチングするエッチャントに対してこれ
を選択性を持つ材料でなければならない。このため、表
面が酸化しにくくＩｎＧａＡｌＰのエッチャントに対し
て選択性を持つＩｎＧａＰを用いているのである。ま
た、このｐ−ＩｎＧａＰ中間コンタクト層１７の厚さ
は、上記のことを満足するのに十分な膜厚であればよ
く、薄くなるほどに前記した活性層発光に対する吸収の
効果が小さくなる。ここでは、中間コンタクト層１７の
厚さを５０ｎｍ以下としている。
１７は、Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌy）0.5 Ｐ活性層１５
のＡｌ組成ｙを大きくした場合、活性層１５の発光に対
して吸収層となってしまうが、本実施例では次のような
理由で形成している。即ち、一般にＧａＡｌＡｓ上への
結晶成長はその成長主面であるＧａＡｌＡｓ表面が酸化
しやすく、酸化膜が形成されるため、良好な結晶成長を
行うことはできないこと、及びｎ−ＩｎＧａＡｌＰ電流
阻止層１８をエッチングするエッチャントに対してこれ
を選択性を持つ材料でなければならない。このため、表
面が酸化しにくくＩｎＧａＡｌＰのエッチャントに対し
て選択性を持つＩｎＧａＰを用いているのである。ま
た、このｐ−ＩｎＧａＰ中間コンタクト層１７の厚さ
は、上記のことを満足するのに十分な膜厚であればよ
く、薄くなるほどに前記した活性層発光に対する吸収の
効果が小さくなる。ここでは、中間コンタクト層１７の
厚さを５０ｎｍ以下としている。
【００１８】その他の層のキャリア濃度は以下に括弧内
に示すように設定されている。 ｎ−ＧａＡｓ基板１１（８０μｍ，３×１０18ｃｍ-3） ｎ−ＩｎＡｌＰ／ｎ−ＧａＡｓブラッグ反射層１３
（０．８μｍ，５×１０17ｃｍ-3） ｎ−ＩｎＡｌＰクラッド層１４（０．６μｍ，５×１０
17ｃｍ-3） ＩｎＧａＡｌＰ活性層１５（０．３μｍ，アンドープ） ｐ−ＩｎＡｌＰクラッド層１６（０．６μｍ，８×１０
17ｃｍ-3） ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ電流阻止層１８（０．１５μｍ，２
×１０18ｃｍ-3） ｐ−ＧａＡｌＡｓ電流拡散層１９（７μｍ，３×１０18
ｃｍ-3） ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０（０．１μｍ，３×１０
18ｃｍ-3） である。
に示すように設定されている。 ｎ−ＧａＡｓ基板１１（８０μｍ，３×１０18ｃｍ-3） ｎ−ＩｎＡｌＰ／ｎ−ＧａＡｓブラッグ反射層１３
（０．８μｍ，５×１０17ｃｍ-3） ｎ−ＩｎＡｌＰクラッド層１４（０．６μｍ，５×１０
17ｃｍ-3） ＩｎＧａＡｌＰ活性層１５（０．３μｍ，アンドープ） ｐ−ＩｎＡｌＰクラッド層１６（０．６μｍ，８×１０
17ｃｍ-3） ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ電流阻止層１８（０．１５μｍ，２
×１０18ｃｍ-3） ｐ−ＧａＡｌＡｓ電流拡散層１９（７μｍ，３×１０18
ｃｍ-3） ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０（０．１μｍ，３×１０
18ｃｍ-3） である。
【００１９】上記構成が従来の構造と異なる点は、クラ
ッド層１４，１６のＡｌ組成ｘ，ｚを１．０とし、Ｇａ
Ａｓ基板の面方位を（１００）から［０１１］方向に１
５°傾斜した面方位とすることにより、酸素濃度を２×
１０17ｃｍ-3以下に低減したことであり、この素子の優
位性については以下に説明する。
ッド層１４，１６のＡｌ組成ｘ，ｚを１．０とし、Ｇａ
Ａｓ基板の面方位を（１００）から［０１１］方向に１
５°傾斜した面方位とすることにより、酸素濃度を２×
１０17ｃｍ-3以下に低減したことであり、この素子の優
位性については以下に説明する。
【００２０】ＩｎＧａＡｌＰ中に残留不純物として取り
込まれた酸素は、いくつかのドナー準位を形成したりド
ーピングされたＺｎと結合するなどして、アクセプタを
補償する働きをする。Ａｌ組成が高ければ高いほどＺｎ
が取り込まれにくくなるのに対し、酸素は取り込まれや
すくなるため、高Ａｌ組成のクラッド層を形成すること
は困難であった。ところが、本発明者らの実験によれ
ば、酸素濃度を低減することにより、ＩｎＧａＡｌＰ中
のＡｌ組成比の最も高い、ＩｎＡｌＰにおいて１．８×
１０18ｃｍ-3という高いキャリア濃度を得ることができ
た。また、１０18ｃｍ-3以上の高いキャリア濃度におい
てもヒロック密度を１ｃｍ2 当たり数百以下に低減する
ことができ、素子の歩留まりが向上した。
込まれた酸素は、いくつかのドナー準位を形成したりド
ーピングされたＺｎと結合するなどして、アクセプタを
補償する働きをする。Ａｌ組成が高ければ高いほどＺｎ
が取り込まれにくくなるのに対し、酸素は取り込まれや
すくなるため、高Ａｌ組成のクラッド層を形成すること
は困難であった。ところが、本発明者らの実験によれ
ば、酸素濃度を低減することにより、ＩｎＧａＡｌＰ中
のＡｌ組成比の最も高い、ＩｎＡｌＰにおいて１．８×
１０18ｃｍ-3という高いキャリア濃度を得ることができ
た。また、１０18ｃｍ-3以上の高いキャリア濃度におい
てもヒロック密度を１ｃｍ2 当たり数百以下に低減する
ことができ、素子の歩留まりが向上した。
【００２１】図２にＩｎＡｌＰにおる酸素濃度に対する
Ｚｎの電気的活性化率（結晶中に取り込まれたＺｎ濃度
に対するｐ型キャリア濃度の割合）を示す。この図か
ら、酸素濃度が低くなるほど活性化率は高くなるが、特
に酸素濃度が２×１０17ｃｍ-3以下となると活性化率が
急激に向上するのが分かる。従って、酸素濃度を２×１
０17ｃｍ-3以下に設定しておけば、Ａｌ混晶比ｘの高い
（ｘ≧０．７５）ＩｎＧａＡｌＰを用いてもそのキャリ
ア濃度を十分に高くすることが可能となる。図３には、
ＩｎＡｌＰにおける酸素濃度に対するヒロック密度を示
す。この図から、Ｚｎが低いほどヒロック密度は低下す
るが、同じＺｎ濃度であれば酸素濃度が低いほどヒロッ
ク密度が低下するのが分かる。
Ｚｎの電気的活性化率（結晶中に取り込まれたＺｎ濃度
に対するｐ型キャリア濃度の割合）を示す。この図か
ら、酸素濃度が低くなるほど活性化率は高くなるが、特
に酸素濃度が２×１０17ｃｍ-3以下となると活性化率が
急激に向上するのが分かる。従って、酸素濃度を２×１
０17ｃｍ-3以下に設定しておけば、Ａｌ混晶比ｘの高い
（ｘ≧０．７５）ＩｎＧａＡｌＰを用いてもそのキャリ
ア濃度を十分に高くすることが可能となる。図３には、
ＩｎＡｌＰにおける酸素濃度に対するヒロック密度を示
す。この図から、Ｚｎが低いほどヒロック密度は低下す
るが、同じＺｎ濃度であれば酸素濃度が低いほどヒロッ
ク密度が低下するのが分かる。
【００２２】酸素濃度を低減する手段としては、例えば
ＧａＡｓ基板の面方位を（１００）から［０１１］方向
或いは［０１-1］方向に１０°以上傾斜した面方位とす
ればよい。また、酸素の混入源の一つとして考えられ
る、Ａｌの原料の純度を高くすることも効果的である。
さらに、Ｖ／III 比を高くすることや、成長温度を高く
することも効果的である（Y.Nishikawa et al.,Extende
d Abstracts of the 1992 International Conference i
n Solid State Devices and Meterrials pp.293）。
ＧａＡｓ基板の面方位を（１００）から［０１１］方向
或いは［０１-1］方向に１０°以上傾斜した面方位とす
ればよい。また、酸素の混入源の一つとして考えられ
る、Ａｌの原料の純度を高くすることも効果的である。
さらに、Ｖ／III 比を高くすることや、成長温度を高く
することも効果的である（Y.Nishikawa et al.,Extende
d Abstracts of the 1992 International Conference i
n Solid State Devices and Meterrials pp.293）。
【００２３】図４にＩｎＧａＡｌＰのＡｌ混晶比に対す
る酸素濃度と、酸素濃度の基板面方位に対する依存性を
示す。また、図中には、高純度のＡｌ原料を用いた場合
の酸素濃度も示した。この図から、（１００）基板，傾
斜基板共にＡｌ混晶比ｘが大きいほど酸素濃度は高くな
るが、（１００）基板よりも１５°傾斜基板の方が酸素
濃度が低くなるのが分かる。
る酸素濃度と、酸素濃度の基板面方位に対する依存性を
示す。また、図中には、高純度のＡｌ原料を用いた場合
の酸素濃度も示した。この図から、（１００）基板，傾
斜基板共にＡｌ混晶比ｘが大きいほど酸素濃度は高くな
るが、（１００）基板よりも１５°傾斜基板の方が酸素
濃度が低くなるのが分かる。
【００２４】また、クラッド層１６の酸素濃度を低くす
ることにより、活性層１５の酸素濃度とクラッド層１６
の酸素濃度の比を小さくすることができる。本実施例の
ように、活性層１５の酸素濃度が７×１０16ｃｍ-3、ク
ラッド層１６の酸素濃度が１×１０17ｃｍ-3であり、こ
れらの比が小さいと、クラッド層１６から活性層１５へ
のＺｎの拡散を抑制することができる。本発明者らの実
験によれば、 （クラッド層の酸素濃度）／（活性層の酸素濃度）≦２ とすれば，活性層へのＺｎの拡散を十分に抑制できるこ
とが確認された。
ることにより、活性層１５の酸素濃度とクラッド層１６
の酸素濃度の比を小さくすることができる。本実施例の
ように、活性層１５の酸素濃度が７×１０16ｃｍ-3、ク
ラッド層１６の酸素濃度が１×１０17ｃｍ-3であり、こ
れらの比が小さいと、クラッド層１６から活性層１５へ
のＺｎの拡散を抑制することができる。本発明者らの実
験によれば、 （クラッド層の酸素濃度）／（活性層の酸素濃度）≦２ とすれば，活性層へのＺｎの拡散を十分に抑制できるこ
とが確認された。
【００２５】上述した素子構造で実際に素子を作成し、
順方向に電圧を印加したところ、５６５ｎｍにピーク波
長を有する発光が得られ、５カンデラという極めて高い
輝度が得られた。これは、高Ａｌ組成のＩｎＧａＡｌＰ
クラッド層を用いているにも拘らず、傾斜基板を用いる
等して酸素濃度を低くすることにより、クラッド層のキ
ャリア濃度を高めてその抵抗を小さくできたためであ
る。また、酸素濃度が低いことから、ヒロック密度が低
く良好な表面モホロジーが得られるのが確認された。
順方向に電圧を印加したところ、５６５ｎｍにピーク波
長を有する発光が得られ、５カンデラという極めて高い
輝度が得られた。これは、高Ａｌ組成のＩｎＧａＡｌＰ
クラッド層を用いているにも拘らず、傾斜基板を用いる
等して酸素濃度を低くすることにより、クラッド層のキ
ャリア濃度を高めてその抵抗を小さくできたためであ
る。また、酸素濃度が低いことから、ヒロック密度が低
く良好な表面モホロジーが得られるのが確認された。
【００２６】図５は、本発明の第２の実施例の概略断面
構造を示す図である。図中５１はｎ型ＧａＡｓ基板であ
り、この基板５１の主面上にｎ型ＧａＡｓバッファ層５
２が成長形成されている。バッファ層５２上には、ｎ型
Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐクラッド層５３、Ｉ
ｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌy ）0.5 Ｐ光ガイド層５４及び５
６、Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-v Ａｌv ）0.5 Ｐ（−２％の歪み
を持つ）とＩｎ0.5 （Ｇａ1-w Ａｌw ）0.5 Ｐから構成
される歪み多重量子井戸構造の活性層５５、ｐ型Ｉｎ
0.5 （Ｇａ1-z Ａｌz ）0.5 Ｐ第１クラッド層５７から
なるダブルヘテロ構造部が成長形成されている。さらに
その上には、ｐ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエッチングストッ
プ層５８、部分的に設けられたストライプ状のｐ型Ｉｎ
0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐ第２クラッド層５９が成
長形成されている。
構造を示す図である。図中５１はｎ型ＧａＡｓ基板であ
り、この基板５１の主面上にｎ型ＧａＡｓバッファ層５
２が成長形成されている。バッファ層５２上には、ｎ型
Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐクラッド層５３、Ｉ
ｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌy ）0.5 Ｐ光ガイド層５４及び５
６、Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-v Ａｌv ）0.5 Ｐ（−２％の歪み
を持つ）とＩｎ0.5 （Ｇａ1-w Ａｌw ）0.5 Ｐから構成
される歪み多重量子井戸構造の活性層５５、ｐ型Ｉｎ
0.5 （Ｇａ1-z Ａｌz ）0.5 Ｐ第１クラッド層５７から
なるダブルヘテロ構造部が成長形成されている。さらに
その上には、ｐ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエッチングストッ
プ層５８、部分的に設けられたストライプ状のｐ型Ｉｎ
0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐ第２クラッド層５９が成
長形成されている。
【００２７】リブ構造をなすストライプ状のｐ型Ｉｎ
0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐ第２クラッド層５９上に
は、ｐ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ中間コンタクト層６０が形
成され、両側に電流ブロック層としてのｎ型ＧａＡｓ電
流狭窄層６１が形成されている。そして、ｐ型Ｉｎ0.5
Ｇａ0.5 Ｐ中間コンタクト層６０及びｎ型ＧａＡｓ電流
狭窄層６１の上には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６２が
成長形成されている。
0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐ第２クラッド層５９上に
は、ｐ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ中間コンタクト層６０が形
成され、両側に電流ブロック層としてのｎ型ＧａＡｓ電
流狭窄層６１が形成されている。そして、ｐ型Ｉｎ0.5
Ｇａ0.5 Ｐ中間コンタクト層６０及びｎ型ＧａＡｓ電流
狭窄層６１の上には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６２が
成長形成されている。
【００２８】そして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６２上
にＡｕ−Ｚｎからなるｐ側電極６３が形成され、基板５
１の他方の主面にＡｕ−Ｇｅからなるｎ側電極６４が形
成されている。なお、各層の成長にはＭＯＣＶＤ法を用
い、５２〜６０を１回目の成長で形成し、６１を２回目
の、６２を３回目の成長で形成した。ｎ型ＧａＡｓ基板
５１は、（１００）から［０１１］方向に１５°傾斜し
た面方位を持つ。
にＡｕ−Ｚｎからなるｐ側電極６３が形成され、基板５
１の他方の主面にＡｕ−Ｇｅからなるｎ側電極６４が形
成されている。なお、各層の成長にはＭＯＣＶＤ法を用
い、５２〜６０を１回目の成長で形成し、６１を２回目
の、６２を３回目の成長で形成した。ｎ型ＧａＡｓ基板
５１は、（１００）から［０１１］方向に１５°傾斜し
た面方位を持つ。
【００２９】ダブルヘテロを構成するＩｎＧａＡｌＰ各
層のＡｌ組成ｖ，ｗ，ｘ，ｚは、ｙ＝ｖ，ｗ≦ｖ≦ｘ，
ｗ≦ｖ≦ｚ，ｚ≧０．７５に設定する。即ち、活性層５
５のバンドギャップがｐ，ｎの２つのクラッド層５３，
５７より小さいダブルヘテロ接合が形成されている。上
述の半導体発光装置でｚ＝ｘ＝１．０，ｙ＝ｖ＝０．
５，ｗ＝０としたところ、ｐ型クラッド層５７のキャリ
ア濃度として１．８×１０18ｃｍ-3が得られ、またヒロ
ック密度も数百（cm-2）程度であった。さらに、素子特
性として、発振波長６３０ｎｍで、しきい値３０ｍＡ、
最高発振温度１５０℃が得られ、５０℃，３ｍＷで２０
００時間動作が確認されている。
層のＡｌ組成ｖ，ｗ，ｘ，ｚは、ｙ＝ｖ，ｗ≦ｖ≦ｘ，
ｗ≦ｖ≦ｚ，ｚ≧０．７５に設定する。即ち、活性層５
５のバンドギャップがｐ，ｎの２つのクラッド層５３，
５７より小さいダブルヘテロ接合が形成されている。上
述の半導体発光装置でｚ＝ｘ＝１．０，ｙ＝ｖ＝０．
５，ｗ＝０としたところ、ｐ型クラッド層５７のキャリ
ア濃度として１．８×１０18ｃｍ-3が得られ、またヒロ
ック密度も数百（cm-2）程度であった。さらに、素子特
性として、発振波長６３０ｎｍで、しきい値３０ｍＡ、
最高発振温度１５０℃が得られ、５０℃，３ｍＷで２０
００時間動作が確認されている。
【００３０】以上のように本実施例では、キャリアのオ
ーバーフローの少ない良好な電気特性、光学的特性を持
つ半導体発光素子を歩留まり良く作成することができ
る。なお、本発明は上述した各実施例に限定されるもの
ではない。実施例では、反射層や電流狭窄層を用いたＬ
ＥＤと、多重量子井戸構造を備えた横モード制御型レー
ザについて示したが、ｐｎ接合を備えた半導体発光素子
であればよい。またさらに、素子を構成する材料系は、
Ａｌ混晶比の高い材料を含むものであればよく、例えば
Ｇａ1-a Ａｌa Ａｓ（ａ≧０．７）やＩｎ1-b Ａｌb Ａ
ｓ（ｂ≧０．７）などでも同様な効果が得られる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。
ーバーフローの少ない良好な電気特性、光学的特性を持
つ半導体発光素子を歩留まり良く作成することができ
る。なお、本発明は上述した各実施例に限定されるもの
ではない。実施例では、反射層や電流狭窄層を用いたＬ
ＥＤと、多重量子井戸構造を備えた横モード制御型レー
ザについて示したが、ｐｎ接合を備えた半導体発光素子
であればよい。またさらに、素子を構成する材料系は、
Ａｌ混晶比の高い材料を含むものであればよく、例えば
Ｇａ1-a Ａｌa Ａｓ（ａ≧０．７）やＩｎ1-b Ａｌb Ａ
ｓ（ｂ≧０．７）などでも同様な効果が得られる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、高
いＡｌ混晶比を持つ材料において低抵抗、低ヒロック密
度が得られ、キャリアのオーバーフロー等の少ない良好
な電気的特性、光学的特性を有する半導体発光装置を歩
留まり良く実現することが可能となる。
いＡｌ混晶比を持つ材料において低抵抗、低ヒロック密
度が得られ、キャリアのオーバーフロー等の少ない良好
な電気的特性、光学的特性を有する半導体発光装置を歩
留まり良く実現することが可能となる。
【図１】第１の実施例に係わる半導体発光装置の概略構
造を示す断面図。
造を示す断面図。
【図２】酸素濃度に対するｐ型クラッド層のキャリア濃
度を示す図。
度を示す図。
【図３】酸素濃度に対するヒロック密度を示す図。
【図４】基板面方位に対する酸素濃度を示す図。
【図５】第２の実施例に係わる半導体発光装置の概略構
造を示す断面図。
造を示す断面図。
１１，５１…ｎ−ＧａＡｓ基板 １２…ｎ−ＩｎＡｌＰ／ｎ−ＧａＡｓブラッグ反射層 １３，５３…ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 １４…ＩｎＧａＡｌＰ活性層 １５…ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 １６，６０…ｐ−ＩｎＧａＰ中間コンタクト層 １７…ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ電流阻止層 １８…ｐ−ＧａＡｌＡｓ電流拡散層 １９，６２…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ２０，６３…ｐ側電極 ２１，６４…ｎ側電極 ５２…ｎ−ＧａＡｓバッファ層 ５４，５６…ＩｎＧａＡｌＰ光ガイド層 ５７…ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ多重量子井戸活性層 ５８…ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ第１クラッド層 ５９…ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ第２クラッド層 ６１…ｎ−ＧａＡｓ電流拡散層
フロントページの続き (72)発明者 岡島 正季 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (1)
- 【請求項１】Ｉｎ1-y （Ｇａ1-x Ａｌx ）y Ｐからな
り、活性層をｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層で挟ん
だダブルヘテロ構造部を有する半導体発光装置におい
て、 前記ｐ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘをｘ≧０．７５と
し、前記ｐ型クラッド層の酸素濃度を２×１０17ｃｍ-3
以下に設定してなることを特徴とする半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23476693A JPH0794780A (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23476693A JPH0794780A (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794780A true JPH0794780A (ja) | 1995-04-07 |
Family
ID=16976031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23476693A Pending JPH0794780A (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794780A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07226564A (ja) * | 1994-02-14 | 1995-08-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置およびその評価方法 |
| US6794731B2 (en) | 1997-02-18 | 2004-09-21 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Minority carrier semiconductor devices with improved reliability |
| US8421056B2 (en) | 2009-03-03 | 2013-04-16 | Hitachi Cable, Ltd. | Light-emitting device epitaxial wafer and light-emitting device |
| US9472713B2 (en) | 2011-05-18 | 2016-10-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting device |
-
1993
- 1993-09-21 JP JP23476693A patent/JPH0794780A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07226564A (ja) * | 1994-02-14 | 1995-08-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置およびその評価方法 |
| US6794731B2 (en) | 1997-02-18 | 2004-09-21 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Minority carrier semiconductor devices with improved reliability |
| US8421056B2 (en) | 2009-03-03 | 2013-04-16 | Hitachi Cable, Ltd. | Light-emitting device epitaxial wafer and light-emitting device |
| US9472713B2 (en) | 2011-05-18 | 2016-10-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting device |
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