JPH08102548A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子及びその製造方法Info
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- JPH08102548A JPH08102548A JP23625894A JP23625894A JPH08102548A JP H08102548 A JPH08102548 A JP H08102548A JP 23625894 A JP23625894 A JP 23625894A JP 23625894 A JP23625894 A JP 23625894A JP H08102548 A JPH08102548 A JP H08102548A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
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Abstract
(57)【要約】
【目的】光の取り出し効率を向上させ、光の吸収による
損失を防ぐことによって半導体発光素子の外部量子効率
を向上させる。 【構成】ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ＩｎＧａＡｌＰ系
材料からなるｎ型クラッド層１１、アンドープ活性層１
２、ｐ型クラッド層１３を成長形成し発光層１４とす
る。この発光層１４上に形成された、発光層１４或いは
基板１０に対してプラスに格子不整格子、表面が粗面化
された光散乱層１６を有する半導体発光素子。
損失を防ぐことによって半導体発光素子の外部量子効率
を向上させる。 【構成】ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ＩｎＧａＡｌＰ系
材料からなるｎ型クラッド層１１、アンドープ活性層１
２、ｐ型クラッド層１３を成長形成し発光層１４とす
る。この発光層１４上に形成された、発光層１４或いは
基板１０に対してプラスに格子不整格子、表面が粗面化
された光散乱層１６を有する半導体発光素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光の取り出し効率の良好
な半導体発光素子及びその製造方法に係る。
な半導体発光素子及びその製造方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】ＩｎＧａＡｌＰ系混晶は、窒化物を除き
III ーＶ属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、波長０．５〜０．６μｍ帯の発
光素子材料として注目されてきている。特にＧａＡｓを
基板とし、これに格子整合するＩｎＧａＡｌＰからなる
発光層を持つｐｎ接合型発光ダイオード（ＬＥＤ）は、
直接遷移型エネルギーギャップを有しており電荷の再結
合が効率よく行われ、いわゆる内部量子効率が高いので
高い発光揮度を期待できる。
III ーＶ属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、波長０．５〜０．６μｍ帯の発
光素子材料として注目されてきている。特にＧａＡｓを
基板とし、これに格子整合するＩｎＧａＡｌＰからなる
発光層を持つｐｎ接合型発光ダイオード（ＬＥＤ）は、
直接遷移型エネルギーギャップを有しており電荷の再結
合が効率よく行われ、いわゆる内部量子効率が高いので
高い発光揮度を期待できる。
【０００３】しかしながら内部量子効率はその組成によ
り決定されるものであり、実質的にＬＥＤの発光効率を
高めるには、素子内部での光吸収による損失や内部反射
等により外部に取り出されない光の損失分を考慮した外
部量子効率の向上が重要である。
り決定されるものであり、実質的にＬＥＤの発光効率を
高めるには、素子内部での光吸収による損失や内部反射
等により外部に取り出されない光の損失分を考慮した外
部量子効率の向上が重要である。
【０００４】図１０に発光層にＩｎＧａＡｌＰを用いた
従来のＬＥＤの断面図を示す。ｎ型ＧａＡｓ基板６１の
主面上にｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６２、ＩｎＧａ
ＡｌＰ活性層６３、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６４
からなるダブルヘテロ構造部（発光層６５）が格子整合
され成長形成されている。この発光層６５上にｐ型Ｇａ
ＡｌＡｓ電流拡散層６６が前記基板６１及び発光層６５
に対して格子整合され成長形成されている。更にこのＧ
ａＡｌＡｓ電流拡散層６６上に電極部として、ｐ型Ｇａ
Ａｓオーミックコンタクト層６７、Ａｕ−Ｚｎからなる
ｐ側電極６８が円形状に形成されている。ｎ型ＧａＡｓ
基板６１の裏面にはＺｎ−Ｇｅからなるｐ側電極６９が
形成されている。
従来のＬＥＤの断面図を示す。ｎ型ＧａＡｓ基板６１の
主面上にｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６２、ＩｎＧａ
ＡｌＰ活性層６３、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６４
からなるダブルヘテロ構造部（発光層６５）が格子整合
され成長形成されている。この発光層６５上にｐ型Ｇａ
ＡｌＡｓ電流拡散層６６が前記基板６１及び発光層６５
に対して格子整合され成長形成されている。更にこのＧ
ａＡｌＡｓ電流拡散層６６上に電極部として、ｐ型Ｇａ
Ａｓオーミックコンタクト層６７、Ａｕ−Ｚｎからなる
ｐ側電極６８が円形状に形成されている。ｎ型ＧａＡｓ
基板６１の裏面にはＺｎ−Ｇｅからなるｐ側電極６９が
形成されている。
【０００５】このようなＬＥＤでは、電流拡散層６６は
基板６１や発光層６５と格子整合して成長形成されてい
るので電流拡散層６６と空気との界面７０は鏡面状にな
っている。このような鏡面状の界面７０では、界面７０
での全反射の確率が高く、発光層６５で発光された光は
界面７０によりほぼ９５％反射され外部に光を十分に取
り出すことができないという問題がある。
基板６１や発光層６５と格子整合して成長形成されてい
るので電流拡散層６６と空気との界面７０は鏡面状にな
っている。このような鏡面状の界面７０では、界面７０
での全反射の確率が高く、発光層６５で発光された光は
界面７０によりほぼ９５％反射され外部に光を十分に取
り出すことができないという問題がある。
【０００６】この界面における反射を防ぎ、外部に十分
に光を取り出すことを目的として、界面に幾何学的に凹
凸を形成することによって有効に外部に光を取り出すこ
とが提案されている（I.Schnitzer et al,absutract fo
r LEDS 93,pD1(1993) ）。
に光を取り出すことを目的として、界面に幾何学的に凹
凸を形成することによって有効に外部に光を取り出すこ
とが提案されている（I.Schnitzer et al,absutract fo
r LEDS 93,pD1(1993) ）。
【０００７】この文献によると、界面の凹凸化（粗面
化）は微小なビーズ状の粒子をマスクとし異方性ドライ
エッチングを用いて行っており、このようにして得られ
たＬＥＤは従来のものと比べて約３倍の外部量子効率が
得られたことを報告している。
化）は微小なビーズ状の粒子をマスクとし異方性ドライ
エッチングを用いて行っており、このようにして得られ
たＬＥＤは従来のものと比べて約３倍の外部量子効率が
得られたことを報告している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は上記文献に
基づいて再現実験を行ったところ、微小粒子をマスクと
し異方性ドライエッチングを用いて界面を粗面化する方
法では以下の問題が生じることを見いだした。 （１）異方性ドライエッチングを用いているため、界面
にダメージを与え界面に光を吸収する準位を有する欠陥
を与えることとなり、光吸収による損失が大きくなる問
題。 （２）異方性ドライエッチングを用いているため、素子
に与えるダメージは無視できるものではなく、結果的に
素子の寿命を低下させる問題。 （３）界面の粗面化は数千オングソトロームから数ミク
ロン程度と十分に微細に且つ均一に行わなければならな
いが、微小ビーズをマスクとして用いる方法では、ウェ
ハ表面内でビーズが均一に分散しないため、ウェハ面内
で均一にエッチングすることができないので結果的に素
子を分離したときに素子間で外部量子効率のばらつきが
生ずる問題。 （４）ＬＥＤを構成する材料によってはプロセスが困難
であり、実際ＺｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤでは外部量子効率
の向上は得られなかった。
基づいて再現実験を行ったところ、微小粒子をマスクと
し異方性ドライエッチングを用いて界面を粗面化する方
法では以下の問題が生じることを見いだした。 （１）異方性ドライエッチングを用いているため、界面
にダメージを与え界面に光を吸収する準位を有する欠陥
を与えることとなり、光吸収による損失が大きくなる問
題。 （２）異方性ドライエッチングを用いているため、素子
に与えるダメージは無視できるものではなく、結果的に
素子の寿命を低下させる問題。 （３）界面の粗面化は数千オングソトロームから数ミク
ロン程度と十分に微細に且つ均一に行わなければならな
いが、微小ビーズをマスクとして用いる方法では、ウェ
ハ表面内でビーズが均一に分散しないため、ウェハ面内
で均一にエッチングすることができないので結果的に素
子を分離したときに素子間で外部量子効率のばらつきが
生ずる問題。 （４）ＬＥＤを構成する材料によってはプロセスが困難
であり、実際ＺｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤでは外部量子効率
の向上は得られなかった。
【０００９】そこで本発明は上記問題点に鑑みて成され
たものであり、素子にダメージを与えることがなく、界
面における光の吸収による損失を防ぎ高い量子効率を有
する半導体発光素子を提供することを目的とする。
たものであり、素子にダメージを与えることがなく、界
面における光の吸収による損失を防ぎ高い量子効率を有
する半導体発光素子を提供することを目的とする。
【００１０】本発明の別の目的は素子の寿命を向上させ
信頼性の高い半導体発光素子を提供するところにある。
また、本発明の別の目的は高いスループットを有し、素
子間で外部量子効率のばらつきのない半導体発光素子を
提供するところにある。更に本発明の別の目的は、エッ
チング等の余分な工程がなく極めて容易に、界面を粗面
化し得る半導体発光素子の製造方法を提供するところに
ある。
信頼性の高い半導体発光素子を提供するところにある。
また、本発明の別の目的は高いスループットを有し、素
子間で外部量子効率のばらつきのない半導体発光素子を
提供するところにある。更に本発明の別の目的は、エッ
チング等の余分な工程がなく極めて容易に、界面を粗面
化し得る半導体発光素子の製造方法を提供するところに
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は、下地の基板
に対してプラスに格子不整合するように半導体を成長形
成すると、ある膜厚で表面に面内で均一な凹凸（粗面）
を生じる現象を見いだした。このような凹凸はいわゆる
ハッチが生じたり、部分的に多結晶化するものではな
く、結晶性を保ったまま幾何学的に凹凸が生じる現象で
ある。
に対してプラスに格子不整合するように半導体を成長形
成すると、ある膜厚で表面に面内で均一な凹凸（粗面）
を生じる現象を見いだした。このような凹凸はいわゆる
ハッチが生じたり、部分的に多結晶化するものではな
く、結晶性を保ったまま幾何学的に凹凸が生じる現象で
ある。
【００１２】本発明はこのような格子不整合による結晶
歪によって生じた幾何学的な凹凸面を持つ半導体層（表
面が粗面化された半導体層）を半導体発光素子の光散乱
層として用いることによって成し得たものである。
歪によって生じた幾何学的な凹凸面を持つ半導体層（表
面が粗面化された半導体層）を半導体発光素子の光散乱
層として用いることによって成し得たものである。
【００１３】そこで本発明による半導体発光素子は、基
板と、この基板上に形成された半導体からなる発光層
と、この発光層上に形成され前記発光層を構成する半導
体に対してプラスに格子不整合した半導体からなり、表
面が格子歪により粗面化されている光散乱層とを具備す
ることを特徴とするものである。
板と、この基板上に形成された半導体からなる発光層
と、この発光層上に形成され前記発光層を構成する半導
体に対してプラスに格子不整合した半導体からなり、表
面が格子歪により粗面化されている光散乱層とを具備す
ることを特徴とするものである。
【００１４】また基板として半導体基板を用い、光散乱
層はこの基板に対してプラスに格子不整合していること
を特徴とするものである。また本発明による半導体発光
素子の製造方法は、基板上に半導体材料からなる発光層
を成長形成する工程と、この発光層上に前記発光層或い
は前記基板に対してプラスに格子不整合させるように半
導体層を成長させ表面を粗面化させることによって光散
乱層を形成する工程とを具備することを特徴とするもの
である。
層はこの基板に対してプラスに格子不整合していること
を特徴とするものである。また本発明による半導体発光
素子の製造方法は、基板上に半導体材料からなる発光層
を成長形成する工程と、この発光層上に前記発光層或い
は前記基板に対してプラスに格子不整合させるように半
導体層を成長させ表面を粗面化させることによって光散
乱層を形成する工程とを具備することを特徴とするもの
である。
【００１５】光散乱層の膜厚は０．０５μｍ以上であ
り、光散乱膜の格子不整合率は０．１％以上２．５％以
下であれば、その表面は良好に粗面化され光取り出し効
率の高い半導体発光素子を提供することができる。
り、光散乱膜の格子不整合率は０．１％以上２．５％以
下であれば、その表面は良好に粗面化され光取り出し効
率の高い半導体発光素子を提供することができる。
【００１６】その膜厚は０．０５μｍ以上１０μｍ以下
であることが十分に光を散乱させること、成長方向に組
成の均一性を得ることの点で好ましい。光散乱層はＩｎ
ＧａＡｌＰ系からなることがＧａＡｓに格子整合するほ
とんどのIII −Ｖ族系ＬＥＤにたいして透明であるこ
と、比較的容易に屈折率やバンドギャップを格子定数を
変えずに制御できること等の点で好ましい。基板として
はＧａＡｓやＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ等種々選択して用い
ることができる。
であることが十分に光を散乱させること、成長方向に組
成の均一性を得ることの点で好ましい。光散乱層はＩｎ
ＧａＡｌＰ系からなることがＧａＡｓに格子整合するほ
とんどのIII −Ｖ族系ＬＥＤにたいして透明であるこ
と、比較的容易に屈折率やバンドギャップを格子定数を
変えずに制御できること等の点で好ましい。基板として
はＧａＡｓやＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ等種々選択して用い
ることができる。
【００１７】
【作用】本発明によると、光散乱層の表面を格子不整合
による結晶歪によって粗面化しているので、結晶性を保
ったままその表面に幾何学状の凹凸を形成することが可
能となり、光吸収による外部量子効率の低下を防ぐこと
が可能となる。また、ドライエッチングのようなエッチ
ング工程を不要としているので素子の信頼性の向上を図
ることができる。更に通常の気相成長法のみで製造でき
るので、エッチング等の余分な工程も必要とせず高い歩
留まりを期待できる。
による結晶歪によって粗面化しているので、結晶性を保
ったままその表面に幾何学状の凹凸を形成することが可
能となり、光吸収による外部量子効率の低下を防ぐこと
が可能となる。また、ドライエッチングのようなエッチ
ング工程を不要としているので素子の信頼性の向上を図
ることができる。更に通常の気相成長法のみで製造でき
るので、エッチング等の余分な工程も必要とせず高い歩
留まりを期待できる。
【００１８】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。 （実施例１）図１は本発明の第１の実施例に係る半導体
発光素子の概略構成を示す断面図である。
に説明する。 （実施例１）図１は本発明の第１の実施例に係る半導体
発光素子の概略構成を示す断面図である。
【００１９】ｎ型ＧａＡｓ基板１０の主面上に、ｎ型Ｉ
ｎ0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐクラッド層１１、アン
ドープＩｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌy ）0.5 Ｐ活性層１２、
ｐ型Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-z Ａｌz ）0.5 Ｐクラッド層１３
からなるダブルヘテロ構造の発光層１４が格子整合され
成長形成されている。ダブルヘテロ構造は高い発光効率
が得られるようにｙ≦ｘ，ｙ≦ｚとなるように設定す
る。すなわちバンドギャップの大きさが活性層１２≦ク
ラッド層１１、活性層１２≦クラッド層１３となるよう
にｘ，ｙ，ｚを決定すれば良い。
ｎ0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐクラッド層１１、アン
ドープＩｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌy ）0.5 Ｐ活性層１２、
ｐ型Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-z Ａｌz ）0.5 Ｐクラッド層１３
からなるダブルヘテロ構造の発光層１４が格子整合され
成長形成されている。ダブルヘテロ構造は高い発光効率
が得られるようにｙ≦ｘ，ｙ≦ｚとなるように設定す
る。すなわちバンドギャップの大きさが活性層１２≦ク
ラッド層１１、活性層１２≦クラッド層１３となるよう
にｘ，ｙ，ｚを決定すれば良い。
【００２０】この発光層１４上にｐ型Ｇａ1-t Ａｌt Ａ
ｓ電流拡散層１５が成長形成されている。このとき電流
拡散層１５のＡｌ組成ｔは発光波長に対して透明である
ように設定する。
ｓ電流拡散層１５が成長形成されている。このとき電流
拡散層１５のＡｌ組成ｔは発光波長に対して透明である
ように設定する。
【００２１】この電流拡散層１５上に表面が粗面化され
たｐ型Ｉｎ0.5+s Ａｌ0.5-s Ｐ光散乱層１６が成長形成
されている。このとき光散乱層１６の混晶比ｓは、その
表面１７が粗面となるようにＧａＡｓ基板１０及び発光
層１４に対して格子不整合率が＋０．１％以上＋２．５
％以下に設定され、好ましくはｓ＝０．００５（０．５
％）に設定されている。
たｐ型Ｉｎ0.5+s Ａｌ0.5-s Ｐ光散乱層１６が成長形成
されている。このとき光散乱層１６の混晶比ｓは、その
表面１７が粗面となるようにＧａＡｓ基板１０及び発光
層１４に対して格子不整合率が＋０．１％以上＋２．５
％以下に設定され、好ましくはｓ＝０．００５（０．５
％）に設定されている。
【００２２】この光散乱層１６上には電極部となるｐ型
ＧａＡｓコンタクト層１８、Ａｕ−Ｚｎからなるｐ側電
極１９が円形状に形成されている。ＧａＡｓ基板１０の
裏面にはＡｕ−Ｇｅからなるｎ側電極２０が形成されて
いる。
ＧａＡｓコンタクト層１８、Ａｕ−Ｚｎからなるｐ側電
極１９が円形状に形成されている。ＧａＡｓ基板１０の
裏面にはＡｕ−Ｇｅからなるｎ側電極２０が形成されて
いる。
【００２３】次に、この半導体発光素子の製造方法を図
２から図６を参照して説明する。以下に説明する半導体
発光素子においては、ｘ＝１，ｙ＝０．５，ｚ＝１，ｓ
＝０．００５，ｔ＝０．８となるように各ガスの流量や
成長温度を制御して成長形成した。III 族原料に有機金
属（トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、トリ
メチルアルミニウム）を用い、Ｖ族原料にアルシン、ホ
スフィンを用いた。このときの成長温度は７３０℃、Ｖ
／III 比は４５０とした。
２から図６を参照して説明する。以下に説明する半導体
発光素子においては、ｘ＝１，ｙ＝０．５，ｚ＝１，ｓ
＝０．００５，ｔ＝０．８となるように各ガスの流量や
成長温度を制御して成長形成した。III 族原料に有機金
属（トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、トリ
メチルアルミニウム）を用い、Ｖ族原料にアルシン、ホ
スフィンを用いた。このときの成長温度は７３０℃、Ｖ
／III 比は４５０とした。
【００２４】先ず図２に示すようにｎ型ＧａＡｓ基板１
０上にｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１１、ＩｎＧａＡ
ｌＰ活性層１２、ｐ型ＧａＡｌＰクラッド層１３、ｐ型
ＧａＡｌＡｓ電流拡散層１５、ｐ型ＩｎＡｌＰ光散乱層
１６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８をＭＯＣＶＤ法に
より順次形成する。このとき光散乱層１６の表面は粗面
化されていた。
０上にｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１１、ＩｎＧａＡ
ｌＰ活性層１２、ｐ型ＧａＡｌＰクラッド層１３、ｐ型
ＧａＡｌＡｓ電流拡散層１５、ｐ型ＩｎＡｌＰ光散乱層
１６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８をＭＯＣＶＤ法に
より順次形成する。このとき光散乱層１６の表面は粗面
化されていた。
【００２５】次に図３、図４に示すようにＰＥＰ等によ
りｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８上にＳｉＯ2 膜（或い
はその他のレジスト膜）２１を形成し、これをマスクに
してＡｕ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極１９を蒸着により
形成する。このとき図５に示すようにコンタクト層１８
及び光散乱層１６の一部を熱燐酸等により選択エッチン
グした後にＡｕ／ＡｕＺｎ電極１９を蒸着してもよい。
りｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８上にＳｉＯ2 膜（或い
はその他のレジスト膜）２１を形成し、これをマスクに
してＡｕ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極１９を蒸着により
形成する。このとき図５に示すようにコンタクト層１８
及び光散乱層１６の一部を熱燐酸等により選択エッチン
グした後にＡｕ／ＡｕＺｎ電極１９を蒸着してもよい。
【００２６】次に図６に示すようにレジスト膜２１を除
去することによって、レジスト膜上のＡｕ／ＡｕＺｎを
リフトオフにより除去し、更にｐ型ＧａＡｓコンタクト
層の一部を選択エッチングにより除去し、コンタクト層
１８及び電極１９を円形状に形成する。このようにして
光散乱層の粗面化された表面１７を素子表面に出すこと
になる。
去することによって、レジスト膜上のＡｕ／ＡｕＺｎを
リフトオフにより除去し、更にｐ型ＧａＡｓコンタクト
層の一部を選択エッチングにより除去し、コンタクト層
１８及び電極１９を円形状に形成する。このようにして
光散乱層の粗面化された表面１７を素子表面に出すこと
になる。
【００２７】その後ｎ型基板１０の光取り出し側と反対
の面にＡｕ／ＡｕＧｅからなるｎ側電極２０を蒸着によ
り形成し、図１に示した半導体発光素子を得る。各層の
膜厚及びキャリア濃度を以下に示す。
の面にＡｕ／ＡｕＧｅからなるｎ側電極２０を蒸着によ
り形成し、図１に示した半導体発光素子を得る。各層の
膜厚及びキャリア濃度を以下に示す。
【００２８】ｎ型ＧａＡｓ基板１０（８０μｍ，３×１
０18ｃｍ-3） ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１１（１．０μｍ，５×
１０17ｃｍ-3） ＩｎＧａＡｌＰ活性層１２（０．５μｍ，アンドープ） ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ電流拡散層１５（５．０μｍ，１
×１０18ｃｍ-3） ｐ型ＩｎＡｌＰ光散乱層１６（０．５μｍ，７×１０17
ｃｍ-3） ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８（０．０２５μｍ，３×
１０18ｃｍ-3） このようにして作成した半導体素子において、光散乱層
１６についてもう少し詳細に説明する。
０18ｃｍ-3） ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１１（１．０μｍ，５×
１０17ｃｍ-3） ＩｎＧａＡｌＰ活性層１２（０．５μｍ，アンドープ） ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ電流拡散層１５（５．０μｍ，１
×１０18ｃｍ-3） ｐ型ＩｎＡｌＰ光散乱層１６（０．５μｍ，７×１０17
ｃｍ-3） ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８（０．０２５μｍ，３×
１０18ｃｍ-3） このようにして作成した半導体素子において、光散乱層
１６についてもう少し詳細に説明する。
【００２９】ＩｎＧａＡｌＰはＧａＡｓ基板上に成長さ
せたとき、基板との格子不整合率と膜厚を変化させるこ
とにより、表面近傍に面内でほぼ均一な凹凸を生じる。
図７（ａ）に（３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｌ
Ｐ層を形成した場合、表面に凹凸が生じる条件を示す図
を示す。図中斜線で示した部分が表面に凹凸が生じる条
件である。その他の範囲では鏡面状の状態のままであっ
たり、ハッチが入ったり不均一に多結晶化した状態であ
るものである。
せたとき、基板との格子不整合率と膜厚を変化させるこ
とにより、表面近傍に面内でほぼ均一な凹凸を生じる。
図７（ａ）に（３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｌ
Ｐ層を形成した場合、表面に凹凸が生じる条件を示す図
を示す。図中斜線で示した部分が表面に凹凸が生じる条
件である。その他の範囲では鏡面状の状態のままであっ
たり、ハッチが入ったり不均一に多結晶化した状態であ
るものである。
【００３０】上記のように光散乱層として用いるに十分
な結晶性を保ったまま凹凸の生じる条件で、ＩｎＧａＡ
ｌＰ層を光散乱層として発光層の上部に成長形成するこ
とによって、エッチング等の余分な工程を経ることなく
膜質を良好に保ったまま、光散乱層を得ることが可能と
なる。従って反射による損失を防ぐことはもちろんのこ
とであり、良好な界面状態を有することで光の吸収を防
ぐことが可能であり、合わせて外部量子効率の向上を図
り得るものである。
な結晶性を保ったまま凹凸の生じる条件で、ＩｎＧａＡ
ｌＰ層を光散乱層として発光層の上部に成長形成するこ
とによって、エッチング等の余分な工程を経ることなく
膜質を良好に保ったまま、光散乱層を得ることが可能と
なる。従って反射による損失を防ぐことはもちろんのこ
とであり、良好な界面状態を有することで光の吸収を防
ぐことが可能であり、合わせて外部量子効率の向上を図
り得るものである。
【００３１】ここでＩｎＧａＡｌＰ系材料においては、
Ａｌの混晶比が小さいほど表面に凹凸が現れ易く、より
薄い膜厚、より格子不整合率が小さい範囲においてもそ
の表面に凹凸が生じる傾向にある。図７（ｂ）にＡｌの
組成が０の場合すなわちＩｎＧａＰをＡ面ＧａＡｓ基板
上に成長させた場合の良好な凹凸が生じる範囲を示す。
このように図７（ａ）と比較すると凹凸が生じる範囲
が、膜厚が薄く格子不整合率が低い方向に、すなわちグ
ラフの原点方向にシフトしていることが分かる。
Ａｌの混晶比が小さいほど表面に凹凸が現れ易く、より
薄い膜厚、より格子不整合率が小さい範囲においてもそ
の表面に凹凸が生じる傾向にある。図７（ｂ）にＡｌの
組成が０の場合すなわちＩｎＧａＰをＡ面ＧａＡｓ基板
上に成長させた場合の良好な凹凸が生じる範囲を示す。
このように図７（ａ）と比較すると凹凸が生じる範囲
が、膜厚が薄く格子不整合率が低い方向に、すなわちグ
ラフの原点方向にシフトしていることが分かる。
【００３２】また図７（ｃ）に格子不整合率が０．５％
のＩｎＡｌＰを、（１００）面からの基板傾斜角度を変
えてＧａＡｓ基板上に成長した場合の、良好な凹凸が表
面に生じる範囲を示す図を示す。このように基板面方位
が（１００）面からの傾斜角が小さくなるほどより膜厚
を厚くしなければ表面に凹凸が生じない傾向にあること
が分かる。
のＩｎＡｌＰを、（１００）面からの基板傾斜角度を変
えてＧａＡｓ基板上に成長した場合の、良好な凹凸が表
面に生じる範囲を示す図を示す。このように基板面方位
が（１００）面からの傾斜角が小さくなるほどより膜厚
を厚くしなければ表面に凹凸が生じない傾向にあること
が分かる。
【００３３】図１で示した半導体発光素子でｐ側電極１
９の直径を２００μｍφとし、基板１０をＧａＡｓ、ク
ラッド層１１をＩｎ0.5 Ａｌ0.5 Ｐ、活性層１２をＩｎ
0.5（Ｇａ0.5 Ａｌ0.5 ）0.5 Ｐ、クラッド層１３をＩ
ｎ0.5 Ａｌ0.5 Ｐ、電流拡散層１５をＧａ0.2 Ａｌ0.8
Ａｓ、光散乱層１６をＩｎ0.5+0.005 Ａｌ
0.5-0.005Ｐ、とした場合で順方向に電圧を印加して電
流を流したところ、５５８ｎｍに発光を有し、光度が１
ｃｄを越える高い発光を得た。比較例として光散乱層を
具備しない半導体発光素子を形成し比較したところ、本
実施例による素子は比較例に比べて約５倍の明るさを示
した。
９の直径を２００μｍφとし、基板１０をＧａＡｓ、ク
ラッド層１１をＩｎ0.5 Ａｌ0.5 Ｐ、活性層１２をＩｎ
0.5（Ｇａ0.5 Ａｌ0.5 ）0.5 Ｐ、クラッド層１３をＩ
ｎ0.5 Ａｌ0.5 Ｐ、電流拡散層１５をＧａ0.2 Ａｌ0.8
Ａｓ、光散乱層１６をＩｎ0.5+0.005 Ａｌ
0.5-0.005Ｐ、とした場合で順方向に電圧を印加して電
流を流したところ、５５８ｎｍに発光を有し、光度が１
ｃｄを越える高い発光を得た。比較例として光散乱層を
具備しない半導体発光素子を形成し比較したところ、本
実施例による素子は比較例に比べて約５倍の明るさを示
した。
【００３４】このように本実施例によれば、光の取り出
し効率を高くすることができ非常に高い発光光度を得る
ことができる。本実施例では光散乱層としてＩｎＧａＡ
ｌＰを用いたが、ＩｎＧａＡｌＰとＧａＡｓ基板に限定
されるものではなく、基板との格子不整合率及び膜厚を
選択することにより、表面に均一な凹凸を有する半導体
の組み合わせにより種々選択し用いることができる。
し効率を高くすることができ非常に高い発光光度を得る
ことができる。本実施例では光散乱層としてＩｎＧａＡ
ｌＰを用いたが、ＩｎＧａＡｌＰとＧａＡｓ基板に限定
されるものではなく、基板との格子不整合率及び膜厚を
選択することにより、表面に均一な凹凸を有する半導体
の組み合わせにより種々選択し用いることができる。
【００３５】また光の取り出し効率を更に向上するため
に、光散乱層と空気との界面に更に屈折率の低いＧａＡ
ｌＡｓキャップ層を形成することができる。また本実施
例では電流拡散層を設けたが、発光層において十分に電
流が広がるように材料系及び膜厚を選択することによっ
て、光散乱層にこの電流拡散層の機能を合わせ持たせる
ことができる。 （実施例２）図８は本発明の第２の実施例に係る半導体
発光素子の概略構成を示す断面図である。
に、光散乱層と空気との界面に更に屈折率の低いＧａＡ
ｌＡｓキャップ層を形成することができる。また本実施
例では電流拡散層を設けたが、発光層において十分に電
流が広がるように材料系及び膜厚を選択することによっ
て、光散乱層にこの電流拡散層の機能を合わせ持たせる
ことができる。 （実施例２）図８は本発明の第２の実施例に係る半導体
発光素子の概略構成を示す断面図である。
【００３６】ｎ型ＧａＡｓ基板８０の主面上に格子整合
するようにｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓ1-q Ｓｅq クラッド層
８１、アンドープＣｄ1-r Ｚｎr Ｓｅ活性層８２、ｐ型
Ｚｎ1-u Ｍｇu Ｓ1-v Ｓｅv クラッド層８３からなるダ
ブルヘテロ構造部（発光層８４）が成長形成されてい
る。
するようにｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓ1-q Ｓｅq クラッド層
８１、アンドープＣｄ1-r Ｚｎr Ｓｅ活性層８２、ｐ型
Ｚｎ1-u Ｍｇu Ｓ1-v Ｓｅv クラッド層８３からなるダ
ブルヘテロ構造部（発光層８４）が成長形成されてい
る。
【００３７】この発光層８４上に基板８０、発光層８４
に対してプラスに格子不整合するようにｐ型Ｉｎ0.5+w
Ａｌ0.5-w Ｐからなる光散乱層８５が、格子不整合によ
る結晶歪によって表面８６が粗面化され成長形成されて
いる。
に対してプラスに格子不整合するようにｐ型Ｉｎ0.5+w
Ａｌ0.5-w Ｐからなる光散乱層８５が、格子不整合によ
る結晶歪によって表面８６が粗面化され成長形成されて
いる。
【００３８】この光散乱層８５上に電極部としてｐ型Ｉ
ｎＧａＰコンタクト層８７、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
８８、Ａｕ−Ｚｎからなるｐ側電極８９が円形状に形成
されている。基板８０の裏面にはＡｕ−Ｇｅからなるｎ
側電極９０が形成されている。尚、各層の成長にはＭＯ
ＣＶＤ法を用い、層８１、８２、８３、８５、８７、８
８を１回の成長で形成した。
ｎＧａＰコンタクト層８７、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
８８、Ａｕ−Ｚｎからなるｐ側電極８９が円形状に形成
されている。基板８０の裏面にはＡｕ−Ｇｅからなるｎ
側電極９０が形成されている。尚、各層の成長にはＭＯ
ＣＶＤ法を用い、層８１、８２、８３、８５、８７、８
８を１回の成長で形成した。
【００３９】ダブルヘテロ構造を構成する発光層８４の
各層の混晶比ｐ，ｑ，ｒ，ｕ，ｖは高い発光効率が得ら
れるようにクラッド層のバンドギャップは活性層のバン
ドギャップよりも大きくなるように選ばれる。また光散
乱層の混晶比ｗはｐ型Ｚｎ1-u Ｍｇu Ｓ1-v Ｓｅv クラ
ッド層８３との格子不整合率が＋０．５％となるように
設定した。
各層の混晶比ｐ，ｑ，ｒ，ｕ，ｖは高い発光効率が得ら
れるようにクラッド層のバンドギャップは活性層のバン
ドギャップよりも大きくなるように選ばれる。また光散
乱層の混晶比ｗはｐ型Ｚｎ1-u Ｍｇu Ｓ1-v Ｓｅv クラ
ッド層８３との格子不整合率が＋０．５％となるように
設定した。
【００４０】また各層の膜厚及びキャリア濃度は以下に
示すものとした。 ｎ型ＧａＡｓ基板８０（８０μｍ，３×１０18ｃｍ-3） ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８１（１．０μｍ，５×
１０17ｃｍ-3） ＣｄＺｎＳｅ活性層８２（０．５μｍ，アンドープ） ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８３（１μｍ，４×１０
17ｃｍ-3） ｐ型ＩｎＡｌＰ光散乱層８５（０．３μｍ，７×１０17
ｃｍ-3） ｐ型ＩｎＧａＰコンタクト層８７（０．０２５μｍ，３
×１０18ｃｍ-3） ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８８（０．１μｍ，３×１０
18ｃｍ-3） このような構造でｐ側電極８９の直径を２００μｍφと
して形成し、ｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓ1-q Ｓｅq クラッド
層８１、ｐ型Ｚｎ1-u Ｍｇu Ｓ1-v Ｓｅv クラッド層８
３の混晶比をｐ＝ｕ＝０．０９、ｐ＝ｖ＝０．８４、Ｃ
ｄ1-r Ｚｎr Ｓｅ活性層８２の混晶比ｒを０．８、ｐ型
Ｉｎ0.5+w Ａｌ0.5-w Ｐ光散乱層の混晶比ｗをｗ＝０．
００５として素子を形成し、順方向に電圧を印加して電
流を流したところ、５１０ｎｍに発光を有し光度０．５
ｃｄを越える発光が得られた。
示すものとした。 ｎ型ＧａＡｓ基板８０（８０μｍ，３×１０18ｃｍ-3） ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８１（１．０μｍ，５×
１０17ｃｍ-3） ＣｄＺｎＳｅ活性層８２（０．５μｍ，アンドープ） ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８３（１μｍ，４×１０
17ｃｍ-3） ｐ型ＩｎＡｌＰ光散乱層８５（０．３μｍ，７×１０17
ｃｍ-3） ｐ型ＩｎＧａＰコンタクト層８７（０．０２５μｍ，３
×１０18ｃｍ-3） ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８８（０．１μｍ，３×１０
18ｃｍ-3） このような構造でｐ側電極８９の直径を２００μｍφと
して形成し、ｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓ1-q Ｓｅq クラッド
層８１、ｐ型Ｚｎ1-u Ｍｇu Ｓ1-v Ｓｅv クラッド層８
３の混晶比をｐ＝ｕ＝０．０９、ｐ＝ｖ＝０．８４、Ｃ
ｄ1-r Ｚｎr Ｓｅ活性層８２の混晶比ｒを０．８、ｐ型
Ｉｎ0.5+w Ａｌ0.5-w Ｐ光散乱層の混晶比ｗをｗ＝０．
００５として素子を形成し、順方向に電圧を印加して電
流を流したところ、５１０ｎｍに発光を有し光度０．５
ｃｄを越える発光が得られた。
【００４１】比較例として光散乱層８５がない半導体発
光素子形成し比較したところ、本実施例は比較例に比べ
約８倍の明るさを有していた。 （実施例３）図９は本発明の第３の実施例に係る半導体
発光素子の概略構成を示す断面図である。
光素子形成し比較したところ、本実施例は比較例に比べ
約８倍の明るさを有していた。 （実施例３）図９は本発明の第３の実施例に係る半導体
発光素子の概略構成を示す断面図である。
【００４２】ｎ型ＧａＡｓ基板１００の主面上に格子整
合するようにｎ型Ｇａ1-i Ａｌi Ａｓクラッド層１０
１、アンドープＧａ1-j ＡｌjＡｓ活性層１０２、ｐ型
Ｇａ1-kＡｌＡｓクラッド層１０３からなるダブルヘテ
ロ構造部（発光層１０４）が成長形成されている。
合するようにｎ型Ｇａ1-i Ａｌi Ａｓクラッド層１０
１、アンドープＧａ1-j ＡｌjＡｓ活性層１０２、ｐ型
Ｇａ1-kＡｌＡｓクラッド層１０３からなるダブルヘテ
ロ構造部（発光層１０４）が成長形成されている。
【００４３】この発光層１０４上に基板１００、発光層
１０４に対してプラスに格子不整合するようにｐ型Ｉｎ
0.5+m Ａｌ0.5-m Ｐからなる光散乱層１０５が、格子不
整合による結晶歪によって表面１０６が粗面化され成長
形成されている。
１０４に対してプラスに格子不整合するようにｐ型Ｉｎ
0.5+m Ａｌ0.5-m Ｐからなる光散乱層１０５が、格子不
整合による結晶歪によって表面１０６が粗面化され成長
形成されている。
【００４４】この光散乱層１０５上に電極部としてｐ型
ＧａＡｓコンタクト層１０７、Ａｕ−Ｚｎからなるｐ側
電極１０８が円形状に形成されている。基板１００の裏
面にはＡｕ−Ｇｅからなるｎ側電極１０９が形成されて
いる。尚、各層の成長にはＭＯＣＶＤ法を用い、層１０
１、１０２、１０３、１０５、１０７を１回の成長で形
成した。
ＧａＡｓコンタクト層１０７、Ａｕ−Ｚｎからなるｐ側
電極１０８が円形状に形成されている。基板１００の裏
面にはＡｕ−Ｇｅからなるｎ側電極１０９が形成されて
いる。尚、各層の成長にはＭＯＣＶＤ法を用い、層１０
１、１０２、１０３、１０５、１０７を１回の成長で形
成した。
【００４５】ダブルヘテロ構造を構成するＧａＡｌＡｓ
発光層１０４のＡｌ組成ｉ，ｊ，ｋは高い発光効率が得
られるように、ｊ≦ｉ，ｊ≦ｋに設定されクラッド層の
バンドギャップは活性層のバンドギャップよりも大きく
なるように選ばれる。また光散乱層の混晶比ｍはＧａＡ
ｓ基板１００との格子不整合率が＋０．５％となるよう
に設定した。
発光層１０４のＡｌ組成ｉ，ｊ，ｋは高い発光効率が得
られるように、ｊ≦ｉ，ｊ≦ｋに設定されクラッド層の
バンドギャップは活性層のバンドギャップよりも大きく
なるように選ばれる。また光散乱層の混晶比ｍはＧａＡ
ｓ基板１００との格子不整合率が＋０．５％となるよう
に設定した。
【００４６】また各層の膜厚及びキャリア濃度は以下に
示すものとした。 ｎ型ＧａＡｓ基板１００（８０μｍ，３×１０18ｃ
ｍ-3） ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１０１（１．０μｍ，５×
１０17ｃｍ-3） ＧａＡｌＡｓ活性層１０２（０．５μｍ，アンドープ） ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１０３（１μｍ，４×１０
17ｃｍ-3） ｐ型ＩｎＧａＰ光散乱層１０５（０．２μｍ，７×１０
17ｃｍ-3） ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０７（０．１μｍ，３×１
０18ｃｍ-3） このような構造でｐ側電極１０８の直径を２００μｍφ
として形成し、ｎ型Ｇａ1-i Ａｌi Ａｓクラッド層１０
１のＡｌ組成ｉを０．８、Ｇａ1-j Ａｌj Ａｓ活性層１
０２のＡｌ組成ｊを０．３５、ｎ型Ｇａ1-k Ａｌk Ａｓ
クラッド層１０３のＡｌ組成ｋを０．８、ｐ型Ｉｎ
0.5+m Ｇａ0.5-m Ｐ光散乱層の混晶比ｍを０．００５と
して素子を形成し、順方向に電圧を印加して電流を流し
たところ、６６０ｎｍに発光を有し外部量子効率が８０
％を越える発光が得られた。
示すものとした。 ｎ型ＧａＡｓ基板１００（８０μｍ，３×１０18ｃ
ｍ-3） ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１０１（１．０μｍ，５×
１０17ｃｍ-3） ＧａＡｌＡｓ活性層１０２（０．５μｍ，アンドープ） ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１０３（１μｍ，４×１０
17ｃｍ-3） ｐ型ＩｎＧａＰ光散乱層１０５（０．２μｍ，７×１０
17ｃｍ-3） ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０７（０．１μｍ，３×１
０18ｃｍ-3） このような構造でｐ側電極１０８の直径を２００μｍφ
として形成し、ｎ型Ｇａ1-i Ａｌi Ａｓクラッド層１０
１のＡｌ組成ｉを０．８、Ｇａ1-j Ａｌj Ａｓ活性層１
０２のＡｌ組成ｊを０．３５、ｎ型Ｇａ1-k Ａｌk Ａｓ
クラッド層１０３のＡｌ組成ｋを０．８、ｐ型Ｉｎ
0.5+m Ｇａ0.5-m Ｐ光散乱層の混晶比ｍを０．００５と
して素子を形成し、順方向に電圧を印加して電流を流し
たところ、６６０ｎｍに発光を有し外部量子効率が８０
％を越える発光が得られた。
【００４７】比較例として光散乱層１０５がない半導体
発光素子形成し比較したところ、本実施例は比較例に比
べ約５倍の明るさを有していた。各実施例では基板にＧ
ａＡｓを用い、ダブルヘテロ構造の発光層、電流拡散層
の機能も兼ね備えた光散乱層にＩｎＧａＡｌＰを用いた
が、これらに限定されるものではない。
発光素子形成し比較したところ、本実施例は比較例に比
べ約５倍の明るさを有していた。各実施例では基板にＧ
ａＡｓを用い、ダブルヘテロ構造の発光層、電流拡散層
の機能も兼ね備えた光散乱層にＩｎＧａＡｌＰを用いた
が、これらに限定されるものではない。
【００４８】光散乱層としては基板や発光層とプラスに
格子不整合するような材料系を用いることを必須条件と
するが、なおかつ発光波長に対して十分に透明であるこ
とが光を取り出すためにはより好ましい。
格子不整合するような材料系を用いることを必須条件と
するが、なおかつ発光波長に対して十分に透明であるこ
とが光を取り出すためにはより好ましい。
【００４９】また発光層はダブルヘテロ構造に限らずシ
ングルヘテロ構造、ホモ接合構造等用いることができ
る。更に発光層はＳｉ等の１元系、ＩｎＳｂ、ＢＮ、Ａ
ｌＮ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、Ｇａ
Ｐ、ＧａＮ等の２元系、ＧａＡｌＮ、ＩｎＡｓＰ、Ｇａ
ＡｌＮ、ＩｎＡｌＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＰ、Ｉｎ
ＧａＡｓ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＭｎＴｅ等の３元系、Ｉ
ｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、Ｃ
ｄＭｇＺｎＳｅ、ＣｕＩｎＡｌＳｅ、ＣｕＩｎＧａＳｅ
等の４元系、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓＳ
ｂ、ＣｄＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｕＩｎＧａＳＳｅ、ＣｕＩ
ｎＡｌＳＳｅ等の５元系半導体等用いることができる。
ングルヘテロ構造、ホモ接合構造等用いることができ
る。更に発光層はＳｉ等の１元系、ＩｎＳｂ、ＢＮ、Ａ
ｌＮ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、Ｇａ
Ｐ、ＧａＮ等の２元系、ＧａＡｌＮ、ＩｎＡｓＰ、Ｇａ
ＡｌＮ、ＩｎＡｌＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＰ、Ｉｎ
ＧａＡｓ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＭｎＴｅ等の３元系、Ｉ
ｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、Ｃ
ｄＭｇＺｎＳｅ、ＣｕＩｎＡｌＳｅ、ＣｕＩｎＧａＳｅ
等の４元系、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓＳ
ｂ、ＣｄＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｕＩｎＧａＳＳｅ、ＣｕＩ
ｎＡｌＳＳｅ等の５元系半導体等用いることができる。
【００５０】光散乱層としては、Ｓｉ、Ｇｅ等のIV族、
ＳｉＧｅ等のIV−IV族、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌ
Ｐ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＮ、ＧａＡｌＰ等のII
I −Ｖ族、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＣｄＭｎＴｅ、Ｚｎ
Ｔｅ、ＣｄＭｇＺｎＳＳｅ等のII-VI 族、カルコパイラ
イト系等の材料系のものが適用できるが、要は下地の発
光層或いは基板とプラスに格子不整合し、成長において
結晶歪によって表面に幾何学状の凹凸が生じる組み合わ
せであれば種々選択して用いることができる。
ＳｉＧｅ等のIV−IV族、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌ
Ｐ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＮ、ＧａＡｌＰ等のII
I −Ｖ族、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＣｄＭｎＴｅ、Ｚｎ
Ｔｅ、ＣｄＭｇＺｎＳＳｅ等のII-VI 族、カルコパイラ
イト系等の材料系のものが適用できるが、要は下地の発
光層或いは基板とプラスに格子不整合し、成長において
結晶歪によって表面に幾何学状の凹凸が生じる組み合わ
せであれば種々選択して用いることができる。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
板或いは発光層とプラスに格子不整合させることで半導
体層を成長させ、表面に幾何学状の凹凸を生じせしめる
ことによってこれを光散乱層として発光素子に用いるこ
とによって、界面にダメージを与えず、光吸収による損
失を防ぐことが可能となる。また、信頼性の高い半導体
発光素子を提供できるため素子の寿命をもたせることが
可能となる。更に、高いスループットを有し、素子間で
外部量子効率のばらつきのない半導体発光素子を提供す
ることができる。
板或いは発光層とプラスに格子不整合させることで半導
体層を成長させ、表面に幾何学状の凹凸を生じせしめる
ことによってこれを光散乱層として発光素子に用いるこ
とによって、界面にダメージを与えず、光吸収による損
失を防ぐことが可能となる。また、信頼性の高い半導体
発光素子を提供できるため素子の寿命をもたせることが
可能となる。更に、高いスループットを有し、素子間で
外部量子効率のばらつきのない半導体発光素子を提供す
ることができる。
【図１】 本発明の第１の実施例に係る半導体発光素子
の断面図
の断面図
【図２】 本発明の第１の実施例に係る半導体発光素子
の成長工程図
の成長工程図
【図３】 本発明の第１の実施例に係る半導体発光素子
の成長工程図
の成長工程図
【図４】 本発明の第１の実施例に係る半導体発光素子
の成長工程図
の成長工程図
【図５】 本発明の第１の実施例に係る半導体発光素子
の成長工程図
の成長工程図
【図６】 本発明の第１の実施例に係る半導体発光素子
の成長工程図
の成長工程図
【図７】 本発明の光散乱層として用いる半導体層の基
板に対する格子不整合率と膜厚の関係、成長基板の傾斜
角度と膜厚の関係を示す図。
板に対する格子不整合率と膜厚の関係、成長基板の傾斜
角度と膜厚の関係を示す図。
【図８】 本発明の第２の実施例に係る半導体発光素子
の断面図
の断面図
【図９】 本発明の第３の実施例に係る半導体発光素子
の断面図
の断面図
【図１０】 従来の半導体発光素子の断面図
１０・・・基板 １１・・・コンタクト層 １２・・・活性層 １３・・・コンタクト層 １４・・・発光層 １５・・・電流拡散層 １６・・・光散乱層 １７・・・粗面化された表面 １８・・・コンタクト層 １９・・・ｐ側電極 ２０・・・ｎ側電極
Claims (10)
- 【請求項１】基板と、 この基板上に形成された半導体からなる発光層と、 この発光層上に形成され前記発光層を構成する半導体に
対してプラスに格子不整合した半導体からなり、表面が
格子歪により粗面化されている光散乱層とを具備するこ
とを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】前記基板は半導体からなり、前記光散乱層
は前記基板に対してプラスに格子不整合していることを
特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】前記光散乱層の膜厚が０．０５μｍ以上で
あり、前記光散乱膜の格子不整合率は０．１％以上２．
５％以下であることを特徴とする請求項１或いは請求項
２記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】前記光散乱層はＩｎＧａＡｌＰ系からなる
ことを特徴とする請求項１、請求項２、或いは請求項３
記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】前記基板はＧａＡｓからなることを特徴と
する請求項１、請求項２、請求項３或いは請求項４記載
の半導体発光素子。 - 【請求項６】前記発光層から発光された光は前記光散乱
層の粗面化された表面を介して外部に取り出されること
を特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４
或いは請求項５記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】基板上に半導体材料からなる発光層を成長
形成する工程と、 この発光層上に前記発光層に対してプラスに格子不整合
させるように半導体層を成長させ表面を粗面化させるこ
とによって光散乱層を形成する工程とを具備することを
特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項８】チャンバー内に半導体基板を配置する工程
と、 前記チャンバー内に原料ガスを流し、基板温度及び前記
原料ガスの流量を調整することによって、前記基板上に
ダブルヘテロ構造を有する発光層を形成する工程と、 前記発光層を形成した後前記原料ガスの流量を調整する
ことによって、前記基板に対してプラスに格子不整合す
るように半導体層を成長させる工程と、 前記半導体層の成長時間を調整することによって前記半
導体層の膜厚を調整し、表面を粗面化させる工程とを具
備することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項９】チャンバー内に原料ガスを流すことによっ
てＧａＡｓ基板上に格子整合するように第１のクラッド
層を成長形成する工程と、 前記原料ガスの混合比を調整することによって第１のク
ラッド層上に、第１のクラッド層に対してヘテロ接合す
るように活性層を成長形成する工程と、 前記原料ガスの混合比を調整することによって前記活性
層上に、前記活性層に対してヘテロ接合するように第２
のクラッド層を成長形成する工程と、 前記原料ガスの混合比を調整することによって前記第２
のクラッド層上に、前記基板に対してプラスに格子不整
合するようにＩｎＧａＡｌＰ系からなる半導体層を成長
させ、その成長時間を調整することによって前記半導体
層表面に幾何学状の凹凸を形成する工程とを具備するこ
とを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１０】前記原料ガスの前記半導体層の格子不整
合率を０．１％以上２．５％以下となるように前記原料
ガスの流料を調整し、前記半導体層の膜厚が０．０５μ
ｍ以上となるように前記半導体層の成長時間を調整する
ことを特徴とする請求項８或いは請求項９記載の半導体
発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23625894A JP3333330B2 (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23625894A JP3333330B2 (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08102548A true JPH08102548A (ja) | 1996-04-16 |
| JP3333330B2 JP3333330B2 (ja) | 2002-10-15 |
Family
ID=16998121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23625894A Expired - Lifetime JP3333330B2 (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3333330B2 (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11274568A (ja) * | 1998-02-19 | 1999-10-08 | Hewlett Packard Co <Hp> | Ｌｅｄおよびｌｅｄの組立方法 |
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| US6872649B2 (en) | 1999-04-15 | 2005-03-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of manufacturing transparent conductor film and compound semiconductor light-emitting device with the film |
| US6924163B2 (en) | 1998-12-24 | 2005-08-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device and its manufacturing method |
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-
1994
- 1994-09-30 JP JP23625894A patent/JP3333330B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP3333330B2 (ja) | 2002-10-15 |
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