JPH08186286A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH08186286A JPH08186286A JP33854794A JP33854794A JPH08186286A JP H08186286 A JPH08186286 A JP H08186286A JP 33854794 A JP33854794 A JP 33854794A JP 33854794 A JP33854794 A JP 33854794A JP H08186286 A JPH08186286 A JP H08186286A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法により作製可能な
高効率・高出力の半導体発光素子を提供する。 【構成】 アンドープＧａＡｓ基板１上に、ｐ型Ｇａ
0.7 Ａｌ0.3 Ａｓクラッド層２、ｐ型ＧａＡｓクラッド
層３、ｐ型ＧａＩｎＡｓ量子井戸層４、ｎ型ＧａＡｓク
ラッド層５、ｎ型Ｇａ0.7 Ａｌ0.3 Ａｓクラッド層６、
ｎ型多層膜７、ｎ型コンタクト層８を順次、ＭＯＣＶＤ
法又はＭＢＥ法により成長させウエハ９を作製する。ウ
エハ９の一部にｎ型ＧａＡｓクラッド層５に達するまで
Ｚｎ拡散を施してｐ型層１０とし、ｐ型電極１１及びｎ
型電極１２を形成し、量子井戸層４より深い分離溝１３
を形成し、半導体発光素子１４を作製する。そして、半
導体発光素子１４のｐ型電極１１、ｎ型電極１２が夫々
リードフレーム１５，１６に実装され、リードフレーム
１５，１６を介して電圧がかけられ、基板１上面から光
が外部に出力される。
高効率・高出力の半導体発光素子を提供する。 【構成】 アンドープＧａＡｓ基板１上に、ｐ型Ｇａ
0.7 Ａｌ0.3 Ａｓクラッド層２、ｐ型ＧａＡｓクラッド
層３、ｐ型ＧａＩｎＡｓ量子井戸層４、ｎ型ＧａＡｓク
ラッド層５、ｎ型Ｇａ0.7 Ａｌ0.3 Ａｓクラッド層６、
ｎ型多層膜７、ｎ型コンタクト層８を順次、ＭＯＣＶＤ
法又はＭＢＥ法により成長させウエハ９を作製する。ウ
エハ９の一部にｎ型ＧａＡｓクラッド層５に達するまで
Ｚｎ拡散を施してｐ型層１０とし、ｐ型電極１１及びｎ
型電極１２を形成し、量子井戸層４より深い分離溝１３
を形成し、半導体発光素子１４を作製する。そして、半
導体発光素子１４のｐ型電極１１、ｎ型電極１２が夫々
リードフレーム１５，１６に実装され、リードフレーム
１５，１６を介して電圧がかけられ、基板１上面から光
が外部に出力される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオー
ド）等の半導体発光素子に関するものである。
ド）等の半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から高効率、高出力の８００μｍ帯
赤外ＬＥＤはＬＰＥ法（液相成長法）で作製されてい
る。ＬＰＥ法は、厚膜の成長が可能なため、ＧａＡｌＡ
ｓのＤＨ（ダブルヘテロ）構造を作製後、基板を除去す
ることで、基板での吸収がない高出力のＬＥＤを作製可
能だからである。
赤外ＬＥＤはＬＰＥ法（液相成長法）で作製されてい
る。ＬＰＥ法は、厚膜の成長が可能なため、ＧａＡｌＡ
ｓのＤＨ（ダブルヘテロ）構造を作製後、基板を除去す
ることで、基板での吸収がない高出力のＬＥＤを作製可
能だからである。
【０００３】図３は代表的な従来のＬＥＤの構造を示す
断面図である。同図において、ＬＥＤ２０は、ＬＰＥ法
により、図示しない基板上に、ｐ型クラッド層２１、活
性層２２、ｎ型クラッド層２３が順次成長されＤＨ構造
を形成した後、基板は除去される。ｐ型クラッド層２１
下面全面にはｐ型電極２４、ｎ型クラッド層２３上面の
一部にはｎ型電極２５が形成される。なお、光はｎ型ク
ラッド層２３側上面から取り出される。
断面図である。同図において、ＬＥＤ２０は、ＬＰＥ法
により、図示しない基板上に、ｐ型クラッド層２１、活
性層２２、ｎ型クラッド層２３が順次成長されＤＨ構造
を形成した後、基板は除去される。ｐ型クラッド層２１
下面全面にはｐ型電極２４、ｎ型クラッド層２３上面の
一部にはｎ型電極２５が形成される。なお、光はｎ型ク
ラッド層２３側上面から取り出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＬＰＥ法に
よるＬＥＤの作製では、２日程度の長時間の成長が必要
であった。一方、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）
やＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）を用いて赤外発光
のＬＥＤを作製する場合は、基板を削除するほどの厚膜
の成長が出来ないため、薄膜の制御性の良さを利用して
２種のＧａＡｌＡｓの屈折率差を利用した半導体多層反
射膜をＤＨ構造の下に作製して基板での吸収を低減する
ことが試みられてきた。しかしながら、この構造では、
多層膜に垂直に入射する光に対しては１００％近くの反
射率が得られるが、斜めに入射する光に対しては反射率
が高くないため基板で吸収され高出力のＬＥＤが作製で
きないという問題があった。
よるＬＥＤの作製では、２日程度の長時間の成長が必要
であった。一方、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）
やＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）を用いて赤外発光
のＬＥＤを作製する場合は、基板を削除するほどの厚膜
の成長が出来ないため、薄膜の制御性の良さを利用して
２種のＧａＡｌＡｓの屈折率差を利用した半導体多層反
射膜をＤＨ構造の下に作製して基板での吸収を低減する
ことが試みられてきた。しかしながら、この構造では、
多層膜に垂直に入射する光に対しては１００％近くの反
射率が得られるが、斜めに入射する光に対しては反射率
が高くないため基板で吸収され高出力のＬＥＤが作製で
きないという問題があった。
【０００４】そこで、本発明は上記の点に着目してなさ
れたものであり、ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法により短い
成長時間で作製可能な、高効率、高出力の半導体発光素
子を提供することを目的とする。
れたものであり、ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法により短い
成長時間で作製可能な、高効率、高出力の半導体発光素
子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成する手段として、アンドープＧａＡｓ基板上方に、こ
の基板を透過する波長の光を発光するＧａＩｎＡｓ活性
層を有し、活性層内で発光した光を、前記基板表面側か
ら取り出すことを特徴とする半導体発光素子を提供す
る。
成する手段として、アンドープＧａＡｓ基板上方に、こ
の基板を透過する波長の光を発光するＧａＩｎＡｓ活性
層を有し、活性層内で発光した光を、前記基板表面側か
ら取り出すことを特徴とする半導体発光素子を提供す
る。
【０００６】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の一実施例
について説明する。図２は、波長に対するアンドープＧ
ａＡｓの吸収係数（ABSORPTION COEFFICIENT）と、アン
ドープＧａＡｓ（２００μｍ厚）を透過した時の光の強
度（INTENSITY after 200 μm GaAs）とを示す図で、実
線が吸収係数、点線が光の強度である。同図から、光の
波長が９００μｍより長波であれば、アンドープＧａＡ
ｓでの吸収は殆ど無視できることになる。ところで、低
抵抗のＧａＡｓ、例えばキャリア濃度約５×１０18ｃｍ
-3のｎ型ＧａＡｓの場合、波長９５０μｍの光であって
もフリーキャリア吸収により吸収係数は約３０ｃｍ-1程
度で５０％程度の強度減衰であった。そこで、アンドー
プＧａＡｓを基板に用い、９００μｍより長波の波長帯
で発光するＧａＩｎＡｓを活性層に用いてアンドープＧ
ａＡｓ基板での光の吸収が無視でき、基板表面から光を
取り出す半導体発光素子を作製した。
について説明する。図２は、波長に対するアンドープＧ
ａＡｓの吸収係数（ABSORPTION COEFFICIENT）と、アン
ドープＧａＡｓ（２００μｍ厚）を透過した時の光の強
度（INTENSITY after 200 μm GaAs）とを示す図で、実
線が吸収係数、点線が光の強度である。同図から、光の
波長が９００μｍより長波であれば、アンドープＧａＡ
ｓでの吸収は殆ど無視できることになる。ところで、低
抵抗のＧａＡｓ、例えばキャリア濃度約５×１０18ｃｍ
-3のｎ型ＧａＡｓの場合、波長９５０μｍの光であって
もフリーキャリア吸収により吸収係数は約３０ｃｍ-1程
度で５０％程度の強度減衰であった。そこで、アンドー
プＧａＡｓを基板に用い、９００μｍより長波の波長帯
で発光するＧａＩｎＡｓを活性層に用いてアンドープＧ
ａＡｓ基板での光の吸収が無視でき、基板表面から光を
取り出す半導体発光素子を作製した。
【０００７】しかしながら、一般に基板上に良質な結晶
を成長させるには格子定数が一致することが必要である
が、ＧａＩｎＡｓはこの基板に格子整合しない。そこ
で、活性層として非常に薄いＧａＩｎＡｓ量子井戸を用
い、転位が入らない内にＧａＡｓクラッド層を成長させ
てＧａＩｎＡｓを挟み込む構造とした。なお、層厚は非
常に薄いためＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法で作製し
た。この構造は格子定数の大きなＧａＩｎＡｓをＧａＡ
ｓクラッド層で挟み込む構造のため、信頼性試験に於い
ても安定した特性を示した。
を成長させるには格子定数が一致することが必要である
が、ＧａＩｎＡｓはこの基板に格子整合しない。そこ
で、活性層として非常に薄いＧａＩｎＡｓ量子井戸を用
い、転位が入らない内にＧａＡｓクラッド層を成長させ
てＧａＩｎＡｓを挟み込む構造とした。なお、層厚は非
常に薄いためＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法で作製し
た。この構造は格子定数の大きなＧａＩｎＡｓをＧａＡ
ｓクラッド層で挟み込む構造のため、信頼性試験に於い
ても安定した特性を示した。
【０００８】次に、本発明の一実施例の半導体発光素子
について詳細にその製造方法と共に説明する。図１は、
本発明の一実施例の半導体発光素子を示す図である。同
図（ａ）は、ウエハの構造を示す断面図、同図（ｂ）
は、そのウエハから作製した半導体発光素子を示す断面
図、同図（ｃ）は、その半導体発光素子をリードフレー
ムに実装した場合の断面図である。まず同図（ａ）にお
いて、アンドープＧａＡｓ基板１上に、ｐ型Ｇａ0.7 Ａ
ｌ0.3 Ａｓクラッド層２を約１０〜２０μｍ、ｐ型Ｇａ
Ａｓクラッド層３を０．１μｍ、ｐ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85
Ａｓ量子井戸層４を７ｎｍ、ｎ型ＧａＡｓクラッド層５
を０．１μｍ、ｎ型Ｇａ0.7 Ａｌ0.3 Ａｓクラッド層６
を１０〜２０μｍ、順次、ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法に
より成長させる。
について詳細にその製造方法と共に説明する。図１は、
本発明の一実施例の半導体発光素子を示す図である。同
図（ａ）は、ウエハの構造を示す断面図、同図（ｂ）
は、そのウエハから作製した半導体発光素子を示す断面
図、同図（ｃ）は、その半導体発光素子をリードフレー
ムに実装した場合の断面図である。まず同図（ａ）にお
いて、アンドープＧａＡｓ基板１上に、ｐ型Ｇａ0.7 Ａ
ｌ0.3 Ａｓクラッド層２を約１０〜２０μｍ、ｐ型Ｇａ
Ａｓクラッド層３を０．１μｍ、ｐ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85
Ａｓ量子井戸層４を７ｎｍ、ｎ型ＧａＡｓクラッド層５
を０．１μｍ、ｎ型Ｇａ0.7 Ａｌ0.3 Ａｓクラッド層６
を１０〜２０μｍ、順次、ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法に
より成長させる。
【０００９】量子井戸層４の厚さは、格子定数の不整合
による転位が発生しない厚さとし、通常約２０ｎｍより
薄くする。Ｇａ0.7 Ａｌ0.3 Ａｓクラッド層２，６は、
キャリアを有効に閉じ込めるのに充分のバンドギャップ
を持てば良く、通常はＡｌ組成０．３以上あれば充分で
ある。ＧａＡｓクラッド層３，５は注入したキャリアが
量子井戸層４に確実に捕らえられるように設けてある。
による転位が発生しない厚さとし、通常約２０ｎｍより
薄くする。Ｇａ0.7 Ａｌ0.3 Ａｓクラッド層２，６は、
キャリアを有効に閉じ込めるのに充分のバンドギャップ
を持てば良く、通常はＡｌ組成０．３以上あれば充分で
ある。ＧａＡｓクラッド層３，５は注入したキャリアが
量子井戸層４に確実に捕らえられるように設けてある。
【００１０】続いて、ｄ＝λp ／４ｎの厚みのｎ型Ｇａ
ＡｌＡｓ／ｎ型ＧａＡｓ多層膜７を数十ペア成長させ、
波長９５０ｎｍの光に反射率のピークをもつミラーを構
成する。ここでλp は発光波長（約９５０ｎｍ）、ｎは
膜の屈折率である。ペア数は、要求される反射率から決
められる。最後に、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層８を成長
させウエハ９を作製する。
ＡｌＡｓ／ｎ型ＧａＡｓ多層膜７を数十ペア成長させ、
波長９５０ｎｍの光に反射率のピークをもつミラーを構
成する。ここでλp は発光波長（約９５０ｎｍ）、ｎは
膜の屈折率である。ペア数は、要求される反射率から決
められる。最後に、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層８を成長
させウエハ９を作製する。
【００１１】そして同図（ｂ）において、ウエハ９の一
部に少なくともｎ型クラッド層５に達するまでＺｎ拡散
を施してｐ型層１０とし、拡散部とｎ型部分にそれぞれ
ｐ型電極１１及びｎ型電極１２を形成し、拡散部とｎ型
部分との境界部に量子井戸層４より深く基板１にまでは
達しない分離溝１３を形成し、ダイシングして半導体発
光素子１４を作製する。
部に少なくともｎ型クラッド層５に達するまでＺｎ拡散
を施してｐ型層１０とし、拡散部とｎ型部分にそれぞれ
ｐ型電極１１及びｎ型電極１２を形成し、拡散部とｎ型
部分との境界部に量子井戸層４より深く基板１にまでは
達しない分離溝１３を形成し、ダイシングして半導体発
光素子１４を作製する。
【００１２】そして同図（ｃ）において、半導体発光素
子１４のｐ型電極１１、ｎ型電極１２が夫々リードフレ
ーム１５，１６に実装され、リードフレーム１５，１６
を介して半導体発光素子１４の電極間に電圧がかけら
れ、活性層から発光した光は基板１上面から出力され
る。また、ｐｎ接合面から電極側に発光された光も、多
層膜７によって反射され、基板１上面から出力される。
これは、電極と半導体層との接触を良好にするための熱
処理によって生じる半導体層の電極との界面に生じる合
金化層による吸収も起こることなく発光効率が高い。
子１４のｐ型電極１１、ｎ型電極１２が夫々リードフレ
ーム１５，１６に実装され、リードフレーム１５，１６
を介して半導体発光素子１４の電極間に電圧がかけら
れ、活性層から発光した光は基板１上面から出力され
る。また、ｐｎ接合面から電極側に発光された光も、多
層膜７によって反射され、基板１上面から出力される。
これは、電極と半導体層との接触を良好にするための熱
処理によって生じる半導体層の電極との界面に生じる合
金化層による吸収も起こることなく発光効率が高い。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体発
光素子によれば、アンドープＧａＡｓ基板上方に、この
基板を透過する波長の光を発光するＧａＩｎＡｓ活性層
を有し、発光した光を基板表面側から出力するので、基
板によるフリーキャリア吸収が少なく、発光した光は基
板によって吸収されることが少なく、かつ基板での吸収
がほとんど無視できる波長帯で発光するので発光効率が
高い。また、基板を除去する必要もなく、高効率・高出
力の半導体発光素子をＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法により
短い成長時間で作製できる。また、活性層の基板との反
対側に半導体多層膜による反射層を有するものでは、活
性層から基板との反対側に発光された光も、半導体多層
膜によって反射され、基板表面側から出力されるので更
に発光効率が高い。更に、前記活性層上方に形成された
ｎ型半導体層と、このｎ型半導体層の所定部分に形成さ
れた表面から前記活性層に達するまでのｐ型不純物拡散
領域と、ｎ型電極表面に形成されたｎ型電極と、不純物
拡散領域表面に形成されたｐ型電極と、ｎ型半導体層と
前記不純物拡散領域とを分離する分離溝とを有するもの
では、従来のＬＥＤに比べて素子抵抗の大部分を占める
ｐ型クラッド層の実効的な厚み（電流が流れる距離）を
薄くできるので、低抵抗で最大発光出力を高めることが
できる。
光素子によれば、アンドープＧａＡｓ基板上方に、この
基板を透過する波長の光を発光するＧａＩｎＡｓ活性層
を有し、発光した光を基板表面側から出力するので、基
板によるフリーキャリア吸収が少なく、発光した光は基
板によって吸収されることが少なく、かつ基板での吸収
がほとんど無視できる波長帯で発光するので発光効率が
高い。また、基板を除去する必要もなく、高効率・高出
力の半導体発光素子をＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法により
短い成長時間で作製できる。また、活性層の基板との反
対側に半導体多層膜による反射層を有するものでは、活
性層から基板との反対側に発光された光も、半導体多層
膜によって反射され、基板表面側から出力されるので更
に発光効率が高い。更に、前記活性層上方に形成された
ｎ型半導体層と、このｎ型半導体層の所定部分に形成さ
れた表面から前記活性層に達するまでのｐ型不純物拡散
領域と、ｎ型電極表面に形成されたｎ型電極と、不純物
拡散領域表面に形成されたｐ型電極と、ｎ型半導体層と
前記不純物拡散領域とを分離する分離溝とを有するもの
では、従来のＬＥＤに比べて素子抵抗の大部分を占める
ｐ型クラッド層の実効的な厚み（電流が流れる距離）を
薄くできるので、低抵抗で最大発光出力を高めることが
できる。
【図１】本発明の一実施例の半導体発光素子を示す断面
図である。
図である。
【図２】アンドープＧａＡｓの波長に対する吸収係数と
光の強度を示す図である。
光の強度を示す図である。
【図３】従来のＬＥＤの構造を示す断面図である。
１ アンドープ基板 ２ ｐ型Ｇａ0.7 Ａｌ0.3 Ａｓクラッド層 ３ ｐ型ＧａＡｓクラッド層 ４ ｐ型ＧａＩｎＡｓ量子井戸層（活性層） ５ ｎ型ＧａＡｓクラッド層 ６ ｎ型Ｇａ0.7 Ａｌ0.3 Ａｓクラッド層 ７ ｎ型多層膜（半導体多層膜、反射層） ８ ｎ型コンタクト層 ９ ウエハ １０ ｐ型層（ｐ型不純物拡散領域） １１ ｐ型電極 １２ ｎ型電極 １３ 分離溝 １４ 半導体発光素子
Claims (3)
- 【請求項１】アンドープＧａＡｓ基板上方に、この基板
を透過する波長の光を発光するＧａＩｎＡｓ活性層を有
し、 前記活性層内で発光した光を、前記基板表面側から出力
することを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】前記活性層の前記基板との反対側に半導体
多層膜による反射層を有することを特徴とする請求項１
に記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】前記活性層上方に形成されたｎ型半導体層
と、 このｎ型半導体層の所定部分に形成された表面から前記
活性層に達するまでのｐ型不純物拡散領域と、 前記ｎ型半導体層表面に形成されたｎ型電極と、 前記ｐ型不純物拡散領域表面に形成されたｐ型電極と、 前記ｎ型半導体層と前記ｐ型不純物拡散領域とを分離す
る分離溝とを有することを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33854794A JPH08186286A (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33854794A JPH08186286A (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08186286A true JPH08186286A (ja) | 1996-07-16 |
Family
ID=18319201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33854794A Pending JPH08186286A (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08186286A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100240641B1 (ko) * | 1997-02-10 | 2000-01-15 | 정선종 | 반도체 레이저 |
| JP2008130663A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Sharp Corp | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2010028057A (ja) * | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
-
1994
- 1994-12-27 JP JP33854794A patent/JPH08186286A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100240641B1 (ko) * | 1997-02-10 | 2000-01-15 | 정선종 | 반도체 레이저 |
| JP2008130663A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Sharp Corp | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2010028057A (ja) * | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
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