JPH08321633A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製造方法Info
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- JPH08321633A JPH08321633A JP12831195A JP12831195A JPH08321633A JP H08321633 A JPH08321633 A JP H08321633A JP 12831195 A JP12831195 A JP 12831195A JP 12831195 A JP12831195 A JP 12831195A JP H08321633 A JPH08321633 A JP H08321633A
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 活性層の結晶性劣化による発光効率の低下を
防止する。 【構成】 活性層３側のｐクラッド層４の一部をアンド
ープ層２１とすることによって、電流拡散層５によって
誘発されるｐクラッド層４のドーパント（Ｚｎ）の活性
層３への拡散がこのアンドープ層２１で阻止されるた
め、活性層３の結晶性劣化を防止することができ、した
がって、発光効率に優れた発光ダイオード（ＬＥＤ）を
得ることができる。
防止する。 【構成】 活性層３側のｐクラッド層４の一部をアンド
ープ層２１とすることによって、電流拡散層５によって
誘発されるｐクラッド層４のドーパント（Ｚｎ）の活性
層３への拡散がこのアンドープ層２１で阻止されるた
め、活性層３の結晶性劣化を防止することができ、した
がって、発光効率に優れた発光ダイオード（ＬＥＤ）を
得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電流拡散層を有する発
光ダイオードなどの半導体発光素子およびその製造方法
に関する。
光ダイオードなどの半導体発光素子およびその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）が屋内
外の表示デバイスとして脚光を浴びている。特に、その
高輝度化に伴い、今後数年の間に屋外ディスプレイ市場
が急伸するものと思われ、ＬＥＤは将来的にネオンサイ
ンに代わる表示媒体に成長するものと期待されている。
高輝度ＬＥＤは数年前から、ＧａＡｌＡｓ系のＤＨ（ダ
ブルヘテロ）構造を持つ赤色ＬＥＤにおいて実現されて
きており、最近では、ＡｌＧａＩｎＰ系のＤＨ型ＬＥＤ
で橙色帯〜緑色帯においても高輝度ＬＥＤが試作されて
いる。
外の表示デバイスとして脚光を浴びている。特に、その
高輝度化に伴い、今後数年の間に屋外ディスプレイ市場
が急伸するものと思われ、ＬＥＤは将来的にネオンサイ
ンに代わる表示媒体に成長するものと期待されている。
高輝度ＬＥＤは数年前から、ＧａＡｌＡｓ系のＤＨ（ダ
ブルヘテロ）構造を持つ赤色ＬＥＤにおいて実現されて
きており、最近では、ＡｌＧａＩｎＰ系のＤＨ型ＬＥＤ
で橙色帯〜緑色帯においても高輝度ＬＥＤが試作されて
いる。
【０００３】図１０（ａ）は従来の黄色帯ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系ＬＥＤの素子構造を示す断面図、図１０（ｂ）はそ
の各層のキャリアプロファイルを示す図である。なお、
このキャリアプロファイルはＳＩＭＳ測定で求め、その
絶対値は標準サンプルを用いて校正している。
Ｐ系ＬＥＤの素子構造を示す断面図、図１０（ｂ）はそ
の各層のキャリアプロファイルを示す図である。なお、
このキャリアプロファイルはＳＩＭＳ測定で求め、その
絶対値は標準サンプルを用いて校正している。
【０００４】図１０において、ｎ−ＧａＡｓ基板１上
に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層（厚
さ０．１μｍ、Ｓｉドープ：５×１０17ｃｍ-3）１０、
ｎ−（Ａｌ0・7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（厚さ
１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０17ｃｍ-3）２、アン
ドープ（Ａｌ0・3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層（厚さ
０．６μｍ）３、ｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
クラッド層（厚さ１．０μｍ、Ｚｎドープ：ｌ×１０18
ｃｍ-3）４、ｐ‐Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流拡散層（厚さ
６μｍ、Ｚｎドープ：３×１０18ｃｍ-3）５、さらにｐ
−ＧａＡｓキャップ層（厚さ１μｍ、Ｚｎドープ：３×
１０18ｃｍ-3）６を順次成長させて成膜する。さらに、
上記ｎ−ＧａＡｓ基板１の成長層とは反対側表面に電極
１１を形成し、また、ｐ−ＧａＡｓキャップ層６上表面
に電極１２を形成する。このようにして構成されたＬＥ
Ｄ素子では、活性層３内にｐｎ接合が形成されており、
電子−正孔の再結合により発光が生じ、この発光は２０
ｍＡ通電時に発光光度が１．５カンデラであった。
に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層（厚
さ０．１μｍ、Ｓｉドープ：５×１０17ｃｍ-3）１０、
ｎ−（Ａｌ0・7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（厚さ
１．０μｍ、Ｓｉドープ：５×１０17ｃｍ-3）２、アン
ドープ（Ａｌ0・3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層（厚さ
０．６μｍ）３、ｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
クラッド層（厚さ１．０μｍ、Ｚｎドープ：ｌ×１０18
ｃｍ-3）４、ｐ‐Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ電流拡散層（厚さ
６μｍ、Ｚｎドープ：３×１０18ｃｍ-3）５、さらにｐ
−ＧａＡｓキャップ層（厚さ１μｍ、Ｚｎドープ：３×
１０18ｃｍ-3）６を順次成長させて成膜する。さらに、
上記ｎ−ＧａＡｓ基板１の成長層とは反対側表面に電極
１１を形成し、また、ｐ−ＧａＡｓキャップ層６上表面
に電極１２を形成する。このようにして構成されたＬＥ
Ｄ素子では、活性層３内にｐｎ接合が形成されており、
電子−正孔の再結合により発光が生じ、この発光は２０
ｍＡ通電時に発光光度が１．５カンデラであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では、
活性層３を設計上、アンドープとしているものの、ＳＩ
ＭＳ測定からｐクラッド層４のドーパント（Ｚｎ）が活
性層３内に拡散していることが確認され、これにより結
晶が劣化して発光効率が低下するという問題がある。こ
の結晶の劣化は、本発明者らによって以下の実験１，２
で確かめられている。
活性層３を設計上、アンドープとしているものの、ＳＩ
ＭＳ測定からｐクラッド層４のドーパント（Ｚｎ）が活
性層３内に拡散していることが確認され、これにより結
晶が劣化して発光効率が低下するという問題がある。こ
の結晶の劣化は、本発明者らによって以下の実験１，２
で確かめられている。
【０００６】まず、実験１として、図１０に示すＬＥＤ
素子のキャップ層６および電流拡散層５の全体とｐクラ
ッド層４の一部分をエッチングで除去し、図１１のよう
にＰクラッド層４’が厚さ０．２５μｍ残っている評価
用素子Ａを形成した。この評価用素子Ａに表面からＡｒ
レーザ（波長λ＝４８８ｎｍ）を照射し、フォトルミネ
ッセンス（ＰＬ）強度を測定したところ、相対値で１６
であった。また、比較用として同じ素子構造で各層をア
ンドープ層とした評価用素子Ｂを成長させ、同じ条件で
ＰＬ強度を測定したところ９０であったため、上記従来
例の活性層３の劣化が確認された。本発明者らは、この
活性層３を劣化させるＰ型ドーパント（この場合、Ｚ
ｎ）の拡散を生じさせる主たる要因がどこにあるかを調
べるためさらに実験２を実施した。
素子のキャップ層６および電流拡散層５の全体とｐクラ
ッド層４の一部分をエッチングで除去し、図１１のよう
にＰクラッド層４’が厚さ０．２５μｍ残っている評価
用素子Ａを形成した。この評価用素子Ａに表面からＡｒ
レーザ（波長λ＝４８８ｎｍ）を照射し、フォトルミネ
ッセンス（ＰＬ）強度を測定したところ、相対値で１６
であった。また、比較用として同じ素子構造で各層をア
ンドープ層とした評価用素子Ｂを成長させ、同じ条件で
ＰＬ強度を測定したところ９０であったため、上記従来
例の活性層３の劣化が確認された。本発明者らは、この
活性層３を劣化させるＰ型ドーパント（この場合、Ｚ
ｎ）の拡散を生じさせる主たる要因がどこにあるかを調
べるためさらに実験２を実施した。
【０００７】実験２として、図１０に示したＬＥＤ構造
で電流拡散層５のキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3と低
くした図１２に示すＬＥＤ素子を構成し、図１１に示し
たような評価用素子Ｃにエッチングで再構成した。この
評価用素子Ｃについて、実験１と同様の測定を行ったと
ころ、ＰＬ強度は５０で上記した評価用素子Ａ，Ｂの中
間の値が得られた。また、ＳＩＭＳ測定によりこのＬＥ
Ｄ素子では活性層３にわずかにしかＺｎが拡散していな
いことがわかった。また、ｐクラッド層４のキャリア濃
度は従来例と同じく１×１０18ｃｍ-3であることも確認
された。したがって、活性層３へのＺｎ拡散を誘発する
要因は、ｐクラッド層４よりもその上部に形成された電
流拡散層５にあることがわかった。即ち、電流拡散層５
のＺｎキャリア濃度が大きいとｐクラッド層４のＺｎ拡
散を促進するものと考えられる。
で電流拡散層５のキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3と低
くした図１２に示すＬＥＤ素子を構成し、図１１に示し
たような評価用素子Ｃにエッチングで再構成した。この
評価用素子Ｃについて、実験１と同様の測定を行ったと
ころ、ＰＬ強度は５０で上記した評価用素子Ａ，Ｂの中
間の値が得られた。また、ＳＩＭＳ測定によりこのＬＥ
Ｄ素子では活性層３にわずかにしかＺｎが拡散していな
いことがわかった。また、ｐクラッド層４のキャリア濃
度は従来例と同じく１×１０18ｃｍ-3であることも確認
された。したがって、活性層３へのＺｎ拡散を誘発する
要因は、ｐクラッド層４よりもその上部に形成された電
流拡散層５にあることがわかった。即ち、電流拡散層５
のＺｎキャリア濃度が大きいとｐクラッド層４のＺｎ拡
散を促進するものと考えられる。
【０００８】図１２のＬＥＤ素子において、２０ｍＡ通
電時の発光光度は１．５カンデラであり、図１０のＬＥ
Ｄ素子の場合と２０ｍＡ通電時の発光光度は変わらなか
った。これは図１２のＬＥＤ素子では結晶性の改善は見
られるものの、電流拡散層５のキャリア濃度が低いため
に電流の拡がりが悪く、表面出射型の発光ダイオードと
しては光度が増大しなかったものと考えられる。
電時の発光光度は１．５カンデラであり、図１０のＬＥ
Ｄ素子の場合と２０ｍＡ通電時の発光光度は変わらなか
った。これは図１２のＬＥＤ素子では結晶性の改善は見
られるものの、電流拡散層５のキャリア濃度が低いため
に電流の拡がりが悪く、表面出射型の発光ダイオードと
しては光度が増大しなかったものと考えられる。
【０００９】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、発光効率に優れた結晶の内部構造を持つ半導体発光
素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
で、発光効率に優れた結晶の内部構造を持つ半導体発光
素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、第１導電型の半導体基板上に第１導電型のクラッド
層、アンドープ活性層、第２導電型のクラッド層さらに
第２導電型の電流拡散層が順次積層された半導体発光素
子において、該第１導電型のクラッド層、第２導電型の
クラッド層および第２導電型の電流拡散層のうち少なく
とも該第２導電型のクラッド層の一部をアンドープクラ
ッド層とする構成としたものであり、そのことによって
上記目的が達成される。
は、第１導電型の半導体基板上に第１導電型のクラッド
層、アンドープ活性層、第２導電型のクラッド層さらに
第２導電型の電流拡散層が順次積層された半導体発光素
子において、該第１導電型のクラッド層、第２導電型の
クラッド層および第２導電型の電流拡散層のうち少なく
とも該第２導電型のクラッド層の一部をアンドープクラ
ッド層とする構成としたものであり、そのことによって
上記目的が達成される。
【００１１】また、本発明の半導体発光素子は電流拡散
層のキャリア濃度が第２導電型のクラッド層に近い側か
ら遠い側に向かって変化していてもよい。その際、電流
拡散屠のキャリア濃度が第２導電型のクラッド層に近い
側で低く、遠い側で高くなっているのが望ましい。ま
た、本発明の半導体発光素子は電流拡散層のキャリア濃
度が第２導電型のクラッド層に近い側から遠い側に向か
って順次変化していてもよい。
層のキャリア濃度が第２導電型のクラッド層に近い側か
ら遠い側に向かって変化していてもよい。その際、電流
拡散屠のキャリア濃度が第２導電型のクラッド層に近い
側で低く、遠い側で高くなっているのが望ましい。ま
た、本発明の半導体発光素子は電流拡散層のキャリア濃
度が第２導電型のクラッド層に近い側から遠い側に向か
って順次変化していてもよい。
【００１２】さらに、本発明の半導体発光素子は、第１
導電型のクラッド層、アンドープ活性層、第２導電型の
クラッド層を形成する主たる材料がＡｌＧａＩｎＰまた
はＧａＩｎＰであり、電流拡散層を形成する主たる材料
がＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＰまた
はＡｌＧａＰであり、第２導電型のクラッド層のドーパ
ントがＺｎまたはＭｇ、Ｂｅであってもよい。
導電型のクラッド層、アンドープ活性層、第２導電型の
クラッド層を形成する主たる材料がＡｌＧａＩｎＰまた
はＧａＩｎＰであり、電流拡散層を形成する主たる材料
がＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＰまた
はＡｌＧａＰであり、第２導電型のクラッド層のドーパ
ントがＺｎまたはＭｇ、Ｂｅであってもよい。
【００１３】さらに、本発明の半導体発光素子は、第２
導電型のクラッド層のキャリア濃度が０．５×１０18ｃ
ｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3の範囲内にあり、アンドープク
ラッド層の厚さが５０〜２０００オングストロームの範
囲内であることが望ましい。さらに、本発明の半導体発
光素子は、第２導電型のクラッド層に近い側の電流拡散
層のキャリア濃度が０．５×１０18ｃｍ-3〜１．５×１
０18ｃｍ-3の範囲内にあり、第２導電型のクラッド層に
遠い側の電流拡散層のキャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3
以上であることが望ましい。
導電型のクラッド層のキャリア濃度が０．５×１０18ｃ
ｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3の範囲内にあり、アンドープク
ラッド層の厚さが５０〜２０００オングストロームの範
囲内であることが望ましい。さらに、本発明の半導体発
光素子は、第２導電型のクラッド層に近い側の電流拡散
層のキャリア濃度が０．５×１０18ｃｍ-3〜１．５×１
０18ｃｍ-3の範囲内にあり、第２導電型のクラッド層に
遠い側の電流拡散層のキャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3
以上であることが望ましい。
【００１４】また、本発明の半導体発光素子の製造方法
は、好ましくは、第１導電型の半導体基板上に第１導電
型のクラッド層、アンドープ活性層、第２導電型のクラ
ッド層さらに第２導電型の電流拡散層を順次積層する工
程を有する半導体発光素子の製造方法において、該第１
導電型のクラッド層、第２導電型のクラッド層および第
２導電型の電流拡散層のうち少なくとも該第１導電型の
クラッド層または第２導電型のクラッド層の、該アンド
ープ活性層側の一部をアンドープ層とする成長工程を含
む。
は、好ましくは、第１導電型の半導体基板上に第１導電
型のクラッド層、アンドープ活性層、第２導電型のクラ
ッド層さらに第２導電型の電流拡散層を順次積層する工
程を有する半導体発光素子の製造方法において、該第１
導電型のクラッド層、第２導電型のクラッド層および第
２導電型の電流拡散層のうち少なくとも該第１導電型の
クラッド層または第２導電型のクラッド層の、該アンド
ープ活性層側の一部をアンドープ層とする成長工程を含
む。
【００１５】
【作用】本発明の半導体発光素子においては、少なくと
も第２導電型のクラッド層の一部をアンドープクラッド
層としているために、電流拡散層によって誘発される第
２導電型のクラッド層のドーパントの活性層への拡散が
このアンドープ層で阻止されることになる。これによ
り、活性層の結晶を劣化させることなく、外部に有効に
光を取り出すことが可能となる。
も第２導電型のクラッド層の一部をアンドープクラッド
層としているために、電流拡散層によって誘発される第
２導電型のクラッド層のドーパントの活性層への拡散が
このアンドープ層で阻止されることになる。これによ
り、活性層の結晶を劣化させることなく、外部に有効に
光を取り出すことが可能となる。
【００１６】また、電流拡散層のキャリア濃度が第２導
電型のクラッド層に近い側から遠い側に向かって近い側
で低く、遠い側で高くなるように変化していれば、電流
拡散層によって誘発される第２導電型のクラッド層のド
ーパントの活性層への拡散そのものが小さくなる。
電型のクラッド層に近い側から遠い側に向かって近い側
で低く、遠い側で高くなるように変化していれば、電流
拡散層によって誘発される第２導電型のクラッド層のド
ーパントの活性層への拡散そのものが小さくなる。
【００１７】さらに、本発明の半導体発光素子は、第１
導電型のクラッド層、アンドープ活性層、第２導電型の
クラッド層を形成する主たる材料がＡｌＧａＩｎＰまた
はＧａＩｎＰであり、電流拡散層を形成する主たる材料
がＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＰまた
はＡｌＧａＰであり、第２導電型のクラッド層のドーパ
ントがＺｎまたはＭｇ、Ｂｅであれば、このドーパント
の拡散が顕著であるために、本発明の半導体発光素子の
構成による拡散抑止効果も顕著となる。
導電型のクラッド層、アンドープ活性層、第２導電型の
クラッド層を形成する主たる材料がＡｌＧａＩｎＰまた
はＧａＩｎＰであり、電流拡散層を形成する主たる材料
がＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＰまた
はＡｌＧａＰであり、第２導電型のクラッド層のドーパ
ントがＺｎまたはＭｇ、Ｂｅであれば、このドーパント
の拡散が顕著であるために、本発明の半導体発光素子の
構成による拡散抑止効果も顕著となる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００１９】（実施例１）図１（ａ）は本発明の実施例
１におけるＬＥＤの素子構造を示す断面図、図１（ｂ）
はその各層のキャリアプロファイルを示す図であり、従
来例と同一の作用効果を奏するものには同一の符号を付
けてその説明を省略する。
１におけるＬＥＤの素子構造を示す断面図、図１（ｂ）
はその各層のキャリアプロファイルを示す図であり、従
来例と同一の作用効果を奏するものには同一の符号を付
けてその説明を省略する。
【００２０】図１（ａ）において、本実施例１は、活性
層３上に設けられている第２導電型のクラッド層４の、
活性層３に近接した側の一部をアンドープ（Ａｌ0.7Ｇ
ａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２１として１５００オ
ングストローム形成しているところに特徴がある。本実
施例１では、図１（ｂ）に見られるようにＺｎはアンド
ープクラッド層２１内に拡散するものの、アンドープク
ラッド層を５００オングストローム残して止まってい
る。本ＬＥＤ素子を図１１に示すような評価用構造Ｄに
加工した場合のＰＬ強度は８０と評価用構造Ｂの９割程
度に回復した。このＰＬ強度のわずかの減少は、アンド
ープクラッド層２１が５００オングストローム程度残っ
たために、発光再結合に関与する正孔の注入効率が減少
したためと思われる。また、本ＬＥＤ素子を５ｍｍφの
パッケージにモ一ルドしたところ、２０ｍＡ通電時に５
カンデラの光度を示した。
層３上に設けられている第２導電型のクラッド層４の、
活性層３に近接した側の一部をアンドープ（Ａｌ0.7Ｇ
ａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２１として１５００オ
ングストローム形成しているところに特徴がある。本実
施例１では、図１（ｂ）に見られるようにＺｎはアンド
ープクラッド層２１内に拡散するものの、アンドープク
ラッド層を５００オングストローム残して止まってい
る。本ＬＥＤ素子を図１１に示すような評価用構造Ｄに
加工した場合のＰＬ強度は８０と評価用構造Ｂの９割程
度に回復した。このＰＬ強度のわずかの減少は、アンド
ープクラッド層２１が５００オングストローム程度残っ
たために、発光再結合に関与する正孔の注入効率が減少
したためと思われる。また、本ＬＥＤ素子を５ｍｍφの
パッケージにモ一ルドしたところ、２０ｍＡ通電時に５
カンデラの光度を示した。
【００２１】図２は、図１のＬＥＤにおけるアンドープ
クラッド層２１の残厚とそれを評価用構造Ｄにした場合
のＰＬ強度との関係、およびアンドープクラッド層２１
の残厚とそれをＬＥＤ素子にした場合の発光光度との関
係を示す図である。ここで、アンドープクラッド層２１
の残厚は、（アンドープクラッド層２１の設計層厚）一
（Ｚｎが拡散した領域の層厚）で定義した。また、図２
では、このアンドープクラッド層２１の残厚とその評価
用構造Ｄにした場合のＰＬ強度との関係を黒丸で示し、
また、アンドープクラッド層２１の残厚とそれをＬＥＤ
素子にした場合の発光光度との関係を白丸で示してい
る。
クラッド層２１の残厚とそれを評価用構造Ｄにした場合
のＰＬ強度との関係、およびアンドープクラッド層２１
の残厚とそれをＬＥＤ素子にした場合の発光光度との関
係を示す図である。ここで、アンドープクラッド層２１
の残厚は、（アンドープクラッド層２１の設計層厚）一
（Ｚｎが拡散した領域の層厚）で定義した。また、図２
では、このアンドープクラッド層２１の残厚とその評価
用構造Ｄにした場合のＰＬ強度との関係を黒丸で示し、
また、アンドープクラッド層２１の残厚とそれをＬＥＤ
素子にした場合の発光光度との関係を白丸で示してい
る。
【００２２】図２に示すように、アンドープクラッド層
２１の残厚が１００オングストローム以上でＰＬ強度は
一定の大きさになり、発光光度（カンデラ）は、その残
厚が２０００オングストローム以上になった場合と０オ
ングストローム以下になった場合、即ち活性層３内に拡
散した場合に急激に減少する。
２１の残厚が１００オングストローム以上でＰＬ強度は
一定の大きさになり、発光光度（カンデラ）は、その残
厚が２０００オングストローム以上になった場合と０オ
ングストローム以下になった場合、即ち活性層３内に拡
散した場合に急激に減少する。
【００２３】図３は、図１のＬＥＤにおいてｐ−（Ａｌ
0・7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４のキャリア濃度
を３×１０17ｃｍ-3から３×１０18ｃｍ-3まで変えた場
合のアンドープクラッド層２１の残厚と発光光度の関係
を示した図である。
0・7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４のキャリア濃度
を３×１０17ｃｍ-3から３×１０18ｃｍ-3まで変えた場
合のアンドープクラッド層２１の残厚と発光光度の関係
を示した図である。
【００２４】図３に示すように、ｐクラッド層４のすべ
てのキャリア濃度において、キャリア濃度ｌ×１０18ｃ
ｍ-3の場合と同様に、発光光度（カンデラ）は、アンド
ープクラッド層２１の残厚が２０００オングストローム
以上になった場合と０オングストローム以下になった場
合とで急激に減少しているが、ｐクラッド層４のキャリ
ア濃度は５×１０17ｃｍ-3から２×１０18ｃｍ-3の範囲
において発光光度が高く望ましいことがわかる。
てのキャリア濃度において、キャリア濃度ｌ×１０18ｃ
ｍ-3の場合と同様に、発光光度（カンデラ）は、アンド
ープクラッド層２１の残厚が２０００オングストローム
以上になった場合と０オングストローム以下になった場
合とで急激に減少しているが、ｐクラッド層４のキャリ
ア濃度は５×１０17ｃｍ-3から２×１０18ｃｍ-3の範囲
において発光光度が高く望ましいことがわかる。
【００２５】（実施例２）図４（ａ）は、本発明の実施
例２におけるＬＥＤの素子構造を示す断面図、図４
（ｂ）はその各層のキャリアプロファイルを示す図であ
り、従来例と同一の作用効果を奏するものには同一の符
号を付けてその説明を省略する。
例２におけるＬＥＤの素子構造を示す断面図、図４
（ｂ）はその各層のキャリアプロファイルを示す図であ
り、従来例と同一の作用効果を奏するものには同一の符
号を付けてその説明を省略する。
【００２６】図４（ａ）において、本実施例２は、活性
層３に近接してアンドープ（Ａｌ0. 7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ
0.5Ｐクラッド層２１をｐクラッド層４の一部として膜
厚５００オングストローム形成しているところに加え
て、電流拡散層を３層構成の電流拡散層５，７，８と
し、そのキャリア濃度をｐクラッド層４に近い側から図
４（ｂ）のように５×１０17ｃｍ-3→ｌ×１０18ｃｍ-3
→３×１０18ｃｍ-3と変化させているところに特徴があ
る。本実施例２では、図４（ｂ）に見られるようにＺｎ
はアンドープクラッド層２１内に拡散するものの、アン
ドープ層を１００オングストローム残して止まってい
る。本ＬＥＤ構造にした場合、拡散後のアンドープクラ
ッド層２１の残厚の制御性が良くなり、図２に示された
最適値１００オングストロームに再現性よく形成するこ
とができる。本ＬＥＤ素子を図１１に示したような評価
用構造Ｅに加工した場合のＰＬ強度は８８と評価用構造
Ｂとほぼ同様の強度が得られた。また、本ＬＥＤ素子を
５ｍｍφのパッケージにモールドしたところ、２０ｍＡ
通電時に６．５カンデラの光度を示した。
層３に近接してアンドープ（Ａｌ0. 7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ
0.5Ｐクラッド層２１をｐクラッド層４の一部として膜
厚５００オングストローム形成しているところに加え
て、電流拡散層を３層構成の電流拡散層５，７，８と
し、そのキャリア濃度をｐクラッド層４に近い側から図
４（ｂ）のように５×１０17ｃｍ-3→ｌ×１０18ｃｍ-3
→３×１０18ｃｍ-3と変化させているところに特徴があ
る。本実施例２では、図４（ｂ）に見られるようにＺｎ
はアンドープクラッド層２１内に拡散するものの、アン
ドープ層を１００オングストローム残して止まってい
る。本ＬＥＤ構造にした場合、拡散後のアンドープクラ
ッド層２１の残厚の制御性が良くなり、図２に示された
最適値１００オングストロームに再現性よく形成するこ
とができる。本ＬＥＤ素子を図１１に示したような評価
用構造Ｅに加工した場合のＰＬ強度は８８と評価用構造
Ｂとほぼ同様の強度が得られた。また、本ＬＥＤ素子を
５ｍｍφのパッケージにモールドしたところ、２０ｍＡ
通電時に６．５カンデラの光度を示した。
【００２７】なお、電流拡散層５のキャリア濃度を５×
１０17ｃｍ-3以下、例えば３×１０17ｃｍ-3とすると、
素子抵抗が上がるといった問題が生じ、したがって、電
流拡散層５のキャリア濃度は５×１０17ｃｍ-3以上必要
である。
１０17ｃｍ-3以下、例えば３×１０17ｃｍ-3とすると、
素子抵抗が上がるといった問題が生じ、したがって、電
流拡散層５のキャリア濃度は５×１０17ｃｍ-3以上必要
である。
【００２８】図５は図４のＬＥＤにおいて、ｐクラッド
層４に最も近接した電流拡散層５のキャリア濃度と、拡
散後のアンドープクラッド層２１の残厚を１００オング
ストローム程度にするのに必要なアンドープクラッド層
２１の設定厚との関係を示す図である。
層４に最も近接した電流拡散層５のキャリア濃度と、拡
散後のアンドープクラッド層２１の残厚を１００オング
ストローム程度にするのに必要なアンドープクラッド層
２１の設定厚との関係を示す図である。
【００２９】図５に示すように、この設定厚が小さいほ
ど制御性がよいと考えられ、ｐクラッド層４に最も近接
した電流拡散層５のキャリア濃度は５×１０17ｃｍ-3か
ら１．５×１０18ｃｍ-3が適当である。
ど制御性がよいと考えられ、ｐクラッド層４に最も近接
した電流拡散層５のキャリア濃度は５×１０17ｃｍ-3か
ら１．５×１０18ｃｍ-3が適当である。
【００３０】（実施例３）図６（ａ）は本発明の実施例
３におけるＬＥＤの素子構造を示す断面図、図６（ｂ）
はその各層のキャリアプロファイルを示す図であり、本
実施例３ではｐドーパントとしてＭｇを使用した。な
お、従来例と同一の作用効果を奏するものには同一の符
号を付けてその説明を省略する。
３におけるＬＥＤの素子構造を示す断面図、図６（ｂ）
はその各層のキャリアプロファイルを示す図であり、本
実施例３ではｐドーパントとしてＭｇを使用した。な
お、従来例と同一の作用効果を奏するものには同一の符
号を付けてその説明を省略する。
【００３１】図６（ａ）において、本実施例３は、活性
層３に近接してアンドープ（Ａｌ0. 7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ
0.5Ｐクラッド層２１をｐクラッド層４の一部として膜
厚５００オングストローム形成しているところに加え
て、電流拡散層７のキャリア濃度をｐクラッド層４に近
い側から順次なだらかに変化させているところに特徴が
ある。本実施例３では図６（ｂ）に見られるようにＭｇ
はアンドープクラッド層２１内に拡散するものの、アン
ドープ層を１００オングストローム残して止まってい
る。本ＬＥＤ構造にした場合、実施例２に比較して電流
拡散が良好となる。本ＬＥＤ素子を図１１に示すような
評価用構造Ｆに加工した場合のＰＬ強度は８８と評価用
構造Ｂとほぼ同様の強度が得られた。また、本ＬＥＤ素
子を５ｍｍφのパッケージにモールドしたところ、２０
ｍＡ通電時に６．７カンデラの光度を示した。
層３に近接してアンドープ（Ａｌ0. 7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ
0.5Ｐクラッド層２１をｐクラッド層４の一部として膜
厚５００オングストローム形成しているところに加え
て、電流拡散層７のキャリア濃度をｐクラッド層４に近
い側から順次なだらかに変化させているところに特徴が
ある。本実施例３では図６（ｂ）に見られるようにＭｇ
はアンドープクラッド層２１内に拡散するものの、アン
ドープ層を１００オングストローム残して止まってい
る。本ＬＥＤ構造にした場合、実施例２に比較して電流
拡散が良好となる。本ＬＥＤ素子を図１１に示すような
評価用構造Ｆに加工した場合のＰＬ強度は８８と評価用
構造Ｂとほぼ同様の強度が得られた。また、本ＬＥＤ素
子を５ｍｍφのパッケージにモールドしたところ、２０
ｍＡ通電時に６．７カンデラの光度を示した。
【００３２】図７は図６のＬＥＤにおいて、ｐクラッド
層４に最も近接した電流拡散層５のキャリア濃度を５×
１０17ｃｍ-3から１．５×１０18ｃｍ-3の間で変化さ
せ、さらに遠接の電流拡散層８のキャリア濃度を変化さ
せた場合の濃度と発光光度の関係を示した図である。
層４に最も近接した電流拡散層５のキャリア濃度を５×
１０17ｃｍ-3から１．５×１０18ｃｍ-3の間で変化さ
せ、さらに遠接の電流拡散層８のキャリア濃度を変化さ
せた場合の濃度と発光光度の関係を示した図である。
【００３３】図７に示すように、より遠接の電流拡散層
８のキャリア濃度は２×１０18ｃｍ-3以上あれば良いこ
とがわかる。
８のキャリア濃度は２×１０18ｃｍ-3以上あれば良いこ
とがわかる。
【００３４】（実施例４）図８（ａ）は本発明の実施例
４におけるＬＥＤの素子構造を示す断面図、図８（ｂ）
はその各層のキャリアプロファイルを示す図であり、本
実施例４では、電流拡散層をＧａＰで形成し、ｐドーパ
ントとしてＭｇを使用した。なお、従来例と同一の作用
効果を奏するものには同一の符号を付けてその説明を省
略する。
４におけるＬＥＤの素子構造を示す断面図、図８（ｂ）
はその各層のキャリアプロファイルを示す図であり、本
実施例４では、電流拡散層をＧａＰで形成し、ｐドーパ
ントとしてＭｇを使用した。なお、従来例と同一の作用
効果を奏するものには同一の符号を付けてその説明を省
略する。
【００３５】図８（ａ）において、本実施例４では、電
流拡散層８のｐ−ＧａＰ層中にアンドープＧａＰ層２２
を１０００オングストローム形成しているところに特徴
がある。本実施例４では、図８（ｂ）に見られるように
Ｍｇはアンドープ層内に完全に拡散し、アンドープ層内
のキャリア濃度は２×１０18ｃｍ-3程度になっている。
本ＬＥＤ構造のようにｐ電流拡散層８の途中にアンドー
プ層２２をわずかに入れた場合、入れない場合に比べて
成長層の最も表面のモフォロジーが良好となり、成長後
の電極形成が容易となる。本ＬＥＤ素子を図１１に示す
ような評価用構造Ｇに加工した場合のＰＬ強度は８８と
評価用構造Ｂとほぼ同様の強度が得られた。また、本Ｌ
ＥＤ素子を５ｍｍφのパッケージにモールドしたとこ
ろ、２０ｍＡ通電時に７カンデラの光度を示した。
流拡散層８のｐ−ＧａＰ層中にアンドープＧａＰ層２２
を１０００オングストローム形成しているところに特徴
がある。本実施例４では、図８（ｂ）に見られるように
Ｍｇはアンドープ層内に完全に拡散し、アンドープ層内
のキャリア濃度は２×１０18ｃｍ-3程度になっている。
本ＬＥＤ構造のようにｐ電流拡散層８の途中にアンドー
プ層２２をわずかに入れた場合、入れない場合に比べて
成長層の最も表面のモフォロジーが良好となり、成長後
の電極形成が容易となる。本ＬＥＤ素子を図１１に示す
ような評価用構造Ｇに加工した場合のＰＬ強度は８８と
評価用構造Ｂとほぼ同様の強度が得られた。また、本Ｌ
ＥＤ素子を５ｍｍφのパッケージにモールドしたとこ
ろ、２０ｍＡ通電時に７カンデラの光度を示した。
【００３６】（実施例５）図９（ａ）は本発明の実施例
５におけるＬＥＤの素子構造を示す断面図、図９（ｂ）
はその各層のキャリアプロファイルを示す図であり、従
来例と同一の作用効果を奏するものには同一の符号を付
けてその説明を省略する。
５におけるＬＥＤの素子構造を示す断面図、図９（ｂ）
はその各層のキャリアプロファイルを示す図であり、従
来例と同一の作用効果を奏するものには同一の符号を付
けてその説明を省略する。
【００３７】図９（ａ）において、本実施例５では、上
記実施例３に比べて活性層３に近接してｎ−（Ａｌ0.7
Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２側にもアンドープ
（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２３を１０
００オングストローム形成しているところに特徴があ
る。このアンドープクラッド層２３は、ｎ−（Ａｌ0.7
Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２のＳｉが活性層３
内に拡散するのを抑止する機能がある。本アンドープク
ラッド層２３の導入により本ＬＥＤ素子を図１１に示す
ような評価用構造Ｈに加工した場合のＰＬ強度は９０
と、評価用構造Ｂと全く同様となった。また、光度は２
０ｍＡ通電時に６．７カンデラであった。
記実施例３に比べて活性層３に近接してｎ−（Ａｌ0.7
Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２側にもアンドープ
（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２３を１０
００オングストローム形成しているところに特徴があ
る。このアンドープクラッド層２３は、ｎ−（Ａｌ0.7
Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２のＳｉが活性層３
内に拡散するのを抑止する機能がある。本アンドープク
ラッド層２３の導入により本ＬＥＤ素子を図１１に示す
ような評価用構造Ｈに加工した場合のＰＬ強度は９０
と、評価用構造Ｂと全く同様となった。また、光度は２
０ｍＡ通電時に６．７カンデラであった。
【００３８】なお、本発明の発光素子としてのＬＥＤの
電流拡散層はＡｌＧａＡｓ層やＧａＰ層に限られるもの
ではなく、ＡｌＧａＩｎＰ層やＡｌＧａＰ層であっても
良い。また、本発明は特にＡｌＧａＩｎＰ系材料におい
て効果が見られるが、本材料系に限られるものではな
く、ＡｌＧａＡｓ系やＧａＩｎＰＡｓ系、ＡｌＧａＩｎ
Ｎ系などの材料で主に構成された発光素子に対しても有
効である。さらに、上記各実施例では、ｐドーパントと
してＺｎやＭｇを用いたが、ｐドーパントとしてＢｅを
用いた場合にも本発明は有効である。
電流拡散層はＡｌＧａＡｓ層やＧａＰ層に限られるもの
ではなく、ＡｌＧａＩｎＰ層やＡｌＧａＰ層であっても
良い。また、本発明は特にＡｌＧａＩｎＰ系材料におい
て効果が見られるが、本材料系に限られるものではな
く、ＡｌＧａＡｓ系やＧａＩｎＰＡｓ系、ＡｌＧａＩｎ
Ｎ系などの材料で主に構成された発光素子に対しても有
効である。さらに、上記各実施例では、ｐドーパントと
してＺｎやＭｇを用いたが、ｐドーパントとしてＢｅを
用いた場合にも本発明は有効である。
【００３９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１導電
型の半導体基板上に第１導電型のクラッド層、アンドー
プ活性層、第２導電型のクラッド層さらに第２導電型の
電流拡散層が積層された半導体発光素子において、第１
導電型のクラッド層および第２導電型のクラッド層、第
２導電型の電流拡散層のうち少なくとも第２導電型のク
ラッド層の一部をアンドープ層としているため、電流拡
散層によって誘発される第２導電型のクラッド層のドー
パントの活性層への拡散がこのアンドープ層で阻止され
て、活性層の結晶性劣化を防止することができ、したが
って、発光効率に優れたＬＥＤなどの半導体発光素子を
得ることができる。
型の半導体基板上に第１導電型のクラッド層、アンドー
プ活性層、第２導電型のクラッド層さらに第２導電型の
電流拡散層が積層された半導体発光素子において、第１
導電型のクラッド層および第２導電型のクラッド層、第
２導電型の電流拡散層のうち少なくとも第２導電型のク
ラッド層の一部をアンドープ層としているため、電流拡
散層によって誘発される第２導電型のクラッド層のドー
パントの活性層への拡散がこのアンドープ層で阻止され
て、活性層の結晶性劣化を防止することができ、したが
って、発光効率に優れたＬＥＤなどの半導体発光素子を
得ることができる。
【図１】ａは本発明の実施例１におけるＬＥＤの素子構
造を示す断面図、ｂはその各層のキャリアプロファイル
を示す図である。
造を示す断面図、ｂはその各層のキャリアプロファイル
を示す図である。
【図２】図１のＬＥＤにおけるアンドープクラッド層の
残厚と、ＰＬ強度および発光光度を示す図である。
残厚と、ＰＬ強度および発光光度を示す図である。
【図３】図１のＬＥＤにおいてｐクラッド層４のキャリ
ア濃度を変化させた場合のアンドープクラッド層２１の
残厚と発光光度との関係を示す図である。
ア濃度を変化させた場合のアンドープクラッド層２１の
残厚と発光光度との関係を示す図である。
【図４】ａは本発明の実施例２におけるＬＥＤの素子構
造を示す断面図、ｂはその各層のキャリアプロファイル
を示す図である。
造を示す断面図、ｂはその各層のキャリアプロファイル
を示す図である。
【図５】図４のＬＥＤにおいて、電流拡散層５のキャリ
ア濃度を変化させた場合のアンドープクラッド層２１の
設計層厚を示す図である。
ア濃度を変化させた場合のアンドープクラッド層２１の
設計層厚を示す図である。
【図６】ａは本発明の実施例３におけるＬＥＤの素子構
造を示す断面図、ｂはその各層のキャリアプロファイル
を示す図である。
造を示す断面図、ｂはその各層のキャリアプロファイル
を示す図である。
【図７】図６のＬＥＤにおいて、電流拡散層８のキャリ
ア濃度を変化させた場合の濃度と発光光度の関係を示す
図である。
ア濃度を変化させた場合の濃度と発光光度の関係を示す
図である。
【図８】ａは本発明の実施例４におけるＬＥＤの素子構
造を示す断面図、ｂはその各層のキャリアプロファイル
を示す図である。
造を示す断面図、ｂはその各層のキャリアプロファイル
を示す図である。
【図９】ａは本発明の実施例５におけるＬＥＤの素子構
造を示す断面図、ｂはその各層のキャリアプロファイル
を示す図である。
造を示す断面図、ｂはその各層のキャリアプロファイル
を示す図である。
【図１０】ａは従来の黄色帯ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの
素子構造を示す断面図、ｂはその各層のキャリアプロフ
ァイルを示す図である。
素子構造を示す断面図、ｂはその各層のキャリアプロフ
ァイルを示す図である。
【図１１】評価用素子の構造を示す断面図である。
【図１２】ａは図１０のＬＥＤにおいて、電流拡散層５
のキャリア濃度を低くした素子の断面図、ｂはその各層
のキャリアプロファイルを示す図である。
のキャリア濃度を低くした素子の断面図、ｂはその各層
のキャリアプロファイルを示す図である。
２ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 ４，４’ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ５，７，８ 電流拡散層 ２１，２３ アンドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ２２ アンドープ電流拡散層
Claims (7)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板上に第１導電型
のクラッド層、アンドープ活性層、第２導電型のクラッ
ド層さらに第２導電型の電流拡散層が順次積層された半
導体発光素子において、 該第１導電型のクラッド層、第２導電型のクラッド層お
よび第２導電型の電流拡散層のうち少なくとも該第２導
電型のクラッド層の一部をアンドープクラッド層とする
構成とした半導体発光素子。 - 【請求項２】 第１導電型の半導体基板上に第１導電型
のクラッド層、アンドープ活性層、第２導電型のクラッ
ド層さらに第２導電型の電流拡散層が順次積層された半
導体発光素子において、 該第２導電型の電流拡散層のキャリア濃度が該第２導電
型のクラッド層に近い側で低く、遠い側で高くなってい
る半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記電流拡散層のキャリア濃度が前記第
２導電型のクラッド層に近い側から遠い側に向かって順
次変化している請求項２記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記第１導電型のクラッド層、アンドー
プ活性層、第２導電型のクラッド層を形成する主たる材
料がＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰであり、前記電流
拡散層を形成する主たる材料がＡｌＧａＡｓまたはＡｌ
ＧａＩｎＰまたはＧａＰまたはＡｌＧａＰであり、前記
第２導電型のクラッド層のドーパントがＺｎまたはＭ
ｇ、Ｂｅである請求項１または２記載の半導体発光素
子。 - 【請求項５】 前記第２導電型のクラッド層のキャリア
濃度が０．５×１０18ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3の範囲
内にあり、前記アンドープクラッド層の厚さが５０〜２
０００オングストロームの範囲内である請求項１または
２記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記第２導電型のクラッド層に近い側の
前記電流拡散層のキャリア濃度が０．５×１０18ｃｍ-3
〜１．５×１０18ｃｍ-3の範囲内にあり、前記第２導電
型のクラッド層に遠い側の前記電流拡散層のキャリア濃
度が２×１０18ｃｍ-3以上である請求項２または３記載
の半導体発光素子。 - 【請求項７】 第１導電型の半導体基板上に第１導電型
のクラッド層、アンドープ活性層、第２導電型のクラッ
ド層さらに第２導電型の電流拡散層を順次積層する工程
を有する半導体発光素子の製造方法において、 該第１導電型のクラッド層、第２導電型のクラッド層お
よび第２導電型の電流拡散層のうち少なくとも該第１導
電型のクラッド層または第２導電型のクラッド層の、該
アンドープ活性層側の一部をアンドープ層とする成長工
程を含む半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12831195A JP3195194B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| TW085105283A TW301065B (ja) | 1995-05-26 | 1996-05-02 | |
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