JPH0864865A - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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JPH0864865A
JPH0864865A JP20205594A JP20205594A JPH0864865A JP H0864865 A JPH0864865 A JP H0864865A JP 20205594 A JP20205594 A JP 20205594A JP 20205594 A JP20205594 A JP 20205594A JP H0864865 A JPH0864865 A JP H0864865A
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JP
Japan
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layer
doped
type
algainp
active layer
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Pending
Application number
JP20205594A
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English (en)
Inventor
Kenji Shimoyama
謙司 下山
Kazumasa Kiyomi
和正 清見
Hideki Goto
秀樹 後藤
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明により、pn接合を最適な位置に、再
現性よく設けることができる構造を提供する。 【構成】 半導体基板上に形成されたInを構成元素と
するIII −V族化合物半導体からなるクラッド層及び活
性層を有し、かつ活性層の少なくとも片側にInを構成
元素としないIII −V族半導体からなる層を具備し、前
記Inを構成元素としないIII −V族化合物半導体から
なる層の両側の界面を含む該層中にpn接合を設けたこ
とを特徴とする半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、AlGaInP、Ga
InAsPおよびAlInAsのようなInを構成元素
とする半導体材料を用いた半導体発光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図2に、AlGaInP系半導体材料を
用いた従来の発光ダイオード(LED)の断面図を示
す。n−GaAs基板201上に、n−AlGaInP
クラッド層202、AlGaInP活性層203、p−
AlGaInPクラッド層204、p−AlGaAs電
流拡散層205、p−GaAsコンタクト層206が順
次エピタキシャル成長され、p−GaAsコンタクト層
にp側電極207、n−GaAs基板にn側電極208
が形成される。AlGaInP活性層203のエネルギ
ーギャップが、AlGaInPクラッド層202及び2
04のエネルギーギャップより小さくなるよう混晶比が
設定されており、ダブルヘテロ構造をなしている。ま
た、p−AlGaAs電流拡散層205は、p側電極2
07から注入された電流を広げることにより、発光領域
を広げて光取り出し効率を向上させる目的で付加される
層であり、その混晶比は発光波長に対して透明になるよ
うに設定される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】AlGaInP系、G
aInAsP系およびAlGaInAs系のようなIn
を構成元素とする化合物半導体のp型ドーパントとし
て、一般的に亜鉛(Zn)が用いられているが、Znの
活性化率が低いために抵抗率を下げるためには高濃度ド
ーピングを行う必要がある。しかしながら、この場合活
性化しなかったZnが成長中に結晶中を速い速度で拡散
していき、pn接合位置が発光層よりもn側にずれたり
することがある。このZn拡散は、成長温度の上昇ある
いは前記p型層の層厚またはZnドーピング量の増加に
伴って、顕著になる。場合によってはSe、Teのよう
なn型ドーパントにおいても同様な問題が生じる。ま
た、拡散の防止として活性層近傍でのクラッド層への高
濃度ドーピングという手法もあるが、これには活性層界
面近傍での非発光センターの増加などの結晶品質の劣化
を招いてしまうという問題があり、実際にはあまり高濃
度にドーピングできないのが現状である。
【0004】一方このようなリモート接合をLED作製
に用いた場合、光出力の増加、ブレーク電圧の増加及び
これらの特性の均一性向上といった大きな利点があるこ
とは以前に報告されている(特開平1−225115号
公報)。しかし実際には、LED用エピタキシャル・ウ
エハの作製には、高品質結晶を得るために比較的高温成
長であること、厚膜のため長時間の成長が必要とされる
ことなどにより、このときに亜鉛およびセレンのような
拡散係数の大きい不純物をドーパントに用いると、Zn
の拡散フロントすなわちpn接合位置の制御は、従来技
術では困難である。そのためpn接合位置のばらつき
が、光出力や電流電圧特性などの素子特性のウエハ内で
の均一性やバッチ毎の再現性の低下を招いてしまってい
た。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者らはZn
の拡散係数はAlGaInPに比べてAlGaAsPの
方がZnの拡散係数が小さいために、n型AlGaAs
Pは、同程度のキャリア濃度を有するInを構成元素と
するAlGaInPよりもZn拡散が起こりにくい。そ
こでp側から拡散してきたZnは、n−AlGaAsP
層へ入り込みにくい性質を利用して、n−AlGaAs
PをZn拡散のバリアとして使用するとともに、pn接
合の位置を制御することができることを見出し、本発明
に到達した。
【0006】すなわち活性層の上下のいずれか少なくと
も片側に少し離れた所にInを構成元素としないIII −
V族半導体からなる不純物拡散阻止層を設けることによ
り、pn接合を最適な位置に再現性よく制御できるリモ
ート接合型半導体発生装置を提供することが本発明の目
的である。そしてかかる目的は、半導体基板上に形成さ
れたInを構成元素とするIII −V族化合物半導体から
なるクラッド層及び活性層を有し、かつ活性層の少なく
とも片側にInを構成元素としないIII −V族半導体か
らなる層を具備し、前記Inを構成元素としないIII −
V族化合物半導体からなる層の両側の界面を含む該層中
にpn接合を設けたことを特徴とする半導体発光装置に
より容易に達成される。以下本発明をより詳細に説明す
る。
【0007】本発明の半導体発光装置は、半導体基板上
に形成されたInを構成元素とするIII −V族化合物半
導体からなるクラッド層及び活性層を有し、かつ活性層
の少なくとも片側にInを構成元素としないIII −V族
化合物半導体からなる層を具備し、前記Inを構成元素
としないIII −V族化合物半導体からなる層の両側の界
面を含む該層中にpn接合を設けていることを特徴とし
ており、これ以外の層については常法に従って適宜設け
ればよく、各層の厚さやドーパントの種類、キャリア濃
度についても、公知の種々の方法を用いればよいが、特
にInを構成元素とするIII −V族化合物半導体からな
るクラッド層については、ドーパントとしてZnを使用
することが好ましく、また、Inを構成元素としないII
I −V族化合物半導体からなる層としては、AlGaA
sPが好ましい。そして該AlGaAsPの層は、超格
子構造を有していることが特に好ましい。
【0008】
【作用】本発明によれば、Inを構成元素とするIII −
V族化合物半導体からなる活性層及びクラッド層を有す
る半導体素子の作製において、活性層の上下のいずれか
少なくとも片側にInを構成元素としないIII −V族半
導体からなる不純物拡散阻止層を設けることにより、p
n接合を最適な位置に再現性よく制御することができ、
かつ素子特性や素子作製の歩留りを大きく向上させるこ
とができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明を実施例を用いてより詳細に説
明するが、本発明はその要旨を超えない限り、実施例に
限定されるものではない。本実施例では、結晶成長法と
して、膜厚、組成の制御性及び量産性に優れるMOVP
E法を用いた。使用した原料ガスはトリメチルアルミニ
ウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリ
メチルインジウム(TMI)、ホスフィン(PH3 )、
アルシン(AsH3 )であり、キャリアガスとして精製
により高純度化された水素(H2 )ガスを使用した。結
晶成長により、図1に示すような発光ダイオード構造の
エピタキシャルウエハを下記の手順で作製した。まず、
n型GaAs(100)基板1上にSiドープn型Ga
Asバッファー層2(厚み0.5μm)、Siドープn
型Ga0.5 In0.5 P層3(厚み0.5μm)、Siド
ープn型(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 P第1クラ
ッド層4(厚み0.8μm)、Siドープn型Al0.7
Ga0.3 As拡散阻止層5(厚み1.0μm)、Siド
ープ(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 P第2クラッド
層6(厚み0.2μm)、アンドープ(Al0.5 Ga
0.5 0.5 In0.5 P活性層7を(厚み0.3μm)、
Znドープp型(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 Pク
ラッド層8(厚み1.0μm)、Znドープp型Al
0.7 Ga0.3 As電流拡散層9(厚み10μm)、Zn
ドープp型GaAsキャップ層10(厚み2μm)を順
次成長させた。このあと表面側にドット状のAuZn/
Auからなるp側電極11、基板側全面にAuGeNi
/Auからなるn側電極12を形成し、LED素子を作
製した。
【0010】この時の結晶成長条件は、成長温度700
℃、圧力102 hPa、V/III 比25〜50(AlG
aAs)及び500〜750(AlGaInP)、各層
成長速度2〜5μm/hr(AlGaAs)及び1〜2
μm/hr(AlGaInP)であった。このときのZ
nドープp型(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 Pクラ
ッド層8へのキャリア濃度は5×1017cm-3〜1×1
18cm-3、Al0.7Ga0.3 As拡散阻止層5、第1
クラッド層4、第2クラッド層6のSiのキャリア濃度
をいずれも5×1017cm-3、2×1018cm-3とし
た。
【0011】エピタキシャル・ウエハのpn接合位置を
2次イオン質量分析法(SIMS)や電子線誘導電流法
(EBIC)で容易に調べることができる。n−AlG
aAs拡散阻止層を導入しない従来構造のサンプルでは
pn接合の位置はn側AlGaInPクラッド層内でば
らついて分布し、かつ再現性も悪かったが、本発明のn
型AlGaAs拡散阻止層を導入することにより、pn
接合の位置は再現性良く、活性層直下のAlGaInP
層6とAlGaAs層7との界面に安定して存在した。
【0012】上述の結果は、本発明によりpn接合の位
置を再現性よく制御することができ、かつ素子特性や素
子作製の歩留りを大きく向上させることができることを
意味している。活性層との拡散阻止層との間隔は、キャ
リアの拡散長以下すなわち数μm以下が好ましく、0.
1μm以上0.5μm以下がより好ましい。また、拡散
阻止層の導入による光学的特性への影響を抑えるには、
クラッド層とほぼ同一の屈折率になるようにAlGaA
sPの組成を決定するか、あるいはAlGaAsPを超
格子にすることが好ましい。
【0013】上記実施例では基板側をn型の基板を用い
たが、p型基板を用いて上記の構造の各層の導電型を反
転させてエピタキシャルウエハを作製させてもよい。ま
た、結晶成長法はMOVPE法に限定されるものではな
く、LPE法、ハイドライドVPE法、MBE法、CB
E法等の他の結晶成長法においても本発明は大いに有効
である。材料系については、Inを構成元素としていれ
ばAlGaInP系に限定されるものではなく、GaI
nAsP系、AlGaInAs系等においても有効であ
る。ドーパントについても、p型のZnに限定されるも
のではなく、n型においても拡散し易いSeやTeなど
のドーパントにおいても有効である。
【0014】
【発明の効果】半導体基板上に形成されたInを構成元
素とするIII −V族化合物半導体からなるクラッド及び
活性層を有し、かつ活性層から上下のいずれか少なくと
も片側にInを構成元素としないIII −V族半導体から
なる不純物拡散阻止層を設けることにより、pn接合を
最適な位置に再現性よく制御することができ、かつ素子
特性や素子作製の歩留りを大きく向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体発光装置の一例を示す説明図で
ある。
【図2】従来の半導体発光装置の一例を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
1 基板 2 バッファー層 3 n型GaInP層 4 n型第1クラッド層 5 拡散阻止層 6 n型第2クラッド層 7 活性層 8 p型クラッド層 9 電流拡散層 10 キャップ層 11 p側電極 12 n側電極 201 基板 202 n型クラッド層 203 活性層 204 クラッド層 205 電流拡散層 206 コンタクト層 207 p側電極 208 n側電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成されたInを構成元
    素とするIII −V族化合物半導体からなるクラッド層及
    び活性層を有し、かつ活性層の少なくとも片側にInを
    構成元素としないIII −V族半導体からなる層を具備
    し、前記Inを構成元素としないIII −V族化合物半導
    体からなる層の両側の界面を含む該層中にpn接合を設
    けたことを特徴とする半導体発光装置。
  2. 【請求項2】 前記Inを構成元素とするIII −V族化
    合物半導体層からなるクラッド層において、p型ドーパ
    ントとしてZnを用いていることを特徴とする請求項1
    記載の半導体発光装置。
  3. 【請求項3】 前記Inを構成元素としないIII −V族
    化合物半導体層がAlGaAsPからなることを特徴と
    する請求項1又は2記載の半導体発光装置。
  4. 【請求項4】 前記AlGaAsPが超格子からなるこ
    とを特徴とする請求項3記載の半導体発光装置。
JP20205594A 1994-08-26 1994-08-26 半導体発光装置 Pending JPH0864865A (ja)

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