JPH09293930A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPH09293930A
JPH09293930A JP10701096A JP10701096A JPH09293930A JP H09293930 A JPH09293930 A JP H09293930A JP 10701096 A JP10701096 A JP 10701096A JP 10701096 A JP10701096 A JP 10701096A JP H09293930 A JPH09293930 A JP H09293930A
Authority
JP
Japan
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layer
light
substrate
light emitting
supply layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP10701096A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiaki Honda
由明 本多
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高発光効率で不要な発熱の少ない半導体発光
素子を提供する。 【解決手段】 導電型がP型で正孔を供給する正孔供給
層11と、正孔供給層11につづいて導電型がN型で電
子を供給する電子供給層12と、電子供給層12につづ
いて供給された電子と正孔とが再結合して光を発光する
発光層13とを順次有する化合物半導体からなる積層帯
1が基板2の基板面2aに形成された半導体発光素子で
あって、前記正孔供給層11及び前記電子供給層12に
それぞれ接続する電極11a,12aが層厚方向に設け
られた構成にしてある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光を発光する半導
体レーザ又は発光ダイオードとして使用する半導体発光
素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の半導体発光素子として導
電型がP型で正孔を供給する正孔供給層と、正孔供給層
につづいて電子と正孔とが再結合して光を発光する発光
層と、発光層につづいて導電型がN型で電子を供給する
電子供給層と、を順次有する積層帯が基板の一面側基板
面に形成されたものが存在する。ただし、このものは、
電極が積層帯の層厚方向における正孔供給層及び基板の
他面側基板面にそれぞれ接続して設けられている。
【0003】さらに詳しくは、基板としてシリコン基板
を、積層帯としてGaAs等の化合物半導体をそれぞれ
使用すると、シリコン基板に他の集積化された素子を形
成することができる。この場合、シリコン半導体で蓄積
された超LSI技術、及び化合物半導体の特長である高
速低消費電力特性のそれぞれを生かして、化合物半導体
からなる半導体発光素子と、シリコンからなる他の素子
とを複合化した複合デバイスを実現できる。具体的な方
法として、GaAsの化合物半導体からなる正孔供給
層、発光層及び電子供給層が、シリコン基板の一面にエ
ピタキシャル成長でもって形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体
発光素子では、シリコン基板の一面にエピタキシャル成
長でもって、正孔供給層、発光層及び電子供給層を設け
た積層帯を形成して、電子と正孔とが再結合して発光層
にて光を発光することができる。
【0005】しかしながら、GaAsはシリコンに比べ
格子定数が約4%、また熱膨張係数が約2.5倍大き
い。したがって、結晶性のよいGaAsからなる積層帯
をシリコン基板の一面に形成することが困難であった。
格子定数の差は格子不整合、すなわち格子歪みによる格
子欠陥を発生させ、熱膨張係数の差はエピタキシャル成
長後の冷却過程でシリコン基板に反りを発生させる。通
電電流がこのGaAs化合物半導体とシリコン基板との
間の界面近傍で発生した欠陥を通過すると、発光効率が
低下して、かつ不要な発熱を生じる。
【0006】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、高発光効率で不要な発熱
の少ない半導体発光素子を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項1記載のものは、導電型がP型で正孔を
供給する正孔供給層と、正孔供給層につづいて導電型が
N型で電子を供給する電子供給層と、電子供給層につづ
いて供給された電子と正孔とが再結合して光を発光する
発光層とを順次有する化合物半導体からなる積層帯が基
板の基板面に形成された半導体発光素子であって、前記
正孔供給層及び前記電子供給層にそれぞれ接続する電極
が層厚方向に設けられた構成にしてある。
【0008】請求項2記載のものは、請求項1記載のも
のにおいて、前記基板は、シリコン基板と前記積層帯を
形成するシリコン活性層との間に、格子歪み及び熱膨張
率差を緩衝する酸化シリコン緩衝層を設けたSOI基板
でもって形成された構成にしてある。
【0009】請求項3記載のものは、請求項1記載のも
のにおいて、前記正孔供給層が光の低屈折率特性を、前
記電子供給層が光の導光路特性をそれぞれ有して形成さ
れて、前記積層帯は前記発光層につづいて導光路特性を
有した導光層と低屈折率特性を有した低屈折率層とを前
記基板面側にて順次設けた構成にしてある。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図1乃至図
3に基づいて以下に説明する。
【0011】11は正孔供給層で、As−30Al−2
0Ga(at%)の組成により、層状に形成され、導電
型がP型で、正孔を供給するとともに、光の低屈折率特
性を有して光が閉じこめられて外部に拡散することを防
止し、一面側にP型電極11aが接続されている。
【0012】12は電子供給層で、As−15Al−3
5Ga(at%)の組成により、正孔供給層11につづ
いて層状に形成され、導電型がN型で、電子を供給する
とともに、光の導光路特性を有して厚さ方向に対して直
交方向へ光を導光する。正孔供給層11のP型電極11
a対応位置のみ残してエッチングして正孔供給層11を
除去して、一面側にN型電極12aが接続されている。
【0013】13は発光層で、As−50Ga(at
%)の組成により、真性で、電子供給層12につづいて
層状に形成され、正孔供給層11から供給された正孔及
び電子供給層12から供給された電子とが再結合して光
を発光する。
【0014】14は導光層で、As−15Al−35G
a(at%)の組成により、真性で、発光層13につづ
いて層状に形成され、光の導光路特性を有して厚さ方向
に対して直交方向へ光を導光する。
【0015】15は低屈折率層で、As−30Al−2
0Ga(at%)の組成により、真性で、導光層14に
つづいて層状に形成され、光の低屈折率特性を有して光
が閉じこめられて外部に拡散することを防止する。
【0016】16は緩衝層で、As−50Ga(at
%)の組成により、真性で、低屈折率層15につづいて
層状に形成され、後述するシリコン活性層23と低屈折
率層15との間の格子歪みを緩衝して、正孔供給層1
1、電子供給層12、発光層13及び導光層14のそれ
ぞれの層の結晶性を、欠陥を少なくして良好にする。こ
こで、正孔供給層11、電子供給層12、発光層13、
導光層14、低屈折率層15及び緩衝層16のそれぞれ
の層でもって積層帯1を形成する。
【0017】2は基板で、SOI基板により、3層の層
状に形成され、シリコン基板211と、そのシリコン基
板211につづいて層状に形成された酸化シリコン緩衝
層22と、その酸化シリコン緩衝層22につづいて、シ
リコン基板211より薄く層状に形成されたシリコン活
性層23とが配置されている。シリコン活性層23の基
板面2aに積層帯1が形成されて、酸化シリコン緩衝層
22がシリコン基板21と積層帯1との間の格子歪み及
び熱膨張率の差を緩衝する。
【0018】このものの動作を説明する。P型電極11
a及びN型電極12a間に通電すると、発光層13は正
孔供給層11から正孔が、電子供給層12から電子がそ
れぞれ供給されて、正孔と電子とが再結合して発光す
る。このとき、正孔供給層11及び前記電子供給層12
にそれぞれ接続するP型電極11a及びN型電極12a
が、層厚方向で基板2に対して一面側に設けられている
ので、電流が正孔供給層11、発光層13及び電子供給
層12に流れて。それらの層を除いた層に流れることが
ない。すなわち、電流が、光を発光する発光層13とシ
リコン活性層23との界面での欠陥を、つまり導光層1
4、低屈折率層15及び緩衝層16での、化合物半導体
とシリコン活性層23との格子定数の差に起因して発生
する欠陥を、経由せずに流れることになる。
【0019】発光層13で発光した光は、発光層13を
両面から挟むよう設けられた低屈折率特性を有した正孔
供給層11及び低屈折率層15によって、閉じこめられ
る。さらに光は、同様に挟むよう設けられた導光路特性
を有する電子供給層12及び導光層14によって、積層
帯1の厚さ方向に対して直交方向へ導光されて、すなわ
ちその直交方向で集中して出力される。
【0020】かかる第1実施形態の半導体発光素子にあ
っては、上記したように、正孔を供給する正孔供給層1
1及び電子を供給する電子供給層12にそれぞれ接続す
る電極が層厚方向に設けられたから、電流が、光を発光
する発光層13とシリコン活性層23との界面近傍での
欠陥を経由して通電された従来と異なって、界面近傍で
の欠陥を経由せずに通電されて、電子と正孔との再結合
の確立を増大し発光効率を向上でき、不要な発熱を防ぐ
ことができる。
【0021】また、基板2がシリコン基板21とシリコ
ン活性層23との間に酸化シリコン緩衝層22を設けた
SOI基板でもって形成されるから、酸化シリコン緩衝
層22が、シリコン基板21とシリコン活性層23に形
成された積層帯1との間の格子歪み及び熱膨張率の差を
緩衝して、欠陥が少ないので結晶性がよく、かつ熱膨張
率差に起因する反りが少ない積層帯1を形成して、さら
に発光効率を向上できる。
【0022】また、正孔供給層11が光の低屈折率特性
を、電子供給層12が光の導光路特性をそれぞれ有して
形成されて、積層帯1は発光層13につづいて導光路特
性を有した導光層14と低屈折率特性を有した低屈折率
層15とを基板面2a側にて順次設けたから、発光層1
3で発光した光が、発光層13に対して両側に設けられ
た正孔供給層11及び低屈折率層15でもって閉じこめ
られて、さらに、同様に両側に設けられた電子供給層1
2及び導光層14でもって積層帯1の厚さ方向に対して
直交方向へ導光されて、すなわちその直交方向で集中し
て出力されて、いわゆる半導体レーザを実現できる。
【0023】なお、本実施形態では、積層帯1を正孔供
給層11、電子供給層12、発光層13、導光層14、
低屈折率層15及び緩衝層16の6層で形成したが、正
孔供給層11及び電子供給層12にそれぞれ電極が接続
されていれば、正孔供給層11、電子供給層12及び発
光層13の3層で形成してもよく、限定されない。
【0024】また、本実施形態では、基板2をSOI基
板でもって形成したが、GaAs等の化合物半導体から
なる基板2でもよく、限定されない。
【0025】また、図2に示すように、電子供給層12
と発光層13との間にスペーサ層17を設けてもよい。
スペーサ層は、As−15Al−35Ga(at%)の
組成により、層状に形成され、真性で、電子供給層12
からの不純物散乱を抑制して、電子の移動度が向上して
電気抵抗を低減する。
【0026】また、図3に示すように、シリコンパワー
デバイス等のシリコンからなる別の素子3を、SOI基
板の基板面2aに設けて複合デバイスを形成してもよ
い。この場合、SOI基板の酸化シリコン緩衝層22に
よって別の素子と電気的に分離された状態となって、電
子及び正孔の供給をP型電極11a及びN型電極12a
を使用して、基板2に対してそれぞれの電極側から行っ
て、集積化に適した構造とすることができる。
【0027】
【発明の効果】請求項1記載のものは、正孔を供給する
正孔供給層及び電子を供給する電子供給層にそれぞれ接
続する電極が層厚方向に設けられたから、電流が、光を
発光する発光層と基板面との界面近傍での欠陥を経由し
て通電された従来と異なって、界面近傍での欠陥を経由
せずに通電されて、電子と正孔との再結合の確立を増大
し発光効率を向上でき、不要な発熱を防ぐことができ
る。
【0028】請求項2記載のものは、請求項1記載のも
のの効果に加えて、基板がシリコン基板とシリコン活性
層との間に酸化シリコン緩衝層を設けたSOI基板でも
って形成されたから、酸化シリコン緩衝層が、シリコン
基板とシリコン活性層に形成された積層帯との間の格子
歪み及び熱膨張率の差を緩衝して、欠陥が少ないので結
晶性がよく、かつ熱膨張率差に起因する反りが少ない積
層帯を形成して、さらに発光効率を向上できる。また、
シリコン活性層に集積化されたシリコンデバイスを形成
して、そのシリコンデバイスと複合化した複合デバイス
を実現できる。
【0029】請求項3記載のものは、請求項1記載のも
のの効果に加えて、正孔供給層が光の低屈折率特性を、
電子供給層が光の導光路特性をそれぞれ有して形成され
て、積層帯は発光層につづいて導光路特性を有した導光
層と低屈折率特性を有した低屈折率層とを基板面側にて
順次設けたから、発光層で発光した光が、発光層に対し
て両側に設けられた正孔供給層及び低屈折率層でもって
閉じこめられて、さらに、同様に両側に設けられた電子
供給層及び導光層でもって積層帯の厚さ方向に対して直
交方向へ導光されて、すなわちその直交方向で集中して
出力されて、いわゆる半導体レーザを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す断面図である。
【図2】同上の電子供給層と発光層との間にスペーサ層
を設けた断面図である。
【図3】同上の別の素子をSOI基板の基板面に設けた
断面図である。
【符号の説明】
1 積層帯 11 正孔供給層 11a 電極(P型) 12 電子供給層 12a 電極(N型) 13 発光層 2 基板 2a 基板面 21 シリコン基板 22 酸化シリコン緩衝層 23 シリコン活性層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電型がP型で正孔を供給する正孔供給
    層と、正孔供給層につづいて導電型がN型で電子を供給
    する電子供給層と、電子供給層につづいて供給された電
    子と正孔とが再結合して光を発光する発光層とを順次有
    する化合物半導体からなる積層帯が基板の基板面に形成
    された半導体発光素子であって、 前記正孔供給層及び前記電子供給層にそれぞれ接続する
    電極が層厚方向に設けられたことを特徴とする半導体発
    光素子。
  2. 【請求項2】 前記基板は、シリコン基板と前記積層帯
    を形成するシリコン活性層との間に、格子歪み及び熱膨
    張率差を緩衝する酸化シリコン緩衝層を設けたSOI基
    板でもって形成されてなることを特徴とする請求項1記
    載の半導体発光素子。
  3. 【請求項3】 前記正孔供給層が光の低屈折率特性を、
    前記電子供給層が光の導光路特性をそれぞれ有して形成
    されて、前記積層帯は前記発光層につづいて導光路特性
    を有した導光層と低屈折率特性を有した低屈折率層とを
    前記基板面側にて順次設けたことを特徴とする請求項1
    記載の半導体発光素子。
JP10701096A 1996-04-26 1996-04-26 半導体発光素子 Pending JPH09293930A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8237761B2 (en) 2006-10-27 2012-08-07 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor member, semiconductor article manufacturing method, and LED array using the manufacturing method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8237761B2 (en) 2006-10-27 2012-08-07 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor member, semiconductor article manufacturing method, and LED array using the manufacturing method
US8670015B2 (en) 2006-10-27 2014-03-11 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor member, semiconductor article manufacturing method, and LED array using the manufacturing method

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