JPH09321340A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH09321340A JPH09321340A JP15765996A JP15765996A JPH09321340A JP H09321340 A JPH09321340 A JP H09321340A JP 15765996 A JP15765996 A JP 15765996A JP 15765996 A JP15765996 A JP 15765996A JP H09321340 A JPH09321340 A JP H09321340A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｐ型クラッド層におけるｐ型不純物の添加濃
度を適切濃度とすることにより、寿命を長くすることが
できる半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 基板１の上にｎ型クラッド層５，ｎ型ガ
イド層６，活性層７，ｐ型ガイド層８，ｐ型クラッド層
９を順次積層する。ｐ型ガイド層８は窒素が添加された
ＺｎＳＳｅ混晶により形成される。ｐ型ガイド層８のｐ
型クラッド層９側は窒素の添加濃度が２×１０17ｃｍ-3
のｐ型半導体領域８ａであり、活性層７側は真性半導体
領域８ｂとなっている。ｐ型クラッド層９は窒素が添加
されたＺｎＭｇＳＳｅ混晶により形成される。ｐ型クラ
ッド層９のｐ型ガイド層８側は窒素の添加濃度が活性化
率の低下開始濃度以下である１×１０17ｃｍ-3の低濃度
領域９ａであり、反対側は窒素の添加濃度が添加飽和濃
度以下である２×１０17ｃｍ-3の高濃度領域９ｂとなっ
ている。
度を適切濃度とすることにより、寿命を長くすることが
できる半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 基板１の上にｎ型クラッド層５，ｎ型ガ
イド層６，活性層７，ｐ型ガイド層８，ｐ型クラッド層
９を順次積層する。ｐ型ガイド層８は窒素が添加された
ＺｎＳＳｅ混晶により形成される。ｐ型ガイド層８のｐ
型クラッド層９側は窒素の添加濃度が２×１０17ｃｍ-3
のｐ型半導体領域８ａであり、活性層７側は真性半導体
領域８ｂとなっている。ｐ型クラッド層９は窒素が添加
されたＺｎＭｇＳＳｅ混晶により形成される。ｐ型クラ
ッド層９のｐ型ガイド層８側は窒素の添加濃度が活性化
率の低下開始濃度以下である１×１０17ｃｍ-3の低濃度
領域９ａであり、反対側は窒素の添加濃度が添加飽和濃
度以下である２×１０17ｃｍ-3の高濃度領域９ｂとなっ
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＩ−ＶＩ族化合
物により形成された半導体発光素子に係り、特に、緑色
ないし青色で発光可能であり、例えば発光ダイオードや
半導体レーザ等に用いられる半導体発光素子に関する。
物により形成された半導体発光素子に係り、特に、緑色
ないし青色で発光可能であり、例えば発光ダイオードや
半導体レーザ等に用いられる半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、緑色や青色で発光可能な半導体発
光素子として、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体発光素子が注
目されている。このＩＩ−ＶＩ族化合物半導体発光素子
は、例えば、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶よりなるｎ型クラッド
層，ＺｎＳｅよりなるｎ型ガイド層，活性層，ＺｎＳｅ
よりなるｐ型ガイド層，ＺｎＭｇＳＳｅよりなるｐ型ク
ラッド層を分子線エピタキシー（Molecular Beam Epita
xy；ＭＢＥ）法により基板の上に順次積層して形成す
る。
光素子として、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体発光素子が注
目されている。このＩＩ−ＶＩ族化合物半導体発光素子
は、例えば、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶よりなるｎ型クラッド
層，ＺｎＳｅよりなるｎ型ガイド層，活性層，ＺｎＳｅ
よりなるｐ型ガイド層，ＺｎＭｇＳＳｅよりなるｐ型ク
ラッド層を分子線エピタキシー（Molecular Beam Epita
xy；ＭＢＥ）法により基板の上に順次積層して形成す
る。
【０００３】このとき、ｐ型クラッド層およびｐ型ガイ
ド層におけるｐ型不純物としては窒素（Ｎ）が用いら
れ、ＲＦ（Radio Frequency ）プラズマ発生装置または
ＥＣＲ（Electron Cycrotron Resonance）プラズマ発生
装置によって窒素をプラズマ化して照射することにより
添加している。
ド層におけるｐ型不純物としては窒素（Ｎ）が用いら
れ、ＲＦ（Radio Frequency ）プラズマ発生装置または
ＥＣＲ（Electron Cycrotron Resonance）プラズマ発生
装置によって窒素をプラズマ化して照射することにより
添加している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のようにｐ型不純
物として窒素を添加する際、窒素の照射量を増加させる
と所定の濃度まではｐ型クラッド層およびｐ型ガイド層
におけるキャリア濃度は増加する。しかしながら、キャ
リア濃度が所定の値に達すると窒素の照射量を増加させ
てもキャリア濃度は増加せずほぼ一定となり、更に窒素
の照射量を増加させると逆にキャリア濃度が低下してし
まう。このほぼ一定となったキャリア濃度の値をキャリ
アの飽和濃度という。
物として窒素を添加する際、窒素の照射量を増加させる
と所定の濃度まではｐ型クラッド層およびｐ型ガイド層
におけるキャリア濃度は増加する。しかしながら、キャ
リア濃度が所定の値に達すると窒素の照射量を増加させ
てもキャリア濃度は増加せずほぼ一定となり、更に窒素
の照射量を増加させると逆にキャリア濃度が低下してし
まう。このほぼ一定となったキャリア濃度の値をキャリ
アの飽和濃度という。
【０００５】ちなみに、活性化された窒素の飽和濃度
は、経験的に、ＺｎＳｅにおいて約１×１０18ｃｍ-3，
ＺｎＭｇＳＳｅ混晶において２×１０17ｃｍ-3であると
されている。窒素の添加濃度と活性化窒素の濃度（ＮA
−ＮD ）との関係を図３に示す。この活性化飽和濃度に
達する以上の量の窒素を添加すると、活性化されない窒
素（不活性窒素）が過剰に発生し各種の点欠陥が発生す
る。これらの欠陥がキャリアの補償や不活性化の原因と
なり、活性化窒素の濃度が低下してくると考えられる。
は、経験的に、ＺｎＳｅにおいて約１×１０18ｃｍ-3，
ＺｎＭｇＳＳｅ混晶において２×１０17ｃｍ-3であると
されている。窒素の添加濃度と活性化窒素の濃度（ＮA
−ＮD ）との関係を図３に示す。この活性化飽和濃度に
達する以上の量の窒素を添加すると、活性化されない窒
素（不活性窒素）が過剰に発生し各種の点欠陥が発生す
る。これらの欠陥がキャリアの補償や不活性化の原因と
なり、活性化窒素の濃度が低下してくると考えられる。
【０００６】更に、これら不活性窒素は活性層の劣化に
関し悪影響を与えたり発光強度の低下の原因となってい
ると考えられ、このため半導体発光素子の寿命を長くす
ることができないという問題があった。
関し悪影響を与えたり発光強度の低下の原因となってい
ると考えられ、このため半導体発光素子の寿命を長くす
ることができないという問題があった。
【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、ｐ型不純物の添加濃度を適切濃度と
することにより、寿命を長くすることができる半導体発
光素子を提供することにある。
ので、その目的は、ｐ型不純物の添加濃度を適切濃度と
することにより、寿命を長くすることができる半導体発
光素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体発光
素子は、基板の上に第１クラッド層，第１ガイド層，活
性層，第２ガイド層および第２クラッド層が順次積層さ
れてなるものであって、第１クラッド層および第２クラ
ッド層はＩＩ族元素として亜鉛，水銀，カドミウム，マ
グネシウムおよびベリリウムからなる群のうちの少なく
とも１種とＶＩ族元素として硫黄，セレンおよびテルル
からなる群のうちの少なくとも１種とを含むＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体によりそれぞれ形成されると共に、第１
クラッド層および第２クラッド層のいずれか一方はｐ型
不純物が添加されたｐ型クラッド層であり、このｐ型ク
ラッド層の活性層側の一部はｐ型不純物の添加濃度が活
性化率の低下開始濃度以下である低濃度領域とされたも
のである。
素子は、基板の上に第１クラッド層，第１ガイド層，活
性層，第２ガイド層および第２クラッド層が順次積層さ
れてなるものであって、第１クラッド層および第２クラ
ッド層はＩＩ族元素として亜鉛，水銀，カドミウム，マ
グネシウムおよびベリリウムからなる群のうちの少なく
とも１種とＶＩ族元素として硫黄，セレンおよびテルル
からなる群のうちの少なくとも１種とを含むＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体によりそれぞれ形成されると共に、第１
クラッド層および第２クラッド層のいずれか一方はｐ型
不純物が添加されたｐ型クラッド層であり、このｐ型ク
ラッド層の活性層側の一部はｐ型不純物の添加濃度が活
性化率の低下開始濃度以下である低濃度領域とされたも
のである。
【０００９】この半導体発光素子では、第１クラッド層
と第２クラッド層との間に所定の電圧が印加されると、
活性層において電子−正孔再結合による発光が起こる。
ｐ型クラッド層においては、低濃度領域におけるｐ型不
純物の添加濃度が活性化率の低下開始濃度以下であるの
で、不活性窒素が過剰に生成されず、不活性窒素による
点欠陥の発生が抑制される。
と第２クラッド層との間に所定の電圧が印加されると、
活性層において電子−正孔再結合による発光が起こる。
ｐ型クラッド層においては、低濃度領域におけるｐ型不
純物の添加濃度が活性化率の低下開始濃度以下であるの
で、不活性窒素が過剰に生成されず、不活性窒素による
点欠陥の発生が抑制される。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】図１は本発明の一実施の形態に係る半導体
発光素子の構成を表すものである。この半導体発光素子
は、（１００）面のｎ型のＧａＡｓにより形成された基
板１の上に複数のｎ型バッファ層２，３，４を介してｎ
型クラッド層５，ｎ型ガイド層６，活性層７，ｐ型ガイ
ド層８およびｐ型クラッド層９が順次積層されている。
発光素子の構成を表すものである。この半導体発光素子
は、（１００）面のｎ型のＧａＡｓにより形成された基
板１の上に複数のｎ型バッファ層２，３，４を介してｎ
型クラッド層５，ｎ型ガイド層６，活性層７，ｐ型ガイ
ド層８およびｐ型クラッド層９が順次積層されている。
【００１２】ｎ型バッファ層２は、例えば厚さが５００
ｎｍであって、ｎ型の不純物として例えばＳｉが添加さ
れたＧａＡｓにより形成されている。バッファ層３は、
例えば厚さが３０ｎｍであって、ｎ型の不純物として塩
素（Ｃｌ）が添加されたＺｎＳｅにより形成されてい
る。塩素の添加濃度は、例えば７×１０17ｃｍ-3であ
る。バッファ層４は、例えば厚さが３００ｎｍであっ
て、ｎ型の不純物として塩素が添加されたＺｎＳＳｅ混
晶により形成されている。塩素の添加濃度は、例えば７
×１０17ｃｍ-3である。
ｎｍであって、ｎ型の不純物として例えばＳｉが添加さ
れたＧａＡｓにより形成されている。バッファ層３は、
例えば厚さが３０ｎｍであって、ｎ型の不純物として塩
素（Ｃｌ）が添加されたＺｎＳｅにより形成されてい
る。塩素の添加濃度は、例えば７×１０17ｃｍ-3であ
る。バッファ層４は、例えば厚さが３００ｎｍであっ
て、ｎ型の不純物として塩素が添加されたＺｎＳＳｅ混
晶により形成されている。塩素の添加濃度は、例えば７
×１０17ｃｍ-3である。
【００１３】ｎ型クラッド層５は、例えば厚さが約８０
０ｎｍであって、ｎ型不純物として塩素が添加されたＺ
ｎＭｇＳＳｅ混晶により形成されている。塩素の添加濃
度は、例えば１×１０17ｃｍ-3〜３×１０17ｃｍ-3であ
る。これは、後述するｐ型クラッド層９におけるｐ型不
純物の添加濃度に応じて決定されたものである。すなわ
ち、塩素の添加濃度と発光強度の関係は後述の窒素の添
加濃度と発光強度との関係に比べて高濃度まで直線関係
が得られるので、ｐｎ接合の観点からｐ側に合わせたも
のである。
０ｎｍであって、ｎ型不純物として塩素が添加されたＺ
ｎＭｇＳＳｅ混晶により形成されている。塩素の添加濃
度は、例えば１×１０17ｃｍ-3〜３×１０17ｃｍ-3であ
る。これは、後述するｐ型クラッド層９におけるｐ型不
純物の添加濃度に応じて決定されたものである。すなわ
ち、塩素の添加濃度と発光強度の関係は後述の窒素の添
加濃度と発光強度との関係に比べて高濃度まで直線関係
が得られるので、ｐｎ接合の観点からｐ側に合わせたも
のである。
【００１４】ｎ型ガイド層６は、例えば厚さが１２０ｎ
ｍのＺｎＳＳｅ混晶により形成されている。ｎ型ガイド
層６のうちｎ型クラッド層５側の一部は、ｎ型不純物と
して塩素が添加されることによりｎ型半導体領域６ａと
されている。塩素の添加濃度は、例えば１×１０17ｃｍ
-3である。これも、ｐ型クラッド層と同様に、後述する
ｐ型ガイド層８におけるｐ型不純物の添加濃度に応じて
決定されたものである。また、ｎ型ガイド層６のうち残
りの部分（すなわち活性層７側の一部）は、ｎ型不純物
およびｐ型不純物が添加されない真性半導体領域６ｂと
なっている。
ｍのＺｎＳＳｅ混晶により形成されている。ｎ型ガイド
層６のうちｎ型クラッド層５側の一部は、ｎ型不純物と
して塩素が添加されることによりｎ型半導体領域６ａと
されている。塩素の添加濃度は、例えば１×１０17ｃｍ
-3である。これも、ｐ型クラッド層と同様に、後述する
ｐ型ガイド層８におけるｐ型不純物の添加濃度に応じて
決定されたものである。また、ｎ型ガイド層６のうち残
りの部分（すなわち活性層７側の一部）は、ｎ型不純物
およびｐ型不純物が添加されない真性半導体領域６ｂと
なっている。
【００１５】活性層７は、例えば厚さが６ｎｍの単一量
子井戸構造（Single Quantum-well;ＳＱＷ）もしくは多
重量子井戸構造（Multi Quantum-well；ＭＱＷ）とされ
たＺｎＣｄＳｅ混晶により形成されている。
子井戸構造（Single Quantum-well;ＳＱＷ）もしくは多
重量子井戸構造（Multi Quantum-well；ＭＱＷ）とされ
たＺｎＣｄＳｅ混晶により形成されている。
【００１６】ｐ型ガイド層８は、例えば厚さが１２０ｎ
ｍのＺｎＳＳｅ混晶により形成されている。ｐ型ガイド
層８のうちｐ型クラッド層９側の一部は、ｐ型不純物と
して窒素（Ｎ）が添加されたｐ型半導体領域８ａとなっ
ている。窒素の添加濃度は、例えば２×１０17ｃｍ-3で
ある。また、ｐ型ガイド層８の残りの部分（すなわち活
性層７側の一部）は、ｎ型不純物およびｐ型不純物が添
加されない真性半導体領域８ｂとなっている。
ｍのＺｎＳＳｅ混晶により形成されている。ｐ型ガイド
層８のうちｐ型クラッド層９側の一部は、ｐ型不純物と
して窒素（Ｎ）が添加されたｐ型半導体領域８ａとなっ
ている。窒素の添加濃度は、例えば２×１０17ｃｍ-3で
ある。また、ｐ型ガイド層８の残りの部分（すなわち活
性層７側の一部）は、ｎ型不純物およびｐ型不純物が添
加されない真性半導体領域８ｂとなっている。
【００１７】ここでｐ型半導体領域８ａにおける窒素の
添加濃度を２×１０17ｃｍ-3としたのは、窒素の添加濃
度が５×１０17ｃｍ-3よりも高いとＺｎＳＳｅ混晶の発
光強度の増加率が低下し、１×１０17ｃｍ-3よりも低く
いと抵抗が高くなってしまうからである。参考までに、
図２にＺｎＳｅにおける窒素の添加濃度と発光強度との
関係を示す。ＺｎＳＳｅ混晶もＺｎＳｅとほぼ同一の曲
線を示すが、ＺｎＳｅでは窒素の添加濃度が５×１０17
ｃｍ-3よりも高くなると発光強度の増加率が低下してい
る。
添加濃度を２×１０17ｃｍ-3としたのは、窒素の添加濃
度が５×１０17ｃｍ-3よりも高いとＺｎＳＳｅ混晶の発
光強度の増加率が低下し、１×１０17ｃｍ-3よりも低く
いと抵抗が高くなってしまうからである。参考までに、
図２にＺｎＳｅにおける窒素の添加濃度と発光強度との
関係を示す。ＺｎＳＳｅ混晶もＺｎＳｅとほぼ同一の曲
線を示すが、ＺｎＳｅでは窒素の添加濃度が５×１０17
ｃｍ-3よりも高くなると発光強度の増加率が低下してい
る。
【００１８】ｐ型クラッド層９は、例えば厚さが１μｍ
であって、ｐ型の不純物として窒素が添加されたＺｎＭ
ｇＳＳｅ混晶により形成されている。ｐ型クラッド層９
のうちｐ型ガイド層８側の１００〜２００ｎｍは窒素の
添加濃度が低い低濃度領域９ａであり、この低濃度領域
９ａ以外の９００〜８００ｎｍは窒素の添加濃度が高い
高濃度領域９ｂとなっている。低濃度領域９ａにおける
窒素の添加濃度は例えば１×１０17ｃｍ-3であり、高濃
度領域９ｂにおける窒素の添加濃度は例えば２×１０17
ｃｍ-3である。
であって、ｐ型の不純物として窒素が添加されたＺｎＭ
ｇＳＳｅ混晶により形成されている。ｐ型クラッド層９
のうちｐ型ガイド層８側の１００〜２００ｎｍは窒素の
添加濃度が低い低濃度領域９ａであり、この低濃度領域
９ａ以外の９００〜８００ｎｍは窒素の添加濃度が高い
高濃度領域９ｂとなっている。低濃度領域９ａにおける
窒素の添加濃度は例えば１×１０17ｃｍ-3であり、高濃
度領域９ｂにおける窒素の添加濃度は例えば２×１０17
ｃｍ-3である。
【００１９】ここで、高濃度領域９ｂにおける窒素の添
加濃度を２×１０17ｃｍ-3としたのは、窒素の添加濃度
が活性化窒素の飽和しはじめる添加飽和濃度よりも高い
と不活性窒素が過剰に増加して点欠陥が増加し発光強度
の低下あるいは増加率の低下を招くからである。
加濃度を２×１０17ｃｍ-3としたのは、窒素の添加濃度
が活性化窒素の飽和しはじめる添加飽和濃度よりも高い
と不活性窒素が過剰に増加して点欠陥が増加し発光強度
の低下あるいは増加率の低下を招くからである。
【００２０】この活性窒素の飽和しはじめる添加飽和濃
度とは、図３のＺｎＭｇＳＳｅ混晶（室温におけるバン
ドギャップエネルギーＥｇRTが２．９５ｅＶ）における
窒素の活性化率を用いて説明すると、活性窒素の濃度が
一定の割合で増加している部分を延長させた直線ａと活
性化窒素の濃度が一定となった部分を延長させた直線ｂ
とが交差した点ｃにおける窒素の添加濃度を意味してい
る。ちなみに、図３における添加飽和濃度は、約５×１
０17ｃｍ-3である。なお、この添加飽和濃度は、ＺｎＭ
ｇＳＳｅ混晶のバンドギャップエネルギーＥｇRTが広い
ほど低くなる。
度とは、図３のＺｎＭｇＳＳｅ混晶（室温におけるバン
ドギャップエネルギーＥｇRTが２．９５ｅＶ）における
窒素の活性化率を用いて説明すると、活性窒素の濃度が
一定の割合で増加している部分を延長させた直線ａと活
性化窒素の濃度が一定となった部分を延長させた直線ｂ
とが交差した点ｃにおける窒素の添加濃度を意味してい
る。ちなみに、図３における添加飽和濃度は、約５×１
０17ｃｍ-3である。なお、この添加飽和濃度は、ＺｎＭ
ｇＳＳｅ混晶のバンドギャップエネルギーＥｇRTが広い
ほど低くなる。
【００２１】また、低濃度領域９ａにおける窒素の添加
濃度を１×１０17ｃｍ-3とし高濃度領域９ｂよりも低く
したのは、活性層７により近い部分の欠陥の方が活性層
７の劣化に対してより大きく影響を与えるからである。
すなわち、活性層７に近い部分を低濃度領域９ａとする
ことにより、抵抗を低く抑えつつ欠陥の発生を確実に防
止しているものである。
濃度を１×１０17ｃｍ-3とし高濃度領域９ｂよりも低く
したのは、活性層７により近い部分の欠陥の方が活性層
７の劣化に対してより大きく影響を与えるからである。
すなわち、活性層７に近い部分を低濃度領域９ａとする
ことにより、抵抗を低く抑えつつ欠陥の発生を確実に防
止しているものである。
【００２２】すなわち、窒素の添加濃度が活性化率の低
下開始濃度よりも高いと、窒素の活性化率が低下し、そ
れにより不活性窒素が増加して点欠陥が増加するからで
ある。この活性化率の低下開始濃度とは、図３において
説明すれば、活性化率が直線ａから離れる点ｄにおける
窒素の添加濃度を意味している。ちなみに、図３におけ
る添加飽和濃度は、約２×１０17ｃｍ-3である。なお、
この添加飽和濃度は、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶のバンドギャ
ップエネルギーＥｇRTが広いほど低くなる。
下開始濃度よりも高いと、窒素の活性化率が低下し、そ
れにより不活性窒素が増加して点欠陥が増加するからで
ある。この活性化率の低下開始濃度とは、図３において
説明すれば、活性化率が直線ａから離れる点ｄにおける
窒素の添加濃度を意味している。ちなみに、図３におけ
る添加飽和濃度は、約２×１０17ｃｍ-3である。なお、
この添加飽和濃度は、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶のバンドギャ
ップエネルギーＥｇRTが広いほど低くなる。
【００２３】また、窒素の添加濃度は、活性化率の低下
開始濃度（すなわち２×１０17ｃｍ-3）よりも更に低
く、１×１０17ｃｍ-3以下であることが好ましいからで
ある。図２に示したように、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶におけ
る窒素の添加濃度と発光強度の関係をみると、窒素の添
加濃度が１×１０17ｃｍ-3を超えると発光強度の増加率
が低下している。
開始濃度（すなわち２×１０17ｃｍ-3）よりも更に低
く、１×１０17ｃｍ-3以下であることが好ましいからで
ある。図２に示したように、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶におけ
る窒素の添加濃度と発光強度の関係をみると、窒素の添
加濃度が１×１０17ｃｍ-3を超えると発光強度の増加率
が低下している。
【００２４】更に、窒素の添加濃度は、濃度が１×１０
16ｃｍ-3よりも低いと抵抗が高くなってしまうというこ
ともある。
16ｃｍ-3よりも低いと抵抗が高くなってしまうというこ
ともある。
【００２５】このｐ型クラッド層９の上には、ｐ側電極
と良好なオーミックコンタクトをとるための各層、すな
わち第１の半導体層１０，第２の半導体層１１，超格子
半導体層１２およびコンタクト層１３が順次積層されて
いる。
と良好なオーミックコンタクトをとるための各層、すな
わち第１の半導体層１０，第２の半導体層１１，超格子
半導体層１２およびコンタクト層１３が順次積層されて
いる。
【００２６】第１の半導体層１０は、例えば厚さが４０
０ｎｍであって、ｐ型不純物として窒素が添加されたＺ
ｎＳＳｅ混晶により形成されている。窒素の添加濃度
は、例えば５×１０17ｃｍ-3である。第２の半導体層１
１は、例えば厚さが２００ｎｍであって、ｐ型不純物と
して窒素が添加されたＺｎＳｅにより形成されている。
窒素の添加濃度は、例えば８×１０17ｃｍ-3である。超
格子半導体層１２はｐ型不純物として窒素がそれぞれ添
加されたＺｎＳｅとＺｎＴｅとが交互に積層されてい
る。コンタクト層１３は、例えば厚さが７０ｎｍであっ
て、ｐ型不純物として窒素が添加されたＺｎＴｅにより
形成されている。
０ｎｍであって、ｐ型不純物として窒素が添加されたＺ
ｎＳＳｅ混晶により形成されている。窒素の添加濃度
は、例えば５×１０17ｃｍ-3である。第２の半導体層１
１は、例えば厚さが２００ｎｍであって、ｐ型不純物と
して窒素が添加されたＺｎＳｅにより形成されている。
窒素の添加濃度は、例えば８×１０17ｃｍ-3である。超
格子半導体層１２はｐ型不純物として窒素がそれぞれ添
加されたＺｎＳｅとＺｎＴｅとが交互に積層されてい
る。コンタクト層１３は、例えば厚さが７０ｎｍであっ
て、ｐ型不純物として窒素が添加されたＺｎＴｅにより
形成されている。
【００２７】なお、超格子半導体層１２およびコンタク
ト層１３は、幅が例えば１０μｍの帯状となっている。
超格子半導体層１２およびコンタクト層１３が形成され
ていない第２の半導体層１１の上の領域には、例えばア
ルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）からなる絶縁層１４が形成されて
いる。
ト層１３は、幅が例えば１０μｍの帯状となっている。
超格子半導体層１２およびコンタクト層１３が形成され
ていない第２の半導体層１１の上の領域には、例えばア
ルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）からなる絶縁層１４が形成されて
いる。
【００２８】この絶縁層１４およびコンタクト層１３の
上には、ｐ側電極１５が設けられている。このｐ側電極
１５は、コンタクト層１３側から順次積層されたパラジ
ウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）により形
成されている。また、基板１の裏面には、インジウム
（Ｉｎ）により形成されたｎ側電極１６が設けられてい
る。
上には、ｐ側電極１５が設けられている。このｐ側電極
１５は、コンタクト層１３側から順次積層されたパラジ
ウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）により形
成されている。また、基板１の裏面には、インジウム
（Ｉｎ）により形成されたｎ側電極１６が設けられてい
る。
【００２９】このような構成を有する半導体発光素子
は、次のようにして形成することができる。
は、次のようにして形成することができる。
【００３０】まず、（１００）面のｎ型のＧａＡｓによ
り形成された基板１の上に、ＭＢＥ法により、各バッフ
ァ層２，３，４，ｎ型クラッド層５，ｎ型ガイド層６，
活性層７，ｐ型ガイド層８，ｐ型クラッド層９，第１の
半導体層１０，第２の半導体層１１，超格子半導体層１
２およびコンタクト層１３を順次エピタキシャル成長さ
せる。
り形成された基板１の上に、ＭＢＥ法により、各バッフ
ァ層２，３，４，ｎ型クラッド層５，ｎ型ガイド層６，
活性層７，ｐ型ガイド層８，ｐ型クラッド層９，第１の
半導体層１０，第２の半導体層１１，超格子半導体層１
２およびコンタクト層１３を順次エピタキシャル成長さ
せる。
【００３１】このＭＢＥ法においては、各化合物半導体
の組成に応じた原料の各粒子線を分子線源セルからそれ
ぞれ照射して各化合物半導体をそれぞれエピタキシャル
成長させる。バッファ層２，３，４，ｎ型クラッド層５
およびｎ型ガイド層６に対するｎ型不純物である塩素の
添加は、塩素の粒子線を原料の各粒子線と共に分子線源
セルから照射して行う。また、ｐ型ガイド層８，ｐ型ク
ラッド層９，第１の半導体層１０，第２の半導体層１
１，超格子半導体層１２およびコンタクト層１３に対す
るｐ型不純物である窒素の添加は、原料の各粒子線に加
え、ＲＦプラズマ発生装置またはＥＣＲプラズマ発生装
置によりプラズマ化した窒素を照射して行う。なお、塩
素の添加濃度の調整は塩素の分子線源セルの加熱温度を
変化させることにより行い、窒素の添加濃度の調整はプ
ラズマの出力を変化させることにより行う。
の組成に応じた原料の各粒子線を分子線源セルからそれ
ぞれ照射して各化合物半導体をそれぞれエピタキシャル
成長させる。バッファ層２，３，４，ｎ型クラッド層５
およびｎ型ガイド層６に対するｎ型不純物である塩素の
添加は、塩素の粒子線を原料の各粒子線と共に分子線源
セルから照射して行う。また、ｐ型ガイド層８，ｐ型ク
ラッド層９，第１の半導体層１０，第２の半導体層１
１，超格子半導体層１２およびコンタクト層１３に対す
るｐ型不純物である窒素の添加は、原料の各粒子線に加
え、ＲＦプラズマ発生装置またはＥＣＲプラズマ発生装
置によりプラズマ化した窒素を照射して行う。なお、塩
素の添加濃度の調整は塩素の分子線源セルの加熱温度を
変化させることにより行い、窒素の添加濃度の調整はプ
ラズマの出力を変化させることにより行う。
【００３２】次いで、このコンタクト層１３の上にレジ
ストを塗布しフォトリソグラフィによって帯状のマスク
パターン（図示せず）を形成したのち、このマスクパタ
ーンをマスクとしてウエットエッチングまたはドライエ
ッチングを行いコンタクト層１３および超格子半導体層
１２を選択的に除去して帯状とする。そののち、コンタ
クト層１３および超格子半導体層１２が選択的に除去さ
れた第２の半導体層１１の上にアルミナを蒸着させ、マ
スクパターンをこのマスクパターンの上に形成されたア
ルミナと共に除去（リフトオフ）することにより絶縁層
１４を形成する。
ストを塗布しフォトリソグラフィによって帯状のマスク
パターン（図示せず）を形成したのち、このマスクパタ
ーンをマスクとしてウエットエッチングまたはドライエ
ッチングを行いコンタクト層１３および超格子半導体層
１２を選択的に除去して帯状とする。そののち、コンタ
クト層１３および超格子半導体層１２が選択的に除去さ
れた第２の半導体層１１の上にアルミナを蒸着させ、マ
スクパターンをこのマスクパターンの上に形成されたア
ルミナと共に除去（リフトオフ）することにより絶縁層
１４を形成する。
【００３３】更に、この絶縁層１４およびコンタクト層
１３の上にパラジウム，白金，金を順次蒸着し、ｐ側電
極１５を形成する。また、基板１の裏面にインジウムを
蒸着しｎ側電極１６を形成する。これにより、図１に示
した構成を有する半導体発光素子が形成される。
１３の上にパラジウム，白金，金を順次蒸着し、ｐ側電
極１５を形成する。また、基板１の裏面にインジウムを
蒸着しｎ側電極１６を形成する。これにより、図１に示
した構成を有する半導体発光素子が形成される。
【００３４】次に、この半導体発光素子の作用について
説明する。
説明する。
【００３５】この半導体発光素子では、ｐ側電極１５と
ｎ側電極１６との間に所定の電圧が印加されると、ｐ側
電極１５からコンタクト層１３に電流が注入される。コ
ンタクト層１３に注入された電流は、超格子半導体層１
２，第２の半導体層１１，第１の半導体層１０，ｐ型ク
ラッド層９およびｐ型ガイド層８を通過して、活性層７
に注入される。これにより活性層７では電子−正孔再結
合による発光が起こる。
ｎ側電極１６との間に所定の電圧が印加されると、ｐ側
電極１５からコンタクト層１３に電流が注入される。コ
ンタクト層１３に注入された電流は、超格子半導体層１
２，第２の半導体層１１，第１の半導体層１０，ｐ型ク
ラッド層９およびｐ型ガイド層８を通過して、活性層７
に注入される。これにより活性層７では電子−正孔再結
合による発光が起こる。
【００３６】このときｐ型クラッド層９およびｐ型ガイ
ド層８においては、不活性窒素が過剰に発生しておら
ず、それによる点欠陥が発生しない。よって、活性層７
の劣化に対し悪影響を与えることがなく、発光強度を低
下させない。
ド層８においては、不活性窒素が過剰に発生しておら
ず、それによる点欠陥が発生しない。よって、活性層７
の劣化に対し悪影響を与えることがなく、発光強度を低
下させない。
【００３７】このように本実施の形態に係る半導体発光
素子によれば、ｐ型ガイド層８のｐ型半導体領域８ａに
おける窒素の添加濃度を２×１０17ｃｍ-3とすると共
に、ｐ型クラッド層９の低濃度領域９ａにおける窒素の
添加濃度を１×１０17ｃｍ-3，高濃度領域９ｂにおける
添加濃度を２×１０17ｃｍ-3とするようにしたので、不
活性窒素が過剰に発生することを防止でき、不活性窒素
による点欠陥の発生を防止することができる。従って、
活性層７の劣化に対して与える悪影響および発光強度の
低下を抑制することができ、素子の寿命を延長すること
ができる。
素子によれば、ｐ型ガイド層８のｐ型半導体領域８ａに
おける窒素の添加濃度を２×１０17ｃｍ-3とすると共
に、ｐ型クラッド層９の低濃度領域９ａにおける窒素の
添加濃度を１×１０17ｃｍ-3，高濃度領域９ｂにおける
添加濃度を２×１０17ｃｍ-3とするようにしたので、不
活性窒素が過剰に発生することを防止でき、不活性窒素
による点欠陥の発生を防止することができる。従って、
活性層７の劣化に対して与える悪影響および発光強度の
低下を抑制することができ、素子の寿命を延長すること
ができる。
【００３８】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態
においては、ｐ型クラッド層９の低濃度領域９ａにおけ
る窒素の添加濃度を１×１０17ｃｍ-3としたが、上記実
施の形態において説明したように活性化率の低下開始濃
度以下であれば良く、特に１×１０16ｃｍ-3〜１×１０
17ｃｍ-3の範囲内であれば好ましい。
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態
においては、ｐ型クラッド層９の低濃度領域９ａにおけ
る窒素の添加濃度を１×１０17ｃｍ-3としたが、上記実
施の形態において説明したように活性化率の低下開始濃
度以下であれば良く、特に１×１０16ｃｍ-3〜１×１０
17ｃｍ-3の範囲内であれば好ましい。
【００３９】また、上記実施の形態においては、ｐ型ク
ラッド層９の高濃度領域９ｂにおける窒素の添加濃度を
２×１０17ｃｍ-3としたが、上記実施の形態において説
明したように、活性化窒素が飽和しはじめる添加飽和濃
度以下であれば本実施の形態と同様の効果を得ることが
できる。
ラッド層９の高濃度領域９ｂにおける窒素の添加濃度を
２×１０17ｃｍ-3としたが、上記実施の形態において説
明したように、活性化窒素が飽和しはじめる添加飽和濃
度以下であれば本実施の形態と同様の効果を得ることが
できる。
【００４０】更に、上記実施の形態においては、ｐ型ガ
イド層８のｐ型半導体領域８ａにおける窒素の添加濃度
を２×１０17ｃｍ-3としたが、上記実施の形態において
説明したように、１×１０17ｃｍ-3〜５×１０17ｃｍ-3
の範囲内であれば良い。
イド層８のｐ型半導体領域８ａにおける窒素の添加濃度
を２×１０17ｃｍ-3としたが、上記実施の形態において
説明したように、１×１０17ｃｍ-3〜５×１０17ｃｍ-3
の範囲内であれば良い。
【００４１】加えて、上記実施の形態においては、ｎ型
ガイド層６およびｐ型ガイド層８をＺｎＳＳｅ混晶によ
りそれぞれ形成するようにしたが、ＺｎＳｅによりそれ
ぞれ形成するようにしてもよい。この場合のｐ型ガイド
層のｐ型半導体領域における窒素の添加濃度は、ＺｎＳ
Ｓｅ混晶と同様に１×１０17ｃｍ-3〜５×１０17ｃｍ-3
の範囲内が好ましい（図２参照）。
ガイド層６およびｐ型ガイド層８をＺｎＳＳｅ混晶によ
りそれぞれ形成するようにしたが、ＺｎＳｅによりそれ
ぞれ形成するようにしてもよい。この場合のｐ型ガイド
層のｐ型半導体領域における窒素の添加濃度は、ＺｎＳ
Ｓｅ混晶と同様に１×１０17ｃｍ-3〜５×１０17ｃｍ-3
の範囲内が好ましい（図２参照）。
【００４２】更にまた、上記実施の形態においては、ｎ
型クラッド層５およびｐ型クラッド層９をＺｎＭｇＳＳ
ｅ混晶によりそれぞれ形成するようにしたが、ＩＩ族元
素として亜鉛，水銀，カドミウム，マグネシウムおよび
ベリリウムからなる群のうちの少なくとも１種とＶＩ族
元素として硫黄，セレンおよびテルルからなる群のうち
の少なくとも１種とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体に
よりそれぞれ形成するようにしてもよい。この場合のｐ
型クラッド層の低濃度領域における窒素の添加濃度は、
上記実施の形態と同様に、活性化率の低下開始濃度以下
とすれば本実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。また、高濃度領域についても、上記実施の形態と同
様に、添加飽和濃度以下とすることが好ましい。
型クラッド層５およびｐ型クラッド層９をＺｎＭｇＳＳ
ｅ混晶によりそれぞれ形成するようにしたが、ＩＩ族元
素として亜鉛，水銀，カドミウム，マグネシウムおよび
ベリリウムからなる群のうちの少なくとも１種とＶＩ族
元素として硫黄，セレンおよびテルルからなる群のうち
の少なくとも１種とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体に
よりそれぞれ形成するようにしてもよい。この場合のｐ
型クラッド層の低濃度領域における窒素の添加濃度は、
上記実施の形態と同様に、活性化率の低下開始濃度以下
とすれば本実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。また、高濃度領域についても、上記実施の形態と同
様に、添加飽和濃度以下とすることが好ましい。
【００４３】加えてまた、上記実施の形態においては、
ｐ型ガイド層８のｐ型クラッド層９側の一部をｐ型半導
体領域８ａとしたが、ｐ型ガイド層８には窒素を添加せ
ず全体を真性半導体領域としてもよい。
ｐ型ガイド層８のｐ型クラッド層９側の一部をｐ型半導
体領域８ａとしたが、ｐ型ガイド層８には窒素を添加せ
ず全体を真性半導体領域としてもよい。
【００４４】更にまた、上記実施の形態においては、ｎ
型基板の上にｎ型の各バッファ層２，３，４，ｎ型クラ
ッド層５，ｎ型ガイド層６，活性層７，ｐ型ガイド層
８，ｐ型クラッド層９，ｐ型の第１の半導体層１０，ｐ
型の第２の半導体層１１，ｐ型の超格子半導体層１２，
ｐ型のコンタクト層１３を順次積層するようにしたが、
本発明は、ｐ型基板の上にｐ型の各半導体層、活性層、
ｎ型の各半導体層を順次積層したものについても適用す
ることができる。
型基板の上にｎ型の各バッファ層２，３，４，ｎ型クラ
ッド層５，ｎ型ガイド層６，活性層７，ｐ型ガイド層
８，ｐ型クラッド層９，ｐ型の第１の半導体層１０，ｐ
型の第２の半導体層１１，ｐ型の超格子半導体層１２，
ｐ型のコンタクト層１３を順次積層するようにしたが、
本発明は、ｐ型基板の上にｐ型の各半導体層、活性層、
ｎ型の各半導体層を順次積層したものについても適用す
ることができる。
【００４５】加えてまた、上記実施の形態においては、
基板１にＧａＡｓを用いたが、本発明は、基板にＩｎＰ
やＧａＰやＺｎＳｅを用いた場合についても適用するこ
とができる。
基板１にＧａＡｓを用いたが、本発明は、基板にＩｎＰ
やＧａＰやＺｎＳｅを用いた場合についても適用するこ
とができる。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
発光素子によれば、第１クラッド層および第２クラッド
層はＩＩ族元素として亜鉛，水銀，カドミウム，マグネ
シウムおよびベリリウムからなる群のうちの少なくとも
１種とＶＩ族元素として硫黄，セレンおよびテルルから
なる群のうちの少なくとも１種とを含むＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体によりそれぞれ形成されると共に、第１クラ
ッド層および第２クラッド層のいずれか一方はｐ型不純
物が添加されたｐ型クラッド層であり、このｐ型クラッ
ド層の活性層側の一部はｐ型不純物の添加濃度が活性化
率の低下開始濃度以下である低濃度領域とするようにし
たので、ｐ型クラッド層において過剰な不活性窒素が発
生することを防止でき、不活性窒素による点欠陥の発生
を防止することができる。従って、活性層の劣化に対し
て与える悪影響および発光強度の低下を抑制することが
でき、素子の寿命を延長することができるという効果を
奏する。
発光素子によれば、第１クラッド層および第２クラッド
層はＩＩ族元素として亜鉛，水銀，カドミウム，マグネ
シウムおよびベリリウムからなる群のうちの少なくとも
１種とＶＩ族元素として硫黄，セレンおよびテルルから
なる群のうちの少なくとも１種とを含むＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体によりそれぞれ形成されると共に、第１クラ
ッド層および第２クラッド層のいずれか一方はｐ型不純
物が添加されたｐ型クラッド層であり、このｐ型クラッ
ド層の活性層側の一部はｐ型不純物の添加濃度が活性化
率の低下開始濃度以下である低濃度領域とするようにし
たので、ｐ型クラッド層において過剰な不活性窒素が発
生することを防止でき、不活性窒素による点欠陥の発生
を防止することができる。従って、活性層の劣化に対し
て与える悪影響および発光強度の低下を抑制することが
でき、素子の寿命を延長することができるという効果を
奏する。
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子を
表す断面図である。
表す断面図である。
【図２】図１に示した半導体発光素子における窒素の添
加濃度を説明するための特性図であり、窒素の添加濃度
と発光強度との関係を表している。
加濃度を説明するための特性図であり、窒素の添加濃度
と発光強度との関係を表している。
【図３】図１に示した半導体発光素子における窒素の添
加濃度を説明するための特性図であり、窒素の活性化率
を表している。
加濃度を説明するための特性図であり、窒素の活性化率
を表している。
１…基板、２，３，４…バッファ層、５…ｎ型クラッド
層、６…ｎ型ガイド層、７…活性層、８…ｐ型ガイド
層、９…ｐ型クラッド層、１０…第１の半導体層、１１
…第２の半導体層、１２…超格子半導体層、１３…コン
タクト層、１４…絶縁層、１５…ｐ側電極、１６…ｎ側
電極
層、６…ｎ型ガイド層、７…活性層、８…ｐ型ガイド
層、９…ｐ型クラッド層、１０…第１の半導体層、１１
…第２の半導体層、１２…超格子半導体層、１３…コン
タクト層、１４…絶縁層、１５…ｐ側電極、１６…ｎ側
電極
Claims (5)
- 【請求項１】 基板の上に第１クラッド層，第１ガイド
層，活性層，第２ガイド層および第２クラッド層が順次
積層されてなる半導体発光素子であって、 前記第１クラッド層および前記第２クラッド層はＩＩ族
元素として亜鉛，水銀，カドミウム，マグネシウムおよ
びベリリウムからなる群のうちの少なくとも１種とＶＩ
族元素として硫黄，セレンおよびテルルからなる群のう
ちの少なくとも１種とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
によりそれぞれ形成されると共に、前記第１クラッド層
および前記第２クラッド層のいずれか一方はｐ型不純物
が添加されたｐ型クラッド層であり、このｐ型クラッド
層の前記活性層側の一部はｐ型不純物の添加濃度が活性
化率の低下開始濃度以下である低濃度領域とされたこと
を特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記ｐ型クラッド層のうち前記低濃度領
域以外は、ｐ型不純物の添加濃度が活性化されたｐ型不
純物が飽和しはじめる添加飽和濃度以下である高濃度領
域とされた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ｐ型不純物は窒素であることを特徴
とする請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記第１クラッド層および前記第２クラ
ッド層はＺｎＭｇＳＳｅ混晶によりそれぞれ形成される
と共に、前記低濃度領域における窒素の添加濃度は１×
１０16ｃｍ-3以上、かつ１×１０17ｃｍ-3以下であるこ
とを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記第１ガイド層および第２ガイド層
はＺｎＳｅまたはＺｎＳＳｅ混晶によりそれぞれ形成さ
れると共に、前記第１ガイド層および第２ガイド層のう
ち前記ｐ型クラッド層と前記活性層との間に形成された
いずれか一方は前記ｐ型クラッド層側の一部がｐ型不純
物として窒素が添加されたｐ型半導体領域であり、かつ
ｐ型半導体領域以外が真性半導体領域であり、前記ｐ型
半導体領域における窒素の添加濃度は１×１０17ｃｍ-3
以上、かつ５×１０17ｃｍ-3以下であることを特徴とす
る請求項１記載の半導体発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15765996A JPH09321340A (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | 半導体発光素子 |
| US08/865,059 US5943355A (en) | 1996-05-29 | 1997-05-29 | Semiconductor light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15765996A JPH09321340A (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09321340A true JPH09321340A (ja) | 1997-12-12 |
Family
ID=15654572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15765996A Pending JPH09321340A (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | 半導体発光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5943355A (ja) |
| JP (1) | JPH09321340A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6797412B1 (en) * | 2000-04-11 | 2004-09-28 | University Of Connecticut | Full color display structures using pseudomorphic cladded quantum dot nanophosphor thin films |
| CN104465898B (zh) * | 2014-11-18 | 2017-02-01 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片 |
| CN105679893B (zh) * | 2016-03-09 | 2018-05-25 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片制作方法及发光二极管外延片 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5515393A (en) * | 1992-01-29 | 1996-05-07 | Sony Corporation | Semiconductor laser with ZnMgSSe cladding layers |
| JPH0818168A (ja) * | 1994-04-28 | 1996-01-19 | Sony Corp | Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体発光素子 |
-
1996
- 1996-05-29 JP JP15765996A patent/JPH09321340A/ja active Pending
-
1997
- 1997-05-29 US US08/865,059 patent/US5943355A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5943355A (en) | 1999-08-24 |
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