JPH09331082A - Semiconductor light emitting element - Google Patents

Semiconductor light emitting element

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JPH09331082A
JPH09331082A JP14788596A JP14788596A JPH09331082A JP H09331082 A JPH09331082 A JP H09331082A JP 14788596 A JP14788596 A JP 14788596A JP 14788596 A JP14788596 A JP 14788596A JP H09331082 A JPH09331082 A JP H09331082A
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JP
Japan
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layer
type
light emitting
semiconductor light
semiconductor
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Application number
JP14788596A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazushi Nakano
一志 中野
Yuko Kinoshita
優子 木下
Hiroyasu Noguchi
裕泰 野口
Hiroyuki Okuyama
浩之 奥山
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH09331082A publication Critical patent/JPH09331082A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element enhancing its light emitting efficiency and delaying its deterioration by suppressing generation of a defect species becoming a nonradiative recombination center in a p-type conductive layer. SOLUTION: An n-type clad layer 2, a guide layer 3, an active layer 4, a guide layer 5 and a p-type clad layer 6 formed of II-VI compound semiconductor are sequentially stacked on an n-type GaAs substrate 1. An n-type impurity such as chlorine is added to the layer 2. Nitrogen is added as a p-type impurity to the layer 6. The chlorine of the n-type impurity is added in a smaller amount than the p-type impurity. Thus, in the layer 6, generation of a defect seed becoming a nonradiative recombination center is suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、活性層を挟んでp
型導電層およびn型導電層が積層されてなる半導体発光
素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to p with an active layer in between.
The present invention relates to a semiconductor light emitting device in which a type conductive layer and an n type conductive layer are laminated.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光ディスクや光磁気ディスクに対
する記録・再生の高密度・高解像度の要求や、屋内外デ
ィスプレイのフルカラー化の要求から緑色や青色で発光
可能な半導体発光素子の研究が活発に行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, active research has been conducted on semiconductor light-emitting devices capable of emitting green and blue light in response to demands for high-density and high-resolution recording / playback for optical discs and magneto-optical discs, and demands for full-color indoor / outdoor displays. Has been done.

【0003】このような緑色や青色で発光可能な半導体
発光素子を構成する材料としては、II族元素の亜鉛
(Zn),水銀(Hg),カドミウム(Cd),マグネ
シウム(Mg),ベリリウム(Be)のうちの少なくと
も1種と、VI族元素の硫黄(S),セレン(Se),
テルル(Te)のうちの少なくとも1種とから成るII
−VI族化合物半導体が有望である。特に、ZnMgS
Se混晶は、ガリウム(Ga)と砒素(As)とのGa
As混晶基板上への結晶成長が可能であり、青色半導体
レーザなどの半導体発光素子を作製する際のガイド層や
クラッド層に適していることが知られている(例えばEl
ectronics Letters 28(1992)p1798 )。
Materials that constitute such a semiconductor light emitting device capable of emitting green or blue light include zinc (Zn), mercury (Hg), cadmium (Cd), magnesium (Mg), and beryllium (Be) of the II group elements. At least one of the above) and a group VI element sulfur (S), selenium (Se),
II consisting of at least one of tellurium (Te) II
Group VI compound semiconductors are promising. In particular, ZnMgS
Se mixed crystal is Ga of gallium (Ga) and arsenic (As).
It is known that it is possible to grow crystals on an As mixed crystal substrate and is suitable for a guide layer or a clad layer when manufacturing a semiconductor light emitting device such as a blue semiconductor laser (for example, El
ectronics Letters 28 (1992) p1798).

【0004】また、半導体発光素子は、活性層を挟んで
p型クラッド層などよりなるp型導電層とn型クラッド
層などよりなるn型導電層とが形成された構成となって
いるが、これらの各層は一般的に分子線エピタキシー
(MBE;Molecular Beam Epitaxy)法によって基板の
上に順次積層して形成される。なお、II−VI族化合
物半導体により半導体発光素子を形成する場合には、基
板として結晶性に優れ、入手が容易なGaAsやZnS
eなどを用い、その上に直接あるいはバッファ層を介し
てII−VI族化合物半導体よりなる各層を順次積層す
る。このとき高い発光効率で緑色や青色の発光が得られ
る半導体発光素子とするには、II−VI族化合物半導
体により形成する各層の結晶性を高くする必要がある。
Further, the semiconductor light emitting element has a structure in which a p-type conductive layer made of a p-type cladding layer or the like and an n-type conductive layer made of an n-type cladding layer are formed with an active layer interposed therebetween. Each of these layers is generally formed by sequentially stacking on a substrate by a molecular beam epitaxy (MBE) method. In the case of forming a semiconductor light emitting device with a II-VI group compound semiconductor, GaAs or ZnS which has excellent crystallinity and is easily available as a substrate.
Each layer made of a II-VI group compound semiconductor is sequentially laminated thereon by using e or the like directly or via a buffer layer. At this time, in order to obtain a semiconductor light emitting device that can obtain green or blue light emission with high luminous efficiency, it is necessary to increase the crystallinity of each layer formed of the II-VI group compound semiconductor.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
窒素(N)を添加した従来のp型導電層は一般的に光学
特性が良好ではなく、フォトルミネッセンス強度につい
て言えば、同程度のキャリア濃度を示すn型導電層に比
べて一桁以上も低い。これは、注入キャリアが発光せず
に再結合してしまっていることを示しており、p型導電
層中にこのような非発光の再結合を引き起こす結晶欠陥
(非発光再結合中心)が多数存在することが考えられ
る。
However, the conventional p-type conductive layer to which, for example, nitrogen (N) is added generally does not have good optical characteristics, and shows the same carrier concentration in terms of photoluminescence intensity. It is lower than that of the n-type conductive layer by one digit or more. This indicates that the injected carriers do not emit light but recombine, and many crystal defects (non-radiative recombination centers) causing such non-radiative recombination are present in the p-type conductive layer. It is possible that it exists.

【0006】p型導電層中に生成されやすい欠陥種とし
ては、マイナスに荷電したアクセプタ不純物(例えばN
- )を電気的に補償するようなプラスに荷電する欠陥
(例えばSeの空孔が関与した欠陥)がある(例えばPh
ysical Review Letters 74 p1131(1995)。すなわち、こ
のような欠陥種が非発光再結合中心として働き、p型導
電層の光学特性を劣化させていると考えられる。
As a defect species which is easily generated in the p-type conductive layer, a negatively charged acceptor impurity (for example, N) is used.
- ) Is a positively charged defect (for example, a defect involving Se vacancies) (for example Ph
ysical Review Letters 74 p1131 (1995). That is, it is considered that such a defect species acts as a non-radiative recombination center and deteriorates the optical characteristics of the p-type conductive layer.

【0007】このように、従来の半導体発光素子ではp
型導電層の結晶性が高くなかったので、十分な発光効率
が得られず、また発光強度の劣化も早く、光学特性およ
び信頼性の面において問題があった。
As described above, in the conventional semiconductor light emitting device, p
Since the crystallinity of the mold conductive layer was not high, sufficient luminous efficiency could not be obtained, and the emission intensity was rapidly deteriorated, resulting in problems in optical characteristics and reliability.

【0008】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型導電層中における非発光再結合
中心となる欠陥種の生成を抑制することにより、発光効
率を高くすると共に劣化を遅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。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to increase the luminous efficiency by suppressing the generation of defect species which become non-radiative recombination centers in the p-type conductive layer. An object is to provide a semiconductor light emitting device that can slow deterioration.

【0009】[0009]

【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、活性層を挟んでp型導電層およびn型導電層が
積層されてなるものであって、p型導電層の少なくとも
一部にn型不純物が添加された構成となっている。
A semiconductor light emitting device according to the present invention comprises a p-type conductive layer and an n-type conductive layer stacked with an active layer interposed therebetween, and at least a part of the p-type conductive layer. The structure is such that an n-type impurity is added to.

【0010】この半導体発光素子では、p型導電層とn
型導電層との間に所定の電圧が印加されるとp型導電層
に電流が注入され、活性層において電子−正孔再結合に
よる発光が生じる。ここで、p型導電層においては、添
加されたn型不純物によって、非発光再結合中心となる
欠陥種の生成が抑制され、発光に寄与しない電子−正孔
再結合が抑制される。
In this semiconductor light emitting device, a p-type conductive layer and an n-type conductive layer are provided.
When a predetermined voltage is applied to the p-type conductive layer, a current is injected into the p-type conductive layer, and light emission occurs due to electron-hole recombination in the active layer. Here, in the p-type conductive layer, the added n-type impurity suppresses the generation of defect species that become non-radiative recombination centers, and suppresses electron-hole recombination that does not contribute to light emission.

【0011】[0011]

【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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0012】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、n型のGaAsにより形成された基板1の上に、I
I−VI族化合物半導体によりそれぞれ形成されたn型
クラッド層2,ガイド層3,活性層4,ガイド層5およ
びp型クラッド層6が順次積層されている。
FIG. 1 shows a structure of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. This semiconductor light emitting device has a structure in which I
An n-type clad layer 2, a guide layer 3, an active layer 4, a guide layer 5 and a p-type clad layer 6 each made of a group I-VI compound semiconductor are sequentially laminated.

【0013】n型クラッド層2は、例えば厚さが約70
0nmのZnMgSSe混晶により形成されており、n
型の不純物として塩素(Cl)が添加されることにより
n型導電層となっている。なお、塩素は不純物濃度が例
えば4×1017cm-3となるように添加されている。
The n-type cladding layer 2 has a thickness of about 70, for example.
It is formed by a ZnMgSSe mixed crystal of 0 nm, and n
An n-type conductive layer is formed by adding chlorine (Cl) as a type impurity. Note that chlorine is added so that the impurity concentration becomes, for example, 4 × 10 17 cm −3 .

【0014】ガイド層3は、例えば厚さが約60nmの
ZnS0.06Se0.94混晶により形成されている。活性層
4は、例えば厚さが約6〜12nmの単一量子井戸構造
とされたZn0.85Cd0.15Se混晶により形成されてい
る。ガイド層5は、例えば厚さが約60nmのZnS
0.06Se0.94混晶により形成されている。なお、ガイド
層3,活性層4およびガイド層5には、n型およびp型
いずれの不純物も添加されていない。
The guide layer 3 is formed of, for example, a ZnS 0.06 Se 0.94 mixed crystal having a thickness of about 60 nm. The active layer 4 is formed of, for example, a Zn 0.85 Cd 0.15 Se mixed crystal having a single quantum well structure with a thickness of about 6 to 12 nm. The guide layer 5 is, for example, ZnS having a thickness of about 60 nm.
It is formed of 0.06 Se 0.94 mixed crystal. N-type and p-type impurities are not added to the guide layer 3, the active layer 4, and the guide layer 5.

【0015】p型クラッド層6は、例えば厚さが約50
0nmのZnMgSSe混晶により形成されており、p
型の不純物として窒素(N)が添加されることによりp
型導電層とされている。なお、窒素は不純物濃度が例え
ば6×1016cm-3となるように添加されている。p型
クラッド層6には、また、n型の不純物である塩素(C
l)も添加されている。なお、塩素の添加濃度は例えば
1×1016cm-3であり、窒素の添加濃度に比べて低く
p型クラッド層6の本来の性質を大きく変えない程度と
されている。これにより、p型クラッド層6における最
終的な窒素の不純物濃度は5×1016cm-3となってい
る。
The p-type cladding layer 6 has a thickness of, for example, about 50.
It is formed by a ZnMgSSe mixed crystal of 0 nm, and p
By adding nitrogen (N) as a type impurity, p
It is used as a mold conductive layer. It should be noted that nitrogen is added so that the impurity concentration is, for example, 6 × 10 16 cm −3 . The p-type cladding layer 6 also contains chlorine (C, which is an n-type impurity).
l) is also added. The concentration of chlorine added is, for example, 1 × 10 16 cm −3, which is lower than the concentration of nitrogen added and is set so as not to significantly change the original properties of the p-type cladding layer 6. As a result, the final nitrogen impurity concentration in the p-type cladding layer 6 is 5 × 10 16 cm −3 .

【0016】このp型クラッド層6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II−VI族化合物半導体によりそれぞれ形成され
た第1の半導体層7,第2の半導体層8,超格子半導体
層9およびコンタクト層10が順次積層されている。
On the p-type clad layer 6, each layer for making good ohmic contact with the p-side electrode, that is, the first semiconductor layer 7 and the second semiconductor layer formed of a II-VI group compound semiconductor, respectively. The semiconductor layer 8, the superlattice semiconductor layer 9 and the contact layer 10 are sequentially stacked.

【0017】第1の半導体層7は、例えば厚さが約50
0nmのZnSSe混晶により形成されており、第2の
半導体層8は、例えば厚さが約100nmのZnSeに
より形成されている。超格子半導体層9は交互に積層し
たZnSeとZnTeにより形成されている。コンタク
ト層10はZnTeにより形成されている。
The first semiconductor layer 7 has a thickness of, for example, about 50.
The second semiconductor layer 8 is formed of a ZnSSe mixed crystal of 0 nm, and the second semiconductor layer 8 is formed of ZnSe having a thickness of about 100 nm, for example. The superlattice semiconductor layer 9 is formed by alternately stacking ZnSe and ZnTe. The contact layer 10 is made of ZnTe.

【0018】また、第1の半導体層7,第2の半導体層
8,超格子半導体層9およびコンタクト層10の各層
は、p型不純物として窒素が添加されることによりそれ
ぞれp型導電層とされている。すなわち、本実施の形態
においてはp型クラッド層6,第1の半導体層7,第2
の半導体層8,超格子半導体層9およびコンタクト層1
0の各層によりp型導電層が構成されている。なお、窒
素は不純物濃度が例えば第1の半導体層7において2×
1017cm-3,第2の半導体層8において1×1018
-3,超格子半導体層9において2×1018cm-3,コ
ンタクト層10において5×1018cm-3となるように
それぞれ添加されている。
Each of the first semiconductor layer 7, the second semiconductor layer 8, the superlattice semiconductor layer 9 and the contact layer 10 is made into a p-type conductive layer by adding nitrogen as a p-type impurity. ing. That is, in the present embodiment, the p-type cladding layer 6, the first semiconductor layer 7, the second semiconductor layer 7
Semiconductor layer 8, superlattice semiconductor layer 9 and contact layer 1
0 layers form a p-type conductive layer. Note that nitrogen has an impurity concentration of, for example, 2 × in the first semiconductor layer 7.
10 17 cm −3 , 1 × 10 18 c in the second semiconductor layer 8
m -3, the superlattice semiconductor layer 9 2 × 10 18 cm -3, is added, respectively, as in the contact layer 10 becomes 5 × 10 18 cm -3.

【0019】なお、超格子半導体層9およびコンタクト
層10は、幅が例えば10μmの帯状となっている。超
格子半導体層9およびコンタクト層10が形成されてい
ない第2の半導体層8の上の領域には、例えばアルミナ
(Al2 3 )により絶縁層11が形成されている。
The superlattice semiconductor layer 9 and the contact layer 10 have a strip shape with a width of 10 μm, for example. An insulating layer 11 made of, for example, alumina (Al 2 O 3 ) is formed in a region on the second semiconductor layer 8 where the superlattice semiconductor layer 9 and the contact layer 10 are not formed.

【0020】この絶縁層11およびコンタクト層10の
上には、p側電極12が設けられている。このp側電極
12は、例えば厚さが10nmのパラジウム(Pd),
例えば厚さが100nmの白金(Pt)および例えば厚
さが300nmの金(Au)をコンタクト層10側から
順次積層して形成されている。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13
が設けられている。
A p-side electrode 12 is provided on the insulating layer 11 and the contact layer 10. The p-side electrode 12 is made of, for example, 10 nm thick palladium (Pd),
For example, platinum (Pt) having a thickness of 100 nm and gold (Au) having a thickness of 300 nm, for example, are sequentially stacked from the contact layer 10 side. On the back surface of the substrate 1, an n-side electrode 13 made of indium (In) is formed.
Is provided.

【0021】このような構成を有する半導体発光素子
は、次のようにして製造することができる。
The semiconductor light emitting device having such a structure can be manufactured as follows.

【0022】まず、n型のGaAsからなる基板1の上
に、分子線エピタキシー(MBE;Molecular Beam Epi
taxy)法により、n型クラッド層2,ガイド層3,活性
層4,ガイド層5,p型クラッド層6,第1の半導体層
7,第2の半導体層8,超格子半導体層9およびコンタ
クト層10を順次エピタキシャル成長させる。
First, a molecular beam epitaxy (MBE) is formed on a substrate 1 made of n-type GaAs.
taxy) method, the n-type cladding layer 2, the guide layer 3, the active layer 4, the guide layer 5, the p-type cladding layer 6, the first semiconductor layer 7, the second semiconductor layer 8, the superlattice semiconductor layer 9 and the contact. Layer 10 is sequentially epitaxially grown.

【0023】このエピタキシャル成長は図2に示したよ
うなMBE装置により行う。このMBE装置は真空蒸着
装置の一種であり、図示しない超高真空排気装置に接続
された真空容器21を備えている。この真空容器21の
内部には基板ホルダー22が配設されており、ここに基
板1が保持されている。
This epitaxial growth is performed by the MBE apparatus as shown in FIG. This MBE apparatus is a type of vacuum vapor deposition apparatus, and includes a vacuum container 21 connected to an ultrahigh vacuum exhaust device (not shown). A substrate holder 22 is arranged inside the vacuum container 21, and the substrate 1 is held therein.

【0024】真空容器21には、基板ホルダー22に保
持された基板1に対向するように複数の分子線源セル
(例えばクヌーゼンセル(Kセル))23が配設されて
いる。各分子線源セル23の内部には、基板1の上にエ
ピタキシャル成長させるII−VI族化合物半導体の構
成元素(II族元素の亜鉛,マグネシウムなどやVI族
元素の硫黄,セレンなど)に応じた原料およびn型不純
物として添加する塩素に応じた原料がそれぞれ充填され
ている。
A plurality of molecular beam source cells (for example, Knudsen cells (K cells)) 23 are arranged in the vacuum container 21 so as to face the substrate 1 held by the substrate holder 22. Inside each molecular beam source cell 23, raw materials corresponding to constituent elements of the II-VI group compound semiconductor epitaxially grown on the substrate 1 (group II elements such as zinc and magnesium and group VI elements such as sulfur and selenium). And a raw material corresponding to chlorine added as an n-type impurity.

【0025】真空容器21には、また、p型不純物とし
て添加する窒素をプラズマ化してGaAs基板1に向か
って照射するためのプラズマ発生室24が配設されてい
る。このプラズマ発生室24は、例えば図2において図
示したようにECR(Electron Cycrotron Rcsonance)
セルにより構成されている。このECRセルは、磁石2
5によって囲まれたセル内にマイクロ波端子26により
マイクロ波を供給すると共にガス導入管27により窒素
ガスを供給して、窒素をプラズマ化するようになってい
る。
The vacuum chamber 21 is also provided with a plasma generating chamber 24 for converting nitrogen added as a p-type impurity into plasma and irradiating it toward the GaAs substrate 1. The plasma generation chamber 24 is, for example, as shown in FIG. 2, an ECR (Electron Cycrotron Rcsonance).
It is composed of cells. This ECR cell has magnet 2
Microwaves are supplied from the microwave terminal 26 into the cell surrounded by 5 and nitrogen gas is supplied from the gas introduction pipe 27 to convert nitrogen into plasma.

【0026】n型クラッド層2,ガイド層3,活性層
4,ガイド層5,p型クラッド層6,第1の半導体層
7,第2の半導体層8,超格子半導体層9およびコンタ
クト層10を基板1の上にそれぞれ形成する際には、各
分子線源セル23から適宜なII族元素とVI族元素の
各粒子線をそれぞれ照射して各II−VI族化合物半導
体をそれぞれ成長させる。
N-type clad layer 2, guide layer 3, active layer 4, guide layer 5, p-type clad layer 6, first semiconductor layer 7, second semiconductor layer 8, superlattice semiconductor layer 9 and contact layer 10. When each is formed on the substrate 1, each particle beam of the group II element and the group VI element is irradiated from each molecular beam source cell 23 to grow each group II-VI compound semiconductor.

【0027】このとき、n型導電層であるn型クラッド
層2を形成する場合には、適宜に選択したII族元素と
VI族元素の各粒子線に加え、塩素の粒子線を分子線源
セル23から照射して塩素を添加する。また、p型導電
層であるp型クラッド層6,第1の半導体層7,第2の
半導体層8,超格子半導体層9およびコンタクト層10
をそれぞれ形成する場合には、適宜に選択したII族元
素とVI族元素の各粒子線に加え、磁界とマイクロ波を
印加することによりプラズマ化した窒素をプラズマ発生
室24から照射して窒素をそれぞれ添加する。
At this time, when the n-type cladding layer 2 which is the n-type conductive layer is formed, a chlorine particle beam is added to the molecular beam source in addition to the appropriately selected particle beams of the group II element and the group VI element. Irradiate from the cell 23 to add chlorine. In addition, the p-type clad layer 6, the first semiconductor layer 7, the second semiconductor layer 8, the superlattice semiconductor layer 9, and the contact layer 10 which are p-type conductive layers.
In the case of forming each of the above, each of the particle beams of the group II element and the group VI element selected appropriately is irradiated with nitrogen generated by plasma generation by applying a magnetic field and a microwave from the plasma generation chamber 24. Add each.

【0028】更に、p型クラッド層6を形成する場合に
は、プラズマ化した窒素を照射するのみでなく、塩素の
粒子線も分子線源セル23から照射して塩素も添加す
る。なお、塩素の不純物濃度の調整は塩素の分子線源セ
ル23の加熱温度を変化させることにより行い、窒素の
不純物濃度の調整はプラズマの出力(例えばプラズマ発
生室24に投入する電力)を変化させることにより行
う。
Further, when the p-type cladding layer 6 is formed, not only is plasma nitrogen irradiated, but also a chlorine particle beam is irradiated from the molecular beam source cell 23 to add chlorine. The chlorine impurity concentration is adjusted by changing the heating temperature of the chlorine molecular beam source cell 23, and the nitrogen impurity concentration is adjusted by changing the plasma output (for example, the electric power supplied to the plasma generation chamber 24). By doing.

【0029】次いで、このコンタクト層9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10および超格子半導体層9
を選択的に除去して帯状とする。そののち、コンタクト
層10および超格子半導体層9が選択的に除去された第
2の半導体層8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
共に除去する(リフトオフ)ことにより絶縁層11を形
成する。
Next, a resist is applied on the contact layer 9 to form a belt-shaped mask pattern (not shown) by photolithography, and then wet etching or dry etching is performed using the mask pattern as a mask to form the contact layer 10 and Superlattice semiconductor layer 9
Are selectively removed to form a band. After that, alumina is vapor-deposited on the second semiconductor layer 8 from which the contact layer 10 and the superlattice semiconductor layer 9 have been selectively removed, and the mask pattern is removed together with the alumina formed on the mask pattern ( The insulating layer 11 is formed by lift-off.

【0030】更に、この絶縁層11およびコンタクト層
10の上にパラジウム,白金,金を順次蒸着し、p側電
極12を形成する。また、基板1の裏面には、成長の際
に基板ホルダに固定するために用いたIn半田をn側電
極13として流用する。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。
Further, palladium, platinum and gold are sequentially deposited on the insulating layer 11 and the contact layer 10 to form the p-side electrode 12. Further, on the back surface of the substrate 1, the In solder used for fixing to the substrate holder during growth is diverted as the n-side electrode 13. As a result, the semiconductor light emitting device having the configuration shown in FIG. 1 is formed.

【0031】次に、この半導体発光素子の作用について
説明する。
Next, the operation of this semiconductor light emitting device will be described.

【0032】この半導体発光素子では、p側電極12と
n側電極13との間に所定の電圧が印加されると、p側
電極12からコンタクト層10に電流が注入される。コ
ンタクト層10に注入された電流は、超格子半導体層
9,第2の半導体層8,第1の半導体層7,p型クラッ
ド層6およびガイド層5を通過して、活性層4に注入さ
れる。活性層4では、電子−正孔再結合による発光が起
こる。
In this semiconductor light emitting device, when a predetermined voltage is applied between the p-side electrode 12 and the n-side electrode 13, a current is injected from the p-side electrode 12 into the contact layer 10. The current injected into the contact layer 10 passes through the superlattice semiconductor layer 9, the second semiconductor layer 8, the first semiconductor layer 7, the p-type cladding layer 6 and the guide layer 5 and is injected into the active layer 4. It In the active layer 4, light emission due to electron-hole recombination occurs.

【0033】ここで、p型クラッド層6では、成長時に
おいて、マイナスに荷電したp型不純物の窒素の一部
が、プラスに荷電したn型不純物の塩素によって電気的
に補償されており、これにより、非発光再結合中心とし
て働くと考えられるプラスに荷電した新たな欠陥種の生
成が抑制される。すなわち、発光に寄与しない電子−正
孔再結合の発生が抑制される。
Here, in the p-type cladding layer 6, at the time of growth, a part of the negatively charged p-type impurity nitrogen is electrically compensated by the positively charged n-type impurity chlorine. This suppresses the generation of new positively charged defect species that are thought to act as non-radiative recombination centers. That is, generation of electron-hole recombination that does not contribute to light emission is suppressed.

【0034】なお、本実施の形態に係る半導体発光素子
の効果を確認するために、この半導体発光素子の光学特
性を従来の半導体発光素子と比較した。ここで用いた従
来の半導体発光素子は、p型クラッド層にn型不純物で
ある塩素が添加されていないことを除き、本実施の形態
の半導体発光素子と同一の構成を有している。
In order to confirm the effect of the semiconductor light emitting device according to this embodiment, the optical characteristics of this semiconductor light emitting device were compared with those of the conventional semiconductor light emitting device. The conventional semiconductor light emitting device used here has the same structure as the semiconductor light emitting device of the present embodiment, except that chlorine, which is an n-type impurity, is not added to the p-type cladding layer.

【0035】図3はp型クラッド層6からのフォトルミ
ネッセンス強度を表すものである。図3において横軸は
波長、縦軸は発光強度をそれぞれ表すものである。これ
によれば、本実施の形態の半導体発光素子の方が従来の
ものに比べ緑色ないしは青色の発光が強いことが分か
る。すなわち、本実施の形態の半導体発光素子によれ
ば、p型クラッド層6中の非発光再結合中心の密度を減
少させることができ、発光効率を向上させることができ
る。
FIG. 3 shows the photoluminescence intensity from the p-type cladding layer 6. In FIG. 3, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents emission intensity. According to this, it can be seen that the semiconductor light emitting element of the present embodiment emits green or blue light stronger than the conventional one. That is, according to the semiconductor light emitting device of the present embodiment, the density of non-radiative recombination centers in the p-type cladding layer 6 can be reduced, and the luminous efficiency can be improved.

【0036】図4は活性層からの発光強度の経時変化を
表すものである。図4において横軸は時間、縦軸は発光
強度をそれぞれ表すものである。これによれば、本実施
の形態の半導体発光素子の方が従来のものに比べて劣化
が約3倍も遅いことが分かる。すなわち、本実施の形態
の半導体発光素子によれば、長期間発光させた時の素子
の劣化を防止することができる。
FIG. 4 shows changes with time of the emission intensity from the active layer. In FIG. 4, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents emission intensity. According to this, it is understood that the deterioration of the semiconductor light emitting device of the present embodiment is about three times slower than that of the conventional device. That is, according to the semiconductor light emitting element of the present embodiment, it is possible to prevent deterioration of the element when light is emitted for a long period of time.

【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型クラッド層6にn型不純物である塩
素を添加するようにしたので、p型クラッド層6中にお
ける非発光再結合中心となる欠陥種の生成を抑制するこ
とができ、p型クラッド層6の結晶性を向上させること
ができる。これにより発光効率を向上させることができ
ると共に劣化を遅くすることにより素子寿命の長期化を
図ることができる。
As described above, according to the semiconductor light emitting device of this embodiment, since chlorine, which is an n-type impurity, is added to the p-type cladding layer 6, non-radiative recombination in the p-type cladding layer 6 is performed. It is possible to suppress the generation of a defect species that becomes the center and improve the crystallinity of the p-type cladding layer 6. As a result, the light emission efficiency can be improved and the element life can be extended by delaying the deterioration.

【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6にのみn型不純物を添加
するようにしたが、p型クラッド層6以外のp型導電層
(すなわち第1の半導体層7,第2の半導体層8,超格
子半導体層9およびコンタクト層10)の一部または全
てにn型不純物を添加するようにしてもよい。但し、n
型不純物の添加濃度は、上記実施の形態と同様に、各層
におけるp型不純物の添加濃度に比べて低くし各層の本
来の性質を大きく変えない程度とする必要がある。
The present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the n-type impurity is added only to the p-type cladding layer 6, but the p-type conductive layers other than the p-type cladding layer 6 (that is, the first semiconductor layer 7 and the second semiconductor layer 7). You may make it add an n-type impurity to some or all of the semiconductor layer 8, the superlattice semiconductor layer 9, and the contact layer 10). However, n
Similar to the above-described embodiment, the doping concentration of the type impurities needs to be lower than the doping concentration of the p-type impurities in each layer so that the original properties of each layer are not significantly changed.

【0039】また、上記実施の形態においては、ガイド
層4にp型不純物を添加しないようにしたが、ガイド層
4の一部または全体にp型不純物を添加しp型導電層と
してもよい。この場合、ガイド層4のp型不純物が添加
された領域にn型不純物を添加するようにしてもよい。
この場合も、n型不純物の添加濃度は、上記実施の形態
と同様にp型不純物の添加濃度に比べて低くしp型不純
物が添加されたガイド層の本来の性質を大きく変えない
程度とする必要がある。
Further, in the above-mentioned embodiment, the p-type impurity is not added to the guide layer 4, but it is also possible to add the p-type impurity to a part or the whole of the guide layer 4 to form a p-type conductive layer. In this case, the n-type impurity may be added to the region of the guide layer 4 to which the p-type impurity is added.
Also in this case, the addition concentration of the n-type impurity is set lower than that of the p-type impurity as in the above-described embodiment so that the original property of the guide layer to which the p-type impurity is added is not significantly changed. There is a need.

【0040】更に、上記実施の形態においては、p型ク
ラッド層6の全体にn型不純物を添加するようにした
が、p型クラッド層6の一部にのみ添加するようにして
もよい。これは、n型不純物を他のp型導電層に添加す
る場合にも同様である。
Further, in the above embodiment, the n-type impurity is added to the entire p-type cladding layer 6, but it may be added only to a part of the p-type cladding layer 6. This is also the case when adding an n-type impurity to another p-type conductive layer.

【0041】加えて、本発明に係る半導体発光素子は、
p型不純物濃度およびn型不純物の添加濃度に関し、上
記実施の形態において説明した値に限定されることなく
適宜に決定することができる。
In addition, the semiconductor light emitting device according to the present invention is
The p-type impurity concentration and the n-type impurity addition concentration can be appropriately determined without being limited to the values described in the above embodiments.

【0042】更にまた、上記実施の形態においては、n
型不純物として塩素を選択したが、n型不純物としては
塩素,ガリウムおよびインジウムのうちから少なくとも
1種の元素を任意に選択する構成とすればよい。
Furthermore, in the above embodiment, n
Although chlorine is selected as the type impurity, at least one element selected from chlorine, gallium, and indium may be arbitrarily selected as the n-type impurity.

【0043】加えてまた、上記実施の形態においては、
n型の基板1の上にn型クラッド層2,活性層4,p型
のクラッド層6を順次積層するようにしたが、本発明に
係る半導体発光素子は、p型の基板の上にp型クラッド
層,活性層,n型のクラッド層を順次積層する場合も含
んでいる。
In addition, in the above embodiment,
Although the n-type clad layer 2, the active layer 4, and the p-type clad layer 6 are sequentially laminated on the n-type substrate 1, the semiconductor light emitting device according to the present invention has a p-type substrate and a p-type clad layer 6. It also includes the case where the type clad layer, the active layer, and the n-type clad layer are sequentially laminated.

【0044】更にまた、本発明に係る半導体発光素子
は、n型クラッド層2,ガイド層3,活性層4,ガイド
層5,p型クラッド層6,第1の半導体層7,第2の半
導体層8,超格子半導体層9およびコンタクト層10を
それぞれ構成するII−VI族化合物半導体の組成を上
記実施の形態に限ることなく、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種とを含むものであれば同様に適用することができ
る。
Furthermore, the semiconductor light emitting device according to the present invention comprises an n-type cladding layer 2, a guide layer 3, an active layer 4, a guide layer 5, a p-type cladding layer 6, a first semiconductor layer 7, and a second semiconductor. The composition of the II-VI group compound semiconductors forming the layer 8, the superlattice semiconductor layer 9, and the contact layer 10 is not limited to the above-described embodiment, but zinc as a group II element,
The same applies as long as it contains at least one member selected from the group consisting of mercury, cadmium, magnesium and beryllium and at least one member selected from the group consisting of sulfur, selenium and tellurium as group VI elements. .

【0045】加えてまた、上記実施の形態においては、
n型クラッド層2,ガイド層3,活性層4,ガイド層
5,p型クラッド層6,第1の半導体層7,第2の半導
体層8,超格子半導体層9およびコンタクト層10をI
I−VI族化合物半導体によりそれぞれ形成するように
したが、本発明に係る半導体発光素子は、これらをII
I−V族化合物半導体などのII−VI族化合物半導体
以外の化合物半導体によりそれぞれ形成する場合にも適
用することができる。この場合、添加するp型不純物お
よびn型不純物の種類は化合物半導体の組成に応じて適
宜選択される。
In addition, in the above embodiment,
The n-type cladding layer 2, guide layer 3, active layer 4, guide layer 5, p-type cladding layer 6, first semiconductor layer 7, second semiconductor layer 8, superlattice semiconductor layer 9 and contact layer 10
Each of them is made of a group I-VI compound semiconductor.
The present invention can also be applied to the case where they are made of compound semiconductors other than II-VI compound semiconductors such as IV compound semiconductors. In this case, the types of p-type impurities and n-type impurities to be added are appropriately selected according to the composition of the compound semiconductor.

【0046】更に加えてまた、本発明に係る半導体発光
素子は、上記実施の形態において説明した構成に限定さ
れることなく、基板1とn型クラッド層2との間にZn
Seよりなるバッファ層を挿入するなど種々の変形が可
能である。
In addition to the above, the semiconductor light emitting device according to the present invention is not limited to the structure described in the above-mentioned embodiment, and Zn between the substrate 1 and the n-type cladding layer 2 is not limited.
Various modifications are possible such as inserting a buffer layer made of Se.

【0047】[0047]

【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、p型導電層の少なくとも一部にn型
不純物を添加するようにしたので、p型導電層中におけ
る非発光再結合中心となる欠陥種の生成を抑制すること
ができ、p型導電層の結晶性を向上させることができ
る。従って、素子の発光効率を向上させるこができると
共に、劣化が遅くなり寿命の長期化を図ることができる
という効果を奏する。
As described above, according to the semiconductor light emitting device of the present invention, the n-type impurity is added to at least a part of the p-type conductive layer, so that the non-light-emission reproducibility in the p-type conductive layer is increased. It is possible to suppress the generation of defect species serving as a bond center and improve the crystallinity of the p-type conductive layer. Therefore, it is possible to improve the luminous efficiency of the device, and it is possible to achieve the effect of slowing the deterioration and prolonging the life of the device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の
構造を表す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した半導体発光素子を形成する際に用
いるMBE装置の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an MBE device used when forming the semiconductor light emitting device shown in FIG.

【図3】図1に示した半導体発光素子のp型クラッド層
からのフォトルミネッセンス強度を表す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing photoluminescence intensity from a p-type cladding layer of the semiconductor light emitting device shown in FIG.

【図4】図1に示した半導体発光素子の発光強度の経時
変化を表す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the change over time in the emission intensity of the semiconductor light emitting device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板、2…n型クラッド層、3…ガイド層、4…活
性層、5…ガイド層、6…p型クラッド層、7…第1の
半導体層、8…第2の半導体層、9…超格子半導体層、
10…コンタクト層、11…絶縁層、12…p側電極、
13…n側電極、21…真空容器、22…基板ホルダ
ー、23…分子線源セル、24…プラズマ発生室、25
…磁石、26…マイクロ波端子、27…ガス導入管
1 ... Substrate, 2 ... N-type clad layer, 3 ... Guide layer, 4 ... Active layer, 5 ... Guide layer, 6 ... P-type clad layer, 7 ... First semiconductor layer, 8 ... Second semiconductor layer, 9 ... Superlattice semiconductor layer,
10 ... Contact layer, 11 ... Insulating layer, 12 ... P-side electrode,
13 ... N-side electrode, 21 ... Vacuum container, 22 ... Substrate holder, 23 ... Molecular beam source cell, 24 ... Plasma generation chamber, 25
... magnet, 26 ... microwave terminal, 27 ... gas introduction tube

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥山 浩之 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroyuki Okuyama 6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活性層を挟んでp型導電層およびn型導
電層が積層されてなる半導体発光素子であって、 前記p型導電層の少なくとも一部にn型不純物が添加さ
れていることを特徴とする半導体発光素子。
1. A semiconductor light emitting device comprising a p-type conductive layer and an n-type conductive layer stacked with an active layer interposed therebetween, wherein an n-type impurity is added to at least a part of the p-type conductive layer. A semiconductor light-emitting device characterized by.
【請求項2】 前記p型導電層は少なくとも一部にp型
クラッド層を含むと共に前記n型導電層は少なくとも一
部にn型クラッド層を含み、これらp型クラッド層およ
びn型クラッド層と、前記活性層は、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
れぞれ形成されたことを特徴とする請求項1記載の半導
体発光素子。
2. The p-type conductive layer includes a p-type clad layer in at least a part thereof, and the n-type conductive layer includes an n-type clad layer in at least a part thereof. The active layer contains at least one member selected from the group consisting of zinc, mercury, cadmium, magnesium and beryllium as the group II element and at least one member selected from the group consisting of sulfur, selenium and tellurium as the group VI element. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein each of the semiconductor light emitting devices is formed of a II-VI group compound semiconductor containing the same.
【請求項3】 前記n型不純物は、塩素,ガリウムおよ
びインジウムからなる群のうちから選択された少なくと
も1種であることを特徴とする請求項2記載の半導体発
光素子。
3. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the n-type impurity is at least one selected from the group consisting of chlorine, gallium, and indium.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008518449A (en) * 2004-10-26 2008-05-29 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Photovoltaic cell having photovoltaic active semiconductor material

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