JPH10256599A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH10256599A JPH10256599A JP5921897A JP5921897A JPH10256599A JP H10256599 A JPH10256599 A JP H10256599A JP 5921897 A JP5921897 A JP 5921897A JP 5921897 A JP5921897 A JP 5921897A JP H10256599 A JPH10256599 A JP H10256599A
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Abstract
が形成され、ウインドウ層としてGaPが用いられる半
導体発光素子において、ウインドウ層の膜厚を薄くして
半導体層の成長時間を短くすることができると共に、電
流を充分に拡散させて発光効率を向上させることができ
る半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 基板1と、該基板上にAlGaInP系
化合物半導体からなりn形層およびp形層が積層され発
光層を形成する発光層形成部11と、該発光層形成部の
表面側に設けられるGaPからなるウインドウ層6と、
該ウインドウ層に電気的に接続して設けられる電極8と
を備える半導体発光素子であって、前記電極と前記ウイ
ンドウ層との間に該ウインドウ層の全面に亘って金属薄
膜からなる電流拡散層7が設けられている。
Description
化合物半導体材料を用いる可視光の発光素子に関する。
さらに詳しくは、半導体結晶層の成長時間を短くしなが
ら電流を発光素子チップの全面に拡散して発光効率を向
上させ得る半導体発光素子に関する。
えば発光層形成部にAlGaInP系の化合物半導体材
料を用い、図2に示されるような構造になっている。す
なわち、図2において、n形のGaAsからなる半導体
基板21上に、たとえばn形のAlGaInP系の半導
体材料からなるn形クラッド層22、クラッド層よりバ
ンドギャップエネルギーが小さくなる組成のノンドープ
のAlGaInP系の半導体材料からなる活性層23、
p形のAlGaInP系の半導体材料からなるp形クラ
ッド層24がそれぞれエピタキシャル成長され、ダブル
ヘテロ接合構造の発光層形成部29が形成されている。
さらにその表面にGaPからなるp形のウィンドウ層
(電流拡散層)25が順次エピタキシャル成長され、そ
の表面にp側電極27、半導体基板21の裏面側にn側
電極28がそれぞれAu-Zn-Ni合金やAu-Ge-N
i合金などにより形成されることにより構成されてい
る。この構造の発光素子では、積層された半導体層の表
面側、すなわちp側電極27側からの光が利用され、光
を遮断するp側電極27はできるだけ小さい面積で形成
される。一方、両クラッド層22、24により挟まれた
活性層23にキャリアを閉じ込めることにより発光させ
るため、電流は発光層の全体に分散して流れることが望
ましい。そのため、電流がチップの全体に広がるよう
に、ウインドウ層25が設けられている。このウインド
ウ層25は、電流を拡散すると共に、活性層23で発光
する光を吸収しないことが望ましく、バンドギャップエ
ネルギーの大きい材料であるGaPが用いられている。
構造の半導体発光素子では、ウインドウ層により電流拡
散させるため、ウインドウ層はキャリア濃度が高く、で
きるだけ厚く形成される必要がある。しかし、キャリア
濃度は不純物のドーピングの限界があり、金属のように
キャリア濃度を上げることはできない。そのため、上部
の小さい電極からクラッド層に至るまでに発光素子チッ
プの全面に広げるためには、ウインドウ層をできるだけ
厚くする必要があり、従来は10〜60μm程度の厚さ
に形成されている。
電流を拡散するために、従来はウインドウ層が厚く形成
されているが、半導体層をエピタキシャル成長により数
十μm程度と厚く成長するには、12〜20時間程度の
非常に長時間を要する。しかも、膜厚を厚くしても電流
を充分に拡散させることができず、電流分布が不均一に
なって発光ムラが発生し、発光効率が低下する。さら
に、ウインドウ層の膜厚が厚くなるとその直列抵抗は増
大して動作電圧が高くなるという問題がある。
になされたもので、AlGaInP系化合物半導体によ
り発光層が形成され、ウインドウ層としてGaPが用い
られる半導体発光素子において、ウインドウ層の膜厚を
薄くして半導体層の成長時間を短くすることができると
共に、電流を充分に拡散させて発光効率を向上させるこ
とができる半導体発光素子を提供することを目的とす
る。
素子は、基板と、該基板上にAlGaInP系化合物半
導体からなりn形層およびp形層が積層され発光層を形
成する発光層形成部と、該発光層形成部の表面側に設け
られるGaPからなるウインドウ層と、該ウインドウ層
に電気的に接続して設けられる電極とを備える半導体発
光素子であって、前記電極と前記ウインドウ層との間に
該ウインドウ層の全面に亘って金属薄膜からなる電流拡
散層が設けられている。
は、(Alx Ga1-x )0.51In0.49Pの形で表され、
xの値が0と1との間で種々の値のときの材料を意味す
る。なお、(Alx Ga1-x )とInの混晶比率の0.
51および0.49はAlGaInP系化合物半導体が
積層されるGaAsなどの半導体基板と格子整合される
比率であることを意味する。
2以上の金属層からなり、全体の厚さが100nm以下
に形成されることにより、電流を充分に拡散させること
ができると共に、発光層で発光する光を吸収することも
なく、発光効率を向上させることができる。
Ni、Ge、Ti、Al、Be、Si、Sb、Sn、A
u-Zn合金、Au-Sb合金、Au-Be合金、Au-S
n合金、およびAu-Ge合金からなる群より選ばれた
少なくとも1種の金属から形成され得る。また、前記発
光層形成部が、たとえばAlGaInP系化合物半導体
からなる第1導電形クラッド層と、該クラッド層よりバ
ンドギャップエネルギーが小さい組成のAlGaInP
系化合物半導体からなる活性層と、前記第1導電形クラ
ッド層と同じ組成の第2導電形クラッド層とから形成さ
れることにより、発光効率の高い発光素子が得られる。
明の半導体発光素子について説明をする。
例の断面構造が示されるように、n形のGaAs基板1
上にAlGaInP系化合物半導体からなり発光層を形
成する発光層形成部11が堆積され、その表面にGaP
からなるp形のウインドウ層6が0.3〜5μm程度設
けられ、その表面にAuまたはAu-Ni合金などから
なる電流拡散層7がウインドウ層6の全面に1〜100
nm程度の厚さに設けられ、その電流拡散層7を介して
p側電極8が形成されていることに特徴がある。なお、
GaAs基板1の裏面にはn側電極9が設けられてい
る。すなわち、本発明ではGaPからなるp形のウイン
ドウ層6が薄く形成されると共に、その表面に金属層の
薄膜からなる電流拡散層7が非常に薄く設けられてい
る。
Ni合金の代りに、Ni、Ge、Zn、Ti、Al、B
e、Si、Sb、Snまたは、Au-Zn、Au-Sb、
Au-Be、Au-Sn、Au-Geなどの合金でもよ
い。これらの金属はGaP層とオーミックコンタクトを
取りやすく、光を透過しやすい材料だからである。ま
た、これらの金属の2層以上の複層で形成されてもよ
い。そして、その厚さは1〜100nm程度、さらに好
ましくは、2〜10nm程度に設けられる。この金属層
は、真空蒸着などにより成膜することにより、0.1〜
5分程度の短時間で設けられ、その後100〜700℃
程度で0.1〜10分程度のシンター処理をすることに
より、金属層または合金層を形成することができる。金
属層を合金で形成する場合にはその2種類以上の金属を
連続して蒸着して熱処理をすることにより得られ、金属
層の複層で形成する場合には、その2種類以上の金属を
連続して真空蒸着などにより付着することにより得られ
る。
ミックコンタクトを得るために高いキャリア濃度で光を
できるだけ吸収しない層として設けられている。電流の
拡散機能は、前述の電流拡散層7により行われるため、
ウインドウ層6は従来の10〜60μm程度と厚くする
必要がなく、1μm程度設けられればよい。そのため、
ウインドウ層6を成長する時間は、従来の12〜20時
間から2〜3時間に短縮することができる。一方、電流
拡散層7は、真空蒸着装置で沢山のウェハを一度にバッ
チ処理で行うことができるため、1個のチップ当たりの
製造時間は一層短くなる。
合物半導体からなり、キャリア濃度が1×1017〜1×
1019cm-3程度で、厚さが0.1〜2μm程度のn形
クラッド層3と、ノンドープでクラッド層よりバンドギ
ャップエネルギーが小さくなる組成のAlGaInP系
化合物半導体からなり、0.1〜2μm程度の厚さの活
性層4と、Znがドープされてキャリア濃度が1×10
16〜1×1019cm-3程度、厚さが0.1〜2μm程度
で、n形クラッド層3と同じ組成のAlGaInP系化
合物半導体からなるp形クラッド層5との積層構造から
なっている。なお、GaAs基板1上に図示しないバッ
ファ層を介してこれらの発光層形成部11が積層される
場合もある。その場合、バッファ層は、n形のGaAs
からなり、厚さが0.1〜2μm程度でキャリア濃度が
1×1017〜1×1019cm-3程度に形成される。
金、またはAu-Zn-Ni合金などからなるp側電極8
が、またGaAs基板1の裏面にAu-Ge-Ni合金な
どからなるn側電極9が設けられている。
は、たとえばn形のGaAs基板1をMOCVD装置内
に入れ、反応ガスのトリエチルガリウム(以下、TEG
という)またはトリメチルガリウム(以下、TMGとい
う)およびアルシン(以下、AsH3 という)、Seの
ドーパントガスであるH2 Seをキャリアガスの水素
(H2 )と共に導入し、500〜800℃程度でエピタ
キシャル成長し、キャリア濃度が1×1018cm-3程度
になるようにSeがドープされたn形のGaAsからな
るバッファ層(図示せず)を0.1μm程度成膜する。
ついで、AsH3 に代えてホスフィン(以下、PH3 と
いう)を、さらにTMAおよびトリメチルインジウム
(以下、TMInという)を導入し、n形でキャリア濃
度が1×1017〜1×1019cm-3程度のたとえば(A
l0.7 Ga0.3 )0.51In0.49Pからなるn形クラッド
層3を0.5μm程度、反応ガスのTMAを減らしてT
EGまたはTMGを増やし、たとえばノンドープの(A
l0.25Ga0.75)0.51In0.49Pからなる活性層4を
0.5μm程度、n形クラッド層3と同様の反応ガス
で、H2Seの代わりに、Znのドーパントガスとして
のジメチル亜鉛(DMZn)を導入してキャリア濃度が
1×1016〜1×1019cm-3の(Al0.7 Ga0.3 )
0. 51In0.49Pからなるp形クラッド層5を0.5μm
程度エピタキシャル成長する。
しながら、反応ガスをTEGまたはTMGおよびPH3
にして、GaPの成長を続け、キャリア濃度が1×10
16〜1×1019cm-3程度のウインドウ層7を0.1〜
5μm程度形成する。
iおよびAuをそれぞれ1〜20nm程度づつ成膜し、
100〜400℃程度で0.1〜10分程度のシンター
処理をすることにより、Au-Ni合金からなる0.2〜
40nm程度の電流拡散層が形成される。この表面に同
様に真空蒸着などとパターニングによりAu-Ti合金
またはAu-Zn-Ni合金などからなる上部電極(p側
電極)8およびAu-Ge-Ni合金などからなる下部電
極(n側電極)9を形成し、ダイシングしてチップ化す
る。
半導体からなる発光層形成部上にGaPからなるウイン
ドウ層が薄く設けられ、その表面に光を透過させる非常
に薄い金属層が電流拡散層として設けられている。この
金属層の電気抵抗は小さいため、薄くても充分に電流を
拡散する。一方、この電流拡散層は100nm以下と非
常に薄いため、光を吸収したり、反射させることが殆ど
ない。そのため、発光素子チップの全面に容易に電流を
拡散させると共に、発光層形成部で発光し表面側に放射
する光を殆ど透過させる。その結果、発光素子チップの
全面で効率よく発光し発光効率が向上する。
ることができるため、ウインドウ層をあまり厚く形成す
る必要がなく、半導体層の成長工程の時間を短縮するこ
とができる。さらに、ウインドウ層が薄くなることによ
り、直列抵抗が下がり、動作電圧を低くすることができ
ると共に、薄型の発光素子が得られる。
ド層3、5により挟持し、活性層4と両クラッド層3、
5の材料、たとえばAlの混晶比を異ならせ、活性層に
キャリアや光を閉じ込めやすくして活性層4を発光層と
するダブルヘテロ接合構造であるが、活性層4を介さな
いでpn接合が形成され、pn接合部に発光層を形成す
る構造のもでもよい。
構成する各半導体層として、具体的な半導体材料を用
い、その厚さやキャリア濃度が特定の例で示されている
ところがあるが、これらの例には限定されない。
物半導体からなる発光層形成部の表面にバンドギャップ
エネルギーの大きいGaPからなるウインドウ層が設け
られる半導体発光素子においても、電流を充分に拡散さ
せることができ、高い発光効率で高輝度の半導体発光素
子が得られる。さらにウインドウ層を薄くすることがで
きるため、コストダウンを図れると共に、動作電圧が低
下して高特性で、薄型の半導体発光素子が得られる。
造を示す図である。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 基板と、該基板上にAlGaInP系化
合物半導体からなりn形層およびp形層が積層され発光
層を形成する発光層形成部と、該発光層形成部の表面側
に設けられるGaPからなるウインドウ層と、該ウイン
ドウ層に電気的に接続して設けられる電極とを備える半
導体発光素子であって、前記電極と前記ウインドウ層と
の間に該ウインドウ層の全面に亘って金属薄膜からなる
電流拡散層が設けられてなる半導体発光素子。 - 【請求項2】 前記電流拡散層が、1または2以上の金
属層からなり、全体の厚さが100nm以下に形成され
てなる請求項1記載の半導体発光素子。 - 【請求項3】 前記電流拡散層がAu、Zn、Ni、G
e、Ti、Al、Be、Si、Sb、Sn、Au-Zn
合金、Au-Sb合金、Au-Be合金、Au-Sn合
金、およびAu-Ge合金からなる群より選ばれた少な
くとも1種の金属からなる請求項1または2記載の半導
体発光素子。
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---|---|---|---|
JP5921897A JP3723314B2 (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | 半導体発光素子 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP5921897A Expired - Fee Related JP3723314B2 (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3723314B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001053025A (ja) * | 1999-08-11 | 2001-02-23 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | p型化合物半導体のオーミック電極構造およびその形成方法 |
JP2010199381A (ja) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光装置の製造方法及び半導体発光装置 |
-
1997
- 1997-03-13 JP JP5921897A patent/JP3723314B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001053025A (ja) * | 1999-08-11 | 2001-02-23 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | p型化合物半導体のオーミック電極構造およびその形成方法 |
JP4572430B2 (ja) * | 1999-08-11 | 2010-11-04 | 富士ゼロックス株式会社 | オーミック電極の形成方法 |
JP2010199381A (ja) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光装置の製造方法及び半導体発光装置 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3723314B2 (ja) | 2005-12-07 |
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