JPH10256667A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH10256667A JPH10256667A JP5921997A JP5921997A JPH10256667A JP H10256667 A JPH10256667 A JP H10256667A JP 5921997 A JP5921997 A JP 5921997A JP 5921997 A JP5921997 A JP 5921997A JP H10256667 A JPH10256667 A JP H10256667A
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- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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、ウインドウ層の膜質を低下させ
ないで、発光効率が高く電気特性の優れた発光素子を提
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７とを
備える半導体発光素子であって、前記発光層形成部と前
記ウインドウ層との間に該発光層形成部とウインドウ層
との格子歪を緩和するＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体か
らなるバッファ層６が介在されている。
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、ウインドウ層の膜質を低下させ
ないで、発光効率が高く電気特性の優れた発光素子を提
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７とを
備える半導体発光素子であって、前記発光層形成部と前
記ウインドウ層との間に該発光層形成部とウインドウ層
との格子歪を緩和するＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体か
らなるバッファ層６が介在されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＡｌＧａＩｎＰ系の
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、半導体結晶層の膜質をよくして発光効
率などの電気特性を向上させる半導体発光素子に関す
る。
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、半導体結晶層の膜質をよくして発光効
率などの電気特性を向上させる半導体発光素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の可視光の半導体発光素子は、たと
えば発光層形成部にＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体材
料を用い、図３に示されるような構造になっている。す
なわち、図３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。
えば発光層形成部にＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体材
料を用い、図３に示されるような構造になっている。す
なわち、図３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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の図３に示される
構造の半導体発光素子では、ＧａＡｓ基板とＡｌＧａＩ
ｎＰ系化合物半導体（格子定数は５.６５３Å）との格
子整合は（ＡｌＧａ）とＩｎとの混晶比率により行われ
ているが、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体とＧａＰ（格
子定数は５.４５１Å）との格子整合はとれていない。
そのため、ＧａＰからなるウインドウ層の膜質が低下
し、電気抵抗が増加して動作電圧が高くなったり、電流
の拡散が充分に行われなくて、発光効率が低下するなど
の電気特性が低下するという問題がある。
構造の半導体発光素子では、ＧａＡｓ基板とＡｌＧａＩ
ｎＰ系化合物半導体（格子定数は５.６５３Å）との格
子整合は（ＡｌＧａ）とＩｎとの混晶比率により行われ
ているが、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体とＧａＰ（格
子定数は５.４５１Å）との格子整合はとれていない。
そのため、ＧａＰからなるウインドウ層の膜質が低下
し、電気抵抗が増加して動作電圧が高くなったり、電流
の拡散が充分に行われなくて、発光効率が低下するなど
の電気特性が低下するという問題がある。
【０００４】本発明は、このような問題を解決するため
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、ウインドウ層の膜質を
低下させないで、発光効率が高く電気特性の優れた発光
素子を提供することを目的とする。
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、ウインドウ層の膜質を
低下させないで、発光効率が高く電気特性の優れた発光
素子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
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を備える半導体発
光素子であって、前記発光層形成部と前記ウインドウ層
との間に該発光層形成部とウインドウ層との格子歪を緩
和する（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ（０≦ｘ≦１、
０≦ｚ≦０.５）化合物半導体からなるバッファ層が介
在されている。
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を備える半導体発
光素子であって、前記発光層形成部と前記ウインドウ層
との間に該発光層形成部とウインドウ層との格子歪を緩
和する（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ（０≦ｘ≦１、
０≦ｚ≦０.５）化合物半導体からなるバッファ層が介
在されている。
【０００６】ここにＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体と
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。
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。
【０００７】（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ化合物半
導体からなるバッファ層が発光層形成部とウインドウ層
との間に挿入されることにより、その組成を順次変化さ
せることができ、発光層形成部とウインドウ層との間で
格子定数が徐々に変化する半導体層とすることができ
る。その結果、発光層形成部とウインドウ層との間の格
子定数の差による界面の歪が緩和されるため、ウインド
層の膜質が向上し、発光素子としての電気的特性が向上
する。
導体からなるバッファ層が発光層形成部とウインドウ層
との間に挿入されることにより、その組成を順次変化さ
せることができ、発光層形成部とウインドウ層との間で
格子定数が徐々に変化する半導体層とすることができ
る。その結果、発光層形成部とウインドウ層との間の格
子定数の差による界面の歪が緩和されるため、ウインド
層の膜質が向上し、発光素子としての電気的特性が向上
する。
【０００８】前記（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ化合
物半導体からなるバッファ層が、前記発光層形成部側で
該発光層形成部の最上層の組成であり、前記ウインドウ
層側でＧａＰ層となるように前記（Ａｌx Ｇａ1-x ）
1-z Ｉｎz Ｐ化合物半導体の組成が順次変化する層とす
ることにより、発光層とウインドウ層との間に格子定数
の差に基づく歪が生成されない。この場合、組成が順次
変化する層は、連続的に組成が変化してもよく、階段状
に小刻みに変化してもよい。
物半導体からなるバッファ層が、前記発光層形成部側で
該発光層形成部の最上層の組成であり、前記ウインドウ
層側でＧａＰ層となるように前記（Ａｌx Ｇａ1-x ）
1-z Ｉｎz Ｐ化合物半導体の組成が順次変化する層とす
ることにより、発光層とウインドウ層との間に格子定数
の差に基づく歪が生成されない。この場合、組成が順次
変化する層は、連続的に組成が変化してもよく、階段状
に小刻みに変化してもよい。
【０００９】前記発光層形成部は、たとえばＡｌＧａＩ
ｎＰ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。
ｎＰ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。
【００１０】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子について説明をする。
明の半導体発光素子について説明をする。
【００１１】本発明の半導体発光素子は、図１（ａ）に
その一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
発光層形成部１１とウインドウ層７との界面の格子歪を
緩和する（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ（０≦ｘ≦
１、０≦ｚ≦０.５）化合物半導体からなるバッファ層
６を介してＧａＰからなるｐ形のウインドウ層７が設け
られ、その表面にｐ側電極８が形成されてＧａＡｓ基板
１の裏面にｎ側電極９が設けられることにより発光素子
チップが形成されている。すなわち、本発明では格子定
数の異なるＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層とＧａＰ層
との間に（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ化合物半導体
からなるバッファ層６を介在させることにより、両者間
の格子定数の差に基づく格子歪を緩和させている。この
（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ化合物半導体からなる
バッファ層６は、その組成を変化させることにより、発
光層形成部１１の最表面の組成からＧａＰの組成に順次
変化させることができ、両者間の格子定数の変化も徐々
に変化して格子歪を緩和することができる。
その一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
発光層形成部１１とウインドウ層７との界面の格子歪を
緩和する（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ（０≦ｘ≦
１、０≦ｚ≦０.５）化合物半導体からなるバッファ層
６を介してＧａＰからなるｐ形のウインドウ層７が設け
られ、その表面にｐ側電極８が形成されてＧａＡｓ基板
１の裏面にｎ側電極９が設けられることにより発光素子
チップが形成されている。すなわち、本発明では格子定
数の異なるＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層とＧａＰ層
との間に（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ化合物半導体
からなるバッファ層６を介在させることにより、両者間
の格子定数の差に基づく格子歪を緩和させている。この
（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ化合物半導体からなる
バッファ層６は、その組成を変化させることにより、発
光層形成部１１の最表面の組成からＧａＰの組成に順次
変化させることができ、両者間の格子定数の変化も徐々
に変化して格子歪を緩和することができる。
【００１２】このバッファ層６は、発光層形成部１１側
では、発光層形成部１１の最上層であるｐ形クラッド層
５と同じ組成の、たとえば（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉ
ｎ0. 49Ｐからウインドウ層７のＧａＰになるように順次
組成が変化している。すなわち、たとえば図１（ｂ）に
発光層形成部１１側からウインドウ層７側への各組成の
変化が示されるように、Ｉｎの組成は０.４９から０
に、Ａｌの組成は０.３５７（＝０.７×０.５１）から
０にに変化しており、一方、Ｇａの組成は０.１５３
（＝０.３×０.５１）から１.０に変化している。この
バッファ層６の全体の厚さは、２００Å〜１μｍ程度の
厚さ設けられることにより充分に組成を変化させること
ができる。このような組成の変化は、各半導体層をＭＯ
ＣＶＤ法（有機化学気相成長法）により成長する場合
は、Ｉｎの反応ガスのトリメチルインジウム（以下、Ｔ
ＭＩｎという）、およびＡｌの反応ガスであるトリメチ
ルアルミニウム（以下、ＴＭＡという）の流量をそれぞ
れ徐々に減らして最後に０にすると共に、ガリウムの反
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）を徐々
に増やすことにより得られる。
では、発光層形成部１１の最上層であるｐ形クラッド層
５と同じ組成の、たとえば（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉ
ｎ0. 49Ｐからウインドウ層７のＧａＰになるように順次
組成が変化している。すなわち、たとえば図１（ｂ）に
発光層形成部１１側からウインドウ層７側への各組成の
変化が示されるように、Ｉｎの組成は０.４９から０
に、Ａｌの組成は０.３５７（＝０.７×０.５１）から
０にに変化しており、一方、Ｇａの組成は０.１５３
（＝０.３×０.５１）から１.０に変化している。この
バッファ層６の全体の厚さは、２００Å〜１μｍ程度の
厚さ設けられることにより充分に組成を変化させること
ができる。このような組成の変化は、各半導体層をＭＯ
ＣＶＤ法（有機化学気相成長法）により成長する場合
は、Ｉｎの反応ガスのトリメチルインジウム（以下、Ｔ
ＭＩｎという）、およびＡｌの反応ガスであるトリメチ
ルアルミニウム（以下、ＴＭＡという）の流量をそれぞ
れ徐々に減らして最後に０にすると共に、ガリウムの反
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）を徐々
に増やすことにより得られる。
【００１３】図１（ｂ）に示される組成の変化は、連続
的な変化であるが、図２に示されるように、小刻みに階
段状に変化させてもよい。各々の層が２０〜５００Å程
度以下と薄い層であれば、歪の蓄積は生ぜず、また徐々
に組成が変化しているためその格子定数の差も小さいた
め、連続的に変化させるのと何等変わらないからであ
る。
的な変化であるが、図２に示されるように、小刻みに階
段状に変化させてもよい。各々の層が２０〜５００Å程
度以下と薄い層であれば、歪の蓄積は生ぜず、また徐々
に組成が変化しているためその格子定数の差も小さいた
め、連続的に変化させるのと何等変わらないからであ
る。
【００１４】発光層形成部１１は、ＡｌＧａＩｎＰ系化
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。
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。
【００１５】前述のバッファ層６の表面には、そのバッ
ファ層６の最後の組成であるＧａＰからなるウインドウ
層７が１〜２０μｍ程度形成され、そのウインドウ層７
の表面にＡｕ-Ｔｉ合金、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。なお、ウインドウ層７とｐ側電極８との間にＺ
ｎが２×１０19ｃｍ-3程度のキャリア濃度になるように
ドーピングされたＧａＡｓからなるコンタクト層（図示
せず）が０.０５〜０.２μｍ程度設けられる場合もあ
る。
ファ層６の最後の組成であるＧａＰからなるウインドウ
層７が１〜２０μｍ程度形成され、そのウインドウ層７
の表面にＡｕ-Ｔｉ合金、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。なお、ウインドウ層７とｐ側電極８との間にＺ
ｎが２×１０19ｃｍ-3程度のキャリア濃度になるように
ドーピングされたＧａＡｓからなるコンタクト層（図示
せず）が０.０５〜０.２μｍ程度設けられる場合もあ
る。
【００１６】このような半導体発光素子を製造するに
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ＴＥＧまたはＴＭＧ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（ＰＨ3 ）を、さらにＴＭＡとＴＭＩｎ
を導入し、ｎ形でキャリア濃度が１×１０17〜１×１０
19ｃｍ-3程度のたとえば（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ
0.49Ｐ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ＴＥＧまたはＴＭＧを増や
し、たとえばノンドープの（Ａｌ0.25Ｇａ0.75）0.51Ｉ
ｎ0.49Ｐ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、Ｈ2 Ｓｅの代わりに、Ｚ
ｎ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。
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ＴＥＧまたはＴＭＧ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（ＰＨ3 ）を、さらにＴＭＡとＴＭＩｎ
を導入し、ｎ形でキャリア濃度が１×１０17〜１×１０
19ｃｍ-3程度のたとえば（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ
0.49Ｐ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ＴＥＧまたはＴＭＧを増や
し、たとえばノンドープの（Ａｌ0.25Ｇａ0.75）0.51Ｉ
ｎ0.49Ｐ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、Ｈ2 Ｓｅの代わりに、Ｚ
ｎ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。
【００１７】さらに、ＴＭＡおよびＴＭＩｎの流量を最
後に０となるように徐々に減らすと共に、ＴＥＧまたは
ＴＭＧの流量を徐々に増やすことにより、ＡｌとＩｎの
組成が徐々に減って０となり、最後の組成がＧａＰとな
るバッファ層６を０.１〜２μｍ程度エピタキシャル成
長する。そしてその組成のままでＧａＰの成長を続け、
キャリア濃度が１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3程度のウ
インドウ層７を０.１〜２０μｍ程度形成する。さら
に、必要に応じて、ウインドウ層７の表面にＴＥＧまた
はＴＭＧとＡｓＨ3 およびＤＭＺｎを導入することによ
り、キャリア濃度が２×１０19ｃｍ-3程度のＧａＡｓか
らなるコンタクト層（図示せず）を０.０５〜０.２μｍ
程度成膜する。
後に０となるように徐々に減らすと共に、ＴＥＧまたは
ＴＭＧの流量を徐々に増やすことにより、ＡｌとＩｎの
組成が徐々に減って０となり、最後の組成がＧａＰとな
るバッファ層６を０.１〜２μｍ程度エピタキシャル成
長する。そしてその組成のままでＧａＰの成長を続け、
キャリア濃度が１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3程度のウ
インドウ層７を０.１〜２０μｍ程度形成する。さら
に、必要に応じて、ウインドウ層７の表面にＴＥＧまた
はＴＭＧとＡｓＨ3 およびＤＭＺｎを導入することによ
り、キャリア濃度が２×１０19ｃｍ-3程度のＧａＡｓか
らなるコンタクト層（図示せず）を０.０５〜０.２μｍ
程度成膜する。
【００１８】このようにエピタキシャル成長された基板
の上面および裏面側に、Ａｕ-Ｔｉ合金、またはＡｕ-Ｚ
ｎ-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。
の上面および裏面側に、Ａｕ-Ｔｉ合金、またはＡｕ-Ｚ
ｎ-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。
【００１９】本発明によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物
半導体からなる発光層形成部上にＧａＰからなるウイン
ドウ層が設けられる半導体発光素子において、その間に
（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ化合物半導体からなる
バッファ層６が設けられている。この（Ａｌx Ｇａ
1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ化合物半導体はその混晶比率を容易
に徐々に変化させることができる。そのため、たとえば
発光層形成部の最上層の組成の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.51Ｉｎ0.49ＰからＧａＰに順次変化させることができ
る。その結果、格子定数の異なる両層間にその間で徐々
に格子定数が変化する層が介在されることになり、格子
定数が大きく異なる層が隣接しない。そのため、半導体
層間の界面で歪が発生することがない。一方、このバッ
ファ層６は、ｐ形クラッド層５の材料からウインドウ層
７の材料に徐々に変化するもので、ＧａＰのバンドギャ
ップが大きく光の吸収が殆ど生じない性質が徐々に強く
なり、光の吸収やキャリア濃度の低下を殆ど生じさせな
い。
半導体からなる発光層形成部上にＧａＰからなるウイン
ドウ層が設けられる半導体発光素子において、その間に
（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ化合物半導体からなる
バッファ層６が設けられている。この（Ａｌx Ｇａ
1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ化合物半導体はその混晶比率を容易
に徐々に変化させることができる。そのため、たとえば
発光層形成部の最上層の組成の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.51Ｉｎ0.49ＰからＧａＰに順次変化させることができ
る。その結果、格子定数の異なる両層間にその間で徐々
に格子定数が変化する層が介在されることになり、格子
定数が大きく異なる層が隣接しない。そのため、半導体
層間の界面で歪が発生することがない。一方、このバッ
ファ層６は、ｐ形クラッド層５の材料からウインドウ層
７の材料に徐々に変化するもので、ＧａＰのバンドギャ
ップが大きく光の吸収が殆ど生じない性質が徐々に強く
なり、光の吸収やキャリア濃度の低下を殆ど生じさせな
い。
【００２０】なお、前述の例では、活性層４を両クラッ
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。
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。
【００２１】さらに、前述の例では、半導体発光素子を
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。
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。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、発光層形成部と、ウイ
ンドウ層との格子定数の不整合に基づく内部歪が発生し
ない。そのため、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からな
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を設けることができ、
光を殆ど吸収しないで電流を充分に拡散させることがで
きる。その結果、高い発光効率で高輝度の半導体発光素
子が得られる。
ンドウ層との格子定数の不整合に基づく内部歪が発生し
ない。そのため、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からな
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を設けることができ、
光を殆ど吸収しないで電流を充分に拡散させることがで
きる。その結果、高い発光効率で高輝度の半導体発光素
子が得られる。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施形態の断面構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図２】本発明の半導体発光素子のバッファ層の他の例
の組成変化を示す図である。
の組成変化を示す図である。
【図３】従来の半導体発光素子の断面構造を示す図であ
る。
る。
１ 基板 ３ ｎ形クラッド層 ４ 活性層 ５ ｐ形クラッド層 ６ バッファ層 ７ ウィンドウ層 １１ 発光層形成部
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を備える半
導体発光素子であって、前記発光層形成部と前記ウイン
ドウ層との間に該発光層形成部とウインドウ層との格子
歪を緩和する（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ（０≦ｘ
≦１、０≦ｚ≦０.５）化合物半導体からなるバッファ
層が介在されてなる半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-z Ｉｎz Ｐ化
合物半導体からなるバッファ層が、前記発光層形成部側
で該発光層形成部の最上層の組成であり、前記ウインド
ウ層側でＧａＰ層となるように前記（Ａｌx Ｇａ1-x ）
1-z Ｉｎz Ｐ化合物半導体の組成が順次変化する層であ
る請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記発光層形成部が、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Ａ
ｌＧａＩｎＰ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
とからなる請求項１または２記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5921997A JPH10256667A (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5921997A JPH10256667A (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10256667A true JPH10256667A (ja) | 1998-09-25 |
Family
ID=13107060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5921997A Pending JPH10256667A (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10256667A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6376865B1 (en) | 1998-12-02 | 2002-04-23 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Light emitting diode and method of fabricating thereof |
| US6936858B1 (en) | 1998-08-21 | 2005-08-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting diode |
| KR20150130734A (ko) * | 2014-05-14 | 2015-11-24 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 |
-
1997
- 1997-03-13 JP JP5921997A patent/JPH10256667A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6936858B1 (en) | 1998-08-21 | 2005-08-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting diode |
| US6984850B2 (en) | 1998-08-21 | 2006-01-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting diode |
| US6376865B1 (en) | 1998-12-02 | 2002-04-23 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Light emitting diode and method of fabricating thereof |
| US6794211B2 (en) | 1998-12-02 | 2004-09-21 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Light emitting diode and method of fabricating thereof |
| KR20150130734A (ko) * | 2014-05-14 | 2015-11-24 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050222 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051018 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051216 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060418 |