JPH11168237A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH11168237A JPH11168237A JP33544997A JP33544997A JPH11168237A JP H11168237 A JPH11168237 A JP H11168237A JP 33544997 A JP33544997 A JP 33544997A JP 33544997 A JP33544997 A JP 33544997A JP H11168237 A JPH11168237 A JP H11168237A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
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- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
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- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＡｌＧａＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系の化
合物半導体により発光層を形成する半導体積層部が設け
られ、その上に電流拡散層としてＧａＰが用いられる半
導体発光素子において、格子不整合に基づく歪みが発光
層に影響を与えないで高輝度が得られる構造の半導体発
光素子を提供する。 【解決手段】 ＧａＡｓからなる基板１上にＡｌＧａＩ
ｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体からなりｎ
形層３、活性層４、ｐ形層５が積層され発光層を形成す
る発光層形成部１１が設けられている。さらに、発光層
形成部１１の表面側にＧａＰからなる電流拡散層６設け
られている。そして、活性層４と電流拡散層６との間の
ｐ形層５が約２μｍ以上の厚さに、または電流拡散層６
の厚さが約３〜７μｍ程度に形成されている。
合物半導体により発光層を形成する半導体積層部が設け
られ、その上に電流拡散層としてＧａＰが用いられる半
導体発光素子において、格子不整合に基づく歪みが発光
層に影響を与えないで高輝度が得られる構造の半導体発
光素子を提供する。 【解決手段】 ＧａＡｓからなる基板１上にＡｌＧａＩ
ｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体からなりｎ
形層３、活性層４、ｐ形層５が積層され発光層を形成す
る発光層形成部１１が設けられている。さらに、発光層
形成部１１の表面側にＧａＰからなる電流拡散層６設け
られている。そして、活性層４と電流拡散層６との間の
ｐ形層５が約２μｍ以上の厚さに、または電流拡散層６
の厚さが約３〜７μｍ程度に形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＡｌＧａＩｎＰ系や
ＡｌＧａＡｓ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、積層される半導体層
の格子定数の差に基づく歪みにより発光輝度が低下する
のを防止し得る半導体発光素子に関する。
ＡｌＧａＡｓ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、積層される半導体層
の格子定数の差に基づく歪みにより発光輝度が低下する
のを防止し得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４に示されるような構造になっている。す
なわち、図４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２
７、半導体基板２１の裏面側にｎ側電極２８がそれぞれ
Ａｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などにより形成されることにより構
成されている。
えば発光層形成部にＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体材
料を用い、図４に示されるような構造になっている。す
なわち、図４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２
７、半導体基板２１の裏面側にｎ側電極２８がそれぞれ
Ａｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などにより形成されることにより構
成されている。
【０００３】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、電流拡散層２５は１０〜７０μｍ程度と厚く
形成されている。この電流拡散層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。また、ｐ形層２４はキャリ
アの閉込め作用をすればよいため、光を吸収しないよう
に、通常は０.５μｍ程度に形成されている。
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、電流拡散層２５は１０〜７０μｍ程度と厚く
形成されている。この電流拡散層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。また、ｐ形層２４はキャリ
アの閉込め作用をすればよいため、光を吸収しないよう
に、通常は０.５μｍ程度に形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の図４に示される
構造の半導体発光素子では、電流拡散層は電流を拡散さ
せるため、できるだけ厚く形成される必要がある。しか
し、電流拡散層のＧａＰ層と、発光層形成部に用いられ
るＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体層
とでは格子定数が相当異なり、格子不整合による歪みが
発生しやすい。すなわち、基板のＧａＡｓ層と発光層を
形成する半導体積層部とのマッチングは取れるものの、
半導体積層部とＧａＰ層とのマッチングは取れない。そ
して、本発明者らがこの種の半導体発光素子で発光輝度
を向上させるため鋭意検討を重ねた結果、格子不整合に
よる歪みが発光層となる活性層に及ぶと輝度が著しく低
下することを見出した。
構造の半導体発光素子では、電流拡散層は電流を拡散さ
せるため、できるだけ厚く形成される必要がある。しか
し、電流拡散層のＧａＰ層と、発光層形成部に用いられ
るＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体層
とでは格子定数が相当異なり、格子不整合による歪みが
発生しやすい。すなわち、基板のＧａＡｓ層と発光層を
形成する半導体積層部とのマッチングは取れるものの、
半導体積層部とＧａＰ層とのマッチングは取れない。そ
して、本発明者らがこの種の半導体発光素子で発光輝度
を向上させるため鋭意検討を重ねた結果、格子不整合に
よる歪みが発光層となる活性層に及ぶと輝度が著しく低
下することを見出した。
【０００５】本発明は、このような知見に基づきなされ
たもので、ＡｌＧａＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系の化
合物半導体により発光層を形成する半導体積層部が設け
られ、その上に電流拡散層としてＧａＰが用いられる半
導体発光素子において、格子不整合に基づく歪みが発光
層に影響を与えないで高輝度が得られる構造の半導体発
光素子を提供することを目的とする。
たもので、ＡｌＧａＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系の化
合物半導体により発光層を形成する半導体積層部が設け
られ、その上に電流拡散層としてＧａＰが用いられる半
導体発光素子において、格子不整合に基づく歪みが発光
層に影響を与えないで高輝度が得られる構造の半導体発
光素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、ＧａＡｓからなる基板と、該基板上にＡｌＧａ
ＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるｎ
形層、活性層および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からなる電流拡散層とを備え、前記活性層と電流
拡散層との間のｐ形層またはｎ形層が約２μｍ以上の厚
さに形成されている。
素子は、ＧａＡｓからなる基板と、該基板上にＡｌＧａ
ＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるｎ
形層、活性層および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からなる電流拡散層とを備え、前記活性層と電流
拡散層との間のｐ形層またはｎ形層が約２μｍ以上の厚
さに形成されている。
【０００７】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系材料が積層され
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。また、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体
とは、ＡｌとＧａとが合計で１になるように種々の割合
に変化し得る化合物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系材料が積層され
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。また、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体
とは、ＡｌとＧａとが合計で１になるように種々の割合
に変化し得る化合物であることを意味する。
【０００８】また、本発明の半導体発光素子の他の形態
は、ＧａＡｓからなる基板と、該基板上にＡｌＧａＩｎ
Ｐ系またはＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるｎ形
層、活性層および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Ｇ
ａＰからなる電流拡散層とを備え、前記電流拡散層が約
３〜約７μｍの厚さに形成されている。
は、ＧａＡｓからなる基板と、該基板上にＡｌＧａＩｎ
Ｐ系またはＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるｎ形
層、活性層および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Ｇ
ａＰからなる電流拡散層とを備え、前記電流拡散層が約
３〜約７μｍの厚さに形成されている。
【０００９】
【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。
【００１０】前述のように、本発明者らは可視光の赤色
系の半導体発光素子の輝度を向上させるため、鋭意検討
を重ねた結果、格子定数の異なる半導体層が積層される
ことにより格子歪みが発生し、その歪みが発光層となる
活性層に延びることにより、輝度の低下が顕著となるこ
とを見出した。そして、さらに鋭意検討を重ねた結果、
ＧａＰからなる電流拡散層と活性層との間のクラッド層
（たとえばｐ形層）を厚くすることにより、および／ま
たは電流拡散層を約３〜７μｍ程度と薄くすることによ
り、活性層への歪みの影響を小さくすることができ、輝
度を向上させることができることを見出した。
系の半導体発光素子の輝度を向上させるため、鋭意検討
を重ねた結果、格子定数の異なる半導体層が積層される
ことにより格子歪みが発生し、その歪みが発光層となる
活性層に延びることにより、輝度の低下が顕著となるこ
とを見出した。そして、さらに鋭意検討を重ねた結果、
ＧａＰからなる電流拡散層と活性層との間のクラッド層
（たとえばｐ形層）を厚くすることにより、および／ま
たは電流拡散層を約３〜７μｍ程度と薄くすることによ
り、活性層への歪みの影響を小さくすることができ、輝
度を向上させることができることを見出した。
【００１１】本発明の半導体発光素子は、図１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、たとえばＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなる
ｎ形クラッド層３、活性層４およびｐ形クラッド層５が
積層され発光層を形成する発光層形成部１１が設けられ
ている。そして、その発光層形成部１１の表面側にｐ形
ＧａＰからなる電流拡散層６が設けられている。本発明
では、前記活性層４と電流拡散層６との間のクラッド層
であるｐ形クラッド層５の厚さｔp が約２μｍ以上に形
成されているか、電流拡散層６の厚さｔw が約３〜７μ
ｍ程度と薄く形成されていることに特徴がある。
例の断面構造が示されるように、ｎ形のＧａＡｓ基板１
上に、たとえばＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなる
ｎ形クラッド層３、活性層４およびｐ形クラッド層５が
積層され発光層を形成する発光層形成部１１が設けられ
ている。そして、その発光層形成部１１の表面側にｐ形
ＧａＰからなる電流拡散層６が設けられている。本発明
では、前記活性層４と電流拡散層６との間のクラッド層
であるｐ形クラッド層５の厚さｔp が約２μｍ以上に形
成されているか、電流拡散層６の厚さｔw が約３〜７μ
ｍ程度と薄く形成されていることに特徴がある。
【００１２】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。このｐ形クラッ
ド層５の厚さはキャリアを活性層４内に閉じ込める作用
をすればよいため、通常は０.５μｍ程度の厚さに形成
されるが、本発明では、この厚さの最適値を検討した結
果、前述のように約２μｍ程度以上の厚さで形成するこ
とにより、良好な結果が得られた。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。このｐ形クラッ
ド層５の厚さはキャリアを活性層４内に閉じ込める作用
をすればよいため、通常は０.５μｍ程度の厚さに形成
されるが、本発明では、この厚さの最適値を検討した結
果、前述のように約２μｍ程度以上の厚さで形成するこ
とにより、良好な結果が得られた。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。
【００１３】電流拡散層６は、ｐ側電極８とのオーミッ
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。すなわち、
キャリア濃度が２×１０18〜２×１０19ｃｍ-3で、バン
ドギャップが大きく光を吸収しにくいＧａＰ層からなっ
ている。この電流拡散層６は、通常は電流をチップ内に
広く拡散させるため、１０〜７０μｍ程度の厚さに形成
されるが、本発明では、この厚さの最適値を検討した結
果、前述のように約３〜７μｍ程度に形成することによ
り、良好な結果が得られた。
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。すなわち、
キャリア濃度が２×１０18〜２×１０19ｃｍ-3で、バン
ドギャップが大きく光を吸収しにくいＧａＰ層からなっ
ている。この電流拡散層６は、通常は電流をチップ内に
広く拡散させるため、１０〜７０μｍ程度の厚さに形成
されるが、本発明では、この厚さの最適値を検討した結
果、前述のように約３〜７μｍ程度に形成することによ
り、良好な結果が得られた。
【００１４】前述の電流拡散層６の表面にＡｕ-Ｔｉ合
金、またはＡｕ-Ｇｅ-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。
金、またはＡｕ-Ｇｅ-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。
【００１５】つぎに、輝度を向上させるためにｐ形クラ
ッド層５および電流拡散層６の最適値を得るための検討
結果について説明をする。
ッド層５および電流拡散層６の最適値を得るための検討
結果について説明をする。
【００１６】まず、前述の構成で、電流拡散層６の厚さ
を５０μｍにしてｐ形クラッド層５以外の条件は全て同
じで、ｐ形クラッド層５の厚さｔp のみを０.２μｍ、
０.５μｍ、１μｍ、１.５μｍ、２μｍ、２.５μｍ、
３μｍ、３.５μｍと種々変えて製造し、同じ条件によ
りそれぞれの輝度を測定した。その結果を相対的な輝度
で図２に示す。図２から明らかなように、ｐ形クラッド
層５の厚さが約２μｍより小さいと輝度が低く、約２μ
ｍ以上の厚さにすることにより、輝度が向上して安定す
ることを見出した。これはｐ形クラッド層５の厚さｔp
が約２μｍ以上になると、ｐ形クラッド層５による光の
吸収が増加するものの、ｐ形クラッド層５と電流拡散層
６との格子定数の差に基づく格子歪みがｐ形クラッド層
５で止って、活性層４にまで及ばないためと考えられ
る。
を５０μｍにしてｐ形クラッド層５以外の条件は全て同
じで、ｐ形クラッド層５の厚さｔp のみを０.２μｍ、
０.５μｍ、１μｍ、１.５μｍ、２μｍ、２.５μｍ、
３μｍ、３.５μｍと種々変えて製造し、同じ条件によ
りそれぞれの輝度を測定した。その結果を相対的な輝度
で図２に示す。図２から明らかなように、ｐ形クラッド
層５の厚さが約２μｍより小さいと輝度が低く、約２μ
ｍ以上の厚さにすることにより、輝度が向上して安定す
ることを見出した。これはｐ形クラッド層５の厚さｔp
が約２μｍ以上になると、ｐ形クラッド層５による光の
吸収が増加するものの、ｐ形クラッド層５と電流拡散層
６との格子定数の差に基づく格子歪みがｐ形クラッド層
５で止って、活性層４にまで及ばないためと考えられ
る。
【００１７】つぎに、今度はｐ形クラッド層５の厚さを
０.５μｍで一定とし、また電流拡散層６以外の各層は
前回と同様に一定にし、電流拡散層６のみ、その厚さｔ
w を種々変化させてその発光特性を調べた。その結果、
１０μｍ以下の薄いほうで輝度が向上することを見出
し、さらに２〜８μｍの範囲で詳細に調べた結果を図３
に示す。なお、この場合も輝度は相対的な値で絶対値の
測定ではない。図３から明らかなように、５μｍ程度の
厚さのときに輝度が最も高く、それより厚くても薄くて
も輝度が低下することを見出した。すなわち、電流拡散
層６の厚さｔw を約３〜７μｍ程度の範囲にすることが
輝度を高く維持することができる。これは約３μｍより
薄いと電流の拡散を充分に行うことができず、発光面積
が小さくなって輝度が低下し、７μｍより厚くなるとｐ
形クラッド層との間の格子不整合による歪みが大きくな
り活性層にも影響を及ぼすためと考えられる。なお、電
流拡散層６の厚さｔw を１０μｍ程度以下にしたとき
は、電流を薄い層で充分に拡散させることができるよう
に、キャリア濃度を２×１０18〜２×１０19ｃｍ-3と高
くして行った。この電流を拡散させる方法としては、こ
のようなキャリア濃度を高くする代りに、その表面に、
たとえばＮｉ-Ａｕ合金などの光を透過させる程度に薄
い金属層を電流拡散用に設けることもできる。
０.５μｍで一定とし、また電流拡散層６以外の各層は
前回と同様に一定にし、電流拡散層６のみ、その厚さｔ
w を種々変化させてその発光特性を調べた。その結果、
１０μｍ以下の薄いほうで輝度が向上することを見出
し、さらに２〜８μｍの範囲で詳細に調べた結果を図３
に示す。なお、この場合も輝度は相対的な値で絶対値の
測定ではない。図３から明らかなように、５μｍ程度の
厚さのときに輝度が最も高く、それより厚くても薄くて
も輝度が低下することを見出した。すなわち、電流拡散
層６の厚さｔw を約３〜７μｍ程度の範囲にすることが
輝度を高く維持することができる。これは約３μｍより
薄いと電流の拡散を充分に行うことができず、発光面積
が小さくなって輝度が低下し、７μｍより厚くなるとｐ
形クラッド層との間の格子不整合による歪みが大きくな
り活性層にも影響を及ぼすためと考えられる。なお、電
流拡散層６の厚さｔw を１０μｍ程度以下にしたとき
は、電流を薄い層で充分に拡散させることができるよう
に、キャリア濃度を２×１０18〜２×１０19ｃｍ-3と高
くして行った。この電流を拡散させる方法としては、こ
のようなキャリア濃度を高くする代りに、その表面に、
たとえばＮｉ-Ａｕ合金などの光を透過させる程度に薄
い金属層を電流拡散用に設けることもできる。
【００１８】前述の構造の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１×１０ 17〜１×１０19ｃｍ-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
ＭＧを増やし、たとえばノンドープの（Ａｌ0.25Ｇａ
0.75）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、Ｈ2 Ｓｅ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３μｍ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１×１０ 17〜１×１０19ｃｍ-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
ＭＧを増やし、たとえばノンドープの（Ａｌ0.25Ｇａ
0.75）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、Ｈ2 Ｓｅ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３μｍ程度エピタキシャル
成長する。
【００１９】さらに、ドーパントガスのＤＭＺｎを導入
しながら、反応ガスをＴＭＧおよびＰＨ3 にして、Ｇａ
Ｐの成長を続け、キャリア濃度が２×１０18〜２×１０
19ｃｍ-3程度の電流拡散層６を５μｍ程度形成する。従
来はこの電流拡散層を非常に厚く形成しなければならな
いため、液相成長法などの異なる成長装置によりにより
成長しなければならなかったが、電流拡散層６がこの程
度の厚さであればＭＯＣＶＤ法により連続して成長する
ことができる。
しながら、反応ガスをＴＭＧおよびＰＨ3 にして、Ｇａ
Ｐの成長を続け、キャリア濃度が２×１０18〜２×１０
19ｃｍ-3程度の電流拡散層６を５μｍ程度形成する。従
来はこの電流拡散層を非常に厚く形成しなければならな
いため、液相成長法などの異なる成長装置によりにより
成長しなければならなかったが、電流拡散層６がこの程
度の厚さであればＭＯＣＶＤ法により連続して成長する
ことができる。
【００２０】ついで、真空蒸着装置にウェハを入れ、Ｎ
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-Ｇｅ-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。
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-Ｇｅ-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。
【００２１】たとえばＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体か
らなる発光層形成部上にＧａＰからなる電流拡散層が設
けられる構造において、電流拡散層と隣接する、たとえ
ばｐ形クラッド層が約２μｍ以上に形成される構造の本
発明によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体とＧａＰ
の格子定数の差に基づく歪みが、厚く設けられるｐ形ク
ラッド層により吸収されて活性層に歪みが及ぶのを防止
することができる。そのため、厚く形成されるクラッド
層による光の吸収が多少増加しても、活性層への歪みの
波及を防止する効果の方が大きくなり、輝度が向上す
る。
らなる発光層形成部上にＧａＰからなる電流拡散層が設
けられる構造において、電流拡散層と隣接する、たとえ
ばｐ形クラッド層が約２μｍ以上に形成される構造の本
発明によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体とＧａＰ
の格子定数の差に基づく歪みが、厚く設けられるｐ形ク
ラッド層により吸収されて活性層に歪みが及ぶのを防止
することができる。そのため、厚く形成されるクラッド
層による光の吸収が多少増加しても、活性層への歪みの
波及を防止する効果の方が大きくなり、輝度が向上す
る。
【００２２】また、ＧａＰ層からなる電流拡散層の厚さ
を約３〜７μｍと薄くする本発明によれば、ＡｌＧａＩ
ｎＰ系化合物半導体からなる発光層形成部に対して、Ｇ
ａＰ層がそれほど厚くならないため、電流拡散層でその
歪みが吸収されて活性層の方には余り歪みが延びない。
一方、電流拡散層が薄くなるとチップの全体に電流が拡
散しにくくなるが、電流拡散層のキャリア濃度を大きく
したり、電流拡散層の表面に光を透過させる程度の薄い
金属層が設けられることにより、電流を充分に拡散させ
ることができる。そのため、チップ面積の全体で発光
し、しかも活性層への歪みによる影響を受けることなく
高輝度の発光をすることができる。また、電流拡散層が
薄くなるため、発光層形成部の半導体層と同じ成長装置
により連続して成長をすることができるし、短時間で成
長をすることができる。
を約３〜７μｍと薄くする本発明によれば、ＡｌＧａＩ
ｎＰ系化合物半導体からなる発光層形成部に対して、Ｇ
ａＰ層がそれほど厚くならないため、電流拡散層でその
歪みが吸収されて活性層の方には余り歪みが延びない。
一方、電流拡散層が薄くなるとチップの全体に電流が拡
散しにくくなるが、電流拡散層のキャリア濃度を大きく
したり、電流拡散層の表面に光を透過させる程度の薄い
金属層が設けられることにより、電流を充分に拡散させ
ることができる。そのため、チップ面積の全体で発光
し、しかも活性層への歪みによる影響を受けることなく
高輝度の発光をすることができる。また、電流拡散層が
薄くなるため、発光層形成部の半導体層と同じ成長装置
により連続して成長をすることができるし、短時間で成
長をすることができる。
【００２３】なお、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に特定の例が示されているが、
これらの例には限定されない。
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に特定の例が示されているが、
これらの例には限定されない。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系また
はＡｌＧａＡｓ系の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
なる電流拡散層が設けられる半導体発光素子において
も、その格子定数の差に基づく歪みの影響を小さくして
高輝度の半導体発光素子が得られる。さらに電流拡散層
を薄くするため、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。
はＡｌＧａＡｓ系の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
なる電流拡散層が設けられる半導体発光素子において
も、その格子定数の差に基づく歪みの影響を小さくして
高輝度の半導体発光素子が得られる。さらに電流拡散層
を薄くするため、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。
【図１】本発明の半導体発光素子の一例の断面構造を示
す図である。
す図である。
【図２】本発明の半導体発光素子を得るためにｐ形クラ
ッド層の厚さを種々変化させたときの輝度の変化を示す
図である。
ッド層の厚さを種々変化させたときの輝度の変化を示す
図である。
【図３】本発明の半導体発光素子を得るために電流拡散
層の厚さを種々変化させたときの輝度の変化を示す図で
ある。
層の厚さを種々変化させたときの輝度の変化を示す図で
ある。
【図４】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 電流拡散層 １１ 発光層形成部
Claims (2)
- 【請求項１】 ＧａＡｓからなる基板と、該基板上にＡ
ｌＧａＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系化合物半導体から
なるｎ形層、活性層および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からなる電流拡散層とを備え、前記活性層
と電流拡散層との間のｐ形層またはｎ形層が約２μｍ以
上の厚さに形成されてなる半導体発光素子。 - 【請求項２】 ＧａＡｓからなる基板と、該基板上にＡ
ｌＧａＩｎＰ系またはＡｌＧａＡｓ系化合物半導体から
なるｎ形層、活性層および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からなる電流拡散層とを備え、前記電流拡
散層が約３〜約７μｍの厚さに形成されてなる半導体発
光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33544997A JP3253267B2 (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | 半導体発光素子 |
| US09/203,405 US6236067B1 (en) | 1997-12-05 | 1998-12-02 | Semiconductor light emitting device using an AlGaInP group or AlGaAs group material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33544997A JP3253267B2 (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11168237A true JPH11168237A (ja) | 1999-06-22 |
| JP3253267B2 JP3253267B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=18288692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33544997A Expired - Fee Related JP3253267B2 (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | 半導体発光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6236067B1 (ja) |
| JP (1) | JP3253267B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004128444A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-04-22 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子及びそれを用いた照明装置 |
| US7244630B2 (en) * | 2005-04-05 | 2007-07-17 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | A1InGaP LED having reduced temperature dependence |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5270246A (en) * | 1991-06-18 | 1993-12-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor multi-layer film and semiconductor laser |
| JPH0661525A (ja) | 1992-08-07 | 1994-03-04 | Hitachi Ltd | 発光ダイオード |
| JP3122324B2 (ja) | 1995-02-20 | 2001-01-09 | 三菱電線工業株式会社 | 半導体発光素子 |
| JP3233569B2 (ja) * | 1996-03-22 | 2001-11-26 | シャープ株式会社 | 半導体発光素子 |
| JP3807638B2 (ja) | 1997-01-29 | 2006-08-09 | シャープ株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-12-05 JP JP33544997A patent/JP3253267B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-12-02 US US09/203,405 patent/US6236067B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3253267B2 (ja) | 2002-02-04 |
| US6236067B1 (en) | 2001-05-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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