JPH11233815A - 半導体発光ダイオード - Google Patents
半導体発光ダイオードInfo
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- JPH11233815A JPH11233815A JP3072198A JP3072198A JPH11233815A JP H11233815 A JPH11233815 A JP H11233815A JP 3072198 A JP3072198 A JP 3072198A JP 3072198 A JP3072198 A JP 3072198A JP H11233815 A JPH11233815 A JP H11233815A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 所望の発光パターン及び高輝度で発光し、し
かも比較的簡単なプロセスにより作製できる構成を備え
た半導体発光ダイオードを提供する。 【解決手段】 本半導体発光ダイオード１０は、活性層
１６をクラッド層１４、１８で挟んだＡｌＧａＩｎＰ系
のダブルヘテロ接合構造と、上部ｐ型コンタクト層２０
及び開口２８を備えたリング状の上部電極２２とを有
し、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に形成されていて、上部ｐ
型コンタクト層及び上部電極の開口を通して光を取り出
す。上部ｐ型コンタクト層は、５×１０18ｃｍ-3以上の
キャリア濃度になるように不純物をドーピングした、Ａ
ｌ組成が０．５以上のＡｌＧａＡｓ、又はＡｌＧａＡｓ
Ｐからなる半導体層である。
かも比較的簡単なプロセスにより作製できる構成を備え
た半導体発光ダイオードを提供する。 【解決手段】 本半導体発光ダイオード１０は、活性層
１６をクラッド層１４、１８で挟んだＡｌＧａＩｎＰ系
のダブルヘテロ接合構造と、上部ｐ型コンタクト層２０
及び開口２８を備えたリング状の上部電極２２とを有
し、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に形成されていて、上部ｐ
型コンタクト層及び上部電極の開口を通して光を取り出
す。上部ｐ型コンタクト層は、５×１０18ｃｍ-3以上の
キャリア濃度になるように不純物をドーピングした、Ａ
ｌ組成が０．５以上のＡｌＧａＡｓ、又はＡｌＧａＡｓ
Ｐからなる半導体層である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ｎ型ＧａＡｓ基板
上に作製された可視光半導体発光ダイオード、特にＡｌ
ＧａＩｎＰ系のダブルヘテロ積層構造を備え、高輝度の
可視光半導体発光ダイオードに関するものである。
上に作製された可視光半導体発光ダイオード、特にＡｌ
ＧａＩｎＰ系のダブルヘテロ積層構造を備え、高輝度の
可視光半導体発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】情報処理技術の著しい進展に伴い、光通
信用、光媒体記録用及び画像表示用の光源として半導体
発光素子の需要が著しく増大している。特に、高輝度の
可視光発光ダイオード（以下、発光ダイオードをＬＥＤ
と略記する）は、画像表示用の有用な光源として、その
開発が強く要望されている。
信用、光媒体記録用及び画像表示用の光源として半導体
発光素子の需要が著しく増大している。特に、高輝度の
可視光発光ダイオード（以下、発光ダイオードをＬＥＤ
と略記する）は、画像表示用の有用な光源として、その
開発が強く要望されている。
【０００３】ＧａＡｓ基板に格子整合したＡｌＧａＩｎ
Ｐ系の混晶半導体は、良好なヘテロ接合を形成すること
ができることから、高輝度のＬＥＤを得るに適してお
り、赤から緑色の表示用高輝度ＬＥＤの形成材料とし
て、近年、多用されている。高輝度のＬＥＤを得るに
は、所定の限られた領域から光を取り出すことが必要で
あって、従来のＡｌＧａＩｎＰ系のＬＥＤでは、所定の
限られた領域から光を取り出す方式は種々あるものの、
基本的にはコンタクト層の形状により二つの形式に大別
される。
Ｐ系の混晶半導体は、良好なヘテロ接合を形成すること
ができることから、高輝度のＬＥＤを得るに適してお
り、赤から緑色の表示用高輝度ＬＥＤの形成材料とし
て、近年、多用されている。高輝度のＬＥＤを得るに
は、所定の限られた領域から光を取り出すことが必要で
あって、従来のＡｌＧａＩｎＰ系のＬＥＤでは、所定の
限られた領域から光を取り出す方式は種々あるものの、
基本的にはコンタクト層の形状により二つの形式に大別
される。
【０００４】一つの例は、図５に示すような形状のコン
タクト層を備えているＬＥＤである。図５（ａ）は従来
のＡｌＧａＩｎＰ系のＬＥＤの層構造を示す模式的断面
図、及び図５（ｂ）は図５（ａ）に示した従来のＬＥＤ
の発光パターンを示す図である。図５に示す従来のＬＥ
Ｄ５０は、順次、積層したｎ−ＡｌＧａＩｎＰの下部ク
ラッド層５４、活性層５６、及びｐ−ＡｌＧａＩｎＰの
上部クラッド層５８からなるダブルヘテロ接合構造をｎ
型Ｇa Ａs 基板５２上に備え、更に、上部電極と同じ外
径で同心円状にダブルヘテロ接合構造上に形成されたｐ
−Ｇa Ａs のコンタクト層６０、コンタクト層６０上に
形成され、円形中央開口６２を発光領域として有する上
部電極６４、及び、Ｇa Ａs 基板５２の裏面に形成され
たｎ側電極６６を有する。
タクト層を備えているＬＥＤである。図５（ａ）は従来
のＡｌＧａＩｎＰ系のＬＥＤの層構造を示す模式的断面
図、及び図５（ｂ）は図５（ａ）に示した従来のＬＥＤ
の発光パターンを示す図である。図５に示す従来のＬＥ
Ｄ５０は、順次、積層したｎ−ＡｌＧａＩｎＰの下部ク
ラッド層５４、活性層５６、及びｐ−ＡｌＧａＩｎＰの
上部クラッド層５８からなるダブルヘテロ接合構造をｎ
型Ｇa Ａs 基板５２上に備え、更に、上部電極と同じ外
径で同心円状にダブルヘテロ接合構造上に形成されたｐ
−Ｇa Ａs のコンタクト層６０、コンタクト層６０上に
形成され、円形中央開口６２を発光領域として有する上
部電極６４、及び、Ｇa Ａs 基板５２の裏面に形成され
たｎ側電極６６を有する。
【０００５】他方の例は、図６に示すような形状のコン
タクト層を備えているＬＥＤ７０である。図６（ａ）は
従来の別のＡｌＧａＩｎＰ系のＬＥＤの層構造を示す模
式的断面図、及び図６（ｂ）は図６（ａ）に示した従来
のＬＥＤの発光パターンを示す図である。図６に示す従
来のＬＥＤ７０は、ダブルヘテロ接合構造上にｐ−Ａｌ
Ｇa Ａsからなる電流拡散層７２と、上部電極６４と同
じ形状のｐ−Ｇa Ａs コンタクト層７４とを備えている
ことを除いて、図５に示すＬＥＤ５０と同じ構成を備え
ている。
タクト層を備えているＬＥＤ７０である。図６（ａ）は
従来の別のＡｌＧａＩｎＰ系のＬＥＤの層構造を示す模
式的断面図、及び図６（ｂ）は図６（ａ）に示した従来
のＬＥＤの発光パターンを示す図である。図６に示す従
来のＬＥＤ７０は、ダブルヘテロ接合構造上にｐ−Ａｌ
Ｇa Ａsからなる電流拡散層７２と、上部電極６４と同
じ形状のｐ−Ｇa Ａs コンタクト層７４とを備えている
ことを除いて、図５に示すＬＥＤ５０と同じ構成を備え
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】円形の発光領域６２を
備える図５のＬＥＤ５０は、ＧａＡｓに格子整合したＡ
ｌＧａＩｎＰ系のダブルヘテロ接合構造に整合させるた
めに、通常、ＧａＡｓのコンタクト層６０を成膜し、次
いでエッチングして円形のコンタクト層を形成し、その
上に円形の開口を発光領域として有するリング状の上部
電極６４を設けることにより、円形の発光パターンを得
ている。しかし、ＧａＡｓは発光波長に対して強い吸収
能を有しているため、ＬＥＤ５０では、コンタクト層に
よる放射光の吸収が大きく、ＬＥＤの輝度を低下させる
大きな要因となっていた。
備える図５のＬＥＤ５０は、ＧａＡｓに格子整合したＡ
ｌＧａＩｎＰ系のダブルヘテロ接合構造に整合させるた
めに、通常、ＧａＡｓのコンタクト層６０を成膜し、次
いでエッチングして円形のコンタクト層を形成し、その
上に円形の開口を発光領域として有するリング状の上部
電極６４を設けることにより、円形の発光パターンを得
ている。しかし、ＧａＡｓは発光波長に対して強い吸収
能を有しているため、ＬＥＤ５０では、コンタクト層に
よる放射光の吸収が大きく、ＬＥＤの輝度を低下させる
大きな要因となっていた。
【０００７】一方、上部電極と同じリング状のコンタク
ト層を有する図６に示すＬＥＤ７０は、上述のＧａＡｓ
コンタクト層の吸収による輝度低下を回避した従来例で
あって、吸収の大きいＧａＡｓコンタクト層７４をリン
グ状上部電極６４の直下の領域に限定して形成し、加え
て、注入電流を充分に拡散させるためにコンタクト層７
４の下に電流拡散層７２を設けている。これにより、コ
ンタクト層での放射光の吸収が小さくなって、高輝度の
発光が得られるものの、注入電流が上部電極の外側にも
広がってしまうため、発光効率が悪く、また、図６
（ｂ）に示すように、中央に空白が生じたドーナツ状の
発光パターンになって、満足できるような円形の発光パ
ターンにならないという欠点があった。
ト層を有する図６に示すＬＥＤ７０は、上述のＧａＡｓ
コンタクト層の吸収による輝度低下を回避した従来例で
あって、吸収の大きいＧａＡｓコンタクト層７４をリン
グ状上部電極６４の直下の領域に限定して形成し、加え
て、注入電流を充分に拡散させるためにコンタクト層７
４の下に電流拡散層７２を設けている。これにより、コ
ンタクト層での放射光の吸収が小さくなって、高輝度の
発光が得られるものの、注入電流が上部電極の外側にも
広がってしまうため、発光効率が悪く、また、図６
（ｂ）に示すように、中央に空白が生じたドーナツ状の
発光パターンになって、満足できるような円形の発光パ
ターンにならないという欠点があった。
【０００８】そこで、ＧａＡｓコンタクト層の吸収を回
避し、しかも円形に近い発光パターンを有するＬＥＤと
して、電極の外側の電流拡散層をエッチングして除去し
た図７に示すような構成のＬＥＤ８０が提案されてい
る。図７は従来の更に別のＬＥＤの層構造を示す模式的
断面図である。本ＬＥＤ８０は、ＡｌＧa Ａs からなる
ｐ−電流拡散層８２が上部電極６４及びコンタクト層７
４と同じ外径を備えた同心円状の円形層として形成され
ていることを除いて、図６に示すＬＥＤ７０と同じ構成
を備えている。図７に示すＬＥＤ８０は、上部電極の外
側での発光が抑制されるので、図６に示すＬＥＤよりも
発光効率が向上するものの、発光パターンがドーナツ状
になり易く、満足できるような円形にすることが難しい
という欠点があって、しかも電流拡散層を深くエッチン
グする工程が必要であるため、素子作製の工程数が増
え、プロセスが複雑になるという欠点があった。以上の
ように、従来のＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤには種々の問題
があって、所望の発光パターン及び高輝度で発光するＬ
ＥＤを比較的簡単なプロセスにより作製することは難し
かった。
避し、しかも円形に近い発光パターンを有するＬＥＤと
して、電極の外側の電流拡散層をエッチングして除去し
た図７に示すような構成のＬＥＤ８０が提案されてい
る。図７は従来の更に別のＬＥＤの層構造を示す模式的
断面図である。本ＬＥＤ８０は、ＡｌＧa Ａs からなる
ｐ−電流拡散層８２が上部電極６４及びコンタクト層７
４と同じ外径を備えた同心円状の円形層として形成され
ていることを除いて、図６に示すＬＥＤ７０と同じ構成
を備えている。図７に示すＬＥＤ８０は、上部電極の外
側での発光が抑制されるので、図６に示すＬＥＤよりも
発光効率が向上するものの、発光パターンがドーナツ状
になり易く、満足できるような円形にすることが難しい
という欠点があって、しかも電流拡散層を深くエッチン
グする工程が必要であるため、素子作製の工程数が増
え、プロセスが複雑になるという欠点があった。以上の
ように、従来のＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤには種々の問題
があって、所望の発光パターン及び高輝度で発光するＬ
ＥＤを比較的簡単なプロセスにより作製することは難し
かった。
【０００９】そこで、本発明の目的は、所望の発光パタ
ーンでかつ高輝度で発光し、しかも比較的簡単なプロセ
スにより作製できる構成を備えた半導体発光ダイオード
を提供することである。
ーンでかつ高輝度で発光し、しかも比較的簡単なプロセ
スにより作製できる構成を備えた半導体発光ダイオード
を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は、Ａｌ組成が
０．５以上のＡｌＧａＡｓ、又はＡｌＧａＡｓＰは、バ
ンドギャップがＧａＡｓに比較して大きいので、それに
よりコンタクト層を形成すれば、ＡｌＧａＩｎＰ系活性
層で発光した光に対してほぼ透明なコンタクト層とな
り、コンタクト層での光吸収を大幅に低減することがで
きること、及びコンタクト層に高濃度で同じ導電型の不
純物をドーピングすることによりキャリア濃度を高くし
てコンタクト層内での電流拡散を促進させ、これにより
従来設けていた電流拡散層を不要にすることを着想し、
実験を重ねて本発明を完成するに到った。
０．５以上のＡｌＧａＡｓ、又はＡｌＧａＡｓＰは、バ
ンドギャップがＧａＡｓに比較して大きいので、それに
よりコンタクト層を形成すれば、ＡｌＧａＩｎＰ系活性
層で発光した光に対してほぼ透明なコンタクト層とな
り、コンタクト層での光吸収を大幅に低減することがで
きること、及びコンタクト層に高濃度で同じ導電型の不
純物をドーピングすることによりキャリア濃度を高くし
てコンタクト層内での電流拡散を促進させ、これにより
従来設けていた電流拡散層を不要にすることを着想し、
実験を重ねて本発明を完成するに到った。
【００１１】上記目的を達成するために、得た知見に基
づいて、本発明に係る半導体発光ダイオードは、活性層
をクラッド層で挟んだＡｌＧａＩｎＰ系のダブルヘテロ
接合構造と、ｐ型コンタクト層を介してダブルヘテロ接
合構造上に設けられ、開口を有するｐ側電極とを備え、
ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成された半導体発光ダイオード
において、ｐ型コンタクト層は、５×１０18ｃｍ-3以上
のキャリア濃度になるようにｐ型不純物をドーピングし
た、Ａｌ組成が０．５以上のＡｌＧａＡｓ、又はＡｌＧ
ａＡｓＰからなる半導体層として形成され、ｐ型コンタ
クト層及びｐ側電極の開口を通して光を取り出すことを
特徴としている。
づいて、本発明に係る半導体発光ダイオードは、活性層
をクラッド層で挟んだＡｌＧａＩｎＰ系のダブルヘテロ
接合構造と、ｐ型コンタクト層を介してダブルヘテロ接
合構造上に設けられ、開口を有するｐ側電極とを備え、
ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成された半導体発光ダイオード
において、ｐ型コンタクト層は、５×１０18ｃｍ-3以上
のキャリア濃度になるようにｐ型不純物をドーピングし
た、Ａｌ組成が０．５以上のＡｌＧａＡｓ、又はＡｌＧ
ａＡｓＰからなる半導体層として形成され、ｐ型コンタ
クト層及びｐ側電極の開口を通して光を取り出すことを
特徴としている。
【００１２】本発明では、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体の結
晶成長法について制約はないが、通常、有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ）によることが多い。ところで、Ａｌ
組成比率の大きなＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓＰ
に、ＭＯＣＶＤ法で用いる最も一般的なｐ型ドーパント
であるＺｎを用いて５×１０18ｃｍ-3以上に高濃度にド
ーピングすることは非常に難しい。そこで、本発明で
は、ｐ型不純物として、カーボン（Ｃ）ドーパントを適
用することにより、５×１０18ｃｍ-3以上の不純物濃度
を得ることができる。高濃度にドーピングして、キャリ
ア濃度を高めることにより、電流拡散がコンタクト層内
で充分に進行するので、従来のＬＥＤで必要であった電
流拡散層が不要となる。従って、電流拡散層を形成する
工程を不要とする比較的簡単な作製プロセスにより、高
輝度で所望の発光パターンで発光する半導体発光ダイオ
ードを作製することができる。
晶成長法について制約はないが、通常、有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ）によることが多い。ところで、Ａｌ
組成比率の大きなＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓＰ
に、ＭＯＣＶＤ法で用いる最も一般的なｐ型ドーパント
であるＺｎを用いて５×１０18ｃｍ-3以上に高濃度にド
ーピングすることは非常に難しい。そこで、本発明で
は、ｐ型不純物として、カーボン（Ｃ）ドーパントを適
用することにより、５×１０18ｃｍ-3以上の不純物濃度
を得ることができる。高濃度にドーピングして、キャリ
ア濃度を高めることにより、電流拡散がコンタクト層内
で充分に進行するので、従来のＬＥＤで必要であった電
流拡散層が不要となる。従って、電流拡散層を形成する
工程を不要とする比較的簡単な作製プロセスにより、高
輝度で所望の発光パターンで発光する半導体発光ダイオ
ードを作製することができる。
【００１３】本発明の更に好適な実施態様では、誘電体
からなる低反射コーティング膜が、ｐ側電極の開口内で
ｐ型コンタクト層上に形成されている。また、別の好適
な実施態様では、本発明に係る半導体発光ダイオード
は、ｐ側電極の開口内でｐ型コンタクト層上に形成され
た誘電体からなる低反射コーティング膜と、ダブルヘテ
ロ接合構造とｎ型Ｇa Ａs 基板との間に設けられた、半
導体多層膜からなる反射鏡とを有する。ｐ型コンタクト
層の上に低反射膜を設けたり、更には、半導体多層膜か
らなる反射鏡を基板とダブルヘテロ接合構造との間に設
けることにより、活性層で発光した光を高い効率で取り
出すことができ、一層、高輝度の半導体発光ダイオード
を実現することができる。
からなる低反射コーティング膜が、ｐ側電極の開口内で
ｐ型コンタクト層上に形成されている。また、別の好適
な実施態様では、本発明に係る半導体発光ダイオード
は、ｐ側電極の開口内でｐ型コンタクト層上に形成され
た誘電体からなる低反射コーティング膜と、ダブルヘテ
ロ接合構造とｎ型Ｇa Ａs 基板との間に設けられた、半
導体多層膜からなる反射鏡とを有する。ｐ型コンタクト
層の上に低反射膜を設けたり、更には、半導体多層膜か
らなる反射鏡を基板とダブルヘテロ接合構造との間に設
けることにより、活性層で発光した光を高い効率で取り
出すことができ、一層、高輝度の半導体発光ダイオード
を実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、本発明に係る半導体発光ダイオードの
実施形態の一例であって、図１（ａ）は本実施形態例の
半導体発光ダイオードの層構造を示す模式的断面図、図
１（ｂ）は本実施形態例の半導体発光ダイオードの発光
パターンを示す図である。本実施形態例の半導体発光ダ
イオード（以下、簡単にＬＥＤと言う）１０は、図１
（ａ）に示すように、ｎ型Ｇa Ａs 基板１２と、Ｇa Ａ
s 基板１２上に形成されたダブルヘテロ接合構造と、ダ
ブルヘテロ接合構造上にｐ側電極２２と同じ外径で同心
円状に形成された円形のｐ型コンタクト層２０と、ｐ側
電極２２と、コンタクト２０とｐ側電極２２との間に設
けられたＧa Ａs の保護層２４と、Ｇa Ａs 基板１２の
裏面に設けれたｎ側電極２６とを有する。ダブルヘテロ
接合構造は、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰの下部クラッド層１
４、Ｇa ＩｎＰの活性層１６及びｐ−ＡｌＧａＩｎＰの
上部クラッド層１８からなる。
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、本発明に係る半導体発光ダイオードの
実施形態の一例であって、図１（ａ）は本実施形態例の
半導体発光ダイオードの層構造を示す模式的断面図、図
１（ｂ）は本実施形態例の半導体発光ダイオードの発光
パターンを示す図である。本実施形態例の半導体発光ダ
イオード（以下、簡単にＬＥＤと言う）１０は、図１
（ａ）に示すように、ｎ型Ｇa Ａs 基板１２と、Ｇa Ａ
s 基板１２上に形成されたダブルヘテロ接合構造と、ダ
ブルヘテロ接合構造上にｐ側電極２２と同じ外径で同心
円状に形成された円形のｐ型コンタクト層２０と、ｐ側
電極２２と、コンタクト２０とｐ側電極２２との間に設
けられたＧa Ａs の保護層２４と、Ｇa Ａs 基板１２の
裏面に設けれたｎ側電極２６とを有する。ダブルヘテロ
接合構造は、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰの下部クラッド層１
４、Ｇa ＩｎＰの活性層１６及びｐ−ＡｌＧａＩｎＰの
上部クラッド層１８からなる。
【００１５】本実施形態例では、コンタクト層２０は、
キャリア濃度が３×１０19ｃｍ-3と非常に高濃度にカー
ボンでドーピングされ、かつＡｌ組成が０．９のＡｌＧ
ａＡｓ層である。ｐ側電極２２は、図１（ａ）に示すよ
うに、発光領域２８として中央の円形開口２８を有する
リング状の電極である。保護層２４は、コンタクト層２
０の酸化を防止するために、コンタクト層２０とｐ側電
極２２との間でかつｐ側電極２２の真下に、ｐ側電極２
２と同じ形状で形成されている。
キャリア濃度が３×１０19ｃｍ-3と非常に高濃度にカー
ボンでドーピングされ、かつＡｌ組成が０．９のＡｌＧ
ａＡｓ層である。ｐ側電極２２は、図１（ａ）に示すよ
うに、発光領域２８として中央の円形開口２８を有する
リング状の電極である。保護層２４は、コンタクト層２
０の酸化を防止するために、コンタクト層２０とｐ側電
極２２との間でかつｐ側電極２２の真下に、ｐ側電極２
２と同じ形状で形成されている。
【００１６】本実施形態例のＬＥＤ１０を作製するに
は、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、ＭＯＣＶＤ法により、
順次、下部クラッド層１４、活性層１６、及び、上部ク
ラッド層１８をエピタキシャル成長させる。成長条件
は、温度が６７０℃、反応ガス中のＶ／III 比が２５０
である。次いで、上部クラッド層１８上に、温度５００
℃、Ｖ／III 比１０の条件で、ＭＯＣＶＤ法によりコン
タクト層２０をエピタキシャル成長させる。この条件を
用いることにより、キャリア濃度が３×１０19ｃｍ-3と
非常に高濃度ののカーボンがドーピングされる。更に、
コンタクト層２０上に、温度６７０℃、Ｖ／III比２５
０の条件で、ＭＯＣＶＤ法により保護層２４をエピタキ
シャル成長させる。次いで、フォトリソグラフィ及び化
学エッチングにより保護層２４とコンタクト層２０を所
定形状にエッチングする。続いて、フォトリソグラフィ
により電極パターンを形成した後、金属を蒸着させてｐ
側電極２２を形成する。更に、基板１２を所定の厚さま
で研磨した後、金属を蒸着させてｎ側電極２４を形成し
て、ＬＥＤ１０が完成する。
は、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、ＭＯＣＶＤ法により、
順次、下部クラッド層１４、活性層１６、及び、上部ク
ラッド層１８をエピタキシャル成長させる。成長条件
は、温度が６７０℃、反応ガス中のＶ／III 比が２５０
である。次いで、上部クラッド層１８上に、温度５００
℃、Ｖ／III 比１０の条件で、ＭＯＣＶＤ法によりコン
タクト層２０をエピタキシャル成長させる。この条件を
用いることにより、キャリア濃度が３×１０19ｃｍ-3と
非常に高濃度ののカーボンがドーピングされる。更に、
コンタクト層２０上に、温度６７０℃、Ｖ／III比２５
０の条件で、ＭＯＣＶＤ法により保護層２４をエピタキ
シャル成長させる。次いで、フォトリソグラフィ及び化
学エッチングにより保護層２４とコンタクト層２０を所
定形状にエッチングする。続いて、フォトリソグラフィ
により電極パターンを形成した後、金属を蒸着させてｐ
側電極２２を形成する。更に、基板１２を所定の厚さま
で研磨した後、金属を蒸着させてｎ側電極２４を形成し
て、ＬＥＤ１０が完成する。
【００１７】実施形態例２ 本実施形態例は、本発明に係るＬＥＤの実施形態の別の
例であって、図２（ａ）は本実施形態例のＬＥＤの層構
造を示す模式的断面図、図２（ｂ）は本実施形態例のＬ
ＥＤの発光パターンを示す図である。本実施形態例のＬ
ＥＤ３０は、実施形態例１と同じ構成で、基板１２と、
下部クラッド層１４、活性層１６及び上部クラッド層１
８とからなる基板１２上に形成されたダブルヘテロ接合
構造と、ダブルヘテロ接合構造上に形成されたコンタク
ト層２０とを備えている。ＬＥＤ３０は、更に、コンタ
クト層２０と同じ形状のＧa Ａs の保護層３２、実施形
態例１と同じ構成のｐ側電極２２、ｎ側電極２６及びｐ
側電極２２の開口を埋めるようにしてコーティング成膜
された反射率の低いＳｉＮ反射膜３４を備えている。Ｓ
ｉＮ反射膜３４は、その光路長が発光波長の１／４とな
るように約１００ｎｍの膜厚を有する。
例であって、図２（ａ）は本実施形態例のＬＥＤの層構
造を示す模式的断面図、図２（ｂ）は本実施形態例のＬ
ＥＤの発光パターンを示す図である。本実施形態例のＬ
ＥＤ３０は、実施形態例１と同じ構成で、基板１２と、
下部クラッド層１４、活性層１６及び上部クラッド層１
８とからなる基板１２上に形成されたダブルヘテロ接合
構造と、ダブルヘテロ接合構造上に形成されたコンタク
ト層２０とを備えている。ＬＥＤ３０は、更に、コンタ
クト層２０と同じ形状のＧa Ａs の保護層３２、実施形
態例１と同じ構成のｐ側電極２２、ｎ側電極２６及びｐ
側電極２２の開口を埋めるようにしてコーティング成膜
された反射率の低いＳｉＮ反射膜３４を備えている。Ｓ
ｉＮ反射膜３４は、その光路長が発光波長の１／４とな
るように約１００ｎｍの膜厚を有する。
【００１８】本実施形態例のＬＥＤ３０を作製するに
は、実施形態例１と同じ成膜条件で、基板１２上にダブ
ルヘテロ接合構造を形成し、更に、コンタクト層２０及
びＧaＡs 保護層３２を成膜する。次いで、フォトリソ
グラフィ及び化学エッチングにより保護層３２とコンタ
クト層２０をエッチングして所定の円形形状にパターニ
ングする。次に、ＳｉＮ誘電体膜３４を約１００ｎｍ積
層する。更に、フォトリソグラフィとエッチングにより
ｐ側電極２２の形成領域内のＳｉＮ誘電体膜３４を除去
し、保護層３２を露出させる。続いて、フォトリソグラ
フィにより電極パターンを形成した後、金属を蒸着して
ｐ側電極２２を形成する。更に、基板１２を所定の厚さ
まで研磨した後、金属を蒸着させてｎ側電極２６を形成
して、ＬＥＤ３０が完成する。
は、実施形態例１と同じ成膜条件で、基板１２上にダブ
ルヘテロ接合構造を形成し、更に、コンタクト層２０及
びＧaＡs 保護層３２を成膜する。次いで、フォトリソ
グラフィ及び化学エッチングにより保護層３２とコンタ
クト層２０をエッチングして所定の円形形状にパターニ
ングする。次に、ＳｉＮ誘電体膜３４を約１００ｎｍ積
層する。更に、フォトリソグラフィとエッチングにより
ｐ側電極２２の形成領域内のＳｉＮ誘電体膜３４を除去
し、保護層３２を露出させる。続いて、フォトリソグラ
フィにより電極パターンを形成した後、金属を蒸着して
ｐ側電極２２を形成する。更に、基板１２を所定の厚さ
まで研磨した後、金属を蒸着させてｎ側電極２６を形成
して、ＬＥＤ３０が完成する。
【００１９】実施形態例３ 本実施形態例は、本発明に係るＬＥＤの実施形態の更に
別の例であって、図３（ａ）は本実施形態例のＬＥＤの
層構造を示す模式的断面図、図３（ｂ）は本実施形態例
のＬＥＤの発光パターンを示す図である。本実施形態例
のＬＥＤ４０は、基板１２と下部クラッド層１４との間
に多層膜からなる多重反射鏡４２を備えることを除い
て、実施形態例１と同じ構成で、基板１２と、下部クラ
ッド層１４、活性層１６及び上部クラッド層１８とから
なる基板１２上に形成されたダブルヘテロ接合構造と、
ダブルヘテロ接合構造上に形成されたコンタクト層２０
とを備えている。ＬＥＤ４０は、実施形態例２と同じ構
成で、保護層３２、低反射性ＳｉＮ反射膜３４及びｐ側
電極２２を有し、更にｎ側電極２６を備えている。基板
１２と下部クラッド層１４との間に設けられた多重反射
鏡４２は、ＭＯＣＶＤ法により成膜された、膜厚４０ｎ
ｍのｎ−（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 ）ＩｎＰ４２Ａと、膜厚６
０ｎｍのｎ−（Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 ）ＩｎＰ４２Ｂとの２
層膜を１０周期繰り返してなる多層膜の反射鏡である。
なお、多重反射鏡４２は、本実施形態例で用いた材料に
限定されず、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ／ＡｌＡｓ
や、Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ／Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐなどの
組み合わせを用いることができる。
別の例であって、図３（ａ）は本実施形態例のＬＥＤの
層構造を示す模式的断面図、図３（ｂ）は本実施形態例
のＬＥＤの発光パターンを示す図である。本実施形態例
のＬＥＤ４０は、基板１２と下部クラッド層１４との間
に多層膜からなる多重反射鏡４２を備えることを除い
て、実施形態例１と同じ構成で、基板１２と、下部クラ
ッド層１４、活性層１６及び上部クラッド層１８とから
なる基板１２上に形成されたダブルヘテロ接合構造と、
ダブルヘテロ接合構造上に形成されたコンタクト層２０
とを備えている。ＬＥＤ４０は、実施形態例２と同じ構
成で、保護層３２、低反射性ＳｉＮ反射膜３４及びｐ側
電極２２を有し、更にｎ側電極２６を備えている。基板
１２と下部クラッド層１４との間に設けられた多重反射
鏡４２は、ＭＯＣＶＤ法により成膜された、膜厚４０ｎ
ｍのｎ−（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 ）ＩｎＰ４２Ａと、膜厚６
０ｎｍのｎ−（Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 ）ＩｎＰ４２Ｂとの２
層膜を１０周期繰り返してなる多層膜の反射鏡である。
なお、多重反射鏡４２は、本実施形態例で用いた材料に
限定されず、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ／ＡｌＡｓ
や、Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ／Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐなどの
組み合わせを用いることができる。
【００２０】本実施形態例のＬＥＤ４０を作製するに
は、基板１２上に、ＭＯＣＶＤ法により、温度６７０
℃、Ｖ／III 比２５０の成膜条件で、膜厚４０ｎｍのｎ
−（Ａｌ 0.1 Ｇａ0.9 ）ＩｎＰ４２Ａと、膜厚６０ｎｍ
のｎ−（Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 ）ＩｎＰ４２Ｂとの２層膜を
１０周期繰り返して、多重反射鏡４２を形成する。次い
で、実施形態例２と同様にして、基板１２上にダブルヘ
テロ接合構造を形成し、更に、コンタクト層２０、Ｇa
Ａs 保護層３２、ＳｉＮ誘電体膜３４、及びｐ、ｎ電極
２２、２６を形成する。
は、基板１２上に、ＭＯＣＶＤ法により、温度６７０
℃、Ｖ／III 比２５０の成膜条件で、膜厚４０ｎｍのｎ
−（Ａｌ 0.1 Ｇａ0.9 ）ＩｎＰ４２Ａと、膜厚６０ｎｍ
のｎ−（Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 ）ＩｎＰ４２Ｂとの２層膜を
１０周期繰り返して、多重反射鏡４２を形成する。次い
で、実施形態例２と同様にして、基板１２上にダブルヘ
テロ接合構造を形成し、更に、コンタクト層２０、Ｇa
Ａs 保護層３２、ＳｉＮ誘電体膜３４、及びｐ、ｎ電極
２２、２６を形成する。
【００２１】実験例 実施形態例１〜３のＬＥＤ１０、３０、４０の発光特性
を評価するために、発光パターンを検査したところ、Ｌ
ＥＤ１０、３０、４０の発光パターンは、それぞれ、図
１（ｂ）、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、い
ずれも、輪郭の明瞭な円形パターンを示した。また、電
極間に注入する電流強度と光出力との関係をＬＥＤ１
０、３０、４０について測定し、更に、比較のために図
７に示す従来のＬＥＤ８０についても同じ関係を測定し
て、図４に示す結果を得た。図４に示すように、実施形
態例１、２及び３のＬＥＤは、いずれも、従来のＬＥＤ
に比べて、同じ注入電流強度で大きな光出力を示し、反
射機構を備える実施形態例３のＬＥＤ４０は、特に優れ
た高輝度の発光特性を有する。図４で、グラフ１、２及
び３は、それぞれ、実施形態例１、２及び３の特性を示
すグラフであり、グラフ４は従来のＬＥＤの特性を示す
グラフである。
を評価するために、発光パターンを検査したところ、Ｌ
ＥＤ１０、３０、４０の発光パターンは、それぞれ、図
１（ｂ）、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、い
ずれも、輪郭の明瞭な円形パターンを示した。また、電
極間に注入する電流強度と光出力との関係をＬＥＤ１
０、３０、４０について測定し、更に、比較のために図
７に示す従来のＬＥＤ８０についても同じ関係を測定し
て、図４に示す結果を得た。図４に示すように、実施形
態例１、２及び３のＬＥＤは、いずれも、従来のＬＥＤ
に比べて、同じ注入電流強度で大きな光出力を示し、反
射機構を備える実施形態例３のＬＥＤ４０は、特に優れ
た高輝度の発光特性を有する。図４で、グラフ１、２及
び３は、それぞれ、実施形態例１、２及び３の特性を示
すグラフであり、グラフ４は従来のＬＥＤの特性を示す
グラフである。
【００２２】上述の実験例から明らかなように、本実施
形態例のＬＥＤは、従来の方法に比べて工程数の殆ど増
えない比較的簡単なプロセスで作製でき、しかも高輝
度、かつ所望の円形発光パターンで発光する可視光ＬＥ
Ｄであると評価できる。また、実施形態例１〜３では、
バルク構造の活性層の例を示したが、量子井戸構造の活
性層を有するＬＥＤにも本発明を好適に適用でき、同様
の効果を奏することができる。
形態例のＬＥＤは、従来の方法に比べて工程数の殆ど増
えない比較的簡単なプロセスで作製でき、しかも高輝
度、かつ所望の円形発光パターンで発光する可視光ＬＥ
Ｄであると評価できる。また、実施形態例１〜３では、
バルク構造の活性層の例を示したが、量子井戸構造の活
性層を有するＬＥＤにも本発明を好適に適用でき、同様
の効果を奏することができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、ｎ型ＧａＡｓ基板上に
形成された半導体発光ダイオードの上部ｐ型コンタクト
層を、特定のキャリア濃度になるように不純物をドーピ
ングした、特定のＡｌ組成比のＡｌＧａＡｓ、又はＡｌ
ＧａＡｓＰからなる半導体層として形成することによ
り、コンタクト層での光吸収を低減させて、高輝度で所
望の発光パターンで発光し、しかも比較的簡単なプロセ
スで作製できる可視光半導体レーザを実現している。
形成された半導体発光ダイオードの上部ｐ型コンタクト
層を、特定のキャリア濃度になるように不純物をドーピ
ングした、特定のＡｌ組成比のＡｌＧａＡｓ、又はＡｌ
ＧａＡｓＰからなる半導体層として形成することによ
り、コンタクト層での光吸収を低減させて、高輝度で所
望の発光パターンで発光し、しかも比較的簡単なプロセ
スで作製できる可視光半導体レーザを実現している。
【図１】図１（ａ）は実施形態例１のＬＥＤの層構造を
示す模式的断面図、図１（ｂ）は実施形態例１のＬＥＤ
の発光パターンを示す図である。
示す模式的断面図、図１（ｂ）は実施形態例１のＬＥＤ
の発光パターンを示す図である。
【図２】図２（ａ）は実施形態例２のＬＥＤの層構造を
示す模式的断面図、図２（ｂ）は実施形態例２のＬＥＤ
の発光パターンを示す図である。
示す模式的断面図、図２（ｂ）は実施形態例２のＬＥＤ
の発光パターンを示す図である。
【図３】図３（ａ）は実施形態例３のＬＥＤの層構造を
示す模式的断面図、図３（ｂ）は実施形態例３のＬＥＤ
の発光パターンを示す図である。
示す模式的断面図、図３（ｂ）は実施形態例３のＬＥＤ
の発光パターンを示す図である。
【図４】注入電流と光出力との関係を示すグラフであ
る。
る。
【図５】図５（ａ）は従来のＬＥＤの層構造を示す模式
的断面図、及び図５（ｂ）は図５（ａ）に示した従来の
ＬＥＤの発光パターンを示す図である。
的断面図、及び図５（ｂ）は図５（ａ）に示した従来の
ＬＥＤの発光パターンを示す図である。
【図６】図６（ａ）は従来の別のＬＥＤの層構造を示す
模式的断面図、及び図６（ｂ）は図６（ａ）に示した従
来の別のＬＥＤの発光パターンを示す図である。
模式的断面図、及び図６（ｂ）は図６（ａ）に示した従
来の別のＬＥＤの発光パターンを示す図である。
【図７】従来の更に別のＬＥＤの層構造を示す模式的断
面図である。
面図である。
１０ 実施形態例１の半導体発光ダイオード １２ ｎ型Ｇa Ａs 基板 １４ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層 １６ Ｇa ＩｎＰからなる活性層 １８ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰからなる上部クラッド層 ２０ Ａｌの組成比率が０．５のｐ−ＡｌＧa Ａs から
なるコンタクト層 ２２ ｐ側電極 ２４ Ｇa Ａs からなる保護層 ２６ ｎ側電極 ２８ 発光領域 ３０ 実施形態例２の半導体発光ダイオード ３２ Ｇa Ａs からなる保護層 ３４ ＳｉＮ反射膜 ４０ 実施形態例３の半導体発光ダイオード ４２ 多重反射鏡（４２Ａ／４２Ｂの２層膜を１０周期
繰り返した多層膜 ４２Ａ 膜厚４０ｎｍのｎ−（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 ）Ｉｎ
Ｐ層 ４２Ｂ ６０ｎｍのｎ−（Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 ）ＩｎＰ層 ５０ 従来の半導体発光ダイオード ５２ ｎ型Ｇa Ａs 基板５２ ５４ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層 ５６ 活性層 ５８ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰからなる上部クラッド層 ６０ ｐ−Ｇa Ａs からなるコンタクト層 ６２ 発光領域 ６４ ｐ側電極 ６６ ｎ側電極 ７０ 従来の別の半導体発光ダイオード ７２ ｐ−ＡｌＧa Ａs からなる電流拡散層 ７４ ｐ−Ｇa Ａs からなるコンタクト層 ８０ 従来の更に別の半導体発光ダイオード ８２ ｐ−ＡｌＧa Ａs からなる電流拡散層
なるコンタクト層 ２２ ｐ側電極 ２４ Ｇa Ａs からなる保護層 ２６ ｎ側電極 ２８ 発光領域 ３０ 実施形態例２の半導体発光ダイオード ３２ Ｇa Ａs からなる保護層 ３４ ＳｉＮ反射膜 ４０ 実施形態例３の半導体発光ダイオード ４２ 多重反射鏡（４２Ａ／４２Ｂの２層膜を１０周期
繰り返した多層膜 ４２Ａ 膜厚４０ｎｍのｎ−（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 ）Ｉｎ
Ｐ層 ４２Ｂ ６０ｎｍのｎ−（Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 ）ＩｎＰ層 ５０ 従来の半導体発光ダイオード ５２ ｎ型Ｇa Ａs 基板５２ ５４ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなる下部クラッド層 ５６ 活性層 ５８ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰからなる上部クラッド層 ６０ ｐ−Ｇa Ａs からなるコンタクト層 ６２ 発光領域 ６４ ｐ側電極 ６６ ｎ側電極 ７０ 従来の別の半導体発光ダイオード ７２ ｐ−ＡｌＧa Ａs からなる電流拡散層 ７４ ｐ−Ｇa Ａs からなるコンタクト層 ８０ 従来の更に別の半導体発光ダイオード ８２ ｐ−ＡｌＧa Ａs からなる電流拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 粕川 秋彦 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 活性層をクラッド層で挟んだＡｌＧａＩ
ｎＰ系のダブルヘテロ接合構造と、ｐ型コンタクト層を
介してダブルヘテロ接合構造上に設けられ、開口を有す
るｐ側電極とを備えて、ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成され
た半導体発光ダイオードにおいて、 ｐ型コンタクト層は、５×１０18ｃｍ-3以上のキャリア
濃度になるようにｐ型不純物をドーピングした、Ａｌ組
成が０．５以上のＡｌＧａＡｓ、又はＡｌＧａＡｓＰか
らなる半導体層として形成され、 ｐ型コンタクト層及びｐ側電極の開口を通して光を取り
出すことを特徴とする半導体発光ダイオード。 - 【請求項２】 ｐ型コンタクト層を形成するＡｌＧａＡ
ｓ、又はＡｌＧａＡｓＰ層にドーピングされたｐ型不純
物が、炭素（Ｃ）であることを特徴とする請求項１に記
載された半導体発光ダイオード。 - 【請求項３】 誘電体からなる低反射コーティング膜
が、ｐ側電極の開口内でｐ型コンタクト層上に形成され
ていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体
発光ダイオード。 - 【請求項４】 ｐ側電極の開口内でｐ型コンタクト層上
に形成された誘電体からなる低反射コーティング膜と、 ダブルヘテロ接合構造とｎ型Ｇa Ａs 基板との間に設け
られた、半導体多層膜からなる反射鏡とを有することを
特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光ダイオー
ド。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3072198A JPH11233815A (ja) | 1998-02-13 | 1998-02-13 | 半導体発光ダイオード |
| TW088102145A TW411633B (en) | 1998-02-13 | 1999-02-11 | Semiconductor luminous diode |
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