JPS5923578A - 発光半導体装置 - Google Patents
発光半導体装置Info
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- JPS5923578A JPS5923578A JP57133451A JP13345182A JPS5923578A JP S5923578 A JPS5923578 A JP S5923578A JP 57133451 A JP57133451 A JP 57133451A JP 13345182 A JP13345182 A JP 13345182A JP S5923578 A JPS5923578 A JP S5923578A
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
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- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 claims description 23
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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
- H01L33/0004—Devices characterised by their operation
- H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は発光半導体装置に関するものであり、特に、四
層のエピタキシャル層を有する高輝度発光半導体装置に
関する。
層のエピタキシャル層を有する高輝度発光半導体装置に
関する。
従来例の構成とその問題点
燐化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等
の■−■族化合物半導体を用いた発光素子は、現在広い
分野で使用されている。このような応用分野の拡大にと
もない、よシ一層の高効率化が強く求められ、市販され
ている各種発光素子も、最近の数年間に、一般に数１ｏ
％の効率の向上がなされている。しかしながら、５５５
ｎｍ の発光波長を有するＧａＰ純緑色発光ダイオー
ド責以後、発光ダイオードをＬＥＤと略称する。）は、
現在でも効率が０．０７％と低い。これは発光が結晶中
の自由エキシトンによるだめ、結晶性の良否の影響、例
えばエッチピット密度等の影響を大きく受けるためであ
る。
の■−■族化合物半導体を用いた発光素子は、現在広い
分野で使用されている。このような応用分野の拡大にと
もない、よシ一層の高効率化が強く求められ、市販され
ている各種発光素子も、最近の数年間に、一般に数１ｏ
％の効率の向上がなされている。しかしながら、５５５
ｎｍ の発光波長を有するＧａＰ純緑色発光ダイオー
ド責以後、発光ダイオードをＬＥＤと略称する。）は、
現在でも効率が０．０７％と低い。これは発光が結晶中
の自由エキシトンによるだめ、結晶性の良否の影響、例
えばエッチピット密度等の影響を大きく受けるためであ
る。
第１図は通常用いられているＧａＰ純緑色ＬＥＤの断面
である。ｎ形ＧａＰ基板１上にｎ形のＧａＰエピタキシ
ャル層２、その上にｐ形ＧａＰエピタキシャル層３を形
成した三層構造で、ｎおよびｐ側電極４，５を設けてい
る。
である。ｎ形ＧａＰ基板１上にｎ形のＧａＰエピタキシ
ャル層２、その上にｐ形ＧａＰエピタキシャル層３を形
成した三層構造で、ｎおよびｐ側電極４，５を設けてい
る。
第２図は第１図の構造を有するＬＥＤの発光効率とエッ
チピット密度との関係の一例を示す。エッチピット密度
としてｐ形ＧａＰエピタキシャル層３内のものをとって
いる。同図から明らかな様にエッチピット密度の減少と
ともに発光効率が増加するのがわかる。高効率化のため
にはこのようにｐｎ接合界面のエッチピット密度（以後
、Ｅ、Ｐ、Ｄと略称する）を減少することが不可欠とな
り、そのだめには基板ウェー・・として低Ｅ、Ｐ、Ｄ
のものを使用するとともに、エピタキシャル層を厚くし
基板Ｅ、Ｐ、Ｄの影響を緩和することが効果的である。
チピット密度との関係の一例を示す。エッチピット密度
としてｐ形ＧａＰエピタキシャル層３内のものをとって
いる。同図から明らかな様にエッチピット密度の減少と
ともに発光効率が増加するのがわかる。高効率化のため
にはこのようにｐｎ接合界面のエッチピット密度（以後
、Ｅ、Ｐ、Ｄと略称する）を減少することが不可欠とな
り、そのだめには基板ウェー・・として低Ｅ、Ｐ、Ｄ
のものを使用するとともに、エピタキシャル層を厚くし
基板Ｅ、Ｐ、Ｄの影響を緩和することが効果的である。
第３図はこの効果を示すものであり、Ｅ、Ｐ、Ｄとエピ
タキシャル層２の厚さとの関係を示す図である。同図か
ら明らかな様に、厚さの増大とともにＥ、Ｐ、Ｄは減少
している。
タキシャル層２の厚さとの関係を示す図である。同図か
ら明らかな様に、厚さの増大とともにＥ、Ｐ、Ｄは減少
している。
一方、ＧａＰ純緑色ＬＥＤでは溌光波長が５５５ｎｍで
あり、ＧａＰの吸収端に近いため、発光した光の再吸収
が大きくなる。そのだめ、発光領域としては外部表面に
近いほど有利となシ、第１図の構造ではｐ影領域３で主
に発光する方が有牙りとなる。
あり、ＧａＰの吸収端に近いため、発光した光の再吸収
が大きくなる。そのだめ、発光領域としては外部表面に
近いほど有利となシ、第１図の構造ではｐ影領域３で主
に発光する方が有牙りとなる。
従って、ｐ領域への注入効率を向上させたｎ″−ｐ−構
造が適したものとなり、ｎエピタキシャル層２のキャリ
ア濃度を、たとえば、〜ＩＸＩＣ）ｃｒｎ 程度となし
て、ｐエピタキシャル層３のそれよりも高くする必要が
生じる。
造が適したものとなり、ｎエピタキシャル層２のキャリ
ア濃度を、たとえば、〜ＩＸＩＣ）ｃｒｎ 程度となし
て、ｐエピタキシャル層３のそれよりも高くする必要が
生じる。
以−トのように、ＧａＰ純緑色ＬＥＤでは高効率化を図
るためには、ｎエピタキシャル層２の厚さの増大と、キ
ャリア濃度の増大が必要となる。しかしながら、ｎエピ
タキシャル層２の厚さの増大は、発光した光のこの領域
での吸収を大きくシ、裏面反射効果を減少させるため逆
に発光効率は減少するという傾向が生じる。このように
、Ｅ、Ｐ、Ｄ減少のだめのｎエピタキシャル層の厚みの
増大と、注入効率の向上のだめの高キャリア濃度とは相
反する関係となる不都合があった。
るためには、ｎエピタキシャル層２の厚さの増大と、キ
ャリア濃度の増大が必要となる。しかしながら、ｎエピ
タキシャル層２の厚さの増大は、発光した光のこの領域
での吸収を大きくシ、裏面反射効果を減少させるため逆
に発光効率は減少するという傾向が生じる。このように
、Ｅ、Ｐ、Ｄ減少のだめのｎエピタキシャル層の厚みの
増大と、注入効率の向上のだめの高キャリア濃度とは相
反する関係となる不都合があった。
発明の目的
本発明は上記問題点の解決を図るものであり、Ｅ、Ｐ、
Ｄの減少と再吸収効果の減少とを同時に実現せしめ高効
率化を達成するだめの発光半導体装置を提供するもので
ある。
Ｄの減少と再吸収効果の減少とを同時に実現せしめ高効
率化を達成するだめの発光半導体装置を提供するもので
ある。
発明の構成
第４図は本発明の一実施例であるＬＥＤの断面を示す図
である。本発明の構成は、キャリア濃度３〜５ Ｘ １
０”ｃｍ ３のｎ形ＧａＰ基板６を第１層とし、この」
二に、第２層としてキャリア濃度２〜５ Ｘ １０”ｉ
−３の低濃度ｎ形ＧａＰエヒリキシャル層（ｎｌ）７を
厚さ６０μｍ以上形成し、次に、第３層として、キャリ
ア濃度０．８〜１．５ｘ１０１蓄３の高濃度ｎ形ＧａＰ
エピタキシャル層（ｎ２）８を厚さ１０μｍに形成する
。更に、その上に、第４層として、キャリア濃度０．５
〜１．６ Ｘ １０”ｃｍ−３の低濃度ｐ形ＧａＰエピ
タキシャル層（１）１）９を１０μｍ成長させ、次に、
第６層として、０．９〜２，０Ｘ１０１譬６の高濃度耐
形ＧａＰｘビタキシャル層（ｐ２）１０ を厚さ１Ｑ
）ｒｍ程度成長させた５層構造である。これによれば
、キャリア注入が表面に近い第３層から第４層へとなさ
れ、高注入効率、かつ低再吸収作用を達成できる。
である。本発明の構成は、キャリア濃度３〜５ Ｘ １
０”ｃｍ ３のｎ形ＧａＰ基板６を第１層とし、この」
二に、第２層としてキャリア濃度２〜５ Ｘ １０”ｉ
−３の低濃度ｎ形ＧａＰエヒリキシャル層（ｎｌ）７を
厚さ６０μｍ以上形成し、次に、第３層として、キャリ
ア濃度０．８〜１．５ｘ１０１蓄３の高濃度ｎ形ＧａＰ
エピタキシャル層（ｎ２）８を厚さ１０μｍに形成する
。更に、その上に、第４層として、キャリア濃度０．５
〜１．６ Ｘ １０”ｃｍ−３の低濃度ｐ形ＧａＰエピ
タキシャル層（１）１）９を１０μｍ成長させ、次に、
第６層として、０．９〜２，０Ｘ１０１譬６の高濃度耐
形ＧａＰｘビタキシャル層（ｐ２）１０ を厚さ１Ｑ
）ｒｍ程度成長させた５層構造である。これによれば
、キャリア注入が表面に近い第３層から第４層へとなさ
れ、高注入効率、かつ低再吸収作用を達成できる。
実施例の説明
本発明において、ｎ＋基板６上にｎｌ 層７を形成す
るのはＥ、Ｐ、Ｄの減少を図るだめである。高効率ＬＥ
Ｄを実現するには、Ｅ、Ｐ、Ｄは１．６ Ｘ １０４程
度以下が望ましく、第３図から明らかなように、約６０
μｍの厚さが必要となるが、出来るだけ前述の吸収効果
を減少するだめ、キャリア濃度を５ Ｘ １０”ｃｍ−
’以下に選定している。第５図はこの吸収効果のキャリ
ア濃度依存性を示しだものである。吸収効果の減少には
キャリア濃度の低減化が効果的であるが、１０ｃｒｎ
以下になると抵抗成分が増大し順方向電圧を増大させ
る。このような点から、ｎ１層７の濃度として２〜５×
１０ｃｒｎ が最適となる。この濃度範囲ではｐ領域
への注入効率は充分に得られないので、次に、ｏ、８×
１ｏ１譬３以上の高濃度ｎ２層８をｎｌ 層γ上に形成
する。
るのはＥ、Ｐ、Ｄの減少を図るだめである。高効率ＬＥ
Ｄを実現するには、Ｅ、Ｐ、Ｄは１．６ Ｘ １０４程
度以下が望ましく、第３図から明らかなように、約６０
μｍの厚さが必要となるが、出来るだけ前述の吸収効果
を減少するだめ、キャリア濃度を５ Ｘ １０”ｃｍ−
’以下に選定している。第５図はこの吸収効果のキャリ
ア濃度依存性を示しだものである。吸収効果の減少には
キャリア濃度の低減化が効果的であるが、１０ｃｒｎ
以下になると抵抗成分が増大し順方向電圧を増大させ
る。このような点から、ｎ１層７の濃度として２〜５×
１０ｃｒｎ が最適となる。この濃度範囲ではｐ領域
への注入効率は充分に得られないので、次に、ｏ、８×
１ｏ１譬３以上の高濃度ｎ２層８をｎｌ 層γ上に形成
する。
しかしながら、ｎ２層８の厚さが増加すると第６図に示
すように、吸収が起り、発光効率は減少する。１×１ｏ
１−−３濃度下では、有効な厚さとして約１０μｍが限
界となる。
すように、吸収が起り、発光効率は減少する。１×１ｏ
１−−３濃度下では、有効な厚さとして約１０μｍが限
界となる。
一方、第７図はｐｌ 層９の濃度と発光効率の関係で
ある。同図から明らかな様に、ｎｌ、ｎ２ 層の条件
を一定とした場合、ｐキャリア濃度の減少とともにｐ領
域への電子の注入が高まり発光効率が増大するのがわか
る。キャリア濃度が５×１０１−一３以下になると前述
の直列抵抗の増加による順方向電圧の増大が起るため、
キャリアの低濃度化に限界が生じ、キャリア濃度が０．
５〜１．５ Ｘ １０”ｃｙｉ３が許容範囲となる。又
、ｐｌ 層９の厚さは直列抵抗の増加防止のだめ１０μ
ｍ以下が望ましい。このキャリア濃度の範囲ではｐ側電
極を形成しても良好なオーミック接触は得られない。ま
た、ｐｎ接合面全体に均一な電流が流れず、輝度の低下
・むらの原因となる。９２層１０はこの欠点を改善する
だめに設けられたものであり、１×１０１蓄３以上のｐ
キャリア濃度を有している。勿論、この９２層１０も厚
くなると光の再吸収が起り発光効率は減少するだめ、１
０μｍ程度がその限界となる。
ある。同図から明らかな様に、ｎｌ、ｎ２ 層の条件
を一定とした場合、ｐキャリア濃度の減少とともにｐ領
域への電子の注入が高まり発光効率が増大するのがわか
る。キャリア濃度が５×１０１−一３以下になると前述
の直列抵抗の増加による順方向電圧の増大が起るため、
キャリアの低濃度化に限界が生じ、キャリア濃度が０．
５〜１．５ Ｘ １０”ｃｙｉ３が許容範囲となる。又
、ｐｌ 層９の厚さは直列抵抗の増加防止のだめ１０μ
ｍ以下が望ましい。このキャリア濃度の範囲ではｐ側電
極を形成しても良好なオーミック接触は得られない。ま
た、ｐｎ接合面全体に均一な電流が流れず、輝度の低下
・むらの原因となる。９２層１０はこの欠点を改善する
だめに設けられたものであり、１×１０１蓄３以上のｐ
キャリア濃度を有している。勿論、この９２層１０も厚
くなると光の再吸収が起り発光効率は減少するだめ、１
０μｍ程度がその限界となる。
以上のような構造は以下の条件で製作される。
まず第１層として硫黄（Ｓ）ドープの４ｘ １ｏ” ’
ｃｒｎ”のｎ形ＧａＰ基板６を用い、通常の液相エピタ
キシャル法を採用して第１のｎ融液を１０２０″Ｃで接
触させる。この融液にはドナー不純物である硫黄（Ｓ）
がガリウム（Ｇａ）に対して６×１０−５ｍｏｆ！、％
ドーピングされている。そして１°Ｃ／分の速度で１０
２０°ＣからＳＯＯ″Ｃまで徐冷することにより、４
Ｘ １０ ｃｍ 。
ｃｒｎ”のｎ形ＧａＰ基板６を用い、通常の液相エピタ
キシャル法を採用して第１のｎ融液を１０２０″Ｃで接
触させる。この融液にはドナー不純物である硫黄（Ｓ）
がガリウム（Ｇａ）に対して６×１０−５ｍｏｆ！、％
ドーピングされている。そして１°Ｃ／分の速度で１０
２０°ＣからＳＯＯ″Ｃまで徐冷することにより、４
Ｘ １０ ｃｍ 。
６０μｍのｎｌ 層７を成長する。
次に、スライドボートを用意し、第２，３．そして第４
の３種類の融液を設置する。第２の融液にはＳを２．５
Ｘ１σ４ｍ０２％、第３の融液にはアクセプタ不純物で
ある亜鉛（Ｚｎ）を５×１０−３ｍ０Ｌ島そして第４の
融液にはＺｎを７×１０−２ｍ０℃係 それぞれＧａ
に対してドーピングする。そして、上記ｎ１ 層７成
長後の基板６を９２０°Ｃにおいて第２の融液を接触さ
せ、９００°Ｃまで徐冷することに」：すｎ２層８を形
成する。濃度は０．８５Ｘ１０１譬仝。
の３種類の融液を設置する。第２の融液にはＳを２．５
Ｘ１σ４ｍ０２％、第３の融液にはアクセプタ不純物で
ある亜鉛（Ｚｎ）を５×１０−３ｍ０Ｌ島そして第４の
融液にはＺｎを７×１０−２ｍ０℃係 それぞれＧａ
に対してドーピングする。そして、上記ｎ１ 層７成
長後の基板６を９２０°Ｃにおいて第２の融液を接触さ
せ、９００°Ｃまで徐冷することに」：すｎ２層８を形
成する。濃度は０．８５Ｘ１０１譬仝。
厚さは９．０８ｍである。次に、９００′Ｃにおいて第
２の融液を抜き、第３の融液を接触させ８６０°Ｃまで
徐冷することにより、１．０ Ｘ １０”＞−’ 、厚
さ８μｍのｐｌ 層９を成長させる。さらに、７８０°
Ｃまで徐冷することにより、１．０ Ｘ １０１ＢＣｒ
；６．８μｍの９２層・１０を形成する。
２の融液を抜き、第３の融液を接触させ８６０°Ｃまで
徐冷することにより、１．０ Ｘ １０”＞−’ 、厚
さ８μｍのｐｌ 層９を成長させる。さらに、７８０°
Ｃまで徐冷することにより、１．０ Ｘ １０１ＢＣｒ
；６．８μｍの９２層・１０を形成する。
以上のようにして得られたＧａＰ純緑色発光ダイオード
は発光効率は０．１４％と従来のものと比較して約２倍
の高さを持っている。
は発光効率は０．１４％と従来のものと比較して約２倍
の高さを持っている。
発明の効果
以上のように本発明は５層構造からなり、結晶性を良く
したことと光の再吸収効果を減少せしめたことによって
高効率のＧａＰ純緑色発光半導体装置を提供することが
出来る。
したことと光の再吸収効果を減少せしめたことによって
高効率のＧａＰ純緑色発光半導体装置を提供することが
出来る。
第１図は従来のＧａＰ発光ダイオードの断面図、第２図
は発光効率とエッチビット密度との関係図、第３図はエ
ッチピット密度とｎエピタキシャル層ｎ１ の厚さと
の関係図、第４図は本発明のＧａＰ発光ダイオードの断
面図、第５図はｎｌ 層の厚さを一定としたときの、
発光効率とｎｌ 層のキャリア濃度との関係図、第６
図はｎ２層のキャリア濃度を一定としたときの、発光効
率とｎ２層の厚さとの関係図、第７図は発光効率とｐｌ
層のキャリア濃度との関係図である。 １・・・・・・基板、２，３・・・・・・ｎおよびｐ形
のエピタキシャル層、４，６・・・・・・ｎおよびｐ側
電極、６・・・・・・基板、７，８・・・・・・ｎ形エ
ピタキシャル層ｎ１． ｎ２ 。 ９．１０・・・・・・ｐ形エピタキシャル層ｐ１＋ｐ２
゜代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第
１図 ６ 第、２図 エッチピット宏覆（ケ／削り 第３図 第４図 第５図 第６図 ７２１４つ啓さ 第７図 Ｐ５層／）キャリアシ笈准
は発光効率とエッチビット密度との関係図、第３図はエ
ッチピット密度とｎエピタキシャル層ｎ１ の厚さと
の関係図、第４図は本発明のＧａＰ発光ダイオードの断
面図、第５図はｎｌ 層の厚さを一定としたときの、
発光効率とｎｌ 層のキャリア濃度との関係図、第６
図はｎ２層のキャリア濃度を一定としたときの、発光効
率とｎ２層の厚さとの関係図、第７図は発光効率とｐｌ
層のキャリア濃度との関係図である。 １・・・・・・基板、２，３・・・・・・ｎおよびｐ形
のエピタキシャル層、４，６・・・・・・ｎおよびｐ側
電極、６・・・・・・基板、７，８・・・・・・ｎ形エ
ピタキシャル層ｎ１． ｎ２ 。 ９．１０・・・・・・ｐ形エピタキシャル層ｐ１＋ｐ２
゜代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第
１図 ６ 第、２図 エッチピット宏覆（ケ／削り 第３図 第４図 第５図 第６図 ７２１４つ啓さ 第７図 Ｐ５層／）キャリアシ笈准
Claims (2)
- （１）ｎ形燐化ガリウム基板からなる第１の層と、この
第１の層上に形成された低濃度ｎ形燐化ガリウムエピタ
キシャル層の第２の層と、この第２の層上に形成された
高濃度ｎ形燐化ガリウムエピタキシャル層の第３の層と
、この第３の層上に形成された低濃度ｐ形燐化ガリウム
エピタキシャル層の第４の層と、この第４の層上に形成
された高濃度ｐ形燐化ガリウムエピタキシャル層の第６
の層とを有することを特徴とする発光半導体装置。 - （２）第１〜第６の層のキャリア濃度および厚さが下表
の範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の発光半導体装置。 以下余白
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57133451A JPS5923578A (ja) | 1982-07-29 | 1982-07-29 | 発光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57133451A JPS5923578A (ja) | 1982-07-29 | 1982-07-29 | 発光半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5923578A true JPS5923578A (ja) | 1984-02-07 |
| JPH0330311B2 JPH0330311B2 (ja) | 1991-04-26 |
Family
ID=15105080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57133451A Granted JPS5923578A (ja) | 1982-07-29 | 1982-07-29 | 発光半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5923578A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01245569A (ja) * | 1988-03-28 | 1989-09-29 | Toshiba Corp | ＧａＰ緑色発光素子とその製造方法 |
| JP2014003061A (ja) * | 2012-06-15 | 2014-01-09 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4931290A (ja) * | 1972-07-21 | 1974-03-20 | ||
| JPS52147088A (en) * | 1976-06-01 | 1977-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | Light emitting device |
-
1982
- 1982-07-29 JP JP57133451A patent/JPS5923578A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4931290A (ja) * | 1972-07-21 | 1974-03-20 | ||
| JPS52147088A (en) * | 1976-06-01 | 1977-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | Light emitting device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01245569A (ja) * | 1988-03-28 | 1989-09-29 | Toshiba Corp | ＧａＰ緑色発光素子とその製造方法 |
| JP2014003061A (ja) * | 2012-06-15 | 2014-01-09 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0330311B2 (ja) | 1991-04-26 |
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