JPS61183977A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

発光素子及びその製造方法

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JPS61183977A
JPS61183977A JP60022947A JP2294785A JPS61183977A JP S61183977 A JPS61183977 A JP S61183977A JP 60022947 A JP60022947 A JP 60022947A JP 2294785 A JP2294785 A JP 2294785A JP S61183977 A JPS61183977 A JP S61183977A
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layer
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Tetsuo Sekiwa
関和 哲男
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は化合物半導体を用すた発光素子及びその製造方
法に係り、特に混晶型化合物半導体としてGaAJAs
を用い可視光で高輝度化を実現できる発光素子及びその
製造方法に関する。
〔発明の技術的背景〕
ファクシミリの読取り用光源等、LEDディスプレイの
応用分野の拡大に伴い可視LEDの需要が年々増大して
おり、より高輝度化が求められている。
従来、可視光で高輝度を実現できるLED  として、
第6図に示すような混晶型化合物半導体であるGaAj
Asを用いたダブルへテロ−接合構造(DH構造)のL
EDがある。
このLEDは、p型GaAs結晶基板りl上に液相エピ
タキシャル成長法により、高AlAs混晶比のZn (
亜鉛)添加p型GaAIAaクラッド@I2、発光波長
に必要なAlAs混晶比の不純物無添加のGaA/As
活性層13、GaAJAsクラッド層12と同等のAl
As混晶比のTe(テルル)添加n型GaA7Asクラ
ッド層14を順次結晶成長させる。その後、このエピタ
キシャルウェハの両面にオーミック電極15 、16を
形成し、続いてn型GaAJAsクラッド層14表面か
らp−nWI合を越えてメサエッチングを行ない、ダイ
シングをして各素子を分離する。
〔背景技術の問題点〕
このようにして形成されたLED は、発光層となるG
aAJAs活性1−13が薄い(0,1μ以下)場合、
Ga1JAs活性層13へ注入された電子は有効に活性
層13に閉じこめられて、シングルへテロ接合構造のL
ED に比較して高輝度化を実現できる。
しかしながら、GaAlAs活性層13の厚さが1〜2
μになると、0.3  角ベレットの順方向通電電流I
QmAの発光効率は0.2%とシングルへテロ接合構造
のLFiD の発光効率よりも低くなり、有効にダブル
へテコ接合構造が生かされないという問題があった。
〔発明の目的〕
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は
、GaAlAs活性層のが厚くなりでも、成長技術及び
成長装置は従来のままで高輝度化を実現できる発光素子
波びその製造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、第1導電型のGaAs結晶基板上に、高Al
As混晶比の第14電型GaAlAsクラツド層、発光
波長に必要なAlAs混晶比のGaAA’AS活性層、
前記クラッド層と同等のAlAs混晶比の第2導電型の
GaA、/As クラッド層を順次徐冷法エピタキシャ
ル成長により形成するダブルヘテa接合構造のLED 
 に於いて、前記GaAJんS活性層に所定濃度のZn
を添加し、かつ前記第2導電型のGaAJAsクラッド
層のp −n接合近傍の11度を、前記GaAJAs活
性IIのZn1liより低くすることにより発光効率を
向上させるものである。
本発明は、また上記GaAs結晶基板をエツチング除去
することにより、LED の裏面側に向う発光成分の収
出しをも可能としさらに発光効率を向上させるものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照して本発明の一実癩例を説明する。第
2図に於いて、21はm度が 1〜4X10 an  
で、厚さ300μのp型のGaAs結晶基板であシ、こ
のGaAs結晶基板21上には高A/As混晶比のp型
のGaO2AJ(Lg As クラッド層(以下、p型
クラッド層と略称する。)22が形成されている。この
p型クラッド層22上には、発光波長に必要なAA’A
S混晶比のGa0135A I(1,35A s活性層
c以下、活性1m、!:略称−する。)23が形成され
ている。この活性層23には所定111度のp型不純物
としてZnが添加されている。活性層23上には、上記
p型クラッド層22と同等のAj’As混晶比のn型の
Gao、。
AJoJAsクラッド層(以下、n型クラッド層と略称
する。)24が形成されている。上記GaAs結晶基板
21の裏面側にはP型のオーミック電極25、n型りラ
ッドl!24の表面にはp型のオーミック電極26が形
成されて騒る。
次に、上記構造の製造方法について説明する。
結晶の成長は、徐冷法による液相エピタキシャル成長に
より行った。成長用ボートは第3図に示すようなボート
27が用いられ、各溜の溶液の組成は次のようにした。
p型りラッド層用溶液溜28にはAlAs混晶比が0.
8となる量のA l s  多結晶のGaAs、 Ga
、アクセプタ濃度が3〜5X10 α となる敬のZn
を添加する。p型活性層用溶液溜29には、発光波長が
66゜nとなるAlAs混晶比が0.35 のAI、 
 多結晶のGaAs、Ga、アクセプタ製団が所定の値
となる量のZnを添加する。n型クラッド層用溶液溜3
0には、Al1As混晶比が0.8となる量のAj、 
 多結晶のGaAa、Ga、  ドナー濃度が1×10
cIIL となる量のTeを添加する。
このような溶液組成のポート27を用いて第4図に示す
ような温度プログラムで結晶成長を行なった。すなわち
、先ず、水素H!ガス中で、室温から850℃まで昇温
させ、次にこの温度を2時間保持した後、徐々に冷却さ
せる。冷却速度は約0.5℃/m i n  とする。
この間、845℃でGa入S結晶基板21をp型りラッ
ド層用溶液/11128まで移動させ、GaAs結晶基
板21上にp型クラッド層27を60秒間成長させる。
その後、830℃でGaAs結晶基板21をさらに活性
層用溶液溜29まで移動させ、活性層23を成長させる
この成長後、GaAs結晶基板21をさらにn型クラッ
ド層用溶液溜30まで移動させ、n型りラッド@24を
成長させる。780℃になると、n型クラッド層24の
成長を停止させ、その後室温まで放冷させる。
このようにして形成した各成長層の厚さは、p型クラッ
ド層22は10μ、活性層23は1〜2μ、n型クラッ
ド層24は40μであった。
その後、このエピタキシャルウェハの両面にオーミック
電極25.26を形成した後、n型クラッド層24表面
からp −n接合を越えてメサエッチングを行ない、ダ
イシングにより各素子を分離して、第2図に示した構造
を得る。
このようにして得られたLED は、活性層23にZn
を添加しているため、活性層23が比較的に厚い(2μ
)場合でも、ダブルへテロ接合構造を有効に活用するこ
とができ、従来構造の数倍の発光特性の向上した素子を
実現できた。
第5図はp型クラッド層22のアクセプタ濃度を4X1
0 an  、n型クラッド層24のドナーm度を1×
10 cl!L と一定したときの、活性層23のアク
セプタ(亜鉛)の濃度と、順方向に10mAを通電した
ときの発光出力との関係を示すものである。同図に於い
て、(a)は従来例の場合、(blは第2図の実施例の
場合を示すものである。同図から、活性123のm度が
n型クラッド層24の711度より低濃度であると、発
光効率は低くなる。a闇上昇に伴い、発光効率も向上し
、5〜6X10 ca で最高(従来の5倍程度)とな
り、それより高濃度となると発光効率は低下する。従っ
て、活性層23のアクセプタ濃度を1×10〜1×10
cRとし、かつn型りラッド@24のアクセプタm度を
活性層23の濃度より低くすることにより、高輝度のL
I3D を得ることができる。
第1図は他の実施例を示すもので、上記GaAs結晶基
板21を化学的エツチング、例えば(NH8+H,0,
)の混合液により除去t7、またオーミック電極3Iは
不連続に設け、例えば水玉模様の形状に形成したもので
ある。
このような構造であれば、クラッド層22の裏面側から
も発光を取り出すことができる。すなわち、このLED
 を図示しないリードフレームに取付けた場合、活性層
23からの発光は、クラッドr@22を経てオーミック
電極31の隙間32,32・・・を通り、さらにリード
フレームの反射面で反射され、その結果クラッド層24
0表面から取出された光と共に発光に寄与するものであ
る。第5図に(a)で示す曲線は上記構造の13D の
発光効率を示すもので、t42図のLEDに比べ、さら
に発光効率が2〜3倍向上している。
尚、上記実施例に於いては、GaAs結晶基板21とし
てp型のものを用いて説明したが、本発明はこれに限定
するものではなく、n型のGaAs結晶基板を用いた構
造のLED にも適用できるものである。また、第1図
の実施例に於いて、オーミック電極28の形状を水玉模
様と1、たが、これに限定するものではなく、要はクラ
ッド層22の裏面からの発光が通過できる形状であれば
良い。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、GaAjAa活性層を厚
くしても高輝度化を実現でき、ダブルへテロ接合構造を
有効に利用することができる発光素子及びその製造方法
を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係るLED の構造を示す
断面図、第2図は本発明の他の実施例に係るLED の
構造を示す断面図、第3図は第2図のLBD の製造装
置を示す断面図、第4図はfs3図の製造装置に使用さ
れる温匿プaグラムを示す図、第5図は発光効率の活性
層に於ける亜鉛濃度に対する依存性を示す図、第6図は
従来のLED の構造を示す断面図である。 27・−GaA8結晶基板、22 ・p型GaAllA
sクラッド層、23・・・GaAJAs活性層、24・
・・n型GaAJAs クラッド層、25 、26 、
27 ・・・オーミック電極。 出願人代理人  弁理士 鈴 圧式 彦第5図 〈 吹 雫 1に 一

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型の混晶型化合物半導体により形成され
    た第1のクラッド層と、発光波長に必要な混晶比の混晶
    型化合物半導体により形成されると共に所定濃度の亜鉛
    が添加され前記第1のクラッド層上に設けられた活性層
    と、前記第1のクラッド層と同等の混晶比の第2導電型
    の混晶型化合物半導体により形成され、かつ前記活性層
    となす接合部近傍の濃度が前記活性層の亜鉛濃度より低
    く、前記活性層上に設けられた第2のクラッド層と、前
    記第1のクラッド層の裏面に設けられた第1の電極と、
    前記第2のクラッド層の表面に設けられた第2の電極と
    を具備したことを特徴とする発光素子。
  2. (2)前記活性層の亜鉛濃度は1×10^1^7〜1×
    10^1^8cmである特許請求の範囲第1項記載の発
    光素子。
  3. (3)前記第1の電極は前記第1のクラッド層の裏面に
    於いて不連続的に形成されている特許請求の範囲第1項
    又は第2項いずれか記載の発光素子。
  4. (4)第1導電型の化合物半導体結晶基板と、第1導電
    型の混晶型化合物半導体により形成され、前記化合物半
    導体結晶基板上に設けられた第1のクラッド1層と、発
    光波長に必要な混晶比の混晶型化合物半導体により形成
    されると共に所定濃度の亜鉛が添加され前記第1のクラ
    ッド層上に設けられた活性層と、前記第1のクラッド層
    と同等の混晶比の第2導電型の混晶型化合物半導体によ
    り形成され、かつ前記活性層となす接合部近傍の濃度が
    前記活性層の亜鉛濃度より低く、前記活性層上に設けら
    れた第2のクラッド層と、前記第1のクラッド層の裏面
    に設けられた第1の電極と、前記第2のクラッド層の表
    面に設けられた第2の電極とを具備したことを特徴とす
    る発光素子。
  5. (5)前記活性層の亜鉛濃度は1×10^1^7〜1×
    10^1^8cm^−3である特許請求の範囲第4項記
    載の発光素子。
  6. (6)ダブルヘテロ接合構造の発光素子を製造する方法
    に於いて、第1導電型の化合物半導体結晶基板上に第1
    導電型の混晶型化合物半導体をエピタキシャル成長させ
    第1のクラッド層を形成する工程と、この第1のクラッ
    ド層上に発光波長に必要な混晶比で所定濃度の亜鉛を添
    加した混晶型化合物半導体をエピタキシャル成長させ活
    性層を形成する工程と、この活性層上に前記第1のクラ
    ッド層と同等の混晶比の第2導電型の混晶型化合物半導
    体をエピタキシャル成長させ、前記活性層となす接合部
    近傍の濃度が前記活性層の亜鉛濃度より低い第2のクラ
    ッド層を形成する工程とを具備し、前記第1のクラッド
    層、活性層及び第2のクラッド層のエピタキシャル成長
    は徐冷法により行なうことを特徴とする発光素子の製造
    方法。
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