JPS62204583A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPS62204583A JPS62204583A JP61047562A JP4756286A JPS62204583A JP S62204583 A JPS62204583 A JP S62204583A JP 61047562 A JP61047562 A JP 61047562A JP 4756286 A JP4756286 A JP 4756286A JP S62204583 A JPS62204583 A JP S62204583A
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Landscapes
- 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GaAJAsを用いた高出力発光素子に関する
。
。
現在、()aAIAsをその材料として用いた赤外又は
赤色の発光ダイオード(LgD)は単体ラングのみなら
ず、ホトカプラ等の光結合素子に組み込まれ、広く光応
用機器に用いられておシ、よシ高出力でしかも量産性に
優れた素子の開発が強く望まれている。
赤色の発光ダイオード(LgD)は単体ラングのみなら
ず、ホトカプラ等の光結合素子に組み込まれ、広く光応
用機器に用いられておシ、よシ高出力でしかも量産性に
優れた素子の開発が強く望まれている。
これに対して%従来開発されている高出力GaAIAs
LgDとしては、ジャーナルオプアプライドフィジック
ス48巻6号P、2485〜P、2492,1977に
詳細に述べられている構造の素子が量産化されつつある
。第4図にその模式的な断面図を示すように、N型Ga
As基板7上に3i ドー1のN型Ga 1−XAA?
XAS層8及びP型Ga t−xAlxks、g9がS
tの両性不純物としての性質を利用して、同一成長溶液
よシ1回の液相成長過程によ多形成される。即ち、基板
方位、AlAs混晶比、Siドープ量等によシ決定され
る反転温度Tcが存在し、Tc以上の温度においてN型
層が、それ以下の温度においてP型層が形成される。ま
たAlAs混晶比の分布については第5図に示されるよ
うに、AIの分配係数が大きいことによシ、成長方向に
対して単調に減少する。従ってこの構造においてN型G
aAs基板7を工ヴチング等によシ完全に除去し、N型
Ga 1−xAlxAs層8を上面としてこの面より光
を*b出すような構成とすることにより、発光波長に対
し、N型()a s −xkl xAs層の禁制帯幅が
上面にいくに従い大きくなるため光の再吸収がほとんど
無視できる。また、前述のように成長中にP−N接合が
形成されるため接合界面での結晶性も良好であり、結果
として量産レベルで発光出力として〜9mW(IP=5
0mAD、C;xボキシ樹脂コート有)程度が得られ、
この値は現在市販されている汎用のLFiDとしては最
高の水準であると共に発光波長についても850〜9Q
Qnmの範囲で任意に選択できるという利点を持ってい
る。
LgDとしては、ジャーナルオプアプライドフィジック
ス48巻6号P、2485〜P、2492,1977に
詳細に述べられている構造の素子が量産化されつつある
。第4図にその模式的な断面図を示すように、N型Ga
As基板7上に3i ドー1のN型Ga 1−XAA?
XAS層8及びP型Ga t−xAlxks、g9がS
tの両性不純物としての性質を利用して、同一成長溶液
よシ1回の液相成長過程によ多形成される。即ち、基板
方位、AlAs混晶比、Siドープ量等によシ決定され
る反転温度Tcが存在し、Tc以上の温度においてN型
層が、それ以下の温度においてP型層が形成される。ま
たAlAs混晶比の分布については第5図に示されるよ
うに、AIの分配係数が大きいことによシ、成長方向に
対して単調に減少する。従ってこの構造においてN型G
aAs基板7を工ヴチング等によシ完全に除去し、N型
Ga 1−xAlxAs層8を上面としてこの面より光
を*b出すような構成とすることにより、発光波長に対
し、N型()a s −xkl xAs層の禁制帯幅が
上面にいくに従い大きくなるため光の再吸収がほとんど
無視できる。また、前述のように成長中にP−N接合が
形成されるため接合界面での結晶性も良好であり、結果
として量産レベルで発光出力として〜9mW(IP=5
0mAD、C;xボキシ樹脂コート有)程度が得られ、
この値は現在市販されている汎用のLFiDとしては最
高の水準であると共に発光波長についても850〜9Q
Qnmの範囲で任意に選択できるという利点を持ってい
る。
しかしながら、前述した8iドープGaAIAsLED
は以下に説明されるような基本的な欠点がある。即ち、
第4図及び第5図を見れば明らかなようにP型Ga 1
−xAlxAs層9のAlAs混晶比はP −N接合に
おける値ようも小さいためにP型Ga 1− xkl
xAs層9は発光波長に対してほぼ完全な光の吸収体と
なるため、P−N接合よシP型(Ja 1−xAJxA
s層9側へ発した光は有効に利用することが不可能であ
る点である。従って発光出力に関しては尚充分な改善の
余地が残されていることが明らかである。
は以下に説明されるような基本的な欠点がある。即ち、
第4図及び第5図を見れば明らかなようにP型Ga 1
−xAlxAs層9のAlAs混晶比はP −N接合に
おける値ようも小さいためにP型Ga 1− xkl
xAs層9は発光波長に対してほぼ完全な光の吸収体と
なるため、P−N接合よシP型(Ja 1−xAJxA
s層9側へ発した光は有効に利用することが不可能であ
る点である。従って発光出力に関しては尚充分な改善の
余地が残されていることが明らかである。
またこの分野における市場の要求としては、低消費電力
に伴う低電流駆動の方向が強く、一方、例えばホトカプ
ラ等の光結合素子における製品設計の面からも組み合わ
せる8iの受光トランジスタの電流増幅率小化による応
答性改善を計る為にLEDのよシ高出力化がさらに強く
望°まれできている。これらの振求への対処としてごく
最近になって、光通信用LFliDと基本的には同様の
多層のエビ構造を有し、その材料としてはやはl) G
aklAsを用いたダブルへテロLEDが開発されてき
ているが、多数の成長溶液槽を用いる液相成長法を使用
した場合、製造コスト面において、前述の汎用LEDの
市場価格とのギャップが大きく採算がとれないのみなら
ず、供給数量の面においても。
に伴う低電流駆動の方向が強く、一方、例えばホトカプ
ラ等の光結合素子における製品設計の面からも組み合わ
せる8iの受光トランジスタの電流増幅率小化による応
答性改善を計る為にLEDのよシ高出力化がさらに強く
望°まれできている。これらの振求への対処としてごく
最近になって、光通信用LFliDと基本的には同様の
多層のエビ構造を有し、その材料としてはやはl) G
aklAsを用いたダブルへテロLEDが開発されてき
ているが、多数の成長溶液槽を用いる液相成長法を使用
した場合、製造コスト面において、前述の汎用LEDの
市場価格とのギャップが大きく採算がとれないのみなら
ず、供給数量の面においても。
極めて不充分である。また多層エピタキシャル層を形成
するための他の量産成長技術についても末だ確立されて
おらず、また将来的に見ても必ずしも充分な技術革新を
見通せないのが現状である。
するための他の量産成長技術についても末だ確立されて
おらず、また将来的に見ても必ずしも充分な技術革新を
見通せないのが現状である。
本発明は前述した従来のLED素子構造の欠点に鑑みな
され念もので、従来素子に比し、発光出力において極め
て優れ、かつ量産性に富む安価な素子構造を提供するも
のである。
され念もので、従来素子に比し、発光出力において極め
て優れ、かつ量産性に富む安価な素子構造を提供するも
のである。
本発明のLED素子は同一成長溶液からSiドーグのN
型及びP型のGa *−xAlxAsエピタキシャル層
が液相成長法によシ形成され、さらにP型Ga 1−x
AlxAs成長層上によシ入lAs混晶比が大なるP型
Ga1−yAAiyAs層が形成される構造を有する。
型及びP型のGa *−xAlxAsエピタキシャル層
が液相成長法によシ形成され、さらにP型Ga 1−x
AlxAs成長層上によシ入lAs混晶比が大なるP型
Ga1−yAAiyAs層が形成される構造を有する。
次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本実施例において製作された()a AJ A
sヘテロ接合LEDのウェハース断面図である。通常
の徐々液相エピタキシャル成長法を用いて、N型(10
0)GaAs基板l上にはじめにSiドープのN型及び
P型のGa 1−xAlxAs層(2及び3)を成長し
、引き続いてZnドーグのP型Ga!−yAlyAs層
4を成長する。即ち、一般的なスライド式液相成長ボー
ドを用いて、その第1溶液槽中KGa1gK対し、Ga
As147mg、八11.9mg及び513mgの割合
で、また第2溶液漕中には同様にGa1Hに対し、Ga
As基板l上、A12.zmg及びZn1.5mgの割
合で各溶媒及び溶質をチャージする。成長系を950℃
に保ち、溶液の均一性が得られた彼、前述のGaAs基
板lを第1溶液に接触し、直ちに0.4℃/minの一
定め冷却速度で徐冷する。850℃になった時点で第1
溶液から基板を引き剥し、続いて第2溶液に接触させる
。このとき第1溶液の持ち込みが極小となるように成長
ボート寸法が配慮されて−る。780℃まで冷却された
ところで第2溶液から基板を引き剥し、その後直ちに室
温まで成長系を急冷する。
sヘテロ接合LEDのウェハース断面図である。通常
の徐々液相エピタキシャル成長法を用いて、N型(10
0)GaAs基板l上にはじめにSiドープのN型及び
P型のGa 1−xAlxAs層(2及び3)を成長し
、引き続いてZnドーグのP型Ga!−yAlyAs層
4を成長する。即ち、一般的なスライド式液相成長ボー
ドを用いて、その第1溶液槽中KGa1gK対し、Ga
As147mg、八11.9mg及び513mgの割合
で、また第2溶液漕中には同様にGa1Hに対し、Ga
As基板l上、A12.zmg及びZn1.5mgの割
合で各溶媒及び溶質をチャージする。成長系を950℃
に保ち、溶液の均一性が得られた彼、前述のGaAs基
板lを第1溶液に接触し、直ちに0.4℃/minの一
定め冷却速度で徐冷する。850℃になった時点で第1
溶液から基板を引き剥し、続いて第2溶液に接触させる
。このとき第1溶液の持ち込みが極小となるように成長
ボート寸法が配慮されて−る。780℃まで冷却された
ところで第2溶液から基板を引き剥し、その後直ちに室
温まで成長系を急冷する。
以上の成長条件によシSiドーグのN型Gat−xNl
xAs層2及びP型Ga 1−yAlyAs層3が各々
130μm及び3/Am、またZnドーグのP型Gat
−yAlyAs層4が30μm得ゆれた。また各エピタ
キシャル層中のAJAs混晶比分布は図2に示される通
シであり%P−N接合界面において〜0.08程度、ま
たZnドープ型層3の成長初期で0.55及び成長終了
時で0.40程度の値となった。次に、このようにして
得られたエピタキシャルウエノ・−に対し、N型GaA
s基板1をエツチングによシ完全に除去し、第3図に示
されるようにP側及びN側のオーミヴク雷極5.6を各
々AuBe及びAuGeNiを用いて形成する。このと
き、本実施例においてはP型層を上面とする構成とする
ために、電極形状としてはP側電極5は素子中央配置の
円型とし、またN側電極6は、径の小さいドツト状部分
電極とした。
xAs層2及びP型Ga 1−yAlyAs層3が各々
130μm及び3/Am、またZnドーグのP型Gat
−yAlyAs層4が30μm得ゆれた。また各エピタ
キシャル層中のAJAs混晶比分布は図2に示される通
シであり%P−N接合界面において〜0.08程度、ま
たZnドープ型層3の成長初期で0.55及び成長終了
時で0.40程度の値となった。次に、このようにして
得られたエピタキシャルウエノ・−に対し、N型GaA
s基板1をエツチングによシ完全に除去し、第3図に示
されるようにP側及びN側のオーミヴク雷極5.6を各
々AuBe及びAuGeNiを用いて形成する。このと
き、本実施例においてはP型層を上面とする構成とする
ために、電極形状としてはP側電極5は素子中央配置の
円型とし、またN側電極6は、径の小さいドツト状部分
電極とした。
このLEDの発光出力は平均値において14rnW(I
r=50 mA D、C、xポキシ樹脂コート有>を有
し、最高17mWに達した。この理由は既に述べたとこ
ろから容易に推定されるようにSi ビー1P型()a
5−xAJxAs層3内で発した光のうち、下方(N
型層)へ向ったものもN型Ga 1−xAlxAsN2
中においてはその禁制帯幅が大きいため再吸収されるこ
となく通過し、またペレブト裏面(N側)を極6がドツ
ト状となっているため、’FIL@以外の底面において
は損失が小さい状態で反射し、ベレット上面よシ有効に
玲・り出される割合が大きいことが最も寄与していると
考えられる。また81ド一プP型層3の層厚を適当に小
さくとることによりこの層内でのA$As混晶比分布の
傾きは充分小さくでき、層内光再吸収もほとんど無視す
ることが出来る。′まだ、Znnドーグ型層4は光の取
シ出し口としてそのAlAs混晶比が発光波長に対し、
充分大きく選ぶ必要性のあることは当然である。尚、P
−N接合面の結晶性に関してはSi不純物による自然反
転を利用しているため、前述の従来品のノリ9トをも合
わせもつことは言うまでもない。
r=50 mA D、C、xポキシ樹脂コート有>を有
し、最高17mWに達した。この理由は既に述べたとこ
ろから容易に推定されるようにSi ビー1P型()a
5−xAJxAs層3内で発した光のうち、下方(N
型層)へ向ったものもN型Ga 1−xAlxAsN2
中においてはその禁制帯幅が大きいため再吸収されるこ
となく通過し、またペレブト裏面(N側)を極6がドツ
ト状となっているため、’FIL@以外の底面において
は損失が小さい状態で反射し、ベレット上面よシ有効に
玲・り出される割合が大きいことが最も寄与していると
考えられる。また81ド一プP型層3の層厚を適当に小
さくとることによりこの層内でのA$As混晶比分布の
傾きは充分小さくでき、層内光再吸収もほとんど無視す
ることが出来る。′まだ、Znnドーグ型層4は光の取
シ出し口としてそのAlAs混晶比が発光波長に対し、
充分大きく選ぶ必要性のあることは当然である。尚、P
−N接合面の結晶性に関してはSi不純物による自然反
転を利用しているため、前述の従来品のノリ9トをも合
わせもつことは言うまでもない。
−4、製造コストの点については、前記したダブルへテ
ロGaAIAsLEDは成長溶液の数として少なくとも
3種以上が必要であυ、従って本発明の構造と比較した
場合、明らかに不利である。
ロGaAIAsLEDは成長溶液の数として少なくとも
3種以上が必要であυ、従って本発明の構造と比較した
場合、明らかに不利である。
またこのことは同時に生産量についてもそのまま当ては
まる。
まる。
以上、実施例を用いて具体的に説明したように、本発明
による素子構造、即ちSiの両性不純物であることの特
徴を利用し、液相成長法により同一溶液から連続して形
成されたSi添加のN型及びP型Ga1−xAlxAs
(x ) O)層上にy>xなるP型Ga 5−yA
7yAs層が形成された構造を有するG a A I
A sへテロ接合LEDはその発光領域の両側が発光波
長に対して吸収が無視できるよシ禁制帯幅の大きな材料
により構成されているという通信用ダブルへテロLED
の基本的な構造を維持するのみならず、P−n接合が成
長中に形成されるためその結晶性については独立に形成
する場合に比し、原理的に優れると共に、この分野にお
いて極めて重要な指標である製造コスト並びに量産性に
関しても圧倒的に有利であることは言を待たない0 尚、本実施例においてはPサイドアップの場合を示した
が、2層全厚を適切な値に選ぶことによシNサイドアッ
プも可能であシ、また%P型Gax−yAlyAs層の
形成方法としては液相成長法に限定されることもない。
による素子構造、即ちSiの両性不純物であることの特
徴を利用し、液相成長法により同一溶液から連続して形
成されたSi添加のN型及びP型Ga1−xAlxAs
(x ) O)層上にy>xなるP型Ga 5−yA
7yAs層が形成された構造を有するG a A I
A sへテロ接合LEDはその発光領域の両側が発光波
長に対して吸収が無視できるよシ禁制帯幅の大きな材料
により構成されているという通信用ダブルへテロLED
の基本的な構造を維持するのみならず、P−n接合が成
長中に形成されるためその結晶性については独立に形成
する場合に比し、原理的に優れると共に、この分野にお
いて極めて重要な指標である製造コスト並びに量産性に
関しても圧倒的に有利であることは言を待たない0 尚、本実施例においてはPサイドアップの場合を示した
が、2層全厚を適切な値に選ぶことによシNサイドアッ
プも可能であシ、また%P型Gax−yAlyAs層の
形成方法としては液相成長法に限定されることもない。
また実施例における活性層厚の値についても素子の要求
特性に応じ、最適な値を選定できることは言うまでもな
い。
特性に応じ、最適な値を選定できることは言うまでもな
い。
第1図は本発明の一実施例で用いられたGaAlAsへ
テロ接合LEDのエピタキシャルウェハースの断面図、
第2図は第1図のウェハースのAlAs混晶比の深さ方
向分布、第3図は第1図のウェハースを用いたペレヴト
の断面図、第4図は従来のSi添加GaA/As L
EDエピタキシャルウェハース断面図、第5図は第4図
のウェハースのAA’AS混晶比の閑さ方向分布を各々
示す。 1・・・・・・N型GaAs基板、2・・・・・・3i
添加N型Gas −xAlxAs L P E層、3−
−−−−・S i添加P型Gat−xAlxAs L
P E層、4−−−−−− Z n添加P型Ga 1−
ylylyA、s層、5・・・・・・P側電極% 6・
・・・・・N側ドヅト(部分)TL極、7・・・・・・
N型GaAs基板(除去)、S−・−S i添加N型G
a 1−xAlxAsLPg層、 9・・・−・・S
i添加P型Ga 1− xAl xAsLPFli層
。 牟I 手続補正書(自発)
テロ接合LEDのエピタキシャルウェハースの断面図、
第2図は第1図のウェハースのAlAs混晶比の深さ方
向分布、第3図は第1図のウェハースを用いたペレヴト
の断面図、第4図は従来のSi添加GaA/As L
EDエピタキシャルウェハース断面図、第5図は第4図
のウェハースのAA’AS混晶比の閑さ方向分布を各々
示す。 1・・・・・・N型GaAs基板、2・・・・・・3i
添加N型Gas −xAlxAs L P E層、3−
−−−−・S i添加P型Gat−xAlxAs L
P E層、4−−−−−− Z n添加P型Ga 1−
ylylyA、s層、5・・・・・・P側電極% 6・
・・・・・N側ドヅト(部分)TL極、7・・・・・・
N型GaAs基板(除去)、S−・−S i添加N型G
a 1−xAlxAsLPg層、 9・・・−・・S
i添加P型Ga 1− xAl xAsLPFli層
。 牟I 手続補正書(自発)
Claims (1)
- 導電型が異なるGa_1_−_xAl_xAs成長上に
同じ導電型であってy>xなるGa_1_−_yAl_
yAs層が形成されていることを特徴とする半導体発光
素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61047562A JPS62204583A (ja) | 1986-03-04 | 1986-03-04 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61047562A JPS62204583A (ja) | 1986-03-04 | 1986-03-04 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62204583A true JPS62204583A (ja) | 1987-09-09 |
Family
ID=12778652
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61047562A Pending JPS62204583A (ja) | 1986-03-04 | 1986-03-04 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62204583A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03108777A (ja) * | 1989-09-22 | 1991-05-08 | Hitachi Cable Ltd | 発光ダイオード及びその製造方法 |
JPH0448661A (ja) * | 1990-06-14 | 1992-02-18 | Hitachi Cable Ltd | GaA1As発光ダイオード及びその製造方法 |
JPH04247670A (ja) * | 1990-10-04 | 1992-09-03 | Telefunken Electronic Gmbh | 半導体装置 |
JPH11186601A (ja) * | 1997-12-19 | 1999-07-09 | Showa Denko Kk | 化合物半導体発光素子 |
-
1986
- 1986-03-04 JP JP61047562A patent/JPS62204583A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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