JP2009016560A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】GaAsからなる基板上に、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、ダブルへテロ構造を備えた発光層を有し、前記発光層が、前記基板側から、活性層とp型クラッド層とをこの順で備え、p型クラッド層が、Znからなるキャリアを6.0×1017cm-3〜7.5×1017cm-3の範囲の濃度で含むことを特徴とする半導体発光素子により上記課題を解決する。
【選択図】図9
Description
図8は、経時1時間の素子の輝度を100とした場合のエージング時間(経過時間)毎の輝度変動率を表している。図8のp型クラッド層と活性層のキャリア濃度を表1に示す。
図18の層の組成及び厚さを表2に記載する。
また、電流拡散層に特定のIn量の(AlxGa1-x)yIn1-yPを使用することで、その後のメサ形状や電極形成を行う際の作業性を向上できる。
(1)全反射角の見込み半角の天面を有する
(2)35°以上の側面を含めた見込み角を有する
(3)17°の全反射角の見込み半角の天面を有し、かつ電流拡散層が(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなる
(4)4〜12μmの高さを有する
(5)4μm以上の高さを有し、かつ電流拡散層が(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、x及びyが電流拡散層とp型クラッド層とを格子整合させうる値である
のいずれかの関係を有することで、以下の効果が期待できる。
関係(2)により、全反射角外の光をメサ構造の側面より取り出すことができる。その結果、輝度を向上できる。
関係(3)により、従来全反射により内部にもどっていた光をメサ構造側面から外部へと取り出すことができる。その結果、輝度を向上できる。
関係(5)により、活性層とp型クラッド層とを格子整合させれば、両層の歪による劣化を防止できる。その結果、輝度を向上できる。
発光層は、少なくとも活性層とp型クラッド層とをこの順で備えている。
電荷のオーバーフロー抑制による素子の高輝度化を目的として、p型クラッド層のキャリア濃度を高くしすぎると(例えば、活性層のキャリア濃度より高すぎると)、p型クラッド層の通電による素子劣化が発生することがある。これは、Znが、MOCVD装置によるエピタキシャル成長中に熱拡散等により、p型クラッド層から活性層に拡散し結晶性を悪化させているためと考えられる。
一方、素子劣化を抑制することで、素子の信頼性を確保すること目的として、キャリア濃度を低下させると、電荷のオーバーフローが発生し、輝度が低下することがある。
なお、図10の半導体発光素子の構成は、図18の通りである。また、図10では、表2の組成及び厚さを採用している。
p型クラッド層において、(AlxGa1-x)yIn1-yP中のxとyは、それぞれx=1及びy=0.5であることが好ましい。
p型クラッド層の厚さは、この層を構成する材料種等の条件により変動するが、輝度の経時劣化を更に抑制する観点から、1.0±0.1μmであることが好ましい。
また、基板裏面には裏面電極が形成されていてもよい。裏面電極は、特に限定されず、公知の材料及び構成を採用できる。
加えて、電流拡散層が、AlGaAs系からなる場合、HFにて表面を粗面化又はH2SO4系のエッチャントにて表面にメサ構造を形成できる。一方、電流拡散層が、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1、0≦y≦1)の場合、HF又は塩酸等のエッチャントによる粗面化が困難な場合がある。この場合、メサ構造を使用することで、光取り出し効率、即ち輝度を向上できる。
なお、メサ構造を有する場合、電極はメサ構造の天面以外の場所に形成されていることが好ましい。
(1)ほぼ全反射角の見込み半角の天面を有する
(2)35°以上の側面を含めた見込み角を有する
(3)ほぼ17°の全反射角の見込み半角の天面を有し、かつ電流拡散層が(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなる
(4)4〜12μmの高さを有する
(5)4μm以上の高さを有し、かつ電流拡散層が(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、x及びyが電流拡散層とp型クラッド層とを格子整合させうる値である
のいずれかの関係を有していてもよい。また、上記関係は複数組み合わせてもよい。
関係(2)の側面を含めた見込み角とは、図5において、角度Eを意味する。角度Eは、上記基準点からメサ構造の側面を形成する曲線又は直線の立ち上がり箇所に向けて引いた直線間の角度を意味する。関係(2)により、メサ構造側面から外部へと取り出すことができる。このように全反射角外の光も取り出すことができるので、輝度を向上できる。
関係(3)により、全反射角内の光を素子外部へと取り出すことができる。また、全反射角外の光も、メサ構造側面から外部へと取り出すことができるので、輝度を向上できる。
関係(4)の高さとは、図5において、高さBを意味する。高さBは、メサ構造の側面を形成する曲線又は直線の立ち上がり箇所から、天面までの距離を意味する。
なお、図17の測定条件は、キャリア濃度プロファイラーによる測定である。
まず、図7(a)に示すように、活性層61、p型クラッド層62、電流阻止層63、電流拡散層64を積層する。
次いで、電流拡散層64上に、形成を所望するメサ構造を形成可能なパターンで保護レジスト65を形成する(図7(b))。
保護レジスト65をマスクとして電流拡散層64をエッチングする(図7(c))。
更に、保護レジスト65を除去することにより、メサ構造を形成できる(図7(d))。
12、22、32、42、52、62、72 p型クラッド層
13、23、33、44、54、64、75 電流拡散層
14、24、46、55、76 p型電極
34 表面メサ構造
43、53、63、74 電流阻止層
45 拡散電流
65 保護レジスト
66 n型クラッド層
67 反射層
68 GaAs基板
69 n型電極
73 p型中間層
(a)外部に取り出される全反射角内の光
(b)外部に取り出される全反射角以内の光
(c)外部に取り出されない全反射角外の光
(d)粗面化により外部に取り出される光
(e)メサ構造により外部に取り出される光
(f)メサ構造により外部に取り出される光
B メサ構造の高さ
C 天面から取り出し可能な基準点からの光の最大角度
D 全反射角の見込み半角
E 側面を含めた見込み角
F 天面幅
Claims (8)
- GaAsからなる基板上に、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、ダブルへテロ構造を備えた発光層を有し、前記発光層が、前記基板側から、活性層とp型クラッド層とをこの順で備え、p型クラッド層が、Znからなるキャリアを6.0×1017cm-3〜7.6×1017cm-3の範囲の濃度で含むことを特徴とする半導体発光素子。
- 前記活性層が、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、Znからなるキャリアを1.0×1017cm-3〜1.5×1017cm-3の範囲の濃度で含む請求項1に記載の半導体発光素子。
- 更に電流拡散層を前記p型クラッド層上に備え、前記電流拡散層が、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、Inを8〜10%含む請求項1又は2に記載の半導体発光素子。
- 前記半導体発光素子が表面発光型の素子であり、更に電流拡散層を前記p型クラッド層上に備え、前記電流拡散層がメサ構造を備え、前記メサ構造が全反射角17°の見込み半角の天面を有する請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記半導体発光素子が表面発光型の素子であり、更に電流拡散層を前記p型クラッド層上に備え、前記電流拡散層がメサ構造を備え、前記メサ構造が35°以上の側面を含めた見込み角を有する請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記半導体発光素子が表面発光型の素子であり、更に電流拡散層を前記p型クラッド層上に備え、前記電流拡散層が、メサ構造を備え、かつ(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、前記メサ構造が17°の全反射角の見込み半角の天面を有する請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記半導体発光素子が表面発光型の素子であり、更に電流拡散層を前記p型クラッド層上に備え、前記電流拡散層がメサ構造を備え、前記メサ構造が4〜12μmの高さを有する請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記半導体発光素子が表面発光型の素子であり、更に電流拡散層を前記p型クラッド層上に備え、前記電流拡散層が、メサ構造を備え、かつ(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≦x≦1、0≦y≦1)からなり、前記x及びyが前記電流拡散層とp型クラッド層とを格子整合させうる値であり、前記メサ構造が4μm以上の高さを有する請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
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