JP3442864B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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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
- H01L33/36—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 characterised by the electrodes
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-
- 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
- H01L33/02—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 characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード（以
下、ＬＥＤという）などの高輝度かつ高寿命を有するＡ
ｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子に関する。
下、ＬＥＤという）などの高輝度かつ高寿命を有するＡ
ｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術・発明が解決しようとする課題】従来、Ａ
ｌＧａＩｎＰ系発光素子としては、図３に示すように、
ｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、
ＡｌＧａＩｎＰ発光層およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層を順次形成したダブルヘテロ接合構造を有し、その
上にｐ型ＡｌＧａＡｓ保護層とｐ型ＧａＡｓコンタクト
層を形成したものが知られている（特開平２−２９８０
８３号公報参照）。この半導体発光素子構造では、格子
定数の差による歪は発生しないものの、最上層のＧａＡ
ｓ（バンドギャップが１．４２ｅＶ）層が発光を吸収す
るので、その一部をエッチング除去してその吸収を抑制
している。しかし、ＧａＡｓ層の一部が残るために、依
然として発光素子の発光効率に問題があり、高輝度化が
困難である。さらに、該半導体発光素子では、発光中に
ＡｌＧａＡｓ層の表面が酸化されて、長期間の高輝度化
が困難である。また、上記構造を有する発光素子の製造
においては、ＧａＡｓ層をエッチング除去する工程が増
えるので、生産性に劣りコスト高になる。さらに、Ｇａ
Ａｓ層の選択エッチングを均一に行うことが困難であ
り、ウエハー面内でＧａＡｓ層が残り、その部分から切
り出した素子はＧａＡｓ層による発光波長の吸収を受け
て輝度が低下する。このため発光素子の製造における歩
留りが向上せず、高輝度素子の製造再現性が悪い等の問
題があった。
ｌＧａＩｎＰ系発光素子としては、図３に示すように、
ｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、
ＡｌＧａＩｎＰ発光層およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層を順次形成したダブルヘテロ接合構造を有し、その
上にｐ型ＡｌＧａＡｓ保護層とｐ型ＧａＡｓコンタクト
層を形成したものが知られている（特開平２−２９８０
８３号公報参照）。この半導体発光素子構造では、格子
定数の差による歪は発生しないものの、最上層のＧａＡ
ｓ（バンドギャップが１．４２ｅＶ）層が発光を吸収す
るので、その一部をエッチング除去してその吸収を抑制
している。しかし、ＧａＡｓ層の一部が残るために、依
然として発光素子の発光効率に問題があり、高輝度化が
困難である。さらに、該半導体発光素子では、発光中に
ＡｌＧａＡｓ層の表面が酸化されて、長期間の高輝度化
が困難である。また、上記構造を有する発光素子の製造
においては、ＧａＡｓ層をエッチング除去する工程が増
えるので、生産性に劣りコスト高になる。さらに、Ｇａ
Ａｓ層の選択エッチングを均一に行うことが困難であ
り、ウエハー面内でＧａＡｓ層が残り、その部分から切
り出した素子はＧａＡｓ層による発光波長の吸収を受け
て輝度が低下する。このため発光素子の製造における歩
留りが向上せず、高輝度素子の製造再現性が悪い等の問
題があった。
【０００３】一方、電極コンタクト層のエッチング除去
を必要としないＡｌＧａＩｎＰ系発光素子構造も知られ
ている。図４に示すように、ｎ型のＧａＡｓ基板上にｎ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ発光層お
よびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層を順次形成したダブ
ルヘテロ接合構造を有し、その上にｐ型ＧａＰコンタク
ト層を形成している。この発光素子構造では、最上層に
ＧａＰ層が形成されているので、下層のＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層との格子定数、熱膨張係数の差によってその
界面において歪みが発生する。また、該ＧａＰ層が約１
０μｍ程度の厚膜であるので、その歪み発生量が大き
い。したがって、この歪力によってヘテロ接合構造（発
光部）に負荷がかかり、その影響で発光効率が低下した
り、寿命が短いという問題がある。この問題は、上記Ｇ
ａＰ層が厚膜になるほど顕著に現れる。
を必要としないＡｌＧａＩｎＰ系発光素子構造も知られ
ている。図４に示すように、ｎ型のＧａＡｓ基板上にｎ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ発光層お
よびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層を順次形成したダブ
ルヘテロ接合構造を有し、その上にｐ型ＧａＰコンタク
ト層を形成している。この発光素子構造では、最上層に
ＧａＰ層が形成されているので、下層のＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層との格子定数、熱膨張係数の差によってその
界面において歪みが発生する。また、該ＧａＰ層が約１
０μｍ程度の厚膜であるので、その歪み発生量が大き
い。したがって、この歪力によってヘテロ接合構造（発
光部）に負荷がかかり、その影響で発光効率が低下した
り、寿命が短いという問題がある。この問題は、上記Ｇ
ａＰ層が厚膜になるほど顕著に現れる。
【０００４】本発明の目的は、上記の如き問題を一挙に
解決し、コンタクト層における発光波長の吸収やコンタ
クト層とその下層との界面に生じる歪の発生、さらにそ
の歪力による発光部に対する負荷を抑制でき、且つその
製造が容易で、高輝度化かつ高寿命化が可能な半導体発
光素子構造を提供することである。
解決し、コンタクト層における発光波長の吸収やコンタ
クト層とその下層との界面に生じる歪の発生、さらにそ
の歪力による発光部に対する負荷を抑制でき、且つその
製造が容易で、高輝度化かつ高寿命化が可能な半導体発
光素子構造を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、以下に示す
本発明の構成によって達成される。即ち、本発明の半導
体発光素子は、 （１）第１の導電型ＧａＡｓ基板上に、順次第１の導電
型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ発光
層、第２の導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、第２の
導電型のＡｌＧａＡｓ層、第２の導電型のＧａx Ｉｎ
1-x Ｐ層（０．７≦ｘ≦１．０）を積層してなり、該Ｇ
ａx Ｉｎ1-x Ｐ層の厚みが１．０μｍ以下であることを
特徴とする。 （２）上記（１）の半導体発光素子において、第２の導
電型のＧａx Ｉｎ1-x Ｐ層がＧａＰ層であることを特徴
とする。
本発明の構成によって達成される。即ち、本発明の半導
体発光素子は、 （１）第１の導電型ＧａＡｓ基板上に、順次第１の導電
型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ発光
層、第２の導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、第２の
導電型のＡｌＧａＡｓ層、第２の導電型のＧａx Ｉｎ
1-x Ｐ層（０．７≦ｘ≦１．０）を積層してなり、該Ｇ
ａx Ｉｎ1-x Ｐ層の厚みが１．０μｍ以下であることを
特徴とする。 （２）上記（１）の半導体発光素子において、第２の導
電型のＧａx Ｉｎ1-x Ｐ層がＧａＰ層であることを特徴
とする。
【０００６】
【作用】上記半導体発光素子によれば、ＡｌＧａＩｎＰ
発光層とＡｌＧａＩｎＰクラッド層とで形成されるヘテ
ロ接合構造部（発光部）上に、ＡｌＧａＡｓ層を介して
ＧａＰ層を形成しているので、このＡｌＧａＡｓ層とＧ
ａＰ層との界面において格子定数や熱膨張係数の差によ
って歪力が発生したとしても、発光部までの距離がと
れ、また、上記ＡｌＧａＡｓ層がバッファー層的役割を
示して、ヘテロ接合構造部（発光部）にかかる負荷が低
減する。また、ＧａＰ層を１．０μｍ以下の薄膜に形成
しているので、上記ＡｌＧａＡｓ層とＧａＰ層との界面
において発生する歪力の絶対量が低減して、ヘテロ接合
構造部（発光部）にかかる負荷が低減する。
発光層とＡｌＧａＩｎＰクラッド層とで形成されるヘテ
ロ接合構造部（発光部）上に、ＡｌＧａＡｓ層を介して
ＧａＰ層を形成しているので、このＡｌＧａＡｓ層とＧ
ａＰ層との界面において格子定数や熱膨張係数の差によ
って歪力が発生したとしても、発光部までの距離がと
れ、また、上記ＡｌＧａＡｓ層がバッファー層的役割を
示して、ヘテロ接合構造部（発光部）にかかる負荷が低
減する。また、ＧａＰ層を１．０μｍ以下の薄膜に形成
しているので、上記ＡｌＧａＡｓ層とＧａＰ層との界面
において発生する歪力の絶対量が低減して、ヘテロ接合
構造部（発光部）にかかる負荷が低減する。
【０００７】また、ＧａＰ層は、従来のＡｌＧａＩｎＰ
系発光素子のコンタクト層に使用されているＧａＡｓ層
に比べて大きいバンドギャップを有するので、発光波長
の吸収が大幅に抑制される。また、ＧａＰ層は、従来の
ＧａＩｎＰ層やＧａＡｓ層に比べて、屈折率が小さいの
で、光取り出し効率が高い。また、ＧａＰ層は、間接遷
移型半導体材料であるので、発光波長に対する光吸収係
数の増加がブロードになり、吸収端付近に波長ピークを
有するＬＥＤの発光に対する吸収が小さくなる。
系発光素子のコンタクト層に使用されているＧａＡｓ層
に比べて大きいバンドギャップを有するので、発光波長
の吸収が大幅に抑制される。また、ＧａＰ層は、従来の
ＧａＩｎＰ層やＧａＡｓ層に比べて、屈折率が小さいの
で、光取り出し効率が高い。また、ＧａＰ層は、間接遷
移型半導体材料であるので、発光波長に対する光吸収係
数の増加がブロードになり、吸収端付近に波長ピークを
有するＬＥＤの発光に対する吸収が小さくなる。
【０００８】さらに、本発明の半導体発光素子によれ
ば、発光波長の吸収が大幅に抑制されるので、従来のＡ
ｌＧａＩｎＰ系発光素子のように、発光効率を向上させ
るためにコンタクト層をエッチング除去することは不要
である。
ば、発光波長の吸収が大幅に抑制されるので、従来のＡ
ｌＧａＩｎＰ系発光素子のように、発光効率を向上させ
るためにコンタクト層をエッチング除去することは不要
である。
【０００９】
【実施例】以下、実施例を示す図面に基づき本発明をよ
り詳細に説明する。図１は、本発明の半導体発光素子の
一実施例を示す断面図である。なお、以下の説明におい
ては、各層は特定の導電型を有するものとして説明する
が、これらに限定されることなく、ｎ型とｐ型とが逆の
半導体層であってもよい。同図において、Ｈ１は発光素
子であって、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層、３はＡｌＧａＩｎＰ発光層、４はｐ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、６はｐ型ＡｌＧａＡｓ
層、７はｐ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層（０．７≦
ｘ≦１．０）をそれぞれ示す。この発光素子において
は、ＡｌＧａＩｎＰ発光層３の両側に形成されるｎ型Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層２とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層４とによってダブルヘテロ接合構造が形成されてい
る。さらに、ｐ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層７の光
取出側表面上にドット状の上部電極８が、その反対側の
ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面に平板状の下部電極９がそれ
ぞれ形成されている。
り詳細に説明する。図１は、本発明の半導体発光素子の
一実施例を示す断面図である。なお、以下の説明におい
ては、各層は特定の導電型を有するものとして説明する
が、これらに限定されることなく、ｎ型とｐ型とが逆の
半導体層であってもよい。同図において、Ｈ１は発光素
子であって、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層、３はＡｌＧａＩｎＰ発光層、４はｐ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、６はｐ型ＡｌＧａＡｓ
層、７はｐ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層（０．７≦
ｘ≦１．０）をそれぞれ示す。この発光素子において
は、ＡｌＧａＩｎＰ発光層３の両側に形成されるｎ型Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層２とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層４とによってダブルヘテロ接合構造が形成されてい
る。さらに、ｐ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層７の光
取出側表面上にドット状の上部電極８が、その反対側の
ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面に平板状の下部電極９がそれ
ぞれ形成されている。
【００１０】ＧａＡｓ基板１としては、従来既知のｎ型
またはｐ型のものが使用される。
またはｐ型のものが使用される。
【００１１】上記ＡｌＧａＩｎＰ発光層３の形成には、
発光層となりうるＡｌＧａＩｎＰ系の材料、例えば（Ａ
ｌy Ｇａ1-y ）x Ｉｎ1-x Ｐ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）で表される混晶材料が用いられる。具体的には（Ａ
ｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｉｎ0.5Ｐ，Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
等が例示できる。この発光層３は、自体既知の手段に
て、上記半導体材料にドーパントを添加するかまたは添
加なしで基板上に結晶成長させるが、結晶性の点から添
加なしで形成されることが好ましい。
発光層となりうるＡｌＧａＩｎＰ系の材料、例えば（Ａ
ｌy Ｇａ1-y ）x Ｉｎ1-x Ｐ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）で表される混晶材料が用いられる。具体的には（Ａ
ｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｉｎ0.5Ｐ，Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
等が例示できる。この発光層３は、自体既知の手段に
て、上記半導体材料にドーパントを添加するかまたは添
加なしで基板上に結晶成長させるが、結晶性の点から添
加なしで形成されることが好ましい。
【００１２】上記発光層３の両側に形成されるｎ型Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層２およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層４の形成には、クラッド層となりうるＡｌＧａＩ
ｎＰ系の材料、例えば（Ａｌy Ｇａ1-y ）x Ｉｎ1-x Ｐ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）で表される混晶材料が用い
られる。具体的には（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0. 5
Ｐ，Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ等が例示される。これらのクラ
ッド層２，４は、自体既知の手段にて、上記半導体材料
にドーパントを添加して形成される。なお、これらのク
ラッド層は、ｎ型の場合、ドーパントとしてＳｅまたは
Ｓｉが用いられ、ｐ型の場合、ドーパントとしてＺｎま
たはＭｇが選択使用され、その厚みは、通常、０．２〜
２．０μｍ程度に形成される。
ＧａＩｎＰクラッド層２およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層４の形成には、クラッド層となりうるＡｌＧａＩ
ｎＰ系の材料、例えば（Ａｌy Ｇａ1-y ）x Ｉｎ1-x Ｐ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）で表される混晶材料が用い
られる。具体的には（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0. 5
Ｐ，Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ等が例示される。これらのクラ
ッド層２，４は、自体既知の手段にて、上記半導体材料
にドーパントを添加して形成される。なお、これらのク
ラッド層は、ｎ型の場合、ドーパントとしてＳｅまたは
Ｓｉが用いられ、ｐ型の場合、ドーパントとしてＺｎま
たはＭｇが選択使用され、その厚みは、通常、０．２〜
２．０μｍ程度に形成される。
【００１３】本発明の半導体発光素子では、上記ヘテロ
接合構造上に、さらにｐ型ＡｌＧａＡｓ層６およびｐ型
Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層７を有することが特に重
要である。上記ＡｌＧａＡｓ層６の形成には、従来既知
のＡｌＧａＡｓ系半導体材料が使用でき、具体的にはＡ
ｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ，Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ等が挙げら
れる。このＡｌＧａＡｓ層６は、ドーパントを添加した
材料を、上記ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４上に結晶
成長させて、厚さ３〜２０μｍ、好ましくは５〜１０μ
ｍ程度に形成される。このＡｌＧａＡｓ層６の厚みが、
３μｍ未満であれば、素子からの十分な輝度がえられ
ず、一方、２０μｍを越えると、輝度が飽和する傾向に
ある。なお、このＡｌＧａＡｓ層６は、基板１の導電型
と異なる導電型になるようにドーパントを選択使用して
形成される。ドーパントとしては、ｎ型の場合、Ｓｅま
たはＳｉが用いられ、ｐ型の場合、ＺｎまたはＭｇが使
用される。
接合構造上に、さらにｐ型ＡｌＧａＡｓ層６およびｐ型
Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層７を有することが特に重
要である。上記ＡｌＧａＡｓ層６の形成には、従来既知
のＡｌＧａＡｓ系半導体材料が使用でき、具体的にはＡ
ｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ，Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ等が挙げら
れる。このＡｌＧａＡｓ層６は、ドーパントを添加した
材料を、上記ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４上に結晶
成長させて、厚さ３〜２０μｍ、好ましくは５〜１０μ
ｍ程度に形成される。このＡｌＧａＡｓ層６の厚みが、
３μｍ未満であれば、素子からの十分な輝度がえられ
ず、一方、２０μｍを越えると、輝度が飽和する傾向に
ある。なお、このＡｌＧａＡｓ層６は、基板１の導電型
と異なる導電型になるようにドーパントを選択使用して
形成される。ドーパントとしては、ｎ型の場合、Ｓｅま
たはＳｉが用いられ、ｐ型の場合、ＺｎまたはＭｇが使
用される。
【００１４】また、Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層７の
形成には、コンタクト層となりうるＧａＩｎＰ系の材
料、例えばＧａx Ｉｎ1-x Ｐ（０．７≦ｘ≦１．０）で
表される混晶材料が用いられる。具体的にはＧａ0.7 Ｉ
ｎ0.3 Ｐ，Ｇａ0.8 Ｉｎ0.2 Ｐ，Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｐ，
ＧａＰ等が挙げられるが、なかでもバンドギャップが広
く光の吸収が小さいＧａＰの使用が好ましい。このＧａ
x Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層７は、基板１の導電型と異な
る導電型になるようにドーパントを選択使用して、上記
ＡｌＧａＡｓ層６上に結晶成長させて形成される。ドー
パントとしては、ｎ型のときはＳｅまたはＳｉが用いら
れ、ｐ型のときはＺｎまたはＭｇが使用される。
形成には、コンタクト層となりうるＧａＩｎＰ系の材
料、例えばＧａx Ｉｎ1-x Ｐ（０．７≦ｘ≦１．０）で
表される混晶材料が用いられる。具体的にはＧａ0.7 Ｉ
ｎ0.3 Ｐ，Ｇａ0.8 Ｉｎ0.2 Ｐ，Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｐ，
ＧａＰ等が挙げられるが、なかでもバンドギャップが広
く光の吸収が小さいＧａＰの使用が好ましい。このＧａ
x Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層７は、基板１の導電型と異な
る導電型になるようにドーパントを選択使用して、上記
ＡｌＧａＡｓ層６上に結晶成長させて形成される。ドー
パントとしては、ｎ型のときはＳｅまたはＳｉが用いら
れ、ｐ型のときはＺｎまたはＭｇが使用される。
【００１５】上記ＡｌＧａＡｓ層６とＧａx Ｉｎ1-x Ｐ
コンタクト層７との界面においては、両者の格子定数や
熱膨張係数の差による歪の発生が避けられないので、こ
の発生する歪力の絶対量を低減するために、上記Ｇａx
Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層７の厚さは１．０μｍ以下、好
ましくは０．１〜０．７μｍ程度に形成される。
コンタクト層７との界面においては、両者の格子定数や
熱膨張係数の差による歪の発生が避けられないので、こ
の発生する歪力の絶対量を低減するために、上記Ｇａx
Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層７の厚さは１．０μｍ以下、好
ましくは０．１〜０．７μｍ程度に形成される。
【００１６】また、上部電極８および下部電極９の形成
には、例えばＡｕＢｅ，ＡｕＳｎ等の金属材料が使用で
きる。上記金属材料を、真空蒸着、フォトリソグラフィ
ー等の方法によって、ドット状、帯状等の所望の形状、
大きさを有する電極が形成できる。なお、上部電極をド
ット状電極とすると、電極に遮られる発光を減少でき、
発光素子の高輝度化がなされるので好ましい。
には、例えばＡｕＢｅ，ＡｕＳｎ等の金属材料が使用で
きる。上記金属材料を、真空蒸着、フォトリソグラフィ
ー等の方法によって、ドット状、帯状等の所望の形状、
大きさを有する電極が形成できる。なお、上部電極をド
ット状電極とすると、電極に遮られる発光を減少でき、
発光素子の高輝度化がなされるので好ましい。
【００１７】上記図１の例では、ダブルヘテロ（ＤＨ）
接合構造の発光部を形成しているが、本発明は図２に示
すような片側のＡｌＧａＩｎＰクラッド層２が形成され
ていないシングルヘテロ（ＳＨ）構造の発光素子にも適
用できる。ただし、高輝度の発光を得る場合には、ＳＨ
構造よりもＤＨ構造の発光素子が好ましい。
接合構造の発光部を形成しているが、本発明は図２に示
すような片側のＡｌＧａＩｎＰクラッド層２が形成され
ていないシングルヘテロ（ＳＨ）構造の発光素子にも適
用できる。ただし、高輝度の発光を得る場合には、ＳＨ
構造よりもＤＨ構造の発光素子が好ましい。
【００１８】本発明の半導体発光素子は、例えば次に示
す方法によって製造される。図１に示すダブルヘテロ接
合構造を有する半導体発光素子を例にして説明すると、
ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、結晶成長にてｎ型ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層２、ＡｌＧａＩｎＰ発光層３、ｐ型Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層４、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層６および
ｐ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層７を順次エピタキシ
ャル成長させた後、上記ｐ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐコンタク
ト層７の表面上に上部電極８を、ｎ型ＧａＡｓ基板１の
裏面に下部電極９をそれぞれ形成することにより製造さ
れる。
す方法によって製造される。図１に示すダブルヘテロ接
合構造を有する半導体発光素子を例にして説明すると、
ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、結晶成長にてｎ型ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層２、ＡｌＧａＩｎＰ発光層３、ｐ型Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層４、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層６および
ｐ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層７を順次エピタキシ
ャル成長させた後、上記ｐ型Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐコンタク
ト層７の表面上に上部電極８を、ｎ型ＧａＡｓ基板１の
裏面に下部電極９をそれぞれ形成することにより製造さ
れる。
【００１９】上記結晶成長方法としては、半導体層をエ
ピタキシャル成長可能な従来既知の成膜方法が好適に使
用でき、例えばＣＶＤ法（化学気相堆積法），ＭＯＣＶ
Ｄ法（有機金属気相エピタキシャル成長法），ＶＰＥ法
（気相エピタキシャル成長法），ＬＰＥ法（液相エピタ
キシャル成長法），ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成
長法）等が例示される。
ピタキシャル成長可能な従来既知の成膜方法が好適に使
用でき、例えばＣＶＤ法（化学気相堆積法），ＭＯＣＶ
Ｄ法（有機金属気相エピタキシャル成長法），ＶＰＥ法
（気相エピタキシャル成長法），ＬＰＥ法（液相エピタ
キシャル成長法），ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成
長法）等が例示される。
【００２０】本発明をより具体的に説明するために、以
下に実験例を示す。 実験例１ 図１に示す構造を有する発光ダイオードＨ１を、次に示
す方法によって製造した。直径５cm、厚さ３００μｍの
ｎ型ＧａＡｓ基板１（ドーパント：Ｓｉ）上に、厚さ２
μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２（ドーパント：
Ｓｅ）、厚さ０．５μｍのＡｌＧａＩｎＰ発光層３、厚
さ０．３μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４（ドー
パント：Ｚｎ）をＭＯＣＶＤ法によって順次エピタキシ
ャル成長させた。ついで、上記ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層４上に、厚さ１０μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ層６と
厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＰコンタクト層７を上記と同
様の方法にて順次エピタキシャル成長させた。
下に実験例を示す。 実験例１ 図１に示す構造を有する発光ダイオードＨ１を、次に示
す方法によって製造した。直径５cm、厚さ３００μｍの
ｎ型ＧａＡｓ基板１（ドーパント：Ｓｉ）上に、厚さ２
μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２（ドーパント：
Ｓｅ）、厚さ０．５μｍのＡｌＧａＩｎＰ発光層３、厚
さ０．３μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４（ドー
パント：Ｚｎ）をＭＯＣＶＤ法によって順次エピタキシ
ャル成長させた。ついで、上記ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層４上に、厚さ１０μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ層６と
厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＰコンタクト層７を上記と同
様の方法にて順次エピタキシャル成長させた。
【００２１】上記エピタキシャル成長の際の条件は、成
長温度が７００℃、成長圧力が７６Ｔｏｒｒとした。ま
た、各層成膜時のガス流量は以下の通りとした。ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層のとき、ＴＭＩ７３sccm, ＴＭＡ
３．６sccm, ＴＭＧ１．２sccm, ＰＨ3 ４００sccmであ
り、ｎ型ではＨ2 Ｓｅ１７sccm, ｐ型ではＤＭＺ５２sc
cmである。ＡｌＧａＩｎＰ発光層のとき、ＴＭＩ７３sc
cm, ＴＭＡ１．４sccm,ＴＭＧ２．８sccm, ＰＨ3 ４４
５sccmである。ｐ型ＡｌＧａＡｓ層のとき、ＴＭＡ１
９．２sccm, ＴＭＧ４．６sccm, ＡｓＨ3 ５５０sccm、
ＤＭＺ２２５sccmである。ｐ型ＧａＰ層のとき、ＴＭＧ
９．４sccm, ＰＨ3 ２４４sccm、ＤＭＺ２１４sccmであ
る。
長温度が７００℃、成長圧力が７６Ｔｏｒｒとした。ま
た、各層成膜時のガス流量は以下の通りとした。ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層のとき、ＴＭＩ７３sccm, ＴＭＡ
３．６sccm, ＴＭＧ１．２sccm, ＰＨ3 ４００sccmであ
り、ｎ型ではＨ2 Ｓｅ１７sccm, ｐ型ではＤＭＺ５２sc
cmである。ＡｌＧａＩｎＰ発光層のとき、ＴＭＩ７３sc
cm, ＴＭＡ１．４sccm,ＴＭＧ２．８sccm, ＰＨ3 ４４
５sccmである。ｐ型ＡｌＧａＡｓ層のとき、ＴＭＡ１
９．２sccm, ＴＭＧ４．６sccm, ＡｓＨ3 ５５０sccm、
ＤＭＺ２２５sccmである。ｐ型ＧａＰ層のとき、ＴＭＧ
９．４sccm, ＰＨ3 ２４４sccm、ＤＭＺ２１４sccmであ
る。
【００２２】さらに、ｐ型ＧａＰ層７の表面にＡｕＢｅ
製の上部電極８をドット状に、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏
面にＡｕＳｎ製の下部電極９をそれぞれ真空蒸着とフォ
トリソグラフィー法によって形成した。
製の上部電極８をドット状に、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏
面にＡｕＳｎ製の下部電極９をそれぞれ真空蒸着とフォ
トリソグラフィー法によって形成した。
【００２３】比較例１〜２
上記実験例１において、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層６とｐ型Ｇ
ａＰコンタクト層７に替えて、次に示す材料を用いて形
成した以外は全て実験例１と同様にして発光ダイオード
を製造した。比較例１では、厚さ１０μｍのｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ層と厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層
を形成し、電極直下以外の該ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
を除去した。比較例２では、厚さ１０μｍのｐ型ＧａＰ
コンタクト層を形成した。
ａＰコンタクト層７に替えて、次に示す材料を用いて形
成した以外は全て実験例１と同様にして発光ダイオード
を製造した。比較例１では、厚さ１０μｍのｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ層と厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層
を形成し、電極直下以外の該ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
を除去した。比較例２では、厚さ１０μｍのｐ型ＧａＰ
コンタクト層を形成した。
【００２４】性能試験
上記実験例１および比較例１〜２で製造した各発光ダイ
オードの上部電極と下部電極間に２０ｍＡの電流を印加
して発光させ、そのときの輝度を測定した。また、上記
発光を、温度８５℃，湿度８５％の雰囲気中で２０００
時間継続した後の輝度を測定し、最初の輝度に対する輝
度低下率によって、発光ダイオードの寿命を評価した。
なお、寿命の評価基準は、○…輝度低下率５％未満、△
…輝度低下率５〜２０％、×…輝度低下率２０％を越え
るとした。この結果は表１に示す通りであった。
オードの上部電極と下部電極間に２０ｍＡの電流を印加
して発光させ、そのときの輝度を測定した。また、上記
発光を、温度８５℃，湿度８５％の雰囲気中で２０００
時間継続した後の輝度を測定し、最初の輝度に対する輝
度低下率によって、発光ダイオードの寿命を評価した。
なお、寿命の評価基準は、○…輝度低下率５％未満、△
…輝度低下率５〜２０％、×…輝度低下率２０％を越え
るとした。この結果は表１に示す通りであった。
【００２５】
【表１】
【００２６】上記表１の結果からも明らかなように、実
験例で得られる発光ダイオードは、比較例のものに比べ
て、数％の輝度の向上が得られた。また、実験例で得ら
れる発光ダイオードは、比較例のものに比べて、寿命が
大幅に優れるものであった。
験例で得られる発光ダイオードは、比較例のものに比べ
て、数％の輝度の向上が得られた。また、実験例で得ら
れる発光ダイオードは、比較例のものに比べて、寿命が
大幅に優れるものであった。
【００２７】
【発明の効果】本発明の半導体発光素子によれば、発光
素子の発光部にかかる歪力による負荷を低減できるの
で、発光素子の寿命を大幅に向上できる。また、本発明
の半導体発光素子によれば、酸化等による発光効率の低
下を抑制でき、また、発光波長の吸収を大幅に低減で
き、また、光取り出し効率を高くでき、さらに吸収端付
近に波長ピークを有するＬＥＤの発光に対する吸収を小
さくできるので、発光素子の高輝度化が達成される。さ
らに、本発明の半導体発光素子によれば、発光波長の吸
収が大幅に抑制されるので、従来のＡｌＧａＩｎＰ系発
光素子のように、発光効率を向上させるためにコンタク
ト層をエッチング除去することは不要であり、半導体発
光素子を効率的に製造できるようになり、大幅なコスト
ダウンが実現する。
素子の発光部にかかる歪力による負荷を低減できるの
で、発光素子の寿命を大幅に向上できる。また、本発明
の半導体発光素子によれば、酸化等による発光効率の低
下を抑制でき、また、発光波長の吸収を大幅に低減で
き、また、光取り出し効率を高くでき、さらに吸収端付
近に波長ピークを有するＬＥＤの発光に対する吸収を小
さくできるので、発光素子の高輝度化が達成される。さ
らに、本発明の半導体発光素子によれば、発光波長の吸
収が大幅に抑制されるので、従来のＡｌＧａＩｎＰ系発
光素子のように、発光効率を向上させるためにコンタク
ト層をエッチング除去することは不要であり、半導体発
光素子を効率的に製造できるようになり、大幅なコスト
ダウンが実現する。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施例を示す発光
ダイオードの断面構造図である。
ダイオードの断面構造図である。
【図２】本発明の半導体発光素子の他の実施例を示す発
光ダイオードの断面構造図である。
光ダイオードの断面構造図である。
【図３】従来の半導体発光素子の例を示す断面構造図で
ある。
ある。
【図４】従来の半導体発光素子の他の例を示す断面構造
図である。
図である。
１ ｎ型のＧａＡｓ基板
２ ｎ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３ ＡｌＧａＩｎＰ発光層
４ ｐ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６ ｐ型のＡｌＧａＡｓ層
７ ｐ型のＧａx Ｉｎ1-x Ｐコンタクト層
８ 上部電極
９ 下部電極
Ｈ１，Ｈ２ 発光素子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 只友 一行
兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電
線工業株式会社 伊丹製作所内
(56)参考文献 特開 平６−326360（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−298083（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−61525（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−291617（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−212479（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
H01L 21/20
H01L 21/205
H01L 29/205
Claims (2)
- 【請求項１】 第１の導電型ＧａＡｓ基板上に、順次第
１の導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ発光層、第２の導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、
第２の導電型のＡｌＧａＡｓ層、第２の導電型のＧａx
Ｉｎ1-x Ｐ層（０．７≦ｘ≦１．０）を積層してなり、
該Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ層の厚みが１．０μｍ以下であるこ
とを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 第２の導電型のＧａx Ｉｎ1-x Ｐ層が、
ＧａＰ層である請求項１記載の半導体発光素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15727994A JP3442864B2 (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | 半導体発光素子 |
| US08/498,752 US5631475A (en) | 1994-07-08 | 1995-07-06 | Semiconductor light emitting element |
| EP95110532A EP0691689A1 (en) | 1994-07-08 | 1995-07-06 | Semiconductor light emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15727994A JP3442864B2 (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0823123A JPH0823123A (ja) | 1996-01-23 |
| JP3442864B2 true JP3442864B2 (ja) | 2003-09-02 |
Family
ID=15646190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15727994A Expired - Fee Related JP3442864B2 (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | 半導体発光素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5631475A (ja) |
| EP (1) | EP0691689A1 (ja) |
| JP (1) | JP3442864B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JPH09283798A (ja) | 1996-04-19 | 1997-10-31 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子およびその製法 |
| JP3216700B2 (ja) * | 1996-05-22 | 2001-10-09 | サンケン電気株式会社 | 半導体発光素子 |
| US6057562A (en) * | 1997-04-18 | 2000-05-02 | Epistar Corp. | High efficiency light emitting diode with distributed Bragg reflector |
| AU7566298A (en) * | 1997-05-14 | 1998-12-08 | Research Triangle Institute | Light emitting device contact layers having substantially equal spreading resistance and method of manufacture |
| DE19755009C1 (de) * | 1997-12-11 | 1999-08-19 | Vishay Semiconductor Gmbh | Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung für Leuchtdioden |
| JPH11233815A (ja) * | 1998-02-13 | 1999-08-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体発光ダイオード |
| DE19844985A1 (de) * | 1998-09-30 | 2000-04-13 | Siemens Ag | Strahlungsemittierender Halbleiterkörper und Verfahren zum Herstellen des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers |
| TW445659B (en) * | 1999-04-27 | 2001-07-11 | Hitachi Cable | LED of AlGaInP system and epitaxial wafer used for same |
| DE10040448A1 (de) * | 2000-08-18 | 2002-03-07 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterchip und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US8957440B2 (en) * | 2011-10-04 | 2015-02-17 | Cree, Inc. | Light emitting devices with low packaging factor |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2203894B (en) * | 1987-03-03 | 1990-11-21 | Fumio Inaba | Surface emission type semiconductor light-emitting device |
| US5048035A (en) * | 1989-05-31 | 1991-09-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device |
| JPH06103759B2 (ja) * | 1989-11-29 | 1994-12-14 | 株式会社東芝 | 半導体発光装置 |
| US5278857A (en) * | 1989-10-16 | 1994-01-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Indium gallium aluminum phosphide silicon doped to prevent zinc disordering |
| US5008718A (en) * | 1989-12-18 | 1991-04-16 | Fletcher Robert M | Light-emitting diode with an electrically conductive window |
| JP3114978B2 (ja) * | 1990-03-30 | 2000-12-04 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
| JP3251603B2 (ja) * | 1990-08-20 | 2002-01-28 | 株式会社東芝 | 半導体発光装置 |
| JP3373561B2 (ja) * | 1992-09-30 | 2003-02-04 | 株式会社東芝 | 発光ダイオード |
| JP3264563B2 (ja) * | 1993-03-15 | 2002-03-11 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JPH0794781A (ja) * | 1993-09-24 | 1995-04-07 | Toshiba Corp | 面発光型半導体発光ダイオード |
| DE9319416U1 (de) * | 1993-12-04 | 1994-04-07 | Huang, Kuo-Hsin, Hsinchu | Wirksame Lichtemissionsdioden mit modifizierten Fensterschichten |
| US5481122A (en) * | 1994-07-25 | 1996-01-02 | Industrial Technology Research Institute | Surface light emitting diode with electrically conductive window layer |
-
1994
- 1994-07-08 JP JP15727994A patent/JP3442864B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-07-06 US US08/498,752 patent/US5631475A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-07-06 EP EP95110532A patent/EP0691689A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5631475A (en) | 1997-05-20 |
| EP0691689A1 (en) | 1996-01-10 |
| JPH0823123A (ja) | 1996-01-23 |
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