JP4587521B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光素子に関し、特に上面から光を取り出すために半導体接合部を上部に形成したジャンクションアップ型の半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来のジャンクションアップ型の半導体発光素子を図2に示す。従来のジャンクションアップ型の半導体発光素子は、n型のGaAsなどから成る基板1上にn型のAlGaAsなどから成るキャリア注入層2、p型のAlGaAsなどから成る活性層3、p型のAlGaAsなどから成るクラッド層4、およびp型のコンタクト層5を順次積層し、p型のコンタクト層5にp側電極6を接続して設けるとともに、基板1の裏面にn側電極7を設けた構造となっている。
【0003】
しかしながら、従来のAlGaAs系ジャンクションアップ型の半導体発光素子では基板1と電極7とをオーミックコンタクトさせるために、基板1には例えばシリコンからなるn型不純物が1×1018atoms/cm3程度の比較的高濃度に添加されている。
【0004】
ところで、活性層3で発光した光λaは、発光素子の表面側だけでなく、その裏面側にも放射される。発光素子の裏面側に放射された光λaは、図3に示すように、バンドギャップの大きいn型AlGaAsからなるキャリア注入層2では吸収されず、バンドギャップの小さいGaAsからなる基板1中にまで到達する。高不純物濃度のGaAs基板1中に到達した光λaは基板1中のキャリアを励起し、そのバンドギャップに対応した光λaとは波長の異なる光λbを放射する。
【0005】
ところが、基板1を構成するGaAsは不純物濃度が高くなると光学的活性が顕著に増加する特性を有しているため、二次発光強度が強く、その結果、発光素子の発光スペクトルは本来の光λaに加えてサブピークである光λbを持つことになり、これがメインピークの光λaに対する雑音になるという問題があった。
【0006】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、発光素子の発光スペクトル中にサブピークの雑音が発生するという従来の問題点を解消した半導体発光素子を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体発光装置では、一導電型を呈する半導体基板上に、一導電型を呈するキャリア注入層、逆導電型を呈する活性層、およびクラッド層とを順次積層して形成し、この半導体基板の裏面側とクラッド層上に電極を設けた半導体発光素子において、前記キャリア注入層の下側に前記活性層よりもバンドギャップの小さい光吸収層を設けたことを特徴とする。
【0008】
上記半導体発光素子では、前記キャリア注入層、活性層、およびクラッド層がAlGaAsもしくはGaAsから成り、前記光吸収層がInGaAsから成り、前記半導体基板がGaAsから成ることを特徴とする。さらに、本発明に係る半導体発光素子では、一導電型を呈する半導体基板上に、一導電型を呈するキャリア注入層、逆導電型を呈する活性層、およびクラッド層とを順次積層して形成し、この半導体基板の裏面側とクラッド層上に電極を設けた半導体発光素子において、前記キャリア注入層の下側に前記基板側から順にバッファ層と前記活性層よりもバンドギャップの小さい光吸収層とを設け、前記キャリア注入層、活性層、およびクラッド層がAlGaAsから成り、前記光吸収層がInGaAsから成り、前記バッファ層がGaAsから成ることを特徴とする。
【0009】
また、上記半導体発光素子では、前記光吸収層の厚みが0.05〜0.2μmであることが望ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図1は本発明に係る半導体発光素子の一実施形態を示す断面図である。なお、ここでは赤色AlGaAs系発光ダイオードを例に説明する。図1において、8は半導体基板、9はバッファ層、10は光吸収層、11はキャリア注入層、12は活性層、13はクラッド層、14はコンタクト層、15と16は電極である。
【0011】
半導体基板8は一導電型不純物を1×1017〜1019atoms/cm3程度含有し、シリコン(Si)、ガリウム砒素(GaAs)、あるいはインジウム燐(InP)などの単結晶半導体基板や、サファイア(Al2O3)などの単結晶絶縁基板から成る。単結晶半導体基板の場合、(100)面を<011>方向に2〜7°オフさせた基板などが好適に用いられる。サファイアの場合、C面基板が好適に用いられる。
【0012】
バッファ層9はガリウム砒素(GaAs)などからなり、Si等の一導電型不純物を1×1017〜1019atoms/cm3程度含有し、基板8と半導体層との格子不整合に基づくミスフィット転位を防止もしくは低減させるために、1〜4μm程度の厚みに形成する。
【0013】
光吸収層10はインジウムガリウム砒素(InGaAs)などからなり、Si等の一導電型不純物を1×1017〜1019atoms/cm3程度含有し、0.05〜0.2μmの厚みに形成する。光吸収層10はGaAsからなるバッファ層9とアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)から成るクラッド層11とに挟まれているため、格子不整合によって内部に応力を持ち光学的に活性の小さい膜となっている。
【0014】
このように光学的に活性が小さく、後述する活性層よりもバンドギャップの小さい光吸収層10を設けると、基板8側に放射された発光が二次発光なしに吸収される。
【0015】
この光吸収層10の厚みが0.05μm以下であると反射効果が小さく、また0.2μm以上では光学的活性が強くなり、二次発光し易くなる。よって、この光吸収層10は0.05〜0.2μmの厚みに形成することが望ましい。
【0016】
一導電型を呈するキャリア注入層11は、アルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)などで形成され、シリコンなどの一導電型半導体不純物を1×1016〜1019atoms/cm3程度含有し、0.2〜4μm程度の厚みを有する。
【0017】
逆導電型を呈する活性層12は、アルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)などで形成され、亜鉛(Zn)などの逆導電型半導体不純物を1×1016〜1021atoms/cm3程度含有し、0.1〜4μm程度の厚みを有する。
【0018】
逆導電型を呈するクラッド層13はアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)から形成され、亜鉛(Zn)などの逆導電型半導体不純物を1×1016〜1021atoms/cm3程度含有し、0.2〜4μm程度の厚みを有する。なお、キャリア閉じ込め効果と光透過性を考慮して活性層12とクラッド層13のアルミニウム砒素(AlAs)とガリウム砒素(GaAs)の混晶比を異ならせている。
【0019】
オーミックコンタクト層14はガリウム砒素(GaAs)などで形成され、亜鉛(Zn)などの逆導電型半導体不純物を1×1019〜1020atoms/cm3程度含有し、0.01〜1μm程度の厚みを有する。
【0020】
次に、このような半導体発光素子の製造方法を説明する。まず、MOCVD法により基板8を水素(H2)とアルシンガス(AsH3)雰囲気中で700〜1000℃まで昇温し、基板8の表面の酸化物を除去する。
【0021】
次に、基板温度400〜700℃でトリメチルガリウム(以下TMG)とアルシンガス(AsH3)とシランガス(SiH4)をドーパントガスとして供給してバッファ層9を1〜4μm程度の厚みに形成する。
【0022】
その上に原料ガスとしてTMG、トリメチルインジウム(以下TMI)、アルシンガス(AsH3)とシランガス(SiH4)をドーパントガスを用いて、光吸収層10を0.05〜0.2μm程度の厚みに形成する。
【0023】
その後、シランガス(SiH4)をドーパントガスとして用いて一導電型のキャリア注入層11を形成する。その上にジメチル亜鉛(以下DMZ)をドーパントガスとして用いて活性層12、クラッド層13、およびオーミックコンタクト層14を順次形成する。
【0024】
このように各半導体層9〜14を成長させた後、硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いてメサ構造にする。その後、蒸着法やスパッタリング法を用いて金・ゲルマニウム(AuGe)などによって電極15、16を形成する。
【0025】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る半導体発光素子では、一導電型を呈する半導体基板上に、一導電型を呈するキャリア注入層、逆導電型を呈する活性層、およびクラッド層とを順次積層して形成し、この半導体基板の裏面側とクラッド層上に電極を設け、上記キャリア注入層の下側に光吸収層を設けたことから、活性層で発光して基板の裏面側に放射した光が二次発光せずに光吸収層で吸収されるため、サブピークの反射光の発生を防止することができ、メインピークの光に対する雑音を低くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体発光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図2】従来の半導体発光素子を示す示す断面図である。
【図3】従来の半導体発光素子のバイアス状態時のバンドダイヤグラムを示す図である。
【符号の説明】
8:基板、9:バッファ層、10:光吸収層、11:キャリア注入層、12:活性層、13:クラッド層、14:コンタクト層、15,16:電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a junction-up type semiconductor light emitting device in which a semiconductor junction is formed on the top in order to extract light from the upper surface.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
A conventional junction-up type semiconductor light emitting device is shown in FIG. A conventional junction-up type semiconductor light emitting device has a
[0003]
However, in the conventional AlGaAs junction-up type semiconductor light emitting device, since the substrate 1 and the electrode 7 are brought into ohmic contact, the substrate 1 is compared with an n-type impurity made of, for example, silicon of about 1 × 10 18 atoms / cm 3. It is added to a high concentration.
[0004]
Incidentally, the light λa emitted from the active layer 3 is emitted not only to the front surface side of the light emitting element but also to the back surface side thereof. As shown in FIG. 3, the light λa radiated to the back surface side of the light emitting element is not absorbed by the
[0005]
However, since GaAs constituting the substrate 1 has a characteristic that the optical activity increases remarkably when the impurity concentration is increased, the secondary emission intensity is strong, and as a result, the emission spectrum of the light emitting element has the original light λa. In addition to this, there is a problem that it has a light λb which is a sub-peak, which becomes noise with respect to the light λa of the main peak.
[0006]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that solves the conventional problem of generating sub-peak noise in the emission spectrum of the light emitting device. And
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in a semiconductor light emitting device according to the present invention, a carrier injection layer exhibiting one conductivity type, an active layer exhibiting a reverse conductivity type, and a cladding layer are sequentially formed on a semiconductor substrate exhibiting one conductivity type. In a semiconductor light emitting device formed by stacking and providing electrodes on the back side and the cladding layer of the semiconductor substrate, a light absorption layer having a smaller band gap than the active layer is provided below the carrier injection layer. It is characterized by.
[0008]
In the semiconductor light-emitting element, the carrier injection layer, the active layer, and the cladding layer is composed of AlGaAs or GaAs, the light absorbing layer is Ri consists InGaAs, the semiconductor substrate is characterized in that it consists of GaAs. Furthermore, in the semiconductor light emitting device according to the present invention, a carrier injection layer exhibiting one conductivity type, an active layer exhibiting a reverse conductivity type, and a cladding layer are sequentially stacked on a semiconductor substrate exhibiting one conductivity type, In the semiconductor light emitting device in which electrodes are provided on the back surface side and the clad layer of the semiconductor substrate, a buffer layer and a light absorption layer having a band gap smaller than that of the active layer are sequentially provided from the substrate side below the carrier injection layer. The carrier injection layer, the active layer, and the cladding layer are made of AlGaAs, the light absorption layer is made of InGaAs, and the buffer layer is made of GaAs.
[0009]
In the semiconductor light emitting device, the thickness of the light absorption layer is preferably 0.05 to 0.2 μm.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor light emitting device according to the present invention. Here, a red AlGaAs light emitting diode will be described as an example. In FIG. 1, 8 is a semiconductor substrate, 9 is a buffer layer, 10 is a light absorption layer, 11 is a carrier injection layer, 12 is an active layer, 13 is a cladding layer, 14 is a contact layer, and 15 and 16 are electrodes.
[0011]
The
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
When the
[0015]
When the thickness of the
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
Next, a method for manufacturing such a semiconductor light emitting device will be described. First, the
[0021]
Next, trimethyl gallium (hereinafter TMG), arsine gas (AsH 3 ), and silane gas (SiH 4 ) are supplied as dopant gases at a substrate temperature of 400 to 700 ° C. to form the
[0022]
A
[0023]
Thereafter, the
[0024]
After the semiconductor layers 9 to 14 are grown in this way, a mesa structure is formed using a sulfuric acid hydrogen peroxide-based etchant. Thereafter, the
[0025]
【The invention's effect】
As described above, in the semiconductor light emitting device according to the present invention, a carrier injection layer exhibiting one conductivity type, an active layer exhibiting a reverse conductivity type, and a cladding layer are sequentially stacked on a semiconductor substrate exhibiting one conductivity type. Since the electrode is provided on the back side and the cladding layer of the semiconductor substrate and the light absorption layer is provided below the carrier injection layer, the light emitted from the active layer and emitted to the back side of the substrate is generated. Since the light absorption layer does not emit secondary light but is absorbed by the light absorption layer, it is possible to prevent generation of reflected light of sub-peaks and to reduce noise with respect to light of the main peak.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor light emitting device according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor light emitting device.
FIG. 3 is a diagram showing a band diagram in a bias state of a conventional semiconductor light emitting device.
[Explanation of symbols]
8: Substrate, 9: Buffer layer, 10: Light absorption layer, 11: Carrier injection layer, 12: Active layer, 13: Cladding layer, 14: Contact layer, 15, 16: Electrode
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