JPH08213649A - Semiconductor light emitting element - Google Patents
Semiconductor light emitting elementInfo
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- JPH08213649A JPH08213649A JP3602695A JP3602695A JPH08213649A JP H08213649 A JPH08213649 A JP H08213649A JP 3602695 A JP3602695 A JP 3602695A JP 3602695 A JP3602695 A JP 3602695A JP H08213649 A JPH08213649 A JP H08213649A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子に関し、
更に詳細には半導体発光素子の発光効率向上を実現する
ための構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device,
More specifically, it relates to a structure for improving the luminous efficiency of a semiconductor light emitting device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体発光素子の光取り出し面を粗面化
すると、光取り出し面方向に放射された光の取り出し面
における全反射が抑制され、光の取り出し効率が良くな
ることが知られている。この種の発光ダイオードは図１
に示すように、ｎ形（第１導電形）ＧａＡｓ基板層１と
ｎ形ＧａＡｓバッファ層２とｎ形ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層３とＡｌＧａＩｎＰ活性層４とｐ形（第２導電形）
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５とｎ形ＡｌＧａＩｎＰ電流
ブロック層６とｐ形ＡｌＧａＡｓコンタクト層７が順次
に積層された半導体基板と、コンタクト層７の上面に形
成されたアノード電極（第１の電極）８と、ＧａＡｓ基
板層１の下面に形成されたカソード電極（第２の電極）
９とから成る。ここで、光取り出しの主たる面となる半
導体発光素子の上面即ちコンタクト層７の上面は、例え
ばエッチング等により粗面化されており、光取り出し効
率の向上が図られている。2. Description of the Related Art It is known that roughening the light extraction surface of a semiconductor light emitting element suppresses the total reflection of the light emitted in the direction of the light extraction surface on the extraction surface and improves the light extraction efficiency. . This type of light emitting diode is shown in FIG.
As shown in, an n-type (first conductivity type) GaAs substrate layer 1, an n-type GaAs buffer layer 2, an n-type AlGaInP clad layer 3, an AlGaInP active layer 4, and a p-type (second conductivity type)
A semiconductor substrate in which an AlGaInP clad layer 5, an n-type AlGaInP current blocking layer 6, and a p-type AlGaAs contact layer 7 are sequentially stacked, an anode electrode (first electrode) 8 formed on the upper surface of the contact layer 7, and GaAs. Cathode electrode (second electrode) formed on the lower surface of the substrate layer 1
9 and. Here, the upper surface of the semiconductor light emitting element which is the main surface for light extraction, that is, the upper surface of the contact layer 7 is roughened by, for example, etching or the like to improve the light extraction efficiency.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＡｌＧａＡ
ｓから成るコンタクト層７を構成するＡｌは酸素と非常
に反応し易い。このため、半導体素子を長時間にわたっ
て使用するとＡｌＧａＡｓコンタクト層７の表面に酸化
物層が生じて発光効率が低下する。特に、コンタクト層
７の表面を粗面化すると、酸素との反応が著しく、発光
効率の低下が顕著となる。この酸化物生成に伴う発光効
率の低下を防止するため、ＡｌＧａＡｓに比べて酸化の
生じ難い（ＡｌＧａ）ＩｎＰによってコンタクト層７を
形成することが考えられる。しかし、（ＡｌＧａ）Ｉｎ
ＰはＡｌＧａＡｓに比べて抵抗率が大きいためコンタク
ト層７をＡｌＧａＩｎＰ層によって形成すると電流Ｉが
コンタクト層７の素子周辺側に広がって流れ難い。この
ため、発光領域を素子周辺側までの広い領域にわたって
形成することができず、この点において発光効率の向上
が十分に図れないという欠点があった。By the way, AlGaA
Al forming the contact layer 7 made of s is very easy to react with oxygen. Therefore, when the semiconductor element is used for a long time, an oxide layer is formed on the surface of the AlGaAs contact layer 7 and the luminous efficiency is reduced. In particular, when the surface of the contact layer 7 is roughened, the reaction with oxygen is remarkable and the luminous efficiency is significantly reduced. In order to prevent the decrease in light emission efficiency due to the formation of the oxide, it is conceivable that the contact layer 7 is formed of (AlGa) InP, which is less likely to be oxidized than AlGaAs. However, (AlGa) In
Since P has a higher resistivity than AlGaAs, when the contact layer 7 is formed of an AlGaInP layer, the current I spreads to the element peripheral side of the contact layer 7 and is difficult to flow. Therefore, the light emitting region cannot be formed over a wide region up to the peripheral side of the device, and in this respect, there is a drawback that the light emitting efficiency cannot be sufficiently improved.
【０００４】そこで、本発明の目的は比較的容易に発光
効率の向上を図ることができる半導体発光素子を提供す
ることである。Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device which can relatively easily improve the light emitting efficiency.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、少なくとも第１導電形のクラッド層と活性
層と前記第１導電形と反対の第２導電形のクラッド層と
第２導電形のコンタクト層とが順に配置された化合物半
導体基板と、前記半導体基板の一方の主面で前記コンタ
クト層に接続された第１の電極と、前記半導体基板の他
方の主面に配設され且つ前記第１導電形のクラッド層に
電気的に接続された第２の電極とを備え、前記半導体基
板の一方の主面に露出した前記コンタクト層の主面が光
取り出し面を含むように構成された半導体発光素子にお
いて、前記コンタクト層はＡｌ（アルミニウム）を含む
化合物半導体層から成り且つ前記第２導電形のクラッド
層に隣接している第１のコンタクト層と、前記第１のコ
ンタクト層を介して前記第２導電形クラッド層に隣接し
且つ光取り出し面を含んでいる第２のコンタクト層とを
有し、前記第２のコンタクト層はＡｌを含んでいない又
は前記第１のコンタクト層に比べてＡｌの絶対固相組成
比が小さい多結晶半導体領域から成り、前記光取り出し
面が粗面に形成されている半導体発光素子に係わるもの
である。なお、請求項２に示すように、第１のコンタク
ト層を構成する半導体層の層本来の格子定数を第２のコ
ンタクト層を構成する半導体層の層本来の格子定数と異
なるようにすることが望ましい。上記層本来の格子定数
とは、隣接層の影響を受けない状態での格子定数を意味
する。The present invention for achieving the above object comprises at least a first conductivity type cladding layer, an active layer, a second conductivity type cladding layer opposite to the first conductivity type, and a second conductivity type cladding layer. A compound semiconductor substrate in which a contact layer of conductivity type is sequentially arranged, a first electrode connected to the contact layer on one main surface of the semiconductor substrate, and a first electrode connected to the other main surface of the semiconductor substrate. And a second electrode electrically connected to the first conductivity type cladding layer, wherein the main surface of the contact layer exposed on one main surface of the semiconductor substrate includes a light extraction surface. In the semiconductor light emitting device described above, the contact layer is composed of a compound semiconductor layer containing Al (aluminum), and the first contact layer is adjacent to the clad layer of the second conductivity type and the first contact layer. Through A second contact layer adjacent to the second-conductivity-type cladding layer and including a light extraction surface, the second contact layer not containing Al or compared with the first contact layer. The present invention relates to a semiconductor light emitting device which is composed of a polycrystalline semiconductor region having a small absolute solid phase composition ratio of Al and has the roughened light extraction surface. As described in claim 2, the original lattice constant of the semiconductor layer forming the first contact layer may be different from the original lattice constant of the semiconductor layer forming the second contact layer. desirable. The original lattice constant of the layer means the lattice constant in a state where it is not affected by the adjacent layer.
【０００６】[0006]
【発明の作用及び効果】本発明においては、光取り出し
面を形成する第２のコンタクト層が多結晶半導体領域と
なっており、光取り出し面が粗面となっている。このた
め、光取り出し面の方向に放射された光の取り出し面に
おける全反射が阻止されている。また、光取り出し面を
構成する第２のコンタクト層がＡｌを含んでいないか又
は第１のコンタクト層に比べてＡｌの絶対固相組成比
（Ａｌの含有率）が小さくなっている。従って、外側の
第２のコンタクト層は内側の第１のコンタクト層よりも
酸化し難い。これにより、光取り出し面の酸化による発
光効率の低下を防ぐことができ、光取り出し面の粗面化
による良好な発光効率を長期間にわたって維持すること
ができる。また、請求項２によれば、第１及び第２のコ
ンタクト層の格子定数が層本来の状態において異なるた
めに、第２のコンタクト層に圧縮又は伸張歪が付与さ
れ、第２のコンタクト層が容易に多結晶化される。According to the present invention, the second contact layer forming the light extraction surface is a polycrystalline semiconductor region, and the light extraction surface is a rough surface. For this reason, total reflection at the extraction surface of the light emitted in the direction of the extraction surface is blocked. In addition, the second contact layer forming the light extraction surface does not contain Al, or the absolute solid phase composition ratio of Al (Al content) is smaller than that of the first contact layer. Therefore, the outer second contact layer is less likely to be oxidized than the inner first contact layer. As a result, it is possible to prevent a decrease in light emission efficiency due to oxidation of the light extraction surface, and it is possible to maintain good light emission efficiency due to roughening of the light extraction surface for a long period of time. According to claim 2, since the lattice constants of the first and second contact layers are different in the original state of the layers, compressive or tensile strain is applied to the second contact layer, and the second contact layer is formed. It is easily polycrystallized.
【０００７】[0007]
【実施例】次に、図２及び図３を参照して本発明の一実
施例に係わる半導体発光素子即ち発光ダイオードを説明
する。図２に示す本実施例の発光ダイオード（ＬＥＤ）
は、ｎ形ＧａＡｓ基板層１１とｎ形ＧａＡｓバッファ層
１２とｎ形ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１３とＡｌＧａＩ
ｎＰ活性層１４とｐ形ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５と
第１及び第２のｎ形ＡｌＧａＩｎＰ電流ブロック層１６
ａ、１６ｂと第１のコンタクト領域としてのｐ形ＡｌＧ
ａＡｓから成る第１のコンタクト層１７ａと第２のコン
タクト領域としてのｐ形ＡｌＧａＩｎＰから成る第２の
コンタクト層１７ｂが順次に積層された化合物半導体基
板と、コンタクト層１７ｂの上面に形成されたアノード
電極（第１の電極）１８と、基板層１１の下面に形成さ
れたカソード電極（第２の電極）１９とを有する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor light emitting device, that is, a light emitting diode according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The light emitting diode (LED) of this embodiment shown in FIG.
Is an n-type GaAs substrate layer 11, an n-type GaAs buffer layer 12, an n-type AlGaInP clad layer 13, and AlGaI.
The nP active layer 14, the p-type AlGaInP clad layer 15, and the first and second n-type AlGaInP current blocking layers 16
a, 16b and p-type AlG as the first contact region
a compound semiconductor substrate in which a first contact layer 17a made of aAs and a second contact layer 17b made of p-type AlGaInP as a second contact region are sequentially stacked, and an anode electrode formed on the upper surface of the contact layer 17b. It has a (first electrode) 18 and a cathode electrode (second electrode) 19 formed on the lower surface of the substrate layer 11.
【０００８】アノード電極１８は図３に鎖線で示すよう
に、平面的に見て第２のコンタクト層１７ｂの上面の中
央部分に形成されており、略円形の平面形状を有する。
なお、アノード電極１８の平面形状は円形に限られず、
素子の平面形状に合わせて略四角形の平面形状にしても
よい。第２のコンタクト層１７ｂの上面のアノード電極
１８が形成されていない領域即ち平面的に見てアノード
電極１８を包囲する環状の領域は、光取り出し領域２０
となる。カソード電極１９はＧａＡｓ基板層１１の下面
全体に形成されているが、場合によってはその外縁を素
子外縁から若干内側に離間させてもよい。As shown by the chain line in FIG. 3, the anode electrode 18 is formed in the central portion of the upper surface of the second contact layer 17b in plan view and has a substantially circular planar shape.
The planar shape of the anode electrode 18 is not limited to the circular shape,
You may make it a substantially square planar shape according to the planar shape of an element. The region where the anode electrode 18 is not formed on the upper surface of the second contact layer 17b, that is, the annular region that surrounds the anode electrode 18 in plan view, is the light extraction region 20.
Becomes Although the cathode electrode 19 is formed on the entire lower surface of the GaAs substrate layer 11, the outer edge of the cathode electrode 19 may be slightly spaced inward from the outer edge of the element.
【０００９】第１の電流ブロック層１６ａはアノード電
極１８に対向して配置され、第２の電流ブロック層１６
ｂは平面的に見て第１の電流ブロック層１６ａを離間し
て包囲するように配置されている。本実施例では第１の
電流ブロック層１６ａがアノード電極１８と同一の円形
の平面形状を有しており、平面的に見てその全周にわた
ってアノード電極１８の外縁よりも外側に僅かに突き出
している。即ち、図３に示すように、平面的に見るとア
ノード電極１８は第１の電流ブロック層１６ａの内側に
包含される。しかしながら第１の電流ブロック層１６ａ
は、アノード電極１８と異なる平面形状を有していても
よい。The first current blocking layer 16a is disposed so as to face the anode electrode 18, and the second current blocking layer 16 is provided.
b is arranged so as to surround the first current block layer 16a with a space therebetween when seen in a plan view. In the present embodiment, the first current blocking layer 16a has the same circular planar shape as the anode electrode 18, and slightly protrudes outward from the outer edge of the anode electrode 18 over the entire circumference in plan view. There is. That is, as shown in FIG. 3, the anode electrode 18 is included inside the first current blocking layer 16a in plan view. However, the first current blocking layer 16a
May have a planar shape different from that of the anode electrode 18.
【００１０】第１の電流ブロック層１６ａの上面及び側
面はＡｌＧａＡｓコンタクト層１７ａに接してその界面
にｐｎ接合を形成する。また、第１の電流ブロック層１
６ａの下面は、ｐ形ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５の上
面に接してその界面にｐｎ接合を形成している。第２の
電流ブロック層１６ｂは図３に示すように第１のコンタ
クト層１７ａを介して第１の電流ブロック層１６ａから
離間して素子周辺側に環状に形成され、半導体基板の側
面に露出している。なお、第２の電流ブロック層１６ｂ
の幅Ｌはその全周にわたってほぼ一定である。このた
め、後述の非発光再結合の抑制効果を均一に得ることが
できる。第２の電流ブロック層１６ｂの上面と内周側側
面は第１のコンタクト層１７ａに接して、その界面にｐ
ｎ接合を形成している。また、第２の電流ブロック層１
６ｂの下面はｐ形ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５に接し
てその界面にｐｎ接合を形成している。この結果、ｐ形
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５の上面は、第１のコンタ
クト層１７ａに環状にオーミックに接している。第１及
び第２の電流ブロック層１６ａ、１６ｂの間の環状の第
１のコンタクト層１７ａは電流通路となる。なお、電流
ブロック層１６ａ、１６ｂは光透過性の層であるから、
基板上面はアノード電極１８が形成された部分を除い
て、その全面が光取り出し面として良好に機能する。The upper surface and the side surface of the first current blocking layer 16a are in contact with the AlGaAs contact layer 17a to form a pn junction at the interface. In addition, the first current blocking layer 1
The lower surface of 6a contacts the upper surface of the p-type AlGaInP cladding layer 15 to form a pn junction at the interface. As shown in FIG. 3, the second current blocking layer 16b is separated from the first current blocking layer 16a via the first contact layer 17a and is formed in a ring shape on the peripheral side of the element and is exposed on the side surface of the semiconductor substrate. ing. The second current blocking layer 16b
Has a width L that is substantially constant over its entire circumference. Therefore, the effect of suppressing non-radiative recombination described later can be uniformly obtained. The upper surface and the inner peripheral side surface of the second current block layer 16b are in contact with the first contact layer 17a, and p is formed at the interface.
It forms an n-junction. In addition, the second current blocking layer 1
The lower surface of 6b is in contact with the p-type AlGaInP cladding layer 15 to form a pn junction at the interface. As a result, the upper surface of the p-type AlGaInP cladding layer 15 is in ohmic contact with the first contact layer 17a in a ring shape. The annular first contact layer 17a between the first and second current blocking layers 16a and 16b serves as a current path. Since the current blocking layers 16a and 16b are light transmissive layers,
Except for the portion where the anode electrode 18 is formed, the entire surface of the substrate functions well as a light extraction surface.
【００１１】ＡｌＧａＡｓから成る第１のコンタクト層
１７ａとＡｌＧａＩｎＰから成る第２のコンタクト層１
７ｂは、ｐ形ＡｌＧａＩｎＰ層をパターンニングして電
流ブロック層１６ａ、１６ｂを形成した後、クラッド層
１５及び電流ブロック層１６ａ、１６ｂの上面に周知の
ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）によって積層形成
されている。なお、第１及び第２のコンタクト層１７
ａ、１７ｂは一連のＭＯＣＶＤ工程において連続して形
成される。ここで、第１のコンタクト層１７ａを構成す
るＡｌx Ｇａ1-x ＡｓにおけるＡｌの固相組成比ｘは
０．７〜０．８５に設定されている。また、第２のコン
タクト層１７ｂを構成する（Ａｌy Ｇａ1-y）z Ｉｎ
1-z ＰにおけるＡｌの固相組成比ｙは０．５〜０．７
に、ＡｌＧａの固相組成比ｚは約０．４にそれぞれ設定
されている。（Ａｌy Ｇａ1-y ）z Ｉｎ1-z Ｐの層本来
の格子定数はＡｌＧａの固相組成比ｚを約０．５５に設
定したとき、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．７〜０．８
５）の層本来の格子定数と一致する。本実施例では、Ａ
ｌＧａの固相組成比が０．４に設定されているため、
（Ａｌy Ｇａ1-y ）z Ｉｎ1-z Ｐの層本来の格子定数は
基板であるＧａＡｓ層やｘ＝０．７〜０．８５のＡｌx
Ｇａ1-x Ａｓの層本来の格子定数よりも大きく、ＡｌＧ
ａＡｓから成る第１のコンタクト層１７ａ上に積層成長
されたＡｌＧａＩｎＰ層は平面方向（基板表面の延在す
る方向）に圧縮されて歪（圧縮歪）が付与される。この
圧縮歪の付与によってＡｌＧａＩｎＰから成る第２のコ
ンタクト層１７ｂは多結晶の層（バウンダリーが多数形
成されて単結晶性が損なわれた層）となり、その上面即
ち光取り出し面２０には高さ１μｍ程度の微小の凹凸を
有する粗面が形成される。なお、ＡｌＧａＡｓから成る
第１のコンタクト層１７ａには、ＡｌＧａＩｎＰから成
る第２のコンタクト層１７ｂの形成によって相対的に平
面方向に引っ張られる力が付与されて結晶欠陥が発生す
るが、ＡｌＧａＡｓから成る第１のコンタクト層１７ａ
は３μｍ程度の層厚を有するので、この欠陥がｐ形Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層１５まで達することはない。A first contact layer 17a made of AlGaAs and a second contact layer 1 made of AlGaInP.
In 7b, after patterning the p-type AlGaInP layer to form the current blocking layers 16a and 16b, the current blocking layers 16a and 16b are laminated on the upper surfaces of the cladding layer 15 and the current blocking layers 16a and 16b by the well-known MOVPE method (metal organic chemical vapor deposition method). Has been formed. The first and second contact layers 17
a and 17b are continuously formed in a series of MOCVD processes. Here, the solid phase composition ratio x of Al in Al x Ga 1-x As forming the first contact layer 17a is set to 0.7 to 0.85. Further, constituting the second contact layer 17b (Al y Ga 1-y ) z In
The solid phase composition ratio y of Al in 1- zP is 0.5 to 0.7.
In addition, the solid-phase composition ratio z of AlGa is set to about 0.4. (Al y Ga 1-y) z In 1-z layer natural lattice constant of P when set to about 0.55 to solid phase composition ratio z of AlGa, Al x Ga 1-x As (x = 0. 7-0.8
This matches the lattice constant of the layer 5). In this embodiment, A
Since the solid phase composition ratio of lGa is set to 0.4,
(Al y Ga 1-y) z In 1-z layer natural lattice constant of P is Al x of the GaAs layer and x = from .7 to .85 is a substrate
It is larger than the original lattice constant of the Ga 1-x As layer,
The AlGaInP layer laminated and grown on the first contact layer 17a made of aAs is compressed in the plane direction (the direction in which the surface of the substrate extends) to be strained (compressive strain). By applying this compressive strain, the second contact layer 17b made of AlGaInP becomes a polycrystalline layer (a layer in which a large number of boundaries are formed and single crystallinity is impaired), and the upper surface thereof, that is, the light extraction surface 20 has a height of 1 μm. A rough surface having a minute unevenness is formed. It should be noted that the first contact layer 17a made of AlGaAs is given a force to be pulled relatively in the planar direction due to the formation of the second contact layer 17b made of AlGaInP to generate crystal defects. 1 contact layer 17a
Has a layer thickness of about 3 μm, this defect is caused by p-type Al.
It does not reach the GaInP cladding layer 15.
【００１２】また、半導体基板の側面２１も高さ１μｍ
程度の微小の凹凸を有する粗面となっている。側面２１
の粗面はウエハをダイヤモンド製のシングルブレードの
高速回転刃でダイシングすることによって形成されてい
る。なお、ダイシングした面を更に例えばＨＣｌ：Ｈ2
Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝６：１：６のエッチング液でエッチング
してもよい。The side surface 21 of the semiconductor substrate also has a height of 1 μm.
It is a rough surface having minute irregularities. Side 21
The rough surface is formed by dicing the wafer with a diamond single blade high-speed rotary blade. The diced surface is further treated with, for example, HCl: H 2
O 2: H 2 O = 6 : 1: may be etched with 6 etchant.
【００１３】本実施例の発光ダイオードによれば、以下
のような効果が得られる。光取り出し面２０を形成する
ＡｌＧａＩｎＰから成る第２のコンタクト層１７ｂが多
結晶層となっており、光取り出し面２０が高さ１μｍ程
度の微小の凹凸を有する粗面となっている。このため、
光取り出し面の方向に放射された光の取り出し面２０に
おける全反射が阻止されている。また、光取り出し面２
０を構成する第２のコンタクト層１７ｂが第１のコンタ
クト層１７ａを構成するＡｌＧａＡｓに比べてＡｌの絶
対固相組成比（Ａｌの含有率）が小さく酸化の生じ難い
ＡｌＧａＩｎＰ層によって形成されているので、光取り
出し面２０に発光効率の低下をもたらす酸化物が生成さ
れ難い。従って、光取り出し面２０の粗面化による良好
な発光効率が長期間にわたって維持される。また、コン
タクト層の下層が抵抗率の比較的小さいＡｌＧａＡｓ層
によって形成されているから、アノード電極１８から流
れる電流が素子の周辺側に拡がって流れるため、この点
においても光取り出し効率を良好に得ることができる。
更に、本実施例では、素子側面も粗面化されており、側
面方向に放射された光の側面における全反射が阻止さ
れ、光取り出し効率の向上が図られている。なお、粗面
化することにより、素子側面近傍において発光に寄与し
ない少数キャリアの再結合を促すトラップが多くなる
が、第２の電流ブロック層１６ｂによって側面近傍の電
流が制限されているので、この非発光再結合を少なくす
ることができる。素子側面に露出したＡｌＧａＡｓから
成る第１のコンタクト層１７ａには酸化物が生成され易
いが、図示の如くこの露出面積は微小であるため、酸化
物生成に伴う発光効率の低下は極く小さいレベルであ
る。According to the light emitting diode of this embodiment, the following effects can be obtained. The second contact layer 17b made of AlGaInP forming the light extraction surface 20 is a polycrystalline layer, and the light extraction surface 20 is a rough surface having minute irregularities with a height of about 1 μm. For this reason,
Total reflection of light emitted in the direction of the light extraction surface on the light extraction surface 20 is blocked. In addition, the light extraction surface 2
The second contact layer 17b forming 0 is formed of an AlGaInP layer having a smaller absolute solid phase composition ratio (Al content ratio) of Al than AlGaAs forming the first contact layer 17a and being less likely to oxidize. Therefore, it is difficult to generate an oxide that causes a decrease in luminous efficiency on the light extraction surface 20. Therefore, good light emission efficiency due to the roughening of the light extraction surface 20 is maintained for a long time. Further, since the lower layer of the contact layer is formed of the AlGaAs layer having a relatively low resistivity, the current flowing from the anode electrode 18 spreads and flows to the peripheral side of the element, and also in this respect, good light extraction efficiency can be obtained. be able to.
Further, in the present embodiment, the side surface of the element is also roughened so that the total reflection on the side surface of the light emitted in the side surface direction is blocked and the light extraction efficiency is improved. Although roughening increases the number of traps that promote recombination of minority carriers that do not contribute to light emission in the vicinity of the side surface of the element, but the current in the vicinity of the side surface is limited by the second current blocking layer 16b. Non-radiative recombination can be reduced. Oxide is likely to be generated in the first contact layer 17a made of AlGaAs exposed on the side surface of the element, but the exposed area is very small as shown in the figure, so that the decrease in luminous efficiency due to oxide generation is at a very small level. Is.
【００１４】[0014]
【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 実施例では、光取り出し面を構成する第２のコ
ンタクト層１７ｂをＡｌＧａＩｎＰ層によって形成した
例を示したが、第１のコンタクト層１７ａを構成するＡ
ｌＧａＡｓよりも酸化し難い半導体材料であればＡｌＧ
ａＩｎＰ層に限らず、例えばＧａＰ層であってもよい。
また半導体基板の各相を種々の３−５族化合物半導体と
することができる。 （２） 実施例では、第２のコンタクト層１７ｂに付与
される圧縮歪を利用して第２のコンタクト層１７ｂを多
結晶化してその上面に粗面を形成した例を示したが、第
２のコンタクト層１７ｂに伸張歪を付与して多結晶化し
てもよい。なお、第２のコンタクト層１７ｂに伸張歪を
付与するためには、第２のコンタクト層１７ｂを構成す
るＡｌＧａＩｎＰ層の層本来の格子定数を第１のコンタ
クト層１７ａを構成するＡｌＧａＡｓ層や基板のＧａＡ
ｓ層の層本来の格子定数よりも小さくすればよい。この
ためには、前述したＡｌＧａＩｎＰのＡｌＧａの固相組
成比ｚを０．５５よりも高い値（例えば０．７）に設定
すればよい。但し、実施例のように第２のコンタクト層
１７ｂを圧縮歪によって多結晶化する方が第２のコンタ
クト層１７ｂに割れが生じ難い点において望ましい。 （３） 多結晶半導体領域から成るＡｌＧａＩｎＰコン
タクト層１７ｂを形成する別の手段として、コンタクト
層１７ｂをＭＯＶＰＥ法で形成する際に、ＰＨ3 ガスに
変えて一時的ＡｓＨ3 ガスを供給し、第１のコンタクト
層１７ａとの界面に又は第１のコンタクト層１７ａの界
面から離れた位置に非常に薄いＡｓ結晶の変成層を介在
させて、この上に光取り出し面２０を構成する第２のコ
ンタクト層１７ｂを形成することでも多結晶化できる。 （４） 多結晶半導体領域から成るＡｌＧａＩｎＰコン
タクト層１７ｂを形成する更に別の手段として、第１の
コンタクト層１７ａの上面に第１のコンタクト層１７ａ
又は第２のコンタクト層１７ｂを構成する半導体材料と
は異なる材料から成るアイランド領域を散在するように
形成し、このアイランド領域を介して第１のコンタクト
層１７ａ上に第２のコンタクト層１７ｂを形成してもよ
い。 （５） 光取り出し面に全反射が阻止できるように高さ
１μｍ程度の凹凸を有する粗面を形成するためには、第
２のコンタクト層１７ｂの層厚を２μｍ以上とするのが
望ましい。 （６） クラッド層１５に欠陥が生ずることを防止する
ため及びアノード電極１８から流れる電流を素子周辺側
に良好に広げることができるように、第１のコンタクト
層１７ａの層厚は１μｍ以上にするのが良く、望ましく
は第２のコンタクト層１７ｂよりも厚い２μｍ以上の層
厚に形成するのがよい。 （７） ｎ形クラッド層１３の下方にＤＢＲ層（反射
層）を入れた構造に適用しても有効である。 （８） 第１の電流ブロック層１６ａは好ましくはアノ
ード電流１８のほぼ下側に位置させる。この第１の電流
ブロック層１６ａは複数個に分割されていてもよい。第
２の電流ブロック層１６ｂは環状であることが望ましい
が、実質的に環状であれば複数個に分割されていてもよ
い。 （９） 本発明に従う粗面は、例えば１〜２０μｍの間
隔で凹凸が点在しているもの、又はストライプ状、格子
状等に凹凸が配置されているものでもよい。[Modifications] The present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the following modifications are possible. (1) In the embodiment, the example in which the second contact layer 17b forming the light extraction surface is formed of the AlGaInP layer has been shown, but A forming the first contact layer 17a is described.
AlG if it is a semiconductor material that is more difficult to oxidize than 1 GaAs
Not limited to the aInP layer, it may be, for example, a GaP layer.
Further, each phase of the semiconductor substrate can be various 3-5 group compound semiconductors. (2) In the embodiment, the example in which the second contact layer 17b is polycrystallized by utilizing the compressive strain applied to the second contact layer 17b and the rough surface is formed on the upper surface thereof is shown. The contact layer 17b may be polycrystallized by applying tensile strain. In order to apply tensile strain to the second contact layer 17b, the original lattice constant of the AlGaInP layer forming the second contact layer 17b is set to the AlGaAs layer forming the first contact layer 17a or the substrate. GaA
It may be smaller than the original lattice constant of the s layer. For this purpose, the solid phase composition ratio z of AlGa of AlGaInP described above may be set to a value higher than 0.55 (for example, 0.7). However, it is preferable that the second contact layer 17b is polycrystallized by compressive strain as in the example because cracking is unlikely to occur in the second contact layer 17b. (3) As another means for forming the AlGaInP contact layer 17b made of a polycrystalline semiconductor region, when forming the contact layer 17b by the MOVPE method, a temporary AsH 3 gas is supplied instead of the PH 3 gas, and the first Second contact layer forming the light extraction surface 20 on the interface with the contact layer 17a or with a very thin As crystal metamorphic layer interposed at a position away from the interface with the first contact layer 17a. Polycrystal can also be formed by forming 17b. (4) As yet another means for forming the AlGaInP contact layer 17b made of a polycrystalline semiconductor region, the first contact layer 17a is formed on the upper surface of the first contact layer 17a.
Alternatively, island regions made of a material different from the semiconductor material forming the second contact layer 17b are formed so as to be scattered, and the second contact layer 17b is formed on the first contact layer 17a via the island regions. You may. (5) In order to form a rough surface having irregularities with a height of about 1 μm on the light extraction surface so as to prevent total reflection, it is desirable that the thickness of the second contact layer 17b be 2 μm or more. (6) The layer thickness of the first contact layer 17a is set to 1 μm or more in order to prevent defects from occurring in the cladding layer 15 and to allow the current flowing from the anode electrode 18 to be favorably spread to the device peripheral side. It is preferable that the thickness is 2 μm or more, which is thicker than the second contact layer 17b. (7) It is also effective when applied to a structure in which a DBR layer (reflection layer) is placed below the n-type cladding layer 13. (8) The first current blocking layer 16a is preferably located substantially below the anode current 18. The first current blocking layer 16a may be divided into a plurality of parts. The second current blocking layer 16b is preferably ring-shaped, but may be divided into a plurality if it is substantially ring-shaped. (9) The rough surface according to the present invention may be, for example, one having irregularities scattered at intervals of 1 to 20 μm, or one having irregularities arranged in a stripe shape, a lattice shape, or the like.
【図１】従来の発光ダイオードを示す中央縦断面図であ
る。FIG. 1 is a central longitudinal sectional view showing a conventional light emitting diode.
【図２】本発明の実施例の発光ダイオードを示す中央縦
断面図である。FIG. 2 is a central vertical sectional view showing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
【図３】図２のＡ−Ａ線を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG.
１３ ｎ形クラッド層 １４ 活性層 １５ ｐ形クラッド層 １６ａ、１６ｂ 第１及び第２の電流ブロック層 １７ａ、１７ｂ 第１及び第２のコンタクト層 １８ アノード電極 13 n-type clad layer 14 active layer 15 p-type clad layer 16a, 16b first and second current blocking layers 17a, 17b first and second contact layer 18 anode electrode
Claims (2)
性層と前記第１導電形と反対の第２導電形のクラッド層
と第２導電形のコンタクト層とが順に配置された化合物
半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面で前記コン
タクト層に接続された第１の電極と、前記半導体基板の
他方の主面に配設され且つ前記第１導電形のクラッド層
に電気的に接続された第２の電極とを備え、前記半導体
基板の一方の主面に露出した前記コンタクト層の主面が
光取り出し面を含むように構成された半導体発光素子に
おいて、 前記コンタクト層は、Ａｌ（アルミニウム）を含む化合
物半導体から成り且つ前記第２導電形のクラッド層に隣
接している第１のコンタクト層と、前記第１のコンタク
ト層を介して前記第２導電形クラッド層に隣接し且つ光
取り出し面を含んでいる第２のコンタクト層とを有し、 前記第２のコンタクト層はＡｌを含んでいない又は前記
第１のコンタクト層に比べてＡｌの絶対固相組成比が小
さい多結晶半導体領域から成り、 前記光取り出し面が粗面に形成されていることを特徴と
する半導体発光素子。1. A compound semiconductor substrate in which at least a cladding layer of a first conductivity type, an active layer, a cladding layer of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and a contact layer of a second conductivity type are sequentially arranged. A first electrode connected to the contact layer on one main surface of the semiconductor substrate, and electrically connected to a clad layer of the first conductivity type disposed on the other main surface of the semiconductor substrate. A second electrode, and the main surface of the contact layer exposed on one main surface of the semiconductor substrate is configured to include a light extraction surface. And a first contact layer made of a compound semiconductor containing a) and being adjacent to the second conductivity type cladding layer, and being adjacent to the second conductivity type cladding layer via the first contact layer and extracting light. A second contact layer containing Al, wherein the second contact layer does not contain Al or has a smaller absolute solid phase composition ratio of Al than that of the first contact layer. A semiconductor light emitting device, wherein the light extraction surface is formed to be a rough surface.
体層の層本来の格子定数が前記第２のコンタクト層を構
成する半導体層の層本来の格子定数と異なっている請求
項１記載の半導体発光素子。2. The semiconductor according to claim 1, wherein the intrinsic lattice constant of the semiconductor layer forming the first contact layer is different from the intrinsic lattice constant of the semiconductor layer forming the second contact layer. Light emitting element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3602695A JPH08213649A (en) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | Semiconductor light emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP3602695A JPH08213649A (en) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | Semiconductor light emitting element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213649A true JPH08213649A (en) | 1996-08-20 |
Family
ID=12458220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3602695A Pending JPH08213649A (en) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | Semiconductor light emitting element |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPH08213649A (en) |
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