JPH10321903A - 半導体発光素子およびその製法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製法Info
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- 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
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-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高輝度の半導体発光素子およびそれを得るた
めの製法を提供する。 【解決手段】 ｎ形クラッド層３とｐ形クラッド層５と
により活性層４が挟持される発光層形成部１１を有する
半導体発光素子であって、前記ｎ形クラッド層の前記活
性層側のキャリア濃度がノンドープもしくは５×１０17
ｃｍ-3以下で、前記活性層と反対側のキャリア濃度が７
×１０17〜７×１０18ｃｍ-3に形成されている。
めの製法を提供する。 【解決手段】 ｎ形クラッド層３とｐ形クラッド層５と
により活性層４が挟持される発光層形成部１１を有する
半導体発光素子であって、前記ｎ形クラッド層の前記活
性層側のキャリア濃度がノンドープもしくは５×１０17
ｃｍ-3以下で、前記活性層と反対側のキャリア濃度が７
×１０17〜７×１０18ｃｍ-3に形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発光効率を向上さ
せ、光通信や光情報処理のみならず、屋外用表示器や自
動車のテールランプ、方向指示器などの高輝度を必要と
する光源や、携帯電話などバッテリー駆動の携帯機器の
バックライト、表示灯のどの低消費電力用の光源にも用
いられ得る半導体発光素子およびその製法に関する。
せ、光通信や光情報処理のみならず、屋外用表示器や自
動車のテールランプ、方向指示器などの高輝度を必要と
する光源や、携帯電話などバッテリー駆動の携帯機器の
バックライト、表示灯のどの低消費電力用の光源にも用
いられ得る半導体発光素子およびその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の可視光の半導体発光素子は、たと
えば発光層にＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体材料を用
い、特開平４−２１２４７９号公報に開示され、図４に
示されるような構造になっている。すなわち、図４にお
いて、ｎ形のＧａＡｓからなる半導体基板２１上に、た
とえばｎ形のＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体からなる
ｎ形クラッド層２２、ノンドープのＡｌＧａＩｎＰ系の
半導体材料からなる活性層２３、ｐ形のＡｌＧａＩｎＰ
系の化合物半導体からなるｐ形クラッド層２４およびＡ
ｌＧａＡｓ系の半導体材料からなるウインドウ層（電流
拡散層）２５が順次エピタキシャル成長され、ＧａＡｓ
からなるコンタクト層２６を介して上部電極（ｐ側電
極）２７および半導体基板２１の裏面側に下部電極（ｎ
側電極）２８がそれぞれＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などにより
形成されることにより構成されている。この構造の発光
素子では、両クラッド層２２、２４により挟まれた活性
層２３にキャリアを閉じ込め、発光効率を高くできるよ
うに発光層形成部２９である両クラッド層２２、２４お
よび活性層２３の各層のＡｌＧａＩｎＰ系の材料の混晶
比が選定され、ダブルヘテロ接合構造になっている。
えば発光層にＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体材料を用
い、特開平４−２１２４７９号公報に開示され、図４に
示されるような構造になっている。すなわち、図４にお
いて、ｎ形のＧａＡｓからなる半導体基板２１上に、た
とえばｎ形のＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体からなる
ｎ形クラッド層２２、ノンドープのＡｌＧａＩｎＰ系の
半導体材料からなる活性層２３、ｐ形のＡｌＧａＩｎＰ
系の化合物半導体からなるｐ形クラッド層２４およびＡ
ｌＧａＡｓ系の半導体材料からなるウインドウ層（電流
拡散層）２５が順次エピタキシャル成長され、ＧａＡｓ
からなるコンタクト層２６を介して上部電極（ｐ側電
極）２７および半導体基板２１の裏面側に下部電極（ｎ
側電極）２８がそれぞれＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などにより
形成されることにより構成されている。この構造の発光
素子では、両クラッド層２２、２４により挟まれた活性
層２３にキャリアを閉じ込め、発光効率を高くできるよ
うに発光層形成部２９である両クラッド層２２、２４お
よび活性層２３の各層のＡｌＧａＩｎＰ系の材料の混晶
比が選定され、ダブルヘテロ接合構造になっている。
【０００３】この構造で、ｐ形クラッド層２４は、前述
の特開平４−２１２４７９号公報にそのキャリア濃度が
５×１０17〜２×１０18であることが好ましいと示され
るなど、種々のキャリア濃度が提唱されている。しか
し、ｎ形クラッド層２２に関しては、直流抵抗を下げる
意味からも１×１０18〜７×１０18程度の高いキャリア
濃度に形成されている。
の特開平４−２１２４７９号公報にそのキャリア濃度が
５×１０17〜２×１０18であることが好ましいと示され
るなど、種々のキャリア濃度が提唱されている。しか
し、ｎ形クラッド層２２に関しては、直流抵抗を下げる
意味からも１×１０18〜７×１０18程度の高いキャリア
濃度に形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来発光効率を向上さ
せるために、ｐ形クラッド層に関しては結晶の格子整合
の点からキャリア濃度を低くするなどの提案がなされて
いるが、ｎ形クラッド層に関しては余り結晶層の不整合
の問題はないと考えられていた。しかし、本発明者らが
さらに発光効率を向上させるため鋭意検討を重ねた結
果、ｎ形クラッド層でも余りキャリア濃度が高いと、そ
のドーパントがエピタキシャル成長中に活性層に拡散
し、活性層とｎ形クラッド層との界面および活性層の結
晶性を劣化させており、それが原因で発光効率が低下
し、輝度が向上しないということを見出した。
せるために、ｐ形クラッド層に関しては結晶の格子整合
の点からキャリア濃度を低くするなどの提案がなされて
いるが、ｎ形クラッド層に関しては余り結晶層の不整合
の問題はないと考えられていた。しかし、本発明者らが
さらに発光効率を向上させるため鋭意検討を重ねた結
果、ｎ形クラッド層でも余りキャリア濃度が高いと、そ
のドーパントがエピタキシャル成長中に活性層に拡散
し、活性層とｎ形クラッド層との界面および活性層の結
晶性を劣化させており、それが原因で発光効率が低下
し、輝度が向上しないということを見出した。
【０００５】本発明は、このような問題を解決して発光
効率を向上させ、高輝度の半導体発光素子およびそれを
得るための製法を提供することを目的とする。
効率を向上させ、高輝度の半導体発光素子およびそれを
得るための製法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前述の半導
体層をエピタキシャル成長させている間にｎ形不純物が
活性層に拡散するのを防止するため、さらに鋭意検討を
重ねた結果、ｎ形クラッド層の少なくとも活性層側のキ
ャリア濃度がノンドープもしくは５×１０17ｃｍ-3以下
になるようにｎ形クラッド層を形成することにより、拡
散による活性層とｎ形クラッド層との界面および活性層
の結晶性の劣化を最小限に抑えることができ、高輝度の
発光素子が得られることを見出した。
体層をエピタキシャル成長させている間にｎ形不純物が
活性層に拡散するのを防止するため、さらに鋭意検討を
重ねた結果、ｎ形クラッド層の少なくとも活性層側のキ
ャリア濃度がノンドープもしくは５×１０17ｃｍ-3以下
になるようにｎ形クラッド層を形成することにより、拡
散による活性層とｎ形クラッド層との界面および活性層
の結晶性の劣化を最小限に抑えることができ、高輝度の
発光素子が得られることを見出した。
【０００７】本発明による半導体発光素子は、ｎ形クラ
ッド層とｐ形クラッド層とにより活性層が挟持される発
光層形成部を有する半導体発光素子であって、前記ｎ形
クラッド層の前記活性層側のキャリア濃度がノンドープ
もしくは５×１０17ｃｍ-3以下で、前記活性層と反対側
のキャリア濃度が７×１０17〜７×１０18ｃｍ-3に形成
されている。その結果、エピタキシャル成長中にｎ形ク
ラッド層からｎ形不純物が活性層に殆ど拡散せず、活性
層の結晶性を劣化させない。
ッド層とｐ形クラッド層とにより活性層が挟持される発
光層形成部を有する半導体発光素子であって、前記ｎ形
クラッド層の前記活性層側のキャリア濃度がノンドープ
もしくは５×１０17ｃｍ-3以下で、前記活性層と反対側
のキャリア濃度が７×１０17〜７×１０18ｃｍ-3に形成
されている。その結果、エピタキシャル成長中にｎ形ク
ラッド層からｎ形不純物が活性層に殆ど拡散せず、活性
層の結晶性を劣化させない。
【０００８】前記ｎ形クラッド層のキャリア濃度が厚さ
方向に連続的に、もしくは階段状に変化して形成される
ことにより、両側のキャリア濃度が前述のように形成さ
れたり、前記ｎ形クラッド層が、キャリア濃度がノンド
ープもしくは５×１０17ｃｍ -3以下で前記活性層側に設
けられる第１のｎ形クラッド層と、キャリア濃度が７×
１０17〜７×１０18ｃｍ-3で前記活性層と反対側に設け
られる第２のｎ形クラッド層とから構成されることによ
り、ｎ形クラッド層の両側が前述のキャリア濃度に形成
される。
方向に連続的に、もしくは階段状に変化して形成される
ことにより、両側のキャリア濃度が前述のように形成さ
れたり、前記ｎ形クラッド層が、キャリア濃度がノンド
ープもしくは５×１０17ｃｍ -3以下で前記活性層側に設
けられる第１のｎ形クラッド層と、キャリア濃度が７×
１０17〜７×１０18ｃｍ-3で前記活性層と反対側に設け
られる第２のｎ形クラッド層とから構成されることによ
り、ｎ形クラッド層の両側が前述のキャリア濃度に形成
される。
【０００９】前記発光層形成部がＡｌＧａＩｎＰ系化合
物半導体からなり、該発光層形成部のｐ形クラッド層側
にＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるウインドウ層が
設けられることにより、可視光の高輝度の半導体発光素
子が得られる。
物半導体からなり、該発光層形成部のｐ形クラッド層側
にＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるウインドウ層が
設けられることにより、可視光の高輝度の半導体発光素
子が得られる。
【００１０】ここにＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体と
は、（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ0.49Ｐの形で表され、
ｘの値が０と１との間で種々の値のときの材料を意味す
る。なお、（Ａｌx Ｇａ1-x ）とＩｎの混晶比率の０.
５１および０.４９は、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体
が積層されるＧａＡｓなどの半導体基板と格子整合され
る比率であることを意味する。また、ＡｌＧａＡｓ系化
合物半導体とは、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓの形で表され、ｙ
の値が０と１との間で種々の値のときの材料を意味す
る。
は、（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ0.49Ｐの形で表され、
ｘの値が０と１との間で種々の値のときの材料を意味す
る。なお、（Ａｌx Ｇａ1-x ）とＩｎの混晶比率の０.
５１および０.４９は、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体
が積層されるＧａＡｓなどの半導体基板と格子整合され
る比率であることを意味する。また、ＡｌＧａＡｓ系化
合物半導体とは、Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓの形で表され、ｙ
の値が０と１との間で種々の値のときの材料を意味す
る。
【００１１】また、本発明による半導体発光素子の製法
は、半導体基板上にｎ形クラッド層、ノンドープの活性
層およびｐ形クラッド層からなる発光層形成部をエピタ
キシャル成長する半導体発光素子の製法であって、前記
ｎ形クラッド層の成長に伴いドーパントの量を減らしな
がら、または成長温度を上昇させながら成長することに
より、活性層側でキャリア濃度を低くすることを特徴と
する。
は、半導体基板上にｎ形クラッド層、ノンドープの活性
層およびｐ形クラッド層からなる発光層形成部をエピタ
キシャル成長する半導体発光素子の製法であって、前記
ｎ形クラッド層の成長に伴いドーパントの量を減らしな
がら、または成長温度を上昇させながら成長することに
より、活性層側でキャリア濃度を低くすることを特徴と
する。
【００１２】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子およびその製法につて説明をする。
明の半導体発光素子およびその製法につて説明をする。
【００１３】前述のように、本発明者らは、半導体発光
素子の発光効率を向上させるため鋭意検討を重ねた結
果、従来の半導体発光素子で発光効率が向上しない原因
は、ｎ形クラッド層の不純物濃度が高く、エピタキシャ
ル成長中にｎ形クラッド層のドーパントの影響により、
活性層やｎ形クラッド層との界面の結晶性を劣化させて
いることに原因があることを見出した。そこで本発明者
らはｎ形クラッド層のドーパントによる活性層への影響
を少なくする条件を鋭意検討して調べた結果、ｎ形クラ
ッド層の活性層側は、キャリア濃度がノンドープまたは
５×１０17ｃｍ-3程度以下にされることにより、高い発
光効率が得られることを見出した。
素子の発光効率を向上させるため鋭意検討を重ねた結
果、従来の半導体発光素子で発光効率が向上しない原因
は、ｎ形クラッド層の不純物濃度が高く、エピタキシャ
ル成長中にｎ形クラッド層のドーパントの影響により、
活性層やｎ形クラッド層との界面の結晶性を劣化させて
いることに原因があることを見出した。そこで本発明者
らはｎ形クラッド層のドーパントによる活性層への影響
を少なくする条件を鋭意検討して調べた結果、ｎ形クラ
ッド層の活性層側は、キャリア濃度がノンドープまたは
５×１０17ｃｍ-3程度以下にされることにより、高い発
光効率が得られることを見出した。
【００１４】図１（ａ）〜（ｂ）は本発明の半導体発光
素子の一実施形態の断面構造の例、およびｎ形クラッド
層のキャリア濃度のプロファイルを示している。すなわ
ち、ｎ形のＧａＡｓ基板１上に、たとえばＳｅが７×１
０17〜５×１０18ｃｍ-3程度のキャリア濃度になるよう
にドープされたＧａＡｓからなるバッファ層２を０.１
μｍ程度、キャリア濃度がバッファ層２から活性層４に
かけて図１（ｂ）に示されるように、７×１０17〜７×
１０18ｃｍ-3（図１（ｂ）では１×１０18ｃｍ -3）から
５×１０17ｃｍ-3以下（図１（ｂ）では８×１０15ｃｍ
-3）まで連続的に変化するようにドーパントのＳｅがド
ープされたＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体（たとえばＡ
ｌの混晶比率が０.７）からなるｎ形クラッド層３を０.
３〜１μｍ程度、ノンドープでクラッド層よりバンドギ
ャップエネルギーが小さいＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導
体（たとえばＡｌの混晶比率が０.２５）からなる活性
層４を０.４〜１μｍ程度、ｎ形クラッド層と同じ組成
で、Ｚｎをドープしてキャリア濃度が３×１０16〜７×
１０16ｃｍ-3の第１層５ａが０.５〜１μｍ程度と、キ
ャリア濃度が５×１０17〜２×１０18ｃｍ-3の第２層５
ｂが０.５〜１μｍ程度からなるｐ形クラッド層５、お
よびオートドープによりキャリア濃度が５×１０18〜３
×１０19ｃｍ-3にされたＡｌＧａＡｓ系化合物半導体
（たとえばＡｌの混晶比率が０.７）からなるウインド
ウ層６を５〜７μｍ程度、Ａｌの混晶比率をウインドウ
層６のそれより小さくしたＡｌＧａＡｓ系化合物半導体
（たとえばＡｌの混晶比率が０.５）からなる保護層７
が０.４〜１μｍ程度、Ｚｎが１×１０19〜１×１０20
ｃｍ-3程度のキャリア濃度になるようにドープされたＧ
ａＡｓからなるコンタクト層８を、たとえばＭＯＣＶＤ
法（有機金属化学気相成長法）により順次エピタキシャ
ル成長させることにより製造されている。なお、ｎ形の
ドーパントとしては、前述のＳｅの代りにＳｉやＴｅま
たはＳｅとＳｉの両方を用いることもできる。
素子の一実施形態の断面構造の例、およびｎ形クラッド
層のキャリア濃度のプロファイルを示している。すなわ
ち、ｎ形のＧａＡｓ基板１上に、たとえばＳｅが７×１
０17〜５×１０18ｃｍ-3程度のキャリア濃度になるよう
にドープされたＧａＡｓからなるバッファ層２を０.１
μｍ程度、キャリア濃度がバッファ層２から活性層４に
かけて図１（ｂ）に示されるように、７×１０17〜７×
１０18ｃｍ-3（図１（ｂ）では１×１０18ｃｍ -3）から
５×１０17ｃｍ-3以下（図１（ｂ）では８×１０15ｃｍ
-3）まで連続的に変化するようにドーパントのＳｅがド
ープされたＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体（たとえばＡ
ｌの混晶比率が０.７）からなるｎ形クラッド層３を０.
３〜１μｍ程度、ノンドープでクラッド層よりバンドギ
ャップエネルギーが小さいＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導
体（たとえばＡｌの混晶比率が０.２５）からなる活性
層４を０.４〜１μｍ程度、ｎ形クラッド層と同じ組成
で、Ｚｎをドープしてキャリア濃度が３×１０16〜７×
１０16ｃｍ-3の第１層５ａが０.５〜１μｍ程度と、キ
ャリア濃度が５×１０17〜２×１０18ｃｍ-3の第２層５
ｂが０.５〜１μｍ程度からなるｐ形クラッド層５、お
よびオートドープによりキャリア濃度が５×１０18〜３
×１０19ｃｍ-3にされたＡｌＧａＡｓ系化合物半導体
（たとえばＡｌの混晶比率が０.７）からなるウインド
ウ層６を５〜７μｍ程度、Ａｌの混晶比率をウインドウ
層６のそれより小さくしたＡｌＧａＡｓ系化合物半導体
（たとえばＡｌの混晶比率が０.５）からなる保護層７
が０.４〜１μｍ程度、Ｚｎが１×１０19〜１×１０20
ｃｍ-3程度のキャリア濃度になるようにドープされたＧ
ａＡｓからなるコンタクト層８を、たとえばＭＯＣＶＤ
法（有機金属化学気相成長法）により順次エピタキシャ
ル成長させることにより製造されている。なお、ｎ形の
ドーパントとしては、前述のＳｅの代りにＳｉやＴｅま
たはＳｅとＳｉの両方を用いることもできる。
【００１５】前述のｐ形クラッド層５をキャリア濃度の
小さい第１層５ａとキャリア濃度の大きい第２層５ｂと
から構成することにより、活性層４へのｐ形不純物の拡
散の影響を少なくして結晶性を維持すると共に、キャリ
ア濃度の大きいウインドウ層との間にヘテロバリアによ
る電圧降下を防止することができて、発光特性が向上す
る。
小さい第１層５ａとキャリア濃度の大きい第２層５ｂと
から構成することにより、活性層４へのｐ形不純物の拡
散の影響を少なくして結晶性を維持すると共に、キャリ
ア濃度の大きいウインドウ層との間にヘテロバリアによ
る電圧降下を防止することができて、発光特性が向上す
る。
【００１６】このように積層された半導体層の表面側の
コンタクト層８上およびＧａＡｓ基板１の裏面に、それ
ぞれＡｕ-Ｔｉ合金、またはＡｕ-Ｚｎ-Ｎｉ合金などか
らなる上部電極（ｐ側電極）９およびＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合
金などからなる下部電極（ｎ側電極）１０がそれぞれ設
けられている。なお、発光層形成部１１を構成する活性
層４と両クラッド層３、５とは、前述のように、たとえ
ばＡｌの混晶比を異ならせてバンドギャップエネルギー
を異ならせることにより、活性層にキャリアや光を閉じ
込めやすくするダブルヘテロ接合になっている。
コンタクト層８上およびＧａＡｓ基板１の裏面に、それ
ぞれＡｕ-Ｔｉ合金、またはＡｕ-Ｚｎ-Ｎｉ合金などか
らなる上部電極（ｐ側電極）９およびＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合
金などからなる下部電極（ｎ側電極）１０がそれぞれ設
けられている。なお、発光層形成部１１を構成する活性
層４と両クラッド層３、５とは、前述のように、たとえ
ばＡｌの混晶比を異ならせてバンドギャップエネルギー
を異ならせることにより、活性層にキャリアや光を閉じ
込めやすくするダブルヘテロ接合になっている。
【００１７】このような半導体発光素子を製造するに
は、たとえばｎ形のＧａＡｓ基板１をＭＯＣＶＤ装置内
に入れ、反応ガスのトリエチルガリウム（以下、ＴＥＧ
という）またはトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧとい
う）およびアルシン（以下、ＡｓＨ3 という）、Ｓｅの
ドーパントガスであるＨ2 Ｓｅをキャリアガスの水素
（Ｈ2 ）と共に導入し、キャリア濃度が７×１０17〜５
×１０18ｃｍ-3程度になるようにＳｅがドープされたｎ
形のＧａＡｓからなるバッファ層２を０.１μｍ程度成
膜する。ついで、ＴＭＡおよびトリメチルインジウム
（以下、ＴＭＩｎという）をさらに導入し、たとえば
（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ形クラ
ッド層３を０.３〜１μｍ程度エピタキシャル成長す
る。この際、成長と共にドーパントガスのＨ2 Ｓｅを徐
々に減らし、バッファ層２側でのキャリア濃度が７×１
０17〜７×１０×18ｃｍ-3程度（図１（ｂ）に示される
例では１×１０18ｃｍ-3）で、活性層４側のキャリア濃
度が５×１０17ｃｍ-3程度以下（図１（ｂ）に示される
例では８×１０15ｃｍ-3程度）になるようにする。つい
で、反応ガスのＴＭＡを減らしてＴＥＧを増やし、たと
えばノンドープの（Ａｌ0.25Ｇａ0.75）0.51Ｉｎ0.49Ｐ
からなる活性層４を０.４〜１μｍ程度、ｎ形クラッド
層３と同様の反応ガスで、ドーパントガスをジメチル亜
鉛（以下、ＤＭＺｎという）に変更してキャリア濃度が
３×１０16〜７×１０16ｃｍ-3の第１層５ａとキャリア
濃度が５×１０17〜２×１０18ｃｍ-3の第２層５ｂの
（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ形クラ
ッド層５をそれぞれ０.５〜１μｍ程度エピタキシャル
成長する。
は、たとえばｎ形のＧａＡｓ基板１をＭＯＣＶＤ装置内
に入れ、反応ガスのトリエチルガリウム（以下、ＴＥＧ
という）またはトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧとい
う）およびアルシン（以下、ＡｓＨ3 という）、Ｓｅの
ドーパントガスであるＨ2 Ｓｅをキャリアガスの水素
（Ｈ2 ）と共に導入し、キャリア濃度が７×１０17〜５
×１０18ｃｍ-3程度になるようにＳｅがドープされたｎ
形のＧａＡｓからなるバッファ層２を０.１μｍ程度成
膜する。ついで、ＴＭＡおよびトリメチルインジウム
（以下、ＴＭＩｎという）をさらに導入し、たとえば
（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ形クラ
ッド層３を０.３〜１μｍ程度エピタキシャル成長す
る。この際、成長と共にドーパントガスのＨ2 Ｓｅを徐
々に減らし、バッファ層２側でのキャリア濃度が７×１
０17〜７×１０×18ｃｍ-3程度（図１（ｂ）に示される
例では１×１０18ｃｍ-3）で、活性層４側のキャリア濃
度が５×１０17ｃｍ-3程度以下（図１（ｂ）に示される
例では８×１０15ｃｍ-3程度）になるようにする。つい
で、反応ガスのＴＭＡを減らしてＴＥＧを増やし、たと
えばノンドープの（Ａｌ0.25Ｇａ0.75）0.51Ｉｎ0.49Ｐ
からなる活性層４を０.４〜１μｍ程度、ｎ形クラッド
層３と同様の反応ガスで、ドーパントガスをジメチル亜
鉛（以下、ＤＭＺｎという）に変更してキャリア濃度が
３×１０16〜７×１０16ｃｍ-3の第１層５ａとキャリア
濃度が５×１０17〜２×１０18ｃｍ-3の第２層５ｂの
（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ形クラ
ッド層５をそれぞれ０.５〜１μｍ程度エピタキシャル
成長する。
【００１８】さらに、反応ガスをＴＥＧとＴＭＡとＡｓ
Ｈ3 にしてドーパントガスを止め、キャリア濃度が５×
１０18〜３×１０19ｃｍ-3になるようにＣがオートドー
プされた、たとえばＡｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓからなるウイ
ンドウ層６を５〜７μｍ程度成膜する。その上に、さら
にＴＭＡを減らしてＤＭＺｎを導入しキャリア濃度が１
×１０19〜４×１０19ｃｍ-3程度のたとえばＡｌ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ａｓからなる保護層７を０.４〜１μｍ程度成膜
し、ＴＭＡを止めてＤＭＺｎを導入することにより、キ
ャリア濃度が１×１０19〜１×１０20ｃｍ-3程度のｐ形
のＧａＡｓからなるコンタクト層８を０.３〜０.５μｍ
程度成膜する。
Ｈ3 にしてドーパントガスを止め、キャリア濃度が５×
１０18〜３×１０19ｃｍ-3になるようにＣがオートドー
プされた、たとえばＡｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓからなるウイ
ンドウ層６を５〜７μｍ程度成膜する。その上に、さら
にＴＭＡを減らしてＤＭＺｎを導入しキャリア濃度が１
×１０19〜４×１０19ｃｍ-3程度のたとえばＡｌ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ａｓからなる保護層７を０.４〜１μｍ程度成膜
し、ＴＭＡを止めてＤＭＺｎを導入することにより、キ
ャリア濃度が１×１０19〜１×１０20ｃｍ-3程度のｐ形
のＧａＡｓからなるコンタクト層８を０.３〜０.５μｍ
程度成膜する。
【００１９】このようにエピタキシャル成長された基板
の上面および裏面側に、Ａｕ-Ｔｉ合金またはＡｕ-Ｚｎ
-Ｎｉ合金などからなる上部電極（ｐ側電極）９および
Ａｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などからなる下部電極（ｎ側電極）
１０を形成し、ダイシングしてチップ化する。
の上面および裏面側に、Ａｕ-Ｔｉ合金またはＡｕ-Ｚｎ
-Ｎｉ合金などからなる上部電極（ｐ側電極）９および
Ａｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などからなる下部電極（ｎ側電極）
１０を形成し、ダイシングしてチップ化する。
【００２０】前述の例では、ｎ形クラッド層３のキャリ
ア濃度を変化させるのに、エピタキシャル成長中に導入
するドーパントガスの流量を徐々に少なくすることによ
りキャリア濃度を低くしたが、ドーパントガスを一定に
して成長温度を徐々に高くすることによってもキャリア
濃度を下げることができる。成長温度を変化させること
によりキャリア濃度を制御すれば、結晶性向上の利点が
あり、ドーパントガスの流量を変化させることによりキ
ャリア濃度を制御すれば、キャリア濃度の制御性がよい
という利点がある。もちろんその両方を併用して制御を
することもできる。
ア濃度を変化させるのに、エピタキシャル成長中に導入
するドーパントガスの流量を徐々に少なくすることによ
りキャリア濃度を低くしたが、ドーパントガスを一定に
して成長温度を徐々に高くすることによってもキャリア
濃度を下げることができる。成長温度を変化させること
によりキャリア濃度を制御すれば、結晶性向上の利点が
あり、ドーパントガスの流量を変化させることによりキ
ャリア濃度を制御すれば、キャリア濃度の制御性がよい
という利点がある。もちろんその両方を併用して制御を
することもできる。
【００２１】本発明によれば、ｎ形クラッド層の活性層
側のキャリア濃度が低く形成されているため、他の半導
体層をエピタキシャル成長する場合に、ｎ形クラッド層
のｎ形ドーパントが活性層側に拡散して活性層やｎ形ク
ラッド層と活性層との界面の結晶性を劣化させることが
ない。一方、キャリア濃度の低い領域は、ｎ形クラッド
層の一部で、直列抵抗への影響やキャリアの閉込め量に
は影響がない。そのため、電気特性および輝度が向上
し、高い発光効率の半導体発光素子が得られる。
側のキャリア濃度が低く形成されているため、他の半導
体層をエピタキシャル成長する場合に、ｎ形クラッド層
のｎ形ドーパントが活性層側に拡散して活性層やｎ形ク
ラッド層と活性層との界面の結晶性を劣化させることが
ない。一方、キャリア濃度の低い領域は、ｎ形クラッド
層の一部で、直列抵抗への影響やキャリアの閉込め量に
は影響がない。そのため、電気特性および輝度が向上
し、高い発光効率の半導体発光素子が得られる。
【００２２】このように、本発明の半導体発光素子は、
ｎ形クラッド層の活性層側のキャリア濃度が低く形成さ
れているもので、ｎ形クラッド層内のキャリア濃度のプ
ロファイルは図１（ｂ）に示されるように、連続的に変
化させる必要はない。すなわち、図２に示されるよう
に、階段状にキャリア濃度を変化させて活性層側でキャ
リア濃度が低く、その反対側でキャリア濃度が高く形成
されていてもよい。このような階段状にキャリア濃度を
変化させるには、前述のドーパントガスの流量の変化、
または成長温度の変化を段階的に変化させればよい。
ｎ形クラッド層の活性層側のキャリア濃度が低く形成さ
れているもので、ｎ形クラッド層内のキャリア濃度のプ
ロファイルは図１（ｂ）に示されるように、連続的に変
化させる必要はない。すなわち、図２に示されるよう
に、階段状にキャリア濃度を変化させて活性層側でキャ
リア濃度が低く、その反対側でキャリア濃度が高く形成
されていてもよい。このような階段状にキャリア濃度を
変化させるには、前述のドーパントガスの流量の変化、
または成長温度の変化を段階的に変化させればよい。
【００２３】図３は本発明のさらに他の実施形態を表す
発光素子チップの断面構造図およびｎ形クラッド層のキ
ャリア濃度のプロファイルを示す。この例は、ｎ形クラ
ッド層の全体でキャリア濃度を変化させるのではなく、
活性層側にキャリア濃度の低い第１のｎ形クラッド層３
ａが設けられ、他は従来と同程度のキャリア濃度の第２
のｎ形クラッド層３ｂからなっているものである。この
ような構造にしても、活性層４側のキャリア濃度を低く
することができ、前述と同様の作用をする。この場合
は、キャリア濃度の低い第１のｎ形クラッド層３ａを、
たとえば０.２〜０.５μｍ程度に限定することにより、
前述と同様の効果が得られた。なお、図３において、図
１と同じ部分には同じ符号を付してある。
発光素子チップの断面構造図およびｎ形クラッド層のキ
ャリア濃度のプロファイルを示す。この例は、ｎ形クラ
ッド層の全体でキャリア濃度を変化させるのではなく、
活性層側にキャリア濃度の低い第１のｎ形クラッド層３
ａが設けられ、他は従来と同程度のキャリア濃度の第２
のｎ形クラッド層３ｂからなっているものである。この
ような構造にしても、活性層４側のキャリア濃度を低く
することができ、前述と同様の作用をする。この場合
は、キャリア濃度の低い第１のｎ形クラッド層３ａを、
たとえば０.２〜０.５μｍ程度に限定することにより、
前述と同様の効果が得られた。なお、図３において、図
１と同じ部分には同じ符号を付してある。
【００２４】前述の例では、半導体発光素子を構成する
各半導体層として、具体的な半導体材料を用い、その厚
さやキャリア濃度が特定の例であるが、活性層がクラッ
ド層で挟持されることにより発光層形成部が形成される
ダブルヘテロ接合構造の発光素子であれば、前述の例に
は限定されず、他の半導体材料についても同様であるこ
とはいうまでもない。
各半導体層として、具体的な半導体材料を用い、その厚
さやキャリア濃度が特定の例であるが、活性層がクラッ
ド層で挟持されることにより発光層形成部が形成される
ダブルヘテロ接合構造の発光素子であれば、前述の例に
は限定されず、他の半導体材料についても同様であるこ
とはいうまでもない。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、活性層の結晶性を低下
させることがなく、高い発光効率で高輝度の半導体発光
素子を得ることができる。その結果、屋外表示器や車載
用のテールランプ、ストップランプなどの高輝度を必要
とする発光素子や、携帯電話などバッテリー駆動の携帯
機器などの低消費電力が望まれる高輝度の光源用の発光
素子として用いることができる。
させることがなく、高い発光効率で高輝度の半導体発光
素子を得ることができる。その結果、屋外表示器や車載
用のテールランプ、ストップランプなどの高輝度を必要
とする発光素子や、携帯電話などバッテリー駆動の携帯
機器などの低消費電力が望まれる高輝度の光源用の発光
素子として用いることができる。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施形態の断面構
造およびそのｎ形クラッド層のキャリア濃度のプロファ
イルを示す図である。
造およびそのｎ形クラッド層のキャリア濃度のプロファ
イルを示す図である。
【図２】ｎ形クラッド層のキャリア濃度のプロファイル
の他の例を示す図である。
の他の例を示す図である。
【図３】本発明の半導体発光素子のさらに他の実施形態
の断面構造およびそのｎ形クラッド層のキャリア濃度の
プロファイルを示す図である。
の断面構造およびそのｎ形クラッド層のキャリア濃度の
プロファイルを示す図である。
【図４】従来の半導体発光素子の断面構造を示す図であ
る。
る。
３ ｎ形クラッド層 ３ａ 第１のｎ形クラッド層 ３ｂ 第２のｎ形クラッド層 ４ 活性層 ５ ｐ形クラッド層 ６ ウインドウ層 １１ 発光層形成部
Claims (6)
- 【請求項１】 ｎ形クラッド層とｐ形クラッド層とによ
り活性層が挟持される発光層形成部を有する半導体発光
素子であって、前記ｎ形クラッド層の前記活性層側のキ
ャリア濃度がノンドープもしくは５×１０17ｃｍ-3以下
で、前記活性層と反対側のキャリア濃度が７×１０17〜
７×１０18ｃｍ-3である半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記ｎ形クラッド層のキャリア濃度が厚
さ方向に連続的に、もしくは階段状に変化して形成され
てなる請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記ｎ形クラッド層が、前記活性層側に
設けられるキャリア濃度がノンドープもしくは５×１０
17ｃｍ-3以下の第１のｎ形クラッド層と、前記活性層と
反対側に設けられるキャリア濃度が７×１０17〜７×１
０18ｃｍ-3の第２のｎ形クラッド層とからなる請求項１
記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記発光層形成部がＡｌＧａＩｎＰ系化
合物半導体からなり、該発光層形成部のｐ形クラッド層
側にＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるウインドウ層
が設けられてなる請求項１、２または３記載の半導体発
光素子。 - 【請求項５】 半導体基板上にｎ形クラッド層、ノンド
ープの活性層およびｐ形クラッド層からなる発光層形成
部をエピタキシャル成長する半導体発光素子の製法であ
って、前記ｎ形クラッド層の成長に伴いドーパントの量
を減らしながら成長することにより、活性層側でキャリ
ア濃度を低くすることを特徴とする半導体発光素子の製
法。 - 【請求項６】 半導体基板上にｎ形クラッド層、ノンド
ープの活性層およびｐ形クラッド層からなる発光層形成
部をエピタキシャル成長する半導体発光素子の製法であ
って、前記ｎ形クラッド層の成長に伴い成長温度を上昇
させながら成長することにより、活性層側でキャリア濃
度を低くすることを特徴とする半導体発光素子の製法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12516797A JPH10321903A (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | 半導体発光素子およびその製法 |
| US09/079,262 US6163037A (en) | 1997-05-15 | 1998-05-15 | Double heterojunction light emitting device possessing a dopant gradient across the N-type layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12516797A JPH10321903A (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | 半導体発光素子およびその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10321903A true JPH10321903A (ja) | 1998-12-04 |
Family
ID=14903550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12516797A Pending JPH10321903A (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | 半導体発光素子およびその製法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6163037A (ja) |
| JP (1) | JPH10321903A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008283092A (ja) * | 2007-05-14 | 2008-11-20 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 垂直共振器型半導体発光素子 |
| JP2011171360A (ja) * | 2010-02-16 | 2011-09-01 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法 |
| JP2014120646A (ja) * | 2012-12-18 | 2014-06-30 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光素子 |
| WO2014167773A1 (ja) * | 2013-04-10 | 2014-10-16 | 信越半導体株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| KR20210042536A (ko) * | 2019-10-10 | 2021-04-20 | (주)큐에스아이 | 반도체 레이저 다이오드 소자 및 그 제조 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| TW399344B (en) * | 1998-09-09 | 2000-07-21 | Jan Shr Shiung | High intensity light emitting diode (LED) and the manufacturing method thereof |
| US6346719B1 (en) * | 1999-06-24 | 2002-02-12 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | AlGaInP light-emitting diode |
| KR100947676B1 (ko) * | 2007-12-17 | 2010-03-16 | 주식회사 에피밸리 | 3족 질화물 반도체 발광소자 |
| JP5608589B2 (ja) * | 2011-03-10 | 2014-10-15 | スタンレー電気株式会社 | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
| US8952399B2 (en) * | 2011-06-08 | 2015-02-10 | Micron Technology, Inc. | Light emitting device comprising a wavelength conversion layer having indirect bandgap energy and made of an N-type doped AlInGaP material |
| CN102629652B (zh) * | 2012-04-23 | 2014-03-19 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 发光二极管及其制作方法 |
| DE102019008929A1 (de) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | Azur Space Solar Power Gmbh | Gasphasenepitaxieverfahren |
| DE102019008927B4 (de) * | 2019-12-20 | 2024-04-11 | Azur Space Solar Power Gmbh | Gasphasenepitaxieverfahren |
| DE102019008931B4 (de) * | 2019-12-20 | 2024-04-11 | Azur Space Solar Power Gmbh | Gasphasenepitaxieverfahren |
| CN115513346B (zh) * | 2022-11-14 | 2023-04-07 | 泉州三安半导体科技有限公司 | 发光二极管和发光装置 |
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|---|---|---|---|---|
| US5153889A (en) * | 1989-05-31 | 1992-10-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device |
| US5202895A (en) * | 1990-05-07 | 1993-04-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having an active layer made of ingaalp material |
| 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 |
| US5639674A (en) * | 1994-03-14 | 1997-06-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting element and method for manufacturing therefor |
| US5656829A (en) * | 1994-08-30 | 1997-08-12 | Showa Denko K.K. | Semiconductor light emitting diode |
| US5811839A (en) * | 1994-09-01 | 1998-09-22 | Mitsubishi Chemical Corporation | Semiconductor light-emitting devices |
| 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 |
-
1997
- 1997-05-15 JP JP12516797A patent/JPH10321903A/ja active Pending
-
1998
- 1998-05-15 US US09/079,262 patent/US6163037A/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
| JP2008283092A (ja) * | 2007-05-14 | 2008-11-20 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 垂直共振器型半導体発光素子 |
| JP2011171360A (ja) * | 2010-02-16 | 2011-09-01 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法 |
| JP2014120646A (ja) * | 2012-12-18 | 2014-06-30 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光素子 |
| WO2014167773A1 (ja) * | 2013-04-10 | 2014-10-16 | 信越半導体株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2014204095A (ja) * | 2013-04-10 | 2014-10-27 | 信越半導体株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| KR20210042536A (ko) * | 2019-10-10 | 2021-04-20 | (주)큐에스아이 | 반도체 레이저 다이오드 소자 및 그 제조 방법 |
| KR20210056981A (ko) * | 2019-10-10 | 2021-05-20 | (주)큐에스아이 | 반도체 레이저 다이오드 소자 및 그 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6163037A (en) | 2000-12-19 |
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