JPS5945234B2 - GaP light emitting diode - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発光効率の高いｐ形ＧａＰ半導体層への少数キ
ャリア（電子）の注入効率を高めた構造の高発光効率Ｇ
ａＰ発光ダイオードに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a highly luminous efficient G
Regarding an aP light emitting diode.

従来のＧａＰ発光ダイオードは一般に第１図に示す如く
構成されている。この第１図のａは３層半導体構造、ｂ
は不純物濃度分析、ｃは順バイアス時のエネルギバンド
構造、ｄは順バイアス時の少数キャリア電流密度を夫々
模式的に示すものであり、ここに示されるＧａＰ緑色発
光ダイオードは、ＬＥＣ（ＬｉｑｕｉｄＥｎｃａｐｓｕ
ｌａｔｅｄＣｙｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法と呼ばれる液体
カプセルを用いた高圧溶融引上法で製造されたＴｅドー
プのｎ形ＧａＰ基板１と、基板１の上に液相エピタキシ
ャル成長（以下ＬＰＥと呼ぷ）法で形成したＳ及びＮド
ープのｎ−形ＧａＰ層２と、ｎ−形ＧａＰ層２の上にＬ
ＰＥ法で形成したＺｎ及びＮドープのｐ形ＧａＰ層３と
から成り、ｎ−ｎ−接合４とｐ−ｎ即ちｎ−−ｐ接合５
とを有する。ところで、ＬＥＣ法による結晶成長技術の
進歩は著しく、最近ではかなり高品位のＧａＰ基板が得
られるようになつたけれども、Ｓｉと比較するとまだ桁
違いに結晶欠陥が多いのが実状である。A conventional GaP light emitting diode is generally constructed as shown in FIG. In this figure, a is a three-layer semiconductor structure, and b is a three-layer semiconductor structure.
is the impurity concentration analysis, c is the energy band structure at forward bias, and d is the minority carrier current density at forward bias.
A Te-doped n-type GaP substrate 1 manufactured by a high-pressure melt-pulling method using a liquid capsule called the latted Cyochralski method, and an S and N-doped n-type GaP layer 2 and L on top of n-type GaP layer 2.
It consists of a Zn- and N-doped p-type GaP layer 3 formed by PE method, and has an n-n junction 4 and a p-n or n--p junction 5.
and has. Incidentally, although the crystal growth technology using the LEC method has made remarkable progress and it has recently become possible to obtain GaP substrates of considerably high quality, the reality is that they still have an order of magnitude more crystal defects than Si.

そこで、上述の従来のＧａＰ発光ダイオードにおいては
、ＧａＰ基板１の結晶欠陥に基づく結晶歪みを緩和する
ためにＬＰＥ法でｎ−形ＧａＰ層２を形成し、このｎ−
形ＧａＰ層２の不純物濃度を結晶性を良くするために基
板１の不純物濃度よりも低くし、且つこのｎ−形ＧａＰ
層２の厚さを結晶歪みの緩和効果を十分に得るために２
５〜５０μｍとしている。この結果、２０〜３０μｍの
厚さに形成されるｐ形ＧａＰ層３の結晶性は比較的良く
なり、実用可能な発光ダイオードが得られる。第１図ａ
に示す発光ダイオードの各領域の不純物濃度（キヤリア
濃度と略等しいとみなしている）は第１図ｂに示す如く
基板１のドナ濃度ＮＤが３×１０１７ｃｍ−３、ｎ一形
ＧａＰ層２のドナ濃度ＮＤが２×１０１７ｃｒｆＬ−３
ｐ形ＧａＰ層３のアクセプタ濃度ＮＡが１×１０１８（
Ｖ７！−３であり、基板１の濃度がＧａＰ層２の濃度よ
り高く、またｐ形ＧａＰ層３のアクセプタ濃度が基板１
及びｎ一形ＧａＰ層２のドナ濃度よりも高い。この発光
ダイオードを順バイアスしたときのエネルギバンド構造
は第１図ｃのようになつている。Therefore, in the above-mentioned conventional GaP light emitting diode, an n-type GaP layer 2 is formed by the LPE method in order to alleviate the crystal strain caused by crystal defects in the GaP substrate 1, and this n-
The impurity concentration of the n-type GaP layer 2 is lower than that of the substrate 1 to improve crystallinity, and
The thickness of layer 2 is set to 2 to obtain a sufficient effect of alleviating crystal strain.
The thickness is set at 5 to 50 μm. As a result, the crystallinity of the p-type GaP layer 3 formed to a thickness of 20 to 30 μm becomes relatively good, and a practical light emitting diode can be obtained. Figure 1a
The impurity concentration (assumed to be approximately equal to the carrier concentration) in each region of the light emitting diode shown in FIG. Concentration ND is 2×1017crfL-3
The acceptor concentration NA of the p-type GaP layer 3 is 1×1018 (
V7! -3, the concentration of the substrate 1 is higher than the concentration of the GaP layer 2, and the acceptor concentration of the p-type GaP layer 3 is
and higher than the donor concentration of the n-type GaP layer 2. The energy band structure when this light emitting diode is forward biased is as shown in FIG. 1c.

このバンド構造図において、Ｅｃは導電帯の下限エネル
ギ準位、Ｅｖは価電子帯の上限エネルギ準位、ＥＦはフ
エルミ準位、６は電子、７は正孔を示し、電子６及び正
孔７は夫々ｐ−ｎ接合５を通過して少数キヤリアとして
注入されている。この少数キャリアの注入状態を少数キ
ヤリアの電流密度によつて説明したのが第１図ｄである
。但しこの図においては熱平衡状態において存在する少
数キヤリア、接合４，５で生じている空乏層は無視して
いる。また注入された少数キャリアはｐ−ｎ接合５から
離れるにつれて指数関数的に減少するが、ここでは直線
で近似的に表わした。Ｊｎはｐ形ＧａＰ層３に注入され
た電子の電子電流密度、Ｊ，はｎ一形ＧａＰ層２に注入
された正孔の正孔電流密度、Ｌｎはｐ形ＧａＰ層３に注
入された電子の拡散長、Ｌ，はｎ一形ＧａＰ層２に注入
された正孔の拡散長を示す。この発光ダイオードのｎ一
形ＧａＰ層２は２５μｍ以上の厚さ（幅）を有するのに
対して、Ｌゝ ｐは２〜３μｍ程度であつて、ｎ一形
ＧａＰ層２の厚さ（幅）はＬ，よりも十分に大きい。In this band structure diagram, Ec is the lower limit energy level of the conduction band, Ev is the upper limit energy level of the valence band, EF is the Fermi level, 6 is an electron, and 7 is a hole. are injected as minority carriers through the pn junction 5, respectively. This injection state of minority carriers is explained by the current density of minority carriers in FIG. 1d. However, in this figure, the minority carriers existing in the thermal equilibrium state and the depletion layer formed at the junctions 4 and 5 are ignored. Furthermore, the injected minority carriers decrease exponentially as they move away from the pn junction 5, but here they are approximately represented by a straight line. Jn is the electron current density of the electrons injected into the p-type GaP layer 3, J is the hole current density of the holes injected into the n-type GaP layer 2, and Ln is the electron current density of the holes injected into the p-type GaP layer 3. The diffusion length, L, represents the diffusion length of holes injected into the n-type GaP layer 2. The n-type GaP layer 2 of this light emitting diode has a thickness (width) of 25 μm or more, whereas Lp is about 2 to 3 μm, and the thickness (width) of the n-type GaP layer 2 is approximately 2 to 3 μm. is sufficiently larger than L.

このためｎ一形ＧａＰ層２に注入された正孔は、ｎ一形
ＧａＰ層２内ですべて電子と再結合して消滅し、Ｊ，は
ｐ−ｎ接合５から数μｍ離れたところでは実質上零にな
つている。なお、Ｊｎも同様にｐ一ｎ接合５から数μｍ
離れたところでは実質上零になつている。ところで、Ｎ
をドープしたＧａＰ結晶を光励起することにより、バル
ク（ＧａＰ結晶）の発光効率を求めることができる。Therefore, all of the holes injected into the n-type GaP layer 2 recombine with electrons and disappear within the n-type GaP layer 2, and J, is substantially It's reaching zero. Note that Jn is also several μm away from the p-n junction 5.
In remote areas, it is virtually zero. By the way, N
By optically exciting a GaP crystal doped with , the luminous efficiency of the bulk (GaP crystal) can be determined.

例えばＡｍｅｒｉｃａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＯｆＰｌｌ
ｙＳｉＣＳ発行の雑誌「ＪＯｕｒｎａｌＯｆＡｐｐｌｉ
ｅｄＰｈｙｓｉｃｓＶＯｌ４５腐１１Ｎ０ｖｅｍｂｅｒ
１９７４」４９２０〜４９３０ページにＰ．Ｄ．Ｄａｐ
ｌｃｕｓほか３名が発表した論文「ＫｉｎｅｔｉｃｓＯ
ｆｒｅｃＯｍｂｉｎａｔｉＯｎｉｎｎｉｔｒＯｇｅｎ−
ＤＯｐｅｄＧａＰ」によれば、励起強度が１０Ａ／Ｃｒ
Ａの水準において発光効率が最高となるの頃 ｐ形バル
クではＮＡ＝１Ｘ１０１８Ｃ７７！−３のとぎ、ｎ形バ
ルクではＮＤ＝１×１０１７ＣＴＬ−３のときである。
このときの発光効率は、ｐ形バルクで０．３％、ｎ形バ
ルクで０．０５２％である。しかしｐ−ｎ接合素子であ
る発光ダイオードの発光効率は、ｐ形バルクの発光効率
に電子の注入効率を乗じた値と、ｎ形バルクの発光効率
に正孔の注入効率を乗じた値との和になる。このため上
記論文の実験データをもとに計算すると、発光ダイオー
ドの発光効率が最高となるのはＮＡ＝１×１０１８ｃｍ
−３、ＮＤ−２Ｘ１０１７？−３のときで、発光ダイオ
ードの発光効率は０．０８６％、ｐ形バルクへの電子の
注入効率は１８％である。事実、実際のＧａＰ発光ダイ
オードの設計でも、第１図ｂのようにＮＡ−１×１０１
８ｃｍ−３、ＮＤ−２×１０１７ｃｍ−３とするのが最
適設計であり、このとき０．０８％程度の発光効率が得
られている。上述から明らかなように、従来のＧａＰ発
光ダイオードでは、ｐ形バルクが高い発光効率をもつて
いるにも拘らず、ｐ−ｎ接合素子とすることにより低い
発光効率になつてしまつていた。第１図に示す構造にお
いて、ｎ一形ＧａＰ層２の不純物濃度を高めてｎ＋層と
し、ｐ−ｎ接合５をｎ＋−ｐ接合としてｐ形ＧａＰ層３
への電子の注入効率を高めれば、発光ダイオードの発光
効率を高めることが出来るようにも考えられる。しかし
、実際には、ＧａＰ層２の不純物濃度を上げることによ
りＧａＰ層２の結晶性が劣化し、更にｐ形ＧａＰ層３の
結晶性も劣化する。このため肝心のｐ形ＧａＰ層３のバ
ルクとしての発光効率が低下し且つｐ−ｎ接合５におけ
る非発光再結合が増加して発光に寄与する少数キャリア
の注入が十分行なわれなくなり、発光ダイオードの発光
効率を高めることは出米ない。なお、直接遷移型発光す
るＧａＡｓ赤外発光ダイオードの発光効率は高いが、擬
直接遷移型発光するＧａＰ緑色発光ダイオードの発光効
率は低い。For example, American InstituteOfPll
Magazine “JournalOfAppli” published by ySiCS
edPhysicsVOl45ro11N0vember
1974,” pages 4920-4930, P. D. Dap
The paper “KineticsO
frecOmbinatiOninnitrOgen-
According to “DOpedGaP”, the excitation intensity is 10A/Cr
When the luminous efficiency reaches its maximum at level A, NA=1X1018C77 for p-type bulk! -3, when ND=1×1017CTL-3 for n-type bulk.
The luminous efficiency at this time is 0.3% for the p-type bulk and 0.052% for the n-type bulk. However, the luminous efficiency of a light emitting diode, which is a p-n junction element, is determined by multiplying the luminous efficiency of the p-type bulk by the electron injection efficiency and the luminous efficiency of the n-type bulk multiplied by the hole injection efficiency. Become peace. Therefore, calculations based on the experimental data in the above paper show that the light emitting diode has the highest luminous efficiency when NA = 1 x 1018 cm.
-3, ND-2X1017? -3, the light emitting efficiency of the light emitting diode is 0.086%, and the efficiency of electron injection into the p-type bulk is 18%. In fact, even in the design of an actual GaP light emitting diode, NA-1×101 is used as shown in Figure 1b.
The optimal design is 8 cm-3, ND-2×1017 cm-3, and a luminous efficiency of about 0.08% is obtained in this case. As is clear from the above, in the conventional GaP light emitting diode, although the p-type bulk has high luminous efficiency, the luminous efficiency is low due to the use of a pn junction element. In the structure shown in FIG. 1, the impurity concentration of the n-type GaP layer 2 is increased to make it an n+ layer, and the p-n junction 5 is made an n+-p junction.
It is also conceivable that the light emitting efficiency of the light emitting diode can be increased by increasing the injection efficiency of electrons into the light emitting diode. However, in reality, by increasing the impurity concentration of the GaP layer 2, the crystallinity of the GaP layer 2 deteriorates, and furthermore, the crystallinity of the p-type GaP layer 3 also deteriorates. As a result, the luminous efficiency of the essential p-type GaP layer 3 as a bulk decreases, non-radiative recombination at the p-n junction 5 increases, and minority carriers contributing to light emission are not sufficiently injected. It is impossible to improve luminous efficiency. Note that the luminous efficiency of the GaAs infrared light emitting diode that emits direct transition type light is high, but the luminous efficiency of the GaP green light emitting diode that emits pseudo direct transition type light is low.

従つて、ＧａＰ緑色発光ダイオードの発光効率を高める
ために、従米十分に活用されていなかつたｐ形ＧａＰ層
を発光領域として十分に活用すること、ＧａＰの結晶性
を良くすることが重要である。そこで、本発明の目的は
、発光効率の高いＧａＰ緑色発光ダイオードを提供する
ことにある。Therefore, in order to increase the luminous efficiency of GaP green light emitting diodes, it is important to fully utilize the underutilized p-type GaP layer as a light emitting region and to improve the crystallinity of GaP. Therefore, an object of the present invention is to provide a GaP green light emitting diode with high luminous efficiency.

上記目的を達成するための本発明は、高不純物濃度のｎ
形半導体層と、前記高不純物濃度のｎ形ＧａＰ半導体層
に隣接する低不純物濃度のｎ形ＧａＰ半導体エピタキシ
ャル成長層と、前記低不純物濃度のｎ形ＧａＰ半導体エ
ピタキシャル成長層に隣接するｐ形ＧａＰ半導体層とを
含んだＧａＰ緑色発光ダイオードにおいて、前記低不純
物濃度のｎ形ＧａＰ半導体エピタキシャル成長層の厚さ
を、前記ｐ形ＧａＰ半導体層から前記低不純物濃度のｎ
形ＧａＰ半導体エピタキシャル成長層に注入される少数
キャリア（正孔）の拡散長の以下且つ１μｍ以上にし、
且つ前記高不純物濃度のｎ形ＧａＰ半導体層の不純物濃
度を前記ｐ形ＧａＰ半導体層の不純物濃度以上にしたこ
とを特徴とするＧａＰ緑色発光ダイオードに係わるもの
である。上記発明によれば、ＧａＰ緑色発光ダイオード
に於いて、従来十分に活用されていなかつたｐ形ＧａＰ
半導体層に対する少数キャリア（電子）の注入効率を増
大させることが出来る。In order to achieve the above object, the present invention provides high impurity concentration n
a n-type GaP semiconductor epitaxial growth layer with a low impurity concentration adjacent to the n-type GaP semiconductor layer with a high impurity concentration, and a p-type GaP semiconductor layer adjacent to the n-type GaP semiconductor epitaxial growth layer with a low impurity concentration. In the GaP green light emitting diode comprising:
The diffusion length of minority carriers (holes) injected into the GaP type semiconductor epitaxial growth layer is below the diffusion length and 1 μm or more,
The present invention also relates to a GaP green light emitting diode, characterized in that the impurity concentration of the high impurity concentration n-type GaP semiconductor layer is higher than the impurity concentration of the p-type GaP semiconductor layer. According to the above invention, p-type GaP, which has not been fully utilized in the past, can be used in GaP green light emitting diodes.
The injection efficiency of minority carriers (electrons) into the semiconductor layer can be increased.

即ち、低不純物濃度のｎ形ＧａＰ半導体層エピタキシヤ
ル成長層の厚さを、１μｍ以上にすると共にこの層の少
数キャリア（正孔）の拡散長の−以下にすることにより
、高不純物濃度のｎ形ＧａＰ半導体層と低不純物濃度の
ｎ形ＧａＰ半導体エピタキシャル成長層との接合で生じ
る反射効果を有効に利用してｐ形ＧａＰ半導体層での発
光効率を高めることが出来、且つ低不純物濃度のｎ形Ｇ
ａＰ半導体エピタキシヤル成長層でも高い発光効率を得
ることが出来る。よつて、従来、発光効率が極めて悪か
つたＧａＰ緑色発光ダイオードの発光効率を大幅に向上
させることが出来る。以下、図面を参照して本発明の実
施例に付いて述べる。That is, by setting the thickness of the epitaxially grown n-type GaP semiconductor layer with a low impurity concentration to 1 μm or more and making it less than or equal to the diffusion length of minority carriers (holes) in this layer, the n-type GaP semiconductor layer with a high impurity concentration can be grown. The light emitting efficiency in the p-type GaP semiconductor layer can be increased by effectively utilizing the reflection effect generated by the junction between the n-type GaP semiconductor layer and the n-type epitaxially grown layer with a low impurity concentration. G
High luminous efficiency can also be obtained with an aP semiconductor epitaxial growth layer. Therefore, the luminous efficiency of the GaP green light emitting diode, which has conventionally had extremely poor luminous efficiency, can be greatly improved. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第２図は本発明を適用したＧａＰ緑色発光ダイオードを
示すものであつて、第１図と同様に、ａは３層半導体構
造、ｂは不純物濃度分布、ｃは順バイアス時のエネルギ
バンド構造、ｄは順バイアス時の少数キャリア電流密度
を夫々模式的に示し、この内第２図Ｃ，ｄにおいては第
１図Ｃ，ｄと共通するものに同一の符号が付されている
。FIG. 2 shows a GaP green light emitting diode to which the present invention is applied, in which, similarly to FIG. 1, a indicates a three-layer semiconductor structure, b indicates an impurity concentration distribution, c indicates an energy band structure at forward bias, d schematically shows the minority carrier current density at the time of forward bias, and in FIGS. 2C and d, the same symbols as in FIGS. 1C and d are given the same reference numerals.

この発光ダイオードは、後述のＳＳＤ法で製造されたＴ
ｅｌ−Ｌプのｎ＋形Ｇａｐ、結晶から成るｎ＋形ＧａＰ
基板１１と、ＬＰＥ法で約３μｍの厚さに基板１１上に
形成されたＳ及びＮドープの。一形ＧａＰ層１２と、Ｌ
ＰＥ法で約３０μｍの厚さにｎ一形ＧａＰ層１２上に形
成されたＺｎ及びＮドープのｐ形ＧａＰ層１３とから成
り、ｎ＋−ｎ一接合１４とｐ−ｎ（ｎ−一ｐ）接合１５
とを有する。夫々の不純物濃度は第１図ｂから明らかな
ように基板１１のドナ濃度ＮＤが１Ｘ１０１８？−３、
ｎ−形ＧａＰ層１２のドナ濃度ＮＤが１×１０１７Ｃ７
ｒ１−３ｐ形ＧａＰ層１３のアクセプタ濃度ＮＡが５ｘ
１０１７ｃｍ−３である。ＳＳＤ法は、例えば特公昭４
８−２０１０６及び雑誌「電子材料」１９７３年１月号
第１８〜２３頁に開示された化合物半導体の結晶成長法
で、比較的低い蒸気圧を示す成分Ａ（ＧａＪｎなど）と
、比較的高い蒸気圧を示す成分Ｂ（Ｐ．Ａｓなど）とか
ら成る化合物半導体ＡＢの結晶製造方法において、溶融
した成分Ａを入れた容器を成分Ｂの蒸気を含む雰囲気内
に配し、溶融した成分Ａの成分Ｂの蒸気と接触する部分
を、化合物半導体ＡＢの融点より低い高温に保ち、他部
を該高温部分より低温度に保ち、成分Ｂの蒸気圧を化合
物半導体ＡＢの分解圧より高く選び、前記高温部分にて
合成（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）された化合物半導体ＡＢが
溶質（ＳＯｌｕｔｅ）として溶融した成分Ａ中に拡散（
ＤｌｆｆＵＳｌＯｎ）して前記低温部より化合物半導体
ＡＢの結晶として成長するようにしたことを特徴とする
化合物半導体の結晶製造方法である。This light emitting diode is a T
n+ type GaP of el-L type, n+ type GaP consisting of crystal
A substrate 11 and an S- and N-doped layer formed on the substrate 11 to a thickness of about 3 μm by LPE. monomorphic GaP layer 12 and L
It consists of a Zn- and N-doped p-type GaP layer 13 formed on an n-type GaP layer 12 to a thickness of about 30 μm by PE method, and an n+-n-junction 14 and a p-n (n-1p) Junction 15
and has. As is clear from FIG. 1b, the respective impurity concentrations are such that the donor concentration ND of the substrate 11 is 1×1018? -3,
The donor concentration ND of the n-type GaP layer 12 is 1×1017C7
r1-3 The acceptor concentration NA of the p-type GaP layer 13 is 5x
It is 1017 cm-3. The SSD law is, for example,
8-20106 and the magazine "Electronic Materials" January 1973 issue, pages 18 to 23, the crystal growth method for compound semiconductors uses component A (such as GaJn) with a relatively low vapor pressure and a relatively high vapor pressure. In a method for producing a crystal of a compound semiconductor AB consisting of a component B (such as P.As) that exhibits pressure, a container containing molten component A is placed in an atmosphere containing vapor of component B, and the molten component A is The part that contacts the vapor of component B is kept at a high temperature lower than the melting point of compound semiconductor AB, the other part is kept at a lower temperature than the high temperature part, the vapor pressure of component B is selected to be higher than the decomposition pressure of compound semiconductor AB, and the high temperature The compound semiconductor AB synthesized in the part is diffused (Synthesis) into the melted component A as a solute (SOlute).
DlffUSlOn) to grow a compound semiconductor crystal from the low temperature part as a crystal of compound semiconductor AB.

例えば、底部が円錐上をなして尖つている円筒形るつぼ
にＧａ溶液を入れ、このるつぼを真空容器の中に封じる
。真空容器の底部に赤燐を置き、この赤燐を４３０℃に
加熱して、真空容器内に約１気圧のＰ蒸気圧を発生させ
る。またＧａ溶液の表面で１２００℃、るつぼの底部で
１１５０℃となるようにＧａ溶液に温度勾配を与える。
このようにすると、Ｇａ溶液の表面でＧａＰが合成され
、このＧａＰが溶質としてＧａ溶液中をるつぼの底部に
向つて拡散して行き、るつぼの底部で結晶成長が始まる
。このＳＳＤ法によるＧａＰ結晶は、ＬＥＣ法に比べて
低温・低圧で成長させられることなどから、非常に結晶
性がよく発光素子に適している。本実施例のｎ＋形Ｇａ
Ｐ基板１１は上述のＳＳＤ法の結晶を利用しているので
、その結晶性が良く、従つて、基板１１上に成長させた
ｎ一形ＧａＰ層１２の結晶性も非常によくなつている。For example, a Ga solution is placed in a cylindrical crucible with a conically pointed bottom, and the crucible is sealed in a vacuum container. Red phosphorus is placed at the bottom of the vacuum vessel, and the red phosphorus is heated to 430°C to generate a P vapor pressure of approximately 1 atmosphere within the vacuum vessel. Further, a temperature gradient is applied to the Ga solution so that the temperature is 1200° C. at the surface of the Ga solution and 1150° C. at the bottom of the crucible.
In this way, GaP is synthesized on the surface of the Ga solution, this GaP diffuses as a solute in the Ga solution toward the bottom of the crucible, and crystal growth begins at the bottom of the crucible. GaP crystals produced by this SSD method have very good crystallinity and are suitable for light-emitting devices because they can be grown at lower temperatures and lower pressures than those produced by the LEC method. In this example, n+ type Ga
Since the P substrate 11 uses the crystal produced by the above-mentioned SSD method, its crystallinity is good, and therefore the crystallinity of the n-type GaP layer 12 grown on the substrate 11 is also very good.

このためｎ一形ＧａＰ層１２は１Ｘ１０１７？−３とい
う低不純物濃度であることも手伝つて、約１２μｍとい
う非常に大きい正孔の拡散長Ｌ，をもつている。ｎ＋形
ＧａＰ基板１１とｎ一形ＧａＰ層１２の界面の結晶性も
従来に比べると非常によいので、接合部に生じる空乏層
でのキヤリアの再結合が少ない良好なｎ＋−ｎ一接合１
４が形成されている。この発光ダイオードのｎ一形Ｇａ
Ｐ層１２の厚さは正孔の拡散長Ｌ （約１２μｍ）より
も十分ｐに小さい３μｍに゛設計されているので、ｎ一
形ＧａＰ層１２に注入された正孔の多くはｎ一形ＧａＰ
層１２中を拡散してｎ＋−ｎ一接合１４に達する。Therefore, the n-type GaP layer 12 is 1X1017? Thanks in part to the low impurity concentration of −3, it has a very large hole diffusion length L of about 12 μm. Since the crystallinity of the interface between the n+ type GaP substrate 11 and the n-type GaP layer 12 is also much better than that of the conventional one, a good n+-n-type junction 1 with less recombination of carriers in the depletion layer generated at the junction is achieved.
4 is formed. This light emitting diode's n-type Ga
Since the thickness of the P layer 12 is designed to be 3 μm, which is sufficiently p smaller than the hole diffusion length L (approximately 12 μm), most of the holes injected into the n-type GaP layer 12 are n-type. GaP
Diffuses through layer 12 to reach n+-n junction 14.

同一導電形の高不純物濃度層と低不純物濃度層とからな
るｎ＋−ｎ−あるいはｐ＋−ｐ一接合は少数キヤリアに
対して電位障壁として作用することが知られている。こ
の場合もｎ＋−ｎ一接合１４は、良好な接合であるため
、電位障壁として有効に作用し、ｎ＋−ｎ一接合１４ま
で拡散してきた正孔をここでせき止める効果（ｎ＋−ｎ
接合１４が正孔を反射するように見えるので反射効果と
呼ぶ）を発揮する。このため、ｎ＋形ＧａＰ基板１１へ
の正孔の注入が制限され、ｎ形ＧａＰ層１２では正孔濃
度が高くなる。一方、ｎ一形ＧａＰ層１２に定常的に注
入される正孔（正孔電流密度Ｊ。It is known that an n+-n- or p+-p junction consisting of a high impurity concentration layer and a low impurity concentration layer of the same conductivity type acts as a potential barrier against minority carriers. In this case as well, since the n+-n junction 14 is a good junction, it effectively acts as a potential barrier, and has the effect of blocking the holes that have diffused up to the n+-n junction 14 (n+-n junction 14).
Since the junction 14 appears to reflect holes, it exhibits a reflection effect (referred to as a reflection effect). Therefore, the injection of holes into the n+ type GaP substrate 11 is restricted, and the hole concentration in the n type GaP layer 12 becomes high. On the other hand, holes (hole current density J) are steadily injected into the n-type GaP layer 12.

，）は、ｎ一形ＧａＰ層１２中で再結合して消滅する正
孔分Ｊ，ｌと、ｎ＋形ＧａＰ基板１１へ注入される正孔
分Ｊ，２の２成分の和である（ｎ＋−ｎ一接合１４で再
結合して消滅する正孔分も若干あるはずだが、ここでは
これを無視している）。Ｊ，ｌはｎ一形ＧａＰ層１２の
厚さ即ち幅とＬの大小関係からあまり大きなｐ値にはな
らないし、Ｊ，２もｎ＋−ｎ一接合１４の反射効果によ
つて第１図ｄにおけるＪ。, ) is the sum of two components: the hole J,l that recombines and disappears in the n-type GaP layer 12 and the hole J,2 injected into the n+-type GaP substrate 11 (n+ There must also be some holes that recombine and disappear at the -n junction 14, but this is ignored here). J,l does not have a very large p-value due to the size relationship between the thickness, that is, the width, of the n-type GaP layer 12 and L, and J,2 also has a p-value of 1d due to the reflection effect of the n+-n-type junction 14. J.

，よりも小さい値に抑えられている。これらの和である
Ｊ。，も第１図ｄにおけるＪＯｐよりも小さい値となる
（全電流密度が同じとき）。反射効果によつてｎ＋形Ｇ
ａＰ基板１１への正孔の注入が制限されるため、定常的
にはｎ一形ＧａＰ層１２への正孔の注入が制限される訳
である。この結果ｐ形ＧａＰ層１３への電子の注入効率
〔ＪＯｎ／（ＪＯｎ＋ＪＯｐ）〕が増大して、ｎ一形Ｇ
ａＰ層１２がない場合のｎ＋−ｐ接合・において計算さ
れる注入効率に近い値となる。この例ではｐ形Ｇ＆Ｐ層
１３への電子の注入効率は約３５％となり、従来の１８
％の約２倍になつた。このように、バルクとしての発光
効率が高いｐ形ＧａＰ層１３への電子の注入効率が増大
するため、この発光ダイオードの発光効率は電流密度１
０Ａ／Ｃｄにおいて０．１１％となり、従来の０．０８
％の約４０％増と大幅に改善された。, is suppressed to a value smaller than . The sum of these is J. , also has a smaller value than JOp in FIG. 1d (when the total current density is the same). n+ type G due to reflection effect
Since injection of holes into the aP substrate 11 is limited, injection of holes into the n-type GaP layer 12 is limited on a regular basis. As a result, the electron injection efficiency [JOn/(JOn+JOp)] into the p-type GaP layer 13 increases, and the n-type GaP layer 13 increases.
This value is close to the injection efficiency calculated for an n+-p junction without the aP layer 12. In this example, the electron injection efficiency into the p-type G&P layer 13 is approximately 35%, compared to the conventional 18%.
% was about twice as high. In this way, the efficiency of electron injection into the p-type GaP layer 13, which has a high luminous efficiency as a bulk, increases, so the luminous efficiency of this light emitting diode increases at a current density of 1.
At 0A/Cd, it is 0.11%, compared to the conventional 0.08%.
%, a significant improvement of approximately 40%.

なお、ｎ＋基板６としてＬＥＣ結晶を使用して、本発明
を実施しようとすると前述のように結晶性が劣化するた
めに発光ダイオードの発光効率は逆に悪くなつてしまう
。現在のＬＥＣ結晶は上記実施例には使用できない訳で
あるが、将来ＬＥＣ結晶の結晶性が改善されたときはこ
の限りでない。但し次に述べる第３図の実施例によれば
現在のＬＥＣ結晶を本発明に使用することが可能になる
。第３図は本発明の第２の実施例に係わるＧａＰ緑色発
光ダイオードを示すものである。この実施例の発光ダイ
オードは、ＬＥＣ法で製造したＴｅドープｎ形ＧａＰ結
晶の基板２１と、基板２１上にＬＰＥ法で厚さ約３０μ
ｍに形成したＳドープのｎ＋形ＧａＰ層２２と、ｎ＋形
ＧａＰ層２２上にＬＰＥ法で厚さ約３μｍに形成したＳ
及びＮドープのｎ一形ＧａＰ層２３と、ｎ一形ＧａＰ層
２３上にＬＰＥ法で厚さ約３０μｍに形成したＺｎ及び
Ｎドープのｐ形ＧａＰ層２４とから成り、ｎ＋−ｎ一接
合２５及びｐ−ｎ即ちｎ−一ｐ接合２６を有する。夫々
の層の不純物濃度は第３図ｂから明らかなように、基板
２１のドナ濃度Ｎ。が４×１０１７？−３、ｎ十形Ｇａ
Ｐ層２２のドナ濃度ＮＤが２Ｘ１０１８ｃ１ｎ＋３、ｎ
一形ＧａＰ層２３のドナ濃度ＮＤが１Ｘｈ０１７Ｃ１１
Ｌ−３ｐ＠ＧａＰ層２４のアクセプタ維ＮＡが５×１０
１７Ｃ！ｎ−３である。この実施例では？射効果を得る
ための高不純物濃度のｎ＋形ＧａＰ層２２をＬＰＥ法で
形成し、ｎ＋形ＧａＰ層２２の不純物濃度を高くしたた
めの結晶性の劣化をｎ一形ＧａＰ層２３を設けることに
よつて緩和し、結晶性の比較的良いｐ形ＧａＰ層２４を
形成している。Note that if an LEC crystal is used as the n+ substrate 6 to carry out the present invention, the crystallinity deteriorates as described above, and the light emitting efficiency of the light emitting diode deteriorates. Although current LEC crystals cannot be used in the above embodiments, this will not apply in the future when the crystallinity of LEC crystals is improved. However, the embodiment of FIG. 3, which will be described below, allows current LEC crystals to be used in the present invention. FIG. 3 shows a GaP green light emitting diode according to a second embodiment of the present invention. The light emitting diode of this example includes a substrate 21 of Te-doped n-type GaP crystal manufactured by the LEC method, and a substrate 21 with a thickness of approximately 30 μm formed by the LPE method on the substrate 21.
an S-doped n+ type GaP layer 22 formed in a thickness of about 3 μm;
and an N-doped n-type GaP layer 23 and a Zn- and N-doped p-type GaP layer 24 formed to a thickness of about 30 μm on the n-type GaP layer 23 by the LPE method, and an n+-n-type junction 25. and a p-n or n-1p junction 26. As is clear from FIG. 3b, the impurity concentration of each layer is equal to the donor concentration N of the substrate 21. Is it 4×1017? -3, n-decade Ga
The donor concentration ND of the P layer 22 is 2X1018c1n+3,n
The donor concentration ND of the monomorphic GaP layer 23 is 1Xh017C11
Acceptor fiber NA of L-3p@GaP layer 24 is 5×10
17C! It is n-3. In this example? The n+ type GaP layer 22 with a high impurity concentration to obtain the radiation effect is formed by the LPE method, and the deterioration of crystallinity due to the high impurity concentration of the n+ type GaP layer 22 can be prevented by providing the n-type GaP layer 23. The p-type GaP layer 24 has relatively good crystallinity.

従つて、ｎ＋形ＧａＰ層２２の結晶性があまり良くなく
とも、ｐ形ＧａＰ層２４の結晶性が良くなり、ｐ形Ｇａ
Ｐ層２４のバルクの発光効率が高く保たれ、また反射効
果によつて注入効率が増加し、電流密度１０Ａ／Ｃｄで
発光効率０．１１％となつた。尚第２の実施例の変形と
して、第３図のＬＥＣ法によるｎ形ＧａＰ基板２１の代
りにＳＳＤ法で製造したｎ形ＧａＰの基板を使用したら
電流密度１０Ａ／Ｃｄで０．１４％という高い発光効率
を得ることが出米た。上述の２つの実施例において、ｎ
一形ＧａＰ層１２，２３に注入された正孔の多くが、ｎ
＋ｎ一接合１４，２５まで到達しなければ反射効果が現
われない。従つて、ｎ一形ＧａＰ層１２゛２３の厚さは
当然このｎ一形ＧａＰ層１２，２３の正孔の拡散長以下
でなければならないが、反射効果によりｐ形ＧａＰ層１
３，２４への電子の注入効率の実質的な増加を得るため
には、ｎ一形ＧａＰ層１２，２３の正孔の拡散長の一以
下にする必要がある。上述の実施例ではｎ−形ＧａＰ層
１２，２３の厚さが約３μｍであり、正孔の拡散長一以
下になつている。またｎ一形ＧａＰ層１２，２３は結晶
歪みの緩和効果が得られる厚さ以上であることが必要で
あり、この層を１μｍ以上にすることが望ましい。また
ｐ−ｎ（ｎ−一ｐ）接合における少数キャリアの注入効
率が、ｎ一形ＧａＰ層１２，２３がないと仮定したとき
のｎ＋一ｐ接合で計算される値に近似する訳であるから
、ｎ＋−ｐ接合におけるｐ形ＧａＰ層への電子の注入効
率が十分に大きくなければ意味がない。このためには、
ｐ形ＧａＰ層１３，２４が通常用いられる５×１０１７
〜１×１０１８？−３程度の不純物濃度のとき、ｎ＋形
ＧａＰ層１１ｙ２２の不純物濃度をｐ形ＧａＰ層１３，
２４の不純物濃度以上に選ぶ必要がある。以上本発明の
実施例に付いて述べたが、本発明は上述の実施例に限定
されるものではなく、更に変形可能なものである。Therefore, even if the crystallinity of the n+ type GaP layer 22 is not very good, the crystallinity of the p-type GaP layer 24 is improved, and the p-type GaP layer 22 has good crystallinity.
The bulk luminous efficiency of the P layer 24 was kept high, and the injection efficiency increased due to the reflection effect, resulting in a luminous efficiency of 0.11% at a current density of 10 A/Cd. As a modification of the second embodiment, if an n-type GaP substrate manufactured by the SSD method is used instead of the n-type GaP substrate 21 manufactured by the LEC method shown in FIG. 3, the current density is as high as 0.14% at a current density of 10 A/Cd. It was possible to obtain luminous efficiency. In the above two examples, n
Most of the holes injected into the monomorphic GaP layers 12 and 23 are n
The reflection effect does not appear unless the +n junctions 14 and 25 are reached. Therefore, the thickness of the n-type GaP layers 12 and 23 must naturally be equal to or less than the hole diffusion length of the n-type GaP layers 12 and 23, but due to the reflection effect, the thickness of the p-type GaP layer 1
In order to obtain a substantial increase in the efficiency of electron injection into the n-type GaP layers 12 and 24, it is necessary to make the hole diffusion length of the n-type GaP layers 12 and 23 less than one. In the above embodiment, the thickness of the n-type GaP layers 12 and 23 is approximately 3 μm, which is less than the hole diffusion length. Further, it is necessary that the n-type GaP layers 12 and 23 have a thickness that is at least thick enough to obtain the effect of alleviating crystal strain, and it is desirable that this layer has a thickness of 1 μm or more. In addition, the minority carrier injection efficiency in a p-n (n-1p) junction approximates the value calculated for an n+1p junction assuming that there are no n-type GaP layers 12 and 23. , it is meaningless unless the electron injection efficiency into the p-type GaP layer at the n+-p junction is sufficiently high. For this purpose,
The p-type GaP layers 13 and 24 are usually used with 5×1017
~1×1018? When the impurity concentration is about -3, the impurity concentration of the n + type GaP layer 11y22 is changed to the p type GaP layer 13,
It is necessary to select an impurity concentration of 24 or higher. Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and can be further modified.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は従来の発光ダイオードを示す説明図、第２図は
本発明の第１の実施例に係わる発光ダイオードを示す説
明図、第３図は本発明の第２の実施例に係わる発光ダイ
オードを示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a conventional light emitting diode, FIG. 2 is an explanatory diagram showing a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention. FIG.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 高不純物濃度のｎ形ＧａＰ半導体層と、前記高不純
物濃度のｎ形ＧａＰ半導体層に隣接する低不純物濃度の
ｎ形ＧａＰ半導体エピタキシャル成長層と、前記低不純
物濃度のｎ形ＧａＰ半導体エピタキシャル成長層に隣接
するｐ形ＧａＰ半導体層とを含んだＧａＰ緑色発光ダイ
オードにおいて、前記低不純物濃度のｎ形ＧａＰ半導体
エピタキシャル成長層の厚さを、前記ｐ形ＧａＰ半導体
層から前記低不純物濃度のｎ形ＧａＰ半導体エピタキシ
ャル成長層に注入される少数キャリア（正孔）の拡散長
の２／３以下且つ１μｍ以上にし、且つ前記高不純物濃
度のｎ形ＧａＰ半導体層の不純物濃度を前記ｐ形ＧａＰ
半導体層の不純物濃度以上にしたことを特徴とするＧａ
Ｐ緑色発光ダイオード。 ２ 前記高不純物濃度のｎ形ＧａＰ半導体層が、ＳＳＤ
法で製造されたｎ形ＧａＰ半導体結晶の基板である特許
請求の範囲第１項記載のＧａＰ緑色発光ダイオード。 ３ 前記ｐ形ＧａＰ半導体層が、ｐ形ＧａＰ半導体をエ
ピタキシャル成長させたｐ形ＧａＰ半導体エピタキシャ
ル成長層である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
ＧａＰ緑色発光ダイオード。 ４ 前記ｐ形ＧａＰ半導体層が、前記低不純物濃度のｎ
形ＧａＰ半導体エピタキシャル成長層を形成するための
ｎ形ＧａＰ半導体エピタキシャル成長層にｐ形不純物を
拡散して形成したｐ形拡散ＧａＰ半導体層である特許請
求の範囲第１項又は第２項記載のＧａＰ緑色発光ダイオ
ード。[Scope of Claims] 1. An n-type GaP semiconductor layer with a high impurity concentration, an n-type GaP semiconductor epitaxial growth layer with a low impurity concentration adjacent to the n-type GaP semiconductor layer with a high impurity concentration, and an n-type GaP semiconductor layer with a low impurity concentration. In a GaP green light emitting diode including a GaP semiconductor epitaxial growth layer and an adjacent p-type GaP semiconductor layer, the thickness of the low impurity concentration n-type GaP semiconductor epitaxial growth layer is changed from the p-type GaP semiconductor layer to the low impurity concentration layer. The impurity concentration of the high impurity concentration n-type GaP semiconductor layer is set to be 2/3 or less of the diffusion length of minority carriers (holes) injected into the n-type GaP semiconductor epitaxial growth layer and 1 μm or more, and the impurity concentration of the high impurity concentration n-type GaP semiconductor layer is
Ga characterized in that the impurity concentration is higher than that of the semiconductor layer.
P green light emitting diode. 2 The high impurity concentration n-type GaP semiconductor layer is an SSD
The GaP green light emitting diode according to claim 1, wherein the GaP green light emitting diode is a substrate of an n-type GaP semiconductor crystal manufactured by a method. 3. The GaP green light emitting diode according to claim 1 or 2, wherein the p-type GaP semiconductor layer is a p-type GaP semiconductor epitaxially grown layer obtained by epitaxially growing a p-type GaP semiconductor. 4 The p-type GaP semiconductor layer has the low impurity concentration n
The GaP green light emitting layer according to claim 1 or 2, which is a p-type diffused GaP semiconductor layer formed by diffusing p-type impurities into an n-type GaP semiconductor epitaxial growth layer for forming a GaP-type GaP semiconductor epitaxial growth layer. diode.