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JP3068303B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents

Semiconductor light emitting device

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Publication number
JP3068303B2
JP3068303B2 JP680792A JP680792A JP3068303B2 JP 3068303 B2 JP3068303 B2 JP 3068303B2 JP 680792 A JP680792 A JP 680792A JP 680792 A JP680792 A JP 680792A JP 3068303 B2 JP3068303 B2 JP 3068303B2
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JP
Japan
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layer
barrier
light emitting
multiple quantum
layers
Prior art date
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JP680792A
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和明 佐々木
弘志 中津
昌規 渡辺
晃広 松本
忠士 竹岡
正樹 近藤
修 山本
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Publication date
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  • Led Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子に関し、
特に、緑色帯の高輝度短波長光を放射し得る発光ダイオ
ード及び半導体レーザ等の半導体発光素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device,
In particular, the present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode and a semiconductor laser capable of emitting a high-luminance short wavelength light in a green band.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体発光素子のひとつである発光ダイ
オード(以下、「LED」とする)は、近年、屋内外で
使用される表示デバイスとして注目されている。LED
の放射する光の高輝度化が進展するに伴い、今後数年の
間に、LEDの屋外ディスプレイとしての市場が拡大す
るものと考えられている。このように、LEDは、将来
的にネオンサインに代わる表示デバイスとして期待され
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, light emitting diodes (hereinafter, referred to as “LEDs”), which are one of semiconductor light emitting elements, have attracted attention as display devices used indoors and outdoors. LED
It is considered that the market for LEDs as outdoor displays will expand in the next few years as the brightness of light emitted from the LED increases. Thus, LEDs are expected as display devices that will replace neon signs in the future.

【0003】LEDの高輝度化(LEDの放射する光の
高輝度化)は、GaAlAs系のダブルヘテロ構造を有
する赤色LEDに於て、数年前から実現されてきた。最
近では、橙〜黄色帯において高輝度光を放射するLED
が、InGaAlP系のダブルヘテロ構造を有するLE
Dとして試作されている。図6は、各種LEDの放射す
る光の輝度の波長に対する依存性を示している。
[0003] Higher luminance of LEDs (higher luminance of light emitted by LEDs) has been realized for several years in red LEDs having a GaAlAs-based double heterostructure. Recently, LEDs that emit high brightness light in the orange-yellow band
Has an InGaAlP double heterostructure
Prototype D. FIG. 6 shows the dependence of the luminance of light emitted from various LEDs on the wavelength.

【0004】従来のダブルヘテロ型LEDの一例とし
て、InGaAlP系黄色帯LEDを図7に示す。図8
は、InGaAlP系黄色帯LEDの動作原理を説明す
るための図である。
As an example of a conventional double hetero-type LED, FIG. 7 shows an InGaAlP-based yellow band LED. FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation principle of the InGaAlP-based yellow band LED.

【0005】この従来のInGaAlP系黄色帯LED
は、n−GaAs基板11上に、MOCVD法により順
次成長したn−In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pクラッ
ド層(厚さ:1.5μm)12、ノンドープIn
0.5(Ga0.62Al0.380・5P活性層(厚さ:0.7μ
m)13、p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pクラッ
ド層(厚さ:1.5μm)14、及びp−Ga0.2Al
0.8As電流拡散層(厚さ:5μm)15を有してい
る。また、このInGaAlP系黄色帯LEDは、n−
GaAs基板11の底面に形成された電極21と、p−
Ga0.2Al0.8As電流拡散層15の上面に形成された
電極22とを有している。InGaAlP系黄色帯LE
Dの側面30は、光の取り出し効率を上げるために、エ
ッチングにより加工されている。また、図7に示されて
いるInGaAlP系黄色帯LEDのチップ全体は、樹
脂(不図示)によりモールドされる。
[0005] This conventional InGaAlP-based yellow band LED
Is an n-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer (thickness: 1.5 μm) 12 grown sequentially by an MOCVD method on an n-GaAs substrate 11;
0.5 (Ga 0.62 Al 0.38) 0 · 5 P active layer (thickness: 0.7 .mu.m
m) 13, p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer (thickness: 1.5 μm) 14, and p-Ga 0.2 Al
It has a 0.8 As current diffusion layer (thickness: 5 μm) 15. Also, this InGaAlP-based yellow band LED has n-
An electrode 21 formed on the bottom surface of the GaAs substrate 11;
An electrode 22 formed on the upper surface of the Ga 0.2 Al 0.8 As current diffusion layer 15. InGaAlP yellow band LE
The side surface 30 of D is processed by etching in order to increase the light extraction efficiency. Further, the whole chip of the InGaAlP-based yellow band LED shown in FIG. 7 is molded with resin (not shown).

【0006】InGaAlP系黄色帯LEDの電極21
及び電極22にバイアスを印加することによって、電極
21及び電極22の間に駆動電流を流すと、図8に示す
ように、ノンドープIn0.5(Ga0.62Al0.38)P活
性層13と、n−In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pクラ
ッド層12及びp−In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pク
ラッド層14の各々との間で、正孔と電子とに対するヘ
テロ障壁(電子に対しては約0.2eVの障壁)が形成
される。図8に於て、正孔は黒丸で模式的に示され、電
子は白丸で模式的に示されている。このヘテロ障壁によ
り、電子と正孔とがノンドープIn0.5(Ga0.62Al
0.380.5P活性層13内に有効に閉じ込められるた
め、発光効率が上昇する。
[0006] Electrode 21 of InGaAlP yellow LED
When a drive current flows between the electrodes 21 and 22 by applying a bias to the electrodes 22 and 22, the non-doped In 0.5 (Ga 0.62 Al 0.38 ) P active layer 13 and the n-In Between each of the 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer 12 and the p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer 14, a hetero barrier for holes and electrons (about an electron). (A barrier of 0.2 eV). In FIG. 8, holes are schematically shown by black circles, and electrons are schematically shown by white circles. Due to this hetero barrier, electrons and holes are non-doped In 0.5 (Ga 0.62 Al
0.38 ) 0.5 The luminous efficiency increases because it is effectively confined in the P active layer 13.

【0007】緑色帯の発光を生じるLEDのうちで、間
接遷移型NドープGaP材料をベースにしたLEDによ
れば、1000mcdの輝度を有する黄緑色の発光が得
られている。Nドープがなされていない純緑色GaP材
料をベースとしたLEDによれば、数100mcdの輝
度を有する発光が得られている。しかし、赤〜黄色帯の
発光の輝度に比べて、これら緑色帯の発光の輝度は低
い。
[0007] Among the LEDs that emit light in the green band, an LED based on an indirect transition type N-doped GaP material emits yellow-green light having a luminance of 1000 mcd. According to the LED based on pure green GaP material without N doping, light emission having a luminance of several hundred mcd is obtained. However, the luminance of these green bands is lower than the luminance of the red to yellow bands.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】現在、輝度の比較的低
い緑色帯の発光、中でも555nm前後の波長を有する
発光(純緑色帯での発光)を行う可視光LEDにとっ
て、その高輝度化が大きな課題である。しかし、この高
輝度化は非常に困難である。理由は、純緑色帯での発光
に適したGaP系半導体が、本来、間接遷移型半導体で
あるため、その発光効率が低いことにある。したがっ
て、緑色帯の発光に対応するエネルギバンドギャップを
有する直接遷移型のInGaAlP系材料を用いて、ダ
ブルヘテロ構造を形成することが提案されている。この
ようなダブルヘテロ構造を有するLEDは、図7に示さ
れるLEDのクラッド層12、14をIn0.5(Ga1-X
AlX0.5P(x=0.7〜1.0)クラッド層で置き
換え、活性層13をIn0.5(Ga0.45Al0.550.5
活性層で置き換えれば得られる。しかし、活性層とクラ
ッド層との間のエネルギーギャップの差、特に電子障壁
に相当する△Egc(図8)が充分に大きくできないとい
う問題がある。クラッド層をIn0.5Al0.5Pとした場
合で、△Egc=0.12eV程度である。このため、ヘ
テロ障壁に於ける電子リークが多くなるので、発光効率
が減少し、高輝度化が達成されない。
At present, a high-brightness LED is used for a visible light LED which emits light in a green band having a relatively low luminance, especially light having a wavelength of about 555 nm (emission in a pure green band). It is an issue. However, it is very difficult to increase the luminance. The reason is that a GaP-based semiconductor suitable for light emission in a pure green band is originally an indirect transition type semiconductor, and therefore has a low light emission efficiency. Therefore, it has been proposed to form a double heterostructure using a direct transition type InGaAlP-based material having an energy band gap corresponding to light emission in the green band. LED having such a double hetero structure, the LED of the cladding layers 12 and 14 shown in FIG. 7 In 0.5 (Ga 1-X
Al X ) 0.5 P (x = 0.7 to 1.0) is replaced by a cladding layer, and the active layer 13 is replaced with In 0.5 (Ga 0.45 Al 0.55 ) 0.5 P
It can be obtained by replacing with an active layer. However, there is a problem that a difference in energy gap between the active layer and the cladding layer, particularly ΔE gc (FIG. 8) corresponding to an electron barrier cannot be sufficiently increased. When the cladding layer is made of In 0.5 Al 0.5 P, ΔE gc is about 0.12 eV. For this reason, electron leakage at the hetero barrier increases, so that the luminous efficiency decreases and high luminance cannot be achieved.

【0009】活性層13とクラッド層12及び14との
エネルギバンドギャップ差を大きくする手段として、す
なわちクラッド層12及び14の電子に対する障壁の高
さを実効的に大きくする手段として、多重量子障壁構造
(MQB)の採用が有効である。
As means for increasing the energy band gap difference between the active layer 13 and the cladding layers 12 and 14, that is, for effectively increasing the barrier height for electrons in the cladding layers 12 and 14, a multiple quantum barrier structure is used. (MQB) is effective.

【0010】図9は、上述の多重量子障壁構造を有する
従来のLEDを示している。図9のLEDと図7のLE
Dとの主要な構造上の差異は、図9のLEDが、活性層
13とクラッド層14との間に多重量子障壁構造100
を有している点にある。他の構成要素については、両者
に実質的な差異はない。図10は、図9のLEDが有す
る多重量子障壁構造100の構成をより詳細に示してい
る。図10を参照しながら、一例として、InGaAl
Pの多重量子障壁構造100の構成を、その製法に即し
て説明する。
FIG. 9 shows a conventional LED having the above-described multiple quantum barrier structure. LED of FIG. 9 and LE of FIG.
9 is that the LED of FIG. 9 is a multi-quantum barrier structure 100 between the active layer 13 and the cladding layer 14.
In that it has There is no substantial difference between the other components. FIG. 10 shows the configuration of the multiple quantum barrier structure 100 included in the LED of FIG. 9 in more detail. Referring to FIG. 10, as an example, InGaAl
The structure of the P multiple quantum barrier structure 100 will be described in accordance with its manufacturing method.

【0011】まず、活性層13上に、比較的層厚の厚い
(一例として200オングストローム)In0.5(Ga
1-XAlX0.5P層(x=0.7〜1.0)31を成長
させる。その後、In0.5(Ga1-XAlX0.5P層31
上に、In0.5Ga0.5P井戸層40及びIn0.5(Ga
1-XAlX0.5P層(x=0.7〜1.0)障壁層35
〜32を交互に成長させる。これら各層の層厚は、In
0.5Ga0.5P井戸層40の各々に関しては、すべて、層
厚L1=60オングストロームである。なお、本明細書
では、In0.5Ga0.5P層及びIn0.5(Ga1-X
X0.5P(x=0.7〜1.0)層を、各々、簡略し
て、InGaP層及びInGaAlP層と表現する場合
がある。
First, on the active layer 13, a relatively thick layer (for example, 200 angstroms) of In 0.5 (Ga
1-X Al x ) 0.5 P layer (x = 0.7 to 1.0) 31 is grown. Then, an In 0.5 (Ga 1-x Al x ) 0.5 P layer 31
Above the In 0.5 Ga 0.5 P well layer 40 and the In 0.5 (Ga
1-X Al x ) 0.5 P layer (x = 0.7 to 1.0) Barrier layer 35
~ 32 are grown alternately. The thickness of each of these layers is In
For each of the 0.5 Ga 0.5 P well layers 40, the layer thickness is L 1 = 60 Å. In this specification, the In 0.5 Ga 0.5 P layer and the In 0.5 (Ga 1-X A
l x ) 0.5 P (x = 0.7 to 1.0) layers may be simply referred to as an InGaP layer and an InGaAlP layer, respectively.

【0012】InGaAlP障壁層35〜32に関し
て、InGaAlP障壁層35は、層厚L2=40オン
グストロームの層が2層からなる(以下、「40オング
ストローム×2」のように簡単に示す)。InGaAl
P障壁層34、33及び32は、各々、30オングスト
ローム×2、20オングストローム×4及び10オング
ストローム×6で表される層構成を有している。これら
の各層は、すべて、GaAs基板11に格子整合してい
る。障壁層32を形成した後、引き続いて、厚いInG
aAlPクラッド層14を成長させる。
Regarding the InGaAlP barrier layers 35 to 32, the InGaAlP barrier layer 35 is composed of two layers having a layer thickness L 2 = 40 Å (hereinafter, simply referred to as “40 Å × 2”). InGaAl
Each of the P barrier layers 34, 33, and 32 has a layer configuration represented by 30 Å × 2, 20 Å × 4, and 10 Å × 6. All of these layers are lattice-matched to the GaAs substrate 11. After forming the barrier layer 32, the thick InG
aAlP cladding layer 14 is grown.

【0013】このようにして形成した多重量子障壁構造
100の機能は、次に示す通りである。活性層13に隣
接した比較的厚いInGaAlP層31と活性層13と
により、低エネルギーの電子に対する障壁が形成され
る。この障壁は、電子のトンネリングを防止するための
ものである。InGaAlP層31上(図10に於て右
方向)に形成された2組の障壁(厚さ40オングストロ
ーム)35は、ややエネルギーの高い電子を反射する。
障壁34〜32は、次々にエネルギーの高い電子を反射
し、実効的に古典的な障壁(材料で決まる障壁)U0
り高い障壁Ueを形成することになる。
The function of the multiple quantum barrier structure 100 thus formed is as follows. The relatively thick InGaAlP layer 31 adjacent to the active layer 13 and the active layer 13 form a barrier to low energy electrons. This barrier is for preventing electron tunneling. The two sets of barriers (40 Å thick) 35 formed on the InGaAlP layer 31 (to the right in FIG. 10) reflect slightly higher energy electrons.
Barriers 34-32 would reflect high energy electrons one after another, to form a effectively classical barrier (barrier determined by the material) is higher than U 0 barrier Ue.

【0014】緑色帯の発光を行うこの従来のLEDに於
て、障壁Ueは、障壁U0(0.12eV)より、0.
1eV程度高い。このため、電子を閉じ込めるのに充分
な0.2eV以上の障壁が得られる。
In this conventional LED that emits light in the green band, the barrier Ue is more than the barrier U 0 (0.12 eV) by 0.1 mm.
About 1 eV higher. For this reason, a barrier of 0.2 eV or more sufficient to confine electrons is obtained.

【0015】このような構造によれば、層厚の薄い障壁
層(今の場合、最薄層で10オングストローム)ほど、
エネルギーの高い電子に対する実効的な障壁を形成す
る。このため、これらの障壁層を制御性良く形成するこ
とが非常に重要である。これらの障壁層を成長させる手
段としては、原子層オーダーの成長を制御性良く行うこ
とができるガスソースMBE法が用いられている。
According to such a structure, a barrier layer having a small thickness (in this case, 10 angstrom in the thinnest layer) is required.
Form an effective barrier to energetic electrons. Therefore, it is very important to form these barrier layers with good controllability. As a means for growing these barrier layers, a gas source MBE method capable of performing growth on the order of an atomic layer with good controllability is used.

【0016】しかし、このガスソースMBE法では、多
重量子障壁構造100のような超薄膜構造を形成するこ
とは可能であるが、その後の厚いクラッド層の成長や、
さらに厚い電流拡散層の成長を行うのに長時間を要する
という問題がある。このため、ガスソースMBE法で作
成される上記LEDは、大量生産に適していないという
欠点がある。
However, in this gas source MBE method, it is possible to form an ultra-thin film structure such as the multi-quantum barrier structure 100.
There is a problem that it takes a long time to grow a thicker current diffusion layer. For this reason, the LED produced by the gas source MBE method has a disadvantage that it is not suitable for mass production.

【0017】本発明の目的は、原子層オーダーの成長を
制御性良く行うことの必要性が従来技術に比較して低減
された多重量子構造を有する高輝度半導体発光素子を提
供することてある。
An object of the present invention is to provide a high-brightness semiconductor light emitting device having a multiple quantum structure in which the necessity of performing growth on the order of an atomic layer with good controllability is reduced as compared with the prior art.

【0018】本発明の他の目的は、ガスソースMBE法
ではなく、MOCVD法を用いて容易に形成できる多重
量子障壁構造を有し、大量生産に適した高輝度半導体発
光素子を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a high-luminance semiconductor light-emitting device having a multiple quantum barrier structure which can be easily formed by MOCVD instead of gas source MBE, and suitable for mass production. is there.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、半導体基板と、該半導体基板に対して格子整合する
複数の障壁層及び井戸層を含む多重量子障壁構造とを備
えた半導体発光素子であって、該多重量子障壁構造が、
該半導体基板に対して格子整合していない障壁層を更に
含み、そのことにより上記目的が達成される。
A semiconductor light emitting device according to the present invention comprises a semiconductor substrate and a multiple quantum barrier structure including a plurality of barrier layers and well layers lattice-matched to the semiconductor substrate. Wherein the multiple quantum barrier structure is
The semiconductor device further includes a barrier layer that is not lattice-matched to the semiconductor substrate, thereby achieving the above object.

【0020】前記半導体基板がGaAs基板であり、前
記半導体基板に対して格子整合する前記複数の障壁層及
び井戸層がInGaAlP層であり、前記半導体基板に
対して格子整合していない前記障壁層が該InGaAl
P層よりもエネルギバンドギャップの大きな層であるこ
とが好ましい。
The semiconductor substrate is a GaAs substrate, the plurality of barrier layers and well layers lattice-matched to the semiconductor substrate are InGaAlP layers, and the barrier layer not lattice-matched to the semiconductor substrate is The InGaAl
It is preferable that the layer has a larger energy band gap than the P layer.

【0021】前記半導体基板に対して格子整合していな
い前記障壁層が、InAlP、InGaAlP、ZnS
e、ZnSSe、及びCdZnSからなる群から選択さ
れた材料からなる層であることが好ましい。
The barrier layer which is not lattice-matched to the semiconductor substrate is made of InAlP, InGaAlP, ZnS
Preferably, the layer is made of a material selected from the group consisting of e, ZnSSe, and CdZnS.

【0022】[0022]

【実施例】以下に、本発明を実施例について説明する。The present invention will be described below with reference to examples.

【0023】本実施例の半導体発光素子はLEDであ
る。その外観構成は、図9に示される構成とほぼ同様で
ある。本実施例の構成と図10に示される構成との主要
な差異は、多重量子障壁構造100の差異にある。
The semiconductor light emitting device of this embodiment is an LED. The external configuration is almost the same as the configuration shown in FIG. The main difference between the configuration of this embodiment and the configuration shown in FIG. 10 lies in the difference of the multiple quantum barrier structure 100.

【0024】本実施例の多重量子障壁構造100の構成
を、図1を参照しながら、その製造方法に即して以下に
説明する。
The structure of the multiple quantum barrier structure 100 of the present embodiment will be described below with reference to FIG.

【0025】まず、活性層13上に、比較的層厚の厚い
(一例として200オングストローム)In0.5(Ga
1-XAlX0.5P層(x=0.7〜1.0)31を成長
させる。その後、In0.5(Ga1-XAlX0.5P層31
上に、In0.5Ga0.5P井戸層40及びIn0.5(Ga
1-XAlX0.5P層(x=0.7〜1.0)障壁層35
〜33を交互に成長させる。In0.5Ga0.5P井戸層4
0の層厚は、すべて、層厚L1=60オングストローム
である。一方、InGaAlP障壁層35、34及び3
3は、各々、40オングストローム×2、30オングス
トローム×2及び20オングストローム×4で表される
層構成を有している。これらの各層は、すべて、GaA
s基板11に格子整合している。
First, on the active layer 13, a relatively thick layer (for example, 200 Å) of In 0.5 (Ga
1-X Al x ) 0.5 P layer (x = 0.7 to 1.0) 31 is grown. Then, an In 0.5 (Ga 1-x Al x ) 0.5 P layer 31
Above the In 0.5 Ga 0.5 P well layer 40 and the In 0.5 (Ga
1-X Al x ) 0.5 P layer (x = 0.7 to 1.0) Barrier layer 35
~ 33 are grown alternately. In 0.5 Ga 0.5 P well layer 4
All layer thicknesses of 0 are layer thicknesses L 1 = 60 Å. On the other hand, the InGaAlP barrier layers 35, 34 and 3
3 has a layer structure represented by 40 Å × 2, 30 Å × 2, and 20 Å × 4, respectively. Each of these layers is made of GaAs
Lattice-matched to s-substrate 11.

【0026】InGaAlP障壁層33を形成した後、
In0.2Al0.8P障壁層42を成長させる。In0.2
0.8P障壁層42は、25オングストローム×2であ
らわされる層構成を有している。このIn0.2Al0.8
障壁層42は、GaAs基板11に対して格子整合しな
い。多重量子障壁構造100を構成する各層は、すべて
MOCVD法により成長させられる。また、多重量子障
壁構造100以外については、従来との同様の方法で作
製される。
After forming the InGaAlP barrier layer 33,
The In 0.2 Al 0.8 P barrier layer 42 is grown. In 0.2 A
The l 0.8 P barrier layer 42 has a layer structure represented by 25 Å × 2. This In 0.2 Al 0.8 P
The barrier layer does not lattice match with the GaAs substrate 11. All the layers constituting the multiple quantum barrier structure 100 are grown by MOCVD. Except for the multiple quantum barrier structure 100, it is manufactured by the same method as the conventional one.

【0027】このように、本実施例の半導体発光素子の
主要な特徴は、本実施例の採用する多重量子障壁構造1
00がGaAs基板11に格子整合しない半導体材料か
らなるIn0.2Al0.8P障壁層42を有している点にあ
る。In0.2Al0.8P障壁層42は、In0.5(Ga1-X
AlX0.5P(x=0.7〜1.0)障壁層35〜32
よりも0.02eV以上大きなエネルギバンドギャップ
を有するため、In0.5(Ga1-XAlX0.5P障壁層
(10オングストローム)32のように薄膜化しなくと
も、エネルギの高い電子に対する充分な障壁となる。本
実施例のIn0.2Al0.8P障壁層42の厚さは、25オ
ングストローム程度である。本実施例では、Ue=0.
22eVが得られた。
As described above, the main feature of the semiconductor light emitting device of the present embodiment is that the multiple quantum barrier structure 1 employed in the present embodiment.
No. 00 has an In 0.2 Al 0.8 P barrier layer made of a semiconductor material that does not lattice match with the GaAs substrate 11. The In 0.2 Al 0.8 P barrier layer 42 is made of In 0.5 (Ga 1-X
Al x ) 0.5 P (x = 0.7 to 1.0) barrier layers 35 to 32
Since having a large energy band gap than 0.02eV than, without thinned as In 0.5 (Ga 1-X Al X) 0.5 P barrier layers (10 Å) 32, a sufficient barrier against high energy electrons Become. The thickness of the In 0.2 Al 0.8 P barrier layer 42 of this embodiment is about 25 Å. In this embodiment, Ue = 0.
22 eV was obtained.

【0028】本実施例の多重量子障壁構造100を構成
する障壁層35〜33及び42のうち、最も薄い層の層
厚は20オングストローム程度である。このため、通常
のMOCVD法によっても、制御性良く多重量子障壁構
造100を構成する各障壁層35〜33及び42及び井
戸層40を成長させることができた。
Of the barrier layers 35 to 33 and 42 constituting the multiple quantum barrier structure 100 of the present embodiment, the thinnest layer has a thickness of about 20 angstroms. Therefore, the barrier layers 35 to 33 and 42 and the well layer 40 constituting the multiple quantum barrier structure 100 can be grown with good controllability even by the ordinary MOCVD method.

【0029】本実施例のLEDを5mmФの大きさのパ
ッケージにモールドし、20mAの電流でこのLEDを
駆動した場合、波長が554nmの純緑色で、5cdの
輝度を有する発光が得られた。この輝度は、GaP系材
料をベースにしたLEDの放射する光の輝度の約30倍
である。
When the LED of this example was molded into a package having a size of 5 mmФ and the LED was driven with a current of 20 mA, light emission having a pure green color having a wavelength of 554 nm and a luminance of 5 cd was obtained. This luminance is about 30 times the luminance of the light emitted from the LED based on the GaP-based material.

【0030】図3は、本発明の第2の実施例の外観構成
を示している。この実施例の多重量子障壁構造100の
構成の詳細は、図2に示されている。第1の実施例と第
2の実施例との第1の差異は、第2の実施例が、n−G
aAs基板11とn−クラッド層12との間にn−Ga
0.9Al0.1Asバッファ層19を有している点にある。
第1の実施例と第2の実施例との第2の差異は、図2に
示されるように、第1の実施例のIn0.5(Ga0.3Al
0.70.5P層(厚さ20オングストローム×4)33が
In0.3Al0.7P障壁層(厚さ30オンクストローム×
2)43によって置き換えられている点にある。このI
0.3Al0.7P障壁層43も、格子不整合となる半導体
層である。
FIG. 3 shows the external configuration of a second embodiment of the present invention. Details of the configuration of the multiple quantum barrier structure 100 of this embodiment are shown in FIG. The first difference between the first embodiment and the second embodiment is that the second embodiment is different from the n-G
n-Ga between the aAs substrate 11 and the n-cladding layer 12
It has a 0.9 Al 0.1 As buffer layer 19.
The second difference between the first embodiment and the second embodiment is that, as shown in FIG. 2, the In 0.5 (Ga 0.3 Al
0.7 ) 0.5 P layer (thickness 20 Å × 4) 33 is formed of In 0.3 Al 0.7 P barrier layer (thickness 30 Å ×).
2) It is replaced by 43. This I
The n 0.3 Al 0.7 P barrier layer 43 is also a semiconductor layer that causes lattice mismatch.

【0031】本実施例のLEDを5mmФの大きさのパ
ッケージにモールドし、20mAの電流でこのLEDを
駆動した場合、波長が556nmの純緑色で、4.7c
dの輝度を有する発光が得られた。
When the LED of the present embodiment is molded into a package having a size of 5 mm and driven by a current of 20 mA, the wavelength is 556 nm pure green and 4.7 c
Light emission having a luminance of d was obtained.

【0032】図5は、本発明の第3の実施例の外観構成
を示している。この実施例の多重量子障壁構造100の
構成は、図4に示されている。第1の実施例と第3の実
施例との第1の差異は、第3の実施例が、p−Ga0.2
Al0.8As電流拡散層15の上面に形成された複数の
電極22を有している点にある。電極22が分散してい
るため、発光領域が拡大し、p−Ga0.2Al0.8As電
流拡散層15を薄く形成すること(例えば、1μm程度
に形成すること)が可能となる。第1の実施例と第3の
実施例との第2の差異は、図4に示されるように、第1
の実施例のIn0.2Al0.8P障壁層42がZnSe層
(厚さ60オンクストローム×1)51によって置き換
えられている点にある。ZnSe層51も、格子不整合
系の材料からなる層である。第1の実施例と第3の実施
例との第3の差異は、多重量子障壁構造100の井戸層
が、In0.5Ga0.5P井戸層40ではなく、In
0.5(Ga0.8Al0.20.5P井戸層50により構成さて
いる点である。
FIG. 5 shows the external structure of a third embodiment of the present invention. The configuration of the multiple quantum barrier structure 100 of this embodiment is shown in FIG. The first difference between the first embodiment and the third embodiment is that the third embodiment differs from the first embodiment in that p-Ga 0.2
It has a plurality of electrodes 22 formed on the upper surface of the Al 0.8 As current diffusion layer 15. Since the electrodes 22 are dispersed, the light emitting region is enlarged, and the p-Ga 0.2 Al 0.8 As current diffusion layer 15 can be formed thin (for example, to about 1 μm). A second difference between the first embodiment and the third embodiment is that, as shown in FIG.
In this embodiment, the In 0.2 Al 0.8 P barrier layer 42 is replaced by a ZnSe layer (thickness: 60 Å × 1) 51. The ZnSe layer 51 is also a layer made of a lattice mismatched material. A third difference between the first embodiment and the third embodiment is that the well layer of the multiple quantum barrier structure 100 is not the In 0.5 Ga 0.5 P well layer 40 but the In layer.
0.5 (Ga 0.8 Al 0.2 ) 0.5 is constituted by a P well layer 50.

【0033】本実施例によれば、波長が552nmの純
緑色で、6cdの輝度を有する発光が得られた。
According to this embodiment, light emission having a luminance of 6 cd was obtained in a pure green color having a wavelength of 552 nm.

【0034】上記何れの実施例に於いても、エネルギバ
ンドギャップの大きな格子不整合系材料の障壁層42、
43及び51は、エネルギバンドギャップの比較的小さ
い従来の格子整合系材料の障壁層32、33よりも厚い
が、充分な障壁機能を発揮する。また、障壁層がMOC
VD法により成長できるため、量産に適している。ま
た、全ての障壁層を格子不整合材料により形成しなかっ
たのは、そのようにすると活性層13に悪影響が及ぶた
めである。
In any of the above embodiments, the barrier layer 42 made of a lattice-mismatched material having a large energy band gap is used.
The layers 43 and 51 are thicker than the barrier layers 32 and 33 of the conventional lattice-matching material having a relatively small energy band gap, but exhibit a sufficient barrier function. Also, the barrier layer is MOC
Since it can be grown by the VD method, it is suitable for mass production. Further, all the barrier layers were not formed of the lattice mismatch material because doing so adversely affects the active layer 13.

【0035】以上、本発明の実施例として、従来のLE
Dの多重量子障壁構造100を構成する格子整合系のI
nGaAlP障壁層32、33を、格子不整合系のIn
AlP層又はZnSe層で置き換えたLEDについて説
明した。しかし、他のInGaAlP障壁層34、35
を、格子不整合系のInAlP層又はZnSe層で置き
換えてもよい。ただし、全ての障壁層を格子不整合系材
料により構成するのは、上述した活性層13への影響を
考慮すれば、好ましくない。
As described above, as an embodiment of the present invention, the conventional LE
D of the lattice-matched system constituting the multiple quantum barrier structure 100 of FIG.
The nGaAlP barrier layers 32 and 33 are made of lattice mismatched In.
The LED replaced with the AlP layer or the ZnSe layer has been described. However, other InGaAlP barrier layers 34, 35
May be replaced by a lattice-mismatched InAlP layer or a ZnSe layer. However, it is not preferable that all the barrier layers are made of the lattice mismatch material in consideration of the influence on the active layer 13 described above.

【0036】また、格子不整合系の材料としては、In
AlP及びZnSe以外の材料であっても、格子整合系
材料よりもエネルギバンドギャップが大きな材料(例え
ば、InGaAlP、ZnS、ZnSSe、及びCdZ
nS等)であればよい。
The material of the lattice mismatching system is In.
Even materials other than AlP and ZnSe have a larger energy band gap than the lattice matching material (for example, InGaAlP, ZnS, ZnSSe, and CdZ).
nS).

【0037】また、本発明は、緑色帯の光を放射する半
導体発光素子に限られない。ヘテロ障壁差が小さいため
に、高輝度化の困難な波長帯の光を放射するための半導
体発光素子の全てに本発明は適用される。更に、本発明
は、発光ダイオードに限らず、半導体レーザにも具現化
される。
The present invention is not limited to a semiconductor light emitting device that emits green band light. The present invention is applied to all semiconductor light emitting devices for emitting light in a wavelength band in which it is difficult to increase the luminance because the hetero barrier difference is small. Further, the present invention is embodied not only in a light emitting diode but also in a semiconductor laser.

【0038】[0038]

【発明の効果】このように本発明によれば、層厚の比較
的厚い障壁層でも、エネルギーの高い電子に対する実効
的な障壁を形成することが可能であるため、原子層オー
ダーの層成長を制御性良く行うことの必要性が従来技術
に比較して低減される。このため、ガスソースMBE法
ではなく、MOCVD法により多重量子障壁構造の形成
が容易に行えるので、多重量子障壁構造形成後の厚いク
ラッド層の成長や、さらに厚い電流拡散層の成長を連続
して行うのに長時間を要しない。従って、ガスソースM
BE法で作成される従来の半導体発光素子に比較して、
大量生産に適した半導体発光素子が提供される。
As described above, according to the present invention, it is possible to form an effective barrier for electrons having high energy even with a relatively thick barrier layer. The need for better controllability is reduced compared to the prior art. Therefore, the multiple quantum barrier structure can be easily formed by the MOCVD method instead of the gas source MBE method. Therefore, the growth of the thick cladding layer after the formation of the multiple quantum barrier structure and the growth of the thicker current diffusion layer are continuously performed. Does not take a long time to do. Therefore, the gas source M
Compared with the conventional semiconductor light emitting device created by the BE method,
A semiconductor light emitting device suitable for mass production is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例における多重量子障壁を
示すエネルギバンドダイヤグラムである。
FIG. 1 is an energy band diagram showing a multiple quantum barrier according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例における多重量子障壁を
示すエネルギバンドダイヤグラムである。
FIG. 2 is an energy band diagram showing a multiple quantum barrier according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例における多重量子障壁を
示すエネルギバンドダイヤグラムである。
FIG. 4 is an energy band diagram showing a multiple quantum barrier according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図6】各種LEDの輝度の波長依存性を示すグラフで
ある。
FIG. 6 is a graph showing wavelength dependence of luminance of various LEDs.

【図7】従来の半導体発光素子を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a conventional semiconductor light emitting device.

【図8】図7の半導体発光素子の動作を説明するための
図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the semiconductor light emitting device of FIG. 7;

【図9】他の従来の半導体発光素子を示す図である。FIG. 9 is a view showing another conventional semiconductor light emitting device.

【図10】図9に示す半導体発光素子における多重量子
障壁を示すエネルギバンドダイヤグラムである。
10 is an energy band diagram showing a multiple quantum barrier in the semiconductor light emitting device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 GaAs基板 12 InGaAlPクラッド層 13 InGaAlPクラッド層 14 InGaAlPクラッド層 15 電流拡散層 19 バッファ層 21、22 電極 31〜35 InGaAlP障壁層(格子整合) 42 InAlP障壁層(格子不整合) 43 InAlP障壁層(格子不整合) 51 ZnSe障壁層 100 多重量子障壁層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 GaAs substrate 12 InGaAlP clad layer 13 InGaAlP clad layer 14 InGaAlP clad layer 15 Current diffusion layer 19 Buffer layer 21, 22 Electrode 31-35 InGaAlP barrier layer (lattice matching) 42 InAlP barrier layer (lattice mismatch) 43 InAlP barrier layer ( Lattice mismatch) 51 ZnSe barrier layer 100 Multiple quantum barrier layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 晃広 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 竹岡 忠士 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 近藤 正樹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 山本 修 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−46788(JP,A) 特開 平5−7051(JP,A) 特開 平5−3367(JP,A) 特開 平5−243676(JP,A) 特開 平4−218994(JP,A) 特開 平1−264287(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Akihiro Matsumoto 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Tadashi Takeoka 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Sharp Corporation (72) Inventor Masaki Kondo 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Osamu Yamamoto 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Sharp Corporation (56) References JP-A-63-46788 (JP, A) JP-A-5-7051 (JP, A) JP-A-5-3367 (JP, A) JP-A-5-243676 (JP, A) JP-A-4-218994 (JP, A) JP-A-1-264287 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 33/00 H01S 5/00-5/50 JICST file (JOIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板と、該半導体基板に対して格子
整合する複数の障壁層及び井戸層を含む多重量子障壁構
造とを備えた半導体発光素子であって、 該多重量子障壁構造が、該半導体基板に対して格子整合
していない障壁層を更に含む半導体発光素子。
1. A semiconductor light emitting device comprising: a semiconductor substrate; and a multiple quantum barrier structure including a plurality of barrier layers and well layers lattice-matched to the semiconductor substrate, wherein the multiple quantum barrier structure comprises: A semiconductor light emitting device further comprising a barrier layer that is not lattice-matched to the semiconductor substrate.
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