JP4929652B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
本発明はAlGaInPからなる活性層を有する半導体発光素子に係り、特にAlGaAsからなる電流拡散層を備える面発光型半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device having an active layer made of AlGaInP, and more particularly to a surface emitting semiconductor light emitting device having a current diffusion layer made of AlGaAs.
最近、AlGaInP系の化合物半導体を発光層に用いた赤色、黄色、及び黄緑色の半導体発光素子の需要が大幅に伸びている。主な用途は電気製品の表示インジケータ、携帯電話のテンキー照明、交通用信号機、自動車のブレーキランプや室内照明などである。 Recently, the demand for red, yellow, and yellow-green semiconductor light-emitting devices using AlGaInP-based compound semiconductors in the light-emitting layer has increased significantly. The main applications are display indicators for electrical products, numeric keypad lighting for mobile phones, traffic lights, brake lights for automobiles and interior lighting.
AlGaInP系の半導体発光素子は、n型GaAs基板上に、MOCVD法によりn型GaAsバッファ層、n型AlGaInPクラッド層、AlGaInP活性層、p型AlGaInPクラッド層を順次成長して形成したダブルへテロ構造を有するものが一般的である。p型AlGaInPクラッド層はp型不純物をドープしても抵抗率を十分に下げることができず、また、MOCVD法ではAlGaInPの厚膜成長が困難なため、電流を活性層全体に注入し、光取り出しを促進するためにp型クラッド層の上にAlGaInPとは異なる材料であるAlGaAsやGaP等からなる電流拡散層を形成したものが主流となっている。このような構造によれば、p型の層へ注入された電流は電流拡散層において層全体に電流が拡散することで活性層全体へ供給されることとなり活性層全体での発光が可能となる。さらに、電流拡散層の厚さを厚くすることで電流の十分な拡散が図られると同時に、素子側面からの光の取り出しが促進されることとなる。この電流拡散層は活性層の発する光に対して透明であるよう材料組成を選択されるため窓層またはウィンドウ層と称される場合もある。 The AlGaInP-based semiconductor light-emitting device has a double heterostructure formed by sequentially growing an n-type GaAs buffer layer, an n-type AlGaInP cladding layer, an AlGaInP active layer, and a p-type AlGaInP cladding layer on an n-type GaAs substrate by MOCVD. It is common to have The resistivity of the p-type AlGaInP cladding layer cannot be lowered sufficiently even when doped with p-type impurities, and since it is difficult to grow a thick AlGaInP film by the MOCVD method, a current is injected into the entire active layer, In order to facilitate the extraction, a current diffusion layer made of AlGaAs or GaP, which is a material different from AlGaInP, is formed on the p-type cladding layer. According to such a structure, the current injected into the p-type layer is supplied to the entire active layer by diffusing the current to the entire layer in the current diffusion layer, so that the entire active layer can emit light. . Further, by increasing the thickness of the current diffusion layer, sufficient current can be diffused, and at the same time, extraction of light from the side surface of the element is promoted. This current spreading layer is sometimes called a window layer or a window layer because the material composition is selected so as to be transparent to the light emitted from the active layer.
電流拡散層の材料としてはVPE法による厚膜形成が比較的容易であることや短波長側の光に対する吸収が少ないことなどからGaPが主流となっている。しかしながら、GaPはGaAs基板との格子不整が大きく結晶性を十分に高くすることが困難であること、厚膜成長を行うためにリン系の堆積物がMOCVD装置のリアクタや配管の内部に堆積するためメンテナンスが困難であることなどの理由により、GaAs基板との格子不整が小さく、装置のメンテナンスも比較的容易となるAlGaAsが選択される場合も少なくない。電流拡散層にAlGaAsを用いた半導体発光素子は、例えば、特許文献1に開示されている。
As a material for the current diffusion layer, GaP is mainly used because it is relatively easy to form a thick film by the VPE method and there is little absorption with respect to light on the short wavelength side. However, GaP has a large lattice mismatch with the GaAs substrate and it is difficult to sufficiently increase the crystallinity, and phosphorus-based deposits are deposited inside the reactor and piping of the MOCVD apparatus for thick film growth. For this reason, there are many cases where AlGaAs is selected because the lattice irregularity with the GaAs substrate is small and the maintenance of the apparatus is relatively easy due to the difficulty of maintenance. A semiconductor light emitting device using AlGaAs for the current diffusion layer is disclosed in, for example,
AlGaAs及びAlGaInPのp型ドーパントとしては亜鉛(以下、Znという)が多く用いられるが、Znが結晶成長中に受ける熱によりp型電流拡散層やp型クラッド層から活性層へ拡散して侵入することが多い。活性層に拡散したZnは非発光再結合中心を形成し、活性層の発光効率を劣化させることが知られている。このようなZnによる非発光再結合中心の影響は、発光素子に連続通電することによってよりいっそう顕著となり、発光素子の信頼性を著しく悪化させる。 As the p-type dopant of AlGaAs and AlGaInP, zinc (hereinafter referred to as Zn) is often used, but Zn diffuses and penetrates from the p-type current diffusion layer or the p-type cladding layer to the active layer by heat received during crystal growth. There are many cases. It is known that Zn diffused in the active layer forms non-radiative recombination centers and degrades the luminous efficiency of the active layer. The influence of such non-radiative recombination centers due to Zn becomes even more pronounced when the light emitting element is continuously energized, and the reliability of the light emitting element is significantly deteriorated.
このような問題を解決するために、例えば、特許文献2においては、p型クラッド層の活性層側の一部を実質的にノンドープとして形成する方法(以下、第一の方法という)が提案されている。この方法によれば、p型電流拡散層からのZnの拡散が生じてもノンドープのクラッド層に拡散するだけで活性層にまではほとんど拡散せず、Zn拡散による発光効率の低下を抑制することができるとされている。 In order to solve such a problem, for example, Patent Document 2 proposes a method of forming a part of the p-type cladding layer on the active layer side substantially non-doped (hereinafter referred to as a first method). ing. According to this method, even if Zn is diffused from the p-type current diffusion layer, it is diffused only to the non-doped cladding layer and hardly diffuses to the active layer, thereby suppressing reduction in luminous efficiency due to Zn diffusion. It is supposed to be possible.
しかしながら、このようにクラッド層をノンドープとすると、確かに活性層へのZn拡散は少なくなるものの、クラッド層に拡散したZnが発光効率に影響し、発光素子の発光状態にムラが生じるという問題を本発明者らは見出した。この原因の詳細は不明であるが、拡散したZnがクラッド層の内部でアクセプタとして働いていないことが関係していると推測される。 However, if the cladding layer is non-doped in this way, the diffusion of Zn into the active layer is certainly reduced, but the Zn diffused in the cladding layer affects the light emission efficiency, and the light emitting state of the light emitting element is uneven. The inventors have found. Although details of the cause are unknown, it is presumed that the diffused Zn does not work as an acceptor inside the cladding layer.
一方、特許文献3においては、AlGaAsからなるp型電流拡散層を組成の異なる半導体材料の4層以上の多層構造とする方法(以下、第二の方法という)が提案されている。この方法によれば、多層構造内部の界面にトラップし、電流拡散層を高キャリア濃度にしてもドーパントが活性層に拡散せず、効率的な電流拡散と動作電圧の低減、高光出力が実現できるとされている。
On the other hand,
しかしながら、本発明者らは、このような方法を用いて電流拡散層を形成した場合に成長ロットにより連続通電により光出力が大きく低下するものが発生するという問題を見出した。この原因は不明であるが、界面にトラップされたドーパントが成長条件の揺らぎにより多層構造内部に留まることができずに活性層に拡散したものと推測している。 However, the present inventors have found a problem that when the current diffusion layer is formed using such a method, the growth lot generates a light output that is greatly reduced by continuous energization. The cause of this is unknown, but it is presumed that the dopant trapped at the interface could not stay inside the multilayer structure due to fluctuations in growth conditions but diffused into the active layer.
他方、特許文献4においては、p型AlGaAs窓層、すなわち、p型AlGaAs電流拡散層の活性層に近い部分のp型不純物濃度を低くし、活性層から遠い部分のp型不純物濃度を高くする方法(以下、第三の方法という)が提案されている。この方法によれば、活性層へのp型不純物の拡散を抑えることで、活性層中の非発光再結合中心の発生を防ぎ、また、活性層から遠い部分のp型不純物を高くすることで電流拡散層の抵抗率を低くすることができるので、高輝度で信頼性に優れた発光素子を提供できるとされている。 On the other hand, in Patent Document 4, the p-type AlGaAs window layer, that is, the p-type impurity concentration in the portion near the active layer of the p-type AlGaAs current diffusion layer is lowered and the p-type impurity concentration in the portion far from the active layer is increased. A method (hereinafter referred to as a third method) has been proposed. According to this method, by suppressing the diffusion of p-type impurities into the active layer, the generation of non-radiative recombination centers in the active layer can be prevented, and the p-type impurities at a portion far from the active layer can be increased. Since the resistivity of the current diffusion layer can be lowered, it is said that a light-emitting element with high luminance and excellent reliability can be provided.
確かにこの方法によれば、従来に比べ高輝度で信頼性に優れた発光素子を得ることができるが、更なる高輝度化を図るために電流拡散層のp型不純物濃度を高くすると、通電前の光出力は高くなるものの、連続通電により光出力が大幅に低下するという問題は避けられない。連続通電による光出力低下を抑えるためにp型不純物濃度を下げていくと、通電劣化は改善されるが、通電前の光出力を高くすることができない。つまり、電流拡散層のp型不純物濃度に関し通電前と通電後の光出力にトレードオフが存在するという問題があることを本発明者らは見出した。
前掲のいずれの公報に記載の方法によっても、結晶成長中の熱や発光素子に対する連続通電によるp型AlGaAs電流拡散層からのZnの拡散を十分に回避することはできず、活性層やp型クラッド層におけるZn関与の非発光再結合中心の形成等による発光効率の低下に対する対策は十分にはなされていないというのが現状である。 None of the methods described in the above-mentioned publications can sufficiently avoid the diffusion of Zn from the p-type AlGaAs current diffusion layer due to heat during crystal growth or continuous energization of the light-emitting element. At present, sufficient measures have not been taken to reduce the luminous efficiency due to the formation of Zn-related non-radiative recombination centers in the cladding layer.
したがって、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであって、p型AlGaAs電流拡散層からのZnの拡散による活性層の非発光再結合中心の形成を抑制し、高輝度で信頼性の高い半導体発光素子を提供するものである。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and suppresses formation of non-radiative recombination centers in the active layer due to Zn diffusion from the p-type AlGaAs current diffusion layer, thereby increasing the brightness. A highly reliable semiconductor light emitting device is provided.
本発明者らは、p型AlGaAs電流拡散層の層構成とZn濃度について鋭意検討を重ねた結果、2層構造の電流拡散層のZn濃度に関し、通電前の光出力を高くするとともに連続通電による光出力の低下を抑制する条件を見出し、本発明をなすに至った。 As a result of intensive studies on the layer structure and the Zn concentration of the p-type AlGaAs current diffusion layer, the present inventors have increased the light output before energization and the continuous energization with respect to the Zn concentration of the current diffusion layer having a two-layer structure. The present inventors have found a condition for suppressing a decrease in light output and have made the present invention.
本発明の半導体発光素子は、GaAs基板上にAlGaInPからなるn型クラッド層と活性層とp型クラッド層とAlGaAsからなる電流拡散層を有し、前記電流拡散層にはp型不純物としてZnがドープされてなる半導体発光素子であって、前記電流拡散層は活性層に近い側からZnの濃度が異なる第一の電流拡散層と第二の電流拡散層の少なくとも2層を含み、第一の電流拡散層のZn濃度が第二の電流拡散層のZn濃度よりも高いことを特徴とする。 The semiconductor light emitting device of the present invention has an n-type cladding layer made of AlGaInP, an active layer, a p-type cladding layer, and a current diffusion layer made of AlGaAs on a GaAs substrate, and Zn as a p-type impurity in the current diffusion layer. A doped semiconductor light emitting device, wherein the current diffusion layer includes at least two layers of a first current diffusion layer and a second current diffusion layer having different Zn concentrations from the side close to the active layer, The Zn concentration of the current diffusion layer is higher than the Zn concentration of the second current diffusion layer.
従来、p型ドーパントとしてZnを用いた半導体発光素子においては、前掲の方法が提案されているにもかかわらずAlGaAs電流拡散層から活性層へのZnの拡散を十分に防ぐことができないため、例えば、拡散係数の小さいマグネシウムや炭素などのドーパントを用いるなどの対策が取られることが多かった。しかしながら、マグネシウムはメモリー効果やドーピング遅れなど結晶成長での制御性が悪く、また、炭素はドーピングレベルの制御が困難であるなどの問題があり、結果的に製造歩留まりが悪くなるという悪影響をもたらしていた。 Conventionally, in a semiconductor light-emitting device using Zn as a p-type dopant, the diffusion of Zn from the AlGaAs current diffusion layer to the active layer cannot be sufficiently prevented despite the proposed method described above. In many cases, countermeasures such as using a dopant such as magnesium or carbon having a small diffusion coefficient have been taken. However, magnesium has poor controllability in crystal growth, such as memory effect and doping delay, and carbon has problems such as difficulty in controlling the doping level, resulting in a bad production yield. It was.
本発明によれば、結晶成長において制御性のよいZnを電流拡散層のp型ドーパントとして用いることができるので、活性層へのZnの拡散を防ぎ高輝度で信頼性の高い半導体素子を、歩留まりを下げることなく製造することができるという効果がある。 According to the present invention, Zn having good controllability in crystal growth can be used as the p-type dopant of the current diffusion layer, so that a high-brightness and high-reliability semiconductor device can be obtained by preventing Zn diffusion into the active layer. There is an effect that it can be manufactured without lowering.
本願の第1の発明は、GaAs基板上にAlGaInPからなるn型クラッド層と活性層とp型クラッド層とAlGaAsからなる電流拡散層を有し、前記電流拡散層にはp型不純物としてZnがドープされてなる半導体発光素子であって、前記電流拡散層は活性層に近い側からZnの濃度が異なる第一の電流拡散層と第二の電流拡散層の少なくとも2層を含み、第一の電流拡散層のZn濃度が第二の電流拡散層のZn濃度よりも高いことを特徴とする半導体発光素子である。この構成により、通電前の光出力を高くすることができると同時に連続通電による光出力の低下を抑制することができるという作用を有する。 A first invention of the present application has an n-type cladding layer made of AlGaInP, an active layer, a p-type cladding layer, and a current diffusion layer made of AlGaAs on a GaAs substrate, and the current diffusion layer contains Zn as a p-type impurity. A doped semiconductor light emitting device, wherein the current diffusion layer includes at least two layers of a first current diffusion layer and a second current diffusion layer having different Zn concentrations from the side close to the active layer, The semiconductor light emitting device is characterized in that the Zn concentration of the current diffusion layer is higher than the Zn concentration of the second current diffusion layer. With this configuration, the light output before energization can be increased, and at the same time, a decrease in light output due to continuous energization can be suppressed.
本願の第2の発明は、請求項1記載の発明において、前記第一の電流拡散層のZn濃度は4×1018/cm3以上2×1019/cm3以下の範囲に設定されてなり、かつ、前記第一の電流拡散層の厚みは0.5μmから3μmの範囲に設定されてなることを特徴とする半導体発光素子である。この構成により、通電前の光出力を高くすることができるという作用を有する。
According to a second invention of the present application, in the invention according to
本願の第3の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記第二の電流拡散層のZn濃度は5×1017/cm3以上3×1018/cm3未満の範囲に設定されてなることを特徴とする半導体発光素子である。この構成により、電流拡散層における電流広がりを損なわず活性層へのZnの拡散を抑制することができるという作用を有する。
According to a third invention of the present application, in the invention according to
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の断面概略図を示す。図1においてn型GaAs基板1の上にn型GaAsバッファ層2、n型Al0.35Ga0.15In0.5Pクラッド層3、アンドープAl0.05Ga0.45In0.5P活性層4、p型Al0.35Ga0.15In0.5Pクラッド層5、p型Al0.7Ga0.3As電流拡散層6が形成されている。これらの層構造は、MOCVD法により成長され、電流拡散層6にはp型不純物としてZnがドープされている。電流拡散層6は活性層4に近い側からZn濃度の異なる第一の電流拡散層7と第二の電流拡散層8との2層構造で構成されている。第二の電流拡散層8の上の一部にはボンディング用のp側電極9が形成されている。第二の電流拡散層8の上のp側電極9が形成されていない領域及び電流拡散層6の側面部がほぼ発光面となる。n型GaAs基板1のn型GaAsバッファ層2と反対の面にはn側電極10が形成されている。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an n-type GaAs buffer layer 2, an n-type Al 0.35 Ga 0.15 In 0.5
本発明の第一の特徴は、第一の電流拡散層7のZn濃度が第二の電流拡散層8のZn濃度よりも高いことである。このような構成にすることによって通電前の光出力を高くすることができると同時に連続通電による光出力の低下を抑制することができる理由の詳細は不明であるが、以下のように推測することができる。
The first feature of the present invention is that the Zn concentration of the first current diffusion layer 7 is higher than the Zn concentration of the second
本発明と従来の技術とを比較すると、前掲の第一の方法、第二の方法、第三の方法はいずれも、それぞれZnを比較的高い濃度でドーピングした電流拡散層に隣接して比較的Zn濃度の低いp型クラッド層又は低Zn濃度の電流拡散層を形成する構成となっている。このように活性層に近い側の層のZn濃度を低くし活性層から遠い側の電流拡散層のZn濃度を高くする構成においては2層間に大きな濃度の差が存在することとなり、このZnの濃度差が拡散のドライビングフォースとなり、かえって活性層側へ拡散を促進する効果を生む傾向があるものと考えられる。 Comparing the present invention with the prior art, the first method, the second method, and the third method described above are relatively adjacent to the current diffusion layer doped with Zn at a relatively high concentration. A p-type cladding layer having a low Zn concentration or a current diffusion layer having a low Zn concentration is formed. In such a configuration in which the Zn concentration in the layer closer to the active layer is lowered and the Zn concentration in the current diffusion layer far from the active layer is increased, there is a large concentration difference between the two layers. It is considered that the concentration difference becomes a driving force for diffusion, and tends to produce an effect of promoting diffusion to the active layer side.
これに対し、本発明においては、活性層に近い側の電流拡散層のZn濃度を高くし、遠い側の電流拡散層のZn濃度を低くしているので、従来とは異なり活性層から遠い側の電流拡散層のほうへ拡散が生じることとなる。このため、活性層側へのZn拡散が低減され、活性層やp型クラッド層における非発光再結合中心の形成が抑制されるものと考えられる。さらに、活性層に近い側の電流拡散層のZn濃度を高くすることができるので、光出力を高くすることができる。 In contrast, in the present invention, the Zn concentration of the current diffusion layer closer to the active layer is increased and the Zn concentration of the current diffusion layer closer to the active layer is decreased. Diffusion occurs toward the current diffusion layer. For this reason, it is considered that Zn diffusion to the active layer side is reduced, and formation of non-radiative recombination centers in the active layer and the p-type cladding layer is suppressed. Furthermore, since the Zn concentration of the current diffusion layer closer to the active layer can be increased, the light output can be increased.
本発明の第二の特徴は、第一の電流拡散層のZn濃度は4×1018/cm3以上2×1019/cm3以下の範囲に設定されてなり、かつ、第一の電流拡散層の厚みは0.5μmから3μmの範囲に設定されてなることである。第一の電流拡散層のZn濃度が4×1018/cm3よりも小さくなると、連続通電による光出力の低下は小さいものの通電前の光出力を高くすることができない。一方、2×1019/cm3よりも高くなると、通電前の光出力を高くすることができるが、連続通電により光出力の低下が生じる。また、第一の電流拡散層の厚みが0.5μmよりも薄くなると、連続通電による光出力の低下は小さいものの通電前の光出力を高くすることができない。一方、3μmよりも厚くなると、電流拡散層を高Zn濃度でかつ一層で構成した場合に近くなるため、連続通電による光出力の低下が生じる。 The second feature of the present invention is that the Zn concentration of the first current diffusion layer is set in the range of 4 × 10 18 / cm 3 or more and 2 × 10 19 / cm 3 or less, and the first current diffusion is performed. The thickness of the layer is set in the range of 0.5 μm to 3 μm. When the Zn concentration of the first current diffusion layer is smaller than 4 × 10 18 / cm 3 , the light output before energization cannot be increased although the decrease in light output due to continuous energization is small. On the other hand, if it is higher than 2 × 10 19 / cm 3 , the light output before energization can be increased, but the light output is reduced by continuous energization. On the other hand, when the thickness of the first current diffusion layer is thinner than 0.5 μm, the light output before energization cannot be increased although the decrease in the light output due to continuous energization is small. On the other hand, if it is thicker than 3 μm, it becomes close to the case where the current diffusion layer is composed of a single layer with a high Zn concentration, so that the light output is reduced due to continuous energization.
本発明の第三の特徴は、第一の電流拡散層のZn濃度と厚みの範囲を上記のように設定した場合、第二の電流拡散層のZn濃度は5×1017/cm3以上3×1018/cm3未満の範囲に設定されてなることである。第二の電流拡散層のZn濃度が5×1017/cm3よりも低くなると、電流広がりが悪くなりp側電極の真下付近しか光らないため、光出力を高くすることができない。一方、3×1018/cm3以上に高くなると、連続通電による光出力の低下が顕著となる傾向がある。 The third feature of the present invention is that when the Zn concentration and thickness range of the first current diffusion layer is set as described above, the Zn concentration of the second current diffusion layer is 5 × 10 17 / cm 3 or more 3 It is set within a range of less than × 10 18 / cm 3 . When the Zn concentration of the second current diffusion layer is lower than 5 × 10 17 / cm 3 , the current spread is deteriorated and light is emitted only near the p-side electrode, so that the light output cannot be increased. On the other hand, when it becomes higher than 3 × 10 18 / cm 3 , there is a tendency that a decrease in light output due to continuous energization becomes remarkable.
なお、p型クラッド層5の厚みは0.5μmから3.0μmの範囲に設定されてなることが本発明の効果を十分に奏するのに好ましい。0.5μmよりも薄くなると、成長条件の揺らぎによるZn拡散の増加に対するマージンが小さくなるとともに光出力が低下する傾向がある。一方、3.0μmよりも厚くなると、p型クラッド層自体の成長時間が長くなることによりp型クラッド層にドープしたp型不純物が活性層へ拡散することによる光出力の低下が顕著となる傾向がある。 In addition, it is preferable that the thickness of the p-type cladding layer 5 is set in the range of 0.5 μm to 3.0 μm in order to sufficiently achieve the effects of the present invention. If the thickness is less than 0.5 μm, the margin for an increase in Zn diffusion due to fluctuations in growth conditions decreases and the light output tends to decrease. On the other hand, when the thickness is larger than 3.0 μm, the growth time of the p-type cladding layer itself becomes longer, and the decrease in light output due to the diffusion of the p-type impurities doped in the p-type cladding layer into the active layer tends to become remarkable. There is.
以上のように、第一の電流拡散層、第二の電流拡散層、およびp型クラッド層の要件を特定することにより、本発明の効果をより一層顕著に奏することが可能となる。 As described above, by specifying the requirements for the first current diffusion layer, the second current diffusion layer, and the p-type cladding layer, the effect of the present invention can be more remarkably exhibited.
なお、本実施の形態においては電流拡散層が第一の電流拡散層と第二の電流拡散層の2層からなるものとして説明したが、例えば第二の電流拡散層の上にさらに第三の電流拡散層としてZn濃度の異なる層を設けた場合も、第三の電流拡散層について第一の電流拡散層やp型クラッド層にまで拡散する程度のZn濃度や厚みに設定されていなければ、本発明の思想の範囲に含まれるものである。 In the present embodiment, the current diffusion layer has been described as being composed of two layers, the first current diffusion layer and the second current diffusion layer. For example, a third current diffusion layer is further formed on the second current diffusion layer. Even when a layer having a different Zn concentration is provided as the current diffusion layer, the third current diffusion layer is not set to a Zn concentration or thickness enough to diffuse to the first current diffusion layer or the p-type cladding layer. It is included in the scope of the idea of the present invention.
また、活性層は井戸層と障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造のものとしても良く、基板とn型クラッド層の間に屈折率の異なる層を交互に積層した分布型ブラッグ反射層を形成しても良い。 The active layer may have a multiple quantum well structure in which well layers and barrier layers are alternately stacked, and a distributed Bragg reflection layer in which layers having different refractive indexes are alternately stacked between a substrate and an n-type cladding layer. It may be formed.
本発明の実施例として、図1に示す半導体発光素子の作製方法を説明する。 As an example of the present invention, a method for manufacturing the semiconductor light emitting element shown in FIG. 1 will be described.
(実施例)
まず、n型シリコン(Si)ドープGaAs基板1の上に、MOCVD法によりn型GaAsバッファ層2、n型Al0.35Ga0.15In0.5Pクラッド層3、アンドープAl0.05Ga0.45In0.5P活性層4、p型Al0.35Ga0.15In0.5Pクラッド層5を順次成長させる。n型不純物原料として水素希釈モノシラン(SiH4)を用いるが、セレン化水素を用いることもできる。Al、Ga、InおよびPの原料にはそれぞれトリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリメチルインジウムおよびホスフィンを用いる。その後、p型クラッド層5上に連続してp型Al0.7Ga0.3As電流拡散層6を成長させる。電流拡散層は活性層に近い側からZn濃度の高い第一の電流拡散層7とZn濃度の低い第二の電流拡散層8とを連続して成長した2層構造としている。p型クラッド層、第一の電流拡散層および第二の電流拡散層の厚みはそれぞれ1.0μm、2.0μmおよび5.0μmとした。
(Example)
First, an n-type GaAs buffer layer 2, an n-type Al 0.35 Ga 0.15 In 0.5
n型バッファ層からp型クラッド層までのMOCVD成長は、成長温度約660℃、成長圧力76Torr、各層の成長速度は15nm/分〜20nm/分、3族元素原料の供給量に対する5族元素原料の供給量の比、すなわちV/III比は150〜200で実施した。 The MOCVD growth from the n-type buffer layer to the p-type cladding layer is performed at a growth temperature of about 660 ° C., a growth pressure of 76 Torr, and the growth rate of each layer is 15 nm / min to 20 nm / min. The ratio of the supply amount, that is, the V / III ratio was 150 to 200.
電流拡散層の成長は、成長温度約660℃、成長圧力76Torr、成長速度は約80nm/分、V/III比は約50で実施した。Zn濃度の調整は、Znの原料であるジメチル亜鉛のバブリング水素の流量を適宜変更することにより行っている。 The current diffusion layer was grown at a growth temperature of about 660 ° C., a growth pressure of 76 Torr, a growth rate of about 80 nm / min, and a V / III ratio of about 50. The Zn concentration is adjusted by appropriately changing the flow rate of bubbling hydrogen of dimethyl zinc, which is a Zn raw material.
電流拡散層の成長が終わったのち、ウエハのn型GaAs基板側の表面の全面にAuGeNiを、電流拡散層側の表面の全面にAuZnを、それぞれ蒸着法により形成し、電流拡散層側のAuZn膜に対してはフォトリソグラフィによりパターンニングを行い、n型GaAs基板側にn側電極を、電流拡散層側にp側電極を形成した。しかる後、ダイシングによりウエハを個別のチップに分離することで本発明にかかる半導体発光素子が得られる。 After the growth of the current diffusion layer is finished, AuGeNi is formed on the entire surface of the wafer on the n-type GaAs substrate side, AuZn is formed on the entire surface of the current diffusion layer side by vapor deposition, and AuZn on the current diffusion layer side is formed. The film was patterned by photolithography to form an n-side electrode on the n-type GaAs substrate side and a p-side electrode on the current diffusion layer side. Thereafter, the semiconductor light emitting device according to the present invention is obtained by separating the wafer into individual chips by dicing.
図2には本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の第一の電流拡散層と第二の電流拡散層のZn濃度の範囲を示すグラフを示す。Zn濃度は二次イオン質量分析法により測定したものである。濃度の表記は、例えば「1E+18」が1×1018を示す。 FIG. 2 is a graph showing the Zn concentration range of the first current diffusion layer and the second current diffusion layer of the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention. The Zn concentration is measured by secondary ion mass spectrometry. For example, “1E + 18” indicates 1 × 10 18 in the density notation.
本実施例の作製方法を用いて、図2の斜線部に示す範囲のZn濃度となるように第一の電流拡散層と第二の電流拡散層のZn濃度を調整し、300μm角の半導体発光素子を作製し、ステムに搭載して特性を評価したところ、通電前の光出力が2.2〜2.8mWと非常に高かった。さらにこの半導体発光素子に対し順方向電流50mAにて連続通電を行ったところ、通電前の光出力に対する通電500時間後の光出力の比、すなわち、輝度残存率は約96〜104%と非常に良好であった。なお、p型クラッド層の厚みを0.5μmから3.0μmの範囲に設定した場合もほぼ同様の結果が得られた。 Using the manufacturing method of this example, the Zn concentrations of the first current diffusion layer and the second current diffusion layer are adjusted so that the Zn concentration is in the range shown by the hatched portion in FIG. When the element was fabricated and mounted on the stem and the characteristics were evaluated, the light output before energization was as high as 2.2 to 2.8 mW. Further, when this semiconductor light emitting device was continuously energized at a forward current of 50 mA, the ratio of the light output after 500 hours of energization to the light output before energization, that is, the residual luminance ratio was about 96 to 104%. It was good. Note that substantially the same results were obtained when the thickness of the p-type cladding layer was set in the range of 0.5 μm to 3.0 μm.
(比較例)
比較のために、図2のA、B、C、Dに示す範囲のZn濃度の条件を用いる以外は実施例と同様にて半導体発光素子を作製し、通電前の光出力と通電500時間後の輝度残存率を評価した。AおよびBの条件は前掲第三の方法を用いたものに相当する。Aの条件を用いた半導体発光素子は通電前の光出力が1.2mW、輝度残存率が85%であった。Bの条件は光出力が0.8mW、輝度残存率が90%であった。一方、Cの条件は光出力が1.5mW、輝度残存率が60%、Dの条件は光出力が1.7mW、輝度残存率70%であった。
(Comparative example)
For comparison, a semiconductor light emitting device was fabricated in the same manner as in the example except that the conditions of Zn concentration in the range shown in A, B, C, and D of FIG. 2 were used, and the light output before energization and 500 hours after energization The remaining luminance rate was evaluated. Conditions A and B correspond to those using the third method described above. The semiconductor light emitting device using the condition A had a light output before energization of 1.2 mW and a luminance residual ratio of 85%. The condition of B was an optical output of 0.8 mW and a luminance residual ratio of 90%. On the other hand, the condition of C was an optical output of 1.5 mW and the remaining luminance rate was 60%, and the condition of D was an optical output of 1.7 mW and a remaining luminance rate of 70%.
本発明は、Zn濃度が異なる2層の電流拡散層を含み、活性層に近い側のZn濃度を高くすることによって、光出力を高くすることができると同時に連続通電による光出力の低下の抑制が必要な用途にも適用できる。 The present invention includes two current diffusion layers having different Zn concentrations, and by increasing the Zn concentration on the side closer to the active layer, the light output can be increased and at the same time the reduction of the light output due to continuous energization is suppressed. It can also be applied to applications that require.
1 n型GaAs基板
2 n型GaAsバッファ層
3 n型Al0.35Ga0.15In0.5Pクラッド層
4 アンドープAl0.05Ga0.45In0.5P活性層
5 p型Al0.35Ga0.15In0.5Pクラッド層
6 p型Al0.7Ga0.3As電流拡散層
7 第一の電流拡散層
8 第二の電流拡散層
9 p側電極
10 n側電極
1 n-type GaAs substrate 2 n-type GaAs buffer layer 3 n-type Al 0.35 Ga 0.15 In 0.5 P clad layer 4 undoped Al 0.05 Ga 0.45 In 0.5 P active layer 5 p-type Al 0.35 Ga 0.15 In 0.5 P clad layer 6 p-type Al 0.7 Ga 0.3 As current spreading layer 7 first current spreading
Claims (2)
前記第一の電流拡散層のZn濃度は4×10 18 /cm 3 以上2×10 19 /cm 3 以下の範囲に設定されてなり、かつ、前記第一の電流拡散層の厚みは0.5μmから3μmの範囲に設定されてなることを特徴とする半導体発光素子。 A semiconductor light emitting device having an n-type cladding layer made of AlGaInP, an active layer, a p-type cladding layer, and a current diffusion layer made of AlGaAs on a GaAs substrate, wherein the current diffusion layer is doped with Zn as a p-type impurity. The current spreading layer includes at least two layers of a first current spreading layer and a second current spreading layer having different Zn concentrations from the side close to the active layer, and the first current spreading layer has a Zn concentration of the first current spreading layer. rather higher than the Zn concentration of the second current spreading layer,
The Zn concentration of the first current spreading layer is set in a range of 4 × 10 18 / cm 3 or more and 2 × 10 19 / cm 3 or less, and the thickness of the first current spreading layer is 0.5 μm. To 3 μm . A semiconductor light emitting device characterized by being set in a range of 3 μm to 3 μm .
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