JPH05235408A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子及びその製造方法Info
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- JPH05235408A JPH05235408A JP3647992A JP3647992A JPH05235408A JP H05235408 A JPH05235408 A JP H05235408A JP 3647992 A JP3647992 A JP 3647992A JP 3647992 A JP3647992 A JP 3647992A JP H05235408 A JPH05235408 A JP H05235408A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 上部電極の直下の活性層に電流阻止層を１回
のエピタキシャル成長時に選択的に形成し、工程を単純
化して生産性を良くしコスト安に製造する。また、再結
晶準位を少なくして結晶性をよくすることにより発光効
率を高くし、高抵抗層の生成を防ぎ発光ダイオードの特
性を改善する。 【構成】 エピタキシャル成長時に外部から光を選択的
に照射して、活性層１３の上方または下方の電流拡散層
１５にＰＮ反転を起させ、上部電極１７の直下部分に電
流阻止部２０ａを形成し、直下部分以外の領域に電流通
過部２０ｂを選択的に形成する。
のエピタキシャル成長時に選択的に形成し、工程を単純
化して生産性を良くしコスト安に製造する。また、再結
晶準位を少なくして結晶性をよくすることにより発光効
率を高くし、高抵抗層の生成を防ぎ発光ダイオードの特
性を改善する。 【構成】 エピタキシャル成長時に外部から光を選択的
に照射して、活性層１３の上方または下方の電流拡散層
１５にＰＮ反転を起させ、上部電極１７の直下部分に電
流阻止部２０ａを形成し、直下部分以外の領域に電流通
過部２０ｂを選択的に形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子及びその
製造方法に関し、より詳しくは化合物半導体材料を使用
した発光ダイオード、半導体材料等の半導体発光素子及
びその製造方法に関する。
製造方法に関し、より詳しくは化合物半導体材料を使用
した発光ダイオード、半導体材料等の半導体発光素子及
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオード（以下ではＬＥＤと記
す）は高信頼性を有するため、タングステンランプに代
わる光源として各種表示装置に用いられ、屋内外の表示
デバイスとして脚光を浴びている。ＬＥＤは特にその高
輝度化に伴い、今後数年の間に屋外ディスプレイ市場が
急進するものと思われ、将来的にネオンサインに変わる
媒体に成長するものと期待されている。高輝度ＬＥＤは
数年前からＧａＡｌＡｓ系のＤＨ（ダブルヘテロ）構造
をもつ赤色ＬＥＤでまず実現されている。
す）は高信頼性を有するため、タングステンランプに代
わる光源として各種表示装置に用いられ、屋内外の表示
デバイスとして脚光を浴びている。ＬＥＤは特にその高
輝度化に伴い、今後数年の間に屋外ディスプレイ市場が
急進するものと思われ、将来的にネオンサインに変わる
媒体に成長するものと期待されている。高輝度ＬＥＤは
数年前からＧａＡｌＡｓ系のＤＨ（ダブルヘテロ）構造
をもつ赤色ＬＥＤでまず実現されている。
【０００３】Ｉｎ1-y（Ｇａ1-xＡｌx）yＰ混晶半導体
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）は、ＧａＡｓに格子整合す
るIII−Ｖ族化合物半導体の中で直接遷移領域でのバン
ドギャップが最も大きいことから、可視光領域の発光素
子材料として注目されている。可視光領域のＬＥＤは赤
色領域（波長６３０〜６６０ｎｍ）では、ＧａＡｌＡｓ
系材料によって高輝度ＬＥＤが得られているが、それよ
り短波長領域ではこのＩｎＧａＡｌＰ系混晶が高輝度Ｌ
ＥＤ用として有望である。
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）は、ＧａＡｓに格子整合す
るIII−Ｖ族化合物半導体の中で直接遷移領域でのバン
ドギャップが最も大きいことから、可視光領域の発光素
子材料として注目されている。可視光領域のＬＥＤは赤
色領域（波長６３０〜６６０ｎｍ）では、ＧａＡｌＡｓ
系材料によって高輝度ＬＥＤが得られているが、それよ
り短波長領域ではこのＩｎＧａＡｌＰ系混晶が高輝度Ｌ
ＥＤ用として有望である。
【０００４】量子効率の高いＬＥＤを得るために、チッ
プ全体にわたって活性層にキャリアを注入する必要があ
る。これを実現するためにはＬＥＤの直列抵抗を小さく
し、上部クラッド層で十分に注入キャリアを拡散しなけ
ればならない。しかし、抵抗率の小さいＩｎＧａＡｌＰ
を得ることは容易ではない。ＩｎＧａＡｌＰ材料では高
濃度にｐ型不純物を添加しても一部しか活性化せず、ま
たγ型不純物では電子の移動度が１００ｃｍ2／Ｖｓｅ
ｃと低い。このため、注入電流が横方向に広がりにくい
から、活性層での発光再結合の大部分は上部電極の直下
部分に起こってしまう。発光は上部電極の周辺部にしか
観測されず、光の取り出し効率は極めて悪い。そこで、
従来から次のような構造が考えられている。
プ全体にわたって活性層にキャリアを注入する必要があ
る。これを実現するためにはＬＥＤの直列抵抗を小さく
し、上部クラッド層で十分に注入キャリアを拡散しなけ
ればならない。しかし、抵抗率の小さいＩｎＧａＡｌＰ
を得ることは容易ではない。ＩｎＧａＡｌＰ材料では高
濃度にｐ型不純物を添加しても一部しか活性化せず、ま
たγ型不純物では電子の移動度が１００ｃｍ2／Ｖｓｅ
ｃと低い。このため、注入電流が横方向に広がりにくい
から、活性層での発光再結合の大部分は上部電極の直下
部分に起こってしまう。発光は上部電極の周辺部にしか
観測されず、光の取り出し効率は極めて悪い。そこで、
従来から次のような構造が考えられている。
【０００５】図７は従来の半導体発光素子の一例を示
す。このＬＥＤ１００は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１１の上
に、ＧａＡｓバッファ層１１９、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰク
ラッド層１１２、ＩｎＧａＡｌＰ活性層１１３、ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｌＰクラッド層１１４、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ電
流拡散層１１５、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰオーミックコンタ
クト層１１６をこの順に成長している。
す。このＬＥＤ１００は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１１の上
に、ＧａＡｓバッファ層１１９、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰク
ラッド層１１２、ＩｎＧａＡｌＰ活性層１１３、ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｌＰクラッド層１１４、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ電
流拡散層１１５、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰオーミックコンタ
クト層１１６をこの順に成長している。
【０００６】上部電極１１７はｐ−ＧａＡｓオーミック
コンタクト層１１６の上に形成され、下部電極１１８は
ｎ−ＧａＡｓ基板１１１の下面に形成されている。ま
た、上部電極１１７の直下部分に相当するｐ−ＩｎＧａ
ＡｌＰクラッド層１１４の上に電流阻止層１１９を形成
している。
コンタクト層１１６の上に形成され、下部電極１１８は
ｎ−ＧａＡｓ基板１１１の下面に形成されている。ま
た、上部電極１１７の直下部分に相当するｐ−ＩｎＧａ
ＡｌＰクラッド層１１４の上に電流阻止層１１９を形成
している。
【０００７】このＬＥＤ１００では、電流阻止層１１９
は上部電極１１７の直下部の活性層からの発光を抑制
し、チップ全体にキャリアを拡散させるためにｐ−Ｉｎ
ＧａＡｌＰ電流拡散層１１５を再成長させ、光の取り出
し効率の向上を図っている。
は上部電極１１７の直下部の活性層からの発光を抑制
し、チップ全体にキャリアを拡散させるためにｐ−Ｉｎ
ＧａＡｌＰ電流拡散層１１５を再成長させ、光の取り出
し効率の向上を図っている。
【０００８】図８は従来の半導体発光素子の他の一例を
示す。このＬＥＤ１００はｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド
層１１２の下に、上部電極１１７のパターンと逆のパタ
ーンになるように、選択的に中間エネルギーギャップ層
１２０を形成している。これによって、上部電極１１７
の周辺に中間エネルギーギャップ層１２０が存在する部
分の電圧降下を小さくし、上部電極１１７の外側に電流
を流すことによって、光の取り出し効率の向上を図って
いる。
示す。このＬＥＤ１００はｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド
層１１２の下に、上部電極１１７のパターンと逆のパタ
ーンになるように、選択的に中間エネルギーギャップ層
１２０を形成している。これによって、上部電極１１７
の周辺に中間エネルギーギャップ層１２０が存在する部
分の電圧降下を小さくし、上部電極１１７の外側に電流
を流すことによって、光の取り出し効率の向上を図って
いる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のＬＥ
Ｄ１００は、上部電極１１７に放射光を遮らないように
工夫されているものの、いずれも電流阻止層１１９や中
間エネルギーギャップ層１２０を選択的に成長するた
め、２回成長しなければならないという欠点がある。
Ｄ１００は、上部電極１１７に放射光を遮らないように
工夫されているものの、いずれも電流阻止層１１９や中
間エネルギーギャップ層１２０を選択的に成長するた
め、２回成長しなければならないという欠点がある。
【００１０】第１の従来例の場合、１回目の成長の際に
電流阻止層１１９迄成長した後に、上部電極１１７を形
成する予定の部分以外を選択エッチングし、その後Ａｌ
を含む混晶の上に再成長する困難さを伴う。ｐ−ＩｎＧ
ａＡｌＰクラッド層１１４とｐ−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡
散層１１５の界面に再結合準位が発生する。このためキ
ャリアの無輻射再結合が生じたり、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ
電流拡散層１１５の結晶性が低下し、抵抗率をより大き
くしてしまう要因になる。
電流阻止層１１９迄成長した後に、上部電極１１７を形
成する予定の部分以外を選択エッチングし、その後Ａｌ
を含む混晶の上に再成長する困難さを伴う。ｐ−ＩｎＧ
ａＡｌＰクラッド層１１４とｐ−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡
散層１１５の界面に再結合準位が発生する。このためキ
ャリアの無輻射再結合が生じたり、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ
電流拡散層１１５の結晶性が低下し、抵抗率をより大き
くしてしまう要因になる。
【００１１】また第２の実施例では、ｎ−ＧａＡｓ基板
１１１をメサエッチした後に中間エネルギーギャップ層
１２０を成長し、メサ上部のみを再びエッチングして平
坦にしなければならないので工程の複雑さを伴う。いず
れの場合でも２回成長のために工程が複雑になり、成長
時間も長くなる。このためコスト高となり、生産性の点
で大きな障害を伴う。
１１１をメサエッチした後に中間エネルギーギャップ層
１２０を成長し、メサ上部のみを再びエッチングして平
坦にしなければならないので工程の複雑さを伴う。いず
れの場合でも２回成長のために工程が複雑になり、成長
時間も長くなる。このためコスト高となり、生産性の点
で大きな障害を伴う。
【００１２】本発明は上記で述べた従来の欠点を改良す
るために成されたものであり、その目的は、上部電極の
直下の活性層にキャリアを流さず素子全体にキャリアを
拡散させるための電流阻止層を１回のエピタキシャル成
長時に選択的に形成し、工程を単純化して生産性を良く
しコスト安に製造する。また、再結晶準位を少なくして
結晶性をよくすることにより発光効率を高くし、高抵抗
層の生成を防いで発光ダイオードの特性を改善すること
にある。
るために成されたものであり、その目的は、上部電極の
直下の活性層にキャリアを流さず素子全体にキャリアを
拡散させるための電流阻止層を１回のエピタキシャル成
長時に選択的に形成し、工程を単純化して生産性を良く
しコスト安に製造する。また、再結晶準位を少なくして
結晶性をよくすることにより発光効率を高くし、高抵抗
層の生成を防いで発光ダイオードの特性を改善すること
にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明半導体発光素子
は、基板の上にｐｎ接合して形成された発光層と、外部
から選択的に光励起してｐ型に反転された電流通過部、
及び上部電極の直下部分に光励起していないｎ型の電流
阻止部を該発光層の上に積層した電流選択層と、該電流
選択層の上に積層された電流を注入する電流拡散層と、
を具備したものであり、そのことにより上記目的が達成
される。
は、基板の上にｐｎ接合して形成された発光層と、外部
から選択的に光励起してｐ型に反転された電流通過部、
及び上部電極の直下部分に光励起していないｎ型の電流
阻止部を該発光層の上に積層した電流選択層と、該電流
選択層の上に積層された電流を注入する電流拡散層と、
を具備したものであり、そのことにより上記目的が達成
される。
【００１４】本発明半導体発光素子の製造方法は、基板
の上にｐｎ接合して発光層を形成する工程と、外部から
選択的に光励起してｐ型に反転された電流通過部、及び
上部電極の直下部分に光励起していないｎ型の電流阻止
部を有する電流選択層を該発光層の上に積層する工程
と、該電流選択層の上に電流を注入する電流拡散層を積
層する工程と、を包含するものであり、そのことにより
上記目的が達成される。
の上にｐｎ接合して発光層を形成する工程と、外部から
選択的に光励起してｐ型に反転された電流通過部、及び
上部電極の直下部分に光励起していないｎ型の電流阻止
部を有する電流選択層を該発光層の上に積層する工程
と、該電流選択層の上に電流を注入する電流拡散層を積
層する工程と、を包含するものであり、そのことにより
上記目的が達成される。
【００１５】
【作用】本発明によれば、電流選択層の成長中に外部か
ら光を選択的に照射してｐｎ反転を起こさせ、光を照射
している領域だけをｐ型に反転して電流通過部が形成さ
れ、光を照射していない領域をそのままのｎ型に保持し
て電流阻止部が形成される。電流阻止部はチップ内に形
成されるから、１回成長した後に選択的にエッチング
し、その後電流拡散層を形成する工程が省略される。こ
のため、工程を単純化して生産性を良くしコスト安に製
造される。
ら光を選択的に照射してｐｎ反転を起こさせ、光を照射
している領域だけをｐ型に反転して電流通過部が形成さ
れ、光を照射していない領域をそのままのｎ型に保持し
て電流阻止部が形成される。電流阻止部はチップ内に形
成されるから、１回成長した後に選択的にエッチング
し、その後電流拡散層を形成する工程が省略される。こ
のため、工程を単純化して生産性を良くしコスト安に製
造される。
【００１６】また、再結晶準位を少くして結晶性をよく
することにより発光効率を高くし、高抵抗層の生成を防
ぎ発光ダイオードの特性が改善される。上部クラッド層
と電流拡散層の界面に再結合準位が再生したり、再成長
による結晶性の低下等の特性劣化が防止される。
することにより発光効率を高くし、高抵抗層の生成を防
ぎ発光ダイオードの特性が改善される。上部クラッド層
と電流拡散層の界面に再結合準位が再生したり、再成長
による結晶性の低下等の特性劣化が防止される。
【００１７】
【実施例】以下、本発明半導体発光素子の実施例を図面
を用いて説明する。図１は本発明半導体発光素子の第１
実施例を示す。
を用いて説明する。図１は本発明半導体発光素子の第１
実施例を示す。
【００１８】本構造のＬＥＤ１０はｎ−ＧａＡｓ基板１
１の上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１９、ｎ−ＩｎＧａ
ＡｌＰクラッド層１２、ＩｎＧａＡｌＰ活性層１３、ｐ
−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１４、電流選択層２０、ｐ
−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層１５、ｐ−ＩｎＧａＰオー
ミックコンタクト層１６がこの順に積層されている。上
部電極１７はｐ−ＩｎＧａＡｌＰオーミックコンタクト
層１６の上面に積層され、下部電極１８はｎ−ＧａＡｓ
基板１１の下面に積層されている。上部電極１７は図の
ように中央に形成されている。
１の上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１９、ｎ−ＩｎＧａ
ＡｌＰクラッド層１２、ＩｎＧａＡｌＰ活性層１３、ｐ
−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１４、電流選択層２０、ｐ
−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層１５、ｐ−ＩｎＧａＰオー
ミックコンタクト層１６がこの順に積層されている。上
部電極１７はｐ−ＩｎＧａＡｌＰオーミックコンタクト
層１６の上面に積層され、下部電極１８はｎ−ＧａＡｓ
基板１１の下面に積層されている。上部電極１７は図の
ように中央に形成されている。
【００１９】本構造のＬＥＤ１０は上部電極１７の直下
部分に電流阻止部２０ａを形成し、上部電極１７の直下
以外の部分に電流通過部２０ｂを形成した電流選択層２
０を有する。
部分に電流阻止部２０ａを形成し、上部電極１７の直下
以外の部分に電流通過部２０ｂを形成した電流選択層２
０を有する。
【００２０】このＬＥＤ１０の各層は以下のような組成
で構成されている。ｎ−ＧａＡｓ基板１１は、Ｓｉドー
プによるｎ濃度＝５×１０18ｃｍ-3である。ｎ−ＧａＡ
ｓバッファ層１９はＳｉドープによるｎ濃度＝２×１０
19ｃｍ-3である。ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１２は
Ｓｉドープによるｎ濃度＝２×１０19ｃｍ-2、層厚は２
μｍである。ＩｎＧａＡｌＰ活性層１３はＩｎ0.51（Ｇ
ａ0.55Ａｌ0.45）0.49Ｐクラッド層で、アンドープで層
厚は０．５μｍである。ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層
１４はｐ−Ｉｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐクラッド
層１４で、Ｚｎドープによるｐ濃度＝４×１０17ｃ
ｍ-3、層厚は１μｍである。ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡
散層１５はｐ−Ｉｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐ電流
拡散層１５の構成で、Ｚｎドープによるｐ濃度＝７×１
０17ｃｍ-3、層厚は１μｍである。ｐ−ＩｎＧａＰオー
ミックコンタクト層１６はｐ−Ｉｎ0.31Ｇａ0.49Ｐオー
ミックコンタクト層１６の構成で、Ｚｎドープによるｐ
濃度＝１×１０19ｃｍ-3、層厚は０．０５μｍである。
で構成されている。ｎ−ＧａＡｓ基板１１は、Ｓｉドー
プによるｎ濃度＝５×１０18ｃｍ-3である。ｎ−ＧａＡ
ｓバッファ層１９はＳｉドープによるｎ濃度＝２×１０
19ｃｍ-3である。ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１２は
Ｓｉドープによるｎ濃度＝２×１０19ｃｍ-2、層厚は２
μｍである。ＩｎＧａＡｌＰ活性層１３はＩｎ0.51（Ｇ
ａ0.55Ａｌ0.45）0.49Ｐクラッド層で、アンドープで層
厚は０．５μｍである。ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層
１４はｐ−Ｉｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐクラッド
層１４で、Ｚｎドープによるｐ濃度＝４×１０17ｃ
ｍ-3、層厚は１μｍである。ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡
散層１５はｐ−Ｉｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐ電流
拡散層１５の構成で、Ｚｎドープによるｐ濃度＝７×１
０17ｃｍ-3、層厚は１μｍである。ｐ−ＩｎＧａＰオー
ミックコンタクト層１６はｐ−Ｉｎ0.31Ｇａ0.49Ｐオー
ミックコンタクト層１６の構成で、Ｚｎドープによるｐ
濃度＝１×１０19ｃｍ-3、層厚は０．０５μｍである。
【００２１】このＬＥＤ１０の各層は以上の組成で構成
されている。このＬＥＤ１０は基板１１の上に、下部ク
ラッド層１２、活性層１３、上部クラッド層１４を順次
形成したもので、ＤＨ（ダブルヘテロ）構造と呼ばれて
いる。また、積層中の電流選択層２０はエピタキシャル
成長時に選択的に光励起することにより、ｎ−Ｉｎ0. 51
（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐ電流阻止部２０ａと、ｐ−Ｉ
ｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0 .7）0.49Ｐ電流通過部２０ｂとを
形成している。
されている。このＬＥＤ１０は基板１１の上に、下部ク
ラッド層１２、活性層１３、上部クラッド層１４を順次
形成したもので、ＤＨ（ダブルヘテロ）構造と呼ばれて
いる。また、積層中の電流選択層２０はエピタキシャル
成長時に選択的に光励起することにより、ｎ−Ｉｎ0. 51
（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐ電流阻止部２０ａと、ｐ−Ｉ
ｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0 .7）0.49Ｐ電流通過部２０ｂとを
形成している。
【００２２】次に、本発明半導体発光素子の製造方法の
一実施例を説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、製造工程
の概略を示す断面図である。まず、図２（ａ）のよう
に、Ｓｉドープによるｎ濃度＝５×１０18ｃｍ-3のｎ−
ＧａＡｓ基板１１の上に、ＭＯＣＶＤ法によって、Ｓｉ
ドープのｒ濃度＝２×１０19ｃｍ-3で、層厚０．３μｍ
のｎ−ＧａＡｓバッファ層１９を成長する。 そして、
Ｓｉドープによるｎ濃度＝５×１０19ｃｍ-2で、層厚は
２μｍのｎ−Ｉｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐクラッ
ド層１２、アンドープで層厚は０．５μｍのＩｎ
0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐ活性層１３、Ｚｎドープ
でｐ濃度＝４×１０17ｃｍ-3で、層厚は１μｍのｐ−Ｉ
ｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐ第１クラッド層１４を
この順に成長する。
一実施例を説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、製造工程
の概略を示す断面図である。まず、図２（ａ）のよう
に、Ｓｉドープによるｎ濃度＝５×１０18ｃｍ-3のｎ−
ＧａＡｓ基板１１の上に、ＭＯＣＶＤ法によって、Ｓｉ
ドープのｒ濃度＝２×１０19ｃｍ-3で、層厚０．３μｍ
のｎ−ＧａＡｓバッファ層１９を成長する。 そして、
Ｓｉドープによるｎ濃度＝５×１０19ｃｍ-2で、層厚は
２μｍのｎ−Ｉｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐクラッ
ド層１２、アンドープで層厚は０．５μｍのＩｎ
0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐ活性層１３、Ｚｎドープ
でｐ濃度＝４×１０17ｃｍ-3で、層厚は１μｍのｐ−Ｉ
ｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐ第１クラッド層１４を
この順に成長する。
【００２３】このＬＥＤ１０の製造には、光励起型のＭ
ＯＣＶＤ装置を用いる。図３は光励起型ＭＯＣＶＤ装置
の構成を示す。この光励起型ＭＯＣＶＤ装置３０は、石
英製で箱状のリアクタ３１と、該リアクタ３１の中に収
容されたフローチャネル３２と、リアクタ３１の中に横
方向から突設されフローチャネル３２の中に上面が露出
されたカーボン製のサセプタ３３とを有する。リアクタ
３１の外周壁には高周波コイル３４が卷装され、外周壁
の上部には光導入孔３１ａが形成され、側壁３５にはガ
ス導入孔３６、３７、３８が設けられている。また、リ
アクタ３１の上方には、励起用レーザ４１、ミラー４
２、選択励起用マスク４３、光学系４４等が配置されて
いる。
ＯＣＶＤ装置を用いる。図３は光励起型ＭＯＣＶＤ装置
の構成を示す。この光励起型ＭＯＣＶＤ装置３０は、石
英製で箱状のリアクタ３１と、該リアクタ３１の中に収
容されたフローチャネル３２と、リアクタ３１の中に横
方向から突設されフローチャネル３２の中に上面が露出
されたカーボン製のサセプタ３３とを有する。リアクタ
３１の外周壁には高周波コイル３４が卷装され、外周壁
の上部には光導入孔３１ａが形成され、側壁３５にはガ
ス導入孔３６、３７、３８が設けられている。また、リ
アクタ３１の上方には、励起用レーザ４１、ミラー４
２、選択励起用マスク４３、光学系４４等が配置されて
いる。
【００２４】ｎ−ＧａＡｓ基板１１はサセプタ３３の上
に置かれ、これらは高周波コイル３４により所定の温度
に加熱される。リアクタ３１の中には、ガス導入口３
６、３７よりIII族有機金属ガス、Ｖ族ハライドガスが
導入され、フローチャネル３２の中に流される。ガス導
入口３８からは、キャリアガスＨ2が導入され、フロー
チャネル３２の外側に流され、リアクタ３１の内壁に反
応生成物を付着させないようにする。
に置かれ、これらは高周波コイル３４により所定の温度
に加熱される。リアクタ３１の中には、ガス導入口３
６、３７よりIII族有機金属ガス、Ｖ族ハライドガスが
導入され、フローチャネル３２の中に流される。ガス導
入口３８からは、キャリアガスＨ2が導入され、フロー
チャネル３２の外側に流され、リアクタ３１の内壁に反
応生成物を付着させないようにする。
【００２５】ＭＯＣＶＤ装置３０は光励起型のために、
リアクタ３１の上壁に冷却水が流れない光導入孔３１ａ
が形成され、フローチャネル３２の上壁にも光導入窓３
２ａが形成されている。励起光は励起用レーザ４１から
１９３ｎｍのレーザ光（ＡｒＦエキシマレーザ）をミラ
ー４２で反射させて、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の上に照射
される。ｎ−ＧａＡｓ基板１１には選択励起用マスク４
３、光学系４４を使用して空間選択的に光が照射され
る。
リアクタ３１の上壁に冷却水が流れない光導入孔３１ａ
が形成され、フローチャネル３２の上壁にも光導入窓３
２ａが形成されている。励起光は励起用レーザ４１から
１９３ｎｍのレーザ光（ＡｒＦエキシマレーザ）をミラ
ー４２で反射させて、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の上に照射
される。ｎ−ＧａＡｓ基板１１には選択励起用マスク４
３、光学系４４を使用して空間選択的に光が照射され
る。
【００２６】励起光による成長層のｐｎ反転の原理は下
記の通りである。図４は不純物キャリア濃度に対するＶ
／III比の依存性を示す。III族原料はトリメチルインジ
ュウム（ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＡ）、ト
リメチルアルミニウム（ＴＭＡ）であり、Ｖ族原料はフ
ォスフィン（ＰＨ3）とする。ＩｎＧａＡｌＰの成長で
はＶ／III比の増加につれてｎ型不純物Ｓｉの導入が促
進されて、ｐ型からｎ型への伝導型の反転が起こる。い
ま、外部から光励起されるとＰＨ3の分解が促進され
て、成長表面の実効的なＶ／III比が増大するか、又は
ｎ型不純物の分解が促進される。そして、Ｓｉの結晶へ
の取り込まれ率が増大すると、図中の点線で示す無照射
部から実線で示す光照射部への反転位置が供給され、Ｖ
／III比の低い方へ移動する。
記の通りである。図４は不純物キャリア濃度に対するＶ
／III比の依存性を示す。III族原料はトリメチルインジ
ュウム（ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＡ）、ト
リメチルアルミニウム（ＴＭＡ）であり、Ｖ族原料はフ
ォスフィン（ＰＨ3）とする。ＩｎＧａＡｌＰの成長で
はＶ／III比の増加につれてｎ型不純物Ｓｉの導入が促
進されて、ｐ型からｎ型への伝導型の反転が起こる。い
ま、外部から光励起されるとＰＨ3の分解が促進され
て、成長表面の実効的なＶ／III比が増大するか、又は
ｎ型不純物の分解が促進される。そして、Ｓｉの結晶へ
の取り込まれ率が増大すると、図中の点線で示す無照射
部から実線で示す光照射部への反転位置が供給され、Ｖ
／III比の低い方へ移動する。
【００２７】実験によると、図３で示すＭＯＣＶＤ装置
３０を用いて光を照射しながら成長させすると、図４で
示す矢印の部分のＶ／III比（１００）で、光照射部分
ではｎ型になり、光が照射されていない部分ではｐ型に
なることがわかった。
３０を用いて光を照射しながら成長させすると、図４で
示す矢印の部分のＶ／III比（１００）で、光照射部分
ではｎ型になり、光が照射されていない部分ではｐ型に
なることがわかった。
【００２８】従って、図１のように本発明のＬＥＤ１０
を作製するには、図２（ｂ）のように、いずれ後に積層
される上部電極１７の直下に相当する部分だけに光を照
射して光励起し、ｎ−Ｉｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49
Ｐ電流阻止部２０ａを作製する。光が照射されていない
部分では、設定されたＶ／III比でｐ型になり、ｐ−Ｉ
ｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐ電流通過部２０ｂとな
る。
を作製するには、図２（ｂ）のように、いずれ後に積層
される上部電極１７の直下に相当する部分だけに光を照
射して光励起し、ｎ−Ｉｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49
Ｐ電流阻止部２０ａを作製する。光が照射されていない
部分では、設定されたＶ／III比でｐ型になり、ｐ−Ｉ
ｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐ電流通過部２０ｂとな
る。
【００２９】次に、図２（ｃ）に示すように、Ｚｎドー
プによりｐ−Ｉｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐ電流拡
散層１５を成長し、エピタキシャル成長を終える。上部
電極１７と下部電極１８とは蒸着で形成した後、電流阻
止部２０ａの上部に当たるｐ−ＩｎＧａＡｌＰオーミッ
クコンタクト層１６と上部電極１７とを残して、あとは
エッチングで除去する。このような製造方法によれば、
ダブルヘテロ成長後エッチングによって電流阻止部２０
ａを形成した後に、また電流拡散層１５を成長するとい
う２回成長のプロセスをとる必要がなくなる。このため
再成長面の再結合準位の発生を抑制でき、結晶性も向上
する。また工程も簡略化でき、ＬＥＤ１０の抵抗も小さ
くなる。
プによりｐ−Ｉｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐ電流拡
散層１５を成長し、エピタキシャル成長を終える。上部
電極１７と下部電極１８とは蒸着で形成した後、電流阻
止部２０ａの上部に当たるｐ−ＩｎＧａＡｌＰオーミッ
クコンタクト層１６と上部電極１７とを残して、あとは
エッチングで除去する。このような製造方法によれば、
ダブルヘテロ成長後エッチングによって電流阻止部２０
ａを形成した後に、また電流拡散層１５を成長するとい
う２回成長のプロセスをとる必要がなくなる。このため
再成長面の再結合準位の発生を抑制でき、結晶性も向上
する。また工程も簡略化でき、ＬＥＤ１０の抵抗も小さ
くなる。
【００３０】実験の結果、上述の工程を経たエピ基板を
３００μｍ角に素子化した特性は、ピーク波長５５０ｎ
ｍの緑色発光が上部電極１７の周辺から観測された。こ
のＬＥＤ１０を５ｍｍφランプに樹脂モールドして輝度
を測定したところ順電流２０ｍＡで３０００ｍｃｄの輝
度が得られた。
３００μｍ角に素子化した特性は、ピーク波長５５０ｎ
ｍの緑色発光が上部電極１７の周辺から観測された。こ
のＬＥＤ１０を５ｍｍφランプに樹脂モールドして輝度
を測定したところ順電流２０ｍＡで３０００ｍｃｄの輝
度が得られた。
【００３１】図５は本発明半導体発光素子の第２実施例
を示す。本構造のＬＥＤ１０は第１実施例のＬＥＤ１０
と構造はほぼ同じである。第１実施例のＬＥＤ１０と異
なるところは、電流阻止部２０ａと電流通過部２０ｂと
のパターンが逆転している点にある。第１実施例のもの
では電流阻止部２０ａが中央に形成され、電流通過部２
０ｂが外側に形成されている。これに対して、第２実施
例のものでは電流阻止部２０ａが外側に形成され、電流
通過部２０ｂが中央に形成されている。
を示す。本構造のＬＥＤ１０は第１実施例のＬＥＤ１０
と構造はほぼ同じである。第１実施例のＬＥＤ１０と異
なるところは、電流阻止部２０ａと電流通過部２０ｂと
のパターンが逆転している点にある。第１実施例のもの
では電流阻止部２０ａが中央に形成され、電流通過部２
０ｂが外側に形成されている。これに対して、第２実施
例のものでは電流阻止部２０ａが外側に形成され、電流
通過部２０ｂが中央に形成されている。
【００３２】これに伴って、上部電極１７とｐ−ＩｎＧ
ａＡｌＰオーミックコンタクト層１６の形状も、第１実
施例のものと逆に形成されている。従って、上部電極１
７から発射された電流は図５に示すように中央の電流通
過部２０ｂを集中して通過し、ｎ−ＧａＡｓ基板１１に
流れる。このため第２実施例のＬＥＤ１０によれば、発
光領域に於ける電流密度を第１実施例のものより高くす
ることができ、より高輝度のＬＥＤ１０を提供できる。
ａＡｌＰオーミックコンタクト層１６の形状も、第１実
施例のものと逆に形成されている。従って、上部電極１
７から発射された電流は図５に示すように中央の電流通
過部２０ｂを集中して通過し、ｎ−ＧａＡｓ基板１１に
流れる。このため第２実施例のＬＥＤ１０によれば、発
光領域に於ける電流密度を第１実施例のものより高くす
ることができ、より高輝度のＬＥＤ１０を提供できる。
【００３３】図６は本発明半導体発光素子の第３実施例
を示す。本構造のＬＥＤ１０は光励起する電流選択層２
０をＩｎＧａＡｌＰ活性層１３の下部に形成している。
このＬＥＤ１０はＩｎＧａＡｌＰ活性層１３を成長する
前に電流選択層２０を設けたために、ｐｎ接合が長時間
高温に曝されることなく、ダブルヘテロ構造を形成して
いる。これによって不純物の拡散が小さくなり、結晶性
の向上を実現できる。本構造のＬＥＤ１０の特性は、５
ｍｍφの樹脂モールド実装時に、順方向電流２０ｍＡの
とき３５００ｍｃｄの輝度が得られた。
を示す。本構造のＬＥＤ１０は光励起する電流選択層２
０をＩｎＧａＡｌＰ活性層１３の下部に形成している。
このＬＥＤ１０はＩｎＧａＡｌＰ活性層１３を成長する
前に電流選択層２０を設けたために、ｐｎ接合が長時間
高温に曝されることなく、ダブルヘテロ構造を形成して
いる。これによって不純物の拡散が小さくなり、結晶性
の向上を実現できる。本構造のＬＥＤ１０の特性は、５
ｍｍφの樹脂モールド実装時に、順方向電流２０ｍＡの
とき３５００ｍｃｄの輝度が得られた。
【００３４】なお、本発明半導体発光素子の実施例では
特に上部電極１７の形状、パターンに関しては記載して
いないが、必ずしも円形、角形等の単純なものに限定さ
れない。上部電極１７の形状、パターンは、注入キャリ
アが効率よく拡散されるようなパターンであればよく、
上部電極１７のパターンと電流阻止部２０ａを形成する
ための光励起のパターンとが一致していることが望まし
い。
特に上部電極１７の形状、パターンに関しては記載して
いないが、必ずしも円形、角形等の単純なものに限定さ
れない。上部電極１７の形状、パターンは、注入キャリ
アが効率よく拡散されるようなパターンであればよく、
上部電極１７のパターンと電流阻止部２０ａを形成する
ための光励起のパターンとが一致していることが望まし
い。
【００３５】この実施例では電流選択層２０の組成とし
てＩｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐを用いたが、Ｉｎ
ＧａＡｌＰ活性層１３からの発光波長に対して透明であ
るのに十分なバンドギャツプを持っていることが望まし
い。また実施例ではＩｎＧａＡｌＰ活性層１３の組成と
してはＩｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐを用いたが、
Ａｌ組成を変化させて赤色から緑色までの発光波長を得
ることができる。クラッド層の組成は、キャリアを閉じ
込めるために十分なバンドギャップの差があるものが望
ましい。電流拡散層１５は発光波長に対して透明であれ
ば良く、ＧａＡｌＡｓ層でも良い。この実施例では電流
選択層２０のドーパントとしてＳｉを用いたが、Ｓｅや
Ｓ等のｎ型不純物を用いても同様の効果がある。
てＩｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐを用いたが、Ｉｎ
ＧａＡｌＰ活性層１３からの発光波長に対して透明であ
るのに十分なバンドギャツプを持っていることが望まし
い。また実施例ではＩｎＧａＡｌＰ活性層１３の組成と
してはＩｎ0.51（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.49Ｐを用いたが、
Ａｌ組成を変化させて赤色から緑色までの発光波長を得
ることができる。クラッド層の組成は、キャリアを閉じ
込めるために十分なバンドギャップの差があるものが望
ましい。電流拡散層１５は発光波長に対して透明であれ
ば良く、ＧａＡｌＡｓ層でも良い。この実施例では電流
選択層２０のドーパントとしてＳｉを用いたが、Ｓｅや
Ｓ等のｎ型不純物を用いても同様の効果がある。
【００３６】
【発明の効果】本発明によればＩｎＧａＡｌＰ系材料を
用いた発光材料において、ｐ型クラッド層中にキャリア
を拡散させるための電流阻止部が光励起によるｐｎ反転
で形成される。電流阻止部は従来のように、１回成長し
た後に選択的にエッチングする工程や、その後電流拡散
層を再成長する工程が省略されるから、生産性を良くし
コスト安に製造される。
用いた発光材料において、ｐ型クラッド層中にキャリア
を拡散させるための電流阻止部が光励起によるｐｎ反転
で形成される。電流阻止部は従来のように、１回成長し
た後に選択的にエッチングする工程や、その後電流拡散
層を再成長する工程が省略されるから、生産性を良くし
コスト安に製造される。
【００３７】また、Ａｌ混晶比の高い再成長界面が存在
しないため、再結晶準位が少なくなり、結晶性がよくな
って発光効率が高くなり、高抵抗層の生成を防ぎ発光ダ
イオードの特性が改善される。上部クラッド層と電流拡
散層の界面に再結合準位が再生したり、再成長による結
晶性の低下等の特性劣化が防止される。これによって、
ＬＥＤは効率よく外部に光を取り出すことができ、結晶
性がよくなって高抵抗層の生成を防ぐことが出来るか
ら、発光ダイオードの特性を改善できる。
しないため、再結晶準位が少なくなり、結晶性がよくな
って発光効率が高くなり、高抵抗層の生成を防ぎ発光ダ
イオードの特性が改善される。上部クラッド層と電流拡
散層の界面に再結合準位が再生したり、再成長による結
晶性の低下等の特性劣化が防止される。これによって、
ＬＥＤは効率よく外部に光を取り出すことができ、結晶
性がよくなって高抵抗層の生成を防ぐことが出来るか
ら、発光ダイオードの特性を改善できる。
【図１】本発明半導体発光素子の構造の実施例を示す概
略図。
略図。
【図２】本発明半導体発光素子の製造工程を示す概略
図。
図。
【図３】本発明半導体発光素子を製造する光励起型ＭＯ
ＣＶＤ成長装置を示す断面図。
ＣＶＤ成長装置を示す断面図。
【図４】不純物キャリア濃度のＶ／III比依存性を示す
図。
図。
【図５】本発明半導体発光素子の第２実施例を示す断面
図。
図。
【図６】本発明半導体発光素子の第３実施例を示す断面
図。
図。
【図７】従来の半導体発光素子の１例を示す断面図。
【図８】従来の半導体発光素子の他の例を示す断面図。
１０、 ＬＥＤ １１、 ｎ−ＧａＡｓ基板 １２、 ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 １３、 ＩｎＧａＡｌＰ活性層 １４、 ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 １５、 ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層 １６、 ｐ−ＩｎＧａＡｌＰオーミックコンタクト層 １７、 上部電極 １８、 下部電極 １９、 ｎ−ＧａＡｓバッファ層 ２０、 電流選択層 ２０ａ、 電流阻止部 ２０ｂ、 電流通過部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 三郎 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
Claims (2)
- 【請求項１】 基板の上にｐｎ接合して形成された発光
層と、 外部から選択的に光励起してｐ型に反転された電流通過
部、及び上部電極の直下部分に光励起していないｎ型の
電流阻止部を該発光層の上に積層した電流選択層と、 該電流選択層の上に積層された電流を注入する電流拡散
層と、 を具備した半導体発光素子。 - 【請求項２】 基板の上にｐｎ接合して発光層を形成す
る工程と、 外部から選択的に光励起してｐ型に反転された電流通過
部、及び上部電極の直下部分に光励起していないｎ型の
電流阻止部を有する電流選択層を該発光層の上に積層す
る工程と、 該電流選択層の上に電流を注入する電流拡散層を積層す
る工程と、 を包含する半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3647992A JP2856374B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3647992A JP2856374B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05235408A true JPH05235408A (ja) | 1993-09-10 |
| JP2856374B2 JP2856374B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=12470955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3647992A Expired - Fee Related JP2856374B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2856374B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0637086A3 (en) * | 1993-07-30 | 1996-03-06 | Sharp Kk | Light-emitting semiconductor component and light-assisted deposition process for its manufacture. |
| US6849473B2 (en) | 2000-04-21 | 2005-02-01 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting device and method for manufacturing thereof |
| CN100438110C (zh) * | 2006-12-29 | 2008-11-26 | 北京太时芯光科技有限公司 | 一种具有电流输运增透窗口层结构的发光二极管 |
| EP2174358A4 (en) * | 2007-07-27 | 2010-07-28 | Lg Innotek Co Ltd | Light-emitting semiconducting element and method for its production |
| US7795623B2 (en) | 2004-06-30 | 2010-09-14 | Cree, Inc. | Light emitting devices having current reducing structures and methods of forming light emitting devices having current reducing structures |
| JP2012256933A (ja) * | 2007-07-12 | 2012-12-27 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 半導体チップ及び半導体チップ製造方法 |
| KR101244953B1 (ko) * | 2011-07-18 | 2013-03-18 | (재)한국나노기술원 | 전류 저지층 구조의 수직형 발광다이오드 소자 및 그 제조방법 |
| US8541788B2 (en) | 2005-01-24 | 2013-09-24 | Cree, Inc. | LED with current confinement structure and surface roughening |
-
1992
- 1992-02-24 JP JP3647992A patent/JP2856374B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0637086A3 (en) * | 1993-07-30 | 1996-03-06 | Sharp Kk | Light-emitting semiconductor component and light-assisted deposition process for its manufacture. |
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| US7795623B2 (en) | 2004-06-30 | 2010-09-14 | Cree, Inc. | Light emitting devices having current reducing structures and methods of forming light emitting devices having current reducing structures |
| US8541788B2 (en) | 2005-01-24 | 2013-09-24 | Cree, Inc. | LED with current confinement structure and surface roughening |
| US8772792B2 (en) | 2005-01-24 | 2014-07-08 | Cree, Inc. | LED with surface roughening |
| CN100438110C (zh) * | 2006-12-29 | 2008-11-26 | 北京太时芯光科技有限公司 | 一种具有电流输运增透窗口层结构的发光二极管 |
| JP2012256933A (ja) * | 2007-07-12 | 2012-12-27 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 半導体チップ及び半導体チップ製造方法 |
| EP2174358A4 (en) * | 2007-07-27 | 2010-07-28 | Lg Innotek Co Ltd | Light-emitting semiconducting element and method for its production |
| JP2010534933A (ja) * | 2007-07-27 | 2010-11-11 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| US7875874B2 (en) | 2007-07-27 | 2011-01-25 | Lg Innotek Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| KR101244953B1 (ko) * | 2011-07-18 | 2013-03-18 | (재)한국나노기술원 | 전류 저지층 구조의 수직형 발광다이오드 소자 및 그 제조방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2856374B2 (ja) | 1999-02-10 |
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