JPH0766455A - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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JPH0766455A
JPH0766455A JP23097793A JP23097793A JPH0766455A JP H0766455 A JPH0766455 A JP H0766455A JP 23097793 A JP23097793 A JP 23097793A JP 23097793 A JP23097793 A JP 23097793A JP H0766455 A JPH0766455 A JP H0766455A
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light
light emitting
algainp
gaas substrate
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Keizo Yasutomi
敬三 安富
Nobuhiko Noto
宣彦 能登
Takuo Takenaka
卓夫 竹中
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内部応力が内在せず、長時間通電発光しても
発光特性が劣化しない半導体発光装置を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰからなる発
光層部が形成され、前記ＧａＡｓ基板と前記発光層部と
の間に異なる屈折率の交互積層膜からなる光反射層を設
けた半導体発光装置において、該光反射層の材料にＡｌ
wＧａ1-wＡｓ1-vＰv（但し０≦ｗ≦１、０＜ｖ≦０．０
５ｗ）を用いる。前記発光層部を構成する活性層は、例
えば（ＡｌyＧａ1-y）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（但し０≦ｙ≦
０．７）からなる。

Description

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の発光ダイオードの断面構造
図である。
【図２】ＭＯＶＰＥ法で各層を成長する際に用いる成長
装置の概略構成図である。
【図３】従来の発光ダイオードの断面構造図である。
【符号の説明】
１０ ｎ型ＧａＡｓ基板 １２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 １３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 １４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 １５ 発光層部 １６ ｐ型電流拡散層（図１においては、ｐ型Ａｌ0.7
Ｇａ0.3Ａｓ0.97Ｐ0.03電流拡散層） ２０ 光反射層 ２０ａ ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ0.98Ｐ0.02層 ２０ｂ ｎ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ0.97Ｐ0.03層
【手続補正書】
【提出日】平成６年８月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】上記のようにして作製した本実施例の発光
ダイオードの通電試験を行うと、温度８５℃、湿度８５
％の条件でＤＣ５０ｍＡで１０００時間連続動作させた
後の残光率は、図３に示した従来の発光ダイオード（但
し、実施例との比較のため、ｐ型電流拡散層は実施例と
同じｐ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ０．９７Ｐ０．０３
とした。）と比較して６５％から８５％にまで改善され
た。従って、本実施例の発光ダイオードは長期信頼性に
優れていることが確認できた。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰからな
    る発光層部が形成され、前記ＧａＡｓ基板と前記発光層
    部との間に異なる屈折率の交互積層膜からなる光反射層
    を設けた半導体発光装置において、該光反射層の材料を
    ＡｌwＧａ1-wＡｓ1-vＰv（但し０≦ｗ≦１、０＜ｖ≦
    ０．０５ｗ）としたことを特徴とする半導体発光装置。
  2. 【請求項２】 前記発光層部を構成する活性層が（Ａｌ
    yＧａ1-y）0.51Ｉｎ0 .49Ｐ（但し０≦ｙ≦０．７）から
    なる請求項１記載の半導体発光装置。 【発明 の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は半導体発光装置に関
    し、さらに詳しくは、可視発光素子（半導体レーザ、発
    光ダイオード等）、特にＧａＡｓ基板上にエピタキシャ
    ル成長させたＡｌＧａＩｎＰを活性層に持つ発光ダイオ
    ードの構造に関する。 【０００２】 【発明の背景技術】ＡｌＧａＩｎＰダブルヘテロ構造層
    からなる発光層部が形成された発光ダイオードはその量
    子効率が極めて高く、高輝度可視発光ダイオードとして
    実用化されている。発光層部は、それぞれ組成比の異な
    るＡｌＧａＩｎＰ活性層及びそれを挟む第１及び第２Ａ
    ｌＧａＩｎＰクラッド層からなり、これらの層をＧａＡ
    ｓ基板上に格子整合させつつ成長させてなる。 【０００３】しかし、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部
    を持つダイオードの発光波長に対応する光子のエネルギ
    ーは基板であるＧａＡｓのバンドギャップより大きいた
    め、ＧａＡｓ基板が発光光の吸収層となり、ＧａＡｓ基
    板側に放射された発光光はＧａＡｓ基板に吸収され、光
    取り出し電極側に放射された発光光のみが発光ダイオー
    ドの輝度に寄与するので、十分な輝度が得られない。 【０００４】そこで、ＧａＡｓ基板による発光光の吸収
    を低減する目的で、異なる屈折率の交互積層膜からなる
    光反射層をＧａＡｓ基板と発光層部との間に設け、Ｇａ
    Ａｓ基板側へ放射された発光光を光反射層によって光取
    り出し電極側へ反射し、光の取り出し高率を改善する方
    法が行われる。光反射層は、一般的にはその光学的膜厚
    がそれぞれ発光波長の１／４程度となる高屈折率層と低
    屈折率層を交互に多数積層して形成されることが多い。
    この光反射層を構成する材料としては、ＡｌＧａＡｓ、
    ＡｌＧａＩｎＰ、若しくは両者を組み合わせたものが用
    いられてきた。 【０００５】特にＡｌwＧａ1-wＡｓを用いた光反射層
    は、ＧａＡｓ基板とほぼ格子整合していることもあり、
    最も広く使用されている。例えば、Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ
    とＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓを交互に積層した光反射層が用い
    られている。 【０００６】図３はＡｌwＧａ1-wＡｓを用いた光反射層
    を有する従来の発光ダイオードの断面構造を示す。この
    発光ダイオードにおいては、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に
    光反射層１１、発光層部１５及びｐ型電流拡散層１６が
    順次形成されている。 【０００７】発光層部１５は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラ
    ッド層１２、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１３、ｐ型ＡｌＧａ
    ＩｎＰクラッド層１４が順次積層されたダブルヘテロ構
    造層を有する。前記活性層１３の組成比は発光波長に対
    応して定められ、一例として（ＡｌyＧａ1-y）0.51Ｉｎ
    0.49Ｐ（但し０≦ｙ≦０．７）が挙げられる。光反射層
    １１は、厚さ４００Å程度のｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ層
    １１ａとｎ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層１１ｂとを交互に多
    数積層してなる。また、ｐ型電流拡散層（例えばｐ型Ａ
    ｌ0.7Ｇa0.3Ａｓ電流拡散層）１６は、該電流拡散層１
    ６上に形成されたｐ電極（図示せず）からの電流を発光
    層であるＡｌＧａＩｎＰ活性層１３の全域に効果的に拡
    散させて効率的に発光させるために設けられる。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】上記のようにＧａＡｓ
    とＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ及びＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓとは、比
    較的良く格子整合しているが、それでも室温において約
    ０．１％の格子不整合がある。このため光反射層中に格
    子不整合に基づく応力が内在し、長時間通電発光使用す
    ると発光特性に劣化を生じるという問題があった。 【０００９】また、ＡｌＧａＩｎＰを光反射層に用いた
    場合は、混晶組成、特にＩｎの組成を制御することによ
    って室温におけるＧａＡｓとの格子不整合率を極めて小
    さくすることができ、組成が最適化されたＡｌＧａＩｎ
    Ｐを交互に積層することによって内部応力がなく、かな
    りの反射率を持つ光反射層を形成することができるが、
    全体で３〜４μｍ以上の膜厚を持ったＡｌＧａＩｎＰを
    結晶性を損うことなくＧａＡｓ基板上に成長することが
    困難なため、光反射層にこの材料を使用することは好ま
    しいとは言えない。 【００１０】そこで本発明は、内部応力が内在せず、長
    時間通電発光しても発光特性が劣化しない光反射層を有
    する半導体発光装置を提供することを目的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明は、ＧａＡｓ基板
    上にＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部が形成され、前記
    ＧａＡｓ基板と前記発光層部との間に異なる屈折率の交
    互積層膜からなる光反射層を設けた半導体発光装置にお
    いて、該光反射層の材料をＡｌwＧａ1-wＡｓ1-vＰv（但
    し０≦ｗ≦１、０＜ｖ≦０．０５ｗ）、例えばＡｌ0.6
    Ｇａ0.4Ａｓ0.98Ｐ0.02とＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ0.97Ｐ
    0.03とした。発光層部を構成する活性層は、例えば（Ａ
    ｌyＧａ1-y）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（但し０≦ｙ≦０．７）か
    らなる。 【００１２】 【作用】本発明において光反射層の材料に用いるＡｌw
    Ｇａ1-wＡｓ1-vＰv（但し０≦ｗ≦１、０＜ｖ≦０．０
    ５ｗ）混晶は、室温においてＧａＡｓ基板と極めて良く
    格子整合し、室温における応力は大幅に減少する。ま
    た、結晶性を損うことなく比較的厚く形成することがで
    きる。さらに、ＧａＡｓ基板との格子整合をとるために
    加えるＰの量は極少量であるので、ＡｌＧａＡｓＰの電
    気的及び光学的特性はＡｌＧａＡｓのそれと比べてさほ
    ど変化しない。従って、ＡｌwＧａ1-wＡｓ1-vＰvを光反
    射層の材料に用いた場合は、内部応力が内在せず且つ結
    晶性が損われずに高い光反射率を有する光反射層を得る
    ことができ、長期信頼性も向上する。 【００１３】なお、ＡｌwＧａ1-wＡｓ1-vＰv、例えばＡ
    ｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ0.98Ｐ0.02とＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ0.97
    Ｐ0.03はＧａＡｓと異なる熱膨張係数を持っているた
    め、成長温度である例えば７１０℃では逆にＧａＡｓと
    格子不整合の状態にある。その不整合率は室温における
    Ａｌ0.6Ｇａ0.4ＡｓとＧａＡｓの間の不整合率とほぼ同
    じ約０．１％である。通常、格子不整合状態にある結晶
    をエピタキシャル成長させると、ミスフィット転位が導
    入されてデバイス特性に悪影響を及ぼすが、光反射層の
    場合は各層の厚みが約４００Å程度と薄いため、格子不
    整合はエピタキシャル層の弾性変形によって緩和され、
    ミスフィット転位が導入されることはない。このような
    状態で多層膜を形成すると、いわゆる歪超格子効果によ
    って基板からの貫通転位のエピタキシャル層中への伝搬
    が抑えられることが知られている。よって、ＡｌwＧａ
    1-wＡｓ1-vＰvを用いることによって、二重のデバイス
    特性改善効果が得られることがわかる。 【００１４】 【実施例】次に、本発明の実施例について図１〜図３を
    参照して詳細に説明する。 【００１５】図１は本発明の一実施例である発光ダイオ
    ードの断面構造を示す。本実施例の発光ダイオードの基
    本構造は光反射層以外は図３に示した従来の発光ダイオ
    ードと同一なので、図１において図３と同一又は相当部
    分は同一符合を付してその説明を省略する。すなわち本
    実施例の発光ダイオードにおいては、ｎ型ＧａＡｓ基板
    １０上に光反射層２０、発光層部１５及びｐ型Ａｌ0.7
    Ｇａ0.3Ａｓ0.97Ｐ0.03電流拡散層１６が順次形成され
    ている。光反射層２０は、厚さ４００Å程度のＡｌ0.6
    Ｇａ0.4Ａｓ0.98Ｐ0.02層２０ａとＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ
    0.97Ｐ0.03層２０ｂを交互に多数積層してなる。 【００１６】光反射層２０等の各エピタキシャル成長層
    の結晶成長には、例えばＭＯＶＰＥ法を用いることがで
    きる。図２は、ＭＯＶＰＥ法で各層を成長する際に用い
    る成長装置の構成例を示す。この装置で成長を行う場合
    は、各種III族金属元素の有機物の蒸気と、気相のＶ族
    元素の水素化物とを、成長層の組成に応じて分圧及び流
    量を選択して混合し、得られた混合ガスを反応室３０に
    供給し、反応室３０内に配置したｎ型ＧａＡｓ基板１０
    上に所望の成長層を順次積層形成する。 【００１７】マトリックス原料は、Ａｌ原料としてトリ
    メチルアルミニウム（図において「ＴＭＡｌ」と表
    示）、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（同「ＴＭＧ
    ａ」）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（同「Ｔ
    ＭＩｎ」）、Ｐ原料としてホスフィン（ＰＨ3）、Ａｓ
    原料としてアルシン（ＡｓＨ3）を用いることができ
    る。また、ドーパントにはジメチル亜鉛（図において
    「ＤＭＺｎ」と表示）及びセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）を
    用いる。これら以外の原料を使用してもよいことは言う
    までもない。また、基板には２インチＧａＡｓ（１０
    ０）を用いる。ＭＯＶＰＥ成長は、例えば成長温度を７
    １０℃、Ｖ族元素とIII族元素との供給量比（Ｖ／III
    比）を１００とし、成長速度を４μｍ／時で行う。 【００１８】ＡｌＧａＡｓＰ混晶の成長に際しては、Ｐ
    原料であるＰＨ3とＡｓ原料であるＡｓＨ3の濃度を精密
    にコントロールすることが重要であるが、これは通常の
    マスフローコントローラを用いて各ガスの流量を制御す
    る方法で容易に達成できる。なお、ＡｌＧａＩｎＰの成
    長時には多量のＰＨ3を供給する必要があり、ＡｌＧａ
    ＡｓＰの成長時とでＰＨ3の供給量が大きく異なること
    から、ＰＨ3のラインは図２に示すように２ライン以上
    あることが望ましい。 【００１９】上記のようにして作製した本実施例の発光
    ダイオードの通電試験を行うと、温度８５℃、湿度８５
    ％の条件でＤＣｍＡで１０００時間連続動作させた後の
    残光率は、図３に示した従来の発光ダイオード（但し、
    実施例との比較のため、ｐ型電流拡散層は実施例と同じ
    ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ0.97Ｐ0.03とした。）と比較し
    て６５％から８５％にまで改善された。従って、本実施
    例の発光ダイオードは長期信頼性に優れていることが確
    認できた。 【００２０】なお、上記実施例ではＡｌwＧａ1-wＡｓ
    1-vＰvの交互積層膜について説明したが、ＡｌＧａＡｓ
    ＰとＡｌＧａＩｎＰとを組み合わせて用いることも可能
    である。また、上記実施例では二種類の薄膜を規則的に
    積層する例を示したが、交互積層膜としてその規則性を
    故意に乱して光反射層の反射帯域を広げることも可能で
    あり、一般に発光スペクトルの半値幅が広い発光ダイオ
    ードにおいては有効であると言える。例えば、交互積層
    膜として各層の混晶比あるいは膜厚を任意に変化させる
    ことで、この広帯域化を図ることが可能である。 【００２１】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、内
    部応力を大幅に低減でき、半導体発光装置のデバイス特
    性、特に長期信頼性を改善することができた。
JP23097793A 1993-08-24 1993-08-24 半導体発光装置 Pending JPH0766455A (ja)

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US08/299,084 US5442203A (en) 1993-08-24 1994-08-18 Semiconductor light emitting device having AlGaAsP light reflecting layers
DE69414498T DE69414498T2 (de) 1993-08-24 1994-08-19 Licht-emittierende Halbleitervorrichtung
EP94112979A EP0641031B1 (en) 1993-08-24 1994-08-19 A semiconductor light emitting device

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