JPS5958879A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
- Publication number
- JPS5958879A JPS5958879A JP57170142A JP17014282A JPS5958879A JP S5958879 A JPS5958879 A JP S5958879A JP 57170142 A JP57170142 A JP 57170142A JP 17014282 A JP17014282 A JP 17014282A JP S5958879 A JPS5958879 A JP S5958879A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- light emitting
- semiconductor
- substrate
- emitting device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は半導体発光装置に関し、特に高輝度発光ダイオ
ードに関する。
ードに関する。
従来例の構成とその問題点
発光ダイオード（ＬＥＤ ）は、小型堅牢、低消費電力
等、優れた特性に加え、多色性とファツショナブルな外
観と相俟って、数多くの分野で使用されている。表示用
、デジタル用は言うまでもなく、最近では、光ファイバ
と組合せ、光伝送システム用光源として、ＱＡ機器やロ
ボット等に使用されつつある。このように多種多様にわ
たるＬＥＤに対して市場より高輝度化を望む声が強い。
等、優れた特性に加え、多色性とファツショナブルな外
観と相俟って、数多くの分野で使用されている。表示用
、デジタル用は言うまでもなく、最近では、光ファイバ
と組合せ、光伝送システム用光源として、ＱＡ機器やロ
ボット等に使用されつつある。このように多種多様にわ
たるＬＥＤに対して市場より高輝度化を望む声が強い。
ＬＥＤはへテロ接合（例えば、Ｇ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ
−ＧａＡｓ 。
−ＧａＡｓ 。
ＧａＡｓＰ−ＧａＰ等）ｆ：持つが、ヘテロ接合は異種
の半導体で接合を形成するため、通常のホモ接合と比較
して数多くの問題が発生する。ヘテロ接合を形成する場
合、結晶構造、格子定数を一致させ結晶への歪を極力減
少させることは言うまでもないが、熱膨張係数の差等に
より、接合界面での格子不整合により歪が発生する。ま
だ、不純物を添加する場合もヘテロ界面で偏析が起シや
すく、その結果、高密度の界面準位が発生する等、素子
の特性を悪くしていた。
の半導体で接合を形成するため、通常のホモ接合と比較
して数多くの問題が発生する。ヘテロ接合を形成する場
合、結晶構造、格子定数を一致させ結晶への歪を極力減
少させることは言うまでもないが、熱膨張係数の差等に
より、接合界面での格子不整合により歪が発生する。ま
だ、不純物を添加する場合もヘテロ界面で偏析が起シや
すく、その結果、高密度の界面準位が発生する等、素子
の特性を悪くしていた。
現在高輝度発光ダイオードとして注目されているガリウ
ム、アルミニウムひ素（Ｑａ ＡｌＡｓ ） ＬＥＤの
構造および同混晶中のアルミニウムひ素（ＡｌＡｓ ）
混晶比を第１図（ａ）および（ｂ）にそれぞれ断面図お
よびＡ Ｉ Ａ ｓ混晶比のプロファイルを示す。同図
（ａ）において、１はＰ −Ｇ ａ Ａ ｓ基板、２１
はＰ −Ｇ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ層、３はｎ−ＧａＡｌ
Ａｓ層、１１．１２はそれぞれｎ側、Ｐ側電極である。
ム、アルミニウムひ素（Ｑａ ＡｌＡｓ ） ＬＥＤの
構造および同混晶中のアルミニウムひ素（ＡｌＡｓ ）
混晶比を第１図（ａ）および（ｂ）にそれぞれ断面図お
よびＡ Ｉ Ａ ｓ混晶比のプロファイルを示す。同図
（ａ）において、１はＰ −Ｇ ａ Ａ ｓ基板、２１
はＰ −Ｇ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ層、３はｎ−ＧａＡｌ
Ａｓ層、１１．１２はそれぞれｎ側、Ｐ側電極である。
一般に結晶成長は、徐冷法を用いて成長を行なうが、Ｐ
ＧａＡｓ層１上のＰ−ＧａＡｌＡｓ層２１は同図（
ｂ）で示す線にＡｌＡｓ混晶比は成長とともに減少する
。ＧａＡｌＡｓ ＬＥＤば、発光効率と視感度の関係よ
り、Ｐｎ接合部でのＡ ７３ Ａ ｓ混晶比が０．３５
となるようにＡ４添加量等が制御される。その後ｎ−Ｇ
ａＡｌＡｓ層３を形成するが、Ｐｎ接合で発光した光を
吸収されることなく取り出すためにＡ Ｉ Ａ ｓ混晶
比を０．７と高くする。Ｇ ａ Ａ ｌＡ ｓをｎ型に
する添加不純物としてＴｅを用いるが、Ｔｅは液相から
固相への分配係数が大きく結晶中へ入り易い。Ｇ ａ
Ａ ／ Ａ ｓ発光ダイオードの発光領域はＰ −Ｇａ
ＡｌｌＡｓ層２１であるため、発光効率を向上させるた
めには電子の注入効率を上げることが必要である。すな
わちＴｅの添加量を増加することが必要であるが、前述
したようにペテロ界面に高濃度層が発生し、結晶性、ク
ロスドーピング等の観点から添加量を多くすることが出
来ず発光効率も悪かった。
ＧａＡｓ層１上のＰ−ＧａＡｌＡｓ層２１は同図（
ｂ）で示す線にＡｌＡｓ混晶比は成長とともに減少する
。ＧａＡｌＡｓ ＬＥＤば、発光効率と視感度の関係よ
り、Ｐｎ接合部でのＡ ７３ Ａ ｓ混晶比が０．３５
となるようにＡ４添加量等が制御される。その後ｎ−Ｇ
ａＡｌＡｓ層３を形成するが、Ｐｎ接合で発光した光を
吸収されることなく取り出すためにＡ Ｉ Ａ ｓ混晶
比を０．７と高くする。Ｇ ａ Ａ ｌＡ ｓをｎ型に
する添加不純物としてＴｅを用いるが、Ｔｅは液相から
固相への分配係数が大きく結晶中へ入り易い。Ｇ ａ
Ａ ／ Ａ ｓ発光ダイオードの発光領域はＰ −Ｇａ
ＡｌｌＡｓ層２１であるため、発光効率を向上させるた
めには電子の注入効率を上げることが必要である。すな
わちＴｅの添加量を増加することが必要であるが、前述
したようにペテロ界面に高濃度層が発生し、結晶性、ク
ロスドーピング等の観点から添加量を多くすることが出
来ず発光効率も悪かった。
発明の目的
本発明は、Ｐｎ接合界面近傍を低濃度にすることにより
界面での高濃度の準位の発生を押え結晶性を良くし、か
つ近接する高濃度層より低濃度層を介して、電子または
正孔を発光領域に注入し、注入効率を向上させ高輝度化
を図ることの出来る半導体発光装置を提供せんとするも
のである。
界面での高濃度の準位の発生を押え結晶性を良くし、か
つ近接する高濃度層より低濃度層を介して、電子または
正孔を発光領域に注入し、注入効率を向上させ高輝度化
を図ることの出来る半導体発光装置を提供せんとするも
のである。
発明の構成
本発明は、所定導電型の半導体基板上に形成された同導
電型の半導体成長層上に同じ導電型の不純物による低濃
度で、かつ電子または正孔の拡散長以下の薄膜を形成し
、Ｐｎ接合近傍での添加不純物による結晶欠陥を除去し
、さらに近接して反対導電型不純物による高濃度層を形
成し、発光領域への電子または正孔の注入は、高濃度層
より低濃度層を介して行なう構造になして、注入効率を
高めるとともにＰｎ接合近傍の結晶性を良くし発光再結
合効率を向上させることにより、高輝度化を可能となし
だものである。
電型の半導体成長層上に同じ導電型の不純物による低濃
度で、かつ電子または正孔の拡散長以下の薄膜を形成し
、Ｐｎ接合近傍での添加不純物による結晶欠陥を除去し
、さらに近接して反対導電型不純物による高濃度層を形
成し、発光領域への電子または正孔の注入は、高濃度層
より低濃度層を介して行なう構造になして、注入効率を
高めるとともにＰｎ接合近傍の結晶性を良くし発光再結
合効率を向上させることにより、高輝度化を可能となし
だものである。
実施例の説明
本発明の一実施例を第２図のＧ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ赤
色発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて詳細に説明する。
色発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて詳細に説明する。
第２図の構造で、Ｐ−ＧａＡｓ基板１（Ｚｎドープ。
不純物濃度１〜２Ｘ１０ 、 ）上に、通常の徐冷
法を用いてＰ−ＧａＡ／Ａｓ層２１を形成する。
法を用いてＰ−ＧａＡ／Ａｓ層２１を形成する。
Ｐ−ＧａＡｌＡｓ層２１の厚さは３０μｍであり、添加
不純物は亜鉛（Ｚｎ）を用い濃度は（７〜２０）×１０
１７Ｃｒｎ””’である。Ｐ−ＧａＡｌＡｓ層２１を徐
冷法を用いて成長するとＡ Ｉ Ａ ｓ混晶比は成長と
ともに減少する。それゆえＰ−ＧａＡｌＡｓ層２１を成
長する場合のＧａ １．ｇ当りの原料添加量はＡＩが
１．８ ｍｌ 、 ＧａＡｓ 多結晶がｅｏｍｇであシ
、これらを均一に溶解した成長溶液を用いて８５０°Ｃ
より８００°Ｃｔで徐冷を行なった。Ｐ −Ｇ ａ Ａ
Ｉ Ａ ｓ層２１を形成後、成長溶液を交換しＰ−Ｇ
ａＡｌＡｓ層２２を、厚さ１〜８μｍの範囲で形成する
。Ｐ−Ｇ ａ Ａ ｅ Ａ ｓ層２２への添加不純物は
Ｚｎであり、不純物濃度は５〜１０Ｘ１０ ｃＩｎ
である。成長溶液中のＡ／、ＧａＡｓのＧａに対する組
成比率は前記溶液と同じである。その後、発光領域で発
光した光が吸収されることなく外部へ取り出せるようＡ
Ｉ Ａ ｓ混晶比が０．７と高いｎ Ｇ ａ Ａ
Ｉ Ａ ｓ層３を形成する。成長溶液形成にあたっては
、Ｇａ１ｑｒ当シのＡｌ、ＧａＡｓ多結晶の添加量は、
それぞれ６１”Ｉｐ、４０１＃＋９である。ｎ −ＧＢ
ＡＩ Ａ ８層３の膜厚は２０〜２５μｍであり、不
純物濃度は５〜１０×１０１′ｃＩｎ−３である。結晶
成長終了後ｎ側電極１１゜Ｐ側電極１２を形成する。メ
サエッチを施し、素子分離を行ない所定のステムにマウ
ントする。
不純物は亜鉛（Ｚｎ）を用い濃度は（７〜２０）×１０
１７Ｃｒｎ””’である。Ｐ−ＧａＡｌＡｓ層２１を徐
冷法を用いて成長するとＡ Ｉ Ａ ｓ混晶比は成長と
ともに減少する。それゆえＰ−ＧａＡｌＡｓ層２１を成
長する場合のＧａ １．ｇ当りの原料添加量はＡＩが
１．８ ｍｌ 、 ＧａＡｓ 多結晶がｅｏｍｇであシ
、これらを均一に溶解した成長溶液を用いて８５０°Ｃ
より８００°Ｃｔで徐冷を行なった。Ｐ −Ｇ ａ Ａ
Ｉ Ａ ｓ層２１を形成後、成長溶液を交換しＰ−Ｇ
ａＡｌＡｓ層２２を、厚さ１〜８μｍの範囲で形成する
。Ｐ−Ｇ ａ Ａ ｅ Ａ ｓ層２２への添加不純物は
Ｚｎであり、不純物濃度は５〜１０Ｘ１０ ｃＩｎ
である。成長溶液中のＡ／、ＧａＡｓのＧａに対する組
成比率は前記溶液と同じである。その後、発光領域で発
光した光が吸収されることなく外部へ取り出せるようＡ
Ｉ Ａ ｓ混晶比が０．７と高いｎ Ｇ ａ Ａ
Ｉ Ａ ｓ層３を形成する。成長溶液形成にあたっては
、Ｇａ１ｑｒ当シのＡｌ、ＧａＡｓ多結晶の添加量は、
それぞれ６１”Ｉｐ、４０１＃＋９である。ｎ −ＧＢ
ＡＩ Ａ ８層３の膜厚は２０〜２５μｍであり、不
純物濃度は５〜１０×１０１′ｃＩｎ−３である。結晶
成長終了後ｎ側電極１１゜Ｐ側電極１２を形成する。メ
サエッチを施し、素子分離を行ない所定のステムにマウ
ントする。
第３図にＰ−ＧａＡ＃Ａｓ層２２の膜原２２出力の関係
の一例を示す。Ｐ−ＧａＡｌＡｓ層２２の膜厚が零とい
うのは、高濃度Ｐ−ＧａＡＩＡｓ層２１上に直接ｎ−Ｇ
ａＡ４Ａｓ層３を形成したものである。第３図に示すよ
うに、Ｐ −Ｇ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ層２２が薄い程、
光出力は高くなるが、しかしＰ−ＧａＡｌＡｓ層２２が
ないと、不純物の偏析や結晶性の悪化により発光出力は
減少する。
の一例を示す。Ｐ−ＧａＡｌＡｓ層２２の膜厚が零とい
うのは、高濃度Ｐ−ＧａＡＩＡｓ層２１上に直接ｎ−Ｇ
ａＡ４Ａｓ層３を形成したものである。第３図に示すよ
うに、Ｐ −Ｇ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ層２２が薄い程、
光出力は高くなるが、しかしＰ−ＧａＡｌＡｓ層２２が
ないと、不純物の偏析や結晶性の悪化により発光出力は
減少する。
この結晶より、電子又は正孔の拡散長以下の膜厚の低濃
度Ｐ −Ｇａ ＡＩ Ａｓ層２２を導入することにより
、Ｐｎ接合近傍での不純物の偏析を無くし、結晶性を良
くすることが出来る。一方、高濃度Ｐ−Ｇ ａ Ａ ｌ
Ａ ｓ層２１は、高濃度にドーピングを行なっても低濃
度層が存在し、かつＡ ｌｌ Ａ ｓ混晶比が同じため
界面での偏析は発生しない。電子はこの低濃度Ｐ−Ｇａ
ＡｌＡｓ層を介して高濃度層へ注入され発光再結合して
発光するが、Ｐ−ＧａＡ４Ａｓ層での発光効率は高濃度
のため高くなる。従来の低濃度層を導入しない場合と比
較して第３図の特性図のように顕著な発光出力の増加が
可能となった。
度Ｐ −Ｇａ ＡＩ Ａｓ層２２を導入することにより
、Ｐｎ接合近傍での不純物の偏析を無くし、結晶性を良
くすることが出来る。一方、高濃度Ｐ−Ｇ ａ Ａ ｌ
Ａ ｓ層２１は、高濃度にドーピングを行なっても低濃
度層が存在し、かつＡ ｌｌ Ａ ｓ混晶比が同じため
界面での偏析は発生しない。電子はこの低濃度Ｐ−Ｇａ
ＡｌＡｓ層を介して高濃度層へ注入され発光再結合して
発光するが、Ｐ−ＧａＡ４Ａｓ層での発光効率は高濃度
のため高くなる。従来の低濃度層を導入しない場合と比
較して第３図の特性図のように顕著な発光出力の増加が
可能となった。
なお本発明は、Ｇ ａ Ａ ｅ赤外発光ダイオード、Ｇ
ａＰ緑色、赤色発光ダイオード等にも同様のことが言え
る。
ａＰ緑色、赤色発光ダイオード等にも同様のことが言え
る。
発明の効果
本発明の半導体発光装置はＰｎ接合界面近傍を低濃度化
することによシ、結晶性を向上し、かつ不純物の偏析を
押え、前記低濃度層の厚さを拡散長以内にすることによ
り、隣接する高濃度層より注入を行ない、発光効率の向
上を計ることができる。
することによシ、結晶性を向上し、かつ不純物の偏析を
押え、前記低濃度層の厚さを拡散長以内にすることによ
り、隣接する高濃度層より注入を行ない、発光効率の向
上を計ることができる。
第１図（ａ）は従来のＧ ａ Ａ Ｉ Ａ ｓ赤色発光
ダイオードの構造断面図、同図（ｂ）はＡ７Ａｓ混晶比
のプロンアイル図、第２図は本発明によるＧａ Ａ Ｉ
Ａ ｓ赤色集 発光ダイオードの構造断面図、第３図Ｐ −Ｇａ Ａｌ
Ａｓ層の膜厚と発光出力の関係を示す図である。 １・−・＝Ｐ−ＧａＡｓ基板、２１− Ｐ −ＧａＡｌ
Ａｓ層（高濃度層） 、２２．、、、＝Ｐ−ＧａＡｌＡ
ｓ層（低濃度層）、３− ・−ｎ−ＧａＡｌＡｓ層、１
１・・・・・・ｎ側電極、１２・・・・・・Ｐ側電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 （α） （ｂ）第２図 ｆ 第３図
ダイオードの構造断面図、同図（ｂ）はＡ７Ａｓ混晶比
のプロンアイル図、第２図は本発明によるＧａ Ａ Ｉ
Ａ ｓ赤色集 発光ダイオードの構造断面図、第３図Ｐ −Ｇａ Ａｌ
Ａｓ層の膜厚と発光出力の関係を示す図である。 １・−・＝Ｐ−ＧａＡｓ基板、２１− Ｐ −ＧａＡｌ
Ａｓ層（高濃度層） 、２２．、、、＝Ｐ−ＧａＡｌＡ
ｓ層（低濃度層）、３− ・−ｎ−ＧａＡｌＡｓ層、１
１・・・・・・ｎ側電極、１２・・・・・・Ｐ側電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 （α） （ｂ）第２図 ｆ 第３図
Claims (2)
- （１）半導体基板と、前記基板上に形成された前記基板
と同一導電型の半導体層と、前記半導体層上に形成され
、前記半導体層よシ低不純物濃度で、前記基板と同一導
電型を有しかつ厚さが電子または正孔の拡散長以下の半
導体薄層と、前記薄層上に形成された前記基板と反対導
電型の高不純物濃度の半導体層を有し、前記薄層を介し
て電子又は正孔の少なくとも一方を発光領域へ注入する
ことを特徴とした半導体発光装置。 - （２）低不純物濃度薄層の不純物濃度が１×１０１７ｆ
ｉ’以下であることを特徴とする特許請求範囲第１項に
記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57170142A JPS5958879A (ja) | 1982-09-28 | 1982-09-28 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57170142A JPS5958879A (ja) | 1982-09-28 | 1982-09-28 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5958879A true JPS5958879A (ja) | 1984-04-04 |
Family
ID=15899443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57170142A Pending JPS5958879A (ja) | 1982-09-28 | 1982-09-28 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5958879A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6428971A (en) * | 1987-07-24 | 1989-01-31 | Sharp Kk | Gaalas infrared light emitting diode |
-
1982
- 1982-09-28 JP JP57170142A patent/JPS5958879A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6428971A (en) * | 1987-07-24 | 1989-01-31 | Sharp Kk | Gaalas infrared light emitting diode |
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