JPH055191B2 - - Google Patents
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- JPH055191B2 JPH055191B2 JP2294785A JP2294785A JPH055191B2 JP H055191 B2 JPH055191 B2 JP H055191B2 JP 2294785 A JP2294785 A JP 2294785A JP 2294785 A JP2294785 A JP 2294785A JP H055191 B2 JPH055191 B2 JP H055191B2
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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]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
- H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
Landscapes
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は化合物半導体を用いた発光素子及びそ
の製造方法に係り、特に混晶型化合物半導体とし
てGaAlAsを用い可視光で高輝度化を実現できる
発光素子及びその製造方法に関する。
の製造方法に係り、特に混晶型化合物半導体とし
てGaAlAsを用い可視光で高輝度化を実現できる
発光素子及びその製造方法に関する。
フアクシミリの読取り用光源等、LEDデイス
プレイの応用分野の拡大に伴い可視LEDの需要
が年々増大しており、より高輝度化が求められて
いる。
プレイの応用分野の拡大に伴い可視LEDの需要
が年々増大しており、より高輝度化が求められて
いる。
従来、可視光で高輝度を実現できるLEDとし
て、第６図に示すような混晶型化合物半導体であ
るGaAlAsを用いたダブルヘテロ接合構造（DH
構造）のLEDがある。
て、第６図に示すような混晶型化合物半導体であ
るGaAlAsを用いたダブルヘテロ接合構造（DH
構造）のLEDがある。
このLEDは、ｐ型GaAs結晶基板１１上に液相
エピタキシヤル成長法により、高AlAs混晶比の
Zn（亜鉛）添加ｐ型GaAlAsクラツド層１２、発
光波長に必要なAlAs混晶比の不純無添加の
GaAlAs活性層１３、GaAlAsクラツド層１２と
同等のAlAs混晶比のTe（テルル）添加ｎ型
GaAlAsクラツド層１４を順次結晶成長させる。
その後、このエピタキシヤルウエハの両面にオー
ミツク電極１５，１６を形成し、続いてｎ型
GaAlAsクラツド層１４表面からｐ−ｎ接合を越
えてメサエツチングを行ない、ダイシングをして
各素子を分離する。
エピタキシヤル成長法により、高AlAs混晶比の
Zn（亜鉛）添加ｐ型GaAlAsクラツド層１２、発
光波長に必要なAlAs混晶比の不純無添加の
GaAlAs活性層１３、GaAlAsクラツド層１２と
同等のAlAs混晶比のTe（テルル）添加ｎ型
GaAlAsクラツド層１４を順次結晶成長させる。
その後、このエピタキシヤルウエハの両面にオー
ミツク電極１５，１６を形成し、続いてｎ型
GaAlAsクラツド層１４表面からｐ−ｎ接合を越
えてメサエツチングを行ない、ダイシングをして
各素子を分離する。
このようにして形成されたLEDは、発光層と
なるGaAlAs活性層１３が薄い（0.1μ以下）場
合、GaAlAs活性層１３へ注入された電子は有効
に活性層１３に閉じこめられて、シングルヘテロ
接合構造のLEDに比較して高輝度化を実現でき
る。
なるGaAlAs活性層１３が薄い（0.1μ以下）場
合、GaAlAs活性層１３へ注入された電子は有効
に活性層１３に閉じこめられて、シングルヘテロ
接合構造のLEDに比較して高輝度化を実現でき
る。
しかしながら、GaAlAs活性層１３の厚さが１
〜2μになると、0.3mm角ペレツトの順方向通電電
流10mAの発光効率は0.2％とシングルヘテロ接合
構造のLEDの発光効率よりも低くなり、有効に
ダブルヘテロ接合構造が生かされないという問題
があつた。
〜2μになると、0.3mm角ペレツトの順方向通電電
流10mAの発光効率は0.2％とシングルヘテロ接合
構造のLEDの発光効率よりも低くなり、有効に
ダブルヘテロ接合構造が生かされないという問題
があつた。
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、GaAlAs活性層が厚くなつても、成長
技術及び成長装置は従来のままで高輝度化を実現
できる発光素子及びその製造方法を提供すること
にある。
の目的は、GaAlAs活性層が厚くなつても、成長
技術及び成長装置は従来のままで高輝度化を実現
できる発光素子及びその製造方法を提供すること
にある。
本発明は、第１導電型のGaAs結晶基板上に、
高AlAs混晶比の第１導電型GaAlAsクラツド層、
発光波長に必要なAlAs混晶比のGaAlAs活性層、
前記クラツド層と同等のAlAs混晶比の第２導電
型のGaAlAsクラツド層を順次徐冷法エピタキシ
ヤル成長により形成するダブルヘテロ接合構造の
LEDに於いて、前記GaAlAs活性層に所定濃度の
Znを添加し、かつ前記第２導電型のGaAlAsクラ
ツド層のｐ−ｎ接合近傍の濃度を、前記GaAlAs
活性層のZn濃度より低くすることにより発光効
率を向上させるものである。
高AlAs混晶比の第１導電型GaAlAsクラツド層、
発光波長に必要なAlAs混晶比のGaAlAs活性層、
前記クラツド層と同等のAlAs混晶比の第２導電
型のGaAlAsクラツド層を順次徐冷法エピタキシ
ヤル成長により形成するダブルヘテロ接合構造の
LEDに於いて、前記GaAlAs活性層に所定濃度の
Znを添加し、かつ前記第２導電型のGaAlAsクラ
ツド層のｐ−ｎ接合近傍の濃度を、前記GaAlAs
活性層のZn濃度より低くすることにより発光効
率を向上させるものである。
本発明は、また上記GaAs結晶基板をエツチン
グ除去することにより、LEDの裏面側に向う発
光成分の取出しをも可能としさらに発光効率を向
上させるものである。
グ除去することにより、LEDの裏面側に向う発
光成分の取出しをも可能としさらに発光効率を向
上させるものである。
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。第２図に於いて、２１は濃度が１〜４×
1019cm-3で、厚さ300μのｐ型のGaAs結晶基板で
あり、このGaAs結晶基板２１上には高AlAs混晶
比のｐ型のGa0.2Al0.8Asクラツド層（以下、ｐ型
クラツド層と略称する。）２２が形成されている。
このｐ型クラツド層２２上には、発光波長に必要
なAlAs混晶比のGa0.65Al0.35As活性層（以下、活
性層と略称する。）２３が形成されている。この
活性層２３には所定濃度のｐ型不純物としてZn
が添加されている。活性層２３上には、上記ｐ型
クラツド層２２と同等のAlAs混晶比のｎ型の
Ga0.2Al0.8Asクラツド層（以下、ｎ型クラツド層
と略称する。）２４が形成されている。上記
GaAs結晶基板２１の裏面側にはＰ型のオーミツ
ク電極２５、ｎ型クラツド層２４の表面にはｐ型
のオーミツク電極２６が形成されている。
する。第２図に於いて、２１は濃度が１〜４×
1019cm-3で、厚さ300μのｐ型のGaAs結晶基板で
あり、このGaAs結晶基板２１上には高AlAs混晶
比のｐ型のGa0.2Al0.8Asクラツド層（以下、ｐ型
クラツド層と略称する。）２２が形成されている。
このｐ型クラツド層２２上には、発光波長に必要
なAlAs混晶比のGa0.65Al0.35As活性層（以下、活
性層と略称する。）２３が形成されている。この
活性層２３には所定濃度のｐ型不純物としてZn
が添加されている。活性層２３上には、上記ｐ型
クラツド層２２と同等のAlAs混晶比のｎ型の
Ga0.2Al0.8Asクラツド層（以下、ｎ型クラツド層
と略称する。）２４が形成されている。上記
GaAs結晶基板２１の裏面側にはＰ型のオーミツ
ク電極２５、ｎ型クラツド層２４の表面にはｐ型
のオーミツク電極２６が形成されている。
次に、上記構造の製造方法について説明する。
結晶の成長は、徐冷法による液相エピタキシヤル
成長により行つた。成長用ボートは第３図に示す
ようなボート２７が用いられ、各溜の溶液の組成
は次のようにした。ｐ型クラツド層用溶液溜２８
にはAlAs混晶比が0.8となる量のAl、多結晶の
GaAs、Ga、アクセプタ濃度が３〜５×1017cm-3
となる量のZnを添加する。ｐ型活性層用溶液溜
２９には、発光波長660nmとなるAlAs混晶比が
0.35のAl、多結晶のGaAs、Ga、アクセプタ濃度
が所定の値となる量のZnを添加する。ｎ型クラ
ツド層用溶液溜３０には、AlAs混晶比が0.8とな
る量のAl、多結晶のGaAs、Ga、ドナー濃度が
１×1017cm-3となる量のTeを添加する。
結晶の成長は、徐冷法による液相エピタキシヤル
成長により行つた。成長用ボートは第３図に示す
ようなボート２７が用いられ、各溜の溶液の組成
は次のようにした。ｐ型クラツド層用溶液溜２８
にはAlAs混晶比が0.8となる量のAl、多結晶の
GaAs、Ga、アクセプタ濃度が３〜５×1017cm-3
となる量のZnを添加する。ｐ型活性層用溶液溜
２９には、発光波長660nmとなるAlAs混晶比が
0.35のAl、多結晶のGaAs、Ga、アクセプタ濃度
が所定の値となる量のZnを添加する。ｎ型クラ
ツド層用溶液溜３０には、AlAs混晶比が0.8とな
る量のAl、多結晶のGaAs、Ga、ドナー濃度が
１×1017cm-3となる量のTeを添加する。
このような溶液組成のボート２７を用いて第４
図に示すような温度プログラムで結晶成長を行な
つた。すなわち、先ず、水素H2ガス中で、室温
から850℃まで昇温させ、次にこの温度を２時間
保持した後、徐々に冷却させる。冷却速度は約
0.5℃／minとする。この間、845℃でGaAs結晶
基板２１をｐ型クラツド層用溶液溜２８まで移動
させ、GaAs結晶基板２１上にｐ型クラツド層２
７を60秒間成長させる。その後、830℃でGaAs
結晶基板２１をさらに活性層用溶液溜２９まで移
動させ、活性層２３を成長させる。この成長後、
GaAs結晶基板２１をさらにｎ型クラツド層用溶
液溜３０まで移動させ、ｎ型クラツド層２４を成
長させる。780℃になると、ｎ型クラツド層２４
の成長を停止させ、その後室温まで放冷させる。
図に示すような温度プログラムで結晶成長を行な
つた。すなわち、先ず、水素H2ガス中で、室温
から850℃まで昇温させ、次にこの温度を２時間
保持した後、徐々に冷却させる。冷却速度は約
0.5℃／minとする。この間、845℃でGaAs結晶
基板２１をｐ型クラツド層用溶液溜２８まで移動
させ、GaAs結晶基板２１上にｐ型クラツド層２
７を60秒間成長させる。その後、830℃でGaAs
結晶基板２１をさらに活性層用溶液溜２９まで移
動させ、活性層２３を成長させる。この成長後、
GaAs結晶基板２１をさらにｎ型クラツド層用溶
液溜３０まで移動させ、ｎ型クラツド層２４を成
長させる。780℃になると、ｎ型クラツド層２４
の成長を停止させ、その後室温まで放冷させる。
このようにして形成した各成長層の厚さは、ｐ
型クラツド層２２は10μ、活性層２３は１〜2μ、
ｎ型クラツド層２４は40μであつた。
型クラツド層２２は10μ、活性層２３は１〜2μ、
ｎ型クラツド層２４は40μであつた。
その後、このエピタキシヤルウエハの両面にオ
ーミツク電極２５，２６を形成した後、ｎ型クラ
ツド層２４表面からｐ−ｎ接合を越えてメサエツ
チングを行ない、ダイシングにより各素子を分離
して、第２図に示した構造を得る。
ーミツク電極２５，２６を形成した後、ｎ型クラ
ツド層２４表面からｐ−ｎ接合を越えてメサエツ
チングを行ない、ダイシングにより各素子を分離
して、第２図に示した構造を得る。
このようにして得られたLEDは、活性層２３
にZnを添加しているため、活性層２３が比較的
に厚い（2μ）場合でも、ダブルヘテロ接合構造
を有効に活用することができ、従来構造の数倍の
発光特性の向上した素子を実現できた。第５図は
ｐ型クラツド層２２のアクセプタ濃度を４×1017
cm-3、ｎ型クラツド層２４のドナー濃度を１×
1017cm-3一定としたときの、活性層２３のアクセ
プタ（亜鉛）の濃度と、順方向に10mAを通電し
たときの発光出力との関係を示すものである。同
図に於いて、ａは従来例の場合、ｂは第２図の実
施例の場合を示すものである。同図から、活性層
２３の濃度がｎ型クラツド層２４の濃度より低濃
度であると、発光効率は低くなる。濃度上昇に伴
い、発光効率も向上し、５〜６×1017cm-3で最高
（従来の５倍程度）となり、それより高濃度とな
ると発光効率は低下する。従つて、活性層２３の
アクセプタ濃度を１×1017〜１×1018cm-3にする
ことにより、高輝度のLEDが得られる。
にZnを添加しているため、活性層２３が比較的
に厚い（2μ）場合でも、ダブルヘテロ接合構造
を有効に活用することができ、従来構造の数倍の
発光特性の向上した素子を実現できた。第５図は
ｐ型クラツド層２２のアクセプタ濃度を４×1017
cm-3、ｎ型クラツド層２４のドナー濃度を１×
1017cm-3一定としたときの、活性層２３のアクセ
プタ（亜鉛）の濃度と、順方向に10mAを通電し
たときの発光出力との関係を示すものである。同
図に於いて、ａは従来例の場合、ｂは第２図の実
施例の場合を示すものである。同図から、活性層
２３の濃度がｎ型クラツド層２４の濃度より低濃
度であると、発光効率は低くなる。濃度上昇に伴
い、発光効率も向上し、５〜６×1017cm-3で最高
（従来の５倍程度）となり、それより高濃度とな
ると発光効率は低下する。従つて、活性層２３の
アクセプタ濃度を１×1017〜１×1018cm-3にする
ことにより、高輝度のLEDが得られる。
第１図は他の実施例を示すもので、上記GaAs
結晶基板２１を化学的エツチング、例えば
（NH3＋H2O2）の混合液により除去し、またオ
ーミツク電極３１は不連続に設け、例えば水玉模
様の形状に形成したものである。
結晶基板２１を化学的エツチング、例えば
（NH3＋H2O2）の混合液により除去し、またオ
ーミツク電極３１は不連続に設け、例えば水玉模
様の形状に形成したものである。
このような構造であれば、クラツド層２２の裏
面側からも発光を取り出すことができる。すなわ
ち、このLEDを図示しないリードフレームに取
付けた場合、活性層２３からの発光は、クラツド
層２２を経てオーミツク電極３１の隙間３２，３
２……を通り、さらにリードフレームの反射面で
反射され、その結果クラツド層２４の表面から取
出された光と共に発光に寄与するものである。第
５図にｃで示す曲線は上記構造のLEDの発光効
率を示すもので、第２図のLEDに比べ、さらに
発光効率が２〜３倍向上している。
面側からも発光を取り出すことができる。すなわ
ち、このLEDを図示しないリードフレームに取
付けた場合、活性層２３からの発光は、クラツド
層２２を経てオーミツク電極３１の隙間３２，３
２……を通り、さらにリードフレームの反射面で
反射され、その結果クラツド層２４の表面から取
出された光と共に発光に寄与するものである。第
５図にｃで示す曲線は上記構造のLEDの発光効
率を示すもので、第２図のLEDに比べ、さらに
発光効率が２〜３倍向上している。
尚、上記実施例に於いては、GaAs結晶基板２
１としてｐ型のものを用いて説明したが、本発明
はこれに限定するものではなく、ｎ型のGaAs結
晶基板を用いた構造のLEDにも適用できるもの
である。また、第１図の実施例に於いて、オーミ
ツク電極２８の形状を水玉模様としたが、これに
限定するものではなく、要はクラツド層２２の裏
面からの発光が通過できる形状であれば良い。
１としてｐ型のものを用いて説明したが、本発明
はこれに限定するものではなく、ｎ型のGaAs結
晶基板を用いた構造のLEDにも適用できるもの
である。また、第１図の実施例に於いて、オーミ
ツク電極２８の形状を水玉模様としたが、これに
限定するものではなく、要はクラツド層２２の裏
面からの発光が通過できる形状であれば良い。
以上のように本発明によれば、GaAlAs活性層
を厚くしても高輝度化を実現でき、ダブルヘテロ
接合構造を有効に利用することができる発光素子
及びその製造方法を提供できる。
を厚くしても高輝度化を実現でき、ダブルヘテロ
接合構造を有効に利用することができる発光素子
及びその製造方法を提供できる。
第１図は本発明の一実施例に係るLEDの構造
を示す断面図、第２図は本発明の他の実施例に係
るLEDの構造を示す断面図、第３図は第２図の
LEDの製造装置を示す断面図、第４図は第３図
の製造装置に使用される温度プログラムを示す
図、第５図は発光効率の活性層に於ける亜鉛濃度
に対する依存性を示す図、第６図は従来のLED
の構造を示す断面図である。 ２１……GaAs結晶基板、２２……ｐ型
GaAlAsクラツド層、２３……GaAlAs活性層、
２４……ｎ型GaAlAsクラツド層、２５，２６，
２７……オーミツク電極。
を示す断面図、第２図は本発明の他の実施例に係
るLEDの構造を示す断面図、第３図は第２図の
LEDの製造装置を示す断面図、第４図は第３図
の製造装置に使用される温度プログラムを示す
図、第５図は発光効率の活性層に於ける亜鉛濃度
に対する依存性を示す図、第６図は従来のLED
の構造を示す断面図である。 ２１……GaAs結晶基板、２２……ｐ型
GaAlAsクラツド層、２３……GaAlAs活性層、
２４……ｎ型GaAlAsクラツド層、２５，２６，
２７……オーミツク電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１導電型の混晶型化合物半導体により形成
された第１のクラツド層と、この第１のクラツド
層上に設けられ、発光波長に必要な混晶比の混晶
型化合物半導体に、亜鉛が濃度１×1017〜１×
1018cm-3に添加されて形成され、１〜2μmの厚さ
を有する活性層と、前記第１のクラツド層と同等
の混晶比の第２導電型の混晶型化合物半導体によ
り形成され、かつ前記活性層となす接合部近傍の
濃度が前記活性層の亜鉛濃度より低く、前記活性
層上に設けられた第２のクラツド層と、前記第１
のクラツド層の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第２のクラツド層の表面に設けられた第２の
電極とを具備したことを特徴とする発光素子。 ２ 前記第１の電極は前記第１のクラツド層の裏
面に於いて不連続的に形成されている特許請求の
範囲第１項記載の発光素子。 ３ 第１導電型の化合物半導体結晶基板と、第１
導電型の混晶型化合物半導体により形成され、前
記化合物半導体結晶基板上に設けられた第１のク
ラツド層と、この第１のクラツド層上に設けら
れ、発光波長に必要な混晶比の混晶型化合物半導
体に、亜鉛が濃度１×1017〜１×1018cm-3に添加
されて形成され、１〜2μmの厚さを有する活性層
と、前記第１のクラツド層と同等の混晶比の第２
導電型の混晶型化合物半導体により形成され、か
つ前記活性層となす接合部近傍の濃度が前記活性
層の亜鉛濃度より低く、前記活性層上に設けられ
た第２のクラツド層と、前記化合物半導体結晶基
板の裏面に設けられた第１の電極と、前記第２の
クラツド層の表面に設けられた第２の電極とを具
備したことを特徴とする発光素子。 ４ ダブルヘテロ接合構造の発光素子を製造する
方法に於いて、第１導電型の化合物半導体結晶基
板上に第１導電型の混晶型化合物半導体をエピタ
キシヤル成長させ第１のクラツド層を形成する工
程と、この第１のクラツド層上に発光波長に必要
な混晶比で亜鉛を濃度１×1017〜１×1018cm-3に
添加した混晶型化合物半導体をエピタキシヤル成
長させ、１〜2μmの厚さを有する活性層を形成す
る工程と、この活性層上に前記第１のクラツド層
と同等の混晶比の第２導電型の混晶型化合物半導
体をエピタキシヤル成長させ、前記活性層となす
接合部近傍の濃度が前記活性層の亜鉛濃度より低
い第２のクラツド層を形成する工程とを具備し、
前記第１のクラツド層、活性層及び第２のクラツ
ド層のエピタキシヤル成長は徐冷法により行なう
ことを特徴とする発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60022947A JPS61183977A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60022947A JPS61183977A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 発光素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61183977A JPS61183977A (ja) | 1986-08-16 |
| JPH055191B2 true JPH055191B2 (ja) | 1993-01-21 |
Family
ID=12096813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60022947A Granted JPS61183977A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61183977A (ja) |
Families Citing this family (9)
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| DE19536438A1 (de) * | 1995-09-29 | 1997-04-03 | Siemens Ag | Halbleiterbauelement und Herstellverfahren |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS5563887A (en) * | 1978-11-06 | 1980-05-14 | Nec Corp | Light-emitting diode |
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| JPS56111275A (en) * | 1980-02-07 | 1981-09-02 | Semiconductor Res Found | Luminous semiconductor device |
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-
1985
- 1985-02-08 JP JP60022947A patent/JPS61183977A/ja active Granted
Patent Citations (7)
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|---|---|---|---|---|
| JPS50157084A (ja) * | 1974-05-28 | 1975-12-18 | ||
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61183977A (ja) | 1986-08-16 |
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