JP4483513B2 - Semiconductor light emitting device and epitaxial wafer for semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、高輝度、高寿命の半導体発光素子(発光ダイオードLED、半導体レーザLD)及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハの構造に係り、特にp型不純物として亜鉛(Zn)及びマグネシウム(Mg)を用いたAlGaInP系発光素子に適した構造に関するものである。 The present invention relates to a structure of a semiconductor light emitting device (light emitting diode LED, semiconductor laser LD) having a high brightness and a long life and an epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device, and in particular, zinc (Zn) and magnesium (Mg) are used as p-type impurities. The present invention relates to a structure suitable for the AlGaInP light emitting element.
発光ダイオード(LED)は、産業用や民生用の表示素子として広く用いられている。高輝度のLEDとしてはAlGaAsの赤色LEDがあった。しかし、赤色より短波長のLEDとしてはGaAsPやGaPがあったが、低輝度しか得られなかった。しかし、最近AlGaInP系の結晶層をMOVPE法で成長できるようになったことから、橙色、黄色、緑色の高輝度LEDを製作できるようになってきた。 Light emitting diodes (LEDs) are widely used as industrial and consumer display elements. As a high-brightness LED, there was an AlGaAs red LED. However, although LEDs with shorter wavelengths than red were GaAsP and GaP, only low luminance was obtained. However, since it has recently become possible to grow AlGaInP-based crystal layers by the MOVPE method, it has become possible to produce orange, yellow, and green high-intensity LEDs.
従来、LED及びLDの高出力動作時や高温動作時には、活性層からp型クラッド層への電子のオーバーフローによるリーク電流が大きくなり、閾電流や動作電流が増大することが知られている。安定な高温・高出力動作を達成するためには、p型クラッド層を極力高キャリア濃度化することが望ましい。そこで、p型クラッド層のp型不純物としては亜鉛(Zn)を用いるのが一般的であった。 Conventionally, it is known that when a LED or LD operates at a high output or at a high temperature, a leakage current due to an overflow of electrons from the active layer to the p-type cladding layer increases, and a threshold current and an operating current increase. In order to achieve stable high temperature and high output operation, it is desirable to increase the carrier concentration of the p-type cladding layer as much as possible. Therefore, zinc (Zn) is generally used as the p-type impurity of the p-type cladding layer.
しかし、p型不純物としてZnを用いた場合、p型クラッド層の高キャリア濃度化とともにZnが活性層まで拡散してしまい、素子特性と信頼性の劣化を招くという問題が生じる。このためZnを低濃度ドーピングせざるを得なかった。p型不純物としてZnを用いた場合のp型クラッド層キャリア濃度としては、通常4×1017cm-3程度と比較的低濃度に設定されている。 However, when Zn is used as the p-type impurity, there is a problem that Zn is diffused to the active layer as the carrier concentration of the p-type cladding layer is increased, leading to deterioration of device characteristics and reliability. For this reason, Zn had to be doped at a low concentration. The carrier concentration of the p-type cladding layer when Zn is used as the p-type impurity is normally set to a relatively low concentration of about 4 × 10 17 cm −3 .
この問題の対策として、n型基板の上に活性層をn型とp型のクラッド層で挟んだ発光部を形成し、そのZnドープp型クラッド層上にZnドープp型電流拡散層を形成した半導体発光素子の構造において、アンドープ活性層とp型クラッド層の間に、Zn拡散抑止層(アンドープAlGaInPスペーサ層)を500nm以上挿入することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1では、活性層上に、Znドープp型クラッド層、Znドープp型電流拡散層を順次積層した半導体発光素子の層構造であり、Znが活性層側に向かうことが前提となっている。
As a countermeasure for this problem, an active layer to form a light-emitting portion sandwiched by n-type and p-type cladding layer on the n-type substrate, the Zn-doped p-type current expansion goldenrod its Zn-doped p-type cladding layer In the structure of the formed semiconductor light emitting device, it has been proposed to insert a Zn diffusion suppression layer (undoped AlGaInP spacer layer) of 500 nm or more between the undoped active layer and the p-type cladding layer (see, for example, Patent Document 1). . In
なお、p型不純物として、Znに比べ拡散定数が小さいマグネシウム(Mg)を用いて、p型クラッド層及びその上のp型コンタクト層を高キャリア濃度化することも知られている(例えば、特許文献2参照)。この特許文献2では、活性層上に、Mgドープp型クラッド層、Mgドープp型コンタクトを順次積層した半導体発光素子の層構造となっている。
It is also known to increase the carrier concentration of the p-type cladding layer and the p-type contact layer thereon using magnesium (Mg) having a smaller diffusion constant than Zn as the p-type impurity (for example, patents) Reference 2). In
また、活性層上に、Znドープp型クラッド層、Znドープp型電流拡散層を順次積層し、このZnドープp型電流拡散層中にMgドープの薄い高抵抗層を設けた半導体発光素子の構造が知られている(例えば、特許文献3参照)。このMgドープp型高抵抗層は、p側電極から注入された電流を断面横方向に拡散する目的で挿入される。この特許文献3では、活性層上に、Znドープp型クラッド層、Mgドープp型高抵抗層、Znドープp型クラッド層を順次積層した半導体発光素子の層構造となっている。
上記のように、n型基板の上に活性層をn型とp型のクラッド層で挟んだ発光部を形成した構造の半導体発光素子において、従来、p型クラッド層のp型ドーパントとしてZnが用いられてきたが、Znは拡散し易いという特徴を持っているため、p型クラッド層にZnをドーピングすると、このZnが活性層まで拡散し、その結果、発光輝度の低下や、信頼性の低下や、逆耐圧の経時劣化などを引き起こすという問題があった。 As described above, in a semiconductor light emitting device having a structure in which an active layer is sandwiched between an n-type and a p-type cladding layer on an n-type substrate, Zn has conventionally been used as a p-type dopant for the p-type cladding layer. Although it has been used, since Zn has a feature of being easily diffused, when Zn is doped into the p-type cladding layer, this Zn diffuses to the active layer, resulting in a decrease in emission luminance and reliability. There has been a problem that it causes a decrease and a reverse breakdown with time.
一方、Znに代わるp型ドーパントとして、Znよりも拡散しにくいが故に高濃度に添加できるMgをp型クラッド層に用いる方法を採ることもできるが、例えば、電流拡散層にGaP層を用いたAlGaInP系LEDエピタキシャル構造の場合、p型AlGaInPクラッド層とp型GaP電流拡散層の間にはバンド不連続のためにエネルギ障壁があり、電流が流れにくいという性質がある。そこで高キャリア濃度のp型AlGaInP半導体層(バンド不連続解消層)を挿入しこのエネルギ障壁を緩和する方法を取ることとなる。しかし、Mgドーパントでは所望のキャリア濃度が得られないため、このエネルギ障壁が緩和できず、高Vfとなるという問題があった。 On the other hand, as a p-type dopant instead of Zn, Mg can be added to the p-type cladding layer because it is less diffusible than Zn. For example, a GaP layer is used for the current diffusion layer. In the case of an AlGaInP-based LED epitaxial structure, there is an energy barrier due to band discontinuity between the p-type AlGaInP cladding layer and the p-type GaP current diffusion layer, and there is a property that current does not easily flow. Therefore, a p-type AlGaInP semiconductor layer (band discontinuity eliminating layer) with a high carrier concentration is inserted to reduce this energy barrier. However, since the desired carrier concentration cannot be obtained with Mg dopant, there is a problem that this energy barrier cannot be relaxed and the Vf becomes high.
要するに、従来においては、p型クラッド層のp型ドーパントとしてZnを用いるとZnが活性層まで拡散するという問題が生じ、他方Mgを用いると所望のキャリア濃度が得にくいという問題があった。 In short, conventionally, when Zn is used as the p-type dopant of the p-type cladding layer, there is a problem that Zn diffuses to the active layer, and when Mg is used, a desired carrier concentration is difficult to obtain.
従って、本発明の目的は、上記問題を解決し、活性層近傍のp型半導体層中にドーパントとしてZnを用いても、活性層中へのZn拡散を少なくし、高輝度、高信頼性、且つ逆耐圧の経時劣化の少ない構造のLED及びLDが得られる発光素子を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to solve the above problems, and even if Zn is used as a dopant in the p-type semiconductor layer in the vicinity of the active layer, Zn diffusion into the active layer is reduced, resulting in high brightness, high reliability, Another object of the present invention is to provide a light-emitting element capable of obtaining an LED and an LD having a reverse breakdown voltage structure with little deterioration with time.
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
請求項1の発明に係る半導体発光素子は、n型GaAs基板の上にアンドープAlGaInPから成る活性層をn型とp型のAlGaInPクラッド層で挟んだ発光部を形成した構造の半導体発光素子において、少なくともマグネシウム(Mg)がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層と前記アンドープAlGaInPから成る活性層との間に、少なくとも亜鉛(Zn)がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層を設置することにより、マグネシウムと亜鉛の相互拡散を利用して、前記少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層の亜鉛が、前記アンドープAlGaInPから成る活性層側とは反対側の前記少なくともマグネシウムがドーピングされたp型AlGaInPクラッド層側に拡散するようにした構造としたことを特徴とする。
The semiconductor light-emitting device according to the invention of
請求項2の発明に係る半導体発光素子は、n型GaAs基板の上にアンドープAlGaInPから成る活性層をn型とp型のAlGaInPクラッド層で挟んだ発光部を形成し、その上にp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層を形成した構造の半導体発光素子において、少なくともマグネシウムがドーピングされたp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層と前記アンドープAlGaInPから成る活性層との間に、少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層を設置することにより、マグネシウムと亜鉛の相互拡散を利用して、前記少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層の亜鉛が、前記アンドープAlGaInPから成る活性層側とは反対側の前記少なくともマグネシウムがドーピングされたp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層側に拡散するようにした構造としたことを特徴とする。これは、発光部の上にp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層を有する構造(図1、図2)を特定したものである。
The semiconductor light emitting device according to the invention of
請求項3の発明に係る半導体発光素子は、n型GaAs基板の上にアンドープAlGaInPから成る活性層をn型とp型のAlGaInPクラッド層で挟んだ発光部を形成し、その上にp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層を形成した構造の半導体発光素子において、前記p型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層が、少なくともマグネシウムがドーピングされた層と、これに隣接して前記アンドープAlGaInPから成る活性層側に設けられた少なくとも亜鉛がドーピングされた層との二層構造から成り、前記二層構造の電流拡散層と前記アンドープAlGaInPから成る活性層との間に、少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInP半導体層を設置することにより、マグネシウムと亜鉛の相互拡散を利用して、前記少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInP半導体層の亜鉛が、前記アンドープAlGaInPから成る活性層側とは反対側の前記少なくともマグネシウムがドーピングされたp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層側に拡散するようにした構造としたことを特徴とする。
The semiconductor light emitting device according to the invention of
請求項4の発明に係る半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、n型GaAs基板の上にアンドープAlGaInPから成る活性層をn型とp型のAlGaInPクラッド層で挟んだ発光部を形成した構造の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、少なくともマグネシウムがドーピングされたp型AlGaInPクラッド層と前記アンドープAlGaInPから成る活性層との間に、少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層を設置することにより、マグネシウムと亜鉛の相互拡散を利用して、前記少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層の亜鉛が、前記アンドープAlGaInPから成る活性層側とは反対側の前記少なくともマグネシウムがドーピングされたp型AlGaInPクラッド層側に拡散するようにした構造としたことを特徴とする。
An epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to a fourth aspect of the present invention is a semiconductor light emitting device having a structure in which an active layer made of undoped AlGaInP is sandwiched between an n- type and p- type AlGaInP cladding layer on an n- type GaAs substrate. in the epitaxial wafer element, between the active layer made of the undoped AlGaInP and at least p-type magnesium-doped AlGaInP cladding layer, by placing a p-type AlGaInP cladding layer at least zinc is doped, magnesium and zinc interdiffusion using a prior SL zinc p-type AlGaInP cladding layer at least zinc is doped, the p-type AlGaI at least magnesium previous SL opposite side is doped with an active layer side of undoped AlGaInP The structure is characterized by diffusing to the nP cladding layer side.
請求項5の発明に係る半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、n型GaAs基板の上にアンドープAlGaInPから成る活性層をn型とp型のAlGaInPクラッド層で挟んだ発光部を形成し、その上にp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層を形成した構造の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、少なくともマグネシウムがドーピングされたp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層と前記アンドープAlGaInPから成る活性層との間に、少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層を設置することにより、マグネシウムと亜鉛の相互拡散を利用して、前記少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層の亜鉛が、前記アンドープAlGaInPから成る活性層側とは反対側の前記少なくともマグネシウムがドーピングされたp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層側に拡散するようにした構造としたことを特徴とする。これは、発光部の上にp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層を有する構造(図1、図2)を特定したものである。
An epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device according to a fifth aspect of the present invention includes: a light emitting portion in which an active layer made of undoped AlGaInP is sandwiched between n type and p type AlGaInP cladding layers on an n type GaAs substrate; in p-type GaP or semiconductor light-emitting device epitaxial wafer having a structure forming a current diffusion layer made of AlGaAs, activity comprising the undoped AlGaInP current diffusion layer made of p-type GaP or AlGaAs at least magnesium-doped between the layers, by placing a p-type AlGaInP cladding layer at least zinc is doped, by utilizing interdiffusion of magnesium and zinc, the zinc before Symbol p-type AlGaInP cladding layer at least zinc-doped Undoped AlGaInP The active layer side consisting, characterized in that the structure to at least magnesium previous SL opposite diffuses into the current diffusion layer side composed of GaP or AlGaAs p-type doped. This structure having a current diffusion layer made of p-type GaP or AlGaAs on the light-emitting portion (FIG. 1, FIG. 2) is obtained by identifying.
請求項6の発明に係る半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、n型GaAs基板の上にアンドープAlGaInPから成る活性層をn型とp型のAlGaInPクラッド層で挟んだ発光部を形成し、その上にp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層を形成した構造の半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記p型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層が、少なくともマグネシウムがドーピングされた層と、これに隣接して前記アンドープAlGaInPから成る活性層側に設けられた少なくとも亜鉛がドーピングされた層との二層構造から成り、前記二層構造の電流拡散層と前記アンドープAlGaInPから成る活性層との間に、少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInP半導体層を設置することにより、マグネシウムと亜鉛の相互拡散を利用して、前記少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInP半導体層の亜鉛が、前記アンドープAlGaInPから成る活性層側とは反対側の前記少なくともマグネシウムがドーピングされたp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層側に拡散するようにした構造としたことを特徴とする。
An epitaxial wafer for a semiconductor light-emitting device according to a sixth aspect of the present invention includes: a light-emitting portion in which an active layer made of undoped AlGaInP is sandwiched between an n- type and a p- type AlGaInP cladding layer on an n- type GaAs substrate; in p-type GaP or semiconductor light-emitting device epitaxial wafer having a structure forming a current diffusion layer made of AlGaAs, before Symbol p-type current diffusion layer made of GaP or AlGaAs of a layer at least magnesium-doped, at least zinc is made from a two-layer structure of the doped layer, the active layer and the current diffusion layer composed of the undoped AlGaInP before SL two-layer structure which the adjacent disposed on the active layer side composed of the undoped AlGaInP And a p-type AlGaInP semiconductor layer doped with at least zinc. By installing, by utilizing interdiffusion of magnesium and zinc, before Symbol zinc p-type AlGaInP semiconductor layer which at least zinc is doped, prior Symbol least magnesium opposite to the active layer side composed of the undoped AlGaInP There is characterized in that the structure to diffuse the current diffusion layer side composed of doped p-type GaP or AlGaAs.
<発明の要点>
上記目的を達するために、本発明では、活性層近傍側のp型半導体層(例えばp型クラッド層)に亜鉛をドーピングし、この半導体層に隣接するようにマグネシウムをドーピングしたp型半導体層(例えば、p型電流拡散層、p型コンタクト層、p型クラッド層など)を設置する。こうすることにより、マグネシウムをドーピングしたp型半導体層中に亜鉛が拡散し、その結果、活性層側とは反対側の方向に亜鉛拡散が起こる。そのため、活性層中への亜鉛の拡散が少ない構造のLED及びLDが得られる発光素子を製作できるので、高輝度、高信頼性、且つ逆耐圧の経時劣化の少ない半導体発光素子を得ることができる。
<Key points of the invention>
In order to achieve the above object, according to the present invention, a p-type semiconductor layer (for example, a p-type cladding layer) near the active layer is doped with zinc and magnesium is doped adjacent to the semiconductor layer ( For example, a p-type current diffusion layer, a p-type contact layer, a p-type cladding layer, etc.) are provided. By doing so, zinc diffuses in the p-type semiconductor layer doped with magnesium, and as a result, zinc diffusion occurs in the direction opposite to the active layer side . As a result, a light emitting device capable of obtaining an LED and an LD having a structure in which zinc is less diffused into the active layer can be manufactured. Thus, a semiconductor light emitting device with high luminance, high reliability, and low withstand voltage deterioration over time can be obtained. .
本発明は特許文献1〜3と次の点で相違する。
The present invention differs from
特許文献1は、活性層の上にアンドープスペーサ層、Znドープp型クラッド層、Znドープp型電流拡散層のみが存在する構成、すなわち、活性層の上にMgドープ層が存在しない構成のものであり、本発明の相互拡散を利用する考え方の存しないものである。
特許文献2は、活性層の上に、Mgドープp型クラッド層、Mgドープp型コンタクト層のみが存在する構成、すなわち、活性層の上にZnドープ層が存在しない構成のものであり、同様に本発明の相互拡散を利用する考え方の存しないものである。
特許文献3は、活性層の上に、Znドープp型クラッド層、Znドープp型電流拡散層、Mgドープp型高抵抗層、Znドープp型電流拡散層が存在する構成を開示している。しかし、このMgドープp型高抵抗層は、p側電極から注入された電流を断面横方向に拡散する目的で挿入されたものである。すなわち、特許文献3は、相互拡散でZnを活性層側とは反対側に拡散させるという本発明の技術思想を有しない、全く異なる技術に属するものである。
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。 According to the present invention, the following excellent effects can be obtained.
本発明の半導体発光素子又は半導体発光素子用エピタキシャルウェハによれば、少なくともMgがドーピングされたp型半導体層と活性層との間に、少なくともZnがドーピングされたp型半導体層を設置し、マグネシウムと亜鉛の相互拡散を利用して亜鉛が活性層側とは反対側の上記少なくともMgがドーピングされたp型半導体層側に拡散するようにした構造としたので、従来の亜鉛をドーピングした発光ダイオード又はレーザダイオードに比べ、活性層へ亜鉛が拡散しない。従って、本発明によれば、発光輝度の低下、信頼性の低下、逆耐圧の経時劣化のないLED又はLDを作製することができる。
According to the semiconductor light emitting device or the epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device of the present invention, a p-type semiconductor layer doped with at least Zn is disposed between the p-type semiconductor layer doped with at least Mg and the active layer, and magnesium zinc utilizing interdiffusion of zinc was the structure to diffuse the p-type semiconductor layer side to said at least Mg opposite side is doped with the active layer side, the light-emitting diode doped with conventional zinc Alternatively, zinc does not diffuse into the active layer compared to laser diodes. Therefore, according to the present invention, it is possible to manufacture an LED or LD that does not have a decrease in light emission luminance, a decrease in reliability, and a reverse breakdown voltage with time.
また、本発明の半導体発光素子又は半導体発光素子用エピタキシャルウェハによれば、その構造上、Znがドーピングされたp型半導体層から活性層へ亜鉛が拡散しないので、従来必要とされていた、活性層とp型クラッド層の間に挿入するZn拡散防止のための半導体層(例えば特許文献1のアンドープスペーサ層)を無くすことができるので、製造コストを下げることができる。 In addition, according to the semiconductor light emitting device or the epitaxial wafer for semiconductor light emitting device of the present invention, zinc is not diffused from the p-type semiconductor layer doped with Zn into the active layer due to its structure. Since the semiconductor layer (for example, the undoped spacer layer of Patent Document 1) for preventing Zn diffusion inserted between the layer and the p-type cladding layer can be eliminated, the manufacturing cost can be reduced.
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
図1に示す半導体発光素子を作成するエピタキシャルウェハは、GaAsからなるn型(第1導電型)基板2上に、n型クラッド層3、活性層4、Znドープp型(第2導電型)クラッド層5、Znドープp型バンド不連続解消層6、Znドープp型電流拡散層7、Mgドープp型電流拡散層8、Mgドープp型コンタクト層9を順次積層した構造となっている。この半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、その裏面たるn型基板2側全面に裏面電極1が形成されると共に、Mgドープp型コンタクト層9の一部に表面電極10が形成された後、個々のチップに区分けされて図1に示す半導体発光素子に製造される。
1 is an n-type (first conductivity type)
図2に示す半導体発光素子を作成するエピタキシャルウェハは、GaAsからなるn型(第1導電型)基板2上に、n型クラッド層3、活性層4、Znドープp型(第2導電型)クラッド層5、Mgドープp型電流拡散層8、Mgドープp型コンタクト層9を順次積層した構造となっている。この半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、その裏面たるn型基板2側全面に裏面電極1が形成されると共に、Mgドープp型コンタクト層9の一部に表面電極10が形成された後、個々のチップに区分けされて図2に示す半導体発光素子に製造される。
An epitaxial wafer for producing the semiconductor light emitting device shown in FIG. 2 is formed on an n-type (first conductivity type)
図3に示す半導体発光素子を作成するエピタキシャルウェハは、GaAsからなるn型(第1導電型)基板2上に、n型クラッド層3、活性層4、Znドープp型(第2導電型)クラッド層5、Mgドープp型クラッド層11、Mgドープp型コンタクト層9を順次積層した構造となっている。この半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、その裏面たるn型基板2側全面に裏面電極1が形成されると共に、Mgドープp型コンタクト層9の一部に表面電極10が形成された後、個々のチップに区分けされて図2に示す半導体発光素子に製造される。
An epitaxial wafer for producing the semiconductor light emitting device shown in FIG. 3 is formed on an n-type (first conductivity type)
図1〜図2の半導体発光素子は、n型基板2の上に活性層4をn型クラッド層3とp型クラッド層5で挟んだ発光部を形成し、その上にMgドープp型電流拡散層8及びMgドープp型コンタクト層9を形成した構造において、Mgドープp型電流拡散層8と活性層4との間にZnドープp型クラッド層5を設置した構造となっている。
In the semiconductor light emitting device of FIGS. 1 to 2, a light emitting part in which an
また図3の半導体発光素子は、n型基板2の上に活性層4をn型クラッド層3とp型クラッド層5で挟んだ発光部を形成し、その上にMgドープp型クラッド層11及びMgドープp型コンタクト層9を形成した構造において、Mgドープp型クラッド層11と活性層4との間にZnドープp型クラッド層5を設置した構造となっている。
In the semiconductor light emitting device of FIG. 3, a light emitting part is formed on an
図1〜図3のいずれの形態の半導体発光素子においても、活性層4の上側に、Znドープ層(Znドープp型クラッド層5、Znドープp型バンド不連続解消層6、Znドープp型電流拡散層7)とMgドープ層(Mgドープp型電流拡散層8、Mgドープp型コンタクト層9、Mgドープp型クラッド層11)が順次設けられる。ただし、図1の形態では、Znドープp型クラッド層5とp型半導体層(Mgドープp型電流拡散層8)が、両者の間にZnドープp型バンド不連続解消層6及びZnドープp型電流拡散層7を介して設けられており、図2及び図3の形態では、Znドープp型クラッド層5とp型半導体層(Mgドープp型電流拡散層8、Mgドープp型クラッド層11)が互いに隣接して設けられている。
In any of the semiconductor light emitting devices of FIGS. 1 to 3, a Zn-doped layer (Zn-doped p-
かかる構造のため、Znドープp型クラッド層5等とMgドープp型半導体層(Mgドープp型電流拡散層8、Mgドープp型コンタクト層9又はMgドープp型クラッド層11)の間において、ZnとMgの相互拡散が生じ、Znドープp型クラッド層5等のZnは活性層4側とは反対側の上記Mgドープp型半導体層側に拡散される。よって、Znの活性層4への拡散が抑制される。
Because of this structure, between the Zn-doped p-
本発明の実施例に係る発光ダイオード(LED)の構造を図1に示す。なお、以下の説明においては各層は特定の導電型を有するものとして説明するが、これらに限定されること無く、n型とp型が逆の半導体層であってもよい。 The structure of a light emitting diode (LED) according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. In the following description, each layer is described as having a specific conductivity type, but the present invention is not limited to this, and the n-type and p-type semiconductor layers may be reversed.
MOVPE法により、GaAsからなるn型基板2上に、厚さが0.5μmでキャリア濃度が1×1018cm-3のSiドープAlGaInPからなるn型クラッド層3、厚さが0.5μmのアンドープAlGaInPからなる活性層4、厚さが0.5μmでキャリア濃度が5×1017cm-3のZnドープAlGaInPからなるZnドープp型クラッド層5、厚さが0.1μmでキャリア濃度が2×1018cm-3のZnドープAlGaInPからなるZnドープp型バンド不連続解消層6、厚さが0.5μmでキャリア濃度が1×1018cm-3のZnドープGaPからなるZnドープp型電流拡散層7、厚さが8μmでキャリア濃度が3×1018cm-3のMgドープGaPからなるMgドープp型電流拡散層8、厚さが0.2μmでキャリア濃度が1×1019cm-3のMgドープGaPからなるMgドープp型コンタクト層9を順次形成した。
On the n-
SIMS分析(二次イオン分析)により、p型半導体層にはZnとMgの両方が含まれているが、活性層にはどちらも拡散せずアンドープ層であることを確認した。 SIMS analysis (secondary ion analysis) confirmed that the p-type semiconductor layer contained both Zn and Mg, but the active layer did not diffuse and was an undoped layer.
そして、この半導体発光素子用エピタキシャルウェハのn型基板2側全面に裏面電極1を、またMgドープp型コンタクト層9の一部に表面電極10を形成した後、この半導体発光素子用エピタキシャルウェハよりLEDチップを製作し、その特性評価を行った。その結果、通常のZnドープLEDと比較して、当該LEDの出力、作動電圧Vfは変わらず約2.2mW、1.98Vであり、連続通電試験後の対初期出力は改善され20%アップの100.3%と高信頼性となった。
Then, after forming the
上記のようにMgドープp型電流拡散層8にGaPを用いたLED構造においては、Znドープp型バンド不連続解消層6のZn拡散があるため、このZnドープp型バンド不連続解消層6に隣接する半導体層をZnドープとする(Znドープp型電流拡散層7)ことが望ましい。
In the LED structure using GaP for the Mg-doped p-type
本発明の第二の実施例に係る発光ダイオード(LED)の構造を図2に示す。なお、以下の説明においては各層は特定の導電型を有するものとして説明するが、これらに限定されること無く、n型とp型が逆の半導体層であってもよい。 The structure of a light emitting diode (LED) according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the following description, each layer is described as having a specific conductivity type, but the present invention is not limited to this, and the n-type and p-type semiconductor layers may be reversed.
MOVPE法によりGaAsからなるn型基板2上に、厚さが0.5μmでキャリア濃度が1×1018cm-3のSiドープAlGaInPからなるn型クラッド層3、厚さが0.5μmのアンドープAlGaInPからなる活性層4、厚さが0.5μmでキャリア濃度が5×1017cm-3のZnドープAlGaInPからなるZnドープp型クラッド層5、厚さが8μmでキャリア濃度が3×1018cm-3のMgドープAlGaAsからなるMgドープp型電流拡散層8、厚さが0.2μmでキャリア濃度が1×1019cm-3のMgドープGaAsからなるMgドープp型コンタクト層9を順次形成した。
On the n-
SIMS分析により、p型半導体層にはZnとMgの両方が含まれているが、活性層にはどちらも拡散せずアンドープ層であることを確認した。 SIMS analysis confirmed that the p-type semiconductor layer contained both Zn and Mg, but neither diffused into the active layer and was an undoped layer.
この半導体発光素子用エピタキシャルウェハよりLEDチップを製作し、その特性評価を行った。その結果、通常のZnドープLEDと比較して、当該LEDチップの出力、作動電圧Vfは変わらず約2.1mW、1.92Vであり、連続通電試験後の対初期出力は改善され、20%アップの100.3%と高信頼性となった。 An LED chip was manufactured from this epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device, and its characteristics were evaluated. As a result, compared with a normal Zn-doped LED, the output of the LED chip and the operating voltage Vf remain unchanged at about 2.1 mW and 1.92 V, and the initial output after the continuous energization test is improved by 20%. High reliability with 100.3% of increase.
〔他の実施例、変形例〕
上記実施例では、発光ダイオードを例にして説明したが、レーザダイオード用エピタキシャル構造においても、p型クラッド層にZnドーピングし、その上にMgドープ層を設置すれば、相互拡散によりZnが活性層側とは反対側の上記Mgドープ層側に拡散するため高信頼性となる。
[Other Examples, Modifications]
In the above embodiment, the light emitting diode has been described as an example. However, even in the epitaxial structure for a laser diode, if the p-type cladding layer is doped with Zn and an Mg-doped layer is provided thereon, Zn is activated by mutual diffusion. Since it diffuses to the Mg doped layer side opposite to the side, high reliability is achieved.
1 裏面電極
2 n型基板
3 n型クラッド層
4 活性層
5 Znドープp型クラッド層
6 Znドープp型バンド不連続解消層
7 Znドープp型電流拡散層
8 Mgドープp型電流拡散層
9 Mgドープp型コンタクト層
10 表面電極
11 Mgドープp型クラッド層
1 Back electrode 2 n-type substrate 3 n-
Claims (6)
少なくともマグネシウムがドーピングされたp型AlGaInPクラッド層と前記アンドープAlGaInPから成る活性層との間に、少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層を設置することにより、
マグネシウムと亜鉛の相互拡散を利用して、前記少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層の亜鉛が、前記アンドープAlGaInPから成る活性層側とは反対側の前記少なくともマグネシウムがドーピングされたp型AlGaInPクラッド層側に拡散するようにした構造としたことを特徴とする半導体発光素子。 In a semiconductor light-emitting device having a structure in which an active layer made of undoped AlGaInP is sandwiched between an n- type and p- type AlGaInP cladding layer on an n- type GaAs substrate,
By placing a p-type AlGaInP cladding layer doped with at least zinc between the p-type AlGaInP cladding layer doped with at least magnesium and the active layer made of undoped AlGaInP ,
P by utilizing interdiffusion of magnesium and zinc, zinc before Symbol p-type AlGaInP cladding layer at least zinc is doped, wherein the at least magnesium previous SL opposite to the active layer side of undoped AlGaInP is doped A semiconductor light emitting device characterized by having a structure in which it diffuses to the side of the type AlGaInP cladding layer.
少なくともマグネシウムがドーピングされたp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層と前記アンドープAlGaInPから成る活性層との間に、少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層を設置することにより、
マグネシウムと亜鉛の相互拡散を利用して、前記少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層の亜鉛が、前記アンドープAlGaInPから成る活性層側とは反対側の前記少なくともマグネシウムがドーピングされたp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層側に拡散するようにした構造としたことを特徴とする半導体発光素子。 an active layer made on an n-type GaAs substrate of undoped AlGaInP form a light-emitting portion sandwiched by n-type and p-type AlGaInP cladding layer, to form a current diffusion layer made of p-type GaP or AlGaAs thereon In a semiconductor light emitting device having a structure,
Between the active layer and the current diffusion layer made of p-type at least magnesium-doped GaP or AlGaAs comprising said undoped AlGaInP, by placing a p-type AlGaInP cladding layer at least zinc-doped,
P by utilizing interdiffusion of magnesium and zinc, zinc before Symbol p-type AlGaInP cladding layer at least zinc is doped, wherein the at least magnesium previous SL opposite to the active layer side of undoped AlGaInP is doped the semiconductor light emitting element characterized in that it has a structure to diffuse the current diffusion layer side composed of a type of GaP or AlGaAs.
前記p型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層が、少なくともマグネシウムがドーピングされた層と、これに隣接して前記アンドープAlGaInPから成る活性層側に設けられた少なくとも亜鉛がドーピングされた層との二層構造から成り、前記二層構造の電流拡散層と前記アンドープAlGaInPから成る活性層との間に、少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInP半導体層を設置することにより、
マグネシウムと亜鉛の相互拡散を利用して、前記少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInP半導体層の亜鉛が、前記アンドープAlGaInPから成る活性層側とは反対側の前記少なくともマグネシウムがドーピングされたp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層側に拡散するようにした構造としたことを特徴とする半導体発光素子。 an active layer made on an n-type GaAs substrate of undoped AlGaInP form a light-emitting portion sandwiched by n-type and p-type AlGaInP cladding layer, to form a current diffusion layer made of p-type GaP or AlGaAs thereon In a semiconductor light emitting device having a structure,
Before Symbol p-type current diffusion layer made of GaP or AlGaAs of a layer at least magnesium-doped, a layer at least zinc-doped provided in the active layer side composed of the undoped AlGaInP adjacent thereto of consists two-layer structure, between the front Symbol bilayer active layer and the current diffusion layer composed of the undoped AlGaInP structure, by providing the p-type AlGaInP semiconductor layer which at least zinc-doped,
P by utilizing interdiffusion of magnesium and zinc, zinc before Symbol p-type AlGaInP semiconductor layer which at least zinc is doped, wherein the at least magnesium previous SL opposite to the active layer side of undoped AlGaInP is doped the semiconductor light emitting element characterized in that it has a structure to diffuse the current diffusion layer side composed of a type of GaP or AlGaAs.
少なくともマグネシウムがドーピングされたp型AlGaInPクラッド層と前記アンドープAlGaInPから成る活性層との間に、少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層を設置することにより、
マグネシウムと亜鉛の相互拡散を利用して、前記少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層の亜鉛が、前記アンドープAlGaInPから成る活性層側とは反対側の前記少なくともマグネシウムがドーピングされたp型AlGaInPクラッド層側に拡散するようにした構造としたことを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。 In an epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device having a structure in which an active layer made of undoped AlGaInP is sandwiched between an n- type and p- type AlGaInP cladding layer on an n- type GaAs substrate,
By placing a p-type AlGaInP cladding layer doped with at least zinc between the p-type AlGaInP cladding layer doped with at least magnesium and the active layer made of undoped AlGaInP ,
P by utilizing interdiffusion of magnesium and zinc, zinc before Symbol p-type AlGaInP cladding layer at least zinc is doped, wherein the at least magnesium previous SL opposite to the active layer side of undoped AlGaInP is doped An epitaxial wafer for a semiconductor light-emitting element, characterized in that the structure diffuses toward the side of the AlGaInP cladding layer.
少なくともマグネシウムがドーピングされたp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層と前記アンドープAlGaInPから成る活性層との間に、少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層を設置することにより、
マグネシウムと亜鉛の相互拡散を利用して、前記少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInPクラッド層の亜鉛が、前記アンドープAlGaInPから成る活性層側とは反対側の前記少なくともマグネシウムがドーピングされたp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層側に拡散するようにした構造としたことを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。 an active layer made on an n-type GaAs substrate of undoped AlGaInP form a light-emitting portion sandwiched by n-type and p-type AlGaInP cladding layer, to form a current diffusion layer made of p-type GaP or AlGaAs thereon In an epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device having a structure,
Between the active layer and the current diffusion layer made of p-type at least magnesium-doped GaP or AlGaAs comprising said undoped AlGaInP, by placing a p-type AlGaInP cladding layer at least zinc-doped,
P by utilizing interdiffusion of magnesium and zinc, zinc before Symbol p-type AlGaInP cladding layer at least zinc is doped, wherein the at least magnesium previous SL opposite to the active layer side of undoped AlGaInP is doped type GaP or epitaxial wafer for a semiconductor light emitting element characterized in that the structure to diffuse the current diffusion layer side made of AlGaAs.
前記p型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層が、少なくともマグネシウムがドーピングされた層と、これに隣接して前記アンドープAlGaInPから成る活性層側に設けられた少なくとも亜鉛がドーピングされた層との二層構造から成り、前記二層構造の電流拡散層と前記アンドープAlGaInPから成る活性層との間に、少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInP半導体層を設置することにより、
マグネシウムと亜鉛の相互拡散を利用して、前記少なくとも亜鉛がドーピングされたp型AlGaInP半導体層の亜鉛が、前記アンドープAlGaInPから成る活性層側とは反対側の前記少なくともマグネシウムがドーピングされたp型のGaPまたはAlGaAsから成る電流拡散層側に拡散するようにした構造としたことを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。 an active layer made on an n-type GaAs substrate of undoped AlGaInP form a light-emitting portion sandwiched by n-type and p-type AlGaInP cladding layer, to form a current diffusion layer made of p-type GaP or AlGaAs thereon In an epitaxial wafer for a semiconductor light emitting device having a structure,
Before Symbol p-type current diffusion layer made of GaP or AlGaAs of a layer at least magnesium-doped, a layer at least zinc-doped provided in the active layer side composed of the undoped AlGaInP adjacent thereto of consists two-layer structure, between the front Symbol bilayer active layer and the current diffusion layer composed of the undoped AlGaInP structure, by providing the p-type AlGaInP semiconductor layer which at least zinc-doped,
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