JP3376007B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＩｎＧａＡｌＰ系材料
からなる活性層を有する半導体発光装置に係り、とりわ
け発光効率を安定して向上させることができる半導体発
光装置を提供することを目的とする。
からなる活性層を有する半導体発光装置に係り、とりわ
け発光効率を安定して向上させることができる半導体発
光装置を提供することを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる活性層を
有する半導体発光装置においては、特開平４−２１２４
７９に記載されている様に、活性層のキャリア濃度及び
膜厚が規定されている。
有する半導体発光装置においては、特開平４−２１２４
７９に記載されている様に、活性層のキャリア濃度及び
膜厚が規定されている。
【０００３】活性層のキャリア濃度については、Ｐ型で
１×１０17ケ／cm3 、Ｎ型では５×１０16ケ／cm3 と定
められ、またその膜厚については０．１５〜０．７５μ
ｍと定められている。しかしながら、特にキャリア濃度
については、Ｐ型とＮ型不純物の補償あるいは比較的深
い準位を考慮すると、いずれも見掛け上の濃度であり、
キャリア濃度と発光装置の量子効率との対応を取った場
合、特性相関が取れず、安定した発光特性を得ることが
できないのが実情である。
１×１０17ケ／cm3 、Ｎ型では５×１０16ケ／cm3 と定
められ、またその膜厚については０．１５〜０．７５μ
ｍと定められている。しかしながら、特にキャリア濃度
については、Ｐ型とＮ型不純物の補償あるいは比較的深
い準位を考慮すると、いずれも見掛け上の濃度であり、
キャリア濃度と発光装置の量子効率との対応を取った場
合、特性相関が取れず、安定した発光特性を得ることが
できないのが実情である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本件発明者はＩｎＧａ
ＡｌＰ系材料からなる活性層を有する発光装置を長期に
渡り開発し、半導体発光装置の発光特性と、エピタキシ
ャル構造、結晶性およびドーピング特性等との相関を調
査している。このなかで発光装置の発光効率が、活性層
のキャリア濃度よりむしろ、故意には入れていない不純
物によって左右され、このため品質が安定しないという
問題を見出した。
ＡｌＰ系材料からなる活性層を有する発光装置を長期に
渡り開発し、半導体発光装置の発光特性と、エピタキシ
ャル構造、結晶性およびドーピング特性等との相関を調
査している。このなかで発光装置の発光効率が、活性層
のキャリア濃度よりむしろ、故意には入れていない不純
物によって左右され、このため品質が安定しないという
問題を見出した。
【０００５】図８に、調査対象とした半導体発光素子の
構造を示す。硅素（Ｓｉ）を１×１０18ケ／cm3 程度ド
ープした半導体基板１２上に、ｎ型のＩｎＧａＡｌＰか
らなるｎクラッド層１３、アンドープのＩｎＧａＡｌＰ
からなる活性層１４、Ｐ型のＩｎＧａＡｌＰからなるＰ
クラッド層１５、およびＰ型のＡｌＧａＡｓからなる電
流拡散層１６がいずれも格子整合する様形成されてい
る。また電流拡散層１６の上部および基板１２の下部に
第１電極１７および第２電極１８が各々形成されてい
る。なお、活性層１４と、これを上下方向から挟むｎク
ラッド層１３およびｐクラッド層１５とによってダブル
ヘテロ構造体が構成されている。
構造を示す。硅素（Ｓｉ）を１×１０18ケ／cm3 程度ド
ープした半導体基板１２上に、ｎ型のＩｎＧａＡｌＰか
らなるｎクラッド層１３、アンドープのＩｎＧａＡｌＰ
からなる活性層１４、Ｐ型のＩｎＧａＡｌＰからなるＰ
クラッド層１５、およびＰ型のＡｌＧａＡｓからなる電
流拡散層１６がいずれも格子整合する様形成されてい
る。また電流拡散層１６の上部および基板１２の下部に
第１電極１７および第２電極１８が各々形成されてい
る。なお、活性層１４と、これを上下方向から挟むｎク
ラッド層１３およびｐクラッド層１５とによってダブル
ヘテロ構造体が構成されている。
【０００６】このような半導体発光装置を開発している
中で、半導体発光装置の輝度にバラツキが生じ、時によ
っては、全く発光しない現象が生じた。このような問題
に際し、工程履歴調査を行った結果、図１１に示す様
に、半導体発光装置の製造工程で用いる原料ガスである
ＴＭＡ（トリメチルガリウム）およびＴＭＩ（トリメチ
ルインジウム）を交換する毎に特に顕著に発光効率につ
いてバラツキが発生する事が判明した。
中で、半導体発光装置の輝度にバラツキが生じ、時によ
っては、全く発光しない現象が生じた。このような問題
に際し、工程履歴調査を行った結果、図１１に示す様
に、半導体発光装置の製造工程で用いる原料ガスである
ＴＭＡ（トリメチルガリウム）およびＴＭＩ（トリメチ
ルインジウム）を交換する毎に特に顕著に発光効率につ
いてバラツキが発生する事が判明した。
【０００７】また、良品および不良品半導体発光装置を
ＳＩＭＳ法にて分解調査した結果、図９に示すように、
良品半導体発光装置（図９（ｂ））に比して不良品半導
体発光装置（図９（ａ））では、ＡｌＧａＡｓ及びＩｎ
ＧａＡｌＰ中に不純物としてＳｉとＯが主として混入
し、この濃度が良品半導体発光装置よりかなり高い事が
判明した。
ＳＩＭＳ法にて分解調査した結果、図９に示すように、
良品半導体発光装置（図９（ｂ））に比して不良品半導
体発光装置（図９（ａ））では、ＡｌＧａＡｓ及びＩｎ
ＧａＡｌＰ中に不純物としてＳｉとＯが主として混入
し、この濃度が良品半導体発光装置よりかなり高い事が
判明した。
【０００８】さらに、このような現象が活性層のキャリ
ア濃度を大きく変化させている為に生じているのか、あ
るいはこの不純物によって良品または不良品かが決まる
のかを調査するため、活性層中不純物濃度とキャリア濃
度の相関及び半導体発光装置の発光効率をグラフ化し
た。この結果を図１０に示す。図１０に示すように、発
光効率１％以上の半導体発光装置は、ＩｎＧａＡｌＰ中
の不純物濃度によって支配されることが明らかになっ
た。
ア濃度を大きく変化させている為に生じているのか、あ
るいはこの不純物によって良品または不良品かが決まる
のかを調査するため、活性層中不純物濃度とキャリア濃
度の相関及び半導体発光装置の発光効率をグラフ化し
た。この結果を図１０に示す。図１０に示すように、発
光効率１％以上の半導体発光装置は、ＩｎＧａＡｌＰ中
の不純物濃度によって支配されることが明らかになっ
た。
【０００９】図１０は各半導体発光装置のＳＭＩＳ分析
で得られた活性層の酸素とＳｉの不純物のうち、高い方
の不純物を横軸に、ステップエッチングし、Ｃ−Ｖ測定
した活性層のキャリア濃度を縦軸に取り、さらに各半導
体発光装置の発光効率が１％以下と１％以上で分類し、
この発光効率をプロットしたものである。図１０におい
て、活性層のキャリア濃度が約５×１０16ケ／cm3 以下
の条件の半導体発光装置で発光効率の低下を招いている
ことがよく分かる。
で得られた活性層の酸素とＳｉの不純物のうち、高い方
の不純物を横軸に、ステップエッチングし、Ｃ−Ｖ測定
した活性層のキャリア濃度を縦軸に取り、さらに各半導
体発光装置の発光効率が１％以下と１％以上で分類し、
この発光効率をプロットしたものである。図１０におい
て、活性層のキャリア濃度が約５×１０16ケ／cm3 以下
の条件の半導体発光装置で発光効率の低下を招いている
ことがよく分かる。
【００１０】以上述べたようにＩｎＧａＡｌＰからなる
活性層を有するダブルヘテロ構造の半導体発光装置にお
いては、活性層のキャリア濃度を制御するだけでは、安
定した発光効率を得ることができず、品質トラブル・生
産性の低下等の問題が生じている。
活性層を有するダブルヘテロ構造の半導体発光装置にお
いては、活性層のキャリア濃度を制御するだけでは、安
定した発光効率を得ることができず、品質トラブル・生
産性の低下等の問題が生じている。
【００１１】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、ＩｎＧａＡｌＰからなる活性層を有する半
導体発光装置において、安定した発光効率を得ることが
できる半導体発光装置を提供することを目的とする。
ものであり、ＩｎＧａＡｌＰからなる活性層を有する半
導体発光装置において、安定した発光効率を得ることが
できる半導体発光装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板
と、半導体基板上に設けられたダブルヘテロ構造体と、
このダブルヘテロ構造体と前記半導体基板に各々設けら
れた第１電極および第２電極とを備え、前記ダブルヘテ
ロ構造体は、ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる活性層と、
この活性層を両側から挟んで配置された一対のクラッド
層とからなり、前記ＩｎＧａＡｌＰ系材料の活性層に含
まれる酸素と硅素の元素濃度は各々５×１０16ケ／cm3
以下であることを特徴とする半導体発光装置である。
と、半導体基板上に設けられたダブルヘテロ構造体と、
このダブルヘテロ構造体と前記半導体基板に各々設けら
れた第１電極および第２電極とを備え、前記ダブルヘテ
ロ構造体は、ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる活性層と、
この活性層を両側から挟んで配置された一対のクラッド
層とからなり、前記ＩｎＧａＡｌＰ系材料の活性層に含
まれる酸素と硅素の元素濃度は各々５×１０16ケ／cm3
以下であることを特徴とする半導体発光装置である。
【００１３】
【作用】本発明によれば、ＩｎＧａＡｌＰ系材料からな
る活性層の残留不純物濃度を５×１０16ケ／cm3 以下と
することにより、半導体発光装置の発光効率を安定した
状態で向上させることができる。
る活性層の残留不純物濃度を５×１０16ケ／cm3 以下と
することにより、半導体発光装置の発光効率を安定した
状態で向上させることができる。
【００１４】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１乃至図７は本発明による半導体発光装
置の実施例を示す図である。
て説明する。図１乃至図７は本発明による半導体発光装
置の実施例を示す図である。
【００１５】本発明による半導体発光装置の基本的構造
（層構成）は、図８に示す従来装置と略同様である。す
なわち、図８に示すように、半導体発光装置はｎ−Ｇａ
Ａｓからなる半導体基板１２と、この基板１２上に配置
されたｎ−ＩｎＧａＡｌＰからなるｎクラッド層１３
と、アンドープのＩｎＧａＡｌＰからなる活性層１４
と、Ｐ−ＩｎＧａＡｌＰからなるＰクラッド層１５と、
Ｐ−ＡｌＧａＡｓからなる電流拡散層１６とを備えてい
る。
（層構成）は、図８に示す従来装置と略同様である。す
なわち、図８に示すように、半導体発光装置はｎ−Ｇａ
Ａｓからなる半導体基板１２と、この基板１２上に配置
されたｎ−ＩｎＧａＡｌＰからなるｎクラッド層１３
と、アンドープのＩｎＧａＡｌＰからなる活性層１４
と、Ｐ−ＩｎＧａＡｌＰからなるＰクラッド層１５と、
Ｐ−ＡｌＧａＡｓからなる電流拡散層１６とを備えてい
る。
【００１６】また電流拡散層１６上部には第１の電極１
７が設けられ、基板１２の下部には第２の電極１１が設
けられている。さらに活性層１４と、この活性層１４を
上下方向から挟んで設けらた一対のクラッド層１３，１
５とによってダブルヘテロ構造体が構成されている。
７が設けられ、基板１２の下部には第２の電極１１が設
けられている。さらに活性層１４と、この活性層１４を
上下方向から挟んで設けらた一対のクラッド層１３，１
５とによってダブルヘテロ構造体が構成されている。
【００１７】なお、図８において、第１の電極１７と電
流拡散層１６との間に、Ｐ−ＧａＡｓ層を介在させても
よい。
流拡散層１６との間に、Ｐ−ＧａＡｓ層を介在させても
よい。
【００１８】本発明においては、上記構成の半導体発光
装置において、半導体発光装置の品質のバラツキを抑え
るため、不良品の解析、原料ガスの解析、エピタキシャ
ル成長パラメーターの解析および基板特性の解析を行
い、発光特性を支配する不純物の同定および条件を求め
た。
装置において、半導体発光装置の品質のバラツキを抑え
るため、不良品の解析、原料ガスの解析、エピタキシャ
ル成長パラメーターの解析および基板特性の解析を行
い、発光特性を支配する不純物の同定および条件を求め
た。
【００１９】上述のように、発光効率は、活性層のキャ
リア濃度より、酸素又は硅素（Ｓｉ）濃度が支配される
事が分かっている（図１０参照）。
リア濃度より、酸素又は硅素（Ｓｉ）濃度が支配される
事が分かっている（図１０参照）。
【００２０】いずれの不純物がより支配的であるか、ま
たは発光効率との相関のあるなしを調査するため、Ｉｎ
ＧａＡｌＰからなる活性層１４中に含まれるＳｉ不純物
と酸素不純物の相関関係を調べ、図１に示した。図１は
横軸に酸素、縦軸にＳｉを取り、半導体発光装置の発光
効率が１％以下と１％以上で分類し、この発光効率をブ
ロットしたものである。図１に示すように、Ｓｉと酸素
に相関関係はほとんどなく、互いに独立していること、
または良品と言える半導体発光装置を酸素とＳｉのいず
れの場合も５×１０16ケ／cm以下の領域にあることがわ
かる。
たは発光効率との相関のあるなしを調査するため、Ｉｎ
ＧａＡｌＰからなる活性層１４中に含まれるＳｉ不純物
と酸素不純物の相関関係を調べ、図１に示した。図１は
横軸に酸素、縦軸にＳｉを取り、半導体発光装置の発光
効率が１％以下と１％以上で分類し、この発光効率をブ
ロットしたものである。図１に示すように、Ｓｉと酸素
に相関関係はほとんどなく、互いに独立していること、
または良品と言える半導体発光装置を酸素とＳｉのいず
れの場合も５×１０16ケ／cm以下の領域にあることがわ
かる。
【００２１】次に、半導体発光装置の製造工程で用いる
材料ガスの消費と混入不純物量の関係を調べ図２に示
す。図２は原料ガスのうちトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）消費率とＩｎＧａＡｌＰ中の酸素濃度との関係を調
べたものである。図２において、消費量が少ない初期の
濃度が、ロットＢが３．６×１０16ケ／cm3 であり、ロ
ットＡが５．３×１０16ケ／cm3 であり、両者の濃度差
はあまりない。しかしながら、９０％程度ＴＭＩを消費
するとロッドＢは４×１０16ケ／cm3 となるのに比べ、
ロットＡは２．５×１０17ケ／cm3 と１ケタ近く多くな
り、原料ガスを十分吟味して（低不純物）の半導体発光
装置を得る必要があることが分かった。
材料ガスの消費と混入不純物量の関係を調べ図２に示
す。図２は原料ガスのうちトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）消費率とＩｎＧａＡｌＰ中の酸素濃度との関係を調
べたものである。図２において、消費量が少ない初期の
濃度が、ロットＢが３．６×１０16ケ／cm3 であり、ロ
ットＡが５．３×１０16ケ／cm3 であり、両者の濃度差
はあまりない。しかしながら、９０％程度ＴＭＩを消費
するとロッドＢは４×１０16ケ／cm3 となるのに比べ、
ロットＡは２．５×１０17ケ／cm3 と１ケタ近く多くな
り、原料ガスを十分吟味して（低不純物）の半導体発光
装置を得る必要があることが分かった。
【００２２】以上の調査により、活性層へ混入する不純
物は互いに独立して発光効率に影響し、またロット（ボ
トルを含む）によって原料ガス混入量の経時変化に差が
ある事が判明し、各々対策の必要があることが分った。
物は互いに独立して発光効率に影響し、またロット（ボ
トルを含む）によって原料ガス混入量の経時変化に差が
ある事が判明し、各々対策の必要があることが分った。
【００２３】次にこの混入不純物量と発光効率の対応を
各々調べ、条件を見い出した。まず図８に示す構造の半
導体発光装置を次の手順で製作した。エピタキシャル成
長は、通常のＭＯＣＶＤ装置を行い、Ｈ2 流量を１０ｌ
／min トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を０．５〜０．
８CCM 、トリメチルガリウム（ＴＭＡ）を２０〜４００
CCM 、Ａs Ｈ3 は５００〜８００CCM 、ＰＨ3 は２５０
〜４００CCM 流し、基板温度７２０〜８９０℃で成長さ
せた。Ｎ型層はＳｉＨ4 を１０〜１５CCM 、Ｐ型層はＤ
ＭＺ（ジメチルシンク）を０．３〜０．６CCM 流し形成
した。
各々調べ、条件を見い出した。まず図８に示す構造の半
導体発光装置を次の手順で製作した。エピタキシャル成
長は、通常のＭＯＣＶＤ装置を行い、Ｈ2 流量を１０ｌ
／min トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を０．５〜０．
８CCM 、トリメチルガリウム（ＴＭＡ）を２０〜４００
CCM 、Ａs Ｈ3 は５００〜８００CCM 、ＰＨ3 は２５０
〜４００CCM 流し、基板温度７２０〜８９０℃で成長さ
せた。Ｎ型層はＳｉＨ4 を１０〜１５CCM 、Ｐ型層はＤ
ＭＺ（ジメチルシンク）を０．３〜０．６CCM 流し形成
した。
【００２４】その後裏面ラップと、第１および第２電極
１７，１１の電極付けを行い、ダイシングをしたのち、
４００μｍ角、高さ２００μｍのペレットを作り、樹脂
モールドして半導体発光装置を製作した。
１７，１１の電極付けを行い、ダイシングをしたのち、
４００μｍ角、高さ２００μｍのペレットを作り、樹脂
モールドして半導体発光装置を製作した。
【００２５】次にＩF ＝２０ｍＡ（Ｖ〜５Ｖ）の通電時
の半導体発光装置の発光効率を求めた。又、ペレットの
一部についてはＳＩＭＳ分析を行い、各層中の不純物お
よびドーパント量を測定した。
の半導体発光装置の発光効率を求めた。又、ペレットの
一部についてはＳＩＭＳ分析を行い、各層中の不純物お
よびドーパント量を測定した。
【００２６】上記の製作工程において、原料ガスのＴＭ
Ｉとしてはその純度が、原子吸光法分析によりＳｉと、
酸素と、重金属について検出下限（ １０ppm ）であ
り、かつエピタキシャル成長後の活性層中の不純物が約
１．５×１０16ケ／cm3 となるものを準備した。さら
に、製作工程中に微量の酸素を炉内に導入し、半導体発
光装置の発光効率と、活性層中の不純物の関係を求め、
効率が異常低下しない条件を定め、図３および図４に示
した。
Ｉとしてはその純度が、原子吸光法分析によりＳｉと、
酸素と、重金属について検出下限（ １０ppm ）であ
り、かつエピタキシャル成長後の活性層中の不純物が約
１．５×１０16ケ／cm3 となるものを準備した。さら
に、製作工程中に微量の酸素を炉内に導入し、半導体発
光装置の発光効率と、活性層中の不純物の関係を求め、
効率が異常低下しない条件を定め、図３および図４に示
した。
【００２７】図３および図４は、活性層成長時にＳｉＨ
4 及び酸素を微量、独立して導入し、得られた半導体発
光装置の発光効率とＩｎＧａＡｌＰからなる活性層中に
含まれる酸素とＳｉのそれぞれの不純物濃度をプロット
したものである。図３および図４に示すように、酸素と
Ｓｉのいずれの元素についても、濃度が５×１０16ケ／
cm3 以上になると発光効率が１％以下に落ちた。図３お
よび図４によれば、５×１０16ケ／cm3 が、発光効率が
大幅に低下しない酸素とＳｉのしきい値であることが明
確になった。
4 及び酸素を微量、独立して導入し、得られた半導体発
光装置の発光効率とＩｎＧａＡｌＰからなる活性層中に
含まれる酸素とＳｉのそれぞれの不純物濃度をプロット
したものである。図３および図４に示すように、酸素と
Ｓｉのいずれの元素についても、濃度が５×１０16ケ／
cm3 以上になると発光効率が１％以下に落ちた。図３お
よび図４によれば、５×１０16ケ／cm3 が、発光効率が
大幅に低下しない酸素とＳｉのしきい値であることが明
確になった。
【００２８】なお、ｎクラッド層１３およびｐクラッド
層１５中の残留不純物濃度は１×１０17ケ／cm3 以下と
なっている。
層１５中の残留不純物濃度は１×１０17ケ／cm3 以下と
なっている。
【００２９】しかしながら、このしきい値以下でも発光
効率が１〜３．５％に分布する場合があり、これに対し
ては次の対策を行った。
効率が１〜３．５％に分布する場合があり、これに対し
ては次の対策を行った。
【００３０】まずＴＭＩと同様ＴＭＡについても純度確
認を行い、電流拡散層中の酸素とＳｉの各々の濃度と発
光効率の関係を求めた。この時、ＴＭＩとしては純度確
認されたものを用い、電流拡散層を構成するＡｌＧａＡ
ｓ成長時にのみ微量の酸素とＳｉを混入させた。図５お
よび図６に、この場合の結果を示す。半導体発光装置の
活性層中の酸素とＳｉの純度を５×１０16以下に抑える
とともに、電流拡散層に含まれる酸素については、２×
１０19ケ／cm3 以下とし、Ｓｉについては、１×１０17
ケ／cm3 以下とした場合、１．２〜３．５％の発光効率
を確実に得ることができた。
認を行い、電流拡散層中の酸素とＳｉの各々の濃度と発
光効率の関係を求めた。この時、ＴＭＩとしては純度確
認されたものを用い、電流拡散層を構成するＡｌＧａＡ
ｓ成長時にのみ微量の酸素とＳｉを混入させた。図５お
よび図６に、この場合の結果を示す。半導体発光装置の
活性層中の酸素とＳｉの純度を５×１０16以下に抑える
とともに、電流拡散層に含まれる酸素については、２×
１０19ケ／cm3 以下とし、Ｓｉについては、１×１０17
ケ／cm3 以下とした場合、１．２〜３．５％の発光効率
を確実に得ることができた。
【００３１】次に半導体基板の面方位を変化させた場合
における、発光効率と活性層の不純物濃度の関係につい
て調べた。
における、発光効率と活性層の不純物濃度の関係につい
て調べた。
【００３２】半導体基板の面方位に関し、通常使用して
いる（１００）ジャストの面方位から〔０１１〕方向へ
５°〜２０°まで変化させて、発光効率とＩｎＧａＡｌ
Ｐからなる活性層中に含まれる不純物の関係を求めた。
その結果を図７に示す。図７に示すように〔１００〕か
ら（０１１）方向にオフするにつれ（ずれるにつれ）、
発光効率が上昇し、それと同時に活性層への酸素の取り
込み量が減少することが分った。Ｓｉについては、面方
向の変化に対する依存性がなかった。半導体基板の面方
位を〔１００〕から（０１１）方向へ１０〜２０°傾け
ることによって、酸素が活性層中へ取り込まれにくくな
り、発光効率１〜３％の半導体発光装置が得られること
が分かった。
いる（１００）ジャストの面方位から〔０１１〕方向へ
５°〜２０°まで変化させて、発光効率とＩｎＧａＡｌ
Ｐからなる活性層中に含まれる不純物の関係を求めた。
その結果を図７に示す。図７に示すように〔１００〕か
ら（０１１）方向にオフするにつれ（ずれるにつれ）、
発光効率が上昇し、それと同時に活性層への酸素の取り
込み量が減少することが分った。Ｓｉについては、面方
向の変化に対する依存性がなかった。半導体基板の面方
位を〔１００〕から（０１１）方向へ１０〜２０°傾け
ることによって、酸素が活性層中へ取り込まれにくくな
り、発光効率１〜３％の半導体発光装置が得られること
が分かった。
【００３３】なお、活性層を多重量子井戸構造とした半
導体発光装置についても、前述と同様活性層中の不純物
に関し、発光効率についてのしきい値が存在することが
判明した。
導体発光装置についても、前述と同様活性層中の不純物
に関し、発光効率についてのしきい値が存在することが
判明した。
【００３４】また、ＳＩＭＳ分析においては、測定限界
が１×１０15ケ／cm3 程度であるが、上述した発光効率
の上昇は、この１×１０15〜５×１０16ケ／cm3 の範囲
で顕著に表われた。さらに酸素またはＳｉに限らずＺ
ｎ、Ｍｇ等Ｐ型不純物あるいはＴｅ等他のｎ型不純物に
ついても発光効率に関し同様のしきい値が得られた。
が１×１０15ケ／cm3 程度であるが、上述した発光効率
の上昇は、この１×１０15〜５×１０16ケ／cm3 の範囲
で顕著に表われた。さらに酸素またはＳｉに限らずＺ
ｎ、Ｍｇ等Ｐ型不純物あるいはＴｅ等他のｎ型不純物に
ついても発光効率に関し同様のしきい値が得られた。
【００３５】本実施例によれば、ＩｎＧａＡｌＰ層から
なる活性層の残留不純物、さらには、ＡｌＧａＡｓから
なる電流拡散層の不純物を制御することによって図１１
に示すようにきわめて安定した発光効率が得られた。
なる活性層の残留不純物、さらには、ＡｌＧａＡｓから
なる電流拡散層の不純物を制御することによって図１１
に示すようにきわめて安定した発光効率が得られた。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる活性層の残留不純物濃度
を５×１０16ケ／cm3 以下とすることにより、発光効率
を安定した状態で向上させることができる。このため半
導体発光装置について、品質トラブルおよび生産性の低
下等の問題が生じることはない。
ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる活性層の残留不純物濃度
を５×１０16ケ／cm3 以下とすることにより、発光効率
を安定した状態で向上させることができる。このため半
導体発光装置について、品質トラブルおよび生産性の低
下等の問題が生じることはない。
【図１】本発明による半導体発光装置のＩｎＧａＡｌＰ
からなる活性層中の不純物濃度と発光効率との関係を示
す図。
からなる活性層中の不純物濃度と発光効率との関係を示
す図。
【図２】ＴＭＩ消費量と活性層中の酸素濃度との関係を
示す図。
示す図。
【図３】活性層中の酸素濃度と発光効率との関係を示す
図。
図。
【図４】活性層中のＳｉ濃度と発光効率との関係を示す
図。
図。
【図５】ＡｌＧａＡｓからなる電流拡散層中の酸素の濃
度と発光効率との関係を示す図。
度と発光効率との関係を示す図。
【図６】電流拡散層中のＳｉ濃度と発光効率との関係を
示す図。
示す図。
【図７】半導体基板の面方位のオフ角度と、発光効率・
活性層不純物との関係を示す図。
活性層不純物との関係を示す図。
【図８】半導体発光装置の基本的構造を示す図。
【図９】半導体発光装置のマトリックス元素および不純
物濃度をＳＩＭＳにより検出した結果を示す図。
物濃度をＳＩＭＳにより検出した結果を示す図。
【図１０】活性層中の不純物濃度とキャリア濃度と発光
効率との関係を示す図。
効率との関係を示す図。
【図１１】ＴＭＩ消費量と活性層中の酸素濃度との関係
を示す図。
を示す図。
１２ 半導体基板
１３ ｎクラッド層
１４ 活性層
１５ ｐクラッド層
１６ 電流拡散層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−268322（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
Claims (5)
- 【請求項１】半導体基板と、 半導体基板上に設けられたダブルヘテロ構造体と、 このダブルヘテロ構造体と前記半導体基板に各々設けら
れた第１電極および第２電極とを備え、 前記ダブルヘテロ構造体は、ＩｎＧａＡｌＰ系材料から
なる活性層と、この活性層を両側から挟んで配置された
一対のクラッド層とからなり、 前記ＩｎＧａＡｌＰ系材料の活性層に含まれる酸素と硅
素の元素濃度は各々５×１０16ケ／cm3 以下であること
を特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項２】半導体基板はＧａＡｓからなり、前記半導
体基板の面方位は（１００）から〔０１１〕方向に１０
〜２０°傾斜することを特徴とする請求項１記載の半導
体発光装置。 - 【請求項３】ダブルヘテロ構造体と第１電極との間に、
ＡｌＧａＡｓからなる電流拡散層を設け、この電流拡散
層の酸素の元素濃度を２×１０19ケ／cm3以下とし、硅
素の元素濃度を１×１０17ケ／cm3以下としたことを特
徴とする請求項１記載の半導体発光装置。 - 【請求項４】一対のクラッド層はＩｎＧａＡｌＰ系材料
からなり、この一対のクラッド層の残留不純物濃度を１
×１０17ケ／cm3 以下としたことを特徴とする請求項１
記載の半導体発光装置。 - 【請求項５】活性層は多重量子井戸構造を有することを
特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08649693A JP3376007B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08649693A JP3376007B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06302852A JPH06302852A (ja) | 1994-10-28 |
| JP3376007B2 true JP3376007B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=13888594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08649693A Expired - Lifetime JP3376007B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3376007B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3135109B2 (ja) * | 1995-10-02 | 2001-02-13 | シャープ株式会社 | 半導体発光素子 |
| US6664732B2 (en) | 2000-10-26 | 2003-12-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light emitting device and manufacturing method thereof |
| JP7458332B2 (ja) * | 2021-01-15 | 2024-03-29 | 株式会社東芝 | 半導体発光装置 |
-
1993
- 1993-04-13 JP JP08649693A patent/JP3376007B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06302852A (ja) | 1994-10-28 |
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