(57)【要約】【課題】サブピークの発生を抑制できるとともにオーミック特性が良好な発光装置を提供すること。【解決手段】発光装置１０は、バンドギャップを有する基板１１と、基板１１の一方側に設けられ、基板１１よりも大きいバンドギャップを有する発光層１６と、発光層１６と基板１１との間に設けられ、発光層１６よりも大きいバンドギャップを有するクラッド層１５と、クラッド層１５と基板１１との間に設けられ、発光層１６と同じバンドギャップを有する導電層１４と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンドギャップを有する基板と、
前記基板の一方側に設けられ、前記基板よりも大きいバンドギャップを有する発光層と、
前記発光層と前記基板との間に設けられ、前記発光層よりも大きいバンドギャップを有するクラッド層と、
前記クラッド層と前記基板との間に設けられ、前記発光層と同じバンドギャップを有する導電層と、
を具備することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記導電層を構成する材料における最もイオン化傾向の高い元素の組成比 が、前記クラッド層を構成する材料における最もイオン化傾向の高い元素の組成比よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記導電層に電極が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記基板はキャリア濃度が１×１０１６ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３ 以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関し、特に基板上に半導体層を積層して設けた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤや発光サイリスタ等の発光装置として、ＧａＡｓ結晶等の基板上にＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ等の半導体層を積層して発光層を構成したものがある。このような発光装置を、例えば、ページプリンタ用感光ドラムの露光光源等に用いる場合、印画ムラ等の影響を低減するために、発光層から発光されるメインピーク光以外の波長の光を抑制することが好ましい。
【０００３】
しかしながら、従来の発光装置は、発光層からのメインピーク光の波長とは異なる波長帯にサブピーク光が生じる。これは、発光層からのメインピーク光により基板が励起され、そこから放出するフォトルミネッセンスであることが知られている。
【０００４】
このような課題を解決するために特許文献１では、基板として半絶縁性ＧａＡｓを用い、発光部である積層帯の両最外層に電極を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１８１３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓから成る発光層をクラッド層で挟んでなる構造であり、このクラッド層に電極が形成されている。しかし、クラッド層は発光層よりもバンドギャップエネルギーを高くするために、Ａｌの比率が高くなっている。このようなクラッド層に電極を形成しようとすると、クラッド層と電極との間のオーミック特性が低下するという問題点がある。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、サブピークの発生を抑制できるとともにオーミック特性が良好な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る発光装置は、基板と、前記基板の一方側に設けられ、前記基板よりも大きいバンドギャップを有する発光層と、前記発光層と前記基板との間に設けられ、前記発光層よりも大きなバンドギャップを有するクラッド層と、前記クラッド層と前記基板との間に設けられ、前記発光層と同じバンドギャップを有する導電層と、を具備する。なお、発光層および導電層のバンドギャップが同じであるというのは、発光層と導電層とのバンドギャップエネルギーの差が−０．０４ｅＶ以上０．０４ｅＶ以下であることを意味する。
【０００９】
このような構成により、発光層で生じたメインピーク光が基板側に進行しても、導電層で吸収され基板に吸収されることを抑制するとともに、導電層自身が発光したとしてもメインピーク光と同じ波長となる。その結果、サブピーク光の発生を抑制できる。また、クラッド層ではなく、導電層に電極を形成することができ、オーミック特性を良好にすることができる。
【００１０】
他の実施形態において、前記導電層を構成する材料における最もイオン化傾向の高い元素の組成比が、前記クラッド層を構成する材料における最もイオン化傾向の高い元素の組成比よりも小さい。
【００１１】
他の実施形態において、前記導電層に電極が設けられている。
【００１２】
他の実施形態において、前記基板はキャリア濃度が１×１０１６ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３以下である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、サブピークの発生を抑制できるとともにオーミック特性が良好な発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る発光装置の第１の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る発光装置の第２の実施の形態の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の発光装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態である発光装置１０を示す概略断面図である。発光装置１０はLEDとして構成した例を示す。
【００１６】
発光装置１０は、一方側に主面を有する基板１１を備えている。基板１１の主面には、導電層１４、第１の導電型のクラッド層１５、発光層１６、第２の導電型のクラッド層１７、キャップ層１８が順次、設けられている。また、導電層１４およびキャップ層１８にはそれぞれ電極１９および電極２０が設けられている。そして、導電層１４、第１の導電型のクラッド層１５、発光層１６、第２の導電型のクラッド層１７およびキャップ層１８で発光部を構成している。
【００１７】
基板１１は、発光層１６よりも小さいバンドギャップを有している。基板１１は基板本体１２とその一方側の主面に積層されたバッファ層１３から成るものであってもよい。このように基板１１が複数の積層体から成る場合、いずれかの層が発光層１６よりも小さいバンドギャップを有しておればよい。
【００１８】
基板１１が単層から成る場合、基板１１は、例えばＧａＡｓやＩｎＰ のような化合物半導体基板である。基板１１は、第１の導電型のクラッド層１５と同じ第１の導電型であり、キャリア濃度が １×１０１６ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３以下、より好ましくは１×１０１４ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３以下であることが好ましい。これにより、発光層１２から発光されたメインピークにより基板１１が励起され、サブピークが発生するのを抑制することができる。
【００１９】
バッファ層１３は、基板本体１２とこの上に形成される発光部との格子定数の相違や基板表面の欠陥、異物に基づくミスフィット転位を非連続とするために設ける。バッファ層１３は、発光部を構成する結晶と同じ結晶系の半導体材料を用いる。例えば、発光層１６がＡｌＧａＡｓ系である場合、バッファ層１３としてＧａＡｓを用いることができる。バッファ層１３は、キャリア濃度が１×１０１６ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３以下、より好ましくは１×１０１４ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３以下であることが好ましい。これにより、発光層１２から発光されたメインピークによりバッファ層１３が励起され、サブピークが発生するのを抑制することができる。バッファ層１３は、例えば、二段階成長法や熱サイクル法を適宜採用し、ＭＯＣＶＤ法等で厚さ０．１〜０．２μｍ程度に形成される。
【００２０】
導電層１４は、発光層１６と同じバンドギャップを有する。なお、発光層１６および導電層１４のバンドギャップが同じであるというのは、発光層１６と導電層１４とのバンドギャップエネルギーの差が−０．０４ｅＶ以上０．０４ｅＶ以下であることを意味する。これは、−０．０４ｅＶ以上０．０４ｅＶ以下のバンドギャップエネルギーの差が、波長に換算すると±２０ｎｍであり、サブピークとして影響が少なく、誤差範囲と見なすことができることによる。
【００２１】
このような構成により、発光層１６で生じたメインピーク光が基板１１側に進行しても、導電層１４で吸収され基板１１に吸収されることを抑制するとともに、導電層１４自身が発光したとしてもメインピーク光と同じ波長となる。その結果、サブピーク光の発生を抑制できる。また、クラッド層１５ではなく、導電層１４に電極１９を形成することができ、オーミック特性を良好にすることができる。
【００２２】
また、導電層１４は、第１の導電型のクラッド層１５との電気的な接続を行なうとともに電極１９とのオーミックコンタクトを良好にする機能も有しており、第１の導電型のクラッド層１５と同じ導電型で、キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３以上、好ましくは５×１０１７〜５×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３に設定されるのがよい。導電層１４は、発光層１６とバンドギャップが同じで、キャリア濃度が上記の条件を満たせば、発光層１６と同じ組成である必要はない。好ましくは、格子整合により発光部の結晶成長を良好に行なうという観点からは、発光部を同じ結晶系にするのがよく、導電層１４は発光層１６と同じ組成の材料であるのがよい。導電層１４は、例えば、ＭＯＣＶＤ法等で厚さ０．２〜１．５μｍ程度に形成される。
【００２３】
第１の導電型のクラッド層１５および第２の導電型のクラッド層１７は、発光層１６の障壁層を構成するためのものであり、発光層１６よりも大きなバンドギャップを有し、キャリア濃度が、発光層１６と略同一かそれよりも高く、１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３以上、好ましくは１×１０１８〜１×１０１９ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３に設定されるのがよい。これにより、発光層１６に注入されるキャリア濃度を高め、発光効率を高めることができる。なお、第１の導電型および第２の導電型とは、一方がｎ型であり他方がｐ型であることを示す。例えば、発光層１６がＡｌＧａＡｓ系である場合、第１の導電型のクラッド層１５として、発光層１６よりもＡｌの組成比を高くしたｎ型のＡｌＧａＡｓ系を用いることができ、第２の導電型のクラッド層１７として、発光層１６よりもＡｌの組成比を高くしたｐ型のＡｌＧａＡｓ系を用いることができる。
【００２４】
第１の導電型のクラッド層１５および第２の導電型のクラッド層１７の導電型およびキャリア濃度は、不純物をドープすることにより調整することができる。例えば、第１の導電型のクラッド層１５がｎ型のＡｌＧａＡｓ系であり、第２の導電型のクラッド層１７がｐ型のＡｌＧａＡｓ系である場合、ＡｌＧａＡｓ系半導体にＳｉ等をドープすることによって、第１の導電型のクラッド層１５を調整でき、ＡｌＧａＡｓにＭｇやＺｎ等をドープすることによって、第２の導電型のクラッド層１７を調整できる。第１の導電型のクラッド層１５および第２のクラッド層１７は例えば、ＭＯＣＶＤ法等で厚さ０．５〜１．０μｍ程度に形成される。
【００２５】
発光層１６は、第１の導電型のクラッド層１５および第２の導電型のクラッド層１７によって障壁層が構成されるように、第１の導電型のクラッド層１５および第２の導電型のクラッド層１７よりも小さなバンドギャップを有する。発光層１６は、光強度などの発光特性の観点から、不純物をドープしてｎ型またはｐ型とするのがよい。また、発光層１６のキャリア濃度は、良好な発光を行なうためには１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３以上、好ましくは１×１０１８〜×１０１９ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３に設定されるのがよい。発光層１６のキャリア濃度は、発光層１６がｎ型半導体である場合、不純物としてＳｉをドープすることにより調整することができる。また、発光層１６がｐ型半導体である場合、不純物としてＭｇやＺｎをドープすることにより調整することができる。発光層１６は例えば、ＭＯＣＶＤ法等で厚さ０．５〜１．０μｍ程度に形成される。
【００２６】
キャップ層１８は、第２の導電型のクラッド層１７との電気的な接続を行なうとともに電極１９とのオーミックコンタクトを良好にする機能を有しており、第２の導電型のクラッド層１７と同じ導電型で、キャリア濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３以上、好ましくは１×１０１８〜１×１０１９ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３に設定されるのがよい。
【００２７】
発光装置１０を構成する材料としては、Ａｌの組成比を変えるだけでバンドギャップを容易に変えることができ、格子整合も良好に行なえるという観点から、ＡｌＧａＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系を用いるのがよい。例えば、基板１１またはバッファ層１３をＡｌＸ０Ｇａ１−Ｘ０Ａｓ、導電層１４をＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ａｓ、第１の導電型のクラッド層１５をＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ａｓ、発光層１６をＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３Ａｓ、第２の導電型のクラッド層１７をＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４Ａｓ、キャップ層をＡｌＸ５Ｇａ１−Ｘ５Ａｓとしたときに、Ｘ０＜Ｘ１＜Ｘ２、Ｘ０＜Ｘ３＜Ｘ２、Ｘ３＜Ｘ４、およびＸ５＜Ｘ４（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４およびＸ５はそれぞれ０以上０．４以下）を満たすものが挙げられる。より具体的な発光装置１０の例としては、バッファ層１３がＧａＡｓ（キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３）、導電層１４がＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ（キャリア濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３）、第１の導電型のクラッド層１５がＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ（キャリア濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３）、発光層１６がＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ（キャリア濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３）、第２の導電型のクラッド層１７がＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ（キャリア濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３）、キャップ層がＧａＡｓ（キャリア濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３）のものが挙げられる。
【００２８】
上記の発光装置１０の例では、導電層１４を構成する材料における最もイオン化傾向の高い元素（Ａｌ）の組成比Ｘ１が、第１の導電型のクラッド層１５を構成する材料における最もイオン化傾向の高い元素（Ａｌ）の組成比Ｘ２よりも小さい。このような構成により、第１の導電型のクラッド層１５に電極１９を形成しようとすると、イオン化傾向の高いＡｌの酸化により、オーミックコンタクトを良好に行なうことが困難となるが、第１の導電型のクラッド層１５よりもＡｌの組成比が小さい導電層１４に電極１９を形成することで、オーミック特性をより良好にすることができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の他の実施形態を図２に基づいて説明する。図２において、発光装置１００は発光サイリスタとして構成した例を示す。
【００３０】
発光装置１００は、一方側に主面を有する基板１０１を備えている。基板１０１の主面には、導電層１０４、クラッド層としてのＮカソード層１０５、Ｐゲート層１０６、発光層としてのＮゲート層１０７、クラッド層としてのＰアノード層１０８、キャップ層１０９が順次、設けられており、ＮＰＮＰのサイリスタの構造が形成されている。また、導電層１０４、Ｎゲート層１０７およびキャップ層１０９にはそれぞれ電極１１０、電極１１１および電極１１２が設けられている。そして、導電層１０４、Ｎカソード層１０５、Ｐゲート層１０６、Ｎゲート層１０７、Ｐアノード層１０８、およびキャップ層１０９で発光部を構成している。なお、以下の説明では、Ｎカソード層１０５、Ｐゲート層１０６、Ｎゲート層１０７およびＰアノード層１０８が基板１０１上に順次積層されたＮＰＮＰのサイリスタとして説明するが、逆に積層した場合、すなわち、基板１０１上にＰアノード層、Ｎゲート層、Ｐゲート層、およびＮカソード層が順次積層されたＰＮＰＮのサイリスタとしてもよい。ＰＮＰＮのサイリスタとした場合は、以下の説明は、正孔と電子を入れ替えればそのまま成り立つ。
【００３１】
発光装置１００を構成する部材は、以下に示すように、第１の実施形態の発光装置１０を構成する部材と同様の機能を有するものがあり、第１の実施形態の発光装置１０と同様の機能として対応する各部材については、その詳細な説明を省略する。
【００３２】
基板１０１は第１の実施形態における基板１１に対応する。また、基板１０１は基板１１と同様、基板本体１０２とバッファ層１０３との積層体であってもよく、これら基板本体１０２およびバッファ層１０３は、それぞれ第１の実施形態における基板本体１２およびバッファ層１３に対応する。
【００３３】
導電層１０４は、第１の実施形態における導電層１４に対応しており、発光層であるＮゲート層１０７と同じバンドギャップを有する。なお、発発光層であるＮゲート層１０７および導電層１０４のバンドギャップが同じであるというのは、Ｎゲート層１０７と導電層１０４とのバンドギャップエネルギーの差が−０．０４ｅＶ以上０．０４ｅＶ以下であることを意味する。
【００３４】
このような構成により、発光層で生じたメインピーク光が基板１０１側に進行しても、導電層１０４で吸収され基板１０１に吸収されることを抑制するとともに、導電層１０４自身が発光したとしてもメインピーク光と同じ波長となる。その結果、サブピーク光の発生を抑制できる。また、クラッド層としてのＮカソード層１０５ではなく、導電層１０４に電極１１０を形成することができ、オーミック特性を良好にすることができる。
【００３５】
クラッド層としてのＮカソード層１０５およびクラッド層としてのＰアノード層１０８は、第１の実施形態における第１の導電型のクラッド層１５および第２の導電型のクラッド層１７に対応する。発光層としてのＮゲート層１０７は、第１の実施形態における発光層１６に対応する。キャップ層１０９は、第１の実施形態におけるキャップ層１８に対応する。
【００３６】
Ｎカソード層１０５およびＰアノード層１０８は発光層であるＮゲート層１０７よりも大きなバンドギャップを有し、キャリア濃度がＮゲート層１０７と略同一かそれよりも高い。この構成により、Ｎゲート層１０７のキャリア密度を増大させ、発光効率を高めることができる。
【００３７】
また、Ｎゲート層１０７とＮカソード層１０５との間にＰゲート層１０６を有する。Ｐゲート層１０６は、Ｎカソード層１０５およびＰアノード層１０８よりも小さなバンドギャップを有し、キャリア濃度が、Ｎカソード層１０５およびＰアノード層１０８よりも低い、１×１０１７ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３以下、好ましくは５×１０１６〜５×１０１７ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３に設定されるのがよい。この構成により、バンドギャップの大きなＮカソード層１０５およびＰアノード層１０８は、バンドギャップの小さなＰゲート層１０６およびＮゲート層１０７を挟む構造となる結果、障壁層の役割を果たし、発光層１０７での発光再結合の効率を高め、発光強度を高めることができる。 
【００３８】
発光装置１０１を構成する材料としては、第１の実施形態と同様、Ａｌの組成比を変えるだけでバンドギャップを容易に変えることができ、格子整合も良好に行なえるという観点から、ＡｌＧａＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系を用いるのがよい。例えば、バッファ層１０３がＧａＡｓ（キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３）、導電層１０４がＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ（キャリア濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３）、Ｎカソード層１０５がＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ（キャリア濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３）、Ｐゲート層１０６がＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ（キャリア濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３）、Ｎゲート層１０７がＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ（キャリア濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３）、Ｐアノード層１０８がＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ（キャリア濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３）、キャップ層１０９がＧａＡｓ（キャリア濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３）のものが挙げられる。
【００３９】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【符号の説明】
【００４０】
１０、１００：発光装置
１１、１０１：基板
１４、１０４：導電層
１５、１７、１０５、１０８：クラッド層
１６、１０７：発光層
【図１】
2010199365.tif 000003
【図２】
2010199365.tif 000004