(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一導電型を呈する半導体基板上に、一導電型を呈するキャリア注入層、逆導電型を呈する活性層、およびクラッド層とを順次積層して形成し、この半導体基板の裏面側とクラッド層上に電極を設けた半導体発光素子において、前記キャリア注入層の下側に前記活性層よりもバンドギャップの小さい光吸収層を設け、前記キャリア注入層、活性層、およびクラッド層がＡｌＧａＡｓから成り、前記光吸収層がＩｎＧａＡｓから成り、前記半導体基板がＧａＡｓから成ることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
一導電型を呈する半導体基板上に、一導電型を呈するキャリア注入層、逆導電型を呈する活性層、およびクラッド層とを順次積層して形成し、この半導体基板の裏面側とクラッド層上に電極を設けた半導体発光素子において、前記キャリア注入層の下側に前記基板側から順にバッファ層と前記活性層よりもバンドギャップの小さい光吸収層とを設け、前記キャリア注入層、活性層、およびクラッド層がＡｌＧａＡｓから成り、前記光吸収層がＩｎＧａＡｓから成り、前記バッファ層がＧａＡｓから成ることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
前記光吸収層が０．０５〜０．２μｍの厚みであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光素子に関し、特に上面から光を取り出すために半導体接合部を上部に形成したジャンクションアップ型の半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来のジャンクションアップ型の半導体発光素子を図２に示す。従来のジャンクションアップ型の半導体発光素子は、ｎ型のＧａＡｓなどから成る基板１上にｎ型のＡｌＧａＡｓなどから成るキャリア注入層２、ｐ型のＡｌＧａＡｓなどから成る活性層３、ｐ型のＡｌＧａＡｓなどから成るクラッド層４、およびｐ型のコンタクト層５を順次積層し、ｐ型のコンタクト層５にｐ側電極６を接続して設けるとともに、基板１の裏面にｎ側電極７を設けた構造となっている。
【０００３】
しかしながら、従来のＡｌＧａＡｓ系ジャンクションアップ型の半導体発光素子では基板１と電極７とをオーミックコンタクトさせるために、基板１には例えばシリコンからなるｎ型不純物が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度の比較的高濃度に添加されている。
【０００４】
ところで、活性層３で発光した光λａは、発光素子の表面側だけでなく、その裏面側にも放射される。発光素子の裏面側に放射された光λａは、図３に示すように、バンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＡｓからなるキャリア注入層２では吸収されず、バンドギャップの小さいＧａＡｓからなる基板１中にまで到達する。高不純物濃度のＧａＡｓ基板１中に到達した光λａは基板１中のキャリアを励起し、そのバンドギャップに対応した光λａとは波長の異なる光λｂを放射する。
【０００５】
ところが、基板１を構成するＧａＡｓは不純物濃度が高くなると光学的活性が顕著に増加する特性を有しているため、二次発光強度が強く、その結果、発光素子の発光スペクトルは本来の光λａに加えてサブピークである光λｂを持つことになり、これがメインピークの光λａに対する雑音になるという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、発光素子の発光スペクトル中にサブピークの雑音が発生するという従来の問題点を解消した半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体発光装置では、一導電型を呈する半導体基板上に、一導電型を呈するキャリア注入層、逆導電型を呈する活性層、およびクラッド層とを順次積層して形成し、この半導体基板の裏面側とクラッド層上に電極を設けた半導体発光素子において、前記キャリア注入層の下側に前記活性層よりもバンドギャップの小さい光吸収層を設けたことを特徴とする。
【０００８】
上記半導体発光素子では、前記キャリア注入層、活性層、およびクラッド層がＡｌＧａＡｓもしくはＧａＡｓから成り、前記光吸収層がＩｎＧａＡｓから成り、前記半導体基板がＧａＡｓから成ることを特徴とする。さらに、本発明に係る半導体発光素子では、一導電型を呈する半導体基板上に、一導電型を呈するキャリア注入層、逆導電型を呈する活性層、およびクラッド層とを順次積層して形成し、この半導体基板の裏面側とクラッド層上に電極を設けた半導体発光素子において、前記キャリア注入層の下側に前記基板側から順にバッファ層と前記活性層よりもバンドギャップの小さい光吸収層とを設け、前記キャリア注入層、活性層、およびクラッド層がＡｌＧａＡｓから成り、前記光吸収層がＩｎＧａＡｓから成り、前記バッファ層がＧａＡｓから成ることを特徴とする。
【０００９】
また、上記半導体発光素子では、前記光吸収層の厚みが０．０５〜０．２μｍであることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明に係る半導体発光素子の一実施形態を示す断面図である。なお、ここでは赤色ＡｌＧａＡｓ系発光ダイオードを例に説明する。図１において、８は半導体基板、９はバッファ層、１０は光吸収層、１１はキャリア注入層、１２は活性層、１３はクラッド層、１４はコンタクト層、１５と１６は電極である。
【００１１】
半導体基板８は一導電型不純物を１×１０17〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度含有し、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、あるいはインジウム燐（ＩｎＰ）などの単結晶半導体基板や、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）などの単結晶絶縁基板から成る。単結晶半導体基板の場合、（１００）面を＜０１１＞方向に２〜７°オフさせた基板などが好適に用いられる。サファイアの場合、Ｃ面基板が好適に用いられる。
【００１２】
バッファ層９はガリウム砒素（ＧａＡｓ）などからなり、Ｓｉ等の一導電型不純物を１×１０17〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度含有し、基板８と半導体層との格子不整合に基づくミスフィット転位を防止もしくは低減させるために、１〜４μｍ程度の厚みに形成する。
【００１３】
光吸収層１０はインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）などからなり、Ｓｉ等の一導電型不純物を１×１０17〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度含有し、０.０５〜０.２μｍの厚みに形成する。光吸収層１０はＧａＡｓからなるバッファ層９とアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）から成るクラッド層１１とに挟まれているため、格子不整合によって内部に応力を持ち光学的に活性の小さい膜となっている。
【００１４】
このように光学的に活性が小さく、後述する活性層よりもバンドギャップの小さい光吸収層１０を設けると、基板８側に放射された発光が二次発光なしに吸収される。
【００１５】
この光吸収層１０の厚みが０．０５μｍ以下であると反射効果が小さく、また０．２μｍ以上では光学的活性が強くなり、二次発光し易くなる。よって、この光吸収層１０は０．０５〜０．２μｍの厚みに形成することが望ましい。
【００１６】
一導電型を呈するキャリア注入層１１は、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）などで形成され、シリコンなどの一導電型半導体不純物を１×１０16〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度含有し、０.２〜４μｍ程度の厚みを有する。
【００１７】
逆導電型を呈する活性層１２は、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）などで形成され、亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０16〜１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度含有し、０.１〜４μｍ程度の厚みを有する。
【００１８】
逆導電型を呈するクラッド層１３はアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）から形成され、亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０16〜１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度含有し、０.２〜４μｍ程度の厚みを有する。なお、キャリア閉じ込め効果と光透過性を考慮して活性層１２とクラッド層１３のアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）とガリウム砒素（ＧａＡｓ）の混晶比を異ならせている。
【００１９】
オーミックコンタクト層１４はガリウム砒素（ＧａＡｓ）などで形成され、亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０19〜１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度含有し、０.０１〜１μｍ程度の厚みを有する。
【００２０】
次に、このような半導体発光素子の製造方法を説明する。まず、ＭＯＣＶＤ法により基板８を水素（Ｈ2）とアルシンガス（ＡｓＨ3）雰囲気中で７００〜１０００℃まで昇温し、基板８の表面の酸化物を除去する。
【００２１】
次に、基板温度４００〜７００℃でトリメチルガリウム（以下ＴＭＧ）とアルシンガス（ＡｓＨ3）とシランガス（ＳｉＨ4）をドーパントガスとして供給してバッファ層９を１〜４μｍ程度の厚みに形成する。
【００２２】
その上に原料ガスとしてＴＭＧ、トリメチルインジウム（以下ＴＭＩ）、アルシンガス（ＡｓＨ3）とシランガス（ＳｉＨ4）をドーパントガスを用いて、光吸収層１０を０.０５〜０.２μｍ程度の厚みに形成する。
【００２３】
その後、シランガス（ＳｉＨ4）をドーパントガスとして用いて一導電型のキャリア注入層１１を形成する。その上にジメチル亜鉛（以下ＤＭＺ）をドーパントガスとして用いて活性層１２、クラッド層１３、およびオーミックコンタクト層１４を順次形成する。
【００２４】
このように各半導体層９〜１４を成長させた後、硫酸過酸化水素系のエッチング液を用いてメサ構造にする。その後、蒸着法やスパッタリング法を用いて金・ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）などによって電極１５、１６を形成する。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る半導体発光素子では、一導電型を呈する半導体基板上に、一導電型を呈するキャリア注入層、逆導電型を呈する活性層、およびクラッド層とを順次積層して形成し、この半導体基板の裏面側とクラッド層上に電極を設け、上記キャリア注入層の下側に光吸収層を設けたことから、活性層で発光して基板の裏面側に放射した光が二次発光せずに光吸収層で吸収されるため、サブピークの反射光の発生を防止することができ、メインピークの光に対する雑音を低くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体発光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図２】従来の半導体発光素子を示す示す断面図である。
【図３】従来の半導体発光素子のバイアス状態時のバンドダイヤグラムを示す図である。
【符号の説明】
８：基板、９：バッファ層、１０：光吸収層、１１：キャリア注入層、１２：活性層、１３：クラッド層、１４：コンタクト層、１５，１６：電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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