(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１のコンタクト層、キャリア注入層、発光層、および第２のコンタクト層を順次積層して設け、この第１のコンタクト層と第２のコンタクト層にそれぞれ電極を接続して設けた半導体発光装置において、前記第１のコンタクト層内もしくはこの第１のコンタクト層と前記キャリア注入層との間に、この第１のコンタクト層よりもエネルギーギャップの小さい光吸収層を設けており、前記第１のコンタクト層がＧａＡｓから成り、前記光吸収層がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．３）から成ることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
基板上に、第１のコンタクト層、キャリア注入層、発光層、および第２のコンタクト層を順次積層して設け、この第１のコンタクト層と第２のコンタクト層にそれぞれ電極を接続して設けた半導体発光装置において、前記第１のコンタクト層内もしくはこの第１のコンタクト層と前記キャリア注入層との間に、この第１のコンタクト層よりもエネルギーギャップの小さい光吸収層を設けており、前記第１のコンタクト層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦０．４）から成り、前記光吸収層がＧａＡｓから成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【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装置に関し、特に基板上に、第１のコンタクト層、キャリア注入層、発光層、および第２のコンタクト層を順次積層して設け、この第１のコンタクト層と第２のコンタクト層にそれぞれ電極を接続して設けた半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体発光装置を図３に示す。図３中、１１は基板、１２はバッファ層、１３は第１のコンタクト層、１４はキャリア注入層、１５は発光層、１６は第２のコンタクト層、１７はアノード電極、１８はカソード電極である。
【０００３】
ＳｉやＧａＡｓなどの基板１１上に、バッファ層１２、第１のコンタクト層１３、キャリア注入層１４、発光層１５、第２のコンタクト層１６を順次積層して形成し、第１のコンタクト層１３にカソード電極１８を接続して設けると共に、第２のコンタクト層１６にアノード電極１７を接続して設けたものである。
【０００４】
第１のコンタクト層１３はｎ−ＧａＡｓなどから成り、カソード電極１８とオーミックコンタクトを得るためにキャリア密度を１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３にまで高くしている。キャリア注入層１４はｎ−ＡｌＧａＡｓなどから成り、発光層１５はｐ−ＡｌＧａＡｓなどから成る。このキャリア注入層１４と発光層１５でｐｎ接合が形成される。第２のコンタクト層１６はｐ＋−ＧａＡｓなどから成り、アノード電極１７とオーミックコンタクトを得るために、キャリア密度を１×１０１９ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３にまで高くしている。
【０００５】
このような半導体発光装置では、例えばアノード電極１７からカソード電極１８に向けて順方向に電流を流すと、キャリア注入層１４から発光層１５に少数キャリアが注入されて、その層中の多数キャリアと発光再結合することによって光を生じる。このような発光装置を列状に多数形成してアノード電極１７を選択して電流を流して発光させることにより、例えばページプリンタ用感光ドラムの露光源として用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来の半導体発光装置では、ｐ側からのキャリアが発光層であるｐ−ＡｌＧａＡｓ層１５内で全て電子と再結合するわけではなく、コンタクト層であるキャリア密度の高いｎ＋−ＧａＡｓ層１３にまで流れ出し、そのコンタクト層１３で電子と再結合してｎ＋−ＧａＡｓ層１３のバンドギャップに応じた波長で発光するため、図４に示すように、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層１５でのメインの発光ピークｐに対して波長の異なるサブの発光ピークｓｐが生じるという問題があった。つまり、目的とした発光波長の光だけでなく、目的としない発光波長の光も発生し、感光体などの感度バラつきが発生するという問題があった。
【０００７】
特に、発光層１５やキャリア注入層１４などのメサ部の界面は界面準位または窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などのパシベーション膜（不図示）を形成するときに吸着する水素の準位により生じたキャリアが存在し、層の内部よりも電流が流れやすくなっている。このため、例えばｐ型電極１７から注入された正孔の一部は発光層１５やキャリア注入層１４では再結合せず、半導体層１４の端面、特にキャリア注入層１４側の端面を通って第１のオーミックコンタクト層１３へ流れ込み、この第１のオーミックコンタクト層１３で再結合して発光するという問題もあった。
【０００８】
本発明はこのような従来装置の問題点に鑑みてなされたものであり、目的とする波長の発光スペクトルとは異なる光が発生するという従来装置の問題点を解消した半導体発光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る半導体発光装置によれば、基板上に、第１のコンタクト層、キャリア注入層、発光層、および第２のコンタクト層を順次積層して設け、この第１のコンタクト層と第２のコンタクト層にそれぞれ電極を接続して設けた半導体発光装置において、前記第１のコンタクト層内もしくはこの第１のコンタクト層と前記キャリア注入層との間に、この第１のコンタクト層よりもエネルギーギャップの小さい光吸収層を設けた。
【００１０】
上記半導体発光装置では、前記第１のコンタクト層がＧａＡｓから成り、前記光吸収層がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ＜０．３）から成る。
【００１１】
また、請求項２に係る半導体発光装置によれば、基板上に、第１のコンタクト層、キャリア注入層、発光層、および第２のコンタクト層を順次積層して設け、この第１のコンタクト層と第２のコンタクト層にそれぞれ電極を接続して設けた半導体発光装置において、前記第１のコンタクト層内もしくはこの第１のコンタクト層と前記キャリア注入層との間に、この第１のコンタクト層よりもエネルギーギャップの小さい光吸収層を設け、前記第１のコンタクト層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦０．４）から成り、前記光吸収層がＧａＡｓから成ることが望ましい。
【００１２】
さらに、他の参考例として、基板上に、第１のコンタクト層を設けると共に、この第１のコンタクト層上に、この第１のコンタクト層の一部が露出するように、キャリア注入層、発光層、および第２のコンタクト層を順次積層して設け、この第１のコンタクト層の露出部分と第２のコンタクト層上にそれぞれ電極を接続して設けた半導体発光装置において、前記第１のコンタクト層とキャリア注入層との間に、前記第１のコンタクト層の露出側が一部露出したキャリア閉じ込め層を設けてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、各請求項に係る発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は請求項１および請求項２に係る半導体発光装置の実施形態を示す図であり、１は基板、２はバッファ層、３は第１のコンタクト層、４はキヤリア注入層、５は発光層、６は第２のコンタクト層、７はアノード電極、８はカソード電極、９は光吸収層（発光吸収層）である。
【００１４】
基板１はＳｉやＧａＡｓのような単結晶半導体基板、あるいはサファイア（Ａｌ２Ｏ３）のような単結晶絶縁基板などから成る。ＳｉやＧａＡｓなどの半導体基板を用いる場合、隣接する発光ダイオードを電気的に完全に分離できるようにするために、できるだけ高抵抗な半導体基板であることが望ましい。また、単結晶半導体基板の場合は（１００）面などが用いられ、サファイアの場合はＣ面などが用いられる。
【００１５】
バッファ層２は、基板１をＳｉやサファイアなどで形成した場合に、この基板１とこの上に形成される半導体層との格子定数の相違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。なお、このバッファ層２は、従来周知の二段階成長法や熱サイクル法を適宜採用してＭＯＣＶＤ法などで厚み１〜３μｍ程度に形成される。
【００１６】
第１のコンタクト層３は、ｎ＋−ＧａＡｓなどから成り、Ｓｉなどの半導体不純物を１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３程度含有し、カソード電極８とのオーミックコンタクト層として機能する。
【００１７】
この第１のコンタクト層３内には、発光吸収層９が設けられている。この発光吸収層９は、ｎ−ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．３）などから成り、１００〜１０００Åの厚さで挿入することにより、キャリアの閉じ込めもしくはコンタクト層であるｎ−ＧａＡｓ層での発光の吸収を行う。
【００１８】
キャリア注入層４は、ｎ−ＡｌＧａＡｓなどから成り、厚み０．１〜５μｍ程度に形成される。このキャリア注入層４はＳｉなどの半導体不純物を１×１０１６〜１０１７ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３程度含有する。
【００１９】
発光層５は、ｐ−ＡｌＧａＡｓなどから成り、厚み０．１〜５μｍ程度に形成される。この発光層５は、亜鉛（Ｚｎ）などの半導体不純物を１×１０１６〜１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３程度含有する。この発光層５のＡｌ組成をキャリア注入層４のＡｌ組成より小さくして、発光層５の光学的バンドギャップを狭くすることによって、このｐ−ＡｌＧａＡｓ層５を発光層として機能させることができるようになる。
【００２０】
第２のコンタクト層６はｐ＋−ＧａＡｓなどから成り、Ｚｎなどの半導体不純物を１×１０１９ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３程度含有し、アノード電極７とのオーミックコンタクト層として機能する。
【００２１】
発光吸収層９が１００Å以下の場合、キャリア閉じ込め効果が充分得られず、また１０００Å以上になると結晶性が悪くなる。したがって、この発光吸収層９は１００〜１０００Åの厚みとすることが望ましい。また、発光吸収層９におけるＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎＡｓの組成比ｘは０≦ｘ≦０．３の範囲に設定される。この組成比ｘがｘ＞０．３の場合、格子定数の差が大きくなり、結晶性が悪くなって不適である。この場合、ｎ＋−ＧａＡｓから成る第１のコンタクト層３のエネルギーギャップは１．４ｅＶであるのに対し、ｎ−ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓから成る発光吸収層９のエネルギーギャップは０．９〜１．４ｅＶであり、第１のコンタクト層３よりも発光吸収層９のエネルギーギャップが小さいことから、発光層５で発生してキャリア注入層４を越えて第１のコンタクト層３に達した少数キャリアは発光吸収層９に閉じ込められ、第１のコンタクト層３内の電子との再結合量は著しく減少する。また、この発光吸収層９は第１のコンタクト層３よりもエネルギーギャップが小さいことから、第１のコンタクト層３内で発光した光を吸収できる。もって、ｐｎ接合部の近傍とは異なる領域での発光量、すなわち図４に示すサブピークｓｐ量も著しく減少する。
【００２２】
なお、上記実施形態では、第１のコンタクト層３内に発光吸収層９を設けることについて述べたが、第１のコンタクト層３内に設ける場合に限らず、第１のコンタクト層３とキャリア注入層４との間にこの発光吸収層９を設けてもよい。
【００２３】
このようなバッファ層２、第１のコンタクト層３、発光吸収層９、キャリア注入層４、発光層５、第２のコンタクト層６はＭＯＣＶＤ法などで順次積層して形成する。この場合、原料ガスとしてはＴＭＧ（（ＣＨ３）３Ｇａ）、ＴＥＧ（（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ）、アルシン（ＡｓＨ３）、ＴＭＡ（（ＣＨ３）３Ａｌ）、ＴＥＡ（（Ｃ２Ｈ５）３Ａｌ）などが用いられ、逆導電型を制御するためのガスとしてはシラン（ＳｉＨ４）、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、ＤＭＺ（（ＣＨ３）２Ｚｎ）などが用いられ、キャリアガスとしてはＨ２などが用いられる。
【００２４】
従来構造の場合、図４に示すようなサブピークがメインピークに対して約１５％の強度比で存在していたが、第１のコンタクト層３内にｎ−ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ層９（ｘ＝０．１５）を５００Åの厚みに挿入することにより、サブピークをメインピークに対して約５％まで減少させることができた。
【００２５】
次に、請求項２に係る半導体発光装置の実施形態を説明する。この請求項２に係る半導体発光装置も請求項１に係る半導体発光装置とほぼ同じであるが、この請求項２に係る半導体発光装置では、第１のコンタクト層３をＳｉなどの半導体不純物を１×１０１８ａｔｏｍｓ・ｃｍ−３程度含有するｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦０．４）で形成し、カソード電極８とのオーミックコンタクト層として機能させる。第１のコンタクト層３内に、ｎ−ＧａＡｓ層から成る発光吸収層９を設けている。この発光吸収層９を１００Å以上の厚さで挿入することにより、ホールを閉じ込め、若しくはコンタクト層であるｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦０．４）層で発光を吸収する。
【００２６】
この第１のコンタクト層３におけるｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのＡｌＡｓの組成比ｘは、０＜ｘ≦０．４の範囲に設定される。組成比ｘがｘ＞０．４の場合、良質なＡｌＧａＡｓ層を得ることが困難になり、結晶性が悪くなって不適である。
【００２７】
ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦０．４）から成る第１のコンタクト層３のエネルギーギャップは１．４〜１．８ｅＶであるのに対し、ｎ−ＧａＡｓから成るホール吸収層９のエネルギーギャップは１．４ｅＶであり、第１のコンタクト層３よりも発光吸収層９のエネルギーギャップが小さいことから、発光層５で発生してキャリア注入層４を越えて第１のコンタクト層３に達した少数キャリアは発光吸収層９に閉じ込められることから、第１のコンタクト層３内での電子との再結合量は著しく減少する。また、この発光吸収層９は、第１のコンタクト層３よりもエネルギーギャップが小さいことから、第１のコンタクト層内で発光した光を吸収できる。もって、ｐｎ接合部の近傍とは異なる領域での発光量、すなわち図３に示すサブピークｓｐ量を著しく減少させることができる。
【００２８】
また、ＩｎＡｓの格子定数は６．０６８Åであるのに対して、ＡｌＡｓの格子定数は５．６６１１Åであり、ＧａＡｓの格子定数５．６５３３Åにより近いことから、ＧａＡｓ中にＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ＜０．３）層を設けるよりも、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦０．４）中にＧａＡｓ層を設けた方が格子定数の差に起因する応力は低減され、この応力に起因する発光強度の低下も低減される。
【００２９】
図２は、他の参考例を示す断面図である。この半導体発光装置では、基板１上に、バッファ層２、第１のコンタクト層３を設けると共に、この第１のコンタクト層３上に、この第１のコンタクト層３の一部が露出するように、キャリア注入層４、発光層５、および第２のコンタクト層６を順次積層して設けている。第１のコンタクト層３の露出部分Ｒにカソード電極８を接続して設けると共に、第２のコンタクト層６上にアノード電極７を接続して設けている。また、第１のコンタクト層３とキャリア注入層４との間に、この第１のコンタクト層３の露出側に一部露出した部分Ｒ’を有するキャリア閉じ込め層１０を設けた。このキャリア閉じ込め層１０は、例えば厚み０．１〜１μｍ程度に形成され、露出部Ｒ’は１〜１０μｍ程度の長さに形成される。
【００３０】
このように構成すると、第２のコンタクト層６から注入された正孔のうち、メサ界面を流れる正孔はバンドギャップのより大きいキャリア閉じ込め層１０に突き当たるため、多くはキャリア注入層４に閉じ込められてキャリア注入層４で発光再結合する。また、一部はキャリア閉じ込め層１０で再結合するが材料にＡｌＧａＡｓを用いた場合、キャリア注入層４と比べて発光する確率は低くなる。また、発光した光もキャリア注入層４のバンドギャップに比べてエネルギーが大きいため、キャリア注入層４を透過する確率は低くなる。特に、キャリア閉じ込め層１０の一部を突出して形成していることから、この界面部分から第１のコンタクト層３に流れる電流は極力低減できる。残りの正孔が第１のコンタクト層３まで流れ込んで、第１のコンタクト層３で発光するが、その数は従来構造に比べて非常に小さくなる。したがって、発光素子の発光スペクトルのサブピークｓｐは従来構造の発光素子よりも小さくなる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１,２に係る半導体発光装置によれば、第１のコンタクト層内もしくはこの第１のコンタクト層とキャリア注入層との間に、この第１のコンタクト層よりもエネルギーギャップの小さい発光吸収層を設けたことから、キャリアを閉じ込めてサブピークの発光の吸収を行うことができる。もって、目的とする発光波長のみを得ることができ、波長の単一化によって感光体などへの感度ばらつきを無くすことができる。
【００３２】
また、他の参考例に示す半導体発光装置では、第１のコンタクト層とキャリア注入層との間に、第１のコンタクト層の露出側が一部露出したキャリア閉じ込め層を設けたことから、発光層１５やキャリア注入層１４などのメサ部の界面から第１のコンタクト層に流れる電流を低減でき、もって発光スペクトルのサブピークを極力低減でき、波長の単一化によって感光体などへの感度ばらつきを無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  請求項１ないし請求項２に係る半導体発光装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】  他の参考例を示す図である。
【図３】  従来の半導体発光装置を示す断面図である。
【図４】  従来の半導体発光装置の発光ピークを示す図である。
【符号の説明】
１‥‥‥基板、２‥‥‥バッファ層、３‥‥‥第１のコンタクト層、４‥‥‥キャリア注入層、５‥‥‥発光層、６‥‥‥第２のコンタクト層、７………アノード電極、８………カソード電極、９………光吸収層
【図１】
0003740293.tif 000002
【図２】
0003740293.tif 000003
【図３】
0003740293.tif 000004
【図４】
0003740293.tif 000005