本申请的实施方式的半导体发光装置具备半导体基板和发光层。上述发光层包含在上述半导体基板上交替层叠的量子阱层和阻挡层。上述量子阱层包含具有比上述半导体基板的晶格常数大的晶格常数的第一半导体混晶，并且具有第一应变率与其层厚之积的第一应变量。上述阻挡层包含具有比上述半导体基板的晶格常数小的晶格常数的第二混晶，并且具有第二应变率与其层厚之积的第二应变量。上述量子阱层及上述阻挡层以上述第一应变量比上述第二应变量大的方式设置。方式设置。方式设置。
【技术实现步骤摘要】
半导体发光装置
[0001]相关申请
[0002]本申请享有以日本专利申请2021
‑
5297(申请日：2021年1月15日) 为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包含基础申请的全部内容。
[0003]实施方式涉及半导体发光装置。
技术介绍
[0004]光耦合有红外元件和硅光电二极管的光耦合器现在被广泛使用。这种发光元件要求具有高发光效率。
技术实现思路
[0005]实施方式提供提高了发光效率的半导体发光装置。
[0006]实施方式的半导体发光装置具备半导体基板和设置于上述半导体基板上的发光层。上述发光层包含在由上述半导体基板朝向上述发光层的第一方向交替层叠的量子阱层和阻挡层。上述量子阱层包含具有比上述半导体基板的晶格常数大的晶格常数的第一半导体混晶，并且具有上述第一方向的第一层厚，具有第一应变量，上述第一应变量是上述第一方向上的上述第一半导体混晶的晶格间隔与上述基板的上述晶格常数之差的绝对值除以上述第一半导体混晶的上述晶格间隔而得到的第一应变率与上述第一层厚之积。上述阻挡层包含具有比上述半导体基板的晶格常数小的晶格常数的第二半导体混晶，并且具有上述第一方向的第二层厚，具有第二应变量，上述第二应变量是上述第一方向上的上述第二半导体混晶的晶格间隔与上述基板的上述晶格常数之差的绝对值除以上述第二半导体混晶的上述晶格间隔而得到的第二应变率与上述第二层厚之积。上述量子阱层及上述阻挡层以上述第一应变量比上述第二应变量大的方式设置。
附图说明
[0007]图1(a)及(b)是表示实施方式的半导体发光装置的剖视示意图。
[0008]图2是表示GaAs系直接跃迁型化合物半导体材料的晶格常数与能量带隙的关系的图表。
[0009]图3(a)～(c)是实施方式的发光层的透射型电子显微镜像(TEM 图像)及晶格间隔图像。
[0010]图4(a)及(b)是表示实施方式的发光层的X射线衍射光谱的图。
[0011]图5是表示实施方式的发光层的阻挡层厚与X射线衍射零次峰位置的关系的图表。
[0012]图6(a)及(b)是表示实施方式的半导体发光装置的外延生长层所包含氧浓度的图表。
[0013]图7是表示实施方式的半导体发光装置的结构的剖视示意图。
[0014]图8是表示实施方式的半导体发光装置的光输出与阻挡层厚的关系的图表。
[0015]图9是表示实施方式的变形例的发光层的剖视示意图。
具体实施方式
[0016]以下，参照附图对实施方式进行说明。附图中的相同部分标记相同符号并适当省略其详细说明，对不同的部分进行说明。此外，附图是示意性的或者概念性的，各部分的厚度与宽度的关系、部分之间的大小比率等并不一定限于与现实相同。另外，即便当表示相同部分时，相互的尺寸或比率也有时根据附图而不同地进行表示。
[0017]图1(a)及(b)是表示实施方式的半导体发光装置1的剖视示意图。图1(a)示出了在n形GaAs基板之上外延生长而成的半导体层的结构。图1(b)示出了发光层的结构。半导体发光装置1为红外二极管(LED)。
[0018]如图1(a)所示，半导体发光装置1具备n形GaAs基板(以下为GaAs 基板101)、n形包覆层102、发光层103、p形包覆层104和p形接触层 105。
[0019]n形包覆层102设置在GaAs基板101之上。n形包覆层102例如包含由组成式Al
0.5
Ga
0.5
As表示的AlGaAs混晶。
[0020]发光层103设置在n形包覆层102与p形包覆层104之间。发光层103 具有多重量子阱结构(Multi
‑
QuantumWell：MQW)。
[0021]p形包覆层104设置在发光层103之上。p形包覆层104例如包含由组成式Al
0.5
Ga
0.5
As表示的AlGaAs混晶。
[0022]p形接触层105设置在p形包覆层104之上。p形接触层105例如为 GaAs层。p形接触层105为最表面层，其是用于形成电极而设置的。
[0023]如图1(b)所示，发光层103具有MQW结构，并且包含量子阱层103a 和阻挡层103b。量子阱层103a与阻挡层103b交替地层叠，量子阱层103a 位于相邻的阻挡层103b之间。
[0024]量子阱层103a例如包含由组成式In
0.2
Ga
0.8
As表示的InGaAs混晶。阻挡层103b例如包含由组成式GaAs
0.9
P
0.1
表示的GaAsP混晶。
[0025]发光层103例如包含四层量子阱层103a。量子阱层103a例如具有5.8 纳米(nm)的层厚，发出波长为950nm的红外光。以下，“层厚”是指由 GaAs基板101朝向p形接触层105的层叠方向的厚度。
[0026]图2是表示GaAs系直接跃迁型化合物半导体材料的晶格常数与能量带隙的关系的图表。图2示出了以GaAs为中心而与AlGaAs混晶、GaAsP 混晶及InGaAs混晶的各自组成相对应的晶格常数及能量带隙的关系。
[0027]就由组成式In
X
Ga1‑
X
As(0＜X＜1)表示的InGaAs混晶来说，随着In 组成“X”的增加，能量带隙变窄、晶格常数变大。InGaAs混晶的能量带隙比GaAs的能量带隙窄。另外，InGaAs混晶的晶格常数比GaAs的晶格常数大。
[0028]例如，量子阱层103a的InGaAs混晶具有X＝0.2的In组成，具有晶格常数5.73埃、能量带隙1.14电子伏特(eV)。
[0029]就由组成式GaAs1‑
Y
P
Y
(0＜Y＜1)表示的GaAsP混晶来说，随着P 组成“Y”的增加，能量带隙变宽、晶格常数变小。GaAsP混晶的能量带隙比GaAs的能量带隙宽。另外，GaAsP混晶的晶格常数比GaAs的晶格常数小。
[0030]例如，阻挡层103b的GaAsP混晶具有Y＝0.1的P组成，并且具有晶格常数能量带隙1.51eV。
[0031]就由组成式Al
Z
Ga1‑
Z
As(0＜Z＜1)表示的AlGaAs混晶来说，随着Al 组成“Z”的增加，能量带隙变宽。AlGaAs混晶的能量带隙比GaAs的能量带隙宽。另一方面，AlGaAs的晶格常数的变化相对于Al组成“Z”的变化小。
[0032]图2所示的InGaAs混晶现在广泛用作红外元件的发光材料。例如，其是构成光耦合器的发光二极管(LED)的发光材料。用于光耦合器的LED 的发光波长被调整成Si系光电二极管(PD)的光灵敏度高的波长区域例如 1000nm附近。
[0033]例如，就具有MQW结构的发光层103来说，当在量子阱层103a中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种半导体发光装置，其具备半导体基板和设置于所述半导体基板上的发光层，其中，所述发光层包含在由所述半导体基板朝向所述发光层的第一方向交替层叠的量子阱层和阻挡层，所述量子阱层包含具有比所述半导体基板的晶格常数大的晶格常数的第一半导体混晶，并且具有所述第一方向的第一层厚和第一应变量，所述第一应变量是所述第一层厚与所述第一应变率之积，所述第一应变率是所述第一方向上的所述第一半导体混晶的晶格间隔与所述基板的所述晶格常数之差的绝对值除以所述第一半导体混晶的所述晶格间隔而得到的，所述阻挡层包含具有比所述半导体基板的晶格常数小的晶格常数的第二半导体混晶，并且具有所述第一方向的第二层厚和第二应变量，所述第二应变量是所述第二层厚与第二应变率之积，所述第二应变率是所述第一方向上的所述第二半导体混晶的晶格间隔与所述基板的所述晶格常数之差的绝对值除以所述第二半导体混晶的所述晶格间隔而得到的，所述量子阱层及所述阻挡层以所述第一应变量比所述第二应变量大的方式设置。2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述第一半导体混晶是由组成式In
X
Ga1‑
X
As表示并且0＜X＜1的InGaAs混晶，所述第二半导体混晶是由组成式GaAs1‑
Y
P
Y
表示并且0＜Y＜1的GaAsP混晶及由组成式Al
Z
Ga1‑
Z
As1‑
Y
P
Y
表示并且0＜Y＜1、0＜Z＜1的AlGaAsP混晶中的任一种。3.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述阻挡层的层厚在所述第一应变量除以所述第二应变率而得到的值的0.53～1.0倍的范围。4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体发光装置，其中，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：菅原秀人，
申请(专利权)人：东芝电子元件及存储装置株式会社，
类型：发明
国别省市：
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