JP2005116710A - Light emitting diode and its manufacturing method - Google Patents

Light emitting diode and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2005116710A
JP2005116710A JP2003347684A JP2003347684A JP2005116710A JP 2005116710 A JP2005116710 A JP 2005116710A JP 2003347684 A JP2003347684 A JP 2003347684A JP 2003347684 A JP2003347684 A JP 2003347684A JP 2005116710 A JP2005116710 A JP 2005116710A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
group
emitting diode
light emitting
active layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003347684A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4848530B2 (en
Inventor
Toru Sagawa
徹 佐川
Hiroyuki Matsuoka
宏之 松岡
Takashi Araki
隆司 新木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dowa Holdings Co Ltd
Original Assignee
Dowa Mining Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dowa Mining Co Ltd filed Critical Dowa Mining Co Ltd
Priority to JP2003347684A priority Critical patent/JP4848530B2/en
Publication of JP2005116710A publication Critical patent/JP2005116710A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4848530B2 publication Critical patent/JP4848530B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting diode whose variation of optical output strength is small during charging of current, and that is superior in optical output strength and reverse voltage characteristic, as well as its manufacturing method. <P>SOLUTION: The light emitting diode is formed by bonding a p-clad layer 5, a p-type active layer 6, and an n-clad layer 7. The p-type active layer 6 is added with both either of a 2A group element and a 2B group element and a 4 group element as a dopant by a specified quantity thereof, respectively. The specified quantity is set so that an effective acceptor concentration may become 1×10<SP>17</SP>to 2×10<SP>18</SP>cm<SP>-3</SP>when the p-type active layer 6 is added with only either of the 2A group element and the 2B group element. In addition, the specified quantity is set so that an effective acceptor concentration may become 1×10<SP>18</SP>to 2×10<SP>19</SP>cm<SP>-3</SP>when the p-type active layer 5 is added with the 4 group element only. Thus, each dopant effect is overlapped, so that the variation of optical output strength can be suppressed and the reverse voltage and optical output strength be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、各種光学センサ、各種光学情報処理装置、各種光ポインタなどに使用される発光ダイオードおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a light emitting diode used for various optical sensors, various optical information processing apparatuses, various optical pointers, and the like, and a method for manufacturing the same.

発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)においては、電流を特定の発光領域に集中させて点光源を得たり、発光効率を高めたりする電流阻止型の発光ダイオード、及びそれらを並べて配置した点光源アレイ型の発光ダイオードが知られている(例えば、特許文献1、非特許文献1,2参照)。この電流阻止型の発光ダイオードは発光領域に印加される電流密度が高いため、例えば、千時間程度通電すると、素子が劣化して光出力強度が低下する。すなわち信頼性が悪いという問題点がある。
また、素子構造としては、例えばAlGaAs系の場合、p型Alx Ga1-x As層(ここで、0≦x≦1である。)からなる第1のクラッド層と、p型Aly Ga1-y As層(ここで、0≦y≦1である。)からなる活性層と、n型Alz Ga1-z As層(ここで、0≦z≦1である。)からなる第2のクラッド層の少なくとも3層から構成されるダブルヘテロ構造が一般的である。
また、p型活性層に添加するドーパントを亜鉛(Zn)ではなくゲルマニウム(Ge)とすることで、千時間経過したときの初期出力に対する相対出力を80%以上に維持することができ、信頼性を向上できることが知られている(例えば、特許文献2参照)。
In a light emitting diode (LED), a current blocking type light emitting diode that concentrates current in a specific light emitting region to obtain a point light source or enhances light emission efficiency, and a point light source array in which these are arranged side by side A type of light emitting diode is known (see, for example, Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2). Since the current blocking type light emitting diode has a high current density applied to the light emitting region, for example, when it is energized for about 1000 hours, the element deteriorates and the light output intensity decreases. That is, there is a problem that reliability is poor.
In addition, as an element structure, for example, in the case of AlGaAs, a first cladding layer composed of a p-type Al x Ga 1-x As layer (where 0 ≦ x ≦ 1), and p-type Al y Ga. An active layer composed of a 1-y As layer (where 0 ≦ y ≦ 1) and an n-type Al z Ga 1-z As layer (where 0 ≦ z ≦ 1) are formed. A double heterostructure composed of at least three layers of two cladding layers is common.
In addition, by using germanium (Ge) instead of zinc (Zn) as the dopant added to the p-type active layer, the relative output with respect to the initial output after 1000 hours can be maintained at 80% or more, and reliability It is known that can improve (for example, refer patent document 2).

特開平6−69540号公報(段落[0044]、図6及び図8)JP-A-6-69540 (paragraph [0044], FIG. 6 and FIG. 8) 特許第3187279号公報(段落[0013]、[0022])Japanese Patent No. 3187279 (paragraphs [0013] and [0022]) 今本 浩史、柳ケ瀬 雅司、高岡 元章著、「AlGaInP点光源LEDの信頼性評価」、社団法人電子情報通信学会 信学技報、R96−21(1996―11)p.11〜16Hirofumi Imamoto, Masashi Yanagase, Motoaki Takaoka, “Reliability Evaluation of AlGaInP Point Light Source LED”, IEICE Technical Report, R96-21 (1996-11) p. 11-16 加藤 俊宏、坂 貴、廣谷 真澄、曽根 豪紀著「ブラック反射鏡を用いた赤外点光源LEDの開発」、大同工業大学紀要 第34巻(1998)p.109〜111Toshihiro Kato, Takashi Saka, Masumi Sugaya, Takenori Sone, “Development of Infrared Point Light Source LED Using Black Reflector”, Daido Institute of Technology Bulletin 34 (1998) p. 109-111

しかし、電流阻止型の発光ダイオードにおいては、p型活性層のドーパントとしてGeなどの4族元素を用いた場合、光出力強度および逆電圧特性が不十分であるという課題がある。この課題に対して、p型活性層に添加するGeなどの4族元素の量を制御することで、光出力強度は高められるが、通電中の素子の劣化による光出力の低下が大きくなる。すなわち信頼性が低下する。また、逆電圧特性はいずれに調整しても不充分である。
一方、p型活性層のドーパントとしてマグネシウム(Mg)などの2A族やZnなどの2B族元素を用いると、通電中の光出力の低下が大きい、すなわち信頼性が悪いという課題がある。この課題に対して、p型活性層に添加するMgなどの2A族やZnなどの2B族元素の量を制御することで、信頼性はある程度向上させることもできるが、光出力強度が低下する。
However, in the current blocking type light emitting diode, when a group 4 element such as Ge is used as the dopant of the p-type active layer, there is a problem that the light output intensity and the reverse voltage characteristic are insufficient. In response to this problem, the light output intensity can be increased by controlling the amount of a group 4 element such as Ge added to the p-type active layer, but the light output is greatly reduced due to deterioration of the element during energization. That is, reliability is lowered. In addition, the reverse voltage characteristics are insufficient to adjust to any of them.
On the other hand, when a 2A group element such as magnesium (Mg) or a 2B group element such as Zn is used as a dopant of the p-type active layer, there is a problem that the light output during energization is greatly reduced, that is, the reliability is poor. In order to solve this problem, the reliability can be improved to some extent by controlling the amount of 2A group elements such as Mg and 2B group elements such as Zn added to the p-type active layer, but the light output intensity decreases. .

そこで、本発明は、以上の点に鑑み、p型活性層のドーパント材料およびその量を制御することで、通電中の光出力強度の変動が少なく、かつ、光出力強度および逆電圧特性に優れた発光ダイオードおよびその製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above points, the present invention controls the dopant material of the p-type active layer and the amount thereof, so that the fluctuation of the light output intensity during energization is small, and the light output intensity and the reverse voltage characteristic are excellent. Another object of the present invention is to provide a light emitting diode and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成するために、本発明による発光ダイオードは、第一のクラッド層とp型の活性層と第二のクラッド層とを接合した発光ダイオードにおいて、上記p型の活性層にドーパントとして、2A族か2B族の何れかの元素と4族元素との双方を添加したことを特徴とする。好ましくは、上記活性層には、2A族か2B族の何れかの元素を、単独で添加したときの有効アクセプタ密度が1×1017〜2×1018cm-3となる量添加するとともに、4族元素を、単独で添加したときの有効アクセプタ密度が1×1017〜2×1018cm-3となる量添加する。ここで、前記2A族の元素は、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)の何れかであり、前記2B族の元素は、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)の何れかであり、前記4族元素は、ゲルマニウム(Ge)、シリコン(Si)、錫(Sn)の何れかであることが、好ましい。
また、前記第一のクラッド層、前記p型の活性層及び前記第二のクラッド層が、それぞれAlx Ga1-x As層、Aly Ga1-y As層、Alz Ga1-z As層(ここで、0≦x,y,z≦1,y<x,z)であることが好ましい。
また、前記発光ダイオードは、好ましくは、基板の伝導型と逆伝導型であって、電流を阻止する役目を持つ電流阻止層を備える。
また、上記構成の何れかの発光ダイオードの素子を1つのチップに複数個備えていてもよい。
In order to achieve the above object, a light emitting diode according to the present invention is a light emitting diode in which a first cladding layer, a p-type active layer, and a second cladding layer are joined. It is characterized by adding both elements of Group 2A or Group 2B and Group 4 elements. Preferably, the active layer is added in an amount such that an effective acceptor density of 1 × 10 17 to 2 × 10 18 cm −3 when an element of either group 2A or group 2B is added alone, The group 4 element is added in such an amount that the effective acceptor density when it is added alone is 1 × 10 17 to 2 × 10 18 cm −3 . Here, the group 2A element is magnesium (Mg) or beryllium (Be), the group 2B element is zinc (Zn), or cadmium (Cd), and the group 4 The element is preferably germanium (Ge), silicon (Si), or tin (Sn).
The first clad layer, the p-type active layer, and the second clad layer are respectively an Al x Ga 1 -x As layer, an Al y Ga 1 -y As layer, and an Al z Ga 1 -z As layer. It is preferable that the layer (where 0 ≦ x, y, z ≦ 1, y <x, z).
The light emitting diode preferably includes a current blocking layer having a function of blocking current, which is of a conductive type and a reverse conductive type of the substrate.
Further, a plurality of light emitting diode elements having any of the above structures may be provided on one chip.

一方、本発明による発光ダイオードの製造方法は、第一のクラッド層とp型の活性層と第二のクラッド層とを接合した発光ダイオードの製造方法において、上記第一のクラッド層を成長させた後に、2A族か2B族の何れかの元素を、単独で添加したときの有効アクセプタ密度が1×1017〜2×1018cm-3となる量添加するとともに、4族元素を、単独で添加したときの有効アクセプタ密度が1×1017〜2×1018cm-3となる量添加して、上記p型の活性層を成長させ、上記活性層上に上記第二のクラッド層を成長させることを特徴とする。ここで、前記2A族の元素は、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)の何れかであり、前記2B族の元素は、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)の何れかであり、前記4族元素は、ゲルマニウム(Ge)、シリコン(Si)、錫(Sn)の何れかであることが、好ましい。
また、好ましくは、前記第一のクラッド層を成長させる前に、基板上に電流阻止層を成長させて、所定の箇所の電流阻止層を除去する。
また、前記第一のクラッド層、前記p型の活性層及び前記第二のクラッド層は、それぞれAlx Ga1-x As層、Aly Ga1-y As層、Alz Ga1-z As層(ここで、0≦x,y,z≦1,y<x,z)であることが好ましい。
On the other hand, in the method for manufacturing a light emitting diode according to the present invention, the first cladding layer is grown in the method for manufacturing a light emitting diode in which the first cladding layer, the p-type active layer, and the second cladding layer are joined. Later, an element of either group 2A or group 2B is added in an amount such that the effective acceptor density when it is added alone is 1 × 10 17 to 2 × 10 18 cm −3. The amount of effective acceptor density when added becomes 1 × 10 17 to 2 × 10 18 cm −3 to grow the p-type active layer and grow the second cladding layer on the active layer It is characterized by making it. Here, the group 2A element is magnesium (Mg) or beryllium (Be), the group 2B element is zinc (Zn), or cadmium (Cd), and the group 4 The element is preferably germanium (Ge), silicon (Si), or tin (Sn).
Preferably, before the first cladding layer is grown, a current blocking layer is grown on the substrate to remove the current blocking layer at a predetermined location.
The first clad layer, the p-type active layer, and the second clad layer are respectively an Al x Ga 1 -x As layer, an Al y Ga 1 -y As layer, and an Al z Ga 1 -z As. It is preferable that the layer (where 0 ≦ x, y, z ≦ 1, y <x, z).

本発明によれば、p型活性層のドーパントとして4族元素と2A族または2B族の元素とを所定量ずつ添加しており、通電中の光出力強度の変動を抑制し、かつ逆電圧特性が高く、光出力強度も高く、LED特性として好ましい特性を発揮する発光ダイオードを提供することができる。特性が向上する理由としては、双方の各元素による効果、すなわち、4族元素のドーパントによる通電中の光出力強度の変動を抑える効果と、2A族または2B族元素のドーパントによる光出力強度および逆電圧特性が向上する効果とが、互いに補足しあっているものと推察される。また、それぞれを単独で添加したときよりも両方を添加したときの方が通電中の光出力強度の変動が少ない、すなわち信頼性が向上することから、信頼性については何らかの相乗効果もあるものと推察される。さらに、LED構造を電流阻止層上に設け、電流阻止型のLEDとすることで、点光源を得ることができる。   According to the present invention, a group 4 element and a group 2A or group 2B element are added in predetermined amounts as dopants for the p-type active layer, the fluctuation of the light output intensity during energization is suppressed, and the reverse voltage characteristics In addition, a light emitting diode having high light output intensity and exhibiting preferable characteristics as LED characteristics can be provided. The reason why the characteristics are improved is that the effects of both elements, that is, the effect of suppressing the fluctuation of the light output intensity during energization by the dopant of the group 4 element, the light output intensity by the dopant of the group 2A or 2B element and the reverse It is presumed that the effect of improving the voltage characteristics complements each other. In addition, when both are added alone, there is less fluctuation in the light output intensity during energization, that is, reliability is improved, so there is some synergistic effect on reliability. Inferred. Furthermore, a point light source can be obtained by providing the LED structure on the current blocking layer to obtain a current blocking LED.

本発明による発光ダイオードの製造方法は、p型活性層を成長させる際に、ドーパントとして、4族元素と、2A族または2B族の元素とを、それぞれ所定量添加するようにする。これにより、各ドーパントによる相乗効果を奏する発光ダイオードを製造することができる。また、第一のクラッド層、活性層、第二クラッド層を順次成長させる前に、基板にMOCVD法などにより電流阻止層を成長させ、所定の箇所の電流阻止層を除去してから、第一のクラッド層を成長させるので、製造された発光ダイオードは点光源として使用することができる。   In the method for manufacturing a light emitting diode according to the present invention, when a p-type active layer is grown, a predetermined amount of each of a group 4 element and a group 2A or 2B element is added as a dopant. Thereby, the light emitting diode which has a synergistic effect by each dopant can be manufactured. In addition, before sequentially growing the first cladding layer, the active layer, and the second cladding layer, a current blocking layer is grown on the substrate by MOCVD or the like, and after removing the current blocking layer at a predetermined location, Therefore, the manufactured light emitting diode can be used as a point light source.

ここで、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
以下では、本発明に係る発光ダイオードとして、電流阻止型の点光源アレイ型発光ダイオードを例にとって説明する。
図1(A)はその点光源アレイ型発光ダイオードの断面構造を示す図で、図1(B)はその平面図である。即ち、図1(B)のX―X線に沿った断面図が図1(A)である。点光源アレイ型発光ダイオード20の各素子20a,20b,20cは、図1に示すように、電流の通路となる凹部4を有する基板1と、基板1の伝導型と逆伝導型で電流を阻止する役目を持つ電流阻止層2と、基板1と同一伝導型のクラッド層5、活性層6、基板1と逆伝導型のクラッド層7のダブルヘテロ接合のLED構造とを有する。各素子20a,20b,20cにおいて、基板1上の電流阻止層2のない所定のLED構造領域からの発光が、所定の大きさ(L)の発光部17から外部へ出射される(図1の上矢印↑参照)。
Now, embodiments of the present invention will be described in detail.
Hereinafter, a current blocking type point light source array type light emitting diode will be described as an example of the light emitting diode according to the present invention.
FIG. 1A is a diagram showing a cross-sectional structure of the point light source array type light emitting diode, and FIG. 1B is a plan view thereof. That is, FIG. 1A is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. As shown in FIG. 1, each element 20a, 20b, 20c of the point light source array type light-emitting diode 20 blocks a substrate 1 having a recess 4 serving as a current path and a conduction type opposite to the conduction type of the substrate 1 to block current. And a double heterojunction LED structure comprising a clad layer 5 having the same conductivity type as that of the substrate 1, an active layer 6, and a clad layer 7 having a reverse conductivity type of the substrate 1. In each of the elements 20a, 20b, and 20c, light emitted from a predetermined LED structure region without the current blocking layer 2 on the substrate 1 is emitted to the outside from the light emitting unit 17 having a predetermined size (L) (FIG. 1). See the up arrow ↑).

ここで、点光源アレイ型発光ダイオード20の各素子20a,20b,20cは、基板1に達する深さまで分離溝8により分離されており、各素子20a,20b,20cのリーク電流を減少させる構造となっている。この分離溝8は電極15,16間の分離も兼ねており、これにより、N電極15、P電極16の両電極を同一面内に形成することができるため、点光源アレイ型発光ダイオード20を回路基板にフリップチップ実装することが可能となる。なお、9は酸化膜の層であり、11は基板1まで貫通した拡散領域のPコンタクト部で、P電極16からの電流を基板1まで通過させる機能を有する。   Here, each element 20a, 20b, 20c of the point light source array type light-emitting diode 20 is separated by the separation groove 8 to a depth reaching the substrate 1, and a structure for reducing the leakage current of each element 20a, 20b, 20c is obtained. It has become. The separation groove 8 also serves as a separation between the electrodes 15 and 16, whereby both the N electrode 15 and the P electrode 16 can be formed in the same plane, so that the point light source array type light emitting diode 20 is formed. It becomes possible to perform flip chip mounting on a circuit board. Reference numeral 9 denotes an oxide film layer, and reference numeral 11 denotes a P contact portion of a diffusion region penetrating to the substrate 1, which has a function of passing a current from the P electrode 16 to the substrate 1.

例えば、基板1として3−5族の基板のうちp型のGaAs基板を用いた場合には、基板1上面に、n型のAla Ga1-a As層(0≦a≦1)の電流を阻止する役目を持つ電流阻止層2を有している。そして、電流阻止層2を基板1に達するまでエッチングして一部円筒状に形成された凹部4に、p型Alx Ga1-x As層(0≦x≦1)のクラッド層5、p型Aly Ga1-y As層(0≦y≦1)の活性層6、n型Alz Ga1-z As層(0≦z≦1)のクラッド層7のダブルヘテロ接合のLED構造を結晶成長させ、N電極15を形成して発光部17が形成されている。そして、このような素子が一次元あるいは二次元に配置されたものがアレイ型発光ダイオードである。 For example, when a p-type GaAs substrate of the Group 3-5 substrate is used as the substrate 1, the current of the n-type Al a Ga 1-a As layer (0 ≦ a ≦ 1) is formed on the upper surface of the substrate 1. The current blocking layer 2 has a role of blocking the current. Then, the current blocking layer 2 is etched until it reaches the substrate 1, and the cladding layer 5 of the p - type Al x Ga 1-x As layer (0 ≦ x ≦ 1) is formed in the concave portion 4 formed in a partially cylindrical shape. The double heterojunction LED structure of the active layer 6 of the n - type Al y Ga 1-y As layer (0 ≦ y ≦ 1) and the clad layer 7 of the n-type Al z Ga 1-z As layer (0 ≦ z ≦ 1) Crystals are grown to form an N electrode 15 to form a light emitting portion 17. An array type light emitting diode is one in which such elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.

本発明においては、p型Aly Ga1-y As層(0≦y≦1)の活性層6には、ドーパントとして、2A族または2B族の元素と4族元素との双方、すなわち、2A族の元素と4族元素の双方、または2B族の元素と4族元素の双方を添加している。ここで、2A族の元素としては、マグネシウム(Mg)やベリリウム(Be)などが挙げられ、2B族の元素としては、亜鉛(Zn)やカドミウム(Cd)などが挙げられる。また4族元素としては、ゲルマニウム(Ge)、シリコン(Si)、錫(Sn)などが挙げられる。また、活性層6への各元素の添加は、例えばLPE(Liquid Phase Epitaxy:液相成長)法により活性層6を成長させる場合、ガリウム(Ga)融液中に各元素を添加することで可能である。
また、活性層6への添加量は、元素毎に定められた所定量である。例えばLPE法を用いた場合、溶液中から活性層6へ取りこまれる割合は、成長温度、成長層の組成などにより変化するので、その所定量はそれぞれを単独のドーパントとして添加したときのp型活性層中の有効アクセプタ密度で示すと、次の通りである。
4族元素の場合、4族元素単独で添加したときにp型活性層6の有効アクセプタ密度が、1×1018〜2×1019cm-3となるようにする。この有効アクセプタ密度の好ましい値としては2×1018〜8×1018cm-3、最適値としては2×1018cm-3である。
また、2A族または2B族の元素の場合、その元素単独で添加したときにp型活性層6の有効アクセプタ密度が1×1017〜2×1018cm-3となるようにする。この有効アクセプタ密度の最適値としては、1×1017〜1×1018cm-3である。
この範囲において、通電中の光出力強度の変動が少なく、かつ逆電圧特性が良く、光出力強度が高い発光ダイオードを得ることができる。
In the present invention, the active layer 6 of the p-type Al y Ga 1-y As layer (0 ≦ y ≦ 1) has both a group 2A or group 2B element and a group 4 element as dopants, that is, 2A. Both Group element and Group 4 element, or both Group 2B element and Group 4 element are added. Here, examples of the group 2A element include magnesium (Mg) and beryllium (Be), and examples of the group 2B element include zinc (Zn) and cadmium (Cd). Examples of the group 4 element include germanium (Ge), silicon (Si), tin (Sn), and the like. Further, each element can be added to the active layer 6 by adding each element to the gallium (Ga) melt when the active layer 6 is grown by, for example, an LPE (Liquid Phase Epitaxy) method. It is.
The amount added to the active layer 6 is a predetermined amount determined for each element. For example, when the LPE method is used, since the proportion taken into the active layer 6 from the solution varies depending on the growth temperature, the composition of the growth layer, etc., the predetermined amount is p-type when each is added as a single dopant. The effective acceptor density in the active layer is as follows.
In the case of a Group 4 element, the effective acceptor density of the p-type active layer 6 is set to 1 × 10 18 to 2 × 10 19 cm −3 when the Group 4 element is added alone. A preferable value of the effective acceptor density is 2 × 10 18 to 8 × 10 18 cm −3 , and an optimal value is 2 × 10 18 cm −3 .
In the case of an element of group 2A or 2B, the effective acceptor density of the p-type active layer 6 is set to 1 × 10 17 to 2 × 10 18 cm −3 when the element alone is added. The optimum value of the effective acceptor density is 1 × 10 17 to 1 × 10 18 cm −3 .
In this range, it is possible to obtain a light-emitting diode with little light output intensity fluctuation during energization, good reverse voltage characteristics, and high light output intensity.

次に、本発明の発光ダイオードの製造方法を、一例として図1の電流阻止型の点光源アレイ型発光ダイオード20を製造する工程を示した図2〜図6を参照しながら説明する。図5(A)〜(C),図6(A),(B)は、それぞれ、図2(B),(D),図3(B),(C),図4(C)の平面図である。例えば、図5(A)のY1−Y1線に沿う断面図が図2(B)である。以下の説明においては、P型基板を使用した場合の製造方法を例にとって説明する。   Next, a method for manufacturing the light emitting diode of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 6 showing steps of manufacturing the current blocking type point light source array type light emitting diode 20 of FIG. 1 as an example. FIGS. 5A to 5C, FIGS. 6A and 6B are planes of FIGS. 2B, 3D, 3B, 3C, and 4C, respectively. FIG. For example, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line Y1-Y1 in FIG. In the following description, a manufacturing method using a P-type substrate will be described as an example.

第1工程として、図2(A)に示すように、p型GaAsの基板1上に例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法でn型Ala Ga1-a As層(ここで、0≦a≦1)からなる電流阻止層2を厚さ数μm程度(例えば1〜5μm)に成長させる。 As a first step, as shown in FIG. 2A, an n-type Al a Ga 1-a As layer (here, 0 ≦ 0) is formed on a p-type GaAs substrate 1 by, eg, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). A current blocking layer 2 made of a ≦ 1) is grown to a thickness of about several μm (for example, 1 to 5 μm).

第2工程として、図2(B),図5(A)に示すように、フォトリソグラフィー法により、エピタキシャル成長面上に発光部となる部分である凹部4とPコンタクト部となる部分4’のパターンを形成する。即ち、フォトリソグラフィー法により電流阻止層2上にレジスト3を形成した後に、表面にレジスト3の無い箇所をエッチングして、発光部となる部分である凹部4とPコンタクト部となる部分4’とを形成する。これにより、電流阻止層2のない部分、即ち領域が存在することになる。ここで、発光部となる凹部4は直径L1の円形、Pコンタクト部となる部分4’は幅L2のストライプ状とすることができる。なお、レジスト3は後で除去する。   As a second step, as shown in FIG. 2B and FIG. 5A, the pattern of the concave portion 4 serving as the light emitting portion and the portion 4 ′ serving as the P contact portion is formed on the epitaxial growth surface by photolithography. Form. That is, after the resist 3 is formed on the current blocking layer 2 by the photolithography method, a portion where the resist 3 is not present is etched on the surface, and the concave portion 4 which is a light emitting portion and the portion 4 ′ which is a P contact portion Form. As a result, a portion without the current blocking layer 2, that is, a region exists. Here, the concave portion 4 serving as a light emitting portion can be formed in a circular shape having a diameter L1, and the portion 4 'serving as a P contact portion can be formed in a stripe shape having a width L2. The resist 3 is removed later.

第3工程として、図2(C)に示すように、このパターンを形成したエピタキシャル成長面上にLED構造、例えば、順にpクラッド層5(p型Alx Ga1-x As層)、活性層6(p型Aly Ga1-y As層)、nクラッド層7(n型Alz Ga1- zAs層)のサンドイッチ構造を、例えばLPE法によりそれぞれ成長させる。ただし、0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1,y<x,zである。LED構造の各層を例えばLPE法で成長させる場合には、エピタキシャル成長させるのに必要となる組成およびドーパントを各成長溶液溜に入れ、それらの溶液を基板に接触させて温度降下により基板上にエピタキシャル成長をさせる操作を各層毎に順次繰り返す。 As a third step, as shown in FIG. 2C, an LED structure, for example, a p-clad layer 5 (p-type Al x Ga 1-x As layer) and an active layer 6 are formed on the epitaxial growth surface on which this pattern is formed. Sandwich structures of (p-type Al y Ga 1-y As layer) and n-clad layer 7 (n-type Al z Ga 1-z As layer) are grown by, for example, the LPE method. However, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, y <x, z. When each layer of the LED structure is grown by, for example, the LPE method, a composition and a dopant necessary for epitaxial growth are placed in each growth solution reservoir, and these solutions are brought into contact with the substrate and epitaxial growth is performed on the substrate by a temperature drop. This operation is sequentially repeated for each layer.

第4工程として、図2(D),図5(B)に示すように、エピタキシャル層に基板1に達する深さの電極及び素子分離用のエッチング溝8を形成する。
第5工程として、酸化膜(SiO2 )の層9をスパッタ法やCVD法などによりエピタキシャル層上に形成し、その後、図3(A)に示すように、Pコンタクト部となる部分10の酸化膜(SiO2 )の層をエッチングにより除去する。
そして、第6工程として、第5工程を経た基板1を亜鉛(Zn)雰囲気中で熱処理することにより、図3(B),図5(C)に示すように、第5工程でエッチングにより除去した部分10からZnを拡散させることで、P型の拡散領域を形成し、Pコンタクト部11とする。この場合、酸化膜(SiO2 )層9はZnの拡散の領域を制限するマスクの役割を果たす。
第7工程として、図3(C),図6(A)に示すように、Nコンタクト部となる部分12をエッチングにより形成する。
第8工程として、フォトリソグラフィー法により図4(A)に示すようなレジスト13のパターンを形成し電極材料14を蒸着後(図4(B))、リフトオフによりレジストを剥離し、図4(C),図6(B)に示すような電極のパターンを形成し、それぞれN電極15、P電極16とする。
最後に、第9工程として、例えば図4(D)に示すような配線18を、例えばアルミニウム(Al)などにより形成してフリップチップタイプの一次元点光源のアレイ型LEDチップ21を製造する。図4(D)では、3個の発光部17を有する一次元点光源アレイ型LEDチップ21を示している。ここで、本発明において、チップとは、複数個の素子を一次元、または二次元に配列したものである。
As a fourth step, as shown in FIGS. 2D and 5B, an electrode having a depth reaching the substrate 1 and an etching groove 8 for element isolation are formed in the epitaxial layer.
As a fifth step, an oxide film (SiO 2 ) layer 9 is formed on the epitaxial layer by sputtering or CVD, and then oxidation of the portion 10 that becomes the P contact portion is performed as shown in FIG. The layer of the film (SiO 2 ) is removed by etching.
Then, as a sixth step, the substrate 1 that has undergone the fifth step is heat-treated in a zinc (Zn) atmosphere, and is removed by etching in the fifth step, as shown in FIGS. 3B and 5C. By diffusing Zn from the portion 10 thus formed, a P-type diffusion region is formed, and the P contact portion 11 is formed. In this case, the oxide film (SiO 2 ) layer 9 serves as a mask for limiting the Zn diffusion region.
As a seventh step, as shown in FIGS. 3C and 6A, a portion 12 to be an N contact portion is formed by etching.
As an eighth step, a pattern of a resist 13 as shown in FIG. 4A is formed by photolithography and an electrode material 14 is deposited (FIG. 4B). Then, the resist is peeled off by lift-off, and FIG. ), An electrode pattern as shown in FIG. 6B is formed, which is referred to as an N electrode 15 and a P electrode 16, respectively.
Finally, as a ninth step, for example, wiring 18 as shown in FIG. 4D is formed of, for example, aluminum (Al) or the like to manufacture an array type LED chip 21 of a flip chip type one-dimensional point light source. FIG. 4D shows a one-dimensional point light source array type LED chip 21 having three light emitting portions 17. Here, in the present invention, the chip is a chip in which a plurality of elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.

(実施例)
以下、実施例を説明する。
図7は、この実施例における点光源アレイ型発光ダイオードの各組成及びドーパントの種類を示した表である。
製造の第1工程として、キャリア密度2×1019cm-3のp型GaAsの基板1上にMOCVD法でn型GaAs層からなる電流阻止層2を成長させた。MOCVD法のキャリアガスとしては水素を用い、このときの成長温度は700℃、成長圧力は75Torr(約1×104 Pa)とした。また、GaAs原料としてトリメチルガリウム(TMG)及びアルシン(AsH3 )を用い、それぞれの流量を0.13mmol(ミリモル)/分、1.3mmol/分とした。n型のドーパントには硫黄(S)を用い、その供給源を硫化水素(H2 S)とし、成長中このH2 Sガスを10000ppmの濃度で流した。このようにしてキャリア密度1×1019cm-3、厚さ2μmのn型GaAs層よりなる電流阻止層2を成長させた(図2(A)参照)。なお、n型のドーパントにはセレンを用い、その供給源としてセレン化水素(H2 Se)を用いることや、n型のドーパントにテルル(Te)を用い、その供給源としてジエチルテルル(DETe)を用いることや、n型のドーパントにシリコン(Si)を用い、その供給源としてシラン(SiH4 )やジシラン(Si2 6 )を用いることや、n型のドーパントに錫(Sn)を用い、その供給源としてトリエチル錫(TESn)やトリメチル錫(TMSn)を用いることも可能である。
(Example)
Examples will be described below.
FIG. 7 is a table showing each composition of the point light source array type light emitting diode and the kind of dopant in this example.
As a first manufacturing step, a current blocking layer 2 made of an n-type GaAs layer was grown on a p-type GaAs substrate 1 having a carrier density of 2 × 10 19 cm −3 by MOCVD. Hydrogen was used as the carrier gas for the MOCVD method. At this time, the growth temperature was 700 ° C., and the growth pressure was 75 Torr (about 1 × 10 4 Pa). Trimethylgallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) were used as GaAs raw materials, and the respective flow rates were set to 0.13 mmol (mmol) / min and 1.3 mmol / min. Sulfur (S) was used as the n-type dopant, and its supply source was hydrogen sulfide (H 2 S), and this H 2 S gas was flowed at a concentration of 10,000 ppm during growth. In this way, a current blocking layer 2 made of an n-type GaAs layer having a carrier density of 1 × 10 19 cm −3 and a thickness of 2 μm was grown (see FIG. 2A). In addition, selenium is used for the n-type dopant, hydrogen selenide (H 2 Se) is used as the supply source, or tellurium (Te) is used as the n-type dopant, and diethyl tellurium (DETe) is used as the supply source. , Silicon (Si) is used as the n-type dopant, silane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is used as the supply source, and tin (Sn) is used as the n-type dopant. It is also possible to use triethyltin (TESn) or trimethyltin (TMSn) as the supply source.

製造の第2工程として、第1工程で得られた電流阻止層2の上にフォトリソグラフィー法により直径L1=15μmの円形のパターンと幅L2=100μmのストライプ状のパターンを形成し、この部分をエッチングすることにより電流阻止層2の一部に穴を空けて凹部を形成して、後の製造の第3工程でLED構造を成長させた際の電流通路となる部分を設けた(図2(B),図5(A)参照)。ここでは、リン酸(H3 PO4 )―H2 2 ―H2 O系のエッチング液によりエッチングした。
製造の第3工程として、第2工程にて得られた電流阻止層2付きの基板1の上にLPE法の徐冷法により、順に、pクラッド層5としてのp型Al0.3 Ga0.7 As層を802〜800℃下で約2μm成長させ、活性層6としてのp型Al0.03Ga0.97As層を800℃下で約1μm成長させ、nクラッド層7としてのn型Al 0.3Ga0.7 As層を800〜795℃下で約2μm成長させて、ダブルヘテロ型のLED構造を形成した(図2(C)参照)。このLED構造におけるドーピングは、Ga融液にドーパントとなる元素を添加することで行った。pクラッド層5のドーパントとしてはマグネシウム(Mg)または亜鉛(Zn)を用い、nクラッド層7のドーパントとしてテルル(Te)を用いた。また、活性層6のドーパントには、本実施例では、ゲルマニウム(Ge)と亜鉛(Zn)の双方を用い、成長温度、層の組成などを考慮して、それぞれ所定量ずつ活性層6に取り込まれるようにした。すなわち、Geを単独で添加したときに有効アクセプタ密度が2.0×1018、8.0×1018、1.5×1019cm-3の何れかとなる量で、Znを単独で添加したときに有効アクセプタ密度が1.0×1017、2.5×1017、5.0×1017、1.0×1018、2.0×1018cm-3の何れかとなる量を添加して、活性層6を成長させた。
As a second step of manufacturing, a circular pattern having a diameter L1 = 15 μm and a stripe pattern having a width L2 = 100 μm are formed on the current blocking layer 2 obtained in the first step by a photolithography method. By etching, a hole is formed in a part of the current blocking layer 2 to form a recess, and a portion serving as a current path when the LED structure is grown in the third step of the subsequent manufacturing is provided (FIG. 2 ( B), FIG. 5 (A)). Here, etching was performed using phosphoric acid (H 3 PO 4 ) —H 2 O 2 —H 2 O-based etching solution.
As a third step of manufacturing, a p-type Al 0.3 Ga 0.7 As layer 802 as a p-clad layer 5 is sequentially formed on the substrate 1 with the current blocking layer 2 obtained in the second step by a slow cooling method of the LPE method. The p-type Al 0.03 Ga 0.97 As layer as the active layer 6 is grown at about 1 μm at 800 ° C., and the n-type Al 0.3 Ga 0.7 As layer as the n-clad layer 7 is grown at 800-800 ° C. A double hetero type LED structure was formed by growing it at about 7 μm at 795 ° C. (see FIG. 2C). Doping in the LED structure was performed by adding an element serving as a dopant to the Ga melt. Magnesium (Mg) or zinc (Zn) was used as a dopant for the p-clad layer 5, and tellurium (Te) was used as a dopant for the n-clad layer 7. In this embodiment, both germanium (Ge) and zinc (Zn) are used as dopants for the active layer 6 and are taken into the active layer 6 by a predetermined amount in consideration of growth temperature, layer composition, and the like. It was made to be. That is, when Ge is added alone, Zn is added alone in such an amount that the effective acceptor density becomes 2.0 × 10 18 , 8.0 × 10 18 , or 1.5 × 10 19 cm −3 . Occasionally an effective acceptor density of 1.0 × 10 17 , 2.5 × 10 17 , 5.0 × 10 17 , 1.0 × 10 18 , 2.0 × 10 18 cm −3 is added Then, the active layer 6 was grown.

製造の第4工程として、製造の第3工程で成長させたエピタキシャル層に、電極および素子分離用のエッチング溝8を幅50μmで形成した(図2(D),図5(B)参照)。 製造の第5工程として、RFプラズマCVD法を用いて、原料ガスとしてシラン(SiH4 )ガスと一酸化二窒素(N2 O)ガスとを流し、基板温度350℃、圧力0.5Torr(約6.7×10Pa)で高周波電力500Wで厚み0.3μmの酸化膜(SiO2 )をエピタキシャル層上に堆積させた。その後、Pコンタクト部となる部分10の酸化膜(SiO2 )層をフッ素系のエッチング液によりエッチングして除去した(図3(A)参照)。
製造の第6工程として、石英製容器中にウエハーとZnAs2 (二砒化亜鉛)とをセットし、水素雰囲気中温度600℃で2時間熱処理して、製造の第5工程でエッチングにより除去した部分10から亜鉛(Zn)を拡散させて、Pコンタクト部11としてP型の領域を形成した(図3(B),図5(C)参照)。
製造の第7工程として、Nコンタクト部となる部分12をエッチングにより形成した(図3(C),図6(A)参照)。
製造の第8工程として、フォトリソグラフィー法によりレジスト13のパターンを形成し(図4(A)参照)、電極材料14を蒸着後(図4(B)参照)、アセトン中で煮沸することでレジストを剥離する、所謂リフトオフ法により、N電極15とP電極16を形成した(図4(C),図6(B)参照)。
製造の第9工程として、Alで配線18を形成してフリップチップタイプの一次元のアレイ型LEDチップを製造した(図4(D)参照)。
As the fourth manufacturing step, an etching groove 8 for separating electrodes and elements was formed in a width of 50 μm in the epitaxial layer grown in the third manufacturing step (see FIGS. 2D and 5B). As a fifth step of manufacturing, RF plasma CVD is used, and silane (SiH 4 ) gas and dinitrogen monoxide (N 2 O) gas are flowed as source gases, the substrate temperature is 350 ° C., the pressure is 0.5 Torr (about An oxide film (SiO 2 ) having a thickness of 0.3 μm was deposited on the epitaxial layer at a high frequency power of 500 W at 6.7 × 10 Pa). Thereafter, the oxide film (SiO 2 ) layer of the portion 10 which becomes the P contact portion was removed by etching with a fluorine-based etchant (see FIG. 3A).
As a sixth step of manufacturing, a wafer and ZnAs 2 (zinc diarsenide) are set in a quartz container, heat-treated in a hydrogen atmosphere at a temperature of 600 ° C. for 2 hours, and removed by etching in the fifth step of manufacturing. Zinc (Zn) was diffused from 10 to form a P-type region as the P contact portion 11 (see FIGS. 3B and 5C).
As a seventh manufacturing step, a portion 12 to be an N contact portion was formed by etching (see FIGS. 3C and 6A).
As an eighth step of manufacturing, a resist 13 pattern is formed by a photolithography method (see FIG. 4A), the electrode material 14 is deposited (see FIG. 4B), and then boiled in acetone. The N electrode 15 and the P electrode 16 were formed by a so-called lift-off method (see FIGS. 4C and 6B).
As a ninth manufacturing process, a flip chip type one-dimensional array type LED chip was manufactured by forming wiring 18 with Al (see FIG. 4D).

図8は、p型活性層6へのGeおよびZnの各ドーピング量における発光ダイオードの特性結果を示す表であり、(a)は信頼性、(b)は逆電圧特性、(c)は光出力強度の各平均値を示した表である。ここで、信頼性とは、25℃における283A/cm2 通電で1000時間経過したときの初期出力に対する出力の相対値である。逆電圧は、25℃でpn接合の逆方向に5.66×10-2A/cm2 通電したときの印加電圧である。光出力強度は、25℃における90.6A/cm2 通電時の光出力強度であり、基準強度に対する相対値で表記している。何れの値も高い方が発光ダイオードとしての特性がよい。なお、図8には、後述する比較例の結果、すなわち、Geのみドーピングさせた場合とZnのみドーピングさせた場合とにおける結果も入れてある。 FIG. 8 is a table showing the characteristic results of the light-emitting diode at each doping amount of Ge and Zn into the p-type active layer 6, where (a) is reliability, (b) is reverse voltage characteristics, and (c) is light. It is the table | surface which showed each average value of output intensity. Here, the reliability is a relative value of the output with respect to the initial output when 1000 hours have elapsed with 283 A / cm 2 energization at 25 ° C. The reverse voltage is an applied voltage when 5.66 × 10 −2 A / cm 2 is applied in the reverse direction of the pn junction at 25 ° C. The light output intensity is the light output intensity when energized at 90.6 A / cm 2 at 25 ° C., and is expressed as a relative value with respect to the reference intensity. The higher the value, the better the characteristics as a light emitting diode. FIG. 8 also shows the result of a comparative example to be described later, that is, the result when only Ge is doped and when only Zn is doped.

ドーパントとしてGeおよびZnの双方を用いると、信頼性は、図8(a)から明らかなように、実施例として行ったドーピング条件下全てにおいて、平均約95.5%前後であり、最低でも約90%という十分高い値を得た。かかる値は、後述する比較例2、すなわち、活性層6に添加するドーパントにZnのみを用いた場合と比べて高いといえる。
また、逆電圧は、図8(b)から明らかなように、Geを単独で添加したときの有効アクセプタ密度が2.0×1018cm-3でかつZnを単独で添加したときの有効アクセプタ密度が1.0×1017〜1.0×1018cm-3では、約9〜10Vであり、LED特性としては十分といえる。活性層6に添加しているドーパントをGeおよびZnの双方とし、かつこれらを単独で添加したときの有効アクセプタ密度がかかる範囲であれば、後述する比較例1と比べると、活性層6のドーパントにGeのみを用いた場合には得られなかった逆電圧特性を得ることができる。
また、光出力強度は、図8(c)から明らかなように、Geを単独で添加したときの有効アクセプタ密度が2.0×1018cm-3でかつZnを単独で添加したときの有効アクセプタ密度が1.0×1017〜1.0×1018cm-3では、約0.5前後であり、LED特性としては十分といえる。活性層6に添加しているドーパントをGeおよびZnとし、かつこれらを単独で添加したときの有効アクセプタ密度がかかる範囲であれば、後述する比較例1と比べると、活性層6のドーパントにGeのみを用いた場合には得られなかった光出力強度を得ることができる。
以上の各特性を総合的に考慮して、活性層6へのドーパントとしてGeとZnの双方を用い各添加量を調整することにより、十分な信頼性、逆電圧特性、光出力強度を得ることができる。すなわち、Geを単独で添加したときの有効アクセプタ密度を約2×1018〜8×1018cm-3で、Znを単独で添加したときの有効アクセプタ密度を1×1017〜2×1018cm-3前後とすることで、信頼性、逆電圧特性、光出力強度の各特性について良好な値を得た。特に、Geを単独で添加したときの有効アクセプタ密度を約2.0×1018cm-3、Znを単独で添加したときの有効アクセプタ密度を1×1017〜1×1018cm-3の範囲で、信頼性が90%以上、逆電圧が8V以上、光出力強度が0.45以上全てを満たす。
When both Ge and Zn are used as dopants, as is apparent from FIG. 8 (a), the reliability is an average of about 95.5% under all of the doping conditions performed as examples, and at least about A sufficiently high value of 90% was obtained. This value can be said to be higher than that in Comparative Example 2 described later, that is, when only Zn is used as the dopant added to the active layer 6.
Further, as is clear from FIG. 8B, the reverse voltage is an effective acceptor density when the effective acceptor density when adding Ge alone is 2.0 × 10 18 cm −3 and Zn is added alone. When the density is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 18 cm −3 , it is about 9 to 10 V, which is sufficient as LED characteristics. If the dopant added to the active layer 6 is both Ge and Zn, and the effective acceptor density when these are added alone is within such a range, the dopant of the active layer 6 compared to Comparative Example 1 described later. Thus, it is possible to obtain reverse voltage characteristics that could not be obtained when only Ge was used.
Further, as is apparent from FIG. 8C, the light output intensity is effective when the effective acceptor density when adding Ge alone is 2.0 × 10 18 cm −3 and when Zn is added alone. When the acceptor density is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 18 cm −3 , it is about 0.5, which is sufficient as LED characteristics. When the dopant added to the active layer 6 is Ge and Zn, and the effective acceptor density when these are added alone is within such a range, the dopant of the active layer 6 is Ge as compared with Comparative Example 1 described later. It is possible to obtain a light output intensity that cannot be obtained when only the light source is used.
Considering each of the above characteristics comprehensively, sufficient reliability, reverse voltage characteristics, and light output intensity can be obtained by adjusting each addition amount using both Ge and Zn as dopants to the active layer 6. Can do. That is, the effective acceptor density when Ge is added alone is about 2 × 10 18 to 8 × 10 18 cm −3 , and the effective acceptor density when Zn is added alone is 1 × 10 17 to 2 × 10 18. By setting it to around cm −3 , good values were obtained for each characteristic of reliability, reverse voltage characteristics, and light output intensity. In particular, the effective acceptor density when adding Ge alone is about 2.0 × 10 18 cm −3 , and the effective acceptor density when adding Zn alone is 1 × 10 17 to 1 × 10 18 cm −3 . In the range, reliability is 90% or more, reverse voltage is 8V or more, and light output intensity is all 0.45 or more.

(比較例1)
比較例1は、製造の第3工程におけるp型活性層6へのドーパントとして、Geのみを用いた。その他の工程や特性評価については、実施例と同様である。
信頼性は、図8(a)から明らかなように、有効アクセプタ密度が約8×1018cm-3以上で、96.8%、95.5%と本実施例と同様の値を得ているが、その有効アクセプタ密度が2.0×1018cm-3では、約75%であり、LED特性として不十分である。 また、逆電圧は、図8(b)から明らかなように、有効アクセプタ密度の量に拘わらず、約6〜8Vと低く、LED特性としては不十分である。
また、光出力強度は、図8(c)から明らかなように、有効アクセプタ密度が2.0×1018cm-3では0.49であるが、有効アクセプタ密度を増加すると0.31に大幅に減少する。
以上、各特性を総合判断すると、Geの添加量を増やして、p型活性層6の有効アクセプタ密度を8.0×1018cm-3とすると、信頼性は96.8%まで向上しLED特性として満足できる値となるが、一方で、光出力強度が0.49から0.39に低下してしまう。さらに、Geの添加量を増やしても同様で、信頼性は略同程度の95.5%であるが、光出力強度はさらに低下する。つまり、p型の活性層6へのドーパントとしてGeのみを用いた場合には、添加量を適宜選択することで、通電中光出力強度が低下しないという信頼性の十分な発光ダイオードを得られるが、逆電圧特性および光出力強度が十分ではない。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, only Ge was used as a dopant to the p-type active layer 6 in the third step of manufacturing. Other processes and characteristic evaluation are the same as in the example.
As is clear from FIG. 8A, the reliability is 96.8% and 95.5% when the effective acceptor density is about 8 × 10 18 cm −3 or more. However, when the effective acceptor density is 2.0 × 10 18 cm −3 , it is about 75%, which is insufficient as LED characteristics. Further, as is clear from FIG. 8B, the reverse voltage is as low as about 6 to 8 V regardless of the amount of effective acceptor density, and is insufficient as LED characteristics.
Further, as is clear from FIG. 8C, the light output intensity is 0.49 when the effective acceptor density is 2.0 × 10 18 cm −3 , but greatly increases to 0.31 when the effective acceptor density is increased. To decrease.
As described above, when each characteristic is comprehensively determined, when the amount of Ge added is increased and the effective acceptor density of the p-type active layer 6 is 8.0 × 10 18 cm −3 , the reliability is improved to 96.8%. Although the value is satisfactory as a characteristic, on the other hand, the light output intensity decreases from 0.49 to 0.39. Further, even if the amount of Ge added is increased, the reliability is 95.5%, which is substantially the same, but the light output intensity is further reduced. That is, when only Ge is used as the dopant for the p-type active layer 6, a light-emitting diode with sufficient reliability that the light output intensity does not decrease during energization can be obtained by appropriately selecting the addition amount. The reverse voltage characteristics and the light output intensity are not sufficient.

(比較例2)
比較例2は、製造の第3工程におけるp型活性層6のドーパントとして、Znのみを用いた。その他の工程や特性評価については、実施例と同様である。
信頼性は、図8(a)から明らかなように、有効アクセプタ密度が約2×1018cm-3において92.9%と本実施例での最低値をクリアするが、その有効アクセプタ密度が1.0×1018cm-3以下では、81.6%、42.4%であり、LED特性として不十分である。
また、逆電圧は、図8(b)から明らかなように、有効アクセプタ密度の量に拘わらず、約9〜11V前後で、LED特性としては十分である。
また、光出力強度は、図8(c)から明らかなように、有効アクセプタ密度が5.0×1017cm-3では0.56で十分な値であるが、有効アクセプタ密度を増加すると0.42に減少する。
以上、各特性を総合判断すると、p型活性層6中での有効アクセプタ密度が5.0×1017cm-3では、逆電圧は10.5Vで、光出力強度は0.56であり、Geのみを用いた場合(比較例1)と比べて両値は高いが、信頼性は約40%台で、非常に低い。
また、Znの添加量を増やして、p型活性層6中での有効アクセプタ密度を1.0×1018cm-3とすると、信頼性は81.6%に向上する一方で、光出力強度が約1割低下してしまう。さらに、Znの添加量を増やすと、信頼性は更に92.9%まで向上するが、光出力強度がさらに低下してしまう。
つまり、p型の活性層6へドーパントとしてZnのみを用いた場合には、概ね逆電圧特性はよいが、光出力強度と信頼性とを同時に高めることができない。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, only Zn was used as a dopant for the p-type active layer 6 in the third step of production. Other processes and characteristic evaluation are the same as in the example.
As is clear from FIG. 8A, the reliability is 92.9% when the effective acceptor density is about 2 × 10 18 cm −3 , which is the lowest value in this embodiment. If it is 1.0 × 10 18 cm −3 or less, they are 81.6% and 42.4%, which are insufficient as LED characteristics.
Further, as is clear from FIG. 8B, the reverse voltage is about 9 to 11 V regardless of the amount of effective acceptor density, and the LED characteristics are sufficient.
Further, as is clear from FIG. 8C, the light output intensity is 0.56 which is sufficient when the effective acceptor density is 5.0 × 10 17 cm −3 , but is 0 when the effective acceptor density is increased. To 42.
As described above, when comprehensively judging each characteristic, when the effective acceptor density in the p-type active layer 6 is 5.0 × 10 17 cm −3 , the reverse voltage is 10.5 V and the light output intensity is 0.56. Both values are higher than when only Ge is used (Comparative Example 1), but the reliability is about 40%, which is very low.
Further, when the added amount of Zn is increased and the effective acceptor density in the p-type active layer 6 is 1.0 × 10 18 cm −3 , the reliability is improved to 81.6%, while the light output intensity is increased. Will decrease by about 10%. Furthermore, when the addition amount of Zn is increased, the reliability is further improved to 92.9%, but the light output intensity is further reduced.
That is, when only Zn is used as the dopant for the p-type active layer 6, the reverse voltage characteristic is generally good, but the light output intensity and the reliability cannot be improved at the same time.

ここで、実施例を比較例1および2と比べると、p型の活性層6のドーパントとしてZnまたはGeの何れかを用いた場合には、信頼性、逆電圧特性および光出力強度の全てを満足するLED特性を得ることはできないが、ZnとGeの双方を用いた場合には、信頼性、逆電圧特性および光出力強度の全てを満足するLED特性を得ることができる。
また、信頼性については、概ね、Ge、Znをそれぞれ単独で添加させた場合よりも、双方を添加することで通電中の光出力強度の変動を抑えることができる。
Here, comparing the example with Comparative Examples 1 and 2, when either Zn or Ge is used as the dopant of the p-type active layer 6, all of reliability, reverse voltage characteristics, and light output intensity are obtained. Although satisfactory LED characteristics cannot be obtained, when both Zn and Ge are used, LED characteristics satisfying all of reliability, reverse voltage characteristics, and light output intensity can be obtained.
As for reliability, it is possible to suppress fluctuations in the light output intensity during energization by adding both of them in comparison with the case where Ge and Zn are added alone.

以上のように、本発明によれば、p型の活性層に、2A族または2B族の何れかの元素と4族元素との双方の元素を添加していることで、信頼性、逆電圧および光出力強度の各特性の全てについて良好な発光ダイオードを得ることができる。
また、本発明によれば、p型活性層に2A族か2B族の何れかの元素と4族元素との双方の元素を添加して成長させることで、信頼性、逆電圧および光出力強度の各特性の全てについて良好な発光ダイオードを製造することができる。
また、本発明は、図1の一次元の点光源アレイ型LEDチップに限定されることなく、二次元の点光源アレイ型LEDチップや単一素子のLEDチップなど、またフリップチップ型に限らず、ダイボンド型など、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。また、図1や実施例では電流阻止層を設けた場合で説明したが、あくまでも好ましい形態で説明したに過ぎない。
As described above, according to the present invention, both the elements of Group 2A or Group 2B and the element of Group 4 are added to the p-type active layer. A good light emitting diode can be obtained with respect to all the characteristics of the light output intensity.
In addition, according to the present invention, the p-type active layer is grown by adding both elements of Group 2A or Group 2B and Group 4 element, thereby improving reliability, reverse voltage, and light output intensity. Good light-emitting diodes can be manufactured for all of these characteristics.
Further, the present invention is not limited to the one-dimensional point light source array type LED chip in FIG. 1, but is not limited to the two-dimensional point light source array type LED chip, the single element LED chip, or the flip chip type. Various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, such as a die bond type, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention. In addition, although the case where the current blocking layer is provided has been described in FIG. 1 and the embodiment, it has been described only in a preferable form.

本発明に係る発光ダイオードの構造を有する電流阻止型の点光源アレイ型発光ダイオードの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the current blocking type point light source array type light emitting diode which has the structure of the light emitting diode which concerns on this invention. 図1の点光源アレイ型発光ダイオードの製造工程のうち、第1〜第4工程を順次示す図である。It is a figure which shows a 1st-4th process sequentially among the manufacturing processes of the point light source array type light emitting diode of FIG. 図1の点光源アレイ型発光ダイオードの製造工程のうち、第5〜第7工程を順次示す図である。It is a figure which shows the 5th-7th process sequentially among the manufacturing processes of the point light source array type light emitting diode of FIG. 図1の点光源アレイ型発光ダイオードの製造工程のうち、第8〜第9工程を順次示す図である。It is a figure which shows 8th-9th processes sequentially among the manufacturing processes of the point light source array type light emitting diode of FIG. (A)〜(C)は、図2(B),(D),図3(B)の各平面図である。(A)-(C) is each top view of Drawing 2 (B), (D), and Drawing 3 (B). (A),(B)は、図3(C),図4(C)の各平面図である。(A), (B) is each top view of FIG.3 (C) and FIG.4 (C). 実施例と比較例における点光源アレイ型発光ダイオードの各組成及びドーパントの種類を示したテーブルである。It is the table | surface which showed each composition of the point light source array type light emitting diode in an Example and a comparative example, and the kind of dopant. 各ドーピング条件における発光ダイオードの特性結果(逆電圧、光出力強度、信頼性)を示すテーブルである。It is a table | surface which shows the characteristic result (reverse voltage, optical output intensity, reliability) of the light emitting diode in each doping condition.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 電流阻止層
3 レジスト
5,7 クラッド層
6 活性層
15,16 電極
17 発光部
8 分離溝
20 点光源アレイ型発光ダイオード
20a〜20c 点光源アレイ型発光ダイオードの素子
21 一次元点光源アレイ型LEDチップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Current blocking layer 3 Resist 5, 7 Clad layer 6 Active layer 15, 16 Electrode 17 Light emitting part 8 Separation groove 20 Point light source array type light emitting diode 20a to 20c Point light source array type light emitting diode element 21 One-dimensional point light source array LED chip

Claims (10)

第一のクラッド層とp型の活性層と第二のクラッド層とを接合した発光ダイオードにおいて、
上記p型の活性層にドーパントとして、2A族か2B族の何れかの元素と4族元素との双方を添加したことを特徴とする発光ダイオード。
In the light emitting diode in which the first cladding layer, the p-type active layer, and the second cladding layer are joined,
A light-emitting diode characterized by adding both a group 2A or group 2B element and a group 4 element as a dopant to the p-type active layer.
第一のクラッド層とp型の活性層と第二のクラッド層とを接合した発光ダイオードにおいて、
上記p型の活性層にドーパントとして、2A族か2B族の何れかの元素と4族元素との双方を添加しており、
2A族か2B族の何れかの元素を、単独で添加したときの有効アクセプタ密度が1×1017〜2×1018cm-3となる量添加するとともに、4族元素を、単独で添加したときの有効アクセプタ密度が1×1017〜2×1018cm-3となる量添加したことを特徴とする発光ダイオード。
In the light emitting diode in which the first cladding layer, the p-type active layer, and the second cladding layer are joined,
Both the group 2A or group 2B elements and the group 4 elements are added as dopants to the p-type active layer,
In addition to adding either an element of group 2A or group 2B alone, an effective acceptor density of 1 × 10 17 to 2 × 10 18 cm −3 when added alone, a group 4 element was added alone. A light-emitting diode, wherein an effective acceptor density is added in an amount of 1 × 10 17 to 2 × 10 18 cm −3 .
前記2A族の元素は、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)の何れかであり、
前記2B族の元素は、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)の何れかであり、
前記4族元素は、ゲルマニウム(Ge)、シリコン(Si)、錫(Sn)の何れかであることを特徴とする、請求項1または2に記載の発光ダイオード。
The group 2A element is either magnesium (Mg) or beryllium (Be),
The group 2B element is either zinc (Zn) or cadmium (Cd),
3. The light emitting diode according to claim 1, wherein the group 4 element is any one of germanium (Ge), silicon (Si), and tin (Sn).
前記第一のクラッド層、前記p型の活性層及び前記第二のクラッド層が、それぞれAlx Ga1-x As層、Aly Ga1-y As層、Alz Ga1-z As層(ここで、0≦x,y,z≦1,y<x,z)であることを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載の発光ダイオード。 The first clad layer, the p-type active layer and the second clad layer are respectively an Al x Ga 1-x As layer, an Al y Ga 1-y As layer, an Al z Ga 1-z As layer ( The light-emitting diode according to claim 1, wherein 0 ≦ x, y, z ≦ 1, y <x, z). 前記発光ダイオードは基板の伝導型と逆伝導型であって、電流を阻止する役目を持つ電流阻止層を備えることを特徴とする、請求項1〜4の何れかに記載の発光ダイオード。   5. The light emitting diode according to claim 1, wherein the light emitting diode is of a conductive type and a reverse conductive type of a substrate, and includes a current blocking layer having a function of blocking current. 6. 請求項1〜5の何れかに記載の発光ダイオードの素子を1つのチップに複数個備えたことを特徴とする、発光ダイオード。   6. A light emitting diode comprising a plurality of light emitting diode elements according to claim 1 on a single chip. 第一のクラッド層とp型の活性層と第二のクラッド層とを接合した発光ダイオードの製造方法において、
上記第一のクラッド層を成長させた後に、
2A族か2B族の何れかの元素を、単独で添加したときの有効アクセプタ密度が1×1017〜2×1018cm-3となる量添加するとともに、4族元素を、単独で添加したときの有効アクセプタ密度が1×1017〜2×1018cm-3となる量添加して、上記p型の活性層を成長させ、
上記活性層上に上記第二のクラッド層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
In the method of manufacturing a light emitting diode in which the first cladding layer, the p-type active layer, and the second cladding layer are joined,
After growing the first cladding layer,
In addition to adding either an element of group 2A or group 2B alone, an effective acceptor density of 1 × 10 17 to 2 × 10 18 cm −3 when added alone, a group 4 element was added alone. And an effective acceptor density of 1 × 10 17 to 2 × 10 18 cm −3 is added to grow the p-type active layer,
A method for producing a light emitting diode, comprising growing the second clad layer on the active layer.
前記2A族の元素は、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)の何れかであり、
前記2B族の元素は、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)の何れかであり、
前記4族元素は、ゲルマニウム(Ge)、シリコン(Si)、錫(Sn)の何れかであることを特徴とする、請求項7に記載の発光ダイオードの製造方法。
The group 2A element is either magnesium (Mg) or beryllium (Be),
The group 2B element is either zinc (Zn) or cadmium (Cd),
The method of manufacturing a light emitting diode according to claim 7, wherein the group 4 element is any one of germanium (Ge), silicon (Si), and tin (Sn).
前記第一のクラッド層を成長させる前に、基板上に電流阻止層を成長させて、所定の箇所の電流阻止層を除去することを特徴とする、請求項7または8に記載の発光ダイオードの製造方法。   9. The light emitting diode according to claim 7, wherein a current blocking layer is grown on the substrate to remove the current blocking layer at a predetermined position before the first cladding layer is grown. Production method. 前記第一のクラッド層、前記p型の活性層及び前記第二のクラッド層が、それぞれAlx Ga1-x As層、Aly Ga1-y As層、Alz Ga1-z As層(ここで、0≦x,y,z≦1,y<x,z)であることを特徴とする、請求項7〜9の何れかに記載の発光ダイオードの製造方法。 The first clad layer, the p-type active layer and the second clad layer are respectively an Al x Ga 1-x As layer, an Al y Ga 1-y As layer, an Al z Ga 1-z As layer ( 10. The method of manufacturing a light emitting diode according to claim 7, wherein 0 ≦ x, y, z ≦ 1, y <x, z).
JP2003347684A 2003-10-06 2003-10-06 Light emitting diode and manufacturing method thereof Expired - Lifetime JP4848530B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003347684A JP4848530B2 (en) 2003-10-06 2003-10-06 Light emitting diode and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003347684A JP4848530B2 (en) 2003-10-06 2003-10-06 Light emitting diode and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005116710A true JP2005116710A (en) 2005-04-28
JP4848530B2 JP4848530B2 (en) 2011-12-28

Family

ID=34540111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003347684A Expired - Lifetime JP4848530B2 (en) 2003-10-06 2003-10-06 Light emitting diode and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4848530B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03131074A (en) * 1989-10-17 1991-06-04 Toshiba Corp Semiconductor light emitting element
JPH08293622A (en) * 1995-04-24 1996-11-05 Dowa Mining Co Ltd Infrared light-emitting diode and manufacturing method thereof
JPH09312418A (en) * 1996-05-21 1997-12-02 Toyoda Gosei Co Ltd Family-3 nitride semiconductor element
JPH09321338A (en) * 1996-03-22 1997-12-12 Sumitomo Chem Co Ltd Light emitting device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03131074A (en) * 1989-10-17 1991-06-04 Toshiba Corp Semiconductor light emitting element
JPH08293622A (en) * 1995-04-24 1996-11-05 Dowa Mining Co Ltd Infrared light-emitting diode and manufacturing method thereof
JPH09321338A (en) * 1996-03-22 1997-12-12 Sumitomo Chem Co Ltd Light emitting device
JPH09312418A (en) * 1996-05-21 1997-12-02 Toyoda Gosei Co Ltd Family-3 nitride semiconductor element

Also Published As

Publication number Publication date
JP4848530B2 (en) 2011-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2666237B2 (en) Group III nitride semiconductor light emitting device
KR100448662B1 (en) Nitride semiconductor device and method for manufacturing the same
US7244957B2 (en) Group III nitride compound semiconductor light-emitting device and method for producing the same
CN100448041C (en) Semiconductor light emitting element
US7485902B2 (en) Nitride-based semiconductor light-emitting device
JP2008205514A (en) Iii-v nitride semiconductor device
KR20220100554A (en) Uv light emitting device
US7153713B2 (en) Method for manufacturing high efficiency light-emitting diodes
JPH1051030A (en) Group iii nitride semiconductor light-emitting element
JP4635727B2 (en) Method of manufacturing epitaxial wafer for nitride semiconductor light emitting diode, epitaxial wafer for nitride semiconductor light emitting diode, and nitride semiconductor light emitting diode
US7145180B2 (en) Method of fabricating a light emitting device, and light emitting device
WO2020255976A1 (en) Method for manufacturing semiconductor optical device and semiconductor optical device
JP5590653B2 (en) Semiconductor light emitting device and method for manufacturing semiconductor light emitting device
JP4848530B2 (en) Light emitting diode and manufacturing method thereof
US10665755B2 (en) Method for manufacturing light emitting device
JP3140123B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2001320083A (en) AlGaInP LIGHT EMITTING ELEMENT AND EPITAXIAL WAFER THEREFOR
JP3236649B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2004047973A (en) Method for manufacturing light-emitting element
JP4123235B2 (en) Manufacturing method of semiconductor light emitting device
JP2004247503A (en) Nitride semiconductor device and method for manufacturing it
JPH05235406A (en) Semiconductor light-emitting device
JP4156873B2 (en) Epitaxial wafer manufacturing method
JP3140121B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2001036137A (en) Epitaxial wafer and light emitting diode

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060811

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090526

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091222

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100706

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100903

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110906

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20110926

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20110926

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110926

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4848530

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141028

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term