JP2008091789A - 発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光ダイオード10は、GaAs基板1上に形成された発光部4、AlGaInPからなる中間層5及び電流拡散層6を備え、発光部4は、AlGaInPからなる下部クラッド層41、AlGaInPからなる発光層42及び上部クラッド層43をGaAs基板1上に順次形成して構成されている。発光部4の各層に含まれる水素の濃度を2×1017cm−3以下、炭素の濃度を2×1016cm−3以下、及び酸素の濃度を2×1016cm−3以下とし、更に、電流拡散層6の一部または全ての領域における水素の濃度を5×1017cm−3以下、炭素の濃度を5×1017cm−3以下、及び酸素の濃度を2×1016cm−3以下とする。
【選択図】図1
Description
:有機金属気相成長)法によりエピタキシャル成長させた発光部102と、p型の電流拡散層103とを主体に構成されている。GaAs単結晶基板101の裏面(下面)にはカソード電極104が形成され、電流拡散層103の表面(上面)にはアノード電極105が形成されている。
(発光ダイオードの構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る発光ダイオードを示す。この発光ダイオード10は、n型GaAs基板1上に、n型GaAsバッファ層2、n型のブラッグ反射層3、発光部4、p型の中間層5、及びp型の電流拡散層6の各結晶層をMOVPE法により順次形成し、更に、n型GaAs基板1に対し発光部4とは反対側の面(裏面)にカソード電極7、電流拡散層6に対し発光部4とは反対側の面(表面)にアノード電極8を形成して構成されている。
まず、MOVPE法により、AlGaInP、GaInP、AlInP、GaP等のAlGaInP系結晶層をGaAs基板1上にエピタキシャル成長させる。この場合、成長材料としてトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルインジウム(TMI)等の有機金属材料からなるIII族元素原料を用いる。また、V族元素原料として、金属水素化物ガスであるフォスフィン(PH3)がある。
MOVPE法によりエピタキシャル成長させた電流拡散層、中間層、上部クラッド層、および下部クラッド層等に存在する水素や炭素は、未分解のIII族元素原料やV族元素原料から各結晶層に取り込まれると考えられる。また、酸素については、反応室の内壁やサセプタ表面に残存する水分や酸素が、結晶層に取込まれると考えられる。
次に、発光ダイオードへの通電時における中間層での電圧損失の低減について説明する。図2は、クラッド層と電流拡散層の接合部付近接合部付近のバンド構造を示す説明図、図3は、クラッド層、電流拡散層、中間層の接合部付近のバンド構造を示す説明図である。
第1の実施の形態によれば、下部クラッド層41、発光層42、上部クラッド層43、中間層5及び電流拡散層6の水素、炭素及び酸素の濃度を規定することにより、信頼度試験による発光出力の低下が極めて少ない高信頼の発光ダイオードを得ることができる。因みに、従来の一般的なAlGaInP系発光ダイオードでは、発光出力が初期値に対して30%程度低下し、高信頼を得ることができない。
実施例1は、図1の発光ダイオード10において、各層を以下のように構成した。
ブラッグ反射層3は、一層のn型(AlxGa1−x)yIn1−yP(本実施例では、x≒1、y≒0.51でTeドープ)と、一層のn型AlxGa1−xAs(本実施例では、x≒0.5でTeドープ)とを積層させた2層の結晶層を1ペアとし、それを20ペア形成した。
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る発光ダイオードを示す。この発光ダイオード20は、第1の実施の形態において、電流拡散層6内に、ドーパント(Mg)の濃度変化領域9を設けたものであり、その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
図5は、本発明の第3の実施例に係る発光ダイオードを示す。この発光ダイオード30は、発光部4を含むエピタキシャル層と導電性基板31とを金属層(基板側金属層32、エピタキシャル層側金属層33)を介して接合させ、エピタキシャル層の上面と、導電性基板31の下面に発光ダイオード30に通電を行うためのカソード電極7及びアノード電極8を形成したものである。
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。
2 バッファ層
3 ブラッグ反射層
4 発光部
5 中間層
6 電流拡散層
7 カソード電極
8 アノード電極
9 濃度変化領域
10,20,30 発光ダイオード
21 下部クラッド層
22 発光層
23 上部クラッド層
31 導電性基板
32 基板側金属層
33 エピタキシャル層側金属層
34 光透過性膜
35 部分電極
36 GaP層
37 電極コンタクト層
41 下部クラッド層
42 発光層
43 上部クラッド層
100 発光ダイオード
101 GaAs単結晶基板
102 発光部
103 電流拡散層
104 カソード電極
105 アノード電極
1021 下部クラッド層
1022 発光層
1023 上部クラッド層
Claims (15)
- 第1導電型のGaAs基板と、
第1導電型のAlx0Ga1−x0As(0≦x0≦1)から選択されたAl組成の異なる少なくとも2種の材料からなるブラッグ反射層と、
第1導電型の(Alx1Ga1−x1)y1In1−y1P(0≦x1≦1、0.4≦y1≦0.6)からなる下部クラッド層と、
(Alx2Ga1−x2)y2In1−y2P(0≦x2≦1、0.4≦y2≦0.6)からなる多重量子井戸構造の発光層と、
第2導電型の(Alx3Ga1−x3)y3In1−y3P(0≦x3≦1、0.4≦y3≦0.6)からなる上部クラッド層と、
第2導電型のGaP層を含む電流拡散層とを備え、
前記下部クラッド層、前記発光層、及び前記上部クラッド層の各層に含まれる水素の濃度が2×1017cm−3以下、炭素の濃度が2×1016cm−3以下、酸素の濃度が2×1016cm−3以下であり、前記電流拡散層の一部または全ての領域における水素の濃度が5×1017cm−3以下、炭素の濃度が5×1017cm−3以下、酸素の濃度が2×1016cm−3以下であることを特徴とする発光ダイオード。 - 第1導電型のGaAs基板と、
第1導電型の(Alx4Ga1−x4)y4In1−y4P(0≦x4≦1、0.4≦y4≦0.6)から選択されたAl組成の異なる少なくとも2種の材料からなるブラッグ反射層と、
第1導電型の(Alx1Ga1−x1)y1In1−y1P(0≦x1≦1、0.4≦y1≦0.6)からなる下部クラッド層と、
(Alx2Ga1−x2)y2In1−y2P(0≦x2≦1、0.4≦y2≦0.6)からなる多重量子井戸構造の発光層と、
第2導電型の(Alx3Ga1−x3)y3In1−y3P(0≦x3≦1、0.4≦y3≦0.6)からなる上部クラッド層と、
第2導電型のGaP層を含む電流拡散層とを備え、
前記下部クラッド層、前記発光層、及び前記上部クラッド層の各層に含まれる水素の濃度が2×1017cm−3以下、炭素の濃度が2×1016cm−3以下、酸素の濃度が2×1016cm−3以下であり、前記電流拡散層の一部または全ての領域における水素の濃度が5×1017cm−3以下、炭素の濃度が5×1017cm−3以下、酸素の濃度が2×1016cm−3以下であることを特徴とする発光ダイオード。 - 第1導電型のGaAs基板と、
第1導電型のAlx5Ga1−x5As(0≦x5≦1)と第1導電型の(Alx6Ga1−x6)y6In1−y6P(0≦x6≦1、0.4≦y6≦0.6)から選択されたブラッグ反射層と、
第1導電型の(Alx1Ga1−x1)y1In1−y1P(0≦x1≦1、0.4≦y1≦0.6)からなる下部クラッド層と、
(Alx2Ga1−x2)y2In1−y2P(0≦x2≦1、0.4≦y2≦0.6)からなる多重量子井戸構造の発光層と、
第2導電型の(Alx3Ga1−x3)y3In1−y3P(0≦x3≦1、0.4≦y3≦0.6)からなる上部クラッド層と、
第2導電型のGaP層を含む電流拡散層とを備え、
前記下部クラッド層、前記発光層、及び前記上部クラッド層の各層に含まれる水素の濃度が2×1017cm−3以下、炭素の濃度が2×1016cm−3以下、酸素の濃度が2×1016cm−3以下であり、前記電流拡散層の一部または全ての領域における水素の濃度が5×1017cm−3以下、炭素の濃度が5×1017cm−3以下、酸素の濃度が2×1016cm−3以下であることを特徴とする発光ダイオード。 - 前記上部クラッド層と前記電流拡散層との間に、前記上部クラッド層より第2導電型ドーパントが高濃度の(Alx7Ga1−x7)y7In1−y7P(0≦x7≦1、0≦y7≦1)からなる中間層を有し、前記中間層に含まれる水素の濃度が1×1018cm−3以下、炭素の濃度が1×1018cm−3以下、酸素の濃度が5×1016cm−3以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の発光ダイオード。
- 前記中間層は、前記第2導電型ドーパントの濃度が5×1017cm−3以上で、かつ前記第2導電型ドーパントよりも低濃度の第1導電型ドーパントを含むことを特徴とする請求項4に記載の発光ダイオード。
- n型のGaAs基板と、
n型のAlx0Ga1−x0As(0≦x0≦1)から選択されたAl組成の異なる少なくとも2種の材料からなるブラッグ反射層と、
n型の(Alx1Ga1−x1)y1In1−y1P(0≦x1≦1、0.4≦y1≦0.6)からなる下部クラッド層と、
(Alx2Ga1−x2)y2In1−y2P(0≦x2≦1、0.4≦y2≦0.6)からなる多重量子井戸構造の発光層と、
Mgがドープされたp型の(Alx3Ga1−x3)y3In1−y3P(0≦x3≦1、0.4≦y3≦0.6)からなる上部クラッド層と、
Mgがドープされたp型のGaP層を含む電流拡散層とを備え、
前記下部クラッド層、前記発光層、及び前記上部クラッド層の各層に含まれる水素の濃度が2×1017cm−3以下、炭素の濃度が2×1016cm−3以下、酸素の濃度が2×1016cm−3以下であり、前記電流拡散層の一部または全ての領域における水素の濃度が5×1017cm−3以下、炭素の濃度が5×1017cm−3以下、酸素の濃度が2×1016cm−3以下であることを特徴とする発光ダイオード。 - n型のGaAs基板と、
n型の(Alx3Ga1−x3)y3In1−y3P(0≦x3≦1、0.4≦y3≦0.6)から選択されたAl組成の異なる少なくとも2種の材料からなるブラッグ反射層と、
n型の(Alx1Ga1−x1)y1In1−y1P(0≦x1≦1、0.4≦y1≦0.6)からなる下部クラッド層と、
(Alx2Ga1−x2)y2In1−y2P(0≦x2≦1、0.4≦y2≦0.6)からなる多重量子井戸構造の発光層と、
Mgがドープされたp型の(Alx3Ga1−x3)y3In1−y3P(0≦x3≦1、0.4≦y3≦0.6)からなる上部クラッド層と、
Mgがドープされたp型のGaP層を含む電流拡散層とを備え、
前記下部クラッド層、前記発光層、及び前記上部クラッド層の各層に含まれる水素の濃度が2×1017cm−3以下、炭素の濃度が2×1016cm−3以下、酸素の濃度が2×1016cm−3以下であり、前記電流拡散層の一部または全ての領域における水素の濃度が5×1017cm−3以下、炭素の濃度が5×1017cm−3以下、酸素の濃度が2×1016cm−3以下であることを特徴とする発光ダイオード。 - n型のGaAs基板と、
n型のAlx5Ga1−x5As(0≦x5≦1)とn型の(Alx6Ga1−x6)y6In1−y6P(0≦x6≦1、0.4≦y6≦0.6)から選択されたブラッグ反射層と、
n型の(Alx1Ga1−x1)y1In1−y1P(0≦x1≦1、0.4≦y1≦0.6)からなる下部クラッド層と、
(Alx2Ga1−x2)y2In1−y2P(0≦x2≦1、0.4≦y2≦0.6)からなる多重量子井戸構造の発光層と、
Mgがドープされたp型の(Alx3Ga1−x3)y3In1−y3P(0≦x3≦1、0.4≦y3≦0.6)からなる上部クラッド層と、
Mgがドープされたp型のGaP層を含む電流拡散層とを備え、
前記下部クラッド層、前記発光層、及び前記上部クラッド層の各層に含まれる水素の濃度が2×1017cm−3以下、炭素の濃度が2×1016cm−3以下、酸素の濃度が2×1016cm−3以下であり、前記電流拡散層の一部または全ての領域における水素の濃度が5×1017cm−3以下、炭素の濃度が5×1017cm−3以下、酸素の濃度が2×1016cm−3以下であることを特徴とする発光ダイオード。 - 前記上部クラッド層と前記電流拡散層との間に、前記上部クラッド層より前記Mgが高濃度の(Alx7Ga1−x7)y7In1−y7P(0≦x7≦1、0≦y7≦1)からなる中間層を有し、前記中間層に含まれる水素の濃度が1×1018cm−3以下、炭素の濃度が1×1018cm−3以下、酸素の濃度が5×1016cm−3以下であることを特徴とする請求項6から8のいずれか1項に記載の発光ダイオード。
- 前記中間層がn型ドーパントとなるSi、Se、Teの少なくとも1つの元素を含み、その不純物濃度の合計が5×1017cm−3以上であり、かつ、前記Mgより低濃度であることを特徴とする請求項9に記載の発光ダイオード。
- 導電性基板と、
前記導電性基板と金属層を介して接合された、化合物半導体の複数の結晶層からなる結晶層を含み、前記結晶層が、
前記導電性基板に近い側から順に積層された第1導電型の(Alx1Ga1−x1)y1In1−y1P(0≦x1≦1、0.4≦y1≦0.6)からなる下部クラッド層と、
(Alx2Ga1−x2)y2In1−y2P(0≦x2≦1、0.4≦y2≦0.6)からなる多重量子井戸構造の発光層と、
第2導電型の(Alx3Ga1−x3)y3In1−y3P(0≦x3≦1、0.4≦y3≦0.6)からなる上部クラッド層とを含み、
前記下部クラッド層、前記発光層、及び前記上部クラッド層の各層に含まれる水素の濃度が2×1017cm−3以下、炭素の濃度が2×1016cm−3以下、酸素の濃度が2×1016cm−3以下であることを特徴とする発光ダイオード。 - 前記導電性基板と前記下部クラッド層との間に第1導電型のGaP層を有し、前記GaP層の少なくとも一部の領域における水素の濃度が5×1017cm−3以下、炭素の濃度が5×1017cm−3以下、及び酸素の濃度が2×1016cm−3以下であることを特徴とする請求項11に記載の発光ダイオード。
- 前記GaP層と前記下部クラッド層との間に、前記下部クラッド層より第1導電型ドーパントが高濃度の(Alx7Ga1−x7)y7In1−y7P(0≦x7≦1、0≦y7≦1)からなる中間層を有し、前記中間層に含まれる水素の濃度が1×1018cm−3以下、炭素の濃度が1×1018cm−3以下、酸素の濃度が5×1016cm−3以下であることを特徴とする請求項12に記載の発光ダイオード。
- 前記中間層は、前記第1導電型ドーパントの濃度が5×1017cm−3以上で、かつ前記第1導電型ドーパントよりも低濃度の第2導電型ドーパントを含むことを特徴とする請求項13に記載の発光ダイオード。
- 前記導電性基板は、Si、GaAs、Cuを含む金属のいずれかから選択されることを特徴とする請求項11に記載の発光ダイオード。
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