JP2012109436A - Light-emitting diode - Google Patents

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範行 粟飯原
Noriyoshi Seo
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting diode which emits infrared light having an emission peak wavelength of 850 nm or more, especially 900 nm or more, with high output and high efficiency.SOLUTION: The light-emitting diode is provided with a DBR reflective layer, and a light-emitting part sequentially on a substrate. The light-emitting part includes an active layer having a laminate structure of a well layer represented by a composition formula (InGa)As(0≤X1≤1) and a barrier layer represented by a composition formula (AlGa)InP(0≤X2≤1, 0<Y1≤1), first and second guides represented by a composition formula (AlGa)InP(0≤X3≤1, 0<Y2≤1), and first and second clad layers represented by a composition formula (AlGa)InP(0≤X4≤1, 0<Y≤1) and sandwiching the active layer with the first and second guides interposed, respectively, therebetween.

Description

本発明は、８５０ｎｍ以上、特に９００ｎｍ以上の発光ピーク波長を有する赤外発光ダイオードに関する。   The present invention relates to an infrared light emitting diode having an emission peak wavelength of 850 nm or more, particularly 900 nm or more.

赤外発光ダイオードは、赤外線通信、赤外線リモコン装置、各種センサー用光源、夜間照明など幅広く利用されている。
かかるピーク波長近傍については、ＧａＡｓ基板にＡｌＧａＡｓ活性層を含む化合物半導体層を液相エピタキシャル法で成長させた発光ダイオードが知られている（例えば特許文献１〜３）。
一方、機器間の送受信に用いられる赤外線通信の場合には、例えば、８５０〜９００ｎｍの赤外線が用いられ、赤外線リモコン操作通信の場合には、受光部の感度が高い波長帯である、例えば８８０〜９４０ｎｍの赤外線が用いられている。赤外線通信と赤外線リモコン操作通信の両機能を兼ね備えた携帯電話等の端末機器用の赤外線通信と赤外線リモコン操作通信の双方に使用できる赤外発光ダイオードとして、発光ピーク波長が８８０〜８９０ｎｍの、実効的不純物としてＧｅを含むＡｌＧａＡｓ活性層を用いるものが知られている（特許文献４）。
また、９００ｎｍ以上の発光ピーク波長を有し得る赤外発光ダイオードとして、ＩｎＧａＡｓ活性層を用いるものが知られている（特許文献５）。 Infrared light emitting diodes are widely used for infrared communication, infrared remote control devices, light sources for various sensors, night illumination, and the like.
In the vicinity of such a peak wavelength, a light emitting diode is known in which a compound semiconductor layer including an AlGaAs active layer is grown on a GaAs substrate by a liquid phase epitaxial method (for example, Patent Documents 1 to 3).
On the other hand, in the case of infrared communication used for transmission / reception between devices, for example, infrared light of 850 to 900 nm is used. An infrared ray of 940 nm is used. As an infrared light emitting diode that can be used for both infrared communication and infrared remote control operation communication for terminal devices such as mobile phones that have both functions of infrared communication and infrared remote control operation communication, an effective emission peak wavelength is 880 to 890 nm. One using an AlGaAs active layer containing Ge as an impurity is known (Patent Document 4).
Moreover, what uses an InGaAs active layer is known as an infrared light emitting diode which can have an emission peak wavelength of 900 nm or more (Patent Document 5).

特開平６−２１５０７号公報JP-A-6-21507 特開２００１−２７４４５４号公報JP 2001-274454 A 特開平７−３８１４８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-38148 特開２００６−１９０７９２号公報JP 2006-190792 A 特開２００２−３４４０１３号公報JP 2002-344013 A

しかしながら、液相エピタキシャル法で化合物半導体層を成長させる方法では、単色性に優れた多重量子構造を形成するのは難しい。
また、実効的不純物にＧｅを含むＡｌＧａＡｓ活性層を用いた場合、発光ピーク波長を９００ｎｍ以上にすることは困難である（特許文献４の図３）。
９００ｎｍ以上の発光ピーク波長を有し得る、ＩｎＧａＡｓ活性層を用いた赤外発光ダイオードについては、更なる性能向上、省エネ、コスト面から、より発光効率の高いものの開発が望まれている。 However, it is difficult to form a multiple quantum structure with excellent monochromaticity by the method of growing a compound semiconductor layer by a liquid phase epitaxial method.
Further, when an AlGaAs active layer containing Ge as an effective impurity is used, it is difficult to set the emission peak wavelength to 900 nm or more (FIG. 3 of Patent Document 4).
With respect to infrared light emitting diodes using an InGaAs active layer that can have a light emission peak wavelength of 900 nm or more, development of higher light emission efficiency is desired from the viewpoint of further performance improvement, energy saving, and cost.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、高出力・高効率で８５０ｎｍ以上、特に９００ｎｍ以上の発光ピーク波長の赤外光を発光する赤外発光ダイオードを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an infrared light emitting diode that emits infrared light having an emission peak wavelength of 850 nm or more, particularly 900 nm or more, with high output and high efficiency. .

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、３元混晶のＩｎＧａＡｓ井戸層及び４元混晶のＡｌＧａＩｎＰバリア層からなる多重量子井戸構造の活性層とこの活性層を挟む４元混晶のＡｌＧａＩｎＰクラッド層とを備えた発光部と、この発光部と基板との間にＤＢＲ反射層とを備える構成とすることにより、高出力・高効率で８５０ｎｍ以上、特に９００ｎｍ以上の発光ピーク波長の赤外光を発光する赤外発光ダイオードを完成させた。
まず、本発明者は、赤外線通信等に用いられる８５０ｎｍ以上、特に９００ｎｍ以上の発光ピーク波長を有するようにＩｎＧａＡｓからなる井戸層を採用し、単色性及び出力を高めるために多重量子井戸構造の活性層とした。
また、この３元混晶の井戸層を挟むバリア層、並びに、多重量子井戸構造を挟むガイド層及びクラッド層にも、バンドギャップが大きくて発光波長に対して透明であり、かつ、欠陥を作りやすいＡｓを含まない結晶性の良い４元混晶のＡｌＧａＩｎＰを採用した。
さらには、ＩｎＧａＡｓ層を井戸層とする多重量子井戸構造は、基板として用いるＧａＡｓに比較し格子定数が大きくひずみ量子井戸構造となる。かかるひずみ量子井戸構造ではＩｎＧａＡｓの組成及び厚さの出力や単色性への影響も大きく、適切な組成、厚さおよびペア数の選択が重要となる。そこで、バリア層のＡｌＧａＩｎＰにＩｎＧａＡｓ井戸層とは逆のひずみを追加して、ＩｎＧａＡｓのペア数増加による格子不整を量子井戸構造全体で緩和することにより、高電流域での発光出力特性が改善されることを見出した。
本発明者は、かかる知見に基づいてさらに研究を進めた結果、以下の構成に示す本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to solve the above problems, the present inventor has obtained an active layer having a multiple quantum well structure composed of a ternary mixed crystal InGaAs well layer and a quaternary mixed crystal AlGaInP barrier layer, and this active layer. By adopting a structure including a light emitting part including a sandwiched quaternary mixed crystal AlGaInP clad layer and a DBR reflection layer between the light emitting part and the substrate, high output and high efficiency are 850 nm or more, particularly 900 nm or more. An infrared light-emitting diode that emits infrared light having an emission peak wavelength of 1 was completed.
First, the present inventor adopts a well layer made of InGaAs so as to have an emission peak wavelength of 850 nm or more, particularly 900 nm or more, which is used for infrared communication or the like. Layered.
Also, the barrier layer sandwiching the ternary mixed crystal well layer, and the guide layer and cladding layer sandwiching the multiple quantum well structure have a large band gap, are transparent to the emission wavelength, and create defects. A quaternary mixed crystal AlGaInP which does not contain As and has good crystallinity was employed.
Furthermore, a multiple quantum well structure having an InGaAs layer as a well layer has a strained quantum well structure having a larger lattice constant than GaAs used as a substrate. In such a strained quantum well structure, the influence of the composition and thickness of InGaAs on the output and monochromaticity is large, and selection of an appropriate composition, thickness, and number of pairs is important. Therefore, by adding a strain opposite to that of the InGaAs well layer to the AlGaInP barrier layer, the lattice irregularity due to the increase in the number of InGaAs pairs is alleviated in the entire quantum well structure, thereby improving the light emission output characteristics in the high current region. I found out.
As a result of further research based on this knowledge, the present inventor has completed the present invention shown in the following configuration.

（１）基板上に、ＤＢＲ反射層と、発光部とを順に備える発光ダイオードであって、
前記発光部は、組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるバリア層との積層構造を有する活性層と、組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）からなる第１のガイド及び第２のガイドと、該第１のガイド及び第２のガイドのそれぞれを介して該活性層を挟む、組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ≦１）からなる第１のクラッド層及び第２のクラッド層とを有することを特徴とする発光ダイオード。
（２）前記井戸層のＩｎ組成（Ｘ１）は０≦Ｘ１≦０．３であることを特徴とする前項（１）に記載の発光ダイオード。
（３）前記井戸層のＩｎ組成（Ｘ１）は０．１≦Ｘ１≦０．３であることを特徴とする前項（２）に記載の発光ダイオード。
（４）前記ＤＢＲ反射層は屈折率の異なる２種類の層が交互に１０〜５０対積層されてなることを特徴とする前項（１）から（３）のいずれか一項に発光ダイオード。
（５）前記屈折率の異なる２種類の層は組成の異なる２種類の（ＡｌＸｈＧａ１−Ｘｈ）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０＜Ｘｈ≦１、Ｙ３＝０．５）、（ＡｌＸｌＧａ１−Ｘｌ）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ；０≦Ｘｌ＜１、Ｙ３＝０．５）の組み合わせであり、両者のＡｌの組成差ΔＸ＝ｘh−ｘｌが０．５より大きいか又は等しいことを特徴とする前項（４）に記載の発光ダイオード。
（６）前記屈折率の異なる２種類の層はＧａＩｎＰとＡｌＩｎＰの組み合わせであることを特徴とする前項（４）に記載の発光ダイオード。
（７）前記屈折率の異なる２種類の層は組成の異なる２種類のＡｌｘｌＧａ１−ｘｌＡｓ（０．１≦ｘｌ≦１）、ＡｌｘｈＧａ１−ｘｈＡｓ（０．１≦ｘｈ≦１）の組み合わせであり、両者のＡｌの組成差ΔＸ＝ｘｈ−ｘｌが０．５より大きいか又は等しいことを特徴とする前項（４）に記載の発光ダイオード。
（８）前記発光部の、ＤＢＲ反射層の反対側の面上に電流拡散層を備えることを特徴とする前項（１）から（７）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。 (1) A light emitting diode comprising a DBR reflective layer and a light emitting unit in order on a substrate,
The light emitting portion includes a well layer having a composition formula (In X1 Ga 1-X1 ) As (0 ≦ X1 ≦ 1) and a composition formula (Al X2 Ga 1-X2 ) Y1 In 1 -Y1 P (0 ≦ X2 ≦ 1). , 0 <Y1 ≦ 1) and an active layer having a multilayer structure, and a composition formula (Al X3 Ga 1-X3 ) Y2 In 1-Y2 P (0 ≦ X3 ≦ 1, 0 <Y2 ≦ 1) A composition formula (Al X4 Ga 1-X4 ) Y In 1-Y P sandwiching the active layer through each of the first guide and the second guide and the first guide and the second guide A light-emitting diode having a first cladding layer and a second cladding layer (0 ≦ X4 ≦ 1, 0 <Y ≦ 1).
(2) The light-emitting diode according to (1), wherein the In composition (X1) of the well layer is 0 ≦ X1 ≦ 0.3.
(3) The light-emitting diode according to (2), wherein the In composition (X1) of the well layer is 0.1 ≦ X1 ≦ 0.3.
(4) The light emitting diode according to any one of (1) to (3), wherein the DBR reflective layer is formed by alternately stacking two to ten pairs of two types of refractive indexes.
(5) The two types of layers having different refractive indices are composed of two types of (Al Xh Ga 1-Xh ) Y 3 In 1 -Y 3 P (0 <Xh ≦ 1, Y 3 = 0.5), (Al Xl Ga 1-xl) Y3 in 1 -Y3 P; 0 ≦ xl <1, Y3 = 0.5) is a combination of, the composition difference ΔX = xh-xl both of Al or greater than or equal to 0.5 (4) The light-emitting diode according to (4) above.
(6) The light emitting diode according to (4), wherein the two types of layers having different refractive indexes are a combination of GaInP and AlInP.
(7) The two types of layers having different refractive indexes are composed of two types of Al xl Ga 1-xl As (0.1 ≦ xl ≦ 1) and Al xh Ga 1-xh As (0.1 ≦ xh ≦) having different compositions. The light-emitting diode according to the item (4), which is a combination of 1) and has a composition difference ΔX = xh−xl between both of them being greater than or equal to 0.5.
(8) The light-emitting diode according to any one of (1) to (7), wherein a current diffusion layer is provided on a surface of the light-emitting portion opposite to the DBR reflection layer.

上記の構成によれば、以下の効果を得る。
高出力・高効率で８５０ｎｍ以上、特に９００ｎｍ以上の発光ピーク波長の赤外光を発光することができる。
活性層が組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるバリア層との多重井戸構造を有する構成なので、単色性に優れている。
クラッド層が４元混晶である組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる構成なので、クラッド層が３元混晶からなる赤外発光ダイオードに比べてＡｌ濃度が低く、耐湿性が向上する。
活性層が組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるバリア層との積層構造を有する構成なので、ＭＯＣＶＤ法を利用して量産するのに適している。
発光層と基板との間にＤＢＲ反射膜を備える構成なので、ＧａＡｓ基板による光の吸収によって発光出力が低下するのを回避することができる。 According to said structure, the following effects are acquired.
Infrared light having an emission peak wavelength of 850 nm or more, particularly 900 nm or more can be emitted with high output and high efficiency.
The active layer is a well layer having a composition formula (In X1 Ga 1-X1 ) As (0 ≦ X1 ≦ 1) and a composition formula (Al X2 Ga 1-X2 ) Y1 In 1 -Y1 P (0 ≦ X2 ≦ 1,0) Since it has a multi-well structure with a barrier layer made of <Y1 ≦ 1), it is excellent in monochromaticity.
Since construction cladding layer having the composition formula is a quaternary mixed crystal (Al X Ga 1-X) Y In 1-Y P (0 ≦ X ≦ 1,0 <Y ≦ 1), the cladding layer is ternary mixed crystal Compared with an infrared light emitting diode made of the above, the Al concentration is low, and the moisture resistance is improved.
The active layer is a well layer having a composition formula (In X1 Ga 1-X1 ) As (0 ≦ X1 ≦ 1) and a composition formula (Al X2 Ga 1-X2 ) Y1 In 1 -Y1 P (0 ≦ X2 ≦ 1,0) Since it has a laminated structure with a barrier layer made of <Y1 ≦ 1), it is suitable for mass production using the MOCVD method.
Since the DBR reflection film is provided between the light emitting layer and the substrate, it is possible to avoid a decrease in light emission output due to light absorption by the GaAs substrate.

本発明の一実施形態である発光ダイオードの平面図である。It is a top view of the light emitting diode which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態である発光ダイオードを構成する活性層を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the active layer which comprises the light emitting diode which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態である発光ダイオードの井戸層の層厚と発光ピーク波長との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with the layer thickness of the well layer of the light emitting diode which is one Embodiment of this invention, and the light emission peak wavelength. 本発明の一実施形態である発光ダイオードの井戸層のＩｎ組成（Ｘ１）と発光ピーク波長との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with In composition (X1) and the light emission peak wavelength of the well layer of the light emitting diode which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態である発光ダイオードの井戸層のＩｎ組成（Ｘ１）と発光ピーク波長及びその発光出力との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with In composition (X1) of the well layer of the light emitting diode which is one Embodiment of this invention, a light emission peak wavelength, and its light emission output. 本発明の一実施形態である発光ダイオードの井戸層及びバリア層のペア数と発光出力との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with the number of pairs of the well layer of the light emitting diode which is one Embodiment of this invention, and a barrier layer, and light emission output. （ａ）本発明の一実施形態である発光ダイオードのバリア層のＹ１と発光出力との相関を示すグラフである。（ｂ）比較例の場合のバリア層のＹ１と発光出力との相関を示すグラフである。(A) It is a graph which shows the correlation with Y1 of the barrier layer of the light emitting diode which is one Embodiment of this invention, and light emission output. (B) It is a graph which shows the correlation with Y1 of the barrier layer in the case of a comparative example, and light emission output. 本発明の一実施形態である発光ダイオードの順方向電流と発光出力の相関に対する、井戸層及びバリア層のペア数の依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the dependence of the number of pairs of a well layer and a barrier layer with respect to the correlation of the forward current and light emission output of the light emitting diode which is one Embodiment of this invention.

以下、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオードについて図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。   Hereinafter, a light emitting diode according to an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.

＜発光ダイオード＞
図１は、本発明を適用した一実施形態に係る発光ダイオードの断面模式図である。また、図２は井戸層とバリア層の積層構造の断面模式図である。
本実施形態に係る発光ダイオード１００は、基板１上に、ＤＢＲ反射層３と、発光部２０とを順に備える発光ダイオード３０であって、発光部２０は、組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層１５と組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるバリア層１６との積層構造を有する活性層７と、組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）からなる第１のガイド及び第２のガイドと、該第１のガイド６及び第２のガイド８のそれぞれを介して該活性層７を挟む、組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ≦１）からなる第１のクラッド層５及び第２のクラッド層９とを有することを特徴とするものである。 <Light emitting diode>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode according to an embodiment to which the present invention is applied. FIG. 2 is a schematic sectional view of a laminated structure of a well layer and a barrier layer.
The light emitting diode 100 according to the present embodiment is a light emitting diode 30 including a DBR reflection layer 3 and a light emitting unit 20 in order on a substrate 1, and the light emitting unit 20 has a composition formula (In X1 Ga 1 -X1 ). A well layer 15 made of As (0 ≦ X1 ≦ 1) and a barrier layer 16 made of a composition formula (Al X2 Ga 1−X2 ) Y1 In 1−Y1 P (0 ≦ X2 ≦ 1, 0 <Y1 ≦ 1) An active layer 7 having a laminated structure, and a first guide and a second guide having a composition formula (Al X3 Ga 1-X3 ) Y2 In 1-Y2 P (0 ≦ X3 ≦ 1, 0 <Y2 ≦ 1), The composition formula (Al X4 Ga 1-X4 ) Y In 1-YP (0 ≦ X4 ≦ 1, 0 <sandwiching the active layer 7 via each of the first guide 6 and the second guide 8 A first cladding layer 5 and a second cladding layer 9 made of Y ≦ 1) It is characterized by having.

化合物半導体層（エピタキシャル成長層ともいう）３０は、図１に示すように、ｐｎ接合型の発光部２０と電流拡散層１０とが順次積層された構造を有している。この化合物半導体層３０の構造には、公知の機能層を適時加えることができる。例えば、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極の接触抵抗を下げるためのコンタクト層、素子駆動電流を発光部の全般に平面的に拡散させるための電流拡散層、逆に素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層や電流狭窄層など公知の層構造を設けることができる。
なお、化合物半導体層３０は、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させて形成されたものであることが好ましい。 As shown in FIG. 1, the compound semiconductor layer (also referred to as an epitaxial growth layer) 30 has a structure in which a pn junction light emitting unit 20 and a current diffusion layer 10 are sequentially stacked. A known functional layer can be added to the structure of the compound semiconductor layer 30 as appropriate. For example, a contact layer for reducing the contact resistance of an ohmic electrode, a current diffusion layer for planarly diffusing the element driving current over the entire light emitting portion, and conversely, limiting a region through which the element driving current flows. Therefore, a known layer structure such as a current blocking layer or a current confinement layer can be provided.
The compound semiconductor layer 30 is preferably formed by epitaxial growth on a GaAs substrate.

ｎ型基板上に備える発光部２０は例えば、図１に示すように、ＤＢＲ反射層３上に、ｎ型の下部クラッド層（第１のクラッド層）５、下部ガイド層６、活性層７、上部ガイド層８、ｐ型の上部クラッド層（第２のクラッド層）９が順次積層されて構成されている。すなわち、発光部２０は、放射再結合をもたらすキャリア（担体；ｃａｒｒｉｅｒ）及び発光を活性層７に「閉じ込める」ために、活性層７の下側及び上側に対峙して配置した下部クラッド層５、下部ガイド（ｇｕｉｄｅ）層６、及び上部ガイド層８、上部クラッド層９を含む、所謂、ダブルヘテロ（英略称：ＤＨ）構造とすることが高強度の発光を得る上で好ましい。   For example, as shown in FIG. 1, the light emitting unit 20 provided on the n-type substrate has an n-type lower cladding layer (first cladding layer) 5, a lower guide layer 6, an active layer 7 on the DBR reflection layer 3. An upper guide layer 8 and a p-type upper clad layer (second clad layer) 9 are sequentially laminated. That is, the light emitting unit 20 includes a lower clad layer 5 disposed opposite to the upper side and the upper side of the active layer 7 in order to “confine” the carrier (carrier) that causes radiative recombination and light emission in the active layer 7. A so-called double hetero (English abbreviation: DH) structure including the lower guide layer 6, the upper guide layer 8, and the upper cladding layer 9 is preferable in order to obtain high-intensity light emission.

活性層７は、図２に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光波長を制御するため、量子井戸構造を構成する。すなわち、活性層７は、バリア層（障壁層ともいう）１６を両端に有する、井戸層１７とバリア層１８との多層構造（積層構造）である。   As shown in FIG. 2, the active layer 7 forms a quantum well structure in order to control the emission wavelength of the light emitting diode (LED). That is, the active layer 7 has a multilayer structure (laminated structure) of a well layer 17 and a barrier layer 18 having a barrier layer (also referred to as a barrier layer) 16 at both ends.

活性層７の層厚は、０．０２〜２μｍの範囲であることが好ましい。また、活性層７の伝導型は特に限定されるものではなく、アンドープ、ｐ型及びｎ型のいずれも選択することができる。発光効率を高めるには、結晶性が良好なアンドープ又は３×１０１７ｃｍ−３未満のキャリア濃度とすることが望ましい。 The layer thickness of the active layer 7 is preferably in the range of 0.02 to 2 μm. Further, the conductivity type of the active layer 7 is not particularly limited, and any of undoped, p-type and n-type can be selected. In order to increase the luminous efficiency, it is desirable that the crystallinity is undoped or the carrier concentration is less than 3 × 10 17 cm −3 .

ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）反射層３は、λ／（４ｎ）の膜厚で（λ：反射すべき光の真空中での波長、ｎ：層材料の屈折率）、屈折率が異なる２種類の層を交互に積層した多層膜からなるものである。反射率は２種類の屈折率の差が大きいと、比較的少ない層数の多層膜で高反射率が得られる。通常の反射膜のようにある面で反射されるのでなく、多層膜の全体で光の干渉現象に基づき反射が起きることが特徴である。   The DBR (Distributed Bragg Reflector) reflective layer 3 has two types of refractive indexes having a thickness of λ / (4n) (λ: wavelength of light to be reflected in vacuum, n: refractive index of layer material). It consists of a multilayer film in which layers are alternately stacked. When the difference between the two types of refractive indexes is large, a high reflectance can be obtained with a multilayer film having a relatively small number of layers. Instead of being reflected on a certain surface as in a normal reflecting film, the entire multilayer film is characterized by reflection based on the light interference phenomenon.

ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）反射層３は、屈折率の異なる２種類の層が交互に１０〜５０対積層されてなるのが好ましい。１０対以下である場合は反射率が低すぎるために出力の増大に寄与せず、５０対以上にしてもさらなる反射率の増大は小さいからである。
ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）反射層３を構成する屈折率の異なる２種類の層は、組成の異なる２種類の（ＡｌＸｈＧａ１−Ｘｈ）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０＜Ｘｈ≦１、Ｙ３＝０．５）、（ＡｌＸｌＧａ１−Ｘｌ）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ；０≦Ｘｌ＜１、Ｙ３＝０．５）の対であり、両者のＡｌの組成差ΔＸ＝ｘh−ｘｌが０．５より大きいか又は等しくなる組み合わせか、又は、ＧａＩｎＰとＡｌＩｎＰの組み合わせか、又は、組成の異なる２種類のＡｌｘｌＧａ１−ｘｌＡｓ（０．１≦ｘｌ≦１）、ＡｌｘｈＧａ１−ｘｈＡｓ（０．１≦ｘｈ≦１）の対であり、両者の組成差ΔＸ=ｘｈ−ｘｌが０．５より大きいか等しくなる組み合わせかのいずれかから選択されるのが効率よく高い反射率が得られることから望ましい。
組成の異なるＡｌＧａＩｎＰの組み合わせは、結晶欠陥を生じやすいＡｓを含まないので好ましく、ＧａＩｎＰとＡｌＩｎＰはその中で屈折率差を最も大きくとれるので、反射層の数を少なくすることができ、組成の切り替えも単純であるので好ましい。また、ＡｌＧａＡｓは、大きな屈折率差をとりやすいという利点がある。 The DBR (Distributed Bragg Reflector) reflecting layer 3 is preferably formed by alternately laminating 10 to 50 pairs of two types of layers having different refractive indexes. This is because when the number is 10 pairs or less, the reflectance is too low, so that it does not contribute to an increase in output, and even when the number is 50 pairs or more, the increase in reflectance is small.
Two types of layers having different refractive indexes constituting the DBR (Distributed Bragg Reflector) reflecting layer 3 are two types of (Al Xh Ga 1-Xh ) Y 3 In 1 -Y 3 P (0 <Xh ≦ 1, Y 3 ) having different compositions. = 0.5), (Al Xl Ga 1-Xl ) Y3 In 1-Y3 P; 0 ≦ Xl <1, Y3 = 0.5), and the Al composition difference ΔX = xh−xl A combination of greater than or equal to 0.5, a combination of GaInP and AlInP, or two types of Al xl Ga 1-xl As (0.1 ≦ xl ≦ 1) and Al xh Ga 1 having different compositions -Xh As (0.1 ≦ xh ≦ 1) pair, and the reflection is efficiently high when selected from any combination in which the compositional difference ΔX = xh−xl of both is greater than or equal to 0.5 This is desirable because the rate is obtained.
A combination of AlGaInP having different compositions is preferable because it does not contain As that easily causes crystal defects, and GaInP and AlInP have the largest refractive index difference among them, so that the number of reflective layers can be reduced and the composition can be switched. Is also preferable because it is simple. Moreover, AlGaAs has an advantage that a large difference in refractive index is easily obtained.

図３に、井戸層１５のＩｎ組成（Ｘ１）を０．１に固定して、その層厚と発光ピーク波長との相関を示す。表１に図４に示した点の値を示す。井戸層が３ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍと厚くなると、波長は８２０ｎｍ、８７０ｎｍ、９２０ｎｍと単調に長くなることがわかる。

Figure 2012109436
In FIG. 3, the In composition (X1) of the well layer 15 is fixed to 0.1, and the correlation between the layer thickness and the emission peak wavelength is shown. Table 1 shows the values of the points shown in FIG. It can be seen that when the well layer is as thick as 3 nm, 5 nm, and 7 nm, the wavelength monotonously increases to 820 nm, 870 nm, and 920 nm.
Figure 2012109436

図４に、井戸層１５の発光ピーク波長とそのＩｎ組成（Ｘ１）及び層厚との相関を示す。図４は、井戸層１５の発光ピーク波長を所定の波長とする、井戸層１５のＩｎ組成（Ｘ１）と層厚との組み合わせを示すものである。具体的には、発光ピーク波長がそれぞれ９２０ｎｍ、９６０ｎｍとなる構成の井戸層１５のＩｎ組成（Ｘ１）と層厚との組み合わせを示す。図４にはさらに、他の発光ピーク波長８２０ｎｍ、８７０ｎｍ、９８５ｎｍ及び９９５ｎｍのときのＩｎ組成（Ｘ１）と層厚の組み合わせも示している。表２に図４に示した点の値を示す。

Figure 2012109436
FIG. 4 shows the correlation between the emission peak wavelength of the well layer 15 and its In composition (X1) and layer thickness. FIG. 4 shows a combination of the In composition (X1) and the layer thickness of the well layer 15 in which the emission peak wavelength of the well layer 15 is a predetermined wavelength. Specifically, a combination of the In composition (X1) and the layer thickness of the well layer 15 having the emission peak wavelengths of 920 nm and 960 nm, respectively, is shown. FIG. 4 further shows combinations of In composition (X1) and layer thicknesses at other emission peak wavelengths of 820 nm, 870 nm, 985 nm, and 995 nm. Table 2 shows the values of the points shown in FIG.
Figure 2012109436

発光ピーク波長９２０ｎｍの場合、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．３から０．０５へ低下していくと、それに対応する層厚は単調に３ｎｍから８ｎｍに厚くなっているから、当業者であれば、発光ピーク波長９２０ｎｍとなる組み合わせを容易に見つけることができる。
また、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．１のとき、層厚が３ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍ、８ｎｍと厚くなると、それに対応して発光ピーク波長は８２０ｎｍ、８７０ｎｍ、９２０ｎｍ、９６０ｎｍと長くなっている。また、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．２のとき、層厚が５ｎｍ、６ｎｍと厚くなるとそれに対応して発光ピーク波長は９２０ｎｍ、９６０ｎｍと長くなり、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．２５のとき、層厚が４ｎｍ、５ｎｍと厚くなるとそれに対応して発光ピーク波長は９２０ｎｍ、９６０ｎｍと長くなり、さらに、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．３のとき、層厚が３ｎｍ、５ｎｍと厚くなると、それに対応して発光ピーク波長は９２０ｎｍ、９８５ｎｍと長くなっている。
さらにまた、層厚が５ｎｍのとき、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．１、０．２、０．２５、０．３と増加すると、発光ピーク波長は８７０ｎｍ、９２０ｎｍ、９６０ｎｍ、９８５ｎｍと長くなっており、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．３５になると、発光ピーク波長は９９５ｎｍとなる。 In the case of an emission peak wavelength of 920 nm, as the In composition (X1) decreases from 0.3 to 0.05, the corresponding layer thickness monotonously increases from 3 nm to 8 nm. A combination with an emission peak wavelength of 920 nm can be easily found.
Further, when the In composition (X1) is 0.1 and the layer thickness is increased to 3 nm, 5 nm, 7 nm, and 8 nm, the emission peak wavelengths are correspondingly increased to 820 nm, 870 nm, 920 nm, and 960 nm. Further, when the In composition (X1) is 0.2, the emission peak wavelength is correspondingly increased to 920 nm and 960 nm when the layer thickness is increased to 5 nm and 6 nm, and when the In composition (X1) is 0.25, When the layer thickness is increased to 4 nm and 5 nm, the emission peak wavelengths are correspondingly increased to 920 nm and 960 nm, and when the In composition (X1) is 0.3, the layer thickness is increased to 3 nm and 5 nm. The emission peak wavelengths are as long as 920 nm and 985 nm.
Furthermore, when the In composition (X1) increases to 0.1, 0.2, 0.25, and 0.3 when the layer thickness is 5 nm, the emission peak wavelengths are increased to 870 nm, 920 nm, 960 nm, and 985 nm. When the In composition (X1) becomes 0.35, the emission peak wavelength becomes 995 nm.

図４において、発光ピーク波長を９２０ｎｍ及び９６０ｎｍとするＩｎ組成（Ｘ１）と層厚の組み合わせを結ぶと略直線になることが示されている。また、８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ程度までの波長帯の所定の発光ピーク波長とするＩｎ組成（Ｘ１）と層厚の組み合わせを結ぶ線も、略直線状になると推察される。さらに、その組み合わせを結ぶ線は発光ピーク波長が短いほど左下に位置し、長いほど右上に位置するものと推察される。
以上の規則性に基づけば、８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の所望の発光ピーク波長を有する、Ｉｎ組成（Ｘ１）と層厚を容易に見つけることができる。 In FIG. 4, it is shown that when a combination of the In composition (X1) with the emission peak wavelengths of 920 nm and 960 nm and the layer thickness is connected, it becomes a substantially straight line. Further, it is presumed that a line connecting a combination of the In composition (X1) having a predetermined emission peak wavelength in the wavelength band from 850 nm to 1000 nm and the layer thickness is also substantially linear. Further, it is assumed that the line connecting the combinations is located at the lower left as the emission peak wavelength is shorter, and located at the upper right as the longer the emission peak wavelength.
Based on the above regularity, the In composition (X1) and the layer thickness having a desired emission peak wavelength of 850 nm or more and 1000 nm or less can be easily found.

図５に、井戸層１５の層厚を５ｎｍに固定した、Ｉｎ組成（Ｘ１）と発光ピーク波長及びその発光出力との相関を示す。表３に図５に示した点の値を示す。
Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．１２、０．２、０．２５、０．３、０．３５と増加すると、発光ピーク波長は８７０ｎｍ、９２０ｎｍ、９６０ｎｍ、９８５ｎｍ、９９５ｎｍと長くなっている。より詳細には、Ｉｎ組成（Ｘ１）が０．１２から０．３へ増加していくにつれて、発光ピーク波長は略単調に８７０ｎｍから９８５ｎｍへと長くなっている。しかし、Ｉｎ組成（Ｘ１）を０．３から０．３５へと増加しても、９８５ｎｍから９９５ｎｍへと長くなるが、長波長への変化率は小さくなっている。
また、発光ピーク波長は８７０ｎｍ（Ｘ１＝０．１２）、９２０ｎｍ（Ｘ１＝０．２）、９６０ｎｍ（Ｘ１＝０．２５）では発光出力は６．０ｍＷと高い値であり、９８５ｎｍ（Ｘ１＝０．３）でも４．５ｍＷと実用上十分な高い値を有するが、９９５ｎｍ（Ｘ１＝０．３５）では１．８ｍＷと低い値であった。

Figure 2012109436
FIG. 5 shows the correlation between the In composition (X1), the emission peak wavelength, and the emission output thereof, in which the thickness of the well layer 15 is fixed to 5 nm. Table 3 shows the values of the points shown in FIG.
When the In composition (X1) is increased to 0.12, 0.2, 0.25, 0.3, and 0.35, the emission peak wavelengths are increased to 870 nm, 920 nm, 960 nm, 985 nm, and 995 nm. More specifically, as the In composition (X1) increases from 0.12 to 0.3, the emission peak wavelength increases from 870 nm to 985 nm almost monotonically. However, even if the In composition (X1) is increased from 0.3 to 0.35, the length increases from 985 nm to 995 nm, but the rate of change to long wavelengths is small.
The emission peak wavelength is 870 nm (X1 = 0.12), 920 nm (X1 = 0.2), and 960 nm (X1 = 0.25), and the emission output is a high value of 6.0 mW, which is 985 nm (X1 = 0). .3) has a practically high value of 4.5 mW, but was as low as 1.8 mW at 995 nm (X1 = 0.35).
Figure 2012109436

図３〜図５に基づくと、井戸層１５は、（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦０．３）の組成を有していることが好ましい。上記Ｘ１は、所望の発光ピーク波長になるように調整することができる。
発光ピーク波長を９００ｎｍ以上とする場合は、０．１≦Ｘ１≦０．３であるのが好ましく、９００ｎｍ未満とする場合は、０≦Ｘ１≦０．１であるのが好ましい。 3 to 5, the well layer 15 preferably has a composition of (In X1 Ga 1 -X1 ) As (0 ≦ X1 ≦ 0.3). Said X1 can be adjusted so that it may become a desired light emission peak wavelength.
When the emission peak wavelength is 900 nm or more, 0.1 ≦ X1 ≦ 0.3 is preferable, and when it is less than 900 nm, 0 ≦ X1 ≦ 0.1 is preferable.

井戸層１５の層厚は、３〜２０ｎｍの範囲が好適である。より好ましくは、３〜１０ｎｍの範囲である。   The layer thickness of the well layer 15 is preferably in the range of 3 to 20 nm. More preferably, it is the range of 3-10 nm.

バリア層１８は、（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）の組成を有している。上記Ｘ２は、井戸層１７よりもバンドギャップが大きくなる組成とすることが好ましく、０〜０．２の範囲がより好ましい。また、Ｙ１は、井戸層１７の格子不整合に起因するひずみを緩和する為に０．５〜０．７とすることが好ましく、０．５２〜０．６０の範囲がより好ましい。
バリア層１８の層厚は、井戸層１７の層厚と等しいか又は厚いことが好ましい。これにより、井戸層１７の発光効率を高くすることができる。 Barrier layer 18 has a composition of (Al X2 Ga 1-X2) Y1 In 1-Y1 P (0 ≦ X2 ≦ 1,0 <Y1 ≦ 1). X2 is preferably a composition having a larger band gap than the well layer 17, and more preferably in the range of 0 to 0.2. Y1 is preferably set to 0.5 to 0.7, more preferably in the range of 0.52 to 0.60, in order to relieve strain caused by lattice mismatch of the well layer 17.
The layer thickness of the barrier layer 18 is preferably equal to or thicker than the layer thickness of the well layer 17. Thereby, the luminous efficiency of the well layer 17 can be increased.

図６に、井戸層１５の層厚を５ｎｍ、Ｉｎ組成（Ｘ１）＝０．２とし、かつ、バリア層の組成Ｘ２＝０．１、Ｙ１＝０．５５のとき（すなわち、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５５Ｉｎ０．４５Ｐ）、井戸層及びバリア層のペア数と発光出力との相関を示す。表４に図６に示したデータの値を示す。ＧａＡｓ基板を用いた場合である。
尚、バリア層の効果を示すために、比較例としてバリア層にＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを用いたときを併せて示した。
バリア層にＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを用いた比較例の場合はペア数１〜５対までは発光出力が６．０ｍＷ以上と高い値を有するが、１０対では５．７ｍＷと低下するのに対して、本発明の場合はペア数１０対まで略６．０ｍＷ以上の高い値を維持している。このようにペア数を多くしても高い発光出力を維持できるのは、ＧａＡｓ基板に対する組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層の歪みを、組成Ｘ２＝０．１、Ｙ１＝０．５５（すなわち、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５５Ｉｎ０．４５Ｐ）のバリア層が緩和して（すなわち、バリア層が井戸層と逆方向の格子歪みが与えられている）、結晶性の低下が抑制されていることに起因する。歪み緩和の効果についてさらに図８を用いて説明する。

Figure 2012109436
In FIG. 6, when the thickness of the well layer 15 is 5 nm, the In composition (X1) = 0.2, and the barrier layer composition X2 = 0.1 and Y1 = 0.55 (that is, (Al 0. 1 Ga 0.9 ) 0.55 In 0.45 P), the correlation between the number of pairs of well layers and barrier layers and the light emission output. Table 4 shows the values of the data shown in FIG. This is a case where a GaAs substrate is used.
In order to show the effect of the barrier layer, it is also shown a case of using the Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer as a comparative example.
In the case of the comparative example using Al 0.3 Ga 0.7 As for the barrier layer, the emission output has a high value of 6.0 mW or more when the number of pairs is 1 to 5, but it decreases to 5.7 mW with 10 pairs. On the other hand, in the case of the present invention, a high value of approximately 6.0 mW or more is maintained up to 10 pairs. In this way, even if the number of pairs is increased, a high light emission output can be maintained because the strain of the well layer having the composition formula (In X1 Ga 1 -X1 ) As (0 ≦ X1 ≦ 1) with respect to the GaAs substrate is reduced by the composition X2 = 0.1, Y1 = 0.55 (i.e., (Al 0.1 Ga 0.9) 0.55 in 0.45 P) barrier layer and relaxation (i.e., the barrier layer is well layers and reverse This is because the decrease in crystallinity is suppressed. The effect of strain relaxation will be further described with reference to FIG.
Figure 2012109436

図７（ａ）は、井戸層１７の層厚を５ｎｍ、Ｉｎ組成（Ｘ１）＝０．２（発光波長９２０ｎｍ）とし、かつ、バリア層のＡｌ組成Ｘ２＝０．１で５ペアのとき、バリア層のＹ１（すなわち、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）ｙＩｎ１−ｙＰ）と発光出力との相関を示す。表５に図７に示したデータの値を示す。ＧａＡｓ基板を用いた場合である。
バリア層の効果を示すために、図７（ｂ）に比較例としてバリア層は本発明と同じだが、井戸層に基板と同じ材料であるＧａＡｓ層（すなわち、基板に対して歪みがない場合）を用いたときを示す。
本発明の場合は、発光出力の最大は６．２ｍＷであって、バリア層のＹ１が０．５〜０．６５の範囲で略６ｍＷを示す。これに対して、井戸層にＧａＡｓ層を用いた比較例の場合は発光出力の最大で５．９ｍＷであって、高出力を示す範囲も本発明の場合よりも狭いことがわかる。
この結果は、本発明では、井戸層の歪みをバリア層の逆方向歪みが緩和して結晶性低下を抑制するために、発光出力は高くかつ高出力を示すバリア層の組成範囲も広いのに対して、比較例では、歪みがない井戸層と歪みを有するバリア層の組み合わせとなっているために、結果として結晶性が低下して発光出力特性が低下していると理解できる。

Figure 2012109436
FIG. 7A shows that when the thickness of the well layer 17 is 5 nm, the In composition (X1) = 0.2 (emission wavelength 920 nm), and the Al composition X2 = 0.1 of the barrier layer is 5 pairs, Y1 (i.e., (Al 0.1 Ga 0.9) y in 1-y P) of the barrier layer showing the correlation between emission output and. Table 5 shows the data values shown in FIG. This is a case where a GaAs substrate is used.
In order to show the effect of the barrier layer, as a comparative example in FIG. 7B, the barrier layer is the same as that of the present invention, but the well layer is a GaAs layer made of the same material as the substrate (that is, when there is no distortion with respect to the substrate). The time when is used is shown.
In the case of the present invention, the maximum light emission output is 6.2 mW, and the barrier layer Y1 is approximately 6 mW in the range of 0.5 to 0.65. On the other hand, in the case of the comparative example using the GaAs layer as the well layer, the light emission output is 5.9 mW at the maximum, and the range showing high output is narrower than in the case of the present invention.
As a result, in the present invention, since the strain in the well layer is relaxed by the reverse strain in the barrier layer to suppress the decrease in crystallinity, the composition range of the barrier layer exhibiting high light output and high output is wide. On the other hand, in the comparative example, since it is a combination of a well layer having no strain and a barrier layer having a strain, it can be understood that as a result, the crystallinity is lowered and the light emission output characteristics are lowered.
Figure 2012109436

図８に、順方向電流と発光出力の相関に対する、井戸層及びバリア層のペア数の依存性を示す。データは井戸層１５の層厚を５ｎｍ、Ｉｎ組成（Ｘ１）＝０．２とし、かつ、バリア層の組成Ｘ２＝０．１、Ｙ１＝０．５５（すなわち、Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５５Ｉｎ０．４５Ｐ）であって、ペア数が３対及び５対の場合を示している、表６に図８に示したデータの値を示す。
順方向電流が３０ｍＡまでは、３対及び５対のいずれも電流の増加に略比例して発光出力が増大した。しかし、５０ｍＡ、１００ｍＡでは５対について略比例を維持して電流の増加に対して発光出力が増大したが、３対については、５０ｍＡ、１００ｍＡのそれぞれで５対の場合と比べて、発光出力が１．５ｍＷ、８ｍＷ低かった。
従って、大電流・高出力の発光ダイオードに対しては、３対のものより、５対のものの方が適していることがわかった。ペア数が多い方が大電流・高出力に適しているのは、基板に対する組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層の歪みを、組成Ｘ２＝０．１、Ｙ１＝０．５５（すなわち、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５５Ｉｎ０．４５Ｐ）のバリア層が緩和して、結晶性の低下が抑制されていることに起因する。

Figure 2012109436
FIG. 8 shows the dependence of the number of pairs of well layers and barrier layers on the correlation between the forward current and the light emission output. The data shows that the thickness of the well layer 15 is 5 nm, the In composition (X1) = 0.2, and the composition of the barrier layer X2 = 0.1, Y1 = 0.55 (that is, Al 0.1 Ga 0.9 0.55 In 0.45 P), and the values of the data shown in FIG. 8 are shown in Table 6 showing the case of 3 pairs and 5 pairs.
When the forward current was up to 30 mA, the light emission output increased substantially in proportion to the increase in current in both 3 and 5 pairs. However, at 50 mA and 100 mA, the light emission output increased with increasing current while maintaining approximately proportionality with respect to 5 pairs. However, the light emission output with respect to 3 pairs was higher than that with 5 pairs at 50 mA and 100 mA, respectively. It was 1.5 mW and 8 mW lower.
Therefore, it was found that five pairs are more suitable than three pairs for high current / high output light emitting diodes. The larger number of pairs is suitable for large current and high output because the strain of the well layer composed of the composition formula (In X1 Ga 1 -X1 ) As (0 ≦ X1 ≦ 1) with respect to the substrate is expressed as composition X2 = 0. .1, Y1 = 0.55 (that is, (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.55 In 0.45 P) is relaxed and the decrease in crystallinity is suppressed. To do.
Figure 2012109436

井戸層１５とバリア層１６との多層構造において、井戸層１５とバリア層１６とを交互に積層する対の数は特に限定されるものではないが、図６に基づくと、１対以上１０対以下であることが好ましい。すなわち、活性層７には、井戸層１５が１〜１０層含まれていることが好ましい。ここで、活性層７の発光効率が好適な範囲としては、井戸層１５は１層以上で、１層でも可能である。一方、井戸層１５及びバリア層１６の間には格子不整が存在し、またキャリア濃度が低いので、多くの対にすると、結晶欠陥が発生して発光効率が低下してしまったり、順方向電圧（ＶＦ）が増大してしまう。このため、１０対以下であることが好ましく、５対以下であることがより好ましい。 In the multilayer structure of the well layer 15 and the barrier layer 16, the number of pairs in which the well layers 15 and the barrier layers 16 are alternately stacked is not particularly limited. However, based on FIG. The following is preferable. That is, the active layer 7 preferably includes 1 to 10 well layers 15. Here, as a preferable range of the luminous efficiency of the active layer 7, the well layer 15 may be one or more layers, and even one layer is possible. On the other hand, there is a lattice irregularity between the well layer 15 and the barrier layer 16 and the carrier concentration is low. Therefore, if a large number of pairs are used, crystal defects may occur, resulting in a decrease in luminous efficiency or a forward voltage. (V F ) increases. For this reason, it is preferable that it is 10 pairs or less, and it is more preferable that it is 5 pairs or less.

下部ガイド層６及び上部ガイド層８は、図２に示すように、活性層７の下面及び上面にそれぞれ設けられている。具体的には、活性層７の下面に下部ガイド層６が設けられ、活性層７の上面に上部ガイド層８が設けられている。   The lower guide layer 6 and the upper guide layer 8 are provided on the lower surface and the upper surface of the active layer 7, respectively, as shown in FIG. Specifically, the lower guide layer 6 is provided on the lower surface of the active layer 7, and the upper guide layer 8 is provided on the upper surface of the active layer 7.

下部ガイド層１０および上部ガイド層１２は、（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）の組成を有している。上記Ｘ３は、バリア層１８とバンドギャップが等しいか又はバリア層１８よりも大きくなる組成とすることが好ましく、０．２〜０．５の範囲がより好ましい。また、Ｙ２は、０．４〜０．６とすることが好ましい
Ｘ３はガイド層として機能し且つ発光波長に対して透明な範囲で選ばれ、Ｙ２はガイド層が厚膜なので基板との格子整合を重視し、良質な結晶成長ができる範囲として選ばれる。 Lower guide layer 10 and the upper guide layer 12 has a composition of (Al X3 Ga 1-X3) Y2 In 1-Y2 P (0 ≦ X3 ≦ 1,0 <Y2 ≦ 1). X3 is preferably a composition having the same band gap as that of the barrier layer 18 or larger than the barrier layer 18, and more preferably in the range of 0.2 to 0.5. In addition, Y2 is preferably set to 0.4 to 0.6. X3 functions as a guide layer and is selected in a range that is transparent to the emission wavelength, and Y2 is lattice matched with the substrate because the guide layer is a thick film. Is selected as a range where high-quality crystal growth is possible.

下部ガイド層６及び上部ガイド層８はそれぞれ、下部クラッド層５及び上部クラッド層９と活性層７との間における欠陥の伝搬を低減するために設けられている。すなわち、本発明では、活性層７のＶ族構成元素は砒素（Ａｓ）であるのに対し、下部クラッド層５及び上部クラッド層９のＶ族構成元素はリン（Ｐ）であるため、活性層７と下部クラッド層５及び上部クラッド層９との界面において欠陥が生じやすい。活性層７への欠陥の伝播は発光ダイオードの性能低下の原因となる。この欠陥の伝播を有効に低減するためには、下部ガイド層６および上部ガイド層８の層厚は１０ｎｍ以上が好ましく、２０ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましい。   The lower guide layer 6 and the upper guide layer 8 are provided to reduce the propagation of defects between the lower clad layer 5 and the upper clad layer 9 and the active layer 7, respectively. That is, in the present invention, the group V constituent element of the active layer 7 is arsenic (As), whereas the group V constituent element of the lower cladding layer 5 and the upper cladding layer 9 is phosphorus (P). Defects are likely to occur at the interfaces between the lower cladding layer 5 and the upper cladding layer 9. Propagation of defects to the active layer 7 causes a reduction in the performance of the light emitting diode. In order to effectively reduce the propagation of this defect, the thickness of the lower guide layer 6 and the upper guide layer 8 is preferably 10 nm or more, and more preferably 20 nm to 100 nm.

下部ガイド層６及び上部ガイド層８の伝導型は、特に限定されるものではなく、アンドープ、ｐ型及びｎ型のいずれも選択することができる。発光効率を高めるには、結晶性が良好なアンドープ又は３×１０１７ｃｍ−３未満のキャリア濃度とすることが望ましい。 The conductivity type of the lower guide layer 6 and the upper guide layer 8 is not particularly limited, and any of undoped, p-type, and n-type can be selected. In order to increase the luminous efficiency, it is desirable that the crystallinity is undoped or the carrier concentration is less than 3 × 10 17 cm −3 .

下部クラッド層５及び上部クラッド層９は、図１に示すように、下部ガイド層６の下面及び上部ガイド層８上面にそれぞれ設けられている。   As shown in FIG. 1, the lower cladding layer 5 and the upper cladding layer 9 are provided on the lower surface of the lower guide layer 6 and the upper surface of the upper guide layer 8, respectively.

下部クラッド層５及び上部クラッド層９の材質としては、（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ≦１）の半導体材料を用い、バリア層１５よりもバンドギャップの大きい材質が好ましく、下部ガイド層６及び上部ガイド層８よりもバンドギャップが大きい材質がより好ましい。上記材質としては、（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ≦１）のＸ４が、０．３〜０．７である組成を有することが好ましい。又、Ｙは、０．４〜０．６とすることが好ましい。Ｘ４はクラッド層として機能し且つ発光波長に対して透明な範囲で選ばれ、Ｙ４はクラッド層が厚膜なので基板との格子整合の観点から良質な結晶成長ができる範囲として選ばれる。 As the material of the lower cladding layer 5 and the upper cladding layer 9, a semiconductor material (Al X4 Ga 1-X4) Y In 1-Y P (0 ≦ X4 ≦ 1,0 <Y ≦ 1), a barrier layer 15 A material having a larger band gap is preferable, and a material having a larger band gap than the lower guide layer 6 and the upper guide layer 8 is more preferable. As the material, have a composition X4 is 0.3 to 0.7 of (Al X4 Ga 1-X4) Y In 1-Y P (0 ≦ X4 ≦ 1,0 <Y ≦ 1) preferable. Y is preferably 0.4 to 0.6. X4 functions as a clad layer and is selected in a range that is transparent to the emission wavelength, and Y4 is selected as a range in which good quality crystal growth is possible from the viewpoint of lattice matching with the substrate because the clad layer is thick.

下部クラッド層５と上部クラッド層９とは、極性が異なるように構成されている。また、下部クラッド層５及び上部クラッド層９のキャリア濃度及び厚さは、公知の好適な範囲を用いることができ、活性層７の発光効率が高まるように条件を最適化することが好ましい。また、下部クラッド層５及び上部クラッド層９の組成を制御することによって、化合物半導体層３０の反りを低減させることができる。   The lower clad layer 5 and the upper clad layer 9 are configured to have different polarities. The carrier concentration and thickness of the lower clad layer 5 and the upper clad layer 9 can be in a known suitable range, and it is preferable to optimize the conditions so that the luminous efficiency of the active layer 7 is increased. Further, the warpage of the compound semiconductor layer 30 can be reduced by controlling the composition of the lower cladding layer 5 and the upper cladding layer 9.

具体的に、下部クラッド層５としては、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型の（（ＡｌＸ４ｂＧａ１−Ｘ４ｂ）ＹｂＩｎ１−ＹｂＰ（０．３≦Ｘ４ｂ≦０．７，０．４≦Ｙｂ≦０．６）からなる半導体材料を用いることが望ましい。また、キャリア濃度は１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲が好ましく、層厚は０．１〜１μｍの範囲が好ましい。 Specifically, as the lower cladding layer 5, for example, the n-type doped with Si ((Al X4b Ga 1- X4b) Yb In 1-Yb P (0.3 ≦ X4b ≦ 0.7,0.4 ≦ It is desirable to use a semiconductor material comprising Yb ≦ 0.6), the carrier concentration is preferably in the range of 1 × 10 17 to 1 × 10 18 cm −3 , and the layer thickness is preferably in the range of 0.1 to 1 μm. .

一方、上部クラッド層９としては、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型の（ＡｌＸ４aＧａ１−Ｘ４ａ）ＹａＩｎ１−ＹａＰ（０．３≦Ｘ４ａ≦０．７，０．４≦Ｙａ≦０．６）からなる半導体材料を用いることが望ましい。また、キャリア濃度は２×１０１７〜２×１０１８ｃｍ−３の範囲が好ましく、層厚は０．１〜１μｍの範囲が好ましい。
なお、下部クラッド層５及び上部クラッド層９の極性は、化合物半導体層３０の素子構造を考慮して選択することができる。 On the other hand, as the upper clad layer 9, for example, Mg-doped p-type (Al X4a Ga 1-X4a ) Ya In 1- YaP (0.3 ≦ X4a ≦ 0.7, 0.4 ≦ Ya ≦ 0) .6) is preferably used. The carrier concentration is preferably in the range of 2 × 10 17 to 2 × 10 18 cm −3 , and the layer thickness is preferably in the range of 0.1 to 1 μm.
The polarities of the lower cladding layer 5 and the upper cladding layer 9 can be selected in consideration of the element structure of the compound semiconductor layer 30.

また、発光部２０の構成層の上方には、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極の接触抵抗を下げるためのコンタクト層、素子駆動電流を発光部の全般に平面的に拡散させるための電流拡散層、逆に素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層や電流狭窄層など公知の層構造を設けることができる。   Further, above the constituent layers of the light emitting unit 20, a contact layer for lowering the contact resistance of the ohmic electrode, a current diffusion layer for planarly diffusing the element driving current throughout the light emitting unit, and conversely A known layer structure such as a current blocking layer or a current confinement layer for limiting the region through which the element driving current flows can be provided.

電流拡散層１０は、図１に示すように、発光部２０の上方に設けられている。この電流拡散層１０は、発光部２０（活性層７）からの発光波長に対して透明である材料、例えば、ＧａＰやＧａＩｎＰを適用することができる。
また、電流拡散層１０の厚さは０．５〜２０μｍの範囲であることが好ましい。０．５μｍ以下であると電流拡散が不十分であり、２０μｍ以上であるとその厚さまで結晶成長させる為のコストが増大するからである。 As shown in FIG. 1, the current spreading layer 10 is provided above the light emitting unit 20. The current spreading layer 10 may be made of a material that is transparent to the emission wavelength from the light emitting unit 20 (active layer 7), such as GaP or GaInP.
The thickness of the current spreading layer 10 is preferably in the range of 0.5 to 20 μm. This is because the current diffusion is insufficient when the thickness is 0.5 μm or less, and the cost for crystal growth to the thickness increases when the thickness is 20 μm or more.

ｐ型オーミック電極（第１の電極）１２は発光ダイオード１００の主たる光取り出し面に設けられた低抵抗のオーミック接触電極であり、ｎ型オーミック電極（第２の電極）１３は発光ダイオード１００の基板側裏面に設けられた低抵抗のオーミック接触電極である。ここで、ｐ型オーミック電極１２は、電流拡散層１０の表面に設けられており、例えば、ＡｕＢｅ／Ａｕ、またはＡｕＺｎ／Ａｕからなる合金を用いることができる。一方、ｎ型オーミック電極１３は、例えばＡｕＧｅ、Ｎｉ合金／Ａｕからなる合金を用いることができる。   The p-type ohmic electrode (first electrode) 12 is a low-resistance ohmic contact electrode provided on the main light extraction surface of the light-emitting diode 100, and the n-type ohmic electrode (second electrode) 13 is a substrate of the light-emitting diode 100. It is a low-resistance ohmic contact electrode provided on the side back surface. Here, the p-type ohmic electrode 12 is provided on the surface of the current diffusion layer 10, and for example, an alloy made of AuBe / Au or AuZn / Au can be used. On the other hand, the n-type ohmic electrode 13 can be made of, for example, an alloy made of AuGe or Ni alloy / Au.

＜発光ダイオードの製造方法＞
次に、本実施形態の発光ダイオード１００の製造方法について図１を用いて説明する。 <Method for manufacturing light-emitting diode>
Next, the manufacturing method of the light emitting diode 100 of this embodiment is demonstrated using FIG.

（化合物半導体層の形成工程）
まず、図１に示す、化合物半導体層３０を作製する。化合物半導体層３０は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＧａＡｓからなる緩衝層２、ＧａＩｎＰからなる層（屈折率が大きい層）３ａとＡｌＩｎＰからなる層（屈折率が小さい層）３ｂとを交互に４０対積層したＤＢＲ反射層３、Ｓｉをドープしたｎ型の下部クラッド層５、下部ガイド層６、活性層７、上部ガイド層８、Ｍｇドープしたｐ型の上部クラッド層９、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＰからなる電流拡散層１０を順次積層して作製する。 (Formation process of compound semiconductor layer)
First, the compound semiconductor layer 30 shown in FIG. 1 is produced. The compound semiconductor layer 30 includes an n-type GaAs substrate 1 on which a buffer layer 2 made of GaAs, a layer 3a made of GaInP (a layer having a high refractive index) 3a and a layer 3b made of AlInP (a layer having a low refractive index) 3b are alternately arranged. 40 pairs of DBR reflection layers 3, Si-doped n-type lower cladding layer 5, lower guide layer 6, active layer 7, upper guide layer 8, Mg-doped p-type upper cladding layer 9, Mg-doped p A current diffusion layer 10 made of type GaP is sequentially stacked.

ＧａＡｓ基板１は、公知の製法で作製された市販品の単結晶基板を使用することができる。ＧａＡｓ基板１のエピタキシャル成長させる表面は、平滑であることが望ましい。ＧａＡｓ基板１の表面の面方位は、エピタキシャル成長しやすく、量産されている（１００）面および（１００）から、±２０°以内にオフした基板が、品質の安定性の面から望ましい。さらに、ＧａＡｓ基板１の面方位の範囲が、（１００）方向から（０−１−１）方向に１５°オフ±５°であることがより好ましい。
尚、本明細書では、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味する。 As the GaAs substrate 1, a commercially available single crystal substrate manufactured by a known manufacturing method can be used. The surface on which the GaAs substrate 1 is epitaxially grown is preferably smooth. The plane orientation of the surface of the GaAs substrate 1 is easy to epitaxially grow, and a substrate that is turned off within ± 20 ° from the (100) plane and (100) that are mass-produced is desirable from the standpoint of quality stability. Furthermore, the range of the plane orientation of the GaAs substrate 1 is more preferably 15 ° off ± 5 ° from the (100) direction to the (0-1-1) direction.
In this specification, in the notation of Miller index, “-” means a bar attached to the index immediately after that.

ＧａＡｓ基板１の転位密度は、化合物半導体層３０の結晶性を良くするために低い方が望ましい。具体的には、例えば、１０，０００個ｃｍ−２以下、望ましくは、１，０００個ｃｍ−２以下であることが好適である。 The dislocation density of the GaAs substrate 1 is desirably low in order to improve the crystallinity of the compound semiconductor layer 30. Specifically, for example, 10,000 pieces cm −2 or less, preferably 1,000 pieces cm −2 or less are suitable.

ＧａＡｓ基板１は、ｎ型であってもｐ型であっても良い。ＧａＡｓ基板１のキャリア濃度は、所望の電気伝導度と素子構造から、適宜選択することができる。例えば、ＧａＡｓ基板１がＳｉドープのｎ型である場合には、キャリア濃度が１×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３の範囲であることが好ましい。これに対して、ＧａＡｓ基板１がＺｎドープのｐ型の場合には、キャリア濃度２×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３の範囲であることが好ましい。 The GaAs substrate 1 may be n-type or p-type. The carrier concentration of the GaAs substrate 1 can be appropriately selected from desired electrical conductivity and element structure. For example, when the GaAs substrate 1 is Si-doped n-type, the carrier concentration is preferably in the range of 1 × 10 17 to 5 × 10 18 cm −3 . On the other hand, when the GaAs substrate 1 is a Zn-doped p-type, the carrier concentration is preferably in the range of 2 × 10 18 to 5 × 10 19 cm −3 .

ＧａＡｓ基板１の厚さは、基板のサイズに応じて適切な範囲がある。ＧａＡｓ基板１の厚さが適切な範囲よりも薄いと、化合物半導体層３０の製造プロセス中に割れてしまうおそれがある。一方、ＧａＡｓ基板１の厚さが適切な範囲よりも厚いと材料コストが増加することになる。このため、ＧａＡｓ基板１の基板サイズが大きい場合、例えば、直径７５ｍｍの場合には、ハンドリング時の割れを防止するために２５０〜５００μｍの厚さが望ましい。同様に、直径５０ｍｍの場合は、２００〜４００μｍの厚さが望ましく、直径１００ｍｍの場合は、３５０〜６００μｍの厚さが望ましい。   The thickness of the GaAs substrate 1 has an appropriate range depending on the size of the substrate. If the thickness of the GaAs substrate 1 is thinner than an appropriate range, the compound semiconductor layer 30 may be broken during the manufacturing process. On the other hand, if the thickness of the GaAs substrate 1 is thicker than an appropriate range, the material cost increases. For this reason, when the substrate size of the GaAs substrate 1 is large, for example, when the diameter is 75 mm, a thickness of 250 to 500 μm is desirable to prevent cracking during handling. Similarly, when the diameter is 50 mm, a thickness of 200 to 400 μm is desirable, and when the diameter is 100 mm, a thickness of 350 to 600 μm is desirable.

このように、ＧａＡｓ基板１の基板サイズに応じて基板の厚さを厚くすることにより、発光部２０に起因する化合物半導体層３０の反りを低減することができる。これにより、エピタキシャル成長中の温度分布が均一となることため、活性層７の面内の波長分布を小さくすることができる。なお、ＧａＡｓ基板１の形状は、特に円形に限定されず、矩形等であっても問題ない。   Thus, by increasing the thickness of the substrate according to the substrate size of the GaAs substrate 1, it is possible to reduce the warpage of the compound semiconductor layer 30 caused by the light emitting unit 20. As a result, the temperature distribution during epitaxial growth becomes uniform, so that the in-plane wavelength distribution of the active layer 7 can be reduced. The shape of the GaAs substrate 1 is not particularly limited to a circle, and there is no problem even if it is a rectangle or the like.

緩衝層（ｂｕｆｆｅｒ）２は、ＧａＡｓ基板１と発光部２０の構成層との欠陥の伝搬を低減するために設けられている。このため、基板の品質やエピタキシャル成長条件を選択すれば、緩衝層２は、必ずしも必要ではない。また、緩衝層２の材質は、エピタキシャル成長させる基板と同じ材質とすることが好ましい。したがって、本実施形態では、緩衝層２には、ＧａＡｓ基板１と同じくＧａＡｓを用いることが好ましい。また、緩衝層２には、欠陥の伝搬を低減するためにＧａＡｓ基板１と異なる材質からなる多層膜を用いることもできる。緩衝層２の厚さは、０．１μｍ以上とすることが好ましく、０．２μｍ以上とすることがより好ましい。   The buffer layer 2 is provided to reduce the propagation of defects between the GaAs substrate 1 and the constituent layers of the light emitting unit 20. For this reason, the buffer layer 2 is not necessarily required if the quality of the substrate and the epitaxial growth conditions are selected. The material of the buffer layer 2 is preferably the same as that of the substrate to be epitaxially grown. Therefore, in the present embodiment, it is preferable to use GaAs for the buffer layer 2 in the same manner as the GaAs substrate 1. The buffer layer 2 may be a multilayer film made of a material different from that of the GaAs substrate 1 in order to reduce the propagation of defects. The thickness of the buffer layer 2 is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 0.2 μm or more.

ＤＢＲ反射層３は、基板方向へ進行する光を反射する為に設けられている。ＤＢＲ反射層３の材質は発光波長に対して透明であることが好ましく、又、ＤＢＲ反射層３を構成する２種類の材料の屈折率の差が大きくなる組み合わせとなるよう選択されるのが好ましい。本実施形態では、ＤＢＲ反射層３の材質をＡｌＩｎＰとＧａＩｎＰの組み合わせとするが、組成の異なる２種類の（ＡｌＸｌＧａ１−Ｘｌ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０≦ｘｌ＜１）、（ＡｌＸｈＧａ１−Ｘｈ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０＜ｘｈ≦１）から選択することも可能であり、また組成の異なる２種類のＡｌｘｌＧａ１−ｘｌＡｓ（０．１≦ｘｌ≦１）、ＡｌｘｈＧａ１−ｘｈＡｓ（０．１≦ｘｈ≦１）から選択することも可能である。 The DBR reflection layer 3 is provided to reflect light traveling in the substrate direction. The material of the DBR reflective layer 3 is preferably transparent with respect to the emission wavelength, and is preferably selected so as to be a combination that increases the difference in refractive index between the two types of materials constituting the DBR reflective layer 3. . In this embodiment, the material of the DBR reflective layer 3 is a combination of AlInP and GaInP, but two types of (Al Xl Ga 1-Xl ) 0.5 In 0.5 P (0 ≦ xl <1) having different compositions are used. , (Al Xh Ga 1-Xh ) 0.5 In 0.5 P (0 <xh ≦ 1), and two types of Al xl Ga 1-xl As (0. It is also possible to select from 1 ≦ xl ≦ 1) and Al xh Ga 1-xh As (0.1 ≦ xh ≦ 1).

本実施形態では、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）や減圧有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）等の公知の成長方法を適用することができる。なかでも、量産性に優れるＭＯＣＶＤ法を適用することが、最も望ましい。具体的には、化合物半導体層３０のエピタキシャル成長に使用するＧａＡｓ基板１は、成長前に洗浄工程や熱処理等の前処理を実施して、表面の汚染や自然酸化膜を除去することが望ましい。上記化合物半導体層３０を構成する各層は、直径５０〜１５０ｍｍのＧａＡｓ基板１をＭＯＣＶＤ装置内にセットし、同時にエピタキシャル成長させて積層することができる。また、ＭＯＣＶＤ装置としては、自公転型、高速回転型等の市販の大型装置を適用することができる。   In the present embodiment, a known growth method such as a molecular beam epitaxial method (MBE) or a low pressure metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) can be applied. Among these, it is most desirable to apply the MOCVD method which is excellent in mass productivity. Specifically, the GaAs substrate 1 used for the epitaxial growth of the compound semiconductor layer 30 is preferably subjected to a pretreatment such as a cleaning process or a heat treatment before the growth to remove surface contamination or a natural oxide film. The layers constituting the compound semiconductor layer 30 can be stacked by setting a GaAs substrate 1 having a diameter of 50 to 150 mm in an MOCVD apparatus and simultaneously epitaxially growing the layers. As the MOCVD apparatus, a commercially available large-sized apparatus such as a self-revolving type or a high-speed rotating type can be applied.

上記化合物半導体層３０の各層をエピタキシャル成長する際、ＩＩＩ族構成元素の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）を用いることができる。また、Ｍｇのドーピング原料としては、例えば、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）等を用いることができる。また、Ｓｉのドーピング原料としては、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等を用いることができる。
また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）等を用いることができる。
また、各層の成長温度としては、電流拡散層１０としてｐ型ＧａＰを用いる場合は、７２０〜７７０℃を適用することができ、その他の各層では６００〜７００℃を適用することができる。
また、電流拡散層１０としてｐ型ＧａＩｎＰを用いる場合は、６００〜７００℃を適用することができる。
さらに、各層のキャリア濃度及び層厚、温度条件は、適宜選択することができる。 When the layers of the compound semiconductor layer 30 are epitaxially grown, examples of the group III constituent material include trimethylaluminum ((CH 3 ) 3 Al), trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga), and trimethylindium ((CH 3 ) 3 In) can be used. Further, as a Mg doping raw material, for example, biscyclopentadienyl magnesium (bis- (C 5 H 5 ) 2 Mg) or the like can be used. Further, as a Si doping material, for example, disilane (Si 2 H 6 ) or the like can be used.
In addition, phosphine (PH 3 ), arsine (AsH 3 ), or the like can be used as a raw material for the group V constituent element.
As the growth temperature of each layer, when p-type GaP is used as the current diffusion layer 10, 720 to 770 ° C. can be applied, and for the other layers, 600 to 700 ° C. can be applied.
Further, when p-type GaInP is used as the current diffusion layer 10, 600 to 700 ° C. can be applied.
Furthermore, the carrier concentration, layer thickness, and temperature conditions of each layer can be selected as appropriate.

このようにして作製した化合物半導体層３０は、発光部２０を有するにもかかわらず結晶欠陥が少ない良好な表面状態が得られる。また、化合物半導体層３０は、素子構造に対応して研磨などの表面加工を施しても良い。   The compound semiconductor layer 30 produced in this way has a good surface state with few crystal defects despite having the light emitting portion 20. The compound semiconductor layer 30 may be subjected to surface processing such as polishing corresponding to the element structure.

（第１及び第２の電極の形成工程）
次に、第１の電極であるｐ型オーミック電極１２及び第２の電極であるｎ型オーミック電極１３を形成する。 (First and second electrode forming steps)
Next, a p-type ohmic electrode 12 that is a first electrode and an n-type ohmic electrode 13 that is a second electrode are formed.

以下、本発明の効果を、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the effect of the present invention will be specifically described with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.

本実施例では、本発明に係る発光ダイオードを作製した例を具体的に説明する。また、本実施例で作製した発光ダイオードは、ＩｎＧａＡｓからなる井戸層とＡｌＧａＡｓからなるバリア層との量子井戸構造からなる活性層を有する赤外発光ダイオードである。本実施例では、特性評価のために発光ダイオードチップを基板上に実装した発光ダイオードランプを作製した。   In this example, an example in which a light-emitting diode according to the present invention is manufactured will be specifically described. The light-emitting diode manufactured in this example is an infrared light-emitting diode having an active layer having a quantum well structure of a well layer made of InGaAs and a barrier layer made of AlGaAs. In this example, a light-emitting diode lamp in which a light-emitting diode chip was mounted on a substrate was prepared for characteristic evaluation.

（実施例１）
実施例１の発光ダイオードは、まず、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓ単結晶からなるＧａＡｓ基板上に、化合物半導体層を順次積層してエピタキシャルウェーハを作製した。ＧａＡｓ基板は、（１００）面から（０−１−１）方向に１５°傾けた面を成長面とし、キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３とした。また、ＧａＡｓ基板の層厚は、約０．５μｍとした。化合物半導体層としては、ＳｉをドープしたＧａＡｓからなるｎ型の緩衝層、ＳｉをドープしたＡｌＩｎＰとＧａＩｎＰの４０対の繰り返し構造であるｎ型のＤＢＲ反射層、Ｓｉをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型の下部クラッド層、（Ａｌ０．３ Ｇａ０．７）０．５ Ｉｎ０．５Ｐからなる下部ガイド層、（Ｉｎ０．２Ｇａ０．８）Ａｓ／（Ａｌ０．１Ｇａ０．９ ）０．５ Ｉｎ０．５Ｐの３対からなる井戸層／バリア層、（Ａｌ０．３ Ｇａ０．７）０．５ Ｉｎ０．５Ｐからなる上部ガイド層、Ｍｇをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型の上部クラッド層、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる薄膜の中間層、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＰからなる電流拡散層を用いた。 Example 1
In the light emitting diode of Example 1, first, an epitaxial wafer was fabricated by sequentially laminating compound semiconductor layers on a GaAs substrate made of an n-type GaAs single crystal doped with Si. In the GaAs substrate, a plane inclined by 15 ° in the (0-1-1) direction from the (100) plane was used as a growth plane, and the carrier concentration was set to 2 × 10 18 cm −3 . The layer thickness of the GaAs substrate was about 0.5 μm. As the compound semiconductor layer, an n-type buffer layer made of GaAs doped with Si, an n-type DBR reflective layer having a 40-pair repeating structure of Si-doped AlInP and GaInP, and Si-doped (Al 0.7 Ga 0.3) lower cladding layer of n-type consisting of 0.5 in 0.5 P, a lower guide layer made of (Al 0.3 Ga 0.7) 0.5 in 0.5 P, (in 0. 2 Ga 0.8 ) As / (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P well layer / barrier layer consisting of three pairs, (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.5 An upper guide layer made of In 0.5 P, a Mg-doped (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P p-type upper cladding layer, (Al 0.5 Ga 0. 5 ) Mg thin film intermediate layer made of 0.5 In 0.5 P, Mg A current diffusion layer made of doped p-type GaP was used.

本実施例では、減圧有機金属化学気相堆積装置法（ＭＯＣＶＤ装置）を用い、直径７６ｍｍ、厚さ３５０μｍのＧａＡｓ基板に化合物半導体層をエピタキシャル成長させて、エピタキシャルウェーハを形成した。エピタキシャル成長層を成長させる際、ＩＩＩ族構成元素の原料としては、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）を使用した。また、Ｍｇのドーピング原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を使用した。また、Ｓｉのドーピング原料としては、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を使用した。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）を使用した。また、各層の成長温度としては、ｐ型ＧａＰからなる電流拡散層は、７５０℃で成長させた。その他の各層では７００℃で成長させた。 In this example, a compound semiconductor layer was epitaxially grown on a GaAs substrate having a diameter of 76 mm and a thickness of 350 μm by using a low pressure metal organic chemical vapor deposition apparatus method (MOCVD apparatus) to form an epitaxial wafer. When growing an epitaxial growth layer, trimethylaluminum ((CH 3 ) 3 Al), trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga) and trimethylindium ((CH 3 ) 3 In) are used as the raw material for the group III constituent element did. Further, biscyclopentadienyl magnesium (bis- (C 5 H 5 ) 2 Mg) was used as a Mg doping material. Further, disilane (Si 2 H 6 ) was used as a Si doping material. Further, phosphine (PH 3 ) and arsine (AsH 3 ) were used as raw materials for the group V constituent elements. As the growth temperature of each layer, the current diffusion layer made of p-type GaP was grown at 750 ° C. The other layers were grown at 700 ° C.

ＧａＡｓからなる緩衝層は、キャリア濃度を約２×１０１８ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。下部クラッド層は、キャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。下部ガイド層は、アンドープで層厚を約５０ｎｍとした。井戸層は、アンドープで層厚が約５ｎｍの（Ｉｎ０．２Ｇａ０．８）Ａｓとし、バリア層はアンドープで層厚が約１０ｎｍの（Ａｌ０．３ Ｇａ０．７）０．５ Ｉｎ０．５Ｐとした。また、井戸層とバリア層とを交互に３対積層した。上部ガイド層は、アンドープで層厚を約５０ｎｍとした。上部クラッド層は、キャリア濃度を約８×１０１７ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。中間層は、キャリア濃度を約８×１０１７ｃｍ−３、層厚を約５０ｎｍとした。ＧａＰからなる電流拡散層は、キャリア濃度を約３×１０１８ｃｍ−３、層厚を約１０μｍとした。
また、ＤＢＲ反射層はキャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約７１ｎｍとしたＡｌＩｎＰと、キャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約６７ｎｍとしたＧａＩｎＰを交互に４０対積層した。 The buffer layer made of GaAs has a carrier concentration of about 2 × 10 18 cm −3 and a layer thickness of about 0.5 μm. The lower cladding layer had a carrier concentration of about 1 × 10 18 cm −3 and a layer thickness of about 0.5 μm. The lower guide layer was undoped and had a thickness of about 50 nm. The well layer is undoped (In 0.2 Ga 0.8 ) As with a layer thickness of about 5 nm, and the barrier layer is undoped (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.5 In with a layer thickness of about 10 nm. 0.5 P. Three pairs of well layers and barrier layers were alternately laminated. The upper guide layer was undoped and had a thickness of about 50 nm. The upper cladding layer had a carrier concentration of about 8 × 10 17 cm −3 and a layer thickness of about 0.5 μm. The intermediate layer had a carrier concentration of about 8 × 10 17 cm −3 and a layer thickness of about 50 nm. The current diffusion layer made of GaP has a carrier concentration of about 3 × 10 18 cm −3 and a layer thickness of about 10 μm.
Alternating addition, DBR reflection layer and the carrier concentration of about 1 × 10 18 cm -3, and AlInP that were about 71nm thickness, carrier concentration of about 1 × 10 18 cm -3, a thickness of about 67nm was GaInP the 40 pairs were stacked.

次に電流拡散層の表面に、ＡｕＢｅを０．２μｍ、Ａｕを１μｍとなるように真空蒸着法によって成膜した。その後、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、第１の電極としてｐ型オーミック電極を形成した。次に、電極部以外の表面である光取り出し面に粗面化処理を施した。   Next, a film was formed on the surface of the current diffusion layer by vacuum deposition so that AuBe was 0.2 μm and Au was 1 μm. Thereafter, patterning was performed using a general photolithography means, and a p-type ohmic electrode was formed as the first electrode. Next, a roughening treatment was performed on the light extraction surface which is a surface other than the electrode portion.

次に、第２の電極として基板裏面に、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金を厚さが０．５μｍ、Ｐｔを０．２μｍ、Ａｕを１μｍとなるように真空蒸着法によって成膜し、ｎ型オーミック電極を形成した。その後、４５０℃で１０分間熱処理を行って合金化し、低抵抗のｐ型およびｎ型オーミック電極を形成した。   Next, a second electrode is formed on the back surface of the substrate by vacuum deposition so that AuGe and Ni alloy have a thickness of 0.5 μm, Pt of 0.2 μm, and Au of 1 μm, and an n-type ohmic electrode is formed. Formed. Thereafter, heat treatment was performed at 450 ° C. for 10 minutes to form an alloy, and low resistance p-type and n-type ohmic electrodes were formed.

次に、化合物半導体層側からダイシングソーを用い３５０μｍ間隔で切断し、チップ化した。ダイシングによる破砕層および汚れを硫酸・過酸化水素混合液でエッチング除去して、実施例１の発光ダイオードを作製した。   Next, a dicing saw was used to cut from the compound semiconductor layer side at 350 μm intervals to form chips. The crushing layer and dirt by dicing were removed by etching with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide to produce a light emitting diode of Example 1.

上記の様にして作製した実施例１の発光ダイオードチップを、マウント基板上に実装した発光ダイオードランプを１００個組み立てた。この発光ダイオードランプは、マウントは、ダイボンダーで支持（マウント）し、ｐ型オーミック電極とｐ電極端子とを金線でワイヤボンディングした後、一般的なエポキシ樹脂で封止して作製した。   100 light emitting diode lamps each having the light emitting diode chip of Example 1 manufactured as described above mounted on a mount substrate were assembled. This light-emitting diode lamp was manufactured by supporting (mounting) a mount with a die bonder, wire-bonding a p-type ohmic electrode and a p-electrode terminal with a gold wire, and sealing with a general epoxy resin.

この発光ダイオード（発光ダイオードランプ）の特性を評価した結果を表７に示す。
表７に示すように、ｎ型及びｐ型オーミック電極間に電流を流したところ、ピーク波長９２０ｎｍとする赤外光が出射された。順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、約１．２ボルトとなった。順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、６．２ｍＷであった。

Figure 2012109436
Table 7 shows the results of evaluating the characteristics of the light emitting diode (light emitting diode lamp).
As shown in Table 7, when current was passed between the n-type and p-type ohmic electrodes, infrared light having a peak wavelength of 920 nm was emitted. The forward voltage (Vf) when a current of 20 milliamperes (mA) was passed in the forward direction was about 1.2 volts. The light emission output when the forward current was 20 mA was 6.2 mW.
Figure 2012109436

（実施例２）
実施例２の発光ダイオードはＤＢＲ反射層の構成を変更した以外は、実施例１と同じ条件で作製した。
具体的には、ＤＢＲ反射層はキャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約７１ｎｍとした（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）０．５Ｉｎ０．５Ｐと、キャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約６８ｎｍとした（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐを交互に４０対積層した。
この発光ダイオード（発光ダイオードランプ）の特性を評価した結果は表７に示した通りであり、ピーク波長９２０ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）及び順方向電圧（ＶＦ）はそれぞれ、６．０ｍＷ、１．２Ｖであった。 (Example 2)
The light emitting diode of Example 2 was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the configuration of the DBR reflective layer was changed.
Specifically, the DBR reflective layer has (Al 0.9 Ga 0.1 ) 0.5 In 0.5 P with a carrier concentration of about 1 × 10 18 cm −3 and a layer thickness of about 71 nm, and a carrier concentration. (Al 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In 0.5 P with a thickness of about 1 × 10 18 cm −3 and a layer thickness of about 68 nm were stacked alternately.
The results of evaluating the characteristics of this light emitting diode (light emitting diode lamp) are as shown in Table 7. Infrared light having a peak wavelength of 920 nm is emitted, and the light emission output (P 0 ) and forward voltage (V F ). Were 6.0 mW and 1.2 V, respectively.

（実施例３）
実施例３の発光ダイオードはＤＢＲ反射層の構成を変更した以外は、実施例１と同じ条件で作製した。
具体的には、ＤＢＲ反射層はキャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約７１ｎｍとしたＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓと、キャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約６４ｎｍとしたＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓを交互に４０対積層した。
この発光ダイオード（発光ダイオードランプ）の特性を評価した結果は表７に示した通りであり、ピーク波長９２０ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）及び順方向電圧（ＶＦ）はそれぞれ、６．５ｍＷ、１．１Ｖであった。 (Example 3)
The light emitting diode of Example 3 was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the configuration of the DBR reflective layer was changed.
Specifically, DBR reflective layer was about 1 × 10 18 carrier concentration cm -3, and Al 0.9 Ga 0.1 As that were about 71nm thickness, a carrier concentration of about 1 × 10 18 cm -3 40 pairs of Al 0.1 Ga 0.9 As having a layer thickness of about 64 nm were alternately laminated.
The results of evaluating the characteristics of this light emitting diode (light emitting diode lamp) are as shown in Table 7. Infrared light having a peak wavelength of 920 nm is emitted, and the light emission output (P 0 ) and forward voltage (V F ). Were 6.5 mW and 1.1 V, respectively.

（実施例４）
実施例４の発光ダイオードは、（Ｉｎ０．１２Ｇａ０．８８）Ａｓ／（Ａｌ０．１Ｇａ０．９ ）０．５ Ｉｎ０．５Ｐの３対からなる井戸層／バリア層を用いた以外は、実施例１と同じ条件で作製した。
この発光ダイオード（発光ダイオードランプ）の特性を評価した結果は表７に示した通りであり、ピーク波長８７０ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）及び順方向電圧（ＶＦ）はそれぞれ、６．０ｍＷ、１．２Ｖであった。 Example 4
The light emitting diode of Example 4 uses a well layer / barrier layer composed of three pairs of (In 0.12 Ga 0.88 ) As / (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P. It was produced under the same conditions as in Example 1 except that.
The results of evaluating the characteristics of this light emitting diode (light emitting diode lamp) are as shown in Table 7. Infrared light having a peak wavelength of 870 nm is emitted, and the light emission output (P 0 ) and forward voltage (V F ). Were 6.0 mW and 1.2 V, respectively.

（実施例５）
実施例５の発光ダイオードは、（Ｉｎ０．１２Ｇａ０．８８）Ａｓ／（Ａｌ０．１Ｇａ０．９ ）０．５ Ｉｎ０．５Ｐの３対からなる井戸層／バリア層を用いた以外は、実施例２と同じ条件で作製した。
この発光ダイオード（発光ダイオードランプ）の特性を評価した結果は表７に示した通りであり、ピーク波長８７０ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）及び順方向電圧（ＶＦ）はそれぞれ、５．７ｍＷ、１．２Ｖであった。 (Example 5)
The light-emitting diode of Example 5 uses a well layer / barrier layer composed of three pairs of (In 0.12 Ga 0.88 ) As / (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P. It was produced under the same conditions as in Example 2 except that.
The results of evaluating the characteristics of this light emitting diode (light emitting diode lamp) are as shown in Table 7. Infrared light having a peak wavelength of 870 nm is emitted, and the light emission output (P 0 ) and forward voltage (V F ). Were 5.7 mW and 1.2 V, respectively.

（実施例６）
実施例５の発光ダイオードは、（Ｉｎ０．１２Ｇａ０．８８）Ａｓ／（Ａｌ０．１Ｇａ０．９ ）０．５ Ｉｎ０．５Ｐの３対からなる井戸層／バリア層を用いた以外は、実施例３と同じ条件で作製した。
この発光ダイオード（発光ダイオードランプ）の特性を評価した結果は表７に示した通りであり、ピーク波長８７０ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）及び順方向電圧（ＶＦ）はそれぞれ、６．２ｍＷ、１．１Ｖであった。 (Example 6)
The light-emitting diode of Example 5 uses a well layer / barrier layer composed of three pairs of (In 0.12 Ga 0.88 ) As / (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P. It was produced under the same conditions as in Example 3 except that.
The results of evaluating the characteristics of this light emitting diode (light emitting diode lamp) are as shown in Table 7. Infrared light having a peak wavelength of 870 nm is emitted, and the light emission output (P 0 ) and forward voltage (V F ). Were 6.2 mW and 1.1 V, respectively.

（実施例７）
実施例７の発光ダイオードは、（Ｉｎ０．２５Ｇａ０．７５）Ａｓ／（Ａｌ０．１Ｇａ０．９ ）０．５ Ｉｎ０．５Ｐの３対からなる井戸層／バリア層を用いた以外は、実施例１と同じ条件で作製した。
この発光ダイオード（発光ダイオードランプ）の特性を評価した結果は表７に示した通りであり、ピーク波長９６０ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）及び順方向電圧（ＶＦ）はそれぞれ、６．０ｍＷ、１．２Ｖであった。 (Example 7)
The light-emitting diode of Example 7 uses a well layer / barrier layer composed of three pairs of (In 0.25 Ga 0.75 ) As / (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P. It was produced under the same conditions as in Example 1 except that.
The results of evaluating the characteristics of this light emitting diode (light emitting diode lamp) are as shown in Table 7. Infrared light having a peak wavelength of 960 nm is emitted, and the light emission output (P 0 ) and forward voltage (V F ). Were 6.0 mW and 1.2 V, respectively.

（実施例８）
実施例８の発光ダイオードは、（Ｉｎ０．２５Ｇａ０．７５）Ａｓ／（Ａｌ０．１Ｇａ０．９ ）０．５ Ｉｎ０．５Ｐの３対からなる井戸層／バリア層を用いた以外は、実施例２と同じ条件で作製した。
この発光ダイオード（発光ダイオードランプ）の特性を評価した結果は表７に示した通りであり、ピーク波長９６０ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）及び順方向電圧（ＶＦ）はそれぞれ、５．８ｍＷ、１．２Ｖであった。 (Example 8)
The light emitting diode of Example 8 uses a well layer / barrier layer composed of three pairs of (In 0.25 Ga 0.75 ) As / (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P. It was produced under the same conditions as in Example 2 except that.
The results of evaluating the characteristics of this light emitting diode (light emitting diode lamp) are as shown in Table 7. Infrared light having a peak wavelength of 960 nm is emitted, and the light emission output (P 0 ) and forward voltage (V F ). Were 5.8 mW and 1.2 V, respectively.

（実施例９）
実施例９の発光ダイオードは、（Ｉｎ０．２５Ｇａ０．７５）Ａｓ／（Ａｌ０．１Ｇａ０．９ ）０．５ Ｉｎ０．５Ｐの３対からなる井戸層／バリア層を用いた以外は、実施例３と同じ条件で作製した。
この発光ダイオード（発光ダイオードランプ）の特性を評価した結果は表７に示した通りであり、ピーク波長９６０ｎｍとする赤外光が出射され、発光出力（Ｐ０）及び順方向電圧（ＶＦ）はそれぞれ、６．２ｍＷ、１．１Ｖであった。 Example 9
The light emitting diode of Example 9 uses a well layer / barrier layer composed of three pairs of (In 0.25 Ga 0.75 ) As / (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P. It was produced under the same conditions as in Example 3 except that.
The results of evaluating the characteristics of this light emitting diode (light emitting diode lamp) are as shown in Table 7. Infrared light having a peak wavelength of 960 nm is emitted, and the light emission output (P 0 ) and forward voltage (V F ). Were 6.2 mW and 1.1 V, respectively.

（比較例１）
比較例１の発光ダイオードは、従来技術である液相エピタキシャル法で形成した。ＧａＡｓ基板にＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ａｓを発光層とするダブルヘテロ構造の発光部を有する発光ダイオードに変更したものである。 (Comparative Example 1)
The light emitting diode of Comparative Example 1 was formed by a liquid phase epitaxial method which is a conventional technique. This is a light emitting diode having a double heterostructure light emitting portion having a light emitting layer of Al 0.01 Ga 0.99 As on a GaAs substrate.

比較例１の発光ダイオードの作製は、具体的には、ｎ型の（１００）面のＧａＡｓ単結晶基板に、Ａｌ０．０１Ｇａ０．９９Ａｓからなるｎ型上部クラッド層を５０μｍ、Ａｌ０．０１Ｇａ０．９９ＡｓからなるＳｉドープの発光層を２０μｍ、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓからなるｐ型の下部クラッド層を２０μｍ、発光波長に対して透明なＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなるｐ型の厚膜層を６０μｍとなるように液相エピタキシャル方法によって作製した。このエピタキシャル成長後にＧａＡｓ基板を除去した。次に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層の表面に直径１００μｍのｎ型オーミック電極を形成した。次に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ厚膜層の裏面に直径２０μｍのｐ型オーミック電極を８０μｍ間隔に形成した。次に、ダイシングソーにより３５０μｍ間隔で切断した後、破砕層をエッチング除去して比較例１の発光ダイオードチップを作製した。 Specifically, the light-emitting diode of Comparative Example 1 was manufactured by forming an n-type upper clad layer made of Al 0.01 Ga 0.99 As on an n-type (100) GaAs single crystal substrate of 50 μm and Al 0. Si luminescent layer made of 0.01 Ga 0.99 As is 20 μm, p-type lower cladding layer made of Al 0.7 Ga 0.3 As is 20 μm, Al 0.25 Ga 0 transparent to the emission wavelength A p-type thick film layer made of .75 As was prepared by a liquid phase epitaxial method so as to be 60 μm. After this epitaxial growth, the GaAs substrate was removed. Next, an n-type ohmic electrode having a diameter of 100 μm was formed on the surface of the n-type AlGaAs upper cladding layer. Next, p-type ohmic electrodes having a diameter of 20 μm were formed on the back surface of the p-type AlGaAs thick film layer at intervals of 80 μm. Next, after cutting with a dicing saw at intervals of 350 μm, the crushed layer was removed by etching to produce a light-emitting diode chip of Comparative Example 1.

比較例１の発光ダイオードを実装した発光ダイオードランプの特性を評価した結果を表１に示す。
表１に示すように、ｎ型及びｐ型オーミック電極間に電流を流したところ、ピーク波長を９２０ｎｍとする赤外光が出射された。また、順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、約１．２ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、２ｍＷであった。また、比較例１のいずれのサンプルについても、本発明の実施例に比べて出力が低かった。 Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the light-emitting diode lamp on which the light-emitting diode of Comparative Example 1 was mounted.
As shown in Table 1, when a current was passed between the n-type and p-type ohmic electrodes, infrared light having a peak wavelength of 920 nm was emitted. The forward voltage (Vf) when a current of 20 milliamperes (mA) was passed in the forward direction was about 1.2 volts (V). The light emission output when the forward current was 20 mA was 2 mW. Moreover, the output of any sample of Comparative Example 1 was lower than that of the example of the present invention.

本発明の発光ダイオードは高出力・高効率で８５０ｎｍ以上、特に９００ｎｍ以上の発光ピーク波長の赤外光を発光する発光ダイオード製品として利用できる。   The light-emitting diode of the present invention can be used as a light-emitting diode product that emits infrared light having an emission peak wavelength of 850 nm or more, particularly 900 nm or more with high output and high efficiency.

１・・・ＧａＡｓ基板
２・・・緩衝層
３・・・ＤＢＲ反射層
３ａ・・・ＤＢＲ反射層の第１の構成層
３ｂ・・・ＤＢＲ反射層の第２の構成層
５・・・下部クラッド層（第１のクラッド層）
６・・・下部ガイド層（第1のガイド層）
７・・・活性層
８・・・上部ガイド層（第２のガイド層）
９・・・上部クラッド層（第２のクラッド層）
１０・・・電流拡散層
１２・・・ｐ型オーミック電極（第１の電極）
１３・・・ｎ型オーミック電極（第２の電極）
２０・・・発光部
３０・・・化合物半導体層
１００・・・発光ダイオード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... GaAs substrate 2 ... Buffer layer 3 ... DBR reflection layer 3a ... 1st component layer of DBR reflection layer 3b ... 2nd component layer of DBR reflection layer 5 ... Lower part Cladding layer (first cladding layer)
6 ... Lower guide layer (first guide layer)
7 ... Active layer 8 ... Upper guide layer (second guide layer)
9: Upper clad layer (second clad layer)
10 ... current diffusion layer 12 ... p-type ohmic electrode (first electrode)
13 ... n-type ohmic electrode (second electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Light emission part 30 ... Compound semiconductor layer 100 ... Light emitting diode

Claims (8)

基板上に、ＤＢＲ反射層と、発光部とを順に備える発光ダイオードであって、
前記発光部は、組成式（ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ａｓ（０≦Ｘ１≦１）からなる井戸層と組成式（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ２≦１，０＜Ｙ１≦１）からなるバリア層との積層構造を有する活性層と、組成式（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐ（０≦Ｘ３≦１，０＜Ｙ２≦１）からなる第１のガイド及び第２のガイドと、該第１のガイド及び第２のガイドのそれぞれを介して該活性層を挟む、組成式（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ≦１）からなる第１のクラッド層及び第２のクラッド層とを有することを特徴とする発光ダイオード。 A light-emitting diode comprising a DBR reflective layer and a light-emitting unit on a substrate in order,
The light emitting portion includes a well layer having a composition formula (In X1 Ga 1-X1 ) As (0 ≦ X1 ≦ 1) and a composition formula (Al X2 Ga 1-X2 ) Y1 In 1 -Y1 P (0 ≦ X2 ≦ 1). , 0 <Y1 ≦ 1) and an active layer having a multilayer structure, and a composition formula (Al X3 Ga 1-X3 ) Y2 In 1-Y2 P (0 ≦ X3 ≦ 1, 0 <Y2 ≦ 1) A composition formula (Al X4 Ga 1-X4 ) Y In 1-Y P sandwiching the active layer through each of the first guide and the second guide and the first guide and the second guide A light-emitting diode having a first cladding layer and a second cladding layer (0 ≦ X4 ≦ 1, 0 <Y ≦ 1). 前記井戸層のＩｎ組成（Ｘ１）は０≦Ｘ１≦０．３であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。   2. The light emitting diode according to claim 1, wherein an In composition (X1) of the well layer is 0 ≦ X1 ≦ 0.3. 前記井戸層のＩｎ組成（Ｘ１）は０．１≦Ｘ１≦０．３であることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード。   3. The light emitting diode according to claim 2, wherein the In composition (X1) of the well layer is 0.1 ≦ X1 ≦ 0.3. 前記ＤＢＲ反射層は屈折率の異なる２種類の層が交互に１０〜５０対積層されてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。   The light emitting diode according to any one of claims 1 to 3, wherein the DBR reflective layer is formed by alternately stacking two to ten pairs of layers having different refractive indexes. 前記屈折率の異なる２種類の層は組成の異なる２種類の（ＡｌＸｈＧａ１−Ｘｈ）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０＜Ｘｈ≦１、Ｙ３＝０．５）、（ＡｌＸｌＧａ１−Ｘｌ）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ；０≦Ｘｌ＜１、Ｙ３＝０．５）の組み合わせであり、両者のＡｌの組成差ΔＸ＝ｘh−ｘｌが０．５より大きいか又は等しいことを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード。 The two types of layers having different refractive indices are composed of two types of (Al Xh Ga 1-Xh ) Y 3 In 1 -Y 3 P (0 <Xh ≦ 1, Y 3 = 0.5), (Al Xl Ga 1− Xl ) Y3In1 -Y3P ; 0 ≦ Xl <1, Y3 = 0.5), and the difference between the two Al compositions ΔX = xh−xl is greater than or equal to 0.5, The light emitting diode according to claim 4. 前記屈折率の異なる２種類の層はＧａＩｎＰとＡｌＩｎＰの組み合わせであることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード。   The light emitting diode according to claim 4, wherein the two types of layers having different refractive indexes are a combination of GaInP and AlInP. 前記屈折率の異なる２種類の層は組成の異なる２種類のＡｌｘｌＧａ１−ｘｌＡｓ（０．１≦ｘｌ≦１）、ＡｌｘｈＧａ１−ｘｈＡｓ（０．１≦ｘｈ≦１）の組み合わせであり、両者のＡｌの組成差ΔＸ＝ｘｈ−ｘｌが０．５より大きいか又は等しいことを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード。 The two types of layers having different refractive indexes are composed of two types of Al xl Ga 1-xl As (0.1 ≦ xl ≦ 1) and Al xh Ga 1-xh As (0.1 ≦ xh ≦ 1) having different compositions. The light-emitting diode according to claim 4, wherein the light-emitting diode is a combination, and the difference in composition ΔX = xh−xl between the two Al is greater than or equal to 0.5. 前記発光部の、ＤＢＲ反射層の反対側の面上に電流拡散層を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の発光ダイオード。   The light emitting diode according to any one of claims 1 to 7, further comprising a current diffusion layer on a surface of the light emitting unit opposite to the DBR reflective layer.
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