JP2015142138A - Ｌｅｄ半導体素子 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術を発展させる装置を提供すること。
【解決手段】ＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）であって、
・ｎ型ドープの基板層（Ｎ−ＳＵＢ）と、
・前記基板層の上に配置されているｎ型ドープの第１クラッド層（Ｎ−ＭＡＮ）と、
・前記第１クラッド層の上に配置されている、発光層（ＡＫＴ）を含む活性層（ＡＫＴ）と、
・前記活性層の上に配置されているｐ型ドープの第２クラッド層（Ｐ−ＭＡＮ）と、
・前記第２クラッド層の上に配置されている電流拡幅層（Ｐ−ＶＥＲＴ）と、
・前記電流拡幅層の上に配置されているｐ型ドープのコンタクト層（Ｐ−ＫＯＮ）と
を有しているＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）において、
前記ｐ型ドープのコンタクト層（Ｐ−ＫＯＮ）は、アルミニウム含有層から形成されており、ドーパント材料として炭素を有する、
ことを特徴とするＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載のＬＥＤ半導体素子に関する。

ＤＥ１０２００７０５７６７４Ａ１、ＤＥ１０２１１５３１Ｂ４、ＵＳ８３３０１７４Ｂ２、ＵＳ７１５１３０７から、ＬＥＤ半導体素子が公知である。さらに、Y, Yu et al, Vacuum 69 (2003) 489-493頁と、M. D'Hondt et al, Journal of Crystal Growth 195 (1998) 655-639頁と、H. Jifang et al, Journal of Semiconductor 2011, 32 (4)頁とから、別のＬＥＤ構造が公知である。

ＤＥ１０２００７０５７６７４Ａ１ ＤＥ１０２１１５３１Ｂ４ ＵＳ８３３０１７４Ｂ２ ＵＳ７１５１３０７

Y, Yu et al, Vacuum 69 (2003) 489-493頁 M. D'Hondt et al, Journal of Crystal Growth 195 (1998) 655-639頁 H. Jifang et al, Journal of Semiconductor 2011, 32 (4)頁

上記の背景技術を前提として、本発明の課題は、従来技術を発展させる装置を提供することである。

この課題は、請求項１に記載した特徴を有するＬＥＤ半導体素子によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明によれば、ｎ型ドープの基板層と、前記基板層の上に配置されているｎ型ドープの第１クラッド層と、前記第１クラッド層の上に配置されている、発光層を含む活性層と、前記活性層の上に配置されているｐ型ドープの第２クラッド層と、前記第２クラッド層の上に配置されているｐ型ドープの電流拡幅層と、前記電流拡幅層の上に配置されているｐ型ドープのコンタクト層とを有するＬＥＤ半導体素子において、前記ｐ型ドープのコンタクト層は、アルミニウム含有層から形成されており、ドーパント材料として炭素を有する、ことを特徴とするＬＥＤ半導体素子が提供される。ＬＥＤが市販される場合には、上に挙げた層構造が一般的にパッキングされ、この層構造に電気端子が設けられることは自明である。さらに、最も上の層のアルミニウム含有量を増加させることによって、驚くべきことに、炭素のドープ量を増加させることもでき、この場合に、素子の特性を改善することもできるということに注目されたい。

本発明の装置の利点は、本発明の構成によって光出力が増加すること、及び、ＬＥＤの順方向電圧が減少することである。こうすることによって効率が増加し、製造が簡単になる。さらには、製造コストも減少する。

１つの実施形態においては、コンタクト層のアルミニウム濃度は、電流拡幅層のアルミニウム濃度よりも高くなるように構成されている。好ましくは、コンタクト層は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓから形成されており、この場合のアルミニウム含有量は、ｘ＞０．１である。

１つの実施形態においては、コンタクト層の炭素濃度は、２．５×１０^１９よりも大きい。研究によれば、コンタクト層の厚さは、１００ｎｍ未満でも充分であることが判明している。特に有利には、基板層の上に配置された各クラッド層と電流拡幅層とが、それぞれＡｌＧａＡｓ化合物を含む場合に、本発明の実施形態を使用することができる。基板層がゲルマニウム又はＧａＡｓを含むか、若しくは、ゲルマニウム又はＧａＡｓから形成される場合には、特に有利である。基板層がそれぞれドープされることは自明である。有利には、基板層はｎ型ドープされている。

１つの発展形態においては、発光層は、当該発光層から赤外線スペクトル領域の光が放射されるように構成されている。好ましくは、発光層は、７５０ｎｍ〜１０００ｎｍのスペクトル領域の光を放射する。研究によれば、発光層が多重量子井戸構造を含む場合に、特に有利であることが判明している。特に、多重量子井戸構造は、ＧａＡｓ及び／又はＡｌＧａＡｓ及び／又はＩｎＧａＡｓ及び／又はＧａＡｓＰ及び／又はＩｎＧａＡｓＰ及び／又はＩｎＡｌＧａＡｓからなる化合物を含む。さらに、電流拡幅層が、第２クラッド層とは異なる化学組成を有することに留意されたい。これら２つの層を単一の均質層として構成することは決してできない。好ましくは、電流拡幅層の厚さは、第２クラッド層の厚さとは異なる。

以下、本発明について図面を参照しながらより詳細に説明する。図面では、同様の部分には同一の参照符号を付している。図示した実施形態は非常に概略的なものである。すなわち、間隔並びに横方向及び垂直方向の長さは縮尺通りではなく、また特に断りの無い限り、互いに導出可能な幾何学的関係性を有するものではない。

層構造の断面図である。 図１に図示した層構造の最も上にある２つの層におけるアルミニウム濃度の推移を示す図である。 図１に図示した層構造の最も上にある２つの層におけるドーパント材料濃度の推移を示す図である。

図１は、ｎ型ドープの基板層Ｎ−ＳＵＢを有するＬＥＤ半導体素子ＬＥＤＡの層構造の断面図であり、この基板層Ｎ−ＳＵＢは、ゲルマニウム又はＧａＡｓ化合物を含む。ｎ型ドープの基板層Ｎ−ＳＵＢの上にはｎ型ドープのクラッド層Ｎ−ＭＡＮが形成されており、このクラッド層Ｎ−ＭＡＮは、基板層Ｎ−ＳＵＢの上に特に材料結合によって配置されている。クラッド層Ｎ−ＭＡＮの上には活性層ＡＫＴが形成されており、この活性層は、発光層を含み、クラッド層Ｎ−ＭＡＮの上に好ましくは材料結合によって配置されている。発光層は、多重量子井戸構造（図示せず）を含む。活性層ＡＫＴの上にはｐ型ドープの第２クラッド層Ｐ−ＭＡＮが形成されており、この第２クラッド層Ｐ−ＭＡＮは、材料結合によって活性層ＡＫＴと接合されている。第２クラッド層Ｐ−ＭＡＮの上にはｐ型ドープの電流拡幅層Ｐ−ＶＥＲＴが設けられており、この電流拡幅層Ｐ−ＶＥＲＴは、材料結合によって第２クラッド層Ｐ−ＭＡＮと接合されている。電流拡幅層Ｐ−ＶＥＲＴの上にはｐ型ドープのコンタクト層Ｐ−ＫＯＮが配置されており、このｐ型ドープのコンタクト層Ｐ−ＫＯＮは、材料結合によって電流拡幅層Ｐ−ＶＥＲＴと接合されている。本発明においては、ｐ型ドープのコンタクト層Ｐ−ＫＯＮはアルミニウム含有層から形成されており、ドーパント材料として炭素を有する。

図２には、図１に図示した層構造の最も上にある２つの層、すなわちコンタクト層Ｐ−ＫＯＮと電流拡幅層Ｐ−ＶＥＲＴとにおけるアルミニウム濃度ＡＮの推移が、一例として示されている。以下では、図１との相違点のみ説明する。従来技術によるアルミニウム濃度ＡＮの推移は、一例として、点線の曲線ＡＬ０によって表されている。アルミニウム濃度ＡＮは、電流拡幅層Ｐ−ＶＥＲＴにおいて濃度１５％から始まり、急速に検出限界値の下へと降下することが示されている。見やすくするために、検出限界値は０％で示されている。これに対して破線の曲線ＡＬ１によれば、アルミニウム濃度ＡＫは、本発明のコンタクト層Ｐ−ＫＯＮにおいて１５％を上回る値まで増加する。別の１つの実施形態では、実線の曲線ＡＬ２が示すように、コンタクト層Ｐ−ＫＯＮにおけるアルミニウム濃度ＡＮは、破線の曲線ＡＬ１よりも大きく増加する。

図３には、図１に図示した層構造の最も上にある２つの層、すなわちコンタクト層Ｐ−ＫＯＮと電流拡幅層Ｐ−ＶＥＲＴとにおけるドーパント材料濃度ＣＮの推移が、一例として示されている。以下では、図１及び図２との相違点のみ説明する。点線の曲線ＡＬ０には、従来技術によるドーパント材料濃度ＣＮの推移が示されている。ドーパント材料濃度ＣＮは、電流拡幅層Ｐ−ＶＥＲＴにおいて濃度約１０^１８Ｎ／ｃｍ^３から始まり、急速に１０^１９Ｎ／ｃｍ^３を若干上回る値まで増加することが示されている。これに対して破線の曲線ＡＬ１によれば、ドーパント材料濃度ＣＮは、本発明のコンタクト層Ｐ−ＫＯＮにおいて従来技術の値を上回る値まで増加し、好ましくは約５×１０^１９Ｎ／ｃｍ^３の値に到達する。別の１つの実施形態においては、実線の曲線ＡＬ２によれば、ドーパント材料濃度ＣＮは、コンタクト層Ｐ−ＫＯＮにおいて破線の曲線ＡＬ１よりも大きく増加し、好ましくは約２×１０^２０Ｎ／ｃｍ^３の値に到達する。本発明においては従来技術とは異なり、ドーパント材料としてＺｎではなくＣ、つまり炭素を使用していることに注目されたい。

Claims (12)

1. ＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）であって、
   ・ｎ型ドープの基板層（Ｎ−ＳＵＢ）と、
   ・前記基板層（Ｎ−ＳＵＢ）の上に配置されているｎ型ドープの第１クラッド層（Ｎ−ＭＡＮ）と、
   ・前記第１クラッド層（Ｎ−ＭＡＮ）の上に配置されている、発光層（ＡＫＴ）を含む活性層（ＡＫＴ）と、
   ・前記活性層（ＡＫＴ）の上に配置されているｐ型ドープの第２クラッド層（Ｐ−ＭＡＮ）と、
   ・前記第２クラッド層（Ｐ−ＭＡＮ）の上に配置されている電流拡幅層（Ｐ−ＶＥＲＴ）と、
   ・前記電流拡幅層（Ｐ−ＶＥＲＴ）の上に配置されているｐ型ドープのコンタクト層（Ｐ−ＫＯＮ）と
   を有するＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）において、
   前記ｐ型ドープのコンタクト層（Ｐ−ＫＯＮ）は、アルミニウム含有層から形成されており、ドーパント材料として炭素を有する、
   ことを特徴とするＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）。
2. 前記コンタクト層（Ｐ−ＫＯＮ）のアルミニウム濃度は、前記電流拡幅層（Ｐ−ＶＥＲＴ）のアルミニウム濃度よりも高い、
   ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）。
3. 前記コンタクト層（Ｐ−ＫＯＮ）は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓから形成されており、ｘ＞０．１のアルミニウム含有量を有する、
   ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）。
4. 前記コンタクト層（Ｐ−ＫＯＮ）の炭素濃度は、２．５×１０^１９よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）。
5. 前記コンタクト層（Ｐ−ＫＯＮ）の厚さは、１００ｎｍ未満である、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）。
6. 前記基板層（Ｎ−ＳＵＢ）の上に配置された前記各クラッド層（Ｎ−ＭＡＮ，Ｐ−ＭＡＮ）と、前記電流拡幅層（Ｐ−ＶＥＲＴ）は、それぞれ１つのＡｌＧａＡｓ化合物を含む、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載のＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）
7. 前記基板層（Ｎ−ＳＵＢ）は、ゲルマニウム又はヒ化ガリウムを含む、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載のＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）。
8. 前記発光層は、赤外線スペクトル領域の光を放射する、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載のＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）。
9. 前記発光層は、７５０ｎｍから１０００ｎｍの間のスペクトル領域の光を放射する、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載のＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）。
10. 前記発光層は、多重量子井戸構造を含む、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載のＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）。
11. 前記多重量子井戸構造は、ＧａＡｓ及び／又はＡｌＧａＡｓ及び／又はＩｎＧａＡｓ及び／又はＧａＡｓＰ及び／又はＩｎＧａＡｓＰ及び／又はＩｎＡｌＧａＡｓ化合物を含む、
    ことを特徴とする請求項１０記載のＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）。
12. 前記電流拡幅層（Ｐ−ＶＥＲＴ）は、前記第２クラッド層（Ｐ−ＭＡＮ）とは異なる化学組成を有する、
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項記載のＬＥＤ半導体素子（ＬＥＤＡ）。

Images