JP2019204951A - 赤外線発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

赤外線発光ダイオード及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】１，０００ｎｍ中心波長を有する赤外線発光ダイオードにおいて、量子井戸層と基板の格子不整合による効率低下を改善することができる方法を提供する。【解決手段】本発明に係る赤外線発光ダイオード１０は、圧縮歪みを有するＩｎＧａＡｓ量子井戸層２１と、引っ張り歪みを有するＧａＡｓＰ量子障壁層２２と、量子障壁層に比べて圧縮歪みが小さなＧａＩｎＰ歪み補正層２３及びＧａＡｓバッファ層２４を含む活性層２０と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、赤外線発光ダイオード及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、歪みの補正により発光効率が向上した１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオード及びその製造方法に関する。
赤外線発光ダイオードは、高品質成長が可能なＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法、ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて製造される。９００ｎｍ以上の波長を発光する赤外線ダイオードには、図１に示すように、高い格子整合率と高い費用節減（経済性）を奏するＧａＡｓ基板（substrate）８を用いている。ＧａＡｓ基板８上に格子定数がほぼ同一のｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．１＜ｚ＜０．７）下部閉じ込め層（N-Confinement）７、活性層（U-MQW）４、及びｐ型ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．１＜ｚ＜０．７）上部閉じ込め層（P-Confinement）３を成長させる。また、光効率を極大化するために、上部閉じ込め層３上に電流拡散のためのｐ型ウインドウ層（P-Window）２を３μｍ以上成長させる。ｐ型ウインドウ層２の上部には、上部電極（P-electrode）１を形成し、ＧａＡｓ基板８の下部には、下部電極（N-electrode）９を形成する。ｎ型下部閉じ込め層７とｐ型上部閉じ込め層３との間に積層された活性層４は、交互に繰り返して積層された量子障壁層５と量子井戸層６からなる。量子井戸層６の構成物質と組成変化によって放出される赤外線の波長が調節される。例えば、９４０ｎｍの中心波長（ピーク波長が９４０±１０ｎｍに位置する波長）をもつ赤外線ダイオードの場合、Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ａｓ量子井戸層とＧａＡｓ量子障壁層が繰り返して積層される。
このような赤外線発光ダイオードの場合、特定波長を発光するために用いた量子井戸層をなす物質の格子定数と、基板の格子定数が異なると、積層過程で引っ張りまたは圧縮歪み（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒａｉｎ）が発生し、繰り返し積層する過程で累積した歪みは、発光ダイオードの発光効率の低下につながる。
特許文献１では、本発明者が、量子井戸の圧縮歪みを改善するために、９４０ｎｍ中心波長をもつ発光ダイオードにおいて、Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ａｓ量子井戸とＧａＡｓ量子障壁からなる活性層の下部にＧａＩｎＰ引っ張り歪み（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒａｉｎ）補償層を挿入する方法を開示している。
また、特許文献２では、本発明者が、量子井戸の圧縮歪みを改善するために、ＧａＡｓ量子障壁の代わりに、ＧａＡｓＰ量子障壁をＩｎ0.07Ｇａ0.93Ａｓ量子井戸と一緒に用いる方法を開示している。
さらに、特許文献２では、本発明者が、量子井戸の圧縮歪みを改善するために、Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ａｓ量子井戸とＧａＡｓＰ量子障壁を用いるときに発生する高い歪み不均一の差を補正するために、ＡｌＧａＡｓバッファ層を一緒に用いる方法を開示している。
しかしながら、これらの方式は、Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ａｓ量子井戸を用いる９４０ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオードでは効果的であるが、１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオードでは効果的ではない。これは、１，０００ｎｍ中心波長をもつ発光ダイオードの場合、９４０ｎｍ中心波長をもつ発光ダイオードに比べて、量子井戸においてＩｎの比率がさらに高く、基板に比べて高い圧縮歪み率（例えば、１０，０００ｐｐｍ以上の圧縮歪み率、一例として、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓの圧縮歪み：約＋１１，０００ｐｐｍ）を有するからである。
これにより、１，０００ｎｍ中心波長の発光ダイオードで用いられるＩｎＧａＡｓ量子井戸層の高い圧縮歪み特性を改善することができる新たな方法についての要求が続いている。
韓国特許出願１０−２０１７−００５９０４７号 韓国特許出願１０−２０１８−００１７５１８号
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、１，０００ｎｍ中心波長を有する赤外線発光ダイオードにおいて、量子井戸層と基板の格子不整合による効率低下を改善することができる方法を提供することを目的とする。
また、１，０００ｎｍ中心波長を有する赤外線発光ダイオードにおいて、量子井戸層と基板の格子不整合を解消し、効率が改善された発光ダイオードを提供することを他の目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る赤外線発光ダイオードは、圧縮歪みを有するＩｎxＧａ1-xＡｓ（０．１３≦ｘ≦０．１７）量子井戸層と、引っ張り歪みを有するＧａＡｓ1-yＰy（０．０７≦ｙ≦０．１１）量子障壁層と、量子障壁層に比べて圧縮歪みが小さなＧａＩｎＰ歪み補正層及びＧａＡｓバッファ層を含む活性層と、を備えることを特徴とする。
本発明において、用語「１，０００ｎｍ中心波長」は、ピーク波長が１，０００±２０ｎｍ、より厳密には、１，０００±１０ｎｍの範囲にあることを意味する。
本発明において、用語「ＩｎＧａＡｓ」は、実質的にＩｎ、Ｇａ及びＡｓからなる層を意味するものと理解される。
本発明において、用語「ＩｎＧａＡｓ量子井戸層」は、ＩｎxＧａ1-xＡｓ（０．１３≦ｘ≦０．１７）量子井戸層を意味する。
本発明において、用語「ＧａＡｓＰ」は、実質的にＧａ、Ａｓ及びＰからなる層を意味するものと理解される。
本発明において、用語「ＧａＡｓＰ量子障壁層」は、ＧａＡｓ1-yＰy（０．０７≦ｙ≦０．１１）量子障壁層を意味する。
本発明において、用語「ＧａＩｎＰ」は、実質的にＩｎ、Ｇａ及びＰからなる層を意味するものと理解される。
本発明において、用語「圧縮歪み」は、ＧａＡｓ基板のａｒｃｓｅｃよりも低いａｒｃｓｅｃを有することを意味する。
本発明において、用語「引っ張り歪み」は、ＧａＡｓ基板のａｒｃｓｅｃよりも高いａｒｃｓｅｃを有することを意味する。
本発明において、赤外線発光ダイオードは、１，０００ｎｍ中心波長を有する発光ダイオードであってもよい。
理論的に限定するものではないが、ｎ型閉じ込め層、ｐ型閉じ込め層、及びウインドウ層は、ＧａＡｓ基板と格子定数がほぼ一致するのに対して（例えば、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ／ＧａＡｓ：△ａ／ａ≦＋４００ｐｐｍ［圧縮歪み］；格子定数に対する変化率）、１，０００ｎｍ中心波長のためのＩｎＧａＡｓ量子井戸層は、ＧａＡｓ基板との格子定数の差が大きいので（例えば、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ／ＧａＡｓ：△ａ／ａ≧＋１１，０００ｐｐｍ［圧縮歪み］；格子定数に対する変化率）、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層の圧縮歪みを補償可能に引っ張り歪みを有するＧａＡｓＰ量子障壁層を積層するが、逆極性を有するＧａＡｓＰ量子障壁層の導入により発生する欠陥を改善して発光効率を高めるように、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓＰ量子障壁層との間にＧａＡｓＰ量子障壁層に比べて小さな引っ張り歪みを有するＧａＩｎＰ歪み補正層を導入して発光ダイオードの活性層の効率を改善するものである。ＧａＩｎＰ歪み補正層の導入時に、ＧａＩｎＰ歪み補正層が、成長過程で、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓＰ量子障壁層に影響することを防ぐために、ＧａＩｎＰ歪み補正層とＩｎＧａＡｓ量子井戸層との間及び／またはＧａＩｎＰ歪み補正層とＧａＡｓＰ量子障壁層との間にＧａＡｓバッファ層を積層することにより、発光効率を改善するものである。
本発明において、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓＰ量子障壁層は交互に積層され、ＧａＩｎＰ歪み補正層は、交互に積層されるＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓＰ量子障壁層との間の急激な歪み変化を緩和するために、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓＰ量子障壁層との間に位置することが好ましい。
本発明において、ＧａＡｓバッファ層は、ＧａＩｎＰ歪み補正層が、成長過程で、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層及び／またはＧａＡｓＰ量子障壁層に影響することを防ぐために、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＩｎＰ歪み補正層との間及び／またはＧａＡｓＰ量子障壁層とＧａＩｎＰ歪み補正層との間に積層されることが好ましい。
本発明において、１，０００ｎｍ中心波長をもつ赤外線発光ダイオードは、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓＰ量子障壁層が交互に２回以上、好ましくは、５回以上積層され、交互に積層されるＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓＰ量子障壁層との間にＧａＡｓバッファ層／ＧａＩｎＰ歪み補正層／ＧａＡｓバッファ層を順次ＭＯＣＶＤで成長させて積層させたダイオードであってもよい。
本発明において、１，０００ｎｍ中心波長をもつ赤外線発光ダイオードは、ＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ基板に成長させた第１型ＡｌＧａＡｓ下部閉じ込め層と、第１型ＡｌＧａＡｓ下部閉じ込め層上に成長させた活性層と、活性層上に成長させた第２型ＡｌＧａＡｓ上部閉じ込め層と、ｐ型ウインドウ層と、ｐ型ウインドウ層の上面に接する上部電極と、ＧａＡｓ基板の下面に接する下部電極と、を備える。ここで、活性層は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓＰ量子障壁層が交互に５回以上積層され、交互に積層されたＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓＰ量子障壁層との間にＧａＡｓバッファ層／ＧａＩｎＰ歪み補正層／ＧａＡｓバッファ層を順次ＭＯＣＶＤで成長させて積層させた活性層であってもよい。
本発明において、ＧａＡｓ基板は、下部閉じ込め層が成長する基板であって、基板の下面に、下部電極が形成されていてもよい。本発明において、ＧａＡｓ基板は、第１型ＡｌＧａＡｓ下部閉じ込め層と同型、好ましくは、ｎ型ＧａＡｓ基板であってもよい。一例として、ｎ型ＧａＡｓ基板は、３２．９ａｒｃｓｅｃの値を有してもよい。
本発明において、ＡｌＧａＡｓ下部閉じ込め層は、ＧａＡｓ基板と同型を用いることが好ましく、ｎ型基板と実質的に同レベルのａｒｃｓｅｃの値、ｎ型基板のａｒｃｓｅｃの値±０．５を有することが好ましい。好適には、ＡｌＧａＡｓは、ａｒｃｓｅｃの値がｎ型基板と実質的に同レベルを有するように、ＡｌとＧａの比率を調節することができる。一例として、ＡｌＧａＡｓは、ＡｌzＧａ1-zＡｓで表されてもよく、ｚは、０．３であってもよい。
本発明において、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層は、１，０００ｎｍの中心波長で放出するように、ＩｎxＧａ1-xＡｓにおいて、０．１３≦ｘ≦０．１７、より好ましくは０．１４≦ｘ≦０．１６の範囲を用いてもよく、さらに好ましくは、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓであってもよく、厚さによって少し調整されてもよい。
本発明において、ＧａＡｓＰ量子障壁層は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層の圧縮歪みを補償するように引っ張り歪みを有し、好ましくは、歪み補償及び所定の光効率改善効果を示すように、ＧａＡｓ1-yＰyにおいて、０．０７≦ｙ≦０．１１、より好ましくは、０．０８≦ｙ≦０．１０の範囲を用いてもよく、さらに好ましくは、ＧａＡｓ0.91Ｐ0.09であってもよく、厚さによって少し調整されてもよい。
本発明において、ＧａＩｎＰ歪み補正層は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓＰ量子障壁層との間において、逆極性による欠陥を解消して、向上した発光効率を有するように、ＧａＡｓＰ量子障壁層よりも小さな引っ張り歪みを有する補正層であってもよく、好ましくは、ＧａzＩｎ1-zＰ、ここで、０．５０≦ｚ≦０．５９であってもよく、より好ましくは、０．５１≦ｚ≦０．５５、最も好ましくは、Ｇａ0.53Ｉｎ0.47Ｐであってもよい。
本発明において、ＧａＡｓ層は、量子井戸層、量子障壁層、及び歪み補正層の相互作用を解消するために用いられる。このため、量子井戸層、量子障壁層、及び歪み補正層が直接接しないように、一つの量子井戸層、量子障壁層、または歪み補正層が成長する度にその上に成長させることが好ましい。ＧａＡｓ層は、アンドープＧａＡｓ層であることが好ましい。
本発明において、活性層におけるＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓＰ量子障壁層は、２回以上、好ましくは、３回以上、より好ましくは、４回以上、最も好ましくは、５回以上交互に繰り返して積層されてもよい。
本発明において、ＡｌＧａＡｓ上部閉じ込め層は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部閉じ込め層であってもよく、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部閉じ込め層と同一の組成を有することが好ましい。
本発明において、活性層におけるＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓＰ量子障壁層は、５ｎｍ及び１０ｎｍの厚さを有していてもよく、実質的に同一の厚さを有していてもよい。また、活性層において、ＡｌＧａＡｓ歪み補正層とＧａＡｓバッファ層は、それぞれ５ｎｍ及び２ｎｍの厚さを有することが好ましい。
本発明の一側面において、基板、下部閉じ込め層、量子障壁層と量子井戸層を含む活性層、上部閉じ込め層、及びウインドウ層を備える発光ダイオードであって、量子井戸層は、圧縮歪みを有し、量子障壁層は、引っ張り歪みを有し、量子井戸層と量子障壁層との間には、量子障壁層の引っ張り歪みよりも小さな引っ張り歪みを有する歪み補正層を有し、歪み補正層の上下面には、ＧａＡｓバッファ層を有することを特徴とする。
本発明の一側面において、基板、下部閉じ込め層、量子障壁層と量子井戸層を含む活性層、上部閉じ込め層、及びウインドウ層を備える発光ダイオードの製造方法であって、圧縮歪みを有する量子井戸層と引っ張り歪みを有する量子障壁層とを繰り返して形成し、量子井戸層と量子障壁層との間に量子障壁層の引っ張り歪みよりも小さな引っ張り歪みを有する歪み補正層を形成し、歪み補正層の上下面には、ＧａＡｓ層を形成する方法を提供する。
本発明において、歪み補正層の引っ張り歪みは、量子障壁層の引っ張り歪みの１〜５０％、好ましくは２〜４０％、より好ましくは３〜３０％、最も好ましくは５〜２０％であってもよい。
本発明によれば、高い格子整合率と高い費用節減（経済性）を奏するＧａＡｓ基板を用いる１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオードの量子井戸層の歪みによる問題が解決され、これにより発光効率が向上した赤外線ダイオードを提供することができる。
本発明においては、歪み補償が行われた１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオードの活性層は、圧縮歪みを有するＩｎＧａＡｓ量子井戸層と引っ張り歪みを有するＧａＡｓＰ量子障壁層の高い不均一歪み条件を、ＧａＩｎＰ歪み補正層と、ＧａＩｎＰ歪み補正層の上下面に形成されたバッファ層とによって改善することにより、効率が相対的に２０％増加した高効率１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオードを提供することができる。
本発明により、基板に対して大きな圧縮歪みを有する量子井戸層の圧縮歪みによる欠陥を解決することができる。
従来技術において、ＭＯＣＶＤシステムにより製造されたＩｎxＧａ1-xＰ量子井戸層とＧａＡｓ量子障壁層が交互に積層された活性層を有する９４０ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオードの構造を簡略に示した図である。 本発明により、ＭＯＣＶＤシステムで製造された交互に積層されたＩｎxＧａ1-xＰ量子井戸層、ＧａＡｓＰ量子障壁層、その間に積層されたＧａＡｓバッファ層／ＡｌＧａＡｓ歪み補正層／ＧａＡｓバッファ層からなる活性層を有する１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオードの構造を簡略に示した図である。 図２の発光ダイオードに用いられる様々な活性層の構造を示す図であって、（ａ）ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ、（ｂ）ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ、（ｃ）ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ／ＧａＡｓＰである。 （ａ）量子井戸層をなすＩｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層と（ｂ）量子障壁層をなすＧａＡｓ1-yＰy層の組成によるＸＲＤ（Ｘ線回折、Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）特性を示すグラフである。 従来のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ活性層とＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ1-yＰy活性層のＧａＡｓＰの組成によるＰＬ（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）特性を示すグラフである。 ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＧａzＩｎ1-zＰ／ＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ活性層において、ＧａＩｎＰの組成によるＰＬ特性を示すグラフである。 従来のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ活性層、比較されるＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ活性層、及び本発明によるＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＧａzＩｎ1-zＰ／ＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ活性層を有する１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオードに対する光学的特性を示すグラフである。
以下、実施例に基づき、本発明について詳述する。
実施例１
図２は、ＭＯＣＶＤシステムによりＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＧａＡｓＰ量子障壁層が交互に積層され、交互に積層された量子井戸層と量子障壁層との間にＧａＡｓバッファ層／ＩｎＧａＰ歪み補正層／ＧａＡｓ構造からなるバッファ層が存する活性層を有する１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオードの構造を図式化した図である。
図２に示すように、１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオード１０は、下部のｎ型ＧａＡｓ基板（substrate）１８と、ｎ型ＧａＡｓ基板上に成長させたＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなるｎ型下部閉じ込め層（N-Confinement）１７と、ｎ型下部閉じ込め層１７上に成長させた活性層（U-MQW）２０と、活性層２０上にＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓを成長させたｐ型上部閉じ込め層（P-Confinement）１３と、赤外線発光ダイオードの電流拡散効果と放出コーン領域の拡大効果に、ｐ型上部閉じ込め層１３上に５μｍ厚さに成長させたＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓからなるウインドウ層（P-Window）１２と、を備えている。ｎ型ＧａＡｓ基板１８の下部にＡｕＧｅＮｉからなる下部電極（N-electrode）１９を形成し、ウインドウ層１２上にＡｕＺｎからなる上部電極（P-electrode）１１を形成した。
活性層２０は、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ量子井戸層２１とＧａＡｓ0.91Ｐ0.09量子障壁層２２を交互に５回繰り返して成長させ、量子井戸層２１と量子障壁層２２との間には、ＧａＡｓバッファ層２４／Ｇａ0.53Ｉｎ0.47Ｐ歪み補正層２３／ＧａＡｓバッファ層２４を成長させる。Ｇａ0.53Ｉｎ0.47Ｐ歪み補正層２３は、１，０００ｐｐｍの引っ張り歪みを有する。図２の層構造を有する１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオード１０のＰＬ強度を測定した。結果を図７に示した（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰ０．０９ＭＱＷｓ）。
比較実施例１
活性層２０の構造が、図３の（ａ）に示すように、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ量子井戸層とＧａＡｓ量子障壁層が交互に５回積層されていることを除いては、実施例１のダイオード１０と同一の構造を有する発光ダイオードを製造し、ＰＬ強度を測定した。結果を図５の（ａ）に示した。
比較実施例２−１
活性層２０の構造が、図３の（ｂ）に示すように、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ量子井戸層とＧａＡｓ0.97Ｐ0.03量子障壁層が交互に５回積層されていることを除いては、実施例１のダイオード１０と同一の構造を有する発光ダイオードを製造し、ＰＬ強度を測定した。結果を図５の（ｂ）に示した。
比較実施例２−２
活性層２０の構造が、図３の（ｂ）に示すように、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ量子井戸層とＧａＡｓ0.94Ｐ0.06量子障壁層が交互に５回積層されていることを除いては、実施例１のダイオード１０と同一の構造を有する発光ダイオードを製造し、ＰＬ強度を測定した。結果を図５の（ｂ）に示した。
比較実施例２−３
活性層２０の構造が、図３の（ｂ）に示すように、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ量子井戸層とＧａＡｓ0.91Ｐ0.09量子障壁層が交互に５回積層されたことを除いては、実施例１のダイオード１０と同一の構造を有する発光ダイオードを製造し、ＰＬ強度を測定した。結果を図５の（ｂ）に示した。
実施例２
実施例１において、活性層２０として、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ量子井戸層２１とＧａＡｓ0.91Ｐ0.09量子障壁層２２を交互に５回繰り返して成長させ、量子井戸層２１と量子障壁層２２との間には、ＧａＡｓバッファ層２４／Ｇａ0.50Ｉｎ0.50Ｐ歪み補正層２３／ＧａＡｓバッファ層２４を成長させた。ここで、Ｇａ0.50Ｉｎ0.50Ｐ歪み補正層は、引っ張り歪みを有さない。図２の層構造を有する１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオード１０のＰＬ強度を測定した。結果を図６に示した。
比較実施例３
実施例１において、活性層２０として、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ量子井戸層２１とＧａＡｓ0.91Ｐ0.09量子障壁層２２を交互に５回繰り返して成長させ、量子井戸層２１と量子障壁層２２との間には、ＧａＡｓバッファ層２４／Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ｐ歪み補正層２３／ＧａＡｓバッファ層２４を成長させた。ここで、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ｐ歪み補正層は、３，０００ｐｐｍの圧縮歪みを有する。１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオード１０のＰＬ強度を測定した。結果を図６に示した。
考察
図４は、（ａ）Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ量子井戸層と（ｂ）ＧａＡｓ1-yＰy歪み調整層に対するＸＲＤ特性を示すグラフである。全ての層は、ＧａＡｓ基板上に単一層として成長され、オメガ−２シータの条件でスキャンされた。ＧａＡｓ基板（３２．９ ａｒｃｓｅｃ）を基準として、さらに低いａｒｃｓｅｃ方向へ移動する時には圧縮歪み特性を有し、さらに高いａｒｃｓｅｃ方向へ移動する時には引っ張り歪み特性を有する。
図４に示すように、１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオードの光放出量子井戸として用いられたＩｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓの場合、３２．０５ａｒｃｓｅｃであって、ＧａＡｓ基準（３２．９ａｒｃｓｅｃ）に対して極めて高い圧縮歪み（＋１１，０００ｐｐｍ）を有しており、ＧａＡｓ1-yＰyは、引っ張り歪みを有する。ＧａＡｓ1-yＰyは、ｙ値が大きくなるとともに、引っ張り歪みの程度が大きくなる傾向を示し、ＧａＡｓ0.97Ｐ0.03（−１，５００ｐｐｍ）、ＧａＡｓ0.94Ｐ0.06（−３，０００ｐｐｍ）、ＧａＡｓ0.91Ｐ0.09（−４，５００ｐｐｍ）の引っ張り歪みを有することが分かる。
比較実施例１のように、高い圧縮歪みを有する量子井戸層が、圧縮歪みのないＧａＡｓ量子障壁層と交互に積層される場合、１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオードは、量子井戸層による圧縮歪みが改善されないとともに、図５の（ａ）に示すように、４ユニットの低いＰＬ強度を有するようになる。
比較実施例２−１、２−２、２−３のように、高い圧縮歪みを有する量子井戸層が引っ張り歪みを有するＧａＡｓ1-yＰy量子障壁層と交互に積層される場合、１，０００ｎｍ中心波長の赤外線発光ダイオードは、量子井戸層による圧縮歪みが、引っ張り歪みを有する量子障壁層により一部改善され、図５の（ｂ）に示すように、５〜６ユニットの改善されたＰＬ強度を有するようになる。高い引っ張り変形を有する量子障壁層が、低い引っ張り変形を有する量子障壁層に比べて相対的に高いＰＬ強度を示す。
実施例１及び実施例２、比較実施例３のように、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ量子井戸層とＧａＡｓ0.91Ｐ0.09量子障壁層が交互に積層された状態で、量子井戸層と量子障壁層との間に、歪み補正層であるＧａzＩｎ1-zＰとバッファ層であるＧａＡｓが、ＧａＡｓ／ＧａzＩｎ1-zＰ／ＧａＡｓ複合層の形態で位置する場合、ＰＬ特性は、歪み補正層であるＧａzＩｎ1-zＰの特性から影響を受ける。
比較実施例３のように、ＧａzＩｎ1-zＰ歪み調整層がＧａ0.53Ｉｎ0.47Ｐの形態で圧縮歪み（ｚ＝０．５３）を有する場合、ＰＬ強度は、６．２ユニットであり、量子井戸層と量子障壁層との間に、ＧａＡｓが、ＧａＡｓ／ＧａzＩｎ1-zＰ／ＧａＡｓ層がない場合（比較実施例２−３）よりも少し低くなりまたはほぼ同じであった。
これに対して、実施例１のように、ＧａzＩｎ1-zＰ歪み調整層がＧａ0.47Ｉｎ0.53Ｐの形態で引っ張り歪み（ｚ＝０．５３）を有する場合、ＰＬ強度は、７．９ユニットと著しく増加した。
また、実施例２のように、ＧａzＩｎ1-zＰ歪み調整層が、Ｇａ0.50Ｉｎ0.50Ｐの形態で、ゼロ歪み（Ｚｅｒｏ ｓｔｒａｉｎ）（ｘ＝０．５）を有する場合も、ＰＬ強度は、７．２と著しく増加した。このような結果は、ＧａzＩｎ1-zＰ歪み調整層の引っ張り歪み特性が、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ／ＧａＡｓ0.91Ｐ0.09ＭＱＷ（多重量子井戸、ｍｕｌｔｉｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）で発生した歪み不均一条件（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｓｔｒａｉｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ：＋６５００ｐｐｍ）をさらに均衡的に調整したことを示し、これに対して、ＧａzＩｎ1-zＰ歪み調整層の圧縮歪み特性は、このような不均一条件に著しく影響を及ぼし、または悪い影響を及ぼすとみなされる。また、ＧａzＩｎ1-zＰ歪み条件がゼロ圧縮である場合も、相当改善された特性が確認されたが、このような結果は、ＧａzＩｎ1-zＰ歪み調整層の適用時、境界面に必須に挿入されるＧａＡｓバッファ層により、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ／ＧａＡｓ0.91Ｐ0.09ＭＱＷ層の不均一性が改善されたことである。
１０ 発光ダイオード
１１ 上部電極
１２ ウインドウ層
１３ ｐ型上部閉じ込め層
１７ ｎ型下部閉じ込め層
１８ 基板
１９ 下部電極
２０ 活性層
２１ 量子井戸層
２２ 量子障壁層
２３ 歪み補正層
２４ バッファ層

Claims (10)

  1. 圧縮歪みを有するＩｎxＧａ1-xＡｓ（０．１３≦ｘ≦０．１５）量子井戸層と、
    引っ張り歪みを有するＧａＡｓ1-yＰy（０．０７≦ｙ≦０．１１）量子障壁層と、
    前記量子障壁層に比べて圧縮歪みが小さなＧａＩｎＰ歪み補正層及びＧａＡｓバッファ層を含む活性層と、を備えることを特徴とする赤外線発光ダイオード。
  2. 前記ＩｎＧａＡｓ量子井戸層と前記ＧａＡｓＰ量子障壁層は交互に積層され、
    前記ＧａＩｎＰ歪み補正層は、交互に積層される前記ＩｎＧａＡｓ量子井戸層と前記ＧａＡｓＰ量子障壁層との間に位置することを特徴とする請求項１に記載の赤外線発光ダイオード。
  3. 前記ＧａＡｓバッファ層は、
    前記ＩｎＧａＡｓ量子井戸層と前記ＧａＩｎＰ歪み補正層との間と、
    前記ＧａＡｓＰ量子障壁層と前記ＧａＩｎＰ歪み補正層との間に積層されることを特徴とする請求項１に記載の赤外線発光ダイオード。
  4. 前記ＩｎＧａＡｓ量子井戸層と前記ＧａＡｓＰ量子障壁層が交互に積層され、
    交互に積層される前記ＩｎＧａＡｓ量子井戸層と前記ＧａＡｓＰ量子障壁層との間に、前記ＧａＡｓバッファ層／ＧａＩｎＰ歪み補正層／ＧａＡｓバッファ層が成長されて積層されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線発光ダイオード。
  5. １，０００ｎｍ中心波長を有する赤外線発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の赤外線発光ダイオード。
  6. ＧａＡｓ基板と、
    前記ＧａＡｓ基板で成長させた第１型ＡｌＧａＡｓ下部閉じ込め層と、
    前記第１型ＡｌＧａＡｓ下部閉じ込め層上に成長させた活性層と、
    前記活性層上に成長させた第２型ＡｌＧａＡｓ上部閉じ込め層と、
    前記第２型ＡｌＧａＡｓ上部閉じ込め層上に形成されたｐ型ウインドウ層と、
    前記ｐ型ウインドウ層の上面に接する上部電極と、
    前記ＧａＡｓ基板の下面に接する下部電極と、を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の赤外線発光ダイオード。
  7. 前記量子井戸層は、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓであり、
    前記量子障壁層は、ＧａＡｓ0.91Ｐ0.09であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線発光ダイオード。
  8. 前記ＧａＩｎＰ歪み補正層は、ゼロ歪みのＧａＩｎＰであることを特徴とする請求項１に記載の赤外線発光ダイオード。
  9. 前記ＧａＩｎＰ歪み補正層は、ＧａzＩｎ1-zＰであり、ここで、０．５０＜ｚ＜０．５９であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線発光ダイオード。
  10. 前記ＧａＡｓ層は、アンドープＧａＡｓ層であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線発光ダイオード。
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