JP2023107148A - Infrared light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、赤外線発光装置に関する。 The present disclosure relates to infrared light emitting devices.
一般に波長が2μm以上の長波長帯の赤外線は、その熱的効果及びガスによる赤外線吸収の効果から、人体を検知する人感センサ、非接触温度センサ及びガスセンサ等に使用されている。例えばガスセンサは、大気環境の監視及び保護、更には火災の早期検知などにも使用可能であり、近年注目されている。特に約2.5~約10.0μmまでの領域においては各種ガスに固有の吸収帯が数多く存在し、ガスセンサに用いるのに適した波長帯である。 In general, long-wavelength infrared rays with a wavelength of 2 μm or more are used for human sensors, non-contact temperature sensors, gas sensors, and the like for detecting human bodies due to their thermal effects and infrared absorption effects by gas. For example, gas sensors have been attracting attention in recent years because they can be used to monitor and protect atmospheric environments, as well as early detection of fires. Especially in the region from about 2.5 μm to about 10.0 μm, there are many absorption bands unique to various gases, and this wavelength band is suitable for use in gas sensors.
上記赤外線を使用したガスセンサの原理は以下のようなものである。例えば、赤外線の光源と受光素子の間の空間にガスが注入されると、特定のガスは特定の波長の赤外線を吸収する為、ガスの注入前と注入後の波長スペクトルを解析することでガスの種類、濃度を測定することが出来る。ここで、赤外線の光源としては例えば白熱球が使用されるが、白熱球から発せられる赤外線は白色光である。そのため、特定の波長を分光する為には受光素子側にフィルタを設ける必要がある。このようなフィルタは高価であり、また赤外線の強度を弱める為ガスセンサの感度を低下させる。更に白熱球の寿命が短い為に頻繁に光源を交換する必要がある。 The principle of the gas sensor using infrared rays is as follows. For example, when a gas is injected into the space between the infrared light source and the light receiving element, a specific gas absorbs infrared rays of a specific wavelength. type and concentration can be measured. Here, for example, an incandescent bulb is used as the infrared light source, and the infrared rays emitted from the incandescent bulb are white light. Therefore, in order to disperse a specific wavelength, it is necessary to provide a filter on the light receiving element side. Such filters are expensive and reduce the sensitivity of the gas sensor by reducing the intensity of the infrared radiation. Furthermore, the light source must be replaced frequently due to the short life of the incandescent bulb.
上記の様な問題を解決する為には光源として特定波長の赤外線を発する半導体の発光素子を使用することが有効である。赤外線を発する半導体の発光素子は、例えば赤外線LED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)である。赤外線LEDを用いた分析機器は、それ以外の光源(例えば、電球等)を用いた分析機器と比較して小型化、軽量化、低消費電力化が可能である。赤外線LEDは、ポータブル、省スペース用途、低消費電力な分析機器用途に効果的な光源である。また赤外線LEDはIC(Integrated Circuit)を用いて駆動されることがある。 In order to solve the above problems, it is effective to use a semiconductor light-emitting element that emits infrared rays of a specific wavelength as the light source. A semiconductor light-emitting element that emits infrared rays is, for example, an infrared LED (Light Emitting Diode). Analytical instruments using infrared LEDs can be made smaller, lighter, and consume less power than analytical instruments using other light sources (for example, light bulbs, etc.). Infrared LEDs are effective light sources for portable, space-saving, and low-power analytical instrumentation. Also, the infrared LED may be driven using an IC (Integrated Circuit).
このような赤外線LEDは、約2μm以上の波長の赤外線を発光可能なバンドギャップを有する発光層を、n層とp層とで挟んだいわゆるpn接合ダイオードの構造を有する。赤外線発光素子は、順方向電流が流れると、発光層内で電子と正孔が再結合することにより、バンドギャップに対応した赤外線を発光する。 Such an infrared LED has a so-called pn junction diode structure in which a light-emitting layer having a bandgap capable of emitting infrared light with a wavelength of about 2 μm or more is sandwiched between an n-layer and a p-layer. In the infrared light emitting element, when a forward current flows, electrons and holes recombine in the light emitting layer, thereby emitting infrared light corresponding to the bandgap.
しかしながら、現在のところ、特に赤外領域においてLEDを光源とする分析機器は広く普及するに至っていない。その理由の一つとして、公知の赤外線LEDでは十分な発光強度が得られないために、分析機器全体として十分な信号強度(S/N比)が得られないということが挙げられる。発光強度を大きくするほどS/N比は向上するため、広く応用されるためには、十分な赤外線LEDの発光強度を得なければならない。 However, at present, analytical instruments that use LEDs as light sources, especially in the infrared region, have not spread widely. One of the reasons for this is that a known infrared LED cannot provide a sufficient emission intensity, and therefore a sufficient signal intensity (S/N ratio) cannot be obtained for the entire analytical instrument. Since the S/N ratio improves as the emission intensity increases, sufficient emission intensity of infrared LEDs must be obtained for wide application.
また赤外線発光素子が約2μm以上の波長の赤外線を発光するために、発光層はいわゆるナローギャップ材料で構成されることが多い。このような赤外線発光素子は、ダイオード1段あたりにかかる電圧が低いために、直列に多段接続した構造を有することがある。例えば、特許文献1は、メサ型のLEDを直列に多段接続した構造を有する赤外線発光素子を開示している。
Further, since the infrared light emitting element emits infrared rays having a wavelength of about 2 μm or more, the light emitting layer is often composed of a so-called narrow gap material. Such an infrared light emitting element may have a structure in which multiple stages are connected in series because the voltage applied to each diode stage is low. For example,
発光強度をさらに高めた赤外線発光装置の実現のため、赤外線を放出する半導体発光素子(LED)には、さらなる発光強度の向上が望まれている。 2. Description of the Related Art In order to realize an infrared light emitting device with a higher emission intensity, semiconductor light emitting devices (LEDs) that emit infrared rays are desired to have a further improvement in emission intensity.
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、発光強度の高い赤外線発光装置を提供することにある。 An object of the present disclosure, which has been made in view of such circumstances, is to provide an infrared light emitting device with high emission intensity.
本開示の一実施形態に係る赤外線発光装置は、
基板と、
少なくとも第1のメサ型半導体積層部、第2のメサ型半導体積層部、第3のメサ型半導体積層部及び第4のメサ型半導体積層部を含む、複数のメサ型半導体積層部と、を備え、
前記複数のメサ型半導体積層部のそれぞれは、前記基板の上に、第1の半導体層、発光層、第2の半導体層が順に積層され、
接続電極によって、
前記第1のメサ型半導体積層部の前記第2の半導体層と、
前記第2のメサ型半導体積層部の前記第2の半導体層と、
前記第3のメサ型半導体積層部の前記第1の半導体層と、
前記第4のメサ型半導体積層部の前記第1の半導体層と、が電気的に接続され、
前記第1のメサ型半導体積層部と、前記第2のメサ型半導体積層部と、が電気的に並列であり、
前記第3のメサ型半導体積層部と、前記第4のメサ型半導体積層部と、が電気的に並列であり、
前記接続電極は、平面視で少なくとも前記複数のメサ型半導体積層部の1つを横切るように形成される。
An infrared light emitting device according to an embodiment of the present disclosure includes
a substrate;
a plurality of mesa semiconductor laminates including at least a first mesa semiconductor laminate, a second mesa semiconductor laminate, a third mesa semiconductor laminate, and a fourth mesa semiconductor laminate. ,
each of the plurality of mesa-shaped semiconductor lamination portions has a first semiconductor layer, a light emitting layer, and a second semiconductor layer laminated in this order on the substrate;
By connecting electrodes,
the second semiconductor layer of the first mesa-type semiconductor laminate;
the second semiconductor layer of the second mesa-type semiconductor stack;
the first semiconductor layer of the third mesa semiconductor stack;
is electrically connected to the first semiconductor layer of the fourth mesa-shaped semiconductor laminate,
the first mesa semiconductor laminate and the second mesa semiconductor laminate are electrically parallel;
the third mesa-shaped semiconductor lamination portion and the fourth mesa-shaped semiconductor lamination portion are electrically parallel;
The connection electrode is formed so as to cross at least one of the plurality of mesa-type semiconductor lamination parts in plan view.
本開示によれば、発光強度の高い赤外線発光装置を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide an infrared light emitting device with high emission intensity.
以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係る赤外線発光装置が説明される。各図中、同一又は相当する部分には、同一符号が付されている。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。 An infrared light emitting device according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts. In the description of this embodiment, the description of the same or corresponding parts will be omitted or simplified as appropriate.
<赤外線発光装置>
本実施形態に係る赤外線発光装置の構造を説明する前に、まず、比較例の赤外線発光装置が説明される。図8はメサ型の赤外線LEDを直列に多段接続した一般的な構造を有する比較例の赤外線発光装置である。比較例の赤外線発光装置は、平面視で長方形の複数のメサ型の赤外線LEDを含む。比較例の赤外線発光装置では、メサ型の赤外線LEDのp層と隣接するメサ型の赤外線LEDのn層とが接続電極によって電気的に接続されて、直列の多段接続を形成している。例えば図8の領域A1に含まれる4つのメサ型の赤外線LEDは、下部に示される回路図のように4つの赤外線LEDが直列に接続された構造となっている。ここで、接続電極は、赤外線LEDのp層及びn層に電気的に接続される金属の層である。
<Infrared light emitting device>
Before describing the structure of the infrared light emitting device according to this embodiment, first, an infrared light emitting device of a comparative example will be described. FIG. 8 shows an infrared light emitting device of a comparative example having a general structure in which mesa-type infrared LEDs are connected in series in multiple stages. The infrared light emitting device of the comparative example includes a plurality of mesa-shaped infrared LEDs that are rectangular in plan view. In the infrared light emitting device of the comparative example, the p-layer of the mesa-shaped infrared LED and the n-layer of the adjacent mesa-shaped infrared LED are electrically connected by the connection electrode to form a series multistage connection. For example, the four mesa infrared LEDs included in the area A1 in FIG. 8 have a structure in which four infrared LEDs are connected in series as shown in the circuit diagram shown at the bottom. Here, the connection electrode is a metal layer electrically connected to the p-layer and n-layer of the infrared LED.
例えばメサ型の赤外線LEDの発光強度を向上させる手法として、単位面積当たりの投入電流密度が一定の場合、メサ幅を大きくすることで1段のメサの発光面積を大きくすることが挙げられる。ただし、単純にメサ幅を大きくした場合、メサ内に電流密度の偏った分布が発生する。そのため、比較例の赤外線発光装置のような構造において、発光強度向上に寄与する実効的な発光面積を効果的に増やすことができず、所定の長さ以上に赤外線LEDのメサ幅を大きくしても発光強度が向上しないという問題があった。発明者は、この問題を解決するための方途について鋭意究明したところ、以下に説明する本実施形態に係る赤外線発光装置の構造に至った。 For example, as a technique for improving the emission intensity of a mesa-type infrared LED, when the input current density per unit area is constant, the mesa width is increased to increase the emission area of one mesa. However, when the mesa width is simply increased, a biased distribution of current density occurs within the mesa. Therefore, in a structure like the infrared light emitting device of the comparative example, the effective light emitting area that contributes to the improvement of the light emission intensity cannot be effectively increased. However, there is a problem that the emission intensity is not improved. As a result of earnest research into ways to solve this problem, the inventors have arrived at the structure of the infrared light emitting device according to the present embodiment described below.
図1は、本実施形態に係る赤外線発光装置の概略的構造を示す平面模式図である。比較例の赤外線発光装置がメサ型の赤外線LEDを直列に多段接続した構造であるところ、本実施形態に係る赤外線発光装置は電気的に並列なメサ型の赤外線LEDの組を有し、赤外線LEDの組が直列に接続される。例えば図1の領域A1に含まれる4つのメサ型の赤外線LEDは、下部に示される回路図のように並列接続された2組の赤外線LEDが直列に接続された構造となっている。構造の詳細については後述するが、電気的に並列なメサ型の赤外線LEDによって電流密度の偏った分布が生じないように実効的な発光面積を増やすことができる。以下、本実施形態に係る赤外線発光装置の断面構造の概要、基板、メサ型半導体積層部(メサ型の赤外線LED)の要素の説明の後に、複数の赤外線LEDの電気的な接続などが説明される。 FIG. 1 is a schematic plan view showing a schematic structure of an infrared light emitting device according to this embodiment. While the infrared light-emitting device of the comparative example has a structure in which mesa-shaped infrared LEDs are connected in series in multiple stages, the infrared light-emitting device according to the present embodiment has a set of electrically parallel mesa-shaped infrared LEDs, and an infrared LED are connected in series. For example, the four mesa-shaped infrared LEDs included in the area A1 of FIG. 1 have a structure in which two sets of infrared LEDs connected in parallel are connected in series as shown in the circuit diagram shown at the bottom. Although the details of the structure will be described later, the effective light emitting area can be increased by electrically parallel mesa-type infrared LEDs so as not to cause a biased distribution of current density. In the following, after the outline of the cross-sectional structure of the infrared light emitting device according to the present embodiment, the substrate, and the elements of the mesa-type semiconductor laminated portion (mesa-type infrared LED), the electrical connection of the plurality of infrared LEDs, etc. will be described. be.
図2は、メサ型半導体積層部の構造を説明するための断面図である。メサ型半導体積層部は、本実施形態においてメサ型の赤外線LEDである。複数のメサ型半導体積層部のそれぞれは、第1の半導体層21、発光層22、第2の半導体層23を備え、基板10の上に形成される。図2に示すように、基板10の上に、第1の半導体層21、発光層22、第2の半導体層23がこの順に積層されてメサ型半導体積層部を構成する。また、メサ型半導体積層部の側面には、SiO2の層が形成され、その上に、絶縁膜であるSiNの層が形成される。絶縁膜は、複数のメサ型半導体積層部を覆うように形成される。接続電極Eは、絶縁膜の上に形成されて、赤外線LEDの第2の半導体層23(p層)及び第1の半導体層21(n層)に電気的に接続する。詳細について後述するが、接続電極Eの接続は、並列に対応するp層-p層の接続及びn層-n層の接続と、直列に対応するn層-p層の接続と、を含む。接続電極Eは、絶縁膜を介して積層方向に向かい合う構造を有していない。つまり、本実施形態に係る赤外線発光装置の製造において、電極形成工程を1回で行うことができる。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the structure of the mesa-type semiconductor lamination. The mesa-type semiconductor laminate is a mesa-type infrared LED in this embodiment. Each of the plurality of mesa-shaped semiconductor stacks includes a
図3は、メサ型半導体積層部の平面視での形状を説明するための図である。本実施形態において、複数のメサ型半導体積層部のそれぞれは、平面視で長方形である。図3の例では、平面視でのメサ型半導体積層部の形状が長方形R1として示されている。長方形R1は長辺L11と短辺L12を有する。また、図3の例では、平面視において第2の半導体層23に対応する長方形R2も示されている。長方形R2は長辺L21と短辺L22を有する。第1の半導体層21と接続電極Eとの接続部分は、長方形R1の長辺L11に沿って形成されてよい。また、第2の半導体層23と接続電極Eとの接続部分は、長方形R2の長辺L21に沿って形成されてよい。第1の半導体層21又は第2の半導体層23と接続電極Eとの接続部分の形状を、長辺L11又は長辺L21に沿うように形成することによって、メサ内に電流密度の偏った分布が生じにくくなる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the shape of the mesa-type semiconductor lamination portion in a plan view. In this embodiment, each of the plurality of mesa-shaped semiconductor lamination parts is rectangular in plan view. In the example of FIG. 3, the shape of the mesa-type semiconductor lamination portion in plan view is shown as a rectangle R1. Rectangle R1 has a long side L11 and a short side L12. In the example of FIG. 3, a rectangle R2 corresponding to the
<基板>
基板10は、例えば既知の成膜技法により形成される複数の半導体積層部を支持するための支持基板である。基板10は、単元素半導体材料からなるものであってよいし、化合物半導体材料からなるものであってよい。基板10は、放出される赤外線透過性を有する材料からなる。一例として、基板10は、ヒ化ガリウム(GaAs)、シリコン(Si)、リン化インジウム(InP)及びアンチモン化インジウム(InSb)等といった半導体材料からなるが、これらに限られない。また、基板10は、典型的には単結晶基板であり得るが、これに限られない。本実施形態において、基板10は、化合物半導体の単結晶成長の観点から選択された、単結晶GaAs基板であるとする。基板10の面方位には特に制限はないが、(001)、(111)、(101)等が望ましい。また、これらの面方位に対して1°から5°程度傾斜した面方位が用いられてよい。
<Substrate>
The
基板10において、ドナー不純物又はアクセプター不純物によるドーピングの制限はない。ただし、基板10の上に形成される複数の赤外線LEDのそれぞれを直列又は並列に接続可能にする観点から、半導体積層部から電気的に分離(すなわち、半絶縁又は絶縁)されることが望ましい。
There is no doping limitation with donor or acceptor impurities in the
ここで、基板10の表面は、半導体製造プロセスにおいて、真空中で加熱して酸化膜が除去されてよいし、有機物、金属等の汚染物質を除去した後、酸又はアルカリの洗浄剤による洗浄処理が行われてよい。
Here, in the semiconductor manufacturing process, the surface of the
<第1の半導体層>
第1の半導体層21は、基板10上に形成される第1の導電型の半導体層である。第1の半導体層21は、例えば、ヒ化アルミニウム(AlAs)、ヒ化ガリウム(GaAs)、ヒ化インジウム(InAs)、アンチモン化アルミニウム(AlSb)、アンチモン化ガリウム(GaSb)、アンチモン化インジウム(InSb)及びリン化インジウム(InP)のいずれか又はいずれかによる混晶の化合物半導体材料からなる。
<First semiconductor layer>
The
また、第1の半導体層21は、そのバンドギャップが、発光層22のものよりも大きい半導体材料が選択され得る。これにより、発光層22内へのキャリアの閉じ込め効果の向上が期待される。
Also, for the
ここで、第1の半導体層21が積層構造を有する場合、第1の半導体層21のうち、少なくとも、発光層22と直接的に接する層のバンドギャップが発光層22のものよりも大きいことが好ましい。
Here, when the
第1の半導体層21は第1の導電型を有し、第2の半導体層23が有する第2の導電型とは逆の導電型を有する。
The
本開示において、導電型とは、キャリアの種別に従ったいわゆるn型又はp型のいずれかをいう。典型的には、n型半導体は、例えばリン(P)等のドナー不純物がドーピングされた不純物半導体である。また、p型半導体は、例えばホウ素(B)等のアクセプター不純物がドーピングされた不純物半導体である。ただし、第1の半導体層21は、導電型半導体として機能すれば良く、必ずしもこのような不純物のドーピングがなされていなくてよい。本開示では、バースタイン-モス効果(Burstein-Moss effect)による赤外線透過率の向上の観点から、第1の導電型をn型とし、第2の導電型をp型とする。ただし、組み合わせはこれに限られず、第1の導電型をp型とし、第2の導電型をn型としてよい。ここで、不純物がドーピングされた場合の第1の半導体層21のドーパント濃度(不純物密度)は、金属との接触抵抗の低減の観点から、1×1018cm-3以上であることが好ましく、また、結晶性確保の観点から、1×1019cm-3以下であることが好ましい。
In the present disclosure, conductivity type refers to either so-called n-type or p-type according to the type of carrier. Typically, the n-type semiconductor is an impurity semiconductor doped with a donor impurity such as phosphorus (P). A p-type semiconductor is an impurity semiconductor doped with an acceptor impurity such as boron (B). However, the
<発光層>
発光層22は、第1の半導体層21上に形成される所定の波長を有する赤外線を発光する半導体層である。本実施形態において、発光層22は、約2μm以上の波長を有する赤外線の放出に対応するバンドギャップを有する化合物半導体で構成される。一例として、発光層22は、AlAs、GaAs、InAs、AlSb、GaSb、InSb及びInPのいずれか又はいずれかによる混晶の半導体材料からなる。
<Light emitting layer>
The light-emitting layer 22 is a semiconductor layer formed on the
発光層22は、単層構造であってよいし、積層構造であってよい。本実施形態において、発光層22は、バンドギャップが互いに異なる半導体層による多重量子井戸構造であるとするが、これに限られない。 The light-emitting layer 22 may have a single-layer structure or a laminated structure. In this embodiment, the light-emitting layer 22 is assumed to have a multiple quantum well structure with semiconductor layers having different bandgaps, but is not limited to this.
また、発光層22は、導電型(n型又はp型)半導体であってよいし、不純物を全く又はほとんど含まない真性(i型)半導体であってよい。 The light emitting layer 22 may be a conductive (n-type or p-type) semiconductor, or may be an intrinsic (i-type) semiconductor containing no or almost no impurities.
<第2の半導体層>
第2の半導体層23は、発光層22上に形成される第2の導電型の半導体層である。本実施形態において、第2の導電型はp型である。第2の半導体層23は、例えば、AlAs、GaAs、InAs、AlSb、GaSb、InSb及びInPのいずれか又はいずれかによる混晶の化合物半導体材料からなる。本実施形態において、第2の半導体層23は、第1の半導体層21及び発光層22とのダブルヘテロ接合を考慮して選択される化合物半導体材料からなる。
<Second semiconductor layer>
The
第2の半導体層23は、単層構造であってよいし、積層構造であってよい。第2の半導体層23が積層構造を有する場合、第2の半導体層23のうち、少なくとも、発光層22と直接的に接する層のバンドギャップが発光層22のものよりも大きいことが好ましい。
The
不純物がドーピングされた場合の第2の半導体層23のドーパント濃度(不純物密度)は、金属との接触抵抗の低減の観点から、1×1018cm-3以上であることが好ましく、また、結晶性確保の観点から、1×1019cm-3以下であることが好ましい。
The dopant concentration (impurity density) of the
<電極>
第2の半導体層23に設けられる電極(上部電極層)、第1の半導体層21に設けられる電極(下部電極層)の材料としては、中赤外域において反射率の高い材料が好まれ、例えばAu、Alを用いることができる。また上部電極層と下部電極層は、接触抵抗の低減、密着性の向上及び電極材料と半導体材料との相互拡散防止のために、異なる電極材料を積層することもできる。例えばTi、Pt、Ni、Crなども用いることができる。上部電極層における反射率を阻害しないように各層の膜厚が設計される。電極の材料はこれらに限定されない。上部電極層と下部電極層は、別々の材料でよいし、同じ材料でよい。上部電極層と下部電極層は、一工程で、同時に形成されてよい。
<Electrode>
As materials for the electrode (upper electrode layer) provided on the
(構造の詳細)
図4は、本実施形態に係る赤外線発光装置の構造を説明するための拡大図である。図4の例では、赤外線発光装置の複数のメサ型半導体積層部として、第1のメサ型半導体積層部101、第2のメサ型半導体積層部102、第3のメサ型半導体積層部103及び第4のメサ型半導体積層部104が示されている。図4は、図1の領域A1の一部を拡大した図に対応する。したがって、赤外線発光装置の複数のメサ型半導体積層部は、少なくともこれらの4つのメサ型半導体積層部を含む。以下に説明する4つのメサ型半導体積層部の構造は、赤外線発光装置の他のメサ型半導体積層部についても同様である。
(details of structure)
FIG. 4 is an enlarged view for explaining the structure of the infrared light emitting device according to this embodiment. In the example of FIG. 4, as the plurality of mesa-type semiconductor lamination portions of the infrared light emitting device, a first mesa-type
接続電極Eによって、第1のメサ型半導体積層部101の第2の半導体層23と、第2のメサ型半導体積層部102の第2の半導体層23と、第3のメサ型半導体積層部103の第1の半導体層21と、第4のメサ型半導体積層部104の第1の半導体層21と、が電気的に接続される。第1のメサ型半導体積層部101と、第2のメサ型半導体積層部102と、が電気的に並列であって、第1の組を構成する。また、第3のメサ型半導体積層部103と、第4のメサ型半導体積層部104と、が電気的に並列であって、第2の組を構成する。また、接続電極Eによって、第1の組と第2の組とが直列に接続されている。
By the connection electrode E, the
図4に示すように、接続電極Eは第1のメサ型半導体積層部101の第2の半導体層23に電気的に接続される複数の延伸部Bである第1の延伸部の群と、第4のメサ型半導体積層部104の第1の半導体層21に電気的に接続される複数の延伸部Bである第2の延伸部の群と、を備える。図4において、第1の延伸部の群に属する延伸部Bを「B1」と示している。また、第2の延伸部の群に属する延伸部Bを「B2」と示している。このような接続電極Eの構成によって、平面視における、接続部分の間隔Dが定められる。接続部分は、第1の半導体層21又は第2の半導体層23と、接続電極Eとが接続する部分であって、図4では破線の四角で示されている。接続部分の間隔Dは、メサ内の電流密度の偏った分布を生じにくくするために、所定長さ以下であることが望ましい。所定長さは、例えば50μmであるが、これに限定されない。また、図3で示した長方形R2の短辺L22も所定長さ以下であることが望ましい。
As shown in FIG. 4, the connection electrode E includes a group of first extensions, which are a plurality of extensions B electrically connected to the
また、接続電極Eは、平面視で少なくとも複数のメサ型半導体積層部の1つを横切るように形成される。図4の例において、接続電極Eは、第2の延伸部によって、第3のメサ型半導体積層部103を横切っている(領域A2参照)。また、接続電極Eは、第2の延伸部と第1の延伸部とそれらの連結領域によって、第2のメサ型半導体積層部102も横切っている。つまり、図4の例の接続電極Eは、平面視で少なくとも複数のメサ型半導体積層部の2つを横切るように形成されている。
Moreover, the connection electrode E is formed so as to cross at least one of the plurality of mesa-type semiconductor lamination parts in a plan view. In the example of FIG. 4, the connection electrode E crosses the third mesa-
ここで、接続電極Eは、平面視で、第1のメサ型半導体積層部101、第2のメサ型半導体積層部102、第3のメサ型半導体積層部103及び第4のメサ型半導体積層部104を内包する最小の四角形に対して、最小の四角形の内側に含まれるように形成される。最小の四角形は、例えば図1の領域A1が対応する。接続電極Eは、配線のために、複数のメサ型半導体積層部の外部の領域を使用することがない。換言すると、平面視で、接続電極Eが複数のメサ型半導体積層部の範囲をはみ出ることがない。そのため、本実施形態に係る赤外線発光装置は小型化を実現できる。
Here, the connection electrode E corresponds to the first mesa
ここで、接続電極Eの形状は図4の例に限定されない。図5は、本実施形態に係る赤外線発光装置の別の構造を説明するための拡大図である。図4の場合と異なり、接続電極Eは、第1の延伸部と第2の延伸部との連結領域が、第2のメサ型半導体積層部102の第2の半導体層23と、第3のメサ型半導体積層部103の第1の半導体層21と、を覆う程度に幅を広げた形状になっている。図5の例において、第1の半導体層21と接続電極Eとの接続部分(図5のC)は、長方形R1の長辺L11(図3参照)に沿って形成される。また、第2の半導体層23と接続電極Eとの接続部分は、長方形R2の長辺L21(図3参照)に沿って形成される。このような接続部分の形状によって、メサ内に電流密度の偏った分布が生じにくくなる。ここで、図5の例でも、接続電極Eは、第2の延伸部によって、第3のメサ型半導体積層部103を横切っている(領域A2参照)。
Here, the shape of the connection electrode E is not limited to the example in FIG. FIG. 5 is an enlarged view for explaining another structure of the infrared light emitting device according to this embodiment. Unlike the case of FIG. 4, the connection electrode E has a connecting region between the first extending portion and the second extending portion, which is formed by the
図6は、本実施形態に係る赤外線発光装置のさらに別の構造を説明するための拡大図である。図4及び図5の場合と異なり、図6の例の接続電極Eは、第1の延伸部、第2の延伸部、連結領域に相当する部分が互いに分離されて構成される。第1の延伸部に相当する接続電極Eは、図6において「E1」と示されており、p層-p層の接続を行う。また、第2の延伸部に相当する接続電極Eは、図6において「E2」と示されており、n層-n層の接続を行う。また、連結領域に相当する接続電極Eは、図6において「E3」と示されており、n層-p層の接続を行う。つまり、接続電極Eは、3つの金属の層である「E1」、「E2」及び「E3」を含んで構成されてよい。 FIG. 6 is an enlarged view for explaining still another structure of the infrared light emitting device according to this embodiment. Unlike the case of FIGS. 4 and 5, the connection electrode E in the example of FIG. 6 is configured such that portions corresponding to the first extending portion, the second extending portion, and the connecting region are separated from each other. The connection electrode E corresponding to the first extending portion is indicated as "E1" in FIG. 6, and provides p-layer-p-layer connection. Further, the connection electrode E corresponding to the second extending portion is indicated as "E2" in FIG. 6, and performs n-layer-n-layer connection. Also, the connection electrode E corresponding to the connection region is shown as "E3" in FIG. 6, and connects the n-layer and the p-layer. That is, the connection electrode E may be configured including three metal layers "E1", "E2" and "E3".
(実施例)
実施例を用いて、上記の実施形態に係る赤外線発光装置の効果について検証が行われた。実施例の赤外線発光装置は、公知の製造方法によって、上記の実施形態に係る赤外線発光装置の構造となるように製造された。一方、比較例は、図8のようにメサ型の赤外線LEDを直列に多段接続した一般的な構造を有し、公知の製造方法によって製造された。
(Example)
Using examples, the effects of the infrared light emitting device according to the above embodiment were verified. The infrared light emitting device of the example was manufactured by a known manufacturing method so as to have the structure of the infrared light emitting device according to the above embodiment. On the other hand, the comparative example had a general structure in which mesa-type infrared LEDs were connected in series in multiple stages as shown in FIG. 8, and was manufactured by a known manufacturing method.
図7は、一定の電流(100mA)で動作させた場合における、実施例及び比較例の赤外線発光装置の発光効率を比較した結果を示す図である。波長を2.5μmから5μmについて発光効率を測定したところ、特に波長が3μmから4μmの赤外線の発光において、比較例に比べて実施例の発光効率が高いことが示された。ここで、図7の実線の曲線が比較例(従来構造)を示し、破線の曲線が実施例(本実施形態)を示す。また、同じ実施例及び比較例について、発光効率の電流密度依存性を測定したところ、比較例では電流密度の増加に伴い発光効率の低下が見られた。つまり、実施例の発光効率の向上は、偏った電流密度分布の抑制に伴う改善であることがわかった。 FIG. 7 is a diagram showing the results of comparing the luminous efficiencies of the infrared light emitting devices of Example and Comparative Example when operated at a constant current (100 mA). When the luminous efficiency was measured at a wavelength of 2.5 μm to 5 μm, it was shown that the luminous efficiency of the example is higher than that of the comparative example, especially in the emission of infrared light having a wavelength of 3 μm to 4 μm. Here, the solid-line curve in FIG. 7 indicates a comparative example (conventional structure), and the dashed-line curve indicates an example (this embodiment). Further, when the dependence of the luminous efficiency on the current density was measured for the same example and comparative example, it was found that the luminous efficiency decreased as the current density increased in the comparative example. In other words, it was found that the improvement in the luminous efficiency of the example was due to the suppression of the biased current density distribution.
例えば図4を参照すると、実施例の赤外線発光装置では、並列に接続された第1のメサ型半導体積層部101が形成するダイオードと第2のメサ型半導体積層部102が形成するダイオードが、赤外線発光装置に印可された電圧に応じて同じように動作する。したがって、この2つのダイオードは、全体としては直列段数が1段のダイオードとして振る舞う。このとき、1段あたりの実効的なメサ幅は、第1のメサ型半導体積層部101のメサ幅と第2のメサ型半導体積層部102のメサ幅の和となる。これは、比較例の赤外線発光装置の1段あたりのメサ幅の2倍に相当する。しかし、実施例の赤外線発光装置における、1つのダイオードのメサ幅は変わらない。そのため、実施例の赤外線発光装置では、直列1段あたりの実効的なメサ幅を広げながら、1つのダイオードのメサ幅は電流密度分布が発生しない所定の長さ以下で設計することができるため、発光強度が向上している。
For example, referring to FIG. 4, in the infrared light emitting device of the embodiment, the diode formed by the first mesa-shaped
実施例と比較例との対比から明らかなように、本実施形態に係る赤外線発光装置は発光強度の高めることができる。 As is clear from the comparison between the example and the comparative example, the infrared light emitting device according to this embodiment can increase the emission intensity.
本開示の実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the embodiments of the present disclosure have been described with reference to drawings and examples, it should be noted that various variations or modifications can be easily made by those skilled in the art based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations or modifications are included within the scope of this disclosure. For example, functions included in each component can be rearranged so as not to be logically inconsistent, and multiple components can be combined into one or divided.
上記の実施形態において複数のメサ型半導体積層部の並列数は2つであったが、3つ以上であってよい。 In the above embodiment, the number of parallel mesa-type semiconductor lamination parts is two, but it may be three or more.
また、上記の実施形態において直列接続の前後の並列数は同じ(2つ)であるが、直列接続の前後で並列数が変わってよい。つまり、直列接続の前後の並列数は非対称であってよい。 Moreover, although the number of parallel connections before and after the series connection is the same (two) in the above embodiment, the number of parallel connections before and after the series connection may be different. In other words, the number of parallel connections before and after the series connection may be asymmetrical.
また、図4などの例において、接続電極Eは第1の延伸部の群を有していたが、1つの第1の延伸部だけを有してよい。同様に、接続電極Eは第2の延伸部の群を有していたが、1つの第2の延伸部だけを有してよい。 Also, in the examples such as FIG. 4, the connection electrode E has a group of first extensions, but may have only one first extension. Similarly, the connection electrode E had a group of second extensions, but may have only one second extension.
また、図4などの例において、接続電極Eが備える第1の延伸部の群の数と第2の延伸部の群の数とは同じであるが、これらの数が異なる、すなわち非対称であってよい。 In addition, in the example of FIG. 4 and the like, the number of groups of the first extending portions and the number of groups of the second extending portions provided in the connection electrode E are the same, but the numbers are different, that is, they are asymmetrical. you can
また、図4などの例において、第1の延伸部及び第2の延伸部は、均一な幅で延びているが、第1の半導体層21又は第2の半導体層23との接続部分と、その他の部分とで幅が異なる形状であってよい。例えばコンタクト抵抗を下げるために、第1の半導体層21又は第2の半導体層23との接続部分の幅が広く、それ以外の配線部分の幅が狭い形状であってよい。
In addition, in the example of FIG. 4 and the like, the first extending portion and the second extending portion extend with a uniform width. It may have a shape with a width different from that of other portions. For example, in order to reduce the contact resistance, the width of the connection portion with the
10 基板
21 第1の半導体層
22 発光層
23 第2の半導体層
101 第1のメサ型半導体積層部
102 第2のメサ型半導体積層部
103 第3のメサ型半導体積層部
104 第4のメサ型半導体積層部
B 延伸部
E 接続電極
10
Claims (7)
少なくとも第1のメサ型半導体積層部、第2のメサ型半導体積層部、第3のメサ型半導体積層部及び第4のメサ型半導体積層部を含む、複数のメサ型半導体積層部と、を備え、
前記複数のメサ型半導体積層部のそれぞれは、前記基板の上に、第1の半導体層、発光層、第2の半導体層が順に積層され、
接続電極によって、
前記第1のメサ型半導体積層部の前記第2の半導体層と、
前記第2のメサ型半導体積層部の前記第2の半導体層と、
前記第3のメサ型半導体積層部の前記第1の半導体層と、
前記第4のメサ型半導体積層部の前記第1の半導体層と、が電気的に接続され、
前記第1のメサ型半導体積層部と、前記第2のメサ型半導体積層部と、が電気的に並列であり、
前記第3のメサ型半導体積層部と、前記第4のメサ型半導体積層部と、が電気的に並列であり、
前記接続電極は、平面視で少なくとも前記複数のメサ型半導体積層部の1つを横切るように形成される、赤外線発光装置。 a substrate;
a plurality of mesa semiconductor laminates including at least a first mesa semiconductor laminate, a second mesa semiconductor laminate, a third mesa semiconductor laminate, and a fourth mesa semiconductor laminate. ,
each of the plurality of mesa-shaped semiconductor lamination portions has a first semiconductor layer, a light emitting layer, and a second semiconductor layer laminated in this order on the substrate;
By connecting electrodes,
the second semiconductor layer of the first mesa-type semiconductor laminate;
the second semiconductor layer of the second mesa-type semiconductor stack;
the first semiconductor layer of the third mesa semiconductor stack;
is electrically connected to the first semiconductor layer of the fourth mesa-shaped semiconductor laminate,
the first mesa semiconductor laminate and the second mesa semiconductor laminate are electrically parallel;
the third mesa-shaped semiconductor lamination portion and the fourth mesa-shaped semiconductor lamination portion are electrically parallel;
The infrared light emitting device, wherein the connection electrode is formed so as to cross at least one of the plurality of mesa-type semiconductor lamination parts in a plan view.
前記第1のメサ型半導体積層部の前記第2の半導体層に電気的に接続される複数の延伸部である第1の延伸部の群と、
前記第4のメサ型半導体積層部の前記第1の半導体層に電気的に接続される複数の延伸部である第2の延伸部の群と、を備える、請求項1又は2に記載の赤外線発光装置。 The connection electrode is
a group of first extensions, which are a plurality of extensions electrically connected to the second semiconductor layer of the first mesa-shaped semiconductor laminate;
3. The infrared rays according to claim 1, further comprising: a group of second extensions, which are a plurality of extensions electrically connected to the first semiconductor layer of the fourth mesa-shaped semiconductor laminate. Luminescent device.
前記第1の半導体層と前記接続電極との接続部分は、前記長方形の長辺に沿って形成される、請求項1から3のいずれか一項に記載の赤外線発光装置。 each of the plurality of mesa-shaped semiconductor lamination parts is rectangular in plan view,
The infrared light emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein a connection portion between said first semiconductor layer and said connection electrode is formed along a long side of said rectangle.
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