JP3187279B2 - 赤外発光ダイオードおよびその製造方法 - Google Patents
赤外発光ダイオードおよびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空間伝送や光通信など
に用いられる高周波特性の赤外発光ダイオードおよびそ
の製造方法に関する。
に用いられる高周波特性の赤外発光ダイオードおよびそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】化合物半導体のｐｎ接合の順方向に電流
を流して発光させる発光ダイオード（ＬＥＤ）は可視光
および赤外発光のものが製品化されており、これらＬＥ
Ｄのうち、ダブルヘテロ接合（ＤＨ構造）を有するＡｌ
ＧａＡｓ系ＬＥＤは空間伝送や光通信に用いられてい
る。
を流して発光させる発光ダイオード（ＬＥＤ）は可視光
および赤外発光のものが製品化されており、これらＬＥ
Ｄのうち、ダブルヘテロ接合（ＤＨ構造）を有するＡｌ
ＧａＡｓ系ＬＥＤは空間伝送や光通信に用いられてい
る。
【０００３】従来、高周波特性を有した赤外ＬＥＤは (a) Ｐ型のＡｌx Ｇａ1-X Ａｓ（０．１５≦ｘ≦０．６
０）からなる第一のクラッド層 (b) 赤外発光に必要なＰ型のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０≦
ｘ≦０．１０）活性層 (c) Ｎ型のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０．１５≦ｘ≦０．６
０）からなる第２のクラッド層の少なくとも３層からな
っており、Ｐ型の不純物としてＺｎが添加されていた。
０）からなる第一のクラッド層 (b) 赤外発光に必要なＰ型のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０≦
ｘ≦０．１０）活性層 (c) Ｎ型のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０．１５≦ｘ≦０．６
０）からなる第２のクラッド層の少なくとも３層からな
っており、Ｐ型の不純物としてＺｎが添加されていた。
【０００４】このときのＰ型クラッド層の不純物密度は
０．５〜２×１０18cm-3、Ｐ型活性層の不純物密度は１
〜６×１０18cm-3、かつＰ型活性層の厚みは０．１〜２
μｍの範囲であった。またこのときの製造方法は液相の
徐冷法または温度差法が一般的であって、成長温度はど
ちらの方法でも７００〜９５０℃の範囲であった。
０．５〜２×１０18cm-3、Ｐ型活性層の不純物密度は１
〜６×１０18cm-3、かつＰ型活性層の厚みは０．１〜２
μｍの範囲であった。またこのときの製造方法は液相の
徐冷法または温度差法が一般的であって、成長温度はど
ちらの方法でも７００〜９５０℃の範囲であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の赤外発光ダイオードでは次のような欠点があった。す
なわち素子においては、（１）Ｐ型活性層の不純物とし
て用いられる亜鉛（Ｚｎ）は蒸気圧が高く、同一エピタ
キシャルウエハ内で安定した不純物密度が得られない。
このため同一ウエハから作成された発光素子であっても
出力特性や周波数特性が異なる。
の赤外発光ダイオードでは次のような欠点があった。す
なわち素子においては、（１）Ｐ型活性層の不純物とし
て用いられる亜鉛（Ｚｎ）は蒸気圧が高く、同一エピタ
キシャルウエハ内で安定した不純物密度が得られない。
このため同一ウエハから作成された発光素子であっても
出力特性や周波数特性が異なる。
【０００６】（２）液相で基板をスライドしてエピタキ
シャル成長させる方法では、成長の前半、後半でメルト
中のＺｎの濃度が異なる。すなわちＺｎの蒸気圧が高い
ことにより後半にいくに従い（成長時間が長くなるにつ
れ）メルト中のＺｎの量が少なくなり、エピタキシャル
ウエハ内の不純物密度が低下する。このため同一のメル
トから作成されたバッチ前半、後半の発光素子におい
て、Ｐ型不純物密度で決定される周波数特性が異なって
くる。このためバッチ当りの成長枚数に限界があり生産
性に問題が出てくる。
シャル成長させる方法では、成長の前半、後半でメルト
中のＺｎの濃度が異なる。すなわちＺｎの蒸気圧が高い
ことにより後半にいくに従い（成長時間が長くなるにつ
れ）メルト中のＺｎの量が少なくなり、エピタキシャル
ウエハ内の不純物密度が低下する。このため同一のメル
トから作成されたバッチ前半、後半の発光素子におい
て、Ｐ型不純物密度で決定される周波数特性が異なって
くる。このためバッチ当りの成長枚数に限界があり生産
性に問題が出てくる。
【０００７】（３）Ｐ型活性層に入れたＺｎの蒸気圧が
高いため、作成された素子は出力のばらつきが多くな
る。このため希望の出力を得るにはクラッド層のＡｌ比
率を大きくし正孔と電子の閉じ込め効果および光吸収を
防ぐ窓効果を最大限利用しなければならない。しかしｘ
値が０．５以上ではＡｌ腐食による劣化を引き起こしや
すい。またＡｌ比率をあげることは順方向電圧の上昇を
招く。
高いため、作成された素子は出力のばらつきが多くな
る。このため希望の出力を得るにはクラッド層のＡｌ比
率を大きくし正孔と電子の閉じ込め効果および光吸収を
防ぐ窓効果を最大限利用しなければならない。しかしｘ
値が０．５以上ではＡｌ腐食による劣化を引き起こしや
すい。またＡｌ比率をあげることは順方向電圧の上昇を
招く。
【０００８】（４）Ｐ型活性層の不純物をＺｎとした場
合、その蒸気圧の高いことからエピタキシャル成長温度
が７００〜９５０℃ではメルト中へ多量のＺｎを添加し
ても６×１０18cm-3以上の不純物密度とすることは困難
である。
合、その蒸気圧の高いことからエピタキシャル成長温度
が７００〜９５０℃ではメルト中へ多量のＺｎを添加し
ても６×１０18cm-3以上の不純物密度とすることは困難
である。
【０００９】（５）Ｐ型活性層の不純物をＺｎとした場
合、素子に電流を流すことにより転移の上昇運動をおさ
えることができず劣化を防ぎきれない。
合、素子に電流を流すことにより転移の上昇運動をおさ
えることができず劣化を防ぎきれない。
【００１０】また、製造法においては、（６）特性上あ
るいは加工上のことを考え発光素子には所定の厚みが必
要となる。特に基板を除去するタイプにおいてはエピタ
キシャル成長速度をある程度高くすることが必要である
ため成長温度は７００〜９５０℃が一般的となるが、こ
の温度ではＺｎの蒸気圧が１０2 〜１０3 mmHgと高いた
め成長メルト内でのＺｎの蒸発を防ぐことはできない。
またＮ型クラッド層用メルトへの蒸気拡散を防ぐことは
できない。このためＮ型不純物密度も徐々に低下してく
る。
るいは加工上のことを考え発光素子には所定の厚みが必
要となる。特に基板を除去するタイプにおいてはエピタ
キシャル成長速度をある程度高くすることが必要である
ため成長温度は７００〜９５０℃が一般的となるが、こ
の温度ではＺｎの蒸気圧が１０2 〜１０3 mmHgと高いた
め成長メルト内でのＺｎの蒸発を防ぐことはできない。
またＮ型クラッド層用メルトへの蒸気拡散を防ぐことは
できない。このためＮ型不純物密度も徐々に低下してく
る。
【００１１】したがって本発明の目的は、Ｐ型活性層、
Ｐ型クラッド層に添加する不純物の材料、密度、Ａｌ組
成およびＰ型活性層の厚みを限定することにより高信頼
性かつ高周波数特性の赤外ＬＥＤを提供するとともに歩
留りが高く安価なＬＥＤの製造法を提供することにあ
る。
Ｐ型クラッド層に添加する不純物の材料、密度、Ａｌ組
成およびＰ型活性層の厚みを限定することにより高信頼
性かつ高周波数特性の赤外ＬＥＤを提供するとともに歩
留りが高く安価なＬＥＤの製造法を提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的に
沿って鋭意研究した結果、ＧａＡｓ基板が除去されたＡ
ｌＧａＡｓ系赤外ＬＥＤにおいて、Ｐ型活性層の実効的
不純物をＧｅにし、Ｐ型クラッド層の実効的不純物をＺ
ｎあるいはＭｇにすることによって、出力低下が従来よ
り少なく高周波特性を維持でき、かつ高信頼性の素子を
作成できることを見いだし本発明に到達した。
沿って鋭意研究した結果、ＧａＡｓ基板が除去されたＡ
ｌＧａＡｓ系赤外ＬＥＤにおいて、Ｐ型活性層の実効的
不純物をＧｅにし、Ｐ型クラッド層の実効的不純物をＺ
ｎあるいはＭｇにすることによって、出力低下が従来よ
り少なく高周波特性を維持でき、かつ高信頼性の素子を
作成できることを見いだし本発明に到達した。
【００１３】 すなわち本発明は、第１に、ＧａＡｓ基
板が除去されており、（ａ）Ｐ型のＡｌＸＧａ１―ＸＡ
ｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）からなる第１のクラッド
層、（ｂ）赤外発光に必要なＰ型のＡｌＸＧａ１―ＸＡ
ｓ（０≦ｘ≦０．１０）活性層、（ｃ）Ｎ型のＡｌＸＧ
ａ１―ＸＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）からなる第２
のクラッド層の少なくとも３層からなり、第１のＰ型ク
ラッド層の不純物密度は０．５〜２×１０１８ｃｍ―３
であり、かつその実効的不純物密度はＺｎで形成されて
おり、Ｐ型活性層の不純物密度は４×１０１８ｃｍ―３
以上であり、かつその実効的不純物密度はＧｅで形成さ
れており、かつその厚みは０．５〜１．５μｍの範囲に
あり、室温における１００ｍＡ通電で１０００時間経過
したときの初期出力に対する相対出力が８０％以上であ
り、かつ、遮断周波数が２０ＭＨｚ以上であることを特
徴とする赤外発光ダイオード；第２に、ＧａＡｓ基板が
除去されており、（ａ）Ｐ型のＡｌＸＧａ１―ＸＡｓ
（０．１５≦ｘ≦０．３５）からなる第１のクラッド
層、（ｂ）赤外発光に必要なＰ型のＡｌＸＧａ１―ＸＡ
ｓ（０≦ｘ≦０．１０）活性層、（ｃ）Ｎ型のＡｌＸＧ
ａ１―ＸＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）からなる第２
のクラッド層の少なくとも３層からなり、第１のＰ型ク
ラッド層の不純物密度は０．５〜２×１０１８ｃｍ―３
であり、かつその実効的不純物密度はＭｇで形成されて
おり、Ｐ型活性層の不純物密度は４×１０１８ｃｍ―３
以上であり、かつその実効的不純物密度はＧｅで形成さ
れており、かつその厚みは０．５〜１．５μｍの範囲に
あり、室温における１００ｍＡ通電で１０００時間経過
したときの初期出力に対する相対出力が８０％以上であ
り、かつ、遮断周波数が２０ＭＨｚ以上であることを特
徴とする赤外発光ダイオード；第３に、ＧａＡｓ基板上
にＰ型クラッド層、Ｐ型活性層およびＮ型クラッド層の
少なくとも３層をエピタキシャル成長せしめてなる請求
項１または２における赤外発光ダイオードの製造方法に
おいて、該各層のエピタキシャル成長に必要な組成およ
び不純物の異なる液相が装入された少なくとも３槽を使
用したエピタキシャル成長中の基板近傍の温度が８００
〜９００℃の範囲内である液相成長法を用いて作成され
ることを特徴とする赤外発光ダイオードの製造方法を提
供するものである。
板が除去されており、（ａ）Ｐ型のＡｌＸＧａ１―ＸＡ
ｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）からなる第１のクラッド
層、（ｂ）赤外発光に必要なＰ型のＡｌＸＧａ１―ＸＡ
ｓ（０≦ｘ≦０．１０）活性層、（ｃ）Ｎ型のＡｌＸＧ
ａ１―ＸＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）からなる第２
のクラッド層の少なくとも３層からなり、第１のＰ型ク
ラッド層の不純物密度は０．５〜２×１０１８ｃｍ―３
であり、かつその実効的不純物密度はＺｎで形成されて
おり、Ｐ型活性層の不純物密度は４×１０１８ｃｍ―３
以上であり、かつその実効的不純物密度はＧｅで形成さ
れており、かつその厚みは０．５〜１．５μｍの範囲に
あり、室温における１００ｍＡ通電で１０００時間経過
したときの初期出力に対する相対出力が８０％以上であ
り、かつ、遮断周波数が２０ＭＨｚ以上であることを特
徴とする赤外発光ダイオード；第２に、ＧａＡｓ基板が
除去されており、（ａ）Ｐ型のＡｌＸＧａ１―ＸＡｓ
（０．１５≦ｘ≦０．３５）からなる第１のクラッド
層、（ｂ）赤外発光に必要なＰ型のＡｌＸＧａ１―ＸＡ
ｓ（０≦ｘ≦０．１０）活性層、（ｃ）Ｎ型のＡｌＸＧ
ａ１―ＸＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）からなる第２
のクラッド層の少なくとも３層からなり、第１のＰ型ク
ラッド層の不純物密度は０．５〜２×１０１８ｃｍ―３
であり、かつその実効的不純物密度はＭｇで形成されて
おり、Ｐ型活性層の不純物密度は４×１０１８ｃｍ―３
以上であり、かつその実効的不純物密度はＧｅで形成さ
れており、かつその厚みは０．５〜１．５μｍの範囲に
あり、室温における１００ｍＡ通電で１０００時間経過
したときの初期出力に対する相対出力が８０％以上であ
り、かつ、遮断周波数が２０ＭＨｚ以上であることを特
徴とする赤外発光ダイオード；第３に、ＧａＡｓ基板上
にＰ型クラッド層、Ｐ型活性層およびＮ型クラッド層の
少なくとも３層をエピタキシャル成長せしめてなる請求
項１または２における赤外発光ダイオードの製造方法に
おいて、該各層のエピタキシャル成長に必要な組成およ
び不純物の異なる液相が装入された少なくとも３槽を使
用したエピタキシャル成長中の基板近傍の温度が８００
〜９００℃の範囲内である液相成長法を用いて作成され
ることを特徴とする赤外発光ダイオードの製造方法を提
供するものである。
【００１４】本発明の赤外発光ＬＥＤおよびその製造方
法において、Ｐ型活性層、Ｐ型クラッド層に添加する不
純物の材料、密度等を上述のように限定した理由につい
て以下説明する。
法において、Ｐ型活性層、Ｐ型クラッド層に添加する不
純物の材料、密度等を上述のように限定した理由につい
て以下説明する。
【００１５】Ｇｅは８００〜９００℃の範囲で蒸気圧が
１０-9〜１０-8mmHgでありＺｎのそれよりも１１桁少な
い。このためＺｎに比べ蒸発による不純物密度変動を全
く無視できることになる。このときＧｅをドープした活
性層の不純物密度は４×１０18cm-3以上とする必要があ
る。その理由は周波数特性が２０ＭＨｚ以上の高周波数
特性を有し高信頼性を保てる不純物密度の範囲は４×１
０18cm-3以上が必要であることによる。ちなみに２０×
１０18cm-3のときの周波数特性は１２０ＭＨｚまで向上
し高信頼性を保てる。ただし周波数特性の向上にともな
い出力は低下する。 また不純物密度が４×１０18cm-3
未満では遮断周波数が低下するとともに素子の通電寿命
も悪くなる。
１０-9〜１０-8mmHgでありＺｎのそれよりも１１桁少な
い。このためＺｎに比べ蒸発による不純物密度変動を全
く無視できることになる。このときＧｅをドープした活
性層の不純物密度は４×１０18cm-3以上とする必要があ
る。その理由は周波数特性が２０ＭＨｚ以上の高周波数
特性を有し高信頼性を保てる不純物密度の範囲は４×１
０18cm-3以上が必要であることによる。ちなみに２０×
１０18cm-3のときの周波数特性は１２０ＭＨｚまで向上
し高信頼性を保てる。ただし周波数特性の向上にともな
い出力は低下する。 また不純物密度が４×１０18cm-3
未満では遮断周波数が低下するとともに素子の通電寿命
も悪くなる。
【００１６】さらにＰ型活性層の厚みは薄いほど出力お
よび周波数特性に有利であるが、安価で量産性に優れる
液相成長においては０．５〜１．５μｍの厚みであれば
その性能を十分発揮できる。
よび周波数特性に有利であるが、安価で量産性に優れる
液相成長においては０．５〜１．５μｍの厚みであれば
その性能を十分発揮できる。
【００１７】また、このときの成長温度は９００℃を超
えない方がよい。ＧｅはＶ族であり、ＡｌＧａＡｓ系の
III −Ｖ族半導体に対しては両性不純物となる。このた
め９００℃を超えるとＰ型の不純物としてでなくＮ型の
不純物としても働くようになり、Ｐ型不純物としての実
効性が低下してくる。さらに９００℃を超える成長温度
ではエピタキシャル成長中に空格子点などの結晶欠陥が
誘発され、非発光センターの増加にともない発光効率が
低下する。一方、８００℃未満の温度ではエピタキシャ
ル成長速度が遅くなり量産性に問題がある。
えない方がよい。ＧｅはＶ族であり、ＡｌＧａＡｓ系の
III −Ｖ族半導体に対しては両性不純物となる。このた
め９００℃を超えるとＰ型の不純物としてでなくＮ型の
不純物としても働くようになり、Ｐ型不純物としての実
効性が低下してくる。さらに９００℃を超える成長温度
ではエピタキシャル成長中に空格子点などの結晶欠陥が
誘発され、非発光センターの増加にともない発光効率が
低下する。一方、８００℃未満の温度ではエピタキシャ
ル成長速度が遅くなり量産性に問題がある。
【００１８】Ｐ型クラッド層は赤外光を通過させ、なお
かつ電子および正孔を閉じこめる作用を有するためＡｌ
比率を０．１５以上にする必要がある。ここでＡｌ比率
はいくらでも上昇できるがＡｌ比率の上昇にともない通
電による素子腐食劣化の問題が生じ、またオーミックロ
スによる順方向電圧の上昇が引き起こされる。このため
Ａｌ比率は０．１５≦ｘ≦０．３５であることが望まし
い。
かつ電子および正孔を閉じこめる作用を有するためＡｌ
比率を０．１５以上にする必要がある。ここでＡｌ比率
はいくらでも上昇できるがＡｌ比率の上昇にともない通
電による素子腐食劣化の問題が生じ、またオーミックロ
スによる順方向電圧の上昇が引き起こされる。このため
Ａｌ比率は０．１５≦ｘ≦０．３５であることが望まし
い。
【００１９】一方、ＧｅはＡｌ比率の増加にともないＰ
型の活性化率が低下し、十分なキャリアとして作用しな
くなる。したがってＰ型クラッド層にＧｅを添加する際
は多量のドープを必要とする。しかしながら多量にドー
プされたＰ型層は赤外光を吸収しやすくなり出力が低下
する。このためＰ型クラッド層に添加される不純物はＺ
ｎかＭｇに限定される。このときＰ型クラッド層の不純
物密度が０．５〜２．０×１０18cm-3の範囲に入ってい
ればそれぞれ遮断周波数に対して十分な出力を提供する
ことができる。
型の活性化率が低下し、十分なキャリアとして作用しな
くなる。したがってＰ型クラッド層にＧｅを添加する際
は多量のドープを必要とする。しかしながら多量にドー
プされたＰ型層は赤外光を吸収しやすくなり出力が低下
する。このためＰ型クラッド層に添加される不純物はＺ
ｎかＭｇに限定される。このときＰ型クラッド層の不純
物密度が０．５〜２．０×１０18cm-3の範囲に入ってい
ればそれぞれ遮断周波数に対して十分な出力を提供する
ことができる。
【００２０】通常のエピタキシャル成長温度ではＺｎよ
りＭｇの方が１桁蒸気圧が低い。このため量産性および
特性の安定性においてＭｇを使用した方が優れた特性を
得られるが寿命に関してはどちらでも十分な高信頼性を
持っている。
りＭｇの方が１桁蒸気圧が低い。このため量産性および
特性の安定性においてＭｇを使用した方が優れた特性を
得られるが寿命に関してはどちらでも十分な高信頼性を
持っている。
【００２１】成長方法は温度を一定にできる温度差法が
最も安定した特性を出すことができる。これはエピタキ
シャル成長している基板近傍の温度が一定であるためＡ
ｌＧａＡｓのＡｌ組成が一定になること、および不純物
の熱的ドーピング状態が一定になることにより、非常に
特性のそろったものが得られるからである。ただし８０
０〜９００℃の範囲ではその特性のずれが非常に小さい
ため、その範囲内で徐冷法を用いてエピタキシャル成長
しても同様な特性が得られることが多い。またエピタキ
シャル成長時基板の熱ダメージを除去するためメルトバ
ックしたり、またキャップ層を形成しても本発明の請求
範囲からはずれることはない。
最も安定した特性を出すことができる。これはエピタキ
シャル成長している基板近傍の温度が一定であるためＡ
ｌＧａＡｓのＡｌ組成が一定になること、および不純物
の熱的ドーピング状態が一定になることにより、非常に
特性のそろったものが得られるからである。ただし８０
０〜９００℃の範囲ではその特性のずれが非常に小さい
ため、その範囲内で徐冷法を用いてエピタキシャル成長
しても同様な特性が得られることが多い。またエピタキ
シャル成長時基板の熱ダメージを除去するためメルトバ
ックしたり、またキャップ層を形成しても本発明の請求
範囲からはずれることはない。
【００２２】
【作用】空間電送用や光通信用に用いられる赤外ＬＥＤ
にとって遮断周波数および信頼性は最も重要な特性であ
り、本発明の赤外ＬＥＤではＰ型活性層の不純物として
従来使用されていたＺｎをＧｅに変え、Ｐ型クラッド層
の不純物としてＺｎもしくはＭｇを使用して希望の遮断
周波数および高信頼性を同時に満足させることができ、
特性の良好なＬＥＤを安価かつ再現性よく提供すること
ができる。
にとって遮断周波数および信頼性は最も重要な特性であ
り、本発明の赤外ＬＥＤではＰ型活性層の不純物として
従来使用されていたＺｎをＧｅに変え、Ｐ型クラッド層
の不純物としてＺｎもしくはＭｇを使用して希望の遮断
周波数および高信頼性を同時に満足させることができ、
特性の良好なＬＥＤを安価かつ再現性よく提供すること
ができる。
【００２３】Ｐ型活性層の不純物をＧｅとすれば通常の
液相成長において４×１０18cm-3以上の不純物密度を簡
単に得ることができ、さらに高周波特性および高信頼性
を得ることが可能となる。特に赤外ＬＥＤにおいて５０
ＭＨｚ以上の遮断周波数を量産レベルで得ることができ
なかったのは、不純物密度を６×１０18cm-3以上に安定
させることができなかったためである。
液相成長において４×１０18cm-3以上の不純物密度を簡
単に得ることができ、さらに高周波特性および高信頼性
を得ることが可能となる。特に赤外ＬＥＤにおいて５０
ＭＨｚ以上の遮断周波数を量産レベルで得ることができ
なかったのは、不純物密度を６×１０18cm-3以上に安定
させることができなかったためである。
【００２４】さらにＧｅにはＡｌＧａＡｓ系ＬＥＤにお
いて、不純物密度が４×１０18cm-3以上の時のみ転移の
固着効果が存在し、素子へ電流を流した場合転移の上昇
運動による出力劣化が生じない。このため通常赤外ＬＥ
Ｄに見られるような１００mAにおいて１０００時間通電
後相対出力が２０％以上減少するといった現象は全くな
い。
いて、不純物密度が４×１０18cm-3以上の時のみ転移の
固着効果が存在し、素子へ電流を流した場合転移の上昇
運動による出力劣化が生じない。このため通常赤外ＬＥ
Ｄに見られるような１００mAにおいて１０００時間通電
後相対出力が２０％以上減少するといった現象は全くな
い。
【００２５】遮断周波数や信頼性と並んで出力も重要な
特性となるが、Ｐ型クラッド層の不純物密度およびその
材料を指定することにより従来よりも優れた特性を得る
ことができる。
特性となるが、Ｐ型クラッド層の不純物密度およびその
材料を指定することにより従来よりも優れた特性を得る
ことができる。
【００２６】なお、上記で述べた指定される不純物とは
実効的に支配する不純物を示すのであって、例えばＰ型
活性層のＧｅに少量のＺｎを添加しても、Ｐ型クラッド
層のＭｇに少量のＺｎを添加しても本発明の特許請求の
範囲からはずれないことは明らかである。
実効的に支配する不純物を示すのであって、例えばＰ型
活性層のＧｅに少量のＺｎを添加しても、Ｐ型クラッド
層のＭｇに少量のＺｎを添加しても本発明の特許請求の
範囲からはずれないことは明らかである。
【００２７】
【実施例】図１は本実施例で作成された赤外ＬＥＤの構
成を示す模式断面図、図２は本実施例に使用された液相
エピタキシャル成長工程を説明する模式図であって、こ
れらを参照して以下説明する。
成を示す模式断面図、図２は本実施例に使用された液相
エピタキシャル成長工程を説明する模式図であって、こ
れらを参照して以下説明する。
【００２８】作成される赤外ＬＥＤのエピタキシャル成
長条件については、図２に示すように、いずれもカーボ
ン製のるつぼ４、スライダー５、ベース６の３点から構
成されていて、るつぼは少なくとも３槽からなり、Ｐ型
クラッド層、Ｐ型活性層、Ｎ型クラッド層のエピタキシ
ャル成長に必要な組成および不純物の異なる槽が最低３
槽必要なことによる。
長条件については、図２に示すように、いずれもカーボ
ン製のるつぼ４、スライダー５、ベース６の３点から構
成されていて、るつぼは少なくとも３槽からなり、Ｐ型
クラッド層、Ｐ型活性層、Ｎ型クラッド層のエピタキシ
ャル成長に必要な組成および不純物の異なる槽が最低３
槽必要なことによる。
【００２９】それぞれのるつぼ４にはＧａ、Ａｌ、Ｇａ
Ａｓが希望の組成になるように、調合されており、また
スライダー５の中にはＧａＡｓ基板が収納されている。
このときのＧａＡｓ基板はデバイス作成時除去されてし
まうため、Ｐ型、Ｎ型、ノンドープいずれを用いてもよ
い。このときスライダー５に収納されている基板近傍の
温度は８５０℃であり、本実施例では温度差法を用いて
いるためその温度はエピタキシャル成長中一定である。
Ａｓが希望の組成になるように、調合されており、また
スライダー５の中にはＧａＡｓ基板が収納されている。
このときのＧａＡｓ基板はデバイス作成時除去されてし
まうため、Ｐ型、Ｎ型、ノンドープいずれを用いてもよ
い。このときスライダー５に収納されている基板近傍の
温度は８５０℃であり、本実施例では温度差法を用いて
いるためその温度はエピタキシャル成長中一定である。
【００３０】以上のようなエピタキシャル成長条件によ
り作成された赤外ＬＥＤは図１の模式断面図に示すよう
に、下記３層から構成されている。
り作成された赤外ＬＥＤは図１の模式断面図に示すよう
に、下記３層から構成されている。
【００３１】 Ｐ型クラッド層１：Ａｌ組成０．３ 不純物密度Ｚｎ０．７×１０18cm-3 Ｐ型活性層２ ：Ａｌ組成０ 不純物密度Ｇｅ７×１０18cm-3 厚み１μｍ Ｎ型クラッド層３：Ａｌ組成０．３ 不純物密度Ｔｅ１×１０18cm-3 なお、この素子のＰ電極が部分電極の場合、遮断周波数
５０ＭＨｚ、チップ出力２．５mWが得られている。ここ
で遮断周波数は１００ＫＨｚの出力から３ｄＢダウン
（出力が５０％）したときと定義している。
５０ＭＨｚ、チップ出力２．５mWが得られている。ここ
で遮断周波数は１００ＫＨｚの出力から３ｄＢダウン
（出力が５０％）したときと定義している。
【００３２】図３はＰ型活性層のＧｅドーピング条件を
変化させたときのＬＥＤの出力と遮断周波数の変化を示
す。このグラフからわかるように、不純物密度の増加に
ともない遮断周波数は向上し出力は低下する。
変化させたときのＬＥＤの出力と遮断周波数の変化を示
す。このグラフからわかるように、不純物密度の増加に
ともない遮断周波数は向上し出力は低下する。
【００３３】図４はＰ型活性層のＧｅドーピング条件を
変化させたときのＬＥＤの信頼性のデータを示すもの
で、信頼条件は室温における１００mA通電で１０００時
間経過したときの初期出力に対する相対出力で示してい
る。本発明の素子では全て９０％以上を維持している。
変化させたときのＬＥＤの信頼性のデータを示すもの
で、信頼条件は室温における１００mA通電で１０００時
間経過したときの初期出力に対する相対出力で示してい
る。本発明の素子では全て９０％以上を維持している。
【００３４】
【比較例】Ｚｎを不純物として、実施例の要領に従って
赤外ＬＥＤを作成した場合、Ｚｎ不純物密度に対する出
力および遮断周波数変化を示す図５によれば、５０ＭＨ
ｚ以上の遮断周波数を得ることができず、また出力も２
０ＭＨｚ以上の素子については本発明のものより発光効
率が悪い。
赤外ＬＥＤを作成した場合、Ｚｎ不純物密度に対する出
力および遮断周波数変化を示す図５によれば、５０ＭＨ
ｚ以上の遮断周波数を得ることができず、また出力も２
０ＭＨｚ以上の素子については本発明のものより発光効
率が悪い。
【００３５】また図６に示すように、Ｐ型不純物をＺｎ
のみとした場合には信頼性に問題があり、１０００時間
経過した時の初期出力に対する相対出力は５０％程度に
劣化するものが含まれる。
のみとした場合には信頼性に問題があり、１０００時間
経過した時の初期出力に対する相対出力は５０％程度に
劣化するものが含まれる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板除去タイプＡｌＧａＡｓ系赤外ＬＥＤにおいて、Ｐ
型活性層の不純物としてＧｅを、Ｐ型クラッド層の不純
物としてＺｎあるいはＭｇを用いるので、高周波数特
性、高信頼性が得られる。
基板除去タイプＡｌＧａＡｓ系赤外ＬＥＤにおいて、Ｐ
型活性層の不純物としてＧｅを、Ｐ型クラッド層の不純
物としてＺｎあるいはＭｇを用いるので、高周波数特
性、高信頼性が得られる。
【図１】本発明の実施例で作成された赤外ＬＥＤの構成
を示す模式断面図である。
を示す模式断面図である。
【図２】本発明の実施例に使用されるエピタキシャル成
長工程を説明する模式図である。
長工程を説明する模式図である。
【図３】本発明の赤外発光ＬＥＤにおいて、Ｐ型活性層
のＧｅ不純物密度に対する出力および遮断周波数変化を
示すグラフである。
のＧｅ不純物密度に対する出力および遮断周波数変化を
示すグラフである。
【図４】本発明の赤外発光ＬＥＤにおいて、Ｐ型活性層
のＧｅ不純物密度に対する１００mA、１０００時間通電
後の相対出力を示すグラフである。
のＧｅ不純物密度に対する１００mA、１０００時間通電
後の相対出力を示すグラフである。
【図５】Ｐ型不純物をＺｎのみとした従来の赤外ＬＥＤ
おいて、Ｚｎ不純物密度に対する出力および遮断周波数
変化を示すグラフである。
おいて、Ｚｎ不純物密度に対する出力および遮断周波数
変化を示すグラフである。
【図６】Ｐ型不純物をＺｎのみとした従来の赤外ＬＥＤ
おいて、Ｚｎ不純物密度に対する１００mA、１０００時
間通電後の相対出力を示すグラフである。
おいて、Ｚｎ不純物密度に対する１００mA、１０００時
間通電後の相対出力を示すグラフである。
１ Ｐ型クラッド層 ２ Ｐ型活性層 ３ Ｎ型クラッド層 ４ るつぼ ５ スライダー ６ ベース ７ 基板
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−222285（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−183977（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−213181（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00
Claims (3)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板が除去されており、（ａ）
Ｐ型のＡｌＸＧａ１―ＸＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３
５）からなる第１のクラッド層、（ｂ）赤外発光に必要
なＰ型のＡｌＸＧａ１―ＸＡｓ（０≦ｘ≦０．１０）活
性層、（ｃ）Ｎ型のＡｌＸＧａ１―ＸＡｓ（０．１５≦
ｘ≦０．３５）からなる第２のクラッド層の少なくとも
３層からなり、第１のＰ型クラッド層の不純物密度は
０．５〜２×１０１８ｃｍ―３であり、かつその実効的
不純物密度はＺｎで形成されており、Ｐ型活性層の不純
物密度は４×１０１８ｃｍ―３以上であり、かつその実
効的不純物密度はＧｅで形成されており、かつその厚み
は０．５〜１．５μｍの範囲にあり、室温における１０
０ｍＡ通電で１０００時間経過したときの初期出力に対
する相対出力が８０％以上であり、かつ、遮断周波数が
２０ＭＨｚ以上であることを特徴とする赤外発光ダイオ
ード。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ基板が除去されており、（ａ）
Ｐ型のＡｌ Ｘ Ｇａ １―Ｘ Ａｓ（０．１５≦ｘ≦０．３
５）からなる第１のクラッド層、（ｂ）赤外発光に必要
なＰ型のＡｌ Ｘ Ｇａ １―Ｘ Ａｓ（０≦ｘ≦０．１０）活
性層、（ｃ）Ｎ型のＡｌ Ｘ Ｇａ １―Ｘ Ａｓ（０．１５≦
ｘ≦０．３５）からなる第２のクラッド層の少なくとも
３層からなり、第１のＰ型クラッド層の不純物密度は
０．５〜２×１０ １８ ｃｍ ―３ であり、かつその実効的
不純物密度はＭｇで形成されており、Ｐ型活性層の不純
物密度は４×１０ １８ ｃｍ ―３ 以上であり、かつその実
効的不純物密度はＧｅで形成されており、かつその厚み
は０．５〜１．５μｍの範囲にあり、室温における１０
０ｍＡ通電で１０００時間経過したときの初期出力に対
する相対出力が８０％以上であり、かつ、遮断周波数が
２０ＭＨｚ以上であることを特徴とする赤外発光ダイオ
ード。 - 【請求項３】 ＧａＡｓ基板上にＰ型クラッド層、Ｐ型
活性層およびＮ型クラッド層の少なくとも３層をエピタ
キシャル成長せしめてなる請求項１または２における赤
外発光ダイオードの製造方法において、該各層のエピタ
キシャル成長に必要な組成および不純物の異なる液相が
装入された少なくとも３槽を使用したエピタキシャル成
長中の基板近傍の温度が８００〜９００℃の範囲内であ
る液相成長法を用いて作成されることを特徴とする赤外
発光ダイオードの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12310095A JP3187279B2 (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | 赤外発光ダイオードおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12310095A JP3187279B2 (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | 赤外発光ダイオードおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08293622A JPH08293622A (ja) | 1996-11-05 |
| JP3187279B2 true JP3187279B2 (ja) | 2001-07-11 |
Family
ID=14852204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12310095A Expired - Lifetime JP3187279B2 (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | 赤外発光ダイオードおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3187279B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4848530B2 (ja) * | 2003-10-06 | 2011-12-28 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
| JP4273237B2 (ja) * | 2005-01-05 | 2009-06-03 | Ｄｏｗａホールディングス株式会社 | 赤外発光ダイオード及びその製造方法 |
| US20080087906A1 (en) | 2005-02-25 | 2008-04-17 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Algaas-Based Light Emitting Diode Having Double Hetero Junction and Manufacturing Method of the Same |
| TWI447954B (zh) | 2009-09-15 | 2014-08-01 | Showa Denko Kk | 發光二極體、發光二極體燈及照明裝置 |
-
1995
- 1995-04-24 JP JP12310095A patent/JP3187279B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08293622A (ja) | 1996-11-05 |
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