JP4459591B2 - 発光ダイオードからの二次発光の制御方法 - Google Patents

発光ダイオードからの二次発光の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は，例えばセンサ用に使用される赤色発光ダイオードからの二次発光の強度を制御する方法に関するものである。
例えば従来の赤色発光ダイオードは，半導体基板であるＧａＡｓ基板上に，液相エピタキシャル法を用いてＡｌＧａＡｓから成るシングルへテロ構造を成長させたエピタキシャルウエハに電極を付けた後，これを所望の形状に切り出して，ＡｌＧａＡｓ発光ダイオードとして製造されていた。このような構成の発光ダイオードでは，発光層で発光した光がＧａＡｓ基板に入射することでＧａＡｓ基板が励起され，二次発光として赤外光が発光する。例えば６６０ｎｍの波長の赤色光に対し，二次発光として８９０ｎｍ付近の波長の赤外光が発光する。
ところで発光ダイオードをセンサ等に用いる場合には，特定の波長の光のみが必要とされ，二次発光はできるだけ低く抑えるようにされていた。二次発光を抑えるためには，ＧａＡｓ基板の不純物密度を低くしたり，基板を除去するという方法のほかに，ＧａＡｓ基板と発光層との間に赤色光を吸収する吸収層を設け，基板に届く赤色光を抑えるという方法が報告されている（特許文献１）。
しかしながら，最近では，この二次発光を積極的に利用し，例えばセンサの制御などに有効利用することが考えられている。かかる場合，二次発光の強度を制御できなければ，センサ本来の機能に悪影響を与えるので，二次発光を積極的に利用するにあたっては，二次発光の強度を任意に制御できるものでなければならならない。
しかしながら従来のように，二次発光の発生そのものを抑制する技術では，二次発光強度を任意の値に制御することは困難であった。
特開２００１−２６７６３０号公報
本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，発光ダイオードにおいて発生する二次発光の強度を制御できる発光ダイオードからの二次発光の制御方法を提供して，上記問題の解決を図ることをその目的としている。
前記目的を達成するため，本発明にかかる発光ダイオードからの二次発光の制御方法は，半導体基板とその上に形成されたｐ型の活性層とｎ型のクラッド層とを備えたシングルへテロ構造の発光ダイオードにおいて，前記ｐ型の活性層と半導体基板との間に，前記ｐ型活性層よりＡｌ組成が高い透過層を形成し，少なくとも前記ｐ型の活性層又は前記透過層の厚みを調整することによって，半導体基板の二次発光強度を制御することを特徴としている。
本発明のように，半導体基板と発光層であるｐ型活性層の間に，活性層よりもＡｌ組成が高く，バンドギャップが広い透過層を設けると，後述の実施例に示したように，一次発光によって励起された結果半導体基板からの二次発光の強度を，透過層の厚みによって制御することが可能であることが判明した。これは透過層の厚みを増加させると，一次発光の基板側への取り出し効率が上昇し，また二次発光の取り出し効率が上昇するためだと考えられる。
またｐ型活性層の厚みを変化させることによっても，二次発光強度を制御することができる。これは例えば活性層の厚みを減少させると，一次発光の活性層内での吸収が減り，基板側への光量が増加するためだと考えられる。
本発明によれば，赤色発光ダイオードにおいて発生する二次発光の強度を容易に制御することができ，例えばセンサとして使用する場合，その汎用性が向上する。
図１に実施の形態にかかる発光ダイオード１の構造を示す。この発光ダイオードは，シングルへテロ構造の発光ダイオードであって，半導体基板２としてｐ型ＧａＡｓ基板が使用されている。この半導体基板２の上に，透過層３，p型ＡｌＧａＡｓ活性層４，ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５が順次エピタキシャル成長によって形成され，シングルへテロ構造となっている。
前記透過層３は，そのＡｌ混晶比が上層のp型ＡｌＧａＡｓ活性層４よりも高い０．４０〜０．７５のＺｎをドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層である。またp型ＡｌＧａＡｓ活性層４は，Ａｌ混晶比が０．１５〜０．４０でＺｎがドープされた組成を有している。そして最上層のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５は，Ａｌ混晶比が０．４５〜０．７５でＴｅがドープされた組成を有している。
前記発光ダイオード１の製造は，ｐ型ＧａＡｓ基板の半導体基板２の上に，まず最初に透過層３を成長させ，次いでその上にp型ＡｌＧａＡｓ活性層４，ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５を成長させて製造される。
その後は，半導体基板２とｎ型ＡｌＧａＡｓ層クラッド５に，各々電極を付け，半導体基板２を任意の形状に切り出しことによって，デバイス製品としての発光ダイオード１が製造される。
前記透過層３の厚みは，５〜１００μｍの範囲が好ましい。またｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層４の厚みは３０μｍ以下が好ましい。そして前記透過層３の厚みと活性層４の厚みを調整することにより，この発光ダイオード１の，一次発光に対する二次発光の強度比を０．２〜２．０％の間で制御できる。
なお前記実施の形態にかかる発光ダイオードは，シングルヘテロ構造のものであったが，本発明は，かかる構造の発光ダイオードに限らず，ダブルヘテロ構造の発光ダイオードにも適用できるものである。
透過層３としてＡｌ混晶比０．５４でＺｎをドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層を成長させる。その上にＡｌ混晶比０．３６のｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層４，およびＡｌ混晶比０．６４で厚み８０μｍのｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５を，順次エピタキシャル成長させた発光ダイオードにおいて，透過層３の厚みを５０μｍとしてｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層４の厚みを変化させた場合の，一次発光に対する二次発光強度比（％）を図２に，ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層４の厚みを９μｍとして透過層３の厚みを変化させた場合の，一次発光に対する二次発光強度比（％）を図３に示した。なお発光の測定にあたっては，波長計（ＭＣＰＤ−３０００，大塚電子株式会社製）を使用し，一次発光のピーク高さに対する二次発光のピーク高さの割合を，二次発光強度比とした。
これらの結果からわかるように，p型ＡｌＧａＡｓ活性層４の厚みを固定して，透過層３の厚みを増すほど，二次発光強度は増加する。透過層３の厚みを固定して，p型ＡｌＧａＡｓ活性層４の厚みを増加すれば，二次発光強度は減少する。したがって，少なくとも透過層３又はp型ＡｌＧａＡｓ活性層４の厚みを調整することにより，二次発光強度を制御する事が可能である。
実施の形態にかかる発光ダイオードの構造を模式的に示した縦断面の説明図である。 実施例における活性層の厚みを変化させたときの二次発光強度比（％）を示すグラフである。 実施例における透過層の厚みを変化させたときの二次発光強度比（％）を示すグラフである。
符号の説明
１ 発光ダイオード
２ 半導体基板
３ 透過層
４ p型ＡｌＧａＡｓ活性層
５ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層

Claims (3)

  1. 半導体基板とその上に形成されたｐ型の活性層とｎ型のクラッド層とを備えたシングルへテロ構造の発光ダイオードにおいて，
    前記ｐ型の活性層と半導体基板との間に，前記ｐ型活性層よりＡｌ組成が高い透過層を形成し，少なくとも前記ｐ型の活性層又は前記透過層の厚みを調整することによって，半導体基板の二次発光強度を制御することを特徴とする，発光ダイオードからの二次発光の制御方法。
  2. 前記半導体基板は，ＧａＡｓ基板であり，
    前記ｐ型の活性層は，Ａｌ混晶比が０．１５〜０．４０でＺｎがドープされたｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層であり，
    前記透過層は，Ａｌ混晶比０．４０〜０．７５でＺｎがドープされたｐ型ＡｌＧａＡｓ層であり，
    前記ｎ型のクラッド層は，Ａｌ混晶比が０．４５〜０．７５でＴｅがドープされたｎ型ＡｌＧａＡｓ層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からの二次発光の制御方法。
  3. 前記ｐ型の活性層の厚みは，３０μｍ以下であり，
    前記透過層の厚みは５〜１００μｍの範囲で，前記ｐ型の活性層又は前記透過層の厚みを調整することにより、一次発光に対する二次発光の強度を０．２〜２．０％の間で制御することを特徴とする，請求項１又は２に記載の発光ダイオードからの二次発光の制御方法。
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