JPH0567806A - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
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- JPH0567806A JPH0567806A JP22725491A JP22725491A JPH0567806A JP H0567806 A JPH0567806 A JP H0567806A JP 22725491 A JP22725491 A JP 22725491A JP 22725491 A JP22725491 A JP 22725491A JP H0567806 A JPH0567806 A JP H0567806A
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- light emitting
- emitting diode
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 結晶内の応力バランスをとる事により、結晶
組織を強固にする。 【構成】 結晶成長の開始面を有する第１導電型のＧａ
ＡｌＡｓ層と、その上に順次、第１導電型のＧａＡｌＡ
ｓ層から成る活性層と、第２導電型のＧａＡｌＡｓ層を
形成する。そして第１導電型のＧａＡｌＡｓ層の層厚を
３層の合計した層厚２０％ないし５０％になる様に設け
る。
組織を強固にする。 【構成】 結晶成長の開始面を有する第１導電型のＧａ
ＡｌＡｓ層と、その上に順次、第１導電型のＧａＡｌＡ
ｓ層から成る活性層と、第２導電型のＧａＡｌＡｓ層を
形成する。そして第１導電型のＧａＡｌＡｓ層の層厚を
３層の合計した層厚２０％ないし５０％になる様に設け
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光波長８００〜８８０
ｎｍの赤外光を発射するダブルヘテロ接合構造の発光ダ
イオードに関する。
ｎｍの赤外光を発射するダブルヘテロ接合構造の発光ダ
イオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高出力を有するダブルヘテロ接合
構造の発光ダイオードの改良が数多くなされている。そ
の中で例えば特開平２−２３５３８０号公報で開示され
た発光ダイオードを図７に示す。Ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２
１はＺｎを添加されたＧａＡｌＡｓから成り、その層厚
Ｑ1は約１３０μｍであり、その結晶成長の開始面２２
に於けるＡｌ混晶比は約０．５５である。活性層２３は
Ｚｎを添加された混晶比０．０５のＧａＡｌＡｓから成
り、層厚は約１μｍであり、Ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２１の
上に形成される。Ｎ型ＧａＡｌＡｓ層２４はＴｅを添加
されたＧａＡｌＡｓから成り、活性層２３の上に形成さ
れ、活性層２３との境界近傍での混晶比は約０．３３で
ある。これらの３層を合計した層厚Ｑ2は約２００μｍ
である。この様に、活性層の位置、すなわちＱ1／Ｑ2＝
６５％であり、通常５５〜９０％に設定されている。
構造の発光ダイオードの改良が数多くなされている。そ
の中で例えば特開平２−２３５３８０号公報で開示され
た発光ダイオードを図７に示す。Ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２
１はＺｎを添加されたＧａＡｌＡｓから成り、その層厚
Ｑ1は約１３０μｍであり、その結晶成長の開始面２２
に於けるＡｌ混晶比は約０．５５である。活性層２３は
Ｚｎを添加された混晶比０．０５のＧａＡｌＡｓから成
り、層厚は約１μｍであり、Ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２１の
上に形成される。Ｎ型ＧａＡｌＡｓ層２４はＴｅを添加
されたＧａＡｌＡｓから成り、活性層２３の上に形成さ
れ、活性層２３との境界近傍での混晶比は約０．３３で
ある。これらの３層を合計した層厚Ｑ2は約２００μｍ
である。この様に、活性層の位置、すなわちＱ1／Ｑ2＝
６５％であり、通常５５〜９０％に設定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかして上述の発光ダ
イオードは素子として脆弱という欠点がある。何故なら
ば製造工程中のウエハ状態で約９０％のものが割れる
し、又この発光ダイオードを直流１００ｍＡ、室温で連
続運転すると、約１５０時間で劣化が始まるからであ
る。脆弱である原因は結晶内の応力バランスがとれてい
ないからである。それを特性図の図８で説明する。α軸
は各層のＡｌ混晶比を、β軸は活性層２３を原点とする
各層の距離を、γ軸は各部に働く応力を示す。
イオードは素子として脆弱という欠点がある。何故なら
ば製造工程中のウエハ状態で約９０％のものが割れる
し、又この発光ダイオードを直流１００ｍＡ、室温で連
続運転すると、約１５０時間で劣化が始まるからであ
る。脆弱である原因は結晶内の応力バランスがとれてい
ないからである。それを特性図の図８で説明する。α軸
は各層のＡｌ混晶比を、β軸は活性層２３を原点とする
各層の距離を、γ軸は各部に働く応力を示す。
【０００４】通常用いる製造の容易な徐冷法によると、
結晶成長の開始面２２から成長が進につれ、成長温度が
下がるので、混晶比も徐々に下がり、格子定数も下が
る。格子定数の違いによるＰ型ＧａＡｌＡｓ層２１から
活性層２３に働く応力Ｒ1はα×β値に比例し、その応
力Ｒ1の和は面積Ｒ2として示される。同様にＮ型ＧａＡ
ｌＡｓ層２４から活性層２３に働く応力Ｓ1の和は面積
Ｓ2として示される。この両者を比較すると、活性層２
３から結晶成長の開始面２２までの距離が長く、かつそ
の開始面２２に於ける混晶比が大きいので、面積Ｒ2は
面積Ｓ2よりもはるかに大きく、結晶内の応力バランス
が著しくとれていない。その結果、活性層２３に大きな
応力差が加わるので、活性層２３が歪み発光ダイオード
が脆弱になる。故に本発明は上述の欠点を鑑みてなされ
たものであり、すなわち結晶内の応力バランスをとり、
結晶組織を強固にすることにより、割れのない、かつ寿
命の長い発光ダイオードを提供するものである。
結晶成長の開始面２２から成長が進につれ、成長温度が
下がるので、混晶比も徐々に下がり、格子定数も下が
る。格子定数の違いによるＰ型ＧａＡｌＡｓ層２１から
活性層２３に働く応力Ｒ1はα×β値に比例し、その応
力Ｒ1の和は面積Ｒ2として示される。同様にＮ型ＧａＡ
ｌＡｓ層２４から活性層２３に働く応力Ｓ1の和は面積
Ｓ2として示される。この両者を比較すると、活性層２
３から結晶成長の開始面２２までの距離が長く、かつそ
の開始面２２に於ける混晶比が大きいので、面積Ｒ2は
面積Ｓ2よりもはるかに大きく、結晶内の応力バランス
が著しくとれていない。その結果、活性層２３に大きな
応力差が加わるので、活性層２３が歪み発光ダイオード
が脆弱になる。故に本発明は上述の欠点を鑑みてなされ
たものであり、すなわち結晶内の応力バランスをとり、
結晶組織を強固にすることにより、割れのない、かつ寿
命の長い発光ダイオードを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、結晶成長の開始面を有する第１導電型の
ＧａＡｌＡｓ層と、その上に順次、第１導電型のＧａＡ
ｌＡｓ層から成る活性層と、第２導電型のＧａＡｌＡｓ
層を形成する。そして第１導電型のＧａＡｌＡｓ層の層
厚を３層の合計した層厚の２０％ないし５０％になる様
に設ける。
決するために、結晶成長の開始面を有する第１導電型の
ＧａＡｌＡｓ層と、その上に順次、第１導電型のＧａＡ
ｌＡｓ層から成る活性層と、第２導電型のＧａＡｌＡｓ
層を形成する。そして第１導電型のＧａＡｌＡｓ層の層
厚を３層の合計した層厚の２０％ないし５０％になる様
に設ける。
【０００６】また本発明は第１導電型のＧａ1-xＡｌxＡ
ｓ層と、その上に順次第１導電型のＧａ1-yＡｌyＡｓ層
と、第１導電型のＧａ1-zＡｌzＡｓ層から成る活性層
と、第２導電型のＧａＡｌＡｓ層を形成する。そしてｚ
＜ｙ及びｚ＜ｘ≦０．５となる様に設ける。
ｓ層と、その上に順次第１導電型のＧａ1-yＡｌyＡｓ層
と、第１導電型のＧａ1-zＡｌzＡｓ層から成る活性層
と、第２導電型のＧａＡｌＡｓ層を形成する。そしてｚ
＜ｙ及びｚ＜ｘ≦０．５となる様に設ける。
【０００７】更に望しくは、本発明は前記３層の合計し
た層厚、又は前記４層の合計した層厚を１００μｍ以上
とするものである。
た層厚、又は前記４層の合計した層厚を１００μｍ以上
とするものである。
【０００８】
【作用】本発明は上述の様に、第１導電型のＧａＡｌＡ
ｓ層を３層の合計した層厚の２０％ないし５０％になる
様に設ける事により、第１導電型ＧａＡｌＡｓ層が活性
層に加える応力の和と、第２導電型ＧａＡｌＡｓ層が活
性層に加える応力の和の結晶バランスをとる事が出来
る。故に結晶組織が強固になる。
ｓ層を３層の合計した層厚の２０％ないし５０％になる
様に設ける事により、第１導電型ＧａＡｌＡｓ層が活性
層に加える応力の和と、第２導電型ＧａＡｌＡｓ層が活
性層に加える応力の和の結晶バランスをとる事が出来
る。故に結晶組織が強固になる。
【０００９】また本発明は結晶成長の開始面に於ける混
晶比ｘを０．５以下に抑え、かつ第１導電型の層を２層
にする事により、この２層が活性層に加える応力の和を
従来より小さくすることが出来る。故に結晶内の応力バ
ランスがとれて強固な結晶組織となる。
晶比ｘを０．５以下に抑え、かつ第１導電型の層を２層
にする事により、この２層が活性層に加える応力の和を
従来より小さくすることが出来る。故に結晶内の応力バ
ランスがとれて強固な結晶組織となる。
【００１０】更に望ましくは本発明は前記３層又は４層
の層厚を１００μｍ以上にする事によりウエハ状態及び
素子状態での割れをなくす事が出来る。
の層厚を１００μｍ以上にする事によりウエハ状態及び
素子状態での割れをなくす事が出来る。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１に従い説明
する。図１は本実施例に係る発光ダイオードの断面図で
ある。第１導電型のＧａＡｌＡｓ層１はＺｎを添加され
たＧａＡｌＡｓから成り、不純物濃度は０．５〜５×１
０17ｃｍ-3であり、層厚Ａ 1は４０μｍ〜１００μｍで
ある。第１導電型のＧａＡｌＡｓ層１が有する結晶成長
の開始面２に於けるＡｌ混晶比は０．４５である。第１
導電型のＧａＡｌＡｓ層１の混晶比は全範囲に於て０．
１２〜０．５が望しい。活性層３はＺｎを添加されたＧ
ａＡｌＡｓから成り、不純物濃度は１〜８×１０18ｃｍ
-3であり、層厚は０．１〜２μｍであり、Ａｌ混晶比は
０．０５であり、発光波長は８４０ｎｍである。活性層
３の混晶比は赤外光の発光波長８００〜８８０ｎｍに対
応して０．１〜０．０１の中から選択される。そして活
性層３は第２導電型のＧａＡｌＡｓ層１の上に形成され
る。
する。図１は本実施例に係る発光ダイオードの断面図で
ある。第１導電型のＧａＡｌＡｓ層１はＺｎを添加され
たＧａＡｌＡｓから成り、不純物濃度は０．５〜５×１
０17ｃｍ-3であり、層厚Ａ 1は４０μｍ〜１００μｍで
ある。第１導電型のＧａＡｌＡｓ層１が有する結晶成長
の開始面２に於けるＡｌ混晶比は０．４５である。第１
導電型のＧａＡｌＡｓ層１の混晶比は全範囲に於て０．
１２〜０．５が望しい。活性層３はＺｎを添加されたＧ
ａＡｌＡｓから成り、不純物濃度は１〜８×１０18ｃｍ
-3であり、層厚は０．１〜２μｍであり、Ａｌ混晶比は
０．０５であり、発光波長は８４０ｎｍである。活性層
３の混晶比は赤外光の発光波長８００〜８８０ｎｍに対
応して０．１〜０．０１の中から選択される。そして活
性層３は第２導電型のＧａＡｌＡｓ層１の上に形成され
る。
【００１２】第２導電型のＧａＡｌＡｓ層４はＴｅを添
加されたＧａＡｌＡｓから成り、不純物濃度は０．５〜
５×１０17ｃｍ-3であり、活性層３の上に形成される。
第２導電型のＧａＡｌＡｓ層４は活性層３との境界近傍
に於て混晶比が０．３８である。第２導電型のＧａＡｌ
Ａｓ層４の混晶比は全範囲にわたって０．１２〜０．５
が望しい。そしてこれら３層の合計した層厚Ａ2は約２
００μｍである。従って活性層３の位置、すなわちＡ1
／Ａ2は２０％ないし５０％に設定される。第１、第２
の電極５と６は共にＡｕ等から成り、それぞれ結晶成長
の開始面２と第２導電型のＧａＡｌＡｓ層４の表面に形
成される。これらの層により発光ダイオード７は構成さ
れる。
加されたＧａＡｌＡｓから成り、不純物濃度は０．５〜
５×１０17ｃｍ-3であり、活性層３の上に形成される。
第２導電型のＧａＡｌＡｓ層４は活性層３との境界近傍
に於て混晶比が０．３８である。第２導電型のＧａＡｌ
Ａｓ層４の混晶比は全範囲にわたって０．１２〜０．５
が望しい。そしてこれら３層の合計した層厚Ａ2は約２
００μｍである。従って活性層３の位置、すなわちＡ1
／Ａ2は２０％ないし５０％に設定される。第１、第２
の電極５と６は共にＡｕ等から成り、それぞれ結晶成長
の開始面２と第２導電型のＧａＡｌＡｓ層４の表面に形
成される。これらの層により発光ダイオード７は構成さ
れる。
【００１３】上述の結晶成長の開始面２は製造工程に於
て、その下に設けられたＧａＡｓ基板（図示せず）の上
に順次、第１導電型のＧａＡｌＡｓ層１と活性層３と第
２導電型のＧａＡｌＡｓ層４が徐冷法というエピタキシ
ャル成長法により、形成される。そしてこのＧａＡｓ基
板は発光波長に対して吸収体であるため、ウエハプロセ
スの途中で研摩又は選択エッチングして除去しても良
い。勿論、ＧａＡｓ基板は残しても構わない。
て、その下に設けられたＧａＡｓ基板（図示せず）の上
に順次、第１導電型のＧａＡｌＡｓ層１と活性層３と第
２導電型のＧａＡｌＡｓ層４が徐冷法というエピタキシ
ャル成長法により、形成される。そしてこのＧａＡｓ基
板は発光波長に対して吸収体であるため、ウエハプロセ
スの途中で研摩又は選択エッチングして除去しても良
い。勿論、ＧａＡｓ基板は残しても構わない。
【００１４】次に本実施例に係る発光ダイオードの特性
図を図２に示す。α軸はＡｌ混晶比、β軸は各層の距
離、γ軸は応力を示す。上述の様に、８４０ｎｍの赤外
光を発射するために活性層３の混晶比は０．０５であ
る。そして第１、第２導電型のＧａＡｌＡｓ層１と４の
混晶比は０．１２〜０．５が望しい。何故ならばＧａＡ
ｌＡｓはＧａＡｓとＡｌＡｓの混晶であり、ＡｌＡｓの
方が抵抗値が大きい。そして混晶比を大きくすると抵抗
が増えて、順電圧ＶFが大きくなる。同じ電圧を印加し
た時、ＶFが低い程、電流がよく流れて光出力が増加す
る。故に混晶比の上限値を０．５とする。又、混晶比を
小さくすると活性層３の光り閉じ込め効率が下がるので
混晶比の下限値を０．１２とする。以上の理由により図
２に於て、結晶成長の開始面２及び第２導電型のＧａＡ
ｌＡｓ層４の成長開始面に於ける混晶比をそれぞれ０．
４５と０．３８に設定する。
図を図２に示す。α軸はＡｌ混晶比、β軸は各層の距
離、γ軸は応力を示す。上述の様に、８４０ｎｍの赤外
光を発射するために活性層３の混晶比は０．０５であ
る。そして第１、第２導電型のＧａＡｌＡｓ層１と４の
混晶比は０．１２〜０．５が望しい。何故ならばＧａＡ
ｌＡｓはＧａＡｓとＡｌＡｓの混晶であり、ＡｌＡｓの
方が抵抗値が大きい。そして混晶比を大きくすると抵抗
が増えて、順電圧ＶFが大きくなる。同じ電圧を印加し
た時、ＶFが低い程、電流がよく流れて光出力が増加す
る。故に混晶比の上限値を０．５とする。又、混晶比を
小さくすると活性層３の光り閉じ込め効率が下がるので
混晶比の下限値を０．１２とする。以上の理由により図
２に於て、結晶成長の開始面２及び第２導電型のＧａＡ
ｌＡｓ層４の成長開始面に於ける混晶比をそれぞれ０．
４５と０．３８に設定する。
【００１５】第１導電型のＧａＡｌＡｓ層１から活性層
３に働く応力Ｂ1の和は面積Ｂ2として示される。第２導
電型のＧａＡｌＡｓ層４から活性層３に働く応力Ｃ1の
和は面積Ｃ2として示される。そしてこの面積Ｂ2とＣ2
の差は非常に小さくなる。すなわち結晶内の応力バラン
スがよくとれている。何故ならば活性層３の位置、すな
わちＡ1／Ａ2が従来の６５％に対して、本実施例では２
０〜５０％になるからである。そして結晶成長の開始面
２までのβ値が従来より小さくなるので、この開始面２
に於けるα×βで示される応力Ｂ1は小さくなり面積Ｂ2
も小さくなる。そして第２導電型のＧａＡｌＡｓ層４の
表面までのβ値が従来より長くなるので従来より面積Ｃ
2が大きくなる。その結果、面積Ｂ2とＣ2の差が小さく
なる。
３に働く応力Ｂ1の和は面積Ｂ2として示される。第２導
電型のＧａＡｌＡｓ層４から活性層３に働く応力Ｃ1の
和は面積Ｃ2として示される。そしてこの面積Ｂ2とＣ2
の差は非常に小さくなる。すなわち結晶内の応力バラン
スがよくとれている。何故ならば活性層３の位置、すな
わちＡ1／Ａ2が従来の６５％に対して、本実施例では２
０〜５０％になるからである。そして結晶成長の開始面
２までのβ値が従来より小さくなるので、この開始面２
に於けるα×βで示される応力Ｂ1は小さくなり面積Ｂ2
も小さくなる。そして第２導電型のＧａＡｌＡｓ層４の
表面までのβ値が従来より長くなるので従来より面積Ｃ
2が大きくなる。その結果、面積Ｂ2とＣ2の差が小さく
なる。
【００１６】次に上述のＡ1／Ａ2と応力の関係を実証す
るために、活性層の位置、すなわちＡ1／Ａ2（％）と工
程内のウエハ割れ発生率（％）の関係を図３に示す。最
初に試料の製作方法について述べる。活性層の位置が異
なる様に、異なる組成及び成長温度でエピタキシャル成
長させた５種類、各２０枚のウエハを製作する。その組
成及び成長温度を表１に示す。
るために、活性層の位置、すなわちＡ1／Ａ2（％）と工
程内のウエハ割れ発生率（％）の関係を図３に示す。最
初に試料の製作方法について述べる。活性層の位置が異
なる様に、異なる組成及び成長温度でエピタキシャル成
長させた５種類、各２０枚のウエハを製作する。その組
成及び成長温度を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】そして製作したウエハが割れているか否か
を目視で調べ、そのウエハの割れ発生率（％）を縦軸に
とる。この表により、活性層の位置、Ａ1／Ａ2が２０％
ないし５０％の範囲に於て、ウエハの割れ発生率は１０
％未満と低く、Ａ1／Ａ2がそれ以外の範囲に於て、ウエ
ハの割れ発生率は急激に高くなり、量産に適しない。
を目視で調べ、そのウエハの割れ発生率（％）を縦軸に
とる。この表により、活性層の位置、Ａ1／Ａ2が２０％
ないし５０％の範囲に於て、ウエハの割れ発生率は１０
％未満と低く、Ａ1／Ａ2がそれ以外の範囲に於て、ウエ
ハの割れ発生率は急激に高くなり、量産に適しない。
【００１９】更に上述の５種類のウエハをダイシングし
て得られた５種類、各５個の発光ダイオードをそれぞれ
直流１００ｍＡ、室温で連続運転をした。その時の経過
時間に対する光出力（相対値）を図４に示す。この図よ
りＥとＦの発光ダイオードは１０００時間経過後も初期
値を維持するが、ＤとＧとＨの発光ダイオードは劣化す
る事が判かる。なおＧは従来と同一条件で製作した発光
ダイオードである。
て得られた５種類、各５個の発光ダイオードをそれぞれ
直流１００ｍＡ、室温で連続運転をした。その時の経過
時間に対する光出力（相対値）を図４に示す。この図よ
りＥとＦの発光ダイオードは１０００時間経過後も初期
値を維持するが、ＤとＧとＨの発光ダイオードは劣化す
る事が判かる。なおＧは従来と同一条件で製作した発光
ダイオードである。
【００２０】上述の図１ないし図４と共に説明した事を
まとめると、活性層３の位置、すなわちＡ1／Ａ2が２０
％ないし５０％の範囲に於て、混晶比の差によって起こ
る第１導電型のＧａＡｌＡｓ層１から活性層３に加わる
応力の和Ｂ2と第２導電型のＧａＡｌＡｓ層４から活性
層３に加わる応力の和Ｃ2は略バランスする。故に結晶
内のバランスがとれて強固な結晶組織になるので、活性
層３の歪みが生じなくなり、工程内でのウエハ割れが激
減し、寿命も長くなるものと考えられる。また本実施例
では３層の合計した層厚を約２００μｍのものを製作し
たが、約１００μｍ以上の層厚が有れば略同等の良い結
果が得られる事が判った。１００μｍ未満の層厚の発光
ダイオードを得るためにウエハを製作したが、ウエハの
割れ発生率が図３で示した値より悪くなった。
まとめると、活性層３の位置、すなわちＡ1／Ａ2が２０
％ないし５０％の範囲に於て、混晶比の差によって起こ
る第１導電型のＧａＡｌＡｓ層１から活性層３に加わる
応力の和Ｂ2と第２導電型のＧａＡｌＡｓ層４から活性
層３に加わる応力の和Ｃ2は略バランスする。故に結晶
内のバランスがとれて強固な結晶組織になるので、活性
層３の歪みが生じなくなり、工程内でのウエハ割れが激
減し、寿命も長くなるものと考えられる。また本実施例
では３層の合計した層厚を約２００μｍのものを製作し
たが、約１００μｍ以上の層厚が有れば略同等の良い結
果が得られる事が判った。１００μｍ未満の層厚の発光
ダイオードを得るためにウエハを製作したが、ウエハの
割れ発生率が図３で示した値より悪くなった。
【００２１】次に活性層の位置を限定する上述の実施例
以外の手段を述べる。本発明の第２実施例を図５に従い
説明する。図５は本実施例に係る発光ダイオードの断面
図である。第１導電型のＧａ1-xＡｌxＡｓ層８はＺｎを
添加されたＧａＡｌＡｓから成り、不純物濃度は０．５
〜５×１０17ｃｍ-3であり、層厚は約６５μｍである。
Ｇａ1-xＡｌxＡｓ層８が有する結晶成長の開始面９に於
ける混晶比は０．４である。Ｇａ1-xＡｌxＡｓ層８の混
晶比は全範囲にわたって０．５以下が望しい。
以外の手段を述べる。本発明の第２実施例を図５に従い
説明する。図５は本実施例に係る発光ダイオードの断面
図である。第１導電型のＧａ1-xＡｌxＡｓ層８はＺｎを
添加されたＧａＡｌＡｓから成り、不純物濃度は０．５
〜５×１０17ｃｍ-3であり、層厚は約６５μｍである。
Ｇａ1-xＡｌxＡｓ層８が有する結晶成長の開始面９に於
ける混晶比は０．４である。Ｇａ1-xＡｌxＡｓ層８の混
晶比は全範囲にわたって０．５以下が望しい。
【００２２】Ｇａ1-yＡｌyＡｓ層１０は濃度０．５〜５
×１０17ｃｍ-3のＺｎを添加されたＧａＡｌＡｓから成
り、層厚は約６５μｍであり、Ｇａ1-xＡｌxＡｓ層８と
の境界付近に於て、混晶比は０．４６であり、Ｇａ1-x
ＡｌxＡｓ層８の上に形成される。活性層３は第１導電
型のＧａ1-zＡｌzＡｓから成り、第１実施例のものと同
じであり、Ｇａ1-yＡｌyＡｓ層１０の上に形成される。
第２導電型のＧａＡｌＡｓ層４は第１実施例のものと同
じであり、活性層３の上に形成される。これら４層の合
計した層厚Ｊ2は約２００μｍであり、Ｇａ1-xＡｌxＡ
ｓ層８とＧａ1-yＡｌyＡｓ層１０を加えた層厚Ｊ1＝１
３０μｍである。従って活性層の位置、すなわちＪ1／
Ｊ2は６５％であり従来と同じである。第１、第２の電
極５と６は第１実施例のものと同じである。これらの層
により、発光ダイオード１１は構成される。
×１０17ｃｍ-3のＺｎを添加されたＧａＡｌＡｓから成
り、層厚は約６５μｍであり、Ｇａ1-xＡｌxＡｓ層８と
の境界付近に於て、混晶比は０．４６であり、Ｇａ1-x
ＡｌxＡｓ層８の上に形成される。活性層３は第１導電
型のＧａ1-zＡｌzＡｓから成り、第１実施例のものと同
じであり、Ｇａ1-yＡｌyＡｓ層１０の上に形成される。
第２導電型のＧａＡｌＡｓ層４は第１実施例のものと同
じであり、活性層３の上に形成される。これら４層の合
計した層厚Ｊ2は約２００μｍであり、Ｇａ1-xＡｌxＡ
ｓ層８とＧａ1-yＡｌyＡｓ層１０を加えた層厚Ｊ1＝１
３０μｍである。従って活性層の位置、すなわちＪ1／
Ｊ2は６５％であり従来と同じである。第１、第２の電
極５と６は第１実施例のものと同じである。これらの層
により、発光ダイオード１１は構成される。
【００２３】次に本実施例に係る発光ダイオードの特性
図を図６に示す。Ｇａ1-xＡｌxＡｓ層８とＧａ1-yＡｌy
Ａｓ層１０と第２導電型のＧａＡｌＡｓ層４が活性層３
に加える応力をそれぞれＫ1、Ｌ1、Ｐ1で示し、その応
力の和をそれぞれＫ2、Ｌ2、Ｐ2で示す。そして従来の
発光ダイオードのＰ型ＧａＡｌＡｓ層の混晶比をＭで示
し、Ｐ型ＧａＡｌＡｓ層が活性層に加える応力をＮで示
す。本実施例ではＧａ 1-xＡｌxＡｓ層８の混晶比ｘをｚ
＜ｘ≦０．５と限定している ｘ＞ｚとするのは活性層
３の光閉じ込め効率を上げるためである。ｘ≦０．５と
したので、結晶成長の開始面９に於けるＧａ1-xＡｌxＡ
ｓ層８の混晶比を抑える事により、従来の発光ダイオー
ドのＰ型ＧａＡｌＡｓ層の混晶比より小さくできる。そ
して、その小さくなった差が従来能力Ｎと本実施例の応
力Ｋ1の差となり、この応力ＮとＫ1で囲まれた面積Ｎ−
Ｋに略相当する応力の分だけ、活性層３に加わる応力と
して減る。故にＧａ1-xＡｌxＡｓ層８とＧａ1-yＡｌyＡ
ｓ層１０が活性層３に加える応力Ｋ2＋Ｌ2と、第２導電
型のＧａＡｌＡｓ層４が活性層３に加える応力Ｐ 2との
差が少なくなる。それ故、結晶内のバランスがとれて強
固な結晶組織になる。
図を図６に示す。Ｇａ1-xＡｌxＡｓ層８とＧａ1-yＡｌy
Ａｓ層１０と第２導電型のＧａＡｌＡｓ層４が活性層３
に加える応力をそれぞれＫ1、Ｌ1、Ｐ1で示し、その応
力の和をそれぞれＫ2、Ｌ2、Ｐ2で示す。そして従来の
発光ダイオードのＰ型ＧａＡｌＡｓ層の混晶比をＭで示
し、Ｐ型ＧａＡｌＡｓ層が活性層に加える応力をＮで示
す。本実施例ではＧａ 1-xＡｌxＡｓ層８の混晶比ｘをｚ
＜ｘ≦０．５と限定している ｘ＞ｚとするのは活性層
３の光閉じ込め効率を上げるためである。ｘ≦０．５と
したので、結晶成長の開始面９に於けるＧａ1-xＡｌxＡ
ｓ層８の混晶比を抑える事により、従来の発光ダイオー
ドのＰ型ＧａＡｌＡｓ層の混晶比より小さくできる。そ
して、その小さくなった差が従来能力Ｎと本実施例の応
力Ｋ1の差となり、この応力ＮとＫ1で囲まれた面積Ｎ−
Ｋに略相当する応力の分だけ、活性層３に加わる応力と
して減る。故にＧａ1-xＡｌxＡｓ層８とＧａ1-yＡｌyＡ
ｓ層１０が活性層３に加える応力Ｋ2＋Ｌ2と、第２導電
型のＧａＡｌＡｓ層４が活性層３に加える応力Ｐ 2との
差が少なくなる。それ故、結晶内のバランスがとれて強
固な結晶組織になる。
【００２４】更に上述の実施例に係るウエハの割れ発生
率（％）を調査した。表２に示す組成及び成長温度にて
ウエハＩ1、Ｉ2、Ｉ3３種類、各２０枚製作する。
率（％）を調査した。表２に示す組成及び成長温度にて
ウエハＩ1、Ｉ2、Ｉ3３種類、各２０枚製作する。
【００２５】
【表２】
【００２６】そして製作したウエハが割れているか否か
を調べると、ウエハの割れ発生率はＩ1では３％、Ｉ2で
は５％、Ｉ3では３５％となる。
を調べると、ウエハの割れ発生率はＩ1では３％、Ｉ2で
は５％、Ｉ3では３５％となる。
【００２７】次に上述のＩ1、Ｉ2のウエハをダイシング
して得られたそれぞれ５個の発光ダイオードをそれぞれ
直流１００ｍＡ、室温で連続運転をした。その時の経過
時間に対する光出力（相対値）を図４に示す。この図よ
りＩ1及びＩ2のウエハから得られた発光ダイオードは１
０００時間経過後も初期値を維持する。
して得られたそれぞれ５個の発光ダイオードをそれぞれ
直流１００ｍＡ、室温で連続運転をした。その時の経過
時間に対する光出力（相対値）を図４に示す。この図よ
りＩ1及びＩ2のウエハから得られた発光ダイオードは１
０００時間経過後も初期値を維持する。
【００２８】図６により上述の本実施例をまとめると、
Ｇａ1-yＡｌyＡｓ層１０の混晶比ｙは、活性層３の光閉
じ込め効率を上げるために、活性層３の混晶比ｚより大
きくする必要が有る。またＧａ1-yＡｌyＡｓ層１０は比
較的、活性層３に近いので、混晶比が大きくても、α×
βで示される応力Ｌ1は小さい。故にｙの上限値は限定
しない。またＧａ1-xＡｌxＡｓ層８の混晶比ｘは、上述
の様にｚ＜ｘ≦０．５が妥当である。何故ならばｘ＝
０．５としたウエハＩ2の割れ発生率は５％であり、ｘ
＝０．５５としたウエハＩ3の割れ発生率は３５％とな
り、ｘ≧０．５５としたウエハは割れ発生率が高く、量
産に適さないからである。また従来の発光ダイオードの
Ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２１の結晶成長の開始面２２に於け
る混晶比を０．５以下にした場合は、活性層２３に隣接
する部分に於て活性層２３の混晶比より小さくなり、光
閉じ込め出来なくなる事があり、これもまた量産には適
さない。これに対して本実施例では上述の様に活性層３
に隣接して活性層３よりも混晶比の高いＧａ1-yＡｌyＡ
ｓ層１０を設けて光閉じ込めを行い、しかも混晶比か高
くても応力Ｌ1及びその和Ｌ2は余り大きくならないの
で、応力差が低く維持できるという利点を有する。
Ｇａ1-yＡｌyＡｓ層１０の混晶比ｙは、活性層３の光閉
じ込め効率を上げるために、活性層３の混晶比ｚより大
きくする必要が有る。またＧａ1-yＡｌyＡｓ層１０は比
較的、活性層３に近いので、混晶比が大きくても、α×
βで示される応力Ｌ1は小さい。故にｙの上限値は限定
しない。またＧａ1-xＡｌxＡｓ層８の混晶比ｘは、上述
の様にｚ＜ｘ≦０．５が妥当である。何故ならばｘ＝
０．５としたウエハＩ2の割れ発生率は５％であり、ｘ
＝０．５５としたウエハＩ3の割れ発生率は３５％とな
り、ｘ≧０．５５としたウエハは割れ発生率が高く、量
産に適さないからである。また従来の発光ダイオードの
Ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２１の結晶成長の開始面２２に於け
る混晶比を０．５以下にした場合は、活性層２３に隣接
する部分に於て活性層２３の混晶比より小さくなり、光
閉じ込め出来なくなる事があり、これもまた量産には適
さない。これに対して本実施例では上述の様に活性層３
に隣接して活性層３よりも混晶比の高いＧａ1-yＡｌyＡ
ｓ層１０を設けて光閉じ込めを行い、しかも混晶比か高
くても応力Ｌ1及びその和Ｌ2は余り大きくならないの
で、応力差が低く維持できるという利点を有する。
【００２９】また本実施例では４層の合計した層厚を約
２００μｍのものを製作したが、約１００μｍ以上の層
厚が有れば略同等の良い結果が得られる事が判った。１
００μｍ未満の層厚の発光ダイオードを得るためにウエ
ハを製作したが、ウエハの割れ発生率が上述の２００μ
ｍのものより悪くなった。
２００μｍのものを製作したが、約１００μｍ以上の層
厚が有れば略同等の良い結果が得られる事が判った。１
００μｍ未満の層厚の発光ダイオードを得るためにウエ
ハを製作したが、ウエハの割れ発生率が上述の２００μ
ｍのものより悪くなった。
【００３０】
【発明の効果】上述の様に本発明は活性層の位置、すな
わちＡ1／Ａ2を２０％ないし５０％に設定する事によ
り、混晶比の差によって起こる第１導電型のＧａＡｌＡ
ｓ層から活性層に加わる応力の和と、第２導電型のＧａ
ＡｌＡｓ層から活性層に加わる応力の和を略バランスさ
せる事が出来る。故に結晶内のバランスがとれて強固な
結晶組織になるので、活性層の歪みが生じなくなり、工
程内でのウエハ割れが激減し、寿命も長くなる。
わちＡ1／Ａ2を２０％ないし５０％に設定する事によ
り、混晶比の差によって起こる第１導電型のＧａＡｌＡ
ｓ層から活性層に加わる応力の和と、第２導電型のＧａ
ＡｌＡｓ層から活性層に加わる応力の和を略バランスさ
せる事が出来る。故に結晶内のバランスがとれて強固な
結晶組織になるので、活性層の歪みが生じなくなり、工
程内でのウエハ割れが激減し、寿命も長くなる。
【００３１】又本発明は結晶成長の開始面を有するＧａ
1-xＡｌxＡｓ層の混晶比ｘを０．５以下に抑え、かつそ
の上にＧａ1-yＡｌyＡｓ層を加えた２層構造にする事に
よりこれらの２層が活性層に加える応力の和を従来より
小さくする事が出来る。故に結晶内のバランスがとれ強
固な結晶組織になる。また２層の混晶比をそれぞれ活性
層よりも大きくする事により、光閉じ込め効率が高くな
る。
1-xＡｌxＡｓ層の混晶比ｘを０．５以下に抑え、かつそ
の上にＧａ1-yＡｌyＡｓ層を加えた２層構造にする事に
よりこれらの２層が活性層に加える応力の和を従来より
小さくする事が出来る。故に結晶内のバランスがとれ強
固な結晶組織になる。また２層の混晶比をそれぞれ活性
層よりも大きくする事により、光閉じ込め効率が高くな
る。
【００３２】更に望しくは本発明は、発光ダイオードを
構成する上述の３層又は４層の層厚を１００μｍ以上に
設ける事により、工程内でのウエハ割れを減らし、かつ
素子として強固になる。
構成する上述の３層又は４層の層厚を１００μｍ以上に
設ける事により、工程内でのウエハ割れを減らし、かつ
素子として強固になる。
【図１】本発明の第１実施例に係る発光ダイオードの断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る各層の距離とアルミ
混晶比と応力の変化を示す図である。
混晶比と応力の変化を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る活性層の位置とウエ
ハの割れ発生率との関係を示す図である。
ハの割れ発生率との関係を示す図である。
【図４】本発明の第１、第２実施例に係る発光ダイオー
ドの点灯経過時間と光出力との関係を示す図である。
ドの点灯経過時間と光出力との関係を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る発光ダイオードの断
面図である。
面図である。
【図６】本発明の第２実施例に係る各層の距離とアルミ
混晶比と応力の変化を示す図である。
混晶比と応力の変化を示す図である。
【図７】従来の発光ダイオードの断面図である。
【図８】従来の発光ダイオードの各層の距離とアルミ混
晶比と応力の変化を示す図である。
晶比と応力の変化を示す図である。
１ 第１導電型のＧａＡｌＡｓ層 ２、９ 結晶成長の開始面 ３ 活性層 ４ 第２導電型のＧａＡｌＡｓ層 ５ 第１の電極 ６ 第２の電極 ７、１１ 発光ダイオード ８ Ｇａ1-xＡｌxＡｓ層 １０ Ｇａ1-yＡｌyＡｓ層
Claims (3)
- 【請求項１】 結晶成長の開始面を有する第１導電型の
ＧａＡｌＡｓ層と、その上に順次形成された第１導電型
のＧａＡｌＡｓから成る活性層と、第２導電型のＧａＡ
ｌＡｓ層とを具備する発光ダイオードに於て、前記第１
導電型のＧａＡｌＡｓ層の層厚が前記３層の合計した層
厚の２０％ないし５０％である事を特徴とする発光ダイ
オード。 - 【請求項２】 結晶成長の開始面を有する第１導電型の
Ｇａ1-xＡｌxＡｓ層と、その上に順次形成された第１導
電型のＧａ1-yＡｌyＡｓ層と、第１導電型のＧａ1-zＡ
ｌzＡｓから成る活性層と、第２導電型のＧａＡｌＡｓ
層とを具備する発光ダイオードに於て、ｚ＜ｙ及びｚ＜
ｘ≦０．５とした事を特徴とする発光ダイオード。 - 【請求項３】 請求項１に記載の前記３層の合計した層
厚、又は請求項２に記載の前記４層の合計した層厚が１
００μｍ以上である事を特徴とする請求項１又は請求項
２の発光ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22725491A JPH0567806A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22725491A JPH0567806A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 発光ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0567806A true JPH0567806A (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=16857939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22725491A Pending JPH0567806A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0567806A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006073077A1 (ja) * | 2005-01-05 | 2006-07-13 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | 赤外発光ダイオード及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP22725491A patent/JPH0567806A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006073077A1 (ja) * | 2005-01-05 | 2006-07-13 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | 赤外発光ダイオード及びその製造方法 |
| US8017960B2 (en) | 2005-01-05 | 2011-09-13 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Infrared emitting diode and method of its manufacture |
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