JPS61182279A - 赤外発光素子 - Google Patents
赤外発光素子Info
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- JPS61182279A JPS61182279A JP60022850A JP2285085A JPS61182279A JP S61182279 A JPS61182279 A JP S61182279A JP 60022850 A JP60022850 A JP 60022850A JP 2285085 A JP2285085 A JP 2285085A JP S61182279 A JPS61182279 A JP S61182279A
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- Japan
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- xalxas
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 10
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はG a A s並びにG a A I A s
を用いた高出力の赤外発光素子に関する。
を用いた高出力の赤外発光素子に関する。
現在赤外発光ダイオードは単体の赤外LEDランプある
いはホトアイソレータ用発光素子等として広く光応用機
器に用いられており定電圧及び定電η℃のいずれにおい
ても高出力の素子の開発並びに改良が期待されている。
いはホトアイソレータ用発光素子等として広く光応用機
器に用いられており定電圧及び定電η℃のいずれにおい
ても高出力の素子の開発並びに改良が期待されている。
これに対して従来より使用されている赤外発光ダイオー
ドは第3図にその模式的な断面図を示すようにn型G
a A s基板7上に8i添加n型G a A s層8
と81添加PmGaAs層9が形成され、この上に例え
ばAuZ口/Au等よpなるP側電極10が、またn
ijl GBkB基版7の下面に例えばA u Ge
/A u等より成るn側電極11が形成されている。
ドは第3図にその模式的な断面図を示すようにn型G
a A s基板7上に8i添加n型G a A s層8
と81添加PmGaAs層9が形成され、この上に例え
ばAuZ口/Au等よpなるP側電極10が、またn
ijl GBkB基版7の下面に例えばA u Ge
/A u等より成るn側電極11が形成されている。
周知の通りSiはG B A B中においては両性不純
物として働くため1回の液相成長過程にょ9n型及びp
型のGaAs層が形成される。即ち高温においてはGa
サイトの方へはいるSiの量が多いためn型に、低温に
おいては反対にA5サイトの方へはいるSlの量が多く
p型となる。この場合の特徴として、上述したように一
回の液相成長過程において両導電型のエピタキシャル層
が形成されるためにp−n接合部の結晶性は良好である
が、一方ではn#j!及びp型エピタキシャル層の81
不純物濃度を独立に制御することが困離であp、−般に
光を取り出す側となるp型エピタキシャル層のSi不純
物濃度は表面に近づくにつれて高濃度となる。
物として働くため1回の液相成長過程にょ9n型及びp
型のGaAs層が形成される。即ち高温においてはGa
サイトの方へはいるSiの量が多いためn型に、低温に
おいては反対にA5サイトの方へはいるSlの量が多く
p型となる。この場合の特徴として、上述したように一
回の液相成長過程において両導電型のエピタキシャル層
が形成されるためにp−n接合部の結晶性は良好である
が、一方ではn#j!及びp型エピタキシャル層の81
不純物濃度を独立に制御することが困離であp、−般に
光を取り出す側となるp型エピタキシャル層のSi不純
物濃度は表面に近づくにつれて高濃度となる。
上述した構造とは別に最近になって以下に記述される如
くの高効率赤外発光ダイオードが提案され、実用化され
始めている。
くの高効率赤外発光ダイオードが提案され、実用化され
始めている。
第4図にその断面図を示す。n型G B A B基板1
2上に8i添加のnm及びpM G a > −xAI
XA 8層、13.14が形成された後、n m G
aAs基板12を研摩又はエツチングにより除去したも
のである。この後、n型Ga I−X AAI xAs
As層上3上えばA(IGe/Au等よりなるn側電極
15がまた1) 121 Ga 1−xAl xAsA
s層上4上えばA uZ n /A u等よりなるp0
111電極16を形成し、王として口型Ga1−xAl
xAs層13側より光’t−取り出t。
2上に8i添加のnm及びpM G a > −xAI
XA 8層、13.14が形成された後、n m G
aAs基板12を研摩又はエツチングにより除去したも
のである。この後、n型Ga I−X AAI xAs
As層上3上えばA(IGe/Au等よりなるn側電極
15がまた1) 121 Ga 1−xAl xAsA
s層上4上えばA uZ n /A u等よりなるp0
111電極16を形成し、王として口型Ga1−xAl
xAs層13側より光’t−取り出t。
AlAs混晶比Xの深さ方向分布の一例を第4図と位置
関係を対応させて第5図に示す。同、Xの値は要求され
るデバイスの発光中心波長により決定される。
関係を対応させて第5図に示す。同、Xの値は要求され
るデバイスの発光中心波長により決定される。
この構造の特畝は前述したSi添加G B A Sと同
様に、−回の液相成長過程でp −n接合が形成される
ための結晶性が良好であることは当然であるが+’ p
−n接合近傍より上方(n型G a l−x AJI
i XAs層側)へ進む光はn W Ga l−xAI
l xAsAlB12制帯幅がそのA lA s混晶比
Xにより、発光波長に対して充分大さく、結果として吸
収が極めて小さいことである。この点において、従来の
Si添加G B A 5に比し、発光出力の点では優れ
ていると言える。
様に、−回の液相成長過程でp −n接合が形成される
ための結晶性が良好であることは当然であるが+’ p
−n接合近傍より上方(n型G a l−x AJI
i XAs層側)へ進む光はn W Ga l−xAI
l xAsAlB12制帯幅がそのA lA s混晶比
Xにより、発光波長に対して充分大さく、結果として吸
収が極めて小さいことである。この点において、従来の
Si添加G B A 5に比し、発光出力の点では優れ
ていると言える。
前述した赤外発光素子は以下に説明されるような欠点が
存在する。即ちSl添加G a A sにおいては既に
述べたようにSi不純物濃度が大きいことにより発光波
長における結晶の内部での吸収係数が無視できない。一
方、結晶と外部との屈折率の差により、p −n接合近
傍で発した光の多くは結晶内部で全反射し、実効的な光
学長は長くなるため上述の吸収係数と合せ、結果として
外部へ取り出せる光出力は減少する。このような事情は
通常一般に実施されている吸収係数の大きいp g G
aAs層(例えば8i不不純物産り10 ” 9cm−
3で吸収係数100cm−’以上)側より光を取り出す
際に著しいがnサイドアップの場仕もそれほど発光出力
は改善されないことが実験的に確認されている。
存在する。即ちSl添加G a A sにおいては既に
述べたようにSi不純物濃度が大きいことにより発光波
長における結晶の内部での吸収係数が無視できない。一
方、結晶と外部との屈折率の差により、p −n接合近
傍で発した光の多くは結晶内部で全反射し、実効的な光
学長は長くなるため上述の吸収係数と合せ、結果として
外部へ取り出せる光出力は減少する。このような事情は
通常一般に実施されている吸収係数の大きいp g G
aAs層(例えば8i不不純物産り10 ” 9cm−
3で吸収係数100cm−’以上)側より光を取り出す
際に著しいがnサイドアップの場仕もそれほど発光出力
は改善されないことが実験的に確認されている。
また8i添加G a 1− xAJli xk5 の
場合は前述の通り、p−n接合近傍より上方、′即ちn
型Ga1−XA I X A 3層13へ向った光に対
しては、既に述べたようにこの層における光吸収係数は
発光波長に対して無視できる程小さく、また屈折率の点
でもG B A Bよシ改善されるため光出力は改善さ
れる。
場合は前述の通り、p−n接合近傍より上方、′即ちn
型Ga1−XA I X A 3層13へ向った光に対
しては、既に述べたようにこの層における光吸収係数は
発光波長に対して無視できる程小さく、また屈折率の点
でもG B A Bよシ改善されるため光出力は改善さ
れる。
しかしながらp −n接合近傍よシ下方、即ちp型Ga
1−xAlxAs 層14へ向った光に対しては第5
図のA I A s混晶比分布より容易に理解されるよ
うに、発光波長に対して禁制帝中が小さくなり光は大部
分吸収される。従ってこの点でこの構造はさらに改善の
余地があると言える。さらに第4図の構造においてはp
−n接合がG a A I A s により形成されて
いるため順方向立上り電圧(VF)がG a A sに
比し、犬となる。このことは例えばリモコン用素子等の
定電圧駆動回路で夏用される場合においては素子に流れ
る1M、流値が小さくなり極めて不利となる。
1−xAlxAs 層14へ向った光に対しては第5
図のA I A s混晶比分布より容易に理解されるよ
うに、発光波長に対して禁制帝中が小さくなり光は大部
分吸収される。従ってこの点でこの構造はさらに改善の
余地があると言える。さらに第4図の構造においてはp
−n接合がG a A I A s により形成されて
いるため順方向立上り電圧(VF)がG a A sに
比し、犬となる。このことは例えばリモコン用素子等の
定電圧駆動回路で夏用される場合においては素子に流れ
る1M、流値が小さくなり極めて不利となる。
本発明は前述した従来の素子構造の欠点に鑑みなされた
もので、順方向電圧等の特性をG aA 5発光素子と
同等としたまま、発光出力の点で優れた素子構造を提供
することを目的とする。
もので、順方向電圧等の特性をG aA 5発光素子と
同等としたまま、発光出力の点で優れた素子構造を提供
することを目的とする。
本発明はnmGa1−XAIXAS(0<X≦1)層、
8i添加の口型及びp型GaAs/*をこの順に配置成
長し、王としてn m Ga s −xAlxAs
層より光を取り出すことにより高出力化を実現するもの
である。
8i添加の口型及びp型GaAs/*をこの順に配置成
長し、王としてn m Ga s −xAlxAs
層より光を取り出すことにより高出力化を実現するもの
である。
第1図は本実施例において製作された高出力赤外発光ダ
イオードのウェハー断面図である。
イオードのウェハー断面図である。
口型(100)GaAs基板1(点線)上に通常の液相
エピタキシャル成長法を用いてnai!Gat−xAl
xAs層2を形成する。この時の仕込み量はGa1g当
りA11.3my、GaAs多結晶120my、813
mg であり920℃から890℃まで成長を行なった
。次に連続して”1iGaAs層3及びp型GBA54
を形成する。この時の仕込量はGal#当りGaAs多
結晶120my、813m&であり。
エピタキシャル成長法を用いてnai!Gat−xAl
xAs層2を形成する。この時の仕込み量はGa1g当
りA11.3my、GaAs多結晶120my、813
mg であり920℃から890℃まで成長を行なった
。次に連続して”1iGaAs層3及びp型GBA54
を形成する。この時の仕込量はGal#当りGaAs多
結晶120my、813m&であり。
890℃から730℃まで成長を行なった。このときの
n型Ga 1−xkl xAsAsO2I A s混晶
比分布を第2図に示す。
n型Ga 1−xkl xAsAsO2I A s混晶
比分布を第2図に示す。
結晶成長終了後、nm!GaAs基板1をラッピングに
より除去し、硫酸系のエッチャントにより歪層を除いた
後、n側電極5としてAu Ge/Au、 I)側電極
6としてAuZn/Auを蒸着にょ9形成する。
より除去し、硫酸系のエッチャントにより歪層を除いた
後、n側電極5としてAu Ge/Au、 I)側電極
6としてAuZn/Auを蒸着にょ9形成する。
この時、裏面での光反射を利用可能とするためp側層面
を極6はドツト状とする。ベレット化を行なった後所定
のスラムにn側電極5を上にして組み立てる。
を極6はドツト状とする。ベレット化を行なった後所定
のスラムにn側電極5を上にして組み立てる。
比較のため従来の8i添加GaAs発光ダイオードウェ
ハース(第3図)及び81添加GaAlA3発光ダイオ
ードウェハース(第4.5図)の試作をベレットサイズ
、電極形状等を同一として(ただしSi添加G a A
I A s 発光ダイオードウェハースのp側電極は
全面)行なった。この場合パラメータ値(成長温度層厚
# AIA6混晶比、s1不純物濃度については最適化
されている。三種類の構造のエポキシ樹脂モールド後の
I P = 50 m Aでの特性結果を第1表にまと
めて示す。
ハース(第3図)及び81添加GaAlA3発光ダイオ
ードウェハース(第4.5図)の試作をベレットサイズ
、電極形状等を同一として(ただしSi添加G a A
I A s 発光ダイオードウェハースのp側電極は
全面)行なった。この場合パラメータ値(成長温度層厚
# AIA6混晶比、s1不純物濃度については最適化
されている。三種類の構造のエポキシ樹脂モールド後の
I P = 50 m Aでの特性結果を第1表にまと
めて示す。
発光出力に関して言えば本発明による構造においては従
来構造に比し約1.3〜1.7倍となる。また順方向電
圧(Vr)についてはSi添加G B A Bと原理的
に同等であり発光中心波長についても本質的には変化は
ない。ただ、St添加GB A Bと発光波長を比較し
た場合、中心波長が若干短波側へ見かけ上シフトする。
来構造に比し約1.3〜1.7倍となる。また順方向電
圧(Vr)についてはSi添加G B A Bと原理的
に同等であり発光中心波長についても本質的には変化は
ない。ただ、St添加GB A Bと発光波長を比較し
た場合、中心波長が若干短波側へ見かけ上シフトする。
これは本発明の構造の場合、短波長成分の結晶内部吸収
が8i添加G B A Bの場合よりも小さくできるた
め相対的に短波長側のスペクトルが持ち上あった結果で
ある。
が8i添加G B A Bの場合よりも小さくできるた
め相対的に短波長側のスペクトルが持ち上あった結果で
ある。
〔第1表〕
〔発明の効果〕
以上実施例を用いて具体的に説明したように、本発明に
よる素子構造、即ちn型G a 1− X AJI X
AS(0くX≦1)成長層と8i添加口型及びp型G
a A s成長層をこの順に配置し、主としてnfiG
a 1− XAIXAS 層より光を取シ出すことに
より。
よる素子構造、即ちn型G a 1− X AJI X
AS(0くX≦1)成長層と8i添加口型及びp型G
a A s成長層をこの順に配置し、主としてnfiG
a 1− XAIXAS 層より光を取シ出すことに
より。
光出力が改善できる。即ち、p−n接合近傍において発
生した光に対してこの光の中心波長に比し充分な大きな
禁制帯巾を有するn型Ga l−xJJxAs層はほと
んど吸収体として作用しない。のみならずG a A
sと比較して小さい屈折率を有するGa 1−xAム、
A 6 を光の取り出し側に使用することは屈折率マ
ツチレグの点でも有利であシ、光の取り出し効率が向上
する。言うまでもなくp−n接合はG B A sによ
り形成されているため発光出力以外の特性(順方向電圧
2発光波長、応答速度等)は8i添加QB A Bと同
一である。
生した光に対してこの光の中心波長に比し充分な大きな
禁制帯巾を有するn型Ga l−xJJxAs層はほと
んど吸収体として作用しない。のみならずG a A
sと比較して小さい屈折率を有するGa 1−xAム、
A 6 を光の取り出し側に使用することは屈折率マ
ツチレグの点でも有利であシ、光の取り出し効率が向上
する。言うまでもなくp−n接合はG B A sによ
り形成されているため発光出力以外の特性(順方向電圧
2発光波長、応答速度等)は8i添加QB A Bと同
一である。
第1図は本発明の実施例で用いられた赤外発光ダイオー
ドウェハースの断面図、第2図は第1図の素子のA I
A s混晶比Xの深さ方向分布、第3図はSi徐加G
21AB発光ダイオードウェハースの断面図、第4図は
8i添加()a、−XノkA!xAs発光ダイオードウ
ェハースの動面図、第5図は第4図の素子のAlAs混
晶X0深さ方向分布を示す。 1・・・・・・n型GB A S基板(除去)、2・・
曲・Si添加” M Ga l−XAA!Asエピタキ
シャル層、3・旧・・Si添加n1QaAs工ピタキシ
ヤル層、4・・・・・・Si添加p型G aA Sエピ
タキシャル層、5・・・・・・口側電極、6・・・・・
・n側ドツト電極、7・・・・・・n型GaAs基板、
8・・・・・・S1添加n型G aA Bエピタキシャ
ル層、9・・・・・・Si添加p型G aASエピタキ
シャル層、10・・・・・・p側電極、11・・・・・
・n側ドツト電極、12・・・・・・口型G、A、基板
(除去)、13・・・・・・Si添加n型Ga l−x
AA’ xAs エピタキシャル層。 14・=−8i添加p iJ OB s −XAIXA
S エピタキシャル層、15・・・・・・nmIIL
極、16・・・・・・p側電極。 代理人 弁理士 内 原 晋・−1\・ ・′ 一1〇− 耳3 邑 華2 円 第4I!1 茅sI!I
ドウェハースの断面図、第2図は第1図の素子のA I
A s混晶比Xの深さ方向分布、第3図はSi徐加G
21AB発光ダイオードウェハースの断面図、第4図は
8i添加()a、−XノkA!xAs発光ダイオードウ
ェハースの動面図、第5図は第4図の素子のAlAs混
晶X0深さ方向分布を示す。 1・・・・・・n型GB A S基板(除去)、2・・
曲・Si添加” M Ga l−XAA!Asエピタキ
シャル層、3・旧・・Si添加n1QaAs工ピタキシ
ヤル層、4・・・・・・Si添加p型G aA Sエピ
タキシャル層、5・・・・・・口側電極、6・・・・・
・n側ドツト電極、7・・・・・・n型GaAs基板、
8・・・・・・S1添加n型G aA Bエピタキシャ
ル層、9・・・・・・Si添加p型G aASエピタキ
シャル層、10・・・・・・p側電極、11・・・・・
・n側ドツト電極、12・・・・・・口型G、A、基板
(除去)、13・・・・・・Si添加n型Ga l−x
AA’ xAs エピタキシャル層。 14・=−8i添加p iJ OB s −XAIXA
S エピタキシャル層、15・・・・・・nmIIL
極、16・・・・・・p側電極。 代理人 弁理士 内 原 晋・−1\・ ・′ 一1〇− 耳3 邑 華2 円 第4I!1 茅sI!I
Claims (1)
- n型Ga_1_−_xAl_xAs(0<X≦1)成
長層及びSi添加のn型並びにP型GaAs成長層がこ
の順序に配置形成され、かつ少なくとも一部の光が前記
n型Ga_1_−_xAl_xAs成長層の表面より取
り出されることを特徴とする赤外発光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60022850A JPS61182279A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 赤外発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60022850A JPS61182279A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 赤外発光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61182279A true JPS61182279A (ja) | 1986-08-14 |
Family
ID=12094190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60022850A Pending JPS61182279A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 赤外発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61182279A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03234069A (ja) * | 1990-02-09 | 1991-10-18 | Showa Denko Kk | GaAlAs発光ダイオード及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-02-08 JP JP60022850A patent/JPS61182279A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03234069A (ja) * | 1990-02-09 | 1991-10-18 | Showa Denko Kk | GaAlAs発光ダイオード及びその製造方法 |
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