KR20070104362A - 적외 발광 다이오드 및 그것의 제조 방법 - Google Patents

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KR20070104362A
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하루히코 와타나베
요시노리 구로사와
다카시 아라키
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도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 적외 발광 다이오드(1)는, p형 AlxGa1-xAs (0.15≤x≤O.45)를 포함하는 적어도 1층의 p형 클래드층 (2), p형 AlyGa1-yAs (0≤y≤O.01)를 포함하는 활성층(3), 및 n형 AlzGa1-zAs (0.15≤z≤0.45)를 포함하는 적어도 1층의 n형 클래드층(4)을 가지며, 활성층(3)의 두께는 2∼6 ㎛이고, 실온에서의 발광 피크 파장을 880∼890 ㎚로 할 수 있으며, 적외선 통신 및 리모트 컨트롤 조작용 통신 모두에 고출력, 고속 응답 가능한 적외 광원으로서 이용 가능하다.
적외 발광 다이오드, 적외선 통신, 리모트 컨트롤 조작 통신, 클래드층, 활성층

Description

적외 발광 다이오드 및 그것의 제조 방법 {INFRARED LIGHT-EMITTING DIODE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 적외선 통신과 리모트 컨트롤 조작용 통신 모두에 이용 가능한 적외 발광 다이오드 및 그것의 제조 방법에 관한 것이다.
화합물 반도체의 pn 접합에 순방향 전류를 흐르게 하여 발광시키는 발광 다이오드(이하, LED라고 칭함) 중, AlGaAs계 및 GaAs계 LED는 적외선 통신이나 리모트 컨트롤 조작 등의 분야에서 널리 사용되고 있다. 예를 들면, 적외선 통신에 사용되는 LED는 대용량의 데이터 통신에 대응하기 위해서 보다 고출력화, 고속화가 요구되므로, 더블-헤테로(DH: double-hetero) 구조의 LED가 사용되고 있다. DH 구조의 LED에 있어서, 활성층의 두께가 얇을 수록 출력 및 응답성에 유리하며, 통상적으로는 1 ㎛ 정도이다.
일본 특개평 8-293622호 공보에는 전술한 DH 구조의 LED가 공개되어 있으며, 상기 일본특허문헌에 따르면, 활성층에 첨가하는 실효적 불순물(도펀트)로서 게르마늄(Ge)을 이용하고, 활성층의 두께를 0.5∼1.5 ㎛로 함으로써, 고출력, 고신뢰성 및 양호한 응답성을 가지는 LED가 얻어지는 것이라고 기재되어 있다.
또한, 리모트 컨트롤 조작용으로 사용되는 LED로서는 GaAs의 액상 성장에 의 한 동종 접합형(homojunction type) LED가 사용되고 있다. 이러한 LED의 pn 접합은, 액상 성장 시, 도펀트로서 이용하는 실리콘(Si)이 성장 온도에 따라 p형에서 n형으로 변환하는, 이른바, pn 반전을 이용하여 형성되어 있다. Si는 GaAs 중에, 다른 도펀트에 비해 깊은 불순물 준위를 형성하기 때문에, GaAs 동종 접합형 LED의 발광 파장은 GaAs 흡수단(870 ㎚)보다도 긴 파장측에 넓게 분포한다. 그러나, 캐리어의 확산 거리가 길기 때문에, 펄스 응답성이 늦다. 이 때문에, 펄스 응답에 있어서의 Tr(상승 시간) 및 Tf(하강 시간)은 수 μsec가 한계였다.
근래에 휴대 전화 등의 각종 소형 단말 기기가 개발되고 있으며, 적외선 통신 기능 및 리모트 컨트롤 조작 통신 기능 모두를 겸비한 단말 기기도 개발되고 있다. 기기 간 송수신에 이용되는 적외 통신의 경우에는, 예를 들면, 850∼900 nm의 적외선이 이용되며, 리모트 컨트롤 조작 통신의 경우에는 수광부(受光部)의 감도(感度)가 높은 파장대, 예를 들면, 880∼940 ㎚의 적외선이 이용되고 있다. 종래에는 전술한 두 가지 기능을 겸비하기 위해서는, 발광 파장이 상이한 2종류의 LED를 준비해야 할 필요가 있었다.
상기 적외선 통신과 리모트 컨트롤 조작 통신 모두에 사용할 수 있는 LED로서는, 발광 파장이, 예를 들면, 수광부의 감도가 높은 파장인 880 ㎚보다 장파장측에 피크 파장 영역을 가지는 것이어야 할 필요가 있었다. 그러나, 전술한 일본 특개평 8-293622호 공보에 기재된 DH 구조 LED는 그 발광 피크 파장이 800∼870 ㎚이고, 870 ㎚보다 장파장의 LED가 얻어지지 않는다는 문제점이 있다.
한편, Si가 첨가된 GaAs 동종 접합형 LED의 경우에는 870 ㎚보다 장파장의 적외 발광이 얻어지지만, 적외선 통신에 대응할 수 있는 고속 응답성을 얻을 수 없다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 감안하여, 적외선 통신과 리모트 컨트롤 조작용 통신 모두에 이용 가능하며, 고출력 및 고속 응답 가능한 적외 발광 다이오드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들이 면밀히 연구한 결과, AlGaAs계 적외 LED에서 활성층의 두께를 2∼6 ㎛로 함으로써, 870 ㎚보다 장파장측의 발광 피크 파장이 얻어진다는 것, p형 활성층의 실효적 불순물을 Ge로 하는 경우, 880∼890 ㎚ 범위에 발광 피크 파장을 가지고, 동종 접합형 LED에 비해 고출력이며, 아울러, Tr 및 Tf가 짧은 것에 의해 고속 응답성인 LED를 제작할 수 있다는 것, 그리고, 적외선 통신 및 리모트 컨트롤 조작용 통신에 겸용할 수 있는 발광 특성이 얻어진다는 것 등을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 적외 발광 다이오드는, p형 AlxGa1-xAs(0.15≤x≤0.45)를 포함하는 적어도 1층의 p형 클래드층, p형 AlyGa1-yAs(0≤y≤0.01)를 포함하는 활성층, 및 n형 AlzGa1-zAs(0.15≤z≤0.45)를 포함하는 적어도 1층의 n형 클래드층을 가지며, 상기 활성층의 두께는 2∼6 ㎛이고, 적외선 통신 및 리모트 컨트롤 조작 통신 모두의 적외 광원으로서 사용될 수 있다는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 p형 활성층의 두께를 2∼6 ㎛로 함으로써, 적외선 발광 파장을 원하는 파장으로 제어하고, 적외선 통신 및 리모트 컨트롤 조작 통신 모두의 적외 광원으로서 사용될 수 있는 적외 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 활성층의 실효적 불순물은 Ge로 형성되어 있다. 전술한 구성에 따르면, 활성층의 실효적 불순물이 Ge이므로, 고출력 및 고속 응답성의 적외 발광 다이오드를 실현할 수 있다.
본 발명의 적외 발광 다이오드의 실온에서의 발광 피크 파장은, 바람직하게는 880∼890 ㎚이다. 그러므로, 본 발명의 적외 발광 다이오드를 적외선 통신 및 리모트 컨트롤 조작용 통신에서 모두 적외 광원 용도로서 사용할 수 있다.
또한, 상기 적외 발광 다이오드의 제조 방법은, p형 클래드층, p형 활성층 및 n형 클래드층을, GaAs 기판 상에 에피택셜 성장(epitaxially growing)에 의해 형성하고, 상기 에피택셜 성장 후에, 상기 기판을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 제조 방법에 따르면, 발광 피크 파장이 880∼890 ㎚이며, 적외선 통신 및 리모트 컨트롤 조작용 통신에 이용하는 경우, 고출력, 고속 응답 가능한 적외 발광 다이오드를 양호한 양산성 및 저비용으로 제조할 수 있다.
(발명의 효과)
본 발명에 따르면, 적외선 통신과 리모트 컨트롤 조작용 통신 모두에 이용 가능하며, 고출력 및 고속 응답 가능한 적외 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 이에 따라, 적외선 통신 및 리모트 컨트롤 조작용 통신 기능을 가지는 기기에서는 파장이 상이한 2종류의 적외 발광 다이오드를 사용해야 했지만, 본 발명에 따르면, 적외 발광 다이오드를 1개만 사용하여도 되므로, 2종류의 적외 발광 다이오드를 사용할 필요가 없다.
또한, 본 발명의 적외 발광 다이오드의 제조 방법에 따르면, 적외선 통신과 리모트 컨트롤 조작용 통신 모두에 이용 가능하며, 고출력 및 고속 응답 가능한 적외 발광 다이오드를 양호한 양산성 및 저비용으로 제조할 수 있다.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
이하, 본 발명의 실시예에 따른 적외 발광 다이오드의 구조에 대해서, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 적외 발광 다이오드의 구조를 도시한 모식적인 단면도이다. 본 발명의 적외 발광 다이오드(1)는 p형 클래드층(2), 활성층(3) 및 n형 클래드층(4)으로 이루어진 DH 구조(더블-헤테로 구조)를 가지며, p형 클래드층(2) 및 n형 클래드층(4)에는 각각 p층 전극(5) 및 n층 전극(6)이 형성되어 있다. 적외 발광 다이오드(1)의 상하 양면에 형성되는 전극(5, 6)의 형상은 임의로 선정할 수 있다. 한편, 적외 발광 다이오드(1)를 도 1에 도시된 것과는 역방향으로, 즉, 상방으로부터 순차적으로, p층 전극(5), p형 클래드층(2), 활성층(3), n형 클래드층(4), n층 전극(6)으로 구성할 수도 있다.
p형 클래드층(2)은 p형 AlxGa1-xAs (여기서, x는 혼정 조성(混晶組成)이며, 0.15≤x≤0.45임)를 포함하는 적어도 1층의 p형 클래드층(2)으로 이루어진다. p형 클래드층(2)은 상기 p형 AlxGa1-xAs층 상에, p형 GaAs층이 더 형성된 2층 구조를 가질 수도 있다. 예를 들면, p형 GaAs층을 고불순물밀도층으로 하는 경우, p층 전극(5)을 용이하게 형성할 수 있고, 직렬 저항을 저감할 수 있는 동시에, 응답 성능을 향상시킬 수 있다.
n형 클래드층(4)은 n형 AlzGa1-zAs (여기서, z는 혼정 조성이며, 0.15≤z≤0.45임)를 포함하는 적어도 1층의 n형 클래드층(4)으로 이루어진다. n형 클래드층(4)은 상기 n형 AlzGa1-zAs층 상에, n형 GaAs층이 더 형성된 2층 구조를 가질 수도 있다. 예를 들면, n형 GaAs층을 고불순물밀도층으로 하는 경우, n층 전극(6)을 용이하게 형성할 수 있고, 직렬 저항을 저감할 수 있으며, 응답 성능을 향상시킬 수 있다.
p형 및 n형 클래드층(2, 4)은 활성층(3)에 대하여, 캐리어인 전자 및 정공의 가둠 효과와 광 가둠 효과(light confinement effect) 모두가 얻어져야 하기 때문에, 상기 AlxGa1-xAs층 및 AlzGa1-zAs층의 Al 조성인 x 및 z를 0.15 이상으로 해야 한다.
한편, 원리적으로는, 캐리어 및 광 가둠 효과를 얻기 위해서는 Al 조성 x 및 z의 상한이 높아도 된다. 그러나, Al 조성이 상승함에 따라, 통전(通電)에 의한 적외 발광 다이오드의 부식 열화 문제가 발생하거나, 저항 손실(ohmic loss)에 의한 순방향 전압의 상승이 야기되므로 바람직하지 않다. 그러므로, Al 조성은 0.15≤x, z≤0.45인 것이 바람직하다.
활성층(3)은 p형 클래드층(2)과 n형 클래드층(4)의 사이에 삽입되는 층이며, 발광층이 되는 영역이다. 활성층(3)은 p형 AlyGal-yAs(0≤y≤0.01)를 포함하는 층, 즉, GaAs를 포함하는 층 또는 AlyGal-yAs (여기서, y는 혼정 조성이며, 0<y≤0.01임)를 포함하는 층으로 이루어진다. Al의 조성 y가 0.01 이상인 경우에는 장파장의 적외광이 발광하기 어려워지므로, 바람직하지 않다.
활성층(3)의 도전형으로서는, 발광 효율을 고려할 때, p형이 바람직하다. 그리고, 고속 응답성 및 고신뢰성을 얻기 위해서는 p형 활성층(3)의 실효적 불순물이 Ge인 것이 바람직하다. 본 발명의 적외 발광 다이오드(1)가 고속 응답성을 가지도록 하기 위해서는 p형 활성층(3)의 불순물 밀도를 약 1×1018 cm-3 이상으로 하면 된다. 본 발명에서 실효적 불순물이란, 실효적으로 지배하는 불순물을 나타낸다. 예를 들면, p형 활성층(3)의 Ge에 의한 불순물 밀도보다도 낮은, 소량의 Zn(아연)이나 Mg(마그네슘)가 첨가되어도 된다.
본 발명에 따르면, 활성층(3)의 두께를 2∼6 ㎛로 함으로써, 본 발명의 적외 발광 다이오드의 실온에서의 발광 피크 파장을 880∼890 ㎚로 할 수 있다. 활성층(3)의 두께가 2 ㎛ 이하인 경우에는 발광 파장이 880 ㎚보다도 단파장측으로 이동하므로 바람직하지 않다. 한편, 활성층(3)의 두께가 6 ㎛ 이상인 경우에도, 발광 파장의 장파장측으로의 이동량(amount of shift)이 포화되며, 발광 출력도 저하되므로 바람직하지 않다.
또한, LED의 발광 파장은 발광부, 즉, pn 접합부의 온도에 의존하여 변화하며, 주위 온도가 높은 경우나 고전류 작동으로 접합부의 온도가 높은 경우에는 발광 강도가 가장 큰 발광 파장, 즉, 발광 피크 파장은 장파장 측으로 이동한다. 이 때문에, 본 발명의 적외 발광 다이오드의 피크 발광 파장은, 실온에서 직류 순방향 전류가 20 mA일 때의 측정값으로 정의한다.
본 발명의 적외 발광 다이오드에 따르면, 발광 피크 파장을 880∼890 ㎚으로 할 수 있으므로, 적외선 통신과 리모트 컨트롤 조작용 통신 양쪽의 용도에서 고출력 적외 광원으로서 사용할 수 있다. 그리고, 발광시의 펄스 응답이 고속이기 때문에, 속도가 늦은 리모트 컨트롤 조작용 통신용 용도뿐만 아니라, 고속 적외선 통신용 용도로서도 이용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 적외 발광 다이오드의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 적외 발광 다이오드(1)는 다음과 같이 제조할 수 있다. 먼저, GaAs 기판 상에, p형 클래드층(2), 활성층(3), n형 클래드층(4)의 순으로 에피택셜 성장시킴으로써, DH 구조를 얻는다. 성장 순서는 전술한 순서와는 역순인, n형 클래드층(4), 활성층(3), p형 클래드층(2)의 순서로 해도 된다. 이용되는 GaAs 기판을, 후술하는 바와 같이, 에피택셜 성장 이후에 제거하는 경우에는 상기 기판은 p형, n형, 반절연성, 도핑되지 않은 형태 중 어떠한 형태이어도 된다. 상기 GaAs 기판을 제거하지 않는 경우에는 최초에 성장시키는 클래드층의 전기 전도형에 대응하는 p형 또는 n형의 GaAs 기판을 사용한다.
그런 다음, DH 구조가 형성된 GaAs 기판으로부터 GaAs 기판을 제거하여, DH 구조를 얻는다.
그 다음, DH 구조의 p형 클래드층(2) 및 n형 클래드층(4)에 각각 전극(5, 6)을 형성하고, 소정 면적을 가지는 칩(chip)으로 분할한다. 분할 후, 광 취출 효율(light takeout efficiency)을 향상시키기 위해, 칩 표면을 평탄하지 않게 할 수도 있다.
그런 다음, 상기 칩의 하면(下面) 전극을 리드 프레임 중 한 쪽에 고착하고, 상기 리드 프레임의 다른 쪽과 상면(上面) 전극의 사이를, 금선이나 Al선을 이용한 와이어 본딩에 의해 접속하고, 칩이 탑재된 리드 프레임의 상부측을 에폭시 코팅함으로써 포탄형의 적외 발광 다이오드를 제조할 수 있다.
본 발명에서 상기 에피택셜 성장은 액상 성장법이나 MOCVD법 등을 이용하여 수행할 수 있다. 상기 액상 성장법의 경우에는 서냉법(徐冷法)이나 온도차법을 이용할 수 있다. 광 취출 효율을 향상시키기 위해서는 상기 GaAs 기판을 제거하는 것이 바람직하다. 이 경우, DH 구조 자체의 막 두께는 전극 형성 등의 후공정으로 파손되지 않도록, 100 ㎛∼200 ㎛인 것이 바람직하다. 그러므로, 본 발명에서 상기 에피택셜 결정 성장 방법으로서는, 두꺼운 성장층과 고품질의 결정이 용이하게 얻어지는 동시에, 양산이 가능하며, 저비용이 드는 액상 성장법이 바람직하다.
다음으로, DH 구조의 에피택셜 성장에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 적외 발광 다이오드의 에피택셜 성장에 사용되는 보트(boat)의 모식적 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 적외 발광 다이오드의 에피택셜 성장에 사용되는 보트(10)는 도가니(11), 베이스(base)(12) 및 파티션(partition)(13)의 3가지 부품으로 구성되어 있다. 이들 부품의 재료로서는 카본을 이용할 수 있다.
도가니(11)는 적어도 3개의 조(tank)로 이루어진다. 이는, p형 클래드층(2), 활성층(3) 및 n형 클래드층(4)의 에피택셜 성장에 필요한, 조성 및 도펀트가 상이한 용액조가 3개 필요하기 때문이다. 도가니(11)의 각각의 조에는 DH 구조를 가지는 각 층이 소정의 조성을 가지도록, Ga 원료, Al 원료, GaAs 원료 및 도펀트가 각각 조합되어 충전되어 있다. 각각의 조에 충전된 각 층의 성장 원료는 원료 용액을 구성한다. 또한, 베이스(12) 중에는 GaAs 기판(14)이 수납되어 있다.
다음으로, 보트(10)를 이용한 DH 구조의 서냉법에 의한 에피택셜 성장에 대해 설명한다.
먼저, 도가니(11) 내, 원료가 충전된 보트(10)를 전기로 내 석영관에 수용하고, 질소 가스 퍼지나 진공 흡인 후, 그 내부에 수소 가스 등이 흐르도록 한 다음, 전기로에 의해 성장 온도까지 온도 상승시키고, 상기 온도를 소정 시간 동안 유지시킨다.
그런 다음, 보트(10)를 전기로의 제어에 의해 서서히 냉각시키는 한편, 도가니(11)를 움직여서, 원료 용액을 GaAs 기판(14)이 수납되어 있는 베이스(12) 내부에 도입한다. 그리고, 소정 온도에서 소정 시간 동안 서서히 냉각시킴으로써, 에피택셜 성장을 수행하고, 파티션(13)을 조작하여, 성장 후의 원료 용액을 GaAs 기판으로부터 분리한다. 전술한 조작을 반복함으로써, DH 구조를 가지는 각각의 층(2, 3, 4)을 성장시킬 수 있다.
여기서, AlAs의 분리 계수(segregation coefficient)는 GaAs의 분리 계수보다 크기 때문에, 클래드층(2, 4)의 두꺼운 층을 성장시키는 경우, Ga 중의 AlAs 성분이 감소되고, 클래드층(2, 4) 내에서의 Al 조성 x 및 z가 경사진다. 한편, 활성층(3)은 그 두께가 클래드층(2, 4)에 비해 상당히 얇으므로, Al 조성 y는 거의 변동하지 않는다.
본 발명의 적외 발광 다이오드의 제조 방법에 따르면, 발광 피크 파장을 880∼890 ㎚로 함으로써, 적외선 통신과 리모트 컨트롤 조작용 통신 양쪽의 용도에서 고출력 및 고속 응답이 가능한 적외 발광 다이오드를 양호한 양산성 및 저비용으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 적외 발광 다이오드의 구조를 도시한 모식적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 적외 발광 다이오드의 에피택셜 성장에 사용되는 보트(boat)의 모식 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 적외 발광 다이오드에서, 활성층 두께 d를 변화시켰을 때의 피크 발광 파장, 및 상기 피크 발광 파장에서의 발광 출력을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 적외 발광 다이오드에서, 활성층 두께 d를 변화시켰을 때의 발광 상승 시간(Tr) 및 하강 시간(Tf)을 도시한 그래프이다.
〈도면의 부호에 대한 간단한 설명〉
1: 적외 발광 다이오드 2: p형 클래드층
3: 활성층(p형 활성층) 4: n형 클래드층
5: p층 전극 6: n층 전극
10: 보트 11: 도가니
12: 베이스 13: 파티션
14: GaAs 기판
이하, 실시예를 들어, 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는 액상 성장법으로서 서냉법을 이용하여, GaAs 기판 상에 p형 클래드층(2), p형 활성층(3) 및 n형 클래드층(4)으로 이루어진 DH 구조를 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 시, p형 클래드층(2) 및 n형 클래드층(4)의 두께를 각각 약 100 ㎛ 및 약 60 ㎛로 고정하였고, p형 활성층(3)을 구성하는 AlGa1-yAs층의 두께를 다양하게 변화시켰다. 성장 온도는 600∼900℃의 범위였다.
(표 1)
Figure 112007054058407-PCT00001
표 1은 실시예에서 제조한 DH 구조를 가지는 각 층의 Al 조성, 불순물 밀도, 이용한 불순물(도펀트), 두께의 일례를 나타내는 표이다. 표 1에 명확히 나타난 바와 같이, p형 클래드층(2)의 조성 x는 O.15∼O.45이고, Zn에 의한 불순물 밀도는 3×1017 ㎤이며, 두께는 100 ㎛이다. p형 활성층(3)의 조성 y는 0, 즉, GaAs이고, Ge에 의한 실효적 불순물 밀도는 2×1018㎤이며, 두께는 다양하게 변경하였기 때문에 d ㎛로 표기하였지만, O.5 ㎛∼8 ㎛ 정도의 두께로 하였다. n형 클래드층(4)의 조성 z는 0.20∼0.45이고, Te에 의한 불순물 밀도는 6×1017 ㎤이며, 두께는 6O ㎛이다. 또한, 상기 조성 x 및 z는 전술한 바와 같이 각각, 각 막 두께 내에서의 변동폭을 나타낸다.
그런 다음, GaAs 기판을 제거하고, p형 클래드층(2) 및 n형 클래드층(4)에 각각 전극(5, 6)을 형성한 후, 소정의 면적을 가지는 칩으로 분할해서, 위에서 설명한 방법에 따라 적외 발광 다이오드(1)를 제조하였다. 제조된 적외 발광 다이오드 칩은 0.32 ㎜×0.32 ㎜의 면적을 가지며, 그 두께는, 상기 활성층의 두께가 상기 클래드층보다도 충분히 얇으므로 상기 활성층의 두께를 무시하는 경우, 약 160 ㎛이다.
다음으로, 상기 실시예의 적외 발광 다이오드의 발광 특성에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예의 적외 발광 다이오드에서, 활성층의 두께 d를 변화시켰을 때의 피크 발광 파장, 및 상기 피크 발광 파장에서의 발광 출력을 도시한 도면이다. 도 3에서 가로축은 활성층 두께 d(㎛)를, 좌측 세로축은 피크 발광 파 장(㎚)을, 우측 세로축은 피크 발광 파장에서의 광출력(mW)을 나타낸다. 발광 다이오드(1)에는 실온(25℃)에서 20 mA의 전류를 흐르게 하였다. 발광 특성은 분광기(MCPD3000, Ohtsuka Densi, K.K. 제조)를 이용하여 평가하였다.
도면으로부터 명백하게 알 수 있는 바와 같이, 활성층 두께 d를 0.5 ㎛부터 6 ㎛까지 변화시키는 경우, 피크 발광 파장이 약 870∼890 ㎚까지 변화한다. 그리고, 활성층 두께 d가 2 ㎛∼6 ㎛의 사이인 경우에는 피크 발광 파장이 약 880 ㎚∼890 ㎚가 된다는 것을 알 수 있다. 이 때, 피크 발광 파장에서의 출력은 4 mW 전후의 고출력이 얻어졌다. 이에 따라, 상기 880 ㎚∼890 ㎚의 피크 발광 파장은 적외선 통신과 리모트 컨트롤 조작용 통신 모두에 이용 가능한 적외광 영역의 경계에 해당하는 파장에 상당할 뿐만 아니라, 고출력이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 적외 발광 다이오드에서, 활성층 두께 d를 변화시켰을 때의 발광 상승 시간 Tr 및 하강 시간 Tf를 도시한 도면이다. 도면에서, 가로축은 활성층 두께 d(㎛)를 나타내고, 세로축은 상승 시간 Tr 및 하강 시간 Tf(nsec)를 나타내며, 상승 시간 Tr은 마름모형(◆ 표시)으로, 하강 시간 Tf(nsec)는 사각형(■ 표시)으로 표시되어 있다. 여기서, 상승 시간 Tr 및 하강 시간 Tf는, 적외 발광 다이오드(1)에 펄스폭 125 nsec, 듀티비(duty ratio) 25%, 피크 전류 500 mA의 펄스를 인가하여 측정하였다.
도면에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 활성층 두께 d를 2 ㎛부터 6 ㎛까지 변화시키는 경우, 상승 시간 Tr 및 하강 시간 Tf는 거의 같은 값인, 약 37 nsec 내지 55 nsec 정도이며, 이로써, 본 발명의 실시예의 적외 발광 다이오드는 적외선 통신에 요구되는 차단 주파수에 대응할 수 있는 응답 성능을 가진다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 활성층 두께가 2.8 ㎛ 및 4.8 ㎛인 적외 발광 다이오드(1)의 발광 특성예에 대해서 설명한다.
피크 발광 파장 등은 실온에서 직류 순방향 전류를 20 mA 인가했을 때의 값이다. 활성층 두께가 2.8 ㎛인 적외 발광 다이오드에서는 피크 발광 파장이 885 ㎚이며, 그 반값폭(발광 출력이 ½이 되는 발광 파장폭)은 51 ㎚이었다. 또한, 그 발광 출력은 3.82 mW였다. 아울러, 펄스 전류 500 mA 구동 시의 상승 시간(Tr) 및 하강 시간(Tf)은 각각 30 nsec였다. 한편, 활성층 두께가 4.8 ㎛인 적외 발광 다이오드에서는 피크 발광 파장이 885 ㎚였으며, 그 반값폭은 51 ㎚이었다. 또한, 그 발광 출력은 3.59 mW였다. 아울러, 펄스 전류 500 mA 구동 시의 상승 시간(Tr) 및 하강 시간(Tf)은 각각 65 nsec 이었다.
본 발명은 전술한 실시예로 한정되는 것이 아니라, 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하고, 이러한 변형 역시 본 발명의 범위 내에 포함된다. 예를 들면, 에폭시 코팅된 적외 발광 다이오드만으로 한정되지 않고, 각종 모듈용 적외 발광 다이오드 칩 등에도 사용할 수 있다.
본 발명의 적외 발광 다이오드에 따르면, 발광 피크 파장을 880 ㎚∼890 ㎚로 할 수 있기 때문에, 적외선 통신과 리모트 컨트롤 조작용 통신 모두에, 고출력 및 고속 응답 가능한 적외 광원으로서 사용할 수 있다. 따라서, 고속 적외 통신용 적외 광원으로서 사용할 수 있고, 예를 들면, IrDA(적외선 통신의 규격 제정 단체인 Infrared Data Association의 약칭)용 적외 광원으로서 이용 가능하다.

Claims (6)

  1. p형 AlxGa1-xAs(0.15≤x≤0.45)를 포함하는 적어도 1층의 p형 클래드층,
    p형 AlyGa1-yAs(0≤y≤0.01)를 포함하는 활성층, 및
    n형 AlzGa1-zAs(0.15≤z≤0.45)를 포함하는 적어도 1층의 n형 클래드층을 가지며,
    상기 활성층의 두께는 2∼6 ㎛이고,
    적외선 통신 및 리모트 컨트롤 조작 통신 모두의 적외 광원으로서 사용될 수 있는, 적외 발광 다이오드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 활성층의 실효적 불순물이 Ge로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외 발광 다이오드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적외 발광 다이오드의 실온에서의 발광 피크 파장이 880∼890 ㎚인 것을 특징으로 하는 적외 발광 다이오드.
  4. 적외선 통신 및 리모트 컨트롤 조작 통신 모두의 적외 광원으로서 사용될 수 있는 적외 발광 다이오드의 제조 방법으로서,
    p형 AlxGa1-xAs(0.15≤x≤0.45)를 포함하는 적어도 1층의 p형 클래드층, p형 AlyGa1-yAs(0≤y≤0.01)를 포함하는 2∼6 ㎛의 두께의 활성층, 및 n형 AlzGa1-zAs(0.15≤z≤0.45)를 포함하는 적어도 1층의 n형 클래드층을, GaAs 기판 상에 에피택셜 성장(epitaxially growing)에 의해 형성하고, 상기 에피택셜 성장 후에, 상기 기판을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외 발광 다이오드의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 활성층의 실효적 불순물을 Ge로 형성하는 것을 특징으로 하는 적외 발광 다이오드의 제조 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 적외 발광 다이오드의 실온에서의 발광 피크 파장이 880∼890 ㎚인 것을 특징으로 하는 적외 발광 다이오드의 제조 방법.
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