專利名稱：發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有850nm以上、特別是900nm以上的發(fā)光峰波長的紅外發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
紅外發(fā)光二極管被廣泛應(yīng)用于紅外線通信、紅外線遙控裝置、各種傳感器用光源、 夜間照明等。作為具有如上述那樣的峰波長附近的二極管，已知采用液相外延法使含有AWaAs 活性層的化合物半導(dǎo)體層在GaAs基板上生長的發(fā)光二極管(例如專利文獻(xiàn)1 3)。另一方面，在設(shè)備間的發(fā)送接收中使用的紅外線通信的場合，例如使用850 900nm的紅外線，在紅外線遙控操作通信的場合，例如使用受光部敏感度高的波長帶即 880 940nm的紅外線。作為兼具紅外線通信和紅外線遙控操作通信的雙功能的便攜電話等的終端設(shè)備用的、能夠在紅外線通信和紅外線遙控操作通信的雙方中使用的紅外線發(fā)光二極管，已知發(fā)光峰波長為880 890nm、使用作為實(shí)效性雜質(zhì)含有Ge的AWaAs活性層的二極管(專利文獻(xiàn)4)。另外，作為能夠具有900nm以上的發(fā)光峰波長的紅外發(fā)光二極管，已知使用 InGaAs活性層的二極管(專利文獻(xiàn)5)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平6-21507號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2001-274454號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開平7-38148號公報專利文獻(xiàn)4 日本特開2006-190792號公報專利文獻(xiàn)5 日本特開2002-344013號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，在例如以專利文獻(xiàn)1 3中使用的液相外延法使化合物半導(dǎo)體層生長的方法中，難以形成單色性優(yōu)異的多重量子結(jié)構(gòu)。另外，如專利文獻(xiàn)4那樣，在使用作為實(shí)效性雜質(zhì)含有Ge的AWaAs活性層的場合，難以使發(fā)光峰波長成為900nm以上(專利文獻(xiàn)4的圖3)。對于如專利文獻(xiàn)5那樣的能夠具有900nm以上的發(fā)光峰波長的使用了 InGaAs活性層的紅外發(fā)光二極管，其性能、節(jié)能和成本方面的改善不充分，從這些方面來看，希望開發(fā)達(dá)到性能更加提高、節(jié)能和成本方面得以改善的發(fā)光效率更高的二極管。本發(fā)明是鑒于上述情況完成的，其目的在于提供高輸出功率和高效率的發(fā)出 850nm以上、特別是900nm以上的發(fā)光峰波長的紅外光的紅外發(fā)光二極管。本發(fā)明者為了解決上述課題反復(fù)專心研究的結(jié)果，通過形成為具備發(fā)光部，該發(fā)光部具備活性層和夾著該活性層的四元混晶的AWaInP覆蓋層，該活性層具有由三元混晶的InGaAs阱層以及四元混晶的AKialnP勢壘層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)；和在該發(fā)光部和基板之間的DBR反射層的構(gòu)成，完成了高輸出功率和高效率的、并且發(fā)出850nm以上、特別是 900nm以上的發(fā)光峰波長的紅外光的紅外發(fā)光二極管。在研究中，首先，本發(fā)明者采用紅外線通信等所使用的具有850nm以上、特別是 900nm以上的發(fā)光峰波長的由InGaAs構(gòu)成的阱層。并且，還為了提高單色性和輸出功率，采用了具有多量子阱結(jié)構(gòu)的活性層。另外，夾著該三元混晶的阱層的勢壘層、以及夾著多量子阱結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)層和覆蓋層，也采用了帶隙大且對于發(fā)光波長透明，并且不合容易制作缺陷的As的結(jié)晶性良好的四元混晶的AlGaInP。此外，具有InGaAs層作為阱層的多量子阱結(jié)構(gòu)，與作為基板使用的GaAs相比，晶格常數(shù)大，成為應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)。該應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)，InGaAs的組成和厚度對輸出功率和/ 或單色性有大的影響。因而，InGaAs的適當(dāng)?shù)慕M成、厚度和對數(shù)的選擇變得重要。因此，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，通過對勢壘層的AKialnP追加與InGaAs阱層相反的應(yīng)變，由量子阱結(jié)構(gòu)整體緩和由InGaAs的對數(shù)增加所引起的晶格失配，在高電流區(qū)域的發(fā)光輸出特性得以改善。本發(fā)明者基于該見解進(jìn)一步進(jìn)行研究的結(jié)果，完成了以下的構(gòu)成所示的本發(fā)明。(1) 一種發(fā)光二極管，是在基板上依次具備DBR反射層和發(fā)光部的發(fā)光二極管，其特征在于，上述發(fā)光部具有活性層，該活性層具有由組成式(InxlGai_xl)AS(0彡Xl彡1)構(gòu)成的阱層與由組成式(AlX2(;ai_X2)YJivyiP(0彡X2彡1，0 < Yl彡1)構(gòu)成的勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)；夾著上述活性層的、由組成式(Alx3Ga1.)Y2^h2P(0彡Χ3彡1,0 < Υ2彡1)構(gòu)成的第1 引導(dǎo)層以及第2引導(dǎo)層；和介由上述第1引導(dǎo)層以及第2引導(dǎo)層的各層夾著上述活性層的、 由組成式(Alx4Ga1^x4)γΙηι_γΡ(0彡Χ4彡1，0 < Y彡1)構(gòu)成的第1覆蓋層和第2覆蓋層。(2)根據(jù)前項(xiàng)(1)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述阱層的組成式中所示的Xl 為 0 < Xl < 0. 3。(3)根據(jù)前項(xiàng)( 所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述阱層的組成式中所示的Xl 為 0. 1 < Xl < 0. 3。(4)根據(jù)前項(xiàng)(1) (3)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述DBR反射層是折射率不同的兩種層交替地層疊了 10 50對的層。(5)根據(jù)前項(xiàng)(4)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述折射率不同的兩種層，是由(AlxhGa1^a)Y3In1^3P(0 < Xh ≤ 1、TO = 0. 5)構(gòu)成的層和由(AlxiGa1^xi)Y3In1^3P(0 ≤ Xl <1>Y3 = 0. 5)構(gòu)成的層的、組成相互不同的兩種層的組合，兩種層的Al的組成差ΔΧ = xh-x 1大于或等于0. 5。(6)根據(jù)前項(xiàng)(4)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述折射率不同的兩種層是由 GaInP構(gòu)成的層和由AlInP構(gòu)成的層的組合。(7)根據(jù)前項(xiàng)(4)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，上述折射率不同的兩種層是由 AlxlGa1^xlAs (0. 1≤xl≤1)構(gòu)成的層和由AlxhGi^xhAs (0. 1≤xh≤1)構(gòu)成的層的、組成相互不同的兩種層的組合，兩者的Al的組成差ΔΧ = xh-xl大于或等于0. 5。(8)根據(jù)前項(xiàng)(1) (7)的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，在上述發(fā)光部的與DBR反射層相反側(cè)的面上具備電流擴(kuò)散層。根據(jù)上述的構(gòu)成，得到以下的效果。
本發(fā)明的發(fā)光二極管為高輸出功率和高效率，能夠發(fā)出850nm以上、特別是900nm 以上的發(fā)光峰波長的紅外光。本發(fā)明的發(fā)光二極管，由于活性層是具有由組成式(InxlGai_xl)AS(0彡Xl彡1)構(gòu)成的阱層和由組成式(AlX2(;ai_X2)YJivyiP(0彡X2彡1，0 < Yl彡1)構(gòu)成勢壘層的多量子阱結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，因此單色性優(yōu)異。本發(fā)明的發(fā)光二極管，由于覆蓋層是四元混晶的組成式(AlxGai_x) YIrVYP(0彡X彡1，0 < Y彡1)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，因此與覆蓋層由三元混晶構(gòu)成的紅外發(fā)光二極管相比Al濃度低、耐濕性提高。本發(fā)明的發(fā)光二極管，由于活性層是具有由組成式(InxlGai_xl)AS(0彡Xl彡1)構(gòu)成的阱層和由組成式(AlX2(;ai_X2)YJivyiP(0彡X2彡1，0 < Yl彡1)構(gòu)成勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，因此適合于利用MOCVD法進(jìn)行量產(chǎn)。本發(fā)明的發(fā)光二極管，由于是在發(fā)光層和基板之間具備DBR反射膜的構(gòu)成，因此能夠通過由GaAs基板吸收光來避免發(fā)光輸出功率降低。


圖1是作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的平面圖。圖2是用于說明構(gòu)成作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的活性層的圖。圖3是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的阱層的層厚和發(fā)光峰波長的關(guān)系(相關(guān)性)的曲線圖。圖4是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的阱層的組成(XI)、阱層厚度和發(fā)光峰波長的關(guān)系的曲線圖。圖5是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的阱層的h組成(Xl)和發(fā)光峰波長及其發(fā)光輸出功率的關(guān)系的曲線圖。圖6是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的阱層以及勢壘層的對數(shù)和發(fā)光輸出功率的關(guān)系的曲線圖。圖7A是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的勢壘層的組成式中所示的 Yl和發(fā)光輸出功率的關(guān)系的曲線圖。圖7B是表示比較例的勢壘層的組成式中所示的Yl和發(fā)光輸出功率的關(guān)系的曲線圖。圖8是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的阱層以及勢壘層的對數(shù)對于正向電流與發(fā)光輸出功率的關(guān)系的依賴性的曲線圖。附圖標(biāo)記說明1. . . GaAs 基板2..緩沖層3. . . DBR 反射層3a. . . DBR反射層的第1構(gòu)成層3b. . . DBR反射層的第2構(gòu)成層5...下部覆蓋層(第1覆蓋層)6...下部引導(dǎo)層(第1引導(dǎo)層)
7...活性層8...上部引導(dǎo)層(第2引導(dǎo)層)9...上層覆蓋層(第2覆蓋層)10...電流擴(kuò)散層12·· ·ρ型歐姆電極(第1電極)13. .·η型歐姆電極(第2電極)20...發(fā)光部30...化合物半導(dǎo)體層100···發(fā)光二極管
具體實(shí)施例方式以下，使用附圖對作為應(yīng)用了本發(fā)明的一實(shí)施方式的發(fā)光二極管詳細(xì)地說明。再者，為易于明白其特征，在以下的說明中使用的附圖有時為方便起見將成為特征的部分放大地表示，各構(gòu)成要素的尺寸比率等未必與實(shí)際相同。<發(fā)光二極管>圖1是應(yīng)用了本發(fā)明的一實(shí)施方式涉及的發(fā)光二極管的剖面模式圖。另外，圖2 是應(yīng)用了本發(fā)明的一實(shí)施方式涉及的阱層和勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)的剖面模式圖。如圖1所示，本實(shí)施方式涉及的發(fā)光二極管100，是在基板1上依次具備DBR反射層3和發(fā)光部20的發(fā)光二極管100。其特征在于，發(fā)光部20具有活性層7，該活性層7具有由組成式(InxiGa1^xi) As (0 ^ Xl ^ 1)構(gòu)成的阱層15與由組成式(Alx2Ga1^x2) Y1In1^1P (0構(gòu)成勢壘層16的疊層結(jié)構(gòu)；從兩側(cè)夾著活性層7的、由組成式(AUfevdMn^PO)彡X3彡1，0 < Y2彡1)構(gòu)成的第1引導(dǎo)層和第2引導(dǎo)層；以及， 介由上述第1引導(dǎo)層6和第2引導(dǎo)層8的各層夾著上述活性層7的、由組成式(Alx4^v5i4) YIni_YP(0彡Χ4彡1，0 < Y彡1)構(gòu)成的第1覆蓋層5和第2覆蓋層9?；衔锇雽?dǎo)體層(也稱為外延生長層)30，如圖1所示，具有順序?qū)盈B了 ρη結(jié)型的發(fā)光部20和電流擴(kuò)散層10的結(jié)構(gòu)。可以對該化合物半導(dǎo)體層30的結(jié)構(gòu)適當(dāng)施加公知的功能層。例如，可以設(shè)置用于降低歐姆(Ohmic)電極的接觸電阻的接觸層、用于使元件驅(qū)動電流在整個發(fā)光部平面性地擴(kuò)散的電流擴(kuò)散層、相反地用于限制元件驅(qū)動電流流通的區(qū)域的電流阻止層和電流狹窄層等公知的層結(jié)構(gòu)。再者，在圖1中，將發(fā)光部20和電流擴(kuò)散層10作為化合物半導(dǎo)體層30示出，但在化合物半導(dǎo)體層30中也可以根據(jù)需要包含反射層和/或緩沖層。再者，優(yōu)選化合物半導(dǎo)體層30是在GaAs基板上外延生長形成的層。在η型基板上具備的發(fā)光部20，例如如圖1所示，在DBR反射層3上順序?qū)盈Bη型的下部覆蓋層(第1覆蓋層)5、下部引導(dǎo)層6、活性層7、上部引導(dǎo)層8、ρ型的上部覆蓋層 (第2覆蓋層)9而構(gòu)成。即，在得到高強(qiáng)度的發(fā)光方面，優(yōu)選發(fā)光部20形成為下述結(jié)構(gòu) 為了將帶來放射再結(jié)合的載流子(carrier)和發(fā)光“封入”到活性層7而含有在活性層7的下側(cè)和上側(cè)對峙地配置的下部覆蓋層5、下部引導(dǎo)(guide)層6以及上部引導(dǎo)層8、上部覆蓋層9的結(jié)構(gòu)，即所謂的雙異質(zhì)(英文簡稱DH)結(jié)構(gòu)?；钚詫?，如圖2所示，為了控制發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光波長，形成量子阱結(jié)構(gòu)。艮口，活性層7是在兩端具有勢壘層(也稱為壘層)16的、阱層15與勢壘層16的多層結(jié)構(gòu) (疊層結(jié)構(gòu))?；钚詫?的層厚優(yōu)選為0. 02 2 μ m的范圍。另外，活性層7的傳導(dǎo)類型沒有特別限定，不摻雜、P型和η型的任一種都可以選擇。為了提高發(fā)光效率，優(yōu)選采用結(jié)晶性良好的不摻雜或低于3Χ IO17cnT3的載流子濃度。DBR(分布式布拉格反射；Distributed Bragg Reflector)反射層3，是由多層膜構(gòu)成的層，所述多層膜是以λΛ4η)的膜厚(λ 應(yīng)該反射的光在真空中的波長、η:層材料的折射率)將折射率不同的兩種層交替地層疊了的多層膜。反射率，在兩種層的折射率的差大的場合，采用比較少的層數(shù)的多層膜即可得到高反射率。這樣的層的特征為并不像通常的反射膜那樣地由特定的面反射，而是利用多層膜的整體基于光的干涉現(xiàn)象引起反射。優(yōu)選DBR(Distributed Bragg Reflector)反射層3為折射率不同的兩種層交替地層疊10 50對從而構(gòu)成。原因是在為10對以下的場合，反射率過低而無助于輸出功率的增大；即使為50對以上，反射率的進(jìn)一步增大也較小。構(gòu)成DBR(Distributed Bragg Reflector)反射層3的折射率不同的兩種層從以下的三種組合中選擇可以效率良好地得到高的反射率，因此優(yōu)選。即，從可效率良好地得到高的反射率來看，優(yōu)選上述兩種層從下述組合的任一組合中選擇為組成不同的兩種層、 即由組成式(AlaGivxh)YJni_Y3P(0 < Xh ^ U Y3 = 0. 5)構(gòu)成的層和由組成式(Alxi^vxi) Y3In1^3P(0 ^XK UY3 = 0. 5)構(gòu)成的層的對，兩者的Al的組成差ΔΧ = xh-xl大于或等于0. 5的組合；GaInP和AUnP的組合；或者，為由組成式Alxl^vxlAs (0. 1彡xl彡1)構(gòu)成的層和由組成式AlxhGivxhAs (0. 1 ^ xh ^ 1)構(gòu)成的層的對，兩者的組成差ΔΧ = xh-xl大于或等于0.5的組合。由相互組成不同的AKialnP構(gòu)成的兩種層的組合，由于不合容易產(chǎn)生晶體缺陷的 As因而優(yōu)選。GaInP和AlInP的組合，由于在其中取得最大的折射率差，因此能夠減少反射層的數(shù)目，組成的切換也簡單因此優(yōu)選。另外，AKiaAs具有容易采取大的折射率差的優(yōu)點(diǎn)。接著，對于阱層15和勢壘層16進(jìn)行說明。圖3中，將阱層15的h組成(XI)、即阱層的組成式中所示的Xl固定在0. 1，表示阱層的層厚和發(fā)光峰波長的關(guān)系。表1表示圖3示出的點(diǎn)的值。可知如果阱層變厚為3nm、 5nm、7nm，則波長單調(diào)地變長為820nm、870nm、920nm。表權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，是在基板上依次具備DBR反射層和發(fā)光部的發(fā)光二極管，其特征在于，所述發(fā)光部具有活性層，該活性層具有阱層與勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)，所述阱層由組成式(InxiGa1-x1)As 構(gòu)成，且0≤Xl≤1，所述勢壘層由組成式(AlX2Ga1-x2)y1In1-y1P 構(gòu)成，且0≤X2≤1、0≤Yl ≤1 ；夾著所述活性層的第1引導(dǎo)層以及第2引導(dǎo)層，所述第1引導(dǎo)層以及第2引導(dǎo)層由組成式(Alx3Ga1-x3)y2In1-y2P 構(gòu)成，且 0 ≤ X3 ≤ 1、0 ≤ Y2 ≤ 1 ；和介由所述第1引導(dǎo)層以及第2引導(dǎo)層的各層夾著所述活性層的第1覆蓋層和第2覆蓋層，所述第1覆蓋層和第2覆蓋層由組成式(Alx4Ga1-x4)In1-yP構(gòu)成，且0≤X4≤1、0≤Y ≤1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述阱層的組成式中所示的Xl為 O ≤ Xl ≤ 0. 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述阱層的組成式中所示的Xl為 0. 1 ≤ Xl ≤ 0. 3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述DBR反射層是折射率不同的兩種層交替地層疊了 10 50對的層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述折射率不同的兩種層，是由 (AlxhGa1-xh)y3In1-y3P 構(gòu)成且 O < Xh ≤1、Y3 = 0. 5 的層和由(AlxlGa1-x1)y3In1-y3P 構(gòu)成且 0 ≤ Xl ≤1、Y3 = 0. 5的層的、組成相互不同的兩種層的組合，兩種層的Al的組成差ΔΧ = xh-xl 大于或等于0.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述折射率不同的兩種層是由 GaInP構(gòu)成的層和由AlInP構(gòu)成的層的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述折射率不同的兩種層是由 ALx1Ga1-x1As構(gòu)成且0. 1≤xl≤1的層和由ALxhGa1-xhAs構(gòu)成且0.1≤xh≤1的層的、組成相互不同的兩種層的組合，兩種層的Al的組成差ΔΧ = xh-xl大于或等于0. 5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，在所述發(fā)光部的與DBR反射層相反側(cè)的面上具備電流擴(kuò)散層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以高輸出功率和高效率發(fā)出850nm以上、特別是900nm以上的發(fā)光峰波長的紅外光的發(fā)光二極管。本發(fā)明的發(fā)光二極管是在基板上依次具備DBR反射層和發(fā)光部的發(fā)光二極管，其特征在于，所述發(fā)光部具有活性層，該活性層具有阱層與勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)，所述阱層由組成式(InX1Ga1-X1)As構(gòu)成且0≤X1≤1，所述勢壘層由組成式(AlX2Ga1-X2)Y1In1-Y1P構(gòu)成且0≤X2≤1、0＜Y1≤1；夾著所述活性層的第1引導(dǎo)層以及第2引導(dǎo)層，所述第1引導(dǎo)層以及第2引導(dǎo)層由組成式(AlX3Ga1-X3)Y2In1-Y2P構(gòu)成且0≤X3≤1、0＜Y2≤1；以及，介由所述第1引導(dǎo)層以及第2引導(dǎo)層的各層夾著所述活性層的第1覆蓋層和第2覆蓋層，所述第1覆蓋層和第2覆蓋層由組成式(AlX4Ga1-X4)YIn1-YP構(gòu)成且0≤X4≤1、0＜Y≤1。
文檔編號H01L33/30GK102468387SQ201110363280
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者瀨尾則善, 粟飯原范行 申請人:昭和電工株式會社