专利名称：发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有850nm以上、特别是900nm以上的发光峰波长的红外发光二极管。
背景技术：
红外发光二极管被广泛应用于红外线通信、红外线遥控装置、各种传感器用光源、 夜间照明等。作为具有如上述那样的峰波长附近的二极管，已知采用液相外延法使含有AWaAs 活性层的化合物半导体层在GaAs基板上生长的发光二极管(例如专利文献1 3)。另一方面，在设备间的发送接收中使用的红外线通信的场合，例如使用850 900nm的红外线，在红外线遥控操作通信的场合，例如使用受光部敏感度高的波长带即 880 940nm的红外线。作为兼具红外线通信和红外线遥控操作通信的双功能的便携电话等的终端设备用的、能够在红外线通信和红外线遥控操作通信的双方中使用的红外线发光二极管，已知发光峰波长为880 890nm、使用作为实效性杂质含有Ge的AWaAs活性层的二极管(专利文献4)。另外，作为能够具有900nm以上的发光峰波长的红外发光二极管，已知使用 InGaAs活性层的二极管(专利文献5)。现有技术文献专利文献1 日本特开平6-21507号公报专利文献2 日本特开2001-274454号公报专利文献3 日本特开平7-38148号公报专利文献4 日本特开2006-190792号公报专利文献5 日本特开2002-344013号公报
发明内容
但是，在例如以专利文献1 3中使用的液相外延法使化合物半导体层生长的方法中，难以形成单色性优异的多重量子结构。另外，如专利文献4那样，在使用作为实效性杂质含有Ge的AWaAs活性层的场合，难以使发光峰波长成为900nm以上(专利文献4的图3)。对于如专利文献5那样的能够具有900nm以上的发光峰波长的使用了 InGaAs活性层的红外发光二极管，其性能、节能和成本方面的改善不充分，从这些方面来看，希望开发达到性能更加提高、节能和成本方面得以改善的发光效率更高的二极管。本发明是鉴于上述情况完成的，其目的在于提供高输出功率和高效率的发出 850nm以上、特别是900nm以上的发光峰波长的红外光的红外发光二极管。本发明者为了解决上述课题反复专心研究的结果，通过形成为具备发光部，该发光部具备活性层和夹着该活性层的四元混晶的AWaInP覆盖层，该活性层具有由三元混晶的InGaAs阱层以及四元混晶的AKialnP势垒层构成的多量子阱结构；和在该发光部和基板之间的DBR反射层的构成，完成了高输出功率和高效率的、并且发出850nm以上、特别是 900nm以上的发光峰波长的红外光的红外发光二极管。在研究中，首先，本发明者采用红外线通信等所使用的具有850nm以上、特别是 900nm以上的发光峰波长的由InGaAs构成的阱层。并且，还为了提高单色性和输出功率，采用了具有多量子阱结构的活性层。另外，夹着该三元混晶的阱层的势垒层、以及夹着多量子阱结构的引导层和覆盖层，也采用了带隙大且对于发光波长透明，并且不合容易制作缺陷的As的结晶性良好的四元混晶的AlGaInP。此外，具有InGaAs层作为阱层的多量子阱结构，与作为基板使用的GaAs相比，晶格常数大，成为应变量子阱结构。该应变量子阱结构，InGaAs的组成和厚度对输出功率和/ 或单色性有大的影响。因而，InGaAs的适当的组成、厚度和对数的选择变得重要。因此，本发明者发现，通过对势垒层的AKialnP追加与InGaAs阱层相反的应变，由量子阱结构整体缓和由InGaAs的对数增加所引起的晶格失配，在高电流区域的发光输出特性得以改善。本发明者基于该见解进一步进行研究的结果，完成了以下的构成所示的本发明。(1) 一种发光二极管，是在基板上依次具备DBR反射层和发光部的发光二极管，其特征在于，上述发光部具有活性层，该活性层具有由组成式(InxlGai_xl)AS(0彡Xl彡1)构成的阱层与由组成式(AlX2(;ai_X2)YJivyiP(0彡X2彡1，0 < Yl彡1)构成的势垒层的叠层结构；夹着上述活性层的、由组成式(Alx3Ga1.)Y2^h2P(0彡Χ3彡1,0 < Υ2彡1)构成的第1 引导层以及第2引导层；和介由上述第1引导层以及第2引导层的各层夹着上述活性层的、 由组成式(Alx4Ga1^x4)γΙηι_γΡ(0彡Χ4彡1，0 < Y彡1)构成的第1覆盖层和第2覆盖层。(2)根据前项(1)所述的发光二极管，其特征在于，上述阱层的组成式中所示的Xl 为 0 < Xl < 0. 3。(3)根据前项( 所述的发光二极管，其特征在于，上述阱层的组成式中所示的Xl 为 0. 1 < Xl < 0. 3。(4)根据前项(1) (3)的任一项所述的发光二极管，其特征在于，上述DBR反射层是折射率不同的两种层交替地层叠了 10 50对的层。(5)根据前项(4)所述的发光二极管，其特征在于，上述折射率不同的两种层，是由(AlxhGa1^a)Y3In1^3P(0 < Xh ≤ 1、TO = 0. 5)构成的层和由(AlxiGa1^xi)Y3In1^3P(0 ≤ Xl <1>Y3 = 0. 5)构成的层的、组成相互不同的两种层的组合，两种层的Al的组成差ΔΧ = xh-x 1大于或等于0. 5。(6)根据前项(4)所述的发光二极管，其特征在于，上述折射率不同的两种层是由 GaInP构成的层和由AlInP构成的层的组合。(7)根据前项(4)所述的发光二极管，其特征在于，上述折射率不同的两种层是由 AlxlGa1^xlAs (0. 1≤xl≤1)构成的层和由AlxhGi^xhAs (0. 1≤xh≤1)构成的层的、组成相互不同的两种层的组合，两者的Al的组成差ΔΧ = xh-xl大于或等于0. 5。(8)根据前项(1) (7)的任一项所述的发光二极管，其特征在于，在上述发光部的与DBR反射层相反侧的面上具备电流扩散层。根据上述的构成，得到以下的效果。
本发明的发光二极管为高输出功率和高效率，能够发出850nm以上、特别是900nm 以上的发光峰波长的红外光。本发明的发光二极管，由于活性层是具有由组成式(InxlGai_xl)AS(0彡Xl彡1)构成的阱层和由组成式(AlX2(;ai_X2)YJivyiP(0彡X2彡1，0 < Yl彡1)构成势垒层的多量子阱结构的构成，因此单色性优异。本发明的发光二极管，由于覆盖层是四元混晶的组成式(AlxGai_x) YIrVYP(0彡X彡1，0 < Y彡1)构成的结构，因此与覆盖层由三元混晶构成的红外发光二极管相比Al浓度低、耐湿性提高。本发明的发光二极管，由于活性层是具有由组成式(InxlGai_xl)AS(0彡Xl彡1)构成的阱层和由组成式(AlX2(;ai_X2)YJivyiP(0彡X2彡1，0 < Yl彡1)构成势垒层的叠层结构的构成，因此适合于利用MOCVD法进行量产。本发明的发光二极管，由于是在发光层和基板之间具备DBR反射膜的构成，因此能够通过由GaAs基板吸收光来避免发光输出功率降低。
图1是作为本发明的一实施方式的发光二极管的平面图。图2是用于说明构成作为本发明的一实施方式的发光二极管的活性层的图。图3是表示作为本发明的一实施方式的发光二极管的阱层的层厚和发光峰波长的关系(相关性)的曲线图。图4是表示作为本发明的一实施方式的发光二极管的阱层的组成(XI)、阱层厚度和发光峰波长的关系的曲线图。图5是表示作为本发明的一实施方式的发光二极管的阱层的h组成(Xl)和发光峰波长及其发光输出功率的关系的曲线图。图6是表示作为本发明的一实施方式的发光二极管的阱层以及势垒层的对数和发光输出功率的关系的曲线图。图7A是表示作为本发明的一实施方式的发光二极管的势垒层的组成式中所示的 Yl和发光输出功率的关系的曲线图。图7B是表示比较例的势垒层的组成式中所示的Yl和发光输出功率的关系的曲线图。图8是表示作为本发明的一实施方式的发光二极管的阱层以及势垒层的对数对于正向电流与发光输出功率的关系的依赖性的曲线图。附图标记说明1. . . GaAs 基板2..缓冲层3. . . DBR 反射层3a. . . DBR反射层的第1构成层3b. . . DBR反射层的第2构成层5...下部覆盖层(第1覆盖层)6...下部引导层(第1引导层)
7...活性层8...上部引导层(第2引导层)9...上层覆盖层(第2覆盖层)10...电流扩散层12·· ·ρ型欧姆电极(第1电极)13. .·η型欧姆电极(第2电极)20...发光部30...化合物半导体层100···发光二极管
具体实施例方式以下，使用附图对作为应用了本发明的一实施方式的发光二极管详细地说明。再者，为易于明白其特征，在以下的说明中使用的附图有时为方便起见将成为特征的部分放大地表示，各构成要素的尺寸比率等未必与实际相同。<发光二极管>图1是应用了本发明的一实施方式涉及的发光二极管的剖面模式图。另外，图2 是应用了本发明的一实施方式涉及的阱层和势垒层的叠层结构的剖面模式图。如图1所示，本实施方式涉及的发光二极管100，是在基板1上依次具备DBR反射层3和发光部20的发光二极管100。其特征在于，发光部20具有活性层7，该活性层7具有由组成式(InxiGa1^xi) As (0 ^ Xl ^ 1)构成的阱层15与由组成式(Alx2Ga1^x2) Y1In1^1P (0构成势垒层16的叠层结构；从两侧夹着活性层7的、由组成式(AUfevdMn^PO)彡X3彡1，0 < Y2彡1)构成的第1引导层和第2引导层；以及， 介由上述第1引导层6和第2引导层8的各层夹着上述活性层7的、由组成式(Alx4^v5i4) YIni_YP(0彡Χ4彡1，0 < Y彡1)构成的第1覆盖层5和第2覆盖层9。化合物半导体层(也称为外延生长层)30，如图1所示，具有顺序层叠了 ρη结型的发光部20和电流扩散层10的结构。可以对该化合物半导体层30的结构适当施加公知的功能层。例如，可以设置用于降低欧姆(Ohmic)电极的接触电阻的接触层、用于使元件驱动电流在整个发光部平面性地扩散的电流扩散层、相反地用于限制元件驱动电流流通的区域的电流阻止层和电流狭窄层等公知的层结构。再者，在图1中，将发光部20和电流扩散层10作为化合物半导体层30示出，但在化合物半导体层30中也可以根据需要包含反射层和/或缓冲层。再者，优选化合物半导体层30是在GaAs基板上外延生长形成的层。在η型基板上具备的发光部20，例如如图1所示，在DBR反射层3上顺序层叠η型的下部覆盖层(第1覆盖层)5、下部引导层6、活性层7、上部引导层8、ρ型的上部覆盖层 (第2覆盖层)9而构成。即，在得到高强度的发光方面，优选发光部20形成为下述结构 为了将带来放射再结合的载流子(carrier)和发光“封入”到活性层7而含有在活性层7的下侧和上侧对峙地配置的下部覆盖层5、下部引导(guide)层6以及上部引导层8、上部覆盖层9的结构，即所谓的双异质(英文简称DH)结构。活性层7，如图2所示，为了控制发光二极管(LED)的发光波长，形成量子阱结构。艮口，活性层7是在两端具有势垒层(也称为垒层)16的、阱层15与势垒层16的多层结构 (叠层结构)。活性层7的层厚优选为0. 02 2 μ m的范围。另外，活性层7的传导类型没有特别限定，不掺杂、P型和η型的任一种都可以选择。为了提高发光效率，优选采用结晶性良好的不掺杂或低于3Χ IO17cnT3的载流子浓度。DBR(分布式布拉格反射；Distributed Bragg Reflector)反射层3，是由多层膜构成的层，所述多层膜是以λΛ4η)的膜厚(λ 应该反射的光在真空中的波长、η:层材料的折射率)将折射率不同的两种层交替地层叠了的多层膜。反射率，在两种层的折射率的差大的场合，采用比较少的层数的多层膜即可得到高反射率。这样的层的特征为并不像通常的反射膜那样地由特定的面反射，而是利用多层膜的整体基于光的干涉现象引起反射。优选DBR(Distributed Bragg Reflector)反射层3为折射率不同的两种层交替地层叠10 50对从而构成。原因是在为10对以下的场合，反射率过低而无助于输出功率的增大；即使为50对以上，反射率的进一步增大也较小。构成DBR(Distributed Bragg Reflector)反射层3的折射率不同的两种层从以下的三种组合中选择可以效率良好地得到高的反射率，因此优选。即，从可效率良好地得到高的反射率来看，优选上述两种层从下述组合的任一组合中选择为组成不同的两种层、 即由组成式(AlaGivxh)YJni_Y3P(0 < Xh ^ U Y3 = 0. 5)构成的层和由组成式(Alxi^vxi) Y3In1^3P(0 ^XK UY3 = 0. 5)构成的层的对，两者的Al的组成差ΔΧ = xh-xl大于或等于0. 5的组合；GaInP和AUnP的组合；或者，为由组成式Alxl^vxlAs (0. 1彡xl彡1)构成的层和由组成式AlxhGivxhAs (0. 1 ^ xh ^ 1)构成的层的对，两者的组成差ΔΧ = xh-xl大于或等于0.5的组合。由相互组成不同的AKialnP构成的两种层的组合，由于不合容易产生晶体缺陷的 As因而优选。GaInP和AlInP的组合，由于在其中取得最大的折射率差，因此能够减少反射层的数目，组成的切换也简单因此优选。另外，AKiaAs具有容易采取大的折射率差的优点。接着，对于阱层15和势垒层16进行说明。图3中，将阱层15的h组成(XI)、即阱层的组成式中所示的Xl固定在0. 1，表示阱层的层厚和发光峰波长的关系。表1表示图3示出的点的值。可知如果阱层变厚为3nm、 5nm、7nm，则波长单调地变长为820nm、870nm、920nm。表权利要求
1.一种发光二极管，是在基板上依次具备DBR反射层和发光部的发光二极管，其特征在于，所述发光部具有活性层，该活性层具有阱层与势垒层的叠层结构，所述阱层由组成式(InxiGa1-x1)As 构成，且0≤Xl≤1，所述势垒层由组成式(AlX2Ga1-x2)y1In1-y1P 构成，且0≤X2≤1、0≤Yl ≤1 ；夹着所述活性层的第1引导层以及第2引导层，所述第1引导层以及第2引导层由组成式(Alx3Ga1-x3)y2In1-y2P 构成，且 0 ≤ X3 ≤ 1、0 ≤ Y2 ≤ 1 ；和介由所述第1引导层以及第2引导层的各层夹着所述活性层的第1覆盖层和第2覆盖层，所述第1覆盖层和第2覆盖层由组成式(Alx4Ga1-x4)In1-yP构成，且0≤X4≤1、0≤Y ≤1。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述阱层的组成式中所示的Xl为 O ≤ Xl ≤ 0. 3。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述阱层的组成式中所示的Xl为 0. 1 ≤ Xl ≤ 0. 3。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述DBR反射层是折射率不同的两种层交替地层叠了 10 50对的层。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述折射率不同的两种层，是由 (AlxhGa1-xh)y3In1-y3P 构成且 O < Xh ≤1、Y3 = 0. 5 的层和由(AlxlGa1-x1)y3In1-y3P 构成且 0 ≤ Xl ≤1、Y3 = 0. 5的层的、组成相互不同的两种层的组合，两种层的Al的组成差ΔΧ = xh-xl 大于或等于0.5。
6.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述折射率不同的两种层是由 GaInP构成的层和由AlInP构成的层的组合。
7.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述折射率不同的两种层是由 ALx1Ga1-x1As构成且0. 1≤xl≤1的层和由ALxhGa1-xhAs构成且0.1≤xh≤1的层的、组成相互不同的两种层的组合，两种层的Al的组成差ΔΧ = xh-xl大于或等于0. 5。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，在所述发光部的与DBR反射层相反侧的面上具备电流扩散层。
全文摘要
本发明提供一种以高输出功率和高效率发出850nm以上、特别是900nm以上的发光峰波长的红外光的发光二极管。本发明的发光二极管是在基板上依次具备DBR反射层和发光部的发光二极管，其特征在于，所述发光部具有活性层，该活性层具有阱层与势垒层的叠层结构，所述阱层由组成式(InX1Ga1-X1)As构成且0≤X1≤1，所述势垒层由组成式(AlX2Ga1-X2)Y1In1-Y1P构成且0≤X2≤1、0＜Y1≤1；夹着所述活性层的第1引导层以及第2引导层，所述第1引导层以及第2引导层由组成式(AlX3Ga1-X3)Y2In1-Y2P构成且0≤X3≤1、0＜Y2≤1；以及，介由所述第1引导层以及第2引导层的各层夹着所述活性层的第1覆盖层和第2覆盖层，所述第1覆盖层和第2覆盖层由组成式(AlX4Ga1-X4)YIn1-YP构成且0≤X4≤1、0＜Y≤1。
文档编号H01L33/30GK102468387SQ201110363280
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月16日 优先权日2010年11月18日
发明者濑尾则善, 粟饭原范行 申请人:昭和电工株式会社