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JP2004297060A - Light emitting diode element and method for manufacturing the same - Google Patents

Light emitting diode element and method for manufacturing the same Download PDF

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JP2004297060A
JP2004297060A JP2004068392A JP2004068392A JP2004297060A JP 2004297060 A JP2004297060 A JP 2004297060A JP 2004068392 A JP2004068392 A JP 2004068392A JP 2004068392 A JP2004068392 A JP 2004068392A JP 2004297060 A JP2004297060 A JP 2004297060A
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JP
Japan
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layer
active layer
window
type
emitting diode
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Pending
Application number
JP2004068392A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Matsuzawa
圭一 松沢
Junichi Yamazaki
潤一 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a light emitting diode element having a high luminance in the wavelength band of yellow-green, in which the drop in the output strength used to be marked conventionally, by forming a window layer in a process in which the temperature is higher than before in order to improve the electric conductivity of the window layer and by changing the structure thereof to prevent the changes due to the process under high temperatures. <P>SOLUTION: In a light emitting diode of a double-hetero type having an AlGaInP active layer, a clad layer on the positive electrode side is made up of an undoped AlInP layer that has grown to have a thickness of 0.5 μm or more and an intermediate layer having an energy band gap between the window layer and the undoped AlInP layer and to which a p-type doping has been conducted. In the above-mentioned window layer, a GaP layer grows at temperatures equal to 730°C or higher , the growth rate is equal to 7.8 μm per hour or greater, and the dopant is zinc. An undoped AlInP layer having a thickness of 0.1 μm or greater is attached to a clad layer on the negative electrode side. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、例えば黄緑色の波長帯域で輝度の大きい、AlGaInPからなる活性層を有する発光ダイオード(LED)素子とその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a light emitting diode (LED) element having an active layer made of AlGaInP and having a high luminance in a yellow-green wavelength band, for example, and a method of manufacturing the same.

発光ダイオードは、表示用を中心に種々のものに使われている。よく知られている様に、その発光波長の短い順に、InGaN、AlGaInP、GaAlAs、あるいは、GaInAsPを用いたLEDなどがある。また、その輝度は、年々改善され、最近では、照明や液晶表示装置のバックライトに使われるに至っているが、さらに改善するための研究が行なわれている。   Light emitting diodes are used in various types of display devices. As is well known, there are LEDs using InGaN, AlGaInP, GaAlAs, or GaInAsP in the order of short emission wavelength. Further, the luminance has been improved year by year, and recently, it has been used for illumination and backlight of a liquid crystal display device. However, research for further improvement is being conducted.

発光効率のよいLEDとしては、特許文献1あるいは特許文献2に記載されたもので、図5あるいは図6に示すダブルへテロ(DH)接合を持った構造のLEDが知られている。このLEDの特長は、電子とホールを再結合させて発光させるための活性層を挟んで、活性層のなかに電子やホールを閉じこめるためのとじ込め層を配置した構造を持つことである。この閉じ込め層は、活性層よりもバンドギャップが大きくその発光を吸収しないクラッド層として機能する。   As an LED having excellent luminous efficiency, an LED having a structure having a double hetero (DH) junction shown in FIG. 5 or FIG. 6 is known as described in Patent Document 1 or Patent Document 2. The feature of this LED is that it has a structure in which an active layer for recombining electrons and holes to emit light is sandwiched, and a binding layer for confining electrons and holes in the active layer. The confinement layer has a larger band gap than the active layer and functions as a cladding layer that does not absorb the emitted light.

上記の構造のLEDの発光波長は、活性層の組成で決まることはよく知られている。例えば、図7のダブルへテロ(DH)接合を持った構造のAlGaInPを活性層に用いたLEDでは、その組成が、(AlxGa1-x0.5In0.5Pと表わされるとき、活性層のバンドギャップエネルギー(Eg)は、0≦x≦0.6の範囲では、Eg=1.91+0.61x (eV)とxの値によって変化する。従ってLEDの発光波長は、650nmから545nmまで、活性層のバンドギャップエネルギー、すなわち活性層の組成によって変化する。また、このxの増加に伴なって、LEDの出力光が短波長となり、その強度がかなり低下することが知られている。 It is well known that the emission wavelength of the LED having the above structure is determined by the composition of the active layer. For example, in the LED shown in FIG. 7 using AlGaInP having a structure having a double hetero (DH) junction as an active layer, when the composition is expressed as (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P The bandgap energy (Eg) of Eg changes from Eg = 1.91 + 0.61x (eV) to x within the range of 0 ≦ x ≦ 0.6. Therefore, the emission wavelength of the LED changes from 650 nm to 545 nm depending on the band gap energy of the active layer, that is, the composition of the active layer. It is also known that, with the increase of x, the output light of the LED has a short wavelength and its intensity is considerably reduced.

この出力光の強度の低下の原因は、次の点にあることが明らかにされている。つまり、短波長で発光させるために、活性層のバンドギャップを大きくする必用があるので、このために、ガリウム(Ga)の組成比を減少させた活性層とする。しかし、この組成比の減少により、活性層と閉じ込め層とのバンドギャップ差が減少する。この結果、ホールが活性層に注入される際のポテンシャル障壁がより大きくなり、ホールの注入効率が低下する。また、活性層に閉じ込められた電子に対するクラッド層の障壁が低下し、電子の閉じ込めが低下する。その結果、電子とホールとの再結合が減少し、発光出力が低下してしまう。   It has been clarified that the cause of the decrease in the intensity of the output light is as follows. That is, in order to emit light at a short wavelength, it is necessary to increase the band gap of the active layer. Therefore, the active layer has a reduced gallium (Ga) composition ratio. However, the decrease in the composition ratio reduces the band gap difference between the active layer and the confinement layer. As a result, the potential barrier when holes are injected into the active layer becomes larger, and the hole injection efficiency decreases. Further, the barrier of the cladding layer for electrons confined in the active layer is reduced, and confinement of electrons is reduced. As a result, recombination of electrons and holes is reduced, and the light emission output is reduced.

このため、クラッド層をAlInPとして、ホールの注入効率と、電子の閉じ込め効果を改善したLEDが、非特許文献1に報告されている。   For this reason, Non-Patent Document 1 discloses an LED in which the cladding layer is made of AlInP and the hole injection efficiency and the electron confinement effect are improved.

また、活性層に接するpクラッド層の一部を、0.005から0.2μm程度の厚さでアンドープ層とするLEDが特許文献3に開示されている。   Further, Patent Document 3 discloses an LED in which a part of a p-cladding layer in contact with an active layer has an undoped layer with a thickness of about 0.005 to 0.2 μm.

このアンドープ層については、本発明でも類似の構造を持つが、本質的な理由で、さらに厚いアンドープ層が必用である点において、上記の開示とは相違している。   The undoped layer has a similar structure in the present invention, but differs from the above disclosure in that a thicker undoped layer is required for essential reasons.

また、p−GaPの窓層とp−AlGaInP層との間、あるいは、p−AlGaInPクラッド層とAlGaInP活性層との間に、バンド不連続により発生するノッチを抑制するために、それらの層の中間のバンドギャップを持った層を新たに挿入して、順方向に流れる電流に対する抵抗値を低減する構成が、特許文献4に開示されている。   Further, in order to suppress a notch generated due to band discontinuity between the p-GaP window layer and the p-AlGaInP layer, or between the p-AlGaInP clad layer and the AlGaInP active layer, these layers are formed. Patent Document 4 discloses a configuration in which a layer having an intermediate band gap is newly inserted to reduce the resistance value to a current flowing in the forward direction.

また、クラッド層の構造に着目したもので、図8に示す様に、活性層と、この活性層の一方の側に配置されたn型クラッド層と、前記活性層の他方の側に配置されたp型クラッド層とを備えた半導体発光素子において、前記n型クラッド層が前記活性層に隣接するn型の第1のクラッド層とこの第1のクラッド層に隣接するn型の第2のクラッド層とを有し、前記第1のクラッド層は前記第2のクラッド層よりも低いキャリア濃度を有し且つ前記第2のクラッド層よりは薄いが量子力学的トンネル効果が生じる厚さよりは厚い厚さを有し、価電子帯に形成される前記活性層と前記第2のクラッド層の間の電位障壁の高さが価電子帯に形成される前記活性層と前記第1のクラッド層の間の電位障壁の高さよりも高く設定され、前記第1及び第2のクラッド層はAIGaInPから成り、前記第1のクラッド層のAlGaに対するInの割合が前記第2のクラッド層のAlGaに対するInの割合よりも低く設定されていることを特徴とする半導体発光素子が、特許文献5に開示されている。   In addition, attention is paid to the structure of the cladding layer, and as shown in FIG. 8, an active layer, an n-type cladding layer disposed on one side of the active layer, and an active layer disposed on the other side of the active layer. A n-type cladding layer adjacent to the active layer and an n-type second cladding layer adjacent to the first cladding layer. A cladding layer, wherein the first cladding layer has a lower carrier concentration than the second cladding layer and is thinner than the second cladding layer but thicker than a thickness at which quantum mechanical tunneling occurs. A height of a potential barrier between the active layer formed in a valence band and the second cladding layer, the height of a potential barrier between the active layer formed in the valence band and the first cladding layer; The height is set higher than the height of the potential barrier between the first and second potential barriers. The semiconductor light emitting device is characterized in that the cladding layer is made of AIGaInP, and the ratio of In to AlGa in the first cladding layer is set lower than the ratio of In to AlGa in the second cladding layer. It is disclosed in reference 5.

また、図9に示す様に、AlGaInP系化合物半導体からなるn型クラッド層と、そのn型クラッド層よりバンドギャップエネルギーが小さい組成のAlGaInP系化合物半導体からなる活性層と、その活性層よりバンドギャップエネルギーが大きい組成のp型AlGaInP系化合物半導体からなるクラッド層と、GaPからなるp型ウィンドウ層とを積層した積層体に電極が設けられた発光素子で、さらに、上記のp型クラッド層と上記のp型ウィンドウ層との間に上記のp型クラッド層より小さいバンドギャップエネルギーを持った材料による介在層が設けられたものが、特許文献6に開示されている。   Further, as shown in FIG. 9, an n-type cladding layer made of an AlGaInP-based compound semiconductor, an active layer made of an AlGaInP-based compound semiconductor having a composition smaller in band gap energy than the n-type clad layer, A light-emitting element in which an electrode is provided in a laminate in which a clad layer made of a p-type AlGaInP-based compound semiconductor having a large energy composition and a p-type window layer made of GaP are further provided. Patent Document 6 discloses that an intervening layer made of a material having a band gap energy smaller than that of the p-type cladding layer is provided between the p-type window layer and the p-type window layer.

また、図10に示す様に、ダブルへテロ接合構造のLEDにおいて、p型不純物がノンドープの活性層に拡散して発光効率を低下させることがなく、高特性が得られる様にするために、半導体基板上にn型クラッド層、活性層およびp型クラッド層からなるダブルへテロ接合の発光層を有する発光ダイオードの製法であって、前記p型クラッド層の前記活性層側の一部を実質的にノンドープ層にして各半導体層を順次積層する、という発光ダイオードの製法が、特許文献7に開示されている。   In addition, as shown in FIG. 10, in the LED having the double hetero junction structure, in order to obtain high characteristics without lowering the luminous efficiency without p-type impurities being diffused into the non-doped active layer, A method for producing a light emitting diode having a light emitting layer of a double hetero junction comprising an n-type cladding layer, an active layer and a p-type cladding layer on a semiconductor substrate, wherein a part of the p-type cladding layer on the side of the active layer is substantially formed. Patent Document 7 discloses a method for manufacturing a light-emitting diode in which each semiconductor layer is sequentially stacked as a non-doped layer.

また、AlGaInPにGaPの窓層をつけた構造のLEDが、特許文献1に開示されている。このGaPの窓層をAlGaInPの上に積層して、図11のLEDを製造する際に、800℃以上の高温で成長させて結晶欠陥を抑制する製造方法が、非特許文献2に記載されている。   Patent Document 1 discloses an LED having a structure in which a GaP window layer is provided on AlGaInP. Non-Patent Document 2 describes a manufacturing method of stacking this GaP window layer on AlGaInP and suppressing crystal defects by growing at a high temperature of 800 ° C. or more when manufacturing the LED of FIG. I have.

一般に、p−AlGaInP、あるいは、p−AlInPの電気伝導率は非常に小さいことが知られている。この対策として、また、発光部分の面積を広げて電流が局所的に集中せず拡散されるようにするために、窓層(あるいは電流拡散層)が使われる。しかし、この窓層の抵抗値が大きいときには、LEDに定格の電流を流すために必要な電圧が大きくなるので、その窓層にはなるべく小さい抵抗率の物質を用いることが望ましい。   Generally, it is known that the electrical conductivity of p-AlGaInP or p-AlInP is very small. As a countermeasure, a window layer (or a current diffusion layer) is used to increase the area of the light emitting portion so that the current is diffused without being locally concentrated. However, when the resistance value of this window layer is large, the voltage required to flow a rated current through the LED becomes large. Therefore, it is desirable to use a material having a resistivity as small as possible for the window layer.

米国特許第5008718号明細書U.S. Pat. No. 5,008,718 特開平3−270186号公報JP-A-3-270186 特開平8−321633号公報JP-A-8-321633 特許第3233569号公報Japanese Patent No. 3233369 特許第3024484号公報Japanese Patent No. 3024484 特開2000−312030号公報JP 2000-312030 A 特開平8-293623号公報JP-A-8-293623

G.B.Stringfellow et al. “High Brightness Light Emitting Diode”, pp. 108, pp. 162, and, pp.168, 1996.G.B.Stringfellow et al. “High Brightness Light Emitting Diode”, pp. 108, 162, and, 168, 1996. J. Lin, et al., J. Crys. Growth, 142, pp. 15-20, 1994.J. Lin, et al., J. Crys. Growth, 142, pp. 15-20, 1994.

上記の窓層(あるいは電流拡散層)の比抵抗を小さくするために、窓層の結晶性を高めることが有効である。しかし、この部分の結晶性を高めるために、窓層の成長温度を高温にすると、素子全体を高温プロセスにさらすことになり、窓層以外の部分で不都合が発生し、出力強度の大きい発光ダイオード素子を実現することができない。   In order to reduce the specific resistance of the window layer (or the current diffusion layer), it is effective to increase the crystallinity of the window layer. However, if the growth temperature of the window layer is increased to increase the crystallinity of this portion, the entire device is exposed to a high-temperature process, causing inconvenience in portions other than the window layer, and a light emitting diode having a large output intensity. The element cannot be realized.

この発明は上記に鑑み提案されたもので、窓層を従来よりも高温のプロセスで形成し、電気伝導度の改善された窓層とするが、高温プロセスによりおこる変化がないようにその構造を変える事により、従来は出力強度の低下が著しかった黄緑色の波長帯域で、輝度の大きい発光ダイオード素子を実現するものである。   The present invention has been proposed in view of the above, and a window layer is formed by a process at a higher temperature than in the prior art to provide a window layer with improved electrical conductivity. By changing this, it is possible to realize a light-emitting diode element having high luminance in the yellow-green wavelength band where the output intensity has been significantly reduced in the past.

上記目的を達成するための本発明の第1の特徴は、AlGaInPの活性層と、活性層を中間に挟むそれぞれこの活性層よりも大きなエネルギーバンドギャップを持った陽極側クラッド層、陰極側クラッド層および陽極側クラッド層上に形成される活性層よりもエネルギーバンドギャップが大きい窓層とを備えた発光ダイオード素子であって、陽極側クラッド層は、1)活性層に接する0.5μm以上の厚さに成長したアンドープAlInP層と、2)このアンドープAlInP層のエネルギーバンドギャップと窓層のそれとの中間のエネルギーバンドギャップを持ち、且つ、窓層に接するP型のドーピングを行った中間層とを含むことである。   A first feature of the present invention for achieving the above object is that an active layer of AlGaInP, an anode-side cladding layer and a cathode-side cladding layer each having an energy band gap larger than that of the active layer sandwiching the active layer. And a window layer having a larger energy band gap than the active layer formed on the anode-side cladding layer, wherein the anode-side cladding layer has a thickness of 0.5 μm or more in contact with the active layer. The undoped AlInP layer thus grown and 2) a P-type doped intermediate layer having an energy band gap intermediate between that of the undoped AlInP layer and that of the window layer and in contact with the window layer. It is to include.

また、本発明の第2の特徴は、AlGaInPの活性層と、活性層を中間に挟むそれぞれこの活性層よりも大きなエネルギーバンドギャップを持った陽極側クラッド層、陰極側クラッド層および陽極側クラッド層上に形成される活性層よりもエネルギーバンドギャップが大きい窓層とを備えた発光ダイオードであって、前記の窓層は、GaP層を730℃以上の温度で成長したものであり、その成長速度は毎時7.8μm以上であり、そのドーパントは、亜鉛であることである。   A second feature of the present invention is that an active layer of AlGaInP, an anode-side cladding layer, a cathode-side cladding layer and an anode-side cladding layer each having an energy band gap larger than that of the active layer with the active layer interposed therebetween. A light emitting diode comprising a window layer having a larger energy band gap than an active layer formed thereon, wherein said window layer is obtained by growing a GaP layer at a temperature of 730 ° C. or higher, and its growth rate. Is 7.8 μm / hr or more, and the dopant is zinc.

また、本発明の第3の特徴は、第2の特徴に加えて、陽極側クラッド層は、1)活性層に接する0.5μm以上の厚さに成長したアンドープAlInP層と、2)このアンドープAlInP層のエネルギーバンドギャップと窓層のそれとの中間のエネルギーバンドギャップを持ち、且つ、窓層に接するP型のドーピングを行った中間層とを含むことである。   A third feature of the present invention is that, in addition to the second feature, the anode-side cladding layer includes: 1) an undoped AlInP layer grown to a thickness of 0.5 μm or more in contact with the active layer; It has an energy band gap between the energy band gap of the AlInP layer and that of the window layer, and includes a P-type doped intermediate layer in contact with the window layer.

また、本発明の第4の特徴は、AlGaInPの活性層と、活性層を中間に挟むそれぞれこの活性層よりも大きなエネルギーバンドギャップを持った陽極側クラッド層、陰極側クラッド層および陽極側クラッド層上に形成される活性層よりもエネルギーバンドギャップが大きい窓層とを備えた発光ダイオード素子であって、 陰極側クラッド層は、活性層に接する0.1μm厚以上のアンドープAlInP層を含むことである。   A fourth feature of the present invention is that an active layer of AlGaInP, an anode-side cladding layer, a cathode-side cladding layer and an anode-side cladding layer each having an energy band gap larger than that of the active layer sandwiching the active layer therebetween A light emitting diode device comprising a window layer having an energy band gap larger than an active layer formed thereon, wherein the cathode side cladding layer includes an undoped AlInP layer having a thickness of 0.1 μm or more in contact with the active layer. is there.

また、本発明の第5の特徴は、第4の特徴に加えて、陰極側クラッド層が前記のアンドープAlInP層に陰極側で接するn型クラッド層を含み、このn型クラッド層のドーパントは、シリコンであることである。   A fifth feature of the present invention is that, in addition to the fourth feature, the cathode-side cladding layer includes an n-type cladding layer in contact with the undoped AlInP layer on the cathode side, and the dopant of the n-type cladding layer is It is silicon.

また、本発明の第6の特徴は、発光ダイオード素子の製造方法であって、砒化ガリウム(GaAs)基板上に、1)バッファ層を堆積する工程と、2)上記のバッファ層の上に反射層をとして、n型の反射層をつける工程と、3)上記の反射層の上には、シリコンをドープしたn型クラッド層を堆積する工程と、4)上記のn型クラッド層の上には、アンドープAlInP層をつける工程と、5)前記のアンドープAlInP層の上には、AlGaInPの活性層を設ける工程と、6)前記の活性層の上に、アンドープAlInP層を設ける工程と、7)前記のアンドープAlInP層の上に、p型中間層を設ける工程と、8)前記のp型の中間層の上に、窓層として、亜鉛をドープしたp型のGaP層を730℃以上の温度で、毎時7.8μm以上の成長速度で成長する工程と、を、含むことである。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light emitting diode device, comprising the steps of: 1) depositing a buffer layer on a gallium arsenide (GaAs) substrate; and 2) reflecting light onto the buffer layer. Forming an n-type reflective layer as a layer; 3) depositing a silicon-doped n-type clad layer on the reflective layer; and 4) depositing an n-type clad layer on the n-type clad layer. A) providing an undoped AlInP layer; 5) providing an AlGaInP active layer on the undoped AlInP layer; 6) providing an undoped AlInP layer on the active layer; A) providing a p-type intermediate layer on the undoped AlInP layer; and 8) forming a zinc-doped p-type GaP layer as a window layer above 730 ° C. on the p-type intermediate layer. 7.8 per hour at temperature A step of growing at m or more growth rate, a is the inclusion.

以下にこの発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の望ましい実施形態の一例を示す模式図である。図1の構成は、砒化ガリウム(GaAs)基板10上に、減圧MOCVD成長法で成膜したものである。用いた基板10は、シリコン(Si)をドープした砒化ガリウム(GaAs)基板(15°オフ)である。この基板に、トリメチルガリウム(Ga(CH33)、トリメチルインジウム(In(CH33)、トリメチルアルミニウム(Al(CH33)、ジメチル亜鉛(Zn(CH32)、ジシラン(Si26)、アルシン(AsH3)、フォスフィン(PH3)を用いて、表1の様に成膜する。なお、AlGaInP層、AlInP層は、GaAs基板に格子整合するように成膜するのが好ましい。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a preferred embodiment of the present invention. In the configuration shown in FIG. 1, a film is formed on a gallium arsenide (GaAs) substrate 10 by a reduced pressure MOCVD growth method. The substrate 10 used is a gallium arsenide (GaAs) substrate (15 ° off) doped with silicon (Si). This substrate, trimethyl gallium (Ga (CH 3) 3) , trimethyl indium (In (CH 3) 3) , trimethyl aluminum (Al (CH 3) 3) , dimethyl zinc (Zn (CH 3) 2) , disilane ( Films are formed as shown in Table 1 using Si 2 H 6 ), arsine (AsH 3 ), and phosphine (PH 3 ). Note that the AlGaInP layer and the AlInP layer are preferably formed so as to be lattice-matched to the GaAs substrate.

Figure 2004297060
Figure 2004297060

従って、本発明の製造プロセス例の概略は以下の通りである。
1)GaAs基板10上にバッファ層9として、シリコンをドープしたn型GaAs層を0.5μm堆積し、
2)反射層8(DBR:Distributed Bragg Reflector)として、n型のSi−Al0.5Ga0.5As/Al0.9Ga0.1As積層膜をつける。この反射層を設けない場合は、出力光が減少する。
3)反射層8の上には、n型クラッド層7としてシリコンをドープしたAlInP層をつける。
4)n型クラッド層7の上には、アンドープのクラッド層7としてアンドープAlInP層6を設ける。この層の厚みは、0.1μm以上あることが望ましい。また、この層を設けない場合は、出力光が減少する。なお、上記のn型クラッド層7とアンドープのAlInP層6が陰極側クラッド層を構成する。
Therefore, the outline of the example of the manufacturing process of the present invention is as follows.
1) An n-type GaAs layer doped with silicon is deposited as a buffer layer 9 on a GaAs substrate 10 to a thickness of 0.5 μm.
2) the reflective layer 8 (DBR: a Distributed Bragg Reflector), put an n-type Si-Al 0.5 Ga 0.5 As / Al 0.9 Ga 0.1 As multilayer film. When this reflective layer is not provided, the output light decreases.
3) An AlInP layer doped with silicon is provided as an n-type cladding layer 7 on the reflection layer 8.
4) On the n-type cladding layer 7, an undoped AlInP layer 6 is provided as the undoped cladding layer 7. The thickness of this layer is desirably 0.1 μm or more. When this layer is not provided, the output light decreases. The n-type cladding layer 7 and the undoped AlInP layer 6 constitute a cathode-side cladding layer.

5)アンドープAlInP層6の上には、アンドープのAlGaInPからなる活性層5を設ける。この活性層は、上記のアンドープAlInP層6と、下記のアンドープAlInP層4とに挟まれた構造により、発光に有利なダブルへテロ(DH)構造となっている。
6)活性層5の上には、アンドープのクラッド層としてアンドープAlInP層4を設ける。この厚みは、0.5μm以上あることが望ましい。
7)アンドープAlInP層4の上には、亜鉛(Zn)をドープした(Al0.6Ga0.4)InPからなるp型の中間層3を設ける。この(Al0.6Ga0.4)InPは、GaPとAlInPとの間のバンドギャップをもつので、窓層2とアンドープAlInP層4との間に不連続性の小さいバンドギャップが2つあることになり、ひとつのバンドギャップの不連続性とした場合よりも、不連続なバンドギャップにより生じる抵抗値が抑制される。また、このp型の中間層3の組成は、(Al0.6Ga0.4)InPに限る必然はなく、表2に示す様に、(Al0.7Ga0.3)InPであっても出力光は得られる。中間層に(Al0.6Ga0.4)InPあるいは(Al0.7Ga0.3)InPを用いる場合は、AlInPを用いる場合に比べて、いずれの場合も順方向電圧(Vf)は半分程度になり、輝度は2倍程度になっている。表2の結果を導く際のデータの分布については、図2(a)、(b)に示す。特に、(Al0.6Ga0.4)InPを用いた場合は、(Al0.7Ga0.3)InPを用いた場合に比較して、Vfは0.15V小さく、輝度は、8.5%大きいため好ましい。なお、アンドープAlInP層4とp型中間層3が陽極側クラッド層を構成する。
5) On the undoped AlInP layer 6, an active layer 5 made of undoped AlGaInP is provided. This active layer has a double hetero (DH) structure advantageous for light emission due to a structure sandwiched between the undoped AlInP layer 6 described above and the undoped AlInP layer 4 described below.
6) On the active layer 5, an undoped AlInP layer 4 is provided as an undoped cladding layer. This thickness is desirably 0.5 μm or more.
7) On the undoped AlInP layer 4, a p-type intermediate layer 3 made of (Al 0.6 Ga 0.4 ) InP doped with zinc (Zn) is provided. Since this (Al 0.6 Ga 0.4 ) InP has a band gap between GaP and AlInP, there are two band gaps with small discontinuity between the window layer 2 and the undoped AlInP layer 4. The resistance value caused by the discontinuous band gap is suppressed as compared with the case where one band gap is discontinuous. Further, the composition of the p-type intermediate layer 3 is not necessarily limited to (Al 0.6 Ga 0.4 ) InP. As shown in Table 2, output light can be obtained even with (Al 0.7 Ga 0.3 ) InP. When (Al 0.6 Ga 0.4 ) InP or (Al 0.7 Ga 0.3 ) InP is used for the intermediate layer, the forward voltage (Vf) is about half and the luminance is 2 in each case, as compared with the case where AlInP is used. It is about double. The distribution of data used to derive the results in Table 2 is shown in FIGS. In particular, when (Al 0.6 Ga 0.4 ) InP is used, Vf is smaller by 0.15 V and the luminance is 8.5% larger than when (Al 0.7 Ga 0.3 ) InP is used, which is preferable. Note that the undoped AlInP layer 4 and the p-type intermediate layer 3 constitute an anode-side cladding layer.

Figure 2004297060
Figure 2004297060

8)p型中間層3の上には、亜鉛をドープしたp型のGaPからなる窓層2を設ける。この層は、5μm以上あることが望ましい。この層を成長させるには、730℃で以上の温度で行なうことが望ましい。また、膜成長時に亜鉛のドーピングを行なうが、ドーパントの密度を高くするためには、より高速に成長させることが望ましい。以下に示す様に、毎時7.8μm以上で成長させることにより、輝度は70%改善された。
9)窓層2の表面にp−電極1、GaAs基板10の裏面にn−電極11を形成する。
8) On the p-type intermediate layer 3, a window layer 2 made of p-type GaP doped with zinc is provided. This layer preferably has a thickness of 5 μm or more. This layer is preferably grown at 730 ° C. or above. Although zinc is doped during film growth, it is desirable to grow the film at a higher speed in order to increase the density of the dopant. As shown below, the brightness was improved by 70% by growing at 7.8 μm / hr or more.
9) The p-electrode 1 is formed on the surface of the window layer 2 and the n-electrode 11 is formed on the back of the GaAs substrate 10.

また、陰極側クラッド層の構成に対するVfと輝度の依存性について説明する。表3は、陰極側クラッド層のアンドープAlInP層の厚さを変えた場合のVfと輝度を示している。この表から分かる様に、アンドープAlInP層なしの場合に比べて、0.1μmないし0.2μmのアンドープAlInP層がある場合、そのVfは0.2V程度低下し、輝度はほぼ2倍になる。また、アンドープAlInP層が0.2μmのときには、0.1μmの場合に比べて、輝度は6%改善されている。表3の結果を導く際のデータの分布については、図3(a)、(b)に示す。   The dependence of Vf and luminance on the configuration of the cathode-side cladding layer will be described. Table 3 shows Vf and luminance when the thickness of the undoped AlInP layer of the cathode-side cladding layer was changed. As can be seen from this table, when there is an undoped AlInP layer of 0.1 μm to 0.2 μm in comparison with the case without the undoped AlInP layer, the Vf of the undoped AlInP layer is reduced by about 0.2 V, and the luminance almost doubles. Further, when the undoped AlInP layer is 0.2 μm, the luminance is improved by 6% as compared with the case where the undoped AlInP layer is 0.1 μm. The distribution of data used to derive the results in Table 3 is shown in FIGS.

Figure 2004297060
Figure 2004297060

また、窓層の成長条件に対するVfと輝度の依存性について説明する。表4は、窓層の成長温度を変えた場合のVfと輝度を示している。この表から分かる様に、窓層を700℃で毎時2.8μmの速さで成長させた場合に比べて、700℃で毎時7.8μmの速さで成長させた場合は、Vfも輝度も殆ど同じであるが、730℃で毎時7.8μmの速さで成長させた場合は、Vfは0.16V程度低下し、輝度は88%増加している。この場合は、陰極側アンドープAlInP層は0.2μmであるが、表3の値から、この違いによる寄与は6%であるから、これを差し引いても、輝度は80%以上改善されたことが分かる。表4の結果を導く際のデータの分布については、図4(a)、(b)に示す。     The dependence of Vf and luminance on the growth conditions of the window layer will be described. Table 4 shows Vf and luminance when the growth temperature of the window layer was changed. As can be seen from this table, when the window layer was grown at a rate of 7.8 μm / h at 700 ° C., the Vf and the luminance were lower than when the window layer was grown at a rate of 2.8 μm / h at 700 ° C. Although almost the same, when grown at 730 ° C. at a rate of 7.8 μm / hour, Vf decreases by about 0.16 V and luminance increases by 88%. In this case, the thickness of the cathode-side undoped AlInP layer is 0.2 μm. From the values in Table 3, the contribution due to this difference is 6%. Therefore, even if this is subtracted, the luminance is improved by 80% or more. I understand. The distribution of data used to derive the results in Table 4 is shown in FIGS.

Figure 2004297060
Figure 2004297060

この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。   Since the present invention has the above-described configuration, the following effects can be obtained.

本発明のAlGaInPの活性層をもったダブルヘテロ型の発光ダイオード素子では、上記のように、陽極側クラッド層が、1)活性層に接する0.5μm以上の厚さに成長したアンドープAlInP層と、2)このアンドープAlInP層のエネルギーバンドギャップと窓層のそれとの中間のエネルギーバンドギャップを持ち、且つ、窓層に接するp型ドーピングを行った中間層とを含む様にしたので、Vfは半分程度になり、輝度は2倍程度にすることができる。   In the double-hetero type light-emitting diode device having the AlGaInP active layer of the present invention, as described above, the anode-side cladding layer is composed of 1) an undoped AlInP layer grown to a thickness of 0.5 μm or more in contact with the active layer. 2) Vf is reduced by half since the undoped AlInP layer has an energy band gap intermediate between that of the window layer and that of the window layer, and includes an intermediate layer which is in contact with the window layer and has been subjected to p-type doping. , And the luminance can be doubled.

また、高温で窓層を成長させることによって結晶性を改善し、同時に、ドーピングしながら、これを高速に成長させることによって、Vfを0.16V程度低下させ、輝度は80%以上改善することができる。   It is also possible to improve the crystallinity by growing the window layer at a high temperature, and at the same time, to grow the window layer at a high speed while doping, thereby lowering Vf by about 0.16 V and improving the luminance by 80% or more. it can.

また、陰極側クラッド層活性層側にアンドープ層を設けることによって、Vfを0.2V程度低下させ、輝度をほぼ2倍にすることができる。   In addition, by providing an undoped layer on the cathode-side cladding layer active layer side, Vf can be reduced by about 0.2 V, and the luminance can be almost doubled.

また、陰極側半導体層のドーパントをシリコンとすることによって、プロセス温度を上昇させることにより引き起こされる問題が抑制され、発生していない。   In addition, by using silicon as the dopant of the cathode-side semiconductor layer, the problem caused by increasing the process temperature is suppressed and does not occur.

本発明の実施の形態の一例を示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an embodiment of the present invention. 本発明LEDの中間層組成依存性を示す図。The figure which shows the intermediate layer composition dependence of LED of this invention. 本発明LEDの陰極側アンドープAlInP層厚依存性を示す図。The figure which shows the cathode side undoped AlInP layer thickness dependence of LED of this invention. 本発明LEDの窓層成長条件依存性を示す図。The figure which shows the window layer growth condition dependency of this invention LED. 従来の発光ダイオードの断面を示す模式図。FIG. 9 is a schematic view showing a cross section of a conventional light emitting diode. 従来の発光ダイオードの断面を示す模式図。FIG. 9 is a schematic view showing a cross section of a conventional light emitting diode. 従来の発光ダイオードの断面を示す模式図。FIG. 9 is a schematic view showing a cross section of a conventional light emitting diode. 従来の発光ダイオードの断面を示す模式図。FIG. 9 is a schematic view showing a cross section of a conventional light emitting diode. 従来の発光ダイオードの断面を示す模式図。FIG. 9 is a schematic view showing a cross section of a conventional light emitting diode. 従来の発光ダイオードの断面を示す模式図。FIG. 9 is a schematic view showing a cross section of a conventional light emitting diode. 従来の発光ダイオードの断面を示す模式図。FIG. 9 is a schematic view showing a cross section of a conventional light emitting diode.

符号の説明Explanation of reference numerals

1 p−電極
2 窓層
3 p型中間層
4 アンドープAlInP層
5 活性層
6 アンドープAlInP層
7 n型クラッド層
8 反射層
9 バッファ層
10 基板
11 n−電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 p-electrode 2 window layer 3 p-type intermediate layer 4 undoped AlInP layer 5 active layer 6 undoped AlInP layer 7 n-type cladding layer 8 reflection layer 9 buffer layer 10 substrate 11 n-electrode

Claims (6)

AlGaInPの活性層と、活性層を中間に挟むそれぞれこの活性層よりも大きなエネルギーバンドギャップを持った陽極側クラッド層、陰極側クラッド層および陽極側クラッド層上に形成される活性層よりもエネルギーバンドギャップが大きい窓層とを備えた発光ダイオード素子であって、
陽極側クラッド層は、1)活性層に接する0.5μm以上の厚さに成長したアンドープAlInP層と、2)このアンドープAlInP層のエネルギーバンドギャップと窓層のそれとの中間のエネルギーバンドギャップを持ち、且つ、窓層に接するP型のドーピングを行った中間層とを含むことを特長とする発光ダイオード素子。
The active layer of AlGaInP and the anode-side cladding layer, which has a larger energy band gap than this active layer sandwiching the active layer in the middle, the energy band than the active layer formed on the anode-side cladding layer and the anode-side cladding layer A light emitting diode element comprising a window layer having a large gap,
The anode-side cladding layer has 1) an undoped AlInP layer grown to a thickness of 0.5 μm or more in contact with the active layer, and 2) an energy band gap intermediate between that of the undoped AlInP layer and that of the window layer, And a P-type doped intermediate layer in contact with the window layer.
AlGaInPの活性層と、活性層を中間に挟むそれぞれこの活性層よりも大きなエネルギーバンドギャップを持った陽極側クラッド層、陰極側クラッド層および陽極側クラッド層上に形成される活性層よりもエネルギーバンドギャップが大きい窓層とを備えた発光ダイオードであって、
前記の窓層は、GaP層を730℃以上の温度で成長したものであり、その成長速度は毎時7.8μm以上であり、そのドーパントは、亜鉛であることを特長とする発光ダイオード素子。
The active layer of AlGaInP and the anode-side cladding layer, which has a larger energy band gap than this active layer sandwiching the active layer in the middle, the energy band than the active layer formed on the anode-side cladding layer and the anode-side cladding layer A light emitting diode comprising a window layer having a large gap,
The above-mentioned window layer is obtained by growing a GaP layer at a temperature of 730 ° C. or more, has a growth rate of 7.8 μm / hour or more, and has a dopant of zinc.
陽極側クラッド層は、1)活性層に接する0.5μm以上の厚さに成長したアンドープAlInP層と、2)このアンドープAlInP層のエネルギーバンドギャップと窓層のそれとの中間のエネルギーバンドギャップを持ち、且つ、窓層に接するP型のドーピングを行った中間層とを含むことを特長とする請求項2に記載の発光ダイオード素子。 The anode-side cladding layer has 1) an undoped AlInP layer grown to a thickness of 0.5 μm or more in contact with the active layer, and 2) an energy band gap between the energy band gap of the undoped AlInP layer and that of the window layer, 3. The light-emitting diode device according to claim 2, further comprising a P-type doped intermediate layer in contact with the window layer. AlGaInPの活性層と、活性層を中間に挟むそれぞれこの活性層よりも大きなエネルギーバンドギャップを持った陽極側クラッド層、陰極側クラッド層および陽極側クラッド層上に形成される活性層よりもエネルギーバンドギャップが大きい窓層とを備えた発光ダイオード素子であって、 陰極側クラッド層は、活性層に接する0.1μm厚以上のアンドープAlInP層を含むことを特長とする発光ダイオード素子。 The active layer of AlGaInP and the anode side cladding layer, which has a larger energy band gap than this active layer sandwiching the active layer in the middle, the energy band than the active layer formed on the anode side cladding layer and the anode side cladding layer A light emitting diode element comprising a window layer having a large gap, wherein the cathode-side cladding layer includes an undoped AlInP layer having a thickness of 0.1 μm or more in contact with the active layer. 陰極側クラッド層が前記のアンドープAlInP層に陰極側で接するn型クラッド層を含み、このn型クラッド層のドーパントは、シリコンであることを特長とする請求項4に記載の発光ダイオード素子。 5. The light emitting diode device according to claim 4, wherein the cathode-side cladding layer includes an n-type cladding layer in contact with the undoped AlInP layer on the cathode side, and a dopant of the n-type cladding layer is silicon. 発光ダイオード素子の製造方法であって、
砒化ガリウム(GaAs)基板上に、
1)バッファ層を堆積する工程と、
2)上記のバッファ層の上に反射層として、n型の反射層をつける工程と、
3)上記の反射層の上には、シリコンをドープしたn型クラッド層を堆積する工程と、
4)上記のn型クラッド層の上には、アンドープAlInP層をつける工程と、
5)前記のアンドープAlInP層の上には、AlGaInPの活性層を設ける工程と、
6)前記の活性層の上に、アンドープAlInP層を設ける工程と、
7)前記のアンドープAlInP層の上に、p型中間層を設ける工程と、
8)前記のp型の中間層の上に、窓層として、亜鉛をドープしたp型のGaP層を730℃以上の温度で、毎時7.8μm以上の成長速度で成長する工程と、
を、含むことを特徴とする発光ダイオード素子の製造方法。
A method for manufacturing a light emitting diode element,
On a gallium arsenide (GaAs) substrate,
1) depositing a buffer layer;
2) a step of providing an n-type reflection layer as a reflection layer on the buffer layer;
3) depositing an n-type clad layer doped with silicon on the reflective layer;
4) forming an undoped AlInP layer on the n-type cladding layer;
5) providing an active layer of AlGaInP on the undoped AlInP layer;
6) providing an undoped AlInP layer on the active layer;
7) providing a p-type intermediate layer on the undoped AlInP layer;
8) a step of growing a zinc-doped p-type GaP layer as a window layer at a temperature of 730 ° C. or more at a growth rate of 7.8 μm or more per hour on the p-type intermediate layer;
The manufacturing method of the light emitting diode element characterized by including.
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JP2008518431A (en) * 2004-10-25 2008-05-29 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Semiconductor component and component casing for emitting electromagnetic radiation
US7569866B2 (en) 2005-09-30 2009-08-04 Hitachi Cable, Ltd. Semiconductor light-emitting device
JP2017504975A (en) * 2014-01-29 2017-02-09 エイユーケー コープ. Aluminum gallium indium phosphide-based light emitting diode having concavo-convex gallium nitride layer and method for manufacturing the same

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