【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード、特に６５０ｎｍ（赤色）から５５０ｎｍ（黄緑色）の発光波長を有するＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードおよび８６０ｎｍ（赤外）から６３０ｎｍ（赤色）の発光波長を有するＡｌＧａＡｓ系発光ダイオード、ならびに当該発光ダイオード用エピタキシャルウエハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャルウエハを用いて製造される高輝度の赤色および黄色発光ダイオードの需要が大幅に伸びている。主な需要は、交通信号、自動車のテールランプ、フォグランプ、屋外表示板、フルカラーディスプレイなどである。
【０００３】
ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいて、基板と活性層との間に、光取り出し効率を上げるための分布ブラッグ反射器を備えたものがある（例えば、特許文献１、２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１７６７８８号公報
【特許文献２】
特開２００１−３６１３２号公報
【０００５】
図３は、従来の発光波長５９０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード用エピタキシャルウエハの典型的な構造を示す。当該エピタキシャルウエハは、ｎ型ＧａＡｓ基板（ＳｉドープＧａＡｓ（１００）１５度ＯＦＦ［０１１］）１上に、ＳｅドープＧａＡｓ／ＳｅドープＡｌＩｎＰ１５ペアからなる分布ブラッグ反射器（以下、「ＤＢＲ」という）２、ｎ型クラッド層（Ｓｅドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ））３、活性層（アンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ））４、ｐ型クラッド層（Ｚｎドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ））５（本明細書においてはｎ型クラッド層３、活性層４およびｐ型クラッド層５を総称して「発光層」という）、電流拡散層（ＺｎドープＧａＰ）６を積層し、基板１の裏面の全面にｎ型電極７、電流拡散層６上面の一部にｐ型電極８を形成した構造を有する。
【０００６】
ＤＢＲは、活性層から発生した光のうち下向き（基板１方向）に進む光を上向き（光取り出し面方向）に反射させる機能を有する。このＤＢＲによって、ＤＢＲ無しの場合と比べて５０％以上（場合によって１００％程度）の輝度向上が実現できる。ＤＢＲは、活性層から発光する光の波長（ＤＢＲで反射される光の波長）の１／４波長分（光学的な距離）の膜厚を有し、屈折率が異なる２種類の半導体層を積層して得られる。
【０００７】
ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードでは、２種類の半導体層間の屈折率差を大きく取ることができ、高い反射率のＤＢＲが得られるＧａＡｓ層とＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）層、ＧａＡｓ層と（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）１−ＹＩｎＹＰ（０≦Ｘ、Ｙ≦１）層などの組合せが一般的に用いられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＤＢＲを備えるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードでは、活性層から発生する発光光の他にＤＢＲ中のＧａＡｓ層で意図しない近赤外線発光（発光波長：約８６０ｎｍ）が発生し、その近赤外光線が活性層から発生した発光光に混ざり外部に放出されるので、当該発光ダイオードの使用環境によっては周辺のセンサー類（特に、赤外線を検知するセンサー）の誤動作を引き起こす可能性があるという課題がある。図４は、従来のＤＢＲを備えるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの発光スペクトル例を示し、当該スペクトルの右端（８６０ｎｍ付近）には上記近赤外線発光ピークが見られ、その強度はメイン発光ピーク（約５９０ｎｍ）の約１／１０である。
【０００９】
一方、ＤＢＲを備えないＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの場合でも、ＧａＡｓ基板で活性層から発生した発光光が励起され、意図しない近赤外線発光（発光波長：約８６０ｎｍ）が発生するので、上記と同様の課題がある。
また、上記課題は従来の（ＤＢＲを備えるか又は備えない）ＧａＡｓ基板を備えるＡｌＧａＡｓ系発光ダイオードにも共通する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、近赤外線発光の発生を抑制して周辺のセンサー類の誤動作を防止するため、ＧａＡｓ基板上に、少なくとも、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）１−ＹＩｎＹＰ（０≦Ｘ、Ｙ≦１）系化合物半導体またはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）系半導体からなり、ｐｎ接合を形成する発光層を有する発光ダイオード用エピタキシャルウエハにおいて、発光層から外部に取り出される光の光路中に、近赤外線吸収機能を有する材料からなる層を形成するようにした発光ダイオードを提供するものである。
【００１１】
本発明の発光ダイオード用エピタキシャルウエハは、さらに、前記ＧａＡｓ基板と前記発光層との間に、２種類または２種類以上の化合物半導体層を積層してなる分布ブラッグ反射器を有するものに適用できる。
上記分布ブラッグ反射器は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦０．４）層を含んでなる。
上記近赤外線吸収機能を有する材料は、青板ガラス、またはＣｕ金属錯体を含む樹脂である。
本発明は、上記発光ダイオード用エピタキシャルウエハから構成される発光ダイオードにも適用できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施例にかかる５９０ｎｍ付近の発光波長を有する赤色発光ダイオードの断面構造を示す。当該発光ダイオードは、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ基板（ＧａＡｓ（１００）１５度ＯＦＦ［０１１］）１上に、Ｓｅドープｎ型ＧａＡｓ／Ｓｅドープｎ型ＡｌＩｎＰ１５ペアからなるＤＢＲ２、Ｓｅドープｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層３、アンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ）活性層４、Ｚｎドープｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５、Ｚｎドープｐ型ＧａＰ電流拡散層６、導電性のＣｕ２＋ドープ燐酸ガラス薄膜９を形成し、基板１の裏面の全面にｎ型電極７、電流拡散層６上面の一部にｐ型電極８を形成した構造を有する。
【００１３】
上記発光ダイオードの作製方法は、以下のとおりである。ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、Ｓｅドープｎ型ＧａＡｓバッファ層（図示せず）、Ｓｅドープｎ型ＧａＡｓ層とＳｅドープｎ型ＡｌＩｎＰ層が交互に１５ペア（合計３０層）積層されるＤＢＲ２、Ｓｅドープｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層３、アンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層４、Ｚｎドープｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層５、Ｚｎドープｐ型ＧａＰ電流拡散層６を、基板温度（成長温度）７００℃で形成した。その後、ＭＯＣＶＤ装置からエピタキシャルウエハを取り出し、塗布法を用いて電流拡散層６上面にＣｕ２＋ドープ燐酸ガラスからなる薄膜９を２０ｎｍ形成した。次いで、このエピタキシャルウエハを加工して３００μｍ角の発光ダイオードチップを作製した。さらに、チップ下面（基板裏面）の全面にｎ型電極７を形成し、チップ上面の一部に円形ｐ型電極８を形成した。ｎ型電極７は、金ゲルマニウム、ニッケル、金をそれぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの厚さで順に蒸着し、ｐ型電極８は、金亜鉛、ニッケル、金をそれぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの厚さで順に蒸着した。最後に、このチップをステム組した後、樹脂モールドを行って発光ダイオードを作製し、発光スペクトルを測定した。
【００１４】
図２は上記要領で作製した発光ダイオードの発光スペクトルを示す。図４に示した従来の発光ダイオードの発光スペクトルと比較すると、図２の発光スペクトルでは、図４の発光スペクトルの右端（８６０ｎｍ付近）に見られた近赤外線発光ピークが消失しており、近赤外線（波長約８６０ｎｍ）の放出量が著しく低減したことが確認された。
【００１５】
上記実施例においては、近赤外線吸収材料として、Ｃｕ２＋ドープ燐酸ガラスを用いたが、近赤外線を吸収する機能を有する全ての材料が本発明に適用できる。他の適用可能な近赤外線吸収材料としては、青板ガラス、Ｃｕ金属錯体を含む樹脂などがある。
【００１６】
また、上記実施例においては、近赤外線吸収材料からなる薄膜が電流拡散層６上に形成されているが、近赤外線が発生する領域（例えば、活性層４）よりも上方（光取り出し面方向）であれば何処に形成されてもよい。例えば、下述するようにＧａＡｓ基板から近赤外線が発生する場合、ＧａＡｓ基板上方（光取り出し面方向）に形成することができる。
【００１７】
また、上記実施例においては、ＤＢＲ２中のＧａＡｓから近赤外線が発生する場合を説明したが、近赤外線が発生するケースはこれ以外にも、ＧａＡｓ基板１におけるフォトルミネッセンス発光、エピタキシャルウエハ構造中にエッチングストップ層として挿入されているＧａＡｓ薄膜から発生する場合がある。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発光ダイオード用エピタキシャルウエハによれば、ＧａＡｓ基板上に、少なくとも、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）１−ＹＩｎＹＰ（０≦Ｘ、Ｙ≦１）系化合物半導体またはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）系半導体からなり、ｐｎ接合を形成する発光層を有する発光ダイオード用エピタキシャルウエハにおいて、発光層から外部に取り出される光の光路中に、近赤外線吸収機能を有する材料からなる層を形成するようにしたので、赤外線発光の発生を抑制して周辺のセンサー類の誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う実施例のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの断面図である。
【図２】上記実施例のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの発光スペクトルを示す。
【図３】従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの断面図である。
【図４】上記従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの発光スペクトルを示す。
【符号の説明】
１：Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ基板
２：ＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）
３：Ｓｅドープｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層
４：アンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層
５：Ｚｎドープｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層
６：Ｚｎドープｐ型ＧａＰ電流拡散層
７：ｎ型電極
８：ｐ型電極
９：Ｃｕ２＋ドープ燐酸ガラスからなる薄膜（近赤外線吸収膜）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light-emitting diode, particularly an AlGaInP-based light-emitting diode having an emission wavelength of 650 nm (red) to 550 nm (yellow-green) and an AlGaAs-based light-emitting diode having an emission wavelength of 860 nm (infrared) to 630 nm (red). The present invention relates to an epitaxial wafer for a light emitting diode.
[0002]
[Prior art]
Recently, demand for high-brightness red and yellow light-emitting diodes manufactured using an AlGaInP-based epitaxial wafer has been greatly increased. The main demand is for traffic signals, car tail lamps, fog lights, outdoor signage, full color displays, etc.
[0003]
Some AlGaInP-based light-emitting diodes include a distributed Bragg reflector between a substrate and an active layer for improving light extraction efficiency (for example, Patent Documents 1 and 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-7-176788 [Patent Document 2]
JP-A-2001-36132
FIG. 3 shows a typical structure of a conventional epitaxial wafer for an AlGaInP-based light emitting diode having a light emission wavelength of 590 nm. The epitaxial wafer includes a distributed Bragg reflector (hereinafter, referred to as “DBR”) 2 composed of a Se-doped GaAs / Se-doped AlInP 15 pair on an n-type GaAs substrate (Si-doped GaAs (100) 15 ° OFF [011]) 1. , N-type cladding layer (Se-doped (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P)) 3, active layer (undoped (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.5 In 0. 5 P)) 4, p-type cladding layer (Zn-doped (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 in 0.5 P)) 5 ( in the present specification n-type cladding layer 3, active layer 4 and A p-type cladding layer 5 is collectively referred to as a “light-emitting layer”), and a current diffusion layer (Zn-doped GaP) 6 is laminated thereon. The structure in which the p-type electrode 8 is formed To.
[0006]
The DBR has a function of reflecting light traveling downward (toward the substrate 1) out of the light generated from the active layer upward (toward the light extraction surface). With this DBR, a luminance improvement of 50% or more (about 100% in some cases) can be realized as compared with the case without the DBR. The DBR has a film thickness of 1/4 wavelength (optical distance) of the wavelength of light emitted from the active layer (wavelength of light reflected by the DBR), and includes two types of semiconductor layers having different refractive indexes. Obtained by lamination.
[0007]
In the AlGaInP-based light-emitting diode, a large difference in refractive index between two types of semiconductor layers can be obtained, and a GaAs layer and an Al X Ga 1-X As (0 ≦ X ≦ 1) layer, from which a DBR with a high reflectivity is obtained, layer and (Al X Ga 1-X) 1-Y in Y P (0 ≦ X, Y ≦ 1) is a combination of such layers is generally used.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a conventional AlGaInP-based light-emitting diode having a DBR, in addition to the light emitted from the active layer, unintended near-infrared light emission (emission wavelength: about 860 nm) is generated in the GaAs layer in the DBR. Is mixed with the emitted light generated from the active layer and emitted to the outside. Therefore, there is a problem that, depending on the use environment of the light emitting diode, there is a possibility that peripheral sensors (particularly, sensors detecting infrared rays) may malfunction. . FIG. 4 shows an example of the emission spectrum of an AlGaInP-based light-emitting diode having a conventional DBR. The near-infrared emission peak is seen at the right end (around 860 nm) of the spectrum, and the intensity is the intensity of the main emission peak (about 590 nm). It is about 1/10.
[0009]
On the other hand, even in the case of an AlGaInP-based light-emitting diode without a DBR, light emitted from the active layer is excited on the GaAs substrate, and unintended near-infrared light emission (emission wavelength: about 860 nm) is generated. There is.
In addition, the above problem is common to AlGaAs-based light-emitting diodes having a conventional GaAs substrate (with or without DBR).
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above problems, and in order to suppress the generation of near-infrared light emission and prevent malfunctions of peripheral sensors, at least (Al X Ga 1-X) is formed on a GaAs substrate. A light emitting diode comprising a 1-Y In Y P (0 ≦ X, Y ≦ 1) based compound semiconductor or an Al X Ga 1-X As (0 ≦ X ≦ 1) based semiconductor and having a light emitting layer forming a pn junction. An object of the present invention is to provide a light-emitting diode in which a layer made of a material having a near-infrared absorption function is formed in the optical path of light extracted from the light-emitting layer to the outside in the epitaxial wafer.
[0011]
The epitaxial wafer for a light emitting diode of the present invention can be further applied to a wafer having a distributed Bragg reflector formed by laminating two or more compound semiconductor layers between the GaAs substrate and the light emitting layer.
Said distributed Bragg reflector comprises Al X Ga 1-X As ( 0 ≦ X ≦ 0.4) layer.
The material having the near-infrared absorption function is a soda lime glass or a resin containing a Cu metal complex.
The present invention can also be applied to a light emitting diode composed of the above-described epitaxial wafer for light emitting diode.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a red light emitting diode having an emission wavelength around 590 nm according to an embodiment of the present invention. The light-emitting diode has a DBR 2 composed of a pair of Se-doped n-type GaAs / Se-doped n-type AlInP 15 on a Si-doped n-type GaAs substrate (GaAs (100) 15 ° OFF [011]) 1 and a Se-doped n-type (Al 0 .7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P cladding layer 3, an undoped (Al 0.3 Ga 0.7) 0.5 In 0.5 P) active layer 4, Zn-doped p-type (Al 0 .7 Ga 0.3) 0.5 in 0.5 P cladding layer 5, Zn-doped p-type GaP current spreading layer 6, to form a conductive Cu @ 2 + doped phosphate glass film 9, n in the entire back surface of the substrate 1 It has a structure in which a p-type electrode 8 is formed on a part of the upper surface of the mold electrode 7 and the current diffusion layer 6.
[0013]
The method for manufacturing the light emitting diode is as follows. On the n-type GaAs substrate 1, 15 pairs of Se-doped n-type GaAs buffer layers (not shown) and 15 pairs of Se-doped n-type GaAs layers and Se-doped n-type AlInP layers are alternately formed by MOCVD (30 layers in total). DBR2 are stacked, Se-doped n-type (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P cladding layer 3, an undoped (Al 0.3 Ga 0.7) 0.5 In 0.5 P The active layer 4, the Zn-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 5, and the Zn-doped p-type GaP current diffusion layer 6 were heated at a substrate temperature (growth temperature) of 700 ° C. Formed. Thereafter, the epitaxial wafer was taken out from the MOCVD apparatus, and a thin film 9 made of Cu 2+ -doped phosphate glass was formed on the current diffusion layer 6 by a coating method to a thickness of 20 nm. Next, the epitaxial wafer was processed to produce a 300 μm square light emitting diode chip. Further, an n-type electrode 7 was formed on the entire surface of the chip lower surface (substrate back surface), and a circular p-type electrode 8 was formed on a part of the chip upper surface. The n-type electrode 7 deposits gold germanium, nickel and gold in a thickness of 60 nm, 10 nm and 500 nm, respectively, and the p-type electrode 8 deposits gold zinc, nickel and gold in a thickness of 60 nm, 10 nm and 1000 nm, respectively. They were deposited in order. Finally, after assembling this chip into a stem, a resin mold was performed to produce a light emitting diode, and an emission spectrum was measured.
[0014]
FIG. 2 shows an emission spectrum of the light emitting diode manufactured as described above. Compared with the emission spectrum of the conventional light emitting diode shown in FIG. 4, in the emission spectrum of FIG. 2, the near-infrared emission peak seen at the right end (around 860 nm) of the emission spectrum of FIG. (Wavelength: about 860 nm) was confirmed to be significantly reduced.
[0015]
In the above embodiment, Cu 2+ -doped phosphate glass was used as the near-infrared ray absorbing material, but any material having a function of absorbing near-infrared ray can be applied to the present invention. Other applicable near-infrared absorbing materials include blue plate glass, resin containing Cu metal complex, and the like.
[0016]
In the above embodiment, a thin film made of a near-infrared absorbing material is formed on the current diffusion layer 6, but above a region where near-infrared rays are generated (for example, the active layer 4) (in a light extraction surface direction). If so, it may be formed anywhere. For example, when near-infrared rays are generated from a GaAs substrate as described below, it can be formed above the GaAs substrate (in the direction of the light extraction surface).
[0017]
Further, in the above embodiment, the case where near infrared rays are generated from GaAs in the DBR 2 has been described. It may occur from a GaAs thin film inserted as a stop layer.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the epitaxial wafer for a light emitting diode of the present invention, at least (Al X Ga 1 -X ) 1 -Y In Y P (0 ≦ X, Y ≦ 1) -based compound is formed on the GaAs substrate. In an epitaxial wafer for a light emitting diode comprising a semiconductor or an Al X Ga 1-X As (0 ≦ X ≦ 1) based semiconductor and having a light emitting layer forming a pn junction, an optical path of light extracted from the light emitting layer to the outside is: Since the layer made of a material having a near-infrared absorption function is formed, it is possible to suppress the generation of infrared light emission and prevent malfunction of peripheral sensors.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an AlGaInP-based light-emitting diode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows an emission spectrum of the AlGaInP-based light emitting diode of the above embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional AlGaInP-based light emitting diode.
FIG. 4 shows an emission spectrum of the conventional AlGaInP-based light emitting diode.
[Explanation of symbols]
1: Si-doped n-type GaAs substrate 2: DBR (distributed Bragg reflector)
3: Se-doped n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 4: Undoped (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.5 In 0.5 P active layer 5 : Zn-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 6: Zn-doped p-type GaP current diffusion layer 7: n-type electrode 8: p-type electrode 9: Cu 2+ -doped Phosphate glass thin film (near infrared absorption film)
