JP2012160665A - Semiconductor light emitting device - Google Patents

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賢治 藤本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting device capable of reducing light emission intensity on a visible light side of light emitted from a luminescent layer.SOLUTION: A semiconductor light emitting device in an embodiment has a luminescent layer, a first layer, an electrode, and a second layer. The luminescent layer can emit emission light having an emission spectrum spread from a visible light to a near infrared light. The first layer has a first face, and a second face opposed to the first face. The luminescent layer is provided on the first face of the first layer. Also, the first layer has at least a visible light absorption layer, and a first conductive shape. The electrode is selectively provided on the second face. The second layer is provided on the luminescent layer side opposite to the first layer, and has a second conductive shape. Band gap wavelength of the visible light absorption layer is shorter than peak wavelength of the emission light, and longer than the wavelength on the visible light side among wavelengths, in which intensity of the emission spectrum is one-tenth of intensity of the emission spectrum at the peak wavelength.

Description

本発明の実施形態は、半導体発光装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor light emitting device.

監視カメラの光センサや電子機器のリモコンには、０．７８〜１μｍの波長範囲の近赤外光が広く用いられる。   Near-infrared light in the wavelength range of 0.78 to 1 μm is widely used for optical sensors for surveillance cameras and remote controls for electronic devices.

この場合、光源として近赤外光を放出可能なＬＥＤ（Light Emitting Diode)を用い、かつ受光装置としてＳｉフォトダイオードを用いることにより、近赤外光を感度良く検出することができる。   In this case, near-infrared light can be detected with high sensitivity by using an LED (Light Emitting Diode) capable of emitting near-infrared light as a light source and using a Si photodiode as a light-receiving device.

しかしながら、近赤外光波長範囲にピーク波長を有するＬＥＤからの放出光は、ピーク波長よりも、例えば０．１μｍ短い波長である可視光のスペクトル成分を含むことが多い。   However, light emitted from an LED having a peak wavelength in the near-infrared light wavelength range often includes a spectral component of visible light having a wavelength shorter by, for example, 0.1 μm than the peak wavelength.

可視光の波長帯域における視感度は、近赤外光の視感度よりも高く、０．５５５μｍ近傍において最大となり、赤色光である０．６８μｍ近傍まで広がっている。このため、発光強度が低い可視光であっても、人間の目には認識可能である。この結果、光センサやリモコン用途としては好ましくない場合を生じる。つまり、光源からの光が人に見えてしまうことがある。可視光阻止フィルタを用いて可視光を選択的に遮光する方法もあるが、発光装置の構造が複雑となる。   Visibility in the visible light wavelength band is higher than that of near-infrared light, maximizes in the vicinity of 0.555 μm, and extends to near 0.68 μm, which is red light. For this reason, even visible light with low emission intensity can be recognized by the human eye. As a result, there are cases where it is not preferable for optical sensor and remote control applications. That is, the light from the light source may be visible to humans. There is a method of selectively blocking visible light using a visible light blocking filter, but the structure of the light emitting device is complicated.

特開２０００−３３２３０２号公報JP 2000-332302 A

本発明が解決しようとする課題は、発光層からの放出光のうち、可視光側の発光強度を低減可能な半導体発光装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor light emitting device capable of reducing the emission intensity on the visible light side of the emitted light from the light emitting layer.

実施形態の半導体発光装置は、発光層と、第１の層と、電極と、第２の層と、を有する。
前記発光層は、可視光から近赤外光に広がった発光スペクトルを有する放出光を放出可能である。前記第１の層は、第１の面および前記第１の面の反対の側となる第２の面を有する。前記第１の層の前記第１の面の側には前記発光層が設けられる。また、前記第１の層は、少なくとも可視光吸収層を有し、第１導電形を有する。前記電極は、前記第２の面の側に選択的に設けられる。前記第２の層は、前記第１の層とは反対の側となる前記発光層の側に設けられ、第２導電形を有する。前記可視光吸収層のバンドギャップ波長は、前記放出光のピーク波長よりも短く、かつ前記発光スペクトルの強度が前記ピーク波長における前記発光スペクトルの強度の１０分の１となる波長のうちの可視光側の波長よりも長いことを特徴とする。 The semiconductor light emitting device of the embodiment includes a light emitting layer, a first layer, an electrode, and a second layer.
The light emitting layer can emit emitted light having an emission spectrum that spreads from visible light to near infrared light. The first layer has a first surface and a second surface opposite to the first surface. The light emitting layer is provided on the first surface side of the first layer. The first layer has at least a visible light absorption layer and has a first conductivity type. The electrode is selectively provided on the second surface side. The second layer is provided on the light emitting layer side opposite to the first layer, and has a second conductivity type. The visible light absorption layer has a bandgap wavelength shorter than the peak wavelength of the emitted light, and visible light of a wavelength at which the intensity of the emission spectrum is 1/10 of the intensity of the emission spectrum at the peak wavelength. It is characterized by being longer than the wavelength on the side.

図１（ａ）は第１の実施形態にかかる半導体発光装置の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。FIG. 1A is a schematic plan view of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA. バンドギャップ波長の範囲を説明するグラフ図である。It is a graph explaining the range of a band gap wavelength. 図３（ａ）〜（ｇ）は、第１の実施形態にかかる半導体発光装置の製造方法の工程断面図である。3A to 3G are process cross-sectional views of the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the first embodiment. 可視光吸収層のバンドギャップ波長のＡｌ組成比に対する依存性を表すグラフ図である。It is a graph showing the dependence with respect to Al composition ratio of the band gap wavelength of a visible light absorption layer. 図５（ａ）はバンドギャップ波長をピーク波長側に設定した発光スペクトルのグラフ図、図５（ｂ）はバンドギャップ波長を可視光側に設定した発光スペクトルのグラフ図、である。FIG. 5A is a graph of an emission spectrum in which the band gap wavelength is set to the peak wavelength side, and FIG. 5B is a graph of the emission spectrum in which the band gap wavelength is set to the visible light side. 図６（ａ）は第２の実施形態にかかる半導体発光装置の模式平面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。FIG. 6A is a schematic plan view of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment, and FIG. 6B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA. 図７（ａ）は第３の実施形態にかかる半導体発光装置の模式平面図、図７（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。FIG. 7A is a schematic plan view of the semiconductor light emitting device according to the third embodiment, and FIG. 7B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる半導体発光装置の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
半導体発光装置は、発光層２６、発光層２６の上に設けられた第１の層３３、第１の層３３の上に設けられた第１の電極４０、第１の層３３とは反対の側となる発光層２６の側に設けられ、第２導電形を有する第２の層２５と、基板１０と、第２の電極５０と、を有する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic plan view of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.
The semiconductor light emitting device is opposite to the light emitting layer 26, the first layer 33 provided on the light emitting layer 26, the first electrode 40 provided on the first layer 33, and the first layer 33. The second layer 25 having the second conductivity type, the substrate 10, and the second electrode 50 are provided on the light emitting layer 26 side.

第１の層３３は、第１導電形を有し、第１の面３３ａと、第１の面３３ａの反対側の第２の面３３ｂと、を有する。発光層２６は、第１の層３３の第１の面３３ａの側に配置されている。   The first layer 33 has a first conductivity type, and has a first surface 33a and a second surface 33b opposite to the first surface 33a. The light emitting layer 26 is disposed on the first surface 33 a side of the first layer 33.

第１の電極４０は、第１の層３３の第２の面３３ｂの側に配置されている。なお、第１の電極４０は、パッド部４０ａおよび細線部４０ｂを有していてもよい。この場合、図１（ｂ）のように、パッド部４０ａと、第１の層３３と、の間に電流ブロック層３２を設けると、パッド部４０ａの下方領域への電流注入を抑制できる。このため、パッド部４０ａの下方領域での発光を抑制でき、光取り出し効率を高めることができる。また、第２の電極５０は、基板１０の裏面１０ａに設けられる。   The first electrode 40 is disposed on the second surface 33 b side of the first layer 33. The first electrode 40 may have a pad portion 40a and a thin wire portion 40b. In this case, as shown in FIG. 1B, when the current blocking layer 32 is provided between the pad portion 40a and the first layer 33, current injection into the lower region of the pad portion 40a can be suppressed. For this reason, light emission in the lower region of the pad portion 40a can be suppressed, and the light extraction efficiency can be increased. The second electrode 50 is provided on the back surface 10 a of the substrate 10.

パッド電極４０ａと第１の層３３との間に電流ブロック層３２を設けた場合、電流は、パッド電極４０ａと接続された細線電極４０ｂから第１の層３３へ注入され、発光層２６へ流れ込む。すなわち、細線電極４０ｂの下方の発光層２６の領域Ｅの近傍が発光領域となる。   When the current blocking layer 32 is provided between the pad electrode 40 a and the first layer 33, current is injected from the thin wire electrode 40 b connected to the pad electrode 40 a into the first layer 33 and flows into the light emitting layer 26. . That is, the vicinity of the region E of the light emitting layer 26 below the thin wire electrode 40b is a light emitting region.

なお、第１の層３３は、少なくとも可視光吸収層３０を有する。さらに、第１の層３３は、発光層２６と、可視光吸収層３０と、の間に、第１クラッド層２８を有してもよい。このようにすると、発光層２６からの放出光を第１の層３３の積層方向に適正に閉じ込めることができる。さらに可視光吸収層３０と第１クラッド層２８との間に、高い不純物濃度を有する層を設けると、細線電極４０ｂから注入された電流を発光層２６の面内に広げ、発光効率を高めることができる。   Note that the first layer 33 includes at least the visible light absorption layer 30. Further, the first layer 33 may have a first cladding layer 28 between the light emitting layer 26 and the visible light absorbing layer 30. In this way, the light emitted from the light emitting layer 26 can be properly confined in the stacking direction of the first layer 33. Furthermore, when a layer having a high impurity concentration is provided between the visible light absorbing layer 30 and the first cladding layer 28, the current injected from the thin wire electrode 40b is spread in the plane of the light emitting layer 26, thereby improving the light emission efficiency. Can do.

また、第２の層２５は第２導電形を有しており、基板１０の側にバッファ層２２、バッファ層２２と発光層２６との間に第２クラッド層２４を有してもよい。   The second layer 25 has the second conductivity type, and may include the buffer layer 22 on the substrate 10 side and the second cladding layer 24 between the buffer layer 22 and the light emitting layer 26.

発光層２６をＭＱＷ（Multi Quantum Well)構造とし、ＭＱＷの組成と構造とを変化することにより、所望のピーク波長λｐに制御することが容易となる。なお、ピーク波長λｐとは、広がりを有する発光スペクトルにおいて、スペクトル強度が最大値Ｉmaxとなる波長を表すものとする。   The light emitting layer 26 has an MQW (Multi Quantum Well) structure, and by changing the composition and structure of the MQW, the desired peak wavelength λp can be easily controlled. Note that the peak wavelength λp represents a wavelength at which the spectrum intensity has a maximum value Imax in a broad emission spectrum.

図２は、バンドギャップ波長の範囲を説明するグラフ図である。
本明細書において、発光スペクトル強度が最大値Ｉmaxとなる発光波長をピーク波長λｐと呼ぶことにする。ＬＥＤの場合、発光スペクトルは、図２のように広がる。また、スペクトル強度の最大値Ｉmaxの２分の１となる波長範囲は半値幅で表され、例えば３０〜６０ｎｍなどの範囲となる。可視光側の発光スペクトルの裾部の僅かなスペクトル成分であっても、近赤外光と比べて高い視感度を有する可視光は人間の目が認識しやすい。本実施形態では、発光スペクトル強度の最大値Ｉmaxの１０分の１のスペクトル強度となる波長を、λ１（可視光側）およびλ２（近赤外光側）とそれぞれ表し、可視光吸収層３０のバンドギャップ波長λgapを設定する基準とする。なお、本明細書において、「近赤外光」とは、０．７８〜１μｍの波長範囲の光を表すものとする。 FIG. 2 is a graph illustrating the range of the band gap wavelength.
In the present specification, the emission wavelength at which the emission spectrum intensity reaches the maximum value Imax is referred to as the peak wavelength λp. In the case of an LED, the emission spectrum spreads as shown in FIG. Further, the wavelength range that is a half of the maximum value Imax of the spectrum intensity is represented by a half-value width, for example, a range of 30 to 60 nm or the like. Even with a slight spectral component at the bottom of the emission spectrum on the visible light side, human eyes can easily recognize visible light having higher visibility than near-infrared light. In the present embodiment, the wavelengths at which the spectral intensity is 1/10 of the maximum value Imax of the emission spectral intensity are represented as λ1 (visible light side) and λ2 (near infrared light side), respectively. This is a reference for setting the band gap wavelength λgap. In the present specification, “near-infrared light” represents light in the wavelength range of 0.78 to 1 μm.

発光層２６からの放出光は、ピーク波長λｐを中心にして、可視光側および近赤外光側にそれぞれ広がった発光スペクトルを有している。本実施形態では、可視光吸収層３０のバンドギャップ波長λgapをピーク波長λｐよりも短く、かつ波長λ１よりも長く設定する。バンドギャップ波長λgapよりも長い波長を有する光は、可視光吸収層３０による吸収を生じることなく外部に放出される。他方、バンドギャップ波長λgapよりも短い波長を有する光は、可視光吸収層３０内での吸収が大きくかつバンドギャップ波長λgapから短い波長の側に近づくほど吸収率が大きい。   The emitted light from the light emitting layer 26 has an emission spectrum that spreads to the visible light side and the near infrared light side around the peak wavelength λp. In the present embodiment, the band gap wavelength λgap of the visible light absorbing layer 30 is set to be shorter than the peak wavelength λp and longer than the wavelength λ1. Light having a wavelength longer than the band gap wavelength λgap is emitted to the outside without causing absorption by the visible light absorption layer 30. On the other hand, light having a wavelength shorter than the band gap wavelength λgap has a large absorption in the visible light absorption layer 30 and has a higher absorptance as it approaches the shorter wavelength side from the bandgap wavelength λgap.

この結果、領域Ｅから上方へ向かった放出光は、可視光吸収層３０を通過する間に可視光の一部が吸収された後、第１の層３３の表面のうち第１の電極４０が設けられない領域である光取り出し面から出射する（出射光Ｇ）。すなわち、０．５５５μｍに最大値を有し、赤色光範囲まで連続した比視感度を有する可視光は、可視光吸収層３０によりその発光強度が低減される。   As a result, the emitted light traveling upward from the region E is absorbed by a part of the visible light while passing through the visible light absorbing layer 30, and then the first electrode 40 on the surface of the first layer 33 is The light is emitted from the light extraction surface that is not provided (emitted light G). In other words, the visible light having a maximum value of 0.555 μm and having a specific luminous sensitivity continuous up to the red light range is reduced in emission intensity by the visible light absorbing layer 30.

図３（ａ）〜（ｇ）は、第１の実施形態にかかる半導体発光装置の製造方法の工程断面図である。すなわち、図３（ａ）は結晶成長後の模式図、図３（ｂ）はフォトレジストパターニング後の模式図、図３（ｃ）は電流ブロック層のパターニング後の模式図、図３（ｄ）はフォトレジストパターニングの模式図、図３（ｅ）は第１の電極の蒸着後の模式図、図３（ｆ）は第１の電極のパターニング後の模式図、図３（ｇ）は第２の電極の形成後の模式図、である。   3A to 3G are process cross-sectional views of the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the first embodiment. 3A is a schematic diagram after crystal growth, FIG. 3B is a schematic diagram after photoresist patterning, FIG. 3C is a schematic diagram after patterning of the current blocking layer, and FIG. 3D. Is a schematic diagram of photoresist patterning, FIG. 3E is a schematic diagram after deposition of the first electrode, FIG. 3F is a schematic diagram after patterning of the first electrode, and FIG. It is a schematic diagram after formation of the electrode.

図３(ａ）〜（ｇ）において、基板１０はｎ形ＧａＡｓからなる。第１の層３３はｐ形ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）またはＩｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる。発光層２６はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．４５）またはＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）からなる。第２の層２５はｎ形ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）またはＩｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるものとする。ただし、導電形および材質はこれらに限定されるものではない。 3A to 3G, the substrate 10 is made of n-type GaAs. The first layer 33 is p-type Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1) or In x (Al y Ga 1-y ) 1-x P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). Consists of. The light emitting layer 26 is made of Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 0.45) or In x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1). The second layer 25 is formed of n-type Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1) or In x (Al y Ga 1-y ) 1-x P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). It shall consist of However, the conductivity type and material are not limited to these.

なお、本明細書において、ＡｌＧａＡｓとは、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）なる組成式で表され、アクセプタやドナーとなる元素がされていてもよいものとする。また、ＩｎＡｌＧａＰとは、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる組成式で表され、アクセプタやドナーとなる元素がされていてもよいものとする。また、ＩｎＧａＡｓとは、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）なる組成式で表され、アクセプタやドナーとなる元素がされていてもよいものとする。 Note that in this specification, AlGaAs is expressed by a composition formula of Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1), and an element serving as an acceptor or a donor may be included. InAlGaP is represented by a composition formula consisting of In x (Al y Ga 1-y ) 1-x P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), and an element serving as an acceptor or a donor is used. It may be. InGaAs is represented by a composition formula of In x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1), and an element serving as an acceptor or a donor may be included.

図３（ａ）において、ｎ形ＧａＡｓからなる基板１０は、例えば、（１００）面を主面とする。基板１０の主面の上に、ｎ形ＧａＡｓなどからなるバッファ層２２、ｎ形ＩｎＡｌＧａＰまたはｎ形ＡｌＧａＡｓからなる第２クラッド層２４、アンドープＡｌＧａＡｓまたはアンドープＩｎＧａＡｓからなる発光層２６、ｐ形ＩｎＡｌＧａＰまたはｐ形ＩｎＧａＡｓからなる第１クラッド層２８、ｐ形ＡｌＧａＡｓからなる可視光吸収層３０、ｎ形ＩｎＡｌＰまたはＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層３２がこの順序で積層される。結晶成長法として、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、およびＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy)法などを用いることができる。なお、電流ブロック層３２は、半導体材料ではなく、ＳｉＯ２などの絶縁膜であってもよい。 In FIG. 3A, the substrate 10 made of n-type GaAs has, for example, a (100) plane as a main surface. On the main surface of the substrate 10, a buffer layer 22 made of n-type GaAs, a second cladding layer 24 made of n-type InAlGaP or n-type AlGaAs, a light emitting layer 26 made of undoped AlGaAs or undoped InGaAs, p-type InAlGaP or p A first cladding layer 28 made of p-type InGaAs, a visible light absorbing layer 30 made of p-type AlGaAs, and a current blocking layer 32 made of n-type InAlP or AlGaAs are laminated in this order. As the crystal growth method, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method and the like can be used. The current blocking layer 32 may be an insulating film such as SiO 2 instead of a semiconductor material.

続いて、図３（ｂ）のように、電流ブロック層３２の上にフォトレジスト膜６０のパターニングを行う。さらに、図３（ｃ）のように、フォトレジスト膜６０をマスクとして燐酸などにより、第１の電極４０のパッド電極４０ａとすべき領域の電流ブロック層３２のみを残し、他の領域の電流ブロック層を除去する。   Subsequently, as shown in FIG. 3B, the photoresist film 60 is patterned on the current blocking layer 32. Further, as shown in FIG. 3C, by using phosphoric acid or the like with the photoresist film 60 as a mask, only the current block layer 32 in the region to be the pad electrode 40a of the first electrode 40 is left, and the current block in other regions is left. Remove the layer.

続いて、図３（ｄ）のようにフォトレジスト膜６２のパターニングを行い、図３（ｅ）のように第１の電極４０とするＡｕＺｎ膜などを蒸着する。   Subsequently, the photoresist film 62 is patterned as shown in FIG. 3D, and an AuZn film or the like serving as the first electrode 40 is deposited as shown in FIG.

続いて、フォトレジスト６２を除去すると、図３（ｆ）のように、第１の電極４０（ｐ側電極）が形成される。   Subsequently, when the photoresist 62 is removed, the first electrode 40 (p-side electrode) is formed as shown in FIG.

ｐ形ＡｌＧａＡｓからなる可視光吸収層３０のｐ形不純物濃度を高くすると第１の電極４０に対するコンタクト層を設けなくともよい。または、可視光吸収層３０と細線電極４０ｂとの間に、例えばｐ形ＧａＡｓからなるコンタクト層を設けてもよい。この場合、細線電極４０ｂの下方領域のコンタクト層をのみに残すようにすると、ＧａＡｓによる光吸収を低減することができるのでより好ましい。   If the p-type impurity concentration of the visible light absorption layer 30 made of p-type AlGaAs is increased, the contact layer for the first electrode 40 may not be provided. Alternatively, a contact layer made of, for example, p-type GaAs may be provided between the visible light absorbing layer 30 and the thin wire electrode 40b. In this case, it is more preferable to leave only the contact layer in the region below the thin wire electrode 40b because light absorption by GaAs can be reduced.

また、可視光吸収層３０のＡｌ組成比を可視光吸収層３０の下方に設ける高濃度層のＡｌ組成比よりも小さくすると、ヘテロ障壁高さを緩和し、順方向電圧を低減することが容易となる。さらに、図３（ｇ）のように、基板１０の裏面１０ａに第２の電極（ｎ側電極）５０を形成すると、図１に表す第１の実施形態にかかる半導体発光装置が完成する。   Moreover, if the Al composition ratio of the visible light absorption layer 30 is made smaller than the Al composition ratio of the high-concentration layer provided below the visible light absorption layer 30, the hetero barrier height can be relaxed and the forward voltage can be easily reduced. It becomes. Further, when the second electrode (n-side electrode) 50 is formed on the back surface 10a of the substrate 10 as shown in FIG. 3G, the semiconductor light emitting device according to the first embodiment shown in FIG. 1 is completed.

図４は、可視光吸収層のバンドギャップ波長のＡｌ組成比に対する依存性を表すグラフ図である。
可視光吸収層３０が、ＡｌＧａＡｓからなるものとする。図４において、縦軸はバンドギャップ波長λgap（μｍ）、横軸はＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比ｘ、である。なお、バンドギャップをＥｇ（ｅＶ）で表すとき、バンドギャップ波長λgap（μｍ）は、次式で近似することができる。 FIG. 4 is a graph showing the dependence of the band gap wavelength of the visible light absorption layer on the Al composition ratio.
The visible light absorption layer 30 is made of AlGaAs. In FIG. 4, the vertical axis represents the band gap wavelength λgap (μm), and the horizontal axis represents the Al composition ratio x of AlGaAs. When the band gap is represented by Eg (eV), the band gap wavelength λgap (μm) can be approximated by the following equation.


λgap＝１．２４／Ｅｇ （式１）
λgap = 1.24 / Eg (Formula 1)

また、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓは、０≦ｘ≦０．４５の範囲では直接遷移型となり、バンドギャップＥｇは、Ａｌ組成比ｘと共に増加する。この結果、バンドギャップ波長λgapは、図４のように、Ａｌ組成比ｘが増加するのに応じて低下する。例えば、Ａｌ組成比ｘが０．１３３の場合、バンドギャップ波長λgapは０．７８μｍとなる。また、Ａｌ組成比ｘが０．２５の場合、バンドギャップ波長λgapは０．７１μｍとなる。 Al x Ga 1-x As is a direct transition type in the range of 0 ≦ x ≦ 0.45, and the band gap Eg increases with the Al composition ratio x. As a result, the band gap wavelength λgap decreases as the Al composition ratio x increases as shown in FIG. For example, when the Al composition ratio x is 0.133, the band gap wavelength λgap is 0.78 μm. When the Al composition ratio x is 0.25, the band gap wavelength λgap is 0.71 μm.

検出器としてＳｉフォトダイオードを用いるとその受光感度は０．８μｍ波長の近傍で最大となる。このため、センサやリモコン用途の場合、Ｓｉフォトダイオードと、ピーク波長が近赤外光となる発光装置と、を組み合わせると、検出感度を高めることが容易となる。すなわち、放出光のピーク波長λｐは、０．７８〜１μｍの波長とすることが好ましく、０．７８〜０．９μｍとすることがより好ましい。   When a Si photodiode is used as a detector, the light receiving sensitivity is maximized in the vicinity of a wavelength of 0.8 μm. For this reason, in the case of a sensor or remote control application, combining a Si photodiode and a light emitting device having a peak wavelength of near infrared light makes it easy to increase detection sensitivity. That is, the peak wavelength λp of the emitted light is preferably 0.78 to 1 μm, and more preferably 0.78 to 0.9 μm.

図５（ａ）はバンドギャップ波長をピーク波長側に設定した発光スペクトルのグラフ図、図５（ｂ）はバンドギャップ波長を可視光側に設定した発光スペクトルのグラフ図、である。
発光層２６がＡｌＧａＡｓである場合、ピーク波長λｐは、例えば、０．６５〜０．８７μｍの波長範囲とすることができる。図５において、所望のピーク波長λｐは、０．７８μｍとする。また、波長λ１は、発光層２６、第１の層３３、および第２の層２５などの構造により決定されるが、例えば、０．７１μｍとする。 FIG. 5A is a graph of an emission spectrum in which the band gap wavelength is set to the peak wavelength side, and FIG. 5B is a graph of the emission spectrum in which the band gap wavelength is set to the visible light side.
When the light emitting layer 26 is AlGaAs, the peak wavelength λp can be set to a wavelength range of 0.65 to 0.87 μm, for example. In FIG. 5, the desired peak wavelength λp is 0.78 μm. The wavelength λ1 is determined by the structure of the light emitting layer 26, the first layer 33, the second layer 25, and the like, and is set to 0.71 μm, for example.

図５（ａ）では、可視光吸収層３０のバンドギャップ波長λgapがピーク波長λｐでする０．７８μｍよりも僅かに短いものとする。バンドギャップ波長λgapよりも短い波長の光は、可視光吸収層３０内で吸収される。その吸収率は、ピーク波長λｐから離れるに従って大きくなる。このため、図５（ａ）に、実線で表す外部への取り出し可能な出力は、破線で表す発光層２６からの放出光よりも低下する。また、バンドギャップ波長λgapよりも短い波長の光の発光強度は、破線で表す放出光よりも低減できる。なお、可視光吸収層３０の厚さは、例えば０．０５μｍ以上とすることが好ましい。厚さを大きくすると、可視光成分の吸収量を大きくすることができる。   In FIG. 5A, it is assumed that the band gap wavelength λgap of the visible light absorbing layer 30 is slightly shorter than 0.78 μm which is the peak wavelength λp. Light having a wavelength shorter than the band gap wavelength λgap is absorbed in the visible light absorption layer 30. The absorptance increases as the distance from the peak wavelength λp increases. For this reason, in FIG. 5A, the output that can be extracted to the outside represented by a solid line is lower than the emitted light from the light emitting layer 26 represented by a broken line. Further, the emission intensity of light having a wavelength shorter than the band gap wavelength λgap can be reduced as compared with the emitted light indicated by the broken line. In addition, it is preferable that the thickness of the visible light absorption layer 30 shall be 0.05 micrometer or more, for example. When the thickness is increased, the amount of absorption of visible light components can be increased.

図５（ｂ）では、バンドギャップ波長λgapが波長λ１（０．７１μｍ）よりも僅かに大きいものとする。バンドギャップ波長λgapよりも短い波長の光が可視光吸収層３０内で吸収される。この場合、外部へ取り出し可能な出力は、図５（ａ）の場合よりも大きくできる。また、バンドギャップ波長λgapよりも短い波長の光の発光強度を低減できるが、バンドギャップ波長λgapとピーク波長λｐとの間の波長を有する光のスペクトル強度は、図５（ａ）の場合よりは高い。   In FIG. 5B, it is assumed that the band gap wavelength λgap is slightly larger than the wavelength λ1 (0.71 μm). Light having a wavelength shorter than the band gap wavelength λgap is absorbed in the visible light absorption layer 30. In this case, the output that can be taken out can be made larger than in the case of FIG. Further, although the emission intensity of light having a wavelength shorter than the band gap wavelength λgap can be reduced, the spectral intensity of light having a wavelength between the band gap wavelength λgap and the peak wavelength λp is lower than that in the case of FIG. high.

図５（ａ）および（ｂ）において、可視光吸収層３０のＡｌ組成比ｘは、０．１３３〜０．２５の間の範囲とすればよいことになる。なお、比視感度が高くなる０．６８μｍ以下の光を遮光すればよい場合、スペクトル最大値Ｉmaxに対して、例えばマイナス２０ｄＢ（１００分の１）のスペクトル強度となる波長をλ１としてもよい。   5 (a) and 5 (b), the Al composition ratio x of the visible light absorbing layer 30 may be set in a range between 0.133 and 0.25. Note that when light of 0.68 μm or less that increases the relative visibility should be shielded, the wavelength at which the spectrum intensity is, for example, minus 20 dB (1/100) may be set to λ1 with respect to the spectrum maximum value Imax.

次に、所望のピーク波長λｇを０．８５μｍとする場合について説明する。この場合、波長λ１を０．７８μｍとする。バンドギャップ波長λgapを０．７８〜０．８５μｍの間に設定するには、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのＡｌ組成比ｘを０．０２８〜０．１３３の間の範囲に設定すればよい。 Next, a case where the desired peak wavelength λg is 0.85 μm will be described. In this case, the wavelength λ1 is set to 0.78 μm. In order to set the band gap wavelength λgap between 0.78 and 0.85 μm, the Al composition ratio x of Al x Ga 1-x As may be set in the range between 0.028 and 0.133.

さらに、所望のピーク波長λｐは、０．８７〜０．９μｍの範囲とする場合を考える。この場合、波長λ１を０．８２μｍとする。このピーク波長λｐの範囲に対応するには、発光層２６をＩｎＧａＡｓとすることが好ましい。ＡｌＧａＡｓからなる可視光吸収層３０において、Ａｌ組成比ｘが０〜０．０７の間の範囲で、バンドギャップ波長λgapは０．８２μｍ以上０．８７μｍ以下となる。この場合、バンドギャップ波長λgapよりも短い波長の光のスペクトル強度を低減可能である。   Further, consider a case where the desired peak wavelength λp is in the range of 0.87 to 0.9 μm. In this case, the wavelength λ1 is set to 0.82 μm. In order to cope with the range of the peak wavelength λp, the light emitting layer 26 is preferably made of InGaAs. In the visible light absorbing layer 30 made of AlGaAs, the band gap wavelength λgap is 0.82 μm or more and 0.87 μm or less in the range where the Al composition ratio x is between 0 and 0.07. In this case, the spectral intensity of light having a shorter wavelength than the band gap wavelength λgap can be reduced.

このようにして、バンドギャップ波長λgapは、要求される光出力と、遮光したい可視光の波長範囲と、を満たすように、ピーク波長λｐと波長λ１との間の適正な波長として決めることができる。   In this way, the band gap wavelength λgap can be determined as an appropriate wavelength between the peak wavelength λp and the wavelength λ1 so as to satisfy the required light output and the wavelength range of visible light to be shielded. .

光センサやリモコンなどにおいて、人間の目が認識容易な可視光を遮光したい用途が増加している。例えば、監視カメラからの近赤外光が可視光を少しでも含むと、監視機能を遂行することが困難となる。また、３Ｄ（３次元）テレビや３Ｄ液晶プロジェクターなどで、液晶シャッターメガネを近赤外光に同期させてオンオフする場合、目の近くで近赤外光を受光することになる。このため、発光スペクトルには可視光成分が含まれないことが好ましい。本実施形態によれば、結晶成長工程において元素の組成比を変えることにより、可視光成分が低減された発光装置を容易に提供できる。   Applications such as optical sensors and remote controllers that want to block visible light that can be easily recognized by the human eye are increasing. For example, if the near-infrared light from the monitoring camera includes any visible light, it is difficult to perform the monitoring function. When the liquid crystal shutter glasses are turned on / off in synchronization with near infrared light in a 3D (three-dimensional) television, a 3D liquid crystal projector, or the like, the near infrared light is received near the eyes. For this reason, it is preferable that a visible light component is not contained in an emission spectrum. According to the present embodiment, it is possible to easily provide a light emitting device in which the visible light component is reduced by changing the composition ratio of elements in the crystal growth process.

図６（ａ）は第２の実施形態にかかる半導体発光装置の模式平面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
第２の実施形態では、上方からみて、第１の層３３の表面には第１の電極４０が設けられている。第１の電極４０の非形成領域の表面は、可視光吸収層３０からなり、微小な凹凸部３０ａが設けられている。ＡｌＧａＡｓなどからなる可視光吸収層３０の表面を、硝酸を含む溶液などを用いてフロスト処理を行うと、微小な凹凸部３０ａが形成される。例えば、可視光吸収層３０の厚さを１μｍ以上とし、凹凸の谷と山の高さの差の平均を０．５μｍ以下とする。山と山との間の距離をピッチとすると、平均ピッチは、例えば０．３〜１μｍなどの範囲とできる。このようにすると、発光層２６からの放出光と凹凸部３０ａとの交差角の範囲を広げることができる。この結果、全反射が低減され、可視光側の成分が低減された発光スペクトルを有する光の取り出し効率を高めることができる。 FIG. 6A is a schematic plan view of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment, and FIG. 6B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.
In the second embodiment, the first electrode 40 is provided on the surface of the first layer 33 when viewed from above. The surface of the non-formation region of the first electrode 40 is composed of the visible light absorbing layer 30 and is provided with minute uneven portions 30a. When the surface of the visible light absorbing layer 30 made of AlGaAs or the like is subjected to a frost treatment using a solution containing nitric acid or the like, minute uneven portions 30a are formed. For example, the thickness of the visible light absorbing layer 30 is 1 μm or more, and the average difference in height between the concave and convex valleys and the peaks is 0.5 μm or less. If the distance between the mountains is the pitch, the average pitch can be in the range of 0.3 to 1 μm, for example. In this way, the range of the intersection angle between the light emitted from the light emitting layer 26 and the concavo-convex portion 30a can be expanded. As a result, total reflection is reduced, and the extraction efficiency of light having an emission spectrum with reduced visible light components can be increased.

図７（ａ）は第３の実施形態にかかる半導体発光装置の模式平面図、図７（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
第３の実施形態の基板１１は、結晶成長基板ではなく、例えばＳｉからなる。基板１１と、発光層２６を含む積層体と、の間には、例えば金属反射膜７０を設けて、発光層２６から下方へ向かう放出光を上方に向かって反射する。このため、可視光側の成分が低減された発光スペクトルを有する光の取り出し効率を高めることができる。 FIG. 7A is a schematic plan view of the semiconductor light emitting device according to the third embodiment, and FIG. 7B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.
The substrate 11 of the third embodiment is not a crystal growth substrate, but is made of, for example, Si. For example, a metal reflective film 70 is provided between the substrate 11 and the stacked body including the light emitting layer 26, and the emitted light traveling downward from the light emitting layer 26 is reflected upward. For this reason, the extraction efficiency of light having an emission spectrum in which a component on the visible light side is reduced can be increased.

なお、発光層２６を含む積層体は、結晶成長用の基板（図示せず）の上に結晶成長されたのち、基板１１とウェーハ接着される。その後、結晶成長基板を除去すると、基板１１の上に積層体が配置された第３の実施形態の構造となる。なお、第１の電極４０が設けられていない可視光吸収層３０の表面に凹凸部を設けると、さらに光取り出し効率を高めることができる。   The stacked body including the light emitting layer 26 is crystal-grown on a crystal growth substrate (not shown), and then bonded to the substrate 11 and the wafer. Thereafter, when the crystal growth substrate is removed, the structure of the third embodiment in which the stacked body is disposed on the substrate 11 is obtained. In addition, if an uneven | corrugated | grooved part is provided in the surface of the visible light absorption layer 30 in which the 1st electrode 40 is not provided, light extraction efficiency can be improved further.

第１〜第３の実施形態によれば、発光層からの放出光のうち、比視感度が高い可視光側の発光強度が低減された半導体発光装置が提供される。このため、可視光成分が低減された近赤外光を得ることができ、光センサやリモコンに広く用いることができる。   According to the first to third embodiments, there is provided a semiconductor light emitting device in which the light emission intensity on the visible light side, which has a high relative visibility among the emitted light from the light emitting layer, is reduced. For this reason, near infrared light with reduced visible light components can be obtained, and it can be widely used in optical sensors and remote controllers.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

２５ 第２の層、 ２６ 発光層、３０ 可視光吸収層、３３ 第１の層、４０、４０ａ、４０ｂ （第１の）電極、λｐ ピーク波長、λgap バンドギャップ波長、λ１ 波長（可視光側）、λ２ 波長（近赤外光側）、Ｉmax 発光スペクトル最大値、x Ａｌ組成比、Ｇ 出射光 25 second layer, 26 light emitting layer, 30 visible light absorbing layer, 33 first layer, 40, 40a, 40b (first) electrode, λp peak wavelength, λgap bandgap wavelength, λ1 wavelength (visible light side) , Λ2 wavelength (near infrared light side), Imax emission spectrum maximum value, xAl composition ratio, G outgoing light

Claims (5)

可視光から近赤外光に広がった発光スペクトルを有する放出光を放出可能な発光層と、
第１の面および前記第１の面の反対の側となる第２の面を有する第１の層であって、前記第１の面の側には前記発光層が設けられ、可視光吸収層を少なくとも有し、第１導電形を有する第１の層と、
前記第２の面の側に選択的に設けられた電極と、
前記第１の層とは反対の側となる前記発光層の側に設けられ、第２導電形を有する第２の層と、
を備え、
前記可視光吸収層のバンドギャップ波長は、前記放出光のピーク波長よりも短く、かつ前記発光スペクトルの強度が前記ピーク波長における前記発光スペクトルの強度の１０分の１となる波長のうちの可視光側の波長よりも長いことを特徴とする半導体発光装置。 A light emitting layer capable of emitting emitted light having an emission spectrum extending from visible light to near infrared light;
A first layer having a first surface and a second surface opposite to the first surface, wherein the light emitting layer is provided on the first surface side, and a visible light absorbing layer A first layer having at least a first conductivity type;
Electrodes selectively provided on the second surface side;
A second layer having a second conductivity type, provided on the side of the light emitting layer opposite to the first layer;
With
The visible light absorption layer has a bandgap wavelength shorter than the peak wavelength of the emitted light, and visible light of a wavelength at which the intensity of the emission spectrum is 1/10 of the intensity of the emission spectrum at the peak wavelength. A semiconductor light emitting device characterized by being longer than the wavelength on the side. 前記第１の層の前記第２の面は、前記電極が設けられた領域と、前記可視光吸収層からなり光取り出し面となる領域と、を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。   2. The semiconductor according to claim 1, wherein the second surface of the first layer includes a region where the electrode is provided and a region which is formed of the visible light absorption layer and serves as a light extraction surface. Light emitting device. 前記光取り出し面は、凹凸部を含むことを特徴とする請求項２記載の半導体発光装置。   The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the light extraction surface includes an uneven portion. 前記ピーク波長は、０．７８μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。   4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the peak wavelength is not less than 0.78 μm and not more than 1 μm. 5. 前記可視光吸収層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．４５）からなることを特徴とする請求項４記載の半導体発光装置。 The semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the visible light absorption layer is made of Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 0.45).
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