JP2783580B2 - ダブルヘテロ型赤外光発光素子 - Google Patents
ダブルヘテロ型赤外光発光素子Info
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- Japan
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- emitting device
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、GaAlAs層を用いた発光素子に関し、特に80
〜880nmの赤外光領域で高出力の発光素子として利用す
るものである。
〜880nmの赤外光領域で高出力の発光素子として利用す
るものである。
（従来の技術） III−Ｖ族の化合物半導体結晶を利用する発光素子は
複数種類が実用化されており、その中でダブルヘテロ
（Double Hetero）構造のGaAlAsも開発を終えて市販さ
れている。この化合物半導体単結晶はいわゆる液相エピ
タキシャル（Epitaxial）成長法を利用する一方法に、
徐冷方式により成長させる方法が知られている。また、
発光波長が840±40nmの範囲にあるGaAlAs発光素子で
も、液相エピタキシャル成長を徐冷方式により施して製
造することも行われている。即ち、第５図ａに明らかな
ように、ｎ型GaAs基板50表面付近に両性不純物であるシ
リコンを添加してｎ型GaAs層51とｐ型GaAs層52を隣接し
て順次成長させて赤外光用発光素子を形成している。こ
のＰ型GaAs層52の露出表面部分には、Au−Be層からなる
電極53を、ｎ型GaAs基板50の露出表面全面にAu−Ge層か
らなる電極54を設置してホモ接合型発光素子を完成して
いる。また、第５図ｂにあるように、ｎ型GaAs基板（図
示せず）表面付近には、上記のようにシリコンなどの両
性不純物を導入してｎ型GaAlAs層55とｐ型GaAlAs層56を
隣接して順次成長させてからｎ型GaAs基板を除去し、電
極は第５図ａの例と同様に形成する。この結果、ｎ型Ga
AlAs層55から発光波長が840±40nmの赤外光を取出す型
も実用化されている。第６図a,bに従来素子の特性を明
らかにしたが、説明は後述する。
複数種類が実用化されており、その中でダブルヘテロ
（Double Hetero）構造のGaAlAsも開発を終えて市販さ
れている。この化合物半導体単結晶はいわゆる液相エピ
タキシャル（Epitaxial）成長法を利用する一方法に、
徐冷方式により成長させる方法が知られている。また、
発光波長が840±40nmの範囲にあるGaAlAs発光素子で
も、液相エピタキシャル成長を徐冷方式により施して製
造することも行われている。即ち、第５図ａに明らかな
ように、ｎ型GaAs基板50表面付近に両性不純物であるシ
リコンを添加してｎ型GaAs層51とｐ型GaAs層52を隣接し
て順次成長させて赤外光用発光素子を形成している。こ
のＰ型GaAs層52の露出表面部分には、Au−Be層からなる
電極53を、ｎ型GaAs基板50の露出表面全面にAu−Ge層か
らなる電極54を設置してホモ接合型発光素子を完成して
いる。また、第５図ｂにあるように、ｎ型GaAs基板（図
示せず）表面付近には、上記のようにシリコンなどの両
性不純物を導入してｎ型GaAlAs層55とｐ型GaAlAs層56を
隣接して順次成長させてからｎ型GaAs基板を除去し、電
極は第５図ａの例と同様に形成する。この結果、ｎ型Ga
AlAs層55から発光波長が840±40nmの赤外光を取出す型
も実用化されている。第６図a,bに従来素子の特性を明
らかにしたが、説明は後述する。
（発明が解決しようとする課題） このような発光素子の発光効率（Ｉ＝10mA）は、４〜
５％、GaAlAs素子の発光効率（Ｉ＝10mA）は、６〜７％
である。しかし、最近このような発光素子が利用されて
いるリモコン機器やフォトカプラなどにおける低電流駆
動では、発光出力不足のため単体で使用はできない。ま
た、高出力を得るため、２回目の発光素子による低電流
駆動を使う製品があるが、部品構造が複雑になる外に製
造工程が長い時間を要するなどの難点がある。
５％、GaAlAs素子の発光効率（Ｉ＝10mA）は、６〜７％
である。しかし、最近このような発光素子が利用されて
いるリモコン機器やフォトカプラなどにおける低電流駆
動では、発光出力不足のため単体で使用はできない。ま
た、高出力を得るため、２回目の発光素子による低電流
駆動を使う製品があるが、部品構造が複雑になる外に製
造工程が長い時間を要するなどの難点がある。
同様に、高電流駆動すると高い発光出力が得られるも
のの、寿命が短く高発光出力を継続できない。
のの、寿命が短く高発光出力を継続できない。
本発明は、このような事情により成されたもので、発
光素子構造をＰ型GaAlAsクラッド層、Ｐ型GaAlAsアクテ
ィブ層及びＮ型GaAlAsクラッド層から成るダブルヘテロ
構造とし、更に、発光効率を向上して単体でもリモコン
（Remoto Controle）などへの適用を可能にすることを
目的とするものである。
光素子構造をＰ型GaAlAsクラッド層、Ｐ型GaAlAsアクテ
ィブ層及びＮ型GaAlAsクラッド層から成るダブルヘテロ
構造とし、更に、発光効率を向上して単体でもリモコン
（Remoto Controle）などへの適用を可能にすることを
目的とするものである。
（課題を解決するための手段） 本発明に係るダブルヘテロ型赤外光発光素子は、Ｐ型
GaAlAsクラッド層内に含有する不純物濃度が0.5×1017/
cm3以上、前記Ｐ型GaAlAsクラッド層に隣接するアクテ
ィブ層内の不純物濃度が１〜８×1017/cm3、Ｎ型GaAlAs
クラッド層内に含有する不純物濃度が0.5×1017/cm3以
上であり、各成長層厚さをＰ型クラッド層50〜200μ
ｍ、Ｐ型アクティブ層0.1〜２μｍ、Ｎ型クラッド層20
〜90μｍとする点に特徴がある。
GaAlAsクラッド層内に含有する不純物濃度が0.5×1017/
cm3以上、前記Ｐ型GaAlAsクラッド層に隣接するアクテ
ィブ層内の不純物濃度が１〜８×1017/cm3、Ｎ型GaAlAs
クラッド層内に含有する不純物濃度が0.5×1017/cm3以
上であり、各成長層厚さをＰ型クラッド層50〜200μ
ｍ、Ｐ型アクティブ層0.1〜２μｍ、Ｎ型クラッド層20
〜90μｍとする点に特徴がある。
（作 用） このダブルヘテロ型GaAlAs発光素子では徐冷法を利用
する液相エピタキシャル成長により、Ｐ型GaAs基板に亜
鉛を添加した高AlAs混晶比のＰ型GaAlAsクラッド層を形
成し、更に、発光波長を840±40nmとするのに必要なAlA
s混晶比を備えた亜鉛添加Ｐ型GaAlAsアクティブ層を設
け、これに隣接してテルル添加のＮ型GaAlAs層をＰ型Ga
AlAsクラッド層と同等のAlAs高混晶比に形成する。
する液相エピタキシャル成長により、Ｐ型GaAs基板に亜
鉛を添加した高AlAs混晶比のＰ型GaAlAsクラッド層を形
成し、更に、発光波長を840±40nmとするのに必要なAlA
s混晶比を備えた亜鉛添加Ｐ型GaAlAsアクティブ層を設
け、これに隣接してテルル添加のＮ型GaAlAs層をＰ型Ga
AlAsクラッド層と同等のAlAs高混晶比に形成する。
混晶比について更に説明すると、本発明に係わるダブ
ルヘテロ型GaAlAs素子は、上記のように発光波長を840n
mとするようにアクティブ層を形成するために、GaAlAs
におけるAl混晶比は0.03程度にしており、発光波長が66
0nmのダブルヘテロ型GaAlAs発光素子におけるAl混晶比
0.35とは相違している。
ルヘテロ型GaAlAs素子は、上記のように発光波長を840n
mとするようにアクティブ層を形成するために、GaAlAs
におけるAl混晶比は0.03程度にしており、発光波長が66
0nmのダブルヘテロ型GaAlAs発光素子におけるAl混晶比
0.35とは相違している。
このAl混晶比を0.03程度にしたGaAlAs層を備えた発光
素子のダブルヘテロ構造は、高出力の赤外光発光素子が
得られるが、本発明では、各層の最適不純物濃度及び厚
さを見出だした事実を基に完成した。
素子のダブルヘテロ構造は、高出力の赤外光発光素子が
得られるが、本発明では、各層の最適不純物濃度及び厚
さを見出だした事実を基に完成した。
即ち、縦軸に不純物濃度/cm3、横軸に各層の厚さμｍ
を採った第１図ａに示すように、ハッチング（Hatchin
g）をした領域内に選定すると、従来のGaAsもしくはGaA
lAsからなり、しかも両性不純物であるSiを添加した発
光素子が得られる発光効率より優れたダブルヘテロ型Ga
AlAs発光素子が得られる。
を採った第１図ａに示すように、ハッチング（Hatchin
g）をした領域内に選定すると、従来のGaAsもしくはGaA
lAsからなり、しかも両性不純物であるSiを添加した発
光素子が得られる発光効率より優れたダブルヘテロ型Ga
AlAs発光素子が得られる。
このダブルヘテロ型GaAlAs発光素子は、上記のように
徐冷方式を利用する液相エピチキシャル成長法により形
成するが、冷却速度も発光効率と相関があることが判明
しており、第１表にこの相関と不純物濃度の調査結果を
明らかにするが、第６図a,bに従来素子、第１図a,bに本
発明素子における不純物濃度とPN接合との関係を示し
た。
徐冷方式を利用する液相エピチキシャル成長法により形
成するが、冷却速度も発光効率と相関があることが判明
しており、第１表にこの相関と不純物濃度の調査結果を
明らかにするが、第６図a,bに従来素子、第１図a,bに本
発明素子における不純物濃度とPN接合との関係を示し
た。
次に冷却速度（C.R.Cooling Rate:950℃〜780℃、ΔT
170℃）と発光効率の関係を第２表に示す。
170℃）と発光効率の関係を第２表に示す。
即ち、従来のGaAs LEDとGaAlAs LEDは、発光効率が平
均７％であるのに対して、本発明のように冷却速度0.5
℃／分で処理すると〜20％の発光効率が得られることが
判明した。
均７％であるのに対して、本発明のように冷却速度0.5
℃／分で処理すると〜20％の発光効率が得られることが
判明した。
このように、従来技術より有利な発光効率を得るに
は、上記のように第１図の特殊な不純物領界に選定し、
それに厚さを絞ると良いことが判明し、従って、本発明
では、Ｐ型GaAlAsクラッド層内の亜鉛濃度を0.5×1017/
cm3以上、Ｐ型GaAlAsアクティブ層の亜鉛濃度を１〜８
×1017/cm3、Ｎ型GaAlAsクラッド層内のテルル濃度を0.
5×1017/cm3以上とし、更に、各々の厚さをＰ型GaAlAs
クラッド層を50〜200μｍ、Ｐ型GaAlAsアクティブ層を
0.1〜２μｍ、Ｎ型GaAlAsクラッド層を20〜90μｍに限
定する。
は、上記のように第１図の特殊な不純物領界に選定し、
それに厚さを絞ると良いことが判明し、従って、本発明
では、Ｐ型GaAlAsクラッド層内の亜鉛濃度を0.5×1017/
cm3以上、Ｐ型GaAlAsアクティブ層の亜鉛濃度を１〜８
×1017/cm3、Ｎ型GaAlAsクラッド層内のテルル濃度を0.
5×1017/cm3以上とし、更に、各々の厚さをＰ型GaAlAs
クラッド層を50〜200μｍ、Ｐ型GaAlAsアクティブ層を
0.1〜２μｍ、Ｎ型GaAlAsクラッド層を20〜90μｍに限
定する。
（実施例） 第２図、第３図及び第４図を参照して本発明に係わる
一実施例を説明する。即ち、Ｐ型GaAs結晶基板に液相エ
ピタキシャル徐冷成長法により、Ｐ型Ga1-xAlxAsクラッ
ド成長層（x:0.6〜0.35）、Ｐ型Ga0.965Al0.035Asアク
ティブ成長層及びＮ型Ga1-yAlyAsクラッド成長層（y:0.
35〜0.16）のダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエー
ハを得た。Ｐ型不純物に亜鉛、Ｎ型不純物にテルルを使
用して、第２図に明らかにしたようなＰ型Ga1-xAlxAsク
ラッド成長層１とＰ型Ga0.965Al0.035Asアクティブ成長
層２及びＮ型Ga1-yAlyAsクラッド成長層３を互いに隣接
して設け、電極は両クラッド層の露出面に従来技術と同
様に形成する。
一実施例を説明する。即ち、Ｐ型GaAs結晶基板に液相エ
ピタキシャル徐冷成長法により、Ｐ型Ga1-xAlxAsクラッ
ド成長層（x:0.6〜0.35）、Ｐ型Ga0.965Al0.035Asアク
ティブ成長層及びＮ型Ga1-yAlyAsクラッド成長層（y:0.
35〜0.16）のダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエー
ハを得た。Ｐ型不純物に亜鉛、Ｎ型不純物にテルルを使
用して、第２図に明らかにしたようなＰ型Ga1-xAlxAsク
ラッド成長層１とＰ型Ga0.965Al0.035Asアクティブ成長
層２及びＮ型Ga1-yAlyAsクラッド成長層３を互いに隣接
して設け、電極は両クラッド層の露出面に従来技術と同
様に形成する。
この結晶成長には、アクティブ成長層及びクラッド成
長層用の両成長溶液溜が設置されている液相成長用ボー
ト（第３図参照）４を利用した。
長層用の両成長溶液溜が設置されている液相成長用ボー
ト（第３図参照）４を利用した。
即ち、液相成長用ボートは、基板ホルダー５と溶液溜
6,7及び８で構成されており、基板ホルダー５は、石英
棒（図示せず）によりスライド（Slide）可能な基板溜
９と支持台10で作られている。固定状態に維持する溶液
溜6,7及び８頂面には、蓋11…を配置して収容され蒸気
圧の高いGa含有溶液の蒸発を防止して、Ga含有溶液の組
成変化を防止している。基板溜９に設置する被処理半導
体Ｐ型GaAs基板12は、石英棒の操作により各溶液溜6,7
及び８の位置に図示矢印方向に移動させて、所定の液相
成長層を形成する。
6,7及び８で構成されており、基板ホルダー５は、石英
棒（図示せず）によりスライド（Slide）可能な基板溜
９と支持台10で作られている。固定状態に維持する溶液
溜6,7及び８頂面には、蓋11…を配置して収容され蒸気
圧の高いGa含有溶液の蒸発を防止して、Ga含有溶液の組
成変化を防止している。基板溜９に設置する被処理半導
体Ｐ型GaAs基板12は、石英棒の操作により各溶液溜6,7
及び８の位置に図示矢印方向に移動させて、所定の液相
成長層を形成する。
また、溶液溜6,7及び８の中間には、ストッパー（Sto
per）13を配置しまた、最初と最後には被処理GaAs基板1
2を保護する高純度カーボン製部材14,14を設置する。
per）13を配置しまた、最初と最後には被処理GaAs基板1
2を保護する高純度カーボン製部材14,14を設置する。
Ｐ型GaAlAsクラッド層１用として溶液溜６に充填する
溶融液は、Al0.68g,多結晶GaAs13.65g,Ga150gにアクセ
プター濃度が0.5〜５×1017/cm3となるように亜鉛20〜1
20mgを添加する。Ｐ型GaAlAsアクティブ層２層用溶液溜
７には、発光波長が840nmになるようにAl0.22g,多結晶G
aAs22.06g,Ga150gと共に、アクセプタ濃度が１〜８×10
17/cm3に調整できるように亜鉛10〜100mgを添加する。
溶融液は、Al0.68g,多結晶GaAs13.65g,Ga150gにアクセ
プター濃度が0.5〜５×1017/cm3となるように亜鉛20〜1
20mgを添加する。Ｐ型GaAlAsアクティブ層２層用溶液溜
７には、発光波長が840nmになるようにAl0.22g,多結晶G
aAs22.06g,Ga150gと共に、アクセプタ濃度が１〜８×10
17/cm3に調整できるように亜鉛10〜100mgを添加する。
更に、Ｎ型GaAlAsクラッド層３用溶液溜８には、Al0.
68g,多結晶GaAs13.65g及びGa150gであり、液相成長層の
ドナー濃度が0.5〜４×1017/cm3になる量のテルル１〜4
mgを添加する。
68g,多結晶GaAs13.65g及びGa150gであり、液相成長層の
ドナー濃度が0.5〜４×1017/cm3になる量のテルル１〜4
mgを添加する。
このような各溶液溜6,7,8には不純物と成長溶融液を
充填した液相成長用スライド式ボードを炉に設置後、95
0℃で２時間加熱してから、上記のように溶液溜６の位
置に、基板溜９に設置する被処理半導体GaAs基板12を石
英棒の操作により移動し、次に、第４図にあるように94
9℃から830℃に炉温度を下げて厚さ50μｍ〜200μｍの
Ｐ型GaAlAsクラッド層１を液相成長する。更に、Ｐ型Ga
AlAsクラッド層１を液相成長した被処理半導体GaAs基板
12は溶液溜７の位置に移動後830℃の炉温度を約60秒間
保持して、Ｐ型GaAlAsクラッド層３に隣接する厚さ0.1
μｍ〜２μｍのＰ型GaAlAsアクティブ層２を液相成長す
る。
充填した液相成長用スライド式ボードを炉に設置後、95
0℃で２時間加熱してから、上記のように溶液溜６の位
置に、基板溜９に設置する被処理半導体GaAs基板12を石
英棒の操作により移動し、次に、第４図にあるように94
9℃から830℃に炉温度を下げて厚さ50μｍ〜200μｍの
Ｐ型GaAlAsクラッド層１を液相成長する。更に、Ｐ型Ga
AlAsクラッド層１を液相成長した被処理半導体GaAs基板
12は溶液溜７の位置に移動後830℃の炉温度を約60秒間
保持して、Ｐ型GaAlAsクラッド層３に隣接する厚さ0.1
μｍ〜２μｍのＰ型GaAlAsアクティブ層２を液相成長す
る。
更に、溶液溜８に被処理半導体GaAs基板12を石英棒の
操作により再度移動すると共に炉温度を780℃に調整し
て厚さ20〜90μｍのＮ型GaAlAsクラッド層３を液相成長
する。
操作により再度移動すると共に炉温度を780℃に調整し
て厚さ20〜90μｍのＮ型GaAlAsクラッド層３を液相成長
する。
この一連の液相成長操作を終え自然冷却により室温と
なった炉から、各液相成長層1,2,3を被覆した被処理半
導体Ｐ型GaAs基板12を取出してから、被処理半導体GaAs
基板12だけを除去する。
なった炉から、各液相成長層1,2,3を被覆した被処理半
導体Ｐ型GaAs基板12を取出してから、被処理半導体GaAs
基板12だけを除去する。
ダブルヘテロ構造を採用した本発明に係わる発光素子
は、キャリァの充分な閉込め効果と、アクティブ層の亜
鉛濃度及びこの付近の両クラッド層における亜鉛とテル
ル濃度を最適に形成し更に、各々の成長層厚を制御する
ことにより、従来素子の発光効率の３〜４倍の発光特性
を発揮できる発光素子が再現性よく得られた。
は、キャリァの充分な閉込め効果と、アクティブ層の亜
鉛濃度及びこの付近の両クラッド層における亜鉛とテル
ル濃度を最適に形成し更に、各々の成長層厚を制御する
ことにより、従来素子の発光効率の３〜４倍の発光特性
を発揮できる発光素子が再現性よく得られた。
また、両クラッド層は、アクティブ層付近で発光出力
の最適値に設定でき、表面が良好なオーミック接触が可
能になる５×1017/cm3以上となる。従って、発光特性が
優れているばかりでなく、電気的特性も非常に安定して
いる。
の最適値に設定でき、表面が良好なオーミック接触が可
能になる５×1017/cm3以上となる。従って、発光特性が
優れているばかりでなく、電気的特性も非常に安定して
いる。
上記実施例では、被処理半導体Ｐ型GaAs基板12を除去
する例を示したが、除去しなくても、従来素子より〜1.
5倍の素子が得られたことを付記する。
する例を示したが、除去しなくても、従来素子より〜1.
5倍の素子が得られたことを付記する。
第１図は、縦軸に不純物濃度、横軸に距離を採ってプロ
ファイルを示す図、第２図は、本発明に係わる発光素子
の断面図、第３図は、その製造に利用する益相成長用ス
ライド式ボードを概略を示す断面図、第４図は、加熱炉
の温度プログラム、第５図a,bは、従来の発光素子の断
面図、第６図a,bは、従来素子の特性を示す図である。 1:P型GaAlAsクラッド層 2:P型GaAlAsアクティブ層 3:P型GaAlAsクラッド層 4:液相成長用ボード 5:基板ホルダー 6,7,8:溶液溜 9:基板溜 10:支持台 11:蓋 12:被処理GaAs基板 13:ストッパー 14:カーボン製部材
ファイルを示す図、第２図は、本発明に係わる発光素子
の断面図、第３図は、その製造に利用する益相成長用ス
ライド式ボードを概略を示す断面図、第４図は、加熱炉
の温度プログラム、第５図a,bは、従来の発光素子の断
面図、第６図a,bは、従来素子の特性を示す図である。 1:P型GaAlAsクラッド層 2:P型GaAlAsアクティブ層 3:P型GaAlAsクラッド層 4:液相成長用ボード 5:基板ホルダー 6,7,8:溶液溜 9:基板溜 10:支持台 11:蓋 12:被処理GaAs基板 13:ストッパー 14:カーボン製部材
Claims (1)
- 【請求項１】Ｐ型GaAlAsクラッド層内に含有する不純物
濃度が0.5×1017/cm3以上、前記Ｐ型GaAlAsクラッド層
に隣接するアクティブ層内の不純物濃度が１〜８×1017
/cm3、Ｎ型GaAlAsクラッド層内に含有する不純物濃度が
0.5×1017/cm3以上であり、各成長層厚さをＰ型クラッ
ド層50〜200μｍ、Ｐ型アクティブ層0.1〜２μｍ、Ｎ型
クラッド層20〜90μｍとすることを特徴とするダブルヘ
テロ型赤外光発光素子
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5582089A JP2783580B2 (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | ダブルヘテロ型赤外光発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5582089A JP2783580B2 (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | ダブルヘテロ型赤外光発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02235380A JPH02235380A (ja) | 1990-09-18 |
| JP2783580B2 true JP2783580B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=13009586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5582089A Expired - Fee Related JP2783580B2 (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | ダブルヘテロ型赤外光発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2783580B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61183977A (ja) * | 1985-02-08 | 1986-08-16 | Toshiba Corp | 発光素子及びその製造方法 |
| JPS63278383A (ja) * | 1987-05-11 | 1988-11-16 | Toshiba Corp | 発光素子 |
| JPS6435968A (en) * | 1987-07-30 | 1989-02-07 | Mitsubishi Monsanto Chem | Gallium arsenide/aluminum mixed crystal epitaxial wafer |
-
1989
- 1989-03-08 JP JP5582089A patent/JP2783580B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02235380A (ja) | 1990-09-18 |
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