JP3534293B2 - Infrared light emitting diode and method of manufacturing the same - Google Patents
Infrared light emitting diode and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトカプラやリ
モートコントロール装置等に使用される赤外発光ダイオ
ードおよびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared light emitting diode used in a photocoupler, a remote control device and the like and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】フォトカプラ等に使用されるＳｉ受光素
子の受光ピーク感度波長は、主に８００ｎｍ〜８８０ｎ
ｍである。一方、この種のフォトカプラに使用される赤
外発光ダイオードの発光波長は、主に９４０ｎｍであ
る。2. Description of the Related Art The peak sensitivity wavelength of light received by a Si light receiving element used for a photocoupler is mainly 800 nm to 880 n.
m. On the other hand, the emission wavelength of the infrared light emitting diode used in this type of photocoupler is mainly 940 nm.
【０００３】従来の赤外発光ダイオードは、Ｎ型ＧａＡ
ｓ基板上にＮ型ＧａＡｓエピタキシャル層とＰ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル層とを設けた構造を有している。これ
らのエピタキシャル層は、通常、液相エピタキシャル成
長法により成長され、Ｎ型ドーパントおよびＰ型ドーパ
ントとしてはＳｉが使用される。A conventional infrared light emitting diode is an N-type GaA.
N-type GaAs epitaxial layer and P-type GaA on s substrate
s epitaxial layer. These epitaxial layers are usually grown by a liquid phase epitaxial growth method, and Si is used as the N-type dopant and the P-type dopant.
【０００４】この液相エピタキシャル成長法において
は、一定量のＧａＡｓと一定量のＳｉとを融解させて過
飽和状態にしたＧａメルトを、Ｓｉが高濃度にドープさ
れたＮ型ＧａＡｓ基板上に８８０℃〜９６０℃の温度で
接触させ、一定の冷却スピードで冷却させる。このＧａ
メルトの温度が約８７０℃以上ではＮ型のＧａＡｓエピ
タキシャル層が成長し、それ以下の温度ではＰ型のＧａ
Ａｓエピタキシャル層が成長する。In this liquid phase epitaxial growth method, Ga melt obtained by melting a certain amount of GaAs and a certain amount of Si into a supersaturated state is deposited on an N-type GaAs substrate heavily doped with Si at 880 ° C. Contact at a temperature of 960 ° C. and cool at a constant cooling speed. This Ga
An N-type GaAs epitaxial layer grows at a melting temperature of about 870 ° C. or higher, and a P-type Ga layer grows at a temperature of lower than 870 ° C.
An As epitaxial layer grows.
【０００５】図４（ａ）は従来の赤外発光ダイオードの
構造を示す断面図である。FIG. 4A is a sectional view showing the structure of a conventional infrared light emitting diode.
【０００６】この赤外発光ダイオードは、Ｎ型ＧａＡｓ
基板１上にＮ型ＧａＡｓエピタキシャル層２およびＰ型
ＧａＡｓエピタキシャル層４が設けられている。Ｐ型Ｇ
ａＡｓエピタキシャル層４の中央部上にはアノード電極
６が設けられ、Ｎ型ＧａＡｓ基板側には全面にカソード
電極５が設けられている。この赤外発光ダイオードにお
ける各層の厚みおよびキャリヤー濃度（Ｓｉ濃度）のプ
ロファイルは、例えば、図４（ｂ）に示すようになって
いる。This infrared light emitting diode is made of N-type GaAs.
An N-type GaAs epitaxial layer 2 and a P-type GaAs epitaxial layer 4 are provided on the substrate 1. P type G
An anode electrode 6 is provided on the central portion of the aAs epitaxial layer 4, and a cathode electrode 5 is provided on the entire surface on the N-type GaAs substrate side. The thickness of each layer and the carrier concentration (Si concentration) profile of this infrared light emitting diode are as shown in FIG. 4B, for example.
【０００７】この従来の赤外発光ダイオードにおいて
は、Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層４におけるＰ／Ｎ接
合近傍部分で発光が主として生じる。その発光波長は、
Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層４におけるＰ／Ｎ接合近
傍部分でドーパントであるＳｉ濃度を調整することによ
り設定する。例えば、短波長にする場合にはＳｉ濃度を
下げ、長波長にする場合にはＳｉ濃度を上げる。In this conventional infrared light-emitting diode, light emission mainly occurs in the P-type GaAs epitaxial layer 4 in the vicinity of the P / N junction. Its emission wavelength is
It is set by adjusting the Si concentration as a dopant in the P / N junction vicinity portion in the P-type GaAs epitaxial layer 4. For example, when the wavelength is short, the Si concentration is decreased, and when the wavelength is long, the Si concentration is increased.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の赤外発光ダイオードにおいては、順方向電流が低電
流であると光出力が低下するという問題がある。However, the above-mentioned conventional infrared light emitting diode has a problem that the light output is lowered when the forward current is low.
【０００９】図５に、従来の赤外発光ダイオードにおけ
る発光出力（相対値）と順方向電流との関係を示す。こ
の図から理解されるように、順方向電流が低いとそれに
つれて光出力が低下している。FIG. 5 shows the relationship between the light emission output (relative value) and the forward current in the conventional infrared light emitting diode. As can be seen from this figure, the light output decreases as the forward current decreases.
【００１０】このような低電流時での光出力の低下を減
らすためには、Ｐ／Ｎ接合の空乏層内で起こる再結合を
低減する必要がある。このためには、Ｐ型ＧａＡｓエピ
タキシャル層４におけるＰ／Ｎ接合近傍部分でドーパン
トであるＳｉ濃度を増加させることが有効である。In order to reduce the decrease in light output at such a low current, it is necessary to reduce the recombination that occurs in the depletion layer of the P / N junction. To this end, it is effective to increase the concentration of Si, which is a dopant, in the P-type GaAs epitaxial layer 4 near the P / N junction.
【００１１】しかし、Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層４
におけるＰ／Ｎ接合近傍部分でドーパントであるＳｉ濃
度を増加させると、発光波長が長波長になってしまうた
め、赤外発光ダイオードをＳｉ受光素子と組み合わせて
フォトカプラ等として用いる場合に、赤外発光ダイオー
ドとＳｉ受光素子との結合効率が低下するという問題が
生じる。However, the P-type GaAs epitaxial layer 4
When the concentration of Si, which is a dopant, is increased in the vicinity of the P / N junction in, the emission wavelength becomes long wavelength. Therefore, when the infrared light emitting diode is used as a photocoupler or the like in combination with the Si light receiving element, There is a problem that the coupling efficiency between the light emitting diode and the Si light receiving element is lowered.
【００１２】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、低電流での光出力の
低下を減らすことができ、しかも発光波長が長波長にな
るのを防ぐことができる赤外発光ダイオードおよびその
製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is possible to reduce the reduction of the optical output at a low current and prevent the emission wavelength from becoming a long wavelength. It is an object of the present invention to provide an infrared light emitting diode and a method for manufacturing the same.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の赤外発光ダイオ
ードは、Ｎ型およびＰ型ドーパントとしてＳｉが使用さ
れたＮ型ＧａＡｓエピタキシャル層とＰ型ＧａＡｓエピ
タキシャル層との間に、該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル
層の該Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層側表面近傍部分よ
りも最大Ｓｉ濃度が高いＳｉドープのＰ型ＧａＡｓエピ
タキシャル薄膜が設けられ、該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシ
ャル薄膜の最大Ｓｉ濃度が該Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャ
ル層のＳｉ濃度以下になっており、該Ｐ型ＧａＡｓエピ
タキシャル薄膜近傍の該Ｐ型エピタキシャル層部分で発
光が主として生じるものであり、そのことにより上記目
的が達成される。The infrared light emitting diode of the present invention uses Si as the N-type and P-type dopants.
Between the N-type GaAs epitaxial layer and the P-type GaAs epitaxial layer, the Si-doped P-type GaAs epitaxial thin film having a maximum Si concentration higher than that of the P-type GaAs epitaxial layer near the surface near the N-type GaAs epitaxial layer. Is provided, the maximum Si concentration of the P-type GaAs epitaxial thin film is less than or equal to the Si concentration of the N-type GaAs epitaxial layer, and light emission mainly occurs in the P-type epitaxial layer portion near the P-type GaAs epitaxial thin film. , and the above objects can be achieved.
【００１４】本発明の赤外発光ダイオードの製造方法
は、基板上に、Ｎ型およびＰ型ドーパントとしてＳｉが
使用されたＮ型ＧａＡｓエピタキシャル層、Ｐ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル薄膜およびＰ型ＧａＡｓエピタキシャ
ル層が該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の最大Ｓｉ濃
度を該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍の該Ｐ型Ｇ
ａＡｓエピタキシャル層部分よりも高くして設けられ、
該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍の該Ｐ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル層部分で発光が主として生じる赤外発
光ダイオードを製造する方法であって、該基板上に該Ｎ
型ＧａＡｓエピタキシャル層および該Ｐ型ＧａＡｓエピ
タキシャル薄膜を同一の液相エピタキシャル成長工程に
より、該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の最大Ｓｉ濃
度が該Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層のＳｉ濃度以下に
なるように成長させる第１の工程と、該Ｐ型ＧａＡｓエ
ピタキシャル薄膜の上に、該第１の工程よりもＳｉ濃度
を下げた前記第１の工程とは別の液相エピタキシャル成
長工程により該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層を成長さ
せる第２の工程とを含み、そのことにより上記目的が達
成される。In the method for manufacturing an infrared light emitting diode according to the present invention, Si is used as the N-type and P-type dopants on the substrate.
N-type GaAs epitaxial layer used, P-type GaA
The s epitaxial thin film and the P-type GaAs epitaxial layer are the maximum Si concentration of the P-type GaAs epitaxial thin film.
The P-type G near the P-type GaAs epitaxial thin film.
It is provided higher than the aAs epitaxial layer portion,
The P-type GaA near the P-type GaAs epitaxial thin film
A method of manufacturing an infrared light-emitting diode in which light emission mainly occurs in the s epitaxial layer portion, the method comprising:
The type GaAs epitaxial layer and the P-type GaAs epitaxial thin film same liquid phase epitaxial growth process, the maximum Si concentrated in the P-type GaAs epitaxial thin film
The first step of growing so that the degree is less than or equal to the Si concentration of the N-type GaAs epitaxial layer, and the first concentration of Si on the P-type GaAs epitaxial thin film is lower than that of the first step. And a second step of growing the P-type GaAs epitaxial layer by a liquid phase epitaxial growth step different from the above step, whereby the above object is achieved.
【００１５】本発明の赤外発光ダイオードの製造方法
は、基板上に、Ｎ型およびＰ型ドーパントとしてＳｉが
使用されたＮ型ＧａＡｓエピタキシャル層、Ｐ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル薄膜およびＰ型ＧａＡｓエピタキシャ
ル層が該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の最大Ｓｉ濃
度を該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍の該Ｐ型Ｇ
ａＡｓエピタキシャル層部分よりも高くして設けられ、
該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍の該Ｐ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル層部分で発光が主として生じる赤外発
光ダイオードを製造する方法であって、該基板上に該Ｎ
型ＧａＡｓエピタキシャル層を液相エピタキシャル成長
工程により成長させる第１の工程と、該Ｎ型ＧａＡｓエ
ピタキシャル層の上に該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄
膜を気相エピタキシャル成長工程により、該Ｐ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル薄膜の最大Ｓｉ濃度が該Ｎ型ＧａＡｓ
エピタキシャル層のＳｉ濃度以下になるように成長させ
る第２の工程と、該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の
上に該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層を前記第１の工程
とは別の液相エピタキシャル成長工程により成長させる
第３の工程とを含み、そのことにより上記目的が達成さ
れる。In the method for manufacturing an infrared light emitting diode of the present invention, Si is used as an N-type and P-type dopant on a substrate.
N-type GaAs epitaxial layer used, P-type GaA
The s epitaxial thin film and the P-type GaAs epitaxial layer are the maximum Si concentration of the P-type GaAs epitaxial thin film.
The P-type G near the P-type GaAs epitaxial thin film.
It is provided higher than the aAs epitaxial layer portion,
The P-type GaA near the P-type GaAs epitaxial thin film
A method of manufacturing an infrared light-emitting diode in which light emission mainly occurs in the s epitaxial layer portion, the method comprising:
A first step of growing a p-type GaAs epitaxial layer by a liquid phase epitaxial growth step, and a p-type GaAs epitaxial thin film on the n-type GaAs epitaxial layer by a vapor phase epitaxial growth step.
The maximum Si concentration of the epitaxial thin film is the N-type GaAs
A second step of growing the epitaxial layer to a Si concentration or less and a P-type GaAs epitaxial layer grown on the P-type GaAs epitaxial thin film by a liquid phase epitaxial growth step different from the first step. And a third step, whereby the above object is achieved.
【００１６】本発明の赤外発光ダイオードの製造方法
は、基板上に、Ｎ型およびＰ型ドーパントとしてＳｉが
使用されたＮ型ＧａＡｓエピタキシャル層、Ｐ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル薄膜およびＰ型ＧａＡｓエピタキシャ
ル層が該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の最大Ｓｉ濃
度を該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍の該Ｐ型Ｇ
ａＡｓエピタキシャル層部分よりも高くして設けられ、
該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍の該Ｐ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル層部分で発光が主として生じる赤外発
光ダイオードを製造する方法であって、該基板上に該Ｎ
型ＧａＡｓエピタキシャル層を液相エピタキシャル成長
工程により成長させる第１の工程と、該Ｎ型ＧａＡｓエ
ピタキシャル層の上に該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄
膜を液相エピタキシャル成長工程により、該Ｐ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル薄膜の最大Ｓｉ濃度が該Ｎ型ＧａＡｓ
エピタキシャル層のＳｉ濃度以下になるように成長させ
る第２の工程と、該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の
上に該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層を前記第２の工程
とは別の液相エピタキシャル成長工程により成長させる
第３の工程とを含み、そのことにより上記目的が達成さ
れる。In the method for manufacturing an infrared light emitting diode of the present invention, Si is used as an N-type and P-type dopant on a substrate.
N-type GaAs epitaxial layer used, P-type GaA
The s epitaxial thin film and the P-type GaAs epitaxial layer are the maximum Si concentration of the P-type GaAs epitaxial thin film.
The P-type G near the P-type GaAs epitaxial thin film.
It is provided higher than the aAs epitaxial layer portion,
The P-type GaA near the P-type GaAs epitaxial thin film
A method of manufacturing an infrared light-emitting diode in which light emission mainly occurs in the s epitaxial layer portion, the method comprising:
A first step of growing a p-type GaAs epitaxial layer by a liquid phase epitaxial growth step, and a p-type GaA thin film on the n-type GaAs epitaxial layer by a liquid phase epitaxial growth step.
The maximum Si concentration of the epitaxial thin film is the N-type GaAs
A second step of growing the epitaxial layer to a concentration not higher than the Si concentration , and a step of growing the P-type GaAs epitaxial layer on the P-type GaAs epitaxial thin film by a liquid phase epitaxial growth step different from the second step. And a third step, whereby the above object is achieved.
【００１７】以下、本発明の作用について説明する。The operation of the present invention will be described below.
【００１８】発光ダイオードにおいて、発光に寄与する
電流成分は拡散電流成分であり、再結合電流成分は非発
光となる電流成分である。ここで、順方向電流が低電
流、例えば１ｍＡ程度以下である場合には、再結合電流
成分が問題となるため、光出力が低下する。In the light emitting diode, the current component contributing to light emission is the diffusion current component, and the recombination current component is the non-light emitting current component. Here, when the forward current is a low current, for example, about 1 mA or less, the recombination current component becomes a problem, and the optical output is reduced.
【００１９】高効率の発光を得るためには、この再結合
電流成分を減らす必要があるが、このためには、Ｐ／Ｎ
接合部の空乏層中に存在するキャリヤーのトラップ密度
を低減するか、または空乏層幅を低減することが有効で
ある。In order to obtain highly efficient light emission, it is necessary to reduce this recombination current component. For this purpose, P / N
It is effective to reduce the trap density of carriers existing in the depletion layer of the junction or to reduce the depletion layer width.
【００２０】ここで、空乏層幅を低減するためには、Ｐ
／Ｎ接合近傍のキャリヤー濃度（ドーパント濃度）を高
濃度にすることが有効である。Here, in order to reduce the width of the depletion layer, P
It is effective to increase the carrier concentration (dopant concentration) near the / N junction.
【００２１】本発明にあっては、Ｎ型ＧａＡｓエピタキ
シャル層とＰ型ＧａＡｓエピタキシャル層との間に、Ｐ
型ＧａＡｓエピタキシャル層のＮ型ＧａＡｓエピタキシ
ャル層側表面近傍部分よりもドーパント濃度が高いＰ型
ＧａＡｓエピタキシャル薄膜を設けることにより空乏層
幅が短くなり、空乏層内での再結合電流成分が低下する
ため、低電流での光出力の低下を減らすことができる。According to the present invention, P is provided between the N-type GaAs epitaxial layer and the P-type GaAs epitaxial layer.
By providing the P-type GaAs epitaxial thin film having a higher dopant concentration than the vicinity of the surface of the N-type GaAs epitaxial layer near the surface on the N-type GaAs epitaxial layer side, the width of the depletion layer is shortened and the recombination current component in the depletion layer is reduced. It is possible to reduce a decrease in light output at a low current.
【００２２】また、本発明にあっては、ドーパント濃度
を高くしたＰ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍のＰ型
ＧａＡｓエピタキシャル層部分で発光が生じるので、発
光波長が長波長化することはなく、所望の波長の発光を
得ることが可能である。Further, in the present invention, since light emission occurs in the P-type GaAs epitaxial layer portion in the vicinity of the P-type GaAs epitaxial thin film having a high dopant concentration, the emission wavelength does not become longer and the desired wavelength is obtained. It is possible to obtain light emission of.
【００２３】液相エピタキシャル成長法によりＧａＡｓ
を成長させる場合、約８７０℃以上の高温ではＮ型のＧ
ａＡｓエピタキシャル層が成長し、それ以下の温度では
Ｐ型のＧａＡｓエピタキシャル層が成長する。よって、
約８７０℃以上の高温でＮ型ＧａＡｓエピタキシャル層
を成長させた後で、温度を低くしてＰ型ＧａＡｓエピタ
キシャル薄膜を成長させることにより、Ｎ型ＧａＡｓエ
ピタキシャル層とＰ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜とを
同一の液相エピタキシャル成長工程（第１の工程）で成
長させることができ、その分、製造工程を簡略化するこ
とができる。また、ドーパント濃度が低いＰ型エピタキ
シャル薄膜近傍のＰ型ＧａＡｓエピタキシャル層部分
は、第１の工程よりもＳｉ濃度を下げた液相エピタキシ
ャル成長工程により所望の発光波長が得られるように成
長させることができる。GaAs by liquid phase epitaxial growth method
Growth of N-type G at high temperature above 870 ℃
An aAs epitaxial layer grows, and at a temperature below that, a P-type GaAs epitaxial layer grows. Therefore,
After the N-type GaAs epitaxial layer is grown at a high temperature of about 870 ° C. or higher, the temperature is lowered to grow the P-type GaAs epitaxial thin film, so that the N-type GaAs epitaxial layer and the P-type GaAs epitaxial thin film are the same. It can be grown in the liquid phase epitaxial growth step (first step), and the manufacturing process can be simplified accordingly. Further, the P-type GaAs epitaxial layer portion near the P-type epitaxial thin film having a low dopant concentration can be grown so that a desired emission wavelength can be obtained by the liquid phase epitaxial growth step in which the Si concentration is lower than in the first step. .
【００２４】また、液相エピタキシャル成長工程により
成長させたＮ型ＧａＡｓエピタキシャル層の上にＰ型Ｇ
ａＡｓエピタキシャル薄膜を気相エピタキシャル成長工
程により成長させた後で、Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル
層を液相エピタキシャル成長工程により成長させてもよ
い。Further, P-type G is formed on the N-type GaAs epitaxial layer grown by the liquid phase epitaxial growth process.
The P-type GaAs epitaxial layer may be grown by the liquid phase epitaxial growth step after the aAs epitaxial thin film is grown by the vapor phase epitaxial growth step.
【００２５】さらに、液相エピタキシャル成長工程によ
り成長させたＮ型ＧａＡｓエピタキシャル層の上にＰ型
ＧａＡｓエピタキシャル薄膜を別の液相エピタキシャル
成長工程により成長させた後で、Ｐ型ＧａＡｓエピタキ
シャル層をさらに別の液相エピタキシャル成長工程によ
り成長させてもよい。Further, after the P-type GaAs epitaxial thin film is grown on the N-type GaAs epitaxial layer grown by the liquid-phase epitaxial growth step by another liquid-phase epitaxial growth step, the P-type GaAs epitaxial layer is further changed by another solution. It may be grown by a phase epitaxial growth process.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.
【００２７】図１（ａ）は本発明の一実施形態である赤
外発光ダイオードの構造を示す断面図である。FIG. 1A is a sectional view showing the structure of an infrared light emitting diode which is an embodiment of the present invention.
【００２８】この赤外発光ダイオードは、Ｎ型ＧａＡｓ
基板１上に、Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２、Ｐ型Ｇ
ａＡｓエピタキシャル薄膜３およびＰ型ＧａＡｓエピタ
キシャル層４が設けられている。Ｐ型ＧａＡｓエピタキ
シャル層４は、発光部となるＰ型エピタキシャル薄膜３
近傍部分で所定の発光波長が得られるようにドーパント
濃度が設定されており、Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄
膜３は、Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜３近傍のＰ型
ＧａＡｓエピタキシャル層４部分よりもドーパント濃度
が高くしてある。Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層４の中
央部上にはアノード電極６が設けられ、Ｎ型ＧａＡｓ基
板側には全面にカソード電極５が設けられている。この
発光ダイオードにおける各層の厚みおよびキャリヤー濃
度（ドーパント濃度）のプロファイルは、図１（ｂ）お
よび図１（ｂ）の点線部分の拡大図である図１（ｃ）に
示すようになっている。This infrared light emitting diode is composed of N-type GaAs.
N type GaAs epitaxial layer 2 and P type G on the substrate 1.
An aAs epitaxial thin film 3 and a P-type GaAs epitaxial layer 4 are provided. The P-type GaAs epitaxial layer 4 is a P-type epitaxial thin film 3 serving as a light emitting portion.
The dopant concentration is set so that a predetermined emission wavelength is obtained in the vicinity, and the P-type GaAs epitaxial thin film 3 has a higher dopant concentration than the P-type GaAs epitaxial layer 4 in the vicinity of the P-type GaAs epitaxial thin film 3. There is. An anode electrode 6 is provided on the central portion of the P-type GaAs epitaxial layer 4, and a cathode electrode 5 is provided on the entire surface on the N-type GaAs substrate side. The thickness and carrier concentration (dopant concentration) profile of each layer in this light emitting diode are shown in FIG. 1B and FIG. 1C which is an enlarged view of the dotted line portion of FIG. 1B.
【００２９】この赤外発光ダイオードは、Ｎ型ドーパン
トおよびＰ型ドーパントとしてＳｉを使用した液相エピ
タキシャル成長法を用いて作製することができる。この
とき、温度プロファイルは、例えば図２に示すようなも
のとすることができる。This infrared light emitting diode can be manufactured by a liquid phase epitaxial growth method using Si as an N type dopant and a P type dopant. At this time, the temperature profile may be as shown in FIG. 2, for example.
【００３０】まず、１回目の成長工程として、一定量の
ＧａＡｓと一定量のＳｉとを融解させて過飽和状態にし
たＧａメルト（第１液）を、Ｓｉが高濃度にドープされ
たＮ型ＧａＡｓ基板１の表面に８８０℃〜９６０℃、例
えば９３０℃の温度で接触させ、一定の冷却スピードで
例えば８５０℃まで冷却させる。これにより、Ｇａメル
トの温度が約８７０℃以上ではＮ型ＧａＡｓエピタキシ
ャル層２が成長し、それ以下の温度ではＰ型ＧａＡｓエ
ピタキシャル薄膜３が成長する。そして、Ｐ型ＧａＡｓ
エピタキシャル薄膜３の成長途中でＧａメルトを基板か
ら離すことにより、Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２と
ドーパント濃度が高いＰ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜
３とが得られる。First, in the first growth step, Ga melt (first liquid) obtained by melting a fixed amount of GaAs and a fixed amount of Si into a supersaturated state is an N-type GaAs doped with Si at a high concentration. The surface of the substrate 1 is brought into contact with the surface of the substrate 1 at a temperature of 880 ° C. to 960 ° C., for example, 930 ° C., and is cooled to, for example, 850 ° C. at a constant cooling speed. As a result, the N-type GaAs epitaxial layer 2 grows when the Ga melt temperature is about 870 ° C. or higher, and the P-type GaAs epitaxial thin film 3 grows at a temperature below that. And P-type GaAs
By separating the Ga melt from the substrate during the growth of the epitaxial thin film 3, the N-type GaAs epitaxial layer 2 and the P-type GaAs epitaxial thin film 3 having a high dopant concentration can be obtained.
【００３１】ここで、Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜
３のドーパント濃度（Ｓｉ濃度）は４×１０17ｉｏｎｓ
／ｃｍ3〜１×１０18ｉｏｎｓ／ｃｍ3であるのが好まし
く、また、その膜厚は５μｍ〜１５μｍ程度であるのが
好ましい。本実施形態では、Ｓｉ濃度が約７×１０17ｉ
ｏｎｓ／ｃｍ3で厚みが約５０μｍのＮ型ＧａＡｓエピ
タキシャル層２と、Ｓｉ濃度が約７×１０17ｉｏｎｓ／
ｃｍ3で厚みが約１０μｍのＰ型ＧａＡｓ薄膜３とを成
長させた。Here, the dopant concentration (Si concentration) of the P-type GaAs epitaxial thin film 3 is 4 × 10 17 ions.
/ Cm 3 to 1 × 10 18 ions / cm 3 , and the film thickness thereof is preferably about 5 μm to 15 μm. In this embodiment, the Si concentration is about 7 × 10 17 i
Ns type GaAs epitaxial layer 2 having an ons / cm 3 thickness of about 50 μm and a Si concentration of about 7 × 10 17 ions /
A P-type GaAs thin film 3 having a thickness of cm 3 and a thickness of about 10 μm was grown.
【００３２】次に、２回目の成長工程として、ＧａＡｓ
と第１液よりも低濃度のＳｉとを融解させて過飽和状態
にしたＧａメルト（第２液）を、基板の表面に８７０℃
以下、例えば８６０℃の温度で接触させ、一定の冷却ス
ピードで例えば６５０℃まで冷却させる。これにより、
Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層４を成長させる。本実施
形態では、９４０ｎｍの発光波長が得られるように、Ｐ
型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜３近傍部分のＳｉ濃度が
約１×１０17ｉｏｎｓ／ｃｍ3で厚みが約８０μｍのＰ
型ＧａＡｓエピタキシャル層４を成長させた。Next, as the second growth step, GaAs is used.
And Ga melt (second liquid) which is made into a supersaturated state by melting Si having a lower concentration than the first liquid and 870 ° C. on the surface of the substrate.
Thereafter, for example, they are contacted at a temperature of 860 ° C. and cooled to a temperature of 650 ° C. at a constant cooling speed. This allows
The P-type GaAs epitaxial layer 4 is grown. In the present embodiment, P is set so as to obtain an emission wavelength of 940 nm.
Type GaAs epitaxial thin film 3 has a Si concentration of about 1 × 10 17 ions / cm 3 and a P of about 80 μm in thickness.
The type GaAs epitaxial layer 4 was grown.
【００３３】次に、Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層４の
表面に、蒸着工程およびフォトリソグラフィ工程により
アノード電極６を形成し、ＧａＡｓ基板１の裏面側に蒸
着工程によりカソード電極５を形成する。Next, an anode electrode 6 is formed on the surface of the P-type GaAs epitaxial layer 4 by a vapor deposition process and a photolithography process, and a cathode electrode 5 is formed on the back surface side of the GaAs substrate 1 by a vapor deposition process.
【００３４】その後、ハーフダイシング工程およびスク
ライブ／ブレイク工程を行ってチップに加工することに
より赤外発光ダイオードが完成する。After that, a half dicing process and a scribe / break process are performed to process the chip into an infrared light emitting diode.
【００３５】図３に、本実施形態の赤外発光ダイオード
における発光出力（相対値）と順方向電流との関係を実
線で示す。また、比較のために、従来の赤外発光ダイオ
ードにおける発光出力（相対値）と順方向電流との関係
を点線で示す。この図から理解されるように、本実施形
態の赤外発光ダイオードによれば低電流での光出力の低
下を少なくすることができた。In FIG. 3, the solid line shows the relationship between the light emission output (relative value) and the forward current in the infrared light emitting diode of this embodiment. For comparison, the relationship between the light emission output (relative value) and the forward current in the conventional infrared light emitting diode is shown by a dotted line. As can be seen from this figure, the infrared light emitting diode of this embodiment was able to reduce the decrease in light output at low currents.
【００３６】また、本実施形態においては、Ｎ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル層２とＰ型ＧａＡｓエピタキシャル薄
膜３とを同一の液相エピタキシャル成長工程（第１の工
程）で成長させることができるので、製造工程が煩雑に
なることはなく、優れた特性の赤外発光ダイオードを容
易に製造することができる。Further, in this embodiment, N-type GaA is used.
Since the s epitaxial layer 2 and the P-type GaAs epitaxial thin film 3 can be grown in the same liquid phase epitaxial growth step (first step), the manufacturing process does not become complicated, and infrared light emission with excellent characteristics is achieved. The diode can be easily manufactured.
【００３７】なお、Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２を
成長させた後で、Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜３を
別の液相エピタキシャル成長工程により成長させてもよ
い。この場合、Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層２は、Ｐ
型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜３よりもＳｉ濃度を高く
して成長させてもよく、Ｓｉ濃度を低くして成長させて
もよい。また、Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜３は気
相エピタキシャル成長工程により成長させてもよい。After the N-type GaAs epitaxial layer 2 is grown, the P-type GaAs epitaxial thin film 3 may be grown by another liquid phase epitaxial growth process. In this case, the N-type GaAs epitaxial layer 2 is P
The Si concentration may be made higher than that of the type GaAs epitaxial thin film 3, or the Si concentration may be made lower. The P-type GaAs epitaxial thin film 3 may be grown by a vapor phase epitaxial growth process.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層とＰ型ＧａＡｓエピタキ
シャル層との間にＰ型ＧａＡｓエピタキシャル層のＮ型
ＧａＡｓエピタキシャル層側表面近傍部分よりもドーパ
ント濃度が高いＰ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜が設け
られているので、空乏層幅を短くすることができる。よ
って、空乏層内での再結合電流成分を低下させて、低電
流での光出力の低下を減らすことができる。As described in detail above, according to the present invention,
Since the P-type GaAs epitaxial thin film having a higher dopant concentration than the P-type GaAs epitaxial layer near the surface of the P-type GaAs epitaxial layer is provided between the N-type GaAs epitaxial layer and the P-type GaAs epitaxial layer, the depletion layer is formed. The width can be shortened. Therefore, it is possible to reduce the recombination current component in the depletion layer and reduce the reduction in optical output at low current.
【００３９】また、本発明にあっては、ドーパント濃度
を高くしたＰ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍のＰ型
ＧａＡｓエピタキシャル層部分で発光が生じるので、従
来の赤外発光ダイオードのように発光波長が長波長化す
ることはない。よって、所望の発光波長を得ることがで
き、例えば発光波長が９４０ｎｍの赤外発光ダイオード
を得ることができる。Further, in the present invention, since light emission is generated in the P-type GaAs epitaxial layer portion in the vicinity of the P-type GaAs epitaxial thin film having a high dopant concentration, the emission wavelength is a long wavelength as in the conventional infrared light emitting diode. There is no change. Therefore, a desired emission wavelength can be obtained, and for example, an infrared light emitting diode having an emission wavelength of 940 nm can be obtained.
【００４０】本発明によれば、Ｓｉ受光素子との結合効
率が高く、しかも、低電流での光出力の低下が少ない赤
外発光ダイオードが得られるので、フォトカプラやリモ
ートコントロール装置等に好適に用いることができる。According to the present invention, it is possible to obtain an infrared light emitting diode which has a high coupling efficiency with a Si light receiving element and which has a small decrease in light output at a low current, and is therefore suitable for a photocoupler, a remote control device and the like. Can be used.
【図１】（ａ）は実施形態の赤外発光ダイオードの断面
図であり、（ｂ）は各層の厚みおよびＳｉ濃度のプロフ
ァイルを示す図であり、（ｃ）は（ｂ）の部分拡大図で
ある。1A is a cross-sectional view of an infrared light emitting diode according to an embodiment, FIG. 1B is a diagram showing a thickness and Si concentration profile of each layer, and FIG. 1C is a partially enlarged view of FIG. 1B. Is.
【図２】実施形態における液相成長工程の温度プロファ
イルを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a temperature profile in a liquid phase growth step in the embodiment.
【図３】実施形態および従来の赤外発光ダイオードにお
ける発光出力（相対値）と順方向電流との関係を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a light emission output (relative value) and a forward current in the infrared light emitting diode of the embodiment and the related art.
【図４】（ａ）は従来の発光ダイオードの断面図であ
り、（ｂ）は各層の厚みおよびＳｉ濃度のプロファイル
を示す図である。FIG. 4A is a sectional view of a conventional light emitting diode, and FIG. 4B is a diagram showing a profile of thickness and Si concentration of each layer.
【図５】従来の赤外発光ダイオードにおける発光出力
（相対値）と順方向電流との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a light emission output (relative value) and a forward current in a conventional infrared light emitting diode.
１ Ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層 ３ Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜 ４ Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層 ５ カソード電極 ６ アノード電極 1 N-type GaAs substrate 2 N-type GaAs epitaxial layer 3 P-type GaAs epitaxial thin film 4 P-type GaAs epitaxial layer 5 Cathode electrode 6 Anode electrode
Claims (4)
使用されたＮ型ＧａＡｓエピタキシャル層とＰ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル層との間に、該Ｐ型ＧａＡｓエピタキ
シャル層の該Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層側表面近傍
部分よりも最大Ｓｉ濃度が高いＳｉドープのＰ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル薄膜が設けられ、該Ｐ型ＧａＡｓエピ
タキシャル薄膜の最大Ｓｉ濃度が該Ｎ型ＧａＡｓエピタ
キシャル層のＳｉ濃度以下になっており、該Ｐ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル薄膜近傍の該Ｐ型エピタキシャル層部
分で発光が主として生じる赤外発光ダイオード。1. Si as an N-type and P-type dopant
N-type GaAs epitaxial layer used as P-type GaA
s epitaxial layer, Si-doped P-type GaA having a maximum Si concentration higher than that of the P-type GaAs epitaxial layer near the surface of the N-type GaAs epitaxial layer side surface.
s epitaxial thin film is provided, and the maximum Si concentration of the P-type GaAs epitaxial thin film is less than or equal to the Si concentration of the N-type GaAs epitaxial layer.
s An infrared light-emitting diode in which light emission mainly occurs in the P-type epitaxial layer portion near the epitaxial thin film.
してＳｉが使用されたＮ型ＧａＡｓエピタキシャル層、
Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜およびＰ型ＧａＡｓエ
ピタキシャル層が該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の
最大Ｓｉ濃度を該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍
の該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層部分よりも高くして
設けられ、該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍の該
Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層部分で発光が主として生
じる赤外発光ダイオードを製造する方法であって、 該基板上に該Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層および該Ｐ
型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜を同一の液相エピタキシ
ャル成長工程により、該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄
膜の最大Ｓｉ濃度が該Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層の
Ｓｉ濃度以下になるように成長させる第１の工程と、 該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の上に、該第１の工
程よりもＳｉ濃度を下げた前記第１の工程とは別の液相
エピタキシャル成長工程により該Ｐ型ＧａＡｓエピタキ
シャル層を成長させる第２の工程とを含む赤外発光ダイ
オードの製造方法。2. N-type and P-type dopants on the substrate
And an N-type GaAs epitaxial layer using Si ,
The P-type GaAs epitaxial thin film and the P-type GaAs epitaxial layer are the P-type GaAs epitaxial thin film.
Infrared emission that is provided with a maximum Si concentration higher than that of the P-type GaAs epitaxial layer near the P-type GaAs epitaxial thin film and mainly emits light in the P-type GaAs epitaxial layer near the P-type GaAs epitaxial thin film. A method of manufacturing a diode, comprising: an N-type GaAs epitaxial layer and a P-type epitaxial layer on the substrate.
Type GaAs epitaxial thin film is subjected to the same liquid phase epitaxial growth process so that the maximum Si concentration of the P type GaAs epitaxial thin film is equal to that of the N type GaAs epitaxial layer.
A first step of growing so as to have a Si concentration or lower, and a liquid phase epitaxial growth step different from the first step of lowering the Si concentration on the P-type GaAs epitaxial thin film than the first step. And a second step of growing the P-type GaAs epitaxial layer by.
してＳｉが使用されたＮ型ＧａＡｓエピタキシャル層、
Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜およびＰ型ＧａＡｓエ
ピタキシャル層が該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の
最大Ｓｉ濃度を該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍
の該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層部分よりも高くして
設けられ、該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍の該
Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層部分で発光が主として生
じる赤外発光ダイオードを製造する方法であって、 該基板上に該Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層を液相エピ
タキシャル成長工程により成長させる第１の工程と、 該Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層の上に該Ｐ型ＧａＡｓ
エピタキシャル薄膜を気相エピタキシャル成長工程によ
り、該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の最大Ｓｉ濃度
が該Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層のＳｉ濃度以下にな
るように成長させる第２の工程と、 該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の上に該Ｐ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル層を前記第１の工程とは別の液相エピ
タキシャル成長工程により成長させる第３の工程とを含
む赤外発光ダイオードの製造方法。3. N-type and P-type dopants on the substrate
And an N-type GaAs epitaxial layer using Si ,
The P-type GaAs epitaxial thin film and the P-type GaAs epitaxial layer are the P-type GaAs epitaxial thin film.
Infrared emission that is provided with a maximum Si concentration higher than that of the P-type GaAs epitaxial layer near the P-type GaAs epitaxial thin film and mainly emits light in the P-type GaAs epitaxial layer near the P-type GaAs epitaxial thin film. A method of manufacturing a diode, comprising a first step of growing the N-type GaAs epitaxial layer on the substrate by a liquid phase epitaxial growth step, and the P-type GaAs on the N-type GaAs epitaxial layer.
A second step of growing the epitaxial thin film by a vapor phase epitaxial growth step so that the maximum Si concentration of the P-type GaAs epitaxial thin film becomes equal to or lower than the Si concentration of the N-type GaAs epitaxial layer; The P-type GaA on the epitaxial thin film
and a third step of growing the s epitaxial layer by a liquid phase epitaxial growth step different from the first step.
してＳｉが使用されたＮ型ＧａＡｓエピタキシャル層、
Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜およびＰ型ＧａＡｓエ
ピタキシャル層が該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の
最大Ｓｉ濃度を該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍
の該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層部分よりも高くして
設けられ、該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜近傍の該
Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層部分で発光が主として生
じる赤外発光ダイオードを製造する方法であって、 該基板上に該Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層を液相エピ
タキシャル成長工程により成長させる第１の工程と、 該Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層の上に該Ｐ型ＧａＡｓ
エピタキシャル薄膜を液相エピタキシャル成長工程によ
り、該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の最大Ｓｉ濃度
が該Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層のＳｉ濃度以下にな
るように成長させる第２の工程と、 該Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル薄膜の上に該Ｐ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル層を前記第２の工程とは別の液相エピ
タキシャル成長工程により成長させる第３の工程とを含
む赤外発光ダイオードの製造方法。4. N-type and P-type dopants on the substrate
And an N-type GaAs epitaxial layer using Si ,
The P-type GaAs epitaxial thin film and the P-type GaAs epitaxial layer are the P-type GaAs epitaxial thin film.
Infrared emission that is provided with a maximum Si concentration higher than that of the P-type GaAs epitaxial layer near the P-type GaAs epitaxial thin film and mainly emits light in the P-type GaAs epitaxial layer near the P-type GaAs epitaxial thin film. A method of manufacturing a diode, comprising a first step of growing the N-type GaAs epitaxial layer on the substrate by a liquid phase epitaxial growth step, and the P-type GaAs on the N-type GaAs epitaxial layer.
A second step of growing the epitaxial thin film by a liquid phase epitaxial growth step so that the maximum Si concentration of the P-type GaAs epitaxial thin film is equal to or lower than the Si concentration of the N-type GaAs epitaxial layer, and the P-type GaAs The P-type GaA on the epitaxial thin film
s A third step of growing the epitaxial layer by a liquid phase epitaxial growth step different from the second step, and a method for manufacturing an infrared light emitting diode.
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| JP27774197A JP3534293B2 (en) | 1997-10-09 | 1997-10-09 | Infrared light emitting diode and method of manufacturing the same |
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|---|---|---|---|---|
| CN100426439C (en) * | 2003-12-24 | 2008-10-15 | 中国科学院半导体研究所 | Middle concentration P-type doping transmission type gallium arsenide optical cathode material and method for preparing same |
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