红外LED元件制造技术

实现发光波长超过1000nm、将光的取出效率比以往提高的红外LED元件。一种红外LED元件，具有：基板，包含InP，n型掺杂剂浓度为1

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】红外LED元件


[0001]本专利技术涉及红外LED元件，特别涉及发光波长为1000nm以上的红外LED元件。

技术介绍

[0002]以往，作为以1000nm以上的红外域为发光波长的发光元件，作为通信/计测用的激光元件的开发被广泛地推进。另一方面，关于这样的波长域的LED元件，到此为止还没有什么用途，与激光元件相比开发进展不大。
[0003]例如，在下述专利文献1中，公开了如果是GaAs类的发光元件则能够生成0.7～0.8μm(700～800nm)的波长的光，但为了生成更长波长的1.3μm(1300nm)左右的光需要InP类的发光元件。特别是，根据专利文献1，公开了：将p型的InP基板作为成长基板，在使与InP结晶晶格匹配的p型包层、活性层、n型包层依次外延成长后，形成电极。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开平4－282875号公报
[0007]专利文献2：日本特公平6－103759号公报
[0008]专利文献3：日本特许第3084364号公报

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的课题
[0010]如上述那样，关于发光波长超过1000nm的LED元件，也有到此为止不怎么有产业用的用途的情况，开发进展不大。相对于此，近年来，关于这样的波长带的LED元件也显示来自市场的需求变高，要求光强度更高的LED元件。
[0011]本专利技术鉴于上述课题，目的是对于发光波长超过1000nm的红外LED元件使光的取出效率比以往提高。
[0012]用来解决课题的手段
[0013]作为发光波长超过1000nm的发光元件，如上述那样到目前为止主要推进了激光元件的开发的历史。从使发光效率提高的观点，为了提高活性层内的发光强度，到目前为止研究了用来注入较大的电流的方法。例如，在使用InP基板的半导体激光的领域中，也进行通过提高InP的掺杂剂浓度而使基板的电阻率下降、提高能够对于活性层注入的电流密度的处理。
[0014]鉴于到目前为止对半导体激光进行的开发，对于InP类的LED元件，也可以考虑为了通过InP基板对活性层供给较大的电流而对InP基板以高浓度注入掺杂剂。但是，根据本专利技术的专利技术人(们)的专门研究确认了，如果提高InP基板的掺杂剂浓度，则被取出的光的量下降。关于其理由，本专利技术的专利技术人(们)推断是因为：通过提高InP基板的掺杂剂浓度，在基板内流动的电流的向与基板面平行的方向(以下有称作“横向”的情况)的扩散被抑制，结果，电流集中在活性层内的有限的区域中，活性层中的贡献于发光的区域变少。
[0015]鉴于上述的本专利技术的专利技术人(们)的新的认识，本专利技术是一种红外LED元件，其特征在于，具有：基板，包含InP，n型掺杂剂浓度为1
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/cm3；第一半导体层，形成在上述基板的上层，呈现n型；活性层，形成在上述第一半导体层的上层；第二半导体层，形成在上述活性层的上层，呈现p型；第一电极，形成在上述基板的面中的与形成有上述第一半导体层的一侧相反侧的第一面上；以及第二电极，形成在上述第二半导体层的上层，当从与上述基板的面正交的第一方向观察时，仅形成在上述第二半导体层的面的一部分区域中；主要的发光波长呈现1000nm以上。
[0016]在n型的InP基板上使n型半导体层、活性层及p型半导体层外延成长的情况下，由于p型半导体层的吸收系数较大，所以p型半导体层需要尽可能以薄膜成长。因此，如果在p型半导体层的上表面设置p侧电极，在InP基板的与半导体层相反侧的面(背面)上设置n侧电极，对该两电极间施加电压，则电流容易集中在p侧电极的正下方。在此情况下，位于p侧电极的正下方的活性层中的发光变强，活性层内的贡献于发光的区域变小，而且发光的光容易被p侧电极吸收，结果光取出效率下降。
[0017]此外，如果如上述那样电流集中于特定的部位，则还存在焦耳热增大而活性层内的缺陷增加、通过因该缺陷将光吸收而光取出效率容易进一步下降的问题。
[0018]在化合物半导体发光元件中，对于电流路径集中的对策到目前为止已知有若干方法。例如，在专利文献2中，公开了在活性层的上层的位置处以厚膜形成对于所生成的光透明的半导体层的技术。此外，在专利文献3中，公开了在活性层与上部电极之间形成透明电极的方法。
[0019]但是，在发光波长超过1000nm的红外LED元件、即InP类(GaInAsP类)的红外LED元件中，存在通过厚膜化而结晶品质下降、缺陷密度上升的问题。此外，还有在p型半导体层中如上述那样吸收系数较大的情况。鉴于这一点，即使将专利文献2中记载的方法原样对发光波长超过1000nm的红外LED元件应用，也得不到使光取出效率提高的效果。此外，作为构成GaInAsP类的红外LED元件的半导体层的成分的In是产出地域偏重的稀有金属。因此，使半导体层厚膜化会引起原材料的稳定的确保及制造成本的上升等其他问题。
[0020]此外，如在专利文献3中记载那样，使用ITO等透明电极使电流在水平方向上分散的技术在发光波长呈现可视光区域的半导体发光元件中被广泛使用。但是，作为透明电极通常使用的ITO将发光波长超过1000nm的红外光吸收。因此，即使将专利文献3中记载的方法原样应用于发光波长超过1000nm的红外LED元件，则不能得到使光取出效率提高的效果。
[0021]本专利技术的专利技术人(们)专门研究的结果，发现了以下新的认识：在主要的发光波长呈现1000nm以上的红外LED元件中，如果使包含InP的基板的n型掺杂剂浓度比为了低电阻化而掺杂的以往的浓度降低，则能得到使电流在横向(与基板的面平行的方向)上分散的效果。即，根据上述的有关本专利技术的红外LED元件，由于基板的n型掺杂剂浓度被设定为1
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/cm3这样的稍低的值，所以基板的电阻率相对于呈现p型的第二半导体层相对地上升，结果，在基板内电子在横向上容易移动，能够在活性层内流动的电流在横向上扩散。
[0022]半导体层内的电阻率由载流子浓度决定，载流子浓度大致取决于掺杂剂浓度。这里，呈现p型的第二半导体层从作为对于活性层的包层发挥功能的观点，通常将掺杂剂浓度提高到能够注入的上限附近，例如，其浓度为5
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基板的n型掺杂剂浓度如上述那样为1
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/cm3，为第二半导体层的p型掺杂剂浓度的同等以下。由此，基板即n侧的电阻率与第二半导体层即p侧的电阻率相比被相对地提高。
[0023]也可以是，关于上述第一方向，上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种红外LED元件，其特征在于，具有：基板，包含InP，n型掺杂剂浓度为1
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/cm3；第一半导体层，形成在上述基板的上层，呈现n型；活性层，形成在上述第一半导体层的上层；第二半导体层，形成在上述活性层的上层，呈现p型；第一电极，形成在上述基板的面中的与形成有上述第一半导体层的一侧相反侧的第一面上；以及第二电极，形成在上述第二半导体层的上层，当从与上述基板的面正交的第一方向观察时，仅形成在上述第二半导体层的面的一部分区域中；主要的发光波长呈现1000nm以上。2.如权利要求1所述的红外LED元件，其特征在于，关于上述第一方向，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉山徹，喜根井聪文，饭塚和幸，中村薰，佐佐木真二，
申请(专利权)人：优志旺电机株式会社，
类型：发明
国别省市：