JPH04282875A - Light emitting diode - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】この発明はZnをドープしたp型
InP基板の上に形成されるダブルヘテロ型の発光ダイ
オ−ドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a double-hetero type light emitting diode formed on a Zn-doped p-type InP substrate.
【0002】0002
【従来の技術】発光ダイオ−ドは、GaAs、InPな
どIII −V族化合物半導体基板の上にIII −V
族混晶半導体を幾層にもエピタキシャル成長することに
よって作られる。よく知られた発光ダイオ−ドはn型G
aAs基板の上へ、AlGaAsの混晶、GaAsの薄
膜をエピタキシャル成長させてダブルヘテロ構造とした
ものである。n型基板の上にn型クラッド層、ノンドー
プ(或は低濃度のp型)活性層、p型クラッド層、p型
コンタクト層などが積層されていた。n型の方がp型よ
り比抵抗が小さく、基板による抵抗を小さくするために
はn型基板の方が都合が良かったのである。またn型基
板の方がオ−ミック接合電極を作りやすい。[Prior Art] Light emitting diodes are manufactured using III-V compound semiconductor substrates such as GaAs and InP.
It is made by epitaxially growing multiple layers of group mixed crystal semiconductors. A well-known light emitting diode is n-type G.
A double heterostructure is formed by epitaxially growing a thin film of AlGaAs mixed crystal and GaAs on an aAs substrate. An n-type cladding layer, a non-doped (or low concentration p-type) active layer, a p-type cladding layer, a p-type contact layer, etc. are laminated on an n-type substrate. The n-type has a lower specific resistance than the p-type, and the n-type substrate was more convenient for reducing the resistance caused by the substrate. Also, it is easier to form ohmic junction electrodes on n-type substrates.
【0003】GaAs系の発光素子は0.7〜0.8μ
mの波長の光を出すが、より長波長の1.3μm程度の
光を生ずるためにはInP系の発光素子を使う。もとも
とGaAs系発光素子の開発をしていた技術者がInP
系発光素子の開発を進めることになったので、n型In
P基板の上にInGaAsP、InPの薄膜を積層して
pn接合を作るようにした。現在でもn型InP基板を
用いた発光ダイオ−ドが主流である。[0003] GaAs-based light emitting elements have a thickness of 0.7 to 0.8μ.
It emits light with a wavelength of m, but in order to generate light with a longer wavelength of about 1.3 μm, an InP-based light emitting element is used. Engineers who originally developed GaAs-based light emitting devices developed InP.
Since we decided to proceed with the development of light-emitting devices based on n-type In
Thin films of InGaAsP and InP were laminated on a P substrate to form a pn junction. Even now, light emitting diodes using n-type InP substrates are mainstream.
【0004】0004
【発明が解決しようとする課題】n型InP基板の場合
と違ってp型InP基板は新たな問題を生ずる。埋め込
み層、活性層についての研究は盛んであるが基板自体に
ついては考慮が十分になされていない。電子移動度が正
孔移動度の20〜30倍であるのでn型基板の場合低抵
抗であってドーパントの量は少なくて良い。しかしp型
InP基板を使うとなるとこれを低抵抗にするには多く
のドーパントを入れる必要がある。InPに対するp型
ド−パントとしてZn、Mg、Be等がある。ここでは
Znをド−パントとしたものを対象にする。基板はエピ
タキシャル膜に比べ格段に厚いからことさら低抵抗にし
なければならない。Problems to be Solved by the Invention Unlike the case of n-type InP substrates, new problems arise with p-type InP substrates. Although there is active research on buried layers and active layers, sufficient consideration has not been given to the substrate itself. Since electron mobility is 20 to 30 times higher than hole mobility, n-type substrates have low resistance and require a small amount of dopant. However, if a p-type InP substrate is used, it is necessary to add a large amount of dopants to make it low resistance. Examples of p-type dopants for InP include Zn, Mg, and Be. Here, we will focus on those using Zn as a dopant. Since the substrate is much thicker than the epitaxial film, it must have a particularly low resistance.
【0005】発光ダイオ−ドの場合基板から発光するわ
けではないので光の吸収という問題もないはずで、基板
は電気的特性だけが問題になるものと考えられた。この
ため基板の特性評価はもっぱらキャリヤ濃度によってな
されていた。Znをド−ピングしたときもキャリヤ濃度
がいくらというように基板の特性が指定される。例えば
キャリヤ濃度が5×1018cm−3のInP基板とい
うように指定される。キャリヤ濃度はHall測定によ
り簡単に測定することができるので確かめるのも簡単で
ある。しかしながら同じようにキャリヤ濃度を規定して
もその基板の上に作った発光ダイオ−ドはその特性にバ
ラツキがある。あるものは良好に発光するが他のものは
発光効率が低い。エピタキシャル層の方から発光する通
常のものではそれほどでもないが、基板側から光をとり
だすようにした発光ダイオ−ドの場合に特性のばらつき
が大きい。[0005] In the case of a light emitting diode, since light is not emitted from the substrate, there should be no problem of light absorption, and it was thought that the only problem was the electrical characteristics of the substrate. For this reason, substrate characteristics have been evaluated solely by carrier concentration. When Zn is doped, the characteristics of the substrate are specified, such as the carrier concentration. For example, an InP substrate with a carrier concentration of 5×10 18 cm −3 is specified. The carrier concentration can be easily measured by Hall measurement, so it is easy to confirm. However, even if the carrier concentration is similarly defined, the characteristics of light emitting diodes fabricated on the same substrate vary. Some emit light well, while others have low luminous efficiency. Although this is not the case with ordinary light emitting diodes that emit light from the epitaxial layer, the variation in characteristics is large in the case of light emitting diodes that emit light from the substrate side.
【0006】これは未知の変数があってこれが制御され
ていないということである。本発明者は様々な実験を繰
り返したところ、キャリヤ濃度(正孔濃度)が一定であ
ってもド−パントであるZnの濃度が異なる場合が多い
ということを見いだした。これは何故であろうか?従来
はSiのド−ピングと同じようにInPにおいても、ド
−パントの濃度とキャリヤ濃度が同一だと考えられてい
た。しかしInP基板にZnをド−ピングした時ある程
度まではド−パントの濃度とキャリヤ濃度が同じである
が、それ以上になるとキャリヤ濃度が飽和するという現
象がある。これは本発明者が初めて見いだしたものであ
る。[0006] This means that there are unknown variables that are not controlled. After repeating various experiments, the present inventor found that even if the carrier concentration (hole concentration) is constant, the concentration of Zn, which is a dopant, often varies. Why is this? Conventionally, it was thought that the dopant concentration and carrier concentration were the same in InP as in the case of Si doping. However, when an InP substrate is doped with Zn, the dopant concentration and the carrier concentration are the same up to a certain point, but beyond this point, the carrier concentration becomes saturated. This was discovered for the first time by the inventor.
【0007】もちろんド−パントを大量に加えるとこれ
らが活性化されず正孔を供出しないものがでてくるとい
うようなことはだれでも予想していたことであるが、実
際に使用される基板のド−パント濃度では問題がないと
考えられていた。ところがそうではなかった。基板にド
−ピングする程度の低いド−パント濃度に対してキャリ
ヤ濃度の飽和が現実に起こる。従来基板の特性を指定す
るためキャリヤ濃度だけで十分とされていたので、実際
のZn濃度を測定するということが行われていなかった
。原子発光分析、SIMSなど破壊検査になるので実行
しにくいという理由もあった。Of course, anyone could have expected that if a large amount of dopants were added, they would not be activated and some would not release holes, but this is true for the substrates actually used. It was thought that there would be no problem with the dopant concentration. However, that was not the case. Saturation of the carrier concentration actually occurs for low dopant concentrations that dope the substrate. Conventionally, it has been thought that carrier concentration alone is sufficient to specify the characteristics of a substrate, so the actual Zn concentration has not been measured. Another reason was that it would be difficult to carry out because it involves destructive testing such as atomic emission spectroscopy and SIMS.
【0008】そこで本発明者はZnのド−ピング量を変
えて多様なp型InP基板を作り、キャリヤ濃度の他に
ド−パント濃度も測定した。その結果予想しないような
ことが起こっているのが分かった。Therefore, the present inventor fabricated various p-type InP substrates by changing the amount of Zn doped, and measured the dopant concentration in addition to the carrier concentration. As a result, we found that something unexpected was happening.
【0009】図1に本発明者がLEC法で引き上げたZ
nドープInP単結晶中のZn原子濃度とキャリヤ(正
孔)濃度の測定結果を示す。横軸はZn原子濃度で原子
発光分析によって測定している。縦軸は同じ単結晶の正
孔濃度でHall測定によっている。Zn原子濃度が2
.4×1018cm−3、3.8×1018cm−3の
場合は、正孔濃度は2.4×1018cm−3、3.7
×1018cm−3である。FIG. 1 shows the Z
The measurement results of Zn atomic concentration and carrier (hole) concentration in an n-doped InP single crystal are shown. The horizontal axis represents the Zn atomic concentration, which is measured by atomic emission spectrometry. The vertical axis represents the hole concentration of the same single crystal, measured by Hall measurement. Zn atomic concentration is 2
.. In the case of 4 x 1018 cm-3, 3.8 x 1018 cm-3, the hole concentration is 2.4 x 1018 cm-3, 3.7
×1018 cm-3.
【0010】ところがZn濃度が4×1018cm−3
を越えると、正孔濃度がZn濃度から大きくずれてくる
。Zn濃度が4.8×1018cm−3のとき、正孔濃
度(キャリヤ濃度)が4.4×1018cm−3であり
、後者が0.4×1018cm−3低くなっている。Z
n濃度が5.4×1018cm−3の場合、正孔濃度は
4.8×1018cm−3である。この場合0.6×1
018cm−3の差がある。Zn濃度が7.4×101
8cm−3の場合は、キャリヤ濃度が5.1×1018
cm−3であり、2.3×1018cm−3の差がある
。However, the Zn concentration is 4×1018 cm−3
If the value exceeds , the hole concentration will deviate greatly from the Zn concentration. When the Zn concentration is 4.8 x 1018 cm-3, the hole concentration (carrier concentration) is 4.4 x 1018 cm-3, and the latter is lower by 0.4 x 1018 cm-3. Z
When the n concentration is 5.4 x 1018 cm-3, the hole concentration is 4.8 x 1018 cm-3. In this case 0.6×1
There is a difference of 0.018 cm-3. Zn concentration is 7.4×101
In the case of 8 cm-3, the carrier concentration is 5.1 x 1018
cm-3, and there is a difference of 2.3×1018 cm-3.
【0011】キャリヤ濃度だけからこれを見ていると、
p=4.4×1018cm−3、p=5.1×1018
cm−3の場合、キャリヤ濃度は0.7×1018cm
−3しか違わないのに、Zn原子濃度は4.8×101
8cm−3、7.4×1018cm−3であって、後者
は前者の1.5倍ものZnが添加されているということ
になる。[0011] When looking at this only from the carrier concentration,
p=4.4×1018cm-3, p=5.1×1018
cm-3, the carrier concentration is 0.7 x 1018 cm
Although the difference is only -3, the Zn atomic concentration is 4.8×101
8cm-3 and 7.4x1018cm-3, which means that the latter contains 1.5 times as much Zn as the former.
【0012】そこで本発明者は〔キャリヤ濃度〕/〔Z
n濃度〕を活性化率と名付け、図1と同じデータについ
てZn原子濃度の函数として活性化率を図2に示した。
Zn濃度が3×1018cm−3以下では活性化率は1
00%である。Zn濃度が3〜5×1018cm−3で
活性化率は97〜95%程度である。ところがZn濃度
が5×1018cm−3を越えると活性化率は急激に低
下する。〔Zn〕=5.4×1018cm−3のとき活
性化率は85%、〔Zn〕=6.2×1018cm−3
のとき活性化率は77%、〔Zn〕=7.4×1018
cm−3のとき活性化率は67%である。[0012] Therefore, the present inventor has determined that [carrier concentration]/[Z
n concentration] is termed the activation rate, and the activation rate is shown in FIG. 2 as a function of the Zn atom concentration for the same data as in FIG. When the Zn concentration is below 3 x 1018 cm-3, the activation rate is 1.
It is 00%. When the Zn concentration is 3 to 5 x 1018 cm-3, the activation rate is about 97 to 95%. However, when the Zn concentration exceeds 5.times.10.sup.18 cm.sup.-3, the activation rate rapidly decreases. When [Zn] = 5.4 x 1018 cm-3, the activation rate is 85%, [Zn] = 6.2 x 1018 cm-3
When , the activation rate is 77%, [Zn] = 7.4 × 1018
At cm-3, the activation rate is 67%.
【0013】これの理由は次のように考えられる。Zn
濃度が低くなると、ZnがInP格子の中でInサイト
を置換せず原子間の位置を占めるようになる。この場合
はZnが電子を引き付けるという作用がなく、ひとつの
正孔を発生しないものと考えられる。つまりキャリヤを
生じない眠ったZnになるのである。眠っているだけな
ら良いのであるがZnが基板中に高濃度で存在するとこ
れが光を吸収する。特に基板側から光を取り出すタイプ
の発光ダイオ−ドの場合Zn原子による光の吸収が無視
できない。例えばp=5×1018cm−3と規定して
基板を選別しても、Zn濃度の高いものも低いものもあ
り、Zn濃度が高いと光の吸収が大きく発光効率が低下
する。The reason for this is thought to be as follows. Zn
When the concentration becomes low, Zn does not replace In sites in the InP lattice, but instead occupies interatomic positions. In this case, it is considered that Zn does not have the effect of attracting electrons and does not generate a single hole. In other words, Zn becomes dormant and does not generate carriers. It is fine if the Zn is just sleeping, but if Zn is present in the substrate at a high concentration, it absorbs light. Particularly in the case of a light emitting diode that extracts light from the substrate side, the absorption of light by Zn atoms cannot be ignored. For example, even if the substrates are selected by specifying p=5×10 18 cm −3 , some will have a high Zn concentration and some will have a low Zn concentration, and if the Zn concentration is high, the light absorption will be large and the luminous efficiency will be reduced.
【0014】このような事から分かることは、Znドー
プp型InP基板の品質を指定するためにキャリヤ濃度
(p)だけを使ってはならず、Zn濃度をも使わなけれ
ばならないということである。もうひとつはZn濃度が
多き過ぎてはならないということである。Znによる光
の吸収が起こらず電気抵抗を低くするためZn濃度を適
当な範囲に限定しなければならない。このような発見に
基づき、Znをド−パントとするp−InP基板の上に
形成された発光ダイオ−ドであって、Znによる光の吸
収が少なく高温でも良好に動作する発光ダイオ−ドを提
供することが本発明の目的である。What can be seen from these facts is that in order to specify the quality of a Zn-doped p-type InP substrate, not only the carrier concentration (p) must be used, but also the Zn concentration must be used. . Another is that the Zn concentration should not be too high. The Zn concentration must be limited to an appropriate range in order to prevent light absorption by Zn and to lower the electrical resistance. Based on these discoveries, we developed a light emitting diode formed on a p-InP substrate with Zn as a dopant, which operates well even at high temperatures due to less absorption of light by Zn. It is an object of the present invention to provide.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の発光ダイオ−ド
は、p−InP基板の上に、p−InP第1クラッド層
、p−GaInAsP活性層、n−InP第2クラッド
層、及びn−GaInAsPコンタクト層とを有する発
光ダイオ−ドにおいて、p−InP基板のp型ド−パン
トである亜鉛の原子濃度を3〜7×1018cm−3と
した事を特徴とする。さらに望ましくは、p−InP基
板のp型ド−パントである亜鉛の原子濃度を4〜5×1
018cm−3とする。Means for Solving the Problems The light emitting diode of the present invention includes a p-InP first cladding layer, a p-GaInAsP active layer, an n-InP second cladding layer, and an n-InP first cladding layer on a p-InP substrate. - A light emitting diode having a GaInAsP contact layer, characterized in that the atomic concentration of zinc, which is a p-type dopant in the p-InP substrate, is 3 to 7×10 18 cm −3 . More preferably, the atomic concentration of zinc, which is a p-type dopant in the p-InP substrate, is set to 4 to 5×1.
018 cm-3.
【0016】より詳しくその他の構造も定義すると本発
明の発光ダイオ−ドは、p−InP基板の上に、p−I
nP第1クラッド層、p−GaInAsP活性層、n−
InP第2クラッド層、及びn−GaInAsPコンタ
クト層とを有し、p−InP基板とn−GaInAsコ
ンタクト層に電極を有する発光ダイオ−ドにおいて、p
−InP基板のp型ド−パントである亜鉛の原子濃度を
3〜7×1018cm−3とし、p−InP第1クラッ
ド層の厚みが1.5μm以下でp型キャリヤ濃度が2×
1017〜1×1018cm−3であり、p−GaIn
AsP活性層の厚みが0.1〜2.0μmでp型キャリ
ヤ濃度が2×1017〜3×1018cm−3であり、
n−InP第2クラッド層のn型キャリヤ濃度が2×1
018cm−3以下であり、かつpn接合の位置がp−
GaInAsP活性層とn−InP第2クラッド層との
界面にあることを特徴とする。To define other structures in more detail, the light emitting diode of the present invention has a p-I layer on a p-InP substrate.
nP first cladding layer, p-GaInAsP active layer, n-
In a light emitting diode having an InP second cladding layer and an n-GaInAsP contact layer, and having electrodes on the p-InP substrate and the n-GaInAs contact layer, the p-type
- The atomic concentration of zinc, which is the p-type dopant of the InP substrate, is 3 to 7 x 1018 cm-3, the thickness of the p-InP first cladding layer is 1.5 μm or less, and the p-type carrier concentration is 2 x
1017~1×1018 cm-3, p-GaIn
The AsP active layer has a thickness of 0.1 to 2.0 μm and a p-type carrier concentration of 2 x 1017 to 3 x 10 cm,
The n-type carrier concentration of the n-InP second cladding layer is 2×1
018 cm-3 or less, and the position of the p-n junction is p-
It is characterized by being located at the interface between the GaInAsP active layer and the n-InP second cladding layer.
【0017】[0017]
【作用】本発明の発光ダイオ−ドにおいてはp型InP
基板中の正孔濃度を規定するのではなく、Zn濃度を3
〜7×1018cm−3と規定している。図2に示した
ようにZn濃度が3〜7×1018cm−3であると活
性化率は70%以上である。またキャリヤ濃度は4.9
×1018cm−3以下である。7×1018cm−3
というのはZnによって基板での光吸収が過度に増加し
ない上限である。
3×1018cm−3というのはp型基板の電気抵抗が
高くなり過ぎないための下限である。従って本発明で用
いる基板は電気抵抗が低く光の吸収の少ない最適の基板
である。既に述べたようにかなり低いド−プ量でもZn
ドープInP基板の中で漠然と信じられていた〔Zn濃
度〕=〔正孔濃度〕という等式が成立しない。正孔濃度
で規定しても正しくZnの濃度を規定したことにはなら
ない。[Function] In the light emitting diode of the present invention, p-type InP
Rather than specifying the hole concentration in the substrate, the Zn concentration is
~7x1018cm-3. As shown in FIG. 2, when the Zn concentration is 3 to 7×10 18 cm −3 , the activation rate is 70% or more. Also, the carrier concentration is 4.9
x1018 cm-3 or less. 7×1018cm-3
This is the upper limit at which Zn does not excessively increase light absorption in the substrate. 3×10 18 cm −3 is the lower limit to prevent the electrical resistance of the p-type substrate from becoming too high. Therefore, the substrate used in the present invention is an optimal substrate with low electrical resistance and little absorption of light. As already mentioned, even at a fairly low doping amount, Zn
The equation of [Zn concentration] = [hole concentration], which was vaguely believed in the doped InP substrate, does not hold. Even if it is defined based on the hole concentration, it does not mean that the Zn concentration is correctly defined.
【0018】従来p型(Znドープ)InP基板は、正
孔移動度が低く(電子の1/20〜1/30)高抵抗に
なりやすいのでできるだけZnを多くドープして低抵抗
化を企っていた。例えばp=5.0×1018cm−3
のp型InP基板を使うものとする。本発明者の方法と
同じ製造方法であるとすればZn濃度に直すと7.2×
1018cm−3以上に当たる。これ以上で正孔濃度が
飽和するので、Zn濃度は8〜10×1018cm−3
であるのかも知れない。このようにZn濃度が高いとZ
nによる光の吸収が多くなって発光特性を低下させ望ま
しくない。Conventional p-type (Zn-doped) InP substrates have low hole mobility (1/20 to 1/30 of electrons) and tend to have high resistance, so it was attempted to lower the resistance by doping as much Zn as possible. was. For example, p=5.0×1018cm-3
A p-type InP substrate is used. If the manufacturing method is the same as the inventor's method, the Zn concentration will be 7.2×
This corresponds to 1018 cm-3 or more. Since the hole concentration is saturated above this, the Zn concentration is 8 to 10 x 1018 cm-3.
Maybe it is. In this way, when the Zn concentration is high, Z
This is undesirable because a large amount of light is absorbed by n, which deteriorates the light emitting characteristics.
【0019】[0019]
【実施例】Znをドープして液体封止チョクラルスキー
法(LEC)で引き上げたp型InP単結晶を薄くスラ
イスしエッチング、研磨等の加工をしたウエハを基板と
して発光ダイオ−ドを作製した。本発明の効果を調べる
ために基板の中のZn濃度が異なるものを用意した。[Example] A light emitting diode was fabricated using a wafer as a substrate, which was obtained by thinly slicing a p-type InP single crystal doped with Zn and pulled using the liquid-encapsulated Czochralski method (LEC), and then etching, polishing, etc. . In order to examine the effects of the present invention, substrates with different Zn concentrations were prepared.
【0020】Zn濃度の違う5種類のp型InP基板の
上へダブルヘテロ型の発光ダイオ−ドを液相エピタキシ
ーによって作製した。図3に発光ダイオ−ドの構造を示
す。これは基板の方から光を出射するようにしたもので
広く用いられているものではない。こうすると発光部と
光ファイバの先端(図示せず)を極めて近くにまで近接
できるので入射効率が良い。基板がZnをド−プしたp
−InPである。この上にp−InPクラッド層、In
GaAsP活性層、n−InPクラッド層、n−InG
aAsPコンタクト層が下記のようにエピタキシャル成
長によって設けられる。Double hetero type light emitting diodes were fabricated on five types of p-type InP substrates having different Zn concentrations by liquid phase epitaxy. Figure 3 shows the structure of a light emitting diode. This is a device that emits light from the substrate and is not widely used. In this way, the light emitting part and the tip of the optical fiber (not shown) can be brought very close to each other, resulting in good incidence efficiency. The substrate is Zn-doped
-InP. On top of this is a p-InP cladding layer, an InP cladding layer,
GaAsP active layer, n-InP cladding layer, n-InG
An aAsP contact layer is provided by epitaxial growth as described below.
【0021】
■ p−InPクラッド層 (第1クラッド層
)Zn濃度 6〜7×1017cm−3,厚さ0
.5μm■ p−InGaAsP活性層
(In0.73Ga0.27As0.57P0.43)
Zn濃度 1〜2×1018cm−3,厚さ1.
5μm■ n−InPクラッド層 (第2クラ
ッド層)Si濃度 8〜10×1017cm−3
,厚さ0.5μm■ n−InGaAsPコンタクト
層,厚さ0.5μm(In0.79Ga0.21As0
.44P0.56)である。エピタキシャル層は電流と
光を集中させるためにメサ型に両側を除去してある。基
板下面のp型電極はリング電極になっている。中央部に
光を通すためである。パッケ−ジの穴にハンダ層によっ
てp側電極の部分が固定される。活性層から出た光は基
板を通りパッケ−ジの穴から外部に出射される。だから
基板での光の吸収が少なくなければならない。[0021] p-InP cladding layer (first cladding layer) Zn concentration 6 to 7 x 1017 cm-3, thickness 0
.. 5μm ■ p-InGaAsP active layer (In0.73Ga0.27As0.57P0.43)
Zn concentration 1 to 2 x 1018 cm-3, thickness 1.
5μm ■ n-InP cladding layer (second cladding layer) Si concentration 8 to 10 x 1017cm-3
, 0.5 μm thick n-InGaAsP contact layer, 0.5 μm thick (In0.79Ga0.21As0
.. 44P0.56). The epitaxial layer is removed on both sides in a mesa shape to concentrate current and light. The p-type electrode on the bottom surface of the substrate is a ring electrode. This is to allow light to pass through the center. The p-side electrode portion is fixed in the hole of the package by a solder layer. The light emitted from the active layer passes through the substrate and is emitted to the outside through the hole in the package. Therefore, the absorption of light by the substrate must be reduced.
【0022】■のp−InP第1クラッド層は一般に厚
みが1.5μm以下であることが望ましい。キャリヤ濃
度は2×1017cm−3から1×1018cm−3で
あるようにする。■のp−GaInAsP活性層はp型
キャリヤ濃度が2×1017cm−3〜3×1018c
m−3とし、厚みは0.1〜2.0μmとする。■のn
−InP第2クラッド層はn型キャリヤ濃度が2×10
18cm−3以下であるようにする。p型InP基板の
Zn濃度は(a)2×1018cm−3 (b)3×
1018cm−3 (c)4.5×1018cm−3
(d)6.5×1018cm−3 (e)7.5
×1018cm−3とした。[0022] It is generally desirable that the p-InP first cladding layer (①) has a thickness of 1.5 μm or less. The carrier concentration is 2 x 1017 cm-3 to 1 x 1018 cm-3. The p-GaInAsP active layer of (2) has a p-type carrier concentration of 2 x 1017 cm-3 to 3 x 1018 c.
m-3, and the thickness is 0.1 to 2.0 μm. ■n
-InP second cladding layer has n-type carrier concentration of 2×10
It should be 18cm-3 or less. The Zn concentration of the p-type InP substrate is (a) 2 x 1018 cm-3 (b) 3 x
1018cm-3 (c) 4.5×1018cm-3
(d) 6.5 x 1018 cm-3 (e) 7.5
x1018 cm-3.
【0023】周囲温度を20℃〜80℃に変えてそれぞ
れの温度に於ける電流、光出力特性を測定した。この中
で最も特性の優れているのは(c)〔Zn〕=4.5×
1018cm−3の基板を使った発光ダイオ−ドであっ
た。
次に良いのは(d)〔Zn〕=6.5×1018cm−
3の基板を使った発光ダイオ−ドであり、3番目に良い
のは(b)〔Zn〕=3×1018cm−3の基板を使
ったものである。4番目のものは(a)〔Zn〕=2×
1018cm−3の基板の上に作った発光ダイオ−ドで
、(e)〔Zn〕=7.5×1018cm−3のものが
最も悪かった。これは基板のZnによる光吸収が増える
ためと考えられる。このような結果からp型InP基板
のZn濃度は4〜5×1018cm−3であるのが最良
であり、3〜7×1018cm−3であれば十分性能を
発揮するという事が分かる。The ambient temperature was varied from 20° C. to 80° C., and the current and light output characteristics at each temperature were measured. Among these, the one with the best properties is (c) [Zn] = 4.5×
It was a light emitting diode using a 1018 cm-3 substrate. The next best is (d) [Zn] = 6.5 x 1018 cm-
This is a light emitting diode using a substrate of No. 3, and the third best one is one using a substrate of (b) [Zn] = 3 x 1018 cm-3. The fourth one is (a) [Zn] = 2×
Of the light emitting diodes fabricated on a 1018 cm-3 substrate, the one with (e) [Zn]=7.5×1018 cm-3 was the worst. This is considered to be due to an increase in light absorption by Zn in the substrate. From these results, it can be seen that it is best for the Zn concentration of the p-type InP substrate to be 4 to 5 x 1018 cm-3, and that sufficient performance can be achieved if it is 3 to 7 x 1018 cm-3.
【0024】これは基板側から発光するタイプの発光ダ
イオ−ドであるが、図4に示すようなエピタキシャル層
の側から光が出るような普通の形式の発光ダイオ−ドに
も本発明を適用することができる。これはp−InP基
板の上にp−InPクラッド層、n−InGaAsP活
性層、n−InPクラッド層、n−InGaAsPコン
タクト層を成長させ、基板にp側電極を全面に付け、n
−InGaAsPコンタクト層にリング状のn側電極を
付けたものである。透明の絶縁層から光が出てゆく。Although this is a type of light emitting diode that emits light from the substrate side, the present invention can also be applied to ordinary type light emitting diodes that emit light from the epitaxial layer side as shown in FIG. can do. This involves growing a p-InP cladding layer, an n-InGaAsP active layer, an n-InP cladding layer, and an n-InGaAsP contact layer on a p-InP substrate, attaching a p-side electrode to the entire surface of the substrate, and
-A ring-shaped n-side electrode is attached to the InGaAsP contact layer. Light emerges from the transparent insulating layer.
【0025】[0025]
【発明の効果】p型InP基板を用いて発光ダイオ−ド
が作られるが従来は品質評価をキャリヤ濃度で行ってい
たので隠れたパラメータを見落とすことになり一定の特
性のものを再現性良く作るということが難しかった。本
発明はInP基板中にZnをある程度以上にド−ピング
すると、Zn濃度に対してキャリヤ濃度が飽和し、飽和
濃度の近傍に於いてキャリヤ濃度を指定してもZn原子
の濃度は一義的に規定されないことを明らかにしている
。またZn濃度が3〜7×1018cm−3としている
のでZnによる光の吸収が大きくならず基板の電気抵抗
も小さく極めて発光効率の良い発光ダイオ−ドを提供す
ることができる。[Effect of the invention] Light-emitting diodes are manufactured using p-type InP substrates, but since quality evaluation was conventionally performed based on carrier concentration, hidden parameters were overlooked, and devices with certain characteristics could be manufactured with good reproducibility. That was difficult. In the present invention, when an InP substrate is doped with Zn above a certain level, the carrier concentration becomes saturated with respect to the Zn concentration, and even if the carrier concentration is specified near the saturation concentration, the concentration of Zn atoms is unique. It has been made clear that this is not specified. Furthermore, since the Zn concentration is 3 to 7.times.10.sup.18 cm.sup.-3, the absorption of light by Zn is not large, and the electric resistance of the substrate is also small, making it possible to provide a light emitting diode with extremely high luminous efficiency.
【図1】InP基板にド−プしたZn原子濃度とキャリ
ヤ濃度の測定値を示すグラフ。FIG. 1 is a graph showing measured values of Zn atomic concentration and carrier concentration doped into an InP substrate.
【図2】InP基板にZnをド−プした時のZn原子濃
度と活性化率の測定値を示すグラフ。FIG. 2 is a graph showing measured values of Zn atom concentration and activation rate when an InP substrate is doped with Zn.
【図3】p型InP基板を用いた発光ダイオ−ドで基板
の方から光を出射するようにしたものをパッケ−ジに実
装した状態の概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode using a p-type InP substrate that emits light from the substrate and mounted in a package.
【図4】p型InP基板を用いた発光ダイオ−ドでエピ
タキシャル層の方から光を出射するようにした素子の概
略断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode using a p-type InP substrate in which light is emitted from an epitaxial layer.
Claims (4)
1クラッド層、p−GaInAsP活性層、n−InP
第2クラッド層、及びn−GaInAsPコンタクト層
を有するダブルヘテロ構造の発光ダイオ−ドにおいて、
p−InP基板のp型ド−パントである亜鉛の原子濃度
を3〜7×1018cm−3とした事を特徴とする発光
ダイオ−ド。1. On a p-InP substrate, a p-InP first cladding layer, a p-GaInAsP active layer, an n-InP
In a double heterostructure light emitting diode having a second cladding layer and an n-GaInAsP contact layer,
A light emitting diode characterized in that the p-InP substrate has an atomic concentration of zinc, which is a p-type dopant, of 3 to 7 x 1018 cm-3.
1クラッド層、p−GaInAsP活性層、n−InP
第2クラッド層、及びn−GaInAsPコンタクト層
を有するダブルヘテロ構造の発光ダイオ−ドにおいて、
p−InP基板のp型ド−パントである亜鉛の原子濃度
を4〜5×1018cm−3とした事を特徴とする発光
ダイオ−ド。2. On a p-InP substrate, a p-InP first cladding layer, a p-GaInAsP active layer, an n-InP
In a double heterostructure light emitting diode having a second cladding layer and an n-GaInAsP contact layer,
A light emitting diode characterized in that the atomic concentration of zinc, which is a p-type dopant, in a p-InP substrate is 4 to 5 x 1018 cm-3.
1クラッド層、p−GaInAsP活性層、n−InP
第2クラッド層、及びn−GaInAsPコンタクト層
を有し、p−InP基板とn−GaInAsコンタクト
層に電極を有するダブルヘテロ型の発光ダイオ−ドにお
いて、p−InP基板のp型ド−パントである亜鉛の原
子濃度を3〜7×1018cm−3とし、p−InP第
1クラッド層の厚みが1.5μm以下でp型キャリヤ濃
度が2×1017〜1×1018cm−3であり、p−
GaInAsP活性層の厚みが0.1〜2.0μmでp
型キャリヤ濃度が2×1017〜3×1018cm−3
であり、n−InP第2クラッド層のn型キャリヤ濃度
が2×1018cm−3以下であり、かつpn接合の位
置がp−GaInAsP活性層とn−InP第2クラッ
ド層との界面にあることを特徴とする発光ダイオ−ド。3. On the p-InP substrate, a p-InP first cladding layer, a p-GaInAsP active layer, an n-InP
In a double-hetero type light emitting diode having a second cladding layer and an n-GaInAsP contact layer, and electrodes on the p-InP substrate and the n-GaInAs contact layer, the p-type dopant of the p-InP substrate The atomic concentration of a certain zinc is 3 to 7 x 1018 cm-3, the thickness of the p-InP first cladding layer is 1.5 μm or less, the p-type carrier concentration is 2 x 1017 to 1 x 1018 cm-3, and p-
When the thickness of the GaInAsP active layer is 0.1 to 2.0 μm, p
Mold carrier concentration is 2 x 1017 to 3 x 1018 cm-3
and the n-type carrier concentration of the n-InP second cladding layer is 2 x 1018 cm-3 or less, and the pn junction is located at the interface between the p-GaInAsP active layer and the n-InP second cladding layer. A light emitting diode characterized by:
1クラッド層、p−GaInAsP活性層、n−InP
第2クラッド層、及びn−GaInAsPコンタクト層
を有し、p−InP基板とn−GaInAsコンタクト
層に電極を有する発光ダイオ−ドにおいて、p−InP
基板のp型ド−パントである亜鉛の原子濃度を3〜7×
1018cm−3とし、p−InP第1クラッド層の厚
みが1.5μm以下で亜鉛の原子濃度が2×1017〜
1×1018cm−3であり、p−GaInAsP活性
層の厚みが0.1〜2.0μmで亜鉛の原子濃度が2×
1017〜3×1018cm−3でありn−InP第2
クラッド層のn型キャリヤ濃度が2×1018cm−3
以下であり、かつpn接合の位置がp−GaInAsP
活性層とn−InP第2クラッド層との界面にあること
を特徴とする発光ダイオ−ド。4. On the p-InP substrate, a p-InP first cladding layer, a p-GaInAsP active layer, an n-InP
In a light emitting diode having a second cladding layer and an n-GaInAsP contact layer, and having electrodes on the p-InP substrate and the n-GaInAs contact layer, the p-InP
The atomic concentration of zinc, which is a p-type dopant in the substrate, is 3 to 7
1018 cm-3, the thickness of the p-InP first cladding layer is 1.5 μm or less, and the atomic concentration of zinc is 2×1017~
1×1018 cm−3, the thickness of the p-GaInAsP active layer is 0.1 to 2.0 μm, and the atomic concentration of zinc is 2×
1017~3×1018 cm-3 and n-InP second
The n-type carrier concentration in the cladding layer is 2 x 1018 cm-3
and the position of the p-n junction is p-GaInAsP
A light emitting diode characterized in that it is located at an interface between an active layer and an n-InP second cladding layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3072439A JPH04282875A (en) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | Light emitting diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3072439A JPH04282875A (en) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | Light emitting diode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04282875A true JPH04282875A (en) | 1992-10-07 |
Family
ID=13489329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3072439A Pending JPH04282875A (en) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | Light emitting diode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04282875A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05243612A (en) * | 1992-03-03 | 1993-09-21 | Sharp Corp | Light emitting diode and manufacturing method thereof |
| WO2022079971A1 (en) | 2020-10-15 | 2022-04-21 | ウシオ電機株式会社 | Infrared led element |
| EP4510198A1 (en) | 2023-08-17 | 2025-02-19 | Ushio Denki Kabushiki Kaisha | Infrared led element |
-
1991
- 1991-03-11 JP JP3072439A patent/JPH04282875A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05243612A (en) * | 1992-03-03 | 1993-09-21 | Sharp Corp | Light emitting diode and manufacturing method thereof |
| WO2022079971A1 (en) | 2020-10-15 | 2022-04-21 | ウシオ電機株式会社 | Infrared led element |
| EP4510198A1 (en) | 2023-08-17 | 2025-02-19 | Ushio Denki Kabushiki Kaisha | Infrared led element |
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