(57)【要約】ｐドープのアノード層と、ｎドープのカソード層とを有し、このｎドープカソード層に隣接するＧａＡｌＡｓを基材とした窓層を有する、シリコンによりｐｎ両形にドープされたダイオード層列の、ＧａＡｌＡｓを基材とする半導体チップを備えた発光ダイオードにおいて、前記窓層の厚さを３〜３０μｍとし、該層を正味濃度１×１０１８ｃｍ−３以下でＳｉ又はＳｎによりｎドープする。窓層の厚みを薄くし、ドーパントとして従来使用されてきたＴｅに代えてＳｉ又はＳｎを用い、かつその正味濃度を１×１０１８ｃｍ−３以下としたことにより、経時的な特性の劣化を大幅に抑制できる。
2004503093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐドープされたアノード層（３）と、ｎドープされたカソード層（４）とを有し、このｎドープカソード層（４）に隣接するＧａＡｌＡｓを基材とする窓層（５）を有する、シリコンによりｐｎ両形にドープされたダイオード層列（２）の、ＧａＡｌＡｓを基材とする半導体チップ（１）を有する発光ダイオードにおいて、前記窓層（５）の厚さが３〜３０μｍであり、該層が正味濃度１×１０１８ｃｍ−３以下でＳｉ又はＳｎによりｎドープされたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
窓層（５）の厚さが１５〜２５μｍであることを特徴とする 請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】
窓層（５）中のアルミニウムの濃度が２４原子％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ｐドープされたアノード層と、ｎドープされたカソード層を有し、該ｎドープカソード層に隣接してＧａＡｌＡｓを基材とする窓層を備え、かつシリコンによりｐｎ両形にドープされたダイオード層列のＧａＡｌＡｓを基材とした半導体チップを有する発光ダイオードに関する。
【０００２】
この種発光ダイオードは、独国特許第１９６３０６８９号明細書から公知である。この公知の発光ダイオードは、赤外光を放射する発光ダイオードである。この発光ダイオードは、ｐ導電性部分層と、その上に配置したｎ導電性部分層からなり、シリコンによりｐｎ両形にドープされた第１のＧａＡｌＡｓ層を持つ。ＧａＡｌＡｓ層中のアルミニウム含有量は、ＧａＡｌＡｓ層全体にわたり恒常的かつ指数関数的に増大する。ｐ導電性部分層の表面のＡｌ濃度は０原子％である。ｐｎ接合の帯域では、アルミニウムの濃度は５〜１０原子％に上昇しており、ｎ導電性部分層の表面では２５〜４０原子％となる。更にこの発光ダイオードは、第１のＧａＡｌＡｓ層の、ｎ導電性部分層の表面側に配置され、テルルをドープした第２のｎ導電性ＧａＡｌＡｓ層を備える。この第２のＧａＡｌＡｓ層中でもＡｌ含有量は恒常的、かつ指数関数的に増大する。第１のＧａＡｌＡｓ層との界面に沿うＡｌ含有量は６〜１６原子％である。対向する表面のアルミニウム含有量は少なくとも２４原子％となる。
【０００３】
特に、弱い電流の場合、光出力は１０００時間以内の作動時間で元の光出力の３０％以下の値に低下する。
【０００４】
この従来技術から出発して、本発明の課題は、劣化挙動を改善した発光ダイオードを提供することにある。
【０００５】
この課題は、窓層の厚さが３〜３０μｍであり、窓層が正味濃度１×１０１８ｃ ｍ−３以下でＳｉ又はＳｎによりｎドープされていることにより解決される。
【０００６】
窓層の厚さを３〜３０μｍの値に低下させ、ドーパントとしてテルルをドープしない場合、この構造部材の劣化が著しく減少することを見出した。更に、ドーピングの正味濃度が僅かであることが劣化の防止に寄与する。ここで正味濃度とは、ドナーとアクセプタの濃度差を意味する。
【０００７】
本発明の更に好適な実施形態は従属請求項の対象である。
【０００８】
本発明を添付の図面に基づき以下に詳述する。
【０００９】
図１は、特に赤外光を放射するのに適した発光ダイオードチップ１を示す。このチップ１は、シリコンによりｐドープされたアノード層３と、シリコンによりｎドープされたカソード層４から成り、ｐｎ両形にドープされたダイオード層列２を備えている。アノード層３とカソード層４は、各々ＡｌＧａＡｓを基材として形成されている。カソード層４に、同様にシリコンでｎドープされたＡｌＧａＡｓを基材とする窓層５が接している。発光ダイオードチップ１の製造中に窓層５の上方に基板６があり、窓層５とダイオード層２のエピタキシャル成長後に除去される。従って、基板６は図１中に破線で示している。
【００１０】
この発光ダイオードチップ１には、表側７と裏側８に電極（図示せず）が取付けられる。電極は、ｐｎ接合９を経て電流を導くために使用される。
【００１１】
図２は、発光ダイオードチップ１内のＡｌ濃度の局所的な分布を示す。裏側８に沿いＡｌ濃度ＸＡＬはほぼ０原子％である。アノード層３を越えてＡｌ濃度は恒常的、かつ指数関数的に上昇し、ｐｎ接合９において５〜１０原子％に達する。ｐｎ接合９から出発し、更にＡｌ濃度は２７〜２８原子％の値に増大する。窓層５内でＡｌ濃度は同様に６〜１６原子％から始まる。更なる過程で、Ａｌ濃度は発光ダイオードチップ１の表側７で２４原子％迄の値に同様に恒常的、かつ指数関数的に上昇する。ＡｌＧａＡｓ中のエネルギーキャップの大きさは、アルミニウム含有量の増大と共に大きくなるので、ｐｎ接合９中で形成される光子の窓層中への吸収を阻止するため、窓層５中のアルミニウムの最低含有量は、ｐｎ接合９のＡｌ含有量以上でなければならない。
【００１２】
窓層５の表側７のアルミニウム含有量が僅かであるため、窓層５上に施した電極と窓層５との良好な電気的接触を実現できる。それにより流動応力を低い値に制御し、発光ダイオードチップ１内の損失電力を低減できる。
【００１３】
更に発光ダイオードチップ１から放出される輻射強度の劣化は、一連の措置により低減できる。
【００１４】
１つには窓層５の厚さを３〜３０μｍ、特に１５〜２５μｍの値に低減するとよい。窓層５の厚さが僅かなので、半導体チップの応力を低減し、それにより老化現象を低減できる。
【００１５】
更に半導体チップ１のドーピングにシリコン又は錫を使用すれば、劣化を防止できる。それに対しテルルをドーパントとして用いると、劣化は促進される。
【００１６】
更に、ドーピングの正味濃度は１×１０１８ｃｍ−３以下でなければならない。ここで正味濃度とは、アクセプタとドナーの濃度差を意味する。
【００１７】
図３〜６は、種々のテストの結果を示す。
【００１８】
図３及び図４は７ｍＡで、２５℃における低電流での老化を示す。
【００１９】
図３は、従来の発光ダイオードチップの連続作動中、このテストの範囲内で従来の半導体チップを１０００時間にわたり中断することなく作動させ、輻射強度をフォトダイオードにより測定した結果を示す。図３によれば、幾つかの半導体チップで、初期値の３０％迄の相対劣化を生じることが明らかである。
【００２０】
これに対し、本発明による発光ダイオードにおける測定では、１０００時間を越えて連続作動した場合にも輻射の強さの劣化は起こらなかった。窓層の厚さ並びにシリコンと錫の低レベルのドーピングは、発光ダイオードチップ１の劣化に対し好ましい結果をもたらす。
【００２１】
高電流における老化を示す図５及び６は、これと類似する挙動を示す。
【００２２】
図５は、従来の半導体チップをパルス的に作動させた例を示す。パルスの継続時間は１００μ秒、各パルス間の間隔は３ｍ秒とした。従来の発光ダイオードを１５００ｍＡの電流で負荷した。図５から、試験に供した従来の全発光ダイオードチップが１０００時間後に、元の輻射強さの８０％以下に低下したことが明らかである。
【００２３】
本発明の発光ダイオードチップ１は、図６に示すとおり若干のバラツキを含むが、劣化を全く又はごく僅かしか示さない発光ダイオードチップも存在する。即ち、全試料についての平均値は、本発明の発光ダイオードチップ１の劣化が、従来の発光ダイオードのそれよりも著しく少ないことを結果的に示している。
【００２４】
上述の本発明による発光ダイオードは、特に赤外光のスペクトル範囲の光の輻射に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発光ダイオードの断面図。
【図２】図１の発光ダイオードにおけるＡｌ濃度の空間分布を示す線図。
【図３】従来の発光ダイオードの連続運転時の輻射強度の相対劣化を示す線図。
【図４】本発明による発光ダイオードの連続作動時の輻射強度の相対劣化を示す線図。
【図５】従来の発光ダイオードをパルス作動させた際の輻射強度の相対劣化を示す線図。
【図６】本発明による発光ダイオードをパルス作動させた際の輻射強度の相対劣化を示す線図。
【符号の説明】
１　発光ダイオードチップ
２　両形にドープしたダイオード層列
３　ｐドープアノード層
４　ｎドープカソード層
５　窓層
６　基板
７　チップの表側
８　チップの裏側
【国際公開パンフレット】
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2004503093.tif 000005
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【国際調査報告】
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