DE10330843A1

DE10330843A1 - Nitridhalbleiter-Leuchtdiode

Info

Publication number: DE10330843A1
Application number: DE10330843A
Authority: DE
Inventors: Tetsu Kachi; Satoru Kato
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2023-07-09
Also published as: JP2004056010A; US20040016937A1; DE10330843B4; US7084432B2

Abstract

Ein erhöhter Anteil von Licht, das von einer Nitridhalbleiter-Leuchtdiode abgegeben wird, tritt in den Bereich innerhalb eines spezifizierten Winkels ein. DOLLAR A Die Nitridhalbleiter-Leuchtdiode ist mit einer aktiven Schicht 32, die aus einem Nitridhalbleiter besteht, und einer Licht abgegebenen Fläche 21 ausgestattet. Ein reflektierender Spiegel 38 ist nur auf einer Seite der aktiven Schicht 32 gegenüber der Licht abgebenden Fläche 21 ausgebildet. Der reflektierende Spiegel 38 ist an einer Stelle von der Mitte der aktiven Schicht 32 etwa bei (k È lambda/2 + lambda/4)/n ausgebildet (wobei lambda die Wellenlänge von Licht ist, das von der aktiven Schicht 32 abgegeben wird, n der mittlere Brechungsindex eines Bereichs zwischen der aktiven Schicht 32 und dem reflektierenden Spiegel 38 ist und k eine ganze Zahl ist). Diese Leuchtdiode ermöglicht eine ausreichende Erhöhung der Richtwirkung und deren Kopplungseffizienz mit einem Lichtwellenleiter, der aus einem POF oder dergleichen besteht, kann verbessert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der japanischen Anmeldung Nr. 2002-214322, die am 23. Juli 2002 eingereicht worden ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nitridhalbleiter-Leuchtdiode.
Eine Nitridhalbleiter-Leuchtdiode (nachstehend als „Leuchtdiode" abgekürzt), die eine aktive Schicht aus einem Nitridhalbleiter aufweist, ist bekannt. Wie es in 22(A) gezeigt ist, bildet Licht, das von einer aktiven Schicht 132 einer Leuchtdiode (einer Licht emittierenden Diode) 120 abgegeben wird, eine sphärische Welle, die sich in alle Richtungen ausbreitet. Die Intensitätsverteilung des abgegebenen Lichts ist eine Funktion des Cosinus des Winkels θ, wie es in 22(B) gezeigt ist. Eine Richtwirkung wird nicht beobachtet.
Da herkömmliche Leuchtdioden vorwiegend für Anzeigen verwendet werden, gibt es keinen besonderen Bedarf zur Verbesserung der Richtwirkung des von den Leuchtdioden abgegebenen Lichts. Stattdessen ist das Hauptziel bei der Leuchtdiode die Verbesserung der Sichtbarkeit.
Es ist eine Leuchtdiode bekannt, bei der ein reflektierender Spiegel nur auf einer der beiden Seiten der aktiven Schicht ausgebildet ist, wobei sich dieser reflektierende Spiegel auf der Seite befindet, die einer Licht abgebenden Fläche gegenüberliegt. Bei dieser Leuchtdiode wird das Licht, das in Richtung der Seite abgegeben wird, die der Licht abgebenden Fläche gegenüberliegt, durch den reflektierenden Spiegel in Richtung der Licht abgebenden Fläche reflektiert. Dies verbessert die Richtwirkung des abgegebenen Lichts etwas und gewährleistet eine gute Sichtbarkeit.
Ferner ist eine Leuchtdiode bekannt, die mit einem transparenten Harzformteil ausgestattet ist, an dem eine Linse angebracht ist. Bei dieser Leuchtdiode verbessert die Linse, die in dem transparenten Harzformteil enthalten ist, die Richtwirkung des abgegebenen Lichts etwas und gewährleistet eine gute Sichtbarkeit.
Da das Hauptziel bei herkömmlichen Leuchtdioden darin liegt, eine gute Sichtbarkeit zu gewährleisten, weisen diese herkömmlichen Leuchtdioden eine niedrige Richtwirkung des ab gegebenen Lichts auf und das abgegebene Licht breitet sich über einen weiten Bereich aus. Obwohl Techniken bekannt sind, bei denen ein reflektierender Spiegel oder eine Linse zur Verbesserung der Richtwirkung des abgegebenen Lichts verwendet wird, bleibt die durch diese Mittel erreichte Richtwirkung unzureichend.
Lichtquellen für die optische Kommunikation erfordern Licht mit einer hohen Ausgangsleistung und einer hohen Richtwirkung. Dafür werden Halbleiterlaser verwendet, die eine hohe Ausgangsleistung und eine hohe Richtwirkung aufweisen. Es bestand jedoch kein besonderer Bedarf zur Erhöhung der Richtwirkung in Nitridhalbleiter-Leuchtdioden, da diese vorwiegend für Anzeigen verwendet werden, und eine Forschung bezüglich einer zufrieden stellenden Erhöhung der Richtwirkung wurde nicht durchgeführt.
Wir haben erkannt, dass bei der optischen Kommunikation im Nahbereich kein Halbleiterlaser mit hoher Ausgangsleistung verwendet werden muss, der eine Resonatorstruktur erfordert, sondern dass stattdessen häufig eine Leuchtdiode ausreichend ist, die keine Resonatorstruktur erfordert. Die Leuchtdiode hat eine einfachere Struktur als ein Halbleiterlaser, das Verfahren zu deren Herstellung ist einfacher und die Kosten sind niedriger. Demgemäß wäre es ein großer Vorteil, eine Lichtquelle für eine optische Kommunikation im Nahbereich zur Verfügung zu haben, die anstelle eines Halbleiterlasers möglichst aus einer Leuchtdiode besteht, wobei dies billiger ist, weil die Resonatorstruktur nicht erforderlich ist, und der Halbleiterlaser aufgrund der erforderlichen Resonatorstruktur teuer ist.
In den letzten Jahren werden optische Kommunikationsmittel für den Nahbereich verwendet, bei denen Kunststofflichtwellenleiter (nachstehend aus Gründen der Zweckmäßigkeit als „POF" bezeichnet) verwendet werden. POF werden bei der optischen Kommunikation im Nahbereich anstelle von Quarzglas verwendet, da POF (1) billiger sind, (2) die Verbindungsvorgänge einfacher sind, usw. Der in diesen optischen Kommunikationsmitteln für den Nahbereich verwendete POF weist im Bereich des sichtbaren Lichts eine hohe spezifische Durchlässigkeit auf. Nitridhalbleiter-Leuchtdioden, die sichtbares Licht mit geringen Wellenlängen emittieren (blaues Licht und grünes Licht), sind als Lichtquelle für POF geeignet.
Ferner ist es schwierig, bei Nitridhalbleitern, die sichtbares Licht mit geringen Wellenlängen emittieren (blaues Licht und grünes Licht), ein Kristallwachstum mit guter Qualität zu erhalten, und daher sind Nitridhalbleiterlaser noch nicht in der Praxis einsetzbar.
Im Hinblick auf die Wellenlänge des emittierten Lichts ist die Nitridhalbleiter-Leuchtdiode als Lichtquelle für POF geeignet und zusätzlich ist deren Preis vorteilhafter als der des Lasers. Da jedoch die Richtwirkung der Nitridhalbleiter-Leuchtdiode gering ist, kann das Licht nicht in den Lichtwellenleiter eintreten, wodurch die Kopplungseffizienz mit Lichtwellenleitern gering ist.
Das Licht, das in die Lichtwellenleiter (hier durch POF repräsentiert) eintreten kann, ist auf das Licht beschränkt, das sich innerhalb des Einfallwinkels der Lichtwellenleiter befindet, wobei dieser durch die Konfiguration der Lichtwellenleiter bestimmt wird (im Fall von POF gewöhnlich ± 15°). Wenn das Licht, das von herkömmlichen Leuchtdioden abgegeben wird, in die Lichtwellenleiter eintreten soll, dann verbreitet sich das Licht, das von der Leuchtdiode abgegeben wird, weit über den Bereich des Einfallswinkels der Lichtwellenleiter hinaus aus und der Anteil des abgegebenen Lichts, der nicht in den Lichtwellenleiter eintreten kann, ist hoch.
Wie es in 23 gezeigt ist, weist die herkömmliche Leuchtdiode eine rechteckige erste Elektrode 138 auf, die einen elektrischen Strom zuführt, der durch eine aktive Schicht fließt. Eine zweite Elektrode 128 ist etwa halbkreisförmig, wobei ein Teil der rechteckigen ersten Elektrode 138 in einer Halbkreisform weg geschnitten ist, so dass dieser die halbkreisförmige zweite Elektrode 128 umgibt. Da nahezu alle herkömmlichen Leuchtdioden als Anzeigen verwendet werden; muss der Licht emittierende Bereich groß sein. Wenn eine Mehrzahl von Leuchtdioden, die auf einem Substrat ausgebildet sind, in Chips getrennt werden soll, wird zur Trennung normalerweise eine Spaltung oder dergleichen eingesetzt und demgemäß ist jeder Chip rechteckig. Eine rechteckige Elektrode ist entlang jedes rechteckigen Chips ausgebildet, so dass dessen Licht emittierender Bereich vergrößert wird.
24 zeigt Zahlenwerte für die Intensitätsverteilung des emittierten Lichts der herkömmlichen Leuchtdiode, welche die in 23 gezeigte Elektrodenkonfiguration aufweist. Bei dieser Art von Elektrodenkonfiguration fließt ein elektrischer Strom nicht mit einer einheitlichen Stromdichte durch die Elektrode 138, wodurch in dem Bereich der Elektrode 138, der näher an der gegenüberliegenden Elektrode 128 liegt, ein niedrigerer Widerstand vorliegt, so dass folglich die Stromdichte höher ist. Licht wird von den Bereichen der aktiven Schicht, die eine höhere Stromdichte aufweisen, mit einer höheren Intensität abgegeben. Da sich ferner elektrische Felder leichter in Ecken konzentrieren, ist die Stromdichte in den Ecken höher und die Intensität des emittierten Lichts ist höher. Dies ist der Grund dafür, dass die Eckenbereiche des Bereichs der Elektrode 138, der sich näher an der gegenüberliegenden Elektrode 128 befindet, eine höhere Intensität des emittierten Lichts aufweisen (vgl. 24).
Das Übergangsverhalten ist auch wichtig, und zwar insbesondere in den Fällen, bei denen eine Modulation der Lichtintensität eingesetzt wird, wie z.B. bei der optischen Kommunikation. Wenn jedoch ein elektrischer Strom zuerst in Bereiche fließt, in denen der elektrische Strom am leichtesten fließt, dann fällt der Widerstand in diesen Bereichen ab, und es ist wahrscheinlich, dass ein Phänomen auftritt, bei dem sich der elektrische Strom in diesen Bereichen konzentriert.
25 zeigt Licht, das von einer herkömmlichen Leuchtdiode 120 abgegeben wird, wie es in einen Lichtwellenleiter eintritt. Ein hoher Anteil des Lichts, das von der herkömmlichen Leuchtdiode 120 abgegeben wird, kann nicht in den Lichtwellenleiter eintreten. Ein Grund dafür ist, dass die Richtwirkung des Lichts, das von der herkömmlichen Leuchtdiode 120 abgegeben wird, niedrig ist, und so ein großer Anteil des Lichts von dem Lichtwellenleiter austritt. Ein zweiter Grund dafür ist, dass die Intensität des Lichts in der linken Hälfte von 24 und die Intensität des Lichts in der rechten Hälfte von 24 asymmetrisch ist. Wie es in 25 gezeigt ist, ist die Verteilung des abgegebenen Lichts von den Bereichen der linken Hälfte und der rechten Hälfte der aktiven Schicht polarisiert (asymmetrisch polarisiert), so dass ein großer Anteil des Lichts, das von dem Bereich der linken Hälfte der aktiven Schicht abgegeben wird, außerhalb des Einfallswinkelbereichs des Lichtwellenleiters abgegeben wird, wie es in dem Bereich 106 gezeigt ist. Dies ist ein Grund dafür, warum der Anteil des Lichts, der von der Leuchtdiode abgegeben wird und der in den Lichtwellenleiter eintreten kann (d.h. die Kopplungseffizienz der Leuchtdiode mit dem Lichtwellenleiter), niedrig ist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung einer Technik zur Erhöhung der Richtwirkung von Licht, das von einer Nitridhalbleiter-Leuchtdiode abgegeben wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung einer Technik zur Unterdrückung der asymmetrischen Polarisierung des abgegebenen Lichts, das von der Nitridhalbleiter-Leuchtdiode verteilt wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung einer Technik zur Verbesserung der Kopplungseffizienz zwischen der Nitridhalbleiter-Leuchtdiode und einem Lichtwellenleiter.
Die erfindungsgemäße Nitridhalbleiter-Leuchtdiode ist mit einem Substrat und einem auf dem Substrat aufwachsen gelassenen Nitridhalbleiter ausgestattet. Der Nitridhalbleiter ist an einem Mittelabschnitt davon dick und an einem Umfangsabschnitt davon dünn, wobei in dem dicken Mittelabschnitt eine aktive Schicht ausgebildet ist. Eine erste Elektrode ist in einer oberen Fläche des dicken Mittelabschnitts ausgebildet und eine zweite Elektrode ist in einer oberen Fläche des dünnen Umfangsabschnitts ausgebildet. Ein reflektierender Spiegel ist an einer Seite der aktiven Schicht ausgebildet, die in dem dicken Mittelabschnitt ausgebildet ist. Der reflektierende Spiegel ist in einem Abstand von etwa (k · λ/2 + λ/4)/n von der Mitte der aktiven Schicht angeordnet. In der vorstehenden Formel ist λ die Wellenlänge des Lichts, das von der aktiven Schicht abgegeben wird, n ist der mittlere Brechungsindex eines Bereichs zwischen der aktiven Schicht und des reflektierenden Spiegels und k ist eine ganze Zahl.
Bei dieser Leuchtdiode ist der reflektierende Spiegel nur auf einer der zwei Seiten der aktiven Schicht ausgebildet, d.h. auf der Seite, die einer Licht abgebenden Fläche derselben gegenüberliegt. Darüber hinaus ist es eine wichtige Eigenschaft dieser Leuchtdiode, dass der Abstand zwischen dem reflektierenden Spiegel und der Mitte der aktiven Schicht die vorstehende Formel erfüllt.
Wenn der Abstand zwischen dem reflektierenden Spiegel und der Mitte der aktiven Schicht die vorstehende Formel erfüllt, dann treten das Licht, das von der aktiven Schicht senkrecht in Richtung der Licht abgebenden Fläche abgegeben wird, und das Licht, das von der aktiven Schicht senkrecht in Richtung des reflektierenden Spiegels abgegeben und davon reflektiert wird, gegenseitig in Wechselwirkung und das Licht wird stärker. Dagegen treten das Licht, das von der aktiven Schicht geneigt in Richtung der Licht abgebenden Fläche abgegeben wird, und das Licht, das von der aktiven Schicht geneigt in Richtung des reflektierenden Spiegels abgegeben und davon in einer geneigten Weise reflektiert wird, gegenseitig in Wechselwirkung und das Licht wird schwächer. Als Folge davon ist die Ausbreitung des Lichts wesentlich schmaler als im Fall der herkömmlichen Leuchtdiode und die Richtwirkung kann wesentlich verbessert werden. Die Intensität des Lichts, das in den Bereich innerhalb eines spezifizierten Winkels abgegeben wird, kann erhöht werden.
Die Leuchtdiode ermöglicht, dass ein erhöhter Anteil des Lichts in einen Lichtwellenleiter wie z.B. POF eintritt. Die Leuchtdiode ermöglicht die Verbesserung der Kopplungseffizienz mit dem Lichtwellenleiter. Durch Spezifizieren des Abstands zwischen dem reflektierenden Spiegel und der Mitte der aktiven Schicht gemäß der vorstehenden Formel unterscheidet sich die erfindungsgemäße Leuchtdiode stark von der herkömmlichen Leuchtdiode, die einen daran angebrachten reflektierenden Spiegel aufweist.
Die Definition, dass sich der reflektierende Spiegel „in einem Abstand von der Mitte der aktiven Schicht von etwa (k · λ/2 + λ/4)/n befindet", umfasst den Zustand, dass sich der reflektierende Spiegel in einem Abstand von (k · λ/2 + λ/4)/n und innerhalb von etwa ± 10% von (k · λ/2 + U4)/n von der Mitte der aktiven Schicht befindet. Wenn der reflektierende Spiegel innerhalb dieses Abstandsbereichs ausgebildet ist, dann kann die Richtwirkung des abgegebenen Lichts verbessert werden.
Es ist bevorzugt, dass der reflektierende Spiegel auch gleichzeitig als Elektrode wirkt, so dass ein elektrischer Strom durch die aktive Schicht fließen kann. Dadurch, dass der reflektierende Spiegel auch als Elektrode wirken kann, wird eine Leuchtdiode, die eine einfache Konfiguration aufweist und die leicht hergestellt werden kann, dazu verwendet, die Richtwirkung des abgegebenen Lichts zu verbessern.
Es ist bevorzugt, dass auf der Licht abgebenden Fläche eine konvexe Linse ausgebildet ist. Da das Licht abgegeben wird, nachdem es durch die konvexe Linse gebündelt worden ist, kann die Richtwirkung weiter verbessert werden. Die Kopplungseffizienz der Leuchtdiode kann weiter verbessert werden.
Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind auf der Fläche ausgebildet, die dem Substrat gegenüberliegt. Es ist eine wichtige Eigenschaft der erfindungsgemäßen Leuchtdiode, dass die erste Elektrode am Mittelabschnitt es Nitridhalbleitersubstrats angeordnet ist und dass die zweite Elektrode an dem Umfangsabschnitt des Nitridhalbleitersubstrats angeordnet ist.
In dieser Leuchtdiode kann eine asymmetrische Polarisierung der Verteilung des elektrischen Stroms unterdrückt werden, der durch die aktive Schicht fließt. Die asymmetrische Polarisierung der emittierten Lichtintensität, die in der in der 24 gezeigten herkömmlichen Leuchtdiode stattfindet, kann unterdrückt werden.
In dieser Leuchtdiode kann ein erhöhter Anteil des Lichts innerhalb eines spezifizierten Winkels in den Bereich eintreten. Die Kopplungseffizienz zwischen der Leuchtdiode und dem Lichtwellenleiter kann verbessert werden.
Es ist bevorzugt, dass die erste Elektrode von der zweiten Elektrode umgeben ist, wenn sie von einer Richtung senkrecht zu dem Substrat betrachtet wird. Ferner ist es bevorzugt, dass die Mitte der ersten Elektrode und die Mitte der zweiten Elektrode zusammenfallen. Die asymmetrische Polarisierung bei der Verteilung der emittierten Lichtintensität kann effektiv unterdrückt werden.
Es ist bevorzugt, dass, von einer Richtung senkrecht zu dem Substrat betrachtet, die äußere Umfangsform der ersten Elektrode derart ist, dass sie der inneren Umfangsform oder der äußeren Umfangsform der zweiten Elektrode ähnlich ist. Beispielsweise ist es in dem Fall bevorzugt, bei dem die äußere Form der ersten Elektrode polygonal ist, dass das innere Profil oder das äußere Profil der zweiten Elektrode eine entsprechende polygonale Form aufweist.
In diesem Fall kann die asymmetrische Polarisierung der Verteilung des elektrischen Stroms, der durch die aktive Schicht fließt, vermindert werden. Als Folge davon kann ein erhöhter Anteil des Lichts, das von der Leuchtdiode abgegeben wird, innerhalb des Bereichs innerhalb eines spezifizierten Winkels konzentriert werden.
Es ist bevorzugt, dass das Profil von mindestens einer der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ein glattes Kontinuum bildet und keine Ecken aufweist. Bei dieser Leuchtdiode tritt das Phänomen nicht auf, dass elektrische Felder an den Ecken der Elektrode konzentriert werden, da in der Elektrode keine Ecken ausgebildet sind, und die Uneinheitlichkeit bei der Verteilung des elektrischen Stroms, der durch die aktive Schicht fließt, kann vermindert werden. Als Folge davon kann ein erhöhter Anteil des Lichts, das von der Leuchtdiode abgegeben wird, innerhalb des Bereichs innerhalb eines spezifizierten Winkels konzentriert werden.
Bei der Betrachtung von einer Richtung senkrecht zu dem Substrat liegt ein besonders zweckmäßiger Aspekt darin, dass die erste Elektrode vorzugsweise kreisförmig ist und die zweite Elektrode eine Ringform aufweist, die zur ersten Elektrode konzentrisch ist. Bei dieser Konfiguration kann eine Punktsymmetrie bei der Verteilung des elektrischen Stroms erreicht werden, der durch die aktive Schicht strömt, und eine asymmetrische Polarisierung der Ver teilung des elektrischen Stroms, der durch die aktive Schicht fließt, tritt kaum auf. Ein erhöhter Anteil des Lichts, das von der Leuchtdiode abgegeben wird, kann innerhalb des Bereichs innerhalb eines spezifizierten Winkels konzentriert werden.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die eine Leuchtdiode einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
2 zeigt eine schematische Draufsicht, welche die Leuchtdiode der erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
3 zeigt eine Ansicht, welche die Wechselwirkung zwischen dem Licht, das von einer aktiven Schicht emittiert wird, und dem Licht veranschaulicht, das von einem reflektierenden Spiegel (1) reflektiert wird.
4 zeigt eine Ansicht, welche die Wechselwirkung zwischen dem Licht, das von der aktiven Schicht emittiert wird, und dem Licht veranschaulicht, das von dem reflektierenden Spiegel (2) reflektiert wird.
5 zeigt eine Ansicht, welche die Wechselwirkung zwischen dem Licht, das von der aktiven Schicht emittiert wird, und dem Licht veranschaulicht, das von dem reflektierenden Spiegel (3) reflektiert wird.
6 zeigt eine Ansicht, welche die Verteilung der Intensität des abgegebenen Lichts relativ zu einem Ausbreitungswinkel des abgegebenen Lichts zeigt.
7 zeigt eine Ansicht, die schematisch die Verteilung der Intensität des abgegebenen Lichts in der Leuchtdiode der erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
8 zeigt eine Ansicht, die einen Teil eines Herstellungsverfahrens für die Leuchtdiode der erfindungsgemäßen Ausführungsform (1) zeigt.
9 zeigt eine Ansicht, die einen Teil des Herstellungsverfahrens für die Leuchtdiode der erfindungsgemäßen Ausführungsform (2) zeigt.
10 zeigt eine Ansicht, die einen Teil des Herstellungsverfahrens für die Leuchtdiode der erfindungsgemäßen Ausführungsform (3) zeigt.
11 zeigt eine Ansicht, die einen Teil des Herstellungsverfahrens für die Leuchtdiode der erfindungsgemäßen Ausführungsform (4) zeigt.
12 zeigt eine Ansicht, die einen Teil des Herstellungsverfahrens für die Leuchtdiode der erfindungsgemäßen Ausführungsform (5) zeigt.
13 zeigt eine Ansicht, die einen Teil des Herstellungsverfahrens für die Leuchtdiode der erfindungsgemäßen Ausführungsform (6) zeigt.
14 zeigt eine Ansicht, die einen Teil des Herstellungsverfahrens für die Leuchtdiode der erfindungsgemäßen Ausführungsform (7) zeigt.
15 zeigt eine Ansicht, die schematisch die Verteilung der Intensität des emittierten Lichts in der Leuchtdiode der erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
16 zeigt eine schematische Querschnittseinsicht, die eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leuchtdiode zeigt.
17 zeigt eine schematische Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leuchtdiode (1) zeigt.
18 zeigt eine schematische Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leuchtdiode (2) zeigt.
19 zeigt eine Ansicht, die einen Teil eines weiteren Herstellungsverfahrens für die Leuchtdiode der erfindungsgemäßen Ausführungsform (1) zeigt.
20 zeigt eine Ansicht, die einen Teil eines weiteren Herstellungsverfahrens für die Leuchtdiode der erfindungsgemäßen Ausführungsform (2) zeigt.
21 zeigt eine Ansicht, die einen Teil eines weiteren Herstellungsverfahrens für die Leuchtdiode der erfindungsgemäßen Ausführungsform (3) zeigt.
22(A) und (B) zeigen die Verteilung der Intensität des abgegebenen Lichts in einer Leuchtdiode.
23 zeigt eine schematische Draufsicht, die eine herkömmliche Leuchtdiode zeigt.
24 zeigt eine Ansicht, die schematisch die Verteilung der Intensität des emittierten Lichts in einer herkömmlichen Leuchtdiode zeigt.
25 zeigt eine Ansicht, die schematisch die Verteilung der Intensität des abgegebenen Lichts in einer herkömmlichen Leuchtdiode zeigt.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Leuchtdiode einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt und 2 ist eine schematische Draufsicht derselben. Die Leuchtdiode ist mit einem Substrat 22, einer Schichtstruktur 23, einer p-Elektrode 38, einer n-Elektrode 28, einem Siliciumoxidfilm 40 und einer Linse 20 ausgestattet. Über dem Substrat 22 sind zur Bildung der Schichtstruktur 23 in der folgenden Sequenz laminiert: Eine Pufferschicht 24, eine Kontaktschicht des n-Typs 26, eine Mantelschicht des n-Typs 30, eine aktive Schicht 32, eine Mantelschicht des p-Typs 34 und eine Kontaktschicht des p-Typs 36.
Das Substrat 22 kann aus einem Saphir (Al₂O₃) ausgebildet sein. Als Substrat 22 kann auch ein anderes Material verwendet werden, das zum Aufwachsenlassen eines Nitridhalbleiters geeignet ist, wie z.B. ein Spinell (MgAl₂O₄), SiC, ZnO, GaN, usw. Das Substrat 22 ist transparent und isolierend. Eine Rückfläche des Substrats 22 ist eine Licht abgebende Fläche 21.
Die Pufferschicht 24 kann z.B. aus GaN, AlN, AlGaN, usw., ausgebildet sein. Die Filmdicke kann z.B. etwa 5 nm bis 1 μm betragen, um so eine Gitterfehlanpassung zwischen dem Substrat 22 und dem Nitridhalbleiter zu dämpfen. Ferner muss die Pufferschicht 24 in dem Fall nicht ausgebildet sein, bei dem das verwendete Substrat 22 einen Gitterparameter aufweist, der nahe an dem Parameter des Nitridhalbleiters liegt oder damit identisch ist.
Die Kontaktschicht des n-Typs 26 ist z.B. eine GaN-Schicht des n-Typs und vorzugsweise eine GaN-Schicht des n-Typs, die mit Si dotiert ist. Diese Schichten können auch eine undotierte Nitridhalbleiterschicht aufweisen.
Die Mantelschicht des n-Typs 30 kann eine AlGaN-Schicht des n-Typs sein und es ist vorzugsweise eine AlGaN-Schicht des n-Typs, die mit Si dotiert ist.
Die aktive Schicht 32 hat vorzugsweise eine SQW-Konfiguration (Einfachquantenmuldenkonfiguration) oder eine MQW-Konfiguration (Mehrfachquantenmuldenkonfiguration). Die Quantenmuldenkonfiguration ermöglicht die Herstellung einer Leuchtdiode mit einer hohen Ausgangsleistung. Die Einzelquantenmuldenkonfiguration besteht vorzugsweise aus In_XGa_1-XN (0 ≤ X < 1). Die Mehrfachquantenmuldenkonfiguration hat vorzugsweise eine Muldenschicht, die aus In_XGa_1-XN besteht, und eine Blockierschicht, die aus In_YGa_1-YN besteht (Y < X und Y kann den Wert 0 haben).
Die Mantelschicht des p-Typs 34 ist z.B. eine AlGaN-Schicht und vorzugsweise eine AlGaN-Schicht des p-Typs, die mit Mg dotiert ist.
Die Kontaktschicht des p-Typs 36 ist beispielsweise GaN des p-Typs und vorzugsweise aus einem GaN des p-Typs ausgebildet, das mit Mg dotiert ist. Diese Schichten können auch eine undotierte Nitridhalbleiterschicht umfassen. Da die Kontaktschicht des p-Typs 36 einen Kontakt mit der p-Elektrode 38 herstellt, ist es wichtig, dass ein ohmscher Kontakt erreicht wird.
Die p-Elektrode 38 spielt auch die Rolle eines reflektierenden Spiegels, der das Licht von der aktiven Schicht 32 reflektiert. Unter Berücksichtigung ihrer lichtreflektierenden Rolle kann die p-Elektrode 38 aus Materialien wie z.B. Ni, Ni/Au, Ni/Ti, Ni/Pt, usw., ausgebildet sein. Der Abstand d zwischen der p-Elektrode 38, die auch als reflektierender Spiegel dient, und der Mitte der aktiven Schicht 32 weist einen Wert auf, der gleich (k · λ/2 + λ/4)/n ist oder innerhalb von ± 10% von (k · λ/2 + λ/4)/n liegt (wobei λ die Wellenlänge des Lichts ist, das von der aktiven Schicht 32 abgegeben wird, n der mittlere Brechungsindex der Mantelschicht des p-Typs 34 und der Kontaktschicht des p-Typs 36 ist, die sich zwischen der aktiven Schicht 32 und dem reflektierenden Spiegel 38 befindet, und k eine ganze Zahl ist). Wenn die spektrale Ausbreitung der Leuchtdiode berücksichtigt wird, ist die erreichte Richtwirkung nahezu so hoch, wie wenn der Abstand d (k · λ/2 + λ/4)/n beträgt, und zwar selbst dann, wenn für den Abstand d eine Variation von ± 10% um den Wert (k · λ/2 + λ/4)/n vorliegt. Eine höhere Richtwirkung kann erreicht werden, wenn der Wert des Abstands d von der Mitte der aktiven Schicht 32 vorzugsweise gleich (k · λ/2 + λ/4)/n ist oder innerhalb von ± 5% von (k · λ/2 + λ/4)/n liegt, und insbesondere dann, wenn dieser gleich (k · λ/2 + λ/4)/n ist oder innerhalb von ± 3% von (k · λ/2 + λ/4)/n liegt.
Die n-Elektrode 28 kann aus Materialien wie z.B. Ti/Al, Ti/Mo, Hf/Al, Hf/Au, usw., ausgebildet sein.
Die Linse 20 kann aus einer beliebigen Art eines Harzmaterials, Glas, usw., ausgebildet sein.
Wie es in der Draufsicht von 2 gezeigt ist, ist die p-Elektrode 38 kreisförmig ausgebildet. Die n-Elektrode 28 ist in einer Ringform ausgebildet, welche die p-Elektrode 38 umgibt. Der innere Umfang und der äußere Umfang der ringförmigen n-Elektrode 28 weisen eine ähnliche Form auf wie die kreisförmige p-Elektrode 38. Die Mitten der p-Elektrode 38 und der n-Elektrode 28 weisen eine identische Position auf. Bei dieser Konfiguration kann die Verteilung des elektrischen Stroms, der durch die aktive Schicht 32 fließt, so angeordnet werden, dass sie kaum eine asymmetrische Polarisierung aufweist.
Wie es in der 1 gezeigt ist, ist bei der Leuchtdiode der vorliegenden Ausführungsform der reflektierende Spiegel 38 nur auf einer der beiden Seiten der aktiven Schicht 32 ausgebildet, d.h. auf der Seite, die der Licht abgebenden Fläche 21 gegenüberliegt. Als Folge davon treten das Licht, das von der aktiven Schicht 32 in Richtung der Licht abgebenden Fläche 21 abgegeben wird, und das Licht, das von der aktiven Schicht 32 in Richtung des reflektierenden Spiegels 38 abgegeben wird, gegenseitig in Wechselwirkung. Wenn das Licht, das von der aktiven Schicht 32 in Richtung des reflektierenden Spiegels 38 abgegeben wird, von diesem reflektiert wird, dann unterliegt die Phase einer n-Umwandlung. Folglich wird dann, wenn die Differenz des optischen Wegs 2 · n · d = k · λ + λ/2 ist, d.h., wenn der Abstand d zwischen der Mitte der aktiven Schicht 32 und dem reflektierenden Spiegel 38 die Gleichung d = (k · λ/2 + λ/4)/n erfüllt, das Licht, das in einer senkrechten Richtung von der Licht abgebenden Fläche 21 abgegeben wird; stärker, und zwar als Folge der Wechselwirkung mit dem Licht, das von dem reflektierenden Spiegel 38 reflektiert worden ist. Die Definitionen von λ, n und k sind mit den vorstehend angegebenen Definitionen identisch. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem senkrecht abgegebenen Licht A1 und dem reflektierten abgegebenen Licht B1, wobei d = (k · λ/2 + λ/4)/n, k = 0 ist, d.h. wenn d = λ/(4n). In diesem Fall treten das senkrecht abgegebene Licht A1 und das reflektierte abgegebene Licht B1 in Wechselwirkung und werden stärker.
Im Gegensatz dazu wird dann, wenn die Differenz des optischen Wegs 2 · n · d = k · λ ist, d.h., wenn der Abstand d zwischen der Mitte der aktiven Schicht 32 und dem reflektierenden Spiegel 38 die Gleichung d = (k · λ/2)/n erfüllt, das Licht durch die Wechselwirkung zwischen dem abgegebenen Licht und dem reflektierten Licht maximal geschwächt. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem senkrecht abgegebenen Licht A2 und dem reflektierten abgegebenen Licht B2, wobei d = (k · λ/2)/n, k = 1 ist, d.h. wenn d = λ/(2n). In diesem Fall treten das senkrecht abgegebene Licht A2 und das reflektierte abgegebene Licht B2 in Wechselwirkung und werden maximal geschwächt.
Mit anderen Worten wird, wie es in 5 gezeigt ist, die Differenz des optischen Wegs der Leuchtdiode der vorliegenden Ausführungsform als 2 · n · d = k · λ + λ/2 eingestellt, d.h. der Abstand d zwischen der Mitte der aktiven Schicht 32 und dem reflektierenden Spiegel 38 erfüllt die Gleichung d = (k · λ/2 + λ/4)/n. Folglich treten das Licht von der aktiven Schicht 32, das senkrecht in Richtung der Licht abgebenden Fläche 21 abgegeben wird, und das Licht von der aktiven Schicht 32, das senkrecht in Richtung des reflektierenden Spiegels 38 abgegeben und davon senkrecht reflektiert wird, in Wechselwirkung und das Licht wird stärker. Dagegen treten das Licht von der aktiven Schicht, das in einem Winkel θ geneigt in Richtung der Licht abgebenden Fläche 21 abgegeben wird, und das Licht von der aktiven Schicht 32, das in einem Winkel von θ geneigt in Richtung des reflektierenden Spiegels 38 abgegeben und davon in einer geneigten Weise reflektiert wird, in Wechselwirkung und das Licht wird schwächer.
Als Folge davon ist die Ausbreitung des Lichts, das von der Licht abgebenden Fläche 21 abgegeben wird, wesentlich schmaler als im Fall der herkömmlichen Leuchtdiode und die Richtwirkung kann wesentlich verbessert werden.
6 zeigt die Intensitätsverteilung des abgegebenen Lichts relativ zu dem Ausbreitungswinkel θ des abgegebenen Lichts, wenn der Abstand zwischen der Mitte der aktiven Schicht 32 und dem reflektierenden Spiegel 38 eingestellt wird. Die Werte d = 52 nm, 260 nm, 468 nm in 6 sind die Werte in der Formel d = (k · λ/2 + λ/4)/n, wenn k gleich 0, 2 bzw. 4 ist. Darüber hinaus ist λ 520 nm und n ist 2,5. Ferner ist für Vergleichszwecke auch die Cosinusverteilung gezeigt. Diese Verteilungen sind bezüglich des Werts der Lichtintensität normali siert, wenn der Ausbreitungswinkel θ 0° ist. Tatsächlich ist die Fläche (Energie) aller Verteilungen gleich.
Wie es aus 6 ersichtlich ist, ist der Bereich des Ausbreitungswinkels θ bei einer größeren Lichtintensität bezüglich der Cosinusverteilung schmaler, und zwar ungeachtet davon, ob d = 52 nm, 260 nm oder 468 nm ist. Somit nimmt die Richtwirkung zu. Ferner ist der Ausbreitungswinkelbereich des emittierten Lichts umso schmaler, je größer der Abstand zwischen der Mitte der aktiven Schicht 32 und dem reflektierenden Spiegel 38 ist. Somit kann die Richtwirkung weiter erhöht werden.
Durch die Bereitstellung der Leuchtdiode der vorliegenden Ausführungsform mit dem reflektierenden Spiegel 38 wird die Richtwirkung in ausreichender Weise erhöht. Da ferner die p-Elektrode 38 und die n-Elektrode 28 die vorstehend beschriebenen Formen aufweisen, findet kaum eine asymmetrische Polarisierung bei der Verteilung des elektrischen Stroms statt, der durch die aktive Schicht 32 und die p-Elektrode 38 fließt. Als Folge davon kann ein erhöhter Anteil des Lichts, das von der Leuchtdiode emittiert worden ist, in den Bereich innerhalb eines spezifizierten Winkels eintreten. Wie es schematisch in 7 gezeigt ist, ermöglicht es diese Leuchtdiode, dass ein höherer Anteil des emittierten Lichts 4 innerhalb eines Eintrittswinkelbereichs 2 eines Lichtwellenleiters eintritt, der aus einem POF oder dergleichen besteht. Das heißt, die Kopplungseffizienz mit dem Lichtwellenleiter, der aus einem POF oder dergleichen besteht, kann verbessert werden. Der reflektierende Spiegel 38 der Leuchtdiode der vorliegenden Ausführungsform ist aus einer einzelnen Ni-Schicht ausgebildet. Ferner wird dieses Nickel auch als p-Elektrode verwendet. Als Folge davon ist deren Konfiguration einfach und die Herstellung ist billig und sehr einfach.
Da die Leuchtdiode der vorliegenden Ausführungsform eine höhere Kopplungseffizienz mit dem Lichtwellenleiter ermöglicht, der aus einem POF oder dergleichen besteht, und ein geringerer Verlust stattfindet, ist die Leuchtdiode der vorliegenden Ausführungsform als Lichtquelle für optische Kommunikationsmittel im Nahbereich sehr gut geeignet, bei denen ein POF eingesetzt wird. Die vorliegende Ausführungsform führt zu dem nützlichen Ergebnis, dass sie eine optische Kommunikation im Nahbereich ermöglicht, ohne Halbleiterlaser zu verwenden, bei denen DBR-Strukturen (verteilte Bragg-Reflektor-Strukturen) erforderlich sind, wobei diese sehr zeitaufwändig und schwierig herzustellen sind.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der grünes Licht emittierenden Leuchtdiode der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 8 bis 14 beschrieben.
Zuerst wird, wie es in 8 gezeigt ist, die Schichtstruktur 23 über dem Saphirsubstrat 22 (wobei es sich um ein Beispiel für ein Substrat handelt) mittels des metallorganischen Dampfphasenepitaxialwachstumsverfahrens (MOVPE) ausgebildet. Die Schichtstruktur 23 umfasst: Die AlN-Niedertemperaturpufferschicht 24 (wobei es sich um ein Beispiel für eine Pufferschicht handelt), die GaN-Schicht des n-Typs 26 (wobei es sich um ein Beispiel für eine Kontaktschicht des n-Typs handelt), die AlGaN-Schicht des n-Typs 30 (wobei es sich um ein Beispiel für eine Mantelschicht des n-Typs handelt), die aktive Mehrfachquantenmuldenschicht (InGaN und GaN) 32 (wobei es sich um ein Beispiel für eine aktive Schicht handelt), die AlGaN-Schicht des p-Typs 34 (wobei es sich um ein Beispiel für eine Mantelschicht des p-Typs handelt) und die GaN-Schicht des p-Typs 36 (wobei es sich um ein Beispiel für eine Kontaktschicht des p-Typs handelt). Zu diesem Zeitpunkt haben die AlGaN-Schicht des p-Typs 34 und die GaN-Schicht des p-Typs 36 eine Gesamtdicke von 260 nm. In der Formel d = (k · λ/2 + λ/4)/n erfordert dies, dass k = 2, λ = 520 nm und n = 2,5. Ferner kann die Schichtstruktur 23 auch durch Dampfphasenverfahren wie z.B. Molekularstrahlepitaxialwachstum (MBE), Halogeniddampfphasenepitaxialwachstum (HVPE), usw., aufwachsen gelassen werden. Anschließend wird ein Photolack auf die GaN-Schicht des p-Typs 36 an der Oberfläche der Schichtstruktur 23 aufgebracht. Anschließend wird das Photolithographieverfahren zur Durchführung einer Musterbildung auf dem Photolack durchgeführt, wobei ein Photolack 42 nur auf einem kreisförmigen Abschnitt mit einem Durchmesser von 150 μm verbleibt. Dieser Zustand ist in 8 gezeigt.
Anschließend wird der in 8 gezeigte kreisförmige Photolack 42 maskiert und eine RIE-Vorrichtung (Vorrichtung zum reaktiven Ionenätzen), bei der ein Mischgas aus BCl₃ und N₂ verwendet wird, ätzt die Abschnitte der GaN-Schicht des p-Typs 36, der AlGaN-Schicht des p-Typs 34, der aktiven Schicht 32 und der AlGaN-Schicht 30 des n-Typs, die sich außerhalb des Photolacks 42 befinden, wodurch eine Mesa-Form gebildet und die GaN-Schicht des n-Typs 26 freigelegt wird, welche die Kontaktschicht umfasst. Als nächstes wird der kreisförmige Photolack 42 abgelöst. Dies ist der Zustand, der in 9 gezeigt ist. Anschließend wird ein Siliciumoxidfilm (SiO₂-Film) durch das thermische CVD-Verfahren (chemisches Aufdampfverfahren) über die gesamte Oberfläche der mesa-geformten Schichtstruktur 23 ausgebildet. Anschließend wird das Photolithographieverfahren eingesetzt, um den Siliciumoxidfilm an einem zentralen Abschnitt und Außenseiten der Oberfläche der mesa-geformten Schichtstruktur 23 zu ätzen. Dadurch verbleibt, wie es in 10 gezeigt ist, nur ein ringförmiger Siliciumoxidfilm 40, der die Umfangsendflächen der GaN-Schicht des p-Typs 36, der AlGaN-Schicht des p-Typs 34, der aktiven Schicht 32 und der AlGaN-Schicht des n-Typs 30 bedeckt, wobei diese an einem Mesa-Stufenabschnitt der mesa-geformten Schichtstruktur 23 freigelegt sind.
Anschließend wird ein Photolack über die gesamte Fläche (wobei diese den Siliciumoxidfilm 40 umfasst) der mesa-geformten Schichtstruktur 23 aufgebracht und dann wird der Photolack nur von dem zentralen Abschnitt der Oberfläche der mesa-geformten Schichtstruktur 23 entfernt (vgl. 11), so dass ein Photolack 44 auf den Seitenabschnitten der Oberfläche der Schichtstruktur 23 verbleibt. Anschließend wird, wie es in 12 gezeigt ist, Ni 38 mit dem Sputterverfahren über der gesamten Oberfläche (diese umfasst den Photolack 44) der mesageformten Schichtstruktur 23 abgeschieden. Dann wird, wie es in 13 gezeigt ist, der Photolack 44 entfernt, wobei dadurch auch das darauf abgeschiedene Ni 38 entfernt wird, so dass das abgeschiedene Ni 38 nur auf dem Mittelabschnitt der Oberfläche der mesa-geformten Schichtstruktur 23 verbleibt (Abhebeverfahren). Das Ni 38 wirkt sowohl als p-Elektrode 38 als auch als reflektierender Spiegel. Als nächstes wird, wie es in 14 gezeigt ist, Ti/Al 28 (wobei es sich um ein Beispiel für eine n-Elektrode handelt) auf den Seitenabschnitten der Oberfläche der mesa-geformten Schichtstruktur 23 ausgebildet, wobei diese mit dem Abhebeverfahren im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie die Ni-Schicht 38 ausgebildet worden ist. Anschließend wird die Vorrichtung, die wie vorstehend beschrieben hergestellt worden ist, 5 min in N₂ bei 500°C getempert, wobei dadurch die Grenzflächen zwischen der GaN-Schicht des p-Typs 36 und des Ni 38 und zwischen der GaN-Schicht des n-Typs 26 und des Ti/Al 28 legiert werden, wodurch der Kontakt verbessert wird. Anschließend wird die Probe in Chips getrennt und das Ni 38 (p-Elektrode) und das Ti/Al 28 (n-Elektrode) werden an einen Sockel gelötet, der eine Elektrode zum Verbinden der bereits darauf ausgebildeten p-Elektrode Ni 38 und n-Elektrode Ti/Al 28 aufweist.
Wenn die Intensitätsverteilung des emittierten Lichts gemessen wird, während ein elektrischer Strom durch die p-Elektrode 38 und die n-Elektrode 28 der wie vorstehend beschrieben hergestellten Leuchtdiode fließt, wird eine hohe Richtwirkung des Lichtverteilungsmusters erhalten, bei dem etwa 80% des Lichts innerhalb eines Bereichs von ± 20° bezüglich eines Referenzpunkts konzentriert sind, welcher die Richtung senkrecht zu der Schichtfläche der aktiven Schicht 32 umfasst.
Ferner ist eine konvexe Linse (vgl. Nr. 20 in 1) an der Licht abgebenden Fläche 21 der Leuchtdiode angebracht, was den Verbreitungsbereich des Lichts auf weniger als ± 15° relativ zu dem Referenzpunkt vermindert, der die Richtung senkrecht zu der Schichtfläche der aktiven Schicht 32 umfasst, so dass eine extrem hohe Kopplungseffizienz erhalten wird, bei der 90% oder mehr Licht in einen POF mit einem Durchmesser von 300 μm eintreten.
Ferner zeigt 15 eine schematische Darstellung der Zahlenwerte für die Intensitätsverteilung des emittierten Lichts der Leuchtdiode der vorliegenden Ausführungsform. Wie es in 15 gezeigt ist, findet bei der Verteilung der Intensität des emittierten Lichts in der aktiven Schicht unter der p-Elektrode 38 keine asymmetrische Polarisierung statt, wobei die Verteilung der Lichtintensität derart ist, dass entlang von Ringen, die bezüglich der Mitte der p-Elektrode 38 konzentrisch sind, die gleiche Intensität des emittierten Lichts und eine identisch variierende Form des emittierten Lichts vorliegt (dabei sind nur zwei Werte der Intensität des emittierten Lichts gezeigt, nämlich 9,5 und 10). Etwa 30% mehr Licht können in den POF eintreten, wenn es von dieser Leuchtdiode emittiert wird, wie wenn das Licht von einer herkömmlichen Leuchtdiode emittiert wird, die mit einer rechteckigen Elektrode mit gleicher Fläche ausgestattet ist.
Die vorstehende Ausführungsform veranschaulicht lediglich einige Möglichkeiten der Erfindung und beschränkt deren Ansprüche nicht. Die in den Ansprüchen angegebene Lehre umfasst verschiedene Umwandlungen und Modifizierungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
(1) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde eine Konfiguration beschrieben, bei der das Licht, das von der aktiven Schicht 32 emittiert worden ist, in Richtung der Seite abgegeben wird, die das Saphirsubstrat 22 aufweist. Es ist jedoch gleichermaßen eine Konfiguration möglich, bei der das Licht, das von der aktiven Schicht 32 emittiert wird, in Richtung der Seite abgegeben wird, die dem Saphirsubstrat 22 gegenüberliegt. In diesem Fall ist, wie es in 16 gezeigt ist, ein reflektierender Spiegel 25 auf einer der beiden Seiten der aktiven Schicht 32 ausgebildet, d.h. auf der Seite gegenüber einer p-Elektrode 39 (in 16 befindet sich der reflektierende Spiegel 25 zwischen der Pufferschicht 24 und der Kontaktschicht des n-Typs 26). Dieser reflektierende Spiegel 25 kann bei (k · λ/2 + λ/4)/n oder innerhalb von ± 10% von (k · λ/2 + λ/4)/n von der Mitte der aktiven Schicht 32 angeordnet sein. In diesem Fall ist der reflektierende Spiegel 25 vorzugsweise aus TiN, CoSi oder dergleichen ausgebildet. Dadurch, dass die p-Elektrode 39 ausreichend dünn gemacht wird, kann die Transparenz relativ zu dem abgegebenen Licht gewährleistet werden, während auch die erforderliche Leitfähigkeit sichergestellt ist.
(2) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde eine Konfiguration beschrieben, bei welcher der reflektierende Spiegel auch als p-Elektrode 38 wirkt. Es ist jedoch natürlich auch möglich, dass der reflektierende Spiegel nicht auch als Elektrode wirkt, sondern unabhängig nur als reflektierender Spiegel ausgebildet ist. Beispielsweise kann der reflektierende Spiegel zwischen der Kontaktschicht des p-Typs 36 und der Mantelschicht des p-Typs 34 ausgebildet sein. In diesem Fall ist der reflektierende Spiegel vorzugsweise z.B. aus TiN, CoSi oder dergleichen ausgebildet.
Der reflektierende Spiegel kann auch aus einer DBR-Struktur (verteilte Bragg-Reflektor-Struktur) ausgebildet sein, wie sie z.B. in Halbleiterlasern verwendet wird, wobei diese aus Halbleiter-Mehrschichtfilmen, dielektrischen Mehrschichtfilmen, Metall-Mehrschichtfilmen oder dergleichen besteht, obwohl dies das Herstellungsverfahren komplizierter machen würde.
(3) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die p-Elektrode 38 kreisförmig ist, wenn sie von oben betrachtet wird, und die n-Elektrode 28 in einer Ringform ausgebildet ist, welche die p-Elektrode 38 umgibt. Es ist jedoch auch eine Konfiguration möglich, wie sie in 17 gezeigt ist, bei der eine p-Elektrode 52 eine quadratische Form hat und eine n-Elektrode 50 die p-Elektrode 52 umgibt, wobei sich die Mitten beider Elektroden 52 und 50 an der gleichen Stelle befinden. In diesem Fall kann, wie es in 17 gezeigt ist, ein innerer Umfang der n-Elektrode 50 kreisförmig sein und ein äußerer Umfang derselben kann hexagonal sein, so dass sie sich von der Form der quadratischen p-Elektrode 52 unterscheidet. Ferner ist, wie es z.B. in 18 gezeigt ist, eine Konfiguration möglich, bei der von oben betrachtet eine hexagonale p-Elektrode 56 von einer n-Elektrode 54 umgeben ist, die einen entsprechend geformten hexagonalen inneren Umfang und äußeren Umfang aufweist, wobei sich die Mitten beider Elektroden 56 und 54 an der gleichen Stelle befinden.
(4) Das Herstellungsverfahren der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann gleichermaßen durch das nachstehende Herstellungsverfahren ersetzt werden.
Als erstes wird eine Schichtstruktur 23, die in 19 gezeigt ist, mit dem gleichen Herstellungsverfahren wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform hergestellt. Anschließend wird Ni auf einer GaN-Schicht des p-Typs 36 abgeschieden, wobei es sich um die oberste Fläche der Schichtstruktur 23 handelt, und anschließend wird auf das Ni ein Photolack aufgebracht. Anschließend wird zur Ausführung einer Musterbildung auf dem Photolack das Photolithographieverfahren eingesetzt, wobei ein Photolack 46 nur auf einem kreisförmigen Abschnitt mit einem Durchmesser von 150 μm verbleibt. Anschließend wird der kreisförmige Photolack 46 maskiert und Salpetersäure wird verwendet, um das Ni auf den Abschnitten außerhalb des Photolacks 46 aufzulösen, so dass Ni 38 nur auf einem kreisförmigen Abschnitt verbleibt, der mit dem Photolack 46 konzentrisch ist. Als nächstes wird der kreisförmige Photolack 46 maskiert und wie bei dem Herstellungsverfahren der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird eine Mesa-Form (vgl. 20) ausgebildet und eine GaN-Schicht des n-Typs 26, welche die Kontaktschicht umfasst, wird freigelegt. Anschließend wird der kreisförmige Photolack 46 auf dem Ni 38 abgelöst. Anschließend wird wie bei dem Herstellungsverfahren der vorstehend beschriebenen Ausführungsform das Abhebeverfahren eingesetzt, um Ti/Al 28 auf den Außenseiten der Fläche der Mesa-förmigen Schichtstruktur 23 auszubilden, wie es in der 21 gezeigt ist.
Ferner können die technischen Elemente, die in der vorliegenden Beschreibung oder den Figuren beschrieben sind, getrennt oder in allen Arten von Kombinationen eingesetzt werden und sind nicht auf die in den Ansprüchen angegebenen Kombinationen beschränkt. Ferner kann die Lehre, die in der vorliegenden Beschreibung oder in den Figuren angegeben ist, zur gleichzeitigen Realisierung einer Mehrzahl von Zielen oder zur Realisierung eines dieser Ziele eingesetzt werden.

Claims

Eine Nitridhalbleiter-Leuchtdiode, die eine aktive Schicht, die einen Nitridhalbleiter umfasst, und einen reflektierenden Spiegel umfasst, der durch einen Abstand von etwa (k · λ/2 + λ/4)/n von der Mitte der aktiven Schicht getrennt ist, wobei λ die Wellenlänge von Licht ist, das von der aktiven Schicht abgegeben wird, n der mittlere Brechungsindex eines Bereichs zwischen der aktiven Schicht und dem reflektierenden Spiegel ist, und k eine ganze Zahl ist.
Nitridhalbleiter-Leuchtdiode nach Anspruch 1, bei welcher der reflektierende Spiegel auch eine Elektrode zum Zuführen eines elektrischen Stroms zu der aktiven Schicht ist.
Nitridhalbleiter-Leuchtdiode nach Anspruch 1, die ferner eine konvexe Linse umfasst, die an einer Seite gegenüber dem reflektierenden Spiegel der aktiven Schicht ausgebildet ist.
Eine Nitridhalbleiter-Leuchtdiode, die ein Substrat, eine aktive Schicht, die einen Nitridhalbleiter umfasst und auf dem Substrat aufwachsen gelassen worden ist, und einen reflektierenden Spiegel umfasst, der auf die aktive Schicht laminiert ist, wobei der reflektierende Spiegel durch einen Abstand von etwa (k · λ/2 + λ/4)/n von der Mitte der aktiven Schicht getrennt ist, wobei λ die Wellenlänge von Licht ist, das von der aktiven Schicht abgegeben wird, n der mittlere Brechungsindex eines Bereichs zwischen der aktiven Schicht und dem reflektierenden Spiegel ist, und k eine ganze Zahl ist.
Eine Nitridhalbleiter-Leuchtdiode, die ein Substrat, einen Nitridhalbleiter, der auf dem Substrat aufwachsen gelassen worden ist, wobei der Halbleiter an einem Mittelabschnitt davon dick und an einem Umfangsabschnitt davon dünn ist und der eine aktive Schicht aufweist, die in dessen dickem Mittelabschnitt ausgebildet ist, eine erste Elektrode, die in einer oberen Fläche des dicken Mittelabschnitts ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode umfasst, die in einer oberen Fläche des dünnen Umfangsabschnitts ausgebildet ist.
Nitridhalbleiter-Leuchtdiode nach Anspruch 5, bei der die zweite Elektrode die erste Elektrode umgibt.
Nitridhalbleiter-Leuchtdiode nach Anspruch 5, bei der die Mitte der ersten Elektrode und die Mitte der zweiten Elektrode so positioniert sind, dass sich eine über der anderen befindet, wenn sie von einer Richtung senkrecht zum Substrat betrachtet werden.
Nitridhalbleiter-Leuchtdiode nach Anspruch 5, bei der das Profil mindestens einer der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ein glattes Kontinuum bildet und keine Ecken aufweist.
Nitridhalbleiter-Leuchtdiode nach Anspruch 5, bei welcher der reflektierende Spiegel über der aktiven Schicht des dicken Mittelabschnitts ausgebildet ist, wobei der reflektierende Spiegel durch einen Abstand von etwa (k · λ/2 + λ/4)/n von der Mitte der aktiven Schicht getrennt ist, wobei λ die Wellenlänge von Licht ist, das von der aktiven Schicht abgegeben wird, n der mittlere Brechungsindex eines Bereichs zwischen der aktiven Schicht und dem reflektierenden Spiegel ist, und k eine ganze Zahl ist.