JP2000183394A - 垂直微小共振器型発光ダイオード - Google Patents
垂直微小共振器型発光ダイオードInfo
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- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光効率の高い垂直微小共振器型発光ダイオ
ードを提供する。 【解決手段】 １対の多層反射層３，９によって共振器
長が発光波長が１／２波長の垂直微小共振器を形成し、
その中央に量子井戸層７設けることにより、光波の定在
波の腹の位置に量子井戸層７が存在するようになし、共
振器ＱＥＤ効果によって自然放出が増強される構造とす
る。バリア層６ａ，６ｂとクラッド層４，８を設け、両
層の間にバンドギャップ傾斜層５ａ，５ｂを配し、クラ
ッド層よりもバリア層のバンドギャップを大きくした。
この構成によれば、多層反射層３，９とクラッド層４，
８との屈折率の差異を小さくすることなく、量子井戸層
とバリア層のバンドギャップの差を大きく取ることがで
きる。
ードを提供する。 【解決手段】 １対の多層反射層３，９によって共振器
長が発光波長が１／２波長の垂直微小共振器を形成し、
その中央に量子井戸層７設けることにより、光波の定在
波の腹の位置に量子井戸層７が存在するようになし、共
振器ＱＥＤ効果によって自然放出が増強される構造とす
る。バリア層６ａ，６ｂとクラッド層４，８を設け、両
層の間にバンドギャップ傾斜層５ａ，５ｂを配し、クラ
ッド層よりもバリア層のバンドギャップを大きくした。
この構成によれば、多層反射層３，９とクラッド層４，
８との屈折率の差異を小さくすることなく、量子井戸層
とバリア層のバンドギャップの差を大きく取ることがで
きる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光層を中央に挟
んでその両側に１対の多層反射層を設けた構造の垂直微
小共振器型発光ダイオードに関する。
んでその両側に１対の多層反射層を設けた構造の垂直微
小共振器型発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】垂直微小共振器型発光ダイオードは、１
次元アレーあるいは２次元アレーとして高密度に集積可
能なため、プリンタヘッド等に適したものとして知られ
ており、典型的には、１対の多層反射層によって発光波
長の半波長の共振器長を有する垂直微小共振器を形成
し、１または複数の量子井戸層を含む発光層を、その共
振器のほぼ中央部に位置させた構造からなり、共振器Ｑ
ＥＤ（cavity quantum elctrodynamics）効果により、
量子井戸層内の電子の正孔との再結合による自然放出が
共振モードのみ増強されるようにしたものであり、本質
的に高い指向性でかつ高い外部量子効率が期待できるも
のである（例えば特開平９ー２６０７８３号公報参
照）。
次元アレーあるいは２次元アレーとして高密度に集積可
能なため、プリンタヘッド等に適したものとして知られ
ており、典型的には、１対の多層反射層によって発光波
長の半波長の共振器長を有する垂直微小共振器を形成
し、１または複数の量子井戸層を含む発光層を、その共
振器のほぼ中央部に位置させた構造からなり、共振器Ｑ
ＥＤ（cavity quantum elctrodynamics）効果により、
量子井戸層内の電子の正孔との再結合による自然放出が
共振モードのみ増強されるようにしたものであり、本質
的に高い指向性でかつ高い外部量子効率が期待できるも
のである（例えば特開平９ー２６０７８３号公報参
照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バリア
層を介し量子井戸層に隣接して多層反射層を設けた構造
の、通常の垂直微小共振器型発光ダイオードにおいて
は、バリア層と多層反射層との屈折率の差異従ってバン
ドギャップの差異を小さくすると反射率が低下するた
め、バリア層のバンドギャップを大きくすることが困難
であり、そのため、量子井戸層からのキャリアの滲み出
しによるキャリアの散逸が起き、発光効率を低下させる
原因になってしまう、という問題点があった。
層を介し量子井戸層に隣接して多層反射層を設けた構造
の、通常の垂直微小共振器型発光ダイオードにおいて
は、バリア層と多層反射層との屈折率の差異従ってバン
ドギャップの差異を小さくすると反射率が低下するた
め、バリア層のバンドギャップを大きくすることが困難
であり、そのため、量子井戸層からのキャリアの滲み出
しによるキャリアの散逸が起き、発光効率を低下させる
原因になってしまう、という問題点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、量子井戸層を
有する発光層と、この発光層を挟んで両側に設けられた
１対の多層反射層とを有する垂直微小共振器型発光ダイ
オードに関する。本発明は、発光層を挟んでその両側に
一方の層面を接してそれぞれ設けられたバリア層と、各
バリア層の他方の層面に一方の層面を接してそれぞれ設
けられたバンドギャップ傾斜層と、各バンドギャップ傾
斜層と各多層反射層との間にそれぞれ設けられ且つバリ
ア層よりも小さいバンドギャップを有するクラッド層と
を備えている。そして、各バンドギャップ傾斜層は、バ
リア層のバンドギャップからクラッド層のバンドギャッ
プまで、連続して変化するバンドギャップを有している
ものである。この構成によれば、多層反射層とクラッド
層との屈折率の差異を小さくすることなく、量子井戸層
とバリア層のバンドギャップの差を大きく取ることがで
き、その結果、多層反射層での反射率を低下させること
なく、量子井戸層からのキャリアの滲み出しによるキャ
リアの散逸を抑制することができるようになり、より発
光効率の高い垂直微小共振器型発光ダイオードが得られ
る。
有する発光層と、この発光層を挟んで両側に設けられた
１対の多層反射層とを有する垂直微小共振器型発光ダイ
オードに関する。本発明は、発光層を挟んでその両側に
一方の層面を接してそれぞれ設けられたバリア層と、各
バリア層の他方の層面に一方の層面を接してそれぞれ設
けられたバンドギャップ傾斜層と、各バンドギャップ傾
斜層と各多層反射層との間にそれぞれ設けられ且つバリ
ア層よりも小さいバンドギャップを有するクラッド層と
を備えている。そして、各バンドギャップ傾斜層は、バ
リア層のバンドギャップからクラッド層のバンドギャッ
プまで、連続して変化するバンドギャップを有している
ものである。この構成によれば、多層反射層とクラッド
層との屈折率の差異を小さくすることなく、量子井戸層
とバリア層のバンドギャップの差を大きく取ることがで
き、その結果、多層反射層での反射率を低下させること
なく、量子井戸層からのキャリアの滲み出しによるキャ
リアの散逸を抑制することができるようになり、より発
光効率の高い垂直微小共振器型発光ダイオードが得られ
る。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の垂直微小共振器型
発光ダイオード（以下ＬＥＤという）の実施の形態を図
面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態を示すＬ
ＥＤヘッドの要部断面図、図２は要部平面図である。図
１を参照するに、この実施形態におけるＬＥＤは、ｎ-
ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemi
cal Vapor Deposition：有機金属化学気相成長)法等の
エピタキシャル成長技術によって、順次、ｎーＧａＡｓ
バッファ層２、基板側多層反射層３、基板側クラッド層
４、バンドギャップ傾斜層５ａ、バリア層６ａ、量子井
戸層７、バリア層６ｂ、バンドギャップ傾斜層５ｂ、出
射側クラッド層８、出射側多層反射層９、オーミックキ
ャップ層１０、オーミック層１１、が層面を接して形成
された構成となっている。
発光ダイオード（以下ＬＥＤという）の実施の形態を図
面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態を示すＬ
ＥＤヘッドの要部断面図、図２は要部平面図である。図
１を参照するに、この実施形態におけるＬＥＤは、ｎ-
ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemi
cal Vapor Deposition：有機金属化学気相成長)法等の
エピタキシャル成長技術によって、順次、ｎーＧａＡｓ
バッファ層２、基板側多層反射層３、基板側クラッド層
４、バンドギャップ傾斜層５ａ、バリア層６ａ、量子井
戸層７、バリア層６ｂ、バンドギャップ傾斜層５ｂ、出
射側クラッド層８、出射側多層反射層９、オーミックキ
ャップ層１０、オーミック層１１、が層面を接して形成
された構成となっている。
【０００６】基板側多層反射層３は、ｎ-ＡｌＡｓ層３
ａ、ｎ-Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層３ｂのペアの複数個から
なり、各々の層の厚みは、各々の層内での発光波長が１
／４波長程度になるように定める。同様に、出射側多層
反射層９も、ｐ-ＡｌＡｓ層９ａ、ｐ-Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａ
ｓ層９ｂのペアの複数個からなり、各々の層の厚みも、
各々の層内での発光波長が１／４波長程度になるように
定める。但し、出射側多層反射層８のペア数の方が少な
くなければならない。ペア数は設計事項であるが、前者
は反射率でほぼ１００％、後者は、６０〜９８％程度の
範囲内で、自然放出増強が最大となる条件から選ぶ。
ａ、ｎ-Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層３ｂのペアの複数個から
なり、各々の層の厚みは、各々の層内での発光波長が１
／４波長程度になるように定める。同様に、出射側多層
反射層９も、ｐ-ＡｌＡｓ層９ａ、ｐ-Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａ
ｓ層９ｂのペアの複数個からなり、各々の層の厚みも、
各々の層内での発光波長が１／４波長程度になるように
定める。但し、出射側多層反射層８のペア数の方が少な
くなければならない。ペア数は設計事項であるが、前者
は反射率でほぼ１００％、後者は、６０〜９８％程度の
範囲内で、自然放出増強が最大となる条件から選ぶ。
【０００７】これら多層反射層３，９間にあるのが、基
板側クラッド層４、２層のバンドギャップ傾斜層５ａ，
５ｂ、２層のバリア層６ａ，６ｂ、量子井戸層７、出射
側クラッド層８であり、これらの層内での発光波長が１
／２波長程度になるようにクラッド層４，９の厚さで調
節している。基板側クラッド層４および出射側クラッド
層８の組成は、ｉーＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓである。バリア
層６ａ，６ｂの組成は、ｉーＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓであ
る。バンドギャップ傾斜層５ａ，５ｂの組成は、ｉーＡ
ｌ0.4Ｇａ0.6ＡｓからｉーＡｌ0.5Ｇａ０．５Ａｓまでの
傾斜層としている。組成の変化は連続させてある。量子
井戸層７の組成は、ｉーＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓである。
量子井戸層７の厚みは10nm程度である。バリア層６ａ，
６ｂの厚みは２０nm程度、バンドギャップ傾斜層６ａ，
６ｂの厚みも２０nm程度である。発光ピーク波長は７６
０nmである。
板側クラッド層４、２層のバンドギャップ傾斜層５ａ，
５ｂ、２層のバリア層６ａ，６ｂ、量子井戸層７、出射
側クラッド層８であり、これらの層内での発光波長が１
／２波長程度になるようにクラッド層４，９の厚さで調
節している。基板側クラッド層４および出射側クラッド
層８の組成は、ｉーＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓである。バリア
層６ａ，６ｂの組成は、ｉーＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓであ
る。バンドギャップ傾斜層５ａ，５ｂの組成は、ｉーＡ
ｌ0.4Ｇａ0.6ＡｓからｉーＡｌ0.5Ｇａ０．５Ａｓまでの
傾斜層としている。組成の変化は連続させてある。量子
井戸層７の組成は、ｉーＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓである。
量子井戸層７の厚みは10nm程度である。バリア層６ａ，
６ｂの厚みは２０nm程度、バンドギャップ傾斜層６ａ，
６ｂの厚みも２０nm程度である。発光ピーク波長は７６
０nmである。
【０００８】また、出射側多層反射層９上のオーミック
キャップ層１０及びオーミック層１１まで結晶成長した
後、必要な部分のみ残してメサエッチング等で概ね基板
側多層反射層３の部分まで除去し、その後、ＳｉＮx膜
１２を形成し、そして、ｐ電極１３がオーミック層１１
と電気的接触をするように形成している。一方、ｎ-Ｇ
ａＡｓ基板１の裏面には、ｎ電極１４を形成している。
ｐ電極１２はＴｉ/Ｐｔ/Ａｕ、ｎ電極１４はＡｕＧｅＮ
ｉ/Ａｕを用いた。次に、図２を参照するに、この実施
形態のＬＥＤヘッドは、図１に示したＬＥＤ部１６を、
ｎ-ＧａＡｓ基板１上において一直線上に配列し、ＬＥ
Ｄ部１６のｐ電極１３をＳｉＮx膜開口枠部１７を越え
てパッド電極１８まで引き回すことによって、構成され
る。
キャップ層１０及びオーミック層１１まで結晶成長した
後、必要な部分のみ残してメサエッチング等で概ね基板
側多層反射層３の部分まで除去し、その後、ＳｉＮx膜
１２を形成し、そして、ｐ電極１３がオーミック層１１
と電気的接触をするように形成している。一方、ｎ-Ｇ
ａＡｓ基板１の裏面には、ｎ電極１４を形成している。
ｐ電極１２はＴｉ/Ｐｔ/Ａｕ、ｎ電極１４はＡｕＧｅＮ
ｉ/Ａｕを用いた。次に、図２を参照するに、この実施
形態のＬＥＤヘッドは、図１に示したＬＥＤ部１６を、
ｎ-ＧａＡｓ基板１上において一直線上に配列し、ＬＥ
Ｄ部１６のｐ電極１３をＳｉＮx膜開口枠部１７を越え
てパッド電極１８まで引き回すことによって、構成され
る。
【０００９】次に、この実施形態のＬＥＤヘッドの動作
について説明する。図１において、ｐ電極１３からｎ電
極１４にかけて所定の電流を流すと、量子井戸層７で電
子と正孔の再結合による発光が起きる。また、多層反射
層３，９による共振器構造によって、図１のイに示すよ
うに光波の定在波が立ち、この定在波によって、さらに
電子と正孔は発光再結合し、共振器ＱＥＤ効果によって
自然放出が増強され、図２において、ＳｉＮx膜開口枠
部１７内のｐ電極１３エッジ付近で発光する。
について説明する。図１において、ｐ電極１３からｎ電
極１４にかけて所定の電流を流すと、量子井戸層７で電
子と正孔の再結合による発光が起きる。また、多層反射
層３，９による共振器構造によって、図１のイに示すよ
うに光波の定在波が立ち、この定在波によって、さらに
電子と正孔は発光再結合し、共振器ＱＥＤ効果によって
自然放出が増強され、図２において、ＳｉＮx膜開口枠
部１７内のｐ電極１３エッジ付近で発光する。
【００１０】次に、図３のバンドギャップ構造を参照す
るに、この実施形態では、量子井戸層７の両側に、基板
側クラッド層４及び出射側クラッド層８よりもバンドギ
ャップの大きいバリア層６ａ，６ｂを形成しており、こ
れにより、量子井戸層７とバリア層６ａ，６ｂのバンド
ギャップの差が大きくなる。その結果、滲み出しによる
キャリアの散逸を抑制することができ、発光再結合に寄
与しない電流成分を低減させることができるため、より
発光効率の高いＬＥＤが得られる。さらに、基板側クラ
ッド層４及び出射側クラッド層８との間でキャリアの移
動が阻止されないように、これらの層４，８とバリア層
６ａ，６ｂとの間にバンドギャップ傾斜層５ａ，５ｂを
形成し、キャリアがスムーズに移動できるようにしてあ
る。また、バリア層６ａ，６ｂとは別個にクラッド層
４，８を設けているため、クラッド層４，８のバンドギ
ャップ自体は大きくする必要がなく、その結果、多層反
射層とクラッド層との屈折率の差異を大きく維持するこ
とができ、多層反射層３，９での反射率の低下は回避さ
れる。なお、この実施形態では、バンドギャップ傾斜層
の組成をリニアに設定したが、曲線状にするなどして、
キャリアの移動をよりスムーズにすることも可能であ
る。
るに、この実施形態では、量子井戸層７の両側に、基板
側クラッド層４及び出射側クラッド層８よりもバンドギ
ャップの大きいバリア層６ａ，６ｂを形成しており、こ
れにより、量子井戸層７とバリア層６ａ，６ｂのバンド
ギャップの差が大きくなる。その結果、滲み出しによる
キャリアの散逸を抑制することができ、発光再結合に寄
与しない電流成分を低減させることができるため、より
発光効率の高いＬＥＤが得られる。さらに、基板側クラ
ッド層４及び出射側クラッド層８との間でキャリアの移
動が阻止されないように、これらの層４，８とバリア層
６ａ，６ｂとの間にバンドギャップ傾斜層５ａ，５ｂを
形成し、キャリアがスムーズに移動できるようにしてあ
る。また、バリア層６ａ，６ｂとは別個にクラッド層
４，８を設けているため、クラッド層４，８のバンドギ
ャップ自体は大きくする必要がなく、その結果、多層反
射層とクラッド層との屈折率の差異を大きく維持するこ
とができ、多層反射層３，９での反射率の低下は回避さ
れる。なお、この実施形態では、バンドギャップ傾斜層
の組成をリニアに設定したが、曲線状にするなどして、
キャリアの移動をよりスムーズにすることも可能であ
る。
【００１１】次に、本発明の利用の形態を、図４のＬＥ
Ｄプリンタのヘッド部の断面図を参照して説明する。図
４において、複数のＬＥＤからなるＬＥＤチップ２１
が、プリント基板２２上に、必要な個数だけ一直線上に
配列するように搭載搭載されている。このＬＥＤチップ
２１を駆動するためのドライバーＩＣ２３も同様に、プ
リント基板２２上に、ＬＥＤチップ２１と同数搭載され
ている。そして、このドライバーＩＣ２３に所定の電気
信号を送るためのボンディングワイヤ２４が、プリント
基板２１からドライバーＩＣ２３にかけて施されてい
る。一方、ＬＥＤチップ２１に所定の電気信号を送るた
めの別のボンディングワイヤ２５が、ドライバーＩＣ２
３からＬＥＤチップ２１にかけて施されている。ＬＥＤ
部１６の上に収束性ロッドレンズアレイ２６、そして、
その反対側に感光体２７が位置している。
Ｄプリンタのヘッド部の断面図を参照して説明する。図
４において、複数のＬＥＤからなるＬＥＤチップ２１
が、プリント基板２２上に、必要な個数だけ一直線上に
配列するように搭載搭載されている。このＬＥＤチップ
２１を駆動するためのドライバーＩＣ２３も同様に、プ
リント基板２２上に、ＬＥＤチップ２１と同数搭載され
ている。そして、このドライバーＩＣ２３に所定の電気
信号を送るためのボンディングワイヤ２４が、プリント
基板２１からドライバーＩＣ２３にかけて施されてい
る。一方、ＬＥＤチップ２１に所定の電気信号を送るた
めの別のボンディングワイヤ２５が、ドライバーＩＣ２
３からＬＥＤチップ２１にかけて施されている。ＬＥＤ
部１６の上に収束性ロッドレンズアレイ２６、そして、
その反対側に感光体２７が位置している。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、クラ
ッド層とバリア層の間にバンドギャップ傾斜層を配し、
クラッド層よりもバリア層のバンドギャップを大きくし
たので、量子井戸からのキャリアの滲み出しによるキャ
リアの散逸を抑制することができるようになり、発光再
結合に寄与しない電流成分を低減させることができ、よ
り発光効率の高いＬＥＤ得られることになる。
ッド層とバリア層の間にバンドギャップ傾斜層を配し、
クラッド層よりもバリア層のバンドギャップを大きくし
たので、量子井戸からのキャリアの滲み出しによるキャ
リアの散逸を抑制することができるようになり、発光再
結合に寄与しない電流成分を低減させることができ、よ
り発光効率の高いＬＥＤ得られることになる。
【図１】本発明の第１実施形態を示すＬＥＤヘッドの要
部断面図
部断面図
【図２】本発明の第１実施形態を示すＬＥＤヘッドの要
部平面図
部平面図
【図３】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤのバンド
ギャップ構造の説明図
ギャップ構造の説明図
【図４】本発明の利用形態を示すＬＥＤプリンタの要部
側面図
側面図
１ ｎ-ＧａＡｓ基板 ２ ｎ-ＧａＡｓバッファ層 ３ 基板側多層反射層 ４ 基板側クラッド層 ５ａ，５ｂ バンドギャップ整合層 ６ａ，６ｂ バリア層 ７ 量子井戸層 ８ 出射側クラッド層 ９ 出射側多層反射層 １０ オーミックキャップ層 １１ オーミック層 １２ ＳｉＮx膜 １３ ｐ電極 １４ ｎ電極
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA05 CA12 CA35 CA36 CA60 CA65 CA85 CA92 CB15 CB22 DA07 DA20 EE11 FF13 5F073 AA74 AB02 AB17 AB27 BA07 CA04 CB02 CB07 CB08 CB22 DA05
Claims (1)
- 【請求項１】 量子井戸層を有する発光層と、当該発光
層を挟んで両側に設けられた１対の多層反射層とを有す
る垂直微小共振器型発光ダイオードにおいて、 前記発光層を挟んでその両側に、一方の層面を接してそ
れぞれ設けられたバリア層と、 当該各バリア層の他方の層面に、一方の層面を接してそ
れぞれ設けられたバンドギャップ傾斜層と、 当該各バンドギャップ傾斜層と前記各多層反射層との間
にそれぞれ設けられ、かつ、前記バリア層よりも小さい
バンドギャップを有するクラッド層とを備え、 前記各バンドギャップ傾斜層は、当該バンドギャップ傾
斜層に隣接する前記バリア層のバンドギャップから、当
該バンドギャップ傾斜層に隣接する前記クラッド層のバ
ンドギャップまで、連続して変化するバンドギャップを
有している、ことを特徴とする垂直微小共振器型発光ダ
イオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35950198A JP2000183394A (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 垂直微小共振器型発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35950198A JP2000183394A (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 垂直微小共振器型発光ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000183394A true JP2000183394A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=18464832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35950198A Withdrawn JP2000183394A (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 垂直微小共振器型発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000183394A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102194959A (zh) * | 2010-03-10 | 2011-09-21 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件及其制造方法、发光器件封装以及照明系统 |
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1998
- 1998-12-17 JP JP35950198A patent/JP2000183394A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102194959A (zh) * | 2010-03-10 | 2011-09-21 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件及其制造方法、发光器件封装以及照明系统 |
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