JP2002009336A - Light-emitting diode - Google Patents

Light-emitting diode

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JP2002009336A
JP2002009336A JP2000190052A JP2000190052A JP2002009336A JP 2002009336 A JP2002009336 A JP 2002009336A JP 2000190052 A JP2000190052 A JP 2000190052A JP 2000190052 A JP2000190052 A JP 2000190052A JP 2002009336 A JP2002009336 A JP 2002009336A
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light
light emitting
active region
emitting diode
layer
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JP2000190052A
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Japanese (ja)
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Naoki Kaneda
直樹 金田
Masatomo Shibata
真佐知 柴田
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting diode which can be manufactured readily, improve light emission output by restraining cost rise and provide high reliability. SOLUTION: A distribution Bragg reflector 3, which reflects light injected at an angle in a prescribed range, and refracts and emits light injected at an angle out of a prescribed range from a side surface, is provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオードに関
し、特に、発光出力を大にでき、生産性、省コスト性、
および信頼性に優れる発光ダイオードに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting diode.
And a light emitting diode having excellent reliability.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、発光ダイオード(Light Emitting
Diode)は、各種表示用光源として広く用いられてい
る。特に、屋外ディスプレイや交通信号用光源に用いら
れるLEDは高出力、低消費電力で寿命が長く、しかも
低価格であることが求められている。
2. Description of the Related Art Conventionally, light emitting diodes (Light Emitting
Diodes) are widely used as various display light sources. In particular, LEDs used for outdoor displays and light sources for traffic signals are required to have high output, low power consumption, long life, and low price.

【0003】このような要求を満たすものとして、例え
ば、AlGaInP系の可視光LEDにおいては、基板
と発光層との間に分布ブラッグ反射器を挿入する、ウィ
ンドウ層を厚膜化して電流分散および光取出効率を大き
くする、電流ブロック層を挿入する、あるいは、発光層
からの発光に対し透明な基板を貼り付けて光取出効率を
向上させる等により高出力を実現している。
[0003] In order to satisfy such demands, for example, in an AlGaInP-based visible light LED, a distributed Bragg reflector is inserted between a substrate and a light emitting layer. High output is realized by increasing the extraction efficiency, inserting a current blocking layer, or attaching a transparent substrate to the light emission from the light emitting layer to improve the light extraction efficiency.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の発光ダ
イオードによると、以下のような問題がある。 (1)分布ブラッグ反射器を設けた場合、基板側に向か
う光のうち所定の角度で入射する光は反射されるが、反
射されない光の大部分は基板で吸収されてしまうという
問題がある。 (2)ウィンドウ層を厚膜化した場合、外部量子効率が
向上する反面、ウィンドウ層の材料にGaP、高AlA
s混晶のAlGaAsを用いるとGaAs基板との格子
不整合が大になり、厚膜化すればするほど発光層に大き
な歪みが加わるため、信頼性の高い素子を作製すること
ができない。また、AlGaAs層をウィンドウ層とし
て用いると、AlGaAs層を低抵抗化するために意図
的に添加する不純物が発光層付近まで拡散し、発光効率
が著しく低下する。この現象は長時間の結晶成長によっ
て厚膜化する場合に顕著である。 (3)電流ブロック層を挿入する場合では、結晶成長を
複数回行わなければならないため、製造コストを増大さ
せるという問題がある。 (4)また、透明基板をボンディングする場合では、複
雑なプロセス工程を必要とするため、製造に要する手間
を増大させるという問題がある。
However, the conventional light emitting diode has the following problems. (1) When a distributed Bragg reflector is provided, light incident at a predetermined angle out of light directed toward the substrate is reflected, but there is a problem that most of the unreflected light is absorbed by the substrate. (2) When the thickness of the window layer is increased, the external quantum efficiency is improved, but the material of the window layer is GaP and high AlA.
When s-mixed AlGaAs is used, the lattice mismatch with the GaAs substrate becomes large, and as the film becomes thicker, the light-emitting layer is greatly strained, so that a highly reliable element cannot be manufactured. Further, when an AlGaAs layer is used as a window layer, impurities intentionally added to lower the resistance of the AlGaAs layer diffuse to the vicinity of the light emitting layer, and the luminous efficiency is significantly reduced. This phenomenon is remarkable when the film is thickened by long-term crystal growth. (3) In the case where the current block layer is inserted, the crystal growth must be performed a plurality of times, which causes a problem of increasing the manufacturing cost. (4) In the case of bonding a transparent substrate, a complicated process step is required, so that there is a problem that the labor required for manufacturing is increased.

【0005】従って、本発明の目的は、製造が容易であ
り、コストアップを抑えて発光出力を大にでき、信頼性
に優れる発光ダイオードを提供することにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a light emitting diode which is easy to manufacture, can increase the light emission output while suppressing an increase in cost, and is excellent in reliability.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、光を発生する活性領域と、前記活性領域の
下に位置する基板と、前記活性領域の上に位置し、前記
活性領域で発生する光を透過するウィンドウ層と、前記
活性領域に電圧を印加する第1および第2の電極部と、
前記活性領域で発生する光を透過する材料で形成され、
所定の範囲の角度で入射する前記光を反射し、前記所定
の範囲の角度から外れた角度で入射する前記光を屈折さ
せて側面から放出する分布ブラッグ反射器とを備えた発
光ダイオードを提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides an active region for generating light, a substrate located below the active region, and an active region located above the active region. A window layer that transmits light generated in a region, first and second electrode units that apply a voltage to the active region,
Formed of a material that transmits light generated in the active region,
A distributed Bragg reflector that reflects the light incident at an angle within a predetermined range, refracts the light incident at an angle deviating from the predetermined range, and emits the light from a side surface. .

【0007】上記した発光ダイオードによると、活性領
域の下方に位置する分布ブラッグ反射器で所定の角度の
範囲から外れた光を側面から放出させて取り出すことか
ら、光の吸収による損失を低減でき、その結果、発光出
力を大にできる。
According to the above-described light emitting diode, light out of the predetermined angle range is emitted and extracted from the side surface by the distributed Bragg reflector located below the active region, so that the loss due to light absorption can be reduced. As a result, the light emission output can be increased.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明の発光ダイオードを
図面を参照して詳細に説明する。以下の実施の形態で
は、発光波長領域が550〜650nmのAlGaIn
P系結晶を発光領域用の材料とする発光ダイオードにつ
いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a light emitting diode according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiment, the emission wavelength range is 550 to 650 nm,
A light-emitting diode using a P-type crystal as a material for a light-emitting region will be described.

【0009】図1は、第1の実施の形態に係る発光ダイ
オードを示し、(a)は断面、(b)は全体を示す。こ
の発光ダイオードは、GaAs基板1上にSeドープの
GaAsバッファー層2と、Seドープの(AlxGa
1-xyIn1-yP分布ブラッグ反射器3と、Seドープ
のn型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P下部クラッド層
4と、アンドープの(Al0.1Ga0.90.5In0.5P発
光層5と、Znドープのp型(Al0.7Ga0.30.5
0.5P上部クラッド層6と、発光層5からの発光に対
し透明なZnドープのp型Al0.8Ga0.2Asウィンド
ウ層7とを積層したエピタキシャルウェハを形成してお
り、p型Al0.8Ga0.2Asウィンドウ層7の表面には
Au‐Zn‐Ni合金からなる電極部8が設けられてい
る。また、GaAs基板1の下部にはAu−Ge‐Ni
合金からなる電極部9が設けられている。
FIG. 1 shows a light emitting diode according to a first embodiment, wherein (a) shows a cross section and (b) shows the whole. This light-emitting diode has a Se-doped GaAs buffer layer 2 on a GaAs substrate 1 and a Se-doped (Al x Ga
1-x ) y In 1-y P distributed Bragg reflector 3, Se-doped n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P lower cladding layer 4, and undoped (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P A light-emitting layer 5 and Zn-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 I
An epitaxial wafer in which an n 0.5 P upper cladding layer 6 and a Zn-doped p-type Al 0.8 Ga 0.2 As window layer 7 transparent to light emission from the light-emitting layer 5 are formed, and a p-type Al 0.8 Ga 0.2 An electrode portion 8 made of an Au-Zn-Ni alloy is provided on the surface of the As window layer 7. Au-Ge-Ni is provided under the GaAs substrate 1.
An electrode portion 9 made of an alloy is provided.

【0010】GaAs基板1は、発光層5がIII−V族
結晶であることから、物性上の特性および格子整合の見
地よりIII−V族結晶であるGaAs単結晶基板が望ま
しい。基板の電導型はn型であってもp型であっても良
い。基板の面方位は、ドーピング効率の見地から基本的
に(100)から10°乃至15°程度傾斜させた面方位
を用いるが、特に制限はなく、その他の面方位を有する
基板であっても使用可能である。
Since the light emitting layer 5 is made of a III-V group crystal, the GaAs substrate 1 is preferably a GaAs single crystal substrate made of a III-V group crystal from the viewpoint of physical properties and lattice matching. The conductivity type of the substrate may be n-type or p-type. The plane orientation of the substrate is basically a plane orientation inclined at about 10 ° to 15 ° from (100) from the viewpoint of doping efficiency, but there is no particular limitation, and a substrate having another plane orientation may be used. It is possible.

【0011】GaAsバッファー層2は、GaAs基板
1からの結晶欠陥の影響を排除するために厚さ0.1〜
1μmで形成されており、GaAs基板1と同一の導電
性を有するようにSeをドーピングしている。ただし、
分布ブラッグ反射器3をもってGaAsバッファー層2
の役割を代替させることも可能である。
The GaAs buffer layer 2 has a thickness of 0.1 to less in order to eliminate the influence of crystal defects from the GaAs substrate 1.
It is formed with a thickness of 1 μm and is doped with Se so as to have the same conductivity as the GaAs substrate 1. However,
GaAs buffer layer 2 with distributed Bragg reflector 3
It is also possible to substitute the role of.

【0012】(AlxGa1-xyIn1-yP分布ブラッグ
反射器3は、発光波長が550〜650nmの場合、吸
収の生じない程度のAlP組成を有し、Seをドープし
た組成の異なる2種類のAlGaInPの多層構造によ
って形成されている。分布ブラッグ反射器に使用される
結晶材料は、発光波長に対し透明である条件を満たせば
何ら限定されるものではなく、AlGaInP以外の材
料では例えばAlAs、AlGaAs(但し発光層から
の発光に対し透明である場合)が使用できる。
The (Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y P distributed Bragg reflector 3 has an AlP composition that does not cause absorption when the emission wavelength is 550 to 650 nm, and a composition doped with Se. Are formed by a multilayer structure of two different types of AlGaInP. The crystal material used for the distributed Bragg reflector is not particularly limited as long as it satisfies the condition of being transparent with respect to the emission wavelength. ) Can be used.

【0013】以下に、第1の実施の形態における発光ダ
イオードの製造方法について説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the light emitting diode according to the first embodiment will be described.

【0014】GaAs基板1として、キャリア濃度が
1.0×1018cm-3であるSiドープのn型GaAs
単結晶を使用する。面方位は(100)15度オフであ
る。この基板上にMOVPE法によりエピタキシャル層
を堆積させて形成する。原料としてTMAl、TEG
a、TMIn、DEZn、アルシン、ホスフィン、セレ
ン化水素を使用し、ガスの混合比および流速、成長温度
を変えることにより成長させる結晶の組成を変化させ
る。
As the GaAs substrate 1, a Si-doped n-type GaAs having a carrier concentration of 1.0 × 10 18 cm -3 is used.
Use a single crystal. The plane orientation is (100) 15 degrees off. An epitaxial layer is deposited and formed on the substrate by the MOVPE method. TMAl, TEG as raw materials
a, TMIn, DEZn, arsine, phosphine, hydrogen selenide are used, and the composition of the crystal to be grown is changed by changing the gas mixing ratio, flow rate, and growth temperature.

【0015】まず、GaAs基板1上にSeドープでキ
ャリア濃度が1.0×1018cm‐ 3、厚さが0.5μ
mのGaAsバッファー層2を成長させる。
First, the GaAs substrate 1 is keyed with Se doping.
Carrier concentration is 1.0 × 1018cm- Three0.5μ thick
A m GaAs buffer layer 2 is grown.

【0016】次に、バッファー層2の上に混晶比がx=
1、y=0.5の層と、x=0.7、y=0.5の2種
類の層にSeをドープし、n型Al0.5In0.5Pで厚さ
が51nm、n型(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pで厚
さが45nmの一対構造で、合計100対の(Alx
1-xyIn1-yP分布ブラッグ反射器3を成長させ
る。この分布ブラッグ反射器3の膜厚は9.6μmであ
る。
Next, a mixed crystal ratio x =
1, two layers of y = 0.5 and two layers of x = 0.7 and y = 0.5 are doped with Se, and are made of n-type Al 0.5 In 0.5 P with a thickness of 51 nm and n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P is a pair structure having a thickness of 45 nm, and a total of 100 pairs of (Al x G
a 1-x ) y In 1-y P distributed Bragg reflector 3 is grown. The film thickness of the distributed Bragg reflector 3 is 9.6 μm.

【0017】次に、分布ブラッグ反射器3の上に混晶比
がx=0.7、y=0.5で、キャリア濃度が1.0×
l018cm‐3、厚さが0.5μmであるSeドープの
n型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P下部クラッド層4
を成長させる。
Next, on the distributed Bragg reflector 3, the mixed crystal ratio is x = 0.7, y = 0.5, and the carrier concentration is 1.0 ×
Se-doped n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P lower cladding layer 4 having a thickness of 10 18 cm −3 and a thickness of 0.5 μm
Grow.

【0018】次に、下部クラッド層4の上に混晶比がx
=0、y=0.5で、キャリア濃度が1.0×l016
m‐3、厚さが0.6μmであるアンドープの(Al0.1
Ga 0.90.5In0.5P発光層5を成長させる。
Next, a mixed crystal ratio of x
= 0, y = 0.5, and the carrier concentration is 1.0 × 1016c
m-ThreeUndoped (Al) having a thickness of 0.6 μm0.1
Ga 0.9)0.5In0.5The P light emitting layer 5 is grown.

【0019】次に、発光層5の上に混晶比がx=0.
7、y=0.5でキャリア濃度が4×1017cm-3、厚
さが0.7μmであるZnドープのp型(Al0.7Ga
0.30. 5In0.5上部クラッド層6を成長させる。
Next, a mixed crystal ratio of x = 0.
7, y = 0.5 and carrier concentration of 4 × 1017cm-3, Thickness
Zn-doped p-type (Al0.7Ga
0.3)0. FiveIn0.5The upper cladding layer 6 is grown.

【0020】次に、上部クラッド層6の上にZnドープ
で厚さが4μmのp型Al0.8Ga0 .2Asウィンドウ層
7を成長させてLEDエピタキシャルウェハとした。
Next, a Zn-doped layer is formed on the upper cladding layer 6.
And 4μm thick p-type Al0.8Ga0 .2As window layer
7 was grown into an LED epitaxial wafer.

【0021】次に、上記したLEDエピタキシャルウェ
ハからLEDチップを作製する。チップの大きさはL1
300×L2300μmで、LEDエピタキシャルウェ
ハでGaAs基板1側にあたるチップ下面全体にAu−
Ge‐Ni合金からなる電極部9を設け、ウィンドウ層
7側にAu‐Zn‐Ni合金からなる直径L3が150
μmの円形の電極部8を形成する。
Next, an LED chip is manufactured from the above-described LED epitaxial wafer. Tip size is L 1
300 × L 2 300 μm, the Au-epitaxial wafer covers the entire lower surface of the chip corresponding to the GaAs substrate 1 side with Au-
An electrode portion 9 made of a Ge—Ni alloy is provided, and a diameter L 3 made of an Au—Zn—Ni alloy is 150 on the window layer 7 side.
A circular electrode part 8 of μm is formed.

【0022】図2は、分布ブラッグ反射器3の光の透過
状態を示し、一般に半導体材料で構成される分布ブラッ
グ反射器3の構成層は、発光層5からの発光に対し1/
4光路長程度の膜厚にされているが、該構成層各々の膜
厚を意図的に1/4光路長からずらすか、あるいは、分
布ブラッグ反射器3の各構成層の屈折率差を意図的に小
さくして全体の厚さを大にすれば、発光層5からの発光
のうち所定の入射角範囲内で入射する光Aおよび光Bを
反射し、その範囲外で入射する光Cの場合には、透過し
た光の大部分を反射膜構成層界面における屈折率差の違
いに基づいて膜厚方向に対し水平でない方向に漸次屈折
させて側面部分から放出する。ウィンドウ層7に入社し
た光Dは側面で反射され、上面部分の界面で屈折して出
射する。
FIG. 2 shows the light transmission state of the distributed Bragg reflector 3, wherein the constituent layers of the distributed Bragg reflector 3, which are generally made of a semiconductor material, are 1 / l light emission from the light emitting layer 5.
Although the film thickness is about four optical path lengths, the film thickness of each of the constituent layers is intentionally shifted from the quarter optical path length, or the refractive index difference of each constituent layer of the distributed Bragg reflector 3 is intended. If the overall thickness is increased by reducing the thickness, the light A and the light B incident within a predetermined incident angle range of the light emission from the light emitting layer 5 are reflected, and the light C incident outside the range is reflected. In this case, most of the transmitted light is gradually refracted in a direction that is not horizontal to the film thickness direction based on the difference in the refractive index at the interface of the reflective film constituent layer, and is emitted from the side surface. The light D entering the window layer 7 is reflected on the side surface, refracted at the interface of the upper surface portion, and emitted.

【0023】図3は、作製されたLEDチップの通電時
間と発光出力の関係を示し、LEDチップをステム上に
組み、積分球と直流電源によって発光特性を調べた結
果、20mA通電時の発光出力は59a.u.であり、
(AlxGa1-xyIn1-yP分布ブラッグ反射器3が無
くp型Al0.8Ga0.2Asウィンドウ層7厚が8μmの
場合の37a.u.と比較して、約60%程度出力が増
加している。また、25℃100mAで100h通電後
の出力低下は3%以下となり、p型Al0.8Ga0 .2As
ウィンドウ層7が厚い場合よりも良好であった。
FIG. 3 shows the state when the LED chip is energized.
Showing the relationship between the light emission output and the LED chip on the stem
The light emission characteristics were examined using an integrating sphere and a DC power supply.
As a result, the light emission output at the time of applying a current of 20 mA was 59a. u. And
(AlxGa1-x)yIn1-yNo P distribution Bragg reflector 3
Ku-type Al0.8Ga0.2As window layer 7 having a thickness of 8 μm
37a. u. About 60% increase in output compared to
Has been added. After applying electricity at 25 ° C and 100mA for 100h
Output drop is 3% or less, and p-type Al0.8Ga0 .2As
It was better than the case where the window layer 7 was thick.

【0024】上記した発光ダイオードでは、(Alx
1-xyIn1yPダブルヘテロ構造を形成するとき、
良質の結晶を育成するために0≦x≦1、0.45≦y
≦0.55とし、GaAs基板と格子整合するように
x,yを選ぶことが望ましい。発光層5の組成は所望の
発光波長から決定される。発光層5の膜厚は、クラッド
層との界面での非発光再結合がキャリアの再結合の最大
支配要因にならない程度の膜厚とする。発光層5の両側
の下部クラッド層4および上部クラッド層6の組成は、
キャリアの溢れ出しが発光効率の低下をもたらさないよ
う、発光層5のバンドギャップよりもl00meV以上
大きい値とする。下部クラッド層4および上部クラッド
層6の膜厚は、発光層5からのキャリアがトンネリング
しない程度の厚さを選ぶことが望ましい。また、発光層
5を量子井戸構造にすることもできる。ウィンドウ層7
は、上記した発光領域ではAlGaAsの他にGaP等
を用いることができる。膜厚は、発光層5を劣化させな
い程度の膜厚とする。
In the light emitting diode described above, (Al x G
a 1-x ) y In 1 -y P When forming a double heterostructure,
0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y to grow good quality crystals
It is preferable to set ≦ 0.55 and select x and y so as to lattice-match with the GaAs substrate. The composition of the light emitting layer 5 is determined from a desired light emission wavelength. The thickness of the light-emitting layer 5 is set to such a thickness that non-radiative recombination at the interface with the cladding layer does not become the most dominant factor of carrier recombination. The composition of the lower cladding layer 4 and the upper cladding layer 6 on both sides of the light emitting layer 5 is as follows:
The value is set to be 100 meV or more larger than the band gap of the light emitting layer 5 so that the overflow of the carrier does not cause a decrease in the light emission efficiency. It is desirable that the thicknesses of the lower cladding layer 4 and the upper cladding layer 6 be selected so that carriers from the light emitting layer 5 do not tunnel. Further, the light emitting layer 5 may have a quantum well structure. Window layer 7
In the light emitting region described above, GaP or the like can be used in addition to AlGaAs. The thickness is set to a thickness that does not deteriorate the light emitting layer 5.

【0025】上記した第1の実施の形態の発光ダイオー
ドによると、1回の結晶成長と通常のプロセス工程によ
って製造コストを安価にでき、発光出力を大にできると
ともに格子不整合が抑制されて信頼性を向上させること
ができる。
According to the light emitting diode of the first embodiment, the manufacturing cost can be reduced by one crystal growth and ordinary process steps, the luminous output can be increased, and the lattice mismatch is suppressed and the reliability is improved. Performance can be improved.

【0026】図4は、第2の実施の形態に係る発光ダイ
オードを示し、(a)は断面、(b)は全体を示す。こ
の発光ダイオードは、GaAs基板10上にSeドープ
のGaAsバッファー層11と、SeドープのAlp
1-pAs分布ブラッグ反射器12と、Seドープのn
型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P下部クラッド層13
と、アンドープの(AlxGa1yyIn1yP多重量
子井戸構造を有する発光層14と、Znドープのp型
(Al0.7Ga0.30.5In0.5P上部クラッド層15
と、発光層14からの発光に対し透明なZnドープのp
型Al0.8Ga0.2Asウィンドウ層16とを積層したエ
ピタキシャルウェハを形成しており、p型Al 0.8Ga
0.2Asウィンドウ層7の表面にはAu‐Zn‐Ni合
金からなる電極部17が設けられている。また、GaA
s基板10の下部にはAu−Ge‐Ni合金からなる電
極部18が設けられている。
FIG. 4 shows a light emitting die according to the second embodiment.
FIG. 3A shows a cross section, and FIG. 3B shows the whole. This
Is a Se-doped GaAs substrate 10
GaAs buffer layer 11 and Se-doped AlpG
a1-pAs distributed Bragg reflector 12 and Se-doped n
Type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P lower cladding layer 13
And undoped (AlxGa1-y)yIn1-yP multiple weight
A light emitting layer 14 having a sub-well structure and a Zn-doped p-type
(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P upper cladding layer 15
And Zn-doped p transparent to light emission from the light-emitting layer 14.
Type Al0.8Ga0.2As window layer 16
Forming a epitaxial wafer, p-type Al 0.8Ga
0.2Au-Zn-Ni alloy is applied to the surface of the As window layer 7.
An electrode portion 17 made of gold is provided. GaA
The lower part of the s-substrate 10 is made of an Au-Ge-Ni alloy.
A pole 18 is provided.

【0027】発光層14は、アンドープの(Al0.5
0.50.5In0.5Pと、アンドープのGa0.5In0.5
Pの多層構造化して形成されており、キャリア濃度は
1.0×1016cm-3、Ga0.5In0.5P層の数は40
である。
The light emitting layer 14 is made of undoped (Al 0.5 G
a 0.5 ) 0.5 In 0.5 P and undoped Ga 0.5 In 0.5
It has a multilayer structure of P, a carrier concentration of 1.0 × 10 16 cm −3 , and the number of Ga 0.5 In 0.5 P layers is 40.
It is.

【0028】以下に、第2の実施の形態における発光ダ
イオードの製造方法について説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the light emitting diode according to the second embodiment will be described.

【0029】GaAs基板10として、キャリア濃度が
1.0×1018cm-3であるSiドープのn型GaAs
単結晶を使用する。面方位は(100)15度オフであ
る。この基板上にMOVPE法によりエピタキシャル層
を堆積させて形成する。原料としてTMAl、TEG
a、TMIn、DEZn、アルシン、ホスフィン、セレ
ン化水素を使用し、ガスの混合比および流速、成長温度
を変えることにより成長させる結晶の組成を変化させ
る。
As the GaAs substrate 10, a Si-doped n-type GaAs having a carrier concentration of 1.0 × 10 18 cm -3 is used.
Use a single crystal. The plane orientation is (100) 15 degrees off. An epitaxial layer is deposited and formed on the substrate by the MOVPE method. TMAl, TEG as raw materials
a, TMIn, DEZn, arsine, phosphine, hydrogen selenide are used, and the composition of the crystal to be grown is changed by changing the gas mixing ratio, flow rate, and growth temperature.

【0030】まず、GaAs基板10上にSeドープで
キャリア濃度が1.0×1018cm‐3、厚さが0.5
μmのGaAsバッファー層11を成長させる。
First, a GaAs substrate 10 is doped with Se so that the carrier concentration is 1.0 × 10 18 cm −3 and the thickness is 0.5
A μm GaAs buffer layer 11 is grown.

【0031】次に、バッファー層11の上に混晶比がx
=1、y=0.5の層と、x=0.7、y=0.5の2
種類の層にSeをドープし、n型Al0.9Ga0.1Pで厚
さが44nm、n型Al0.75Ga0.25Asで厚さが41
nmの一対構造で、合計75対のAlpGa1-pAsブラ
ッグ反射器12を成長させる。このブラッグ反射器12
の膜厚は6.375μmである。
Next, the mixed crystal ratio x
= 1, y = 0.5, and x = 0.7, y = 0.5
The layers are doped with Se, n-type Al 0.9 Ga 0.1 P having a thickness of 44 nm, and n-type Al 0.75 Ga 0.25 As having a thickness of 41.
A total of 75 pairs of Al p Ga 1-p As Bragg reflectors 12 are grown with a pair structure of nm. This Bragg reflector 12
Is 6.375 μm.

【0032】次に、ブラッグ反射器12の上に混晶比が
x=0.7、y=0.5で、キャリア濃度が1.0×l
18cm‐3、厚さが0.5μmであるSeドープのn
型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P下部クラッド層13
を成長させる。
Next, on the Bragg reflector 12, the mixed crystal ratio is x = 0.7, y = 0.5, and the carrier concentration is 1.0 × l.
0 18 cm- 3 , Se-doped n having a thickness of 0.5 μm
Mold (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P Lower cladding layer 13
Grow.

【0033】次に、下部クラッド層13の上に混晶比が
x=0.5、y=0.5で、アンドープの(Al0.5
0.50.5In0.5Pと、混晶比がx=0、y=0.5
で、アンドープのGa0.5In0.5Pの多層構造からなる
発光層14を成長させる。キャリア濃度は1.0×l0
16cm‐3で、Ga0.5In0.5P層の数は40である。
Next, on the lower cladding layer 13, the mixed crystal ratio is x = 0.5, y = 0.5 and undoped (Al 0.5 G
a 0.5 ) 0.5 In 0.5 P and a mixed crystal ratio of x = 0, y = 0.5
Then, the light emitting layer 14 having a multilayer structure of undoped Ga 0.5 In 0.5 P is grown. The carrier concentration is 1.0 × 10
At 16 cm- 3 , the number of Ga 0.5 In 0.5 P layers is 40.

【0034】次に、発光層14の上に混晶比がx=0.
7、y=0.5でキャリア濃度が4×1017cm-3、厚
さが0.7μmであるZnドープのp型(Al0.7Ga
0.3 0.5In0.5上部クラッド層15を成長させる。
Next, a mixed crystal ratio of x = 0.
7, y = 0.5 and carrier concentration of 4 × 1017cm-3, Thickness
Zn-doped p-type (Al0.7Ga
0.3) 0.5In0.5The upper cladding layer 15 is grown.

【0035】次に、上部クラッド層15の上にZnドー
プで厚さが4μmのp型Al0.8Ga0.2Asウィンドウ
層16を成長させてLEDエピタキシャルウェハとし
た。
Next, a p-type Al 0.8 Ga 0.2 As window layer 16 having a thickness of 4 μm and doped with Zn was grown on the upper cladding layer 15 to obtain an LED epitaxial wafer.

【0036】次に、上記したLEDエピタキシャルウェ
ハからLEDチップを作製する。チップの大きさはL1
300×L2300μmで、LEDエピタキシャルウェ
ハでGaAs基板10側にあたるチップ下面全体にAu
−Ge‐Ni合金からなる電極部17を設け、ウィンド
ウ層16側にAu‐Zn‐Ni合金からなる直径L3
150μmの円形の電極部17を形成する。
Next, an LED chip is manufactured from the above-described LED epitaxial wafer. Tip size is L 1
300 × L 2 300 μm, the entire surface of the chip under the LED epitaxial wafer on the GaAs substrate 10 side is Au
An electrode portion 17 made of a Ge—Ni alloy is provided, and a circular electrode portion 17 made of an Au—Zn—Ni alloy and having a diameter L 3 of 150 μm is formed on the window layer 16 side.

【0037】上記したLEDチップに通電時における信
頼性評価を行った。LEDチップをステム上に組み、積
分球と直流電源によって発光特性を調べた結果、図3に
示すように20mA通電時の発光出力は62a.u.で
あり、AlxGa1-xAsブラッグ反射器12が無くp型
Al0.8Ga0.2Asウィンドウ層7厚が8μmの場合の
37a.u.と比較して、約70%程度出力が増加して
いる。また、25℃100mAで100h通電後の出力
低下は3%以下となり、p型Al0.8Ga0.2Asウィン
ドウ層7が8μmで、発光層14がバルクの場合よりも
良好な結果が得られた。
The above-mentioned LED chips were evaluated for reliability during energization. As a result of assembling the LED chip on the stem and examining the light emission characteristics using an integrating sphere and a DC power supply, as shown in FIG. u. 37a in the case where the Al x Ga 1 -x As Bragg reflector 12 is not provided and the p-type Al 0.8 Ga 0.2 As window layer 7 is 8 μm thick. u. The output is increased by about 70% as compared with. Further, the output reduction after applying electricity at 25 ° C. and 100 mA for 100 hours was 3% or less, and a better result was obtained than when the p-type Al 0.8 Ga 0.2 As window layer 7 was 8 μm and the light emitting layer 14 was bulk.

【0038】上記した第2の実施の形態の発光ダイオー
ドによると、多重量子井戸構造を有する発光層14を設
けることによって発光出力をより大にできるとともに格
子不整合が抑制されて信頼性を向上させることができ
る。
According to the light emitting diode of the second embodiment, by providing the light emitting layer 14 having the multiple quantum well structure, the light emitting output can be increased and the lattice mismatch is suppressed, thereby improving the reliability. be able to.

【0039】なお、上記した第1および第2の実施の形
態では、GaAsからなる基板を用いたが、発光領域と
の電気的接触が得られ、LED構成層の結晶品質に悪影
響を与えなければ特に制限は無い。
In the above-described first and second embodiments, the substrate made of GaAs is used. However, as long as electrical contact with the light emitting region is obtained and the crystal quality of the LED constituent layer is not adversely affected. There is no particular limitation.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の発光ダイオ
ードによると、分布ブラッグ反射器に所定の範囲の角度
で入射する光を反射し、所定の範囲の角度から外れた角
度で入射する光は屈折させて側面から放出するようにし
たため、製造が容易であり、コストアップを抑えて発光
出力を大にでき、優れた信頼性を付与することができ
る。
As described above, according to the light emitting diode of the present invention, light incident on the distributed Bragg reflector at an angle within a predetermined range is reflected, and light incident at an angle deviating from the angle within the predetermined range. Since the light is refracted and emitted from the side surface, manufacturing is easy, the increase in cost can be suppressed, the light emission output can be increased, and excellent reliability can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る発
光ダイオードの断面図 (b)は、本発明の第1の実施の形態に係る発光ダイオ
ードの斜視図
FIG. 1A is a sectional view of a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a perspective view of the light emitting diode according to the first embodiment of the present invention.

【図2】分布ブラッグ反射器3の光の透過状態を示す説
明図
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a light transmission state of a distributed Bragg reflector 3;

【図3】LEDチップの通電時間と発光出力の関係を示
す説明図
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between an energizing time of a LED chip and a light output

【図4】(a)は、本発明の第2の実施の形態に係る発
光ダイオードの断面図 (b)は、本発明の第2の実施の形態に係る発光ダイオ
ードの斜視図
FIG. 4A is a sectional view of a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a perspective view of a light emitting diode according to the second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaAs基板 2 GaAsバッファー層 3 (AlxGa1-xyIn1-yP分布ブラッグ反射
器 4 (Al0.7Ga0.30.5In0.5P下部クラッド
層 5 (Al0.1Ga0.90.5In0.5P発光層 6 (Al0.7Ga0.30.5In0.5P上部クラッド
層 7 Al0.8Ga0.2Asウィンドウ層 8 電極部 9 電極部 10 GaAs基板 11 GaAsバッファー層 12 AlpGa1-pAs分布ブラッグ反射器 13 (Al0.7Ga0.30.5In0.5P下部クラッド
層 14 発光層 15 (Al0.7Ga0.30.5In0.5P上部クラッド
層 16 Al0.8Ga0.2Asウィンドウ層 17 電極部 18 電極部
Reference Signs List 1 GaAs substrate 2 GaAs buffer layer 3 (Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y P distributed Bragg reflector 4 (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P lower cladding layer 5 (Al 0.1 Ga 0.9 ) 0.5 In 0.5 P light emitting layer 6 (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P upper cladding layer 7 Al 0.8 Ga 0.2 As window layer 8 electrode portion 9 the electrode portion 10 GaAs substrate 11 GaAs buffer layer 12 Al p Ga 1-p As distributed Bragg reflector 13 (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P Lower Cladding Layer 14 Light Emitting Layer 15 (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P Upper Cladding Layer 16 Al 0.8 Ga 0.2 As Window Layer 17 Electrode 18 Electrode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光を発生する活性領域と、 前記活性領域の下に位置する基板と、 前記活性領域の上に位置し、前記活性領域で発生する光
を透過するウィンドウ層と、 前記活性領域に電圧を印加する第1および第2の電極部
と、 前記活性領域で発生する光を透過する材料で形成され、
所定の範囲の角度で入射する前記光を反射し、前記所定
の範囲の角度から外れた角度で入射する前記光を屈折さ
せて側面から放出する分布ブラッグ反射器とを備えるこ
とを特徴とする発光ダイオード。
An active region for generating light; a substrate positioned below the active region; a window layer positioned on the active region and transmitting light generated in the active region; First and second electrode portions for applying a voltage to the active region, and a material that transmits light generated in the active region;
A distributed Bragg reflector that reflects the light incident at an angle within a predetermined range, refracts the light incident at an angle deviating from the predetermined range, and emits the light from a side surface. diode.
【請求項2】 前記活性領域は、可視光領域のバンドギ
ャップを有する組成領域のAlGaInPからなる構成
の請求項第1項記載の発光ダイオード。
2. The light emitting diode according to claim 1, wherein said active region is composed of AlGaInP in a composition region having a band gap in a visible light region.
【請求項3】 前記活性領域は、紫外領域から可視光領
域の範囲のバンドギャップを有するAlGaInNから
なる構成の請求項第1項記載の発光ダイオード。
3. The light emitting diode according to claim 1, wherein said active region is made of AlGaInN having a band gap ranging from an ultraviolet region to a visible light region.
【請求項4】 前記分布ブラッグ反射器は、AlGaI
nP、又はAlGaAsの少なくとも1つを含み、S
i、Se、Te、C、Mg、Be、あるいはZnの少な
くとも1つの不純物を添加されている構成の請求項第1
項記載の発光ダイオード。
4. The distributed Bragg reflector comprises AlGaI.
nP or at least one of AlGaAs,
2. The structure according to claim 1, wherein at least one impurity of i, Se, Te, C, Mg, Be, or Zn is added.
A light-emitting diode according to the item.
【請求項5】 前記活性領域は、量子井戸構造からなる
構成の請求項第1項記載の発光ダイオード。
5. The light emitting diode according to claim 1, wherein said active region has a quantum well structure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008091789A (en) * 2006-10-04 2008-04-17 Hitachi Cable Ltd Light emitting diode

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