JP2002033509A - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
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- JP2002033509A JP2002033509A JP2000215053A JP2000215053A JP2002033509A JP 2002033509 A JP2002033509 A JP 2002033509A JP 2000215053 A JP2000215053 A JP 2000215053A JP 2000215053 A JP2000215053 A JP 2000215053A JP 2002033509 A JP2002033509 A JP 2002033509A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 製作が容易で低価格であり、しかも発光出力
の高い発光ダイオードを提供する。 【解決手段】 ｎ型導電性のＧａＡｓ基板１と、ＧａＡ
ｓ基板１の上にエピタキシャル成長により形成されるＡ
ｌＧａＩｎＰからなる量子井戸発光層４と、Ｚｎ−Ｇａ
Ｐウインドウ層６を有し、量子井戸発光層４の両側に隣
接して、光に対して透明でＡｌＰ組成が異なる２種類以
上のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型多層膜層３、な
らびにｐ型多層膜層５を備え、それぞれは、量子井戸発
光層４からの発光波長に対して実質的に１／４波長の整
数倍の光路長で、量子井戸発光層４からの発光を反射す
る機能を有し、ｎ型多層膜層３の反射率はｐ型多層膜層
５の反射率よりも大きくなるように構成し、量子井戸発
光層４からの発光は、量子井戸発光層４とｎ型多層膜層
３ならびにｐ型多層膜層５により構成されるフォトンリ
サイクリングの働きにより増幅され、ｐ型多層膜層５側
に漏洩放出される。
の高い発光ダイオードを提供する。 【解決手段】 ｎ型導電性のＧａＡｓ基板１と、ＧａＡ
ｓ基板１の上にエピタキシャル成長により形成されるＡ
ｌＧａＩｎＰからなる量子井戸発光層４と、Ｚｎ−Ｇａ
Ｐウインドウ層６を有し、量子井戸発光層４の両側に隣
接して、光に対して透明でＡｌＰ組成が異なる２種類以
上のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型多層膜層３、な
らびにｐ型多層膜層５を備え、それぞれは、量子井戸発
光層４からの発光波長に対して実質的に１／４波長の整
数倍の光路長で、量子井戸発光層４からの発光を反射す
る機能を有し、ｎ型多層膜層３の反射率はｐ型多層膜層
５の反射率よりも大きくなるように構成し、量子井戸発
光層４からの発光は、量子井戸発光層４とｎ型多層膜層
３ならびにｐ型多層膜層５により構成されるフォトンリ
サイクリングの働きにより増幅され、ｐ型多層膜層５側
に漏洩放出される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード、
特に、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル法により成長さ
れたＡｌＧａＩｎＰ系材料の発光部を有する発光効率の
高い発光ダイオードに関するものである。
特に、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル法により成長さ
れたＡｌＧａＩｎＰ系材料の発光部を有する発光効率の
高い発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオード（ＬＥＤ）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は、高出力、低消費電力、しかも
低価格であることが求められている。そのため、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系の可視光ＬＥＤにおいては、ウインドウ層を
厚くして電流分散並びに光取出効率を大きくしたり、分
布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ）を挿入したり、あるいはＧ
ａＡｓ基板を取り去ったのちにＧａＰ基板をボンディン
グする方法によって、高出力、低消費電力のＬＥＤを達
成しようとしている。
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は、高出力、低消費電力、しかも
低価格であることが求められている。そのため、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系の可視光ＬＥＤにおいては、ウインドウ層を
厚くして電流分散並びに光取出効率を大きくしたり、分
布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ）を挿入したり、あるいはＧ
ａＡｓ基板を取り去ったのちにＧａＰ基板をボンディン
グする方法によって、高出力、低消費電力のＬＥＤを達
成しようとしている。
【０００３】ウインドウ層の厚膜化に関する成膜速度の
速い成長方法として、例えば、ウインドウ層を除くＬＥ
Ｄ構成層を、有機金属化合物気相エピタキシャル成長法
（ＭＯＶＰＥ法）により成長させ、ウインドウ層を水素
化物気相成長法（ＨＶＰＥ法）で成長させると、ＨＶＰ
Ｅ法の成膜速度が、ＭＯＶＰＥ法の成膜速度よりも１桁
程度高くできるという特性を利用して、数十マイクロメ
ートル程度の厚膜化したウインドウ層厚のＬＥＤを得る
ことは、アプライド・フィジックス・レターズ第６１巻
ｐｐ．１０４５〜１０４７に記載されている。一方、ウ
インドウ層を含むすべてのＬＥＤ構成層を、ＭＯＶＰＥ
法で成長させる場合、例えば、ＧａＡｓ基板とｎクラッ
ド層との間にＤＢＲを挿入し、ＧａＡｓ基板での光の吸
収を抑制することによって、ＬＥＤの出力増加を図るこ
とは、ジャーナル・オブ・クリスタル・グロース第１３
８巻ｐｐ７６８〜７７５に紹介されている。また、Ｇａ
Ａｓ基板を除去してＧａＰ基板をボンディングすること
により、ＬＥＤの外部量子効率の大幅な向上が実現でき
ることは、例えば、エレクトロニクスレターズ第３２巻
ｐｐ１３２〜１３４に記載されている。
速い成長方法として、例えば、ウインドウ層を除くＬＥ
Ｄ構成層を、有機金属化合物気相エピタキシャル成長法
（ＭＯＶＰＥ法）により成長させ、ウインドウ層を水素
化物気相成長法（ＨＶＰＥ法）で成長させると、ＨＶＰ
Ｅ法の成膜速度が、ＭＯＶＰＥ法の成膜速度よりも１桁
程度高くできるという特性を利用して、数十マイクロメ
ートル程度の厚膜化したウインドウ層厚のＬＥＤを得る
ことは、アプライド・フィジックス・レターズ第６１巻
ｐｐ．１０４５〜１０４７に記載されている。一方、ウ
インドウ層を含むすべてのＬＥＤ構成層を、ＭＯＶＰＥ
法で成長させる場合、例えば、ＧａＡｓ基板とｎクラッ
ド層との間にＤＢＲを挿入し、ＧａＡｓ基板での光の吸
収を抑制することによって、ＬＥＤの出力増加を図るこ
とは、ジャーナル・オブ・クリスタル・グロース第１３
８巻ｐｐ７６８〜７７５に紹介されている。また、Ｇａ
Ａｓ基板を除去してＧａＰ基板をボンディングすること
により、ＬＥＤの外部量子効率の大幅な向上が実現でき
ることは、例えば、エレクトロニクスレターズ第３２巻
ｐｐ１３２〜１３４に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ウインドウ層
の厚膜化法によると、高出力のＬＥＤを実現するには、
ＭＯＶＰＥ法とＨＶＰＥ法の二種類の成膜成長を行う必
要があるため低価格での製作に難点があった。分布ブラ
ッグ反射膜（ＤＢＲ）の挿入法では、ウインドウ層の厚
膜化による出力増加には及ばないという課題が残されて
おり、また、ＧａＰ基板ボンディング法では、プロセス
工程が煩雑で低価格の実現が難しいという問題があっ
た。
の厚膜化法によると、高出力のＬＥＤを実現するには、
ＭＯＶＰＥ法とＨＶＰＥ法の二種類の成膜成長を行う必
要があるため低価格での製作に難点があった。分布ブラ
ッグ反射膜（ＤＢＲ）の挿入法では、ウインドウ層の厚
膜化による出力増加には及ばないという課題が残されて
おり、また、ＧａＰ基板ボンディング法では、プロセス
工程が煩雑で低価格の実現が難しいという問題があっ
た。
【０００５】それ故、本発明の目的は、製作が容易で低
価格であり、しかも発光出力の高い発光ダイオードを提
供することにある。
価格であり、しかも発光出力の高い発光ダイオードを提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するため、ＧａＡｓ基板と、光に対して透明でＡ
ｌＰ組成が異なる２種類以上のＡｌＧａＩｎＰ系材料か
らなる前記基板側の多層膜層と、エピタキシャル成長に
より形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる発光部と、光に
対して透明でＡｌＰ組成が異なる２種類以上のＡｌＧａ
ＩｎＰ系材料からなる前記発光部上側の多層膜層と、前
記発光部からの発光を放出するウインドウ層を順次有す
るとともに、前記基板側および前記ウインドウ層側に必
要な電極を備え、前記基板側の前記多層膜層、ならびに
前記発光部上側の前記多層膜層は、それぞれ、前記発光
部からの発光波長に対して実質的に１／４波長の整数倍
の光路長の機能を保有するとともに、前記発光部からの
発光を反射する機能を保有するように構成されているこ
とを特徴とする発光ダイオードを提供する。
を達成するため、ＧａＡｓ基板と、光に対して透明でＡ
ｌＰ組成が異なる２種類以上のＡｌＧａＩｎＰ系材料か
らなる前記基板側の多層膜層と、エピタキシャル成長に
より形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる発光部と、光に
対して透明でＡｌＰ組成が異なる２種類以上のＡｌＧａ
ＩｎＰ系材料からなる前記発光部上側の多層膜層と、前
記発光部からの発光を放出するウインドウ層を順次有す
るとともに、前記基板側および前記ウインドウ層側に必
要な電極を備え、前記基板側の前記多層膜層、ならびに
前記発光部上側の前記多層膜層は、それぞれ、前記発光
部からの発光波長に対して実質的に１／４波長の整数倍
の光路長の機能を保有するとともに、前記発光部からの
発光を反射する機能を保有するように構成されているこ
とを特徴とする発光ダイオードを提供する。
【０００７】また、この発明は、上記の目的を達成する
ため、前記基板側の前記多層膜層はｎ型多層膜層で構成
され、前記発光部上側の前記多層膜層はｐ型多層膜層で
構成され、それぞれ、前記発光部に隣接して設置されて
いることを特徴とし、前記ｎ型多層膜層の前記発光部か
らの発光波長に対する反射率は、前記ｐ型多層膜層の前
記発光部からの発光波長に対する反射率よりも大きくな
るように構成されていることを特徴とし、前記発光部の
両側に隣接して設置されている前記ｎ型多層膜層ならび
に前記ｐ型多層膜層は、それぞれ、前記発光部への最近
接層がアンドープ層により形成されていることを特徴と
し、前記発光部の両側に近接して設置されている前記ｎ
型多層膜層ならびに前記ｐ型多層膜層は、それぞれ、発
光部の発光に対し透明でＡｌＰ組成が異なるＡｌＩｎＰ
を含むＡｌＧａＩｎＰ系材料により構成されていること
を特徴とする発光ダイオードを提供する。
ため、前記基板側の前記多層膜層はｎ型多層膜層で構成
され、前記発光部上側の前記多層膜層はｐ型多層膜層で
構成され、それぞれ、前記発光部に隣接して設置されて
いることを特徴とし、前記ｎ型多層膜層の前記発光部か
らの発光波長に対する反射率は、前記ｐ型多層膜層の前
記発光部からの発光波長に対する反射率よりも大きくな
るように構成されていることを特徴とし、前記発光部の
両側に隣接して設置されている前記ｎ型多層膜層ならび
に前記ｐ型多層膜層は、それぞれ、前記発光部への最近
接層がアンドープ層により形成されていることを特徴と
し、前記発光部の両側に近接して設置されている前記ｎ
型多層膜層ならびに前記ｐ型多層膜層は、それぞれ、発
光部の発光に対し透明でＡｌＰ組成が異なるＡｌＩｎＰ
を含むＡｌＧａＩｎＰ系材料により構成されていること
を特徴とする発光ダイオードを提供する。
【０００８】さらに、この発明は、上記の目的を達成す
るため、前記発光部と、前記発光部の両側に隣接して設
置されている前記ｐ型多層膜層ならびに前記ｎ型多層膜
層は、前記発光部を挟んで前記発光部からの発光を反復
反射させる共振器を構成し、前記共振器の働きによって
生じるフォトンリサイクリングの機能により、前記発光
部からの発光出力が増幅されるように構成されているこ
とを特徴とし、前記発光部からの発光は、前記発光部と
前記発光部の両側に隣接して設置されている前記ｐ型多
層膜層ならびに前記ｎ型多層膜層により構成される前記
フォトンリサイクリングの機能により発光出力が増幅さ
れのち、反射率の小さい前記ｐ型多層膜層から漏洩さ
れ、前記ウインドウ層側から外部への発光出力として放
出されるように構成されていることを特徴とする発光ダ
イオードを提供する。
るため、前記発光部と、前記発光部の両側に隣接して設
置されている前記ｐ型多層膜層ならびに前記ｎ型多層膜
層は、前記発光部を挟んで前記発光部からの発光を反復
反射させる共振器を構成し、前記共振器の働きによって
生じるフォトンリサイクリングの機能により、前記発光
部からの発光出力が増幅されるように構成されているこ
とを特徴とし、前記発光部からの発光は、前記発光部と
前記発光部の両側に隣接して設置されている前記ｐ型多
層膜層ならびに前記ｎ型多層膜層により構成される前記
フォトンリサイクリングの機能により発光出力が増幅さ
れのち、反射率の小さい前記ｐ型多層膜層から漏洩さ
れ、前記ウインドウ層側から外部への発光出力として放
出されるように構成されていることを特徴とする発光ダ
イオードを提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態によ
る発光ダイオードを示している。このＬＥＤの構成は、
ｎ型の導電性を有するＧａＡｓ基板１の上に、Ｓｅが添
加されｎ型の導電性を有する膜厚０．５μｍのＧａＡｓ
バッファ層２を介して、ＧａＡｓに格子整合し間接遷移
型のバンド構造で、Ｓｅが添加されｎ型の導電性を有し
ＡｌＰ組成が異なり、発光層の発光波長に対し実質的に
１／４波長の光路長を有する２種類のＳｅ−ＡｌＧａＩ
ｎＰ層の１５対（ペア）からなるｎ型多層膜層３が形成
されている。ｎ型多層膜層３は、Ｓｅ−ＡｌＧａＩｎＰ
が用いられ、膜厚が５１ｎｍ．４８ｎｍの、Ｓｅ−Ａｌ
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐと、Ｓｅ−（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉ
ｎ0. 5 Ｐ の多層（１５ペア）構造である。ｎ型多層膜
層３の上には、ＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰからなり
室温で黄色から赤色で発光する多重量子井戸構造からな
る量子井戸発光層４が形成されている。量子井戸発光層
４は、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（膜厚１〜１０ｎｍ）と（Ａ
ｌ0. 5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（膜厚５０ｎｍ）の４
０対（ペア）からなるすべてアンドープの多層構造で形
成されている。さらに、量子井戸発光層４の上には、Ｇ
ａＡｓに格子整合し間接遷移型のバンド構造で、Ｍｇが
添加されｐ型の導電性を有しＡｌＰ組成が異なり、発光
層の発光波長に対し実質的に１／４波長の光路長を有す
る２種類のＭｇ−ＡｌＧａＩｎＰ層の５対（ペア）から
なるｐ型多層膜層５が形成されている。この２種類のＭ
ｇ−ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型多層膜層５は、Ｍｇ−
Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（膜厚５１ｎｍ）とＭｇ−（Ａｌ
0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（膜厚４８ｎｍ）の多層
（５ペア）構造であり、発光層４への最接近層はアンド
ープである。ｐ型多層膜層５の上には、Ｚｎが添加され
ｐ型の導電性を有し厚さが４〜１０μｍのＧａＰウイン
ドウ層６が形成されている。
る発光ダイオードを示している。このＬＥＤの構成は、
ｎ型の導電性を有するＧａＡｓ基板１の上に、Ｓｅが添
加されｎ型の導電性を有する膜厚０．５μｍのＧａＡｓ
バッファ層２を介して、ＧａＡｓに格子整合し間接遷移
型のバンド構造で、Ｓｅが添加されｎ型の導電性を有し
ＡｌＰ組成が異なり、発光層の発光波長に対し実質的に
１／４波長の光路長を有する２種類のＳｅ−ＡｌＧａＩ
ｎＰ層の１５対（ペア）からなるｎ型多層膜層３が形成
されている。ｎ型多層膜層３は、Ｓｅ−ＡｌＧａＩｎＰ
が用いられ、膜厚が５１ｎｍ．４８ｎｍの、Ｓｅ−Ａｌ
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐと、Ｓｅ−（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉ
ｎ0. 5 Ｐ の多層（１５ペア）構造である。ｎ型多層膜
層３の上には、ＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰからなり
室温で黄色から赤色で発光する多重量子井戸構造からな
る量子井戸発光層４が形成されている。量子井戸発光層
４は、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（膜厚１〜１０ｎｍ）と（Ａ
ｌ0. 5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（膜厚５０ｎｍ）の４
０対（ペア）からなるすべてアンドープの多層構造で形
成されている。さらに、量子井戸発光層４の上には、Ｇ
ａＡｓに格子整合し間接遷移型のバンド構造で、Ｍｇが
添加されｐ型の導電性を有しＡｌＰ組成が異なり、発光
層の発光波長に対し実質的に１／４波長の光路長を有す
る２種類のＭｇ−ＡｌＧａＩｎＰ層の５対（ペア）から
なるｐ型多層膜層５が形成されている。この２種類のＭ
ｇ−ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型多層膜層５は、Ｍｇ−
Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（膜厚５１ｎｍ）とＭｇ−（Ａｌ
0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（膜厚４８ｎｍ）の多層
（５ペア）構造であり、発光層４への最接近層はアンド
ープである。ｐ型多層膜層５の上には、Ｚｎが添加され
ｐ型の導電性を有し厚さが４〜１０μｍのＧａＰウイン
ドウ層６が形成されている。
【００１０】このようにして得られたＬＥＤエピタキシ
ャルウェハからＬＥＤチップを作製した。ＬＥＤチップ
は、チップの大きさが３００μｍ角であり、エピタキシ
ャルウェハのＧａＡｓ基板１側にあたるチップ下面全体
には、Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金からなる電極（図示省略）
が形成され、Ｚｎ−ＧａＰのウインドウ層６側には、Ａ
ｕ−Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる直径１５０μｍの円形の電
極（図示省略）が形成された。このＬＥＤチップをステ
ム上に組み、積分球と直流電源によりＬＥＤの発光特性
を調べた結果、２０ｍＡ通電時の発光出力は１．５ｍ
Ｗ、順方向電圧は１．９Ｖであった。図２は、本発明の
実施の形態による発光ダイオードの発光出力の特性を示
している。図２から明らかなように、本発明の発光ダイ
オードの発光出力特性は、従来のＬＥＤの発光出力特性
よりも格段に優れていることが分かる。
ャルウェハからＬＥＤチップを作製した。ＬＥＤチップ
は、チップの大きさが３００μｍ角であり、エピタキシ
ャルウェハのＧａＡｓ基板１側にあたるチップ下面全体
には、Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金からなる電極（図示省略）
が形成され、Ｚｎ−ＧａＰのウインドウ層６側には、Ａ
ｕ−Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる直径１５０μｍの円形の電
極（図示省略）が形成された。このＬＥＤチップをステ
ム上に組み、積分球と直流電源によりＬＥＤの発光特性
を調べた結果、２０ｍＡ通電時の発光出力は１．５ｍ
Ｗ、順方向電圧は１．９Ｖであった。図２は、本発明の
実施の形態による発光ダイオードの発光出力の特性を示
している。図２から明らかなように、本発明の発光ダイ
オードの発光出力特性は、従来のＬＥＤの発光出力特性
よりも格段に優れていることが分かる。
【００１１】本発明の実施の形態（図１）によると、バ
ッファ層２、ｎ型多層膜層３、量子井戸発光層４、ｐ型
多層膜層５、およびウインドウ層６の結晶成長の構成
は、いずれも、例えば、ＭＯＶＰＥ法によるエピタキシ
ャル成長により順次形成できるから、製作は容易であ
り、低価格の発光ダイオードを実現することが可能にな
る。しかも、ｎ型多層膜層３ならびにｐ型多層膜層５
は、量子井戸発光層４から発光した光を反射させてか
ら、量子井戸発光層４へ戻すことにより、フォトンリサ
イクリングという特異な相乗作用を生じさせ、この働き
により強力な発光出力の発光ダイオードが実現される。
ッファ層２、ｎ型多層膜層３、量子井戸発光層４、ｐ型
多層膜層５、およびウインドウ層６の結晶成長の構成
は、いずれも、例えば、ＭＯＶＰＥ法によるエピタキシ
ャル成長により順次形成できるから、製作は容易であ
り、低価格の発光ダイオードを実現することが可能にな
る。しかも、ｎ型多層膜層３ならびにｐ型多層膜層５
は、量子井戸発光層４から発光した光を反射させてか
ら、量子井戸発光層４へ戻すことにより、フォトンリサ
イクリングという特異な相乗作用を生じさせ、この働き
により強力な発光出力の発光ダイオードが実現される。
【００１２】また、本発明の実施の形態においては、ｎ
型多層膜層３の量子井戸発光層４からの発光波長に対す
る反射率を、ｐ型多層膜層５の量子井戸発光層４からの
発光波長に対する反射率よりも大きく構成することによ
り、量子井戸発光層４から発光した光は、反射率の小さ
いｐ型多層膜層５側へ漏洩放出され、最終的にウインド
ウ層６から外部への発光出力となる。本発明の実施の形
態において、量子井戸発光層４からの発光波長に対する
ｎ型多層膜層３の反射率を、量子井戸発光層４からの発
光波長に対するｐ型多層膜層５の反射率よりも大きくす
る方法としては、ｎ型多層膜層３とｐ型多層膜層５の反
射率の比を変化させる外に、ｐ型多層膜層５の構成自体
で反射率を変化させる方法、すなわち、ｐ型多層膜層５
を構成する層数を減らすのではなく、ｐ型多層膜層５を
構成する２種類の多層膜層、例えば、Ｍｇ−Ａｌ0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐと、Ｍｇ−（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐの膜厚を変化させてｐ型多層膜層５の反射率を小さく
変化させることもできる。
型多層膜層３の量子井戸発光層４からの発光波長に対す
る反射率を、ｐ型多層膜層５の量子井戸発光層４からの
発光波長に対する反射率よりも大きく構成することによ
り、量子井戸発光層４から発光した光は、反射率の小さ
いｐ型多層膜層５側へ漏洩放出され、最終的にウインド
ウ層６から外部への発光出力となる。本発明の実施の形
態において、量子井戸発光層４からの発光波長に対する
ｎ型多層膜層３の反射率を、量子井戸発光層４からの発
光波長に対するｐ型多層膜層５の反射率よりも大きくす
る方法としては、ｎ型多層膜層３とｐ型多層膜層５の反
射率の比を変化させる外に、ｐ型多層膜層５の構成自体
で反射率を変化させる方法、すなわち、ｐ型多層膜層５
を構成する層数を減らすのではなく、ｐ型多層膜層５を
構成する２種類の多層膜層、例えば、Ｍｇ−Ａｌ0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐと、Ｍｇ−（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐの膜厚を変化させてｐ型多層膜層５の反射率を小さく
変化させることもできる。
【００１３】本発明の実施の形態において、量子井戸発
光層４に隣接して形成されているｎ型多層膜層３とｐ型
多層膜層５は、それぞれ、光に対し透明でＡｌＰ組成が
異なる２種類以上のＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成され、
量子井戸発光層４から発光を反射する機能を有してお
り、ｎ型多層膜層３は量子井戸発光層４に隣接して基板
１側に位置し、ｐ型多層膜層５は量子井戸発光層４に隣
接してエピタキシャル層の表面側に近い方へ位置してい
る。ｎ型多層膜層３とｐ型多層膜層５の各層は、量子井
戸発光層４からの発光に対し実質的に１／４波長の光路
長の機能を有している。また、量子井戸発光層４からの
発光に対するｐ型多層膜層５の反射率を、量子井戸発光
層４からの発光に対するｎ型多層膜層３の反射率よりも
小さくなるように構成されている。しかも、量子井戸発
光層４に隣接するｎ型多層膜層３とｐ型多層膜層５の最
隣接層が、アンドープ層で構成されている。
光層４に隣接して形成されているｎ型多層膜層３とｐ型
多層膜層５は、それぞれ、光に対し透明でＡｌＰ組成が
異なる２種類以上のＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成され、
量子井戸発光層４から発光を反射する機能を有してお
り、ｎ型多層膜層３は量子井戸発光層４に隣接して基板
１側に位置し、ｐ型多層膜層５は量子井戸発光層４に隣
接してエピタキシャル層の表面側に近い方へ位置してい
る。ｎ型多層膜層３とｐ型多層膜層５の各層は、量子井
戸発光層４からの発光に対し実質的に１／４波長の光路
長の機能を有している。また、量子井戸発光層４からの
発光に対するｐ型多層膜層５の反射率を、量子井戸発光
層４からの発光に対するｎ型多層膜層３の反射率よりも
小さくなるように構成されている。しかも、量子井戸発
光層４に隣接するｎ型多層膜層３とｐ型多層膜層５の最
隣接層が、アンドープ層で構成されている。
【００１４】本発明の実施の形態によると、エネルギー
パンドギヤップは、量子井戸発光層４に隣接するｎ型多
層膜層３とｐ型多層膜層５の方が、量子井戸発光層４よ
りも大きいために、キャリア（電子及びホール）は発光
層４に閉じ込められ、ダブルヘテロ（ＤＨ）構造におけ
るキャリア閉じ込めと等価な作用が得られる。一方、光
の発光部である量子井戸発光層４から基板１側へ向かっ
た光は、ｎ型多層膜層３の部分で反射されて発光部側へ
向かい、また、量子井戸発光層４からエピタキシャル層
表面方向へ向かった光は、ｐ型多層膜層５の部分で反射
されて発光部側へ向かうようになる。このため、ｎ型多
層膜層３とｐ型多層膜層５は、発光層４を挟んだ共振器
として働くことになり、フォトンリサイクリング効果に
より発光層４での内部量子効率は急激に増加するという
現象が現われる。また、発光層４に隣接し発光層４より
も非基板側に位置するｐ型多層膜層５の反射率を、発光
層４に隣接し基板１側に位置するｎ型多層膜層３の反射
率よりも小さく構成してあるため、フォトンリサイクリ
ング効果により増幅され大きくなった光の大部分は、反
射率の小さいｐ型多層膜層５から漏洩しウインドウ層６
側であるエピタキシャルウエハの表面方向へ集中して放
出され、結果的に発光出力の高いＬＥＤとして動作する
ようになる。
パンドギヤップは、量子井戸発光層４に隣接するｎ型多
層膜層３とｐ型多層膜層５の方が、量子井戸発光層４よ
りも大きいために、キャリア（電子及びホール）は発光
層４に閉じ込められ、ダブルヘテロ（ＤＨ）構造におけ
るキャリア閉じ込めと等価な作用が得られる。一方、光
の発光部である量子井戸発光層４から基板１側へ向かっ
た光は、ｎ型多層膜層３の部分で反射されて発光部側へ
向かい、また、量子井戸発光層４からエピタキシャル層
表面方向へ向かった光は、ｐ型多層膜層５の部分で反射
されて発光部側へ向かうようになる。このため、ｎ型多
層膜層３とｐ型多層膜層５は、発光層４を挟んだ共振器
として働くことになり、フォトンリサイクリング効果に
より発光層４での内部量子効率は急激に増加するという
現象が現われる。また、発光層４に隣接し発光層４より
も非基板側に位置するｐ型多層膜層５の反射率を、発光
層４に隣接し基板１側に位置するｎ型多層膜層３の反射
率よりも小さく構成してあるため、フォトンリサイクリ
ング効果により増幅され大きくなった光の大部分は、反
射率の小さいｐ型多層膜層５から漏洩しウインドウ層６
側であるエピタキシャルウエハの表面方向へ集中して放
出され、結果的に発光出力の高いＬＥＤとして動作する
ようになる。
【００１５】
【発明の効果】本発明の発光ダイオードによると、バッ
ファ層、ｎ型多層膜層、量子井戸発光層、ｐ型多層膜
層、およびウインドウ層は、いずれも、厚膜の結晶成長
が容易なＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長により
連続して形成できるから製作は容易であり、特殊なプロ
セス工程を必要としないので低価格の発光ダイオードを
実現することができる。また、本発明の発光ダイオード
によると、特に、量子井戸発光層から発光した光を、量
子井戸発光層の両側に隣接して形成されたｎ型多層膜層
とｐ型多層膜層が反射させて量子井戸発光層へ戻すこと
により、フォトンリサイクリングという特異な相乗作用
を生じさせて、光の反復反射の働きにより強力な光が得
られるから、発光出力の高い発光ダイオードを提供でき
るという効果がある。
ファ層、ｎ型多層膜層、量子井戸発光層、ｐ型多層膜
層、およびウインドウ層は、いずれも、厚膜の結晶成長
が容易なＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長により
連続して形成できるから製作は容易であり、特殊なプロ
セス工程を必要としないので低価格の発光ダイオードを
実現することができる。また、本発明の発光ダイオード
によると、特に、量子井戸発光層から発光した光を、量
子井戸発光層の両側に隣接して形成されたｎ型多層膜層
とｐ型多層膜層が反射させて量子井戸発光層へ戻すこと
により、フォトンリサイクリングという特異な相乗作用
を生じさせて、光の反復反射の働きにより強力な光が得
られるから、発光出力の高い発光ダイオードを提供でき
るという効果がある。
【図１】本発明の実施の形態による発光ダイオードを示
す断面拡大図である。
す断面拡大図である。
【図２】本発明の実施の形態による発光ダイオードの発
光出力を示す特性図である。
光出力を示す特性図である。
１ ＧａＡｓ基板（ｎ−ＧａＡｓ） ２ バッファ層（Ｓｅ−ＧａＡｓ） ３ ｎ型多層膜層（Ｓｅ−ＡｌＧａＩｎＰ） ４ 量子井戸発光層（ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ） ５ ｐ型多層膜層（Ｍｇ−ＡｌＧａＩｎＰ） ６ ウインドウ層（Ｚｎ−ＧａＰ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 真佐知 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社アドバンスリサーチセンタ内 (72)発明者 今野 泰一郎 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社アドバンスリサーチセンタ内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA04 CA05 CA12 CA34 CA35 CA36 CA37 CA53 CA57 CA65 CA82 CA92 CB15
Claims (8)
- 【請求項１】ＧａＡｓ基板と、光に対して透明でＡｌＰ
組成が異なる２種類以上のＡｌＧａＩｎＰ系材料からな
る前記基板側の多層膜層と、エピタキシャル成長により
形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる発光部と、光に対し
て透明でＡｌＰ組成が異なる２種類以上のＡｌＧａＩｎ
Ｐ系材料からなる前記発光部上側の多層膜層と、前記発
光部からの発光を放出するウインドウ層を順次有すると
ともに、前記基板側および前記ウインドウ層側に必要な
電極を備え、 前記基板側の前記多層膜層、ならびに前記発光部上側の
前記多層膜層は、それぞれ、前記発光部からの発光波長
に対して実質的に１／４波長の整数倍の光路長の機能を
保有するとともに、前記発光部からの発光を反射する機
能を保有するように構成されていることを特徴とする発
光ダイオード。 - 【請求項２】前記基板側の前記多層膜層はｎ型多層膜層
で構成され、前記発光部上側の前記多層膜層はｐ型多層
膜層で構成され、それぞれ、前記発光部に隣接して設置
されてい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】前記ｎ型多層膜層の前記発光部からの発光
波長に対する反射率は、前記ｐ型多層膜層の前記発光部
からの発光波長に対する反射率よりも大きくなるように
構成されてい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４】前記発光部の両側に隣接して設置されてい
る前記ｎ型多層膜層ならびに前記ｐ型多層膜層は、それ
ぞれ、前記発光部への最隣接層がアンドープ層により形
成されてい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５】前記発光部の両側に隣接して設置されてい
る前記ｎ型多層膜層は、Ｓｅ、ＳｉまたはＴｅが添加さ
れており、発光部の発光に対し透明でＡｌＰ組成が異な
るＡｌＩｎＰを含むＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり、前
記発光部の両側に隣接して設置されている前記ｐ型多層
膜層は、Ｍｇ、ＺｎまたはＣが添加されており、発光部
の発光に対し透明でＡｌＰ組成が異なるＡｌＩｎＰとＡ
ｌＧａＩｎＰからな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６】前記発光部と、前記発光部の両側に隣接し
て設置されている前記ｐ型多層膜層ならびに前記ｎ型多
層膜層は、前記発光部を挟んで前記発光部からの発光を
反復反射させる共振器を構成し、前記共振器の働きによ
って生じるフォトンリサイクリングの機能により、前記
発光部からの発光出力が増幅されるように構成されてい
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７】前記発光部からの発光は、前記発光部と前
記発光部の両側に隣接して設置されている前記ｐ型多層
膜層ならびに前記ｎ型多層膜層により構成される前記フ
ォトンリサイクリングの機能により発光出力が増幅され
のち、反射率の小さい前記ｐ型多層膜層から漏洩され、
前記ウインドウ層側から外部への発光出力として放出さ
れるように構成されてい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８】前記ウインドウ層は、ｐ型導電性を有する
ＧａＰまたはＡｌＧａＡｓ材料により構成されているこ
とを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000215053A JP2002033509A (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000215053A JP2002033509A (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | 発光ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002033509A true JP2002033509A (ja) | 2002-01-31 |
Family
ID=18710539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000215053A Pending JP2002033509A (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002033509A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100345313C (zh) * | 2003-07-24 | 2007-10-24 | 元砷光电科技股份有限公司 | 发光二极管及其制造方法 |
| JP2011151190A (ja) * | 2010-01-21 | 2011-08-04 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光装置 |
| WO2011083940A3 (ko) * | 2010-01-05 | 2011-11-24 | 서울옵토디바이스주식회사 | 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 |
| US8533765B2 (en) | 2005-08-26 | 2013-09-10 | Thomson Licensing | On demand system and method using dynamic broadcast scheduling |
-
2000
- 2000-07-14 JP JP2000215053A patent/JP2002033509A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100345313C (zh) * | 2003-07-24 | 2007-10-24 | 元砷光电科技股份有限公司 | 发光二极管及其制造方法 |
| US8533765B2 (en) | 2005-08-26 | 2013-09-10 | Thomson Licensing | On demand system and method using dynamic broadcast scheduling |
| WO2011083940A3 (ko) * | 2010-01-05 | 2011-11-24 | 서울옵토디바이스주식회사 | 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 |
| JP2011151190A (ja) * | 2010-01-21 | 2011-08-04 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光装置 |
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