JP2003258295A - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
- H01L33/145—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電流拡散層及び電流抑制層を有し、製造が容
易な発光ダイオードを提供する。 【解決手段】 発光ダイオード１は、発光層部９及び通
電電極７を有する。通電電極７と発光層部９の間に、電
流拡散層６及び電流抑制層８がこの順序で積層されてい
る。発光層部９は、通電電極７側からｐ型クラッド層
５、活性層４及びｎ型クラッド層３がこの順序にて積層
されたダブルヘテロ接合構造を有し、電流抑制層８は、
通電電極７と対応する形状を有し、該通電電極７の直下
に電流拡散層６を介して形成されている。電流抑制層８
は、ｐ型クラッド層５及び電流拡散層６と同一導電型の
ｐ型とされ、電流拡散層６との間でヘテロ障壁界面を形
成するものである。
易な発光ダイオードを提供する。 【解決手段】 発光ダイオード１は、発光層部９及び通
電電極７を有する。通電電極７と発光層部９の間に、電
流拡散層６及び電流抑制層８がこの順序で積層されてい
る。発光層部９は、通電電極７側からｐ型クラッド層
５、活性層４及びｎ型クラッド層３がこの順序にて積層
されたダブルヘテロ接合構造を有し、電流抑制層８は、
通電電極７と対応する形状を有し、該通電電極７の直下
に電流拡散層６を介して形成されている。電流抑制層８
は、ｐ型クラッド層５及び電流拡散層６と同一導電型の
ｐ型とされ、電流拡散層６との間でヘテロ障壁界面を形
成するものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、発光ダイオード
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオードは、発光層部と、該発光
層部に発光駆動電圧を印加するための通電電極とを有す
るのが通常である。そして、光取出し効率の向上のため
に、該発光層部と通電電極との間に、電流拡散層及び電
流阻止層を形成することがある。図４は電流拡散層及び
電流阻止層を有する発光ダイオード２３の一例を示すも
のである。発光層部１９は、ｎ型クラッド層１３、活性
層１４、及びｐ型クラッド層１５で構成されるダブルヘ
テロ接合構造がこの順序にてｎ型単結晶基板１２上にｎ
型バッファ層２１を介して形成されてなり、ｐ型クラッ
ド層１５と通電電極１７との間に、ｐ型電流拡散層１６
が形成されている。さらに、該電流拡散層１６とｐ型ク
ラッド層１５との間には、ｎ型電流阻止層１８が形成さ
れている。
層部に発光駆動電圧を印加するための通電電極とを有す
るのが通常である。そして、光取出し効率の向上のため
に、該発光層部と通電電極との間に、電流拡散層及び電
流阻止層を形成することがある。図４は電流拡散層及び
電流阻止層を有する発光ダイオード２３の一例を示すも
のである。発光層部１９は、ｎ型クラッド層１３、活性
層１４、及びｐ型クラッド層１５で構成されるダブルヘ
テロ接合構造がこの順序にてｎ型単結晶基板１２上にｎ
型バッファ層２１を介して形成されてなり、ｐ型クラッ
ド層１５と通電電極１７との間に、ｐ型電流拡散層１６
が形成されている。さらに、該電流拡散層１６とｐ型ク
ラッド層１５との間には、ｎ型電流阻止層１８が形成さ
れている。
【０００３】ｐ型電流拡散層１６内部では、発光層部１
９に対して、通電電流が面内均一に供給されるように拡
散する。そのため、発光層部１９の通電電極１７に覆わ
れていない領域からも比較的強い発光が行なわれる。ま
た、ｎ型電流阻止層１８は、ｐ型電流拡散層１６及びｐ
型クラッド層１５とは、導電型が異なるので、図４に示
すように、該ｎ型電流阻止層１８を避けるように、通電
電流が発光層部１９の通電電極１７に覆われていない領
域に流れ、通電電極１７に覆われていない領域からの発
光が優先的に行われる。該領域からの発光は、通電電極
１７に遮られにくく、外部に取り出しやすいので、これ
らｐ型電流拡散層１６及びｎ型電流阻止層１８を組み合
わせることで、発光ダイオードの光取出し効率が飛躍的
に向上する。
９に対して、通電電流が面内均一に供給されるように拡
散する。そのため、発光層部１９の通電電極１７に覆わ
れていない領域からも比較的強い発光が行なわれる。ま
た、ｎ型電流阻止層１８は、ｐ型電流拡散層１６及びｐ
型クラッド層１５とは、導電型が異なるので、図４に示
すように、該ｎ型電流阻止層１８を避けるように、通電
電流が発光層部１９の通電電極１７に覆われていない領
域に流れ、通電電極１７に覆われていない領域からの発
光が優先的に行われる。該領域からの発光は、通電電極
１７に遮られにくく、外部に取り出しやすいので、これ
らｐ型電流拡散層１６及びｎ型電流阻止層１８を組み合
わせることで、発光ダイオードの光取出し効率が飛躍的
に向上する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、周囲と導電型の異なる層を電流阻止層として採
用する場合、以下のような問題がある。図５は、発光ダ
イオード２３の製造方法の一例を示すものである。例え
ばＧａＡｓ等にてなるｎ型単結晶基板１２上に（Ａｌｕ
Ｇａ１−ｕ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（但し、０≦ｕ≦
１）混晶にてなるｎ型クラッド層１３、（ＡｌｖＧａ
１−ｖ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（但し、０≦ｖ≦０．
７）混晶にてなる活性層１４及び（ＡｌｗＧａ１−ｗ）
０．５１Ｉｎ ０．４９Ｐ（但し、０≦ｗ≦１）混晶にて
なるｐ型クラッド層１５をこの順序でエピタキシャル成
長させてなる発光層部１９上に、ＧａＡｓ等にてなるｎ
型電流阻止層１８をエピタキシャル成長させる。なお、
前記（ＡｌｕＧａ１−ｕ）０． ５１Ｉｎ０．４９Ｐ、
（ＡｌｖＧａ１−ｖ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ及び（Ａ
ｌ ｗＧａ１−ｗ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐを総称してＡ
ｌＧａＩｎＰとも略記する。また、前記発光層部１９を
構成する各ＡｌＧａＩｎＰ層のＡｌ組成ｕ、ｖ、ｗは、
ｖ＜ｕ及びｖ＜ｗなる関係を満たす。次いで、フォトリ
ソグラフィ技術により、ｎ型電流阻止層１８の不要の領
域（１８ａ）を除去したのち、その上に、例えばＡｌｘ
Ｇａ１−ｘＡｓ（但し、０＜ｘ≦１）混晶（以下、これ
らを総称してＡｌＧａＡｓともいう）等にてなるｐ型電
流拡散層１６をエピタキシャル成長させ、電極１７、２
０を形成したのち素子化することにより発光ダイオード
２３とする。
ように、周囲と導電型の異なる層を電流阻止層として採
用する場合、以下のような問題がある。図５は、発光ダ
イオード２３の製造方法の一例を示すものである。例え
ばＧａＡｓ等にてなるｎ型単結晶基板１２上に（Ａｌｕ
Ｇａ１−ｕ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（但し、０≦ｕ≦
１）混晶にてなるｎ型クラッド層１３、（ＡｌｖＧａ
１−ｖ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（但し、０≦ｖ≦０．
７）混晶にてなる活性層１４及び（ＡｌｗＧａ１−ｗ）
０．５１Ｉｎ ０．４９Ｐ（但し、０≦ｗ≦１）混晶にて
なるｐ型クラッド層１５をこの順序でエピタキシャル成
長させてなる発光層部１９上に、ＧａＡｓ等にてなるｎ
型電流阻止層１８をエピタキシャル成長させる。なお、
前記（ＡｌｕＧａ１−ｕ）０． ５１Ｉｎ０．４９Ｐ、
（ＡｌｖＧａ１−ｖ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ及び（Ａ
ｌ ｗＧａ１−ｗ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐを総称してＡ
ｌＧａＩｎＰとも略記する。また、前記発光層部１９を
構成する各ＡｌＧａＩｎＰ層のＡｌ組成ｕ、ｖ、ｗは、
ｖ＜ｕ及びｖ＜ｗなる関係を満たす。次いで、フォトリ
ソグラフィ技術により、ｎ型電流阻止層１８の不要の領
域（１８ａ）を除去したのち、その上に、例えばＡｌｘ
Ｇａ１−ｘＡｓ（但し、０＜ｘ≦１）混晶（以下、これ
らを総称してＡｌＧａＡｓともいう）等にてなるｐ型電
流拡散層１６をエピタキシャル成長させ、電極１７、２
０を形成したのち素子化することにより発光ダイオード
２３とする。
【０００５】このように、周囲と導電型の異なる層を電
流阻止層として機能させる場合、その製造過程におい
て、上記のように、ｐ層の成長を中断してｎ層を成長さ
せる工程が必要となる。この場合、図６に示すように、
例えばｐ型クラッド層１５の一部に、ｎ型電流阻止層１
８からｎ型のドーパントが拡散する。これにより、ｐ型
クラッド層１５の多数キャリア（ホール）が補償され、
キャリア濃度が減少するので、発光ダイオード２３の輝
度が低下してしまう。また、ｎ型ドーパントによる補償
が過剰となると、ｐ型クラッド層１５上にｎ型反転層１
５ａが形成され、発光ダイオード２３を発光させるため
の発光駆動電圧が上昇してしまう。そのため、所望の発
光効率及び発光駆動電圧を有する発光ダイオードを得る
には、ｎ型電流阻止層１８の形成に際して、ｎ型反転層
１５ａの形成が顕著とならないような処置が必要であ
り、製造能率の低下につながる。
流阻止層として機能させる場合、その製造過程におい
て、上記のように、ｐ層の成長を中断してｎ層を成長さ
せる工程が必要となる。この場合、図６に示すように、
例えばｐ型クラッド層１５の一部に、ｎ型電流阻止層１
８からｎ型のドーパントが拡散する。これにより、ｐ型
クラッド層１５の多数キャリア（ホール）が補償され、
キャリア濃度が減少するので、発光ダイオード２３の輝
度が低下してしまう。また、ｎ型ドーパントによる補償
が過剰となると、ｐ型クラッド層１５上にｎ型反転層１
５ａが形成され、発光ダイオード２３を発光させるため
の発光駆動電圧が上昇してしまう。そのため、所望の発
光効率及び発光駆動電圧を有する発光ダイオードを得る
には、ｎ型電流阻止層１８の形成に際して、ｎ型反転層
１５ａの形成が顕著とならないような処置が必要であ
り、製造能率の低下につながる。
【０００６】本発明は、上記問題を鑑みてなされたもの
であり、周囲と導電型の異なる電流阻止層を形成せずに
電流拡散層内の電流の流れを制御可能な発光ダイオード
を提供することを課題とする。
であり、周囲と導電型の異なる電流阻止層を形成せずに
電流拡散層内の電流の流れを制御可能な発光ダイオード
を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明の発光ダイオードは、通電電
極と発光層部との間に電流拡散層が形成され、発光駆動
電圧に基づく通電電流を妨げる電流抑制層が、前記電流
拡散層と同一導電型であり、かつ、該電流拡散層とヘテ
ロ障壁界面を形成することを特徴とする。
を解決するために、本発明の発光ダイオードは、通電電
極と発光層部との間に電流拡散層が形成され、発光駆動
電圧に基づく通電電流を妨げる電流抑制層が、前記電流
拡散層と同一導電型であり、かつ、該電流拡散層とヘテ
ロ障壁界面を形成することを特徴とする。
【０００８】上記のように、本発明においては、電流抑
制層と電流拡散層との導電型を同一とし、周囲と導電型
の異なる電流阻止層を形成する代わりに電流拡散層との
間にヘテロ障壁界面を形成することにより、電流抑制層
として機能させようとするものである。電流抑制層の構
成として周囲と導電型の異なる層を採用しないので、電
流抑制層の形成中に、該電流抑制層の下層にドーパント
が拡散して、当該下層のキャリア濃度が低下したり、あ
るいは、望まざる反転層が形成されたりすることがな
い。したがって、キャリア濃度の低下や反転層の形成に
起因して発光ダイオードの輝度が低下したり、発光駆動
電圧が上昇したりすることもない。そのため、反転層の
形成を防止するための特別な処置も必要無く、製造が容
易である。一方、電流抑制層は、電流拡散層との境界に
おいて、ヘテロ障壁界面を形成する。これにより、電流
拡散層を導通する通電電流のうち、電流拡散層と電流抑
制層とが接する部分においては、上記ヘテロ障壁界面に
形成されるエネルギー障壁のために、通電電極と発光層
部との間の通電電流の流れが、該電流抑制層近傍で阻害
されるのである。その結果、通電電流が電流抑制層を避
けて導通するので、電流抑制層を電流拡散層と同一導電
型としても電流拡散層内の電流の流れを制御して広げる
ことができ、電流抑制層の機能は十分に発揮できること
になる。
制層と電流拡散層との導電型を同一とし、周囲と導電型
の異なる電流阻止層を形成する代わりに電流拡散層との
間にヘテロ障壁界面を形成することにより、電流抑制層
として機能させようとするものである。電流抑制層の構
成として周囲と導電型の異なる層を採用しないので、電
流抑制層の形成中に、該電流抑制層の下層にドーパント
が拡散して、当該下層のキャリア濃度が低下したり、あ
るいは、望まざる反転層が形成されたりすることがな
い。したがって、キャリア濃度の低下や反転層の形成に
起因して発光ダイオードの輝度が低下したり、発光駆動
電圧が上昇したりすることもない。そのため、反転層の
形成を防止するための特別な処置も必要無く、製造が容
易である。一方、電流抑制層は、電流拡散層との境界に
おいて、ヘテロ障壁界面を形成する。これにより、電流
拡散層を導通する通電電流のうち、電流拡散層と電流抑
制層とが接する部分においては、上記ヘテロ障壁界面に
形成されるエネルギー障壁のために、通電電極と発光層
部との間の通電電流の流れが、該電流抑制層近傍で阻害
されるのである。その結果、通電電流が電流抑制層を避
けて導通するので、電流抑制層を電流拡散層と同一導電
型としても電流拡散層内の電流の流れを制御して広げる
ことができ、電流抑制層の機能は十分に発揮できること
になる。
【０００９】電流抑制層は、通電電極と対応する形状を
有し、該通電電極の直下に形成されるのがよい。これに
より、外部に取り出し可能な発光に寄与する通電電流
を、効率的に発光層部に供給しつつ、発光層部からの発
光は、電流抑制層及び通電電極により遮られにくくな
り、発光ダイオードの光取出し効率をさらに向上させる
ことができる。
有し、該通電電極の直下に形成されるのがよい。これに
より、外部に取り出し可能な発光に寄与する通電電流
を、効率的に発光層部に供給しつつ、発光層部からの発
光は、電流抑制層及び通電電極により遮られにくくな
り、発光ダイオードの光取出し効率をさらに向上させる
ことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態
である発光ダイオード１を示す概念図である。発光ダイ
オード１は、その表面のほぼ中央部に形成された通電電
極７を有する。また、ｎ型単結晶基板２上にｎ型バッフ
ァ層１１が形成され、さらにその上に、発光層部９、電
流抑制層８及び電流拡散層６がこの順序で積層されてい
る。発光層部９は、通電電極７側から第一導電型クラッ
ド層としてのｐ型クラッド層５、活性層４及び第二導電
型クラッド層としてのｎ型クラッド層３がこの順序にて
積層されたダブルヘテロ接合構造を有し、電流抑制層８
は、第一導電型クラッド層としてのｐ型クラッド層５に
接して形成されている。発光層部９にダブルヘテロ接合
構造を採用することにより、活性層４における量子閉じ
込め効果による内部量子効率が向上する。また、ｎ型単
結晶基板２の裏面には裏面電極１０が形成されている。
なお、電流拡散層６の効果を良好に得ようとすれば、該
電流拡散層６の厚さは２μｍ以上１５μｍ以下の範囲で
設定するのがよい。２μｍ未満では、通電電極７から発
光層部９に至る間に、通電電流を十分に拡散することが
出来ないので好ましくない。一方１５μｍを越えると、
上記の効果が飽和するのみで、製造に時間がかかった
り、製造コストの上昇を招く。本発明において、電流抑
制層８はｐ型クラッド層５及びｐ型電流拡散層６と同一
導電型とされ、本実施の形態においてはｐ型である（以
下、ｐ型電流抑制層８とも記載する）。
施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態
である発光ダイオード１を示す概念図である。発光ダイ
オード１は、その表面のほぼ中央部に形成された通電電
極７を有する。また、ｎ型単結晶基板２上にｎ型バッフ
ァ層１１が形成され、さらにその上に、発光層部９、電
流抑制層８及び電流拡散層６がこの順序で積層されてい
る。発光層部９は、通電電極７側から第一導電型クラッ
ド層としてのｐ型クラッド層５、活性層４及び第二導電
型クラッド層としてのｎ型クラッド層３がこの順序にて
積層されたダブルヘテロ接合構造を有し、電流抑制層８
は、第一導電型クラッド層としてのｐ型クラッド層５に
接して形成されている。発光層部９にダブルヘテロ接合
構造を採用することにより、活性層４における量子閉じ
込め効果による内部量子効率が向上する。また、ｎ型単
結晶基板２の裏面には裏面電極１０が形成されている。
なお、電流拡散層６の効果を良好に得ようとすれば、該
電流拡散層６の厚さは２μｍ以上１５μｍ以下の範囲で
設定するのがよい。２μｍ未満では、通電電極７から発
光層部９に至る間に、通電電流を十分に拡散することが
出来ないので好ましくない。一方１５μｍを越えると、
上記の効果が飽和するのみで、製造に時間がかかった
り、製造コストの上昇を招く。本発明において、電流抑
制層８はｐ型クラッド層５及びｐ型電流拡散層６と同一
導電型とされ、本実施の形態においてはｐ型である（以
下、ｐ型電流抑制層８とも記載する）。
【００１１】なお、具体的には、発光ダイオード１のｎ
型単結晶基板２及びｎ型バッファ層１１はＧａＡｓにて
構成されている。そして、発光層部９は、（ＡｌｕＧａ
１− ｕ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（但し、０≦ｕ≦１）
にて構成されるｎ型クラッド層３、（ＡｌｖＧ
ａ１−ｖ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（但し、０≦ｖ≦
０．７、ｖ＜ｕ、ｖ＜ｗ）にて構成される活性層４及び
（ＡｌｗＧａ１−ｗ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（但し、
０≦ｗ≦１）にて構成されるｐ型クラッド層５を有し、
ｐ型電流拡散層６は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（但し、０
＜ｘ≦１）にて構成され、ｐ型電流抑制層８は（Ａｌｙ
Ｇａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（但し、０＜ｙ≦１、０≦
ｚ＜１、ｗ＜ｙ）にて構成されている。それぞれの層に
おいて、このような化合物半導体を採用すれば、ｐ型電
流抑制層８の形成により、ｐ型電流拡散層６とｐ型電流
抑制層８との間に、大きなヘテロ障壁界面を形成するこ
とができる。特に、ｐ型電流抑制層８は、ＡｌｚＩｎ
１−ｚＰ（ただし、０≦ｚ＜１）にて構成するのがよ
い。これにより、ｐ型クラッド層５とｐ型電流抑制層８
との間に反転層が形成されることがない。また、通電電
極７と発光層部９との間で、ｐ型電流抑制層８が配置さ
れている領域には、通電電流が殆ど導通しないので、電
流抑制層の形状やその形成位置を変えることにより通電
電流の流れを制御することができる。例えば、ｐ型電流
抑制層８を通電電極７と対応する形状とするとともに通
電電極７の直下の領域に形成すると、通電電極７以外の
領域から強い発光が取り出されることになり、光取出し
効率が向上する。また、活性層４の組成を変更すること
で、発光波長を５５０〜６６０ｎｍの間で適宜変更する
ことができる。
型単結晶基板２及びｎ型バッファ層１１はＧａＡｓにて
構成されている。そして、発光層部９は、（ＡｌｕＧａ
１− ｕ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（但し、０≦ｕ≦１）
にて構成されるｎ型クラッド層３、（ＡｌｖＧ
ａ１−ｖ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（但し、０≦ｖ≦
０．７、ｖ＜ｕ、ｖ＜ｗ）にて構成される活性層４及び
（ＡｌｗＧａ１−ｗ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（但し、
０≦ｗ≦１）にて構成されるｐ型クラッド層５を有し、
ｐ型電流拡散層６は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（但し、０
＜ｘ≦１）にて構成され、ｐ型電流抑制層８は（Ａｌｙ
Ｇａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（但し、０＜ｙ≦１、０≦
ｚ＜１、ｗ＜ｙ）にて構成されている。それぞれの層に
おいて、このような化合物半導体を採用すれば、ｐ型電
流抑制層８の形成により、ｐ型電流拡散層６とｐ型電流
抑制層８との間に、大きなヘテロ障壁界面を形成するこ
とができる。特に、ｐ型電流抑制層８は、ＡｌｚＩｎ
１−ｚＰ（ただし、０≦ｚ＜１）にて構成するのがよ
い。これにより、ｐ型クラッド層５とｐ型電流抑制層８
との間に反転層が形成されることがない。また、通電電
極７と発光層部９との間で、ｐ型電流抑制層８が配置さ
れている領域には、通電電流が殆ど導通しないので、電
流抑制層の形状やその形成位置を変えることにより通電
電流の流れを制御することができる。例えば、ｐ型電流
抑制層８を通電電極７と対応する形状とするとともに通
電電極７の直下の領域に形成すると、通電電極７以外の
領域から強い発光が取り出されることになり、光取出し
効率が向上する。また、活性層４の組成を変更すること
で、発光波長を５５０〜６６０ｎｍの間で適宜変更する
ことができる。
【００１２】ｐ型電流拡散層６とｐ型電流抑制層８との
間に形成されるヘテロ障壁界面近傍のバンド帯の構造
は、例えば、図２（ａ）のようにする。ｐ型電流抑制層
８の価電子バンドの上端におけるエネルギーは、ｐ型電
流拡散層６の価電子バンドの上端のエネルギーよりも低
くなっている。それに起因して、ｐ型電流拡散層６とｐ
型電流抑制層８との界面にホールに対する大きなエネル
ギー障壁Ｅが形成されて、ヘテロ障壁界面となる。通電
電極７を介して発光ダイオード１に発光駆動電圧が印加
されると、ｐ型電流拡散層６内を多数キャリアであるホ
ールがｐ型クラッド層５に向かって移動する。しかしな
がら、ｐ型電流拡散層６とｐ型電流抑制層８との間に形
成されるヘテロ障壁界面にはホールに対するエネルギー
障壁Ｅが形成されており、該ヘテロ障壁界面でホールが
遮られ、その結果、ｐ型電流抑制層８が形成されている
領域で、発光層部９への通電電流の導通が抑制される。
間に形成されるヘテロ障壁界面近傍のバンド帯の構造
は、例えば、図２（ａ）のようにする。ｐ型電流抑制層
８の価電子バンドの上端におけるエネルギーは、ｐ型電
流拡散層６の価電子バンドの上端のエネルギーよりも低
くなっている。それに起因して、ｐ型電流拡散層６とｐ
型電流抑制層８との界面にホールに対する大きなエネル
ギー障壁Ｅが形成されて、ヘテロ障壁界面となる。通電
電極７を介して発光ダイオード１に発光駆動電圧が印加
されると、ｐ型電流拡散層６内を多数キャリアであるホ
ールがｐ型クラッド層５に向かって移動する。しかしな
がら、ｐ型電流拡散層６とｐ型電流抑制層８との間に形
成されるヘテロ障壁界面にはホールに対するエネルギー
障壁Ｅが形成されており、該ヘテロ障壁界面でホールが
遮られ、その結果、ｐ型電流抑制層８が形成されている
領域で、発光層部９への通電電流の導通が抑制される。
【００１３】なお、ｐ型電流抑制層８が形成されていな
い領域では、ｐ型クラッド層５とｐ型電流拡散層６とが
直接接している。そのため、図２（ｂ）に示すように、
ｐ型電流抑制層８が形成されていない領域における電流
の導通を考慮すれば、ホールに対する障壁が、ｐ型電流
拡散層６からｐ型クラッド層５に向けて生じないように
するのがよい。そのためには、ｐ型クラッド層５の価電
子バンドの上端のエネルギーと、ｐ型電流拡散層６の価
電子バンドの上端のエネルギーとが略同等であるか、あ
るいは、ｐ型クラッド層５の価電子バンドの上端のエネ
ルギーを、ｐ型電流拡散層６の価電子バンドの上端のエ
ネルギーよりも高く設定するのがよい。
い領域では、ｐ型クラッド層５とｐ型電流拡散層６とが
直接接している。そのため、図２（ｂ）に示すように、
ｐ型電流抑制層８が形成されていない領域における電流
の導通を考慮すれば、ホールに対する障壁が、ｐ型電流
拡散層６からｐ型クラッド層５に向けて生じないように
するのがよい。そのためには、ｐ型クラッド層５の価電
子バンドの上端のエネルギーと、ｐ型電流拡散層６の価
電子バンドの上端のエネルギーとが略同等であるか、あ
るいは、ｐ型クラッド層５の価電子バンドの上端のエネ
ルギーを、ｐ型電流拡散層６の価電子バンドの上端のエ
ネルギーよりも高く設定するのがよい。
【００１４】このような価電子バンドの構造を実現する
方法としては、例えば、ｐ型電流抑制層８のバンドギャ
ップエネルギーＥｇ2を、ｐ型電流拡散層６のバンドギ
ャップエネルギーＥｇ1及びｐ型クラッド層５のバンド
ギャップエネルギーＥｇ3よりも大きく設定する方法を
例示できる。なお、該条件を満たすように、各層の組成
を調整する必要がある。このような構成とすることで、
ｐ型電流抑制層６及びｐ型電流拡散層８の境界を、ヘテ
ロ障壁界面とすることができ、導電型の異なる層を形成
しなくても、電流抑制層６としての機能を果たすことが
できる。なお、ｐ型電流抑制層８（（ＡｌｙＧ
ａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ）におけるＡｌ組成（ｙｚ）
を大きくし、かつｐ型電流拡散層６（ＡｌｘＧａ１−ｘ
Ａｓ）におけるＡｌ組成（ｘ）を小さくすることで、ｐ
型電流抑制層８およびｐ型電流拡散層６の間に形成され
るホールに対するヘテロ障壁を大きくすることができ
る。
方法としては、例えば、ｐ型電流抑制層８のバンドギャ
ップエネルギーＥｇ2を、ｐ型電流拡散層６のバンドギ
ャップエネルギーＥｇ1及びｐ型クラッド層５のバンド
ギャップエネルギーＥｇ3よりも大きく設定する方法を
例示できる。なお、該条件を満たすように、各層の組成
を調整する必要がある。このような構成とすることで、
ｐ型電流抑制層６及びｐ型電流拡散層８の境界を、ヘテ
ロ障壁界面とすることができ、導電型の異なる層を形成
しなくても、電流抑制層６としての機能を果たすことが
できる。なお、ｐ型電流抑制層８（（ＡｌｙＧ
ａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ）におけるＡｌ組成（ｙｚ）
を大きくし、かつｐ型電流拡散層６（ＡｌｘＧａ１−ｘ
Ａｓ）におけるＡｌ組成（ｘ）を小さくすることで、ｐ
型電流抑制層８およびｐ型電流拡散層６の間に形成され
るホールに対するヘテロ障壁を大きくすることができ
る。
【００１５】ｐ型電流抑制層８としては、ｐ型電流拡散
層６からのキャリア（ホール）が発光層部９にトンネル
現象により通過しないだけの膜厚を有するものを採用す
るのがよい。具体的には、０．００５μｍ以上１μｍ以
下に設定するのがよい。膜厚が０．００５μｍ未満では
トンネル現象によりキャリアが通過してしまうため好ま
しくなく、一方１μｍを越えると電流抑制層８の作用を
発揮するにはオーバースペックであり、製品コストが上
昇する。
層６からのキャリア（ホール）が発光層部９にトンネル
現象により通過しないだけの膜厚を有するものを採用す
るのがよい。具体的には、０．００５μｍ以上１μｍ以
下に設定するのがよい。膜厚が０．００５μｍ未満では
トンネル現象によりキャリアが通過してしまうため好ま
しくなく、一方１μｍを越えると電流抑制層８の作用を
発揮するにはオーバースペックであり、製品コストが上
昇する。
【００１６】以下、本発明の一実施形態である発光ダイ
オード１の製造方法について図１及び図３を用いて説明
する。まず、ＡｌＧａＩｎＰ混晶と格子整合する化合物
半導体単結晶基板であるｎ型ＧａＡｓ単結晶基板２の第
一主表面に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１を、例えば、
０．５μｍエピタキシャル成長させる。次いで、発光層
部９として、１μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３、０．６μｍのノンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４、
及び１μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５を、この
順序にエピタキシャル成長させる。ｐ型ドーパントとし
ては、Ｍｇ、Ｚｎ等のII族元素等を使用することがで
き、ｎ型ドーパントとしては、Ｓ、Ｓｅ等のVI族元素等
に加えてＳｉを使用することができる。これら各層のエ
ピタキシャル成長は、有機金属気相エピタキシャル成長
（Metalorganic Vapor Phase Epitaxy:ＭＯＶＰＥ）法
により行うことができる。このほかにも分子線エピタキ
シャル成長（Molecular Beam Epitaxy:ＭＢＥ）法等に
より行なうことができる。
オード１の製造方法について図１及び図３を用いて説明
する。まず、ＡｌＧａＩｎＰ混晶と格子整合する化合物
半導体単結晶基板であるｎ型ＧａＡｓ単結晶基板２の第
一主表面に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１を、例えば、
０．５μｍエピタキシャル成長させる。次いで、発光層
部９として、１μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３、０．６μｍのノンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層４、
及び１μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５を、この
順序にエピタキシャル成長させる。ｐ型ドーパントとし
ては、Ｍｇ、Ｚｎ等のII族元素等を使用することがで
き、ｎ型ドーパントとしては、Ｓ、Ｓｅ等のVI族元素等
に加えてＳｉを使用することができる。これら各層のエ
ピタキシャル成長は、有機金属気相エピタキシャル成長
（Metalorganic Vapor Phase Epitaxy:ＭＯＶＰＥ）法
により行うことができる。このほかにも分子線エピタキ
シャル成長（Molecular Beam Epitaxy:ＭＢＥ）法等に
より行なうことができる。
【００１７】次に、図３に示す方法により、ｐ型電流抑
制層８を形成する。すなわち、上記ｐ型クラッド層５の
全表面上に、ＡｌＧａＩｎＰにてなるｐ型電流抑制層８
をエピタキシャル成長させる。その後フォトリソグラフ
ィ技術により所望の領域のみが残留するように（本実施
の形態においては、通電電極７直下の領域のみ残留する
ように）余分な領域８ａを除去する。その後、ＡｌＧａ
Ａｓにてなるｐ型電流拡散層６をエピタキシャル成長さ
せた後、ｐ型電流抑制層８の直上に通電電極７を形成
し、素子化することにより本発明の発光ダイオード１を
得ることができる。このとき、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ電流
抑制層８とｐ型ＡｌＧａＡｓ電流拡散層６との間には、
ホールに対して３００ｍｅＶ程度のヘテロ障壁が形成さ
れる。ｐ型電流抑制層８を形成するにあたり、ｐ型クラ
ッド層５の多数キャリア（ホール）が補償されず、ｐ型
クラッド層５内の多数キャリア（ホール）濃度を所期の
ものに維持することができ、良好な発光効率を有する発
光ダイオード１を得ることができる。また、反転層も形
成されないので、発光駆動電圧も上昇することはない。
制層８を形成する。すなわち、上記ｐ型クラッド層５の
全表面上に、ＡｌＧａＩｎＰにてなるｐ型電流抑制層８
をエピタキシャル成長させる。その後フォトリソグラフ
ィ技術により所望の領域のみが残留するように（本実施
の形態においては、通電電極７直下の領域のみ残留する
ように）余分な領域８ａを除去する。その後、ＡｌＧａ
Ａｓにてなるｐ型電流拡散層６をエピタキシャル成長さ
せた後、ｐ型電流抑制層８の直上に通電電極７を形成
し、素子化することにより本発明の発光ダイオード１を
得ることができる。このとき、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ電流
抑制層８とｐ型ＡｌＧａＡｓ電流拡散層６との間には、
ホールに対して３００ｍｅＶ程度のヘテロ障壁が形成さ
れる。ｐ型電流抑制層８を形成するにあたり、ｐ型クラ
ッド層５の多数キャリア（ホール）が補償されず、ｐ型
クラッド層５内の多数キャリア（ホール）濃度を所期の
ものに維持することができ、良好な発光効率を有する発
光ダイオード１を得ることができる。また、反転層も形
成されないので、発光駆動電圧も上昇することはない。
【００１８】なお、本実施形態においては、ｐ型クラッ
ド層５上にｐ型電流抑制層８及びｐ型電流拡散層６を形
成する場合について示したが、本発明は、これらの導電
型を全てｎ型にしても同様の効果を有するものである。
さらに、電流抑制層８はｐ型クラッド層５の表面の、通
電電極７の直下領域にのみｐ型クラッド層５と接して形
成されているが、本発明はこれに限られるものではな
く、電流抑制層８が電流拡散層６に包含される形態で形
成されていたり、通電電極７の直下領域以外の領域に形
成されていてもよい。
ド層５上にｐ型電流抑制層８及びｐ型電流拡散層６を形
成する場合について示したが、本発明は、これらの導電
型を全てｎ型にしても同様の効果を有するものである。
さらに、電流抑制層８はｐ型クラッド層５の表面の、通
電電極７の直下領域にのみｐ型クラッド層５と接して形
成されているが、本発明はこれに限られるものではな
く、電流抑制層８が電流拡散層６に包含される形態で形
成されていたり、通電電極７の直下領域以外の領域に形
成されていてもよい。
【図１】本発明の発光ダイオードの構造を示す概念図。
【図２】電流抑制層近傍におけるエネルギーバンドの一
例を示す図。
例を示す図。
【図３】本発明の発光ダイオードの製造方法を説明する
図。
図。
【図４】従来の発光ダイオードの構造を示す概念図。
【図５】従来の発光ダイオードの製造方法を説明する
図。
図。
【図６】従来の発光ダイオードにおける問題点を説明す
る図。
る図。
１、２３ 発光ダイオード
２、１２ ｎ型単結晶基板
３、１３ ｎ型クラッド層（第二導電型クラッド層）
４、１４ 活性層
５、１５ ｐ型クラッド層（第一導電型クラッド層）
６、１６ ｐ型電流拡散層（電流拡散層）
７、１７ 通電電極
８ ｐ型電流抑制層（電流抑制層）
１８ ｎ型電流阻止層
９、１９ 発光層部
１０、２０ 裏面電極
１１、２１ ｎ型バッフア層
Claims (3)
- 【請求項１】 通電電極と発光層部との間に電流拡散層
が形成され、発光駆動電圧に基づく通電電流を妨げる電
流抑制層が、前記電流拡散層と同一導電型であり、か
つ、該電流拡散層とヘテロ障壁界面を形成することを特
徴とする発光ダイオード。 - 【請求項２】 前記電流拡散層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡ
ｓ（ただし、０＜ｘ≦１）にて構成され、前記電流抑制
層は、（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、
０＜ｙ≦１、０＜ｚ≦１）にて構成されることを特徴と
する請求項１に記載の発光ダイオード。 - 【請求項３】 前記発光層部は、前記通電電極側から第
一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層
がこの順序にて積層されたダブルヘテロ構造を有し、前
記電流抑制層は前記第一導電型クラッド層と接して形成
されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダ
イオード。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002053729A JP2003258295A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 発光ダイオード |
| PCT/JP2003/001359 WO2003073519A1 (fr) | 2002-02-28 | 2003-02-10 | Diode emettrice de lumiere |
| TW92102707A TW200306018A (en) | 2002-02-28 | 2003-02-11 | Light-emitting diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002053729A JP2003258295A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 発光ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003258295A true JP2003258295A (ja) | 2003-09-12 |
Family
ID=27764368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002053729A Pending JP2003258295A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 発光ダイオード |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003258295A (ja) |
| TW (1) | TW200306018A (ja) |
| WO (1) | WO2003073519A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016046511A (ja) * | 2014-08-26 | 2016-04-04 | 株式会社東芝 | 発光ダイオード装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3290672B2 (ja) * | 1990-08-20 | 2002-06-10 | 株式会社東芝 | 半導体発光ダイオード |
| JP3124694B2 (ja) * | 1995-02-15 | 2001-01-15 | 三菱電線工業株式会社 | 半導体発光素子 |
| JP3685977B2 (ja) * | 2000-04-21 | 2005-08-24 | シャープ株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
-
2002
- 2002-02-28 JP JP2002053729A patent/JP2003258295A/ja active Pending
-
2003
- 2003-02-10 WO PCT/JP2003/001359 patent/WO2003073519A1/ja unknown
- 2003-02-11 TW TW92102707A patent/TW200306018A/zh unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016046511A (ja) * | 2014-08-26 | 2016-04-04 | 株式会社東芝 | 発光ダイオード装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW200306018A (en) | 2003-11-01 |
| WO2003073519A1 (fr) | 2003-09-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060524 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061003 |