JP2005136443A - 発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】 数mＡ〜５０mＡ以上の大電流での発光特性を改善する。
【解決手段】 電流阻止層８９の平面形状を、所定幅を有する短冊を所定間隔で配列しその一端を短冊で連結した形状にする共に、上記短冊の配列間隔を電流強度が９０％減衰する位置までの距離以下にする。また、ｐ側電極９３の平面形状を、電流阻止層８９の短冊よりも狭い所定幅を有する短冊を所定間隔で配列しその一端を短冊で連結した形状にすると共に、電流阻止層８９の真上に形成する。こうして、第２ｐ型電流拡散層９０を流れる電流強度の減衰率を９０％以上にして、良好な電流拡散を得る。すなわち、従来の使用電流である数mＡ〜５０mＡよりも十分に大きな１００mＡ程度の大電流時に電流密度が大きくなり過ぎるのを防止して、発光特性を改善することができる。
【選択図】図１０

Description

この発明は、ダブルヘテロ構造を有する発光ダイオード(ＬＥＤ)に関し、より詳しくは、大電流で使用可能なＬＥＤに関する。

従来、高効率のＬＥＤとして、図２１に示すようなダブルヘテロ構造を有するものが在る。図２１は、ＧaＡs基板１に格子整合したＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤの縦断面図である。このＬＥＤにおける各層の構造は以下のようである。

基板１
ｎ型ＧaＡs
バッファ層２
ｎ型ＧaＡs
ｎ型クラッド層３
ｎ型(Ｇa_0.3Ａl_0.7)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｓi、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:１μm
発光層４
ｐ型(Ｇa_0.7Ａl_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
厚さ:０.５μm
ｐ型クラッド層５
ｐ型Ａl_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:５×１０¹⁷cm^-3、厚さ:１μm
第１電流拡散層７
ｐ型Ｇa_0.3Ａl_0.7Ａs
不純物:Ｚn、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:１μm
第２電流拡散層８
ｐ型Ｇa_0.3Ａl_0.7Ａs
不純物:Ｚn、不純物濃度:３×１０¹⁸cm^-3、厚さ:６μm
コンタクト層９
ｐ型ＧaＡs
尚、上記ｎ型ＧaＡs基板１にはｎ側電極１０が形成され、ｐ型ＧaＡsコンタクト層９にはｐ側電極１１が形成されている。

上記ｎ型ＧaＡsバッファ層２はｎ型ＧaＡs基板１の欠陥や汚染物の影響を取り除くためのものであり、ｎ型ＧaＡs基板１の表面処理が良好な場合には不要である。また、ｐ型ＧaＡsコンタクト層９は、ｐ側電極１１とのオーミックコンタクトを取り易くするためにＡlを含まないＧaＡs構造にしている。尚、コンタクト層９を構成するＧaＡsは、ｐ型(Ｇa_0.7Ａl_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ発光層４で発生する光に対し不透明である。しかしながら、ｐ側電極１１直下のみに設けられているので支障は無い。

上記構成のＬＥＤに対して、さらに高信頼性化を図ったＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤとして、図２２に縦断面を示すようなものがある。このＬＥＤにおける各層の構造は以下のようである。

基板２１
ｎ型ＧaＡs
バッファ層２２
ｎ型ＧaＡs
ｎ型クラッド層２３
ｎ型(Ｇa_0.3Ａl_0.7)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｓi、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:１μm
発光層２４
ｐ型(Ｇa_0.7Ａl_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
厚さ:０.５μm
第１ｐ型クラッド層２６
ｐ型(Ｇa_0.5Ａl_0.5)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:１×１０¹⁷cm^-3、厚さ:０.２μm
第２ｐ型クラッド層２７
ｐ型Ａl_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:５×１０¹⁷cm^-3、厚さ:１.０μm
電流拡散層２８
ｐ型Ｇa_0.9Ｉn_0.1Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:７μm
コンタクト層２９
ｐ型ＧaＡs
尚、上記ｎ型ＧaＡs基板２１にはｎ側電極３０が形成され、ｐ型ＧaＡsコンタクト層２９にはｐ側電極３１が形成されている。

このように、上記ｐ型クラッド層２５をｐ型(Ｇa_0.5Ａl_0.5)_0.5Ｉn_0.5Ｐ第１クラッド層２６とｐ型Ａl_0.5Ｉn_0.5Ｐ第２クラッド層２７との２層構造にすることによって、不純物濃度勾配が大きいために長時間の通電で拡散し易いｐ型不純物が、ｐ型(Ｇa_0.7Ａl_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ発光層２４にまで拡散することを防止できる。したがって、光出力の低下を防止することができるのである。

上記従来の各ＬＥＤは、形成されたＬＥＤウエハを１辺２００μm〜３００μm程度のチップに分割して使用される。ｐ型ＧaＡsコンタクト層９,２９およびｐ側電極１１,３１は円形に形成されており、各チップの中央に配置される。図２３はチップの平面形状を示す。

しかしながら、上記従来のＬＥＤにおいては、以下のような問題がある。すなわち、上記従来のＬＥＤ構造においては、数mＡ〜５０mＡ程度の電流値で使用されており、それ以上の大電流での使用においては、出力が飽和傾向を示したり、通電劣化が大きい等、特性上の問題がある。
特開平２‐１７４２７３号公報

そこで、この発明の課題は、数mＡ〜５０mＡ以上の大電流での発光特性を改善できるＬＥＤを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のＬＥＤは、
ＧaＡlＩnＰ材料からなる発光層をｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで挟持して成るダブルヘテロ接合を有するＬＥＤにおいて、
上記ｐ型クラッド層側の表面の面積は０.１５mm²以上であり、
上記ｐ型クラッド層側の表面上に、光出力が９０％減衰する位置までの距離をＬdとして、当該表面上の任意の点からＬd×２の距離以内の領域に存在するように形成されたｐ側電極を備えた
ことを特徴としている。

上記構成によれば、ｐ側電極の形成面上における任意の点からＬd×２の距離内に上記ｐ側電極が存在しているため、光出力の減衰率が９０％以上の良好な電流拡散が得られる。こうして、電流密度の増大が抑制されることによって、大電流で使用される場合に電流密度が大きくなり過ぎて出力の飽和と通電劣化が起こることが防止され、大電流での発光特性が改善される。

尚、上記光出力が９０％減衰する位置までの距離Ｌdとは、図１７(a)に示すように、ＬＥＤチップ上におけるｐ側電極１６１を通る線分ＡＡ'に沿って光出力分布を調べた場合に、図１７(b)に示すように、ｐ側電極１６１直近から光出力がｐ側電極１６１直近での強度に比べて９０％減衰する位置までの距離である。そして、図１８に示すように、ＬＥＤチップ上の任意の点からＬd×２の距離以内の領域にｐ側電極１６２が存在するようするのである。

また、１実施の形態のＬＥＤでは、
上記ｐ側電極は、複数の枝電極と各枝電極を電気的に接続する接続電極から成る。

この実施の形態によれば、上記ｐ側電極は枝電極を有する形状を有しているため、その枝電極の間隔によってさらに良好な電流拡散が得られ、特性が向上する。

また、１実施の形態のＬＥＤでは、
上記各枝電極の間隔はＬdである。

この実施の形態によれば、上記ｐ側電極の枝電極の間隔が光出力の減衰距離に応じた間隔になっているため、さらに良好な電流拡散が得られて特性が向上する。

また、１実施の形態のＬＥＤでは、
上記ｐ側電極が形成される表面の輪郭は互いに対向する平行な直線状の二辺を有し、
上記各枝電極は帯状を成し、上記二辺に平行に且つ互いに平行に配列されている。

この実施の形態によれば、上記ｐ側電極の枝電極は帯状を成して形成面の二辺に平行に且つ互いに平行に配列され、各枝電極の間隔が光出力の減衰距離に応じた間隔になっているため、さらに良好な電流拡散が得られて特性が向上する。

また、１実施の形態のＬＥＤでは、
最外側に位置する上記枝電極と上記表面の一辺との間隔はＬd/２である。

この実施の形態によれば、最外側に位置する上記枝電極と上記表面の一辺との間隔が光出力の減衰距離に応じた間隔になっているため、さらに良好な電流拡散が得られて特性が向上する。

また、この発明のＬＥＤは、
ＧaＡlＩnＰ材料からなる発光層をｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで挟持して成るダブルヘテロ接合を有し、さらに上記ｐ型クラッド層よりも上側に電流阻止層を有するＬＥＤにおいて、
上記ｐ型クラッド層側の表面の面積は０.１５mm²以上であり、
上記電流阻止層よりも上側にはｐ側電極が形成されており、
上記電流阻止層は、光出力が９０％減衰する位置までの距離をＬdとして、上記電流阻止層の形成面上における上記ｐ側電極に空間を隔てて重なる位置であって、任意の点からＬd×２の距離以内の領域に存在するように形成されていることを特徴としている。

上記構成によれば、上記ｐ側電極に空間を隔てて重なる位置であって電流阻止層の形成面上における任意の点からＬd×２の距離内に上記電流阻止層が存在しているため、光出力の減衰率が９０％以上の良好な電流拡散が得られる。こうして、電流密度の増大が抑制されることによって、大電流で使用される場合に電流密度が大きくなり過ぎて出力の飽和と通電劣化が起こることが防止され、大電流での発光特性が改善される。

尚、上記光出力が９０％減衰する位置までの距離Ｌdとは、図１９(a)に示すように、ＬＥＤチップ上におけるｐ側電極１６３を通る線分ＢＢ'に沿って光出力分布を調べた場合に、図１９(b)に示すように、電流阻止層１６４直近から光出力が電流阻止層１６４直近での光出力最大強度に比べて９０％減衰する位置までの距離である。そして、図２０に示すように、上記ＬＥＤチップ上の任意の点からＬd×２の距離以内の領域に電流阻止層１６５が存在するようするのである。

また、１実施の形態のＬＥＤでは、
上記電流阻止層は、複数の枝阻止層と各枝阻止層を接続する接続層から成り、上記各枝阻止層の間隔はＬdである。

この実施の形態によれば、上記電流阻止層は枝阻止層を有する形状を有しており、上記枝阻止層の間隔が光出力の減衰距離に応じた間隔になっているため、さらに良好な電流拡散が得られて特性が向上する。

また、１実施の形態のＬＥＤでは、
上記電流阻止層の形成面の輪郭は互いに対向する平行な直線状の二辺を有し、
上記各枝阻止層は帯状を成し、上記二辺に平行に且つ互いに平行に配列されている。

この実施の形態によれば、上記電流阻止層の枝阻止層は帯状を成して形成面の二辺に平行に且つ互いに平行に配列され、各枝阻止層の間隔が光出力の減衰距離に応じた間隔になっているため、さらに良好な電流拡散が得られて特性が向上する。

また、１実施の形態のＬＥＤでは、
最外側に位置する上記枝阻止層と上記形成面の一辺との間隔はＬd/２である。

この実施の形態によれば、最外側に位置する上記枝阻止層と上記表面の一辺との間隔が光出力の減衰距離に応じた間隔になっているため、さらに良好な電流拡散が得られて特性が向上する。

また、１実施の形態のＬＥＤでは、
上記ｐ型クラッド層とｐ側電極との間に、ＡlＧaＩnＰ材料で形成された電流拡散層を備えている。

この実施の形態によれば、上記ｐ側電極あるいは上記電流阻止層によって得られた光出力の減衰率が９０％以上の良好に拡散された電流が、さらに電流拡散層によって積極的に拡散される。こうして、更に良好な電流拡散が行われる。

また、１実施の形態のＬＥＤでは、
上記発光層とｐ型クラッド層との間に、上記発光層とｐ型クラッド層との中間のバンドギャップを有するバリア層を備えている。

この実施の形態によれば、上記発光層とｐ型クラッド層との間にバリア層が設けられている。したがって、不純物濃度勾配が大きいために長時間の通電で拡散し易いｐ型不純物が、上記発光層にまで拡散することが防止される。したがって、光出力の低下が防止されると共に、信頼性が向上される。

また、１実施の形態のＬＥＤでは、
上記発光層とｎ型クラッド層との間に、上記発光層とｎ型クラッド層との中間のバンドギャップを有するバリア層を備えている。

この実施の形態によれば、上記発光層とｎ型クラッド層との間にバリア層が設けられている。したがって、ｎ型不純物の上記発光層への拡散が防止されて、光出力の低下が防止されると共に、信頼性が向上される。

以上より明らかなように、この発明のダブルヘテロ接合型のＬＥＤは、ｐ型クラッド層側の表面上に、光出力が９０％減衰する位置までの距離をＬdとして、当該表面上の任意の点からＬd×２の距離以内の領域に形成されたｐ側電極を備えたので、光出力の減衰率が９０％以上の良好な電流拡散を得ることができる。したがって、電流密度の増大を抑制して大電流での発光特性を改善できる。すなわち、この発明によれば、大電流使用時の発光効率を向上し、出力を向上できるのである。

また、１実施の形態のＬＥＤは、上記ｐ側電極を、複数の枝電極と各枝電極を電気的に接続する接続電極で構成すれば、上記枝電極の間隔によってさらに良好な電流拡散を得ることができ、特性を向上させることができる。

また、１実施の形態のＬＥＤは、上記各枝電極の間隔をＬdにすれば、上記ｐ側電極の枝電極の間隔を光出力の減衰距離に応じた間隔にして、さらに良好な電流拡散を得ることができる。

また、１実施の形態のＬＥＤは、上記ｐ側電極が形成される表面の輪郭は互いに対向する平行な直線状の二辺を有し、上記各枝電極を、帯状を成して、上記二辺に平行に且つ互いに平行に配列すれば、各枝電極の間隔を光出力の減衰距離に応じた間隔にして、さらに良好な電流拡散を得ることができる。

また、１実施の形態のＬＥＤは、最外側に位置する上記枝電極と上記表面の一辺との間隔をＬd/２とすれば、最外側に位置する上記枝電極と上記表面の一辺との間隔を光出力の減衰距離に応じた間隔にでき、さらに良好な電流拡散を得ることができる。

また、この発明のダブルヘテロ接合型のＬＥＤは、光出力が９０％減衰する位置までの距離をＬdとして、ｐ側電極に空間を隔てて重なる形成面上の位置であって、任意の点からＬd×２の距離以内の領域に存在するように形成された電流阻止層を備えたので、光出力の減衰率が９０％以上の良好な電流拡散を得ることができる。したがって、電流密度の増大を抑制して大電流での発光特性を改善できる。すなわち、この発明によれば、大電流使用時の発光効率を向上し、出力を向上できるのである。

また、１実施の形態のＬＥＤは、上記電流阻止層を、複数の枝阻止層と各枝阻止層を接続する接続層で構成し、上記各枝阻止層の間隔をＬdとすれば、上記枝阻止層の間隔を光出力の減衰距離に応じた間隔にして、さらに良好な電流拡散を得ることができ、特性をさらに向上させることができる。

また、１実施の形態のＬＥＤは、上記電流阻止層が形成される面の輪郭は互いに対向する平行な直線状の二辺を有し、上記各枝阻止層を、帯状を成して、上記二辺に平行に且つ互いに平行に配列すれば、各枝阻止層の間隔を光出力の減衰距離に応じた間隔にして、さらに良好な電流拡散を得ることができる。

また、１実施の形態のＬＥＤは、最外側に位置する上記枝阻止層と上記形成面の一辺との間隔をＬd/２とすれば、最外側に位置する上記枝阻止層と上記形成面の一辺との間隔を光出力の減衰距離に応じた間隔にでき、さらに良好な電流拡散が得ることができる。

また、１実施の形態のＬＥＤは、上記ｐ型クラッド層とｐ側電極との間に、ＡlＧaＩnＰ材料で形成された電流拡散層を備えれば、上記ｐ側電極あるいは上記電流阻止層によって良好に拡散された電流が、さらに上記電流拡散層によって積極的に拡散される。こうして、さらに良好な電流拡散を得ることができる。

また、１実施の形態のＬＥＤは、上記発光層とｐ型クラッド層との間に、上記発光層とｐ型クラッド層との中間のバンドギャップを有するバリア層を備えれば、不純物濃度勾配が大きいために長時間の通電で拡散し易いｐ型不純物が、上記発光層にまで拡散することを防止できる。したがって、光出力の低下を防止でき、信頼性を向上できる。

また、１実施の形態のＬＥＤは、上記発光層とｎ型クラッド層との間に、上記発光層とｎ型クラッド層との中間のバンドギャップを有するバリア層を備えれば、ｎ型不純物の上記発光層への拡散を防止できる。したがって、光出力の低下を防止でき、信頼性を向上できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。先ず、この発明を分かり易くするために幾つかの参考例について説明する。
（参考例１）
図１は、本参考例のＬＥＤにおける層構造を示す縦断面図である。尚、図１に示すＬＥＤはＧaＡs基板４１に格子整合したＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤであり、各層の構造は以下のようである。

基板４１
ｎ型ＧaＡs
バッファ層４２
ｎ型ＧaＡs
ｎ型クラッド層４３
ｎ型(Ｇa_0.3Ａl_0.7)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｓi、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:１μm
発光層４４
ｐ型(Ｇa_0.7Ａl_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
厚さ:０.５μm、
第１ｐ型クラッド層４６
ｐ型(Ｇa_0.5Ａl_0.5)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:１×１０¹⁷cm^-3、厚さ:０.２μm
第２ｐ型クラッド層４７
ｐ型Ａl_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:５×１０¹⁷cm^-3、厚さ:１.０μm
第１ｐ型電流拡散層４８
ｐ型Ｇa_0.9Ｉn_0.1Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:１μm
ｎ型電流阻止層４９
ｎ型Ｇa_0.9Ｉn_0.1Ｐ
不純物:Ｓi、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:０.５μm
第２ｐ型電流拡散層５０
ｐ型Ｇa_0.9Ｉn_0.1Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:７μm
コンタクト層５１
ｐ型ＧaＡs
尚、上記ｎ型ＧaＡs基板４１にはｎ側電極５２が形成され、ｐ型ＧaＡsコンタクト層５１にはｐ側電極５３が形成される。

上記構成を有するＬＥＤは、上記ｎ型ＧaＡs基板４１上に、上記ｎ型ＧaＡsバッファ層４２からｎ型Ｇa_0.9Ｉn_0.1Ｐ電流阻止層４９までを順次製膜した後、ｎ型Ｇa_0.9Ｉn_0.1Ｐ電流阻止層４９を部分的に除去して電流阻止構造を形成する。そして、さらにｐ型Ｇa_0.9Ｉn_0.1Ｐ第２電流拡散層５０を積層して形成される。

本参考例においては、上記製膜にＭＯＣＶＤ(有機金属気相成長)法を用いた。しかしながら、この発明においては、これに限定されるものではなく、ＭＢＥ(分子線エピタキシー)法あるいはＭＯＭＢＥ(有機金属分子線エピタキシー)法等の成長法を用いても差し支えない。

図２は、上記電流阻止構造まで形成された状態のＬＥＤを上から見た図を示している。本参考例における電流阻止構造は、ＬＥＤの内部に電流を集中させるように、本ＬＥＤの内部に円形の穴(電流径路５４)を設けて、周囲のみにｎ型Ｇa_0.9Ｉn_0.1Ｐ電流阻止層４９を形成して構成される。また、ｐ側電極５３も、電流阻止層４９と同様に、当該ＬＥＤの内部に円形の穴(電極窓)５５を設けて形成される。そして、発光層４４からの光を、電流阻止層４９内部の電流径路５４およびｐ側電極５３内部の電極窓５５から取り出すのである。この場合、電流径路５４の大きさを変えることによって電流密度を変えることができ、これによって発光効率を向上させることができる。

図３は、光出力の電流密度依存性を、発光波長別(発光色別)に表したものである。図３によれば、電流密度を高めることによって光出力が向上していることが分かる。特に、短波長(緑)では光出力の電流密度依存性が高いため電流阻止層４９による電流阻止構造を用いることが有効である。

上述のように、本参考例においては、ｎ型ＧaＡs基板４１上に、ｎ型ＧaＡsバッファ層４２,ｎ型ＧaＡlＩnＰクラッド層４３,ｐ型ＧaＡlＩnＰ発光層４４,ｐ型ＧaＡlＩnＰ第１クラッド層４６,ｐ型ＡlＩnＰ第２クラッド層４７,ｐ型ＧaＩnＰ第１電流拡散層４８及びｎ型ＧaＩnＰ電流阻止層４９を順次積層する。そして、電流阻止層４９の内部を円形に除去して電流径路５４を形成し、電流阻止構造を形成する。そうした後、その上にｐ型ＧaＩnＰ第２電流拡散層５０,ｐ型ＧaＡsコンタクト層５１およびｐ側電極５３を順次積層する。そして、コンタクト層５１及びｐ側電極５３における電流径路５４の真上を円形に除去して、電極窓５５を形成するようにしている。

したがって、本ＬＥＤにおける上面の周囲に設けられたｐ側電極５３からの電流は、電流阻止層４９内部の電流径路５４を通過して発光層４４の内部に集中的に供給される。こうして、不透明なｐ側電極５３の真下に電流が流れないようにすることによって、光取り出し効率を向上させることができるのである。すなわち、本参考例によれば、高出力のＬＥＤを作成することができるのである。

図４は、上記電流阻止層４９による電流阻止構造があるＬＥＤと電流阻止構造がない従来のＬＥＤとにおいて、光出力を発光波長別(発光色別)に比較したものである。図４から、本参考例のごとく電流阻止構造を設けることによって、電流阻止構造がない従来のＬＥＤに比べて光出力が１.１倍〜１.３倍に向上していることが分かる。

（参考例２）
本参考例は、上記参考例１の場合よりも第１ｐ型クラッド層の層厚を厚くすることによって、ＬＥＤの信頼性を図るものである。図５は、本参考例のＬＥＤにおける層構造を示す縦断面図である。尚、各層の構造は以下のようである。

基板１４１
ｎ型ＧaＡs
バッファ層１４２
ｎ型ＧaＡs
ｎ型クラッド層１４３
ｎ型(Ｇa_0.3Ａl_0.7)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｓi、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:１μm
発光層１４４
ｐ型(Ｇa_0.7Ａl_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
厚さ:０.５μm、
第１ｐ型クラッド層１４６
ｐ型(Ｇa_0.5Ａl_0.5)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:１×１０¹⁷cm^-3、厚さ:０.４μm
第２ｐ型クラッド層１４７
ｐ型Ａl_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:５×１０¹⁷cm^-3、厚さ:１.０μm
第１ｐ型電流拡散層１４８
ｐ型ＧaＰ
厚さ:１.０μm
ｎ型電流阻止層１４９
ｎ型ＧaＰ
厚さ:０.５μm
第２ｐ型電流拡散層１５０
ｐ型Ａl_0.01Ｇa_0.98Ｉn_0.01Ｐ
厚さ:７μm
コンタクト層１５１
ｐ型ＧaＡs
尚、上記ｎ型ＧaＡs基板１４１にはｎ側電極１５２が形成され、ｐ型ＧaＡsコンタクト層１５１にはｐ側電極１５３が形成される。

上記構成を有するＬＥＤにおける上記第１ｐ型クラッド層１４６の膜厚は０.４μmであり、上記参考例１における第１ｐ型クラッド層４６の膜厚０.２μmよりも厚くなっている。こうすることによって、ＬＥＤの信頼性が向上し、より大きな電流密度での使用が可能になる。また、円形の電流径路１５４の直径を７０μmとし５０mＡで１０００時間通電した場合の第１ｐ型クラッド層１４６の膜厚と劣化との関係は図６に示すようになる。したがって、第１ｐ型クラッド層１４６の膜厚は、０.２μm〜０.５μmが望ましい。さらに、第１ｐ型電流拡散層１４８とｎ型電流阻止層１４９とをＧaＰにすることによって、電流径路形成のためのエッチングの制御が容易になる。

（参考例３）
上記参考例１においては、上記電流阻止層４９の内部に電流径路５４を形成している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではない。

図７は、電流阻止層６９の周囲に電流径路を形成したＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤの縦断面図である。本ＬＥＤにおいては、図１の場合と同様にして、ｎ型ＧaＡs基板６１上に、ｎ型ＧaＡsバッファ層６２,ｎ型(Ｇa_0.3Ａl_0.7)_0.5Ｉn_0.5Ｐクラッド層６３,ｐ型(Ｇa_0.7Ａl_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ発光層６４，ｐ型(Ｇa_0.5Ａl_0.5)_0.5Ｉn_0.5Ｐ第１クラッド層６６,ｐ型Ａl_0.5Ｉn_0.5Ｐ第２クラッド層６７，ｐ型Ｇa_0.9Ｉn_0.1Ｐ第１電流拡散層６８およびｎ型Ｇa_0.9Ｉn_0.1Ｐ電流阻止層６９を順次積層する。

そして、上記電流阻止層６９を、中央部のみ円形に残し、周囲を除去して電流阻止構造を形成する。そして、その上にｐ型Ｇa_0.9Ｉn_0.1Ｐ第２電流拡散層７０を形成し、第２電流拡散層７０上における円形の電流阻止層６９の真上に、円形のｐ型ＧaＡsコンタクト層７１及びｐ側電極７３を形成する。さらに、ｎ型ＧaＡs基板６１にはｎ側電極７２を形成する。

この場合、上記ｐ型ＧaＡsコンタクト層７１およびｐ側電極７３は、上方から見て、図８に示すように、従来のＬＥＤの場合と同様に中央に円形に形成されている。したがって、従来のｐ型コンタクト層およびｐ側電極の製造工程をそのまま適用することができるという利点がある。

尚、この発明は、上記各参考例に対して、電流阻止層(電流阻止構造)およびｐ側電極の形状を様々に変形したものである。

＜第１実施の形態＞
図９は、良好な電流拡散を行って電流密度の増大を抑制し、大電流での発光特性を改善できるＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤの縦断面図である。各層の構造は以下のようである。

基板８１
ｎ型ＧaＡs
バッファ層８２
ｎ型ＧaＡs
ｎ型クラッド層８３
ｎ型(Ｇa_0.3Ａl_0.7)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｓi、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:１μm
発光層８４
ｐ型(Ｇa_0.7Ａl_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
厚さ:０.５μm
第１ｐ型クラッド層８６
ｐ型(Ｇa_0.5Ａl_0.5)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:１×１０¹⁷cm^-3、厚さ:０.２μm
第２ｐ型クラッド層８７
ｐ型Ａl_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:５×１０¹⁷cm^-3、厚さ:１.０μm
第１ｐ型電流拡散層８８
ｐ型Ａl_0.01Ｇa_0.98Ｉn_0.01Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:１μm
ｎ型電流阻止層８９
ｎ型Ａl_0.01Ｇa_0.98Ｉn_0.01Ｐ
不純物:Ｓi、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:０.５μm
第２ｐ型電流拡散層９０
ｐ型Ａl_0.01Ｇa_0.98Ｉn_0.01Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:７μm
コンタクト層９１
ｐ型ＧaＡs
そして、上記ｎ型ＧaＡs基板８１にはｎ側電極９２が形成され、ｐ型ＧaＡsコンタクト層９１にはｐ側電極９３が形成される。

尚、本実施の形態においては、ｐ型クラッド層８５を第１ｐ型クラッド層８６と第２ｐ型クラッド層８７との２層構造に成している。したがって、不純物濃度勾配が大きいために長時間の通電で拡散し易いｐ型不純物が発光層８４にまで拡散することを防止でき、光出力の低下を防止することができるのである。すなわち、本実施の形態においては、第１ｐ型クラッド層８６で上記バリア層を構成しているのである。

上記構成を有するＬＥＤは、上記ｎ型ＧaＡs基板８１上に、上記ｎ型ＧaＡsバッファ層８２からｎ型Ａl_0.01Ｇa_0.98Ｉn_0.01Ｐ電流阻止層８９までを順次製膜した後に、ｎ型Ａl_0.01Ｇa_0.98Ｉn_0.01Ｐ電流阻止層８９を部分的に除去して電流阻止構造を形成する。そして、その上にｐ型Ａl_0.01Ｇa_0.98Ｉn_0.01Ｐ第２電流拡散層９０を積層して形成される。尚、ｐ側電極９３は、電流阻止層８９の真上に電流阻止層８９と略同じ平面形状に形成される。こうして、不透明なｐ側電極９３部分の真下に位置する発光層８４への電流の供給を阻止して、光取り出し効率を向上させている。

図１０は、上記電流阻止構造まで形成された状態及びｐ側電極９３まで形成された状態のＬＥＤを上から見た図を示している。但し、図１０(a)はｐ側電極９３の平面形状であり、図１０(b)は電流阻止層８９の平面形状である。電流阻止層８９は、図１０(b)に示すように、６０μm幅の短冊が８０μm間隔に配列されると共に、一端が６０μm幅の短冊で連結された平面形状を有している。また、ｐ側電極９３は、図１０(a)に示すように、３０μm幅の短冊が１１０μm間隔に配列されて、一端が３０μm幅の短冊で連結された平面形状を有している。こうして成長/形成されＬＥＤウエハは、５６０μm×５６０μmのチップに分割して使用される。

図１１は、上記電流阻止層８９の形状特性と出力との関係を示す。尚、チップサイズは５６０μm×５６０μmであり、短冊の本数は２本〜５本である。図１１(a)は、電流阻止層８９の阻止層間隔(上記短冊の間隔)と１００mＡの電流を流した場合の出力との関係を示す。図より、阻止層間隔が８０μmの場合が最も高出力となることがわかる。ＬＥＤチップ上の発光強度分布を調べると発光強度が９０％減衰するのは阻止層から約８０μm離れた位置であり、電流拡散はそれに対応すると考えてよい。したがって、電流強度が９０％減衰する位置までの距離を電流阻止層８９の上記阻止層間隔とすると発光効率が最も良くなるのである。

図１１(b)は、ＬＥＤチップの横断面積に対して電流阻止層８９の面積が占める割合と１００mＡの電流を流した場合の出力との関係を示す。図より、電流阻止層８９の面積をＬＥＤチップの横断面積の３０％以上に設定することが望ましいと言える。

上述のように、本実施の形態においては、上記電流阻止層８９の平面形状を、所定幅を有する短冊を所定間隔で配列しその一端を短冊で連結した形状に成す。そして、上記短冊の配列間隔を電流強度が９０％減衰する位置までの距離以下とする。さらに、ｐ側電極９３の平面形状を、電流阻止層８９の短冊よりも狭い所定幅を有する短冊を所定間隔で配列しその一端を短冊で連結した形状に成す。そして、電流阻止層８９の真上に形成するようにしている。

ＬＥＤを大電流で使用すると、電流密度が大きくなり過ぎ、出力の飽和と通電劣化が起こる。しかしながら、本実施の形態によれば、第２ｐ型電流拡散層９０を流れる電流強度の減衰率を９０％以上にして、良好な電流拡散を得ることができる。すなわち、本実施の形態によれば、従来の使用電流である数mＡ〜５０mＡよりも十分に大きな１００mＡ程度の大電流時に電流密度が大きくなり過ぎるのを防止して、発光特性を改善することができるのである。

尚、上記第２ｐ型電流拡散層９０の層厚やドープ濃度等によって、上記発光強度が９０％減衰する位置までの距離は変化する。したがって、電流阻止層８９における上記阻止層間隔は、発光強度が９０％減衰する夫々の距離に応じて最適に設定する必要がある。

＜第２実施の形態＞
図１２は、第１実施の形態とは異なる大電流での発光特性を改善できるＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤの縦断面図である。各層の構造は以下のようである。

基板１０１
ｎ型ＧaＡs
バッファ層１０２
ｎ型ＧaＡs
ｎ型クラッド層１０３
ｎ型(Ｇa_0.3Ａl_0.7)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｓi、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:１μm
発光層１０４
ｐ型(Ｇa_0.7Ａl_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
厚さ:０.５μm
第１ｐ型クラッド層１０６
ｐ型(Ｇa_0.5Ａl_0.5)_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:１×１０¹⁷cm^-3、厚さ:０.２μm
第２ｐ型クラッド層１０７
ｐ型Ａl_0.5Ｉn_0.5Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:５×１０¹⁷cm^-3、厚さ:１.０μm
ｐ型電流拡散層１０８
ｐ型Ａl_0.01Ｇa_0.98Ｉn_0.01Ｐ
不純物:Ｚn、不純物濃度:１×１０¹⁸cm^-3、厚さ:７μm
コンタクト層１０９
ｐ型ＧaＡs
尚、上記ｎ型ＧaＡs基板１０１にはｎ側電極１１０が形成され、ｐ型ＧaＡsコンタクト層１０９にはｐ側電極１１１が形成される。こうして成長/形成されＬＥＤウエハは、５６０μm×５６０μmのチップに分割して使用される。

図１３は、上記ＬＥＤを上から見た図を示している。ｐ側電極１１１は、６０μm幅の短冊が８０μm間隔に配列されて、一端が６０μm幅の短冊で連結された平面形状を有する。このように、上記参考例３のような電流阻止層を設けることなく、ｐ側電極１１１の枝電極(上記短冊)間隔を、電流強度が９０％減衰する位置までの距離以下に設定することによって、１００mＡ程度の大電流で使用する場合における発光特性を改善することができるのである。

＜第３実施の形態＞
図１４は、第１,第２実施の形態とは異なる大電流での発光特性を改善できるＡlＧaＩnＰ系ＬＥＤの縦断面図である。本ＬＥＤにおいては、図９の場合と同様に、ｎ型ＧaＡs基板１２１上に、ｎ型ＧaＡsバッファ層１２２,ｎ型（Ｇa_0.3Ａl_0.7)_0.5Ｉn_0.5Ｐクラッド層１２３，ｐ型(Ｇa_0.7Ａl_0.3)_0.5Ｉn_0.5Ｐ発光層１２４,ｐ型（Ｇa_0.5Ａl_0.5)_0.5Ｉn_0.5Ｐ第１クラッド層１２６，ｐ型Ａl_0.5Ｉn_0.5Ｐ第２クラッド層１２７,ｐ型Ａl_0.01Ｇa_0.98Ｉn_0.01Ｐ第１電流拡散層１２８,ｎ型Ａl_0.01Ｇa_0.98Ｉn_0.01Ｐ電流阻止層１２９を順次積層する。

そして、上記電流阻止層１２９を部分的に除去して電流阻止構造を形成する。更に、その上にｐ型Ａl_0.01Ｇa_0.98Ｉn_0.01Ｐ第２電流拡散層１３０を形成し、第２電流拡散層１３０上における電流阻止層１２９の真上に、相似形のｐ型ＧaＡsコンタクト層１３１およびｐ側電極１３３を形成する。そして、ｎ型ＧaＡs基板１２１にはｎ側電極１３２を形成する。

図１５は、上記電流阻止構造まで形成された状態およびｐ側電極１３３まで形成された状態のＬＥＤを上から見た図を示している。但し、図１５(a)はｐ側電極１３３の平面形状であり、図１５(b)は電流阻止層１２９の平面形状である。ｐ側電極１３３の平面形状は、図１５(a)に示すように、複数の同心円状の円形電極を連結電極で連結した形状を有している。また、電流阻止層１２９の平面形状は、図１５(b)に示すように、複数の同心円状の阻止層を連結層で連結した形状を有している。そして、ｐ側電極１３３における円形電極の幅は３０μmであり円形電極の間隔は１１０μmである。また、電流阻止層１２９における円形の阻止層の幅は６０μmであり阻止層の間隔は８０μmである。その場合における出力は、第１実施の形態の場合と略同じ出力が得られる。すなわち、上記ｐ側電極および電流阻止層による大電流時における発光特性の改善効果は、ｐ側電極および電流阻止層の形状には因らず、電極あるいは阻止層の幅と間隔とによって決定される。要は、ＬＥＤチップ上の任意の点からみて「電流強度が９０％減衰する位置までの距離」×２の距離範囲内に電極あるいは阻止層が存在すればよいのである。

したがって、この発明における上記ｐ側電極および電流阻止層の平面形状は、図１０,図１３,図１５に限定されるものではなく、例えば、図１６に示すような形状を採用しても、高い発光効率を得ることができるのである。

尚、この発明におけるＬＥＤチップのサイズは５６０μm×５６０μmに限定されないことは言うまでもない。また、上記各実施の形態においては、ｎ型クラッド層を単層に形成しているが、第１ｎ型クラッド層と第２ｎ型クラッド層との２層構造にして、発光層側のｎ型クラッド層を上記バリア層として機能させてもよい。そうすれば、ｎ型不純物の上記発光層への拡散を防止して、より信頼性の高いＬＥＤを得ることができる。

この発明のＬＥＤにおける層構造を示す縦断面図である。 図１に示すＬＥＤを電流阻止構造まで形成した状態の平面図である。 図１に示すＬＥＤにおける光出力の電流密度依存性を示す図である。 電流阻止構造があるＬＥＤと電流阻止構造がないＬＥＤとの光出力の比較図である。 図１とは異なるＬＥＤの縦断面図である。 図５に示すＬＥＤにおける第１ｐ型クラッド層の膜厚と劣化との関係を示す図である。 図１および図５とは異なるＬＥＤの縦断面図である。 図７に示すＬＥＤの平面図である。 図１,図５および図７とは異なるＬＥＤの縦断面図である。 図９に示すＬＥＤを電流阻止構造まで形成した状態およびｐ側電極まで形成した状態の平面図である。 図９に示すＬＥＤにおける電流阻止層の形状特性と出力との関係を示す図である。 図１,図５,図７及び図９とは異なるＬＥＤの縦断面図である。 図１２に示すＬＥＤの平面図である。 図１,図５,図７,図９および図１２とは異なるＬＥＤの縦断面図である。 図１４に示すＬＥＤを電流阻止構造まで形成した状態およびｐ側電極まで形成した状態の平面図である。 図２,図８,図１０,図１３,図１５とは異なるｐ側電極あるいは電流阻止層の平面形状を示す図である。 光出力が９０％減衰する位置までの距離Ｌdの説明図である。 ＬＥＤチップ上の任意の点からＬd×２の距離以内の領域に存在するｐ側電極の説明図である。 図１７とは異なる距離Ｌdの説明図である。 ＬＥＤチップ上の任意の点からＬd×２の距離以内の領域に存在する電流阻止層の説明図である。 従来のダブルヘテロ構造を有するＬＥＤの縦断面図である。 図２１とは異なる従来のＬＥＤの縦断面図である。 図２１および図２２におけるｐ側電極の平面形状を示す図である。

符号の説明

４１,６１,８１,１０１,１２１,１４１…ｎ型ＧaＡs基板、
４２,６２,８２,１０２,１２２,１４２…ｎ型ＧaＡsバッファ層、
４３,６３,８３,１０３,１２３,１４３…ｎ型ＧaＡlＩnＰクラッド層、
４４,６４,８４,１０４,１２４,１４４…ｐ型ＧaＡlＩnＰ発光層、
４６,６６,８６,１０６,１２６,１４６…ｐ型ＧaＡlＩnＰ第１クラッド層、
４７,６７,８７,１０７,１２７,１４７…ｐ型ＡlＩnＰ第２クラッド層、
４８,６８…ｐ型ＧaＩnＰ第１電流拡散層、
４９,６９…ｎ型ＧaＩnＰ電流阻止層、
５０,７０…ｐ型ＧaＩnＰ第２電流拡散層、
５１,７１,９１,１０９,１３１,１５１…ｐ型ＧaＡsコンタクト層、
５２,７２,９２,１１０,１３２,１５２…ｎ側電極、
５３,７３,９３,１１１,１３３,１５３,１６１,１６２,１６３…ｐ側電極、
５４,１５４…電流径路、
５５…電極窓、
８８,１２８…ｐ型ＡlＧaＩnＰ第１電流拡散層、
８９,１２９…ｎ型ＡlＧaＩnＰ電流阻止層、
９０,１３０,１５０…ｐ型ＡlＧaＩnＰ第２電流拡散層、
１０８…ｐ型ＡlＧaＩnＰ電流拡散層、
１４８…ｐ型ＧaＰ第１電流拡散層、
１４９…ｎ型ＧaＰ電流阻止層
１６４,１６５…電流阻止層。

Claims (12)

1. ＧaＡlＩnＰ材料からなる発光層をｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで挟持して成るダブルヘテロ接合を有する発光ダイオードにおいて、
   上記ｐ型クラッド層側の表面の面積は０.１５mm²以上であり、
   上記ｐ型クラッド層側の表面上に、光出力が９０％減衰する位置までの距離をＬdとして、当該表面上の任意の点からＬd×２の距離以内の領域に存在するように形成されたｐ側電極を備えたことを特徴とする発光ダイオード。
2. 請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、
   上記ｐ側電極は、複数の枝電極と各枝電極を電気的に接続する接続電極から成ることを特徴とする発光ダイオード。
3. 請求項２に記載の発光ダイオードにおいて、
   上記各枝電極の間隔はＬdであることを特徴とする発光ダイオード。
4. 請求項３に記載の発光ダイオードにおいて、
   上記ｐ側電極が形成される表面の輪郭は互いに対向する平行な直線状の二辺を有し、
   上記各枝電極は帯状を成し、上記二辺に平行に且つ互いに平行に配列されていることを特徴とする発光ダイオード。
5. 請求項４に記載の発光ダイオードにおいて、
   最外側に位置する上記枝電極と上記表面の一辺との間隔はＬd/２であることを特徴とする発光ダイオード。
6. ＧaＡlＩnＰ材料からなる発光層をｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで挟持して成るダブルヘテロ接合を有し、さらに上記ｐ型クラッド層よりも上側に電流阻止層を有する発光ダイオードにおいて、
   上記ｐ型クラッド層側の表面の面積は０.１５mm²以上であり、
   上記電流阻止層よりも上側にはｐ側電極が形成されており、
   上記電流阻止層は、光出力が９０％減衰する位置までの距離をＬdとして、上記電流阻止層の形成面上における上記ｐ側電極に空間を隔てて重なる位置であって、任意の点からＬd×２の距離以内の領域に存在するように形成されていることを特徴とする発光ダイオード。
7. 請求項６に記載の発光ダイオードにおいて、
   上記電流阻止層は、複数の枝阻止層と各枝阻止層を接続する接続層から成り、上記各枝阻止層の間隔はＬdであることを特徴とする発光ダイオード。
8. 請求項７に記載の発光ダイオードにおいて、
   上記電流阻止層の形成面の輪郭は互いに対向する平行な直線状の二辺を有し、
   上記各枝阻止層は帯状を成し、上記二辺に平行に且つ互いに平行に配列されていることを特徴とする発光ダイオード。
9. 請求項８に記載の発光ダイオードにおいて、
   最外側に位置する上記枝阻止層と上記形成面の一辺との間隔はＬd/２であることを特徴とする発光ダイオード。
10. 請求項１乃至請求項９の何れか一つに記載の発光ダイオードにおいて、
    上記ｐ型クラッド層とｐ側電極との間に、ＡlＧaＩnＰ材料で形成された電流拡散層を備えたことを特徴とする発光ダイオード。
11. 請求項１乃至請求項１０の何れか一つに記載の発光ダイオードにおいて、
    上記発光層とｐ型クラッド層との間に、上記発光層とｐ型クラッド層との中間のバンドギャップを有するバリア層を備えたことを特徴とする発光ダイオード。
12. 請求項１１に記載の発光ダイオードにおいて、
    上記発光層とｎ型クラッド層との間に、上記発光層とｎ型クラッド層との中間のバンドギャップを有するバリア層を備えたことを特徴とする発光ダイオード。
    

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