JP2005294375A - Light emitting element - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、素子外に取り出される発光光束の指向性が高く、且つ、構造が簡明で安価な発光素子を提供することを目的としている。
【解決手段】 上記課題を解決するため、本発明の発光素子1では、
化合物半導体からなる発光層部2と、電流拡散層3と、発光層部3に発光駆動電圧を印加するための電極4と、がこの順にて積層され、電流拡散層3の主表面のうち電極4が形成されてない領域が光取出面PFとされてなり、
電流拡散層3内において、電極4の直下に、該電極4と発光層部2との間の通電経路を迂回させる電流阻止層5が埋設されてなり、発光層部2からの発光光束DLが電流拡散層3の電流阻止層5の外側に位置する領域を経て光取出面PFから取り出されるようになっており、
且つ、電流阻止層5を、発光層部2からの発光光束に対する吸収能が電流拡散層3よりも大きい材質にて構成し、発光層部2から直接または反射を経て電流拡散層3の側面に向かう発光光束ILの一部を電流阻止層5に吸収させるようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting element having a high directivity of a luminous flux taken out from the element and having a simple structure and an inexpensive structure.
In order to solve the above problems, the light-emitting element 1 of the present invention includes:
A light emitting layer portion 2 made of a compound semiconductor, a current diffusion layer 3, and an electrode 4 for applying a light emission driving voltage to the light emitting layer portion 3 are laminated in this order. The region where 4 is not formed is the light extraction surface PF,
In the current diffusion layer 3, a current blocking layer 5 that bypasses a current-carrying path between the electrode 4 and the light emitting layer portion 2 is buried immediately below the electrode 4, and the emitted light beam DL from the light emitting layer portion 2 is The light is extracted from the light extraction surface PF through a region located outside the current blocking layer 5 of the current spreading layer 3.
In addition, the current blocking layer 5 is made of a material that has a larger absorption capacity for the luminous flux from the light emitting layer portion 2 than that of the current diffusion layer 3, and is applied to the side surface of the current diffusion layer 3 directly or through reflection from the light emitting layer portion 2. It is characterized in that a part of the emitted luminous flux IL heading is absorbed by the current blocking layer 5.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、発光素子に関する。 The present invention relates to a light emitting element.
(AlxGa1−x)yIn1−yP混晶(ただし、0≦x≦1,0≦y≦1;以下、AlGaInP混晶、あるいは単にAlGaInPとも記載する)により発光層部が形成された発光素子は、薄いAlGaInP活性層を、それよりもバンドギャップの大きいn型AlGaInPクラッド層とp型AlGaInPクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、高輝度の素子を実現できる。 The light-emitting layer portion is formed of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P mixed crystal (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1; hereinafter also referred to as AlGaInP mixed crystal or simply AlGaInP). The light emitting device has a high brightness by adopting a double hetero structure in which a thin AlGaInP active layer is sandwiched between an n-type AlGaInP clad layer having a larger band gap and a p-type AlGaInP clad layer. An element can be realized.
例えば、AlGaInP発光素子を例に取れば、n型GaAs基板上にヘテロ形成させる形にて、n型GaAsバッファ層、n型AlGaInPクラッド層、AlGaInP活性層、p型AlGaInPクラッド層をこの順序にて積層し、ダブルへテロ構造をなす発光層部を形成する。発光層部への通電は、素子表面に形成された金属電極を介して行なわれる。ここで、金属電極は遮光体として作用するため、例えば素子表面の中央部のみを覆う形で形成され、その周囲の電極非形成領域から光を取出すようにする。 For example, taking an AlGaInP light emitting device as an example, an n-type GaAs buffer layer, an n-type AlGaInP cladding layer, an AlGaInP active layer, and a p-type AlGaInP cladding layer are formed in this order in a heterogeneous form on an n-type GaAs substrate. The light emitting layer part which laminates | stacks and makes a double hetero structure is formed. Energization of the light emitting layer portion is performed through a metal electrode formed on the element surface. Here, since the metal electrode acts as a light shield, it is formed, for example, so as to cover only the central portion of the element surface, and light is taken out from the surrounding electrode non-formation region.
この場合、金属電極の面積をなるべく小さくしたほうが、電極の周囲に形成される光取出面の面積を大きくできるので、光取出し効率を向上させる観点において有利である。従来、電極形状の工夫により、素子内に効果的に電流を拡げて光取出量を増加させる試みがなされているが、この場合も電極面積の増大はいずれにしろ避けがたく、光取出面積の減少により却って光取出量が制限されるジレンマに陥っている。また、クラッド層のドーパントのキャリア濃度ひいては導電率は、活性層内でのキャリアの発光再結合を最適化するために多少低めに抑えられており、面内方向には電流が広がりにくい傾向がある。これは、電極被覆領域に電流密度が集中し、光取出面における実質的な光取出量が低下してしまうことにつながる。そこで、クラッド層と電極との間に、キャリア濃度を高めた低抵抗率の電流拡散層を形成する方法が採用されている。このような電流拡散層は、面内方向に電流を十分に拡げるために、層厚をある程度大きく設定すること、例えば発光層部よりは厚みを大きくして形成されるのが一般的である。 In this case, reducing the area of the metal electrode as much as possible can increase the area of the light extraction surface formed around the electrode, which is advantageous from the viewpoint of improving the light extraction efficiency. Conventionally, attempts have been made to increase the light extraction amount by effectively spreading the current in the element by devising the electrode shape, but in this case as well, an increase in the electrode area is unavoidable anyway, and the light extraction area On the contrary, it falls into a dilemma where the amount of light extraction is limited by the decrease. In addition, the carrier concentration of the dopant in the clad layer, and thus the conductivity, is kept somewhat low in order to optimize the light emission recombination of carriers in the active layer, and the current tends not to spread in the in-plane direction. . This leads to concentration of current density in the electrode covering region and a substantial light extraction amount on the light extraction surface. Therefore, a method of forming a low resistivity current diffusion layer with an increased carrier concentration between the clad layer and the electrode is employed. Such a current diffusion layer is generally formed by setting the layer thickness to a certain extent in order to sufficiently spread the current in the in-plane direction, for example, by making the thickness larger than the light emitting layer portion.
ところで、発光素子は、照明や表示用などの用途の他に、光センサー用光源などにも用いられることがある。その場合、素子外に取り出される発光光束はある程度の指向性を有することが求められる。しかし、発光層部からは全方位に向かって発光光束が放出されるので、発光素子自体もしくは周辺の構造を改良することによって、素子外に取り出される発光光束に指向性を持たせる試みがなされている。例えば、上記特許文献1のように、発光素子の構造を一部変え発光光束の指向性を高めた、いわゆる電流狭窄型の発光素子が提案されている。しかしながら、電流狭窄型の発光素子は、エピタキシャル成長させる結晶成長のコントロールが難しいことや、結晶の一部に大電流が流れることから信頼性が低下する等の問題点がある。また、従来の発光素子と比べると構造が複雑で高価であるという問題もある。また、例えば、上記特許文献2のように、発光素子の発光光束の指向性を高くするため、素子の側面に反射体あるいは吸収体を設置、成形するなどの試みがなされている。しかしこの場合、反射体あるいは吸収体の設置、成形により発光素子が高価になるとともに小型化が難しいという問題点がある。
By the way, the light emitting element may be used for a light source for an optical sensor in addition to an application such as illumination or display. In that case, the emitted light beam taken out from the element is required to have a certain degree of directivity. However, since the emitted light beam is emitted from the light emitting layer portion in all directions, an attempt has been made to impart directivity to the emitted light beam taken out from the element by improving the light emitting element itself or the surrounding structure. Yes. For example, as in
したがって、本発明は、素子外に取り出される発光光束の指向性が高く、且つ、構造が簡明で安価な発光素子を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light-emitting element that has high directivity of a luminous flux taken out of the element, has a simple structure, and is inexpensive.
上記課題を解決するため、本発明の発光素子では、
化合物半導体からなる発光層部と、電流拡散層と、前記発光層部に発光駆動電圧を印加するための電極と、がこの順にて積層され、前記電流拡散層の主表面のうち前記電極が形成されてない領域が光取出面とされてなり、
前記電流拡散層内において、前記電極の直下に、該電極と前記発光層部との間の通電経路を迂回させる電流阻止層が埋設されてなり、前記発光層部からの発光光束が前記電流拡散層の前記電流阻止層の外側に位置する領域を経て前記光取出面から取り出されるようになっており、
且つ、前記電流阻止層を、前記発光層部からの発光光束に対する吸収能が前記電流拡散層よりも大きい材質にて構成し、前記発光層部から直接または反射を経て前記電流拡散層の側面に向かう発光光束の一部を前記電流阻止層に吸収させるようにしたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, in the light emitting device of the present invention,
A light emitting layer portion made of a compound semiconductor, a current diffusion layer, and an electrode for applying a light emission driving voltage to the light emitting layer portion are laminated in this order, and the electrode is formed on the main surface of the current diffusion layer. The unexposed area becomes the light extraction surface,
In the current diffusion layer, a current blocking layer that bypasses a current-carrying path between the electrode and the light-emitting layer portion is embedded immediately below the electrode, and a light flux from the light-emitting layer portion is diffused in the current diffusion layer. A layer is extracted from the light extraction surface through a region located outside the current blocking layer;
In addition, the current blocking layer is made of a material that has a larger absorption capacity for the luminous flux from the light emitting layer portion than the current diffusion layer, and is directly or reflected from the light emitting layer portion on the side surface of the current diffusion layer. A part of the emitted luminous flux is directed to be absorbed by the current blocking layer.
上記本発明によると、電流拡散層内において、電極の直下に、該電極と発光層部との間の通電経路を迂回させる電流阻止層が埋設されている。電極は遮光体として作用するため、この電極に素子駆動のための電圧を印加した場合、素子内の電流密度は電極直下付近で高く、光取出面となる電極直下の周囲では低くなり、光取出効率が低下しやすくなる。そこで、上記のような電流阻止層を、電極の電極直下位置において電流拡散層中に埋設形成すれば、電流阻止層により電極直下領域外へ電流の迂回が生じ、光取出面下での電流密度が高くなる。これにより、発光層部からの発光光束が、電流拡散層において電極の直下にある電流阻止層の外側に位置する領域を経て光取出面から取り出されるようになり、光取出効率を高めることができる。 According to the present invention, in the current diffusion layer, the current blocking layer that bypasses the energization path between the electrode and the light emitting layer portion is buried immediately below the electrode. Since the electrode acts as a light shield, when a voltage for driving the element is applied to this electrode, the current density in the element is high near the electrode and low around the electrode, which is the light extraction surface. Efficiency tends to decrease. Therefore, if the current blocking layer as described above is embedded in the current diffusion layer at a position immediately below the electrode of the electrode, the current blocking layer causes a current detour outside the region directly below the electrode, and the current density below the light extraction surface. Becomes higher. As a result, the luminous flux from the light emitting layer portion can be extracted from the light extraction surface through a region located outside the current blocking layer directly below the electrode in the current diffusion layer, and the light extraction efficiency can be increased. .
また、電流阻止層は、発光層部からの発光光束に対する吸収能が電流拡散層よりも大きい材質にて構成されている。発光層部からは全方位に向かって発光光束が放出されるが、電流阻止層を吸収能の大きい材質とすることで、図12(a)に示すような発光層部2から電流阻止層5の外側に位置する領域を経て直接光取出面PFへ向かう発光光束DL、つまり発光層部2に対して略垂直(以下、発光層部に対して垂直な方向を軸方向とする)に放出される発光光束DLは、光取出面PFから取り出されやすいのに対し、図12(b)に示すような発光層部2から略軸方向でない方向に放出される発光光束IL、つまり発光層部2から直接または反射を経て電流拡散層3の側面33に向かう発光光束ILは、その一部が電流阻止層に吸収される。これにより、発光素子1では、素子外に取り出される発光光束が軸方向に指向性を有することになる。
Further, the current blocking layer is made of a material that has a greater ability to absorb light emitted from the light emitting layer than the current diffusion layer. A luminous flux is emitted from the light emitting layer portion in all directions, but the current blocking layer is made of a material having a large absorption capacity so that the
次に、本発明の発光素子では、電流阻止層を電極の直下領域に包含されるよう形成することができる。このように、吸収能の大きい電流阻止層を、遮光体として作用する電極の直下領域に包含されるよう形成することで、発光層部から略軸方向に向かって放出される発光光束を、光取出面から最大限取り出すことが可能となる。 Next, in the light emitting device of the present invention, the current blocking layer can be formed so as to be included in the region immediately below the electrode. In this way, by forming the current blocking layer having a large absorption capacity so as to be included in the region immediately below the electrode that acts as a light shielding body, the luminous flux emitted from the light emitting layer portion in the substantially axial direction is converted into light. It is possible to take out as much as possible from the extraction surface.
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態である発光素子1を示す概念図である。発光素子1は、n型GaAs単結晶基板(以下、単に基板という)6の第一主表面上に発光層部2が形成されている。詳しくは、基板6の第一主表面と接するようにn型GaAsバッファ層61が形成され、該バッファ層61上に発光層部2が形成される。そして、その発光層部2の上に電流拡散層3が形成され、その電流拡散層3の上に、発光層部2に発光駆動電圧を印加するための第一電極4が形成されている。また、基板6の第二主表面側には第二電極42が全面に形成されている。第一電極4は、電流拡散層3の第一主表面の略中央に形成され、該第一電極4の周囲の領域が発光層部2からの光取出領域PFとされている。また、第一電極4の中央部に電極ワイヤ46を接合するためのAu等にて構成されたボンディングパッド45が配置されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a
発光層部2は、ノンドープ(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦0.55,0.45≦y≦0.55)混晶からなる活性層21を、p型(AlzGa1−z)yIn1−yP(ただしx<z≦1)からなるp型クラッド層23とn型(AlzGa1−z)yIn1−yP(ただしx<z≦1)からなるn型クラッド層22とにより挟んだ構造を有する。図1の発光素子1では、第一電極4側にp型AlGaInPクラッド層23が配置されており、第二電極42側にn型AlGaInPクラッド層22が配置されている。従って、通電極性は第一電極4側が正である。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有(例えば1013〜1016/cm3程度を上限とする)をも排除するものではない。なお、それとは逆に、p型クラッド層23を第二電極42側、n型クラッド層22を第一電極側とすることもできる。その場合、通電極性が反対となり、他の部材は図中に表記された導電型とは反対の導電型となる。
The light
電流拡散層3内には、第一電極4の直下に、図3に示すよう該電極4と発光層部2との間の通電経路を迂回させる電流阻止層5が埋設されている。これにより、電極4の直下領域の周囲、つまり光取出面PFの直下の領域で電流密度が高まり、発光層部2からの発光光束DLは、電流拡散層3において電極の直下にある電流阻止層5の外側に位置する領域を経て光取出面PFから取り出されるようになっている。
In the
なお、本明細書において、「埋設」とは、電流阻止層5が電流拡散層3に取り囲まれている形態に限定されず、電流阻止層5のいずれかの表面が電流拡散層3の表面に露出している形態も含む。例えば、図5(a)のように電流阻止層5が電流拡散層3の下側主表面に露出した形態、すなわち発光層部2上に形成されている形態や、図5(b)のように電流阻止層5が電流拡散層3の上側主表面に露出した形態、すなわち電極4に接している形態を含む。ただし、図5(b)の場合には、電極4は電流拡散層3とも接していることが必要とされる。また、図5(c)に示すように、電極4が電流拡散層3の上側主表面の端部に形成され、中央部分が光取出面PFとされたような場合に、電流阻止層5が電流拡散層3の側面に露出している形態も含む。
In the present specification, “embedding” is not limited to a mode in which the
電流阻止層5は、発光層部2からの発光光束に対する吸収能が電流拡散層3よりも大きい材質にて構成されており、発光層部2から直接または反射を経て電流拡散層3の側面33に向かう発光光束ILの一部は電流阻止層5に吸収される。具体的には、電流阻止層5は、発光層部2からの発光光束を吸収可能なように、該発光光束のピーク発光波長に対応した光エネルギーよりもバンドギャップエネルギーの小さい化合物半導体にて構成される。本実施形態では、電流阻止層5は、AlGaInP混晶からなる発光層部2からの発光光束を吸収可能なGaAsによって構成されている。
The
なお、電流阻止層5は、電極4の直下領域に包含されるよう形成されている。本実施形態では、電流阻止層5と電極4とは同形状に構成され、図2のように発光素子1を光取出面PF側から見たときに、両者が重なるように配置されている。このように構成された場合に、発光層部2から略軸方向に向かって放出される発光光束DLを、光取出面PFから最大限取り出すことが可能となる。また、電流阻止層5が電極4の直下領域に包含されていても、その形成面積(光取出面PFと平行な面における)が極端に小さい場合は、電流拡散層3の側面33に向かう発光光束ILの一部を吸収させる効果が十分に得られない場合があるので、電流阻止層5の形成面積を電極4の形成面積に対して70%以上に設定することが好ましい。
The
電流拡散層3は、発光層部2からの発光光束を透過可能なように、該発光光束のピーク発光波長に対応した光エネルギーよりもバンドギャップエネルギーの大きい化合物半導体にて構成される。また、電流阻止層5は、該電流拡散層3とは導電型が異なる化合物半導体にて構成されることによって、図3に示すように電極4の直下への通電経路をブロックし、周囲へ迂回させることが可能となっている。具体的には、電流拡散層3は、p型クラッド層23及びn型クラッド層22のうち電極4側に位置するものと導電型が同一で、且つ、発光層部2からの発光光束のピーク発光波長に対応した光エネルギーよりもバンドギャップエネルギーの大きいGaP、AlGaAs、AlInPのうちの少なくともいずれか1種によって構成される。これらは、AlGaInP混晶からなる発光層部2からの発光光束に対して良好な透光性を有する。
The current spreading
本実施形態では、電流拡散層3はGaPにて構成されている。また、発光層部2において電極4側にp型クラッド層23が構成されているので、電流拡散層3のGaPはp型、電流阻止層5のGaAsはn型とされている。なお、電流拡散層3にAlGaAs(Al1−aGaaAs)もしくはAlInP(Al1−bInbP)を用いる場合は、発光層部2からの発光光束のピーク発光波長に対応した光エネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きくなるような混晶比とする。
In the present embodiment, the
電流拡散層3は、ドーパントをZnまたはMgとしたp型GaP層として形成されている。また、電流拡散層3中のH及びZn含有濃度は、それぞれ、p型クラッド層23のH及びZn含有濃度よりも小さくされてなる。電流拡散層3の形成厚さt1は、例えば5μm以上20μm以下(一例として、10μm)である。また、電流阻止層5の厚さは0.05μm以上1μm以下(例えば0.1μm)である。
The current spreading
電流拡散層3の第一電極4を形成する側の主表面を含む表層部には、Zn含有濃度が電流拡散層3内の残余の部分よりも高くされた、高濃度ドーピング層37が形成されている。電流拡散層3のZnのキャリア濃度は、高濃度ドーピング層37において2×1018/cm3以上5×1019/cm3以下(例えば、1×1019/cm3)であり、高濃度ドーピング層37以外の部分において1×1017/cm3以上2×1018/cm3以下(例えば、8×1017/cm3)とされている。
In the surface layer portion including the main surface on the side where the
高濃度ドーピング層37の厚さt2は1μm以上4μm以下(例えば3μm)である。高濃度ドーピング層37の厚さt2は、ドーパントが最も高濃度となる電流拡散層3表層部のp型ドーパント含有濃度(本実施形態ではZn含有濃度)をNmaxとし、他方、電流拡散層3の拡散の影響を受けていない部分でのp型ドーパント含有濃度をNminとしたとき、層厚方向において略(Nmax+Nmin)/2となる位置を、高濃度ドーピング層37と残余の部分との境界位置として定めることにより特定される。なお、各層中のドーパント含有濃度及びH濃度は、二次イオン質量分析法(Secondary Ion Mass Spectrometry:SIMS)により測定されたものをいう。また、キャリア濃度は周知の導電率測定により特定可能である。
The thickness t2 of the high-
電流拡散層3のうち、p型クラッド層23と電流阻止層5との間に位置する部分は、MOVPE法により形成された第一層35である。また、電流阻止層5に関して第一層35の反対側には、該第一層35とともに電流阻止層5をくるむように覆う形で、電流拡散層3の要部をなす第二層36が形成されている。この第二層36は、後述するHVPE法により形成されたものであり、第一電極4側の表層部がZnの追加拡散により前述の高濃度ドーピング層37とされている。
A portion of the current spreading
電流拡散層3中のH濃度は、HVPE法の採用により、MOVPE法によるp型クラッド層23のH濃度(通常、15×1017/cm3程度)よりも小さく設定できる。本実施形態では、電流拡散層3のうち第一層35だけはMOVPE法により形成され、この部分のH濃度は多少高くなる。しかし、第二層36のH濃度は7×1017/cm3以下であり、通常、2×1017/cm3以下である。第一層35の厚さは第二層36の厚さよりもはるかに小さいので、いずれにしても、電流拡散層3中のH濃度はp型クラッド層23のH濃度よりも十分に低い値となる。そして、電流拡散層3の要部をなす第二層36のうち、高濃度ドーピング層37を除いた部分は、Zn含有濃度をp型クラッド層のZn含有濃度より低く設定しても、Hとの結合により不活性化するZnの量が少ないので、十分な導電性を確保することができる。その結果、素子ライフの向上を図ることができる。
By adopting the HVPE method, the H concentration in the
また、電流拡散層3は、面内方向の電流拡散が主に高濃度ドーピング層37にて進む。そして、電流拡散層3における高濃度ドーピング層37以外の内層部分は、ドーパントによるキャリア濃度が低く面内方向の抵抗率が高いので、電流は該内層部分に入ると面内方向への再拡散が生じにくく、電極4の外側領域に迂回しつつ流れやすくなる。その結果、光取出し効率が向上する。
Further, in the
なお、本実施形態では、第一層35と第二層36とを同じ化合物半導体(具体的にはGaP)により形成しているが、互いに異なる化合物半導体にて形成することもできる。例えば、図4に示すように、第一層35をAlGaAs(ただし、発光層部のピーク発光波長に対応した光エネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい混晶比範囲)とし、第二層36をGaPとする。この場合、p型クラッド層23をなすAlGaInPと第一層35をなすAlGaAs、また該第一層35をなすAlGaAsと電流阻止層5をなすGaAsが格子整合するため、p型クラッド層23上に良質の第一層35及び電流阻止層5を形成することができる。また、第一層35と第二層36とはいずれもp型ドーパントが添加される。p型ドーパントとして、本実施形態のように両層35、36ともZnを採用することもできるが、MOVPEにて形成される第一層35のドーパントは、p型クラッド層23側への拡散を生じにくいMg及び/又はCとし、HVPEにて形成される第二層36のドーパントをZnとしてもよい。
In the present embodiment, the
以下、図1の発光素子1の製造方法について説明する。
まず、図6の工程(1)に示すように、GaAs単結晶基板6を用意する。そして、工程(2)に示すように、その基板6の第一主表面MP1に、n型GaAsバッファ層61を例えば0.5μm、次いで、発光層部2として、各々(AlxGa1−x)yIn1−yPよりなる、1μmのn型クラッド層22(n型ドーパントはSi)、0.6μmの活性層(ノンドープ)21、及び1μmのp型クラッド層23(p型ドーパントはMg:有機金属分子からのCもp型ドーパントとして寄与しうる)を、この順序にてエピタキシャル成長させる(第一の気相成長工程)。これら各層のエピタキシャル成長は、公知のMOVPE法により行なわれる。Al、Ga、In(インジウム)、P(リン)の各成分源となる原料ガスとしては以下のようなものを使用できる;
・Al源ガス;トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリエチルアルミニウム(TEAl)など;
・Ga源ガス;トリメチルガリウム(TMGa)、トリエチルガリウム(TEGa)など;
・In源ガス;トリメチルインジウム(TMIn)、トリエチルインジウム(TEIn)など。
・P源ガス:トリメチルリン(TMP)、トリエチルリン(TEP)、ホスフィン(PH3)など。
Hereinafter, a method for manufacturing the light-emitting
First, as shown in step (1) of FIG. 6, a GaAs
Al source gas; trimethylaluminum (TMAl), triethylaluminum (TEAl), etc .;
Ga source gas; trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa), etc .;
In source gas; trimethylindium (TMIn), triethylindium (TEIn), etc.
P source gas: trimethyl phosphorus (TMP), triethyl phosphorus (TEP), phosphine (PH3), etc.
次に、図7の工程(3)では、上記第一の気相成長工程の反応容器内にて引き続き、すでに形成された発光層部2の上に、p型GaPからなる第一層35(MO層部である)と、発光層部2からの発光光束に対して吸収能を有するn型GaAsからなり、後に電流阻止層5(図1参照)となるべき部分を有する電流阻止層含有層5´とをMOVPE法により順次形成する。次に、電流阻止層含有層5´の、電流阻止層5として残す部分の表面を、フォトレジスト層30にて覆う。そして、工程(4)に進み、塩酸からなる第一のエッチング液によりエッチングすると、電流阻止層含有層5´の、フォトレジスト層30にて覆われなかった部分が選択的にエッチングされる。エッチングが終了したら、洗浄後、フォトレジスト層30を除去する。
Next, in the step (3) of FIG. 7, the
図8の工程(5)に進み、p型GaPよりなる第二層36(HVPE層部である)を、HVPE法により、電流阻止層5をくるむように成長させる(第二の気相成長工程)。HVPE法は、具体的には、容器内にてIII族元素であるGaを所定の温度に加熱保持しながら、そのGa上に塩化水素を導入することにより、下記(1)式の反応によりGaClを生成させ、キャリアガスであるH2ガスとともに基板上に供給する。
Ga(液体)+HCl(気体) → GaCl(気体)+1/2H2‥‥(1)
GaPの場合、成長温度は例えば800〜860℃程度に設定する。また、V族元素であるPは、PH3をキャリアガスであるH2とともに基板上に供給する。さらに、p型ドーパントであるZnは、DMZn(ジメチル亜鉛)の形で供給する。GaClはPH3との反応性に優れ、下記(2)式の反応により、Gaとの間で効率よく、電流拡散層3の要部をなす第二層36を成長させることができる:
GaCl(気体)+PH3(気体)
→GaP(固体)+HCl(気体)+H2(気体)‥‥(2)
Proceeding to step (5) in FIG. 8, a second layer 36 (which is an HVPE layer portion) made of p-type GaP is grown by HVPE so as to enclose the current blocking layer 5 (second vapor phase growth step). . Specifically, in the HVPE method, GaCl, which is a group III element, is heated and held at a predetermined temperature in a container, and hydrogen chloride is introduced onto the Ga, thereby causing GaCl by the reaction of the following formula (1). And is supplied onto the substrate together with the H 2 gas that is a carrier gas.
Ga (liquid) + HCl (gas) → GaCl (gas) + 1 / 2H 2 (1)
In the case of GaP, the growth temperature is set to about 800 to 860 ° C., for example. Moreover, P is a Group V element is supplied to the substrate PH3 with H 2 as a carrier gas. Further, Zn which is a p-type dopant is supplied in the form of DMZn (dimethylzinc). GaCl is excellent in reactivity with PH3, and the
GaCl (gas) + PH 3 (gas)
→ GaP (solid) + HCl (gas) + H 2 (gas) (2)
第二層36の成長が終了したら工程(6)に進み、別の容器に移し替えて、例えば650〜750℃(例えば700℃)で加熱しながらV族元素化合物(Zn3As2、Zn3P2など)の蒸気を流通させ、真空拡散を行なう。すると、Zn成分が第二層36の電極形成側部分に追加拡散され、高濃度ドーピング層37が形成される。拡散時間は、高濃度ドーピング層37の形成厚さt2をどの程度にするかに応じて調整される。なお、p型クラッド層23に使用するp型ドーパントは、拡散係数が比較的小さいMg及び/又はCを使用することにより、HVPE法により電流拡散層3を形成する際に、その成長温度への加熱によるp型クラッド層23から活性層21へのp型ドーパントの拡散を抑制することができ、発光強度の向上に寄与する。
When the growth of the
以上の工程が終了すれば、真空蒸着法により第一電極4及び第二電極42を形成し、さらに第一電極4上にボンディングパッド45を配置して、適当な温度で電極定着用のベーキングを施す。そして、第二電極42をAgペースト等の導電性ペーストを用いて支持体を兼ねた図示しない端子電極に固着する一方、ボンディングパッド45と別の端子電極とにまたがる形態でAu製のワイヤ46をボンディングし、さらに樹脂モールドを形成することにより、発光素子1が得られる。なお、ワイヤ46のボンディングは、カメラにより素子の第一表面を画像撮影し、周知の画像処理方法によりボンディングパッド45領域を識別して、自動ボンディング装置にて行なう。
When the above steps are completed, the
また、図9は、電流拡散層3の要部をGaPにより形成し、電流拡散層3の電極形成側部分のみGaAsP層38として形成するとともに、そのGaAsP層38内にZnをドーパントとする高濃度ドーピング層37を、前述の追加拡散により形成した例である。GaAsP内のZnの拡散速度はGaP内よりも大きいので、高濃度ドーピング層37をより短時間にて形成できる。また、HVPE法によると、電流拡散層3の成長途中で組成を変更すること(この場合、GaP→GaAsP)が、V族元素ガス(AsH3及びPH3)の配合比率の変更により、容易に行なうことができる(特にLPE法よりも)。
FIG. 9 shows that the main part of the
以上の実施形態においては、基板6の上に発光層部2をバッファ層61を介して直接形成していたが、基板6と発光層部2との間に、光取出し効率を向上させるために反射層を介挿してもよい。反射層としては、例えば、特開平7−66455号公報に開示されているような、屈折率の相違する化合物半導体層を複数積層したものを利用することができる。すなわち、図13に示すように、発光層部2の光取出面PF側とは反対側の主表面2bにおいて、屈折率の相違する化合物半導体層9a、9bが交互に積層されてなり、発光層部2からの発光光束RLをブラッグ反射により光取出面PF方向への指向性を付与させて反射させる反射層9を形成する。なお、該反射層9を以下、DBR(Distributed Bragg Reflector)層9という。
In the above embodiment, the light emitting
図13の発光素子1において、DBR層9は、屈折率の相違する化合物半導体層9a、9bが交互に積層された多層膜(本実施形態では、AlGaN/GaN多層膜)にて構成されており、GaAs基板6上にGaAsバッファ層6を介して形成され、さらにその上に発光層部2が形成されている。この構造によると、発光層部2からの発光光束はDBR層9にて反射され、発光層部2から光取出面PF側へ直接向かう発光光束DLに、反射された発光光束RLが重畳されて光取出面PFより取り出されるため、光取出効率が向上する。また、DBR層9、発光層部2とともに基板上に一貫してエピタキシャル成長することにより形成できるので、製造工程が簡略化される利点がある。
In the
また、DBR層9はブラッグ反射を利用するため、反射可能な発光光束の入射角度(反射面の法線に対する角度により規定する)は限られる。そのうち、入射角度がおおよそ0°の発光光束は全反射されるため、図13に示すようなDBR層9に垂直に入射する発光光束RL、すなわち発光層部2からDBR層9側に垂直方向(図中の軸aとは逆方向)に放出される発光光束RLは、DBR層9によって全反射される。それに対し、DBR層9に垂直でない方向から入射する発光光束(図示せず)は反射されない(入射角がブラック角に相当する一部を除いて)。このようにして、DBR層9により反射された発行光束RLは、光取出面PF方向(軸a方向)に指向性を有することとなる。
In addition, since the
以下、本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。
実施例として、上述の図1の実施形態の発光素子1を作製した。一方、比較例として、図11に示すように、電流阻止層が形成されていない発光素子1´を作製した(他の部分については実施例と同様である)。そして、両者をそれぞれ図10に示すように、2つの電極101、102を用意し、一方の電極101上に光取出面PFが上側となるよう実装し、電極ワイヤ46をもう一方の電極102に接続した。通電特性は、電極101側が負、電極102側が正である。なお、図中の矢印方向、つまり光取出面PF(発光層部2)に対して垂直方向に延びる方向を軸方向aとした。
Hereinafter, experiments conducted for confirming the effects of the present invention will be described.
As an example, the
その後、実施例及び比較例について、それぞれから得られる発光光束の直上光度及び積分球光度を光度計を用いて測定した。軸上光度とは、軸方向a上において得られる光度のことであり、積分球光度とは、積分球を用いた全光度測定により得られるものである。 Then, about the Example and the comparative example, the directly above luminous intensity and integrating sphere luminous intensity of the emitted light beam obtained from each were measured using the photometer. The on-axis luminous intensity is the luminous intensity obtained in the axial direction a, and the integrating sphere luminous intensity is obtained by total luminous intensity measurement using an integrating sphere.
実施例では、積分球光度が比較例と比べて約0.8倍と減少しているのにも関らず、軸上光度が比較例と比べて約2倍となっている。つまり、実施例は、側面から漏れ出る発光光束の量が抑えられ、発光光束が主に光取出面PEから取り出される指向性の高い発光素子であることがわかる。なお、比較例と比べて積分球光度が減少したのは、電流阻止層による発光光束の吸収効果によるものであり、また軸上光度が増加したのは、電流阻止層による通電経路を迂回させる効果によるものであると推測される。 In the example, although the integrating sphere luminous intensity is reduced to about 0.8 times that of the comparative example, the axial luminous intensity is about twice that of the comparative example. That is, it can be seen that the embodiment is a light emitting element with high directivity in which the amount of the emitted light beam leaking from the side surface is suppressed and the emitted light beam is mainly extracted from the light extraction surface PE. In addition, the integrating sphere luminous intensity decreased compared to the comparative example is due to the absorption effect of the luminous flux by the current blocking layer, and the axial luminous intensity increased due to the effect of bypassing the energization path by the current blocking layer. It is estimated that
以上により、発光光束の指向性が高く、且つ、構造が簡明で安価な発光素子を提供することが可能となった。 As described above, it is possible to provide a light-emitting element with high directivity of emitted light flux, simple structure, and low cost.
1 発光素子
2 発光層部
3 電流拡散層
35 電流拡散層3の第一層
36 電流拡散層3の第二層
37 高濃度ドープ層
4 第一電極
5 電流阻止層
PF 光取出面
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記電流拡散層内において、前記電極の直下に、該電極と前記発光層部との間の通電経路を迂回させる電流阻止層が埋設されてなり、前記発光層部からの発光光束が前記電流拡散層の前記電流阻止層の外側に位置する領域を経て前記光取出面から取り出されるようになっており、
且つ、前記電流阻止層を、前記発光層部からの発光光束に対する吸収能が前記電流拡散層よりも大きい材質にて構成し、前記発光層部から直接または反射を経て前記電流拡散層の側面に向かう発光光束の一部を前記電流阻止層に吸収させるようにしたことを特徴とする発光素子。 A light emitting layer portion made of a compound semiconductor, a current diffusion layer, and an electrode for applying a light emission driving voltage to the light emitting layer portion are laminated in this order, and the electrode is formed on the main surface of the current diffusion layer. The unexposed area becomes the light extraction surface,
In the current diffusion layer, a current blocking layer that bypasses a current-carrying path between the electrode and the light-emitting layer portion is embedded immediately below the electrode, and a light flux from the light-emitting layer portion is diffused in the current diffusion layer. A layer is extracted from the light extraction surface through a region located outside the current blocking layer;
In addition, the current blocking layer is made of a material that has a larger absorption capacity for the luminous flux from the light emitting layer portion than the current diffusion layer, and is directly or reflected from the light emitting layer portion on the side surface of the current diffusion layer. A light emitting element characterized in that a part of the emitted luminous flux is directed to be absorbed by the current blocking layer.
前記電流阻止層は、該電流拡散層とは導電型が異なる化合物半導体にて構成されることを特徴とする請求項3に記載の発光素子。 The current spreading layer is composed of a compound semiconductor having a band gap energy larger than the light energy corresponding to the peak emission wavelength of the luminous flux from the light emitting layer portion,
4. The light emitting device according to claim 3, wherein the current blocking layer is made of a compound semiconductor having a conductivity type different from that of the current diffusion layer.
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|---|---|---|---|---|
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