JP2009188249A - Light-emitting diode and method of manufacturing the same, and light-emitting diode array - Google Patents

Light-emitting diode and method of manufacturing the same, and light-emitting diode array Download PDF

Info

Publication number
JP2009188249A
JP2009188249A JP2008027725A JP2008027725A JP2009188249A JP 2009188249 A JP2009188249 A JP 2009188249A JP 2008027725 A JP2008027725 A JP 2008027725A JP 2008027725 A JP2008027725 A JP 2008027725A JP 2009188249 A JP2009188249 A JP 2009188249A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light emitting
layer
emitting diode
cladding layer
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008027725A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Uchida
和男 内田
Hiroshi Morizaki
弘 森崎
Shinji Nozaki
真次 野崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanoteco Corp
Original Assignee
Nanoteco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanoteco Corp filed Critical Nanoteco Corp
Priority to JP2008027725A priority Critical patent/JP2009188249A/en
Publication of JP2009188249A publication Critical patent/JP2009188249A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a blue and violet light-emitting diode which has high luminous efficiency and a narrow spectrum line width by using a nitride semiconductor. <P>SOLUTION: The light-emitting diode comprises a lower clad layer, a light-emitting layer formed on the lower clad layer and made of the nitride semiconductor, an upper clad layer formed on the light-emitting layer, a lower ohmic electrode brought into contact with the lower clad layer, and an upper ohmic electrode brought into contact with the upper clad layer and having an optical window formed, wherein the lower clad layer, light-emitting layer and upper clad layer form a microcavity. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は一般に発光ダイオードに係り、特に窒化物半導体を使った発光ダイオードに関する。   The present invention generally relates to light emitting diodes, and more particularly to a light emitting diode using a nitride semiconductor.

窒化物半導体は大きなバンドギャップを有し、かかる窒化物半導体を発光層として使った青色〜紫色波長の発光ダイオードが実現されている。   Nitride semiconductors have a large band gap, and light emitting diodes with blue to violet wavelengths using such nitride semiconductors as light emitting layers have been realized.

発光ダイオードは、発光層中において生じるフォトンの自発放出を動作原理とする素子であるが、従来、発光ダイオードにいわゆる光マイクロキャビティ(optical microcavity)を形成した場合、フォトンの自発放出速度が変化し、その結果、発光効率が向上し発光スペクトルが鋭くなるなどの好ましい効果が得られることが知られている。   A light emitting diode is an element whose operation principle is spontaneous emission of photons generated in the light emitting layer. Conventionally, when a so-called optical microcavity is formed in a light emitting diode, the spontaneous emission rate of photons changes, As a result, it is known that favorable effects such as improved luminous efficiency and sharpened emission spectrum can be obtained.

光マイクロキャビティは、ファブリ・ペロ共振器の一種であるが、共振器長が数波長程度と短く、その結果、共振器中に生じるモードが制約され、このためこのような光マイクロキャビティを発光ダイオードと組みあわせると、発光スペクトル中にフォトンの自発放出が抑制される禁制帯が出現する。その結果、上記の発光スペクトルが鋭くなる効果、あるいは発光効率が向上する効果を得ることが可能となる。
特許第2735057号 特許第2780691号 特許第2890396号 特許第3135041号 特許第3538275号 J. D. Joannopoulos et al., Photonic Crystals, Princeton University Press, Princeton, U.S.A., 1995 E. F. Shubert, Light-Emitting Diodes Second Ed., p.257, Cambridge University Press, Cambridge, U.K., 2006 E. F. Schubert et al., Science 265, 943, 1994 T. Ichinohe et al., Thin Solid Films 377-378, vol.87, 2000 D. Byrne, et al., Jpn. J. Appl. Phys. Vol.42, (2003) pp.L1509-L1511
An optical microcavity is a type of Fabry-Perot resonator, but the length of the resonator is as short as a few wavelengths, and as a result, the modes that occur in the resonator are restricted. When combined with, a forbidden band appears in the emission spectrum in which spontaneous emission of photons is suppressed. As a result, it is possible to obtain the effect of sharpening the emission spectrum or the effect of improving the light emission efficiency.
Japanese Patent No. 2735057 Patent No. 2780691 Patent No. 2890396 Japanese Patent No. 3135041 Japanese Patent No. 3538275 JD Joannopoulos et al., Photonic Crystals, Princeton University Press, Princeton, USA, 1995 EF Shubert, Light-Emitting Diodes Second Ed., P.257, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2006 EF Schubert et al., Science 265, 943, 1994 T. Ichinohe et al., Thin Solid Films 377-378, vol.87, 2000 D. Byrne, et al., Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 42, (2003) pp.L1509-L1511

ところが、このような光マイクロキャビティを、青色ないし青紫色で発光する窒化物発光ダイオードに適用しようとしても、従来の窒化物発光ダイオードは、図1に示すように一般に厚いサファイア基板上に形成されるため、また発光波長が約450nmと短いため、所望のマイクロキャビティを実現することが不可能であった。   However, even if such an optical microcavity is applied to a nitride light emitting diode that emits blue to blue-violet light, the conventional nitride light emitting diode is generally formed on a thick sapphire substrate as shown in FIG. Therefore, since the emission wavelength is as short as about 450 nm, it is impossible to realize a desired microcavity.

図1を参照するに、従来の窒化物発光ダイオードは、サファイア基板11上に形成されたGaNよりなる下側クラッド層12と、前記下側クラッド層12上に形成されたGaInN層あるいはGaInN/GaN量子井戸構造などよりなる発光層13と、前記発光層13上に形成されたGaNよりなる上側クラッド層14を含み、前記上側クラッド層14上には透明導電膜15を介して上部電極16Aが、また前記下側クラッド層12の一部には下側電極16Bが形成されている。   Referring to FIG. 1, a conventional nitride light emitting diode includes a lower clad layer 12 made of GaN formed on a sapphire substrate 11 and a GaInN layer or GaInN / GaN formed on the lower clad layer 12. A light emitting layer 13 having a quantum well structure or the like, and an upper clad layer 14 made of GaN formed on the light emitting layer 13, and an upper electrode 16A is disposed on the upper clad layer 14 via a transparent conductive film 15. A lower electrode 16B is formed on a part of the lower cladding layer 12.

さらに前記サファイア基板11の下面に金属反射膜17が形成され、出力光は、前記上部クラッド層14から、前記透明導電膜15を介して上方に取り出される。
このような構造の従来の窒化物発光ダイオードでは、前記金属反射膜17から上部クラッド層14の上端面までの距離Lcavが、必然的に数百ミクロン以上となり、様々な定在波のモードが可能であるため、前記発光層13中において生じる自発放出は制御されることがなく、広い発光スペクトルが生じてしまう。またこれに伴って、発光効率も低下する。
Further, a metal reflection film 17 is formed on the lower surface of the sapphire substrate 11, and output light is extracted upward from the upper clad layer 14 through the transparent conductive film 15.
In the conventional nitride light emitting diode having such a structure, the distance Lcav from the metal reflection film 17 to the upper end surface of the upper cladding layer 14 is inevitably several hundred microns or more, and various standing wave modes are possible. Therefore, the spontaneous emission generated in the light emitting layer 13 is not controlled, and a wide emission spectrum is generated. Along with this, the luminous efficiency also decreases.

一の側面によれば本発明は上記の課題を、反射面を有し下側オーミック電極をなす金属基板と、前記金属基板の前記反射面上に形成された下側クラッド層と、前記下側クラッド層上に形成された窒化物半導体よりなる発光層と、前記発光層上に形成された上側クラッド層と、前記上側クラッド層の上面に接触し、光学窓を形成された上側オーミック電極と、を含み、前記下側クラッド層と前記発光層と前記上側クラッド層とは、前記上側クラッド層の上面と前記金属基板の反射面との間にマイクロキャビティを形成し、前記マイクロキャビティは前記発光ダイオードの発光波長の1/2波長の整数倍のキャビティ長を有することを特徴とする発光ダイオードにより、解決する。   According to one aspect, the present invention solves the above problem by using a metal substrate having a reflective surface and forming a lower ohmic electrode, a lower clad layer formed on the reflective surface of the metal substrate, and the lower side. A light emitting layer made of a nitride semiconductor formed on the clad layer; an upper clad layer formed on the light emitting layer; an upper ohmic electrode in contact with the upper surface of the upper clad layer and having an optical window; The lower clad layer, the light emitting layer, and the upper clad layer form a microcavity between the upper surface of the upper clad layer and the reflective surface of the metal substrate, and the microcavity is the light emitting diode. This is solved by a light-emitting diode having a cavity length that is an integral multiple of ½ wavelength of the emission wavelength.

他の側面によれば本発明は上記の課題を、反射面を有する下側オーミック電極と、前記金属基板の前記反射面上に形成された下側クラッド層と、前記下側クラッド層上に形成された窒化物半導体よりなる発光層と、前記発光層上に形成された上側クラッド層と、前記上側クラッド層の上面に接触し、光学窓を形成された上側オーミック電極と、を含み、前記下側クラッド層と前記発光層と前記上側クラッド層とは、前記上側クラッド層の上面と前記下側オーミック電極の反射面との間にマイクロキャビティを形成し、前記マイクロキャビティは前記発光ダイオードの発光波長の1/2波長の整数倍のキャビティ長を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法であって、前記上側クラッド層を支持基体上にMOCVD法によりエピタキシャルに成長させる工程と、前記上側クラッド層上に発光層をMOCVD法によりエピタキシャルに成長させる工程と、前記発光層上に前記下側クラッド層をMOCVD法によりエピタキシャルに成長させる工程と、前記下側クラッド層上に、反射膜を形成する工程と、前記反射膜上に、前記下側オーミック電極を形成する工程と、前記支持基体を、前記上側クラッド層から剥離する工程と、前記上側クラッド層をエッチングし、前記上側クラッド層の膜厚を、前記上側クラッド層と前記発光層と前記下側クラッド層とよりなる光キャビティがマイクロキャビティを形成するような厚さに設定する工程と、前記上側クラッド層上に前記上側オーミック電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。により、解決する。   According to another aspect, the present invention provides the above-described problem by forming a lower ohmic electrode having a reflective surface, a lower clad layer formed on the reflective surface of the metal substrate, and the lower clad layer. A light emitting layer made of a nitride semiconductor, an upper cladding layer formed on the light emitting layer, and an upper ohmic electrode in contact with an upper surface of the upper cladding layer and having an optical window formed thereon, The side cladding layer, the light emitting layer, and the upper cladding layer form a microcavity between the upper surface of the upper cladding layer and the reflective surface of the lower ohmic electrode, and the microcavity is an emission wavelength of the light emitting diode. A method of manufacturing a light-emitting diode having a cavity length that is an integral multiple of a half wavelength of the above, wherein the upper cladding layer is epitaxially formed on a support substrate by MOCVD. A step of epitaxially growing a light emitting layer on the upper cladding layer by an MOCVD method, a step of epitaxially growing the lower cladding layer on the light emitting layer by an MOCVD method, and the lower layer Forming a reflective film on the side cladding layer, forming the lower ohmic electrode on the reflective film, peeling the support substrate from the upper cladding layer, and the upper cladding layer Etching, and setting the film thickness of the upper clad layer to such a thickness that an optical cavity composed of the upper clad layer, the light emitting layer, and the lower clad layer forms a microcavity; Forming the upper ohmic electrode on the cladding layer. A method for manufacturing a light-emitting diode, comprising: To solve.

本発明によれば、窒化物半導体よりなる発光層を有する発光ダイオードにおいても、マイクロキャビティを形成することが可能となり、鋭い発光スペクトルと高い発光効率を実現することが可能となる。その際、本発明ではこのようなマイクロキャビティを有する発光ダイオードを、下側オーミック電極を構成する金属基板上に直接形成することができ、例えばこのような発光ダイオードをサファイアなどの絶縁結晶基板上に形成した場合に比べて放熱特性を格段に向上させることが可能となる。このため、本発明の発光ダイオードを金属基台上に多数集積化して高密度発光ダイオードアレイを構成することが可能となる。特に本発明による製造方法では、前記下側クラッド層、発光層および上側クラッド層を全てMOCVD法で形成する場合であっても、前記上側クラッド層上に酸化等の誘電体多層膜からなる多層反射膜を形成することが可能であり、MOCVD法を使った効率のよい発光ダイオードの製造が可能となる。   According to the present invention, a microcavity can be formed even in a light emitting diode having a light emitting layer made of a nitride semiconductor, and a sharp light emission spectrum and high light emission efficiency can be realized. In this case, in the present invention, a light emitting diode having such a microcavity can be directly formed on a metal substrate constituting the lower ohmic electrode. For example, such a light emitting diode can be formed on an insulating crystal substrate such as sapphire. Compared with the case where it forms, it becomes possible to improve a heat dissipation characteristic markedly. For this reason, it becomes possible to construct a high-density light-emitting diode array by integrating a large number of light-emitting diodes of the present invention on a metal base. In particular, in the manufacturing method according to the present invention, even when the lower clad layer, the light emitting layer, and the upper clad layer are all formed by the MOCVD method, a multilayer reflection made of a dielectric multilayer film such as an oxide is formed on the upper clad layer. A film can be formed, and an efficient light-emitting diode using the MOCVD method can be manufactured.

[原理]
マイクロキャビティのQ(quality factor)を表すフィットネス値(F値)は、式
F=π(1−√R
で与えられる。ここで、R,Rは,図2に示す、ファブリ・ペロ干渉計を構成する2枚の反射鏡1,2の反射率である。
[principle]
The fitness value (F value) representing the quality factor (Q) of the microcavity is expressed by the equation F = π (1−√R 1 R 2 ).
Given in. Here, R 1 and R 2 are the reflectivities of the two reflecting mirrors 1 and 2 constituting the Fabry-Perot interferometer shown in FIG.

前記F値を使って、マイクロキャビティのスペクトル半値幅は、
Δλ=λcav/F
で与えられる。ただしλcavは、前記ファブリ・ペロ干渉計の共振波長である。
Using the F value, the spectral half width of the microcavity is
Δλ = λcav / F
Given in. Where λcav is the resonance wavelength of the Fabry-Perot interferometer.

マイクロキャビティによる自然放出の発光制御は、キャビティ内の光学モード密度が自由空間の値に比べて、共振波長において非常に高くなり、非共振波長において低くなることを原理としている。この効果が顕著になるのは、キャビティ長Lcav(前記反射鏡1,2の間の距離)が発光波長に近い場合であり、λ/2の場合(Lcav=λ/2)において最高になる。   The spontaneous emission emission control by the microcavity is based on the principle that the optical mode density in the cavity is much higher at the resonance wavelength and lower at the non-resonance wavelength than the value in free space. This effect becomes remarkable when the cavity length Lcav (distance between the reflecting mirrors 1 and 2) is close to the emission wavelength, and is highest in the case of λ / 2 (Lcav = λ / 2).

そこで、この原理を利用すれば、従来の発光ダイオードより圧倒的に効率の高い発光ダイオードを実現できる可能性がある。本発明は、マイクロキャビティを青色発光ダイオード,紫外発光ダイオードに適用することで従来の発光ダイオードの効率の限界を超える素子を実現するものである。   Therefore, if this principle is used, there is a possibility that a light-emitting diode that is overwhelmingly more efficient than a conventional light-emitting diode can be realized. The present invention realizes an element exceeding the efficiency limit of a conventional light emitting diode by applying a microcavity to a blue light emitting diode or an ultraviolet light emitting diode.

以下では、例えばGaN発光ダイオードの発光波長が450nmであるとして、マイクロキャビティのキャビティ長を900nm(発光波長の2倍)とした時に、どの程度の利得があるかを計算する。   In the following, for example, the light emission wavelength of the GaN light emitting diode is 450 nm, and the gain is calculated when the cavity length of the microcavity is 900 nm (twice the light emission wavelength).

図2のマイクロキャビティ内にGaN発光ダイオードの発光層を置いた場合に得られる利得(integrated enhancement ratio)Gintは、式
Gint=(ξ/2)(2/π)(1−R)/(1−/R)√πln2(λ/Δλn)(λcav/Lcav)(τcav/τ)
で与えられる(非特許文献2)。
Gain (integrated enhancement ratio) Gint obtained when placing the light emitting layer of GaN light emitting diodes in the microcavity of FIG. 2, the formula Gint = (ξ / 2) ( 2 / π) (1-R 1) / ( 1− / R 1 R 2 ) √πln2 (λ / Δλn) (λcav / Lcav) (τcav / τ)
(Non-Patent Document 2).

ここでξはキャビティ内の活性層の位置で決まるパラメータであり、前記活性層がキャビティ中に形成される定在波の腹に当たる位置の場合は値2を、節に当たる部分にあれば値0を、一様に活性層が分布している場合には値1をとる。以下では、腹に近い位置に活性層を設置できるとして、前記パラメータξの値として値1.5を仮定することにする。Δλnは、発光スペクトルの半値幅である。またτとτcavは、それぞれ、自然放出におけるライフタイムおよびキャビティ内でのライフタイムの値であり、ここではτcav/τ=1とする。   Here, ξ is a parameter determined by the position of the active layer in the cavity, and when the position where the active layer hits the antinode of the standing wave formed in the cavity, a value of 2 is set. When the active layer is uniformly distributed, the value 1 is taken. In the following, assuming that the active layer can be installed at a position close to the antinode, a value of 1.5 is assumed as the value of the parameter ξ. Δλn is the half width of the emission spectrum. Further, τ and τcav are values of the lifetime in spontaneous emission and the lifetime in the cavity, respectively, and τcav / τ = 1 here.

前記利得Gintの値は反射率RとRの値によって変化するが、以下では、前記反射鏡2は全反射するものとして、反射率Rの値は1とする。 The value of the gain Gint varies depending on the values of the reflectivities R 1 and R 2. In the following, it is assumed that the reflector 2 is totally reflected and the value of the reflectivity R 2 is 1.

前記反射鏡1の反射率Rをまず0.5として計算してみると、フィットネス値Fは10、スペクトル半値幅は45nm、利得Gintは9(F=10、Δλ=45nm、Gint=9)となる。また、反射率Rの値を0.8とすると、フィットネス値Fは30、スペクトル半値幅は15nm(F=30、Δλ=15nm)となり、利得Gintとして値11(Gint=11)が得られる。マイクロキャビティの効果が大きくなるのは当然ながらRの値が大きい場合である。GaN系発光ダイオードの半値幅は20nm程度であるので、これよりΔλの値が小さい方がマイクロキャビティ効果は増大する。一方、GaN系発光ダイオードの発光波長の温度依存性は約0.07nm/℃であるので、あまりFを大きくすると、実用上の問題が生じる。 If we calculate the first 0.5 reflectivity R 1 of the reflecting mirror 1, fitness value F is 10, the spectral half-width 45 nm, the gain gint is 9 (F = 10, Δλ = 45nm, Gint = 9) It becomes. If the value of the reflectance R 1 is 0.8, the fitness value F is 30, the spectrum half width is 15 nm (F = 30, Δλ = 15 nm), and a value 11 (Gint = 11) is obtained as the gain Gint. . Naturally, the effect of the microcavity is increased when the value of R 1 is large. Since the FWHM of the GaN-based light emitting diode is about 20 nm, the microcavity effect increases with a smaller value of Δλ. On the other hand, since the temperature dependence of the emission wavelength of the GaN-based light emitting diode is about 0.07 nm / ° C., if F is increased too much, a practical problem arises.

上記原理を利用した、高効率の赤色発光ダイオードは、既に実現されている(参考文献3)。出願人も以前、マイクロキャビティを利用して、シリコンナノクリスタルからの発光を制御する試みを行い、スペクトルの先鋭化と発光強度の上昇を確認している(参考文献4)。   A high-efficiency red light-emitting diode using the above principle has already been realized (Reference Document 3). The applicant has also tried to control light emission from silicon nanocrystals using a microcavity, and has confirmed sharpening of the spectrum and increase of light emission intensity (Reference 4).

一方、先にも述べたように、図1のGaN発光ダイオードにこの原理を適用しようとしても、ファブリ・ペロ共振器が厚いサファイア基板11を含むことになり、その実現は不可能である。   On the other hand, as described above, even if this principle is applied to the GaN light emitting diode of FIG. 1, the Fabry-Perot resonator includes the thick sapphire substrate 11 and cannot be realized.

最近、GaN系半導体膜をサファイア基板から剥離する技術が実用化され、これを利用した発光ダイオードが市販されている。   Recently, a technology for peeling a GaN-based semiconductor film from a sapphire substrate has been put into practical use, and a light-emitting diode using this technology is commercially available.

そこで、本発明は、このようなサファイア基板から剥離した発光ダイオードを使い、一方の表面に金属反射鏡を前記反射鏡R2として形成し、他方の表面である剥離面をエッチング処理してキャビティ長を所定値に設定することにより、所望のマイクロキャビティを実現する技術を提供する。   Therefore, the present invention uses a light emitting diode peeled off from such a sapphire substrate, forms a metal reflecting mirror on one surface as the reflecting mirror R2, and etches the peeling surface which is the other surface to increase the cavity length. A technique for realizing a desired microcavity by setting a predetermined value is provided.

好ましくは、前記エッチング面上に多層膜反射鏡を前記反射鏡1として形成し、前記多層反射膜1の反射率R1を、金属反射鏡2の反射率(銀で約0.95以上)以下、03以上とする。この範囲の反射率は、例えばSiOとTaのような屈折率の大きく異なる2種類の誘電体膜をイオンビームスバッタ法などの膜厚の厳密な制御ができる薄膜形成法で堆積すれば容易に実現できる。 Preferably, a multilayer film reflecting mirror is formed on the etched surface as the reflecting mirror 1, and the reflectance R1 of the multilayer reflecting film 1 is less than the reflectance of the metal reflecting mirror 2 (about 0.95 or more for silver), 03 or more. The reflectance in this range is obtained by depositing two kinds of dielectric films having different refractive indexes such as SiO 2 and Ta 2 0 5 by a thin film forming method capable of strictly controlling the film thickness such as an ion beam sputtering method. Can be easily realized.

本発明の技術により達成される利点として、以下が挙げられる。   Advantages achieved by the technology of the present invention include:

(1)自然放出をキャビティ構造で制御することにより、発光効率が大きく向上する。   (1) Luminous efficiency is greatly improved by controlling spontaneous emission with a cavity structure.

(2)キャビティ構造の採用により、出力光の出射方向が反射鏡1に対して垂直方向に揃い、指向性が向上する。   (2) By adopting the cavity structure, the emission direction of the output light is aligned in the vertical direction with respect to the reflecting mirror 1 and the directivity is improved.

(3)前記(2)の結果、表面からの光取り出し効率が大きく向上する。   (3) As a result of the above (2), the light extraction efficiency from the surface is greatly improved.

(4)前記(2)の結果、横方向への光の損失が減少する。   (4) As a result of (2), the loss of light in the lateral direction is reduced.

このように、本発明は、従来実現されなかった高輝度紫色〜緑色発光ダイオードをMOCVD法で実現することを可能とする。   Thus, the present invention makes it possible to realize a high-intensity purple-green light emitting diode that has not been realized in the past by the MOCVD method.

上記(2)の効果を積極的に利用すると、1枚のチツプ内に多数のマイクロ発光ダイオードを形成した発光ダイオードアレイを形成することができる。

[第1の実施形態]
次に、本発明の第1の実施形態による青色発光ダイオードの製造工程を、図3A〜3Jを参照しながら説明する。図示の例では、青色発光ダイオードの発光波長を450nmとする。ただし本発明はかかる特定の発光波長に限定されるものではなく、本発明は発光波長が550nm〜330nmの範囲の緑色〜紫色発光ダイオードに適用が可能である。
When the effect (2) is positively utilized, a light emitting diode array in which a number of micro light emitting diodes are formed in one chip can be formed.

[First Embodiment]
Next, a manufacturing process of the blue light-emitting diode according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the illustrated example, the emission wavelength of the blue light emitting diode is 450 nm. However, the present invention is not limited to such a specific emission wavelength, and the present invention can be applied to a green to violet light emitting diode having an emission wavelength in the range of 550 nm to 330 nm.

最初に図3Aを参照するに、本実施形態では厚さが例えば300μmのサファイア基板21上にGaNよりなる犠牲層22をMOCVD法により、例えば20nmの膜厚で、エピタキシャルに形成する。   First, referring to FIG. 3A, in this embodiment, a sacrificial layer 22 made of GaN is epitaxially formed to a thickness of, for example, 20 nm on a sapphire substrate 21 having a thickness of, for example, 300 μm by MOCVD.

次に前記図3Aの工程ではさらに、前記GaN犠牲層22上に、GaNに対してエッチングマーカとして作用するInGaN膜23をMOCVD法により、例えば10nmの膜厚でエピタキシャルに形成し、前記エッチングマーカ層23上にn型GaNよりなる第1クラッド層24を前記犠牲層22と同様にして、ただし前記青色発光ダイオードの発光波長の3/2波長+55nmの厚さに相当する730nmの膜厚で、エピタキシャルに形成する。   Next, in the step of FIG. 3A, an InGaN film 23 that acts as an etching marker for GaN is epitaxially formed on the GaN sacrificial layer 22 by MOCVD with a thickness of, for example, 10 nm. The first clad layer 24 made of n-type GaN is formed on the substrate 23 in the same manner as the sacrificial layer 22 except that the first cladding layer 24 is epitaxially formed with a thickness of 730 nm corresponding to 3/2 wavelength of the emission wavelength of the blue light emitting diode + 55 nm. To form.

次に前記図3Aの工程ではさらに、前記第1クラッド層22上にInGaN/GaN量子井戸構造を有する発光層25が、厚さが7nmのInGaN膜と厚さが10nmのGaN膜を交互に繰り返し堆積することにより、全体として、前記発光波長の約1/4波長である110nmの膜厚に形成される。さらに前記発光層25上に、p型GaNよりなる第2クラッド層26を、前記第1クラッド層24と同様にして、60nmの膜厚でエピタキシャルに形成する。   Next, in the step of FIG. 3A, the light emitting layer 25 having an InGaN / GaN quantum well structure on the first cladding layer 22 is alternately repeated with an InGaN film having a thickness of 7 nm and a GaN film having a thickness of 10 nm. By depositing, a film thickness of 110 nm, which is about ¼ wavelength of the emission wavelength, is formed as a whole. Further, a second cladding layer 26 made of p-type GaN is epitaxially formed on the light emitting layer 25 with a film thickness of 60 nm in the same manner as the first cladding layer 24.

図3Aの例では、前記第1クラッド層24、発光層25および第2クラッド層26が、全体で2波長分のキャビティ長Lcavを有するマイクロキャビティCavを形成し、前記発光層25は、このようにして形成されたマイクロキャビティ内に生じる定在波の腹の部分に位置するように設計されている。   In the example of FIG. 3A, the first cladding layer 24, the light emitting layer 25, and the second cladding layer 26 form a microcavity Cav having a cavity length Lcav corresponding to two wavelengths as a whole. It is designed to be located at the antinode of the standing wave generated in the formed microcavity.

次に図3Bの工程において前記図3Aの第2クラッド層26上に、Ag膜27が反射層として、例えば1000nmの膜厚に、例えばスパッタ法により形成され、さらに前記Ag膜27上にCu膜28が、例えば電解メッキ法により、任意の膜厚に形成される。前記Ag膜27はその下の第2クラッド層26に対してオーミック接触し、このため前記Ag膜27およびCu膜28は、前記第2のクラッド層のオーミック電極を形成する。   Next, in the step of FIG. 3B, an Ag film 27 is formed as a reflective layer on the second cladding layer 26 of FIG. 3A to a thickness of, for example, 1000 nm, for example, by sputtering, and a Cu film is further formed on the Ag film 27. 28 is formed in an arbitrary film thickness by, for example, an electrolytic plating method. The Ag film 27 is in ohmic contact with the second cladding layer 26 under the Ag film 27, so that the Ag film 27 and the Cu film 28 form an ohmic electrode of the second cladding layer.

次に、図3Cの工程において前記図3Bの構造が上下反転され、さらに前記GaN犠牲層22に前記サファイア基板21を介してレーザビームを照射することによって、図3Dに示すように前記サファイア基板21が剥離・除去される。   Next, in the step of FIG. 3C, the structure of FIG. 3B is turned upside down, and further, the GaN sacrificial layer 22 is irradiated with a laser beam through the sapphire substrate 21, thereby the sapphire substrate 21 as shown in FIG. Is peeled and removed.

次に図3Eの工程において前記GaN犠牲層22を、塩素ガスなどをエッチングガスとしたドライエッチングにより除去し、さらに前記エッチングマーカ層23を構成する元素、例えばInを質量分析計によりモニタしながらエッチングを継続し、前記エッチングマーカ層23までをエッチング・除去することにより、図3Fに示す、マイクロキャビティ中に発光層25を配置した構造が得られる。   Next, in the step of FIG. 3E, the GaN sacrificial layer 22 is removed by dry etching using chlorine gas or the like as an etching gas, and further, an element constituting the etching marker layer 23, for example, In, is etched while being monitored by a mass spectrometer. Then, the structure up to the etching marker layer 23 is etched and removed to obtain the structure in which the light emitting layer 25 is arranged in the microcavity shown in FIG. 3F.

さらに、このようにして露出した前記エッチングマーカ層23を、例えばInの消失を質量分析計によりモニタしながらエッチング・除去することにより、図3Fに示す、マイクロキャビティ中に発光層25を配設した構造が得られる。なお、このエッチングマーカ層23は残しておいてもよい。その場合には、以後の構造に、前記エッチングマーカ層23が含まれることになる。   Further, the etching marker layer 23 exposed in this manner is etched and removed, for example, while monitoring the disappearance of In with a mass spectrometer, thereby arranging the light emitting layer 25 in the microcavity shown in FIG. 3F. A structure is obtained. The etching marker layer 23 may be left. In that case, the etching marker layer 23 is included in the subsequent structure.

次に図3Gの工程で、前記図3Fの構造上に厚さが77nmのSiO2膜と厚さが52nmのTa25膜を交互に繰り返し積層した構造の多層反射膜29を形成し、図3Hの工程において前記多層反射膜29の一部を、平面図上の中央部において覆うレジストパターンRを形成する。 Next, in the step of FIG. 3G, a multilayer reflective film 29 having a structure in which a 77 nm thick SiO 2 film and a 52 nm thick Ta 2 O 5 film are alternately laminated on the structure of FIG. 3F is formed, In the step of FIG. 3H, a resist pattern R is formed to cover a part of the multilayer reflective film 29 at the center in the plan view.

さらに図3Hの工程では、前記レジストパターンRをマスクに、Siあるいは酸素を例えば200keVの加速電圧下、3×1014cm-2のドーズ量で、主に前記マイクロキャビティCavの下部、特に前記第2クラッド層26にイオン注入し、素子の周辺部に高抵抗電流狭窄構造24Iを形成する。 Further, in the step of FIG. 3H, using the resist pattern R as a mask, Si or oxygen is applied at an acceleration voltage of 200 keV, for example, at a dose of 3 × 10 14 cm −2 , mainly at the bottom of the microcavity Cav, Ions are implanted into the two cladding layers 26 to form a high resistance current confinement structure 24I in the periphery of the device.

さらに図3Iの工程において、前記レジストパターンRをマスクに前記多層反射膜29をパターニングし、前記第1クラッド層24を前記レジストパターンRの周辺部で、リング状に露出する。   3I, the multilayer reflective film 29 is patterned using the resist pattern R as a mask, and the first cladding layer 24 is exposed in a ring shape at the periphery of the resist pattern R.

さらに図3Hの工程において、前記第1クラッド層24のリング状露出部にリング状のオーミック電極30を、厚さが1.7μmのAl膜と厚さが0.25μmのNi膜と厚さが0.5μmのAu膜の積層の形で形成される。本実施形態では、前記リング状オーミック電極30は、その開口部が、径が0.2mmの光学窓30Aを画成し、前記発光層25で発生した青色光は、前記光学窓30Aを通って外部へと出射する。   Further, in the step of FIG. 3H, a ring-shaped ohmic electrode 30 is formed on the ring-shaped exposed portion of the first cladding layer 24, a 1.7 μm thick Al film, a 0.25 μm thick Ni film, and a thickness. It is formed in the form of a laminate of 0.5 μm Au film. In this embodiment, the ring-shaped ohmic electrode 30 defines an optical window 30A having a diameter of 0.2 mm, and blue light generated in the light emitting layer 25 passes through the optical window 30A. Outputs to the outside.

図4は、前記マイクロキャビティCavをより詳細に示す図である。   FIG. 4 shows the microcavity Cav in more detail.

図4を参照するに、前記マイクロキャビティCavは全体として2λの共振器長を有しており、前記発光層25の中央が前記マイクロキャビティ中に形成される定在波の腹に位置するように形成されている。ここで、前記発光層25の中央は前記マイクロキャビティ中に形成される定在波の別の腹の位置に形成してもよく、また前記マイクロキャビティ長Lcavは1/2λの整数倍であればよいが、前記キャビティ長Lcavが増大すると多数のモードの発光が可能となるため、4λ以下であることが望ましい。このような共振器長の短いマイクロキャビティでは、先にも述べたように可能なモードが制限され、このため基本モードにエネルギが集中し、鋭い発光スペクトルが得られると同時に、発光効率が大きく向上する。また、前記多層反射膜29を通って出射する出力光の指向性が向上し、前記出力光は前記多層反射膜29に垂直方向に、高い指向性をもって出射する。   Referring to FIG. 4, the microcavity Cav has a resonator length of 2λ as a whole, and the center of the light emitting layer 25 is positioned at the antinode of the standing wave formed in the microcavity. Is formed. Here, the center of the light emitting layer 25 may be formed at another antinode of the standing wave formed in the microcavity, and the microcavity length Lcav is an integral multiple of 1 / 2λ. However, if the cavity length Lcav is increased, light emission in a large number of modes is possible. In such a microcavity with a short resonator length, the possible modes are limited as described above, so that energy is concentrated in the fundamental mode, a sharp emission spectrum is obtained, and at the same time, luminous efficiency is greatly improved. To do. Further, the directivity of the output light emitted through the multilayer reflective film 29 is improved, and the output light is emitted with high directivity in the direction perpendicular to the multilayer reflective film 29.

前記多層反射膜29は、30〜90%の透過率を有するのが好ましい。例えば前記多層反射膜29中における前記SiO2膜とTa25膜の繰り返し回数を2回とすると前記30%の透過率が得られ、一方前記繰り返し回数を6回とすると、前記90%の透過率が得られる。あるいは前記多層反射膜29は省略することも可能である。 The multilayer reflective film 29 preferably has a transmittance of 30 to 90%. For example, if the number of repetitions of the SiO 2 film and the Ta 2 O 5 film in the multilayer reflective film 29 is set to 2 times, the transmittance of 30% can be obtained, whereas if the number of repetitions is set to 6 times, the rate of 90% Transmittance is obtained. Alternatively, the multilayer reflective film 29 can be omitted.

例えば、前記多層反射膜29を構成する2種類の誘電体膜の屈折率をそれぞれn1,n2とすると、波長λの光に対する前記多層反射膜29の反射率を、一方の誘電体膜の膜厚L1がλ/4n1で他方の誘電体膜の膜厚Lがλ/4n2である場合に最大にすることができる(非特許文献2)。そこで、前記SiO2膜の屈折率が1.46でTa25膜の屈折率が2.16であることから、例えば波長が450nmの光を発光する発光ダイオードの場合、前記SiO2膜の膜厚を77nmに、Ta25膜の膜厚を52nmとすることで、前記多層反射膜29の反射率を最大にすることができる。 For example, if the refractive indexes of the two types of dielectric films constituting the multilayer reflective film 29 are n 1 and n 2 , respectively, the reflectance of the multilayer reflective film 29 with respect to light of wavelength λ is set to be equal to that of one dielectric film. This can be maximized when the film thickness L 1 is λ / 4n 1 and the film thickness L 2 of the other dielectric film is λ / 4n 2 (Non-patent Document 2). Therefore, since the refractive index of the Ta 2 O 5 film with a refractive index of the SiO 2 film is 1.46 is 2.16, for example, in the case of light emitting diodes having a wavelength to emit light of 450 nm, of the SiO 2 film By setting the film thickness to 77 nm and the film thickness of the Ta 2 O 5 film to 52 nm, the reflectance of the multilayer reflective film 29 can be maximized.

また図示の例では、前記発光層25を多重量子井戸構造としているが、本発明は、かかる特定の構成に限定されるものではなく、前記発光層25として単一の量子井戸層、あるいはバルクInGaN層を使うことも可能である。さらに前記発光層中のInGaN層は、他の元素、例えばAlなどを含むことも可能である。   In the illustrated example, the light emitting layer 25 has a multiple quantum well structure. However, the present invention is not limited to such a specific configuration, and the light emitting layer 25 may be a single quantum well layer or a bulk InGaN. It is also possible to use layers. Furthermore, the InGaN layer in the light emitting layer may contain other elements such as Al.

本実施形態では、発光波長が450nmの場合を想定して説明したが、前記InGaN/GaN発光層25中におけるInの濃度を調整することにより、他の波長での発光も可能である。その場合には、前記クラッド層24,26の膜厚および前記発光層25の膜厚は、上記の値から変化するが、図4で説明した関係は維持される必要がある。   In this embodiment, the case where the emission wavelength is 450 nm has been described. However, by adjusting the concentration of In in the InGaN / GaN light emitting layer 25, it is possible to emit light at other wavelengths. In that case, the film thickness of the cladding layers 24 and 26 and the film thickness of the light emitting layer 25 vary from the above values, but the relationship described with reference to FIG. 4 needs to be maintained.

本願発明では、多層反射膜29が、前記発光ダイオードの本体部分、すなわち第1クラッド層24、発光層25および第2クラッド層26の積層構造が形成された後で形成されることに注意すべきである。このため、本発明では、多層反射膜29の形成工程が前記第1クラッド層24、発光層25および第2クラッド層26の形成工程に影響することがなく、前記第1クラッド層24、発光層25および第2クラッド層26を、成膜効率の高いMOCVD法を使って効率よく形成することができる。   In the present invention, it should be noted that the multilayer reflective film 29 is formed after the main body portion of the light emitting diode, that is, the laminated structure of the first cladding layer 24, the light emitting layer 25, and the second cladding layer 26 is formed. It is. Therefore, in the present invention, the formation process of the multilayer reflective film 29 does not affect the formation process of the first cladding layer 24, the light emitting layer 25, and the second cladding layer 26, and the first cladding layer 24, the light emitting layer 25 and the second cladding layer 26 can be efficiently formed using the MOCVD method with high film formation efficiency.

これに対し、例えば前記非特許文献4の技術では、マイクロキャビティ構造を有する青色発光ダイオードをサファイア基板上に直接に形成しているため、多層反射膜を、青色発光ダイオードの本体をなす下側クラッド層とその下のサファイア基板との間に設ける必要がある。このため前記非特許文献4の技術では、発光ダイオードの本体部分は多層反射膜を形成した後、その上に形成され、多層反射膜として、前記発光ダイオードの本体部分がエピタキシャル成長により形成できるように、窒化物半導体を使う必要がある。しかし、窒化物半導体を使った多層反射膜で大きな反射率を得るためには、前記多層反射鏡をGaN膜とAl組成の大きいAlGaN膜の積層により形成する必要がある。しかし、AlGaN膜はAl組成が大きくなるとMOCVD法で成長させた場合、多量の欠陥を含むようになるため、MOCVD法を使うことができない。このため前記非特許文献4では成長レートが低く結晶性が悪い、その結果発光効率の低い、MBE法により成膜を行っている。   On the other hand, in the technique of Non-Patent Document 4, for example, a blue light emitting diode having a microcavity structure is formed directly on a sapphire substrate, so that a multilayer reflective film is formed on the lower cladding forming the main body of the blue light emitting diode. It is necessary to provide between the layer and the underlying sapphire substrate. For this reason, in the technique of Non-Patent Document 4, the main body portion of the light emitting diode is formed on the multilayer reflective film and then formed as a multilayer reflective film so that the main body portion of the light emitting diode can be formed by epitaxial growth. It is necessary to use a nitride semiconductor. However, in order to obtain a high reflectance with a multilayer reflective film using a nitride semiconductor, the multilayer reflective mirror needs to be formed by stacking a GaN film and an AlGaN film having a large Al composition. However, if the AlGaN film is grown by the MOCVD method when the Al composition becomes large, it will contain a large amount of defects, so the MOCVD method cannot be used. For this reason, in Non-Patent Document 4, film formation is performed by the MBE method, which has a low growth rate and poor crystallinity, resulting in low luminous efficiency.

これに対し本発明は、成長レートが高く結晶性の優れた成膜法であるMOCVD法を使って発光ダイオードを効率良く、安価に製造することを可能とする。   On the other hand, the present invention makes it possible to manufacture a light emitting diode efficiently and inexpensively using the MOCVD method, which is a film forming method with a high growth rate and excellent crystallinity.

なお、本実施形態において、図5に示すように、前記多層反射膜29を必要に応じて省略することも可能である。この場合には、前記第1クラッド層24の上面が反射鏡として作用する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the multilayer reflective film 29 can be omitted if necessary. In this case, the upper surface of the first cladding layer 24 acts as a reflecting mirror.

また、本実施形態において、図6に示すように、第1クラッド層24と多層反射膜29との間に、ITO(In23・SnO2)などの透明導電膜30Bを、前記オーミック電極30の一部として設けることも可能である。このような構成によれば、前記オーミック電極30より、より均一な電流注入を行うことが可能となる。

[第2の実施形態]
図7は、本発明の第2の実施形態による発光ダイオードアレイの構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, a transparent conductive film 30B such as ITO (In 2 O 3 .SnO 2 ) is provided between the first cladding layer 24 and the multilayer reflective film 29 so as to form the ohmic electrode. It can also be provided as a part of 30. According to such a configuration, it becomes possible to perform more uniform current injection than the ohmic electrode 30.

[Second Embodiment]
FIG. 7 shows a configuration of a light-emitting diode array according to the second embodiment of the present invention. However, in the figure, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description will be omitted.

図7を参照するに、前記第2クラッド層26、発光層25および第1クラッド層24を積層しマイクロキャビティCavを構成する積層体が、例えばCuよりなる支持基台61上に絶縁膜62を介して支持されており、前記積層体には素子領域I,II,III,・・・が画成されている。   Referring to FIG. 7, the laminated body in which the second clad layer 26, the light emitting layer 25, and the first clad layer 24 are laminated to form the microcavity Cav is formed with an insulating film 62 on a support base 61 made of Cu, for example. .., And element regions I, II, III,... Are defined in the laminate.

また各々の素子領域I,II,III,・・・では、前記リング状電極30およびリング状電流狭窄構造25Iが形成されており、また前記図5の紙面に垂直方向に前記Ag反射膜27とCu電極膜28を積層した配線パターンが連続的に延在している。   Further, in each of the element regions I, II, III,..., The ring-shaped electrode 30 and the ring-shaped current confinement structure 25I are formed, and the Ag reflection film 27 is perpendicular to the paper surface of FIG. A wiring pattern in which the Cu electrode film 28 is laminated extends continuously.

また各素子領域I,II,III,・・・において前記リング状電極30に対応して、リング状に電流狭窄構造25Iが形成されている。   In each element region I, II, III,..., A current confinement structure 25I is formed in a ring shape corresponding to the ring electrode 30.

かかる構成の発光ダイオードアレイでは、先の実施形態で説明した発光ダイオードが行列状に配列しているが、一つの配線パターンを選択し、一つのリング状電極30を選択することにより、任意の素子領域の発光ダイオードを発光させることができる。   In the light-emitting diode array having such a configuration, the light-emitting diodes described in the previous embodiment are arranged in a matrix, but by selecting one wiring pattern and selecting one ring-shaped electrode 30, any element can be selected. The light emitting diode in the region can emit light.

このような発光ダイオードアレイを用いれば、微小な近接画像伝送装置を実現することが可能となる。   If such a light emitting diode array is used, a minute proximity image transmission device can be realized.

図8は、前記図7の発光ダイオードアレイの一変形例を示す。   FIG. 8 shows a modification of the light emitting diode array of FIG.

図8を参照するに、本実施形態では前記支持基台61および絶縁膜62が省略され、その代わりに前記下側電極28が支持基台61を兼用している。   Referring to FIG. 8, in this embodiment, the support base 61 and the insulating film 62 are omitted, and the lower electrode 28 also serves as the support base 61 instead.

前記下側電極28はその上面にAg反射膜27を一様に担持しており、それぞれの素子領域上に前記第1の実施形態で説明した発光ダイオードが多数形成されている。   The lower electrode 28 uniformly carries an Ag reflecting film 27 on the upper surface thereof, and a large number of the light emitting diodes described in the first embodiment are formed on each element region.

かかる構成では、前記発光ダイオード中で発生した熱が前記支持基台を兼用する下側電極に効率的に吸収され、前記発光ダイオードを高い密度で配列し、これを同時に駆動するような場合でも、発光ダイオードの昇温を効果的に抑制することができる。すなわち、本実施形態では、前記下側電極28は、支持基台として作用するのみならず、効果的なヒートシンクとしても作用する。   In such a configuration, heat generated in the light emitting diode is efficiently absorbed by the lower electrode that also serves as the support base, and even when the light emitting diodes are arranged at a high density and are driven simultaneously, The temperature rise of the light emitting diode can be effectively suppressed. That is, in the present embodiment, the lower electrode 28 not only functions as a support base but also functions as an effective heat sink.

以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。   As mentioned above, although this invention was described about preferable embodiment, this invention is not limited to this specific embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the summary described in the claim.

従来のGaN発光ダイオードの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional GaN light emitting diode. マイクロキャビティの原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of a microcavity. 本発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造工程を説明する図(その1)である。It is FIG. (1) explaining the manufacturing process of the light emitting diode by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造工程を説明する図(その2)である。It is FIG. (2) explaining the manufacturing process of the light emitting diode by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造工程を説明する図(その3)である。It is FIG. (3) explaining the manufacturing process of the light emitting diode by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造工程を説明する図(その4)である。It is FIG. (4) explaining the manufacturing process of the light emitting diode by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造工程を説明する図(その5)である。It is FIG. (5) explaining the manufacturing process of the light emitting diode by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造工程を説明する図(その6)である。It is FIG. (6) explaining the manufacturing process of the light emitting diode by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造工程を説明する図(その7)である。It is FIG. (7) explaining the manufacturing process of the light emitting diode by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造工程を説明する図(その8)である。It is FIG. (8) explaining the manufacturing process of the light emitting diode by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造工程を説明する図(その9)である。It is FIG. (9) explaining the manufacturing process of the light emitting diode by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造工程を説明する図(その10)である。It is FIG. (10) explaining the manufacturing process of the light emitting diode by the 1st Embodiment of this invention. 前記第1の実施形態による発光ダイオードの細部を示す図である。It is a figure which shows the detail of the light emitting diode by the said 1st Embodiment. 第1の実施形態の一変形例による発光ダイオードの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light emitting diode by the modification of 1st Embodiment. 第1の実施形態の一変形例による発光ダイオードの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light emitting diode by the modification of 1st Embodiment. 本発明の第2の実施形態による発光ダイオードアレイの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light emitting diode array by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態による発光ダイオードアレイの一変形例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the modification of the light emitting diode array by the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,2 反射鏡
21 サファイア基板
22 第1クラッド層
23 エッチングマーカ層
24 第2クラッド層
25 発光層
25I 電流狭窄構造
26 第3クラッド層
27 Ag反射膜
28 下側電極
29 多層反射膜
30 上側電極
30A 光学窓
30B 透明導電膜
61 支持基体
62 絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Reflector 21 Sapphire substrate 22 1st clad layer 23 Etching marker layer 24 2nd clad layer 25 Light emitting layer 25I Current confinement structure 26 3rd clad layer 27 Ag reflecting film 28 Lower electrode 29 Multilayer reflecting film 30 Upper electrode 30A Optical window 30B Transparent conductive film 61 Support base 62 Insulating film

Claims (13)

反射面を有し下側オーミック電極をなす金属基板と、
前記金属基板の前記反射面上に形成された下側クラッド層と、
前記下側クラッド層上に形成された窒化物半導体よりなる発光層と、
前記発光層上に形成された上側クラッド層と、
前記上側クラッド層の上面に接触し、光学窓を形成された上側オーミック電極と、
を含み、
前記下側クラッド層と前記発光層と前記上側クラッド層とは、前記上側クラッド層の上面と前記金属基板の反射面との間にマイクロキャビティを形成し、
前記マイクロキャビティは前記発光ダイオードの発光波長の1/2波長の整数倍のキャビティ長を有することを特徴とする発光ダイオード。
A metal substrate having a reflective surface and forming a lower ohmic electrode;
A lower clad layer formed on the reflective surface of the metal substrate;
A light emitting layer made of a nitride semiconductor formed on the lower cladding layer;
An upper cladding layer formed on the light emitting layer;
An upper ohmic electrode in contact with the upper surface of the upper cladding layer and formed with an optical window;
Including
The lower clad layer, the light emitting layer, and the upper clad layer form a microcavity between the upper surface of the upper clad layer and the reflective surface of the metal substrate,
The light emitting diode according to claim 1, wherein the microcavity has a cavity length that is an integral multiple of a half wavelength of the light emitting wavelength of the light emitting diode.
さらに前記上側クラッド層上面のうち、前記上側オーミック電極が前記光学窓を形成する部分には多層反射膜が設けられ、前記マイクロキャビティは、前記上側クラッド層と前記多層反射膜との界面と、前記金属基板上の反射面との間に形成されることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。   Furthermore, a multilayer reflective film is provided on a portion of the upper surface of the upper cladding layer where the upper ohmic electrode forms the optical window, and the microcavity includes an interface between the upper cladding layer and the multilayer reflective film, The light emitting diode according to claim 1, wherein the light emitting diode is formed between the reflective surface on the metal substrate. 前記多層反射膜は酸化膜の積層よりなることを特徴とする請求項2記載の発光ダイオード。   3. The light emitting diode according to claim 2, wherein the multilayer reflective film is made of a stack of oxide films. 前記上側オーミック電極は、前記上側クラッド層の前記上面を前記光学窓において覆う透明導電膜を含むことを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。 The light emitting diode according to claim 1, wherein the upper ohmic electrode includes a transparent conductive film that covers the upper surface of the upper cladding layer in the optical window. 前記透明導電膜上には、30〜90%の透過率を有する反射膜が形成されていることを特徴とする請求項4記載の発光ダイオード。   The light emitting diode according to claim 4, wherein a reflective film having a transmittance of 30 to 90% is formed on the transparent conductive film. 前記上側クラッド層中には、前記上側オーミック電極より導入されたキャリアを狭窄する電流狭窄構造が設けられていることを特徴とする請求項1〜5のうち、いずれか一項記載の発光ダイオード。   6. The light emitting diode according to claim 1, wherein a current confinement structure for confining carriers introduced from the upper ohmic electrode is provided in the upper clad layer. 前記電流狭窄構造は、酸素原子を含む高抵抗領域であることを特徴とする請求項6記載の発光ダイオード。   7. The light emitting diode according to claim 6, wherein the current confinement structure is a high resistance region containing oxygen atoms. 絶縁膜を担持した金属基台と、
前記金属基台上に前記絶縁膜を介して形成された複数の発光ダイオード素子を含み、
前記複数の発光ダイオード素子の各々は、請求項1記載の発光ダイオードよりなることを特徴とする発光ダイオードアレイ。
A metal base carrying an insulating film;
A plurality of light emitting diode elements formed on the metal base through the insulating film;
The light emitting diode array according to claim 1, wherein each of the plurality of light emitting diode elements comprises the light emitting diode according to claim 1.
反射面を有する下側オーミック電極と、前記金属基板の前記反射面上に形成された下側クラッド層と、前記下側クラッド層上に形成された窒化物半導体よりなる発光層と、前記発光層上に形成された上側クラッド層と、前記上側クラッド層の上面に接触し、光学窓を形成された上側オーミック電極と、を含み、前記下側クラッド層と前記発光層と前記上側クラッド層とは、前記上側クラッド層の上面と前記下側オーミック電極の反射面との間にマイクロキャビティを形成し、前記マイクロキャビティは前記発光ダイオードの発光波長の1/2波長の整数倍のキャビティ長を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法であって、
前記上側クラッド層を支持基体上にMOCVD法によりエピタキシャルに成長させる工程と、
前記上側クラッド層上に発光層をMOCVD法によりエピタキシャルに成長させる工程と、
前記発光層上に前記下側クラッド層をMOCVD法によりエピタキシャルに成長させる工程と、
前記下側クラッド層上に、反射膜を形成する工程と、
前記反射膜上に、前記下側オーミック電極を形成する工程と、
前記支持基体を、前記上側クラッド層から剥離する工程と、
前記上側クラッド層をエッチングし、前記上側クラッド層の膜厚を、前記上側クラッド層と前記発光層と前記下側クラッド層とよりなる光キャビティがマイクロキャビティを形成するような厚さに設定する工程と、
前記上側クラッド層上に前記上側オーミック電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
A lower ohmic electrode having a reflective surface; a lower clad layer formed on the reflective surface of the metal substrate; a light emitting layer made of a nitride semiconductor formed on the lower clad layer; and the light emitting layer An upper clad layer formed on the upper clad layer; and an upper ohmic electrode in contact with the upper surface of the upper clad layer and having an optical window formed thereon, wherein the lower clad layer, the light emitting layer, and the upper clad layer are A microcavity is formed between the upper surface of the upper clad layer and the reflective surface of the lower ohmic electrode, and the microcavity has a cavity length that is an integral multiple of half the wavelength of the light emitting diode. A method of manufacturing a light emitting diode characterized by comprising:
Epitaxially growing the upper cladding layer on a support substrate by MOCVD;
A step of epitaxially growing a light emitting layer on the upper cladding layer by MOCVD;
Epitaxially growing the lower cladding layer on the light emitting layer by MOCVD;
Forming a reflective film on the lower cladding layer;
Forming the lower ohmic electrode on the reflective film;
Peeling the support substrate from the upper cladding layer;
Etching the upper cladding layer and setting the film thickness of the upper cladding layer to such a thickness that an optical cavity composed of the upper cladding layer, the light emitting layer, and the lower cladding layer forms a microcavity; When,
Forming the upper ohmic electrode on the upper cladding layer;
The manufacturing method of the light emitting diode characterized by the above-mentioned.
前記上側クラッド層はエッチングマーカ層を含み、前記エッチング工程は、前記エッチングマーカ層でエッチングを停止する工程を含むことを特徴とする請求項9記載の発光ダイオードの製造方法。   The method of manufacturing a light emitting diode according to claim 9, wherein the upper cladding layer includes an etching marker layer, and the etching step includes a step of stopping etching at the etching marker layer. 前記エッチング工程の後、さらに前記エッチングマーカ層を除去する工程を含むことを特徴とする請求項10記載の発光ダイオードの製造方法。   The method of manufacturing a light emitting diode according to claim 10, further comprising a step of removing the etching marker layer after the etching step. 前記基体を剥離する工程は、前記基体にレーザ光を照射する工程を含むことを特徴とする請求項9〜11のうち、いずれか一項記載の発光ダイオードの製造方法。   The method for manufacturing a light-emitting diode according to any one of claims 9 to 11, wherein the step of peeling the base includes a step of irradiating the base with laser light. さらに前記エッチング工程の後、前記上側クラッド層上に多層反射膜を、屈折率が互いに異なる第1および第2の酸化膜の積層により形成する工程を含むことを特徴とする請求項9〜12のうち、いずれか一項記載の発光ダイオードの製造方法。   13. The method according to claim 9, further comprising a step of forming a multilayer reflective film on the upper cladding layer by stacking first and second oxide films having different refractive indexes after the etching process. A method for producing a light-emitting diode according to any one of the above.
JP2008027725A 2008-02-07 2008-02-07 Light-emitting diode and method of manufacturing the same, and light-emitting diode array Pending JP2009188249A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008027725A JP2009188249A (en) 2008-02-07 2008-02-07 Light-emitting diode and method of manufacturing the same, and light-emitting diode array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008027725A JP2009188249A (en) 2008-02-07 2008-02-07 Light-emitting diode and method of manufacturing the same, and light-emitting diode array

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009188249A true JP2009188249A (en) 2009-08-20

Family

ID=41071193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008027725A Pending JP2009188249A (en) 2008-02-07 2008-02-07 Light-emitting diode and method of manufacturing the same, and light-emitting diode array

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009188249A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012124495A (en) * 2011-12-22 2012-06-28 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element
JP2012124314A (en) * 2010-12-08 2012-06-28 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element
US8371718B2 (en) * 2008-09-29 2013-02-12 Bridgelux, Inc. Efficient LED array
CN105552190A (en) * 2015-04-30 2016-05-04 美科米尚技术有限公司 Micro-light-emitting diode
CN105679902A (en) * 2015-05-21 2016-06-15 美科米尚技术有限公司 Micro-light-emitting diode
JP2021529430A (en) * 2018-06-20 2021-10-28 アルディア Optoelectronic device with diode array
CN114551762A (en) * 2022-02-23 2022-05-27 电子科技大学 Fabry-Perot microcavity light-emitting diode and preparation method and application thereof
US11769855B2 (en) 2020-09-08 2023-09-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Micro light emitting device and display apparatus having the same

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0439987A (en) * 1990-06-05 1992-02-10 Mitsubishi Electric Corp Manufacture of semiconductor laser
JPH06120172A (en) * 1992-10-08 1994-04-28 Nec Kyushu Ltd Semiconductor manufacturing apparatus
JPH1093192A (en) * 1996-07-26 1998-04-10 Toshiba Corp Gallium nitride compound semiconductor laser and manufacture thereof
WO2005015647A1 (en) * 2003-08-08 2005-02-17 Vichel Inc. Nitride micro light emitting diode with high brightness and method of manufacturing the same
WO2005043638A1 (en) * 2003-10-24 2005-05-12 General Electric Company Group iii-nitride based resonant cavity light emitting devices fabricated on single crystal gallium nitride substrates
WO2005112138A1 (en) * 2004-05-06 2005-11-24 Cree, Inc. Lift-off process for gan films formed on sic substrates and devices fabricated using the method
JP2005347747A (en) * 2004-06-03 2005-12-15 Lumileds Lighting Us Llc Resonance cavity group iii nitride light emitting device manufactured by removing growth substrate
JP2005353623A (en) * 2004-06-08 2005-12-22 Ricoh Co Ltd Surface emitting laser and light transmission system
JP2007096330A (en) * 2005-09-27 2007-04-12 Philips Lumileds Lightng Co Llc Group iii-v light-emitting device
JP2007201354A (en) * 2006-01-30 2007-08-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Light-emitting module
WO2007116659A1 (en) * 2006-03-23 2007-10-18 Nec Corporation Surface light-emitting laser
JP2008004827A (en) * 2006-06-23 2008-01-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Light source system

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0439987A (en) * 1990-06-05 1992-02-10 Mitsubishi Electric Corp Manufacture of semiconductor laser
JPH06120172A (en) * 1992-10-08 1994-04-28 Nec Kyushu Ltd Semiconductor manufacturing apparatus
JPH1093192A (en) * 1996-07-26 1998-04-10 Toshiba Corp Gallium nitride compound semiconductor laser and manufacture thereof
WO2005015647A1 (en) * 2003-08-08 2005-02-17 Vichel Inc. Nitride micro light emitting diode with high brightness and method of manufacturing the same
WO2005043638A1 (en) * 2003-10-24 2005-05-12 General Electric Company Group iii-nitride based resonant cavity light emitting devices fabricated on single crystal gallium nitride substrates
WO2005112138A1 (en) * 2004-05-06 2005-11-24 Cree, Inc. Lift-off process for gan films formed on sic substrates and devices fabricated using the method
JP2005347747A (en) * 2004-06-03 2005-12-15 Lumileds Lighting Us Llc Resonance cavity group iii nitride light emitting device manufactured by removing growth substrate
JP2005353623A (en) * 2004-06-08 2005-12-22 Ricoh Co Ltd Surface emitting laser and light transmission system
JP2007096330A (en) * 2005-09-27 2007-04-12 Philips Lumileds Lightng Co Llc Group iii-v light-emitting device
JP2007201354A (en) * 2006-01-30 2007-08-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Light-emitting module
WO2007116659A1 (en) * 2006-03-23 2007-10-18 Nec Corporation Surface light-emitting laser
JP2008004827A (en) * 2006-06-23 2008-01-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Light source system

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8371718B2 (en) * 2008-09-29 2013-02-12 Bridgelux, Inc. Efficient LED array
JP2012124314A (en) * 2010-12-08 2012-06-28 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element
US9130098B2 (en) 2010-12-08 2015-09-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device
JP2012124495A (en) * 2011-12-22 2012-06-28 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element
CN105552190A (en) * 2015-04-30 2016-05-04 美科米尚技术有限公司 Micro-light-emitting diode
JP2016213441A (en) * 2015-04-30 2016-12-15 ミクロ メサ テクノロジー カンパニー リミテッド Micro light-emitting diode
CN105679902A (en) * 2015-05-21 2016-06-15 美科米尚技术有限公司 Micro-light-emitting diode
JP2016219780A (en) * 2015-05-21 2016-12-22 ミクロ メサ テクノロジー カンパニー リミテッド Micro light-emitting diode
JP2021529430A (en) * 2018-06-20 2021-10-28 アルディア Optoelectronic device with diode array
JP7366071B2 (en) 2018-06-20 2023-10-20 アルディア Optoelectronic device with diode array
US11769855B2 (en) 2020-09-08 2023-09-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Micro light emitting device and display apparatus having the same
CN114551762A (en) * 2022-02-23 2022-05-27 电子科技大学 Fabry-Perot microcavity light-emitting diode and preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI419352B (en) Grown photonic crystals in semiconductor light emitting devices
JP5237286B2 (en) Light emitting device comprising an array of emitters defined by a photonic crystal
KR101203365B1 (en) LIFT-OFF PROCESS FOR GaN FILMS FORMED ON SiC SUBSTRATE AND DEVICES FABRICATED USING THE METHOD
TWI390759B (en) Method for fabricating group iii nitride devices and devices fabricated using method
JP4054631B2 (en) Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same, LED lamp, and LED display device
US6563141B1 (en) Optical devices
US7442965B2 (en) Photonic crystal light emitting device
US7012279B2 (en) Photonic crystal light emitting device
JP5707742B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser
US10186635B2 (en) Method of forming a light emitting diode structure and a light diode structure
JP2009188249A (en) Light-emitting diode and method of manufacturing the same, and light-emitting diode array
US8513036B2 (en) Photonic quantum ring laser and fabrication method thereof
JP2010123921A (en) Method for manufacturing nitride semiconductor light-emitting element and nitride semiconductor light-emitting element
TWI714146B (en) Led utilizing internal color conversion with light extraction enhancements
WO2014058069A1 (en) Semiconductor light-emitting element and method for producing same
JP2004153271A (en) White light-emitting device and manufacturing method therefor
KR20090071088A (en) Light emitting diode and manufacturing method thereof
JP2008091664A (en) Light-emitting element, illuminator, and optical pickup

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110127

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120619

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120620

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20121023