JP2720554B2 - 光反射層を備えた発光ダイオード - Google Patents
光反射層を備えた発光ダイオードInfo
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- JP2720554B2 JP2720554B2 JP30353889A JP30353889A JP2720554B2 JP 2720554 B2 JP2720554 B2 JP 2720554B2 JP 30353889 A JP30353889 A JP 30353889A JP 30353889 A JP30353889 A JP 30353889A JP 2720554 B2 JP2720554 B2 JP 2720554B2
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- Japan
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- emitting diode
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は光反射層を備えた発光ダイオードの改良に関
するものである。
するものである。
従来の技術 光通信や表示器などに発光ダイオードが多用されてい
る。かかる発光ダイオードは一般に、半導体基板の上に
液相エピタキシー（LPE;Liquid Phase Epitaxy）法など
のエピタキシャル成長法によりpn接合を形成したダイオ
ードを用いて構成される。また、このような発光ダイオ
ードの一種に、光取出面から放射するための光を発生さ
せる活性層と、その活性層の光取出面と反対側に形成さ
れて活性層からの光を活性層に向かって反射させる光反
射層とを備え、光反射層により反射された光も光取出面
から放射されるようにして発光効率を高めたものがあ
る。たとえば、特開平１−200678号公報に記載されたも
のがそれである。上記のように光反射層を備えた発光ダ
イオードにおいては、活性層内で発生した光のうち、光
取出面と反対側へ向かう光が光反射層によって活性層へ
向かって反射されるので、光取出効率、即ち発光効率が
改善されるという特徴がある。
る。かかる発光ダイオードは一般に、半導体基板の上に
液相エピタキシー（LPE;Liquid Phase Epitaxy）法など
のエピタキシャル成長法によりpn接合を形成したダイオ
ードを用いて構成される。また、このような発光ダイオ
ードの一種に、光取出面から放射するための光を発生さ
せる活性層と、その活性層の光取出面と反対側に形成さ
れて活性層からの光を活性層に向かって反射させる光反
射層とを備え、光反射層により反射された光も光取出面
から放射されるようにして発光効率を高めたものがあ
る。たとえば、特開平１−200678号公報に記載されたも
のがそれである。上記のように光反射層を備えた発光ダ
イオードにおいては、活性層内で発生した光のうち、光
取出面と反対側へ向かう光が光反射層によって活性層へ
向かって反射されるので、光取出効率、即ち発光効率が
改善されるという特徴がある。
発明が解決しようとする課題 ところで、上記従来の発光ダイオードに備えられてい
る光反射層は、光波干渉型の反射構造であることから、
特定の波長を中心として反射する波長選択特性を備えて
おり、通常、活性層から発生する光の波長付近において
最も反射率が高くなるように構成される。しかし、上記
のように構成された従来の発光ダイオードによれば、当
初に意図したほどの発光効率の増加が得られないという
問題があった。
る光反射層は、光波干渉型の反射構造であることから、
特定の波長を中心として反射する波長選択特性を備えて
おり、通常、活性層から発生する光の波長付近において
最も反射率が高くなるように構成される。しかし、上記
のように構成された従来の発光ダイオードによれば、当
初に意図したほどの発光効率の増加が得られないという
問題があった。
本発明は以上の事情を背景として為されたものであ
り、その目的とするところは、高い発光効率を有する光
反射層を備えた発光ダイオードを提供することにある。
り、その目的とするところは、高い発光効率を有する光
反射層を備えた発光ダイオードを提供することにある。
課題を解決するための手段 本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重
ねた結果、発光ダイオード内に設けられた光反射層は、
それに対して直角の光を反射するだけでなく、光反射層
に対して斜めの光も効率良く反射させることが、反射効
率を高める上で望まれるのであるが、光反射層に対して
斜めの光は、光反射層の波長選択特性によって充分に反
射されることができず、これが発光ダイオードの発光効
率が充分に得られないという原因の一つであることを見
出した。
ねた結果、発光ダイオード内に設けられた光反射層は、
それに対して直角の光を反射するだけでなく、光反射層
に対して斜めの光も効率良く反射させることが、反射効
率を高める上で望まれるのであるが、光反射層に対して
斜めの光は、光反射層の波長選択特性によって充分に反
射されることができず、これが発光ダイオードの発光効
率が充分に得られないという原因の一つであることを見
出した。
本発明は斯る知見に基づいて為されたものであり、そ
の要旨とするところは、光取出面から放射するための光
を発生させる活性層と、その活性層のその光取出面と反
対側に形成されてその活性層からの光をその活性層に向
かって反射させる光反射層とを備え、その光反射層によ
り反射された光も前記光取出面から放射されるようにし
た形式の光反射層を備えた発光ダイオードにおいて、前
記光反射層を、前記活性層から発生する光の中心波長よ
りも長い波長の光を中心とする波長選択特性を備えた光
波干渉型反射層を含む複数種類の光波干渉型反射層から
構成したことにある。
の要旨とするところは、光取出面から放射するための光
を発生させる活性層と、その活性層のその光取出面と反
対側に形成されてその活性層からの光をその活性層に向
かって反射させる光反射層とを備え、その光反射層によ
り反射された光も前記光取出面から放射されるようにし
た形式の光反射層を備えた発光ダイオードにおいて、前
記光反射層を、前記活性層から発生する光の中心波長よ
りも長い波長の光を中心とする波長選択特性を備えた光
波干渉型反射層を含む複数種類の光波干渉型反射層から
構成したことにある。
作用および発明の効果 このようにすれば、光反射層が、前記活性層から発生
する光の中心波長よりも長い波長の光を中心とする波長
選択特性を備えた光波干渉型反射層を含む複数種類の反
射層から構成されているので、活性層の光取出面と反対
側に形成された光反射層に対して斜めの光でも効率良く
反射され、発光ダイオードの発光効率が大幅に高められ
るのである。
する光の中心波長よりも長い波長の光を中心とする波長
選択特性を備えた光波干渉型反射層を含む複数種類の反
射層から構成されているので、活性層の光取出面と反対
側に形成された光反射層に対して斜めの光でも効率良く
反射され、発光ダイオードの発光効率が大幅に高められ
るのである。
実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。
する。
第１図は本発明の一実施例である発光ダイオード10の
斜視図であり、第２図はその積層構成を説明するための
図である。それらの図において、発光ダイオード10は、
ダブルヘテロ構造の面発光型発光ダイオードであり、ｎ
−GaAs単結晶の基板12上には、ｎ−Ga１〜0.55Al
０〜0.45As緩衝層14、光反射層16、ｎ−Ga0.55Al0.45As
層18、ｐ−GaAs活性層20、ｐ−Ga0.55Al0.45As層22、お
よびp+−GaAsコンタクト層24が、0.01乃至数μｍのオー
ダの膜厚でそれぞれ設けられている。そして、上記基板
12の底面にはAu−Geのｎ型オーミック電極26が設けられ
る一方、上記コンタクト層24の上にはAu−Znのｐ型オー
ミック電極28が設けられている。
斜視図であり、第２図はその積層構成を説明するための
図である。それらの図において、発光ダイオード10は、
ダブルヘテロ構造の面発光型発光ダイオードであり、ｎ
−GaAs単結晶の基板12上には、ｎ−Ga１〜0.55Al
０〜0.45As緩衝層14、光反射層16、ｎ−Ga0.55Al0.45As
層18、ｐ−GaAs活性層20、ｐ−Ga0.55Al0.45As層22、お
よびp+−GaAsコンタクト層24が、0.01乃至数μｍのオー
ダの膜厚でそれぞれ設けられている。そして、上記基板
12の底面にはAu−Geのｎ型オーミック電極26が設けられ
る一方、上記コンタクト層24の上にはAu−Znのｐ型オー
ミック電極28が設けられている。
上記緩衝層14、光反射層16、ｎ型クラッド層18、活性
層20、ｐ型クラッド層22、およびコンタクト層24は、た
とえば、有機金属化学気相成長法、分子線エピタキシ
法、或いは気相エピタキシ法などによって、基板12上に
単結晶の状態で順次成長させられることにより形成され
ている。
層20、ｐ型クラッド層22、およびコンタクト層24は、た
とえば、有機金属化学気相成長法、分子線エピタキシ
法、或いは気相エピタキシ法などによって、基板12上に
単結晶の状態で順次成長させられることにより形成され
ている。
上記光反射層16は、光波干渉によって光を反射し且つ
波長選択特性が相互に異なる３種類の第１反射層30、第
２反射層32、第３反射層34から構成されたものである。
第３図に拡大して示されているように、第１反射層30
は、光波干渉作用により光を反射するために、62nmの厚
みのGaAs層と68nmの厚みのAl0.45Ga0.55As層とが14対積
層されることにより所謂超格子に構成されおり、光反射
層16に対して垂直な方向で入射する895nmの波長の光が
最大反射率となるような波長選択特性を備えている。ま
た、上記第１反射層30の基板12側に設けられた第２反射
層32は、光波干渉作用により光を反射するために、60nm
の厚みのGaAs層と65nmの厚みのAl0.45Ga0.55As層とが７
対積層されることにより所謂超格子に構成されており、
光反射層16に対して垂直な方向で入射する860nmの波長
の光が最大反射率となるような波長選択特性を備えてい
る。そして、上記第２反射層32の基板12側に設けられた
第３反射層34は、光波干渉作用により光を反射するため
に、67nmの厚みのGaAs層と74nmの厚みのAl0.45Ga0.55As
層とが12対積層されることにより所謂超格子に構成され
ており、光反射層16に対して垂直な方向で入射する968n
mの波長の光が最大反射率となるような波長選択特性を
備えている。
波長選択特性が相互に異なる３種類の第１反射層30、第
２反射層32、第３反射層34から構成されたものである。
第３図に拡大して示されているように、第１反射層30
は、光波干渉作用により光を反射するために、62nmの厚
みのGaAs層と68nmの厚みのAl0.45Ga0.55As層とが14対積
層されることにより所謂超格子に構成されおり、光反射
層16に対して垂直な方向で入射する895nmの波長の光が
最大反射率となるような波長選択特性を備えている。ま
た、上記第１反射層30の基板12側に設けられた第２反射
層32は、光波干渉作用により光を反射するために、60nm
の厚みのGaAs層と65nmの厚みのAl0.45Ga0.55As層とが７
対積層されることにより所謂超格子に構成されており、
光反射層16に対して垂直な方向で入射する860nmの波長
の光が最大反射率となるような波長選択特性を備えてい
る。そして、上記第２反射層32の基板12側に設けられた
第３反射層34は、光波干渉作用により光を反射するため
に、67nmの厚みのGaAs層と74nmの厚みのAl0.45Ga0.55As
層とが12対積層されることにより所謂超格子に構成され
ており、光反射層16に対して垂直な方向で入射する968n
mの波長の光が最大反射率となるような波長選択特性を
備えている。
上記光反射層16を構成するGaAs層とAl0.45Ga0.55As層
とは、チャンバ内の基板12の温度を850℃に維持した状
態で、弁の操作によって原料ガスを切り替えることによ
り交互に重ねられ、また、その原料ガスを流す時間を制
御して所望の厚みを得る。たとえば、GaAs層を形成する
場合には、TMGガスの流量を2.2×10-5mole/min、10％希
釈AsH3ガスの流量を510cc/min、10ppm希釈H2Seガスの流
量を28.3cc/minとする。また、Al0.45Ga0.55As層を形成
する場合には、TMGガスの流量を2.2×10-5mole/min、TM
Aガスの流量を7.8×10-6mole/min、10％希釈AsH3ガスの
流量を511cc/min、10ppm希釈H2Seガスの流量を28.3cc/m
inとする。そして、上記GaAs層を形成する期間とAl0.45
Ga0.55As層を形成する期間との間にはAsH3ガスを10秒間
流すようにする。
とは、チャンバ内の基板12の温度を850℃に維持した状
態で、弁の操作によって原料ガスを切り替えることによ
り交互に重ねられ、また、その原料ガスを流す時間を制
御して所望の厚みを得る。たとえば、GaAs層を形成する
場合には、TMGガスの流量を2.2×10-5mole/min、10％希
釈AsH3ガスの流量を510cc/min、10ppm希釈H2Seガスの流
量を28.3cc/minとする。また、Al0.45Ga0.55As層を形成
する場合には、TMGガスの流量を2.2×10-5mole/min、TM
Aガスの流量を7.8×10-6mole/min、10％希釈AsH3ガスの
流量を511cc/min、10ppm希釈H2Seガスの流量を28.3cc/m
inとする。そして、上記GaAs層を形成する期間とAl0.45
Ga0.55As層を形成する期間との間にはAsH3ガスを10秒間
流すようにする。
以上のように構成された発光ダイオード10において
は、オーミック電極26と28との間に駆動電流が流される
ことにより活性層20からは880nmの波長の光が発生させ
られる。活性層20から光取出面36側へ向かう光は光取出
面36から放射される一方、活性層20から基板12側へ向か
う光は光反射層16により活性層20へ向かって反射され、
活性層20を通して光取出面36から放射される。このと
き、活性層20から基板12側へ向かう光は光反射層16に対
して垂直方向のものだけでなく、光反射層16に対して斜
め方向のものも多い。光反射層16は、前述のように、活
性層20から生じる光の波長880nmよりも長い波長を中心
波長とする波長選択特性を備えた第１反射層30および第
３反射層34を有しているので、上記の光反射層16に対し
て斜め方向の光でも光反射層16によって効率良く反射さ
れる。したがって、本実施例の発光ダイオード10によれ
ば、光反射層16に垂直な光の波長に対して効率良く反射
する単一の波長選択特性を有する光波干渉型反射層を備
えた従来の発光ダイオードに比較して発光効率が数十％
高くなるのである。
は、オーミック電極26と28との間に駆動電流が流される
ことにより活性層20からは880nmの波長の光が発生させ
られる。活性層20から光取出面36側へ向かう光は光取出
面36から放射される一方、活性層20から基板12側へ向か
う光は光反射層16により活性層20へ向かって反射され、
活性層20を通して光取出面36から放射される。このと
き、活性層20から基板12側へ向かう光は光反射層16に対
して垂直方向のものだけでなく、光反射層16に対して斜
め方向のものも多い。光反射層16は、前述のように、活
性層20から生じる光の波長880nmよりも長い波長を中心
波長とする波長選択特性を備えた第１反射層30および第
３反射層34を有しているので、上記の光反射層16に対し
て斜め方向の光でも光反射層16によって効率良く反射さ
れる。したがって、本実施例の発光ダイオード10によれ
ば、光反射層16に垂直な光の波長に対して効率良く反射
する単一の波長選択特性を有する光波干渉型反射層を備
えた従来の発光ダイオードに比較して発光効率が数十％
高くなるのである。
また、本実施例の発光ダイオード10によれば、チャン
バ内に基板12を入れたままで基板12上に、緩衝層14、光
反射層16、ｎ型クラッド層18,活性層20、ｐ型クラッド
層22,およびコンタクト層24を順次エピタキシャル成長
させれば良いため、その製造が容易で発光ダイオード10
が安価となる利点がある。それらのエピタキシャル成長
手段としては、例えば有機金属化学気相成長（MOCVD;Me
tal Organic Chemical Vapor Deposition）法や分子線
エピタキシー（MBE;Molecular Beam Epitaxy）法、或い
は気相エピタキシー（VPE;Vapor Phase Epitaxy）法等
が好適に用いられ、中でも有機金属化学気相成長法は精
密で且つ均一な薄膜を容易に形成できるため、良質なGa
As/AlGaAs超格子層を形成する上で特に望ましい。
バ内に基板12を入れたままで基板12上に、緩衝層14、光
反射層16、ｎ型クラッド層18,活性層20、ｐ型クラッド
層22,およびコンタクト層24を順次エピタキシャル成長
させれば良いため、その製造が容易で発光ダイオード10
が安価となる利点がある。それらのエピタキシャル成長
手段としては、例えば有機金属化学気相成長（MOCVD;Me
tal Organic Chemical Vapor Deposition）法や分子線
エピタキシー（MBE;Molecular Beam Epitaxy）法、或い
は気相エピタキシー（VPE;Vapor Phase Epitaxy）法等
が好適に用いられ、中でも有機金属化学気相成長法は精
密で且つ均一な薄膜を容易に形成できるため、良質なGa
As/AlGaAs超格子層を形成する上で特に望ましい。
また、上記光反射層16はGaAs/AlGaAs超格子層にて構
成されているため、ｎ−GaAs基板12やｎ−Al0.35Ga0.65
Asクラッド層14との間で格子不整合を生じることがな
く、良質の発光ダイオード10が得られる。
成されているため、ｎ−GaAs基板12やｎ−Al0.35Ga0.65
Asクラッド層14との間で格子不整合を生じることがな
く、良質の発光ダイオード10が得られる。
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
したが、本発明は他の態様で実施することもできる。
したが、本発明は他の態様で実施することもできる。
例えば、前記実施例の発光ダイオード10はGaAs/AlGaA
sダブルヘテロ構造を成しているが、GaP,InP,InGaAsPな
ど他の化合物半導体から成る発光ダイオードや単一ヘテ
ロ構造、あるいはホモ構造の発光ダイオードにも本発明
は同様に適用され得る。
sダブルヘテロ構造を成しているが、GaP,InP,InGaAsPな
ど他の化合物半導体から成る発光ダイオードや単一ヘテ
ロ構造、あるいはホモ構造の発光ダイオードにも本発明
は同様に適用され得る。
また、前記実施例では光反射層16としてGaAs/AlGaAs
超格子層が設けられているが、屈折率などを考慮して他
の半導体材料から成る光反射層を用いることも可能であ
る。
超格子層が設けられているが、屈折率などを考慮して他
の半導体材料から成る光反射層を用いることも可能であ
る。
また、前記実施例では活性層20と光反射層16とが平行
に設けられていたが、必ずしも平行でなくてもよく、ま
た、活性層20が一部に設けられていてもよい。
に設けられていたが、必ずしも平行でなくてもよく、ま
た、活性層20が一部に設けられていてもよい。
また、前述の実施例の光反射層16は、第１反射層30、
第２反射層32、第３反射層34が順次積層されて構成され
ているが、その積層の順番は、上記と異なっていても差
支えない。
第２反射層32、第３反射層34が順次積層されて構成され
ているが、その積層の順番は、上記と異なっていても差
支えない。
その他一々例示はしないが、本発明は当業者の知識に
基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施すること
ができる。
基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施すること
ができる。
第１図は本発明の一実施例である発光ダイオードの斜視
図である。第２図は第１図の積層構造を説明する断面図
である。第３図は第１図の発光ダイオードの光反射層を
拡大して示す図である。 10:発光ダイオード 16:光反射層 20:活性層 30:第１反射層（光波干渉型反射層） 32:第２反射層（光波干渉型反射層） 34:第３反射層（光波干渉型反射層） 36:光取出面
図である。第２図は第１図の積層構造を説明する断面図
である。第３図は第１図の発光ダイオードの光反射層を
拡大して示す図である。 10:発光ダイオード 16:光反射層 20:活性層 30:第１反射層（光波干渉型反射層） 32:第２反射層（光波干渉型反射層） 34:第３反射層（光波干渉型反射層） 36:光取出面
Claims (1)
- 【請求項１】光取出面から放射するための光を発生させ
る活性層と、該活性層の該光取出面と反対側に形成され
て該活性層からの光を該活性層に向かって反射させる光
反射層とを備え、該光反射層により反射された光も前記
光取出面から放射されるようにした形式の光反射層を備
えた発光ダイオードにおいて、 前記光反射層を、前記活性層から発生する光の中心波長
よりも長い波長の光を中心とする波長選択特性を備えた
光波干渉型反射層を含む複数種類の光波干渉型反射層か
ら構成したことを特徴とする光反射層を備えた発光ダイ
オード。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30353889A JP2720554B2 (ja) | 1989-11-22 | 1989-11-22 | 光反射層を備えた発光ダイオード |
| CA002030368A CA2030368C (en) | 1989-11-22 | 1990-11-20 | Light-emitting diode having light reflecting layer |
| DE69025273T DE69025273T2 (de) | 1989-11-22 | 1990-11-20 | Lichtemittierende Diode mit lichtreflektierender Schicht |
| EP90122202A EP0430041B1 (en) | 1989-11-22 | 1990-11-20 | Light-emitting diode having light reflecting layer |
| US07/616,092 US5132750A (en) | 1989-11-22 | 1990-11-20 | Light-emitting diode having light reflecting layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30353889A JP2720554B2 (ja) | 1989-11-22 | 1989-11-22 | 光反射層を備えた発光ダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03163882A JPH03163882A (ja) | 1991-07-15 |
| JP2720554B2 true JP2720554B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=17922202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30353889A Expired - Fee Related JP2720554B2 (ja) | 1989-11-22 | 1989-11-22 | 光反射層を備えた発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2720554B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8120041B2 (en) | 2006-11-17 | 2012-02-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5537433A (en) * | 1993-07-22 | 1996-07-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light emitter |
| JP3528470B2 (ja) * | 1995-10-27 | 2004-05-17 | 株式会社豊田中央研究所 | 微小光共振器型有機電界発光素子 |
| GB9901334D0 (en) | 1998-12-08 | 1999-03-10 | Cambridge Display Tech Ltd | Display devices |
| JP6264837B2 (ja) * | 2013-10-25 | 2018-01-24 | 富士ゼロックス株式会社 | 半導体発光素子、光源ヘッド、及び画像形成装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0669106B2 (ja) * | 1983-10-04 | 1994-08-31 | ロ−ム株式会社 | Ｌｅｄ素子 |
-
1989
- 1989-11-22 JP JP30353889A patent/JP2720554B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8120041B2 (en) | 2006-11-17 | 2012-02-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03163882A (ja) | 1991-07-15 |
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