JP2720609B2 - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
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- JP2720609B2 JP2720609B2 JP4323591A JP4323591A JP2720609B2 JP 2720609 B2 JP2720609 B2 JP 2720609B2 JP 4323591 A JP4323591 A JP 4323591A JP 4323591 A JP4323591 A JP 4323591A JP 2720609 B2 JP2720609 B2 JP 2720609B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高出力、高信頼性の
発光ダイオードに関する。
発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオード（以下、ＬＥＤと呼ぶ）
の特性に関しては、高出力、高輝度化が重要となるとと
もに、信頼性の高いことが要求されている。
の特性に関しては、高出力、高輝度化が重要となるとと
もに、信頼性の高いことが要求されている。
【０００３】最近高輝度赤色ＬＥＤとして、ＧａＡｌＡ
ｓのダブルヘテロ構造（以下、ＤＨ構造と呼ぶ）のもの
が注目され生産されている。
ｓのダブルヘテロ構造（以下、ＤＨ構造と呼ぶ）のもの
が注目され生産されている。
【０００４】図２に従来の一般的に生産されているＤＨ
構造ＬＥＤを示す。ｐ側電極６を備えるｐ型ＧａＡｓ基
板５の上にｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４を設け、その
上にｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３を設け、その上にｎ型の
ＧａＡｌＡｓウインドウ層２を設け、このウインドウ層
２にはｎ側電極１が設けられている。
構造ＬＥＤを示す。ｐ側電極６を備えるｐ型ＧａＡｓ基
板５の上にｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４を設け、その
上にｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３を設け、その上にｎ型の
ＧａＡｌＡｓウインドウ層２を設け、このウインドウ層
２にはｎ側電極１が設けられている。
【０００５】このＬＥＤのｐ側電極６に正電圧が印加さ
れ、ｎ側電極１に負電圧が印加されると、ｎ型ＧａＡｌ
Ａｓウインドウ層２からｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３に電
子が注入されるが、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３とｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓクラッド層４とのヘテロ接合部にあるエネル
ギーの壁（ヘテロ障壁）のために電子はｐ型ＧａＡｌＡ
ｓクラッド層４へは拡散せずにｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層
３のみにたまり、ここで自然放出光（再結合発光）を生
じて価電子帯に遷移する。このようにしてｐ型ＧａＡｌ
Ａｓ活性層３において発光が生じ、発光した光はｎ型Ｇ
ａＡｌＡｓウインドウ層２を透過して外部に取り出され
る。
れ、ｎ側電極１に負電圧が印加されると、ｎ型ＧａＡｌ
Ａｓウインドウ層２からｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３に電
子が注入されるが、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３とｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓクラッド層４とのヘテロ接合部にあるエネル
ギーの壁（ヘテロ障壁）のために電子はｐ型ＧａＡｌＡ
ｓクラッド層４へは拡散せずにｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層
３のみにたまり、ここで自然放出光（再結合発光）を生
じて価電子帯に遷移する。このようにしてｐ型ＧａＡｌ
Ａｓ活性層３において発光が生じ、発光した光はｎ型Ｇ
ａＡｌＡｓウインドウ層２を透過して外部に取り出され
る。
【０００６】図２で示すＬＥＤよりもさらに高出力化さ
せた構造のＬＥＤとして、リング状電流狭窄型ＬＥＤが
提案されている。電流の流れを阻止して狭い領域に流れ
を制限することを電流狭窄（あるいは電流阻止）と呼
ぶ。このＬＥＤ構造の例を図３に示す。このＬＥＤでは
ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層７にリング状の溝部８を堀り、
その溝上部のｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３に電流を集中さ
せることによって発光効率を高くしている。このＬＥＤ
では従来のＤＨ構造（図２に示す）に比べ発光出力を高
くし、かつそのばらつきを低減することができた。
せた構造のＬＥＤとして、リング状電流狭窄型ＬＥＤが
提案されている。電流の流れを阻止して狭い領域に流れ
を制限することを電流狭窄（あるいは電流阻止）と呼
ぶ。このＬＥＤ構造の例を図３に示す。このＬＥＤでは
ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層７にリング状の溝部８を堀り、
その溝上部のｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３に電流を集中さ
せることによって発光効率を高くしている。このＬＥＤ
では従来のＤＨ構造（図２に示す）に比べ発光出力を高
くし、かつそのばらつきを低減することができた。
【０００７】これは次のような理由による。つまりｎ型
ＧａＡｌＡｓウインドウ層２からｐ型ＧａＡｌＡｓ活性
層３には電子が注入され、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層
４からｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３には正孔が注入される
のであるが、ｐ型ＧａＡｓ基板５に印加された正電圧に
よって、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層７とｐ型ＧａＡｌＡｓ
クラッド層４との接合面は逆バイアス作用となり、キャ
リアが無い層が形成される。つまり電流狭窄層７に空乏
層が形成され、この空乏層は電子も正孔も存在しない状
態であり、抵抗率が非常に高くなり、例えば周囲のエピ
タキシャル層よりも１０10倍程度大きくなると考えられ
る。したがってｐ型ＧａＡｓ基板５からｐ型ＧａＡｌＡ
ｓ活性層３への電流は、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層７に穴
の開いたリング状溝部分８のみを通じて流れる。リング
状溝部分８を通過した電流はｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド
層４で広がりながらｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３に流れ込
む。したがってｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４が薄いほ
どこの電流の広がりは少なくなり、リング状溝８の上方
向に電流が流れやすくなり、この上部のｐ型ＧａＡｌＡ
ｓ活性層３部分に再結合発光が集中することになり最も
輝度が高くなり、上部以外の部分における電流は流れに
くくなり、よって発光もしなくなると考えられる。
ＧａＡｌＡｓウインドウ層２からｐ型ＧａＡｌＡｓ活性
層３には電子が注入され、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層
４からｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３には正孔が注入される
のであるが、ｐ型ＧａＡｓ基板５に印加された正電圧に
よって、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層７とｐ型ＧａＡｌＡｓ
クラッド層４との接合面は逆バイアス作用となり、キャ
リアが無い層が形成される。つまり電流狭窄層７に空乏
層が形成され、この空乏層は電子も正孔も存在しない状
態であり、抵抗率が非常に高くなり、例えば周囲のエピ
タキシャル層よりも１０10倍程度大きくなると考えられ
る。したがってｐ型ＧａＡｓ基板５からｐ型ＧａＡｌＡ
ｓ活性層３への電流は、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層７に穴
の開いたリング状溝部分８のみを通じて流れる。リング
状溝部分８を通過した電流はｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド
層４で広がりながらｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３に流れ込
む。したがってｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４が薄いほ
どこの電流の広がりは少なくなり、リング状溝８の上方
向に電流が流れやすくなり、この上部のｐ型ＧａＡｌＡ
ｓ活性層３部分に再結合発光が集中することになり最も
輝度が高くなり、上部以外の部分における電流は流れに
くくなり、よって発光もしなくなると考えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このようなＬＥＤを屋
外で使用することを考慮すると、低温でも使用できなけ
ればならない。
外で使用することを考慮すると、低温でも使用できなけ
ればならない。
【０００９】しかしながら図３の従来のリング状電流狭
窄型ＬＥＤの信頼性試験を行った結果、低温通電試験に
おいて発光出力が低下するという問題があることがわか
った。
窄型ＬＥＤの信頼性試験を行った結果、低温通電試験に
おいて発光出力が低下するという問題があることがわか
った。
【００１０】これは次のような理由によるものと考えら
れる。つまり基板とエピタキシャル層（クラッド層、電
流狭窄層、活性層、ウインドウ層を含む）の格子定数
（原子間隔）は、室温によって異なり、基板の格子定数
に比べＧａＡｌＡｓエピタキシャル層が格子定数が大き
い。したがって成長されたエピタキシャルウエハ内には
残留応力が生じている。基板には引張り応力が加わり、
エピタキシャル層には圧縮応力が加わっているものと考
えられる。この圧縮応力が発光部である活性層に加わっ
た状態で電流を流すと、活性層に欠陥を生じて発光出力
がますます低下するものと考えられる。寿命の長い、す
なわち信頼性の高いＬＥＤを製作するためには、以上の
理由によって活性層に加わる圧縮応力が小さいことが必
要とされる。
れる。つまり基板とエピタキシャル層（クラッド層、電
流狭窄層、活性層、ウインドウ層を含む）の格子定数
（原子間隔）は、室温によって異なり、基板の格子定数
に比べＧａＡｌＡｓエピタキシャル層が格子定数が大き
い。したがって成長されたエピタキシャルウエハ内には
残留応力が生じている。基板には引張り応力が加わり、
エピタキシャル層には圧縮応力が加わっているものと考
えられる。この圧縮応力が発光部である活性層に加わっ
た状態で電流を流すと、活性層に欠陥を生じて発光出力
がますます低下するものと考えられる。寿命の長い、す
なわち信頼性の高いＬＥＤを製作するためには、以上の
理由によって活性層に加わる圧縮応力が小さいことが必
要とされる。
【００１１】また、一般にＬＥＤは透明なエポキシ樹脂
などを塗布した後、モールド成形しているが、このよう
なＬＥＤでも低温で発光出力が低下することが解ってい
る。例えばＬＥＤから発光された光が空気中に効率良く
放出されるようにするために、屈折率の高い透明なエポ
キシ樹脂を塗布し、これをモールドしてレンズに形成し
て光の指向性を狭くしたり、或いは広くしたりし、更に
散乱剤を混入させて穏やかな光を取り出すようにしてい
る。このような素子を低温雰囲気に放置すると樹脂の収
縮によってＬＥＤに圧縮応力が加わり、前記のような理
由で発光出力が低下するものと考えられる。実用上は−
４０℃で圧縮応力が加わっても寿命の長いＬＥＤが要請
されている。一方高温雰囲気においては樹脂は膨脹して
柔らかくなる傾向にあるために問題は生じないと考えら
れる。
などを塗布した後、モールド成形しているが、このよう
なＬＥＤでも低温で発光出力が低下することが解ってい
る。例えばＬＥＤから発光された光が空気中に効率良く
放出されるようにするために、屈折率の高い透明なエポ
キシ樹脂を塗布し、これをモールドしてレンズに形成し
て光の指向性を狭くしたり、或いは広くしたりし、更に
散乱剤を混入させて穏やかな光を取り出すようにしてい
る。このような素子を低温雰囲気に放置すると樹脂の収
縮によってＬＥＤに圧縮応力が加わり、前記のような理
由で発光出力が低下するものと考えられる。実用上は−
４０℃で圧縮応力が加わっても寿命の長いＬＥＤが要請
されている。一方高温雰囲気においては樹脂は膨脹して
柔らかくなる傾向にあるために問題は生じないと考えら
れる。
【００１２】低温において圧縮応力が活性層に加わらな
いようにするためには、室温で既に活性層に引張り応力
が加わるようにしておかなければならないと考えられ
る。活性層に加わる応力は、一般にエピタキシャルウエ
ハ全体の構造によって決まり、具体的には基板、エピタ
キシャル層の厚さ及び混晶比などによって決まる。ここ
でクラッド層の厚さと活性層に加わる応力の関係を図４
に示す。図４においては基板の厚さを２５０μｍとし、
ウインドウ層の厚さを４０μｍとしたことを前提条件と
している。図４によるとクラッド層の厚さを薄くすると
圧縮応力が増し、クラッド層の厚さを厚くすると引張り
応力が増すと判断される。しかも引張り応力が加わるた
めには４０μｍ以上の厚さが必要であることが解った。
このような厚さのＬＥＤについて低温試験を実施したと
ころ従来に比べ良好な改善効果が得られた。このように
して低温における対策として、活性層に圧縮応力を加え
ないようにするためには、クラッド層を薄くするよりも
厚くして、しかも４０μｍ以上にすることが適当である
と解った。
いようにするためには、室温で既に活性層に引張り応力
が加わるようにしておかなければならないと考えられ
る。活性層に加わる応力は、一般にエピタキシャルウエ
ハ全体の構造によって決まり、具体的には基板、エピタ
キシャル層の厚さ及び混晶比などによって決まる。ここ
でクラッド層の厚さと活性層に加わる応力の関係を図４
に示す。図４においては基板の厚さを２５０μｍとし、
ウインドウ層の厚さを４０μｍとしたことを前提条件と
している。図４によるとクラッド層の厚さを薄くすると
圧縮応力が増し、クラッド層の厚さを厚くすると引張り
応力が増すと判断される。しかも引張り応力が加わるた
めには４０μｍ以上の厚さが必要であることが解った。
このような厚さのＬＥＤについて低温試験を実施したと
ころ従来に比べ良好な改善効果が得られた。このように
して低温における対策として、活性層に圧縮応力を加え
ないようにするためには、クラッド層を薄くするよりも
厚くして、しかも４０μｍ以上にすることが適当である
と解った。
【００１３】しかしながら前記構造のＬＥＤの場合、ｐ
型ＧａＡｌＡｓクラッド層４の厚さを４０μｍまで厚く
してしまうと、今度はｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層７におい
て電流を集中させた効果が小さくなってしまうという問
題が新たに生じた。これは次のような理由によるもので
あることが解った。つまりクラッド層４が厚くなると、
基板５からクラッド層４を通じて活性層３に流れ込む電
流は広がりながら活性層３に流れ込む傾向にあり、クラ
ッド層４が薄ければ、電流は広がりにくい傾向にあって
溝部８の上部にのみ集中して電流が流れ込むので、電流
狭窄作用が強くなる。しかしクラッド層４の厚さが４０
μｍでは、電流がクラッド層４で広がるために電流狭窄
作用が弱くなると考えられる。
型ＧａＡｌＡｓクラッド層４の厚さを４０μｍまで厚く
してしまうと、今度はｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層７におい
て電流を集中させた効果が小さくなってしまうという問
題が新たに生じた。これは次のような理由によるもので
あることが解った。つまりクラッド層４が厚くなると、
基板５からクラッド層４を通じて活性層３に流れ込む電
流は広がりながら活性層３に流れ込む傾向にあり、クラ
ッド層４が薄ければ、電流は広がりにくい傾向にあって
溝部８の上部にのみ集中して電流が流れ込むので、電流
狭窄作用が強くなる。しかしクラッド層４の厚さが４０
μｍでは、電流がクラッド層４で広がるために電流狭窄
作用が弱くなると考えられる。
【００１４】そこで図５に示すリング状メサ型ＬＥＤが
提案された。このＬＥＤにおいては、ｐ型ＧａＡｌＡｓ
クラッド層４を厚くするのであるが、基板５のメサ部９
の高さを高くして、メサ部９の先端を活性層３に近づ
け、クラッド層４よりもリング状メサ部９に電流が流れ
るようにしている。これによって、電流狭窄作用が働い
ているのだが、この電流狭窄作用は図３に示したｎ型Ｇ
ａＡｓ狭窄層７を用いる構造のＬＥＤほどには効果を発
揮することができなかった。これは次のような理由によ
るものと考えられる。つまり前記図３に示すＬＥＤで
は、逆バイアスが加わるようにしてｎ型電流狭窄層７を
空乏層として作用させ、電流狭窄層７に開けたリング状
溝部８に電流の流れを狭窄している。しかし図５のＬＥ
Ｄにおいてはｎ型電流狭窄層を有していないために、基
板５のメサ部９以外の部分からもクラッド層を通じて活
性層に流れ込む電流が生じ、電流狭窄作用が図３に示し
たＬＥＤほどには作用しないためであると考えられる。
提案された。このＬＥＤにおいては、ｐ型ＧａＡｌＡｓ
クラッド層４を厚くするのであるが、基板５のメサ部９
の高さを高くして、メサ部９の先端を活性層３に近づ
け、クラッド層４よりもリング状メサ部９に電流が流れ
るようにしている。これによって、電流狭窄作用が働い
ているのだが、この電流狭窄作用は図３に示したｎ型Ｇ
ａＡｓ狭窄層７を用いる構造のＬＥＤほどには効果を発
揮することができなかった。これは次のような理由によ
るものと考えられる。つまり前記図３に示すＬＥＤで
は、逆バイアスが加わるようにしてｎ型電流狭窄層７を
空乏層として作用させ、電流狭窄層７に開けたリング状
溝部８に電流の流れを狭窄している。しかし図５のＬＥ
Ｄにおいてはｎ型電流狭窄層を有していないために、基
板５のメサ部９以外の部分からもクラッド層を通じて活
性層に流れ込む電流が生じ、電流狭窄作用が図３に示し
たＬＥＤほどには作用しないためであると考えられる。
【００１５】以上のようにして低温における信頼性を改
善する方法（クラッド層を厚くすることによって、低温
において活性層へ圧縮応力が加わらないようにする方
法）と、電流狭窄作用を強くする方法（ｎ型電流狭窄層
のリング状溝部から電流を流して、クラッド層を薄くす
ることによって、電流が広がらないようにする方法）の
両方を満足することによって、高い信頼性で、高出力の
ＬＥＤが要請されていた。
善する方法（クラッド層を厚くすることによって、低温
において活性層へ圧縮応力が加わらないようにする方
法）と、電流狭窄作用を強くする方法（ｎ型電流狭窄層
のリング状溝部から電流を流して、クラッド層を薄くす
ることによって、電流が広がらないようにする方法）の
両方を満足することによって、高い信頼性で、高出力の
ＬＥＤが要請されていた。
【００１６】この発明は、以上の課題に鑑み為されたも
のであり、その目的とするところは、高出力と高信頼性
を有するＬＥＤを提供することである。
のであり、その目的とするところは、高出力と高信頼性
を有するＬＥＤを提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】この発明は、以上の目的
を達成するために、ＬＥＤの構造を改良した。
を達成するために、ＬＥＤの構造を改良した。
【００１８】つまり半導体基板上に半導体基板と同じ伝
導型のクラッド層と、半導体基板と同じ伝導型の活性層
と、半導体基板と逆の伝導型のウインドウ層を順次エピ
タキシャル成長させて形成した発光ダイオードにおい
て、半導体基板とクラッド層の間に設けられ、クラッド
層と逆の伝導型でクラッド層とｐｎ接合を形成して、発
光ダイオードの点灯印加時に逆バイアスされる電流阻止
層と、半導体基板に一体に隆起状に設けられ、電流阻止
層を突き抜けてクラッド層に達する隆起部を備えて、更
に電流阻止層とクラッド層の厚さの和を、圧縮応力が活
性層に加わらない程度の厚さにしたことを特徴とする。
導型のクラッド層と、半導体基板と同じ伝導型の活性層
と、半導体基板と逆の伝導型のウインドウ層を順次エピ
タキシャル成長させて形成した発光ダイオードにおい
て、半導体基板とクラッド層の間に設けられ、クラッド
層と逆の伝導型でクラッド層とｐｎ接合を形成して、発
光ダイオードの点灯印加時に逆バイアスされる電流阻止
層と、半導体基板に一体に隆起状に設けられ、電流阻止
層を突き抜けてクラッド層に達する隆起部を備えて、更
に電流阻止層とクラッド層の厚さの和を、圧縮応力が活
性層に加わらない程度の厚さにしたことを特徴とする。
【００１９】
【作用】この発明によれば、電流阻止層を有することに
よって、発光ダイオードの点灯印加時に、電流阻止層と
クラッド層の界面に形成されるｐｎ接合が逆バイアスさ
れて界面に空乏層が形成され、高抵抗率となりキャリア
の流れが阻止される。
よって、発光ダイオードの点灯印加時に、電流阻止層と
クラッド層の界面に形成されるｐｎ接合が逆バイアスさ
れて界面に空乏層が形成され、高抵抗率となりキャリア
の流れが阻止される。
【００２０】更に半導体基板に一体に隆起部を備えるこ
とによって、キャリアの流れを隆起部の先端からのみク
ラッド層に集中的に流れ込むようにできるので、クラッ
ド層から活性層に流れ込むキャリアの流れを集中させて
発光効率を高くすることができる。
とによって、キャリアの流れを隆起部の先端からのみク
ラッド層に集中的に流れ込むようにできるので、クラッ
ド層から活性層に流れ込むキャリアの流れを集中させて
発光効率を高くすることができる。
【００２１】またクラッド層と電流阻止層の厚さの和
を、厚くする（例えば４０μｍ程度）ことによって、雰
囲気温度が低温においても活性層に圧縮応力が加わらな
いようにすることができ、よって活性層の結晶欠陥によ
る再結合発光の劣化を生じにくくして信頼性を改善する
ことができる。
を、厚くする（例えば４０μｍ程度）ことによって、雰
囲気温度が低温においても活性層に圧縮応力が加わらな
いようにすることができ、よって活性層の結晶欠陥によ
る再結合発光の劣化を生じにくくして信頼性を改善する
ことができる。
【００２２】
【実施例】次にこの発明に係るＬＥＤの好適な実施例を
図面を用いて説明する。
図面を用いて説明する。
【００２３】図１は第１実施例のＬＥＤの構造を示すも
のであり、従来の図３に示したＬＥＤにおける電流狭窄
層付近の構造を改良したものである。このＬＥＤは下か
らｐ型ＧａＡｓ基板５、ｎ型ＧａＡｌＡｓ電流阻止層
（あるいは電流狭搾層と呼ぶ）１０、ｐ型ＧａＡｌＡｓ
クラッド層４、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３、ｎ型ＧａＡ
ｌＡｓウインドウ層２から成っており、ｐ型ＧａＡｓ基
板５側にはｐ側全面電極６が形成されており、一方前記
ｎ型ＧａＡｌＡｓウインドウ層２にはｎ側円形電極１が
形成されている。
のであり、従来の図３に示したＬＥＤにおける電流狭窄
層付近の構造を改良したものである。このＬＥＤは下か
らｐ型ＧａＡｓ基板５、ｎ型ＧａＡｌＡｓ電流阻止層
（あるいは電流狭搾層と呼ぶ）１０、ｐ型ＧａＡｌＡｓ
クラッド層４、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３、ｎ型ＧａＡ
ｌＡｓウインドウ層２から成っており、ｐ型ＧａＡｓ基
板５側にはｐ側全面電極６が形成されており、一方前記
ｎ型ＧａＡｌＡｓウインドウ層２にはｎ側円形電極１が
形成されている。
【００２４】まずキャリア密度が１〜２×１０19ｃｍ-3
のＺｎをドープしたＧａＡｓ基板にリング状メサ部９
（隆起部）を、ホトリソグラフ法とドライエッチングと
ウエットエッチングによって形成する。リング状メサ部
９の内径は約２００μｍ、外形は約２２０μｍであり、
その高さは約３０μｍである。このリング状メサ部９
は、ｐ型ＧａＡｓ基板５上に約３３０μｍ間隔でマトリ
ックス状に形成する。このｐ型ＧａＡｓ基板５上に、液
相エピタキシャル法であるスライドボード法でエピタキ
シャル層を４層成長させる。このエピタキシャル成長そ
のものは、従来の図２のＤＨ構造ＬＥＤ用エピタキシャ
ルウエハの成長に比べエピタキシャル層の数が３層から
４層に変わっただけで、特に技術的な問題点は何もな
い。
のＺｎをドープしたＧａＡｓ基板にリング状メサ部９
（隆起部）を、ホトリソグラフ法とドライエッチングと
ウエットエッチングによって形成する。リング状メサ部
９の内径は約２００μｍ、外形は約２２０μｍであり、
その高さは約３０μｍである。このリング状メサ部９
は、ｐ型ＧａＡｓ基板５上に約３３０μｍ間隔でマトリ
ックス状に形成する。このｐ型ＧａＡｓ基板５上に、液
相エピタキシャル法であるスライドボード法でエピタキ
シャル層を４層成長させる。このエピタキシャル成長そ
のものは、従来の図２のＤＨ構造ＬＥＤ用エピタキシャ
ルウエハの成長に比べエピタキシャル層の数が３層から
４層に変わっただけで、特に技術的な問題点は何もな
い。
【００２５】まずｎ型ＧａＡｌＡｓ電流阻止層１０は、
ＡｌＡｓ混晶比は約０．６５とし、キャリア密度は約５
×１０17ｃｍ-3とし、膜厚は約２５μｍとした。
ＡｌＡｓ混晶比は約０．６５とし、キャリア密度は約５
×１０17ｃｍ-3とし、膜厚は約２５μｍとした。
【００２６】次のｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４は、Ａ
ｌＡｓ混晶比は約０．６５とし、キャリア密度は約５×
１０17ｃｍ-3とし、膜厚は約１５μｍとした。
ｌＡｓ混晶比は約０．６５とし、キャリア密度は約５×
１０17ｃｍ-3とし、膜厚は約１５μｍとした。
【００２７】また次のｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３は、Ａ
ｌＡｓ混晶比は約０．３５とし、キャリア密度は約１×
１０18ｃｍ-3とし、膜厚は約１μｍとした。
ｌＡｓ混晶比は約０．３５とし、キャリア密度は約１×
１０18ｃｍ-3とし、膜厚は約１μｍとした。
【００２８】更にｎ型ＧａＡｌＡｓウインドウ層２は、
ＡｌＡｓ混晶比は約０．５５とし、キャリア密度は約１
×１０18ｃｍ-3とし、膜厚は約４０μｍである。
ＡｌＡｓ混晶比は約０．５５とし、キャリア密度は約１
×１０18ｃｍ-3とし、膜厚は約４０μｍである。
【００２９】エピタキシャ層を成長後、ＧａＡｓ基板を
研磨して、約１００μｍまで薄くする。このエピタキシ
ャルウエハの表と裏に電極を形成後、ダイシングして発
光ダイオードチップとする。この際円形電極１はリング
状メサ部９の中央になるように形成する。
研磨して、約１００μｍまで薄くする。このエピタキシ
ャルウエハの表と裏に電極を形成後、ダイシングして発
光ダイオードチップとする。この際円形電極１はリング
状メサ部９の中央になるように形成する。
【００３０】このような構造のＬＥＤの発光光度を測定
したところ、順方向電流を約２０ｍＡ通電した場合には
従来の図２のＤＨ構造ＬＥＤに比べて１．５〜２．０倍
の輝度を得ることができた。また低温通電試験（約−４
０℃、順方向電流約５０ｍＡ）では約１０００時間で発
光輝度の低下は１０％以下であり、屋外表示用ＬＥＤと
して十分使用できることが確認された。
したところ、順方向電流を約２０ｍＡ通電した場合には
従来の図２のＤＨ構造ＬＥＤに比べて１．５〜２．０倍
の輝度を得ることができた。また低温通電試験（約−４
０℃、順方向電流約５０ｍＡ）では約１０００時間で発
光輝度の低下は１０％以下であり、屋外表示用ＬＥＤと
して十分使用できることが確認された。
【００３１】以上のようにして図３に示す従来の構造に
おいて、電流狭搾層付近の構造を改良した。つまり従来
の図５のＬＥＤ構造において、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッ
ド層４とリング状メサ部９を有するｐ型ＧａＡｓ基板５
の間にｎ型ＧａＡｌＡｓ電流阻止層１０を設け、このｎ
型ＧａＡｌＡｓ電流阻止層１０の厚さ（例えば約２５μ
ｍ）をリング状メサ部９の高さ（例えば約３０μｍ）よ
りも少し薄くすることによって、電流がリング状メサ部
９の先端からのみｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４を介し
てｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３に流れ込み、しかもｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓクラッド層４の厚さを薄くする（例えば約１
５μｍ）ことによって、電流の広がりを少なくすること
ができるので電流阻止作用を十分に強くできる。更にｐ
型ＧａＡｌＡｓクラッド層４の厚さ（例えば１５μｍ）
とｎ型ＧａＡｌＡｓ電流阻止層１０の厚さ（例えば２５
μｍ）を合計した厚さ（例えば４０μｍ）が厚いために
低温においてｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３へ圧縮応力が加
わらないようにすることができるので、低温における信
頼性も向上させることができる。以上のようにして電流
阻止作用（あるいは電流狭搾作用）を十分に発揮し高出
力でかつ低温での信頼性も高いＬＥＤを得ることができ
た。
おいて、電流狭搾層付近の構造を改良した。つまり従来
の図５のＬＥＤ構造において、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッ
ド層４とリング状メサ部９を有するｐ型ＧａＡｓ基板５
の間にｎ型ＧａＡｌＡｓ電流阻止層１０を設け、このｎ
型ＧａＡｌＡｓ電流阻止層１０の厚さ（例えば約２５μ
ｍ）をリング状メサ部９の高さ（例えば約３０μｍ）よ
りも少し薄くすることによって、電流がリング状メサ部
９の先端からのみｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４を介し
てｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３に流れ込み、しかもｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓクラッド層４の厚さを薄くする（例えば約１
５μｍ）ことによって、電流の広がりを少なくすること
ができるので電流阻止作用を十分に強くできる。更にｐ
型ＧａＡｌＡｓクラッド層４の厚さ（例えば１５μｍ）
とｎ型ＧａＡｌＡｓ電流阻止層１０の厚さ（例えば２５
μｍ）を合計した厚さ（例えば４０μｍ）が厚いために
低温においてｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３へ圧縮応力が加
わらないようにすることができるので、低温における信
頼性も向上させることができる。以上のようにして電流
阻止作用（あるいは電流狭搾作用）を十分に発揮し高出
力でかつ低温での信頼性も高いＬＥＤを得ることができ
た。
【００３２】次に第２実施例のＬＥＤを図６に示す。第
２実施例は第１実施例の構造のＬＥＤにおいてメサ部の
構造を改良したものである。図１と同様にメサ部を基板
上に形成するのであるが、この実施例においては例えば
直径約１０μｍの円柱状メサ部１１を約４０μｍ間隔で
マトリックス状に形成した基板上にエピタキシャル成長
させてエピタキシャルウエハを作成する。このようにし
て４層からなるＬＥＤの発光効率は第１実施例のＬＥＤ
に比べ多少低下するが同じような電流阻止作用を得るこ
とができる。またそのメサ部の形状はそれ程問題になら
ない。またこのような構造のＬＥＤでは電極形成時にメ
サ部と電極をマスク合わせする必要がないので、複雑な
製造工程を必要としない。つまり図１のＬＥＤにおいて
は、リング状メサ部の上部活性層付近から光が発せられ
るため、ｎ型電極がこの光を遮らないように配置しなけ
ればならない。しかし図６のＬＥＤにおいては、マトリ
ックス状に配置された複数の円柱状のメサ部１１の上部
活性層３付近から光が発せられるため、一部光はｎ側電
極１によって遮られても他の部分からの光は出力される
ので、図１のＬＥＤに比べて発光出力が多少低下する
が、製造上はマスク合わせする必要がない。
２実施例は第１実施例の構造のＬＥＤにおいてメサ部の
構造を改良したものである。図１と同様にメサ部を基板
上に形成するのであるが、この実施例においては例えば
直径約１０μｍの円柱状メサ部１１を約４０μｍ間隔で
マトリックス状に形成した基板上にエピタキシャル成長
させてエピタキシャルウエハを作成する。このようにし
て４層からなるＬＥＤの発光効率は第１実施例のＬＥＤ
に比べ多少低下するが同じような電流阻止作用を得るこ
とができる。またそのメサ部の形状はそれ程問題になら
ない。またこのような構造のＬＥＤでは電極形成時にメ
サ部と電極をマスク合わせする必要がないので、複雑な
製造工程を必要としない。つまり図１のＬＥＤにおいて
は、リング状メサ部の上部活性層付近から光が発せられ
るため、ｎ型電極がこの光を遮らないように配置しなけ
ればならない。しかし図６のＬＥＤにおいては、マトリ
ックス状に配置された複数の円柱状のメサ部１１の上部
活性層３付近から光が発せられるため、一部光はｎ側電
極１によって遮られても他の部分からの光は出力される
ので、図１のＬＥＤに比べて発光出力が多少低下する
が、製造上はマスク合わせする必要がない。
【００３３】製造方法も従来のＤＨ構造ＬＥＤにおける
エピタキシャル成長で製造できるので、新たな製造技術
を開発することなく生産できるため、新たな設備投資を
せずに、歩留まりを高く生産できる。
エピタキシャル成長で製造できるので、新たな製造技術
を開発することなく生産できるため、新たな設備投資を
せずに、歩留まりを高く生産できる。
【００３４】以上の実施例においては、ＧａＡｌＡｓを
使用したＬＥＤについて説明したが、他にＩｎＰ、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＧａＮ等の混晶系の直接遷移型
半導体物質において適用できる。
使用したＬＥＤについて説明したが、他にＩｎＰ、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＧａＮ等の混晶系の直接遷移型
半導体物質において適用できる。
【００３５】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、次
のような効果を発揮する。
のような効果を発揮する。
【００３６】つまり電流阻止層を有することによって、
発光ダイオードの点灯印加時に、電流阻止層とクラッド
層の界面に形成されるｐｎ接合が逆バイアスされて界面
に空乏層が形成され、高抵抗率となりキャリアの流れを
阻止し、更に半導体基板に一体に隆起部を備えることに
よって、キャリアの流れを隆起部の先端からのみクラッ
ド層に集中的に流れ込むようにできるので、クラッド層
から活性層に流れ込むキャリアの流れを集中させて発光
効率を高くして高出力化できる。
発光ダイオードの点灯印加時に、電流阻止層とクラッド
層の界面に形成されるｐｎ接合が逆バイアスされて界面
に空乏層が形成され、高抵抗率となりキャリアの流れを
阻止し、更に半導体基板に一体に隆起部を備えることに
よって、キャリアの流れを隆起部の先端からのみクラッ
ド層に集中的に流れ込むようにできるので、クラッド層
から活性層に流れ込むキャリアの流れを集中させて発光
効率を高くして高出力化できる。
【００３７】またクラッド層と電流阻止層の厚さの和を
厚くすることによって、雰囲気温度が低温においても圧
縮応力が加わらないようにすることができるので、信頼
性を改善することができる。
厚くすることによって、雰囲気温度が低温においても圧
縮応力が加わらないようにすることができるので、信頼
性を改善することができる。
【図１】この実施例（第１実施例）に係る発光ダイオー
ドの構造図である。
ドの構造図である。
【図２】従来のＤＨ構造の発光ダイオードの構造図であ
る。
る。
【図３】従来のリング状電流狭搾型発光ダイオードの構
造図である。
造図である。
【図４】図３におけるクラッド層の厚さと活性層に加わ
る応力の関係を示す図である。
る応力の関係を示す図である。
【図５】従来のリング状メサ電流狭搾型発光ダイオード
の構造図である。
の構造図である。
【図６】第２実施例に係る発光ダイオードの構造図であ
る。
る。
１ ｎ型電極 ２ ｎ型ＧａＡｌＡｓウインドウ層 ３ ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層 ４ ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層 ５ ｐ型ＧａＡｓ基板 ６ ｐ型電極 ７ ｎ型電流狭窄層 ８ リング状溝部 ９ リング状メサ部 １０ ｎ型ＧａＡｌＡｓ電流阻止層 １１ 円柱状メサ部
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に半導体基板と同じ伝導型の
クラッド層と、半導体基板と同じ伝導型の活性層と、半
導体基板と逆の伝導型のウインドウ層を順次エピタキシ
ャル成長させて形成した発光ダイオードにおいて、半導
体基板とクラッド層の間に設けられ、クラッド層と逆の
伝導型でクラッド層とｐｎ接合を形成して、発光ダイオ
ードの点灯印加時に逆バイアスされる電流阻止層と、半
導体基板に一体に隆起状に設けられ、電流阻止層を突き
抜けてクラッド層に達する隆起部を備えて、更に電流阻
止層とクラッド層の厚さの和を、圧縮応力が活性層に加
わらない程度の厚さにしたことを特徴とする発光ダイオ
ード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4323591A JP2720609B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4323591A JP2720609B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 発光ダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04280481A JPH04280481A (ja) | 1992-10-06 |
| JP2720609B2 true JP2720609B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=12658246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4323591A Expired - Fee Related JP2720609B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2720609B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111081835A (zh) * | 2019-12-21 | 2020-04-28 | 华南理工大学 | 一种led芯片及其制备方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW253999B (ja) * | 1993-06-30 | 1995-08-11 | Hitachi Cable |
-
1991
- 1991-03-08 JP JP4323591A patent/JP2720609B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111081835A (zh) * | 2019-12-21 | 2020-04-28 | 华南理工大学 | 一种led芯片及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04280481A (ja) | 1992-10-06 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |