JP2724384B2 - 半導体発光ダイオード - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、インコヒーレントな光が外部に放射して得
られる半導体発光ダイオードに関する。

【従来の技術】

従来、第４図及び第５図を伴って次に述べる半導体発
光ダイオードが提案されている。 すなわち、例えばｎ型を有する半導体結晶基板１と、
その半導体結晶基板１上にそれと接して形成され且つ半
導体結晶基板１と同じｎ型を有する半導体結晶層２と、
その半導体結晶層２上にそれと接して形成され且つ半導
体結晶層２に比し狭いエネルギバンドギャップと高い屈
折率とを有する半導体結晶層３と、半導体結晶層３上に
それと接して形成され且つ半導体結晶層２に比し広いエ
ネルギバンドギャップと低い屈折率とを有するととも
に、半導体結晶層１とは逆のｐ型を有する半導体結晶層
４と、半導体結晶層４上にそれと接して形成され且つ半
導体結晶層４と同じｐ型を有する半導体結晶層５とを有
する半導体積層体10を有する。 この場合、半導体積層体10は、その長手方向の一端側
において、半導体積層体10の厚さ方向に垂直に延長して
いる端面を、光放射端面11として有し、一方、その光放
射端面11上に、反射防止膜12が付されている。 さらに、半導体積層体10は、その長手方向の光放射端
面11側とは反対側の他端側において、半導体結晶層５、
４及び３の端面を、半導体積層体10の厚さ方向の垂直面
に対して斜めに延長している傾斜面14上に在らしめてい
る。 また、上述した半導体積層体10において、その半導体
結晶基板１が、（100）面でなる主面を有し、且つ例え
ばInPでなる。 さらに、半導体結晶層２、３、４及び５が、そのよう
な半導体結晶基板１の主面上に、ともに液相エピタキシ
ャル成長法、気相エピタキシャル成長法、分子線ビーム
エピタキシャル成長法などによって形成され、そして、
半導体結晶層２が、例えばInPでなる。 また、半導体結晶層３が、ｎ型不純物及びｐ型不純物
のいずれも意図的に導入させていないか導入させている
としても半導体結晶層２及び４に比し格段的に低い濃度
でしか導入させていない例えばInGaAsP系でなる。 さらに、半導体結晶層４が、例えばInPでなる。 また、半導体層５が、ｐ型不純物を半導体結晶層４に
比し高い濃度で導入している例えばInGaAsP系でなる。 さらに、上述した半導体積層体10の一方の主面10a
上、従って半導体結晶層５の上面上に、半導体積層体10
の長手方向の光放射端面11側において、半導体結晶層7L
及び7R上にも延長している電極層15が、オーミックに付
されて配されている。 また、上述した半導体積層体10の上述した主面10aと
対向している他方の主面10b上、従って半導体結晶基板
１の半導体結晶層２側とは反対側の面上に、他の電極層
16が、半導体積層体10の主面10a上の電極層15と対向し
てオーミックに付されて配されている。この場合、電極
層16は、図示のように、主面10a上の電極層15と対向し
ていない領域上に延長していてもよい。 以上が、従来提案されている半導体発光ダイオードの
構成である。 このような構成を有する半導体発光ダイオードによれ
ば、電極層15及び16間に、電極層15側を正とする所要の
電源（図示せず）を接続すれば、その電源からの電流
が、半導体積層体10の半導体結晶基板１、及び半導体結
晶層２、３、４及び５に、それらとは逆の順に、電極層
15及び16を通じて流れる。 この場合、半導体積層体10の半導体結晶層３に流れる
電流は、主として、電極層15及び16が相対向している励
起領域としての領域3aに流れる。 このため、主として、半導体結晶層３の領域3aの各部
において、半導体結晶層３を構成しているInGaAsP系の
エネルギバンドギャップE_gaに応じた波長λ_ａを中心と
する例えば1.5μｍ波長帯の帯域を有する光L_aが発生す
る。そして、それら光L_aの一部が、領域3aを、半導体結
晶層２及び４によって閉じ込められて光放射端面11側に
伝播し、光L_aの他部が、半導体結晶層３の電極層15及び
16が相対向していない非励起領域としての領域3bを、同
様に、半導体結晶層２及び４によって閉じ込められて傾
斜面14側に伝播する。 そして、このように、半導体結晶層３の領域3aを光放
射端面11側に伝播する光L_aの一部は、その光放射端面11
上に反射防止膜12が形成されているので、その光放射端
面11上で反射することなしに、反射防止膜12を通って外
部に放射する。 また、上述したように、半導体結晶層３の領域3bを、
傾斜面14側に伝播する光L_aの他部は、その伝播過程で、
領域3bにおいて吸収されながら、傾斜面14に到達し、そ
して、その傾斜面14において反射し、その反射光は、半
導体結晶層３の領域3b内にほとんど再入射しない。 以上のことから、第４図及び第５図に示す従来の半導
体発光ダイオードによれば、半導体積層体10の半導体結
晶層３をその全領域に亘って構成しているInGaAsP系の
エネルギバンドギャップE_gaに対応した波長λ_ａを中心
とする波長帯域を有する光L_aが、インコヒーレントな光
Ｌとして、光放射端面11から、反射防止膜12を通じて、
外部に放射して得られる。 また、この場合、半導体積層体10には、電源からの電
流が、継続して流れ、従って、電源からの電流が、半導
体結晶層３の領域3aに継続して注入されているので、光
放射端面11から外部に放射して得られるインコヒーレン
トな光Ｌが、半導体積層体10の半導体結晶層３の領域3a
に流れる電流の値に応じて、比較的高い輝度で得られ
る。 さらに、光放射端面11から外部に放射して得られるイ
ンコヒーレントな光Ｌが、光放射端面11上における半導
体結晶層３の端面という局部的な領域から外部に放射さ
れる光であるので、光放射端面11から外部に放射して得
られるインコヒーレントな光Ｌが、半導体結晶層３の厚
さに応じて、比較的狭い放射角で放射される。 従って、第４図及び第５図に示す半導体発光ダイオー
ドによれば、インコヒーレントな光Ｌが、比較的高い輝
度で且つ比較的狭い放射角で、外部に放射して得られ
る。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、第４図及び第５図で上述した従来の半
導体発光ダイオードの場合、半導体積層体10における半
導体結晶層３が、電極層15及び16が相対向している励起
領域としての領域3a、及び電極層15及び16が相対向して
いない非励起領域としての領域3bを含めた全領域におい
て、各部一様な組成を有するInGaAsP系のエネルギバン
ドギャップE_gaを有する１つの領域のみを有する、とい
う構成を有している。 このため、光L_aの一部が領域3bを伝播するとき、その
領域3bに光L_aの一部に基ずき電子が蓄積されて、領域3b
のエネルギバンドギャップが本来の広さよりも広くな
る、というバンドファイリング効果によって、領域3bが
領域3aに比し実行的に広いエネルギバンドギャップを有
することになる。 従って、領域3bが、そこに伝播する光L_aの一部を吸収
し難くなり、その光L_aの一部の大部分が、傾斜面14に到
達し、そこで反射する。 このため、上述においては、半導体結晶層３の電極層
15及び16が相対向している励起領域としての領域3aで発
生する光Laの一部が、半導体結晶層３の電極層15及び16
が相対向していない比励起領域としての領域3bを、傾斜
面14側に伝播するとき、その光L_aの一部が領域3bに伝播
する過程で、その領域3bにおいて吸収されながら傾斜面
14に到達し、そして、傾斜面14において反射し、その反
射光は、領域3bにほとんど再入射しない、と述べたが、
傾斜面14において反射した反射光が、散乱して、領域3b
に無視し得ない量再入射する。 このため、第４図及び第５図で上述した従来の半導体
発光ダイオードの場合、光放射端面11から外部に放射し
て得られるインコヒーレントな光Ｌが、高いインコヒー
レント度を有して得られない、という欠点を有してい
た。 また、第４図及び第５図で上述した従来の半導体発光
ダイオードの場合、半導体積層体10に、光放射端面11側
とは反対側の端面側において、傾斜面14を加工して設け
なければならない、という欠点を有していた。 さらに、第４図及び第５図で上述した従来の半導体発
光ダイオードの場合、半導体積層体10における電極層15
及び16が相対向している励起領域としての領域3aが、電
極層15及び16が相対向していない非励起領域としての領
域3bとともに各部一様な組成を有するInGaAsP系のエネ
ルギバンドギャップE_gaを有する１つの領域でなるの
で、外部に放射して得られる光Ｌが、エネルギバンドギ
ャップE_gaに対応した波長λ_ａを中心とする例えば半値
幅でみて200Åというような比較的狭い波長帯域幅しか
有していない。 このため、第４図及び第５図で上述した従来の半導体
発光ダイオードの場合、外部に放射して得られる光Ｌの
波長帯域幅に比例した値で示されるインコヒーレント度
が、比較的低い、という欠点を有していた。 また、第４図及び第５図で上述した従来の半導体発光
ダイオードの場合、半導体積層体10における電極層15及
び16が相対向している励起領域としての領域3aが、上述
したように各部一様な組成を有し、従って、領域3aで発
光する光L_aに対応したエネルギバンドギャップを各部一
様に有しているので、領域3aの光放射端面11側から遠い
位置において発光する光Ｌが、光放射端面11側に伝播す
る過程で無視し得ない量吸収されるおそれを有してい
る。 従って、第４図及び第５図で上述した従来の半導体発
光ダイオードの場合、外部に放射して得られるインコヒ
ーレントな光Ｌが十分高い輝度で得られない、という欠
点を有していた。 よって、本発明は、上述した欠点のない新規な半導体
発光ダイオードを提供せんとするものである。

【課題を解決するための手段】

本願第１番目の発明による半導体発光ダイオードは、
第４図及び第５図で上述した従来の半導体発光ダイオー
ドの場合と同様に、 （イ）第１の導電型を有する半導体結晶基板と、そ
の半導体結晶基板上に形成され且つ第１の導電型を有す
る第１の半導体結晶層と、その第１の半導体結晶層上
にそれと接して形成され且つ上記第１の半導体結晶層に
比し狭いエネルギバンドギャップと高い屈折率とを有す
る第２の半導体結晶層と、その第２の半導体結晶層上
にそれと接して形成され且つ上記第２の半導体結晶層に
比し広いエネルギバンドギャップと低い屈折率とを有す
るとともに、第１の導電型とは逆の第２の導電型を有す
る第３の半導体結晶層とを有する半導体積層体を有し、
そして、 （ロ）その半導体積層体の相対向している第１及び第２
の主面上に、相対向している第１及び第２の電極層が配
され、また、 （ハ）上記半導体積層体の一端面を光放射端面としてい
る という構成を有する。 しかしながら、本願第１番目の発明による半導体発光
ダイオードは、このような構成を有する半導体発光ダイ
オードにおいて、 （ニ）上記第２の半導体結晶層が、上記第１及び第２の
電極層が相対向している励起領域としての領域におい
て、上記光放射端面側から上記半導体積層体の長手方向
に且つ上記光放射端面側とは反対側に順次連接してとっ
た複数ｎ個の第１、第２………第ｎの領域部を有すると
ともに、上記励起領域としての領域の上記光放射端面側
とは反対側において、非励起領域としての領域を有し、
そして、 （ホ）上記励起領域としての領域における上記複数ｎ個
の第１、第２………第ｎの領域部が、超格子層が液晶化
されている第１、第２………第ｎの混晶化領域部Q₁、Q₂
………Q_nでそれぞれなり、また、 （ヘ）それら第１、第２………第ｎの混晶化領域部Q₁、
Q₂………Q_nが、それらの順に順次小さな第１、第２……
…第ｎの混晶化度を有し、さらに、 （ト）上記非励起領域としての領域において、上記励起
領域としての領域側から上記半導体積層体の長手方向に
且つ上記光放射端面とは反対方向に順次連接してとった
ｍ個（ただし、ｍは１以上の整数）の第１、第２………
第ｍの領域部を有し、そして、 （チ）それらｍ個の第１、第２………第ｍの領域部が、
超格子層が混晶化されている第１、第２………第ｍの混
晶化領域部M₁、M₂、………M_mでそれぞれなり、また、 （リ）その第１、第２………第ｍの混晶化領域部M₁、
M₂、………M_mが、ともに上記励起領域としての領域にお
ける第ｎの混晶化領域Qnに比し小さな混晶化度を有する
が、それらの順に順次小さな第１、第２………第ｍの混
晶化度を有する。 また、本願第２番目の発明による半導体発光ダイオー
ドは、本願第１番目の発明による半導体発光ダイオード
において、 （ヌ）上記第１または第２の電極層が、上記励起領域と
しての領域における複数ｎ個の第１、第２………第ｎの
領域部にそれぞれ対向している複数ｎ個の電極部G₁、G₂
………G_nに分割されている。

【作用・効果】

本願第１番目の発明による半導体発光ダイオードによ
れば、第４図及び第５図で上述した従来の半導体発光ダ
イオードの場合と同様に、第１及び第２の電極層間に所
要の電源を接続し、その電源からの電流を、半導体積層
体に流せば、第４図及び第５図で上述した従来の半導体
発光ダイオードの場合に準じて、半導体積層体の第２の
半導体結晶層の第１及び第２の電極層が相対向している
励起領域としての領域の複数ｎ個の第１、第２………第
ｎの領域部において、それら第１、第２………第ｎの領
域部の第１、第２………第ｎのエネルギバンドギャップ
にそれぞれ応じた波長を中心とする帯域を有する複数ｎ
個の第１、第２………第ｎの光がそれぞれ発生する。 そして、それら第１、第２………第ｎの光は、第２の
半導体結晶層の第１及び第２の電極層が相対向している
励起領域としての領域を、その領域においてほとんど吸
収されずに、第１及び第２の半導体結晶層によって閉じ
込められて光放射端面側に伝播する。 従って、本願第１番目の発明による半導体発光ダイオ
ードの場合も、第４図及び第５図で上述した従来の半導
体発光ダイオードの場合と同様に、インコヒーレントな
光が、光放射端面から、外部に放射して得られる。 また、この場合、半導体積層体には、第４図及び第５
図で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合と同様
に、電源からの電流が継続して流れ、従って、電源から
の電流が、半導体積層体の第２の半導体結晶層の第１及
び第２の電極層が相対向している励起領域としての領域
に継続して注入されているので、光放射端面から外部に
放射されるインコヒーレントな光が、第４図及び第５図
で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合と同様
に、第２の半導体結晶層の第１及び第２の電極層が相対
向している励起領域としての領域に流れる電流に応じ
て、比較的高い輝度で得られる。 また、光放射端面から外部に放射して得られるインコ
ヒーレントな光が、第４図及び第５図で上述した従来の
半導体発光ダイオードの場合と同様に、光放射端面上に
おける第２の半導体結晶層の端面という局部的な領域か
ら外部に放射される光であるので、光放射端面から外部
に放射して得られるインコヒーレントな光が、第４図及
び第５図で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合
と同様に、第２の半導体結晶層の厚さに応じて、比較的
狭い放射角で放射される。 従って、本願第１番目の発明による半導体発光ダイオ
ードの場合も、第４図及び第５図で上述した従来の半導
体発光ダイオードの場合と同様に、インコヒーレントな
光が、比較的高い輝度で且つ比較的狭い放射角で得られ
る。 しかしながら、本願第１番目の発明による半導体発光
ダイオードの場合、半導体積層体の第２の半導体結晶層
の第１及び第２の電極層が相対向している励起領域とし
ての領域が、複数ｎ個の第１、第２………第ｎの領域部
を有し、そして、それら第１、第２………第ｎの領域部
が、それらの順に順次小さな混晶化度に超格子層が混晶
化されている、という第１、第２………第ｎの混晶化領
域部Q₁、Q₂………Q_nでそれぞれなるので、それら第１、
第２………第ｎの領域部の第１、第２………第ｎのエネ
ルギバンドギャップが、それらの順とは逆の順に順次広
くなるエネルギバンドギャップを有し、従って、それら
第１、第２………第ｎの領域部が、それらの順とは逆の
順に順次低くなる吸収端波長をそれぞれ有している。 一方、第２の半導体結晶層の第１及び第２の電極層が
相対向している励起領域としての領域における複数ｎ個
の第１、第２………第ｎの領域部でそれぞれで発生する
第１、第２………第ｎの光が、上述した第１、第２……
…第ｎのエネルギバンドギャップに対応した波長をそれ
ぞれ有しているので、それら第１、第２………第ｎの光
が、第２の半導体結晶層の第１及び第２の電極層が相対
向している励起領域としての領域を光放射端面側に伝播
するとき、それら第１、第２………第ｎの光が第２の半
導体結晶層の第１及び第２の電極層が相対向している励
起領域としての領域において、ほとんど吸収されること
なしに、光放射端面側に向って伝播する。 従って、本願第１番目の発明による半導体発光ダイオ
ードの場合、インコヒーレントな光Ｌを、第４図及び第
５図で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合に比
し十分高い輝度で、外部に放射させることができる。 さらに、本願第１番目の発明による半導体発光ダイオ
ードの場合、光放射端面から外部に放射して得られる光
が、上述した第１、第２………第ｎの光からなるもの
で、外部に放射して得られる光の波長帯域幅に比例した
値で示されるインコヒーレント度が、第４図及び第５図
で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合に比し高
い。 また、本願第１番目の発明による半導体発光ダイオー
ドの場合、半導体積層体の第２の半導体結晶層の第１及
び第２の電極層が相対向していない非励起領域としての
領域が、ｍ個（ただし、ｍは１以上の整数）の第１、第
２………第ｍの領域部を有し、そして、その第１、第２
………第ｍの領域部が、ともに、第２半導体結晶層の第
１及び第２の電極層が相対向している励起領域としての
領域における第ｎの領域部の、超格子層が混晶化されて
いる第ｎの混晶化領域Q_nに比し、小さな混晶化度D₁、D₂
………D_nに超格子層が混晶化されている、という第１、
第２………第ｍの混晶化領域部M₁、M₂………M_mでそれぞ
れなるので、第２の半導体結晶層の第１及び第２の電極
層が相対向していない非励起領域としての領域における
第１、第２………第ｍの領域部が、第２の半導体結晶層
の第１及び第２の電極層が相対向している励起領域とし
ての領域におけるいずれの領域部に比しても狭いエネル
ギバンドギャップを有し、従って、第２の半導体結晶層
の第１及び第２の電極層が相対向している励起領域とし
ての領域におけるいずれの領域部に比しても高い吸収端
波長を有している。 しかも、第２の半導体結晶層の第１及び第２の電極層
が相対向していない非励起領域としての領域が有してい
る第１、第２………第ｍの領域部が、それらの順に順次
小さな第１、第２………第ｍの混晶化度を有しているの
で、第１、第２………第ｍの領域部が、それらの順に順
次狭くなるエネルギバンドギャップを有し、従って、そ
れらの順に順次高くなる吸収端波長を有している。 このため、第２の半導体結晶層の第１及び第２の電極
層が相対向している励起領域としての領域ににおける第
１、第２………第ｎの領域部でそれぞれ発生する第１、
第２………第ｎの光の一部が、第２の半導体結晶層の第
１及び第２の電極層が相対向していない非励起領域とし
ての領域を光放射端面側とは反対側に伝播するとき、そ
れら光の一部が第２半導体結晶層の第１及び第２の電極
層が相対向していない非励起領域としての領域におい
て、第４図及び第５図で上述した従来の半導体発光ダイ
オードの場合に比し効果的に吸収される。 従って、本願第１番目の発明による半導体発光ダイオ
ードの場合、第４図及び第５図で上述した従来の半導体
発光ダイオードの場合のように、半導体積層体に、光放
射端面側とは反対側の端面側において傾斜面を加工して
設けたりすることなしに、また、半導体積層体を、第２
の半導体結晶層の第１及び第２の電極層が相対向してい
ない非励起領域としての領域が、そこにおいてそれに伝
播する光を十分吸収させるべく、長い長さを有するよう
に、長い長さに構成したりすることなしに、第２の半導
体結晶層の第１及び第２の電極層が相対向している励起
領域としての領域から、第２の半導体結晶層の第１及び
第２の電極層が相対向していない非励起領域としての領
域に伝播する光を、前者の領域に、実質的に、再入射さ
せることなくすることができる。 従って、本願第１番目の発明による半導体発光ダイオ
ードによれば、第４図及び第５図で上述した従来の半導
体発光ダイオードの場合のように、半導体積層体に、光
放射端面側とは反対側の端面側において傾斜面を加工し
て設けたりすることなしに、また、半導体積層体を、第
２の半導体結晶層の第１及び第２の電極層が相対向して
いない非励起領域としての領域が長い長さを有するよう
に、長い長さを有する構成にしたりすることなしに、光
放射端面から外部に放射して得られるインコヒーレント
な光が、第４図及び第５図で上述した従来の半導体発光
ダイオードの場合に比し高いコヒーレント度を有して得
られる。 また、本願第２番目の発明による半導体発光ダイオー
ドによれば、本願第１番目の発明による半導体発光ダイ
オードの場合と同様の作用・効果を得ることができると
ともに、第１または第２の電極層が、励起領域としての
領域における第１、第２………第ｎの領域にそれぞれ対
向している複数ｎ個の第１、第２………第ｎの電極部
G₁、G₂………G_nに分割されている構成を有するので、そ
れら第１、第２………第ｎの電極部G₁〜G_n中の第１番目
の電極部G₁から数えて所要番目までの電極部を有効電極
部として用いることによって、インコヒーレント度の異
なるインコヒーレントな光を得るようにするとともに、
半導体積層体の、有効電極部としての電極部以外の電極
部下の領域を、非励起領域としての領域として用いるよ
うにすることができる。

【実施例】

次に、第１図及び第２図に伴って本発明による半導体
発光ダイオードの実施例を述べよう。 第１図及び第２図において、第４図及び第５図との対
応部分には同一符号を付し、詳細説明を省略する。 第１図及び第２図に示す本発明による半導体発光ダイ
オードは、次の事項を除いて、第４図及び第５図で上述
した従来の半導体発光ダイオードと同様の構成を有す
る。 すなわち、半導体積層体10の半導体結晶層３が、電極
層15及び16が相対向している励起領域としての領域3aに
おいて、光放射端面11側から半導体積層体10の長手方向
に且つ光放射端面11側とは反対方向に順次連接してとっ
た複数ｎ個の第１、第２………第ｎの領域部を有する。 なお、図においては、ｎ＝３の場合が示されている。
そして、それら半導体結晶層３の第１、第２………第ｎ
の領域部が例えば80Åの厚さを有するGaAsでなる半導体
結晶層と20Åの厚さを有するInGaAs系でなる半導体結晶
層とが例えば20回繰返して積層されている超格子層がそ
れぞれ混晶化されている第１、第２………第ｎの混晶化
領域Q₁、Q₂、………Q_nでなり、そして、それら第１、第
２………第ｎの混晶化領域Q₁、Q₂………Q_nが、それらの
順に順次小さな混晶化度F₁、F₂………Ｆ…_ｎを有する。 また、半導体結晶層３が、電極層15及び16が相対向し
ていない非励起領域としての領域3bにおいて、上述した
励起領域としての領域3aにおける第ｎの混晶化領域Q_n側
から半導体積層体10の長手方向に且つ光放射端面側とは
反対方向に順次連接してとったｍ個の第１、第２………
第ｍの領域部を有する。 そして、その半導体結晶層３のｍ個の第１、第２……
…第ｍの領域部が、上述した超格子層が混晶化されてい
る第１、第２………第ｍの混晶化領域部M₁、M₂………M_m
でそれぞれなり、そして、第１、第２………第ｍの混晶
化領域部M₁、M₂………M_mが、ともに、半導体結晶層３の
電極層15及び16が相対向している励起領域としての領域
3aにおける上述した混晶化領域Q₁〜Q_nの混晶化度F₁〜F_n
のいずれに比しても小さな混晶化度を有するが、その順
に順次小さな第１、第２………第ｎの混晶化度D₁、D₂…
……D_mを有する。 ただし、この場合、第ｍの混晶化度D_mは実質的に零で
あってもよい。なお、図においては、第ｍの混晶化領域
部M_mの第ｎの混晶化度D_mが、零である場合を示してい
る。 また、半導体積層体10が、光放射端面11側とは反対側
の他面側において、半導体結晶層５、４及び３の端面
を、半導体積層体10の厚さ方向の垂直面に対して延長し
ている傾斜面14に在らしめていず、従って、そのような
傾斜面14を有しない。 なお、上述した混晶化領域部Q₁、Q₂………Q_n、M₁、M₂
………M_mは、詳細説明は省略するが、次のようにして形
成することができる。 すなわち、半導体結晶層３となる層を上述した超格子
層としている半導体積層体10を得て後、その上面に、例
えばSiO₂でなる絶縁膜を形成して後、そのSiO₂上にGaAs
ウエファを重ねた状態で、水素雰囲気中において、30℃
／秒というような比較的速い速度で、950℃というよう
な高い温度まで昇温させ、その温度を30秒というような
比較的短い時間保たせる、という第１回目の熱処理を行
って、最も混晶化度の小さな混晶化領域部M_mを得、次
に、絶縁膜の混晶化領域部M_mと対向している領域を除去
して後、第１回目の熱処理と同様の熱処理を第２回目の
熱処理として行って、次に混晶化度の小さな混晶化領域
部M_(m-1)を得、以下、同様のことを順次繰返すことによ
って、順次混晶化度の大きな混晶化領域部M_(m-1)、M
_(m-2)………M₁、Q_n、Q_(n-1)………Q₁を得る。なお、混
晶化領域部M_mの混晶化度を零とする場合は、上述した順
次の熱処理を第２回目の熱処理から始める。 以上が、本発明による半導体発光ダイオードの実施例
の構成である。 第１図及び第２図に示す本発明による半導体発光ダイ
オードによれば、第４図及び第５図で上述した従来の半
導体発光ダイオードの場合と同様に、電極層15及び16間
の所要の電源を接続し、その電源からの電流を、半導体
積層10に流せば、第４図及び第５図で上述した従来の半
導体発光ダイオードの場合に準じて、半導体積層体10の
半導体結晶層３の電極層15及び16が相対向している励起
領域としての領域3aの複数ｎ個の第１、第２………第ｎ
の領域部において、それら第１、第２………第ｎの領域
部の第１、第２………第ｎのエネルギバンドギャップE
_g1、E_g2、………E_gnにそれぞれ応じた波長λ_１、λ_２…
……λ_ｎを中心とする帯域を有する複数ｎ個の光L₁、L₂
………L_nがそれぞれ発生する。 そして、それら光L₁、L₂………L_nは、半導体結晶層３
の電極層15及び16が相対向している励起領域としての領
域3aを、その領域3aにおいてほとんど吸収されずに、半
導体結晶層２及び４によって閉じ込められて光放射端面
11側に伝播する。 従って、第１図及び第２図に示す本発明による半導体
発光ダイオードの場合も、第３図及び第４図で上述した
従来の半導体発光ダイオードの場合と同様に、インコヒ
ーレントな光Ｌが、光放射端面11から、外部に放射して
得られる。 また、この場合、半導体積層体10には、第４図及び第
５図で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合と同
様に、電源からの電流が継続して流れ、従って、電源か
らの電流が、半導体積層体10の半導体結晶層３の電極層
15及び16が相対向している励起領域としての領域3aに継
続して注入されているので、光放射端面11から外部に放
射されるインコヒーレントな光Ｌが、第４図及び第５図
で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合と同様
に、半導体結晶層３の電極層15及び16が相対向している
励起領域としての領域3aに流れる電流に応じて、比較的
高い輝度で得られる。 また、光放射端面11から外部に放射して得られるイン
コヒーレントな光Ｌが、第４図及び第５図で上述した従
来の半導体発光ダイオードの場合と同様に、光放射端面
11上における半導体結晶層３の端面という局部的な領域
から外部に放射される光であるので、光放射端面11から
外部に放射して得られるインコヒーレントな光Ｌが、第
４図及び第５図で上述した従来の半導体発光ダイオード
の場合と同様に、半導体結晶層３の厚さに応じて、比較
的狭い放射角で放射される。 従って、第１図及び第２図に示す本発明による半導体
発光ダイオードの場合も、第４図及び第５図で上述した
従来の半導体発光ダイオードの場合と同様に、インコヒ
ーレントな光Ｌが、比較的高い輝度で且つ比較的狭い放
射角で得られる。 ４ しかしながら、第１図及び第２図に示す本発明によ
る半導体発光ダイオードの場合、半導体積層体10の半導
体結晶層３の電極層15及び16が相対向している励起領域
としての領域3aが、複数ｎ個の第１、第２………第ｎの
領域部を有し、そして、それら第１、第２………第ｎの
領域部が、それらの順に順次小さな第１、第２………第
ｎの混晶化度F₁、F₂………F_nに超格子層が混晶化されて
いる、という第１、第２………第ｎの混晶化領域Q₁、Q₂
………Q_nでそれぞれなるので、それら第１、第２………
第ｎの領域部の第１、第２………第ｎのエネルギバンド
ギャップE_g1、E_g2………E_gnが、それらの順とは逆の順
に順次広く、従って、それら第１、第２………第ｎの領
域部が、それらの順とは逆の順に順次低くなる吸収端波
長をそれぞれ有している。 一方、半導体結晶層３の電極層15及び16が相対向して
いる励起領域としての領域3aにおける複数ｎ個の第１、
第２………第ｎの領域部でそれぞれで発生する第１、第
２………第ｎの光L₁、L₂………L_nが、上述した第１、第
２………第ｎのエネルギバンドギャップE_g1、E_g2………
E_gnに対応した波長λ_１、λ_２………λ_ｎをそれぞれ有
しているので、それら第１、第２………第ｎの光L₁、L₂
………L_nが、半導体結晶層３の電極層15及び16が相対向
している励起領域としての領域3aを光放射端面11側に伝
播するとき、それら第１、第２………第ｎの光L₁、L₂…
……L_nが半導体結晶層２の電極層15及び16が相対向して
いる励起領域としての領域3aにおいて、ほとんど吸収さ
れることなしに、光放射端面11側に向って伝播する。 従って、第１図及び第２図に示す本発明による半導体
発光ダイオードの場合、インコヒーレントな光Ｌを、第
４図及び第５図で上述した従来の半導体発光ダイオード
の場合に比し十分高い輝度で、外部に放射させることが
できる。 さらに、第１図及び第２図に示す本発明による半導体
発光ダイオードの場合、光放射端面11から外部に放射し
て得られる光Ｌが、上述した第１、第２………第ｎの光
L₁、L₂………L_nからなるので、外部に放射して得られる
光の波長帯域幅に比例した値で示されるインコヒーレン
ト度が、第４図及び第５図で上述した従来の半導体発光
ダイオードの場合ひ比し高い。 また、第１図及び第２図に示す本発明による半導体発
光ダイオードの場合、半導体積層体10の半導体結晶層３
の電極層15及び16が相対向していない領域3bが、ｍ個
（ただしｍは１以上の整数）の第１、第２………第ｍの
領域部を有し、そして、その第１、第２………第ｍの領
域部が、ともに、半導体結晶層３の電極層15及び16が相
対向している励起領域としての領域3aにおける第ｎの領
域部の超格子層が混晶化されている第ｎの混晶化領域Q_n
に比し、小さな混晶化度で混晶化されている、という第
１、第２………第ｎの混晶化領域部M₁、M₂………M_nでそ
れぞれなるので、半導体結晶層３の電極層15及び16が相
対向していない非励起領域としての領域3bにおける第
１、第２………第ｍの領域部が、半導体結晶層３の電極
層15及び16が相対向している励起領域としての領域3aに
おけるいずれの領域部に比しても、狭いエネルギバンド
ギャップを有し、従って、半導体結晶層３の電極層15及
び16が相対向している励起領域としての領域3aにおける
いずれの領域部に比しても高い吸収端波長を有してい
る。 しかも、半導体結晶層３の電極層15及び16が相対向し
ていない非励起領域としての領域3bが有している第１、
第２………第ｍの領域部が、それらの順に順次小さな第
１、第２………第ｎの混晶化度D₁、D₂………D_nを有して
いるので、それら第１、第２………第ｎの領域部が、そ
れらの順に順次狭くなるエネルギバンドギャップを有
し、従って、それらの順に順次高くなる吸収端波長を有
している。 このため、半導体結晶層３の電極層15及び16が相対向
している励起領域としての領域3aにおける第１、第２…
……第ｎの領域部でそれぞれ発生する第１、第２………
第ｎの光L₁、L₂……L_nの一部が、半導体結晶層３の電極
層15及び16が相対向していない非励起領域としての領域
3bを光放射端面11側とは反対側に伝播するとき、それら
光L₁、L₂………L_nの一部が半導体結晶層３の電極層15及
び16が相対向していない非励起領域としての領域3bにお
いて、第４図及び第５図で上述した従来の半導体発光ダ
イオードの場合に比し効果的に吸収される。 従って、第１図及び第２図に示す本発明による半導体
発光ダイオードの場合、第４図及び第５図で上述した従
来の半導体発光ダイオードの場合にように、半導体積層
体10に光放射端面11側とは反対側の端面側において傾斜
面14を加工して設けたりすることなしに、また、半導体
積層体10を、半導体結晶層３の電極層15及び16が相対向
していない非励起領域としての領域3bが、そこに伝播す
る光を十分吸収させるべく、長い長さを有するように、
長い長さに構成したりすることなしに、半導体結晶層３
の電極層15及び16が相対向している励起領域としての領
域3aから、半導体結晶層３の電極層15及び16が相対向し
ていない非励起領域としての領域3aに伝播する光を、前
者の領域3aに、実質的に、再入射させなくすることがで
きる。 従って、第１図及び第２図に示す本発明による半導体
発光ダイオードによれば、第４図及び第５図で上述した
従来の半導体発光ダイオードの場合のように、半導体積
層体10に、光放射端面11側とは反対側の端面側において
傾斜面14を加工して設けたりすることなしに、また、半
導体積層体10を、半導体結晶層３の電極層15及び16が相
対向していない非励起領域としての領域3bが長い長さを
有するように、長い長さを有する構成にしたりすること
なしに、光放射端面11から外部に放射して得られるイン
コヒーレントな光Ｌが、第４図及び第５図で上述した従
来の半導体発光ダイオードの場合に比し高いインコヒー
レント度を有して得られる。 なお、上述においては、本発明による半導体発光ダイ
オードの１つの実施例を示したに留まり、図示詳細説明
は省略するが、第１図及び第２図で上述した構成におい
て、その半導体積層体10の電極層15及び16が相対向して
いない領域が省略され、従って半導体結晶層３の領域3b
を有しない構成とすることもできる。なお、この場合、
領域3bにおける第ｎの領域部の混晶化領域部Q_nの混晶化
度は零であってもよい。 また、第１図及び第２図で上述した構成において、第
３図に示すように、電極層15及び16中のいずれか一方、
図においては、電極層15が、領域3aにおける第１、第２
………第ｎの領域部にそれぞれ対抗している複数ｎ個の
第１、第２………第ｎの電極部G₁、G₂………G_nに分割し
た構成とし、それら第１、第２………第ｎの電極部G₁〜
G_n中の第１番目の電極部から数えて所要番目までの電極
部を有効電極部として用いることによって、インコヒー
レント度の異なる光を得るようにするとともに、半導体
積層体10の有効電極部としての電極部以外の他の電極部
下の領域を非励起領域としての領域として用いるように
することもできる。 さらに、第３図に示す本発明による半導体発光ダイオ
ードにおいて、半導体積層体10上に、点線図示のよう
に、混晶化領域部M₁、M₂………M_mにそれぞれ対向してい
る電極部H1、H₂………H_mを設け（この場合、電極層16が
図示のように、電極部H₁、H₂………H_nに対向している必
要がある）、半導体積層体10の混晶化領域部M₁〜M_m中の
第１番目の混晶化領域部から数えて所要番目までの混晶
化領域部に対向している領域を、励起領域として用いる
ようにすることもできる。 また、上述においては、原理的な半導体発光ダイオー
ドに、本発明を適用した場合の実施例を述べたものであ
るが、要は、（イ）第１図及び第２図で上述した半導
体結晶基板１に対応している第１の導電型を有する半導
体結晶基板と、その半導体結晶基板上に形成され且つ
第１の導電型を有する第１図及び第２図で上述した半導
体結晶層２に対応している第１の半導体結晶層と、そ
の第１の半導体結晶層上にそれと接して形成され且つ上
記第１の半導体結晶層に比し狭いエネルギバンドギャッ
プと高い屈折率とを有する第１図及び第２図で上述した
半導体結晶層３に対応している第２の半導体結晶層と、
その第２の半導体結晶層上にそれと接して形成され且
つ上記第２の半導体結晶層に比し広いエネルギバンドギ
ャップと低い屈折率とを有するとともに、第１の導電型
とは逆の第２の導電型を有する第１図及び第２図で上述
した半導体結晶層４に対応している第３の半導体結晶層
とを有する半導体積層体を有し、そして、（ロ）その半
導体積層体の相対向している第１及び第２の主面上に、
第１図及び第２図で上述した電極層15及び16にそれぞれ
対応している第１及び第２の電極層が相対向してそれぞ
れ配され、また、（ハ）上記半導体積層体の長手方向の
一端面を光放射端面としている半導体発光ダイオードで
あれば、それが埋込型であっても、本発明を適用するこ
ともできることは明らかであろう。 また、上述した本発明による半導体発光ダイオードに
おいて、「ｎ型」を「ｐ型」、「ｐ型」を「ｎ型」に読
み代えた構成とすることもでき、その他、本発明の精神
を脱することなしに、種々の変型、変更をなし得るであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明による半導体発光ダイオー
ドの実施例を示す略線的斜視図、及びその縦断面図であ
る。 第３図は、本発明による半導体発光ダイオードの他の実
施例を示す略線的斜視図である。 第４図及び第５図は、従来の半導体発光ダイオードを示
す略線的斜視図、その縦断面図である。 １……半導体結晶基板 ２、３、４、５……半導体結晶層 3a、3b……半導体結晶層３の領域 10……半導体積層体 11……光放射端面 12……反射防止膜 14……傾斜面 15、16……電極層 Q₁、Q₂………Q_n……半導体結晶層３の領域部3aの混晶化
領域部 M1〜M_m……半導体結晶層３の領域3bの混晶化領域部 G₁〜G_n、H₁〜H_m……電極部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の導電型を有する半導体結晶基板と、
   その半導体結晶基板上に形成され且つ第１の導電型を有
   する第１の半導体結晶層と、その第１の半導体結晶層上
   にそれと接して形成され且つ上記第１の半導体結晶層に
   比し狭いエネルギバンドギャップと高い屈折率とを有す
   る第２の半導体結晶層と、その第２の半導体結晶層上に
   それと接して形成され且つ上記第２の半導体結晶層に比
   し広いエネルギバンドギャップと低い屈折率とを有する
   とともに、第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する
   第３の半導体結晶層とを有する半導体積層体を有し、 上記半導体積層体の相対向している第１及び第２の主面
   上に、相対向している第１及び第２の電極層が配され、 上記半導体積層体の一端面を光放射端面としている半導
   体発光ダイオードにおいて、 上記第２の半導体結晶層が、上記第１及び第２の電極層
   が相対向している励起領域としての領域において、上記
   光放射端面側から上記半導体積層体の長手方向に且つ上
   記光放射端面側とは反対方向に順次連接してとった複数
   ｎ個の第１、第２………第ｎの領域部を有するととも
   に、上記励起領域としての領域の上記光放射端面側とは
   反対側において、非励起領域としての領域を有し、 上記励起領域としての領域における上記複数のｎ個の第
   １、第２………第ｎの領域部が、超格子層が混晶化され
   ている第１、第２………第ｎの混晶化領域部Q₁、Q₂……
   …Q_nでそれぞれなり、 上記第１、第２………第ｎの混晶化領域部Q₁、Q₂………
   Q_nが、それらの順に順次小さな第１、第２………第ｎの
   混晶化度を有し、 上記非励起領域としての領域において、上記励起領域と
   しての領域側から上記半導体積層体の長手方向に且つ上
   記光放射端面とは反対方向に順次連接してとったｍ個
   （ただし、ｍは１以上の整数）の第１、第２………第ｍ
   の領域部を有し、 上記非励起領域としての領域における上記ｍ個の第１、
   第２………第ｍの領域部が、超格子層が混晶化されてい
   る第１、第２………第ｍの混晶化領域部M₁、M₂、………
   M_mでそれぞれなり、 上記第１、第２………第ｍの混晶化領域部M₁、M₂、……
   …M_mが、ともに上記励起領域としての領域における第ｎ
   の混晶化領域Q_nに比し小さな混晶化度を有するが、それ
   らの順に順次小さな第１、第２………第ｍの混晶化度を
   有することを特徴とする半導体発光ダイオード。
2. 【請求項２】請求項１記載の半導体発光ダイオードにお
   いて、 上記第１または第２の電極層が、上記励起領域としての
   領域における複数ｎ個の第１、第２………第ｎの領域部
   にそれぞれ対向している複数ｎ個の電極部G₁、G₂………
   G_nに分割されていることを特徴とする半導体発光ダイオ
   ード。