JP2973581B2 - チャープ状光反射層を備えた半導体装置 - Google Patents
チャープ状光反射層を備えた半導体装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はチャープ状光反射層を備
えた半導体装置の改良に関するものである。
えた半導体装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信や表示器、センサなどに発光ダイ
オードが多用されている。かかる発光ダイオードは、半
導体基板の上に液相成長法や気相成長法などのエピタキ
シャル成長法により光を発する活性層を形成したもの
で、このような発光ダイオードの一種に、活性層で発生
した光をその活性層と略平行に形成された光取出し面か
ら取り出す面発光型のものがある。
オードが多用されている。かかる発光ダイオードは、半
導体基板の上に液相成長法や気相成長法などのエピタキ
シャル成長法により光を発する活性層を形成したもの
で、このような発光ダイオードの一種に、活性層で発生
した光をその活性層と略平行に形成された光取出し面か
ら取り出す面発光型のものがある。
【０００３】ところで、発光ダイオードの光出力は、電
気エネルギーを光エネルギーに変換する際の内部量子効
率と、発生した光を外部に取り出す際の外部量子効率と
によって定まるが、前記面発光型発光ダイオードの場
合、例えばブラッグ反射として知られているように光波
干渉によって光を反射する光反射層を前記活性層を挟ん
で光取出し面と反対側に設け、光取出し面の反対側へ進
行した光を反射して外部量子効率を上げることにより光
出力を向上させるようにしたものが知られている。上記
光反射層は、組成が異なる複数種類の半導体が重ね合わ
された単位半導体を繰り返し積層した多層構造を成し、
それ等の屈折率の相違に基づいて特定の波長の光を反射
するもので、例えばＡｌX Ｇａ1-X Ａｓにて構成される
赤外或いは赤色発光ダイオードの場合、所定の厚さのＡ
ｌＡｓとＧａＡｓとを交互にエピタキシャル成長させる
ことによって光反射層が形成されている。かかるＡｌＡ
ｓおよびＧａＡｓの厚さＴA 、ＴG は、ＡｌX Ｇａ1-X
Ａｓの発光波長すなわち反射すべき光の波長をλB 、Ａ
ｌＡｓの屈折率をｎA 、ＧａＡｓの屈折率をｎG とする
と、それぞれ次式（１）、（２）に従って求められ、そ
れ等を重ね合わせた単位半導体の厚さＴは（ＴA ＋
ＴG ）となる。
気エネルギーを光エネルギーに変換する際の内部量子効
率と、発生した光を外部に取り出す際の外部量子効率と
によって定まるが、前記面発光型発光ダイオードの場
合、例えばブラッグ反射として知られているように光波
干渉によって光を反射する光反射層を前記活性層を挟ん
で光取出し面と反対側に設け、光取出し面の反対側へ進
行した光を反射して外部量子効率を上げることにより光
出力を向上させるようにしたものが知られている。上記
光反射層は、組成が異なる複数種類の半導体が重ね合わ
された単位半導体を繰り返し積層した多層構造を成し、
それ等の屈折率の相違に基づいて特定の波長の光を反射
するもので、例えばＡｌX Ｇａ1-X Ａｓにて構成される
赤外或いは赤色発光ダイオードの場合、所定の厚さのＡ
ｌＡｓとＧａＡｓとを交互にエピタキシャル成長させる
ことによって光反射層が形成されている。かかるＡｌＡ
ｓおよびＧａＡｓの厚さＴA 、ＴG は、ＡｌX Ｇａ1-X
Ａｓの発光波長すなわち反射すべき光の波長をλB 、Ａ
ｌＡｓの屈折率をｎA 、ＧａＡｓの屈折率をｎG とする
と、それぞれ次式（１）、（２）に従って求められ、そ
れ等を重ね合わせた単位半導体の厚さＴは（ＴA ＋
ＴG ）となる。
【０００４】 ＴA ＝λB ／４ｎA ・・・（１） ＴG ＝λB ／４ｎG ・・・（２）
【０００５】しかしながら、このような光反射層で反射
できる光は光波干渉の条件を満たす特定の波長の光だけ
で、その反射波長幅が比較的狭く、且つその波長は上記
（１）式、（２）式に示される如く単位半導体の厚さや
屈折率に依存する。したがって、光反射層を構成する半
導体の厚さや組成が少し変化しただけでも、活性層から
発せられる光の波長域から反射波長域がずれて光出力が
低下してしまい、製造に非常な困難を伴うという問題が
あった。因に、ＧａＡｓ赤外発光ダイオードの場合、そ
の発光波長は８８０ｎｍを中心として約±３５ｎｍの広
がりを持っており、この発光波長域を完全にカバーする
には極めて正確な膜厚制御技術を要する。また、大きな
基板にエピタキシャル成長させる場合、基板面上の膜厚
を厳密に均一に成長させることは困難であり、膜厚の不
均一により反射波長の面内不均一が生じて歩留まりが低
下するといった問題も含んでいた。
できる光は光波干渉の条件を満たす特定の波長の光だけ
で、その反射波長幅が比較的狭く、且つその波長は上記
（１）式、（２）式に示される如く単位半導体の厚さや
屈折率に依存する。したがって、光反射層を構成する半
導体の厚さや組成が少し変化しただけでも、活性層から
発せられる光の波長域から反射波長域がずれて光出力が
低下してしまい、製造に非常な困難を伴うという問題が
あった。因に、ＧａＡｓ赤外発光ダイオードの場合、そ
の発光波長は８８０ｎｍを中心として約±３５ｎｍの広
がりを持っており、この発光波長域を完全にカバーする
には極めて正確な膜厚制御技術を要する。また、大きな
基板にエピタキシャル成長させる場合、基板面上の膜厚
を厳密に均一に成長させることは困難であり、膜厚の不
均一により反射波長の面内不均一が生じて歩留まりが低
下するといった問題も含んでいた。
【０００６】これに対し、上記単位半導体の膜厚を変化
させて反射波長域を拡大することが考えられている。す
なわち、光反射層による光の反射波長は上記のように単
位半導体の膜厚によって定まるため、例えば、所定の積
層数毎に単位半導体の膜厚を段階的に変化させたり、連
続して積層される単位半導体の一つ一つの膜厚を連続的
に変化させたりするのである。このような光反射層によ
れば、製造時の僅かな制御誤差等により各半導体の厚さ
や組成が変化しても、活性層から発せられる光の波長域
が光反射層の反射波長域からずれることが良好に防止さ
れ、光反射層による光出力向上効果が十分に得られるよ
うになるとともに、そのような光反射層を備えた面発光
型発光ダイオードを容易に製造できるようになる。ま
た、大きな基板にエピタキシャル成長させる場合でも、
基板面上の膜厚の不均一により反射波長の面内不均一が
生ずることによる歩留まりの低下が良好に回避される。
本明細書においては、このように単位半導体の膜厚を段
階的若しくは連続的に変化させた光反射層を便宜的にチ
ャープ状光反射層という。
させて反射波長域を拡大することが考えられている。す
なわち、光反射層による光の反射波長は上記のように単
位半導体の膜厚によって定まるため、例えば、所定の積
層数毎に単位半導体の膜厚を段階的に変化させたり、連
続して積層される単位半導体の一つ一つの膜厚を連続的
に変化させたりするのである。このような光反射層によ
れば、製造時の僅かな制御誤差等により各半導体の厚さ
や組成が変化しても、活性層から発せられる光の波長域
が光反射層の反射波長域からずれることが良好に防止さ
れ、光反射層による光出力向上効果が十分に得られるよ
うになるとともに、そのような光反射層を備えた面発光
型発光ダイオードを容易に製造できるようになる。ま
た、大きな基板にエピタキシャル成長させる場合でも、
基板面上の膜厚の不均一により反射波長の面内不均一が
生ずることによる歩留まりの低下が良好に回避される。
本明細書においては、このように単位半導体の膜厚を段
階的若しくは連続的に変化させた光反射層を便宜的にチ
ャープ状光反射層という。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなチャープ状光反射層の光反射特性について研究を重
ねたところ、短波長側における光の反射率向上効果が必
ずしも十分でないことを見出した。これは、光反射層を
構成している半導体が光を吸収するためと考えられ、具
体的にはその半導体の吸収端エネルギーにおける波長λ
C より長い波長の光は吸収しないが短い波長の光は吸収
するため、短波長側の光の反射率がその分だけ低下して
しまうのである。前記ＧａＡｓおよびＡｌＡｓから成る
光反射層の場合、ＧａＡｓの吸収端波長λCは８８０ｎ
ｍであるため、ＧａＡｓ赤外発光ダイオードの発光波長
域８８０±３５ｎｍの短波長側の半分の光は反射層の吸
収を受けて光の反射率が低下する。この対策としては、
吸収端波長λC が最短波長８４５ｎｍよりも短いＡｌ
0.2 Ｇａ0.8 ＡｓをＧａＡｓの替わりに用いることが考
えられるが、混晶比の制御が困難で屈折率がばらつくと
ともに、ＡｌＡｓとの屈折率の差が小さくなって光波干
渉上好ましくない。
うなチャープ状光反射層の光反射特性について研究を重
ねたところ、短波長側における光の反射率向上効果が必
ずしも十分でないことを見出した。これは、光反射層を
構成している半導体が光を吸収するためと考えられ、具
体的にはその半導体の吸収端エネルギーにおける波長λ
C より長い波長の光は吸収しないが短い波長の光は吸収
するため、短波長側の光の反射率がその分だけ低下して
しまうのである。前記ＧａＡｓおよびＡｌＡｓから成る
光反射層の場合、ＧａＡｓの吸収端波長λCは８８０ｎ
ｍであるため、ＧａＡｓ赤外発光ダイオードの発光波長
域８８０±３５ｎｍの短波長側の半分の光は反射層の吸
収を受けて光の反射率が低下する。この対策としては、
吸収端波長λC が最短波長８４５ｎｍよりも短いＡｌ
0.2 Ｇａ0.8 ＡｓをＧａＡｓの替わりに用いることが考
えられるが、混晶比の制御が困難で屈折率がばらつくと
ともに、ＡｌＡｓとの屈折率の差が小さくなって光波干
渉上好ましくない。
【０００８】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、光吸収による短波長
側の反射率の低下を簡単な手法で防止することにある。
もので、その目的とするところは、光吸収による短波長
側の反射率の低下を簡単な手法で防止することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、組成が異なる複数種類の半導体が重ね
合わされた単位半導体が繰り返し積層されて入射した光
を光波干渉によって反射するとともに、その単位半導体
の厚さが変化させられて反射波長域が拡大されたチャー
プ状光反射層を備えた半導体装置において、前記単位半
導体の厚さが薄いもの程光の入射側に設けられているこ
とを特徴とする。
めに、本発明は、組成が異なる複数種類の半導体が重ね
合わされた単位半導体が繰り返し積層されて入射した光
を光波干渉によって反射するとともに、その単位半導体
の厚さが変化させられて反射波長域が拡大されたチャー
プ状光反射層を備えた半導体装置において、前記単位半
導体の厚さが薄いもの程光の入射側に設けられているこ
とを特徴とする。
【００１０】
【作用および発明の効果】すなわち、厚さが薄い単位半
導体は前記（１）式および（２）式から明らかなように
短波長側の光を反射するため、これを光の入射側に設け
ると、その短波長側の光は光反射層の奥深くまで入射す
ることなく反射されるようになり、光反射層による吸収
が防止されて反射率が向上するのである。一方、長波長
側の光は光反射層の奥深くまで入射して反射されること
になるが、この長波長側の光は光反射層によって吸収さ
れないため、これにより反射率が低下することはない。
したがって、長波長側の光の反射率を損なうことなく短
波長側の光の反射率が向上させられることとなり、広い
波長域の光がその全域に亘って良好に反射されるように
なるのである。
導体は前記（１）式および（２）式から明らかなように
短波長側の光を反射するため、これを光の入射側に設け
ると、その短波長側の光は光反射層の奥深くまで入射す
ることなく反射されるようになり、光反射層による吸収
が防止されて反射率が向上するのである。一方、長波長
側の光は光反射層の奥深くまで入射して反射されること
になるが、この長波長側の光は光反射層によって吸収さ
れないため、これにより反射率が低下することはない。
したがって、長波長側の光の反射率を損なうことなく短
波長側の光の反射率が向上させられることとなり、広い
波長域の光がその全域に亘って良好に反射されるように
なるのである。
【００１１】また、かかる本発明では、厚さが薄い単位
半導体を光の入射側に設けるだけで良いため、入射光の
波長域よりも吸収端波長λC が短い半導体を用いて光反
射層を構成する場合に比較して、半導体組成を細かく制
御したり屈折率の差が小さくなったりするなどの問題が
なく、所定の光反射特性を有するチャープ状光反射層を
安定して簡単に形成することができる。
半導体を光の入射側に設けるだけで良いため、入射光の
波長域よりも吸収端波長λC が短い半導体を用いて光反
射層を構成する場合に比較して、半導体組成を細かく制
御したり屈折率の差が小さくなったりするなどの問題が
なく、所定の光反射特性を有するチャープ状光反射層を
安定して簡単に形成することができる。
【００１２】
【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。
細に説明する。
【００１３】図１は、本発明の一実施例である面発光型
発光ダイオード１０の構造を説明する図で、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１２上にはｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ光反射層
１４、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層１６、ｐ−
ＧａＡｓ活性層１８、ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッ
ド層２０、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層２２が順次積
層されており、クラッド層１６、活性層１８、およびク
ラッド層２０によってダブルヘテロ構造が構成されてい
る。キャップ層２２の上面２４の一部および基板１２の
下面には、それぞれ＋電極２６、−電極２８が設けられ
ており、それ等の間に順電圧が印加されることにより上
記ダブルヘテロ構造の活性層１８から光が発せられ、キ
ャップ層２２の上面２４からその光が取り出される。上
面２４は光取出し面に相当する。また、上記光反射層１
４は、基板１２側へ進行した光を光波干渉によって反射
するもので、これにより光出力が向上する。
発光ダイオード１０の構造を説明する図で、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１２上にはｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ光反射層
１４、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層１６、ｐ−
ＧａＡｓ活性層１８、ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッ
ド層２０、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層２２が順次積
層されており、クラッド層１６、活性層１８、およびク
ラッド層２０によってダブルヘテロ構造が構成されてい
る。キャップ層２２の上面２４の一部および基板１２の
下面には、それぞれ＋電極２６、−電極２８が設けられ
ており、それ等の間に順電圧が印加されることにより上
記ダブルヘテロ構造の活性層１８から光が発せられ、キ
ャップ層２２の上面２４からその光が取り出される。上
面２４は光取出し面に相当する。また、上記光反射層１
４は、基板１２側へ進行した光を光波干渉によって反射
するもので、これにより光出力が向上する。
【００１４】上記面発光型発光ダイオード１０の各半導
体は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置を用い
てエピタキシャル成長させたもので、クラッド層１６の
膜厚は約２μｍ、活性層１８の膜厚は約０．１μｍ、ク
ラッド層２０の膜厚は約２μｍ、キャップ層２２の膜厚
は約０．１μｍである。また、光反射層１４は、図２に
示されているように２種類のｎ−ＡｌＡｓ半導体および
ｎ−ＧａＡｓ半導体から成る単位半導体３０を繰り返し
多数積層したものであり、ｎ−ＡｌＡｓ半導体およびｎ
−ＧａＡｓ半導体の膜厚は活性層１８から発せられる光
の波長域、すなわち８８０±３５ｎｍに基づいて定めら
れている。上記半導体の組成は、ＭＯＣＶＤ装置の反応
炉内に導入する原料ガスの種類や流量によって制御さ
れ、膜厚は、原料ガスの流量や導入時間によって制御さ
れる。なお、図１および図２の各半導体の膜厚は必ずし
も正確な割合で図示したものではない。
体は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置を用い
てエピタキシャル成長させたもので、クラッド層１６の
膜厚は約２μｍ、活性層１８の膜厚は約０．１μｍ、ク
ラッド層２０の膜厚は約２μｍ、キャップ層２２の膜厚
は約０．１μｍである。また、光反射層１４は、図２に
示されているように２種類のｎ−ＡｌＡｓ半導体および
ｎ−ＧａＡｓ半導体から成る単位半導体３０を繰り返し
多数積層したものであり、ｎ−ＡｌＡｓ半導体およびｎ
−ＧａＡｓ半導体の膜厚は活性層１８から発せられる光
の波長域、すなわち８８０±３５ｎｍに基づいて定めら
れている。上記半導体の組成は、ＭＯＣＶＤ装置の反応
炉内に導入する原料ガスの種類や流量によって制御さ
れ、膜厚は、原料ガスの流量や導入時間によって制御さ
れる。なお、図１および図２の各半導体の膜厚は必ずし
も正確な割合で図示したものではない。
【００１５】ここで、上記光反射層１４は、図３または
図４に示されているように単位半導体３０の厚さが変化
するチャープ状を成し、その単位半導体３０の厚さは、
反射すべき波長λB ＝８８０ｎｍとして前記（１）式お
よび（２）式に従って求められるｎ−ＡｌＡｓ半導体の
厚さＴA とｎ−ＧａＡｓ半導体の厚さＴG とを加算した
厚さ（ＴA ＋ＴG）を基準厚さＴとして設定されてい
る。また、個々の単位半導体３０におけるｎ−ＡｌＡｓ
半導体およびｎ−ＧａＡｓ半導体の厚さは、その割合が
ＴA：ＴG の一定値に保持されるように定められてい
る。
図４に示されているように単位半導体３０の厚さが変化
するチャープ状を成し、その単位半導体３０の厚さは、
反射すべき波長λB ＝８８０ｎｍとして前記（１）式お
よび（２）式に従って求められるｎ−ＡｌＡｓ半導体の
厚さＴA とｎ−ＧａＡｓ半導体の厚さＴG とを加算した
厚さ（ＴA ＋ＴG）を基準厚さＴとして設定されてい
る。また、個々の単位半導体３０におけるｎ−ＡｌＡｓ
半導体およびｎ−ＧａＡｓ半導体の厚さは、その割合が
ＴA：ＴG の一定値に保持されるように定められてい
る。
【００１６】図３の光反射層１４ａは、全ての単位半導
体３０の膜厚が連続的に且つ直線的に変化しているもの
で、最下層すなわち基板１２上に最初に形成される単位
半導体３０の膜厚は最も厚くてＴ（１＋ＤＤ）であり、
上部すなわち光の入射側に向かうに従って直線的に減少
して最上層ではＴ（１−ＤＤ）となっている。ＤＤは基
準厚さＴに対する変厚割合であり、全体の膜厚の変化量
は２Ｔ・ＤＤとなる。また、膜厚が最も厚い最下層の単
位半導体３０における反射波長は、基準厚さＴにおける
反射波長λB と（１＋ＤＤ）との積λB ・（１＋ＤＤ）
となり、膜厚が最も薄い最上層の単位半導体３０におけ
る反射波長は、基準厚さＴにおける反射波長λB と（１
−ＤＤ）との積λB ・（１−ＤＤ）となる。
体３０の膜厚が連続的に且つ直線的に変化しているもの
で、最下層すなわち基板１２上に最初に形成される単位
半導体３０の膜厚は最も厚くてＴ（１＋ＤＤ）であり、
上部すなわち光の入射側に向かうに従って直線的に減少
して最上層ではＴ（１−ＤＤ）となっている。ＤＤは基
準厚さＴに対する変厚割合であり、全体の膜厚の変化量
は２Ｔ・ＤＤとなる。また、膜厚が最も厚い最下層の単
位半導体３０における反射波長は、基準厚さＴにおける
反射波長λB と（１＋ＤＤ）との積λB ・（１＋ＤＤ）
となり、膜厚が最も薄い最上層の単位半導体３０におけ
る反射波長は、基準厚さＴにおける反射波長λB と（１
−ＤＤ）との積λB ・（１−ＤＤ）となる。
【００１７】そして、このような光反射層１４ａにおけ
る単位半導体３０の積層数Ｎが３０で、変厚割合ＤＤが
０．０５、すなわち最下層および最上層における単位半
導体３０の反射波長がそれぞれ８８０＋４４ｎｍ、８８
０−４４ｎｍの場合の光反射特性をシミュレーションに
より調べた結果を図５の（ａ）に示す。また、比較のた
め、図９に示されているように上部に向かうに従って単
位半導体３０の膜厚が厚くなる光反射層４０ａについ
て、上記と同じ条件で光反射特性を調べた結果を図５の
（ｂ）に示す。シミュレーションの条件は、光反射層１
４ａ，４０ａに対して光が垂直に入射し、且つｎ−Ｇａ
Ａｓ半導体による光の吸収を考慮したものである。ま
た、入射側の媒質は前記クラッド層１６と同じＡｌ0.45
Ｇａ0.55Ａｓで、反対側の媒質は前記基板１２と同じｎ
−ＧａＡｓとした。かかるシミュレーション結果から、
光の入射側程単位半導体３０の膜厚が薄い光反射層１４
ａは、その反対の光反射層４０ａに比較して特に短波長
側の光に対する反射率が向上し、発光波長域８８０±３
５ｎｍの光をその全域に亘って良好に反射できることが
判る。
る単位半導体３０の積層数Ｎが３０で、変厚割合ＤＤが
０．０５、すなわち最下層および最上層における単位半
導体３０の反射波長がそれぞれ８８０＋４４ｎｍ、８８
０−４４ｎｍの場合の光反射特性をシミュレーションに
より調べた結果を図５の（ａ）に示す。また、比較のた
め、図９に示されているように上部に向かうに従って単
位半導体３０の膜厚が厚くなる光反射層４０ａについ
て、上記と同じ条件で光反射特性を調べた結果を図５の
（ｂ）に示す。シミュレーションの条件は、光反射層１
４ａ，４０ａに対して光が垂直に入射し、且つｎ−Ｇａ
Ａｓ半導体による光の吸収を考慮したものである。ま
た、入射側の媒質は前記クラッド層１６と同じＡｌ0.45
Ｇａ0.55Ａｓで、反対側の媒質は前記基板１２と同じｎ
−ＧａＡｓとした。かかるシミュレーション結果から、
光の入射側程単位半導体３０の膜厚が薄い光反射層１４
ａは、その反対の光反射層４０ａに比較して特に短波長
側の光に対する反射率が向上し、発光波長域８８０±３
５ｎｍの光をその全域に亘って良好に反射できることが
判る。
【００１８】また、単位半導体３０の積層数Ｎが３０
で、変厚割合ＤＤが０．１、すなわち最下層および最上
層における単位半導体３０の反射波長がそれぞれ８８０
＋８８ｎｍ、８８０−８８ｎｍの場合の光反射特性を、
上記と同じ条件のシミュレーションにより調べた結果を
図６の（ａ）に示す。図６の（ｂ）は、図９の光反射層
４０ａにおいてＮ＝３０、ＤＤ＝０．１とした場合であ
り、この場合にも光反射層１４ａは光反射層４０ａに比
較して短波長側の光に対する反射率が向上していること
が判る。
で、変厚割合ＤＤが０．１、すなわち最下層および最上
層における単位半導体３０の反射波長がそれぞれ８８０
＋８８ｎｍ、８８０−８８ｎｍの場合の光反射特性を、
上記と同じ条件のシミュレーションにより調べた結果を
図６の（ａ）に示す。図６の（ｂ）は、図９の光反射層
４０ａにおいてＮ＝３０、ＤＤ＝０．１とした場合であ
り、この場合にも光反射層１４ａは光反射層４０ａに比
較して短波長側の光に対する反射率が向上していること
が判る。
【００１９】一方、前記図４の光反射層１４ｂは、所定
の積層数ｎ毎に単位半導体３０の膜厚を３段階で変化さ
せたもので、下層側の膜厚Ｔb は基準厚さＴよりも厚く
され、上層側の膜厚Ｔa は基準厚さＴよりも薄くされて
いる。この場合に、膜厚Ｔb を９５０ｎｍの光を反射す
る値すなわちＴ・（９５０／８８０）とし、膜厚Ｔa を
８００ｎｍの光を反射する値すなわちＴ・（８００／８
８０）として、ｎ＝５の場合の光反射特性を、前記と同
じ条件のシミュレーションにより調べた結果を図７の
（ａ）に示す。図７の（ｂ）は、図１０のように下層側
の膜厚が薄くて上層側の膜厚が厚くされた光反射層４０
ｂにおいて、Ｔa ，Ｔb ，ｎを上記光反射層１４ｂと同
じに設定した場合の光反射特性であり、この場合にも光
反射層１４ｂは光反射層４０ｂに比較して短波長側の光
に対する反射率が向上していることが判る。
の積層数ｎ毎に単位半導体３０の膜厚を３段階で変化さ
せたもので、下層側の膜厚Ｔb は基準厚さＴよりも厚く
され、上層側の膜厚Ｔa は基準厚さＴよりも薄くされて
いる。この場合に、膜厚Ｔb を９５０ｎｍの光を反射す
る値すなわちＴ・（９５０／８８０）とし、膜厚Ｔa を
８００ｎｍの光を反射する値すなわちＴ・（８００／８
８０）として、ｎ＝５の場合の光反射特性を、前記と同
じ条件のシミュレーションにより調べた結果を図７の
（ａ）に示す。図７の（ｂ）は、図１０のように下層側
の膜厚が薄くて上層側の膜厚が厚くされた光反射層４０
ｂにおいて、Ｔa ，Ｔb ，ｎを上記光反射層１４ｂと同
じに設定した場合の光反射特性であり、この場合にも光
反射層１４ｂは光反射層４０ｂに比較して短波長側の光
に対する反射率が向上していることが判る。
【００２０】このように、本実施例の面発光型発光ダイ
オード１０は、チャープ状の光反射層１４を構成する単
位半導体３０の膜厚が光の入射側程薄くされて、短波長
側の光を光反射層１４の入射側部分で反射するようにな
っているため、光反射層１４による吸収が防止されて反
射率が向上するのである。一方、長波長側の光は光反射
層１４の奥深くまで入射して反射されることになるが、
この長波長側の光は光反射層１４によって吸収されない
ため、これにより反射率が低下することはない。したが
って、長波長側の光の反射率を損なうことなく短波長側
の光の反射率が向上させられ、広い波長域の光をその全
域に亘って良好に反射できるようになり、面発光型発光
ダイオード１０の光出力が向上する。
オード１０は、チャープ状の光反射層１４を構成する単
位半導体３０の膜厚が光の入射側程薄くされて、短波長
側の光を光反射層１４の入射側部分で反射するようにな
っているため、光反射層１４による吸収が防止されて反
射率が向上するのである。一方、長波長側の光は光反射
層１４の奥深くまで入射して反射されることになるが、
この長波長側の光は光反射層１４によって吸収されない
ため、これにより反射率が低下することはない。したが
って、長波長側の光の反射率を損なうことなく短波長側
の光の反射率が向上させられ、広い波長域の光をその全
域に亘って良好に反射できるようになり、面発光型発光
ダイオード１０の光出力が向上する。
【００２１】また、厚さが薄い単位半導体３０を光の入
射側に設けるだけで良いため、活性層１８からの発光波
長域よりも吸収端波長λC が短い半導体、具体的にはｎ
−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓをｎ−ＧａＡｓの替わりに用い
て光反射層１４を構成する場合のように、混晶比の制御
が困難で屈折率がばらついたりｎ−ＡｌＡｓとの屈折率
の差が小さくなって光波干渉が損なわれたりすることが
なく、所定の光反射特性を有する光反射層１４を安定し
て簡単に形成することができる。
射側に設けるだけで良いため、活性層１８からの発光波
長域よりも吸収端波長λC が短い半導体、具体的にはｎ
−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓをｎ−ＧａＡｓの替わりに用い
て光反射層１４を構成する場合のように、混晶比の制御
が困難で屈折率がばらついたりｎ−ＡｌＡｓとの屈折率
の差が小さくなって光波干渉が損なわれたりすることが
なく、所定の光反射特性を有する光反射層１４を安定し
て簡単に形成することができる。
【００２２】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。
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。
【００２３】例えば、前記実施例の光反射層１４ａは全
ての単位半導体３０の膜厚が連続的に変化しており、光
反射層１４ｂは段階的に変化しているが、図８に示され
ているように、単位半導体３０の膜厚が一定の基準厚さ
Ｔである等厚部３２と、その等厚部３２の上層側に設け
られて上部に向かうに従って膜厚が連続的に且つ直線的
に薄くなる第１変厚部３４と、等厚部３２の下層側に設
けられて下部に向かうに従って膜厚が連続的に且つ直線
的に厚くなる第２変厚部３６とから成る光反射層１４ｃ
を採用することもできる。
ての単位半導体３０の膜厚が連続的に変化しており、光
反射層１４ｂは段階的に変化しているが、図８に示され
ているように、単位半導体３０の膜厚が一定の基準厚さ
Ｔである等厚部３２と、その等厚部３２の上層側に設け
られて上部に向かうに従って膜厚が連続的に且つ直線的
に薄くなる第１変厚部３４と、等厚部３２の下層側に設
けられて下部に向かうに従って膜厚が連続的に且つ直線
的に厚くなる第２変厚部３６とから成る光反射層１４ｃ
を採用することもできる。
【００２４】また、前記実施例の面発光型発光ダイオー
ド１０はｐ−ＧａＡｓ活性層１８を有するダブルヘテロ
構造を備えているが、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ
などの他の化合物半導体から成るダブルヘテロ構造や単
一ヘテロ構造の面発光型発光ダイオード、或いはホモ構
造の面発光型発光ダイオード等にも本発明は同様に適用
され得る。半導体レーザなど光反射層を備えた他の半導
体装置にも本発明は適用され得る。
ド１０はｐ−ＧａＡｓ活性層１８を有するダブルヘテロ
構造を備えているが、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ
などの他の化合物半導体から成るダブルヘテロ構造や単
一ヘテロ構造の面発光型発光ダイオード、或いはホモ構
造の面発光型発光ダイオード等にも本発明は同様に適用
され得る。半導体レーザなど光反射層を備えた他の半導
体装置にも本発明は適用され得る。
【００２５】また、前記実施例ではｎ−ＧａＡｓ／ｎ−
ＡｌＡｓ光反射層１４が設けられているが、光反射層を
構成する半導体結晶の種類や組成、膜厚は、その半導体
結晶の屈折率、発光ダイオードの発光波長などに基づい
て適宜設定される。
ＡｌＡｓ光反射層１４が設けられているが、光反射層を
構成する半導体結晶の種類や組成、膜厚は、その半導体
結晶の屈折率、発光ダイオードの発光波長などに基づい
て適宜設定される。
【００２６】また、前記面発光型発光ダイオード１０は
基板１２の反対側に光取出し面２４が形成されている
が、基板１２側から光を取り出す面発光型発光ダイオー
ドにも本発明は適用され得る。
基板１２の反対側に光取出し面２４が形成されている
が、基板１２側から光を取り出す面発光型発光ダイオー
ドにも本発明は適用され得る。
【００２７】また、前記実施例の光反射層１４ａは単位
半導体３０の膜厚が直線的に変化させられているが、滑
らかな曲線に沿って変化させることもできる。
半導体３０の膜厚が直線的に変化させられているが、滑
らかな曲線に沿って変化させることもできる。
【００２８】また、前記光反射層１４ｃは単位半導体３
０の膜厚が基準厚さＴの等厚部３２を備えているが、発
光波長が異なる複数の活性層を有する場合など、必要に
応じて膜厚が異なる複数の等厚部を設けることも可能で
ある。基準厚さＴは、必ずしも活性層１８の発光波長に
厳密に対応させる必要はなく、発光波長の近傍の波長の
光を反射するように設定されても良い。
０の膜厚が基準厚さＴの等厚部３２を備えているが、発
光波長が異なる複数の活性層を有する場合など、必要に
応じて膜厚が異なる複数の等厚部を設けることも可能で
ある。基準厚さＴは、必ずしも活性層１８の発光波長に
厳密に対応させる必要はなく、発光波長の近傍の波長の
光を反射するように設定されても良い。
【００２９】また、前記実施例の光反射層１４ａ，１４
ｃは、基準厚さＴを中心として±Ｔ・ＤＤだけ膜厚が変
化しているが、製造時における膜厚誤差のずれ方向、言
い換えれば反射波長域のずれ方向に偏りがある場合な
ど、必要に応じて膜厚を非対称に変化させるようにして
も良い。前記光反射層１４ｃを例として具体的に説明す
ると、一対の変厚部３４、３６における膜厚の変化割合
ＤＤや積層数をそれぞれ異なる値に設定しても差支えな
いのであり、極端な場合には何れかの変厚部３４または
３６を省略することもできるのである。
ｃは、基準厚さＴを中心として±Ｔ・ＤＤだけ膜厚が変
化しているが、製造時における膜厚誤差のずれ方向、言
い換えれば反射波長域のずれ方向に偏りがある場合な
ど、必要に応じて膜厚を非対称に変化させるようにして
も良い。前記光反射層１４ｃを例として具体的に説明す
ると、一対の変厚部３４、３６における膜厚の変化割合
ＤＤや積層数をそれぞれ異なる値に設定しても差支えな
いのであり、極端な場合には何れかの変厚部３４または
３６を省略することもできるのである。
【００３０】また、前記実施例の光反射層１４ｂは単位
半導体３０の膜厚が３段階で変化させられているが、２
段階或いは４段階以上で変化させることもできる。各膜
厚における積層数ｎは必ずしも同じである必要はなく、
その積層数ｎについても適宜変更できる。なお、積層数
ｎは４以上であることが望ましい。
半導体３０の膜厚が３段階で変化させられているが、２
段階或いは４段階以上で変化させることもできる。各膜
厚における積層数ｎは必ずしも同じである必要はなく、
その積層数ｎについても適宜変更できる。なお、積層数
ｎは４以上であることが望ましい。
【００３１】また、前記実施例ではＭＯＣＶＤ装置を用
いて面発光型発光ダイオード１０を作製する場合につい
て説明したが、分子線エピタキシー法など他のエピタキ
シャル成長技術を用いて作製することも可能である。
いて面発光型発光ダイオード１０を作製する場合につい
て説明したが、分子線エピタキシー法など他のエピタキ
シャル成長技術を用いて作製することも可能である。
【００３２】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。
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。
【図１】本発明の一実施例であるチャープ状光反射層を
備えた面発光型発光ダイオードの構造を説明する図であ
る。
備えた面発光型発光ダイオードの構造を説明する図であ
る。
【図２】図１の面発光型発光ダイオードにおける光反射
層を説明する図である。
層を説明する図である。
【図３】図２の光反射層における単位半導体の膜厚変化
を説明する図である。
を説明する図である。
【図４】図２の光反射層における単位半導体の膜厚変化
の別の態様を説明する図である。
の別の態様を説明する図である。
【図５】図３の光反射層において積層数Ｎ＝３０、変厚
割合ＤＤ＝０．０５の場合の光反射特性を、図９の光反
射層の場合と比較して示す図である。
割合ＤＤ＝０．０５の場合の光反射特性を、図９の光反
射層の場合と比較して示す図である。
【図６】図３の光反射層において積層数Ｎ＝３０、変厚
割合ＤＤ＝０．１の場合の光反射特性を、図９の光反射
層の場合と比較して示す図である。
割合ＤＤ＝０．１の場合の光反射特性を、図９の光反射
層の場合と比較して示す図である。
【図７】図４の光反射層の光反射特性を、図１０の光反
射層の場合と比較して示す図である。
射層の場合と比較して示す図である。
【図８】図２の光反射層における単位半導体の膜厚変化
の更に別の態様を説明する図である。
の更に別の態様を説明する図である。
【図９】単位半導体の膜厚変化が図３と逆の場合を説明
する図である。
する図である。
【図１０】単位半導体の膜厚変化が図４と逆の場合を説
明する図である。
明する図である。
１０：面発光型発光ダイオード（半導体装置） １４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ：チャープ状光反射層 ３０：単位半導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−234186（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−200678（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−208801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−179302（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 3/18 G02B 5/08
Claims (1)
- 【請求項１】 組成が異なる複数種類の半導体が重ね合
わされた単位半導体が繰り返し積層されて入射した光を
光波干渉によって反射するとともに、該単位半導体の厚
さが変化させられて反射波長域が拡大されたチャープ状
光反射層を備えた半導体装置において、前記単位半導体
の厚さが薄いもの程光の入射側に設けられていることを
特徴とするチャープ状光反射層を備えた半導体装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12513991A JP2973581B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | チャープ状光反射層を備えた半導体装置 |
| EP91118652A EP0483868B1 (en) | 1990-11-02 | 1991-10-31 | Semiconductor device having reflecting layer |
| DE69124338T DE69124338T2 (de) | 1990-11-02 | 1991-10-31 | Halbleitervorrichtung mit reflektierender Schicht |
| US07/786,006 US5260589A (en) | 1990-11-02 | 1991-10-31 | Semiconductor device having reflecting layers made of varying unit semiconductors |
| EP96104419A EP0724300B1 (en) | 1990-11-02 | 1991-10-31 | Semiconductor device having reflecting layer |
| DE69132764T DE69132764T2 (de) | 1990-11-02 | 1991-10-31 | Halbleitervorrichtung mit reflektierender Schicht |
| CA002054853A CA2054853C (en) | 1990-11-02 | 1991-11-04 | Semiconductor device having reflecting layer |
| CA002272129A CA2272129C (en) | 1990-11-02 | 1991-11-04 | Semiconductor device having reflecting layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12513991A JP2973581B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | チャープ状光反射層を備えた半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04328877A JPH04328877A (ja) | 1992-11-17 |
| JP2973581B2 true JP2973581B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=14902831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12513991A Expired - Lifetime JP2973581B2 (ja) | 1990-11-02 | 1991-04-26 | チャープ状光反射層を備えた半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2973581B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101769075B1 (ko) * | 2010-12-24 | 2017-08-18 | 서울바이오시스 주식회사 | 발광 다이오드 칩 및 그것을 제조하는 방법 |
-
1991
- 1991-04-26 JP JP12513991A patent/JP2973581B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04328877A (ja) | 1992-11-17 |
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