JP3061653U - 透光基板を有する発光ダイオ―ド - Google Patents

透光基板を有する発光ダイオ―ド

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JP3061653U JP1999000929U JP92999U JP3061653U JP 3061653 U JP3061653 U JP 3061653U JP 1999000929 U JP1999000929 U JP 1999000929U JP 92999 U JP92999 U JP 92999U JP 3061653 U JP3061653 U JP 3061653U
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light emitting
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林昆泉
陳隆建
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全新光電科技股▲ふん▼有限公司
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧａＰ半導体材料で透光性基板をつくること
により、その発光ダイオードのＶｆ値増加の問題を無く
し同時に優れた透光性をもたせる。また安いＧａｐ基板
を使用することにより生産コスト削減を達成する。 【解決手段】 本考案の構造に透光性基板を使用し、そ
の基板はＧａＰ半導体材料を使用して作る。緩衝層（bu
ffer layer）のラチス定数が徐々に変化する構造を利用
して、ラチス定数がＧａｐ基板の第一ラチス定数からAl
GaInP光生産区の最下層材料の第二ラチス定数へと変化
させる。

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【考案の属する技術分野】
本考案は、発光ダイオード（light-emitting diodes、LEDs）に関し、とくに、 透光性基板上にラチス定数が徐々に変化する緩衝層を設けて基板に光が吸収され るのを防ぎ、Vf値を増やさずに発光ダイオードの光度を高める。
【０００２】
【従来の技術】
アメリカ特許第５００８７１８号と第５２３３２０４号で透光層（transparen t window layer）構造発光ダイオードが使用されているが、この種の発光ダイオ ードは従来の発光ダイオードの電流クラウディング効果（crowding effect）の 改善と光量の著しい増加を達成する。 またアメリカ特許第５２３７５８１号と第４５７０１７２号は半導体多層膜反 射層（multilayer reflector）を備え、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector ）構造の発光ダイオードである。この種の発光ダイオードは基板が吸い込んだ光 を反射することができるため、発光ダイオードの光度が増す。 図１は従来の発光ダイオードの断面図で、発光ダイオード１００は半導体基板 １０２と半導体基板１０２下の第二オーム接触電極１０１、半導体基板１０２上 の光生産層１０３、光生産層１０３上の第一オーム接触電極１０６で構成される 。この種の構造の発光ダイオードは電流クラウディング効果（crowding effect ）、クリチカル・アングル（critical angle）や基板が光を吸収する等の要素に より制約を受けるため、発光光度が理想的にならない。アメリカ特許５００８７ １８号と第５２３３２０４号は透光層構造（transparent window layer）により 発光ダイオードの光量を増やす。図２が示すように、発光ダイオード２００の構 造は透光層２０４を図１で示した構造の発光ダイオード１００上部に設け、透光 層２０４にはGaP、GaAsP、AlGaAsなどAlGaInP光生産区の材料よりバンド・ギャッ プ（bandgap）が大きい材料を使用する。このような状況下ではクリチカル・ア ングル（critical angle）の増加と電流クラウディング効果（crowding effect ）を改善して発光ダイオードの光度を増やすことができるけれども、電気の特性 に関しては透光層２０４とAlGaInP光生産区の最上層材料がヘテロ接面（hetero junction）となるため、バンド・ギャップ効果（bandgap effect）（△ＥＣと△ ＥＶ）の問題が発生する。また発光ダイオードの順方向バイアス電圧（forward bias voltage）Ｖｆ値が増加して（Ｖｆ定義：発光ダイオードを２０ｍＡの順方 向電流が流れたとき測ることができる電圧値）、結局最後には光度の消耗率が増 加する。 図３に示すようにアメリカ特許第５２３７５８１号と第４５７０１７２号が提 出した多層膜反射層構造の発光ダイオード３００は、その構造が半導体基板３０ ２、半導体基板３０２上部に形成した下多層膜反射層３０５、下多層膜反射層３ ０５上部に形成した光生産区３０３、光生産区３０３上部に形成した上多層膜反 射層３０４、上多膜反射層３０４上部に形成した第一オーム接触電極３０６、半 導体基板３０２下方に形成した第二オーム接触電極３０１で構成される。 従来の技術では下多層膜反射層３０５が光生産区で吸収した光の９０％を反射 する。上多層膜反射層３０４は光を発光ダイオードの表面に導き、光が基板に吸 収される問題を改善し、同時にクリチカル・アングル（critical angle）により 光度が悪くなる問題も改善する。ただし、多層膜反射層がたくさんのヘテロ接面 （hetero junction）を持つため、バンド・ギャップ（△EＣと△EＶ）の効果が 増大する。そのため順方向バイアス電圧Vf値が結果的に増加して、最後には同じ ように光度の消耗率が増加してしまう。
【０００３】
【考案が解決しようとする課題】
ＧａＰ半導体材料で透光性基板をつくることにより、その発光ダイオードの Ｖｆ値増加の問題を無くし同時に優れた透光性をもたせる。また安いＧａｐ基板 を使用することにより生産コスト削減を達成する。また緩衝層のラチス構造が徐 々に構造が変化するダブル・ヘテロ接面構造の発光ダイオード（double hetero LED、DH LED）だけでなく、シングル・ヘテロ接面構造の発光ダイオード（singl e hetero LED、SH LED）及びホモ・ジャンクション構造の発光ダイオード（homo junction LED）にも応用することができるようにする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本考案の構造に透光性基板を使用し、その基板はＧａＰ半導体材料を使用して 作る。緩衝層（buffer layer）のラチス定数が徐々に変化する構造を利用して、 ラチス定数がＧａｐ基板の第一ラチス定数からAlGaInP光生産区の最下層材料の 第二ラチス定数へと変化させる。
【０００５】
【考案の実施の形態】
本考案の全ての半導体層は有機金属ＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）の技術で成長させ、有機金属ＣＶＤ法の製造条件は摂氏５００度 から７５０度の間、圧力は１００mbarから３００mbarの間で２００mbarが一番適 当である。 図４に示すとおり、本考案の実施例の構造はｎ型ＧａＰ基板４０２を使用、Ｇ ａＰ基板４０２上部にラチス定数が徐々に変化するAlGaInP緩衝層４０７を成長 させる。AlGaInP緩衝層４０７上部に光生産区４０３を成長させ、最後にｎ型Ｇ ａＰ基板４０２下部に第一オーム接触電極４０１を、光生産区４０３上部に第二 オーム接触電極４０６を設ける。光生産区４０３の構造はn-(Al0.7Ga0.3)0.5In0 .5 P/n-(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5In0.5P/p-(A10.7Ga0.3)0.5In0.5Pである。徐々にラ チス定数が変化する緩衝層４０７の組合せは(AlXGa1-X)yIn1-yPで、ｘは０から ０．７、ｙは１から０．５の間にする。そのため緩衝層４０７の組成は徐々にラ チス定数が変化する組成となり、その作用はラチス・ミスマッチ（lattice mism atch）により発生するディフェクト（defect）を避けるために、透光性GaP基板 ４０２の第一ラチス定数を、AlGaInP光生産区４０３の最下層材料である第二ラ チス定数へ徐々に変化させる。
【０００６】 本考案実施例はＧａＰ基板４０２厚さが約２００μmから３５０μmの間で２７ ０μmが一番適当である。徐々にラチス定数が変化する緩衝層４０７の典型的な 厚さは約３μmから２５μmの間で、約５μmが最適である。AlGaInP光生産区４０ ３の厚さは約２μmから２５μmの間で、約３．５μmが最適である。ＧａＰ基板 ４０２下方の第一オーム接触電極４０１はAuGeでAlGaInP光生産区４０３上方の 第二オーム接触電極４０６はAuZnである。当然これはその他の材質のオーム接触 電極を使っても良い。 図５は本考案図４実施例のエネルギー帯の表で、表では伝導帯４１１及び價電 帶４１２各層の位置関係を見ることができる。
【０００７】
【考案の効果】
発光ダイオードのＶｆ値増加の問題が無くなると同時にクリチカル・アングル （critical angle）の増加と電流クラウディング効果（crowding effect）が改 善され発光ダイオードの光度が増える。また安いＧａｐ基板を使用することによ り生産コスト削減が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の発光ダイオードの断面図である。
【図２】従来の発光ダイオード実施例の断面図である。
【図３】従来の発光ダイオード実施例もう一つの断面図
である。
【図４】本考案の発光ダイオードの断面図である。
【図５】本考案の図４実施例のエネルギー帯の図であ
る。
【符号の説明】
１００ 発光ダイオード １０１ 第二オーム接触電極 １０２ 半導体基板 １０３ 光生産層 １０６ 第一オーム接触電極 ２００ 発光ダイオード ２０１ オーム接触電極 ２０２ 基板 ２０３ 発光層 ２０４ 透光層 ２０６ オーム接触電極 ３００ 発光ダイオード ３０１ 第二オーム接触電極 ３０２ 半導体基板 ３０３ 光生産区 ３０４ 上多層膜反射層 ３０５ 下多層膜反射層 ３０６ 第一オーム接触電極 ４００ 発光ダイオード ４０１ 第一オーム接触電極 ４０２ ｎ型ＧａＰ基板 ４０３ 光生産区 ４０６ 第二オーム接触電極 ４０７ 緩衝層 ４１１ 伝導帯 ４１２ 價電帶

Claims (9)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】本考案は第一ラチス定数を有する第一導電
    型透明性半導体基板と、半導体基板下に接続する第一オ
    ーム接触電極、 透光性半導体基板上に形成する第一導
    電型でラチス定数が徐々に変化する緩衝層、その緩衝層
    は半導体基板と接するところに第一ラチス定数を有し、
    緩衝層のラチス定数が第一ラチス定数から徐々に変化し
    て反対側で第二ラチス定数に変わり、ラチス定数が徐々
    に変化する第一導電型緩衝層上部に光生産区を形成し、
    光生産区と第一導電型緩衝層が接する面で、光生産区及
    び緩衝層がそれぞれ同じ第二ラチス定数を有し、光生産
    区上部に形成した第二オーム接触電極とで構成したこと
    を特徴とする透光基板を有する発光ダイオード。
  2. 【請求項２】透光性半導体基板がＧａｐ基板であること
    を特徴とする請求項１記載の透光基板を有する発光ダイ
    オード。
  3. 【請求項３】徐々にラチス定数が変化する緩衝層の組成
    が、(AlXGa1-X)ｙIn1-yP、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１であ
    ることを特徴とする請求項１記載の透光基板を有する発
    光ダイオード。
  4. 【請求項４】ラチス定数が徐々に変化する緩衝層を有機
    金属ＣＶＤ法（metal-organic chemical vapor deposit
    ion）で形成し、有機金属ＣＶＤ法の製造条件は温度が
    摂氏５００度から７５０度の間、圧力が１００mbarから
    ３００mbarの間であることを特徴とする請求項３記載の
    透光基板を有する発光ダイオード。
  5. 【請求項５】光生産区が第三導電型と第四導電型の多層
    AlGaInP構造を含むことを特徴とする請求項１記載の透
    光基板を有する発光ダイオード。
  6. 【請求項６】AlGaInP光生産区の各層の組成が（AlWGa
    1−W）SIn1−SP、０≦w≦0.6、0.4≦s≦0.6であること
    を特徴とする請求項５記載の透光基板を有する発光ダイ
    オード。
  7. 【請求項７】第３導電型がｐ型、第４導電型がｎ型であ
    ることを特徴とする請求項５記載の透光基板を有する発
    光ダイオード。
  8. 【請求項８】第１導電型がｎ型であることを特徴とする
    請求項１記載の透光基板を有する発光ダイオード。
  9. 【請求項９】第１導電型がｐ型であることを特徴とする
    請求項１記載の透光基板を有する発光ダイオード。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011524632A (ja) * 2008-06-16 2011-09-01 フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー 傾斜領域を含む半導体発光デバイス

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