JP3152708B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JP3152708B2
JP3152708B2 JP35164691A JP35164691A JP3152708B2 JP 3152708 B2 JP3152708 B2 JP 3152708B2 JP 35164691 A JP35164691 A JP 35164691A JP 35164691 A JP35164691 A JP 35164691A JP 3152708 B2 JP3152708 B2 JP 3152708B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、輝度を高くした構造を
有する半導体発光素子に関するもので、とくに表示用光
源、例えば駅構内など屋内用情報表示板や、屋外のビル
広告板や道路の表示板、自動車のストップランプ、信号
機などに使用される半導体発光素子に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】半導体結晶を用いた発光素子としては、
発光ダイオ−ド(LED、Light Emitting Diode)、レ
−ザダイオ−ド(LD、Laser Diode )、エレクトロル
ミネッセンス(EL、Electro-Luminescence)等が知ら
れている。前二者は、半導体接合に順方向電圧をかけ、
少数キャリアを注入して接合部で多数キャリアとの再結
合を起こし、このとき放出される光を利用する素子であ
る。エレクトロルミネッセンスは、結晶体に電界を加え
たときに発光する現象である。印加電圧としては直流、
交流いずれでも可能である。これら半導体発光素子の中
でも発光ダイオ−ド、とくに、高輝度のLEDは、表示
用光源、たとえば屋内や駅構内用情報表示板、道路表示
用情報板、自動車のストップランプ、信号機等に使用さ
れている。また、低電流でも高輝度であるために従来よ
りも省エネルギ−タイプの表示用光源として用いられ
る。このような分野に使用されるLEDとしては次のよ
うなものがある。まず、赤色発光素子としては、ピ−ク
波長が630nm程度のGaAsP赤色LEDおよびピ
−ク波長が660nm程度のGaAlAs赤色LEDが
あり、橙色発光素子としては、ピ−ク波長が610nm
程度のGaAsP橙色LED、黄色発光素子としては、
ピ−ク波長が590nm程度のGaAsP黄色LED
が、更に緑色発光素子としては、ピ−ク波長が565n
m程度のGaP緑色LEDが用いられている。各々の素
子の輝度は、GaAsPLEDで300mcd前後、G
aAlAs赤色LEDではシングルヘテロ(SH)構造
の場合、500mcd前後、GaAs基板を取り除いた
型のダブルヘテロ(DH)構造の場合3000mcd前
後、GaP緑色LEDでは500mcd前後が得られて
いる。なお、半導体発光素子を形成する主な手段として
は、厚膜形成法として周知のエピタキシャル結晶成長法
である気相成長法(VPE)や液相成長法(LPE)が
知られており、VPEは、GaAsPの形成、LPE
は、GaAlAs、GaP等の形成にそれぞれ適してい
る。その他に有機金属を用いたVPE(MOVPEMeta
l Organic Vapour Phase Epitaxy)やMBE(Molecula
r Beam Epitaxy)などの方法が知られている。
【0003】従来技術の一例を図5により説明する。半
導体基板1には、不純物濃度が3×1018cm-3程度の
n−GaAs基板を用いる。このn−GaAs基板1上
に、厚さ1μm、不純物濃度5×1017cm-3のn−I
0.5 (Ga1-x Alx 0.5 Pクラッド層21、厚さ
0.6μmのアンドープIn0.5 (Ga1-y Aly
0.5 P活性層20、厚さ1μm、不純物濃度5×1017
cm-3のp−In0.5 (Ga1-z Alz 0.5 Pクラッ
ド層22、さらに、厚さ7μm、不純物濃度1×1018
cm-3のp−Ga1-u Alu As電流拡散層3を順次た
とえばMOVPE法で成長させる。次に、基板1の他の
表面には、例えば、Au−Geなどのn側電極4をオ−
ミックコンタクトさせ、反対側の電流拡散層3上には、
例えば、Au−Znなどのp側電極5をオ−ミックコン
タクトさせる。電流拡散層3であるGa1-u Alu As
層はp側電極5からの電流をLEDチップ全面に拡散さ
せるために設けられたものであるが、発光素子として必
ずしも必要ではなく、これを用いないものもある。図で
は、uが0.7の場合を示した。この層の存在によっ
て、活性層全域で発光させることが可能になるので、チ
ップからの光取出し効率を大幅に改善することができ
る。これらの各種成長層はGaAs基板と格子整合がと
れていることおよびダブルヘテロ構造であること、活性
層のyを0〜0.7まで変化させると約660nmの赤
色発光から約555nmの緑色発光の範囲で直接遷移型
バンド構造が得られことおよびダブルヘテロ構造を用い
ることなどにより高い発光効率が得られる。この例で
は、電流拡散層側から光が取り出されるので、p側電極
5が、光取出し側電極となる。光取出し側電極は、通常
ボンデイングパッドによって外部配線と接続されてい
る。
【0004】なお、この種の発光素子において、発光に
直接寄与する部分は、活性層20とこの活性層を挟む1
対のクラッド層21、22であるので、ここでは、これ
らの層をまとめて発光層2と定義する。この素子は、発
光層2でのpn接合がダブルヘテロ構造であるが、以
下、シングルヘテロやホモ接合などの他の構造の素子の
場合でも発光に直接寄与する部分は発光層と称する。
【0005】ところで、例えば、屋外用の表示用光源の
場合、各々の発光色領域において1cd以上の輝度が必
要である。赤色領域では直接遷移型であるGaAlAs
LEDは1cd以上の輝度が容易に得られているが、赤
色より短波長領域では間接遷移型であるGaAsPLE
DやGaPLEDを使用しているため、500mcd程
度がほぼ限界とみられ、屋外用として十分に機能してい
ないのが現状である。したがって、これらの色のLED
を屋外用に使用する場合は、GaAlAs赤色LEDな
ら1個ですむところが、複数個使用せざるを得ないので
コストアップとなる。後述するように直接遷移型である
InGaAlPLEDにおいても十分な輝度が得られな
い。この原因の1つに、発光した光を有効に活用してい
ないことが挙げられる。前述した電流拡散層の存在によ
って、効率良く発光することは出来るが、その光を十分
生かすことができない。発光層2から出た光は、一部は
そのまま光取出し側の表面から外部へ出るが。一方、半
導体基板が透明な場合反対側の下方へ向かった光はn側
電極を、例えば、水玉形状にしておけば、水玉電極以外
の所の基板表面で反射され、上方の光取出し側表面から
外部へ出て、また、基板の側面からも光が外部に放射さ
れるので、下方に向かった光も有効に外部に取り出すこ
とができる。
【0006】しかし、例えば、発光層における活性層と
してバンドギャップの大きいInGaAlP系混晶半導
体を用いた発光素子を考えると、半導体基板1がバンド
ギャップの小さいGaAs等の材料の場合、発光層は短
波長を発光するので、発せられる光の多くはこの基板に
吸収されてしまう。したがって下方に向かった光は、外
部に取り出すことは出来ない。そのため半導体基板に
は、光吸収の少ないものを選ばなければならないので、
材料が限定されてしまう。従来は、半導体基板による光
の吸収を防いで、発光効率を上げると同時に基板材料の
選択の範囲を広げるために、発光層と半導体基板の間に
光反射層を形成していた。発光層2から出た光は、下方
の半導体基板1の方向に向かっても、この光反射層によ
って反射されて半導体基板による光の吸収は防がれる。
この光反射層は、例えば、発光層の直下に屈折率の異な
る二種類以上の物質を、光の波長の1/4倍相当もしく
はこれに比例した相当の厚さに交互に積層して形成す
る。電流拡散層としては、Ga1-u Alu As層が良く
知られている材料である。一方、光反射層を設けずに下
方に向った光を外部に取り出す方法としては例えばGa
As基板の代りにGaP基板を使用したIuGaAlP
−LEDがある。GaP基板はInGaAlP−LED
の発光色(緑色〜赤色)に対して透明なため反射層を設
ける必要はない。しかしこの場合はGaP基板とIn
0.5 (Ga1-x Alx 0.5 Pとの格子不整合による格
子欠陥が多発するため発光効率が低下し効果的に輝度の
高いLEDが得られない。この対策としてIn0.5 (G
1-x Alx 0.5 Pを成長させる前に先ずGaP基板
上に組成比が少しずつ変化するIn1-v Gav P組成勾
配層(v=1→0.5)を成長させることによりGaP
基板とIn0.5 (Ga1-x Alx 0.5 Pとの間の格子
定数の違いを吸収させる方法がとられている。In1-v
Gav P組成勾配層の代りにIn1-v (Ga1-w
w v P組成勾配層(v=1→0.5)としても良
い。また、発光層と光取出し電極の間に光反射層を設け
て、光取出し電極によって反射された光を有効に取り出
すようにした半導体発光素子も、本発明の発明者等によ
って開発されている(特願平3−163359号)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、活性層
と半導体基板との間、もしくは、光取出し側電極と活性
層との間に挿入された光反射層および電流拡散層の存在
によって発光効率は上がり、光の利用率も向上するが、
まだ橙色から緑色までの範囲で1cd以上のLEDを得
るに十分とはいえない。またGaP基板上にIn1-v
v P組成勾配層またはIn1-v (Ga1-w Alw v
P組成勾配層を成長させてから発光層を形成する方法に
よっても光の利用率は向上するが、この場合GaP基板
とIn0.5 (Ga1-x Alx 0.5 Pとの間の格子定数
の違いを完全には吸収することができず、そのため結晶
欠陥が多くなって内部発光効率が低下し、結果的には1
cd以上のLEDが得られない。
【0008】本発明は、以上のような事情によってなさ
れたものであり、発光効率を上げて光を有効に利用する
ことができる半導体発光素子、例えば、InGaAlP
四元系混晶を用いた場合のように短波長の光が発する材
料を活性層に用いて輝度が1cd以上になるようなLE
Dを提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、活性層を含む発光層と、この発光層の上に形成さ
れ、前記発光層に対する格子不整合により粗面化された
光取出し面を有する光散乱層と、前記発光層もしくは前
記光散乱層の上に形成された光取出し側電極とを備えて
いることを第1の特徴としている。また、活性層を含む
発光層と、この発光層の上に形成された電流拡散層と、
この電流拡散層の上に形成され、前記電流拡散層に対す
る格子不整合により粗面化された光取出し面を有する光
散乱層と、前記電流拡散層もしくは前記光散乱層の上に
形成された光取出し側電極とを備えていることを第2の
特徴としている。前記発光層は、シングルヘテロ接合、
ダブルヘテロ接合もしくはホモ接合のいずれかを備えて
いる。前記発光層がInGaAlP系混晶半導体を活性
層として備えている半導体発光素子において、前記光散
乱層はGaP、ZnS、ZnSeおよびZnSe−Zn
Sから選ばれる材料を用いることができる。前記光散乱
層の厚さは、0.5μm以上であり、その光散乱層の半
導体結晶の格子定数は、その底面と接する半導体結晶の
格子定数とは0.3%以上異なるようにすることができ
る。前記発光層の前記光散乱層が形成されている面とは
反対側の表面には、半導体基板が設けられ、この半導体
基板の前記発光層が形成されている面とは反対側の表面
には、基板側電極が設けられており、前記半導体基板の
バンドギャップが、前記活性層のバンドギャップとほぼ
同じか、あるいはそれより大きいバンドギャップを有す
るように半導体基板材料を選ぶ場合は、前記基板側電極
は、水玉模様の形状にすることができる。さらに、前記
光取出し側電極の直下には光反射層を形成することも可
能である。
【0010】
【作用】発光層から光取出し面に向った光は、光散乱層
の光散乱面の効果により光が外部に出やすくなり、また
発光層の下側に反射層がある場合は、発光層から反射層
に向った光は反射層で反射し、光取出し面に向い、光散
乱面の効果により、より多くの光が外部に出る。この光
散乱層の効果を、例えば、光取出し面が鏡面の場合(I
nGaAlP−LEDの場合、通常は、鏡面となってい
る)と比較すると次のようになる。今、光取出し面の下
の結晶の屈折率をn、空気の屈折率を1とすると、鏡面
の場合光取出し効率ηc は、ηc =1/2[1−cos
(sin-11/n)][1−(n−1/n+1)2 ]と
あらわされ、n=3.4とすると、ηc =0.0155
=1.55%となる。また完全光散乱面の場合のη
c は、ηc =1/2(1/n)2 f(n)と表され、n
=3.4の時、f(n)=0.685であるから、ηc
=0.0296=2.96%となる。ここでは、光は発
光層から光取出し面側(上方)とその反対側(下方)に
放射され下方に向った光は完全吸収すると仮定した。上
式の計算結果から分るように、光取出し面が光散乱層に
形成されている方が光取出し効果が約2倍向上する。発
光層の下側に反射層を設けた場合も、光取出し電極の直
下に光反射層を設けた場合も同様な効果が得られる。ま
た、従来は各半導体層の格子定数をできる限り一致させ
ていたのに、この発明の光散乱層は、逆に他の半導体層
とは格子定数を変えるようにしたのでわざわざエッチン
グ液などによりエッチング処理を行わなくとも粗面を有
する光取り出し面が得られ、容易に半導体基板に形成さ
れるようになる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、第1の実施例に係る半導体発光素子であ
る発光ダイオードの概略構造を示す断面図である。図示
のように、基本的構造は、一方の電極を有する化合物半
導体基板1と、この基板上の光反射層6、発光層2、電
流拡散層3、光散乱層10及び光取出し側電極5とを含
んでいる。光反射層によって基板による光吸収をできる
だけ回避し、光散乱層によって光が外部へ出る率を向上
させる。図において化合物半導体基板1は、n−GaA
sを用いる。この基板1上に、発光波長の1/2程度の
厚さのn−InAlPとn−InGaAlPとが交互に
積層された多層構造の光反射層6が成長形成されてい
る。この光反射層6の上にはn−InAlPクラッド層
21、InGaAlP活性層20およびp−InAlP
クラッド層22から構成されるダブルヘテロ構造の発光
層2が成長形成されている。このp−InAlPクラッ
ド層22上に、電流が発光層全体に流れるようにして発
光層全域で発光させるためのp−GaAlAs電流拡散
層3が成長形成されている。さらに、この電流拡散層3
上に、本発明の特徴である光散乱層(この実施例では、
P−GaP層)10が成長形成されている。また、基板
1側には、n側オーミック電極4(基板側電極)が形成
され、光散乱層10側にはp型オーミック電極(光取出
側電極)5が形成されている。このp側オーミック電極
5は通常のフォトエッチングにより所定の形状に形成さ
れる。図1の例では、光散乱層10の表面が粗面のた
め、光取出し電極(p側オ−ミック電極)のみ光散乱層
10をエッチング除去している。しかし、光散乱層10
の上に直接光取出し電極を形成することもできる。
【0012】次に、上記半導体発光素子の製造方法につ
いて具体的に説明する。各半導体層は、有機金属化学気
相成長法(MOVPE法)により成長させた。原料には
トリメチルインジウム(TMI)、トリメチルガリウム
(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)をIII
族元素のソースとして、アルシン(AsH3 )とフォス
フィン(PH3 )をV族元素のソースとして用いた。ま
たP型ドーパントとしてZn、n型ドーパントとしてS
iを用いたが、これらはそれぞれジメチル亜鉛(DM
Z)、シラン(SiH4 )をソースとしてドープした。
この反応性ガスを水素をキャリアガスとして石英製反応
管に輸送して、SiCコーティングしたグラファイトサ
セプタ上に設置したn−GaAs基板に結晶成長させ
た。反応管内部の圧力は30〜100Torrであり、
基板は800℃程度に加熱される。n−GaAs基板に
はSiをドープし、キャリア濃度は3×1018cm-3
度のものを用いた。基板の面方位は(100)である。
初めに、n−GaAs基板1上に、n−In0.5 Al
0.5 Pとn−In0.5 Ga0.2 Al0.3 Pを交互に複数
積層して構成された光反射層6を4.3μm程度成長さ
せる。各半導体層は、Siドープされ、キャリア濃度1
×1018cm-3であり、光を効率よく反射するために発
光波長の約1/2(約86nm)の積層周期で交互に積
層する。ついで、この光反射層6上に、厚さ1μmのn
−In0.5 Al0.5 P(Siドープ、キャリア濃度5×
1017cm-3)21、厚さ0.6μmのアンドープIn
0.5 Ga0.21Al0.29P活性層20、p−In0.5 Al
0.5 P(Znドープ、キャリア濃度5×1017cm-3
クラッド層22からなるダブルヘテロ構造の発光層2を
形成する。その後、発光波長に対して透明なp−Ga
0.2 Al0.8As(Znドープ、4×1018cm-3)電
流拡散層3を7μm程度成長させる。つぎに、Znをド
−プした不純物濃度4×1018/cm3 のp−GaP光
散乱層10を1μm程度成長させる。p−GaPの格子
定数は、GaAlAsの格子定数と同じでないため格子
不整合による不完全成長になるので、p−GaP成長面
は、粗面となり、光散乱層が形成される。
【0013】このようにして得られた緑色LED用ウェ
−ハに電極を形成するために、まずp−GaP光散乱層
10を、部分的にエッチング除去して光取出し電極(p
側電極)5を形成すべき部分を露出させる。つぎに、真
空蒸着法によりこのウェ−ハのn−GaAs基板1側に
AuGe合金層4を0.5μm、p−GaP光散乱層1
0側にAuBe合金層を0.3μm蒸着した後、480
℃、10分間、Ar雰囲気中でシンタして、オーミック
コンタクトを形成する。ついで、再び真空蒸着法により
このウェ−ハのAuBe合金層上に純金を1μm程度堆
積し、これを写真蝕刻法により先のp−GaP光散乱層
に形成したp−GaAlAs電流拡散層3の露出部のみ
を除いてAuBe合金層と純金層を取り除く。この様に
してp側電極5がp−GaAlAs電流拡散層3の光沢
面に形成される。このような複雑な工程を採用する理由
は、自動ワイヤボンデイング時の電極検出のために、電
極面が光沢を持つ必要があるからである。そして、最後
に所定のピッチでダイシングして個々のペレットに分離
する。このようにしてp側電極5側を光取出し側とする
高効率緑色LEDが完成する。このp側電極5が形成さ
れている面から発光層2で生じた光が外部に取出される
ので、この電極が光取出し側電極となる。すなわち、こ
のLEDでは、ダブルヘテロ構造部の活性層で発生した
光は、p側電極5側、基板1側及び側面に向かうことに
なる。基板1側に向う光は、光反射層6で効率よく反射
され、光取出し側に向い、その1部が、光取出し面から
取出され、またp型電極5へ向う光も同様にその1部が
光取出し面から取り出される。この時、素子の光取出し
面が光散乱層になっているために、従来の電流拡散層の
光沢面から光を取出す場合よりも約2倍光取出し効率が
向上して1cd以上の緑色LEDが実現する。このよう
に実施例によれば、特別な基板を用いなくても高品質で
安価なGaAs基板を使用した緑色領域で発光する高輝
度のLEDを作成することができる。低コストで緑色L
EDが量産できることはディスプレイ、光通信等の情報
産業への貢献が極めて大であるといえる。
【0014】ここで用いた光散乱層としてはGaPに限
定されることではなく、これと接して形成される電流拡
散層の材料の格子定数と異なった格子定数をもち、か
つ、発光色よりエネルギーの高いバンドギャップをもつ
ものなら光散乱層とすることができる。すなわち、格子
定数が0.3%以上異なる材料を発光素子の半導体層上
に0.5μm以上堆積させれば本発明の特徴である光散
乱層を形成することができる。もともと、各半導体層を
結晶性よく成長させなければ結晶面が荒れてしまい特性
が劣化するので、隣接する2つの半導体層は、出来るだ
け結晶の格子定数を合わせるようにしていた。しかし、
ここでは、逆に格子定数をずらすことに特徴があり、こ
のようにすることにより、半導体層の表面を粗面化す
る。InGaAlP系LEDの場合は、前記GaPの他
にZnSe、ZnSもしくはZnSe−ZnSなどの材
料が使われる。この実施例において、GaAlAs電流
拡散層の格子定数は、InGaAlP発光層の格子定数
と約0.13%以下しか相違しないため、GaAlAs
電流拡散層の表面は鏡面であるが、その上に成長するG
aPの格子定数は、約3.5%GaAlAsとは異なる
のでGaP光散乱層の表面に凹凸が形成される。したが
って、GaP結晶は、光を効果的に散乱させることがで
きる。ここで半導体結晶の格子定数をあげる。GaP
は、5.4512オングストローム(以下、Aと略記す
る)、GaAsは、5.6533A、Ga0. 3 Al0.7
Asは、5.6588A、Ga0.2 Al0.8 Asは、
5.6595Aであり、In0.5 (Ga1-x Alx
0.5 Pは、GaAsの格子定数とほぼ同じである。な
お、実施例では緑色LEDについて説明したが、InG
aAlP活性層の組成を適宜変えることにより、容易に
黄色、橙色、赤色、赤外LED等にも適用可能になる。
【0015】つぎに、図2を参照して第2の実施例を説
明する。不純物濃度が3×1018/cm3 程度のn−G
aAs半導体基板1上に厚さ1μm、不純物濃度5×1
17/cm3 のn−In0.5 (Ga1-x Alx 0.5
クラッド層21、厚さ0.6μmのアンド−プIn0.5
(Ga1-y Aly 0.5 P活性層20、厚さ1μm、不
純物濃度5×1017/cm3 のp−In0.5 (Ga1-z
Alz 0.5 Pクラッド層22、さらに、厚さ7μm、
不純物濃度1×1018/cm3 のp−Ga0.3 Al0.7
As電流拡散層3を順次MOVPE法などで成長させ
る。つぎに半導体基板1の他の面にAu−Geなどのn
側電極4をオ−ミックコンタクトさせる。つぎに、この
電流拡散層3の上にZnをド−プした不純物濃度が5×
1017/cm3 程度のp−GaP光散乱層10を1μm
程度成長させる。このp−GaPの格子定数は、この電
流拡散層のp−GaAlAsの格子定数と一致しないた
めにp−GaPは、格子不整合による不完全成長とな
り、その成長面は、粗面となって、光散乱層10が形成
される。ついで、光散乱層10は、部分的にエッチング
除去して、電流拡散層3の表面を一部露出させる。そし
て、この電流拡散層3の露出面にAuBe合金層を蒸着
してから純金を1μm程度堆積させて、光取出し側電極
(p側電極)5を形成する。勿論、この光取出し側電極
5は、直接光散乱層10の上に形成することもできる。
【0016】つぎに、図3を参照して第3の実施例を説
明する。ここで用いる半導体基板は発光層からの光に対
して透明であり、したがって、基板側には光反射層を設
けない。この半導体基板1には、例えば、n−GaPを
用い、活性層にはInGaAlPを使用する。このGa
P基板は、InGaAlP−LEDの発光色(緑色〜赤
色)に対して透明なため反射層を設ける必要はない。G
aP基板に、GaPを発光層とするLEDの場合には問
題は生じないが、GaP基板にInGaAlPを発光層
に用いると、発光層に格子不整合による格子欠陥が多発
するために発光効率が低下し、結果的に輝度の高いLE
Dが得られない。そこで、この実施例では、GaP基板
1とn−In0.5 (Ga1-x Alx 0.5 Pクラッド層
21、アンド−プIn0.5 (Ga1-y Aly 0.5 P活
性層20、p−In0.5 (Ga1- z Alz 0.5 Pクラ
ッド層22からなる発光層2との間に、In1-v Gav
P組成勾配層7(v=1→0.5)を成長させることに
より基板と発光層との間の格子定数の違いを吸収させる
方法が採られている。組成勾配層としては、In
1- v (Ga1-w Alw V P(v=1→0.5)を用い
ることもできる。この発光層2の上に、発光波長に対し
て透明なp−Ga0.2 Al0.8 As電流拡散層3を形成
する。この電流拡散層の上に形成される光取出し側電極
5およびp−GaP光散乱層10を前の第2の実施例と
同様の方法で形成する。基板側にも電極を形成するが、
基板底面での光の反射を効率良く行うために、基板側電
極4は、水玉模様の形状にする。電極での光吸収も無視
できないので、このような形状にして光の反射が基板底
面で均一に行われるようにする。また、水玉形状に限ら
ず、例えば、多角形など任意な形状にしても良い。
【0017】つぎに、図4を参照して第4の実施例を説
明する。この実施例では、光取出し側電極の直下に光反
射層を設けて、発光層からこの電極に向かった光を有効
に取出すようにしている。図のように、基板側電極4を
形成したn−GaAs基板1の上に第1の実施例におい
て使用したものと同じ第1の光反射層6を形成し、その
上にn−GaAlAsクラッド層21、アンド−プGa
AlAs活性層20、p−GaAlAsクラッド層22
からなる発光層2を形成する。ここで、クラッド層21
は、1μm程度、活性層20は、0.6μm程度の厚さ
であるが、光取出し電極が形成される側のクラッド層2
2は、これらより厚く10μm以上にする。このクラッ
ド層22は、GaAlAsからなるものであり、しか
も、厚く形成してあるので、これ自身が電流拡散層とし
ても用いられ、光取出し電極5電極からの電流をLED
チップ全面に均一に拡散させる事ができる。発光波長の
1/2程度の厚さのp−InAlPとInGaAlPと
が交互に積層された多層構造の第2の光反射層8が、こ
のクラッド層22の上に成長形成される。そして、その
上に電極のオ−ミック性を容易にするためのp−GaA
sコンタクト層9を介して、第1の実施例と同じ材料の
光取出し電極5を設け、このクラッド層22の露出して
いる部分に、p−GaP光散乱層10を格子の不整合を
利用して形成する。このチップに形成される各素子の大
きさの一例は、0.3mm角のものがあり、その時の光
取出し電極の半径は、例えば、0.14mm程度であ
る。この実施例では、赤色もしくは赤外線LEDが形成
される。
【0018】以上、本発明では、光取出し電極側に光散
乱層を形成するに際して、半導体層間の格子の不整合を
利用している。粗面化技術にはHClなどの酸を用いて
表面を粗面化することも可能であるが、本発明ではエッ
チング処理という特別な工程を加えなければならないの
で工程が複雑になり、したがって、この発明ではこの技
術は採用しない。また、実施例では、半導体基板には、
n型を用いたが、当然p型基板を用いることができる。
【0019】
【発明の効果】光取出し電極側(光取出し面)に形成し
た光散乱層の光散乱面により光は、外部に出やすくな
り、発光効率が著しく向上する。また、従来は、各半導
体層の格子定数をできる限り一致させていたのに、この
発明の光散乱層は、逆に他の半導体層とは格子定数を変
えるようにして表面の粗面化を行っているので、半導体
基板に容易に形成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のLEDの素子構造を示
す断面図。
【図2】本発明の第2の実施例のLEDの素子構造を示
す断面図。
【図3】本発明の第3の実施例のLEDの素子構造を示
す断面図。
【図4】本発明の第4の実施例のLEDの素子構造を示
す断面図。
【図5】従来のLEDの素子構造を示す断面図。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 発光層 3 電流拡散層 4 基板側電極 5 光取出し側電極 6 光反射層 7 組成勾配層 8 光反射層 9 コンタクト層 10 光散乱層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−163883(JP,A) 特開 昭59−112666(JP,A) 特開 昭59−175776(JP,A) 特開 平3−171679(JP,A) 特開 昭59−23578(JP,A) 特開 平1−243482(JP,A) 特開 昭60−74484(JP,A) 特開 昭62−264680(JP,A) 特開 昭52−52567(JP,A) 特開 平3−24769(JP,A) 特開 平3−227077(JP,A) 特開 平3−285346(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性層を含む発光層と、 この発光層の上に形成され、前記発光層に対する格子不
    整合により粗面化された光取出し面を有する光散乱層
    と、 前記発光層もしくは前記光散乱層の上に形成された光取
    出し側電極とを備えていることを特徴とする半導体発光
    素子。
  2. 【請求項2】 活性層を含む発光層と、 この発光層の上に形成された電流拡散層と、 この電流拡散層の上に形成され、前記電流拡散層に対す
    る格子不整合により粗面化された光取出し面を有する光
    散乱層と、 前記電流拡散層もしくは前記光散乱層の上に形成された
    光取出し側電極とを備えていることを特徴とする半導体
    発光素子。
  3. 【請求項3】 前記発光層は、シングルヘテロ接合、ダ
    ブルヘテロ接合もしくはホモ接合のいずれかを備えてい
    ることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導
    体発光素子。
  4. 【請求項4】 前記発光層がInGaAlP系混晶半導
    体を活性層として備えている半導体発光素子において、
    前記光散乱層は、GaP、ZnS、ZnSeおよびZn
    Se−ZnSから選ばれる材料を用いることを特徴とす
    る請求項1又は請求項2に記載の半導体発光素子。
  5. 【請求項5】 前記光散乱層の厚さは、0.5μm以上
    であり、その光散乱層の半導体結晶の格子定数は、その
    底面と接する半導体結晶の格子定数とは0.3%以上異
    なっていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記
    載の半導体発光素子。
  6. 【請求項6】 前記発光層の前記光散乱層が形成されて
    いる面とは反対側の表面には、半導体基板が設けられ、
    この半導体基板の前記発光層が形成されている面とは反
    対側の表面には、基板側電極が設けられていることを特
    徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体発光素
    子。
  7. 【請求項7】 前記半導体基板のバンドギャップが、前
    記活性層のバンドギャップとほぼ同じか、あるいはそれ
    より大きいバンドギャップを有するように半導体基板材
    料を選ぶと共に、前記基板側電極は、水玉模様の形状を
    有していることを特徴とする請求項6に記載の半導体発
    光素子。
  8. 【請求項8】 前記光取出し側電極の直下には光反射層
    を形成したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記
    載の半導体発光素子。
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