JP3240097B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体発光素子に関
し、特にその高輝度化を図るための素子構造に関するも
のである。
し、特にその高輝度化を図るための素子構造に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）が屋内
外の表示デバイスとして脚光を浴びている。特にその高
輝度化に伴い、今後数年の間に屋外ディスプレイ市場が
急伸すると思われ、ＬＥＤは将来的にネオンサインに変
わる表示媒体に成長するものと期待されている。高輝度
ＬＥＤは、ＡｌＧａＡｓ系のＤＨ（ダブルヘテロ）構造
をもつ赤色ＬＥＤにおいて実現されてきており、最近で
はＡｌＧａＩｎＰ系ＤＨ構造ＬＥＤにより橙〜緑色にお
いても高輝度ＬＥＤが実現されている。
外の表示デバイスとして脚光を浴びている。特にその高
輝度化に伴い、今後数年の間に屋外ディスプレイ市場が
急伸すると思われ、ＬＥＤは将来的にネオンサインに変
わる表示媒体に成長するものと期待されている。高輝度
ＬＥＤは、ＡｌＧａＡｓ系のＤＨ（ダブルヘテロ）構造
をもつ赤色ＬＥＤにおいて実現されてきており、最近で
はＡｌＧａＩｎＰ系ＤＨ構造ＬＥＤにより橙〜緑色にお
いても高輝度ＬＥＤが実現されている。
【０００３】ＡｌＧａＩｎＰ系材料は、窒化物を除くII
I−Ｖ族化合物半導体材料の中で最大の直接遷移型バン
ドギャップを有し、０．５〜０．６μｍ帯の発光素子材
料として注目されている。
I−Ｖ族化合物半導体材料の中で最大の直接遷移型バン
ドギャップを有し、０．５〜０．６μｍ帯の発光素子材
料として注目されている。
【０００４】特に、ＧａＡｓを基板材料として用い、こ
れに格子整合するＡｌＧａＩｎＰからなる発光部を持つ
ｐｎ接合型発光ダイオード（ＬＥＤ）は、発光部の構成
材料としてＧａＰやＧａＡｓＰ等の間接遷移型の材料を
用いたＬＥＤに比べ、赤色から緑色の高輝度の発光が可
能である。高輝度のＬＥＤを実現するためには、つまり
ＬＥＤから出射する光量を高めるには、素子の発光部で
の発光効率を高めることはもとより、発光部で発生した
光を素子外部にいかに効率良く取り出せるようにするか
が重要である。
れに格子整合するＡｌＧａＩｎＰからなる発光部を持つ
ｐｎ接合型発光ダイオード（ＬＥＤ）は、発光部の構成
材料としてＧａＰやＧａＡｓＰ等の間接遷移型の材料を
用いたＬＥＤに比べ、赤色から緑色の高輝度の発光が可
能である。高輝度のＬＥＤを実現するためには、つまり
ＬＥＤから出射する光量を高めるには、素子の発光部で
の発光効率を高めることはもとより、発光部で発生した
光を素子外部にいかに効率良く取り出せるようにするか
が重要である。
【０００５】図３は、ＡｌＧａＩｎＰ発光部を有する従
来のＬＥＤ（特開平４−２２９６６５号公報参照）の断
面構造を示す図であり、図３（ａ）には該断面構造にお
ける電流分布が点線で示されており、図３（ｂ）には、
素子内部での発光の仕方が、発光部から出射される光の
経路（実線）により示されている。
来のＬＥＤ（特開平４−２２９６６５号公報参照）の断
面構造を示す図であり、図３（ａ）には該断面構造にお
ける電流分布が点線で示されており、図３（ｂ）には、
素子内部での発光の仕方が、発光部から出射される光の
経路（実線）により示されている。
【０００６】図において、１０はｐｎ接合型発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）で、そのｐ−ＧａＡｓ基板１１上には、
ＡｌＧａＩｎＰ活性層１３をｐ−ＡｌＧａＩｎＰ下クラ
ッド層１２及びｎ−ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層１４に
より挟持してなる積層構造１０ａが設けられており、こ
の積層構造１０ａは、ダブルヘテロ接合部を有し、該活
性層１３で発生した光が出射する発光部となっている。
また、該上クラッド層１４上の中央部にはｎ−ＧａＡｓ
コンタクト層１５が形成され、該コンタクト層１５上に
は、ＡｕＧｅからなるｎ型電極１５ａが設けられてお
り、またｐ−ＧａＡｓ基板１１の裏面全面には、ＡｕＺ
ｎからなるｐ型電極１１ａが形成されている。
ード（ＬＥＤ）で、そのｐ−ＧａＡｓ基板１１上には、
ＡｌＧａＩｎＰ活性層１３をｐ−ＡｌＧａＩｎＰ下クラ
ッド層１２及びｎ−ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層１４に
より挟持してなる積層構造１０ａが設けられており、こ
の積層構造１０ａは、ダブルヘテロ接合部を有し、該活
性層１３で発生した光が出射する発光部となっている。
また、該上クラッド層１４上の中央部にはｎ−ＧａＡｓ
コンタクト層１５が形成され、該コンタクト層１５上に
は、ＡｕＧｅからなるｎ型電極１５ａが設けられてお
り、またｐ−ＧａＡｓ基板１１の裏面全面には、ＡｕＺ
ｎからなるｐ型電極１１ａが形成されている。
【０００７】このような構造のＬＥＤ１０では、上記ｐ
型電極１１ａ及びｎ型電極１５ａに駆動電圧を印加する
と、電流が上記活性層１３の、ｎ型電極１５ａ直下部分
及びその近傍部分に注入され、この部分にてＬＥＤ光が
発生する。
型電極１１ａ及びｎ型電極１５ａに駆動電圧を印加する
と、電流が上記活性層１３の、ｎ型電極１５ａ直下部分
及びその近傍部分に注入され、この部分にてＬＥＤ光が
発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
構造のＬＥＤ１０では、以下のような２つの問題があ
る。
構造のＬＥＤ１０では、以下のような２つの問題があ
る。
【０００９】まず、図３（ｂ）に表されるように、活性
層１３のｎ型電極直下部分から、素子表面のｎ型電極配
置部の外側に向かうＬＥＤ光Ｌは臨界角以上で素子上面
へ入射して、該素子上面にて素子の内側に反射されるこ
ととなり、このため素子上面からの光取り出し効率は非
常に低いものとなっているという問題がある。
層１３のｎ型電極直下部分から、素子表面のｎ型電極配
置部の外側に向かうＬＥＤ光Ｌは臨界角以上で素子上面
へ入射して、該素子上面にて素子の内側に反射されるこ
ととなり、このため素子上面からの光取り出し効率は非
常に低いものとなっているという問題がある。
【００１０】また、ＬＥＤ光が橙色から緑色の範囲であ
る高輝度ＬＥＤでは、その構成材料としてＡｌＧａＩｎ
Ｐ混晶半導体系材料を用いており、面方位が（１００）
面である基板表面上でその成長を行うと、成長層中に自
然超格子が形成されるという問題がある。
る高輝度ＬＥＤでは、その構成材料としてＡｌＧａＩｎ
Ｐ混晶半導体系材料を用いており、面方位が（１００）
面である基板表面上でその成長を行うと、成長層中に自
然超格子が形成されるという問題がある。
【００１１】つまり、この自然超格子は、III族原子で
あるＩｎ、Ｇａ、Ａｌが〈１１１〉方向に長距離秩序構
造を形成するものであるが、ＧａＩｎＰを例にとると、
このような自然超格子が形成されたＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐの
バンドギャップは、理想的な混晶状態で自然超格子が形
成されていないＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐのバンドギャップより
も約９０ｍｅＶ小さくなる。従って、自然超格子が形成
された場合、所望の発光波長よりも長波長化するため、
波長が本来の設定値になるようＡｌ組成を増加する必要
があり、このＡｌ組成の増加により発光効率の減少およ
び信頼性の低下などが生じるという問題点が発生してい
た。
あるＩｎ、Ｇａ、Ａｌが〈１１１〉方向に長距離秩序構
造を形成するものであるが、ＧａＩｎＰを例にとると、
このような自然超格子が形成されたＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐの
バンドギャップは、理想的な混晶状態で自然超格子が形
成されていないＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐのバンドギャップより
も約９０ｍｅＶ小さくなる。従って、自然超格子が形成
された場合、所望の発光波長よりも長波長化するため、
波長が本来の設定値になるようＡｌ組成を増加する必要
があり、このＡｌ組成の増加により発光効率の減少およ
び信頼性の低下などが生じるという問題点が発生してい
た。
【００１２】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、素子内部で発生したＬＥＤ光が素
子表面で反射されるのを抑制して、光取出し効率を向上
することができる半導体発光素子を得ることを目的とす
る。
めになされたもので、素子内部で発生したＬＥＤ光が素
子表面で反射されるのを抑制して、光取出し効率を向上
することができる半導体発光素子を得ることを目的とす
る。
【００１３】また、本発明は、上記光取出し効率の向上
に加えて、素子の構成材料としてＡｌＧａＩｎＰ混晶半
導体系材料を用いた場合でも、自然超格子の発生を回避
して、発光効率の減少および信頼性の低下を招くことな
く所望の発光波長の発光光を得ることができる半導体発
光素子を得ることを目的とする。
に加えて、素子の構成材料としてＡｌＧａＩｎＰ混晶半
導体系材料を用いた場合でも、自然超格子の発生を回避
して、発光効率の減少および信頼性の低下を招くことな
く所望の発光波長の発光光を得ることができる半導体発
光素子を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体発
光素子は、その表面が、相反する方向に傾斜した傾斜面
を連続して形成した凸凹形状となっている第１導電型の
化合物半導体基板と、該化合物半導体基板の表面上に、
少なくとも第１導電型の下クラッド層、活性層及び第２
導電型の上クラッド層を順次結晶成長してなり、該活性
層において光が発生するようになった発光部と、該化合
物半導体基板の裏面側に形成された第１導電型電極と、
該発光部の上側に形成された第２導電型電極とを備え、
該第２導電型電極が設けられた発光部の表面から光が出
射される半導体発光素子であって、該発光部を構成する
各半導体層は、該化合物半導体基板表面の凸凹形状に対
応した凸凹の表面形状を有し、該発光部における光が出
射される表面も、同様の凸凹形状になっている。そのこ
とにより上記目的が達成される。
光素子は、その表面が、相反する方向に傾斜した傾斜面
を連続して形成した凸凹形状となっている第１導電型の
化合物半導体基板と、該化合物半導体基板の表面上に、
少なくとも第１導電型の下クラッド層、活性層及び第２
導電型の上クラッド層を順次結晶成長してなり、該活性
層において光が発生するようになった発光部と、該化合
物半導体基板の裏面側に形成された第１導電型電極と、
該発光部の上側に形成された第２導電型電極とを備え、
該第２導電型電極が設けられた発光部の表面から光が出
射される半導体発光素子であって、該発光部を構成する
各半導体層は、該化合物半導体基板表面の凸凹形状に対
応した凸凹の表面形状を有し、該発光部における光が出
射される表面も、同様の凸凹形状になっている。そのこ
とにより上記目的が達成される。
【００１５】この発明は、上記半導体発光素子におい
て、前記化合物半導体基板は、その表面形状が凸凹とな
るよう、その表面に溝を複数ストライプ状に形成した構
造とし、該基板表面に形成した溝の斜面の面方位を、半
導体結晶の（１００）面を基準とする（ｎ１１）Ａ面と
したものである。
て、前記化合物半導体基板は、その表面形状が凸凹とな
るよう、その表面に溝を複数ストライプ状に形成した構
造とし、該基板表面に形成した溝の斜面の面方位を、半
導体結晶の（１００）面を基準とする（ｎ１１）Ａ面と
したものである。
【００１６】
【作用】この発明においては、化合物半導体基板の表面
を凸凹形状とするとともに、該基板上に配置される発光
部を、該基板表面上に少なくとも第１導電型の下クラッ
ド層、活性層及び第２導電型の上クラッド層を順次結晶
成長してなる構造とし、該発光部を構成する各半導体層
の表面形状が、該基板表面の凸凹形状に対応した凸凹形
状となるようにしたから、上記ＬＥＤ光が出射する素子
表面も凸凹形状となり、素子表面に臨界角以上で入射す
るＬＥＤ光の割合が減少するとともに、臨界角以上で入
射し反射しても、再度表面へ臨界角以下で入射し外部へ
取り出されることとなる。これにより素子表面からのＬ
ＥＤ光の取出し効率を向上させることができる。
を凸凹形状とするとともに、該基板上に配置される発光
部を、該基板表面上に少なくとも第１導電型の下クラッ
ド層、活性層及び第２導電型の上クラッド層を順次結晶
成長してなる構造とし、該発光部を構成する各半導体層
の表面形状が、該基板表面の凸凹形状に対応した凸凹形
状となるようにしたから、上記ＬＥＤ光が出射する素子
表面も凸凹形状となり、素子表面に臨界角以上で入射す
るＬＥＤ光の割合が減少するとともに、臨界角以上で入
射し反射しても、再度表面へ臨界角以下で入射し外部へ
取り出されることとなる。これにより素子表面からのＬ
ＥＤ光の取出し効率を向上させることができる。
【００１７】また、ＬＥＤ光の発光領域である活性層も
基板表面の凸凹形状に対応した凸凹の構造となり、平板
状の活性層に比べて、発光面積が増加することとなっ
て、ＬＥＤ光の発光効率が増大する。
基板表面の凸凹形状に対応した凸凹の構造となり、平板
状の活性層に比べて、発光面積が増加することとなっ
て、ＬＥＤ光の発光効率が増大する。
【００１８】このような発光効率の増大及び上記光導出
効率の向上により、半導体発光素子の高輝度化を図るこ
とができる。
効率の向上により、半導体発光素子の高輝度化を図るこ
とができる。
【００１９】この発明においては、前記化合物半導体基
板を、その表面形状が凸凹となるよう、その表面に溝を
複数ストライプ状に形成した構造とし、該基板表面に形
成した溝の斜面の面方位を、半導体結晶の（１００）面
を基準とするＡ面としているため、基板表面上では、Ｍ
ＯＣＶＤ法でＡｌＧａＩｎＰ混晶半導体系材料を成長し
ても自然超格子が形成されず、この自然超格子に起因す
るＬＥＤ光の長波長化を回避することができる。このた
め、Ａｌ組成の増加によりＬＥＤ光の波長を調整する必
要がなくなり、高輝度で、信頼性の高い半導体発光素子
を実現できる。
板を、その表面形状が凸凹となるよう、その表面に溝を
複数ストライプ状に形成した構造とし、該基板表面に形
成した溝の斜面の面方位を、半導体結晶の（１００）面
を基準とするＡ面としているため、基板表面上では、Ｍ
ＯＣＶＤ法でＡｌＧａＩｎＰ混晶半導体系材料を成長し
ても自然超格子が形成されず、この自然超格子に起因す
るＬＥＤ光の長波長化を回避することができる。このた
め、Ａｌ組成の増加によりＬＥＤ光の波長を調整する必
要がなくなり、高輝度で、信頼性の高い半導体発光素子
を実現できる。
【００２０】
（実施例１）図１は本発明の第１の実施例による半導体
発光素子の一例として発光ダイオードを説明するための
図であり、図１（ａ）は該発光ダイオードの構造を示す
断面図、図１（ｂ）は、該発光ダイオードを構成する基
板の構造を示す断面図である。
発光素子の一例として発光ダイオードを説明するための
図であり、図１（ａ）は該発光ダイオードの構造を示す
断面図、図１（ｂ）は、該発光ダイオードを構成する基
板の構造を示す断面図である。
【００２１】図において、１００は本実施例の発光ダイ
オードで、該発光ダイオード１００を構成するｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上には、その表面上にｎ型下クラッド層２，
活性層３及びｐ型上クラッド層４を順次結晶成長してな
る発光部１００ａが配設されており、該発光部１００ａ
はダブルヘテロ接合部を有し、該活性層３で発生した光
が出射するようになっている。
オードで、該発光ダイオード１００を構成するｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上には、その表面上にｎ型下クラッド層２，
活性層３及びｐ型上クラッド層４を順次結晶成長してな
る発光部１００ａが配設されており、該発光部１００ａ
はダブルヘテロ接合部を有し、該活性層３で発生した光
が出射するようになっている。
【００２２】また、この発光部１００ａのｐ型上クラッ
ド層４上には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８を介して、
ＡｕＺｎからなるｐ型電極１１１が配置されている。ま
た上記ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面側には全面に、ＡｕＧ
ｅからなるｎ型電極１１０が形成されている。
ド層４上には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８を介して、
ＡｕＺｎからなるｐ型電極１１１が配置されている。ま
た上記ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面側には全面に、ＡｕＧ
ｅからなるｎ型電極１１０が形成されている。
【００２３】そして本実施例では、上記ｎ型ＧａＡｓ基
板１の表面には、深さ５μｍ、幅２０μｍのＶ型溝１ａ
がストライプ状に複数形成されており、該基板１の表面
は、凸凹形状となっている。またここでは、該溝１ａの
斜面の傾斜角は３０度となっている。
板１の表面には、深さ５μｍ、幅２０μｍのＶ型溝１ａ
がストライプ状に複数形成されており、該基板１の表面
は、凸凹形状となっている。またここでは、該溝１ａの
斜面の傾斜角は３０度となっている。
【００２４】また、上記下クラッド層２，活性層３及び
上クラッド層４はそれぞれ、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎy
Ｐ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる。この下クラッ
ド層２及び上クラッド層４では、例えばその組成比ｘ，
ｙがｘ＝０．７０，ｙ＝０．５０、その層厚が１．０μ
ｍとなっており、下クラッド層２のＳｉキャリア濃度及
び上クラッド層４のＺｎキャリア濃度はともに１×１０
18ｃｍ-3となっている。また、該活性層３では、例えば
組成比ｘ，ｙはｘ＝０．３０、ｙ＝０．５０、その層厚
は０．５０μｍとなっている。
上クラッド層４はそれぞれ、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎy
Ｐ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる。この下クラッ
ド層２及び上クラッド層４では、例えばその組成比ｘ，
ｙがｘ＝０．７０，ｙ＝０．５０、その層厚が１．０μ
ｍとなっており、下クラッド層２のＳｉキャリア濃度及
び上クラッド層４のＺｎキャリア濃度はともに１×１０
18ｃｍ-3となっている。また、該活性層３では、例えば
組成比ｘ，ｙはｘ＝０．３０、ｙ＝０．５０、その層厚
は０．５０μｍとなっている。
【００２５】さらに上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８
は、上記発光部１００ａの中央の、直径２００μｍの円
形領域上に配置されており、そのＺｎキャリア濃度は３
×１０18ｃｍ-3、層厚は１μｍとなっている。
は、上記発光部１００ａの中央の、直径２００μｍの円
形領域上に配置されており、そのＺｎキャリア濃度は３
×１０18ｃｍ-3、層厚は１μｍとなっている。
【００２６】次に製造方法について説明する。
【００２７】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１の表面に、エッ
チング処理により、斜面の角度が例えば３０度である深
さ５μｍ、幅２０μｍの溝を複数ストライプ状に形成す
る（図１（ｂ）参照）。
チング処理により、斜面の角度が例えば３０度である深
さ５μｍ、幅２０μｍの溝を複数ストライプ状に形成す
る（図１（ｂ）参照）。
【００２８】次に、該エッチング処理を施した基板１上
にＭＯＣＶＤ法を用いて上記各半導体層２〜４，８を形
成する。
にＭＯＣＶＤ法を用いて上記各半導体層２〜４，８を形
成する。
【００２９】すなわち、上記エッチング処理の後、基板
１上にｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐをｎ型下ク
ラッド層２として、Ｓｉキャリア濃度が１×１０18ｃｍ
-3となるよう厚さ１．０μｍ程度に成長する。続いて、
（Ａｌ0.3Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐを活性層３として０．
５０μｍ程度の厚さに形成し、さらにその上にｐ型（Ａ
ｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐをｐ型上クラッド層４とし
て、Ｚｎキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3となるよう層
厚１μｍ程度に成長する。
１上にｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐをｎ型下ク
ラッド層２として、Ｓｉキャリア濃度が１×１０18ｃｍ
-3となるよう厚さ１．０μｍ程度に成長する。続いて、
（Ａｌ0.3Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐを活性層３として０．
５０μｍ程度の厚さに形成し、さらにその上にｐ型（Ａ
ｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐをｐ型上クラッド層４とし
て、Ｚｎキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3となるよう層
厚１μｍ程度に成長する。
【００３０】この時、上記基板１の表面形状は概ねその
上に成長される半導体層に受け継がれることとなる。こ
のため活性層３は波板状の構造となり、また、該ｐ型上
クラッド層４の表面には、斜面の面方位がほぼ３０度の
溝が複数形成され、その表面は凸凹形状となる。
上に成長される半導体層に受け継がれることとなる。こ
のため活性層３は波板状の構造となり、また、該ｐ型上
クラッド層４の表面には、斜面の面方位がほぼ３０度の
溝が複数形成され、その表面は凸凹形状となる。
【００３１】引き続き、該上クラッド層４上にｐ型Ｇａ
Ａｓ層を、厚さ１μｍ程度にＳｉキャリア濃度が３×１
０18ｃｍ-3となるよう成長する。その後該ｐ型ＧａＡｓ
層上にＡｕＺｎ層を形成するとともに、ｎ型基板１の裏
面側にｎ型電極としてのＡｕＧｅ層１１０を形成する。
その後、上記ｎ型ＧａＡｓ層及びＡｕＺｎ層を、その発
光部１００ａ中央上に位置する直径２００μｍの円形領
域が残るよう選択的にエッチングして、ｎ型ＧａＡｓコ
ンタクト層８及びｐ型電極１１１を形成する。これによ
り発光ダイオード１００が完成する（図１（ａ）参
照）。
Ａｓ層を、厚さ１μｍ程度にＳｉキャリア濃度が３×１
０18ｃｍ-3となるよう成長する。その後該ｐ型ＧａＡｓ
層上にＡｕＺｎ層を形成するとともに、ｎ型基板１の裏
面側にｎ型電極としてのＡｕＧｅ層１１０を形成する。
その後、上記ｎ型ＧａＡｓ層及びＡｕＺｎ層を、その発
光部１００ａ中央上に位置する直径２００μｍの円形領
域が残るよう選択的にエッチングして、ｎ型ＧａＡｓコ
ンタクト層８及びｐ型電極１１１を形成する。これによ
り発光ダイオード１００が完成する（図１（ａ）参
照）。
【００３２】本実施例による半導体発光素子に順方向に
電圧（２Ｖ）を印加し電流（２０ｍＡ）を流したとこ
ろ、ピーク波長５９５ｎｍの光度が３ｃｄを越えるＬＥ
Ｄ光が得られた。
電圧（２Ｖ）を印加し電流（２０ｍＡ）を流したとこ
ろ、ピーク波長５９５ｎｍの光度が３ｃｄを越えるＬＥ
Ｄ光が得られた。
【００３３】また、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ活性層
の組成ｘ，ｙをｘ＝０．５０、ｙ＝０．５０としたとこ
ろ、ピーク波長５６５ｎｍの光度が１ｃｄを越える緑色
発光が得られた。
の組成ｘ，ｙをｘ＝０．５０、ｙ＝０．５０としたとこ
ろ、ピーク波長５６５ｎｍの光度が１ｃｄを越える緑色
発光が得られた。
【００３４】このように本実施例では、ｎ型ＧａＡｓ基
板１の表面を凸凹形状とするとともに、該基板１上に配
置される発光部１００ａを、該基板表面上にｎ型下クラ
ッド層２、活性層３及びｐ型上クラッド層４を順次結晶
成長してなる構造とし、該発光部１００ａを構成する各
半導体層２〜４の表面形状が、該基板表面の凸凹形状に
対応した凸凹形状となるようにしたので、上記ＬＥＤ光
が出射する素子表面も凸凹形状となり、素子表面に臨界
角以上で入射するＬＥＤ光の割合が減少するとともに、
臨界角以上で入射し反射しても、再度表面へ臨界角以下
で入射し外部へ取り出されることとなる。これにより素
子表面からのＬＥＤ光の取出し効率を向上させることが
できる。
板１の表面を凸凹形状とするとともに、該基板１上に配
置される発光部１００ａを、該基板表面上にｎ型下クラ
ッド層２、活性層３及びｐ型上クラッド層４を順次結晶
成長してなる構造とし、該発光部１００ａを構成する各
半導体層２〜４の表面形状が、該基板表面の凸凹形状に
対応した凸凹形状となるようにしたので、上記ＬＥＤ光
が出射する素子表面も凸凹形状となり、素子表面に臨界
角以上で入射するＬＥＤ光の割合が減少するとともに、
臨界角以上で入射し反射しても、再度表面へ臨界角以下
で入射し外部へ取り出されることとなる。これにより素
子表面からのＬＥＤ光の取出し効率を向上させることが
できる。
【００３５】また、ＬＥＤ光の発光領域である活性層３
も基板表１面の凸凹形状に対応した波板状の構造とな
り、平板状の活性層に比べて、発光面積が増加すること
となって、ＬＥＤ光の発光効率が増大する。
も基板表１面の凸凹形状に対応した波板状の構造とな
り、平板状の活性層に比べて、発光面積が増加すること
となって、ＬＥＤ光の発光効率が増大する。
【００３６】このような発光効率の増大及び光導出効率
の向上により、発光ダイオード１００の高輝度化を図る
ことができる。
の向上により、発光ダイオード１００の高輝度化を図る
ことができる。
【００３７】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
による発光ダイオード（半導体発光素子）を説明するた
めの断面図であり、図において、２００は本実施例の発
光ダイオードで、この発光ダイオード２００を構成する
ｎ型ＧａＡｓ基板２１は、その表面に、斜面の面方位が
例えば（１１１）Ａ面である深さ４．３μｍ、幅６μｍ
のＶ型溝２１ａを複数ストライプ状に形成した構造とな
っている。
による発光ダイオード（半導体発光素子）を説明するた
めの断面図であり、図において、２００は本実施例の発
光ダイオードで、この発光ダイオード２００を構成する
ｎ型ＧａＡｓ基板２１は、その表面に、斜面の面方位が
例えば（１１１）Ａ面である深さ４．３μｍ、幅６μｍ
のＶ型溝２１ａを複数ストライプ状に形成した構造とな
っている。
【００３８】この発光ダイオード２００のその他の構造
は上記第１の実施例の発光ダイオード１００と同一であ
る。つまり、上記のような構造の基板２１上には、その
表面上にｎ型下クラッド層２２，活性層２３及びｐ型上
クラッド層２４を順次成長してなる、ダブルヘテロ接合
部を有する発光部２００ａが配設されており、該発光部
２００ａは、該活性層２３で発生した光が出射するよう
になっている。また、この発光部２００ａのｐ型上クラ
ッド層２４上には、Ｚｎキャリア濃度３×１０18ｃｍ-3
のｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８を介して、ＡｕＺｎか
らなるｐ型電極２１１が配置されている。また上記ｎ型
ＧａＡｓ基板２１の裏面側には全面に、ＡｕＧｅからな
るｎ型電極２１０が形成されている。
は上記第１の実施例の発光ダイオード１００と同一であ
る。つまり、上記のような構造の基板２１上には、その
表面上にｎ型下クラッド層２２，活性層２３及びｐ型上
クラッド層２４を順次成長してなる、ダブルヘテロ接合
部を有する発光部２００ａが配設されており、該発光部
２００ａは、該活性層２３で発生した光が出射するよう
になっている。また、この発光部２００ａのｐ型上クラ
ッド層２４上には、Ｚｎキャリア濃度３×１０18ｃｍ-3
のｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８を介して、ＡｕＺｎか
らなるｐ型電極２１１が配置されている。また上記ｎ型
ＧａＡｓ基板２１の裏面側には全面に、ＡｕＧｅからな
るｎ型電極２１０が形成されている。
【００３９】ここで、上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２
８及びｐ型電極２１１の平面パターンは、上記実施例と
同様直径２００μｍの円形形状となっている。また上記
ｎ型下クラッド層２２，活性層２３，ｐ型クラッド２４
は、それぞれ上記第１の実施例と同様、（ＡｌxＧ
ａ1-x）1-yＩｎyＰから構成されており、該ｎ型下クラ
ッド層２２及びｐ型上クラッド層２４の組成，キャリア
濃度，及び層厚、並びに該活性層２３の組成も上記第１
の実施例におけるものと同一である。
８及びｐ型電極２１１の平面パターンは、上記実施例と
同様直径２００μｍの円形形状となっている。また上記
ｎ型下クラッド層２２，活性層２３，ｐ型クラッド２４
は、それぞれ上記第１の実施例と同様、（ＡｌxＧ
ａ1-x）1-yＩｎyＰから構成されており、該ｎ型下クラ
ッド層２２及びｐ型上クラッド層２４の組成，キャリア
濃度，及び層厚、並びに該活性層２３の組成も上記第１
の実施例におけるものと同一である。
【００４０】本実施例による半導体発光素子に順方向に
電圧（２Ｖ）を印加し電流（２０ｍＡ）を流したとこ
ろ、ピーク波長５８５ｎｍの光度が３ｃｄを越えるＬＥ
Ｄ光が得られた。
電圧（２Ｖ）を印加し電流（２０ｍＡ）を流したとこ
ろ、ピーク波長５８５ｎｍの光度が３ｃｄを越えるＬＥ
Ｄ光が得られた。
【００４１】また、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ活性層
の組成ｘ，ｙをｘ＝０．５０、ｙ＝０．５０としたとこ
ろ、ピーク波長５５５ｎｍの光度が１ｃｄを越える緑色
発光が得られた。
の組成ｘ，ｙをｘ＝０．５０、ｙ＝０．５０としたとこ
ろ、ピーク波長５５５ｎｍの光度が１ｃｄを越える緑色
発光が得られた。
【００４２】このような構成の本実施例では、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板２１を、その表面形状が凸凹となるよう、その
表面に溝２１ａを複数ストライプ状に形成した構造と
し、該基板表面に形成した溝２１ａの斜面の面方位を、
ＧａＡｓ結晶の（１００）面を基準とする（１１１）Ａ
面としているため、上記第１の実施例の効果に加えて、
この基板表面上では、ＭＯＣＶＤ法でＡｌＧａＩｎＰ混
晶半導体系材料を成長しても自然超格子が形成されな
い。つまりＧａＡｓ基板２１上にＭＯＣＶＤ法で成長さ
れた活性層としての（Ａｌ0.3Ｇａ 0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
結晶は、その中に自然超格子を含まないものとなる。こ
のため、自然超格子に起因するＬＥＤ光の長波長化を回
避することができる。この結果Ａｌ組成の増加によりＬ
ＥＤ光の波長を調整する必要がなくなり、高輝度で、信
頼性の高い半導体発光素子を実現できる。
Ａｓ基板２１を、その表面形状が凸凹となるよう、その
表面に溝２１ａを複数ストライプ状に形成した構造と
し、該基板表面に形成した溝２１ａの斜面の面方位を、
ＧａＡｓ結晶の（１００）面を基準とする（１１１）Ａ
面としているため、上記第１の実施例の効果に加えて、
この基板表面上では、ＭＯＣＶＤ法でＡｌＧａＩｎＰ混
晶半導体系材料を成長しても自然超格子が形成されな
い。つまりＧａＡｓ基板２１上にＭＯＣＶＤ法で成長さ
れた活性層としての（Ａｌ0.3Ｇａ 0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
結晶は、その中に自然超格子を含まないものとなる。こ
のため、自然超格子に起因するＬＥＤ光の長波長化を回
避することができる。この結果Ａｌ組成の増加によりＬ
ＥＤ光の波長を調整する必要がなくなり、高輝度で、信
頼性の高い半導体発光素子を実現できる。
【００４３】なお、本発明は上述した第１及び第２の実
施例に限定されるものではない。特に第１の実施例で
は、活性層をＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料により構成し
ているが、活性層の構成材料は、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧ
ａＩｎＮ系あるいはＭｇＺｎＳＳｅ系半導体材料でもよ
く、活性層の構成材料を変更することにより、赤色から
青色域にわたる可視光領域のＬＥＤ光を得ることができ
る。また、このことはクラッド層についても同様であ
る。
施例に限定されるものではない。特に第１の実施例で
は、活性層をＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料により構成し
ているが、活性層の構成材料は、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧ
ａＩｎＮ系あるいはＭｇＺｎＳＳｅ系半導体材料でもよ
く、活性層の構成材料を変更することにより、赤色から
青色域にわたる可視光領域のＬＥＤ光を得ることができ
る。また、このことはクラッド層についても同様であ
る。
【００４４】また、上記各実施例では、（ＡｌxＧ
ａ1-x）1-yＩｎyＰのＡｌ組成ｘを調整することによ
り、赤色から青色域にわたる可視光領域のＬＥＤ光を得
ることができる。
ａ1-x）1-yＩｎyＰのＡｌ組成ｘを調整することによ
り、赤色から青色域にわたる可視光領域のＬＥＤ光を得
ることができる。
【００４５】このように活性層の構成材料及び構成材料
の組成比を変化させても本発明の効果があることは言う
までもない。
の組成比を変化させても本発明の効果があることは言う
までもない。
【００４６】このような構成材料や組成比の変更は、活
性層以外のクラッド層やコンタクト層についても可能で
ある。
性層以外のクラッド層やコンタクト層についても可能で
ある。
【００４７】
【発明の効果】以上のように本発明に係る半導体発光素
子によれば、化合物半導体基板の表面を凸凹形状とする
とともに、該基板上に配置される発光部を、該基板表面
上に少なくとも第１導電型の下クラッド層、活性層及び
第２導電型の上クラッド層を順次結晶成長してなる構造
とし、該発光部を構成する各半導体層の表面形状が、該
基板表面の凸凹形状に対応した凸凹形状となるようにし
たので、ＬＥＤ光が出射する素子表面が凸凹形状とな
り、素子表面に臨界角以上で入射するＬＥＤ光の割合が
減少するとともに、臨界角以上で入射し反射しても、再
度表面へ臨界角以下で入射し外部へ取り出されることと
なり、これにより素子表面からのＬＥＤ光の取出し効率
を向上することができる。
子によれば、化合物半導体基板の表面を凸凹形状とする
とともに、該基板上に配置される発光部を、該基板表面
上に少なくとも第１導電型の下クラッド層、活性層及び
第２導電型の上クラッド層を順次結晶成長してなる構造
とし、該発光部を構成する各半導体層の表面形状が、該
基板表面の凸凹形状に対応した凸凹形状となるようにし
たので、ＬＥＤ光が出射する素子表面が凸凹形状とな
り、素子表面に臨界角以上で入射するＬＥＤ光の割合が
減少するとともに、臨界角以上で入射し反射しても、再
度表面へ臨界角以下で入射し外部へ取り出されることと
なり、これにより素子表面からのＬＥＤ光の取出し効率
を向上することができる。
【００４８】また、ＬＥＤ光の発光領域である活性層も
基板表面の凸凹形状に対応した凸凹の構造となり、平板
状の活性層に比べて、発光面積が増加することとなっ
て、ＬＥＤ光の発光効率が増大する。
基板表面の凸凹形状に対応した凸凹の構造となり、平板
状の活性層に比べて、発光面積が増加することとなっ
て、ＬＥＤ光の発光効率が増大する。
【００４９】このような発光効率の増大及び上記光導出
効率の向上により、半導体発光素子の高輝度化を図るこ
とができる効果がある。
効率の向上により、半導体発光素子の高輝度化を図るこ
とができる効果がある。
【００５０】またこの発明によれば、上記半導体発光素
子において、前記化合物半導体基板を、その表面形状が
凸凹となるよう、その表面に溝を複数ストライプ状に形
成した構造とし、該基板表面に形成した溝の斜面の面方
位を、半導体結晶の（１００）面を基準とするＡ面とし
ているため、基板表面上では、ＭＯＣＶＤ法でＡｌＧａ
ＩｎＰ混晶半導体系材料を成長しても自然超格子が形成
されず、この自然超格子に起因するＬＥＤ光の長波長化
を回避することができる。この結果、Ａｌ組成の増加に
よりＬＥＤ光の波長を調整する必要がなくなり、高輝度
で、信頼性の高い半導体発光素子を実現できるという効
果がある。
子において、前記化合物半導体基板を、その表面形状が
凸凹となるよう、その表面に溝を複数ストライプ状に形
成した構造とし、該基板表面に形成した溝の斜面の面方
位を、半導体結晶の（１００）面を基準とするＡ面とし
ているため、基板表面上では、ＭＯＣＶＤ法でＡｌＧａ
ＩｎＰ混晶半導体系材料を成長しても自然超格子が形成
されず、この自然超格子に起因するＬＥＤ光の長波長化
を回避することができる。この結果、Ａｌ組成の増加に
よりＬＥＤ光の波長を調整する必要がなくなり、高輝度
で、信頼性の高い半導体発光素子を実現できるという効
果がある。
【図１】本発明の第１の実施例による発光ダイオードを
説明するための図であり、図１（ａ）は該発光ダイオー
ドの構造を示す断面図、図１（ｂ）は該発光ダイオード
を構成する基板の構造を示す断面図である。
説明するための図であり、図１（ａ）は該発光ダイオー
ドの構造を示す断面図、図１（ｂ）は該発光ダイオード
を構成する基板の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例による発光ダイオードの
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図３】従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）を説明するた
めの断面図であり、図３（ａ）では該ＬＥＤにおける電
流の流れを、図３（ｂ）は該ＬＥＤにおける発光の仕方
を示している。
めの断面図であり、図３（ａ）では該ＬＥＤにおける電
流の流れを、図３（ｂ）は該ＬＥＤにおける発光の仕方
を示している。
１，２１ ｎ型ＧａＡｓ基板 １ａ，２１ａ 溝 ２，２２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層 ３，２３ ＡｌＧａＩｎＰ活性層 ４，２４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層 ８，２８ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 １００，２００ 発光ダイオード（半導体発光素子） １００ａ，２００ａ 発光部 １１０，２１０ ｎ型電極 １１１，２１１ ｐ型電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00
Claims (2)
- 【請求項１】 その表面が、相反する方向に傾斜した傾
斜面を連続して形成した凸凹形状となっている第１導電
型の化合物半導体基板と、 該化合物半導体基板の表面上に、少なくとも第１導電型
の下クラッド層、活性層及び第２導電型の上クラッド層
を順次結晶成長してなり、該活性層において光が発生す
るようになった発光部と、 該化合物半導体基板の裏面側に形成された第１導電型電
極と、 該発光部の上側に形成された第２導電型電極とを備え、
該第２導電型電極が設けられた発光部の表面から光が出
射される半導体発光素子であって、 該発光部を構成する各半導体層は、該化合物半導体基板
表面の凸凹形状に対応した凸凹の表面形状を有し、該発
光部における光が出射される表面も、同様の凸凹形状に
なっている半導体発光素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体発光素子におい
て、 前記化合物半導体基板は、その表面形状が凸凹となるよ
う、その表面に溝を複数ストライプ状に形成したもので
あり、 該溝の斜面の面方位は、半導体結晶の（１００）面を基
準とする（ｎ１１）Ａ面である半導体発光素子。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2842095A JP3240097B2 (ja) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | 半導体発光素子 |
| US08/600,008 US5814839A (en) | 1995-02-16 | 1996-02-14 | Semiconductor light-emitting device having a current adjusting layer and a uneven shape light emitting region, and method for producing same |
| TW085101913A TW297956B (ja) | 1995-02-16 | 1996-02-15 | |
| CN96105741A CN1080939C (zh) | 1995-02-16 | 1996-02-16 | 半导体发光器件及其制造方法 |
| NL1002372A NL1002372C2 (nl) | 1995-02-16 | 1996-02-16 | Halfgeleider licht-emitterende inrichting en werkwijze voor het produceren van deze. |
| KR1019960004255A KR100208108B1 (ko) | 1995-02-16 | 1996-02-16 | 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2842095A JP3240097B2 (ja) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08222763A JPH08222763A (ja) | 1996-08-30 |
| JP3240097B2 true JP3240097B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=12248172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2842095A Expired - Lifetime JP3240097B2 (ja) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| US6664571B1 (en) * | 1998-09-30 | 2003-12-16 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Surface-emitting diode radiation source |
| JP3905270B2 (ja) * | 1999-11-08 | 2007-04-18 | ローム株式会社 | 発光素子およびその製造方法 |
| DE10033496A1 (de) * | 2000-07-10 | 2002-01-31 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterchip für die Optoelektronik |
| JP4098568B2 (ja) * | 2001-06-25 | 2008-06-11 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP4055503B2 (ja) | 2001-07-24 | 2008-03-05 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体発光素子 |
| JP5800452B2 (ja) * | 2001-07-24 | 2015-10-28 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体発光素子 |
| JP4356723B2 (ja) * | 2001-07-24 | 2009-11-04 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| JP2003092426A (ja) * | 2001-09-18 | 2003-03-28 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| DE10245628A1 (de) * | 2002-09-30 | 2004-04-15 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Elektromagnetische Strahlung emittierender Halbleiterchip und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP2005011944A (ja) * | 2003-06-18 | 2005-01-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 発光装置 |
| EP1667241B1 (en) | 2003-08-19 | 2016-12-07 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting diode and method of manufacturing the same |
| KR100649494B1 (ko) * | 2004-08-17 | 2006-11-24 | 삼성전기주식회사 | 레이저를 이용하여 발광 다이오드 기판을 표면 처리하는발광 다이오드 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 발광다이오드 |
| KR20070012930A (ko) | 2005-07-25 | 2007-01-30 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| KR100905860B1 (ko) * | 2007-12-17 | 2009-07-02 | 삼성전기주식회사 | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법 |
| KR101533296B1 (ko) | 2008-07-08 | 2015-07-02 | 삼성전자주식회사 | 패턴 형성 기판을 구비한 질화물 반도체 발광소자 및 그제조방법 |
| JP2008277871A (ja) * | 2008-08-22 | 2008-11-13 | Showa Denko Kk | Ｌｅｄランプ |
| KR101014155B1 (ko) | 2010-03-10 | 2011-02-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 |
| KR101227373B1 (ko) * | 2011-01-28 | 2013-01-30 | 전북대학교산학협력단 | 마이크로 패턴을 갖는 발광소자 및 그 제조방법 |
| JP2013197197A (ja) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Toshiba Corp | 半導体発光装置及びその製造方法 |
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-
1995
- 1995-02-16 JP JP2842095A patent/JP3240097B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| JPH08222763A (ja) | 1996-08-30 |
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