JP3260358B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents

Semiconductor light emitting device

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JP3260358B2
JP3260358B2 JP21707990A JP21707990A JP3260358B2 JP 3260358 B2 JP3260358 B2 JP 3260358B2 JP 21707990 A JP21707990 A JP 21707990A JP 21707990 A JP21707990 A JP 21707990A JP 3260358 B2 JP3260358 B2 JP 3260358B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は半導体発光装置に係わり、特にInGaAlP系半
導体材料を使用した半導体発光装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device using an InGaAlP-based semiconductor material.

(従来の技術) 近年、光通信や光情報処理機器における表示装置等の
光源として、発光ダイオード(LED)が広く用いられて
いる。一般にLEDでは、発光強度および応答速度が重要
な特性であり、特に表示用LEDには高輝度発光が要求さ
れる。LEDの発光効率は内部量子効率および取り出し効
率によって決まるが、このうち取り出し効率は素子構造
に大きく影響される。19図はInGaAlPを活性層とするLED
の構造例を示したものである。図で100はn−GaAs基
板、101はn−InGaAlPクラッド層、102はInGaAlP活性
層、103はp−InGaAlPクラッド層、105はn電極、106は
p電極をそれぞれ示す。この材料系によるLEDの発光波
長は緑色〜赤色の領域にあるが、GaAs基板はこの波長帯
域に対して吸収損失を与えるため、活性層から基板側に
出射される光はすべて吸収により外部に取り出すことが
できない。すなわち、取り出し効率は最大、 η=0.5 である。一方基板と反対側へ出射される光は出射面での
反射損失および全反射により、その一部しか外へ取り出
すことはできない。例えばp−InGaAlPクラッド層の屈
折率ncを3.4とし、外部が空気(n0=1)とすると、全
反射で内部へ反射される光以外の割合は η=1−{1−(n0/nc1/2=0.044 そのうち、空気中へ取り出される割合は η=1−{(nc−n0)/(nc−n0)}=0.7 となる。結局これらすべてを掛け合わせると、 η=ηηη=0.0154 すなわち、取り出し効率は最大1.5%である。
(Prior Art) In recent years, light emitting diodes (LEDs) have been widely used as light sources for display devices and the like in optical communication and optical information processing equipment. In general, light emission intensity and response speed are important characteristics of an LED. In particular, a display LED is required to emit light with high luminance. The luminous efficiency of an LED is determined by the internal quantum efficiency and the extraction efficiency, of which the extraction efficiency is greatly affected by the element structure. Figure 19 shows an LED using InGaAlP as the active layer.
FIG. In the figure, 100 is an n-GaAs substrate, 101 is an n-InGaAlP cladding layer, 102 is an InGaAlP active layer, 103 is a p-InGaAlP cladding layer, 105 is an n-electrode, and 106 is a p-electrode. The emission wavelength of an LED made of this material system is in the range from green to red, but since the GaAs substrate gives absorption loss to this wavelength band, all the light emitted from the active layer to the substrate side is extracted to the outside by absorption. Can not do. That is, the extraction efficiency is maximum, η 1 = 0.5. On the other hand, only a part of the light emitted to the side opposite to the substrate can be extracted outside due to reflection loss and total reflection at the emission surface. For example a 3.4 refractive index n c of the p-InGaAlP cladding layer, the outside is the air (n 0 = 1), the proportion of non-light reflected to the inside by the total reflection is η 2 = 1- {1- (n 0 / n c) 2} 1/2 = 0.044 Among them, the proportion taken out into the air eta 3 = 1 - a {(n c -n 0) / (n c -n 0)} 2 = 0.7. After all, when all these are multiplied, η 0 = η 1 η 2 η 3 = 0.0154, that is, the extraction efficiency is 1.5% at the maximum.

さらに取り出し効率は電流広がり幅によっても制限さ
れる。一般にp形のInGaAlPは抵抗率が大きいため、p
クラッド層中では電流がほとんど広がらず、活性層での
発光径は電極径にほぼ一致する。従って、発光領域のほ
とんどが電極の直下にあるため、外部へはごく一部の光
しか取り出せない。
Further, the extraction efficiency is also limited by the current spread width. In general, p-type InGaAlP has a large resistivity,
The current hardly spreads in the cladding layer, and the emission diameter in the active layer almost matches the electrode diameter. Therefore, since most of the light emitting region is directly below the electrode, only a small part of the light can be extracted to the outside.

(発明が解決しようとする課題) 以上述べたように、従来のLEDでは、取り出し効率が
小さく、高輝度化が困難であるという問題点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the conventional LED has a problem that the extraction efficiency is low and it is difficult to increase the luminance.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、面発光型の半導体発光装置におい
て、大きな取り出し効率を得ることを可能とし、高輝度
の半導体発光装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-brightness semiconductor light emitting device capable of obtaining a large extraction efficiency in a surface emitting semiconductor light emitting device. It is in.

〔発明の構成〕[Configuration of the invention]

(課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、従来の半導体発光装置において外部
に取り出されない無効の光を、素子構造を変えることに
よって、外部へ取り出すことにより、高輝度の半導体発
光素子を提供することにある。
(Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is that a high-intensity semiconductor light emitting device is obtained by extracting invalid light that cannot be extracted to the outside in a conventional semiconductor light emitting device by changing the element structure. Is to provide.

即ち、本発明は、基板と、その基板の一方の表面上に
形成されたInGaAlP活性層と、その活性層の前記基板と
は反対側に形成された電流拡散層と、前記基板の他方の
表面に形成された第1電極と、前記電流拡散層上に、前
記活性層を介して前記第1電極と対向するように形成さ
れた第2電極とを有し、前記第2電極側が光取り出し方
向である面発光型の半導体発光装置において、前記InGa
AlP活性層に対し前記基板側のみに、発光波長に対して
大きな吸収係数を持つGaAsとInGaAlPの交互層からなる
反射膜が形成されたものである。
That is, the present invention provides a substrate, an InGaAlP active layer formed on one surface of the substrate, a current diffusion layer formed on the opposite side of the active layer from the substrate, and the other surface of the substrate. And a second electrode formed on the current spreading layer so as to face the first electrode with the active layer interposed therebetween, and the second electrode side has a light extraction direction. In the surface emitting type semiconductor light emitting device,
A reflection film composed of alternating layers of GaAs and InGaAlP having a large absorption coefficient for the emission wavelength is formed only on the substrate side with respect to the AlP active layer.

また、本発明は、前記第2電極は選択的に形成され、
第2電極の非形成部から光が取り出されるようにされて
おり、前記非形成部により隔てられた互いに対向する前
記第2電極の端部同士が、前記第2電極からInGaAlP活
性層に達するまでに前記第2電極の端部夫々から前記非
形成部側へ電流が拡散する幅とほぼ等しい間隔となるよ
う構成されたものである。
Also, in the present invention, the second electrode is selectively formed,
Light is extracted from the non-formation portion of the second electrode, and the ends of the opposed second electrodes separated by the non-formation portion reach the InGaAlP active layer from the second electrode. In addition, the distance from each end of the second electrode to the non-forming portion side is substantially equal to the width of current diffusion.

更に、前記反射膜を構成する夫々の層の光学的厚さ
を、発光中心波長の1/4に相当するように構成されたも
のである。
Further, the optical thickness of each of the layers constituting the reflection film is configured to correspond to 1/4 of the emission center wavelength.

(作用) 本発明によれば、従来外部に取り出されず無効となっ
ていた光を、素子構造を変えることによって、外部へ取
り出すことにより、高輝度の半導体発光装置が実現でき
る。
(Operation) According to the present invention, a high-luminance semiconductor light emitting device can be realized by extracting light that has been disabled without being extracted to the outside to the outside by changing the element structure.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。1
図は本発明の一実施例に係わる半導体発光装置の概略構
造を示す図である。図中、10はn−GaAs基板、11はn−
In0.5(Ga1-xAlx0.5Pクラッド層、12はIn0.5(Ga1-y
Aly0.5P活性層、13はp−In0.5(Ga1-zAlz0.5Pク
ラッド層、14はp−GaAlAs電流拡散層、15はn電極、16
はp電極をそれぞれ示す。2図は、1図のP電極の形状
を示したものである。1図の実施例において、活性層お
よびクラッド層の組成は、 y<x,z (1) を満たすように選ばれている。電流拡散層14は活性層に
おける電流広がりを大きくするために設けられた層であ
る。すなわちこのp−GaAlAs14はp−InGaAlPクラッド
層13に比べて抵抗率が小さいため、電流拡散層14がない
場合に比較して電流広がり幅を著しく増大させることが
できる。本発明の効果を説明するために、まず活性層で
の電流広がり幅の構造依存性について述べる。簡単のた
め1図の例と層構造が同じで電極が一つだけの3図に示
した例における電流広がりを考える。3図における電流
拡散層24の厚さおよび抵抗率をそれぞれh2、ρとした
場合、実効電流広がり幅Weffおよび取り出し効率ηがこ
れらのパラメータに対してどのように変わるかを計算し
た結果を4図および5図に示す。図に示したように、ρ
が小さい程、またh2が大きい程Weffは大きくなること
がわかる。このように電流拡散層により取り出し効率が
向上されることは明らかであるが、本発明のポイントは
さらに、1図に示したように、電極を複数個に分割した
ことにある。以下で、この分割電極の効果について説明
する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1
FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention. In the figure, 10 is an n-GaAs substrate, 11 is n-GaAs
In 0.5 (Ga 1-x Al x ) 0.5 P clad layer, 12 is In 0.5 (Ga 1-y
Al y ) 0.5 P active layer, 13 is a p-In 0.5 (Ga 1 -z Al z ) 0.5 P cladding layer, 14 is a p-GaAlAs current diffusion layer, 15 is an n electrode, 16
Indicates a p-electrode, respectively. FIG. 2 shows the shape of the P electrode in FIG. In the embodiment of FIG. 1, the compositions of the active layer and the cladding layer are selected so as to satisfy y <x, z (1). The current diffusion layer 14 is a layer provided to increase current spread in the active layer. That is, since the p-GaAlAs 14 has a lower resistivity than the p-InGaAlP cladding layer 13, the current spreading width can be significantly increased as compared with the case where the current diffusion layer 14 is not provided. In order to explain the effect of the present invention, first, the structure dependence of the current spreading width in the active layer will be described. For simplicity, consider the current spread in the example shown in FIG. 3 where the layer structure is the same as in the example of FIG. 1 and there is only one electrode. The thickness and resistivity of each h 2 of the current diffusion layer 24 in Figure 3, when the [rho 2, results effective current spreading width W eff and extraction efficiency η is calculated whether changes to how for these parameters Is shown in FIGS. 4 and 5. As shown in the figure, ρ
It can be seen that Weff increases as 2 decreases and h2 increases. It is clear that the current diffusion layer improves the extraction efficiency, but the point of the present invention is that the electrode is divided into a plurality of parts as shown in FIG. Hereinafter, the effect of the split electrode will be described.

3図の例において、上述の実効電流広がり幅Weffは近
似的に次式で表される(Yonezu et al.:Jpn.J.Appl.Phy
s.,Vol.12,No.10(1973)pp.1585−1592)。
In the example of FIG. 3, the above-mentioned effective current spread width W eff is approximately expressed by the following equation (Yonezu et al .: Jpn.J.Appl.Phy.
s., Vol. 12, No. 10 (1973) pp. 1585-1592).

Weff=W0+2W1 (2) W1={2nkT/(qρ5J)}1/2 (3) 1/ρ=h1+h2 (4) ここで、W0は電極幅、nはダイオード特性を表す値
(通常〜2)、Tは温度、Jは電流密度、またはh1、h2
はp−InGaAlPクラッド層23および電流拡散層24の厚
さ、ρ、ρはクラッド層23および電流拡散層24の抵
抗率をそれぞれ表す。上で述べたWeffとρ、h2との関
係は(2)〜(4)式から明らかである。
W eff = W 0 + 2W 1 (2) W 1 = {2nkT / (qρ 5 J)} 1/2 (3) 1 / ρ 5 = h 1 / ρ 1 + h 2 / ρ 2 (4) where W 0 is the electrode width, n is a value representing the diode characteristics (usually ~ 2), T is temperature, J is current density, or h 1 , h 2
Represents the thickness of the p-InGaAlP cladding layer 23 and the current diffusion layer 24, and ρ 1 and ρ 2 represent the resistivity of the cladding layer 23 and the current diffusion layer 24, respectively. The relationship between W eff and ρ 2 , h 2 described above is apparent from equations (2) to (4).

(3)式からわかるように、Weffに影響するもう一つ
のパラメータは電流密度Jである。全電流値Iが一定の
場合、電流密度Jは電極の大きさおよび形状によって変
わる。円電極の場合、実効的な発光面積Seffは次式で表
される。
As can be seen from equation (3), another parameter affecting Weff is the current density J. When the total current value I is constant, the current density J changes depending on the size and shape of the electrode. In the case of a circular electrode, the effective light emitting area S eff is represented by the following equation.

Seff=π(Weff/2) (5) 発光部が電極の下にあることによって制限される取り出
し効率は近似的に η=(Seff−S0)/Seff (6) で与えられる。ここで S0=π(W0/2) (7) 一方、全電流値Iと電流密度Jとの関係は I=SeffJ (8) で表されるから、(2),(3),(5),(8)式よ
り、次の関係式が得られる。
S eff = π (W eff / 2) 2 (5) The extraction efficiency limited by the fact that the light emitting portion is below the electrode is approximately η 5 = (S eff −S 0 ) / S eff (6) Given. Where S 0 = π (W 0/ 2) 2 (7) On the other hand, because the relationship between the total current value I and the current density J is expressed by I = S eff J (8) , (2), (3 ), (5), and (8), the following relational expression is obtained.

すなわち、W1とW0の比はρおよびIのみによって決ま
り、電極の大きさW0にはよらない。このことは、一定の
電流値でLEDを用いる場合、(6)式で決まる効率η
は電極の大きさによらないことを意味している。したが
って、単一電極の場合には電極の大きさを変えても発光
効率は代わらないことになる。なお円電極の場合、厳密
にはSeffを決めるWeffの値は上式のW1の代わりに、 W1′={(W0+2W12/4+W1 21/2−W0/2 (10) を用いた式となるが、この場合でもW1′とW0の比がρ
およびIのみによって決まり、電極の大きさW0にはよら
ないことは同様である。6図および7図に単一円電極の
場合の電流広がり幅とW0との比および取り出し効率η
(基板の吸収、取り出し面での反射、全反射をすべて考
慮した値)の電流値Iに対する依存性を示す。図からわ
かるように、電流値Iが小さいほど取り出し効率は大き
くなる。これは(3)式で示されるように電流密度が小
さいと実効電流広がり幅が大きくなるためである。
That is, the ratio of W 1 and W 0 is determined only by the [rho 5 and I, does not depend on the size W 0 of the electrode. This means that when an LED is used at a constant current value, the efficiency η 5 determined by the equation (6) is used.
Means that it does not depend on the size of the electrode. Therefore, in the case of a single electrode, the luminous efficiency does not change even if the size of the electrode is changed. In the case of circular electrodes, the value of W eff determining the S eff strictly instead of W 1 in the above equation, W 1 '= {(W 0 + 2W 1) 2/4 + W 1 2} 1/2 -W 0 / 2 (10), where the ratio of W 1 ′ to W 0 is ρ 5
Similarly, it is determined only by I and I and does not depend on the size W 0 of the electrode. FIGS. 6 and 7 show the ratio between the current spread width and W 0 and the extraction efficiency η in the case of a single circular electrode.
The dependence of the current value I (values taking into account the absorption of the substrate, reflection on the extraction surface, and total reflection) is shown. As can be seen, the smaller the current value I, the higher the extraction efficiency. This is because, as shown by the equation (3), when the current density is small, the effective current spreading width becomes large.

次に電極形状が円ではなく、ストライプ電極の場合
に、取り出し効率が電極形状にどのように依存するかを
説明する。ストライプ電極のストライプ幅をW0とする
と、(2)、(4)式はそのまま成立する。ストライプ
の長さを L=aW0 (11) とすると、(5)、(7)式に相当する式は Seff=aWeff 2 (12) S0=aW0 2 (13) となる。これからW1とW0との間には次の関係があること
が導かれる。
Next, how the extraction efficiency depends on the electrode shape when the electrode shape is not a circle but a stripe electrode will be described. When the stripe width of the stripe electrode is W 0, (2), ( 4) expression is satisfied as it is. Assuming that the length of the stripe is L = aW 0 (11), the equations corresponding to the equations (5) and (7) are S eff = aW eff 2 (12) S 0 = aW 0 2 (13) It is derived that there is the following relationship between the W 1 and W 0 in the future.

W1/W0=ab/I+{(ab/I)+ab/I}1/2 (14) ここで b={2nkT/(qρ)}1/2 (15) 以上から、単一ストライプ電極の場合には取り出し効率
は全電流値Iおよびストライプ長さとストライプ幅との
比aとによって決まる。8図および9図にストライプ電
極の場合のWeff/W0およびηのパラメータaに対する依
存性を示す。図からaが大きい程、取り出し効率は大き
くなることがわかる。
W 1 / W 0 = ab / I + {(ab / I) 2 + ab / I} 1/2 (14) where b = {2nkT / (qρ 5 )} 1/2 (15) In the case of an electrode, the extraction efficiency is determined by the total current value I and the ratio a between the stripe length and the stripe width. FIGS. 8 and 9 show the dependence of W eff / W 0 and η on the parameter a in the case of a stripe electrode. It can be seen from the figure that the larger a is, the higher the extraction efficiency is.

以上二つの例からわかるように、単一電極の場合には
電極形状が同じであれば、取り出し効率は電極の大きさ
にはよらず、全電流値Iによってのみ決まる。したがっ
て、例えば円電極の場合には、電極径を変えても取り出
し効率を改善することはできない。一方電流値Iを小さ
くすれば取り出し効率は改善されるが、この場合には光
出力自体が小さくなってしまうので、高輝度発光は実現
できない。しかしながら本発明の構成によれば、電極を
分割することにより、全電流値Iは一定に保ったまま、
それぞれの電極に流れる電流は小さくできるため、電流
広がり幅を大きくすることができ、取り出し効率を向上
させることができる。すなわち、電極をm個に分割すれ
ば、各電極を流れる電流は1/mになるため、6図に示し
たようにWeff/W0の値を大きくすることができ、その結
果として全電流値Iを一定に保ったままηを大きくする
ことができる。10図に単一電極の場合と分割電極の場合
における電流広がりの比較を示す。10図(b)に示した
ように、分割電極の場合、各電極間の間隔Dは一つの電
極に対する活性層での電流広がり幅(=発光領域の幅)
と電極幅との差ΔW(=Weff−W0)以上の値にしておけ
ば良い。さらに全体の面積をなるべく小さくするために
は、電極間の間隔をほぼΔWに等しくしておけば良い。
複数個の円電極による構成の他の実施例を第11図に示
す。上述の議論から、分割数を増す程、取り出し効率を
向上できることが明らかであるが、電極形成プロセス上
の問題もあるため、それに応じて電極数を決めれば良
い。12図および13図に、I=20mAの場合についてWeff/W
0とηの電極数依存性を示す。これからわかるように、
例えばh2=1μmの場合、分割数は4で十分である。さ
らにh2=0の場合、すなわち電流拡散層がない場合で
も、分割数を6程度にすると十分大きい取り出し効率を
実現できる。
As can be seen from the above two examples, in the case of a single electrode, if the electrode shape is the same, the extraction efficiency does not depend on the size of the electrode, but is determined only by the total current value I. Therefore, for example, in the case of a circular electrode, the extraction efficiency cannot be improved even if the electrode diameter is changed. On the other hand, if the current value I is reduced, the extraction efficiency is improved, but in this case, the light output itself is reduced, so that high-luminance light emission cannot be realized. However, according to the configuration of the present invention, by dividing the electrodes, the total current value I is kept constant,
Since the current flowing through each electrode can be reduced, the current spreading width can be increased, and the extraction efficiency can be improved. That is, if the divided electrodes into m, since the current flowing through each electrode becomes 1 / m, it is possible to increase the value of W eff / W 0 as shown in FIG. 6, the total current as a result Η can be increased while the value I is kept constant. Fig. 10 shows a comparison of the current spread between the single electrode and the split electrode. As shown in FIG. 10 (b), in the case of divided electrodes, the distance D between the electrodes is the current spreading width of one electrode in the active layer (= the width of the light emitting region).
The difference may be equal to or more than the difference ΔW (= W eff −W 0 ) between the electrode and the electrode width. In order to further reduce the overall area as much as possible, the interval between the electrodes may be set to be substantially equal to ΔW.
Another embodiment of the configuration using a plurality of circular electrodes is shown in FIG. From the above discussion, it is clear that as the number of divisions increases, the extraction efficiency can be improved. However, there is a problem in the electrode formation process, and the number of electrodes may be determined accordingly. Figures 12 and 13 show that W eff / W for I = 20 mA.
This shows the dependence of 0 and η on the number of electrodes. As you can see,
For example, when h 2 = 1 μm, four divisions is sufficient. Furthermore, even when h 2 = 0, that is, even when there is no current diffusion layer, a sufficiently large extraction efficiency can be realized by setting the number of divisions to about 6.

以上は円電極の場合を示したものであるが、次にスト
ライプ電極の場合の例を示す。6図に示したように、ス
トライプ電極の場合にはストライプ長さとストライプ幅
との比aが大きい程、取り出し効率は大きくなる。した
がって、細長い電極を用いれば効率をあげられるが、そ
の場合には発光パターンも細長くなってしまい、好まし
くない。14図は本発明の第3の実施例を示したもので、
ストライプ電極を複数個に分割した例を示したものであ
る。この場合にも電極間の間隔は上述のΔWにほぼ等し
くなるようにすれば良い。15図はこの実施例の変形例を
示したもので、電極を2次元のメッシュ状パターンにし
てある。この場合にはそれぞれの方向のメッシュ間隔を
ΔWにほぼ等しくなるようにとれば良い。
The above description is for the case of a circular electrode. Next, an example for a stripe electrode will be described. As shown in FIG. 6, in the case of a stripe electrode, the larger the ratio a between the stripe length and the stripe width, the higher the extraction efficiency. Therefore, efficiency can be improved by using an elongated electrode, but in that case, the light emitting pattern becomes elongated, which is not preferable. FIG. 14 shows a third embodiment of the present invention.
This is an example in which a stripe electrode is divided into a plurality. Also in this case, the interval between the electrodes may be made substantially equal to the above-described ΔW. FIG. 15 shows a modification of this embodiment, in which the electrodes are formed in a two-dimensional mesh pattern. In this case, the mesh interval in each direction may be made substantially equal to ΔW.

16図は本発明の第4の実施例を示したもので、図中、
60はn−GaAs基板、61はn−InGaAlPクラッド層、62はI
nGaAlP活性層、63はp−InGaAlPクラッド層、64はp−G
aAlAs電極拡散層、65はn電極、66はp電極、67は半導
体薄膜から成る反射膜をそれぞれ示す。反射膜67では活
性層からGaAs基板側へ出射される光を反射させる機能を
持つ。19図の例では、光出力の50%がGaAsの吸収で失わ
れていたが、反射膜を設けることによって、この光を反
射させ有効に取り出すことが可能となる。この反射膜は
屈折率の異なる半導体膜を交互に積層することにより作
製される。それぞれの半導体膜の光学的厚さは発光中心
波長λに対してλ0/4とすれば良い。また16図の例で
は、導電型がn型の層の間に反射膜が形成されているの
で、反射膜を構成する半導体膜もn型とすればよい。
FIG. 16 shows a fourth embodiment of the present invention.
60 is an n-GaAs substrate, 61 is an n-InGaAlP cladding layer, 62 is I
nGaAlP active layer, 63 is a p-InGaAlP cladding layer, 64 is p-G
aAlAs electrode diffusion layer; 65, an n-electrode; 66, a p-electrode; 67, a reflective film made of a semiconductor thin film. The reflection film 67 has a function of reflecting light emitted from the active layer to the GaAs substrate side. In the example of FIG. 19, 50% of the light output was lost due to absorption of GaAs, but by providing a reflective film, this light can be reflected and effectively extracted. This reflection film is manufactured by alternately stacking semiconductor films having different refractive indexes. The optical thickness of each of the semiconductor film may be set to lambda 0/4 with respect to the emission center wavelength lambda 0. In addition, in the example of FIG. 16, since the reflection film is formed between the n-type conductivity layers, the semiconductor film forming the reflection film may be n-type.

例としてIn0.5(Ga0.7Al0.30.5PとIn0.5(Ga0.3Al
0.70.5Pの交互層の場合およびGaAsとIn0.5(Ga0.3Al
0.70.5Pの交互層の場合について、λ0/4の膜の層数
と反射率特性との関係を17図に示す。図からわかるよう
にIn0.5(Ga0.7Al0.30.5P/In0.5(Ga0.3Al0.70.5
交互層の場合には80層程度で90%以上の反射率が得られ
る。一方、GaAs/In0.5(Ga0.3Al0.70.5P交互層の場
合には、GaAsが大きな吸収係数を持っているにもかかわ
らず、30層で約70%の反射率が得られる。これはGaAsと
In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pの屈折率実数部の差が大きい
ためである。18図にGaAs/In0.5(Ga0.3Al0.70.5P交
互層による反射膜の波長特性を示す。この反射膜は中心
波長λ=600nmとして設計したものであるが、図から
わかるように例えば層数が30の場合では、約70nmの波長
範囲で50%以上の反射率が得られ、比較的広いスペクト
ル幅を持つLEDに対しても十分使用可能であることがわ
かる。なお同様の反射特性はGaAs/GaAlAs交互層を用い
ても実現できる。
For example, In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P and In 0.5 (Ga 0.3 Al
0.7 ) 0.5 P for alternating layers and GaAs and In 0.5 (Ga 0.3 Al
0.7) for the case of 0.5 P of alternating layers, shown in Figure 17 the relationship between the number of layers and the reflectance characteristics of the lambda 0/4 of the film. As can be seen from the figure, In 0.5 (Ga 0.7 Al 0.3 ) 0.5 P / In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P
In the case of alternating layers, a reflectance of 90% or more can be obtained with about 80 layers. On the other hand, in the case of the GaAs / In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P alternating layer, a reflectivity of about 70% can be obtained with the 30 layers even though GaAs has a large absorption coefficient. This is GaAs
This is because the difference between the real part of the refractive index of In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P is large. FIG. 18 shows the wavelength characteristics of the reflection film using the GaAs / In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P alternating layer. Although this reflective film is designed with the center wavelength λ 0 = 600 nm, as can be seen from the figure, for example, when the number of layers is 30, a reflectivity of 50% or more is obtained in a wavelength range of about 70 nm. It can be seen that it can be sufficiently used for an LED having a wide spectral width. Note that the same reflection characteristics can also be realized by using a GaAs / GaAlAs alternate layer.

以上、面発光型の半導体発光装置における、光取り出
し効率改善方法に関する本発明の実施例をいくつか示し
た。これらは、それぞれ単独で用いても効果があるが、
組み合わせて用いることももちろん可能であり、その場
合には効果がさらに大きくなる。
The embodiments of the present invention related to the light extraction efficiency improving method in the surface emitting semiconductor light emitting device have been described above. These are effective even if used alone,
It is of course possible to use them in combination, in which case the effect is further enhanced.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳述したように、本発明によれば、面発光型の半
導体装置において従来外部に取り出されず無効となって
いた光を外部へ取り出すことが可能となり、高輝度の半
導体発光装置が実現できる。
As described in detail above, according to the present invention, in a surface-emitting type semiconductor device, light that has been conventionally disabled without being extracted to the outside can be extracted to the outside, and a high-luminance semiconductor light-emitting device can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に関わる半導体発光装置の概
略構造を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の半導体発光装置の電極パターンの例を
示す図。
FIG. 2 is a diagram showing an example of an electrode pattern of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図3】本発明の効果を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining an effect of the present invention.

【図4】本発明の効果を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining an effect of the present invention.

【図5】本発明の効果を説明するための図。FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of the present invention.

【図6】本発明の効果を説明するための図。FIG. 6 is a diagram for explaining the effect of the present invention.

【図7】本発明の効果を説明するための図。FIG. 7 is a diagram for explaining an effect of the present invention.

【図8】本発明の効果を説明するための図。FIG. 8 is a diagram for explaining the effect of the present invention.

【図9】本発明の効果を説明するための図。FIG. 9 is a diagram for explaining an effect of the present invention.

【図10】本発明の効果を説明するための図。FIG. 10 is a diagram illustrating an effect of the present invention.

【図11】本発明の半導体発光装置の電極パターンの他
の例を示す図。
FIG. 11 is a view showing another example of the electrode pattern of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図12】電極数の効果を説明するための図。FIG. 12 is a diagram for explaining the effect of the number of electrodes.

【図13】電極数の効果を説明するための図。FIG. 13 is a diagram for explaining the effect of the number of electrodes.

【図14】本発明の半導体発光装置の電極パターンの他
の例を示す図。
FIG. 14 is a view showing another example of the electrode pattern of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図15】本発明の半導体発光装置の電極パターンの他
の例を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing another example of the electrode pattern of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図16】本発明の他の実施例を示す図。FIG. 16 is a diagram showing another embodiment of the present invention.

【図17】反射膜の特性例を示す図。FIG. 17 is a view showing an example of characteristics of a reflection film.

【図18】反射膜の特性例を示す図。FIG. 18 is a view showing a characteristic example of a reflection film.

【図19】従来の半導体発光装置の例を示す図。FIG. 19 is a diagram showing an example of a conventional semiconductor light emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,20,50,60,100……n−GaAs基板、 11,21,51,61,101……n−InGaAlPクラッド層 12,22,52,62,102……InGaAlP活性層 13,23,53,63,103……p−InGaAlPクラッド層 14,24,54,64……p−GaAlAs層 15,25,55,65,105……n電極 16,26,56,66,106……p電極 67……半導体多層薄膜から成る反射膜 10, 20, 50, 60, 100 ... n-GaAs substrate, 11, 21, 51, 61, 101 ... n-InGaAlP cladding layer 12, 22, 52, 62, 102 ... InGaAlP active layer 13, 23, 53, 63, 103 ... p -InGaAlP cladding layer 14,24,54,64 ... p-GaAlAs layer 15,25,55,65,105 ... n electrode 16,26,56,66,106 ... p electrode 67 ... Reflecting film composed of semiconductor multilayer thin film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 秀人 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−182876(JP,A) 特開 平2−98984(JP,A) 特開 昭58−34984(JP,A) 特開 昭58−137274(JP,A) 特開 昭51−11387(JP,A) 特開 平1−200678(JP,A) 特開 平2−20076(JP,A) 特開 平2−170486(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Hideto Sugawara 1 Toshiba Research Institute, Komukai, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture (56) References JP-A-63-182876 (JP, A) JP-A-2-98984 (JP, A) JP-A-58-34984 (JP, A) JP-A-58-137274 (JP, A) JP-A-51-11387 (JP, A) JP-A-1-200678 ( JP, A) JP-A-2-20076 (JP, A) JP-A-2-170486 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板と、 その基板の一方の表面上に形成されたInGaAlP活性層
と、 その活性層の前記基板とは反対側に形成された電流拡散
層と、 前記基板の他方の表面に形成された第1電極と、 前記電流拡散層上に、前記活性層を介して前記第1電極
と対向するように形成された第2電極とを有し、前記第
2電極側が光取り出し方向である面発光型の半導体発光
装置において、 前記InGaAlP活性層に対し前記基板側のみに、発光波長
に対して大きな吸収係数を持つGaAsとInGaAlPの交互層
からなる反射膜が形成されていることを特徴とする半導
体発光装置。
A substrate; an InGaAlP active layer formed on one surface of the substrate; a current diffusion layer formed on the opposite side of the active layer from the substrate; A first electrode formed on the current diffusion layer; and a second electrode formed on the current diffusion layer so as to face the first electrode with the active layer interposed therebetween. In a surface-emitting type semiconductor light-emitting device, a reflection film composed of alternating layers of GaAs and InGaAlP having a large absorption coefficient with respect to an emission wavelength is formed only on the substrate side with respect to the InGaAlP active layer. Semiconductor light emitting device.
【請求項2】前記第2電極は選択的に形成され、第2電
極の非形成部から光が取り出されるようにされており、
前記非形成部により隔てられた互いに対向する前記第2
電極の端部同士が、前記第2電極からInGaAlP活性層に
達するまでに前記第2電極の端部夫々から前記非形成部
側へ電流が拡散する幅とほぼ等しい間隔にされているこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体発光装置。
2. The method according to claim 1, wherein the second electrode is selectively formed, and light is extracted from a non-formed portion of the second electrode.
The second opposing portions separated by the non-formed portion;
The ends of the electrodes are spaced from each other at a distance substantially equal to the width of current diffusion from each of the ends of the second electrode to the non-formation part before reaching the InGaAlP active layer from the second electrode. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein
【請求項3】前記反射膜を構成する夫々の層の光学的厚
さは、発光中心波長の1/4に相当することを特徴とする
請求項1記載の半導体発光装置。
3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the optical thickness of each of the layers constituting the reflection film is equivalent to / 4 of the central wavelength of light emission.
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