JP3400110B2

JP3400110B2 - 発光ダイオード

Info

Publication number: JP3400110B2
Application number: JP14648794A
Authority: JP
Inventors: 昌規渡辺
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 2003-04-28
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JPH0818097A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示用・通信用・信号
伝送用などに用いられる発光ダイオードに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、上述の発光ダイオード（以下
ＬＥＤという）において、内部の発光領域で発生した光
を有効に取り出すこと、即ち、外部出射効率の向上は、
高出力や高効率の発光を得るために非常に重要なことで
ある。

【０００３】ところが、発光波長を吸収するような基板
を用いた場合には、下方へ向かう光が基板に吸収されて
出射光として利用できず、外部出射効率が低下する要因
となる。このため、基板と発光部との間に多層反射層を
設けて基板による光吸収を防止する対策が考えられてい
る。

【０００４】図１２に、従来のＬＥＤの一例として、発
光波長に対して不透明な基板上に多層反射層を配して上
面から光を出射させるＬＥＤの断面図を示す。このＬＥ
Ｄは以下のようにして作製される。

【０００５】図１２に示すように、まず、ｎ型ＧａＡｓ
基板５１０上の全面に、ｎ型ＡｌＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎ
Ｐ多層反射層（ＡｌＩｎＰ層の層厚＝０．０４１μｍ、
ＡｌＧａＩｎＰ層の層厚＝０．０４０μｍ、ペア数２
０）５１１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５１２、ア
ンドープＡｌＧａＩｎＰ発光層５１３、ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層５１４さらにｐ型ＧａＡｓコンタクト層
５１５を順次積層する。その後、素子表面に表面電極５
１６を蒸着して設け、この表面電極５１６およびｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層５１５を素子中央部のみ残してエッ
チングする。また、素子裏面には裏面電極５１７を蒸着
して設ける。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のＬＥＤにお
いては、多層反射膜５１１が特定の入射方向の光（この
場合、垂直入射光）に対してのみ高反射率となる性質を
有している。このため、発光領域から真下へ向かう光線
ｐだけが多層反射層５１１により反射されて上方から出
射されるが、発光領域から斜め下方向へ向かう光線ｑは
多層反射層５１１に吸収されて、外部出射に寄与しない
という問題があった。

【０００７】また、上記ＬＥＤにおいては、多層反射層
５１１が主として真下へ向かう光ｐを反射するため、光
が専らチップ上面から取り出され、チップ側面からの出
射光量は極めて少ない。このため、以下に示すような簡
便な実装方法を適用するのに不都合であった。

【０００８】即ち、ＬＥＤをワイヤボンドを行わずに直
接プリント基板に実装する簡便な実装方法として、例え
ば特開昭５７−４９２８４号公報には次のような方法が
示されている。

【０００９】図１３（ａ）に示すように、まず、ｎ型半
導体基板７１０上にｐ型半導体層７１１が積層されてｐ
ｎ接合面７１２近傍で光を発生するＬＥＤチップの上面
に電極７１３を形成し、また、その下面に電極７１４を
形成して、各電極上にはんだを塗布する。一方、このＬ
ＥＤチップを実装するためのプリント基板部として、図
１３（ｂ）に示すように、絶縁性基板７１５上に電極配
線７１６，７１７を印刷し、その上にソルダーレジスト
膜７１８を形成し、さらに接着剤７１９を塗布したもの
を用意する。このプリント基板部の上に上記ＬＥＤチッ
プを固定し、はんだを加熱して一旦溶融後、固化させる
ことにより、電極配線７１６，７１７とＬＥＤの電極７
１３，７１４をそれぞれ電気的に接続するはんだ７１９
とする。このようにしてＬＥＤチップを横置きして固定
することにより、チップ側面から光が出射される。

【００１０】上記実装方法は、チップ側面から多くの光
が取り出せるＬＥＤを前提としている。一般に、半導体
レーザにおいては、活性層の上下をクラッド層で覆った
導波路構造となっており、光は活性層を導波する。この
場合の導波現象は、活性層とクラッド層との界面におけ
る全反射により生じると考えられ、全反射された光は、
ほとんど活性層中に閉じ込められる。活性層は光を強く
吸収するので、電流注入量が少ない時には光が外部に取
り出される割合はごく小さく、僅かにレーザ出射端面近
傍の光だけが外部に漏れることになる。また、電流注入
量がレーザ発振閾値を超えると、全反射した光が増幅さ
れてレーザ発振が生じて、出射端面からレーザ光が出射
される。しかし、レーザ発振しないＬＥＤにおいては側
面から光が出射する割合は小さい。光を吸収する不透明
基板上に多層反射膜を形成した上記従来のＬＥＤにおい
ても、上述のようにチップ側面からの出射光量が極めて
少ないので、上記簡便な実装法を適用するのは実用的で
はなかった。

【００１１】本発明は上記従来の問題を解決するもの
で、発光領域から発生する光が不透光層または不透明基
板に吸収されるのを防ぐと共に、発光領域から斜め方向
に向かう光を外部出射に寄与させて、外部出射効率およ
び電流利用効率の向上を図ることができるＬＥＤを提供
することを目的とする。また、本発明は、主としてチッ
プ側面から光を取り出すことができ、簡便に実装して生
産性を向上させることができるＬＥＤを提供することを
他の目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の発光ダイオード
は、透明で絶縁性を有する基板に、バッファ層と、第１
導電型クラッド層と、発光層と、第２導電型クラッド層
と、第２導電型クラッド層よりも屈折率が小さい第２導
電型全反射層と、第２導電型電極と、第１導電型クラッ
ド層に接する第１導電型電極とがその順番にそれぞれ設
けられ、第２導電型全反射層の層厚と屈折率との積が、
発光領域で発生した光の波長の１．４１倍以上であっ
て、発光層で発生した光の一部が、導波することなく光
線として第２導電型全反射層で反射され、第２導電型ク
ラッド層の側面全体より出射され、第１導電型クラッド
層と第２導電型クラッド層とがＧａＮまたはＡｌＧａＩ
ｎＮからなり、第２導電型全反射層が第１導電型クラッ
ド層および第２導電型クラッド層より屈折率が低いＡｌ
ＧａＩｎＮからなり、それにより上記目的が達成され
る。

【００１３】また、本発明の発光ダイオードは、発光領
域の一方の広面に、発光領域で発生する光に対して透明
な第１の透光半導体層と、第１の透光半導体層よりも屈
折率が小さい第１の全反射半導体層と、発光領域で発生
する光に対して不透明な第１の不透光半導体層または不
透明基板とがその順番にそれぞれ設けられ、発光領域の
他方の広面に、発光領域で発生する光に対して透明な第
２の透光半導体層と、第２の透光半導体層よりも屈折率
が小さい第２の全反射半導体層と、発光領域で発生する
光に対して不透明な第２の不透光半導体層または不透明
基板とがその順番にそれぞれ設けられ、第１の全反射半
導体層の層厚と屈折率との積および第２の全反射半導体
層の層厚と屈折率との積は、それぞれ発光領域で発生し
た光の波長の１．４１倍以上であって、発光領域で発生
した光の一部が、導波することなく光線として第１の全
反射半導体層および第２の全反射半導体層の少なくとも
一方で反射され、第１の透光半導体層および第２の透光
半導体層の側面全体より出射され、そのことにより上記
目的が達成される。

【００１４】バッファ層、第１導電型クラッド層、発光
層、第２導電型クラッド層および第２導電型全反射層
は、それぞれＡｌＧａＩｎＮ混晶により形成されるのが
望ましい。

【００１５】

【００１６】発光領域と、第１導電型クラッド層および
第２導電型クラッド層の側面または第１の透光半導体層
および第２の透光半導体層の側面とに保護膜が形成され
ているのが望ましい。

【００１７】第１導電型電極が、第２導電型電極、第２
導電型全反射層、第２導電型クラッド層および発光層の
それぞれの一部を除去することによって露出した第１導
電型クラッド層の一部に接するように形成されているの
が望ましい。

【００１８】

【００１９】第１の透光半導体層および第２の透光半導
体層がＧａＮまたはＡｌＧａＩｎＮからなり、第１の全
反射半導体層および第２の全反射半導体層が第１の透光
半導体層および第２の透光半導体層より屈折率が低いＡ
ｌＧａＩｎＮからなるのが望ましい。

【００２０】

【００２１】なお、本発明においては、５０％以上の反
射率が得られる媒質を全反射層と定義している。

【００２２】

【作用】本発明においては、発光領域（ｐ型層とｎ型層
との接合界面、ｐ型層とｎ型層との間に設けられた発光
層など）と、発光領域で発生する光に対して透明な透光
層（クラッド層など）、および発光領域で発生する光に
対して不透明な不透光層（バッファ層、キャップ層、電
極など）または不透明基板がこの順に配設されている。
透光層と不透光層または不透明基板との間には、透光層
に接して透光層より屈折率が小さい全反射層が設けら
れ、発光領域で発生した光のうち、不透光層または不透
明基板側に向かう光は、この全反射層により反射されて
不透光層または不透明基板まで達しない。よって、各半
導体層または基板として光を吸収するものを用いても光
が吸収されることはなく、発光の外部への取り出し効率
を向上させることができる。また、発光領域と全反射層
との間に発光波長に対して透明で吸収も発光も生じない
透光層が存在するので、全反射層により反射された光の
少なくとも一部が透光層の側面から外部に放出される。
よって、レーザ発振しないＬＥＤにおいても側面から光
を取り出すことができ、横置き実装に適したＬＥＤとす
ることができる。

【００２３】また、発光領域の一方の広面に、発光領域
で発生する光に対して透明な第１の透光層、および発光
領域で発生する光に対して不透明な第１の不透光層また
は不透明基板が、発光領域側からこの順に配設され、発
光領域の第１の透光層とは反対側面に、該発光領域で発
生する光に対して透明な第２の透光層、および発光領域
で発生する光に対して不透明な第２の不透光層が、発光
領域側からこの順に配設されている場合、即ち、発光領
域の上下両面に不透光層または不透明基板が存在する場
合には、第１の透光層と第１の不透光層または不透明基
板との間、および第２の透光層と第２の不透光層との間
に、各透光層に接して各透光層より屈折率が小さい第１
および第２の全反射層を設けた構成とする。この場合、
光が第１の全反射層および第２の全反射層の両方で反射
されるので、発光層の下部へ向かう光だけでなく、発光
層の上部へ向い電極近傍で吸収される光も側面に導くこ
とができ、より効率的に側面に導くことができる。

【００２４】十分な反射率を得るためには全反射層の膜
厚を大きくする必要があり、膜厚と屈折率との積（光路
長）が発光ダイオードの中心発光波長の１．４１倍以上
であるのが望ましい。この値は、波長によらずに近似的
に適用することができる。

【００２５】全反射層の材料は、入射側（透光層）より
屈折率が小さいだけでなく、格子整合する材料が望まし
い。透光層がＡｌＧａＡｓからなる場合、全反射層は透
光層より屈折率が低いＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ（但しＡ
ｌ混晶比が透光層より大）、ＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａ
ＩｎＰからなるのが望ましい。透光層がＡｌＧａＩｎＰ
からなる場合、全反射層は透光層より屈折率が低いＡｌ
Ａｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ
（但しＡｌ混晶比が透光層より大）からなるのが望まし
い。透光層がＧａＡｓＰからなる場合、全反射層は透光
層より屈折率が低いＧａＰ、ＧａＡｓＰ（但しＰ混晶比
が透光層より大）またはＡｌＧａＡｓからなるのが望ま
しい。透光層がＺｎＳｅまたはＺｎＳＳｅからなる場
合、全反射層は透光層より屈折率が低いＺｎＣｄＳ、Ｚ
ｎＣｄＳＳｅまたはＺｎＭｇＳＳｅからなるのが望まし
い。透光層がＺｎＭｇＳＳｅからなる場合、全反射層は
透光層より屈折率が低いＺｎＣｄＳ、ＺｎＣｄＳＳｅま
たはＺｎＭｇＳＳｅ（但しＭｇ混晶比またはＳ混晶比が
透光層より大）からなるのが望ましい。透光層がＧａＮ
からなる場合、全反射層は透光層より屈折率が低いＡｌ
ＧａＩｎＮからなるのが望ましい。透光層がＡｌＧａＩ
ｎＮからなる場合、全反射層は透光層より屈折率が低い
ＡｌＧａＩｎＮ（但しＡｌ混晶比が透光層より大、また
はＩｎ混晶比が透光層より小）からなるのが望ましい。

【００２６】透光層の側面に、保護膜を形成すると、側
面での電気的リークを防止でき、またＬＥＤを構成する
半導体結晶の劣化を防止することができる。

【００２７】基体表面に第１の電極および第２の電極を
形成してプリント基板を作製し、この第１の電極および
第２の電極の近傍に、発光ダイオードの表面電極および
裏面電極の表面と第１の電極および第２の電極の基体と
反対側面とが略直交するように発光ダイオードを配設
（横置き）して、第１の電極と表面電極と、および第２
の電極と裏面電極とを各々電気的に接続すると、ワイヤ
ボンドを行わずにＬＥＤチップをプリント基板に直接実
装することができるので、工程が単純であり、電気接続
の信頼性が高い。本発明のＬＥＤは側面からの光取り出
し量を多くすることができるので、このような横置き実
装が可能となる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２９】（実施例１）図１は本発明における実施例
１のＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの断面図である。なお、各
層の厚みについては基板表面に垂直方向の厚みを示して
おり、また、ＧａＩｎＰはＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ、ＡｌＩｎ
ＰはＡｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ、ＡｌＧａＩｎＰは（Ａｌ_yＧａ
_1-y）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの略とする。

【００３０】図１において、表面が（１００）面である
ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、厚み０．５μｍのｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ層１１、厚み０．２μｍのｎ型Ａｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ａｓ中間バンドギャップ層１２、厚み１μｍのｎ
型ＡｌＡｓ全反射層１４、厚み２５μｍのｎ型ＡｌＧａ
ＩｎＰ（ｙ＝０．７）クラッド層１５、厚み１μｍのア
ンドープＡｌＧａＩｎＰ（ｙ＝０．５）発光層１６、厚
み２５μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ（ｙ＝０．７）クラッ
ド層１７、厚み１μｍのｐ型ＡｌＡｓ全反射層１８、厚
み０．２μｍのｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間バンドギャ
ップ層２０、さらに厚み１μｍのｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層２１が形成されている。さらに、コンタクト層２１
の上にはＡｕＺｎからなる表面電極（この場合ｐ側電
極）２５が形成され、基板１０の半導体層成長面と反対
側の表面にはＡｕＧｅからなる裏面電極（この場合ｎ側
電極）２６が形成されている。このＬＥＤにおいて、ク
ラッド層１５，１８は発光層１６で発生する光に対して
透明であり、基板１０、バッファ層１１、コンタクト層
２１は発光層１６で発生する光に対して不透明である。
また、全反射層１４，１８の屈折率は、クラッド層１
５，１７の屈折率より小さい。以上によりＡｌＧａＩｎ
Ｐ系ＬＥＤが構成される。

【００３１】このＬＥＤは、以下のようにして作製する
ことができる。

【００３２】まず、表面が（１００）面であるｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１０の上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）
法によりｎ型ＧａＡｓバッファ層１１、ｎ型Ａｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ａｓ中間バンドギャップ層１２、ｎ型ＡｌＡｓ全
反射層１４、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ（ｙ＝０．７）クラッ
ド層１５、アンドープＡｌＧａＩｎＰ（ｙ＝０．５）発
光層１６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ（ｙ＝０．７）クラッド
層１７、ｐ型ＡｌＡｓ全反射層１８、ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5Ａｓ中間バンドギャップ層２０、さらにｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層２１を順次積層して形成する。

【００３３】次に、表面電極２５および裏面電極２６を
形成して各電極上にはんだ（図示せず）を塗布した後、
１４０μｍ間隔でダイシングしてチップに分割する。こ
のようにして、図２に示すようなＬＥＤチップ３０が得
られる。

【００３４】この複数のＬＥＤチップ３０を、図２に示
すような縦配線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３および横配線Ｒ１、Ｒ
２、Ｒ３などがマトリクス状に配線されたプリント基板
３１上に、チップ３０の表面電極２５および２６が縦配
線および横配線の表面に略垂直となるように配設し、表
面電極２５が横配線と、裏面電極２６が縦配線と接続す
るように横置きに実装する。その後、プリント基板全体
を覆うように保護用樹脂を塗布する。

【００３５】以下に、このＬＥＤの動作原理を図３を参
照しながら説明する。図３において、媒質１は屈折率
３．５２７の透光層であり、媒質２は媒質１の屈折率よ
り低い屈折率３．１８９の全反射層であり、媒質３は屈
折率４．０６６−０．２７６ｉの不透光層である。ま
た、ＬＥＤの側面４は屈折率１．５の媒質（樹脂）５と
の界面をである。さらに、Ａは媒質１から媒質２への光
の入射角、Ｃは側面４から出射する光が満たすべき側面
への入射角、ｄは媒質２の層厚を示している。

【００３６】図４に、図３における入射角Ａが５０°お
よび６６°の場合について、媒質２の層厚ｄを変化させ
た時の反射率Ｒの変化を計算した結果を示す。ただし、
光の波長λは０．５６４μｍとした。図４に示すよう
に、入射角Ａが全反射臨界角Ａｃ＝６４．７°に満たな
い５０°の時は、反射率Ｒは媒質２の層厚ｄの値の増加
に従って周期的に増減を繰り返す。また、入射角Ａが全
反射臨界角Ａｃを超える６６°の時は全反射条件Ａ＞Ａ
ｃを満たすので、媒質２の層厚ｄが波長λに比べて十分
大きければ反射率Ｒは１００％となるが、媒質２の層厚
ｄが薄い場合には反射率Ｒは小さい。

【００３７】また、反射率Ｒが５０％を超える場合、即
ち、媒質２が全反射層となるのは媒質２の層厚ｄが０．
２５μｍ程度の時であり、１００％近くの反射率となる
のは媒質２の層厚ｄが約１μｍ以上の時である。これ
は、入射角Ａが全反射条件Ａ＞Ａｃを満たしていても媒
質２にエバネッセント波と称される光の染み出しがある
ので、十分な反射率を得るにはその染み出し距離よりも
媒質２の層厚ｄが十分大きい必要があるためである。媒
質２が全反射層となる５０％以上の反射率を得るための
下限層厚は０．２５μｍであるが、これは波長により変
化する。これを光路長（屈折率×層厚）に直すと波長の
１．４１倍（３．１８９×０．２５μｍ／０．５６４μ
ｍ）に相当し、この値は波長によらず適用できる。

【００３８】ここで、全反射層の下限層厚は、従来用い
られている多層反射層中の低屈折率層の層厚に比べて非
常に大きい。多層反射層中の低屈折率層厚はλ／４ｎ
（ｎは屈折率であり、光路長は波長の０．２５倍であ
る。これに比べて全反射層の光路長は波長の１．４１倍
であり、両者の比は少なくとも５．６倍以上である。し
たがって、多層反射層はブラッグ反射、全反射層は全反
射であり、動作原理も全く異なり両者は別物である。

【００３９】このような全反射層（媒質２）が形成され
た素子側面４から光を出射させる場合、素子側面４から
出射する光が満たすべき入射角Ｃの条件は、０°＜Ｃ＜
Ｃｍａｘである。媒質１から媒質５へ出射する光の全反
射臨界角Ｃｍａｘはａｒｃｓｉｎ（１．５／３．５２
７）＝２５．１６である。また、素子側面４が全反射層
（媒質２）と垂直とすると、Ａ＝９０°−Ｃとなる。し
たがって、全反射層（媒質２）が素子側面４から出射す
る光を高反射率で反射するようにするには、Ａｍｉｎ＝
９０°−Ｃｍａｘ＝６４．８４°であり、６４．８４°
＜Ａ＜９０°である光に対して高反射率であるようにす
ればよい。Ａｍｉｎ＝６４．８４は全反射層（媒質２）
の全反射臨界角Ａｃ＝６４．７とほぼ等しく、素子側面
４から出射する光を高反射率で反射させることができ
る。

【００４０】したがって、全反射層（媒質２）は、層厚
ｄが十分厚い場合、素子側面４から出射する光をほぼ完
全に反射させることができ、素子側面４から光を出射さ
せるＬＥＤの場合には従来用いられてきた多層反射層を
用いる必要はない。ただし、全反射臨界角Ａｃは媒質１
と媒質２の屈折率差に依存し、全反射臨界角Ｃｍａｘは
媒質１と媒質５の屈折率差に依存するので、用いる媒質
の組み合わせによっては全反射層と多層反射層とを併用
してもよい。組み合わせる多層反射層は、素子側面４へ
出射する光に対する反射率を補うべく斜め入射光に対し
て高反射率のものを用いることができ、また、上面へ出
射するべく垂直入射に近い光に対して高反射率のものを
用いることもできる。

【００４１】各材料の屈折率は厳密には判っていない場
合が多いが、一般にはバンドギャップの大きい材料の屈
折率が低い。特にＩＩＩ−Ｖ族半導体においては、ＩＩ
Ｉ族元素中、ＩｎよりＧａ、ＧａよりＡｌの比率の大き
い材料の屈折率が低く、Ｖ族元素中、ＡｓよりＰ、Ｐよ
りＮの比率の大きい材料の屈折率が低い。ＩＩ−ＶＩ族
半導体においても、ＩＩ族元素中、ＣｄよりＺｎ、Ｚｎ
よりＭｇの比率の大きい材料の屈折率が低く、ＶＩ族元
素中、ＴｅよりＳｅ、ＳｅよりＳの比率の大きい材料の
屈折率が低い。同様にＩＶ族半導体（ＳｉＣ、ＳｉＧｅ
など）においても、ＧｅよりＳｉ、ＳｉよりＣの比率の
大きい材料の屈折率が低い。

【００４２】このように、クラッド層などの透光層より
屈折率が低い材料からなる全反射層を不透光層（基板、
バッファ層およびコンタクト層など）と透光層との間に
透光層に接するように形成した場合には、光を素子側面
から出射させるＬＥＤに適している。

【００４３】図５（ａ）に光を上面から出射させた場合
の模式図を示し、図５（ｂ）に光を側面から出射させた
場合の模式図を示す。光を上面から出射させる場合に
は、図５（ａ）に示すように、点Ｐから出射した光のう
ち、上面から出射される成分は上面での全反射のために
制約されて円状の領域６だけになる。よって、上面から
出射できる光の立体角の全立体角に対する割合は５．１
％となる。一方、光を側面出射させる場合には、図５
（ｂ）に示すように、円柱の中心軸上の点Ｑから出射し
た光は、円柱側面のベルト状の領域７より出射される。
よって、素子側面から出射できる光の立体角の全立体角
に対する割合は４４．１％となり、上面から出射できる
光の立体角に比べて圧倒的に大きいことがわかる。

【００４４】ここで、全反射層を用いずに側面から光を
出射させるには、中央で発した光線が不透明基板や不透
光層に吸収されることなく側面に到達するように、透光
性領域を十分厚くするか、または基板に斜めに入射した
光を反射させる必要がある。しかし、不透明基板や不透
光層と透光領域との間に全反射層を設けることにより、
透光領域を極端に厚くすることなく、中央で発生した光
を側面まで導くことができ、外部出射効率を向上させる
ことができる。また、全反射層を発光層の下部だけでは
なく上部にも設けることにより、上部へ向い電極近傍で
吸収される光も側面へ導くことができる。

【００４５】本実施例のＬＥＤにおいては、全反射層１
４，１８が形成されているので、光が発光層１６から下
部へ向ってバッファ層１１および基板１０に吸収される
のを防ぐことができ、また、発光層１６から上部へ向か
ってコンタクト層２１や電極近傍で吸収されるのも防ぐ
ことができる。この発光層１６から発生する光は、直接
側面に達する光線ａの他に、上部や下部へ向かい全反射
層１４，１８で反射されて素子側面まで導かれる光線
ｂ，ｃも透光層（クラッド層１５、１７）の側面から外
部に出射されるので、外部出射効率を高めて高電流利用
効率とすることができる。

【００４６】本実施例におけるＬＥＤは光出射面が素子
側面であり、上面に出射面が形成されていないので、チ
ップサイズを１４０μｍ角に小さくすることができた。
このため、素子サイズが３００μｍ角である従来の素子
に比べて１ウェハ当りの素子数を４倍以上にすることが
でき、生産性を大幅に向上させることができる。

【００４７】また、本実施例におけるＬＥＤは、中心波
長５６０ｎｍで発光し、従来の上面出射型ＬＥＤの約
１．７倍の光度を得ることができる。これは上述したよ
うに、上面に出射できる光の割合より側面へ出射できる
光の割合が大きいことによる。

【００４８】このように、チップ側面から多量の光を取
り出すことができるので、チップを横置きにしてプリン
ト基板に実装することができ、単純な生産工程で信頼性
が高い電気接続を行うことができる。また、横置きによ
り高密度に実装できるので、多数のＬＥＤを狭い領域に
配置することができる。よって、面状または線状ＬＥＤ
光源、ＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤを用いたインターコ
ネクションなどに好適に用いることができ、表示用・通
信用・信号伝送用に広く適用することができる。

【００４９】なお、本実施例においては、以下のような
変更が可能である。

【００５０】上記した全反射層１４，１８は、透光層で
あるクラッド層１５，１７より屈折率の低い材料からな
るものであればいずれも用いることができるが、格子整
合を考慮すると透光層より屈折率が低いＡｌＡｓ、Ａｌ
ＧａＡｓ（但しＡｌ混晶比が透光層より大）、ＡｌＩｎ
ＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなるものが望ましい。ま
た、全反射層１４，１８の層厚は０．２５μｍ以上であ
ればよいが、発光波長によっては全反射層の光路長が波
長の１．４１倍になるように屈折率および層厚を調節す
るのが望ましい。さらに、透光層としてＡｌＧａＡｓ層
を形成した場合にも同様に、透光層より屈折率が低いＡ
ｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎ
Ｐ層を用いることができるが、その場合はＡｌＧａＩｎ
Ｐ層としてＡｌ混晶比が透光層より大のものを用いるこ
とができる。

【００５１】また、ＬＥＤチップは、本実施例では、は
んだを用いて電極配線と電気的に接続させたが、はんだ
以外の導電性材料、例えばＡｇペースト、導電性樹脂な
どを用いて電極配線と電気的に接続させてもよい。ま
た、図２におけるプリント基板３１上に実装する以外
に、通常のカップ型ステムにダイボンドしてワイヤボン
ドした後、樹脂封止してもよい。

【００５２】さらに、本実施例では、ＬＥＤチップの電
極２５，２６は、表面および裏面の全面に形成したが、
上面または下面の一部からも光が出射できるように電極
の一部を除去してもよい。その場合、除去する電極の下
に形成した全反射層も同時に除去してクラッド層または
広義のクラッド層である電流拡散層などが直接外部（樹
脂、空気または真空など）に接するようにすると、界面
での屈折率差が大きくなるので全反射層の働きが大きく
なり好適となる。

【００５３】さらに、本実施例では表面電極２５として
ＡｕＺｎを使用したが、その他のｐ側オーミック電極と
使用してもよい。また、本実施例では裏面電極２６とし
てＡｕＧｅを使用したが、その他のｎ側オーミック電極
を使用してもよい。

【００５４】さらに、本実施例では、中間バンドギャッ
プ層１２，２０は素子への印加電圧を減少させる効果が
あるが、必ずしも形成しなくてもよく、ＡｌＧａＡｓ以
外にＧａＡｓとＡｌＡｓとの間のバンドギャップを有す
る他の材料（ＡｌＧａＩｎＰなど）を用いてもよい。ま
た、組成を徐々に変化させたグレーデッド層としてもよ
く、超格子層としてもよい。

【００５５】さらに、本実施例では、基板１０の導電型
はｎ型としたが、ｎ型に限らず、ｐ型であってもよい。
この場合、各層の導電型を全て反対にする必要がある。
また、本実施例では、基板１０の面方位は（１００）と
したが、（１００）に限定されず、どの面方位であって
もよい。

【００５６】さらに、本実施例では、各半導体層１１〜
２１はＭＯＣＶＤ法で形成したが、ＭＢＥ（分子線エピ
タキシ）法、ガスソースＭＢＥ法、ＭＯＭＢＥ（有機金
属ＭＢＥ）法、ＣＢＥ（化学ビームエピタキシ）法など
の成長法で形成してもよい。

【００５７】（実施例２）図６は、本発明における実施
例２のＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの上面図であり、図７は
その断面図である。

【００５８】図６および図７において、表面が（１０
０）面であるｎ型ＧａＡｓ基板５０の上部が一部除去さ
れて円錐台状になっており、その上に、厚み０．５μｍ
のｎ型ＧａＡｓバッファ層５１、厚み０．２μｍのｎ型
ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層５２、厚み１μｍのｎ
型ＡｌＩｎＰ全反射層５３、厚み２５μｍのｎ型ＡｌＧ
ａＩｎＰ（ｙ＝０．７）クラッド層５５、厚み１μｍの
アンドープＡｌＧａＩｎＰ（ｙ＝０．５）発光層５６、
厚み２５μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ（ｙ＝０．７）クラ
ッド層５７、厚み１μｍのｐ型ＡｌＩｎＰ全反射層５
９、厚み０．２μｍのｐ型ＧａＩｎＰ中間バンドギャッ
プ層６０、さらに厚み１μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト
層６１が順次形成されて、側面６９がやや傾斜した１０
０μｍφのメサ形状６８が形成される。このメサ形状６
８の側面６９には、ＳｉＯ₂からなる保護膜６７が形成
されている。また、コンタクト層６１の上には表面電極
（この場合ｐ側電極）６５が形成され、また、基板５０
の半導体層成長面と反対側の表面には裏面電極（この場
合ｎ側電極）６６が形成されている。以上によりＡｌＧ
ａＩｎＰ系ＬＥＤが構成される。

【００５９】このＬＥＤにおいて、クラッド層５５，５
７は発光層５６で発生する光に対して透明であり、基板
５０、バッファ層５１、コンタクト層６１は発光層５６
で発生する光に対して不透明である。また、全反射層５
３，５９の屈折率は、クラッド層５５，５７の屈折率よ
り小さい。

【００６０】このＬＥＤは、以下のようにして作製する
ことができる。

【００６１】まず、表面が（１００）面であるｎ型Ｇａ
Ａｓ基板５０の上に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＡｓ
バッファ層５１、ｎ型ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層
５２、ｎ型ＡｌＩｎＰ全反射層５３、ｎ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐ（ｙ＝０．７）クラッド層５５、アンドープＡｌＧａ
ＩｎＰ（ｙ＝０．５）発光層５６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ
（ｙ＝０．７）クラッド層５７、ｐ型ＡｌＩｎＰ全反射
層５９、ｐ型ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層６０、さ
らにｐ型ＧａＡｓコンタクト層６１を順次積層形成す
る。

【００６２】次に、表面電極６５および裏面電極６６を
基板５０側およびコンタクト層６１側全面に蒸着し、表
面電極６５上に１００μｍφのレジストパターンを形成
する。続いて、ウェットエッチングにより各層をエッチ
ングし、深さ５０μｍの溝を形成する。このエッチング
により各層の側面はやや傾斜した側面６９となり、１０
０μｍφのメサ形状６８が形成される。

【００６３】その後、ＳｉＯ₂保護膜６７を側面６９上
に形成する。その際、保護膜６７が表面電極６５上にも
付着してしまうので、レジストで側面６９を覆った後、
エッチングで表面電極６５上の保護膜を除去する。

【００６４】次に、ウェハを１４０μｍ間隔でダイシン
グしてチップに分割する。

【００６５】その後、図８に示すように、ステム８０に
Ａｇペーストを塗布し、ＬＥＤチップ８１の裏面電極６
６を下にしてステム８０に貼り付ける。表面電極６５と
リード線８２との間はワイヤ８３で接続し、ステム全体
を樹脂８４で封止する。

【００６６】本実施例のＬＥＤにおいては、全反射層５
３，５９が形成されているので、光が発光層５６から下
部へ向ってバッファ層５１および基板５０に吸収される
のを防ぐことができ、また、発光層５６から上部へ向か
ってコンタクト層６１や電極近傍で吸収されるのも防ぐ
ことができる。また、発光層５６から発生する光は、直
接側面に達する光線の他に、上部や下部へ向かい全反射
層５３，５９で反射されて側面まで導かれる光線ｇ，ｈ
も透光層であるクラッド層５５，５７の側面から外部に
出射される。これらの光線は、図８に点線で示すように
ステム８０の側壁に反射されて樹脂８４の全面から外部
に放出される。

【００６７】本実施例のＬＥＤよれば、メサ形状６８が
設けられているので以下のような利点を有する。

【００６８】第１に、円錐状にすることにより四角柱に
比べて外部出射効率が増大する。第２に、側面６８にダ
イシングによるダメージが生じないので信頼性の点で有
利である。第３に、側面６９に保護膜６７を形成するこ
とができる。

【００６９】このように、保護膜６７が形成されている
ことにより、側面６９における電気的リークを防止する
と共に、ＬＥＤを構成する半導体結晶の劣化を防ぐこと
ができる。この保護膜６７の層厚×屈折率を発光波長の
１／４とすることにより反射防止膜としての役割を果た
すことができ、光出射効率をさらに増大させることがで
きる。

【００７０】さらに、このＬＥＤチップは、側面６９に
保護膜６７が施されているので、実施例１に示したよう
な横置き実装にも適している。

【００７１】なお、本実施例では、メサ形状６８は、円
錐形状としたが、円錐以外の形状、例えば八角錐、六角
錐、四角錐、三角錐などであってもよい。また、本実施
例では、側面６９は基板５０表面に対してやや傾けた
が、基板５０に垂直としてもよい。さらに、メサ形状６
８を形成するためのエッチングは、本実施例では、表面
電極６５および裏面電極６６の形成後に行ったが、電極
形成前に行ってもよい。また、このエッチングは、ＲＩ
ＢＥ（反応性イオンビームエッチング）法などにより行
ってもよい。

【００７２】また、保護膜６７としてはＳｉＯ₂の他に
アルミナ、窒化シリコン、その他の誘電体層を用いるこ
とができ、これらの形成法としては真空蒸着法、スパッ
タ法などが挙げられる。また、保護膜６７として、Ａｌ
ＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、その他の半導体膜を用いて
もよい。ただし、保護膜６７として半導体膜を形成する
場合には、表面電極６５および裏面電極６６の形成前に
行うのが望ましい。さらに、保護膜６７として樹脂を用
いてもよい。

【００７３】その他、実施例１で示したのと同様な変更
も可能である。

【００７４】（実施例３）図９は、本実施例における実
施例２のＧａＡｓＰ系ＬＥＤの断面図である。なお、Ｇ
ａＡｓＰはＧａＡｓ_1-xＰ_xの略とする。

【００７５】図９において、表面が（１１１）Ｂ面であ
るｎ型ＧａＰ基板７０上に、厚み２５μｍのｎ型ＧａＡ
ｓＰ（ｘを０．６〜０．５まで徐々に変化させる）グレ
ーデッドバッファ層７１、厚み５０μｍのｎ型ＧａＡｓ
Ｐ（ｘ＝０．６５）層７２、ｎ型ＧａＡｓＰ：Ｎ（ｘ＝
０．６５）層７３、ｐ型ＧａＡｓＰ：Ｎ（ｘ＝０．６
５）層７４、さらに厚み５μｍのｐ型ＧａＰ全反射層７
５が順次形成されている。さらに、この全反射層７５上
には表面電極（この場合ｐ側電極）７６が形成され、基
板７０の半導体層成長面と反対側の表面には裏面電極
（この場合ｎ側電極）７７が形成されている。以上によ
りＧａＡｓＰ系ＬＥＤが構成される。

【００７６】このＬＥＤにおいて、発光はｎ型ＧａＡｓ
Ｐ：Ｎ（ｘ＝０．６５）層７３およびｐ型ＧａＡｓＰ：
Ｎ（ｘ＝０．６５）層７４の界面に形成されるｐｎ接合
の近傍で生じる。透光層は、発光領域で発生する光に対
して透明であり、電極７６、７７は発光領域で発生する
光に対して不透明である。また、全反射層７５の屈折率
は、透光層の屈折率より小さい。

【００７７】このＬＥＤは、以下のようにして作製する
ことができる。

【００７８】まず、表面が（１１１）Ｂ面であるｎ型Ｇ
ａＰ基板７０上に、ＬＰＥ法によりｎ型ＧａＡｓＰグレ
ーデッドバッファ層７１、ｎ型ＧａＡｓＰ層７２、ｎ型
ＧａＡｓＰ：Ｎ層７３、さらにアンドープＧａＰ全反射
層７５を順次積層形成する。

【００７９】次に、このウェハとＺｎとを石英管に入れ
て７００℃に加熱し、表面からＺｎを拡散させる。これ
によりｎ型ＧａＡｓＰ：Ｎ層７３の上部とアンドープＧ
ａＰ全反射層７５とがｐ型に変換され、各々ｐ型ＧａＡ
ｓＰ：Ｎ層７４とｐ型ＧａＰ全反射層７５とになる。こ
の工程により、ｎ型ＧａＰ基板８０の裏面もｐ型に変換
されるが、この部分は研磨により除去する。

【００８０】続いて、表面電極７６および裏面電極７７
をそれぞれ全面に蒸着し、２５０μｍ間隔でダイシング
してチップに分割する。

【００８１】その後、実施例１と同様にしてプリント基
板に横置き実装する。

【００８２】本実施例のＬＥＤにおいては、全反射層７
５が形成されているので、光が発光領域から上部へ向っ
て表面電極７６に吸収されるのを防ぐことができる。発
光領域から発生する光は、直接側面に達する光線の他
に、上部へ向かう光も全反射層７５で反射されて側面ま
で導かれ、光線ｋとして透光層（ＧａＡｓＰ：Ｎ層７
３、７４）の側面から外部に出射されるので、高い外部
出射効率が得られる。

【００８３】また、ＧａＰ基板７０は組成が全反射層７
５と同一であり、発光領域から下部へ向かう光は基板７
０により反射され、結果として全反射層７５と類似の効
果を有する。しかし、本発明における全反射層は、発光
領域から見て吸収領域の手前に意図的に挿入した全反射
用薄膜であるので、本発明の思想とは異なるものであ
る。

【００８４】本実施例においては、ＧａＰとＧａＡｓＰ
との格子係数が異なるので、ＧａＰ基板７０上に徐々に
組成を変化させたＧａＡｓＰグレーデッドバッファ層７
１を設けてＧａＡｓＰ層を成長させ、格子不整合に起因
する結晶欠陥が発光領域に及ぶのを防いでいる。一方、
ＧａＡｓＰ層上に形成したＧａＰ全反射層７５は、既に
発光領域が形成されているので、グレーデッドバッファ
層を省略しても発光領域に格子欠陥が及びにくい。この
ため、本実施例においては、全反射層の下にはグレーデ
ッドバッファ層を形成していないが、形成してもよい。

【００８５】また、本実施例では、ＧａＰ基板上にＧａ
ＡｓＰ層を成長させているが、ＧａＡｓ基板上に成長さ
せてもよい。一般に、黄色・橙色・赤色のＧａＡｓＰ系
ＬＥＤにはＧａＰ基板が使用され、赤色・赤外のＧａＡ
ｓＰ系ＬＥＤにはＧａＡｓ基板が用いられる。

【００８６】全反射層７５は、透光層より屈折率の低い
材料からなるものであればいずれも用いることができる
が、格子整合を考慮すると透光層より屈折率が低いＧａ
Ｐ、ＧａＡｓＰ（但しＰ混晶比が透光層より大）または
ＡｌＧａＡｓからなるものが望ましい。また、全反射層
７５は、光路長が波長の１．４１倍以上になるように屈
折率および層厚を調節するのが望ましい。

【００８７】その他、実施例１，２で示したのと同様な
変更も可能である。

【００８８】（実施例４）図１０は、本発明における実
施例４のＺｎＣｄＳｅ系ＬＥＤの断面図である。なお、
ＺｎＣｄＳｅはＺｎ_1-xＣｄ_xＳｅ、ＺｎＣｄＳはＺｎ
_1-xＣｄ_xＳ、ＺｎＭｇＳＳｅはＺｎ_1-xＭｇ_xＳ_yＳｅ_1-y
の略とする。

【００８９】図１０において、ｎ型ＧａＡｓ基板１００
上に、厚み０．５μｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層１０
１、厚み０．２μｍのｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第１中間
バンドギャップ層１０２、厚み０．２μｍのｎ型ＡｌＡ
ｓ第２中間バンドギャップ層１０３、厚み１μｍのｎ型
ＺｎＣｄＳ全反射層１０４、厚み２０μｍのｎ型ＺｎＳ
Ｓｅクラッド層１０５、厚み０．０１μｍのアンドープ
ＺｎＣｄＳ（Ｘ＝０．２）歪み量子井戸発光層１０６、
厚み２０μｍのｐ型ＺｎＳＳｅクラッド層１０７、厚み
１μｍのｐ型ＺｎＣｄＳ全反射層１０８、厚み０．２μ
ｍのｎ型ＡｌＡｓ第２中間バンドギャップ層１０９、厚
み０．２μｍのｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第１中間バンド
ギャップ層１１０、さらに厚み１μｍのｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層１１１が順次形成されている。さらに、この
コンタクト層１１１上には表面電極（この場合ｐ側電
極）１１５が形成され、また、基板１００の半導体層成
長面と反対側の表面には裏面電極（この場合ｎ側電極）
１１６が形成されている。以上によりＺｎＣｄＳｅ系Ｌ
ＥＤが構成される。

【００９０】このＬＥＤにおいて、クラッド層１０５，
１０８は発光層１０６で発生する光に対して透明であ
り、基板１００、バッファ層１０１、コンタクト層１１
１は発光層１０６で発生する光に対して不透明である。
また、全反射層１０４，１０８の屈折率は、クラッド層
１０５，１０７の屈折率より小さい。

【００９１】このＬＥＤは、以下のようにして作製する
ことができる。

【００９２】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に、ＭＢ
Ｅ法によりｎ型ＧａＡｓバッファ層１０１、ｎ型Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第１中間バンドギャップ層１０２、ｎ型
ＡｌＡｓ第２中間バンドギャップ層１０３、ｎ型ＺｎＣ
ｄＳ全反射層１０４、ｎ型ＺｎＳＳｅクラッド層１０
５、アンドープＺｎＣｄＳ（Ｘ＝０．２）歪み量子井戸
発光層１０６、ｐ型ＺｎＳＳｅクラッド層１０７、ｐ型
ＺｎＣｄＳ全反射層１０８、ｎ型ＡｌＡｓ第２中間バン
ドギャップ層１０９、ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第１中間
バンドギャップ層１１０、さらにｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層１１１を順次積層形成する。

【００９３】続いて、表面電極１１５および裏面電極１
１６を形成して１４０μｍ角のチップに分割し、実施例
１と同様にしてプリント基板に横置き実装する。

【００９４】したがって、本実施例のＬＥＤにおいて
は、全反射層１０４，１０８が形成されているので、光
が発光層１０６から下部へ向ってバッファ層１０１およ
び基板１００に吸収されるのを防ぐことができ、また、
発光層１０６から上部へ向かってコンタクト層１１１や
電極近傍で吸収されるのも防ぐことができる。また、発
光層１０６から発生する光は、直接側面に達する光線の
他に、上部や下部へ向かい全反射層１０４，１０８で反
射されて側面まで導かれる光線ｉおよび光線ｊも透光層
であるクラッド層１０５，１０７の側面から外部に出射
されるので、外部出射効率を高めることができる。

【００９５】また、このＬＥＤは、フルカラー表示に不
可欠な波長４９２ｎｍの青色で発光し、従来の上面出射
型ＬＥＤの約２．２倍の光度を得ることができる。

【００９６】本実施例においては、ＺｎＣｄＳの屈折率
がクラッド層１０５，１０７を構成するＺｎＳＳｅの屈
折率より小さいことを利用して、ＺｎＣｄＳ層を全反射
層としている。ただし、ＺｎＣｄＳおよびＺｎＳＳｅの
混晶比はＧａＡｓ基板１００に格子整合するように設定
する。

【００９７】なお、全反射層１０４，１０８としては、
透光層より屈折率が低いＺｎＣｄＳ、ＺｎＣｄＳＳｅま
たはＺｎＭｇＳＳｅなどを用いることができる。

【００９８】また、これら全反射層１０４，１０８に対
して光入射側の媒質であるクラッド層１０５，１０７と
しては、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅまたはＺｎＭｇＳＳｅが
可能である。クラッド層がＺｎＭｇＳＳｅからなる場合
にも、全反射層１０４，１０８はクラッド層１０５，１
０７より屈折率が低いＺｎＣｄＳ、ＺｎＣｄＳＳｅまた
はＺｎＭｇＳＳｅを用いることが可能である。ＺｎＭｇ
ＳＳｅを用いる場合には、Ｍｇ混晶比またはＳ混晶比が
透光層より大きいものを用いることができる。また、ク
ラッド層１０５，１０７は、それぞれＺｎＳ／ＺｎＳｅ
歪み超格子層であってもよい。

【００９９】さらに、発光層１０６の混晶比ｘは特に限
定されず、ＺｎＳｅ（ｘ＝０）であってもよい。また、
発光層１０６は例えばＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ多重量子
井戸構造であってもよい。

【０１００】さらに、各半導体層１０４〜１０８の材料
としては、ＩＩ族元素としてＣｄ、Ｚｎ、Ｍｇなど、Ｖ
Ｉ族元素としてＴｅ、Ｓｅ、Ｓなどを用いたＩＩ−ＶＩ
族半導体を用いることができる。

【０１０１】さらに、各半導体層の成長はＭＢＥ法以外
にＭＯＣＶＤ法、ＭＯＭＢＥ法、ガスソースＭＢＥ法、
ＣＢＥ法などで行ってもよく、実施例２と同様のメサ形
状の形成を行ってもよい。

【０１０２】その他、実施例１〜３に示したような変更
が可能である。

【０１０３】（実施例５）図１１は、本実施例における
実施例５のＡｌＧａＩｎＮ系ＬＥＤの断面図である。

【０１０４】図１１において、サファイア基板３００上
に、ＡｌＮバッファ層３０１、ｎ型ＧａＮクラッド層３
０２、ｎ型ＧａＩｎＮ発光層３０３、ｐ型ＧａＮクラッ
ド層３０４、さらにｐ型ＡｌＧａＮ全反射層３０５が順
次形成されている。これらｎ型クラッド層３０２からｐ
型全反射層３０５は、ｎ型クラッド層３０２が露出する
ように一部除去されている。さらに、ｐ型全反射層３０
５上にはＡｕからなるｐ側電極３０６が形成され、ま
た、ｎ型クラッド層３０２の露出部上にはＡｌからなる
ｎ側電極３０７が形成されている。以上によりＡｌＧａ
ＩｎＮ系ＬＥＤが構成される。

【０１０５】このＬＥＤにおいて、クラッド層３０２、
３０４は発光層３０３で発生する光に対して透明であ
り、電極３０６，３０７は発光層３０３で発生する光に
対して不透明である。また、全反射層３０５の屈折率は
クラッド層３０４の屈折率より小さい。

【０１０６】このＬＥＤは、以下のようにして作製する
ことができる。

【０１０７】まず、サファイア基板３００上に、ＭＯＣ
ＶＤ法によりＡｌＮバッファ層３０１、ｎ型ＧａＮクラ
ッド層３０２、ｎ型ＧａＩｎＮ発光層３０３、ｐ型Ｇａ
Ｎクラッド層３０４、さらにｐ型ＡｌＧａＮ全反射層３
０５を順次積層形成する。

【０１０８】次に、素子の一部をｎ型ＧａＮクラッド層
３０２が露出するまでエッチングする。続いて、ｐ型全
反射層３０５上にｐ側電極３０６を形成し、また、ｎ型
クラッド層３０２の露出部上にｎ側電極３０７を形成す
る。

【０１０９】その後、２５０μｍ角のチップにダイシン
グして分割し、ステムにマウントしてｐ側電極３０６お
よびｎ側電極３０７にワイヤボンドを行い、樹脂封止を
行う。

【０１１０】従来のＡｌＧａＩｎＮ系ＬＥＤにおいて
は、ｐ型ＧａＮ層の抵抗を下げることが困難でｐ型Ｇａ
Ｎクラッド層で十分に電流拡散できず、発光が主として
ｐ側電極の下で生じていた。このため、ｐ側電極方向へ
の進光はそこで吸収されて有効に利用できないという問
題があった。

【０１１１】本実施例のＬＥＤにおいては、ｐ側電極３
０６の下にｐ型全反射層３０５が形成されているので、
光が発光層３０３から上部へ向ってｐ側電極３０６に吸
収されるのを防ぐことができる。発光層３０３から発生
してｐ側電極３０６へ向かう光線ｔは、全反射層３０５
で反射されて側面まで導かれ、クラッド層３０３の側面
から外部に出射されるので、外部出射効率を高めること
ができる。

【０１１２】この全反射層３０５としては、クラッド層
３０４より屈折率が低いＡｌＧａＩｎＮを用いることが
できる。クラッド層３０４としてＡｌＧａＩｎＮを用い
る場合には、全反射層３０５はクラッド層３０４より屈
折率が低いＡｌＧａＩｎＮ（ただし、Ａｌ混晶比が透光
層より大、またはＩｎ混晶比が透光層より小）を用いる
のが好ましい。

【０１１３】その他、実施例１〜４と同様な変更が可能
である。

【０１１４】なお、本発明は上記した実施例１〜５で示
したものに限られず、発光領域と、発光領域より発した
光に対して透明な透光層と、発光領域より発した光に対
して不透明で発光波長を吸収するような不透光層または
不透明基板とが形成されている構造のＬＥＤであれば、
その他の材料および構造を有する各種ＬＥＤについても
適用することができる。

【０１１５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、透光層
（クラッド層など）と不透光層（バッファ層、コンタク
ト層、基板、電極など）との間に全反射層を形成するこ
とにより、従来、不透光層に斜めに入射して吸収されて
いた光をＬＥＤチップの側面などから有効に取り出すこ
とができるので、小型で単純な構成で高い外部出射効率
を得ることができて、電流利用効率を高めることができ
る。また、ＬＥＤチップの側面から多くの光を取り出す
ことができるので、ＬＥＤチップをプリント基板に横置
き実装する簡便な実装方法を行うことができる。

【０１１６】したがって、本発明のＬＥＤは、ＡｌＧａ
ＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａＩ
ｎＮ系などのＩＩＩ−Ｖ族系、またはＩＩ−ＶＩ族系の
ＬＥＤなど、各種ＬＥＤの高輝度化・高効率化および生
産性の向上に大きな効果を発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における実施例１のＡｌＧａＩｎＰ系Ｌ
ＥＤを示す断面図である。

【図２】図１のＬＥＤをマトリクス状に横置き実装した
状態を示す上面図である。

【図３】本発明の動作原理を説明するための断面図であ
る。

【図４】本発明の原理を説明するための反射層厚ｄと反
射率Ｒとの関係を示すグラフである。

【図５】本発明の原理を説明するための模式図であり、
（ａ）は素子の上面からの出射光の範囲を示す図、
（ｂ）は素子の側面からの出射光の範囲を示す図であ
る。

【図６】本発明における実施例２のＡｌＧａＩｎＰ系Ｌ
ＥＤを示す上面図である。

【図７】図６のＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤを示す断面図で
ある。

【図８】図７のＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤを樹脂封止した
状態を示す断面図である。

【図９】本発明における実施例３のＧａＡｓＰ系ＬＥＤ
を示す断面図である。

【図１０】本発明における実施例４のＺｎＣｄＳｅ系Ｌ
ＥＤを示す断面図である。

【図１１】本発明における実施例５のＡｌＧａＩｎＮ系
ＬＥＤを示す断面図である。

【図１２】従来のＬＥＤの断面図である。

【図１３】ＬＥＤの横置き実装方法を説明するための図
であり、（ａ）はＬＥＤチップの斜視図であり、（ｂ）
は実装した状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１０，５０，７０，１００，３００基板１１，５１，１０１，３０１バッファ層１２，２０，５２，６０，１０２，１０３，１０９，１
１０中間バンドギャップ層１４，１８，５３，５９，７５，１０４，１０８，３０
５全反射層１５，１７，５５，５７，１０５，１０７，３０２，３
０４クラッド層１６，５６，１０６，３０３発光層２１，６１，１１１コンタクト層２５，２６，６５，６６，７６，７７，１１５，１１
６，３０６，３０７電極７１グレーデッドバッファ層７２ＧａＡｓＰ層７３，７４ＧａＡｓＰ：Ｎ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−132486（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−131790（ＪＰ，Ａ) 特開平４−23366（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−39594（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−187680（ＪＰ，Ａ) 特開平６−69537（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明で絶縁性を有する基板に、バッファ
層と、第１導電型クラッド層と、発光層と、第２導電型
クラッド層と、該第２導電型クラッド層よりも屈折率が
小さい第２導電型全反射層と、第２導電型電極と、該第
１導電型クラッド層に接する第１導電型電極とがその順
番にそれぞれ設けられ、該第２導電型全反射層の層厚と屈折率との積が、発光領
域で発生した光の波長の１．４１倍以上であって、該発光層で発生した光の一部が、導波することなく光線
として該第２導電型全反射層で反射され、該第２導電型
クラッド層の側面全体より出射され、前記第１導電型クラッド層と前記第２導電型クラッド層
とがＧａＮまたはＡｌＧａＩｎＮからなり、前記第２導
電型全反射層が該第１導電型クラッド層および該第２導
電型クラッド層より屈折率が低いＡｌＧａＩｎＮからな
る、発光ダイオード。
【請求項２】発光領域の一方の広面に、該発光領域で
発生する光に対して透明な第１の透光半導体層と、該第
１の透光半導体層よりも屈折率が小さい第１の全反射半
導体層と、該発光領域で発生する光に対して不透明な第
１の不透光半導体層または不透明基板とがその順番にそ
れぞれ設けられ、該発光領域の他方の広面に、該発光領域で発生する光に
対して透明な第２の透光半導体層と、該第２の透光半導
体層よりも屈折率が小さい第２の全反射半導体層と、該
発光領域で発生する光に対して不透明な第２の不透光半
導体層または不透明基板とがその順番にそれぞれ設けら
れ、該第１の全反射半導体層の層厚と屈折率との積および該
第２の全反射半導体層の層厚と屈折率との積は、それぞ
れ該発光領域で発生した光の波長の１．４１倍以上であ
って、該発光領域で発生した光の一部が、導波することなく光
線として該第１の全反射半導体層および該第２の全反射
半導体層の少なくとも一方で反射され、該第１の透光半
導体層および該第２の透光半導体層の側面全体より出射
される、発光ダイオード。
【請求項３】前記バッファ層、前記第１導電型クラッ
ド層、前記発光層、前記第２導電型クラッド層および前
記第２導電型全反射膜は、それぞれＡｌＧａＩｎＮ混晶
により形成される請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項４】前記発光領域と、前記第１導電型クラッ
ド層および前記第２導電型クラッド層の側面または前記
第１の透光半導体層および前記第２の透光半導体層の側
面とに保護膜が形成されている請求項１または請求項２
に記載の発光ダイオード。
【請求項５】前記第１導電型電極が、前記第２導電型
電極、前記第２導電型全反射層、前記第２導電型クラッ
ド層および前記発光層のそれぞれの一部を除去すること
によって露出した前記第１導電型クラッド層の一部に接
するように形成されている請求項１に記載の発光ダイオ
ード。
【請求項６】前記第１の透光半導体層および前記第２
の透光半導体層がＧａＮまたはＡｌＧａＩｎＮからな
り、前記第１の全反射半導体層および前記第２の全反射
半導体層が該第１の透光半導体層および該第２の透光半
導体層より屈折率が低いＡｌＧａＩｎＮからなる請求項
２に記載の発光ダイオード。