JP3511213B2 - 光半導体デバイス - Google Patents
光半導体デバイスInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、数字・文字等のディス
プレイ、可視光ランプ、光通信用発光ダイオード等に利
用し、発光効率が高く、光を効率よく外部に取り出せる
光半導体デバイスに関するものである。
プレイ、可視光ランプ、光通信用発光ダイオード等に利
用し、発光効率が高く、光を効率よく外部に取り出せる
光半導体デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近時、光半導体デバイスとして、図５に
示す構成のＬＥＤが利用されている。図５はＬＥＤの断
面図である。このＬＥＤ１は、半導体基板２上に形成さ
れたＬＥＤチップ３と、このＬＥＤチップ３の表面に形
成された電極４と、半導体基板２の下面に形成された電
極５とを有している。ＬＥＤチップ３は、その上下方向
に関して中間に、活性層３ａを有しており、いわゆるダ
ブルヘテロ（ＤＨ）構造を形成している。
示す構成のＬＥＤが利用されている。図５はＬＥＤの断
面図である。このＬＥＤ１は、半導体基板２上に形成さ
れたＬＥＤチップ３と、このＬＥＤチップ３の表面に形
成された電極４と、半導体基板２の下面に形成された電
極５とを有している。ＬＥＤチップ３は、その上下方向
に関して中間に、活性層３ａを有しており、いわゆるダ
ブルヘテロ（ＤＨ）構造を形成している。
【０００３】次に、この従来例の構成における動作につ
いて説明する。このように構成されたＬＥＤ１によれ
ば、ＬＥＤチップ３の表面に形成された電極４と半導体
基板２の下面に設けられた電極５との間に、電圧を印加
することにより、例えば図５にて矢印で示すように、電
極４から電極５に向かって電流が流れる。そして、この
電流によりｐｎ接合を通してキャリアである電子あるい
はホールが注入され、ＬＥＤチップ３の活性層３ａで再
結合して発光する。この活性層３ａからの光は、ＬＥＤ
１の上面、即ちＬＥＤチップ３の表面から外部へ出射す
る。
いて説明する。このように構成されたＬＥＤ１によれ
ば、ＬＥＤチップ３の表面に形成された電極４と半導体
基板２の下面に設けられた電極５との間に、電圧を印加
することにより、例えば図５にて矢印で示すように、電
極４から電極５に向かって電流が流れる。そして、この
電流によりｐｎ接合を通してキャリアである電子あるい
はホールが注入され、ＬＥＤチップ３の活性層３ａで再
結合して発光する。この活性層３ａからの光は、ＬＥＤ
１の上面、即ちＬＥＤチップ３の表面から外部へ出射す
る。
【０００４】この場合、電極４から電極５に向かって流
れる電流は、その経路の抵抗値が最小になるように、即
ち最短距離をとるように流れる。ところで、電極４は、
ＬＥＤチップ３の表面の中心付近に位置している。した
がって、活性層３ａに注入されるキャリアは、この活性
層３ａのうち、電極４の直下に集中することになる。こ
のため、活性層３ａの発光は、図５にて符号Ａで示すと
ころであり、その発光強度は、図６のグラフに示すよう
に、電極４に対応する領域が最大で、この電極４から外
れると急激に低下してしまう。図６はこの電極とＬＥＤ
の発光強度との関係を示す図である。
れる電流は、その経路の抵抗値が最小になるように、即
ち最短距離をとるように流れる。ところで、電極４は、
ＬＥＤチップ３の表面の中心付近に位置している。した
がって、活性層３ａに注入されるキャリアは、この活性
層３ａのうち、電極４の直下に集中することになる。こ
のため、活性層３ａの発光は、図５にて符号Ａで示すと
ころであり、その発光強度は、図６のグラフに示すよう
に、電極４に対応する領域が最大で、この電極４から外
れると急激に低下してしまう。図６はこの電極とＬＥＤ
の発光強度との関係を示す図である。
【０００５】また、光はＬＥＤチップ３の表面から出射
するが、ＬＥＤチップ３の表面に形成された電極４は光
を遮断する。したがって、ＬＥＤ１の発光特性は、発光
強度が最大である電極４の領域で外部への発光強度がゼ
ロになってしまうため、図６にて斜線を施した部分のみ
が外部に取り出されることになる。したがって、外部へ
の光の取出し効率が極めて低くなるという問題があっ
た。
するが、ＬＥＤチップ３の表面に形成された電極４は光
を遮断する。したがって、ＬＥＤ１の発光特性は、発光
強度が最大である電極４の領域で外部への発光強度がゼ
ロになってしまうため、図６にて斜線を施した部分のみ
が外部に取り出されることになる。したがって、外部へ
の光の取出し効率が極めて低くなるという問題があっ
た。
【０００６】このような問題点を解決するため、例えば
図７に示すような構成の、光の取出し効率を高めたＬＥ
Ｄが知られている。図７は電流阻止層を有するＬＥＤの
断面図であり、ＬＥＤ６は、ＬＥＤチップ３内にて活性
層３ａの上方に、電流阻止層３ｂが備えられている点
で、図５のＬＥＤ１と異なる構造となっている。この電
流阻止層３ｂには、電極４に対応してアイランド状の高
抵抗領域３ｃが形成されている。
図７に示すような構成の、光の取出し効率を高めたＬＥ
Ｄが知られている。図７は電流阻止層を有するＬＥＤの
断面図であり、ＬＥＤ６は、ＬＥＤチップ３内にて活性
層３ａの上方に、電流阻止層３ｂが備えられている点
で、図５のＬＥＤ１と異なる構造となっている。この電
流阻止層３ｂには、電極４に対応してアイランド状の高
抵抗領域３ｃが形成されている。
【０００７】この構成によれば、電極４に電圧を印加す
ると、電流は上記電流阻止層３ｂの高抵抗領域３ｃを回
避して周囲に回り込み、外部への発光として寄与しない
活性層３ａの中心部分に流れない。したがって、活性層
３ａの発光部は、図７にて符号Ｂで示すところであり、
注入電流に対する発光効率が向上する。
ると、電流は上記電流阻止層３ｂの高抵抗領域３ｃを回
避して周囲に回り込み、外部への発光として寄与しない
活性層３ａの中心部分に流れない。したがって、活性層
３ａの発光部は、図７にて符号Ｂで示すところであり、
注入電流に対する発光効率が向上する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成のＬＥＤ６において、電流阻止層３ｂを形成す
る場合、電極４に対応した高抵抗領域３ｃを画成するに
は、電流阻止層３ｂを形成する際に、高抵抗領域３ｃ以
外の部分を選択的に除去するエッチング工程が必要であ
る。このため、半導体基板２上へのＬＥＤチップ３の結
晶成長工程において、途中で結晶成長を中断してこの電
流阻止層３ｂを形成し、その後再び結晶成長を行なうこ
とになる。したがって、結晶成長工程における結晶成長
装置の使用効率が低下してしまうと共に、別にエッチン
グ工程が必要であることから、工程が多くなり、製造コ
ストが高くなってしまうという問題があった。
うな構成のＬＥＤ６において、電流阻止層３ｂを形成す
る場合、電極４に対応した高抵抗領域３ｃを画成するに
は、電流阻止層３ｂを形成する際に、高抵抗領域３ｃ以
外の部分を選択的に除去するエッチング工程が必要であ
る。このため、半導体基板２上へのＬＥＤチップ３の結
晶成長工程において、途中で結晶成長を中断してこの電
流阻止層３ｂを形成し、その後再び結晶成長を行なうこ
とになる。したがって、結晶成長工程における結晶成長
装置の使用効率が低下してしまうと共に、別にエッチン
グ工程が必要であることから、工程が多くなり、製造コ
ストが高くなってしまうという問題があった。
【０００９】このような課題を解決するために本発明
は、第１の目的として、外部への光の取り出し効率を高
めることができる光半導体デバイスを提供することを目
的とする。第２の目的として、注入キャリアが効率良く
再結合できる光半導体デバイスを提供することを目的と
する。第３の目的として、ダブルヘテロ接合構造の格子
不整合を緩和して発光効率を高めることができる光半導
体デバイスを提供することを目的とする。第４の目的と
して、射出光を遮断しない理想的な電極パターンを有す
る光半導体デバイスを提供することを目的とする。
は、第１の目的として、外部への光の取り出し効率を高
めることができる光半導体デバイスを提供することを目
的とする。第２の目的として、注入キャリアが効率良く
再結合できる光半導体デバイスを提供することを目的と
する。第３の目的として、ダブルヘテロ接合構造の格子
不整合を緩和して発光効率を高めることができる光半導
体デバイスを提供することを目的とする。第４の目的と
して、射出光を遮断しない理想的な電極パターンを有す
る光半導体デバイスを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】これらの目的を達成する
ために、第１の目的に対応する請求項１記載の光半導体
デバイスは、発光波長に対して透明な半導体基板と、半
導体基板上に順次積層された第１クラッド層と活性層と
第２クラッド層とを有する光半導体デバイスであって、
第２クラッド層表面に形成した穴あき電極と、穴あき電
極の穴に対応した半導体基板上に形成した電極とを有
し、さらに前記穴あき電極と前記活性層の発光領域とが
前記第２クラッド層を挟んで近接しており、前記半導体
基板を電流拡散層及び光取り出し面とする構成としてい
る。
ために、第１の目的に対応する請求項１記載の光半導体
デバイスは、発光波長に対して透明な半導体基板と、半
導体基板上に順次積層された第１クラッド層と活性層と
第２クラッド層とを有する光半導体デバイスであって、
第２クラッド層表面に形成した穴あき電極と、穴あき電
極の穴に対応した半導体基板上に形成した電極とを有
し、さらに前記穴あき電極と前記活性層の発光領域とが
前記第２クラッド層を挟んで近接しており、前記半導体
基板を電流拡散層及び光取り出し面とする構成としてい
る。
【００１１】第２の目的に対応する請求項２記載の光半
導体デバイスは、第１クラッド層と第２クラッド層とが
その間に挟んだ活性層より大きなエネルギーギャップを
有する構成としている。
導体デバイスは、第１クラッド層と第２クラッド層とが
その間に挟んだ活性層より大きなエネルギーギャップを
有する構成としている。
【００１２】第３の目的に対応する請求項３記載の光半
導体デバイスは、半導体基板上に第１クラッド層と活性
層と第２クラッド層とを有する光半導体デバイスにあっ
て、半導体基板と第１クラッド層との間に組成傾斜層を
有する構成としている。
導体デバイスは、半導体基板上に第１クラッド層と活性
層と第２クラッド層とを有する光半導体デバイスにあっ
て、半導体基板と第１クラッド層との間に組成傾斜層を
有する構成としている。
【００１３】第４の目的に対応する請求項４記載の光半
導体デバイスは、光半導体デバイスの表面に形成された
穴あき電極と半導体基板の下面に形成された電極とが対
称中心を有するように形成する構成としている。
導体デバイスは、光半導体デバイスの表面に形成された
穴あき電極と半導体基板の下面に形成された電極とが対
称中心を有するように形成する構成としている。
【００１４】
【作用】このような構成の請求項１記載の光半導体デバ
イスは、穴あき電極に電圧を印加すると、穴あき電極か
ら半導体基板の下面に形成された電極に電流が流れ、光
半導体デバイスの穴あき電極に近接する部分にキャリア
が注入される。この部分的に注入されたキャリアが活性
層で再結合して発光し、光が外部へ出射される。光が出
射される方向の半導体基板面の一部には電極がないの
で、光を遮断することなく有効に外部に取り出すことが
できる。
イスは、穴あき電極に電圧を印加すると、穴あき電極か
ら半導体基板の下面に形成された電極に電流が流れ、光
半導体デバイスの穴あき電極に近接する部分にキャリア
が注入される。この部分的に注入されたキャリアが活性
層で再結合して発光し、光が外部へ出射される。光が出
射される方向の半導体基板面の一部には電極がないの
で、光を遮断することなく有効に外部に取り出すことが
できる。
【００１５】請求項２記載の光半導体デバイスでは、キ
ャリアが注入されると活性層で再結合し発光するが、活
性層で発光した光はクラッド層で吸収されない。したが
って、注入キャリアの発光効率が格段に向上し、光を効
率よく外部に出射できる。
ャリアが注入されると活性層で再結合し発光するが、活
性層で発光した光はクラッド層で吸収されない。したが
って、注入キャリアの発光効率が格段に向上し、光を効
率よく外部に出射できる。
【００１６】請求項３記載の光半導体デバイスでは、半
導体基板とクラッド層との間に組成傾斜層が形成されて
いることによって、活性層を両クラッド層で挟んだダブ
ルヘテロ接合による格子不整合を緩和することができ
る。したがって、ヘテロ接合面の結晶欠陥が減少するた
め、注入キャリアの閉じ込めと同時に光の閉じ込め作用
が向上し、キャリアの再結合効率が高まり、発光効率を
格段に向上できる。
導体基板とクラッド層との間に組成傾斜層が形成されて
いることによって、活性層を両クラッド層で挟んだダブ
ルヘテロ接合による格子不整合を緩和することができ
る。したがって、ヘテロ接合面の結晶欠陥が減少するた
め、注入キャリアの閉じ込めと同時に光の閉じ込め作用
が向上し、キャリアの再結合効率が高まり、発光効率を
格段に向上できる。
【００１７】請求項４記載の光半導体デバイスでは、発
光部に対応した穴あき電極と光を遮断する半導体基板の
下面に形成された電極とが光の出射に関して相互に遮断
しない形状に形成することができる。したがって、光を
遮断しない理想的な電極形成ができ、光を外部へ効率よ
く取り出すことができる。
光部に対応した穴あき電極と光を遮断する半導体基板の
下面に形成された電極とが光の出射に関して相互に遮断
しない形状に形成することができる。したがって、光を
遮断しない理想的な電極形成ができ、光を外部へ効率よ
く取り出すことができる。
【００１８】なお、請求項１乃至４記載の光半導体デバ
イスでは、光半導体デバイスを形成する際の結晶成長工
程を、途中で中断することなく連続して行なうことがで
き、エッチング工程等も不要になる。したがって、工程
数が増えることなく、光半導体デバイスを簡単に且つ低
コストで製造できることになる。
イスでは、光半導体デバイスを形成する際の結晶成長工
程を、途中で中断することなく連続して行なうことがで
き、エッチング工程等も不要になる。したがって、工程
数が増えることなく、光半導体デバイスを簡単に且つ低
コストで製造できることになる。
【００１９】
【実施例】次に、本発明の光半導体デバイスの実施例を
図面を参照して詳細に説明する。図１は、この光半導体
デバイスの第１の実施例の構成を示す断面図である。図
２はエネルギーギャップＥｇを示すエネルギー構造の概
略図である。図３はこの実施例の斜視図である。図１に
おいて、光半導体デバイス１０は、半導体基板１１と組
成傾斜層１２と第１クラッド層１３と活性層１４と第２
クラッド層１５とを有しており、第２クラッド層１５に
は穴あき電極１７を形成し、この穴あき電極１７に対応
した光半導体デバイスの反対側の半導体基板１１には円
板状電極１６を形成している。
図面を参照して詳細に説明する。図１は、この光半導体
デバイスの第１の実施例の構成を示す断面図である。図
２はエネルギーギャップＥｇを示すエネルギー構造の概
略図である。図３はこの実施例の斜視図である。図１に
おいて、光半導体デバイス１０は、半導体基板１１と組
成傾斜層１２と第１クラッド層１３と活性層１４と第２
クラッド層１５とを有しており、第２クラッド層１５に
は穴あき電極１７を形成し、この穴あき電極１７に対応
した光半導体デバイスの反対側の半導体基板１１には円
板状電極１６を形成している。
【００２０】光半導体デバイス１０は、例えばＭＯＣＶ
Ｄ法、ＬＰＥ法、ＶＰＥ法、ＭＢＥ法等によって製造さ
れる。本実施例では、半導体基板１１としてＧａＰを使
用する。半導体基板１１は発光波長に対して透明である
ものを選択するが、所定の発光波長に対応して、ＧａＡ
ｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＡｌ
Ｐ、ＧａＮ、ＳｉＣ等のIII −Ｖ族の化合物半導体を用
いることが多い。また、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等のII−VI族
の化合物半導体基板も使用できる。
Ｄ法、ＬＰＥ法、ＶＰＥ法、ＭＢＥ法等によって製造さ
れる。本実施例では、半導体基板１１としてＧａＰを使
用する。半導体基板１１は発光波長に対して透明である
ものを選択するが、所定の発光波長に対応して、ＧａＡ
ｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＡｌ
Ｐ、ＧａＮ、ＳｉＣ等のIII −Ｖ族の化合物半導体を用
いることが多い。また、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等のII−VI族
の化合物半導体基板も使用できる。
【００２１】この実施例の光半導体デバイス１０は、例
えばＭＯＣＶＤ法により、次のようにして順次エピタキ
シャル成長させる。先ず、厚さ３００μｍのｎタイプの
ＧａＰ半導体基板１１の上に、ｎタイプのＧａＰからｎ
タイプのＩｎ0.3(Ｇａ0.3 Ａｌ0.7)0.7 Ｐに段階的に組
成を変えた組成傾斜層１２を１０μｍ程度に形成し、こ
の組成傾斜層１２の上にｎタイプのＩｎ0.3(Ｇａ0.3 Ａ
ｌ0.7)0.7 Ｐの第１クラッド層１３を１０μｍ程度エピ
タキシャル成長させ、次いで、ｉタイプのＩｎ0.3 Ｇａ
0.7 Ｐの活性層１４を１μｍ程度エピタキシャル成長さ
せる。そして、ｐタイプのＩｎ0.3(Ｇａ0.3 Ａｌ0.7)
0.7 Ｐの第２クラッド層１５を１０μｍ程度エピタキシ
ャル成長させる。
えばＭＯＣＶＤ法により、次のようにして順次エピタキ
シャル成長させる。先ず、厚さ３００μｍのｎタイプの
ＧａＰ半導体基板１１の上に、ｎタイプのＧａＰからｎ
タイプのＩｎ0.3(Ｇａ0.3 Ａｌ0.7)0.7 Ｐに段階的に組
成を変えた組成傾斜層１２を１０μｍ程度に形成し、こ
の組成傾斜層１２の上にｎタイプのＩｎ0.3(Ｇａ0.3 Ａ
ｌ0.7)0.7 Ｐの第１クラッド層１３を１０μｍ程度エピ
タキシャル成長させ、次いで、ｉタイプのＩｎ0.3 Ｇａ
0.7 Ｐの活性層１４を１μｍ程度エピタキシャル成長さ
せる。そして、ｐタイプのＩｎ0.3(Ｇａ0.3 Ａｌ0.7)
0.7 Ｐの第２クラッド層１５を１０μｍ程度エピタキシ
ャル成長させる。
【００２２】このとき、ｎタイプとｐタイプのエピタキ
シャル層を成長させｐｎ接合を形成させるために、ドー
ピングを同時に行っている。また、ＩｎＧａＡｌの混晶
の組成比は、エネルギーギャップの値と格子整合する条
件とにより決定する。さらに、良好な結晶成長条件と格
子整合条件は結晶成長のプロセスパラメータである温
度、圧力、原料ガス流量及び原料ガスの分圧等にも依存
しており、これらのパラメータを最適に決定する必要が
ある。この実施例では３元混晶としたが、半導体基板に
ＩｎＰを使用したＩｎＧａＡｓＰの４元混晶の場合、エ
ネルギーギャップと格子整合条件を各々独立に制御して
結晶成長が可能である。なお、この実施例のｎタイプと
ｐタイプの伝導型を反転させたタイプでも、結晶成長方
法は同様である。
シャル層を成長させｐｎ接合を形成させるために、ドー
ピングを同時に行っている。また、ＩｎＧａＡｌの混晶
の組成比は、エネルギーギャップの値と格子整合する条
件とにより決定する。さらに、良好な結晶成長条件と格
子整合条件は結晶成長のプロセスパラメータである温
度、圧力、原料ガス流量及び原料ガスの分圧等にも依存
しており、これらのパラメータを最適に決定する必要が
ある。この実施例では３元混晶としたが、半導体基板に
ＩｎＰを使用したＩｎＧａＡｓＰの４元混晶の場合、エ
ネルギーギャップと格子整合条件を各々独立に制御して
結晶成長が可能である。なお、この実施例のｎタイプと
ｐタイプの伝導型を反転させたタイプでも、結晶成長方
法は同様である。
【００２３】以上のように格子整合条件を満たして結晶
成長を行うが、組成傾斜層１２を形成すると、第１クラ
ッド層１３と活性層１４と第２クラッド層１５の格子不
整合を緩和することができる。この実施例のエネルギー
ギャップＥｇは、活性層１４が他のクラッド層１３、１
５より最小になるように設計している。即ち、図２に示
すように、活性層を、より大きなエネルギーギャップを
有する第１クラッド層と第２クラッド層とで挟むダブル
ヘテロ接合構造としている。
成長を行うが、組成傾斜層１２を形成すると、第１クラ
ッド層１３と活性層１４と第２クラッド層１５の格子不
整合を緩和することができる。この実施例のエネルギー
ギャップＥｇは、活性層１４が他のクラッド層１３、１
５より最小になるように設計している。即ち、図２に示
すように、活性層を、より大きなエネルギーギャップを
有する第１クラッド層と第２クラッド層とで挟むダブル
ヘテロ接合構造としている。
【００２４】半導体基板を保持して表面にエピタキシャ
ル成長させるため、半導体基板の底面にはエピタキシャ
ル成長層がない。エピタキシャル成長層を下側に半導体
基板を表裏反転させ、この半導体基板面を光取り出し面
とし、円形状のオーミック電極１６を中央に形成する。
この電極に対向させて、裏面となったエピタキシャル成
長層の第２クラッド層１５表面にオーミック性の穴あき
電極１７を形成する。これらの電極形成は蒸着、ペース
ト等で行い、Ａｕ合金を使用する。Ａｕ合金に変えてＡ
ｌやＣｕ合金でもよい。また、電気伝導性のよい半導体
を電極として結晶成長の最終工程で形成してもよい。
ル成長させるため、半導体基板の底面にはエピタキシャ
ル成長層がない。エピタキシャル成長層を下側に半導体
基板を表裏反転させ、この半導体基板面を光取り出し面
とし、円形状のオーミック電極１６を中央に形成する。
この電極に対向させて、裏面となったエピタキシャル成
長層の第２クラッド層１５表面にオーミック性の穴あき
電極１７を形成する。これらの電極形成は蒸着、ペース
ト等で行い、Ａｕ合金を使用する。Ａｕ合金に変えてＡ
ｌやＣｕ合金でもよい。また、電気伝導性のよい半導体
を電極として結晶成長の最終工程で形成してもよい。
【００２５】次に、この実施例における作用について説
明する。図１及び図３を参照して、穴あき電極１７から
光半導体デバイス１０に電流を注入すると、第１クラッ
ド層を経てキャリアが活性層に注入され、キャリアの再
結合により発光する。注入電流に関して、半導体基板１
１が３００μｍと厚く、また抵抗率も比較的小さいた
め、この基板が電流拡散層となる。また、穴あき電極１
７に対向する位置に電極１６の電極部分がないため、図
１の矢印のように電流が流れる。したがって、光を取り
出す半導体基板１１の電極１６下方に位置する活性層１
４からの発光を極めて低くできる。また、キャリアが活
性層１４で再結合して発光するが、光が出射する方向１
８に光を遮断する電極部分がないため、外部への光取り
出し効率を格段に向上できる。
明する。図１及び図３を参照して、穴あき電極１７から
光半導体デバイス１０に電流を注入すると、第１クラッ
ド層を経てキャリアが活性層に注入され、キャリアの再
結合により発光する。注入電流に関して、半導体基板１
１が３００μｍと厚く、また抵抗率も比較的小さいた
め、この基板が電流拡散層となる。また、穴あき電極１
７に対向する位置に電極１６の電極部分がないため、図
１の矢印のように電流が流れる。したがって、光を取り
出す半導体基板１１の電極１６下方に位置する活性層１
４からの発光を極めて低くできる。また、キャリアが活
性層１４で再結合して発光するが、光が出射する方向１
８に光を遮断する電極部分がないため、外部への光取り
出し効率を格段に向上できる。
【００２６】さらに、電流は１０μｍと薄い第２クラッ
ド層１５の表面の電極１７から注入されるので、この電
流によるキャリアが効果的に活性層１４に流れ、したが
って、注入電流に対するキャリアの再結合効率が向上
し、その結果発光効率が格段に向上する。また、穴あき
電極１７の近くに発光領域を形成できるので、穴あき電
極１７のパターンに対応した発光領域を設けることが可
能になる。図１のＡは、この注入電流により発光する活
性層１４の発光領域を示している。
ド層１５の表面の電極１７から注入されるので、この電
流によるキャリアが効果的に活性層１４に流れ、したが
って、注入電流に対するキャリアの再結合効率が向上
し、その結果発光効率が格段に向上する。また、穴あき
電極１７の近くに発光領域を形成できるので、穴あき電
極１７のパターンに対応した発光領域を設けることが可
能になる。図１のＡは、この注入電流により発光する活
性層１４の発光領域を示している。
【００２７】注入電流が流れると、図２のエネルギー構
造を参照して、第２クラッド層１５側から供給されたキ
ャリアは組成傾斜層１２のポテンシャルを越えることが
できず、活性層１４の井戸型ポテンシャルに効果的に閉
じ込められ、半導体基板１１側から供給されるキャリア
が活性層１４の井戸型ポテンシャルのエネルギーバンド
間で効果的に再結合して、このバンド間エネルギー差に
相当する波長で発光する。この波長の光は、活性層１４
のエネルギーギャップが第１及び第２クラッド層１３、
１５に比べて極めて小さく設計されているので、これら
第１及び第２クラッド層１３、１５に吸収されることは
ない。したがって、注入キャリアの結合効率を高め、発
光中心を局所的にできるとともに、光を効率よく外部へ
出射できる。
造を参照して、第２クラッド層１５側から供給されたキ
ャリアは組成傾斜層１２のポテンシャルを越えることが
できず、活性層１４の井戸型ポテンシャルに効果的に閉
じ込められ、半導体基板１１側から供給されるキャリア
が活性層１４の井戸型ポテンシャルのエネルギーバンド
間で効果的に再結合して、このバンド間エネルギー差に
相当する波長で発光する。この波長の光は、活性層１４
のエネルギーギャップが第１及び第２クラッド層１３、
１５に比べて極めて小さく設計されているので、これら
第１及び第２クラッド層１３、１５に吸収されることは
ない。したがって、注入キャリアの結合効率を高め、発
光中心を局所的にできるとともに、光を効率よく外部へ
出射できる。
【００２８】また、組成傾斜層１２によって、第１クラ
ッド層１３、活性層１４、第２クラッド層１５の格子不
整合を緩和することができるため、これらの接合面にお
いて発光中心となり得る結晶欠陥を減少させることがで
きる。そして、このダブルヘテロ接合構造において、注
入キャリアの閉じ込めと同時に光の閉じ込め作用が向上
する。したがって、注入電流に対して発光効率を向上さ
せることができるとともに、所望の単色の光を効果的に
発光できるようになる。
ッド層１３、活性層１４、第２クラッド層１５の格子不
整合を緩和することができるため、これらの接合面にお
いて発光中心となり得る結晶欠陥を減少させることがで
きる。そして、このダブルヘテロ接合構造において、注
入キャリアの閉じ込めと同時に光の閉じ込め作用が向上
する。したがって、注入電流に対して発光効率を向上さ
せることができるとともに、所望の単色の光を効果的に
発光できるようになる。
【００２９】次に、第２の実施例を説明する。図４は対
称中心を有する電極パターンを形成した第２の実施例の
光半導体デバイス２０の斜視図である。電極パターンの
他は第１の実施例と同様の構成である。図４に示すよう
に、この光半導体デバイス２０は所定形状の穴あき電極
２１とこれに対応した形状の電極２２の電極パターンが
対称中心を有するパターンであるから、活性層１４の発
光領域を光半導体デバイスに関して対称中心を有するよ
うに形成でき、光の取り出しを一様方向にできる。
称中心を有する電極パターンを形成した第２の実施例の
光半導体デバイス２０の斜視図である。電極パターンの
他は第１の実施例と同様の構成である。図４に示すよう
に、この光半導体デバイス２０は所定形状の穴あき電極
２１とこれに対応した形状の電極２２の電極パターンが
対称中心を有するパターンであるから、活性層１４の発
光領域を光半導体デバイスに関して対称中心を有するよ
うに形成でき、光の取り出しを一様方向にできる。
【００３０】また、電流を注入する穴あき電極２１と活
性層１４の発光領域が第２クラッド層１５を挟んで１０
μｍと近接しているため、穴あき電極２１の電極パター
ンによって、活性層１４における発光領域のパターンを
決定できる。したがって、所定パターンの光を外部に取
り出すことが可能になる。
性層１４の発光領域が第２クラッド層１５を挟んで１０
μｍと近接しているため、穴あき電極２１の電極パター
ンによって、活性層１４における発光領域のパターンを
決定できる。したがって、所定パターンの光を外部に取
り出すことが可能になる。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、請求
項１記載の光半導体デバイスでは、穴あき電極に電圧を
印加すると、穴あき電極から半導体基板の下面に形成さ
れた電極に電流が流れ、光半導体デバイスの穴あき電極
に近接する部分にキャリアが注入され、この部分的に注
入されたキャリアが活性層で再結合して発光し、光が外
部へ出射されるが、この光が出射される方向の半導体基
板面の一部には電極がないので、光を遮断することなく
有効に光を外部に取り出すことができるという効果を有
する。
項１記載の光半導体デバイスでは、穴あき電極に電圧を
印加すると、穴あき電極から半導体基板の下面に形成さ
れた電極に電流が流れ、光半導体デバイスの穴あき電極
に近接する部分にキャリアが注入され、この部分的に注
入されたキャリアが活性層で再結合して発光し、光が外
部へ出射されるが、この光が出射される方向の半導体基
板面の一部には電極がないので、光を遮断することなく
有効に光を外部に取り出すことができるという効果を有
する。
【００３２】請求項２記載の光半導体デバイスでは、キ
ャリアが注入されると活性層で再結合し発光するが、活
性層で発光した光がクラッド層で吸収されないので、注
入キャリアの発光効率が格段に向上し、光を効率よく外
部へ出射できるという効果を有する。
ャリアが注入されると活性層で再結合し発光するが、活
性層で発光した光がクラッド層で吸収されないので、注
入キャリアの発光効率が格段に向上し、光を効率よく外
部へ出射できるという効果を有する。
【００３３】請求項３記載の光半導体デバイスでは、組
成傾斜層の形成によりダブルヘテロ接合の格子不整合を
緩和するため、ヘテロ接合面の結晶欠陥を減少できるの
で、キャリアの再結合効率が向上し、発光効率を格段に
向上できるという効果を有する。
成傾斜層の形成によりダブルヘテロ接合の格子不整合を
緩和するため、ヘテロ接合面の結晶欠陥を減少できるの
で、キャリアの再結合効率が向上し、発光効率を格段に
向上できるという効果を有する。
【００３４】請求項４記載の光半導体デバイスでは、発
光部に対応した穴あき電極と光を遮断する半導体基板の
下面に形成された電極が光の出射に関して相互に遮断し
ない形状に形成されているので、光を遮断しない理想的
な電極を形成することができ、光を外部に効率よく取り
出すことができるという効果を有する。
光部に対応した穴あき電極と光を遮断する半導体基板の
下面に形成された電極が光の出射に関して相互に遮断し
ない形状に形成されているので、光を遮断しない理想的
な電極を形成することができ、光を外部に効率よく取り
出すことができるという効果を有する。
【００３５】さらに、請求項１乃至４記載の光半導体デ
バイスでは、光半導体デバイスを形成する際の結晶成長
工程を途中で中断することなく連続してでき、エッチン
グ工程等も不要になるので工程数が増えることなく、光
半導体デバイスを簡単に且つ低コストで製造することが
可能になる。
バイスでは、光半導体デバイスを形成する際の結晶成長
工程を途中で中断することなく連続してでき、エッチン
グ工程等も不要になるので工程数が増えることなく、光
半導体デバイスを簡単に且つ低コストで製造することが
可能になる。
【図１】本発明の光半導体デバイスの第一の実施例の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図２】図１の光半導体デバイスのエネルギーギャップ
を示すエネルギー構造の概略図である。
を示すエネルギー構造の概略図である。
【図３】図１の光半導体デバイスの斜視図である。
【図４】対称中心を有する電極パターンを形成した第二
の実施例による光半導体デバイスの斜視図である。
の実施例による光半導体デバイスの斜視図である。
【図５】従来のＬＥＤの断面図である。
【図６】図５の電極とＬＥＤの発光強度との関係を示す
図である。
図である。
【図７】従来のＬＥＤの他の例を示す断面図である。
１０ 光半導体デバイス
１１ 半導体基板
１２ 組成傾斜層
１３ 第１クラッド層
１４ 活性層
１５ 第２クラッド層
１６ 電極
１７ 穴あき電極
１８ 光の出射方向
２０ 光半導体デバイス
２１ 穴あき電極
２２ 電極
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平１−296677（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−291620（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−159385（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−140171（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−149781（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−170080（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−254731（ＪＰ，Ａ)
実開 平２−11360（ＪＰ，Ｕ)
実開 平５−38921（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
Claims (4)
- 【請求項１】 発光波長に対して透明な半導体基板と、
この半導体基板上に順次積層された第１クラッド層と活
性層と第２クラッド層とを有する光半導体デバイスであ
って、第２クラッド層表面に形成した穴あき電極と、こ
の穴あき電極の穴に対応した前記半導体基板上に形成し
た電極とを有し、さらに前記穴あき電極と前記活性層の
発光領域とが前記第２クラッド層を挟んで近接してお
り、前記半導体基板を電流拡散層及び光取り出し面とし
たことを特徴とする光半導体デバイス。 - 【請求項２】 前記第１クラッド層と第２クラッド層と
がその間に挟んだ活性層より大きなエネルギーギャップ
を有することを特徴とする請求項１記載の光半導体デバ
イス。 - 【請求項３】 半導体基板上に第１クラッド層と活性層
と第２クラッド層とを有する光半導体デバイスであっ
て、上記半導体基板と第１クラッド層との間に組成傾斜
層を有することを特徴とする請求項１記載の光半導体デ
バイス。 - 【請求項４】 前記光半導体デバイスの表面に形成され
た穴あき電極と半導体基板の下面に形成された電極とが
対称中心を有するように形成されていることを特徴とす
る請求項１記載の光半導体デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06094894A JP3511213B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 光半導体デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06094894A JP3511213B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 光半導体デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07273369A JPH07273369A (ja) | 1995-10-20 |
| JP3511213B2 true JP3511213B2 (ja) | 2004-03-29 |
Family
ID=13157133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06094894A Expired - Fee Related JP3511213B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 光半導体デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3511213B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6784462B2 (en) * | 2001-12-13 | 2004-08-31 | Rensselaer Polytechnic Institute | Light-emitting diode with planar omni-directional reflector |
| KR101030068B1 (ko) | 2002-07-08 | 2011-04-19 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | 질화물 반도체 소자의 제조방법 및 질화물 반도체 소자 |
| JP2005123526A (ja) * | 2003-10-20 | 2005-05-12 | Oki Data Corp | 半導体装置、ｌｅｄヘッド、及び画像形成装置 |
| US8174037B2 (en) | 2004-09-22 | 2012-05-08 | Cree, Inc. | High efficiency group III nitride LED with lenticular surface |
| CN100388515C (zh) * | 2005-09-30 | 2008-05-14 | 晶能光电（江西）有限公司 | 半导体发光器件及其制造方法 |
| JP2007103690A (ja) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光装置及びその製造方法 |
| JP4920249B2 (ja) * | 2005-12-06 | 2012-04-18 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
| JP2007207869A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Rohm Co Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| JP5224859B2 (ja) * | 2008-03-19 | 2013-07-03 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP5400943B2 (ja) * | 2011-05-18 | 2014-01-29 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
-
1994
- 1994-03-30 JP JP06094894A patent/JP3511213B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07273369A (ja) | 1995-10-20 |
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