JPH0220076A - 化合物半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は有機金属気相エピタキシー法（ＭＯＶＰＥ）、
分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）等の比較的厚いエピタ
キシャル結晶の成長には向かないが、ｌｎｍオーダーの
＋Ｔｉ’ＥＪ膜でも十分な制御性と均一性を有するエピ
タキシャル結晶成長法を用いて作成した高均一かつ高出
力の発光特性を有する半導体発光装置に関する。

〔従来の技術］ 従来、厚膜のエピタキシャル結晶成長法としては気相エ
ピタキシー法（ＶＰＥ）、液相エピタキシー法（ＬＰＥ
）があり、ともに成長速度が１０μｍ／ｈｒ以上で、半
導体発光装置の作成には欠くことのできない技術であっ
た。

しかし、■−Ｆ’　Ｅ法７ではＡＮを含む化合物半導体
の成長には適さず、例えばＡｌＸＧａ＋−ｘ　Ａｓへテ
ロ接合のような構造のものを作ることはできなかった。

また、ＬＰＥ法は／ｌを含む化合物半導体の成長が可能
で、Ａｌｘ　Ｇａ、−ｗ　Ａｓ／ＧａＡｓヘテロ接合の
ような構造を作ることができるが、この方法により作っ
たヘテロ接合を有する化合物半導体発光装置は高光出力
を有するものの、均一性、再現性に乏しく、歩留まり良
く半導体発光装置を得ることが難しかった。

これらに比べ、ＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法は、厚１１９結
晶成長には向かないが、ｌｎｍオーダーの極ｇｔＩＩ２
を制御性良く作成することが可能であり、また、ＡＮを
含むヘテロ接合も容易に作成することができ、均一性、
再現性にも優れている。

〔発明が解決すべき課題〕

しかしながらＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法により作成した従
来のへテロ接合を有する化合物半導体発光装置は、厚膜
でない故に光出力が高くとれず、高均一性、高再現性と
いう特徴を十分生かしきることができなかった。

本発明は上記問題点を解決するためのもので、ＭＯＶＰ
Ｅ法、ＭＢＥ法により作成されるヘテロ接合を有する化
合物半導体発光装置において、均一性、高再現性を保持
もしくは向上させながら光出力の向上を図ることを目的
とする。

〔課題を解決するための手段） 一般に、第３図に示す多層構造で、屈折率ｎの層から垂
直に屈折率ｎ２の層、ｎ、の層（基板）に波長λ。の光
が入射した場合、反射率Ｒ。

は次式のように表される。

（１＋ｒｌｒｚ）”＋２ｒ＋ｒｚ（ｃｏｓ２δ−１）・
・・・・・　（１） ここに、 ｎｌ　−ｎＺ ｒｌ： ｎｌ＋ｎｚ ｎ、−ｎｚ ｒｚ８ ｎｍ　　＋ｎゴ λＱ Ｒｚが最大になる場合は’ｌ　＋　　ｎＺ　、ｎｌの大
小関係によって異なり、次のケースについて考える。

７１ｇ＜ｎｌ＜ｎｚ このときｒ、　＞Ｏｒｚ　＜。

、’、ｒ、ｒ、＜Ｑ 従って、ＲＡが最大になるのは、（＋）式の分母が最大
になるときであり、それは ｃｏｓ　　２　δ＝−１ が満足されるときである。このとき、 π δ−−（２に＋１）　　（ｋ＝１．２．３・・・）した
がって、 ２π　　２ λ。

−−（２ｋ＋　１）　　　　　　・・・（２）なお、ｎ
ｚ　＜ｎ、＜ｎｚより、 ｎｚ　！＜ｎｌ　ｎｚ　＜ｎｚ　ｎ：＋ｎｌ　ｎＺ　＜
ｎ、　”　＜ｎｌ　ｎｚしたがって、 ｎ、ｎｚ＞ｎ。

である。このように、（２）式を満足するような屈折率
ｎ２の層を設けることにより、この層が反射率最大にな
るような反射層として作用するので、従来裏面に吸収さ
れていた光の一部ないし大部分が反射されて表面側から
取り出すことができるので、高光出力を得ることができ
る。

なお、反射層の構成は単層である必要はなく、多層構造
を持つものでもよい。その場合は反射層の平均屈折率を
第３図のｎＺに、総１１２厚をｄに対応させればよく、
平均屈折率がＲｔを大きくならしめる多層構造の設計が
可能である。

多層構造の場合の反射率の導出について以下に概略説明
する。

例えば、第４図に示すようなＮ個の層からなる多層膜を
考え、各膜厚をり、　　（ｋ＝１　２Ｎ）、屈折率をｒ
ｌ＋　　（ｋ＝１．　２．　３．−、　Ｎ）とし、波長
λ。の光が垂直入射（φ＝９０°）した場合、各層に次
の光学マトリックスＡｋが対応する。

ただし、 ２π δに＝　　　　　　　ｎｋＤｋ λＯ Ｗｋ　”　ｎ　＊　ＣｏＳ　φ＝ｎ。

＋１　＝−１ 全層に対応する光学マトリックスＡは Ａ冨Ａ＋　　−Ａｘ　　・Ａ３・・・・・・・Ａ８＝ｎ
Ａ。

とおくと、　　Ｗ　ｏ　”’　ｎ　ｏ　、Ｗ　ｑ　＝ｎ
　ｑ　として、反射率Ｒ□は と表される。

［作用］ 本発明は、基板とクラッド層との間に反射層を設けるこ
とにより裏面に吸収されていた光の一部ないし大部分が
反射されて表面側から取り出されるので高光出力が得ら
れ、また反射層を多層とすることにより所定波長の入射
光に対する反射率を特異的に大きくし、また上層の結晶
性を向ヒさせて発光効率を向上させることが可能となる
。

〔実施例］ 以下、実施例を説明する。

（実施例１） 第１図は本発明によるヘテロ接合高輝度発光しＥＤの一
実施例を示す図で、１は下部オーム性電橿、２はＧａＡ
ｓ　：　Ｚｎ基板、３は反射層、４はＰクラッド層（Ｐ
−Ａ　１ｘｚＧ　ａ　＋−ｘｔＡ　ｓ　）　、５はｐ−
アクティブＮ　（ｐ　　Ａｌｖ　Ｃａｔ−ｙ　Ａｓ）、
６は。クラッド層（ｎ　　Ａ　Ｉ！＋＋＋Ｇ　ａ　１−
ＸＩＡ　Ｓ　）、７は上部オーム性電極である。

図において、エピタキシャル層の構成として、ｎクラッ
ド層６は、ｘ　＋　＝０．７　、’Ｆヤリア濃度ｎ−”
　Ｉ　Ｘ　１０”ｃｍ−３、厚みｄ、＝５μｍ、、ｐ−
アクティブ層５は、ｙ　＝０．３５、キャリア濃度ｐ−
１×１０　”ｃ　ｍ−’、厚みｄｚ＝１．５　ｐｍ、Ｐ
クラッドＵ４は、Ｘ２　＝０．１　、キャリア濃度ｐ＝
ＩＸ１０”ｃ　ｍ”ｆｆ、厚みｄ３＝５μｍである。

反射層３として、Ａ１Ａｓ　（キャリア濃度Ｐ−Ｉ　Ｘ
　１０１１１ｃｍ−’）　、’ｆ’Ｊ−みｄａ＝　ｌｌ
ｌｎｍのものを用いる。ｐアクティブ層の発光波長にお
ける２２９７１層４の屈折率ｎ＋　＝３．２５、反射層
３の屈折率ｎｚ＝２．９７、基板２の屈折率ｎｓ　＝３
．７７である。

従って（３）式より、Ｒｏは、 また、反射層を用いない場合は、 た。

（実施例２） 次に、第２回に模式的に示すように反射層が多層薄膜に
より構成されている場合の実施例について説明する。

反射層の構成は、Ｐアクティブ層の発光波長（λ。−６
６０ｎｍ）において、 ｎ、Ｄ、＝λｏ／４＝１６５ｎｍ ｎ、、・Ｄｚ−λｏ／４＝１６５ｎｍ ｎｏ　＝３．２５ ｙ＝０．９　　ｎ　＋　＝３．０５．　　Ｄ　＋　＝５
．５５　ｎ　ｍｚ　＝０．４　　ｎｚ　＝３．４５．　
　Ｄｚ　＝４７．８ｎ　ｍとすると、 λ。

λ。

％ｌ７２＝ｆｉ。

・°・δｆ　＝δ２　＝π／２ よって したがって、Ａ　ｌ　ｙ　Ｇ　ａ　ｌ−ｖ　Ａ　Ｓ　／
　Ａ　ｊ！　２　Ｇ　ａｚＡｓを２層で構成した場合に
は、 となる。

従って、反射率ＲＡ”’（＋２）は、ｎ９　＝３．７７
（ｃ　ａ　Ａ　Ｓ　）として、 Ｒ，慴）　（Ｐ） −１（ｆｆ→ω、但しｎ＋＜ｎｚ） ｅが有限の場合、例えば１＝１５のとき、Ｒ，”’　　
（＋５）＝０．８９ となり、反射率を１に近づけることができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、裏面に吸収されていた光
の一部ないし大部分が反射され、表面に放射されるので
、光出力を大きくすることが可能となり、特に反射層を
多層構造とすることにより、その１：層の結晶性が上が
り、内部発光率も上がるため、２つの効果が相乗されて
高光出力の半導体発光装置を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は反射層が単ｒｖＪＲ膜で構成されている場合の
本発明の化合物半導体発光装置の構造を示す図、第２図
は反射層が多層薄膜で構成されている場合の化合物半導
体発光装置の構造を示す図、第３図、第４図はそれぞれ
反射層が単層、及び多層の場合の反射率を説明するため
の図である。 ■・・・下部オーム性電極、２・・・ＧａＡｓ　：　Ｚ
ｎｉ板、３・・・反射層、４・・・ＰクラッドＪｉｌＪ
（Ｐ　　Ａ　１．ｘｔＧ　ａ　＋−ｘｚＡ　ｓ　）　、
５　・＝Ｐ−アクティブ層（ｐ−ＡｆｆｉＹＧａ、−、
Ａｓ）　、６・・ｎクラッドＮ（ｎ−ＡＩＸ、Ｇａ、−
□Ａｓ）、７・・・上部オーム性電極。 第１ 図 第２図 に＝６ Ａｔｚ　Ｇａ＋−ｚＡｓ ’２　＋　Ｄ２ 第３図 第４図 入Ｏ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓをキャリア閉じ込
   め層ならびに光取り出し層として用いたダブルヘテロ接
   合構造半導体発光装置において、基板側のＡｌ＿ｘＧａ
   ＿１＿−＿ｘＡｓ層及び基板との間に該Ａｌ＿ｘＧａ＿
   １＿−＿ｘＡｓと屈折率の異なる反射層を設けたことを
   特徴とする化合物半導体発光装置。
2. （２）前記反射層は単層からなる請求項１記載の化合物
   半導体発光装置。
3. （３）前記反射層は、相互に異なる屈折率を有する２以
   上のＡｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ層を交互に積層して
   なる請求項１記載の化合物半導体発光装置。