JPH033373A - 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】 ［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ＩｎＧａＡＩ
Ｆからなる発光層をもつ半導体発光装置に関する。

（従来の技術） ＩｎＧａＡｌＰ系材料は、窒化物を除＜ｍ−Ｖ族化合物
半導体混晶中で最大の直接遷移形エネルギーギャップを
有し、０．５〜０，６μｍ帯の発光素子材料として注目
されている。特にＧａＡｓを基板とし、これに格子整合
するＩｎＧａＡｌＰによる発光部を持つｐｎｎ接合形光
光ダイオード　Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏ
ｄｅ　：ＬＥＤ）は、従来のＧａＰやＧａＡｓ　Ｐ等の
間接遷移形の材料を用いたものに比べ、赤色から緑色の
高輝度の発光が可能である。高輝度のＬＥＤを作成する
には、発光効率を高めることはもとより、素子内部での
光吸収や、発光部と電極の相対的位置関係等により、外
部への有効な光取出しを実現することが重要である。

第５図はＩｎＧａＡｌＰ発光部を持つ従来のＬＥＤを示
す構造断面図であり、図中５１はｎ−ＧａＡｓ基板、５
２はｎ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層、５３はＩｎＧａＡ
ｌＰ活性層、５４はｐ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層、５
５はｐ−ＩｎＧａＰ中間エネルギーギャップ層、５６は
ｐ−ＱａＡｓコンタクト層、５７はｐ側電極、５８はｎ
側電極である。また、図中の矢印は素子内での電流分布
を、斜線部は発光部を示している。

各層のＡ１組成は高い発光効率が得られるように設定さ
れ、発光層となる活性層のエネルギーギャップは２つの
クラッド層より小さいダブルへテロ接合が形成されてい
る。なお、以下ではこのようなダブルへテロ接合構造を
もつＬＥＤについて記すが、以下で問題とする光の取出
し効率を考える上では、活性層部の層構造は本質ではな
く、シングルへテロ接合構造やホモ接合構造でも同様に
考えることができる。

第５図に示したような構造では、ｐ− ＩｎＧａＡｌＰクラッド層５４の抵抗率がｎ−ＩｎＧａ
ＡｌＰクラッド層５２に比べて大きいため、クラッド層
５４中での電流広がりは殆どなく、発光部は中間エネル
ギーギャップ層５５゜コンタクト層５６及び電極５７の
直下のみとなり、上面方向への光の取出し効率は非常に
低かった。

第６図はＩｎＧａＡｌＰ発光部を持つ他のＬＥＤを示す
構造断面図であり、図中６１．〜６８はｐｎの関係が逆
となっているだけで第５図の５１．〜，５８に対応して
いる。中間エネルギーギャップ層６５は、コンタクト層
６６側でなく基板６１側に配置されている。この図に示
したような構造では、抵抗率の高いｐ−Ｉ　ｎＧａＡ　
Ｉ　Ｐクラッド層６２を基板６１側に配置することによ
り、ｎ−ＩｎＧａＡＩＦクラッド層６４での電流広がり
は第５図に示した従来例に比べ若干大きくなっている。

しかしながら、発光部の大部分はやはりコンタクト層６
６及び電極６７の直下となり、光の取出し効率の大きな
改善は認められなかった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来、ＩｎＧａＡｌＰからなる発光部を持つ
半導体発光装置においては、発光部における電流分布の
状態から大きな光の取出し効率は得られず、高輝度化を
実現するのは極めて困難であった。

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、ＩｎＧａＡｌＰからなる発光部にお
ける電流分布を改善することができ、光の取出し効率及
び輝度の向上をはかり得る半導体発光装置を提供するこ
とにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、中間エネルギーギャップ層の配置位置
及び形状を改良することにより、発光部における電流分
布の状態を改善することにある。

即ち本発明は、第１導電型の化合物半導体基板（例えば
、ＧａＡｓ）と、この基板上にｐｎ接合をなす少なくと
も第１導電型ＩｎＧａＡｌＰ層及び第２導電型ＩｎＧａ
ＡｌＰ層を積層して形成された発光部と、この発光部上
の一部に形成された電流狭窄のための電極とを備えた半
導体発光装置において、前記発光部の第１導電型ＩｎＧ
ａＡｌＰ層と基板との間に、基板よりもエネルギーギャ
ップが太き（、且つ第１導電型ＩｎＧａＡｌＰ層よりも
エネルギーギャップが小さい第１導電型の中間エネルギ
ーギャップ層を選択的に形成し、前記電極の下の少なく
とも一部で第１導電型ＩｎＧａＡｌＰ層と基板とを直接
接触させるようにしたものである。

（作用） 本発明によれば、光取出し側の電極直下の少なくとも一
部には中間エネルギーギャップ層がなく、電極直下以外
の領域には中間エネルギーギャップ層が存在することに
なるので、電極から中間エネルギーギャップ層に流れる
電流は、電極直下以外の領域まで広がることになる。特
に、中間エネルギーギャップ層を電極パターンと逆パタ
ーンに形成することにより、電極からの電流を電極直下
の周辺領域まで広げることができる。従って、電極直下
以外の領域に発光領域を広げることができ、これにより
光の取出し効率を向上させることが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる半導体発光装置の概
略構成を一部切欠して示す斜視図である。図中１１はｐ
−ＧａＡｓ基板、１２はｐ−ＩｎＧａＰ中間エネルギー
ギャップ層、１３は１）−１ｎｏ、ｓ　　（Ｇａ＋−ｘ
　Ａ　ｌｘ　）　ｏ、ｓ　Ｐクラッド層、１４は Ｉ　ｎｏ　５　　（Ｇａ＋−ｚ　Ａ　ｌｚ　）　ｏ、ｓ
　Ｐ活性層、１５はｒｒＩ　ｎｏ、ｓ　　（Ｇ　ａ　＋
−ｙ　Ａ　１　ｙ　）　Ｐクラッド層、１６はｎ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層、１７はｎ側電極、１８はｐ側電極で
ある。中間エネルギーギャップ層１２は電極１７と逆パ
ターンに形成されている。即ち、中間エネルギーギャッ
プ層１２はｎ側電極１７の直下では存在せず、ｐ−１ｎ
ＧａＡＩＰクラッド層１３は、電極１７の直下でｐ−Ｇ
ａＡｓ基板１１の露出部１１ａと直接接触している。

第２図は第１図に示した装置の素子構造を示す断面図で
あり、素子内での電流分布及び発光部を示している。図
中の矢印２１は素子内での電流分布を、斜線部２２は発
光部を示している。

各層のＡ１組成Ｘ５ＹＳＺは高い発光効率が得られるよ
うに、２≦Ｘ、Ｚ≦ｙを満たす、即ち発光層となる活性
層１４のエネルギーギャップは、ｐ、ｆｉ＜ｒ＋２つの
クラッド層１３．１５より小さいダブルへテロ接合が形
成されている。なお、以下ではこのようなダブルへテロ
接合構造をもつＬＥＤについて記すが、光の取出し効率
を考えるうえでは活性層部の層構造は本質ではなく、シ
ングルへテロ接合構造やホモ接合構造でも同様に考える
ことができる。

第１図及び第２図に示したような構造では、ｐ−ＧａＡ
ｓ基板１１とｐ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層１３との界
面の電圧降下が、ｐ−ＧａＡｓ基板１１．ｐ−１ｎＧａ
Ｐ中間エネルギーギャップ層１２及びｐ−ＩｎＧａＡｌ
Ｐクラッド層１３の各界面での電圧降下に比べ非常に大
きい。このため、電流はｐ−１ｎＧａＰ中間エネルギー
ギャップ層１２が存在する部分を選択的に流れる。この
とき、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１３の抵抗率はｎ
−１ｎＧａＡＩＰクラツドＪＷ１５に比べ大きく、電流
はｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１５で大きく広がる。

従って、ＩｎＧａＡｌＰ活性層１４においては、電極１
７の直下の周辺部に電流が流れることになる。

このように本実施例によれば、電極１７の直下に中間エ
ネルギーギャップ層１２が存在しないように配置するこ
とにより、殆どの発光は、電極１７のない部分で起こる
ことになる。従って、発生した光は、コンタクト層１６
や電極１７に妨害されることなく外部に取出され、高い
取出し効率、ひいては高輝度の発光が可能になる。

第３図は本発明の他の実施例の概略構成を示す斜視図、
第４図は同実施例における中間エネルギーギャップ層と
ｎ側電極との位置関係を素子表面側からみた模式図であ
る。図中３１．〜３８は第１図の１１．〜，１８に対応
しており、各部の材料１組成比は第１図と同様である。

この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、ｎ側電
極のパターン及び中間エネルギーギャップ層のパターン
である。即ちｎ側電極３７はストライブ状に複数本配置
されており、中間エネルギーギャップ層３２はｎ側電極
３７と直交する方向にストライブ状に複数本配置されて
いる。

このような中間エネルギーギャップ層３２とｎ側電極３
７との配置では、中間エネルギーギャップ層３２がｎ側
電極３７の直下になる場合があるが、電極３７に隠され
ない部分への電流床がりも大きく、高い光の取出しが可
能である。

また、第３図に示した構造では、中間エネルギ−ギャッ
プ層３２とｎ側電極３７の形成に際して、複雑なマスク
合せが不要であるといった利点もある。

また、この実施例においては、中間エネルギーギャップ
層３２をｎ側電極３７と平行、つまり電極３７と逆パタ
ーンに配置することにより、光の取出し効率のより一層
の向上をはかることができる。但し、この場合は中間エ
ネルギーギャップ層３２とｎ側電極３７とのマスク合わ
せが必要になる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。実施例では、中間エネルギーギャップ層としてｐ
−１ｎＧａＰを用いた場合の半導体発光装置について述
べたが、中間エネルギーギャップ層は一般にＩ　ｎＧａ
Ａ　Ｉ　Ｐクラッド層とＧａＡｓ基板の中間エネルギー
ギャップ、例えばＩｎＧａＡｌＰやＧａＡｌＡｓであれ
ば同様の効果が得られるのはいうまでもない。

また、は発光部における構造はダブルへテロに限るもの
ではなく、シングルへテロやホモ接合であってもよい。

さらに、各部の導電型を逆にすることも可能である。こ
の場合はｐ＋　　ｎクラッド層の位置関係が上下逆にな
り、活性層における電流の広がりは実施例に比べると小
さくなるが、第４図や第５図の従来構造よりは格段に大
きくなる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々変形して実施することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、基板と発光部との
間に中間エネルギーギャップ層を選択的に形成し、光取
出し側の電極直下の少なくとも一部には中間エネルギー
ギャップ層がなく、電極直下以外の領域には中間エネル
ギーギャップ層が存在する構成としているので、電極か
ら中間エネルギーギャップ層に流れる電流は、電極直下
以外の領域まで広がることになる。従って、電極直下以
外の領域に発光領域を広げることができ、これにより光
の取出し効率を向上させることが可能となり、高輝度の
半導体発光装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる半導体発光装置の概
略構成を一部切欠して示す斜視図、第２図は上記実施例
の素子構造を示す断面図、第３図は本発明の他の実施例
の概略構成を示す斜視図、第４図は第３図の実施例にお
ける中間エネルギーギャップ層とｎ側電極との位置関係
を模式的に、示す平面図、第５図及び第６図はそれぞれ
従来装置の概略構造を示す断面図である。 １１　、　３１−　ｐ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、１２　
、３２・・・ｐ−１ｎＧａＰ中間エネルギーギャップ層
、１３．３３”−ｐ−１ｎＧａＡ　Ｉ　Ｐクラッド層、
１４．３４＝−１ｎＧａＡＩＰ活性層、１５．３５−”
ｎ−１ｎＧａＡ　Ｉ　Ｐクラッド層、１６　、　３６−
　ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　８　：７ンタクト層、１７．３７
・・・ｎ側電極、１８．３８・・・ｐ側電極、２１・・
・電流分布、２２・・・発光部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１導電型の化合物半導体基板と、この基板上にｐｎ接
   合をなす少なくとも第１導電型 ＩｎＧａＡｌＰ層及び第２導電型ＩｎＧａＡｌＰ層を積
   層して形成された発光部と、この発光部上の一部に形成
   された電流狭窄のための電極とを備えた半導体発光装置
   において、 前記発光部の第１導電型ＩｎＧａＡｌＰ層と基板との間
   に、基板よりもエネルギーギャップが大きく、且つ第１
   導電型ＩｎＧａＡｌＰ層よりもエネルギーギャップが小
   さい第１導電型の中間エネルギーギャップ層を選択的に
   形成し、前記電極の下の少なくとも一部で第１導電型Ｉ
   ｎＧａＡｌＰ層と基板とを直接接触させてなることを特
   徴とする半導体発光装置。