JPH04171776A - 面発光型発光ダイオード - 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 本発明は面発光型の発光ダイオードに関し、特に、波長
の異なる複数種類の光を発光する面発光型発光ダイオー
ドに関するものである。

従来の技術 光通信や表示器などに発光ダイオードが多用されている
。かかる発光グイオートは、−ｉに、半導体基板の上に
液相成長法や気相成長法などのエピタキシャル成長法に
よりｐｎ接合を形成して作製されており、このような発
光ダイオードの一種に、活性層内で発生した光をその活
性層と略平行に形成された光取出し面から取り出す面発
光型のものがある。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような面発光型の発光ダイオード
は、従来においては、一種類の活性層が設けられている
だけであり、一種類の波長の光だけしか発光できないた
め、複数種類の波長の光を発光することができる面発光
型発光ダイオードが望まれていた。

これに対し、複数種類の波長の光をそれぞれ発生する複
数の活性層を重ねた状態で設けることが考えられるが、
このような構造の面発光型発光ダイオードでは、ある活
性層で発生した光が他の活性層で吸収され且つその吸収
に伴って他の活性層からも光が発生することにより、所
望の波長の光だけを好適な出力で発光できなくなる虞が
ある。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであって
、その目的とするところは、複数種類の波長の光をそれ
ぞれ発生する複数の活性層を備え、所望の波長の光だけ
を好適な出力で発光できる面発光型発光ダイオードを提
供することにある。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するための本発明の要旨とするところは
、光取出し面から波長の異なる複数種類の光を取り出す
面発光型発光ダイオードであって、（ａ）前記光取出し
面と略平行に設けられ、第１の光を発生する第１活性層
と、（ｂ）その第１活性層の前記光取出し面側とは反対
側に設けられ、前記第１の光より長い波長を有する第２
の光を発生する第２活性層と、（Ｃ）半導体多層膜にて
構成されて前記第１活性層と前記第２活性層との間に設
けられ、その第１活性層で発生した第１の光は光波干渉
によって反則するが、その第２活性層で発生した第２の
光１ま透過する選択反射層とを含むことにある。

作用および発明の効果 このようにすれば、光取出し面と略平行に設ＬＪられた
第１活性層とその第１活性層の光取出し面側とは反対側
に設けられた第２活性層との間に、第１活性層で発生し
た第１の光は光波干渉によって反射するが第２活性層で
発生した第２の光は透過する選択肢η］層が設りられて
いるとともに、第２の光は第１の光より波長が長くされ
てエネルギーが小さくされているので、第１活性層から
発生して第２活性層へ向かう第１の光は選択反射層にて
反射させられて光取出し面から放射され、これにより、
第１の光が第２活性層で吸収されてその第２活性層から
第２の光が発生ずるのを防止することができる一方、第
２活性層から発生した第２の光は選択反則層を透過し且
つ第１活性層で吸収されることなく光取出し面から放射
され、これにより、第２の光によって第１活性層から第
１の光が発生するのを防止することができる。この結果
、複数種類の波長の光をそれぞれ発生する複数の活性層
を備え、所望の波長の光だけを好適な出力で発光するこ
とができる面発光型発光ダイオードを提供することがで
きる。

しかも、選択反則層は半導体多層膜にて構成されており
、共通のチャンバ内において第１活性層や第２活性層な
どと共に順次結晶成長させることにより積層することが
できるため、上記のような面発光型発光ダイオードを容
易かつ安価に作製することができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例である面発光型発光ダイオー
ド１０の構造を示す図である。図において、ｎ−ＧａＡ
ｓ単結晶から成る基板１２上の外周側に位置する部分に
は、ｐ−ＧａＡｓから成る環状の電流ブロック層１４が
設けられており、電流ブロック層１４上および基板１２
上の電流ブロック層１４が設けられていない中央部に位
置する部分ムこけ、ｎ−Ａｌ、Ｇａ＋−ｙ　Ａｓから成
るクラッド層１６が設げられている。そして、このクラ
ッド層１６上には、ｐ　−Ａ　１ｙＧａ＋−ｙ　Ａｓか
ら成り、波長λ２　（たとえば８３０　ｎｍ）の光を発
生ずる活性層１８．ｐ−Ａｌ２Ｇ、ｌ＋−ｚ　Ａｓから
成るクラッド層２０．選択反則層２２．ｒ＋−ＡｌｕＧ
ａ、−、Ａｓから成るクラット層２４．ｐ−Ａ＋ｖＧａ
＋−ｖＡｓから成り、前記波長λ、より短い波長λ、（
たとえば７８０ｎｍ）の光を発生ずる活性層２６．ｐ−
ＡＩ、Ｇａ＋−ｗ　Ａｓから成るクラッド層２８．およ
びｐ−Ｇ　ａ　Ａ　ｓから成るコンタクト層２９が順次
積層されている。面発光型発光ダイオードＩＯは、上記
クラッド層１６．活性層１８．およびクラッド層２０か
ら成るダブルへテロ接合結晶と、上記クラッド層２４．
活性層２６、およびクラッド層２８から成るダブルへテ
ロ接合結晶との間に選択反射層２２を備えて構成されて
いるのである。本実施例においては、」−記活性層１８
が第２活性層に、上記活性層２６が第１活性層にそれぞ
れ相当し、活性層１８から発生する波長λ２の光が第２
の光に、活性層２６から発生する波長λ１の光が第１の
光にそれぞれ相当する。なお、電流ブロック層１４はた
とえば０．５μｍ、クラッド層１６，２０，２４．２８
はたとえば２μｍ、活性層１８．２６はたとえば０．１
μｍ、コンタクト層２９はたとえば０．１μｍの膜厚で
それぞれ設けられている。また、クラッド層１６．２０
，２４．２８の各組成ｘ、ｚ、ｕ、ｗはたとえば０．４
５にそれぞれ決定されており、活性層１８．２６の組成
ｙ、ｖはたとえば０．０６，０゜１３にそれぞれ決定さ
れている。

上記選択反射層２２は、第２図に拡大して示すように、
ＡｌＡｓ層３０とＡｌｐ　Ｇａｐ−ｐ　Ａｓ層３２とを
交互に複数対、たとえば２０対積層した半導体多層膜に
て構成されており、ブラッグ反射に基づく光波干渉作用
により入力光をその波長に応じて選択的に反射する。第
３図に選択反射層２２の入力光波長に対する光反射特性
の一例を示すように、活性層２６から発生する波長λ１
の光の反射率は１００％であるのに対し、活性層１８か
ら発生する波長λ２の光の反射率は略零％であるため、
選択反射層２２は、活性層２６から発生して活性層１８
へ向かう光を全て反射するが、活性層１８から発生して
活性層２６へ向かう光を殆と反射することなく透過させ
る。このような選択反射層２２の光反射特性が得られる
ように、次式（１）に従ってＡｌＡｓ層３０．ＡＩＩ、
Ｇａｐ、−、Ａｓ層３２の各々の膜厚りが決定されてい
るのである。

なお、Ａ　１ｐＧａ＋−ｐ　Ａｓ層３２の組成ｐはたと
えば０．４５に決定されている。

λ／　４　ｎ　＝　ｔ　　・・・・（１）（但し、ｎ　
：ＡｌＡｓ層３０．　Ａ　ｌｐ　Ｇ　ａ　＋−ｐＡｓ層
３２の層膜２屈折率） 上記電流ブロック層１４．クラッド層１６．活性層１Ｂ
、クラッド層２０２選択反射層２２．クラッド層２４．
活性層２６．クラッド層２８．お・よびコンタクト層２
９は、たとえば有機金属化学気相成長法によって、基板
１２上に単結晶の状態で順次成長させられることにより
形成されている。

この場合において、電流ブロック層１４は、基板１２の
全面に亘って結晶成長させた後その中央部分をフォトリ
ソグラフィー技術により除去することによって形成され
ているとともに、選択反射層２２、クラッド層２４．活
性層２６．クラッド層２８、およびコンタクト層２９は
、選択反射層２２の全面に亘って順次結晶成長させた後
、それらの外周側の所定部分がフォトリソグラフィー技
術によりそれぞれ除去されている。

上記コンタクト層２９の上面の外周側に位置する部分に
は、Ｃｒ−Ａｕから成る環状の第１上部電極３６が取り
付けられているとともに、コンタクト層２９の上面の第
１上部電極３６の内周側に位置する部分は、活性層１８
．２６で発生させられた光を取り出す光取出し面３８と
されている。

また、上記クラッド層２４から外周側へ一体に突き出し
て選択反射層２２と接する突出部４０上には、Ａｕ−Ｇ
ｅ−Ｎｉから成る第１下部電極４２が取り付けられてい
る。一方、選択反射層２２上の外周側に位置する部分で
あって且つクラッド層２０が設けられていない部分には
、ｐ−ＧａＡｓから成るコンタクト層４４が気相成長に
より設けられており、そのコンタクト層４４の上面には
、Ｃｒ−Ａｕから成る第２上部電極４６が取り旬けられ
ている。また、基板１２の下面には、その全面にＡｕ−
Ｇｅ−Ｎｉから成る第２下部電極４８が取り付けられて
いる。上記の電極３６，４２゜４６．４８はそれぞれオ
ーミック電極である。

以」二のように構成された面発光型発光ダイオード１０
においては、第１上部電極３６と第１下部電極４２との
間に順方向の駆動電流が流されることにより、活性層２
６内において波長λ１の光が発生されられる。活性層２
６から上方（クラッド層２８側）へ向かう光は光取出し
面３８から外部へ放射されるとともに、活性層２６から
下方（基板１２側）へ向かう光は、選択反射層２２によ
り活性層２６へ向かって全て反射されて活性層１８にお
いて吸収されることなく活性層２６等を通して光取出し
面３８から放射される。一方、第２上部電極４６と第２
下部電極４８との間に順方向の駆動電流が流されると、
活性層１８内において波長λ２の光が発生させられ、そ
の光が選択反射層２２や活性層２６等を透過して光取出
し面３８から外部へ放射される。このとき、活性層１８
における発光波長λ２　（たとえば８３０　ｎｍ）は活
性層２６における発光波長λ１　（たとえば７８００ｍ
）より長くされており、活性層１８からの光のエネルギ
ーすなわち活性層１８における電子のエネルギーギャッ
プは、活性層２６からの光のエネルギーすなわち活性層
２６における電子のエネルギーギャップより小さいため
、活性層１８で発生した光は活性層２６で吸収されるこ
となく光取出し面３Ｂから放射される。また、電流ブロ
ック層１４とクラッド層１６との間では電流の向きが逆
バイアスとなるため、電流ブロック層Ｉ４を通ってクラ
ッド層１６から基板１２へ電流が流れることはなく、ク
ラッド層１６と基板１２とが直接接している電流ブロッ
ク層１４の内周側においてのみ通電されて、光取出し面
３８の直下に位置する活性層１８の中央部分においての
み波長λ２の光が発生することとなり、これにより、発
光効率を高める構造となっている。

このように本実施例によれば、活性層２６とその活性層
２６の光取出し面３８側とは反対側に設りられた活性層
１８との間に、活セ１層２６で発ｌ］して活性層１８側
へ向かう波長λ１の（第１の）光は全て反射するが、活
性層１８で発生して７１１ｉ性層２６側へ向かう波長λ
２の（第２の）光は殆ど透過する選択反射層２２が設け
られているとともに、活性層１８は活性層２６よりも電
子のエネルギーギャップの小さい材料が用いられており
、活性層１８から発生する第２の光のエネルギーは活性
層２Ｇから発生する第１の光のエネルギーより小さくさ
れているので、活性層２６から発生した第１の光が゛活
性層１Ｂで吸収されてその活性層１８から第２の光が発
生することが防止される−・方、活性層１８から発生し
た第２の光が活性層２６で吸収されてその活性層２６か
ら第１の光が発生することが防止される。この結果、必
要に応して第１の光および第２の光のうちの所望の光だ
けを好適な出力で発光することができる面発光型発光ダ
イオード１０が提供される。なお、第１の光と第２の光
とは同時に発光させられてもよく、この場合においても
、第１の光と第２の光とが好適に混合された所望の光を
好適な出力で発光することができる効果が得られる。

また、上記選択反射層２２はＡｌＡｓ層３０とＡ　ｌ　
ｐ　Ｇ　ａ　Ｉ−ｐ　Ａ　ｓ層３２とから成る半導体多
層膜にて構成されており、共通のチャンバ内においてク
ラッド層１６，２０，２４．２８や活性層１８．２６な
どと同様にして順次結晶成長させることにより積層する
ことができるため、上記のような面発光型ダイオード１
０を容易かつ安価に作製することができる。

また、上記選択反射層２２はＡ　Ｉ　Ａ　ｓ　／　Ａ　
１　ｐＧａ、−ｐＡｓ層にて構成されているため、ｐ−
ＡＩｙ　Ｇａ＋−ｙ　Ａｓクラッド層２０やｎ−Ａｌ１
ＩＧａ１−０Ａｓクラッド層２４との間で格子不整合を
生ずることがなく、良質の面発光型発光ダイオ−ド１０
が得られる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、
本発明は他の態様で実施することもできる。

たとえば、前記実施例の面発光型発光ダイオード１０は
ＡｌＧａＡｓダブルへテロ構造を成しているが、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰなどの他の化合物
半導体から成るダブルへテロ構造や単一へテロ構造の面
発光型発光ダイオード、あるいは、ホモ構造の面発光型
発光ダイオードにも本発明は同様に適用され得る。

また、前記実施例では、選択反射層２２としてＡｌＡｓ
／Ａｌ、Ｇａ、ｐＡｓ多層膜が設けられているが、屈折
率や光の吸収などを考慮して、互いに組成の異なる一対
のＡｌＧａＡｓ層を交互に積層したり或いはＡｌＡｓや
ＡＩＣ；ａＡｓ以外の他の半導体材料から成る多層膜の
選択反射層を用いることも可能である。

また、前記実施例では２種類の活性層が設けられている
が、３種類以上の活性層を設り■つ各活性層の間に選択
反射層をそれぞれ設けて３種類以上の波長の光を取り出
すように構成することも可能である。この場合には、各
活性層から発生する光の波長は光取出し面から離隔する
程大きくされ、互いに隣接する一対の活性層のうちの光
取出し面に近い方が第１活性層に相当し且つ光取出し面
から遠い方が第２活性層に相当することとなる。

また、前記実施例において、電流ブロック層１４および
クラッド層１６と基板１２との間に、活性層１８から発
生して基板１２へ向かう第２の光を反射してその第２の
光が基板１２に吸収されるのを阻止する所定の反射層を
設けるようにしてもよい。

また、前記実施例では基板１２側と反対側に位置する光
取出し面３８から光が取り出されるように構成されてい
るが、活性層１８と活性層２６とを互いに逆の位置に設
は且つ基板１２を研磨やエツチング等によって除去する
こと等により、クラッド層１６の下側の面から光を取り
出すようにすることも可能である。

その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である面発光型発光ダイオー
ドの構造図であって、断面にして示す図である。第２図
は第１図の選択反射層の一部を拡大して示す図である。 第３図は第１図の選択反射層の入力光波長に対する光反
射特性の一例を示す図である。 １０：面発光型発光ダイオード ■、８：活性層（第２活性層） ２２：選択反射層 ２６：活性層（第１活性層） ３８：光取出し面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　光取出し面から波長の異なる複数種類の光を取り出す
   面発光型発光ダイオードであって、 前記光取出し面と略平行に設けられ、第１の光を発生す
   る第１活性層と、 該第１活性層の前記光取出し面側とは反対側に設けられ
   、前記第１の光より長い波長を有する第２の光を発生す
   る第２活性層と、 半導体多層膜にて構成されて前記第１活性層と前記第２
   活性層との間に設けられ、該第１活性層で発生した第１
   の光は光波干渉によって反射するが、該第２活性層で発
   生した第２の光は透過する選択反射層と を含むことを特徴とする面発光型発光ダイドード。