JPH04264782A - 面発光型発光ダイオードの製造方法 - Google Patents
面発光型発光ダイオードの製造方法Info
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- JPH04264782A JPH04264782A JP3045975A JP4597591A JPH04264782A JP H04264782 A JPH04264782 A JP H04264782A JP 3045975 A JP3045975 A JP 3045975A JP 4597591 A JP4597591 A JP 4597591A JP H04264782 A JPH04264782 A JP H04264782A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光反射層を備えた面発光
型発光ダイオードの素子寿命および動作特性を向上させ
る技術に関するものである。
型発光ダイオードの素子寿命および動作特性を向上させ
る技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信や表示器、センサなどに発光ダイ
オードが多用されている。かかる発光ダイオードは、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光を発する活性層を形成したもので
、このような発光ダイオードの一種に、活性層で発生し
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。
オードが多用されている。かかる発光ダイオードは、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光を発する活性層を形成したもので
、このような発光ダイオードの一種に、活性層で発生し
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。
【０００３】ところで、発光ダイオードの光出力は、電
気エネルギーを光エネルギーに変換する際の内部量子効
率と、発生した光を外部に取り出す際の外部量子効率と
によって定まるが、前記面発光型発光ダイオードの場合
、半導体基板上に例えばブラッグ反射として知られてい
るように光波干渉によって光を反射する光反射層を設け
、基板側への光を反射して外部量子効率を上げることに
より光出力を向上させるようにしたものが知られている
。上記光反射層は、通常、組成が異なる２種類の半導体
結晶を交互に積層した多層構造を成し、それ等の屈折率
の相違に基づいて特定の波長の光を反射するもので、例
えばＡｌＧａＡｓにて構成される赤色発光ダイオードの
場合、所定の厚さのＡｌＡｓとＧａＡｓとを交互にエピ
タキシャル成長させることによって光反射層が形成され
ている。
気エネルギーを光エネルギーに変換する際の内部量子効
率と、発生した光を外部に取り出す際の外部量子効率と
によって定まるが、前記面発光型発光ダイオードの場合
、半導体基板上に例えばブラッグ反射として知られてい
るように光波干渉によって光を反射する光反射層を設け
、基板側への光を反射して外部量子効率を上げることに
より光出力を向上させるようにしたものが知られている
。上記光反射層は、通常、組成が異なる２種類の半導体
結晶を交互に積層した多層構造を成し、それ等の屈折率
の相違に基づいて特定の波長の光を反射するもので、例
えばＡｌＧａＡｓにて構成される赤色発光ダイオードの
場合、所定の厚さのＡｌＡｓとＧａＡｓとを交互にエピ
タキシャル成長させることによって光反射層が形成され
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに組成が異なる２種類の半導体結晶を交互に積層した
光反射層を設けると、格子定数の相違に伴う格子不整合
により結晶欠陥が発生するため、その光反射層の上にエ
ピタキシャル成長法によって形成される活性層において
も転位等の結晶欠陥の密度が増加し、動作時の発熱等に
起因する転位の成長によるダークライン劣化が促進され
て素子寿命が短くなるという問題があった。また、２種
類の半導体結晶の層界面におけるバンドの不連続により
電気抵抗が高くなり、光反射層が無い発光ダイオードに
比較して大きな動作電圧が必要になるという別の問題も
含んでいた。
うに組成が異なる２種類の半導体結晶を交互に積層した
光反射層を設けると、格子定数の相違に伴う格子不整合
により結晶欠陥が発生するため、その光反射層の上にエ
ピタキシャル成長法によって形成される活性層において
も転位等の結晶欠陥の密度が増加し、動作時の発熱等に
起因する転位の成長によるダークライン劣化が促進され
て素子寿命が短くなるという問題があった。また、２種
類の半導体結晶の層界面におけるバンドの不連続により
電気抵抗が高くなり、光反射層が無い発光ダイオードに
比較して大きな動作電圧が必要になるという別の問題も
含んでいた。
【０００５】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、活性層内の結晶欠陥
を低減して素子寿命を向上させるとともに比較的小さな
動作電圧で発光させることができるようにすることにあ
る。
もので、その目的とするところは、活性層内の結晶欠陥
を低減して素子寿命を向上させるとともに比較的小さな
動作電圧で発光させることができるようにすることにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、半導体結晶の組成が周期的に変化する
多層構造を成して光を反射する光反射層が基板上に設け
られるとともに、光を発する活性層がエピタキシャル成
長法によってその光反射層の上に形成され、その活性層
の上に設けられた光取出し面から光を取り出す面発光型
発光ダイオードにおいて、多層構造を成す前記光反射層
の各層の界面部分の組成を段階的または連続的に変化さ
せたことを特徴とする。
めに、本発明は、半導体結晶の組成が周期的に変化する
多層構造を成して光を反射する光反射層が基板上に設け
られるとともに、光を発する活性層がエピタキシャル成
長法によってその光反射層の上に形成され、その活性層
の上に設けられた光取出し面から光を取り出す面発光型
発光ダイオードにおいて、多層構造を成す前記光反射層
の各層の界面部分の組成を段階的または連続的に変化さ
せたことを特徴とする。
【０００７】
【作用および発明の効果】このような本発明の面発光型
発光ダイオードによれば、多層構造を成す光反射層の各
層の界面部分の組成が段階的または連続的に変化してい
るため、格子定数の相違に起因する格子不整合が緩和さ
れて光反射層における結晶欠陥の発生が抑制されるとと
もに、その光反射層の上にエピタキシャル成長法によっ
て形成される活性層内の結晶欠陥も低減され、動作時に
おける転位の成長によるダークライン劣化が抑制されて
素子寿命が長くなるのである。また、光反射層における
バンドの不連続性も緩和されるため、電気抵抗が低くな
って小さな動作電圧で発光させることが可能となる。
発光ダイオードによれば、多層構造を成す光反射層の各
層の界面部分の組成が段階的または連続的に変化してい
るため、格子定数の相違に起因する格子不整合が緩和さ
れて光反射層における結晶欠陥の発生が抑制されるとと
もに、その光反射層の上にエピタキシャル成長法によっ
て形成される活性層内の結晶欠陥も低減され、動作時に
おける転位の成長によるダークライン劣化が抑制されて
素子寿命が長くなるのである。また、光反射層における
バンドの不連続性も緩和されるため、電気抵抗が低くな
って小さな動作電圧で発光させることが可能となる。
【０００８】
【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。
細に説明する。
【０００９】図１は、本発明の一実施例である面発光型
発光ダイオード１０の構造を説明する図で、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１２上にはｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ光反射層
１４、ｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層１６、ｐ−ＧａＡｓ
活性層１８、ｐ−ＧａＡｌＡｓクラッド層２０、および
ｐ−ＧａＡｓキャップ層２２が順次積層されており、ｎ
−ＧａＡｌＡｓクラッド層１６、ｐ−ＧａＡｓ活性層１
８、およびｐ−ＧａＡｌＡｓクラッド層２０によってダ
ブルヘテロ構造が構成されている。ｐ−ＧａＡｓキャッ
プ層２２の上面２４の一部およびｎ−ＧａＡｓ基板１２
の下面には、それぞれ＋電極２６、−電極２８が設けら
れており、それ等の間に順電圧が印加されることにより
上記ダブルヘテロ構造のｐ−ＧａＡｓ活性層１８から光
が発せられ、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２２の上面２４か
らその光が取り出される。上面２４は光取出し面に相当
する。また、上記ｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ光反射層
１４は、ｎ−ＧａＡｓ基板１２側へ進行した光を光波干
渉によって反射するもので、これにより光出力が向上す
る。
発光ダイオード１０の構造を説明する図で、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１２上にはｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ光反射層
１４、ｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層１６、ｐ−ＧａＡｓ
活性層１８、ｐ−ＧａＡｌＡｓクラッド層２０、および
ｐ−ＧａＡｓキャップ層２２が順次積層されており、ｎ
−ＧａＡｌＡｓクラッド層１６、ｐ−ＧａＡｓ活性層１
８、およびｐ−ＧａＡｌＡｓクラッド層２０によってダ
ブルヘテロ構造が構成されている。ｐ−ＧａＡｓキャッ
プ層２２の上面２４の一部およびｎ−ＧａＡｓ基板１２
の下面には、それぞれ＋電極２６、−電極２８が設けら
れており、それ等の間に順電圧が印加されることにより
上記ダブルヘテロ構造のｐ−ＧａＡｓ活性層１８から光
が発せられ、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２２の上面２４か
らその光が取り出される。上面２４は光取出し面に相当
する。また、上記ｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ光反射層
１４は、ｎ−ＧａＡｓ基板１２側へ進行した光を光波干
渉によって反射するもので、これにより光出力が向上す
る。
【００１０】上記面発光型発光ダイオード１０の各半導
体は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置を用い
てエピタキシャル成長させたもので、ｎ−ＧａＡｌＡｓ
クラッド層１６の膜厚は約２μｍ、ｐ−ＧａＡｓ活性層
１８の膜厚は約０．１μｍ、ｐ−ＧａＡｌＡｓクラッド
層２０の膜厚は約２μｍ、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２２
の膜厚は約０．１μｍである。また、ｎ−ＧａＡｓ／ｎ
−ＡｌＡｓ光反射層１４は、膜厚が約６１ｎｍのｎ−Ｇ
ａＡｓ半導体結晶と膜厚が約７３ｎｍのｎ−ＡｌＡｓ半
導体結晶とを交互に１５サイクル積層した多層構造を成
しているが、それ等の界面部分における組成は、ＭＯＣ
ＶＤ装置の反応炉内に導入する原料ガスの割合を連続的
に変化させることにより、図２に実線で示されているよ
うに連続的に変化させられている。このｎ−ＧａＡｓ／
ｎ−ＡｌＡｓ光反射層１４におけるｎ−ＧａＡｓ半導体
結晶およびｎ−ＡｌＡｓ半導体結晶の膜厚は、それ等の
屈折率や前記ｐ−ＧａＡｓ活性層１８から発せられる光
の波長などに基づいて定められる。なお、図１の各半導
体の膜厚は必ずしも正確な割合で図示したものではない
。
体は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置を用い
てエピタキシャル成長させたもので、ｎ−ＧａＡｌＡｓ
クラッド層１６の膜厚は約２μｍ、ｐ−ＧａＡｓ活性層
１８の膜厚は約０．１μｍ、ｐ−ＧａＡｌＡｓクラッド
層２０の膜厚は約２μｍ、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２２
の膜厚は約０．１μｍである。また、ｎ−ＧａＡｓ／ｎ
−ＡｌＡｓ光反射層１４は、膜厚が約６１ｎｍのｎ−Ｇ
ａＡｓ半導体結晶と膜厚が約７３ｎｍのｎ−ＡｌＡｓ半
導体結晶とを交互に１５サイクル積層した多層構造を成
しているが、それ等の界面部分における組成は、ＭＯＣ
ＶＤ装置の反応炉内に導入する原料ガスの割合を連続的
に変化させることにより、図２に実線で示されているよ
うに連続的に変化させられている。このｎ−ＧａＡｓ／
ｎ−ＡｌＡｓ光反射層１４におけるｎ−ＧａＡｓ半導体
結晶およびｎ−ＡｌＡｓ半導体結晶の膜厚は、それ等の
屈折率や前記ｐ−ＧａＡｓ活性層１８から発せられる光
の波長などに基づいて定められる。なお、図１の各半導
体の膜厚は必ずしも正確な割合で図示したものではない
。
【００１１】このような面発光型発光ダイオード１０に
おいては、ｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ光反射層１４の
各層の界面部分の組成が連続的に変化しているため、ｎ
−ＧａＡｓ半導体結晶とｎ−ＡｌＡｓ半導体結晶との格
子定数の相違に起因する格子不整合が緩和されてｎ−Ｇ
ａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ光反射層１４における結晶欠陥の
発生が抑制されるとともに、そのｎ−ＧａＡｓ／ｎ−Ａ
ｌＡｓ光反射層１４の上にエピタキシャル成長させられ
るｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層１６、ｐ−ＧａＡｓ活性
層１８、ｐ−ＧａＡｌＡｓクラッド層２０等の結晶欠陥
も低減され、動作時における転位の成長によるダークラ
イン劣化が抑制されて素子寿命が長くなる。
おいては、ｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ光反射層１４の
各層の界面部分の組成が連続的に変化しているため、ｎ
−ＧａＡｓ半導体結晶とｎ−ＡｌＡｓ半導体結晶との格
子定数の相違に起因する格子不整合が緩和されてｎ−Ｇ
ａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ光反射層１４における結晶欠陥の
発生が抑制されるとともに、そのｎ−ＧａＡｓ／ｎ−Ａ
ｌＡｓ光反射層１４の上にエピタキシャル成長させられ
るｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層１６、ｐ−ＧａＡｓ活性
層１８、ｐ−ＧａＡｌＡｓクラッド層２０等の結晶欠陥
も低減され、動作時における転位の成長によるダークラ
イン劣化が抑制されて素子寿命が長くなる。
【００１２】また、このようにｎ−ＧａＡｓ／ｎ−Ａｌ
Ａｓ光反射層１４の各層の界面部分の組成が連続的に変
化していることから、ｎ−ＧａＡｓ半導体結晶およびｎ
−ＡｌＡｓ半導体結晶を交互に積層していた従来の光反
射層に比較してバンドの不連続性が緩和され、電気抵抗
が低くなって小さな動作電圧で発光させることが可能と
なる。因みに、上記面発光型発光ダイオード１０（本発
明品）と、ｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ光反射層１４の
組成が図２において点線で示されているように急峻に変
化している面発光型発光ダイオード（比較品１）と、ｎ
−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ光反射層１４を備えていない
面発光型発光ダイオード（比較品２）とを用いて、電流
−光出力特性、電流−電圧特性を測定したところ、それ
ぞれ図３、図４に示す結果が得られた。これ等の試験結
果から明らかなように、電流−光出力特性では本発明品
と比較品１との間で殆ど差がなく比較品２に比べて光出
力が大幅に向上している一方、電流−電圧特性では本発
明品は比較品１に比べて大幅に向上しており、比較品２
と同程度の小さな電圧で発光させ得ることが判る。
Ａｓ光反射層１４の各層の界面部分の組成が連続的に変
化していることから、ｎ−ＧａＡｓ半導体結晶およびｎ
−ＡｌＡｓ半導体結晶を交互に積層していた従来の光反
射層に比較してバンドの不連続性が緩和され、電気抵抗
が低くなって小さな動作電圧で発光させることが可能と
なる。因みに、上記面発光型発光ダイオード１０（本発
明品）と、ｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ光反射層１４の
組成が図２において点線で示されているように急峻に変
化している面発光型発光ダイオード（比較品１）と、ｎ
−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ光反射層１４を備えていない
面発光型発光ダイオード（比較品２）とを用いて、電流
−光出力特性、電流−電圧特性を測定したところ、それ
ぞれ図３、図４に示す結果が得られた。これ等の試験結
果から明らかなように、電流−光出力特性では本発明品
と比較品１との間で殆ど差がなく比較品２に比べて光出
力が大幅に向上している一方、電流−電圧特性では本発
明品は比較品１に比べて大幅に向上しており、比較品２
と同程度の小さな電圧で発光させ得ることが判る。
【００１３】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明したが、本発明は他の態様で実施することも
できる。
詳細に説明したが、本発明は他の態様で実施することも
できる。
【００１４】例えば、前記実施例ではｎ−ＧａＡｓ／ｎ
−ＡｌＡｓ光反射層１４の組成が図２において実線で示
されているように界面部分のみで連続的に変化させられ
ているが、図５に示されているように、ｎ−ＡｌＸ Ｇ
ａ１−Ｘ Ａｓ半導体結晶のＡｌ組成比Ｘを光反射層の
全域において連続的に変化させるようにすることも可能
である。なお、Ａｌ組成比Ｘを段階的に変化させるよう
にしても良い。
−ＡｌＡｓ光反射層１４の組成が図２において実線で示
されているように界面部分のみで連続的に変化させられ
ているが、図５に示されているように、ｎ−ＡｌＸ Ｇ
ａ１−Ｘ Ａｓ半導体結晶のＡｌ組成比Ｘを光反射層の
全域において連続的に変化させるようにすることも可能
である。なお、Ａｌ組成比Ｘを段階的に変化させるよう
にしても良い。
【００１５】また、前記実施例の面発光型発光ダイオー
ド１０はｐ−ＧａＡｓ活性層１８を有するダブルヘテロ
構造を備えているが、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ
などの他の化合物半導体から成るダブルヘテロ構造や単
一ヘテロ構造の面発光型発光ダイオード、或いはホモ構
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。
ド１０はｐ−ＧａＡｓ活性層１８を有するダブルヘテロ
構造を備えているが、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ
などの他の化合物半導体から成るダブルヘテロ構造や単
一ヘテロ構造の面発光型発光ダイオード、或いはホモ構
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。
【００１６】また、前記実施例ではｎ−ＧａＡｓ／ｎ−
ＡｌＡｓ光反射層１４が設けられているが、光反射層を
構成する半導体結晶の種類や組成の変化周期は、その半
導体結晶の屈折率、発光ダイオードの発光波長などに基
づいて適宜設定される。
ＡｌＡｓ光反射層１４が設けられているが、光反射層を
構成する半導体結晶の種類や組成の変化周期は、その半
導体結晶の屈折率、発光ダイオードの発光波長などに基
づいて適宜設定される。
【００１７】また、前記実施例ではＭＯＣＶＤ装置を用
いて面発光型発光ダイオード１０を作製する場合につい
て説明したが、分子線エピタキシー法など他のエピタキ
シャル成長技術を用いて作製することも可能である。
いて面発光型発光ダイオード１０を作製する場合につい
て説明したが、分子線エピタキシー法など他のエピタキ
シャル成長技術を用いて作製することも可能である。
【００１８】その他一々例示はしないが、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。
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１】本発明の一実施例である面発光型発光ダイオー
ドの構造を説明する図である。
ドの構造を説明する図である。
【図２】図１の面発光型発光ダイオードにおける光反射
層の組成変化を説明する図である。
層の組成変化を説明する図である。
【図３】図１の面発光型発光ダイオードの電流−光出力
特性を従来品と比較して示す図である。
特性を従来品と比較して示す図である。
【図４】図１の面発光型発光ダイオードの電流−電圧特
性を従来品と比較して示す図である。
性を従来品と比較して示す図である。
【図５】光反射層の組成変化の他の態様を説明する図で
ある。
ある。
１０：面発光型発光ダイオード
１４：ｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ光反射層１８：ｐ−
ＧａＡｓ活性層 ２４：上面（光取出し面）
ＧａＡｓ活性層 ２４：上面（光取出し面）
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体結晶の組成が周期的に変化する
多層構造を成して光を反射する光反射層が基板上に設け
られるとともに、光を発する活性層がエピタキシャル成
長法によって該光反射層の上に形成され、該活性層の上
に設けられた光取出し面から光を取り出す面発光型発光
ダイオードにおいて、多層構造を成す前記光反射層の各
層の界面部分の組成を段階的または連続的に変化させた
ことを特徴とする面発光型発光ダイオード。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3045975A JPH04264782A (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 面発光型発光ダイオードの製造方法 |
| EP96104419A EP0724300B1 (en) | 1990-11-02 | 1991-10-31 | Semiconductor device having reflecting layer |
| US07/786,006 US5260589A (en) | 1990-11-02 | 1991-10-31 | Semiconductor device having reflecting layers made of varying unit semiconductors |
| DE69124338T DE69124338T2 (de) | 1990-11-02 | 1991-10-31 | Halbleitervorrichtung mit reflektierender Schicht |
| DE69132764T DE69132764T2 (de) | 1990-11-02 | 1991-10-31 | Halbleitervorrichtung mit reflektierender Schicht |
| EP91118652A EP0483868B1 (en) | 1990-11-02 | 1991-10-31 | Semiconductor device having reflecting layer |
| CA002054853A CA2054853C (en) | 1990-11-02 | 1991-11-04 | Semiconductor device having reflecting layer |
| CA002272129A CA2272129C (en) | 1990-11-02 | 1991-11-04 | Semiconductor device having reflecting layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3045975A JPH04264782A (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 面発光型発光ダイオードの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04264782A true JPH04264782A (ja) | 1992-09-21 |
Family
ID=12734216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3045975A Pending JPH04264782A (ja) | 1990-11-02 | 1991-02-19 | 面発光型発光ダイオードの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04264782A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007273742A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Dowa Holdings Co Ltd | 反射層及び面発光素子 |
-
1991
- 1991-02-19 JP JP3045975A patent/JPH04264782A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007273742A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Dowa Holdings Co Ltd | 反射層及び面発光素子 |
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