JPH06334216A - 面発光型発光ダイオード - Google Patents

面発光型発光ダイオード

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JPH06334216A
JPH06334216A JP14002693A JP14002693A JPH06334216A JP H06334216 A JPH06334216 A JP H06334216A JP 14002693 A JP14002693 A JP 14002693A JP 14002693 A JP14002693 A JP 14002693A JP H06334216 A JPH06334216 A JP H06334216A
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JP
Japan
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light
layer
active layer
wave interference
thickness
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Pending
Application number
JP14002693A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Saka
貴 坂
Toshihiro Kato
俊宏 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い発光効率を得ることができるチップ状の
面発光型発光ダイオードを提供する。 【構成】 オーミック電極24直下の部分に位置する活
性層16から上方へ向かう光のうちの27°から49°
までの角度範囲の光は、従来はオーミック電極24によ
り遮光されていたが、本面発光型発光ダイオード10に
よれば、その角度範囲の光は光波干渉型光反射層20に
より反射され、またその後に反射面32により反射され
るなどしてチップ側面30から外部へ放射されることに
より輝度に寄与するので、従来の発光ダイオードに比較
して発光効率が高くなるのである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は面発光型発光ダイオード
の改良に関し、とくに発光効率を高める技術に関するも
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一般に、半導
体基板の上に液相エピタキシー(LPE;Liquid Phase Epit
axy)法などのエピタキシャル成長法によりpn接合を形
成したダイオードを用いて構成される。通常、このよう
な発光ダイオードの一種に、電極が一部に設けられた光
取出面と、その光取出面に平行に設けられて光を発生す
る活性層と、その活性層の下側に設けられてその活性層
から下側へ向かって放射された光を光取出面へ向かって
反射する反射手段、たとえばチップの底面或いは半導体
基板上に形成されたBR層などを備え、前記活性層から
発生された光を前記光取出面から放射するようにしたチ
ップ状の面発光型発光ダイオードが知られている。この
ような形式の面発光型発光ダイオードによれば、活性層
から下側へ向かって放射された光が反射手段によって光
取出面側へ反射されるので、発光効率が比較的に改善さ
れる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
面発光型発光ダイオードの光取出面に設けられた電極
は、活性層に光を発生させる電流を供給するために必要
なものであるが、アルミニウムや金などのように光を透
過させない金属によって構成されているため、光の取り
出し面積を減少させ、発光効率が未だ充分に得られなか
った。活性層のうちの電極直下に位置する部分の活性層
の電流密度が高いため、その部分から発生する比較的高
輝度の光が電極によって光取出面から取り出されること
が阻害されるのである。
【0004】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、その目的とするところは、高い発光効率を
得ることができるチップ状の面発光型発光ダイオードを
提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は以上の事情を
背景として種々検討を重ねた結果、活性層と光取出面と
の間に光波干渉型光反射層を設けると、従来は電極によ
って妨げられていた光を外部へ導出することができるこ
とを見出した。本発明は斯る知見に基づいて為されたも
のである。
【0006】すなわち、本発明の要旨とするところは、
電極が一部に設けられた光取出面と、その光取出面に平
行に設けられて光を発生する活性層と、その活性層の下
側に設けられてその活性層から下側へ向かって放射され
た光を反射するための反射手段とを備え、前記活性層か
ら発生された光を前記光取出面から放射するようにした
チップ状の面発光型発光ダイオードにおいて、前記活性
層と光取出面との間に、その活性層からの光のうち厚み
方向に対する傾斜角が所定値よりも小さい光を透過させ
るが、その所定値よりも大きい光を反射する光波干渉型
光反射層を設けたことにある。
【0007】
【作用】このようにすれば、前記活性層と光取出面との
間に、その活性層からの光のうち厚み方向に対する傾斜
角が所定値よりも大きい光を反射する光波干渉型光反射
層が設けられているので、活性層から光取出面側へ向か
うことにより本来電極により妨げられる光のうち上記所
定値よりも大きい傾斜角を有する光が上記光波干渉型光
反射層によって反射され、チップの側面から外部へ取り
出される。また、電極直下の部分以外の活性層から発生
した光のうちの厚み方向に対する傾斜角が所定値よりも
小さい光は上記光波干渉型光反射層を通過して光取出面
から外部へ取り出されるし、傾斜角が所定値よりも大き
い光は上記と同様にチップの側面から外部へ取り出され
る。
【発明の効果】電極と活性層との間の距離が小さいた
め、電極直下の活性層から上側へ放射された光が電極に
よって比較的大きく阻害されるが、その上側へ放射され
た光のうちチップの厚み方向に対して所定角よりも大き
い光が光波干渉型光反射層により反射され、チップの側
面から外部へ取り出されるので、高い発光効率が得られ
る。なお、電極直下の部分以外の活性層から発生した光
は光取出面およびチップの側面から外部へ取り出される
ので、光波干渉型光反射層の存在がその電極直下の部分
以外の活性層から発生した光の取り出しに影響しない。
【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。
【0009】第1図は本発明の一実施例であるダブルヘ
テロ構造を備えたチップ状の面発光型発光ダイオード1
0の積層構成を説明するための図である。図において、
面発光型発光ダイオード10は、基板12上において、
クラッド層14、活性層16、クラッド層18、光波干
渉型光反射層20、キャップ層22、およびオーミック
電極24が順次積層されることにより構成されている。
【0010】上記基板12は200μm程度の厚みを備
えたn−Al0.1 Ga0.9 As化合物半導体、クラッド
層14は4μm程度の厚みを備えたn−Al0.45Ga
0.55As化合物半導体、活性層16は0.1μm程度の
厚みを備えたp−GaAs化合物半導体、クラッド層1
8は12μm程度の厚みを備えたp−Al0.45Ga0.55
As化合物半導体、光波干渉型光反射層20は超格子状
に積層されたAlAs/Al0.2 Ga0.8 As化合物半
導体、キャップ層22は0.1μm程度の厚みを備えた
p−GaAs化合物半導体であり、それらの各層は、た
とえば、有機金属化学気相成長(MOCVD;Metal Organic C
hemical Vapor Deposition) 法や分子線エピタキシー(M
BE;Molecular Beam Epitaxy)法、或いは気相エピタキシ
ー(VPE;Vapor Phase Epitaxy) 法などによって、共通の
チャンバ内において基板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。また、上記オ
ーミック電極24はたとえばよく知られたホトリソグラ
フィ技術を用いてキャップ層22上の光取出面26上に
おいてその光取出面26より小さな面積たとえば120
μmφにて中央部に設けられたp型Au−Zn電極であ
る。
【0011】上記光波干渉型光反射層20は、それぞれ
数十nmの厚みのAlAs層およびAl0.2 Ga0.8
s層が30対積層され、しかもその対を成すAlAs層
とAl0.2 Ga0.8 As層との膜厚比が保持されつつそ
の対を成すAlAs層とAl0.2 Ga0.8 As層の厚み
が基準厚みTに対して膜厚T・DDだけ厚い厚みT(1
+DD)から基準厚みTに対して膜厚T・DDだけ薄い
厚みT(1−DD)まで連続且つ直線的に変化させられ
ている。このようにチャープ状に積層された光波干渉型
光反射層20によれば、ブラッグ反射の原理により表1
にも示すように、活性層16の発光波長880nmの光
では、27°から49°の厚み方向(図1の垂直方向)
に対する角度範囲で上方の光取出面26へ向かう光が反
射される。
【0012】
【表1】
【0013】上記光波干渉型光反射層20を構成するA
lAs層とAl0.2 Ga0.8 As層も、チャンバ内の基
板12の温度を850℃に維持した状態で、弁の操作に
よって原料ガスを切り替えることにより交互に重ねら
れ、また、その原料ガスを流す時間を制御して所望の厚
みを得る。
【0014】以上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、オーミック電極24から基板1
2の底面に設けられたオーミック電極28へ駆動電流が
流されると、活性層16からは880nmの波長の光が
発生させられる。オーミック電極24直下に位置しない
部分の活性層16から光取出面26側へ向かう光のう
ち、チップの厚み方向に対して27°以下および49°
以上の角度範囲の光は光波干渉型光反射層20を通過
し、光取出面26から外部へ放射される一方、チップの
厚み方向に対して27°から49°までの角度範囲の光
は光波干渉型光反射層20により反射されるが、チップ
側面30から外部へ放射される。また、上記オーミック
電極24直下に位置しない部分の活性層16から下方へ
向かう光は反射面32により上方へ反射されるので、上
記と同様に外部へ取り出される。いずれにしても、オー
ミック電極24直下に位置しない部分の活性層16から
上方および下方へ発光された光は、光取出面26或いは
チップ側面30から外部へ放射されて輝度に寄与する。
【0015】一方、オーミック電極24直下の部分に位
置する活性層16から発光された光は、活性層16と光
波干渉型光反射層20との間の有効距離を4μm、活性
層16とオーミック電極24との間の有効距離を12μ
m、活性層16と基板12の裏面の反射面32との間の
有効距離を200μmと仮定し、図2に示すようにチッ
プの中心線上の活性層16から放射された光について説
明すると、従来では、活性層16から上方へ向かう光の
うちの厚み方向に対して78.7°以下の角度範囲の光
と、活性層16から下方へ向かう光のうちのチップの厚
み方向に対して8.2°以下の角度範囲の光とがオーミ
ック電極24により外部への放射が阻止され、発光効率
が得られない一因となっていた。しかし、本実施例で
は、オーミック電極24直下の部分に位置する活性層1
6から上方へ向かう光のうちの27°から49°までの
角度範囲の光は光波干渉型光反射層20により反射さ
れ、また上記反射面32により反射されるなどしてチッ
プ側面30から外部へ放射されることにより輝度に寄与
するので、従来の発光ダイオードに比較して発光効率が
所定の割合で高くなるのである。なお、上記オーミック
電極24直下の部分に位置する活性層16から下方へ向
かう光のうち、チップの厚み方向に対して8.2°乃至
27°の光は反射面32によって反射された後、光波干
渉型光反射層20を通過して光取出面26に到達する
が、27°以上の光は光波干渉型光反射層20により反
射されてチップ側面30に到達する。
【0016】上述のように、従来では、オーミック電極
24と活性層16との間の距離が小さいため、オーミッ
ク電極24直下に位置する部分の活性層16から上側へ
放射された光のうちチップの厚み方向に対して78.7
°以下の大きな角度範囲の光はオーミック電極24によ
り遮光されて輝度に寄与できなかったが、本実施例の面
発光型発光ダイオード10によれば、上記上側へ放射さ
れた光のうちチップの厚み方向に対して27°乃至49
°の比較的大きな角度範囲の光、すなわち図2のAに示
す角度範囲の光が、光波干渉型光反射層20により反射
されてチップ側面30から外部へ取り出されるので、発
光効率が高められる。オーミック電極24直下に位置す
る部分の活性層16を通過する電流の密度は高いので、
その効果には顕著なものがある。
【0017】上記実施例の光波干渉型光反射層20は、
一対のAlAs/Al0.2 Ga0.8As化合物半導体の
厚みが連続的に変化させられるチャープ構造であった
が、同じ厚みで30対積層されてもよい。このような場
合には、950乃至1050nmの反射帯域(中心波長
λB が1000nm)が得られ、活性層16からの88
0nmの発光波長に対して22°乃至33°の角度範囲
で反射させることができる。
【0018】図3は、本発明の他の実施例を示す図1に
相当する図である。図において、クラッド層14と基板
12との間には、n型の光波干渉型光反射層40が設け
られている。この光波干渉型光反射層40は、中心波長
が880乃至900nm程度の比較的広い反射帯域を備
えており、活性層16からの880nmの光およびそれ
よりも長波光を充分に反射出来るように構成されてい
る。
【0019】上記図1および図3の実施例では、オーミ
ック電極24直下に位置するためにその部分の活性層1
6の電流密度が高くなる構造であったが、オーミック電
極24直下に位置する部分に対してオーミック電極24
直下に位置しない部分の電流密度を相対的に高くするた
めに、オーミック電極24直下以外の部分にZnなどの
不純物をドーピングしてその部分の導電率を高めた構造
であっても、本発明の一応の効果を享受することができ
る。
【0020】また、前述の実施例では、光取出面26上
においてオーミック電極24が直接設けられていたが、
活性層16からオーミック電極24側へ向かって発生し
た光を下側へ反射するためなどの目的のためにたとえば
前記光波干渉型反射層40と同様に構成されたp型の化
合物半導体層であってそのオーミック電極24と同じ面
積の層を介して光取出面26上に間接的に設けられてい
てもよい。
【0021】また、前記実施例の面発光型発光ダイオー
ド10はGaAs/AlGaAsダブルヘテロ構造を成
しているが、GaP,InP,InGaAsPなど他の
化合物半導体から成る発光ダイオードや単一ヘテロ構
造、あるいはホモ構造の発光ダイオードであってもよ
い。
【0022】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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である面発光型発光ダイオー
ドの積層構造を説明する断面図である。
【図2】図1の面発光型発光ダイオードの作用を説明す
る図である。
【図3】本発明の他の実施例の図1に相当する図であ
る。
【符号の説明】
10:面発光型発光ダイオード 16:活性層 20:光波干渉型光反射層 24:オーミック電極 26:光取出面 32:反射面(反射手段) 40:光波干渉型光反射層(反射手段)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極が一部に設けられた光取出面と、該
    光取出面に平行に設けられて光を発生する活性層と、該
    活性層の下側に設けられて該活性層から下側へ向かって
    放射された光を反射するための反射手段とを備え、前記
    活性層から発生された光を前記光取出面から放射するよ
    うにしたチップ状の面発光型発光ダイオードにおいて、 前記活性層と光取出面との間に、該活性層からの光のう
    ち厚み方向に対する傾斜角が所定値よりも小さい光を透
    過させるが、該所定値よりも大きい光を反射する光波干
    渉型光反射層を設けたことを特徴とする面発光型発光ダ
    イオード。
JP14002693A 1993-05-18 1993-05-18 面発光型発光ダイオード Pending JPH06334216A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4121124A1 (de) * 1990-06-26 1992-01-02 Mazda Motor Kraftfahrzeug-klimaanlage
EP0677408A1 (de) * 1994-04-12 1995-10-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Klimaanlage bzw. -automatik für Kraftfahrzeuge
JP2007173849A (ja) * 2005-12-19 2007-07-05 Philips Lumileds Lightng Co Llc 発光デバイス

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4121124A1 (de) * 1990-06-26 1992-01-02 Mazda Motor Kraftfahrzeug-klimaanlage
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