JPH071800B2 - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
- Publication number
- JPH071800B2 JPH071800B2 JP11061489A JP11061489A JPH071800B2 JP H071800 B2 JPH071800 B2 JP H071800B2 JP 11061489 A JP11061489 A JP 11061489A JP 11061489 A JP11061489 A JP 11061489A JP H071800 B2 JPH071800 B2 JP H071800B2
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- electrode
- gaalas
- emitting diode
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、発光ダイオードに係り、発光効率に優れた高
輝度発光ダイオードに関するものである。
輝度発光ダイオードに関するものである。
［従来の技術］ 表示用の発光ダイオード（LED）或いはプラスチックフ
ァイバ通信用のLEDとして、価格の安い高輝度の可視光
発光ダイオードが求められており従来GaP（ガリウム・
燐）、GaAsP（ガリウム・砒素・燐）系が使用されてき
たが、最近になって高輝度という点で発光波長660nmの
ガリウム・アルミニウム・砒素（GaAlAs）系の赤色LED
が注目され始めている。
ァイバ通信用のLEDとして、価格の安い高輝度の可視光
発光ダイオードが求められており従来GaP（ガリウム・
燐）、GaAsP（ガリウム・砒素・燐）系が使用されてき
たが、最近になって高輝度という点で発光波長660nmの
ガリウム・アルミニウム・砒素（GaAlAs）系の赤色LED
が注目され始めている。
GaAlAs系のLEDでは、Ｐ型のGaAs基板上に発光層となる
Ｐ型のGaAlAs層と電子を発光層へ注入するためのｎ型の
GaAlAs層を成長させたシングルヘテロ（SH）構造のもの
がよく知られている。しかし、更に高輝度のLEDを製作
するためには、第３図に示すように、ｐ型GaAs基板５上
にｐ型のGaAlAs層（クラッド層）４を成長させ、その上
に活性層となるGaAlAs層３を、その上にクッド層として
ｎ型のGaAlAs層２を成長させたダブルヘテロ（DH）構造
が用いられている。このGaAlAs系ダブルヘテロ構造のLE
Dでは、キャリアの閉じ込め効果を生かし、シングルヘ
テロ構造のLEDの約２倍の輝度が得られている。
Ｐ型のGaAlAs層と電子を発光層へ注入するためのｎ型の
GaAlAs層を成長させたシングルヘテロ（SH）構造のもの
がよく知られている。しかし、更に高輝度のLEDを製作
するためには、第３図に示すように、ｐ型GaAs基板５上
にｐ型のGaAlAs層（クラッド層）４を成長させ、その上
に活性層となるGaAlAs層３を、その上にクッド層として
ｎ型のGaAlAs層２を成長させたダブルヘテロ（DH）構造
が用いられている。このGaAlAs系ダブルヘテロ構造のLE
Dでは、キャリアの閉じ込め効果を生かし、シングルヘ
テロ構造のLEDの約２倍の輝度が得られている。
更にダブルヘテロに構造のLEDよりも高輝度を達成する
ため、GaAs基板の代わりにGaAlAs基板を使ったLEDが開
発されている。
ため、GaAs基板の代わりにGaAlAs基板を使ったLEDが開
発されている。
これは、GaAlAs基板を使うことにより、従来のGaAs基板
に吸収されていた光を裏面で反射させ、表に取り出すも
のでり、第４図に示すように、ｐ型のGaAlAs基板13の上
にｐ型GaAlAsクラッド層４、ｐ型GaAlAs活性層3n型GaAl
Asクラッド層２の３層を成長させたものである。
に吸収されていた光を裏面で反射させ、表に取り出すも
のでり、第４図に示すように、ｐ型のGaAlAs基板13の上
にｐ型GaAlAsクラッド層４、ｐ型GaAlAs活性層3n型GaAl
Asクラッド層２の３層を成長させたものである。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、このGaAlAs基板を使用したLEDを製作するため
には、AlAs混晶比が0.4以上のGaAlAs基板が必要とな
る。又AlAs混晶比の大きなGaAlAs基板を成長させるのは
難しく、しかもこのGaAlAs基板表面は酸化しやすいの
で、その基板上にエピタキシャル層を成長させるのは難
しい高度な技術となる。
には、AlAs混晶比が0.4以上のGaAlAs基板が必要とな
る。又AlAs混晶比の大きなGaAlAs基板を成長させるのは
難しく、しかもこのGaAlAs基板表面は酸化しやすいの
で、その基板上にエピタキシャル層を成長させるのは難
しい高度な技術となる。
更に、厚いGaAlAs基板を得るためには、GaAs基板上にGa
AlAs厚膜層を成長させた後、GaAs基板を除去する必要が
ある。しかし、GaAs基板を除去したGaAlAs基板は、大き
な反りが生じており、割れ易く、大型基板の入手が困難
である。従って小さなエピタキシャルウエハした入手で
きないので取扱いにくく、その後のチップ化までの後工
程の自動化が困難といった諸問題を有していた。
AlAs厚膜層を成長させた後、GaAs基板を除去する必要が
ある。しかし、GaAs基板を除去したGaAlAs基板は、大き
な反りが生じており、割れ易く、大型基板の入手が困難
である。従って小さなエピタキシャルウエハした入手で
きないので取扱いにくく、その後のチップ化までの後工
程の自動化が困難といった諸問題を有していた。
従って、製作が比較的容易であるGaAs基板上にDH構造の
エピタキシャル層を成長させたLEDにおいて、更に高輝
度が得られる構造の開発が待たれている。
エピタキシャル層を成長させたLEDにおいて、更に高輝
度が得られる構造の開発が待たれている。
又、従来DH構造LEDを暗くしている要因がいくつか挙げ
られる。まずDH構造LEDに電流を流すと第５図のように
電流15が拡がり、活性層３の面は一様に発光して光16と
して外へ放射される。実際には電極１の直下の電流密度
が高いため電極１の直下の活性層３の部分が最もよく光
る。この部分で発光した光16bは表面から出ようとして
もｎ型電極１により邪魔され外へ取り出すことができな
い。
られる。まずDH構造LEDに電流を流すと第５図のように
電流15が拡がり、活性層３の面は一様に発光して光16と
して外へ放射される。実際には電極１の直下の電流密度
が高いため電極１の直下の活性層３の部分が最もよく光
る。この部分で発光した光16bは表面から出ようとして
もｎ型電極１により邪魔され外へ取り出すことができな
い。
次にLEDとしては内部量子効率（活性層へ注入した電子
・正孔が光に変る割合）が高いことが望ましい。この内
部量子効率を高くするためには活性層での電子・正孔密
度が高い方がよい。そのためには電流が拡がらずに収束
して流れている方が内部量子効率を高くすることができ
る。しかし第５図に示すLEDでは電流15が分散している
ため、内部量子効率が低い。
・正孔が光に変る割合）が高いことが望ましい。この内
部量子効率を高くするためには活性層での電子・正孔密
度が高い方がよい。そのためには電流が拡がらずに収束
して流れている方が内部量子効率を高くすることができ
る。しかし第５図に示すLEDでは電流15が分散している
ため、内部量子効率が低い。
更に発光した光をLEDチップから有効に取り出せていな
い）。つまりLEDチップのGaAlAsの屈折率を3.5とすると
17°以上の角度の光16cは表面で反射され取り出すこと
ができない。
い）。つまりLEDチップのGaAlAsの屈折率を3.5とすると
17°以上の角度の光16cは表面で反射され取り出すこと
ができない。
実際にはLEDチップ表面に樹脂をかぶせて全反射の生じ
る角度を大きくしているが、それでも効率としては非常
に悪い。従って光の取り出し効率は、発光効率ｈに大き
な影響を及ぼしている。
る角度を大きくしているが、それでも効率としては非常
に悪い。従って光の取り出し効率は、発光効率ｈに大き
な影響を及ぼしている。
本発明の目的は、従来のLEDに比較して、発光効率及び
発光出力を大幅に向上することができる新規なLEDを提
供することにある。
発光出力を大幅に向上することができる新規なLEDを提
供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨は、DH構造のLEDにおいて、半導体基板と
してその直上に設けられた第１のクラッド層との間に上
記半導体基板とは反対の導電形の半導体からなり且つLE
Dチップの表面中央に設けられた電極の外径よりも大き
な仮想外径の輪郭線上にリング状溝部を有する電流狭窄
層が設けられ上記溝部においてのみ上記半導体基板を上
記第１のクラッド層が接触しており、上記電極周囲のチ
ップ表面にドーナツ状のレンズ部が設けられていること
にある。
してその直上に設けられた第１のクラッド層との間に上
記半導体基板とは反対の導電形の半導体からなり且つLE
Dチップの表面中央に設けられた電極の外径よりも大き
な仮想外径の輪郭線上にリング状溝部を有する電流狭窄
層が設けられ上記溝部においてのみ上記半導体基板を上
記第１のクラッド層が接触しており、上記電極周囲のチ
ップ表面にドーナツ状のレンズ部が設けられていること
にある。
［実施例］ 以下本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の一実施例であるGaAlAsダブルヘテロ構
造のLEDの断面構造を示す。このLEDチップの寸法は、35
0μｍ×350μｍ厚さは350μｍの角形チップであり、次
のようにして作成する。
造のLEDの断面構造を示す。このLEDチップの寸法は、35
0μｍ×350μｍ厚さは350μｍの角形チップであり、次
のようにして作成する。
まず、Zn（亜鉛ドープによる厚さが350μｍ、キャリア
濃度２×1019cm-3のｐ型GaAs基板５上に、Te（テルル）
をドープしてキャリア濃度が３×1018cm-3のｎ型GaAsエ
ピタキシャル層即ち電流狭窄層10を２μｍの厚さで液相
エピタキシャル法により成長させる。このエピタキシャ
ルウエハを、ホトリソグラフ工程を用いて溝９の部分を
エッチングしエピタキシャル層10を後工程で形成する電
極１の外径以上の外径を有する内側電流狭窄層７と外側
電流狭窄層８とに分離する。溝９の形状は、外径260μ
ｍ、内径250μｍのリングで深さ３μｍである。
濃度２×1019cm-3のｐ型GaAs基板５上に、Te（テルル）
をドープしてキャリア濃度が３×1018cm-3のｎ型GaAsエ
ピタキシャル層即ち電流狭窄層10を２μｍの厚さで液相
エピタキシャル法により成長させる。このエピタキシャ
ルウエハを、ホトリソグラフ工程を用いて溝９の部分を
エッチングしエピタキシャル層10を後工程で形成する電
極１の外径以上の外径を有する内側電流狭窄層７と外側
電流狭窄層８とに分離する。溝９の形状は、外径260μ
ｍ、内径250μｍのリングで深さ３μｍである。
次に、この溝９を有する電流狭窄層10の上に、液相エピ
タキシャル層を、GaAlAsダブルヘテロ構造のエピタキシ
ャルウエハになるように３層成長させる。第１層は、Al
As混晶比が0.75膜厚が20μｍのｐ型GaAlAsクラッド層４
である。第２層は、AlAs混晶比が0.35、膜厚が１μｍの
ｐ型GaAlAs活性層３である。第３層は、AlAs混晶比が0.
65、厚さが50μｍのｎ型GaAlAsクラッド層２である。
タキシャル層を、GaAlAsダブルヘテロ構造のエピタキシ
ャルウエハになるように３層成長させる。第１層は、Al
As混晶比が0.75膜厚が20μｍのｐ型GaAlAsクラッド層４
である。第２層は、AlAs混晶比が0.35、膜厚が１μｍの
ｐ型GaAlAs活性層３である。第３層は、AlAs混晶比が0.
65、厚さが50μｍのｎ型GaAlAsクラッド層２である。
次にホトリソグラフ工程を用いて、ｎ型GaAlAsクラッド
層２の表面に溝を形成するようエッチングする。この溝
の形状は、外径180μｍ内径160μｍのリング状で深さ10
μｍであり、電極１と同心円状である。続いて電極１の
部分にのみ保護膜を付け、硫酸系エッチング液（H2SO4+
H2O+H2O2）で溝の外側をエッチングする。この方法によ
りｎ型GaAlAsクラッド層２の表面は、凸レンズ状に加工
される。このレンズ部20は電極１の周囲にドーナツ状に
形成される。この方法により完全なレンズ状に加工する
ことはできないが、光の取り出し効率を改善できる程度
には加工できる。
層２の表面に溝を形成するようエッチングする。この溝
の形状は、外径180μｍ内径160μｍのリング状で深さ10
μｍであり、電極１と同心円状である。続いて電極１の
部分にのみ保護膜を付け、硫酸系エッチング液（H2SO4+
H2O+H2O2）で溝の外側をエッチングする。この方法によ
りｎ型GaAlAsクラッド層２の表面は、凸レンズ状に加工
される。このレンズ部20は電極１の周囲にドーナツ状に
形成される。この方法により完全なレンズ状に加工する
ことはできないが、光の取り出し効率を改善できる程度
には加工できる。
次いでこのようにして作成したLEDチップの表裏面にオ
ーミック電極としてｎ側電極１及びｐ側電極６を形成す
る。尚ｐ型GaAs基板５側のｐ側電極６は、全面電極であ
る。これに対してｎ型GaAlAsクラッド層２の上に形成す
るｎ側電極１は、直径150μｍの円形電極であり半導体
基板５とｐ型クラッド層４との界面にある円形の電流狭
窄層10のリング状の溝部９の中心と電極１の中心とが略
一致するように形成される。
ーミック電極としてｎ側電極１及びｐ側電極６を形成す
る。尚ｐ型GaAs基板５側のｐ側電極６は、全面電極であ
る。これに対してｎ型GaAlAsクラッド層２の上に形成す
るｎ側電極１は、直径150μｍの円形電極であり半導体
基板５とｐ型クラッド層４との界面にある円形の電流狭
窄層10のリング状の溝部９の中心と電極１の中心とが略
一致するように形成される。
このようにして製作した発光ダイオードの輝度は、従来
のDH構造LEDに比べ、およそ２〜４倍の値を得ることが
できた。
のDH構造LEDに比べ、およそ２〜４倍の値を得ることが
できた。
因みにレンズ部20を設けずに電流狭窄層のみを用いたLE
Dよりも1.5倍以上の輝度が得られている。従来のLED構
造では電極直下でも発光していたが、本実施例にあって
は、第２図に示すように、電流狭窄層10に形成された溝
部９に電流11が集中して流れるので、光12を有効に取り
出せる。更に、電流11が溝部９に集中するために、溝部
９の真上における活性層３の電流密度が増加するために
発光出力が高くなると考えられる。
Dよりも1.5倍以上の輝度が得られている。従来のLED構
造では電極直下でも発光していたが、本実施例にあって
は、第２図に示すように、電流狭窄層10に形成された溝
部９に電流11が集中して流れるので、光12を有効に取り
出せる。更に、電流11が溝部９に集中するために、溝部
９の真上における活性層３の電流密度が増加するために
発光出力が高くなると考えられる。
尚電流狭窄層10に形成された溝９は、完全なリング状で
なくてもよく、表面電極端から略等距離であり、且つ表
面電極中心に対して点対象であればよい。例えば、直径
が10μｍ径の穴が、径φ250μｍ上に並んでいるような
場合であっても同じ特性を発揮することができる。
なくてもよく、表面電極端から略等距離であり、且つ表
面電極中心に対して点対象であればよい。例えば、直径
が10μｍ径の穴が、径φ250μｍ上に並んでいるような
場合であっても同じ特性を発揮することができる。
電流狭窄層を設けることによりLEDの出力を高められ
る。更に、この構造のエピタキシャルウエハを成長させ
れば、表面電極の位置合せを除いて、今までのLEDの製
造工程を変更しなくても済む。
る。更に、この構造のエピタキシャルウエハを成長させ
れば、表面電極の位置合せを除いて、今までのLEDの製
造工程を変更しなくても済む。
尚、上記実施例においては、GaAlAs系の赤色DH構造LED
について述べたが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、GaPやGaAsP系のLED、他の可視LED赤外用LEDにも
適用可能である。又、半導体基板としてGaAlAsを用いて
もよい。
について述べたが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、GaPやGaAsP系のLED、他の可視LED赤外用LEDにも
適用可能である。又、半導体基板としてGaAlAsを用いて
もよい。
更に、電極１や電流狭窄層10の溝９は円形に限られるも
のではなく、他の形状であってもよい。
のではなく、他の形状であってもよい。
［発明の効果］ 以上に説明した如く、本発明のLEDによれば、従来にな
り高発光出力且つ高発光効率を実現できるという顕著な
効果を奏する。
り高発光出力且つ高発光効率を実現できるという顕著な
効果を奏する。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図に示した発光ダイオードにおける電子の流れと光の反
射を示す説明図、第３図乃至第５図は夫々従来例を示す
説明図である。 1:n型電極、2:n型GaAlAsクラッド層（第２のクラッ
ド）、3:p型GaAlAs活性層、4:p型GaAlAsクラッド層（第
１のクラッド）、5:p型GaAs基板、6:p型電極、7:内側電
極狭窄層、8:外側電流狭窄層、9:溝部、10:電流狭窄層
（ｎ型GaAs層）、20:レンズ部。
図に示した発光ダイオードにおける電子の流れと光の反
射を示す説明図、第３図乃至第５図は夫々従来例を示す
説明図である。 1:n型電極、2:n型GaAlAsクラッド層（第２のクラッ
ド）、3:p型GaAlAs活性層、4:p型GaAlAsクラッド層（第
１のクラッド）、5:p型GaAs基板、6:p型電極、7:内側電
極狭窄層、8:外側電流狭窄層、9:溝部、10:電流狭窄層
（ｎ型GaAs層）、20:レンズ部。
Claims (1)
- 【請求項１】一導電形の半導体基板の上に第１のクラッ
ド層、活性層及び第２のクラッド層が順次設けられたダ
ブルヘテロ構造を有する発光ダイオードチップの表面中
央に電極が設けられた発光ダイオードにおいて、前記半
導体基板と前記第１のクラッド層との間に前記半導体基
板とは反対の導電形の半導体からなり且つ前記電極の外
径よりも大きな仮想外径の輪郭線上にリング状の溝部を
有する電流狭窄層が設けられ前記溝部においてのみ前記
半導体基板と前記第１のクラッド層が接触しており、前
記電極周囲の発光ダイオードチップ表面にドーナツ状の
レンズ部が設けられていることを特徴とする発光ダイオ
ード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11061489A JPH071800B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11061489A JPH071800B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 発光ダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02288372A JPH02288372A (ja) | 1990-11-28 |
| JPH071800B2 true JPH071800B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=14540282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11061489A Expired - Fee Related JPH071800B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071800B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2270881B1 (en) * | 2008-04-30 | 2016-09-28 | LG Innotek Co., Ltd. | Light-emitting element and a production method therefor |
-
1989
- 1989-04-28 JP JP11061489A patent/JPH071800B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02288372A (ja) | 1990-11-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |