JPH07202257A - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
- Publication number
- JPH07202257A JPH07202257A JP33624693A JP33624693A JPH07202257A JP H07202257 A JPH07202257 A JP H07202257A JP 33624693 A JP33624693 A JP 33624693A JP 33624693 A JP33624693 A JP 33624693A JP H07202257 A JPH07202257 A JP H07202257A
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- Japan
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- light emitting
- light
- emitting diode
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光取出面での反射を低減して高い発光効率を
備えた発光ダイオードを提供する。 【構成】 発光ダイオードの光取出面２４には、多数の
凸部２６が２乃至４μｍ程度の間隔で設けられている。
この凸部２６は、平面形状が矩形であって、斜線で示す
矩形の凹穴２８を隔てて等間隔で規則正しく配列されて
いる。上記凸部２６および凹穴２８は、断面形状も略矩
形とされており、両者の高さの差ｄは、その光学的長さ
が発光層から発生する光の１／４波長の奇数倍となるよ
うに、例えば６６．９ｎｍ程度とされている。これによ
り、凸部２６と凹穴２８とでそれぞれ反射される光は、
互いの位相が１／２波長だけ異なって打ち消し合うこと
になるため、結果として反射が低減され、光取出面２４
から外部へ取り出される光量が多くなるので、発光ダイ
オード１０の発光効率が高められる。
備えた発光ダイオードを提供する。 【構成】 発光ダイオードの光取出面２４には、多数の
凸部２６が２乃至４μｍ程度の間隔で設けられている。
この凸部２６は、平面形状が矩形であって、斜線で示す
矩形の凹穴２８を隔てて等間隔で規則正しく配列されて
いる。上記凸部２６および凹穴２８は、断面形状も略矩
形とされており、両者の高さの差ｄは、その光学的長さ
が発光層から発生する光の１／４波長の奇数倍となるよ
うに、例えば６６．９ｎｍ程度とされている。これによ
り、凸部２６と凹穴２８とでそれぞれ反射される光は、
互いの位相が１／２波長だけ異なって打ち消し合うこと
になるため、結果として反射が低減され、光取出面２４
から外部へ取り出される光量が多くなるので、発光ダイ
オード１０の発光効率が高められる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオードに関
し、特に発光効率を高める技術に関するものである。
し、特に発光効率を高める技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】発光ダイオードでは、通
常、基板の上に形成された発光層から発生する光が外部
へ取り出されて利用されている。しかし、発光層から発
生する光が必ずしも充分に利用されている訳ではなく、
高い発光効率が望まれている。すなわち、比較的外部へ
取り出し易い発光層から基板と反対側へ向かう光でも、
その一部（一般的には３２％程度）は反射されたり表面
電極によって吸収される一方、発光層から基板側へ向か
う光は、発光ダイオード内に閉じ込められ易く、基板や
下部電極に吸収されたりして有効に利用され難い。この
ため、従来では、発光層から発生する光のうちの１／１
０程度しか利用されていないのが実情である。
常、基板の上に形成された発光層から発生する光が外部
へ取り出されて利用されている。しかし、発光層から発
生する光が必ずしも充分に利用されている訳ではなく、
高い発光効率が望まれている。すなわち、比較的外部へ
取り出し易い発光層から基板と反対側へ向かう光でも、
その一部（一般的には３２％程度）は反射されたり表面
電極によって吸収される一方、発光層から基板側へ向か
う光は、発光ダイオード内に閉じ込められ易く、基板や
下部電極に吸収されたりして有効に利用され難い。この
ため、従来では、発光層から発生する光のうちの１／１
０程度しか利用されていないのが実情である。
【０００３】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、光取出面での反
射を低減して高い発光効率を備えた発光ダイオードを提
供することにある。
ものであり、その目的とするところは、光取出面での反
射を低減して高い発光効率を備えた発光ダイオードを提
供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
め、本発明の要旨とするところは、光を発生する発光層
を有し、その発光層から発生した光を光取出面を通して
外部へ放射させる形式の発光ダイオードにおいて、その
光取出面に多数の凹凸を設け、その凹部と凸部との高さ
の差の光学的長さを、前記光の１／４波長の奇数倍とし
たことにある。
め、本発明の要旨とするところは、光を発生する発光層
を有し、その発光層から発生した光を光取出面を通して
外部へ放射させる形式の発光ダイオードにおいて、その
光取出面に多数の凹凸を設け、その凹部と凸部との高さ
の差の光学的長さを、前記光の１／４波長の奇数倍とし
たことにある。
【０００５】
【作用および発明の効果】このようにすれば、光取出面
において光が反射される場合には、その凹部と凸部とで
それぞれ反射される光は、互いの位相が１／２波長だけ
異なって打ち消し合うことになるため、結果として反射
が低減される。したがって、その光取出面から外部へ取
り出される光量が多くなるので、発光ダイオードの発光
効率が高められる。
において光が反射される場合には、その凹部と凸部とで
それぞれ反射される光は、互いの位相が１／２波長だけ
異なって打ち消し合うことになるため、結果として反射
が低減される。したがって、その光取出面から外部へ取
り出される光量が多くなるので、発光ダイオードの発光
効率が高められる。
【０００６】
【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。
【０００７】図１は本発明の一実施例の発光ダイオード
１０の構成を示している。図において、発光ダイオード
１０は、エピタキシャル構造のＬＥＤであって、ｎ−Ｇ
ａＡｓ（ｎ型ガリウム−砒素化合物半導体）単結晶から
成る３５０μｍ程度の厚みの基板１２、この基板１２の
上に結晶成長により順次積層された、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓから成る２μｍ程度の厚みの第１クラッド層１
４、ｐ−ＧａＡｓから成る０．１μｍ程度の厚みの発光
層１６、ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓから成る４μｍ程度
の厚みの第２クラッド層１８、ｐ−ＧａＡｓから成る
０．１μｍ程度の厚みのキャップ層１９を備えている。
そして、基板１２の底面および第２クラッド層１８の上
面には、電流を供給するための下部電極２０および上部
電極２２が設けられている。
１０の構成を示している。図において、発光ダイオード
１０は、エピタキシャル構造のＬＥＤであって、ｎ−Ｇ
ａＡｓ（ｎ型ガリウム−砒素化合物半導体）単結晶から
成る３５０μｍ程度の厚みの基板１２、この基板１２の
上に結晶成長により順次積層された、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓから成る２μｍ程度の厚みの第１クラッド層１
４、ｐ−ＧａＡｓから成る０．１μｍ程度の厚みの発光
層１６、ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓから成る４μｍ程度
の厚みの第２クラッド層１８、ｐ−ＧａＡｓから成る
０．１μｍ程度の厚みのキャップ層１９を備えている。
そして、基板１２の底面および第２クラッド層１８の上
面には、電流を供給するための下部電極２０および上部
電極２２が設けられている。
【０００８】上記の発光ダイオード１０において、上部
電極２２から下部電極２０へ駆動電流が流されると、上
記発光層１８から光が放射され、基板１２と反対側へ向
かう光は、第２クラッド層１８上面の光取出面２４から
外部へ取り出されるようになっている。この光取出面２
４には、図２および図３に示すように多数の凸部２６が
２乃至４μｍ程度の間隔で設けられている。この凸部２
６は、平面形状が図２に示すように矩形であって、斜線
で示す矩形の凹穴２８を隔てて等間隔で規則正しく配列
されている。図３は、光取出面２４の断面構造を示すも
のであって、上記凸部２６および凹穴２８は、断面形状
も略矩形とされており、両者の高さの差ｄは、６６．９
ｎｍ程度とされている。
電極２２から下部電極２０へ駆動電流が流されると、上
記発光層１８から光が放射され、基板１２と反対側へ向
かう光は、第２クラッド層１８上面の光取出面２４から
外部へ取り出されるようになっている。この光取出面２
４には、図２および図３に示すように多数の凸部２６が
２乃至４μｍ程度の間隔で設けられている。この凸部２
６は、平面形状が図２に示すように矩形であって、斜線
で示す矩形の凹穴２８を隔てて等間隔で規則正しく配列
されている。図３は、光取出面２４の断面構造を示すも
のであって、上記凸部２６および凹穴２８は、断面形状
も略矩形とされており、両者の高さの差ｄは、６６．９
ｎｍ程度とされている。
【０００９】上記高さの差ｄは、その光学的長さが発光
層１６から発生する光の１／４波長の奇数倍となるよう
に設定されている。ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ（混晶非ｘ＞
０）の屈折率ｎ（ｘ）は、下記 (1)式で与えられ、本実
施例においては、ｘ＝０．４５であることから、ｎ
（０．４５）＝３．２８９である。一方、高さの差ｄの
光学的長さが１／４波長の奇数倍となる条件は、ｍを自
然数としたとき (2)式で与えられ、発光層１６で発生す
る光の波長λが８８０ｎｍ程度であるから、ｍ＝１とし
てｄ＝６６．９ｎｍとされているのである。 ｎ（ｘ）＝3.59−0.71ｘ＋0.09ｘ2 ・・・(1) ｎｄ＝（λ／４)(２ｍ−１) ・・・(2)
層１６から発生する光の１／４波長の奇数倍となるよう
に設定されている。ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ（混晶非ｘ＞
０）の屈折率ｎ（ｘ）は、下記 (1)式で与えられ、本実
施例においては、ｘ＝０．４５であることから、ｎ
（０．４５）＝３．２８９である。一方、高さの差ｄの
光学的長さが１／４波長の奇数倍となる条件は、ｍを自
然数としたとき (2)式で与えられ、発光層１６で発生す
る光の波長λが８８０ｎｍ程度であるから、ｍ＝１とし
てｄ＝６６．９ｎｍとされているのである。 ｎ（ｘ）＝3.59−0.71ｘ＋0.09ｘ2 ・・・(1) ｎｄ＝（λ／４)(２ｍ−１) ・・・(2)
【００１０】上記発光ダイオード１０の光取出面２４に
設けられた凸部２６は、以下のようにして形成される。
先ず、電極２０および２２が形成されたウエハを用意し
て光取出面２４を脱脂洗浄したあと、通常のフォトリソ
グラフィ技術により図２に示すような格子状のマスクを
用いてパターニングを行う。次にリン酸系のエッチャン
トを用いてエッチングすることにより、凹穴２８を形成
する。そしてレジストを除去すると前記凸部２６が形成
されているのである。このとき、処理液の種類や処理時
間、温度等のエッチング条件を適宜設定することによ
り、エッチング深さすなわち凸部２６と凹穴２８との高
さの差ｄが例えば６６．９ｎｍとされているのである。
設けられた凸部２６は、以下のようにして形成される。
先ず、電極２０および２２が形成されたウエハを用意し
て光取出面２４を脱脂洗浄したあと、通常のフォトリソ
グラフィ技術により図２に示すような格子状のマスクを
用いてパターニングを行う。次にリン酸系のエッチャン
トを用いてエッチングすることにより、凹穴２８を形成
する。そしてレジストを除去すると前記凸部２６が形成
されているのである。このとき、処理液の種類や処理時
間、温度等のエッチング条件を適宜設定することによ
り、エッチング深さすなわち凸部２６と凹穴２８との高
さの差ｄが例えば６６．９ｎｍとされているのである。
【００１１】また、前記キャップ層１９は、第２クラッ
ド層１８の上に上部電極２２を形成する際に、その第２
クラッド層１８の酸化を防止するために設けられている
ものである。このキャップ層１９は、例えば第２クラッ
ド層１８上の全面にｐ−ＧａＡｓ層を積層形成した後、
上記の光取出面２４に凹凸を形成する場合と同様にし
て、上部電極２２の直下となる部分以外をエッチング除
去することで形成される。そのとき、エッチャントに
は、ＧａＡｓのみをエッチングし、ＡｌＧａＡｓをエッ
チングしない選択エチャントが用いられる。
ド層１８の上に上部電極２２を形成する際に、その第２
クラッド層１８の酸化を防止するために設けられている
ものである。このキャップ層１９は、例えば第２クラッ
ド層１８上の全面にｐ−ＧａＡｓ層を積層形成した後、
上記の光取出面２４に凹凸を形成する場合と同様にし
て、上部電極２２の直下となる部分以外をエッチング除
去することで形成される。そのとき、エッチャントに
は、ＧａＡｓのみをエッチングし、ＡｌＧａＡｓをエッ
チングしない選択エチャントが用いられる。
【００１２】以上のように構成された発光ダイオード１
０においては、光取出面２４に形成された多数の凸部２
６と凹穴２８との高さの差ｄの光学的長さが１／４波長
の奇数倍にされているため、発光層１６で発生した光が
光取出面２４で反射される場合には、凸部２６と凹穴２
８とでそれぞれ反射される光は、互いの位相が１／２波
長だけ異なって打ち消し合うことになるため、結果とし
て反射が低減される。したがって、その光取出面２４か
ら外部へ取り出される光量が多くなるので、発光ダイオ
ード１０の発光効率が高められる。
０においては、光取出面２４に形成された多数の凸部２
６と凹穴２８との高さの差ｄの光学的長さが１／４波長
の奇数倍にされているため、発光層１６で発生した光が
光取出面２４で反射される場合には、凸部２６と凹穴２
８とでそれぞれ反射される光は、互いの位相が１／２波
長だけ異なって打ち消し合うことになるため、結果とし
て反射が低減される。したがって、その光取出面２４か
ら外部へ取り出される光量が多くなるので、発光ダイオ
ード１０の発光効率が高められる。
【００１３】なお、上述の実施例においては、凸部２６
が第２クラッド層１８の上面をエッチング処理すること
で形成され、両者が同じ材質とされていたが、凸部２６
すなわち図３の破線よりも上側のみが異なる材質、例え
ばＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓにされていても良い。この場合
には、前記 (1)式によりｎ（０．１）＝３．５２である
から、前記 (2)式により、例えば凸部２６と凹穴２８と
の高さの差ｄは６２．５ｎｍとされていれば良い。この
ようにしても、高さの差ｄの光学的長さが１／４波長の
奇数倍であるので、上述の場合と同様に反射が生じず、
発光ダイオード１０の発光効率が高められる。なお、上
記構造は、前記の第２クラッド層１８上に１／４波長の
奇数倍の厚さ（例えば６６．９μｍ）のＡｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ａｓ層を積層形成し、前記実施例の場合と同様にエ
ッチング処理することで形成される。
が第２クラッド層１８の上面をエッチング処理すること
で形成され、両者が同じ材質とされていたが、凸部２６
すなわち図３の破線よりも上側のみが異なる材質、例え
ばＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓにされていても良い。この場合
には、前記 (1)式によりｎ（０．１）＝３．５２である
から、前記 (2)式により、例えば凸部２６と凹穴２８と
の高さの差ｄは６２．５ｎｍとされていれば良い。この
ようにしても、高さの差ｄの光学的長さが１／４波長の
奇数倍であるので、上述の場合と同様に反射が生じず、
発光ダイオード１０の発光効率が高められる。なお、上
記構造は、前記の第２クラッド層１８上に１／４波長の
奇数倍の厚さ（例えば６６．９μｍ）のＡｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ａｓ層を積層形成し、前記実施例の場合と同様にエ
ッチング処理することで形成される。
【００１４】また、上記のように凸部２６の材質を異な
るものとした場合には、前述の凸部２６の形成工程にお
いて、凸部２６の材質のみを溶解する処理条件でエッチ
ングを行うことが可能であり、製造が容易なものとな
る。
るものとした場合には、前述の凸部２６の形成工程にお
いて、凸部２６の材質のみを溶解する処理条件でエッチ
ングを行うことが可能であり、製造が容易なものとな
る。
【００１５】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明したが、本発明はその他の態様においても適用され
る。
説明したが、本発明はその他の態様においても適用され
る。
【００１６】例えば、前述の実施例において、凸部２６
および凹穴２８は、その平面形状おおよび断面形状が何
れも略矩形状とされていたが、これらの形状は適宜変更
される。例えば、両者の平面形状が三角形その他の多角
形とされたり、一方の平面形状が円形とされていても良
い。また、断面形状は、凹凸形状が設けられた全ての面
積に亘って凸部２６と凹穴２８との高さの差ｄの光学的
長さを１／４波長の奇数倍とするためには略矩形状が望
ましいが、メサ形状或いは逆メサ形状等にされていた
り、凸部２６の上面或いは凹穴２８の底面が完全な平面
とされていなくとも、本発明の効果は一応得られる。
および凹穴２８は、その平面形状おおよび断面形状が何
れも略矩形状とされていたが、これらの形状は適宜変更
される。例えば、両者の平面形状が三角形その他の多角
形とされたり、一方の平面形状が円形とされていても良
い。また、断面形状は、凹凸形状が設けられた全ての面
積に亘って凸部２６と凹穴２８との高さの差ｄの光学的
長さを１／４波長の奇数倍とするためには略矩形状が望
ましいが、メサ形状或いは逆メサ形状等にされていた
り、凸部２６の上面或いは凹穴２８の底面が完全な平面
とされていなくとも、本発明の効果は一応得られる。
【００１７】また、凸部２６と凹穴２８との高さの差ｄ
は、前記 (2)式を満足する数値が適宜選択されるもので
ある。
は、前記 (2)式を満足する数値が適宜選択されるもので
ある。
【００１８】また、前述の実施例においては、第２クラ
ッド層１８の上面が光取出面２４とされて、その全面か
ら発光させられていたが、第２クラッド層の上面に光取
出層が設けられても良く、また、第２クラッド層１８の
上側に電流ブロック層を設けて電流狭窄構造が備えられ
ていても良い。
ッド層１８の上面が光取出面２４とされて、その全面か
ら発光させられていたが、第２クラッド層の上面に光取
出層が設けられても良く、また、第２クラッド層１８の
上側に電流ブロック層を設けて電流狭窄構造が備えられ
ていても良い。
【００１９】また、基板１２、各層１４，１６，１８，
１９等の厚さや組成、Ａｌの混晶比等は適宜変更され
る。なお、第２実施例において、第２クラッド層１８の
上面に設ける層は、第２クラッド層１８（Ａｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓ）よりもＡｌの混晶比の小さい化合物半導体を
用いるほうが選択エッチングが容易となる。
１９等の厚さや組成、Ａｌの混晶比等は適宜変更され
る。なお、第２実施例において、第２クラッド層１８の
上面に設ける層は、第２クラッド層１８（Ａｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓ）よりもＡｌの混晶比の小さい化合物半導体を
用いるほうが選択エッチングが容易となる。
【００２０】なお、上述したのはあくまでも本発明の一
実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更が加えられ得るものである。
実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更が加えられ得るものである。
【図１】本発明の一実施例の発光ダイオードの構成を説
明する図である。
明する図である。
【図２】図１の実施例の光取出面を拡大して示す平面図
である。
である。
【図３】図２のIII −III 視断面図である。
１０：発光ダイオード １２：基板 １６：発光層 ２４：光取出面 ２６：凸部 ２８：凹穴
Claims (1)
- 【請求項１】 光を発生する発光層を有し、該発光層か
ら発生した光を光取出面を通して外部へ放射させる形式
の発光ダイオードにおいて、 該光取出面に多数の凹凸を設け、該凹部と該凸部との高
さの差の光学的長さを、前記光の１／４波長の奇数倍と
した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 |
|---|---|---|---|
| JP33624693A JPH07202257A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33624693A JPH07202257A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 発光ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07202257A true JPH07202257A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=18297154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33624693A Pending JPH07202257A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07202257A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007142483A (ja) * | 1996-03-22 | 2007-06-07 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 発光素子 |
| WO2007105626A1 (ja) | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Matsushita Electric Works, Ltd. | 発光素子 |
| KR100923129B1 (ko) * | 2006-04-26 | 2009-10-23 | 롬 앤드 하아스 컴패니 | 패터닝된 광추출시트 및 그 제조 방법 |
| JP2010219220A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Fuji Xerox Co Ltd | 発光装置、プリントヘッドおよび画像形成装置 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33624693A patent/JPH07202257A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007142483A (ja) * | 1996-03-22 | 2007-06-07 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 発光素子 |
| JP2011029667A (ja) * | 1996-03-22 | 2011-02-10 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 発光素子 |
| JP2014131078A (ja) * | 1996-03-22 | 2014-07-10 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 発光素子 |
| WO2007105626A1 (ja) | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Matsushita Electric Works, Ltd. | 発光素子 |
| US8049233B2 (en) | 2006-03-10 | 2011-11-01 | Panasonic Electric Works Co., Ltd. | Light-emitting device |
| KR100923129B1 (ko) * | 2006-04-26 | 2009-10-23 | 롬 앤드 하아스 컴패니 | 패터닝된 광추출시트 및 그 제조 방법 |
| JP2010219220A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Fuji Xerox Co Ltd | 発光装置、プリントヘッドおよび画像形成装置 |
| US8305417B2 (en) | 2009-03-16 | 2012-11-06 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Light-emitting device, print head and image forming apparatus |
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