JPH0738148A

JPH0738148A - 化合物半導体光素子、発光ダイオード及び発光ダイオードの製造方法

Info

Publication number: JPH0738148A
Application number: JP17780593A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takahashi; 高橋　　健; Tsunehiro Unno; 恒弘海野; Takayori Matsuda; 孝順松田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1993-07-19
Filing date: 1993-07-19
Publication date: 1995-02-07
Anticipated expiration: 2014-07-26
Also published as: JP2924580B2

Abstract

(57)【要約】【目的】封止樹脂に適合した屈折率をもつ誘電体薄膜で
発光ダイオード表面を覆うことによって、樹脂モールド
後の光特性を良好にし、耐湿性に優れ、高輝度、高信頼
性を得る。【構成】ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系赤色または赤外発光
ダイオードのウィンドウ層４の表面に、屈折率２．２〜
２．７の反射防止膜５で覆うようにする。反射防止膜は
誘電体薄膜で構成し、その材料は、硫化亜鉛、酸化チタ
ン、硫化ひ素とする。反射防止膜５の上をさらに酸化シ
リコンやシリコンナイトライドからなる保護膜で覆って
もよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体光素子、
化合物半導体からなる発光ダイオード、及びその発光ダ
イオードの製造方法に係り、特に光の外部取出し効率を
改善したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＡｌＧａＡｓを用いた赤色発光ダ
イオードは、屋外用ディスプレイや自動車用ハイマウン
トストップランプとして用いられるようになってきた。
これらの用途に用いるためには、白昼でも視認できる程
度に輝度が高いことが要求される。また、同じくＡｌＧ
ａＡｓやＧａＡｓを用いた赤外発光ダイオードは、踏切
の無人監視システムや、無人搬送車の制御システム用等
の空間光伝送系デバイスとして用途が拡大し、発光出力
の向上が強く要求されている。この要求に応えるために
発光ダイオードの構造として、シングルヘテロ構造（Ｓ
Ｈ構造）、ダブルヘテロ構造（ＤＨ構造）、裏面反射型
ＤＨ構造等が検討されると共に、発光ダイオードの表面
に酸化シリコンやシリコンナイトライド等の保護膜を形
成し、光の取出し効率を高める構造が提案されている。
また、これらの発光ダイオードは、コスト、信頼性、使
いやすさの面から樹脂モールド型発光ダイオードとして
使用されることがほとんどであるため、レンズとしての
樹脂モールド形状の検討や、低応力化や耐湿性向上とい
った樹脂の材質の検討も行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】発光ダイオードはｐｎ
接合界面の近傍で発光が起こる。最近はヘテロ構造最適
化の検討が進み、例えばＤＨ構造のＡｌＧａＡｓ赤外発
光ダイオードの内部量子効率は、ほぼ１００％に達して
いる。従って発光ダイオードの光出力を高めるために
は、外部量子効率を向上すること、すなわち発光ダイオ
ードの内部で発生した光を外部に効率よく取り出すこと
が必要となる。

【０００４】ここで、赤色または赤外用のＡｌＧａＡｓ
発光ダイオードに用いられている基本素子構造を図１０
に示す。ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３で発生した光は主に
表面電極６を除いたｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層（光
取出し層）４表面より外部に取り出される。この時、発
生した光の一部はｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層４の表
面で反射してしまい、光を効率よく利用することができ
ない。

【０００５】そこで、空気の屈折率と発光ダイオード表
面の屈折率とに適合するシリコンナイトライド（Ｓｉ₃
Ｎ₄）を反射防止膜として用いて表面における反射を低
減している。しかし、発光ダイオードチップをモールド
樹脂で覆うモールド樹脂型発光ダイオードに、このＳｉ
₃Ｎ₄反射防止膜を用いると、樹脂の屈折率と発光ダイ
オード表面の屈折率とに適合しなくなり、光の反射損失
が低減できない。

【０００６】例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄を反射防止膜に用いた
ＤＨ構造ＡｌＧａＡｓ赤色または赤外発光ダイオードで
は、活性層で発生した光の１０％程度しか外部に取り出
すことができない。また、特にＡｌＧａＡｓ赤色発光ダ
イオードでは光取出し層のＡｌＡｓ混晶比が高く、化学
的に活性な状態にあるため、周囲の樹脂を透過してくる
極く微量の水分によって表面の酸化が起こり、光出力劣
化の原因となっている。

【０００７】なお、これらの問題は何も発光ダイオード
に限定されるものではなく、受光素子も含めて、樹脂モ
ールドを施して使用する化合物半導体光素子についても
共通する。

【０００８】本発明の目的は、適合した屈折率をもつ反
射防止膜で光素子表面を覆うようにすることによって、
前記した従来技術の欠点を改善し、樹脂モールド後の光
特性が良好でかつ耐湿性に優れた高輝度、高信頼性の化
合物半導体光素子を安価に提供することにある。

【０００９】また、本発明の目的は、反射防止膜をさら
に保護膜で覆うことによって、信頼性をより向上させる
ことが可能な発光ダイオードを提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、化合物半導体
光素子において、表面の少なくとも一部が屈折率２．２
〜２．７の反射防止膜で覆われているものである。

【００１１】この場合において、特に化合物半導体を、
ｐｎ接合を有する発光ダイオードに適用し、その少なく
とも一部を、屈折率２．２〜２．７の反射防止膜で覆う
ようにしてもよい。また、この発光ダイオードにおい
て、反射防止膜をさらに保護膜で覆って二層構造とする
ことがより好ましい。

【００１２】反射防止膜や保護膜は誘電体膜で構成し、
反射防止膜は硫化亜鉛、酸化チタン、硫化ひ素で形成
し、二層構造とする場合、保護膜は酸化シリコンまたは
シリコンナイトライドで形成することが好ましい。

【００１３】そして、反射防止膜または保護膜の厚さは
λ／（４ｎ）（λは発光波長、ｎは反射防止膜または保
護膜の屈折率）の奇数倍であることが好ましく、反射防
止膜の厚さまたは反射防止膜及び保護膜の総厚さが５０
〜８００nmであることが特に好ましい。また、反射防止
膜または保護膜はスパッタリング法で形成するとよい。

【００１４】そして、ｐｎ接合の構成材料がIII −Ｖ族
化合物半導体であり、光取出し層がＡｌＧａＡｓ層であ
り、かつｐｎ接合がヘテロ接合構造である発光ダイオー
ドに適用できる。また、この発光ダイオードを使用して
樹脂モールド型発光ダイオードとすることもできる。

【００１５】

【作用】本発明は、化合物半導体光素子の表面に屈折率
が２．２〜２．７の反射防止膜を形成したことにあり、
これにより樹脂モールド後の光素子と樹脂の界面におけ
る光の反射損失を大幅に低減すると共に、光素子表面の
酸化による特性の劣化を低減するものである。

【００１６】本発明の化合物半導体光素子には、ＡｌＧ
ａＡｓ系、ＧａＡｓ系、ＧａＡｓＰ系、ＧａＰ系、Ｉｎ
ＧａＡｓ系、ＧａＮ系等の発光ダイオード及び受光ダイ
オード等が含まれる。これらの化合物半導体光素子の表
面に形成する反射防止膜の屈折率は２．２〜２．７であ
ることが望ましい。これは、次の理由による。

【００１７】すなわち、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＡｓ系等
の化合物半導体材料の屈折率は３．３〜３．９である。
一方、モールド用樹脂の屈折率は１．５〜１．７であ
る。いま、モールド用樹脂の屈折率をｎ₁、反射防止膜
材料の屈折率をｎ₃、厚さをｄ₃、化合物半導体光素子
表面の屈折率をｎ₄、発光ピーク波長をλ₀とすれば、
光放射面あるいは光入射面に垂直に入射する光の反射率
は式(1) 、(2) の条件を満たすときに最小となる。

【００１８】ｎ₃＝（ｎ₁ｎ₄）^1/2 (1) ｎ₃ｄ₃＝（１／４）λ₀×（奇数） (2) 式(1) から反射防止膜材料の屈折率ｎを算出すると、
２．２〜２．７の範囲が適切であることが分かる。屈折
率がこの範囲にある材料としては、硫化亜鉛、酸化チタ
ン、硫化ひ素、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化
ビスマス、セレン化亜鉛、硫化カドミウム、硫化アンチ
モン等がある。しかし反射防止膜材料には、化学的に安
定であること、形成方法および屈折率の制御が容易なこ
と、素子形成プロセスにおいて加工しやすいこと等が要
求される。これらの要求を満たす材料としては、硫化亜
鉛、酸化チタン、硫化ひ素があげられる。

【００１９】ところで、これら硫化亜鉛、酸化チタン、
硫化ひ素等は、長期に使用されると劣化しやすく、表面
の平坦性も良くないので、これらを改善して信頼性をさ
らに上げることが好ましい。そこで、反射防止膜の上を
さらに保護膜で覆うようにする。これにより、反射防止
膜の劣化を防止し、表面の平坦性を良好にする。

【００２０】このように発光ダイオード表面を覆う誘電
体膜が２層構造の場合には、図８（Ｂ）に示すように、
保護膜、反射防止膜材料の屈折率をｎ₂、ｎ₃、これら
の厚さをｄ₂、ｄ₃とすれば、光放射面あるいは光入射
面に垂直に入射する光の反射率は式(3) の条件を満たす
ときに最小となる。

【００２１】ｎ₂ ²ｎ₄＝ｎ₃ ²ｎ₁ (3) ｎ₂ｄ₂＝ｎ₃ｄ₃＝（１／４）λ₀×（奇数） (4) 上記屈折率を満たす保護膜材料としては、ＳｉＯ₂また
はＳｉ₃Ｎ₄があげられる。式(1) 、(3) は、反射防
止膜、保護膜の膜厚を規定するものであるが、基本的に
膜厚と屈折率の積が発光ピーク波長の１／４かまたはそ
の奇数倍で、かつ屈折率が式(2) または式(4) を満たす
とき、計算上の反射率は０となる。しかし、発光ダイオ
ードの発光波長に幅があること、反射防止膜や保護膜の
膜厚が厳密には一定ではないこと、屈折率にもばらつき
があること等により実際の反射率は膜厚を最適化しても
０．２〜２％程度になる。耐湿性の面からは、膜厚が５
０nm以上であれば発光ダイオードの信頼性の確保に支障
はない。しかし、総膜厚が８００nmを越えると光取出し
層と反射防止膜層との界面の応力が大きくなり、界面に
欠陥が発生したり、反射防止膜にクラックが生じたりす
る。

【００２２】硫化亜鉛、酸化チタン、酸化ヒ素、あるい
は酸化シリコン、シリコンナイトライド各膜の形成方法
としては生産性、安全性、膜厚および屈折率の制御性の
点でスパッタリング法が適しているが、真空蒸着法、化
学的気相堆積（ＣＶＤ）法でも良い。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。第１〜第
３の実施例は発光ダイオードの表面に単層の反射防止膜
を設けた例、第４の実施例は反射防止膜と保護膜からな
る２層の誘電体薄膜を設けた例である。

【００２４】（第１実施例）図１はＤＨ構造ＡｌＧａＡ
ｓ赤色発光ダイオードの構造を示すものである。この発
光ダイオードは、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に形成されたｐ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層２、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層
３、ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層４の三層のエピタキ
シャル層と、表面に形成された硫化亜鉛反射防止膜５と
表面電極６、及び裏面に形成された裏面電極７により構
成される。ｐ型ＧａＡｓ基板１は厚さ２５０μm 、キャ
リア濃度１×１０¹⁹cm^-3である。ｐ型ＧａＡｓクラッド
層２は、膜厚３０μm 、ＡｌＡｓ混晶比０．６５、キャ
リア濃度は１×１０¹⁸cm^-3である。ｐ型ＡｌＧａＡｓ活
性層３は膜厚１〜３μm 、ＡｌＡｓ混晶比０．３５、キ
ャリア濃度は１×１０¹⁸cm^-3である。ｐ型ＡｌＧａＡｓ
ウィンドウ層４は膜厚４０μm 、ＡｌＡｓ混晶比０．６
５、キャリア濃度は１×１０¹⁸cm^-3である。硫化亜鉛反
射防止膜５は、膜厚７１nm、屈折率２．３３である。発
光ダイオードのサイズは、０．３×０．３×０．３
^t（mm）程度である。

【００２５】図２に本実施例のＤＨ構造ＡｌＧａＡｓ赤
色発光ダイオードを使用した樹脂モールド型発光ダイオ
ードの実施例を示す。この樹脂モールド型発光ダイオー
ドは、発光ダイオード８と、このアノードとカソードそ
れぞれの電極と電気的に接続された金属製のリード９及
び１０と、発光ダイオード全体を覆いかつレンズ状に成
形された光透過性を有するエポキシ樹脂１１により構成
される。リード９は支持体を有し、発光ダイオード８は
この支持体の上に導電性樹脂により接着されている。発
光ダイオードの表面形成された表面電極とリード１０と
は金線１２により接続されている。

【００２６】ここで、ＤＨ構造ＡｌＧａＡｓ赤色発光ダ
イオードの製造方法について述べる。

【００２７】まず、エピタキシャル層をスライドボート
を用いた液相エピタキシャル法で成長させる。具体的に
は、三層成長用スライドボートにＧａＡｓ基板と原料を
セットする。このスライドボートを反応管内に設置し、
反応管内の空気を真空ポンプで排気後、水素ガスを導入
する。その状態でエピタキシャル炉の温度を冷却開始温
度まで昇温する。昇温後その温度に保持し、成長用の均
質な容易を作成し、エピタキシャル炉の温度を下げ始め
る。スライドボートの基板ホルダを移動させ、ＧａＡｓ
基板を第１層用溶液、第２層用溶液、第３層用溶液と順
次接触させていくことによりＤＨ構造のエピタキシャル
層を成長させる。エピタキシャル成長の終了後に、炉の
温度を下げ、エピタキシャルウェハを取り出す。

【００２８】次に、得られたエピタキシャルウェハの表
面に硫化亜鉛膜を形成する。硫化亜鉛膜の形成にはスパ
ッタリング法を用いる。チャンバ内に設置された高周波
電極のカソード側に配置した硫化亜鉛固体ターゲットを
アルゴンと硫化水素の混合ガスを用いてスパッタし、ア
ノード側に配置したエピタキシャルウェハ上に硫化亜鉛
膜を形成する。このとき、チャンバ内に導入する硫化水
素とアルゴンの割合を変えることにより屈折率の制御を
行う。

【００２９】具体的には印加する高周波電力が１０〜５
００W 、チャンバ内圧力が１×１０^-3〜３×１０^-2torr
の条件で硫化水素とアルゴンのモル比（Ｈ₂Ｓ／Ａｒ）
を０〜０．５の間で変えることにより屈折率を２．２５
〜２．４３の間で変えることができる。屈折率がこの範
囲外になると硫化亜鉛膜は化学的に不安定な状態となり
空気中で容易に酸化される。硫化水素とＡｒは、予め混
合ガスとして充填されたシリンダから供給しても良いし
それぞれ別のシリンダから供給しても良い。また、硫化
水素は、水素との混合ガスとして供給しても良い。ここ
では、高周波電力２００W 、チャンバ内圧力３×１０^-2
torr、硫化水素とアルゴンのモル比０．２の条件で硫化
亜鉛の固体ターゲット（φ１００mm）をスパッタした。
これにより屈折率が２．３３の硫化亜鉛膜を７１nm形成
した。この条件での成膜レートは７．５nm/minである。

【００３０】硫化亜鉛膜を形成したエピタキシャルウェ
ハ上にフォトリソグラフィ法でφ１５０μm の表面電極
を形成する。まず、ポジ型フォトレジストパターンを形
成した後、硫化亜鉛膜をＲＩＥ法（反応性イオンエッチ
ング法）でエッチング除去する。エッチングガスにはメ
タンと水素の混合ガスを使用し、チャンバ内圧力が５×
１０^-1torr、ガス流量はメタンが１０sccm、水素が５sc
cm、高周波電力が１０W の条件でエッチングを行った。
この場合のエッチングレートは、２０nm/minであった。
エッチングの後ウェハ表面に表面電極金属材料を真空蒸
着法により形成し、リフトオフ法で不必要な金属膜を下
地のレジスト層ごと除去する。続いてウェハの裏面に裏
面電極を形成する。

【００３１】電極を形成したウェハにフォトリソグラフ
ィ法を用いてメサエッチングを施し、ウェハ上で各発光
ダイオード毎にｐｎ接合を分離する。しかる後にウェハ
をダイシングソウで切断し、ＤＨ構造ＡｌＧａＡｓ赤色
発光ダイオードを作製する。このような発光ダイオード
を作製するに際して、上記した実施例である硫化亜鉛
の他に、シリコンナイトライドと酸化チタンを反射
防止膜として使用した２種類の発光ダイオードと、比較
例として屈折率が２．７を超えるセレン化ひ素（Ａｓ
Ｓｅ）を反射防止膜として使用した発光ダイオード、お
よび反射防止膜を形成しない発光ダイオードとを作製
した。なお、比較例としてセレン化ひ素を挙げたのは次
の理由による。一般に、屈折率が２．７を超える材料
は、可視光領域で光吸収を有するものが多い。この点
で、セレン化ひ素は発光ダイオードの発光波長域で屈折
率が２．７を超え光吸収が小さく、かつ膜の形成方法が
容易な材料だからである。

【００３２】シリコンナイトライド膜の形成にはプラズ
マＣＶＤ装置を用い、ノモシランガスとアンモニアガス
を原料として成膜した。シリコンナイトライド膜の膜厚
と屈折率は、８７nm及び１．９となるようにした。酸化
チタン膜の形成にはやはりスパッタリング装置を使用
し、φ１００mmのチタン固体ターゲットをアルゴンと酸
素の混合ガスを用いてスパッタし成膜を行った。酸化チ
タンをスパッタリング法で形成する場合、高周波電力２
００〜５００W 、チャンバ内圧力５〜２０×１０^-3torr
の条件で酸素とアルゴンのモル比を０．０４〜１の間で
変化させることにより屈折率を２．２〜２．７の間で変
えることができる。屈折率が２．２より小さくなると酸
化チタンは機械的に脆い膜となってしまう。また屈折率
が２．７を越えると可視光領域に吸収をもつようにな
る。ここでは高周波電力２５０W 、チャンバ内圧力８×
１０^-3torr、酸素とアルゴンのモル比が０．０４の条件
でスパッタを行い、屈折率が２．７の酸化チタンを６１
nm形成した。この時の成膜レートは１０．５nm/minであ
った。

【００３３】また、セレン化ひ素膜の形成には抵抗加熱
方式の真空蒸着法を使用した。発光ピーク波長である６
６０nmにおける膜の屈折率は３．１であり、膜厚は５２
nmとした。

【００３４】作製した５種類のＡｌＧａＡｓ赤色発光ダ
イオードを縦形リードフレームに実装し、さらに樹脂モ
ールドを施し、樹脂モールド型発光ダイオードを作製し
た。成形後の樹脂の屈折率は１．５５であり、硫化亜
鉛、シリコンナイトライド、酸化チタン、セレン化ひ素
の各反射防止膜の厚さは、ＡｌＧａＡｓ赤色発光ダイオ
ードの発光波長６６０nmに対し、前記式(2) の条件を満
たしている。

【００３５】これら５種類の発光ダイオードについて、
室温で２０mAの順方向電流を通電した場合の発光出力の
測定結果を図３に示す。反射防止膜を形成した発光ダイ
オードの光出力は、反射防止膜の無いものに比べ１．１
〜１．３５倍に上昇した。ここではシリコンナイトライ
ドを形成した発光ダイオードの光出力が最も高くなっ
た。これは空気の屈折率１に対し、シリコンナイトライ
ドの屈折率１．９が最も反射率の低くなる値となってい
るからである。また、セレン化ひ素膜形成後の発光出力
は、形成前よりもかえって低下した。これはセレン化ひ
素の光吸収によるものである。

【００３６】一方、反射防止膜を形成した樹脂モールド
型発光ダイオードの光出力は、反射防止膜のないものに
比べ１．４〜２．２倍に向上した。ここでは屈折率２．
３３の硫化亜鉛を形成した場合が最も光出力が高くなっ
た。これは樹脂の屈折率１．５５に対し、硫化亜鉛の屈
折率２．３３が前記式(1) の条件を満たす条件となって
いるからである。屈折率３．１のセレン化ひ素を形成し
た場合は、硫化亜鉛と比べ４５％と半分以下の値であっ
た。これはセレン化ひ素の光吸収係数が大きいことと、
屈折率が樹脂及びＡｌＧａＡｓの屈折率に適合しないこ
とに起因する。さらに、硫化亜鉛と酸化チタンを反射防
止膜として形成した樹脂モールド型発光ダイオードと反
射防止膜を形成していないものについて、温度６０℃、
湿度９０％の条件で１，０００時間の通電試験を時間実
施した結果を図４に示す。反射防止膜を形成していない
樹脂モールド型発光ダイオードの光出力は初期値に対し
て約２２％低下したのに対し、反射防止膜を形成したも
のには光出力の低下はほとんど見られなかった。

【００３７】（第２実施例）図５はＤＨ構造のＡｌＧａ
Ａｓ裏面反射型赤外発光ダイオードの実施例を示すもの
である。使用するエピタキシャルウェハは、ｐ型ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層２、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３、ｎ型
ＡｌＧａＡｓウィンドウ層４をｐ型ＧａＡｓ基板上にエ
ピタキシャル成長した後にＧａＡｓ基板を除去した構造
である。この発光ダイオードの発光ピーク波長が８８５
nm、ウィンドウ層の表面屈折率が３．８５、モールド用
樹脂の屈折率が１．５５であることから反射防止膜５と
して、屈折率が２．４４の酸化チタンを９１nm形成し
た。

【００３８】（第３実施例）ｐｎ接合をメサエッチング
で分離した後に、メサ分離溝の底を切断して素子を形成
する場合は、メサ周囲を反射防止膜で被覆しても良い。
図６はＤＨ構造のＡｌＧａＡｓ裏面反射型赤色発光ダイ
オード実施例を示すものである。反射防止膜５として屈
折率が２．３２の硫化ひ素膜が７１nm形成してある。硫
化ひ素の形成にはスパッタリング法を用い、φ１００mm
の硫化ひ素固体ターゲットを硫化水素とアルゴンの混合
ガスを用いてスパッタし成膜した。硫化ひ素膜をスパッ
タリング法で形成する場合は高周波電力５〜３０W 、チ
ャンバ内圧力５〜２０×１０^-3torrの条件で硫化水素と
アルゴンのモル比を０〜０．３の間で変えることによ
り、屈折率を２．３〜２．７の間で変化させることがで
きる。この場合の成膜レートは３．５〜１４nm/minであ
る。メサ周囲まで反射防止膜を形成すると、表面だけに
形成した場合に比べ発光出力がさらに５％程度向上し、
さらに信頼性が高くなる。（第４実施例）第４実施例は、発光ダイオードの発光面に２層よりなる
反射防止膜を有するものである。図７にその発光ダイオ
ードの構造を示す。７は裏面電極、２はｐ型ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層、３はｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層、４はｎ型
ＡｌＧａＡｓウィンドウ層、６は表面電極、１３は酸化
シリコン（ＳｉＯ₂）からなる保護膜、５は硫化亜鉛か
らなる反射防止膜である。

【００３９】図に示すように発光ダイオードの光取出し
側をＳｉＯ₂膜１３と硫化亜鉛膜５で被覆する。ＳｉＯ
₂膜１３を用いたのは樹脂に近い屈折率をもつ膜が作製
でき、硫化亜鉛膜５を保護することができるためであ
る。このＳｉＯ₂膜１３と硫化亜鉛膜５はスパッタリン
グ法により形成する。スパッタリング法には、成膜時の
ガス流量比を制御することにより屈折率を変化させられ
るという利点がある。

【００４０】二層膜を設けたときにｎ型ＡｌＧａＡｓウ
ィンドウ層４を通過した光が境界面で反射される率すな
わち、反射率を図８（Ｂ）により説明する。反射率は樹
脂、ＳｉＯ₂、硫化亜鉛、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓの屈
折率をそれぞれｎ₁、ｎ₂、ｎ₃、ｎ₄、ＳｉＯ₂、硫
化亜鉛膜の厚さをそれぞれｄ₂、ｄ₃（nm）とすると既
述した式(3) の条件が成立するときに最小となる。

【００４１】式(3) において、ｎ₄＝３．５のＡｌ0.65
Ｇａ0.35Ａｓを用いる赤色発光ダイオード（λ＝６６
０）については前記の条件よりｎ₁＝１．５、ｎ₂＝
１．５４、ｎ₃＝２．３６の屈折率の樹脂と薄膜を形成
し、ｄ₂＝１０７、ｄ₃＝７０とすれば反射率が最小と
なる。この構造の二層膜を表面に形成した樹脂モールド
発光ダイオードの発光出力を測定した結果、２０mAにお
ける発光出力は５．１mWであった。これはＳｉＯ₂と硫
化亜鉛の膜をつけない樹脂モールド型発光ダイオードの
２．８mWという値に比べて、１．８倍に向上した。ま
た、高温高湿における信頼性を調べるため、８５℃−９
０％ＲＨ（相対湿度）の条件で２，０００時間の通電試
験を行った結果を図９に示す。通電時間は図４の２倍で
ある。ＳｉＯ₂／硫化亜鉛の二層膜をつけたものは硫化
亜鉛単層のみのものよりも初期の発光出力が大きく、
２，０００時間通電後の出力低下もないことが分かっ
た。

【００４２】また、ｎ₃＝３．８のＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａ
ｓを用いる赤外発光ダイオード（λ＝８８０）について
はｎ₂＝２．６０のＴｉＯ₂を用いてｎ₀＝１．５、ｎ
₁＝１．６３とし、ｄ₁＝１４０、ｄ₂＝８５とすれば
反射率が最小となる。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように本実施例によれば次の
効果がある。

【００４４】(1) 請求項１に記載の化合物半導体光素子
によれば、屈折率が２．２〜２．７の反射防止膜で表面
を被覆したことにより、樹脂と光素子表面の間の光反射
損失が低減され、良好な光特性を得ることができる。

【００４５】(2) 請求項２ないし９に記載の発光ダイオ
ードによれば、屈折率が２．２〜２．６の反射防止膜で
表面を被覆したことにより、樹脂とウィンドウ層の間の
光反射損失が低減し、高い発光出力を得ることができ、
しかも耐湿性を改善し信頼性を向上できる。

【００４６】(3) 請求項１０に記載の発光ダイオードに
よれば、発光ダイオードの表面反射防止膜を歩留り良く
安価に形成でき、発光出力が高く、高信頼性の発光ダイ
オードを安価に製造できる。

【００４７】(4) 請求項３または７に記載の発光ダイオ
ードによれば、特に樹脂の屈折率に適応した二層膜より
反射率が減少する結果、発光ダイオードの発光出力が向
上するとともに、二層膜を設けたことにより耐湿性が改
善されて信頼性が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるＡｌＧａＡｓ系ＤＨ
構造赤色発光ダイオード構造の断面図。

【図２】第１実施例によるＡｌＧａＡｓ系ＤＨ構造赤色
発光ダイオードを搭載した樹脂モールド型発光ダイオー
ド構造の断面図。

【図３】本発明による反射防止膜を形成した実施例１と
反射防止膜を形成しない従来例、及び反射防止膜の屈折
率を変えた場合の発光出力特性図。

【図４】本発明の反射防止膜を形成した実施例による発
光ダイオードと、反射防止膜を形成しない発光ダイオー
ドの高温・高湿通電特性図。

【図５】第２実施例によるＡｌＧａＡｓ系ＤＨ構造裏面
反射型赤外発光ダイオード構造の断面図。

【図６】第３実施例によるＡｌＧａＡｓ系ＤＨ構造裏面
反射型赤色発光ダイオード構造の断面図。

【図７】第４実施例によるＡｌＧａＡｓ系ＤＨ構造赤色
発光ダイオード構造を示す図。

【図８】第４実施例による発光ダイオード表面の模式
図。

【図９】二層膜と単層膜とを比較した高温高湿における
発光ダイオードの高温・高湿通電特性図。

【図１０】従来のＡｌＧａＡｓ系ＤＨ構造赤色発光ダイ
オードの構造の一例を示す図。

【符号の説明】

１ｐ型ＧａＡｓ基板２ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層４ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層５反射防止膜６表面電極７裏面電極８発光ダイオード９リード１０リード１１樹脂１２金線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化合物半導体光素子において、表面の少な
くとも一部が屈折率２．２〜２．７の反射防止膜で覆わ
れていることを特徴とする化合物半導体光素子。
【請求項２】化合物半導体のｐｎ接合を有する発光ダイ
オードにおいて、少なくとも一部が、屈折率２．２〜
２．７の反射防止膜で覆われていることを特徴とする発
光ダイオード。
【請求項３】請求項２に記載の発光ダイオードにおい
て、反射防止膜がさらに保護膜で覆われていることを特
徴とする発光ダイオード。
【請求項４】請求項２ないし３のいずれかに記載の発光
ダイオードにおいて、反射防止膜が硫化亜鉛であること
を特徴とする発光ダイオード。
【請求項５】請求項２ないし３のいずれかに記載の発光
ダイオードにおいて、反射防止膜が酸化チタンであるこ
とを特徴とする発光ダイオード。
【請求項６】請求項２ないし３のいずれかに記載の発光
ダイオードにおいて、反射防止膜が硫化ひ素であること
を特徴とする発光ダイオード。
【請求項７】請求項２ないし６のいずれかに記載の発光
ダイオードにおいて、保護膜が酸化シリコンまたはシリ
コンナイトライドであることを特徴とする発光ダイオー
ド。
【請求項８】請求項２ないし７のいずれかに記載の発光
ダイオードにおいて、反射防止膜または保護膜の厚さが
λ／（４ｎ）（λは発光波長、ｎは反射防止膜または保
護膜の屈折率）の奇数倍であることを特徴とする発光ダ
イオード。
【請求項９】請求項２ないし８のいずれかに記載の発光
ダイオードにおいて、反射防止膜の厚さまたは反射防止
膜及び保護膜の総厚さが５０〜８００nmであることを特
徴とする発光ダイオード。
【請求項１０】請求項２ないし９のいずれかに記載の発
光ダイオードの反射防止膜または保護膜を形成するに際
して、反射防止膜または保護膜の形成方法がスパッタリ
ング法であることを特徴とする発光ダイオードの製造方
法。
【請求項１１】請求項２ないし１０のいずれかに記載の
発光ダイオードにおいて、ｐｎ接合の構成材料がIII −
Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする発光ダイオー
ド。
【請求項１２】請求項１１に記載の発光ダイオードにお
いて、光取出し層がＡｌＧａＡｓ層であり、かつｐｎ接
合がヘテロ接合構造であることを特徴とする発光ダイオ
ード。
【請求項１３】請求項２ないし１２のいずれかに記載の
発光ダイオードを使用した樹脂モールド型発光ダイオー
ド。