JPH10190050A - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
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- JPH10190050A JPH10190050A JP36173997A JP36173997A JPH10190050A JP H10190050 A JPH10190050 A JP H10190050A JP 36173997 A JP36173997 A JP 36173997A JP 36173997 A JP36173997 A JP 36173997A JP H10190050 A JPH10190050 A JP H10190050A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光の出射が従来のＬＥＤに比べて明らかに改
善されたＬＥＤ構造を提供する。 【解決手段】 ＬＥＤからの光の出射を改善するため
に、本発明によるＬＥＤにおいて、横方向の出射（端面
発光）は、発生したビームが比較的厚い導波路によって
ＬＥＤの側面へ導かれ、しかも出来るだけ多くのモード
で伝播可能であるようにする。
善されたＬＥＤ構造を提供する。 【解決手段】 ＬＥＤからの光の出射を改善するため
に、本発明によるＬＥＤにおいて、横方向の出射（端面
発光）は、発生したビームが比較的厚い導波路によって
ＬＥＤの側面へ導かれ、しかも出来るだけ多くのモード
で伝播可能であるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、全方面の光出射を
行う発光ダイオード（以下ＬＥＤと略す）に関する。
行う発光ダイオード（以下ＬＥＤと略す）に関する。
【０００２】
【従来の技術】面発光形及び端面発光形のＬＥＤが現在
使用されている。端面発光形のＬＥＤの場合、光は活性
層の平面で側方へ出射する。米国特許第５２６４７１５
号明細書には光が導波路内をデバイスの側面へ導かれる
ＬＥＤが記載されている。この米国特許明細書にはどの
ような手段を用いれば光が導波路内を不所望なモードで
伝播するのを阻止することができるかが記載されてい
る。一例では、導波路層の厚みは発生したビームが導波
路層の材料内を伝播する際の波長の０．８倍より若干大
きくされている。導波路はデバイスの端面にまで導かれ
る。活性領域は同様に端面にまで達するか又は導波路層
の内部の領域に限定される。
使用されている。端面発光形のＬＥＤの場合、光は活性
層の平面で側方へ出射する。米国特許第５２６４７１５
号明細書には光が導波路内をデバイスの側面へ導かれる
ＬＥＤが記載されている。この米国特許明細書にはどの
ような手段を用いれば光が導波路内を不所望なモードで
伝播するのを阻止することができるかが記載されてい
る。一例では、導波路層の厚みは発生したビームが導波
路層の材料内を伝播する際の波長の０．８倍より若干大
きくされている。導波路はデバイスの端面にまで導かれ
る。活性領域は同様に端面にまで達するか又は導波路層
の内部の領域に限定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、光の
出射が従来のＬＥＤに比べて明らかに改善されたＬＥＤ
構造を提供することにある。
出射が従来のＬＥＤに比べて明らかに改善されたＬＥＤ
構造を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、ビームの発生のために設けられた活性層と、この
活性層内に発生したビームを透過させる導波路層と、こ
の導波路層の材料より低い屈折率を持つ材料から成る少
なくとも１つの外被層と、電流注入のためのコンタクト
とを備え、活性層は導波路層の層部分を形成し、導波路
層の厚みは活性層内に発生したビームが導波路層の材料
内を伝播する際の波長に少なくとも等しく、活性層は導
波路層内に非対称に配置され、導波路層の側部を画成す
る側面が光の出射のために設けられ、コンタクトは、活
性層の上ならびに下に配置されしかもそれぞれ１つのタ
イプの導電形にドープされた領域にそれぞれ電気的に接
続されることによって解決される。
れば、ビームの発生のために設けられた活性層と、この
活性層内に発生したビームを透過させる導波路層と、こ
の導波路層の材料より低い屈折率を持つ材料から成る少
なくとも１つの外被層と、電流注入のためのコンタクト
とを備え、活性層は導波路層の層部分を形成し、導波路
層の厚みは活性層内に発生したビームが導波路層の材料
内を伝播する際の波長に少なくとも等しく、活性層は導
波路層内に非対称に配置され、導波路層の側部を画成す
る側面が光の出射のために設けられ、コンタクトは、活
性層の上ならびに下に配置されしかもそれぞれ１つのタ
イプの導電形にドープされた領域にそれぞれ電気的に接
続されることによって解決される。
【０００５】ＬＥＤからの光出射を改善するために、本
発明によるＬＥＤにおいては、発生したビームが比較的
厚い導波路によってＬＥＤの側面へ導かれ、しかも出来
るだけ多くのモードで伝播できるようにすることによっ
て、横方向の出射（端面発光）が改善される。
発明によるＬＥＤにおいては、発生したビームが比較的
厚い導波路によってＬＥＤの側面へ導かれ、しかも出来
るだけ多くのモードで伝播できるようにすることによっ
て、横方向の出射（端面発光）が改善される。
【０００６】
【実施例】添付の図面に基づいて行う以下の説明は主に
基板、例えばＧａＡｓ基板上にいわゆるヘテロ層構造を
形成したＩｎＧａＡｌＡｓの材料系のＬＥＤ構造に関す
る。従って本発明によるＬＥＤ構造は、例えばＩｎＧａ
ＡｌＰ／ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ又はＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＧａＡｓのような他の材料系でも実現可能で
ある。
基板、例えばＧａＡｓ基板上にいわゆるヘテロ層構造を
形成したＩｎＧａＡｌＡｓの材料系のＬＥＤ構造に関す
る。従って本発明によるＬＥＤ構造は、例えばＩｎＧａ
ＡｌＰ／ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ又はＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＧａＡｓのような他の材料系でも実現可能で
ある。
【０００７】図１には基板１上に成長させた層列が示さ
れている。この層列は下側外被層２、導波路層の下側部
分３、ビームの発生のために設けられた活性層４、導波
路層の上側部分３ａ、上側外被層５及び被覆層６の順番
で連続的に続いている。活性層４は全導波路層３、３
ａ、４の一部分である。この活性層は導波路層より著し
く薄い。ここで主に説明するＧａＡＳの材料系は基板１
のＧａＡＳと各成長層のＩｎy Ｇａ1-y Ａｌx Ａｓ1-x
である。なおｘ及びｙの値は外被層の屈折率が導波路層
の隣接部分の屈折率より明らかに低くなるように変えら
れる。このようにして導波路層の内部で導光が行われる
ようになる。この材料系の材料特性は知られている。例
えば屈折率はアルミニウム成分の減少と共に増大する。
活性層４は単一ポテンシャルウェル構造（量子ウェル）
として、又は多重ポテンシャルウェル（ＭＱＷ＝Ｍｕｌ
ｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔａｍ Ｗｅｌｌ＝多重量子ウェ
ル）として形成することができる。ＭＱＷ構造は異なっ
たエネルギーバンドギャップの層から成る層連列によっ
て形成される。個々の層は標準的に５ｎｍ〜２０ｎｍの
厚みである。内部に活性層が配置されている導波路層は
発生した光を透過させる高いエネルギーバンドギャップ
の材料（例えばＡｌＧｓＡｓ）から形成される。この導
波路層３、３ａ、４の特徴は発生したビームの少なくと
も１つの波長、好ましくは複数の波長の厚みＤ（層平面
に対して垂直な寸法）にある。その際発生したビームの
波長は材料内での屈折率の大きさに応じて真空中より短
いことを考慮すべきである。導波路層の厚みＤ（層平面
に対して垂直に層３、３ａ、４の全厚み）の標準的な寸
法は０．５μｍ〜３０μｍの範囲である。少なくとも
０．５μｍの厚み又は当該材料に整合する最低厚みによ
って、導波路層と外被層との境界で互いに隣接する材料
に起因して屈折率が跳躍する場合発生したビームは少な
くとも２つのモードで導波路内を伝播可能である。伝播
可能なモードの数、即ち導波路内でのビームの基本振動
は、導波路の材料と隣接する外被層との間の屈折率の跳
躍に依存する。本発明によるＬＥＤのために重要なこと
は、発生したビームが少なくとも２つのモードで、好ま
しくは多重モードで導波路内を、ビームが端面（即ち導
波路層の側部を画成する側面）に達するように、伝播可
能であることである。外被層は半導体材料から形成する
ことができ、特に層列（例えばブラッグ反射器の場合の
ように屈折率が交互に変わる層）によって形成すること
ができ、また誘電体から構成することも、又は周囲空気
によって形成することもできる。周囲空気によって形成
する場合、例えば上側外被層５は省略され、活性層内へ
の電流の注入は導波路層の導電性にドープされた上側部
分３ａによって行われる。即ち図示の層５、６は省略す
ることができる。
れている。この層列は下側外被層２、導波路層の下側部
分３、ビームの発生のために設けられた活性層４、導波
路層の上側部分３ａ、上側外被層５及び被覆層６の順番
で連続的に続いている。活性層４は全導波路層３、３
ａ、４の一部分である。この活性層は導波路層より著し
く薄い。ここで主に説明するＧａＡＳの材料系は基板１
のＧａＡＳと各成長層のＩｎy Ｇａ1-y Ａｌx Ａｓ1-x
である。なおｘ及びｙの値は外被層の屈折率が導波路層
の隣接部分の屈折率より明らかに低くなるように変えら
れる。このようにして導波路層の内部で導光が行われる
ようになる。この材料系の材料特性は知られている。例
えば屈折率はアルミニウム成分の減少と共に増大する。
活性層４は単一ポテンシャルウェル構造（量子ウェル）
として、又は多重ポテンシャルウェル（ＭＱＷ＝Ｍｕｌ
ｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔａｍ Ｗｅｌｌ＝多重量子ウェ
ル）として形成することができる。ＭＱＷ構造は異なっ
たエネルギーバンドギャップの層から成る層連列によっ
て形成される。個々の層は標準的に５ｎｍ〜２０ｎｍの
厚みである。内部に活性層が配置されている導波路層は
発生した光を透過させる高いエネルギーバンドギャップ
の材料（例えばＡｌＧｓＡｓ）から形成される。この導
波路層３、３ａ、４の特徴は発生したビームの少なくと
も１つの波長、好ましくは複数の波長の厚みＤ（層平面
に対して垂直な寸法）にある。その際発生したビームの
波長は材料内での屈折率の大きさに応じて真空中より短
いことを考慮すべきである。導波路層の厚みＤ（層平面
に対して垂直に層３、３ａ、４の全厚み）の標準的な寸
法は０．５μｍ〜３０μｍの範囲である。少なくとも
０．５μｍの厚み又は当該材料に整合する最低厚みによ
って、導波路層と外被層との境界で互いに隣接する材料
に起因して屈折率が跳躍する場合発生したビームは少な
くとも２つのモードで導波路内を伝播可能である。伝播
可能なモードの数、即ち導波路内でのビームの基本振動
は、導波路の材料と隣接する外被層との間の屈折率の跳
躍に依存する。本発明によるＬＥＤのために重要なこと
は、発生したビームが少なくとも２つのモードで、好ま
しくは多重モードで導波路内を、ビームが端面（即ち導
波路層の側部を画成する側面）に達するように、伝播可
能であることである。外被層は半導体材料から形成する
ことができ、特に層列（例えばブラッグ反射器の場合の
ように屈折率が交互に変わる層）によって形成すること
ができ、また誘電体から構成することも、又は周囲空気
によって形成することもできる。周囲空気によって形成
する場合、例えば上側外被層５は省略され、活性層内へ
の電流の注入は導波路層の導電性にドープされた上側部
分３ａによって行われる。即ち図示の層５、６は省略す
ることができる。
【０００８】活性層４の両側の層は導電形の符号が異な
るようにドープされる。例えば導波路層３、３ａは活性
層４と同様にドープされず、一方上側外被層５はｐドー
プされ、下側外被層２はｎドープされる。接続コンタク
トはその場合例えば同様にｐ形にドープされた被覆層６
及びｎ形にドープされた基板１の下面に設けられる。コ
ンタクトの金属と半導体材料との間の低い接触抵抗のた
めに、被覆層６に高ドープすることが推奨される。上側
外被層５及び被覆層６が省略される場合、導波路層の上
側部分３ａはｐ形にドープされる。コンタクトはその場
合直接上側導波路層上に設けられる。ドーピングの符号
は逆にすることもできる。
るようにドープされる。例えば導波路層３、３ａは活性
層４と同様にドープされず、一方上側外被層５はｐドー
プされ、下側外被層２はｎドープされる。接続コンタク
トはその場合例えば同様にｐ形にドープされた被覆層６
及びｎ形にドープされた基板１の下面に設けられる。コ
ンタクトの金属と半導体材料との間の低い接触抵抗のた
めに、被覆層６に高ドープすることが推奨される。上側
外被層５及び被覆層６が省略される場合、導波路層の上
側部分３ａはｐ形にドープされる。コンタクトはその場
合直接上側導波路層上に設けられる。ドーピングの符号
は逆にすることもできる。
【０００９】図１には、電流を印加した際電流注入の結
果としてビームの自然放出が励起される区域が円８によ
って示されている。このビームは導波路層の境界面で多
重反射されながら側面へ向かって矢印方向に反射され
る。出射は記入された矢印に従って側方へ種々の方向に
行われる。ビームの出射を改善するために側面に反射防
止膜７を設けることができる。なおこの反射防止膜７は
図１には右側のみに示されている。この反射防止膜７は
省略することができる。光の出射は他の公知の手段によ
っても改善することができる。活性層４は、この活性層
がビームを吸収しないか又は非常に僅かしか吸収せず、
それゆえ導波路全体が活性層を含めて僅かな吸収しかせ
ず、その結果導波路の内部で完全に反射された全ビーム
が実質上側面へ導かれるように形成される。従って本発
明によるＬＥＤ構造においてビームの出射は側面で特に
高い。
果としてビームの自然放出が励起される区域が円８によ
って示されている。このビームは導波路層の境界面で多
重反射されながら側面へ向かって矢印方向に反射され
る。出射は記入された矢印に従って側方へ種々の方向に
行われる。ビームの出射を改善するために側面に反射防
止膜７を設けることができる。なおこの反射防止膜７は
図１には右側のみに示されている。この反射防止膜７は
省略することができる。光の出射は他の公知の手段によ
っても改善することができる。活性層４は、この活性層
がビームを吸収しないか又は非常に僅かしか吸収せず、
それゆえ導波路全体が活性層を含めて僅かな吸収しかせ
ず、その結果導波路の内部で完全に反射された全ビーム
が実質上側面へ導かれるように形成される。従って本発
明によるＬＥＤ構造においてビームの出射は側面で特に
高い。
【００１０】活性層４は図示のように導波路層の２つの
同じ厚み部分３、３ａ間に配置することができる。本発
明によるダイオードの特に良好な機能は導波路層の内部
に活性層を非対称に配置した場合に生じ、その場合導波
路層の一方の部分（３又は３ａ）は他方の部分（３ａ又
は３）の厚みの最大で半分、好ましくは最大で十分の一
である。代表的な実施例の場合、導波路層全体の厚みＤ
は約６μｍであり、活性層４は外被層２、５から１００
ｎｍの距離で配置される。活性層と外被層とのこの距離
は任意に選定することができる。活性層の下又は上に位
置する導波路層の下側部分３又は上側部分４は省略する
ことができる。
同じ厚み部分３、３ａ間に配置することができる。本発
明によるダイオードの特に良好な機能は導波路層の内部
に活性層を非対称に配置した場合に生じ、その場合導波
路層の一方の部分（３又は３ａ）は他方の部分（３ａ又
は３）の厚みの最大で半分、好ましくは最大で十分の一
である。代表的な実施例の場合、導波路層全体の厚みＤ
は約６μｍであり、活性層４は外被層２、５から１００
ｎｍの距離で配置される。活性層と外被層とのこの距離
は任意に選定することができる。活性層の下又は上に位
置する導波路層の下側部分３又は上側部分４は省略する
ことができる。
【図１】本発明によるＬＥＤの実施例を示す概略図。
１ 基板 ２ 下側外被層 ３ 導波路層の下側部分 ３ａ 導波路層の上側部分 ４ 活性層 ５ 上側外被層 ６ 被覆層 Ｄ 導波路層の厚み
Claims (6)
- 【請求項１】 ビーム発生のために設けられた活性層
（４）と、この活性層（４）内に発生したビームを透過
させる導波路層（３、３ａ、４）と、この導波路層の材
料より低い屈折率を持つ材料から成る少なくとも１つの
外被層（２）と、電流注入のためのコンタクトとを備
え、活性層は導波路層の層部分を形成し、導波路層の厚
みは活性層内に発生したビームが導波路層の材料内を伝
播する際の波長に少なくとも等しく、活性層は導波路層
内に非対称に配置され、導波路層の側部を画成する側面
が光出射のために設けられ、コンタクトは、活性層の上
ならびに下に配置されしかもそれぞれ１つのタイプの導
電形にドープされた領域にそれぞれ電気的に接続される
ことを特徴とする半導体材料から成る層列を備えた発光
ダイオード。 - 【請求項２】 導波路層は少なくとも０．５μｍの厚み
であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオー
ド。 - 【請求項３】 活性層は導波路層の２つの部分（３、３
ａ）間に配置され、導波路層の一方の部分は他方の部分
の厚みの最大で半分であることを特徴とする請求項１又
は２記載の発光ダイオード。 - 【請求項４】 活性層は導波路層の２つの部分（３、３
ａ）間に配置され、導波路層の一方の部分は他方の部分
の厚みの最大で十分の一であることを特徴とする請求項
１又は２記載の発光ダイオード。 - 【請求項５】 導波路層は活性層及び残りの部分によっ
て形成され、活性層はこの残りの部分の上又は下に配置
されていることを特徴とする請求項１又は２記載の発光
ダイオード。 - 【請求項６】 活性層はＭＱＷ層列として形成されてい
ることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の発光
ダイオード。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19652528.4 | 1996-12-17 | ||
| DE19652528A DE19652528A1 (de) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | LED mit allseitiger Lichtauskopplung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10190050A true JPH10190050A (ja) | 1998-07-21 |
Family
ID=7815036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36173997A Ceased JPH10190050A (ja) | 1996-12-17 | 1997-12-10 | 発光ダイオード |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5973336A (ja) |
| EP (1) | EP0849812A3 (ja) |
| JP (1) | JPH10190050A (ja) |
| DE (1) | DE19652528A1 (ja) |
| TW (1) | TW392368B (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999005728A1 (en) | 1997-07-25 | 1999-02-04 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device |
| RU2134007C1 (ru) | 1998-03-12 | 1999-07-27 | Государственное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Полупроводниковый оптический усилитель |
| RU2142665C1 (ru) | 1998-08-10 | 1999-12-10 | Швейкин Василий Иванович | Инжекционный лазер |
| RU2142661C1 (ru) | 1998-12-29 | 1999-12-10 | Швейкин Василий Иванович | Инжекционный некогерентный излучатель |
| JP3770014B2 (ja) | 1999-02-09 | 2006-04-26 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体素子 |
| EP1168539B1 (en) | 1999-03-04 | 2009-12-16 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser device |
| US6634779B2 (en) * | 2001-01-09 | 2003-10-21 | Rpm Optoelectronics, Inc. | Method and apparatus for linear led lighting |
| US6940704B2 (en) | 2001-01-24 | 2005-09-06 | Gelcore, Llc | Semiconductor light emitting device |
| US6903379B2 (en) * | 2001-11-16 | 2005-06-07 | Gelcore Llc | GaN based LED lighting extraction efficiency using digital diffractive phase grating |
| US20050040410A1 (en) * | 2002-02-12 | 2005-02-24 | Nl-Nanosemiconductor Gmbh | Tilted cavity semiconductor optoelectronic device and method of making same |
| US7031360B2 (en) * | 2002-02-12 | 2006-04-18 | Nl Nanosemiconductor Gmbh | Tilted cavity semiconductor laser (TCSL) and method of making same |
| TW200524236A (en) * | 2003-12-01 | 2005-07-16 | Nl Nanosemiconductor Gmbh | Optoelectronic device incorporating an interference filter |
| TW200603401A (en) * | 2004-04-07 | 2006-01-16 | Nl Nanosemiconductor Gmbh | Optoelectronic device based on an antiwaveguiding cavity |
| US7369583B2 (en) * | 2004-06-07 | 2008-05-06 | Innolume Gmbh | Electrooptically wavelength-tunable resonant cavity optoelectronic device for high-speed data transfer |
| US20100118545A1 (en) * | 2007-04-06 | 2010-05-13 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Lighting structure |
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