JPH10256597A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH10256597A JPH10256597A JP5922297A JP5922297A JPH10256597A JP H10256597 A JPH10256597 A JP H10256597A JP 5922297 A JP5922297 A JP 5922297A JP 5922297 A JP5922297 A JP 5922297A JP H10256597 A JPH10256597 A JP H10256597A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光素子に逆方向の電圧が印加されても、ま
た交流電圧で駆動する場合にも、素子の破壊や劣化を抑
制し、むしろ逆に交流電圧駆動により輝度が大幅に向上
する半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 基板１と、該基板上に発光層を形成すべ
くｎ形層２およびｐ形層４を含む半導体層が積層される
第１の発光部１６と、前記基板上にまたは前記積層され
る半導体層の上にさらに発光層を形成すべくｎ形層９お
よびｐ形層７を含む半導体層が積層される第２の発光部
１７とを有し、前記第１の発光部のｐ形層および前記第
２の発光部のｎ形層が電気的に接続され、かつ、前記第
１の発光部のｎ形層および前記第２の発光部のｐ形層が
電気的に接続されている。
た交流電圧で駆動する場合にも、素子の破壊や劣化を抑
制し、むしろ逆に交流電圧駆動により輝度が大幅に向上
する半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 基板１と、該基板上に発光層を形成すべ
くｎ形層２およびｐ形層４を含む半導体層が積層される
第１の発光部１６と、前記基板上にまたは前記積層され
る半導体層の上にさらに発光層を形成すべくｎ形層９お
よびｐ形層７を含む半導体層が積層される第２の発光部
１７とを有し、前記第１の発光部のｐ形層および前記第
２の発光部のｎ形層が電気的に接続され、かつ、前記第
１の発光部のｎ形層および前記第２の発光部のｐ形層が
電気的に接続されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子に逆方向
の電圧が印加されても破壊しにくい半導体発光素子に関
する。さらに詳しくは、交流電圧で駆動される場合でも
素子が破壊せず、しかも輝度が大幅に向上する半導体発
光素子に関する。
の電圧が印加されても破壊しにくい半導体発光素子に関
する。さらに詳しくは、交流電圧で駆動される場合でも
素子が破壊せず、しかも輝度が大幅に向上する半導体発
光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体発光素子は、ｐ形層とｎ形
層とが直接接合するｐｎ接合、またはその間に活性層が
挟持されるダブルヘテロ接合の構造になっており、ｐ形
層とｎ形層との間に順方向の電圧が印加されることによ
り、ｐｎ接合部または活性層でキャリアが再結合して発
光する。
層とが直接接合するｐｎ接合、またはその間に活性層が
挟持されるダブルヘテロ接合の構造になっており、ｐ形
層とｎ形層との間に順方向の電圧が印加されることによ
り、ｐｎ接合部または活性層でキャリアが再結合して発
光する。
【０００３】このような半導体発光素子で、たとえば赤
色系（赤色から黄色）の光を発光する発光素子チップ
（以下、ＬＥＤチップという）は、たとえば図３（ａ）
に示されるような構造になっている。すなわち、ｎ形の
ＧａＡｓからなる半導体基板２１上に、たとえばｎ形の
ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料からなるｎ形クラッド層
（ｎ形層）２２、クラッド層よりバンドギャップエネル
ギーが小さくなる組成のノンドープのＡｌＧａＩｎＰ系
の半導体材料からなる活性層２３、ｐ形のＡｌＧａＩｎ
Ｐ系の半導体材料からなるｐ形クラッド層（ｐ形層）２
４がそれぞれエピタキシャル成長され、ダブルヘテロ接
合構造の発光層形成部２９が形成されている。さらにそ
の表面にＧａＰからなるｐ形のウィンドウ層（電流拡散
層）２５が順次エピタキシャル成長され、その表面にｐ
側電極（パッド）２７、半導体基板２１の裏面側にｎ側
電極（パッド）２８がそれぞれＡｕ-Ｚｎ-Ｎｉ合金やＡ
ｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などにより形成されることにより構成
されている。
色系（赤色から黄色）の光を発光する発光素子チップ
（以下、ＬＥＤチップという）は、たとえば図３（ａ）
に示されるような構造になっている。すなわち、ｎ形の
ＧａＡｓからなる半導体基板２１上に、たとえばｎ形の
ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料からなるｎ形クラッド層
（ｎ形層）２２、クラッド層よりバンドギャップエネル
ギーが小さくなる組成のノンドープのＡｌＧａＩｎＰ系
の半導体材料からなる活性層２３、ｐ形のＡｌＧａＩｎ
Ｐ系の半導体材料からなるｐ形クラッド層（ｐ形層）２
４がそれぞれエピタキシャル成長され、ダブルヘテロ接
合構造の発光層形成部２９が形成されている。さらにそ
の表面にＧａＰからなるｐ形のウィンドウ層（電流拡散
層）２５が順次エピタキシャル成長され、その表面にｐ
側電極（パッド）２７、半導体基板２１の裏面側にｎ側
電極（パッド）２８がそれぞれＡｕ-Ｚｎ-Ｎｉ合金やＡ
ｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などにより形成されることにより構成
されている。
【０００４】このようなＬＥＤチップは、図３（ｂ）に
等価回路図が示されるように、ダイオード構造になって
いるため、逆方向の電圧が印加されても電流が流れない
整流作用を利用して、直流電圧を両電極間に印加しない
で交流電圧を印加することにより、交流で順方向電圧に
なる場合にのみ流れる電流を利用して発光させる使用方
法も採用されている。
等価回路図が示されるように、ダイオード構造になって
いるため、逆方向の電圧が印加されても電流が流れない
整流作用を利用して、直流電圧を両電極間に印加しない
で交流電圧を印加することにより、交流で順方向電圧に
なる場合にのみ流れる電流を利用して発光させる使用方
法も採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】半導体発光素子に用い
られる赤色系のＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体もしくは
ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体、緑色系のＧａＰ系化合物
半導体、または青色系のチッ化ガリウム系化合物半導体
などの化合物半導体からなる発光素子は、逆方向電圧の
印加に対して耐圧が弱く破壊しやすい。そのため、半導
体発光素子を交流電圧駆動すると、素子の劣化が進み、
寿命が短くなったり、初期段階でも破壊する場合があ
り、歩留りが下がったり、信頼性が低下するという問題
がある。
られる赤色系のＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体もしくは
ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体、緑色系のＧａＰ系化合物
半導体、または青色系のチッ化ガリウム系化合物半導体
などの化合物半導体からなる発光素子は、逆方向電圧の
印加に対して耐圧が弱く破壊しやすい。そのため、半導
体発光素子を交流電圧駆動すると、素子の劣化が進み、
寿命が短くなったり、初期段階でも破壊する場合があ
り、歩留りが下がったり、信頼性が低下するという問題
がある。
【０００６】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、発光素子に逆方向の電圧が印加されても、ま
た交流電圧で駆動する場合にも素子の破壊や劣化を抑制
し、むしろ逆に交流電圧駆動により輝度が大幅に向上し
得る半導体発光素子を提供することを目的とする。
たもので、発光素子に逆方向の電圧が印加されても、ま
た交流電圧で駆動する場合にも素子の破壊や劣化を抑制
し、むしろ逆に交流電圧駆動により輝度が大幅に向上し
得る半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子は、基板と、該基板上に発光層を形成すべくｎ形層
およびｐ形層を含む半導体層が積層される第１の発光部
と、前記基板上にまたは前記積層される半導体層の上に
さらに発光層を形成すべくｎ形層およびｐ形層を含む半
導体層が積層される第２の発光部とからなり、前記第１
の発光部のｐ形層および前記第２の発光部のｎ形層が電
気的に接続され、かつ、前記第１の発光部のｎ形層およ
び前記第２の発光部のｐ形層が電気的に接続されてい
る。
素子は、基板と、該基板上に発光層を形成すべくｎ形層
およびｐ形層を含む半導体層が積層される第１の発光部
と、前記基板上にまたは前記積層される半導体層の上に
さらに発光層を形成すべくｎ形層およびｐ形層を含む半
導体層が積層される第２の発光部とからなり、前記第１
の発光部のｐ形層および前記第２の発光部のｎ形層が電
気的に接続され、かつ、前記第１の発光部のｎ形層およ
び前記第２の発光部のｐ形層が電気的に接続されてい
る。
【０００８】この構成にすることにより、発光素子の両
端に交流電圧が印加されても２つの発光部のうちいずれ
か一方の発光部は順方向の電圧になる。順方向の電圧の
印加であれば電流が流れて高い電圧が印加され続けるこ
とがなく、逆方向となる発光部への逆方向電圧の印加の
負担は低くなる。その結果、交流が印加されてもいずれ
の発光部にも逆方向の高い電圧が印加されず、素子の破
壊や劣化を招かない。一方、交流の正負のいずれの位相
でもどちらかの発光部が発光し、同じ交流電圧の印加に
対して、従来の半サイクルごとに発光する場合に比べて
倍の輝度が得られる。
端に交流電圧が印加されても２つの発光部のうちいずれ
か一方の発光部は順方向の電圧になる。順方向の電圧の
印加であれば電流が流れて高い電圧が印加され続けるこ
とがなく、逆方向となる発光部への逆方向電圧の印加の
負担は低くなる。その結果、交流が印加されてもいずれ
の発光部にも逆方向の高い電圧が印加されず、素子の破
壊や劣化を招かない。一方、交流の正負のいずれの位相
でもどちらかの発光部が発光し、同じ交流電圧の印加に
対して、従来の半サイクルごとに発光する場合に比べて
倍の輝度が得られる。
【０００９】前記第１および第２の発光部がそれぞれ同
じ半導体材料で発光層を形成し、同じ波長の光を発光す
るように形成されれば、同じ色の輝度の大きい発光素子
が得られる。また、異なる半導体材料で発光層を形成
し、異なる波長の光を発光するように形成すれば、同時
に異なる波長の光を発光させたり、２色の混色を得るこ
とができる。
じ半導体材料で発光層を形成し、同じ波長の光を発光す
るように形成されれば、同じ色の輝度の大きい発光素子
が得られる。また、異なる半導体材料で発光層を形成
し、異なる波長の光を発光するように形成すれば、同時
に異なる波長の光を発光させたり、２色の混色を得るこ
とができる。
【００１０】前記第１および第２の発光部の少なくとも
一方の発光層を形成する半導体材料がＡｌＧａＩｎＰ系
またはＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体であれば、赤色系
の可視光を含む発光素子が得られる。ここにＡｌＧａＩ
ｎＰ系化合物半導体とは、（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ
0.49Ｐの形で表され、ｘの値が０と１との間で種々の値
のときの材料を意味する。なお、（Ａｌx Ｇａ1-x ）と
Ｉｎの混晶比率の０.５１および０.４９はＡｌＧａＩｎ
Ｐ系化合物半導体が積層されるＧａＡｓなどの半導体基
板と格子整合される比率であることを意味する。なお、
たとえばＡｌＧａＡｓ系化合物半導体とは、ＡｌとＧａ
の混晶比率が種々変わり得ることを意味し、他の化合物
半導体についても同様である。
一方の発光層を形成する半導体材料がＡｌＧａＩｎＰ系
またはＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体であれば、赤色系
の可視光を含む発光素子が得られる。ここにＡｌＧａＩ
ｎＰ系化合物半導体とは、（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.51Ｉｎ
0.49Ｐの形で表され、ｘの値が０と１との間で種々の値
のときの材料を意味する。なお、（Ａｌx Ｇａ1-x ）と
Ｉｎの混晶比率の０.５１および０.４９はＡｌＧａＩｎ
Ｐ系化合物半導体が積層されるＧａＡｓなどの半導体基
板と格子整合される比率であることを意味する。なお、
たとえばＡｌＧａＡｓ系化合物半導体とは、ＡｌとＧａ
の混晶比率が種々変わり得ることを意味し、他の化合物
半導体についても同様である。
【００１１】前記第１および第２の発光部の電気的に接
続されるｎ形層とｐ形層およびｐ形層とｎ形層のそれぞ
れに電気的に接続して設けられる電極パッドの少なくと
も一方は、前記第１および第２の発光部に共通して設け
られることにより、発光面側に設けられる電極の面積を
小さくすることができ、光の遮断が少なくなり、外部に
取り出すことができる光の割合である外部発光効率が向
上する。
続されるｎ形層とｐ形層およびｐ形層とｎ形層のそれぞ
れに電気的に接続して設けられる電極パッドの少なくと
も一方は、前記第１および第２の発光部に共通して設け
られることにより、発光面側に設けられる電極の面積を
小さくすることができ、光の遮断が少なくなり、外部に
取り出すことができる光の割合である外部発光効率が向
上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子について説明をする。
明の半導体発光素子について説明をする。
【００１３】本発明の半導体発光素子は、その一実施形
態の断面説明図が図１（ａ）に示されるように、同一の
半導体基板１上に第１の発光部１６と第２の発光部１７
とが形成され、第１の発光部１６を形成するｐ形層（ｐ
形ウインドウ層６またはｐ形クラッド層４）およびｎ形
層（ｎ形クラッド層２またはｎ形基板１）がそれぞれ第
２の発光部１７のｎ形層（ｎ形コンタクト層１１または
ｎ形クラッド層９）およびｐ形層（ｐ形クラッド層７ま
たはｐ形ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層６ａ）と電気的
に接続されている。図１（ａ）に示される例では、それ
ぞれの発光部に独立してｐ側とｎ側の電極１２、１３お
よび１４、１５がそれぞれ設けられ、第１の発光部１６
のｐ側電極１２と第２の発光部１７のｎ側電極１５、お
よび第１の発光部１６のｎ側電極１３と第２の発光部１
７のｐ側電極１４とがそれぞれ電気的に接続されてい
る。その結果、図１（ｂ）に等価回路図が示されるよう
に、２つの発光部１６、１７のダイオード特性が逆向き
に並列接続され、その両端に電極端子１８、１９が設け
られる構造になっている。
態の断面説明図が図１（ａ）に示されるように、同一の
半導体基板１上に第１の発光部１６と第２の発光部１７
とが形成され、第１の発光部１６を形成するｐ形層（ｐ
形ウインドウ層６またはｐ形クラッド層４）およびｎ形
層（ｎ形クラッド層２またはｎ形基板１）がそれぞれ第
２の発光部１７のｎ形層（ｎ形コンタクト層１１または
ｎ形クラッド層９）およびｐ形層（ｐ形クラッド層７ま
たはｐ形ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層６ａ）と電気的
に接続されている。図１（ａ）に示される例では、それ
ぞれの発光部に独立してｐ側とｎ側の電極１２、１３お
よび１４、１５がそれぞれ設けられ、第１の発光部１６
のｐ側電極１２と第２の発光部１７のｎ側電極１５、お
よび第１の発光部１６のｎ側電極１３と第２の発光部１
７のｐ側電極１４とがそれぞれ電気的に接続されてい
る。その結果、図１（ｂ）に等価回路図が示されるよう
に、２つの発光部１６、１７のダイオード特性が逆向き
に並列接続され、その両端に電極端子１８、１９が設け
られる構造になっている。
【００１４】第１の発光部１６は、ｎ形ＧａＡｓ基板１
上にｎ形ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるｎ形ク
ラッド層（ｎ形層）２と、該クラッド層よりバンドギャ
ップエネルギーの小さい組成のノンドープのＡｌＧａＩ
ｎＰ系化合物半導体からなる活性層３と、ｎ形クラッド
層と同じ組成のｐ形ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体から
なるｐ形クラッド層（ｐ形層）４からなる発光層形成部
５が積層され、その表面にＡｌＧａＡｓ系化合物半導体
からなるｐ形ウインドウ層６が設けられ、その表面にｐ
側電極１２が、ＧａＡｓ基板１の裏面にｎ側電極１３
が、それぞれＡｕ-Ｔｉ合金またはＡｕ-Ｚｎ-Ｎｉ合金
やＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などにより設けられることにより
形成されている。
上にｎ形ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるｎ形ク
ラッド層（ｎ形層）２と、該クラッド層よりバンドギャ
ップエネルギーの小さい組成のノンドープのＡｌＧａＩ
ｎＰ系化合物半導体からなる活性層３と、ｎ形クラッド
層と同じ組成のｐ形ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体から
なるｐ形クラッド層（ｐ形層）４からなる発光層形成部
５が積層され、その表面にＡｌＧａＡｓ系化合物半導体
からなるｐ形ウインドウ層６が設けられ、その表面にｐ
側電極１２が、ＧａＡｓ基板１の裏面にｎ側電極１３
が、それぞれＡｕ-Ｔｉ合金またはＡｕ-Ｚｎ-Ｎｉ合金
やＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などにより設けられることにより
形成されている。
【００１５】第２の発光部１７は、第１の発光部の各半
導体層が積層された表面のｐ形ＡｌＧａＡｓ系半導体層
６ａ上に、さらに第１の発光部１６と同じ材料で、ｐ形
ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるｐ形クラッド層
（ｐ形層）７、該クラッド層よりバンドギャップエネル
ギーの小さい組成のノンドープのＡｌＧａＩｎＰ系化合
物半導体からなる活性層８、およびｎ形ＡｌＧａＩｎＰ
系化合物半導体からなるｎ形クラッド層（ｎ形層）９、
からなる発光層形成部１０が積層され、その表面にｎ形
ＧａＡｓからなるコンタクト層１１が設けられ、その表
面にｎ側電極１５がＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金により、積層さ
れた半導体層７〜１１の一部がエッチングされて露出す
るｐ形ＡｌＧａＡｓ層６ａにｐ側電極１４がそれぞれＡ
ｕ-Ｔｉ合金またはＡｕ-Ｚｎ-Ｎｉ合金などにより設け
られることにより形成されている。
導体層が積層された表面のｐ形ＡｌＧａＡｓ系半導体層
６ａ上に、さらに第１の発光部１６と同じ材料で、ｐ形
ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるｐ形クラッド層
（ｐ形層）７、該クラッド層よりバンドギャップエネル
ギーの小さい組成のノンドープのＡｌＧａＩｎＰ系化合
物半導体からなる活性層８、およびｎ形ＡｌＧａＩｎＰ
系化合物半導体からなるｎ形クラッド層（ｎ形層）９、
からなる発光層形成部１０が積層され、その表面にｎ形
ＧａＡｓからなるコンタクト層１１が設けられ、その表
面にｎ側電極１５がＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金により、積層さ
れた半導体層７〜１１の一部がエッチングされて露出す
るｐ形ＡｌＧａＡｓ層６ａにｐ側電極１４がそれぞれＡ
ｕ-Ｔｉ合金またはＡｕ-Ｚｎ-Ｎｉ合金などにより設け
られることにより形成されている。
【００１６】第１の発光部１６のための発光層形成部５
およびウインドウ層６は、第１の発光部１６と第２の発
光部１７との間の分離溝２０により分離され、同じｐ形
ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層のウインドウ層６に第１
の発光部１６のｐ側電極１２が設けられ、第２の発光部
１７側のｐ形ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層６ａに第２
の発光部１７のｐ側電極１４が設けられている。そし
て、両発光部１６、１７のｐ側電極とｎ側電極１２と１
５および１４と１３がそれぞれ電気的に接続されてい
る。この電気的接続は、金線などのワイヤによる外部で
の接続や、表面に設けられる配線膜によりなされる。
およびウインドウ層６は、第１の発光部１６と第２の発
光部１７との間の分離溝２０により分離され、同じｐ形
ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層のウインドウ層６に第１
の発光部１６のｐ側電極１２が設けられ、第２の発光部
１７側のｐ形ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層６ａに第２
の発光部１７のｐ側電極１４が設けられている。そし
て、両発光部１６、１７のｐ側電極とｎ側電極１２と１
５および１４と１３がそれぞれ電気的に接続されてい
る。この電気的接続は、金線などのワイヤによる外部で
の接続や、表面に設けられる配線膜によりなされる。
【００１７】本発明によれば、同一の基板１上に第１の
発光部１６と第２の発光部１７が設けられており、それ
ぞれの発光部の順方向特性が逆になるように（両発光部
のｐ形層とｎ形層とがそれぞれ電気的に接続されるよう
に）並列接続されている。そのため、交流電圧が印加さ
れると２つの発光部のうちいずれか一方は、常に順方向
になり、常にどちらかの発光部に電流が流れて発光す
る。そのため、発光部に印加される逆方向電圧による負
担は少なく、外部からのサージ電圧または交流電圧の印
加による逆方向電圧による破壊または劣化が生じない。
一方、交流電圧の印加により駆動する場合、半サイクル
ごとに正負が反転するが、いずれの位相でもどちらかの
発光部が発光し、両発光部の発光波長が同じであれば、
従来の発光素子に交流電圧を印加して発光させる場合に
比べて倍の輝度で発光する。その結果、破壊しにくく信
頼性が高いと共に、輝度の大きな半導体発光素子が得ら
れる。
発光部１６と第２の発光部１７が設けられており、それ
ぞれの発光部の順方向特性が逆になるように（両発光部
のｐ形層とｎ形層とがそれぞれ電気的に接続されるよう
に）並列接続されている。そのため、交流電圧が印加さ
れると２つの発光部のうちいずれか一方は、常に順方向
になり、常にどちらかの発光部に電流が流れて発光す
る。そのため、発光部に印加される逆方向電圧による負
担は少なく、外部からのサージ電圧または交流電圧の印
加による逆方向電圧による破壊または劣化が生じない。
一方、交流電圧の印加により駆動する場合、半サイクル
ごとに正負が反転するが、いずれの位相でもどちらかの
発光部が発光し、両発光部の発光波長が同じであれば、
従来の発光素子に交流電圧を印加して発光させる場合に
比べて倍の輝度で発光する。その結果、破壊しにくく信
頼性が高いと共に、輝度の大きな半導体発光素子が得ら
れる。
【００１８】このような半導体発光素子の製法を具体例
により説明する。まず、たとえば有機金属化学気相成長
法（ＭＯＣＶＤ法）により、ｎ形のＧａＡｓ基板１をＭ
ＯＣＶＤ装置内に入れ、反応ガスのトリエチルガリウム
（以下、ＴＥＧという）またはトリメチルガリウム（以
下、ＴＭＧという）、トリメチルアルミニウム（以下、
ＴＭＡという）、トリメチルインジウム（以下、ＴＭＩ
ｎという）、およびホスフィン（以下、ＰＨ3 という）
と、ＳｅのドーパントガスであるＨ2 Ｓｅとをキャリア
ガスの水素（Ｈ2 ）と共に導入し、たとえば（Ａｌ0.7
Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ形クラッド層２を
０.５μｍ程度、反応ガスのＴＭＡを減らしてＴＥＧま
たはＴＭＧを増やし、たとえばノンドープの（Ａｌ0.25
Ｇａ0.75）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる活性層３を０.５μ
ｍ程度、ｎ形クラッド層３と同様の反応ガスで、Ｈ2 Ｓ
ｅの代わりに、Ｚｎのドーパントガスとしてのジメチル
亜鉛（ＤＭＺｎ）を導入して（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51
Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ形クラッド層４を０.５μｍ程度
エピタキシャル成長し、発光層形成部５を形成する。さ
らに、反応ガスのＰＨ3 をアルシン（以下、ＡｓＨ3 と
いう）に変更すると共に、ＴＭＩｎを止めて、ｐ形のＡ
ｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるウインドウ層６を
０.１〜２０μｍ程度成長する。
により説明する。まず、たとえば有機金属化学気相成長
法（ＭＯＣＶＤ法）により、ｎ形のＧａＡｓ基板１をＭ
ＯＣＶＤ装置内に入れ、反応ガスのトリエチルガリウム
（以下、ＴＥＧという）またはトリメチルガリウム（以
下、ＴＭＧという）、トリメチルアルミニウム（以下、
ＴＭＡという）、トリメチルインジウム（以下、ＴＭＩ
ｎという）、およびホスフィン（以下、ＰＨ3 という）
と、ＳｅのドーパントガスであるＨ2 Ｓｅとをキャリア
ガスの水素（Ｈ2 ）と共に導入し、たとえば（Ａｌ0.7
Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ形クラッド層２を
０.５μｍ程度、反応ガスのＴＭＡを減らしてＴＥＧま
たはＴＭＧを増やし、たとえばノンドープの（Ａｌ0.25
Ｇａ0.75）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる活性層３を０.５μ
ｍ程度、ｎ形クラッド層３と同様の反応ガスで、Ｈ2 Ｓ
ｅの代わりに、Ｚｎのドーパントガスとしてのジメチル
亜鉛（ＤＭＺｎ）を導入して（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51
Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ形クラッド層４を０.５μｍ程度
エピタキシャル成長し、発光層形成部５を形成する。さ
らに、反応ガスのＰＨ3 をアルシン（以下、ＡｓＨ3 と
いう）に変更すると共に、ＴＭＩｎを止めて、ｐ形のＡ
ｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるウインドウ層６を
０.１〜２０μｍ程度成長する。
【００１９】さらに、反応ガスのＡｓＨ3 を再度ＰＨ3
に変えると共に、ＴＭＩｎを導入し、（Ａｌ0.7 Ｇａ
0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ化合物半導体からなるｐ形クラッ
ド層７を０.５μｍ程度、ドーパントガスを止めると共
に反応ガスのＴＭＡを減らしてＴＥＧまたはＴＭＧを増
やし、ノンドープの（Ａｌ0.25Ｇａ0.75）0.51Ｉｎ0.49
Ｐからなる活性層８を０.５μｍ程度、ｐ形クラッド層
７と同様の反応ガスで、ＤＭＺｎの代わりにＨ2 Ｓｅを
導入して（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる
ｎ形クラッド層９を０.５μｍ程度エピタキシャル成長
し、発光層形成部１０を形成する。さらに、反応ガスを
ＴＥＧまたはＴＭＧとＡｓＨ3 にしてＧａＡｓからなる
ｎ形のコンタクト層１１を０.０５〜０.５μｍ程度形成
する。
に変えると共に、ＴＭＩｎを導入し、（Ａｌ0.7 Ｇａ
0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ化合物半導体からなるｐ形クラッ
ド層７を０.５μｍ程度、ドーパントガスを止めると共
に反応ガスのＴＭＡを減らしてＴＥＧまたはＴＭＧを増
やし、ノンドープの（Ａｌ0.25Ｇａ0.75）0.51Ｉｎ0.49
Ｐからなる活性層８を０.５μｍ程度、ｐ形クラッド層
７と同様の反応ガスで、ＤＭＺｎの代わりにＨ2 Ｓｅを
導入して（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる
ｎ形クラッド層９を０.５μｍ程度エピタキシャル成長
し、発光層形成部１０を形成する。さらに、反応ガスを
ＴＥＧまたはＴＭＧとＡｓＨ3 にしてＧａＡｓからなる
ｎ形のコンタクト層１１を０.０５〜０.５μｍ程度形成
する。
【００２０】その後、第２の発光部１７の形成のために
積層した発光層形成部１０を、第１の発光部１６の形成
部および第２の発光部１７の一部の領域でエッチングし
て、ｐ形ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層６、６ａを露出
させる。その後、第１の発光部１６の形成のために積層
したウインドウ層６および発光層形成部５を、第１の発
光部１６と第２の発光部１７とで分離するように、ｎ形
クラッド層２またはＧａＡｓからなる基板１が露出する
までエッチングをし、分離溝２０を形成する。
積層した発光層形成部１０を、第１の発光部１６の形成
部および第２の発光部１７の一部の領域でエッチングし
て、ｐ形ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層６、６ａを露出
させる。その後、第１の発光部１６の形成のために積層
したウインドウ層６および発光層形成部５を、第１の発
光部１６と第２の発光部１７とで分離するように、ｎ形
クラッド層２またはＧａＡｓからなる基板１が露出する
までエッチングをし、分離溝２０を形成する。
【００２１】その後、エッチングにより露出するウイン
ドウ層６およびＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層６ａの表
面、積層された半導体層のｎ形ＧａＡｓからなるコンタ
クト層１１の表面、および基板１の裏面にそれぞれＡｕ
-Ｔｉ合金またはＡｕ-Ｚｎ-Ｎｉ合金などからなるｐ側
電極１２、１４およびＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などからなる
ｎ側電極１３、１５をそれぞれ形成し、ダイシングして
チップ化する。そして第１の発光部１６のｐ側電極１２
と第２の発光部１７のｎ側電極１５とを、また第１の発
光部１６のｎ側電極１３と第２の発光部１７のｐ側電極
１４とを、たとえば金線などを各電極間にワイヤボンデ
ィングすることにより、それぞれ電気的に接続する。
ドウ層６およびＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層６ａの表
面、積層された半導体層のｎ形ＧａＡｓからなるコンタ
クト層１１の表面、および基板１の裏面にそれぞれＡｕ
-Ｔｉ合金またはＡｕ-Ｚｎ-Ｎｉ合金などからなるｐ側
電極１２、１４およびＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などからなる
ｎ側電極１３、１５をそれぞれ形成し、ダイシングして
チップ化する。そして第１の発光部１６のｐ側電極１２
と第２の発光部１７のｎ側電極１５とを、また第１の発
光部１６のｎ側電極１３と第２の発光部１７のｐ側電極
１４とを、たとえば金線などを各電極間にワイヤボンデ
ィングすることにより、それぞれ電気的に接続する。
【００２２】図２は、両発光部１６、１７の半導体層を
電気的に接続する他の例を示す平面説明図で、各半導体
層がすべて積層された後に、その表面にＳｉＯ2 などの
絶縁膜２１が設けられ、その上に設けられる配線膜２２
により絶縁膜２１に設けられるコンタクト孔２３を介し
て接続されるものである。この場合、その配線膜２２に
電気的に接続して電極パッド１２が設けられれば、外部
回路との接続用の電極パッド１２を、両発光部で共用す
ることができる。このようにすることにより、ワイヤボ
ンディングをするために大きな電極パッドを各発光部の
半導体層の表面に設けなくてもよいため、光を遮断する
電極面積を小さくすることができて外部発光効率が向上
する。
電気的に接続する他の例を示す平面説明図で、各半導体
層がすべて積層された後に、その表面にＳｉＯ2 などの
絶縁膜２１が設けられ、その上に設けられる配線膜２２
により絶縁膜２１に設けられるコンタクト孔２３を介し
て接続されるものである。この場合、その配線膜２２に
電気的に接続して電極パッド１２が設けられれば、外部
回路との接続用の電極パッド１２を、両発光部で共用す
ることができる。このようにすることにより、ワイヤボ
ンディングをするために大きな電極パッドを各発光部の
半導体層の表面に設けなくてもよいため、光を遮断する
電極面積を小さくすることができて外部発光効率が向上
する。
【００２３】前述の例では、第１の発光部と第２の発光
部の発光層形成部の半導体材料に同じ材料を用い、同じ
波長の光を発光させ、輝度の大きい半導体発光素子とし
たが、第１と第２の発光部で異なる半導体材料を用い、
異なる波長の光を発光させることもできる。この場合、
両発光部の光を混合して混色で発光させることもできる
し、それぞれ異なる側の側面から異なる波長の光を発光
させることもできる。たとえば前述の図１に示される第
１の発光部の半導体層の積層が終った後に、ＧａＰ層を
積層することにより、第１の発光部を赤色系、第２の発
光部を緑色系にすることができる。また、赤色系の発光
部を形成するのにＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体を用い
たが、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を用いることもでき
る。
部の発光層形成部の半導体材料に同じ材料を用い、同じ
波長の光を発光させ、輝度の大きい半導体発光素子とし
たが、第１と第２の発光部で異なる半導体材料を用い、
異なる波長の光を発光させることもできる。この場合、
両発光部の光を混合して混色で発光させることもできる
し、それぞれ異なる側の側面から異なる波長の光を発光
させることもできる。たとえば前述の図１に示される第
１の発光部の半導体層の積層が終った後に、ＧａＰ層を
積層することにより、第１の発光部を赤色系、第２の発
光部を緑色系にすることができる。また、赤色系の発光
部を形成するのにＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体を用い
たが、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を用いることもでき
る。
【００２４】さらに前述の例では、第１の発光部と第２
の発光部との間の分離溝２０をＧａＡｓ基板１に達する
まで入れているが、それぞれのｐ側電極が接続されるｐ
形層が分離されていればよい。
の発光部との間の分離溝２０をＧａＡｓ基板１に達する
まで入れているが、それぞれのｐ側電極が接続されるｐ
形層が分離されていればよい。
【００２５】さらに前述の例では、第２の発光部を形成
するための半導体層の積層を第１の発光部用の半導体層
の上にさらに積層しているが、半導体基板上にそれぞれ
部分的に選択成長をすることにより、基板上に直接別々
に発光部を形成してもよい。また、基板は導電性の半導
体基板が用いられているが、青色系のチッ化ガリウム系
化合物半導体のように、サファイアなどの絶縁性基板上
に半導体層が積層されてもよい。
するための半導体層の積層を第１の発光部用の半導体層
の上にさらに積層しているが、半導体基板上にそれぞれ
部分的に選択成長をすることにより、基板上に直接別々
に発光部を形成してもよい。また、基板は導電性の半導
体基板が用いられているが、青色系のチッ化ガリウム系
化合物半導体のように、サファイアなどの絶縁性基板上
に半導体層が積層されてもよい。
【００２６】さらに、前述の例では、各発光部の発光層
形成部がｎ形層とｐ形層とにより活性層が挟持されるダ
ブルヘテロ接合構造であるが、発光層形成部はこのよう
な構造でなくても、ホモｐｎ接合構造などの他の構造で
あってもよく、また第１および第２の発光部で異なる構
造の発光層形成部であってもよい。
形成部がｎ形層とｐ形層とにより活性層が挟持されるダ
ブルヘテロ接合構造であるが、発光層形成部はこのよう
な構造でなくても、ホモｐｎ接合構造などの他の構造で
あってもよく、また第１および第２の発光部で異なる構
造の発光層形成部であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、２個の発光部がその順
方向特性が逆になるように並列に接続されているため、
交流電圧が印加されても各発光部のどちらかは常に順方
向になり、他方の発光部の逆方向電圧による負担が減
り、逆耐圧の低い発光素子用の半導体でも破壊したり、
劣化することがない。また、交流電圧が印加されること
により、交流の正負のいずれの位相でもどちらかの発光
部が常に発光する。そのため、信頼性が高く、かつ、交
流電圧駆動により輝度の高い半導体発光素子が得られ
る。
方向特性が逆になるように並列に接続されているため、
交流電圧が印加されても各発光部のどちらかは常に順方
向になり、他方の発光部の逆方向電圧による負担が減
り、逆耐圧の低い発光素子用の半導体でも破壊したり、
劣化することがない。また、交流電圧が印加されること
により、交流の正負のいずれの位相でもどちらかの発光
部が常に発光する。そのため、信頼性が高く、かつ、交
流電圧駆動により輝度の高い半導体発光素子が得られ
る。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施形態の断面説
明図である。
明図である。
【図２】本発明の半導体発光素子の他の実施形態の平面
説明図である。
説明図である。
【図３】従来の半導体発光素子の構造例を示す図であ
る。
る。
１ 基板 ２ ｎ形クラッド層 ４ ｐ形クラッド層 ５ 発光層形成部 ７ ｐ形クラッド層 ９ ｎ形クラッド層 １０ 発光層形成部 １６ 第１の発光部 １７ 第２の発光部
Claims (5)
- 【請求項１】 基板と、該基板上に発光層を形成すべく
ｎ形層およびｐ形層を含む半導体層が積層される第１の
発光部と、前記基板上にまたは前記積層される半導体層
の上にさらに発光層を形成すべくｎ形層およびｐ形層を
含む半導体層が積層される第２の発光部とを有し、前記
第１の発光部のｐ形層および前記第２の発光部のｎ形層
が電気的に接続され、かつ、前記第１の発光部のｎ形層
および前記第２の発光部のｐ形層が電気的に接続されて
なる半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記第１および第２の発光部がそれぞれ
同じ半導体材料で発光層を形成し、同じ波長の光を発光
する請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記第１および第２の発光部がそれぞれ
異なる半導体材料で発光層を形成し、異なる波長の光を
発光する請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記第１および第２の発光部の少なくと
も一方の発光層を形成する半導体材料がＡｌＧａＩｎＰ
系化合物半導体である請求項１、２または３記載の半導
体発光素子。 - 【請求項５】 前記第１および第２の発光部の電気的に
接続されるｎ形層とｐ形層およびｐ形層とｎ形層のそれ
ぞれに電気的に接続して設けられる電極パッドの少なく
とも一方は、前記第１および第２の発光部に共通して設
けられる請求項１、２、３または４記載の半導体発光素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5922297A JP3691202B2 (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5922297A JP3691202B2 (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10256597A true JPH10256597A (ja) | 1998-09-25 |
| JP3691202B2 JP3691202B2 (ja) | 2005-09-07 |
Family
ID=13107148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5922297A Expired - Fee Related JP3691202B2 (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3691202B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1031772C2 (nl) * | 2005-05-13 | 2008-05-14 | Ind Tech Res Inst | Wisselstroom licht uitzendende inrichting. |
| US7474681B2 (en) | 2005-05-13 | 2009-01-06 | Industrial Technology Research Institute | Alternating current light-emitting device |
| US8704241B2 (en) | 2005-05-13 | 2014-04-22 | Epistar Corporation | Light-emitting systems |
| WO2015114711A1 (ja) * | 2014-01-29 | 2015-08-06 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体発光素子およびその駆動回路 |
| US9455242B2 (en) * | 2010-09-06 | 2016-09-27 | Epistar Corporation | Semiconductor optoelectronic device |
| JP2017028287A (ja) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | 晶元光電股▲ふん▼有限公司 | 発光装置及びその製造方法 |
| DE102021104673A1 (de) | 2021-02-26 | 2022-09-01 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Pixelierte lichtquelle, verfahren und verwendung |
-
1997
- 1997-03-13 JP JP5922297A patent/JP3691202B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9985074B2 (en) | 2005-05-13 | 2018-05-29 | Epistar Corporation | Light-emitting device |
| US7474681B2 (en) | 2005-05-13 | 2009-01-06 | Industrial Technology Research Institute | Alternating current light-emitting device |
| US8704241B2 (en) | 2005-05-13 | 2014-04-22 | Epistar Corporation | Light-emitting systems |
| DE102006021648B4 (de) | 2005-05-13 | 2021-08-19 | Epistar Corp. | Licht emittierende Vorrichtung für Wechselspannung und Herstellungsverfahren dafür |
| NL1031772C2 (nl) * | 2005-05-13 | 2008-05-14 | Ind Tech Res Inst | Wisselstroom licht uitzendende inrichting. |
| US9490234B2 (en) | 2005-05-13 | 2016-11-08 | Epistar Corporation | Alternative current light-emitting systems |
| US9070573B2 (en) | 2005-10-07 | 2015-06-30 | Epistar Corporation | Light-emitting systems |
| US9093292B2 (en) | 2005-10-07 | 2015-07-28 | Epistar Corporation | Light-emitting systems |
| US9455242B2 (en) * | 2010-09-06 | 2016-09-27 | Epistar Corporation | Semiconductor optoelectronic device |
| JPWO2015114711A1 (ja) * | 2014-01-29 | 2017-03-23 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体発光素子およびその駆動回路 |
| WO2015114711A1 (ja) * | 2014-01-29 | 2015-08-06 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体発光素子およびその駆動回路 |
| JP2017028287A (ja) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | 晶元光電股▲ふん▼有限公司 | 発光装置及びその製造方法 |
| DE102021104673A1 (de) | 2021-02-26 | 2022-09-01 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Pixelierte lichtquelle, verfahren und verwendung |
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|---|---|
| JP3691202B2 (ja) | 2005-09-07 |
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