JPH1168153A - 発光ダイオードおよびその製造方法 - Google Patents
発光ダイオードおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光波長が９２０ｎｍ〜１０５０ｎｍになる
発光ダイオードにおける光出力向上、光出力バラツキ低
減、製造コスト低減。 【解決手段】 ＧａＡｓ基板と、前記ＧａＡｓ基板上に
設けられる複数の化合物半導体層とを有し、前記化合物
半導体層の１乃至複数層で活性層を構成してなる発光ダ
イオードであって、前記活性層は井戸層がＩｎＧａＡｓ
であり障壁層がＩｎＧａＡｓＰである多重量子井戸構造
になっている。前記井戸層は３層乃至２０層になってい
る。前記ＧａＡｓ基板の一面は半球面に形成され、前記
半球面が光出射面になっている。
発光ダイオードにおける光出力向上、光出力バラツキ低
減、製造コスト低減。 【解決手段】 ＧａＡｓ基板と、前記ＧａＡｓ基板上に
設けられる複数の化合物半導体層とを有し、前記化合物
半導体層の１乃至複数層で活性層を構成してなる発光ダ
イオードであって、前記活性層は井戸層がＩｎＧａＡｓ
であり障壁層がＩｎＧａＡｓＰである多重量子井戸構造
になっている。前記井戸層は３層乃至２０層になってい
る。前記ＧａＡｓ基板の一面は半球面に形成され、前記
半球面が光出射面になっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオードおよ
びその製造方法、特にＧａＡｓのバンドギャップよりも
長い波長で発光する直接遷移型発光ダイオードの製造技
術に関する。
びその製造方法、特にＧａＡｓのバンドギャップよりも
長い波長で発光する直接遷移型発光ダイオードの製造技
術に関する。
【０００２】
【従来の技術】表示装置用あるいは光通信用の発光源の
一つとして、発光ダイオードが多用されている。発光ダ
イオードの素子構造の一つとして、株式会社 日立製作
所 半導体事業部発行「日立オプトデバイスデータブッ
ク」1996年版P211に記載されているように、発光面が半
球面（ドーム）となるドーム型の発光ダイオード（赤外
発光ダイオード）が知られている。
一つとして、発光ダイオードが多用されている。発光ダ
イオードの素子構造の一つとして、株式会社 日立製作
所 半導体事業部発行「日立オプトデバイスデータブッ
ク」1996年版P211に記載されているように、発光面が半
球面（ドーム）となるドーム型の発光ダイオード（赤外
発光ダイオード）が知られている。
【０００３】ドーム型発光ダイオードは、光ファイバと
の光結合効率を平面形発光ダイオードの約２倍とするこ
とができる。
の光結合効率を平面形発光ダイオードの約２倍とするこ
とができる。
【０００４】また、発光部を構成する活性層を量子井戸
化することについては、日経ＢＰ社発行「日経エレクト
ロニクス」1985年１月号、P213〜P239に記載されてい
る。
化することについては、日経ＢＰ社発行「日経エレクト
ロニクス」1985年１月号、P213〜P239に記載されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】赤外発光ダイオード
は、ＧａＡｓまたはＧａＡｓよりもバンドギャップの大
きいＧａＡｌＡｓによって活性層を設けた構造になって
いる。ＧａＡｓまたはＧａＡｌＡｓを活性層としている
ため、発光波長は７５０ｎｍから９００ｎｍの範囲であ
り、ＧａＡｓには吸収されてしまう波長であることか
ら、基板は活性層よりもバンドギャップの大きいＧａＡ
ｌＡｓを用いている。
は、ＧａＡｓまたはＧａＡｓよりもバンドギャップの大
きいＧａＡｌＡｓによって活性層を設けた構造になって
いる。ＧａＡｓまたはＧａＡｌＡｓを活性層としている
ため、発光波長は７５０ｎｍから９００ｎｍの範囲であ
り、ＧａＡｓには吸収されてしまう波長であることか
ら、基板は活性層よりもバンドギャップの大きいＧａＡ
ｌＡｓを用いている。
【０００６】また、光の取り出し効率を上げるために、
基板の一面を半球形（ドーム形）に加工してドーム面と
している。
基板の一面を半球形（ドーム形）に加工してドーム面と
している。
【０００７】発光ダイオードの基板になるＧａＡｌＡｓ
は、ＧａＡｓ基板上に形成したものを使用する。すなわ
ち、ＧａＡｓ基板（ウエハ）上にエピタキシャル成長に
よってＧａＡｌＡｓ基板層を形成し、その後表面に発光
ダイオード素子を形成した後、前記ＧａＡｓ基板をバッ
クラップによって除去し、その後前記ＧａＡｌＡｓ基板
を縦横に分断するとともに、ＧａＡｌＡｓ基板をドーム
加工している。
は、ＧａＡｓ基板上に形成したものを使用する。すなわ
ち、ＧａＡｓ基板（ウエハ）上にエピタキシャル成長に
よってＧａＡｌＡｓ基板層を形成し、その後表面に発光
ダイオード素子を形成した後、前記ＧａＡｓ基板をバッ
クラップによって除去し、その後前記ＧａＡｌＡｓ基板
を縦横に分断するとともに、ＧａＡｌＡｓ基板をドーム
加工している。
【０００８】このため、ＧａＡｌＡｓ基板の使用は発光
ダイオードの製造コストの低減を妨げる。たとえば、一
辺が約４０ｍｍの四角形のＧａＡｌＡｓの単価は、直径
２インチのＧａＡｓ基板の単価の５倍以上と高額にな
る。
ダイオードの製造コストの低減を妨げる。たとえば、一
辺が約４０ｍｍの四角形のＧａＡｌＡｓの単価は、直径
２インチのＧａＡｓ基板の単価の５倍以上と高額にな
る。
【０００９】また、前記ＧａＡｌＡｓ（Ｇａ1-X ＡｌX
Ａｓ）はＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長によって
形成されるが、エピタキシャル成長時、Ａｌの混晶比ｘ
が成長と共に減じるため、ＧａＡｓ基板およびその上の
ＧａＡｌＡｓ基板層からなるウエハを大口径化すると熱
膨張係数の違いによって割れてしまう。
Ａｓ）はＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長によって
形成されるが、エピタキシャル成長時、Ａｌの混晶比ｘ
が成長と共に減じるため、ＧａＡｓ基板およびその上の
ＧａＡｌＡｓ基板層からなるウエハを大口径化すると熱
膨張係数の違いによって割れてしまう。
【００１０】また、当然のこととしてＧａＡｓ基板はＡ
ｌが含まれず、ＧａＡｌＡｓ基板層にはＡｌが含まれる
ことから、両者の熱膨張係数の違いによって反りが発生
する。すなわち、ＧａＡｓ基板面の中央部分が窪むよう
に反りが発生する。この反り量は、たとえば、３００μ
ｍの厚さのＧａＡｓ基板上に３５０μｍの厚さのＧａＡ
ｌＡｓ基板層を形成した場合、ウエハの１辺の長さが約
４０ｍｍ程度の場合前記反り量は約１００μｍ前後にな
る。
ｌが含まれず、ＧａＡｌＡｓ基板層にはＡｌが含まれる
ことから、両者の熱膨張係数の違いによって反りが発生
する。すなわち、ＧａＡｓ基板面の中央部分が窪むよう
に反りが発生する。この反り量は、たとえば、３００μ
ｍの厚さのＧａＡｓ基板上に３５０μｍの厚さのＧａＡ
ｌＡｓ基板層を形成した場合、ウエハの１辺の長さが約
４０ｍｍ程度の場合前記反り量は約１００μｍ前後にな
る。
【００１１】この反りは、後にＧａＡｓ基板をバックラ
ップして除去した際、ウエハの厚さの違いになり、ドー
ム型発光ダイオードチップの高さの不均一になって現れ
る。チップ厚さが厚ければドームが高くなり、低い部分
ではドーム面で反射し、この反射光が前方へ進むため前
方への光出力は大きくなるが、チップが薄くなるとドー
ム高さが低くなり、低い部分では光はドーム面で反射す
ることなく側方へ直進するため前方へ進む光の量が減り
前方への光出力は小さくなる。
ップして除去した際、ウエハの厚さの違いになり、ドー
ム型発光ダイオードチップの高さの不均一になって現れ
る。チップ厚さが厚ければドームが高くなり、低い部分
ではドーム面で反射し、この反射光が前方へ進むため前
方への光出力は大きくなるが、チップが薄くなるとドー
ム高さが低くなり、低い部分では光はドーム面で反射す
ることなく側方へ直進するため前方へ進む光の量が減り
前方への光出力は小さくなる。
【００１２】一方、受光素子として感度ピーク波長が９
００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度であるシリコンホトダイオ
ードが使用されているが、従来の赤外発光ダイオードは
発光波長が９００ｎｍ以下であるため、シリコンホトダ
イオードを検出素子とするモニタシステムの発光素子と
しては赤外発光ダイオードは適さない。
００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度であるシリコンホトダイオ
ードが使用されているが、従来の赤外発光ダイオードは
発光波長が９００ｎｍ以下であるため、シリコンホトダ
イオードを検出素子とするモニタシステムの発光素子と
しては赤外発光ダイオードは適さない。
【００１３】他方、前記文献のように発光ダイオードの
活性層を単に量子井戸化した場合、光取り出し効率が低
い。すなわち、前記文献の量子井戸構造の発光ダイオー
ド素子は、ＧａＡｓを基板とし、ＳｉドープのＧａＡｓ
層を井戸層とし、ＡｌＡｓ層を障壁層としたものである
が、発光波長がＧａＡｓ基板のバンドギャップ波長より
短いため、基板側に出た光は基板側に吸収され有効な光
取り出し効率が得られない。
活性層を単に量子井戸化した場合、光取り出し効率が低
い。すなわち、前記文献の量子井戸構造の発光ダイオー
ド素子は、ＧａＡｓを基板とし、ＳｉドープのＧａＡｓ
層を井戸層とし、ＡｌＡｓ層を障壁層としたものである
が、発光波長がＧａＡｓ基板のバンドギャップ波長より
短いため、基板側に出た光は基板側に吸収され有効な光
取り出し効率が得られない。
【００１４】また、発明者等は基板側から光を取り出せ
る量子井戸層を有した発光ダイオード素子としてＧａＡ
ｌＡｓ基板上に井戸層数１６でＧａＡｓを井戸層，Ｇａ
ＡｌＡｓを障壁層とした発光ダイオード素子をＭＯＣＶ
Ｄ（有機金属熱分解法）法により試作したことがある。
る量子井戸層を有した発光ダイオード素子としてＧａＡ
ｌＡｓ基板上に井戸層数１６でＧａＡｓを井戸層，Ｇａ
ＡｌＡｓを障壁層とした発光ダイオード素子をＭＯＣＶ
Ｄ（有機金属熱分解法）法により試作したことがある。
【００１５】しかし、ＧａＡｌＡｓを基板とした場合に
は、Ａｌの酸化被膜が基板表面に形成され、良好な結晶
成長が得られる部分がわずかしか得られないという問題
が生じることがわかった。
は、Ａｌの酸化被膜が基板表面に形成され、良好な結晶
成長が得られる部分がわずかしか得られないという問題
が生じることがわかった。
【００１６】そこで、本発明者は発光ダイオードの基板
としてＧａＡｓ基板を使用し、かつ発光波長をシリコン
ホトダイオードの感度ピーク波長に略対応できる発光ダ
イオードの開発を化合物半導体材料の選択をも含め検討
した結果本発明をなした。
としてＧａＡｓ基板を使用し、かつ発光波長をシリコン
ホトダイオードの感度ピーク波長に略対応できる発光ダ
イオードの開発を化合物半導体材料の選択をも含め検討
した結果本発明をなした。
【００１７】本発明の目的は、発光ダイオードの光出力
の向上を図ることにある。
の向上を図ることにある。
【００１８】本発明の他の目的は、光出力バラツキを低
減できる発光ダイオードおよびその製造方法を提供する
ことにある。
減できる発光ダイオードおよびその製造方法を提供する
ことにある。
【００１９】本発明の他の目的は、発光波長が９２０ｎ
ｍ〜１０５０ｎｍになる発光ダイオードおよびその製造
方法を提供することにある。
ｍ〜１０５０ｎｍになる発光ダイオードおよびその製造
方法を提供することにある。
【００２０】本発明の他の目的は、製造コストの低減が
達成できる発光ダイオードおよびその製造方法を提供す
ることにある。
達成できる発光ダイオードおよびその製造方法を提供す
ることにある。
【００２１】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【００２３】（１）ＧａＡｓ基板と、前記ＧａＡｓ基板
上に設けられる複数の化合物半導体層とを有し、前記化
合物半導体層の１乃至複数層で活性層を構成してなる発
光ダイオードであって、前記活性層は井戸層がＩｎＧａ
Ａｓであり障壁層がＩｎＧａＡｓＰである多重量子井戸
構造になっている。前記井戸層は３層乃至２０層になっ
ている。前記ＧａＡｓ基板の一面は半球面に形成され、
前記半球面が光出射面になっている。
上に設けられる複数の化合物半導体層とを有し、前記化
合物半導体層の１乃至複数層で活性層を構成してなる発
光ダイオードであって、前記活性層は井戸層がＩｎＧａ
Ａｓであり障壁層がＩｎＧａＡｓＰである多重量子井戸
構造になっている。前記井戸層は３層乃至２０層になっ
ている。前記ＧａＡｓ基板の一面は半球面に形成され、
前記半球面が光出射面になっている。
【００２４】このような発光ダイオードは以下の方法に
よって製造される。
よって製造される。
【００２５】ＧａＡｓ基板を用意した後、前記ＧａＡｓ
基板の一面に有機金属熱分解法によって複数の化合物半
導体層を形成してＩｎＧａＡｓ井戸層とＩｎＧａＡｓＰ
障壁層とによる多重量子井戸（歪補償多重量子井戸構
造、井戸層は３層乃至２０層）からなる活性層を形成
し、その後前記活性層よりも深く無端状の溝を形成する
とともに、前記溝の内外の化合物半導体層表面にそれぞ
れ電極を形成し、ついで前記ＧａＡｓ基板を分断して発
光ダイオードチップを形成する。前記ＧａＡｓ基板を分
断した後、ＧａＡｓ基板面を半球面に形成してドーム型
の発光ダイオードチップを製造する。
基板の一面に有機金属熱分解法によって複数の化合物半
導体層を形成してＩｎＧａＡｓ井戸層とＩｎＧａＡｓＰ
障壁層とによる多重量子井戸（歪補償多重量子井戸構
造、井戸層は３層乃至２０層）からなる活性層を形成
し、その後前記活性層よりも深く無端状の溝を形成する
とともに、前記溝の内外の化合物半導体層表面にそれぞ
れ電極を形成し、ついで前記ＧａＡｓ基板を分断して発
光ダイオードチップを形成する。前記ＧａＡｓ基板を分
断した後、ＧａＡｓ基板面を半球面に形成してドーム型
の発光ダイオードチップを製造する。
【００２６】（２）ＧａＡｓ基板と、前記ＧａＡｓ基板
上に設けられる複数の化合物半導体層とを有し、前記化
合物半導体層の１乃至複数層で活性層を構成してなる発
光ダイオードであって、前記活性層は井戸層がＩｎＧａ
Ａｓであり障壁層がＩｎＧａＡｓＰである多重量子井戸
構造になっている。前記井戸層は３層乃至２０層になっ
ている。前記化合物半導体層の表面には前記活性層から
発光される光を透過する球状レンズが固定されている。
上に設けられる複数の化合物半導体層とを有し、前記化
合物半導体層の１乃至複数層で活性層を構成してなる発
光ダイオードであって、前記活性層は井戸層がＩｎＧａ
Ａｓであり障壁層がＩｎＧａＡｓＰである多重量子井戸
構造になっている。前記井戸層は３層乃至２０層になっ
ている。前記化合物半導体層の表面には前記活性層から
発光される光を透過する球状レンズが固定されている。
【００２７】前記（１）の手段によれば、（ａ）活性層
が量子井戸構造であることから、従来のように活性層が
シングルヘテロ構造またはダブルヘテロ構造である発光
ダイオードに比較して、微分量子効率が向上し、光出力
が向上する。たとえば、光出力は従来品の１０Ｗに比較
して１５Ｗと５０％高くなる。
が量子井戸構造であることから、従来のように活性層が
シングルヘテロ構造またはダブルヘテロ構造である発光
ダイオードに比較して、微分量子効率が向上し、光出力
が向上する。たとえば、光出力は従来品の１０Ｗに比較
して１５Ｗと５０％高くなる。
【００２８】（ｂ）多重量子井戸構造（ＭＱＷ）からな
る活性層はＭＯＣＶＤ法によって形成されていることか
ら、活性層バラツキが低減し、微分量子効率バラツキが
低減するため、活性層の発光部から半球面までの距離の
バラツキが小さくなり、光の取り出し効率バラツキが低
くなり、光出力バラツキが低減できる。
る活性層はＭＯＣＶＤ法によって形成されていることか
ら、活性層バラツキが低減し、微分量子効率バラツキが
低減するため、活性層の発光部から半球面までの距離の
バラツキが小さくなり、光の取り出し効率バラツキが低
くなり、光出力バラツキが低減できる。
【００２９】（ｃ）ＧａＡｓ基板上に格子定数が近似し
た化合物半導体層を形成してＭＱＷからなる活性層を形
成するため、従来のようにＧａＡｓ基板上にＧａＡｌＡ
ｓを形成し、このＧａＡｌＡｓ上に化合物半導体層を形
成して活性層を形成する場合のような格子定数の違いに
よる反りの発生がないことから、ＧａＡｓ基板を縦横に
分割して発光ダイオードチップを形成した場合、発光ダ
イオードチップの厚さ（高さ）のバラツキが小さくな
る。したがって、ＧａＡｓ基板の一面（露出面）を半球
面に形成した場合も発光部から半球面までの距離のバラ
ツキが小さくなり、光の取り出し効率バラツキが低くな
り、光出力バラツキが低減できる。
た化合物半導体層を形成してＭＱＷからなる活性層を形
成するため、従来のようにＧａＡｓ基板上にＧａＡｌＡ
ｓを形成し、このＧａＡｌＡｓ上に化合物半導体層を形
成して活性層を形成する場合のような格子定数の違いに
よる反りの発生がないことから、ＧａＡｓ基板を縦横に
分割して発光ダイオードチップを形成した場合、発光ダ
イオードチップの厚さ（高さ）のバラツキが小さくな
る。したがって、ＧａＡｓ基板の一面（露出面）を半球
面に形成した場合も発光部から半球面までの距離のバラ
ツキが小さくなり、光の取り出し効率バラツキが低くな
り、光出力バラツキが低減できる。
【００３０】（ｄ）前記（ｂ）および（ｃ）により、発
光ダイオードの製造においては製造歩留りを向上させる
ことができ、製造コストの低減が達成できる。
光ダイオードの製造においては製造歩留りを向上させる
ことができ、製造コストの低減が達成できる。
【００３１】（ｅ）発光ダイオード製造に用いる基板は
ＧａＡｓ基板であり、従来のような高価なＧａＡｌＡｓ
基板ではないことから、発光ダイオードの製造コストの
低減が図れる。
ＧａＡｓ基板であり、従来のような高価なＧａＡｌＡｓ
基板ではないことから、発光ダイオードの製造コストの
低減が図れる。
【００３２】（ｆ）発光ダイオード製造に用いる基板は
ＧａＡｓ基板であり、従来のような高価なＧａＡｓ基板
にＧａＡｌＡｓ基板層を形成した反りが発生するもので
ないことから、製造時大口径の基板の使用が可能にな
り、発光ダイオードの製造コストの低減が図れる。
ＧａＡｓ基板であり、従来のような高価なＧａＡｓ基板
にＧａＡｌＡｓ基板層を形成した反りが発生するもので
ないことから、製造時大口径の基板の使用が可能にな
り、発光ダイオードの製造コストの低減が図れる。
【００３３】（ｇ）発光ダイオード製造に用いる基板は
ＧａＡｓ基板であり、従来のようなＧａＡｓ基板にＧａ
ＡｌＡｓ基板層を形成したものでないことから、基板裏
面を研磨してＧａＡｌＡｓからなる基板を形成する必要
もなく、発光ダイオードの製造コストの低減が図れる。
ＧａＡｓ基板であり、従来のようなＧａＡｓ基板にＧａ
ＡｌＡｓ基板層を形成したものでないことから、基板裏
面を研磨してＧａＡｌＡｓからなる基板を形成する必要
もなく、発光ダイオードの製造コストの低減が図れる。
【００３４】（ｈ）活性層はＩｎＧａＡｓ井戸層とＩｎ
ＧａＡｓＰ障壁層とによるＭＱＷであることから、発光
波長は９００ｎｍ〜１０００ｎｍにすることができる。
したがって、発光波長が９２０ｎｍ〜９５０ｎｍになる
シリコンホトダイオードに対する発光源として使用する
ことができる。
ＧａＡｓＰ障壁層とによるＭＱＷであることから、発光
波長は９００ｎｍ〜１０００ｎｍにすることができる。
したがって、発光波長が９２０ｎｍ〜９５０ｎｍになる
シリコンホトダイオードに対する発光源として使用する
ことができる。
【００３５】前記（２）の手段によれば、ＧａＡｓ基板
を半球面にした場合の効果を除く前記手段（１）の構成
によって得られる効果に加え、前記化合物半導体層の表
面には前記活性層から発光される光を透過する球状レン
ズが固定されていることから、光の取り出し効率がさら
に高くなる。
を半球面にした場合の効果を除く前記手段（１）の構成
によって得られる効果に加え、前記化合物半導体層の表
面には前記活性層から発光される光を透過する球状レン
ズが固定されていることから、光の取り出し効率がさら
に高くなる。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を
説明するための全図において、同一機能を有するものは
同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を
説明するための全図において、同一機能を有するものは
同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００３７】（実施形態１）本実施形態１では、カメラ
のオートフォーカスシステムに組み込んで好適な発光ダ
イオードに本発明を適用した例について説明する。本実
施形態１ではシリコンホトダイオードの感度ピーク波長
（９２０ｎｍ〜９５０ｎｍ）に対応した発光波長９２０
ｎｍ〜１０００ｎｍを有する発光ダイオードおよびその
製造方法について説明する。
のオートフォーカスシステムに組み込んで好適な発光ダ
イオードに本発明を適用した例について説明する。本実
施形態１ではシリコンホトダイオードの感度ピーク波長
（９２０ｎｍ〜９５０ｎｍ）に対応した発光波長９２０
ｎｍ〜１０００ｎｍを有する発光ダイオードおよびその
製造方法について説明する。
【００３８】本実施形態１の発光ダイオード１は、図１
に示すような円形の発光ダイオードチップ２０で形成さ
れている。
に示すような円形の発光ダイオードチップ２０で形成さ
れている。
【００３９】図１に示すように、発光ダイオードチップ
２０は半球状のドーム２１を有している。前記ドーム２
１の下側は平坦面２２となり、中心には円形のアノード
電極８が設けられ、周縁側には前記アノード電極８に対
して同心円になるカソード電極７が設けられている。
２０は半球状のドーム２１を有している。前記ドーム２
１の下側は平坦面２２となり、中心には円形のアノード
電極８が設けられ、周縁側には前記アノード電極８に対
して同心円になるカソード電極７が設けられている。
【００４０】両方の電極を同心円的に配置した場合に
は、配線基板の電極接続のための配線（ランド）も同心
円的に形成する必要がある。
は、配線基板の電極接続のための配線（ランド）も同心
円的に形成する必要がある。
【００４１】なお、前記カソード電極７を馬蹄形にすれ
ば、発光ダイオード１を配線基板に固定した際、カソー
ド電極７に接続される配線と前記アノード電極８に固定
される配線が交差しなくなる。
ば、発光ダイオード１を配線基板に固定した際、カソー
ド電極７に接続される配線と前記アノード電極８に固定
される配線が交差しなくなる。
【００４２】前記ドーム２１のその殆どはｎ型のＧａＡ
ｓ基板２になり、このＧａＡｓ基板２の平坦側に、Ｇａ
Ａｓと格子定数が一致した厚さ約２μｍのｎ型ＩｎＧａ
Ｐ層３、ＭＱＷからなる活性層４、ＧａＡｓと格子定数
が一致した厚さ約２μｍｐ型ＩｎＧａＰ層５、厚さ約
０．５μｍのｐ型ＧａＡｓ層が順次積層されている。
ｓ基板２になり、このＧａＡｓ基板２の平坦側に、Ｇａ
Ａｓと格子定数が一致した厚さ約２μｍのｎ型ＩｎＧａ
Ｐ層３、ＭＱＷからなる活性層４、ＧａＡｓと格子定数
が一致した厚さ約２μｍｐ型ＩｎＧａＰ層５、厚さ約
０．５μｍのｐ型ＧａＡｓ層が順次積層されている。
【００４３】そして、これらｎ型ＩｎＧａＰ層３，活性
層４，ｐ型ＩｎＧａＰ層５，ｐ型ＧａＡｓ層６からなる
多層の化合物半導体層に対して、図１および図２に示す
ように、前記活性層４の深さよりも深くドーナツ状（無
端状）に溝１０が形成されている。
層４，ｐ型ＩｎＧａＰ層５，ｐ型ＧａＡｓ層６からなる
多層の化合物半導体層に対して、図１および図２に示す
ように、前記活性層４の深さよりも深くドーナツ状（無
端状）に溝１０が形成されている。
【００４４】また、前記溝１０の内周壁およびその上下
の平坦部分の一部にはＳｉＯ2 膜からなるパッシベーシ
ョン膜９が設けられている。そして、前記ＳｉＯ2膜パ
ッシベーション膜９によって囲まれる内側のｐ型ＧａＡ
ｓ層６の平坦面部分にはアノード電極８が形成されてい
る。
の平坦部分の一部にはＳｉＯ2 膜からなるパッシベーシ
ョン膜９が設けられている。そして、前記ＳｉＯ2膜パ
ッシベーション膜９によって囲まれる内側のｐ型ＧａＡ
ｓ層６の平坦面部分にはアノード電極８が形成されてい
る。
【００４５】また、前記溝１０の底中間から溝１０の外
周壁ならびに溝１０の外側のｐ型ＧａＡｓ層６の平坦面
部分にはカソード電極７が形成されている。
周壁ならびに溝１０の外側のｐ型ＧａＡｓ層６の平坦面
部分にはカソード電極７が形成されている。
【００４６】したがって、前記カソード電極７とアノー
ド電極８間に所定の電圧を印加すると、アノード電極８
からｐ型ＧａＡｓ層６，ｐ型ＩｎＧａＰ層５，活性層
４，ｎ型ＩｎＧａＰ層３を通り、溝１０の底のＧａＡｓ
基板２部分を通ってカソード電極７に向かって電流が流
れる。図１に示す矢印部分１１は電流の流れるパスを示
すものである。
ド電極８間に所定の電圧を印加すると、アノード電極８
からｐ型ＧａＡｓ層６，ｐ型ＩｎＧａＰ層５，活性層
４，ｎ型ＩｎＧａＰ層３を通り、溝１０の底のＧａＡｓ
基板２部分を通ってカソード電極７に向かって電流が流
れる。図１に示す矢印部分１１は電流の流れるパスを示
すものである。
【００４７】これにより、溝１０の内側の活性層４部分
から光１２が発光される。
から光１２が発光される。
【００４８】ＧａＡｓ基板２をドーム状に加工してある
ことから、前記活性層４で発生した光１２はＧａＡｓ基
板２の界面（ドーム面：半球面）で全反射されることな
く外部に出射されるため、光の取り出し効率が向上し、
光出力が向上する。
ことから、前記活性層４で発生した光１２はＧａＡｓ基
板２の界面（ドーム面：半球面）で全反射されることな
く外部に出射されるため、光の取り出し効率が向上し、
光出力が向上する。
【００４９】図３に活性層４部分の断面構造を示す。活
性層４は歪補償多重量子井戸構造（ＭＱＷ）であり、約
２μｍの厚さのｎ型ＩｎＧａＰ層３と約２μｍの厚さの
ｐ型ＩｎＧａＰ層５との間に形成されている。井戸層は
３〜２０層である。
性層４は歪補償多重量子井戸構造（ＭＱＷ）であり、約
２μｍの厚さのｎ型ＩｎＧａＰ層３と約２μｍの厚さの
ｐ型ＩｎＧａＰ層５との間に形成されている。井戸層は
３〜２０層である。
【００５０】井戸層１３は、ＧａＡｓよりバンドギャッ
プが大きい厚さ数ｎｍから１０数ｎｍのＩｎX Ｇａ1-X
Ａｓ層である。ｘはＩｎとＧａの組成比である。井戸層
１３の格子定数はＧａＡｓより大きく、即ちプラスに歪
んでおり、その歪み量はｘの値に依存する。
プが大きい厚さ数ｎｍから１０数ｎｍのＩｎX Ｇａ1-X
Ａｓ層である。ｘはＩｎとＧａの組成比である。井戸層
１３の格子定数はＧａＡｓより大きく、即ちプラスに歪
んでおり、その歪み量はｘの値に依存する。
【００５１】障壁層１４は、ＩｎＧａＰよりバンドギャ
ップが小さい厚さ数ｎｍから１０数ｎｍのＩｎy Ｇａ
1-Y Ａｓz Ｐ1-z障壁層である。ｙはＩｎとＧａの組成
比であり、ｚはＡｓとＰの組成比である。ｙ，ｚの値は
障壁層１４のバンドギャップおよび歪み補償するために
必要な格子定数から決まる。
ップが小さい厚さ数ｎｍから１０数ｎｍのＩｎy Ｇａ
1-Y Ａｓz Ｐ1-z障壁層である。ｙはＩｎとＧａの組成
比であり、ｚはＡｓとＰの組成比である。ｙ，ｚの値は
障壁層１４のバンドギャップおよび歪み補償するために
必要な格子定数から決まる。
【００５２】ここで、ＩｎX Ｇａ1-X Ａｓ井戸層とＩｎ
y Ｇａ1-Y Ａｓz Ｐ1-z障壁層１４の組成比ｘ，ｙ，ｚ
の実施例を説明する。
y Ｇａ1-Y Ａｓz Ｐ1-z障壁層１４の組成比ｘ，ｙ，ｚ
の実施例を説明する。
【００５３】図４はＩｎX Ｇａ1-X Ａｓ井戸層の厚さ
（ｎｍ）と、発光波長のピーク（ｎｍ）との関係を組成
比ｘをパラメータとして表したものである。
（ｎｍ）と、発光波長のピーク（ｎｍ）との関係を組成
比ｘをパラメータとして表したものである。
【００５４】本実施形態１では、たとえばＩｎＧａＡｓ
井戸層１３の厚さを８ｎｍ、発光波長のピークを９５０
ｎｍとすれば、ｘ＝０．１４になる。このときＩｎX Ｇ
ａ1- X Ａｓ井戸層１３の格子定数は約０．５７ｎｍであ
りＧａＡｓより約１％大きい。
井戸層１３の厚さを８ｎｍ、発光波長のピークを９５０
ｎｍとすれば、ｘ＝０．１４になる。このときＩｎX Ｇ
ａ1- X Ａｓ井戸層１３の格子定数は約０．５７ｎｍであ
りＧａＡｓより約１％大きい。
【００５５】Ｉｎy Ｇａ1-Y Ａｓz Ｐ1-z 障壁層１４に
ついては、バンドギャップＥｇをたとえば、ｎ型ＩｎＧ
ａＰ層３とｐ型ＩｎＧａＰ層５のバンドギャップ１．８
９ｅＶと、井戸層１３のバンドギャップ１．３１ｅＶの
略中間値約１．５５ｅＶとし、格子定数を歪み補償のた
めに、たとえばＧａＡｓより０．５％小さくすると、ｙ
は約０．０５、ｚは約０．２になる。
ついては、バンドギャップＥｇをたとえば、ｎ型ＩｎＧ
ａＰ層３とｐ型ＩｎＧａＰ層５のバンドギャップ１．８
９ｅＶと、井戸層１３のバンドギャップ１．３１ｅＶの
略中間値約１．５５ｅＶとし、格子定数を歪み補償のた
めに、たとえばＧａＡｓより０．５％小さくすると、ｙ
は約０．０５、ｚは約０．２になる。
【００５６】図５は、”HETEROSTRUCTURE LASER”(H.C.
Casey,Jr,and M.B.Panish共著）に記載に基づく（横軸
のエネルギー値を波長値に換算した）ｎ型のＧａＡｓ基
板の透過率特性である。波長９２０ｎｍ以上では略８０
％以上透過する。したがって、前記活性層４から出射さ
れた光１２はＧａＡｓ基板２を透過する。
Casey,Jr,and M.B.Panish共著）に記載に基づく（横軸
のエネルギー値を波長値に換算した）ｎ型のＧａＡｓ基
板の透過率特性である。波長９２０ｎｍ以上では略８０
％以上透過する。したがって、前記活性層４から出射さ
れた光１２はＧａＡｓ基板２を透過する。
【００５７】つぎに、本実施形態１の発光ダイオード
１、すなわち発光ダイオードチップ２０の製造方法につ
いて説明する。
１、すなわち発光ダイオードチップ２０の製造方法につ
いて説明する。
【００５８】図６に示すように、最初にｎ型のＧａＡｓ
基板２を用意した後、ＭＯＣＶＤ法によって順次化合物
半導体層を形成する。
基板２を用意した後、ＭＯＣＶＤ法によって順次化合物
半導体層を形成する。
【００５９】前記ＧａＡｓ基板２は、たとえば厚さ３５
０μｍである。ＭＯＣＶＤ法によって前記ＧａＡｓ基板
２の一面には、厚さ約２μｍのｎ型ＩｎＧａＰ層３，Ｍ
ＱＷからなる活性層４，厚さ約２μｍのｐ型ＩｎＧａＰ
層５，厚さ約０．５μｍのｐ型ＧａＡｓ層６が順次形成
される。また、前記活性層４は前述のような構造になっ
ている。
０μｍである。ＭＯＣＶＤ法によって前記ＧａＡｓ基板
２の一面には、厚さ約２μｍのｎ型ＩｎＧａＰ層３，Ｍ
ＱＷからなる活性層４，厚さ約２μｍのｐ型ＩｎＧａＰ
層５，厚さ約０．５μｍのｐ型ＧａＡｓ層６が順次形成
される。また、前記活性層４は前述のような構造になっ
ている。
【００６０】つぎに、図７に示すように、前記ＧａＡｓ
基板２の化合物半導体層上にリング状に溝１０が形成さ
れる。この溝１０は活性層４よりも深く形成され、製造
の余裕度を考慮してＧａＡｓ基板２に到達する程度設け
られる。
基板２の化合物半導体層上にリング状に溝１０が形成さ
れる。この溝１０は活性層４よりも深く形成され、製造
の余裕度を考慮してＧａＡｓ基板２に到達する程度設け
られる。
【００６１】つぎに、前記溝１０の内側の壁面を被うよ
うにＳｉＯ2膜からなるパッシベーション膜９が設けら
れる。前記パッシベーション膜９は前記溝１０の内周壁
およびその上下の平坦部分の一部に及ぶ。
うにＳｉＯ2膜からなるパッシベーション膜９が設けら
れる。前記パッシベーション膜９は前記溝１０の内周壁
およびその上下の平坦部分の一部に及ぶ。
【００６２】つぎに、常用のホトリソグラフィと電極形
成技術によってｐ型ＧａＡｓ層６の表面には選択的に電
極が形成される。すなわち、前記ＳｉＯ2 膜パッシベー
ション膜９によって囲まれる内側のｐ型ＧａＡｓ層６の
平坦面部分にはアノード電極８が形成され、前記溝１０
の底中間から溝１０の外周壁ならびに溝１０の外側のｐ
型ＧａＡｓ層６の平坦面部分にはカソード電極７が形成
される。
成技術によってｐ型ＧａＡｓ層６の表面には選択的に電
極が形成される。すなわち、前記ＳｉＯ2 膜パッシベー
ション膜９によって囲まれる内側のｐ型ＧａＡｓ層６の
平坦面部分にはアノード電極８が形成され、前記溝１０
の底中間から溝１０の外周壁ならびに溝１０の外側のｐ
型ＧａＡｓ層６の平坦面部分にはカソード電極７が形成
される。
【００６３】つぎに、前記ＧａＡｓ基板２は縦横に切断
されてチップが形成される。図７の二点鎖線で示す部分
が切断部分である。
されてチップが形成される。図７の二点鎖線で示す部分
が切断部分である。
【００６４】つぎに、前記チップは所定の治具に化合物
半導体層面側を固定された状態で研磨が行われ、図１に
示すようなドーム２１を有する発光ダイオードチップ２
０が形成される。ドーム２１の表面は半球面になる。こ
の半球面の曲率は使用に合わせて適宜選択される。
半導体層面側を固定された状態で研磨が行われ、図１に
示すようなドーム２１を有する発光ダイオードチップ２
０が形成される。ドーム２１の表面は半球面になる。こ
の半球面の曲率は使用に合わせて適宜選択される。
【００６５】本実施形態１の発光ダイオード１およびそ
の製造方法によれば以下の効果を奏する。
の製造方法によれば以下の効果を奏する。
【００６６】（１）活性層４が多重量子井戸構造である
ことから、従来のように活性層がシングルヘテロ構造ま
たはダブルヘテロ構造である発光ダイオード１に比較し
て、微分量子効率が向上し、光出力が向上する。たとえ
ば、光出力は従来品の１０Ｗに比較して１５Ｗと５０％
高くなる。
ことから、従来のように活性層がシングルヘテロ構造ま
たはダブルヘテロ構造である発光ダイオード１に比較し
て、微分量子効率が向上し、光出力が向上する。たとえ
ば、光出力は従来品の１０Ｗに比較して１５Ｗと５０％
高くなる。
【００６７】（２）活性層４が歪補償多重量子井戸構造
であることから、井戸数を８以上にすることができる。
であることから、井戸数を８以上にすることができる。
【００６８】（３）多重量子井戸構造からなる活性層４
は、ＭＯＣＶＤ法によって形成されていることから、活
性層バラツキが低減し、微分量子効率バラツキが低減す
るため、活性層の発光部から半球面までの距離のバラツ
キが小さくなり、光の取り出し効率バラツキが低くな
り、光出力バラツキが低減できる。
は、ＭＯＣＶＤ法によって形成されていることから、活
性層バラツキが低減し、微分量子効率バラツキが低減す
るため、活性層の発光部から半球面までの距離のバラツ
キが小さくなり、光の取り出し効率バラツキが低くな
り、光出力バラツキが低減できる。
【００６９】（４）ＧａＡｓ基板２上に格子定数が近似
した化合物半導体層を形成してＭＱＷからなる活性層４
を形成するため、従来のようにＧａＡｓ基板上にＧａＡ
ｌＡｓを形成し、このＧａＡｌＡｓ上に化合物半導体層
を形成して活性層を形成する場合のような格子定数の違
いによる反りの発生がないことから、ＧａＡｓ基板を縦
横に分割して発光ダイオードチップ２０を形成した場
合、発光ダイオードチップの厚さ（高さ）のバラツキが
小さくなる。したがって、ＧａＡｓ基板２の一面（露出
面）を半球面に形成した場合も発光部から半球面までの
距離のバラツキが小さくなり、光の取り出し効率バラツ
キが低くなり、光出力バラツキが低減できる。
した化合物半導体層を形成してＭＱＷからなる活性層４
を形成するため、従来のようにＧａＡｓ基板上にＧａＡ
ｌＡｓを形成し、このＧａＡｌＡｓ上に化合物半導体層
を形成して活性層を形成する場合のような格子定数の違
いによる反りの発生がないことから、ＧａＡｓ基板を縦
横に分割して発光ダイオードチップ２０を形成した場
合、発光ダイオードチップの厚さ（高さ）のバラツキが
小さくなる。したがって、ＧａＡｓ基板２の一面（露出
面）を半球面に形成した場合も発光部から半球面までの
距離のバラツキが小さくなり、光の取り出し効率バラツ
キが低くなり、光出力バラツキが低減できる。
【００７０】（５）前記（３）および（４）により、発
光ダイオード１の製造においては製造歩留りを向上させ
ることができ、製造コストの低減が達成できる。
光ダイオード１の製造においては製造歩留りを向上させ
ることができ、製造コストの低減が達成できる。
【００７１】（６）発光ダイオード製造に用いる基板は
ＧａＡｓ基板であり、従来のような高価なＧａＡｌＡｓ
基板ではないことから、発光ダイオードの製造コストの
低減が図れる。
ＧａＡｓ基板であり、従来のような高価なＧａＡｌＡｓ
基板ではないことから、発光ダイオードの製造コストの
低減が図れる。
【００７２】（７）発光ダイオード１の製造に用いる基
板はＧａＡｓ基板２であり、従来のような高価なＧａＡ
ｓ基板にＧａＡｌＡｓ基板層を形成した反りが発生する
ものでないことから、製造時大口径の基板の使用が可能
になり、発光ダイオードの製造コストの低減が図れる。
板はＧａＡｓ基板２であり、従来のような高価なＧａＡ
ｓ基板にＧａＡｌＡｓ基板層を形成した反りが発生する
ものでないことから、製造時大口径の基板の使用が可能
になり、発光ダイオードの製造コストの低減が図れる。
【００７３】（８）発光ダイオード１の製造に用いる基
板はＧａＡｓ基板２であり、従来のようなＧａＡｓ基板
にＧａＡｌＡｓ基板層を形成したものでないことから、
基板裏面を研磨してＧａＡｌＡｓからなる基板を形成す
る必要もなく、発光ダイオードの製造コストの低減が図
れる。
板はＧａＡｓ基板２であり、従来のようなＧａＡｓ基板
にＧａＡｌＡｓ基板層を形成したものでないことから、
基板裏面を研磨してＧａＡｌＡｓからなる基板を形成す
る必要もなく、発光ダイオードの製造コストの低減が図
れる。
【００７４】（９）活性層４はＩｎＧａＡｓ井戸層１３
とＩｎＧａＡｓＰ障壁層１４とによるＭＱＷであること
から、発光波長は９００ｎｍ〜１０００ｎｍにすること
ができる。したがって、発光波長が９２０ｎｍ〜９５０
ｎｍになるシリコンホトダイオードに対する発光源とし
て使用することができる。なお、井戸層１３は単層では
発光ダイオードの発光は起きず、少なくとも数層は必要
である。たとえば、３層以上は必要である。また、層数
が多すぎるのも井戸層に歪みが入っていることにより結
晶性が劣化する故によくない。したがって、井戸層１３
は３層から２０層が選択される。このことが半導体レー
ザと大きく異なる。
とＩｎＧａＡｓＰ障壁層１４とによるＭＱＷであること
から、発光波長は９００ｎｍ〜１０００ｎｍにすること
ができる。したがって、発光波長が９２０ｎｍ〜９５０
ｎｍになるシリコンホトダイオードに対する発光源とし
て使用することができる。なお、井戸層１３は単層では
発光ダイオードの発光は起きず、少なくとも数層は必要
である。たとえば、３層以上は必要である。また、層数
が多すぎるのも井戸層に歪みが入っていることにより結
晶性が劣化する故によくない。したがって、井戸層１３
は３層から２０層が選択される。このことが半導体レー
ザと大きく異なる。
【００７５】（実施形態２）図８は本発明の実施形態２
である発光ダイオードを示す模式的断面図である。本実
施形態２の発光ダイオード１（発光ダイオードチップ２
０）は、前記実施形態１の構造において、溝１０の外側
の部分を厚さ約２．５μｍのｎ型埋め込みＧａＡｓ層１
５で形成したものである。
である発光ダイオードを示す模式的断面図である。本実
施形態２の発光ダイオード１（発光ダイオードチップ２
０）は、前記実施形態１の構造において、溝１０の外側
の部分を厚さ約２．５μｍのｎ型埋め込みＧａＡｓ層１
５で形成したものである。
【００７６】すなわち、本実施形態２の発光ダイオード
チップ２０の製造においては、図６に示すようにＧａＡ
ｓ基板２上に所定の化合物半導体層を形成した後、溝１
０を形成する部分から外側の部分のＭＯＣＶＤ法で形成
した化合物半導体層をエッチング除去し、その後にこの
窪んだ部分にｎ型埋め込みＧａＡｓ層１５を形成し、つ
いで溝１０を形成することに特徴がある。
チップ２０の製造においては、図６に示すようにＧａＡ
ｓ基板２上に所定の化合物半導体層を形成した後、溝１
０を形成する部分から外側の部分のＭＯＣＶＤ法で形成
した化合物半導体層をエッチング除去し、その後にこの
窪んだ部分にｎ型埋め込みＧａＡｓ層１５を形成し、つ
いで溝１０を形成することに特徴がある。
【００７７】本実施形態２では、溝１０の外側にはｐｎ
接合が存在しないことから、カソード電極７とｎ型のＧ
ａＡｓ基板２の電気的接続を溝１０の底でとる必要がな
いため、製造が容易になる効果がある。
接合が存在しないことから、カソード電極７とｎ型のＧ
ａＡｓ基板２の電気的接続を溝１０の底でとる必要がな
いため、製造が容易になる効果がある。
【００７８】（実施形態３）図９は本発明の実施形態３
である発光ダイオード（発光ダイオード装置）を示す模
式的断面図である。本実施形態３の発光ダイオードチッ
プ２０は、ＧａＡｓ基板２の部分をドーム加工しないも
のである。そして、ＧａＡｓ基板２をドーム型に加工し
ない代わりに透明なドーム状樹脂レンズ１６内に発光ダ
イオードチップ２０を封止する。
である発光ダイオード（発光ダイオード装置）を示す模
式的断面図である。本実施形態３の発光ダイオードチッ
プ２０は、ＧａＡｓ基板２の部分をドーム加工しないも
のである。そして、ＧａＡｓ基板２をドーム型に加工し
ない代わりに透明なドーム状樹脂レンズ１６内に発光ダ
イオードチップ２０を封止する。
【００７９】前記ドーム状樹脂レンズ１６は発光ダイオ
ードチップ２０の出射側がドーム面（半球面）３０にな
っている。そして、発光ダイオードチップ２０の中心軸
とドーム面３０の中心軸が一致するようになり、光の取
り出し効率が高くなっている。
ードチップ２０の出射側がドーム面（半球面）３０にな
っている。そして、発光ダイオードチップ２０の中心軸
とドーム面３０の中心軸が一致するようになり、光の取
り出し効率が高くなっている。
【００８０】前記ドーム状樹脂レンズ１６内において、
カソード用リード３２の先端の直径の大きい台座部３３
上には導電性接着剤３４を介して発光ダイオードチップ
２０が固定されている。前記カソード用リード３２の一
端は前記ドーム状樹脂レンズ１６の底面から突出し外部
リードを形成している。
カソード用リード３２の先端の直径の大きい台座部３３
上には導電性接着剤３４を介して発光ダイオードチップ
２０が固定されている。前記カソード用リード３２の一
端は前記ドーム状樹脂レンズ１６の底面から突出し外部
リードを形成している。
【００８１】また、前記ドーム状樹脂レンズ１６の内外
に亘ってアノード用リード３５が設けられている。前記
アノード用リード３５はドーム状樹脂レンズ１６の底か
ら突出している。
に亘ってアノード用リード３５が設けられている。前記
アノード用リード３５はドーム状樹脂レンズ１６の底か
ら突出している。
【００８２】アノード用リード３５のドーム状樹脂レン
ズ１６内に位置する部分は屈曲するとともに、その先端
面には前記発光ダイオードチップ２０のアノード電極８
に一端を固定される導電性のワイヤ３６の他端が固定さ
れている。また、前記ドーム状樹脂レンズ１６から突出
するアノード用リード３５部分は前記カソード用リード
３２に平行に延在して外部リードを形成している。
ズ１６内に位置する部分は屈曲するとともに、その先端
面には前記発光ダイオードチップ２０のアノード電極８
に一端を固定される導電性のワイヤ３６の他端が固定さ
れている。また、前記ドーム状樹脂レンズ１６から突出
するアノード用リード３５部分は前記カソード用リード
３２に平行に延在して外部リードを形成している。
【００８３】本実施形態３ではＧａＡｓ基板２をドーム
加工することなく、発光ダイオードチップ２０の周囲に
形成したドーム状の透明なドーム状樹脂レンズ１６によ
って光１２の全反射角を大きくすることができる構造に
なり、光の取り出し効率を高くすることができるととも
に、製造コストの低減が達成できる。
加工することなく、発光ダイオードチップ２０の周囲に
形成したドーム状の透明なドーム状樹脂レンズ１６によ
って光１２の全反射角を大きくすることができる構造に
なり、光の取り出し効率を高くすることができるととも
に、製造コストの低減が達成できる。
【００８４】（実施形態４）図１０は本発明の実施形態
４である発光ダイオードを示す模式的断面図である。
４である発光ダイオードを示す模式的断面図である。
【００８５】本実施形態４では、前記実施形態３と同様
にドーム加工しない発光ダイオードチップ２０におい
て、前記アノード電極８をリング状にし、このリングの
内側部分に、前記発光ダイオードチップ２０の活性層４
から発光される光１２を透過する球状レンズ４０が固定
された構造になっている。前記球状レンズ４０はレジン
等の接着剤１９によって発光ダイオードチップ２０に固
定されている。球状レンズ４０の中心は発光ダイオード
チップ２０の中心軸上に位置するように発光ダイオード
チップ２０に球状レンズ４０が固定されている。
にドーム加工しない発光ダイオードチップ２０におい
て、前記アノード電極８をリング状にし、このリングの
内側部分に、前記発光ダイオードチップ２０の活性層４
から発光される光１２を透過する球状レンズ４０が固定
された構造になっている。前記球状レンズ４０はレジン
等の接着剤１９によって発光ダイオードチップ２０に固
定されている。球状レンズ４０の中心は発光ダイオード
チップ２０の中心軸上に位置するように発光ダイオード
チップ２０に球状レンズ４０が固定されている。
【００８６】本実施形態４の構造においても、発光ダイ
オードチップ２０の出射面側に球状レンズ４０を配置す
ることによって活性層４の発光部から放射される光１２
を全反射を防止して外部に取り出すようになっている。
このため、光の取り出し効率が向上し、光出力の向上が
図れる。
オードチップ２０の出射面側に球状レンズ４０を配置す
ることによって活性層４の発光部から放射される光１２
を全反射を防止して外部に取り出すようになっている。
このため、光の取り出し効率が向上し、光出力の向上が
図れる。
【００８７】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８８】また、本発明による発光ダイオードは、光
学式エンコーダ用光源・光学式無線ＬＡＮ・ＶＩＣＳ
（Veicle Information and Communication System)等空
間通信用光源、測距用光源等に使用できる。
学式エンコーダ用光源・光学式無線ＬＡＮ・ＶＩＣＳ
（Veicle Information and Communication System)等空
間通信用光源、測距用光源等に使用できる。
【００８９】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【００９０】（１）活性層が量子井戸構造であることか
ら、従来のように活性層がシングルヘテロ構造またはダ
ブルヘテロ構造である発光ダイオードに比較して、微分
量子効率が向上し、光出力が向上する。
ら、従来のように活性層がシングルヘテロ構造またはダ
ブルヘテロ構造である発光ダイオードに比較して、微分
量子効率が向上し、光出力が向上する。
【００９１】（２）多重量子井戸構造（ＭＱＷ）からな
る活性層はＭＯＣＶＤ法によって形成されていることか
ら、活性層バラツキが低減し、微分量子効率バラツキが
低減するため、活性層の発光部から半球面までの距離の
バラツキが小さくなり、光の取り出し効率バラツキが低
くなり、光出力バラツキが低減できる。また、製造コス
トの低減が達成できる。
る活性層はＭＯＣＶＤ法によって形成されていることか
ら、活性層バラツキが低減し、微分量子効率バラツキが
低減するため、活性層の発光部から半球面までの距離の
バラツキが小さくなり、光の取り出し効率バラツキが低
くなり、光出力バラツキが低減できる。また、製造コス
トの低減が達成できる。
【００９２】（３）ＧａＡｓ基板上に格子定数が近似し
た化合物半導体層を形成してＭＱＷからなる活性層を形
成するため、従来のようにＧａＡｓ基板上にＧａＡｌＡ
ｓを形成し、このＧａＡｌＡｓ上に化合物半導体層を形
成して活性層を形成する場合のような格子定数の違いに
よる反りの発生がないことから、ＧａＡｓ基板を縦横に
分割して発光ダイオードチップを形成した場合、発光ダ
イオードチップの厚さ（高さ）のバラツキが小さくな
る。したがって、ＧａＡｓ基板の一面（露出面）を半球
面に形成した場合も発光部から半球面までの距離のバラ
ツキが小さくなり、光の取り出し効率バラツキが低くな
り、光出力バラツキが低減できる。
た化合物半導体層を形成してＭＱＷからなる活性層を形
成するため、従来のようにＧａＡｓ基板上にＧａＡｌＡ
ｓを形成し、このＧａＡｌＡｓ上に化合物半導体層を形
成して活性層を形成する場合のような格子定数の違いに
よる反りの発生がないことから、ＧａＡｓ基板を縦横に
分割して発光ダイオードチップを形成した場合、発光ダ
イオードチップの厚さ（高さ）のバラツキが小さくな
る。したがって、ＧａＡｓ基板の一面（露出面）を半球
面に形成した場合も発光部から半球面までの距離のバラ
ツキが小さくなり、光の取り出し効率バラツキが低くな
り、光出力バラツキが低減できる。
【００９３】（４）発光ダイオード製造に用いる基板は
ＧａＡｓ基板であり、従来のような高価なＧａＡｌＡｓ
基板ではないことから、発光ダイオードの製造コストの
低減が図れる。
ＧａＡｓ基板であり、従来のような高価なＧａＡｌＡｓ
基板ではないことから、発光ダイオードの製造コストの
低減が図れる。
【００９４】（５）発光ダイオード製造に用いる基板は
ＧａＡｓ基板であり、従来のような高価なＧａＡｓ基板
にＧａＡｌＡｓ基板層を形成した反りが発生するもので
ないことから、製造時大口径の基板の使用が可能にな
り、発光ダイオードの製造コストの低減が図れる。
ＧａＡｓ基板であり、従来のような高価なＧａＡｓ基板
にＧａＡｌＡｓ基板層を形成した反りが発生するもので
ないことから、製造時大口径の基板の使用が可能にな
り、発光ダイオードの製造コストの低減が図れる。
【００９５】（６）発光ダイオード製造に用いる基板は
ＧａＡｓ基板であり、従来のようなＧａＡｓ基板にＧａ
ＡｌＡｓ基板層を形成したものでないことから、基板裏
面を研磨してＧａＡｌＡｓからなる基板を形成する必要
もなく、発光ダイオードの製造コストの低減が図れる。
ＧａＡｓ基板であり、従来のようなＧａＡｓ基板にＧａ
ＡｌＡｓ基板層を形成したものでないことから、基板裏
面を研磨してＧａＡｌＡｓからなる基板を形成する必要
もなく、発光ダイオードの製造コストの低減が図れる。
【００９６】（７）活性層はＩｎＧａＡｓ井戸層とＩｎ
ＧａＡｓＰ障壁層とによるＭＱＷであることから、発光
波長は９００ｎｍ〜１０００ｎｍにすることができる。
したがって、発光波長が９２０ｎｍ〜９５０ｎｍになる
シリコンホトダイオードに対する発光源として使用する
ことができる。
ＧａＡｓＰ障壁層とによるＭＱＷであることから、発光
波長は９００ｎｍ〜１０００ｎｍにすることができる。
したがって、発光波長が９２０ｎｍ〜９５０ｎｍになる
シリコンホトダイオードに対する発光源として使用する
ことができる。
【図１】本発明の実施形態１である発光ダイオードチッ
プの模式的断面図である。
プの模式的断面図である。
【図２】本実施形態１の発光ダイオードを電極側から見
た平面図である。
た平面図である。
【図３】本実施形態１の発光ダイオードの活性層部分を
示す模式的拡大断面図である。
示す模式的拡大断面図である。
【図４】発光波長のピークと井戸層厚の相関を示すグラ
フである。
フである。
【図５】透過率と波長との相関を示すグラフである。
【図６】本実施形態１の発光ダイオードの製造において
ＧａＡｓ基板上にＭＱＷ層等を形成した状態を示す一部
の断面図である。
ＧａＡｓ基板上にＭＱＷ層等を形成した状態を示す一部
の断面図である。
【図７】本実施形態１の発光ダイオードの製造において
前記ＭＱＷ層を越える分離溝を形成したウエハの一部を
示す断面図である。
前記ＭＱＷ層を越える分離溝を形成したウエハの一部を
示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態２である発光ダイオードチッ
プの模式的断面図である。
プの模式的断面図である。
【図９】本発明の実施形態３である発光ダイオードの模
式的断面図である。
式的断面図である。
【図１０】本発明の実施形態４である発光ダイオード装
置の模式的断面図である。
置の模式的断面図である。
１……発光ダイオード、２…ＧａＡｓ基板、３…ｎ型Ｉ
ｎＧａＰ層、４…活性層、５…ｐ型ＩｎＧａＰ層、６…
ｐ型ＧａＡｓ層、７…カソード電極、８…アノード電
極、９…パッシベーション膜、１０…溝（分離溝）、１
１…電流の流れるパス、１２…光、１３…井戸層（Ｉｎ
X Ｇａ1-X Ａｓ井戸層）、１４…障壁層（Ｉｎy Ｇａ
1-Y Ａｓz Ｐ1-z障壁層）、１５…ｎ型埋め込みＧａＡ
ｓ層、１６…ドーム状樹脂レンズ、１８…球状レンズ、
１９…接着剤、２０…発光ダイオードチップ、３０…ド
ーム面（半球面）、３２…カソード用リード、３３…台
座部、３４…導電性接着剤、３５…アノード用リード、
３６…ワイヤ、４０…球状レンズ。
ｎＧａＰ層、４…活性層、５…ｐ型ＩｎＧａＰ層、６…
ｐ型ＧａＡｓ層、７…カソード電極、８…アノード電
極、９…パッシベーション膜、１０…溝（分離溝）、１
１…電流の流れるパス、１２…光、１３…井戸層（Ｉｎ
X Ｇａ1-X Ａｓ井戸層）、１４…障壁層（Ｉｎy Ｇａ
1-Y Ａｓz Ｐ1-z障壁層）、１５…ｎ型埋め込みＧａＡ
ｓ層、１６…ドーム状樹脂レンズ、１８…球状レンズ、
１９…接着剤、２０…発光ダイオードチップ、３０…ド
ーム面（半球面）、３２…カソード用リード、３３…台
座部、３４…導電性接着剤、３５…アノード用リード、
３６…ワイヤ、４０…球状レンズ。
Claims (7)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板と、前記ＧａＡｓ基板上に
設けられる複数の化合物半導体層とを有し、前記化合物
半導体層の１乃至複数層で活性層を構成してなる発光ダ
イオードであって、前記活性層は井戸層がＩｎＧａＡｓ
であり障壁層がＩｎＧａＡｓＰである多重量子井戸構造
になっていることを特徴とする発光ダイオード。 - 【請求項２】 前記井戸層は３層乃至２０層になってい
ることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。 - 【請求項３】 前記ＧａＡｓ基板の一面は半球面に形成
され、前記半球面が光出射面になっていることを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の発光ダイオード。 - 【請求項４】 前記化合物半導体層の表面には前記活性
層から発光される光を透過する球状レンズが固定されて
いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
発光ダイオード。 - 【請求項５】 ＧａＡｓ基板を用意した後、前記ＧａＡ
ｓ基板の一面に有機金属熱分解法によって複数の化合物
半導体層を形成してＩｎＧａＡｓ井戸層とＩｎＧａＡｓ
Ｐ障壁層とによる多重量子井戸からなる活性層を形成
し、その後前記活性層よりも深く無端状の溝を形成する
とともに、前記溝の内外の化合物半導体層表面にそれぞ
れ電極を形成し、ついで前記ＧａＡｓ基板を分断して発
光ダイオードチップを形成することを特徴とする発光ダ
イオードの製造方法。 - 【請求項６】 前記ＧａＡｓ基板を分断した後、ＧａＡ
ｓ基板面を半球面に形成してドーム型の発光ダイオード
チップを製造することを特徴とする請求項５に記載の発
光ダイオードの製造方法。 - 【請求項７】 前記井戸層は３層乃至２０層になってい
ることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21431097A JPH1168153A (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21431097A JPH1168153A (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1168153A true JPH1168153A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16653635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21431097A Pending JPH1168153A (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1168153A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10214210A1 (de) * | 2002-03-28 | 2003-11-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Lumineszenzdiodenchip zur Flip-Chip-Montage auf einen lotbedeckten Träger und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP2007507081A (ja) * | 2003-09-26 | 2007-03-22 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 放射を発する薄膜半導体チップ |
| JP2010232622A (ja) * | 2008-06-03 | 2010-10-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ基板、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ、赤外ＬＥＤ、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ基板の製造方法、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法および赤外ＬＥＤの製造方法 |
| JP2012256899A (ja) * | 2000-09-12 | 2012-12-27 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 改良された光抽出効果を有する発光ダイオード |
| JP2015185801A (ja) * | 2014-03-26 | 2015-10-22 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線発光素子 |
| JP2020109817A (ja) * | 2019-01-07 | 2020-07-16 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 |
-
1997
- 1997-08-08 JP JP21431097A patent/JPH1168153A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10312422B2 (en) | 2000-09-12 | 2019-06-04 | Lumileds Llc | Light emitting devices with optical elements and bonding layers |
| JP2012256899A (ja) * | 2000-09-12 | 2012-12-27 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 改良された光抽出効果を有する発光ダイオード |
| US6927425B2 (en) | 2002-03-28 | 2005-08-09 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Luminescent diode chip that is flip-chip mounted on a carrier, and method for production thereof |
| US7663155B2 (en) | 2002-03-28 | 2010-02-16 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Luminescent diode chip that is flip-chip mounted on a carrier, and method for production thereof |
| DE10214210B4 (de) * | 2002-03-28 | 2011-02-10 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Lumineszenzdiodenchip zur Flip-Chip-Montage auf einen lotbedeckten Träger und Verfahren zu dessen Herstellung |
| DE10214210A1 (de) * | 2002-03-28 | 2003-11-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Lumineszenzdiodenchip zur Flip-Chip-Montage auf einen lotbedeckten Träger und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP2007507081A (ja) * | 2003-09-26 | 2007-03-22 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 放射を発する薄膜半導体チップ |
| US8604497B2 (en) | 2003-09-26 | 2013-12-10 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation-emitting thin-film semiconductor chip |
| JP2010232622A (ja) * | 2008-06-03 | 2010-10-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ基板、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ、赤外ＬＥＤ、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ基板の製造方法、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法および赤外ＬＥＤの製造方法 |
| JP2015185801A (ja) * | 2014-03-26 | 2015-10-22 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線発光素子 |
| JP2020109817A (ja) * | 2019-01-07 | 2020-07-16 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 |
| WO2020145025A1 (ja) * | 2019-01-07 | 2020-07-16 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 |
| US11888090B2 (en) | 2019-01-07 | 2024-01-30 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting element and method of producing semiconductor light-emitting element |
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