JPS5852886A - 高効率発光ダイオ−ド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発光ダイオード（以下ＬＥＤと略す）Ｋ係り、
特に発光効率の高いＬＥＤの構造に関する亀のであゐ。

現在ｐｔ＋接合を壱するＬＥＤは、主Ｋｌ−Ｖ族化合物
半導体結晶を用いて製作されており１表示装置を始めと
して種々の分野に利用されている。

このＬＥＤの性能を考えるうえで重畳なのは、発光波長
特性、発光効率、轡命、価格などであるが、どの分野に
利用されるＬＥＤであっても発光効率の高いことが望ま
しい、従ってＬＥＤの発光効率を高める良めに種々の構
造や製造方法が開発されてきている。しかしながら発光
効率を高めるために従来一般的に採られている構造に大
きな欠点ないし間一点が存在していることが判った。こ
れらの従来のＬＥＤの構造がもつ欠点、問題点を現在量
も普及しているＬＥＤの１つであるＧａＡＬＡ■・ＬＥ
Ｄを例として以下に述べる。

この従来のＧａＡ４Ａ−・ＬＥＤの断面図を第１図に示
す。このＧａＡｔＡＩＬＥＤの構造をはぼ製作工程順に
説明すると、Ｐ　ｆＩｉ（Ｄ　ＧａＡｇ基板１上に成分
比、不純物密縦、厚み勢が設計された、ｐ型のＧ＊Ａｔ
Ａｓ結晶成長層２を液相成長法などの方法により成長し
九のち、その上に再び設計されたｎ１ｌｌのＧａＡｔＡ
ｓ結晶層６を成長させる０次に発光面だけがはぼ残るよ
うに、発光面を３１！７ＩＩむ形でａ　ＭＩ　ＯＧ　ａ
＾υｌ結晶表面からｐＨの不純物（たとえばＺｎ）を選
択拡散してｐ蓋拡散領域７を形成する。このｐ型不純物
の拡散はｐ型拡散領域７が前述したｐ型成長１ｌ１１２
に完全に接触して形成されるように拡散深さを決めるの
である。

次に、発光面側に筒用したｐｎ接合および拡散領域を伽
う形て５ｉ０２などによる絶縁層４を選択的に設け、し
かる徒党の取り出し＠（発光面側）のｎ型ＧａＡｔＡｓ
成長層６にオーミック電極５を、着たに面のｐ型ＧａＡ
ｓ基板１にオーミック電極６を形成することで素子の基
本構造が完成するのである。

このようにほぼ発光面に対応するｎ型ＧａＡｔＡｓ領域
をｐ＃１Ｇａ　ＡｔＡ　ｓが取り囲むような構造にする
ことによって、不透明なｎ型オーミック電極５下の領域
では発光させず、必要な領域のみから効率良く光を取り
だすことを意図した本のである。

この従来の構造は基本的な考えとしては良いのであるが
、現実の素子としてみると次のような問題点が生じてい
た。すなわちこの構造をもつＬＥＤにおいてはｎ型佃域
６を取ね凹むｐｎ接合は、２釉類の製法によって形成さ
れており、下面すなわち図中、符号２．６の部分のｐｎ
接合は液相成長によるものでありＩＩｍすなわち符号７
．６の部分のｐｎ接合はＺｎ等の拡散によって得られｂ
のである。一般に拡散によって得られるｐｎ接合は、そ
の拡散が原因となって接合面を含めた拡散層全体に多く
の欠陥が発生しそれらが非発光の再結合中心となるため
に、液相成長によって得られるｐｎ接合に比し邊かに発
光効率が悪いのである。従ってこの従来のＬＥＤにおい
て順方向電流を流して発光させたとしても、１１！ｌＷ
、の発光は効率が愚く、しか屯殆んどの場合この＠壁の
ｐｎ接合を横切る順方向電流成分は、全体のｐｎ接合面
積に占める側壁のｐｎ接合面積の割合で考えられる量よ
りも多いので、せっかく発光面を必要な領域に隔って本
予想以上に効率の悪いＬＥＤになっていたのである。

本発明は発光面をｎ型ＧａＡｔＡｓ領域に限るといった
従来の利点を生かしながらも従来のＬＥＤがもつ叙上の
欠点を完全に除去し極めて発光効率の高いＬＥＤを得る
構造を提供する本のである。

以下、本発明の＝実施例ｔ７第２図を参照して説明する
。

第２図の各領域の用語と符号は従来のＬＥＤ　（第１図
）に用いた用語および符号と同じである。本発明のＬＥ
ＤＱ造と従来のＬＥＤ構造との違いは、本発明でＯＺｎ
等によるｐ型拡散領竣７が、従来のそれとは違いｐ型Ｇ
ａＡｔＡａ成長層２に直接接触するようには形成されて
おらす、薄いｔＩ型ＧａＡｔＡｓ領域を挾んで電気的に
浮いていることである。す々わち、ｐｍ−拡散領域７を
下のｐ　７１１　ＧａＡｔＡ＊成長層２には刺違させな
いのである。このようにすればＬＥ’Ｄに順方向電流を
流して本、ｐ型拡散領竣７は電気的に浮いているので本
質的に発光効率が慈い側壁のｐｎ接合には電流は流れる
ことはない。

しかもｐ型拡散ｉＩ斌７下のｎ型ＧａＡｔ＾−領域６は
薄いために横方向抵抗が大きくなってこの領域にあるｐ
ｎ接合を横切って且つ横方向ＫｆＩ１．れる順方向電流
がかな＃）減少し、結果的にほぼ発光面下のｐｎ接合に
のみ電流を集中させることができるのである。

このｐ型拡散領竣７下のｎ型Ｇ１＾ｌ＾−領域はできる
だけ薄い方が良いのであるが％集際的には約ｌＯμｍ厚
み程度から本発明の効果があられれ数ｐｍ以下に制御す
るとその効果が一層顕著になる。

たとえば１つの実施例として直径５０μｍ−のグツスフ
アイバーに光信号をいれるＬＥＤｔｌ−考え発光（３）
南極が５０　ｓｍφのＬＥＤを製作し効率を比較してみ
た０この時ｎ型ＧＩＡｔＡｍ成長層の厚みを３０μｍと
した。従来の構造のＬＥＤでは、ｎ型ＧａＡｔＡｇ−城
下のｐｔ＋接合面積は約１９６０μ−１まえ側壁の拡散
によるｐｎｍ合面積は約４７００　ａｎ？となる。順方
向電流がｐ！１接合を均一に流れるとして考えれば（寮
際には前述したように発光効率の悪い＠壁のｐｎ接合に
おいて部位面積当りの電流が多く全体の発光効率をこの
計算以上にさげているのであるが）全１５＆の約３０％
しか発光効率の良い液相＆喪によるｐｎ接合領域を流れ
ていないのである。しかも拡散によって得られたｐｎ！
合の発光効率は液相成長によって得られ７ｔｐｎｉｉ合
のそれの１桁以下であった。全く同一の素子サイズで且
つ同−ＩｆＯｓＩの発光Ｉｉ］をもつＬＥＤｔ本発明に
より製作してみると、ｐ型拡散＠竣７とｐ型液相成長層
２とに挾まれた部分のｎ型ＧａＡｌＡｓ層６の厚みを５
ｊｍとした時、全電流を従来のＬＥＤと同じにしたら全
電流の約７（）％が発光面直下のｐｎ接合ｉＡ塚に流れ
、従って発光面からの光の発光強度は従来のＬＥＤの約
２３倍程度にまで向上したのである。

このように従来の製作法と全く変わらず、ただｐ型拡散
領域をｎ型Ｇ　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　ｓ成長層内にとどめる
よう拡散深さを制御することによって極めて発光効率の
高いＬＥＤを得ることができるのである。

ｐ型拡散領城下の残存するｎ型ＧａＡｔＡ−領域の厚み
は前述したように薄い方が望ましいのであるが、彫適関
隔ｔｉ素子面積に対する発光面面積との関係で決められ
るべきものである。

本発明をＧａＡｔＡｓ結晶を用いたｔｒ：ＤＫ＠つて説
明してきたが、ＧａＰ　％ＩｎＧａＰ　、　ＧａＡｓＰ
　戚いはそれらの混晶を用いたＬＥＤにもその精神が応
用できることはいうまでもないであろう。また伝導型も
上記実施例と全く逆であって屯良いことは勿論のことで
ある。上記の説明の中で結晶層を祷る方法として液相成
長法を述べてきたが、液相成長法としては温度降下法で
も良いが、ｐｎ接合を良好にするためには望ましくは温
度差液相成長法が良く、さらに望ましくは蒸気圧制御ｉ
１度差法が良い。

また、発光効率を高めるためにＧａＡｔＡｌ結晶を用い
たＬＥＤでｎ型ＧａＡｔＡｓとｐ型ＧａＡムｉ成長層の
Ａｔの組成比を変化させたり、絶縁層を窪化膜にし圧り
、或いは写真蝕刻法を用いて多数個のＬＥＤを同時製作
することなどは本発明の範囲で充分なしうることである
。。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のＧａＡｔＡｍ・ＬＥＤの断面構造図。 第２図は、本発明によるＧａＡｔＡｍ・ＬＥＤの断面構
造図である。 ｉ　＝−ｐ型ＧａＡａ基板；２・・・ｐ型ＧａＡｔＡｓ
結晶成長階；３・・・ｎ型ＧａＡ４Ａａ結晶層；４・・
・絶縁層；５．６・・・電極；７・・・ｐｍ拡散領域。 特許出願人：スタンレー電気株式会社 代理人：弁理士海津保三 同　　：弁理士　平　山　−幸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液相成長によって伝導型の異なる層を積層してｐｎ接合
   を形成した発光ダイオードにおいて、寮質的に発光面と
   からない省域に表面個の層の伝導型とは異なる伝導雛に
   変換する不純物が表面から拡散されているとともにその
   拡散深さが上記液相成長によって形成されたｐｉ１１合
   面に遅しないようとどめられた構造であることを特徴と
   する発光ダイオード。