JPS59225581A - 発光ダイオ−ド - Google Patents
発光ダイオ−ドInfo
- Publication number
- JPS59225581A JPS59225581A JP58100073A JP10007383A JPS59225581A JP S59225581 A JPS59225581 A JP S59225581A JP 58100073 A JP58100073 A JP 58100073A JP 10007383 A JP10007383 A JP 10007383A JP S59225581 A JPS59225581 A JP S59225581A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- emitting diode
- light emitting
- convex lens
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）発明の分野
この発明は、光伝送等に使用される発光ダイオードに関
する。
する。
（ロ）発明の背景
一般に、単位時間に発生する光子数を単位時間にダイオ
ニドを流れる電子数で除した値を発光ダイオードの量子
効率と呼び、発光ダイオードとしてはこの量子効率が大
であることが望ましい。しかし量子効率は発光ダイオー
ドの構造、ｐ−ｎ接合部における不純物濃度、発光層の
厚さ、結晶性などに依存し、中でも半導体チップ内の全
反射が量子効率を相当減少させている。これは発光ダイ
オードに用いられる半導体が比較的大きな屈折率を有し
ているためである。
ニドを流れる電子数で除した値を発光ダイオードの量子
効率と呼び、発光ダイオードとしてはこの量子効率が大
であることが望ましい。しかし量子効率は発光ダイオー
ドの構造、ｐ−ｎ接合部における不純物濃度、発光層の
厚さ、結晶性などに依存し、中でも半導体チップ内の全
反射が量子効率を相当減少させている。これは発光ダイ
オードに用いられる半導体が比較的大きな屈折率を有し
ているためである。
第１図に、従来の赤外発光ダイオードとして周知のＧａ
Ａｓ発光ダイオードを示している。同図において１はｎ
−ＧａＡｓＪＭ、２はｐ−ＧａＡｓ層、３及び４ば電極
である。ＧａＡｓの屈折率は３．６であるが、接合部の
中心Ｏから発せられた光は、法線ｍに対し、臨界角θ以
内の角度であれば取り出されるが、臨界角θを越えると
、チップ表面で全反射してチップ内に戻る。この従来の
Ｇ ａＡｓ発光ダイオードでは臨界角θが１６．１°で
あり、この角度を越えると、発せられた光は全てチップ
内に戻り、したがって量子効率は非密に低い。
Ａｓ発光ダイオードを示している。同図において１はｎ
−ＧａＡｓＪＭ、２はｐ−ＧａＡｓ層、３及び４ば電極
である。ＧａＡｓの屈折率は３．６であるが、接合部の
中心Ｏから発せられた光は、法線ｍに対し、臨界角θ以
内の角度であれば取り出されるが、臨界角θを越えると
、チップ表面で全反射してチップ内に戻る。この従来の
Ｇ ａＡｓ発光ダイオードでは臨界角θが１６．１°で
あり、この角度を越えると、発せられた光は全てチップ
内に戻り、したがって量子効率は非密に低い。
（ハ）発明の目的
この発明の目的は、上記に鑑み、量子効率が高く、高光
出力が得られる発光ダイオードを提供するにある。
出力が得られる発光ダイオードを提供するにある。
（公）発明の構成と効果
」二記目的を達成するために、この発明の発光ダイオー
ドは、ヘテロ接合を有Ｌ７、このヘテロ接合のへテロ界
面を凸レンズ状に形成している。そのため接合部から発
せられる光はへテロ接合の凸レンズで集光され、等測的
な臨界角を大きくし、それだけ量子効率が向上し、外部
に取り出すことのできる光量を増加することができる。
ドは、ヘテロ接合を有Ｌ７、このヘテロ接合のへテロ界
面を凸レンズ状に形成している。そのため接合部から発
せられる光はへテロ接合の凸レンズで集光され、等測的
な臨界角を大きくし、それだけ量子効率が向上し、外部
に取り出すことのできる光量を増加することができる。
（ボ）実施例の説明
以下、実施例によりこの発明をさらに詳細に説明する。
第２図は、この発明の１実施例を示す発光ダイオードの
縦断面図である。同図において、１１はｎ−ＧａＡｓ基
板、１２はｎ −Ｇ ａｏ、５ Ａ Ｉ！０．５ＡＳ層
、１３はＳｉドープのｃａＡｓ［である。
縦断面図である。同図において、１１はｎ−ＧａＡｓ基
板、１２はｎ −Ｇ ａｏ、５ Ａ Ｉ！０．５ＡＳ層
、１３はＳｉドープのｃａＡｓ［である。
このｎ−Ｇａ０．５ Ａｊ２０．５ Ａｓｆｆ１ｌ ２
ば、ヘテロ接合部であり、ＳｉドープのＧａＡｓ層１３
よりも屈折率が小さい。ｎ−ＧａＡｓ基板１１のｎ−Ｇ
ａＯ，５Ａ ｊ！０．５ Ａ ｓ”層１２との接合面
中央部に凹部（穴）ｌｌａが形成され、この凹部１１ａ
に対応してｎ−Ｇａ０．５ Ａ１１．５ ＡｓＪｉＪｌ
２も段差部１２ａを有し、さらにこの段差部１２ａに
対応してＧａＡｓ基板１３は凸レンズ状部１３ａを有し
ている。なお、１４はＳｉＯ２膜、１５．１６は電極で
ある。
ば、ヘテロ接合部であり、ＳｉドープのＧａＡｓ層１３
よりも屈折率が小さい。ｎ−ＧａＡｓ基板１１のｎ−Ｇ
ａＯ，５Ａ ｊ！０．５ Ａ ｓ”層１２との接合面
中央部に凹部（穴）ｌｌａが形成され、この凹部１１ａ
に対応してｎ−Ｇａ０．５ Ａ１１．５ ＡｓＪｉＪｌ
２も段差部１２ａを有し、さらにこの段差部１２ａに
対応してＧａＡｓ基板１３は凸レンズ状部１３ａを有し
ている。なお、１４はＳｉＯ２膜、１５．１６は電極で
ある。
この発光ダイオードを製造するにば、まずｎ−ＧａＡｓ
基板１１にＮ Ｈ４０Ｈ−Ｈ２０２系のエツチング液を
用いて、径が５０μｍ、深さが１０ｐｍ程度の穴１１ａ
をあける。次に、この穴１１ａを含むｎ−ＧａＡｓ基板
１１の表面より、液相エピタキシャル成長法を用いて、
７μｍの厚さのｎ−Ｇ ａｏ、５ Ａ １１．５ Ａ
ｓ層１２を、さらにＳｉドープのＧａＡｓ層１３を、５
０μｍ厚に成長させる。
基板１１にＮ Ｈ４０Ｈ−Ｈ２０２系のエツチング液を
用いて、径が５０μｍ、深さが１０ｐｍ程度の穴１１ａ
をあける。次に、この穴１１ａを含むｎ−ＧａＡｓ基板
１１の表面より、液相エピタキシャル成長法を用いて、
７μｍの厚さのｎ−Ｇ ａｏ、５ Ａ １１．５ Ａ
ｓ層１２を、さらにＳｉドープのＧａＡｓ層１３を、５
０μｍ厚に成長させる。
ＳｉドープのＧａＡｓＮ１３の成長開始温度を、９００
℃とすると、降温途中で導電型がｎ型からｐ型に変わり
、ＳｉドープのＧａＡｓ層３１３中に点線１３ｂで示す
ｐ−ｎ接合が形成される。なお穴１１ａに対応して、エ
ピタキシャル成長がなされるために、Ｓｉドープのｃ
ａ Ａ ｓ Ｒ１３の中央部に凸レンズ状部１３ａが形
成される。
℃とすると、降温途中で導電型がｎ型からｐ型に変わり
、ＳｉドープのＧａＡｓ層３１３中に点線１３ｂで示す
ｐ−ｎ接合が形成される。なお穴１１ａに対応して、エ
ピタキシャル成長がなされるために、Ｓｉドープのｃ
ａ Ａ ｓ Ｒ１３の中央部に凸レンズ状部１３ａが形
成される。
エピタキシャル成長が終了すると、そのウェハにＣＶＤ
装置を用いてＳｉｏ２膜１４膜形４し、穴１１ａに対応
する位置にフォトリソグラフィ技術を用いて、エソヂン
グで径が３０μｍの穴１４ａをあけ、その後、Ａｕ −
Ｚｎの電極１５、Ａｕ ・Ｇｅの電極１６をウェハの表
裏に形成して素子を完成する。
装置を用いてＳｉｏ２膜１４膜形４し、穴１１ａに対応
する位置にフォトリソグラフィ技術を用いて、エソヂン
グで径が３０μｍの穴１４ａをあけ、その後、Ａｕ −
Ｚｎの電極１５、Ａｕ ・Ｇｅの電極１６をウェハの表
裏に形成して素子を完成する。
次に上記実施例の発光ダイオードが従来のものに比して
、量子効率が改善される理由を第３図を参照して説明す
る。第３図は第２図の発光ダイオードのウェハの中心部
分を模型的に示したものであり、ｎ−ＧａＡｓ基板１１
とＳｉドープのＧａＡｓ層１３の屈折率はｒｚ ＝ ３
．６であるに対し、ｎ−Ｇ ａＯ，５Ａ １１．Ｓ Ａ
ｓ層１２の屈折率はｎ２＝３．２と小さく、さらにＳ
ｉドープのｃ、 ａ Ａ Ｓ Ｊ５１３に凸レンズ状部
１３ａを有しているので、点０より例えば角度αで発射
される光は実線ａで示す経路をとる。これに対し、上記
屈折率差及び凸レンズ状部を持たない従来の発光ダイオ
ードでは、点Ｏより同角度αで発射された光でも破線す
で示す経路をとり、発光ダイオードより外部に放出され
る放射角度が異なる。すなわち上記実施例の発光ダイオ
ードの方が、全反射される角度に対し余裕がある。この
ことば、従来の発光ダイオードよりも実際上の臨界角を
大きくできることを意味し、それだけ量子効率が向上し
、素子より外部へ取り出すことのできる光量が増加する
。
、量子効率が改善される理由を第３図を参照して説明す
る。第３図は第２図の発光ダイオードのウェハの中心部
分を模型的に示したものであり、ｎ−ＧａＡｓ基板１１
とＳｉドープのＧａＡｓ層１３の屈折率はｒｚ ＝ ３
．６であるに対し、ｎ−Ｇ ａＯ，５Ａ １１．Ｓ Ａ
ｓ層１２の屈折率はｎ２＝３．２と小さく、さらにＳ
ｉドープのｃ、 ａ Ａ Ｓ Ｊ５１３に凸レンズ状部
１３ａを有しているので、点０より例えば角度αで発射
される光は実線ａで示す経路をとる。これに対し、上記
屈折率差及び凸レンズ状部を持たない従来の発光ダイオ
ードでは、点Ｏより同角度αで発射された光でも破線す
で示す経路をとり、発光ダイオードより外部に放出され
る放射角度が異なる。すなわち上記実施例の発光ダイオ
ードの方が、全反射される角度に対し余裕がある。この
ことば、従来の発光ダイオードよりも実際上の臨界角を
大きくできることを意味し、それだけ量子効率が向上し
、素子より外部へ取り出すことのできる光量が増加する
。
上記実施例発光ダイオードの利点は、たとえば上記発光
ダイオードを光ファイバに接続する場合を想定するとよ
く理解できる。
ダイオードを光ファイバに接続する場合を想定するとよ
く理解できる。
今、発光ダイオードをＮＡ ＝ ０．２ （ＮＡ ：
開口数）の石英ファイバに結合する場合を考えると、結
合できる光はＮＡで決定される値である放射角１１．５
°以内の光に限られる。
開口数）の石英ファイバに結合する場合を考えると、結
合できる光はＮＡで決定される値である放射角１１．５
°以内の光に限られる。
説明の便宜上、第３図の凸レンズ状部１３ａの中心０か
ら発射される光を考えると、発光ダイオードの素子内部
では、もし凸レンズ状部がない場合は、 Ｓｉｎθ１＝ＮＡ／ ｒｚ ＝０．２ ／３．６ ＃０
．０５６θ１−３゜１８゜ となる。この３．１８°で発射された光が、素子表面で
１１．５°の放射角を持つ光となる。つまりこの場合に
は、３．１８°以内の角度で発せられた光しか光ファイ
バに結合できない。
ら発射される光を考えると、発光ダイオードの素子内部
では、もし凸レンズ状部がない場合は、 Ｓｉｎθ１＝ＮＡ／ ｒｚ ＝０．２ ／３．６ ＃０
．０５６θ１−３゜１８゜ となる。この３．１８°で発射された光が、素子表面で
１１．５°の放射角を持つ光となる。つまりこの場合に
は、３．１８°以内の角度で発せられた光しか光ファイ
バに結合できない。
これに対し、上記実施例発光ダイオードでは、Ｓｉｎθ
２ ＝ＮＡ／ ｎ２＝０．２ ／３．２ ＃０．０６２
５θ２ ＝３．５８゜ であ炉、３．５８°以内の角度で発せられた光が、光フ
ァイバに結合できることになる。
２ ＝ＮＡ／ ｎ２＝０．２ ／３．２ ＃０．０６２
５θ２ ＝３．５８゜ であ炉、３．５８°以内の角度で発せられた光が、光フ
ァイバに結合できることになる。
結合パワーとしてはθ１、θ２の２つの立体角の比較か
ら ２ ｎ （−１−Ｃｏｓθｚ）／２ｙｃ（Ｉ Ｃｏｓ
θ１）＝１．２６５ となり、従来のものに比し１．２６５倍の光をファイバ
に結合できる。
ら ２ ｎ （−１−Ｃｏｓθｚ）／２ｙｃ（Ｉ Ｃｏｓ
θ１）＝１．２６５ となり、従来のものに比し１．２６５倍の光をファイバ
に結合できる。
なお上記実施例ではＧａＡｓ 、Ｇａ Ａ Ｉ Ａ ｓ
’ｒＡ料を用いた場合について説明したが、この発明
はこれらの材料に限られることな（、ＩｎＰ系など他の
３元、４元系の材料を用いてもよいことはいうまでもな
い。
’ｒＡ料を用いた場合について説明したが、この発明
はこれらの材料に限られることな（、ＩｎＰ系など他の
３元、４元系の材料を用いてもよいことはいうまでもな
い。
またへテロ接合部分の組成もＧ ａｏ、５ Ａ ｊ２０
．５ΔＳに限定されるものでなく、要するに屈折率差が
取れるものであればよく、屈折率差の大なるものほど望
ましい。
．５ΔＳに限定されるものでなく、要するに屈折率差が
取れるものであればよく、屈折率差の大なるものほど望
ましい。
第１図は従来の発光ダイオードを示す縦断面図、第２図
はこの発明の１実施例を示す発光ダイオードの縦断面図
、第３図は同発光ダイオードの利点を説明するため、同
発光ダイオードのウェハの中央部分を模型的に示した図
である。 １１：ｎ−ＧａＡｓ基板、 １２ ： ｎ−Ｇａ０．５ Ａ７！０．５ Ａｓ層、１
３：ＳｉドープのｃａＡｓＪＦｆ、 １３ａ：凸レンズ状部 特許出願人 立石電機株式会社代理人
弁理士 中 村 茂 信第１図 → ｖＪ２図 第３図
はこの発明の１実施例を示す発光ダイオードの縦断面図
、第３図は同発光ダイオードの利点を説明するため、同
発光ダイオードのウェハの中央部分を模型的に示した図
である。 １１：ｎ−ＧａＡｓ基板、 １２ ： ｎ−Ｇａ０．５ Ａ７！０．５ Ａｓ層、１
３：ＳｉドープのｃａＡｓＪＦｆ、 １３ａ：凸レンズ状部 特許出願人 立石電機株式会社代理人
弁理士 中 村 茂 信第１図 → ｖＪ２図 第３図
Claims (1)
- （１）、ペテロ接合部を有する発光ダイオードにおいて
、前記へテロ接合部のへテロ界面を凸レンズ状に形成し
てなることを特徴とする発光ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58100073A JPS59225581A (ja) | 1983-06-04 | 1983-06-04 | 発光ダイオ−ド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58100073A JPS59225581A (ja) | 1983-06-04 | 1983-06-04 | 発光ダイオ−ド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59225581A true JPS59225581A (ja) | 1984-12-18 |
Family
ID=14264276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58100073A Pending JPS59225581A (ja) | 1983-06-04 | 1983-06-04 | 発光ダイオ−ド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59225581A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012015154A (ja) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Ngk Insulators Ltd | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
-
1983
- 1983-06-04 JP JP58100073A patent/JPS59225581A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012015154A (ja) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Ngk Insulators Ltd | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
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