KR101255442B1 - 발광소자 - Google Patents

발광소자 Download PDF

Info

Publication number
KR101255442B1
KR101255442B1 KR1020117001237A KR20117001237A KR101255442B1 KR 101255442 B1 KR101255442 B1 KR 101255442B1 KR 1020117001237 A KR1020117001237 A KR 1020117001237A KR 20117001237 A KR20117001237 A KR 20117001237A KR 101255442 B1 KR101255442 B1 KR 101255442B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
composition
substrate
multilayer film
light emitting
Prior art date
Application number
KR1020117001237A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110050430A (ko
Inventor
마사토시 이와타
노리오 타사키
요시유키 코바야시
데츠야 마츠우라
Original Assignee
도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤 filed Critical 도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤
Publication of KR20110050430A publication Critical patent/KR20110050430A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101255442B1 publication Critical patent/KR101255442B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01L33/08—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 with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
    • 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
    • H01L33/10—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 with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

기판과, 상기 기판의 상방으로 배설되어 일차광을 방출하는 발광층과, 상기 기판과 상기 발광층과의 사이에 배설되고, 상기 일차광을 반사하는 적어도 한 개 층으로 구성되는 반사막을 구비하는 발광소자에 있어서, 상기 발광소자는, 상기 기판과 상기 반사막과의 사이에 배설되는, 2종 이상의 광분산층으로 구성되는 광분산 다층막을 더 구비하고, 상기 광분산 다층막은, 상기 반사막을 투과한 일차광에 의해 여기되는 이차광을, 복수의 파장으로 다중 분산시켜 흡수하는 것을 특징으로 한다.

Description

발광소자{LIGHT-EMITTING ELEMENT}
본 발명은 발광층에서 일차광을 방출하는 발광소자에 관한 것으로, 특히 예컨대 센서 용도 등으로 이용되는 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 더블 헤테로 구조를 가지는 발광소자에 있어서, 발광층에서 발생한 일차광은, 발광소자의 표면 만이 아니라 전방위로 등방적으로 향하게 된다. 이 발광소자의 이면으로 향한 일차광은, 이면 전극 또는 기판에 흡수, 산란되어 광출력에는 직접 기여하지 않고, 발광 효율의 저하를 초래하고 있다.
이러한 현상을 억제하기 위해, 상기 기판과 상기 발광층과의 사이에, 상기 일차광을 반사하는 적어도 한 개 층으로 구성되는 반사막을 설치하는 기술이 개발되고 있지만, 상기 일차광을 완전하게 반사하는 것은 어렵고, 그 일부가 상기 반사막을 투과하여 기판에 도달하여, 부차적으로 기판 여기광을 발광한다. 이 기판 여기광은, 상기 일차광과는 파장이 다르기 때문에, 예컨대, 센서 용도로 이용하는 경우, 잡음이 되어, 센서 동작의 신뢰성에 대해 악영향을 줄 우려가 있다는 문제가 있다. 또한, 기판 여기광을 흡수하여 억제하는 경우, 발광소자 내에 열로서 축적되어 발광소자의 신뢰성에 악영향을 준다는 문제가 있다.
그 때문에, 특허 문헌 1에는, 적색 발광 다이오드에서, 기판과 활성층과의 사이에, 상기 활성층보다도 Al조성이 높은 투과층을 형성 함으로써, 기판으로부터 발생하는 여기광의 강도를 제어하는 기술이 개시되고 있다.
또한, 특허 문헌 2에는, 발광층과, 발광층과는 조성이 다른 반도체와의 사이에, 반사층을 설치 함으로써, 상기 반도체에서 발생한 여기광이 표면으로부터 취출되는 것을 억제하는 기술이 개시되고 있다.
하지만, 상기 기술은, 발생한 여기광의 강도를 제어 또는 억제하는 것을 목적으로 하여 개시된 것이지만, 기판으로부터 발생하는 여기광의 피크 강도를 충분히 억제할 수는 없었다. 또한, 여기광의 제어 방법은, 빛 에너지를 흡수시켜 결과적으로 열로서 축적하는 것이다.
특허 문헌 1 : 일본특허공개 2005-116922호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허공개 평-289336호 공보
본 발명의 목적은, 일차광에 의해 기판으로부터 발생하는 여기광의 피크 강도를 저감 함으로써, 상기 여기광이 센서 동작의 신뢰성에 주는 악영향을 저감 한 발광소자를 제공하는 것에 있다. 또한, 여기광을 흡수하지 않고 피크 강도를 저감 함으로써 발광소자 내에 열을 발생시키지 않고, 신뢰성을 향상시킨 발광소자를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.
(1) 기판과, 상기 기판의 상방으로 배설되어 일차광을 방출하는 발광층과, 상기 기판과 상기 발광층과의 사이에 배설되고, 상기 일차광을 반사하는 적어도 한 개 층으로 구성되는 반사막을 구비하는 발광소자에 있어서, 상기 발광소자는, 상기 기판과 상기 반사막과의 사이에 배설되는, 2종 이상의 광분산층으로 구성되는 광분산 다층막을 더 구비하고, 상기 광분산 다층막은, 상기 반사막을 투과한 일차광에 의해 여기되는 이차광을, 복수의 파장으로 다중 분산시켜 방출하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
(2) 상기 광분산 다층막은 AlxGa(1-x)As 재료(0≤x≤1)로 구성되고, 상기 AlxGa(1-x)As 재료 중의 Al조성(x)은, 상기 기판측으로부터 상기 반사막측으로 향하는 상기 광분산 다층막의 두께 방향으로, 저Al조성과 고Al조성과의 사이를 다수 회 왕복하면서 연속적으로 변화시키고, 또한 상기 변화시키는 저Al조성 및 고Al조성 중 적어도 하나의 Al조성(x) 및 상기 광분산층의 두께를, 스탭 상태로 변화시켜 이루어지는 상기 (1)에 기재된 발광소자.
(3) 상기 저Al조성과 고Al조성(x)의 차이는, 상기 기판측으로부터 상기 반사막측으로 향하여 복수 주기 마다 순차적으로 작게 하고, 또한 상기 광분산층의 두께는, 상기 기판측으로부터 상기 반사막측으로 향하여 복수 주기 마다 순차적으로 크게 하는 상기 (2)에 기재된 발광소자.
(4) 상기 광분산 다층막은, 상기 광분산 다층막을 투과하여 기판에 도달하는 일차광에 의해 여기된 기판 여기광을 반사하는 상기 (1), (2) 또는 (3)에 기재된 발광소자.
(5) 상기 광분산 다층막의 두께는, 500~1500 ㎛인 상기 (1)~(4) 중 어느 하나에 기재된 발광소자.
본 발명의 발광소자는, 기판과 반사막과의 사이에 배설되는, 2종 이상의 광분산층으로 구성되는 광분산 다층막을 구비하고, 이 광분산 다층막에 의해, 반사막을 투과한 일차광에 의해 여기되는 이차광을, 복수의 파장으로 다중 분산시켜 방출한다. 즉, 투과한 일차광의 에너지를 복수의 파장으로 나누어 조금씩 여기-방출시켜 기판에 도달하는 빛 에너지를 억제하는 것에 의해 기판의 여기를 억제하고, 빛의 피크 강도를 저감시키며, 센서 동작의 신뢰성에 주는 악영향을 저감시키고, 더욱이 여기광을 흡수하지 않고 피크 강도를 저감 함으로써 발광소자 내에 열을 발생시키지 않고, 신뢰성을 향상시킨 발광소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발광소자를 도시하는 개략도이다.
도 2는 AlxGa(1-x)As 재료로 구성되는 광분산 다층막 중 Al조성의 패턴 일례를 도시하는 그래프이다.
도 3은 실시예 1에 따른 AlxGa(1-x)As 재료로 구성되는 광분산 다층막 중 Al조성의 패턴 일례를 도시하는 그래프이다.
도 4는 실시예 2에 따른 AlxGa(1-x)As 재료로 구성되는 광분산 다층막 중 Al조성의 패턴 일례를 도시하는 그래프이다.
도 5는 비교예 2에 따른 AlxGa(1-x)As 재료로 구성되는 광분산 다층막 중 Al조성의 패턴 일례를 도시하는 그래프이다.
도 6은 비교예 3에 따른 AlxGa(1-x)As 재료로 구성되는 광분산 다층막 중 Al조성의 패턴 일례를 도시하는 그래프이다.
도 7은 비교예 4에 따른 AlxGa(1-x)As 재료로 구성되는 광분산 다층막 중 Al조성의 패턴 일례를 도시하는 그래프이다.
도 8은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 발광소자의 발광 스펙트럼 측정 결과를 도시하는 그래프이다.
도 9는 실시예 2 및 비교예 1에 따른 발광소자의 발광 스펙트럼 측정 결과를 도시하는 그래프이다.
도 10은 실시예 1에 따른 PL스펙트럼 측정 결과를 도시하는 그래프이다.
도 11은 실시예 2에 따른 PL스펙트럼 측정 결과를 도시하는 그래프이다.
도 12는 비교예 1에 따른 PL스펙트럼 측정 결과를 도시하는 그래프이다.
도 13은 비교예 2에 따른 PL스펙트럼 측정 결과를 도시하는 그래프이다.
도 14는 비교예 3에 따른 PL스펙트럼 측정 결과를 도시하는 그래프이다.
도 15는 비교예 4에 따른 PL스펙트럼 측정 결과를 도시하는 그래프이다.
다음으로, 본 발명의 발광소자의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 본 발명에 따른 발광소자의 단면 구조를 모식적으로 도시한 것이다. 또한 도면 중의 해칭은, 설명을 위해, 편의상 시행한 것이다.
도 1에 도시한 발광소자(1)는, 기판(2)과, 상기 기판(2)의 상방으로 배설되어 일차광을 방출하는 발광층(3)과, 상기 기판(2)과 상기 발광층(3)과의 사이에 배설되고, 상기 일차광을 반사하는 적어도 한 개 층으로 구성되는 반사막(4)을 구비하고, 더욱이 상기 기판(2)과 상기 반사막(4)과의 사이에 배설되는, 2종 이상의 광분산층으로 구성되는 광분산 다층막(5)을 구비하며, 이러한 구성을 채용 함으로써, 상기 반사막(4)에서는 완전하게 반사하지 않고 반사막(4)을 투과한 일차광에 의해 여기되는 이차광을, 상기 광분산 다층막(5)에 의해, 복수의 파장으로 다중 분산시켜 방출하는 것을 가능하게 한다.
상기 발광소자(1)는, 기판(2) 상으로, 적어도, 광분산 다층막(5), 반사막(4) 및 발광층(3)을, MOCVD법을 이용하여 에피택셜 성장시켜 형성된다. 도 1은, GaAs 기판(2)의 상방으로 형성한 InyGa(1-y)P양자 우물 발광층(3)을, AlGaInP 클래드층(6, 7) 사이에 낀 더블 헤테로 구조의 발광소자(1)를 나타낸 것이다. MOCVD법에 따른 성막 방법은, 화합물 반도체를 성막하는 공지의 방법을 사용할 수 있다. 상기 기판(2)에는, 면방위가 (100)으로부터의 off각이 2도 이상인 GaAs 기판(2)를 사용할 수 있다.
또한, 도 1에는 도시하지 않았지만, 상기 발광층(3) 부근에 전류협착층을 형성하여도 무방하다. 이 경우, 상기 전류협착층의 전극 면적은 임의이며, 필요에 따라, 메사 형상으로 하거나 보호막을 붙일 수도 있다. 또한, 상기 전류협착층은, 제1 도전형 또는 도핑을 실시하지 않는 층으로서 성장시킬 수 있고, 이온 주입법에 의해 고저항화하는 것, Zn확산에 의해 소망하는 구조로 하는 것, 또는 산화층, 산화막, 질화막을 형성하는 것에 의해서도 얻을 수 있다.
상기 광분산 다층막(5)은 AlxGa(1-x)As 재료(0≤x≤1)로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 AlGaAs계 재료는, Al조성과 Ga조성을 제어하는 것이 용이하고, 또한 GaAs 기판(2)과의 격자 부정합도가 작고, 굴절률(index of refraction), 밴드 갭을 폭넓게 선택할 수 있기 때문이다. 더욱이 굴절률은 Al조성이 높아지면 작아지기 때문에, 광학 설계를 하는 것이 용이해지고, 재현성이 좋으며, 설계대로 소망하는 구조를 얻을 수 있다.
또한, 상기 AlxGa(1-x)As 재료 중의 Al조성(x)은, 도 2에 일례로서 도시한 바와 같이, 상기 기판(2)측으로부터 상기 반사막(4)측으로 향하는 상기 광분산 다층막(5)의 두께 방향으로, 저Al조성과 고Al조성과의 사이를 복수 회 왕복하면서 연속적으로 변화시키고, 또한 상기 변화시키는 저Al조성 및 고Al조성 중 적어도 하나의 Al조성 및 상기 광분산층의 두께를, 스탭 상태로 변화시켜 되는 것이 바람직하다. 또한 상기 광분산층의 두께는, 도 2에서, 예컨대 고Al조성-저Al조성-고Al조성으로 표시하는 1 사이클의 폭을 지칭한다. 또한 도 2 중, 종축은 상기 AlxGa(1-x)As 재료에서의 Al조성(x)의 비율(x=1을 100%로 하고, x=0을 0%로 한다.)을 나타내고, 횡축은 상기 광분산 다층막(5)의, 상기 기판(2)측에서의 두께를 나타낸다.
상기 AlGaAs계 재료는, Al조성(x)을 높게 함으로써, 간접 천이 영역으로 근접하고, 발광 효율을 저하시킬 수 있다. 한편, 저Al조성 부분은 이차광을 발생시키기 때문에, 이차광의 파장을 결정하는 저Al조성의 설계는 특별히 중요해진다. 또한, 고Al조성은, 저Al조성의 영역에서 충분히 캐리어를 가두어 좋은 효율로 이차광을 발생시킬 수 있도록 설계하는 것이 중요해진다. 따라서, 고Al조성의 설계는, 예컨대 x=0.9~1.0의 범위에서 고정하는 것이 바람직하다.
이 때 예컨대, 양자 우물과 같이 저Al조성과 고Al조성을 반복하면, 양자 우물이 가두는 것이 강하고, 발광 효율이 높아지기 때문에, 층수가 적어도 강한 2차 발광이 발생해 버린다. 따라서, 저Al조성이 가두어지는 구조에서는, 약간 발광 효율이 떨어진 구조를 이용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 저Al조성과 고Al조성과의 사이를 연속적으로 변화시켜 가두는 구조를 이용하면, 양자 우물에서는 발광 효율이 떨어지지만, 2차 발광을 발생시키기에는 충분한 발광 효율을 얻을 수 있다.
더욱이 상기 저Al조성과 고Al조성의 Al조성(x)의 차이는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 기판(2)측으로부터 상기 반사막(4)측으로 향해 복수 주기 마다 순차적으로 작게 되고, 또한 상기 광분산층의 두께는, 상기 기판(2)측으로부터 상기 반사막(4)측으로 향해 복수 주기 마다 순차적으로 크게 하는 것이 바람직하다. Al조성이 높은 층은, 간접 천이 영역에 근접하여 발광 효율이 떨어지지만, 발광층에 접근 함으로써, 효율적으로, 흡수, 여기, 이차광을 발생시킬 수 있고, 그 적층수를 적당히 조정 함으로써, 2차광강도를 조절할 수 있기 때문이다. 또한, 발광층으로부터 멀어짐에 따라, 투과 하는 빛의 강도가 떨어지고, 즉 이차광의 여기 강도는 떨어지지만, 이차광을 일으키는 부분의 Al조성을 내림으로써 직접 천이 영역에 근접하고, 발광 효율은 향상되며 또한 적층수를 조정 함으로써, 2차광강도를 조절할 수 있다. 따라서, 활성층의 발광 파장에 대해서, 파장을 순차적으로 길게 함으로써, 2차 여기 영역을 복수 설정할 수 있는 것이 가능해지는 것과 동시에, 2차 여기에 동반하는 발열을 억제하고, 빛 에너지 상태로 방출할 수 있다. 이에 따라, 2차 여기광을, 문제가 되지 않는 약한 강도로, 복수의 파장으로 나누어 발산시킬 수 있다.
또한, 상기 Al조성(x)의 차이를 작게 하는 방법으로서, 고Al조성 만을 순차적으로 작게 하여 가는 경우, 고Al조성을 순차적으로 작게 하고, 또한 저Al조성을 순차적으로 크게 하여 가는 경우, 저Al조성 만을 순차적으로 크게 하여 가는 경우의 3방법을 예시할 수 있다. 고Al조성 만을 순차적으로 작게 하여 가는 경우는, 2차 발광을 일으키는 저Al조성이 1개로 결정되고, 2차 발광을 충분히 약하게 할 수 없다. 또한, 고Al조성을 순차적으로 작게 하고, 또한 저Al조성을 순차적으로 크게 하여 가는 경우, 저Al조성이 크게 되어 가고 발광 효율이 떨어져 갈 때에, 고Al조성이 작아지면, 가두는 효과가 약해지고, 효과적으로 2차 발광을 일으키는 것이 어려워진다. 따라서, 저Al조성 만을 순차적으로 크게 하여 가는 것이 바람직하다.
상기 광분산 다층막(5)은, 이 광분산 다층막(5)을 투과하여 기판(2)에 도달하는 일차광에 의해 여기된 기판 여기광을 반사하는 것이 바람직하다. 굴절률의 평균치(=(저Al측 굴절률+고Al측 굴절률)/2)를 취하고, 막두께에 의한 광학 설계를 하는(블랙의 반사식 d=λ/4n를 이용한다) 것으로, 기판 여기광을 반사하는 반사층으로서 기능시키는 것이 가능하게 된다. 예컨대, GaAs 기판의 경우는, 기판 여기광의 파장 870 nm에 대해서 반사층으로서 기능하도록, AlGaAs의 Al조성 x=1→0→1의 1 주기를 예로 취하면, 1 주기의 두께를 65.9 nm로 함으로써, 870 nm에 대한 반사 효과를 기대할 수 있다. 이는, GaAs의 굴절률이 3.6, AlAs의 굴절률이 3.0, 평균 굴절률이 3.3이며, d=870/(4*3.3)=65.9 nm가 되는 것에 따른다. 이에 따라, 신호광으로의 잡음을 한층 더 감소시킬 수 있다.
상기 광분산 다층막(5)의 두께는, 500~1500 nm로 할 수 있다. 이 두께는, 광분산층의 적층수와 관계되고, 이 적층수는, 고Al조성-저Al조성-고Al조성의 반복 적층수가 2~5주기가 되는 것이 바람직하다. 1 주기에서는, 특히 저Al조성 중에서도, Al조성이 높고, 발광 효율이 저하하는 조성이 되면, 여기 강도가 떨어져 충분히 분산할 수 있는 레벨의 2차 발광 강도를 얻을 수 없기 때문이다. 또한, 6 주기 이상에서는, 그 적층한 저Al조성에 대응하는 파장에서의 2차 발광 강도가 너무 커지기 때문에 있다.
또한, 도 1 및 도 2는, 대표적인 실시 형태의 예를 나타낸 것으로, 본 발명은 이 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
실시예
(실시예 1)
MOCVD법에 의해, GaAs 기판(Si도프(dope), 면방위:(100) 15도 off, 두께:350 ㎛) 상에 광분산 다층막(831.5 nm, 불순물 Se), n-반사막(두께:1.8 ㎛, Al0.45Ga0.55As(42.3 nm)/AlAs(47.3 nm)의 20회 반복층, 불순물 Se), n-클래드층(두께:90 nm, Al0 .5In0 .5P, 불순물 Se), 발광층(두께:84 nm, InyGa(1-y)P(y=0.53), 언도프), p-클래드층(두께:180 nm, Al0 .5In0 .5P, 불순물 Mg), p-반사층(두께:0.9 ㎛, Al0.45Ga0.55As(42.3nm)/AlAs(47.3nm)의 10회 반복층, 불순물 C)를 순차적으로 성장시켜 본 발명에 따른 발광소자(총두께(기판 제외함):3.9 ㎛)를 형성한다. p-반사층은, n-반사층과 수직 공진기를 형성하고, 발광 스펙트럼을 좁고, 보다 센서 용도에 매우 적합하게 하기 위해서 삽입하고 있다.
상기 광분산 다층막은, AlxGa(1-x)As 재료(0≤x≤1)로 구성되고, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 AlxGa(1-x)As 재료 중 Al조성이, 상기 기판측으로부터 상기 반사막측으로 향하는 상기 광분산 다층막의 두께 방향으로, 저Al조성과 고Al조성과의 사이를 다수 회 왕복하면서 연속적으로 변화하고, 또한 상기 변화시킨 저Al조성 및 고Al조성 중 적어도 하나의 Al조성 및 상기 광분산층의 두께를, 스탭 상태로 변화하도록 형성하며, 더욱이 상기 저Al조성과 고Al조성의 차이는, 상기 기판측으로부터 상기 반사막측으로 향하여, 도 3에 도시한 바와 같이 순차적으로 작게, 또한 상기 광분산층의 두께는, 상기 기판측으로부터 상기 반사막측으로 향하여, 도 3에 도시한 바와 같이 순차적으로 커지도록 형성한다. 이 조성 패턴은, MOCVD 장치에서의 원료 가스 유량을 제어하는 매스 플로우 미터의 유량 설정을 연속적으로 변화시켜 형성할 수 있다. 또한, 상기 광분산 다층막은, 이 광분산 다층막을 투과하여 기판에 이르는 일차광에 의해 여기된 기판 여기광의 강도가 큰 파장역을 반사하도록 형성한다. 또한 도 3중, 종축은 상기 AlxGa(1-x)As 재료에서의 Al조성의 비율(x=1을 100%로 하고, x=0을 0%로 함.)을 도시하고, 횡축은 상기 광분산 다층막(5)의, 상기 기판(2)측으로부터의 두께를 나타낸다.
도 3에서, 상기 Al조성은, 저Al조성이, 0%*2, 10%*3, 20%*3, 30%*4 사이클이 되도록 설계하고, 각 사이클의 두께는, 기판 여기광의 파장 870 nm에 대해 반사하도록, 65.9 nm, 67.8 nm, 69.8 nm, 71.7 nm로 한다. 또한, 좌단의 저Al조성0%→고Al조성100%(32.9 nm)과, 우단의 고Al조성100%→저Al조성30%(35.9 nm)는, 가두기 효과가 없기 때문에 페어수로 카운트 하지 않는 것으로 한다.
각층을 에피택셜 성장한 후, 기판 이면에 N전극(AuGeNi 합금, 두께 0.2 ㎛)을 형성하고, 에피택셜 성장 표면으로, Φ130 ㎛의 P환전극(AuZn 합금+Ti/Au합금, 두께:0.8 ㎛+1 ㎛)를 형성한다. 그리고, 칩을 □ 300 ㎛ 사이즈로 다이싱 하여, LED 칩을 형성한다. 이 LED 칩의 발광 스펙트럼을 후술하는 방법으로 평가한다. 또한, 이것과는 별도로, 상기 기판상에 상기 광분산 다층막 만을 성장하여, PL측정을 실시한다.
(실시예 2)
상기 광분산 다층막이, AlxGa(1-x)As 재료(0≤x≤1)로 구성되고, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 AlxGa(1-x)As 재료 중 Al조성은, 저Al조성이, 0%*2, 10%*2, 15%*2, 20%*2, 25%*3, 30%*4, 35%*5 사이클이 되도록 설계하고, 각 사이클의 두께는, 기판 여기광의 파장 870 nm에 대해 반사하도록, 65.9 nm, 67.8 nm, 68.8 nm, 69.8 nm, 70.7 nm, 71.7 nm, 72.7 nm로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 같은 발광소자를 작성한다. 또한 좌단의 저Al조성0%→고Al조성100%(32.9 nm)과, 우단의 고Al조성100%→저Al조성35%(36.4 nm)는, 가두기 효과가 없기 때문에 페어수로 카운트 하지 않는 것으로 한다.
또한, 이것과는 별도로, 상기 기판상에 상기 광분산 다층막 만을 성장하고, PL측정을 실시한다.
(비교예 1)
광분산 다층막을 형성하지 않는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 발광소자(총두께:(기판 제외함) 4.5 ㎛)를 형성한다.
(비교예 2)
상기 광분산 다층막이, AlxGa(1-x)As 재료(0≤x≤1)로 구성되고, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 AlxGa(1-x)As 재료 중 Al조성은, 저Al조성이, 0%*1, 10%*1, 15%*1, 20%*1, 25%*1, 30%*1, 35*1 사이클이 되도록 설계하고, 각 사이클의 두께는, 기판 여기광의 파장 870 nm에 대해 반사하도록, 65.9 nm, 67.8 nm, 68.8 nm, 69.8 nm, 70.7 nm, 71.7 nm, 72.7 nm로 하는 광분산 다층막을 실시예 1과 같은 기판상에 MOCVD법을 이용하여 성장하고, PL측정을 실시한다. 또한 좌단의 저Al조성0%→고Al조성100%(32.9 nm)과, 우단의 고Al조성100%→저Al조성35%(36.4 nm)는, 가두기 효과가 없기 때문에 페어수로 카운트 하지 않는 것으로 한다.
(비교예 3)
상기 광분산 다층막이, AlxGa(1-x)As 재료(0≤x≤1)로 구성되고, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 AlxGa(1-x)As 재료 중 Al조성은, 저Al조성이, 35%*5, 30%*4, 25%*3, 20%*2, 15%*2, 10%*2, 0%*2 사이클이 되도록 설계하고, 각 사이클의 두께는, 기판 여기광의 파장 870 nm에 대해 반사하도록, 72.7 nm, 71.7 nm, 70.7 nm, 69.8 nm, 68.8 nm, 67.8 nm, 65.9 nm로 하는 광분산 다층막을 실시예 1과 같은 기판 상에 MOCVD법을 이용하여 성장하고, PL측정을 실시한다. 또한, 좌단의 저Al조성35%→고Al조성100%(36.4 nm)과, 우단의 고Al조성100%→저Al조성0%(32.9 nm)는, 가두기 효과가 없기 때문에 페어수로 카운트 하지 않는 것으로 한다.
(비교예 4)
상기 광분산 다층막이, AlxGa(1-x)As 재료(0≤x≤1)로 구성되고, 이 AlxGa(1-x)As 재료 중 Al조성을, 도 7에 도시한 바와 같이, 고Al조성 및 저Al조성 모두 변화하지 않게 설정한 광분산 다층막을 실시예 1과 같은 기판상에 MOCVD를 이용하여 성장하고, PL측정을 실시한다.
(평가 1)
상기 실시예 1~2 및 비교예 1의 발광소자에 대해서, 발광 스펙트럼 측정을 실시한다. 이 측정은, 스펙트럼 분석기(오오츠카 전자회사 제품 MCPD-3000)를 이용하여 수행한다.
도 8 및 도 9에, 각각 실시예 1 및 비교예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 측정 결과의 그래프를 도시한다. 도면 중, 횡축은 파장(nm)이고, 종축은 발광 피크치를 1로 할 때의, 빛의 강도(arbitrary unit)를 나타낸다. 또한, 도 8(b) 및 도 9(b)는, 각각 도 8(a) 및 도 9(a)의 파장 범위:650~1000 nm를 확대하고, 종축을 대수 표시한 것이다.
또한, 표 1에, 실시예 1~2 및 비교예 1의, 적분공에 의한 전출력 : Po(mW), 순방향 전압 :Vf(V), 발광 스펙트럼 측정에 의한 일차광의 중심 파장:λp(nm) 및 일차광에 대한 이차광의 강도의 비율((이차광의 피크 강도)/(일차광의 피크 강도)) :IR(%)를 나타낸다. 이들은, LED 칩을 TO-18에 마운트하고, Po와 Vf는 직류 20 mA, λp와 IR은 직류 5 mA를 흐르게 할 때의 값이다. 측정은, 스펙트럼 분석기(오오츠카 전자회사 제품 MCPD-3000)를 이용하여 수행한다.
Figure 112011003899443-pct00001
도 8, 도 9 및 표 1의 결과로부터, 비교예 1에서는 파장 850 nm부근의 위치에 피크를 볼 수 있는 데에 대해, 실시예 1 및 실시예 2에서는 피크의 높이가 낮고, 브로드 상태에서, 이차광을 효과적으로 분산되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 및 실시예 2에서는, 비교예 1과 비교하여, 2차광 강도의 비율도 매우 작아지고 있는 것을 알 수 있다.
(평가 2)
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1~4의 광분산 다층막 만을 성장한 샘플에 대해, PL스펙트럼 측정(PHILIPS 회사 제품 PLM-100)을 실시한다. 광원에는, D-YAG(YAG의 2배파 : Double YAG) 레이저(파장 532 nm)를 이용하여 샘플에 수직으로 입사시킨다.
도 10~도 15에, 각각, 상기 실시예 1~2 및 비교예 1~4의 측정 결과의 그래프를 나타낸다. 도면 중, 횡축은 파장(nm)이고, 종축은 강도를 나타낸다. 이들 결과로부터, 실시예 1~2의 PL스펙트럼의 강도는, 비교예 1~4의 PL스펙트럼의 강도와 비교하여, 10배 이상이나 작고, 또한 발광 피크 파장도 복수로 분산 되어 있는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 비교예 2~4의 광분산 다층막을 이용한 발광소자에서는, 충분하게 이차광을 억제, 또한 분산시킬 수 없는 것이 용이하게 예상된다.
산업상의 이용 가능성
본 발명의 발광소자는, 기판과 반사막과의 사이에 배설되는, 2종 이상의 광분산층으로 구성되는 광분산 다층막을 구비하고, 이 광분산 다층막에 의해, 상기 반사막을 투과한 일차광에 의해 여기되는 이차광을, 복수의 파장으로 다중 분산시켜 방출 함으로써, 일차광에 의한 기판의 여기를 억제하고, 신호광으로의 잡음을 감소시킬 수 있다.
1 발광소자
2 기판
3 발광층
4 반사막
5 광분산 다층막
6 클래드층
7 클래드층

Claims (5)

  1. 기판과, 상기 기판의 상방으로 배설되어 일차광을 방출하는 발광층과, 상기 기판과 상기 발광층과의 사이에 배설되고, 상기 일차광을 반사하는 적어도 한 개 층으로 구성되는 반사막을 구비하는 발광소자에 있어서,
    상기 발광소자는, 상기 기판과 상기 반사막과의 사이에 배설되는, 2종 이상의 광분산층으로 구성되는 광분산 다층막을 더 구비하고,
    상기 광분산 다층막은, 상기 반사막을 투과한 일차광에 의해 여기되는 이차광을, 복수의 파장으로 다중 분산시켜 방출하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광분산 다층막은, AlxGa(1-x)As 재료(0≤x≤1)로 구성되고, 상기 AlxGa(1-x)As 재료 중 Al조성(x)은, 상기 기판측으로부터 상기 반사막측으로 향하는 상기 광분산 다층막의 두께 방향으로, 저Al조성과 고Al조성과의 사이를 다수 회 왕복하면서 연속적으로 변화시키고, 또한 상기 변화시킨 저Al조성 및 고Al조성 중 적어도 하나의 Al조성(x) 및 상기 광분산층의 두께를, 스탭 상태로 변화시키는 발광소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 저Al조성과 고Al조성의 Al조성(x)의 차이는, 상기 기판측으로부터 상기 반사막측으로 향하여 복수 주기 마다 순차적으로 작게 하고, 또한 상기 광분산층의 두께는, 상기 기판측으로부터 상기 반사막측으로 향하여 복수 주기 마다 순차적으로 크게 하는 발광소자.
  4. 제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광분산 다층막은, 상기 광분산 다층막을 투과하여 기판에 이르는 일차광에 의해 여기된 기판 여기광을 반사하는 발광소자.
  5. 제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광분산 다층막의 두께는, 500~1500 nm인 발광소자.
KR1020117001237A 2008-07-17 2009-06-05 발광소자 KR101255442B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008186400A JP5166153B2 (ja) 2008-07-17 2008-07-17 発光素子
JPJP-P-2008-186400 2008-07-17
PCT/JP2009/060360 WO2010007841A1 (ja) 2008-07-17 2009-06-05 発光素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110050430A KR20110050430A (ko) 2011-05-13
KR101255442B1 true KR101255442B1 (ko) 2013-04-17

Family

ID=41550249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117001237A KR101255442B1 (ko) 2008-07-17 2009-06-05 발광소자

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8278822B2 (ko)
EP (1) EP2323179A4 (ko)
JP (1) JP5166153B2 (ko)
KR (1) KR101255442B1 (ko)
CN (1) CN102160199B (ko)
TW (1) TWI443862B (ko)
WO (1) WO2010007841A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101337379B1 (ko) * 2012-06-22 2013-12-05 광전자 주식회사 엔형 알루미늄비소 하부 윈도우층을 가진 알루미늄갈륨인듐인계 발광다이오드 및 그 제조 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0974218A (ja) * 1995-09-07 1997-03-18 Mitsubishi Cable Ind Ltd 半導体発光素子
JP2001339098A (ja) * 2000-05-26 2001-12-07 Kyocera Corp 半導体発光素子
US20070241668A1 (en) * 2004-04-22 2007-10-18 Schott Ag Organic, Eelectro-Optical Element With Increased Decoupling Efficiency

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09172197A (ja) * 1995-12-19 1997-06-30 Mitsubishi Cable Ind Ltd 半導体発光素子
JPH09289336A (ja) 1996-04-22 1997-11-04 Daido Steel Co Ltd 面発光ダイオード
GB2344456B (en) * 1998-12-02 2000-12-27 Arima Optoelectronics Corp Semiconductor devices
US7590159B2 (en) * 2001-02-26 2009-09-15 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-1.7 micrometers and optical telecommunication system using such a laser diode
US6898215B2 (en) * 2001-04-11 2005-05-24 Optical Communication Products, Inc. Long wavelength vertical cavity surface emitting laser
JP2004241462A (ja) * 2003-02-04 2004-08-26 Hitachi Cable Ltd 発光素子及び発光素子用エピタキシャルウエハ
JP2004304049A (ja) * 2003-03-31 2004-10-28 Hitachi Cable Ltd 発光ダイオード
JP2005005558A (ja) * 2003-06-13 2005-01-06 Hitachi Cable Ltd 半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハ
JP4459591B2 (ja) 2003-10-10 2010-04-28 Ｄｏｗａホールディングス株式会社 発光ダイオードからの二次発光の制御方法
JP2006040998A (ja) * 2004-07-23 2006-02-09 Hitachi Cable Ltd 半導体発光素子、半導体発光素子用エピタキシャルウェハ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0974218A (ja) * 1995-09-07 1997-03-18 Mitsubishi Cable Ind Ltd 半導体発光素子
JP2001339098A (ja) * 2000-05-26 2001-12-07 Kyocera Corp 半導体発光素子
US20070241668A1 (en) * 2004-04-22 2007-10-18 Schott Ag Organic, Eelectro-Optical Element With Increased Decoupling Efficiency

Also Published As

Publication number Publication date
TW201007996A (en) 2010-02-16
CN102160199B (zh) 2013-04-24
EP2323179A1 (en) 2011-05-18
JP2010027805A (ja) 2010-02-04
WO2010007841A1 (ja) 2010-01-21
TWI443862B (zh) 2014-07-01
EP2323179A4 (en) 2013-09-25
JP5166153B2 (ja) 2013-03-21
CN102160199A (zh) 2011-08-17
US20110115359A1 (en) 2011-05-19
KR20110050430A (ko) 2011-05-13
US8278822B2 (en) 2012-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wierer Jr et al. Comparison between blue lasers and light‐emitting diodes for future solid‐state lighting
US9590141B2 (en) Semiconductor light emitting device having a p-type semiconductor layer with a p-type impurity
JP5129161B2 (ja) 光変換のための希土類ドープされた層または基板
JP6803411B2 (ja) 深紫外発光素子およびその製造方法
JP2008311532A (ja) 白色発光装置及び白色発光装置の形成方法
US10930815B2 (en) Light emitting device
JP2014508416A (ja) インジウム含有クラッド層を有する半導体レーザ
JP2010245312A (ja) 発光素子
US20230021325A1 (en) Semiconductor laser device and method of manufacturing the same
KR100679235B1 (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR101255442B1 (ko) 발광소자
JP7410508B2 (ja) 窒化物半導体素子
JP2010027805A5 (ko)
JP2021184456A (ja) 窒化物半導体レーザダイオード
JP2006278416A (ja) 半導体レーザ素子およびそれを含む応用システム
JP2006270073A (ja) 発光ダイオード及びその製造方法
JP5247636B2 (ja) 発光素子
US11088512B2 (en) Nitride semiconductor element
JP2019041102A (ja) レーザダイオード
CN111435782B (zh) 发光元件
WO2023162839A1 (ja) 紫外発光素子およびそれを備える電気機器
KR101305793B1 (ko) 발광소자 및 이의 제조방법
JP2015119171A (ja) 多重量子井戸半導体発光素子
De Neve et al. Resonant Cavity LED's, Design, fabrication and analysis of high efficiency LED's
Tang et al. Performance of 650 nm AlGaInP RCLEDs with different p-type DBRs

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160318

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170317

Year of fee payment: 5