JPH02266549A - 半導体発光ダイオード - 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】

ｆＡｉｉ業上の利用分野】 本発明１ま、インコヒーレントな光が外部に放射して得
られる半導体発光ダイオードに関する。

【従来の技術１ 従来、第８図〜第１０図を伴って次に述べる半導体発光
ダイオードが提案されている。 すなわち、例えばｎ型を有する半導体結晶基板１と、そ
の半導体結晶基板１上にそれと接して形成されｎつ半導
体結晶基板１と同じｎ型を右づる半導体結晶層２と、そ
の半導体結晶ｒＪｊ２上にそれと接して形成され且つ半
導体結晶層２に比し狭いエネルギバンドギャップと＾い
屈折率とをｎする半導体結晶層３と、半導体結晶層３上
にそれと接して形成され且つ半導体結晶層２に比し広い
エネルギバンドギャップと低い屈折率とを有するととも
に、半導体結晶層１とは逆のｐ型を有する半導体結晶層
４と、半導体結晶層４上にそれと接して形成され且つ半
導体結晶１１ｇ１４と同じｐ型を有する半導体結晶層５
とを／ｆする竿４体積層体１０を有する。 この場合、半導体積層体１０は、とくに第１０図に示す
ように、半導体積層体１０の長手方向（第９図におい文
、粗面と平行な方向、第１０図に１３いて、紙面と垂直
方向）と直交する面上の断面でみて、半導体結晶層２ま
たは半導体結晶基板１から立上っている〈図においては
、半導体結晶層２から立上っている）メサ状の形状を有
し、また、そのメサの左右両側面上に、半導体結晶層２
または半導体結晶基板１側において、半導体結晶ｆｒ４
２及び３と半導体結晶Ｆｆ１４の下半部とに接してそれ
ぞれ形成され且つｐ型を有するとともに例えばＩｎＰで
なる半導体結晶層６１−及び６Ｒをそれぞれ有するとと
もに、それら半導体結晶層６Ｌ及び６Ｒ上において、半
導体結晶層４の１半部と半導体結晶層５とに接してそれ
ぞれ形成され且つｎ型を有するとともに例えばＩｎＰで
なる半導体結晶ＶｆＪ７Ｌ及び７Ｒをそれぞれ有する。 また、半導体積層体１０は、その長子方向の一端側にお
いて、半導体積層体１０の厚さ方向に垂直に延長してい
る端面を、光放射端面１１として有し、一方、その光放
射端面１１上に、反射防止膜１２が付されている。 さらに、半導体積層体１０は、その長子方向の光放射端
面１１ｇ１ｌとは反対側の他端側においで、半導体結晶
層５．４及び３の端面を、半導体Ｖｉ層体重０の厚さ方
向のＩ　ａ面に対して斜めに延長している傾斜面１４上
に在らしめている。 また、上述した半導体積層体１０において、その半導体
結晶基板１が、（１００）面でなる主面を有し、且つ例
えばＩｎＰでなる。 さらに、半導体結晶層２．３．４及び５が、そのような
半導体結晶基板１の主面上に讐ともに液相エピタキシャ
ル成長法、気相エピタキシャル成長法、分子線ビームエ
ピタキシャル成長法などによって形成され、そして、半
導体結晶層２が、例えばＩｎＰでなる。 また、半導体結晶層３が゛、ｎ型不純物及びｎ型不純物
のいずれも意図的に導入させていないか導入させている
としても半導体結晶層２及び４に比し格段的に低い濃度
でしか導入させていない例えばＩ　ｎＧａＡｓＰ系でな
る。 さらに、半導体結晶層４が、例えば【ｎＰでなる。 また、半導体層５が、ｎ型不純物を半導体結晶層４に比
し高い濃度で導入している例えばＩｎＧａＡｓＰ系でな
る。 さらに、上述した半導体積層体１０の一方の主面１０ａ
上、従って半導体結晶層５の土面上に、半導体ｖｉ層体
１０の長手方向の充放１）ｕａ而面１１において、半導
体結晶層７Ｌ及び７Ｒ上にも延長している電極層１５が
、オーミックに付されて配されている。 また、上述した半導体積層体１０の上述した主面１０ａ
と対向している使方の主面１０ｂ上、従って半導体結晶
基板１の半導体結晶層２側とは反対側の面上に、他の電
極層１６が、半導体積層体１０の主面１０ａ上の電極層
１５と対向してオーミックに付されて配されている。こ
の場合、電１４ｆｆ１１６は、図示のように、主面１０
ａ上の電極層１５と対向しでいない領域上に延長してい
てもよい。 以上が、従来提案されている半尋体光光ダイＡ−ドの構
成である。 このような構成を有する半導体発光ダイオードによれば
、電極層１５及び１６間に、電極層１５側を正とする所
要の電源（図示せず）を接続すれば、その電源からの電
流が、半導体積層体１０の半導体結晶Ｕ板１、及び半導
体結晶層２．３．４及び５に、それらとは逆の順に、電
極層１５及び１６を通じで流れる。 しかしながら、電源からの電流は、ｒｆｉ極Ｆ４１５が
、半導体積層体１０の半導体結晶層７１及び７Ｒ上に延
長していても、この場合のｆｆｉ源が、半導体結晶層７
Ｌ及び６１間、及び７Ｒ及び６Ｒ間のｐｎ接合に対して
逆バイアスを与える極性を右しているので、それら半導
体結晶ＦＡ７Ｌ及び６Ｌ、及び７Ｒ及び６Ｒに、半導体
結晶層３をσ（ｑ路しＣ流れない。 従って、電源からの電流が、半導体積層体１０の半導体
Ｉ１１．品層３に、狭窄して流れる。 また、このように、半導体ｖ１層体１０のごど尋体結品
層３に狭窄して流れる電流は、主としで、電極層１５及
び１６が相対向している領Ｍ３ａに流れる。 このため、主として、半導体結晶Ｆ１３の領域３ａの各
部において、半導体結晶層３を構成しているＩ　ｎＧａ
Ａｓｐ系の１ネルギバンドギャップＥｇ８に応じた波長
λ８を中心とする例えば１．５μｍ波長帯の帯域を有す
る光り、が発生する。そして、それら光り、の一部が、
領１１１ｔ３ａを、半導体結晶層２及び４によって閉じ
込められて光放射端面１１側に伝播し、光り、の他部が
、＃導体結晶層３の電極層１５及び１６が相対向してい
ない領域３ｂを、同様に、半導体結晶層２及び４によっ
て閉じ込められて傾斜面１７′！側に伝Ｍする。 そして、このように、半導体結晶層３の領域３ａを光放
射端面１１１１１１に伝播する光しａの一部は、その光
放射端面１１上に反射防止膜１２が形成されているので
、その光放射端面１１上で反射づることなしに、反射防
止膜１２を通って外８１Ｉに放射する。 また、上述したように、半導体結晶Ｒ３の領域３ｂを、
傾斜面１４側に伝播する光り、の他部は、その伝播過程
で、領域３ｂにおいて吸収されながら、傾斜面１４に到
達し、そして、その傾斜面１４において反射し、その反
射光は、半導体結晶層３の領域３ｂ内にほとんど再入射
しない。 以上のことから、第８図〜第１０図に示す従来の半導体
発光ダイオードによれば、半導体積層体１０の半導体結
晶層３をその全領域に亘って構成しているＩ　ｎＧａＡ
ｓＰ系のエネルギバンドギャップＥ　に対応した波長λ
８を中心とａ する帯域を有する光Ｌａが、インコヒーレントな光りと
して、光ｔｌｉ（）ｌ端面１１から、反射防止膜１２を
通じて、外部に放射して４１１られる。 また、この場合、半導体積層体１０には、電源からの電
流が、継続して流れ、従って、電源からの電流が、半導
体結晶層３の領ｔａ３ａに継続して注入されているので
、光放射端面１１から外部に放射して（与られるインコ
ヒーレントな光りが、半導体ｆＩ！１層休１体重半導体
結晶層３の領域３ａに流れる電流の値に応じて、比較的
高い８度でＬ９られる。 さらに、光ｔｌｉ射端面端面から外Ｎ１に放射して得ら
れるインコヒーレントな光りが、光放射端面１１上にお
ける半導体結晶Ｗｊ３の端面という局部的な領域から外
部に放射される光であるので、光放射端面１１から外部
に放射して得られるインコヒーレントな光りが、半導体
結晶層３の厚さに応じて、比較的狭い放射角で放射され
る。 従って、第８図〜第１０図に示す半導体発光ダイオード
によれば、インコヒーレントな光りが、比較的高い輝度
で且つ比較的狭い放射角で、外部に放射して得られる。 【発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第８図〜第１０図に示す従来の半導体発
光ダイオードの場合、半導体積層体１０における！１′
導体結晶層３が、電極層１５及び１６が相対向している
領Ｌ！ｉ、３　ａ及び電極層１５及び１６が相対向して
いない領域３ｂを含めた全領域において、各部−様な組
成を有する■ｎＧａＡｓＰ系のエネルギバンドギルツブ
Ｅ９ａを有する１つの領域のみを有する、という構成を
イｊしているため、光Ｉｌｌ射端而１面から、外部に放
射して得られるれるインコヒーレントな光りが、上述し
たように、この場合の半導体結晶ＷＩ３をその全領域に
Ｕつで構成しているＩｎＧａ　Ａ　ｓ　Ｐ系のエネルギ
バンドギャップＥｇ８に対応した波長λ８を中心とする
帯域を有するが、その帯域幅Ｗλ、が、比較的狭い。 例えば、半導体結晶層３の電極層１５及び１６が相対向
している領域３ａが、その領域３ａにおいて発生する光
Ｌ　の中心波長λ、が１゜５０μｒｎの波長で得られる
ような、■ネルギバンドギ１！ツブＥｏａを有するＩｒ
１ＧａＡＳＰ系の組成を有する場合、帯域幅Ｗ／ｌａが
、外部に放射して得られるインコヒーレントな光りの波
長に対する１１度特性上の半値幅でみて、５００Ａ程痘
しか有していない。 このため、第８図〜第１０図に示す従来の半導体発光ダ
イオードの場合、外部にＩｌｉ射しＵ　１！７られるイ
ンコヒーレントな光りが、その帯域幅Ｗλ、と比例関係
にあるインコヒーレント度をして、比較的低い値ｅしか
得られない、という欠点を右していた。 よって、本発明は、上述した欠員のない、新規な半導体
発光ダイオードを提案せんとするものである。 【課題を解決するための手段１ 本発明による半導体発光ダイオードは、第８図〜第１０
図で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合と同様
に、 （イ）■第１の導電型を有する半導体結晶基板と、■そ
の半導体結晶基板上に形成され且つ第１の導電型を有す
る第１の半導体結晶層と、■その第１の半導体結晶層上
にそれと接して形成され且つ上記第１の半導体結晶層に
比し狭いエネルギバンドギャップと高い屈折率とを有す
る第２の半導体結晶層と、■その第２の半導体結晶層上
にそれと接して形成され且つ上記第２の半導体結晶層に
比し広いエネルギバンドギャップブと低い屈折率とを有
するとともに、第１の導電型とは逆の第２の導電型を有
する第３の半導体結晶層とを有する半導体積層体を有し
、そして、 （ロ）その半導体積層体の相対向する第１及び第２の主
面上に、第１及び第２の電極層が相対向してそれぞれ配
され、また、 （ハ）上記半導体積層体の長子方向の一端面を充放ｃ！
４端面としている という構成を有する。 しかしながら、本発明による半力体発光ダイオードは、
このような構成を有する半導体発光ダイオードにおいて
、 （ニ）上記第２の半導体結晶層が、上記第１及び第２の
電極層が相対向している領域において、上記半導体ｖ４
層体の上記光故！８端而側から上記半導体８１ｉｌｒ４
体の長子方向に順次連接してとった複数ｎ個の第１、第
２・・・・・・・・・第ｎの領域部を有し、そして、 （ホ）上記第２の半導体結晶層の上記第１、第２・・・
・・・・・・第ｎの領域部が、それらの順に順次小さな
第１、第２・・・・・・・・・第ｎのエネルギバンドギ
せツブをそれぞれ有する。 なお、この場合、上述した第１の電極層が、上述した第
２の半導体結晶層の第１、第２・・・・・・・・・第ｎ
の領域部とそれぞれ対向して且つ互に分離している第１
、第２・・・・・・・・・第ｎの電極胴部を有するのを
可とづる。 【作用・効果】 本発明による半導体発光ダイオードによれば、第８図〜
第１０図で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合
と同様に、第１及び第２の電極層間に所要の電源を接続
し、その電源からの電流を、半導体ＶＩ層体に流せば、
その￥導体積層体の第２の半導体結晶層の第１及び第２
の電極層が相対向している領域における第１、第２・・
・・・・・・・第ｎの領域８１１において、それら第１
、第２・・・・・・・・・第ｎの領域部のエネルギバン
ドギャップに応じた波長をそれぞれ中心とする帯域を有
する光がそれぞれ発生する。 そして、それら第１、第２・・・・・・・・・第「１の
領域部でそれぞれ発生した光は、第１、第２・・・・・
・・・・第ｎの領域部がそれらの順に光放射端面側から
順次配列され、イして、ぞの配列順に順次小さな第１、
第・２・・・・・・・・・第ｎのエネルギバンドギャッ
プを有するので、第２の半導体結晶層の第１及び第２の
電極層が相対向している領域を、その領域においてほと
んど吸収されずに、第１及び第２の半導体結晶層によっ
て１１１じ込められて光放射端面側に伝播Ｊる。 従って、本発明による半導体発光ダイオードの場合、上
述した第１、第２・・・・・・・・・第ｎの領域部′Ｃ
それぞれ発生する光に基ずくが、第８図〜第１０図で上
述した従来の半導体発光ダイオードの場合と同様に、イ
ンコヒーレントな光が、充放ＩＪＪ端面から、外部に放
射して（！１られる。 また、この場合、ず導体積層体には、第８図〜第１０図
で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合と同様に
、電鈴からの電流が継続して流れ、従って、電源からの
電流が、半導体積層体の第２の半導体結晶層の第１及び
第２の電極層が相対向している領域に継続して注入され
ているので、充放ＯＪ端面から外部に放射されるインコ
に一しントな光が、第８図〜第１０図で上述した従来の
半導体発光ダイオードの場合と同様に、第２の半導体結
晶層の第１及び第２の′？Ｉｉ極層が相対向しＣいる領
域に流れる電流に応じて、比較的高い輝度で４！１られ
る。 また、光放射端面から外部に放射して得られるインコヒ
ーレントな光が、第８図〜第１０図で上述した従来の半
導体発光ダイオードの場合と同様に、光放射端面上にお
ける第２の半導体結晶層の端面という局部的な領域から
外部に放射される光であるので、光放射端面から外部に
敢Ｑ４　してｖ：ｌられるインコヒーレントな光が、第
８図〜第１０図で上述した従来の半導体発光ダイオード
の場合と同様に、第２の半導体結晶層のＪφさに応じて
、比較的狭い放射角で放射される。 従って、本発明による半導体発光ダイオードの場合も、
第８図〜第１０図でＦ述した従来の半導体発光ダイオー
ドの場合と同様に、インコヒーレン１−な光が、比較的
高い輝度で・且つ比較的狭い放射角でＶｌられる。 しかしながら、本発明による半導体発光ダイオードの場
合、第２の半導体結晶層の第１及び第２の電極層が相対
向し又いる領域が、順次小になる第１、第２・・・・・
・・・・第ｎの１ネルギバンドギトツブをそれぞれ有す
る第１、第２・・・・・・・・・第ｎの領域部を有し、
そして、それら第１、第２・・・・・・・・・第ｎの領
域部にＪ３いて、（れらの第１、第２・・・・・・・・
・第ｎのエネルギバンドギャップにそれぞれ応じた波長
を中心とする帯域を有する光をそれぞれ発生し、ぞして
、それら光が、充放ＯＡ端面から、外部に、インコヒー
レントな光として放射する。 このため、第１、第２・・・・・・・・・第ｎの領域部
のイれぞれの第１、第２・・・・・・・・・第ｎのエネ
ルギバンドギャップを、第１及び第２の領域部でそれぞ
れ発生する光の帯域、第２及び第３の領域部でそれぞれ
発生ずる光の帯域、・・・・・・・・・ｍ（ｎｌ）及び
第ｒ）のγ１域部でそれぞれ発生する光の帯域がそれぞ
れｎに一部重複して得られる範囲で、第１及び第２のエ
ネルギバンドギャップ間、第２及び第３のエネルギバン
ドギャップ間、・・・・・・・・・第（ｎ−１＞及び第
ｎのエネルギバンドギャップ間にそれぞれ大きな差が得
られる値に予め選定しておけば、光放射端面から外部に
放射してＥｑられるインコヒーレントな光が、第８図〜
第１０図で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合
に比し＋８段的に広い帯域幅をイラ゛する１つの帯域を
有して得られる。 従って、本発明による半導体発光ダイオードによれば、
光放射端面から外部に放射して４ｒ７られるインコヒー
レントな光が、そのインコヒーレント度をして、第８図
〜第１０図で上述した従来の半樽体介光ダイ、４−１：
の場合に比し格段的に高いｌｌｆでＶｌられる。 （実施（シ１１１ 次に、第１図〜第３図を伴って本発明による半導体発光
ダイオードの第１の実施例を述べよう。 第１図〜第３図にＪ３いて、第８図〜第１０図との対応
部分には同一符号を付し、詳細説明を省略する。 第１図〜第３図に示す本発明によ４Ｆ導体発光ダイオー
ドＬｉ、次の事項を除いて、第８図〜第１０図で上ｉＬ
した従来の半導体発光ダイオードと同様の構成を有する
。 すなわち、半導体積層体１０の牛尋体結晶層３が、電極
層４１５及び１６が相対向している領域３ａ及び電極層
１５及び１６が相対向していない領域３ｂを含めた全領
域において、各部−様な組成を有するＩｎＧａＡｓＰ系
のエネルギバンドギャップＥ、ａを有する１つの領域の
みを有するという構成を右している第８図〜第１０図の
場合に代え、電極層１５及び１６が相対向している領域
３ａにＪ７いて、半導体積層（Ａ　１０の光放射端面１
１から半導体積層体１０の良手力向に順次連接してとっ
た複数ｎ個の第１、第２・・・・・・・・・第ｎの領域
ｒＪＩＭ　　１Ｍ２・・・・・・・・・Ｍｏを有する。 そして、それら第１、第２・・・・・・・・・第ｎの領
域部Ｍ、、Ｍ、２・・・・・・・・・Ｍ、が、第８図〜
第１０図で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合
と同様にＩ　ｎＧａＡｓＰ系でなるとしても、それら第
１、第２・・・・・・・・・第ｎの領域部Ｍ１、Ｍ２・
・・・・・・・・Ｍ、のエネルギバンドギャップをそれ
ぞれ第１、第２・・・・・・・・・第ｎのエネルギバン
ドギャップＥＥ　　・・・・・・・・・Ｅ、ｎとすると
き、それらｇ１ゝ　　Ｑ２ 第１、第２・・・・・・・・・第ｎのエネルギバンドギ
ャップＥＥ　　・・・・・・・・・Ｅ、。がそれらの順
に順次小す１′　　　ｇ２ さな値を有し、従って、Ｅ　（１１＞　Ｅ　ｇ２＞・・
・・・・・・・〉Ｅｇ。の関係をイｊ１ｔ−る、という
組成を有する。 ただし、この場合、第１、第２・・・・・・・・・第ｎ
の領域部Ｍ、Ｍ２・・・・・・・・・Ｍ、の第１、第２
・・・・・・・・・第ｎの１ネルギバンドギヤツプＥＥ
　　・・・１１ｇ２ ・・・・・・Ｅ、。は、第１、第２・・・・・・・・・
第ｎの領域部Ｍ１、Ｍ２・・・・・・・・・Ｍｎにおい
て、後述するように、第１、第２・・・・・・・・・第
ｎの１ネルギバンドギヤツプＥＥ　　・・・・・・・・
・Ｅ、。にぞれぞれ応じた波長ｇ１・　　ｇ２ λ１、λ２・・・・・・・・・λ。（この場合、λ、く
λ２〈・・・・・・・・・くλ。の関係を有り”る）を
中心とする帯域をイーする光り、Ｌ２・・・・・・・・
・し。を発生すす るところから、第１及び第２の領域部Ｍ１及びＭ　　て
゛それぞれ発生Ｊる光Ｌ１及びＬ２の帯域、第２及び第
３の領域部Ｍ２及びＭ３でそれぞれ光生りる光［及び［
３の帯域・・・・・・・・・第（ｎ−１）及び第ｎの領
域部Ｍ（。−１）及びＭ。でそれぞれ発生する光Ｌ（。 −１）及びり。の帯域がそれぞれ実効的に一部（Ｅ複し
て（ｑられる値に選ばれている。 また、半導体結晶層３の電極層１５及び１６が相対向し
ていない領域３ｂが、電極層１５及び１６が相対向しく
いる領域３ａと同様にｒｎＧａＡｓＰ系でなるとしても
、電極層１５及び１６が相対向している領ＩＪ３ａにお
ける充放（ト）端面１１よりも最も朗れている第ｎの領
域部Ｍ。の第ｎのエネルギバンドギャップＥｇ。と同し
か第ｎのエネルギバンドギャップ［ｇ。よりも小さなエ
ネルギバンドギャップブＥｇｂを有する、という組成を
有する。なお、図においては、領域３ｂが領域３ａにお
（〕る第ｎの領域部Ｍ。とｌ１ｉ３じ組成を有するＪｎ
Ｑａ、Ａ、ｓｐ系でなる場合が示され、従って、この場
合、領Ｍ３ｂの１ネルギバンドギャップＥｇもが、領域
３ａに引ノる第ｎの領域部Ｍ。のエネルギバンドギャッ
プブＥ０゜と等しい。 以上が、本発明による半導体発光ダイオードの第１の実
施例の構成である。 このような構成を有する本発明にＪ：る半導体発光ダイ
オードによれば、上述した事項を除いて、第８図〜第１
０図ぐ上述した従来の半導体発光ダイオードと同様の４
１〜成を有するので、訂１１１１　Ｗｌ明は省略するが
、第８図〜第１０図で上述した従来の半導体発光ダイオ
ードの場合と同様に、電極層１５及び１６間に所要の電
源（図示氾ず）を接続し、その電源からの電流を、半導
体積層体１０に流りば、第８図〜第１０図で上述した従
来の？１′導体発光ダイオードの場合に準じで、半導体
積層体１０の半導体結晶層３の電極層１５及び１６が相
対向している領Ｍ３ａにおける５５１、第２・・・・・
・・・・第ｎの領域部Ｍ１．Ｍ２・・・・・・・・・Ｍ
ｏｋ：Ｊ７いて、それら第１、′ＸＳ２・・・・・・・
・・第１）の領域部Ｍ　、Ｍ２・・・・・・・・・Ｍｏ
のエネルギバンドギャップＥ　　［・・・・・・・・・
Ｅ　（このｇｌｌ　ｇ２　　　　　ｇｎ 場合、Ｌ　ａ　１＞　Ｅ　Ｇ　２　＞・・・・・・・・
・＞Ｅｇ。の関係をｈづる）に応じた波長λ　、λ　・
・・・・・・・・λ。（この場合、λ　くλ２く・・・
・・・・・・〈λ。の関係を右すす る）をそれぞれ中心とする帯域をイｉする光Ｌ１、Ｌ２
・・・・・・・・・Ｌ　、がそれぞれ発生する。 そして、それら第１、第２・・・・・・・・・第ｎの領
域ｒ、ＩＩＭ１、Ｍ２・・・・・・・・・１ｙｌｎでそ
れぞれ発生した光１、、Ｉ−２・・・・・・・・・Ｌｎ
は、第１、第２・・・・・・・・・第ｎの領域部Ｍ１、
Ｍ２・・・・・・・・・Ｍｏがそれらの順に光放射端面
１１　ｆｔ１ｑから順次配列され、ぞしＣ、モの配ｒＪ
１１順に順次小さな第１、第２・・・・・・・・・第ｒ
）のエネルギバンドギ！・ツブＥＥ　　・・・・・・・
・・「！７１’　　（Ｊ２ 、。を有するのて“、半１結晶層３の′、Ｉｉ極層１５
）及び１６が相対向している領域３ａを、その領ｊ或３
　ａ　ｋ：　１３いて１よどノνど吸収されづ゛に、）
４−導体結晶層２及び４によって閑じ込められて光放射
端面１１側に伝播する。 従って、第１図〜第３図に示Ｔ本発明にょる゛￥導体発
光ダイオードの場合、上述した光１−１、Ｌ２・・・・
・・・・・Ｌｏｌ、：ｕずくが、第８図〜第１０図で上
述した従来の半導体発光ダイオードの場合と同様に、イ
ンコヒーレントな光１−が、光放射端面１１から、外部
に放射してＷｌられる。 また、この場合、半η体ｖｉ居体１ｏには、第８図〜第
１０図で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合と
同様に、電源からの電流が継続して流れ、従って、電源
からの電流が、半導体（＾病体１０の半導体結晶層３の
電極層１５及び１６が相対向している領域３ａに継続し
て注入されているので、光放射端面１１から外部に放０
（されるインコヒーレントな光りが、第８図〜第１０図
で上述した従来の半導体発光ダイオードの場合と同様に
、半導体結晶Ｆｉ３の電極層１５及び１６が相対向して
いる領域３ａに流れる電流に応じて、Ｉｔ校的＾い輝瓜
で４！ｌられる。 また、光放射端面１１から外部に放射して得られるイン
コヒーレントな光りが、第８図〜第１０図で上述した従
来の半導体発光ダイオードの場合と同様に、光放射端面
１１上における半樽体ム１１品層３の端面という局部的
な領域から外部にＪｌｉ射される光であるのて・、光放
射端面１１から外部に放射して１ｇられるインコヒーレ
ントな光りが、第８図〜第１０図で上述した従来の゛に
導体発光ダイオードの場合と同様に、半導体結晶層の厚
さに応じて、比較的狭い放ＱＪ角で放射される。 従って、第１図〜第３図に示す本発明による半導体発光
ダイオードの場合も、第８図〜第１０図で上述した従来
の半導体発光ダイオードの場合と同様に、インコヒーレ
ントｈ光りが、比較的高い第４を度ぐ■っ比較的狭い放
射角で（シ１られる。 しかしながら、第１図〜第３図に示す本発明による半導
体発光ダイオードの場合、半導体結晶層３の電極層１５
及び１６が相対向している領域３ａが、順次小になる第
１、第２・・・・・・・・・第ｎの１ネル、１１バンド
ギャップＥｇ１、Ｅｇ２、・呻・・・Ｅ、。をそれぞれ
有する第１、第２・・・・・・・・・第ｒ）の領ｂ２　
ＮＳＭ　１　、Ｍ　２・・・・・・・・・Ｍ、を有し、
そして、それら第１、第２・・・・・・・・・第ｎの領
ＪＩ！！部Ｍ１、Ｍ２・・・・・・・・・ＭｏにＪ５い
て、それらの第１、第２・・・・・・・・・第ｎのエネ
ルギバンドギャップＥＥ（１１’　　　Ｑ２’ ・・・・・・・・・Ｅ　にそれぞれ応じた波長λ　、λ
　・・・！１１０１　　２ ・・・・・・λ。を中心とする帯域を右づる光り、、ｌ
−２・・・・・・・・・Ｌｏをそれぞれ発生し、そして
、それら光［１１、Ｌ２・・・・・・・・・Ｌｏが、光
ｔＪ！ｉ射端而１端面ら、外部に、インコヒーレントな
光りとしてｈ１射する。 このため、第１、第２・・・・・・・・・第ｎの領域部
Ｍ１、Ｍ２・・・・・・・・・Ｍｏがイれぞれ有する第
１、第２・・・・・・・・・第ｎのエネルギバンドギャ
ップブＥ、、、Ｅ　　・・・・・・・・・Ｅ、。を、第
１及び第２の領域部Ｍ９υ １及びＭ２でそれぞれ発生づる光り、及びＬ２の帯域、
第２及び第３の領域部Ｍ　及びＭ３でそれぞれ発生する
光Ｌ２及びＬ３の帯域、・・・・・・・・・第（ｎ−１
）及び第ｎの領域部Ｍ（ｎｌ）及びＭ　でそれぞれ発生
づる光’（ｎｉ）及びＬｎの帯域がそれぞれ互に一部重
複して得られる範囲で、第１及び第２のエネルギバンド
ギャップＥギャップ「　及びＥ０３間、・・・・・・・
・・第（ｎ−１）及びｍｎのエネルギバンドギャップ”
　ｇ（ｎ−１）及びＥｇ。間にそれぞれ大きな差が得ら
れる値に予め選定しておけば、光放射端面１１から外部
に放射して得られるインコヒーレン１〜な光りが、第８
図〜第１０図で上述した従来の半導体発光ダイオードの
場合に比し格段的に広い帯域幅Ｗ８を有する１つの９１
）域を有して（ｑられる。 例えば、半導体結晶層３の電極層１５及び１６が相対向
している領域３ａが、第１〜第ｎの領域部Ｍ１〜Ｍｏの
ｎを２として、第１及び第２（ｍｎ）の領域ｍＭ　　及
びＭ２（ｍｎ）のみをイ茅し、そして、この場合の第１
の領域部Ｍ１が、イの第１の領域部Ｍ１にＪ５いて発生
する光Ｌ１が中心波長λ１をして第８図〜第１０図で上
述した従来の竿導体発光ダイオードの場合の領域３ａに
ついて上述した中心波長λ８とｌ１ｊｌじ１゜５０μｍ
の波長で（！Ｉられるような１ネルギバンドギレツプＥ
ｇｌを有するＩ　ｎＧａＡｓＰ系の組成を有し、また、
この場合の第２（ｍｎ）の領域部Ｍ２（、。）が、その
第２のくｍｎ）の領域部Ｍ２（ｍｎ）において発生ザる
光し　　　が中心波２（＝２） 長をして１．５５μｍの波長でｖＩられるようなエネル
ギバンドギャップＥ０２（＝Ｑ。）を有するＩｎＧａＡ
ｓＰ系の組成を有する場合、ｌ）シ域幅Ｗ８が、第４図
のインコヒーレントな光りの波長（μｍ）に対する輝度
（任意スケール）特性で示すように、半値幅でみて、１
０００人程度ε０う、第８図〜第１０図で上述した従来
の半導体発光ダイオードの場合（５００八）の約２倍の
値で１１ノられた。 従って、第１図〜第３図に示す本発明による半導体発光
ダイＡ゛−ドによれば、光放射端面１１から外部に放射
して（ｑられるインコヒーシン１−〇光りが、その帯域
幅と比例しているインコヒーシン１−麿をして、第８図
〜第１０図で上述した従来の半導体発光ダイオードの場
合に比し格段的に＾い舶で得られる。 また、第１図〜第３図に示１本発明による半導体発光ダ
イオードの場合、半導体結晶層３の電極層１５及び１６
が相対向している領域３ａにお１′、ｌる第１の領域部
Ｍ、（ただし１−１．２・・・・・・・・・ｎ）で第ｎ
の領域部Ｍ・のエネルギパンドギャップＥ９１に応じた
波長λｉを中心とする帯域を有して発生ゴる光しｉの一
部は、上述したように、第（ｉ＋１）〜第１の領域部Ｍ
（ｉ−１）〜Ｍ１を通つＣ充放ＩＪＪ　Ｑ面１１側に伝
播するが、この場合、第（ｉ−１）〜第１の領域部Ｍ（
ｉ−１）〜Ｍ１の１ネルギバンドギヤツプＥａ（ｉ−１
）〜Ｅｇ１が、第ｎの領域部Ｍ、のエネルギバンドギャ
ップＥｇ１に比し広いので、その光Ｌ１の一部が第（ｉ
−１）〜第１の領域部Ｍ（ｉ−１）　〜Ｍ１を通って、
効率よく、光放射端面１１側に伝播する。また、光Ｌ１
の他部は、第８図〜第１０図に示す半導体発光ダイオー
ドの場合で前述したのに準じて、第（ｉ＋１）〜第ｎの
領域部Ｍ１を通り、次で半導体結晶層３の電極層１５及
び１６が相対向していない領域３ｂに伝播ぜんとするが
、この場合、第（ｉ＋１）〜第ｎ・のｆｉ域部Ｍ、のエ
ネルギバンドギャップＥａｔｒ＊１）〜Ｅｇｏ及び領域
３ａの１ネルギバンドギｔ！ツブＥｇわが、第ｎの領域
部Ｍ、のエネルギバンドギｐンブＥグーに比し狭い（た
だし、ｉ＝ｎの場合領域３ｂのエネルギバンドギャップ
Ｅ０ｂが、この場合の第ｎの領域部Ｍｎのエネルギバン
ドギャップブＥｇｏと等しい場合がある）ので、その光
ｌｉの他部が第（ｉ＋１）の領域部Ｍ　（ｉ＋１）〜Ｍ
ｏ及び領Ｊｄ３ｂにおいて効果的にｌ汲取される。 従って、光放射端面１１から外部に放射して稈られるイ
ンコヒーレント一な光りが、反射の影費なしに効率良＜
　ｌ！／られる。 なお、第１図〜第３図に示す゛本発明による半導体発光
ダイオードの場合、辛導体結晶届３の領Ｊｄ’　３　ｒ
ｉを伝播する光が、第１及び第２の領域部Ｍ１及びＭ２
間、第２及び第３の領域部Ｎ１２及びＭ３ｆｌ！Ｌ・・
・・・・・・第（ｎ−１＞及び第ｎの領域部Ｍ　　　及
びＭ。間の境界で反射することが（ｎ−１） 考えられるが、第１、第２・・・・・・・・・第ｎの領
域部Ｍ、、Ｍ２・・・・・・・・・Ｍｏの第７、第２・
・・・・・・・・ｍｎの１ネルギバンドギｔ１ツブＥＥ
　　・・・・・・・・・Ｅｇｌ゛（１２ ゜。が、前述した値を有していれば、第１及び第２の領
域部Ｍ　及びＭ２間、第２及び第３の領域ＰＪ５　Ｍ　
　及びＭ３間・・・・・・・・・第（ｎ−１＞及び第ｎ
Ｑ）領域部Ｍ（。−１）及びＭ。間にそれぞれ小さな屈
折率差しかｆｉシていないので、第１及び第２のｆｒＸ
域部Ｍ１及びＭ２間、第２及び第３の領域？ＪＩＳＭ　
２及びＭ３１．’１・・・・・・・・・第（ｎ−１）及
び第ｒ】の領域部Ｍ（。−１）及びＭ。間の境界での反
射は、実際上問題にならない。

【実施例２】 次に、第５図〜第７図を伴って本発明による半導体発光
ダイオードの第２の実施例を述べよう。 第５図〜第７図において、第１図〜第３図との対応部分
には同一符号を付し、詳ｌ１ｌｌ説明を省略する。 第５図〜第７図に示す本発明による半導体発光ダイオー
ドは、次の事「Ｊを除いて、第１図〜第３図で上述した
本発明による半導体発光ダイオードと同様の構成を右ジ
る。 づなわら、電極層１５が、半導体積層体１゜の半導体結
晶層３の領域３ａが有している第１、第２・・・・・・
・・・第「１の領域部Ｍ１、Ｍ２・・・・・・・・・Ｍ
ｎに対して共通な電極層を有している、という構成を右
している第１図〜第３図の場合に代え、第１、第２・・
・・・・・・・第ｎの領域部Ｍｌ、Ｍ２・・自・・・・
・Ｍ、とそれぞれ対向し且つＨに分離している第１、第
２・・・・・・・・・第ｎの電極胴部Ｅ　１Ｅ２・・・
・・・・・・Ｅｏを右している。 以上が、本発明による半導体発光ダイオードの第１の実
施例の構成である。 このような構成を右４る本発明による半導体発光ダイオ
ードによれば、上述した事項を除いて、第１図〜第３図
で上述した本発明による半導体発光ダイオードと同様の
構成を有し、そしで、１１ｉ極層１５が有するｆｆｆ極
胴部Ｅ、　、Ｅ；２　・・・・・・・・Ｅｏのそれぞれ
と電極層１２との間に、第１〜第３図で上述した本発明
による半導体発光ダイオードの場合にｔＰじて、第１、
第２・・・・・・・・・第ｎの電源をそれぞれ接続づれ
ば、半導体結晶層３の電極層１５及び１６が相対向して
いる領域３ａが有している第１、第２・・・・・・・・
・第ｎの領域部Ｍ１、Ｍ２・・・・・・・・・Ｍ、にお
いて、第１図〜第３図ひ上述した本発明による半導体発
光ダイオードの場合と同様に、波長λ　、λ２・・・・
・・・・・λｎを中心とした帯域をそれぞれ有する光Ｌ
１、Ｌ２・・・・・・・・・Ｌｏが発生するので、詳Ｈ
Ｉ説明は省略するが、第１図〜第３図で上述した本発明
による半導体発光ダイオードの場合と同様に、光Ｌ１〜
１ｏに基ずくインコヒーレントな光りが、光放射端面１
１から、外部に、高い輝度を有し且つ狭い放射角で、し
かも高いインコヒーレント度で、放射して得られる。 また、第５図〜第７図に示す本発明による半導体発光ダ
イオードによれば、電極Ｆ１１５が、！ｔ′−尋体結晶
層３の領域３ａの第１、第２・・・・・・・・・第ｎの
領域部Ｍ１、Ｍ２・・・・・・・・・Ｍ３にそれぞれ対
向し且つ互に分離している第１、第２・・・・・・・・
・第ｎの電４４１胴部Ｅ、Ｅ２・・・町・・Ｅ、８１′
凡ているので、上述したように、第１、第２・・・川・
・・第ｎの電極胴部Ｅ、Ｅ２・・・・・・・・・Ｅ、の
それぞれと電極層１６との１Ｎに第１、第２・・・・・
・・・・第ｎの電源をそれぞれ接続することによって、
第１、第２・・・・・・・・・第ｎの領ｔｄ部Ｍ１、Ｍ
２・・・・・・・・・Ｍ。 において、波長λ　、λ２・・・・旧・・λ。を中心と
した帯域をそれぞれ有する光Ｌ１　、Ｌ２・・・・・・
・・・Ｌｏを発止させるどき、第１、第２・・・・・・
・・・第ｎの電源を調整することによって、光１１１２
・・・・・・・・・Ｌ　の発光効率が領域Ｍ、Ｍ２・・
・・・・・・・Ｍ　のエネルギバンド−１′１７ツプ［
Ｅ　・・・・・・ｎ　　　　　　　　　　　　　　（１
１”　　Ｑ２・・・Ｅ　にそれぞれ依存することにより
、光Ｕ１、ｎ １−２・・・・・・・・・１８間に＃Ｉ復差を右してい
るとしても、そのような輝位差を？ＩＩＩ信することが
でき、よっで、光放射端面１１から外６１（に放射して
青られる光しが、その４１）域幅ＷＨ内において、１．
１ば−様な波長に対イーる輝１αを有するという、良好
な波長に対づる輝度特性を右して得られる。 なお、上述において１．１、いわゆる埋込型の了ｔ’Ｈ
４Ｒ光ダイオードに本発明を適用した場合の実施例を述
べたｂのであるが、要は、第１図〜第３図【゛上述した
半導体結晶Ｌ（板１に対応している（イ）■第１の導電
型をイ］ガる半導体結晶基板と、■その半導体結晶基板
上に形成され且つ第１の導電型を有する第１図〜第３図
ぐ上述した半導体結晶層２に対応している第１の半導体
＆１１晶層と、■その第１の３ｒ力体結晶層、Ｆにそれ
と接して形成され且つ、上記第１の半導体結晶層に比し
狭いエネルギバンドギャップと高い屈折＞４４とを有す
る第７図〜第３図で上述した半導体結晶層ζ３に対応し
ている第２の半導体結晶層と、■その第２の？と導体結
晶層上にそれと接して形成され且つ上記第２の半導体結
晶層に比し広いエネルギバンドギャップと低い屈折率と
をイノプるとともに、第１の導電型とは逆の第２の導電
型を有する第１図〜第３図で上述した半導体結晶層４に
対応している第３の半導体ｉＩＩ品層とを／Ｊする半導
体積層体を有し、そしく、（０）その半導体積層体の相
対向する第１及び第２の主面上に、第１図〜第３図で上
述した電極層１５及び１６に対応している第１′Ｅｔび
第２の′ｉｈ′極層が相対向してそれぞれ配され、また
、（ハ）上記半導体ｖＪＰＦＩ体の長手方向の一端面を
光Ｉｌｉ躬端而端面ている半導体発光ダイオードに、木
介朗を適用することもできることは明らかであろう。 また、上述においては、上述した本発明に適用し１ｑる
半導体発光ダイオードで述べれば、半導体積層体の直線
状にストライブ状に延長している第２の半導体結晶層の
第１及び第２の電極層が相対向しくいる領域で発生する
光の−・部が第２の半導体結晶層の第１及び第２の電極
層が相対向していない領域で反射して、半導体積層１体
の直線状にストライブ状に延長している第２の半導体結
晶層の第１及び第２の電極層が相対向している領域に再
入射することを回避させる［ｊ的のために、半導体積層
体を、第２の半導体結晶層の第１及び第２の電極層が相
対向していない領域がそこにおいＣ光を十分吸収すべく
比較的長い１にざを右づるＪ：うに、比較的良い長さべ
右１Ｊるものとして形成し、１１つ半導体積層体に、光
１１ｉ（）Ｉ　端面側とは反対側の端面側において、そ
こにおいて光が反射しイ【いように傾斜面を設置ノでい
る、という半導体発光ダイオードに、本発明を適用した
場合の実施例を述べたものであるが、上述した目的にた
めに、半導体１１１１層体を、第２の半導体結晶層の第
１及び第２の電極層が相対向していない領域が第２の半
導体結晶層の第１及び第２の電極層が相対向している領
域かから曲って延長しているように構成している、とい
う半導体発光ダイオード、半導体Ｖｉ層体に、第２の￥
導体結晶層の第１及び第２の電極層が相対向していない
領域を斜め横切って延長している内面を有するような溝
を上方からｆｆ、ｉｄしている、という半導体発光ダイ
オードなど、半導体積層体が、上述した目的を達成でき
るように＆４成された種々の単導体発光ダイオードに、
本発明を適用でさることも明らかであろう。 さらに、上述した本発明によろず導体発光ダイオードに
Ｊ３いて、「ｎ型」を「ｐ型」、ｒｐ型］を「ｎ型」に
読み代えた構成とすることもでき、その他、本発明の精
神を脱することなしに、種々の変型、変更をなし得るで
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は、本発明による半導体発光
ダイオードの第１の実施例を示す路線的平面図、そのＩ
ｆ−Ｉ［線上の断面図及び■ｍ線」二の断面図である。 第４図は、第１図〜第３図に示す本発明による半導体発
光ダイオードの説明に供する、光放射端面から外部に放
射して（！１られる光の波長に対する輝度特色を示′１
ｊ図である。 第５図、第６図及び第７図は、本発明による半導体発光
ダイオードの第２の実施例を示す路線的平面図、そのＶ
ｌ　−Ｖｌ線上の断面図及びＶｌｖ１線上の断面図であ
る。 第８図、第９図及び第１０図は、従来の半導体発光ダイ
オードを示１路線的平面図、その■１Ｘ線上の断面図及
σＸ−ＸＩｆＡ上の断面図ぐある。 １１・・・・・・・・・・・・・・・・・・光ＩＩｌ射
端面端面・・・・・・・・・・・・・・・・・・反）Ｊ
防止膜１４・・・・・・・・・・・・・・・・・・傾斜
面１５、１６・・・・・・・・・雷８ｉ層Ｍ１〜Ｍｎ・
・・・・・・・・半導体結晶層３の領域３ａの領域部 ［７〜Ｅ、・・・・・・・・・電極層１５の′ｉｆｉ極
胴部出腐１人 日本電信電話株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の導電型を有する半導体結晶基板と、その半導
   体結晶基板上に形成され且つ第１の導電型を有する第１
   の半導体結晶層と、その第１の半導体結晶層上にそれと
   接して形成され且つ上記第１の半導体結晶層に比し狭い
   エネルギバンドギャップと高い屈折率とを有する第２の
   半導体結晶層と、その第２の半導体結晶層上にそれと接
   して形成され且つ上記第２の半導体結晶層に比し広いエ
   ネルギバンドギャップと低い屈折率とを有するとともに
   、第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第３の半
   導体結晶層とを有する半導体積層体を有し、 上記半導体積層体の相対向する第１及び第２の主面上に
   、第１及び第２の電極層が相対向してそれぞれ配され、 上記半導体積層体の長手方向の一端面を光放射端面とし
   ている半導体発光ダイオードにおいて、 上記第２の半導体結晶層が、上記第１及び第２の電極層
   が相対向している領域において、上記半導体積層体の上
   記光放射端面側から上記半導体積層体の長手方向に順次
   連接してとつた複数ｎ個の第１、第２・・・・・・・・
   ・第ｎの領域部を有し、 上記第２の半導体結晶層の上記第１、第２・・・・・・
   ・・・第ｎの領域部が、それらの順に順次小さな第１、
   第２・・・・・・・・・第ｎのエネルギバンドギャップ
   をそれぞれ有することを特徴とする半導体発光ダイオー
   ド。 ２、特許請求の範囲１項記載の半導体発光ダイオードに
   おいて、 上記第１の電極層が、上記第２の半導体結晶層の第１、
   第２・・・・・・・・・第ｎの領域部とそれぞれ対向し
   て且つ互に分離している第１、第２・・・・・・・・・
   第ｎの電極胴部を有することを特徴とする半導体発光ダ
   イオード。