JPH02288372A - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
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- JPH02288372A JPH02288372A JP1110614A JP11061489A JPH02288372A JP H02288372 A JPH02288372 A JP H02288372A JP 1110614 A JP1110614 A JP 1110614A JP 11061489 A JP11061489 A JP 11061489A JP H02288372 A JPH02288372 A JP H02288372A
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- Led Devices (AREA)
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】
［産業上の利用分野〕
本発明は、発光ダイオードに係り、発光効率に優れた高
輝度発光ダイオードに関するものである。
輝度発光ダイオードに関するものである。
表示用の発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはプラスチック
ファイバ通信用のＬＥＤとして、価格の安い高輝度の可
視光発光ダイオードが求められており従来ＧａＰ （ガ
リウム・燐） 、ＧａＡｓＰ（ガリウム・砒素・燐）系
が使用されてきたが、最近になって高輝度という点で発
光波長６６０ｎｍのガリウム・アルミニウム・砒素（Ｇ
ａＡｊＪＡｓ）系の赤色ＬＥＤが注目され始めている。
ファイバ通信用のＬＥＤとして、価格の安い高輝度の可
視光発光ダイオードが求められており従来ＧａＰ （ガ
リウム・燐） 、ＧａＡｓＰ（ガリウム・砒素・燐）系
が使用されてきたが、最近になって高輝度という点で発
光波長６６０ｎｍのガリウム・アルミニウム・砒素（Ｇ
ａＡｊＪＡｓ）系の赤色ＬＥＤが注目され始めている。
ＧａＡＪＡｓ層のＬＥＤでは、Ｐ型のＧａＡｓ基板上に
発光層となるＰ型のＧａＡＪＡｓ層と電子を発光層へ注
入するためのｎ型のＧａＡＪＡｓ層を成長させたシング
ルへテロ（ＳＨ）構造のものがよく知られている。しか
し、更に高輝度のしＥＤを製作するためには、第３図に
示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板５上にｐ型のＧａＡＪＡ
ｓ層（クラッド層）４を成長させ、その上に活性層とな
るＧａＡｊｐＡｓ層３を、その上にフッド層としてｎｍ
のＧａＡｊｌＡｓ層２を成長させたダブルヘテロ（ＤＨ
）構造が用いられている。このＧａＡ、ＱＡｓ系ダブル
ヘテロ構造のＬＥＤでは、キャリアの閉じ込め効果を生
かし、シングルへテロ構造のＬＥＤの約２倍の輝度が得
られている。
発光層となるＰ型のＧａＡＪＡｓ層と電子を発光層へ注
入するためのｎ型のＧａＡＪＡｓ層を成長させたシング
ルへテロ（ＳＨ）構造のものがよく知られている。しか
し、更に高輝度のしＥＤを製作するためには、第３図に
示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板５上にｐ型のＧａＡＪＡ
ｓ層（クラッド層）４を成長させ、その上に活性層とな
るＧａＡｊｐＡｓ層３を、その上にフッド層としてｎｍ
のＧａＡｊｌＡｓ層２を成長させたダブルヘテロ（ＤＨ
）構造が用いられている。このＧａＡ、ＱＡｓ系ダブル
ヘテロ構造のＬＥＤでは、キャリアの閉じ込め効果を生
かし、シングルへテロ構造のＬＥＤの約２倍の輝度が得
られている。
更にダブルヘテロに構造のＬＥＤよりも高輝度を達成す
るため、ＧａＡｓ基板の代わりにＧａ／ｊ！Ａｓ基板を
使ったＬＥＤが開発されている。
るため、ＧａＡｓ基板の代わりにＧａ／ｊ！Ａｓ基板を
使ったＬＥＤが開発されている。
これは、ＧａＡｊｌＡｓ基板を使うことにより、従来の
ＧａＡｓ基板に吸収されていた光を裏面で反射させ、表
に取り出すものであり、第４図に示すように、ｐ型のＧ
ａＡｊｌＡｓ基板１３の上にｐ型ＧａＡ、ＱＡｓクラッ
ド層４、ｐ型ＧａＡｊｌＡｓ活性層３ｎ型ＧａＡｊｌＡ
ｓクラッド層２の３層を成長させたものである。
ＧａＡｓ基板に吸収されていた光を裏面で反射させ、表
に取り出すものであり、第４図に示すように、ｐ型のＧ
ａＡｊｌＡｓ基板１３の上にｐ型ＧａＡ、ＱＡｓクラッ
ド層４、ｐ型ＧａＡｊｌＡｓ活性層３ｎ型ＧａＡｊｌＡ
ｓクラッド層２の３層を成長させたものである。
［発明が解決しようとする課題］
しかし、このＧａＡｌＡｓ基板を使用したＬＥＤを製作
するためには、ＡｌｌＡ３混晶比が０，４以上のＧａＡ
ｊｌＡｓ基板が必要となる。又ＡｆＪＡｓ混晶比の大き
なＧａＡｊｌＡｓ基板を成長させるのは難しく、シかも
このＧａＡＪＡｓ基板表面は酸化しやすいので、その基
板上にエピタキシャル層を成長させるのは難しい高度な
技術となる。
するためには、ＡｌｌＡ３混晶比が０，４以上のＧａＡ
ｊｌＡｓ基板が必要となる。又ＡｆＪＡｓ混晶比の大き
なＧａＡｊｌＡｓ基板を成長させるのは難しく、シかも
このＧａＡＪＡｓ基板表面は酸化しやすいので、その基
板上にエピタキシャル層を成長させるのは難しい高度な
技術となる。
更に、厚いＧａＡｊ７Ａｓ基板を得るためには、ＧａＡ
ｓ基板上にＧａＡｊｌＡｓ厚膜層を成長させた後、Ｇａ
Ａｓ基板を除去する必要がある。しかし、ＧａＡｓ基板
を除去したＧａＡｌＡｓ基板は、大きな反りが生じてお
り、割れ易く、大型基板の入手が困難である。従って小
さなエピタキシャルウェハしか入手できないので取扱い
に＜＜、その後のチップ化までの後工程の自動化が困難
といった諸問題を有していた。
ｓ基板上にＧａＡｊｌＡｓ厚膜層を成長させた後、Ｇａ
Ａｓ基板を除去する必要がある。しかし、ＧａＡｓ基板
を除去したＧａＡｌＡｓ基板は、大きな反りが生じてお
り、割れ易く、大型基板の入手が困難である。従って小
さなエピタキシャルウェハしか入手できないので取扱い
に＜＜、その後のチップ化までの後工程の自動化が困難
といった諸問題を有していた。
従って、製作が比較的容易であるＧａＡｓ基板上にＤＨ
構造のエピタキシャル層を成長させたしＥＤにおいて、
更に高輝度が得られる構造の開発が待たれている。
構造のエピタキシャル層を成長させたしＥＤにおいて、
更に高輝度が得られる構造の開発が待たれている。
又、従来ＤＨ構造ＬＥＤを暗くしている要因がいくつか
挙げられる。まずＤＨ構造ＬＥＤに電流を流すとｆＦ４
５図のように電流１５が拡がり、活性層３の面は一様に
発光して光１６として外へ放射される。実際には電極１
の直下の電流密度が高いため電極ｌの直下の活性層３の
部分が最もよ゛く光る。この部分で発光した光１６ｂは
表面から出ようとしてもｎ型電極１により邪魔され外へ
積り出すことができない。
挙げられる。まずＤＨ構造ＬＥＤに電流を流すとｆＦ４
５図のように電流１５が拡がり、活性層３の面は一様に
発光して光１６として外へ放射される。実際には電極１
の直下の電流密度が高いため電極ｌの直下の活性層３の
部分が最もよ゛く光る。この部分で発光した光１６ｂは
表面から出ようとしてもｎ型電極１により邪魔され外へ
積り出すことができない。
次にＬＥＤとしては内部量子効率（活性層へ注入した電
子・正孔が光に変る割合）が高いことが望ましい。この
内部量子効率を高くするためには活性層での電子・正孔
密度が高い方がよい。そのためには電流が拡がらずに収
束して流れている方が内部量子効率を高くすることがで
きる。しかし第５図に示すＬＥＤでは電流１５が分散し
ているため、内部量子効率が低い。
子・正孔が光に変る割合）が高いことが望ましい。この
内部量子効率を高くするためには活性層での電子・正孔
密度が高い方がよい。そのためには電流が拡がらずに収
束して流れている方が内部量子効率を高くすることがで
きる。しかし第５図に示すＬＥＤでは電流１５が分散し
ているため、内部量子効率が低い。
更に発光した光をＬＥＤチップから有効に取り出せてい
ない）。つまりＬＥＤチップのＧａＡｌＡｓの屈折率を
３．５とすると１７°以上の角度の光１６ｃは表面で反
射され取り出すことができない。
ない）。つまりＬＥＤチップのＧａＡｌＡｓの屈折率を
３．５とすると１７°以上の角度の光１６ｃは表面で反
射され取り出すことができない。
実際にはＬＥＤチップ表面に樹脂をかぶせて全反射の生
じる角度を大きくしているが、それでも効率としては非
常に悪い。従って光の取り出し効率は、発光効率りに大
きな影響を及ぼしている。
じる角度を大きくしているが、それでも効率としては非
常に悪い。従って光の取り出し効率は、発光効率りに大
きな影響を及ぼしている。
本発明の目的は、従来のＬＥＤに比較して、発光効率及
び発光出力を大幅に向上することができる新規なＬＥＤ
を提供することにある。
び発光出力を大幅に向上することができる新規なＬＥＤ
を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
本発明の要旨は、ＤＨ構造のＬＥＤにおいて、半導体基
板とその直上に設けられた第１のクラッド層との間に上
記半導体基板とは反対の導電形の半導体からなり且つＬ
ＥＤチップの表面中央に設けられた電極の外径よりも大
きな仮想外径の輪郭線上にリング状溝部を有する電流狭
窄層が設けられ上記溝部においてのみ上記半導体基板を
上記第１のクラッド層が接触しており、上記電極周囲の
チップ表面にドーナツ状のレンズ部が設けられているこ
とにある。
板とその直上に設けられた第１のクラッド層との間に上
記半導体基板とは反対の導電形の半導体からなり且つＬ
ＥＤチップの表面中央に設けられた電極の外径よりも大
きな仮想外径の輪郭線上にリング状溝部を有する電流狭
窄層が設けられ上記溝部においてのみ上記半導体基板を
上記第１のクラッド層が接触しており、上記電極周囲の
チップ表面にドーナツ状のレンズ部が設けられているこ
とにある。
［実 施 例］
以下本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の一実施例であるＧａＡＪ７Ａｓダブル
ヘテロ構造のＬＥＤの断面構造を示す。このＬＥＤチッ
プの寸法は、３５０μｍＸ３５０μｍ厚さは３５０μｍ
の角形チップであり、次のようにして作成する。
ヘテロ構造のＬＥＤの断面構造を示す。このＬＥＤチッ
プの寸法は、３５０μｍＸ３５０μｍ厚さは３５０μｍ
の角形チップであり、次のようにして作成する。
まず、Ｚｎ（亜鉛ドープによる厚さが３５０μｍ、キャ
リア濃度２×１０１９ＣＩ１１−３のｐ型ＧａＡｓ基板
５上に、Ｔｅ（テルル）をドープしてキャリア濃度が３
ｘ １６１８ｃｌＩ−３のｎ型ＧａＡｓエピタキシャ
ル層即ち電流狭窄層１０を２μｍの厚さで液相エピタキ
シャル法により成長させる。このエピタキシャルウェハ
を、ホトリソグラフ工程を用いて溝９の部分をエツチン
グしエピタキシャル層１０を後工程で形成する電極１の
外径以上の外径を有する内側電流狭窄層７と外側電流狭
窄層８とに分離する。溝９の形状は、外径２６０μｍ１
内径２５０μｍのリングで深さ３μｍである。
リア濃度２×１０１９ＣＩ１１−３のｐ型ＧａＡｓ基板
５上に、Ｔｅ（テルル）をドープしてキャリア濃度が３
ｘ １６１８ｃｌＩ−３のｎ型ＧａＡｓエピタキシャ
ル層即ち電流狭窄層１０を２μｍの厚さで液相エピタキ
シャル法により成長させる。このエピタキシャルウェハ
を、ホトリソグラフ工程を用いて溝９の部分をエツチン
グしエピタキシャル層１０を後工程で形成する電極１の
外径以上の外径を有する内側電流狭窄層７と外側電流狭
窄層８とに分離する。溝９の形状は、外径２６０μｍ１
内径２５０μｍのリングで深さ３μｍである。
次に、この溝９を有する電流狭窄層１０の上に、液相エ
ピタキシャル層を、ＧａＡｌＡｓダブルヘテロ構造のエ
ピタキシャルウェハになるように３層成長させる。第１
層は、ＡｌＡｓ混晶比が０．７５膜厚が２Ｑμｍのｐ型
ＧａＡｌＡｓクラッド層４である。第２層は、Ａｊ７Ａ
ｓ混晶比が０．３５、膜厚が１μｍのｐ型ＧａＡｆｉＡ
ｓ活性層３である。第３層は、ＡｌＡｓ混晶比が０．６
５、厚さが５０μｍのｎ型ＧａＡｊｐＡｓクラッド層２
である。
ピタキシャル層を、ＧａＡｌＡｓダブルヘテロ構造のエ
ピタキシャルウェハになるように３層成長させる。第１
層は、ＡｌＡｓ混晶比が０．７５膜厚が２Ｑμｍのｐ型
ＧａＡｌＡｓクラッド層４である。第２層は、Ａｊ７Ａ
ｓ混晶比が０．３５、膜厚が１μｍのｐ型ＧａＡｆｉＡ
ｓ活性層３である。第３層は、ＡｌＡｓ混晶比が０．６
５、厚さが５０μｍのｎ型ＧａＡｊｐＡｓクラッド層２
である。
次にホトリソグラフ工程を用いて、ｎ型Ｇａ。
ＡＮＡＳクラッド層２の表面に溝を形成するようエツチ
ングする。この溝の形状は、外径１８０μｍ内径１６０
μｍのリング状で深さ１０μｍであり、電極１と同心円
状である。続いて電極１の部分にのみ保護膜を付け、硫
酸系エツチング液（Ｈ２Ｓ０４＋Ｈ２０＋Ｈ２Ｏ２）で
溝の外側をエツチングする。この方法によりｎ１ＪＩＧ
ａＡＩＡｓクラッド層２の表面は、凸レンズ状に加工さ
れる。このレンズ部２０は電極１の周囲にドーナツ状に
形成される。この方法により完全なレンズ状に加工する
ことはできないが、光の取り出し効率を改善できる程度
には加工できる。
ングする。この溝の形状は、外径１８０μｍ内径１６０
μｍのリング状で深さ１０μｍであり、電極１と同心円
状である。続いて電極１の部分にのみ保護膜を付け、硫
酸系エツチング液（Ｈ２Ｓ０４＋Ｈ２０＋Ｈ２Ｏ２）で
溝の外側をエツチングする。この方法によりｎ１ＪＩＧ
ａＡＩＡｓクラッド層２の表面は、凸レンズ状に加工さ
れる。このレンズ部２０は電極１の周囲にドーナツ状に
形成される。この方法により完全なレンズ状に加工する
ことはできないが、光の取り出し効率を改善できる程度
には加工できる。
次いでこのようにして作成したＬＥＤチップの表裏面に
オーミック電極としてｎ側電極１及びｐ側電極６を形成
する。尚ｐ ＩＪＩ Ｇ ａ Ａ ８基板５側のｐ側電
極６は、全面電極である。これに対してｎ型ＧａＡｊｌ
Ａｓクラッド層２の上に形成するｎ側電極１は、直径１
５０μｍの円形電極であり半導体基板５とｐ型クラッド
層４との界面にある円形の電流狭窄層１０のリング状の
溝部９の中心と電極１の中心とが略一致するように形成
される。
オーミック電極としてｎ側電極１及びｐ側電極６を形成
する。尚ｐ ＩＪＩ Ｇ ａ Ａ ８基板５側のｐ側電
極６は、全面電極である。これに対してｎ型ＧａＡｊｌ
Ａｓクラッド層２の上に形成するｎ側電極１は、直径１
５０μｍの円形電極であり半導体基板５とｐ型クラッド
層４との界面にある円形の電流狭窄層１０のリング状の
溝部９の中心と電極１の中心とが略一致するように形成
される。
このようにして製作した発光ダイオードの輝度は、従来
のＤＨ構造ＬＥＤに比べ、およそ２〜４倍の値を得るこ
とができた。
のＤＨ構造ＬＥＤに比べ、およそ２〜４倍の値を得るこ
とができた。
因みにレンズ部２０を設けずに電流狭窄層のみを用いた
ＬＥＤよりも１．５倍以上の輝度が得られている。従来
のＬＥＤ構造では電極直下でも発光していたが、本実施
例にあっては、第２図に示すように、電流狭窄層１０に
形成された溝部９に電流１１が集中して流れるので、光
１２を有効に取り出せる。更に、電流１１が溝部９に集
中するために、溝部９の真上における活性層３の電流密
度が増加するために発光出力が高くなると考えられる。
ＬＥＤよりも１．５倍以上の輝度が得られている。従来
のＬＥＤ構造では電極直下でも発光していたが、本実施
例にあっては、第２図に示すように、電流狭窄層１０に
形成された溝部９に電流１１が集中して流れるので、光
１２を有効に取り出せる。更に、電流１１が溝部９に集
中するために、溝部９の真上における活性層３の電流密
度が増加するために発光出力が高くなると考えられる。
尚電流狭窄層１０に形成された溝９は、完全なリング状
でなくてもよく、表面電極端から略等距離であり、且つ
表面電極中心に対して点対象であればよい。例えば、直
孔が１０μｍ径の穴が、径φ２５０μｍ上に並んでいる
ような場合であっても同じ特性を発揮することができる
。
でなくてもよく、表面電極端から略等距離であり、且つ
表面電極中心に対して点対象であればよい。例えば、直
孔が１０μｍ径の穴が、径φ２５０μｍ上に並んでいる
ような場合であっても同じ特性を発揮することができる
。
電流狭窄層を設けることによりＬＥＤの出力を高められ
る。更に、この構造のエピタキシャルウェハを成長させ
れば、表面電極の位置合せを除いて、今までのＬＥＤの
製造工程を変更しなくても済む。
る。更に、この構造のエピタキシャルウェハを成長させ
れば、表面電極の位置合せを除いて、今までのＬＥＤの
製造工程を変更しなくても済む。
尚、上記実施例においては、ＧａＡｌＡｓ系の赤色ＤＨ
構造ＬＥＤについて述べたが、本発明はこれに限定され
るものではなく 、Ｇ ａ ＰやＧａＡｓＰ系のＬＥＤ
、他の可視ＬＥＤ赤外用ＬＥＤにも適用可能である。又
、半導体基板としてＧａＡｊｌＡｓを用いてもよい。
構造ＬＥＤについて述べたが、本発明はこれに限定され
るものではなく 、Ｇ ａ ＰやＧａＡｓＰ系のＬＥＤ
、他の可視ＬＥＤ赤外用ＬＥＤにも適用可能である。又
、半導体基板としてＧａＡｊｌＡｓを用いてもよい。
更に、電極１や電流狭窄層１Ｇの溝９は円形に限られる
ものではなく、他の形状であってもよい。
ものではなく、他の形状であってもよい。
［発明の効果］
以上に説明した如く、本発明のＬＥＤによれば、従来に
ない高発光出力且つ高発光効率を実現できるという顕著
な効果を奏する。
ない高発光出力且つ高発光効率を実現できるという顕著
な効果を奏する。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は１第
１図に示した発光ダイオードにおける電子の流れと光の
放射を示す説明図、第３図乃至第５図は夫々従来例を示
す説明図である。 １０；電流狭窄層（ｎ型ＧａＡｓ層）、２０：レンズ部
。 １：ｎ型電極、 ２：ｎＦ！：！ＧａＡ］Ａｓクラッド層、（第２のクラ
ッド） ３：ｐ型ＧａＡＪＡｓ活性層、 ４：ｐ型ＧａＡｊＪＡｓクラッド層、 （第１のクラッド） ５：ｐ型ＧａＡｓ基板、 ６：ｐ型電極、 ７：内側電極狭窄層、 ８：外側電流狭窄層、 ９：溝部、 χ 茅
１図に示した発光ダイオードにおける電子の流れと光の
放射を示す説明図、第３図乃至第５図は夫々従来例を示
す説明図である。 １０；電流狭窄層（ｎ型ＧａＡｓ層）、２０：レンズ部
。 １：ｎ型電極、 ２：ｎＦ！：！ＧａＡ］Ａｓクラッド層、（第２のクラ
ッド） ３：ｐ型ＧａＡＪＡｓ活性層、 ４：ｐ型ＧａＡｊＪＡｓクラッド層、 （第１のクラッド） ５：ｐ型ＧａＡｓ基板、 ６：ｐ型電極、 ７：内側電極狭窄層、 ８：外側電流狭窄層、 ９：溝部、 χ 茅
Claims (1)
- １、一導電形の半導体基板の上に第１のクラッド層、活
性層及び第２のクラッド層が順次設けられたダブルヘテ
ロ構造を有する発光ダイオードチップの表面中央に電極
が設けられた発光ダイオードにおいて、前記半導体基板
と前記第１のクラッド層との間に前記半導体基板とは反
対の導電形の半導体からなり且つ前記電極の外径よりも
大きな仮想外径の輪郭線上にリング状の溝部を有する電
流狭窄層が設けられ前記溝部においてのみ前記半導体基
板と前記第１のクラッド層が接触しており、前記電極周
囲の発光ダイオードチップ表面にドーナツ状のレンズ部
が設けられてい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 |
|---|---|---|---|
| JP11061489A JPH071800B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11061489A JPH071800B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 発光ダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02288372A true JPH02288372A (ja) | 1990-11-28 |
| JPH071800B2 JPH071800B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=14540282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11061489A Expired - Fee Related JPH071800B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071800B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011519484A (ja) * | 2008-04-30 | 2011-07-07 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 発光素子及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-04-28 JP JP11061489A patent/JPH071800B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011519484A (ja) * | 2008-04-30 | 2011-07-07 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 発光素子及びその製造方法 |
| US8624278B2 (en) | 2008-04-30 | 2014-01-07 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device with current blocking layer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH071800B2 (ja) | 1995-01-11 |
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