JPH04100278A - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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JPH04100278A
JPH04100278A JP2217080A JP21708090A JPH04100278A JP H04100278 A JPH04100278 A JP H04100278A JP 2217080 A JP2217080 A JP 2217080A JP 21708090 A JP21708090 A JP 21708090A JP H04100278 A JPH04100278 A JP H04100278A
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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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、化合物半導体材料を用いた半導体発光装置に
関わり、特に活性層にInGaAQPを用いた半導体発
光装置に関する。
(従来の技術) 発光ダイオード(Qight emitting di
ode : LED)は低消費電力、高効率、高信頼性
の得られる光源として、通信や光情報処理など各種の分
野での応用に用いられている。特に可視波長域ではプリ
ンタ用光源などとして、高効率のLEDが用いられてい
る。これらのLED用材料としてGaP、 GaAsP
、GaAQAsなとの化合物半導体が用いられている。
特にGaAsP系材料によるLEDは黄色、橙色、赤色
の発光が得られ、 また、選択拡散によりp−n接合を
容易に形成できるため、複数個の発光素子をアレイ状に
形成することができ、LEDプリンタ用光源として広く
用いられている。このような用途に用いられるLEDと
しては、発光点が十分小さく、素子間の距離を十分小さ
くできることが、印字における高い分解能を得るために
重要である。一方、印字速度の高速化のためには、感光
材料の感度の高い波長域で、高出力の発光が重要になる
。高出力の発光を得る一つの方法として、注入電流を大
きくすることが考えられるが、通常熱の発生により光出
力の飽和、他素子への発熱の影響、素子の劣化などにつ
ながり、信頼性の高い機能を呈することができない。こ
れを回避しつつ、高い光出力を得る方法としては、素子
の高効率化が重要である。
通常のGaAsP系LEDの構造を第3図に示す。図中
301はGaP基板、302はGaAsP組成変化層、
303はGaAsP組成一定層、304はn−−GaA
sP層、305はp拡散領域、306はP電極、307
はn電極である。n−−GaAsP層304層形04れ
た P拡散領域305によりP−n接合が形成され、電
流注入により発光が起こる。このとき、黄色、橙色の発
光を得るためには、発光層のGaAsPは間接還移型の
組成であり、その発光効率は非常に低い。このような低
効率の発光を有効に取り出すために、基板、組成変化層
、組成一定層などは発光波長に対して透明なものが用い
られ、基板裏面からの反射光などをも表面から取り出さ
れている。このように基板を発光波長に対し透明にし、
高効率の発光を得ようとする構造は、GaAsP系LE
Dのみならず、GaP、 Ga1Asなどの材料を用い
た場合でも用いられている。一方、このような構造では
、信頼性、生産性の観点から、基板の厚さが100ZI
II+程度以上である。このような厚さの基板を用いる
と、特に裏面からの反射光により発光点が広がり、高い
分解能を得ることがむずかしくなる。実際このようなL
EDによるアレイをプリンタ用に用いた場合、1インチ
あたり300ドツト程度の高精細化が限度であった。
(発明が解決しようとする課題) このように、従来のLEDでは発光点が小さく、かつ高
効率の発光を得ることは困難であった。
本発明は、上記事情を考慮してなされもので、その目的
とするところは、発光点が小さく、かつ高効率の発光が
可能な半導体発光装置を提供することにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、半導体基板上に形成され、In、Ga
AfPからなる活性層を有し、上記半導体基板と反対側
の発光面上の一部に形成された電極以外の面上から光を
取り出す半導体発光装置により、発光点が小さく、かつ
高効率の発光が可能にすることにある。
すなわち本発明は、半導体基板上に形成され、InGa
A12Pからなる活性層を有し、上記半導体基板と反対
側の面上の一部に形成された電極以外の面上から光を取
り出す半導体発光装置において、上記半導体基板のバン
ドギャップを、発光波長のエネルギーより小さくシ、上
記半導体基板と上記活性層の距離を上記活性層と上記発
光面の距離より小さくすることによって、発光点が小さ
く、かつ高効率の発光が可能な半導体発光装置を実現し
たものである。
(作 用) 本発明によれば、活性層にInGaAQP系材料を用い
、基板による光吸収を利用することによって、小さな発
光点を保持しつつ、高効率の発光が得られる。
(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図は本発明の実施例の一実施例に関わる半導体発光
装置の構造の概要を断面図で示す。図中101はn−G
aAs基板、102はn −InGaAQPクラッド層
、103はInGalP層、104はp −InGaA
QPクラッド層、105はp−GaAQAs層、106
はGaAsコンタクト層、107はAuZnからなるp
側電極、108はAuGeからなるn側電極である。 
InGaAQP活性層103のエネルギーギャップはク
ラッド層102,104のそれより小さくなるように混
晶組成が設定されており、光およびキャリアを活性層に
閉じ込めるダブルへテロ構造をなしている。  p−G
aAQAs層発光波長に対し略透明になるように設定さ
れている。なお、以下はこのようなダブルへテロ構造を
持つLEDについて記すが、活性層部の層構造は本質で
はなく、シングルへテロ構造や、ホモ接合構造でも同様
に考えることができる。また1本実施例では基板側がp
型の導電型としたが、導電型を逆にした構造でも同様に
考えることができる。
第1図に示した構造において、各層の厚さ、キャリア濃
度は以下のように設定されている。n −GaAs基板
1101(250t、3 X 10” cx−” )、
n −InGa1Pクラッド層1102(Iu、5 X
l017cm−3) 、 InGaAFIP活性層10
3 (0,5am、アンドープ) 、 p−InGa1
lPクラッド層104 (1tm、 7 Xl0173
−3) 、 p−GaAgAs層1105(5,3X 
10” cm−” )、GaAsコンタクト層106 
(0,1m、3 X 10” am−” )である。
上記構造が従来のLEDと異なる点は、活性層をInG
a1Pとし、 その発光面からの距離が1発光波長に対
し吸収層となるGaAs基板からの距離に比べ小さく設
定したことであり、この構造の優位性については以下に
説明する。
InGaAl2P活性層103で発光した光は、一部は
基板側へ、一部は発光面側へ進む。このときGaAs基
板101に達した光のエネルギーが、基板のエネルギー
ギャップより小さい場合、基板により吸収される。した
がって、基板側へ発せられた光は外部へ取り出されない
ため、従来例に見られたような、基板裏面からの反射に
よる発光面積の拡大は起こらず、小さな発光点を得るこ
とができた。一方、InGaAl2P材料を活性層とし
た場合、緑色、黄色、橙色、赤色の広い範囲で、有機金
属気相成長法などにより良好なエピタキシャル結晶が成
長でき、また、GaAsに格子整合をとりながら、高効
率の発光に必須なダブルへテロ構造を容易に形成できる
ことができた。活性層In1−y (Ga1−xAQx
)yPの組成(x、 y)を(0,45,0,5)とし
たとき緑色(5600m)で0.5%、(0,3,0,
5)としたとき黄色(585nm)で1.5%、橙色(
610nm)で4.5%の高い外部発光効率が基板を発
光波長に対して透明にすることなく得られた。これらは
従来の透明基板でのGaAsPによる黄色や橙色での外
部発光効率(いずれも0.3%程度)に比べ、5〜10
倍の倍光効率の改善ができたことを示す。これはInG
a1P系材料がこの波長域において直接還移型バンドギ
ャップを有することによると考えられる。このように、
活性層にInGaAffP系材料を用い、基板による光
吸収を利用することによって、小さな発光点を保持しつ
つ、高効率の発光を得ることができた。
第2図は本発明の他の実施例に関わる半導体発光装置の
構造の概要を示す斜視図である。図中201〜208は
第1の実施例における101ないし108に相当する。
第1の実施例との違いは複数の電極を備え各電極への電
流注入を個別に制御する機構を備えていることである。
すなわち、1つの電極と隣りあう電極の間のGaA4A
s層205を選択的に除去することにより、各電極に対
応する発光を個別に制御できる。また、n −InGa
1Pなどによる絶縁層209上にポンディングパッド2
10を設け、電極207との間を配線211することに
より、外部に設けた各素子に対応する電源からの注入電
流を注入できる。電極207の直径を10am、素子間
の距離を25虜、GaAffiAs層205の分離幅を
5/J11とした。
このような素子においても、個別の素子特性としては第
1の実施例と同等の効率が得られた。また、電極207
から注入された電極は、GaAQAs層205で横20
5広がり、GalAs層205/ p  InGaA4
Pクラッド層204の界低204ぼ均一な注入が可能で
あった。一方、p −InGaA4Pクラッド層204
では低204高く、電流の広がりは1−程度以下であり
。
結果として活性層203への注入はGaAl2As層の
ほぼ直下にのみおこり、従って発光点もこの部分にのみ
限られた。これにより、発光点の小さく、高輝度の発光
が容易に得られ、黄色、橙色の200〜2000個のア
レイを使うことにより、1インチあたり1000ドツト
の高精細な印字を、GaAsP系に比べ5〜10倍の速
度で印刷することが可能であった。
上記実施例では基板としてGaAsを用いているが、I
nGaAQP活性層の発光波長に対して吸収が大きけれ
ば、他の基板を用いてもその効果は同様である。
すなわち、 Si−Geなどを基板に用いても良い。ま
た、上記実施例ではGalAs層の選択除去によって素
子分離を行ったが、各電極から注入される電流が隣接す
る素子に影響しないように素子分離がされていれば同様
の効果があるのは言うまでもない。
例えば、GalAs層やInGaAQPクラッド層に対
するイオン打ち込みによる高抵抗化や、2回の結晶成長
により電流阻止層を形成しても良い。また、上記実施例
では、ポンディングパッド下の絶縁層としてn −In
GaAl1Pを用いたが、他の半導体や絶縁膜たとえば
H−GaAsや5j02などでもかまわないことは言う
までもない。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施することができる。
〔発明の効果〕 以上詳述したように、本発明によれば、半導体基板上に
形成され、 InGaA12Pからなる活性層を有し、
上記半導体基板と反対側の面上の一部に形成された電極
以外の面上から光を取り出す半導体発光装置において、
上記半導体基板のバンドギャップを、発光波長のエネル
ギーより小さくし、上記半導体基板と上記活性層の距離
を上記活性層と上記発光面の距離より小さくすることに
よって、発光点が小さく、かつ高効率の発光が可能な半
導体発光装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に関わる半導体発光装置の概
略構造を示す断面図、第2図は本発明の他の実施例の概
略構造を示す斜視図、第3図は従来の半導体発光装置の
概略を示す断面図である。 101.201− GaAs基板 102.202−n −InGaAQPクラッド層10
3.203 ・−InGaAQP活性層104.204
− p −InGaAQPクラッド層105.205−
 p −GaAQAs層106.206− p −Ga
Asコンタクト層107.207・・・P側電極 108、208・−n側電極 代理人 弁理士  則 近 憲 佑 第1図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に形成され、In_1_−_y(G
    a_1_−_xAl_x)_yP(0≦x<1、0≦y
    <1)からなる活性層を有し、前記半導体基板と反対側
    の面上の一部に形成された電極以外の発光面上から光を
    取り出す半導体発光装置において、前記半導体基板のバ
    ンドギャップが、発光波長のエネルギーより小さく、前
    記半導体基板と前記活性層の距離が前記活性層と前記発
    光面の距離より小さいことを特徴とする半導体発光装置
    。
  2. (2)前記半導体基板がGaAsであることを特徴とす
    る請求項1記載の半導体発光装置。
  3. (3)前記電極が複数個形成され、各電極から注入する
    電流を個別に制御することにより、各電極付近の電極以
    外の面上から取り出す光を個別に制御することを特徴と
    する請求項1または請求項2記載の半導体発光装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6191438B1 (en) 1997-05-30 2001-02-20 Sharp Kabushiki Kaisha Light emitting diode array

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1054704C (zh) * 1994-08-25 2000-07-19 夏普株式会社 发光二极管阵列及其制造方法
US6236065B1 (en) 1994-08-25 2001-05-22 Sharp Kabushiki Kaisha Light-emitting diode array and method for fabricating the same
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