JPH07162033A - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
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- JPH07162033A JPH07162033A JP30366293A JP30366293A JPH07162033A JP H07162033 A JPH07162033 A JP H07162033A JP 30366293 A JP30366293 A JP 30366293A JP 30366293 A JP30366293 A JP 30366293A JP H07162033 A JPH07162033 A JP H07162033A
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-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
- G09F13/00—Illuminated signs; Luminous advertising
- G09F13/20—Illuminated signs; Luminous advertising with luminescent surfaces or parts
- G09F13/22—Illuminated signs; Luminous advertising with luminescent surfaces or parts electroluminescent
Landscapes
- Illuminated Signs And Luminous Advertising (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い発光効率と高い集束性が得られるＬＥＤ
を提供する。 【構成】 点発光用ＬＥＤ（発光ダイオード）１０は、
基板１２上に、第１クラッド層１４、活性層１６、第２
クラッド層１８、およびブロック層２０が順次結晶成長
させられた後、基板１２の下面およびブロック層２０の
上面に、下部電極２２および上部電極２４がそれぞれ蒸
着されて構成されている。上記基板１２は例えば１５０
μｍ程度の厚さの透明なｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ単結
晶から成る化合物半導体であり、その裏面側には曲率半
径が１５０μｍ程度の球面状の凹面２６を備えた凸部２
８が中央部に形成されている。活性層１６で発生して基
板１２側に向かう光は、凹面２６で反射されて、その活
性層１６の中央部に向かわせられるため、その反射光は
恰も活性層１６の中央部で発生したようになり、集束性
の高い光が得られる。
を提供する。 【構成】 点発光用ＬＥＤ（発光ダイオード）１０は、
基板１２上に、第１クラッド層１４、活性層１６、第２
クラッド層１８、およびブロック層２０が順次結晶成長
させられた後、基板１２の下面およびブロック層２０の
上面に、下部電極２２および上部電極２４がそれぞれ蒸
着されて構成されている。上記基板１２は例えば１５０
μｍ程度の厚さの透明なｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ単結
晶から成る化合物半導体であり、その裏面側には曲率半
径が１５０μｍ程度の球面状の凹面２６を備えた凸部２
８が中央部に形成されている。活性層１６で発生して基
板１２側に向かう光は、凹面２６で反射されて、その活
性層１６の中央部に向かわせられるため、その反射光は
恰も活性層１６の中央部で発生したようになり、集束性
の高い光が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電流狭窄構造を備えた
発光ダイオードに関し、特に、光の集束性を改良する技
術に関する。
発光ダイオードに関し、特に、光の集束性を改良する技
術に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板上に第１クラッド層、活性層、およ
び第２クラッド層が順次積層され、その基板と第２クラ
ッド層との間の所定の範囲に動作電流が通電されること
によって上記活性層内で発生した光を、前記第２クラッ
ド層側から取り出す電流狭窄構造を備えた面発光型発光
ダイオード（以下ＬＥＤという）が知られている。この
ようなＬＥＤは、上記所定の範囲を小さくすることによ
って微小な点光源を得ることが可能であるため、光の集
束性が要求される光学式エンコーダ等に好適に使用され
る。
び第２クラッド層が順次積層され、その基板と第２クラ
ッド層との間の所定の範囲に動作電流が通電されること
によって上記活性層内で発生した光を、前記第２クラッ
ド層側から取り出す電流狭窄構造を備えた面発光型発光
ダイオード（以下ＬＥＤという）が知られている。この
ようなＬＥＤは、上記所定の範囲を小さくすることによ
って微小な点光源を得ることが可能であるため、光の集
束性が要求される光学式エンコーダ等に好適に使用され
る。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】ところで、上記構造の発光ダ
イオードにおいては、活性層で発生した光は第２クラッ
ド層側だけではなく基板側にも向かうため、発生した光
の全てが取り出されず、高い発光効率が得られない。そ
こで、透明な基板を用いると共にその基板の底面を鏡面
加工することによって、基板側に向かった光をその底面
で反射させ、第２クラッド層側から取り出すことで発光
効率を高めることが考えられている。このようにすれ
ば、直接第２クラッド層側に向かう光と、基板側に向か
う光の両方が取り出されることになり、高い発光効率が
得られるのである。このとき、反射光は、恰も反射面
（すなわち基板底面）を対称面とした活性層と対称な位
置において発光されたことになる。ところが、基板の厚
さは１００μｍ以下とすることは困難であり、そのた
め、活性層と上記反射光の仮想的な発光位置との距離が
２００μｍ以上という無視できない大きさとなる。した
がって、光取り出し部から取り出される光は、２つの点
光源から発生した光が合成されたものとなって、集束性
が低下するという問題があったのである。
イオードにおいては、活性層で発生した光は第２クラッ
ド層側だけではなく基板側にも向かうため、発生した光
の全てが取り出されず、高い発光効率が得られない。そ
こで、透明な基板を用いると共にその基板の底面を鏡面
加工することによって、基板側に向かった光をその底面
で反射させ、第２クラッド層側から取り出すことで発光
効率を高めることが考えられている。このようにすれ
ば、直接第２クラッド層側に向かう光と、基板側に向か
う光の両方が取り出されることになり、高い発光効率が
得られるのである。このとき、反射光は、恰も反射面
（すなわち基板底面）を対称面とした活性層と対称な位
置において発光されたことになる。ところが、基板の厚
さは１００μｍ以下とすることは困難であり、そのた
め、活性層と上記反射光の仮想的な発光位置との距離が
２００μｍ以上という無視できない大きさとなる。した
がって、光取り出し部から取り出される光は、２つの点
光源から発生した光が合成されたものとなって、集束性
が低下するという問題があったのである。
【０００４】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであって、その目的は、高い発光効率と高い集束
性が得られるＬＥＤを提供することにある。
たものであって、その目的は、高い発光効率と高い集束
性が得られるＬＥＤを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
めに、本発明の発光ダイオードの要旨とするところは、
前記のような電流狭窄構造を備えた面発光型発光ダイオ
ードであって、前記活性層と前記基板底面との間に、前
記第２クラッド層に向かって前記光を反射する凹面が備
えられていることにある。
めに、本発明の発光ダイオードの要旨とするところは、
前記のような電流狭窄構造を備えた面発光型発光ダイオ
ードであって、前記活性層と前記基板底面との間に、前
記第２クラッド層に向かって前記光を反射する凹面が備
えられていることにある。
【０００６】
【作用および発明の効果】このようにすれば、凹面で反
射された光は、その凹面の中心線上に集光させられ、恰
もその位置から発光されたようになるため、その凹面の
曲率半径を適当に設定することによって、活性層と反射
光の仮想的な発光位置との距離を比較的小さくすること
が可能であり、比較的集束性の高い光を得ることが可能
である。したがって、基板側に向かう光を集束性を比較
的低下させることなく取り出すことが可能となり、高い
発光効率と高い集束性が得られるのである。好適には、
上記曲率半径を凹面すなわち反射面から活性層までの距
離と等しくすれば、反射光の仮想的な発光位置を活性層
との距離が零にされるため、活性層から直接第２クラッ
ド層に向かった光のみを取り出した場合と同等の集束性
が得られる。
射された光は、その凹面の中心線上に集光させられ、恰
もその位置から発光されたようになるため、その凹面の
曲率半径を適当に設定することによって、活性層と反射
光の仮想的な発光位置との距離を比較的小さくすること
が可能であり、比較的集束性の高い光を得ることが可能
である。したがって、基板側に向かう光を集束性を比較
的低下させることなく取り出すことが可能となり、高い
発光効率と高い集束性が得られるのである。好適には、
上記曲率半径を凹面すなわち反射面から活性層までの距
離と等しくすれば、反射光の仮想的な発光位置を活性層
との距離が零にされるため、活性層から直接第２クラッ
ド層に向かった光のみを取り出した場合と同等の集束性
が得られる。
【０００７】
【実施例】図１は、本発明の一実施例である点発光用Ｌ
ＥＤ（発光ダイオード）１０の構成を示す図である。こ
のＬＥＤ１０は、基板１２上に、例えば有機金属化学気
相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor D
eposition ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecu
lar Beam Epitaxy）法、或いは気相エピタキシー（ＶＰ
Ｅ：Vapor Phase Epitaxy ）法等によって、第１クラッ
ド層１４、活性層１６、第２クラッド層１８、およびブ
ロック層２０が順次結晶成長させられた後、基板１２の
下面およびブロック層２０の上面に、下部電極２２およ
び上部電極２４がそれぞれ蒸着されて構成されている。
ＥＤ（発光ダイオード）１０の構成を示す図である。こ
のＬＥＤ１０は、基板１２上に、例えば有機金属化学気
相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor D
eposition ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecu
lar Beam Epitaxy）法、或いは気相エピタキシー（ＶＰ
Ｅ：Vapor Phase Epitaxy ）法等によって、第１クラッ
ド層１４、活性層１６、第２クラッド層１８、およびブ
ロック層２０が順次結晶成長させられた後、基板１２の
下面およびブロック層２０の上面に、下部電極２２およ
び上部電極２４がそれぞれ蒸着されて構成されている。
【０００８】上記基板１２は例えば１５０μｍ程度の厚
さの透明なｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ単結晶から成る化
合物半導体であり、その裏面側には曲率半径が１５０μ
ｍ程度の球面状の凹面２６を備えた凸部２８が中央部に
形成されている。また、第１クラッド層１４は例えば２
μｍ程度の厚さのｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ単結晶から
成る化合物半導体、活性層１６は例えば０．１μｍ程度
の厚さのｐ−ＧａＡｓ単結晶から成る化合物半導体、第
２クラッド層１８は例えば４μｍ程度の厚さのｐ−Ａｌ
0.35Ｇａ0.65Ａｓ単結晶から成る化合物半導体、ブロッ
ク層２０は例えば０．５μｍ程度の厚さのｎ−ＧａＡｓ
単結晶から成る化合物半導体である。前記下部電極２２
は基板１２の下面において上記凸部２８の周囲に円環状
に、上部電極２４はブロック層２０の上面に円環状に、
それぞれ設けられたオーミック電極である。また、下部
電極２２は、基板１２側から順にＡｕ−Ｇｅ合金、Ｎｉ
およびＡｕが積層形成されており、上部電極２４はブロ
ック層２０側にＡｕ−Ｚｎ合金が、その上にＡｕが積層
形成されている。
さの透明なｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ単結晶から成る化
合物半導体であり、その裏面側には曲率半径が１５０μ
ｍ程度の球面状の凹面２６を備えた凸部２８が中央部に
形成されている。また、第１クラッド層１４は例えば２
μｍ程度の厚さのｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ単結晶から
成る化合物半導体、活性層１６は例えば０．１μｍ程度
の厚さのｐ−ＧａＡｓ単結晶から成る化合物半導体、第
２クラッド層１８は例えば４μｍ程度の厚さのｐ−Ａｌ
0.35Ｇａ0.65Ａｓ単結晶から成る化合物半導体、ブロッ
ク層２０は例えば０．５μｍ程度の厚さのｎ−ＧａＡｓ
単結晶から成る化合物半導体である。前記下部電極２２
は基板１２の下面において上記凸部２８の周囲に円環状
に、上部電極２４はブロック層２０の上面に円環状に、
それぞれ設けられたオーミック電極である。また、下部
電極２２は、基板１２側から順にＡｕ−Ｇｅ合金、Ｎｉ
およびＡｕが積層形成されており、上部電極２４はブロ
ック層２０側にＡｕ−Ｚｎ合金が、その上にＡｕが積層
形成されている。
【０００９】ＬＥＤ１０には、図において斜線で示され
る領域、すなわち、直径５０μｍ程度の円形の中央部３
０は表面から上記ブロック層２０の厚さよりも大きく第
２クラッド層１８に到達する深さまで、その中央部３０
の周囲の他の領域は表面から上記ブロック層２０の厚さ
よりも小さい深さまで、ｐ型のドーパントである不純
物、例えばＺｎが拡散させられている。これにより、図
の斜線の範囲ではブロック層２０の導電型が反転され
て、ｐ型半導体すなわち第２クラッド層１８と同じ導電
型にされており、ブロック層２０はこの範囲にのみ通電
可能とされている。すなわち、ＬＥＤ１０は、中央部３
０の直下の範囲の活性層１６のみが通電されて発光させ
られる電流狭窄構造を備えており、中央部３０の直径に
応じた約５０μｍ程度の点発光源とされている。なお、
前記凹面２６の曲率中心は、上記中央部３０の中心軸上
に位置させられている。また、図１において、基板１
２、各層１４，１６，１８，２０、電極２２，２４、お
よび中央部３０等の大きさは、必ずしも正確な比率で示
されていない。
る領域、すなわち、直径５０μｍ程度の円形の中央部３
０は表面から上記ブロック層２０の厚さよりも大きく第
２クラッド層１８に到達する深さまで、その中央部３０
の周囲の他の領域は表面から上記ブロック層２０の厚さ
よりも小さい深さまで、ｐ型のドーパントである不純
物、例えばＺｎが拡散させられている。これにより、図
の斜線の範囲ではブロック層２０の導電型が反転され
て、ｐ型半導体すなわち第２クラッド層１８と同じ導電
型にされており、ブロック層２０はこの範囲にのみ通電
可能とされている。すなわち、ＬＥＤ１０は、中央部３
０の直下の範囲の活性層１６のみが通電されて発光させ
られる電流狭窄構造を備えており、中央部３０の直径に
応じた約５０μｍ程度の点発光源とされている。なお、
前記凹面２６の曲率中心は、上記中央部３０の中心軸上
に位置させられている。また、図１において、基板１
２、各層１４，１６，１８，２０、電極２２，２４、お
よび中央部３０等の大きさは、必ずしも正確な比率で示
されていない。
【００１０】上記ＬＥＤ１０は、例えば図２の（ａ）〜
（ｇ）の工程に従って製造される。（ａ）工程におい
て、基板１２上に第１クラッド層１４乃至ブロック層２
０を結晶成長させて、半導体ウェハ３２を作製し、
（ｂ）工程において、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical
Vapor Deposition ）法やスパッタ法、或いはスピンコ
ート法等によって、例えば１５０ｎｍ（１５００Å）程
度の厚さのＳｉＯ2 薄膜から成る拡散バッファ膜３４を
ブロック層２０上の全面に形成した後、ホトリソグラフ
ィによって、その中央部３６（図２（ｂ）において斜線
で示す部分）を直径５０μｍ程度の円形に除去する。次
いで、（ｃ）工程において、拡散バッファ膜３４上か
ら、熱拡散によってＺｎの拡散処理を行う。この拡散処
理は、例えばＺｎＡｓ2 と共に半導体ウェハ３２を石英
アンプル内に真空封入して６５０℃程度の温度で加熱
（封管法）したり、Ｚｎを混合したＳＯＧ（スピンオン
グラス）膜を半導体ウェハ３２の上面に塗布して加熱す
る等、良く知られた種々の拡散手法が用いられ、拡散深
さは、図２（ｃ）に斜線で示すように、中央部３６の直
下においては第２クラッド層１８に到達する深さ、例え
ば１μｍ程度に、その外側においてはブロック層２０の
厚さよりも小さい深さ、例えば０．３μｍ程度になって
いる。この後、（ｄ）工程において、薬品処理によって
上記拡散バッファ膜３４のみを選択的に除去して、
（ｅ）工程において上部電極２４を設ける。更に、
（ｆ）工程において、例えば良く知られたドライエッチ
ングの手法によって球面を備えた凸部２８を形成し、バ
フ研磨或いは化学研磨等によってその表面を鏡面に加工
して凹面２６を形成する。次いで、（ｇ）工程におい
て、下部電極２２を設けることによって、図１に示され
るＬＥＤ１０が製造される。
（ｇ）の工程に従って製造される。（ａ）工程におい
て、基板１２上に第１クラッド層１４乃至ブロック層２
０を結晶成長させて、半導体ウェハ３２を作製し、
（ｂ）工程において、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical
Vapor Deposition ）法やスパッタ法、或いはスピンコ
ート法等によって、例えば１５０ｎｍ（１５００Å）程
度の厚さのＳｉＯ2 薄膜から成る拡散バッファ膜３４を
ブロック層２０上の全面に形成した後、ホトリソグラフ
ィによって、その中央部３６（図２（ｂ）において斜線
で示す部分）を直径５０μｍ程度の円形に除去する。次
いで、（ｃ）工程において、拡散バッファ膜３４上か
ら、熱拡散によってＺｎの拡散処理を行う。この拡散処
理は、例えばＺｎＡｓ2 と共に半導体ウェハ３２を石英
アンプル内に真空封入して６５０℃程度の温度で加熱
（封管法）したり、Ｚｎを混合したＳＯＧ（スピンオン
グラス）膜を半導体ウェハ３２の上面に塗布して加熱す
る等、良く知られた種々の拡散手法が用いられ、拡散深
さは、図２（ｃ）に斜線で示すように、中央部３６の直
下においては第２クラッド層１８に到達する深さ、例え
ば１μｍ程度に、その外側においてはブロック層２０の
厚さよりも小さい深さ、例えば０．３μｍ程度になって
いる。この後、（ｄ）工程において、薬品処理によって
上記拡散バッファ膜３４のみを選択的に除去して、
（ｅ）工程において上部電極２４を設ける。更に、
（ｆ）工程において、例えば良く知られたドライエッチ
ングの手法によって球面を備えた凸部２８を形成し、バ
フ研磨或いは化学研磨等によってその表面を鏡面に加工
して凹面２６を形成する。次いで、（ｇ）工程におい
て、下部電極２２を設けることによって、図１に示され
るＬＥＤ１０が製造される。
【００１１】ここで、本実施例においては、活性層１６
の中央部３０の直下の部分のみで光が発生し、その光の
うち、第２クラッド層１８側に向かう光は中央部３０か
ら直接取り出される。一方、基板１２側へ向かう光は、
基板１２が透明であるため殆ど減衰させられることなく
その底面すなわち凹面２６に到達する。このとき、凹面
２６が曲率半径１５０μｍ程度の球面とされている共
に、その裏面が鏡面とされているため、凹面２６に到達
した光は、発光位置である活性層１６内の中央部３０の
中心軸上に向かわせられる。すなわち、基板１２側に向
かった反射光は、恰も活性層１６の中心から発せられた
ようになる。そのため、例えばエンコーダに用いる際に
ＬＥＤ１０から発せられる光をレンズによって集光する
と、中央部３０に略等しい大きさの光が得られる。した
がって、基板１２側に向かう光も取り出すことが可能と
なって高い発光効率が得られると共に、中央部３０の大
きさによって設定される高い集束性を備えたＬＥＤ１０
が得られるのである。
の中央部３０の直下の部分のみで光が発生し、その光の
うち、第２クラッド層１８側に向かう光は中央部３０か
ら直接取り出される。一方、基板１２側へ向かう光は、
基板１２が透明であるため殆ど減衰させられることなく
その底面すなわち凹面２６に到達する。このとき、凹面
２６が曲率半径１５０μｍ程度の球面とされている共
に、その裏面が鏡面とされているため、凹面２６に到達
した光は、発光位置である活性層１６内の中央部３０の
中心軸上に向かわせられる。すなわち、基板１２側に向
かった反射光は、恰も活性層１６の中心から発せられた
ようになる。そのため、例えばエンコーダに用いる際に
ＬＥＤ１０から発せられる光をレンズによって集光する
と、中央部３０に略等しい大きさの光が得られる。した
がって、基板１２側に向かう光も取り出すことが可能と
なって高い発光効率が得られると共に、中央部３０の大
きさによって設定される高い集束性を備えたＬＥＤ１０
が得られるのである。
【００１２】これに対して、従来のＬＥＤは、発光効率
を高めるために、基板１２側に向かう光をその裏面で反
射させていたが、その基板１２の裏面が平面とされて凹
面２６が備えられていないため、基板１２側に向かう光
がその裏面で反射されると、その反射光は恰もその裏面
を対称面とした活性層１６と対称な位置にある仮想的な
発光位置から発せられたようになる。そのため、例えば
上述のようにエンコーダに用いる際にＬＥＤから発せら
れる光をレンズによって集光しても、活性層１６から発
せられた光と仮想的な発光位置から発せられた光とは、
最も集光される位置が異なるため、常に中央部３０より
も大きい光しか得られないのである。
を高めるために、基板１２側に向かう光をその裏面で反
射させていたが、その基板１２の裏面が平面とされて凹
面２６が備えられていないため、基板１２側に向かう光
がその裏面で反射されると、その反射光は恰もその裏面
を対称面とした活性層１６と対称な位置にある仮想的な
発光位置から発せられたようになる。そのため、例えば
上述のようにエンコーダに用いる際にＬＥＤから発せら
れる光をレンズによって集光しても、活性層１６から発
せられた光と仮想的な発光位置から発せられた光とは、
最も集光される位置が異なるため、常に中央部３０より
も大きい光しか得られないのである。
【００１３】図３は、本実施例のＬＥＤ１０と上記従来
のＬＥＤの集束性を比較するために行った実験を示すも
のである。（ａ）に示すように、ＬＥＤを一部がレンズ
状とされた透明エポキシ樹脂等から成る容器３８内にモ
ールドし、例えばＬＥＤを中心とした半径２００ｍｍの
円弧上の受光面４０を備えた光検出器４２を配置して、
ＬＥＤに通電して発光させ、その光検出器４２の受光面
における光強度をＬＥＤの中央部３０の中心軸からの角
度θの関数として測定する。その結果は（ｂ）に示す通
り、本実施例のＬＥＤ１０は、θ＝０を中心とした極め
て狭い範囲で極めて高い光強度が得られると共に、その
範囲の外側においては極めて低い光強度を示したのに対
し、従来のＬＥＤでは、θ＝０を中心とする比較的広い
範囲で比較的高い光強度が得られた。すなわち、本実験
結果から本実施例のＬＥＤ１０は従来のＬＥＤに比べて
極めて高い集束性を備えることが明らかとなった。
のＬＥＤの集束性を比較するために行った実験を示すも
のである。（ａ）に示すように、ＬＥＤを一部がレンズ
状とされた透明エポキシ樹脂等から成る容器３８内にモ
ールドし、例えばＬＥＤを中心とした半径２００ｍｍの
円弧上の受光面４０を備えた光検出器４２を配置して、
ＬＥＤに通電して発光させ、その光検出器４２の受光面
における光強度をＬＥＤの中央部３０の中心軸からの角
度θの関数として測定する。その結果は（ｂ）に示す通
り、本実施例のＬＥＤ１０は、θ＝０を中心とした極め
て狭い範囲で極めて高い光強度が得られると共に、その
範囲の外側においては極めて低い光強度を示したのに対
し、従来のＬＥＤでは、θ＝０を中心とする比較的広い
範囲で比較的高い光強度が得られた。すなわち、本実験
結果から本実施例のＬＥＤ１０は従来のＬＥＤに比べて
極めて高い集束性を備えることが明らかとなった。
【００１４】図４は、本発明の他の実施例であるＬＥＤ
４４を示す図である。本実施例においては、基板４６上
に、分布反射型半導体多層膜反射層（ＤＢＲ：Distribu
tedBragg Reflector ）４８、第１クラッド層５０、活
性層５２、第２クラッド層５４、ブロック層５６が、前
記ＬＥＤ１０と同様な手法で順次結晶成長させられた
後、基板４６の下面およびブロック層５６の上面に、オ
ーミック電極である下部電極５８および上部電極６０が
それぞれ蒸着されて構成されている。
４４を示す図である。本実施例においては、基板４６上
に、分布反射型半導体多層膜反射層（ＤＢＲ：Distribu
tedBragg Reflector ）４８、第１クラッド層５０、活
性層５２、第２クラッド層５４、ブロック層５６が、前
記ＬＥＤ１０と同様な手法で順次結晶成長させられた
後、基板４６の下面およびブロック層５６の上面に、オ
ーミック電極である下部電極５８および上部電極６０が
それぞれ蒸着されて構成されている。
【００１５】上記基板４６は、例えば３５０μｍ程度の
厚さのｎ−ＧａＡｓ単結晶から成る化合物半導体であ
り、その中央部には曲率半径１００μｍ程度の球面状の
凹面６２が形成されている。反射層４８は、例えば７４
ｎｍ程度の厚さのＡｌＡｓ単結晶から成る化合物半導体
と、６４ｎｍ程度の厚さのＧａＡｓ単結晶から成る化合
物半導体とを交互に例えば３０組積層して４μｍ程度の
厚さとされたもので、その中央部は上記基板４６の凹面
６２に倣った形状とされている。第１クラッド層５０
は、例えば６μｍ程度の厚さのｎ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａ
ｓ単結晶から成る化合物半導体であり、その反射層４８
側の下面は反射層４８に倣った形状とされている。ま
た、活性層５２は、例えば０．１μｍ程度の厚さのｐ−
ＧａＡｓ単結晶から成る化合物半導体、第２クラッド層
５４は、例えば４μｍ程度の厚さのｐ−Ａｌ0.4 Ｇａ
0.6 Ａｓ単結晶から成る化合物半導体である。また、ブ
ロック層５６は、例えば１．０μｍ程度の厚さのｎ−Ｇ
ａＡｓ単結晶から成る化合物半導体であり、その中央部
には、直径５０μｍ程度、深さ１μｍ程度の凹所６４が
設けられると共に、表面から例えば０．５μｍの深さま
で、すなわち、図の斜線の範囲にＺｎが拡散されること
によって、その導電型がｐ型に反転されている。これに
より、ＬＥＤ４４は凹所６４よりもやや大きい範囲（斜
線の範囲）のみに通電可能な電流狭窄構造を備えたもの
とされている。また、下部電極５８は、基板４６の下面
全面に、上部電極６０はブロック層５６の上面に円環状
に、前記ＬＥＤ１０の下部電極２２および上部電極２４
とそれぞれ同様な構成で設けられている。
厚さのｎ−ＧａＡｓ単結晶から成る化合物半導体であ
り、その中央部には曲率半径１００μｍ程度の球面状の
凹面６２が形成されている。反射層４８は、例えば７４
ｎｍ程度の厚さのＡｌＡｓ単結晶から成る化合物半導体
と、６４ｎｍ程度の厚さのＧａＡｓ単結晶から成る化合
物半導体とを交互に例えば３０組積層して４μｍ程度の
厚さとされたもので、その中央部は上記基板４６の凹面
６２に倣った形状とされている。第１クラッド層５０
は、例えば６μｍ程度の厚さのｎ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａ
ｓ単結晶から成る化合物半導体であり、その反射層４８
側の下面は反射層４８に倣った形状とされている。ま
た、活性層５２は、例えば０．１μｍ程度の厚さのｐ−
ＧａＡｓ単結晶から成る化合物半導体、第２クラッド層
５４は、例えば４μｍ程度の厚さのｐ−Ａｌ0.4 Ｇａ
0.6 Ａｓ単結晶から成る化合物半導体である。また、ブ
ロック層５６は、例えば１．０μｍ程度の厚さのｎ−Ｇ
ａＡｓ単結晶から成る化合物半導体であり、その中央部
には、直径５０μｍ程度、深さ１μｍ程度の凹所６４が
設けられると共に、表面から例えば０．５μｍの深さま
で、すなわち、図の斜線の範囲にＺｎが拡散されること
によって、その導電型がｐ型に反転されている。これに
より、ＬＥＤ４４は凹所６４よりもやや大きい範囲（斜
線の範囲）のみに通電可能な電流狭窄構造を備えたもの
とされている。また、下部電極５８は、基板４６の下面
全面に、上部電極６０はブロック層５６の上面に円環状
に、前記ＬＥＤ１０の下部電極２２および上部電極２４
とそれぞれ同様な構成で設けられている。
【００１６】上記ＬＥＤ４４は、例えば図５の（ａ）〜
（ｆ）の工程に従って製造される。（ａ）工程におい
て、例えばドライエッチングによって図の斜線の部分を
除去して基板４６の一面に球面状の凹面６２を設け、
（ｂ）工程において、前述のＬＥＤ１０と同様に、この
一面上に反射層４８乃至ブロック層５６を順次結晶成長
させて積層し、半導体ウェハ６６を作製する。このと
き、反射層４８は、４μｍと極めて薄いため上記凹面６
２に倣った形状に形成される。次いで（ｃ）工程におい
て、良く知られたフォトリソグラフィの手法でブロック
層５６上にレジスト膜６８を形成し、（ｄ）工程におい
て、エッチング処理により凹所６４を形成すると共に、
レジスト膜６８を除去する。この後、（ｅ）工程におい
て、前述のＬＥＤ１０と同様な手法により図の斜線の範
囲にＺｎを拡散させ、（ｆ）工程において、上部電極６
０および下部電極５８を設けて、上記のＬＥＤ４４が得
られる。
（ｆ）の工程に従って製造される。（ａ）工程におい
て、例えばドライエッチングによって図の斜線の部分を
除去して基板４６の一面に球面状の凹面６２を設け、
（ｂ）工程において、前述のＬＥＤ１０と同様に、この
一面上に反射層４８乃至ブロック層５６を順次結晶成長
させて積層し、半導体ウェハ６６を作製する。このと
き、反射層４８は、４μｍと極めて薄いため上記凹面６
２に倣った形状に形成される。次いで（ｃ）工程におい
て、良く知られたフォトリソグラフィの手法でブロック
層５６上にレジスト膜６８を形成し、（ｄ）工程におい
て、エッチング処理により凹所６４を形成すると共に、
レジスト膜６８を除去する。この後、（ｅ）工程におい
て、前述のＬＥＤ１０と同様な手法により図の斜線の範
囲にＺｎを拡散させ、（ｆ）工程において、上部電極６
０および下部電極５８を設けて、上記のＬＥＤ４４が得
られる。
【００１７】上記のＬＥＤ４４においても、基板４６側
に向かった光は反射層４８において反射されて第２クラ
ッド層５４側に向かわせられるが、反射層４８は上述の
ように形成された結果、中央部に曲率半径１００μｍ程
度の球面を備えているため、反射された光は凹所６４の
中心軸上で発光位置である活性層５２から比較的近傍の
位置に集光させられ、恰もその位置（仮想的な発光位
置）から発光させられたようになる。したがって、基板
４６側に向かった光が取り出されて高い発光効率が得ら
れると共に、前記ＬＥＤ１０程の高い効果ではないが、
従来のＬＥＤよりも活性層５２と仮想的な発光位置との
距離が減じられて、比較的高い集束性が得られるのであ
る。なお、上記ＬＥＤ４４の光強度の分布を前述のＬＥ
Ｄ１０と同様な方法で評価した結果は、前記の図３
（ｂ）に示されており、ＬＥＤ１０程ではないが、従来
のＬＥＤよりも集束性が改善されていることが明らかで
ある。
に向かった光は反射層４８において反射されて第２クラ
ッド層５４側に向かわせられるが、反射層４８は上述の
ように形成された結果、中央部に曲率半径１００μｍ程
度の球面を備えているため、反射された光は凹所６４の
中心軸上で発光位置である活性層５２から比較的近傍の
位置に集光させられ、恰もその位置（仮想的な発光位
置）から発光させられたようになる。したがって、基板
４６側に向かった光が取り出されて高い発光効率が得ら
れると共に、前記ＬＥＤ１０程の高い効果ではないが、
従来のＬＥＤよりも活性層５２と仮想的な発光位置との
距離が減じられて、比較的高い集束性が得られるのであ
る。なお、上記ＬＥＤ４４の光強度の分布を前述のＬＥ
Ｄ１０と同様な方法で評価した結果は、前記の図３
（ｂ）に示されており、ＬＥＤ１０程ではないが、従来
のＬＥＤよりも集束性が改善されていることが明らかで
ある。
【００１８】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施され
る。
詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施され
る。
【００１９】例えば、前述の実施例においては、ＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓダブルヘテロ構造の面発光型ＬＥＤ１
０，４４について説明したが、そのＡｌとＧａとの組成
比は適宜設定されると共に、ＧａＰ，ＩｎＰ，ＩｎＧａ
ＡｓＰ等から成るダブルヘテロ構造のＬＥＤや、単なる
ｐｎ接合から成るＬＥＤにも本発明は同様に適用され得
る。また、基板１２には、透明なものであれば他の半導
体が用いられても良く、基板４６には、例えばＧａＡｓ
等の他の半導体が用いられても良い。
ｓ／ＡｌＧａＡｓダブルヘテロ構造の面発光型ＬＥＤ１
０，４４について説明したが、そのＡｌとＧａとの組成
比は適宜設定されると共に、ＧａＰ，ＩｎＰ，ＩｎＧａ
ＡｓＰ等から成るダブルヘテロ構造のＬＥＤや、単なる
ｐｎ接合から成るＬＥＤにも本発明は同様に適用され得
る。また、基板１２には、透明なものであれば他の半導
体が用いられても良く、基板４６には、例えばＧａＡｓ
等の他の半導体が用いられても良い。
【００２０】また、基板１２，４６側に向かった光を反
射するための凹面２６，６２は、二次曲面とされていれ
ば反射光が一層集中して効果的であり、また、凹面であ
ってその曲率半径Ｄが、凹面と発光位置との距離をＳと
したとき、（１／２）Ｄ≦Ｓ≦２Ｄで表される範囲内の
大きさであれば、本発明の一応の効果が得られ、必ずし
も完全な球面や二次曲面等ではなくとも良い。
射するための凹面２６，６２は、二次曲面とされていれ
ば反射光が一層集中して効果的であり、また、凹面であ
ってその曲率半径Ｄが、凹面と発光位置との距離をＳと
したとき、（１／２）Ｄ≦Ｓ≦２Ｄで表される範囲内の
大きさであれば、本発明の一応の効果が得られ、必ずし
も完全な球面や二次曲面等ではなくとも良い。
【００２１】また、ＬＥＤ１０において、凹面２６の裏
面には反射率を上げるためのＳｉＯ 2 やＡｕ等が必要に
応じて蒸着されても良い。
面には反射率を上げるためのＳｉＯ 2 やＡｕ等が必要に
応じて蒸着されても良い。
【００２２】また、凸部２８或いは凹面６２を形成する
加工は、ドライエッチングの他に、ウェットエッチング
や機械加工等によって行い、その後、鏡面加工を行って
も良い。
加工は、ドライエッチングの他に、ウェットエッチング
や機械加工等によって行い、その後、鏡面加工を行って
も良い。
【００２３】また、電流狭窄構造とするためのブロック
層の導電型の反転は、実施例で示したようにブロック層
２０，５６の上面側において、その全面が為される必要
はなく、例えば、第１実施例のＬＥＤ１０において、中
央部３０のみの導電型が反転されて電流狭窄構造が構成
されていても良い。
層の導電型の反転は、実施例で示したようにブロック層
２０，５６の上面側において、その全面が為される必要
はなく、例えば、第１実施例のＬＥＤ１０において、中
央部３０のみの導電型が反転されて電流狭窄構造が構成
されていても良い。
【００２４】また、前述の実施例においては、基板１
２，４６側にｎ型半導体が、第２クラッド層１８，５４
側にｐ型半導体が用いられ、上部電極２４，６０から下
部電極２２，５８に向かって動作電流が流れるようにさ
れていたが、ｐ型，ｎ型を反対にして動作電流の流れる
方向を反対にしても良い。
２，４６側にｎ型半導体が、第２クラッド層１８，５４
側にｐ型半導体が用いられ、上部電極２４，６０から下
部電極２２，５８に向かって動作電流が流れるようにさ
れていたが、ｐ型，ｎ型を反対にして動作電流の流れる
方向を反対にしても良い。
【００２５】その他、一々例示はしないが、本発明はそ
の主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものであ
る。
の主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものであ
る。
【図１】本発明の一実施例である発光ダイオードの構成
を示す図である。
を示す図である。
【図２】図１の発光ダイオードの製造方法を示す図であ
る。
る。
【図３】図１の発光ダイオードを従来と比較する実験を
示す図であって、（ａ）は実験の構成を、（ｂ）はその
評価結果を従来と比較して示す図である。
示す図であって、（ａ）は実験の構成を、（ｂ）はその
評価結果を従来と比較して示す図である。
【図４】本発明の他の実施例である発光ダイオードの構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図５】図４の発光ダイオードの製造方法を示す図であ
る。
る。
１０：ＬＥＤ（発光ダイオード） １２：基板 １４：第１クラッド層 １６：活性層 １８：第２クラッド層 ２６，６２：凹面
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に第１クラッド層、活性層、およ
び第２クラッド層が順次積層され、該基板と該第２クラ
ッド層との間の所定の範囲に動作電流が通電されること
によって該活性層内で発生した光を、該第２クラッド層
側から取り出す電流狭窄構造を備えた面発光型発光ダイ
オードであって、 前記活性層と前記基板底面との間に、前記第２クラッド
層側に向かって前記光を反射する凹面が備えられている
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 |
|---|---|---|---|
| JP30366293A JPH07162033A (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30366293A JPH07162033A (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 発光ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07162033A true JPH07162033A (ja) | 1995-06-23 |
Family
ID=17923719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30366293A Pending JPH07162033A (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07162033A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009084397A1 (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-09 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | 半導体発光素子 |
| JPWO2023032300A1 (ja) * | 2021-08-30 | 2023-03-09 |
-
1993
- 1993-12-03 JP JP30366293A patent/JPH07162033A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009084397A1 (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-09 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | 半導体発光素子 |
| JP2009164272A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 半導体発光素子 |
| JPWO2023032300A1 (ja) * | 2021-08-30 | 2023-03-09 | ||
| WO2023032300A1 (ja) * | 2021-08-30 | 2023-03-09 | ソニーグループ株式会社 | 発光デバイスおよび画像表示装置 |
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