JPH09307140A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JPH09307140A JPH09307140A JP11872296A JP11872296A JPH09307140A JP H09307140 A JPH09307140 A JP H09307140A JP 11872296 A JP11872296 A JP 11872296A JP 11872296 A JP11872296 A JP 11872296A JP H09307140 A JPH09307140 A JP H09307140A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 活性層内全体に均一に電流を広げ、外部への
光の取り出し効率を向上させることにより、黄色，緑色
等の短波長領域でも高輝度の発光が可能であり、かつ輝
度や動作電圧のばらつきが小さく製造歩留りの高い半導
体発光装置を実現することを目的とする。 【解決手段】 n-GaAs基板１１上に、InGaAlPからなるn
型クラッド層１２、活性層１３、p型クラッド層１４を
順次形成し、このp型クラッド層１４の上に第２の電流
拡散層１７を形成し、この第２の電流拡散層１７の上に
p型GaAlAsからなる第１の電流拡散層１８を形成し、こ
の第１の電流拡散層１８の上の一部に第１の電極２０を
形成し、基板１１の裏面側に第２の電極２１を形成した
半導体発光装置において、第２の電流拡散層１７をへテ
ロ障壁を有するp型InGaAlP層1５とp型GaAlAs層１６の複
数の対によって構成したことを特徴とする。
光の取り出し効率を向上させることにより、黄色，緑色
等の短波長領域でも高輝度の発光が可能であり、かつ輝
度や動作電圧のばらつきが小さく製造歩留りの高い半導
体発光装置を実現することを目的とする。 【解決手段】 n-GaAs基板１１上に、InGaAlPからなるn
型クラッド層１２、活性層１３、p型クラッド層１４を
順次形成し、このp型クラッド層１４の上に第２の電流
拡散層１７を形成し、この第２の電流拡散層１７の上に
p型GaAlAsからなる第１の電流拡散層１８を形成し、こ
の第１の電流拡散層１８の上の一部に第１の電極２０を
形成し、基板１１の裏面側に第２の電極２１を形成した
半導体発光装置において、第２の電流拡散層１７をへテ
ロ障壁を有するp型InGaAlP層1５とp型GaAlAs層１６の複
数の対によって構成したことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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するものである。
を用いた半導体発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】以下、特に活性層にInGaAlP系材料を用
いた発光ダイオードについて説明する。近年、交通情報
表示板や広告表示板等、屋外で使用される可視発光ダイ
オードの需要は急速に高まっており、高輝度化と多色化
が強く要望されている。その中でInGaAlPを活性層とす
る発光ダイオードは、従来のGaPやGaAsP等の間接遷移型
の材料を用いたものに比べ、緑色，黄色，橙色の高輝度
発光が可能な光源として注目されている。
いた発光ダイオードについて説明する。近年、交通情報
表示板や広告表示板等、屋外で使用される可視発光ダイ
オードの需要は急速に高まっており、高輝度化と多色化
が強く要望されている。その中でInGaAlPを活性層とす
る発光ダイオードは、従来のGaPやGaAsP等の間接遷移型
の材料を用いたものに比べ、緑色，黄色，橙色の高輝度
発光が可能な光源として注目されている。
【０００３】図９に第１の従来の技術を説明するInGaAl
P活性層を有する発光ダイオードの断面構造を示す。こ
れは特開平３−１７１６７９号公報に開示されている。
１はn-GaAs基板、２はn-InGaAlPクラッド層、３はInGaA
lP活性層、４はp-InGaAlPクラッド層、５はp-GaAlAs電
流拡散層、６はp-GaAsコンタクト層、７はAuZnからなる
ｐ側電極、８はAuGeからなるｎ側電極である。結晶成長
は有機金属気相成長(MOCVD)法が主に用いられている。p
-GaAlAs電流拡散層５の上面から光を取り出すので、ｐ
側電極７はp-GaAlAs電流拡散層５の上の一部に形成され
ている。また、InGaAlP活性層３のエネルギーギャップ
は、クラッド層２，４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、キャリアが活性層３に閉じ込め
られ高効率の発光が可能なダブルへテロ構造をなしてい
る。p-GaAlAs電流拡散層５はｐ側電極７から流入する電
流を拡散させるために、比抵抗は0.05Ωcm程度と低く
し、膜厚は5μm以上とする。また、Al組成はInGaAlP活
性層３からの発光波長に対してほぼ透明になるように設
定されている。
P活性層を有する発光ダイオードの断面構造を示す。こ
れは特開平３−１７１６７９号公報に開示されている。
１はn-GaAs基板、２はn-InGaAlPクラッド層、３はInGaA
lP活性層、４はp-InGaAlPクラッド層、５はp-GaAlAs電
流拡散層、６はp-GaAsコンタクト層、７はAuZnからなる
ｐ側電極、８はAuGeからなるｎ側電極である。結晶成長
は有機金属気相成長(MOCVD)法が主に用いられている。p
-GaAlAs電流拡散層５の上面から光を取り出すので、ｐ
側電極７はp-GaAlAs電流拡散層５の上の一部に形成され
ている。また、InGaAlP活性層３のエネルギーギャップ
は、クラッド層２，４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、キャリアが活性層３に閉じ込め
られ高効率の発光が可能なダブルへテロ構造をなしてい
る。p-GaAlAs電流拡散層５はｐ側電極７から流入する電
流を拡散させるために、比抵抗は0.05Ωcm程度と低く
し、膜厚は5μm以上とする。また、Al組成はInGaAlP活
性層３からの発光波長に対してほぼ透明になるように設
定されている。
【０００４】図９において順方向に電圧をかけると、ｐ
側電極７から流入する電流が電流拡散層５を通る過程で
広げられ、活性層３に注入されることになり、発光領域
は活性層３のｐ側電極７の直下以外の領域にも広がる。
従って上面方向に光を取り出す場合、ｐ側電極７によっ
て遮られる割合が減少するので、光の取り出し効率は増
加し、内部量子効率の大きい橙色等の長波長領域では高
輝度化が実現されている。
側電極７から流入する電流が電流拡散層５を通る過程で
広げられ、活性層３に注入されることになり、発光領域
は活性層３のｐ側電極７の直下以外の領域にも広がる。
従って上面方向に光を取り出す場合、ｐ側電極７によっ
て遮られる割合が減少するので、光の取り出し効率は増
加し、内部量子効率の大きい橙色等の長波長領域では高
輝度化が実現されている。
【０００５】図１０に第２の従来の技術を説明するInGa
AlP活性層を有する発光ダイオードの断面構造を示す。
これは特開平７−１６９９９２号公報に開示されてい
る。なお、図９と同一部分には同一符号を付してその詳
しい説明は省略する。９はp-In 0.5(Ga0.14Al0.86)0.5P
第２電流拡散層である。図１０が図９と異なる点はp-In
0 .5(Ga0.14Al0.86)0.5P第２電流拡散層９が付加される
ことにより、p-GaAlAs電流拡散層５とp-In0.5(Ga0.14Al
0.86)0.5P第２電流拡散層９の界面の価電子帯にヘテロ
障壁による電流拡散の効果が有効になるような大きなヘ
テロ障壁が形成されていることである。ヘテロ障壁で電
流が広がるのは、そこで生じる過剰な電圧降下を低減す
るために、電流がヘテロ界面で拡散することで電流密度
を下げようとするからである。
AlP活性層を有する発光ダイオードの断面構造を示す。
これは特開平７−１６９９９２号公報に開示されてい
る。なお、図９と同一部分には同一符号を付してその詳
しい説明は省略する。９はp-In 0.5(Ga0.14Al0.86)0.5P
第２電流拡散層である。図１０が図９と異なる点はp-In
0 .5(Ga0.14Al0.86)0.5P第２電流拡散層９が付加される
ことにより、p-GaAlAs電流拡散層５とp-In0.5(Ga0.14Al
0.86)0.5P第２電流拡散層９の界面の価電子帯にヘテロ
障壁による電流拡散の効果が有効になるような大きなヘ
テロ障壁が形成されていることである。ヘテロ障壁で電
流が広がるのは、そこで生じる過剰な電圧降下を低減す
るために、電流がヘテロ界面で拡散することで電流密度
を下げようとするからである。
【０００６】図１０において順方向に電圧をかけると、
図９と同様に電流はp-GaAlAs電流拡散層５により広げら
れるが、p-GaAlAs電流拡散層５とp-In0.5(Ga0.14A
l0.86)0.5P第２電流拡散層９の界面の価電子帯に大きな
ヘテロ障壁が形成されているため、さらに広げられる。
結果として図１０の構造においては、InGaAlP活性層３
全体に均一に電流が注入されるために、内部量子効率の
低下する黄色，緑色等の短波長領域でも高輝度化が実現
されている。
図９と同様に電流はp-GaAlAs電流拡散層５により広げら
れるが、p-GaAlAs電流拡散層５とp-In0.5(Ga0.14A
l0.86)0.5P第２電流拡散層９の界面の価電子帯に大きな
ヘテロ障壁が形成されているため、さらに広げられる。
結果として図１０の構造においては、InGaAlP活性層３
全体に均一に電流が注入されるために、内部量子効率の
低下する黄色，緑色等の短波長領域でも高輝度化が実現
されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、次のような問題点があった。第１の従来の
技術では、p-GaAlAs電流拡散層５によってのみ電流を活
性層全体に均一に広げるためには20μm以上の膜厚が必
要である。結晶成長に用いられるMOCVD法は、他の結晶
成長法に比べ成長速度が1〜3μm/hと低く、20μm以上の
膜厚を得るには長時間の成長が必要となるが、このこと
は生産性の低下や、活性層３への上部クラッド層４等か
らの不純物拡散による発光効率の低下という問題を引き
起こすため、p-GaAlAs電流拡散層５の膜厚をせいぜい5
〜10μm程度にしかできない。従って第１の従来の技術
では電流広がりの大きさは十分でなく、電流は活性層３
に均一に注入されていないため、内部量子効率の低下す
る黄色，緑色等の短波長領域では高輝度化の実現が困難
であった。
の構成では、次のような問題点があった。第１の従来の
技術では、p-GaAlAs電流拡散層５によってのみ電流を活
性層全体に均一に広げるためには20μm以上の膜厚が必
要である。結晶成長に用いられるMOCVD法は、他の結晶
成長法に比べ成長速度が1〜3μm/hと低く、20μm以上の
膜厚を得るには長時間の成長が必要となるが、このこと
は生産性の低下や、活性層３への上部クラッド層４等か
らの不純物拡散による発光効率の低下という問題を引き
起こすため、p-GaAlAs電流拡散層５の膜厚をせいぜい5
〜10μm程度にしかできない。従って第１の従来の技術
では電流広がりの大きさは十分でなく、電流は活性層３
に均一に注入されていないため、内部量子効率の低下す
る黄色，緑色等の短波長領域では高輝度化の実現が困難
であった。
【０００８】また第２の従来の技術では、電流を第１の
従来の技術よりも広げ活性層全体に均一に注入するため
に、p-GaAlAs電流拡散層５とp-InGaAlPクラッド層４の
間にp-In0.5(Ga0.14Al0.86)0.5P第２電流拡散層９を付
加し、p-GaAlAs電流拡散層５とp-In0.5(Ga0.14Al0.86)
0.5P第２電流拡散層９の界面の価電子帯に大きなヘテロ
障壁を形成している。しかし、ヘテロ障壁により電流を
広げる場合、その電流拡散の効果とへテロ障壁での電圧
降下、結果として素子の発光効率と動作電圧はへテロ障
壁の大きさに強く依存する。図１１と図１２に図１０の
構造において第２電流拡散層９をp-In0.5(Ga1-XAlX)0.5
Pとした場合の発光効率と動作電圧のAl混晶比Xに対する
依存性を示す。また横軸には各混晶比に対応するp-GaAl
As電流拡散層５とp-In0.5(Ga1-XAlX)0.5Pとの間のヘテ
ロ障壁の大きさも併せて示している。ただし、黄緑色の
発光(波長570nm)を得るために、各層の組成を活性層３
はIn0.5(Ga0.6Al0.4)0.5P、nとp型クラッド層２、４は
何れもIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P、電流拡散層５はGa0.15A
l0.85Asとした。図１１と図１２からわかるように、発
光効率はへテロ障壁の大きさが 0.20eVと0.22eVの間で
急激に増大し、それ以上で飽和しているのに対して、動
作電圧は0.22eV以上で急激に増加する。動作電圧を発光
ダイオードとして実用的な2.0V以下にし、かつへテロ障
壁による電流拡散の効果を有効にし、発光効率を顕著に
増加させるためには、へテロ障壁の大きさを0.21eVから
0.22eVの範囲と非常に制限された範囲に設定する必要が
ある。第２電流拡散層９の組成がわずかに変化してヘテ
ロ障壁の大きさがこの範囲から外れると、発光効率及び
動作電圧が大きく変動する。従って第２の従来の技術で
は、素子間の輝度や動作電圧のばらつきが大きく、製造
歩留りが低下する。
従来の技術よりも広げ活性層全体に均一に注入するため
に、p-GaAlAs電流拡散層５とp-InGaAlPクラッド層４の
間にp-In0.5(Ga0.14Al0.86)0.5P第２電流拡散層９を付
加し、p-GaAlAs電流拡散層５とp-In0.5(Ga0.14Al0.86)
0.5P第２電流拡散層９の界面の価電子帯に大きなヘテロ
障壁を形成している。しかし、ヘテロ障壁により電流を
広げる場合、その電流拡散の効果とへテロ障壁での電圧
降下、結果として素子の発光効率と動作電圧はへテロ障
壁の大きさに強く依存する。図１１と図１２に図１０の
構造において第２電流拡散層９をp-In0.5(Ga1-XAlX)0.5
Pとした場合の発光効率と動作電圧のAl混晶比Xに対する
依存性を示す。また横軸には各混晶比に対応するp-GaAl
As電流拡散層５とp-In0.5(Ga1-XAlX)0.5Pとの間のヘテ
ロ障壁の大きさも併せて示している。ただし、黄緑色の
発光(波長570nm)を得るために、各層の組成を活性層３
はIn0.5(Ga0.6Al0.4)0.5P、nとp型クラッド層２、４は
何れもIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P、電流拡散層５はGa0.15A
l0.85Asとした。図１１と図１２からわかるように、発
光効率はへテロ障壁の大きさが 0.20eVと0.22eVの間で
急激に増大し、それ以上で飽和しているのに対して、動
作電圧は0.22eV以上で急激に増加する。動作電圧を発光
ダイオードとして実用的な2.0V以下にし、かつへテロ障
壁による電流拡散の効果を有効にし、発光効率を顕著に
増加させるためには、へテロ障壁の大きさを0.21eVから
0.22eVの範囲と非常に制限された範囲に設定する必要が
ある。第２電流拡散層９の組成がわずかに変化してヘテ
ロ障壁の大きさがこの範囲から外れると、発光効率及び
動作電圧が大きく変動する。従って第２の従来の技術で
は、素子間の輝度や動作電圧のばらつきが大きく、製造
歩留りが低下する。
【０００９】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、その目的とするところは、電流が活性層に均一に注
入されることにより、黄色，緑色等の短波長領域でも高
輝度の発光が可能であり、かつ輝度や動作電圧のばらつ
きが小さく製造歩留りの高い半導体発光装置を提供する
ことにある。
で、その目的とするところは、電流が活性層に均一に注
入されることにより、黄色，緑色等の短波長領域でも高
輝度の発光が可能であり、かつ輝度や動作電圧のばらつ
きが小さく製造歩留りの高い半導体発光装置を提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の半導体発光装置は、半導体基板と、活性層
と、クラッド層と、第１の電流拡散層と、第２の電流拡
散層と、電極とを少なくとも具備し、前記第１の電流拡
散層と前記第２の電流拡散層が前記活性層と前記電極と
の間にあり、前記第２の電流拡散層がヘテロ障壁を有す
るバンドギャップの異なる２つの層からなる対を複数含
んでいることを特徴とする。
に本発明の半導体発光装置は、半導体基板と、活性層
と、クラッド層と、第１の電流拡散層と、第２の電流拡
散層と、電極とを少なくとも具備し、前記第１の電流拡
散層と前記第２の電流拡散層が前記活性層と前記電極と
の間にあり、前記第２の電流拡散層がヘテロ障壁を有す
るバンドギャップの異なる２つの層からなる対を複数含
んでいることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
に関する半導体発光装置の概略構造を示す断面図であ
る。１１はn-GaAs基板であり、この基板１１上にはn-In
GaAlPクラッド層１２、InGaAlP活性層１３及びp-InGaAl
Pクラッド層１４からなるダブルヘテロ構造部が形成さ
れている。ダブルヘテロ構造部上には、p-InGaAlP広バ
ンドギャップ層１５とp-GaAlAs狭バンドギャップ層１６
の複数の対からなる第２電流拡散層１7が形成されてい
る。ここで層１５と層１６の界面の価電子帯にヘテロ障
壁が生じるように、層１５のバンドギャップは層１６の
それよりも大きくなっている。そこで層１５を広バンド
ギャップ層、層１６を狭バンドギャップ層と記述した。
この第２電流拡散層１7上にはp-GaAlAs第１電流拡散層
１８が形成され、この第１電流拡散層１８上の一部にp-
GaAsコンタクト層１9が形成されている。そしてコンタ
クト層１9上にAuZnからなるｐ側電極２０が形成され、
基板１１の下面にAuGeからなるｎ側電極２１が形成され
ている。
に関する半導体発光装置の概略構造を示す断面図であ
る。１１はn-GaAs基板であり、この基板１１上にはn-In
GaAlPクラッド層１２、InGaAlP活性層１３及びp-InGaAl
Pクラッド層１４からなるダブルヘテロ構造部が形成さ
れている。ダブルヘテロ構造部上には、p-InGaAlP広バ
ンドギャップ層１５とp-GaAlAs狭バンドギャップ層１６
の複数の対からなる第２電流拡散層１7が形成されてい
る。ここで層１５と層１６の界面の価電子帯にヘテロ障
壁が生じるように、層１５のバンドギャップは層１６の
それよりも大きくなっている。そこで層１５を広バンド
ギャップ層、層１６を狭バンドギャップ層と記述した。
この第２電流拡散層１7上にはp-GaAlAs第１電流拡散層
１８が形成され、この第１電流拡散層１８上の一部にp-
GaAsコンタクト層１9が形成されている。そしてコンタ
クト層１9上にAuZnからなるｐ側電極２０が形成され、
基板１１の下面にAuGeからなるｎ側電極２１が形成され
ている。
【００１２】図１に示した構造において、各層の膜厚は
以下のように設定されている。即ち、n-GaAs基板１１(1
10μm)、n-InGaAlPクラッド層１２(1μm)、InGaAlP活性
層１３(0.5μm)、p-InGaAlPクラッド層１４(1μm)、p-I
nGaAlP広バンドギャップ層１５(0.05μm)、p-GaAlAs狭
バンドギャップ層１６(0.05μm)、p-GaAlAs第１電流拡
散層１８(7μm)、p-GaAsコンタクト層１９(0.2μm)であ
る。広バンドギャップ層１５と狭バンドギャップ層１６
の膜厚は、抵抗を下げるために、広バンドギャップ層１
５と狭バンドギャップ層１６の間をトンネル効果により
正孔が移動することがない範囲で薄くすることが望まし
い。
以下のように設定されている。即ち、n-GaAs基板１１(1
10μm)、n-InGaAlPクラッド層１２(1μm)、InGaAlP活性
層１３(0.5μm)、p-InGaAlPクラッド層１４(1μm)、p-I
nGaAlP広バンドギャップ層１５(0.05μm)、p-GaAlAs狭
バンドギャップ層１６(0.05μm)、p-GaAlAs第１電流拡
散層１８(7μm)、p-GaAsコンタクト層１９(0.2μm)であ
る。広バンドギャップ層１５と狭バンドギャップ層１６
の膜厚は、抵抗を下げるために、広バンドギャップ層１
５と狭バンドギャップ層１６の間をトンネル効果により
正孔が移動することがない範囲で薄くすることが望まし
い。
【００１３】各層の組成は以下のように設定されてい
る。即ち、活性層１３は黄緑色の発光(570nm)を得るた
めにIn0.5(Ga0.6Al0.4)0.5P、ｎとｐ型クラッド層１
２、１４は活性層１３に注入されたキャリアを閉じこめ
るために何れもIn0.5(Ga0.3Al0.7)0 .5P、狭バンドギャ
ップ層１６と第１電流拡散層１８は活性層１３からの発
光に対して透明になるようにGa0.15Al0.85Asとした。
る。即ち、活性層１３は黄緑色の発光(570nm)を得るた
めにIn0.5(Ga0.6Al0.4)0.5P、ｎとｐ型クラッド層１
２、１４は活性層１３に注入されたキャリアを閉じこめ
るために何れもIn0.5(Ga0.3Al0.7)0 .5P、狭バンドギャ
ップ層１６と第１電流拡散層１８は活性層１３からの発
光に対して透明になるようにGa0.15Al0.85Asとした。
【００１４】また広バンドギャップ層１５の組成は以下
のようにして決めた。図１１と図１２が示すように、狭
バンドギャップ層１６とのヘテロ障壁の大きさが0.20eV
以下であれば、発光効率と動作電圧の変動は顕著でな
い。従ってヘテロ障壁の大きさが多少変化しても第２の
従来例のように発光効率と動作電圧が大きく変動するこ
とはない。そこで広バンドギャップ層１５の組成をヘテ
ロ障壁が0.20eV以下の0.17eVとなるIn0.5(Ga0.3Al0.7)
0.5Pとした。
のようにして決めた。図１１と図１２が示すように、狭
バンドギャップ層１６とのヘテロ障壁の大きさが0.20eV
以下であれば、発光効率と動作電圧の変動は顕著でな
い。従ってヘテロ障壁の大きさが多少変化しても第２の
従来例のように発光効率と動作電圧が大きく変動するこ
とはない。そこで広バンドギャップ層１５の組成をヘテ
ロ障壁が0.20eV以下の0.17eVとなるIn0.5(Ga0.3Al0.7)
0.5Pとした。
【００１５】上記構造が従来の構造と異なる点は、p-In
GaAlPクラッド層１４とp-GaAlAs第１電流拡散層１８の
間に、ヘテロ障壁の大きさが多少変化しても発光効率と
動作電圧の変動が顕著でないヘテロ障壁を有する広バン
ドギャップ層１５と狭バンドギャップ層１６の複数の対
からなる第２電流拡散層１７を形成したことである。
GaAlPクラッド層１４とp-GaAlAs第１電流拡散層１８の
間に、ヘテロ障壁の大きさが多少変化しても発光効率と
動作電圧の変動が顕著でないヘテロ障壁を有する広バン
ドギャップ層１５と狭バンドギャップ層１６の複数の対
からなる第２電流拡散層１７を形成したことである。
【００１６】以上のような構成の半導体発光装置につい
てその動作を説明する。順方向に電流を流すと電流はp-
GaAlAs電流拡散層１８により広げられ、第２電流拡散層
１７を通る。第２電流拡散層１７に含まれる広バンドギ
ャップ層１５と狭バンドギャップ層１６の界面に形成さ
れているへテロ障壁は、顕著な電圧降下を生じるほど大
きくないので、単独では電流拡散の効果は小さい。しか
し、第２電流拡散層１７中には広バンドギャップ層１５
と狭バンドギャップ層１６の界面に形成されるへテロ障
壁が複数あるので、電流拡散の効果が積算され、電流は
十分に広がり活性層全体に均一に注入される。
てその動作を説明する。順方向に電流を流すと電流はp-
GaAlAs電流拡散層１８により広げられ、第２電流拡散層
１７を通る。第２電流拡散層１７に含まれる広バンドギ
ャップ層１５と狭バンドギャップ層１６の界面に形成さ
れているへテロ障壁は、顕著な電圧降下を生じるほど大
きくないので、単独では電流拡散の効果は小さい。しか
し、第２電流拡散層１７中には広バンドギャップ層１５
と狭バンドギャップ層１６の界面に形成されるへテロ障
壁が複数あるので、電流拡散の効果が積算され、電流は
十分に広がり活性層全体に均一に注入される。
【００１７】図１に示した構造に順方向に20mAの電流を
流した場合の、発光効率と動作電圧の広バンドギャップ
層１５と狭バンドギャップ層１６の対数依存性をそれぞ
れ図２と図３に表す。図２からわかるように発光効率は
対数とともに増加し、３対以上でほぼ飽和する。対数を
３にしたときこの素子の発光効率は図９に示した第１の
従来構造の約１．５倍また図１０に示した第２の従来構
造とほぼ同じであった。図４と図５は、同一円形状のｐ
側電極を用いたそれぞれ図１と図９の素子構造でのp-Ga
AlAs電流拡散層１８、５の上面における発光強度の分布
を、ｐ側電極の中心を通る直線(図中AB)に沿って表わし
たものである(ニアフィールドパターン)。図５では発光
強度がチップの中心から離れるにつれて大きく低下する
のに対して、図４ではチップ周辺部の発光強度はｐ側電
極周辺部とほぼ等しくなっている。従って、図１の素子
構造では図９のそれに比べてｐ側電極の直下以外の活性
層で発光する割合が大幅に増加しており、第１電流拡散
層１８とｐ型クラッド１４の間に設けた広バンドギャッ
プ層１５と狭バンドギャップ層１６の界面の価電子帯に
生じる３箇所のヘテロ障壁により、電流広がりが大きく
改善されていると言える。一方、図３に示すように動作
電圧は対数とともに漸増し、３対で2.0Vであった。ま
た、図６と図７にそれぞれ図１と図９の素子構造におけ
る動作電圧の分布を示す。測定は100個のチップについ
て行った。本発明では電流を拡散させるヘテロ障壁を小
さくしたために、第２の従来の技術と比較して大幅に動
作電圧の分布が低減していることがわかる。
流した場合の、発光効率と動作電圧の広バンドギャップ
層１５と狭バンドギャップ層１６の対数依存性をそれぞ
れ図２と図３に表す。図２からわかるように発光効率は
対数とともに増加し、３対以上でほぼ飽和する。対数を
３にしたときこの素子の発光効率は図９に示した第１の
従来構造の約１．５倍また図１０に示した第２の従来構
造とほぼ同じであった。図４と図５は、同一円形状のｐ
側電極を用いたそれぞれ図１と図９の素子構造でのp-Ga
AlAs電流拡散層１８、５の上面における発光強度の分布
を、ｐ側電極の中心を通る直線(図中AB)に沿って表わし
たものである(ニアフィールドパターン)。図５では発光
強度がチップの中心から離れるにつれて大きく低下する
のに対して、図４ではチップ周辺部の発光強度はｐ側電
極周辺部とほぼ等しくなっている。従って、図１の素子
構造では図９のそれに比べてｐ側電極の直下以外の活性
層で発光する割合が大幅に増加しており、第１電流拡散
層１８とｐ型クラッド１４の間に設けた広バンドギャッ
プ層１５と狭バンドギャップ層１６の界面の価電子帯に
生じる３箇所のヘテロ障壁により、電流広がりが大きく
改善されていると言える。一方、図３に示すように動作
電圧は対数とともに漸増し、３対で2.0Vであった。ま
た、図６と図７にそれぞれ図１と図９の素子構造におけ
る動作電圧の分布を示す。測定は100個のチップについ
て行った。本発明では電流を拡散させるヘテロ障壁を小
さくしたために、第２の従来の技術と比較して大幅に動
作電圧の分布が低減していることがわかる。
【００１８】以上のように本発明によれば、図１０とほ
ぼ同じ輝度と動作電圧を有する発光ダイオードを、図１
０のように0.22eVの大きなへテロ障壁を形成することな
く、0.17eVの小さなへテロ障壁を３箇所形成することで
製造することができる。従って、In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5
Pからなる広バンドギャップ層１５のAl組成が変動し、
へテロ障壁が0.17eVから多少ずれても、図１１と図１２
が示すように発光効率と動作電圧の変動は図１０の構造
に比べて小さくなる。よって電流が活性層全体に均一に
注入されることで、黄色，緑色等の短波長領域でも高輝
度化を実現し、かつ輝度や動作電圧のばらつきを抑制し
製造歩留りを高くすることができる。
ぼ同じ輝度と動作電圧を有する発光ダイオードを、図１
０のように0.22eVの大きなへテロ障壁を形成することな
く、0.17eVの小さなへテロ障壁を３箇所形成することで
製造することができる。従って、In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5
Pからなる広バンドギャップ層１５のAl組成が変動し、
へテロ障壁が0.17eVから多少ずれても、図１１と図１２
が示すように発光効率と動作電圧の変動は図１０の構造
に比べて小さくなる。よって電流が活性層全体に均一に
注入されることで、黄色，緑色等の短波長領域でも高輝
度化を実現し、かつ輝度や動作電圧のばらつきを抑制し
製造歩留りを高くすることができる。
【００１９】図８は本発明の第２の実施の形態に関する
半導体発光装置の概略構造を示す断面図である。なお、
図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は
省略する。２２はp-GaAs基板、２３はn-GaAsコンタクト
層である。この実施の形態が先に説明した第１の実施の
形態と異なる点は、基板の導電型と第１電流拡散層１８
と第２電流拡散層１７が活性層１３の下にあることであ
る。しかし、本質的な差異はなく第１電流拡散層１８と
p-InGaAlPクラッド層１４の間に0.17eVの小さなへテロ
障壁を３箇所形成することで電流広がりを改善し、外部
への光の取り出し効率を向上しているため、輝度や動作
電圧のばらつきが小さく製造歩留りを高くすることがで
きるのは第１の実施の形態と同じである。
半導体発光装置の概略構造を示す断面図である。なお、
図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は
省略する。２２はp-GaAs基板、２３はn-GaAsコンタクト
層である。この実施の形態が先に説明した第１の実施の
形態と異なる点は、基板の導電型と第１電流拡散層１８
と第２電流拡散層１７が活性層１３の下にあることであ
る。しかし、本質的な差異はなく第１電流拡散層１８と
p-InGaAlPクラッド層１４の間に0.17eVの小さなへテロ
障壁を３箇所形成することで電流広がりを改善し、外部
への光の取り出し効率を向上しているため、輝度や動作
電圧のばらつきが小さく製造歩留りを高くすることがで
きるのは第１の実施の形態と同じである。
【００２０】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されるものではない。実施の形態ではp-InGaAlPクラッ
ド層１４とp-GaAlAs第１電流拡散層１８の間に第２電流
拡散層１７を形成したが、p-GaAlAs第１電流拡散層１８
中に第２電流拡散層１７を形成しても同様の効果を得る
ことができる。また本実施の形態では第２電流拡散層１
８を構成する広バンドギャップ層１５にIn0.5(Ga0.3Al
0.7)0.5P、狭バンドギャップ層１６にGa0.15Al0.85Asを
用いたが、広バンドギャップ層１５と狭バンドギャップ
層１６の間のへテロ障壁が顕著な電圧降下を生じないよ
うな材料であれば同様の効果が期待できる。例えば広バ
ンドギャップ層１５にIn0.5(Ga0.3Al0.6)0.5P、狭バン
ドギャップ層１６にGa0.15Al0.85Asを用いた場合、へテ
ロ障壁は小さくなるので対数を増やせばよい。また、本
実施の形態では第２電流拡散層１７に含まれる複数のへ
テロ障壁の大きさは全て同じであるが、顕著な電圧降下
を生じなければそれぞれ異なっていてもよい。また、本
実施の形態では第２電流拡散層１７を構成する広バンド
ギャップ層１５と狭バンドギャップ層１６の膜厚は全て
同じであるが異なっていてもよい。また、第１の実施の
形態ではｎ型、第２の実施の形態ではｐ型の基板を用い
たが導電型が逆でもかまわない。このときは各半導体層
の導電型を逆にすればよい。また、本実施の形態ではダ
ブルへテロ構造部にInGaAlP系材料を用いた発光ダイオ
ードについて述べたが、GaAlAs系材料等他の材料を用い
た発光ダイオードにも本発明を適用することができる。
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して用
いることができる。
されるものではない。実施の形態ではp-InGaAlPクラッ
ド層１４とp-GaAlAs第１電流拡散層１８の間に第２電流
拡散層１７を形成したが、p-GaAlAs第１電流拡散層１８
中に第２電流拡散層１７を形成しても同様の効果を得る
ことができる。また本実施の形態では第２電流拡散層１
８を構成する広バンドギャップ層１５にIn0.5(Ga0.3Al
0.7)0.5P、狭バンドギャップ層１６にGa0.15Al0.85Asを
用いたが、広バンドギャップ層１５と狭バンドギャップ
層１６の間のへテロ障壁が顕著な電圧降下を生じないよ
うな材料であれば同様の効果が期待できる。例えば広バ
ンドギャップ層１５にIn0.5(Ga0.3Al0.6)0.5P、狭バン
ドギャップ層１６にGa0.15Al0.85Asを用いた場合、へテ
ロ障壁は小さくなるので対数を増やせばよい。また、本
実施の形態では第２電流拡散層１７に含まれる複数のへ
テロ障壁の大きさは全て同じであるが、顕著な電圧降下
を生じなければそれぞれ異なっていてもよい。また、本
実施の形態では第２電流拡散層１７を構成する広バンド
ギャップ層１５と狭バンドギャップ層１６の膜厚は全て
同じであるが異なっていてもよい。また、第１の実施の
形態ではｎ型、第２の実施の形態ではｐ型の基板を用い
たが導電型が逆でもかまわない。このときは各半導体層
の導電型を逆にすればよい。また、本実施の形態ではダ
ブルへテロ構造部にInGaAlP系材料を用いた発光ダイオ
ードについて述べたが、GaAlAs系材料等他の材料を用い
た発光ダイオードにも本発明を適用することができる。
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して用
いることができる。
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明は、電極と活性層の
間にヘテロ障壁を有するバンドギャップの異なる２つの
層からなる対を複数含む第２の電流拡散層を設けること
により、このへテロ障壁を電圧降下が顕著でない程度に
小さくしても、電流は十分に広がり、活性層全体に均一
に注入される。従って、活性層の電極の直下以外の領域
で発光する割合が増大し、光の取り出し効率を向上させ
ることができるので、黄色，緑色等の短波長領域でも高
輝度の発光が可能であり、かつ輝度や動作電圧のばらつ
きが小さく製造歩留りの高い半導体発光装置を実現する
ことができる。
間にヘテロ障壁を有するバンドギャップの異なる２つの
層からなる対を複数含む第２の電流拡散層を設けること
により、このへテロ障壁を電圧降下が顕著でない程度に
小さくしても、電流は十分に広がり、活性層全体に均一
に注入される。従って、活性層の電極の直下以外の領域
で発光する割合が増大し、光の取り出し効率を向上させ
ることができるので、黄色，緑色等の短波長領域でも高
輝度の発光が可能であり、かつ輝度や動作電圧のばらつ
きが小さく製造歩留りの高い半導体発光装置を実現する
ことができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態における半導体発光
装置の素子構造を示す断面図
装置の素子構造を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態における半導体発光
装置の広バンドギャップ層と狭バンドギャップ層の対数
と発光効率との関係を示す特性図
装置の広バンドギャップ層と狭バンドギャップ層の対数
と発光効率との関係を示す特性図
【図３】本発明の第１の実施の形態における半導体発光
装置の広バンドギャップ層と狭バンドギャップ層の対数
と動作電圧との関係を示す特性図
装置の広バンドギャップ層と狭バンドギャップ層の対数
と動作電圧との関係を示す特性図
【図４】本発明の第１の実施の形態における半導体発光
装置のニアフィールドパターンを示す模式図
装置のニアフィールドパターンを示す模式図
【図５】第１の従来の半導体発光装置のニアフィールド
パターンを示す模式図
パターンを示す模式図
【図６】本発明の第１の実施の形態における半導体発光
装置の動作電圧の分布を示す特性図
装置の動作電圧の分布を示す特性図
【図７】第２の従来の半導体発光装置の動作電圧の分布
を示す特性図
を示す特性図
【図８】本発明の第２の実施の形態における半導体発光
装置の素子構造を示す断面図
装置の素子構造を示す断面図
【図９】第１の従来の半導体発光装置の素子構造を示す
断面図
断面図
【図１０】第２の従来の半導体発光装置の素子構造を示
す断面図
す断面図
【図１１】第２の従来の半導体発光装置の素子構造にお
ける第２電流拡散層のAl混晶比と発光効率との関係を示
す特性図
ける第２電流拡散層のAl混晶比と発光効率との関係を示
す特性図
【図１２】第２の従来の半導体発光装置の素子構造にお
ける第２電流拡散層９のAl混晶比と動作電圧との関係を
示す特性図
ける第２電流拡散層９のAl混晶比と動作電圧との関係を
示す特性図
１，１１ n-GaAs基板 ２，１２ n-InGaAlPクラッド層 ３，１３ InGaAlP活性層 ４，１４ p-InGaAlPクラッド層 ５ p-GaAlAs電流拡散層 ６，１９ p-GaAsコンタクト層 ７，２０ ｐ側電極 ８，２１ ｎ側電極 １５ p-InGaAlP広バンドギャップ層 １６ p-GaAlAs狭バンドギャップ層 ２２ p-GaAs基板 ２３ n-GaAsコンタクト層
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板と、活性層と、クラッド層
と、第１の電流拡散層と、第２の電流拡散層と、電極と
を少なくとも具備し、前記第１の電流拡散層と前記第２
の電流拡散層が前記活性層と前記電極との間にあり、前
記第２の電流拡散層がヘテロ障壁を有するバンドギャッ
プの異なる２つの層からなる対を複数含んでいることを
特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項２】 前記バンドギャップの異なる２つの層の
ヘテロ障壁を発光効率及び動作電圧の変動の少ない大き
さにした請求項１記載の半導体発光装置。 - 【請求項３】 前記バンドギャップの異なる２つの層の
ヘテロ障壁を0.2eV以下にした請求項１記載の半導体発
光装置。 - 【請求項４】 前記活性層がInGaAlPであり、かつ前記
第１の電流拡散層がGaAlAs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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11872296A JPH09307140A (ja) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11872296A JPH09307140A (ja) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09307140A true JPH09307140A (ja) | 1997-11-28 |
Family
ID=14743472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11872296A Pending JPH09307140A (ja) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09307140A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009033211A (ja) * | 2008-11-12 | 2009-02-12 | Panasonic Corp | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP2011014793A (ja) * | 2009-07-03 | 2011-01-20 | Canon Inc | 面発光レーザ、面発光レーザアレイ及び画像形成装置 |
| US8861071B2 (en) | 2004-09-27 | 2014-10-14 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Method and device for compensating for color shift as a function of angle of view |
| US8872085B2 (en) | 2006-10-06 | 2014-10-28 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Display device having front illuminator with turning features |
| US8902484B2 (en) | 2010-12-15 | 2014-12-02 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Holographic brightness enhancement film |
| US9019590B2 (en) | 2004-02-03 | 2015-04-28 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Spatial light modulator with integrated optical compensation structure |
| US9019183B2 (en) | 2006-10-06 | 2015-04-28 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Optical loss structure integrated in an illumination apparatus |
| US9025235B2 (en) * | 2002-12-25 | 2015-05-05 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Optical interference type of color display having optical diffusion layer between substrate and electrode |
-
1996
- 1996-05-14 JP JP11872296A patent/JPH09307140A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9025235B2 (en) * | 2002-12-25 | 2015-05-05 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Optical interference type of color display having optical diffusion layer between substrate and electrode |
| US9019590B2 (en) | 2004-02-03 | 2015-04-28 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Spatial light modulator with integrated optical compensation structure |
| US8861071B2 (en) | 2004-09-27 | 2014-10-14 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Method and device for compensating for color shift as a function of angle of view |
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| JP2011014793A (ja) * | 2009-07-03 | 2011-01-20 | Canon Inc | 面発光レーザ、面発光レーザアレイ及び画像形成装置 |
| US8902484B2 (en) | 2010-12-15 | 2014-12-02 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Holographic brightness enhancement film |
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