JPS58197784A - 発光ダイオ−ド - Google Patents
発光ダイオ−ドInfo
- Publication number
- JPS58197784A JPS58197784A JP57079374A JP7937482A JPS58197784A JP S58197784 A JPS58197784 A JP S58197784A JP 57079374 A JP57079374 A JP 57079374A JP 7937482 A JP7937482 A JP 7937482A JP S58197784 A JPS58197784 A JP S58197784A
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- JP
- Japan
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- layer
- light emitting
- emitting diode
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
- H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
Landscapes
- 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】
本発明は高効率発光ダイオードに関する。
構造が単純で経済性、信頼性共に優わ、効率の高い発光
ダイオードは光通信用をは！つめ各種の光源として要望
されるものであろつ光−７丁イノイカ−低分散、低損失
なる特性を示す１μｍの波長帯で（ゴ現在、ＩｎＧａＡ
ｓＰ混晶を材料としたダブル・・入テロ接合型の発光ダ
イオードが開発さｒているが、この発光ダイオードは高
い電流注入領域で発光効率が低下して、出力が飽和する
特性を有し、そのことｈイ高効率化への大缶な障害とな
っているため、効率の低下しない＊＊を有する発光ダイ
オードの開発が特に望まれている。
ダイオードは光通信用をは！つめ各種の光源として要望
されるものであろつ光−７丁イノイカ−低分散、低損失
なる特性を示す１μｍの波長帯で（ゴ現在、ＩｎＧａＡ
ｓＰ混晶を材料としたダブル・・入テロ接合型の発光ダ
イオードが開発さｒているが、この発光ダイオードは高
い電流注入領域で発光効率が低下して、出力が飽和する
特性を有し、そのことｈイ高効率化への大缶な障害とな
っているため、効率の低下しない＊＊を有する発光ダイ
オードの開発が特に望まれている。
第１図は従来のダブル・・＼テロ接合型の発光ダイオー
ドに於いて順方向にバイアス電圧を印力口した時のバン
ド図である。ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ発光ダイオードを
例１こ乏ると同図に於いて、１１はＮ型ＩｎＰから成る
第１の半導体１．１２はＩｎ１−ｘＧａｘ入５ｙＰｌ−
ｙ、１３はＰ型ＩｎＰから成る第２の半導体１’ｌテあ
り、Ｉｎｔ −ｘＧａｘＡｓｙＰｔ −ｙ １．２が活
性層となる。但しｘｔｌは０＜４≦１．０＜χ≦１であ
る。Ｎ型ＩｎＰ １１より注入さｎた電子１４とＰ型Ｉ
ｎＰ １３より注入さレタ正孔１５ ｉｔ Ｉｎｓ −
ｘＧａｘＡｓｙＰｔ、ｙ １２の内部ｆこ於いて再綾合
するがこのうち発光再結合する成分が光エネルギーの変
換に寄与し、些りの非発光再結合成分は発光ダイオード
の内部量子効率を低下させる。この非発光再結合成分は
発光再結合成分に対して、注入キャリア密度の増大に伴
ない急増する。そのために発光出力は注入電流の増加の
割合と共には増大せずに飽和特性を示すこ乏になり１高
注入電流領幀では内部量子効率が著しく低下する。この
効率の低下を防ぎ高効率、高出力の発光ダイオードを得
んがためには、大電流を注入しても活性層内の＋ヤリ７
密間があまり高くならない構造が望ましく、その−ドで
は活性層でのＱｌｌ厚方向への電界Ｃ１小さくいため注
入されたキャリアは拡散によって活性層内部ｌこ拡がり
蓄積さｎ、てゆきキャリアの蓄積さｎ、る領域は拡散長
で決まることになる。通常正孔の拡散長は電子の拡散長
、に比べて小さく、活性ｅ庫＞正孔の拡散長より厚くし
ても正孔は拡散長程度の領域にしか蓄積さＴｕｆｔい。
ドに於いて順方向にバイアス電圧を印力口した時のバン
ド図である。ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ発光ダイオードを
例１こ乏ると同図に於いて、１１はＮ型ＩｎＰから成る
第１の半導体１．１２はＩｎ１−ｘＧａｘ入５ｙＰｌ−
ｙ、１３はＰ型ＩｎＰから成る第２の半導体１’ｌテあ
り、Ｉｎｔ −ｘＧａｘＡｓｙＰｔ −ｙ １．２が活
性層となる。但しｘｔｌは０＜４≦１．０＜χ≦１であ
る。Ｎ型ＩｎＰ １１より注入さｎた電子１４とＰ型Ｉ
ｎＰ １３より注入さレタ正孔１５ ｉｔ Ｉｎｓ −
ｘＧａｘＡｓｙＰｔ、ｙ １２の内部ｆこ於いて再綾合
するがこのうち発光再結合する成分が光エネルギーの変
換に寄与し、些りの非発光再結合成分は発光ダイオード
の内部量子効率を低下させる。この非発光再結合成分は
発光再結合成分に対して、注入キャリア密度の増大に伴
ない急増する。そのために発光出力は注入電流の増加の
割合と共には増大せずに飽和特性を示すこ乏になり１高
注入電流領幀では内部量子効率が著しく低下する。この
効率の低下を防ぎ高効率、高出力の発光ダイオードを得
んがためには、大電流を注入しても活性層内の＋ヤリ７
密間があまり高くならない構造が望ましく、その−ドで
は活性層でのＱｌｌ厚方向への電界Ｃ１小さくいため注
入されたキャリアは拡散によって活性層内部ｌこ拡がり
蓄積さｎ、てゆきキャリアの蓄積さｎ、る領域は拡散長
で決まることになる。通常正孔の拡散長は電子の拡散長
、に比べて小さく、活性ｅ庫＞正孔の拡散長より厚くし
ても正孔は拡散長程度の領域にしか蓄積さＴｕｆｔい。
従って内部量子効率の欧１１１を同らん力？ために活性
層厚５：暉くしょう乏しても、正孔の拡散長程度の厚さ
までしか効果が無い。発光波長が１．３ｓｍの組成のＩ
ｎ １−ｘＧａｘＡｓｙＰｔ −ｙの例では正孔の拡ｉ
長はｌＸｌ０”〆イの正孔密電で約２μｍとなり、電子
の拡散長の１／１ｏ程電である。したｈｌって従来の構
造では活性１厚を厚くして内部量子効率の改善を図らん
としても活性１厚に限界がちり高効率、高出方の発光ダ
イオードは得らｎなかった。
層厚５：暉くしょう乏しても、正孔の拡散長程度の厚さ
までしか効果が無い。発光波長が１．３ｓｍの組成のＩ
ｎ １−ｘＧａｘＡｓｙＰｔ −ｙの例では正孔の拡ｉ
長はｌＸｌ０”〆イの正孔密電で約２μｍとなり、電子
の拡散長の１／１ｏ程電である。したｈｌって従来の構
造では活性１厚を厚くして内部量子効率の改善を図らん
としても活性１厚に限界がちり高効率、高出方の発光ダ
イオードは得らｎなかった。
本発明は上述の如き欠点を除去し、発光ダイオードの高
効率、高出力化を図ることを目的としている。この目的
達成のため本発明の発光ダイオードは導電型が互いに異
なる呵１の半導体１と第２の半導体層とで、こわ、ら半
導体層よりも素側帯幅の狭い活性１を挾んだ構造を具備
し、さらに！８１Ｎ記活性賽の本補物？１１度が前記第
１の半導体層に接する側から層厚方向に前記＠２の半導
体−に向かうにつむ、て順次増大または減少している構
成と４「っている。
効率、高出力化を図ることを目的としている。この目的
達成のため本発明の発光ダイオードは導電型が互いに異
なる呵１の半導体１と第２の半導体層とで、こわ、ら半
導体層よりも素側帯幅の狭い活性１を挾んだ構造を具備
し、さらに！８１Ｎ記活性賽の本補物？１１度が前記第
１の半導体層に接する側から層厚方向に前記＠２の半導
体−に向かうにつむ、て順次増大または減少している構
成と４「っている。
第２図は本発明に於ける°発光ダイオードに順方向にバ
イアス電圧を印加した時のバンド図である。
イアス電圧を印加した時のバンド図である。
同図に於いて◆嗜ｌｉ！活性肩であるうこの活性層は。
＠１の半導体１に接する側からｗＥ２の半導体に層厚方
向に進むにしたがってドナー帯間を増す機番こ不純物が
ドーピングされている。その結果活性の伝導帯の下端、
価電子帯の上端は＠２図１こ示す如く１厚方向に＠２の
半導体層の方向に進むにしたがって下がっており、活性
層の内部に注入された電子と正孔に対して加速電界を生
ずることになる。
向に進むにしたがってドナー帯間を増す機番こ不純物が
ドーピングされている。その結果活性の伝導帯の下端、
価電子帯の上端は＠２図１こ示す如く１厚方向に＠２の
半導体層の方向に進むにしたがって下がっており、活性
層の内部に注入された電子と正孔に対して加速電界を生
ずることになる。
このため活性層に注入されたキャリアはすみやかに活性
層内部に移動できる。したがって、従来の発光ダイオー
ドの活性層厚が正孔の拡散長程度までしか厚くすること
が出来なかったのに比べ、本発明においては発光ダイオ
ードの活性層厚をそゎ以上に広くすることが出来、発光
ダイオードＱ）高効率、高出力化に対して有利な構造と
なっている。
層内部に移動できる。したがって、従来の発光ダイオー
ドの活性層厚が正孔の拡散長程度までしか厚くすること
が出来なかったのに比べ、本発明においては発光ダイオ
ードの活性層厚をそゎ以上に広くすることが出来、発光
ダイオードＱ）高効率、高出力化に対して有利な構造と
なっている。
第３図は本発明に於ける一実施例で、３０はＮＷＩｎＰ
基板、３１ ＧＪ Ｎｕ ＩｎＰから成る＠ｌの半導体
層、３２はドナー書間を層厚方向に漸次変化させて作製
したＮ！ｌｌ Ｉｒ＊−＊ＧａｘＡｓｙＰ１−ｙ活性層
、３３はＰ型１ｎＰ、３４はＰ型Ｉｎｔ−ｘＧａｘＡｓ
ｙＰｔ −ｗ。
基板、３１ ＧＪ Ｎｕ ＩｎＰから成る＠ｌの半導体
層、３２はドナー書間を層厚方向に漸次変化させて作製
したＮ！ｌｌ Ｉｒ＊−＊ＧａｘＡｓｙＰ１−ｙ活性層
、３３はＰ型１ｎＰ、３４はＰ型Ｉｎｔ−ｘＧａｘＡｓ
ｙＰｔ −ｗ。
３５は８１伽、３６はＡ１ＧｅＮｉ ／Ａｕ電極、３７
はＴｉ、ｙ′Ｐｔ／Ａｕ電極である。但し０≦Ｚ≦１，
０≦Ｗ≦ｌである。結晶成長は分子線エピタキシャル成
長法を用い、活性層となるＮ型ＩｎｘＧａｒ −ｘＡｓ
ｙＰｌ−ｙ ３２は８ｎ％ドープしドナー密１はＮ型Ｉ
ｎＰ３１に接する側で約ｘｘｌｏ／ｄでＰ型ＩｎＰ３３
の方向に１厚方向に進むに従って連続的に増加させＰ型
ＩｆｌＰ ３３に接する部分では約１×１０ 〆メにし
である。又Ｎ１１ＩｎＰ＠板３１及びＮ１１ＩｎＰ３２
のドナー書間は約ｔｘｘｏ／ｄ、Ｐ型ＩｎＰ３３のアク
セプター密闇は約ｘｘｌｏ ／ｃＩＩであるＯＮ型ｒ
ａｔ−ｘＧａｘＡｓｙＰｌ−ｙ ３２の層厚は全体で約
６μｍである０本実總例によれば活性１厚は従来の３倍
８度に厚いのでキャリア密度は同−注入電確値でも１／
３になり光出力は従来の２倍近くになり飽和特性の緩い
、高効率、高出力のＩｎＧａＡｓＰ発光ダイオードが得
られる。
はＴｉ、ｙ′Ｐｔ／Ａｕ電極である。但し０≦Ｚ≦１，
０≦Ｗ≦ｌである。結晶成長は分子線エピタキシャル成
長法を用い、活性層となるＮ型ＩｎｘＧａｒ −ｘＡｓ
ｙＰｌ−ｙ ３２は８ｎ％ドープしドナー密１はＮ型Ｉ
ｎＰ３１に接する側で約ｘｘｌｏ／ｄでＰ型ＩｎＰ３３
の方向に１厚方向に進むに従って連続的に増加させＰ型
ＩｆｌＰ ３３に接する部分では約１×１０ 〆メにし
である。又Ｎ１１ＩｎＰ＠板３１及びＮ１１ＩｎＰ３２
のドナー書間は約ｔｘｘｏ／ｄ、Ｐ型ＩｎＰ３３のアク
セプター密闇は約ｘｘｌｏ ／ｃＩＩであるＯＮ型ｒ
ａｔ−ｘＧａｘＡｓｙＰｌ−ｙ ３２の層厚は全体で約
６μｍである０本実總例によれば活性１厚は従来の３倍
８度に厚いのでキャリア密度は同−注入電確値でも１／
３になり光出力は従来の２倍近くになり飽和特性の緩い
、高効率、高出力のＩｎＧａＡｓＰ発光ダイオードが得
られる。
第４図は本発明に於ける他の実施例で８ｎドープによる
ドナー密度がそれぞれ約１ｘ１ｎ／ｄのＮ ｙＩ！Ｉｎ
Ｉ−ｘＧａｘＡｓｙＰｔ −ｙ ３２１ 、約５Ｘ１
０／？７１ｆのＮ ＠ Ｉｎ ｔ −ｘＧａｘＡｓｙＰ
ｔ −ｙ ３２２及び約ｌＸｌ０／ＣｌｄのＮ型Ｉｎ１
−ｖＧａｘＡｓｙＰｘ −ｙ ３２３０） ３１１ ヨ
り活性層が成うている場合で、それぞれの１厚は約２μ
ｍである。活性ｌｌＩ以外の部分はと述の実施例と同じ
である。同図の如く活性層のドナー密度を役階的に変え
る構造となっており、ドナー密度を連続的に変えて活性
１１１を作製することが難かしい材料に有効である。
ドナー密度がそれぞれ約１ｘ１ｎ／ｄのＮ ｙＩ！Ｉｎ
Ｉ−ｘＧａｘＡｓｙＰｔ −ｙ ３２１ 、約５Ｘ１
０／？７１ｆのＮ ＠ Ｉｎ ｔ −ｘＧａｘＡｓｙＰ
ｔ −ｙ ３２２及び約ｌＸｌ０／ＣｌｄのＮ型Ｉｎ１
−ｖＧａｘＡｓｙＰｘ −ｙ ３２３０） ３１１ ヨ
り活性層が成うている場合で、それぞれの１厚は約２μ
ｍである。活性ｌｌＩ以外の部分はと述の実施例と同じ
である。同図の如く活性層のドナー密度を役階的に変え
る構造となっており、ドナー密度を連続的に変えて活性
１１１を作製することが難かしい材料に有効である。
以上具体的実施例と共に説明した様に本発明によれば内
部電子効率が高く、特にＩｎＧａＡｓＰ混晶を用いた発
光ダイオードの高効率、高出力化に対して特に有効な発
光ダイオードが実現出来ろ。
部電子効率が高く、特にＩｎＧａＡｓＰ混晶を用いた発
光ダイオードの高効率、高出力化に対して特に有効な発
光ダイオードが実現出来ろ。
第１図は従、来の、又＠２図は本発明に於ける発光ダイ
オードに順方向に電圧を印加した時のバンド図である。 又第３図は本発明に於ける一実施例、第４図は他の実施
例を示す発光ダイオードの断面図である。 １１及び３１はＮ型ＩｎＰ、１２はＩｎｔ−ｘＧａｘＡ
ｓｙＰＩ−７，１３及び３３はｐＨＴｎＰ％會？、３２
，３２１゜３２２及び３２３はＮＷＩｎｌ−ｘＧａｘＡ
ｓｙＰｘ −ｙ 、 ３０はＮ１１ＩｎＰ基板、３４は
Ｐ ＷＩｎｔ−ｚＧａｚＡｓｗＰｔ −ｗ。 ３５は８ｉ０寓、３６はＡｕＧｅＮｉ ／Ａｕ電椿１ａ
７はＴ ｉ ／Ｐ ｔ ／Ａｕ Ｉｌｌ 砺、１４は電
子、１５け正孔、である。 卑 １ 口 Ａ 亭 ３ 図 ７
オードに順方向に電圧を印加した時のバンド図である。 又第３図は本発明に於ける一実施例、第４図は他の実施
例を示す発光ダイオードの断面図である。 １１及び３１はＮ型ＩｎＰ、１２はＩｎｔ−ｘＧａｘＡ
ｓｙＰＩ−７，１３及び３３はｐＨＴｎＰ％會？、３２
，３２１゜３２２及び３２３はＮＷＩｎｌ−ｘＧａｘＡ
ｓｙＰｘ −ｙ 、 ３０はＮ１１ＩｎＰ基板、３４は
Ｐ ＷＩｎｔ−ｚＧａｚＡｓｗＰｔ −ｗ。 ３５は８ｉ０寓、３６はＡｕＧｅＮｉ ／Ａｕ電椿１ａ
７はＴ ｉ ／Ｐ ｔ ／Ａｕ Ｉｌｌ 砺、１４は電
子、１５け正孔、である。 卑 １ 口 Ａ 亭 ３ 図 ７
Claims (2)
- （１）導電型が互いに異なる＠１の半導体層と第２の半
導体層とで、これら第１、第２の半導体層よりも禁制帯
幅の狭い半導体で成る活性＃を挟み込んだ構造を有し、
さらに前記活性層中の不純物濃度が、前記第１の半導ｆ
＄１に接する側から１厚方向に前記第２の半導体層に向
うにつわ、て順次増加又は減少していることを特徴とす
る発光ダイオード。 の - （２）前記活性層〆、不純物濃度が互いｌこ少しづつ喝
なっている複数の半導体１１Ｎを積重した構；責とｔ【
っていることを特徴とする特許請求の範囲第１１＠記載
の発光ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57079374A JPS58197784A (ja) | 1982-05-12 | 1982-05-12 | 発光ダイオ−ド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57079374A JPS58197784A (ja) | 1982-05-12 | 1982-05-12 | 発光ダイオ−ド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58197784A true JPS58197784A (ja) | 1983-11-17 |
Family
ID=13688091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57079374A Pending JPS58197784A (ja) | 1982-05-12 | 1982-05-12 | 発光ダイオ−ド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58197784A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6370580A (ja) * | 1986-09-12 | 1988-03-30 | Nec Corp | 発光ダイオ−ド |
| US5045896A (en) * | 1987-11-13 | 1991-09-03 | Siemens Plessey Controls Limited | Solid state light source for emitting light over a broad spectral band |
| JP2005057308A (ja) * | 2004-11-12 | 2005-03-03 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子 |
| JP2007281257A (ja) * | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2008263196A (ja) * | 2007-04-09 | 2008-10-30 | Shogen Koden Kofun Yugenkoshi | 発光素子 |
| USRE42008E1 (en) | 1999-06-07 | 2010-12-28 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US11588072B2 (en) | 2019-11-06 | 2023-02-21 | Epistar Corporation | Semiconductor device and semiconductor component including ihe same |
-
1982
- 1982-05-12 JP JP57079374A patent/JPS58197784A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6370580A (ja) * | 1986-09-12 | 1988-03-30 | Nec Corp | 発光ダイオ−ド |
| US5045896A (en) * | 1987-11-13 | 1991-09-03 | Siemens Plessey Controls Limited | Solid state light source for emitting light over a broad spectral band |
| USRE42008E1 (en) | 1999-06-07 | 2010-12-28 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| USRE45672E1 (en) | 1999-06-07 | 2015-09-22 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| JP2005057308A (ja) * | 2004-11-12 | 2005-03-03 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子 |
| JP2007281257A (ja) * | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| US8076684B2 (en) | 2006-04-07 | 2011-12-13 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III intride semiconductor light emitting element |
| JP2008263196A (ja) * | 2007-04-09 | 2008-10-30 | Shogen Koden Kofun Yugenkoshi | 発光素子 |
| US11588072B2 (en) | 2019-11-06 | 2023-02-21 | Epistar Corporation | Semiconductor device and semiconductor component including ihe same |
| US12051767B2 (en) | 2019-11-06 | 2024-07-30 | Epistar Corporation | Semiconductor device and semiconductor component including the same preliminary class |
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