JPS5890789A - 半導体発光ダイオ−ド - Google Patents
半導体発光ダイオ−ドInfo
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- JPS5890789A JPS5890789A JP56188810A JP18881081A JPS5890789A JP S5890789 A JPS5890789 A JP S5890789A JP 56188810 A JP56188810 A JP 56188810A JP 18881081 A JP18881081 A JP 18881081A JP S5890789 A JPS5890789 A JP S5890789A
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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
- H10H20/822—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】
本発明は半導体発光ダイオードＣ以下ＬＴＤと呼ぶ）に
関する。ＬＨＤは光通信システムの光源として重要であ
り、研究開発が精力的に行なわれている。特に、発光波
長０．８ｆｉｍ帯のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系０ＬＥＤ
は、既に実用に供せられている。
関する。ＬＨＤは光通信システムの光源として重要であ
り、研究開発が精力的に行なわれている。特に、発光波
長０．８ｆｉｍ帯のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系０ＬＥＤ
は、既に実用に供せられている。
ところで、ＬＨＤの光通信用光源としての利点は安価で
あること、信頼性に優れていることの他に電流−光出力
発性の直線性が優れているという利点があシ、特にアナ
ログ変調方式の通信システムの光源として重要な役割を
果している。
あること、信頼性に優れていることの他に電流−光出力
発性の直線性が優れているという利点があシ、特にアナ
ログ変調方式の通信システムの光源として重要な役割を
果している。
さて、近年の光７アイパの低損失化に伴ない波長１μｍ
〜１．７μｍといった２Ｄ長波長帯が伝送−失最小の領
域となった。これに伴ない、光源としても、この波長領
域の光を出力するＩｎＧａＡｓＰ／ＴｎＰ系（２）ＬＢ
Ｄの研究開発が進められている。
〜１．７μｍといった２Ｄ長波長帯が伝送−失最小の領
域となった。これに伴ない、光源としても、この波長領
域の光を出力するＩｎＧａＡｓＰ／ＴｎＰ系（２）ＬＢ
Ｄの研究開発が進められている。
しかしながら、従来のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ ＫのＬ
ＢＬ）では、電流の増加につれて光出力が飽和するとい
う飽和現象がみられ、電流−光出力特性の直線性が極め
て悪かった。そのためにアナログ変調方式の通信システ
ムに適しているというＬＥＤの大きな利点が損なわれて
いた。
ＢＬ）では、電流の増加につれて光出力が飽和するとい
う飽和現象がみられ、電流−光出力特性の直線性が極め
て悪かった。そのためにアナログ変調方式の通信システ
ムに適しているというＬＥＤの大きな利点が損なわれて
いた。
ところで、不発明者らの研究も含めた最近の研究によシ
、この電流−光出力特性の飽和は扉鯖？活性層への注入
キャリア農産ｎＯ約２乗に比例し九発光電流成分の他Ｋ
ｎの約３乗に比例した非発光電流成分が存在しており、
電流を増加するとともに、この非発光電流成分の全電流
に対する割合が増大するためであや、この非発光電流は
オージェ再結合の可能性が極めて高いことが明らかＫな
くきた。これらの研究結果に基づけば、電流−光出力特
性の飽和を低減するためとして活性層の厚さを厚くする
、あるいは発光面積を大きくすることにより注入キャリ
ア濃度の低い状態で動作させるという方策が考えられる
。実際、活性層を厚くする梅、又、発光面積を大きくす
る栂、飽和はある楓度改善される。
、この電流−光出力特性の飽和は扉鯖？活性層への注入
キャリア農産ｎＯ約２乗に比例し九発光電流成分の他Ｋ
ｎの約３乗に比例した非発光電流成分が存在しており、
電流を増加するとともに、この非発光電流成分の全電流
に対する割合が増大するためであや、この非発光電流は
オージェ再結合の可能性が極めて高いことが明らかＫな
くきた。これらの研究結果に基づけば、電流−光出力特
性の飽和を低減するためとして活性層の厚さを厚くする
、あるいは発光面積を大きくすることにより注入キャリ
ア濃度の低い状態で動作させるという方策が考えられる
。実際、活性層を厚くする梅、又、発光面積を大きくす
る栂、飽和はある楓度改善される。
しかし、活性層を２〜３μｍ以上に厚くすると活性層内
での光吸収の増大、注入キャリアの活性層内の厚み方向
での分布が一様でなくなるといったことが起こり、光出
力を大吉〈損なうという問題が生じたり、結晶成長上も
厚くするにつれ良質の結晶を得ることが極めて困１１に
なるという問題があり、活性層厚を厚くすることにより
、飽和を著しく改善することは、極めて困難であった。
での光吸収の増大、注入キャリアの活性層内の厚み方向
での分布が一様でなくなるといったことが起こり、光出
力を大吉〈損なうという問題が生じたり、結晶成長上も
厚くするにつれ良質の結晶を得ることが極めて困１１に
なるという問題があり、活性層厚を厚くすることにより
、飽和を著しく改善することは、極めて困難であった。
又、発光面積を大きくすることに関しては、光ｇ＆取、
注入キャリアの分布、結晶成長といった点での問題は少
ないが、飽和を着しく改善するためには、発光面積を、
極めて大きくする必要があり通常、光通信に用いられて
いるコア極数ｌＯμｍ＆度の光ファイバに結合させると
、結合損失が大きくなや、ファイバ結合パワーを著しく
損なうという問題があった。
注入キャリアの分布、結晶成長といった点での問題は少
ないが、飽和を着しく改善するためには、発光面積を、
極めて大きくする必要があり通常、光通信に用いられて
いるコア極数ｌＯμｍ＆度の光ファイバに結合させると
、結合損失が大きくなや、ファイバ結合パワーを著しく
損なうという問題があった。
さらに、このようなオーシュ再結合は、ＩｎＧａＡｓＰ
のみではなく、波長１〜１．７μｍの光源として使い得
る他の半導体材料でもＩｎＧａＡｓＰと同根度あるいは
、それ以上起り得るといつた研究結果もあり、半導体材
料を変えることによる解決も困置である。
のみではなく、波長１〜１．７μｍの光源として使い得
る他の半導体材料でもＩｎＧａＡｓＰと同根度あるいは
、それ以上起り得るといつた研究結果もあり、半導体材
料を変えることによる解決も困置である。
このように電流−光出力特性の飽和という間１に対し、
実用上有効な手段は、これまで得られていなかった。
実用上有効な手段は、これまで得られていなかった。
本発明は、このような欠点を除くためになされたもので
、ファイバ結合パワーを大きく損なうことなく、電流−
光出力特性の直線性の著しく改善したＬＥＤを提供する
ものである。
、ファイバ結合パワーを大きく損なうことなく、電流−
光出力特性の直線性の著しく改善したＬＥＤを提供する
ものである。
即ち、硼−ｖ族化合物半導体から成る半導体発光ダイオ
ードにおいて、少なくとも、第１の導電型でバンドギャ
ップエネルギーＥｇが”ｇ−Ｅｇｔの半導体層と、第２
の導電型でＢｇ＝Ｂｇ＊ （Ｂｇｔ＜Ｂｇｔ）の半導体
層と第２の導電型で、”１ｇ−Ｅｇｓ （Ｅｇｇ〉Ｅｇ
ｔ）の半導体層と、第２の導’を型でＥｇ−Ｅｇ４（Ｂ
ｇａ ＜Ｅ ｇｚ ）の半導体層と、第２の導電型で
、Ｅｇ−Ｅｇｓ （Ｅｇｓ ＞Ｆｓｇ４ ）の半導体層
が順に形成され、上記Ｅｇ−Ｅｇ４の半導体層を主発光
層とした構造を備えていることを特徴とする半導体発光
ダイオードである。
ードにおいて、少なくとも、第１の導電型でバンドギャ
ップエネルギーＥｇが”ｇ−Ｅｇｔの半導体層と、第２
の導電型でＢｇ＝Ｂｇ＊ （Ｂｇｔ＜Ｂｇｔ）の半導体
層と第２の導電型で、”１ｇ−Ｅｇｓ （Ｅｇｇ〉Ｅｇ
ｔ）の半導体層と、第２の導’を型でＥｇ−Ｅｇ４（Ｂ
ｇａ ＜Ｅ ｇｚ ）の半導体層と、第２の導電型で
、Ｅｇ−Ｅｇｓ （Ｅｇｓ ＞Ｆｓｇ４ ）の半導体層
が順に形成され、上記Ｅｇ−Ｅｇ４の半導体層を主発光
層とした構造を備えていることを特徴とする半導体発光
ダイオードである。
以下に図面を用いて本発明について詳細に説明する。第
１図は本発明のＬＰｉＤの原理を説明するためのエネル
ギーバンドタイヤダラムで、ダイオードに順方向に高電
流を流した状態を示している。
１図は本発明のＬＰｉＤの原理を説明するためのエネル
ギーバンドタイヤダラムで、ダイオードに順方向に高電
流を流した状態を示している。
バンドギャップエネルギーＥ Ｋ −Ｂ ｇ ｓＯｎ型
半型体導体層１１Ｅｇ−Ｅｇｇ （Ｅｇｇ＜Ｂｇｔ）の
Ｐ型半導体層１２Ｅｇ−Ｅｇｇ （ｇｇ＞Ｅｇｚ ）の
Ｐ型半導体層１３． Ｅｇ−Ｅｇ。
半型体導体層１１Ｅｇ−Ｅｇｇ （Ｅｇｇ＜Ｂｇｔ）の
Ｐ型半導体層１２Ｅｇ−Ｅｇｇ （ｇｇ＞Ｅｇｚ ）の
Ｐ型半導体層１３． Ｅｇ−Ｅｇ。
（”ｇａ ＜ Ｅｇｔ）のＰ型半導体層１４及びＥｇ−
Ｅｇう（Ｅｇｓ＞８ｇ４）のＰ型半導体層１５が順に形
成されている。ここで半導体層１４のバンドギャップエ
ネルギーＥｇ４は、光ファイバに伝送すべき光の波長に
合わせておく。このＬＢＤＥＩ順方向に電流を流すと、
電子と正孔は、まず半導体層１２で再結合する。電流を
、さらに増すと半導体層１２の電子フェルミレベルが上
昇し、次第に半導体層１３トノへテロバリヤーを越えて
流れる電子リーク電流が増大する。このヘテロバリヤー
を越えた電子は、一部は半導体層１３で正孔と再結合す
るが、残抄は半導体層１３を通過し、半導体層１４に達
しそこで、正孔と再結合し、エネルギーＥ１ｍの光を放
出する。この電子リーク電流ＪＪ、は、ＬＥＤに流した
全電流Ｊに対し、Ｊのに乗（ｋ＞１）、言い換えればス
ーパーリニヤ−に増大する。
Ｅｇう（Ｅｇｓ＞８ｇ４）のＰ型半導体層１５が順に形
成されている。ここで半導体層１４のバンドギャップエ
ネルギーＥｇ４は、光ファイバに伝送すべき光の波長に
合わせておく。このＬＢＤＥＩ順方向に電流を流すと、
電子と正孔は、まず半導体層１２で再結合する。電流を
、さらに増すと半導体層１２の電子フェルミレベルが上
昇し、次第に半導体層１３トノへテロバリヤーを越えて
流れる電子リーク電流が増大する。このヘテロバリヤー
を越えた電子は、一部は半導体層１３で正孔と再結合す
るが、残抄は半導体層１３を通過し、半導体層１４に達
しそこで、正孔と再結合し、エネルギーＥ１ｍの光を放
出する。この電子リーク電流ＪＪ、は、ＬＥＤに流した
全電流Ｊに対し、Ｊのに乗（ｋ＞１）、言い換えればス
ーパーリニヤ−に増大する。
したがって、半導体層１４に注入される電流も全電流に
対し、スーパーりきヤーに増大する。
対し、スーパーりきヤーに増大する。
ところで、半導体層１４では、オージェ再結合数め発光
量は注入電流に対し、飽和する特性を持っている。従っ
て、半導体層１４に注入される電流は、全電流に対しス
ーパーリニヤ−に増加する電子り一り電、流であるから
、半導体層１４での発光量の全［ｍに対する飽和の程度
は低減され、電流−光出力特性の直線性が大巾に向上す
る。さらに、光出力に関しても、例えば、ｉｌｔ流１０
０ｍ人までの範囲で、アナログ変調するような場合、１
００ｍＡでの電流リーク電流の全電流に対する副台が１
に近くなるように各層のバンドギャップエネルギーや４
％を選ぶことにより、従来と同程度の光出力を保ち直線
性を改善することができる。又、半導体層１２から半導
体層１３への正孔′Ｗｔｆｌｔ、に関しては、通常、正
孔の移動度が′電子に比べ、１桁以上小さいので正孔リ
ーク電流は電子リーク電流の１／１０以下となり、正孔
リーク電流の影響は充分小さい。
量は注入電流に対し、飽和する特性を持っている。従っ
て、半導体層１４に注入される電流は、全電流に対しス
ーパーリニヤ−に増加する電子り一り電、流であるから
、半導体層１４での発光量の全［ｍに対する飽和の程度
は低減され、電流−光出力特性の直線性が大巾に向上す
る。さらに、光出力に関しても、例えば、ｉｌｔ流１０
０ｍ人までの範囲で、アナログ変調するような場合、１
００ｍＡでの電流リーク電流の全電流に対する副台が１
に近くなるように各層のバンドギャップエネルギーや４
％を選ぶことにより、従来と同程度の光出力を保ち直線
性を改善することができる。又、半導体層１２から半導
体層１３への正孔′Ｗｔｆｌｔ、に関しては、通常、正
孔の移動度が′電子に比べ、１桁以上小さいので正孔リ
ーク電流は電子リーク電流の１／１０以下となり、正孔
リーク電流の影響は充分小さい。
さらに、正孔リーク電流の影響を低減させるには、半導
体層１１のバンドギャップエネルギーＥｇ１を半４体層
１３のバンドギャップエネルギーＥ−よシ数１０ｍｅＶ
以上大きくするか、半導体層１１の電子濃度を半導体５
＝１３の正孔濃度よや充分大きくすればよい。以上が本
発明の動作原理の概略である。
体層１１のバンドギャップエネルギーＥｇ１を半４体層
１３のバンドギャップエネルギーＥ−よシ数１０ｍｅＶ
以上大きくするか、半導体層１１の電子濃度を半導体５
＝１３の正孔濃度よや充分大きくすればよい。以上が本
発明の動作原理の概略である。
次に、主発光波長１３ ｆｉｍ （Ｄ ＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系のＬ′ＨＤを例にとって、実施例に沿って本
発明を、さらに詳しく述べる。
／ＩｎＰ系のＬ′ＨＤを例にとって、実施例に沿って本
発明を、さらに詳しく述べる。
第２図（場は、本発明の一実施例のＬＥＤ断面構造を、
第２図（ｂ）は、エネルギーバンドダイヤグラムを示し
ている。ｎ型ＩｎＰ基板２１の上にｎ型１ｎＰ層２２
（ｎ−ＩＸＩｄ”ｃｓｊ’、厚さ〜３ａｍ）、第一のＰ
型ＩｎＧａ−ＡｓＰ層２３（バンドギャップエネルギー
Ｅｇ−１，１０ｅＶ。
第２図（ｂ）は、エネルギーバンドダイヤグラムを示し
ている。ｎ型ＩｎＰ基板２１の上にｎ型１ｎＰ層２２
（ｎ−ＩＸＩｄ”ｃｓｊ’、厚さ〜３ａｍ）、第一のＰ
型ＩｎＧａ−ＡｓＰ層２３（バンドギャップエネルギー
Ｅｇ−１，１０ｅＶ。
Ｐ〜Ｉ Ｘ １ ｄ７（Ｘ−、厚さ０．２．１！Ｅｍ）
、 第ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ層２４ （Ｅｇ−１３０ｅＶ
、 Ｐ−５Ｘ司″ｃｉ７Ｌ″、厚さ０．５μｍ）Ｉ 第
３のＰ型ＩｎＧａＡｓＰ層２５ （Ｅｇ−０，９５ｅＶ
、 Ｐ３刈ｄ？Ｃａｒ、厚さ１−２μｍ）、 Ｐ型Ｉｎ
Ｐ層２６ ｒｐ 〜５ｘ１６’ｍ−、厚さ〜３μｍ）を
液相エピタキシャル法により連続して形成する。
、 第ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ層２４ （Ｅｇ−１３０ｅＶ
、 Ｐ−５Ｘ司″ｃｉ７Ｌ″、厚さ０．５μｍ）Ｉ 第
３のＰ型ＩｎＧａＡｓＰ層２５ （Ｅｇ−０，９５ｅＶ
、 Ｐ３刈ｄ？Ｃａｒ、厚さ１−２μｍ）、 Ｐ型Ｉｎ
Ｐ層２６ ｒｐ 〜５ｘ１６’ｍ−、厚さ〜３μｍ）を
液相エピタキシャル法により連続して形成する。
Ｐ型ＩｎＰ層２６の表面にＣＶＤによりＳｉｎ、膜２７
を形成した後、フォトレジストによりパターン形成し直
径２０μｍ〜４０μｍの円状にＳｉｎ、を除去する。こ
の５ｉＱＩｊ［２７をマスｒ℃てＺｎやＣｄを約ＩＪｍ
）深さ拡散し、Ｐ型高濃度層３８を形成する。続いて
、ＳｉＱ！膜２７及びＰ型ＩｎＰ基板上に人ｕＺｎを蒸
着し、山又はＮ、雰囲気中で４２０℃で熱処理し、Ｐ型
オー、ミック電極２８を形成する。
を形成した後、フォトレジストによりパターン形成し直
径２０μｍ〜４０μｍの円状にＳｉｎ、を除去する。こ
の５ｉＱＩｊ［２７をマスｒ℃てＺｎやＣｄを約ＩＪｍ
）深さ拡散し、Ｐ型高濃度層３８を形成する。続いて
、ＳｉＱ！膜２７及びＰ型ＩｎＰ基板上に人ｕＺｎを蒸
着し、山又はＮ、雰囲気中で４２０℃で熱処理し、Ｐ型
オー、ミック電極２８を形成する。
次に、ｎ 型ＩｎＰ基板２１を研磨し約１００μｍの厚
さにする。ｎ型ＩｎＰ基板２１表面にλｕＧａＮｉ膜四
を蒸着により形成した後、フォトレジストによυＰＰｊ
ｌ ｉｎＰ ２６表面の８ ｊａｍ ｍ ２７のパター
ンに合わせてＡｕＧｅＮ ｉ膜２９に直径約１２０μｍ
の円形パターンを形成し、Ａｕ０ｅＮｉ膜２９を円状に
除去し、光取抄出し窓３０を形成する。最後にＨｌ又は
Ｎ２中で３７０℃で熱処理することによりｎ型オーミッ
ク電極２９を形成する。
さにする。ｎ型ＩｎＰ基板２１表面にλｕＧａＮｉ膜四
を蒸着により形成した後、フォトレジストによυＰＰｊ
ｌ ｉｎＰ ２６表面の８ ｊａｍ ｍ ２７のパター
ンに合わせてＡｕＧｅＮ ｉ膜２９に直径約１２０μｍ
の円形パターンを形成し、Ａｕ０ｅＮｉ膜２９を円状に
除去し、光取抄出し窓３０を形成する。最後にＨｌ又は
Ｎ２中で３７０℃で熱処理することによりｎ型オーミッ
ク電極２９を形成する。
オージェ再粘合砥流Ｊよ１．及びヘテロバリヤーを越え
て流れるリーク電流ＪＬＩの和となる。
て流れるリーク電流ＪＬＩの和となる。
ＩｎＧａＡｓＰ層２３の注入上２３アａ炭をｎ、とする
とＪ８□は１ｍ、の約２乗に比例し、Ｊ、１はｎｌの約
３乗に比例する。本発明者等の研究結果によれば、発光
再結合定数は約ｏ、 ｇ ｘ １’ｉＪ’ａｉ”−、″
Ｓ１．オージェ再結合定数は約０．３Ｘ 、６２８ ｃ
ｒｉｉ”＝”ｓ’ テ＆ｚりｏ 従ツーｒ、ＪＲｌ及び
ＪＡｌはｎ、に対してｊ１３図に示した様になる。
とＪ８□は１ｍ、の約２乗に比例し、Ｊ、１はｎｌの約
３乗に比例する。本発明者等の研究結果によれば、発光
再結合定数は約ｏ、 ｇ ｘ １’ｉＪ’ａｉ”−、″
Ｓ１．オージェ再結合定数は約０．３Ｘ 、６２８ ｃ
ｒｉｉ”＝”ｓ’ テ＆ｚりｏ 従ツーｒ、ＪＲｌ及び
ＪＡｌはｎ、に対してｊ１３図に示した様になる。
一方、リーク電流のうち、電子リーク電流、即ちＮ第１
のＩｎＧａＡｓＰ層２３かも第上２３ｎＧａＡｓＰ層２
４へ流れるリーク電流は、正孔リーク電流、即ち第１の
ＩｎＧａＡｓＰ層２３カらｎ型ＩｎＰ層２２へ流れるリ
ーク・電流に比べ、２桁以上大きい。これは第１のＩｎ
ＧａＡｓＰ層２３と第２上２３ＧａＡｓＰ層２４のノク
ンドギャップエネルギー差が、第１のＩ ｎＧａＡｓ
Ｐ一層２３とｎ型ＩｎＰ層２２のバンドギャップエネル
ギー差より５０ｍｅＶ大きいこと、第２のＩｎＧａＡｓ
Ｐ層２４のキャリア濃度が、ｎ型ＩｎＰ層２２のキャリ
ア濃度より小さいこと、正孔の移動度が電子の移動度の
し′１０以下であることなどに起因している。従って、
リーク電流ＪＬ、は、げとんど全て電子リーク電流とみ
なすことができ、ｎｌに対して第３図に示した様に増加
する。全電流Ｊは、Ｊｌ、、 Ｊ□１１ＪＬ１の和とし
て第３図に示した様になる。即ち、ｎ、の小さい時は、
Ｊｌｌが支配的であるが、ｎ、が１ｘ１ｄ”ｃｆ鷺近づ
くにれて、ＪＬＩの寄与が大きくな抄、ｎ、の大きい時
にはＪＬｌが支配的になる。この様子を分りやすくする
ために、ＪＲｌ、ＪＬ、がＪｌ対し、どのように変るか
を第４図に示した。ＪｌｌはＪ −１に＊／ｄあたやか
ら飽和するのに対し、ＪＬｌａ、Ｊ、１０に４／ｄ付近
までスーパリニヤに増加する。
のＩｎＧａＡｓＰ層２３かも第上２３ｎＧａＡｓＰ層２
４へ流れるリーク電流は、正孔リーク電流、即ち第１の
ＩｎＧａＡｓＰ層２３カらｎ型ＩｎＰ層２２へ流れるリ
ーク・電流に比べ、２桁以上大きい。これは第１のＩｎ
ＧａＡｓＰ層２３と第２上２３ＧａＡｓＰ層２４のノク
ンドギャップエネルギー差が、第１のＩ ｎＧａＡｓ
Ｐ一層２３とｎ型ＩｎＰ層２２のバンドギャップエネル
ギー差より５０ｍｅＶ大きいこと、第２のＩｎＧａＡｓ
Ｐ層２４のキャリア濃度が、ｎ型ＩｎＰ層２２のキャリ
ア濃度より小さいこと、正孔の移動度が電子の移動度の
し′１０以下であることなどに起因している。従って、
リーク電流ＪＬ、は、げとんど全て電子リーク電流とみ
なすことができ、ｎｌに対して第３図に示した様に増加
する。全電流Ｊは、Ｊｌ、、 Ｊ□１１ＪＬ１の和とし
て第３図に示した様になる。即ち、ｎ、の小さい時は、
Ｊｌｌが支配的であるが、ｎ、が１ｘ１ｄ”ｃｆ鷺近づ
くにれて、ＪＬＩの寄与が大きくな抄、ｎ、の大きい時
にはＪＬｌが支配的になる。この様子を分りやすくする
ために、ＪＲｌ、ＪＬ、がＪｌ対し、どのように変るか
を第４図に示した。ＪｌｌはＪ −１に＊／ｄあたやか
ら飽和するのに対し、ＪＬｌａ、Ｊ、１０に４／ｄ付近
までスーパリニヤに増加する。
さて、第１のＩｎＧａＡｓＰ層２３から第２のＩｎＧａ
−ＡｓＰ層２４へ流れだ′電子は、第２のＩ ｎＧａＡ
ｓＰ層２４が０．５μｍと薄いため、はとんどが第２の
ＩｎＧａＡｓＰ層２４を通過し、第３の１ｎＧａＡｓＰ
層２５に達する。Ｐ型１ｎＰ層２６は、第３のＩｎＧａ
ＡｓＰ層２５に入った・電子に対して有効なバリヤとな
るので、この電子は第３のＩｎＧａＡｓＰ層２５で正孔
と再結合し、エネルギー０．９５ｅＶ（λ−１，３μｍ
）の光を放出する。
−ＡｓＰ層２４へ流れだ′電子は、第２のＩ ｎＧａＡ
ｓＰ層２４が０．５μｍと薄いため、はとんどが第２の
ＩｎＧａＡｓＰ層２４を通過し、第３の１ｎＧａＡｓＰ
層２５に達する。Ｐ型１ｎＰ層２６は、第３のＩｎＧａ
ＡｓＰ層２５に入った・電子に対して有効なバリヤとな
るので、この電子は第３のＩｎＧａＡｓＰ層２５で正孔
と再結合し、エネルギー０．９５ｅＶ（λ−１，３μｍ
）の光を放出する。
ところで、第３のＩｎＧａＡｓＰ層２５は、両側を有効
なバリヤーで、はさまれているので、リーク電流は、充
分抑えられている。従って、第３のＩｎＧａＡｓＰ層２
５に注入された電流ＪＬ□は、発光再結電流Ｊ１３及び
オージェ再結合電流Ｊｊｋ３となる。
なバリヤーで、はさまれているので、リーク電流は、充
分抑えられている。従って、第３のＩｎＧａＡｓＰ層２
５に注入された電流ＪＬ□は、発光再結電流Ｊ１３及び
オージェ再結合電流Ｊｊｋ３となる。
（第２図す詠照）Ｊ とＪ 及びＪＡｌの関係は、Ｌｌ
ｉＬ３ 第５図に示した様になる。ＪＲ３は注入された電流ＪＬ
１の増加とともに飽和する。ところが、ＪＬｌは第４図
に示した様にＬＥＤに流した全電流Ｊに対してスーパー
リニヤに増加する。
ｉＬ３ 第５図に示した様になる。ＪＲ３は注入された電流ＪＬ
１の増加とともに飽和する。ところが、ＪＬｌは第４図
に示した様にＬＥＤに流した全電流Ｊに対してスーパー
リニヤに増加する。
従って、全電流Ｊに対して、第３のＩｎＧａＡｓＰ２５
０発光電流ＪＲ３は第６図（掲に示した様に、Ｊ−１０
にムメメ付近まで、はぼ直線的に増加する。光出力は、
ＪＲ３に比例するので、波長１．３μｍの光は、第６図
（ｂ）に示しだ様にＬＥＤに流した全霊流Ｊに対し、直
線的に増加する。このように従来のＬＥＤに比べ電流−
光出力特性の直線性は大巾に改善され、しかも、アナロ
グ変調時のピーク電流的１０ ｋｉ／ｄでの光出力は、
従来と同程度のものが得られ丸。
０発光電流ＪＲ３は第６図（掲に示した様に、Ｊ−１０
にムメメ付近まで、はぼ直線的に増加する。光出力は、
ＪＲ３に比例するので、波長１．３μｍの光は、第６図
（ｂ）に示しだ様にＬＥＤに流した全霊流Ｊに対し、直
線的に増加する。このように従来のＬＥＤに比べ電流−
光出力特性の直線性は大巾に改善され、しかも、アナロ
グ変調時のピーク電流的１０ ｋｉ／ｄでの光出力は、
従来と同程度のものが得られ丸。
ここではアナログ変調時のビータ電流が、約１０に〜−
の場合について示したが、このピーク電流を別の蝋・Ｊ
にしたい場合は、Ｊ−ＪｐでＪＬｌｚＪｐとなるよう
に各層のバンドギャップエネルギーやキャリヤ濃度など
を変えればよい。例えば、Ｊｐを大きくする場合、第１
のＩｎＧａＡｓＰ層２３のバンドギャップエネルギーを
小さくするか、第２のＩ ｎＧａ人ｓＰ層２４のバンド
ギャップエネルギー又はキャリヤ濃度を大きくする。又
、Ｊｐを小さくする場合、第１０ＩｎＧａ−ＡｓＰ層２
３のバンドギャップエネルギーを大きくするか、第″２
のＩｎＧａＡｓＰ ２４のバンドギャップエネルギー又
はキャリヤ濃度音生さくする。
の場合について示したが、このピーク電流を別の蝋・Ｊ
にしたい場合は、Ｊ−ＪｐでＪＬｌｚＪｐとなるよう
に各層のバンドギャップエネルギーやキャリヤ濃度など
を変えればよい。例えば、Ｊｐを大きくする場合、第１
のＩｎＧａＡｓＰ層２３のバンドギャップエネルギーを
小さくするか、第２のＩ ｎＧａ人ｓＰ層２４のバンド
ギャップエネルギー又はキャリヤ濃度を大きくする。又
、Ｊｐを小さくする場合、第１０ＩｎＧａ−ＡｓＰ層２
３のバンドギャップエネルギーを大きくするか、第″２
のＩｎＧａＡｓＰ ２４のバンドギャップエネルギー又
はキャリヤ濃度音生さくする。
第７図νよ、本発明の別の実施例を示した図である。本
実り也・ρりな、第２図の実施例の構造に対しｎ’Ｊｊ
ＩｎＰ Ｍ板２１とｎ型ＩｎＰ ／＃ ２２の間にｎ
型ＩｎＧａ２３ （Ｄ ）ｊｇ ｊり小すく、かつ、第
３のＪｎｌＪａＡｓＰ層２５のＥｇより大きくする。例
えば、ｎ型１ ｎＧａＡｓＰ層３１のｇｇを１．＋Ｊ７
ｅＶとし、１厚を２〜３μｍとするＯ本実施例、パこよ
り第１のＩｎＧａＡｓＰ層で発生した光（１，１ｅＶ）
は、ｎ Ｊ ＩｎＧａ＆ｓＰ層３１でｇ＆収され、光取
り出し窓３０からは、第３のＩｎＧａＡｓＰ層で発生し
た光（Ｑ、９５ｅＶ、λ−１，，３μｍ）のみが肩択的
に放出され、余分な波長の光を除くことができる。
実り也・ρりな、第２図の実施例の構造に対しｎ’Ｊｊ
ＩｎＰ Ｍ板２１とｎ型ＩｎＰ ／＃ ２２の間にｎ
型ＩｎＧａ２３ （Ｄ ）ｊｇ ｊり小すく、かつ、第
３のＪｎｌＪａＡｓＰ層２５のＥｇより大きくする。例
えば、ｎ型１ ｎＧａＡｓＰ層３１のｇｇを１．＋Ｊ７
ｅＶとし、１厚を２〜３μｍとするＯ本実施例、パこよ
り第１のＩｎＧａＡｓＰ層で発生した光（１，１ｅＶ）
は、ｎ Ｊ ＩｎＧａ＆ｓＰ層３１でｇ＆収され、光取
り出し窓３０からは、第３のＩｎＧａＡｓＰ層で発生し
た光（Ｑ、９５ｅＶ、λ−１，，３μｍ）のみが肩択的
に放出され、余分な波長の光を除くことができる。
＾°イ８図は、不発明の別の実施例を示した図である。
本実施しＵは、Ｐ制ｉｎＰ基板３２を用い、この上にＰ
型ＩｎＰ層２６ （Ｐ−５Ｘ１０ ｃｒｎ、厚さ〜３μ
ｍ ） 、第３のＰ ｑ １ｎＧａＡｓＰ Ｃｄ ２５
（Ｒｇ−０，９５ｅＶ、 ト３Ｘ１０ ｔｘ 、厚さ１
Ｎ２μｍ）、！＋１２のＰ型ＩｎＧａ人ｓＰ層２４ （
ｈｇ−１，３ｅＶ。
型ＩｎＰ層２６ （Ｐ−５Ｘ１０ ｃｒｎ、厚さ〜３μ
ｍ ） 、第３のＰ ｑ １ｎＧａＡｓＰ Ｃｄ ２５
（Ｒｇ−０，９５ｅＶ、 ト３Ｘ１０ ｔｘ 、厚さ１
Ｎ２μｍ）、！＋１２のＰ型ＩｎＧａ人ｓＰ層２４ （
ｈｇ−１，３ｅＶ。
Ｐ−５Ｘ１０ ｃＩＩＬ、厚さ０．５μｍ Ｌ ＩＩＩ
（Ｄ Ｐ ＭＩｎＧａＡｓＰ層２３ （ｌａｇ−ｔ、
ｉｅＶ、 Ｐ／ｘｘｉｄ” ｃｉ”、厚さ９．２ｍｍ）
、ｎ型ＩｎＰ層２２（ｒｒ”ｌ刈ｄ”ｃｍ”、厚さ〜３
ａｍ ）が順に形成されている。本実施例では第１の
ＩｎＧａＡｓＰ層２３で発生した光は、第３のＩｎＧａ
ＡｓＰ層２５で吸収されるので、光取り出し窓３０から
は、第３のＩｎ−ＧａＡｓＰ層２５で層化５た光のみが
選択的に放出される０第７図の実施例と異な夛、フィル
ター用のＩｎＧａＡｓＰ層３１を設ける必要がない。
（Ｄ Ｐ ＭＩｎＧａＡｓＰ層２３ （ｌａｇ−ｔ、
ｉｅＶ、 Ｐ／ｘｘｉｄ” ｃｉ”、厚さ９．２ｍｍ）
、ｎ型ＩｎＰ層２２（ｒｒ”ｌ刈ｄ”ｃｍ”、厚さ〜３
ａｍ ）が順に形成されている。本実施例では第１の
ＩｎＧａＡｓＰ層２３で発生した光は、第３のＩｎＧａ
ＡｓＰ層２５で吸収されるので、光取り出し窓３０から
は、第３のＩｎ−ＧａＡｓＰ層２５で層化５た光のみが
選択的に放出される０第７図の実施例と異な夛、フィル
ター用のＩｎＧａＡｓＰ層３１を設ける必要がない。
第９図は本発明の別の実施例を示した図である。
本実施例は、これまでの実施例と異なり、第１導電型を
Ｐ型、第２導電型をｎ型とし、正孔リーク電流を用いて
いる６ｎ型ＩｎＰ基板２１の上にｎ型ＩｎＰ型３３．第
３のｎ型ＩｎＧａ人ｓＰ層３４ （Ｅｇ−０，９５ｅＶ
、 ｒ４Ｘ１０ （１” ＊ 厚さｘ−ｉｓｍ ）
＊第２の５ｎｌｌＩｎ、−Ｇａ人＄Ｐ層３５ （”ｇ−
１−２５ｅＶ ｓ ｎ−ＩＸＩ ｄ’ ＣＩＬ ％厚を
→３μｍ）、第１の−ｒｓ ４１ ＩｎＧａＡｓＰ層３
６ （Ｒｇ−１，０５＠Ｖ、 ｍ〜ｌＸ１０”’１４．
厚さ０．２ ｓ ０１１ ） ！ Ｐ ｇ ＩｎＰ層３
７（Ｐ−５刈０” ｃｓｉ” 、厚さ”３ｊ１ｍ）が順
に形成されている。
Ｐ型、第２導電型をｎ型とし、正孔リーク電流を用いて
いる６ｎ型ＩｎＰ基板２１の上にｎ型ＩｎＰ型３３．第
３のｎ型ＩｎＧａ人ｓＰ層３４ （Ｅｇ−０，９５ｅＶ
、 ｒ４Ｘ１０ （１” ＊ 厚さｘ−ｉｓｍ ）
＊第２の５ｎｌｌＩｎ、−Ｇａ人＄Ｐ層３５ （”ｇ−
１−２５ｅＶ ｓ ｎ−ＩＸＩ ｄ’ ＣＩＬ ％厚を
→３μｍ）、第１の−ｒｓ ４１ ＩｎＧａＡｓＰ層３
６ （Ｒｇ−１，０５＠Ｖ、 ｍ〜ｌＸ１０”’１４．
厚さ０．２ ｓ ０１１ ） ！ Ｐ ｇ ＩｎＰ層３
７（Ｐ−５刈０” ｃｓｉ” 、厚さ”３ｊ１ｍ）が順
に形成されている。
第１のｎ ＭＩｎＧａＡｔ、Ｐ層力１らの正孔リーク電
流が電子リーク−流よ妙充分大きくなるように１第１の
ｎ 型ＩｎＧａＡｓＰ層のＥｇを１．０５ｅＶ 程度筒
２のｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層のＥｇを１．２５ ｅＶ 程
度にした。
流が電子リーク−流よ妙充分大きくなるように１第１の
ｎ 型ＩｎＧａＡｓＰ層のＥｇを１．０５ｅＶ 程度筒
２のｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層のＥｇを１．２５ ｅＶ 程
度にした。
本実施例は、第２図の実施例に対し、第３のＩｎ−Ｇａ
ＡｓＰ層（Ｅｇ＝０．９５ ｅＶ、λ−１，３μｍ）へ
の電流が正孔電流となったもので、原理は同じである。
ＡｓＰ層（Ｅｇ＝０．９５ ｅＶ、λ−１，３μｍ）へ
の電流が正孔電流となったもので、原理は同じである。
本実施例は、第３のＩｎＧａＡｓＰ層の発光効率がＰ型
よりｎ型にした方が高くなる場合に有効である。
よりｎ型にした方が高くなる場合に有効である。
これまでの実施例では、主発光波長がλ−１，３μｍの
場合について示してきたが、他の波長の場合でも、各層
のＥｇやキャリヤ濃度、厚さを変えることにより本発明
を適用することができる。
場合について示してきたが、他の波長の場合でも、各層
のＥｇやキャリヤ濃度、厚さを変えることにより本発明
を適用することができる。
父、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系だけでなく、他の曹−■
族化合物半導体材料を用いたＬＥＤについても、本発明
を適用することができる。
族化合物半導体材料を用いたＬＥＤについても、本発明
を適用することができる。
さらに、本発明はこれまで詠べた様なオージェ再結合に
より、発光出力が電流上昇とともに飽和する場合だけで
なく、別の原因で光出力が飽和する場合にも有効である
。例えば、ＧａＡｓＰ層Ｉ ＧａＡｓ系のＬＥＤの様に
パルス電流を流した場合には、電流−光出力特性は、直
接的であるが、直流電流を流した場合に発熱により光出
力が飽和すや場合にも、本発明は有効である。この場合
も主発光層への電流に対し、光出力が飽和するので、電
子リーク電流あるいは正孔リーク電流を主発光層へ注入
することにより、ＬＥＤの電流−光出力特性の直線性が
改善できる。
より、発光出力が電流上昇とともに飽和する場合だけで
なく、別の原因で光出力が飽和する場合にも有効である
。例えば、ＧａＡｓＰ層Ｉ ＧａＡｓ系のＬＥＤの様に
パルス電流を流した場合には、電流−光出力特性は、直
接的であるが、直流電流を流した場合に発熱により光出
力が飽和すや場合にも、本発明は有効である。この場合
も主発光層への電流に対し、光出力が飽和するので、電
子リーク電流あるいは正孔リーク電流を主発光層へ注入
することにより、ＬＥＤの電流−光出力特性の直線性が
改善できる。
以上、詳しく述べてきた様に、本発明によりファイバー
結合パワーを大きく損なうことなく、電流−光出力特性
の著しく改善したＬＥＤを得ることができた。
結合パワーを大きく損なうことなく、電流−光出力特性
の著しく改善したＬＥＤを得ることができた。
第１図は本発明の動作原理を、Ｉ！２図から第６図は、
本発明の第１の実施例を、第７図は第２の実施例を、第
８図は第３の実施例を、第９図は第４の実施例を、それ
ぞれ示す図である。 図中、１１．２２．３７・・・・・・・−・Ｆｉｇ”Ｆ
Ｓｇｔの第１導電型半導Ｈ１，１２，２３，３６，・・
・・・・・・Ｂｇ−Ｂ＆の第２導電型半導体層、１３．
２４．３５・・・・・・・・・Ｂｇ−Ｅ＆の第２導電型
半導体層、１４、２５．３４・・・・・・・・・Ｅｇ＝
Ｅｇ、の第２導電型半導体層、１５２６、３３・・・・
・・・・・Ｂｇ−Ｅｇｓ ｏ第２導電型半導体層を、そ
れぞれ示している。 彎理人弁理士内原 晋 第３巨 ａｔ入％４リイＨａ、 ｎ−ｔ （ｃ−ｒｒｒり準Ｌ
ｆ−目 全電流、Ｊ （ｋＡ／ｃイ〕 牛 ５ 図 電、逢 ＪＬＪ （ｋＡ／ｃ昇り 第６目 で） 全電長 Ｊ ＣＫＡ／ｃ島り 全１と、材Ｌｌ（ｋハ／ｃｙｙ♂う 第９図
本発明の第１の実施例を、第７図は第２の実施例を、第
８図は第３の実施例を、第９図は第４の実施例を、それ
ぞれ示す図である。 図中、１１．２２．３７・・・・・・・−・Ｆｉｇ”Ｆ
Ｓｇｔの第１導電型半導Ｈ１，１２，２３，３６，・・
・・・・・・Ｂｇ−Ｂ＆の第２導電型半導体層、１３．
２４．３５・・・・・・・・・Ｂｇ−Ｅ＆の第２導電型
半導体層、１４、２５．３４・・・・・・・・・Ｅｇ＝
Ｅｇ、の第２導電型半導体層、１５２６、３３・・・・
・・・・・Ｂｇ−Ｅｇｓ ｏ第２導電型半導体層を、そ
れぞれ示している。 彎理人弁理士内原 晋 第３巨 ａｔ入％４リイＨａ、 ｎ−ｔ （ｃ−ｒｒｒり準Ｌ
ｆ−目 全電流、Ｊ （ｋＡ／ｃイ〕 牛 ５ 図 電、逢 ＪＬＪ （ｋＡ／ｃ昇り 第６目 で） 全電長 Ｊ ＣＫＡ／ｃ島り 全１と、材Ｌｌ（ｋハ／ｃｙｙ♂う 第９図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 曹−ｖ族化合物半導体から成る半導体発光ダイオードに
おいて、少なくとも、第１の導電型でバンドギャップエ
ネルギーｃ以下Ｐｇと呼ぶ）が、Ｅｇ−Ｂｇｌの半導体
層と結２の導電型でＥｇ−Ｅ＆（Ｂｇ。 ＜ Ｅｇｓ ）の半導体層と、第２の導電型でＨｇ−Ｂ
ｇ。 （）Ｊｇｍ＞Ｂｇｔ ）の半導体層と第２の導電型でＥ
ｇ−Ｅｇ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56188810A JPS5890789A (ja) | 1981-11-25 | 1981-11-25 | 半導体発光ダイオ−ド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56188810A JPS5890789A (ja) | 1981-11-25 | 1981-11-25 | 半導体発光ダイオ−ド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5890789A true JPS5890789A (ja) | 1983-05-30 |
Family
ID=16230200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56188810A Pending JPS5890789A (ja) | 1981-11-25 | 1981-11-25 | 半導体発光ダイオ−ド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5890789A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4862230A (en) * | 1986-09-12 | 1989-08-29 | Nec Corporation | Double heterostructure light emitting diode |
-
1981
- 1981-11-25 JP JP56188810A patent/JPS5890789A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4862230A (en) * | 1986-09-12 | 1989-08-29 | Nec Corporation | Double heterostructure light emitting diode |
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