JPS6055678A - 発光ダイオ−ド - Google Patents

発光ダイオ−ド

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JPS6055678A
JPS6055678A JP58163453A JP16345383A JPS6055678A JP S6055678 A JPS6055678 A JP S6055678A JP 58163453 A JP58163453 A JP 58163453A JP 16345383 A JP16345383 A JP 16345383A JP S6055678 A JPS6055678 A JP S6055678A
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JP
Japan
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light emitting
brightness
layer
emitting diode
light
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JP58163453A
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English (en)
Inventor
Hisatsune Watanabe
渡辺 久恒
Akira Usui
彰 碓井
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • H10H20/00Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80Constructional details
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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は砒化燐化ガリウム(以下G、AIIPと書く)
を発光体とする発光ダイオード(以下LEDと書く)で
あって、特に高輝度低価格LEDに関するものである。
注入型半導体発光ダイオード(以下LEDと書く)は近
年多色化の動きとともに高輝度化への改良が盛んである
。LEDはもともと高寿命性、高速応答性を大きな特長
として従来の白熱ランプにとって変わシ急激に大きな需
要を占めるようになってきたが、発光出力が小さいこと
が欠点であった。このため使用範囲に一定の制限が加え
られていたが、近年LEDの内部構造、具体的には多層
構造の改良により飛躍的に高輝度化され、その応用範囲
が格段に広がる可能性がでてきた。その新しい応用例と
して自動車の尾灯、交通信号あるいはネオンサインなど
が挙げられている。
近年開発された高輝度LEDは発光体に砒化ガリウムア
ルミニウム(以下Ga ALAaと書く)を用いるもの
でその高輝度化の特徴は、発光領域から発射された出力
光(赤色)を外部に取シ出す際に発光体自身による再吸
収を抑制するために出方光取出側電極層として発光体の
バンドギャップより大きい材料、具体的にはアルミニウ
ム組成のよシ大きいGa AtA sを用いることであ
った。いわゆる窓効果の利用と呼ばれる方法である。さ
らに高輝度化を図るために発光領域をダブルへテロ構造
とする方法も提案されている。これは先に述べたアルミ
ニウム組成の大きいGaAlk s表面層をたんに窓と
して利用するだけでなく注入キャリアの閉じ込め層とし
ても作用させることを狙ったもので、閉じ込めを更に完
全にするために発光層の下側、具体的には出力光非取出
口あるいは対向電極側にも発光領域よシアルミニウム組
成の大きいG6んηS層を挿入する方法である。
しかしながら従来のこのような高輝度LEDには用いる
材料がGaAzAsであることからくる次のようなデバ
イス製作上の問題点があった。これは、アルミニウムが
極めて酸化されやすいという本質に基づくものである。
まず第1に、結晶成長工程における問題点として、アル
ミニウムが酸化されないように厳重なる残留酸素(水分
)ガス低減化対策が必要である。
通常エピタキシャル成長には液相成長法が採用されるが
、液相成長法では、成長用反応管内各種冶具の脱酸素化
は勿論、キャリアガス中の残留酸素の除去、微少ニアリ
ークの防止、結晶出し入れ時におけるエアー汚染の防止
、原料の成長前予備ベーキングなど極めて多くの厳重な
る注意が必要である。このような対策は当然生産性の低
減、歩留への低下、コストの上昇につながる。
第2の欠点として例え高品質成長結晶が可能となっても
、T、ED化するまでの工程においてもやはり酸化され
やすいアルミニウムを含むことからくる特別な対策が必
要であることが挙げられる。電極用高濃度拡散プロセス
、電極付はプロセス、パッシベーションプロセス、ベレ
ッタイズプロセス、マウント封入プロセスなどのいずれ
の工程においても水分や酸素の混入を完全に抑制しなけ
ればならず、その対策のためには大きな費用が必要であ
る。
最近、エピタキシャル成長の量産性向上のため従来の液
相エピタキシャル成長法に替わって、有機金属気相エピ
タキシャル成長法の開発が盛んであるが、上記第1の欠
点は依然として大きく残シ、高品′質結晶の製作を容易
でないものとしている。
以上のような観点からアルミニウムを含まない高輝度か
つ低価格のLEDの開発が望まれている。
一方すてに砒化燐化ガリウム(GaAsP)のLEDが
実用化されている。これはGaAsあるいはGaP結晶
を基板としてハロゲン輸送気相エピタキシャル成長法に
よってGgA s P層を成長させたエピタキシャルウ
ェハをもとに作られたもので赤色ないし緑 色(橙色)
の光を発光させる。この材料に社アルミニウムが含まれ
ないため気相成長法によって高品質エピタキシャル層の
作成が容易である。生産性の高い気相成長法を用いてい
るためエピタキシャルウェハのコストは極めて低く抑え
ることができる。
従って、このGaAsP LEDウェハを先に述べたヘ
テロ構造とすれば高輝度化が期待される。窓効果の発揮
のためには、発光体であるGaA s Pよシバンドギ
ャップの大きい半導体層を出力光取出側電極層として形
成する事が必要である。このような目的に合う材料とし
て、例えば赤色GaAs P L E D(波長660
nm)の場合には、波長660nmに相当するエネルギ
ー1.88eVよシ大きな値のバンドギャップを有する
結晶、具体的にはGaP、 klP。
GaAlks、 Gakl、P、 oasbP、 In
AzP、 11GaP+ InGaAsP。
Gg8bAsP、 LIGaAtPなどの2元ないしは
4元の化合物半導体がある。
本発明者らは、これらの候補となる化合物半導体を()
aAsP L E D (波長660nm)用つx ”
の表面に成長させ、最も高輝度化の効果の大きいものを
実験的にめた。その結果、次のような事が判明した。
1)いずれの結晶を用いても高輝度化が可、能であった
0 2)発光体層であるGg A s Pの格子定数との格
子不整合がおおむね1×10 を越えると高輝度化の効
果は小さくなった。
3)ktを含む材料は格子定数整合を5×10 以下に
しても高輝度化の再現性は良くなかった。
4) G、8bP、 G、8bASPやInGa5bP
のように窓効果の期待はちるもののミシビリティギャッ
プの存在のため良好な鏡面成長が不可能なものもあった
5)最も再現性良く、高輝度化に成功したものはG−A
sP層との格子不整合が5×10 以下になるように組
成を調節したI。Ga Pと■。G aA s Pの2
種類の材料であった。
6)出力光取出側電極層の厚さは最低1ミクロン程度形
成することが望ましく、5ミクロン以上にしても効果の
増大は顕著でなかった。
7)格子不整合は少なくともGaAsP発光層と接する
部分の0.5〜1ミクロンの厚さの範囲が5X10”以
下となっていれば充分窓効果が大きくなり、それ以上へ
テロ界面から離れた部分では格子不整合が5×10 よ
り大きくなっても著しい特性劣化は見られなかった。
以上のような実験から、砒化燐化ガリウムを発光体とす
る発光ダイオードであって、該砒化燐化ガリウムと接触
する少なくとも、厚さ0.5ミクロンの部分の格子不整
合が5×10−3以下である燐化インジウムガリウムも
しくは砒化燐化インジウムガリウムからなる出力光取出
側電極層を有することを特徴とする発光ダイオードが極
めて特性の高い高輝度LEDとして有望であることが判
った。
以下実施例をもって説明する。
実施例1゜ 市販のGIIAS P L E D用つz ” (n型
GaAs基板上のn型GaASO161”0.39 )
をブロムメタノール液で数ミクロン化学エツチングする
。エツチング後直ちにハロゲン輸送気相成長装置(In
/Ga/1(ct/PH3/A s H3/)(2系)
にてP型InGaP層を厚さ3ミクロン成長さ亡た。ヘ
テロ界面における格子不整合を1×10 以下となるよ
うにInGaP層全体の組成を調節した。この時格子不
整合は厚さ方向で一定となるようにした。このウェハに
Z。を用いてP拡散し、All/20合金電極を付着し
LEDチップを形成した。注入電流を29−171Aと
して輝度を測定した所200〜300ミリカンデラであ
った。市販のGIIAS P L B Dが50〜10
0 ミリカンデラであったので2〜3倍の高輝度化を達
成した。
実施例2゜ 市販のGaAs O,61P0,39 L E D用ウ
ェハを用いて実施例1の手順を繰り返した。ただしG、
AsPと接触する部分の厚さ0.5ミクロンのInGa
P層の格子不整合を8xlO、6x10 .5x10 
.3xlO。
o、5xto と変化させた異なるウェハを作成し、実
施例1と同じ手順でLEDの輝度測定を行った。
この結果格子不整合が5×10 以下の場合に注入電流
20 rFL&で100〜300ミリカンデラの高輝度
が得られた。
実施例3゜ 市販のGaAs 0061 PO,3g L E D用
つX ”を用いて実施例10手順を繰り返した。ただし
P型InGgP層の替わりにP型InGaA8P層(A
s組成0.03〜0105)を厚さ5ミクロン成長した
。格子不整合は厚さ方向に一定とし5 X 10 であ
った。注入電流2Q&Aにおける輝度は300〜400
ミリカンデラと実施例1および2の場合より大きかった
。これはInGaPよ”) InGaAsPの方が表面
凹凸や格子歪の緩和に対し有利、すなわちミスフィツト
転位の導入され方が小さいためと思われる。
実施例4゜ P型GaAs基板上に市販のG11AS0.6I Po
、39 LED用ウェハと全く同一組成変化を持つ多層
構造を形(9) 成しGaAs o、st Po、39層もP型とした(
亜鉛ドープ)。
この上に引き続きn型のInGaP層(格子不整合1×
10 以下)を5ミクロン成長させた。このウェハをも
とに実施例1〜3の場合とはP−n続合層にはAU/G
e/Ni合金電極を直接形成した。輝度測定の結果、注
入電流20姑において400〜800ミリカンデラの値
を得た。このように密層をn型とした方がよシ高輝度と
なった。
実施例5 P型G、P基板に、2ミクロンのP型G11P層、60
ミクロンの組成傾斜P型GaAsP層(P組成がto−
tpら0.4まで変化、20ミクロンの組成一定P型”
A S O,6I Po、39層および5ミクロンのn
型InGaAsP層を順次ハロゲン輸送気相成長装置に
てエピタキシャル成長させた。このウェハをもとに実施
例40手順で■、EDチッグを作成し輝度測定した所、
注入電流2 (?yylAにて900〜1800ミリカ
ンデラの高輝度を得た。本実施例の場合、基板のGaP
が発光(10) 体であるG、AsPよりバンドギャップが大きいため基
板側放射された光が基板に吸収されることなく裏面電極
で反射され表面から出射するためにかかる高輝度特性が
得られた。LEDチップの側面からも出射されるためチ
ップ周囲に上方に出力光を反射させるための反射板(コ
ーン)を設ける事でより一層の高輝度化が達成された。
以上の実施例はいずれも量産性の極めて高いハロゲン輸
送気相成長装置を用いたので、従来の液相成長に比べ極
めてコストを低く抑えることが出来た。T1GaPある
いはInGaAsPからなる光出力側電極層の形成に必
要なコストは従来のGaAsP LE Dチップコスト
の50〜100チ増であり、GaAハs高輝度I、HD
のチップコストが6〜8倍増であるのに比べ極めて安価
に製造できる。
(11) 386−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 砒化燐化ガリウムを発光体とする発光ダイオードであっ
    て、該砒化燐化ガリウムと接触する少なくとも厚さ0.
    5ミクロンの部分の格子不整合が5×10 以下である
    燐化インジウムガリウムもしくは砒(ヒ燐化インジウム
    ガリウムからなる出方光取出側電極層を有することを特
    徴とする発光ダイオード。
JP58163453A 1983-09-06 1983-09-06 発光ダイオ−ド Pending JPS6055678A (ja)

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JP58163453A JPS6055678A (ja) 1983-09-06 1983-09-06 発光ダイオ−ド
US06/647,744 US4680602A (en) 1983-09-06 1984-09-06 Light emitting diode

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JP58163453A JPS6055678A (ja) 1983-09-06 1983-09-06 発光ダイオ−ド

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JPS6055678A true JPS6055678A (ja) 1985-03-30

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ID=15774168

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JP58163453A Pending JPS6055678A (ja) 1983-09-06 1983-09-06 発光ダイオ−ド

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