DE69408374T2 - Lichtemittierende Halbleitervorrichtung - Google Patents

Lichtemittierende Halbleitervorrichtung

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG (1) Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine Reflexionsschicht eines Halbleiterlichtemitters und insbesondere auf eine hochwirksame Totalreflexionsschicht eines Halbleiterlichtemitters, die auch für eine Leuchtdiode, einen Halbleiterlaser usw. verwendetwird.
    • (2) Beschreibung des Standes der Technik
  • Im Halbleiterlichtemitter, wie beispielsweise der Leuchtdiode (LED), dem Halbielterlaser. usw., ist es sehr wichtig. Licht von der Innenseite wirksam herauszuziehen, mit anderen Worten, eine äußere Strahlungswirksamkeit zu verbessern, damit ein Halbleiterlichtemitter von hoher Leistung und Wirksamkeit erhalten wird.
  • Insbesondere bei Verwendung eines Substrates, das Licht einer strahlenden Wel lenlänge absorbiert, wurde eine Gegenmaßnahme ergriffen, um ein Absorbieren des Lichtes durch das Substrat zu verhindern, indem eine Reflexionsschicht zwischen dem Substrat und einem Lichtemissionsabschnitt vorgesehen wird, da die Lichtabsorption in dem Substrat einer der Faktoren sein kann, welcher die äußere Strahlungswirksamkeit des Halbleiterlichtemitters verringert.
  • Als ein Beispiel des Standes der Technik zeigt Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer LED (Leuchtdiode) mit einem Mehrschicht-Reflexionsftlm, der auf einem opaken Substrat angeordnet ist, um so Licht von einer Oberseite der LED zu emittieren. Dieser Emitter wird wie folgt hergestellt: Auf der gesamten Oberfläche eines n-Typ- GaAs-Substrates 510 werden n-Typ-AlInP/AlGaInP-Mehrschicht-Reflexionsschichten 511 (Schichtdicke: 0,041 um (AlInP); 0,040 um (AlGaInP), 20 Paare), eine n- Typ-AlGaInP-Überzugschicht 512, eine undotierte AlGaInP-Emissionsschicht 513, eine p-Typ-AlGaInP-Überzugschicht und eine p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 515 in dieser Reihenfolge hergestellt.
  • Danach wird eine Oberflächenelektrode 516 auf eine Oberfläche der LED aufgetragen, und sodann werden die Elektrode 516 und die p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 515 mit Ausnahme eines zentralen Teiles der LED geätzt. Weiterhin wird auch eine Rückflächenelektrode 517 auf eine Rückfläche der LED aufgetragen.
  • Da in der obigen LED jedoch der Mehrschicht-Reflexionsfilm ein hohes Reflexionsvermögen für lediglich in einer speziflschen Einfallsrichtung, d.h. einem vertikal einfallenden Licht in diesem Fall, gewährleistet, wird ein Problem verursacht, daß, obwohl ein Strahl p, der gerade nach unten verläuft, durch den Mehrschichtreflexionsfilm reflektiert wird, um nach oben zu strahlen, ein Strahl q, der schräg nach unten verläuft, durch den Mehrschicht-Reflexionsfilm absorbiert wird, so daß er nicht zu der Auswärtsstrahlung beiträgt.
  • Da weiterhin der Mehrschicht-Reflexionsfilm hauptsächlich das gerade nach unten verlaufende Licht reflektiert, wird das Licht durch die Oberseite des LED-Chips gestrahlt, so daß die Menge des durch die Seitenflächen des Chips abgestrahlten Lichtes beträchtlich klein ist. Diese Tatsache ist für die Anwendung eines einfachen Montageverfahrens des weiter unten beschriebenen Typs ungeeignet.
  • Es wird nunmehr ein in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Sho 57 Nr. 49284 offenbartes Verfahren als eine einfache Methode zur Montage der LED auf einer Leiterplatte direkt ohne Drahtbonden beschrieben. Wie in Fig. 2A gezeigt ist, wird in dem obigen Verfahren eine p-Typ-Halbleiterschicht 718 auf einem n-Typ-Halbleitersubstrat 719 hergestellt, um eine Elektrode 721 auf einer Oberseite des LED-Chips, der Licht in der Nähe einer pn-Übergangsfläche 720 abstrahlt, und eine Elektrode 723 auf einer Unterseite hiervon zu bilden. Danach werden Lotschichten 723 auf jeweils beiden Elektroden plattiert. Andererseits wird als Leiterplatte um darauf den LED-Chip zu montieren, eine Leiterplatte vorbereitet, wie dies in Fig. 2B gezeigt ist, wobei Verdrahtungen 728 (über zwei Bereichen) für die jeweiligen Elektroden auf einem Isolatorsubstrat 729 gedruckt sind, um einen Lotresistfilm 733 zu bilden, und ein Haftmittel 731 ist darauf aufgetragen. Sodann können eine Lagerung des obigen LED-Chips auf dem Substrat und eine Erwärmung der Lotschichten 732 für zunächst ein Aufschmelzen und ein anschließendes Verfestigen von Lötmittel 730, das die Elektrodenverdrahtungen 728, 728 mit den LED-Elektroden 721 und 722 verbindet, jeweils abgeschlossen werden. Auf diese Weise kann durch Anordnen des Chips seitlich auf der Platte und anschließendes Befestigen darauf, das Licht von den Seitenflächen des Chips abgestrahlt werden.
  • Das oben beschriebene Montageverfahren setzt ein Herausziehen einer großen Menge an Licht aus den Seitenflächen des Chips voraus. Daher ist es nicht zweckmäßig, das obige Montageverfahren für eine herkömmliche LED anzuwenden, die einen Mehrschicht-Reflexionsfilm auf einem lichtabsorbierenden Substrat verwendet.
  • Andererseits ist es sehr wichtig, einen Schwellenwertstrom in dem Halbleiterlaser zu reduzieren, um eine hohe Wirksamkeit bei der Umwandlung von Strom in Licht zu erzielen. Beim Stand der Technik offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Hei 2 Nr. 170486 einen Halbleiterlaser, der den Schwellenwertstrom verringern oder die Strom/Licht-Umwandlungswirksamkeit durch Rückführen der spontanen Emission verbessern soll, die in einer aktiven Schicht ohne Beitrag zu einer Schwingung des Lasers zu der aktiven Schicht emittiert (Photonen-Recyclen). Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung dieses Halbleiterlasers.
  • Der Halbleiterlaser wird wie folgt hergestellt. Zunächst wird durch Auftagen einer n-Typ-Al0,2Ga0,8As-Schicht einer Dicke von λ/4n (n: Brechungsindex eines Mediums) auf eine n-Typ-AlAs-Schicht einer Dicke von λ/4n der Reihe nach mit 10 Zyklen mittels eines MOCVD-(metallorganische chemische Dampfabscheidung)Verfahrens ein n-Typ-Mehrschicht-Reflexionsfllm 902 auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 901 hergestellt. Sodann werden nach Bilden einer n-Typ-Al0,3Ga0,7As-Überzugschicht 903, einer GaAs-Aktivschicht 904 und einer p-Typ-Al0,3Ga0,7As-Überzugschicht 905 in dieser Reihenfolge p-Typ-Al,02Ga0,8As-Schichten und p-Typ- AlAs-Schichten wechselseitig mit 10 Zyklen laminiert oder geschichtet, um jeweils eine Dicke von λ/4n zu haben, wodurch ein p-Typ-Mehrschicht-Reflexionsfllm erzeugt wird, und sodann wird eine p-Typ-GaAs-Deckschicht 907 darauf aufgelegt. Sodann werden nach Herstellen eines Mesa-Streifens durch Ätzen eine vergrabene p-Typ-Al0,6Ga0,4s-Schicht 908 und eine vergrabene n-Typ-AlGaAs-Schicht 909 durch ein LPE-(Flüssigphasenenepitaxy)Verfahren vorgesehen. Sodann wird ein Zn-Diffusionsbereich 910 durch selektive Diffusion gebildet, und es werden eine p- Elektrode 911 und eine n-Elektrode 912 vorgesehen. Anschließend wird der Halbleiterlaser durch Abspaltung vervollständigt, um in der Oszillatorlänge 100 um aufzuweisen.
  • Da jedoch bei dem obigen Halbleiterlaser der Mehrschicht-Reflexionsfllm ein hohes Reflexionsvermögen für begrenztes Licht in einer spezifischen Einfallsrichtung (vertikal einfallendes Licht bei λ/4n in der Schichtdicke) gewährleistet, tritt ein Problem auf, daß, obwohl ein von der aktiven Schicht 904 zu dem Mehrschicht-Reflexionsfilm 902 oder 906 verlaufender Strahl durch den Mehrschicht-Reflexionsfilm reflektiert wird, um zu dem Photonen-Recyclen beizutragen, ein schräg zu dem Mehrschicht-Reflexionsfilm einfallender Strahl so absorbiert wird, daß er nicht zu der Auswärtsstrahlung beiträgt.
  • Da weiterhin der Halbleiterlaser eine hohe Genauigkeit in der Dicke jeder Schicht des Mehrschichtfilmes erfordert, ist er schwierig herzustellen. Infolge der zahlreichen Grenzflächen zwischen verschiedenen Arten von Halbleitern nimmt der Halbleiterlaser auch leicht einen erhöhten Widerstand an.
  • Das Dokument WO-A-85 /03809 beschreibt eine Randemissions-Leuchtdiode mit zwei Reflektorschichten, zwischen die eine aktive Schicht und zwei transparente Schichten gelegt sind. Die Dicke der Reflektorschichten ist nicht angegeben.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Unter Beachtung der oben erwähnten Probleme ist es die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbleiterlichtemitter vorzusehen, der die Außenseiten- Strahlungswirksamkeit oder die Strom-Nutzwirksamkeit steigern soll, indem eine Reflexionsschicht mit einem einfachen Aufbau verwendet wird, um schräg auf die Reflexionsschicht einfallendes Licht zu reflektieren.
  • Die zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Leuchtdiode (LED) zu schaffen, die Licht von Seitenflächen des Chips herausziehen kann.
  • Zur Lösung der oben erwähnten Aufgaben ist eine Halbleitervorrichtung gemäß dem beigefügten Patentanspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.
  • Bei der vorliegenden Erfindung sind beliebige Merkmale der folgenden Merkmale vorzuziehen:
  • Die Transparentschicht besteht aus AlGaAs oder AlGaInP, und die Totalreflexionsschicht besteht aus einem Material aus AlAs, AlGaAs, AlInP und AlGaInP, von denen jeweils die Brechungsindices niedriger als derjenige der transparenten Schicht sind; die transparente Schicht besteht aus einem Material ZnSe, ZnSSe und ZnMgSSe, und die Totalreflexionsschicht besteht aus einem Material aus ZnCdS, ZnCdSSe und ZnMgSSe von denen die Brechungsindices jeweils niedriger als derjenige der transparenten Schicht sind; die Halbleitervorrichtung ist eine Leuchtdiode; und die Halbleitervorrichtung ist ein Halbleiterlaser.
  • Falls weiterhin die Halbleitervorrichtung eine Leuchtdiode ist, sind beliebige der folgenden Merkmale vorteilhaft: Das heißt, die transparente Schicht besteht aus GaAsP, und die Totalreflexionsschicht besteht aus einem Material aus GaP, GaAsP und AlGaAs, von denen die Brechungsindices jeweils niedriger als derjenige der transparenten Schicht sind; die transparente Schicht besteht aus entweder GaN oder AlGalnN, und die Totalreflexionsschicht besteht aus AlGalnN, deren Brechungsindex niedriger als derjenige der transparenten Schicht ist; ein Schutzfilm ist auf Seitenflächen der transparenten Schicht gebildet; eine erste und eine zweite Elektrode sind auf den Ober- und Unterseiten des Substrates vorgesehen und die Leuchtdiode ist so angeordnet, daß die jeweiligen Oberflächen und zweiten Elektroden grob senkrecht zu Oberflächen einer ersten und zweiten Elektrode sind, die auf einer Ober- bzw. Unterseite der Leuchtdiode angeordnet sind, und die erste Elektrode der Leiterplatte ist elektrisch mit der ersten Elektrode der Leuchtdiode verbunden, und die zweite Elektrode der Leiterplatte ist elektrisch mit der zweiten Elektrode der Leuchtdiode verbunden.
  • Im folgenden wird der Betrieb der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung des Halbleiterlichtemitters, die das Prinzip der Erfindung zeigt. In der Figur wird angenommen, daß ein Brechungsindex eines Mediums 1 auf der Lichteinfallsseite den Wert 3,527 hat; der Brechungsindex der Totalreflexionsschicht 2 beträgt 3,189, was niedriger als der Brechungsindex des Mediums 1 ist; ein Brechungsindex eines Mediums 3 hat einen Wert im Bereich von 4,066 bis 0,276i, wobei i die imaginäre Einheit ist, und es wird weiterhin vorausgesetzt, daß der Einfallswinkel des Lichtes von dem Medium 1 durch das Medium 2 mit dem Winkel A ausgedrückt wird. Fig. 5 zeigt eine Änderung des Reflexionsvermögens R, berechnet abhängig von Änderungen der Dicke d der Reflexionsschicht 2 unter den Bedingungen von 50º und 66º für den obigen Winkel A. Es sei darauf hingewiesen, daß die Wellenlänge λ des Lichtes den Wert 0,564 um hat.
  • In der in Fig. 4 gezeigten Struktur hat ein kritischer Winkel Ac, bei dem der Einfallswinkel A Totalreflexion zeigt, einen Wert von 64,7º. Unter der Bedingung, daß der Einfallswinkel A 50º beträgt, was unter dem kritischen Winkel ist, wiederholt das Reflexionsvermögen R periodisch seinen Anstieg und Abfall, da die Schichtdikke d angehoben ist. Unter der Bedingung, daß der Einfallswinkel A den Wert 66º hat, was über dem kritischen Winkel ist, kann eine Voraussetzung für Totalreflexion erfüllt werden, so daß, falls die Schichtdicke d ausreichend groß im Vergleich mit der Wellenlänge λ ist, das Reflexionsvermögen R den Wert 100 % annehmen kann. Wenn dagegen die Schichtdicke d klein im Vergleich mit der Wellenlänge λ ist, ist das Reflexionsvermögen R so klein, daß es nicht 50 % überschreiten kann, wenn nicht die Schichtdicke d etwa 0,25 um beträgt, so daß das Reflexionsvermögen R von nahezu 100 % nicht erzielt werden kann, wenn nicht die Schichtdicke d mehr als etwa 1 um beträgt.
  • Dies bedeutet, daß, obwohl der Einfallswinkel A die Bedingung von A > Ac erfüllt, ein Ausströmen von Licht, das als "gedämpfte Welle" bezeichnet ist, in der Totalrefelxionsschicht vorliegt, so daß die Schichtdicke d hiervon größer als der Ausströmabstand sein muß, um ein ausreichendes Reflexionsvermögen zu erhalten.
  • Es wird nunmehr das Medium 2 als die Totalreflexionsschicht durch das Reflexionsvermögen von mehr als 50 % definiert. Obwohl, wie oben beschrieben ist, eine untere Grenze der Schichtdicke der Totalreflexionsschicht 0,25 um beträgt, ändert sie sich abhängig von der Wellenlänge. Bei Umsetzen der obigen Dicke in eine Strahlenganglänge (d.h., das Produkt des Brechungsindex und der Schichtdicke) entspricht die Länge dem 1,41-fachen (=3,189 x 0,25 um/0,564 um) der Wellenlänge, wodurch ein derartiger Wert unabhängig von der Wellenlänge anwendbar ist.
  • Diese untere Grenze in der Schichtdicke der Totalreflexionsschicht ist beträchtlich groß im Vergleich mit der Schichtdicke des niederen Brechungsindex in dem herkömmlichen Mehrschicht-Reflexionsfilm. Die Schichtdicke von λ/4n (n: Brechungsindex) ist gegeben als diejenige der Schicht mit dem niederen Brechungsindex in dem herkömmlichen Mehrschicht-Reflexionsfilm, die dem 0,25-fachen der Wellenlänge in der obigen Strahlenganglänge entspricht. Verglichen mit diesem Wert überschreitet die Strahlenganglänge der Totalreflexionsschicht um das 1,41-fache die Wellenlänge, so daß das Verhältnis dazwischen größer als wenigstens das 5,6- fache ist. Folglich ist zu verstehen, daß der Mehrschicht-Reflexionsfilm vollkommen verschieden von der Totalreflexionsschicht hinsichtlich des Betriebsprinzips ist, da der erstere die Bragg-Reflexion verwendet, während die letztere die Totalreflexion benutzt.
  • Nunmehr wird anhand der Fig. 4 ein Fall des Abstrahlens von Licht von einer Seitenfläche 4 des Halbleiterlichtemitters mittels der Totalreflexionsschicht untersucht. Es sei darauf hingewiesen, daß in dieser Untersuchung angenommen wird, daß die Seitenfläche 4 senkrecht zu der Totalreflexionsschicht 2 ist. Ein Einfallswinkel C auf die Seitenfläche 4, den das von dort abgestrahlte Licht zu erfüllen hat, liegt in einem Bereich von 0º < C < Cmax, wobei der kritische Winkel Cmax für die Totalreflexion des von dem Medium 1 zu dem Material 5 (Brechungsindex: 1,5, indem ein Harz angenommen wird) gestrahlten Lichtes 25,16º [= arc sin (1,5/ 3,527)] beträgt. Dabei wird die Beziehung zwischen den Winkeln C und A durch die Gleichung A = 90º - C ausgedrückt. Um somit ein hohes Reflexionsvermögen der Totalreflexionsschicht 2 für das von der Seitenfläche abgestrahlte Licht zu erhalten, sollte ein hohes Reflexionsvermögen unter dem Winkel A des Bereiches von Amin < A < 90º erhalten werden, wobei Amin = 90º - Cmax = 64,84º gilt. Dieser Winkel ist ungefähr gleich zu dem kritischen Winkel Ac (=64,7º) der Totalreflexion der Totalreflexionsschicht 2, wie dies oben erläutert ist.
  • Es ist daher zu verstehen, daß kein Bedarf für das Verwenden des Mehrschicht-Reflexionsfilmes besteht, der in herkömmlicher Weise eingesetzt wird, da die Totalreflexionsschicht 2 das meiste des von der Seitenfläche 4 abgestrahlten Lichtes reflektieren kann. Da tatsächlich der Winkel von dem Unterschied im Reflexionsvermögen zwischen dem Medium 1 und der Totalreflexionsschicht 2 stark abhängt, kann der Mehrschicht-Reflexionsfilm zusammen in Verbindung mit der benutzten Kombination des Mediums 1 und der Totalreflexionsschichten 2 verwendet werden. Es ist zu erwarten, daß der geeignete Mehrschicht-Reflexionsfilm, der zu kombinieren ist, ein solcher Film ist, der ein hohes Reflexionsvermögen gegenüber dem vertikal einfallenden Licht, das zu der Oberseite gestrahlt ist, neben den Schichten auiweist, die ein hohes Reflexionsvermögen gegenüber dem schräg einfallenden Licht haben, um so das Reflexionsvermögen zu dem zur Seitenfläche gestrahlten Licht sicherzustellen. Hinsichtlich des für die Totalreflexionsschicht verwendeten Materials ist es wünschenswert, daß nicht nur dessen Brechungindex kleiner ist als derjenige des Mediums auf der Einfallsseite, sondern auch eine Gitteranpassung darin erreicht werden kann. Unter Berücksichtigung dieser Punkte ist, wenn das Medium auf der Einfallsseite durch AlGaInP gegeben ist, insbesondere jedes der folgenden Materialien AlGaInP (wobei der Anteil von Al an der Legierungszusammensetzung größer ist als derjenige des Mediums auf der Elnfallsseite), AlInP, AlGaAs und AlAs geeignet.
  • Wenn in ähnlicher Weise das Medium auf der Einfallsseite durch AlGaAs gegeben ist, ist insbesondere für das Material jedes der folgenden Materialien AlGaInP, AlInP, AlGaAs (wobei der Anteil von Al an der Legierungszusammensetzung größer ist als derjenige des Mediums auf der Einfallsseite) und AlAs geeignet. Wenn weiterhin das Medium auf der Einfallsseite durch ZnSe oder ZnSSe gegeben ist, ist für das Material entweder ZnCdS oder ZnMgSSe geeignet. Wenn das Medium auf der Einfallsselte durch ZnMgSSe gegeben ist, ist ZnMgSSe, bei dem der Anteil von Mg oder S an der Legierungszusammensetzung größer als derjenige des Mediums auf der Einfallsseite ist, für das Material geeignet. Wenn weiterhin das Medium auf der Einfallsseite durch GaAsP gegeben ist, ist eines der Materialien GaP, GaAsP, wobei der Anteil von P an der Legierungszusammensetzung größer als derjenige des Mediums auf der Einfallsseite ist, und AlGaAs insbesondere für das Material geeignet. Wenn außerdem das Medium auf der Einfallsseite durch AlGalnN gegeben ist, ist AlGaInN, bei dem der Anteil von Al an der Legierungsverbindung größer als derjenige des Mediums auf der Einfallsseite oder bei dem der Anteil von in an der Legierungszusammensetzung kleiner ist als derjenige des Mediums, geeignet.
  • Obwohl die genauen Brechungsindices nicht für alle obigen Materialien bekannt sind, weist, was zu bemerken ist, ein Material mit großem Bandabstand im allgemeinen einen niedrigeren Brechungsindex auf. Insbesondere ist bei Elementen der Gruppe III der III-V-Gruppen-Halbleiter mit größerem Anteil des Elementes Ga eher als des Elementes in an der Zusammensetzung des Materials und außerdem mit einem Anteil des Elementes Al eher als des Elementes Ga an der Zusammensetzung der Brechungsindex hiervon umso kleiner. Auch ist bei Elementen der Gruppe V mit größerem Anteil des Elementes P an dem Material eher als des Elementes As und weiterhin mit einem Anteil des Elementes N eher als des Elementes P an der Zusammensetzung der Brechungsindex hiervon umso kleiner. In ähnlicher Weise erweist sich auch bei Elementen der Gruppe II der II-VI-Gruppen-Halbleiter mit größerem Anteil des Elementes Zn als des Elementes Zd an der Zusammensetzung des Materials und weiterhin mit einem Zusammensetzungsanteil des Elementes Mg anstelle des Elementes Cd der Brechungsindex hiervon als kleiner. Alternativ erweist sich bei Elementen der Gruppe VI mit größerem Anteil des Elementes Se anstelle des Elementes Te an der Zusammensetzung des Materials und weiterhin mit einem Anteil des Elementes S anstelle des Elementes Se an der Zusammensetzung der Brechungsindex hiervon als umso kleiner. In ähnlicher Weise zeigt sich auch bei Halbleitern der Gruppe VI, wie beispielsweise SiC, SiGe usw. mit größerem Anteil des Elementes Si an der Zusammensetzung des Materials anstelle des Elementes Ge und weiterhin mit einem Zusammensetzungsanteil des Elementes C anstelle des Elementes Si der Brechungsindex hiervon als umso kleiner.
  • Die oben erwähnten Totalreflexionsschichten sind für den Lichtemitter geeignet, der Licht von Seitenflächen hiervon abstrahlt. Fig. 6A zeigt eine schematische Darstellung für den Fall, daß Licht von der Oberseite abgestrahlt wird, während Fig. 6B eine schematische Darstellung für den Fall angibt, daß Licht von den Seitenflächen abgestrahlt wird. Unter dem Licht, das von einem Punkt P in Fig. 6A abgestrahlt wird, ist eine Komponente des von der Oberseite abgestrahlten Lichtes durch die Totalreflexion an der Oberseite eingeschränkt, um so lediglich einen kreisförmigen Bereich 6 einzunehmen. Der Anteil des Raumwinkels des Strahlungslichtes an dem gesamten Raumwinkel beträgt 5,1 %.
  • Andererseits wird, wie in Fig. 6B gezeigt ist, das von einem Punkt Q auf einer Mittelachse eines Zylinderkörpers emittierte Licht von einem Bereich 7 einer Seitenfläche des Zylinderkörpers längs zweier paralleler Oberflächen in dem Zylinderkörper abgestrahlt. Der Anteil des Raumwinkels des Strahlungslichtes an dem gesamten Raumwinkel beträgt 44,1 %. Auf diese Weise ist zu verstehen, daß der Raumwinkel des von der Seitenfläche abgestrahlten Lichtes erheblich größer ist als derjenige des Lichtes, das von der Oberseite abgestrahlt ist.
  • Um Licht von der Seitenfläche abzustrahlen, ist es jedoch notwendig, entweder einen transparenten Bereich ausreichend zu verdicken, oder das schräg auf ein Substrat einfallende Licht zu reflektieren, so daß der in einer Mitte des Körpers emittierte Lichtstrahl die Seitenfläche erreichen kann, ohne durch das Substrat absorbiert zu werden.
  • Wenn die oben erwähnte Totalreflexionsschicht verwendet wird, ist es möglich, den in einer Mitte des Körpers emittierten Lichtstrahl bis zu der Seitenfläche zu leiten, ohne übermäßig den transparenten Bereich zu verdicken. Wenn weiterhin die obige Totalreflexionsschicht nicht nur auf dem unteren Teil der emittierenden Schicht, sondern auch auf deren oberen Teil vorgesehen ist, ist es möglich, das Licht, das zu dem oberen Lauflaufen und in der Nähe der Elektrode absorbiert werden würde, zu der Seitenfläche zu leiten.
  • Es gibt einen Fall, daß das durch die Totalreflexionsschicht reflektierte Licht wieder in der lichtemittierenden Schicht absorbiert wird. Im Unterschied von einem Fall, in welchem das Licht in dem Substrat usw. absorbiert wird, kann eine derartige Erscheinung zum erneuten Emittieren beitragen. Wie oben erwähnt wurde, wird ein derartiger Effekt als Photonen-Recycleneffekt bezeichnet. Der Photonen- Recycleneffekt liegt in der Leuchtdiode und auch im Hauptleiterlaser vor. Insbesondere kann im Halbleiterlaser der Schwellenwertstrom für eine Oszillation reduziert werden.
  • Da das Licht von den Seitenflächen hauptsächlich auf diese Weise abgezogen werden kann, ist der Halbleiterlichtemitter gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere für eine derartige Anwendung geeignet, bei der erfindungsgemäße LED- Chips seitlich auf der Leiterplatte montiert sind. Da die Chips elektrisch mit der Leiterplatte ohne Drahtbonden verbunden sind, wird bei dieser Befestigungsform der Prozeß des Anschließens einfach, und die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung kann verbessert werden.
  • Da andererseits der erfindungsgemäße Halbleiterlichtemitter so aufgebaut ist, wie dies oben erläutert wurde, ist er auch für eine Anwendung als Halbleiterlaser geeignet. Fig. 7 zeigt ein schematisches Diagramm einer Anordnung des von der Oberseite oder der Seitenfläche des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Halbleiterlichtemittes abgestrahlten Lichtes. Anhand der Fig. 7 soll nunmehr die Tatsache erläutert werden, daß der stereographische Winkel, den das schräge Licht einnimmt, im Vergleich zu demjenigen des vertikalen Lichtes wesentlich größer ist. Der stereographische Winkel von 0 bis &theta;, der mit G nahe bei der vertikalen Richtung gezeigt ist, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
  • Die obige ungefähre Gleichung liegt vor, wenn der Winkel &theta; ausreichend kleiner als 1 ist.
  • Andererseits wird der strereographische Winkel &pi;/2 - &theta; bis &pi;/2, der mit H nahe bei de horizontalen Richtung gezeigt ist durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
  • Die obige ungefähre Gleichung liegt vor, wenn der Winkel &theta; ausreichend kleiner als 1 ist.
  • Im folgenden wird nunmehr angenommen, daß der Winkel &theta; kleiner als &pi;/2 ist. In einem derartigen Fall ist der Wert der zweiten Gleichung immer größer als derjeni ge der ersten Gleichung, und insbesondere wird die Differenz dazwischen bedeutsam, wenn der Winkel &theta; kleiner als list. Beispielsweise beträgt im Fall von &theta; mit 24º der mit G in Fig. 7 gezeigte stereographische Winkel, der nahe bei der vertikalen Richtung ist, 0,543, während der mit H gezeigte stereographische Winkel, der nahe bei der horizontalen Richtung ist, den Wert 2,556 hat. Es ist zu ersehen, daß der Winkel des letzteren Falles um das 4,7-fache größer als derjenige des ersten Falles ist. Auf diese Weise ist zu merken, daß der stereographische Winkel nahe bei der vertikalen Richtung größer als der stereographische Winkel nahe bei der horizontalen Richtung ist, wodurch die Totalreflexionsschicht mit einem hohen Reflexionsverhältnis gegenüber dem in der schrägen Richtung einfallenden Licht vorteilhaft ist.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß die Wirkung der erfindungsgemäßen Totalreflexionsschicht von der Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen der aktiven Schicht und der Überzugschicht verschieden ist. Ein normaler Wellenleiter des Halbleiterlasers leitet das Licht durch die Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen der aktiven Schicht und den Überzugschichten, um dadurch die Laserschwingungen zu erzielen. Dagegen ist die erfindungsgemäße Totalreflexionsschicht außerhalb der Überzugschicht angeordnet, um das Licht von der aktiven Schicht wieder zur aktiven Schicht zurückzuführen. Da die Totalreflexionsschicht in dem Bereich vorgesehen ist, den das Wellenleiterlicht nicht erreicht, ist es einfach, die Totalreflexionsschicht von der Überzugschicht zu unterscheiden.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung, die eine herkömmliche LED zeigt;
  • Fig. 2A ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel eines LED- Chips zeigt, der bei einem herkömmgichen lateralen oder seitlichen Befestigungs- bzw. Montageverfahren verwendet wird;
  • Fig. 2B ist eine Front-Schnittdarstellung des LED-Chips von Fig. 2A, auf dem das lateriale Befestigungsverfahren angewandt ist;
  • Fig 3A ist eine Schnittdarstellung, die einen herkömmlichen Halbleiterlaser zeigt;
  • Fig. 4 ist eine schematische Schnittdarstellung, die eine Beziehung zwischen einem Lichtstrahl, einer Seitenfläche und einer Reflexionsschicht zeigt, um den Betrieb der vorliegenden Erfindung zu erläutern;
  • Fig. 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Reflexionsvermögen R und der Dicke d der reflektierenden Schicht zeigt, um den Betrieb der vorliegenden Erfindung zu erläutern;
  • Fig. 6A ist eine schematische Darstellung, die einen stereographischen Winkel eines Lichtes zeigt, das von einer Oberseite eines Emitters abgestrahlt ist, um den Betrieb der vorliegenden Erfindung zu beschreiben;
  • Fig. 6B ist eine schematische Darstellung, die einen schematischen Winkel eines Lichtes zeigt, das von einer Seitenfläche des Emitters abgestrahlt ist, um den Betrieb der vorliegenden Erfindung zu erläutern;
  • Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, die das von der Oberseite oder der Seitenfläche des Emitters abgestralte Licht zeigt, um den Betrieb der vorliegenden Erfindung zu erläutern;
  • Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung einer AlGaInP-Typ-LED gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 9 ist eine Draufsicht, bei der die LED-Chips von Fig. 8 seitlich von einem Matrixmuster angebracht sind;
  • Fig. 10 ist eine Draufsicht einer LED des AlGaInP-Typs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 11 ist eine Schnittdarstellung der LED von Fig. 10;
  • Fig. 12 ist eine Schnittdarstellung, bei der die LED von Fig. 10 in ein Harz eingeformt ist;
  • Fig. 13 ist eine Schnittdarstellung einer GaAsP-Typ-LED gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 14 ist eine Schnittdarstellung einer ZnCdSe-Typ-LED gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 15 ist eine Schnittdarstellung einer AlGaInP-Typ-LED gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 16 ist eine Schnittdarstellung eines AlGaAs-Typ-Halbleiterlasers gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 17 ist eine Schnittdarstellung eines AlGaInP-Typ-Halbleiterlasers gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 18 ist eine Schnittdarstellung eines AlGaAs-Typ-Halbleiterlasers gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
  • Fig. 19 ist eine Schnittdarstellung eines ZnMgSSe-Typ-Halbleiterlasers gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Ausführungsbeispiele von Halbleiterlichtemittern gemäß der vorliegenden Erfindung werden nunmehr in Einzelheiten anhand der Zeichnungen beschrieben.
    • < Das erste Ausführungsbeispiel>
  • Fig. 8 zeigt eine Schnittdarstellung einer Leuchtdiode (LED) eines AlGaInP-Typs hiervon gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es sei darauf hingewiesen, daß in der folgenden Beschreibung jede in Klammern angegebene Ziffer die Dicke einer jeweiligen Schicht in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche eines Substrates angibt. Zusätzlich steht in der Beschreibung ein Ausdruck GaInP für Ga0,5In0,5P, eine Ausdruck AlInP steht für Al0,5In0,5P, und ein Ausdruck AlGaInP steht für (Al&gamma;Ga1-&gamma;)0,5In0,5P.
  • Die LED des AlGaInP-Typs von Fig. 8 wird wie folgt hergestellt. Durch das MOCVD-Verfahren werden eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 11 (0,5 um), eine n-Typ-Al0,5Ga0,5As-Zwischenbandabstandschicht 12 (0,2 um), eine n-Typ-AlAs- Totalreflexionsschicht 14 (1 um), eine n-Typ-AlGaInP-(y=0, 7)Überzugschicht 15 (25 um), eine undotierte AlGaInP-(y=0,5)Emitterschicht 16 (1 um), eine p-Typ- AlGaInP-(=0,7) Überzugschicht 17 (25 um), eine p-Typ-AlAs-Totalreflexionsschicht 18 (1 um), eine p-Typ Al0,5GaO,5As-Zwischenbandabstandschicht 20 (0,2 um) und eine p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 21(1 um) in dieser Reihenfolge auf einem n-Typ- GaAs-Substrat 10 gebildet, dessen Oberseite aus einer Ebene in (100)-Richtung besteht.
  • Sodann werden Elektroden 25 und 26 auf der Oberseite bzw. Unterseite der obigen Struktur gebildet, und sodann werden auf beiden Elektroden (nicht gezeigte) Lötmittel angebracht, wobei die Struktur in Chips in Intervallen von 140 um durch Schneiden unterteilt wird. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, sind die jeweiligen LED- Chips seitlich auf einer Leiterplatte 31, auf der vertikale Verdrahtungen C1, C2, C3 usw. und seitliche Verdrahtungen R1, R2, R3 usw. in einem Matrixmuster angebracht oder gedruckt sind, so befestigt, daß jede Elektrode 25 einer Vielzahl von Chips 30 mit der seitlichen Verdrahtung und jede Elektrode 26 hiervon mit der vertikalen oder senkrechten Verdrahtung verbunden ist. Danach wird eine Harz zum Schutz aufgetragen, um die gesamte Leiterplatte zu bedecken.
  • Die LED-Chips, die auf diese Weise mit einer hohen Dichte durch seitliches bzw. laterales Befestigen angebracht sind. sind geeignet für eine Verwendung für eine lineare oder Matrix-LED-Lichtquelle, eine LED-Anzeige, eine Licht-Zwischenverbindung, die LEDs verwendet, usw., da die meisten der Chips in einem schmalen Bereich angeordnet sind.
  • In der erfindungsgemäßen Leuchtdiode strahlen ein Lichtstrahl, der die Seitenfläche direkt von der Lichtemissionsschicht 16 erreicht, und Lichtstrahlen b, c, die an der Totalreflexionsschicht 14 oder 18 reflektiert werden, um die Seitenfläche zu erreichen, nach außen.
  • Im Gegensatz dazu, daß die typische LED des Standes der Technik in den Abmessungen 300 um im Quadrat beträgt, kann die vorliegende LED mit 140 um im Quadrat hergestellt werden, deren Abmessung im wesentlichen gleich ist zu einem Kissenbereich, der für Drahtbonden benötigt wird, da sie keine strahlende Oberfläche auf der Oberseite hiervon aufweist. Folglich wird die Anzahl von LEDs je Scheibe viermal so groß wie diejenige der herkömmlichen LED, wodurch die Produktivität dramatisch verbessert werden kann.
  • Die LED gemäß dem Ausführungsbeispiel emittiert bei 560 nm in der zentralen Wellenlänge und ihre Helligkeit ist etwa 1,7 mal so groß wie diejenige der herkömmlichen LED des Oberseiten-Strahlungstyps. Dies beruht darauf, daß der Anteil des Lichtes, das zu Seitenflächen in vorderer, rückwärtiger, linker und rechter Richtung strahlt, größer ist als der Anteil des Lichtes, das zu der Oberseite strahlt.
  • Hier kann das erste Ausführungsbeispiel wie folgt abgewandelt werden. Für die Totalreflexionsschichten 14, 18 kann ein Material aus AlGaAs, AlInP und AlGaInP anstelle von AlAs benutzt werden. Die Schichtdicke von jeder Totalreflexionsschicht von über 0,25 um ist anwendbar.
  • Die LED-Chips können elektrisch mit der Elektrodenverdrahtung durch ein leitendes Material neben dem Lot, wie beispielsweise eine Ag-Paste, leitendes Harz, usw. verbunden werden.
  • Obwohl die LED-Chips auf der Leiterplatte 31 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel montiert oder befestigt sind, können sie einem Spritzbonden mit einem gewöhnlichen schalenförmigen Fuß und einem folgenden Drahtbonden unterworfen werden. Dann können sie in ein Harz eingeformt werden.
  • Obwohl die Elektrode des LED-Chips auf der gesamten Oberfläche jeder Ober- und Unterseite hiervon bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, ist es nicht immer erforderlich, die Elektrode über der gesamten Oberfläche zu bilden.
  • Das heißt, ein Teil der Elektrode kann weggelassen werden, so daß das Licht teilweise von der Oberseite oder der Unterseite abgestrahlt werden kann. In einem derartigen Fall ist es vorzuziehen, auch die unter der wegzulassenden Elektrode gebildete Totalreflexionsschicht wegzulassen, so daß die Überzugschicht oder die Stromdiffusionsschicht, die als eine Art der Überzugschicht in einem weiteren Sinn angesehen wird, in direkten Kontakt mit der Außenseite (äußeres Harz, Luft, Vakuum, usw.) gebracht ist. Da dann eine Differenz im Brechungsindex dazwischen an der Grenzfläche erhöht wird, kann der Effekt der Totalreflexion verbessert werden.
  • Obwohl die Zwischenbandabstandschichten 12 und 20 eine Wirkung aufweisen, eine an dem Emitter liegende Spannung zu reduzieren, können sie durch andere Materialien, wie beispielsweise GaInP usw. ersetzt werden, deren jedes einen Bandabstand zwischen GaAs und AlAs hat. Weiterhin ist auch entweder eine gestufte Schicht, deren Zusammensetzung graduell verändert ist, oder eine Supergitterschicht ebenfalls für die Bandabstandschicht anwendbar.
  • Bei der Abwandlung kann das Substrat 10 gebildet werden, um ein p-Typ-Substrat und nicht vom n-Typ zu sein. Dann sollte jeder Leitungstyp aller in dem Chip enthaltenen Schichten entsprechend umgekehrt werden. Weiterhin ist die Ebenen-Richtung des Substrates 10 nicht auf die Ebene (100) in dem Ausführungsbeispiel begrenzt, und jede Ebene kann angewandt werden.
  • Obwohl das Material AuZn für die obere Elektrode 25 in dem obigen Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann hierfür die andere ohmsche p-Seiten-Elektrode benutzt werden. Obwohl weiterhin das Material AuGe für die untere oder Bodenelektrode 26 in dem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, kann hierfür eine andere ohmsche n-Seiten-Elektrode verwendet werden.
  • Obwohl schließlich die jeweiligen Halbleiterschichten 11 bis 21 durch das MOCVD-Verfahren vorgesehen sind, können sie durch eine MBE-(epitaktische Molekularstrahl-)Methode, eine Gasquellen-MBE-Methode, eine MOMBE-(metallorganische MBE-)Methode, eine CBE-(chemische Strahl-Expitaxie-)Methode usw. erzeugt werden.
    • < Das zweite Ausführungsbeispiel>
  • Fig. 10 zeigt eine Draufsicht einer LED gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, während Fig. 11 eine Schnittdarstellung hiervon darstellt.
  • Die Gestalt der Seiten des LED-Elementes in dem zweiten Ausführungsbeispiel ist nicht rechtwinklig quaderförmig, sondern so vorgesehen, daß eine konische Form mit abgetrenntem Spitzenteil hiervon vorliegt.
  • Die LED des zweiten Ausführungsbeispiels wird in der folgenden Weise hergestellt. Durch das MOCVD-Verfahren werden eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 51 (0,5 um), eine n-Typ-GaInP-Zwischenbandabstandschicht 52 (0,2 um), eine n-Typ-AlInP-Totalreflexionsschicht 54 (1 um), eine n-Typ-AlGaInP-(y = 0,7)Überzugschicht 55 (25 um), eine undotierte AlGaInP-(y = 0,5)Emissionsschicht 56 (1 um), eine p-Typ-Al-GaInP-(y=0,7)Überzugschicht 57 (25 um), eine p-Typ-AlInP-Totalreflexionsschicht 58 (1 um), eine p-Typ-GaInP-Zwischenbandabstandschicht 60 (0,2 um) und eine p- Typ-GaAs-Kontaktschicht 61 (1 um) in dieser Reihenfolge auf einem n-Typ-GaAs- Substrat 50 gebildet, dessen Oberseite aus einer Ebene in einer 100-Richtung besteht.
  • Sodann werden eine obere Elektrode 65 und eine untere Elektrode 66 in Dampf über der gesamten Oberseite bzw. Unterseite abgeschieden. Danach wird mittels eines Naßätzprozesses ein Resistmuster mit einem Durchmesser von 100 um auf der Oberseite 65 gebildet, und sodann werden die jeweiligen Schichten von der oberen Elektrode 65 bis zum Substrat 50 geätzt, um einen Graben mit einer Tiefe von 50 um zu bilden. Durch dieses Atzen werden leicht geneigte Seitenflächen 69 gebildet, und es wird eine Mesa-Struktur 68 mit einem Durchmesser von 100 um erhalten.
  • Danach werden SiO&sub2;-Schutzfilme auf den Seitenflächen 69 gebildet. Da zu dieser Zeit sich die Schutzfilme 67 bis hinauf zu der oberen Elektrode 65 erstrecken, wird, was zu bemerken ist, ein übermäßiges Ausstreuen der Schutzfilme 67 auf der oberen Elektrode 65 ausgeschlossen, indem ein Ätzen nach dem Bedecken der Seitenflächen 69 mit dem Resist vorgenommen wird.
  • Sodann wird die Struktur in Chips in Intervallen von 140 um durch Schneiden oder Zerlegen unterteilt. Sodann wird, wie in Fig. 12 gezeigt ist, nach Auftragen einer Ag-Paste auf einen Fuß 180 der Chip auf den Fuß 180 aufgelegt, so daß die Bodenelektrode 66 auf einer Unterseite des Chips angeordnet ist. Sodann wird die obere Elektrode 65 mit einer Leitung 182 durch einen Draht 183 verbunden, und anschließend wird der gesamte Fuß in ein Harz 184 eingeschlossen.
  • Das von der lichtemittierenden Schicht 56 ausgestrahlte Licht strahlt von jeder Seitenfläche direkt oder indirekt nach Reflexion durch die Totalreflexionsschichten 53, 54, 58 und 59 ab, wie dies durch Strahlen g und h in Fig. 11 veranschaulicht ist. Wie durch Strichlinien in Fig. 12 gezeigt ist, werden diese Strahlen durch die Seitenflächen des Fußes 180 reflektiert, um so von der vorderen Oberseite des Harzes 184 abgestrahlt zu werden.
  • Es gibt drei Gründe, warum die Mesa-Konfiguration 68 vor einem Schneiden vorgesehen ist. Zunächst kann die äußere Strahlungswirksamkeit durch deren konische Gestalt im Vergleich zu derjenigen einer quadratischen Säule gesteigert werden. Zweitens wird keine Beschädigung aufgrund des Schneidens auf den Seitenflächen verursacht, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird. Drittens können Schutzfilme 67 gebildet werden.
  • Die Mesa-Konfiguration 68 kann außer ihrer konischen Gestalt jede Form annehmen, wie beispielsweise eine oktogonale Pyramide, eine hexagonale Pyramide, eine quadratische Pyramide, eine dreieckige Pyramide, usw. Bei dieser Konfiguration sind die Seitenflächen leicht gegen das Substrat 50 geneigt; dennoch können die Seitenflächen 69 vertikal bzw. senkrecht gebildet werden. Obwohl in dem oben be schriebenen Prozeß das Ätzen zum Bilden der Mesa-Konfiguration 68 ausgeführt wird, nachdem die obere Elektrode 65 und die untere Elektrode 66 gebildet sind, kann es zuvor vorgenommen werden. Weiterhin kann das Ätzverfahren ein RIBE- (reaktives Ionenstrahlätz-)Verfahren sein.
  • Die Schutzfilme 67 dienen dazu, ein Streuen der Elektrizität von den Seitenflächen zu verhindern und ein Verschlechtern des die LED bildenden Halbleiterkristalles zu vermeiden. Wenn jedoch ein Produkt aus der Schichtdicke und dem Brechungsindex auf 1/4 der Emissionswellenlänge eingestellt ist, können die Filme auch als Filme zum Verhindern der Reflexion dienen, so daß die Lichtstrahlungswirksamkeit verbessert werden kann.
  • Neben dem Material SiO&sub2; kann der Schutzfilm 67 aus einem dielektrischen Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, usw. hergestellt sein. Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens gibt es eine Vakuum-Verdampfungsmethode, eine Sputter- bzw. Zerstäubungsmethode usw. Weiterhin sind AlGaAs, AlGaInP und andere Halbleiterfilme für den Schutzfilm 67 anwendbar. Es ist darauf zu verweisen, daß in diesem Fall vorzugsweise die Erzeugung des Halbleiterfilmes ausgeführt wird, bevor die obere Elektrode 65 und die untere Elektrode 66 gebildet werden. Das Harz kann für den Film 67 vorgesehen werden.
  • Der LED-Chip gemäß dem Ausführungsbeispiel ist in gleicher Weise für ein seitliches Befestigen geeignet, wie derjenige in dem ersten Ausführungsbeispiel, da die Schutzfilme 67 insbesondere auf den Seitenflächen 69 vorgesehen sind.
  • Hinsichtlich anderer Bestandteile des Chips sind Abwandlungen, die ähnlich zu den beim ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Abwandlungen sind, anwendbar.
    • < Das dritte Ausführungsbeispiel>
  • Fig. 13 zeigt eine Schnittdarstellung einer GaAsP-Typ-LED gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es sei darauf hingewiesen, daß in diesem Ausführungsbeispiel ein Ausdruck GaAsP für GaAs1-xPx steht.
  • Die LED im dritten Ausführungsbeispiel wird wie folgt hergestellt. Durch ein LPE- Verfahren werden eine abgestufte Pufferschicht 81 (25 um) aus n-Typ-GaAsP (wobei sich x graduell von 1 bis 0,65 verändert), eine Schicht 82 (50 um) aus n-Typ- GaAsP (x = 0,65), eine Schicht 83 (20 um) aus n-Typ-GaAsP:N (x = 0,65) und eine undotierte Totalreflexionsschicht 85 (5 um) aus GaP nacheinander auf einem n- Typ-GaP-Substrat 80 gebildet, dessen Oberseite aus einer (111)-B-Richtungsebene besteht.
  • Sodann werden eine Leuchtdiodenscheibe und das Element Zn in ein Quartzrohr gebracht und anschließend auf 700 ºC erwärmt, wodurch das Element Zn von den Oberflächen ausdiffundiert, so daß die undotierte GaP-Totalreflexionsschicht 85 und ein oberer Teil der n-Typ-GaAsP:N-Schicht 83 in p-Typen mit einer p-Typ- GaP-Totalreflexionsschicht 85 bzw. einer p-GaAsP:N-Schicht 84 umgewandelt werden. Das Licht emittiert in der Nähe des pn-Überganges, der an der Grenze zwischen den Schichten 83 und 84 gebildet ist. Obwohl bei diesem Verfahren die Bodenfläche des n-Typ-GaP-Substrates 80 in eine p-Typ-Fläche umgewandelt ist, wird dieser umgewandelte Teil durch Schleifen ausgeschlossen.
  • Danach werden eine obere Elektrode 95 und eine untere Elektrode 96 durch Verdampfung auf der Oberseite bzw. Unterseite aufgetragen. Sodann wird die Struktur in Chips in Intervallen von 250 um durch Schneiden oder Sägen geteilt, und die jeweiligen LED-Chips werden seitlich in der gleichen Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel montiert bzw. befestigt.
  • Eine Stricklinie k in Fig. 13 zeigt einen Zustand, bei dem Licht, das von der pn- Übergangsemissionsfläche abgestrahlt und danach durch die Totalreflexionsschicht 84 reflektiert wurde, von der Seitenfläche abgezogen wird. Da das Licht, das in der oberen Elektrode 95 in dem herkömmlichen Emitter absorbiert wurde, nach außen durch die Totalreflexionsschicht 85 abgeführt werden kann, kann eine hohe äußere Strahlungswirksamkeit für die LED vorgesehen werden.
  • Im Prinzip ist die Zusammensetzung des GaP-Substrates 80 identisch zu derjenigen der Totalreflexionsschicht 85, wodurch die Effekte des ersteren ähnlich zu denjenigen der letzteren sind. Die Totalreflexionsschicht der vorliegenden Erfindung ist ein Dünnfilm für Totalreflexion, der absichtlich vor dem Absorptionsbereich von dem Emissionsbereich aus gesehen angeordnet ist, und demgemäß ist ein derartiges Konzept beim Stand der Technik nicht offenbart.
  • Da die Verbindung GaP verschieden von der Verbindung GaAsP hinsichtlich der Gitterkonstanten ist, sei in dem Ausführungsbeispiel darauf hingewiesen, daß eine Ausdehnung von Gitterdefekten aufgrund der Gitterfehlanpassung bis zu dem Lichtemissionsbereich bei Aufwachsen des GaAsP auf dem GaP-Substrat vermieden wird, indem die abgestufte GaAsP-Pufferschicht vorgesehen wird, deren Zusammensetzung sich graduell verändert. Da andererseits die Totalreflexionsschicht aus GaP auf dem GaAsP aufwächst, nachdem einmal die Lichtemissionsschicht gebildet wurde, kann sich der Gitterdefekt kaum bis zu der Lichtemissionsschicht ausdehnen, selbst wenn die abgestufte Pufferschicht weggelassen wird. Obwohl eine abgestufte Pufferschicht unter der Totalreflexionsschicht bei dem Ausführungsbeispiel ausgeschlossen ist, kann sie unter diesem Gesichtspunkt dazwischen eingefügt werden.
  • Obwohl weiterhin das GaAsP auf dem GaP-Substrat in dem Ausführungsbeispiel aufwächst, kann das GaAsP auf ein GaAs-Substrat aufwachsen. Es sei darauf hingewiesen, daß allgemein das GaP-Substrat für eine gelbe, orange oder rote LED im GaAsP-Typ verwendet wird und daß das GaAs-Substrat für eine rote oder infrarote LED im GaAsP-Typ benutzt wird.
  • Obwohl GaP mit einem Brechungsindex, der kleiner ist als derjenige von AlGaAs, als ein Material für die Totalreflexionsschicht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann hierfür AlGaAs herangezogen werden.
  • Hinsichtlich anderer Bestandteile des Chips sind Abwandlungen anwendbar, die ähnlich zu denjenigen sind, die in den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben sind.
    • < Das vierte Ausführungsbeispiel>
  • Fig. 14 zeigt eine Schnittdarstellung einer ZnCdSe-Typ-LED gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Ausdruck ZnCdSe für Zn1-xCdxSe herangezogen, während ein Ausdruck ZnCdS für Zn1-xCdxS und ein Ausdruck ZnMgSSe für Zn1- xMgxSySe1-y stehen.
  • Die LED des vierten Ausführungsbeispiels wird wie folgt hergestellt. Durch das MBE-Verfahren werden eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 101 (0,5 um), eine erste Zwischenbandabstandschicht 102 (0,2 um) aus n-Typ-Al0,5Ga0,5As, eine zweite Zwischenbandabstandschicht 103 (0,2 um) aus n-Typ-AlAs, eine n-Typ ZnCdS-Reflexionsschicht 104 (1 um), eine n-Typ-ZnSSe-Überzugschicht 105 (20 um), eine beanspruchte Quantenwannenemissionsschicht 106 (0,01 um) aus undotiertern Zn1-xCdxSe (x = 0,2), eine p-Typ-ZnSSe-Überzugschicht 107 (20 um), eine p-Typ- ZnCdS-Reflexionsschicht 108 (1 um), eine zweite Zwischenbandabstandschicht 109 (0,2 um) aus P-Typ AlAs, eine erste Zwischenbandabstandschicht (0,2 um) aus p-Typ-Al0,5Ga0,5As und eine p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 111 (1 um) nacheinander auf einem n-Typ GaAs-Substrat 100 gebildet, und danach werden eine obere Elektrode 115 und eine untere Elekrode 116 hergestellt.
  • Sodann wird die Struktur in eine Vielzahl von Chips mit 140 um im Quadrat durch Schneiden oder Sägen geteilt, und sodann werden die Prozesse des Fuß- Bondens, Draht-Bondens und anschließend mit Harz Verschließens nacheinander ausgeführt, so daß die Chips seitlich in der gleichen Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel angebracht bzw. montiert sind.
  • Strichlinien i und j in Fig. 14 zeigen Beispiele von Strahlen, die von den Seitenflächen ausgestrahlt sind, nachdem sie in der lichtemittierenden bzw. Lichtemissionsschicht emittiert wurden.
  • Der LED-Emitter dieses Ausführungsbeispiels kann blaues Licht mit einer Wellenlänge von 492 nm ausstrahlen, welches notwendig für eine Vollfarbenanzeige ist. Die Helligkeit des Lichtes ist 2,2-fach so stark wie diejenige des herkömmlichen LED-Emitters, der von der Oberseite ausstrahlt, ohne eine Reflexionsschicht zu verwenden, die eine Totalreflexionseigenschaft hat.
  • Unter Ausnutzung der Eigenschaft, daß ein Brechungsindex von ZnCdS, der die Reflexionsschichten 104 und 108 bildet, kleiner ist als derjenige von ZnSSe, der die Überzugschichten 105 und 107 bildet, wird ZnCdS für die Reflexionsschichten in dem Ausführungsbeispiel herangezogen. Es sei darauf hingewiesen, daß das Legierungszusammensetzungsverhältnis von ZnCdS zu ZnSSe so eingestellt wird, daß eine Gitteranpassung mit dem GaAs-Substrat 100 vorliegt.
  • Hinsichtlich dieses vierten Ausführungsbeispiels ist eine Vielzahl von Abwandlungen anwendbar, wie dies unten erläutert ist.
  • Das hetßt, ZnCdSSe und ZnMgSSe anstelle von ZnCdS sind für die Reflexionsschicht 108 anwendbar.
  • Für die Überzugschichten 105, 107, deren jede ein Medium ist, das auf einer Einfallseite für die Totalreflexionsschicht angeordnet ist, können ZnSe oder ZnMgSSe anstelle von ZnSSe verwendet werden. Wenn nebenbei ZnMgSSe für die Überzugschichten 105, 107 benutzt wird, ist es wünschenswert, das auch die gleiche Zusammensetzung von ZnMgSSe für die Totalreflexionsschicht herangezogen wird, und daß außerdem der Zusammensetzungsanteil von Mg oder S so eingestellt ist, daß er größer ist als derjenige der Überzugschichten.
  • Weiterhin kann die LED gebildet werden, um die Mesa-Konfiguration zu haben, wie dies im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
  • Obwohl die Lichtemissionsschicht 106 aus ZnCdSe (x = 0,2) in dem Ausführungsbeispiel hergestellt ist, ist der Wert von x hierin nicht einschränkend. Beispielsweise kann die Lichtemissionsschicht aus ZnSe gebildet sein, was auf einem Wert von 0 für x beruht. Weiterhin kann die Lichtemissionsschicht eine Mehrfachquantenwanne sein, wie beispielsweise ZnSe/ZnCdSe. Die ZnSSe-Überzugschichten 105, 107 des Ausführungsbeispiels können jeweils aus beanspruchten Supergitterschichten aus ZnS/ZnSe bestehen.
  • Obwohl die jeweiligen Halblelterschichten 101 - 111 durch das MBE-(Molekularstrahl-Epitaxle-)Verfahren vorgesehen sind, können sie durch das MOCVD-Verfahren, das MOMBE-Verfahren, das Gasquellen-MBE-Verfahren, das CBE-(chemische Strahlepitaxie-)Verfahren usw. gebildet werden.
  • Hinsichtlich der Elemente für die jeweiligen Halblelterschichten 104 - 108 sind Halbleiter der Gruppen II-VI mit den Elementen Cd, Zn, Mg usw. für das Element der Gruppe II und den Elementen Te, Se, S usw. für das Element der Gruppe VI anwendbar.
    • < Das fünfte Ausführungsbeispiel>
  • Fig. 15 zeigt eine Schnittdarstellung einer AlGaInN-Typ-LED gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Eine AlN-Pufferschicht 301, eine n-Typ-GaN-Überzugschicht 302, eine n-Typ- GaInN-Lichtemissionsschicht 303, eine p-Typ-GaN-Überzugschicht 304 und eine p-Typ AlGaN-Totalreflexionsschicht 305 werden auf einem Saphirsubstrat nacheinander durch das MOCVD-Verfahren gebildet. Sodann wird ein Teil des Emitters geätzt, um die n-Typ-GaN-Überzugschicht 302 freizulegen. Eine p-Seiten-Au-Elektrode 306 wird auf der p-Typ-AlGaN-Totalreflexlonsschicht 305 gebildet, und in ähnlicher Weise wird eine n-Selten-Al-Elektrode 307 auf der durch Ätzen freigelegten n-Typ-GaN-Überzugschicht 302 erzeugt. Danach wird die Struktur in eine Vielzahl von Chips mit 250 um im Quadrat durch Schneiden oder Sägen geteilt, und anschließend werden Prozesse des Befestigens an dem Fuß, des Draht-Bondens an der p-Seiten-Elektrode und der n-Seiten-Elektrode und des Einschließens mit dem Harz nacheinander ausgeführt. In einem derartigen Fall besteht ein Problem, daß der Strom nicht ausreichend in die p-Typ-GaN-Überzugschicht diffundiert, da es schwierig ist, einen Wlderstandswert der p-Typ-GaN-Schicht in der herkömmlichen Struktur zu reduzieren. Wenn die Stromdiffusion unzureichend ist, wird die Lichtemission hauptsächlich unter der p-Seiten-Elektrode ausgeführt. Folglich wird eine zur p-Selten-Elektrode laufende Lichtkomponente durch die Elektrode selbst absorbiert, so daß das Licht nicht wirksam verwendet werden kann, während eine zu dem Saphlrsubstrat führende Komponente wirksam zu verwenden ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann jedoch die in der p-Seiten-Elektrode absorbierte Lichtkomponente scharf reduziert werden, da die p-Typ- Totalreflexionsschicht 305 unter der p-Selten-Elektrode angeordnet ist. Daher ist es beispielsweise möglich, den in Fig. 15 gezeigten Strahl t zu den Seitenflächen der LED zu leiten.
  • Es seit darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung auf eine Vielzahl von Leuchtdioden mit Materialien und Strukturen neben den in den vorangehenden Ausführungsbeispielen gezeigten Materialien und Strukturen anwendbar ist.
    • < Das sechste Ausführungsbeispiel>
  • Fig. 16 zeigt eine Schnittdarstellung eines Halbleiterlasers von einem AlGaInP-Typ hiervon gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es sei darauf hingewiesen, daß in den folgenden Bechreibungen jede Ziffer in Klammern eine Dicke jeder Schicht in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche eines Substrates hiervon bedeutet. Außerdem steht ein Ausdruck GaInP für Ga0,5In0,5P, ein Ausdruck AlInP steht für A10,5In0,5P, und ein Ausdruck AlGaInP steht für (Al&gamma;Gal-&gamma;)0,5In0,5P.
  • Der AlGaInP-Typ des Halblelterlasers in Fig. 16 wird wie folgt hergestellt. Durch das MOCVD-Verfahren werden eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 411 (0,5 um) eine n-Typ-Al0,5Ga0,5As-Zwischenbandabstandschicht 412 (0,2 um), eine n-Typ-AlAs- Totalreflexlonsschicht 414 (1 um), eine Überzugschicht 415 (2 um) aus n-Typ-Al-GaInP (y = 0,7), eine beanspruchte aktive Schicht 416 (20 nm) aus undotiertem Ga0,62In0,38P, eine p-Typ-MQB-(Mehrfachquantenbarriere-)Schicht 417, eine Überzugschicht 418 (2 um) aus p-Typ-AlGaInP (y = 07), eine p-Typ-AlAs-Totalreflexions schicht 421 (1 um), eine p-Typ-Al0,5Ga0,5As-Zwischenbandabstandschicht 422 (0,2 um) und eine p-Typ-GaAs-Kontaktschieht 423 (1 um) nacheinander auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 410 gebildet, dessen Oberseite aus einer Ebene in (100)-Richtung besteht.
  • Dann wird ein Isolierfilm 424 auf einer Oberseite der geschichteten oder laminierten Struktur gebildet, und eine Öffnung 429 mit einer Breite von 100 um wird durch Ätzen erzeugt. Nach Bilden einer Elektrode 425 auf der Oberseite bzw. der anderen Elektrode 426 auf der Unterseite wird die Struktur in Laserstäbe mit einer Länge von 500 um gespalten.
  • Sodann wird ein (nicht gezeigter) Film (Al&sub2;O&sub3;) 427 von niedriger Reflexion auf einer vorderen gespaltenen Oberfläche gebildet und ein (nicht gezeigter) Film (Al&sub2;O&sub3;/Si/Al&sub2;O&sub3;/SiAl&sub2;O&sub3;) 428 wird auf einer rückwärtigen gespaltenen Oberfläche hergestellt. Weiterhin werden die Laserstäbe in eine Vielzahl von Chips unterteilt, und sodann wird das Draht-Bonden nach Befestigen von diesen auf dem Fuß ausgeführt. Schließlich wird der Chip hermetisch in ein Lasergehäuse eingeschlossen.
  • Der Halblelterlaser dieses Ausführungsbeispiels schwingt mit einer mittleren Wellenlänge von 630 nm. Weiterhin ist der Schwellenwertstrom des Halbleiterlasers etwa auf 1,2-fache von demjenigen eines Halbleiterlasers reduziert, der keine Totalreflexionsschicht hat, da spontanes Emissionslicht, das schräg von der aktiven Schicht 416 zu der Totalreflexionsschicht 414 oder 421 verläuft, reflektiert wird, um zu der aktiven Schicht zurückzukehren.
  • Auch beim sechsten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Abwandlungen anwendbar, wie dies unten beschrieben wird.
  • AlGaAs, AlInP oder AlGaInP anstelle der eingesetzten Verbindung AlAs können für die Reflexlonsschichten 414 und 421 verwendet werden. Jede der Totalreflexionsschichten kann eine Schichtdicke von über 0,29 um haben (= das 1,41-fache von 0,63 m/3,11; wobei der Wert "3,11" der Brechungsindex von AlAs bei einer Wellenlänge von 0,63 um ist).
  • Obwohl die aktive Schicht 416 als eine Zugspannungstyp-Quantenwannenschicht aufgebaut ist, kann sie irgendeine Schicht aus einer Kompressionsspannungstyp- Quantenwannenschicht, einer Quantenwannenschicht des Typs ohne Spannung bzw. Beanspruchung und eine Mehrfachquantenwannenschicht sein. Weiterhin kann die aktive Schicht, obwohl diese nicht das Element Al in dem obigen Ausführungsbeispiel aufweist, dieses in einer anderen Form enthalten.
  • Obwohl die MQB-Schicht 417, die eine Supergitterschicht ist, welche 10 Paare aus der Verblndungs-GaInP-Schicht und der Verbindungs-AlGaInP-Schicht (y = 0,7) aufweist, vorgesehen ist, um ein Überströmen von Elektronen aus der aktiven Schicht zu der p-Überzugschicht 418 zu reduzieren, ist die Schicht nicht immer für den vorliegenden Laser notwendig.
  • Zwischen der aktiven Schicht 416 und der Überzugschicht 415 oder zwischen der aktiven Schicht 416 und der MQB-Schicht 417 kann eine Lichtleitschicht vorgesehen werden, die einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als derjenige der aktiven Schicht und größer als derjenige der Überzugschicht ist.
  • Obwohl jede der Zwischenbandabstandschichten 412 und 422 eine Auswirkung zum Reduzieren der an dem Laser anliegenden Spannung hat, sind diese Schichten nicht immer erforderlich und können alternativ durch ein anderes Material (beispielsweise GaInP usw.) mit einem Bandabstand zwischen GaAs und AlAs ersetzt werden. Wiederum kann es entweder eine abgestufte Schicht einer graduell veränderten Zusammensetzung oder eine Supergitterschicht sein.
  • In einer Abwandlung kann das Substrat 410 vom p-Leitfählgkeitstyp und nicht vom n-Typ gebildet werden. In einem derartigen Fall sollte der Leltungstyp aller Schichten umgekehrt werden. Weiterhin ist die Ebenenrichtung des Substrates 410 nicht auf die Ebene von (100) des Ausführungsbeispiels begrenzt, so daß jede Richtung anwendbar ist.
  • Die obere Elektrode 425 kann durch die andere ohmsche p-Seitenelektrode neben der AuZn-Elektrode gebildet werden. In ähnlicher Weise kann die untere bzw. Bodenelektrode 426 durch andere ohmsche n-Seitenelektroden neben der AuGe-Elektrode gebildet werden.
  • Obwohl die jeweiligen Halbleiterschichten 411 bis 423 durch das MOCVD-Verfahren in dem Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, können sie durch das MBE-Verfahren, das Gasquellen-MBE-Verfahren, das MOMBE-Verfahren, das CBE- (chemische Strahl-Epitaxle-)Verfahren usw. hergestellt werden.
    • < Das siebente Ausführungsbelspiel>
  • Fig. 17 zeigt eine Schnlttdarstellung eines Halbleiterlasers gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es sei darauf hingewiesen, daß infolge der Ähnlichkeit zu dem sechsten Ausführungsbeispiel die Verbindungen, die zu denjenigen im sechsten Ausführungsbeispiel identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen werden.
  • Ein AlGaInP-Typ des Halbleiterlasers in Fig. 17 wird wie folgt hergestellt. Durch das MOCVD-Verfahren werden eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 411 (0,5 um), eine n-Typ-Al0,5Ga0,5As-Zwischenbandabstandschicht 412 (0,2 um), eine n-Typ AlAs- Totalreflexionsschicht 414 (1 um), eine Überzugschicht 415 (2 um) eines n-TypAl-GaInP (y = 0,7), eine beanspruchte aktive Schicht 416 (20 nm) aus undotiertem Ga0,62In0,38P, eine p-Typ-MQB-Schicht 417 (MQB = Mehrfachquantenbarriere), eine erste Überzugschicht 418 (2 um) aus p-Typ-AlGaInP (y = 0,7), eine p-Typ- GaInP-Ätzstoppschicht 419 (8 nm), eine zweite Überzugschicht 420 (0,2 um) aus p-Typ-AlGaInP (y = 0,7), eine p-Typ-AlAs-Totalreflexionsschicht 421 (1 um), eine p-Typ-Al0,5Ga0,5As-Zwischenabstandschicht 422 (0,2 um) und eine p-Typ-GaAs- Kontaktschicht 423 (1 um) der Reihe nach auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 410 erzeugt, dessen Oberseite aus einer Ebene in (100)-Richtung besteht.
  • Sodann wird nach Herstellen des Isolierfilmes 424 (in der Figur nicht gezeigt) mit einer Breite von 4 um auf der Oberseite der geschichteten Struktur und anschließend mittels des Filmes als Maske ein Rippen- oder Rückenstreifen 414 durch Abätzen bis zu dieser Seite der Ätzstoppschicht 419 gebildet. Als nächstes wird eine n-Typ-GaAs-Schicht 430 durch das MOCVD-Verfahren hergestellt.
  • Sodann wird nach Ausschließen des Isolierfilmes 424 eine p-Typ-GaAs-Schicht 432 hergestellt. Weiterhin wird nach Herstellen der Elektrode 425 auf der Oberseite bzw. der anderen Elektrode 426 auf der unteren bzw. Bodenseite die Struktur in Laserstäbe mit einer Länge von 500 um gespalten.
  • Als nächstes wird ein (nicht gezeigter) Film 427 mit niederiger Reflexion auf einer vorderen gespaltenen Oberfläche gebildet, und der (nicht gezeigte) Film 428 mit hoher Reflexion wird auf einer gespaltenen Rückfläche erzeugt. Weiterhin werden die Laserstäbe in eine Vielzahl von Chips unterteilt, und sodann wird das Drahtbonden nach Befestigung an dem Fuß durchgeführt. Danach ist der Chip hermetisch in das Lasergehäuse eingeschlossen.
  • Im Unterschied zum sechsten Ausführungsbeispiel umfaßt der Halbleiterlaser gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Streifenwellenleiterstruktur, um einen einzigen Transversalmodus schwingen zu lasesn. Obwohl das maximal abgegebene Licht des Schwingungslasers im einzigen transversalen Modus kleiner ist als das eines Lasers mit breitem Bereich oder Anordnungstyp, wie im sechsten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, ist die Gestalt des Lichtstrahles so gut, daß es möglich ist, einen Fleckdurchmesser bis zu einer Brechungsgrenze des Lichtes zu fokussieren, wodurch es für eine optische Platte usw. geeignet ist.
  • Der Halbleiterlaser dieses Ausführungsbeispiels schwingt mit einer zentralen Wellenlänge von 630 nm. Weiterhin ist der Schwellenwertstrom des Halbleiterlasers auf etwa das 2/3-fache von demjenigen eines Halbleiterlasers zu reduzieren, der keine Totalreflexionsschicht aufweist, da spontan abgestrahltes Licht, das schräg von der aktiven Schicht 416 zu der Totalreflexionsschicht 414 oder 421 verläuft, reflektiert wird, um zu der aktiven Schicht zurückzukehren. Die Ursache, warum das Verringerungsverhältnis des Schwellenwertstromes im Vergleich mit demjenigen des sechsten Ausführungsbeispiels klein ist, liegt darin, daß ein Teil des total reflektierten Lichtes zur Außenseite der Streifen 440 zurückgeführt wird, wodurch es unwirksam wird.
  • Selbstverständlich sind Abwandlungen, die ähnlich denjenigen des sechsten Ausführungsbeispiels sind, bei diesem Ausführungsbeispiel anwendbar.
    • < Das achte Ausführungsbeispiel>
  • Fig. 18 zeigt eine Schnittdarstellung eines Halbleiterlasers gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Durch das MBE-Verfahren werden eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 211 (0,5 um), eine n-Typ-Al0,5Ga0,5As-Zwischenbandabstandschicht 212 (0,2 um), eine n-Typ- AlAs-Totalreflexionsschicht 214 (1 um), eine n-Typ-Al0,5Ga0,5As-Überzugschicht 215 (2 um), eine aktive Schicht 216 (0,05 um) aus undotiertem Al0,08GaO,92As, eine p-Typ-A10,5Ga0,5As-Überzugschicht 217 (2 um), eine p-Typ-AlAs-Totalreflexionsschicht 218 (1 um), eine Zwischenbandabstandschicht 220 (0,2 um) aus p-Typ-Al0,5Ga0,5As und eine p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 221 (1 um) nacheinander auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 210 gebildet, dessen Oberseite aus einer Ebene in einer (111)-B-Richtung besteht.
  • Sodann wird nach Auftragen eines Si&sub3;N&sub4;-Filmes 222 auf die Oberfläche eine Streifenöffnung 223 mit einer Breite von 100 um und einer Teilung von 200 um darauf gebildet.
  • Sodann werden eine obere Elektrode 225 bzw. eine untere Elektrode 226 zur Verdampfung auf der gesamten Oberseite bzw. Unterseite der obigen Struktur erzeugt. Danach wird die Struktur in Intervallen von 400 um in Laserstäbe gespalten. Sodann wird ein Film mit niedriger Reflexion auf einer vorderen gespaltenen Oberfläche des Stabes gebildet und ein Film mit hoher Reflexion wird auf einer rückwärtigen gespaltenen Oberfläche erzeugt. Weiterhin wird der Stab in eine Vielzahl von Chips in Intervallen von 200 um geteilt, und sodann wird nach einem Fuß-Bonden von jedem Chip auf den Fuß das Draht-Bonden ausgeführt. Anschließend wird der Chip hermetisch eingeschlossen, wodurch der Halbleiterlaser fertiggestellt werden kann.
  • Es hat sich gezeigt, daß der Halbleiterlaser des Ausführungsbeispiels einen Schwellenwertstrom von etwa einer Hälfte von demjenigen eines Halbleiterlasers mit keiner Totalreflexionsschicht aufweist. Weiterhin weist die Wirksamkeit einer Schwingungssteigung etwa 1.OW/A unabhängig von dem Vorhandensein der Totalreflexionsschicht auf.
  • Die Ursache, warum GaAs einer (111)-B-Ebene verwendet wird, liegt darin, daß die Ebene einen niedrigeren Schwellenwertstrom als denjenigen eines Substrates mit einer Ebene (100) liefern kann. Es sei jedoch darauf verwiesen, daß die Art des Substrates nicht auf diejenige des Ausführungsbeispiels begrenzt ist.
    • < Das neunte Ausführungsbeispiel>
  • Fig. 19 zeigt eine Schnittdarstellung eines Halbleiterlasers gemäß dem neuen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Es sei darauf hingewiesen, daß ein Ausdruck ZnCdSe für Zn1-xCdxSe verwendet wird, während ein Ausdruck ZnSSe für ZnSySe1-y und ein Ausdruck ZnMgSSe für Zn1-xMgxSyse1-y steht.
  • Durch das MBE-Verfahren werden eine n-Typo-GaAs-Pufferschicht 151 (0,5 um), eine n-Typ ZnSSe-Pufferschicht 152 (0,2 um), eine n-Typ ZnMgSSe-Totalreflexionsschicht 153 (1 um), eine n-Typ-ZnMgSSe-Überzugschicht 154 (1 um), eine n-Typ- ZnSSe-Lichtleitschicht 155 (0,1 um), eine beanspruchte Quantenwannen-Aktivschicht 156 (0,01 um) aus undotiertern Zn1-xCdxSe (x = 0,2), eine p-Typ ZnSSe- Lichtleitschicht 157 (0,1 um) eine p-Typ-ZnMgSSe-Überzugschicht 158 (1 um), eine p-Typ-ZnMgSSe-Totalreflexionsschicht 159 (0,5 um), eine p-Typ-ZnSSe-Kontaktschicht 160 (1 um), eine abgestufte Kontaktschicht 161 (x: 0 bis 0,5; 1 um) aus p-Typ-ZnSe1-xTex und eine p-Typ-ZnSe0,5Te0,5-Kontaktschicht 162 (1 um) nacheinander auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 150 gebildet.
  • Nach Auftragen eines Si&sub3;N&sub4;-Filmes 164 auf eine Oberfläche wird darauf eine Streifenöffnung 169 mit einer Breite von 100 um und einer Teilung bzw. einem Intervall von 200 um gebildet, und sodann werden eine obere Elektrode 165 und eine untere Elektrode 166 auf der Oberseite bzw. der Unterseite der obigen Struktur erzeugt. Danach wird die Struktur unter Intervallen von 300 um gespalten, und weiterhin werden ein (nicht gezeigter) Film niedriger Reflexion auf einer Vorderseite der Spaltungsflächen und ein (ebenfalls nicht gezeigter) Film hoher Reflexion auf eine Rückseite der Spaltungsflächen gebildet.
  • Es sei darauf hingeweisen, daß das Zusammensetzungsverhältnis von ZnMgSSe der Überzugschichten 145 und 158 auf x = 0,08 und y = 0,18 eingestellt ist, und daß das Zusammensetzungsverhältnis von ZnMgSSe der Totalreflexionsschichten 153 und 159 auf x = 024 und y = 0,4 derart eingestellt ist, daß ein Brechungsindex hiervon kleiner ist als derjenige der zuerst genannten Schichten, mit Ausnahme davon, daß diese Zusammensetzungsverhältnisse so eingestellt sind, daß sie an das GaAs-Substrat 150 gitterangepaßt sind.
  • Hinsichtlich dieses Ausführungsbeispiels sind die folgenden Änderungen anwendbar.
  • Das heißt, es kann eine derartige Streifenkonfiguration, wie diese im siebenten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, für diese Struktur vorgesehen werden.
  • Obwohl die jeweiligen Halbleiterschichten 151 bis 162 durch das MBE-Verfahren in dem Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, können sie durch das MOCVD-Verfahren, das Gasquellen-MBE-Verfahren, das MOMBE-Verfahren, das CBE-Verfahren. usw. gebildet werden.
  • Obwohl keine Einzelbeschrelbung in den bisherigen Ausführungsbeispielen vorliegt, ist es möglich, das Photonen-Recyclen aufgrund der Totalreflexionsschicht im InGaAsP-Typ-Halbleiterlaser auszuführen. Gegenwärtig wird eine Untersuchung eines Halbleiterlasers mittels AlGalnN-Materialien vorgenommen. Daher kann die Totalreflexionsschicht gemäß der Erfindung in derartigen Materialien enthalten sein. Obwohl das fünfte bis neunte Ausführungsbeispiel die Struktur verwenden, bei der die Elektroden auf beiden oberen und unteren Seiten vorgesehen sind, sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Totaireflexionsschicht auf derartige bekannte Halbleiterlaser anwendbar ist, deren beide positive und negative Elektroden auf der gleichen Seite von entweder der Oberseite oder der Unterseite vorgesehen sind. In einem derartigen Halbleiteriaser, bei dem beide positive und negative Elektroden auflediglich einer Oberfläche angeordnet sind, ist es nicht erforderlich, daß der Leitfähigkeitstyp der Totalreflexionsschicht der gleiche ist wie derjenige der Überzugschicht, die daneben vorgesehen ist.
  • Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auf andere Halbleiterlaser von verschiedenen Materialien und Strukturen neben denjenigen, die in den obigen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, angewandt werden.
  • Wie aus den obigen Erläuterungen folgt, ist es erfindungsgemäß möglich, eine hohe äußere Strahlungswirksamkeit oder einen niedrigen Schwingungsschwellenwertstrom mit einem einfachen und kompakten Aufbau in dem Halbleiterlichtemitter, wie beispielsweise einer Leuchtdiode und einem Halbleiterlaser, usw., zu erzielen.
  • Das heißt, im Fall der LED ist es möglich, da das Licht, das in der opaken Schicht absorbiert wurde, nachdem es dort schräg eingetreten ist, von den Seitenflächen des LED-Typs herausgegriffen werden kann, indem die Totalreflexionsschicht zwischen der transparenten Schicht und der opaken Schicht angeordnet wird, eine höhere äußere Strahlungswirksamkeit mit dem einfachen und kompakten Aufbau zu erreichen. Da weiterhin das Licht hauptsächlich von den Seitenflächen des Chips herausgegriffen werden kann, ist es zweckmäßig, den LED-Chip auf der Leiterplatte in der seitlichen Anordnung zu befestigen bzw. zu montieren.
  • Demgemäß trägt die vorliegende Erfindung beträchtlich zu den Verbesserungen in Helligkeit, Wirksamkeit und Produktivität von solchen Leuchtdioden, wie vom AlGaInP-Typ, AlGaAs-Typ, GaAsP-Typ vom Typ der II-VI-Gruppe und vom Al-GaInN-Typ bei.
  • Im Fall des Halbleiterlasers ist es durch Anordnen der Totalreflexionsschicht zwischen der Überzugschicht und der opaken Schicht und durch Ausführen des Photonen-Recyclen zum Rückführen des spontan emittierten Lichtes, das gewöhnlich nicht zu der Laserschwingung beigetragen hat, zu der aktiven Schicht möglich, einen Halbielterlaser mit einem niedrigen Schwellenwertstrom und einer hohen Wirksamkeit vorzusehen.
  • Demgemäß trägt die vorliegende Erfindung beträchtlich zu der Verringerung des Schwellenwertstromes und zu der Verbesserung in der Wirksamkeit von solchen Halbielterlasem bei, wie diese vom AlGaInP-Typ, vom AlGaAs-Typ und vom Typ der Gruppen II-VI sind.

Claims (11)

1. Halbleitervorrichtung mit einem lichtemittierenden Bereich (16, 56, 106, 303, 416, 216, 156), einer transparenten Schicht (15, 55, 85, 105, 304, 415, 215, 154), die für von dem lichtemittierenden Bereich abgestrahltes Licht durchlässig ist, und einer ersten opaken Schicht oder einem Substrat, die bzw. das für das abgestrahlte Licht undurchlässig ist, wobei der lichtemittierende Bereich, die erste transparente Schicht und die erste opake Schicht oder das Substrat in dieser Reihenfolge oder in der umgekehrten Reihenfolge angeordnet sind und die Vorrichtung außerdem aufweist: eine erste total reflektierende Schicht (14, 56, 104, 205, 414, 214, 153), die zwischen der ersten transparenten Schicht und der ersten opaken Schicht oder dem Substrat angeordnet ist, um die erste transparente Schicht zu kontaktieren, wobei der Brechungsindex der ersten total reflektierenden Schicht kleiner ist als der Brechungsindex der ersten transparenten Schicht und das Licht, das von dem lichtemittierenden Bereich abgestrahlt und durch die erste total reflektierende Schicht danach reflektiert wurde, nach außen von Seitenflächen der ersten transparenten Schicht abgestrahlt oder zu dem lichtemittierenden Bereich zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus der Dicke der ersten total reflektirenden Schicht und dem Brechungsindex der ersten total reflektierenden Schicht um mehr als das 1,41-fache größer als eine mittlere Wellenlänge des von dem lichtemittlerenden Bereich emittierten Lichtes ist.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste transparente Schicht und die erste opake Schicht oder das Substrat auf einer Seite des lichtemittierenden Bereiches angeordnet sind und bei der eine zweite transparente Schicht (17, 57, 107, 417, 217, 158), die für von dem lichtemittierenden Bereich abgestrahltes Licht durchlässig ist, und eine zweite opake Schicht oder ein Substrat. die bzw. das für das abgestrahlte Licht undurchlässig ist, in dieser Reihenfolge auf der anderen Seite der lichtemittierenden Schicht angeordnet sind, wobei eine zweite total reflektierende Schicht (18, 58, 108, 421, 218, 159) zwischen der zweiten transparenten Schicht und der zweiten opaken Schicht oder dem Substrat angeordnet ist, um die zweite transparente Schicht zu kontaktieren, wobei der Brechungsindex der zweiten total reflektierenden Schicht kleiner ist als derjenige der transparenten Schicht.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Produkt aus der Dicke der zweiten total reflektierenden Schicht und dem Brechungsindex der zweiten total reflektierenden Schicht um mehr als das 1,41-fache größer als eine mittlere Lichtemissionsweilenlänge des Halbleiter-Lichtemitters ist.
4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste transparente Schicht aus entweder AlGaAs oder AlGaInP besteht und bei der die erste total reflektierende Schicht aus einem Material aus AlAs, AlGaAs, AlInP oder AlGaInP besteht.
5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste transparente Schicht aus einem Material aus ZnSe, ZnSSe oder ZnMgSSe besteht und bei dem die erste total reflektierende Schicht aus einem Material aus ZnCdS, ZnCdSSe oder ZnMgSSe besteht.
6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Halbleitervorrichtung eine Leuchtdiode ist.
7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Halbleltervorrichtung ein Halbleiterlaser ist.
8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die erste transparente Schicht aus GaAsP besteht und bei der die erste total reflektierende Schicht aus einem Material aus GaP, GaAsP oder AlGaAs besteht.
9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die erste transparente Schicht aus entweder GaN oder AlGaInN besteht und bei der die erste total reflektierende Schicht aus AlGalnN besteht.
10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, bei der ein Schutzfilm (67) auf einer Seitenfläche der oder jeder transparenten Schicht gebildet ist.
11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die ersten und zweiten Elektroden auf Oberflächen einer Leiterplatte (31) gebildet sind und bei der die Leuchtdiode (30) so angeordnet ist, daß die jeweiligen Oberflächen der ersten und zweiten Elektroden ungefähr senkrecht zu Oberflächen von ersten und zweiten Elektroden (25; 26) sind, die auf Vorder- bzw. Rückflächen der Leuchtdiode ausgebildet sind, und bei der die erste Elektrode der Leiterplatte elektrisch mit der ersten Elektrode der Leuchtdiode verbunden ist und die zweite Elektrode der Leiterplatte elektrisch an die zweite Elektrode der Leuchtdiode angeschlossen ist.
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