JP2001352097A - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
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- JP2001352097A JP2001352097A JP2000177166A JP2000177166A JP2001352097A JP 2001352097 A JP2001352097 A JP 2001352097A JP 2000177166 A JP2000177166 A JP 2000177166A JP 2000177166 A JP2000177166 A JP 2000177166A JP 2001352097 A JP2001352097 A JP 2001352097A
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- light emitting
- light
- emitting diode
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構成が簡単で、発光効率が高く、安価な発光
ダイオードを提供する。 【解決手段】 半導体多層膜からなる電流ブロック層7
を上部電極11と発光層5との間に挿入することによ
り、上部電極11側(光取出し側)の上部電極11下方
部分の発光層5に電流が流れるのを抑制し、かつ発光層
5からの放射光を光取出し側へ反射させることができ
る。
ダイオードを提供する。 【解決手段】 半導体多層膜からなる電流ブロック層7
を上部電極11と発光層5との間に挿入することによ
り、上部電極11側(光取出し側)の上部電極11下方
部分の発光層5に電流が流れるのを抑制し、かつ発光層
5からの放射光を光取出し側へ反射させることができ
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードに
関する。
関する。
【0002】
【従来の技術】発光ダイオード(以下「LED」とい
う。)は、各種表示用光源として広く用いられている。
特に、屋外ディスプレイや交通信号用光源として用いら
れている。この種のLEDは高出力で信頼性が高く、し
かも安価であることが求められている。そのため、Al
GaInP系の可視光LEDにおいては、発光層の上部
に、発光層からの放射光に対し透過率が高く、しかも低
抵抗の厚膜(いわゆるウィンドウ層)を設けて、上部電
極に注入された電流を十分に拡散させて高い出力を得る
ように構成されている。
う。)は、各種表示用光源として広く用いられている。
特に、屋外ディスプレイや交通信号用光源として用いら
れている。この種のLEDは高出力で信頼性が高く、し
かも安価であることが求められている。そのため、Al
GaInP系の可視光LEDにおいては、発光層の上部
に、発光層からの放射光に対し透過率が高く、しかも低
抵抗の厚膜(いわゆるウィンドウ層)を設けて、上部電
極に注入された電流を十分に拡散させて高い出力を得る
ように構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ウィンドウ
層を導入することにより、ウィンドウ層が無い場合と比
較して大幅に出力を向上させることができるものの、発
光層からの放射光の一部が上部電極に吸収されてしまう
ので、外部量子効率向上の妨げとなっていた。
層を導入することにより、ウィンドウ層が無い場合と比
較して大幅に出力を向上させることができるものの、発
光層からの放射光の一部が上部電極に吸収されてしまう
ので、外部量子効率向上の妨げとなっていた。
【0004】そこで、例えば、上部電極の下方部分の発
光層に電流が流れることを抑制する電流ブロック層を挿
入したり、上部電極直下に反射層を設けて上部電極での
吸収の影響を低減させたりする方法(特開平6−974
98号公報参照)により、上部電極での光吸収を低減す
ることが行われているが、製造工程が複雑であるという
問題があった。
光層に電流が流れることを抑制する電流ブロック層を挿
入したり、上部電極直下に反射層を設けて上部電極での
吸収の影響を低減させたりする方法(特開平6−974
98号公報参照)により、上部電極での光吸収を低減す
ることが行われているが、製造工程が複雑であるという
問題があった。
【0005】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、構成が簡単で、発光効率が高く、安価な発光ダイオ
ードを提供することにある。
し、構成が簡単で、発光効率が高く、安価な発光ダイオ
ードを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の発光ダイオードは、下部電極と、下部電極上
に形成された基板と、基板上に形成されAlGaInP
の混晶からなる発光層と、発光層上の一部に形成された
上部電極とを備えた発光ダイオードにおいて、基板と発
光層との間に、異なる組成のIII-V族化合物が交互に積
層されて発光層の放射光を上部電極側へ反射する反射層
が設けられ、発光層と上部電極との間に、隣接する半導
体層と逆導電型を有し、発光層に電流が流れることを抑
制し、かつ発光層の放射光を反射する電流ブロック層が
設けられているものである。
に本発明の発光ダイオードは、下部電極と、下部電極上
に形成された基板と、基板上に形成されAlGaInP
の混晶からなる発光層と、発光層上の一部に形成された
上部電極とを備えた発光ダイオードにおいて、基板と発
光層との間に、異なる組成のIII-V族化合物が交互に積
層されて発光層の放射光を上部電極側へ反射する反射層
が設けられ、発光層と上部電極との間に、隣接する半導
体層と逆導電型を有し、発光層に電流が流れることを抑
制し、かつ発光層の放射光を反射する電流ブロック層が
設けられているものである。
【0007】上記構成に加え本発明の発光ダイオードの
電流ブロック層の面積は、上部電極と等しいかあるいは
大きいのが好ましい。
電流ブロック層の面積は、上部電極と等しいかあるいは
大きいのが好ましい。
【0008】上記構成に加え本発明の発光ダイオードの
電流ブロック層は、異なる組成のIII-V族化合物が交互
に積層されて上記発光層の放射光を反射するのが好まし
い。
電流ブロック層は、異なる組成のIII-V族化合物が交互
に積層されて上記発光層の放射光を反射するのが好まし
い。
【0009】上記構成に加え本発明の発光ダイオードの
上部電極は、発光層上の略中央に形成されていてもよ
い。
上部電極は、発光層上の略中央に形成されていてもよ
い。
【0010】上記構成に加え本発明の発光ダイオードの
上部電極は、発光層上の周辺部に形成されていてもよ
い。
上部電極は、発光層上の周辺部に形成されていてもよ
い。
【0011】上記構成に加え本発明の発光ダイオードの
反射層は、AlGaInP、AlGaAs、GaAs、
AlInPのうち少なくとも一つを含むのが好ましい。
反射層は、AlGaInP、AlGaAs、GaAs、
AlInPのうち少なくとも一つを含むのが好ましい。
【0012】上記構成に加え本発明の発光ダイオードの
電流ブロック層は、AlGaInP、AlGaAs、G
aAs、AlInPのうち少なくとも一つを含むのが好
ましい。
電流ブロック層は、AlGaInP、AlGaAs、G
aAs、AlInPのうち少なくとも一つを含むのが好
ましい。
【0013】上記構成に加え本発明の発光ダイオード
は、基板の導電型と電流ブロック層の導電型とが等しい
のが好ましい。
は、基板の導電型と電流ブロック層の導電型とが等しい
のが好ましい。
【0014】上記構成に加え本発明の発光ダイオード
は、基板の導電型と上記電流ブロック層の導電型とがn
型であるのが好ましい。
は、基板の導電型と上記電流ブロック層の導電型とがn
型であるのが好ましい。
【0015】上記構成に加え本発明の発光ダイオード
は、電流ブロック層に、Si、Se、Te、Geのうち
少なくとも一つが添加されているのが好ましい。
は、電流ブロック層に、Si、Se、Te、Geのうち
少なくとも一つが添加されているのが好ましい。
【0016】本発明によれば、半導体多層膜からなる電
流ブロック層を上部電極と発光層との間に挿入すること
により、上部電極側(光取出し側)の上部電極下方部分
の発光層に電流が流れるのを抑制し、かつ発光層からの
放射光を光取出し側へ反射させることができる。
流ブロック層を上部電極と発光層との間に挿入すること
により、上部電極側(光取出し側)の上部電極下方部分
の発光層に電流が流れるのを抑制し、かつ発光層からの
放射光を光取出し側へ反射させることができる。
【0017】以下、本発明の発光ダイオードの構成につ
いて説明する。
いて説明する。
【0018】まず、基板としては発光領域との電気的接
触が得られ、LEDを構成する半導体層の結晶品質に悪
影響を与えないGaAs基板であれば、特に限定されな
い。基板の面方位は、ドーピング効率の見地から基本的
に(100)面から2°〜20°程度傾斜させた面方位
を用いるが特に限定されるものではなく、その他の面方
位を有する基板についても使用可能である。
触が得られ、LEDを構成する半導体層の結晶品質に悪
影響を与えないGaAs基板であれば、特に限定されな
い。基板の面方位は、ドーピング効率の見地から基本的
に(100)面から2°〜20°程度傾斜させた面方位
を用いるが特に限定されるものではなく、その他の面方
位を有する基板についても使用可能である。
【0019】基板の上には基板からの結晶欠陥の影響を
排除するため、GaAsのバッファ層を堆積させる。厚
さは、0.1μm〜1μmとすることが一般的であり、
基板と同一の導電性を有するようにドーピングを行う。
さらに発光層からの放射光を反射させるために、基板と
同一の電気導電性を有し、基板と格子整合する結晶材料
を用いた分布ブラッグ反射器を挿入する。
排除するため、GaAsのバッファ層を堆積させる。厚
さは、0.1μm〜1μmとすることが一般的であり、
基板と同一の導電性を有するようにドーピングを行う。
さらに発光層からの放射光を反射させるために、基板と
同一の電気導電性を有し、基板と格子整合する結晶材料
を用いた分布ブラッグ反射器を挿入する。
【0020】次に(Alx Ga1-x )y In1-y Pダブ
ルヘテロ構造を形成する。良質の結晶を成長させるため
にx、yの条件を0≦x≦1、0.47≦y≦0.57
とし、ダブルヘテロ構造とGaAs基板とが格子整合す
るようにx、yを選択する。発光層の組成は、所望の発
光波長から決定される。発光層の膜厚は、クラッド層と
の界面での非発光再結合がキャリアの再結合の最大支配
要因にならない程度の膜厚とする。発光層の両側のクラ
ッド層の組成は、キャリアの溢れ出しが発光効率の低下
をもたらさないように発光層のバンドギャップよりも大
きい値となるように選択する。クラッド層の膜厚は、発
光層からのキャリアがトンネリングしない程度の厚さを
選択する。n型GaAs基板上にLEDを形成する場合
は、発光層の上側のクラッド層(上部クラッド層)には
十分な低抵抗となるように、Mg若しくはZnをドーピ
ングする。但し、発光層と上部クラッド層との界面近傍
では非発光再結合の影響を低減させるためにドーピング
濃度を下げておく。発光層の下側のクラッド層(下部ク
ラッド層)にはSe、Si若しくはTe等の不純物を添
加する。p型GaAs基板上にLEDを形成する場合に
は、上部クラッド層にSe、Si若しくはTeなどの不
純物を添加し、下部クラッド層にMg若しくはZnを添
加する。上下両クラッド層の組成やドーピング濃度は抵
抗が小さくなるように膜厚方向に変化させてもよい。ま
た、発光層をダブルヘテロ構造とする代りに、量子井戸
構造にしてもよい。
ルヘテロ構造を形成する。良質の結晶を成長させるため
にx、yの条件を0≦x≦1、0.47≦y≦0.57
とし、ダブルヘテロ構造とGaAs基板とが格子整合す
るようにx、yを選択する。発光層の組成は、所望の発
光波長から決定される。発光層の膜厚は、クラッド層と
の界面での非発光再結合がキャリアの再結合の最大支配
要因にならない程度の膜厚とする。発光層の両側のクラ
ッド層の組成は、キャリアの溢れ出しが発光効率の低下
をもたらさないように発光層のバンドギャップよりも大
きい値となるように選択する。クラッド層の膜厚は、発
光層からのキャリアがトンネリングしない程度の厚さを
選択する。n型GaAs基板上にLEDを形成する場合
は、発光層の上側のクラッド層(上部クラッド層)には
十分な低抵抗となるように、Mg若しくはZnをドーピ
ングする。但し、発光層と上部クラッド層との界面近傍
では非発光再結合の影響を低減させるためにドーピング
濃度を下げておく。発光層の下側のクラッド層(下部ク
ラッド層)にはSe、Si若しくはTe等の不純物を添
加する。p型GaAs基板上にLEDを形成する場合に
は、上部クラッド層にSe、Si若しくはTeなどの不
純物を添加し、下部クラッド層にMg若しくはZnを添
加する。上下両クラッド層の組成やドーピング濃度は抵
抗が小さくなるように膜厚方向に変化させてもよい。ま
た、発光層をダブルヘテロ構造とする代りに、量子井戸
構造にしてもよい。
【0021】次に、上部クラッド層上に電流ブロック層
を形成する。光取出し側の電極下方部分の発光層に電流
が流れるのを抑制する特性を実現するために、電流ブロ
ック層には上部クラッド層と逆の電気伝導性を持たせ
る。さらに発光層の放射光を反射する特性を持たせるた
め、異なる組成のIII-V族化合物層が交互に積層されて
発光層の放射光を反射する反射層によって、電流ブロッ
ク層を形成する。発光層の下側にある分布ブラッグ反射
器と、発光層の放射光を反射する電流ブロック層とによ
って、発光層から放射された光は、基板や電極に吸収さ
れることなく、効率的に外部に放出される。
を形成する。光取出し側の電極下方部分の発光層に電流
が流れるのを抑制する特性を実現するために、電流ブロ
ック層には上部クラッド層と逆の電気伝導性を持たせ
る。さらに発光層の放射光を反射する特性を持たせるた
め、異なる組成のIII-V族化合物層が交互に積層されて
発光層の放射光を反射する反射層によって、電流ブロッ
ク層を形成する。発光層の下側にある分布ブラッグ反射
器と、発光層の放射光を反射する電流ブロック層とによ
って、発光層から放射された光は、基板や電極に吸収さ
れることなく、効率的に外部に放出される。
【0022】電流ブロック層までを1回の結晶成長によ
り形成した後、エッチングにより電流ブロック層の一部
以外を除去し、ウィンドウ層を形成する。ウィンドウ層
上には必要に応じてコンタクト層を形成する。
り形成した後、エッチングにより電流ブロック層の一部
以外を除去し、ウィンドウ層を形成する。ウィンドウ層
上には必要に応じてコンタクト層を形成する。
【0023】このようにして形成されたLEDエピタキ
シャルウェハの基板側と上部クラッド層側とにそれぞれ
電極を形成し、ダイシングを経てLEDチップを作製、
実装する。
シャルウェハの基板側と上部クラッド層側とにそれぞれ
電極を形成し、ダイシングを経てLEDチップを作製、
実装する。
【0024】以上のように、2回の結晶成長と通常の製
造工程という簡単な構成で、発光効率が高く、安価なL
EDが得られる。
造工程という簡単な構成で、発光効率が高く、安価なL
EDが得られる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【0026】図1は本発明の発光ダイオードの一実施の
形態を示す構造図である。
形態を示す構造図である。
【0027】本発光ダイオードは、基板1の上に、バッ
ファ層2、反射層3、下部クラッド層4、発光層5、上
部クラッド層6、電流ブロック層7、ウィンドウ層8及
びコンタクト層9を順次積層し、基板1の下面に下部電
極10を形成し、コンタクト層9の上に上部電極11を
形成したものである。
ファ層2、反射層3、下部クラッド層4、発光層5、上
部クラッド層6、電流ブロック層7、ウィンドウ層8及
びコンタクト層9を順次積層し、基板1の下面に下部電
極10を形成し、コンタクト層9の上に上部電極11を
形成したものである。
【0028】半導体多層膜からなる電流ブロック層7を
上部電極11と発光層5との間に挿入することにより、
上部電極11の下方部分の発光層5に電流が流れるのを
抑制し、かつ発光層5からの放射光を光取出し側(上部
電極11側)へ反射させることができる。従って、構成
が簡単で、発光効率が高く、安価な発光ダイオードを提
供することができる。
上部電極11と発光層5との間に挿入することにより、
上部電極11の下方部分の発光層5に電流が流れるのを
抑制し、かつ発光層5からの放射光を光取出し側(上部
電極11側)へ反射させることができる。従って、構成
が簡単で、発光効率が高く、安価な発光ダイオードを提
供することができる。
【0029】
【実施例】次に具体的な数値を挙げて説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。
明はこれに限定されるものではない。
【0030】(実施例1)n型GaAs基板上に(Al
0.1 Ga0.9 )0.5 In0.5 Pからなる発光層を有する
DH(ダブルヘテロ)構造のLEDを作製した。
0.1 Ga0.9 )0.5 In0.5 Pからなる発光層を有する
DH(ダブルヘテロ)構造のLEDを作製した。
【0031】図2は本発明の発光ダイオードに用いられ
るエピタキシャルウェハの一実施例の説明図であり、図
2(a)は電流ブロック膜のエッチング前の状態を示
し、図2(b)は完成後のエピタキシャルウェハの状態
を示す。
るエピタキシャルウェハの一実施例の説明図であり、図
2(a)は電流ブロック膜のエッチング前の状態を示
し、図2(b)は完成後のエピタキシャルウェハの状態
を示す。
【0032】図2(a)に示す基板1としては、Siド
ープのn型単結晶を用いた。基板1のキャリア濃度は2
×1018cm-3であり、面方位は(100)15度オフ
とした。この基板1上に、MOVPE法によりエピタキ
シャル層を堆積させた。エピタキシャル層の原料とし
て、TMAl(トリメチルアルミニウム)、TEGa
(トリエチルガリウム)、TMIn(トリメチルインジ
ウム)、DEZn(ディエチル亜鉛)、アルシン、ホス
フィン、モノシランを使用し、ガスの混合比及び流速、
成長温度を変えることにより、結晶の組成を変化させ
た。
ープのn型単結晶を用いた。基板1のキャリア濃度は2
×1018cm-3であり、面方位は(100)15度オフ
とした。この基板1上に、MOVPE法によりエピタキ
シャル層を堆積させた。エピタキシャル層の原料とし
て、TMAl(トリメチルアルミニウム)、TEGa
(トリエチルガリウム)、TMIn(トリメチルインジ
ウム)、DEZn(ディエチル亜鉛)、アルシン、ホス
フィン、モノシランを使用し、ガスの混合比及び流速、
成長温度を変えることにより、結晶の組成を変化させ
た。
【0033】まず、基板1上にn−GaAsからなるバ
ッファ層2を成長させた。
ッファ層2を成長させた。
【0034】バッファ層2にはSiをドープし、キャリ
ア濃度を1×1018cm-3とし、厚さを約0.5μmと
した。バッファ層2上にはSiドープでn型の導電性を
有し、発光層5からの放射光を反射させるための分布ブ
ラッグ反射器(DBR)からなる反射層3を形成した。
分布ブラッグ反射器は厚さ約44nmのAl0.85Ga
0.15Asと、厚さ約39nmのGaAsの12対で構成
したものである。
ア濃度を1×1018cm-3とし、厚さを約0.5μmと
した。バッファ層2上にはSiドープでn型の導電性を
有し、発光層5からの放射光を反射させるための分布ブ
ラッグ反射器(DBR)からなる反射層3を形成した。
分布ブラッグ反射器は厚さ約44nmのAl0.85Ga
0.15Asと、厚さ約39nmのGaAsの12対で構成
したものである。
【0035】次に、(Alx Ga1-x )y In1-y Pダ
ブルヘテロ構造を形成した。下部クラッド層4は、混晶
比をx=0.7、y=0.5としてSiドープのn型
(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pとした。下部クラ
ッド層4のキャリア濃度は8×1017cm-3、厚さは
0.5μmとした。
ブルヘテロ構造を形成した。下部クラッド層4は、混晶
比をx=0.7、y=0.5としてSiドープのn型
(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pとした。下部クラ
ッド層4のキャリア濃度は8×1017cm-3、厚さは
0.5μmとした。
【0036】発光層5は、混晶比をx=0.1、y=
0.5とし、アンドープの(Al0.1Ga0.9 )0.5 I
n0.5 Pとした。発光層5のキャリア濃度を1×1016
cm-3とし、厚さを約0.6μmとした。
0.5とし、アンドープの(Al0.1Ga0.9 )0.5 I
n0.5 Pとした。発光層5のキャリア濃度を1×1016
cm-3とし、厚さを約0.6μmとした。
【0037】上部クラッド層6の混晶比をx=0.7、
y=0.5とし、Znドープのp型(Al0.7 G
a0.3 )0.5 In0.5 Pとした。上部クラッド層6のキ
ャリア濃度を5×1017cm-3とし、厚さを約1μmと
した。
y=0.5とし、Znドープのp型(Al0.7 G
a0.3 )0.5 In0.5 Pとした。上部クラッド層6のキ
ャリア濃度を5×1017cm-3とし、厚さを約1μmと
した。
【0038】上部クラッド層6上に電流ブロック膜7a
を形成した。電流ブロック膜7aはSiドープのn型と
し、厚さ約44nmのAl0.85Ga0.15Asと、厚さ約
39nmのGaAsとの6対で構成した。電流ブロック
膜7aのキャリア濃度を1×1018cm-3とした。
を形成した。電流ブロック膜7aはSiドープのn型と
し、厚さ約44nmのAl0.85Ga0.15Asと、厚さ約
39nmのGaAsとの6対で構成した。電流ブロック
膜7aのキャリア濃度を1×1018cm-3とした。
【0039】このようにして基板1上にバッファ層2か
ら電流ブロック膜7aまでを一度の結晶成長により形成
し、選択エッチングにより電流ブロック膜7aの一部が
残るように除去した。硫酸と過酸化水素水と水との混合
溶液は電流ブロック膜7aを1μm/min程度のエッ
チング速度で溶解させ、上部クラッド層6をほとんど溶
解させないため、容易に選択エッチングすることができ
る。
ら電流ブロック膜7aまでを一度の結晶成長により形成
し、選択エッチングにより電流ブロック膜7aの一部が
残るように除去した。硫酸と過酸化水素水と水との混合
溶液は電流ブロック膜7aを1μm/min程度のエッ
チング速度で溶解させ、上部クラッド層6をほとんど溶
解させないため、容易に選択エッチングすることができ
る。
【0040】電流ブロック膜7aを選択エッチングによ
り一部を残して除去して電流ブロック層7を形成した
後、上部クラッド層6及び電流ブロック層7を覆うよう
にウィンドウ層8を形成した。結晶材料はAl0.85Ga
0.15Asとし、Znをドープしてキャリア濃度を(1〜
20)×1018cm-3とした。ウィンドウ層8上にはコ
ンタクト層9aとしてZn−GaAsを約0.03μm
の厚さに堆積させることにより図2(b)に示すLED
エピタキシャルウェハが得られた。
り一部を残して除去して電流ブロック層7を形成した
後、上部クラッド層6及び電流ブロック層7を覆うよう
にウィンドウ層8を形成した。結晶材料はAl0.85Ga
0.15Asとし、Znをドープしてキャリア濃度を(1〜
20)×1018cm-3とした。ウィンドウ層8上にはコ
ンタクト層9aとしてZn−GaAsを約0.03μm
の厚さに堆積させることにより図2(b)に示すLED
エピタキシャルウェハが得られた。
【0041】このようにして得られたLEDエピタキシ
ャルウェハから図1に示すようなLEDチップを作製し
た。
ャルウェハから図1に示すようなLEDチップを作製し
た。
【0042】LEDチップは、下部電極10の上に、n
−GaAsからなる基板1、n−GaAsからなるバッ
ファ層2、DBRからなる反射層3、n−(Al0.7 G
a0.3 )0.5 In0.5 Pからなる下部クラッド層4、
(Al0.1 Ga0.9 )0.5 In0.5 Pからなる発光層
5、p−(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pからなる
上部クラッド層6、電流ブロック層7、p−AlGaA
sからなるウィンドウ層8、p−GaAsからなるコン
タクト層9及び上部電極11が順次積層されたものであ
る。
−GaAsからなる基板1、n−GaAsからなるバッ
ファ層2、DBRからなる反射層3、n−(Al0.7 G
a0.3 )0.5 In0.5 Pからなる下部クラッド層4、
(Al0.1 Ga0.9 )0.5 In0.5 Pからなる発光層
5、p−(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pからなる
上部クラッド層6、電流ブロック層7、p−AlGaA
sからなるウィンドウ層8、p−GaAsからなるコン
タクト層9及び上部電極11が順次積層されたものであ
る。
【0043】このLEDチップの大きさは300μm角
で、エピタキシャルウェハで基板1側にあたるチップ下
面全体にAu−Ge−Ni合金からなる下部電極10が
形成され、コンタクト層9側にはAu−Zn−Ni合金
からなる直径150μmの円形の上部電極11が形成さ
れている。このLEDチップをステム上に配置し、積分
球光度計と直流電源とでLEDの発光特性を測定した結
果、20mA通電時の発光出力は50a.u.であり、
発光層5の放射光を反射させる特性を有する電流ブロッ
ク層7が無い構造のLEDの発光出力の30a.u.と
比較して出力が67%増加した。
で、エピタキシャルウェハで基板1側にあたるチップ下
面全体にAu−Ge−Ni合金からなる下部電極10が
形成され、コンタクト層9側にはAu−Zn−Ni合金
からなる直径150μmの円形の上部電極11が形成さ
れている。このLEDチップをステム上に配置し、積分
球光度計と直流電源とでLEDの発光特性を測定した結
果、20mA通電時の発光出力は50a.u.であり、
発光層5の放射光を反射させる特性を有する電流ブロッ
ク層7が無い構造のLEDの発光出力の30a.u.と
比較して出力が67%増加した。
【0044】(実施例2)n型GaAs基板上に量子井
戸発光層を有するLEDを作製した。
戸発光層を有するLEDを作製した。
【0045】図3は本発明の発光ダイオードに用いられ
るエピタキシャルウェハの他の実施例の説明図であり、
(a)は電流ブロック膜のエッチング前の状態を示し、
(b)は完成後のエピタキシャルウェハの状態を示す。
るエピタキシャルウェハの他の実施例の説明図であり、
(a)は電流ブロック膜のエッチング前の状態を示し、
(b)は完成後のエピタキシャルウェハの状態を示す。
【0046】図3(a)に示す基板20としてはSiド
ープのn型GaAs単結晶を用いた。基板20のキャリ
ア濃度は2×1018cm-3をとし、面方位を(100)
15度オフとした。この基板20上にMOVPE法によ
りエピタキシャル層を堆積させた。原料として、TMA
I、TEGa、TMIn、DEZn、アルシン、ホスフ
ィン、モノシランを用い、ガスの混合比及び流速、成長
温度を変えることにより成長させる結晶の組成を変化さ
せた。
ープのn型GaAs単結晶を用いた。基板20のキャリ
ア濃度は2×1018cm-3をとし、面方位を(100)
15度オフとした。この基板20上にMOVPE法によ
りエピタキシャル層を堆積させた。原料として、TMA
I、TEGa、TMIn、DEZn、アルシン、ホスフ
ィン、モノシランを用い、ガスの混合比及び流速、成長
温度を変えることにより成長させる結晶の組成を変化さ
せた。
【0047】まず、基板20上にn−GaAsからなる
バッファ層21を成長させた。
バッファ層21を成長させた。
【0048】バッファ層21は、Siドープでキャリア
濃度を1×1018cm-3とし、厚さを約0.5μmとし
た。バッファ層21上にはSiドープでn型の導電性を
有し、発光層24からの放射光を反射させるためのDB
Rからなる反射層22を形成した。分布ブラッグ反射器
は厚さ44nmのAl0.85Ga0.15Asと、厚さ39n
mのGaAsとの12対で構成したものである。
濃度を1×1018cm-3とし、厚さを約0.5μmとし
た。バッファ層21上にはSiドープでn型の導電性を
有し、発光層24からの放射光を反射させるためのDB
Rからなる反射層22を形成した。分布ブラッグ反射器
は厚さ44nmのAl0.85Ga0.15Asと、厚さ39n
mのGaAsとの12対で構成したものである。
【0049】次に、下部クラッド層23及び発光層24
を形成した。下部クラッド層23は、混晶比をx=0.
7、y=0.5とし、Siドープのn型(Al0.7 Ga
0.3)0.5 In0.5 Pとした。下部クラッド層23のキ
ャリア濃度を8×1017cm-3とし、厚さを約0.5μ
mとした。
を形成した。下部クラッド層23は、混晶比をx=0.
7、y=0.5とし、Siドープのn型(Al0.7 Ga
0.3)0.5 In0.5 Pとした。下部クラッド層23のキ
ャリア濃度を8×1017cm-3とし、厚さを約0.5μ
mとした。
【0050】発光層24は、(Al0.5 Ga0.5 )0.5
In0.5 Pと、Ga0.5 In0.5 Pとからなるアンドー
プの多重量子井戸(MQW)構造とした。
In0.5 Pと、Ga0.5 In0.5 Pとからなるアンドー
プの多重量子井戸(MQW)構造とした。
【0051】上部クラッド層25は、混晶比をx=0.
7、y=0.5としてZnドープのp型(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pとした。上部クラッド層25のキ
ャリア濃度を5×1017cm-3とし、厚さを約1μmと
した。
7、y=0.5としてZnドープのp型(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pとした。上部クラッド層25のキ
ャリア濃度を5×1017cm-3とし、厚さを約1μmと
した。
【0052】上部クラッド層25上に電流ブロック膜2
6aを形成した。
6aを形成した。
【0053】電流ブロック膜26aは、Siドープのn
型とし、厚さ約43nmのAl0.5In0.5 Pと、厚さ
約49nmの(Al0.35Ga0.65)0.5 In0.5 Pとの
8対で構成したものである。電流ブロック膜26aのキ
ャリア濃度を1×1018cm-3とした。
型とし、厚さ約43nmのAl0.5In0.5 Pと、厚さ
約49nmの(Al0.35Ga0.65)0.5 In0.5 Pとの
8対で構成したものである。電流ブロック膜26aのキ
ャリア濃度を1×1018cm-3とした。
【0054】このようにして基板20上にバッファ層2
1から電流ブロック層26aまでを一度の結晶成長によ
り形成し、塩酸系エッチング液により電流ブロック膜2
6aの一部を残して除去して電流ブロック層26を形成
した。この電流ブロック層26及び上部クラッド層25
を覆うようにウィンドウ層27を形成することにより図
3(b)に示すようなLEDエピタキシャルウェハが得
られた。なお、ウィンドウ層27の結晶材料をGaPと
し、Znをドープし、キャリア濃度を(1〜20)×1
018cm-3とした。
1から電流ブロック層26aまでを一度の結晶成長によ
り形成し、塩酸系エッチング液により電流ブロック膜2
6aの一部を残して除去して電流ブロック層26を形成
した。この電流ブロック層26及び上部クラッド層25
を覆うようにウィンドウ層27を形成することにより図
3(b)に示すようなLEDエピタキシャルウェハが得
られた。なお、ウィンドウ層27の結晶材料をGaPと
し、Znをドープし、キャリア濃度を(1〜20)×1
018cm-3とした。
【0055】このようにして得られたLEDエピタキシ
ャルウェハからLEDチップを作製した。
ャルウェハからLEDチップを作製した。
【0056】図4は図3(a)、(b)に示したエピタ
キシャルウェハを用いた発光ダイオードの断面図であ
る。
キシャルウェハを用いた発光ダイオードの断面図であ
る。
【0057】LEDチップは、下部電極28の上に、n
−GaAsからなる基板20、n−GaAsからなるバ
ッファ層21、DBRからなる反射層22、n−(Al
0.7Ga0.3 )0.5 In0.5 Pからなる下部クラッド層
23、MQW構造の発光層24、p−(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pからなる上部クラッド層25、電
流ブロック層26、p−GaPからなるウィンドウ層及
び上部電極29を順次積層したものである。
−GaAsからなる基板20、n−GaAsからなるバ
ッファ層21、DBRからなる反射層22、n−(Al
0.7Ga0.3 )0.5 In0.5 Pからなる下部クラッド層
23、MQW構造の発光層24、p−(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pからなる上部クラッド層25、電
流ブロック層26、p−GaPからなるウィンドウ層及
び上部電極29を順次積層したものである。
【0058】LEDチップの大きさは300μm角であ
り、エピタキシャルウェハで基板20側にあたるチップ
下面全体にAu−Ge−Ni合金からなる下部電極28
が形成され、ウィンドウ層27側にはAu−Zn−Ni
合金からなる直径150μmの円形の上部電極29が形
成されている。このLEDチップをステム上に配置し、
積分球光度計と直流電源とでLEDの発光特性を測定し
た結果、20mA通電時の発光出力は55a.u.であ
り、発光層24の放射光を反射させる特性を有する電流
ブロック層26が無い構造のLEDの発光出力の30
a.u.と比較して発光出力が83%増加した。
り、エピタキシャルウェハで基板20側にあたるチップ
下面全体にAu−Ge−Ni合金からなる下部電極28
が形成され、ウィンドウ層27側にはAu−Zn−Ni
合金からなる直径150μmの円形の上部電極29が形
成されている。このLEDチップをステム上に配置し、
積分球光度計と直流電源とでLEDの発光特性を測定し
た結果、20mA通電時の発光出力は55a.u.であ
り、発光層24の放射光を反射させる特性を有する電流
ブロック層26が無い構造のLEDの発光出力の30
a.u.と比較して発光出力が83%増加した。
【0059】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【0060】構成が簡単で、発光効率が高く、安価な発
光ダイオードの提供を実現できる。
光ダイオードの提供を実現できる。
【図1】本発明の発光ダイオードの一実施の形態を示す
構造図である。
構造図である。
【図2】本発明の発光ダイオードに用いられるエピタキ
シャルウェハの一実施例の説明図であり、(a)は電流
ブロック膜のエッチング前の状態を示し、(b)は完成
後のエピタキシャルウェハの状態を示す。
シャルウェハの一実施例の説明図であり、(a)は電流
ブロック膜のエッチング前の状態を示し、(b)は完成
後のエピタキシャルウェハの状態を示す。
【図3】本発明の発光ダイオードに用いられるエピタキ
シャルウェハの他の実施例の説明図であり、(a)は電
流ブロック膜のエッチング前の状態を示し、(b)は完
成後のエピタキシャルウェハの状態を示す。
シャルウェハの他の実施例の説明図であり、(a)は電
流ブロック膜のエッチング前の状態を示し、(b)は完
成後のエピタキシャルウェハの状態を示す。
【図4】図3(a)、(b)に示したエピタキシャルウ
ェハを用いた発光ダイオードの断面図である。
ェハを用いた発光ダイオードの断面図である。
1 基板 2 バッファ層 3 反射層 4 下部クラッド層 5 発光層 6 上部クラッド層 7 電流ブロック層 8 ウィンドウ層 9 コンタクト層 10 下部電極 11 上部電極
Claims (10)
- 【請求項1】 下部電極と、該下部電極上に形成された
基板と、該基板上に形成されAlGaInPの混晶から
なる発光層と、上記発光層上の一部に形成された上部電
極とを備えた発光ダイオードにおいて、上記基板と上記
発光層との間に、異なる組成のIII-V族化合物が交互に
積層されて上記発光層の放射光を上記上部電極側へ反射
する反射層が設けられ、上記発光層と上記上部電極との
間に、隣接する半導体層と逆導電型を有し、上記発光層
に電流が流れることを抑制し、かつ上記発光層の放射光
を反射する電流ブロック層が設けられていることを特徴
とする発光ダイオード。 - 【請求項2】 上記電流ブロック層の面積は、上記上部
電極と等しいかあるいは大きい請求項1に記載の発光ダ
イオード。 - 【請求項3】 上記電流ブロック層は、異なる組成のII
I-V族化合物が交互に積層されて上記発光層の放射光を
反射する請求項1または2に記載の発光ダイオード。 - 【請求項4】 上記上部電極は、上記発光層上の略中央
に形成されている請求項1から3のいずれかに記載の発
光ダイオード。 - 【請求項5】 上記上部電極は、上記発光層上の周辺部
に形成されている請求項1から3のいずれかに記載の発
光ダイオード。 - 【請求項6】 上記反射層は、AlGaInP、AlG
aAs、GaAs、AlInPのうち少なくとも一つを
含む請求項1から3のいずれかに記載の発光ダイオー
ド。 - 【請求項7】 上記電流ブロック層は、AlGaIn
P、AlGaAs、GaAs、AlInPのうち少なく
とも一つを含む請求項1から3のいずれかに記載の発光
ダイオード。 - 【請求項8】 上記基板の導電型と上記電流ブロック層
の導電型とが等しい請求項1から3のいずれかに記載の
発光ダイオード。 - 【請求項9】 上記基板の導電型と上記電流ブロック層
の導電型とがn型である請求項8に記載の発光ダイオー
ド。 - 【請求項10】 上記電流ブロック層に、Si、Se、
Te、Geのうち少なくとも一つが添加されている請求
項8に記載の発光ダイオード。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000177166A JP2001352097A (ja) | 2000-06-08 | 2000-06-08 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000177166A JP2001352097A (ja) | 2000-06-08 | 2000-06-08 | 発光ダイオード |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001352097A true JP2001352097A (ja) | 2001-12-21 |
Family
ID=18678799
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000177166A Pending JP2001352097A (ja) | 2000-06-08 | 2000-06-08 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001352097A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7488989B2 (en) | 2003-06-10 | 2009-02-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting element, its manufacturing method and semiconductor light emitting device |
US8395172B2 (en) | 2010-05-26 | 2013-03-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Light emitting device |
-
2000
- 2000-06-08 JP JP2000177166A patent/JP2001352097A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7488989B2 (en) | 2003-06-10 | 2009-02-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting element, its manufacturing method and semiconductor light emitting device |
US8395172B2 (en) | 2010-05-26 | 2013-03-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Light emitting device |
TWI452729B (zh) * | 2010-05-26 | 2014-09-11 | Toshiba Kk | 發光裝置 |
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