JP2003218386A - 発光ダイオード - Google Patents
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- JP2003218386A JP2003218386A JP2002012473A JP2002012473A JP2003218386A JP 2003218386 A JP2003218386 A JP 2003218386A JP 2002012473 A JP2002012473 A JP 2002012473A JP 2002012473 A JP2002012473 A JP 2002012473A JP 2003218386 A JP2003218386 A JP 2003218386A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】分布ブラッグ反射膜をＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ
層の組み合わせにより構成し、更にはそのＧａＡｓ層で
吸収される光を減らし、より高輝度の発光ダイオードを
提供すること。 【解決手段】 ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおけ
る分布ブラッグ反射膜にＡｌＩｎＰ層とＧａＡｓ層の組
み合わせを用い、それらの膜厚を、下記の式のように定
める。 （ＧａＡｓ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×ｎ1）｝
×α （ＡｌＩｎＰ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×
ｎ2）｝×（２−α） λ0：反射させたい光の波長［ｎｍ］ ｎ1：反射させたい光の波長に対するＧａＡｓ層の屈折
率 ｎ2：反射させたい光の波長に対するＡｌＩｎＰ層の屈
折率 ０．５＜α＜０．９
層の組み合わせにより構成し、更にはそのＧａＡｓ層で
吸収される光を減らし、より高輝度の発光ダイオードを
提供すること。 【解決手段】 ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおけ
る分布ブラッグ反射膜にＡｌＩｎＰ層とＧａＡｓ層の組
み合わせを用い、それらの膜厚を、下記の式のように定
める。 （ＧａＡｓ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×ｎ1）｝
×α （ＡｌＩｎＰ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×
ｎ2）｝×（２−α） λ0：反射させたい光の波長［ｎｍ］ ｎ1：反射させたい光の波長に対するＧａＡｓ層の屈折
率 ｎ2：反射させたい光の波長に対するＡｌＩｎＰ層の屈
折率 ０．５＜α＜０．９
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高輝度の化合物半導
体発光ダイオードの構造にかかり、特に発光効率の高い
ブラッグ型の多層反射膜を有するＡｌＧａＩｎＰ四元混
晶ダブルヘテロ構造の発光ダイオードに関するものであ
る。
体発光ダイオードの構造にかかり、特に発光効率の高い
ブラッグ型の多層反射膜を有するＡｌＧａＩｎＰ四元混
晶ダブルヘテロ構造の発光ダイオードに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】化合物半導体基板上に形成したエピタキ
シャル成長層を利用した発光ダイオード（Light Emitti
ng Diode：ＬＥＤ）は、その半導体の種類を選択するこ
とによりいろいろな色を発光することができる。最近Ｇ
ａＮやＡｌＧａＩｎＰの発光ダイオードが開発されたこ
とから、青色から緑色の高輝度の発光が可能となった。
これにより、すべての可視光の発光が可能となった。い
ろいろな色の発光が可能となったことから、フルカラー
ディスプレーの用途が広がり、屋外表示から屋内装置で
の表示、そして最近では携帯電話用などと、その用途は
広がっている。
シャル成長層を利用した発光ダイオード（Light Emitti
ng Diode：ＬＥＤ）は、その半導体の種類を選択するこ
とによりいろいろな色を発光することができる。最近Ｇ
ａＮやＡｌＧａＩｎＰの発光ダイオードが開発されたこ
とから、青色から緑色の高輝度の発光が可能となった。
これにより、すべての可視光の発光が可能となった。い
ろいろな色の発光が可能となったことから、フルカラー
ディスプレーの用途が広がり、屋外表示から屋内装置で
の表示、そして最近では携帯電話用などと、その用途は
広がっている。
【０００３】図４に発光波長５９０ｎｍのＡｌＧａＩｎ
Ｐ系発光ダイオードチップの典型的な断面構造を示す。
基本的には、ｐｎ接合により、より効率よく光を発光さ
せるために活性層の両側にヘテロ構造を設け、電子と正
孔とを活性層に閉じ込めるダブルヘテロ（ＤＨ）構造が
採用されている。
Ｐ系発光ダイオードチップの典型的な断面構造を示す。
基本的には、ｐｎ接合により、より効率よく光を発光さ
せるために活性層の両側にヘテロ構造を設け、電子と正
孔とを活性層に閉じ込めるダブルヘテロ（ＤＨ）構造が
採用されている。
【０００４】図４に示すように、従来のＡｌＧａＩｎＰ
系発光ダイオードは、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、有機
金属気相成長法（以下、「ＭＯＶＰＥ法」と称する。）
によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２、セレン又はシ
リコンをドープしたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層２
３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層２４、亜鉛をドー
プしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２５、及び亜鉛を
ドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＩｎＰ電流分
散層２６（「ウインドウ層」と呼ばれる場合もある。）
を順次積層し、ｐ型電流分散層表面の一部に表面電極２
８を、ｎ型基板２１の裏面全面に裏面電極２９を設けた
構造となっている。２３〜２５がＡｌＧａＩｎＰ４元ダ
ブルヘテロ構造部分（発光部）をなす。
系発光ダイオードは、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、有機
金属気相成長法（以下、「ＭＯＶＰＥ法」と称する。）
によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２、セレン又はシ
リコンをドープしたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層２
３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層２４、亜鉛をドー
プしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２５、及び亜鉛を
ドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＩｎＰ電流分
散層２６（「ウインドウ層」と呼ばれる場合もある。）
を順次積層し、ｐ型電流分散層表面の一部に表面電極２
８を、ｎ型基板２１の裏面全面に裏面電極２９を設けた
構造となっている。２３〜２５がＡｌＧａＩｎＰ４元ダ
ブルヘテロ構造部分（発光部）をなす。
【０００５】ＡｌＧａＩｎＰはキャリアの移動度が小さ
く、低抵抗の結晶が得難い欠点があり、素子の動作電圧
（Ｖｆ特性）が高くなる等の問題点がある。また、この
ような構造のＬＥＤにおいては、上クラッド層２５は活
性層２４よりもバンドギャップエネルギー差を大きくす
るため、Ａｌ濃度を高くする必要がある。Ａｌ濃度が高
くなるとキャリア濃度を高くすることができず、電気抵
抗が高くなり、上クラッド層２５における電流の拡がり
が小さく、表面電極２８の直下のみが発光領域となり、
結果として発光効率を高めることができない。上記従来
のＡｌＧａＩｎＰからなる発光構造を有するＬＥＤにお
いては、発光部における電流分布が悪く、外部への光の
取出し効率は低くなる。
く、低抵抗の結晶が得難い欠点があり、素子の動作電圧
（Ｖｆ特性）が高くなる等の問題点がある。また、この
ような構造のＬＥＤにおいては、上クラッド層２５は活
性層２４よりもバンドギャップエネルギー差を大きくす
るため、Ａｌ濃度を高くする必要がある。Ａｌ濃度が高
くなるとキャリア濃度を高くすることができず、電気抵
抗が高くなり、上クラッド層２５における電流の拡がり
が小さく、表面電極２８の直下のみが発光領域となり、
結果として発光効率を高めることができない。上記従来
のＡｌＧａＩｎＰからなる発光構造を有するＬＥＤにお
いては、発光部における電流分布が悪く、外部への光の
取出し効率は低くなる。
【０００６】この電極からの注入電流を拡散させる方法
として、ダブルヘテロ（ＤＨ）構造と上部表面電極２８
との間にＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＩｎＰからなる電流
分散層２６が設けられる。ＡｌＧａＩｎＰの場合は特に
５８０ｎｍ以下の短波長領域において光吸収が少なくな
り、比抵抗も低下するので外部への光の取出し効率が高
くなるとされている。
として、ダブルヘテロ（ＤＨ）構造と上部表面電極２８
との間にＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＩｎＰからなる電流
分散層２６が設けられる。ＡｌＧａＩｎＰの場合は特に
５８０ｎｍ以下の短波長領域において光吸収が少なくな
り、比抵抗も低下するので外部への光の取出し効率が高
くなるとされている。
【０００７】そしてＬＥＤの重要な特性の一つである輝
度については、少しでも高輝度の製品を得るべく、いわ
ゆるブラッグ型の多層反射膜（分布ブラッグ反射膜）を
下クラッド層２３とＧａＡｓ基板２１との間に設け、こ
の分布ブラッグ反射膜を用いて一方向から効率良く光を
取り出す工夫が試みられている。
度については、少しでも高輝度の製品を得るべく、いわ
ゆるブラッグ型の多層反射膜（分布ブラッグ反射膜）を
下クラッド層２３とＧａＡｓ基板２１との間に設け、こ
の分布ブラッグ反射膜を用いて一方向から効率良く光を
取り出す工夫が試みられている。
【０００８】この分布ブラッグ反射膜は、ＬＥＤの発光
波長をλ、屈折率をｎとしたときに、高屈折率膜のλ／
４ｎ膜と低屈折率膜のλ／４ｎ膜を交互に積層した多層
膜で構成され、活性層から発せられ基板側へ向かう光が
多重反射膜で反射され素子の上面から出射されるため、
光取り出し効率を向上させることができる。
波長をλ、屈折率をｎとしたときに、高屈折率膜のλ／
４ｎ膜と低屈折率膜のλ／４ｎ膜を交互に積層した多層
膜で構成され、活性層から発せられ基板側へ向かう光が
多重反射膜で反射され素子の上面から出射されるため、
光取り出し効率を向上させることができる。
【０００９】ＡｌＧａＩｎＰ混晶を発光層とするＬＥＤ
において、上記分布ブラッグ反射膜を構成する材料に
は、従来からＡｌＧａＡｓが用いられてきた（特開２０
００−１７４３３２号公報参照）。高い反射率を得るた
め、反射層の構成要素の一方をＡｌＡｓとするが、Ａｌ
Ａｓは作成後の酸化が激しく素子寿命等の問題で好まし
くないため、少量のＧａが添加される。
において、上記分布ブラッグ反射膜を構成する材料に
は、従来からＡｌＧａＡｓが用いられてきた（特開２０
００−１７４３３２号公報参照）。高い反射率を得るた
め、反射層の構成要素の一方をＡｌＡｓとするが、Ａｌ
Ａｓは作成後の酸化が激しく素子寿命等の問題で好まし
くないため、少量のＧａが添加される。
【００１０】また、高屈折率膜ｎ−ＡｌＧａＩｎＰおよ
び、低屈折率膜ｎ−ＡｌＩｎＰからなる半導体多層反射
膜も知られている。
び、低屈折率膜ｎ−ＡｌＩｎＰからなる半導体多層反射
膜も知られている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、ＡｌＧ
ａＩｎＰ混晶を発光層とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイ
オードにおいて、上記分布ブラッグ反射膜を構成する材
料の組み合わせについて検討した結果、従来と異なり、
ＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の組み合わせによってブラッ
グ型の多層反射膜（分布ブラッグ反射膜）を構成するこ
とに想到した。
ａＩｎＰ混晶を発光層とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイ
オードにおいて、上記分布ブラッグ反射膜を構成する材
料の組み合わせについて検討した結果、従来と異なり、
ＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の組み合わせによってブラッ
グ型の多層反射膜（分布ブラッグ反射膜）を構成するこ
とに想到した。
【００１２】このＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の組み合わ
せから成る分布ブラッグ反射膜を作製するために必要な
各層の膜厚は、下記の式で求められる。
せから成る分布ブラッグ反射膜を作製するために必要な
各層の膜厚は、下記の式で求められる。
【００１３】
（ＧａＡｓ層の膜厚［ｎｍ］）＝λ0／（４×ｎ1）
（ＡｌＩｎＰ層の膜厚［ｎｍ］）＝λ0／（４×ｎ2）
ここに、λ0：反させたい光の波長［ｎｍ］、ｎ1：反射
させたい光の波長に対するＧａＡｓ層の屈折率、ｎ2：
反射させたい光の波長に対するＡｌＩｎＰ層の屈折率で
ある。
させたい光の波長に対するＧａＡｓ層の屈折率、ｎ2：
反射させたい光の波長に対するＡｌＩｎＰ層の屈折率で
ある。
【００１４】このようにして求められた膜厚のＧａＡｓ
層、ＡｌＩｎＰ層を交互に数十回組み合わせて分布ブラ
ッグ反射膜を作製する。
層、ＡｌＩｎＰ層を交互に数十回組み合わせて分布ブラ
ッグ反射膜を作製する。
【００１５】しかしながら、ＡｌＩｎＰ層とＧａＡｓ層
の組み合わせから成る分布ブラッグ反射膜において、Ｇ
ａＡｓ層によって一部の光が反射されずに吸収されてし
まうという問題があった。
の組み合わせから成る分布ブラッグ反射膜において、Ｇ
ａＡｓ層によって一部の光が反射されずに吸収されてし
まうという問題があった。
【００１６】従って、本発明の目的は、上記課題を解決
し、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおける分布ブラ
ッグ反射膜をＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の組み合わせに
より構成し、更にはＧａＡｓ層で吸収される光を減ら
し、より高反射率なものとした分布ブラッグ反射膜を有
する高輝度の発光ダイオードを提供することにある。
し、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおける分布ブラ
ッグ反射膜をＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の組み合わせに
より構成し、更にはＧａＡｓ層で吸収される光を減ら
し、より高反射率なものとした分布ブラッグ反射膜を有
する高輝度の発光ダイオードを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、次のように構成したものである。
め、本発明は、次のように構成したものである。
【００１８】請求項１の発明に係る発光ダイオードは、
第一導電型基板の上に活性層を第一導電型下クラッド層
と第二導電型上クラッド層で挟んだ発光部を形成し、第
一導電型下クラッド層と基板との間に、高屈折率膜と低
屈折率膜を交互に積層した多層膜から成る第一導電型の
分布ブラッグ反射膜を挿入した構造の発光ダイオードに
おいて、上記分布ブラッグ反射膜を構成する高屈折率膜
と低屈折率膜の材質としてＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層を
用いたことを特徴とする。
第一導電型基板の上に活性層を第一導電型下クラッド層
と第二導電型上クラッド層で挟んだ発光部を形成し、第
一導電型下クラッド層と基板との間に、高屈折率膜と低
屈折率膜を交互に積層した多層膜から成る第一導電型の
分布ブラッグ反射膜を挿入した構造の発光ダイオードに
おいて、上記分布ブラッグ反射膜を構成する高屈折率膜
と低屈折率膜の材質としてＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層を
用いたことを特徴とする。
【００１９】請求項２の発明に係る発光ダイオードは、
第一導電型基板の上に活性層を第一導電型下クラッド層
と第二導電型上クラッド層で挟んだ発光部を形成し、そ
の上に第二導電型電流分散層を形成し、第一導電型下ク
ラッド層と基板との間に第一導電型の分布ブラッグ反射
膜を挿入した構造の発光ダイオードにおいて、上記分布
ブラッグ反射膜を構成する高屈折率膜と低屈折率膜の材
質としてＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層を用いたことを特徴
とする。
第一導電型基板の上に活性層を第一導電型下クラッド層
と第二導電型上クラッド層で挟んだ発光部を形成し、そ
の上に第二導電型電流分散層を形成し、第一導電型下ク
ラッド層と基板との間に第一導電型の分布ブラッグ反射
膜を挿入した構造の発光ダイオードにおいて、上記分布
ブラッグ反射膜を構成する高屈折率膜と低屈折率膜の材
質としてＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層を用いたことを特徴
とする。
【００２０】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
発光ダイオードにおいて、上記分布ブラッグ反射膜に用
いられるＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の膜厚比が、下記の
式の関係であることを特徴とする。
発光ダイオードにおいて、上記分布ブラッグ反射膜に用
いられるＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の膜厚比が、下記の
式の関係であることを特徴とする。
【００２１】
（ＧａＡｓ層の膜厚［ｎｍ］）＝λ0／（４×ｎ1）×α
（ＡｌＩｎＰ層の膜厚［ｎｍ］）＝λ0／（４×ｎ2）×
（２−α） λ0：反射させたい光の波長［ｎｍ］ ｎ1：反射させたい光の波長に対するＧａＡｓ層の屈折
率 ｎ2：反射させたい光の波長に対するＡｌＩｎＰ層の屈
折率 ０．５＜α＜０．９ 請求項４の発明は、請求項３記載の発光ダイオードにお
いて、上記係数αが０．６≦α≦０．８の範囲、好まし
くは略０．７であることを特徴とする。
（２−α） λ0：反射させたい光の波長［ｎｍ］ ｎ1：反射させたい光の波長に対するＧａＡｓ層の屈折
率 ｎ2：反射させたい光の波長に対するＡｌＩｎＰ層の屈
折率 ０．５＜α＜０．９ 請求項４の発明は、請求項３記載の発光ダイオードにお
いて、上記係数αが０．６≦α≦０．８の範囲、好まし
くは略０．７であることを特徴とする。
【００２２】請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれ
かに記載の発光ダイオードにおいて、上記発光部を構成
する活性層、下クラッド層及び上クラッド層が、ＡｌＧ
ａＩｎＰから成ることを特徴とする。
かに記載の発光ダイオードにおいて、上記発光部を構成
する活性層、下クラッド層及び上クラッド層が、ＡｌＧ
ａＩｎＰから成ることを特徴とする。
【００２３】請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれ
かに記載の発光ダイオードにおいて、上記発光部を構成
する活性層、下クラッド層及び上クラッド層が、ＧａＩ
ｎＰから成ることを特徴とする。
かに記載の発光ダイオードにおいて、上記発光部を構成
する活性層、下クラッド層及び上クラッド層が、ＧａＩ
ｎＰから成ることを特徴とする。
【００２４】請求項７の発明は、請求項５又は６に記載
の発光ダイオードにおいて、上記基板がＧａＡｓから成
ることを特徴とする。
の発光ダイオードにおいて、上記基板がＧａＡｓから成
ることを特徴とする。
【００２５】＜発明の要点＞本発明の要点は、上記分布
ブラッグ反射膜に用いる材質としてＡｌＩｎＰ層とＧａ
Ａｓ層の組み合わせを用いたこと、更に、ＧａＡｓ層は
できる限り薄くし、ＡｌＩｎＰ層は反射させたい波長の
光を反射できるように厚くしたことにある。
ブラッグ反射膜に用いる材質としてＡｌＩｎＰ層とＧａ
Ａｓ層の組み合わせを用いたこと、更に、ＧａＡｓ層は
できる限り薄くし、ＡｌＩｎＰ層は反射させたい波長の
光を反射できるように厚くしたことにある。
【００２６】この高反射率な分布ブラッグ反射膜を作製
するのに必要なＧａＡｓ層、及びＡｌＩｎＰ層の膜厚
は、下記の式のようにして求める。
するのに必要なＧａＡｓ層、及びＡｌＩｎＰ層の膜厚
は、下記の式のようにして求める。
【００２７】（ＧａＡｓ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／
（４×ｎ1）｝×α （ＡｌＩｎＰ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×
ｎ2）｝×（２−α） λ0：反射させたい光の波長［ｎｍ］ ｎ1：反射させたい光の波長に対するＧａＡｓ層の屈折
率 ｎ2：反射させたい光の波長に対するＡｌＩｎＰ層の屈
折率 ０．５＜α＜０．９ ここで上記係数αについては、図２に示すように、０．
５＜α＜０．９の範囲、好ましくは０．６≦α≦０．８
の範囲、更に好ましくは略０．７とすると、α＝１の場
合（高屈折率膜のλ0／４ｎ1膜と低屈折率膜のλ0／４
ｎ2膜を交互に積層した場合に相当する）に較べ、より
大きなスペクトル面積、すなわち高反射率な分布ブラッ
グ反射膜を得ることができる。
（４×ｎ1）｝×α （ＡｌＩｎＰ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×
ｎ2）｝×（２−α） λ0：反射させたい光の波長［ｎｍ］ ｎ1：反射させたい光の波長に対するＧａＡｓ層の屈折
率 ｎ2：反射させたい光の波長に対するＡｌＩｎＰ層の屈
折率 ０．５＜α＜０．９ ここで上記係数αについては、図２に示すように、０．
５＜α＜０．９の範囲、好ましくは０．６≦α≦０．８
の範囲、更に好ましくは略０．７とすると、α＝１の場
合（高屈折率膜のλ0／４ｎ1膜と低屈折率膜のλ0／４
ｎ2膜を交互に積層した場合に相当する）に較べ、より
大きなスペクトル面積、すなわち高反射率な分布ブラッ
グ反射膜を得ることができる。
【００２８】本発明においては、上記基板がＧａＡｓで
あり、上記発光部がＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰから
成る構成とすることができる。また上記活性層がアンド
ープのＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰから成ることがで
きる。
あり、上記発光部がＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰから
成る構成とすることができる。また上記活性層がアンド
ープのＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰから成ることがで
きる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００３０】本発明の実施形態に係る発光ダイオードの
構造を図１に示す。この発光ダイオードの構造は、第一
導電型基板としてのｎ型のＧａＡｓ基板２上に、高屈折
率膜のｎ型ＧａＡｓ層と低屈折率膜のｎ型ＡｌＩｎＰ層
を交互に積層した多層膜から成る第一導電型の分布ブラ
ッグ反射膜３が形成され、さらにこの上に第一導電型ク
ラッド層であるｎ型のＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層４
と、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層５と、第二導電型
クラッド層であるｐ型のＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層６
とから成るダブルヘテロ構造の発光領域層（発光部）が
ある。なお、ｎ型ＧａＡｓ基板２とｎ型分布ブラッグ反
射膜３との間には、ｎ型ＧａＡｓバッファ層を設けても
よい。
構造を図１に示す。この発光ダイオードの構造は、第一
導電型基板としてのｎ型のＧａＡｓ基板２上に、高屈折
率膜のｎ型ＧａＡｓ層と低屈折率膜のｎ型ＡｌＩｎＰ層
を交互に積層した多層膜から成る第一導電型の分布ブラ
ッグ反射膜３が形成され、さらにこの上に第一導電型ク
ラッド層であるｎ型のＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層４
と、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層５と、第二導電型
クラッド層であるｐ型のＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層６
とから成るダブルヘテロ構造の発光領域層（発光部）が
ある。なお、ｎ型ＧａＡｓ基板２とｎ型分布ブラッグ反
射膜３との間には、ｎ型ＧａＡｓバッファ層を設けても
よい。
【００３１】さらに、上記した発光部の上、正確には上
クラッド層６上には、第二導電型電流分散層としてｐ型
ＡｌＧａＩｎＰ電流分散層７が形成されている。更に、
チップ表面には、その中央に円形の部分電極から成る表
面電極８が形成され、また裏面には、その一部分または
全面にｎ側用金属電極から成る裏面電極１が形成されて
いる。
クラッド層６上には、第二導電型電流分散層としてｐ型
ＡｌＧａＩｎＰ電流分散層７が形成されている。更に、
チップ表面には、その中央に円形の部分電極から成る表
面電極８が形成され、また裏面には、その一部分または
全面にｎ側用金属電極から成る裏面電極１が形成されて
いる。
【００３２】上記分布ブラッグ反射膜３を構成するＧａ
Ａｓ層及びＡｌＩｎＰ層の膜厚は、下記の（１）（２）
（３）式のようにして求める。 （ＧａＡｓ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×ｎ1）｝×α （１） （ＡｌＩｎＰ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×ｎ2）｝×（２−α） （２） λ0：反射させたい光の波長［ｎｍ］ ｎ1：反射させたい光の波長に対するＧａＡｓ層の屈折
率 ｎ2：反射させたい光の波長に対するＡｌＩｎＰ層の屈
折率 ０．５＜α＜０．９ （３） 図２に上記係数αと分布ブラッグ反射膜のスペクトル面
積の関係を示す。α＝１となる通常のＤＢＲ反射膜（高
屈折率膜と低屈折率膜の膜厚をλ／４ｎに等しくした場
合）と比較して、係数αの範囲を０．５＜α＜０．９と
した分布ブラッグ反射膜の方が、発光ダイオードの輝度
向上がより認められる。すなわち、上記係数αについて
は、図２から分かるように、０．５＜α＜０．９の範
囲、好ましくは０．６≦α≦０．８の範囲、更に好まし
くは略０．７とすると、α＝１の場合（高屈折率膜と低
屈折率膜の膜厚をλ／４ｎに等しくした場合）に較べ、
より大きなスペクトル面積［ａ．ｕ．（任意単位）］、
従って高反射率な分布ブラッグ反射膜を得ることができ
る。
Ａｓ層及びＡｌＩｎＰ層の膜厚は、下記の（１）（２）
（３）式のようにして求める。 （ＧａＡｓ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×ｎ1）｝×α （１） （ＡｌＩｎＰ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×ｎ2）｝×（２−α） （２） λ0：反射させたい光の波長［ｎｍ］ ｎ1：反射させたい光の波長に対するＧａＡｓ層の屈折
率 ｎ2：反射させたい光の波長に対するＡｌＩｎＰ層の屈
折率 ０．５＜α＜０．９ （３） 図２に上記係数αと分布ブラッグ反射膜のスペクトル面
積の関係を示す。α＝１となる通常のＤＢＲ反射膜（高
屈折率膜と低屈折率膜の膜厚をλ／４ｎに等しくした場
合）と比較して、係数αの範囲を０．５＜α＜０．９と
した分布ブラッグ反射膜の方が、発光ダイオードの輝度
向上がより認められる。すなわち、上記係数αについて
は、図２から分かるように、０．５＜α＜０．９の範
囲、好ましくは０．６≦α≦０．８の範囲、更に好まし
くは略０．７とすると、α＝１の場合（高屈折率膜と低
屈折率膜の膜厚をλ／４ｎに等しくした場合）に較べ、
より大きなスペクトル面積［ａ．ｕ．（任意単位）］、
従って高反射率な分布ブラッグ反射膜を得ることができ
る。
【００３３】より具体的に、図１の発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）の実施例について説明する。
ＥＤ）の実施例について説明する。
【００３４】ＭＯＶＰＥ法によりｎ型ＧａＡｓ基板２上
に、高屈折率膜のｎ型ＧａＡｓ層（膜厚３０．７ｎｍ、
キャリア濃度１×１０18cm-3）と低屈折率膜のｎ型Ａｌ
ＩｎＰ層（膜厚７１．２ｎｍ、キャリア濃度１×１０18
cm-3）の２層を交互に成長した計２０ペアからなる分布
ブラッグ反射膜３、その上に厚さが０．５μｍでキャリ
ア濃度が１×１０18cm-3のｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッ
ド層４、厚さが０．５μｍのアンドープＡｌＧａＩｎＰ
活性層５、厚さが０．５μｍでキャリア濃度が５×１０
17cm-3のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層６、厚さが５
μｍでキャリア濃度が１×１０18cm-3のｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ電流分散層７を順次成長した。
に、高屈折率膜のｎ型ＧａＡｓ層（膜厚３０．７ｎｍ、
キャリア濃度１×１０18cm-3）と低屈折率膜のｎ型Ａｌ
ＩｎＰ層（膜厚７１．２ｎｍ、キャリア濃度１×１０18
cm-3）の２層を交互に成長した計２０ペアからなる分布
ブラッグ反射膜３、その上に厚さが０．５μｍでキャリ
ア濃度が１×１０18cm-3のｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッ
ド層４、厚さが０．５μｍのアンドープＡｌＧａＩｎＰ
活性層５、厚さが０．５μｍでキャリア濃度が５×１０
17cm-3のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層６、厚さが５
μｍでキャリア濃度が１×１０18cm-3のｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ電流分散層７を順次成長した。
【００３５】このエピタキシャルウェハより図１のＬＥ
Ｄチップを製作し、特性評価を行った。上記式でα＝１
の場合（高屈折率膜と低屈折率膜の膜厚をλ／４ｎに等
しくした場合）の分布ブラッグ反射膜を持つＬＥＤチッ
プと比較して、発光出力は約２割アップの２．４ｍＷと
なり、素子の動作電圧（Ｖｆ特性）は変わらず１．９Ｖ
であった。
Ｄチップを製作し、特性評価を行った。上記式でα＝１
の場合（高屈折率膜と低屈折率膜の膜厚をλ／４ｎに等
しくした場合）の分布ブラッグ反射膜を持つＬＥＤチッ
プと比較して、発光出力は約２割アップの２．４ｍＷと
なり、素子の動作電圧（Ｖｆ特性）は変わらず１．９Ｖ
であった。
【００３６】上記実施形態では、電流分散層７を有する
発光ダイオードの構造について述べたが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、図１から電流分散層７を省
略した発光ダイオードの構造についても適用することが
できる。すなわち、ｎ型のＧａＡｓ基板２上に、上記
（１）（２）式に従って、高屈折率膜のｎ型ＧａＡｓ層
と低屈折率膜のｎ型ＡｌＩｎＰ層を交互に積層した多層
膜から成るｎ型の分布ブラッグ反射膜３を形成し、さら
にこの上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層４と、アン
ドープＡｌＧａＩｎＰ活性層５と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ
上クラッド層６とから成るダブルヘテロ構造の発光領域
層（発光部）を設け、この上クラッド層６上にｐ型Ａｌ
ＧａＩｎＰ電流分散層７を形成し、更に、表面電極８と
裏面電極１を形成した構成とすることができる。
発光ダイオードの構造について述べたが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、図１から電流分散層７を省
略した発光ダイオードの構造についても適用することが
できる。すなわち、ｎ型のＧａＡｓ基板２上に、上記
（１）（２）式に従って、高屈折率膜のｎ型ＧａＡｓ層
と低屈折率膜のｎ型ＡｌＩｎＰ層を交互に積層した多層
膜から成るｎ型の分布ブラッグ反射膜３を形成し、さら
にこの上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層４と、アン
ドープＡｌＧａＩｎＰ活性層５と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ
上クラッド層６とから成るダブルヘテロ構造の発光領域
層（発光部）を設け、この上クラッド層６上にｐ型Ａｌ
ＧａＩｎＰ電流分散層７を形成し、更に、表面電極８と
裏面電極１を形成した構成とすることができる。
【００３７】また、電流分散層７には、ＡｌＧａＩｎＰ
の他、透明導電膜のＩＴＯ膜や、ＡｌＧａＡｓや、Ｇａ
Ｐ等を用いることができる。
の他、透明導電膜のＩＴＯ膜や、ＡｌＧａＡｓや、Ｇａ
Ｐ等を用いることができる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、分
布ブラッグ反射膜にＡｌＩｎＰ層とＧａＡｓ層の組み合
わせを用い、それらの膜厚を、下記の式、 （ＧａＡｓ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×ｎ1）｝
×α （ＡｌＩｎＰ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×
ｎ2）｝×（２−α） λ0：反射させたい光の波長［ｎｍ］ ｎ1：反射させたい光の波長に対するＧａＡｓ層の屈折
率 ｎ2：反射させたい光の波長に対するＡｌＩｎＰ層の屈
折率 ０．５＜α＜０．９ に従ってアンバランスに定めているため、これにより高
反射率の分布ブラッグ反射膜を構成することができる。
従って、この分布ブラッグ反射膜を具備することで、高
輝度な発光ダイオードを得ることができる。
布ブラッグ反射膜にＡｌＩｎＰ層とＧａＡｓ層の組み合
わせを用い、それらの膜厚を、下記の式、 （ＧａＡｓ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×ｎ1）｝
×α （ＡｌＩｎＰ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×
ｎ2）｝×（２−α） λ0：反射させたい光の波長［ｎｍ］ ｎ1：反射させたい光の波長に対するＧａＡｓ層の屈折
率 ｎ2：反射させたい光の波長に対するＡｌＩｎＰ層の屈
折率 ０．５＜α＜０．９ に従ってアンバランスに定めているため、これにより高
反射率の分布ブラッグ反射膜を構成することができる。
従って、この分布ブラッグ反射膜を具備することで、高
輝度な発光ダイオードを得ることができる。
【００３９】また本発明の発光ダイオードによれば、分
布ブラッグ反射膜のＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の膜厚比
を変えるだけで、従来の発光ダイオードと比較し、より
高輝度な発光ダイオードを得ることができる。
布ブラッグ反射膜のＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の膜厚比
を変えるだけで、従来の発光ダイオードと比較し、より
高輝度な発光ダイオードを得ることができる。
【図１】本発明の実施形態に係る発光ダイオードの構造
を示す図である。
を示す図である。
【図２】本発明の式中の係数αと分布ブラッグ反射膜の
スペクトル面積の関係を示す図である。
スペクトル面積の関係を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図４】従来の発光ダイオードの構造を示す図である。
１ 裏面電極
２ ＧａＡｓ基板
３ ブラッグ反射膜
４ ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層
５ ＡｌＧａＩｎＰ活性層
６ ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層
７ ＡｌＧａＩｎＰ電流分散層
８ 表面電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 今野 泰一郎
東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日
立電線株式会社内
(72)発明者 古屋 貴士
東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日
立電線株式会社内
Ｆターム(参考） 5F041 AA04 CA04 CA12 CA22 CA35
CA65 CB15 CB36
Claims (7)
- 【請求項１】第一導電型基板の上に活性層を第一導電型
下クラッド層と第二導電型上クラッド層で挟んだ発光部
を形成し、第一導電型下クラッド層と基板との間に、高
屈折率膜と低屈折率膜を交互に積層した多層膜から成る
第一導電型の分布ブラッグ反射膜を挿入した構造の発光
ダイオードにおいて、 上記分布ブラッグ反射膜を構成する高屈折率膜と低屈折
率膜の材質としてＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層を用いたこ
とを特徴とする発光ダイオード。 - 【請求項２】第一導電型基板の上に活性層を第一導電型
下クラッド層と第二導電型上クラッド層で挟んだ発光部
を形成し、その上に第二導電型電流分散層を形成し、第
一導電型下クラッド層と基板との間に第一導電型の分布
ブラッグ反射膜を挿入した構造の発光ダイオードにおい
て、 上記分布ブラッグ反射膜を構成する高屈折率膜と低屈折
率膜の材質としてＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層を用いたこ
とを特徴とする発光ダイオード。 - 【請求項３】請求項１又は２記載の発光ダイオードにお
いて、 上記分布ブラッグ反射膜に用いられるＧａＡｓ層とＡｌ
ＩｎＰ層の膜厚比が、下記の式の関係であることを特徴
とする発光ダイオード。 （ＧａＡｓ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×ｎ1）｝
×α （ＡｌＩｎＰ層の膜厚［ｎｍ］）＝｛λ0／（４×
ｎ2）｝×（２−α） λ0：反射させたい光の波長［ｎｍ］ ｎ1：反射させたい光の波長に対するＧａＡｓ層の屈折
率 ｎ2：反射させたい光の波長に対するＡｌＩｎＰ層の屈
折率 ０．５＜α＜０．９ - 【請求項４】請求項３記載の発光ダイオードにおいて、 上記係数αが０．６≦α≦０．８の範囲、好ましくは略
０．７であることを特徴とする発光ダイオード。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の発光ダイ
オードにおいて、 上記発光部を構成する活性層、下クラッド層及び上クラ
ッド層が、ＡｌＧａＩｎＰから成ることを特徴とする発
光ダイオード。 - 【請求項６】請求項１〜４のいずれかに記載の発光ダイ
オードにおいて、 上記発光部を構成する活性層、下クラッド層及び上クラ
ッド層が、ＧａＩｎＰから成ることを特徴とする発光ダ
イオード。 - 【請求項７】請求項５又は６に記載の発光ダイオードに
おいて、 上記基板がＧａＡｓから成ることを特徴とする発光ダイ
オード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002012473A JP2003218386A (ja) | 2002-01-22 | 2002-01-22 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002012473A JP2003218386A (ja) | 2002-01-22 | 2002-01-22 | 発光ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003218386A true JP2003218386A (ja) | 2003-07-31 |
Family
ID=27649672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002012473A Pending JP2003218386A (ja) | 2002-01-22 | 2002-01-22 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003218386A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100466310C (zh) * | 2005-02-25 | 2009-03-04 | 日立电线株式会社 | 发光二极管及其制造方法 |
| KR101189162B1 (ko) | 2005-12-23 | 2012-10-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 다이오드 및 그 제조 방법 |
| JP2021114594A (ja) * | 2019-08-27 | 2021-08-05 | 株式会社東芝 | 光半導体素子 |
| WO2023273374A1 (zh) * | 2021-06-30 | 2023-01-05 | 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 | Led外延结构和led芯片 |
-
2002
- 2002-01-22 JP JP2002012473A patent/JP2003218386A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100466310C (zh) * | 2005-02-25 | 2009-03-04 | 日立电线株式会社 | 发光二极管及其制造方法 |
| US7683378B2 (en) | 2005-02-25 | 2010-03-23 | Hitachi Cable, Ltd. | Light emitting diode and method for fabricating same |
| KR101189162B1 (ko) | 2005-12-23 | 2012-10-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 다이오드 및 그 제조 방법 |
| JP2021114594A (ja) * | 2019-08-27 | 2021-08-05 | 株式会社東芝 | 光半導体素子 |
| WO2023273374A1 (zh) * | 2021-06-30 | 2023-01-05 | 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 | Led外延结构和led芯片 |
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| A521 | Written amendment |
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