JP2766311B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JP2766311B2 JP2766311B2 JP13886989A JP13886989A JP2766311B2 JP 2766311 B2 JP2766311 B2 JP 2766311B2 JP 13886989 A JP13886989 A JP 13886989A JP 13886989 A JP13886989 A JP 13886989A JP 2766311 B2 JP2766311 B2 JP 2766311B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体発光装置に係わり、特にInGaAlPか
らなる発光層をもつ半導体発光装置に関する。
らなる発光層をもつ半導体発光装置に関する。
（従来の技術） InGaAlP系材料は、窒化物を除くIII−Ｖ族化合物半導
体混晶中で最大の直接遷移形エネルギーギャップを有
し、0.5〜0.6μｍ帯の発光素子材料として注目されてい
る。特にGaAsを基板とし、これに格子整合するInGaAlP
による発光部を持つpn接合形発光ダイオード（Light Em
itting Diode:LED）は、従来のGaPやGaAsP等の間接遷移
形の材料を用いたものに比べ、赤色から緑色の高輝度の
発光が可能である。高輝度のLEDを作成するには、発光
効率を高めることはもとより、素子内部での光吸収や、
発光部と電極の相対的位置関係等により、外部への有効
な光取出しを実現することが重要である。
体混晶中で最大の直接遷移形エネルギーギャップを有
し、0.5〜0.6μｍ帯の発光素子材料として注目されてい
る。特にGaAsを基板とし、これに格子整合するInGaAlP
による発光部を持つpn接合形発光ダイオード（Light Em
itting Diode:LED）は、従来のGaPやGaAsP等の間接遷移
形の材料を用いたものに比べ、赤色から緑色の高輝度の
発光が可能である。高輝度のLEDを作成するには、発光
効率を高めることはもとより、素子内部での光吸収や、
発光部と電極の相対的位置関係等により、外部への有効
な光取出しを実現することが重要である。
第５図はInGaAlP発光部を持つ従来のLEDを示す構造断
面図であり、図中51はｎ−GaAs基板、52はｎ−InGaAlP
クラッド層、53はInGaAlP活性層、54はｐ−InGaAlPクラ
ッド層、55はｐ−InGaP中間エネルギーギャップ層、56
はｐ−GaAsコンタクト層、57はｐ側電極、58はｎ側電極
である。また、図中の矢印は素子内での電流分布を、斜
線部は発光部を示している。
面図であり、図中51はｎ−GaAs基板、52はｎ−InGaAlP
クラッド層、53はInGaAlP活性層、54はｐ−InGaAlPクラ
ッド層、55はｐ−InGaP中間エネルギーギャップ層、56
はｐ−GaAsコンタクト層、57はｐ側電極、58はｎ側電極
である。また、図中の矢印は素子内での電流分布を、斜
線部は発光部を示している。
各層のAl組成は高い発光効率が得られるように設定さ
れ、発光層となる活性層のエネルギーギャップは２つの
クラッド層より小さいダブルヘテロ接合が形成されてい
る。なお、以下ではこのようなダブルヘテロ接合構造を
もつLEDについて記すが、以下で問題とする光の取出し
効率を考える上では、活性層部の層構造は本質ではな
く、シングルヘテロ接合構造やホモ接合構造でも同様に
考えることができる。
れ、発光層となる活性層のエネルギーギャップは２つの
クラッド層より小さいダブルヘテロ接合が形成されてい
る。なお、以下ではこのようなダブルヘテロ接合構造を
もつLEDについて記すが、以下で問題とする光の取出し
効率を考える上では、活性層部の層構造は本質ではな
く、シングルヘテロ接合構造やホモ接合構造でも同様に
考えることができる。
第５図に示したような構造では、ｐ−InGaAlPクラッ
ド層54の抵抗率がｎ−InGaAlPクラッド層52に比べて大
きいため、クラッド層54中での電流広がりは殆どなく、
発光部は中間エネルギーギャップ層55,コンタクト層56
及び電極57の直下のみとなり、上面方向への光の取出し
効率は非常に低かった。
ド層54の抵抗率がｎ−InGaAlPクラッド層52に比べて大
きいため、クラッド層54中での電流広がりは殆どなく、
発光部は中間エネルギーギャップ層55,コンタクト層56
及び電極57の直下のみとなり、上面方向への光の取出し
効率は非常に低かった。
第６図はInGaAlP発光部を持つ他のLEDを示す構造断面
図であり、図中61,〜,68はpnの関係が逆となっているだ
けで第５図の51,〜,58に対応している。中間エネルギー
ギャップ層65は、コンタクト層66側でなく基板61側に配
置されている。この図に示したような構造では、抵抗率
の高いｐ−InGaAlPクラッド層62を基板61側に配置する
ことにより、ｎ−InGaAlPクラッド層64での電流広がり
は第５図に示した従来例に比べ若干大きくなっている。
しかしながら、発光部の大部分はやはりコンタクト層66
及び電極67の直下となり、光の取出し効率の大きな改善
は認められなかった。
図であり、図中61,〜,68はpnの関係が逆となっているだ
けで第５図の51,〜,58に対応している。中間エネルギー
ギャップ層65は、コンタクト層66側でなく基板61側に配
置されている。この図に示したような構造では、抵抗率
の高いｐ−InGaAlPクラッド層62を基板61側に配置する
ことにより、ｎ−InGaAlPクラッド層64での電流広がり
は第５図に示した従来例に比べ若干大きくなっている。
しかしながら、発光部の大部分はやはりコンタクト層66
及び電極67の直下となり、光の取出し効率の大きな改善
は認められなかった。
（発明が解決しようとする課題） このように従来、InGaAlPからなる発光部を持つ半導
体発光装置においては、発光部における電流分布の状態
から大きな光の取出し効率は得られず、高輝度化を実現
するのは極めて困難であった。
体発光装置においては、発光部における電流分布の状態
から大きな光の取出し効率は得られず、高輝度化を実現
するのは極めて困難であった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、InGaAlPからなる発光部における
電流分布を改善することができ、光の取出し効率及び輝
度の向上をはかり得る半導体発光装置を提供することに
ある。
目的とするところは、InGaAlPからなる発光部における
電流分布を改善することができ、光の取出し効率及び輝
度の向上をはかり得る半導体発光装置を提供することに
ある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、中間エネルギーギャップ層の配置位
置及び形状を改良することにより、発光部における電流
分布の状態を改善することにある。
置及び形状を改良することにより、発光部における電流
分布の状態を改善することにある。
即ち本発明は、第１導電型の化合物半導体基板（例え
ば、GaAs）と、この基板上にpn接合をなす少なくとも第
１導電型InGaAlP層及び第２導電型InGaAlP層を積層して
形成された発光部と、この発光部上の一部に形成された
電流狭窄のための電極とを備えた半導体発光装置におい
て、前記発光部の第１導電型InGaAlP層と基板との間
に、基板よりもエネルギーギャップが大きく、且つ第１
導電型InGaAlP層よりもエネルギーギャップが小さい第
１導電型の中間エネルギーギャップ層を選択的に形成
し、前記電極の下の少なくとも一部で第１導電型InGaAl
P層と基板とを直接接触させるようにしたものである。
ば、GaAs）と、この基板上にpn接合をなす少なくとも第
１導電型InGaAlP層及び第２導電型InGaAlP層を積層して
形成された発光部と、この発光部上の一部に形成された
電流狭窄のための電極とを備えた半導体発光装置におい
て、前記発光部の第１導電型InGaAlP層と基板との間
に、基板よりもエネルギーギャップが大きく、且つ第１
導電型InGaAlP層よりもエネルギーギャップが小さい第
１導電型の中間エネルギーギャップ層を選択的に形成
し、前記電極の下の少なくとも一部で第１導電型InGaAl
P層と基板とを直接接触させるようにしたものである。
（作用） 本発明によれば、光取出し側の電極直下の少なくとも
一部には中間エネルギーギャップ層がなく、電極直下以
外の領域には中間エネルギーギャップ層が存在すること
になるので、電極から中間エネルギーギャップ層に流れ
る電流は、電極直下以外の領域まで広がることになる。
特に、中間エネルギーギャップ層を電極パターンと逆パ
ターンに形成することにより、電極からの電流を電極直
下の周辺領域まで広げることができる。従って、電極直
下以外の領域に発光領域を広げることができ、これによ
り光の取出し効率を向上させることが可能となる。
一部には中間エネルギーギャップ層がなく、電極直下以
外の領域には中間エネルギーギャップ層が存在すること
になるので、電極から中間エネルギーギャップ層に流れ
る電流は、電極直下以外の領域まで広がることになる。
特に、中間エネルギーギャップ層を電極パターンと逆パ
ターンに形成することにより、電極からの電流を電極直
下の周辺領域まで広げることができる。従って、電極直
下以外の領域に発光領域を広げることができ、これによ
り光の取出し効率を向上させることが可能となる。
（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例に係わる半導体発光装置の
概略構成を一部切欠して示す斜視図である。図中11はｐ
−GaAs基板、12はｐ−InGaP中間エネルギーギャップ
層、13はｐ−In0.5（Ga1-XAlX）0.5Ｐクラッド層、14は
In0.5（Ga1-ZAlZ）0.5Ｐ活性層、15はｎ−In0.5（Ga1-Y
AlY）Ｐクラッド層、16はｎ−GaAsコンタクト層、17は
ｎ側電極、18はｐ側電極である。中間エネルギーギャッ
プ層12は電極17と逆パターンに形成されている。即ち、
中間エネルギーギャップ層12はｎ側電極17の直下では存
在せず、ｐ−InGaAlPクラッド層13は、電極17の直下で
ｐ−GaAs基板11の露出部11aと直接接触している。
概略構成を一部切欠して示す斜視図である。図中11はｐ
−GaAs基板、12はｐ−InGaP中間エネルギーギャップ
層、13はｐ−In0.5（Ga1-XAlX）0.5Ｐクラッド層、14は
In0.5（Ga1-ZAlZ）0.5Ｐ活性層、15はｎ−In0.5（Ga1-Y
AlY）Ｐクラッド層、16はｎ−GaAsコンタクト層、17は
ｎ側電極、18はｐ側電極である。中間エネルギーギャッ
プ層12は電極17と逆パターンに形成されている。即ち、
中間エネルギーギャップ層12はｎ側電極17の直下では存
在せず、ｐ−InGaAlPクラッド層13は、電極17の直下で
ｐ−GaAs基板11の露出部11aと直接接触している。
第２図は第１図に示した装置の素子構造を示す断面図
であり、素子内での電流分布及び発光部を示している。
図中の矢印21は素子内での電流分布を、斜線部22は発光
部を示している。各層のAl組成ｘ、ｙ、ｚは高い発光効
率が得られるように、ｚ≦x,z≦ｙを満たす、即ち発光
層となる活性層14のエネルギーギャップはp,nの２つの
クラッド層13,15より小さいダブルヘテロ接合が形成さ
れている。なお、以下ではこのようなダブルヘテロ接合
構造をもつLEDについて記すが、光の取出し効率を考え
るうえでは活性層部の層構造は本質ではなく、シングル
ヘテロ接合構造やホモ接合構造でも同様に考えることが
できる。
であり、素子内での電流分布及び発光部を示している。
図中の矢印21は素子内での電流分布を、斜線部22は発光
部を示している。各層のAl組成ｘ、ｙ、ｚは高い発光効
率が得られるように、ｚ≦x,z≦ｙを満たす、即ち発光
層となる活性層14のエネルギーギャップはp,nの２つの
クラッド層13,15より小さいダブルヘテロ接合が形成さ
れている。なお、以下ではこのようなダブルヘテロ接合
構造をもつLEDについて記すが、光の取出し効率を考え
るうえでは活性層部の層構造は本質ではなく、シングル
ヘテロ接合構造やホモ接合構造でも同様に考えることが
できる。
第１図及び第２図に示したような構造では、ｐ−GaAs
基板11とｐ−InGaAlPクラッド層13との界面の電圧降下
が、ｐ−GaAs基板11,p−InGaP中間エネルギーギャップ
層12及びｐ−InGaAlPクラッド層13の各界面での電圧降
下に比べ非常に大きい。このため、電流はｐ−InGaP中
間エネルギーギャップ層12が存在する部分を選択的に流
れる。このとき、ｐ−InGaAlPクラッド層13の抵抗率は
ｎ−InGaAlPクラッド層15に比べ大きく、電流はｎ−InG
aAlPクラッド層15で大きく広がる。従って、InGaAlP活
性層14においては、電極17の直下の周辺部に電流が流れ
ることになる。
基板11とｐ−InGaAlPクラッド層13との界面の電圧降下
が、ｐ−GaAs基板11,p−InGaP中間エネルギーギャップ
層12及びｐ−InGaAlPクラッド層13の各界面での電圧降
下に比べ非常に大きい。このため、電流はｐ−InGaP中
間エネルギーギャップ層12が存在する部分を選択的に流
れる。このとき、ｐ−InGaAlPクラッド層13の抵抗率は
ｎ−InGaAlPクラッド層15に比べ大きく、電流はｎ−InG
aAlPクラッド層15で大きく広がる。従って、InGaAlP活
性層14においては、電極17の直下の周辺部に電流が流れ
ることになる。
このように本実施例によれば、電極17の直下に中間エ
ネルギーギャップ層12が存在しないように配置すること
により、殆どの発光は、電極17のない部分で起こること
になる。従って、発生した光は、コンタクト層16や電極
17に妨害されることなく外部に取出され、高い取出し効
率、ひいては高輝度の発光が可能になる。
ネルギーギャップ層12が存在しないように配置すること
により、殆どの発光は、電極17のない部分で起こること
になる。従って、発生した光は、コンタクト層16や電極
17に妨害されることなく外部に取出され、高い取出し効
率、ひいては高輝度の発光が可能になる。
第３図は本発明の他の実施例の概略構成を示す斜視
図、第４図は同実施例における中間エネルギーギャップ
層とｎ側電極との位置関係を素子表面側からみた模式図
である。図中31,〜,38は第１図の11,〜,18に対応してお
り、各部の材料，組成比は第１図と同様である。この実
施例が先に説明した実施例と異なる点は、ｎ側電極のパ
ターン及び中間エネルギーギャップ層のパターンであ
る。即ちｎ側電極37はストライプ状に複数本配置されて
おり、中間エネルギーギャップ層32はｎ側電極37と直交
する方向にストライプ状に複数本配置されている。
図、第４図は同実施例における中間エネルギーギャップ
層とｎ側電極との位置関係を素子表面側からみた模式図
である。図中31,〜,38は第１図の11,〜,18に対応してお
り、各部の材料，組成比は第１図と同様である。この実
施例が先に説明した実施例と異なる点は、ｎ側電極のパ
ターン及び中間エネルギーギャップ層のパターンであ
る。即ちｎ側電極37はストライプ状に複数本配置されて
おり、中間エネルギーギャップ層32はｎ側電極37と直交
する方向にストライプ状に複数本配置されている。
このような中間エネルギーギャップ層32とｎ側電極37
との配置では、中間エネルギーギャップ層32がｎ側電極
37の直下になる場合があるが、電極37に隠されない部分
への電流広がりも大きく、高い光の取出しが可能であ
る。また、第３図に示した構造では、中間エネルギーギ
ャップ層32とｎ側電極37の形成に際して、複雑なマスク
合せが不要であるといった利点もある。
との配置では、中間エネルギーギャップ層32がｎ側電極
37の直下になる場合があるが、電極37に隠されない部分
への電流広がりも大きく、高い光の取出しが可能であ
る。また、第３図に示した構造では、中間エネルギーギ
ャップ層32とｎ側電極37の形成に際して、複雑なマスク
合せが不要であるといった利点もある。
また、この実施例においては、中間エネルギーギャッ
プ層32をｎ側電極37と平行、つまり電極37と逆パターン
に配置することにより、光の取出し効率のより一層の向
上をはかることができる。但し、この場合は中間エネル
ギーギャップ層32とｎ側電極37とのマスク合わせが必要
になる。
プ層32をｎ側電極37と平行、つまり電極37と逆パターン
に配置することにより、光の取出し効率のより一層の向
上をはかることができる。但し、この場合は中間エネル
ギーギャップ層32とｎ側電極37とのマスク合わせが必要
になる。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるもので
はない。実施例では、中間エネルギーギャップ層として
ｐ−InGaPを用いた場合の半導体発光装置について述べ
たが、中間エネルギーギャップ層は一般にInGaAlPクラ
ッド層とGaAs基板の中間エネルギーギャップ、例えばIn
GaAlPやGaAlAsであれば同様の効果が得られるのはいう
までもない。また、は発光部における構造はダブルヘテ
ロに限るものではなく、シングルヘテロやホモ接合であ
ってもよい。さらに、各部の導電型を逆にすることも可
能である。この場合はp,nクラッド層の位置関係が上下
逆になり、活性層における電流の広がりは実施例に比べ
ると小さくなるが、第４図や第５図の従来構造よりは格
段に大きくなる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
はない。実施例では、中間エネルギーギャップ層として
ｐ−InGaPを用いた場合の半導体発光装置について述べ
たが、中間エネルギーギャップ層は一般にInGaAlPクラ
ッド層とGaAs基板の中間エネルギーギャップ、例えばIn
GaAlPやGaAlAsであれば同様の効果が得られるのはいう
までもない。また、は発光部における構造はダブルヘテ
ロに限るものではなく、シングルヘテロやホモ接合であ
ってもよい。さらに、各部の導電型を逆にすることも可
能である。この場合はp,nクラッド層の位置関係が上下
逆になり、活性層における電流の広がりは実施例に比べ
ると小さくなるが、第４図や第５図の従来構造よりは格
段に大きくなる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、基板と発光部と
の間に中間エネルギーギャップ層を選択的に形成し、光
取出し側の電極直下の少なくとも一部には中間エネルギ
ーギャップ層がなく、電極直下以外の領域には中間エネ
ルギーギャップ層が存在する構成としているので、電極
から中間エネルギーギャップ層に流れる電流は、電極直
下以外の領域まで広がることになる。従って、電極直下
以外の領域に発光領域を広げることができ、これにより
光の取出し効率を向上させることが可能となり、高輝度
の半導体発光装置を実現することができる。
の間に中間エネルギーギャップ層を選択的に形成し、光
取出し側の電極直下の少なくとも一部には中間エネルギ
ーギャップ層がなく、電極直下以外の領域には中間エネ
ルギーギャップ層が存在する構成としているので、電極
から中間エネルギーギャップ層に流れる電流は、電極直
下以外の領域まで広がることになる。従って、電極直下
以外の領域に発光領域を広げることができ、これにより
光の取出し効率を向上させることが可能となり、高輝度
の半導体発光装置を実現することができる。
第１図は本発明の一実施例に係わる半導体発光装置の概
略構成を一部切欠して示す斜視図、第２図は上記実施例
の素子構造を示す断面図、第３図は本発明の他の実施例
の概略構成を示す斜視図、第４図は第３図の実施例にお
ける中間エネルギーギャップ層とｎ側電極との位置関係
を模式的に示す平面図、第５図及び第６図はそれぞれ従
来装置の概略構造を示す断面図である。 11,31……ｐ−GaAs基板、12,32……ｐ−InGaP中間エネ
ルギーギャップ層、13,33……ｐ−InGaAlPクラッド層、
14,34……InGaAlP活性層、15,35……ｎ−InGaAlPクラッ
ド層、16,36……ｎ−GaAsコンタクト層、17,37……ｎ側
電極、18,38……ｐ側電極、21……電流分布、22……発
光部。
略構成を一部切欠して示す斜視図、第２図は上記実施例
の素子構造を示す断面図、第３図は本発明の他の実施例
の概略構成を示す斜視図、第４図は第３図の実施例にお
ける中間エネルギーギャップ層とｎ側電極との位置関係
を模式的に示す平面図、第５図及び第６図はそれぞれ従
来装置の概略構造を示す断面図である。 11,31……ｐ−GaAs基板、12,32……ｐ−InGaP中間エネ
ルギーギャップ層、13,33……ｐ−InGaAlPクラッド層、
14,34……InGaAlP活性層、15,35……ｎ−InGaAlPクラッ
ド層、16,36……ｎ−GaAsコンタクト層、17,37……ｎ側
電極、18,38……ｐ側電極、21……電流分布、22……発
光部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 秀人 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−35514（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−296677（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00
Claims (1)
- 【請求項１】第１導電型の化合物半導体基板と、この基
板上にpn接合をなす少なくとも第１導電型InGaAlP層及
び第２導電型InGaAlP層を積層して形成された発光部
と、この発光部上の一部に形成された電流狭窄のための
電極とを備えた半導体発光装置において、 前記発光部の第１導電型InGaAlP層と基板との間に、基
板よりもエネルギーギャップが大きく、且つ第１導電型
InGaAlP層よりもエネルギーギャップが小さい第１導電
型の中間エネルギーギャップ層を選択的に形成し、 前記電極の下の少なくとも一部で第１導電型InGaAlP層
と基板とを直接接触させてなることを特徴とする半導体
発光装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13886989A JP2766311B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 半導体発光装置 |
| US07/530,120 US5048035A (en) | 1989-05-31 | 1990-05-29 | Semiconductor light emitting device |
| DE4017632A DE4017632C2 (de) | 1989-05-31 | 1990-05-31 | Lichtemittierende Halbleitervorrichtung |
| US07/747,128 US5153889A (en) | 1989-05-31 | 1991-08-19 | Semiconductor light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13886989A JP2766311B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH033373A JPH033373A (ja) | 1991-01-09 |
| JP2766311B2 true JP2766311B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=15232023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13886989A Expired - Lifetime JP2766311B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2766311B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2798545B2 (ja) * | 1992-03-03 | 1998-09-17 | シャープ株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP3685977B2 (ja) | 2000-04-21 | 2005-08-24 | シャープ株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| CN102232249B (zh) | 2007-09-26 | 2013-11-06 | 日亚化学工业株式会社 | 发光元件及使用其的发光装置 |
| JP4871967B2 (ja) | 2009-02-10 | 2012-02-08 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP4583487B2 (ja) | 2009-02-10 | 2010-11-17 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
-
1989
- 1989-05-31 JP JP13886989A patent/JP2766311B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH033373A (ja) | 1991-01-09 |
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