JP3242910B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JP3242910B2 JP20152690A JP20152690A JP3242910B2 JP 3242910 B2 JP3242910 B2 JP 3242910B2 JP 20152690 A JP20152690 A JP 20152690A JP 20152690 A JP20152690 A JP 20152690A JP 3242910 B2 JP3242910 B2 JP 3242910B2
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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、半導体発光素子に係わり、特にInGaAlP系
材料を用いた半導体発光素子に関する。
(従来の技術) 近年、直接遷移型の化合物半導体材料を用いた各種の
発光ダイオード(半導体発光素子)が開発されている。
特に、InGaAlP系材料を用いた発光ダイオードは、580mm
(黄色)〜690mm(赤色)の範囲で発光を有し、また直
接遷移による発光が得られるため、効率の高い光源とし
て期待されている。
この種の発光ダイオードの例として、第3図に示す構
造が知られている。即ち、n−GaAs基板80上にn−GaAs
バッファ層81, n−InGaAlPクラッド層82,アンドープInGaP活性層83及
びp−InGaAlPクラッド層84が成長形成され、この上の
一部(中央部)にp−InGaP中間バンドギャップ層85及
びp−GaAsコンタクト層86が成長形成されている。そし
て、コンタクト層86にp側電極87が形成され、基板80の
裏面にn側電極88が形成されている。
ところで、第3図のような構成においては、活性層83
に十分にキャリアを閉込め高い発光効率を得るには、ク
ラッド層82,84のAl組成を大きくしなければならない。
しかし、pクラッド層においては一般に、Al組成を大き
くするとキャリア濃度を大きくすることができず、第3
図の構成ではpクラッド層84のキャリア濃度は低いもの
となる。このため、電極87から注入される電流はpクラ
ッド層84では殆ど広がることなく活性層83に注入される
ことになり、発光領域は活性層83の電極87の直下に位置
する領域91のみとなる。
この場合、発光領域91から上面方向に取出される光93
は、クラッド層84で光の吸収を受けることなく、活性層
83でのバンドギャップに相当した波長を有する。一方、
ダブルヘテロ構造部を有するため、発光領域91で発光し
た光は、活性層83を導波して端面から出る光94となる。
この端面光94は、活性層83での光吸収を受けるため、上
面から取出される光93に比べ波長が長い。このため、端
面から出る光94は、不必要な光として除去されてきた。
つまり、従来の発光ダイオードでは端面から無駄が光が
放射され、これが光取出し効率の低下を招く要因となっ
ていた。
(発明が解決しようとする課題) このように従来、ダブルヘテロ構造部を有する半導体
発光素子においては、光取出し側の電極直下が発光領域
となり、端面から出る光は活性層での光吸収を受け、上
面(光取出し面)から取出す光と波長が異なってくる。
このため、端面から出る光を除去する必要があり、これ
が光取出し効率の低下を招く要因となっていた。
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、光取出し面からの光と端面からの
光の発光波長が異なることに起因する光取出し効率の低
下をなくし、光取出し効率の向上をはかり得る半導体発
光素子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、ダブルヘテロ構造部の端面から出射
される光の波長を上面から出射される光と同じにし、ダ
ブルヘテロ構造部の活性層における発光を上面と端面と
の両方から取出すことにより、光取出し効率の向上をは
かることにある。
即ち本発明は、半導体基板上にInGaAlP系材料からな
る活性層をクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造部を形
成した半導体発光素子において、前記ダブルヘテロ構造
部上の少なくとも端面領域に第1の電極を設け、且つ端
面領域以外の一部に第1の電極の存在しない領域を設
け、前記半導体基板の裏面に第2の電極を設けるように
したものである。
(作用) 本発明によれば、端面領域上に第1の電極が形成され
ているため、端面領域にも発光領域が形成され、この端
面の発光領域から出る光は活性層での光吸収の影響を受
けることなく、上面から出る光と同じ波長となる。従っ
て、端面からでる光を除去する必要はなく、この光を上
面から出る光と共に取出すことにより、光取出し効率の
向上をはか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。
第1図は、本発明の第1の実施例に係わる半導体発光
素子の概略構成を説明するためのものであり、但し
(a)は参考例を示す断面図、(b)(c)が実施例を
示す断面図である。
第1図(a)において、10はn−GaAs基板であり、こ
の基板10上にn−GaAsバッファ層11,n−In0.5(Ga0.3Al
0.70.5Pクラッド層12,In0.5(Ga0.8Al0.20.5P活
性層13,p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pクラッド層14が成
長形成され、このクラッド層14の中央部と端面領域の上
にp−In0.5Ga0.5P中間バンドギャップ層15及びp−Ga
Asコンタクト層16が成長形成されている。そして、コン
タクト層16上にp側電極(第1の電極)17が形成され、
基板10の下面(裏面)にn側電極(第2の電極)18が形
成されている。
なお、第1図の構造を実現するには、基板10上にコン
タクト層16までをエピタキシャル成長し、さらにp側電
極17を形成した後に、RIE等でコンタクト層16及び中間
バンドギャップ層15を選択エッチングすればよい。ま
た、図中21は中央部の発光領域、22は端面領域での発光
領域、23は光取出し面からの上面出射光、24は端面から
の出射光を示している。
このような構成であれば、中央部の発光領域21と共に
端面領域に発光領域22が形成されているため、端面出射
光24も活性層13で光吸収を受けることなく出射される。
このため、端面出射光24は上面出射光23と同じ発光波長
を有することになる。従って、従来のように端面出射光
24を除去する必要がなくなり、光取出し効率を向上させ
ることができる。また、従来構造において、端面領域に
中間バンドギャップ層14,コンタクト層15及びp側電極1
7を付加するのみの簡易な構成で実現し得る等の利点が
ある。
第1図(b)は基本的には同図(a)と同じである
が、p側電極17が形成されている領域をpクラッド層14
の途中までメサ状に形成したものである。このような構
成であれば、端面出射光24と上面出射光23は同じ波長を
有すると共に、発光領域21での上面に対する立体角が広
がるため、光取出し効率をさらに向上させることができ
る。
第1図(c)は基本的には同図(a)と同じである
が、p側電極17が形成されている領域をnクラッド層12
までメサ状に形成したものである。このような構成で
は、上面出射光23は、メサ状に形成された活性層13から
の端面出射光24の反射光で形成される。つまり、端面出
射光24と上面出射光23は同じ発光波長を有すると共に、
活性層13がメサ状に形成され、メサ端面から出射した光
は他のメサ状の結晶で反射されて出射するため、光取出
し効率をより一層向上させることができる。
なお、第1の実施例において、バッファ層11がn−Ga
AlAs或いはn−In0.5Ga0.5P、中間バンドギャップ層15
がp−GaAlAsであっても上記と同様の効果が得られる。
また、活性層13はp型若しくはn型のInGaAlPであって
もよく、さらにInGaPであってもよい。
第2図は、本発明の第2の実施例に係わる半導体発光
素子の概略構成を説明するためのものであり、但し
(a)は参考例を示す断面図、(b)(c)が実施例を
示す断面図である。
第2図(a)の例が第1図(a)の例と異なる点は、
p,nの関係を逆にしたことにある。即ちp−GaAs基板30
上にp−In0.5Ga0.5P中間バンドギャップ層35,p−In
0.5(Ga0.3Al0.70.5Pクラッド層32,In0.5(Ga0.8Al
0.20.5P活性層33及びn−In0.5(Ga0.3Al0.70.5
クラッド層34が形成され、このクラッド層34の中央部と
端面領域の上にn−GaAsコンタクト層36が成長形成され
ている。そして、コンタクト層36上にn側電極37が形成
され、基板10の下面にp側電極38が形成されている。な
お、図中41は中央部の発光領域、42は端面領域での発光
領域、43は光取出し面からの上面出射光、43は端面から
の出射光を示している。
このような構成であれば、端面領域に発光領域42が形
成されているため、端面出射光44と上面出射光43とは同
じ発光波長を有し、従来例のように端面出射光44を除去
する必要がなくなる。従って、先の第1の実施例と同様
に、光取出し効率の向上をはかることができる。
また、第2図(b)(c)は同図(a)をより改良し
たものであり、p,nの関係を逆にしただけで第1図
(b)(c)と基本的に同様の構成である。このような
構成であっても、先の第1の実施例と同様の同様の効果
が得られる。また、第2の実施例において、中間バンド
ギャップ層35がp−GaAs或いはp−GaAlAs、さらに活性
層33がp型若しくはn型のInGaAlP,InGaPであっても上
記と同様の効果が得られる。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるもので
はなく、そ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、ダブルヘテロ構
造部の活性層における発光領域を端面領域に形成するこ
とにより、端面からの出射光を上面からの出射光と同じ
発光波長にすることができ、これにより端面からの出射
光を除去することなく利用でき、光取出し効率の高い半
導体発光素子を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例に係わる半導体発光素子
の概略構成を示す断面図、第2図は本発明の第2の実施
例の概略構成を示す断面図、第3図は従来の半導体発光
素子の問題点を説明するための素子構造断面図である。 10,30……GaAs基板、 11……n−GaAsバッファ層、 12,14,32,34……InGaAlPクラッド層、 13,33……InGaAlP活性層、 15,35……InGaP中間バンドギャップ層、 16,36……GaAsコンタクト層、 17,37……第1の電極、 18,38……第2の電極、 21,41……中央部の発光領域、 22,42……端面領域の発光領域、 23,43……上面出射光、 24,44……端面出射光。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−231379(JP,A) 特開 平1−243483(JP,A) 特開 昭58−46685(JP,A) 特開 昭48−66384(JP,A) 特開 平2−298083(JP,A) 特開 昭62−245687(JP,A) 特開 昭56−29382(JP,A) 特開 昭54−42989(JP,A) 特開 昭52−114289(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上にInGaAlP系材料からなる活
    性層をクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造部を形成し
    た半導体発光素子において、 前記ダブルヘテロ構造部上の中央領域と周辺領域のそれ
    ぞれに第1の電極を設け、前記半導体基板の裏面側に第
    2の電極を設け、かつ第1の電極側から前記ダブルヘテ
    ロ構造部を前記活性層の第1の電極側のクラッド層の途
    中まで選択的に除去することにより、第1の電極が形成
    されている領域をメサ状に形成してなり、前記中央領域
    及び周辺領域以外の第1の電極の存在しない領域からの
    上面出射光と端面出射光の両方を取り出すことを特徴と
    する半導体発光素子。
  2. 【請求項2】半導体基板上にInGaAlP系材料からなる活
    性層をクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造部を形成し
    た半導体発光素子において、 前記ダブルヘテロ構造部上の中央領域と周辺領域のそれ
    ぞれに第1の電極を設け、前記半導体基板の裏面側に第
    2の電極を設け、かつ第1の電極側から前記ダブルヘテ
    ロ構造部を前記活性層の第2の電極側のクラッド層の途
    中まで選択的に除去することにより、第1の電極が形成
    されている領域をメサ状に形成してなり、前記中央領域
    及び周辺領域以外の第1の電極の存在しない領域からの
    上面出射光と端面出射光の両方を取り出すことを特徴と
    する半導体発光素子。
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