JP3260358B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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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系半
導体材料を使用した半導体発光装置に関する。
導体材料を使用した半導体発光装置に関する。
（従来の技術） 近年、光通信や光情報処理機器における表示装置等の
光源として、発光ダイオード（LED）が広く用いられて
いる。一般にLEDでは、発光強度および応答速度が重要
な特性であり、特に表示用LEDには高輝度発光が要求さ
れる。LEDの発光効率は内部量子効率および取り出し効
率によって決まるが、このうち取り出し効率は素子構造
に大きく影響される。19図はInGaAlPを活性層とするLED
の構造例を示したものである。図で100はｎ−GaAs基
板、101はｎ−InGaAlPクラッド層、102はInGaAlP活性
層、103はｐ−InGaAlPクラッド層、105はｎ電極、106は
ｐ電極をそれぞれ示す。この材料系によるLEDの発光波
長は緑色〜赤色の領域にあるが、GaAs基板はこの波長帯
域に対して吸収損失を与えるため、活性層から基板側に
出射される光はすべて吸収により外部に取り出すことが
できない。すなわち、取り出し効率は最大、 η１＝0.5 である。一方基板と反対側へ出射される光は出射面での
反射損失および全反射により、その一部しか外へ取り出
すことはできない。例えばｐ−InGaAlPクラッド層の屈
折率ncを3.4とし、外部が空気（n0＝１）とすると、全
反射で内部へ反射される光以外の割合は η２＝１−｛１−（n0/nc）２｝1/2＝0.044 そのうち、空気中へ取り出される割合は η３＝１−｛（nc−n0）／（nc−n0）｝２＝0.7 となる。結局これらすべてを掛け合わせると、 η０＝η１η２η３＝0.0154 すなわち、取り出し効率は最大1.5％である。
光源として、発光ダイオード（LED）が広く用いられて
いる。一般にLEDでは、発光強度および応答速度が重要
な特性であり、特に表示用LEDには高輝度発光が要求さ
れる。LEDの発光効率は内部量子効率および取り出し効
率によって決まるが、このうち取り出し効率は素子構造
に大きく影響される。19図はInGaAlPを活性層とするLED
の構造例を示したものである。図で100はｎ−GaAs基
板、101はｎ−InGaAlPクラッド層、102はInGaAlP活性
層、103はｐ−InGaAlPクラッド層、105はｎ電極、106は
ｐ電極をそれぞれ示す。この材料系によるLEDの発光波
長は緑色〜赤色の領域にあるが、GaAs基板はこの波長帯
域に対して吸収損失を与えるため、活性層から基板側に
出射される光はすべて吸収により外部に取り出すことが
できない。すなわち、取り出し効率は最大、 η１＝0.5 である。一方基板と反対側へ出射される光は出射面での
反射損失および全反射により、その一部しか外へ取り出
すことはできない。例えばｐ−InGaAlPクラッド層の屈
折率ncを3.4とし、外部が空気（n0＝１）とすると、全
反射で内部へ反射される光以外の割合は η２＝１−｛１−（n0/nc）２｝1/2＝0.044 そのうち、空気中へ取り出される割合は η３＝１−｛（nc−n0）／（nc−n0）｝２＝0.7 となる。結局これらすべてを掛け合わせると、 η０＝η１η２η３＝0.0154 すなわち、取り出し効率は最大1.5％である。
さらに取り出し効率は電流広がり幅によっても制限さ
れる。一般にｐ形のInGaAlPは抵抗率が大きいため、ｐ
クラッド層中では電流がほとんど広がらず、活性層での
発光径は電極径にほぼ一致する。従って、発光領域のほ
とんどが電極の直下にあるため、外部へはごく一部の光
しか取り出せない。
れる。一般にｐ形のInGaAlPは抵抗率が大きいため、ｐ
クラッド層中では電流がほとんど広がらず、活性層での
発光径は電極径にほぼ一致する。従って、発光領域のほ
とんどが電極の直下にあるため、外部へはごく一部の光
しか取り出せない。
（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように、従来のLEDでは、取り出し効率が
小さく、高輝度化が困難であるという問題点があった。
小さく、高輝度化が困難であるという問題点があった。
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、面発光型の半導体発光装置におい
て、大きな取り出し効率を得ることを可能とし、高輝度
の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、面発光型の半導体発光装置におい
て、大きな取り出し効率を得ることを可能とし、高輝度
の半導体発光装置を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、従来の半導体発光装置において外部
に取り出されない無効の光を、素子構造を変えることに
よって、外部へ取り出すことにより、高輝度の半導体発
光素子を提供することにある。
に取り出されない無効の光を、素子構造を変えることに
よって、外部へ取り出すことにより、高輝度の半導体発
光素子を提供することにある。
即ち、本発明は、基板と、その基板の一方の表面上に
形成されたInGaAlP活性層と、その活性層の前記基板と
は反対側に形成された電流拡散層と、前記基板の他方の
表面に形成された第１電極と、前記電流拡散層上に、前
記活性層を介して前記第１電極と対向するように形成さ
れた第２電極とを有し、前記第２電極側が光取り出し方
向である面発光型の半導体発光装置において、前記InGa
AlP活性層に対し前記基板側のみに、発光波長に対して
大きな吸収係数を持つGaAsとInGaAlPの交互層からなる
反射膜が形成されたものである。
形成されたInGaAlP活性層と、その活性層の前記基板と
は反対側に形成された電流拡散層と、前記基板の他方の
表面に形成された第１電極と、前記電流拡散層上に、前
記活性層を介して前記第１電極と対向するように形成さ
れた第２電極とを有し、前記第２電極側が光取り出し方
向である面発光型の半導体発光装置において、前記InGa
AlP活性層に対し前記基板側のみに、発光波長に対して
大きな吸収係数を持つGaAsとInGaAlPの交互層からなる
反射膜が形成されたものである。
また、本発明は、前記第２電極は選択的に形成され、
第２電極の非形成部から光が取り出されるようにされて
おり、前記非形成部により隔てられた互いに対向する前
記第２電極の端部同士が、前記第２電極からInGaAlP活
性層に達するまでに前記第２電極の端部夫々から前記非
形成部側へ電流が拡散する幅とほぼ等しい間隔となるよ
う構成されたものである。
第２電極の非形成部から光が取り出されるようにされて
おり、前記非形成部により隔てられた互いに対向する前
記第２電極の端部同士が、前記第２電極からInGaAlP活
性層に達するまでに前記第２電極の端部夫々から前記非
形成部側へ電流が拡散する幅とほぼ等しい間隔となるよ
う構成されたものである。
更に、前記反射膜を構成する夫々の層の光学的厚さ
を、発光中心波長の1/4に相当するように構成されたも
のである。
を、発光中心波長の1/4に相当するように構成されたも
のである。
（作用） 本発明によれば、従来外部に取り出されず無効となっ
ていた光を、素子構造を変えることによって、外部へ取
り出すことにより、高輝度の半導体発光装置が実現でき
る。
ていた光を、素子構造を変えることによって、外部へ取
り出すことにより、高輝度の半導体発光装置が実現でき
る。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。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
造を示す図である。図中、10はｎ−GaAs基板、11はｎ−
In0.5（Ga1-xAlx）0.5Ｐクラッド層、12はIn0.5（Ga1-y
Aly）0.5Ｐ活性層、13はｐ−In0.5（Ga1-zAlz）0.5Ｐク
ラッド層、14はｐ−GaAlAs電流拡散層、15はｎ電極、16
はｐ電極をそれぞれ示す。２図は、１図のＰ電極の形状
を示したものである。１図の実施例において、活性層お
よびクラッド層の組成は、 ｙ＜x,z （１） を満たすように選ばれている。電流拡散層14は活性層に
おける電流広がりを大きくするために設けられた層であ
る。すなわちこのｐ−GaAlAs14はｐ−InGaAlPクラッド
層13に比べて抵抗率が小さいため、電流拡散層14がない
場合に比較して電流広がり幅を著しく増大させることが
できる。本発明の効果を説明するために、まず活性層で
の電流広がり幅の構造依存性について述べる。簡単のた
め１図の例と層構造が同じで電極が一つだけの３図に示
した例における電流広がりを考える。３図における電流
拡散層24の厚さおよび抵抗率をそれぞれh2、ρ２とした
場合、実効電流広がり幅Weffおよび取り出し効率ηがこ
れらのパラメータに対してどのように変わるかを計算し
た結果を４図および５図に示す。図に示したように、ρ
２が小さい程、またh2が大きい程Weffは大きくなること
がわかる。このように電流拡散層により取り出し効率が
向上されることは明らかであるが、本発明のポイントは
さらに、１図に示したように、電極を複数個に分割した
ことにある。以下で、この分割電極の効果について説明
する。
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
造を示す図である。図中、10はｎ−GaAs基板、11はｎ−
In0.5（Ga1-xAlx）0.5Ｐクラッド層、12はIn0.5（Ga1-y
Aly）0.5Ｐ活性層、13はｐ−In0.5（Ga1-zAlz）0.5Ｐク
ラッド層、14はｐ−GaAlAs電流拡散層、15はｎ電極、16
はｐ電極をそれぞれ示す。２図は、１図のＰ電極の形状
を示したものである。１図の実施例において、活性層お
よびクラッド層の組成は、 ｙ＜x,z （１） を満たすように選ばれている。電流拡散層14は活性層に
おける電流広がりを大きくするために設けられた層であ
る。すなわちこのｐ−GaAlAs14はｐ−InGaAlPクラッド
層13に比べて抵抗率が小さいため、電流拡散層14がない
場合に比較して電流広がり幅を著しく増大させることが
できる。本発明の効果を説明するために、まず活性層で
の電流広がり幅の構造依存性について述べる。簡単のた
め１図の例と層構造が同じで電極が一つだけの３図に示
した例における電流広がりを考える。３図における電流
拡散層24の厚さおよび抵抗率をそれぞれh2、ρ２とした
場合、実効電流広がり幅Weffおよび取り出し効率ηがこ
れらのパラメータに対してどのように変わるかを計算し
た結果を４図および５図に示す。図に示したように、ρ
２が小さい程、またh2が大きい程Weffは大きくなること
がわかる。このように電流拡散層により取り出し効率が
向上されることは明らかであるが、本発明のポイントは
さらに、１図に示したように、電極を複数個に分割した
ことにある。以下で、この分割電極の効果について説明
する。
３図の例において、上述の実効電流広がり幅Weffは近
似的に次式で表される（Yonezu et al.:Jpn.J.Appl.Phy
s.,Vol.12,No.10（1973）pp.1585−1592）。
似的に次式で表される（Yonezu et al.:Jpn.J.Appl.Phy
s.,Vol.12,No.10（1973）pp.1585−1592）。
Weff＝W0＋2W1 （２） W1＝｛2nkT/（ｑρ5J）｝1/2 （３） 1/ρ５＝h1/ρ１＋h2/ρ２ （４） ここで、W0は電極幅、ｎはダイオード特性を表す値
（通常〜２）、Ｔは温度、Ｊは電流密度、またはh1、h2
はｐ−InGaAlPクラッド層23および電流拡散層24の厚
さ、ρ１、ρ２はクラッド層23および電流拡散層24の抵
抗率をそれぞれ表す。上で述べたWeffとρ２、h2との関
係は（２）〜（４）式から明らかである。
（通常〜２）、Ｔは温度、Ｊは電流密度、またはh1、h2
はｐ−InGaAlPクラッド層23および電流拡散層24の厚
さ、ρ１、ρ２はクラッド層23および電流拡散層24の抵
抗率をそれぞれ表す。上で述べたWeffとρ２、h2との関
係は（２）〜（４）式から明らかである。
（３）式からわかるように、Weffに影響するもう一つ
のパラメータは電流密度Ｊである。全電流値Ｉが一定の
場合、電流密度Ｊは電極の大きさおよび形状によって変
わる。円電極の場合、実効的な発光面積Seffは次式で表
される。
のパラメータは電流密度Ｊである。全電流値Ｉが一定の
場合、電流密度Ｊは電極の大きさおよび形状によって変
わる。円電極の場合、実効的な発光面積Seffは次式で表
される。
Seff＝π（Weff/2）２ （５） 発光部が電極の下にあることによって制限される取り出
し効率は近似的に η５＝（Seff−S0）/Seff （６） で与えられる。ここで S0＝π（W0/2）２ （７） 一方、全電流値Ｉと電流密度Ｊとの関係は Ｉ＝SeffJ （８） で表されるから、（２），（３），（５），（８）式よ
り、次の関係式が得られる。
し効率は近似的に η５＝（Seff−S0）/Seff （６） で与えられる。ここで S0＝π（W0/2）２ （７） 一方、全電流値Ｉと電流密度Ｊとの関係は Ｉ＝SeffJ （８） で表されるから、（２），（３），（５），（８）式よ
り、次の関係式が得られる。
すなわち、W1とW0の比はρ５およびＩのみによって決ま
り、電極の大きさW0にはよらない。このことは、一定の
電流値でLEDを用いる場合、（６）式で決まる効率η５
は電極の大きさによらないことを意味している。したが
って、単一電極の場合には電極の大きさを変えても発光
効率は代わらないことになる。なお円電極の場合、厳密
にはSeffを決めるWeffの値は上式のW1の代わりに、 W1′＝｛（W0＋2W1）2/4＋W1 2｝1/2−W0/2 （10） を用いた式となるが、この場合でもW1′とW0の比がρ５
およびＩのみによって決まり、電極の大きさW0にはよら
ないことは同様である。６図および７図に単一円電極の
場合の電流広がり幅とW0との比および取り出し効率η
（基板の吸収、取り出し面での反射、全反射をすべて考
慮した値）の電流値Ｉに対する依存性を示す。図からわ
かるように、電流値Ｉが小さいほど取り出し効率は大き
くなる。これは（３）式で示されるように電流密度が小
さいと実効電流広がり幅が大きくなるためである。
り、電極の大きさW0にはよらない。このことは、一定の
電流値でLEDを用いる場合、（６）式で決まる効率η５
は電極の大きさによらないことを意味している。したが
って、単一電極の場合には電極の大きさを変えても発光
効率は代わらないことになる。なお円電極の場合、厳密
にはSeffを決めるWeffの値は上式のW1の代わりに、 W1′＝｛（W0＋2W1）2/4＋W1 2｝1/2−W0/2 （10） を用いた式となるが、この場合でもW1′とW0の比がρ５
およびＩのみによって決まり、電極の大きさW0にはよら
ないことは同様である。６図および７図に単一円電極の
場合の電流広がり幅とW0との比および取り出し効率η
（基板の吸収、取り出し面での反射、全反射をすべて考
慮した値）の電流値Ｉに対する依存性を示す。図からわ
かるように、電流値Ｉが小さいほど取り出し効率は大き
くなる。これは（３）式で示されるように電流密度が小
さいと実効電流広がり幅が大きくなるためである。
次に電極形状が円ではなく、ストライプ電極の場合
に、取り出し効率が電極形状にどのように依存するかを
説明する。ストライプ電極のストライプ幅をW0とする
と、（２）、（４）式はそのまま成立する。ストライプ
の長さを Ｌ＝aW0 （11） とすると、（５）、（７）式に相当する式は Seff＝aWeff 2 （12） S0＝aW0 2 （13） となる。これからW1とW0との間には次の関係があること
が導かれる。
に、取り出し効率が電極形状にどのように依存するかを
説明する。ストライプ電極のストライプ幅をW0とする
と、（２）、（４）式はそのまま成立する。ストライプ
の長さを Ｌ＝aW0 （11） とすると、（５）、（７）式に相当する式は Seff＝aWeff 2 （12） S0＝aW0 2 （13） となる。これからW1とW0との間には次の関係があること
が導かれる。
W1/W0＝ab/I＋｛（ab/I）２＋ab/I｝1/2 （14） ここで ｂ＝｛2nkT/（ｑρ５）｝1/2 （15） 以上から、単一ストライプ電極の場合には取り出し効率
は全電流値Ｉおよびストライプ長さとストライプ幅との
比ａとによって決まる。８図および９図にストライプ電
極の場合のWeff/W0およびηのパラメータａに対する依
存性を示す。図からａが大きい程、取り出し効率は大き
くなることがわかる。
は全電流値Ｉおよびストライプ長さとストライプ幅との
比ａとによって決まる。８図および９図にストライプ電
極の場合のWeff/W0およびηのパラメータａに対する依
存性を示す。図からａが大きい程、取り出し効率は大き
くなることがわかる。
以上二つの例からわかるように、単一電極の場合には
電極形状が同じであれば、取り出し効率は電極の大きさ
にはよらず、全電流値Ｉによってのみ決まる。したがっ
て、例えば円電極の場合には、電極径を変えても取り出
し効率を改善することはできない。一方電流値Ｉを小さ
くすれば取り出し効率は改善されるが、この場合には光
出力自体が小さくなってしまうので、高輝度発光は実現
できない。しかしながら本発明の構成によれば、電極を
分割することにより、全電流値Ｉは一定に保ったまま、
それぞれの電極に流れる電流は小さくできるため、電流
広がり幅を大きくすることができ、取り出し効率を向上
させることができる。すなわち、電極をｍ個に分割すれ
ば、各電極を流れる電流は1/mになるため、６図に示し
たようにWeff/W0の値を大きくすることができ、その結
果として全電流値Ｉを一定に保ったままηを大きくする
ことができる。10図に単一電極の場合と分割電極の場合
における電流広がりの比較を示す。10図（ｂ）に示した
ように、分割電極の場合、各電極間の間隔Ｄは一つの電
極に対する活性層での電流広がり幅（＝発光領域の幅）
と電極幅との差ΔＷ（＝Weff−W0）以上の値にしておけ
ば良い。さらに全体の面積をなるべく小さくするために
は、電極間の間隔をほぼΔＷに等しくしておけば良い。
複数個の円電極による構成の他の実施例を第11図に示
す。上述の議論から、分割数を増す程、取り出し効率を
向上できることが明らかであるが、電極形成プロセス上
の問題もあるため、それに応じて電極数を決めれば良
い。12図および13図に、Ｉ＝20mAの場合についてWeff/W
0とηの電極数依存性を示す。これからわかるように、
例えばh2＝１μｍの場合、分割数は４で十分である。さ
らにh2＝０の場合、すなわち電流拡散層がない場合で
も、分割数を６程度にすると十分大きい取り出し効率を
実現できる。
電極形状が同じであれば、取り出し効率は電極の大きさ
にはよらず、全電流値Ｉによってのみ決まる。したがっ
て、例えば円電極の場合には、電極径を変えても取り出
し効率を改善することはできない。一方電流値Ｉを小さ
くすれば取り出し効率は改善されるが、この場合には光
出力自体が小さくなってしまうので、高輝度発光は実現
できない。しかしながら本発明の構成によれば、電極を
分割することにより、全電流値Ｉは一定に保ったまま、
それぞれの電極に流れる電流は小さくできるため、電流
広がり幅を大きくすることができ、取り出し効率を向上
させることができる。すなわち、電極をｍ個に分割すれ
ば、各電極を流れる電流は1/mになるため、６図に示し
たようにWeff/W0の値を大きくすることができ、その結
果として全電流値Ｉを一定に保ったままηを大きくする
ことができる。10図に単一電極の場合と分割電極の場合
における電流広がりの比較を示す。10図（ｂ）に示した
ように、分割電極の場合、各電極間の間隔Ｄは一つの電
極に対する活性層での電流広がり幅（＝発光領域の幅）
と電極幅との差ΔＷ（＝Weff−W0）以上の値にしておけ
ば良い。さらに全体の面積をなるべく小さくするために
は、電極間の間隔をほぼΔＷに等しくしておけば良い。
複数個の円電極による構成の他の実施例を第11図に示
す。上述の議論から、分割数を増す程、取り出し効率を
向上できることが明らかであるが、電極形成プロセス上
の問題もあるため、それに応じて電極数を決めれば良
い。12図および13図に、Ｉ＝20mAの場合についてWeff/W
0とηの電極数依存性を示す。これからわかるように、
例えばh2＝１μｍの場合、分割数は４で十分である。さ
らにh2＝０の場合、すなわち電流拡散層がない場合で
も、分割数を６程度にすると十分大きい取り出し効率を
実現できる。
以上は円電極の場合を示したものであるが、次にスト
ライプ電極の場合の例を示す。６図に示したように、ス
トライプ電極の場合にはストライプ長さとストライプ幅
との比ａが大きい程、取り出し効率は大きくなる。した
がって、細長い電極を用いれば効率をあげられるが、そ
の場合には発光パターンも細長くなってしまい、好まし
くない。14図は本発明の第３の実施例を示したもので、
ストライプ電極を複数個に分割した例を示したものであ
る。この場合にも電極間の間隔は上述のΔＷにほぼ等し
くなるようにすれば良い。15図はこの実施例の変形例を
示したもので、電極を２次元のメッシュ状パターンにし
てある。この場合にはそれぞれの方向のメッシュ間隔を
ΔＷにほぼ等しくなるようにとれば良い。
ライプ電極の場合の例を示す。６図に示したように、ス
トライプ電極の場合にはストライプ長さとストライプ幅
との比ａが大きい程、取り出し効率は大きくなる。した
がって、細長い電極を用いれば効率をあげられるが、そ
の場合には発光パターンも細長くなってしまい、好まし
くない。14図は本発明の第３の実施例を示したもので、
ストライプ電極を複数個に分割した例を示したものであ
る。この場合にも電極間の間隔は上述のΔＷにほぼ等し
くなるようにすれば良い。15図はこの実施例の変形例を
示したもので、電極を２次元のメッシュ状パターンにし
てある。この場合にはそれぞれの方向のメッシュ間隔を
ΔＷにほぼ等しくなるようにとれば良い。
16図は本発明の第４の実施例を示したもので、図中、
60はｎ−GaAs基板、61はｎ−InGaAlPクラッド層、62はI
nGaAlP活性層、63はｐ−InGaAlPクラッド層、64はｐ−G
aAlAs電極拡散層、65はｎ電極、66はｐ電極、67は半導
体薄膜から成る反射膜をそれぞれ示す。反射膜67では活
性層からGaAs基板側へ出射される光を反射させる機能を
持つ。19図の例では、光出力の50％がGaAsの吸収で失わ
れていたが、反射膜を設けることによって、この光を反
射させ有効に取り出すことが可能となる。この反射膜は
屈折率の異なる半導体膜を交互に積層することにより作
製される。それぞれの半導体膜の光学的厚さは発光中心
波長λ０に対してλ0/4とすれば良い。また16図の例で
は、導電型がｎ型の層の間に反射膜が形成されているの
で、反射膜を構成する半導体膜もｎ型とすればよい。
60はｎ−GaAs基板、61はｎ−InGaAlPクラッド層、62はI
nGaAlP活性層、63はｐ−InGaAlPクラッド層、64はｐ−G
aAlAs電極拡散層、65はｎ電極、66はｐ電極、67は半導
体薄膜から成る反射膜をそれぞれ示す。反射膜67では活
性層からGaAs基板側へ出射される光を反射させる機能を
持つ。19図の例では、光出力の50％がGaAsの吸収で失わ
れていたが、反射膜を設けることによって、この光を反
射させ有効に取り出すことが可能となる。この反射膜は
屈折率の異なる半導体膜を交互に積層することにより作
製される。それぞれの半導体膜の光学的厚さは発光中心
波長λ０に対してλ0/4とすれば良い。また16図の例で
は、導電型がｎ型の層の間に反射膜が形成されているの
で、反射膜を構成する半導体膜もｎ型とすればよい。
例としてIn0.5（Ga0.7Al0.3）0.5ＰとIn0.5（Ga0.3Al
0.7）0.5Ｐの交互層の場合およびGaAsとIn0.5（Ga0.3Al
0.7）0.5Ｐの交互層の場合について、λ0/4の膜の層数
と反射率特性との関係を17図に示す。図からわかるよう
にIn0.5（Ga0.7Al0.3）0.5P/In0.5（Ga0.3Al0.7）0.5Ｐ
交互層の場合には80層程度で90％以上の反射率が得られ
る。一方、GaAs/In0.5（Ga0.3Al0.7）0.5Ｐ交互層の場
合には、GaAsが大きな吸収係数を持っているにもかかわ
らず、30層で約70％の反射率が得られる。これはGaAsと
In0.5（Ga0.3Al0.7）0.5Ｐの屈折率実数部の差が大きい
ためである。18図にGaAs/In0.5（Ga0.3Al0.7）0.5Ｐ交
互層による反射膜の波長特性を示す。この反射膜は中心
波長λ０＝600nmとして設計したものであるが、図から
わかるように例えば層数が30の場合では、約70nmの波長
範囲で50％以上の反射率が得られ、比較的広いスペクト
ル幅を持つLEDに対しても十分使用可能であることがわ
かる。なお同様の反射特性はGaAs/GaAlAs交互層を用い
ても実現できる。
0.7）0.5Ｐの交互層の場合およびGaAsとIn0.5（Ga0.3Al
0.7）0.5Ｐの交互層の場合について、λ0/4の膜の層数
と反射率特性との関係を17図に示す。図からわかるよう
にIn0.5（Ga0.7Al0.3）0.5P/In0.5（Ga0.3Al0.7）0.5Ｐ
交互層の場合には80層程度で90％以上の反射率が得られ
る。一方、GaAs/In0.5（Ga0.3Al0.7）0.5Ｐ交互層の場
合には、GaAsが大きな吸収係数を持っているにもかかわ
らず、30層で約70％の反射率が得られる。これはGaAsと
In0.5（Ga0.3Al0.7）0.5Ｐの屈折率実数部の差が大きい
ためである。18図にGaAs/In0.5（Ga0.3Al0.7）0.5Ｐ交
互層による反射膜の波長特性を示す。この反射膜は中心
波長λ０＝600nmとして設計したものであるが、図から
わかるように例えば層数が30の場合では、約70nmの波長
範囲で50％以上の反射率が得られ、比較的広いスペクト
ル幅を持つLEDに対しても十分使用可能であることがわ
かる。なお同様の反射特性はGaAs/GaAlAs交互層を用い
ても実現できる。
以上、面発光型の半導体発光装置における、光取り出
し効率改善方法に関する本発明の実施例をいくつか示し
た。これらは、それぞれ単独で用いても効果があるが、
組み合わせて用いることももちろん可能であり、その場
合には効果がさらに大きくなる。
し効率改善方法に関する本発明の実施例をいくつか示し
た。これらは、それぞれ単独で用いても効果があるが、
組み合わせて用いることももちろん可能であり、その場
合には効果がさらに大きくなる。
以上詳述したように、本発明によれば、面発光型の半
導体装置において従来外部に取り出されず無効となって
いた光を外部へ取り出すことが可能となり、高輝度の半
導体発光装置が実現できる。
導体装置において従来外部に取り出されず無効となって
いた光を外部へ取り出すことが可能となり、高輝度の半
導体発光装置が実現できる。
【図１】本発明の一実施例に関わる半導体発光装置の概
略構造を示す図。
略構造を示す図。
【図２】本発明の半導体発光装置の電極パターンの例を
示す図。
示す図。
【図３】本発明の効果を説明するための図。
【図４】本発明の効果を説明するための図。
【図５】本発明の効果を説明するための図。
【図６】本発明の効果を説明するための図。
【図７】本発明の効果を説明するための図。
【図８】本発明の効果を説明するための図。
【図９】本発明の効果を説明するための図。
【図１０】本発明の効果を説明するための図。
【図１１】本発明の半導体発光装置の電極パターンの他
の例を示す図。
の例を示す図。
【図１２】電極数の効果を説明するための図。
【図１３】電極数の効果を説明するための図。
【図１４】本発明の半導体発光装置の電極パターンの他
の例を示す図。
の例を示す図。
【図１５】本発明の半導体発光装置の電極パターンの他
の例を示す図。
の例を示す図。
【図１６】本発明の他の実施例を示す図。
【図１７】反射膜の特性例を示す図。
【図１８】反射膜の特性例を示す図。
【図１９】従来の半導体発光装置の例を示す図。
10,20,50,60,100……ｎ−GaAs基板、 11,21,51,61,101……ｎ−InGaAlPクラッド層 12,22,52,62,102……InGaAlP活性層 13,23,53,63,103……ｐ−InGaAlPクラッド層 14,24,54,64……ｐ−GaAlAs層 15,25,55,65,105……ｎ電極 16,26,56,66,106……ｐ電極 67……半導体多層薄膜から成る反射膜
───────────────────────────────────────────────────── 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63−182876（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−98984（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−34984（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−137274（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−11387（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−200678（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−20076（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−170486（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】基板と、 その基板の一方の表面上に形成されたInGaAlP活性層
と、 その活性層の前記基板とは反対側に形成された電流拡散
層と、 前記基板の他方の表面に形成された第１電極と、 前記電流拡散層上に、前記活性層を介して前記第１電極
と対向するように形成された第２電極とを有し、前記第
２電極側が光取り出し方向である面発光型の半導体発光
装置において、 前記InGaAlP活性層に対し前記基板側のみに、発光波長
に対して大きな吸収係数を持つGaAsとInGaAlPの交互層
からなる反射膜が形成されていることを特徴とする半導
体発光装置。 - 【請求項２】前記第２電極は選択的に形成され、第２電
極の非形成部から光が取り出されるようにされており、
前記非形成部により隔てられた互いに対向する前記第２
電極の端部同士が、前記第２電極からInGaAlP活性層に
達するまでに前記第２電極の端部夫々から前記非形成部
側へ電流が拡散する幅とほぼ等しい間隔にされているこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。 - 【請求項３】前記反射膜を構成する夫々の層の光学的厚
さは、発光中心波長の1/4に相当することを特徴とする
請求項１記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP21707990A JP3260358B2 (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21707990A JP3260358B2 (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04100277A JPH04100277A (ja) | 1992-04-02 |
| JP3260358B2 true JP3260358B2 (ja) | 2002-02-25 |
Family
ID=16698501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21707990A Expired - Fee Related JP3260358B2 (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3260358B2 (ja) |
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| DE19943406C2 (de) * | 1999-09-10 | 2001-07-19 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Lichtemissionsdiode mit Oberflächenstrukturierung |
| JP2001298212A (ja) | 2000-02-07 | 2001-10-26 | Sharp Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
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| JP4894411B2 (ja) * | 2006-08-23 | 2012-03-14 | 日立電線株式会社 | 半導体発光素子 |
| US8975658B2 (en) * | 2010-08-10 | 2015-03-10 | Koninklijke Philips N.V. | Shunting layer arrangement for LEDs |
| CN102640308B (zh) | 2010-09-14 | 2015-05-27 | 松下电器产业株式会社 | 背光源装置、使用该背光源装置的液晶显示装置和在它们中使用的发光二极管 |
| JP5617916B2 (ja) | 2010-09-14 | 2014-11-05 | パナソニック株式会社 | バックライト装置、およびそのバックライト装置を用いた液晶表示装置、およびそれらに用いる発光ダイオード |
| EP2701183A4 (en) * | 2011-08-09 | 2014-07-30 | Panasonic Corp | STRUCTURE FOR BREEDING A NITRID SEMICONDUCTOR LAYER, STACKING STRUCTURE, NITRID BASE SEMICONDUCTOR ELEMENT, LIGHTING SOURCE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR |
| WO2013124924A1 (ja) * | 2012-02-23 | 2013-08-29 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体発光チップ、窒化物半導体発光装置及び窒化物半導体チップの製造方法 |
| JP2024070034A (ja) * | 2022-11-10 | 2024-05-22 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | 半導体発光素子及び発光モジュール |
-
1990
- 1990-08-20 JP JP21707990A patent/JP3260358B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04100277A (ja) | 1992-04-02 |
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