JPH05190893A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
- Publication number
- JPH05190893A JPH05190893A JP237992A JP237992A JPH05190893A JP H05190893 A JPH05190893 A JP H05190893A JP 237992 A JP237992 A JP 237992A JP 237992 A JP237992 A JP 237992A JP H05190893 A JPH05190893 A JP H05190893A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- compound semiconductor
- light
- semiconductor layer
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光の減衰や生産性及び製造歩留りの低下を招
くことなく、クラッド層表面で全反射する光の量を減ら
すことができ、光取出し効率の向上をはかり得る半導体
発光装置を提供すること。 【構成】 ｎ−ＧａＡｓ基板１１と、この基板１１上に
ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１２，ＩｎＧａＡｌＰ活
性層１３及びｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１４を積層
してなるダブルヘテロ構造部（第１の化合物半導体層）
とを具備し、基板１１と反対側の面上の一部に形成され
た電極１７以外の面上から光を取出す半導体発光装置に
おいて、ダブルヘテロ構造部上に、これよりもバンドギ
ャップが大きく、且つ格子定数の大きいｐ−ＧａＡｌＡ
ｓ光取出し層（第２の化合物半導体層）１５を形成し、
素子表面を光取出し方向に向かって凸状に湾曲させたこ
とを特徴とする。
くことなく、クラッド層表面で全反射する光の量を減ら
すことができ、光取出し効率の向上をはかり得る半導体
発光装置を提供すること。 【構成】 ｎ−ＧａＡｓ基板１１と、この基板１１上に
ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１２，ＩｎＧａＡｌＰ活
性層１３及びｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１４を積層
してなるダブルヘテロ構造部（第１の化合物半導体層）
とを具備し、基板１１と反対側の面上の一部に形成され
た電極１７以外の面上から光を取出す半導体発光装置に
おいて、ダブルヘテロ構造部上に、これよりもバンドギ
ャップが大きく、且つ格子定数の大きいｐ−ＧａＡｌＡ
ｓ光取出し層（第２の化合物半導体層）１５を形成し、
素子表面を光取出し方向に向かって凸状に湾曲させたこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体材料を用
いた半導体発光装置に係わり、特に活性層にＩｎＧａＡ
ｌＰ系材料を用いた半導体発光装置に関する。
いた半導体発光装置に係わり、特に活性層にＩｎＧａＡ
ｌＰ系材料を用いた半導体発光装置に関する。
【０００２】
【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型エネル
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接合型発光ダイオード（ＬＥＤ）は、従来のＧ
ａＰやＧａＡｓＰ等の間接遷移型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を形成するには、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。
III-V族化合物半導体混晶中で最大の直接遷移型エネル
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接合型発光ダイオード（ＬＥＤ）は、従来のＧ
ａＰやＧａＡｓＰ等の間接遷移型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を形成するには、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。
【０００３】図５に、ＩｎＧａＡｌＰ発光部を有する従
来のＬＥＤの素子構造断面を示す。このＬＥＤは、ｎ−
ＧａＡｓ基板１の一主面に、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッ
ド層２，ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ活性層３，ｐ−ＩｎＧａＡ
ｌＰクラッド層４，ｐ−ＩｎＧａＰ中間エネルギーギャ
ップ層５及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層６を順次積層形
成し、コンタクト層６上にｐ側電極７を、基板１の下面
にｎ側電極８を設けることにより構成される。
来のＬＥＤの素子構造断面を示す。このＬＥＤは、ｎ−
ＧａＡｓ基板１の一主面に、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッ
ド層２，ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ活性層３，ｐ−ＩｎＧａＡ
ｌＰクラッド層４，ｐ−ＩｎＧａＰ中間エネルギーギャ
ップ層５及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層６を順次積層形
成し、コンタクト層６上にｐ側電極７を、基板１の下面
にｎ側電極８を設けることにより構成される。
【０００４】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３のエネルギーギ
ャップは２つのクラッド層２，４より小さい、所謂ダブ
ルヘテロ接合が形成されている。そして、発光層からの
光は電極７を除く素子表面、即ち電極７の周辺部から上
方向に取出されるものとなっている。
ように設定され、発光層となる活性層３のエネルギーギ
ャップは２つのクラッド層２，４より小さい、所謂ダブ
ルヘテロ接合が形成されている。そして、発光層からの
光は電極７を除く素子表面、即ち電極７の周辺部から上
方向に取出されるものとなっている。
【０００５】ところで、図５に示したような構造では、
発光部９から出てきた光のうち、クラッド層４の表面で
全反射角となる光は、上面には出てこられず、発光層３
で吸収されたり、下方に出射されてしまう。これらのこ
とから発光素子としては、表面を樹脂でモールドした
り、ドーム状に研磨したり、或いは表面を荒らしたりし
て、出射光に対し全反射角がなくなるような対策が施さ
れている。
発光部９から出てきた光のうち、クラッド層４の表面で
全反射角となる光は、上面には出てこられず、発光層３
で吸収されたり、下方に出射されてしまう。これらのこ
とから発光素子としては、表面を樹脂でモールドした
り、ドーム状に研磨したり、或いは表面を荒らしたりし
て、出射光に対し全反射角がなくなるような対策が施さ
れている。
【０００６】しかしながら、この種の半導体発光装置に
あっては次のような問題があった。即ち、素子表面を樹
脂でモールドすると樹脂による光の減衰があり、また素
子表面を研磨したり荒らすことは、工程の複雑化を招く
と共に生産性及び製造歩留りの低下を招く要因となる。
あっては次のような問題があった。即ち、素子表面を樹
脂でモールドすると樹脂による光の減衰があり、また素
子表面を研磨したり荒らすことは、工程の複雑化を招く
と共に生産性及び製造歩留りの低下を招く要因となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、Ｉｎ
ＧａＡｌＰ等からなる発光部を持つ半導体発光装置にお
いては、発光部からの出射光のうち、クラッド層表面に
全反射角で入射する光を有効に取出すことができなかっ
た。また、これを解決するために樹脂モールドや表面研
磨等を行うと、光の減衰や生産性及び製造歩留りの低下
を招くという問題があった。
ＧａＡｌＰ等からなる発光部を持つ半導体発光装置にお
いては、発光部からの出射光のうち、クラッド層表面に
全反射角で入射する光を有効に取出すことができなかっ
た。また、これを解決するために樹脂モールドや表面研
磨等を行うと、光の減衰や生産性及び製造歩留りの低下
を招くという問題があった。
【０００８】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、光の減衰や生産性及び
製造歩留りの低下を招くことなく、クラッド層表面で全
反射する光の量を減らすことができ、光取出し効率の向
上をはかり得る半導体発光装置を提供することにある。
ので、その目的とするところは、光の減衰や生産性及び
製造歩留りの低下を招くことなく、クラッド層表面で全
反射する光の量を減らすことができ、光取出し効率の向
上をはかり得る半導体発光装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、光取出
し側の表面の形状を工夫することにより、光取出し効率
の向上をはかることにある。
し側の表面の形状を工夫することにより、光取出し効率
の向上をはかることにある。
【００１０】即ち本発明は、化合物半導体基板と、この
基板上に形成されて発光部を成す第１の化合物半導体層
と、この第１の化合物半導体層上に形成された該半導体
層よりもバンドギャップが大きい第２の化合物半導体層
と、この第２の半導体層上の一部に形成された光取出し
側電極と、前記基板の裏面に形成された基板側電極とを
具備し、第２の化合物半導体層の電極以外の面から光を
取出す半導体発光装置において、第２の化合物半導体層
の格子定数を第１の化合物半導体層よりも大きくし、第
２の化合物半導体層を光取出し方向に向かって凸状に湾
曲させるようにしたものである。また、本発明の望まし
い実施態様としては、次のものがあげられる。
基板上に形成されて発光部を成す第１の化合物半導体層
と、この第１の化合物半導体層上に形成された該半導体
層よりもバンドギャップが大きい第２の化合物半導体層
と、この第２の半導体層上の一部に形成された光取出し
側電極と、前記基板の裏面に形成された基板側電極とを
具備し、第２の化合物半導体層の電極以外の面から光を
取出す半導体発光装置において、第２の化合物半導体層
の格子定数を第１の化合物半導体層よりも大きくし、第
２の化合物半導体層を光取出し方向に向かって凸状に湾
曲させるようにしたものである。また、本発明の望まし
い実施態様としては、次のものがあげられる。
【００１１】(1) 基板の格子定数をａ１，膜厚をｂ１、
第１の化合物半導体層の格子定数をａ２，膜厚をｂ２、
第２の化合物半導体層の格子定数をａ３，膜厚をｂ３と
したとき、 ａ１＝ａ２ ａ３＞ａ１ ｂ３／（ｂ１＋ｂ２）≧０．０３ が満足するように設定する。ここで、ｂ３／（ｂ１＋ｂ
２）を０．０３以上とした理由は、膜厚ｂ３が余り薄く
なると、第２の化合物半導体層の湾曲が殆ど認められ
ず、十分な光取出し効率の向上が達成できないからであ
る。 (2) 上記の (1)に加え、
第１の化合物半導体層の格子定数をａ２，膜厚をｂ２、
第２の化合物半導体層の格子定数をａ３，膜厚をｂ３と
したとき、 ａ１＝ａ２ ａ３＞ａ１ ｂ３／（ｂ１＋ｂ２）≧０．０３ が満足するように設定する。ここで、ｂ３／（ｂ１＋ｂ
２）を０．０３以上とした理由は、膜厚ｂ３が余り薄く
なると、第２の化合物半導体層の湾曲が殆ど認められ
ず、十分な光取出し効率の向上が達成できないからであ
る。 (2) 上記の (1)に加え、
【００１２】ｂ３／（ｂ１＋ｂ２）≦１ ０．０００７≦（ａ３−ａ１）／ａ１≦０．００８ が満足するように設定する。ここで、ｂ３／（ｂ１＋ｂ
２）を１以下とした理由は、膜厚ｂ３が極端に厚くなる
と、第２の化合物半導体層の湾曲が殆ど認められなくな
ると共に、第２の化合物半導体表面に達する光が少なく
なるためである。また、（ａ３−ａ１）／ａ１は、明確
に規定できるものではないが、これが余り小さいと湾曲
が少なくなり、逆に余り大きいと結晶面が荒れる。本発
明者らの実験によれば、上記範囲であれば、十分な湾曲
が達成でき良好な結晶面から得られることが確認されて
いる。 (3) 基板としてＧａＡｓを用い、第１の化合物半導体層
としてＩｎＧａＡｌＰを用い、第２の化合物半導体層と
してＧａＡｌＡｓを用いる。
２）を１以下とした理由は、膜厚ｂ３が極端に厚くなる
と、第２の化合物半導体層の湾曲が殆ど認められなくな
ると共に、第２の化合物半導体表面に達する光が少なく
なるためである。また、（ａ３−ａ１）／ａ１は、明確
に規定できるものではないが、これが余り小さいと湾曲
が少なくなり、逆に余り大きいと結晶面が荒れる。本発
明者らの実験によれば、上記範囲であれば、十分な湾曲
が達成でき良好な結晶面から得られることが確認されて
いる。 (3) 基板としてＧａＡｓを用い、第１の化合物半導体層
としてＩｎＧａＡｌＰを用い、第２の化合物半導体層と
してＧａＡｌＡｓを用いる。
【００１３】
【作用】本発明によれば、基板及びその上の第１の化合
物半導体層よりも格子定数が大きく適当な膜厚を有する
第２の化合物半導体層を形成することにより、その格子
定数の差から第２の化合物半導体層は第１の化合物半導
体層側で圧縮される。これにより、第２の化合物半導体
層は光取出し方向に向かって凸上に湾曲することにな
り、素子表面をドーム形状に加工することができる。従
って、発光部から第２の化合物半導体層側に出射した光
に対して全反射角となる面がなくなり（若しくは少なく
なり）、光を有効に取出すことができる。
物半導体層よりも格子定数が大きく適当な膜厚を有する
第２の化合物半導体層を形成することにより、その格子
定数の差から第２の化合物半導体層は第１の化合物半導
体層側で圧縮される。これにより、第２の化合物半導体
層は光取出し方向に向かって凸上に湾曲することにな
り、素子表面をドーム形状に加工することができる。従
って、発光部から第２の化合物半導体層側に出射した光
に対して全反射角となる面がなくなり（若しくは少なく
なり）、光を有効に取出すことができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例につき図面を参照して
説明する。
説明する。
【００１５】図１は、本発明の第１の実施例に係わる半
導体発光装置の概略構造を示す断面図である。図中１１
はｎ−ＧａＡｓ基板であり、この基板１１の一主面上
に、 ｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐクラッド層１２ Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌy ）0.5 Ｐ活性層１３ ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-z Ａｌz ）0.5 Ｐクラッド層１４ ｐ−Ｇａ1-p Ａｌp Ａｓ層１５ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６ が順次積層され、コンタクト層１６は円形に加工されて
いる。そして、コンタクト層１６上にＡｕ−Ｚｎからな
るｐ側電極１７が形成され、基板１１の他方の主面には
Ａｕ−Ｇｅからなるｎ側電極１８が形成されている。
導体発光装置の概略構造を示す断面図である。図中１１
はｎ−ＧａＡｓ基板であり、この基板１１の一主面上
に、 ｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐクラッド層１２ Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌy ）0.5 Ｐ活性層１３ ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-z Ａｌz ）0.5 Ｐクラッド層１４ ｐ−Ｇａ1-p Ａｌp Ａｓ層１５ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１６ が順次積層され、コンタクト層１６は円形に加工されて
いる。そして、コンタクト層１６上にＡｕ−Ｚｎからな
るｐ側電極１７が形成され、基板１１の他方の主面には
Ａｕ−Ｇｅからなるｎ側電極１８が形成されている。
【００１６】ここで、ＩｎＧａＡｌＰ各層のＡｌ組成
ｘ，ｙ，ｚは、高い発光効率が得られるように、ｙ≦
ｘ，ｙ≦ｚが満足するように設定されている。即ち、発
光層となる活性層１３のエネルギーギャップはｐ−ｎの
２つのクラッド層１２，１４よりも小さいダブルヘテロ
接合が形成されている。なお、これらのＩｎＧａＡｌＰ
層１２〜１４（第１の化合物半導体層）は、基板である
ＧａＡｓに格子整合している。
ｘ，ｙ，ｚは、高い発光効率が得られるように、ｙ≦
ｘ，ｙ≦ｚが満足するように設定されている。即ち、発
光層となる活性層１３のエネルギーギャップはｐ−ｎの
２つのクラッド層１２，１４よりも小さいダブルヘテロ
接合が形成されている。なお、これらのＩｎＧａＡｌＰ
層１２〜１４（第１の化合物半導体層）は、基板である
ＧａＡｓに格子整合している。
【００１７】また、第２の化合物半導体層であるｐ−Ｇ
ａＡｌＡｓ層１５のＡｌ組成ｐは、活性層１３の発光波
長に対して透明となるように、活性層１３よりもバンド
ギャップが大きく選ばれている。なお、以下ではこのよ
うなダブルヘテロ構造を持つＬＥＤについて説明する
が、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、さらには量子井戸構造でも同様に考えることができ
る。
ａＡｌＡｓ層１５のＡｌ組成ｐは、活性層１３の発光波
長に対して透明となるように、活性層１３よりもバンド
ギャップが大きく選ばれている。なお、以下ではこのよ
うなダブルヘテロ構造を持つＬＥＤについて説明する
が、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、さらには量子井戸構造でも同様に考えることができ
る。
【００１８】図１に示した構造において、各層の厚さ，
キャリア濃度は、以下に括弧内に示すように設定されて
いる。 ｎ−ＧａＡｓ基板１１ （８０μｍ， ３×１０18
ｃｍ-3） ｎ−InGaAlP クラッド層１２（１μｍ， ５×１０17
ｃｍ-3） ＩｎＧａＡｌＰ活性層１３ （０．５μｍ， アンドー
プ ） ｐ−InGaAlP クラッド層１４（０．２μｍ，４×１０17
ｃｍ-3） ｐ−ＧａＡｌＡｓ層１５ （７μｍ， ３×１０18
ｃｍ-3） ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 （０．１μｍ，３×１０18
ｃｍ-3） である。
キャリア濃度は、以下に括弧内に示すように設定されて
いる。 ｎ−ＧａＡｓ基板１１ （８０μｍ， ３×１０18
ｃｍ-3） ｎ−InGaAlP クラッド層１２（１μｍ， ５×１０17
ｃｍ-3） ＩｎＧａＡｌＰ活性層１３ （０．５μｍ， アンドー
プ ） ｐ−InGaAlP クラッド層１４（０．２μｍ，４×１０17
ｃｍ-3） ｐ−ＧａＡｌＡｓ層１５ （７μｍ， ３×１０18
ｃｍ-3） ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 （０．１μｍ，３×１０18
ｃｍ-3） である。
【００１９】上記構造が従来の構造と異なる点は、ｐ−
ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１４上にそれよりも格子定数
の大きいｐ−ＧａＡｌＡｓ層１５を形成したことであ
り、この構造の優位性について以下に説明する。
ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１４上にそれよりも格子定数
の大きいｐ−ＧａＡｌＡｓ層１５を形成したことであ
り、この構造の優位性について以下に説明する。
【００２０】図５に示すような従来構造において、活性
層３から表面方向に放出された光のうち、クラッド層４
の表面で全反射角となる光は反射されて裏面方向に向け
られる。そして、発光層３で吸収されたり、ＧａＡｓ基
板１に吸収されてしまう。このため、この光は素子外部
へは取出すことができず、光取出し効率の低下の原因の
一つとなっていた。
層３から表面方向に放出された光のうち、クラッド層４
の表面で全反射角となる光は反射されて裏面方向に向け
られる。そして、発光層３で吸収されたり、ＧａＡｓ基
板１に吸収されてしまう。このため、この光は素子外部
へは取出すことができず、光取出し効率の低下の原因の
一つとなっていた。
【００２１】これに対し図１に示すような本実施例の構
造では、ＧａＡｓ基板１１及びこれに格子整合した発光
部ＩｎＧａＡｌＰ層を有する第１の化合物半導体層上
に、これらの層よりも格子定数の大きい第２の化合物半
導体層（光取出し層）１５を積層することによって、そ
の格子定数差から応力が生じ、素子表面はドーム形状に
なる。
造では、ＧａＡｓ基板１１及びこれに格子整合した発光
部ＩｎＧａＡｌＰ層を有する第１の化合物半導体層上
に、これらの層よりも格子定数の大きい第２の化合物半
導体層（光取出し層）１５を積層することによって、そ
の格子定数差から応力が生じ、素子表面はドーム形状に
なる。
【００２２】具体的には、クラッド層１４よりも光取出
し層１５の方が格子定数が大きいので、クラッド層１４
との接合面において光取出し層１５には格子間を圧縮す
るような力が加わり、接合面近傍での光取出し層１５は
面方向に対して縮むことになる。接合面から離れると光
取出し層１５は本来の格子定数で成長されることにな
る。従って、光取出し層１５はクラッド層１４との接合
面側が縮み、接合面と反対側はそのままであるため、光
取出し方向に沿って凸状に湾曲することになる。その結
果、図２に示すように、発光層からの光は光取出し層１
５の表面に入射する際に全反射角よりも小さい入射角と
なり、光取出し層の表面で全反射されることなく上側に
取出せる。
し層１５の方が格子定数が大きいので、クラッド層１４
との接合面において光取出し層１５には格子間を圧縮す
るような力が加わり、接合面近傍での光取出し層１５は
面方向に対して縮むことになる。接合面から離れると光
取出し層１５は本来の格子定数で成長されることにな
る。従って、光取出し層１５はクラッド層１４との接合
面側が縮み、接合面と反対側はそのままであるため、光
取出し方向に沿って凸状に湾曲することになる。その結
果、図２に示すように、発光層からの光は光取出し層１
５の表面に入射する際に全反射角よりも小さい入射角と
なり、光取出し層の表面で全反射されることなく上側に
取出せる。
【００２３】本実施例に用いたＧａＡｓ基板１１に格子
整合したｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１４とｐ−Ｇａ
ＡｌＡｓ光取出し層１５の格子定数は、それぞれｐクラ
ッド層１４で 0.565325(nm) 、光取出し層１５で 0.565
953(nm) となっており、その格子不整合の割合は０．２
２２％である。また、ＧａＡｓ基板１１を含めた発光部
の膜厚は約８０μｍ、光取出し層１５の膜厚は７μｍと
した。こような格子不整合量，膜厚の関係から、素子表
面を光取出しに有効なドーム形状にすることができる。
整合したｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１４とｐ−Ｇａ
ＡｌＡｓ光取出し層１５の格子定数は、それぞれｐクラ
ッド層１４で 0.565325(nm) 、光取出し層１５で 0.565
953(nm) となっており、その格子不整合の割合は０．２
２２％である。また、ＧａＡｓ基板１１を含めた発光部
の膜厚は約８０μｍ、光取出し層１５の膜厚は７μｍと
した。こような格子不整合量，膜厚の関係から、素子表
面を光取出しに有効なドーム形状にすることができる。
【００２４】なお、各層の格子定数及び膜厚に関して考
察したところ、次のような結果が得られた。第２の化合
物半導体層の格子定数ａ３は、前述した湾曲（ドーム形
状）が生じるように、基板の格子定数をａ１及び第１の
化合物半導体層の格子定数をａ２（＝ａ１）よりもある
程度以上大きくする必要があるが、余り大きくし過ぎる
と第２の化合物半導体層の結晶面が荒れてしまう。ａ１
の範囲を明確に規定することはできないが、本発明者ら
の実験によれば、 ０．０００７≦（ａ３−ａ１）／ａ１≦０．００８ の範囲であれば、十分な湾曲が達成でき良好な結晶面か
ら得られることが確認された。
察したところ、次のような結果が得られた。第２の化合
物半導体層の格子定数ａ３は、前述した湾曲（ドーム形
状）が生じるように、基板の格子定数をａ１及び第１の
化合物半導体層の格子定数をａ２（＝ａ１）よりもある
程度以上大きくする必要があるが、余り大きくし過ぎる
と第２の化合物半導体層の結晶面が荒れてしまう。ａ１
の範囲を明確に規定することはできないが、本発明者ら
の実験によれば、 ０．０００７≦（ａ３−ａ１）／ａ１≦０．００８ の範囲であれば、十分な湾曲が達成でき良好な結晶面か
ら得られることが確認された。
【００２５】また、第２の化合物半導体層の膜厚ｂ３も
十分な湾曲が達成できるようにある程度厚くする必要が
あるが、逆に余り厚くし過ぎると湾曲が生じなくなる。
図３は、膜厚ｂ３の割合に対する光取出し効率の変化を
示す特性図である。図中の横軸はｂ３／（ｂ１＋ｂ２）
であり、○印は（ａ３−ａ１）／ａ１＝０．００１、●
印は（ａ３−ａ１）／ａ１＝０．０１５としたときのデ
ータである。この図から、 ｂ３／（ｂ１＋ｂ２）≧０．０３ の範囲であれば、第２の化合物半導体層が十分に湾曲
し、十分な光取出し効率の向上が達成できるのが分か
る。但し、ｂ３＞（ｂ１＋ｂ２）となると、第２の化合
物半導体層の湾曲が殆ど認められなくなるため、ｂ３≦
（ｂ１＋ｂ２）にする必要があった。
十分な湾曲が達成できるようにある程度厚くする必要が
あるが、逆に余り厚くし過ぎると湾曲が生じなくなる。
図３は、膜厚ｂ３の割合に対する光取出し効率の変化を
示す特性図である。図中の横軸はｂ３／（ｂ１＋ｂ２）
であり、○印は（ａ３−ａ１）／ａ１＝０．００１、●
印は（ａ３−ａ１）／ａ１＝０．０１５としたときのデ
ータである。この図から、 ｂ３／（ｂ１＋ｂ２）≧０．０３ の範囲であれば、第２の化合物半導体層が十分に湾曲
し、十分な光取出し効率の向上が達成できるのが分か
る。但し、ｂ３＞（ｂ１＋ｂ２）となると、第２の化合
物半導体層の湾曲が殆ど認められなくなるため、ｂ３≦
（ｂ１＋ｂ２）にする必要があった。
【００２６】上述した積層構造で、ＩｎＧａＡｌＰ活性
層のＡｌ組成ｙに０．３を用いて素子を構成し、順方向
に電圧を印加し電流を流したところ、５９０ｎｍにピー
ク波長を有し、従来構造に比べて５倍の光出力を持つ発
光が得られた。
層のＡｌ組成ｙに０．３を用いて素子を構成し、順方向
に電圧を印加し電流を流したところ、５９０ｎｍにピー
ク波長を有し、従来構造に比べて５倍の光出力を持つ発
光が得られた。
【００２７】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例では活性層の組成としてＩｎ
0.5 （Ｇａ0.7 Ａｌ0.3 ）0.5 Ｐを用いたが、Ａｌ組成
を変化させることにより赤色から緑色域に亘る可視光領
域の発光を得ることができる。さらに、クラッド層の組
成は実施例ではＩｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐを
用いたが、キャリアの閉じ込めに十分な活性層とのバン
ドギャップ差があればよく、この組成に限るものではな
い。
るものではない。実施例では活性層の組成としてＩｎ
0.5 （Ｇａ0.7 Ａｌ0.3 ）0.5 Ｐを用いたが、Ａｌ組成
を変化させることにより赤色から緑色域に亘る可視光領
域の発光を得ることができる。さらに、クラッド層の組
成は実施例ではＩｎ0.5 （Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐを
用いたが、キャリアの閉じ込めに十分な活性層とのバン
ドギャップ差があればよく、この組成に限るものではな
い。
【００２８】また、実施例ではＩｎＧａＡｌＰ活性層と
ＧａＡｌＡｓ光取出し層との間にＩｎＧａＡｌＰクラッ
ド層を形成したが、ＩｎＧａＡｌＰ活性層の上に直接Ｇ
ａＡｌＡｓ光取出し層を形成した構造としても、同様の
効果を得ることができる。但し、この構造とした場合、
前述した応力が直接発光層である活性層に加わるため、
素子の発光特性がやや劣ってしまう。しかしながら、ｐ
−ＧａＡｌＡｓ光取出し層を設けることにより従来構造
より遥かに高い光の導出効率が得られるため、この構造
を採用する優位性は高い。さらに、上に述べた構造以外
にもＡｌ組成の異なるＩｎＧａＡｌＰで形成された発光
部上にＧａＡｌＡｓ層を形成した構造、或いはＩｎＧａ
ＡｌＰ層とＧａＡｌＡｓ層とで発光部を形成した構造と
した場合においても同上の効果が得られることは言うま
でもない。
ＧａＡｌＡｓ光取出し層との間にＩｎＧａＡｌＰクラッ
ド層を形成したが、ＩｎＧａＡｌＰ活性層の上に直接Ｇ
ａＡｌＡｓ光取出し層を形成した構造としても、同様の
効果を得ることができる。但し、この構造とした場合、
前述した応力が直接発光層である活性層に加わるため、
素子の発光特性がやや劣ってしまう。しかしながら、ｐ
−ＧａＡｌＡｓ光取出し層を設けることにより従来構造
より遥かに高い光の導出効率が得られるため、この構造
を採用する優位性は高い。さらに、上に述べた構造以外
にもＡｌ組成の異なるＩｎＧａＡｌＰで形成された発光
部上にＧａＡｌＡｓ層を形成した構造、或いはＩｎＧａ
ＡｌＰ層とＧａＡｌＡｓ層とで発光部を形成した構造と
した場合においても同上の効果が得られることは言うま
でもない。
【００２９】また、ＧａＡｌＡｓ層のＡｌ組成層は、実
施例では０．８を用いたが、発光部からの発光波長に対
して透明であるのに十分なバンドギャップを持っておれ
ばよく、この組成に限るものではない。実施例では光取
出し層としてＧａＡｌＡｓ層を用いたが、発光部からの
発光波長に対して透明であり、発光部と基板の格子定数
よりも大きいものであればよく、ＧａＡｌＡｓに限るも
のではない。図４に、各種材料におけるバンドギャップ
と格子定数の関係を示す。このように上記条件に該当す
る材料の組み合わせは多くある。但し、その格子不整合
の割合があまり大きいものについてはその素子の特性に
与える悪影響が大きくなってしまう。
施例では０．８を用いたが、発光部からの発光波長に対
して透明であるのに十分なバンドギャップを持っておれ
ばよく、この組成に限るものではない。実施例では光取
出し層としてＧａＡｌＡｓ層を用いたが、発光部からの
発光波長に対して透明であり、発光部と基板の格子定数
よりも大きいものであればよく、ＧａＡｌＡｓに限るも
のではない。図４に、各種材料におけるバンドギャップ
と格子定数の関係を示す。このように上記条件に該当す
る材料の組み合わせは多くある。但し、その格子不整合
の割合があまり大きいものについてはその素子の特性に
与える悪影響が大きくなってしまう。
【００３０】また、第２の化合物半導体層の格子定数
は、必ずしも一定である必要はなく、階段状に変化させ
たり、連続的に変化させるようにしてもよい。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、必ずしも一定である必要はなく、階段状に変化させ
たり、連続的に変化させるようにしてもよい。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。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、第
２の化合物半導体層の格子定数を第１の化合物半導体層
のそれよりも大きくすることによって、第２の化合物半
導体層を光取出し方向に向かって湾曲させることができ
る。従って、光の減衰や生産性及び製造歩留りの低下を
招くことなく、クラッド層表面で全反射する光の量を減
らすことができ、光取出し効率の向上をはかることが可
能となる。
２の化合物半導体層の格子定数を第１の化合物半導体層
のそれよりも大きくすることによって、第２の化合物半
導体層を光取出し方向に向かって湾曲させることができ
る。従って、光の減衰や生産性及び製造歩留りの低下を
招くことなく、クラッド層表面で全反射する光の量を減
らすことができ、光取出し効率の向上をはかることが可
能となる。
【図１】本発明の一実施例に係わる半導体発光装置の概
略構造を示す断面図、
略構造を示す断面図、
【図２】実施例における光取出し効率向上の効果を説明
するための模式図、
するための模式図、
【図３】第２の化合物半導体層の膜厚と光取出し効率と
の関係を示す特性図、
の関係を示す特性図、
【図４】可視領域におけるバンドギャップと格子定数と
の関係を示す特性図、
の関係を示す特性図、
【図５】従来の問題点を説明するための素子構造断面
図。
図。
１１…ｎ−ＧａＡｓ基板、 １２…ｎ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐクラッド
層、 １３…Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌy ）0.5 Ｐ活性層、 １４ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-z Ａｌz ）0.5 Ｐクラッド
層、 １５ｐ−Ｇａ1-p Ａｌp Ａｓ光取出し層、 １６…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、 １７…ｐ側電極、 １８…ｎ側電極。
層、 １３…Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌy ）0.5 Ｐ活性層、 １４ｐ−Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-z Ａｌz ）0.5 Ｐクラッド
層、 １５ｐ−Ｇａ1-p Ａｌp Ａｓ光取出し層、 １６…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、 １７…ｐ側電極、 １８…ｎ側電極。
Claims (2)
- 【請求項１】化合物半導体基板と、この基板上に形成さ
れて発光部を成す第１の化合物半導体層と、この第１の
化合物半導体層上に形成された該半導体層よりもバンド
ギャップが大きく、且つ格子定数の大きい第２の化合物
半導体層と、この第２の化合物半導体層上の一部に形成
された光取出し側電極と、前記基板の裏面に形成された
基板側電極とを具備し、前記第２の化合物半導体層は、
光取出し方向に向かって凸状に湾曲していることを特徴
とする半導体発光装置。 - 【請求項２】前記基板の格子定数をａ１，膜厚をｂ１、
第１の化合物半導体層の格子定数をａ２，膜厚をｂ２、
第２の化合物半導体層の格子定数をａ３，膜厚をｂ３と
したとき、膜厚及び格子定数を次のように設定したこと
を特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。 ａ１＝ａ２ ａ３＞ａ１ ｂ３／（ｂ１＋ｂ２）≧０．０３
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP237992A JPH05190893A (ja) | 1992-01-09 | 1992-01-09 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP237992A JPH05190893A (ja) | 1992-01-09 | 1992-01-09 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05190893A true JPH05190893A (ja) | 1993-07-30 |
Family
ID=11527608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP237992A Pending JPH05190893A (ja) | 1992-01-09 | 1992-01-09 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05190893A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6847056B2 (en) | 2001-01-31 | 2005-01-25 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Light emitting device |
| KR100714630B1 (ko) * | 2006-03-17 | 2007-05-07 | 삼성전기주식회사 | 압력인가에 의한 파장변환형 발광 소자 |
| US7553685B2 (en) | 2002-08-07 | 2009-06-30 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method of fabricating light-emitting device and light-emitting device |
-
1992
- 1992-01-09 JP JP237992A patent/JPH05190893A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6847056B2 (en) | 2001-01-31 | 2005-01-25 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Light emitting device |
| US7553685B2 (en) | 2002-08-07 | 2009-06-30 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method of fabricating light-emitting device and light-emitting device |
| KR100714630B1 (ko) * | 2006-03-17 | 2007-05-07 | 삼성전기주식회사 | 압력인가에 의한 파장변환형 발광 소자 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6825502B2 (en) | Light emitting element, method of manufacturing the same, and semiconductor device having light emitting element | |
| US5153889A (en) | Semiconductor light emitting device | |
| US6319778B1 (en) | Method of making light emitting diode | |
| JP3290672B2 (ja) | 半導体発光ダイオード | |
| JP5961358B2 (ja) | 発光ダイオード及びその製造方法 | |
| JPH10190052A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP5427585B2 (ja) | フリップチップ型発光ダイオード及びその製造方法 | |
| JP5961359B2 (ja) | 発光ダイオード及びその製造方法 | |
| US20020055218A1 (en) | Light emitting diode and fabricating method thereof | |
| JPH0614564B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP4140007B2 (ja) | 発光素子及び発光素子の製造方法 | |
| JP3152812B2 (ja) | 半導体発光装置 | |
| WO2013084867A1 (ja) | 発光ダイオード及びその製造方法 | |
| JP3406907B2 (ja) | 半導体発光ダイオード | |
| JPH06188450A (ja) | 発光ダイオード | |
| JPH05190893A (ja) | 半導体発光装置 | |
| JPH0738151A (ja) | 光半導体装置 | |
| JP2874948B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
| JP3209786B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP3606545B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH06103759B2 (ja) | 半導体発光装置 | |
| JP2000058910A (ja) | 半導体発光ダイオ―ド | |
| JPH08148716A (ja) | 半導体発光素子とその製造方法 | |
| JP3210071B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH08288548A (ja) | 発光ダイオード |