JPH0661525A - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
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- JPH0661525A JPH0661525A JP21122992A JP21122992A JPH0661525A JP H0661525 A JPH0661525 A JP H0661525A JP 21122992 A JP21122992 A JP 21122992A JP 21122992 A JP21122992 A JP 21122992A JP H0661525 A JPH0661525 A JP H0661525A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 発光ダイオードの発光波長を短くし黄色から
黄緑色の光を得ることを可能とする。 【構成】 従来のＧａＡｓ基板の代わりにＧａＡｓXＰ
1-X（０≦Ｘ＜１）基板上にＡｌＧａＩｎＰ系の結晶を
成長し、高濃度ドーピングのＡｌYＧａ1-YＰ（０≦Ｙ≦
１）により電極とコンタクトを取る。また、基板面方位
を選択し、ＡｌＧａＩｎＰ系結晶のＥｇを大きくし、発
光波長を短くする。ＤＨ構造にした場合、活性層はＧａ
0.7Ｉｎ0.3Ｐまたはこれにアルミニウムを低濃度でいれ
ることもできる。さらに基板に格子整合したＡｌＧａＩ
ｎＰ系結晶からＩｎを徐々に減らしたグレーデッド層を
経て単一超薄膜ＡｌZＩｎ1-ZＰ（０≦Ｚ≦１）層または
ＧａＰ／ＡｌZＩｎ1-ZＰ超格子構造を上記ＡｌＧａＰ層
にいれる。ＤＢＲ反射膜を用いることにより外部量子効
率をさらに上げることができる。 【効果】 ＤＨ構造で活性層にＡｌをいれることなく５
６０ｎｍ〜５８５ｎｍの黄緑色から黄色の高発光効率の
発光を得られる。
黄緑色の光を得ることを可能とする。 【構成】 従来のＧａＡｓ基板の代わりにＧａＡｓXＰ
1-X（０≦Ｘ＜１）基板上にＡｌＧａＩｎＰ系の結晶を
成長し、高濃度ドーピングのＡｌYＧａ1-YＰ（０≦Ｙ≦
１）により電極とコンタクトを取る。また、基板面方位
を選択し、ＡｌＧａＩｎＰ系結晶のＥｇを大きくし、発
光波長を短くする。ＤＨ構造にした場合、活性層はＧａ
0.7Ｉｎ0.3Ｐまたはこれにアルミニウムを低濃度でいれ
ることもできる。さらに基板に格子整合したＡｌＧａＩ
ｎＰ系結晶からＩｎを徐々に減らしたグレーデッド層を
経て単一超薄膜ＡｌZＩｎ1-ZＰ（０≦Ｚ≦１）層または
ＧａＰ／ＡｌZＩｎ1-ZＰ超格子構造を上記ＡｌＧａＰ層
にいれる。ＤＢＲ反射膜を用いることにより外部量子効
率をさらに上げることができる。 【効果】 ＤＨ構造で活性層にＡｌをいれることなく５
６０ｎｍ〜５８５ｎｍの黄緑色から黄色の高発光効率の
発光を得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は屋内外における文字・図
形表示板、自動車の方向指示器等に使用される発光ダイ
オードに関する。
形表示板、自動車の方向指示器等に使用される発光ダイ
オードに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のｐ−ＡｌＧａＩｎＰ／ｕ−ＧａＩ
ｎＰ／ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ ＤＨ構造を有す発光ダイオ
ードはＧａＡｓ基板上に形成されている。ＧａＡｓ基板
結晶と格子整合するＧａＩｎＰの組成はＧａ0.52Ｉｎ
0.48Ｐであって、Ｅｇ＝１．９２ｅＶである。従って波
長６４５ｎｍ以下の発光波長を持つ発光ダイオードを得
るには、図２に示すように、活性層にアルミニウムを添
加して（ＡｌXＧａ1-X）0.52Ｉｎ0.48Ｐとし、Ｅｇのよ
り大きな活性層を有する素子を作る必要が有った(例え
ば R.M.Fletcherら J.Elec.Mat 20 〔12〕 1125-1130
(1991);H.SugawaraらThe 22nd Conf.Sol. Stat. Mat.,
Ext.Abstracts 1175-1176 (1990))。しかしＡｌ濃度の
増加とともに発光強度が急激に減少するので高輝度の発
光ダイオードを得ることに問題が有る。
ｎＰ／ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ ＤＨ構造を有す発光ダイオ
ードはＧａＡｓ基板上に形成されている。ＧａＡｓ基板
結晶と格子整合するＧａＩｎＰの組成はＧａ0.52Ｉｎ
0.48Ｐであって、Ｅｇ＝１．９２ｅＶである。従って波
長６４５ｎｍ以下の発光波長を持つ発光ダイオードを得
るには、図２に示すように、活性層にアルミニウムを添
加して（ＡｌXＧａ1-X）0.52Ｉｎ0.48Ｐとし、Ｅｇのよ
り大きな活性層を有する素子を作る必要が有った(例え
ば R.M.Fletcherら J.Elec.Mat 20 〔12〕 1125-1130
(1991);H.SugawaraらThe 22nd Conf.Sol. Stat. Mat.,
Ext.Abstracts 1175-1176 (1990))。しかしＡｌ濃度の
増加とともに発光強度が急激に減少するので高輝度の発
光ダイオードを得ることに問題が有る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】波長６４５ｎｍより短
い高輝度・高効率の発光ダイオードを得るためにはＧ
ａXＩｎ1-XＰ（Ｘ＞０．５２）なる組成の、すなわちＥ
ｇ＞１．９２ｅＶなる結晶を用いる。さらに短波長化
を図るために４元混晶ＡｌＧａＩｎＰを用いる場合、同
一波長を発光するのであれば、できるだけＡｌ濃度が低
いＡｌＧａＩｎＰを採用し発光効率の低下を防ぎたい。
そのために、ＧａＡｓより格子定数が小さい基板結晶上
にこれと格子整合するＧａＩｎＰ結晶を成長すれば、そ
の組成はＧａXＩｎ1-XＰ（Ｘ＞０．５２）となり、その
組成に応じてＥｇが大、すなわち発光波長が短くなる。
また、この結晶系では成長条件により長距離秩序構造
が発生し、このためＥｇが縮小し、従って発光波長が長
くなる。発光波長を短くするには長距離秩序構造の発生
を低減しなくてはならない。一方高輝度の発光を得る
ためには電極とオーミックコンタクトをとる層として電
流がチップ全面に広がるような低抵抗の層を付けなけれ
ばならず、発光を効率よく取りだすためには、この層が
大きなＥｇを持ち、発光波長における吸収が少ないこと
が必要である。ＡｌＧａＩｎＰ結晶でこの層を構成する
と結晶にさらにＡｌを添加してＥｇを大きくしなくては
ならない。しかしＡｌ組成が大きい結晶では、ｐ型のキ
ャリア密度を大きくすることは難しいので、この二つを
同時に満足する結晶が必要となる。また外部量子効率を
上げ発光強度を増加するには、活性層から電極を有す２
つの面方向に放出される光の両方を、結晶による発光の
吸収少なくして取り出す必要がある。
い高輝度・高効率の発光ダイオードを得るためにはＧ
ａXＩｎ1-XＰ（Ｘ＞０．５２）なる組成の、すなわちＥ
ｇ＞１．９２ｅＶなる結晶を用いる。さらに短波長化
を図るために４元混晶ＡｌＧａＩｎＰを用いる場合、同
一波長を発光するのであれば、できるだけＡｌ濃度が低
いＡｌＧａＩｎＰを採用し発光効率の低下を防ぎたい。
そのために、ＧａＡｓより格子定数が小さい基板結晶上
にこれと格子整合するＧａＩｎＰ結晶を成長すれば、そ
の組成はＧａXＩｎ1-XＰ（Ｘ＞０．５２）となり、その
組成に応じてＥｇが大、すなわち発光波長が短くなる。
また、この結晶系では成長条件により長距離秩序構造
が発生し、このためＥｇが縮小し、従って発光波長が長
くなる。発光波長を短くするには長距離秩序構造の発生
を低減しなくてはならない。一方高輝度の発光を得る
ためには電極とオーミックコンタクトをとる層として電
流がチップ全面に広がるような低抵抗の層を付けなけれ
ばならず、発光を効率よく取りだすためには、この層が
大きなＥｇを持ち、発光波長における吸収が少ないこと
が必要である。ＡｌＧａＩｎＰ結晶でこの層を構成する
と結晶にさらにＡｌを添加してＥｇを大きくしなくては
ならない。しかしＡｌ組成が大きい結晶では、ｐ型のキ
ャリア密度を大きくすることは難しいので、この二つを
同時に満足する結晶が必要となる。また外部量子効率を
上げ発光強度を増加するには、活性層から電極を有す２
つの面方向に放出される光の両方を、結晶による発光の
吸収少なくして取り出す必要がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】ＡｌＧａＩｎＰ系結晶を
エピタキシャル成長するときに、ＧａＡｓまたはＧａＰ
を基板結晶として用い、格子定数差を緩和するためにま
ずＧａＡｓ1-XＰX（０＜Ｘ≦１）結晶のＸを徐々に変え
たグレーデッド層を介してその上に組成一定のＧａＡｓ
1-XＰX層を成長したものを基板として用いる。この基板
と格子整合するＧａXＩｎ1-XＰの組成Ｘ＞０．５２、つ
まりＥｇ＞１．９２ｅＶ、発光波長＜６４５ｎｍの活性
層を用いることができる。さらに短波長化するためには
長距離秩序度を低減するため基板の結晶面方位を選択し
て用いる。
エピタキシャル成長するときに、ＧａＡｓまたはＧａＰ
を基板結晶として用い、格子定数差を緩和するためにま
ずＧａＡｓ1-XＰX（０＜Ｘ≦１）結晶のＸを徐々に変え
たグレーデッド層を介してその上に組成一定のＧａＡｓ
1-XＰX層を成長したものを基板として用いる。この基板
と格子整合するＧａXＩｎ1-XＰの組成Ｘ＞０．５２、つ
まりＥｇ＞１．９２ｅＶ、発光波長＜６４５ｎｍの活性
層を用いることができる。さらに短波長化するためには
長距離秩序度を低減するため基板の結晶面方位を選択し
て用いる。
【０００５】電極とオーミックコンタクトをとる層は、
キャリア密度を大きくでき、かつＤＨ構造において活性
層からの発光にたいし吸収が十分小さくなるような結晶
として、ＡｌYＧａ1-YＰ（０≦Ｙ≦０．３）を高濃度ド
ーピングして成長すれば良い。しかし、これらの結晶は
ＧａＡｓXＰ1-Xと格子整合しないので結晶欠陥を少なく
して成長するためには格子整合した結晶から組成を徐々
に変えたグレーデッド層を介して成長し、歪緩衝層とな
るＡｌZＩｎ1-ZＰ（０≦Ｚ≦１）の超薄膜層またはＡｌ
YＧａ1-YＰ／ＡｌZＩｎ1-ZＰの超格子構造をいれる。ま
た、活性層からの発光を結晶の基板からの成長方向上側
（上記ＡｌＧａＰ層側）から取りだす場合には、基板を
取り除き、この面にＤＢＲ反射膜を付け、下側の面から
光を取り出す場合にはＥｇが基板より小さい結晶を活性
層に用い、このとき活性層となる結晶は基板と格子整合
しないので、これを厚さを５０ｎｍ以下の歪量子井戸構
造とし上記ＡｌＧａＰ層の上にＤＢＲ反射膜を付ける。
キャリア密度を大きくでき、かつＤＨ構造において活性
層からの発光にたいし吸収が十分小さくなるような結晶
として、ＡｌYＧａ1-YＰ（０≦Ｙ≦０．３）を高濃度ド
ーピングして成長すれば良い。しかし、これらの結晶は
ＧａＡｓXＰ1-Xと格子整合しないので結晶欠陥を少なく
して成長するためには格子整合した結晶から組成を徐々
に変えたグレーデッド層を介して成長し、歪緩衝層とな
るＡｌZＩｎ1-ZＰ（０≦Ｚ≦１）の超薄膜層またはＡｌ
YＧａ1-YＰ／ＡｌZＩｎ1-ZＰの超格子構造をいれる。ま
た、活性層からの発光を結晶の基板からの成長方向上側
（上記ＡｌＧａＰ層側）から取りだす場合には、基板を
取り除き、この面にＤＢＲ反射膜を付け、下側の面から
光を取り出す場合にはＥｇが基板より小さい結晶を活性
層に用い、このとき活性層となる結晶は基板と格子整合
しないので、これを厚さを５０ｎｍ以下の歪量子井戸構
造とし上記ＡｌＧａＰ層の上にＤＢＲ反射膜を付ける。
【０００６】
【作用】図３に示すように、例えばＧａＡｓ基板上に
燐を徐々に増加して成長した上記ＧａＡｓXＰ1-X基板結
晶を用い、この結晶に格子整合したＡｌＧａＩｎＰ系の
結晶を成長すれば、ＡｌやＧａの濃度はＧａＡｓ基板に
格子整合した結晶より大きくなり、従ってＥｇが大きく
なって発光波長を短波長化することが可能である。
燐を徐々に増加して成長した上記ＧａＡｓXＰ1-X基板結
晶を用い、この結晶に格子整合したＡｌＧａＩｎＰ系の
結晶を成長すれば、ＡｌやＧａの濃度はＧａＡｓ基板に
格子整合した結晶より大きくなり、従ってＥｇが大きく
なって発光波長を短波長化することが可能である。
【０００７】ＧａXＩｎ1-XＰでは原理的に、直接遷移
から間接遷移にバンド構造が変わるＸ＝０．７３、すな
わちＥｇ＝２．２３ｅＶ未満のＥｇをもつ結晶はＡｌを
添加する必要はなく、ＧａＡｓ基板に格子整合したＡｌ
ＧａＩｎＰ結晶に比べ、高い発光効率を保ったまま短波
長化を図ることができる。例えば上記ＧａＡｓ基板上に
成長したＧａＩｎＰからの赤色の発光に対し、ＧａＡｓ
0.61Ｐ0.39上に成長したＧａ0.7Ｉｎ0.3Ｐでは黄緑色か
ら黄色の発光ダイオードを得ることができる。さらに短
波長化を図る場合にはＡｌを添加したＡｌＧａＩｎＰの
４元結晶を採用すればよいが、この場合ＧａＡｓ基板上
に格子整合したＡｌＧａＩｎＰを用いるより低いＡｌ濃
度で同一波長の発光を得ることができる。従ってＡｌ濃
度の低い分だけ高効率の発光が可能となる。
から間接遷移にバンド構造が変わるＸ＝０．７３、すな
わちＥｇ＝２．２３ｅＶ未満のＥｇをもつ結晶はＡｌを
添加する必要はなく、ＧａＡｓ基板に格子整合したＡｌ
ＧａＩｎＰ結晶に比べ、高い発光効率を保ったまま短波
長化を図ることができる。例えば上記ＧａＡｓ基板上に
成長したＧａＩｎＰからの赤色の発光に対し、ＧａＡｓ
0.61Ｐ0.39上に成長したＧａ0.7Ｉｎ0.3Ｐでは黄緑色か
ら黄色の発光ダイオードを得ることができる。さらに短
波長化を図る場合にはＡｌを添加したＡｌＧａＩｎＰの
４元結晶を採用すればよいが、この場合ＧａＡｓ基板上
に格子整合したＡｌＧａＩｎＰを用いるより低いＡｌ濃
度で同一波長の発光を得ることができる。従ってＡｌ濃
度の低い分だけ高効率の発光が可能となる。
【０００８】ＡｌＧａＩｎＰ系結晶のＥｇは長距離秩
序構造の程度により同じ組成の結晶でも異なった値をと
りうる。図４に示すように、基板結晶の面方位を選択す
ることによりその上に成長するＡｌＧａＩｎＰ系結晶の
長距離秩序構造の発生の程度を調節し、Ｅｇそして発光
波長の値を選択できるので、同一組成の結晶でＬＥＤを
作る場合、基板面方位を変えると発光波長の短波長化が
可能となる。例えばＧａＩｎＰでは７００゜Ｃ成長で、
基板面方位を（１００）面から（５１１）Ａ面に傾ける
ことにより長距離秩序構造の発生を抑制し、Ｅｇを数十
〜百ｍｅＶ程度大きくでき、その分短波長化が可能とな
る。
序構造の程度により同じ組成の結晶でも異なった値をと
りうる。図４に示すように、基板結晶の面方位を選択す
ることによりその上に成長するＡｌＧａＩｎＰ系結晶の
長距離秩序構造の発生の程度を調節し、Ｅｇそして発光
波長の値を選択できるので、同一組成の結晶でＬＥＤを
作る場合、基板面方位を変えると発光波長の短波長化が
可能となる。例えばＧａＩｎＰでは７００゜Ｃ成長で、
基板面方位を（１００）面から（５１１）Ａ面に傾ける
ことにより長距離秩序構造の発生を抑制し、Ｅｇを数十
〜百ｍｅＶ程度大きくでき、その分短波長化が可能とな
る。
【０００９】〜により、ＧａＡｓXＰ1-X基板結晶の
Ｘを選択することにより、この結晶に格子整合するＧａ
YＩｎ1-YＰ（Ｙ＞０．５２）のＹを決定し、基板結晶の
面方位を選択して長距離秩序構造を制御し、ＤＨ構造に
おける活性層のＡｌ濃度を選択しＥｇの増加を図ること
ができる。本発明による発光ダイオードの発光波長はこ
れら３つの自由度により制御可能である。
Ｘを選択することにより、この結晶に格子整合するＧａ
YＩｎ1-YＰ（Ｙ＞０．５２）のＹを決定し、基板結晶の
面方位を選択して長距離秩序構造を制御し、ＤＨ構造に
おける活性層のＡｌ濃度を選択しＥｇの増加を図ること
ができる。本発明による発光ダイオードの発光波長はこ
れら３つの自由度により制御可能である。
【００１０】電極とのオーミックコンタクトをとる層
として高濃度ドーピングの可能なＡｌXＧａ1-XＰ(０≦
Ｘ≦０．３)を成長することにより、電流が素子全面に
広がるようにできる。かつこの結晶は間接遷移型である
ので吸収係数が小さく活性層からの光を素子が有す電極
と接触する面のうち基板と反対側の面からも効率良くと
りだすことができる。基板側の面から光を取り出す場合
には基板のＥｇより小さいＥｇを持つ活性層とすること
により基板は発光波長に対し吸収が小さくなり、さらに
ＡｌＧａＰ側に反射膜を用いることにより活性層から両
方向へ放出された光を取りだすことができ外部量子効率
を上げることができる。
として高濃度ドーピングの可能なＡｌXＧａ1-XＰ(０≦
Ｘ≦０．３)を成長することにより、電流が素子全面に
広がるようにできる。かつこの結晶は間接遷移型である
ので吸収係数が小さく活性層からの光を素子が有す電極
と接触する面のうち基板と反対側の面からも効率良くと
りだすことができる。基板側の面から光を取り出す場合
には基板のＥｇより小さいＥｇを持つ活性層とすること
により基板は発光波長に対し吸収が小さくなり、さらに
ＡｌＧａＰ側に反射膜を用いることにより活性層から両
方向へ放出された光を取りだすことができ外部量子効率
を上げることができる。
【００１１】ＧａＡｓZＰ1-Z（０≦Ｚ＜１）基板結晶
に格子整合したＡｌＧａＩｎＰ系結晶からＩｎの組成を
徐々に減らしたグレーデッド層を介して上記ＡｌXＧａ
1-XＰを成長し、またこの層に歪緩衝層としてＡｌYＩｎ
1-YＰ（０≦Ｙ≦１）単一の超薄膜層または、ＡｌXＧａ
1-XＰ／ＡｌYＩｎ1-YＰの超格子構造をいれることによ
り、ＡｌXＧａ1-XＰ層の転位などの結晶欠陥を低減で
き、素子寿命、発光効率を向上できる。
に格子整合したＡｌＧａＩｎＰ系結晶からＩｎの組成を
徐々に減らしたグレーデッド層を介して上記ＡｌXＧａ
1-XＰを成長し、またこの層に歪緩衝層としてＡｌYＩｎ
1-YＰ（０≦Ｙ≦１）単一の超薄膜層または、ＡｌXＧａ
1-XＰ／ＡｌYＩｎ1-YＰの超格子構造をいれることによ
り、ＡｌXＧａ1-XＰ層の転位などの結晶欠陥を低減で
き、素子寿命、発光効率を向上できる。
【００１２】
【実施例】（実施例１）図１に示した素子断面図に従い
説明する。ｎ−ＧａＡｓ0.61Ｐ0.39基板（ｎ＝７×１０
17ｃｍ3）上に有機金属気相成長法によりＳｉをドープ
したｎ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.7Ｉｎ0.3Ｐ層（１×１０
18ｃｍ3）を１．０μｍ，ドーピングしていないＧａ0.7
Ｉｎ0.3Ｐを０．５μｍ、Ｚｎをドープしたｐ−（Ａｌ
0.7Ｇａ0.3）0.7Ｉｎ0.3Ｐ層（ｐ＝１．２×１０17ｃｍ
3）を０．２μｍ、同じく（ｐ＝５×１０17ｃｍ3）を
０．８μｍ成長する。（以下ｐ型は全てＺｎドープであ
る。）その上にＩｎの組成を徐々に減らしたｐ−（Ａｌ
0.7Ｇａ0.3）XＩｎ1-XＰグレーデッド層（Ｘ：０．７→
１．０、ｐ＝５×１０17ｃｍ3)を２．０μｍ、そしてｐ
−Ａｌ0.8Ｉｎ0.2Ｐ（８０Å）／ｐ−ＧａＰ（８０Å）
の超格子を１０周期成長した後ｐ−ＧａＰ層（ｐ＝３×
１０18ｃｍ3）を８μｍ成長する。ここで成長温度は７
００゜Ｃである。この場合、活性層であるＧａ0.7Ｉｎ
0.3Ｐ層からの発光波長は５８３ｎｍであり黄色の発光
が得られる。このグレーデッド層及び超薄膜層をいれる
ことによＧａＰ層の結晶欠陥は少なくなり発光効率は上
昇する。
説明する。ｎ−ＧａＡｓ0.61Ｐ0.39基板（ｎ＝７×１０
17ｃｍ3）上に有機金属気相成長法によりＳｉをドープ
したｎ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.7Ｉｎ0.3Ｐ層（１×１０
18ｃｍ3）を１．０μｍ，ドーピングしていないＧａ0.7
Ｉｎ0.3Ｐを０．５μｍ、Ｚｎをドープしたｐ−（Ａｌ
0.7Ｇａ0.3）0.7Ｉｎ0.3Ｐ層（ｐ＝１．２×１０17ｃｍ
3）を０．２μｍ、同じく（ｐ＝５×１０17ｃｍ3）を
０．８μｍ成長する。（以下ｐ型は全てＺｎドープであ
る。）その上にＩｎの組成を徐々に減らしたｐ−（Ａｌ
0.7Ｇａ0.3）XＩｎ1-XＰグレーデッド層（Ｘ：０．７→
１．０、ｐ＝５×１０17ｃｍ3)を２．０μｍ、そしてｐ
−Ａｌ0.8Ｉｎ0.2Ｐ（８０Å）／ｐ−ＧａＰ（８０Å）
の超格子を１０周期成長した後ｐ−ＧａＰ層（ｐ＝３×
１０18ｃｍ3）を８μｍ成長する。ここで成長温度は７
００゜Ｃである。この場合、活性層であるＧａ0.7Ｉｎ
0.3Ｐ層からの発光波長は５８３ｎｍであり黄色の発光
が得られる。このグレーデッド層及び超薄膜層をいれる
ことによＧａＰ層の結晶欠陥は少なくなり発光効率は上
昇する。
【００１３】（実施例２）実施例１において基板結晶の
面方位を（５１１）Ａ面にすることにより発光波長は５
６０ｎｍ台の黄緑色の発光が得られる。ここで、ＧａＡ
ｓ基板の同じ（５１１）Ａ面上でのＧａＩｎＰの発光に
比べ３００ｍｅＶ程度短波長化される。また、ＧａＡｓ
基板に格子整合した４元ＡｌＧａＩｎＰを活性層とした
場合、Ａｌ濃度の増加とともに発光の外部量子効率は減
少し発光波長５６０ｎｍでは０．１％になるが、本実施
例では２％程度の比較的大きな値となる。
面方位を（５１１）Ａ面にすることにより発光波長は５
６０ｎｍ台の黄緑色の発光が得られる。ここで、ＧａＡ
ｓ基板の同じ（５１１）Ａ面上でのＧａＩｎＰの発光に
比べ３００ｍｅＶ程度短波長化される。また、ＧａＡｓ
基板に格子整合した４元ＡｌＧａＩｎＰを活性層とした
場合、Ａｌ濃度の増加とともに発光の外部量子効率は減
少し発光波長５６０ｎｍでは０．１％になるが、本実施
例では２％程度の比較的大きな値となる。
【００１４】（実施例３）実施例２において活性層を
（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.7Ｉｎ0.3Ｐの４元混晶とするこ
とにより発光波長が５５０ｎｍ台の緑色の発光が得られ
る。
（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.7Ｉｎ0.3Ｐの４元混晶とするこ
とにより発光波長が５５０ｎｍ台の緑色の発光が得られ
る。
【００１５】（実施例４）実施例１から３において基板
結晶をｎ−ＧａＰ結晶基板を用い、その上にＧａＡｓX
Ｐ1-X（０≦Ｘ＜１）のＸを徐々に増やしたグレーデッ
ド層１０μｍを介して組成Ｘの一定なＧａＡｓXＰ1-X層
５μｍを成長しその上に、これに格子整合するＡｌＧａ
ＩｎＰ系結晶を成長する。
結晶をｎ−ＧａＰ結晶基板を用い、その上にＧａＡｓX
Ｐ1-X（０≦Ｘ＜１）のＸを徐々に増やしたグレーデッ
ド層１０μｍを介して組成Ｘの一定なＧａＡｓXＰ1-X層
５μｍを成長しその上に、これに格子整合するＡｌＧａ
ＩｎＰ系結晶を成長する。
【００１６】（実施例５）基板結晶をｎ型ＧａＡｓ0.08
Ｐ0.92としこの上にこれと格子整合するｎ−（Ａｌ0.4
Ｇａ0.6）0.96Ｉｎ0.04Ｐ（１×１０18ｃｍ3）を１μ
ｍ、ｕ−Ｇａ0.7Ｉｎ0.3Ｐを４０ｎｍ、ｐ−（Ａｌ0.4
Ｇａ0.6）0.96Ｉｎ0.04Ｐ（ｐ＝１．２×１０17ｃｍ3）
を０．２μｍ、おなじくｐ＝５．０×１０17ｃｍ3を
０．８μｍ、ｐ−ＧａＰ層（ｐ＝３×１０18ｃｍ3）を
８μｍ成長し、この面にＤＢＲ反射膜を付け、その一部
を取り除きｐ電極を形成する。この構造により活性層か
ら出る光のうちｎ，ｐ両電極側に出る光を取りだすこと
ができるので外部量子効率はさらに上がり４％ほどにな
る。
Ｐ0.92としこの上にこれと格子整合するｎ−（Ａｌ0.4
Ｇａ0.6）0.96Ｉｎ0.04Ｐ（１×１０18ｃｍ3）を１μ
ｍ、ｕ−Ｇａ0.7Ｉｎ0.3Ｐを４０ｎｍ、ｐ−（Ａｌ0.4
Ｇａ0.6）0.96Ｉｎ0.04Ｐ（ｐ＝１．２×１０17ｃｍ3）
を０．２μｍ、おなじくｐ＝５．０×１０17ｃｍ3を
０．８μｍ、ｐ−ＧａＰ層（ｐ＝３×１０18ｃｍ3）を
８μｍ成長し、この面にＤＢＲ反射膜を付け、その一部
を取り除きｐ電極を形成する。この構造により活性層か
ら出る光のうちｎ，ｐ両電極側に出る光を取りだすこと
ができるので外部量子効率はさらに上がり４％ほどにな
る。
【００１７】
【発明の効果】ＧａＡｓXＰ1-X基板結晶上に成長したＡ
ｌＧａＩｎＰからの発光はＧａＡｓ基板上に成長したＡ
ｌＧａＩｎＰからの発光に比べ短波長であり、基板結晶
面を変えることにより、それ以外の素子の構造・成長条
件は同じでも長距離秩序構造の発生を低減し発光波長を
短くしＤＨ構造の活性層にＡｌを添加すること無く発光
波長５６０ｎｍ台の発光を取りだすことができる。
ｌＧａＩｎＰからの発光はＧａＡｓ基板上に成長したＡ
ｌＧａＩｎＰからの発光に比べ短波長であり、基板結晶
面を変えることにより、それ以外の素子の構造・成長条
件は同じでも長距離秩序構造の発生を低減し発光波長を
短くしＤＨ構造の活性層にＡｌを添加すること無く発光
波長５６０ｎｍ台の発光を取りだすことができる。
【００１８】また、上記ＧａＡｓＰ基板に格子整合した
組成からＩｎに組成を徐々に変えたグレーデッド層を経
て高キャリア濃度のＡｌYＧａ1-YＰ層を成長することに
より低抵抗で電極と十分なオーミックコンタクトがと
れ、電流は素子の広範囲に広がり、発光波長に対する吸
収が少なく、転位など結晶欠陥の少ない結晶から成る高
発光効率の素子が得られる。従来の活性層にＡｌを添加
した素子に対し、発光効率の高効率化は短波長になるほ
ど大きく、５６０ｎｍ付近では外部量子効率は１０倍以
上になる。
組成からＩｎに組成を徐々に変えたグレーデッド層を経
て高キャリア濃度のＡｌYＧａ1-YＰ層を成長することに
より低抵抗で電極と十分なオーミックコンタクトがと
れ、電流は素子の広範囲に広がり、発光波長に対する吸
収が少なく、転位など結晶欠陥の少ない結晶から成る高
発光効率の素子が得られる。従来の活性層にＡｌを添加
した素子に対し、発光効率の高効率化は短波長になるほ
ど大きく、５６０ｎｍ付近では外部量子効率は１０倍以
上になる。
【００１９】さらに光を取り出す面を電極と接する２つ
の面のうち片方に決め、これと反対側の面への発光をＤ
ＢＲ反射膜を用いて取りだすことにより外部量子効率は
さらに１．８倍ほどになる。また基板側から光を取り出
す際に上記のように活性層のＥｇを小さくすることによ
り基板での光の吸収を少なくすることが可能となる。
の面のうち片方に決め、これと反対側の面への発光をＤ
ＢＲ反射膜を用いて取りだすことにより外部量子効率は
さらに１．８倍ほどになる。また基板側から光を取り出
す際に上記のように活性層のＥｇを小さくすることによ
り基板での光の吸収を少なくすることが可能となる。
【図１】本発明になる発光ダイオードの断面図。
【図２】従来のＧａＡｓ基板上の発光ダイオード。
【図３】ＡｌＧａＩｎＰ系結晶のバンドギャップエネル
ギーの組成依存性。
ギーの組成依存性。
【図４】Ｇａ0.7Ｉｎ0.3ＰのＥｇの基板面方位依存性。
１，９…電極、３…超格子、４…グレーデッド層、８…
基板。
基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 振一郎 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (6)
- 【請求項１】ＧａＡｓまたはＧａＰ基板上にＧａＡｓ
1-XＰX（０＜Ｘ≦１）結晶の燐の組成Ｘを徐々に変えた
グレーデッド層を介して成長した組成一定のＧａＡｓY
Ｐ1-Y（０≦Ｙ＜１）結晶基板上に、これと格子整合す
るＡｌＧａＩｎＰ系半導体結晶をエピタキシャル成長
し、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０≦Ｘ≦０．８、
０．５２＜Ｙ≦０．８０）をそれよりバンドギャップエ
ネルギーＥｇの大きい（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ（０
＜Ｘ≦１、０．５２＜Ｙ≦１）で挾んだＤＨ構造を作る
ことにより得られる発光ダイオード。 - 【請求項２】上記ＧａＡｓＰ基板の結晶面方位を選択す
ることにより、エピタキシャル成長したＡｌＧａＩｎＰ
系半導体結晶の長距離秩序度を制御し、もってその発光
波長を制御してなる請求項１記載の発光ダイオード。 - 【請求項３】電極とオーミックコンタクトを取る層とし
てＥｇが活性層のそれより大きいｎまたはｐ型のＡｌX
Ｇａ1-XＰ層（０≦Ｘ≦０．３）を成長した請求項１又
は２記載の発光ダイオード。 - 【請求項４】結晶の成長方向上側の面（上記ＡｌＧａＰ
層側）より主に光を取り出す場合には基板を取り除いて
あり、この面にＤＢＲ反射膜を有すことを、結晶の成長
方向下側の面（基板側）より主に光を取り出す場合に
は、Ｅｇが基板より小さい（ＡｌYＧａ1-Y）XＩｎ1-XＰ
（０．５２＜Ｘ≦０．８、０≦Ｙ≦０．８）を活性層と
し、この活性層の厚さを５０ｎｍ以下で歪を有すものと
し、さらにＡｌＧａＰの上にＤＢＲ反射膜を有すことを
特徴とした請求項３記載の発光ダイオード。 - 【請求項５】ＧａＡｓＰ結晶に格子整合したＡｌＧａＩ
ｎＰ結晶と、その上に成長したＧａＡｓＰとは格子整合
しないＡｌXＧａ1-XＰ（０≦Ｘ≦０．３）層の間にＧａ
ＡｓＰ基板と格子整合するＡｌＧａＩｎＰからはじめて
（ＡｌYＧａ1-Y）ZＩｎ1-ZＰ（０≦Ｙ≦１）のＺを１．
０まで徐々に変化させたグレーデッド層を成長して得ら
れる請求項３又は４記載の発光ダイオード。 - 【請求項６】ＡｌXＧａ1-XＰ層（０≦Ｘ≦０．３）に歪
緩衝層であるＡｌYＩｎ1-YＰ（０≦Ｙ≦１）の厚さ８０
〜１５０Åの単一超薄膜層またはＡｌXＧａ1-XＰ（厚さ
８０〜１５０Å）／ＡｌYＩｎ1-YＰ（厚さ８０〜１５０
Å）の超格子（２０周期以内）をいれた請求項３又は４
記載の発光ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21122992A JPH0661525A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21122992A JPH0661525A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 発光ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0661525A true JPH0661525A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=16602426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21122992A Pending JPH0661525A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0661525A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6236067B1 (en) | 1997-12-05 | 2001-05-22 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device using an AlGaInP group or AlGaAs group material |
| US6805744B2 (en) | 1998-11-24 | 2004-10-19 | Massachusetts Institute Of Technology | Method of producing device quality (Al)InGaP alloys on lattice-mismatched substrates |
| WO2010004454A1 (en) | 2008-06-16 | 2010-01-14 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | Semiconductor light emitting device including graded region |
| USRE43159E1 (en) | 1994-12-27 | 2012-02-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device |
| CN104412396A (zh) * | 2012-07-05 | 2015-03-11 | 皇家飞利浦有限公司 | 具有含氮和磷的发光层的发光二极管 |
| CN114497298A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-05-13 | 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 | Led外延结构及其制备方法、led芯片及其制备方法 |
-
1992
- 1992-08-07 JP JP21122992A patent/JPH0661525A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| USRE43159E1 (en) | 1994-12-27 | 2012-02-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device |
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| JP2011524632A (ja) * | 2008-06-16 | 2011-09-01 | フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー | 傾斜領域を含む半導体発光デバイス |
| US8507929B2 (en) | 2008-06-16 | 2013-08-13 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Semiconductor light emitting device including graded region |
| CN104412396A (zh) * | 2012-07-05 | 2015-03-11 | 皇家飞利浦有限公司 | 具有含氮和磷的发光层的发光二极管 |
| JP2015525965A (ja) * | 2012-07-05 | 2015-09-07 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 窒素及びリンを含有する発光層を有する発光ダイオード |
| US10147840B2 (en) | 2012-07-05 | 2018-12-04 | Lumileds Llc | Light emitting diode with light emitting layer containing nitrogen and phosphorus |
| CN114497298A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-05-13 | 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 | Led外延结构及其制备方法、led芯片及其制备方法 |
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