JPS6120156B2 - - Google Patents
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- JPS6120156B2 JPS6120156B2 JP11841376A JP11841376A JPS6120156B2 JP S6120156 B2 JPS6120156 B2 JP S6120156B2 JP 11841376 A JP11841376 A JP 11841376A JP 11841376 A JP11841376 A JP 11841376A JP S6120156 B2 JPS6120156 B2 JP S6120156B2
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- light emitting
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- junction
- surface layer
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
- H10H20/821—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates of the light-emitting regions, e.g. non-planar junctions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
- H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は半導体発光装置に関し、特にヘテロ
pn成長接合を用いることなく発光性pn接合を表
面下に埋込んだ半導体発光装置に関する。本明細
書で「光」と言うときは可視光に限らず広く放射
線をさすものとする。
pn成長接合を用いることなく発光性pn接合を表
面下に埋込んだ半導体発光装置に関する。本明細
書で「光」と言うときは可視光に限らず広く放射
線をさすものとする。
従来の技術と問題点
３つの主たる要素が発光ダイオードの効率を制
限している。これらの要素は電流の非発光成分、
発光以前に半導体材料に発生した光を吸収するこ
と、および半導体と空気との界面における内部全
反射である。後の２つの影響は別々には小さくす
ることができるが２つ同時に小さくすることは難
しい。
限している。これらの要素は電流の非発光成分、
発光以前に半導体材料に発生した光を吸収するこ
と、および半導体と空気との界面における内部全
反射である。後の２つの影響は別々には小さくす
ることができるが２つ同時に小さくすることは難
しい。
全ダイオード電流はいくつかの並列した成分か
ら成る。各々の電流成分は供給された接合電圧に
exp〔（qV−Ｅ）／nkT）〕に従がうように依存す
る。ここでｑは電子電荷、Ｅはバンドギヤツプの
エネルギー、Ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、ｎ
は定数である。赤外線発光ダイオードの光はｐ−
ｎ接合部を横切りＮ−型材料からＰ−型材料に注
入された電子の発光性再結合から発生する。電流
の発光性成分に対してはｎ＝１である。空間電荷
領域での再結合または表面再結合による電流の非
発光性成分（ｎ＝２）は並列している。高性能の
半導体材料を使用することにより、空間電荷再結
合による電流は最小にされる。電流の主なる非発
光性成分は表面再結合によるものである。
ら成る。各々の電流成分は供給された接合電圧に
exp〔（qV−Ｅ）／nkT）〕に従がうように依存す
る。ここでｑは電子電荷、Ｅはバンドギヤツプの
エネルギー、Ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、ｎ
は定数である。赤外線発光ダイオードの光はｐ−
ｎ接合部を横切りＮ−型材料からＰ−型材料に注
入された電子の発光性再結合から発生する。電流
の発光性成分に対してはｎ＝１である。空間電荷
領域での再結合または表面再結合による電流の非
発光性成分（ｎ＝２）は並列している。高性能の
半導体材料を使用することにより、空間電荷再結
合による電流は最小にされる。電流の主なる非発
光性成分は表面再結合によるものである。
電流の非発光性成分は発光出力−電流特性の非
線型をもたらす。発光装置の効率は低電流におい
て急速に減少する。一定電流において時間に対し
て発光出力が低下することは主に非発光性成分の
電流増加による。
線型をもたらす。発光装置の効率は低電流におい
て急速に減少する。一定電流において時間に対し
て発光出力が低下することは主に非発光性成分の
電流増加による。
ヘテロpn成長接合を用いない半導体発光装置
において、表面の影響を低減し、接合部温度を上
昇させずに高い電流密度を得、これにより高い発
光効率を得ることが望まれている。
において、表面の影響を低減し、接合部温度を上
昇させずに高い電流密度を得、これにより高い発
光効率を得ることが望まれている。
問題点を解決するための手段と作用
本発明は、上述の如き従来技術の問題点に鑑
み、表面における大きな接触面積と内部における
小さな発光領域とを得るため、基板上に−族
材料のｎ型の第１表面層と、その上のより広いバ
ンドギヤツプをもつ−族材料のｎ型の第２表
面層とを形成し、表面から第２表面層の全厚を通
過して第１表面層の厚さの途中まで達するｐ型領
域と、ｐ型領域上のオートミツク接触手段とを設
け、ｐ型領域は表面においてｎ型第２表面層によ
つて完全に囲まれ、断面積がステツプ状に減少し
た後ｎ型第１表面層内に延びて発光性pn接合を
形成し、オートミツク接触手段は第１表面層内の
pn接合面積よりも大きい接触面積を有し、これ
により表面の影響を減じ、高い電流密度、低い接
触抵抗、良好な放熱特性を有する半導体発光装置
を提供することを目的とする。
み、表面における大きな接触面積と内部における
小さな発光領域とを得るため、基板上に−族
材料のｎ型の第１表面層と、その上のより広いバ
ンドギヤツプをもつ−族材料のｎ型の第２表
面層とを形成し、表面から第２表面層の全厚を通
過して第１表面層の厚さの途中まで達するｐ型領
域と、ｐ型領域上のオートミツク接触手段とを設
け、ｐ型領域は表面においてｎ型第２表面層によ
つて完全に囲まれ、断面積がステツプ状に減少し
た後ｎ型第１表面層内に延びて発光性pn接合を
形成し、オートミツク接触手段は第１表面層内の
pn接合面積よりも大きい接触面積を有し、これ
により表面の影響を減じ、高い電流密度、低い接
触抵抗、良好な放熱特性を有する半導体発光装置
を提供することを目的とする。
さらに本発明は、発光性pn接合からの光路上
部分で基板をエツチしたときは、光吸収による外
部発光効率の低下を防止した電気的光学性能の優
れた半導体発光装置を提供することを目的とす
る。
部分で基板をエツチしたときは、光吸収による外
部発光効率の低下を防止した電気的光学性能の優
れた半導体発光装置を提供することを目的とす
る。
本発明の特徴の１つに、表面部分の半導体材料
が装置内部の材料よりも大きなバンドギヤツプエ
ネルギーを持つ多重層の構造を使用することがあ
る。この特徴の１つの効果は表面再結合による非
発光性成分の電流を大きく減少させ線型性を改善
し発光出力の低下を少なくすることにある。改善
された発光装置の線型性が、減少されたひずみに
より改善された装置性能をもたらす適用例は発光
強度がダイオード電流を変化させることにより変
調される情報のアナログ伝送である。
が装置内部の材料よりも大きなバンドギヤツプエ
ネルギーを持つ多重層の構造を使用することがあ
る。この特徴の１つの効果は表面再結合による非
発光性成分の電流を大きく減少させ線型性を改善
し発光出力の低下を少なくすることにある。改善
された発光装置の線型性が、減少されたひずみに
より改善された装置性能をもたらす適用例は発光
強度がダイオード電流を変化させることにより変
調される情報のアナログ伝送である。
赤外線発光ダイオードの幾何学的工夫は装置の
最大効率にとつて非常に重要である。空気（na
＝1.0）に比べて大きな屈折率を持つGaAs（ｎs
＝3.6）は半導体−空気の界面に垂直でない光線
に対し界面において光線の大きな屈折をもたら
す。平らな型の装置に対して、この大きな屈折率
の不一致は装置から得られる光の量を制限する。
最大効率にとつて非常に重要である。空気（na
＝1.0）に比べて大きな屈折率を持つGaAs（ｎs
＝3.6）は半導体−空気の界面に垂直でない光線
に対し界面において光線の大きな屈折をもたら
す。平らな型の装置に対して、この大きな屈折率
の不一致は装置から得られる光の量を制限する。
異なる屈折率の媒質間の光の結合を規定する光
学の基本的な法則は屈折に関するスネルの法則で
あり ｎasinθa＝ｎssinn s で与えられる。ここでθは界面に対する法線から
測られる角度である。角度θsは半導体における
入射角である。角度θaは空気中での屈折角であ
る。小さな入射角に対して、光は界面で屈折され
る。臨界角（θs）cより大きな角度に対しては、
光線の内部全反射が発生する。今の場合の臨界角
は sin（θs）c＝ｎａ／ｎｓ により与えられる。ｎa＝1.0、ｎs＝3.6に対して
は、臨界角は16.1度になる。したがつて16.1度の
半分の角度を持つ放射円すい内の光線だけが平ら
なエミツターの上部を通つて放射される。
学の基本的な法則は屈折に関するスネルの法則で
あり ｎasinθa＝ｎssinn s で与えられる。ここでθは界面に対する法線から
測られる角度である。角度θsは半導体における
入射角である。角度θaは空気中での屈折角であ
る。小さな入射角に対して、光は界面で屈折され
る。臨界角（θs）cより大きな角度に対しては、
光線の内部全反射が発生する。今の場合の臨界角
は sin（θs）c＝ｎａ／ｎｓ により与えられる。ｎa＝1.0、ｎs＝3.6に対して
は、臨界角は16.1度になる。したがつて16.1度の
半分の角度を持つ放射円すい内の光線だけが平ら
なエミツターの上部を通つて放射される。
自然発光装置の場合装置に発生した光は等方的
である。装置の発光強度（Ｗ／ステラジアン）Ｉ
sは全発光出力ｐgを全立体角で割つたもので与え
られる。したがつて Ｉs＝Ｐｇ／４π である。
である。装置の発光強度（Ｗ／ステラジアン）Ｉ
sは全発光出力ｐgを全立体角で割つたもので与え
られる。したがつて Ｉs＝Ｐｇ／４π である。
平らな型の発光装置の外部での発光強度の垂直
成分は （Ｉa）o＝Ｉs（ｎａ／ｎｓ）２ で与えられる。したがつて平らな装置に垂直な発
光強度は装置内部の値に比べて1/3に減少する。
又発光全体の２％弱のものが平らな型のエミツタ
ー上部表面から直接放射され、後部接触からの反
射をともなわない。
成分は （Ｉa）o＝Ｉs（ｎａ／ｎｓ）２ で与えられる。したがつて平らな装置に垂直な発
光強度は装置内部の値に比べて1/3に減少する。
又発光全体の２％弱のものが平らな型のエミツタ
ー上部表面から直接放射され、後部接触からの反
射をともなわない。
内部全反射を消去するように形成された発光装
置も用いられる。小さな直径の接合部を備えた半
球形のエミツターの場合すべての光線は半導体−
空気の界面にだいだい垂直に入射する。後部接触
からの反射がない半球形のエミツターの場合、理
想的には発光の50％が装置から放射されうる。発
光強度の垂直成分は平らな型の発光装置の場合よ
りも13倍大きい。
置も用いられる。小さな直径の接合部を備えた半
球形のエミツターの場合すべての光線は半導体−
空気の界面にだいだい垂直に入射する。後部接触
からの反射がない半球形のエミツターの場合、理
想的には発光の50％が装置から放射されうる。発
光強度の垂直成分は平らな型の発光装置の場合よ
りも13倍大きい。
装置に垂直な軸に沿つた光線を集め、それによ
り発光強度を大きく増加させるのを助ける半導体
−空気の界面での大きな屈折の利点を実際に持つ
ような切断された球状（ワイアシユトラス）発光
装置も用いられる。理想的には切断された球状発
光装置の平均の発光強度は半球形のものの10倍又
は平らな発光の場合の130倍である。接合部の大
きさが有限であるための半球形発光装置に比べて
４倍から７倍の改良に制限される。本発明の特徴
の１つはより小さな直径の接合部の使用を可能に
し、発光装置の主軸近くに発生する発光出力の量
を最大にすることにある。これらの特徴は放射さ
れた光のコリメートを助け発光強度を増加させる
といつた切断された球状エミツターを用いる利点
を最大にする。
り発光強度を大きく増加させるのを助ける半導体
−空気の界面での大きな屈折の利点を実際に持つ
ような切断された球状（ワイアシユトラス）発光
装置も用いられる。理想的には切断された球状発
光装置の平均の発光強度は半球形のものの10倍又
は平らな発光の場合の130倍である。接合部の大
きさが有限であるための半球形発光装置に比べて
４倍から７倍の改良に制限される。本発明の特徴
の１つはより小さな直径の接合部の使用を可能に
し、発光装置の主軸近くに発生する発光出力の量
を最大にすることにある。これらの特徴は放射さ
れた光のコリメートを助け発光強度を増加させる
といつた切断された球状エミツターを用いる利点
を最大にする。
装置の効率を制限するもう１つの大きな要素は
装置から放射される前に発生した光を吸収するこ
とである。GaAsエミツターに発生した光のスペ
クトルはGaAs材料の吸収端に近い。したがつて
大部分の高エネルギー光はGaAs材料に吸収され
るのが普通である。長い発光径路距離による発光
装置における吸収は平らな発光装置に比べて発光
装置の理論的改良をより少なくさせる。しかし半
球形の発光装置で得られるゲインは吸収による損
失を超え、したがつて全体の発光出および垂直成
分の発光強度の総合的増加をもたらす。
装置から放射される前に発生した光を吸収するこ
とである。GaAsエミツターに発生した光のスペ
クトルはGaAs材料の吸収端に近い。したがつて
大部分の高エネルギー光はGaAs材料に吸収され
るのが普通である。長い発光径路距離による発光
装置における吸収は平らな発光装置に比べて発光
装置の理論的改良をより少なくさせる。しかし半
球形の発光装置で得られるゲインは吸収による損
失を超え、したがつて全体の発光出および垂直成
分の発光強度の総合的増加をもたらす。
小さな直径の単一の光学フアイバーへの結合の
ようないくつかの応用の場合、全発光出および垂
直成分の発光強度は発光の値ほど重要でない。発
光は吸収を減少させることにより最大にされる。
小面積で高放射発光装置の場合、装置は全体とし
て減少した熱抵抗に対しＰ−側に装着される。そ
の時光はＮ−型基板を通つて放射される。吸収を
減少させる１つの方法は光が通過するGaAsの厚
さを大きく減少させるために平らな形の発光装置
の後部に井戸をエツチングすることである。この
型の装置は井戸型にエツチングされた発光装置と
呼ばれる。本発明の数々の特徴はこの型の発光装
置の改良された性能を与える。
ようないくつかの応用の場合、全発光出および垂
直成分の発光強度は発光の値ほど重要でない。発
光は吸収を減少させることにより最大にされる。
小面積で高放射発光装置の場合、装置は全体とし
て減少した熱抵抗に対しＰ−側に装着される。そ
の時光はＮ−型基板を通つて放射される。吸収を
減少させる１つの方法は光が通過するGaAsの厚
さを大きく減少させるために平らな形の発光装置
の後部に井戸をエツチングすることである。この
型の装置は井戸型にエツチングされた発光装置と
呼ばれる。本発明の数々の特徴はこの型の発光装
置の改良された性能を与える。
本発明は発光ダイオードの製作に関係し、その
製作において主な発光領域が表面から分離されダ
イオード特性への表面効果が大きく減少される埋
込接合部構造をなすように多重層多重バンドギヤ
ツプエネルギー構造が部分的な拡散と組み合され
る。様々な形をした装置製作でこの構造は従来の
装着よりすぐれた発光装置を与える。
製作において主な発光領域が表面から分離されダ
イオード特性への表面効果が大きく減少される埋
込接合部構造をなすように多重層多重バンドギヤ
ツプエネルギー構造が部分的な拡散と組み合され
る。様々な形をした装置製作でこの構造は従来の
装着よりすぐれた発光装置を与える。
２つの液相エピタキシヤル層がＮ−型GaAs基
板上に与えられる。第１のエピタキシヤル層はＮ
−型GaAsで第２の層はＮ−型GaAlAsである。
GaAlAsはGaAsより大きなバンドギヤツプエネ
ルギーを持つ。部分的に形成したＰ−型亜鉛エミ
ツター領域が第２の層を通つて部分的に第１の層
に拡散される。ｐ−ｎ接合部の任意の部分での電
流密度はexp〔（qV／Ｅ）／nkT〕に従つてだい
たい指数的に変化する。ここでｑは電子の電荷、
Ｖは接合部電圧、Ｅは半導体バンドギヤツプエネ
ルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、ｎは電
流の発光性成分に対しては１で非発光性成分に対
しては２に等しい定数である。任意の接合部電圧
に対し、GaAlAsのバンドギヤツプエネルギーは
GaAsのよりも大きいのでｐ−ｎ接合のGaAs部分
での電流密度はｐ−ｎ接合のGaAlAs部分での電
流密度よりずつと大きい。本質的にはすべての電
流は接合部のGaAs部分を通つて流れ装置の表面
から取り除かれる。又ｐ−ｎ接合と表面との断面
における材料は同きなバンドギヤツプエネルギー
のGaAlAsなので、電流の任意の非発光性表面成
分（ｎ＝２）は大きく減少される。主なる発光領
域が表面付近から取り除かれ非発光性成分の電流
が減少されるので、本装置の構造は「埋込接合」
構造と呼ばれる。
板上に与えられる。第１のエピタキシヤル層はＮ
−型GaAsで第２の層はＮ−型GaAlAsである。
GaAlAsはGaAsより大きなバンドギヤツプエネ
ルギーを持つ。部分的に形成したＰ−型亜鉛エミ
ツター領域が第２の層を通つて部分的に第１の層
に拡散される。ｐ−ｎ接合部の任意の部分での電
流密度はexp〔（qV／Ｅ）／nkT〕に従つてだい
たい指数的に変化する。ここでｑは電子の電荷、
Ｖは接合部電圧、Ｅは半導体バンドギヤツプエネ
ルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、ｎは電
流の発光性成分に対しては１で非発光性成分に対
しては２に等しい定数である。任意の接合部電圧
に対し、GaAlAsのバンドギヤツプエネルギーは
GaAsのよりも大きいのでｐ−ｎ接合のGaAs部分
での電流密度はｐ−ｎ接合のGaAlAs部分での電
流密度よりずつと大きい。本質的にはすべての電
流は接合部のGaAs部分を通つて流れ装置の表面
から取り除かれる。又ｐ−ｎ接合と表面との断面
における材料は同きなバンドギヤツプエネルギー
のGaAlAsなので、電流の任意の非発光性表面成
分（ｎ＝２）は大きく減少される。主なる発光領
域が表面付近から取り除かれ非発光性成分の電流
が減少されるので、本装置の構造は「埋込接合」
構造と呼ばれる。
本発明により示された技術的進歩が種々の配置
でどのように実施されるかを図示して本発明のい
くつかの実施例を記述する。本発明の利点および
技術上の特徴は添付した図面を参照した以下の詳
細な説明から明らかになる。
でどのように実施されるかを図示して本発明のい
くつかの実施例を記述する。本発明の利点および
技術上の特徴は添付した図面を参照した以下の詳
細な説明から明らかになる。
実施例
本発明による半導体発光装置の参考例が第１図
に示されている。これは埋込接合構造を備えた平
らな形のエミツターである。Ｎ−型GaAs基板１
０はその上に成長した２つの液相エピタキシヤル
層を持つ。第１の層１１はＮ−型GaAsである。
第２の層１２はＮ−型GaAlAsである。それから
亜鉛拡散が部分的にＰ−型領域１３を形成するよ
うになされる。亜鉛拡散層１３は第２の層１２を
完全に通つて延び第１の層１１に部分的に延び
る。部分的拡散はSiN／SiO拡散マスク１４の穴
を介して拡散することによりなされる。拡散の後
に、オーム接触１５はＮ−型およびＰ−型材料上
に形成される。
に示されている。これは埋込接合構造を備えた平
らな形のエミツターである。Ｎ−型GaAs基板１
０はその上に成長した２つの液相エピタキシヤル
層を持つ。第１の層１１はＮ−型GaAsである。
第２の層１２はＮ−型GaAlAsである。それから
亜鉛拡散が部分的にＰ−型領域１３を形成するよ
うになされる。亜鉛拡散層１３は第２の層１２を
完全に通つて延び第１の層１１に部分的に延び
る。部分的拡散はSiN／SiO拡散マスク１４の穴
を介して拡散することによりなされる。拡散の後
に、オーム接触１５はＮ−型およびＰ−型材料上
に形成される。
GaAlAsである第２の層１２はGaAsの第１の
層よりも大きいバンドギヤツプエネルギーを持
つ。したがつて実際には２つのダイオードが並列
しており、１方はGaAsエピタキシヤル層のｐ−
ｎ接合により決まる特性を持ち他方はGaAlAsエ
ピタキシヤル層のｐ−ｎ接合により決まる特性を
持つ。予想される接合特性が第２図に示されてい
る。放射出力および電流成分はexp〔（qV−
Ｅ）／nkT〕に従がつて変化する。発光性成分の
電流に対してはｎ＝１である。接合部のGaAs部
分は表面から離れているので、非発光性成分（ｎ
＝２）の電流を持たない。接合部のGaAlAs部分
は発光性成分（ｎ＝１）の電流に加えて表面再結
合による非発光性成分（ｎ＝２）の電流を持つ
が、その特性はGaAlAsのより大きなバンドギヤ
ツプエネルギーにより大きな電圧へ変化する。埋
込接合構造の電流電圧全特性が第２図に示されて
いる。埋込接合構造を持たない類似の亜鉛拡散発
光装置に対する電流電圧特性も第２図に示されて
いる。埋込接合構造を備えた装置の放射出力−電
流特性が第３図に示されている。埋込接合構造を
持たない従来の亜鉛拡散発光装置の発光出力−電
流特性も又第３図に示されている。
層よりも大きいバンドギヤツプエネルギーを持
つ。したがつて実際には２つのダイオードが並列
しており、１方はGaAsエピタキシヤル層のｐ−
ｎ接合により決まる特性を持ち他方はGaAlAsエ
ピタキシヤル層のｐ−ｎ接合により決まる特性を
持つ。予想される接合特性が第２図に示されてい
る。放射出力および電流成分はexp〔（qV−
Ｅ）／nkT〕に従がつて変化する。発光性成分の
電流に対してはｎ＝１である。接合部のGaAs部
分は表面から離れているので、非発光性成分（ｎ
＝２）の電流を持たない。接合部のGaAlAs部分
は発光性成分（ｎ＝１）の電流に加えて表面再結
合による非発光性成分（ｎ＝２）の電流を持つ
が、その特性はGaAlAsのより大きなバンドギヤ
ツプエネルギーにより大きな電圧へ変化する。埋
込接合構造の電流電圧全特性が第２図に示されて
いる。埋込接合構造を持たない類似の亜鉛拡散発
光装置に対する電流電圧特性も第２図に示されて
いる。埋込接合構造を備えた装置の放射出力−電
流特性が第３図に示されている。埋込接合構造を
持たない従来の亜鉛拡散発光装置の発光出力−電
流特性も又第３図に示されている。
埋込接合構造の重要な利点は発光出力と電流の
間に大きく改良された線型性が見られることであ
る。アナログ光学通信への応用の場合、その改良
された線型性によつてゆがみが減少する。発光装
置の低電流動作に対して、電流の非発光性成分の
減少は装置の全体的な光学効率にかなりの改善を
もたらす。
間に大きく改良された線型性が見られることであ
る。アナログ光学通信への応用の場合、その改良
された線型性によつてゆがみが減少する。発光装
置の低電流動作に対して、電流の非発光性成分の
減少は装置の全体的な光学効率にかなりの改善を
もたらす。
埋込接合構造の重要かつ可能な利点は定電流に
おいて時間の関数としての発光出力の低下が大き
く減少したことである。発光ダイオードは電流の
非発光性成分（ｎ＝２）の増加のため発光出力が
低下する。又その低下の割合は印加電流又は電圧
に強く依存する。埋込接合構造は初期の非発光性
成分の電流を大きく減少させ表面の効果を減少さ
せるので、この構造は低下の減少をもたらすはず
である。
おいて時間の関数としての発光出力の低下が大き
く減少したことである。発光ダイオードは電流の
非発光性成分（ｎ＝２）の増加のため発光出力が
低下する。又その低下の割合は印加電流又は電圧
に強く依存する。埋込接合構造は初期の非発光性
成分の電流を大きく減少させ表面の効果を減少さ
せるので、この構造は低下の減少をもたらすはず
である。
基本的な埋込接合構造はＮ−型GaAs基板上に
単一のＮ−型GaAlAsエピタキシヤル層を成長さ
せ、ｐ−ｎ接合を形成するようにGaAlAs層を通
過してGaAs基板内に亜鉛を部分的に拡散するこ
とにより完成される。分離したＮ−型GaAs層を
成長させることの利点はより大きい内部および外
部効果が得られ、より速い立上り時間が得られ、
再生および均一性が改良されることである。非常
に強くドープした材料の場合ずつと大きな吸収が
あるため、従来の発光装置は比較的軽くドープし
たＮ−型材料を使用している。薄いGaAsエピタ
キシヤル層を用いると内部効率および装置作動速
度の増加により接合部を強くドープした材料にす
ることが可能である。発光の寿命は一般に大きな
ドーピング濃度において減少する。又より強いド
ーピングは発生スペクトルを少し低いエネルギー
の方に変化させ、したがつてエミツターでの吸収
を減少させる。分離して成長させた層を使用する
とGaAs基板の品質および特性がインゴツトから
インゴツトへとおよびインゴツトのスライスから
スライスへと変化するので装置の特性の再生およ
び均一性が増す。
単一のＮ−型GaAlAsエピタキシヤル層を成長さ
せ、ｐ−ｎ接合を形成するようにGaAlAs層を通
過してGaAs基板内に亜鉛を部分的に拡散するこ
とにより完成される。分離したＮ−型GaAs層を
成長させることの利点はより大きい内部および外
部効果が得られ、より速い立上り時間が得られ、
再生および均一性が改良されることである。非常
に強くドープした材料の場合ずつと大きな吸収が
あるため、従来の発光装置は比較的軽くドープし
たＮ−型材料を使用している。薄いGaAsエピタ
キシヤル層を用いると内部効率および装置作動速
度の増加により接合部を強くドープした材料にす
ることが可能である。発光の寿命は一般に大きな
ドーピング濃度において減少する。又より強いド
ーピングは発生スペクトルを少し低いエネルギー
の方に変化させ、したがつてエミツターでの吸収
を減少させる。分離して成長させた層を使用する
とGaAs基板の品質および特性がインゴツトから
インゴツトへとおよびインゴツトのスライスから
スライスへと変化するので装置の特性の再生およ
び均一性が増す。
第１図に示された埋込み接合構造は主な光が発
光装置の上部表面から出る代りに発光装置の側面
から出るエツヂ放射装置にも使用される。埋込み
接合構造はＮ−型GaAs基板の代りにＰ−型亜鉛
拡散領域を介して光がでる発光装置にも用いられ
る。
光装置の上部表面から出る代りに発光装置の側面
から出るエツヂ放射装置にも使用される。埋込み
接合構造はＮ−型GaAs基板の代りにＰ−型亜鉛
拡散領域を介して光がでる発光装置にも用いられ
る。
本発明のもう１つの参考例が第４図に示されて
おり、一部切断された球形をした発光装置内に埋
込み接合構造が組み入れられている。この型では
２つの液相エピタキシヤル層２１と２２がある。
層２１はＮ−型GaAs層でありＮ−型GaAs基板２
０上に形成される。第２の層２１はＮ−型
GaAlAs層である。それからＰ−型亜鉛拡散層２
３がGaAlAs層を通りGaAs層まで沿びるように
形成される。その後に部材は一部切断された球形
発光装置に形成される。前に述べたように改善さ
れた線型性、発光出力低下の減少、高い効率およ
びより速い立ち上がり時間を得るため発光装置は
埋込み接合構造を持つ。
おり、一部切断された球形をした発光装置内に埋
込み接合構造が組み入れられている。この型では
２つの液相エピタキシヤル層２１と２２がある。
層２１はＮ−型GaAs層でありＮ−型GaAs基板２
０上に形成される。第２の層２１はＮ−型
GaAlAs層である。それからＰ−型亜鉛拡散層２
３がGaAlAs層を通りGaAs層まで沿びるように
形成される。その後に部材は一部切断された球形
発光装置に形成される。前に述べたように改善さ
れた線型性、発光出力低下の減少、高い効率およ
びより速い立ち上がり時間を得るため発光装置は
埋込み接合構造を持つ。
さらに埋込み接合構造は光パターン特性の改善
を与える。切断された球形発光装置による光の最
適集束のためには、小さな発生領域がベースの中
心にあることが望ましい。従来の型の発光装置で
の小さな接合直径の場合電流の多くは発光装置ベ
ースに垂直な接合部分に流れる。発生した光はベ
ースの中心から離れており、したがつて中心近く
に発生した光線と同様装置と結合しない。埋込み
接合構造は接合の側面に流れる電流の大部分を消
去し、大部分の電流は装置ベースに平行になつて
いる接合部分に流れる。このことによりベースの
中心近くの小さな直径の発光領域が得られる。
を与える。切断された球形発光装置による光の最
適集束のためには、小さな発生領域がベースの中
心にあることが望ましい。従来の型の発光装置で
の小さな接合直径の場合電流の多くは発光装置ベ
ースに垂直な接合部分に流れる。発生した光はベ
ースの中心から離れており、したがつて中心近く
に発生した光線と同様装置と結合しない。埋込み
接合構造は接合の側面に流れる電流の大部分を消
去し、大部分の電流は装置ベースに平行になつて
いる接合部分に流れる。このことによりベースの
中心近くの小さな直径の発光領域が得られる。
本発明のもつ１つの参考例が第５図に示されて
おり、光伝送改善のためエツチングされた井戸型
の発光装置内に埋込み接合構造が組み入れられて
いる。２つの液相エピタキシヤル層３１と３２が
この型にある。層３１はＮ−型GaAlAs層であ
り、Ｎ−型GaAs基板３０上に形成される。第２
の層３２は高濃度のAlAsを持つたＮ−型GaAlAs
層なので第２の層のバンドギヤツプエネルギーは
第１の層のものより大きい。その後にＰ−型亜鉛
拡散層３３が第2GaAlAs層を通つて第１の
GaAlAs層まで延びるように形成される。このよ
うに前述した利点を持つ埋込み接合構造が完成す
る。ｐ−ｎ接合はGaAlAsにあるので、GaAsに
ある場合よりも大きな発光エネルギーが得られ
る。吸収性GaAs基板を取り除くため装置の後方
に井戸がエツチングされる。埋込み接合構造は小
面積、高放射性および均一な発光源を与える。
おり、光伝送改善のためエツチングされた井戸型
の発光装置内に埋込み接合構造が組み入れられて
いる。２つの液相エピタキシヤル層３１と３２が
この型にある。層３１はＮ−型GaAlAs層であ
り、Ｎ−型GaAs基板３０上に形成される。第２
の層３２は高濃度のAlAsを持つたＮ−型GaAlAs
層なので第２の層のバンドギヤツプエネルギーは
第１の層のものより大きい。その後にＰ−型亜鉛
拡散層３３が第2GaAlAs層を通つて第１の
GaAlAs層まで延びるように形成される。このよ
うに前述した利点を持つ埋込み接合構造が完成す
る。ｐ−ｎ接合はGaAlAsにあるので、GaAsに
ある場合よりも大きな発光エネルギーが得られ
る。吸収性GaAs基板を取り除くため装置の後方
に井戸がエツチングされる。埋込み接合構造は小
面積、高放射性および均一な発光源を与える。
本発明の実施例が第６図に示されている。この
実施例ではＮ−型GaAs層４１がGaAs基板４０上
に被着される。それからＮ−型GaAlAs層４２が
GaAs層の上に被着される。その後でＰ−型亜鉛
拡散層が形成される。中心部分４３で亜鉛拡散層
はGaAlAs層を通りGaAs層まで延びている。外
側の部分４４では亜鉛拡散層はGaAlAs層内にと
どまつている。複合接合は異なる厚さのシリコン
酸化物を介した拡散又は２重拡散により得られ
る。
実施例ではＮ−型GaAs層４１がGaAs基板４０上
に被着される。それからＮ−型GaAlAs層４２が
GaAs層の上に被着される。その後でＰ−型亜鉛
拡散層が形成される。中心部分４３で亜鉛拡散層
はGaAlAs層を通りGaAs層まで延びている。外
側の部分４４では亜鉛拡散層はGaAlAs層内にと
どまつている。複合接合は異なる厚さのシリコン
酸化物を介した拡散又は２重拡散により得られ
る。
放射面積を最小の大きさにし最大の電流を得る
のを制限する要素の１つに接合部の加熱がある。
発生した熱の多くはｐ−接触を介して接合部から
ヒートシンクに伝導する。従来の型の発光装置の
場合、接触は発光面積により小さくなければなら
ない。この事は熱の移行を制限する。しかし第６
図に示された埋込み接合構造を用いると、ｐ−型
接触４５は発光面積よりもずつと大きくできる。
のを制限する要素の１つに接合部の加熱がある。
発生した熱の多くはｐ−接触を介して接合部から
ヒートシンクに伝導する。従来の型の発光装置の
場合、接触は発光面積により小さくなければなら
ない。この事は熱の移行を制限する。しかし第６
図に示された埋込み接合構造を用いると、ｐ−型
接触４５は発光面積よりもずつと大きくできる。
なお、基板４０を破線で示すようにエツチして
除去し、井戸を設けることにより、基板による光
吸収が防止でき、外部発光効率をさらに向上させ
ることができる。なお第５図の場合と異なり、基
板と活性領域とは同一物質であり、発光波長に対
しいわゆるセルフトランスペアレント（自己透
明）なので、井戸なしでも裏面から光は取り出せ
る。
除去し、井戸を設けることにより、基板による光
吸収が防止でき、外部発光効率をさらに向上させ
ることができる。なお第５図の場合と異なり、基
板と活性領域とは同一物質であり、発光波長に対
しいわゆるセルフトランスペアレント（自己透
明）なので、井戸なしでも裏面から光は取り出せ
る。
第２表面層であるGaAlAs層４２は第１表面層
であるGaAs層４１より広いバンドギヤツプを有
するので発光波長に対して本質的に透明である。
従つて発光領域から図中下方に向う光線は吸収を
受けずに接触電極４５に達し、そこで反射されて
図中上方に向う光線となり、基板側から取り出せ
る。従つて、接触電極４５が広いことは害となら
ず、かえつて外部発光効率を高くすることに有効
である。
であるGaAs層４１より広いバンドギヤツプを有
するので発光波長に対して本質的に透明である。
従つて発光領域から図中下方に向う光線は吸収を
受けずに接触電極４５に達し、そこで反射されて
図中上方に向う光線となり、基板側から取り出せ
る。従つて、接触電極４５が広いことは害となら
ず、かえつて外部発光効率を高くすることに有効
である。
なお第６図の基本構成と他の参考例の構成と
を、目的に応じて組合わせることは当業者に自明
であろう。
を、目的に応じて組合わせることは当業者に自明
であろう。
本発明の新しい特徴を参考例、実施例の形で記
述し図示してきたが、埋込み接合構造が発光装置
の多くの配列に利用されることが理解される。さ
らに埋込み接合構造は異なるバンドギヤツプエネ
ルギーの異種構造層が成長した別の材料系を使用
しても利用できる。さらに光の光学的発生器の代
りに光の光学的検出器としてｐ−ｎ接合が用いら
れる応用において表面効果を減少するためにも埋
込み接合構造は用いられる。
述し図示してきたが、埋込み接合構造が発光装置
の多くの配列に利用されることが理解される。さ
らに埋込み接合構造は異なるバンドギヤツプエネ
ルギーの異種構造層が成長した別の材料系を使用
しても利用できる。さらに光の光学的発生器の代
りに光の光学的検出器としてｐ−ｎ接合が用いら
れる応用において表面効果を減少するためにも埋
込み接合構造は用いられる。
発明の効果
ｐ型領域がバンドギヤツプエネルギーの大きな
ｎ型第２層を突き抜けてバンドギヤツプエネルギ
ーの小さなｎ型第１層内に延びることによりキヤ
リア注入は主にｐ型領域とｎ型第１層との間の
pn接合で生じ、表面の影響が減少できる。
ｎ型第２層を突き抜けてバンドギヤツプエネルギ
ーの小さなｎ型第１層内に延びることによりキヤ
リア注入は主にｐ型領域とｎ型第１層との間の
pn接合で生じ、表面の影響が減少できる。
ｐ型領域が表面で大きな断面積を有し、ｎ型第
１層内では小さな断面積を有することにより、小
さな放射（発光）領域と大きな接触面積が得られ
る。小さな発光領域は電流密度、発光効率等の向
上に有利であり、又光学的性質も単純化されて外
部効率向上のための光学的設計も容易となる。大
きな接触面積は大電流の供給、発生する熱の除去
等に有利である。
１層内では小さな断面積を有することにより、小
さな放射（発光）領域と大きな接触面積が得られ
る。小さな発光領域は電流密度、発光効率等の向
上に有利であり、又光学的性質も単純化されて外
部効率向上のための光学的設計も容易となる。大
きな接触面積は大電流の供給、発生する熱の除去
等に有利である。
第１図は埋込み接合構造を備えた平らな形のエ
ミツターを図示した本発明の一参考例である。第
２図は埋込み接合構造を備えた場合と備えていな
い場合の発光装置の電流および光学出力の電圧依
存性をプロツトしたものである。第３図は従来の
亜鉛拡散接合に対して埋込み接合構造の場合の光
学出力−電流のプロツトである。第４図は一部切
断されたGaAs球形エミツターに組込まれた埋込
み接合構造を図示した本発明のもう１つの参考例
である。第５図は井戸型にエツチングされた
GaAlAsエミツターに組込まれた埋込み接合構造
を図示した本発明の一参考例である。第６図は平
らな形の発光装置で第１図に示されたものを修正
したものに組込まれた埋込み接合構造を図示した
本発明の一実施例である。 参照番号の説明、１０……Ｎ型GaAs基板、１
１……Ｎ−型GaAs層、１２……Ｎ型GaAlAs
層、１３……Ｐ−型亜鉛拡散層、１４……拡散マ
スク、１５……オーム接触、２０……Ｎ型GaAs
基板、２１……Ｎ型GaAs層、２２……Ｎ型
GaAlAs層、２３……Ｐ型亜鉛拡散層、３０……
Ｎ型GaAs基板、３１……Ｎ型Ga1-XAlXAs層、３
２……Ｎ型Ga1-YAlYAs層、３３……Ｐ型亜鉛拡
散層、４０……Ｎ型GaAs基板、４１……Ｎ型
GaAs層、４２……Ｎ型GaAlAs層、４３……Ｐ
型亜鉛拡散層。
ミツターを図示した本発明の一参考例である。第
２図は埋込み接合構造を備えた場合と備えていな
い場合の発光装置の電流および光学出力の電圧依
存性をプロツトしたものである。第３図は従来の
亜鉛拡散接合に対して埋込み接合構造の場合の光
学出力−電流のプロツトである。第４図は一部切
断されたGaAs球形エミツターに組込まれた埋込
み接合構造を図示した本発明のもう１つの参考例
である。第５図は井戸型にエツチングされた
GaAlAsエミツターに組込まれた埋込み接合構造
を図示した本発明の一参考例である。第６図は平
らな形の発光装置で第１図に示されたものを修正
したものに組込まれた埋込み接合構造を図示した
本発明の一実施例である。 参照番号の説明、１０……Ｎ型GaAs基板、１
１……Ｎ−型GaAs層、１２……Ｎ型GaAlAs
層、１３……Ｐ−型亜鉛拡散層、１４……拡散マ
スク、１５……オーム接触、２０……Ｎ型GaAs
基板、２１……Ｎ型GaAs層、２２……Ｎ型
GaAlAs層、２３……Ｐ型亜鉛拡散層、３０……
Ｎ型GaAs基板、３１……Ｎ型Ga1-XAlXAs層、３
２……Ｎ型Ga1-YAlYAs層、３３……Ｐ型亜鉛拡
散層、４０……Ｎ型GaAs基板、４１……Ｎ型
GaAs層、４２……Ｎ型GaAlAs層、４３……Ｐ
型亜鉛拡散層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１のバンドギヤツプエネルギーを有するｎ
型−族材料の第１の表面層を備える単結晶の
−族化合物基板と； 前記第１の表面層上に形成され、前記第１の表
面層よりも高いバンドギヤツプエネルギーを有す
るｎ型−族材料の第２の表面層と； 前記第２の表面層の表面から前記第２の表面層
の全厚を通過し、前記第１の表面層の厚さの途中
まで達するように形成されて発光性pn接合を形
成する、前記第１および第２の表面層内のｐ型領
域と； 前記ｐ型領域は、前記第２の表面層の表面にお
いて前記ｎ型の第２の表面層によつて完全に囲ま
れ、前記ｎ型の第２の表面層内で断面積がステツ
プ状に減少し、断面積の減少した部分が前記第１
の表面層内に延びる構造を有しており； 前記ｐ型領域とオートミツク接触を形成し、前
記ｐ型領域との接触面積が前記ｎ型の第１の表面
層内の前記pn接合の面積よりも大きい接触手段
と； を含む半導体発光装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の半導体発光装置
であつて、前記発光性pn接合からの光路上部分
で基板がエツチされている半導体発光装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US05/618,978 US4037241A (en) | 1975-10-02 | 1975-10-02 | Shaped emitters with buried-junction structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5244587A JPS5244587A (en) | 1977-04-07 |
| JPS6120156B2 true JPS6120156B2 (ja) | 1986-05-21 |
Family
ID=24479938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11841376A Granted JPS5244587A (en) | 1975-10-02 | 1976-10-01 | Light emitting device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4037241A (ja) |
| JP (1) | JPS5244587A (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2423869A1 (fr) * | 1978-04-21 | 1979-11-16 | Radiotechnique Compelec | Dispositif semiconducteur electroluminescent a recyclage de photons |
| US4378255A (en) * | 1981-05-06 | 1983-03-29 | University Of Illinois Foundation | Method for producing integrated semiconductor light emitter |
| SE453622B (sv) * | 1983-12-08 | 1988-02-15 | Asea Ab | Halvledarkomponent for generering av optisk stralning |
| JPH0721081B2 (ja) * | 1985-06-10 | 1995-03-08 | 旭化成工業株式会社 | 連通多孔焼結体の製造方法 |
| DE3721761A1 (de) * | 1987-07-01 | 1989-01-12 | Telefunken Electronic Gmbh | Leuchtdiode aus iii/v-verbindungs-halbleitermaterial |
| US4864371A (en) * | 1987-11-18 | 1989-09-05 | Hewlett-Packard Company | Partially opaque substrate red LED |
| US5349211A (en) * | 1992-03-26 | 1994-09-20 | Nec Corporation | Semiconductor infrared emitting device with oblique side surface with respect to the cleavage |
| US5600157A (en) * | 1993-04-28 | 1997-02-04 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Light-emitting and light-sensing diode array device, and light-emitting and light-sensing diode with improved sensitivity |
| JP3262174B2 (ja) * | 1996-10-09 | 2002-03-04 | 仗祐 中田 | 半導体デバイス |
| JP4023893B2 (ja) | 1997-06-06 | 2007-12-19 | 沖電気工業株式会社 | 発光素子アレイ及び発光素子 |
| EP1646090B1 (en) * | 2000-10-20 | 2008-07-16 | Josuke Nakata | Light-emitting or light-receiving semiconductor device and method for making the same |
| US6791119B2 (en) * | 2001-02-01 | 2004-09-14 | Cree, Inc. | Light emitting diodes including modifications for light extraction |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS502235B1 (ja) * | 1970-09-07 | 1975-01-24 | ||
| GB1273284A (en) * | 1970-10-13 | 1972-05-03 | Standard Telephones Cables Ltd | Improvements in or relating to injection lasers |
| US3915765A (en) * | 1973-06-25 | 1975-10-28 | Bell Telephone Labor Inc | MBE technique for fabricating semiconductor devices having low series resistance |
| US3936855A (en) * | 1974-08-08 | 1976-02-03 | International Telephone And Telegraph Corporation | Light-emitting diode fabrication process |
-
1975
- 1975-10-02 US US05/618,978 patent/US4037241A/en not_active Expired - Lifetime
-
1976
- 1976-10-01 JP JP11841376A patent/JPS5244587A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5244587A (en) | 1977-04-07 |
| US4037241A (en) | 1977-07-19 |
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