JPH0210787A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は半導体発光装置に関し、特に装置内で発光した
光を基板に対して垂直な方向に取り出すことのできる半
導体発光装置に関する。

従来技術 従来、発光した光を基板に対し垂直に取り出す半導体発
光装置には、例えば半導体基板の主表面に対しほぼ垂直
な方向に突起部を有するＣＴＪ型発光発光装置特願昭Ｅ
ｌｌ−００２８９１号、あるいは特願昭８２−４８１３
８３号等による発光装置が提案されていた。　　ＣＴＪ
型発光発光素子合、　ｐ−ｎ接合が、装置に形成されて
いる突起部だけでなく、突起部の下部から基板に平行な
部分にも延在して形成されているため、活性領域で発生
した熱の放出効率が悪くなる。また、装置に突起部を有
することから、機械的な強度が弱いという問題があった
。

以上のように従来提案されている半導体発光装置は、構
造面、強度面、または発光効率の面から満足のゆく装置
を得ることができなかった。

目　　　的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、活性領域
における放熱特性がよく、しかも装置の機械的強度が高
い半導体発光装置を提供することを目的とする。

構　　成 本発明は上記の目的を達成させるため、半導体基板と、
半導体基板の主表面に形成され、ｐ−ｎ接合を有し、ｐ
−ｎ接合近傍において主表面に対して実質的に垂直な方
向に発光を生じる活性領域と、活性領域に電流を注入す
る電極とを有する半導体発光装置は、基板上に主表面に
対して実質的に垂直な方向に形成された第１導電型の半
導体層を含み、第１導電型の半導体層は少なくとも１層
からなる電流阻止層と、第２導電型の半導体層とによっ
て囲繞され、活性領域が前記第１導電型の半導体層に沿
って形成されていることを特徴としたものである。以下
、本発明の一実施例に基づいて具体的に説明する。

本発明は、半導体基板の主表面の上に凸部が形成された
第１導電型の半導体層が積層され、少なくとも１層から
なる電流阻止層が第１導電型の半導体層の凸部を埋め込
むように形成されている。

また、電流阻止層の上面には第１導電型の半導体層の凸
部の外部側面を囲繞するように凹部が形成され、第２導
電型の半導体層が凹部の内部を埋め込むように形成され
ている。凹部の内部に第２導電型の半導体層が形成され
たことにより、第１導電型の半導体層の凸部の外部側面
の一部にはｐ−ｎ接合を含む活性領域が形成される。第
２導電側の電極が第１導電型の半導体層の凸部の上面お
よび第２導電型の半導体層の上面の一部を除く、電流阻
止層および第２導電型の半導体層の上面に形成され、第
１導電側の電極が基板裏面、つまり各層の積層側と反対
側の基板面に形成されている。

以上の構造を有することにより、活性領域に第１導電型
側の電極と第２導電型側の電極との間に電流を通した場
合に、上記活性領域にキャリアが注入され、活性領域に
おいて発光が生じ、光出力を基板に対してほぼ垂直の方
向に取り出すことができる。

なお、上記の第１導電型半導体基板と第２導電型の半導
体層は、同一の物質からなる半導体を使用してもよく、
また異った物質からなる半導体を使用してもよい。

第１図には本発明による半導体発光装置の一実施例の断
面斜視図が示されている。

本実施例の装置は、ｐ型ガリウム・砒素（ＧａＡｓ）基
板１０１の上にｐ型ＧａＡｇエピタキシャル層１３４が
積層されている。ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層１３４
には、ドライエツチングなどのエツチング技術を使用し
て、図に示されているように基板１０１の主表面に対し
てほぼ垂直な方向に円柱状の凸部が形成されている。凸
部の上面を除くｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層１３４の
上には電流阻止層である高抵抗層のＩ型ＧａＡｓ層１３
０が積層され、凸部を埋め込むように形成されている。

また、ｉ型ＧａＡｓ層１３０上面の所定の位置には、エ
ツチング技術を使用しテｐ　５　ＧａＡｓエピタキシャ
ル層１３４の凸部の外部側面を囲繞するように凹部が形
成されている。この凹部の底面は、基板１０１にほぼ平
行に形成されているｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層＋３
４に達しないように形成されている。

四部の内部にはｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層１０２が
形成され、活性領域が基板１０１に対しほぼ垂直に形成
されている。

ｎ型ＧａＡｓ系のオーミック電極１０７がｐ型Ｑ６Ａ３
ｘピタキシャル層１３４の凸部の上面およびｎ型ＧａＡ
ｓ層エピタキシャル層１０２の上面の一部を除く、ｉ型
ＧａＡｓ層１３０およびｎ型ＧａＡｓ層エピタキシャル
層１０２の上面に形成され、ｐ型ＧａＡｓ系のオーミッ
ク電極１０Ｂが基板１０１の裏面、つまり各層の積層側
と反対側の基板面に形成されている。

ｐ側電極１０８とｎ側電極１０７の画電極に電流を通す
ことにより、基板１０１に対しほぼ垂直に形成された活
性領域にキャリアが注入され、キャリアの再結合による
発光が生じる６発光した光は、ｎ側電極１０７側、つま
りｐ型ＧａＡｓエビタキシャル層１３４の凸部の上面に
形成された開口部１５０から基板１０１に対して垂直上
方に光出力として取り出すことができる。

第２図には、第１図に示されている実施例における高抵
抗層のｉ型ＧａＡｓ層１３Ｇに、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１
３２とｎ型Ａ　ｌＧａＡｓ層１３３との２層からなる電
流阻止層を使用した場合の例が示されている。

この例では、電流阻止層が上記のように構成されている
ため、装置に順方向の電圧を印加した場合に電流阻止層
に逆バイアスがかかった状態となり、空乏層が広がって
高抵抗状態になるため、電流阻止層としてより有効に機
能させることができる。

第３図には、第１図に示されている実施例の装置にｎ型
ＧａＡｓエピタキシャル層からなるコンタクト層（キャ
ップ層）１３５を形成させた場合の例が示されている。

コンタクト層１３５は、図に示されているように第１図
の装置における各層の積層部と、ｎ型ＧａＡｓ系のオー
ミック電極１０７との間にｎ側電極１０７に位置整合さ
せて形成されている。

この実施例の装置では、ｐ型ＧａＡｓ基板１０１やｎ型
ＧａＡｓコンタクト層１３５のキャリア濃度が活性領域
のキャリア濃度に依存することなく制御することができ
る。

また、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３５の代わりに、ｎ
型Ｑ６Ａ３ｚビタキシャル層１０２とｉ型ＧａＡｓ層！
３０に不純物を拡散し、ｎ側電極１０７とのコンタクト
領域を低抵抗にすることで、ｎ型コンタクト層１３５を
用いた場合と同様の効果を得ることができる。

第４図および第５図は、第１図に示されている実施例の
半導体発光装置をに行×ｊ列の二次元状に配置した場合
の例の断面斜視図と正面図が示されている。

この例の構造では、第４図に示されているようにｐ側電
極１０Ｂおよびｎ側電極１０７が各素子の共通の電極に
なっている。

このように、ｐ側電極１０Ｂとｎ側電極１０７の周電極
を共通電極として形成させ、各発光素子を図のような構
造に形成させることによって、二次元アレイ状の半導体
発光装置を実現させることができる。したがって、発光
面積の大面積化が可能となり、総発光出力を増大させる
ことができる。

第６図および第７図は、本発明の半導体発光装置をに行
×ｊ列の二次元状に配置した場合の他の例の断面斜視図
と正面図が示されている。

この例の構造では、第４図および第５図の装置の上面に
共通電極として形成されたｎ側電極１０７が、第７図に
示されているように各素子の間で分離するように形成さ
れており、分離された個々のｎ側電極１０７はそれぞれ
所定の配線用電極２１０に接続されている。なお、ｐ側
電極１０６については、第４図および第５図の装置と同
じく基板１０１の下部に共通電極として形成されている
。

本実施例によれば、ｋ行Ｘｊ列の二次元状に配置された
半導体発光装置の各素子が高抵抗層のｉ型ＧａＡｓ層１
３０によって電気的に分離され、またｎ側電極１０７も
素子間で分離され所定の配線用電極２１０に接続されて
いるため、ｐ側電極１０６と任意の素子のｎ側電極１０
７との間に順方向の電圧を印加して電流を流すことによ
り、ｋ行×ｊ列の二次元アレイ状の半導体発光装置の任
意の位置に配置された素子から光出力を取り出すことが
できる。

なお、この例における構造は、本実施例においては第１
図に示されている実施例の構造を有する半導体発光装置
を使用したが、第１図から第３図に示された実施例のい
ずれの装置にも応用することができる。

第８図および第９図は、第１図に示されている実施例の
構造を有する半導体発光装置をに行Ｘｊ列の二次元状に
配置した場合の他の例の断面斜視図と正面図が示されて
いる。

この実施例例の構造は、第１図の装置の基板１０１にＳ
Ｉ型のＧａＡｓが使用され、各装置かに行×ｊ列の二次
元状に配列されている。各素子のｎ型ＧａＡｓエピタキ
シャルＲ１０２は高抵抗のｉ型ＧａＡｓエピタキシャル
層１３０によって分離され、またｐ型ＧａＡｓエピタキ
シャル層１３４は高抵抗の１ｌＪＧａＡｓ工ピタキシヤ
ル層１３０によって各行毎に分離されている。ｐ側電極
１０Ｂは各行毎に共通電極として形成され、ｎ側電極１
０７は積層部の上面に各列毎に共通電極として形成され
ている。

たとえば、任意のｐ側電極１０８ｋ　　と、任意の！ ｎ側電極１０７ｊ　　との間に順方向への電圧を印加し
！ て電流を流すことによって、二次元状に配置した素子の
（ｋＸｊ）の位置に形成された素子２００のＸ　　　　
　　！ みから光出力を得ることができる。

この実施例によれば、ｐ側電極１０８が各行毎に共通電
極として形成され、ｎ側電極１０７が各列毎に共通電極
として形成されているため、ｋ行×ｊ列の二次元状に形
成された各素子のうち所望する位置の素子から発光させ
ることができる。また、本実施例の装置は、ｐ側電極１
０１３およびｎ側電極１０７が共に装置の積層部の上面
に形成されているため、他の半導体装置との集積化を容
易に行うことができる。

なお、この例における構造は１本実施例においては第１
図に示されている実施例の構造を有する半導体発光装置
を使用したが、他の実施例の装置にも応用することがで
きる。

以上の本発明の実施例において、基板１０１はＧａＡｓ
以外にＩｎＰ　、　ＧａＰ　、またはＧａＡｓＰなどを
使用することができる。

電流阻止層１３０を構成するｉ型ＧａＡｓ層＋３０は、
ＧａＡｇ以外にＧａＡｓＰ　、　ＡＩＧａＡｓＰ　、　
　ＩｎＧａＡｓＰ、ＡＩＧａＩｎＰ　、　ＧａＰ　、　
ＩｎＰまたはＩｎＧａＰなどを使用することができる。

また、ｐＪ！！！ＡｌＧａＡｓ層１３２．およびｎ型Ａ
ｌＧａＡｓ層１３３は、ＡｌＧａＡｓ以外にＧａＡｓ、
ＧａＡｓＰ　、　ＩｎＧａＡｓＰ　、　ＡｌＧａ１ｎＰ
　、　ＧａＰ　、　ＩｎＰまたはＩｎＧａＰなどを使用
することができる。

発光部を有するＧａＡｓ層１０２、およびＧａＡｓエピ
タキシャル層１３４は、ＧａＡｓ以外にＧａＡｓＰ　、
　ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ　、　ＡｌＧａ１ｎＰ
　、　ＧａＰ　、　ＩｎＰまたはＩｎＧａＰなどを使用
することができる。

本発明の実施例に用いたｐ型ＧａＡｓ基板１０１の他に
ｎ型ＧａＡｓ基板を用いることもできる。その際、各積
層および各電極の導電型は基板１０１の導電型により決
定されるものである。

また１本発明の実施例における凸部および凹部の形成は
、特に塩素系ガスを使用するドライエツチングによるも
のが有利に使用できる。ただし、他の方法によるもので
も形成することができることは言うまでもない０以上の
各実施例における凸部はほぼ円柱形に形成されているが
、円柱形に限らず角柱形や多角柱形などに形成してもよ
い。

また、凹部を形成した後の埋め込みによるエピタキシャ
ル成長を行う場合、パッシベーション膜を使用した選択
成長が有利に使用できる。

参考のため、従来提案されている面発光半導体レーザの
一例として、半導体基板の主表面に対しほぼ垂直な方向
に突起部を有するＣＴＪ型発光発光素子１０図に示され
ている。

ＣＴＪ型発光発光素子造では、ｐ−ｎ接合が装置に形成
されている突起部だけでなく、突起部下部から基板に平
行な部分にも延在して形成されているため、高注入電流
密度時には基板面に平行なｐ−ｎ接合部分でも発光が生
じるため、突起部での発光効率が悪くなっていた。また
、この構造では活性領域で発生した熱の放出効率が悪い
という問題があった。また、装置に突起部が形成されて
いることから、機械的な強度が弱いという問題があった
。

しかし、第１図〜第９図の実施例に示された本発明の装
置は、活性領域が基板１０１の上に形成された積層部内
に、基板１０１に対しほぼ垂直に形成されたｐ型ＧａＡ
ｓエピタキシャル層１３４に沿って形成されているため
、活性領域における放熱効率が向上する。しかも、装置
の表面には凹凸がなく、平坦であることから強度面でも
高い強度を得ることができる。さらに、活性領域は高抵
抗層によって囲繞されているため、装置を７レイ化した
場合においても、隣接して形成された装置と電気的な分
離が行え、個々の素子を個別にアレイ動作させることが
可能となる。

効　　果 本発明によれば、第１導電型の半導体層が基板上に主表
面に対して実質的に垂直な方向に形成され、少なくとも
１層からなる電流阻止層と、第２導電型の半導体層によ
って囲繞されており、活性領域が第１導電型の半導体層
に沿って形成されているため、活性領域における放熱効
率が向上し、高い発光出力を得ることができる。また、
装置の表面が平坦に形成されているため装置自体の強度
が高くなり、しかも活性領域が電流阻止層により囲繞さ
れていることから隣接した装置との電気的分離が可能に
なるため、装置の高密度アレイ化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体発光装置の一実施例を部分
的に示す断面斜視図。 第２図および第３図は本発明による半導体発光装置の他
の実施例を部分的に示す断面斜視図、第４図および第５
図は本発明による半導体発光装置を二次元アレイ状にし
た場合の実施例を示す断面斜視図および正面図、 第６図および第７図は本発明による半導体発光装置を二
次元アレイ状にした場合の他の実施例を示す断面斜視図
および正面図、 第８図および第９図は本発明による半導体発光装置を二
次元アレイ状にした場合の他の実施例を示す断面斜視図
および正面図。 第１０図は従来技術による半導体発光装置の例を示す断
面斜視図である。 要部　の　号の説明 基板 ｎ型エピタキシャル層 ｐ側電極 ｎ側電極 電流阻止層 ｐ型エピタキシャル層 ｎ型コンタクト層 、配線用電極 、開口部 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板と、 該半導体基板の主表面に形成され、ｐ−ｎ接合をを有し
   、該ｐ−ｎ接合近傍において前記主表面に対して実質的
   に垂直な方向に発光を生じる活性領域と、 該活性領域に電流を注入する電極とを有する半導体発光
   装置において、 該装置は、前記基板上に前記主表面に対して実質的に垂
   直な方向に形成された第１導電型の半導体層を含み、 該第１導電型の半導体層は少なくとも１層からなる電流
   阻止層と、第２導電型の半導体層とによって囲繞され、
   前記活性領域が前記第１導電型の半導体層に沿って形成
   されていることを特徴とする半導体発光装置。