JP2000004047A - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体発光装置及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本願は、光出力を常にモニターしながら一定の
光出力を確保し、発光素子の信頼性を向上させる事を目
的とする。 【解決手段】本願発明は、光が照射されると電圧を発生
する受光素子と、前記受光素子に積層して設けられた発
光素子とを具備する事を特徴としている。
光出力を確保し、発光素子の信頼性を向上させる事を目
的とする。 【解決手段】本願発明は、光が照射されると電圧を発生
する受光素子と、前記受光素子に積層して設けられた発
光素子とを具備する事を特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、半導体発光装置
とその製造方法に関する。
とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系半導体は、その光学遷移
が直接遷移型である為、高効率発光再結合が可能であ
る。従って、今日、半導体レーザー又は高輝度ＬＥＤ等
の高効率発光素子材料として開発が行われている。
が直接遷移型である為、高効率発光再結合が可能であ
る。従って、今日、半導体レーザー又は高輝度ＬＥＤ等
の高効率発光素子材料として開発が行われている。
【０００３】特に、窒化インジウムガリウムＩｎXＧａ1
XＮは、インジウムＩｎの組成Ｘを変化させる事により
バンドギャップエネルギーを、窒化インジウム（Ｉｎ
Ｎ）のバンドギャップエネルギーである１．８９ｅｖか
ら窒化ガリウム（ＧａＮ）のバンドギャップエネルギー
である３. ３９ｅｖまで変化させる事が出来る為、発光
ダイオード（ＬＥＤ）の活性層の材料として、注目され
ている。
XＮは、インジウムＩｎの組成Ｘを変化させる事により
バンドギャップエネルギーを、窒化インジウム（Ｉｎ
Ｎ）のバンドギャップエネルギーである１．８９ｅｖか
ら窒化ガリウム（ＧａＮ）のバンドギャップエネルギー
である３. ３９ｅｖまで変化させる事が出来る為、発光
ダイオード（ＬＥＤ）の活性層の材料として、注目され
ている。
【０００４】しかし、窒化インジウムガリウムＩｎXＧ
ａ1 XＮは窒化ガリウムＧａＮと窒化インジウムＩｎＮ
との組み合わせで構成されている為、それを発光層とし
て使用した場合、素子特性が不安定となってしまう。こ
れについて、以下に詳細に説明する。
ａ1 XＮは窒化ガリウムＧａＮと窒化インジウムＩｎＮ
との組み合わせで構成されている為、それを発光層とし
て使用した場合、素子特性が不安定となってしまう。こ
れについて、以下に詳細に説明する。
【０００５】窒化インジウムガリウムＩｎXＧａ1 XＮを
構成する窒化ガリウムＧａＮは、窒化ガリウムの結晶性
を高める為、１０００℃以上の温度で成長させる必要が
ある。これに対して、ＩｎXＧａ1 XＮを構成する窒化イ
ンジウムＩｎＮは、比較的蒸気圧の高いインジウムＩｎ
を含んでいる為、低い温度、例えば１０００℃以下での
み成長させる事が出来る。
構成する窒化ガリウムＧａＮは、窒化ガリウムの結晶性
を高める為、１０００℃以上の温度で成長させる必要が
ある。これに対して、ＩｎXＧａ1 XＮを構成する窒化イ
ンジウムＩｎＮは、比較的蒸気圧の高いインジウムＩｎ
を含んでいる為、低い温度、例えば１０００℃以下での
み成長させる事が出来る。
【０００６】この為、インジウムＩｎの組成比率が高い
ＩｎXＧａ1 XＮを成長させる場合、成長温度を窒化ガリ
ウムＧａＮの成長温度よりも低くする必要がある（App
l.Phys.Lett.59,2251(1991)）。しかし、かかる低い温
度では窒化ガリウムＧａＮの結晶性を高める事ができな
い。更に、窒化インジウムガリウムＩｎＧａＮには窒化
インジウムＩｎＮと窒化ガリウムＧａＮの二元化合物間
の格子定数差が大きい事に起因する非混合領域が存在す
る（Appl. Phys. Lett. 71,105(1997)）。即ち、特にイ
ンジウム組成の高い混晶は完全混晶が得難い。従って、
これを発光層とした素子は特性が不安定になってしま
う。
ＩｎXＧａ1 XＮを成長させる場合、成長温度を窒化ガリ
ウムＧａＮの成長温度よりも低くする必要がある（App
l.Phys.Lett.59,2251(1991)）。しかし、かかる低い温
度では窒化ガリウムＧａＮの結晶性を高める事ができな
い。更に、窒化インジウムガリウムＩｎＧａＮには窒化
インジウムＩｎＮと窒化ガリウムＧａＮの二元化合物間
の格子定数差が大きい事に起因する非混合領域が存在す
る（Appl. Phys. Lett. 71,105(1997)）。即ち、特にイ
ンジウム組成の高い混晶は完全混晶が得難い。従って、
これを発光層とした素子は特性が不安定になってしま
う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述の様に、ＩｎXＧ
ａ1 XＮの結晶性を完全にする事は困難である。この
為、ＩｎＧａＮを発光層にした青色若しくは緑色発光素
子を用いたディスプレイでは、時間の経過とともに素子
特性が劣化するために色むらが顕著になってしまう。本
願は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、光出力
を常にモニターしながら一定の光出力を確保し、発光素
子の信頼性を向上させる事を目的とする。
ａ1 XＮの結晶性を完全にする事は困難である。この
為、ＩｎＧａＮを発光層にした青色若しくは緑色発光素
子を用いたディスプレイでは、時間の経過とともに素子
特性が劣化するために色むらが顕著になってしまう。本
願は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、光出力
を常にモニターしながら一定の光出力を確保し、発光素
子の信頼性を向上させる事を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する為
に、本願発明は、光が照射されると電圧を発生する受光
素子と、前記受光素子に積層して設けられた発光素子と
を具備する事を特徴としている。本願発明は、上述の様
な構成を採用する事により、光出力をモニターしながら
一定の光出力を確保し、発光素子の信頼性を向上させる
事が出来る。
に、本願発明は、光が照射されると電圧を発生する受光
素子と、前記受光素子に積層して設けられた発光素子と
を具備する事を特徴としている。本願発明は、上述の様
な構成を採用する事により、光出力をモニターしながら
一定の光出力を確保し、発光素子の信頼性を向上させる
事が出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本願発明の実施形態を図面を参酌
しながら詳細に説明する。図１に本願発明にかかる半導
体発光装置の上面図を示した。図１に示すように、電極
１１３は概略正方形の形状をしており、電極１１２は電
極１１３に隣接して設けられている。また、これらの電
極を取り囲む様に、電極１１１が設けられている。ま
た、これらの電極１１１、１１２、１１３は互いにショ
ートしない様に所定の距離だけ離隔して設けられてい
る。
しながら詳細に説明する。図１に本願発明にかかる半導
体発光装置の上面図を示した。図１に示すように、電極
１１３は概略正方形の形状をしており、電極１１２は電
極１１３に隣接して設けられている。また、これらの電
極を取り囲む様に、電極１１１が設けられている。ま
た、これらの電極１１１、１１２、１１３は互いにショ
ートしない様に所定の距離だけ離隔して設けられてい
る。
【００１０】後述するが、電極１１２と電極１１３は発
光する活性層に所定の電位を供給する為の電極である。
従って、電極１１２、１１３の形状や位置は図１に示さ
れる様な形状や位置に限られない。また、後述するが、
電極１１１は、活性層から発光した光の強度に応じて発
生する所定の電圧（又は電流）を取り出す為の電極であ
る。従って、電極１１１は取り囲んでいなくても良い。
光する活性層に所定の電位を供給する為の電極である。
従って、電極１１２、１１３の形状や位置は図１に示さ
れる様な形状や位置に限られない。また、後述するが、
電極１１１は、活性層から発光した光の強度に応じて発
生する所定の電圧（又は電流）を取り出す為の電極であ
る。従って、電極１１１は取り囲んでいなくても良い。
【００１１】また、図１におけるＡＢ断面図を図２に示
した。図２に示される様に、一導電型シリコン基板、例
えばｐ＋シリコン基板１０３の下面に電極１０９が設け
られている。また、ｐ＋シリコン基板１０３の上に、一
導電型シリコン基板、例えばｐ―シリコン基板１０１が
設けられ、その表面側の一部に反対導電型の拡散層、例
えばｎ型拡散層１０２が設けられている。従って、ｐ―
シリコン基板１０１とｎ型拡散層１０２とからなるＰＮ
接合が形成されている。
した。図２に示される様に、一導電型シリコン基板、例
えばｐ＋シリコン基板１０３の下面に電極１０９が設け
られている。また、ｐ＋シリコン基板１０３の上に、一
導電型シリコン基板、例えばｐ―シリコン基板１０１が
設けられ、その表面側の一部に反対導電型の拡散層、例
えばｎ型拡散層１０２が設けられている。従って、ｐ―
シリコン基板１０１とｎ型拡散層１０２とからなるＰＮ
接合が形成されている。
【００１２】また、ｎ型拡散層１０２の上には、例えば
窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるバッ
ファ層１０４が設けられている。更にその上には、例え
ばｎ型窒化ガリウム（ｎ―ＧａＮ）からなるコンタクト
層１０５が設けられ、その上には窒化ガリウム系半導
体、例えば窒化インジウムガリウム（ｎ―ＩｎＧａＮ）
からなる活性層１０６が形成されている。また、その上
には、例えば窒化アルミニウムガリウム（ｐ―ＡｌＧａ
Ｎ）からなるクラッド層１０７が形成されて、更にその
上には、例えばｐ型窒化ガリウム（ｐ―ＧａＮ）からな
るコンタクト層１０８が設けられている。また、コンタ
クト層１０８の上には電極１１２が、コンタクト層１０
５の表面の一部には電極１１３が設けられている。ここ
で、コンタクト層１０５から上の層は発光素子として機
能する発光素子部１９０である。
窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるバッ
ファ層１０４が設けられている。更にその上には、例え
ばｎ型窒化ガリウム（ｎ―ＧａＮ）からなるコンタクト
層１０５が設けられ、その上には窒化ガリウム系半導
体、例えば窒化インジウムガリウム（ｎ―ＩｎＧａＮ）
からなる活性層１０６が形成されている。また、その上
には、例えば窒化アルミニウムガリウム（ｐ―ＡｌＧａ
Ｎ）からなるクラッド層１０７が形成されて、更にその
上には、例えばｐ型窒化ガリウム（ｐ―ＧａＮ）からな
るコンタクト層１０８が設けられている。また、コンタ
クト層１０８の上には電極１１２が、コンタクト層１０
５の表面の一部には電極１１３が設けられている。ここ
で、コンタクト層１０５から上の層は発光素子として機
能する発光素子部１９０である。
【００１３】また、ｐ―シリコン基板１０１の表面部の
うち発光素子部１９０を取り囲む様に電極１１１が設け
られており、この電極１１１は拡散層１０２に接続され
ている。また、電極１１１とｐ―シリコン基板１０１が
短絡しない様に、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜（Ｓｉ
Ｏ2）１１０が発光素子部１９０を取り囲む様に設けら
れている。
うち発光素子部１９０を取り囲む様に電極１１１が設け
られており、この電極１１１は拡散層１０２に接続され
ている。また、電極１１１とｐ―シリコン基板１０１が
短絡しない様に、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜（Ｓｉ
Ｏ2）１１０が発光素子部１９０を取り囲む様に設けら
れている。
【００１４】次に、上述した各層の機能について詳細に
説明する。上述の様に活性層１０６は所定の電圧を印可
し活性層１０６にキャリアを注入すると、所定の波長の
光を発光する層である。
説明する。上述の様に活性層１０６は所定の電圧を印可
し活性層１０６にキャリアを注入すると、所定の波長の
光を発光する層である。
【００１５】また、活性層１０６の上に設けられたクラ
ッド層１０７は発光に必要なキャリアを活性層１０６内
に閉じ込める為の層である。従って、活性層１０６とコ
ンタクト層１０５の間にもクラッド層を設けても良い。
ッド層１０７は発光に必要なキャリアを活性層１０６内
に閉じ込める為の層である。従って、活性層１０６とコ
ンタクト層１０５の間にもクラッド層を設けても良い。
【００１６】また、コンタクト層１０５は電極１１３に
印可された所定のバイアスを活性層１０６に供給する為
のものであり、コンタクト層１０８は電極１１２に印可
された所定のバイアスをクラッド層１０７（又は活性層
１０６）に供給する為のものである。
印可された所定のバイアスを活性層１０６に供給する為
のものであり、コンタクト層１０８は電極１１２に印可
された所定のバイアスをクラッド層１０７（又は活性層
１０６）に供給する為のものである。
【００１７】また、ｐ−シリコン基板１０１の表面部に
はｎ型拡散層１０２が設けられており、ＰＮ接合が形成
される。このＰＮ接合において、上述の発光素子部１９
０から発光した光により、価電子帯に存在する電子が導
伝帯へ励起される。これにより電極１１１と電極１０９
の間に所定の電位差が発生し、このＰＮ接合はフォトダ
イオードとして作用する。従って、ＰＮ接合が形成され
ていれば良いので、ｐ―シリコン基板１０１の代わりに
ｎ―シリコン基板を、ｎ型拡散層１０２の代わりにｐ＋
拡散層であっても良い。
はｎ型拡散層１０２が設けられており、ＰＮ接合が形成
される。このＰＮ接合において、上述の発光素子部１９
０から発光した光により、価電子帯に存在する電子が導
伝帯へ励起される。これにより電極１１１と電極１０９
の間に所定の電位差が発生し、このＰＮ接合はフォトダ
イオードとして作用する。従って、ＰＮ接合が形成され
ていれば良いので、ｐ―シリコン基板１０１の代わりに
ｎ―シリコン基板を、ｎ型拡散層１０２の代わりにｐ＋
拡散層であっても良い。
【００１８】また、図２に示す様に、電源Ｖの＋電極は
スイッチＳＷを介して電極１１２に接続されている。ま
た、可変抵抗器Ｒの電流経路の一端は電源Ｖの―電極
に、他端は電極１１３に接続されている。また、電極１
１１と電極１０９の間には、可変抵抗器Ｒの抵抗値を変
化させる為の抵抗値制御手段１８０が設けられている。
この抵抗値制御手段１８０は、電極１１１と電極１０９
間に発生する電位差に応じて可変抵抗器Ｒの抵抗値を変
化させる為の所定の制御信号Ｓを発生する。
スイッチＳＷを介して電極１１２に接続されている。ま
た、可変抵抗器Ｒの電流経路の一端は電源Ｖの―電極
に、他端は電極１１３に接続されている。また、電極１
１１と電極１０９の間には、可変抵抗器Ｒの抵抗値を変
化させる為の抵抗値制御手段１８０が設けられている。
この抵抗値制御手段１８０は、電極１１１と電極１０９
間に発生する電位差に応じて可変抵抗器Ｒの抵抗値を変
化させる為の所定の制御信号Ｓを発生する。
【００１９】次に、図２に示した回路の動作を説明す
る。まず初めに、スイッチＳＷを入れる。この時、電極
１１２と電極１１３の間に所定の電圧が印可される。こ
れにより、活性層１０６は光を発光し、その光は素子内
部で四方八方に広がっていく。その光の一部は拡散層１
０２とＰ―シリコン基板１０１で構成されるＰＮ接合に
おいて感知され、電極１１１と電極１０９間に所定の電
位差が発生する。抵抗値制御手段１８０はこの所定の電
位差を感知し、この所定の電位差に応じた所定の制御信
号Ｓを発生させる。また、可変抵抗器Ｒは、この制御信
号Ｓに応じて抵抗値を変化させる。この為、電極１１２
と電極１１３間に印可される電位差が変化する。
る。まず初めに、スイッチＳＷを入れる。この時、電極
１１２と電極１１３の間に所定の電圧が印可される。こ
れにより、活性層１０６は光を発光し、その光は素子内
部で四方八方に広がっていく。その光の一部は拡散層１
０２とＰ―シリコン基板１０１で構成されるＰＮ接合に
おいて感知され、電極１１１と電極１０９間に所定の電
位差が発生する。抵抗値制御手段１８０はこの所定の電
位差を感知し、この所定の電位差に応じた所定の制御信
号Ｓを発生させる。また、可変抵抗器Ｒは、この制御信
号Ｓに応じて抵抗値を変化させる。この為、電極１１２
と電極１１３間に印可される電位差が変化する。
【００２０】次に、上述の安定した状態が長時間続いた
場合を考える。上述の様に、活性層１０６は、窒化ガリ
ウムＧａＮと、窒化インジウムＩｎＮの混晶であるＩｎ
XＧａ1 XＮが使用されており、その結晶性は不完全であ
る。この為、時間とともに、活性層１０６から発光する
光の強度は著しく低下していく。この光の強度が低下す
ると、電極１１１と電極１０９間の電位差も変化する。
この変化を受けて、抵抗値制御手段１８０は所定の制御
信号Ｓを発生し、可変抵抗器Ｒの抵抗値を小さくする。
すると、電極１１２と電極１１３の間に印可される電位
差が大きくなる為、活性層１０６から発生する光の強度
が増大する。即ち、本実施形態では、ＩｎXＧａ1 XＮ等
からなる混晶を活性層として使用した場合、その混晶の
不完全さに起因して低下した光の強度を補足する様に、
電極１１２と電極１１３に印可される電位差を変化させ
ている。
場合を考える。上述の様に、活性層１０６は、窒化ガリ
ウムＧａＮと、窒化インジウムＩｎＮの混晶であるＩｎ
XＧａ1 XＮが使用されており、その結晶性は不完全であ
る。この為、時間とともに、活性層１０６から発光する
光の強度は著しく低下していく。この光の強度が低下す
ると、電極１１１と電極１０９間の電位差も変化する。
この変化を受けて、抵抗値制御手段１８０は所定の制御
信号Ｓを発生し、可変抵抗器Ｒの抵抗値を小さくする。
すると、電極１１２と電極１１３の間に印可される電位
差が大きくなる為、活性層１０６から発生する光の強度
が増大する。即ち、本実施形態では、ＩｎXＧａ1 XＮ等
からなる混晶を活性層として使用した場合、その混晶の
不完全さに起因して低下した光の強度を補足する様に、
電極１１２と電極１１３に印可される電位差を変化させ
ている。
【００２１】次に、図２に示した半導体発光装置の製造
方法について説明する。図３（１）に示す様に、ｐ＋シ
リコン基板１０３の表面に形成されたｐ−シリコン基板
１０１の上に所定の形状にパターニングされたレジスト
１８１を形成する。次に、このレジスト１８１をマスク
にして、リン（Ｐ）等の不純物をイオン注入法を用いて
ｐ型シリコン基板１０１の表面に拡散層１０２を形成す
る。
方法について説明する。図３（１）に示す様に、ｐ＋シ
リコン基板１０３の表面に形成されたｐ−シリコン基板
１０１の上に所定の形状にパターニングされたレジスト
１８１を形成する。次に、このレジスト１８１をマスク
にして、リン（Ｐ）等の不純物をイオン注入法を用いて
ｐ型シリコン基板１０１の表面に拡散層１０２を形成す
る。
【００２２】次に、図３（２）に示した様に、レジスト
１８１をアッシングにより除去した後、ＭＯＣＶＤ法等
を用いて、バッファ層１０４、コンタクト層１０５、活
性層１０６、クラッド層１０７、及び、コンタクト層１
０８を積層形成する。ここで、バッファ層１０４は、例
えば５０ｎｍ程度の厚さの窒化アルミニウムガリウムＡ
ｌＧａＮからなる。また、コンタクト層１０５は、例え
ば４μｍ程度の厚さのｎ型窒化ガリウムｎ−ＧａＮから
なる。また、活性層１０６は、例えば、２ｎｍ程度の厚
さのｎ型窒化インジウムガリウムｎ−ＩｎＧａＮからな
る。また、クラッド層１０７は、例えば１００ｎｍ程度
の厚さのｐ型窒化アルミニウムガリウムｐ−ＡｌＧａＮ
からなる。更に、コンタクト層１０８は、例えば２００
ｎｍ程度の厚さのｐ型窒化ガリウムｐ−ＧａＮからな
る。更に、その上に所定の形状にパターニングされたレ
ジスト１８２を形成する。
１８１をアッシングにより除去した後、ＭＯＣＶＤ法等
を用いて、バッファ層１０４、コンタクト層１０５、活
性層１０６、クラッド層１０７、及び、コンタクト層１
０８を積層形成する。ここで、バッファ層１０４は、例
えば５０ｎｍ程度の厚さの窒化アルミニウムガリウムＡ
ｌＧａＮからなる。また、コンタクト層１０５は、例え
ば４μｍ程度の厚さのｎ型窒化ガリウムｎ−ＧａＮから
なる。また、活性層１０６は、例えば、２ｎｍ程度の厚
さのｎ型窒化インジウムガリウムｎ−ＩｎＧａＮからな
る。また、クラッド層１０７は、例えば１００ｎｍ程度
の厚さのｐ型窒化アルミニウムガリウムｐ−ＡｌＧａＮ
からなる。更に、コンタクト層１０８は、例えば２００
ｎｍ程度の厚さのｐ型窒化ガリウムｐ−ＧａＮからな
る。更に、その上に所定の形状にパターニングされたレ
ジスト１８２を形成する。
【００２３】次に、図４（１）に示した様に、レジスト
１８２をマスクにして、異方性エッチング法、例えばＲ
ＩＥ法を用いてコンタクト層１０８、クラッド層１０
７、活性層１０６、コンタクト層１０５、バッファ層１
０４を除去し、更に、拡散層１０２の一部も除去する。
その後、ＣＶＤ法等を用いて、例えばシリコン酸化膜Ｓ
ｉＯ２からなる絶縁膜１１０をｐ−シリコン基板１０１
の表面、及び拡散層１０２上の一部に形成し、この絶縁
膜１１０の上に、かつ、拡散層１０２に接触する様に電
極１１１をスパッタ法等により形成する。
１８２をマスクにして、異方性エッチング法、例えばＲ
ＩＥ法を用いてコンタクト層１０８、クラッド層１０
７、活性層１０６、コンタクト層１０５、バッファ層１
０４を除去し、更に、拡散層１０２の一部も除去する。
その後、ＣＶＤ法等を用いて、例えばシリコン酸化膜Ｓ
ｉＯ２からなる絶縁膜１１０をｐ−シリコン基板１０１
の表面、及び拡散層１０２上の一部に形成し、この絶縁
膜１１０の上に、かつ、拡散層１０２に接触する様に電
極１１１をスパッタ法等により形成する。
【００２４】次に、図４（２）に示される様に、レジス
ト１８２をアッシングにより除去した後、所定の形状に
パターニングされたレジスト１８３をコンタクト層１０
８の上、及び、電極１１１の上に形成する。そして、こ
のレジスト１８３をマスクにして、異方性エッチング
法、例えばＲＩＥ法を用いてコンタクト層１０８、クラ
ッド層１０７、活性層１０６、及びコンタクト層１０５
の一部を除去する。
ト１８２をアッシングにより除去した後、所定の形状に
パターニングされたレジスト１８３をコンタクト層１０
８の上、及び、電極１１１の上に形成する。そして、こ
のレジスト１８３をマスクにして、異方性エッチング
法、例えばＲＩＥ法を用いてコンタクト層１０８、クラ
ッド層１０７、活性層１０６、及びコンタクト層１０５
の一部を除去する。
【００２５】次に、図５に示される様に、レジスト１８
３をアッシングにより除去し、コンタクト層１０８の上
に電極１１２を、コンタクト層１０５の上に電極１１３
を形成する。また、ｐ−シリコン基板１０１の下面に電
極１０９を形成する。
３をアッシングにより除去し、コンタクト層１０８の上
に電極１１２を、コンタクト層１０５の上に電極１１３
を形成する。また、ｐ−シリコン基板１０１の下面に電
極１０９を形成する。
【００２６】上述の様に、本実施形態は広く受光素子と
して使用されているＳｉ系フォトダイオードに対し、そ
のフォトダイオードを基板として、窒化ガリウムからな
る発光部１９０を形成している。即ち、窒化ガリウム系
材料はシリコン基板上に一連の結晶成長で形成する事が
できる。従って、本願発明ではフォトダイオードをシリ
コン基板に形成している為、その上に窒化ガリウム系の
発光素子を一連の結晶成長で形成する事ができる。この
様な構造を採用する事により、光出力を常にモニターし
ながら一定の光出力を確保する事が出来、発光素子の信
頼性を向上させる事が出来る。
して使用されているＳｉ系フォトダイオードに対し、そ
のフォトダイオードを基板として、窒化ガリウムからな
る発光部１９０を形成している。即ち、窒化ガリウム系
材料はシリコン基板上に一連の結晶成長で形成する事が
できる。従って、本願発明ではフォトダイオードをシリ
コン基板に形成している為、その上に窒化ガリウム系の
発光素子を一連の結晶成長で形成する事ができる。この
様な構造を採用する事により、光出力を常にモニターし
ながら一定の光出力を確保する事が出来、発光素子の信
頼性を向上させる事が出来る。
【００２７】また、本実施形態では、フォトダイオード
となるＰＮ接合と発光部１９０とが、二次元的に同一平
面に形成されるのではなく、三次元的に縦に積み重ねら
れて形成しているので、面積の増大はない。
となるＰＮ接合と発光部１９０とが、二次元的に同一平
面に形成されるのではなく、三次元的に縦に積み重ねら
れて形成しているので、面積の増大はない。
【００２８】また、活性層１６０から発光した光は四方
八方に広がっていくが、通常、Ｘ方向（図２参照）に進
む光を光源として使用する。これは、図１の上面図から
解る様に、電極１１２の面積を広くする事により、光源
の面積（概略、電極１１２の面積に等しい）を大きくす
る事が可能だからである。本願実施形態において、ＰＮ
接合（フォトダイオード）は発光素子部１９０のの下方
に設けられているので、光源を妨げる事はない。
八方に広がっていくが、通常、Ｘ方向（図２参照）に進
む光を光源として使用する。これは、図１の上面図から
解る様に、電極１１２の面積を広くする事により、光源
の面積（概略、電極１１２の面積に等しい）を大きくす
る事が可能だからである。本願実施形態において、ＰＮ
接合（フォトダイオード）は発光素子部１９０のの下方
に設けられているので、光源を妨げる事はない。
【００２９】次に、図６に本願発明にかかる第二の実施
形態を示した。図６に示した様に、本実施形態では、図
２に示したバッファ層１０４を設けず、発光素子部１９
０と拡散層１０２を接着している。
形態を示した。図６に示した様に、本実施形態では、図
２に示したバッファ層１０４を設けず、発光素子部１９
０と拡散層１０２を接着している。
【００３０】次に、図６に示した実施形態の製造方法に
ついて説明する。図７（１）に示した様に、ｐ＋シリコ
ン基板１０３の上面に形成されたｐ−シリコン基板１０
１の上に、所定の形状にパターニングされたレジスト１
８５を形成する。そして、レジスト１８５をマスクにし
て露出したｐ−シリコン基板１０１の表面にイオン注入
法を用いてリン等注入する事により、ｎ型拡散層１０２
を形成する。
ついて説明する。図７（１）に示した様に、ｐ＋シリコ
ン基板１０３の上面に形成されたｐ−シリコン基板１０
１の上に、所定の形状にパターニングされたレジスト１
８５を形成する。そして、レジスト１８５をマスクにし
て露出したｐ−シリコン基板１０１の表面にイオン注入
法を用いてリン等注入する事により、ｎ型拡散層１０２
を形成する。
【００３１】次に、図７（２）に示した様に、レジスト
１８５をアッシングにより除去した後、酸化膜等からな
る絶縁膜１１０をｐ−シリコン基板１０１と拡散層１０
２の表面の一部に形成し、更に、この絶縁膜１１０の上
面に、かつ、拡散層１０２の一部に接する様に電極１１
１を形成する。
１８５をアッシングにより除去した後、酸化膜等からな
る絶縁膜１１０をｐ−シリコン基板１０１と拡散層１０
２の表面の一部に形成し、更に、この絶縁膜１１０の上
面に、かつ、拡散層１０２の一部に接する様に電極１１
１を形成する。
【００３２】次に、図８（１）に示す様に、ＭＯＣＶＤ
法等を用いて、ある種の基板１９の上にコンタクト層１
０５、活性層１０６、クラッド層１０７、及び、コンタ
クト層１０８を成長させる。
法等を用いて、ある種の基板１９の上にコンタクト層１
０５、活性層１０６、クラッド層１０７、及び、コンタ
クト層１０８を成長させる。
【００３３】ここで、コンタクト層１５０は、例えば厚
さ４μｍの厚さのｎ型窒化ガリウムｎ−ＧａＮからな
る。また、活性層１０６は、例えば厚さ２ｎｍ程度のｎ
型窒化インジウムガリウムｎ−ＩｎＧａＮからなる。
さ４μｍの厚さのｎ型窒化ガリウムｎ−ＧａＮからな
る。また、活性層１０６は、例えば厚さ２ｎｍ程度のｎ
型窒化インジウムガリウムｎ−ＩｎＧａＮからなる。
【００３４】更にその上に所定の形状にパターニングさ
れたレジスト１８６を形成する。そして、このレジスト
１８６をマスクにして、異方性エッチング法、例えばＲ
ＩＥ法を用いてコンタクト層１０８、クラッド層１０
７、活性層１０６、コンタクト層１０５の一部を除去す
る。
れたレジスト１８６を形成する。そして、このレジスト
１８６をマスクにして、異方性エッチング法、例えばＲ
ＩＥ法を用いてコンタクト層１０８、クラッド層１０
７、活性層１０６、コンタクト層１０５の一部を除去す
る。
【００３５】次に、図８（２）に示される様に、レジス
ト１８６をアッシングにより除去した後、例えば、スパ
ッタ法を用いて電極２０１及び２０２を形成する。これ
により発光素子部１９０が形成される。次に、基板１９
を剥がした後、、発光部１９０を拡散層１０２（図６参
照）の上に接着する。以上により図６に示した半導体発
光装置が形成される。
ト１８６をアッシングにより除去した後、例えば、スパ
ッタ法を用いて電極２０１及び２０２を形成する。これ
により発光素子部１９０が形成される。次に、基板１９
を剥がした後、、発光部１９０を拡散層１０２（図６参
照）の上に接着する。以上により図６に示した半導体発
光装置が形成される。
【００３６】上述の様に、本実施形態は広く受光素子と
して使用されているＳｉ系フォトダイオードに対し、そ
のフォトダイオードを基板として、窒化ガリウムからな
る発光部１９０を形成している。この様な構造を採用す
る事により、光出力を常にモニターしながら一定の光出
力を確保する事が出来、発光素子の信頼性を向上させる
事が出来る。
して使用されているＳｉ系フォトダイオードに対し、そ
のフォトダイオードを基板として、窒化ガリウムからな
る発光部１９０を形成している。この様な構造を採用す
る事により、光出力を常にモニターしながら一定の光出
力を確保する事が出来、発光素子の信頼性を向上させる
事が出来る。
【００３７】また、本実施形態では、フォトダイオード
となるＰＮ接合と発光部１９０とが、二次元的に同一平
面に形成されるのではなく、三次元的に縦に積み重ねら
れて形成しているので、面積の増大はない。
となるＰＮ接合と発光部１９０とが、二次元的に同一平
面に形成されるのではなく、三次元的に縦に積み重ねら
れて形成しているので、面積の増大はない。
【００３８】また、本願実施形態では、発光部１９０は
ＰＮ接合（フォトダイオード）の下方に設けられている
ので、光源を妨げる事はない。次に、図９に本願発明に
かかる第三の実施形態を示す。図９に示す様に、窒化ガ
リウムからなる基板６０１の上に形成されたフォトダイ
オード６０７は、窒化ガリウム系のＰＮ接合から構成さ
れている。窒化ガリウム系のＰＮ接合は、例えば、ｎ型
窒化インジウムガリウムアルミニウム６０２（ｎ―Ｉｎ
ＧａＡｌＮ）とｐ型窒化インジウムガリウムアルミニウ
ム６０５（ｐ―ＩｎＧａＡｌＮ）から構成される。
ＰＮ接合（フォトダイオード）の下方に設けられている
ので、光源を妨げる事はない。次に、図９に本願発明に
かかる第三の実施形態を示す。図９に示す様に、窒化ガ
リウムからなる基板６０１の上に形成されたフォトダイ
オード６０７は、窒化ガリウム系のＰＮ接合から構成さ
れている。窒化ガリウム系のＰＮ接合は、例えば、ｎ型
窒化インジウムガリウムアルミニウム６０２（ｎ―Ｉｎ
ＧａＡｌＮ）とｐ型窒化インジウムガリウムアルミニウ
ム６０５（ｐ―ＩｎＧａＡｌＮ）から構成される。
【００３９】また、窒化ガリウム基板６０１と、ｎ型窒
化インジウムガリウムアルミニウム６０２（ｎ―ＩｎＧ
ａＡｌＮ）の間に格子不整合差に起因する欠陥の発生を
防止する為、それらの間にバッファ層を設けても良い。
化インジウムガリウムアルミニウム６０２（ｎ―ＩｎＧ
ａＡｌＮ）の間に格子不整合差に起因する欠陥の発生を
防止する為、それらの間にバッファ層を設けても良い。
【００４０】次に、図９に示した半導体発光装置の製造
方法を図１０及び図１１に示した。図１０（１）に示し
た様に、窒化ガリウムからなる基板６０１の上に、ＭＯ
ＣＶＤ法を用いて、窒化ガリウム系のフォトダイオード
６０７、コンタクト層１０５、活性層１０６、クラッド
層１０７、及び、コンタクト層１０８を積層形成する。
更に、コンタクト層１０８の上に所定の形状にパターニ
ングされたレジスト２１０を形成する。
方法を図１０及び図１１に示した。図１０（１）に示し
た様に、窒化ガリウムからなる基板６０１の上に、ＭＯ
ＣＶＤ法を用いて、窒化ガリウム系のフォトダイオード
６０７、コンタクト層１０５、活性層１０６、クラッド
層１０７、及び、コンタクト層１０８を積層形成する。
更に、コンタクト層１０８の上に所定の形状にパターニ
ングされたレジスト２１０を形成する。
【００４１】窒化ガリウム系のフォトダイオード６０７
は、例えば、ｎ型窒化インジウムガリウムアルミニウム
６０２（ｎ−ＩｎＧａＡｌＮ）、ｐ型窒化インジウムガ
リウムアルミニウム６０５（ｐ−ＩｎＧａＡｌＮ）から
形成される。また、コンタクト層１０５は、例えば、ｎ
型窒化ガリウム（ｎ―ＧａＮ）から構成され、活性層１
０６は、例えば、ｎ型窒化インジウムガリウム（ｎ―Ｉ
ｎＧａＮ）から構成される。また、クラッド層１０７
は、例えば、ｐ型窒化アルミニウムガリウムから構成さ
れ、コンタクト層１０８は、例えば、ｐ型窒化ガリウム
から構成される。
は、例えば、ｎ型窒化インジウムガリウムアルミニウム
６０２（ｎ−ＩｎＧａＡｌＮ）、ｐ型窒化インジウムガ
リウムアルミニウム６０５（ｐ−ＩｎＧａＡｌＮ）から
形成される。また、コンタクト層１０５は、例えば、ｎ
型窒化ガリウム（ｎ―ＧａＮ）から構成され、活性層１
０６は、例えば、ｎ型窒化インジウムガリウム（ｎ―Ｉ
ｎＧａＮ）から構成される。また、クラッド層１０７
は、例えば、ｐ型窒化アルミニウムガリウムから構成さ
れ、コンタクト層１０８は、例えば、ｐ型窒化ガリウム
から構成される。
【００４２】次に、図１０（２）に示した様に、レジス
ト２１０をマスクに使用して、異方性エッチング、例え
ば、ＲＩＥ法を用いて、コンタクト層１０８、クラッド
層１０７、活性層１０６、コンタクト層１０５、及び、
ｐ型窒化インジウムガリウムアルミニウム６０５（ｐ―
ＩｎＧａＡｌＮ）の一部をエッチング除去する。そし
て、レジスト２１０をアッシングにより除去したのち、
ｐ型窒化インジウムガリウムアルミニウム６０５（ｐ―
ＩｎＧａＡｌＮ）の上に電極１１１を形成する。
ト２１０をマスクに使用して、異方性エッチング、例え
ば、ＲＩＥ法を用いて、コンタクト層１０８、クラッド
層１０７、活性層１０６、コンタクト層１０５、及び、
ｐ型窒化インジウムガリウムアルミニウム６０５（ｐ―
ＩｎＧａＡｌＮ）の一部をエッチング除去する。そし
て、レジスト２１０をアッシングにより除去したのち、
ｐ型窒化インジウムガリウムアルミニウム６０５（ｐ―
ＩｎＧａＡｌＮ）の上に電極１１１を形成する。
【００４３】次に、図１１に示した様に、コンタクト層
１０８の所定の位置、及び、電極１１１の上部周辺部に
レジスト１２０を形成し、そのレジスト２２０をマスク
にして、コンタクト層１０８、クラッド層１０７、活性
層１０６、及び、コンタクト層１０５の一部をエッチン
グ除去する。その後、コンタクト層１０５の上に電極１
１３を形成し、レジスト１２０をアッシングにより除去
する。そして、コンタクト層１０８の上に電極１１２を
形成する。また、基板６０１の下面に電極１０９を形成
する事により、図９に示した半導体発光装置が形成され
る。
１０８の所定の位置、及び、電極１１１の上部周辺部に
レジスト１２０を形成し、そのレジスト２２０をマスク
にして、コンタクト層１０８、クラッド層１０７、活性
層１０６、及び、コンタクト層１０５の一部をエッチン
グ除去する。その後、コンタクト層１０５の上に電極１
１３を形成し、レジスト１２０をアッシングにより除去
する。そして、コンタクト層１０８の上に電極１１２を
形成する。また、基板６０１の下面に電極１０９を形成
する事により、図９に示した半導体発光装置が形成され
る。
【００４４】以上の様に本実施形態では、発光部１９０
が窒化ガリウム系のＰＮ接合の上に接着により形成され
ている。この様な構造を採用する事により、光出力を常
にモニターしながら一定の光出力を確保する事が出来、
発光素子の信頼性を向上させる事が出来る。
が窒化ガリウム系のＰＮ接合の上に接着により形成され
ている。この様な構造を採用する事により、光出力を常
にモニターしながら一定の光出力を確保する事が出来、
発光素子の信頼性を向上させる事が出来る。
【００４５】また、本実施形態では、フォトダイオード
となるＰＮ接合と発光部１９０とが、二次元的に同一平
面に形成されるのではなく、三次元的に縦に積み重ねら
れて形成しているので、面積の増大はない。
となるＰＮ接合と発光部１９０とが、二次元的に同一平
面に形成されるのではなく、三次元的に縦に積み重ねら
れて形成しているので、面積の増大はない。
【００４６】また、本願実施形態では、発光部１９０は
ＰＮ接合（フォトダイオード）の下方に設けられている
ので、発光を妨げる事はない。また、本実施形態では、
発光する活性層１０６とフォトダイオード６０７とが窒
化ガリウム系の材料から構成されおり、それらのバンド
ギャップエネルギーは近い。この為、光検出感度が向上
しより精度の高い光出力のモニターが可能となる。
ＰＮ接合（フォトダイオード）の下方に設けられている
ので、発光を妨げる事はない。また、本実施形態では、
発光する活性層１０６とフォトダイオード６０７とが窒
化ガリウム系の材料から構成されおり、それらのバンド
ギャップエネルギーは近い。この為、光検出感度が向上
しより精度の高い光出力のモニターが可能となる。
【００４７】図９、図１０には、従来の半導体発光装
置、本願発明にかかる半導体発光装置をそれぞれ発光さ
せ、時間の経過による相対光出力をそれぞれ図示したも
のである。また、図９に示す様に、従来の半導体発光装
置では時間の経過とともに光出力が低下している事が分
かる。これに対して、図１０に示す様に、本願発明にか
かる半導体発光装置では１０００時間程度で起こる光出
力の低下をフォトダイオードで検知して発光素子のバイ
アス電流を調整する事により、光出力を一定にしてい
る。この結果、１０００時間以上の安定動作を確保して
いる。
置、本願発明にかかる半導体発光装置をそれぞれ発光さ
せ、時間の経過による相対光出力をそれぞれ図示したも
のである。また、図９に示す様に、従来の半導体発光装
置では時間の経過とともに光出力が低下している事が分
かる。これに対して、図１０に示す様に、本願発明にか
かる半導体発光装置では１０００時間程度で起こる光出
力の低下をフォトダイオードで検知して発光素子のバイ
アス電流を調整する事により、光出力を一定にしてい
る。この結果、１０００時間以上の安定動作を確保して
いる。
【００４８】また、図１１には半導体発光装置を装着し
た半導体装置の断面図を示した。図１１に示される様
に、半導体発光装置２５０はフレーム２６０の上に固定
され、リード２７０〜２７２とワイヤー２８０〜２８２
により接続されている。
た半導体装置の断面図を示した。図１１に示される様
に、半導体発光装置２５０はフレーム２６０の上に固定
され、リード２７０〜２７２とワイヤー２８０〜２８２
により接続されている。
【００４９】尚、本発明の実施形態は以上の様なものに
限定されることはない。例えば、フォトダイオードにシ
リコン及び窒化ガリウム系の材料を用いたが、これに限
らず、他の材料、例えばインジウムリン（ＩｎＰ）系の
材料で形成しても良い。
限定されることはない。例えば、フォトダイオードにシ
リコン及び窒化ガリウム系の材料を用いたが、これに限
らず、他の材料、例えばインジウムリン（ＩｎＰ）系の
材料で形成しても良い。
【００５０】また、第三の実施形態では、窒化ガリウム
基板ではなく、炭化シリコンＳｉＣでも良い。また、サ
ファイア（酸化アルミニウム）を基板に用いた場合に
は、フォトダイオードの電極の配置を工夫する事により
適用可能である。また、上述では、発光ダイオードにつ
いて説明したが、窒化ガリウム系レーザーへの適用も可
能である。
基板ではなく、炭化シリコンＳｉＣでも良い。また、サ
ファイア（酸化アルミニウム）を基板に用いた場合に
は、フォトダイオードの電極の配置を工夫する事により
適用可能である。また、上述では、発光ダイオードにつ
いて説明したが、窒化ガリウム系レーザーへの適用も可
能である。
【００５１】
【発明の効果】本願発明は、以上の様な構成を採用して
いるので、光出力を常にモニターしながら一定の光出力
を確保し、発光素子の信頼性を向上させる事が出来る。
いるので、光出力を常にモニターしながら一定の光出力
を確保し、発光素子の信頼性を向上させる事が出来る。
【図１】本願発明にかかる第一の実施形態にかかる光半
導体発光装置の上面図を示したものである。
導体発光装置の上面図を示したものである。
【図２】図１に示したＡＢ断面図を示したものである。
【図３】図２に示した光半導体発光装置の製造工程の一
部を示したものである。
部を示したものである。
【図４】図２に示した光半導体発光装置の製造工程の一
部を示したものである。
部を示したものである。
【図５】図２に示した光半導体発光装置の製造工程の一
部を示したものである。
部を示したものである。
【図６】本願発明にかかる第二の実施形態にかかる光半
導体発光装置の断面図を示したものである。
導体発光装置の断面図を示したものである。
【図７】図６に示した光半導体発光装置の製造工程の一
部を示したものである。
部を示したものである。
【図８】図６に示した光半導体発光装置の製造工程の一
部を示したものである。
部を示したものである。
【図９】本願発明にかかる第三の実施形態にかかる光半
導体発光装置の断面図を示したものである。
導体発光装置の断面図を示したものである。
【図１０】図９に示した光半導体発光装置の製造工程の
一部を示したものである。
一部を示したものである。
【図１１】図９に示した光半導体発光装置の製造工程の
一部を示したものである。
一部を示したものである。
【図１２】従来の光半導体発光装置における光出力を低
下を示したものである。
下を示したものである。
【図１３】本願実施形態にかかる光半導体発光装置にお
ける光出力を比較したものである。
ける光出力を比較したものである。
【図１４】本願発明にかかる光半導体発光装置を装着し
た半導体装置の断面図を示したものである。
た半導体装置の断面図を示したものである。
１１１、１１２、１０９ 電極 １０３、１０１ シリコン基板 １０２ 拡散層 １１０ 絶縁膜 １０４ バッファ層 １０５、１０８ コンタクト層 １０６ 活性層 １０７ クラッド層
Claims (6)
- 【請求項１】 光が照射されると電圧を発生する受光素
子と、 前記受光素子の上に積層して設けられた発光素子と、を
具備する事を特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項２】 前記受光素子がＰＮ接合を有する事を特
徴とする請求項１記載の半導体発光装置。 - 【請求項３】 前記発光素子が窒化ガリウムを含む事を
特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。 - 【請求項４】 前記受光素子がシリコンから構成される
事を特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。 - 【請求項５】 前記受光素子が窒化ガリウムを主成分と
する材料から構成される事を特徴とする請求項１記載の
半導体発光装置。 - 【請求項６】 一導電型半導体基板の表面に反対導伝型
の拡散層を形成する工程と、 前記拡散層の上方に、外部から所定の電位を供給する為
の第一のコンタクト層を形成する工程と、 前記コンタクト層の上にキャリアを閉じ込めて光を発光
する為の発光層を形成する工程と、 前記発光層の上に、外部から所定の電位が供給する為の
第二のコンタクト層を形成する工程と、 を有する事を特徴とする半導体発光装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16800498A JP2000004047A (ja) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | 半導体発光装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16800498A JP2000004047A (ja) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | 半導体発光装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000004047A true JP2000004047A (ja) | 2000-01-07 |
Family
ID=15860026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16800498A Pending JP2000004047A (ja) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | 半導体発光装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000004047A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020026737A (ko) * | 2000-10-02 | 2002-04-12 | 염근영 | 투명 오믹접합을 갖는 광전소자 및 그 제조방법 |
| WO2004109782A1 (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-16 | Sanken Electric Co., Ltd. | 窒化物系半導体素子及びその製造方法 |
| WO2005029588A1 (ja) * | 2003-09-24 | 2005-03-31 | Sanken Electric Co., Ltd. | 窒化物系半導体素子及びその製造方法 |
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| WO2005074019A1 (ja) * | 2004-01-28 | 2005-08-11 | Sanken Electric Co., Ltd. | 半導体装置 |
| WO2006120908A1 (ja) * | 2005-05-02 | 2006-11-16 | Nichia Corporation | 窒化物系半導体素子及びその製造方法 |
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| WO2007086345A1 (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-02 | Sanken Electric Co., Ltd. | 半導体発光装置及びその製造方法 |
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-
1998
- 1998-06-16 JP JP16800498A patent/JP2000004047A/ja active Pending
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