JP2000200924A - 半導体発光素子およびその製法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製法Info
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- JP2000200924A JP2000200924A JP71599A JP71599A JP2000200924A JP 2000200924 A JP2000200924 A JP 2000200924A JP 71599 A JP71599 A JP 71599A JP 71599 A JP71599 A JP 71599A JP 2000200924 A JP2000200924 A JP 2000200924A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光層で発光する効率である内部量子効率を
高く維持しながら外部に取り出す光の割合である外部量
子効率を高くすることができる半導体発光素子およびそ
の製法を提供する。 【解決手段】 たとえばｎ形のＧａＡｓからなる半導体
基板１の表面に反射層１２が設けられている。そして、
ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体またはＡｌＧａＡｓ系化
合物半導体からなりｎ形層２およびｐ形層４が積層され
て発光層を形成する発光層形成部９が前記半導体基板１
の反射層１２上に接着されることにより形成されてい
る。
高く維持しながら外部に取り出す光の割合である外部量
子効率を高くすることができる半導体発光素子およびそ
の製法を提供する。 【解決手段】 たとえばｎ形のＧａＡｓからなる半導体
基板１の表面に反射層１２が設けられている。そして、
ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体またはＡｌＧａＡｓ系化
合物半導体からなりｎ形層２およびｐ形層４が積層され
て発光層を形成する発光層形成部９が前記半導体基板１
の反射層１２上に接着されることにより形成されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＩｎＧａＡｌＰ系
またはＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体材料が用いられ、
表示パネルやＬＥＤパネルなどに用いられる半導体発光
素子およびその製法に関する。さらに詳しくは、外部へ
の光の取出し効率を向上させた半導体発光素子およびそ
の製法に関する。
またはＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体材料が用いられ、
表示パネルやＬＥＤパネルなどに用いられる半導体発光
素子およびその製法に関する。さらに詳しくは、外部へ
の光の取出し効率を向上させた半導体発光素子およびそ
の製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＩｎＧａＡｌＰ系またはＡｌＧａ
Ａｓ系化合物半導体を用いた半導体発光素子は、図５に
示されるように、たとえばｎ形のＧａＡｓからなる半導
体基板２１上に、たとえばＩｎＧａＡｌＰ系の半導体材
料からなるｎ形クラッド層（キャリア閉込め層）２２、
クラッド層よりバンドギャップエネルギーが小さくなる
組成のノンドープのＩｎＧａＡｌＰ系の半導体材料から
なる活性層２３、ｐ形のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体材料
からなるｐ形クラッド層（キャリア閉込め層）２４がそ
れぞれエピタキシャル成長され、ダブルヘテロ接合構造
の発光層形成部２９が形成されている。そして、その表
面側の一部にｐ形ＧａＡｓからなるコンタクト層２６を
介してｐ側電極２７、半導体基板２１の裏面側にｎ側電
極２８がそれぞれＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などにより設けら
れ、ウェハからチップ化されている。なお、発光層形成
部２９の表面に図示しないｐ形ＡｌＧａＡｓ系の化合物
半導体からなる電流拡散層が設けられる場合がある。
Ａｓ系化合物半導体を用いた半導体発光素子は、図５に
示されるように、たとえばｎ形のＧａＡｓからなる半導
体基板２１上に、たとえばＩｎＧａＡｌＰ系の半導体材
料からなるｎ形クラッド層（キャリア閉込め層）２２、
クラッド層よりバンドギャップエネルギーが小さくなる
組成のノンドープのＩｎＧａＡｌＰ系の半導体材料から
なる活性層２３、ｐ形のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体材料
からなるｐ形クラッド層（キャリア閉込め層）２４がそ
れぞれエピタキシャル成長され、ダブルヘテロ接合構造
の発光層形成部２９が形成されている。そして、その表
面側の一部にｐ形ＧａＡｓからなるコンタクト層２６を
介してｐ側電極２７、半導体基板２１の裏面側にｎ側電
極２８がそれぞれＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などにより設けら
れ、ウェハからチップ化されている。なお、発光層形成
部２９の表面に図示しないｐ形ＡｌＧａＡｓ系の化合物
半導体からなる電流拡散層が設けられる場合がある。
【０００３】活性層で発光した光は、図５に示されるよ
うに、上面に進む光だけでなく、四方に向って進み基板
側にも進む。しかし、ＧａＡｓ基板は可視光や赤外で発
光する光を吸収するため、基板側で反射する光は非常に
少なくなり（図５で一点鎖線で示された光）、基板側に
向った光は発光面側には殆ど進まず有効に利用すること
ができない。そのため、所望の方向に取り出す光の効率
が向上しない。
うに、上面に進む光だけでなく、四方に向って進み基板
側にも進む。しかし、ＧａＡｓ基板は可視光や赤外で発
光する光を吸収するため、基板側で反射する光は非常に
少なくなり（図５で一点鎖線で示された光）、基板側に
向った光は発光面側には殆ど進まず有効に利用すること
ができない。そのため、所望の方向に取り出す光の効率
が向上しない。
【０００４】一方、このような問題を解決するため、基
板２１上に図示しない反射層を成膜して、その上に発光
層形成部２９を成長することにより反射層を基板２１と
の間に介在させて、基板２１側に進む光を基板２１内に
入る前に上面側に反射させる構造のＬＥＤチップが考え
られている。
板２１上に図示しない反射層を成膜して、その上に発光
層形成部２９を成長することにより反射層を基板２１と
の間に介在させて、基板２１側に進む光を基板２１内に
入る前に上面側に反射させる構造のＬＥＤチップが考え
られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の基板上に反射層
を形成して、その上に発光層形成部を成長することによ
り構成する半導体発光素子では、反射層を半導体層の積
層構造により形成しても、基板との格子整合を完全にと
ることができず、反射層上に成長される発光層形成部の
半導体層の結晶性が悪くなる。その結果、発光層での発
光効率そのものが低下し、せっかく基板側に進んだ光を
表面側に反射しても、トータルとしての発光効率は上昇
しないという問題がある。
を形成して、その上に発光層形成部を成長することによ
り構成する半導体発光素子では、反射層を半導体層の積
層構造により形成しても、基板との格子整合を完全にと
ることができず、反射層上に成長される発光層形成部の
半導体層の結晶性が悪くなる。その結果、発光層での発
光効率そのものが低下し、せっかく基板側に進んだ光を
表面側に反射しても、トータルとしての発光効率は上昇
しないという問題がある。
【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、発光層で発光する効率である内部量
子効率を高く維持しながら外部に取り出す光の割合であ
る外部量子効率を高くすることができる半導体発光素子
およびその製法を提供することを目的とする。
になされたもので、発光層で発光する効率である内部量
子効率を高く維持しながら外部に取り出す光の割合であ
る外部量子効率を高くすることができる半導体発光素子
およびその製法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子は、表面に反射層が設けられた半導体基板と、Ｉｎ
ＧａＡｌＰ系化合物半導体またはＡｌＧａＡｓ系化合物
半導体からなりｎ形層およびｐ形層が積層されて発光層
を形成する発光層形成部とからなり、該発光層形成部が
前記半導体基板の前記反射層上に接着されている。
素子は、表面に反射層が設けられた半導体基板と、Ｉｎ
ＧａＡｌＰ系化合物半導体またはＡｌＧａＡｓ系化合物
半導体からなりｎ形層およびｐ形層が積層されて発光層
を形成する発光層形成部とからなり、該発光層形成部が
前記半導体基板の前記反射層上に接着されている。
【０００８】ここにＩｎＧａＡｌＰ系材料とは、Ｉｎ
0.49（Ｇａ1-x Ａｌx ）0.51Ｐの形で表され、ｘの値が
０と１との間で種々の値のときの材料を意味する。な
お、Ｉｎと（Ａｌx Ｇａ1-x ）の混晶比率の０.４９お
よび０.５１はＩｎＧａＡｌＰ系材料が積層されるＧａ
Ａｓなどの半導体基板と格子整合される比率であること
を意味する。また、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体とは、
ＡｌとＧａの混晶比率が合計が１になるように種々変化
し得る化合物半導体を意味する。
0.49（Ｇａ1-x Ａｌx ）0.51Ｐの形で表され、ｘの値が
０と１との間で種々の値のときの材料を意味する。な
お、Ｉｎと（Ａｌx Ｇａ1-x ）の混晶比率の０.４９お
よび０.５１はＩｎＧａＡｌＰ系材料が積層されるＧａ
Ａｓなどの半導体基板と格子整合される比率であること
を意味する。また、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体とは、
ＡｌとＧａの混晶比率が合計が１になるように種々変化
し得る化合物半導体を意味する。
【０００９】この構造にすることにより、発光層形成部
の各半導体層は、その半導体層と格子整合のとれた半導
体基板上に成長するため、結晶性よく成長する。この結
晶性よく成長した発光層形成部が反射層が形成された基
板の反射層の面に接着されているため、発光層形成部を
成長した基板を除去することにより、基板上に反射層を
介して発光層形成部が設けられた半導体発光素子が得ら
れる。一方、反射層が設けられた基板は、金属やセラミ
ックスなどと異なり、発光層形成部と同種の半導体基板
が用いられているため、熱膨張率などの差が小さく、後
の発光素子の動作やヒートサイクルによっても結晶生が
低下することなく高特性を維持することができると共
に、チップ化が容易である。
の各半導体層は、その半導体層と格子整合のとれた半導
体基板上に成長するため、結晶性よく成長する。この結
晶性よく成長した発光層形成部が反射層が形成された基
板の反射層の面に接着されているため、発光層形成部を
成長した基板を除去することにより、基板上に反射層を
介して発光層形成部が設けられた半導体発光素子が得ら
れる。一方、反射層が設けられた基板は、金属やセラミ
ックスなどと異なり、発光層形成部と同種の半導体基板
が用いられているため、熱膨張率などの差が小さく、後
の発光素子の動作やヒートサイクルによっても結晶生が
低下することなく高特性を維持することができると共
に、チップ化が容易である。
【００１０】とくに、前記反射層が屈折率の異なる２種
類の層の積層膜からなり、該積層膜は前記発光層形成部
で発光する光の中心波長λに対してλ／（４ｎ）（ｎは
屈折率）の厚さでそれぞれ積層されることにより、同種
の半導体層などにより反射層を形成することができるた
め、接着後の動作による温度サイクルや長時間の使用に
対しても信頼性がよくなる。
類の層の積層膜からなり、該積層膜は前記発光層形成部
で発光する光の中心波長λに対してλ／（４ｎ）（ｎは
屈折率）の厚さでそれぞれ積層されることにより、同種
の半導体層などにより反射層を形成することができるた
め、接着後の動作による温度サイクルや長時間の使用に
対しても信頼性がよくなる。
【００１１】本発明の半導体発光素子の製法は、第１の
半導体基板に反射層を成膜し、第２の半導体基板上にｎ
形層とｐ形層とを有し発光層を形成する発光層形成部を
成長し、第１の半導体基板の反射層上に前記第２の半導
体基板の発光層形成部を貼り付けることを特徴とする。
なお、前記第２の半導体基板は貼着後に除去してもよい
し、貼着前に除去して発光層形成部のみを貼着するよう
にすることもできる。
半導体基板に反射層を成膜し、第２の半導体基板上にｎ
形層とｐ形層とを有し発光層を形成する発光層形成部を
成長し、第１の半導体基板の反射層上に前記第２の半導
体基板の発光層形成部を貼り付けることを特徴とする。
なお、前記第２の半導体基板は貼着後に除去してもよい
し、貼着前に除去して発光層形成部のみを貼着するよう
にすることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子およびその製法について説明をす
る。
明の半導体発光素子およびその製法について説明をす
る。
【００１３】本発明の半導体発光素子は、図１（ａ）に
その一例のＬＥＤチップの断面構造が示されるように、
たとえばｎ形のＧａＡｓからなる半導体基板１の表面に
反射層１２が設けられている。そして、ＩｎＧａＡｌＰ
系化合物半導体またはＡｌＧａＡｓ系化合物半導体から
なりｎ形層２およびｐ形層４が積層されて発光層を形成
する発光層形成部９が前記半導体基板１の反射層１２上
に接着されることにより形成されている。
その一例のＬＥＤチップの断面構造が示されるように、
たとえばｎ形のＧａＡｓからなる半導体基板１の表面に
反射層１２が設けられている。そして、ＩｎＧａＡｌＰ
系化合物半導体またはＡｌＧａＡｓ系化合物半導体から
なりｎ形層２およびｐ形層４が積層されて発光層を形成
する発光層形成部９が前記半導体基板１の反射層１２上
に接着されることにより形成されている。
【００１４】半導体基板１としては、ＧａＡｓ、Ｓｉ、
ＧａＰなどの半導体基板を使用することができる。サフ
ァイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）や石英などを使用することもでき
るが、後述する発光層形成部９を貼着した後の動作時の
ヒートサイクルなどを考慮すると、格子定数や熱膨張率
が発光層形成部９と近い半導体層が好ましい。後述する
反射層１２に導電性のものを使用することにより、半導
体基板１の導電形をその上に接着される半導体層の導電
形と一致させることにより、一方の電極を半導体基板１
の裏面に設けることができるため、半導体を用いること
が一層好ましい。
ＧａＰなどの半導体基板を使用することができる。サフ
ァイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）や石英などを使用することもでき
るが、後述する発光層形成部９を貼着した後の動作時の
ヒートサイクルなどを考慮すると、格子定数や熱膨張率
が発光層形成部９と近い半導体層が好ましい。後述する
反射層１２に導電性のものを使用することにより、半導
体基板１の導電形をその上に接着される半導体層の導電
形と一致させることにより、一方の電極を半導体基板１
の裏面に設けることができるため、半導体を用いること
が一層好ましい。
【００１５】半導体基板１上に設けられる反射層１２
は、たとえば図１（ｂ）に示されるように、屈折率の異
なる半導体層または誘電体層の第１層１２ａおよび第２
層１２ｂをλ／（４ｎ）（ｎは半導体層または誘電体層
の屈折率、λは発光波長）づつの厚さで、かつ、屈折率
の小さい層と屈折率の大きい層が交互に積層されること
により形成されている。第１層１２ａとしては、たとえ
ばＩｎ0.49（Ｇａ1-x Ａｌx ）0.51Ｐの半導体層（たと
えばｘ＝０で、屈折率ｎ＝３.６）を、第２層１２ｂと
しては、たとえばＩｎ0.49（Ｇａ1-y Ａｌy ）0.51Ｐ
（ｘ＜ｙ、たとえばｙ＝０.４で屈折率ｎ＝３.２）の半
導体層を前述のように、それぞれ発光波長λに対して、
λ／（４ｎ）の厚さになるように積層され、その発光波
長に対する反射層が形成されている。この反射層１２の
反射特性は、図２に一例が示されるように、発光させる
所望の波長、たとえば６２０ｎｍで最も反射するように
その厚さが形成されることにより、所望の波長の光を多
く取り出すことができて純度のよい色の発光素子が得ら
れる。
は、たとえば図１（ｂ）に示されるように、屈折率の異
なる半導体層または誘電体層の第１層１２ａおよび第２
層１２ｂをλ／（４ｎ）（ｎは半導体層または誘電体層
の屈折率、λは発光波長）づつの厚さで、かつ、屈折率
の小さい層と屈折率の大きい層が交互に積層されること
により形成されている。第１層１２ａとしては、たとえ
ばＩｎ0.49（Ｇａ1-x Ａｌx ）0.51Ｐの半導体層（たと
えばｘ＝０で、屈折率ｎ＝３.６）を、第２層１２ｂと
しては、たとえばＩｎ0.49（Ｇａ1-y Ａｌy ）0.51Ｐ
（ｘ＜ｙ、たとえばｙ＝０.４で屈折率ｎ＝３.２）の半
導体層を前述のように、それぞれ発光波長λに対して、
λ／（４ｎ）の厚さになるように積層され、その発光波
長に対する反射層が形成されている。この反射層１２の
反射特性は、図２に一例が示されるように、発光させる
所望の波長、たとえば６２０ｎｍで最も反射するように
その厚さが形成されることにより、所望の波長の光を多
く取り出すことができて純度のよい色の発光素子が得ら
れる。
【００１６】反射層１２を構成する積層膜は、前述のよ
うに発光層形成部９と同系統の半導体層が用いられるこ
とにより、接着後の動作などによっても、格子歪みや熱
膨張率の差に基づく不具合が発生しないため好ましい。
しかし、この例に限定されるものではなく、たとえばＧ
ａＰとＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体などの他の半導体
層の組合せ、ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 などの誘電体層の組
合せ、Ａｕ／Ｎｉなどの金属膜の組合せなどにより構成
することができる。
うに発光層形成部９と同系統の半導体層が用いられるこ
とにより、接着後の動作などによっても、格子歪みや熱
膨張率の差に基づく不具合が発生しないため好ましい。
しかし、この例に限定されるものではなく、たとえばＧ
ａＰとＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体などの他の半導体
層の組合せ、ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 などの誘電体層の組
合せ、Ａｕ／Ｎｉなどの金属膜の組合せなどにより構成
することができる。
【００１７】発光層形成部９は、ＩｎＧａＡｌＰ系化合
物半導体からなり、キャリア濃度が１×１０17〜１×１
０19ｃｍ-3程度で、厚さが０.１〜２μｍ程度のｎ形ク
ラッド層２と、ノンドープでクラッド層よりバンドギャ
ップエネルギーが小さくなる組成のＩｎＧａＡｌＰ系化
合物半導体からなり、０.１〜２μｍ程度の厚さの活性
層３と、Ｚｎがドープされてキャリア濃度が１×１０16
〜１×１０19ｃｍ-3程度、厚さが０.１〜２μｍ程度
で、ｎ形クラッド層２と同じ組成のＩｎＧａＡｌＰ系化
合物半導体からなるｐ形クラッド層４との積層構造から
なっている。
物半導体からなり、キャリア濃度が１×１０17〜１×１
０19ｃｍ-3程度で、厚さが０.１〜２μｍ程度のｎ形ク
ラッド層２と、ノンドープでクラッド層よりバンドギャ
ップエネルギーが小さくなる組成のＩｎＧａＡｌＰ系化
合物半導体からなり、０.１〜２μｍ程度の厚さの活性
層３と、Ｚｎがドープされてキャリア濃度が１×１０16
〜１×１０19ｃｍ-3程度、厚さが０.１〜２μｍ程度
で、ｎ形クラッド層２と同じ組成のＩｎＧａＡｌＰ系化
合物半導体からなるｐ形クラッド層４との積層構造から
なっている。
【００１８】また、図１（ａ）に示される例では、発光
層形成部９の上にキャリア濃度が１×１０18〜５×１０
19ｃｍ-3で、１〜１０μｍの厚さでｐ形ＡｌＧａＡｓ系
化合物半導体からなる電流拡散層５が設けられ、その表
面の一部にｐ形ＧａＡｓからなるコンタクト層６を介し
て、Ａｕ-Ｔｉ合金、またはＡｕ-Ｚｎ-Ｎｉ合金からな
どからなるｐ側電極７が、またＧａＡｓからなる半導体
基板１の裏面にＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などからなるｎ側電
極８が設けられている。
層形成部９の上にキャリア濃度が１×１０18〜５×１０
19ｃｍ-3で、１〜１０μｍの厚さでｐ形ＡｌＧａＡｓ系
化合物半導体からなる電流拡散層５が設けられ、その表
面の一部にｐ形ＧａＡｓからなるコンタクト層６を介し
て、Ａｕ-Ｔｉ合金、またはＡｕ-Ｚｎ-Ｎｉ合金からな
どからなるｐ側電極７が、またＧａＡｓからなる半導体
基板１の裏面にＡｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などからなるｎ側電
極８が設けられている。
【００１９】このようなＬＥＤチップを製造するには、
たとえば図３（ａ）に示されるように、ｐ形のＧａＡｓ
からなる第２の基板１１をＭＯＣＶＤ（有機金属化学気
相成長）装置内に入れ、反応ガスのトリメチルガリウム
（以下、ＴＭＧという）およびアルシン（以下、ＡｓＨ
3 という）、ｐ形ドーパントガスであるジメチル亜鉛
（ＤＭＺｎ）をキャリアガスの水素（Ｈ2 ）と共に導入
し、５００〜７００℃程度でエピタキシャル成長し、コ
ンタクト層６とするｐ形ＧａＡｓをキャリア濃度が１×
１０18〜５×１０19ｃｍ-3程度で、１μｍ程度成長し、
さらにトリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡという）
を導入して電流拡散層５とするＡｌＧａＡｓを１〜１０
μｍ程度成長する。ついで、ＡｓＨ3 に代えてホスフィ
ン（以下、ＰＨ3 という）を、さらにトリメチルインジ
ウム（以下、ＴＭＩｎという）を導入し、ｐ形でキャリ
ア濃度が１×１０17〜１×１０19ｃｍ-3程度のたとえば
Ｉｎ 0.49（Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.51Ｐからなるｐ形クラ
ッド層４を０.５μｍ程度、反応ガスのＴＭＡを減らし
てＴＭＧを増やし、たとえばノンドープのＩｎ0.49（Ｇ
ａ0.75Ａｌ0.25）0.51Ｐからなる活性層３を０.５μｍ
程度、ｐ形クラッド層４と同様の反応ガスで、ドーパン
トガスをＨ2 Ｓｅにしてキャリア濃度が１×１０16〜１
×１０19ｃｍ-3程度のＩｎ0.49（Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）
0.51Ｐからなるｎ形クラッド層２を０.５μｍ程度それ
ぞれ順次エピタキシャル成長する。
たとえば図３（ａ）に示されるように、ｐ形のＧａＡｓ
からなる第２の基板１１をＭＯＣＶＤ（有機金属化学気
相成長）装置内に入れ、反応ガスのトリメチルガリウム
（以下、ＴＭＧという）およびアルシン（以下、ＡｓＨ
3 という）、ｐ形ドーパントガスであるジメチル亜鉛
（ＤＭＺｎ）をキャリアガスの水素（Ｈ2 ）と共に導入
し、５００〜７００℃程度でエピタキシャル成長し、コ
ンタクト層６とするｐ形ＧａＡｓをキャリア濃度が１×
１０18〜５×１０19ｃｍ-3程度で、１μｍ程度成長し、
さらにトリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡという）
を導入して電流拡散層５とするＡｌＧａＡｓを１〜１０
μｍ程度成長する。ついで、ＡｓＨ3 に代えてホスフィ
ン（以下、ＰＨ3 という）を、さらにトリメチルインジ
ウム（以下、ＴＭＩｎという）を導入し、ｐ形でキャリ
ア濃度が１×１０17〜１×１０19ｃｍ-3程度のたとえば
Ｉｎ 0.49（Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.51Ｐからなるｐ形クラ
ッド層４を０.５μｍ程度、反応ガスのＴＭＡを減らし
てＴＭＧを増やし、たとえばノンドープのＩｎ0.49（Ｇ
ａ0.75Ａｌ0.25）0.51Ｐからなる活性層３を０.５μｍ
程度、ｐ形クラッド層４と同様の反応ガスで、ドーパン
トガスをＨ2 Ｓｅにしてキャリア濃度が１×１０16〜１
×１０19ｃｍ-3程度のＩｎ0.49（Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）
0.51Ｐからなるｎ形クラッド層２を０.５μｍ程度それ
ぞれ順次エピタキシャル成長する。
【００２０】一方、図３（ｂ）に示されるように、本来
の基板とする、たとえばｎ形ＧａＡｓからなる半導体基
板１の表面に前述の各半導体層の成長と同様にＭＯＣＶ
Ｄ法により、たとえばｎ形Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐからなる
第１層１２ａを４４ｎｍ程度と、たとえばｎ形Ｉｎ0.49
（Ｇａ0.6Ａｌ0.4）0.51Ｐからなる第２層１２ｂを４９
ｎｍ程度それぞれ１１層づつ程度成膜して、反射層１２
を形成する。
の基板とする、たとえばｎ形ＧａＡｓからなる半導体基
板１の表面に前述の各半導体層の成長と同様にＭＯＣＶ
Ｄ法により、たとえばｎ形Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐからなる
第１層１２ａを４４ｎｍ程度と、たとえばｎ形Ｉｎ0.49
（Ｇａ0.6Ａｌ0.4）0.51Ｐからなる第２層１２ｂを４９
ｎｍ程度それぞれ１１層づつ程度成膜して、反射層１２
を形成する。
【００２１】その後、図３（ｂ）の反射層１２の上に、
図３（ａ）の成長した半導体層の表面を重ね合せて、
０.１〜１０ｋｇ／ｃｍ2 程度の圧力で圧接しながら７
００℃程度に加熱して圧着する。そして、第２の基板１
１を研磨することにより除去し、露出するコンタクト層
６上に電極用の金属Ａｕ-Ｔｉ合金、またはＡｕ-Ｚｎ-
Ｎｉ合金などを成膜し、電極用金属膜およびコンタクト
層６を図１（ａ）に示されるようにパターニングをして
ｐ側電極７を形成し、ＧａＡｓ基板１の裏面の全面にＡ
ｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などを成膜してｎ側電極８を形成し、
ダイシングしてチップ化する。
図３（ａ）の成長した半導体層の表面を重ね合せて、
０.１〜１０ｋｇ／ｃｍ2 程度の圧力で圧接しながら７
００℃程度に加熱して圧着する。そして、第２の基板１
１を研磨することにより除去し、露出するコンタクト層
６上に電極用の金属Ａｕ-Ｔｉ合金、またはＡｕ-Ｚｎ-
Ｎｉ合金などを成膜し、電極用金属膜およびコンタクト
層６を図１（ａ）に示されるようにパターニングをして
ｐ側電極７を形成し、ＧａＡｓ基板１の裏面の全面にＡ
ｕ-Ｇｅ-Ｎｉ合金などを成膜してｎ側電極８を形成し、
ダイシングしてチップ化する。
【００２２】本発明によれば、反射層を成長して、その
まま発光層形成部を成長しないで、反射層を形成した本
来の基板と、発光層形成部の半導体層と格子整合のとれ
た第２の基板に成長した発光層形成部とを接着すること
により、反射層を基板と発光層形成部との間に介在させ
ているため、発光層形成部は結晶性のよい半導体層とな
る。その結果、高効率で発光させることができる。しか
も、発光層形成部と基板との間に反射層が設けられてい
るため、発光層で発光して基板側に進む光も表面側に反
射されて有効に利用することができ、基板に発光する光
を吸収する半導体を用いても外部に取り出す光の効率で
ある外部微分量子効率を大幅に向上させることができ
る。さらに、本発明では、接着する基板に半導体基板を
用いているため、発光層形成部の半導体層と格子定数や
熱膨張率などの近いものを使用することができ、接着後
の動作などによるヒートサイクルなどに対しても歪みや
クラックが入ったりすることがなく、非常に信頼性の高
い半導体発光素子が得られる。
まま発光層形成部を成長しないで、反射層を形成した本
来の基板と、発光層形成部の半導体層と格子整合のとれ
た第２の基板に成長した発光層形成部とを接着すること
により、反射層を基板と発光層形成部との間に介在させ
ているため、発光層形成部は結晶性のよい半導体層とな
る。その結果、高効率で発光させることができる。しか
も、発光層形成部と基板との間に反射層が設けられてい
るため、発光層で発光して基板側に進む光も表面側に反
射されて有効に利用することができ、基板に発光する光
を吸収する半導体を用いても外部に取り出す光の効率で
ある外部微分量子効率を大幅に向上させることができ
る。さらに、本発明では、接着する基板に半導体基板を
用いているため、発光層形成部の半導体層と格子定数や
熱膨張率などの近いものを使用することができ、接着後
の動作などによるヒートサイクルなどに対しても歪みや
クラックが入ったりすることがなく、非常に信頼性の高
い半導体発光素子が得られる。
【００２３】前述の例では、発光層形成部として、Ｉｎ
ＧａＡｌＰ系化合物半導体を用いたが、ＡｌＧａＡｓ系
化合物半導体を用いても同様である。また、反射層とし
て、半導体層を用いたが、金属膜を用いても、前述のＡ
ｕ／Ｎｉなどは半導体との馴染みがよく、同様の圧着に
より半導体層と接着することができる。また、Ａｌなど
の反射率の高い金属膜を蒸着などにより設けて、透明の
接着剤などにより貼着してもよい。半導体層または金属
層により反射層を形成する場合、半導体基板の裏面に一
方（ｎ側）の電極を設けることができる。しかし、誘電
体層などの絶縁体により反射層を設ける場合は、図４に
断面説明図が示されるように、積層した半導体層の一部
をエッチングにより除去し、ｎ形層（クラッド層または
別途設けるコンタクト層）を露出させてｎ側電極を形成
することができる。なお、図４で図１（ａ）と同じ部分
には同じ符号を付してその説明を省略する。
ＧａＡｌＰ系化合物半導体を用いたが、ＡｌＧａＡｓ系
化合物半導体を用いても同様である。また、反射層とし
て、半導体層を用いたが、金属膜を用いても、前述のＡ
ｕ／Ｎｉなどは半導体との馴染みがよく、同様の圧着に
より半導体層と接着することができる。また、Ａｌなど
の反射率の高い金属膜を蒸着などにより設けて、透明の
接着剤などにより貼着してもよい。半導体層または金属
層により反射層を形成する場合、半導体基板の裏面に一
方（ｎ側）の電極を設けることができる。しかし、誘電
体層などの絶縁体により反射層を設ける場合は、図４に
断面説明図が示されるように、積層した半導体層の一部
をエッチングにより除去し、ｎ形層（クラッド層または
別途設けるコンタクト層）を露出させてｎ側電極を形成
することができる。なお、図４で図１（ａ）と同じ部分
には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２４】なお、前述の例では、活性層３を両クラッ
ド層２、４により挟持し、活性層３と両クラッド層２、
４の材料、たとえばＡｌの混晶比を異ならせ、活性層に
キャリアや光を閉じ込めやすくして活性層４を発光層と
するダブルヘテロ接合構造であるが、活性層２を介さな
いでｐｎ接合が形成され、ｐｎ接合部に発光層を形成す
る構造のもでもよい。また、発光層形成部９の上面に電
流拡散層５およびコンタクト層６を介してｐ側電極７を
設ける構造であったが、ｐ形クラッド層を厚く形成して
おけば、電流拡散層などを設けなくてもよい。
ド層２、４により挟持し、活性層３と両クラッド層２、
４の材料、たとえばＡｌの混晶比を異ならせ、活性層に
キャリアや光を閉じ込めやすくして活性層４を発光層と
するダブルヘテロ接合構造であるが、活性層２を介さな
いでｐｎ接合が形成され、ｐｎ接合部に発光層を形成す
る構造のもでもよい。また、発光層形成部９の上面に電
流拡散層５およびコンタクト層６を介してｐ側電極７を
設ける構造であったが、ｐ形クラッド層を厚く形成して
おけば、電流拡散層などを設けなくてもよい。
【００２５】さらに、前述の例では、半導体発光素子を
構成する各半導体層として、具体的な半導体材料を用
い、その厚さやキャリア濃度が特定の例で示されている
が、これらの例には限定されない。
構成する各半導体層として、具体的な半導体材料を用
い、その厚さやキャリア濃度が特定の例で示されている
が、これらの例には限定されない。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、発光層形成部の半導体
層の結晶性を低下させることなく、発光層形成部と基板
との間に反射層が設けられているため、発光層で高効率
に発光した光を効率よく正面側に取り出すことができ
る。そのため、外部微分量子効率の高い高性能の半導体
発光素子が得られる。しかも、基板および発光層形成部
を格子定数や熱膨張率の近い半導体層により形成してい
るため、信頼性も非常に向上する。
層の結晶性を低下させることなく、発光層形成部と基板
との間に反射層が設けられているため、発光層で高効率
に発光した光を効率よく正面側に取り出すことができ
る。そのため、外部微分量子効率の高い高性能の半導体
発光素子が得られる。しかも、基板および発光層形成部
を格子定数や熱膨張率の近い半導体層により形成してい
るため、信頼性も非常に向上する。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施形態の断面構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図２】図１の反射層の波長に対する反射率の例を示す
図である。
図である。
【図３】図１の半導体発光素子の製造方法の説明図であ
る。
る。
【図４】本発明の半導体発光素子の他の実施形態の断面
説明図である。
説明図である。
【図５】従来のＬＥＤチップの断面構造による光の取出
しを説明する図である。
しを説明する図である。
１ 基板 ２ ｎ形クラッド層 ３ 活性層 ４ ｐ形クラッド層 ５ 電流拡散層 ９ 発光層形成部 １２ 反射層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 俊次 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA12 CA34 CA35 CA36 CA65 CA73 CA74 CA77
Claims (2)
- 【請求項１】 表面に反射層が設けられた半導体基板
と、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体またはＡｌＧａＡｓ
系化合物半導体からなりｎ形層およびｐ形層が積層され
て発光層を形成する発光層形成部とからなり、該発光層
形成部が前記半導体基板の前記反射層上に接着されてな
る半導体発光素子。 - 【請求項２】 第１の半導体基板に反射層を成膜し、第
２の半導体基板上にｎ形層とｐ形層とを有し発光層を形
成する発光層形成部を成長し、第１の半導体基板の反射
層上に前記第２の半導体基板の発光層形成部を貼り付け
ることを特徴とする半導体発光素子の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP71599A JP2000200924A (ja) | 1999-01-05 | 1999-01-05 | 半導体発光素子およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP71599A JP2000200924A (ja) | 1999-01-05 | 1999-01-05 | 半導体発光素子およびその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000200924A true JP2000200924A (ja) | 2000-07-18 |
Family
ID=11481469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP71599A Pending JP2000200924A (ja) | 1999-01-05 | 1999-01-05 | 半導体発光素子およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000200924A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006032952A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Shogen Koden Kofun Yugenkoshi | 透明性導電層を含む全方向性リフレクタを有する発光ダイオード |
| JP2006253370A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Oki Data Corp | 半導体装置、プリントヘッド、及びそれを用いた画像形成装置 |
| JP2007324551A (ja) * | 2006-06-05 | 2007-12-13 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子及びその製造方法 |
| US8395172B2 (en) | 2010-05-26 | 2013-03-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Light emitting device |
| CN113646907A (zh) * | 2019-03-28 | 2021-11-12 | 优志旺电机株式会社 | 红外led元件 |
-
1999
- 1999-01-05 JP JP71599A patent/JP2000200924A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006032952A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Shogen Koden Kofun Yugenkoshi | 透明性導電層を含む全方向性リフレクタを有する発光ダイオード |
| JP2006253370A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Oki Data Corp | 半導体装置、プリントヘッド、及びそれを用いた画像形成装置 |
| JP4601464B2 (ja) * | 2005-03-10 | 2010-12-22 | 株式会社沖データ | 半導体装置、プリントヘッド、及びそれを用いた画像形成装置 |
| JP2007324551A (ja) * | 2006-06-05 | 2007-12-13 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子及びその製造方法 |
| WO2007142071A1 (ja) * | 2006-06-05 | 2007-12-13 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 発光素子及びその製造方法 |
| US7960745B2 (en) | 2006-06-05 | 2011-06-14 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Light emitting device and method of fabricating the same |
| KR101321985B1 (ko) | 2006-06-05 | 2013-10-25 | 신에츠 한도타이 가부시키가이샤 | 발광소자 및 그 제조방법 |
| TWI414077B (zh) * | 2006-06-05 | 2013-11-01 | Shinetsu Handotai Kk | Light emitting element and manufacturing method thereof |
| US8395172B2 (en) | 2010-05-26 | 2013-03-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Light emitting device |
| TWI452729B (zh) * | 2010-05-26 | 2014-09-11 | Toshiba Kk | 發光裝置 |
| CN113646907A (zh) * | 2019-03-28 | 2021-11-12 | 优志旺电机株式会社 | 红外led元件 |
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