JP2000340836A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ４元化合物半導体ＩｎＧａＡｌＰを活性層と
する発光素子の活性層で発光した光が、ＧａＡｓ基板で
吸収されることなく効率よく外部に取り出しが可能な発
光素子の構造及び良品率のよい製造方法の提供。 【解決手段】 有機金属気相成長法で成長を行った後、
有機金属気相成長法では困難なウインドウ層の厚膜化を
液相エピタキシャル成長法で行うことにより１００μｍ
以上の厚膜化が可能となり、ＧａＡｓ基板を除去しても
ウエハーの取り扱いに十分に耐え得る強度となり、Ｇａ
Ａｓ基板の吸収がない構造の発光素子が歩留まり良く製
造できる。
する発光素子の活性層で発光した光が、ＧａＡｓ基板で
吸収されることなく効率よく外部に取り出しが可能な発
光素子の構造及び良品率のよい製造方法の提供。 【解決手段】 有機金属気相成長法で成長を行った後、
有機金属気相成長法では困難なウインドウ層の厚膜化を
液相エピタキシャル成長法で行うことにより１００μｍ
以上の厚膜化が可能となり、ＧａＡｓ基板を除去しても
ウエハーの取り扱いに十分に耐え得る強度となり、Ｇａ
Ａｓ基板の吸収がない構造の発光素子が歩留まり良く製
造できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光取出し効率を向
上させた半導体発光素子に係り、とくに４元化合物半導
体ＩｎＧａＡｌＰを活性層とする半導体発光素子及びそ
の製造方法に関する。
上させた半導体発光素子に係り、とくに４元化合物半導
体ＩｎＧａＡｌＰを活性層とする半導体発光素子及びそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板の上に化合物半導体を積層して構成
される各種の半導体発光素子の中で、４元化合物半導体
ＩｎＧａＡｌＰを活性層とする半導体発光素子は、高輝
度のオレンジ色やアンバー色の発光ダイオード及び赤色
レーザーダイオードとして製品化されている。このよう
なＩｎＧａＡｌＰを活性層とするものでは、ＧａＡｓを
基板とすることで、従来のＧａＰやＧａＡｓ等を用いる
ものに比べると、赤色から緑色の高輝度発光が既に達成
されている。
される各種の半導体発光素子の中で、４元化合物半導体
ＩｎＧａＡｌＰを活性層とする半導体発光素子は、高輝
度のオレンジ色やアンバー色の発光ダイオード及び赤色
レーザーダイオードとして製品化されている。このよう
なＩｎＧａＡｌＰを活性層とするものでは、ＧａＡｓを
基板とすることで、従来のＧａＰやＧａＡｓ等を用いる
ものに比べると、赤色から緑色の高輝度発光が既に達成
されている。
【０００３】製品化されている高輝度オレンジ色または
アンバー色発光の半導体発光素子の構造の一例を図４に
示す。この半導体発光素子は有機金属気相成長法によ
り、ｎ型ＧａＡｓ基板５１の表面に、ｎ型ＧａＡｓバッ
ファ層５２と、ｎ型のＧａＡｓとＩｎＡｌＰの２０ペア
からなる超格子のブラッグ反射層５３と、ｎ型ＩｎＧａ
ＡｌＰのクラッド層５４と、ノンドープＩｎＧａＡｌＰ
の活性層５５と、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰのクラッド層５６
と、ｐ型ＧａＡｌＡｓのウインドウ層５８とを順に積層
したダブルヘテロ構造としたものである。そして、ｎ型
ＧａＡｓ基板５１側には、ＡｕとＧｅの合金層とＡｕ層
からなるｎ側電極６１を形成し、ｐ型ＧａＡｌＡｓのウ
インドウ層５８側には、ＡｕとＺｎの合金層とＡｕ層か
らなるｐ側電極６０を蒸着する位置に対応させてｐ型Ｇ
ａＡｓ層５９を形成しオーミックを取りやすくしてい
る。
アンバー色発光の半導体発光素子の構造の一例を図４に
示す。この半導体発光素子は有機金属気相成長法によ
り、ｎ型ＧａＡｓ基板５１の表面に、ｎ型ＧａＡｓバッ
ファ層５２と、ｎ型のＧａＡｓとＩｎＡｌＰの２０ペア
からなる超格子のブラッグ反射層５３と、ｎ型ＩｎＧａ
ＡｌＰのクラッド層５４と、ノンドープＩｎＧａＡｌＰ
の活性層５５と、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰのクラッド層５６
と、ｐ型ＧａＡｌＡｓのウインドウ層５８とを順に積層
したダブルヘテロ構造としたものである。そして、ｎ型
ＧａＡｓ基板５１側には、ＡｕとＧｅの合金層とＡｕ層
からなるｎ側電極６１を形成し、ｐ型ＧａＡｌＡｓのウ
インドウ層５８側には、ＡｕとＺｎの合金層とＡｕ層か
らなるｐ側電極６０を蒸着する位置に対応させてｐ型Ｇ
ａＡｓ層５９を形成しオーミックを取りやすくしてい
る。
【０００４】ここで、ノンドープＩｎＧａＡｌＰの活性
層５５を挟むクラッド層５４，５６は活性層５５よりＡ
ｌ混晶比を高くすることにより、活性層５５に対する電
子及び正孔の閉じ込めが行なわれる。また、ウインドウ
層５８は、電極から流される電流を十分に広げて活性層
５５に注入するためにやや厚く形成することが好まし
く、クラッド層５４，５６及びウインドウ層５８は、と
もに活性層５５から発光される光に対して透明である。
また、活性層５５からｎ型ＧａＡｓ基板５１側に向かう
光は、ｎ型ＧａＡｓのバッファ層５２の手前のＧａＡｓ
とＩｎＡｌＰの超格子からなるブラッグ反射層で天面側
に反射され、ＧａＡｓ層で光が吸収されるのを防ぐこと
により、光の取り出し効率を上げている。
層５５を挟むクラッド層５４，５６は活性層５５よりＡ
ｌ混晶比を高くすることにより、活性層５５に対する電
子及び正孔の閉じ込めが行なわれる。また、ウインドウ
層５８は、電極から流される電流を十分に広げて活性層
５５に注入するためにやや厚く形成することが好まし
く、クラッド層５４，５６及びウインドウ層５８は、と
もに活性層５５から発光される光に対して透明である。
また、活性層５５からｎ型ＧａＡｓ基板５１側に向かう
光は、ｎ型ＧａＡｓのバッファ層５２の手前のＧａＡｓ
とＩｎＡｌＰの超格子からなるブラッグ反射層で天面側
に反射され、ＧａＡｓ層で光が吸収されるのを防ぐこと
により、光の取り出し効率を上げている。
【０００５】なお、このようなＩｎＧａＡｌＰの活性層
５５をＧａＡｓの基板５１の上に積層した半導体発光素
子としては、たとえば特公平６−１０３５７９号公報に
記載されたものがある。
５５をＧａＡｓの基板５１の上に積層した半導体発光素
子としては、たとえば特公平６−１０３５７９号公報に
記載されたものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このブラッ
グ反射層５３の反射効率は７０％程度で、残りの光はｎ
型ＧａＡｓバッファ層５２及びｎ型ＧａＡｓ基板５１の
ＧａＡｓ層で吸収されてしまう。これはＧａＡｓのバン
ドギャップがＩｎＧａＡｌＰの活性層５５のバンドギャ
ップより小さい関係にあることに起因するもので、ブラ
ッグ反射層５３を抜けた光の殆どがｎ型ＧａＡｓ基板５
１で吸収される。
グ反射層５３の反射効率は７０％程度で、残りの光はｎ
型ＧａＡｓバッファ層５２及びｎ型ＧａＡｓ基板５１の
ＧａＡｓ層で吸収されてしまう。これはＧａＡｓのバン
ドギャップがＩｎＧａＡｌＰの活性層５５のバンドギャ
ップより小さい関係にあることに起因するもので、ブラ
ッグ反射層５３を抜けた光の殆どがｎ型ＧａＡｓ基板５
１で吸収される。
【０００７】このようなＧａＡｓ層特にｎ型ＧａＡｓ基
板５１による光の吸収による発光効率の低下を改善する
ために、ＧａＡｓ基板の代わりにＧａＰ基板を用いるこ
とが提案されている。ところが、ＧａＰ基板の上に４元
のＩｎＧａＡｌＰの化合物半導体層を形成するのは現状
ではきわめて困難である。このため、この構成の半導体
発光素子の製造に際しては、ｎ型ＧａＡｓの基板５１の
上に化合物半導体のエピタキシャル成長を行なわせた後
にＧａＡｓ基板を除去し、ＧａＰ基板に張り替えるとい
った手法を用いている。
板５１による光の吸収による発光効率の低下を改善する
ために、ＧａＡｓ基板の代わりにＧａＰ基板を用いるこ
とが提案されている。ところが、ＧａＰ基板の上に４元
のＩｎＧａＡｌＰの化合物半導体層を形成するのは現状
ではきわめて困難である。このため、この構成の半導体
発光素子の製造に際しては、ｎ型ＧａＡｓの基板５１の
上に化合物半導体のエピタキシャル成長を行なわせた後
にＧａＡｓ基板を除去し、ＧａＰ基板に張り替えるとい
った手法を用いている。
【０００８】しかしながら、このような手法は、主とし
て次の二つの理由により、良品率がかなり低くなるとい
う問題がある。すなわち、基板と化合物半導体の間の接
合面は清浄な原子レベルで平たい面が必要であり、ウエ
ハー全体にこのような面を造るのはかなり困難であるこ
とが第１の理由である。そして、ＧａＡｓ基板と整合し
ていた化合物半導体の接合面に対して格子常数が異なる
ＧａＰ基板を接合させるのでは、化合物半導体側とＧａ
Ｐ基板側との間の格子不整合は避けられず、歪が生じて
転移が発生することが第２の理由である。
て次の二つの理由により、良品率がかなり低くなるとい
う問題がある。すなわち、基板と化合物半導体の間の接
合面は清浄な原子レベルで平たい面が必要であり、ウエ
ハー全体にこのような面を造るのはかなり困難であるこ
とが第１の理由である。そして、ＧａＡｓ基板と整合し
ていた化合物半導体の接合面に対して格子常数が異なる
ＧａＰ基板を接合させるのでは、化合物半導体側とＧａ
Ｐ基板側との間の格子不整合は避けられず、歪が生じて
転移が発生することが第２の理由である。
【０００９】このように、ＩｎＧａＡｌＰの活性層をも
つ半導体発光素子は赤から緑の高輝度の発光機能に産業
上の十分な有用性が見い出せるものの、ＧａＡｓ基板側
への光の吸収による発光効率の低下は避けられずこれを
回避するための有効な製造方法も確立されていない。
つ半導体発光素子は赤から緑の高輝度の発光機能に産業
上の十分な有用性が見い出せるものの、ＧａＡｓ基板側
への光の吸収による発光効率の低下は避けられずこれを
回避するための有効な製造方法も確立されていない。
【００１０】本発明において解決すべき課題は、ＩｎＧ
ａＡｌＰの活性層からの光を基板側で吸収されることな
く高輝度発光が可能な半導体発光素子及びその製造方法
を提供することにある。
ａＡｌＰの活性層からの光を基板側で吸収されることな
く高輝度発光が可能な半導体発光素子及びその製造方法
を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、４元系化合物半導体ＩｎＧａＡｌＰを活性層とする
半導体発光素子において、光取り出し面となる前記発光
素子の天面及び底面の層がともに前記活性層から発光さ
れる光を透過するＧａＡｌＡｓのエピタキシャル層から
なり、前記発光素子の天面及び底面のＧａＡｌＡｓ層の
いずれか一方の層厚がほぼ１００μｍ以上としてなるこ
とを特徴とする。
は、４元系化合物半導体ＩｎＧａＡｌＰを活性層とする
半導体発光素子において、光取り出し面となる前記発光
素子の天面及び底面の層がともに前記活性層から発光さ
れる光を透過するＧａＡｌＡｓのエピタキシャル層から
なり、前記発光素子の天面及び底面のＧａＡｌＡｓ層の
いずれか一方の層厚がほぼ１００μｍ以上としてなるこ
とを特徴とする。
【００１２】また、上記の半導体発光素子を製造するた
めの本発明の製造方法は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に前記活
性層から発光される光を透過するｎ型ＧａＡｌＡｓ層
と、前記活性層よりＡｌ混晶比の高いｎ型ＩｎＧａＡｌ
Ｐ層と、前記ＩｎＧａＡｌＰの活性層と、前記活性層よ
りＡｌ混晶比の高いｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層と、前記活性
層から発光される光を透過するｐ型ＧａＡｌＡｓ層など
を順次形成する気相エピタキシャル工程と、前記ｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓ層の上にさらに前記活性層から発光される光
を透過するｐ型ＧａＡｌＡｓ層をほぼ１００μｍ以上形
成する液層エピタキシャル工程と、前記活性層から発光
される光を吸収する前記ｎ型ＧａＡｓ基板を除去する工
程とを含むことを特徴とする。
めの本発明の製造方法は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に前記活
性層から発光される光を透過するｎ型ＧａＡｌＡｓ層
と、前記活性層よりＡｌ混晶比の高いｎ型ＩｎＧａＡｌ
Ｐ層と、前記ＩｎＧａＡｌＰの活性層と、前記活性層よ
りＡｌ混晶比の高いｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層と、前記活性
層から発光される光を透過するｐ型ＧａＡｌＡｓ層など
を順次形成する気相エピタキシャル工程と、前記ｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓ層の上にさらに前記活性層から発光される光
を透過するｐ型ＧａＡｌＡｓ層をほぼ１００μｍ以上形
成する液層エピタキシャル工程と、前記活性層から発光
される光を吸収する前記ｎ型ＧａＡｓ基板を除去する工
程とを含むことを特徴とする。
【００１３】このような構成及び製造方法であれば、良
品率の高いＧａＡｓ層及びＧａＡｓ基板の除去が可能と
なり、光の取り出し効率を上げることができる。
品率の高いＧａＡｓ層及びＧａＡｓ基板の除去が可能と
なり、光の取り出し効率を上げることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、４元系
化合物半導体ＩｎＧａＡｌＰを活性層とする半導体発光
素子において、光取り出し面となる前記発光素子の天面
及び底面の層がともに前記活性層から発光される光を透
過するＧａＡｌＡｓのエピタキシャル層からなり、前記
発光素子の天面及び底面のＧａＡｌＡｓ層のいずれか一
方の層厚がほぼ１００μｍ以上としてなる半導体発光素
子であり、ＧａＡｓ層及びＧａＡｓ基板の除去が可能と
なり、ＧａＡｓによる光の吸収がなく光の取り出し効率
を上げるという作用がある。
化合物半導体ＩｎＧａＡｌＰを活性層とする半導体発光
素子において、光取り出し面となる前記発光素子の天面
及び底面の層がともに前記活性層から発光される光を透
過するＧａＡｌＡｓのエピタキシャル層からなり、前記
発光素子の天面及び底面のＧａＡｌＡｓ層のいずれか一
方の層厚がほぼ１００μｍ以上としてなる半導体発光素
子であり、ＧａＡｓ層及びＧａＡｓ基板の除去が可能と
なり、ＧａＡｓによる光の吸収がなく光の取り出し効率
を上げるという作用がある。
【００１５】請求項２記載の発明は、前記発光素子の天
面又は底面のＧａＡｌＡｓ層の電極が形成される一部を
除いて表面が透明の絶縁膜により被覆されてなる請求項
１記載の半導体発光素子であり、Ａｌ混晶比の高いＧａ
ＡｌＡｓ層は、水分などにより酸化しやすいために、前
記ＧａＡｌＡｓ層の電極を除く表面に酸化珪素などの透
明の絶縁膜で被覆することにより、水分などによる腐食
を防ぎ発光素子の信頼性を良くすることができるという
作用がある。
面又は底面のＧａＡｌＡｓ層の電極が形成される一部を
除いて表面が透明の絶縁膜により被覆されてなる請求項
１記載の半導体発光素子であり、Ａｌ混晶比の高いＧａ
ＡｌＡｓ層は、水分などにより酸化しやすいために、前
記ＧａＡｌＡｓ層の電極を除く表面に酸化珪素などの透
明の絶縁膜で被覆することにより、水分などによる腐食
を防ぎ発光素子の信頼性を良くすることができるという
作用がある。
【００１６】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２記載の半導体発光素子の製造方法であって、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板上に前記活性層から発光される光を透過するｎ
型ＧａＡｌＡｓ層と、前記活性層よりＡｌ混晶比の高い
ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ層と、前記ＩｎＧａＡｌＰの活性層
と、前記活性層よりＡｌ混晶比の高いｐ型ＩｎＧａＡｌ
Ｐ層と、前記活性層から発光される光を透過するｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓ層などを順次形成する気相エピタキシャル工
程と、前記ｐ型ＧａＡｌＡｓ層の上にさらに前記活性層
から発光される光を透過するｐ型ＧａＡｌＡｓ層をほぼ
１００μｍ以上形成する液層エピタキシャル工程と、前
記活性層から発光される光を吸収する前記ｎ型ＧａＡｓ
基板を除去する工程とを含むものである。この製造方法
によれば、有機金属気相成長法では困難なウインドウ層
の厚膜化を液相エピタキシャル成長法で行うことにより
１００μｍ以上の厚膜化が可能となる。そのために、Ｇ
ａＡｓ基板を除去してもウエハーの取り扱いに十分に耐
え得る強度となり、ＧａＡｓ基板の吸収がない前記構成
の発光素子が歩留まり良く製造できるという作用があ
る。
２記載の半導体発光素子の製造方法であって、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板上に前記活性層から発光される光を透過するｎ
型ＧａＡｌＡｓ層と、前記活性層よりＡｌ混晶比の高い
ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ層と、前記ＩｎＧａＡｌＰの活性層
と、前記活性層よりＡｌ混晶比の高いｐ型ＩｎＧａＡｌ
Ｐ層と、前記活性層から発光される光を透過するｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓ層などを順次形成する気相エピタキシャル工
程と、前記ｐ型ＧａＡｌＡｓ層の上にさらに前記活性層
から発光される光を透過するｐ型ＧａＡｌＡｓ層をほぼ
１００μｍ以上形成する液層エピタキシャル工程と、前
記活性層から発光される光を吸収する前記ｎ型ＧａＡｓ
基板を除去する工程とを含むものである。この製造方法
によれば、有機金属気相成長法では困難なウインドウ層
の厚膜化を液相エピタキシャル成長法で行うことにより
１００μｍ以上の厚膜化が可能となる。そのために、Ｇ
ａＡｓ基板を除去してもウエハーの取り扱いに十分に耐
え得る強度となり、ＧａＡｓ基板の吸収がない前記構成
の発光素子が歩留まり良く製造できるという作用があ
る。
【００１７】請求項４に記載の発明は、請求項１または
２記載の半導体発光素子の製造方法であって、ｐ型Ｇａ
Ａｓ基板上に前記活性層から発光される光を透過するｐ
型ＧａＡｌＡｓ層と、前記活性層よりＡｌ混晶比の高い
ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層と、前記ＩｎＧａＡｌＰの活性層
と、前記活性層よりＡｌ混晶比の高いｎ型ＩｎＧａＡｌ
Ｐ層と、前記活性層から発光される光を透過するｎ型Ｇ
ａＡｌＡｓ層などを順次形成する気相エピタキシャル工
程と、前記ｎ型ＧａＡｌＡｓ層の上にさらに前記活性層
から発光される光を透過するｎ型ＧａＡｌＡｓ層をほぼ
１００μｍ以上形成する液層エピタキシャル工程と、前
記活性層から発光される光を吸収する前記ｐ型ＧａＡｓ
基板を除去する工程とを含むものであり、請求項３に記
載の発明と同じ作用がある。
２記載の半導体発光素子の製造方法であって、ｐ型Ｇａ
Ａｓ基板上に前記活性層から発光される光を透過するｐ
型ＧａＡｌＡｓ層と、前記活性層よりＡｌ混晶比の高い
ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層と、前記ＩｎＧａＡｌＰの活性層
と、前記活性層よりＡｌ混晶比の高いｎ型ＩｎＧａＡｌ
Ｐ層と、前記活性層から発光される光を透過するｎ型Ｇ
ａＡｌＡｓ層などを順次形成する気相エピタキシャル工
程と、前記ｎ型ＧａＡｌＡｓ層の上にさらに前記活性層
から発光される光を透過するｎ型ＧａＡｌＡｓ層をほぼ
１００μｍ以上形成する液層エピタキシャル工程と、前
記活性層から発光される光を吸収する前記ｐ型ＧａＡｓ
基板を除去する工程とを含むものであり、請求項３に記
載の発明と同じ作用がある。
【００１８】以下に、本発明の実施の形態を図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【００１９】図１は本発明の一実施の形態による４元化
合物半導体ＩｎＧａＡｌＰの活性層を形成した半導体発
光素子の製造方法の工程を示す概略図、図２は本発明の
製造方法によって得られた半導体発光素子の概略縦断面
図である。
合物半導体ＩｎＧａＡｌＰの活性層を形成した半導体発
光素子の製造方法の工程を示す概略図、図２は本発明の
製造方法によって得られた半導体発光素子の概略縦断面
図である。
【００２０】本発明の半導体発光素子の製造方法は図１
に示すとおりであり、以下に順に説明する。
に示すとおりであり、以下に順に説明する。
【００２１】まず、従来の有機金属気相成長法と同様の
方法により、ｎ型ＧａＡｓ基板２の上にｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層３，ｎ型ＧａＡｌＡｓ層４，ｎ型ＩｎＡｌＰ層
５，ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６，ノンドープＩｎ
ＧａＡｌＰ活性層７，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層
８，ｐ型ＩｎＡｌＰ層９，ｐ型ＧａＡｌＡｓ層１０，ｐ
型ＧａＡｓ層１１を順に積層してダブルヘテロ構造を形
成する。この積層工程では、各化合物半導体層の層厚
は、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３：約０．５μｍ，ｎ型の
ＧａＡｌＡｓ層４：約２μｍ，ｎ型ＩｎＡｌＰ層５：約
０．３μｍ，ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６：約１μ
ｍ，ノンドープＩｎＧａＡｌＰ活性層７：約０．７μ
ｍ，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層８：約３μｍ，ｐ型
ＩｎＡｌＰ層９：約０．３μｍ，ｐ型ＧａＡｌＡｓ層１
０：約６μｍ，ｐ型ＧａＡｓ層１１：約０．５μｍであ
る。そして、従来と同じく、活性層７を挟むクラッド層
６，８は活性層７よりＡｌ混晶比を高くすることにより
電子及び正孔の閉じ込めを行う。このクラッド層６，８
及びＧａＡｌＡｓ層４，１０及びＩｎＡｌＰ層５，９
は、ともに活性層７から発光される光に対して透明であ
る。ただし、本発明においては、従来例で示したような
ＧａＡｌＡｓとＩｎＧａＰとからなる超格子のブラッグ
反射層は形成していない。
方法により、ｎ型ＧａＡｓ基板２の上にｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層３，ｎ型ＧａＡｌＡｓ層４，ｎ型ＩｎＡｌＰ層
５，ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６，ノンドープＩｎ
ＧａＡｌＰ活性層７，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層
８，ｐ型ＩｎＡｌＰ層９，ｐ型ＧａＡｌＡｓ層１０，ｐ
型ＧａＡｓ層１１を順に積層してダブルヘテロ構造を形
成する。この積層工程では、各化合物半導体層の層厚
は、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３：約０．５μｍ，ｎ型の
ＧａＡｌＡｓ層４：約２μｍ，ｎ型ＩｎＡｌＰ層５：約
０．３μｍ，ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層６：約１μ
ｍ，ノンドープＩｎＧａＡｌＰ活性層７：約０．７μ
ｍ，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層８：約３μｍ，ｐ型
ＩｎＡｌＰ層９：約０．３μｍ，ｐ型ＧａＡｌＡｓ層１
０：約６μｍ，ｐ型ＧａＡｓ層１１：約０．５μｍであ
る。そして、従来と同じく、活性層７を挟むクラッド層
６，８は活性層７よりＡｌ混晶比を高くすることにより
電子及び正孔の閉じ込めを行う。このクラッド層６，８
及びＧａＡｌＡｓ層４，１０及びＩｎＡｌＰ層５，９
は、ともに活性層７から発光される光に対して透明であ
る。ただし、本発明においては、従来例で示したような
ＧａＡｌＡｓとＩｎＧａＰとからなる超格子のブラッグ
反射層は形成していない。
【００２２】次に、ダブルヘテロ構造が形成されたウエ
ハーを液層エピタキシャル成長法により、ｐ型ＧａＡｌ
Ａｓ層１０上にこの層とほぼ同じ混晶比となるように成
長させる。このエピタキシャル成長では、まず、カーボ
ンボートに各化合物半導体の積層によりダブルヘテロ構
造が形成されたウエハーをセットし、メルトとしてＧ
ａ，Ａｌ，ＧａＡｓ及びＭｇを所定量チャージする。こ
のチャージ量は、成長開始のトップ温度（約１０５０
℃）において、ｐ型ＧａＡｓ層１１がメルトバックさ
れ、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層１０上にこの層とほぼ同じ混晶
比のｐ型ＧａＡｌＡｓ層１２が形成されるような量とな
るように設定する。このチャージの後、水素雰囲気中で
温度をトップ温度まで昇温し、ウエハーをメルト中に浸
せきした後ｐ型ＧａＡｓ層１１がメルトバックされるま
でホールドし、その後毎分１℃〜０．５℃程度の速さで
約８００℃まで徐冷しｐ型ＧａＡｌＡｓ層１２を約１１
０μｍ以上の厚みまで成長させる。なお、成長したｐ型
ＧａＡｌＡｓ層１２も活性層７から発光される光に対し
て透明である。
ハーを液層エピタキシャル成長法により、ｐ型ＧａＡｌ
Ａｓ層１０上にこの層とほぼ同じ混晶比となるように成
長させる。このエピタキシャル成長では、まず、カーボ
ンボートに各化合物半導体の積層によりダブルヘテロ構
造が形成されたウエハーをセットし、メルトとしてＧ
ａ，Ａｌ，ＧａＡｓ及びＭｇを所定量チャージする。こ
のチャージ量は、成長開始のトップ温度（約１０５０
℃）において、ｐ型ＧａＡｓ層１１がメルトバックさ
れ、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層１０上にこの層とほぼ同じ混晶
比のｐ型ＧａＡｌＡｓ層１２が形成されるような量とな
るように設定する。このチャージの後、水素雰囲気中で
温度をトップ温度まで昇温し、ウエハーをメルト中に浸
せきした後ｐ型ＧａＡｓ層１１がメルトバックされるま
でホールドし、その後毎分１℃〜０．５℃程度の速さで
約８００℃まで徐冷しｐ型ＧａＡｌＡｓ層１２を約１１
０μｍ以上の厚みまで成長させる。なお、成長したｐ型
ＧａＡｌＡｓ層１２も活性層７から発光される光に対し
て透明である。
【００２３】次に、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層１２を１１０μ
ｍ以上成長させたウエハーをＨ3ＰＯ4とＨ2Ｏ2を混合し
たエッチング液及びＮＨ4ＯＨとＨ2Ｏ2を混合した液を
用いてｎ型ＧａＡｓ基板２及びＧａＡｓバッファ層３を
エッチングして除去する。これにより、図２に示す構造
のエピタキシャル層が形成される。そして、ｐ型ＧａＡ
ｌＡｓ層１２の底面にはＡｕとＺｎの合金層とＡｕ層か
らなるｐ側電極１４を形成し、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層４の
上面にはＡｕとＧｅの合金層とＡｕ層からなるｎ側電極
１３を形成することで、本発明の半導体発光素子１が得
られる。
ｍ以上成長させたウエハーをＨ3ＰＯ4とＨ2Ｏ2を混合し
たエッチング液及びＮＨ4ＯＨとＨ2Ｏ2を混合した液を
用いてｎ型ＧａＡｓ基板２及びＧａＡｓバッファ層３を
エッチングして除去する。これにより、図２に示す構造
のエピタキシャル層が形成される。そして、ｐ型ＧａＡ
ｌＡｓ層１２の底面にはＡｕとＺｎの合金層とＡｕ層か
らなるｐ側電極１４を形成し、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層４の
上面にはＡｕとＧｅの合金層とＡｕ層からなるｎ側電極
１３を形成することで、本発明の半導体発光素子１が得
られる。
【００２４】このような構成の半導体発光素子１では、
ｐ側電極１４側をリードフレームのマウント部にダイス
ボンディングし、ｎ側電極１３にワイヤーボンディング
するアセンブリーによって電源側に導通させることがで
きる。そして、マウント部へのダイスボンディングで
は、従来から知られている導電性のＡｇペーストを利用
してボンディングされる。したがって、このＡｇペース
トに含まれたＡｇ及び金属製のマウント部の表面の反射
を利用することで、マウント部側に向かう光の成分を活
性層７側に反射させて戻すことができる。
ｐ側電極１４側をリードフレームのマウント部にダイス
ボンディングし、ｎ側電極１３にワイヤーボンディング
するアセンブリーによって電源側に導通させることがで
きる。そして、マウント部へのダイスボンディングで
は、従来から知られている導電性のＡｇペーストを利用
してボンディングされる。したがって、このＡｇペース
トに含まれたＡｇ及び金属製のマウント部の表面の反射
を利用することで、マウント部側に向かう光の成分を活
性層７側に反射させて戻すことができる。
【００２５】以上の構成の半導体発光素子１において、
半導体発光素子１に通電すると発光層である活性層７が
発光し、透明または光透過性のｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラ
ッド層６，ｎ型ＩｎＡｌＰ層５を抜けてｎ型ＧａＡｌＡ
ｓ層４からその上面を主光取出し面として光を放出す
る。
半導体発光素子１に通電すると発光層である活性層７が
発光し、透明または光透過性のｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラ
ッド層６，ｎ型ＩｎＡｌＰ層５を抜けてｎ型ＧａＡｌＡ
ｓ層４からその上面を主光取出し面として光を放出す
る。
【００２６】一方、活性層７からの光は、主光取出し面
側だけでなく側方及び下方へも向かう。活性層７から下
に向かう光は、透明または光透過性のｐ型ＩｎＧａＡｌ
Ｐクラッド層８，ｐ型ＩｎＡｌＰ層９を抜けてｐ型Ｇａ
ＡｌＡｓ層１０，１２から放出される。すなわち、本発
明の半導体発光素子では、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層１２が主
光取出し面と反対側に臨む基板となっていて、従来のよ
うにＧａＡｓによる基板を含まない。したがって、活性
層７から下方に向かう光の成分のうち３０％程度以上が
ＧａＡｓの基板で吸収されていたのに対し、下に向かう
光の殆どをｐ型ＧａＡｌＡｓ層１２から放出させること
ができる。
側だけでなく側方及び下方へも向かう。活性層７から下
に向かう光は、透明または光透過性のｐ型ＩｎＧａＡｌ
Ｐクラッド層８，ｐ型ＩｎＡｌＰ層９を抜けてｐ型Ｇａ
ＡｌＡｓ層１０，１２から放出される。すなわち、本発
明の半導体発光素子では、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層１２が主
光取出し面と反対側に臨む基板となっていて、従来のよ
うにＧａＡｓによる基板を含まない。したがって、活性
層７から下方に向かう光の成分のうち３０％程度以上が
ＧａＡｓの基板で吸収されていたのに対し、下に向かう
光の殆どをｐ型ＧａＡｌＡｓ層１２から放出させること
ができる。
【００２７】このように活性層７からの光はｐ型ＧａＡ
ｌＡｓ層１２から抜けるので、マウント部へのダイスボ
ンドに使用されているＡｇペーストの中に含まれたＡｇ
及びマウント部の底面部から反射される。したがって、
活性層７から下に向かった光の殆どを主光取出し面側に
回収することができ、従来のＧａＡｓ基板のものに比べ
ると光取出し効率が格段に向上する。
ｌＡｓ層１２から抜けるので、マウント部へのダイスボ
ンドに使用されているＡｇペーストの中に含まれたＡｇ
及びマウント部の底面部から反射される。したがって、
活性層７から下に向かった光の殆どを主光取出し面側に
回収することができ、従来のＧａＡｓ基板のものに比べ
ると光取出し効率が格段に向上する。
【００２８】図３は本発明の別の実施の形態による半導
体発光素子の概略縦断面図である。なお、図２に示した
ものと同じ構成部材については共通の符号で指示し、そ
の詳細な説明は省略する。
体発光素子の概略縦断面図である。なお、図２に示した
ものと同じ構成部材については共通の符号で指示し、そ
の詳細な説明は省略する。
【００２９】図３に示す半導体発光素子１においても、
エピタキシャル層の構造及び製造方法は、図２の例と同
様である。そして、異なる点は、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層１
２のほぼ上半分から上端のｎ型ＧａＡｌＡｓ層４までの
側面を緩やかなほぼ円弧状に先細りさせるとともに、こ
の円弧状の側面部分とｎ型ＧａＡｌＡｓ層４の上面にか
けてを透明で絶縁性のＳｉＯ2膜１５で被膜しているこ
とである。
エピタキシャル層の構造及び製造方法は、図２の例と同
様である。そして、異なる点は、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層１
２のほぼ上半分から上端のｎ型ＧａＡｌＡｓ層４までの
側面を緩やかなほぼ円弧状に先細りさせるとともに、こ
の円弧状の側面部分とｎ型ＧａＡｌＡｓ層４の上面にか
けてを透明で絶縁性のＳｉＯ2膜１５で被膜しているこ
とである。
【００３０】この構成でも、ＧａＡｓの基板を含まない
ので、活性層７からの発光の取り出し効率を上げること
ができる。そして、絶縁性のＳｉＯ2膜１５がｎ側電極
１３を除くｎ型ＧａＡｌＡｓ層４の表面とｐ型ＧａＡｌ
Ａｓ層１２の側面及び活性層７を含む側面の一部を被覆
しているので、Ａｌ混晶比が高く酸化されやすい層が保
護される。したがって、酸化による機能低下等が防止さ
れ、信頼性も改善される。
ので、活性層７からの発光の取り出し効率を上げること
ができる。そして、絶縁性のＳｉＯ2膜１５がｎ側電極
１３を除くｎ型ＧａＡｌＡｓ層４の表面とｐ型ＧａＡｌ
Ａｓ層１２の側面及び活性層７を含む側面の一部を被覆
しているので、Ａｌ混晶比が高く酸化されやすい層が保
護される。したがって、酸化による機能低下等が防止さ
れ、信頼性も改善される。
【００３１】また、第３の実施の形態として、ｐ型のＧ
ａＡｓ基板を用いる場合を挙げることができるが、この
場合は第１の実施の形態のｎ型をｐ型に置き換えたもの
である。
ａＡｓ基板を用いる場合を挙げることができるが、この
場合は第１の実施の形態のｎ型をｐ型に置き換えたもの
である。
【００３２】
【発明の効果】請求項１の発明では、発光層である活性
層からの光を吸収するＧａＡｓ基板またはＧａＡｓ層を
除去し、吸収のない透明なＧａＡｌＡｓ層を厚く形成し
た構造とするので光の取り出し効率が向上し、輝度をア
ップすることができる。
層からの光を吸収するＧａＡｓ基板またはＧａＡｓ層を
除去し、吸収のない透明なＧａＡｌＡｓ層を厚く形成し
た構造とするので光の取り出し効率が向上し、輝度をア
ップすることができる。
【００３３】請求項２の発明では、輝度の向上ととも
に、Ａｌ混晶比が高く酸化されやすい層を透明の絶縁膜
で保護しているので信頼性も改善される。
に、Ａｌ混晶比が高く酸化されやすい層を透明の絶縁膜
で保護しているので信頼性も改善される。
【００３４】請求項３，４の製造方法によれば、ＧａＡ
ｌＡｓ層の形成を液層エピタキシャル成長法で行うの
で、１００μｍ以上の層厚にすることが可能となり、活
性層からの光を吸収するＧａＡｓ基板及びＧａＡｓ層を
除去してもウエハーとしての十分な強度が確保でき良品
率の良い製造方法を実現できる。
ｌＡｓ層の形成を液層エピタキシャル成長法で行うの
で、１００μｍ以上の層厚にすることが可能となり、活
性層からの光を吸収するＧａＡｓ基板及びＧａＡｓ層を
除去してもウエハーとしての十分な強度が確保でき良品
率の良い製造方法を実現できる。
【図１】本発明の製造方法をその工程順に示す概略図
【図２】本発明の一実施の形態による半導体発光素子の
要部を示す概略断面図
要部を示す概略断面図
【図３】本発明の別の実施の形態による半導体発光素子
の要部を示す概略縦断面図
の要部を示す概略縦断面図
【図４】４元化合物半導体ＩｎＧａＡｌＰを活性層とす
る発光素子の従来の構造を示す断面図
る発光素子の従来の構造を示す断面図
１ 半導体発光素子 ２ ｎ型ＧａＡｓ基板 ３ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ４ ｎ型ＧａＡｌＡｓ層 ５ ｎ型ＩｎＡｌＰ層 ６ ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 ７ ノンドープＩｎＧａＡｌＰ活性層 ８ ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 ９ ｐ型ＩｎＡｌＰ層 １０ ｐ型ＧａＡｌＡｓ層 １１ ｐ型ＧａＡｓ層 １２ ｐ型ＧａＡｌＡｓ層 １３ ｎ側電極 １４ ｐ側電極 １５ ＳｉＯ2膜（透明の絶縁膜）
Claims (4)
- 【請求項１】 ４元系化合物半導体ＩｎＧａＡｌＰを活
性層とする半導体発光素子において、光取り出し面とな
る前記発光素子の天面及び底面の層がともに前記活性層
から発光される光を透過するＧａＡｌＡｓのエピタキシ
ャル層からなり、前記発光素子の天面及び底面のＧａＡ
ｌＡｓ層のいずれか一方の層厚がほぼ１００μｍ以上で
ある半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記発光素子の天面又は底面のＧａＡｌ
Ａｓ層の電極が形成される一部を除いて表面が透明の絶
縁膜により被覆されてなる請求項１記載の半導体発光素
子。 - 【請求項３】 ｎ型ＧａＡｓ基板上に前記活性層から発
光される光を透過するｎ型ＧａＡｌＡｓ層と、前記活性
層よりＡｌ混晶比の高いｎ型ＩｎＧａＡｌＰ層と、前記
ＩｎＧａＡｌＰの活性層と、前記活性層よりＡｌ混晶比
の高いｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層と、前記活性層から発光さ
れる光を透過するｐ型ＧａＡｌＡｓ層などを順次形成す
る気相エピタキシャル工程と、 前記ｐ型ＧａＡｌＡｓ層の上にさらに前記活性層から発
光される光を透過するｐ型ＧａＡｌＡｓ層をほぼ１００
μｍ以上形成する液層エピタキシャル工程と、前記活性
層から発光される光を吸収する前記ｎ型ＧａＡｓ基板を
除去する工程とを含む半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項４】 ｐ型ＧａＡｓ基板上に前記活性層から発
光される光を透過するｐ型ＧａＡｌＡｓ層と、前記活性
層よりＡｌ混晶比の高いｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層と、前記
ＩｎＧａＡｌＰの活性層と、前記活性層よりＡｌ混晶比
の高いｎ型ＩｎＧａＡｌＰ層と、前記活性層から発光さ
れる光を透過するｎ型ＧａＡｌＡｓ層などを順次形成す
る気相エピタキシャル工程と、 前記ｎ型ＧａＡｌＡｓ層の上にさらに前記活性層から発
光される光を透過するｎ型ＧａＡｌＡｓ層をほぼ１００
μｍ以上形成する液層エピタキシャル工程と、 前記活性層から発光される光を吸収する前記ｐ型ＧａＡ
ｓ基板を除去する工程とを含む半導体発光素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14610799A JP2000340836A (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14610799A JP2000340836A (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000340836A true JP2000340836A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15400319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14610799A Pending JP2000340836A (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000340836A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011151190A (ja) * | 2010-01-21 | 2011-08-04 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光装置 |
-
1999
- 1999-05-26 JP JP14610799A patent/JP2000340836A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011151190A (ja) * | 2010-01-21 | 2011-08-04 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光装置 |
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