JP2002124699A - 発光素子およびその製造方法 - Google Patents
発光素子およびその製造方法Info
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Abstract
て、発光効率に優れた結晶の内部構造を提供する。 【解決手段】 発光ダイオードにおいて、電流拡散層
(6)の内部に2層構造の電流阻止層:電流拡散層と同
極性であってキャリア濃度は電流拡散層よりも小さい電
流阻止層(8a)および電流拡散層と逆極性である電流
阻止層(8b)、を設けることにより、電流は比抵抗が
小さい電流阻止層の無い領域(9)に流れ込み、電流の
一部は比抵抗のより高い同極性の電流阻止層領域(1
0)にも流れ込み、従って、電流狭窄領域(11)で均
一に発光強度を得ることができる。
Description
発光ダイオードにおいて、発光効率に優れた結晶の内部
構造を提供するものである。
の表示デバイスとして脚光を浴びている。特にその高輝
度化に伴い、屋外表示ディスプレイ市場が急伸、成長を
続けている。可視域のLEDはこれまで緑から赤色域で
GaP、GaAsPおよびGaAlAsが中心であった
が、AlGaInP系が実用化され緑から赤色域の高輝
度化が実現している。また、短波長の青から緑色域につ
いてGaN系LEDが挙げられるが、緑色域については
動作電圧が低いAlGaInP系LEDの需要が大き
い。
2および図3に示した。図1はN−GaAs基板(1)
上にMOCVD法にて、N−GaAsバッファ層
(2)、N−AlGaInPクラッド層(3)、AlG
aInP活性層(4)、P−AlGaInPクラッド層
(5)およびP−AlGaInP電流拡散層(6)を順
次成長させ、基板(1)側および成長側にそれぞれ電極
(7a)および(7b)を構成させたものである。図2
および図3は、P−AlGaInP電流拡散層(6)内
のP電極(7b)直下に電流阻止層(8b)を形成させ
たものである。図2および図3の構造は図1のものに比
べて、チップ光度が1.3倍から1.7倍大きくなる。特
に、図3の構造は素子上面の外側に電極が形成され内側
が発光面となるため、LEDランプの軸上光度が図2の
素子の場合と比べて大きくなる利点がある。
場合、素子上面の内側発光面内に均一な発光強度を得る
ために結晶内部の電流狭窄径を小さくする必要が生じ、
このため動作電圧が図1および図2の構造に比べ0.4
〜0.8V高くなる欠点があった。また、動作電流密度
が高くなり、寿命が短くなることも問題であった。
決するための発光ダイオードの構造および製造方法を提
供するものである。図4にその構造断面図を示した。す
なわち、N−GaAs基板(1)上にMOCVD法に
て、N−GaAsバッファ層(2)、N−AlGaIn
Pクラッド層(3)、AlGaInP活性層(4)、P
−AlGaInPクラッド層(5)およびP−AlGa
InP電流拡散層(6)を順次成長させ、基板(1)側
および成長側にそれぞれ電極(7a)および(7b)を
構成させた発光ダイオードであって、P−AlGaIn
P電流拡散層(6)内部に設ける電流阻止層について、
その電流阻止層が2層構造(8a)および(8b)であ
ることを特徴とする発光ダイオードである。
は、電流拡散層(6)と同様に発光波長に対して透明な
材料であり、互いに異極性である。また、基板側の電流
阻止層(8a)は電流拡散層(6)と同極性であって、
そのキャリア濃度は電流拡散層(6)よりも小さく、ま
た、エピタキシャル成長表面側の電流阻止層(8b)は
電流拡散層(6)と逆極性であることを特徴とする。さ
らに電流阻止層(8a)および(8b)は、光取り出し
面上の電極(7b)直下に配置され、エピタキシャル成
長表面側の電流阻止層(8b)の面積は光取り出し面上
の電極面積とほぼ同じであり、基板側の電流阻止層(8
a)の面積はその面積よりも広いことを特徴とする。こ
れにより、電流は比抵抗が小さい電流阻止層の無い領域
(9)に流れ込み、電流の一部は比抵抗の高い電流拡散
層と同極性の電流阻止層領域(10)にも流れ込み、従
って、電流狭窄領域(11)で均一に発光強度を得るこ
とができる。
基板側の電流阻止層(8a)を2種類以上のキャリア濃
度からなる多層構造、あるいは、傾斜状のキャリア濃度
プロファイルを持つ層で、エピタキシャル成長方向にキ
ャリア濃度を小さく、かつ面積を小さくした構造にする
ことで実現可能である。
は、半導体基板上にエピタキシャル成長にて発光層を含
むPN接合形成層、第1の電流拡散層、第1の電流拡散
層と同極性の第1の電流阻止層および第1の電流拡散層
と逆極性の第2の電流阻止層を順次形成させる工程があ
り、次に、第2の電流阻止層をエッチングする工程と第
1の電流阻止層をエッチングする工程があり、その所定
の電流阻止形状にエッチングされたウエハ上に再度エピ
タキシャル成長にて第1の電流拡散層と同組成の第2の
電流拡散層を形成させる工程からなる。
では均一な発光パターンを得るため、電流狭窄径を小さ
くする必要があった。しかし、本発明の構造により、電
流は比抵抗が小さい電流阻止層の無い領域に流れ込み、
電流の一部は比抵抗のより高い同極性の電流阻止層にも
流れ込み、従って、電流狭窄領域(11)で均一に発光
強度を得ることができる。
て、 ・N−GaAsバッファ層(厚み0.5μm、Siドー
プ、キャリア濃度5×1017cm-3)(2)、 ・N−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層
(1.0μm、Siドープ、5×1017cm-3)
(3)、 ・アンドープ(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P(0.5
μm、黄色発光)(4)、 ・P−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層
(0.7μm、Znドープ、5×1017cm-3)
(5)、および ・P−(Al0.05Ga0.95)0.9In0.1P電流拡散層の
一部(1.5μm、Znドープ、3×1018cm-3)
(6) を順次成長させる。引き続きP−(Al0.05Ga0.95)
0.9In0.1P電流拡散層(6)上に、電流拡散層(6)
と同材料、同極性であって、キャリア濃度は電流拡散層
(6)よりも小さい ・P−(Al0.05Ga0.95)0.9In0.1P電流阻止層
(0.3μm、Znドープ、1×1017cm-3)(8
a)、 続いてP−(Al0.05Ga0.95)0.9In0.1P電流阻止
層(8a)上に、電流拡散層(6)と同材料、逆極性の ・N−(Al0.05Ga0.95)0.9In0.1P電流阻止層
(0.3μm、Siドープ、3×1018cm-3)(8
b) を連続でエピタキシャル成長させる。その構造断面図を
図5(a)に示した。
る光取り出し面とほぼ同等サイズ、ここでは直径100
μmのエッチングパターンをN−(Al0.05Ga0.95)
0.9In0.1P電流阻止層(8b)上にレジストにて施
し、硫酸系エッチャント、例えばH2SO4:H2O2:H
2O=3:1:1、60℃、で約3分間エッチングす
る。この結果、後で形成される光取り出し面とほぼ同等
の部分、ここでは直径100μmの領域だけN−(Al
0.05Ga0.95)0.9In0.1P電流阻止層(8b)が除去
された構造となる。続いて、N−(Al0.05Ga0.95)
0.9In0.1P電流阻止層(8b)が除去された領域内に
同心円上で、かつ、N−(Al0.05Ga0. 95)0.9In
0.1P電流阻止層(8b)が除去された面積よりも小さ
い、ここでは直径50μmのエッチングパターンを施
し、先と同様にエッチングする。その結果、P−(Al
0.05Ga0.95)0.9In0.1P電流阻止層(8a)が直径
50μmのパターンでエッチングされる。ここまでのプ
ロセスが完了した構造断面図を図5(b)に示した。こ
のエッチングした部分が、電流狭窄領域となる。
エピタキシャル成長面を洗浄し、再度MOCVDにより
エピタキシャル成長を実施させる。エピタキシャル成長
は、前工程のエピタキシャル成長で形成させたP−(A
l0.05Ga0.95)0.9In0.1P電流拡散層(6)と同様
の ・P−(Al0.05Ga0.95)0.9In0.1P電流拡散層
(6μm、Znドープ、3×1018cm-3)(6) を形成させる。以上でエピタキシャル成長工程が完了す
る。この時の構造断面図を図5(c)に示した。
N電極を形成させる工程へ移る。エピタキシャル成長面
を洗浄し、電極材料AuBe、Au(7b)を連続的に
蒸着する。前のエピタキシャル工程のエッチング工程で
作製した電流狭窄領域を発光面とするP電極のパターニ
ングをレジスト等で実施する。その後、電極エッチン
グ、アロイを順次実施する。次にN−GaAs基板側を
削り、ウエハ厚みを所定の厚み、例えば200μmに加
工する。次に、N−GaAs基板側にN型電極であるA
uGe(7a)を蒸着、アロイさせる。後は、ダイシン
グ等により最終チップ形状に分割することでチップ作製
が完了する。最終チップ断面構造は、図5(d)とな
る。
一な発光パターンを得るため、電流狭窄径を小さくする
必要があった。しかし、上述した図5(d)に示す本発
明の発光ダイオードの構造により、電流は比抵抗が小さ
い電流阻止層の無い領域に流れ込み、電流の一部は比抵
抗のより高い同極性の電流阻止層にも流れ込み、従っ
て、電流狭窄領域で均一に発光強度を得ることができ
た。
ードの従来構造断面図である。
電極直下に電流阻止層を施した従来構造断面図である。
電流狭窄層を施した従来構造断面図である。
イオードで、2層構造の電流狭窄層を施した構造断面図
である。
イオードの製造方法で、各工程完了後の構造断面図であ
る。
ア濃度が電流拡散層(6)よりも小さいP−AlGaI
nP電流阻止層 (8b)…電流拡散層(6)と逆極性であるN−AlG
aInP電流阻止層 (9)…電流が流れる比抵抗が小さい電流阻止層の無い
領域 (10)…電流が流れる比抵抗のより高い電流拡散層と
同極性の電流阻止層領域 (11)…電流狭窄領域
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体基板上に形成された発光層を含む
PN接合および電流拡散層がエピタキシャル成長された
発光ダイオードであって、電流拡散層内部に2層構造の
電流阻止層が設けられていることを特徴とする発光ダイ
オード。 - 【請求項2】 2層構造の電流阻止層が、電流拡散層と
同様に発光波長に対して透明な材料であって、互いに異
極性であることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオ
ード。 - 【請求項3】 2層構造の電流阻止層のうちの基板側の
電流阻止層が電流拡散層と同極性であってキャリア濃度
は電流拡散層よりも小さく、また、エピタキシャル成長
表面側の電流阻止層が電流拡散層と逆極性であることを
特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。 - 【請求項4】 基板側の電流阻止層が、2種類以上のキ
ャリア濃度からなる多層構造、あるいは、傾斜状のキャ
リア濃度プロファイルを持つ層で、エピタキシャル成長
方向にキャリア濃度を小さく、かつ面積を小さくした構
造であることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオー
ド。 - 【請求項5】 電流阻止層が光取り出し面上の電極直下
に配置され、エピタキシャル成長表面側の電流阻止層は
光取り出し面上の電極面積と同じであり、基板側の電流
阻止層はその面積よりも広いことを特徴とする請求項1
記載の発光ダイオード。 - 【請求項6】 半導体基板上にエピタキシャル成長にて
発光層を含むPN接合形成層、第1の電流拡散層、第1
の電流拡散層と同極性の第1の電流阻止層および第1の
電流拡散層と逆極性の第2の電流阻止層を順次形成させ
る工程があり、次に、第2の電流阻止層をエッチングす
る工程および第1の電流阻止層をエッチングする工程が
あり、その所定の電流阻止形状にエッチングされたウエ
ハ上に再度エピタキシャル成長にて第1の電流拡散層と
同組成の第2の電流拡散層を形成させる工程からなる発
光ダイオードの製造方法。
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JP2016219780A (ja) * | 2015-05-21 | 2016-12-22 | ミクロ メサ テクノロジー カンパニー リミテッド | マイクロ発光ダイオード |
WO2021066116A1 (ja) * | 2019-10-02 | 2021-04-08 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | 点光源型発光ダイオード及びその製造方法 |
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- 2000-10-13 JP JP2000313487A patent/JP3662832B2/ja not_active Expired - Fee Related
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