JP2004014996A

JP2004014996A - 光半導体素子

Info

Publication number: JP2004014996A
Application number: JP2002170080A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yamane; 山根　　真; Hiromi Takasu; 高須　　広海
Original assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】サファイヤ等の高価な基板を用いなくとも、格子不整合が少なく結晶性が良くて、且つチップサイズが小さい高出力の青色ＬＥＤを得るものである。
【解決手段】裏面に電極１をもつ半導体単結晶からなる基板２と、隙間を置いて互いに整列し、前記基板上にストライプ状又はランド状に設けられた複数の整合層３と、該整合層の上に配置された絶縁層４と、前記隙間及び前記絶縁層を覆うように設けられたコンタクト層５と、該コンタクト層の上部又は上方に設けられた発光層６、クラッド層７、コンタクト層８、上部電極９を具備したものである。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、青色ＬＥＤ（４００ｎｍ）の光半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に従来の青色ＬＥＤの断面図を示す。このような実施形態の先行技術は特開平１１−２１４７４４号公報に開示されている。
【０００３】
ＧａＮは融点が高く（１７００℃）、窒素の分解蒸気圧が高いためバルク基板の生産が難しく格子定数や熱膨張係数の似たような基板が存在しないため、格子不整合が１４％と大きいサファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板が使用されている。このため貫通転位対策としてＧａＮ等のバッファー層を形成しても１０９〜１０１０ｃｍ−２の貫通転位密度であった。この転位部分には不純物が集まり易い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
その結果発光層に不純物が進入し光出力が劣化する欠点があった。ＧａＮ基板を用いた場合は、格子不整合はないが高価であり、使用できる基板は小型サイズとなって生産性に問題があった。
【０００５】
本発明は、サファイア、ＧａＮ等の高価な基板と異なり安価な基板を使用し、格子不整合の少なく、結晶性の良い、且つ高出力で、チップサイズが小さく、１ワイヤーボンドで組立可能な青色ＬＥＤを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、裏面に電極をもつ半導体単結晶からなる基板と、隙間を置いて互いに整列し、前記基板上にストライプ状又はランド状に設けられた複数の整合層と、該整合層の上に配置された絶縁層と、前記隙間及び前記絶縁層を覆うように設けられたコンタクト層と、該コンタクト層の上部又は上方に設けられた発光層、クラッド層、コンタクト層、上部電極を具備したものである。
【０００７】
また、前記整合層にＡｌ単結晶又はＡｌＡｓ単結晶、絶縁層にＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４を用いたものである。
【０００８】
そして半導体単結晶としてＧａＡｓ又はＳｉ基板を用いたものである。
【０００９】
さらに、前記絶縁層の隙間を覆うように、該隙間の上方に位置し前記発光層下部のコンタクト層内、又はコンタクト層と発光層の間に設けられたクラッド層内に設けられた下部に整合層を持つマスク層を備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の光半導体素子の断面図、図２は他の実施例を示す断面図である。
【００１１】
裏面にＮ電極（１）をもつｎ−ＧａＡｓの基板（２）にＡｌ単結晶よりなる隙間を置いて互いに整列し、前記基板上にストライプ状又はランド状に設けられた複数の整合層（３）（３）…と、その上に配置されたＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４よりなる絶縁層（４）（４）…と、前記隙間及び前記絶縁層（４）（４）…を覆うように設けられたｎ−ＧａＮよりなるコンタクト層（５）と、ＩｎＧａＮよりなる発光層（６）と、発光層の上に設けたｐ−ＧａＡｌＮのクラッド層（７）と、ｐ−ＧａＮコンタクト層（８）と、Ｐ電極（９）により構成される。
【００１２】
ストライプ状又はランド状のＡｌ単結晶よりなる整合層（３）（３）…の上に同一巾にてＳｉＯ２よりなる絶縁層（４）（４）…をｎ−ＧａＡｓの基板（２）上に形成することにより、転位がｎ−ＧａＡｓの基板（２）から上方へ伝幡するのは整合層（３）（３）…、絶縁層（４）（４）…の隙間からとなり図３にくらべ１／３となる。
【００１３】
整合層の隙間部はｎ−ＧａＮのコンタクト層（５）が整合層（３）のＡｌ単結晶を種結晶とし、ｎ−ＧａＡｓの基板（２）上面の開口部において、横方向に成長し、転位密度は１／３（開口部面積比による改善）×１／２０（開口部横方向成長による改善）×１／２０〜３３（絶縁層横方向成長による改善）≒１／１０３となる。
【００１４】
ｎ−ＧａＡｓの基板（２）とｎ−ＧａＮのコンタクト層（５）の格子不整合による結晶性を１０９ｃｍ−２とすると、１０９ｃｍ−２×１／１０３＝１０６ｃｍ−２に改善される。図１においては、ｎ−ＧａＮのコンタクト層（５）内にＳｉＯ２よりなるマスク層によってマスク層上は１０６ｃｍ−２×１／２０〜３３≒５×１０４ｃｍ−２となり、マスク開口部は１０６ｃｍ−２であるため、平均５×１０５ｃｍ−２に改善される。
【００１５】
ＧａＡｓの基板は、４元素の基板としても使用されるが、その問題点としては、上部発光層からの光を吸収するため、出力が減少する点である。４元素では、ＧａＡｓの基板上に屈折率の異なる複数層を積層してなるブラッグ反射層を形成して発光層からＧａＡｓの基板に向かう光を反射させて輝度を高めているが、４００ｎｍにおいては約５０％の反射率しかない。図１において整合層に使用しているＡｌ単結晶は４００ｎｍにおいて約９０％の反射率がある。このため発光層からＧａＡｓ基板へ向かう光を図１においては約６０％の反射を行う。
【００１６】
ＧａＡｓ基板は、図３のサファイア基板、ＧａＮ基板にくらべ安価であり、ウエハーサイズも大きく、作業性も良い。図１において、チップ形状が段差構造でないため、チップサイズを小さくできる。ｎ−ＧａＡｓの基板（２）の裏面にＮ電極（１）を持つため、図１は図３が組立時に２ワイヤーが必要なのに対し１ワイヤーでよく作業性が良い。
【００１７】
Ａｌ単結晶をＭＯＣＶＤを用いてｎ−ＧａＡｓの基板全面に成長させ、その後スパッタリング等の周知の成膜技術により上記整合層上に全表面にＳｉＯ２の絶縁層を形成する。その後、周知のエッチング技術を利用して絶縁層、整合層の一部をストライプ状又はランド状に取り除くことにより行う。マスク層もスパッタリング等の周知の成膜技術を用いて、ｎ−ＧａＮのコンタクト層にＳｉＯ２を全面形成しエッチングによりストライプ状又はランド状に形成する。ｎ−ＧａＮのコンタクト層、ＩｎＧａＮの発光層（６）、ｐ−ＧａＡｌＮのクラッド層（７）、ｐ−ＧａＮのコンタクト層（８）は、ＭＯＣＶＤを用いて順次成長させて形成できる。
【００１８】
尚、整合層を構成するＡｌ単結晶の蒸気温度は低いためこの点を考慮して、上記コンタクト層は、上記開口部が埋め込まれるまでは５００℃程度の低温で成長させることが望ましい。上記開口部が埋め込まれた後は成長温度を１０００℃程度に上昇させても既にＮ型コンタクト層は成長しているため結晶性の観点からＡｌ単結晶が蒸発しても結晶成長に影響を及ぼすことはない。整合層上部は同じ幅にて絶縁層で覆われ保護された構造となっている。
【００１９】
次に図２の他の実施例を説明する。図１の説明で記載したマスク層下部にＡｌ単結晶による整合層（１０）（１０）…を設けることにより、この整合層を種結晶として横方向成長することによりマスク層上部は１０６ｃｍ−２×１／２０（整合層による横方向成長）×１／２０〜３３（マスク層上横方向成長による改善）≒３×１０３ｃｍ−２、マスク層開口部は１０６ｃｍ−２×１／２０（整合層による横方向成長）≒５×１０４ｃｍ−２平均３×１０４ｃｍ−２の結晶性に改善され高出力化、低ＶＦ化による出力の向上とマスク層部も整合層により反射層として働き上方へ９０％反射する。整合層とも合わせ上方へ８０％以上反射するためブラッグ反射層より効率が良い。
【００２０】
尚、基板としては、ＧａＡｓ以外にＳｉ、ＧａＰも使用可能である。発光層はＩｎＧａＮの単一量子井戸構造でもよく、多量子井戸構造としてもよい。Ｐ、Ｎクラッド層を歪み超格子構造として貫通転位の表面への伝幡を抑制してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上の様に本発明は、ＧａＡｓの基板を使用することにより、サファイア基板、ＧａＮ基板にくらべウエハーサイズが大きく、汎用品が使用できるため安価となり、作業性も良い。
【００２２】
また、整合層、絶縁層を用いることにより３×１０４ｃｍ−２まで結晶性を改善でき格子不整合を少なく改善できる。
【００２３】
そして、結晶性が良く、高出力、低ＶＦ化が可能である。さらに、ＧａＡｓの基板の裏面にＮ電極をもつため、段差構造がなくチップサイズを小さくできる。
【００２４】
加えて１ワイヤーボンドで組立可能な青色ＬＥＤを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体素子の断面図である。
【図２】同じく他の実施例を示す断面図である。
【図３】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　Ｎ電極
２　基板（ＧａＡｓ）
３　整合層
４　絶縁層
５　コンタクト層
６　発光層
７　クラッド層
８　コンタクト層
９　Ｐ電極

Claims

裏面に電極をもつ半導体単結晶からなる基板と、隙間を置いて互いに整列し、前記基板上にストライプ状又はランド状に設けられた複数の整合層と、該整合層の上に配置された絶縁層と、前記隙間及び前記絶縁層を覆うように設けられたコンタクト層と、該コンタクト層の上部又は上方に設けられた発光層、クラッド層、コンタクト層、上部電極を具備したことを特徴とする光半導体素子。
前記整合層にＡｌ単結晶又はＡｌＡｓ単結晶、絶縁層にＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４を用いたことを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
半導体単結晶としてＧａＡｓ又はＳｉ基板を用いたことを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
前記絶縁層の隙間を覆うように、該隙間の上方に位置し前記発光層下部のコンタクト層内、又はコンタクト層と発光層の間に設けられたクラッド層内に設けられた下部に整合層を持つマスク層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。