JP2004356279A

JP2004356279A - 半導体発光素子の製造方法

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Publication number: JP2004356279A
Application number: JP2003150717A
Authority: JP
Inventors: Taiichiro Konno; 泰一郎今野; Masahiro Arai; 優洋新井
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】コストアップや生産性の低下を招くことなく、内部で発光した光を十分に取り出すことができるようにし、発光出力を十分に高めることのできる半導体発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】ｎ−ＧａＡｓ基板１上には、ＭＯＶＰＥ法によって、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層３、アンドープ（Ａｌ_０．１０Ｇａ_０．９０）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層４、ｐ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層５、及びｐ−ＧａＰ電流分散層６（厚さ１４０００ｎｍ、Ｚｎドープ：３×１０^１８ｃｍ^−３）の各層が順次成膜される。ｐ−ＧａＰ電流分散層６上に上面電極７を形成する前に、フッ化水素（ＨＦ）、フッ化水素と水の混合液、又はフッ化水素と過酸化水素の混合液を用いて、ｐ−ＧａＰ電流分散層６の表面に凹凸９が形成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子（半導体発光素子用エピタキシャルウエハを含む。以下同様）の製造方法に関し、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子の高輝度化及び信頼性向上を図るための半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャルウエハを用いて製造する高輝度の赤色及び黄色発光ダイオード等の半導体発光素子の需要が大幅に伸びている。その主な需要は、交通標識（信号機）、広告ディスプレィ、各種案内表示、自動車のブレーキランプやフォグランプ等となっている。
【０００３】
図７は、従来の半導体発光素子（赤色帯ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード）の模式的構成を示す。また、図８は図７の半導体発光素子の表面状態を示す写真である。
【０００４】
図７の半導体発光素子におけるエピタキシャル層は、ＭＯＶＰＥ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＶａｐｏｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ：有機金属気相成長）法を用いて成長させている。ｎ−ＧａＡｓ基板１上には、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層３、アンドープＡｌ_０．１０Ｇａ_０．９０）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層４、ｐ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層５、及びｐ−ＧａＰ電流分散層６が、順次、ＭＯＶＰＥ法により成膜される。更に、ｐ−ＧａＰ電流分散層６の表面の中央部には上面電極７（円形電極）が設けられ、また、ｎ−ＧａＡｓ基板１には、その裏面の全域に底面電極８が設けられている。
【０００５】
ｎ−ＧａＡｓバッファ層２は、厚さ５００ｎｍ（Ｓｅドープ１×１０^１８ｃｍ^−３）とし、ｎ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層３は、厚さ５００ｎｍ（Ｓｅドープ：１×１０^１８ｃｍ^−３）とし、アンドープ（Ａｌ_０．１０Ｇａ_０．９０）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層４は厚さ６００ｎｍとしている。更に、ｐ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層５は、厚さ５００ｎｍ（Ｚｎドープ：５×１０^１７ｃｍ^−３）とし、ｐ−ＧａＰ電流分散層６は、厚さ１４０００ｎｍ（Ｚｎドープ：３×１０^１８ｃｍ^−３）としている。また、上面電極７は直径０．１３ｍｍとした。
【０００６】
このように構成された電極付きＬＥＤ用エピタキシャルウエハは、上面電極７が中心になる様にして０．３ｍｍ角に切断され、更に、ＴＯ−１８（ＴＯ：缶タイプのパッケージ）ステム上にマウント（ダイボンディング）した。更に、マウントされたＬＥＤ素子（ＬＥＤベアチップ）にワイヤボンディングを行った。このようにして作製されたＬＥＤ素子は、発光した光を十分に外部に取り出すことができず、発光出力は期待したほど高くはならなかった。また、ＬＥＤ素子の発光出力は２．５０ｍＷ（２０ｍＡ通電時）で、順方向電圧は１．９４４Ｖであった。
【０００７】
半導体発光素子で発光した光を十分に外部に取り出し、発光出力を高める手段として、幾つかの提案がなされている。例えば、ＧａＡｌＡｓ発光素子用ペレットの側面に加工歪みのない平坦な表面を形成する処理を施した後、前記側面にフッ化水素酸によるエッチングを施して前記側面に微細な凹凸（粗面）を形成した発光素子（特許文献１参照）、電流拡散層上に形成された光散乱層の表面を粗面化（光散乱層を基板に対してプラスに格子不整合すると共に成長時間を調整することにより粗面化）して光吸収による損失を防止した半導体発光素子（特許文献２参照）、第１，第２のコンタクト層を形成すると共に、前記第２のコンタクト層を多結晶半導体領域にし、その表面（光取り出し面）を粗面化することにより、光取り出し面における全反射を阻止すると共に第２のコンタクト層を多結晶半導体領域にすることで酸化を防止し、酸化による発光効率の低下を防止した半導体発光素子（特許文献３参照）、主表面がＧａＡｓＰ混晶からなるペレットを有するＬＥＤ（ＧａＡｓＰ系ＬＥＤ）にあって、Ｂｒ_２又はＩ_２を含むエッチング液で前記主表面を処理して粗面にし、光の取り出し効率を上げたＬＥＤ（特許文献４参照）などの開示がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−１５１９５９号公報
【特許文献２】
特開平８−１０２５４８号公報
【特許文献３】
特開平８−２１３６４９号公報
【特許文献４】
特開２０００−１９６１４１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の半導体発光素子によると、いずれもエピタキシャルウエハの状態において粗面形成を行うものではなく、ペレットの状態にした後で実施するものであるため、量産性に劣り、コストアップは避けられない（特許文献１，４）。特に、側面に粗面を施した場合、リーク電流が側面に流れるために、発光出力の低下を招くとともに逆方向の耐圧が低下する。更に、特許文献１，２のようにＧａＡｌＡｓによる電流拡散層の粗面化をエッチングにより行った場合、ＧａＡｌＡｓ電流拡散層のエッチング速度が速いためにＧａＡｌＡｓ電流拡散層の膜厚が薄くなるほか、動作電圧が高くなるために電極形成が難しくなる。
【００１０】
また、特許文献２の構成によると、光散乱層を基板に対してプラスに格子不整合して成長時間を調整することにより粗面化を行っているために成長速度が遅く、厚い膜を成長させることが容易でなく（膜が薄いと電流分散効果が低下する）、コストアップになる。
【００１１】
更に、特許文献３の構成によると、固相組成比を考慮した気相成長を施してＡｌＧａＡｓによる第１コンタクト層とＡｌＧａＩｎＰによる第２のコンタクト層を形成するという複雑な工程を設ける必要があるほか、ＡｌＧａＩｎＰによる活性層及びコンタクト層の成長はＭＯＶＰＥ法で行われるため、成長速度が遅く、厚い膜の形成は容易ではなく、量産性の難しさからコストアップになる。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、コストアップや生産性の低下を招くことなく、発光した光を外部に十分に取り出すことができるようにし、発光出力を十分に高めることのできる半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、基板上に発光部を形成し、前記発光部上にリン系材料から成る光取り出し面又は半導体最表面層を形成し、フッ化水素を含む水溶液を用いて前記光取り出し面又は前記半導体最表面層の表面に凹凸を形成する工程を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００１４】
この方法によれば、発光部上にリン系材料から成る光取り出し面又は半導体最表面層を形成した後、フッ化水素（ＨＦ）、ＨＦと水の混合液、又はＨＦと過酸化水素の混合液を用いて前記光取り出し面又は前記半導体最表面層の表面に凹凸を形成しているので、従来の成長により凹凸を設ける方法で生じていた量産性の低下やコストアップを招くことがなく、内部で発光した光を効率良く取り出せるようになり、発光出力を高めることができる。また、前記処理により半導体発光素子の経年変化に対する信頼性が向上する。
また、本発明は、凹凸を形成する工程の後、光取り出し面又は半導体最表面の凹凸形成面の所定領域に上面電極を形成する工程を含むことを特徴とする。即ち、電極形成工程の前に、光取り出し面又は半導体最表面に凹凸を形成することにより凹凸が形成された光取り出し面又は半導体最表面と電極との接触面積が増加する。その結果、電極−半導体層間の接触抵抗が低下するので、発光素子の動作電圧が低下する。よって、同一の動作電圧を与えた場合、発光素子の発光出力が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者は、基板とは異なる導電型のＧａＰ電流分散層の表面に凹凸を形成することにより、発光した光を効率良く外部に取り出せるようになり、発光出力を高くできることを見出した。また、前記処理により半導体発光素子の信頼性が向上することも見出した。凹凸の形成は、表面電極を形成する前に、数種の表面処理溶液（・ＨＦ（フッ化水素）、・ＨＦ＋水の混合液、・ＨＦ原液＋過酸化水素の混合液、又は、・ＨＦ原液＋過酸化水素＋水の混合液）の内のいずれかを用いて電流分散層の表面を浸食させることにより達成される。
【００１６】
以上により、高出力で高信頼性なＬＥＤの作製、又はＬＥＤ用エピタキシャルウエハの作製が可能になった。そして、エピタキシャルウエハの状態において、上面電極を形成する前にエッチングにより凹凸を形成することにより、従来のようにチップ化してから凹凸を形成する方法に比べ大量の処理が可能になり、量産性の向上及びコストダウンが可能になる。チップ化してから凹凸を形成した場合、チップ側面も凹凸化してしまうため、リーク電流が側面に流れるため、発光出力の低下と共に逆方向の耐圧の低下を招くことになる。
【００１７】
更に、発光した光の取り出し効率を高めることが可能になったので、表面処理をしない半導体発光素子と同等の発光出力が得られればよい場合には、電流分散層の膜厚を薄くできるようになる。このため、同一の発光出力を得る場合であれば、半導体発光素子や半導体発光素子用エピタキシャルウエハを安価に作製できるようになる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る製造方法により作製されたエピタキシャルウエハ状態での半導体発光素子（ここでは、ＡｌＧａＩｎＰ系の赤色ＬＥＤ用又は黄緑色ＬＥＤ用を対象としている）の１チップ分の模式的構成を示す。
【００１９】
半導体発光素子エピタキシャルウエハ１０は、ｎ−ＧａＡｓ基板１を基材とし、この基板１上には、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層３、アンドープ（Ａｌ_０．１０Ｇａ_０．９０）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層４、ｐ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層５、及びｐ−ＧａＰ電流分散層６がＭＯＶＰＥ法により順次形成されている。活性層４は多重量子井戸構造とすることができる。電流分散層６を成膜した後、上面電極（ｐ側電極）７を形成する前に、ＨＦのみと、ＨＦ＋過酸化水素の混合液とを用いてエピタキシャルウエハ１０の表面処理が行われ、ｐ−ＧａＰ電流分散層６の表面に凹凸が形成される。凹凸によって、半導体発光素子で発光した光は効率良く外部に取り出せるようになり、発光出力を高めることができる。ついで、ｐ−ＧａＰ電流分散層６上の中央部には、例えば円形の上面電極７が蒸着により形成される。更に、ｎ−ＧａＡｓ基板１の底面の全域に蒸着によって底面電極（ｎ側電極）８が形成される。
【００２０】
上面電極７が中心になる様にしてエピタキシャルウエハ１０を所定の大きさ（例えば、０．３ｍｍ角）に切断し、更に、ＴＯ−１８ステム等にマウント（ダイボンディング）し、ついでマウントされたＬＥＤベアチップにワイヤボンディングを行えば、１個のＬＥＤが完成する。
【００２１】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、図１に示した構造による赤色（発光波長６３０ｎｍ付近）発光ダイオード用エピタキシャルウエハを作製した。まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法によりｎ−ＧａＡｓバッファ層２を成膜（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅドープ１×１０^１８ｃｍ^−３）し、この上面にｎ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層３（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅドープ：１×１０^１８ｃｍ^−３）、アンドープ（Ａｌ_０．１０Ｇａ_０．９０）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層４（厚さ６００ｎｍ）、ｐ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層５（厚さ５００ｎｍ、Ｚｎドープ：５×１０^１７ｃｍ^−３）、ｐ−ＧａＰ電流分散層６（厚さ１４０００ｎｍ、Ｚｎドープ：３×１０^１８ｃｍ^−３）６の各層を順次成長させて成膜した。
【００２２】
ＭＯＶＰＥ成長は、成長温度７００℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒ（６６．７ｈＰａ）で行った。電流分散層以外の各層の成長速度は、０．３〜１．０ｎｍ／ｓ、Ｖ／ＩＩＩ比は３００〜６００で行った。また、ｐ−ＧａＰ電流分散層６は、Ｖ／ＩＩＩ比１００で行った。
【００２３】
ついで、フッ化水素酸の含有量が５０％のＨＦの原液溶液を用い、室温（２３〜２５℃）で上記エピタキシャルウエハを１５分間浸し、ｐ−ＧａＰ電流分散層６の表面に凹凸９が形成された半導体発光素子用エピタキシャルウエハを製作した。更に、以下の６種類の処理溶液を用意して表面処理を行った半導体発光素子用エピタキシャルウエハを製作した。
【００２４】
（１）ＨＦの原液溶液。
（２）ＨＦの原液溶液１に対し水を１の割合で混合した溶液。
（３）ＨＦの原液溶液１に対し水を２の割合で混合した溶液。
（４）ＨＦの原液溶液１に対し水を３の割合で混合した溶液。
（５）ＨＦの原液溶液１に対し水を４の割合で混合した溶液。
（６）ＨＦの原液溶液１に対し水を５の割合で混合した溶液。
（７）ＨＦの原液溶液１に対し水を２０の割合で混合した溶液。
この（１）〜（６）の溶液による表面処理は、室温（２３〜２５℃）の条件下で、それぞれ１５分、３０分、４５分、６０分、７５分、９０分、４５０分の処理時間を設定し、上記溶液中に半導体発光素子用エピタキシャルウエハ１０を浸した。
【００２５】
ついで、上記７種類の溶液により凹凸を形成した７枚の半導体発光素子用エピタキシャルウエハ１０のそれぞれのｐ−ＧａＰ電流分散層６の表面、即ち、チップ上面に直径０．１３ｍｍの上面電極７を蒸着により円形に形成した。また、ｎ−ＧａＡｓ基板１の底面（成長層とは反対側の面）の全面に蒸着により底面電極８を形成した。上面電極７は、金・亜鉛、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に蒸着し、底面電極は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金の順で、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの厚みに蒸着した。
【００２６】
更に、ｐ型の上面電極７及び底面電極８が設けられた電極付き半導体発光素子用エピタキシャルウエハを、上面電極７が中心になるようにして０．３ｍｍ角に切断し、これをＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）し、更にマウントされたＬＥＤベアチップにワイヤボンディングを行った。
【００２７】
図２は実施例１の半導体発光素子（ＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ）の浸食時間と発光出力の関係を示す。更に、図３は実施例１のＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの表面写真を示す（中心部の円形部分は上面電極７であり、その周辺部分は電流分散層６の部分である）。図３を参照すると、電流分散層６の表面に凹凸が形成されていることがわかる。
【００２８】
表１は、上記の様にして製作された７種類の半導体発光素子（ベアチップ）の２０ｍＡ通電時の発光出力、順方向電圧、及び信頼性（相対出力）を示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１及び図２から明らかなように、本実施例による発光出力は、従来の２．５０ｍＷに比べ、１．２０〜１．２５倍（平均１．２２倍）に高くなっている。また、順方向電圧も従来の１．９４４Ｖよりも低くなった。更に、作製した半導体発光素子（ＴＯ−１８ステムで樹脂でモールドされていない形状）の信頼性を室温２３〜２５℃、５０ｍＡ通電の試験条件により評価したところ、１０００時間通電後の発光出力（以下、相対出力という）は９６．２８〜９９．１４％（平均９８％）であり、従来の相対出力９２％よりも信頼性が向上していた。
【００３１】
以上により、ＧａＰ電流分散層６の表面をＨＦや、ＨＦと水の混合液を用いて半導体最表面層としてのＧａＰ電流分散層６の表面に凹凸９を設けることにより、半導体発光素子や半導体発光素子用エピタキシャルウエハを高発光出力、低順方向電圧、及び高信頼性に製作できた。また、従来と同等の特性であれば、ＧａＰ電流分散層６の膜厚は１１０００ｎｍ（従来の約８０％の膜厚）まで薄くできた。このため、半導体発光素子や半導体発光素子用エピタキシャルウエハの製造コストの低減も可能になった。
【００３２】
［実施例２］
実施例２として、実施例１と同じ構造（図１の構造）による赤色発光ダイオード用エピタキシャルウエハを製作した。また、成長条件、半導体発光素子製作工程や評価方法も、実施例１と同じにした。但し、ＧａＰ電流分散層６の表面処理は、ＨＦ＋過酸化水素の組み合わせとし、ＨＦと過酸化水素の混合割合の異なる処理溶液を複数種作製した。
【００３３】
図４は実施例２の半導体発光素子（ＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤ）における浸食時間と発光出力の関係を示す。また、図５は実施例２に係るＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの表面写真を示す。図５を参照すると、本実施例においても電流分散層６の表面に凹凸が形成されていることがわかる。
【００３４】
表２は、実施例２における半導体発光素子の表面処理液の配合比及び処理時間と半導体発光素子の特性（表面処理溶液と発光出力、順方向電圧、及び信頼性としての相対出力の関係）を示す。ここでは、ＨＦはフッ化水素酸の含有量が５０％で、また、過酸化水素は３０％の含有量のものを用いた。
【００３５】
【表２】

【００３６】
表２及び図４から明らかなように、発光出力は、従来の２．５０ｍＷに対して１．１０〜１．１２倍（平均１．１１倍）に高められた。また、順方向電圧も従来よりも低くなった。更に、室温２３〜２５℃、５０ｍＡ通電の試験条件下で実施例２の半導体発光素子（樹脂モールドせず）の信頼性を評価したところ、１０００時間通電後の相対出力は９６．２８〜９９．００％（平均９７．５３％）であり、信頼性は従来の９２％よりも向上した。
【００３７】
以上から、ＧａＰ電流分散層６の表面をフッ化水素と過酸化水素の混合液を用いて処理し、凹凸９を形成することにより、高発光出力、低順方向電圧、及び高信頼性を備える半導体発光素子や半導体発光素子用エピタキシャルウエハの製作が可能になる。また、従来と同等の特性でよいとした場合には、ＧａＰ電流分散層６の膜厚を従来の約９０％の１２６００ｎｍまで薄くできる。このため、半導体発光素子や半導体発光素子用エピタキシャルウエハの製造コストの低減が可能になった。
【００３８】
［実施例３］
実施例１と同一構造のエピタキシャルウエハを製作した。なお、成長条件、製作工程、及び評価方法は実施例１と同じである。但し、ＧａＰ電流分散層６の表面処理には、フッ化水素＋過酸化水素＋水による混合液を用い、ＧａＰ電流分散層６の表面に凹凸を形成した。なお、ここで用いたフッ化水素のフッ化水素酸含有量は５０％であり、また、過酸化水素は含有量が３０％のものを用いた。
【００３９】
表３は、上記の様な混合液において配合割合を変えた３種類の表面処理溶液を用いて凹凸を形成した３種類の半導体発光素子（ベアチップ）の２０ｍＡ通電時の特性（表面処理溶液の配合割合に対する発光出力、順方向電圧、及び相対出力（信頼性）の関係）を示す。
【００４０】
【表３】

【００４１】
表３から明らかなように、本実施例によれば、発光出力を従来構成の１．１０〜１．１１倍（平均１．１１倍）に高めることができた。また、順方向電圧も従来よりも低くなった。更に、室温（２３〜２５℃）、５０ｍＡ通電による試験条件で半導体発光素子（樹脂モールドせず）の信頼性（相対出力）を評価したところ、１０００時間通電後の相対出力は９６．２８〜９８．８６％（平均９７．６６％）であり、従来の相対出力９２％よりも向上している。
【００４２】
したがって、フッ化水素＋過酸化水素＋水の混合液を用いてＧａＰ電流分散層６の表面に凹凸９を形成すれば、高発光出力、低順方向電圧、及び高信頼性の半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウエハを製作できる。また、従来と同等の特性でよい場合には、ＧａＰ電流分散層６の膜厚を１２６００ｎｍ（従来の約９０％の膜厚）まで薄くできる。これにより、半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウエハの製造コストの低減もできる様になる。
【００４３】
［実施例４］
実施例４として、図１に示した構造により発光波長５７７ｎｍ付近の黄緑色発光ダイオード用エピタキシャルウエハを作製した。まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１上にＭＯＶＰＥ法により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅドープ１×１０^１８ｃｍ^−３）、ｎ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層３（厚さ５００ｎｍ、Ｓｅドープ：１×１０^１８ｃｍ^−３）、アンドープ（Ａｌ_０．４０Ｇａ_０．６０）_０．５０Ｉｎ_０．５Ｐ活性層４（厚さ６００ｎｍ）、ｐ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層５（厚さ５００ｎｍ、Ｚｎドープ：５×１０^１７ｃｍ^−３）、ｐ−ＧａＰ電流分散層６（厚さ１４０００ｎｍ、Ｚｎドープ：３×１０^１８ｃｍ^−３）を順次成長させて成膜した。
【００４４】
この場合、ＭＯＶＰＥ成長は、成長温度７００℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒ（６６．７ｈＰａ）で行った。ｐ−ＧａＰ電流分散層６以外の各層の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／ｓ、Ｖ／ＩＩＩ比は３００〜６００で行った。ｐ−ＧａＰ電流分散層６は、Ｖ／ＩＩＩ比１００で行った。
【００４５】
更に、フッ化水素酸含有量５０％のフッ化水素の原液を用いて、上記のように各層を成膜したエピタキシャルウエハを室温（２３〜２５℃）において１５分間浸し、表面に凹凸が形成された半導体発光素子用エピタキシャルウエハを製作した。また、フッ化水素の原液溶液１に対し過酸化水素（含有率３０％）を１の割合で混合した溶液でも、表面処理を行った。この場合の処理時間は、室温（２３〜２５℃）において、それぞれ１５分、３分とした。
【００４６】
ついで、上記２種類の処理溶液による半導体発光素子用エピタキシャルウエハに対し、ｐ−ＧａＰ電流分散層の表面、つまりチップ上面に直径０．１３ｍｍの円形の上面電極７を蒸着により形成した。また、ｎ−ＧａＡｓ基板１の底面全面に蒸着により底面電極８を形成した。上面電極７は、金・亜鉛、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に蒸着して形成し、底面電極８は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着して形成した。
【００４７】
更に、ｐ型の上面電極７及び底面電極８が設けられた半導体発光素子用エピタキシャルウエハを、上面電極７が中心になる様に０．３ｍｍ角に切断し、ついでＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）した。その後、マウントされたＬＥＤベアチップにワイヤボンディングを行った。このようにして製作された２種類の半導体発光素子（ベアチップ）について評価（２０ｍＡ通電時の発光出力、順方向電圧、及び信頼性（相対出力））を行ったところ、以下のような結果を得た。
【００４８】
図６は、実施例４のＡｌＧａＩｎＰ系黄緑色ＬＥＤにおける通電時間と相対出力の関係を示す。また、表４は、表面処理溶液と、発光出力、順方向電圧、及び信頼性の関係を示す。
【００４９】
【表４】

【００５０】
表面処理を行わない従来の半導体発光素子の特性は、発光出力が０．５０２ｍＷ、順方向電圧が２．０４０Ｖ、信頼性（相対出力）が８５．０１％であった。これに対し、表面処理を行った実施例４の半導体発光素子の特性は、表４に示したように、発光出力は、従来よりも１．０６〜１．１０倍の高い値になった。また、順方向電圧も従来と同程度の値が得られた。更に、この半導体発光素子（樹脂モールドせず）の信頼性を、室温（２３〜２５℃）、５０ｍＡ通電の試験条件で評価したところ、１０００時間通電後の発光出力（相対出力）は、それぞれ９０．１３％、９７．８６％であり、従来の相対出力８５．０２％よりも向上していることがわかった。
【００５１】
このように、発光ピーク波長５７７ｎｍの黄緑色半導体発光素子でも、実施例１〜３の発光ピーク波長６３０ｎｍの赤色半導体発光素子と同様に、ＧａＰ電流分散層６の表面をＨＦ原液、又はＨＦと過酸化水素との混合液を用いて半導体発光素子用エピタキシャルウエハの表面を凹凸にすることにより、高発光出力、及び高信頼性の半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウエハの製作が可能になった。
【００５２】
ここで、上記表面処理における最適処理時間について説明する。上記の表面処理溶液により表面処理を行った場合、浸食時間が短いと表面に十分な凹凸を形成できない。また、浸食時間が長すぎるとＧａＰ電流分散層６の膜厚が薄くなってしまい、電流分散が悪くなる。このため浸食時間が長すぎても、表面処理による発光出力向上度合いが小さくなる。そこで、フッ化水素のみによる場合の好ましい処理時間は１〜１８０分であり、より好ましくは２〜１２０分である。また、ＨＦと過酸化水素の混合液による場合、好ましくは０．５〜２０分であり、より好ましくは図４に見られるように１〜１５分である。更に、フッ化水素＋過酸化水素＋水の混合液による場合の好ましい処理時間は１〜１２０分であり、より好ましくは２〜１００分である。また、フッ化水素におけるフッ化水素酸の割合は０．１％以上、１００％以下が望ましく、フッ化水素＋過酸化水素の混合液におけるフッ化水素酸の割合は１．０％以上で１００％以下が望ましい。
【００５３】
そして、ＧａＰ電流分散層６の表面を凹凸にする処理は、上面電極（ｐ側電極）７を形成する前に行うことが望ましい。上面電極７の形成後に表面処理を行うと、上面電極７の周囲には凹凸が形成されないため、その分だけ発光出力が低下する。又は、上面電極７の下も凹凸がある方が、上面電極７とＧａＰ電流分散層６との接触面積が大きくなり、順方向動作電圧が低くなるからである。過酸化水素を含む処理溶液で表面処理に行った場合、表面処理の前に底面電極（ｎ側電極）８を形成することは好ましくない。その理由は、表面処理を行っている段階で基板裏面もエッチングされ、底面電極８が剥がれてしまうためである。したがって、上面電極７と底面電極８を形成する前に表面処理を行うのがよい。
【００５４】
上記各実施例においては、ＧａＰ電流分散層６の表面に凹凸を形成するものとしたが、ＧａＰ電流分散層６に限定されるものではなく、光取り出し面又は半導体最表面層に設けられていれば、上記した効果と同様の結果を得ることができる。
【００５５】
また、上記各実施例においては、上面電極７の形状を円形にしたが、円形に限定されるものではなく、他の形状、例えば、四角形、菱形、多角形等であっても、同様の効果が得られる。
【００５６】
更に、上記各実施例において、ｎ−ＧａＡｓ基板１とｎ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層３との間に光反射層を設けることができ、この光反射層を形成する主たる材料として、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、又はＧａＡｓを用いることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、発光部上にリン系材料から成る光取り出し面又は半導体最表面層を形成した後、フッ化水素を含む水溶液を用いて前記光取り出し面又は前記半導体最表面層の表面に凹凸を形成しているので、コストアップや量産性の低下を招くことなく、内部で発光した光を効率良く外部へ取り出せるようになり、発光出力を高めることができる。また、前記処理により半導体発光素子の経年変化に対する信頼性が向上する。
【００５８】
従って、高信頼性で発光出力の優れた半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウエハを得ることができる。また、光の取り出し効率を高めることができたため、従来の発光出力と同じでよければ、発光出力を低くすることなく、電流分散層の膜厚を従来の約８０〜９０％の膜厚にまで薄くできる。このため、半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウエハの製造コストの低減及び量産性が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る製造方法により作製された半導体発光素子用エピタキシャルウエハにおける１チップ分の模式的構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１の半導体発光素子における浸食時間と発光出力の関係を示す特性図である。
【図３】本発明の実施例１のＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの表面写真である。
【図４】本発明の実施例２の半導体発光素子における浸食時間と発光出力の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の実施例２のＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの表面写真である。
【図６】本発明の実施例４の半導体発光素子における通電時間と相対出力の関係を示す特性図である。
【図７】従来の半導体発光素子の模式的構成を示す断面図である。
【図８】図７の半導体発光素子の表面状態を示す写真である。
【符号の説明】
１ｎ−ＧａＡｓ基板
２ｎ−ＧａＡｓバッファ層
３ｎ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層
４アンドープ（Ａｌ_０．１０Ｇａ_０．９０）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層
５ｐ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層
６ｐ−ＧａＰ電流分散層
７上面電極（ｐ側電極）
８底面電極（ｎ側電極）
９凹凸
１０半導体発光素子用エピタキシャルウエハ

Claims

基板上に発光部を形成し、
前記発光部上にリン系材料から成る光取り出し面又は半導体最表面層を形成し、フッ化水素を含む水溶液を用いて前記光取り出し面又は前記半導体最表面層の表面に凹凸を形成する工程を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
前記凹凸を形成する工程の後、前記光取り出し面又は前記半導体最表面層の前記凹凸形成面の所定領域に上面電極を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
前記水溶液は、更に過酸化水素を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子の製造方法。
前記光取り出し面又は前記半導体最表面層は、ＧａＰ層、ＡｌＧａＰ層、又はＡｌＧａＩｎＰ層で構成されていることを特徴とする請求項１〜３記載の半導体発光素子の製造方法。
前記基板は、ＧａＡｓを用いて第１の導電型に構成され、
前記発光部は、前記基板上に形成されると共に前記基板と同一導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成されると共にアンドープもしくは第２の導電型による構成の活性層と、前記活性層上に形成されると共にＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、又はＡｌＧａＩｎＰを主な材料にした第２の導電型による第２のクラッド層とを備えて構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子の製造方法。
前記発光部を構成する各層及び前記半導体最表面層の成長はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により行われることを特徴とする請求項６の半導体発光素子の製造方法。