JP2007043059A - Light emitting diode and light emitting diode array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、汎用性の有るLEC法で作製された半絶縁性GaAs基板を用いた発光ダイオードアレイ、特に電子写真方式のプリンタ光源に好適に使用できる発光出力の大きい発光ダイオードアレイ及び発光ダイオードに関するものである。 The present invention relates to a light-emitting diode array using a semi-insulating GaAs substrate manufactured by a versatile LEC method, and particularly to a light-emitting diode array and a light-emitting diode having a large light-emitting output that can be suitably used for an electrophotographic printer light source. It is.
電子写真方式のプリンタは、画像信号に応じた光により感光ドラム上に静電潜像を形成し、紙に転写して画像を得る。潜像を形成するための光源としてはレーザ方式と発光ダイオードアレイ方式が広く用いられている。特に発光ダイオードアレイ方式の光源は、レーザ方式のように光路長を長くとる必要がないため、小型のプリンタや大サイズの印刷に適している。 An electrophotographic printer forms an electrostatic latent image on a photosensitive drum with light according to an image signal, and transfers the image to paper to obtain an image. As a light source for forming a latent image, a laser method and a light emitting diode array method are widely used. In particular, a light emitting diode array type light source is suitable for a small printer or a large size printing because it does not require a long optical path length unlike a laser method.
近年は印刷の高速・高画質化やプリンタの更なる小型化にともない、より高精細で高出力かつ、低コストの発光ダイオードアレイが求められている。 In recent years, with higher printing speed and higher image quality and further downsizing of printers, there is a demand for light-emitting diode arrays with higher definition, higher output, and lower cost.
図2に、従来の発光ダイオードアレイの構成例を示す。この発光ダイオードアレイの発光部は、n型GaAs基板10上に、直接、p型GaAs導電層11を介して順次形成された、p型AlGaAsエッチングストッパ層12、p型AlGaAsクラッド層13、p型AlGaAs活性層14、n型AlGaAsクラッド層15及びn型GaAsキャップ層16から成り、いわゆるダブルヘテロ構造を有している。そして、n型GaAsキャップ層16のメサ頂面にはカソード電極2が、また、p型GaAs導電層11の上にはアノード電極3が設けられる。
FIG. 2 shows a configuration example of a conventional light emitting diode array. The light emitting portion of this light emitting diode array is formed on the n-type GaAs substrate 10 directly through the p-type GaAs
このように、n型GaAs基板を用いた発光ダイオードアレイとしては、例えば特開平6−302856号公報(特許文献1)に開示されたものがある。しかし、発光ダイオードアレイの低コストを実現するためには、VGF法(垂直温度勾配凝固法)により作製されたn型GaAs基板を用いるよりも、汎用性の有るLEC法(液体封止引上法)で作製された半絶縁性GaAs基板を用いる方が有利である。 As described above, a light emitting diode array using an n-type GaAs substrate is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-302856 (Patent Document 1). However, in order to realize the low cost of the light emitting diode array, the LEC method (liquid sealing pull-up method) is more versatile than using the n-type GaAs substrate manufactured by the VGF method (vertical temperature gradient solidification method). It is more advantageous to use a semi-insulating GaAs substrate manufactured in (1).
ここでVGF法は、高温気相成長によるパイロリティック窒化硼素(PBN)製ルツボの下部に種結晶を入れ、その上にGaAs多結晶を配置し、これを上部が高温で下部が低温の縦型電気炉内に入れ、種結晶より上方に向けて結晶を成長させることによって単結晶を製造するものである(例えば、特許文献2参照)。またLEC法は、PBN製ルツボにGaAs原料融液及び液体封止剤を収納し、種結晶を原料融液に接触させ、種結晶をルツボに対して相対的に回転させながらゆっくりと引き上げることによりGaAs単結晶を成長させる方法である(例えば、特許文献3参照)。 Here, the VGF method is a vertical type in which a seed crystal is placed in the lower part of a pyrolytic boron nitride (PBN) crucible formed by high-temperature vapor phase growth, and a GaAs polycrystal is arranged on the crucible. A single crystal is produced by putting it in an electric furnace and growing the crystal upward from the seed crystal (see, for example, Patent Document 2). In the LEC method, a GaAs raw material melt and a liquid sealant are housed in a PBN crucible, the seed crystal is brought into contact with the raw material melt, and the seed crystal is slowly pulled up while rotating relative to the crucible. This is a method for growing a GaAs single crystal (see, for example, Patent Document 3).
なお、半絶縁性GaAs基板ではなくシリコン基板を用いたものではあるが、当該シリコン基板の片面上に、バッファ層及びオーミックコンタクト層を介して発光部のダブルヘテロ構造を設ける構成が知られている(例えば、特許文献4参照)。このバッファ層は、GaAsP、GaP等で主構成されるもので、その成長層の途中に歪超格子層が存在するとされ、例としてGaAs結晶により主構成し、歪超格子層をInGaAsとGaAsで構成することが示されている。
しかしながら、特許文献4はシリコン基板を用いたものであり、半絶縁性GaAs基板を用いるものではない。
However,
発光ダイオードアレイに半絶縁性GaAs基板を用いることは、汎用性の有るLEC法で作製されたGaAs結晶を用いることを意味するため、発光ダイオードアレイの低コスト化を実現する上で非常に有利である。 The use of a semi-insulating GaAs substrate for a light-emitting diode array means that a GaAs crystal manufactured by a versatile LEC method is used, which is very advantageous for realizing a reduction in the cost of the light-emitting diode array. is there.
しかし、従来の図2の発光部構造の場合、仮にVGF法で作製されたn型GaAs基板に代えて、LEC法で作製された半絶縁性GaAs基板を用いたとしても、次のような課題がある。 However, in the case of the conventional light emitting unit structure of FIG. 2, even if a semi-insulating GaAs substrate manufactured by the LEC method is used instead of the n-type GaAs substrate manufactured by the VGF method, the following problems are caused. There is.
すなわち、図2の発光部は、GaAs基板上に直接、p型GaAs導電層11を設けた構成である。そして、このp型GaAs導電層11上に、順次、p型AlGaAsエッチングストッパ層12、p型AlGaAsクラッド層13、p型AlGaAs活性層14、n型AlGaAsクラッド層15及びn型GaAsキャップ層16を成長した後、素子作製プロセス(最大400℃の高温にさらされる。)を経て完成される。この素子作製プロセスを経た場合、従来の発光ダイオードアレイにおいては、p型GaAs導電層11にドープされたp型ドーパントのZnが、半絶縁性GaAs基板に拡散し、素子分離溝(第2メサエッチング溝20)で完全に分断しきれずに短絡し、所望しない発光部のLEDまで光ってしまう、という不良が発生することがあった。
That is, the light emitting section of FIG. 2 has a configuration in which the p-type GaAs
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、発光ダイオードアレイにおいてLEC法の半絶縁性GaAs基板を用いても、p型GaAs導電層からのp型ドーパントの拡散に起因する短絡不良の起こらないエピタキシャル構造を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and even if a LEC semi-insulating GaAs substrate is used in a light-emitting diode array, a short-circuit failure caused by p-type dopant diffusion from the p-type GaAs conductive layer is caused. There is no epitaxial structure to provide.
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
請求項1の発明に係る発光ダイオードアレイは、半絶縁性GaAs基板上にp型GaAs導電層を介して複数の化合物半導体層がエピタキシャル成長され、絶縁・分割されて発光ダイオードとして機能する複数の発光部を有する発光ダイオードアレイにおいて、上記半絶縁性GaAs基板と上記p型GaAs導電層の間に、Siドープn型GaAsバッファ層を挿入したことを特徴とする。
The light-emitting diode array according to
この特徴によれば、Siドープn型GaAsバッファ層が中間に存在することにより、p型GaAs導電層のp型ドーパントであるZnが半絶縁性GaAs基板に拡散し、各発光部間を短絡するという不都合を防止することが出来る。 According to this feature, the presence of the Si-doped n-type GaAs buffer layer in the middle diffuses Zn, which is the p-type dopant of the p-type GaAs conductive layer, into the semi-insulating GaAs substrate, thereby short-circuiting the light emitting portions. Can be prevented.
請求項2の発明は、請求項1に記載の発光ダイオードアレイにおいて、上記半絶縁性GaAs基板と上記p型GaAs導電層の間に、Siドープn型GaAsバッファ層の下に加えて、SiドープGaAs/AlGaAs超格子バッファ層を挿入したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the light-emitting diode array according to the first aspect, the Si-doped layer is provided between the semi-insulating GaAs substrate and the p-type GaAs conductive layer under the Si-doped n-type GaAs buffer layer. A GaAs / AlGaAs superlattice buffer layer is inserted.
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の発光ダイオードアレイにおいて、上記絶縁・分割を目的として複数の発光部を区画するメサエッチング溝の深さを、上記p型GaAs導電層を分断し上記Siドープn型GaAsバッファ層に達する深さとしたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the light-emitting diode array according to the first or second aspect, the p-type GaAs conductive layer is divided into the depths of mesa etching grooves that define a plurality of light-emitting portions for the purpose of insulation and division. The depth reaches the Si-doped n-type GaAs buffer layer.
この特徴によれば、メサエッチング溝が複数の発光部に絶縁・分割するというを目的を十分に発揮することができる。 According to this feature, the purpose that the mesa etching groove is insulated and divided into a plurality of light emitting portions can be sufficiently exhibited.
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発光ダイオードアレイにおいて、上記発光部が、半絶縁性GaAs基板上にp型GaAs導電層を介して順次形成されたp型AlGaAsエッチングストッパ層、p型AlGaAsクラッド層、p型AlGaAs活性層、n型AlGaAsクラッド層、及びn型GaAsキャップ層を含むことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the light-emitting diode array according to any one of the first to third aspects, a p-type AlGaAs in which the light-emitting portion is sequentially formed on a semi-insulating GaAs substrate via a p-type GaAs conductive layer. It includes an etching stopper layer, a p-type AlGaAs cladding layer, a p-type AlGaAs active layer, an n-type AlGaAs cladding layer, and an n-type GaAs cap layer.
請求項5の発明は、半絶縁性GaAs基板上にp型GaAs導電層を介して発光部がエピタキシャル成長され、上記発光部上にn型電極を形成し、上記半絶縁性GaAs基板のエピタキシャル成長しない裏面にp型電極を形成する発光ダイオードにおいて、上記半絶縁性GaAs基板と上記p型GaAs導電層との間に、前記半絶縁性GaAs基板にp型ドーパントが拡散するのを防止するためのGaAs層を設けたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, a light emitting portion is epitaxially grown on a semi-insulating GaAs substrate via a p-type GaAs conductive layer, an n-type electrode is formed on the light emitting portion, and the back surface of the semi-insulating GaAs substrate is not epitaxially grown. In a light emitting diode for forming a p-type electrode, a GaAs layer for preventing p-type dopant from diffusing into the semi-insulating GaAs substrate between the semi-insulating GaAs substrate and the p-type GaAs conductive layer. Is provided.
請求項6の発明は、上記半絶縁性GaAs基板と上記p型GaAs導電層との間に、Siドープn型GaAsバッファ層を挿入したことを特徴とする。
The invention of
請求項7の発明は、上記半絶縁性GaAs基板と上記p型GaAs導電層の間にSiドープn型GaAsバッファ層の下に加えて、SiドープGaAs/AlGaAs超格子バッファ層を挿入したことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, an Si-doped GaAs / AlGaAs superlattice buffer layer is inserted between the semi-insulating GaAs substrate and the p-type GaAs conductive layer in addition to the Si-doped n-type GaAs buffer layer. Features.
請求項8の発明は、上記発光部が、半絶縁性GaAs基板上にp型GaAs導電層を介して順次形成されたp型AlGaAsエッチングストッパ層、p型AlGaAsクラッド層、p型AlGaAs活性層、n型AlGaAsクラッド層、及びn型GaAsキャップ層を含むことを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, a p-type AlGaAs etching stopper layer, a p-type AlGaAs cladding layer, a p-type AlGaAs active layer, wherein the light emitting portion is sequentially formed on a semi-insulating GaAs substrate via a p-type GaAs conductive layer, An n-type AlGaAs cladding layer and an n-type GaAs cap layer are included.
本発明によれば、発光ダイオードアレイ及び発光ダイオードにおける半絶縁性GaAs基板と上記p型GaAs導電層の間にSiドープn型GaAsバッファ層を挿入したので、p型GaAs導電層のドーパントであるZnが半絶縁性GaAs基板に拡散し、短絡する不良を防止することが出来る。従って、高価なVGF法によるn型GaAs基板を使わなくても、汎用性が高く安価なLEC法によるGaAs基板を適用することが可能となる。 According to the present invention, since the Si-doped n-type GaAs buffer layer is inserted between the light-emitting diode array and the semi-insulating GaAs substrate in the light-emitting diode and the p-type GaAs conductive layer, Zn which is a dopant of the p-type GaAs conductive layer Can be prevented from diffusing into the semi-insulating GaAs substrate and short-circuiting. Therefore, it is possible to apply a GaAs substrate by the LEC method which is versatile and inexpensive without using an expensive n-type GaAs substrate by the VGF method.
これについて、結晶成長中或いはプロセス中の熱処理の際にp型GaAs導電層のドーパントであるZnは、バッファ層中に拡散するが、Siドープn型GaAsバッファ層を挿入することでSiドープn型GaAsバッファ層中のドーパントであるSiの濃度と導電層中のZnの濃度とで相殺されることにより、本発明の効果を得ることができる。 In this regard, Zn which is a dopant of the p-type GaAs conductive layer during crystal growth or heat treatment during the process diffuses into the buffer layer, but Si-doped n-type by inserting the Si-doped n-type GaAs buffer layer. The effect of the present invention can be obtained by offsetting between the concentration of Si as a dopant in the GaAs buffer layer and the concentration of Zn in the conductive layer.
以下、本発明の発光ダイオードアレイを図示の実施の形態に基づいて説明する。
[発光ダイオードアレイの構造]
説明の便宜上、先に従来の発光ダイオードアレイについて説明する。
Hereinafter, the light-emitting diode array of the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
[Structure of light-emitting diode array]
For convenience of explanation, a conventional light emitting diode array will be described first.
図7は従来の4分割マトリクスアレイにおける構造例である。 FIG. 7 shows an example of the structure of a conventional 4-divided matrix array.
発光部が一列状に並んだ配置構成である。カソード電極2から共通配線4を介して接続されるカソード用ボンディングパッド6cとアノード用ボンディングパッド6aもアレイ状に並んで配置される。図8(a)、図8(b)は、図7の代表的な部分を示す断面図である。従来の発光ダイオードアレイは、VGF法のn型GaAs基板10、その上に形成された複数の発光部1、各発光部1の上面に部分的に凸型に形成されたカソード電極2、光取り出し部(発光表面)を挟んだ位置に、p型GaAs導電層11上に形成されたアノード電極3を有する。図示の実施形態では、各発光部1はn型GaAs基板10上に均一に形成されたエピタキシャル層にメサエッチング溝を設け、個々独立のエピタキシャル層部に絶縁分離して区画したものである。
In this arrangement, the light emitting units are arranged in a line. A
本発明は基板とエピタキシャル構造の一部を変えた他は従来と変わらない。 The present invention is the same as the prior art except that the substrate and part of the epitaxial structure are changed.
図4及び図5は、本発明による4分割マトリクスアレイにおける実施形態を示したものである。従来例と異なり、基板にはLEC法による半絶縁性GaAs基板30を用い、その直上にSiドープn型GaAsバッファ層31を挿入している。これ以外は従来例と同一構成である。
4 and 5 show an embodiment of a quadrant matrix array according to the present invention. Unlike the conventional example, a
本発明による基板-エピタキシャル層と従来のそれとの比較を、図1(本発明)と図2(従来例)に一部を抽出して示す。 A comparison between the substrate-epitaxial layer according to the present invention and the conventional one is shown in FIG. 1 (the present invention) and FIG. 2 (the conventional example).
図3は本発明の応用例であり、Siドープn型GaAsバッファ層31の下に加えて、例えばSiドープAlGaAs/GaAs(50nm/50nm)の3層41〜43から成るSiドープGaAs/AlGaAs超格子バッファ層40を挿入した構成を示す。
FIG. 3 shows an application example of the present invention. In addition to the Si-doped n-type
(1)基板
従来のVGF法のn型GaAs基板10に代えて、本実施形態では、基板にLEC法の半絶縁性GaAs基板30を用いる。
(1) Substrate Instead of the conventional n-type GaAs substrate 10 of the VGF method, in this embodiment, a
(2)発光部
LEC法の半絶縁性GaAs基板30とp型GaAs導電層11の間にSiドープn型GaAsバッファ層31を挿入する。p型GaAs導電層11上に積層する化合物半導体の種類や結晶層の厚さは、所望の発光波長及び発光出力、駆動電圧により適宜選択する。化合物半導体として、GaAs/AlGaAsを用いる。発光部1はn型のクラッド層、活性層及びp型のクラッド層からなるダブルヘテロ構造を有するのが好ましく、p型GaAs導電層11上に形成したエピタキシャル層を第1メサエッチング溝19により分割してなるのが好ましい。さらに、第2メサエッチング溝20の深さは、各ブロック間のアイソレーションをとるために、p型GaAs導電層11を分断しSiドープn型GaAsバッファ層31半ばに達する深さとする。
(2) Light-Emitting Portion A Si-doped n-type
図示の実施形態の場合、本発光ダイオードアレイの発光部1は、LEC法の半絶縁性GaAs基板30の上に、Siドープn型GaAsバッファ層31、p型GaAs導電層11を介して順次形成されたp型AlGaAsエッチングストッパ層12、p型AlGaAsクラッド層13、p型AlGaAs活性層14、n型AlGaAsクラッド層15及びn型GaAsキャップ層16からなる。n型GaAsキャップ層16は、光取り出し部9の領域ではエッチングにより除去されている。
In the case of the illustrated embodiment, the light-emitting
上記発光部1のうち発光に直接関与する領域は、発光波長に対応するエネルギーバンドギャップを有するp型AlGaAs活性層14を、それよりもエネルギーバンドギャップの大きいp型AlGaAsクラッド層13及びn型AlGaAsクラッド層15で挟んだ、いわゆるダブルヘテロ構造を有する。
In the
(3)メサエッチング溝
発光部1とボンディング部8とを電気的に分離するため、p型GaAs導電層11まで達する第1メサエッチング溝19が設けられ、また発光部1の各ブロックを分断する目的でp型GaAs導電層11を除去する第2メサエッチング溝20が設けられる。
(3) Mesa etching groove A first
第1メサエッチング溝19は、発光部1の他にボンディング部8も個々独立・分割して形成するのが好ましい。ここで、個々独立のボンディング部8を形成することにより、Au配線加工の際、たとえメサ溝の斜面にAu配線を残してもボンディングパッド間で短絡することがない。また、ボンディング部8は第1メサエッチング溝19の残し部分であるので、エッチング面積を増大させることがない。これによりローディング効果を避けることができ、同じく第1メサエッチング溝19の残し部分である発光部の寸法制御が容易となる。
また、第2メサエッチング溝20によって分断される、1ブロック内の発光ダイオードの数は共通配線4の本数に等しい。
The first
Further, the number of light emitting diodes in one block divided by the second
(4)電極及び配線層
各電極はボンディング特性、下層とのオーミック接続特性が要求される。例えばアノード電極3にAuZn/Ni/AuやTi/Pt/Au等の積層電極を使用し、カソード電極2にAuGe/Ni/Au等の積層電極を使用する。
(4) Electrode and wiring layer Each electrode is required to have bonding characteristics and ohmic connection characteristics with the lower layer. For example, a laminated electrode such as AuZn / Ni / Au or Ti / Pt / Au is used for the
カソード電極2、アノード電極3と共通配線4から引き出される配線、及び共通配線4は、ボンディング特性、上層・下層との密着性が良好であることが要求されるので、複数の金属層で構成されるのが好ましい。最上層・最下層にはボンディング特性の良いTi、Mo、TiW等の金属層を有するのが好ましい。例えばTi/Au/Ti、Mo/Au/Mo、Tiw/Au/Tiwなどの積層電極を使用することができる。また、プロセスの簡略化のためにアノード電極3と共通配線4を同時に形成する場合は、Ti/Pt/Au/Tiなどの積層電極を使用しても良い。
The
各電極の金属層は抵抗加熱蒸着法、電子線加熱蒸着法、スパッタ法等で形成することができ、酸化物層は各種公知の成膜方法で形成することができる。カソード、アノード金属層には、オーミック性を付与するために熱処理(合金化)をさらに施すのが好ましい。 The metal layer of each electrode can be formed by resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition, sputtering, or the like, and the oxide layer can be formed by various known film formation methods. The cathode and anode metal layers are preferably further subjected to heat treatment (alloying) in order to impart ohmic properties.
各発光部1上のカソード電極2はカソード用引き出し配線5cによって共通配線4と接続する。さらに共通配線用引出し配線5kをもってカソード用ボンディングパッド6cに接続する。一方、各発光部1と近接する位置でブロック毎の帯状に設けたアノード電極3を、アノード用引き出し配線5aによってアノード用ボンディング部8aまで延在させアノード用ボンディングパッド6aを形成している。
The
各引出し配線5c、5a、5kは第2絶縁膜18上に形成され、第2絶縁膜18をエッチングすることによって設けたコンタクト穴7によって各々接続する。
[発光ダイオードアレイの製造方法]
本発明の発光ダイオードアレイの好適な製造方法を説明する。
Each lead-out
[Method for manufacturing light-emitting diode array]
A preferred method for manufacturing the light-emitting diode array of the present invention will be described.
まず有機金属気相成長法(MOVPE法)によりLEC法の半絶縁性GaAs基板30の上面に、Siドープn型GaAsバッファ層31(キャリア濃度:1×1017〜5×1018cm−3、厚さ:1μm)、p型GaAs導電層11(キャリア濃度:4×1019cm−3、厚さ:1μm)、p型AlGaAsエッチングストッパ層12(キャリア濃度:3×1019cm−3、厚さ:0.1μm)、p型AlGaAsクラッド層13(キャリア濃度:1×1018cm−3、厚さ:1μm)、p型AlGaAs活性層14(キャリア濃度:1×1018cm−3、厚さ:1μm)、n型AlGaAsクラッド層15(キャリア濃度:2×1018cm−3、厚さ:3μm)、及びn型GaAsキャップ層16(キャリア濃度:1×1018cm−3、厚さ:0.5μm)を順次成長させる。
First, an Si-doped n-type GaAs buffer layer 31 (carrier concentration: 1 × 10 17 to 5 × 10 18 cm −3 ) is formed on the upper surface of the
Siドープn型GaAsバッファ層のキャリア濃度1×1017cm−3以上という値は、Siドープn型GaAsバッファ層中にその上層であるp型GaAs導電層からp型ドーパントのZnがプロセス中に熱処理を通して拡散してきた場合に、その拡散による不都合すなわち短絡不良を防止できる範囲の値である。また、キャリア濃度の上限については、実際にドーピング可能な範囲としたものである。 The carrier concentration of the Si-doped n-type GaAs buffer layer is 1 × 10 17 cm −3 or more. In the Si-doped n-type GaAs buffer layer, the p-type dopant Zn from the upper p-type GaAs conductive layer is processed during the process. In the case of diffusion through heat treatment, the value is within a range in which inconvenience due to the diffusion, that is, short-circuit failure can be prevented. In addition, the upper limit of the carrier concentration is set within a range that can be actually doped.
形成した結晶層にウエットエッチングを選択的に施す。まず発光部1のうちカソード電極2と接触する一部分と、ボンディング部8を残してn型GaAsキャップ層16を除去する。そしてp型AlGaAsエッチングストッパ層が露出する深さに第1メサエッチング溝19を設けて、p型GaAs導電層11上のエピタキシャル層を複数の発光部1に分割するとともに、発光部1と個々独立したボンディング部8とを形成する。さらに第2のメサエッチング溝20によりp型GaAs導電層11の領域を除し、各ブロックを電気的に分離する。このときのSiドープn型GaAsバッファ層31も僅かにエッチングされるように第2メサエッチング溝20の深さを設定すれば、エッチング誤差があってもp型GaAs導電層11が残留することはない。
The formed crystal layer is selectively wet etched. First, the n-type
ついで、発光ダイオードアレイの上面全体を覆うように化学気相成長法(CVD法)により第1絶縁膜17を成長させた後、AuGe/Ni/Auからなるカソード電極2及びAuZn/Ni/Auからなるアノード電極3、Ti/Au/Tiからなる共通配線4をそれぞれ蒸着とリフトオフ法を繰り返し形成する。
Next, after the first insulating
そして、第2絶縁膜18を成長させた後、Ti/Au/Tiからなる引き出し配線5a等をスパッタリングとイオンミリング法で形成する。
Then, after the second insulating
更にCVD法により第2絶縁膜18を成長させた後、カソード電極2、アノード電極3と4本の共通配線4にコンタクト穴7をエッチングにより設け、スパッタリングとイオンミリングにより、各々のボンディング部8まで延在するTi/Au/Tiからなる配線層を形成する。
Further, after the second insulating
光取り出し部9、及びスクライブエリア22上の第1絶縁膜17と第2絶縁膜18は、CHF3/O2など公知の混合ガスを用いたドライエッチングで除去する。さらに水分等の浸入を防ぐ目的で第3絶縁膜23と第4絶縁膜24を蒸着する。特に第4絶縁膜24はファイナルパッシベーションであるため窒化膜などの緻密な膜が好ましい。このとき、第3絶縁膜23と第4絶縁膜24との屈折率が異なる場合、発光波長によって反射膜とならないように膜厚を設定する必要がある。総膜厚としては1μm以下に設定するのが好ましい。
The first insulating
最後にボンディングの際、不要なボンディングパッド上の第3絶縁膜23、第4絶縁膜24をエッチングによって開孔する。
Finally, at the time of bonding, the third insulating
ここで、他の実施例として、図1に示した発光ダイオードアレイの発光部分のエピタキシャル構造を図3に示したエピタキシャル構造に換えて実施した。つまり、有機金属気相成長法(MOVPE法)によりLEC法により作製された半絶縁性GaAs基板30の上面にSiドープGaAs(キャリア濃度:1×1017〜5×1018cm−3、厚さ:50nm)/AlGaAs(キャリア濃度:1×1017〜3×1018cm−3、厚さ:50nm)の3層41〜43からなるSiドープGaAs/AlGaAs超格子バッファ層40を挿入し、その上面に図1と同じようにSiドープn型GaAsバッファ層31(キャリア濃度:1×1017〜5×1018cm−3、厚さ:1μm)、p型GaAs導電層11(キャリア濃度:4×1019cm−3、厚さ:1μm)、p型AlGaAsエッチングストッパ層12(キャリア濃度:3×1019cm−3、厚さ:0.1μm)、p型AlGaAsクラッド層13(キャリア濃度:1×1018cm−3、厚さ:1μm)、p型AlGaAs活性層14(キャリア濃度:1×1018cm−3、厚さ:1μm)、n型AlGaAsクラッド層15(キャリア濃度:2×1018cm−3、厚さ:3μm)、及びn型GaAsキャップ層16(キャリア濃度:1×1018cm−3、厚さ:0.5μm)を順次成長させてエピタキシャル構造とした。このようなエピタキシャル構造においても、図1の実施例と同様の効果を得ることができた。この実施例では、特にバンドギャップの異なるGaAs/AlGaAs層40を挿入したことにより、バッファ層から基板へ流れるリーク電流をより確実に阻止することができた。
ここで、GaAs/AlGaAs層の厚さとしては、30〜100nm/30〜100nm程度の厚さが好ましく、GaAs/AlGaAs層は少なくとも1層以上あればよい。
Here, as another embodiment, the epitaxial structure of the light emitting portion of the light emitting diode array shown in FIG. 1 was replaced with the epitaxial structure shown in FIG. That is, Si-doped GaAs (carrier concentration: 1 × 10 17 to 5 × 10 18 cm −3 , thickness is formed on the upper surface of the
Here, the thickness of the GaAs / AlGaAs layer is preferably about 30 to 100 nm / 30 to 100 nm, and at least one GaAs / AlGaAs layer is sufficient.
上記実施例と同様に、有機金属気相成長法(MOVPE法)によりLEC法の半絶縁性GaAs基板30の上面に、Siドープn型GaAsバッファ層31(キャリア濃度:1×1017〜5×1018cm−3、厚さ:1μm)、p型GaAs導電層11(キャリア濃度:4×1019cm−3、厚さ:1μm)、p型AlGaAsエッチングストッパ層12(キャリア濃度:3×1019cm−3、厚さ:0.1μm)、p型AlGaAsクラッド層13(キャリア濃度:1×1018cm−3、厚さ:1μm)、p型AlGaAs活性層14(キャリア濃度:1×1018cm−3、厚さ:1μm)、n型AlGaAsクラッド層15(キャリア濃度:2×1018cm−3、厚さ:3μm)、及びn型GaAsキャップ層16(キャリア濃度:1×1018cm−3、厚さ:0.5μm)を順次成長させる。さらに半絶縁性GaAs基板のエピタキシャル成長しない裏面の一部又は全面に裏面電極50を形成し、n型キャップ層表面の中央に円形の部分電極から成る表面電極51を形成し、図6に示す発光ダイオードを作製することもできる。
Similar to the above embodiment, the Si-doped n-type GaAs buffer layer 31 (carrier concentration: 1 × 10 17 to 5 × is formed on the upper surface of the LEC
また、他の実施例として、図6に示した発光ダイオードのエピタキシャル構造を図3に示したエピタキシャル構造に換えて実施した。つまり、有機金属気相成長法(MOVPE法)によりLEC法により作製された半絶縁性GaAs基板30の上面にSiドープGaAs(キャリア濃度:1×1017〜5×1018cm−3、厚さ:50nm)/AlGaAs(キャリア濃度:1×1017〜3×1018cm−3、厚さ:50nm)の3層41〜43からなるSiドープGaAs/AlGaAs超格子バッファ層40を挿入し、その上面に図1と同じようにSiドープn型GaAsバッファ層31(キャリア濃度:1×1017〜5×1018cm−3、厚さ:1μm)、p型GaAs導電層11(キャリア濃度:4×1019cm−3、厚さ:1μm)、p型AlGaAsエッチングストッパ層12(キャリア濃度:3×1019cm−3、厚さ:0.1μm)、p型AlGaAsクラッド層13(キャリア濃度:1×1018cm−3、厚さ:1μm)、p型AlGaAs活性層14(キャリア濃度:1×1018cm−3、厚さ:1μm)、n型AlGaAsクラッド層15(キャリア濃度:2×1018cm−3、厚さ:3μm)、及びn型GaAsキャップ層16(キャリア濃度:1×1018cm−3、厚さ:0.5μm)を順次成長させてエピタキシャル構造とした。さらに半絶縁性GaAs基板のエピタキシャル成長しない裏面の一部又は全面に裏面電極50を形成し、n型キャップ層表面の中央に円形の部分電極から成る表面電極51を形成し、発光ダイオードを作製することもできる。
Further, as another example, the epitaxial structure of the light emitting diode shown in FIG. 6 was replaced with the epitaxial structure shown in FIG. That is, Si-doped GaAs (carrier concentration: 1 × 10 17 to 5 × 10 18 cm −3 , thickness is formed on the upper surface of the
1 発光部
2 カソード電極
3 アノード電極
9 光取り出し部(発光表面)
10 VGF法のn型GaAs基板
11 p型GaAs導電層
12 p型AlGaAsエッチングストッパ層
13 p型AlGaAsクラッド層
14 p型AlGaAs活性層
15 n型AlGaAsクラッド層
16 n型GaAsキャップ層
19 第1メサエッチング溝
20 第2メサエッチング溝
30 半絶縁性GaAs基板
31 Siドープn型GaAsバッファ層
40 超格子バッファ層
41〜43 SiドープAlGaAs/GaAs層
50 裏面電極
51 表面電極
DESCRIPTION OF
10 VGF method n-type GaAs substrate 11 p-type GaAs conductive layer 12 p-type AlGaAs etching stopper layer 13 p-type AlGaAs cladding layer 14 p-type AlGaAs active layer 15 n-type AlGaAs cladding layer 16 n-type
Claims (8)
上記半絶縁性GaAs基板と上記p型GaAs導電層の間に、Siドープn型GaAsバッファ層を挿入したことを特徴とする発光ダイオードアレイ。 In a light-emitting diode array having a plurality of light-emitting portions that are epitaxially grown on a semi-insulating GaAs substrate via a p-type GaAs conductive layer and insulated and divided to function as light-emitting diodes,
A light-emitting diode array, wherein a Si-doped n-type GaAs buffer layer is inserted between the semi-insulating GaAs substrate and the p-type GaAs conductive layer.
上記半絶縁性GaAs基板と上記p型GaAs導電層の間に、Siドープn型GaAsバッファ層の下に加えて、SiドープGaAs/AlGaAs超格子バッファ層を挿入したことを特徴とする発光ダイオードアレイ。 The light emitting diode array according to claim 1,
A light-emitting diode array comprising a Si-doped GaAs / AlGaAs superlattice buffer layer inserted in addition to a Si-doped n-type GaAs buffer layer between the semi-insulating GaAs substrate and the p-type GaAs conductive layer .
上記絶縁・分割を目的として複数の発光部を区画するメサエッチング溝の深さを、上記p型GaAs導電層を分断し上記Siドープn型GaAsバッファ層に達する深さとしたことを特徴とする発光ダイオードアレイ。 The light-emitting diode array according to claim 1 or 2,
Light emission characterized in that the depth of a mesa etching groove that partitions a plurality of light emitting portions for the purpose of insulation and division is set to a depth that divides the p-type GaAs conductive layer and reaches the Si-doped n-type GaAs buffer layer Diode array.
上記発光部が、半絶縁性GaAs基板上にp型GaAs導電層を介して順次形成されたp型AlGaAsエッチングストッパ層、p型AlGaAsクラッド層、p型AlGaAs活性層、n型AlGaAsクラッド層、及びn型GaAsキャップ層を含むことを特徴とする発光ダイオードアレイ。 In the light emitting diode array in any one of Claims 1-3,
A p-type AlGaAs etching stopper layer, a p-type AlGaAs clad layer, a p-type AlGaAs active layer, an n-type AlGaAs clad layer, wherein the light emitting part is sequentially formed on a semi-insulating GaAs substrate via a p-type GaAs conductive layer; A light emitting diode array comprising an n-type GaAs cap layer.
上記半絶縁性GaAs基板と上記p型GaAs導電層との間に、前記半絶縁性GaAs基板にp型ドーパントが拡散するのを防止するためのGaAs層を設けたことを特徴とする発光ダイオード。 A light emitting diode in which a light emitting portion is epitaxially grown on a semi-insulating GaAs substrate via a p-type GaAs conductive layer, a front electrode is formed on the light emitting portion, and a back electrode is formed on a surface of the semi-insulating GaAs substrate that is not epitaxially grown In
A light emitting diode comprising a GaAs layer for preventing p-type dopant from diffusing in the semi-insulating GaAs substrate between the semi-insulating GaAs substrate and the p-type GaAs conductive layer.
上記半絶縁性GaAs基板と上記p型GaAs導電層との間に、Siドープn型GaAsバッファ層を挿入したことを特徴とする発光ダイオード。 The light emitting diode according to claim 5, wherein
A light-emitting diode comprising a Si-doped n-type GaAs buffer layer inserted between the semi-insulating GaAs substrate and the p-type GaAs conductive layer.
上記半絶縁性GaAs基板と上記p型GaAs導電層の間にSiドープn型GaAsバッファ層の下に加えて、SiドープGaAs/AlGaAs超格子バッファ層を挿入したことを特徴とする発光ダイオード。 The light emitting diode according to claim 5, wherein
A light-emitting diode comprising a Si-doped GaAs / AlGaAs superlattice buffer layer inserted in addition to a Si-doped n-type GaAs buffer layer between the semi-insulating GaAs substrate and the p-type GaAs conductive layer.
上記発光部が、半絶縁性GaAs基板上にp型GaAs導電層を介して順次形成されたp型AlGaAsエッチングストッパ層、p型AlGaAsクラッド層、p型AlGaAs活性層、n型AlGaAsクラッド層、及びn型GaAsキャップ層を含むことを特徴とする発光ダイオード。 In the light emitting diode in any one of Claims 5-7,
A p-type AlGaAs etching stopper layer, a p-type AlGaAs clad layer, a p-type AlGaAs active layer, an n-type AlGaAs clad layer, wherein the light emitting part is sequentially formed on a semi-insulating GaAs substrate via a p-type GaAs conductive layer; A light emitting diode comprising an n-type GaAs cap layer.
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TWI422061B (en) * | 2008-07-15 | 2014-01-01 | Lextar Electronics Corp | Light emitting diode and fabricating method thereof |
WO2024070129A1 (en) * | 2022-09-29 | 2024-04-04 | 信越半導体株式会社 | Micro-led characteristics evaluation wafer and micro-led characteristics evaluation method |
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2006
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