JP2924579B2 - 発光ダイオードの製造方法 - Google Patents
発光ダイオードの製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオードの製造
方法に係り、特に高信頼性と高輝度が同時に得られるＡ
ｌＧａＡｓ系赤色発光ダイオードの製造に好適な発光ダ
イオードの製造方法に関する。
方法に係り、特に高信頼性と高輝度が同時に得られるＡ
ｌＧａＡｓ系赤色発光ダイオードの製造に好適な発光ダ
イオードの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＡｌＧａＡｓを用いた赤色発光ダ
イオードの輝度が向上し、屋外用ディスプレイパネルや
自動車用ハイマウントストップランプとして用いられる
ようになってきた。これらの用途に用いるためには白昼
でも視認できる程度に輝度が高いことが要求される。こ
の要求に応えるために、構造面ではシングルヘテロ構造
（ＳＨ構造）、ダブルヘテロ構造（ＤＨ構造）、裏面反
射型ＤＨ構造などヘテロ構造の発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）が開発されてきた。また成長条件の面でも成長温度
や成長速度などについて高出力化の検討が行われてい
る。
イオードの輝度が向上し、屋外用ディスプレイパネルや
自動車用ハイマウントストップランプとして用いられる
ようになってきた。これらの用途に用いるためには白昼
でも視認できる程度に輝度が高いことが要求される。こ
の要求に応えるために、構造面ではシングルヘテロ構造
（ＳＨ構造）、ダブルヘテロ構造（ＤＨ構造）、裏面反
射型ＤＨ構造などヘテロ構造の発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）が開発されてきた。また成長条件の面でも成長温度
や成長速度などについて高出力化の検討が行われてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の赤色Ｌ
ＥＤは、屋外の厳しい環境下で使用していると、その輝
度が少しずつ低下するという問題があった。このＡｌＧ
ａＡｓの信頼性を左右する要因はいろいろあるが、その
一つにＬＥＤチップを構成するエピタキシャルウェハ表
面の酸化がある。
ＥＤは、屋外の厳しい環境下で使用していると、その輝
度が少しずつ低下するという問題があった。このＡｌＧ
ａＡｓの信頼性を左右する要因はいろいろあるが、その
一つにＬＥＤチップを構成するエピタキシャルウェハ表
面の酸化がある。
【０００４】従来、ウェハ表面には光の内部吸収を抑え
るため、ＡｌＡｓ混晶比が０．５５以上の高混晶ＡｌＧ
ａＡｓウィンドウ層が用いられてきた。この高混晶層は
Ａｌが多量に含まれているせいか、湿度が高いと酸化に
より表面に光を透過しにくい膜を形成する。酸化は、Ｌ
ＥＤのチップを樹脂で覆っていても進行する。膜の形成
は、接触抵抗の増大や電極のはがれを発生させ、またＬ
ＥＤの輝度を低下させる。このため、酸化膜の形成を抑
えるために、通常、ＡｌＧａＡｓウィンドウ層のＡｌＡ
ｓ混晶比を低くするという方法が取られる。
るため、ＡｌＡｓ混晶比が０．５５以上の高混晶ＡｌＧ
ａＡｓウィンドウ層が用いられてきた。この高混晶層は
Ａｌが多量に含まれているせいか、湿度が高いと酸化に
より表面に光を透過しにくい膜を形成する。酸化は、Ｌ
ＥＤのチップを樹脂で覆っていても進行する。膜の形成
は、接触抵抗の増大や電極のはがれを発生させ、またＬ
ＥＤの輝度を低下させる。このため、酸化膜の形成を抑
えるために、通常、ＡｌＧａＡｓウィンドウ層のＡｌＡ
ｓ混晶比を低くするという方法が取られる。
【０００５】しかし、この方法では輝度を高くするため
に用いていたＳＨ構造や、ＤＨ構造のキャリアの閉じ込
め効果を低くし、初期特性の輝度を低下させる結果を招
くことになる。そこで、輝度低下を起こすことなく、し
かも湿度に対する寿命の長いＬＥＤが開発されることが
待ち望まれていた。
に用いていたＳＨ構造や、ＤＨ構造のキャリアの閉じ込
め効果を低くし、初期特性の輝度を低下させる結果を招
くことになる。そこで、輝度低下を起こすことなく、し
かも湿度に対する寿命の長いＬＥＤが開発されることが
待ち望まれていた。
【０００６】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点を解消して、ウィンドウ層の混晶比を、活性層側を高
く表面側を低くすることによって、信頼性が高く、かつ
輝度の高いＬＥＤを歩留り良く安価に製造できるＬＥＤ
の製造方法を提供することにある。
点を解消して、ウィンドウ層の混晶比を、活性層側を高
く表面側を低くすることによって、信頼性が高く、かつ
輝度の高いＬＥＤを歩留り良く安価に製造できるＬＥＤ
の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のＬＥＤの製造方
法は、ＧａＡｓ基板上に、ｐｎ接合を構成するＡｌＧａ
Ａｓ活性層とＡｌＧａＡｓウィンドウ層とを徐冷液相成
長法によって形成する工程を有し、ウィンドウ層の形成
時、上記ＧａＡｓ基板をウィンドウ層用の成長 溶液と８
２０〜８７０℃の成長開始温度で接触させるとともに、
下限の８２０℃の温度のときは成長溶液中のＡｌ添加量
をＧａ１ｇ当り２．３〜３．４mgとし、温度が高くなる
にしたがいその添加量を増加させ、上限の８７０℃の温
度のときは４．０〜５．３mgとしてウィンドウ層形成す
るようにしたものである。
法は、ＧａＡｓ基板上に、ｐｎ接合を構成するＡｌＧａ
Ａｓ活性層とＡｌＧａＡｓウィンドウ層とを徐冷液相成
長法によって形成する工程を有し、ウィンドウ層の形成
時、上記ＧａＡｓ基板をウィンドウ層用の成長 溶液と８
２０〜８７０℃の成長開始温度で接触させるとともに、
下限の８２０℃の温度のときは成長溶液中のＡｌ添加量
をＧａ１ｇ当り２．３〜３．４mgとし、温度が高くなる
にしたがいその添加量を増加させ、上限の８７０℃の温
度のときは４．０〜５．３mgとしてウィンドウ層形成す
るようにしたものである。
【０００８】ウィンドウ層の成長開始温度を８２０〜８
７０℃とし、その間でのＡｌ添加量をＧａ１ｇ当り２．
３〜３．４mgから４．０〜５．３mgの範囲としたのは、
この範囲で、Ａｌが消耗していく量がＡｌＧａＡｓウィ
ンドウ層の表面のＡｌＡｓ混晶比を０．４０から０．５
５とし、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層との界面のＡｌＡｓ混
晶比を０．５０から０．６５とすることができるからで
ある。
７０℃とし、その間でのＡｌ添加量をＧａ１ｇ当り２．
３〜３．４mgから４．０〜５．３mgの範囲としたのは、
この範囲で、Ａｌが消耗していく量がＡｌＧａＡｓウィ
ンドウ層の表面のＡｌＡｓ混晶比を０．４０から０．５
５とし、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層との界面のＡｌＡｓ混
晶比を０．５０から０．６５とすることができるからで
ある。
【０００９】ところで、ウィンドウ層表面の混晶比は、
Ａｌ添加量、成長開始温度の他に、成長終了温度、冷却
温度にも依存する。成長終了温度に関しては、温度が低
くなるに従いウィンドウ層表面のＡｌＡｓ混晶比も低く
なっていく。また、冷却速度に関しては、速度が速くな
るに従いウィンドウ層表面のＡｌＡｓ混晶比は低くなっ
ていく。
Ａｌ添加量、成長開始温度の他に、成長終了温度、冷却
温度にも依存する。成長終了温度に関しては、温度が低
くなるに従いウィンドウ層表面のＡｌＡｓ混晶比も低く
なっていく。また、冷却速度に関しては、速度が速くな
るに従いウィンドウ層表面のＡｌＡｓ混晶比は低くなっ
ていく。
【００１０】これら成長終了温度条件及び冷却速度条件
を適当に組み合せることにより、ウィンドウ層の膜厚及
び表面のＡｌＡｓ混晶比を制御することができる。もっ
とも、膜厚及びＡｌＡｓ混晶比（表面）の目標値を決定
したとき、それを得るための成長終了温度条件及び冷却
速度条件の組合せは無数にある。
を適当に組み合せることにより、ウィンドウ層の膜厚及
び表面のＡｌＡｓ混晶比を制御することができる。もっ
とも、膜厚及びＡｌＡｓ混晶比（表面）の目標値を決定
したとき、それを得るための成長終了温度条件及び冷却
速度条件の組合せは無数にある。
【００１１】本発明では上述したように、ウィンドウ層
の成長開始温度を８２０〜８７０℃に設定しているの
で、成長終了温度は６００〜８００℃、冷却速度は０．
１〜２．０℃/minの範囲から選定するのが適切である。
冷却速度が０．１℃/minより遅いと、膜厚のばらつきが
大きくなり、また成長時間が長過ぎてコスト高になる等
の理由により好ましくないからである。また、冷却速度
が２．０℃/minより大きくなると、温度コントロールが
難しくなるからである。
の成長開始温度を８２０〜８７０℃に設定しているの
で、成長終了温度は６００〜８００℃、冷却速度は０．
１〜２．０℃/minの範囲から選定するのが適切である。
冷却速度が０．１℃/minより遅いと、膜厚のばらつきが
大きくなり、また成長時間が長過ぎてコスト高になる等
の理由により好ましくないからである。また、冷却速度
が２．０℃/minより大きくなると、温度コントロールが
難しくなるからである。
【００１２】本発明により得られるＬＥＤは、発光波長
７００nmから６３０nmの赤色ＬＥＤであって、ｐ型Ｇａ
Ａｓ基板上に形成されたｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層上に、
これとｐｎ接合を構成すべく形成されるｎ型ＡｌＧａＡ
ｓウィンドウ層の表面のＡｌＡｓ混晶比を０．４０から
０．５５とし、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層との界面のＡｌ
Ａｓ混晶比を０．５０から０．６５としたものであるこ
とが好ましい。
７００nmから６３０nmの赤色ＬＥＤであって、ｐ型Ｇａ
Ａｓ基板上に形成されたｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層上に、
これとｐｎ接合を構成すべく形成されるｎ型ＡｌＧａＡ
ｓウィンドウ層の表面のＡｌＡｓ混晶比を０．４０から
０．５５とし、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層との界面のＡｌ
Ａｓ混晶比を０．５０から０．６５としたものであるこ
とが好ましい。
【００１３】ここで発光波長７００nmから６３０nmの赤
色ＬＥＤと限定したのは、この赤色波長域がヘテロ構造
の中でも特に高い輝度が得られるからである。なお、こ
の波長域が得られるように活性層のＡｌＡｓ混晶比が制
御される。
色ＬＥＤと限定したのは、この赤色波長域がヘテロ構造
の中でも特に高い輝度が得られるからである。なお、こ
の波長域が得られるように活性層のＡｌＡｓ混晶比が制
御される。
【００１４】ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層の表面のＡ
ｌＡｓ混晶比を０．４０から０．５５としたのは、０．
５５より大きいと表面ので酸化が大きくなり、０．４０
より小さいと光の内部吸収が大きくなって好ましくない
からである。
ｌＡｓ混晶比を０．４０から０．５５としたのは、０．
５５より大きいと表面ので酸化が大きくなり、０．４０
より小さいと光の内部吸収が大きくなって好ましくない
からである。
【００１５】また、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層との界面の
ＡｌＡｓ混晶比を０．５０から０．６５としたのは、
０．５０より小さいと活性層との界面での電流閉じ込め
効果が小さくなり、０．６５より大きいと結晶性が悪く
なって好ましくないからである。
ＡｌＡｓ混晶比を０．５０から０．６５としたのは、
０．５０より小さいと活性層との界面での電流閉じ込め
効果が小さくなり、０．６５より大きいと結晶性が悪く
なって好ましくないからである。
【００１６】このようにウィンドウ層のＡｌＡｓ混晶比
を界面から表面にかけて変化させるには、成長溶液を交
換しなくてもよい。成長溶液中のＡｌが成長層に偏析す
るため、ウィンドウ層が成長するにつれて溶液中のＡｌ
が消耗していき、ＡｌＡｓ混晶比が低くなるからであ
る。
を界面から表面にかけて変化させるには、成長溶液を交
換しなくてもよい。成長溶液中のＡｌが成長層に偏析す
るため、ウィンドウ層が成長するにつれて溶液中のＡｌ
が消耗していき、ＡｌＡｓ混晶比が低くなるからであ
る。
【００１７】なお、ウィンドウ層は１層で構成しても、
２層以上で構成してもよい。また、発光ＬＥＤの種類に
は、ＳＨ構造のＬＥＤ、ＤＨ構造のＬＥＤ、さらには基
板を除去した裏面反射型ＤＨ構造のＬＥＤがある。各層
のｐ型とｎ型とは逆の伝導形であってもよい。
２層以上で構成してもよい。また、発光ＬＥＤの種類に
は、ＳＨ構造のＬＥＤ、ＤＨ構造のＬＥＤ、さらには基
板を除去した裏面反射型ＤＨ構造のＬＥＤがある。各層
のｐ型とｎ型とは逆の伝導形であってもよい。
【００１８】
【実施例】実施例 以下、本発明の実施例を説明する。図５に本実施例のＡ
ｌＧａＡｓ系ＤＨ構造赤色ＬＥＤの構成を示す。このＬ
ＥＤは、０．３mm×０．３mm×０．３mmの大きさであ
る。ｐ型ＧａＡｓ基板３上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド
層６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓウ
ィンドウ層１の三層のエピタキシャル層と、その表面と
裏面にそれぞれ形成したｎ側表面電極４、ｐ側表面電極
５で構成されている。
ｌＧａＡｓ系ＤＨ構造赤色ＬＥＤの構成を示す。このＬ
ＥＤは、０．３mm×０．３mm×０．３mmの大きさであ
る。ｐ型ＧａＡｓ基板３上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド
層６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓウ
ィンドウ層１の三層のエピタキシャル層と、その表面と
裏面にそれぞれ形成したｎ側表面電極４、ｐ側表面電極
５で構成されている。
【００１９】ｐ型ＧａＡｓ基板３は、厚さ２５０μm 、
キャリア濃度１×１０19cm-3である。ｐ型ＡｌＧａＡｓ
クラッド層６は、膜厚３０μm 、ＡｌＡｓ混晶比０．６
０、ｐ型ドーパントとしてＺｎがドープされている。ｐ
型ＡｌＧａＡｓ活性層２は、膜厚１μm 、ＡｌＡｓ混晶
比０．３５、ｐ型ドーパントとしてＺｎがドープされて
いる。ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層１は、膜厚４０μ
m 、ｎ型ドーパントとしてＴｅがドープされている。
キャリア濃度１×１０19cm-3である。ｐ型ＡｌＧａＡｓ
クラッド層６は、膜厚３０μm 、ＡｌＡｓ混晶比０．６
０、ｐ型ドーパントとしてＺｎがドープされている。ｐ
型ＡｌＧａＡｓ活性層２は、膜厚１μm 、ＡｌＡｓ混晶
比０．３５、ｐ型ドーパントとしてＺｎがドープされて
いる。ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層１は、膜厚４０μ
m 、ｎ型ドーパントとしてＴｅがドープされている。
【００２０】ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６、ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ活性層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層１の
各キャリア濃度は、それぞれ５×１０17cm-3、１×１０
18cm-3、５×１０17cm-3である。また、ｎ型ＡｌＧａＡ
ｓウィンドウ層１のＡｌＡｓ混晶比は、表面で０．４０
から０．５５の範囲であり、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層２
との界面で０．５０から０．６５の範囲である。
ＧａＡｓ活性層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層１の
各キャリア濃度は、それぞれ５×１０17cm-3、１×１０
18cm-3、５×１０17cm-3である。また、ｎ型ＡｌＧａＡ
ｓウィンドウ層１のＡｌＡｓ混晶比は、表面で０．４０
から０．５５の範囲であり、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層２
との界面で０．５０から０．６５の範囲である。
【００２１】得られたＬＥＤの発光波長は７００nmから
６３０nmの範囲内であり、また、ウィンドウ層の混晶比
が上記した最適範囲内にあると、ＬＥＤの信頼性が高
く、かつ輝度の高いＬＥＤが得られる。
６３０nmの範囲内であり、また、ウィンドウ層の混晶比
が上記した最適範囲内にあると、ＬＥＤの信頼性が高
く、かつ輝度の高いＬＥＤが得られる。
【００２２】次に、このような混晶比変化をウィンドウ
層にもつＤＨ構造ＡｌＧａＡｓ系赤色ＬＥＤの製造方法
について述べるが、その製造方法を見い出すために、本
実施例では次のような手順で検討を進めた。
層にもつＤＨ構造ＡｌＧａＡｓ系赤色ＬＥＤの製造方法
について述べるが、その製造方法を見い出すために、本
実施例では次のような手順で検討を進めた。
【００２３】(1) ウィンドウ層の混晶比が発光光度に与
える影響 (2) ウィンドウ層の混晶比が相対発光光度に与える影響
そして、これら(1) 、(2) の検討結果から、ウィンドウ
層に許容できる混晶比の範囲を決定した上で、 (3) ＬＥＤ作成による特性確認最後に、 (4) 最適範囲の混晶比をウィンドウ層にもつＬＥＤの製
造方法の決定。
える影響 (2) ウィンドウ層の混晶比が相対発光光度に与える影響
そして、これら(1) 、(2) の検討結果から、ウィンドウ
層に許容できる混晶比の範囲を決定した上で、 (3) ＬＥＤ作成による特性確認最後に、 (4) 最適範囲の混晶比をウィンドウ層にもつＬＥＤの製
造方法の決定。
【００２４】(1) ウィンドウ層の混晶比が発光光度に与
える影響 まず、ここでは、混晶比の与える影響を正確に調べるた
めに、エピタキシャル層の成長に、ｐ型層、ｎ型層とも
かなり均一なＡｌＡｓ混晶比の得られる液相エピタキシ
ャル法の一つである温度差法を用いた。
える影響 まず、ここでは、混晶比の与える影響を正確に調べるた
めに、エピタキシャル層の成長に、ｐ型層、ｎ型層とも
かなり均一なＡｌＡｓ混晶比の得られる液相エピタキシ
ャル法の一つである温度差法を用いた。
【００２５】温度差法によりエピタキシャル層を成長す
るに際して、ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層のＡｌＡｓ
混晶比を、０．３５、０．４０、０．４５、０．５０、
０．５５、０．６０、０．６５、０．７０と変えて、Ｄ
Ｈ構造のウェハを８種類作った。
るに際して、ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層のＡｌＡｓ
混晶比を、０．３５、０．４０、０．４５、０．５０、
０．５５、０．６０、０．６５、０．７０と変えて、Ｄ
Ｈ構造のウェハを８種類作った。
【００２６】得られたエピタキシャルウェハの表面と裏
面に、蒸着とホトリソグラフにより電極を形成する。表
面中央に直径１５０μm の電極を、裏面には全面電極を
形成した後、０．３mm×０．３mm×０．３mmのＬＥＤチ
ップとしてウェハから切り出す。このチップをステム上
にダイボンディングにより固定した後、ワイヤボンディ
ングにより配線し、樹脂モールドしてＬＥＤ素子を製作
した。
面に、蒸着とホトリソグラフにより電極を形成する。表
面中央に直径１５０μm の電極を、裏面には全面電極を
形成した後、０．３mm×０．３mm×０．３mmのＬＥＤチ
ップとしてウェハから切り出す。このチップをステム上
にダイボンディングにより固定した後、ワイヤボンディ
ングにより配線し、樹脂モールドしてＬＥＤ素子を製作
した。
【００２７】８種類のＬＥＤについて、順方向電流２０
mAで、その発光光度を測定した結果を図３に示す。Ａｌ
Ａｓ混晶比が０．５５以上では、４２mcd で一定であ
る。しかし、ＡｌＡｓ混晶比が０．５０以下になると発
光光度は急激に低下する。この原因はウィンドウ層のＡ
ｌＡｓ混晶比が低くなったために、ウィンドウ層が正孔
障壁として働かなくなったためと考えられる。このため
ウィンドウ層のＡｌＡｓ混晶比としては、活性層との界
面で０．５０以上必要であることがわかる。
mAで、その発光光度を測定した結果を図３に示す。Ａｌ
Ａｓ混晶比が０．５５以上では、４２mcd で一定であ
る。しかし、ＡｌＡｓ混晶比が０．５０以下になると発
光光度は急激に低下する。この原因はウィンドウ層のＡ
ｌＡｓ混晶比が低くなったために、ウィンドウ層が正孔
障壁として働かなくなったためと考えられる。このため
ウィンドウ層のＡｌＡｓ混晶比としては、活性層との界
面で０．５０以上必要であることがわかる。
【００２８】(2) ウィンドウ層の混晶比が相対発光光度
に与える影響 次に、このＬＥＤについて高温高湿通電信頼性試験を実
施した。試験条件は、温度６０℃、湿度９０％、順方向
電流５０mA、１０００時間である。この条件で試験開始
前に測定した発光光度と、１０００時間後の発光光度の
比を測定した。評価結果を図４に示す。ウィンドウ層の
ＡｌＡｓ混晶比が０．５０以下では信頼性試験による輝
度低下が少ない。しかし、ＡｌＡｓ混晶比が０．５５以
上になると急激に高温高湿通電の寿命が短くなる。この
輝度の低下したＬＥＤの表面をエッチングにより除去し
て輝度を測定したところ元の輝度を示した。したがって
この輝度低下はＬＥＤ表面の劣化によるものである。こ
のためウィンドウ層のＡｌＡｓ混晶比としては、表面で
０．５５以下とする必要があることがわかる。
に与える影響 次に、このＬＥＤについて高温高湿通電信頼性試験を実
施した。試験条件は、温度６０℃、湿度９０％、順方向
電流５０mA、１０００時間である。この条件で試験開始
前に測定した発光光度と、１０００時間後の発光光度の
比を測定した。評価結果を図４に示す。ウィンドウ層の
ＡｌＡｓ混晶比が０．５０以下では信頼性試験による輝
度低下が少ない。しかし、ＡｌＡｓ混晶比が０．５５以
上になると急激に高温高湿通電の寿命が短くなる。この
輝度の低下したＬＥＤの表面をエッチングにより除去し
て輝度を測定したところ元の輝度を示した。したがって
この輝度低下はＬＥＤ表面の劣化によるものである。こ
のためウィンドウ層のＡｌＡｓ混晶比としては、表面で
０．５５以下とする必要があることがわかる。
【００２９】(3) ＬＥＤ作成による特性確認 そこで、上記結論(1) 、(2) を確認するために、上記表
面及び界面の混晶比を一点で満たすウィンドウ層をもつ
ＬＥＤを製作した。製作したのはＤＨ構造赤色ＬＥＤで
あり、ウィンドウ層のＡｌＡｓ混晶比が活性層側で０．
５５、表面で０．４５である。クラッド層と活性層の混
晶比はそれぞれ０．６０、０．３５である。また、各層
のキャリア濃度は温度差法により作成したＬＥＤと同じ
とした。図１に、その赤色ＬＥＤの混晶比プロファイル
を示す。このウィンドウ層のＤＨ構造赤色ＬＥＤを製作
するに当って、１層内で値の異なる混晶比を形成する必
要があるため、液相エピタキシャル法の一つである徐冷
法を用いた。
面及び界面の混晶比を一点で満たすウィンドウ層をもつ
ＬＥＤを製作した。製作したのはＤＨ構造赤色ＬＥＤで
あり、ウィンドウ層のＡｌＡｓ混晶比が活性層側で０．
５５、表面で０．４５である。クラッド層と活性層の混
晶比はそれぞれ０．６０、０．３５である。また、各層
のキャリア濃度は温度差法により作成したＬＥＤと同じ
とした。図１に、その赤色ＬＥＤの混晶比プロファイル
を示す。このウィンドウ層のＤＨ構造赤色ＬＥＤを製作
するに当って、１層内で値の異なる混晶比を形成する必
要があるため、液相エピタキシャル法の一つである徐冷
法を用いた。
【００３０】三層成長用スライドボートに、ＧａＡｓ基
板と原料をセットする。原料は、第１層用としてＧａ，
Ａｌ，ＧａＡｓ多結晶，Ｚｎを用いる。第２層用として
Ｇａ，Ａｌ，ＧａＡｓ多結晶，Ｚｎを用いる。第３層用
としてＧａ，Ａｌ，ＧａＡｓ多結晶，Ｔｅを用いる。ス
ライドボートを反応管内にセットし、反応管内の空気を
排気後、水素ガスを導入する。その状態でエピタキシャ
ル炉の温度を冷却開始温度まで昇温する。昇温後その温
度に保持し、Ｇａ溶液中にＡｌ，ＧａＡｓ多結晶，ドー
パントＺｎあるいはＴｅを溶かして溶液を作る。組成が
均一になったら、エピタキシャル炉の温度を下げ始め
る。スライドボートの基板ホルダを移動させ、ＧａＡｓ
基板を第１層用溶液、第２層用溶第３層用溶液と順次接
触させていくことによりＤＨ構造のエピタキシャル層を
形成する。
板と原料をセットする。原料は、第１層用としてＧａ，
Ａｌ，ＧａＡｓ多結晶，Ｚｎを用いる。第２層用として
Ｇａ，Ａｌ，ＧａＡｓ多結晶，Ｚｎを用いる。第３層用
としてＧａ，Ａｌ，ＧａＡｓ多結晶，Ｔｅを用いる。ス
ライドボートを反応管内にセットし、反応管内の空気を
排気後、水素ガスを導入する。その状態でエピタキシャ
ル炉の温度を冷却開始温度まで昇温する。昇温後その温
度に保持し、Ｇａ溶液中にＡｌ，ＧａＡｓ多結晶，ドー
パントＺｎあるいはＴｅを溶かして溶液を作る。組成が
均一になったら、エピタキシャル炉の温度を下げ始め
る。スライドボートの基板ホルダを移動させ、ＧａＡｓ
基板を第１層用溶液、第２層用溶第３層用溶液と順次接
触させていくことによりＤＨ構造のエピタキシャル層を
形成する。
【００３１】ここで第３層となるウィンドウ層の成長溶
液に添加するＡｌの量を３．６mg／Ｇａ１ｇとし、ウィ
ンドウ層（厚さ４０μm ）の成長開始温度を８５０℃に
設定し、この温度で基板を接触させて、所定の冷却速度
で冷却して成長させた。成長終了温度及び冷却速度は７
００℃、１．０℃/minとした。
液に添加するＡｌの量を３．６mg／Ｇａ１ｇとし、ウィ
ンドウ層（厚さ４０μm ）の成長開始温度を８５０℃に
設定し、この温度で基板を接触させて、所定の冷却速度
で冷却して成長させた。成長終了温度及び冷却速度は７
００℃、１．０℃/minとした。
【００３２】このとき、成長溶液中のＡｌがエピタキシ
ャル層に偏析することから、溶液中のＡｌが消耗し、ウ
ィンドウ層が成長するにつれてＡｌＡｓ混晶比が低くな
る。この条件で成長させたエピタキシャルウェハのＡｌ
Ａｓ混晶比プロファイルをＸＭＡ（Ｘ−ｒａｙ Ｍｉｃ
ｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）で測定した結果、混晶比が界
面から表面に向って直線的に漸減している図１の構造で
あることが確かめられた。
ャル層に偏析することから、溶液中のＡｌが消耗し、ウ
ィンドウ層が成長するにつれてＡｌＡｓ混晶比が低くな
る。この条件で成長させたエピタキシャルウェハのＡｌ
Ａｓ混晶比プロファイルをＸＭＡ（Ｘ−ｒａｙ Ｍｉｃ
ｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）で測定した結果、混晶比が界
面から表面に向って直線的に漸減している図１の構造で
あることが確かめられた。
【００３３】このエピタキシャルウェハよりＬＥＤを製
作し、その発光光度と高温高湿通電寿命を評価した。こ
のＬＥＤの輝度は順方向電流２０mAで、４３mcd であ
り、輝度が高いことが確認された。また高温高湿通電試
験の結果も、輝度の劣化が数％以下であり、良好である
ことが確認された。
作し、その発光光度と高温高湿通電寿命を評価した。こ
のＬＥＤの輝度は順方向電流２０mAで、４３mcd であ
り、輝度が高いことが確認された。また高温高湿通電試
験の結果も、輝度の劣化が数％以下であり、良好である
ことが確認された。
【００３４】(4) 最適範囲の混晶比をウィンドウ層にも
つＬＥＤの製造方法の決定 さて、(3) においてウィンドウ層の混晶比を表面、界面
のそれぞれ一点で満たすＬＥＤを作成したが、最後に表
面の混晶比を０．４０から０．５５とし、界面の混晶比
を０．５０から０．６５とするウィンドウ層を成長させ
るための成長条件について検討した。
つＬＥＤの製造方法の決定 さて、(3) においてウィンドウ層の混晶比を表面、界面
のそれぞれ一点で満たすＬＥＤを作成したが、最後に表
面の混晶比を０．４０から０．５５とし、界面の混晶比
を０．５０から０．６５とするウィンドウ層を成長させ
るための成長条件について検討した。
【００３５】ＡｌＡｓ混晶比は、Ａｌ添加量とウィンド
ウ層の成長温度に依存する。そのため、これら２つのパ
ラメータについて検討した。その結果、本実施例のＡｌ
Ａｓ混晶比のウィンドウ層を成長させるためには、Ｇａ
中に添加するＡｌの量を図２に示すようにする必要があ
ることがわかった。すなわち、ウィンドウ層成長開始温
度は８２０〜８７０℃の範囲であり、成長溶液中のＡｌ
添加量は、下限の８２０℃の温度のときはＧａ１ｇ当り
２．３〜３．４mgの範囲とし、温度が高くなるにしたが
いその添加量を自然関数的に増加させ、上限の８７０℃
の温度のときは４．０〜５．３mgの範囲とすることが必
要である。
ウ層の成長温度に依存する。そのため、これら２つのパ
ラメータについて検討した。その結果、本実施例のＡｌ
Ａｓ混晶比のウィンドウ層を成長させるためには、Ｇａ
中に添加するＡｌの量を図２に示すようにする必要があ
ることがわかった。すなわち、ウィンドウ層成長開始温
度は８２０〜８７０℃の範囲であり、成長溶液中のＡｌ
添加量は、下限の８２０℃の温度のときはＧａ１ｇ当り
２．３〜３．４mgの範囲とし、温度が高くなるにしたが
いその添加量を自然関数的に増加させ、上限の８７０℃
の温度のときは４．０〜５．３mgの範囲とすることが必
要である。
【００３６】実施例の効果 本実施例によれば、ウィンドウ層用の成長溶液中のＡｌ
添加量とウィンドウ層成長開始温度、成長終了温度及び
冷却速度の最適な条件を見出すことによって、表面混晶
比が０．４０から０．５５であり、界面混晶比が０．５
０から０．６５であるウィンドウ層をもつＬＥＤを製造
することができた。また、製造法は、既存の製造装置が
そのまま使えるので、エピタキシャルウェハのコストを
上げないで特性改善することができる。したがって、初
期特性の輝度低下を起こすこともなく、しかもＬＥＤの
チップ表面の接触抵抗が小さく、酸化せず、電極のはが
れも少ない信頼性の高いＬＥＤを得ることができた。そ
の結果、屋外の厳しい環境下で使用しても、湿度に対す
る寿命を飛躍的に向上することができるようになった。
添加量とウィンドウ層成長開始温度、成長終了温度及び
冷却速度の最適な条件を見出すことによって、表面混晶
比が０．４０から０．５５であり、界面混晶比が０．５
０から０．６５であるウィンドウ層をもつＬＥＤを製造
することができた。また、製造法は、既存の製造装置が
そのまま使えるので、エピタキシャルウェハのコストを
上げないで特性改善することができる。したがって、初
期特性の輝度低下を起こすこともなく、しかもＬＥＤの
チップ表面の接触抵抗が小さく、酸化せず、電極のはが
れも少ない信頼性の高いＬＥＤを得ることができた。そ
の結果、屋外の厳しい環境下で使用しても、湿度に対す
る寿命を飛躍的に向上することができるようになった。
【００３７】他の実施例 なお、上記実施例ではＤＨ構造赤色ＬＥＤを用いてウィ
ンドウ層のＡｌＡｓ混晶比プロファイルの効果があるこ
とを述べた。このウィンドウ層のＡｌＡｓ混晶比は裏面
反射型赤色ＬＥＤおよびＳＨ構造赤色ＬＥＤ対しても適
用できることを確認した。
ンドウ層のＡｌＡｓ混晶比プロファイルの効果があるこ
とを述べた。このウィンドウ層のＡｌＡｓ混晶比は裏面
反射型赤色ＬＥＤおよびＳＨ構造赤色ＬＥＤ対しても適
用できることを確認した。
【００３８】図６にＤＨ構造の裏面反射型ＡｌＧａＡｓ
赤色ＬＥＤの実施例を示す。ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド
層６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓウ
ィンドウ層１の三層をＧａＡｓ基板３上に成長させてｐ
ｎ接合を形成する。ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６は基
板としての機能をもたせるため、図５のＤＨ構造よりは
厚く形成する。ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６、ｐ型Ａ
ｌＧａＡｓ活性層２にＺｎがｐ型ドーパントとして含有
されている。三層を成長させるとき、３層目のｎ型Ａｌ
ＧａＡｓウィンドウ層の成長開始温度及びＡｌの添加量
は上記実施例と同じとする。三層を成長後、ＧａＡｓ基
板３を除去し、除去した側の面とは反対側の面から赤色
光を取り出す。光取出し面となるウィンドウ層表面には
ｎ側表面電極４が、基板除去面にはｐ側裏面電極７が設
けられる。
赤色ＬＥＤの実施例を示す。ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド
層６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓウ
ィンドウ層１の三層をＧａＡｓ基板３上に成長させてｐ
ｎ接合を形成する。ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６は基
板としての機能をもたせるため、図５のＤＨ構造よりは
厚く形成する。ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６、ｐ型Ａ
ｌＧａＡｓ活性層２にＺｎがｐ型ドーパントとして含有
されている。三層を成長させるとき、３層目のｎ型Ａｌ
ＧａＡｓウィンドウ層の成長開始温度及びＡｌの添加量
は上記実施例と同じとする。三層を成長後、ＧａＡｓ基
板３を除去し、除去した側の面とは反対側の面から赤色
光を取り出す。光取出し面となるウィンドウ層表面には
ｎ側表面電極４が、基板除去面にはｐ側裏面電極７が設
けられる。
【００３９】図７にＳＨ構造のＡｌＧａＡｓ系赤色ＬＥ
Ｄの実施例を示す。ｐ型ＧａＡｓ基板３上にｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ活性層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層１を有
する。ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層２にＺｎがｐ型ドーパン
トとして含有され、ウィンドウ層１の成長開始温度及び
Ａｌ添加量は上述した範囲内とする。ウィンドウ層１の
表面にはｎ側表面電極４が、基板３の裏面にはｐ側裏面
電極５が設けられる。このように構成した裏面反射型発
光ダイオードや、ＳＨ構造型発光ダイオードによっても
ＤＨ構造型発光ダイオードと同様な効果が得られる。
Ｄの実施例を示す。ｐ型ＧａＡｓ基板３上にｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ活性層２、ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層１を有
する。ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層２にＺｎがｐ型ドーパン
トとして含有され、ウィンドウ層１の成長開始温度及び
Ａｌ添加量は上述した範囲内とする。ウィンドウ層１の
表面にはｎ側表面電極４が、基板３の裏面にはｐ側裏面
電極５が設けられる。このように構成した裏面反射型発
光ダイオードや、ＳＨ構造型発光ダイオードによっても
ＤＨ構造型発光ダイオードと同様な効果が得られる。
【００４０】
【発明の効果】本発明の発光ダイオードの製造方法によ
れば、ウィンドウ層の混晶比が界面で大きく、表面で小
さくなるように変化する最適な成長条件でウィンドウ層
を成長させるので、ＬＥＤを歩留り良く安価に製造でき
る。
れば、ウィンドウ層の混晶比が界面で大きく、表面で小
さくなるように変化する最適な成長条件でウィンドウ層
を成長させるので、ＬＥＤを歩留り良く安価に製造でき
る。
【図１】本発明の実施例によるＬＥＤのウィンドウ層の
ＡｌＡｓ混晶比プロファイルを示す図。
ＡｌＡｓ混晶比プロファイルを示す図。
【図２】本実施例によるＡｌＡｓ混晶比のウィンドウ層
を成長するためのＡｌ添加量と成長温度の関係を示す
図。
を成長するためのＡｌ添加量と成長温度の関係を示す
図。
【図３】赤色ＬＥＤの発光光度のＡｌＡｓ混晶比依存性
を示す図。
を示す図。
【図４】赤色ＬＥＤの高温高湿通電試験のウィンドウ層
ＡｌＡｓ混晶比依存性を示す図。
ＡｌＡｓ混晶比依存性を示す図。
【図５】本実施例によるＡｌＧａＡｓ系ＤＨ構造赤色Ｌ
ＥＤの構成を示す断面図。
ＥＤの構成を示す断面図。
【図６】本実施例によるＡｌＧａＡｓ系ＤＨ裏面反射型
赤色ＬＥＤの構成を示す断面図。
赤色ＬＥＤの構成を示す断面図。
【図７】本実施例によるＡｌＧａＡｓ系ＳＨ構造赤色Ｌ
ＥＤの構成を示す断面図。
ＥＤの構成を示す断面図。
１ ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層 ２ ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層 ３ ｐ型ＧａＡｓ基板 ４ ｎ側表面電極 ５ ｐ型裏面電極 ６ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 ７ ｐ型裏面電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊島 敏也 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日 立電線株式会社日高工場内 (72)発明者 水庭 清治 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日 立電線株式会社日高工場内 (56)参考文献 特開 平４−48661（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−204583（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−160433（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−327010（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−268250（ＪＰ，Ａ) 日立電線 第10号 ｐ．73−76（1991 ／１／１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】ＧａＡｓ基板上に、ｐｎ接合を構成するＡ
ｌＧａＡｓ活性層層とＡｌＧａＡｓウィンドウ層とを徐
冷液相成長法によって形成する工程を有し、上記ウィン
ドウ層の形成時、上記ＧａＡｓ基板をウィンドウ層用の
成長溶液と８２０〜８７０℃の成長開始温度で接触させ
るとともに、下限の８２０℃の温度のときは上記成長溶
液中のＡｌ添加量をＧａ１ｇ当り２．３〜３．４mgと
し、上記温度が高くなるにしたがいその添加量を増加さ
せ、上限の８７０℃の温度のときは４．０〜５．３mgと
してウィンドウ層を形成する。ことを特徴とする発光ダ
イオードの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17390393A JP2924579B2 (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 発光ダイオードの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17390393A JP2924579B2 (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 発光ダイオードの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0730150A JPH0730150A (ja) | 1995-01-31 |
| JP2924579B2 true JP2924579B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=15969225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17390393A Expired - Lifetime JP2924579B2 (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 発光ダイオードの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2924579B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH098344A (ja) * | 1995-06-14 | 1997-01-10 | Hitachi Cable Ltd | 発光ダイオード及びその製造方法 |
| US6043509A (en) * | 1996-12-13 | 2000-03-28 | Hitachi Cable, Ltd. | Light-emitting diode having moisture-proof characteristics and high output power |
| TWI562398B (en) | 2009-09-15 | 2016-12-11 | Showa Denko Kk | Light-emitting diode, light-emitting diode lamp and lighting apparatus |
-
1993
- 1993-07-14 JP JP17390393A patent/JP2924579B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日立電線 第１０号 ｐ．７３−７６（１９９１／１／１） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0730150A (ja) | 1995-01-31 |
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