JP2935381B2 - 発光素子アレー - Google Patents
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＬＥＤディスプレイ、あ
るいは光情報処理分野に用いられる発光素子に関し、と
くに複数の発光素子が配置された発光素子アレーに関す
るものである。
るいは光情報処理分野に用いられる発光素子に関し、と
くに複数の発光素子が配置された発光素子アレーに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＧａＡｓ等のIII−Ｖ族化合物半
導体素子を形成する場合、ＧａＡｓ単結晶基板上にエピ
タキシャル成長させることが行なわれている。しかし、
このような単結晶基板上でのエピタキシャル成長では、
単結晶基板の材料による制約があり、大面積化、３次元
集積化が困難である。これに対し、光並列処理などに用
いられる大面積アレーや、３次元光集積回路に対する要
求が強まり、単結晶の非晶質基板上への成長技術の開発
が望まれている。非晶質基板上へ単結晶を成長する技術
としては、選択核形成法（特開昭６３−２３７５１７号
公報参照）がある。 選択形成法とは、非晶質あるいは
多結晶である核形成密度の小さい非核形成面と、単一核
のみより結晶成長するに充分小さい面積を有し、非核形
成面の核形成密度より大きい核形成密度を有する非晶質
あるいは多結晶である核形成面とが隣接して配された自
由表面を有する基板に結晶成長処理を施して、単一核よ
り単結晶を成長させるものである。しかし、この選択核
形成法は、単結晶化率を高める堆積条件と、占有率を高
める堆積条件とが相反するという欠点がある。この欠点
を解消する一手法として、本発明者らは、多結晶による
選択的半導体素子形成方法を提案した（特願平２−３０
３３９４号）。
導体素子を形成する場合、ＧａＡｓ単結晶基板上にエピ
タキシャル成長させることが行なわれている。しかし、
このような単結晶基板上でのエピタキシャル成長では、
単結晶基板の材料による制約があり、大面積化、３次元
集積化が困難である。これに対し、光並列処理などに用
いられる大面積アレーや、３次元光集積回路に対する要
求が強まり、単結晶の非晶質基板上への成長技術の開発
が望まれている。非晶質基板上へ単結晶を成長する技術
としては、選択核形成法（特開昭６３−２３７５１７号
公報参照）がある。 選択形成法とは、非晶質あるいは
多結晶である核形成密度の小さい非核形成面と、単一核
のみより結晶成長するに充分小さい面積を有し、非核形
成面の核形成密度より大きい核形成密度を有する非晶質
あるいは多結晶である核形成面とが隣接して配された自
由表面を有する基板に結晶成長処理を施して、単一核よ
り単結晶を成長させるものである。しかし、この選択核
形成法は、単結晶化率を高める堆積条件と、占有率を高
める堆積条件とが相反するという欠点がある。この欠点
を解消する一手法として、本発明者らは、多結晶による
選択的半導体素子形成方法を提案した（特願平２−３０
３３９４号）。
【０００３】また大面積化、３次元集積化に対する要求
と同様に、波長多重化に対する要求も、光ディスク等の
記録再生装置への応用として強まっている。この波長多
重に関する研究はすでになされており、たとえば単結晶
基板上に異なる発光波長の発光素子を形成したもの（特
開昭６１−１８５９９３号公報）があった。しかし、こ
のような方法は大面積化、３次集積化には適していな
い。これを改善するために、図２０に示すように、前述
の選択核形成法を利用して、非晶質基板上に同心円上に
異なった禁制帯幅を持つ発光領域を形成することも考え
られる。図２０において、３０は配線、３１は電極、３
２は活性領域、３３はクラッド領域、３４は基板をそれ
ぞれ示す。
と同様に、波長多重化に対する要求も、光ディスク等の
記録再生装置への応用として強まっている。この波長多
重に関する研究はすでになされており、たとえば単結晶
基板上に異なる発光波長の発光素子を形成したもの（特
開昭６１−１８５９９３号公報）があった。しかし、こ
のような方法は大面積化、３次集積化には適していな
い。これを改善するために、図２０に示すように、前述
の選択核形成法を利用して、非晶質基板上に同心円上に
異なった禁制帯幅を持つ発光領域を形成することも考え
られる。図２０において、３０は配線、３１は電極、３
２は活性領域、３３はクラッド領域、３４は基板をそれ
ぞれ示す。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら前述
のような発光素子は、必要とする波長の数に応じた数で
複数のダブルヘテロ構造を堆積させなければならず、堆
積に時間を要していた。また１つの結晶島に３つ以上の
多数の電極を形成しなければならず、プロセス的にも困
難なものであった。
のような発光素子は、必要とする波長の数に応じた数で
複数のダブルヘテロ構造を堆積させなければならず、堆
積に時間を要していた。また１つの結晶島に３つ以上の
多数の電極を形成しなければならず、プロセス的にも困
難なものであった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、非単結晶質基
板あるいは非結晶質により表面を覆われている基板上に
形成された、相互に平均粒径の異なる複数のIII−Ｖ族
化合物半導体多結晶島よりなる発光素子アレーを提供す
る。
板あるいは非結晶質により表面を覆われている基板上に
形成された、相互に平均粒径の異なる複数のIII−Ｖ族
化合物半導体多結晶島よりなる発光素子アレーを提供す
る。
【０００６】すなわち本発明によれば、３種以上の元素
より形成される多結晶半導体において、結晶形成起点の
大きさ、材質を変えることにより平均粒径を変化させて
発光波長を変え、これにより同一基板上に波長の異なる
発光素子を、１回の堆積工程でダブルヘテロ構造を構成
することが可能でる。
より形成される多結晶半導体において、結晶形成起点の
大きさ、材質を変えることにより平均粒径を変化させて
発光波長を変え、これにより同一基板上に波長の異なる
発光素子を、１回の堆積工程でダブルヘテロ構造を構成
することが可能でる。
【０００７】本発明では、結晶形成起点の大きさあるい
は材質により、発光波長が異なることを利用しており、
同一波長の発光素子アレーを形成する場合と同様のプロ
セスにより、同一基板上に波長の異なる発光素子アレー
を形成できる。
は材質により、発光波長が異なることを利用しており、
同一波長の発光素子アレーを形成する場合と同様のプロ
セスにより、同一基板上に波長の異なる発光素子アレー
を形成できる。
【０００８】ここで、本発明に関連の深いIII−Ｖ族化
合物半導体多結晶の諸特性について、本発明者らが実験
により得た知見を説明する。
合物半導体多結晶の諸特性について、本発明者らが実験
により得た知見を説明する。
【０００９】Ａ．結晶粒径の制御方法 始めに、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて
ＧａＡｓ多結晶を選択堆積した時の、核形成面の（正方
形）の大きさと多結晶平均粒径について検討を行った。
ＧａＡｓ多結晶を選択堆積した時の、核形成面の（正方
形）の大きさと多結晶平均粒径について検討を行った。
【００１０】評価に使用した結晶の堆積条件は、表１に
示すとおりである。
示すとおりである。
【００１１】
【表１】 ここで、平均粒径は以下のようにして求めた。図２１に
平均粒径の測定および算出法を示す。島状になった選択
堆積ＧａＡｓ多結晶表面をエポキシ樹脂で保護した後、
ダイヤモンドペーストを用いて、基板方向に垂直な断面
方向に６０μｍ程度の厚さまで研摩し、さらにイオンミ
リングによって２０μｍ程度まで薄くしてＴＥＭ（透過
電子顕微鏡）観察を行った。結晶表面から深さ約２μｍ
で半円状の曲線を引き、それを横切る粒界の数に１を加
えた数で、断面状の曲線の長さを割ったものを平均粒径
とした。（この時、粒径が一番大きな粒子の粒径の１０
％に満たない小粒子は、カウントから除外した。）この
ＴＥＭ観察から、核形成面から２〜３μｍ程度までの近
傍では粒径がやや小さく、その外側ではほぼ一定の大き
さに揃っていることが分かった。
平均粒径の測定および算出法を示す。島状になった選択
堆積ＧａＡｓ多結晶表面をエポキシ樹脂で保護した後、
ダイヤモンドペーストを用いて、基板方向に垂直な断面
方向に６０μｍ程度の厚さまで研摩し、さらにイオンミ
リングによって２０μｍ程度まで薄くしてＴＥＭ（透過
電子顕微鏡）観察を行った。結晶表面から深さ約２μｍ
で半円状の曲線を引き、それを横切る粒界の数に１を加
えた数で、断面状の曲線の長さを割ったものを平均粒径
とした。（この時、粒径が一番大きな粒子の粒径の１０
％に満たない小粒子は、カウントから除外した。）この
ＴＥＭ観察から、核形成面から２〜３μｍ程度までの近
傍では粒径がやや小さく、その外側ではほぼ一定の大き
さに揃っていることが分かった。
【００１２】図２２に、核形成面の大きさと平均粒径の
関係を示した。これより、核形成面が小さくなる程結晶
の平均粒径が大きくなっていることが分かる。
関係を示した。これより、核形成面が小さくなる程結晶
の平均粒径が大きくなっていることが分かる。
【００１３】Ｂ．発光波長の制御（シードサイズ） ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いてＡｌＧａ
Ａｓ多結晶を形成したときの、核形成面の大きさと発光
波長の関連について述べる。
Ａｓ多結晶を形成したときの、核形成面の大きさと発光
波長の関連について述べる。
【００１４】以下の条件により、ダブルヘテロ構造を作
成した。
成した。
【００１５】
【表２】 条件は、下記の表３に示すとおり、１〜５層において一
定である。
定である。
【００１６】
【表３】 核形成面大きさが１．２、２、４、６および８μｍ四方
の５種類のものを形成した。
の５種類のものを形成した。
【００１７】以上のようにして形成した多結晶島に電極
を形成し、発光素子とした（図８）。その後、発光スペ
クトルを測定し中心波長を求めた。図９に、核形成面の
大きさに対する中心波長の変化を示す。
を形成し、発光素子とした（図８）。その後、発光スペ
クトルを測定し中心波長を求めた。図９に、核形成面の
大きさに対する中心波長の変化を示す。
【００１８】図９により、核形成面の大きさが小さくな
るにしたがって、発光波長が短くなっており、７３０ｎ
ｍ〜７３８ｎｍまで変化していることが分かる。
るにしたがって、発光波長が短くなっており、７３０ｎ
ｍ〜７３８ｎｍまで変化していることが分かる。
【００１９】以上の結果より、多結晶の発光部における
平均粒径を制御することにより、異なる発光波長を有す
るＬＥＤアレーを形成できることが分かる。
平均粒径を制御することにより、異なる発光波長を有す
るＬＥＤアレーを形成できることが分かる。
【００２０】
【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００２１】図１（ａ），（ｂ）において、Ｓｉ単結晶
基板、ＧａＡｓ単結晶基板等の半導体単結晶基板あるい
は石英基板、セラミック基板等の非晶質基板あるいはＷ
基板、Ｔｉ基板等の高融点金属基板等の耐熱基板１の表
面を熱酸化処理あるいは蒸着、スパッタ等で処理するこ
とにより、基板１表面にＳｉＯ2、ＳｉＮX等の非単結晶
質（非核形成面）２を形成する。
基板、ＧａＡｓ単結晶基板等の半導体単結晶基板あるい
は石英基板、セラミック基板等の非晶質基板あるいはＷ
基板、Ｔｉ基板等の高融点金属基板等の耐熱基板１の表
面を熱酸化処理あるいは蒸着、スパッタ等で処理するこ
とにより、基板１表面にＳｉＯ2、ＳｉＮX等の非単結晶
質（非核形成面）２を形成する。
【００２２】あるいは図６に示すように、石英基板等の
基板自体が非核形成面となりうる耐熱性基板４を用いて
も良い。
基板自体が非核形成面となりうる耐熱性基板４を用いて
も良い。
【００２３】つぎに、ＳｉＯ2、ＳｉＮX等の非単結晶質
からなる非核形成面２上に、核形成密度が大きい、Ａｌ
2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ポリシリコン等の非単結晶質からなる
核形成面３を、ＥＢ（電子ビーム）蒸着、抵抗加熱蒸
着、ＣＶＤ法（化学気相堆積法）等により形成する。そ
の後、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、
微細な領域以外において、核形成密度が大きい非単結晶
質を除去する。ここで微細な領域の大きさは１〜１０μ
ｍ四方の範囲で複数の異なる値を有することができる。
からなる非核形成面２上に、核形成密度が大きい、Ａｌ
2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ポリシリコン等の非単結晶質からなる
核形成面３を、ＥＢ（電子ビーム）蒸着、抵抗加熱蒸
着、ＣＶＤ法（化学気相堆積法）等により形成する。そ
の後、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、
微細な領域以外において、核形成密度が大きい非単結晶
質を除去する。ここで微細な領域の大きさは１〜１０μ
ｍ四方の範囲で複数の異なる値を有することができる。
【００２４】あるいは、Ａｌ、Ａｓ等のイオンをＦＩＢ
（フォーカスイオンビーム）により注入し、核形成面と
しても良い。あるいは、微細な領域を残し、他の部分に
マスクをし、基板表面にＡｌ、Ａｓ等のイオンを打ち込
み、マスクを除去し、微細な領域４のみで核形成密度を
増加させても良い。
（フォーカスイオンビーム）により注入し、核形成面と
しても良い。あるいは、微細な領域を残し、他の部分に
マスクをし、基板表面にＡｌ、Ａｓ等のイオンを打ち込
み、マスクを除去し、微細な領域４のみで核形成密度を
増加させても良い。
【００２５】ここで、非核形成面、核形成面の配置とし
て、図７のような構成にしても良い。すなわち耐熱性基
板１に、核形成密度が大きいＡｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ポリ
シリコン等の非単結晶質（核形成面）３を堆積させ、つ
ぎにＳｉＯ2、ＳｉＮX等の非単結晶質（非核形成面）２
を堆積させる。堆積法としては、ＥＢ蒸着、抵抗加熱蒸
着、スパッタ法が用いられる。つぎに微細な領域の非核
形成面を取り去ることにより、核形成面を露出させる。
て、図７のような構成にしても良い。すなわち耐熱性基
板１に、核形成密度が大きいＡｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ポリ
シリコン等の非単結晶質（核形成面）３を堆積させ、つ
ぎにＳｉＯ2、ＳｉＮX等の非単結晶質（非核形成面）２
を堆積させる。堆積法としては、ＥＢ蒸着、抵抗加熱蒸
着、スパッタ法が用いられる。つぎに微細な領域の非核
形成面を取り去ることにより、核形成面を露出させる。
【００２６】あるいは、以上のように核形成面を同一の
材質で形成する以外にも、核形成面として、核形成密度
の異なる材質のものを複数使用しても良い。
材質で形成する以外にも、核形成面として、核形成密度
の異なる材質のものを複数使用しても良い。
【００２７】たとえば図２（ａ），（ｂ）に示すよう
に、非核形成面と核形成面の核形成密度の差を利用し
て、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、半
導体多結晶を形成する。つぎにこの半導体多結晶を核と
してｎ型あるいはｐ型の半導体５を成長させる。
に、非核形成面と核形成面の核形成密度の差を利用し
て、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、半
導体多結晶を形成する。つぎにこの半導体多結晶を核と
してｎ型あるいはｐ型の半導体５を成長させる。
【００２８】III−Ｖ族化合物半導体原料は、ＴＭＧ
（トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウ
ム）やＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＥＡ（ト
リエチルアルミニウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジ
ウム）、ＴＥＩｎ（トリエチルインジウム）とＴＢＡｓ
（ターシャルブチルアルシン）、ＴＭＡｓ（トリメチル
アルシン）、ＴＭＡｓ（トリエチルアルシン）、ＤＭＡ
ｓ（ジメチルアルシン）、ＤＥＡｓ（ジエチルアルシ
ン）、ＡｓＨ3、ＴＢＰ（ターシャルブチルホスフィ
ン）、ＴＭＰ（トリメチルホスフィン）、ＴＥＰ（トリ
エチルホスフィン）、ＰＨ3、ＮＨ3等の原料、およびド
ーピング原料としてはＤＭＳｅ（ジメチルセレン）、Ｄ
ＭＳｅ（ジエチルセレン）、ＤＭＴｅ（ジメチルテル
ル）、ＤＥＴｅ（ジエチルテルル）、ＳｉＨ4、ＤＥＺ
ｎ（ジエチルジンク）、ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタンマ
グネシウム）、（Ｍｅｃｐ）2Ｍｇ（メチルシクロペン
タンマグネシウム）等を用いて行い、半導体原料として
は少なくとも３つ以上の異なるIII族原料あるいはＶ族
原料を用いる。
（トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウ
ム）やＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＥＡ（ト
リエチルアルミニウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジ
ウム）、ＴＥＩｎ（トリエチルインジウム）とＴＢＡｓ
（ターシャルブチルアルシン）、ＴＭＡｓ（トリメチル
アルシン）、ＴＭＡｓ（トリエチルアルシン）、ＤＭＡ
ｓ（ジメチルアルシン）、ＤＥＡｓ（ジエチルアルシ
ン）、ＡｓＨ3、ＴＢＰ（ターシャルブチルホスフィ
ン）、ＴＭＰ（トリメチルホスフィン）、ＴＥＰ（トリ
エチルホスフィン）、ＰＨ3、ＮＨ3等の原料、およびド
ーピング原料としてはＤＭＳｅ（ジメチルセレン）、Ｄ
ＭＳｅ（ジエチルセレン）、ＤＭＴｅ（ジメチルテル
ル）、ＤＥＴｅ（ジエチルテルル）、ＳｉＨ4、ＤＥＺ
ｎ（ジエチルジンク）、ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタンマ
グネシウム）、（Ｍｅｃｐ）2Ｍｇ（メチルシクロペン
タンマグネシウム）等を用いて行い、半導体原料として
は少なくとも３つ以上の異なるIII族原料あるいはＶ族
原料を用いる。
【００２９】成長条件として、基板温度は５００〜９０
０℃、圧力は８０Ｔｏｒｒ以下で行う。
０℃、圧力は８０Ｔｏｒｒ以下で行う。
【００３０】つぎにドーピング原料を変化させ、先に形
成した半導体と反対の導電型を持つｐ型あるいはｎ型の
半導体６を成長させる。
成した半導体と反対の導電型を持つｐ型あるいはｎ型の
半導体６を成長させる。
【００３１】つぎに図３（ａ），（ｂ）に示すように、
ＭＯＣＶＤ法を用いて形成された結晶島の表面の一部に
電極７を形成する。電極の堆積法としては、抵抗加熱蒸
着、電子線加熱蒸着等を用いる。パターニングはリフト
オフ、エッチング等により行つぎに図４（ａ），（ｂ）
に示すように、電極が形成されていない結晶島表面の一
部を取り去り、内部半導体領域を露出させる。
ＭＯＣＶＤ法を用いて形成された結晶島の表面の一部に
電極７を形成する。電極の堆積法としては、抵抗加熱蒸
着、電子線加熱蒸着等を用いる。パターニングはリフト
オフ、エッチング等により行つぎに図４（ａ），（ｂ）
に示すように、電極が形成されていない結晶島表面の一
部を取り去り、内部半導体領域を露出させる。
【００３２】ついでに図５（ａ），（ｂ）に示すよう
に、露出した部分に電極８を形成し、ＬＥＤ素子とす
る。
に、露出した部分に電極８を形成し、ＬＥＤ素子とす
る。
【００３３】ここで、結晶島構造としては、ｐｎ構造に
限らず、ダブルヘテロ構造でも良く、この場合において
は、少なくとも活性領域は、異なる３種以上のIII族お
よびＶ族元素より形成される。
限らず、ダブルヘテロ構造でも良く、この場合において
は、少なくとも活性領域は、異なる３種以上のIII族お
よびＶ族元素より形成される。
【００３４】［実施例１］図１０（ａ），（ｂ）に示す
ように、ＳｉＯ2基板（非核形成面）９表面に、Ａｌ2Ｏ
3（核形成面）１０をＥＢ（電子ビーム）蒸着により形
成した。ここで蒸着は１×１０-6Ｔｏｒｒまで真空に
し、酸素を１０ｃｃ／ｍｉｎ．供給して行った。その
後、ホトリソグラフィにより、２μm四方、６μm四方の
レジストを１００μm間隔で形成した。つぎに、レジス
トにより覆われていないＡｌ2Ｏ3をＨ2ＳＯ4、Ｈ2Ｏ2、
Ｈ2Ｏの混合溶液によりウエットエッチングで除去し
た。
ように、ＳｉＯ2基板（非核形成面）９表面に、Ａｌ2Ｏ
3（核形成面）１０をＥＢ（電子ビーム）蒸着により形
成した。ここで蒸着は１×１０-6Ｔｏｒｒまで真空に
し、酸素を１０ｃｃ／ｍｉｎ．供給して行った。その
後、ホトリソグラフィにより、２μm四方、６μm四方の
レジストを１００μm間隔で形成した。つぎに、レジス
トにより覆われていないＡｌ2Ｏ3をＨ2ＳＯ4、Ｈ2Ｏ2、
Ｈ2Ｏの混合溶液によりウエットエッチングで除去し
た。
【００３５】つぎに図１１（ａ），（ｂ）に示すよう
に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、５層の半導体多結晶１１，
１２，１３，１４および１５を堆積した。
に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、５層の半導体多結晶１１，
１２，１３，１４および１５を堆積した。
【００３６】以下に堆積条件を示す。
【００３７】
【表４】 条件は、１〜５層において一定である。
【００３８】
【表５】 つぎに図１２（ａ），（ｂ）に示すように、結晶島の一
部を、１層目の半導体領域１１が表面に露出するまで、
除去した。半導体領域の除去にはＣＨ3ＣＯＯＨ、Ｈ2Ｓ
Ｏ4、Ｈ2Ｏ2、Ｈ2Ｏの混合溶液を用いた。
部を、１層目の半導体領域１１が表面に露出するまで、
除去した。半導体領域の除去にはＣＨ3ＣＯＯＨ、Ｈ2Ｓ
Ｏ4、Ｈ2Ｏ2、Ｈ2Ｏの混合溶液を用いた。
【００３９】つぎに図１３（ａ），（ｂ）に示すよう
に、５層目の半導体領域１５で覆われた結晶島表面の一
部に、Ｃｒ（５００Å）／Ａｕ（５０００Å）電極１６
を形成した。Ｃｒ／Ａｕ電極の形成は抵抗加熱蒸着によ
り行った。また、パターニングはリフトオフを用いた。
に、５層目の半導体領域１５で覆われた結晶島表面の一
部に、Ｃｒ（５００Å）／Ａｕ（５０００Å）電極１６
を形成した。Ｃｒ／Ａｕ電極の形成は抵抗加熱蒸着によ
り行った。また、パターニングはリフトオフを用いた。
【００４０】最後に図１４（ａ），（ｂ）に示すよう
に、露出した１層目の半導体領域１１の一部に、ＡｕＧ
ｅ（２０００Å）／Ａｕ（５０００Å）電極１７を形成
した。形成法は図１３と同様である。
に、露出した１層目の半導体領域１１の一部に、ＡｕＧ
ｅ（２０００Å）／Ａｕ（５０００Å）電極１７を形成
した。形成法は図１３と同様である。
【００４１】以上のようにして、ＡｌＧａＡｓダブルヘ
テロ構造ＬＥＤを作成し、素子特性を評価した。シード
サイズ２μｍ四方からなるＬＥＤは発光中心波長７７８
ｎｍで、６μｍ四方のシードサイズよりなるＬＥＤは７
７３ｎｍであった。
テロ構造ＬＥＤを作成し、素子特性を評価した。シード
サイズ２μｍ四方からなるＬＥＤは発光中心波長７７８
ｎｍで、６μｍ四方のシードサイズよりなるＬＥＤは７
７３ｎｍであった。
【００４２】［実施例２］図１５（ａ），（ｂ）に示す
ように、Ｓｉ基板１８表面に、ＡｌＮ１９、ポリシリコ
ン２０、Ｓｉ3Ｎ4２１を順次、スパッタ法および熱ＣＶ
Ｄ法により形成した。その後、２００μｍ間隔で、４μ
ｍ四方のポリシリコンを表面に露出させた。手法として
は、ホトリソグラフィによりポリシリコンを表面に露出
させない部分にレジストを形成し、つぎにレジストによ
り覆われていないＳｉ3Ｎ4をＨＦ、Ｈ2Ｏの混合溶液に
よりウエットエッチングで除去する手法が用いられた。
ように、Ｓｉ基板１８表面に、ＡｌＮ１９、ポリシリコ
ン２０、Ｓｉ3Ｎ4２１を順次、スパッタ法および熱ＣＶ
Ｄ法により形成した。その後、２００μｍ間隔で、４μ
ｍ四方のポリシリコンを表面に露出させた。手法として
は、ホトリソグラフィによりポリシリコンを表面に露出
させない部分にレジストを形成し、つぎにレジストによ
り覆われていないＳｉ3Ｎ4をＨＦ、Ｈ2Ｏの混合溶液に
よりウエットエッチングで除去する手法が用いられた。
【００４３】その後、ポリシリコンが露出した部分よ
り、１００μｍ離れた部分の基板表面にＡｌＮを露出さ
せた。手法としては、ＡｌＮを露出させる部分以外の部
分にレジストを形成し、Ａｒガスを用いたＩＢＥ（イオ
ンビームエッチング）が用いられた。
り、１００μｍ離れた部分の基板表面にＡｌＮを露出さ
せた。手法としては、ＡｌＮを露出させる部分以外の部
分にレジストを形成し、Ａｒガスを用いたＩＢＥ（イオ
ンビームエッチング）が用いられた。
【００４４】ＭＯＣＶＤ法を用いて、図１６（ａ），
（ｂ）に示すように、に示すような半導体多結晶を堆積
した。
（ｂ）に示すように、に示すような半導体多結晶を堆積
した。
【００４５】以下に堆積条件を示す。
【００４６】
【表６】 条件は、１〜２層において一定である。
【００４７】
【表７】 ついで図１７（ａ），（ｂ）に示すように、結晶島表面
の一部にＣｒ（５００Å）／Ａｕ（５０００Å）からな
る電極２４を形成した。Ｃｒ／Ａｕ電極の形成は抵抗加
熱蒸着により行った。また、パターニングはリフトオフ
を用いた。
の一部にＣｒ（５００Å）／Ａｕ（５０００Å）からな
る電極２４を形成した。Ｃｒ／Ａｕ電極の形成は抵抗加
熱蒸着により行った。また、パターニングはリフトオフ
を用いた。
【００４８】その後、図１８（ａ），（ｂ）に示すよう
に、Ｃｒ／Ａｕ電極が形成されていない結晶島の一部
を、１層目の半導体領域が表面に露出するまで除去し
た。半導体領域の除去にはＣＨ3ＣＯＯＨ、Ｈ2ＳＯ4、
Ｈ2Ｏ2、Ｈ2Ｏの混合溶液を用いた。
に、Ｃｒ／Ａｕ電極が形成されていない結晶島の一部
を、１層目の半導体領域が表面に露出するまで除去し
た。半導体領域の除去にはＣＨ3ＣＯＯＨ、Ｈ2ＳＯ4、
Ｈ2Ｏ2、Ｈ2Ｏの混合溶液を用いた。
【００４９】ついで図１９（ａ），（ｂ）に示すよう
に、露出した１層目の半導体領域の一部に、ＡｕＧｅ
（２０００Å）／Ａｕ（５０００Å）からなる電極２５
を形成した。形成法は図１８の場合と同様である。
に、露出した１層目の半導体領域の一部に、ＡｕＧｅ
（２０００Å）／Ａｕ（５０００Å）からなる電極２５
を形成した。形成法は図１８の場合と同様である。
【００５０】以上のようにしてＧａＡｓＬＥＤを作成
し、素子特性を評価した。核形成面がポリシリコンであ
るＬＥＤは、発光中心波長が８９８ｎｍ、核形成面がＡ
ｌＮであるＬＥＤは８９０ｎｍであった。
し、素子特性を評価した。核形成面がポリシリコンであ
るＬＥＤは、発光中心波長が８９８ｎｍ、核形成面がＡ
ｌＮであるＬＥＤは８９０ｎｍであった。
【００５１】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
３種以上の元素より形成される多結晶半導体において、
結晶形成起点の大きさ、材質を変えることにより平均粒
径を変化させて発光波長を変え、これにより大面積にわ
たり発光波長の異なる発光素子を２次元的に配置するこ
とができる。
３種以上の元素より形成される多結晶半導体において、
結晶形成起点の大きさ、材質を変えることにより平均粒
径を変化させて発光波長を変え、これにより大面積にわ
たり発光波長の異なる発光素子を２次元的に配置するこ
とができる。
【００５２】また作成方法も容易であり、歩止まりを向
上させることができる。
上させることができる。
【図１】本発明の発光素子アレーの製造過程における核
形成面および非核形成面の配置を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
形成面および非核形成面の配置を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
【図２】本発明の発光素子アレーの製造過程における半
導体多結晶島の配置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
導体多結晶島の配置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
【図３】本発明の発光素子アレーの製造過程における第
１の電極の配置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
１の電極の配置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
【図４】本発明の発光素子アレーの製造過程における結
晶島を部分的に除去した状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
晶島を部分的に除去した状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
【図５】本発明の発光素子アレーの製造過程における第
２の電極の配置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
２の電極の配置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
【図６】本発明の他の発光素子アレーの製造過程におけ
る核形成面および非核形成面の配置を示す縦断面図。
る核形成面および非核形成面の配置を示す縦断面図。
【図７】本発明のさらに他の発光素子アレーの製造過程
における核形成面および非核形成面の配置を示す縦断面
図。
における核形成面および非核形成面の配置を示す縦断面
図。
【図８】本発明の実験に用いたＬＥＤ発光素子の構造を
示す縦断面図。
示す縦断面図。
【図９】本発明の発光素子のシードサイズと発光波長の
関係を示すグラフ。
関係を示すグラフ。
【図１０】本発明の実施例１の発光素子アレーにおける
Ａｌ2Ｏ3（核形成面）およびＳｉＯ2（非核形成面）配
置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’
線における断面図。
Ａｌ2Ｏ3（核形成面）およびＳｉＯ2（非核形成面）配
置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’
線における断面図。
【図１１】本発明の実施例１の発光素子アレーにおける
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多結晶島を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多結晶島を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
【図１２】本発明の実施例１の発光素子アレーにおける
多結晶の一部を除去した状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
多結晶の一部を除去した状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
【図１３】本発明の実施例１の発光素子アレーにおける
Ｃｒ／Ａｕ電極形成状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
Ｃｒ／Ａｕ電極形成状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
【図１４】本発明の実施例１の発光素子アレーにおける
ＡｕＧｅ／Ａｕ電極形成状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
ＡｕＧｅ／Ａｕ電極形成状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
【図１５】本発明の実施例２の発光素子アレーにおける
Ａｌ2Ｏ3（核形成面）およびＳｉＯ2（非核形成面）配
置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’
線における断面図。
Ａｌ2Ｏ3（核形成面）およびＳｉＯ2（非核形成面）配
置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’
線における断面図。
【図１６】本発明の実施例２の発光素子アレーにおける
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多結晶島を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多結晶島を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
【図１７】本発明の実施例２の発光素子アレーにおける
多結晶の一部を除去した状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
多結晶の一部を除去した状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
【図１８】本発明の実施例２の発光素子アレーにおける
Ｃｒ／Ａｕ電極形成状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
Ｃｒ／Ａｕ電極形成状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。
【図１９】本発明の実施例２の発光素子アレーにおける
ＡｕＧｅ／Ａｕ電極形成状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。ポリシリ
コン（核形成面）およびＳｉ3Ｎ4（非核形成面）配置実
施例
ＡｕＧｅ／Ａｕ電極形成状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図。ポリシリ
コン（核形成面）およびＳｉ3Ｎ4（非核形成面）配置実
施例
【図２０】従来の発光素子アレーを示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は縦断面図。
図、（ｂ）は縦断面図。
【図２１】本発明の発光素子アレーにおける平均粒径の
測定および算出法を示す説明図。
測定および算出法を示す説明図。
【図２２】核形成面の大きさと平均粒径の関係を示すグ
ラフ。
ラフ。
１ 耐熱性基板 ２ 非核形成面 ３ 核形成面 ４ 耐熱性基板 ５ ｎ型あるいはｐ型半導体 ６ ｐ型あるいはｎ型半導体 ７ 外側電極 ８ 内側電極 ９ ＳｉＯ2基板 １０ Ａｌ2Ｏ3 １１ ｎ-オーミックコンタクト層 １２ ｎ-クラッド層 １３ 活性層 １４ ｐ-クラッド層 １５ ｐ-オーミックコンタクト層 １６ Ｃｒ／Ａｕ電極 １７ ＡｕＧｅ／Ａｕ電極 １８ Ｓｉ基板 １９ ＡｌＮ ２０ ポリシリコン ２１ Ｓｉ3Ｏ4 ２２ ｎ-ＧａＡｓ ２３ ｐ-ＧａＡｓ ２４ Ｃｒ／Ａｕ電極 ２５ ＡｕＧｅ／Ａｕ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00
Claims (3)
- 【請求項１】 非単結晶質基板あるいは非結晶質により
表面を覆われている基板上に形成された、相互に平均粒
径の異なる複数のIII−Ｖ族化合物半導体多結晶島より
なる発光素子アレー。 - 【請求項２】 前記多結晶島間で各結晶形成起点の面積
が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の発光
素子アレー。 - 【請求項３】 前記多結晶島の各々の結晶形成起点が、
相互に核形成密度の異なる非結晶質であることを特徴と
する請求項１に記載の発光素子アレー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29764691A JP2935381B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | 発光素子アレー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29764691A JP2935381B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | 発光素子アレー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05110136A JPH05110136A (ja) | 1993-04-30 |
| JP2935381B2 true JP2935381B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=17849284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29764691A Expired - Fee Related JP2935381B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | 発光素子アレー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2935381B2 (ja) |
-
1991
- 1991-10-18 JP JP29764691A patent/JP2935381B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05110136A (ja) | 1993-04-30 |
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