JP2938607B2 - 発光素子 - Google Patents
発光素子Info
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- JP2938607B2 JP2938607B2 JP8698091A JP8698091A JP2938607B2 JP 2938607 B2 JP2938607 B2 JP 2938607B2 JP 8698091 A JP8698091 A JP 8698091A JP 8698091 A JP8698091 A JP 8698091A JP 2938607 B2 JP2938607 B2 JP 2938607B2
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- Japan
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- light emitting
- layer
- semiconductor substrate
- light
- emitting element
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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，レー
ザダイオード，光ＩＣなどの半導体発光素子に関するも
のであり、特に半導体基板上に、その半導体基板と格子
定数及び熱膨張係数が異なる半導体層をヘテロエピタキ
シャル成長により形成し発光素子を作製した場合におけ
る、前記格子定数及び熱膨張係数の際に基づく種々の欠
陥及び歪応力を軽減除去し良好な特性を有する発光素子
の構造に特徴を有する。
ザダイオード，光ＩＣなどの半導体発光素子に関するも
のであり、特に半導体基板上に、その半導体基板と格子
定数及び熱膨張係数が異なる半導体層をヘテロエピタキ
シャル成長により形成し発光素子を作製した場合におけ
る、前記格子定数及び熱膨張係数の際に基づく種々の欠
陥及び歪応力を軽減除去し良好な特性を有する発光素子
の構造に特徴を有する。
【０００２】
【従来の技術】近年、例えばＧａＡｓ半導体素子を形成
する際に、安価でより大きな結晶が容易に得られるＳｉ
基板上に、ヘテロエピタキシャル成長法によりＧａＡｓ
半導体結晶層を形成する方法が試みられ、またこの方法
により得られたＧａＡｓ半導体結晶層を用いて発光ダイ
オードなどの作製が試みられている。
する際に、安価でより大きな結晶が容易に得られるＳｉ
基板上に、ヘテロエピタキシャル成長法によりＧａＡｓ
半導体結晶層を形成する方法が試みられ、またこの方法
により得られたＧａＡｓ半導体結晶層を用いて発光ダイ
オードなどの作製が試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法で得られた発光ダイオードの寿命は短くかつ発光強
度も弱い。
方法で得られた発光ダイオードの寿命は短くかつ発光強
度も弱い。
【０００４】その原因の主たるものは、ＧａＡｓ半導体
結晶とＳｉ半導体結晶基板の格子定数および熱膨張係数
の差異により、ＧａＡｓ半導体結晶層内に発生した多数
の転位、およびその転位を素子の動作中に活性層に伝搬
・増殖させうる歪応力である。
結晶とＳｉ半導体結晶基板の格子定数および熱膨張係数
の差異により、ＧａＡｓ半導体結晶層内に発生した多数
の転位、およびその転位を素子の動作中に活性層に伝搬
・増殖させうる歪応力である。
【０００５】本発明は、このエピタキシャル成長層の転
位密度および歪応力をより減少させ、さらに上部方向へ
の発光の取り出し効率も良好な特性の発光素子を得るた
めのものである。
位密度および歪応力をより減少させ、さらに上部方向へ
の発光の取り出し効率も良好な特性の発光素子を得るた
めのものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明の発光素子は、半導体基板上に形成されたそ
の半導体基板の格子定数及び熱膨張係数と異なる格子定
数及び熱膨張係数を有する半導体層からなる発光素子に
おいて、その発光素子の発光領域に当たる部分を、前記
半導体基板面より離間した状態で対向するように形成
し、また発光素子の上部オーミック電極は、その電極下
近傍の発光領域が半導体基板に対して離間した状態で対
向するように発光素子の周囲部のみとし、中心部のみで
その発光素子と半導体基板が接合されているようにした
ものである。
めの本発明の発光素子は、半導体基板上に形成されたそ
の半導体基板の格子定数及び熱膨張係数と異なる格子定
数及び熱膨張係数を有する半導体層からなる発光素子に
おいて、その発光素子の発光領域に当たる部分を、前記
半導体基板面より離間した状態で対向するように形成
し、また発光素子の上部オーミック電極は、その電極下
近傍の発光領域が半導体基板に対して離間した状態で対
向するように発光素子の周囲部のみとし、中心部のみで
その発光素子と半導体基板が接合されているようにした
ものである。
【０００７】
【作用】上述の本発明によれば、格子定数の差異により
境界面付近に多数存在する転位部分は除去され、境界面
付近からの転位の増殖を受けることなく発光領域内の転
位を減少させることができる。さらに熱膨張係数の差異
に基づく歪応力も緩和されるため、歪応力によりこの転
位部分が発光領域内に増殖・伝搬されることも軽減さ
れ、素子の動作を妨げる転位や歪応力の少ない良好な特
性の発光素子が得られる。さらに上部方向への発光を考
慮した場合、電流が周囲部から中心部に向かって流れる
ため発光領域が電極直下から中心部に広がり電極により
遮光される割合が減少し、また発光領域下部がＳｉ基板
に接していないので下部方向に放射された光が基板に吸
収されることなく半導体層−空気界面により効果的に上
部に反射され発光の取り出し効率も良好となる。
境界面付近に多数存在する転位部分は除去され、境界面
付近からの転位の増殖を受けることなく発光領域内の転
位を減少させることができる。さらに熱膨張係数の差異
に基づく歪応力も緩和されるため、歪応力によりこの転
位部分が発光領域内に増殖・伝搬されることも軽減さ
れ、素子の動作を妨げる転位や歪応力の少ない良好な特
性の発光素子が得られる。さらに上部方向への発光を考
慮した場合、電流が周囲部から中心部に向かって流れる
ため発光領域が電極直下から中心部に広がり電極により
遮光される割合が減少し、また発光領域下部がＳｉ基板
に接していないので下部方向に放射された光が基板に吸
収されることなく半導体層−空気界面により効果的に上
部に反射され発光の取り出し効率も良好となる。
【０００８】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【０００９】まず図２に示すように２５０μｍ厚さのｎ
形Ｓｉ基板１上に、従来公知の２段階成長法を用いて
０．２μｍ厚さのｎ形ＧａＡｓ層２を形成する。その上
に、ＧａＡｓとの間においてエピタキシャル成長が可能
であり、かつＧａＡｓに対して選択エッチングが可能
な、例えばｎ形Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓの選択エッチング層
３を０．５μｍ形成する。その選択エッチング層３の上
に、従来公知のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系ダブルヘテロ
構造半導体結晶層（厚さ１．５μｍのｎ形Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ａｓ層４、厚さ０．２μｍのｎ形ＧａＡｓ層５、厚
さ１．５μｍのｐ形Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層６からな
る。）をエピタキシャル成長させる。さらにその上に厚
さ０．２μｍのｐ形ＧａＡｓ層７とＳｉＯ2層８を形成
する。
形Ｓｉ基板１上に、従来公知の２段階成長法を用いて
０．２μｍ厚さのｎ形ＧａＡｓ層２を形成する。その上
に、ＧａＡｓとの間においてエピタキシャル成長が可能
であり、かつＧａＡｓに対して選択エッチングが可能
な、例えばｎ形Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓの選択エッチング層
３を０．５μｍ形成する。その選択エッチング層３の上
に、従来公知のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系ダブルヘテロ
構造半導体結晶層（厚さ１．５μｍのｎ形Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ａｓ層４、厚さ０．２μｍのｎ形ＧａＡｓ層５、厚
さ１．５μｍのｐ形Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層６からな
る。）をエピタキシャル成長させる。さらにその上に厚
さ０．２μｍのｐ形ＧａＡｓ層７とＳｉＯ2層８を形成
する。
【００１０】次に、ＳｉＯ2層表面より選択エッチング
層３に達する切溝９をエッチングにより環状に形成す
る。しかる後に、その切溝９を利用し、ＡｌＧａＡｓ系
選択エッチング液、例えばフッ化水素溶液を用いてＡｌ
0.7Ｇａ0.3Ａｓ選択エッチング層３のみ、一部エッチン
グにより除去し、図３に平面図、図１に図３のＡ−Ａ′
線における断面図を示すような、中央部のみＳｉ基板１
と接合され、周囲が前記Ｓｉ基板１より部分的に離間し
た発光領域部を得る。この状態で公知の熱サイクルアニ
ールを行い離間された活性層内の転位を減少させる。こ
のような形状で部分的に離間されたＧａＡｓ発光領域内
付近の歪を計算機シミュレーションおよびフォトルミネ
ッセンス測定により評価した結果、離間させる以前と比
べ半分以下に緩和されていることがわかった。また転位
については溶融ＫＯＨによるエッチピットを調べたとこ
ろ数が減少しており特にエッジ近傍ではほとんど観察さ
れない領域が存在していることがわかった。
層３に達する切溝９をエッチングにより環状に形成す
る。しかる後に、その切溝９を利用し、ＡｌＧａＡｓ系
選択エッチング液、例えばフッ化水素溶液を用いてＡｌ
0.7Ｇａ0.3Ａｓ選択エッチング層３のみ、一部エッチン
グにより除去し、図３に平面図、図１に図３のＡ−Ａ′
線における断面図を示すような、中央部のみＳｉ基板１
と接合され、周囲が前記Ｓｉ基板１より部分的に離間し
た発光領域部を得る。この状態で公知の熱サイクルアニ
ールを行い離間された活性層内の転位を減少させる。こ
のような形状で部分的に離間されたＧａＡｓ発光領域内
付近の歪を計算機シミュレーションおよびフォトルミネ
ッセンス測定により評価した結果、離間させる以前と比
べ半分以下に緩和されていることがわかった。また転位
については溶融ＫＯＨによるエッチピットを調べたとこ
ろ数が減少しており特にエッジ近傍ではほとんど観察さ
れない領域が存在していることがわかった。
【００１１】最後にオーミック電極として、ＳｉＯ2層
８の上面外周部にＡｕ−Ｚｎ電極１０を、そしてＳｉ基
板１の下面にはＡｕ−Ｓｂ電極１１を蒸着しアロイを施
す。図３に示したように上面のオーミック電極は素子の
周囲部に形成され、それ以外のバット部等はＳｉＯ2に
よってオーミックが阻止されている。その後へき開等を
用いて素子分離を行い発光ダイオードを完成する。アニ
ールは電極形成後、オーミック電極に悪影響を与えない
範囲で行ってもよい。
８の上面外周部にＡｕ−Ｚｎ電極１０を、そしてＳｉ基
板１の下面にはＡｕ−Ｓｂ電極１１を蒸着しアロイを施
す。図３に示したように上面のオーミック電極は素子の
周囲部に形成され、それ以外のバット部等はＳｉＯ2に
よってオーミックが阻止されている。その後へき開等を
用いて素子分離を行い発光ダイオードを完成する。アニ
ールは電極形成後、オーミック電極に悪影響を与えない
範囲で行ってもよい。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、半導体基板上に、格子
定数および熱膨張係数が異なる半導体層を形成し発光素
子を作製する場合においても、転位密度が低くかつ歪応
力が少ない発光領域を有し、さらに発光の取り出し効率
が高い等の良好な特性の発光素子が得られるものであ
る。
定数および熱膨張係数が異なる半導体層を形成し発光素
子を作製する場合においても、転位密度が低くかつ歪応
力が少ない発光領域を有し、さらに発光の取り出し効率
が高い等の良好な特性の発光素子が得られるものであ
る。
【図１】本発明の実施例の発光素子の断面図
【図２】同実施例の一製造工程における断面図
【図３】同実施例の一製造工程における平面図
１ ｎ形Ｓｉ基板 ２ ｎ形ＧａＡｓ層 ３ ｎ形Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ選択エッチング層 ４ ｎ形Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層 ５ ｎ形ＧａＡｓ活性層 ６ ｐ形Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層 ７ ｐ形ＧａＡｓ層 ８ ＳｉＯ2層 ９ エッチング溝部 １０ Ａｕ−Ｚｎ電極 １１ Ａｕ−Ｓｂ電極
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に形成されたその半導体基板
の格子定数及び熱膨張係数と異なる格子定数及び熱膨張
係数を有する半導体層に形成された発光素子であって、
前記半導体層と半導体基板の境界面を周囲より削除し、
上部オーミック電極は表面の周囲部のみとし、その電極
下近傍の発光領域となる部分が半導体基板より離間した
状態で対向するように形成されており、中心部のみ半導
体基板と接合されていることを特徴とする発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8698091A JP2938607B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8698091A JP2938607B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04320070A JPH04320070A (ja) | 1992-11-10 |
| JP2938607B2 true JP2938607B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=13902023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8698091A Expired - Lifetime JP2938607B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2938607B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6113685A (en) * | 1998-09-14 | 2000-09-05 | Hewlett-Packard Company | Method for relieving stress in GaN devices |
| JP2002076436A (ja) * | 2000-08-29 | 2002-03-15 | Kyocera Corp | Ｌｅｄアレイ |
| KR100404416B1 (ko) * | 2001-07-06 | 2003-11-05 | 주식회사 옵토웨이퍼테크 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| JP2009105451A (ja) * | 2009-02-09 | 2009-05-14 | Oki Data Corp | 積層体及び半導体装置の製造方法 |
| KR101640830B1 (ko) | 2009-08-17 | 2016-07-22 | 삼성전자주식회사 | 기판 구조체 및 그 제조 방법 |
-
1991
- 1991-04-18 JP JP8698091A patent/JP2938607B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04320070A (ja) | 1992-11-10 |
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