JP3531722B2 - 発光ダイオードの製造方法 - Google Patents
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Description
〔以下、単に「LED(Light Emitting Diodeの略)」
と記載することがある。〕の製造方法、特に燐化砒化ガ
リウムGaAs1-xPx混晶(以下、単に「GaAsP」
と記載することがある。)を構成材料とする発光ダイオ
ード(以下、単に「GaAsP系LED」と記載するこ
とがある。)の製造方法に関する。
構成材料とする発光ダイオードは、混晶率xの組成を変
化させることにより禁止帯エネルギー間隙を変化させ
て、波長583nmの黄色(x=0.90)、波長62
6nmの橙色(x=0.65)、又は波長648nmの
赤色(x=0.50)等を発光させることができ、表示
装置等の光源として使用されている。
る。LEDの発光効率は、内部量子効率及び取り出し効
率によって決まる。内部量子効率はLEDの構成材料の
組成により決定されるものであるので、発光効率を高め
るためには、LED内部での光吸収による損失や、光放
出面と空気との界面での全反射により外部に取り出され
ない光の損失を抑えることにより取り出し効率を高くす
る必要がある。
n接合を有する半導体ウェーハをチップ状に1つ1つ切
断して得られるペレット(pellet)の表面を粗面化する
処理方法は、既に知られている(特開平4−35438
2号、特開平6−151959号等)。ペレットの表面
を粗面化すると、光放出面と空気との界面で光が全反射
する確率が下がるので、取り出し効率を高くすることが
できると考えられる。
化するには、湿式エッチングが簡便である。例えば、燐
化ガリウムGaP系のペレットの場合は、塩酸即ちHC
1水溶液によるエッチングで粗面化することができる
(特開平4−354382号)。またAlGaAs混晶
表面の粗面化には、フッ化水素酸(特開平6−1519
59号)や硝酸:硫酸=95:5の混合液(特開平10
−200156号)が有効である。
P混晶に対しては、ペレットの主表面を粗面化するのに
好ましいエッチング液の開発に未だ成功しておらず、図
6のようにGaAsP混晶系のペレット40の主表面4
6は鏡面状態のままであった。
は、例えば、n型GaP単結晶基板41上に、n型Ga
Pエピタキシャル層42、混晶率xが変化するn型Ga
As 1-xPx混晶率変化層43、窒素を添加したn型Ga
As1-xPx混晶率一定層44,45を順次積層した後
に、GaAs1-xPx混晶率一定層45の表面より亜鉛Z
nを拡散させて該GaAs1-XPX混晶率一定層45をp
型に反転させて、混晶率一定層44と45の境界にp−
n接合を形成し、続いて、主表面46と主裏面47に金
合金を蒸着して、p側電極51とn側電極52を形成
し、最後に、ダイシングによりチップ状に切断すること
により得られる。図6において、48a,48bはペレ
ット側面のことであり、ダイシングによりチップ状にす
る際に、その切断面として主表面46とほぼ直角をなす
ようにして形成される。なお、ペレット側面は、図6に
示される48a,48bの他に、さらに2面ある。
主表面に対して粗面化処理の可能なエッチング液を開発
すべく研究を重ねたところ、臭素Br2 又は沃素I2 を
水溶液中に含むエッチング液が好適であることを見い出
した。このエッチング液を用いて種々実験を続けること
によって、本発明に到達したものである。
された燐化砒化ガリウムGaAsP混晶を構成材料とす
る発光ダイオード(GaAsP系LED)の製造方法を
提供することを目的とする。
の製造方法は、上記課題を解決するためになされたもの
であり、主表面がGaAsP混晶からなるペレットを有
する発光ダイオードの製造方法において、前記ペレット
をBr 2 、硝酸、弗化水素及び酢酸、又はI 2 、硝酸、
弗化水素及び酢酸を水溶液中に含むエッチング液で処理
して、前記ペレットの少なくとも主表面に微細な凹凸を
形成することを特徴とする。
1部に対し、硝酸を40部〜80部、弗化水素を40部
〜300部、酢酸を400部〜2000部のモル組成比
で含むのがさらに好適である。
製造される発光ダイオードは、主表面がGaAsP混晶
からなるペレットを有する発光ダイオードであって、前
記主表面が、空気側に突出した断面円弧状の凹凸が密集
して形成された粗面となる。
り高い取り出し効果を達成することができる。また前記
粗面は、粒径0.3μm以上3μm以下の微細な凹凸を
形成してなることが好ましい。
ードの製造方法について添付図面を参照して詳細に説明
するが、これらの実施の形態は例示的に示されるもの
で、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が
可能なことはいうまでもない。
砒化ガリウムGaAsPを構成材料とする発光ダイオー
ド用ペレット(以下、単に「GaAsP系ペレット」と
いうことがある。)20をしめす概略断面図である。図
1に示すようにGaAsP混晶からなる主表面6は、光
の取り出し効率を良くするために湿式エッチングにより
粗面化されており、その粒径が0.3μm以上3μm以
下になるようにエッチング条件が調整されている。
光する光は、ピーク波長で黄色の約580nmから赤色
の約650nmまでの600nm前後の波長であり、前
記ペレット20の主表面6の粒径がこの波長域よりやや
広い0.3μm以上3μm以下になるように粗面化の程
度を調整すると、光の全反射する確率がうまく下がるの
で、光の取り出し効率が上がるのである。
説明する。上記したように、高い光強度を得るために
は、光放出面と空気との界面における全反射により外部
に取り出されない光の割合を小さくすることにより、光
の取り出し効率を高くする必要がある。
折率nが約3.3、GaAsの屈折率nが約3.8であ
ることから、それらの混晶であるGaAsPの屈折率n
は、約3.3〜約3.8である。このように大きな屈折
率nから屈折率=1の空気へ光が入射する場合の全反射
臨界角θは、
約3.8のGaAsPの場合、全反射臨界角θ=約15
°〜約18°となる。
面の場合は、平面に対して垂直に近い角度で、かつこの
全反射臨界角θよりも小さい角度内で界面に到達した光
のみが、空気中に放出される〔図2(A)〕。そして、
全反射臨界角θよりも大きな角度で界面に到達した光は
全反射してしまい、結晶内部に反射して吸収されてしま
う〔図2(B)〕。
はなく、微細な凹凸が形成されるように湿式エッチング
により粗面化するのである。図3に示すように、界面に
微細な凹凸が形成されると、全反射臨界角θよりも大き
な角度で界面に到達した光に対しても、局部的には全反
射臨界角θよりも小さい角度を有する凸面が存在するの
で、その凸面から光が空気中に透過することができるの
である〔図3(A)〕。
は、0.3μm以上3μm以下であることが好ましい
〔図3(A)〕。微細な凹凸の粒径が3μmを越える場
合には、上記光の波長に対しては凹凸が緩やかすぎて局
部的な鏡面として作用する〔図3(B)〕。また逆に、
微細な凹凸の粒径が0.3μmに満たない場合には、光
の波長に対する凹凸のレベルが小さすぎて実質的に鏡面
と同じになってしまう〔図3(C)〕。ここで、本発明
において微細な凹凸の粒径とは、図3に示すように、あ
る凸状物の立ち上がりから隣接する凸状物の立ち上がり
までの長さのことである。また、図3において、界面の
微細な凹凸は半円の連続として描写してあるが、空気側
に突起した断面円弧状の凹凸が密集して形成されていれ
ばよい。
m以下の微細な凹凸を有する粗面を、主表面6のみなら
ず、ペレット側面8(8a,8b、さらに図1に示され
ていない他の2側面を含む)にも形成すると、光の取り
出し効果が一層高くなる。
方法について、図4を用いて説明する。
n型GaP単結晶基板1上に、n型GaPエピタキシャ
ル層2、混晶率xが変化するn型GaAs1-x Px 混晶
率変化層3、窒素を添加したn型GaAs1-x Px 混晶
率一定層4、5を順次積層した後に、GaAs1-x Px
混晶率一定層5の表面より亜鉛Znを拡散させて該Ga
As1-x Px 混晶率一定層5をp型に反転させ、混晶率
一定層4と5の境界にp−n接合を有するGaAsPエ
ピタキシャルウェーハ10を得る〔工程(A)〕。
ハ10の主表面6と主裏面7に金合金を蒸着して、p側
電極11とn側電極12を形成する〔工程(B)〕。そ
して、n型電極12を覆うようにして粘着シート13に
GaAsPエピタキシャルウェーハ10を貼り付けて、
該GaAsPエピタキシャルウェーハ10をダイシング
により0.3mm×0.3mm□のペレット20に切断
する〔工程(C)〕。
%硫酸H2 SO4 :32%過酸化水素H2 O2 :水H2
O=3:1:1の組成比(容量)の第1のエッチング液
で2分間エッチングを行い、ダイシングにより生じた加
工歪を除去する〔工程(D)〕。
微細な凹凸を、GaAsP系ペレット20の主表面6及
び側面8に形成するため、ペレット20を臭素Br2 又
は沃素I2 を水溶液中に含む第2のエッチング液で処理
する〔工程(F)〕。従来、GaAsP混晶の粗面化処
理のために、Br2 又はI2 を含むエッチング液は用い
られていなかった。このエッチングの際、ペレット20
の主裏面7を粘着シート13で覆って第2のエッチング
液から保護し、粗面化されないようにする。主裏面7
は、粗面よりも鏡面状態のほうが主裏面7側から光が逃
げないので取り出し効果を向上させることができて好ま
しい。
Br2 又はI2 が1部に対し、硝酸HNO3 を40部〜
80部、弗化水素HFを40部〜300部、酢酸CH3
COOHを400部〜2000部のモル組成比で水溶液
中にさらに含む第2のエッチング液を調整後、該第2の
エッチング液中でGaAsP系ペレット20の主表面6
及び側面8a、8b等を所定時間エッチングし、粒径が
0.3μm以上3μm以下の微細な凹凸を有する粗面を
形成する。最適なエッチング時間は、GaAsP系ペレ
ットの混晶率やエッチング液の組成により多少異なる。
上記第2のエッチング液はGaAsP混晶のみならず、
ペレット20の側面に一部露出しているGaPをも粗面
化するので、第2のエッチング液に曝されている主表面
6及び側面8a,8b等全体が粗面化される。
該エッチングにより得られた微細な凹凸を有するGaA
sP混晶をペレットの構成材料とする発光ダイオードの
光度とについて、さらに具体的な例をあげて説明する。
以下の具体例は例示的に示されるもので、限定的に解釈
されるべきでないことはいうまでもない。
%過酸化水素H2 O2 :水H2 O=3:1:1の組成比
(容量)の第1のエッチング液で2分間エッチングを行
って〔図4(D)〕、ダイシングにより生じた加工歪を
除去し、さらに、主表面の面方位が(100)である前
記GaAsP系ペレット20を、I2 が1部に対し、硝
酸を60部、弗化水素を200部、酢酸を800部のモ
ル組成比で水溶液中に含む30℃の第2のエッチング液
中で75秒間処理して、GaAsP系ペレット20の主
表面6及び側面8a,8b等に粒径が0.3μm以上3
μm以下の微細な凹凸を形成する〔図4(F)〕。
ペレット20をステム34上に銀ペースト36を介して
固着し、金細線32でワイヤボンディング後、透明エポ
キシ樹脂38でモールドして発光ダイオード30を作成
した。
て20mAの直流電流を流し、発光波長580nmの黄
色光の光度を測定した〔図4(G)〕。光度の測定結果
は、表1(A)に示す。次に示す比較例1と比較する
と、光度は88%向上した。この光度の向上は、ベレッ
ト20の表面を粗面化することにより取り出し効果が向
上したことを意味する。
主表面6及び側面8a,8bに微細な凹凸を形成するエ
ッチングを施さないこと以外は実施例1と全く同様にし
て作成した発光ダイオード30に対して20mAの直流
電流を流し、光度の測定をした結果を表1(B)に示
す。
586nmの黄色光を発光する発光ダイオード30を作
成し、その光度を測定した〔表1(C)〕。次に示す比
較例2と比較すると、光度は73%向上した。
主表面6及び側面8a,8b等に微細な凹凸を形成する
エッチングを施さないこと以外は実施例2と全く同様に
して作成した発光ダイオード30に対して20mAの直
流電流を流し、光度の測定をした結果を表1(D)に示
す。
605nmの黄褐色光を発光する発光ダイオード30を
作成し、その光度を測定した〔表1(E)〕。次に示す
比較例3と比較すると、光度は73%向上した。
主表面6及び側面8a,8b等に微細な凹凸を形成する
エッチングを施さないこと以外は実施例3と全く同様に
して作成した発光ダイオード30に対して20mAの直
流電流を流し、光度の測定をした結果を表1(F)に示
す。
630nmの橙色光を発光する発光ダイオード30を作
成し、その光度を測定した〔表1(G)〕。次に示す比
較例4と比較すると、光度は51%向上した。
主表面6及び8a,8b等に微細な凹凸を形成するエッ
チングを施さないこと以外は実施例4と全く同様にして
作成した発光ダイオード30に対して20mAの直流電
流を流し、光度の測定をした結果を表1(H)に示す。
ング液の調整に沃素I2 を用いたが、臭素Br2 を沃素
I2 の場合と同じ組成にして用いることにより、同様の
結果が得られる。
橙色を発色する発光ダイオードについて記載したが、赤
色を発色する発光ダイオードについても同様な効果が得
られる。さらにまた、本実施例においてはp側電極11
を主表面6上に形成した後に粗面化処理を施したので、
p側電極11の下部面は粗面化されていないが、p側電
極を形成する前に粗面化処理を施すと、主表面6全体を
粗面にすることができることは言うまでもない。
aAsP系ペレットの表面を粗面化して微細な凹凸を形
成することにより取り出し効果を向上させることができ
る結果、従来よりも約50%〜約90%の光度の向上を
達成することができる。また、GaAsP系ペレットの
主表面の粗面化は、Br2 又はI2 を水溶液中に含むエ
ッチング液を用いることにより達成できる。より具体的
には、さらに、硝酸、弗化水素、酢酸を水溶液中に含む
エッチング液で粗面化処理することにより、GaAsP
ペレット20の主表面及び側面に微細な凹凸を形成する
ことが可能となった。
及び側面を示す概略断面図である。
び反射状態を示す説明図で、図2(A)は光が透過する
場合、図2(B)は光が反射する場合をそれぞれ示す。
到達角度と光の透過及び反射状態を示す説明図で、図3
(A)は凹凸の粒径が0.3μm以上3μm以下である
場合、図3(B)は凹凸の粒径が3μmを越える場合及
び図3(C)は0.3μmに満たない場合をそれぞれ示
す。
示すフローチャートである。
る。
び側面を示す概略断面図である。
ャル層、3:n型GaAs1-x Px 混晶率変化層、4,
5:n型GaAs1-x Px 混晶率一定層、6:主表面、
6:ペレットの主表面、7:主裏面、8a,8b:ペレ
ット側面、10:GaAsPエピタキシャルウェーハ、
11:p側電極、12:n側電極、13:第1の粘着シ
ート、20:ペレット、30:発光ダイオード、32:
金細線、34:ステム、36:銀ペースト、38:透明
エポキシ樹脂、θ:全反射臨界角。
Claims (2)
- 【請求項1】 主表面がGaAsP混晶からなるペレッ
トを有する発光ダイオードの製造方法において、前記ペ
レットをBr 2 、硝酸、弗化水素及び酢酸、又はI 2 、
硝酸、弗化水素及び酢酸を水溶液中に含むエッチング液
で処理して、前記ペレットの少なくとも主表面に微細な
凹凸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。 - 【請求項2】 前記エッチング液は、Br 2 またはI 2
が1部に対し、硝酸を40部〜80部、弗化水素を40
部〜300部、酢酸を400部〜2000部のモル組成
比で含むことを特徴とする請求項1記載の発光ダイオー
ドの製造方法。
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