JP3905270B2 - 発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発光ダイオードなどの発光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードは、たとえば、図４に示すように、Ｎ型半導体基板１００上にＮ型半導体層１０１およびＰ型半導体層１０２を順にエピタキシャル成長させることにより製造され、Ｎ型半導体層１０１およびＰ型半導体層１０２の接合界面に形成されるＰＮ接合面１０５付近における正負の電荷の再結合により光を発生する構成となっている。
【０００３】
Ｎ型半導体基板１００の底面には、カソード電極１０７が接合され、Ｐ型半導体層１０２の上面には、アノード電極１０８が接合されている。そして、アノード電極１０８が形成された上面側である発光面１０９から主として光が取り出されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような従来の構成では、素子の側面１１０におけるＰＮ接合面１０５の露出部１０５ａとアノード電極１０８との間の距離が短く、そのために、この露出部１０５ａの近傍において、少数キャリアの表面再結合が起こり、発光効率が低下するという問題があった。
【０００５】
また、素子の上方への発光の一部は、アノード電極１０８によって遮光されるため、必ずしも十分な光量の光を得ることができない場合があった。
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、発光効率を向上でき、発生光量を増大することができる発光素子およびその製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、平坦部と、この平坦部から発光面に向かって錘台形状に中央が盛り上がった凸形状部とをそれぞれ有し、層間にＰＮ接合面（発光層）を形成する第１半導体層および第２半導体層と、前記発光面において台形に盛り上がった中央部に配置された電極とを含むことを特徴とする発光素子である。
具体的には、この発明の発光素子は、表面を平坦部と凸形状部とを有するように整形した半導体基板と、この半導体基板の前記表面に順次積層された第１半導体層および第２半導体層とを含み、これらの第１半導体層および第２半導体層との間に発光に寄与するＰＮ接合面を形成するとともに、第２半導体層側の表面である発光面において台形に盛り上がった中央部に電極を配置した構成により実現できる。
【０００７】
上記の構成によれば、ＰＮ接合面が発光面に対して凸形状に形成されているので、素子の端面におけるＰＮ接合面の露出位置と発光面に形成される電極との間に、十分に大きな距離を確保できる。そのため、ＰＮ接合面の露出位置付近に大きな電界がかかることがないので、この領域における少数キャリアの表面再結合を防止できる。これにより、発光効率を向上できる。
【０００８】
また、ＰＮ接合面が凸形状になっていることにより、このＰＮ接合面は、従来構造の素子のＰＮ接合面よりもはるかに大きな面積を有することになる。そのため、発光光量が大きく、電極により一部の光が遮光されても、十分な光量の光を発生することができる。
このような構造の発光素子は、請求項２に記載のように、半導体基板の表面に平坦面と、この平坦面から錘台形状に盛り上がった凸形状面とを形成する工程と、前記平坦面および凸形状面に第１導電型の第１半導体層および第２導電型（第１導電型とは異なる導電型）の第２半導体層を順に形成することにより、前記平坦面および凸形状面に沿う形状のＰＮ接合面（発光層）を形成する工程と、前記半導体基板の裏面に第１電極を形成する工程と、前記半導体基板の裏面の反対側に位置する発光面において台形に盛り上がった中央部に第２電極を形成する工程とを含むことを特徴とする発光素子の製造方法により製造することができる。
【０００９】
なお、前記半導体基板および半導体層は、III−Ｖ族化合物半導体に代表される化合物半導体であってもよい。III−Ｖ族化合物半導体には、ガリウム燐およびガリウムヒ素がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る発光ダイオード１０の構成を説明するための断面図である。この発光ダイオード１０は、Ｎ型ガリウム燐化合物半導体基板１（以下単に「半導体基板１」という。）の表面１Ａ上に、Ｎ型ガリウム燐化合物半導体エピタキシャル成長層２（第１半導体層：以下単に「Ｎ型半導体層２」という。）と、Ｐ型ガリウム燐化合物半導体エピタキシャル成長層３（第２半導体層：以下単に「Ｐ型半導体層３」という。）とを順に積層して、ＰＮ接合面５を形成するとともに、半導体基板１の裏面１Ｂにカソード電極７を被着させ、発光面１１となるＰ型半導体層３の表面にアノード電極８を被着させて形成されている。
【００１１】
半導体基板１の表面１Ａは、平坦面と、この平坦面から発光面１１に向かって四角錐台形状に中央が盛り上がった凸形状面とを有している。この表面１Ａ上に形成されたＮ型半導体層２およびＰ型半導体層３も同様に、平坦部と、この平坦部から発光面１１に向かって中央が盛り上がった凸形状に湾曲した部分とを有している。それに応じて、ＰＮ接合面５は、平坦面と、この平坦面から発光面１１に向かって中央が盛り上がった凸形状の部分とを有している。そして、アノード電極８は、Ｐ型半導体層３の台形に盛り上がった中央部に形成されている。
【００１２】
この構成により、アノード電極８とＰＮ接合面５の露出部５Ａとの間に長い距離が確保されている。これにより、ＰＮ接合面５の露出部５Ａ付近で大きな電界が生じることがないから、この付近における少数キャリアの表面再結合を防止できる。これにより、発光効率を高めることができる。
また、ＰＮ接合面５が凸形状に湾曲していることにより、このＰＮ接合面５は、平坦なＰＮ接合面を有する従来の構成に比較して、大きな面積を有することができる。これにより、ＰＮ接合面５付近における正負の電荷の再結合を活発に生じさせることができるので、発光効率が高まり、発光輝度を向上することができる。
【００１３】
図２は、上述の発光ダイオード１０の製造工程を工程順に示す断面図である。まず、図２(a)に示すように、半導体ウエハＷ（半導体基板１）の表面に、格子状のパターンにレジスト２０が形成され、このレジスト２０をマスクとして半導体ウエハＷの表面がエッチングされる。これにより、図２(b)および図３に示すように、平坦面と、この平坦面から四角錐台形状に盛り上がった複数の凸形状面とを有する表面１Ａが形成される。
【００１４】
次に、図２(c)に示すように、Ｎ型半導体層２およびＰ型半導体層３が順にエピタキシャル成長させられる。これらの半導体層２，３は、下地となる半導体ウエハＷの表面の形状に従うことになるので、それらの界面であるＰＮ接合面５は、表面１の形状に対応した平坦面および凸形状面に沿うことになる。
その後は、図２(d)に示すように、発光面１１となるＰ型半導体層３の表面の凸形状部の中央付近（台形に盛り上がった中央部）に、アノード電極８が形成され、半導体ウエハＷの裏面１Ｂのほぼ全面にカソード電極７が形成される。アノード電極８およびカソード電極７の形成は、たとえば、電解めっき法により行うことができる。
【００１５】
アノード電極８およびカソード電極７の形成の後には、半導体ウエハＷがたとえばダイシングソーで切断ラインＳＬに沿って切断され、これにより、図１に示す構造の発光ダイオード１０の個片が複数個切り出される。
この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することも可能である。たとえば、上述の実施形態では、四角錐台形状の凸形状面が半導体基板１の表面に形成される例について説明したが、３角錐台や５角錐台などの形状でもよく、場合によっては、円錐台形状の凸形状面を代わりに用いることとしてもよい。
【００１６】
また、発光効率をさらに高めるために、Ｎ型半導体層２とＰ型半導体層３との間に、いわゆるｉ層（高抵抗層：Ｎ-型ガリウム燐半導体エピタキシャル成長層）が形成されてもよい。この場合には、このｉ層が第１半導体層として把握され、このｉ層とＰ型半導体層３との間に、平坦部および凸形状部を有するＰＮ接合面が形成されることになる。
【００１７】
また、上述の実施形態では、半導体材料としてガリウム燐を用いる例について説明したが、ガリウムヒ素などの他の化合物半導体材料を用いてこの発明の発光素子を構成してもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る発光ダイオードの構成を示す断面図である。
【図２】前記発光ダイオードの製造工程を工程順に示す断面図である。
【図３】表面に複数個の凸形状面が格子状に形成された半導体ウエハの一部の斜視図である。
【図４】従来の発光ダイオードの構成を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１ Ｎ型ガリウム燐化合物半導体基板
１Ａ 凸形状の表面
１Ｂ 裏面
２ Ｎ型ガリウム燐化合物半導体エピタキシャル成長層
３ Ｐ型ガリウム燐化合物半導体エピタキシャル成長層
５ 凸形状のＰＮ接合面
１０ 発光ダイオード
【発明の属する技術分野】
この発明は、発光ダイオードなどの発光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードは、たとえば、図４に示すように、Ｎ型半導体基板１００上にＮ型半導体層１０１およびＰ型半導体層１０２を順にエピタキシャル成長させることにより製造され、Ｎ型半導体層１０１およびＰ型半導体層１０２の接合界面に形成されるＰＮ接合面１０５付近における正負の電荷の再結合により光を発生する構成となっている。
【０００３】
Ｎ型半導体基板１００の底面には、カソード電極１０７が接合され、Ｐ型半導体層１０２の上面には、アノード電極１０８が接合されている。そして、アノード電極１０８が形成された上面側である発光面１０９から主として光が取り出されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような従来の構成では、素子の側面１１０におけるＰＮ接合面１０５の露出部１０５ａとアノード電極１０８との間の距離が短く、そのために、この露出部１０５ａの近傍において、少数キャリアの表面再結合が起こり、発光効率が低下するという問題があった。
【０００５】
また、素子の上方への発光の一部は、アノード電極１０８によって遮光されるため、必ずしも十分な光量の光を得ることができない場合があった。
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、発光効率を向上でき、発生光量を増大することができる発光素子およびその製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、平坦部と、この平坦部から発光面に向かって錘台形状に中央が盛り上がった凸形状部とをそれぞれ有し、層間にＰＮ接合面（発光層）を形成する第１半導体層および第２半導体層と、前記発光面において台形に盛り上がった中央部に配置された電極とを含むことを特徴とする発光素子である。
具体的には、この発明の発光素子は、表面を平坦部と凸形状部とを有するように整形した半導体基板と、この半導体基板の前記表面に順次積層された第１半導体層および第２半導体層とを含み、これらの第１半導体層および第２半導体層との間に発光に寄与するＰＮ接合面を形成するとともに、第２半導体層側の表面である発光面において台形に盛り上がった中央部に電極を配置した構成により実現できる。
【０００７】
上記の構成によれば、ＰＮ接合面が発光面に対して凸形状に形成されているので、素子の端面におけるＰＮ接合面の露出位置と発光面に形成される電極との間に、十分に大きな距離を確保できる。そのため、ＰＮ接合面の露出位置付近に大きな電界がかかることがないので、この領域における少数キャリアの表面再結合を防止できる。これにより、発光効率を向上できる。
【０００８】
また、ＰＮ接合面が凸形状になっていることにより、このＰＮ接合面は、従来構造の素子のＰＮ接合面よりもはるかに大きな面積を有することになる。そのため、発光光量が大きく、電極により一部の光が遮光されても、十分な光量の光を発生することができる。
このような構造の発光素子は、請求項２に記載のように、半導体基板の表面に平坦面と、この平坦面から錘台形状に盛り上がった凸形状面とを形成する工程と、前記平坦面および凸形状面に第１導電型の第１半導体層および第２導電型（第１導電型とは異なる導電型）の第２半導体層を順に形成することにより、前記平坦面および凸形状面に沿う形状のＰＮ接合面（発光層）を形成する工程と、前記半導体基板の裏面に第１電極を形成する工程と、前記半導体基板の裏面の反対側に位置する発光面において台形に盛り上がった中央部に第２電極を形成する工程とを含むことを特徴とする発光素子の製造方法により製造することができる。
【０００９】
なお、前記半導体基板および半導体層は、III−Ｖ族化合物半導体に代表される化合物半導体であってもよい。III−Ｖ族化合物半導体には、ガリウム燐およびガリウムヒ素がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る発光ダイオード１０の構成を説明するための断面図である。この発光ダイオード１０は、Ｎ型ガリウム燐化合物半導体基板１（以下単に「半導体基板１」という。）の表面１Ａ上に、Ｎ型ガリウム燐化合物半導体エピタキシャル成長層２（第１半導体層：以下単に「Ｎ型半導体層２」という。）と、Ｐ型ガリウム燐化合物半導体エピタキシャル成長層３（第２半導体層：以下単に「Ｐ型半導体層３」という。）とを順に積層して、ＰＮ接合面５を形成するとともに、半導体基板１の裏面１Ｂにカソード電極７を被着させ、発光面１１となるＰ型半導体層３の表面にアノード電極８を被着させて形成されている。
【００１１】
半導体基板１の表面１Ａは、平坦面と、この平坦面から発光面１１に向かって四角錐台形状に中央が盛り上がった凸形状面とを有している。この表面１Ａ上に形成されたＮ型半導体層２およびＰ型半導体層３も同様に、平坦部と、この平坦部から発光面１１に向かって中央が盛り上がった凸形状に湾曲した部分とを有している。それに応じて、ＰＮ接合面５は、平坦面と、この平坦面から発光面１１に向かって中央が盛り上がった凸形状の部分とを有している。そして、アノード電極８は、Ｐ型半導体層３の台形に盛り上がった中央部に形成されている。
【００１２】
この構成により、アノード電極８とＰＮ接合面５の露出部５Ａとの間に長い距離が確保されている。これにより、ＰＮ接合面５の露出部５Ａ付近で大きな電界が生じることがないから、この付近における少数キャリアの表面再結合を防止できる。これにより、発光効率を高めることができる。
また、ＰＮ接合面５が凸形状に湾曲していることにより、このＰＮ接合面５は、平坦なＰＮ接合面を有する従来の構成に比較して、大きな面積を有することができる。これにより、ＰＮ接合面５付近における正負の電荷の再結合を活発に生じさせることができるので、発光効率が高まり、発光輝度を向上することができる。
【００１３】
図２は、上述の発光ダイオード１０の製造工程を工程順に示す断面図である。まず、図２(a)に示すように、半導体ウエハＷ（半導体基板１）の表面に、格子状のパターンにレジスト２０が形成され、このレジスト２０をマスクとして半導体ウエハＷの表面がエッチングされる。これにより、図２(b)および図３に示すように、平坦面と、この平坦面から四角錐台形状に盛り上がった複数の凸形状面とを有する表面１Ａが形成される。
【００１４】
次に、図２(c)に示すように、Ｎ型半導体層２およびＰ型半導体層３が順にエピタキシャル成長させられる。これらの半導体層２，３は、下地となる半導体ウエハＷの表面の形状に従うことになるので、それらの界面であるＰＮ接合面５は、表面１の形状に対応した平坦面および凸形状面に沿うことになる。
その後は、図２(d)に示すように、発光面１１となるＰ型半導体層３の表面の凸形状部の中央付近（台形に盛り上がった中央部）に、アノード電極８が形成され、半導体ウエハＷの裏面１Ｂのほぼ全面にカソード電極７が形成される。アノード電極８およびカソード電極７の形成は、たとえば、電解めっき法により行うことができる。
【００１５】
アノード電極８およびカソード電極７の形成の後には、半導体ウエハＷがたとえばダイシングソーで切断ラインＳＬに沿って切断され、これにより、図１に示す構造の発光ダイオード１０の個片が複数個切り出される。
この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することも可能である。たとえば、上述の実施形態では、四角錐台形状の凸形状面が半導体基板１の表面に形成される例について説明したが、３角錐台や５角錐台などの形状でもよく、場合によっては、円錐台形状の凸形状面を代わりに用いることとしてもよい。
【００１６】
また、発光効率をさらに高めるために、Ｎ型半導体層２とＰ型半導体層３との間に、いわゆるｉ層（高抵抗層：Ｎ-型ガリウム燐半導体エピタキシャル成長層）が形成されてもよい。この場合には、このｉ層が第１半導体層として把握され、このｉ層とＰ型半導体層３との間に、平坦部および凸形状部を有するＰＮ接合面が形成されることになる。
【００１７】
また、上述の実施形態では、半導体材料としてガリウム燐を用いる例について説明したが、ガリウムヒ素などの他の化合物半導体材料を用いてこの発明の発光素子を構成してもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る発光ダイオードの構成を示す断面図である。
【図２】前記発光ダイオードの製造工程を工程順に示す断面図である。
【図３】表面に複数個の凸形状面が格子状に形成された半導体ウエハの一部の斜視図である。
【図４】従来の発光ダイオードの構成を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１ Ｎ型ガリウム燐化合物半導体基板
１Ａ 凸形状の表面
１Ｂ 裏面
２ Ｎ型ガリウム燐化合物半導体エピタキシャル成長層
３ Ｐ型ガリウム燐化合物半導体エピタキシャル成長層
５ 凸形状のＰＮ接合面
１０ 発光ダイオード
Claims (2)
- 平坦部と、この平坦部から発光面に向かって錘台形状に中央が盛り上がった凸形状部とをそれぞれ有し、層間にＰＮ接合面を形成する第１半導体層および第２半導体層と、
前記発光面において台形に盛り上がった中央部に配置された電極とを含むことを特徴とする発光素子。 - 半導体基板の表面に平坦面と、この平坦面から錘台形状に盛り上がった凸形状面とを形成する工程と、
前記平坦面および凸形状面に第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層を順に形成することにより、前記平坦面および凸形状面に沿う形状のＰＮ接合面を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面に第１電極を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面の反対側に位置する発光面において台形に盛り上がった中央部に第２電極を形成する工程とを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31715399A JP3905270B2 (ja) | 1999-11-08 | 1999-11-08 | 発光素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31715399A JP3905270B2 (ja) | 1999-11-08 | 1999-11-08 | 発光素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001135853A JP2001135853A (ja) | 2001-05-18 |
| JP3905270B2 true JP3905270B2 (ja) | 2007-04-18 |
Family
ID=18085049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31715399A Expired - Lifetime JP3905270B2 (ja) | 1999-11-08 | 1999-11-08 | 発光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3905270B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103325910A (zh) * | 2013-06-19 | 2013-09-25 | 华南理工大学 | 基于微切削的led表面强化出光结构的制作方法及多齿刀具 |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| US9793436B2 (en) | 2015-01-16 | 2017-10-17 | Epistar Corporation | Semiconductor light-emitting device |
| KR101974584B1 (ko) * | 2015-02-04 | 2019-05-02 | 에피스타 코포레이션 | 반도체 발광소자 |
| KR102211179B1 (ko) * | 2019-04-25 | 2021-02-02 | 에피스타 코포레이션 | 반도체 발광소자 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2954743B2 (ja) * | 1991-05-30 | 1999-09-27 | 京セラ株式会社 | 半導体発光装置の製造方法 |
| JP2824371B2 (ja) * | 1992-12-16 | 1998-11-11 | シャープ株式会社 | 発光ダイオード |
| JPH07263746A (ja) * | 1994-03-22 | 1995-10-13 | Japan Energy Corp | 発光ダイオード及びその製造方法 |
| JP3240097B2 (ja) * | 1995-02-16 | 2001-12-17 | シャープ株式会社 | 半導体発光素子 |
-
1999
- 1999-11-08 JP JP31715399A patent/JP3905270B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103325910A (zh) * | 2013-06-19 | 2013-09-25 | 华南理工大学 | 基于微切削的led表面强化出光结构的制作方法及多齿刀具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001135853A (ja) | 2001-05-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
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