JPH01226181A

JPH01226181A - 化合物半導体装置

Info

Publication number: JPH01226181A
Application number: JP63053115A
Authority: JP
Inventors: Naonori Katou; 尚範加藤; Masahiro Noguchi; 雅弘野口; Hideki Goto; 秀樹後藤
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Mitsubishi Monsanto Chemical Co
Current assignee: Mitsubishi Kasei Polytec Co; Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1988-03-07
Filing date: 1988-03-07
Publication date: 1989-09-08
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPH0685448B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はＡ２、Ｇａｐ−ｘ、へ３層を用いた化合物半導
体装置に係わり、特に耐湿性に優れ、高出力特性を有す
る化合物半導体装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、高輝度発光用ＬＥＤとしてホモ接合構造ＬＥＤに
比べて、キャリアの注入効率が高く、高出力、高応答速
度が得られるシングルへテロ接合構造ＬＥＤ、あるいは
ダブルへテロ接合構造ＬＥＤが用いられている。

これらへテロ接合構造ＬＥＤに特徴的なことは、光取り
出し側にＡｌＡｓ混晶比Ｘの大きいＡｆｆｉ。

Ｇａｐ−、Ａｓが用いられている点である９例えば、赤
色発光高輝度ＬＥＤ用基板のエピタキシャル成長の例を
示すと、Ｐ型ＧａＡｓ基板（（１００）面〕上にＰクラ
ッド層として液相成長法等によりＺｎドープＡｌｏ、、
５Ｇａｏ、ｚｓＡＳＮを２００μｍ（ｐ型）形成した後
、Ｐアクティブ層としてＺｎ　　　−ドープＡ　１　ｏ
、　３ｓＧ　ａ　１．４ＳＡ　Ｓ　Ｊｌを２〜３μｍ（
ｐ型）形成し、次いでｎクラッド層としてＴｅドープＡ
　ｌ　ｏ、　ｔｓＧ　ａ　ｏ、　ｚｓＡ　Ｓ　層を５０
ｃｒｍ程度形成している。そしてＧａＡｓ１板選択性エ
ンチャントを用いて光吸収性ＧａＡｓ１板を除去して高
輝度ＬＥＤチップをｉ）ており、チップの表面の混晶比
Ｘは０．７５と高い。

（発明が解決すべき課題）しかしながら、このようなＡｆｆｉＡｓ混晶比Ｘの大き
なＡ４２Ｘ　Ｇａ、−ｘＡｓ層は極めて酸化されやすく
、そのため、発光特性の劣化を招き、素子寿命を著しく
短くしてしまう原因となっており、樹脂封止した素子に
おいても同様であった。

この対策として従来化学表面処理により、自然酸化膜（
Ｇａｇ　Ｏｓ　、ＡＳｚ　Ｏｓ　）を形成する方法、ま
たは酸化珪素を用いて素子表面を覆う方法が行われてい
たが、自然酸化膜を形成する方法は機械的強度が弱く、
また、酸化珪素で表面を覆う方法は酸化珪素の屈折率の
値の関係で発光出力特性が良くなかった。

本発明は上記問題点を解決するためのもので、耐湿性を
向上させて素子寿命を伸ばすと共に、発光出力特性を向
上させることができる化合物半導体装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明によるヘテロ接合高輝度発光しＥＤの構
造の一例を示す図で、１は裏電極、２はＰクラッド層、
３はｐアクティブ層、４はｎクラッド層、５は保護膜、
６は表電極である。

図に示すように、発光ダイオードの光取り出し側を窒化
珪素（ＳｉＮｘ）保護Ｈ５で被覆する。

裏電極側の矩形の一辺を、例えば３９０μｍとすると、
光取り出し側の幅は２５０μｍ程度であり、これはメサ
エッチング深さによって変化する。また表電極６の径は
１２０μｍ程度である。

この窒化珪素保ＩＭをプラズマＣＶＤ法により形成し、
第２図の斜線領域に示す水素含有量（原子数比）、及び
珪素、窒素比率（原子数比）のものである。第２図の曲
線Ａは窒化珪素中の水素がすべて珪素と結合している場
合、曲線Ｂは窒化珪素中の水素がすべて窒素と結合して
いる場合で、通常の窒化珪素はこの曲線ＡＳＢ間にある
。そして、保護膜としての特性上、水素の含有量を原子
数比率で約２０〜４０％であって屈折率が１．８〜２．
０になるように選択し、図の斜線部分のような成分の保
Ｍ膜とする。

窒化珪素中の水素含有量は第３図に示すように弗化アン
モニウム（Ｎ１１４Ｆ）と弗酸（ＨＦ）との比率が１３
：２であるエツチング液を用いて温度２５℃でエツチン
グしたときのエツチング速度から求められる。すなわち
、エリプソメータで膜厚測定したとき１０〜６００ｎｍ
；／ｍｉｎのエツチング速度範囲以内であれば保護膜と
して十分な機能が達成される。

また、保護膜の屈折率と窒素対珪素比率の関係は第４図
に示すようになり、屈折率が１．８〜２゜０になるよう
に珪素と窒素との原子数比率を設定する。

膜厚は余り薄いと保護膜としての機能を十分果たすこと
ができないが、余り厚すぎても製膜に時間がかかると共
に、膜自体の有するストレスのために剥がれる場合が生
じるので、２０〜５００ｎｍ程度が適当である。

なお、プラズマＣＶＤ法が最も好ましいが、それ以外に
も、例えばＳ　ｉＮｘ膜を形成する方法として、例えば
シランＳ　ｉ　Ｈ４とアンモニアＮ　Ｈｘとをチャンバ
ー内に導入して熱による分解反応を利用して基板上に５
ｉ３Ｎａ股を堆積する熱分解ＣＶＤ法があり、この方法
によれば、ストイキオメトリツクな膜（ＳｉとＮの比率
が３＝４）に最も近く水素含有量が低い膜が得られ、エ
ツチングレートを下げることができると共に、硬い膜に
なるという利点があり、この場合製膜温度が最低でも６
００℃以上必要である。

また反応性スパッタ法では、ＳｉをターゲットとしてＡ
ｒに少量のＮ２を混入した雰囲気（圧力ｌＸｌ０−”Ｔ
ｏｒｒ　〜ＩＴｏｒｒ）中で放電を起こし、Ｓｉをスパ
ッタリングすると、基板上にＳｉＮｘが堆積する。この
方法は基板を加熱する必要がないため化合物半導体に使
用できるが、ストイキオメトリ−制御及び膜中の応力１
ＩｉＩＩ御に注意を要する。

〔作用〕

本発明の化合物半導体装置はへテロ接合を有する半導体
装置の保護膜として２０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さの窒化
珪素膜をプラズマＣＶＤ法により形成し、該窒化珪素膜
に含まれる水素含有量を２０〜４０％、屈折率を１．８
〜２．０になるように珪素と窒素の原子数比率にしたも
のである。なお、水素含有量の制御は製膜時のガス組成
比率を制御して行う。こうすることにより、保護膜とし
ての耐湿性を向上させ、かつ反射率を低下させて高輝度
出力を得ることが可能となる。

保護膜の屈折率、厚みと反射率の関係について第５図に
より説明する。

ｎ−Ａｊ！ＧａＡｓ層を通過したλ＝６６０　ｎｍの光
が境界面で反射される率（境界面に対し垂直入射）をＲ
，とする。ｎ　　Ａｌ６．ｔｓＧａｏ、ｚ５Ａｓ層、保
護膜、空気の屈折率をそれぞれｎ０１ｎｌ、ｎｌ　とす
ると、（１＋ｒＩｉ）”＋　２　ｒｌｒｚ（ｃｏｓ　２δ−１
）ｎｏ　　−ｎ。

ｌ２ｎｏ　　＋ｎ。

ｎ、　　−ｎｚ λ ここでＲｈはｃｏｓ　２δ−１が最小（＝−２）のとき
最小になる。

、’、　　ｃｏｓ　２δ＝−１ π 、゛、　　δ＝−×（奇数）従って、 λ 一一×（奇数）このとき、１　　ｒ＋ｒｚ　　　ｎｌ　”　＋ｎｏ　ｎｚここで、
ｎ、＝３．３、ｎｚ＝１．０としてｎ＋　＝　／ｎｏ　
ｎ＝　＝　１．８２のときＲよ　干０以上の関係を利用して屈折率が１．９のときの膜ｒ！Ｌ
ｄに対する垂直方向の反射率（ＲＬ）の変化を求めると
第６図のようになる。

図から８６ｎｍの奇数倍の膜厚のときに反射率が０．２
％となり、この程度の反射率であれば高出力特性を達成
することができる。そして屈折率が１．８０〜２．０の
範囲であればこれを満足することができる。

〔実施例〕成膜条件としてガス流量を５ｉＨｎ（２０％／Ｎ２希釈
液を１４ｓｅｃｍ（ｃｄ／ｍｉｎ、ａＬＯ゛Ｃ２１気圧
）、アンモニウム（ＮＨ３）６０ＳＣｃｍ、窒素１１ｓ
ｃｃｍを使用した。全圧力は５ｘ　ｌ　Ｑ−”Ｔｏ　ｒ
　ｒ、基板温度２８０＠Ｃ，、ＲＦパワー５０Ｗでプラ
ズマＣＶＤにより成膜時間２８ｍ１ｎで成膜したところ
、膜厚２７０ｎｍで、屈折率１．９が得られた。

〔比較例〕

第７図は保護膜として酸化珪素膜（Ｓｉｎｇ）を用いた
もので、ｎ＋＝１．５のとき膜Ｊｊｄに対する反射率変
化は第８図に示すようになる。

図から分かるように、膜ｒ￥１１０ｎｍで反射率が最小
となるが、３．６％もあり高輝度出力が得られないこと
がわかる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、自然酸化膜、酸化珪素膜
等の他のパッシベーシヲン膜に比べて耐湿性が格段に向
上し、素子寿命が延びる。また、発光出力を２５％程度
まで向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高輝度発光ＬＥＤの構造の一例を示す
図、第２図は本発明の保護膜の水素含有量、珪素と窒素
の比率の関係を示す図、第３図は水素含有量とエツチン
グ速度との関係を示す図、第４図は屈折率と珪素と窒素
の比率の関係を示す図、第５回は反射率を算出するため
の説明図、第６図は本発明による膜厚と反射率の関係を
示す図、第７図は酸化珪素で保護膜を形成した従来の高
輝度発光ＬＥＤの構造を示す図、第８図は酸化珪素にお
ける膜厚と反射率の関係を示す図である。ｌ・・・Ｅ　ＴＬｆＩ、２・・・Ｐクラッド層、３・・
・Ｐアクティブ層、４・・・Ｎクラッド層、５・・・保
護膜、６・・・表電極。出　　願　　人　三菱モンサンド化成株式会社（外１名
）代理人　弁理士　　蝮　川　昌　信（外４名）第７図１裏を准第２図Ｙ　＝　Ｈｃｏｎｔｅｎ↑ｔ　ａｔｏｍｉｃ％）第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ層を光取り出し面
側に用いたヘテロ接合構造化合物半導体装置において、
前記Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ層の表面の少なくと
も一部が屈折率１．８〜２．０であって水素の含有量が
約２０〜４０％の範囲にある窒化珪素膜にて被覆されて
いることを特徴とする化合物半導体装置。
（２）窒化珪素膜は２０ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚を有す
る請求項１記載の化合物半導体装置。
（３）窒化珪素膜の膜厚はλ／４ｎ（λは発光光の波長
、ｎは窒化珪素膜の屈折率）の奇数倍である請求項１記
載の化合物半導体装置。
（４）窒化珪素膜はプラズマＣＶＤによって形成された
請求項１記載の化合物半導体装置。