JPH02201975A

JPH02201975A - 発光装置

Info

Publication number: JPH02201975A
Application number: JP1019815A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tokunaga; 博之徳永
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1990-08-10

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ＬＥＤ素子、ＥＬ素子、ＬＤ素子などの発光装
置に関するものであシ、特に各素子が集積されて相互に
熱的に機能が干渉され易い構造を持った発光装置に関す
るものである。

（従来の技術）この種の発光装置は、単結晶ウェハの上面に半導体発光
素子を形成し、このウェハ毎に半導体発光素子を切シ出
して、セラミックの支持基板などに接着することで構成
していた。例えば、ＬＥＤのプリンタヘッドにおいては
、ＧａＡｓウェハ上にＧａＡＡＡｓなどのＬＥＤを形成
し、それを細かく切出してセラミックの支持基板上へ熱
伝導性の接着剤を用いて貼シ付けている。このように、
単結晶のウェハを用いて発光素子を形成し、これを支持
基板上に貼り付けて構成する発光装置においては、その
発光素子が発熱性である場合、冷却が非常に難かしい。

すなわち、前述したＬＥＤプリンタヘッドの例について
検討してみると、発生源であるＬＥＤ部分で発生した熱
はＧａＡｓウエノ１、熱伝導性エポキシ接着剤を介して
セラミック基板に伝わり、その後で放熱性の良いアルミ
ニウムのマウントに伝わるのであって、一般に半導体レ
ーデやＬＥＤの場合、その発光効率は良くても数％で、
投入される電力の大半が熱となって放出される。このた
め、自から発生した熱により素子の温度が上昇してしま
い、発光効率が更に低下してしまう。

（発明が解決しようとする課題）この現象を抑制するために、素子を冷却してやる必要が
あるが、従来の発光装置では上記発光素子の効率の良い
冷却は実現できないという事情にあった。

（発明の目的）本発明は上記事情にもとづいてなされたもので、発光素
子の放熱が充分に行えて冷却効率が高い発光装置を提供
しようとするものでおる。

（課題を解決する手段）このため、本発明では、熱伝導性の良い金属基板上に核
形成密度が小さくかつ実質的に熱伝導の障害にならない
材料よりなる非核形成面を持った堆積部を設け、該堆積
部には上記非核形成面の所定個所で単一核のみよシ結晶
成長するのに十分な小さな面積の核形成面を露出した基
体が備えられておシ、上記基体は上記堆積部よシ核形成
密度の高い材料よシ構成されておシ、該基体に対して単
結晶を成長させている。

（作用）したがって、この構成では熱伝導性の良い金属基板上に
、極めて熱的接触のよい状態で単結晶が成長されて、そ
の中に発熱性の発光素子が作られるので、例えばＬＥＤ
、Ｌ　Ｄ　、　ＦＥＴなどの発光素子の熱による性能劣
化を可及的に防止できるのでちる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図囚〜（６）の製作工程
順を示す図面を参照して具体的に説明するつ先づ、第１
図（ト）に示すように、高融点金属性基板ｌ上に、結晶
核形成密度の低い材料よりなる薄膜状の堆積部２を形成
する。なお、上記基板１は例えばＭｏ、Ｗなどの材料が
用いられるとよい。また上記堆積部２はＣＶＤ法（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　Ｖｌｋｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｌｏｎ
）。

ス／４ツタ法による蒸着、分散媒を用いた塗布方法など
で形成される。次に、第１図（Ｂ）に示すように、上記
堆積部２上に、核形成密度の高い材料よりなる基体３を
、単一核を形成するのに十分な程度の小さい面積の領域
で形成する。これによって、堆積部２の表面には非核形
成面が拡がり、その中に上記基体３０表面である核形成
面が露出し念状態になる。そして、上記核形成面に対し
て単結晶４が成長されるのである（第１図（０参照）。

なお、第１図の）に示すように、先づ基板１上に核形成
密度の高い基体３の薄膜を形成し、その上に核形成密度
の低い堆積部２の薄膜を積層し、次にエツチングで上記
堆積部２に微細な穴５をあけて、堆積部２０表面である
非核形成面内に基体３の表面である核形成面を露出させ
るようにしてもよい。

あるいは基板１上に核形成密度の低い堆積部２の薄膜を
積層し、その上にマスクしてイオン打込みを行い、核形
成密度の高い基体３をランド状に形成してもよい（第１
図（６）および（ト）参照）。

なお第１図（０のように単結晶を成長させる方法として
は、ＣＶＤ法、　ＬＰＥ法（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ
Ｅｐｉｔａｘｙ−液相成長法）、ＭＢＥ法（Ｍｏｌ＠ｃ
ｕｌａｒＢｖａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ・・・分子線エピタ
キシー）、加熱蒸着法、スノｆツタ法などが用いられる
とよい。

更に単結晶を成長させる途中で、第１図（Ｇ）および（
６）で示すように、ドーピングガスを切換えてＰ−Ｎ接
合を形成したシ、成長後に、第１図（Ｉ）〜（６）で示
すようにイオンインブランターでドーぎングしてＰ−Ｎ
接合を作って、半導体発光部を形成する。

この時の半導体結晶材料にはＧＩＡｓ　、ＧａＡＬＡｓ
　、ＧａＰ。

ＩｎＰなどのｍ−ｖ族化合物や、Ｚｎ５ｅ、ＺｎＳ、Ｃ
ｄＳ。

Ｃｄ’ｓなどのＩＩ−Ｍ族化合物が用いられる。

なお、このようにして基板１上に形成される発光素子は
ＬＥＤだけでなく、レーデやＥＬ素子であってもよい。

次に、実際にこのような発光装置を構成する手順を具体
例をあげて説明する。

（１）　　Ｍｏ基板７０表面にＳｉＨ４と０２とを用い
てＣＶＩ）法ニヨリ、ｓ　ｉｏ２膜８１１５００１０厚
サテ堆積する（第２図囚参照）。

（２）　　５ＩＨ４と洲、と金使ったプラズマＣＶＩ）
法によυ、ＳｉＮ！膜９を３００Ｘ堆積し、フォトリン
グラフイル技術によって、１．２μｍ角の微小部にパタ
ーニングする。この微小部の間隔は４０μｍにする（第
２図（Ｂ）参照）。

（３）　　ＡｔｈＨｓ雰囲気中で９００℃の温度で１０
分間の加熱処理を行なう。次にＭＯＣ■法（Ｍｅｔａｌ
Ｏｒｇａｎｉｃ　ＣＶＤ）によｆ）　ｎ−ＧａＡｓの単
結晶ランド１０を成長させる。原料にはＴＭＧ　（）　
＋７メチルガリウム）、ＡｇＨｇ　（アルシランを用い
、それにｎ型のドーピングガスとして５ＩＨ４（シラン
）を用いる。原料ガスのモル比は１：６０：２Ｘ１０　
　、希釈ガスにはＨ２（水素）を使用する。反応圧力は
１０　ｔｏｒｒ、基板温度は７００℃である（第２図（
Ｃ’）参照）。

（４）　　ｎ−ＧａＡｓ単結晶ランド１０が直径３μｍ
に成長したところで、基板温度も７３０℃に上げて、原
料ガス中にＴＭＡ　（ト’）メチルアルミニウム）を加
える。供給量はＴＭＧ　：　ＴＭＡ＝２０　二１から始
めて、ＴＭＧ　：　ＴＭＡ＝６　：　４まで増した後一
定にする。原料中の■族とＶ族の比は１：６０のままで
保持する。

この時、単結晶ランドの大きさは直径３．５μｍ程度と
なる。更に、ｎ−ＧａＡｓの単結晶ランドは相隣るもの
同志、ぶつかり合って、隙間を埋めるほどに成長を続け
る（第２図（６）参照）。

（５）次に、この基板を取り出して表面を研磨して、平
坦化を行う。この時の膜厚は約１０μｍとする（第２図
■）参照）。

（６）フォトレゾストでマスク１２をし念上から（第２
図（ト）参照）、Ｚｎイオ／をイオン打込み技術によシ
ト−ピングして、ｐ型領域１３を形成する（第２図（Ｇ
）参照）。

（７）そして、プラズマ５ＩＨｘ膜１４を１００ＯＸの
厚さで堆積して、コンタクトホールをあけ、更に、Ａｕ
−Ｚｎ膜を蒸着によって１５００１の厚さで堆積してＰ
ｆｉ電極１５を形成する（第２図（ロ）参照）。

（８）更に、その上にもう一度、プラズマ５ＩＮｘ膜１
６を２０００Ｘの厚さで堆積してコンタクトホールをあ
け、そこにＡｕ−Ｇ＠−Ｎｉ膜を蒸着によって５０００
又の厚さで堆積し、・々ターニングして、ｎｍｔ極１７
を形成し、最後にＡｒ雰囲気中で５００℃の温度で３０
分間アニールする（第２図（Ｉ）参照）。

このようにして得られた本発明によるＧａＡｔＡａのＬ
ＥＤ素子は第３図に示すような特性を示す。すなわち、
ＬＥＤ素子の発光に伴々う発熱の蓄積が発光強度に及ぼ
す影響をグラフ中にｆｏフットたものである。比較の念
め、従来のように、ＧａＡｓウェハ上に同様の密度で形
成されたＧａＡｔＡｓのＬＥＤ素子についての発光の減
衰状部も並べてプロットしである。発光開始直後は両者
とも発光強度が１００であるが、発光強度の減衰の時間
変化は、熱伝導性の悪い従来例のＬＥＤアレーについて
は１５分後で４０％まで変化しているが、本発明のＬＥ
Ｔ）では同じ１５分後で７０％に留止っている。

次に、本発明のもう一つの実施例を以下に具体的に示す
。

（１）’　　Ｍｏ基板７の表面に５ｉＨ４とＮＨ３を用
い九減圧ＣＶＤ法によシ、Ｓ　ｉ　、Ｎ４膜１８を１５
００１の厚さで堆積する（第４図囚参照）。

（２）′Ａｔ２０３を０□雰囲気中で加熱蒸着して、Ａ
ｔ２０３膜１９を３００Ｘの厚さで堆積し、フォトリソ
グラフィー技術によりて２μｍ角の微小部を・母ターニ
ングする（第４図（Ｂ）参照）。

（３）’　　Ｉ（２雰囲気中で８５０℃の温度で２０分
間、熱処理を行ない、次にＭＯＣＶＤ法によｐ　ｎ−Ｇ
ａＡｓの単結晶ランド２０を成長させる。原料にはＴＭ
ＧとＴＢＡｓ　（ターシャルブチルアルシン）を用いる
。また、ドーピングガスとしてはＳｉＨ４を用いる。原
料ガスのモル比は１：２０：２Ｘ１０　　でちり、希釈
ガスにはＨ２を使用する。反応圧力は１０　ｔｏｒｒ　
、基板温度は６７０℃とする（第４図（ｑ参照）。

（４）’　　ｎ−ＧａＡｓ単結晶ランド２９が直径３　
μｍに成長したところで、基板温度を６９０℃に上げて
、原料カス中にＴＢＰ　（ターシャルブチルホスフィン
）を加える。供給量はＴＢＡｓ　：　ＴＢＰ＝２０　：
　１から始めて徐々に増加させ、ＴＢＡｍ　：　ＴＢＰ
　＝　１　：　２になりたところで、以後一定とする。

この時の単結晶ランドの大きさは直径３．５μｍである
。原料中の直。

ＴＢＡ　ａ　、Ｓ　ｉ　Ｈ４の供給量は変えていない。

反応圧力は１００　ｔｏｒｒとしている（第４図中）参
照）。

（５）′　　次に、この基板を取出して表面を研磨して
平坦化し、膜厚を約１０μｍにする。

（６）′　　次にフォトレジスト１２でマスクをし九上
から、Ｚｎイオンをイオン打込み技術によシト−ピング
してｐ型領域１３を形成する（第４図（ト）および（Ｇ
）参照）。

（７）′　　プラズマ５１１（８膜１４を１００ＯＸの
厚さで堆積し、コンタクトホールをあけ、更にＡｕ　−
Ｚ　ｎ膜を蒸着によって１５００Ｘの厚さ、堆積し、ｐ
型電極１５を形成する（第４図（ロ）参照）。

（８）′　その上に、もう−度プラズマＳＩＮ工膜１６
を２０００Ｘの厚さで堆積してコンタクトホールをあけ
、そしてＡｕ　−Ｇｓ−Ｎｌ膜を蒸着によって５０００
１の厚さ、堆積し、パターニングによってｎＷ電極１７
を形成する。そして最後にＡｒ雰囲気中に５００℃で３
０分間アニールする（第４図（Ｉ）参照）。

（発明の効果）本発明は以上詳述し九ようになり、熱伝導性のよい金属
基板上に上述のような構成で単結晶を成長させるため、
従来のように単結晶ウエノ１から切り取って基板上に貼
り付けるものと異なり、発光素子の放熱効率が上り、熱
による発光素子の劣化を小さく抑えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図囚ないし第１図（イ）は本発明の一実施例を示す
選択核形成による単結晶成長の手法を示す工程順の説明
図、第２図（５）〜第２図（Ｉ）は具体例としてＧａＡ
ＬＡｉ　ＩＪＤアレーの作成工程順の説明図、第３図は
ＬＥＤ素子の発光強度と放熱時間の関係を示すグラフ、
第４図（４）〜第４図（Ｉ）は別の具体例の作成工程順
の説明図である。１・・・金属基板３・・・基体５・・・穴８・・・Ｓ１０□膜１０−　ｎ−ＧａＡｓ１２・・・フォトレジスト１　４−８ＩＮ！　膜２・・・堆積部４・・・単結晶７・・・Ｍｏ基板９・・・５ＩＮｘ膜１１−・・ｎ−ＧａＡｔＡｓ１３−　ｐ−ＧａＡＬＡｉ領域１５−　Ａｕ−Ｚｎ電極１６−８ＩＮ、膜　　　　　１７−　Ａｕ　−Ｇｅｒ−
Ｎｌ電極１８−８ｔ３Ｎ４膜　　　１９　・Ａｔ２０３
膜２０　＝・ｎ−ＧａＡｓ　　　　　　　　　２　１−
　ｎ−ＧａＡｍＰ第１図（Ａ）第１図（８）

Claims

【特許請求の範囲】

熱伝導性の良い金属基板上に核形成密度が小さくかつ実
質的に熱伝導の障害にならない材料よりなる非核形成面
を持った堆積部を設け、該堆積部には上記非核形成面の
所定個所で単一核のみより結晶成長するのに十分な、小
さな面積の核形成面を露出した基体が備えられており、
上記基体は上記堆積部より核形成密度の高い材料より構
成されており、該基体に対して単結晶を成長させたこと
を特徴とする発光装置。