JPH0324771A - 化合物半導体装置及びその表面処理加工方法 - Google Patents
化合物半導体装置及びその表面処理加工方法Info
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- JPH0324771A JPH0324771A JP1159330A JP15933089A JPH0324771A JP H0324771 A JPH0324771 A JP H0324771A JP 1159330 A JP1159330 A JP 1159330A JP 15933089 A JP15933089 A JP 15933089A JP H0324771 A JPH0324771 A JP H0324771A
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- H01L21/3185—Inorganic layers composed of nitrides of siliconnitrides
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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。
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■一■族化合物半導体装置及びその表面処理加
工方法に関するものである。
工方法に関するものである。
従来、II[−V族化合物半導体、例えばAlGaAs
半導体からなる高輝度発光用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。
半導体からなる高輝度発光用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Aj!As混晶比Xの大きいAl.Gal−w
ΔSが用いられている点である。例えば、赤色発光高輝
度LED用基板のエビタキシャル或長の例を示すと、p
型GaAs基板[:(100)面〕上にpクラッド層と
して液相或長法等によりZnドープA 1 o. ,s
G a 0. 25A s層を200μm(p型)形成
した後、pアクティブ層としてZnドーブA Il0.
3SG a o. asA s層を2〜3μm(p型
)形成し、次いでnクラッド層としてTeドーブA 1
0. 7SG a 0. 2SA s層を5(lum
程度形成している。モしてGaAs基板選択性エッチャ
ントを用いて光吸収性GaAs基板を除去して高輝度L
EDチップを得ており、チップの表面の混晶比は0.7
5と高い。このようにAfAs混晶比の大きなALGa
+−mAS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。
出し側にAj!As混晶比Xの大きいAl.Gal−w
ΔSが用いられている点である。例えば、赤色発光高輝
度LED用基板のエビタキシャル或長の例を示すと、p
型GaAs基板[:(100)面〕上にpクラッド層と
して液相或長法等によりZnドープA 1 o. ,s
G a 0. 25A s層を200μm(p型)形成
した後、pアクティブ層としてZnドーブA Il0.
3SG a o. asA s層を2〜3μm(p型
)形成し、次いでnクラッド層としてTeドーブA 1
0. 7SG a 0. 2SA s層を5(lum
程度形成している。モしてGaAs基板選択性エッチャ
ントを用いて光吸収性GaAs基板を除去して高輝度L
EDチップを得ており、チップの表面の混晶比は0.7
5と高い。このようにAfAs混晶比の大きなALGa
+−mAS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SiNx膜を形成する方法が提案されて
いる。
いる。
また、表面における全反射を防止して外部量子効率を上
げるため表面に凹凸を設けることも提案されている。
げるため表面に凹凸を設けることも提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来のものにおいては、表面に凹凸を設
けるか、SiNx膜を形成するかのどちらかしか行われ
ておらず、表面に凹凸を設けただけでは耐湿性に問題が
あるとともに、表面の酸化により素子寿命の点で問題が
あり、また単に保護膜としてSiNx膜を設けただけで
は付着強度が弱く、剥がれ易いという問題があった。
けるか、SiNx膜を形成するかのどちらかしか行われ
ておらず、表面に凹凸を設けただけでは耐湿性に問題が
あるとともに、表面の酸化により素子寿命の点で問題が
あり、また単に保護膜としてSiNx膜を設けただけで
は付着強度が弱く、剥がれ易いという問題があった。
本発明は上記課題を解決するためのもので、外部量子効
率を向上させるとともに、素子寿命を伸ばすことができ
る化合物半導体装置及びその表面処理加工方法を提供す
ることを目的とする。
率を向上させるとともに、素子寿命を伸ばすことができ
る化合物半導体装置及びその表面処理加工方法を提供す
ることを目的とする。
本発明は■−■族化合物半導体の表面に凹凸を形成し、
さらに凹凸表面上にSiNx膜を形戊することを特徴と
するものである。
さらに凹凸表面上にSiNx膜を形戊することを特徴と
するものである。
第1図は本発明によるヘテロ接合高輝度発光LED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は表電極、
6は凹凸、7はSiNx膜である。
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は表電極、
6は凹凸、7はSiNx膜である。
第1図に例として示すAlGaAs半導体からなる発光
ダイオードは、pアクティブ層3をクラッド層2、4で
サンドイッチし、その表と裏面にそれぞれ電極1、5を
形成する。これは、例えば電極を蒸着後、熱処理して半
導体との界面を合金化することにより行う。次に、電極
を除く発光ダイオードの全面に、サンドブラストや微粉
末を吹きつける等の物理的方法、またはエッチング等の
化学的方法で凹凸6を形成する。こうして、凹凸をつけ
た後、その表面上に減圧CVD法、プラズマCVD法、
スパッタリング法等によりSiNx膜を保護膜として形
成する。
ダイオードは、pアクティブ層3をクラッド層2、4で
サンドイッチし、その表と裏面にそれぞれ電極1、5を
形成する。これは、例えば電極を蒸着後、熱処理して半
導体との界面を合金化することにより行う。次に、電極
を除く発光ダイオードの全面に、サンドブラストや微粉
末を吹きつける等の物理的方法、またはエッチング等の
化学的方法で凹凸6を形成する。こうして、凹凸をつけ
た後、その表面上に減圧CVD法、プラズマCVD法、
スパッタリング法等によりSiNx膜を保護膜として形
成する。
こうして作製した発光ダイオードについて、実際に駆動
して得られる輝度のヒストグラムを求めたところ、第2
図のような結果が得られ、同様に凹凸のみ設けたもの、
或いはSiNx膜のみ形戊したものについて測定したと
ころ第3図に示す結果が得られた。なお、図において横
軸は輝度(任意単位)、縦軸は個数(ただし、比較し易
いように最大値で規格化〉である。
して得られる輝度のヒストグラムを求めたところ、第2
図のような結果が得られ、同様に凹凸のみ設けたもの、
或いはSiNx膜のみ形戊したものについて測定したと
ころ第3図に示す結果が得られた。なお、図において横
軸は輝度(任意単位)、縦軸は個数(ただし、比較し易
いように最大値で規格化〉である。
本発明においては平均輝度1929が得られたのに対し
て、従来のものは1373であり、本発明により輝度を
向上させることができる。
て、従来のものは1373であり、本発明により輝度を
向上させることができる。
次に、SiNx膜のみ形戊したLED、表面に凹凸のみ
設けたLED、本発明によるLEDについてライフ試験
を行った結果を第1表に示す。
設けたLED、本発明によるLEDについてライフ試験
を行った結果を第1表に示す。
表中、テス}Aはステップ1 (温度85℃、相対湿度
95%の環境下で、駆動電流直流20mAで12時間駆
動)、ステップ2(温度−20℃、相対湿度100%の
環境下で、駆動電流直流20mAで12時間駆動)につ
いて、ステップ1+ステップ2を3回繰り返したもので
あり、テストBはテスト八を行った後、さらにステップ
3 (温度85℃、相対湿度95%の環境下で、駆動電
流直流20mAで4時間駆動)、ステップ4(温度−2
0℃、相対湿度100%の環境下で、駆動電流直流20
mAで4時間駆動)について、ステップ3+ステップ4
を30回繰り返したものであり、表中の数値は輝度残存
=1!(最初に測定した時の値に対する比率)を示して
いる。
95%の環境下で、駆動電流直流20mAで12時間駆
動)、ステップ2(温度−20℃、相対湿度100%の
環境下で、駆動電流直流20mAで12時間駆動)につ
いて、ステップ1+ステップ2を3回繰り返したもので
あり、テストBはテスト八を行った後、さらにステップ
3 (温度85℃、相対湿度95%の環境下で、駆動電
流直流20mAで4時間駆動)、ステップ4(温度−2
0℃、相対湿度100%の環境下で、駆動電流直流20
mAで4時間駆動)について、ステップ3+ステップ4
を30回繰り返したものであり、表中の数値は輝度残存
=1!(最初に測定した時の値に対する比率)を示して
いる。
第1表から分かるように、本発明によるものは輝度残存
率が大きく、寿命が大幅に延びることが分かる。
率が大きく、寿命が大幅に延びることが分かる。
なお、凹凸の大きさは光を散乱し、かつSiNX膜の付
着強度が保てればよく、特に限定なないが、好ましくは
凹凸の谷から谷、または山から山の距離は0.1μm以
上である。
着強度が保てればよく、特に限定なないが、好ましくは
凹凸の谷から谷、または山から山の距離は0.1μm以
上である。
本発明は、III−V族化合物半導体表面に凹凸を形成
して全反射を防止するとともに、凹凸表面上にSiNx
膜を形成したものであり、表面凹凸により外部量子効率
を向上させることができ、さらに凹凸の上にSiNx膜
を設けたのでその付着強度が増大し、その結果SiNx
膜が剥がれることがなくなり、耐湿性が向上し、酸化を
防止してLEDの寿命を延ばすことができる。
して全反射を防止するとともに、凹凸表面上にSiNx
膜を形成したものであり、表面凹凸により外部量子効率
を向上させることができ、さらに凹凸の上にSiNx膜
を設けたのでその付着強度が増大し、その結果SiNx
膜が剥がれることがなくなり、耐湿性が向上し、酸化を
防止してLEDの寿命を延ばすことができる。
以下、実施例を説明する。
電極を蒸着後、熱処理して合金電極を形戊したAIGa
As−LEDウエハを過酸化水素水:アンモニア−1:
1に混合した液に1分間つけた後、30秒間水洗し、さ
らに3%HCl水溶液に5分間つけてエッチングし、1
5分間の水洗をおこないメチルアルコールにつけて中和
し乾燥させた。
As−LEDウエハを過酸化水素水:アンモニア−1:
1に混合した液に1分間つけた後、30秒間水洗し、さ
らに3%HCl水溶液に5分間つけてエッチングし、1
5分間の水洗をおこないメチルアルコールにつけて中和
し乾燥させた。
このようにして凹凸を形成したウエハ面上にPCVD法
によりSiNx膜を約3000人製膜した。
によりSiNx膜を約3000人製膜した。
凹凸処理により外部量子効率は約40%向上し、SiN
x膜の形成で3000時間のライフテストにも輝度の劣
化が見られず良好であった。
x膜の形成で3000時間のライフテストにも輝度の劣
化が見られず良好であった。
以上のように本発明によれば、■−V族化合物半導体表
面を凹凸処理することによって光の取り出し効率を上げ
、その凹凸表面上にSiNxllFを形戊することで膜
自体の付着強度が高められる。
面を凹凸処理することによって光の取り出し効率を上げ
、その凹凸表面上にSiNxllFを形戊することで膜
自体の付着強度が高められる。
これによってS iNx膜の剥がれがなくなり、耐湿性
が格段に向上し、AfGaAsの酸化によるLEDチッ
プの劣化が逓減されて寿命特性を向上させることができ
る。
が格段に向上し、AfGaAsの酸化によるLEDチッ
プの劣化が逓減されて寿命特性を向上させることができ
る。
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LEDについての輝度ヒストグラ
ムを示す図、第3図は従来のLEDについての輝度ヒス
トグラムを示す図である。 l・・・裏電極、2・・・Pクラッド層、3・・・Pア
クティブ層、4・・・Nクラッド層、5・・・表電極、
6・・・凹凸、7・・・SiNx膜。 第1図 出 願 人 三菱モンサント化成株式会社(外1名
)
図、第2図は本発明のLEDについての輝度ヒストグラ
ムを示す図、第3図は従来のLEDについての輝度ヒス
トグラムを示す図である。 l・・・裏電極、2・・・Pクラッド層、3・・・Pア
クティブ層、4・・・Nクラッド層、5・・・表電極、
6・・・凹凸、7・・・SiNx膜。 第1図 出 願 人 三菱モンサント化成株式会社(外1名
)
Claims (4)
- (1)III−V族化合物半導体であって、表面に凹凸が
形成されるとともに、凹凸表面上にSiN_x膜が形成
されていることを特徴とする化合物半導体装置。 - (2)III−V族化合物半導体は混晶比が0<AlAs
<1であるAlGaAs半導体である請求項1記載の化
合物半導体装置。 - (3)III−V族化合物半導体の表面処理加工方法であ
って、物理的または化学的方法により表面に凹凸を形成
後、減圧CVD法、プラズマCVD法、またはスパッタ
リング法により凹凸表面上にSiN_x膜を形成したこ
とを特徴とする表面処理加工方法。 - (4)III−V族化合物半導体は混晶比が0<AlAs
<1であるAlGaAs半導体である請求項3記載の表
面処理加工方法。
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