JPH05160433A

JPH05160433A - 発光ダイオード

Info

Publication number: JPH05160433A
Application number: JP31933891A
Authority: JP
Inventors: Mineo Wajima; 峰生和島
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1991-12-03
Filing date: 1991-12-03
Publication date: 1993-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】クラッド層の電極形成面の混晶比を小さくする
ことによって電極形成を良好にする。【構成】除去されるＧａＡｓ基板７上にｐ型ＧａＡｌＡ
ｓクラッド層１、活性層２、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層３を形
成する。クラッド層１は禁制帯幅を発光波長のエネルギ
より大きくし、ＡｌＡｓ混晶比は基板側から活性層側に
向って高くなるプロファイルをもつ。このプロファイル
制御は温度差法で行う。基板側の混晶比ｘは０．０５、
活性層２の界面では０．３５とする。ｎ型ＧａＡｌＡｓ
層３のＡｌＡｓ混晶比は、活性層側から表面側に向って
徐々に低くなる通常プロファイルをもつ。表面混晶比ｘ
は０．０５で活性層界面の混晶比を０．３５にしてい
る。クラッド層１の裏面に部分電極８を、ｎ型ＧａＡｌ
Ａｓ３の表面に全面電極９を形成し、そのうち光取出し
側部分電極８はボンディングして結線する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヘテロ構造を有する発光
ダイオードに係り、特に発光ダイオードチップの光取出
し側に設けられる電極の取付け構造を改善したものに関
する。

【０００２】

【従来の技術】ヘテロ構造を有する発光ダイオード（以
下、単にＬＥＤという。）は、ヘテロ障壁によるキャリ
ア閉じ込め効果や、窓効果によって高い発光効率が得ら
れる。現在では、このヘテロ構造はＧａＡｓとＡｌＡｓ
の混晶系を用いたＬＥＤ、いわゆるＧａＡｌＡｓ系赤色
ＬＥＤ、赤外ＬＥＤがかなり普及してきている。また、
一部赤外光用のＬＥＤとしてＩｎＧａＡｓＰ系も実用化
されてきた。ＬＥＤは半導体基板結晶上に、エピタキシ
ャル成長によってｐｎ接合を形成することで作られる。

【０００３】一般にＬＥＤの構造設計では、エピタキシ
ャル層内での混晶比を一様に考えている。しかし、実際
にはエピタキシャル層を厚く成長するに伴い、混晶比が
変化していくことがわかっている（例えば、R.A.Polima
dei,S.Share,A.S.Epstein,R.J.Lynch,D.Sullivan. IEEE
Trans. Nucl.Sci(USA)Vol.ns-21 no.6,P96-102(Dec.19
74)）。これを図１に示すが、これは徐冷法によるＡｌ
_xＧａ_1-xＡｓの組成変化を示したものである。すなわ
ち、エピタキシャル層を成長するためには、基板と成長
溶液を接触させて徐冷するが、温度を下げていくと基板
から上方に向いＡｌＡｓ混晶比ｘが低くなっていくこと
を、この図は示している。ある意味では、エピタキシャ
ル層中の混晶比の変化を示していると言える。従って、
例えば図４（Ａ）に示すようにｐ型ＧａＡｌＡｓクラッ
ド層４上にＧａＡｓ活性層５、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層６を
形成したＧａＡｌＡＳ系ダブルヘテロ構造における混晶
比プロファイルは、図４（Ｂ）に示す様に混晶比は必ず
基板７側が高く、表面側が低い構造になる。

【０００４】ところで、ＧａＡｓ基板を用いたＬＥＤで
は、基板の禁止帯幅が、発光波長のエネルギより小さい
のが一般的である。この場合には、光が基板に吸収され
てしまうので、基板上のクラッド層を厚く形成してエピ
タキシャル層を保持する基板層としての機能をもたせ、
もとの基板を除去して光を取り出すことが行われてい
る。ここで、電極を取り付けるに際して、ｎ型ＧａＡｌ
Ａｓ層６の表面は混晶比が低いので問題ないのである
が、混晶比の高いｐ型ＧａＡｌＡｓ４の裏面が問題とな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように基板側
の混晶比が高く、表面側の混晶比が低い上述したような
構造のＬＥＤは、混晶比の低い表面側で光が吸収されて
有効に取り出すことができない。このためエピタキシャ
ル層成長後、ＧａＡｓ基板を取り除き混晶比の高い基板
側から光を取り出すことが行われている。従って、Ｇａ
ＡｌＡｓ系ＬＥＤでは、混晶比が高いＧａＡｌＡｓ層表
面上に電極を形成することになる。

【０００６】ところが、ＧａＡｓには良好な電極を形成
できる技術が確立されているが、ＡｌＡｓについては確
立されていない。すなわち、ＧａＡｌＡｓ混晶は混晶比
が高くなるほど、Ａｌ成分が非常に酸化し易いため、電
極が付きにくくなり、電極剥がれを起こしやすい。ま
た、電極形成を容易にするためのドーパントも入りにく
くなり、接触抵抗が高くなるなど、電極取付けに当って
困難な問題点が多く、信頼性、歩留に対しても悪影響を
与えている。この対策として電極下のみＧａＡｓ層や低
混晶のＧａＡｌＡｓ層を一層入れ、つまりコンタクト層
を入れる方法が取られることもある。しかし、この方法
は構造が複雑になるためコストが高くなるなどの欠点が
あった。

【０００７】本発明の目的は、基板側のクラッド層の混
晶比を制御することによって、前記した従来技術の欠点
を解消し、光取出し側である基板側クラッド層への電極
の取付けを確実にして歩留や信頼性を向上させることが
可能な発光ダイオードを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の発光ダイオード
は、基板上に少なくともクラッド層を１層もち、基板側
のクラッド層を厚く形成し、このクラッド層の上にヘテ
ロ構造を有する活性層を形成した後、基板を除去して基
板側のクラッド層に電極を取り付け、この電極を取り付
けたクラッド層から光を取り出すようにしたＧａＡｌＡ
ｓ系またはＩｎＧａＰ系の発光ダイオードにおいて、ク
ラッド層のうち少なくとも基板側のクラッド層が、禁
制帯幅が活性層側が大きく、基板側が小さい、禁制帯
幅が発光波長に相当する光のエネルギより大きい、とい
う２つの条件を同時に満足しているものである。

【０００９】なお、本発明を適用できるクラッド層を２
層以上もつ発光ダイオードとしては、例えば図５に示す
ように基板７側に混晶比の低い第１のクラッド層４２、
活性層５側に混晶比の高い第２のクラッド層４１を積層
したものがある。

【００１０】

【作用】キャリア閉じ込め効果を奏するヘテロ障壁の高
さは、所望する高い発光効率を得るために必要な高さに
取る。通常、活性層とこれを挟む両側の層との禁止帯幅
差が０．２から０．３ｅＶ程度必要となる。その上で基
板側のクラッド層の禁止帯幅を、活性層側が大きく基板
側が小さく、かつ少なくとも発光波長に相当する光のエ
ネルギより大きくなるように、電極側の混晶比を光の透
過に必要な値まで下げる。そうすると、電極取り付け面
のＡｌ成分が少なくなるため、Ａｌの酸化により電極の
形成が阻害されることがなくなり、また電極取り付けを
容易にするドーパントも入りやすく接触抵抗も低くなる
ので、電極下にコンタクト層を入れるというような複雑
な構造を採用する必要がなくなり、電極形成が容易にな
る。本発明は、特にヘテロ障壁を持つＬＥＤや、酸化し
やすいＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤに有効である。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１を用いて説明す
る。本実施例ではＧａＡｌＡｓを例にとり説明するが、
本発明はＩｎＧａＰ系にも適用できる。

【００１２】図１の構造のＬＥＤは赤外発光波長８８０
ｎｍのダブルヘテロ構造のＬＥＤを示す。基板７は後に
除去されるため一点鎖線で示してあるが、そのｐ型Ｇａ
Ａｓ基板７上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１、活性
層２、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層３が順次形成されている。ク
ラッド層１のＡｌＡｓ混晶比は、基板７側から活性層２
側に向って徐々に高くなるプロファイルをもつように特
に制御され、基板７側の混晶比ｘは０．０５、活性層２
の界面では０．３５としている。この活性層界面の混晶
比により規定される禁制帯幅は、活性層２で発光する発
光波長に相当する光のエネルギより大きいことが必要で
ある。活性層２はアンドープＧａＡｓ層である。ｎ型Ｇ
ａＡｌＡｓ層３のＡｌＡｓ混晶比は、活性層２側から表
面側に向って徐々に低くなる通常の混晶プロファイルを
もち、表面の混晶比ｘは０．０５で活性層界面の混晶比
を０．３５としている。このような混晶プロファイルを
もつヘテロ構造を形成後、基板７を除去し、ｐ型ＧａＡ
ｌＡｓクラッド層１の裏面に部分電極８を、ｎ型ＧａＡ
ｌＡｓ３の表面に全面電極９をそれぞれ形成し、全面電
極９はステムにマウントし、部分電極８はボンディング
して結線してＬＥＤを作製した。

【００１３】上記のように作製したＬＥＤの両電極８、
９間に電圧を印加してｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１側
から光を取り出して測定したところ、図４に示す従来構
造のＬＥＤに対して発光光度は１．０５倍とあまり変化
がなかったものの、製造歩留が９０％から９７％と大幅
に増加し、電極剥がれも全く発生しなくなった。また、
ＬＥＤの信頼性が大きく改善され１万時間の通電試験で
も劣化がほとんど認められなかった。このように本実施
例によれば、部分電極形成側のクラッド層の混晶比を変
えて電極形成面を改善することによって、発光ダイオー
ドの電極形成が確実になり、特に電極剥がれと呼ばれる
不良を大幅に低減することができた。また、特にＧａＡ
ｌＡｓ系のＬＥＤにおいてはチップ表面のＡｌ酸化の進
行が抑制され、信頼性を大幅に向上することができた。

【００１４】次に上記したようなＬＥＤ構造を作るため
の成長方法の一例を説明する。図２に液相エピタキシャ
ル成長炉の概略縦断面図を示す。所定の温度勾配を炉内
に形成する３分割ヒータ１０を設けた石英反応管１７内
にセットされるスライドボード１６に、２０ｍｍ×２０
ｍｍのｐ型ＧａＡｓ基板１５を置く。３つの成長溶液溜
２２、２３、２４にはそれぞれクラッド層１に対応する
第１層用成長溶液１２、活性層２に対応する第２層用成
長溶液１３、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層３に対応する第３層用
成長溶液１４がセットされている。特に第１層用成長溶
液溜２２には、温度差法と呼ばれる混晶比逆転法を実施
するためのサブヒータ１１を設けてあり、第１層用成長
溶液溜２２内にセットされている第１層用成長溶液１２
に上下方向に温度勾配を付けて、第１層の混晶比勾配を
逆にするようになっている。第１層用成長溶液１２の組
成はＧａ２０ｇ、ＧａＡｓ２ｇ、Ａｌ２０ｍｇ、Ｚｎ１
００ｍｇ、第２層用成長溶液１３の組成はＧａ２０ｇ、
ＧａＡｓ３ｇ、そして第３層用成長溶液１４の組成はＧ
ａ２０ｇ、ＧａＡｓ２ｇ、Ａｌ１８ｍｇ、Ｔｅ０．３ｍ
ｇとした。スライドボード１６をスライドさせて逐次、
基板１５を成長溶液１２、１３、１４の下部に移動して
いくことで本実施例の発光ダイオード用エピタキシャル
ウエハを得る。このときの成長条件としてＨ₂雰囲気下
で炉内温度を３分割ヒータ１０を用いて８００℃まで昇
温し、４時間保持する。また、サブヒータ１１により第
１層用成長溶液１２に上下方向に温度匂配１０℃／ｃｍ
の割合で付ける。

【００１５】まず炉を空焼きした後、ヒータ１０の温度
を０．５℃／ｍｉｎの割合で冷却してゆく。同時に基板
１５を第１層用成長溶液１２下に移動し、１００分間第
１層を成長する。次に、基板１５を第２層用成長溶液１
３下に移動し、３分間第２層を成長する。さらに基板１
５を第３層用成長溶液１４下に移動し１００分間第３層
を成長する。この様にして上記実施例のＬＥＤ用結晶を
成長させた。このように、サブヒータを設けて温度差法
を実施するという簡単な方法により、クラッド層の混晶
比が活性層側で大きく、基板側で小さくなるようにする
ことができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、クラッド層の電極形成
面側の混晶比を小さくするようにしたので、物性的にド
ーパントが入りやすくなり、また良好な電極を形成でき
るため、信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるＬＥＤの断面構造図、及
び混晶比プロファイル図。

【図２】本実施例の混晶プロファイルをもつ発光ダイオ
ードを製造するための製造装置例を示す概略縦断面図。

【図３】徐冷法によるＡｌ_xＧａ_1-xＡｓの組成変化示
す説明図。

【図４】従来例よるＬＥＤ構造とその混晶比プロファイ
ル図。

【図５】本発明による他の実施例によるＬＥＤの断面構
造図とその混晶比プロファイル図。

【符号の説明】

１ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層２ＧａＡｓ活性層３ｎ型ＧａＡｌＡｓ層７除去されたｐ型ＧａＡｓ基板８部分電極９全面電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に少なくともクラッド層を１層も
ち、基板側のクラッド層を厚く形成し、このクラッド層
の上にヘテロ構造を有する活性層を形成した後、基板を
除去して前記基板側のクラッド層に電極を取り付け、こ
の電極を取り付けたクラッド層から光を取り出すように
したＧａＡｌＡｓ系またはＩｎＧａＰ系の発光ダイオー
ドにおいて、前記クラッド層のうち少なくとも基板側の
クラッド層が、次の禁制帯幅の条件を同時に満足するこ
とを特徴とする発光ダイオード。活性層側が大きく、基板側が小さい。発光波長に相当する光のエネルギより大きい。