JPH05190894A - 発光半導体装置の製造方法 - Google Patents

発光半導体装置の製造方法

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JPH05190894A
JPH05190894A JP4004792A JP479292A JPH05190894A JP H05190894 A JPH05190894 A JP H05190894A JP 4004792 A JP4004792 A JP 4004792A JP 479292 A JP479292 A JP 479292A JP H05190894 A JPH05190894 A JP H05190894A
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JP
Japan
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type
type semiconductor
protrusion
layer
semiconductor layer
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Withdrawn
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JP4004792A
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English (en)
Inventor
Akira Seki
章 関
Nagataka Ishiguro
永孝 石黒
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内部電流狭窄LEDを1回のエピタキシャル
成長で形成することにより、半導体基板の汚染や高温で
の熱損傷による悪影響を除去し、且つ製作コストの削減
を可能にできる内部電流狭窄LEDの製造方法を提供す
る。 【構成】 P型半導体基板7上に突起部9を形成した
後、エピタキシャル成長法により、P型半導体基板7上
にN型半導体層6を突起部9の上側部分の厚さが他の部
分の厚さよりも薄くなるように形成すると共に、N型半
導体層6上にP型半導体層5を形成する。次に、P型半
導体基板7又はP型半導体層6からの不純物拡散により
突起部9の上側のN型半導体層6をP型に反転させて該
反転部分と突起部9とからなる電流通過部を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発光半導体装置の製造
方法に関し、特に素子内部で電流を狭窄する電流内部狭
窄型発光半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】発光半導体装置すなわち発光ダイオード
(以下、単にLEDと記す。)は、小型で信頼性が高い
ので、表示システムだけでなく測距システム、光通信伝
送システムなど様々な用途に幅広く応用されている。
【0003】このLEDは、エピタキシャル成長表面が
主発光面として形成された面発光型LEDと、半導体レ
ーザなどと同様に、壁開した端面を主発光面とする端面
放射型LEDとに大別される。面発光型LEDには、活
性層全面に電流を注入する全面発光型LEDと、素子の
いずれかの部分に電流狭窄部分を形成し活性層を部分的
に発光させる部分発光型LED(電流狭窄型LED)と
があり、前者の全面発光型LEDが表示用など高輝度、
高出力用LEDとして用いられるのに対し、後者の部分
発光型LEDは、活性層の狭い範囲に選択的に電流を注
入でき、発光スポットが小さい点が特徴であり、光ファ
イバとの結合性が良いので、光通信伝送システムなどに
応用されている。
【0004】後者の部分発光型LED(電流狭窄型LE
D)は、さらに、不純物拡散などにより素子表面に電流
を狭窄する部分が設けられた外部電流狭窄型LEDと、
素子内部のエピタキシャル層に電流を狭窄する部分が設
けられた内部電流狭窄型LEDとに分けられる。
【0005】図3は、従来の内部電流狭窄型LEDの概
略構造を示しており、同図において、13はN側電極、
14はN型コンタクト層、15はN型クラッド層、16
は活性層、17はP型クラッド層、18はN型ブロック
層、19はP型半導体基板、20はP側電極、21は電
流通過部、22は光取り出し窓である。発光を行う活性
層16はP型クラッド層17とN型クラッド層15には
さまれたダブルヘテロ構造を形成しており、P型半導体
基板19上のN型ブロック層18は電流を電流通過部2
1に集中させるための電流ブロック層である。これによ
り、P側電極20から注入された電流は、電流通過部2
1に狭窄され、該電流通過部21の上側の活性層16の
みで部分的に発光させることができる。
【0006】この内部電流狭窄型LEDの製造方法は、
P型半導体基板19上にエピタキシャル成長によりN型
ブロック層18を形成した後、該N型ブロック層18を
例えば円形状に除去することにより電流通過部21を形
成し、その後、P型半導体基板19上にエピタキシャル
成長によりP型クラッド層17、活性層16及びN型ク
ラッド層15を順次形成するものである。
【0007】このようにして作製された内部電流狭窄型
LEDは、外部電流狭窄型LEDのように不純物拡散長
の制御が不必要で、製造工程の管理が容易であると共
に、外部電流狭窄型LEDに見られる発光パターンの不
均一性がなく、レンズ等によりファイバに集光した場合
に安定した結合効率が得られるという利点がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、内部電流狭
窄型LEDは前記の長所を有しているが、従来の発光半
導体装置の製造方法によると、次のような問題点があ
る。すなわち、 (1)N型ブロック層に電流通過部を形成する工程で、
暗室工程を行なわなければならず、レジストなどにより
半導体基板が汚染される。
【0009】(2)エピタキシャル成長を2回行なう必
要があるために、コスト高になる。
【0010】(3)高温雰囲気に露出されたブロック層
の表面に直接PN接合を形成しなければならず、表面状
態への熱的影響で、信頼性や他の特性が変化する。
【0011】(4)比抵抗の大きいP型クラッド層が電
流通過部で厚くなり、素子抵抗が大きくなる。
【0012】従って、従来の発光半導体装置の製造方法
により得られる内部電流狭窄型LEDは実用上の点で問
題を有していた。
【0013】本発明はこれらの課題を解決し、1回のエ
ピタキシャル成長で内部電流狭窄型LEDを作製するこ
とができる製造方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項1の発明が講じた解決手段は、発光半導体装
置の製造方法を、P型半導体基板上に所定の大きさの突
起部を形成する第1の工程と、エピタキシャル成長法に
より、前記突起部が形成されたP型半導体基板上にN型
半導体層を前記突起部の上側部分の厚さが他の部分の厚
さよりも薄くなるように形成した後、該N型半導体層上
にP型半導体層を形成する第2の工程と、前記P型半導
体基板又は前記P型半導体層からの不純物拡散により前
記突起部の上側のN型半導体層をP型に反転させて該反
転部分と前記突起部とからなる電流通過部を形成する第
3の工程とを有する構成とするものである。
【0015】また、請求項2の発明が講じた解決手段
は、請求項1の発明の構成に、前記P型半導体基板は1
×1019cm-3以上の不純物濃度を有しており、前記第
2の工程において、前記突起部の上側のN型半導体層を
その厚さが0.4μm以下になるように形成し且つ前記
突起部の上側以外のN型半導体層をその厚さが前記突起
部の上側のN型半導体層の厚さよりも0.4μm以上厚
くなるように形成する構成を付加するものである。
【0016】
【作用】請求項1の構成により、P型半導体基板上に形
成された突起部の上側のN型半導体層をP型に反転させ
て該反転部分と前記突起部とからなる電流通過部を形成
するため、従来のようにN型ブロック層の一部を除去す
る工程が不要になったので、1回のエピタキシャル成長
で内部電流狭窄型LEDを作成することができると共
に、レジストなどにより半導体基板が汚染されることが
なくなった。
【0017】また、高温雰囲気に露出されたブロック層
の表面にPN接合を形成しなくてよいので、熱損傷によ
る悪影響が減少する。
【0018】請求項2の構成により、P型半導体基板の
不純物濃度を1×1019cm-3以上にし、突起部の上側
のN型半導体層の厚さを0.4μm以下にするため、エ
ピタキシャル成長終了後の降温過程における高温時に不
純物拡散によって突起部の上側のN型半導体層がすべて
P型に反転する。
【0019】また、突起部の上側以外のN型半導体層の
厚さを突起部の上側のN型半導体層の厚さよりも0.4
μm以上厚くなるように形成するため、動作の安定性が
確保される。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。
【0021】図1は、本発明の一実施例に係る発光半導
体装置の製造方法により作製したGaAlAsを材料と
する内部電流狭窄型LEDの要部の断面構造を示してい
る。同図において、1はN側電極、2はN型コンタクト
層、3はN型クラッド層、4は活性層、5はP型クラッ
ド層、6はN型ブロック層(n−GaAs)、7はP型
半導体基板、8はP側電極、9はP型半導体基板7上に
形成された突起部、10は光取り出し窓、11はオート
ドープ部分である。
【0022】液相エピタキシャル成長では、突起部9の
上側部分の成長速度は、突起部9の上側以外の部分の成
長速度に比べて遅いという特徴があり、同一時間エピタ
キシャル成長させると、突起部9の上側のN型ブロック
層(GaAs)6の結晶膜厚の厚さは突起部9の上側以
外の部分の結晶膜厚よりも薄くなる。本実施例では、高
さ:0.8μm、径:φ30μmの突起部9を有するP
型半導体基板7上に過飽和度を抑えた2相融液を用いた
エピタキシャル成長をさせたところ、突起部9の上側に
厚さ:0.4μmのN型電流ブロック層6が形成され、
突起部9の上側以外の部分に厚さ:0.8μmのN型電
流ブロック層6が形成された。これらのN型ブロック層
(GaAs)6を、P型半導体基板7、或いはN型ブロ
ック層(GaAs)6上に成長させたPクラッド層(p
−GaAlAs)9からの不純物拡散により、N型電流
ブロック層6の上部のみを部分的にP型反転させ、反転
層の厚さが、ちょうど突起部9の上側のN型ブロック層
(GaAs)6の厚さと一致させると、突起部9の上側
以外の部分にのみN型領域が残る電流狭窄構造を1回の
エピタキシャル成長で得ることができる。
【0023】発明者は各層の不純物濃度や厚さについ
て、さらに検討を加え、エピタキシャル成長終了後降温
するまでの高温時に上記の拡散が自動的に生じ、成長後
の熱サイクル等の追加が不必要な条件を調べた。
【0024】P型半導体基板7の不純物濃度が1×10
19cm-3以上の濃度になると、P型半導体基板7からの
拡散が顕著になり、通常のエピタキシャル成長の温度か
らの徐冷では、N型ブロック層(GaAs)6への拡散
領域の厚さは0.4μm程度であった。従って、P型半
導体基板7の不純物濃度を1×1019cm-3以上とし、
且つ突起部9の上側のN型ブロック層(GaAs)を
0.4μm以下の厚さにすれば、エピタキシャル成長工
程中に容易に前述の電流通過部分を形成できることにな
る。
【0025】電流狭窄構造とするためには、突起部9以
外の部分では、P型反転領域がN型ブロック層(GaA
s)6を突き抜けないことが必要であり、また、動作の
安定性を保つためにはN型領域の厚さを0.4μm程度
以上に保つことが必要である。これ以下の厚さであると
N型クラッド層(GaAlAs)3、活性層(GaAl
As)4、P型クラッド層(GaAlAs)5、N型ブ
ロック層(GaAs)6及びP型半導体基板7からなる
npnp構造のサイリスタ部分がターンオンされやすく
なり、動作を安定に保つことができない。従って、少な
くとも突起部9の上側のN型ブロック層(GaAs)6
の厚さより0.4μm以上厚いN型ブロック層(GaA
s)層6を突起部9の上側以外の部分に形成しなければ
ならない。
【0026】実際に不純物濃度が1×1019cm-3であ
るP型半導体基板7を用いて作製した前記の実施例で
は、突起部9の上側のN型ブロック層(GaAs)6の
厚さを0.4μmとし、突起部9の上側以外のN型ブロ
ック層(GaAs)6の厚さを0.8μmとしているた
め、エピタキシャル成長終了後降温するまでの高温時に
上記の拡散が自動的に生じ、1回のエピタキシャル成長
で内部電流狭窄LEDを作製することができた。
【0027】このようにして作製された内部電流狭窄L
EDは、発光パターンの均一性や発光特性については従
来の方法で作成された内部電流狭窄LEDと同様であり
ながら、素子抵抗については従来の方法で作成されたも
のに比べて低い。
【0028】また、1回のエピタキシャル成長で作製し
ているため、途中の暗室工程が不要で製造工程が容易に
なるなど本発明の効果を十分確認できた。
【0029】なお、前記実施例ではエピタキシャル成長
後の半導体基板7の冷却を自然冷却による徐冷によって
行なったが、強制空冷等による急冷でも同様の効果が得
られることはもちろんである。この場合、P型半導体基
板7或いはP型クラッド層5からの不純物拡散長が短く
なるため、これに合わせた突起部9の上側のN型ブロッ
ク層6の厚さの制御が必要であることは言うまでもな
い。
【0030】また、前記実施例ではGaAlAs/Ga
As層のダブルヘテロジャンクションLEDについて説
明したが、InP基板上のInP/InGaAsP系等
の他の材料を用いた場合も同様の効果が得られることは
言うまでもない。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
係る発光半導体装置の製造方法によると、P型半導体基
板上に形成された突起部の上側のN型半導体層をP型に
反転させて電流通過部を形成するため、従来のようにN
型ブロック層の一部を除去する工程が不要になるので、
1回のエピタキシャル成長で内部電流狭窄型LEDを作
成することができ、製造コストの低減を図ることができ
る。
【0032】また、N型ブロック層の一部を除去する工
程が不要であるため、レジストなどにより半導体基板が
汚染されることがない。
【0033】また、高温雰囲気に露出されたブロック層
の表面にPN接合を形成しなくてよいので、熱損傷によ
る悪影響が減少する。
【0034】請求項2の発明に係る発光半導体装置の製
造方法によると、P型半導体基板の不純物濃度を1×1
19cm-3以上にし、突起部の上側のN型半導体層の厚
さを0.4μm以下にするため、エピタキシャル成長終
了後の降温過程における高温時に不純物拡散によって突
起部の上側のN型半導体層がすべてP型に反転するの
で、不純物拡散工程を特に設ける必要がない。
【0035】また、突起部の上側以外のN型半導体層の
厚さを突起部の上側のN型半導体層の厚さよりも0.4
μm以上厚くなるように形成するため、動作の安定性を
確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る発光半導体装置の製造
方法により得られる内部電流狭窄型LEDの要部断面図
である。
【図2】前記発光半導体装置の製造方法により得られる
内部電流狭窄型LEDの突起部の形状を示す図1におけ
るII−II線の断面図である。
【図3】従来の発光半導体装置の製造方法により得られ
る内部電流狭窄型LEDの要部断面図である。
【符号の説明】
1 N側電極 2 N型コンタクト層 3 N型クラッド層 4 活性層 5 P型クラッド層 6 N型ブロック層 7 P型半導体基板 8 P側電極 9 突起部 10 光取り出し窓 11 オートドープ部分 13 N側電極 14 N型コンタクト層 15 N型クラッド層 16 活性層 17 P型クラッド層 18 N型ブロック層 19 P型半導体基板 20 P側電極 21 除去部分 22 光取り出し窓

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 P型半導体基板上に所定の大きさの突起
    部を形成する第1の工程と、エピタキシャル成長法によ
    り、前記突起部が形成されたP型半導体基板上にN型半
    導体層を前記突起部の上側部分の厚さが他の部分の厚さ
    よりも薄くなるように形成した後、該N型半導体層上に
    P型半導体層を形成する第2の工程と、前記P型半導体
    基板又は前記P型半導体層からの不純物拡散により前記
    突起部の上側のN型半導体層をP型に反転させて該反転
    部分と前記突起部とからなる電流通過部を形成する第3
    の工程とを有することを特徴とする発光半導体装置の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 前記P型半導体基板は1×1019cm-3
    以上の不純物濃度を有しており、前記第2の工程におい
    て、前記突起部の上側のN型半導体層をその厚さが0.
    4μm以下になるように形成し且つ前記突起部の上側以
    外のN型半導体層をその厚さが前記突起部の上側のN型
    半導体層の厚さよりも0.4μm以上厚くなるように形
    成することを特徴とする請求項1記載の発光半導体装置
    の製造方法。
JP4004792A 1992-01-14 1992-01-14 発光半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH05190894A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0655467A1 (en) 1993-11-26 1995-05-31 Idemitsu Kosan Company Limited Catalyst for producing aromatic vinyl compound polymer and process for producing aromatic vinyl compound polymer by using same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0655467A1 (en) 1993-11-26 1995-05-31 Idemitsu Kosan Company Limited Catalyst for producing aromatic vinyl compound polymer and process for producing aromatic vinyl compound polymer by using same

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Effective date: 19990408