JPH05235406A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPH05235406A
JPH05235406A JP3906092A JP3906092A JPH05235406A JP H05235406 A JPH05235406 A JP H05235406A JP 3906092 A JP3906092 A JP 3906092A JP 3906092 A JP3906092 A JP 3906092A JP H05235406 A JPH05235406 A JP H05235406A
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JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
layer
buffer layer
silicon substrate
emitting device
Prior art date
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Pending
Application number
JP3906092A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Matsushita
哲也 松下
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 半導体基板1上に形成したバッファ層2の一
部を切除した。 【効果】 半導体基板1とバッファ層2との接触面積が
小さくなり、もって半導体基板1とバッファ層2との応
力差が小さくなってバッファ層2にクラックが発生した
り、発光素子が短命化することが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子に関し、
例えばページプリンタの感光ドラム用光源などに用いら
れる半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体発光素子は、MOCVD
(有機金属化学気相成長)法やMBE(分子線エピタキ
シャル成長)法等の化合物半導体結晶成長技術の進歩に
ともなって盛んに研究されている。
【0003】従来の半導体発光素子を図3に基づいて説
明する。図3は、従来の半導体発光素子の断面を示す図
であり、21は例えば一導電型半導体用不純物を含有す
るシリコンなどから成る半導体基板、22は半導体基板
21と同じ導電型を呈する半導体用不純物を含有するガ
リウム砒素などから成るバッファ層、23は半導体基板
21と同じ導電型を呈するアルミニウムガリウム砒素な
どから成る第一の半導体層、24は第一の半導体層23
とは逆導電型を呈する半導体用不純物を含有するアルミ
ニウムガリウム砒素などから成る第二の半導体層、25
は逆導電型不純物を多量に含むガリウム砒素などから成
るオーミックコンタクト層、26は例えば窒化シリコン
(SiNX )などから成る保護層である。オーミックコ
ンタクト層25上の保護層26には、孔26aが形成さ
れており、この孔26aを介してオーミックコンタクト
層25と上部電極27が接続されている。また、半導体
基板21の裏面側には、半導体基板21とオーミックコ
ンタクトをとるための下部電極28が設けられている。
なお、上記半導体基板21、バッファ層22、第一およ
び第二の半導体層23、24、およびオーミックコンタ
クト層25は、それぞれMOCVD法やMBE法で形成
された単結晶半導体層で構成される。
【0004】このように構成された半導体発光素子の第
一の半導体層23を例えばn型にし、第二の半導体層2
4を例えばp型にした場合の動作を説明すると、例えば
上部電極27を正、下部電極28を負として順バイアス
方向に電圧を印加すると、第一の半導体層23から第二
の半導体層24へ少数キャリアが注入され、第二の半導
体層24と第一の半導体層23の界面である半導体接合
部の第二の半導体層24側界面でキャリアが再結合して
発光し、第二の半導体層24と保護層26を介して外部
へ取り出される。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】ところが、上述の半
導体発光素子では、シリコン基板21上にガリウム砒素
層を形成すると、109 dyne/cm2 程度の引っ張
り応力が発生する。すなわちシリコン基板21上に、例
えば厚み2μm(2×10-4cm)のガリウム砒素層か
ら成るバッファ層22を堆積すると、このシリコン基板
21とバッファ層22には、109 dyne/cm2 ×
(2×10-4cm)=2×105 dyne/cm2 の絶
対応力(全応力)が存在し、膜厚の薄いガリウム砒素層
にクラックが発生したり、内部応力に起因して半導体発
光素子の寿命が短くなるという問題があった。
【0006】
【問題点を解決するための手段】本発明に係る半導体発
光素子は、このような従来技術の問題点を解決するため
になされたものであり、その特徴とするところは、半導
体基板上に導電型の異なる少なくとも二層の半導体層を
バッファ層を介して設けた半導体発光素子において、前
記バッファ層の一部を切除した点にある。
【0007】
【作用】上記のように構成すると、半導体基板とバッフ
ァ層との接触面積が小さくなり、もって半導体基板とバ
ッファ層との応力差が小さくなってバッファ層にクラッ
クが発生したり、発光素子が短命化することが防止され
る。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づき詳
細に説明する。図1(a)は、本発明に係る半導体発光
素子を平面視した状態を示す図であり、同図(b)は断
面構造を示す図であり、1は半導体基板、2はバッファ
層、3は第一の半導体層、4は第二の半導体層、5はオ
ーミックコンタクト層、6は保護層、7は上部電極、8
は下部電極である。
【0009】前記半導体基板1は、例えば(100)面
方向から(011)面方向に2°オフして切り出した単
結晶シリコン基板などで構成され、アンチモン(Sb)
などから成るドナーを1019個/cm3 程度含有させた
半導体基板が用いられる。
【0010】前記半導体基板1上には、一導電型、例え
ばn型不純物を含有するバッファ層2が形成されてい
る。このバッファ層2は、半導体基板1との熱膨張係数
の相違に起因する内部応力をある程度発生させ、シリコ
ン基板1と第一の半導体層3の格子定数の相違に起因す
るミスフィット転移を低減させるために形成され、厚み
1〜3μm程度に形成される。このバッファ層2は、例
えばガリウム砒素(GaAs)などのIII-V族化合物半
導体膜などから成り、シリコン(Si)などから成るド
ナーを1016個/cm3 程度含有している。
【0011】前記半導体基板1と第一の半導体層3との
間のバッファ層2は、一部が切除されており、半導体基
板1と第一の半導体層3との間には、空所Cが形成され
ている。すなわち、例えば上部電極7の通路となる側壁
面だけを残してバッファ層2を切除する。この空所C
は、後述するように特定の層だけをエッチングするエッ
チング液を用いて切除することにより形成される。この
ようにバッファ層2の一部を切除することにより、半導
体基板1とバッファ層2との接触面積が小さくなり、半
導体基板1とバッファ層2との熱膨張率の相違に起因す
るバッファ層2内の残留応力は緩和され、バッファ層2
にクラックが発生したり、発光素子が短命化することが
防止される。
【0012】前記バッファ層2上には、一導電型不純物
を含有する第一の半導体層3が形成されている。この第
一の半導体層3は、例えばアルミニウム・ガリウム・砒
素(Alx Ga1-x As)などから成り、シリコンなど
から成るドナーを1017個/cm3 程度含有している。
この第一の半導体層3のアルミニウム(Al)の混晶比
は、例えば0.3または0.65などに設定される。
【0013】前記第一の半導体層3上には、逆導電型不
純物を含有する第二の半導体層4が形成されている。こ
の第二の半導体層4は、例えばアルミニウム・ガリウム
・砒素(Aly Ga1-y As)などから成り、亜鉛(Z
n)などから成るアクセプタを1019個/cm3 程度含
有している。この第二の半導体層3のアルミニウム(A
l)の混晶比は、例えば0.3などに設定される。
【0014】前記第二の半導体層4上には、オーミック
コンタクト層5が形成されている。このオーミックコン
タクト層5は、例えばガリウム砒素などのIII-V族化合
物半導体で構成され、上部電極7とオーミックコンタク
トをとるために亜鉛(Zn)などから成る逆導電型不純
物を高濃度に含有させる。
【0015】前記半導体基板1および各半導体層2〜5
上には、窒化シリコン(SiNx )や酸化シリコン(S
iO2 )などから成る保護膜6が形成されている。
【0016】この保護層6のオーミックコンタクト層5
上には、スールホールが形成されており、このスールホ
ールを介してオーミックコンタクト層5と上部電極7が
接続される。また、半導体基板1の裏面側には、下部電
極8が形成されている。なお、この上部電極7および下
部電極8は、クロム(Cr)またはアルミニウム(A
l)、あるいはクロムとアルミニウムの二層構造のもの
などで形成される。
【0017】次に、本発明に係る半導体発光素子の製法
を図2に基づいて説明する。まず、同図(a)に示すよ
うに、シリコン基板1上に、N型不純物を含有するガリ
ウム砒素から成るバッファ層2、第一の半導体層3、第
二の半導体層4、およびオーミックコンタクト層5をそ
れぞれMOCVD法などで形成する。バッファ層2およ
びオーミックコンタクト層5は、TMGaガス、AsH
3 ガス、および半導体用不純物元素となるSiH4 ガス
またはDMZnガスなどを用いて形成され、第一の半導
体層3および第二の半導体層4は、TMAlガス、TM
Gaガス、AsH3 ガス、および半導体用不純物元素と
なるSiH4 ガスまたはDMZnガスなどを用いて形成
される。なお、上記バッファ層2は、二段階成長法や熱
サイクル法を適宜採用して形成される。すなわち、MO
CVD装置内を900〜1000℃で一旦加熱した後
に、400〜450℃に下げてガスを導入してガリウム
砒素膜を堆積させるとともに、600〜650℃に上げ
てガリウム砒素膜を堆積(二段階成長法)させ、次に3
00〜900℃で温度を上下(熱サイクル法)させて成
長させる。このように形成することにより、シリコンな
どから成る半導体基板1とガリウム砒素などから成るバ
ッファ層との熱膨張係数の相違に起因する内部応力をあ
る程度発生させ、格子定数の相違に起因するミスフィッ
ト転移を低減させる。
【0018】次に、同図(b)に示すように、バッファ
層2、第一の半導体層3、第二の半導体層4、およびオ
ーミックコンタクト層5を硫化水素(H2 SO4 )と過
酸化水素(H2 2 )の混合液から成るエッチング液を
用いて島状に形成する。この島状部分が一つの発光素子
となる。
【0019】次に、同図(c)に示すように、ガリウム
砒素などから成るバッファ層2の一部をエッチングで切
除する。このエッチング液としては、水酸化アンモニウ
ム(NH4 OH)と過酸化水素(H2 2 )の混合液な
どがある。この水酸化アンモニウムと過酸化水素の混合
液は、ガリウム砒素とは反応性を示すが、アルミニウム
ガリウム砒素には反応性を示さないため、オーミックコ
ンタクト層5上をレジスト膜で被覆しておけば、バッフ
ァ層2の中央部分のみが柱状に残るようにエッチングさ
れる。
【0020】次に、同図(d)に示すように、第一の半
導体層3と第二の半導体層4との片側をヨウ素溶液(I
2 )とヨウ化カリウム(KI)の混合液でエッチング除
去し、次いで硫化水素(H2 SO4 )と過酸化水素(H
2 2 )の混合液でエッチングすることにより、側面形
状を上部電極7を形成し易くするためにメサ形状に形成
する。
【0021】最後に、半導体基板1上および島状部上に
窒化シリコンや酸化シリコンなどから成る保護層6を例
えばプラズマCVD法などで形成してパターニングし、
上部電極7と下部電極8を真空蒸着法などで形成してパ
ターニングすることにより、図1(b)に示すような半
導体発光素子が完成する。
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体発光
素子によれば、半導体基板上に形成したバッファ層の一
部を切除したことから、半導体基板とバッファ層との接
触面積が小さくなり、もって半導体基板とバッファ層と
の応力差が小さくなってバッファ層にクラックが発生し
たり、発光素子が短命化することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明に係る半導体発光素子を平面視
した状態を示す図、(b)は同じく断面形状を示す図で
ある。
【図2】(a)ないし(d)は本発明に係る半導体発光
素子の製造工程を示す図である。
【図3】従来の半導体発光素子の断面形状を示す図であ
る。
【符号の説明】
1・・・半導体基板、2・・・バッファ層、3・・・第
一の半導体層、4・・・第二の半導体層、5・・・オー
ミックコンタクト層、6・・・保護層、7・・・上部電
極、8・・・下部電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に導電型の異なる少なくと
    も二層の半導体層をバッファ層を介して設けた半導体発
    光素子において、前記バッファ層の一部を切除したこと
    を特徴とする半導体発光素子。
JP3906092A 1992-02-26 1992-02-26 半導体発光素子 Pending JPH05235406A (ja)

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