JPH0685448B2 - 化合物半導体装置 - Google Patents
化合物半導体装置Info
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- JPH0685448B2 JPH0685448B2 JP5311588A JP5311588A JPH0685448B2 JP H0685448 B2 JPH0685448 B2 JP H0685448B2 JP 5311588 A JP5311588 A JP 5311588A JP 5311588 A JP5311588 A JP 5311588A JP H0685448 B2 JPH0685448 B2 JP H0685448B2
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- semiconductor device
- compound semiconductor
- silicon nitride
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/1015—Shape
- H01L2924/10155—Shape being other than a cuboid
- H01L2924/10156—Shape being other than a cuboid at the periphery
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はAlxGa1-xAs層を用いた化合物半導体に係わり、
特に耐湿性に優れ、高出力特性を有する化合物半導体装
置に関するものである。
特に耐湿性に優れ、高出力特性を有する化合物半導体装
置に関するものである。
従来、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
得られるシングルヘテロ接合構造LED、あるいはダブル
ヘテロ接合構造LEDが用いられている。
て、キャリアの注入効率が高く、高出力、高応答速度が
得られるシングルヘテロ接合構造LED、あるいはダブル
ヘテロ接合構造LEDが用いられている。
これらヘテロ接合構造LEDに特徴的なことは、光取り出
し側にAlAs混晶比Ｘの大きいAlxGa1-xAsが用いられてい
る点である。例えば、赤色発光高輝度LED用基板のエピ
タキシャル成長の例を示すと、ｐ型GaAs基板〔（100）
面〕上にｐクラッド層として液相成長法等によりZnドー
プAl0.75Ga0.25As層を200μｍ（ｐ型）形成した後、ｐ
アクティブ層としてZnドープAl0.35Ga0.65As層を２〜３
μｍ（ｐ型）形成し、次いでｎクラッド層としてTeドー
プAl0.75Ga0.25As層を50μｍ程度形成している。そして
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LEDチップを得ており、チップの表面
の混晶比Ｘは0.75と高い。
し側にAlAs混晶比Ｘの大きいAlxGa1-xAsが用いられてい
る点である。例えば、赤色発光高輝度LED用基板のエピ
タキシャル成長の例を示すと、ｐ型GaAs基板〔（100）
面〕上にｐクラッド層として液相成長法等によりZnドー
プAl0.75Ga0.25As層を200μｍ（ｐ型）形成した後、ｐ
アクティブ層としてZnドープAl0.35Ga0.65As層を２〜３
μｍ（ｐ型）形成し、次いでｎクラッド層としてTeドー
プAl0.75Ga0.25As層を50μｍ程度形成している。そして
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LEDチップを得ており、チップの表面
の混晶比Ｘは0.75と高い。
しかしながら、このようなAlAs混晶比Ｘの大きなAlxGa
1-xAs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。
1-xAs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。
この対策として従来化学表面処理により、自然酸化膜(G
a2O3、As2O3)を形成する方法、または酸化珪素を用いて
素子表面を覆う方法が行われていたが、自然酸化膜を形
成する方向は機械的強度が弱く、また、酸化珪素で表面
を覆う方法は酸化珪素の屈折率の値の関係で発光出力特
性が良くなかった。
a2O3、As2O3)を形成する方法、または酸化珪素を用いて
素子表面を覆う方法が行われていたが、自然酸化膜を形
成する方向は機械的強度が弱く、また、酸化珪素で表面
を覆う方法は酸化珪素の屈折率の値の関係で発光出力特
性が良くなかった。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、耐湿性を
向上させて素子寿命を伸ばすと共に、発光出力特性を向
上させることができる化合物半導体装置を提供すること
を目的とする。
向上させて素子寿命を伸ばすと共に、発光出力特性を向
上させることができる化合物半導体装置を提供すること
を目的とする。
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は保護膜、６
は表電極である。
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は保護膜、６
は表電極である。
図に示すように、発光ダイオードの光取り出し側を窒化
珪素(SiNx)保護膜５で被覆する。裏電極側の矩形の一辺
を、例えば390μｍとすると、光取り出し側の幅は250μ
ｍ程度であり、これはメサエッチング深さによって変化
する。また表電極６の径は120μｍ程度である。
珪素(SiNx)保護膜５で被覆する。裏電極側の矩形の一辺
を、例えば390μｍとすると、光取り出し側の幅は250μ
ｍ程度であり、これはメサエッチング深さによって変化
する。また表電極６の径は120μｍ程度である。
この窒化珪素保護膜をプラズマCVD法により形成し、第
２図の斜線領域に示す水素含有量（原子数比）、及び珪
素、窒素比率（原子数比）のものである。第２図の曲線
Ａは窒化珪素中の水素がすべて珪素と結合している場
合、曲線Ｂは窒化珪素中の水素がすべて窒素と結合して
いる場合で、通常の窒化珪素はこの曲線Ａ、Ｂ間にあ
る。そして、保護膜としての特性上、水素の含有量を原
子数比率で約20〜40％であって屈折率が1.8〜2.0になる
ように選択し、図の斜線部分のような成分の保護膜とす
る。
２図の斜線領域に示す水素含有量（原子数比）、及び珪
素、窒素比率（原子数比）のものである。第２図の曲線
Ａは窒化珪素中の水素がすべて珪素と結合している場
合、曲線Ｂは窒化珪素中の水素がすべて窒素と結合して
いる場合で、通常の窒化珪素はこの曲線Ａ、Ｂ間にあ
る。そして、保護膜としての特性上、水素の含有量を原
子数比率で約20〜40％であって屈折率が1.8〜2.0になる
ように選択し、図の斜線部分のような成分の保護膜とす
る。
窒化珪素中の水素含有量は第３図に示すように弗化アン
モニウム(NH4F)と弗酸（HF）との比率が13:2であるエッ
チング液を用いて温度25℃でエッチングしたときのエッ
チング速度から求められる。すなわち、エリプソメータ
で膜厚測定したとき10〜600nm/minのエッチング速度範
囲以内であれば保護膜として十分な機能が達成される。
モニウム(NH4F)と弗酸（HF）との比率が13:2であるエッ
チング液を用いて温度25℃でエッチングしたときのエッ
チング速度から求められる。すなわち、エリプソメータ
で膜厚測定したとき10〜600nm/minのエッチング速度範
囲以内であれば保護膜として十分な機能が達成される。
また、保護膜の屈折率と窒素対珪素比率の関係は第４図
に示すようになり、屈折率が1.8〜2.0になるように珪素
と窒素との原子数比率を設定する。
に示すようになり、屈折率が1.8〜2.0になるように珪素
と窒素との原子数比率を設定する。
膜厚は余り薄いと保護膜としての機能を十分果たすこと
ができないが、余り厚すぎても製膜に時間がかかると共
に、膜自体の有するストレスのために剥がれる場合が生
じるので、20〜500nm程度が適当である。
ができないが、余り厚すぎても製膜に時間がかかると共
に、膜自体の有するストレスのために剥がれる場合が生
じるので、20〜500nm程度が適当である。
なお、プラズマCVD法が最も好ましいが、それ以外に
も、例えばSiNx膜を形成する方法として、例えばシラン
SiH4とアンモニアNH3とをチャンバー内に導入して熱に
よる分解反応を利用して基板上にSi3N4膜を堆積する熱
分解CVD法があり、この方法によれば、ストイキオメト
リックな膜（SiとＮの比率が3:4）に最も近く水素含有
量が低い膜が得られ、エッチングレートを下げることが
できると共に、硬い膜になるという利点があり、この場
合製膜温度が最低でも600℃以上必要である。
も、例えばSiNx膜を形成する方法として、例えばシラン
SiH4とアンモニアNH3とをチャンバー内に導入して熱に
よる分解反応を利用して基板上にSi3N4膜を堆積する熱
分解CVD法があり、この方法によれば、ストイキオメト
リックな膜（SiとＮの比率が3:4）に最も近く水素含有
量が低い膜が得られ、エッチングレートを下げることが
できると共に、硬い膜になるという利点があり、この場
合製膜温度が最低でも600℃以上必要である。
また反応性スパッタ法では、SiをターゲットとしてArに
少量のN2を混入した雰囲気（圧力１×10-2Torr〜1Tor
r）中で放電を起こし、Siをスパッタリングすると、基
板上にSiNxが堆積する。この方法は基板を加熱する必要
がないため化合物半導体に使用できるが、ストイキオメ
トリー制御及び膜中の応力制御に注意を要する。
少量のN2を混入した雰囲気（圧力１×10-2Torr〜1Tor
r）中で放電を起こし、Siをスパッタリングすると、基
板上にSiNxが堆積する。この方法は基板を加熱する必要
がないため化合物半導体に使用できるが、ストイキオメ
トリー制御及び膜中の応力制御に注意を要する。
本発明の化合物半導体装置はヘテロ接合を有する半導体
装置の保護膜として20nm〜500nmの厚さの窒化珪素膜を
プラズマCVD法により形成し、該窒該珪素膜に含まれる
水素含有量を20〜40％、屈折率を1.8〜2.0になるように
珪素と窒素の原子数比率にしたものである。なお、水素
含有量の制御は製膜時のガス組成比率を制御して行う。
こうすることにより、保護膜としての耐湿性を向上さ
せ、かつ反射率を低下させて高輝度出力を得ることが可
能となる。
装置の保護膜として20nm〜500nmの厚さの窒化珪素膜を
プラズマCVD法により形成し、該窒該珪素膜に含まれる
水素含有量を20〜40％、屈折率を1.8〜2.0になるように
珪素と窒素の原子数比率にしたものである。なお、水素
含有量の制御は製膜時のガス組成比率を制御して行う。
こうすることにより、保護膜としての耐湿性を向上さ
せ、かつ反射率を低下させて高輝度出力を得ることが可
能となる。
保護膜の屈折率、厚みと反射率の関係について第５図に
より説明する。
より説明する。
ｎ−AlGaAs層を通過したλ＝660nmの光が境界面で反射
される率（境界面に対し垂直入射）をR1とする。n-Al
0.75Ga0.25As層、保護膜、空気の屈折率をそれぞれn0、
n1、n2とすると、 ここでR1はcos2δ−１が最小（＝−２）のとき最小にな
る。
される率（境界面に対し垂直入射）をR1とする。n-Al
0.75Ga0.25As層、保護膜、空気の屈折率をそれぞれn0、
n1、n2とすると、 ここでR1はcos2δ−１が最小（＝−２）のとき最小にな
る。
従って、 このとき、 ここで、n0＝3.3、n2＝1.0として R1＝０ ｄ≒90nm×（奇数） となる。
以上の関係を利用して屈折率が1.9のときの膜厚ｄに対
する垂直方向の反射率（R1）の変化を求めると第６図の
ようになる。
する垂直方向の反射率（R1）の変化を求めると第６図の
ようになる。
図から86nmの奇数倍の膜厚のときに反射率が0.2％とな
り、この程度の反射率であれば高出力特性を達成するこ
とができる。そして屈折率が1.80〜2.0の範囲であれば
これを満足することができる。
り、この程度の反射率であれば高出力特性を達成するこ
とができる。そして屈折率が1.80〜2.0の範囲であれば
これを満足することができる。
成膜条件としてガス流量をSiH4（20％／N2希釈液を14sc
cm（cm3/min,at0℃,1気圧）、アンモニウム(NH3)60scc
m、窒素11sccmを使用した。全圧力は５×10-2Torr、基
板温度280℃、RFパワー50WでプラズマCVDにより成膜時
間28minで成膜したところ、膜厚270nmで屈折率1.9が得
られた。
cm（cm3/min,at0℃,1気圧）、アンモニウム(NH3)60scc
m、窒素11sccmを使用した。全圧力は５×10-2Torr、基
板温度280℃、RFパワー50WでプラズマCVDにより成膜時
間28minで成膜したところ、膜厚270nmで屈折率1.9が得
られた。
第７図は保護膜として酸化珪素膜(SiO2)を用いたもの
で、n1＝1.5のとき膜厚ｄに対する反射率変化は第８図
に示すようになる。
で、n1＝1.5のとき膜厚ｄに対する反射率変化は第８図
に示すようになる。
図から分かるように、膜厚110nmで反射率が最小となる
が、3.6％もあり高輝度出力が得られないことがわか
る。
が、3.6％もあり高輝度出力が得られないことがわか
る。
以上のように本発明によれば、自然酸化膜、酸化珪素膜
等のパッシベーション膜に比べて耐湿性が格段に向上
し、素子寿命が延びる。また、発光出力を25％程度まで
向上させることができた。
等のパッシベーション膜に比べて耐湿性が格段に向上
し、素子寿命が延びる。また、発光出力を25％程度まで
向上させることができた。
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図は本発明の保護膜の水素含有量、珪素と窒素
の比率の関係を示す図、第３図は水素含有量とエッチン
グ速度との関係を示す図、第４図は屈折率と珪素と窒素
の比率の関係を示す図、第５図は反射率を算出するため
の説明図、第６図は本発明による膜厚と反射率の関係を
示す図、第７図は酸化珪素で保護膜を形成した従来の高
輝度発光LEDの構造を示す図、第８図は酸化珪素におけ
る膜厚と反射率の関係を示す図である。 １……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……保護膜、６……表電
極。
図、第２図は本発明の保護膜の水素含有量、珪素と窒素
の比率の関係を示す図、第３図は水素含有量とエッチン
グ速度との関係を示す図、第４図は屈折率と珪素と窒素
の比率の関係を示す図、第５図は反射率を算出するため
の説明図、第６図は本発明による膜厚と反射率の関係を
示す図、第７図は酸化珪素で保護膜を形成した従来の高
輝度発光LEDの構造を示す図、第８図は酸化珪素におけ
る膜厚と反射率の関係を示す図である。 １……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……保護膜、６……表電
極。
Claims (4)
- 【請求項１】AlxGa1-xAs層を光取り出し面側に用いたヘ
テロ接合構造化合物半導体装置において、前記AlxGa1-x
As層の表面の少なくとも一部が屈折率1.8〜2.0であって
水素の含有量が約20〜40％の範囲にある窒化珪素膜にて
被覆されていることを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項２】窒化珪素膜は20nm〜500nmの膜厚を有する
請求項１記載の化合物半導体装置。 - 【請求項３】窒化珪素膜の膜厚はλ/4n（λは発光光の
波長、ｎは窒化珪素膜の屈折率）の奇数倍である請求項
１記載の化合物半導体装置。 - 【請求項４】窒化珪素膜はプラズマCVDによって形成さ
れた請求項１記載の化合物半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5311588A JPH0685448B2 (ja) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | 化合物半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5311588A JPH0685448B2 (ja) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | 化合物半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01226181A JPH01226181A (ja) | 1989-09-08 |
| JPH0685448B2 true JPH0685448B2 (ja) | 1994-10-26 |
Family
ID=12933802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5311588A Expired - Fee Related JPH0685448B2 (ja) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | 化合物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0685448B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0716027B2 (ja) * | 1988-05-18 | 1995-02-22 | 三洋電機株式会社 | 化合物半導体素子の処理方法 |
| JPH03222375A (ja) * | 1990-01-26 | 1991-10-01 | Sharp Corp | 発光ダイオードアレイ |
| US6825501B2 (en) * | 1997-08-29 | 2004-11-30 | Cree, Inc. | Robust Group III light emitting diode for high reliability in standard packaging applications |
| JP4123828B2 (ja) | 2002-05-27 | 2008-07-23 | 豊田合成株式会社 | 半導体発光素子 |
| JP2006210961A (ja) * | 2006-05-10 | 2006-08-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP5212414B2 (ja) * | 2010-04-05 | 2013-06-19 | 富士通株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5147378A (en) * | 1974-10-21 | 1976-04-22 | Victor Company Of Japan | si doopu gaas sekigaihatsukodaioodo |
| JPS61191084A (ja) * | 1985-02-20 | 1986-08-25 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| JPS6285481A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 樹脂封止発光ダイオ−ド装置及びその製造方法 |
-
1988
- 1988-03-07 JP JP5311588A patent/JPH0685448B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5147378A (en) * | 1974-10-21 | 1976-04-22 | Victor Company Of Japan | si doopu gaas sekigaihatsukodaioodo |
| JPS61191084A (ja) * | 1985-02-20 | 1986-08-25 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| JPS6285481A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 樹脂封止発光ダイオ−ド装置及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01226181A (ja) | 1989-09-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |