JPH07147429A - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体発光装置及びその製造方法

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JPH07147429A
JPH07147429A JP31580893A JP31580893A JPH07147429A JP H07147429 A JPH07147429 A JP H07147429A JP 31580893 A JP31580893 A JP 31580893A JP 31580893 A JP31580893 A JP 31580893A JP H07147429 A JPH07147429 A JP H07147429A
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JP
Japan
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light emitting
epitaxial layer
spherical
layer
light output
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JP31580893A
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English (en)
Inventor
Takashi Iwamoto
岩本  隆
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高効率、高出力の半導体発光装置及び生産性
のよいその製造方法を提供する。 【構成】 基板1に直径40μm程度の半球状の穴2を
形成し(a)、その上からp−クラッド層3、p−活性
層4、n−クラッド層5を順次積層してダブルヘテロ接
合を形成する(b)。続いて、基板1を選択的にエッチ
ングすると、表面に半球状の凸部(光出力窓6)が複数
形成されたp−クラッド層3ができる(c)。次に、Z
nをp−クラッド層3表面から一定深さまで拡散して拡
散層8及び非拡散領域の発光部7を形成する(d)。続
いて、p−クラッド層3表面の平坦な部分に電極9を、
又n−クラッド層5表面に電極10を形成する(e)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光装置、特に
面発光型の半導体発光装置の高効率、高出力化とその製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】発光ダイオードの半導体結晶の屈折率
は、3以上と非常に大きいため、発光した光を外部に取
り出す際、半導体結晶の表面に10数度以上傾いて入射
する光は表面で全反射してしまい、外部に取り出すこと
ができず、発光効率が低下する主原因となっている。そ
こで、発光領域を球の中心に置けば、あらゆる方向へ発
光した光は球状の表面に垂直に入射するため全反射せ
ず、効率的に外部に取り出すことができることから、チ
ップを一つずつ研磨加工により半球状に作製することが
行われているが、製造コストが高く、基板上に半球状の
凹部をエッチングにより形成してからエピタキシャル層
を液相エピタキシャル成長させ、成長後基板を選択的に
エッチングすることで半球状になったチップを作製する
製造方法が提案されている。
【0003】従来の半導体発光装置及びその製造方法の
一例を説明する。図3は従来の発光ダイオードの製造工
程の一例を示す図である。まず、同図(a)において、
+ −GaAs基板21に約200μmの半球状の穴2
2をエッチングで形成する。次に、同図(b)におい
て、基板21及び穴22表面表面上にn−GaAlAs
層23,p−GaAlAs層24を順次液相エピタキシ
ャル成長させてpn接合を形成する。次に、同図(c)
において、エピタキシャル成長させたGaAlAs層2
3,24の表面を平坦に研磨し、同一平面内にn−Ga
AlAs層23表面及びp−GaAlAs層24表面を
露出させる。そして、露出した表面に酸化膜25を形成
した後、酸化膜25に穴を開けて、p電極26をp−G
aAlAs層24表面に、又n電極27をn−GaAl
As層23表面に形成する。次に、同図(d)におい
て、基板21を選択的にエッチングし取り除く。最後
に、同図(e)において、個々のチップに分割して発光
ダイオードチップ31を作製する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来の発光ダイオード及びその製造方法によれば、p
n接合を形成した発光面がかなり大きくなり、光出力窓
を球面にしたことによる取り出し効率の向上を妨げる要
因となっていた。又、精度のよい研磨工程が必要で生産
性が上がらないという問題点があった。
【0005】そこで、本発明は上記の点に着目してなさ
れたものであり、高効率、高出力の半導体発光装置及び
生産性のよいその製造方法を提供することを目的とする
ものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するための手段として、pn接合面を形成するエピタ
キシャル層のpn接合面に垂直な方向から光を取り出す
面発光型半導体発光装置において、前記エピタキシャル
層表面に球面凸形状の複数の光出力窓を形成し、この夫
々の球面の中心近傍にこの球面より小さい領域の発光部
を形成し、前記エピタキシャル層表面の前記光出力窓以
外の部分と、前記エピタキシャル層裏面に夫々電極を形
成したことを特徴とする半導体発光装置を提供しようと
するものである。
【0007】又、上述したような半導体発光装置の製造
方法であって、基板表面に球面形状の穴を複数エッチン
グする工程と、前記基板表面及び前記球面形状の複数の
穴表面に前記エピタキシャル層を積層する工程と、前記
基板を選択的にエッチングして、前記エピタキシャル層
表面に球面凸形状の前記光出力窓を複数露出させる工程
と、この夫々の球面の中心近傍にこの球面より小さい領
域の発光部を形成する工程と、前記エピタキシャル層表
面の前記光出力窓以外の部分と、前記エピタキシャル層
裏面に夫々電極を形成する工程とからなる半導体発光装
置の製造方法を提供しようとするものである。
【0008】又、上述したような半導体発光装置の製造
方法であって、前記エピタキシャル層表面に球面凸形状
の複数の前記光出力窓を形成する工程と、前記エピタキ
シャル層表面及び前記光出力窓表面から不純物の拡散を
行い、前記光出力窓表面の形状と略同じ球面形状となっ
た、前記光出力窓下部の拡散界面で囲まれた非拡散領域
の前記pn接合部に、電流を狭窄して前記発光部とする
ような拡散層を形成する工程と、前記エピタキシャル層
表面の前記光出力窓以外の部分と、前記エピタキシャル
層裏面とに夫々電極を形成する工程とからなる半導体発
光装置の製造方法を提供しようとするものである。
【0009】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の一実施例
の発光ダイオード及びその製造方法について説明する。
図1は、本発明の半導体発光装置の製造方法の一実施例
の発光ダイオードの製造工程を示す図である。図2は、
本発明の半導体発光装置の一実施例の発光ダイオードの
斜視図である。
【0010】まず、図1(a)において、GaAs基板
1表面に燐酸系のエッチング液を用い直径数十μm(例
えば40μm)程度の半球状の穴2を複数エッチングす
る。
【0011】次に、同図(b)において、基板1表面
に、p−GaAlAsクラッド層3,p−GaAs活性
層4,n−GaAlAsクラッド層5を順次液相エピタ
キシャル成長させてダブルヘテロ接合を形成する。この
場合、穴2の直径が数十μm程度と小さいので液相成長
の性質上穴2を埋めて平坦にp−クラッド層3は成長
し、その上の活性層4、n−クラッド層5も平坦に成長
する。
【0012】次に、同図(c)において、基板1をアン
モニア系エッチング液で選択的にエッチングすると、p
−クラッド層3表面には半球状の凸部(光出力窓6)が
複数形成されている。
【0013】次に、同図(d)において、Znをp−ク
ラッド層3表面及び光出力窓6表面から拡散させると、
拡散界面はp−クラッド層3表面から一定距離となり、
光出力窓6下部の拡散界面は半球状をなす。そこで、拡
散深さを制御して、光出力窓6下部の非常に小さい領域
の活性層(発光部7)のみ非拡散領域とし、他の部分の
活性層及びその活性層下部のn−クラッド層を拡散領域
とするp−拡散層8を形成する。従って、n−クラッド
層の拡散領域はp型に反転され、このp−拡散層8とn
−クラッド層5との界面にpn接合が形成される。ここ
で、順方向電流の立上がり電圧は、pn接合位置の半導
体のバンドギャップに対応して大きくなるため、発光部
7に比べて拡散によりpn接合位置がクラッド層へ移動
した部分(p−拡散層8とn−クラッド層5との界面の
pn接合部分)の立上がり電圧は大きくなり電流は発光
部7のみに狭窄されて流れる。
【0014】次に、同図(e)において、p−クラッド
層3表面の平坦な部分に電極9を、又n−クラッド層5
表面に電極10を形成する。ここで、例えば電極10
は、電極と結晶層との界面での光の吸収を防ぐため、n
−クラッド層5表面に部分的(例えば格子状として、そ
の格子点が発光部下にあるような形状)に形成されてい
る。
【0015】最後に、所望の大きさにダイシングして例
えば図2に示すような発光ダイオードチップ11を作製
する。同図において、発光ダイオードチップ11は、n
−クラッド層5,n−クラッド層5がZnの拡散によっ
て形成されたp−拡散層8,活性層4,p−クラッド層
3,半球状の光出力窓6,電極9及びn−クラッド層5
の下面の図示しない電極10からなる。又、12は金属
配線がされるボンディング部である。なお、発光ダイオ
ードチップ11に形成されている光出力窓の数は一例に
しかすぎない。
【0016】図1及び図2において、発光ダイオードチ
ップ11は、複数の発光部7が形成されており、電極
9,10を介して電流が注入されると、上述したように
電流は狭窄されて複数の発光部7に流れる。発光部7は
夫々半球状の光出力窓6のほぼ中心部分の小さい領域で
あり、発光された光は、夫々光出力窓6の球面に小さい
角度で入射し、反射されることなく外部に取り出され
る。これら夫々の光出力窓6からの出力の和が発光ダイ
オードチップ11の出力となる。
【0017】以上説明したように本発明の一実施例の発
光ダイオードによれば、発光効率の高いダブルヘテロ接
合によって形成された複数の発光部7からの光は半球状
の光出力窓6から効率よく外部に取り出すことができる
ので、効率よく高出力が得られる。又、この発光ダイオ
ードの製造方法によれば、基板1に設けた直径数十μm
程度の穴2表面にエピタキシャル層3,4,5,は平坦
に成長し、基板1を除去するのみでエピタキシャル層3
表面に半球状の光出力窓6を形成することができ、高精
度が要求される研磨工程が必要でなく、生産コストを低
減することができる。又、エピタキシャル層3表面から
拡散を行い、拡散深さを制御するのみで発光部7を形成
するので、非常に小さい発光部7を容易に形成すること
ができる。
【0018】なお、以上のような構造をなす本発明の一
実施例の発光ダイオードチップ11を応用して他の発光
ダイオードも考えられる。例えば、夫々独立して駆動で
きるような複数の発光部からなる発光ダイオードなどが
考えられる。この場合、発光部など主要の構造を、上述
したような発光ダイオードチップ11の構造と同じくし
て、更に、各発光部をエッチングによる溝などを形成す
ることによって電気的に分離し、夫々独立して電流を供
給するような構造とすればよい。このような構造にした
発光ダイオードによれば、夫々の発光部から高発光出力
が得られる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体発光
装置及びその製造方法によれば、pn接合面を形成する
エピタキシャル層のpn接合面に垂直な方向から光を取
り出す面発光型半導体発光装置において、前記エピタキ
シャル層表面に球面凸形状の複数の光出力窓を形成し、
この夫々の球面の中心近傍にこの球面より小さい領域の
発光部を形成し、前記エピタキシャル層表面の前記光出
力窓以外の部分と、前記エピタキシャル層裏面に夫々電
極を形成したので、発光部から発光した光は、光出力窓
に小さい入射角で入射し、反射されることなく外部に取
り出すことができ、高出力が得られる。
【0020】又、上述した半導体発光装置の製造方法で
あって、基板表面に球面形状の穴を複数エッチングする
工程と、前記基板表面及び前記球面形状の複数の穴表面
に前記エピタキシャル層を積層する工程と、前記基板を
選択的にエッチングして、前記エピタキシャル層表面に
球面凸形状の前記光出力窓を複数露出させる工程と、こ
の夫々の球面の中心近傍にこの球面より小さい領域の発
光部を形成する工程と、前記エピタキシャル層表面の前
記光出力窓以外の部分と、前記エピタキシャル層裏面に
夫々電極を形成する工程とからなるので、基板を除去す
るのみでエピタキシャル層表面に球面形状の光出力窓を
形成することができ、高精度が要求される研磨工程が必
要でなく、生産コストを低減することができる。
【0021】又、上述した半導体発光装置の製造方法で
あって、前記エピタキシャル層表面に球面凸形状の複数
の前記光出力窓を形成する工程と、前記エピタキシャル
層表面及び前記光出力窓表面から不純物の拡散を行い、
前記光出力窓表面の形状と略同じ球面形状となった、前
記光出力窓下部の拡散界面で囲まれた非拡散領域の前記
pn接合部に、電流を狭窄して前記発光部とするような
拡散層を形成する工程と、前記エピタキシャル層表面の
前記光出力窓以外の部分と、前記エピタキシャル層裏面
とに夫々電極を形成する工程とからなるので、拡散深さ
を制御するのみで発光部を形成するので、小さい領域の
発光部を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体発光装置の製造方法の一実施例
の発光ダイオードの製造工程を示す図である。
【図2】本発明の半導体発光装置の一実施例の発光ダイ
オードを示す斜視図である。
【図3】従来の発光ダイオードの製造工程の一例を示す
図である。
【符号の説明】
1 基板 2 穴 3 クラッド層(エピタキシャル層) 4 活性層(エピタキシャル層) 5 クラッド層(エピタキシャル層) 6 光出力窓 7 発光部 8 拡散層 9 電極 10 電極 11 発光ダイオードチップ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】pn接合面を形成するエピタキシャル層の
    pn接合面に垂直な方向から光を取り出す面発光型半導
    体発光装置において、 前記エピタキシャル層表面に球面凸形状の複数の光出力
    窓を形成し、 この夫々の球面の中心近傍にこの球面より小さい領域の
    発光部を形成し、 前記エピタキシャル層表面の前記光出力窓以外の部分
    と、前記エピタキシャル層裏面に夫々電極を形成したこ
    とを特徴とする半導体発光装置。
  2. 【請求項2】基板表面に球面形状の穴を複数エッチング
    する工程と、 前記基板表面及び前記球面形状の複数の穴表面に前記エ
    ピタキシャル層を積層する工程と、 前記基板を選択的にエッチングして、前記エピタキシャ
    ル層表面に球面凸形状の前記光出力窓を複数露出させる
    工程と、 この夫々の球面の中心近傍にこの球面より小さい領域の
    発光部を形成する工程と、 前記エピタキシャル層表面の前記光出力窓以外の部分
    と、前記エピタキシャル層裏面に夫々電極を形成する工
    程とからなることを特徴とする請求項1記載の半導体発
    光装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記エピタキシャル層表面に球面凸形状の
    複数の前記光出力窓を形成する工程と、 前記エピタキシャル層表面及び前記光出力窓表面から不
    純物の拡散を行い、前記光出力窓表面の形状と略同じ球
    面形状となった、前記光出力窓下部の拡散界面で囲まれ
    た非拡散領域の前記pn接合部に、電流を狭窄して前記
    発光部とするような拡散層を形成する工程と、 前記エピタキシャル層表面の前記光出力窓以外の部分
    と、前記エピタキシャル層裏面とに夫々電極を形成する
    工程とからなることを特徴とする請求項1記載の半導体
    発光装置の製造方法。
JP31580893A 1993-11-24 1993-11-24 半導体発光装置及びその製造方法 Pending JPH07147429A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100714639B1 (ko) * 2003-10-21 2007-05-07 삼성전기주식회사 발광 소자

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100714639B1 (ko) * 2003-10-21 2007-05-07 삼성전기주식회사 발광 소자

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