JPH07153991A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

発光ダイオード及びその製造方法

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JPH07153991A
JPH07153991A JP29651393A JP29651393A JPH07153991A JP H07153991 A JPH07153991 A JP H07153991A JP 29651393 A JP29651393 A JP 29651393A JP 29651393 A JP29651393 A JP 29651393A JP H07153991 A JPH07153991 A JP H07153991A
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JP
Japan
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light emitting
layer
emitting diode
conductivity type
type gaas
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JP29651393A
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English (en)
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Nobuyuki Nagashima
伸幸 長島
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】発光ダイオードの発光効率を改善すること。 【構成】n型GaAs基体1の(100)面にエピタキ
シャル成長したn型GaAs層2表面に凹凸を設け、そ
の上にP型GaAsエピタキシャル層3aを液相エピタ
キシャル法により連続成長させる。屈折率の格子によ
り、内部での光の反射、回折が起こり、外部に出やすく
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は発光ダイオード及びその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、発光ダイオードはリモートコント
ロール用等の信号用として、あるいはフォトカプラ,フ
ォトインタラプタ用の発光ダイオードとして、民生製品
(例えばTVや電話)に使用されており、高発光効率の
発光ダイオードの開発が望まれている。
【0003】従来量産化されている発光ダイオードの一
例についてその製造工程に沿って説明すると、図4
(a)に示すように、n型GaAs基体1の(100)
面上に液相エピタキシャル法により、図4(b)に示す
ように、Siドープのn型GaAs層2とSiドープの
P型GaAs層3をそれぞれエピタキシャル成長させ、
次に、図4(c)に示すように、P型GaAs層3の上
に第1の電極5をパターニング形成し、一方n型GaA
s基体1の裏面上に第2の電極6を形成する。第2の電
極6は、全面電極又は裏面での光反射による光出力を増
大させるためドット上電極になっている。更に電極形成
後、通常ダイシング法により個片化して図4(d)に示
すように、発光ダイオードが完成する。図5は、完成さ
れた発光ダイオードの平面図である。
【0004】図6(a)は他の従来例を示す平面図、図
6(b)は図6(a)のA−A線断面図であり、この従
来例は特開昭56−50586号公報に示されている。
基本的な製造方法は上述の場合と同じであるが、表裏電
極形成後の製造方法が異なる。すなわち、この場合はP
−N接合側面7の露光部周辺部に部分エッチングを行
い、凹凸を形成し、P−N接合の側面露出長を長くした
後、ダイヤモンドソー又はレーザスクラバーによってス
クライブラインを入れ、ダイシング法により各素子を分
離して発光ダイオードが完成する。この発光ダイオード
は、P−N接合側面の露出長を大きくして発光効率を改
善しようとするものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の発光ダ
イオードではいずれも次に述べるような問題がある。
【0006】発光ダイオードはP−N接合近傍数十μm
の部分で発光が起こり、P−N接合近傍で発光した光
が、P型GaAs層3の中を通過し、上面あるいは、側
面より放出される。通常P型GaAs層3の不純物濃度
は約1×1019cm-3であり、発光中心波長940〜9
50nmに対するP型GaAs層3の吸収係数が10-2
であるため、P−N接合近傍で発光した光はP型GaA
s層3中で吸収され、結晶外に放出されるまでほぼ半減
してしまう。そして、GaAs層の屈折率は約3.6で
あり、光が外部に取り出されるための臨界角は約17°
である。よって光の大部分は、結晶内部で反射を何回か
繰り返し、ついには前述した吸収係数の大きいP型Ga
As層3にて吸収され消滅する。又、P−N接合面露出
部に凹凸を形成する際、P型GaAs層の表面から深さ
方向に数十μm程度エッチングを行なう必要がある。そ
のためエッチング用マスクとしてのレジスト膜を厚くす
るのでレジスト残りが発生し易い等の理由により凹凸の
パターニングが難しく、歩留低下の原因となる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の発光ダイオード
は、表面に凹凸のある第1導電型半導体基板と、前記表
面に接合する第2導電型半導体層と半導体層とを有して
いるというものである。
【0008】また、本発明の発光ダイオードの製造方法
は、表面に凹凸のある第1導電型半導体基板を準備し、
第2導電型半導体層をエピタキシャル成長させて凹凸状
のP−N接合面を形成するというものである。この場
合、平坦な表面を有する第1導電型半導体基体の前記表
面に第1導電型半導体層をエピタキシャル成長させた
後、エッチングにより前記第1導電型半導体層の表面に
凹凸を設けて第1導電型半導体基板を形成してもよい
し、あるいは、平坦な表面を有する第1導電型半導体基
体の前記表面にエッチングにより凹凸を設けた後第1導
電型半導体層をエピタキシャル成長させて第1導電型半
導体基板を形成してもよい。
【0009】
【実施例】図1(a)〜(h)は本発明の第1の実施例
についてその製造工程に沿って説明するための工程順断
面図である。
【0010】まず、図1(a),(b)に示すように、
n型GaAs基体1の(100)面に厚さ300μm、
ドーパントをSiとして不純物濃度1×1018cm-3
n型GaAs層2を液相エピタキシャル成長法により形
成する。こうしてn型GaAs基体1の表面にn型Ga
As層2を形成したn型GaAs基板の表面に厚さ20
0nmの酸化シリコン膜8をCVD法により全面に堆積
し、フォトレジスト膜9を塗布法により形成し、フォト
リソグラフィー法により、幅および間隔がそれぞれ数μ
m、例えば5μmのストライプ状にし、酸化シリコン膜
をエッチングする。次に、硫酸系エッチング液(例えば
2 SO4 とH2 2 とH2 Oとの混合液)を用い、図
1(d)に示すように、ストライプ状のフォトレジスト
膜9aおよび酸化シリコン膜8aをマスクにして異方性
エッチングを行ない深さ数μm、例えば5μmのストラ
イプ状の溝10を形成する。次に、図1(e)に示すよ
うに、フォトレジスト膜9aおよび酸化シリコン膜8a
を除去し、液相エピタキシャル法により図1(f)に示
すように、ドーパントをSiとして不純物濃度5×10
18cm-3のp型GaAs層3aを形成する。p型GaA
s層3aとn型GaAs層2aとは凹凸のあるP−N接
合面4aを有している。次に、図1(g)に示すよう
に、p型GaAs層3aの表面に第1の電極5を、型G
aAs基体1の裏面に第2の電極6をそれぞれ形成し、
図1(h)に示すように、個片化してLEDチップを得
る。このLEDチップを図示しないリードにマウント
し、樹脂封止して発光ダイオードが完成する。このよう
な発光ダイオードは通常、第1の電極5のある表面から
だけでなく側面からの光も併せて外部に出力するように
なっている。図2に、第1の実施例の発光ダイオードの
光出力と順方向電極との関係を示す。破線で示した従来
例(図4)より約20%大きい光出力が得られた。Ga
Asの屈折率は約3.6であるが、p型GaAsの方が
n型GaAsより屈折率は大きくなる。また、不純物濃
度によっても屈折率は変わる。従って、P−N接合の両
側で0.1〜1%程度の屈折率差があるものと考えら
れ、結晶内における光の屈折や回折が従来例とは異なっ
ているので、少ない反射回数で結晶外部に光が取り出さ
れ、光出力が高くなると推定される。
【0011】また、図6に示した従来例と異なり、数μ
mの凹凸を形成すればよいので、製造が容易であり、工
数も少なくて住み、高歩留りで発光効率の高い発光ダイ
オードが実現できる。
【0012】図3(a)〜(f)は本発明の第2の実施
例について製造工程に沿って説明するための工程順断面
図である。
【0013】図3(a),(b)に示すように、n型G
aAs基体1の(100)面に酸化シリコン膜8,フォ
トレジスト膜9を被着し、ストライプ状に加工する。次
に、図3(c)に示すように、ストライプ状の酸化シリ
コン膜8a,フォトレジスト膜9aをマスクとして、硫
酸系のエッチング液を用いてストライプ状の溝10aを
形成する。次に、図3(d)に示すように、n型GaA
s層2bおよびp型GaAs層3bをそれぞれ液相エピ
タキシャル法により形成し、図3(e)に示すように、
第1の電極5および第2の電極6を形成し、図3(f)
に示すように個片化を行なう。
【0014】本実施例は、n型GaAs基体の表面に凹
凸を設けたのちn型GaAs層2bを堆積して表面に凹
凸のあるn型GaAs基板を形成する点が第1の実施例
と製造的な相違がある。第1の実施例では、2つのエピ
タキシャル成長の間にエッチング工程が必要であるが、
本実施例では2つのエピタキシャル成長を連続して行な
うことができるので工程が簡略化されるほか、P−N接
合面に自然酸化膜が形成され難くなり品質の均一な発光
ダイオードが得られる利点がある。ホモ接合の場合、構
造上の本質的な相違はない。GaAs−AlGaAsヘ
テロ接合構造の発光ダイオードの場合、2bがGaAs
活性層となり、これをAlGaAs層で挟むことになる
が、第1の実施例と異なり、活性層の厚さを均一にでき
ることになるので好都合である。光出力特性は第1の実
施例と同一か若干良好な結果が得られた。
【0015】以上の説明ではストライプ状の溝を平行に
設けて凹凸のあるP−N接合を実現したか、一定の大き
さ、深さの凹みを一定の密度で形成してもよいことは明
らかである。また、酸化シリコン膜8の形成は行なわず
に、直接フォトレジスト膜をGaAs表面に形成しても
よい。
【0016】また、図6に示した従来例と組合せてP−
N接合側面の露出長を長くすれば一層発光効率の向上を
もたらすことができることも明らかであろう。
【0017】
【発明の効果】以上、説明したように、P−N接合面を
凹凸状にすることにより、発光効率の改善された発光ダ
イオードを容易に(歩留りよく)実現できる効果があ
る。尚、実施例においてSiドープのGaAs発光ダイ
オードの場合を示したが、これに限らず、GaAlAs
を含む素子等においても有効であることは言うまでもな
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例について製造工程に沿っ
て説明するための(a)〜(h)に分図して示す工程順
断面図である。
【図2】第1の実施例の発光ダイオードの光出力−順方
向電流特性を従来例と比較して示すグラフである。
【図3】第2の実施例について製造工程に沿って説明す
るための(a)〜(f)に分図して示す工程順断面図で
ある。
【図4】従来例について製造工程に沿って説明するため
の(a)〜(d)に分図して示す工程順断面図である。
【図5】従来例を示す平面図である。
【図6】他の従来例を示す平面図(図6(a))および
断面図(図6(b))である。
【符号の説明】
1 n型GaAs基体 2,2a,2b n型GaAs層 3,3a,3b p型GaAs層 4,4a,4b P−N接合面 5 第1の電極(陽極) 6,6a 第2の電極(陰極) 7 P−N接合側面 8,8a 酸化シリコン膜 9,9a フォトレジスト膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に凹凸のある第1導電型半導体基板
    と、前記表面に接合する第2導電型半導体層とを有して
    いることを特徴とする発光タイオード。
  2. 【請求項2】 前記第1導電型半導体基板の表面部がn
    型GaAs層であり、前記第2導電型半導体層がp型G
    aAs層である請求項1記載の発光ダイオード。
  3. 【請求項3】 表面に凹凸のある第1導電型半導体基板
    を準備し、第2導電型半導体層をエピタキシャル成長さ
    せて凹凸状のP−N接合面を形成することを特徴とする
    発光ダイオードの製造方法。
  4. 【請求項4】 平坦な表面を有する第1導電型半導体基
    体の前記表面に第1導電型半導体層をエピタキシャル成
    長させた後、エッチングにより前記第1導電型半導体層
    の表面に凹凸を設けて第1導電型半導体基板を形成する
    請求項3記載の発光ダイオードの製造方法。
  5. 【請求項5】 平坦な表面を有する第1導電型半導体基
    体の前記表面にエッチングにより凹凸を設けた後第1導
    電型半導体層をエピタキシャル成長させて第1導電型半
    導体基板を形成する請求項3記載の発光ダイオードの製
    造方法。
  6. 【請求項6】 n型GaAs基板にp型GaAs層を成
    長させる請求項3記載の発光ダイオードの製造方法。
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