JPH07235690A

JPH07235690A - 発光ダイオード及びその製造方法

Info

Publication number: JPH07235690A
Application number: JP2463994A
Authority: JP
Inventors: Taiichiro Konno; 泰一郎今野; Tsunehiro Unno; 恒弘海野
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1994-02-23
Publication date: 1995-09-05

Abstract

(57)【要約】【目的】基板を有する反射型構造でありながら、発光出
力が高く、かつ製造が容易な発光ダイオードを得る。【構成】発光部を構成する複数のエピタキシャル層１２
を、接続用犠牲層部３ａによって基板２と中央で空間的
に接続して、エピタキシャル層１２と基板２との間に空
隙層９を形成する。空隙層１０には樹脂を注入してもよ
い。この発光ダイオードチップ１の製造方法は、基板２
に高混晶比のＡｌＧａＡｓ層を犠牲層として薄く成長さ
せ、この犠牲層の上にエピタキシャル層１２を成長させ
た後、犠牲層を中心部を残して（接続用犠牲層部３ａ）
溶解除去し、空隙層９を形成する。この空隙層９または
空隙層９に入った樹脂とクラッド層４の界面で光が反射
し、発光出力が向上する。基板２を残すので、基板用と
しての高混晶の厚膜ＡｌＧａＡｓ層が不要で、製造も容
易となり、かつ特性が均一化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光出力の高い発光ダ
イオード及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、発光ダイオードの発光出力を高
くするためには、電気を光に変換する効率である内部量
子効率を高くする方法と、光を発光ダイオードチップか
ら取り出す効率である光取出し効率を高くする方法があ
る。

【０００３】内部量子効率を高くするための手段として
は、シングルヘテロ構造（ＳＨ構造）やダブルヘテロ構
造（ＤＨ構造）が考え出され、既に実用化されている。
この構造により、内部量子効率は著しく向上し、高い値
に達している。

【０００４】これに対して光取出し効率は発光ダイオー
ドの輝度を左右する大きな要因となっているが、発光ダ
イオードチップの光取出し面と外部（空気）との屈折率
の差により、光がチップ表面で反射を起こすため、高い
光取出し効率を達成することは難しい。

【０００５】そこで、ＡｌＧａＡｓ基板上にＤＨ構造の
エピタキシャル層を成長させ、このＡｌＧａＡｓ基板を
研磨して半球状のレンズとし、チップ表面へ入射する光
の角度を直角とすることにより、光を効率よく取り出す
構造としたものがある。この構造で発光出力を高くする
ことができるが、これを製作するためには、ＡｌＧａＡ
ｓの小さなレンズを磨いて作らなければならないため、
非常にコストが高くなるという欠点を有している。

【０００６】これに対して、チップの裏面に向かう光を
裏面で反射させ、チップの表面側から効率よく取り出す
方法が提案されている。これは、ＧａＡｓ基板の上に厚
膜のＡｌＧａＡｓ層を成長し、その上に発光部となるＡ
ｌＧａＡｓ層を成長した後、ＧａＡｓ基板を除去して得
るものである。裏面に向かう光を効率よく反射させるた
めには、裏面に向かう光がエピタキシャル層や基板中で
吸収されないようにする必要がある。この考えは、Ｇａ
ＰやＩｎＰ及びその混晶等の発光ダイオードでは周知で
あるが、ＧａＡｓ基板では、通常、光がＧａＡｓ基板で
吸収されるため、比較的ＡｌＡｓ混晶比の高いＡｌＧａ
Ａｓ基板を用いる必要がある。そこで、上記したよう
に、厚膜のＡｌＧａＡｓ層を成長して基板代りに用い、
元の基板は除去している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、発光
ダイオードチップの裏面で光を反射させる構造のＡｌＧ
ａＡｓエピタキシャルウェハを製造するためには、Ａｌ
ＧａＡｓ基板が必要となる。これはＧａＡｓ基板の上に
厚膜のＡｌＧａＡｓ層を成長し、その上に発光部となる
ＡｌＧａＡｓ層を成長した後、ＧａＡｓ基板を除去して
得る。この基板となる厚膜のＡｌＧａＡｓ層は発光ダイ
オードチップの形状を保持するため、通常約１５０μｍ
程度の厚さが必要とされる。

【０００８】ところが、ＡｌＡｓ混晶比が高いＡｌＧａ
Ａｓ層を徐冷法により液相エピタキシャル成長させる場
合は、溶媒となるＧａ中に入れたＧａＡｓとＡｌのう
ち、Ａｌの溶解量が多く、ＧａＡｓの溶解量が少なくな
るため、厚膜でかつ高ＡｌＡｓ混晶比のＡｌＧａＡｓエ
ピタキシャル層を成長させることが難しい。このため、
成長開始温度を通常の９００℃付近から１０００℃程度
に高くしたり、溶液溜厚さを厚くしたり、冷却速度を遅
くする等の対策を取る必要がある。しかしこれらの方法
では、原料が多くなり、成長時間も長くなり、製造コス
トが嵩む。また、面内の膜厚が５０〜１００μm もばら
つき、膜厚及び特性の均一性を良くすることが難しく、
膜厚のばらつきに起因して、内部歪によりウェハが割れ
やすい。

【０００９】また、徐冷法以外の手段として温度差法が
あるが、この方法では一度に成長させることができるエ
ピタキシャルウェハの枚数が１〜２枚程度と極めて少な
い。このため、エピタキシャルウェハを量産するには多
数の成長装置が必要となり、また特性のばらつきも大き
いため歩留りが悪く、製造コストが嵩む。

【００１０】以上の理由からＡｌＧａＡｓの厚膜層を必
要とせず光を反射させて効率を向上させることができる
発光ダイオードが望まれていた。

【００１１】本発明の目的は、前記問題点に鑑みてなさ
れたもので、簡単な構造でありながら発光出力が高く、
かつ製造が容易な発光ダイオード及びその製造方法を提
供することにある。

【００１２】また、本発明の他の目的は、高発光出力特
性を保持しながら、歩留りおよび信頼性をより向上した
発光ダイオード及びその製造方法を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、基板
の表面側に形成された発光部を構成する複数のエピタキ
シャル層とを有し、そのエピタキシャル層表面の中央に
部分電極が、基板の裏面に全面電極がそれぞれ形成され
た発光ダイオードにおいて、基板と発光部を構成する複
数のエピタキシャル層との間が中央で空間的に接続され
て、この接続部を除いた基板とエピタキシャル層との間
に空隙層が形成されているものである。基板と発光部を
構成する複数のエピタキシャル層とを接続している接続
部の面積は、発光ダイオードを構成するチップ面積の下
限は２３％であり、好ましくは生産性の点から３０％で
ある。上限は８０％であり、さらに発光出力の点から７
０％が好ましい。

【００１４】空隙層に入る物質は、発光部を構成する複
数のエピタキシャル層との界面で光反射が起こるもので
あれば、空気でも、チップを保護する樹脂でも何でもよ
い。また、本発明の発光ダイオードの製造方法は、基板
上に犠牲層となるエピタキシャル層を成長し、その上に
発光部を構成する複数のエピタキシャル層を成長して発
光ダイオード用エピタキシャルウェハを形成し、このエ
ピタキシャルウェハの表面に部分電極を、裏面に全面電
極をそれぞれ形成し、これら両電極を形成したエピタキ
シャルウェハに、部分電極がチップの中心部に来るよう
にエピタキシャルウェハをチップに分離する溝を形成
し、溝形成後、基板と発光部を構成する複数のエピタキ
シャル層との間に形成した犠牲層を、チップの中心部を
残して溶解除去して、中心部を除く基板と発光部を構成
する複数のエピタキシャルとの間に空隙層を形成したも
のである。なお、犠牲層の「犠牲」の語は、空隙層形成
のため、後にその一部ないし全部が融解除去されること
から使用している。

【００１５】また、本発明の他の発光ダイオードの製造
方法は、基板表面にこれを溶解除去して凸状のメサ部を
形成し、メサ部を除いた基板表面にメサ部よりも高さの
低い犠牲層となるエピタキシャル層を成長し、犠牲層を
成長した基板の上に発光部を構成する複数のエピタキシ
ャル層を成長して発光ダイオード用エピタキシャルウェ
ハを形成し、このエピタキシャルウェハの表面に上記メ
サ部の中央と一致するように部分電極を、裏面に全面電
極をそれぞれ形成し、これら両電極を形成したエピタキ
シャルウェハにこれをチップに分離する溝を形成し、溝
形成後、犠牲層を溶解除去して凸状のメサ部を除く基板
表面と発光部を構成する複数のエピタキシャル層との間
に空隙層を形成するようにしたものである。

【００１６】上述した本発明の他の製造方法において
は、基板の凸状メサ部と発光部を構成する複数のエピタ
キシャル層との接続強度の点から、犠牲層を成長した
後、発光部を構成する複数のエピタキシャル層を成長さ
せる前に、基板の凸状メサ部をメルトバックにより一部
溶解除去することが好ましい。

【００１７】そして、発光ダイオード及び発光ダイオー
ドの製造方法に共通して言えることは、基板としてはＧ
ａＡｓ、発光部を構成する複数のエピタキシャル層とし
てはＡｌＧａＡｓ、接続部または犠牲層としては高Ａｌ
Ａｓ混晶比のＡｌＧａＡｓであることが好ましい。ま
た、発光部を構成するエピタキシャル層としては、発光
出力がより高い点からＡｌＧａＡｓのダブルヘテロ構造
とすることが好ましい。さらに、溶解除去の容易さの点
で、高ＡｌＡｓ混晶比のＡｌＧａＡｓ犠牲層を溶解除去
する溶液としてＨＦ及びＨ₂Ｏ₂を含む稀薄水溶液を用
いることが好ましい。

【００１８】なお、発光ダイオードチップの表面に形成
する部分電極の形状は任意であり、例えば円形でも、角
形でも、あるいは電流を拡散させるために中央から枝が
伸びた形状の電極でもかまわない。

【００１９】

【作用】本発明によれば、基板を残し、その基板とエピ
タキシャル層との間に空隙層を形成したので、エピタキ
シャル層を通って裏面側へ向う光の大半が空隙層で反射
され表面から放出される。従って、従来のように光を吸
収しないエピタキシャル層を基板代りに厚く形成しなく
ても、光取出し効率を高くすることができる。また、発
光部を構成するエピタキシャル層は、中央で基板と空間
的に接続されているので、発光ダイオードチップの形状
は保持される。また、空隙層の存在により電流が狭窄さ
れているため、空隙層のない発光ダイオードに比べ、よ
り高い発光出力が得られる。

【００２０】このように本発明は、基板が残っていて
も、基板で光を吸収されることなく表面側から光を効率
良く取り出せるので、発光部を構成するエピタキシャル
層よりも基板のバンドギャップエネルギーが低いことに
より裏面側に向かった光が基板で吸収されていたタイプ
の発光ダイオードのいずれにも適用できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明をＤＨ構造のＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓ赤外発光ダイオードに適用した実施例について図
面を用いて説明する。

【００２２】（実施例１）本実施例に係る赤外発光ダイ
オードは、発光層を形成するエピタキシャル層よりも基
板のバンドギャップエネルギーが低いことにより裏面側
に向かった光が基板で吸収されていた従来構造の発光ダ
イオードを改良したもので、裏面側に向かった光を反射
させて表面側に出す構造としたものである。この発光ダ
イオードチップ１は、図１のように構成されている。

【００２３】発光ダイオードチップ１は、ｐ型ＧａＡｓ
基板２、ｐ型高ＡｌＡｓ混晶比のＡｌＧａＡｓ接続用犠
牲層部３ａ、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４、ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ活性層５、ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層６か
ら成っており、ｐ型ＧａＡｓ基板の裏面にはｐ側全面電
極７が形成されており、一方前記ｎ型ＡｌＧａＡｓウィ
ンドウ層の表面にはｎ側円形電極８が形成されている。
上述したＤＨ構造のクラッド層４、活性層５、ウィンド
ウ層６が発光部を構成する複数のエピタキシャル１２と
なる。

【００２４】この発光ダイオードチップの構造の特徴
は、ｐ型ＧａＡｓ基板２とｐ型クラッド層４が、ｐ型高
混晶ＡｌＧａＡｓ接続用犠牲層部３ａにより接続されて
いることである。この接続用犠牲層部３ａの面積は、Ｌ
ＥＤチップの面積（３００μm×３００μm ）よりも小
さく、円形で直径が１５０μm である。接続用犠牲層部
３ａは、チップの中央に位置して基板２とエピタキシャ
ル１２とを空間的に接続する。したがって、ｐ型ＧａＡ
ｓ基板２とｐ型クラッド層４の間には空隙層９が形成さ
れることになる。

【００２５】光はこの空隙層９の部分で次のように作用
する。ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層５で発した光はｎ型Ａｌ
ＧａＡｓウィンドウ層６側（表面側）及びｐ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層４側（裏面側）にそれぞれ向かうが、そ
のうちｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４側へ向かった光は
このクラッド層４と空隙層９の界面で反射されｎ型Ａｌ
ＧａＡｓウィンドウ層６へ向かう。これにより、ｐ型Ａ
ｌＧａＡｓ活性層５で発する光を高効率で発光ダイオー
ドチップ１の表面から取り出すことができる。空隙層９
の界面で反射されるのは、ｐ型クラッド層４の屈折率が
約３．５に対し、空隙層９の屈折率が１．０、また樹脂
が入っても約１．５と非常に小さいため、光がこの界面
で反射しやすいからである。信頼性を高めるために、こ
のチップ１を樹脂モールドした場合には、この空隙層９
がそのままの場合と空隙層中に樹脂が入る場合がある
が、どちらの場合でもｐ型クラッド層との界面で光反射
が起こる。このため、ＧａＡｓ基板２が存在しても基板
２とクラッド層３界面での反射効果の大きな発光ダイオ
ードを製作することができる。

【００２６】また、本実施例の発光ダイオードでは、空
隙層の存在により電流が狭窄されているため、空隙層の
ない従来のＤＨ構造発光ダイオードに比べ、内部量子効
率が高くなり、２倍以上の発光出力または発光光度が得
られる。また電流密度が高くなったことにより、応答速
度が従来の２倍になる。

【００２７】次に図２を用いて前記構造の発光ダイオー
ドの製造方法について説明する。

【００２８】まず、ｐ型ＧａＡｓ基板２を準備する（図
２（ａ））。これは例えばキャリア濃度が１×１０¹⁹cm
^-3〜３×１０¹⁹cm^-3のＺｎをドープしたＧａＡｓ基板で
ある。このｐ型ＧａＡｓ基板２の表面上に、図２
（ｂ）、（ｃ）に示すように液相エピタキシャル法でエ
ピタキシャル層を４層成長させる。即ち、クラッド層４
と活性層５とウィンドウ層６の他に、基板２とクラッド
層４の間に犠牲層３を成長して発光ダイオード用エピタ
キシャルウェハを形成する。このウェハプロセスは、従
来のＤＨ構造発光ダイオード用ウェハプロセスにと比較
して、高混晶のＡｌＧａＡｓ犠牲層の成長が加わってい
るだけである。

【００２９】犠牲層３はＡｌＡｓ混晶比を０．９０に設
定した高混晶のＡｌＧａＡｓからなり、膜厚を約２μm
に設定する。従来のものが１５０μm 厚を要求されるこ
とに比べ極端に薄く済むことが分かる。この高混晶Ａｌ
ＧａＡｓ犠牲層３は成長用溶液をＧａＡｓ基板２に接触
させることで成長させる。ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４は、ＡｌＡｓ混晶比を０．２５に、膜厚を約３０μm
に設定する。ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層５は、ＡｌＡｓ混
晶比を０．０５に、膜厚を約１μm に設定する。さら
に、ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層６は、ＡｌＡｓ混晶
比を０．２５に、膜厚を約３０μm に設定する。なお、
ＡｌＡｓ混晶比が０．２５のＡｌＧａＡｓの屈折率は約
３．５である。

【００３０】次に、上記構造で成長させたエピタキシャ
ルウェハの表面に直径１２０μm の円形電極８を、裏面
には全面電極７をそれぞれ形成する（図２（ｄ））。両
電極形成後、ウェハを各チップに分離するため深さ５０
μm の溝１３を形成、その後、この溝を形成したウェハ
をエッチング液に入れて犠牲層３を除去して空隙層９を
形成する（図２（ｅ）、（ｆ））。

【００３１】具体的には、エピタキシャルウェハをＨＦ
とＨ₂Ｏ₂の希薄水溶液に３０分間入れて、犠牲層３を
周囲から溶解させ、中央の１５０μm の接続用犠牲層部
３ａのみが残るようにする。即ち、この溶液により高混
晶比のＡｌＧａＡｓで構成した犠牲層３のみが溶解除去
される。このとき、中央の１５０μm の接続用犠牲層部
３ａのみが残るように厳密に直径制御することが要求さ
れる。

【００３２】その後、このエピタキシャルウェハをダイ
シングにより分離して発光ダイオードチップ１とする
（図２（ｆ））。分離した発光ダイオードチップは、ス
テム上にマウントされ、ワイヤボンディングにより配線
し、樹脂モールドして発光ダイオード素子を構成する。
モールド用樹脂は通常屈折率が１．５程度のエポキシ系
樹脂が用いられるが、光取出し効率を上げるためにはさ
らに屈折率の高い樹脂を用いることが望ましい。

【００３３】樹脂モールドした上記構造の赤外発光ダイ
オードの特性評価を行なったところ、次のような結果が
得られた。通常のＤＨ構造赤外発光ダイオードでは順方
向電流が５０mAで発光出力が３．０±０．３mWであった
のに対し、本実施例の発光ダイオードでは順方向電流が
５０mAで発光出力が１８．６±１．６mWと６倍強の高出
力を得ることができた。

【００３４】通常、裏面反射型の発光ダイオードを製作
する場合、出力に応じて発光出力にばらつきが多くなる
が、本実施例の発光ダイオードでは発光出力のばらつき
の増加が非常に小さいこともわかった。

【００３５】さて、上記発光ダイオード用エピタキシャ
ルウェハを製作するに際し、高混晶ＡｌＧａＡｓの犠牲
層３をエッチングする時間を変えながら発光ダイオード
の発光出力を評価した。その結果を図３に示す。

【００３６】発光出力は高混晶の接続用犠牲層部３ａの
面積（直径）が少なくなるにつれて、発光出力が高くな
っていく。周囲から２０μm エッチングすると発光出力
は、エッチングしない場合に比べて約３０％高くなっ
た。この値は、接続用犠牲層部３ａの面積がチップ面積
の８０％のときに該当する。その後更にエッチングして
いくと発光出力は更に高くなっていく。これから、犠牲
層部分の面積が少ないほど発光出力が高くなることが分
かった。

【００３７】ところで、この犠牲層部分の面積が少なく
なっていくと素子製作時、つまりダイシング、ダイボン
ディングおよびワイヤボンディングまた樹脂モールド時
に発光層のエピタキシャル層１２と基板２とが割れによ
り分離してしまう現象が生じた。そこで、割れの発生率
と接続している犠牲層部分の直径の関係を調べた。この
結果を図４に示す。これより接続部分の犠牲層の直径が
５０μm から７０μmの間で急激に割れの発生率が高く
なり、生産することが難しいことが分かった。このうち
７０μm の値は、接続用犠牲層部の面積がチップ面積の
２３％のときに該当する。

【００３８】このように本実施例では、基板に加工を加
えず、単に基板とＤＨ構造エピタキシャル層との間の中
央に、犠牲層の一部を残すだけで、基板とＤＨ構造エピ
タキシャル層の間に空隙層を設けることができるため、
コスト的にも非常に安価で、発光出力が高く、均一性の
優れた特性を有したエピタキシャルウェハを容易に製造
できる。また、チップ面積に対する接続用犠牲層部の面
積を所定値内に納めれば、光取出し効率が高く、しかも
割れ分離の少ない信頼性の高い発光ダイオードを製作す
ることができる。

【００３９】また、従来、裏面反射型の発光ダイオード
を製作する場合に基板として必要とされた高ＡｌＡｓ混
晶比でかつ厚膜のＡｌＧａＡｓ層の成長を必要としな
い。即ち、ＧａＡｓ基板が基板として残るため、基板上
に成長させるＡｌＧａＡｓ層は、基板とエピタキシャル
層とを空間的に分離するために、必要とされる最低の膜
厚で十分であるため、温度条件が非常に容易になり、エ
ピタキシャル成長が容易になると共に、特性の均一性が
図れる。なお、高混晶のＡｌＧａＡｓ層は犠牲層として
薄く成長させ、しかも後に大半は除去するため、特性に
大きな影響を与えない。

【００４０】また、従来のＤＨ構造のエピタキシャルウ
ェハ成長方式を拡張して４層のエピタキシャル層を成長
させるだけでよく、ＧａＡｓ基板の除去も不要となるた
め、従来の量産技術をそのまま使用することができる。

【００４１】以上のことから、コスト的に非常に安価
で、発光出力が高く、均一性に優れた特性を有するエピ
タキシャルウェハを容易に製造することができるように
なる。

【００４２】なお、発光ダイオード１は樹脂モールドさ
れるが、この際に空隙層９は内部にそのまま空気を保持
しても、モールド用樹脂を充填させてもよい。樹脂を充
填させた場合でも樹脂の屈折率がｐ型ＡｌＧａＡｓクラ
ッド層３の屈折率より小さい限り、光はクラッド層３と
樹脂の界面で反射される。

【００４３】また、上記実施例はダブルヘテロ構造の発
光ダイオードについて説明したが、シングルヘテロ構造
に対しても適用可能であり、また基板及び各層の導電型
については上記実施例とは逆にしてもよい。

【００４４】（実施例２）実施例２に係る赤外発光ダイ
オードチップ１１は、図５に示すように、基板とエピタ
キシャル層とが部分的に接続された実施例１の接続構造
を変形したものである。この発光ダイオードチップ１１
が実施例１のものと異なる点は、ｐ型ＧａＡｓ基板１０
の表面に凸状のメサ部１０ａが形成され、メサ部１０ａ
の上部がクラッド層４内に食い込むような形で、クラッ
ド層４がメサ部１０ａと直接に接続されている点であ
る。この接続はチップ中央で行なわれているため、ｐ型
ＧａＡｓ基板１０とｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４との
間には空隙層９が形成されることになる。

【００４５】次に図６を用いて前記構造の発光ダイオー
ドチップの製造方法について説明する。

【００４６】実施例１と同じＧａＡｓ基板１０の表面に
凸状のメサ部１０ａを、ホトリソグラフ法とドライエッ
チングまたはウエットエッチングによって形成する（図
６（ａ））。このメサ部１０ａは直径１５０μm 、高さ
３μm のほぼ円柱形状であり、メサ部の中央から３００
μm 間隔でマトリックス状に形成する。

【００４７】この凸状のメサ部１０ａを形成したｐ型Ｇ
ａＡｓ基板１０の表面上に、図６（ｂ）、（ｃ）に示す
ように液相エピタキシャル法でエピタキシャル層を４層
成長させる。このとき第１層である高混晶ＡｌＧａＡｓ
犠牲層３は、メサ部１０ａの高さを越えないよう膜厚を
約２μm に設定し、凸状メサ部１０ａ以外の凹部にだけ
成長させる。この高混晶ＡｌＧａＡｓ犠牲層３は過飽和
度の小さい成長用溶液をＧａＡｓ基板１０に接触させる
ことでメサ部１０ａの頂上には成長されない。

【００４８】もし、メサ部１０ａの頂上に成長するよう
な場合には、犠牲層３を成長した後、クラッド層４を成
長させる前に、基板１０の凸状メサ部１０ａをメルトバ
ックしてその一部を溶解除去するとよい。

【００４９】このエピタキシャルウェハの表面に直径１
２０μm の円形電極を裏面には全面電極を形成する（図
６（ｄ））。その後、エッチングによりチップ分離用の
溝１３を形成し、さらにこの分離溝を形成したエピタキ
シャルウェハをＨＦとＨ₂Ｏ₂の希薄水溶液に６０分間
入れ、高混晶ＡｌＧａＡｓ層３を周囲から溶解して完全
に取り除き、中央の直径１５０μm のメサ部１０ａのみ
が残るようにする（図６（ｅ））。その後このエピタキ
シャルウェハをダイシングにより分離し、発光ダイオー
ドチップ１１とする。

【００５０】この発光ダイオードチップをステム上にマ
ウントし、ワイヤボンディングにより配線し、樹脂モー
ルドして、発光ダイオードとして特性を評価した。通常
のダブルヘテロ構造発光ダイオードでは順方向電球が５
０mAで発光出力が５．３mW±０．３mWであった。これに
対して、本実施例の構造の発光ダイオードチップ１１で
は、順方向電流５０mAで発光出力が１８．６±０．８mW
であった。

【００５１】この実施例２のような構造にしたことによ
り実施例１より犠牲層エを制御性良くエッチングするこ
とができた。このため発光ダイオードの発光出力のばら
つきを、±０．６mWから±０．８mWと半分にすることが
できた。

【００５２】このように実施例２の発光ダイオードは、
実施例１で最も難しかった犠牲層部分の直径制御を容易
にし、かつチップ間の発光出力ばらつきを低減させたも
のである。なお、成長前にｐ型ＧａＡｓ基板をエッチン
グして凸状のメサ部を製作しなければならないため、実
施例１よりコスト高にはなる。

【００５３】なお実施例２においても、図３及び図４の
発光出力、チップ割れ率の特性は共通する。

【００５４】（他の実施例）上記両実施例の構造をＡｌ
ＧａＡｓの赤色発光ダイオードにも適用したところ、そ
の発光ダイオードの発光光度は、順方向電流が２０mAで
２５００mcd であり、高い発光光度を得られることが確
かめられた。

【００５５】

【発明の効果】

(1) 請求項１に記載の発光ダイオードによれば、基板と
発光部を構成するエピタキシャル層との間に空隙層が設
けられているので、基板を除去しなくても光取出し効率
を高めることができる。また、基板とエピタキシャル層
との間を中央で空間的に接続するだけでよいため、構造
も簡単になる。

【００５６】(2) 請求項２に記載の発光ダイオードによ
れば、中央接続部の面積をチップ面積の３０％から７０
％としたので、光取出し効率と接続部強度を両立するこ
とができ、歩留り、信頼性が向上する。

【００５７】(3) 請求項３に記載の発光ダイオードによ
れば、空隙層に樹脂が入っているので、信頼性を大幅に
向上できる。

【００５８】(4) 請求項４に記載の発光ダイオードによ
れば、発光ダイオード材料に高輝度のＧａＡｓ／ＧａＡ
ｌＡｓ化合物半導体を用いたので、発光出力を大幅に向
上させることができる。また、高ＡｌＡｓ混晶比の厚膜
ＡｌＧａＡｓ層の成長を必要とせず、特性の均一化を図
ることができる。

【００５９】(5) 請求項５に記載の発光ダイオードの製
造方法によれば、犠牲層を部分的に溶解除去するだけで
残存犠牲層に支持された空隙層を形成することができる
ので空隙層の形成が容易となる。また、基板とエピタキ
シャル層との接続部として犠牲層の中心部を残すように
犠牲層を溶解除去するようにしたので基板のメサ加工が
不要となり、より安価に製造することができる。

【００６０】(6) 請求項６に記載の発光ダイオードの製
造方法によれば、犠牲層を溶解除去するだけでメサ部で
支持された空隙層を形成することができるので空隙層の
形成が容易となる。また、犠牲層を残すことなく溶解除
去すれば、基板とエピタキシャル層との接続部となるメ
サ部が残るので、犠牲層の溶解除去が容易である。

【００６１】(7) 請求項７に記載の発光ダイオードの製
造方法によれば、犠牲層の成長後、エピタキシャル層の
成長前に、メサ部をメルトバックにより一部溶解するよ
うにしたので、エピタキシャル層をより強固に基板に接
続することができる。

【００６２】(8) 請求項８に記載の発光ダイオードの製
造方法によれば、発光ダイオード材料に高輝度のＧａＡ
ｓ／ＧａＡｌＡｓ系化合物半導体を用い、犠牲層を高混
晶ＧａＡｌＡｓ化合物半導体とし、この犠牲層のみを溶
解除去するのに最適なＨＦ／Ｈ₂Ｏ₂系エッチング溶液
を用いたので、犠牲層の溶解除去を確実に行なうことが
でき、空隙層の形成がより確実、かつ容易となる。さら
に、高ＡｌＡｓ混晶比の厚膜ＡｌＧａＡｓ層の成長を必
要とせず製造も容易なため、高輝度特性を保持しなが
ら、製作時の歩留りおよび信頼性の高い発光ダイオード
を生産できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発光ダイオードの第１実施例を説明す
るための赤外発光ダイオードチップの断面図。

【図２】第１実施例の発光ダイオードチップの製造工程
図。

【図３】本実施例に係る接続用犠牲層部直径（μm ）と
発光出力（mW）との関係を示す説明図。

【図４】本実施例に係る接続用犠牲層部直径（μm ）と
チップ割れ率（％）との関係を示す説明図。

【図５】本発明の発光ダイオードの第２実施例を説明す
るための赤外発光ダイオードの断面図。

【図６】第２実施例の発光ダイオードチップの製造工程
図。

【符号の説明】

１発光ダイオードチップ２ｐ型ＧａＡｓ基板３ｐ型高混晶ＡｌＧａＡｓ犠牲層３ａｐ型高混晶ＡｌＧａＡｓ接続用犠牲層部（接続
部）４ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層６ｎ型ＡｌＧａＡｓウィンドウ層７ｐ側全面電極８ｎ側円形電極９空隙層１０ｐ型ＧａＡｓ基板１０ａ凸状のメサ部１１発光ダイオードチップ１２発光部を構成する複数のエピタキシャル層１３溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、基板の表面側に形成された発光部
を構成する複数のエピタキシャル層とを有し、そのエピ
タキシャル層表面の中央に部分電極が、上記基板の裏面
に全面電極がそれぞれ形成された発光ダイオードにおい
て、上記基板と上記発光部を構成する複数のエピタキシ
ャル層との間が中央で空間的に接続されて、この接続部
を除いた上記基板と上記エピタキシャル層との間に空隙
層が形成されていることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】請求項１に記載の発光ダイオードにおい
て、上記基板と発光部を構成する複数のエピタキシャル
層とを接続している接続部の面積が、上記発光ダイオー
ドを構成するチップ面積の３０％から７０％であること
を特徴とする発光ダイオード。
【請求項３】請求項１または２に記載の発光ダイオード
において、上記空隙層に樹脂が入っていることを特徴と
する発光ダイオード。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の発光
ダイオードにおいて、上記基板がＧａＡｓであり、上記
発光部を構成するエピタキシャル層がＡｌＧａＡｓであ
り、上記接続部が高ＡｌＡｓ混晶比のＡｌＧａＡｓであ
ることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項５】基板上に犠牲層となるエピタキシャル層を
成長し、その上に発光部を構成する複数のエピタキシャ
ル層を成長して発光ダイオード用エピタキシャルウェハ
を形成し、このエピタキシャルウェハの表面に部分電極
を、裏面に全面電極をそれぞれ形成し、これら両電極を
形成したエピタキシャルウェハに、上記部分電極がチッ
プの中心部に来るようにエピタキシャルウェハをチップ
に分離する溝を形成し、該溝形成後、上記基板と上記発
光部を構成する複数のエピタキシャル層との間に形成し
た上記犠牲層を、上記チップの中心部を残して溶解除去
して、上記中心部を除く上記基板と上記発光部を構成す
る複数のエピタキシャルとの間に空隙層を形成したこと
を特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】基板表面にこれを溶解除去して凸状のメサ
部を形成し、該メサ部を除いた基板表面にメサ部よりも
高さの低い犠牲層となるエピタキシャル層を成長し、上
記犠牲層を成長した基板の上に発光部を構成する複数の
エピタキシャル層を成長して発光ダイオード用エピタキ
シャルウェハを形成し、このエピタキシャルウェハの表
面に上記メサ部の中央と一致するように部分電極を、裏
面に全面電極をそれぞれ形成し、これら両電極を形成し
たエピタキシャルウェハにこれをチップに分離する溝を
形成し、該溝形成後、上記犠牲層を溶解除去して上記凸
状のメサ部を除く上記基板表面と上記発光部を構成する
複数のエピタキシャル層との間に空隙層を形成すること
を特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項７】請求項６に記載の発光ダイオードの製造方
法において、上記犠牲層を成長した後、上記発光部を構
成する複数のエピタキシャル層を成長させる前に、上記
基板の凸状メサ部をメルトバックにより一部溶解除去す
ることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項８】請求項５ないし７のいずれかに記載の発光
ダイオードの製造方法において、上記基板がＧａＡｓで
あり、上記発光部を構成する複数のエピタキシャル層が
ＡｌＧａＡｓであり、上記犠牲層が高ＡｌＡｓ混晶比の
ＡｌＧａＡｓであり、該高ＡｌＡｓ混晶比のＧａＡｌＡ
ｓ犠牲層を溶解除去する溶液としてＨＦ及びＨ₂Ｏ₂を
含む希薄水溶液を用いたことを特徴とする発光ダイオー
ドの製造方法。