JPH07307489A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子及びその製造方法

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JPH07307489A
JPH07307489A JP6099688A JP9968894A JPH07307489A JP H07307489 A JPH07307489 A JP H07307489A JP 6099688 A JP6099688 A JP 6099688A JP 9968894 A JP9968894 A JP 9968894A JP H07307489 A JPH07307489 A JP H07307489A
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JP
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light emitting
emitting layer
layer
light
ingaalp
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JP6099688A
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English (en)
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Satoshi Kawamoto
聡 河本
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 発光素子の側面からの不要な光を外部へ取り
出させないようにして、単色性を向上させた半導体発光
素子及びその製造方法を提供することである。 【構成】 半導体基板上に少なくともInGaAlPの
発光層を積層する第1の工程と、前記発光層の側面が該
発光層の下層側へ広がる傾斜構造となるように、前記発
光層の側面側をエッチングする第2の工程とを行う。そ
して、前記発光層の側面の傾斜構造は、前記発光層の上
面又は下面と該発光層の側面とのなす角度が62°以下
として形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、InGaAlP系の半
導体材料を使用した半導体発光素子及びその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、表示板等にはGaP系材料か
らなる発光素子が使用されているが、更に高輝度の発光
素子としてInGaAlP系を材料とする発光素子が開
発されるようになってきている。
【0003】InGaAlP系材料からなる半導体発光
素子は、発光波長が550nm〜690nmの範囲で直
接遷移形の発光を行うため、高い発光効率を得ることが
できる。さらに、素子内部の光吸収をより減らすことに
より、一層発光効率の高い発光素子が得られる。
【0004】図5は、InGaAlP系材料による従来
の半導体発光素子の断面構造図である。
【0005】この発光素子の結晶成長法としては、例え
ば一定の減圧化で結晶成長させる有機金属化学気相成長
法(MOCVD法)が用いられる。
【0006】すなわち、成長炉内へGaAs基板101
を設置し、一定の減圧化及び温度に保持し、V族、III
族及びドーピング材料を各成長層に対して設定された流
量で流し込み、n−InGaAlPクラッド層102、
InGaAlP発光層103、p−InGaAlPクラ
ッド層104、及びp−GaAlAs電流拡散層105
を順次積層させる。
【0007】その後、このようにして形成されたエピタ
キシャル層のウェーハを炉より取り出し、ウェーハの上
面にp側電極106を、裏面にn側電極107をそれぞ
れ形成する。そして、ダイシングで個々のチップに分割
すれば、側面が上面に対して直角を成す略直方体形状の
発光素子が得られる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体発光素子では、側面が上面に対して直角を成
す略直方体形状を有しているため、次のような問題点が
あった。
【0009】発光層103から発射した光のうち、発光
層103に対して略平行方向へ向かう光は、発光層10
3内を進み、側面から外部へ取り出されることになる。
ところが発光層103内を長い距離で進んだ光は、波長
選択性の吸収により、ある波長近傍の光が該発光層10
3によって吸収される。その結果、側面から取り出され
る光は、その波長がシフトした状態となってしまう。
【0010】一方、発光層103から発射した光のう
ち、発光層103に対し略垂直方向へ向かう光は、発光
層内を進む距離が短いため、光の吸収が少なく、波長の
シフトもほとんど発生しない。
【0011】このように、側面方向へ取り出される光
は、波長のシフトにより所望の発光色から大きくずれる
ことになり、この発光素子を用いたLED製品の単色性
を損ない、発光波長の方位依存性など好ましくない特性
により、品質の低下を招くという問題があった。特に、
主発光波長が約580nm以下の緑色領域で発光する緑
色発光LEDの場合においては、シフトした側面光の発
光色が黄色〜橙色領域となり、その不具合が顕著に現れ
ることになる。
【0012】本発明は、上述の如き従来の問題点を解決
するためになされたもので、その目的は、素子側面から
不要な光を外部へ取り出させないようにして、単色性を
向上させた半導体発光素子を提供することである。また
その他の目的は、緑色発光の単色性を向上させた半導体
発光素子を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の特徴は、半導体基板上に積層されたInG
aAlPの発光層を有する半導体発光素子において、前
記発光層の側面を、該発光層の下層側へ広がる傾斜構造
としたことにある。
【0014】好ましくは、前記発光層の側面の傾斜構造
は、前記発光層の上面又は下面と該発光層の側面とのな
す角度が62°以下として形成されたことにある。
【0015】さらに好ましくは、本発明の発光素子は、
主発光波長が580nm以下であるものとする。
【0016】また、上記目的を達成するために、本発明
の特徴は、半導体基板上に少なくともInGaAlPの
発光層を積層する第1の工程と、前記発光層の側面が該
発光層の下層側へ広がる傾斜構造となるように、前記発
光層の側面側をエッチングする第2の工程とを有するこ
とにある。
【0017】
【作用】上述の如き構成によれば、発光層の側面を該発
光層の下層側へ広がる傾斜構造としたので、その発光層
の側面が、発光層より側面方向へ発射した光を反射して
外部へ出射しないように働く。
【0018】また、前記発光層の側面を、発光層の上面
又は下面と該発光層の側面とのなす角度が62°以下と
なるような傾斜構造とすることにより、発光層より側面
方向へ発射する光の外部へ出射を、より一層抑制するこ
とができる。
【0019】さらに、本発明の発光素子が主発光波長が
580nm以下となるものである場合は、緑色発光の単
色性が改善される。
【0020】また、本発明の発光素子は、半導体基板上
に少なくともInGaAlPの発光層を積層し、前記発
光層の側面が該発光層の下層側へ広がる傾斜構造となる
ように前記発光層の側面側をエッチングすることにより
作製されるので、例えば、ウェーハ状の複数の発光素子
に前記傾斜構造を簡易且つ的確に形成することができ
る。
【0021】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は、本発明を実施した半導体発光素子の断
面構造図である。
【0022】同図に示すが如く、この半導体発光素子
は、GaAs基板1上にn−InGaAlPクラッド層
(例えば0.6μm)2、InGaAlP発光層(例え
ば0.3μm)3、p−InGaAlPクラッド層(例
えば0.6μm)4、及びp−GaAlAs電流拡散層
(例えば0.9μm)5が順次積層され、その素子の側
面は、電流拡散層5から基板1の上端部に亘り下層側へ
広がる傾斜構造を成している。特に、発光層3の側面
は、発光層3の上面又は下面と該発光層3の側面とのな
す角度θが62°以下になるような傾斜構造を成してい
る。
【0023】さらに、最上部の電流拡散層5の表面中央
部にはp側電極(ボンディング用パット)6が形成さ
れ、前記GaAs基板1の裏面全面にはn側電極7が形
成されている。また、クラッド層2,4、及び電流拡散
層5は、発光層3で発光した光が十分に透過されるよう
なAlの混晶比になっている。
【0024】クラッド層2、発光層3及びクラッド層4
は、ダブルへテロ接合構造を成し、その各屈折率が小−
大−小となり、中央の発光層3に光とキャリアを閉じ込
める構造となっている。また、電流拡散層5は、p型電
極6からの電流フローを改善し、光取出し効率を高める
ために設けられる。
【0025】次に、上記構造の半導体発光素子の製造方
法について図2〜図4を用いて説明する。
【0026】まず、GaAs基板1上への各結晶層の成
長をMOCVD法により行う。すなわち、30〜100
Torrの減圧状態のCVD反応室内にGaAs基板1
を設置し(図2(a))、III 族材料としてトリメチル
ガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TM
A)及びトリメチルインジウム(TMI)を使用すると
共に、V族材料としてアルシンガス(AsH3 )及びフ
ォスフィンガス(PH3)使用し、また、n,p型のド
ーピング材料としてはそれぞれシランガス(SiH4 )
及びジメチルジンク(DMZn)を使用する。
【0027】反応室内を600〜800℃へ昇温してG
aAs基板1を一定温度に保持した後、水素ガス(H2
)をキャリアガスとして上記材料を所定の割合で反応
室へ流入させ、化学的に反応させることによりGaAs
基板1上へn−InGaAlPクラッド層2、InGa
AlP発光層3、p−InGaAlPクラッド層4、及
びp−GaAlAs電流拡散層5を順次積層する(図2
(b))。
【0028】続いて、このようにして得られたエピタキ
シャル層のウェーハを炉より取り出し、真空蒸着により
ウェーハ両面にAu材料を積層させる(図2(c))。
そして、リソグラフィ技術により電流拡散層5の表面中
央部にp側電極6を形成すると共に、GaAs基板1の
裏面全面にn側電極7を形成する(図3(d))。
【0029】この状態のウェーハの表面上全面にレジス
ト8を塗布し、そのレジスト8に、露光によって後述の
溝9を得るための所定形状のパターンを形成する(図3
(e))。
【0030】そして、前記レジスト8に形成されたパタ
ーンをマスクとして、当該ウェーハのエッチング処理
(ドライエッチング又はウェットエッチング)を行い、
一定間隔に形成される各素子の分離領域に溝9をそれぞ
れ形成する(図4(f))。
【0031】この時、各溝9は、少なくとも発光層3が
露出する程度以上の深さ(本実施例では基板1まで達し
ている)で、発光層3の上面又は下面と該発光層3の側
面とのなす角度θが上に62°以下になるように、エッ
チング条件(時間、種類など)を変え、例えば断面壺型
の形状にそれぞれ形成する。ここで、断面壺型の溝9の
一壁面を成す発光層3の側面は、該発光層3が非常に薄
膜であるために直線と見做すことができ、前記角度θを
正確に設定することができる。
【0032】その後、残されたレジスト8を除去し(図
4(g))、ダイシングで個々のチップに分割して図1
に示すような発光素子が得られる。
【0033】以上のようにして作製された発光素子で
は、発光層3より側面方向へ発射した光は、発光層3内
を進行し、傾斜下側面により底面方向へ一部反射され
る。底面方向へ反射された光は、吸収係数の非常に大き
いGaAs基板1により吸収され、外部へは取り出され
ない。
【0034】InGaAlP材料の光屈折率は約3.3
〜3.7程度であり、またLED製品にした場合には、
発光素子を取り囲むように封止するエポキシ樹脂の屈折
率が約1.5〜1.55程度であるので、InGaAl
P−エポキシ樹脂界面と、発光層3からの出射光とのな
す角度が約62°以上になると、スネルの法則により界
面外部へ取り出される光の量は、0となり、全反射とな
る。
【0035】このように本実施例では、素子側面から不
要な光を外部へ出射しないようにしたので、単色性を大
幅に向上させることができる。特に、主発光波長が約5
80nm以下の緑色領域で発光する緑色発光LEDの場
合においては、その効果が顕著とすることができる。
【0036】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、発光層の側面を該発光層の下層側へ広がる傾斜構造
としたので、素子側面からの不要な光が外部へ出射する
のを防止でき、発光色の単色性を向上させることができ
る。
【0037】また、発光層の側面の傾斜構造を、前記発
光層の上面又は下面と該発光層の側面とのなす角度が6
2°以下として形成することにより、前記の効果をより
一層顕著とすることができる。
【0038】さらに、従来、単色性の悪化が顕著であっ
た緑色領域においても、その単色性を向上させることが
できる。
【0039】また、本発明の半導体発光素子の製造方法
は、半導体基板上に少なくともInGaAlPの発光層
を積層する第1の工程と、前記発光層の側面が該発光層
の下層側へ広がる傾斜構造となるように、前記発光層の
側面側をエッチングする第2の工程とを有するので、例
えば、ウェーハ状の複数の発光素子に前記傾斜構造を簡
易且つ的確に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施した半導体発光素子の断面構造図
である。
【図2】図1の半導体発光素子の製造方法を示す工程図
(その1)である。
【図3】図1の半導体発光素子の製造方法を示す工程図
(その2)である。
【図4】図1の半導体発光素子の製造方法を示す工程図
(その3)である。
【図5】従来の半導体発光素子の断面構造図である。
【符号の説明】
1 GaAs基板 2 n−InGaAlPクラッド層 3 InGaAlP発光層 4 p−InGaAlPクラッド層 5 p−GaAlAs電流拡散層 6 p側電極 7 n側電極 8 レジスト 9 溝

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に積層されたInGaAl
    Pの発光層を有する半導体発光素子において、 前記発光層の側面を、該発光層の下層側へ広がる傾斜構
    造としたことを特徴とする半導体発光素子。
  2. 【請求項2】 前記発光層の側面の傾斜構造は、前記発
    光層の上面又は下面と該発光層の側面とのなす角度が6
    2°以下として形成されたことを特徴とする請求項1記
    載の半導体発光素子。
  3. 【請求項3】 主発光波長が580nm以下であること
    を特徴とする請求項1又は請求項2記載の半導体発光素
    子。
  4. 【請求項4】 半導体基板上に少なくともInGaAl
    Pの発光層を積層する第1の工程と、 前記発光層の側面が該発光層の下層側へ広がる傾斜構造
    となるように、前記発光層の側面側をエッチングする第
    2の工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の
    製造方法。
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