JPH0832108A - 光半導体素子の製造方法 - Google Patents

光半導体素子の製造方法

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JPH0832108A
JPH0832108A JP15829194A JP15829194A JPH0832108A JP H0832108 A JPH0832108 A JP H0832108A JP 15829194 A JP15829194 A JP 15829194A JP 15829194 A JP15829194 A JP 15829194A JP H0832108 A JPH0832108 A JP H0832108A
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JP
Japan
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resist
semiconductor
light
semiconductor layer
light emitting
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JP15829194A
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English (en)
Inventor
Sumio Ishimatsu
純男 石松
Toshio Shimizu
俊雄 清水
Yasuo Idei
康夫 出井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑な処理を必要とすることなく、外部取り
出し効率が大幅に向上し、高効率の光半導体素子及びそ
の製造方法を提供することである。 【構成】 一導電型半導体層と、逆導電型半導体層とを
有する光半導体素子の製造方法において、前記一導電型
半導体層上に選択的にレジスト膜を形成し、該レジスト
膜を熱変形させ、前記一導電型半導体層に対して選択的
にエッチングする。 【効果】 半導体基板毎にドライ、ウエットエッチング
処理をするために複雑な複数エッチングと結晶成長を必
要をせず、再現性よく順メサ形状若しくはドーム形状レ
ンズが形成され、光を有効に取り出すことができ、量産
性に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光半導体素子の製造方
法に関し、特に、発光素子の表面に光取り出し用のドー
ム形状若しくは順メサ形状のレンズを載置し、光の外部
取り出し効率を向上させた光半導体素子の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、発光ダイオード(LED)の高効
率化、高信頼性により屋内のみならず屋外でも各種表示
装置や伝送方式に幅広く使用されている。また、一方で
は省電力の点から、いっそうの高効率化が求められてい
る。LEDの高効率化は内部発光効率の向上、また素子
内部での光吸収、内部反射を低減させた外部発光効率の
向上により実現されている。従来の一般的なLEDは図
6に示すように、ペレット表面が全面発光する面発光型
であり、結晶成長からペレット化する製造工程は至って
簡単であり、そのため安価で製造することができる。
【0003】しかしながら、従来の一般的なLEDは、
図6のように、屈折率の大きな半導体結晶を用いている
ために発光部で発光した光は空気や樹脂との界面で臨界
角以上になると全反射してしまい有効な光を取り出すこ
とができないという欠点があった。
【0004】そこで、この内部反射を低減し高効率化を
実現した例としては、図5に示すようなLEDペレット
の光取り出し面を半球状にしたドーム型赤外LED(日
立評論 1983 No.10 P49-P52 、特公昭58−3251
7)が開示されている。
【0005】このドーム型赤外LEDの構造では、ペレ
ットのドーム形状の中心部に発光部があり、この発光部
で発光した光のほとんどがペレットの半球状界面に対し
て臨界角内に入射する。そのためペレット界面で全反射
されることなくペレット外部に有効に光が取り出され発
光効率の高いLEDが得られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示したドーム型のLEDでは、発光部がペレットのドー
ムの中心に位置し、ペレット内部の光を有効に取り出す
ことができるが、このようなドーム型の形状を得るため
には選択的に結晶成長とエッチングを繰り返すことが必
要となるため製造工程が複雑となる。更に、素子分離後
にペレット表面を個々のペレットごとに半球状に加工し
なければならないため、製造工程が増加し、かつ、複雑
なものとなってしまう。以上から、量産性の点で劣るた
め、製造コストが増大してしまった。
【0007】本発明は上記事情に鑑みて成されたもので
あり、その目的とするところは、複雑な処理を必要とす
ることなく、外部取り出し効率が大幅に向上し、高効率
の光半導体素子の製造方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の特徴は、一導電型半導体層と、逆導電型半
導体層とを有する光半導体素子の製造方法において、前
記一導電型半導体層上に選択的にレジスト膜を形成し、
該レジスト膜を熱変形させ、前記一導電型半導体層に対
して選択的にエッチングすることである。
【0009】ここで、前記一導電型半導体層に対して選
択的にエッチングする場合には、前記一導電型半導体層
の光を取り出す側に1個または複数個のドーム形状また
は順メサ形状のレンズを形成することが好ましい。
【0010】また、前記一導電型半導体層の光を取り出
す側に1個または複数個のドーム形状または順メサ形状
のレンズを形成する場合は、前記レジスト膜と前記一導
電型半導体層とを交互にドライエッチングを行うことが
好ましく、更に、その後に該ドライエッチングされた一
導電型半導体層にウエットエッチングを行うことが、よ
り滑らかな半円状を作製することができるという点で好
ましい。
【0011】また、前記選択的に除去して、残ったレジ
ストの形状は、円形、又は正方形が好ましい。
【0012】また、前記レジスト膜と前記発光部とを交
互にドライエッチングを行う場合には、熱変形させたレ
ジストと発光部の半導体材料が同じエッチングレート
(1:1)になるようなガス条件が好ましい。
【0013】
【作用】本発明は、半導体基板上のpn接合を有する発
光素子の光を取り出す側にレジストを塗布し、露光装置
で感光させ、その後現像液で発光部ごとに選択的に除去
する。レジストは高温でベークし、熱変形させ所定の形
状を得る。
【0014】所定のレジスト形状を形成した半導体基板
をRIE装置内に載置し、半導体をエッチングするとガ
スと、レジストをエッチングするガスを交互に流しなが
ら、半導体とレジストをドライエッチングする。
【0015】ここで得られた形状は階段状であるので、
ドライエッチング終了後ウエットエッチング液でエッチ
ングし、滑らかなドーム形状を得る。発光部に対して必
要な部分にドーム形状を形成することで外部に有効に光
を取り出すことができる。
【0016】また、半導体基板毎にドライ及びウエット
エッチング処理してドーム形状を得ることができるため
量産性に優れる。
【0017】
【実施例】本発明に係る一実施例について図面を参照し
ながら説明する。
【0018】本実施例ではGaP(ガリウムリン)LE
Dについて説明する。
【0019】図2(a) は、n型GaP基板1上に発光部
が配列されたウエハの断面図である。このウエハは、n
型GaP基板1と、該n型GaP基板1上に積層された
n型成長層3と、該n型成長層上3に積層されたp型成
長層5と、前記n型GaP基板1下部及びp型成長層5
上部に備えられた電極7及び9とから構成されている。
このp型成長層上部の電極9は適当な間隔を有して備え
られている。
【0020】このウエハについて本発明の光半導体素子
の製造方法を適用し、LEDを作製する。
【0021】(1)まず、p型成長層5上部側の発光部
にレジスト膜を塗布し、90℃(80℃から100℃で
もよい)で20分間(15分間から25分間でもよい)
プリベークする(図2(b) )。
【0022】(2)次に、レジストを露光装置で感光さ
せ、その後、現像液で発光部毎に選択的に除去する(図
2(c),(d) )。前記選択的に除去して、残ったレジスト
の形状は、(c) の場合は、直径10μm(3 [μm]から
20 [μm]でもよい)の円形、又は、一辺8μm(3
[μm]から20 [μm]でもよい)の正方形が好ましい。
【0023】ここで、図2(c) は第1の実施例として、
電極9の間の発光面に本発明を適用した例であり、図2
(d) は、第2の実施例として、電極9の周囲の発光面に
本発明を適用した例である。
【0024】(3)次に、レジストを180℃(160
℃から200℃でもよい)で10分間(5分間から15
分間でもよい)ポストベークし、熱変形させて所定のド
ーム型(半球状)にする(図2(e),(f) )。
【0025】(4)図3(a) は前記熱変形させて半球状
にしたレジストの拡大図である。以降、説明を容易にす
るため、この半球状にしたレジストの拡大図を用いて説
明を行うことにする。
【0026】この半球状のレジストを有するウエハをR
IE装置にてエッチングを行う。ここで用いられるRI
E装置は図4に示すように、平行平板電極13を有する
反応室11は、エッチングガスを導入する配管15、更
にマスフローコントローラ17を介してガスボンベ(図
示せず)に接続されている。また、反応室11はドライ
ポンプ19、ターボ分子ポンプ21により排気され、真
空度はバルブ25により調整される。平行平板電極板1
3へは高周波電力(13.56[Hz])が整合器を介して供給さ
れる。
【0027】次に、この電極板上にウエハを載置し、p
型成長層に対して反応室圧力1[Pa](0.5[Pa] から 2[P
a]でもよい)、ガス BCl3 :Cl2 =100:20[sccm](80:1
0[sccm] から120:30[sccm]でもよい)、高周波電力200
[W](150[W]から250[W]でもよい)、90[sec.](60[se
c.]から120[sec.] でもよい)(図3(b),(d) )、ま
た、レジストに対しては反応室圧力15[Pa](10[Pa]から
20[Pa]でもよい)、ガス O2=100[sccm](80[sccm]から1
20[sccm] でもよい)、高周波電力600[W](550[W]から6
50[W]でもよい)で40[sec.](30[sec.]から50[sec.]で
もよい)で交互にエッチングを複数回繰り返す(図3
(c),(e) )。
【0028】ここで、交互にエッチングを複数回繰り返
し、出来上がった断面の形状は階段状になるため(図3
(f) )、ウエットエッチング液(例えば GaP系材料では
王水系、GaAs系では硫酸+過酸化水素水系)でエッチン
グし、滑らかな形状にする(図3(g))。ここで、熱変
形させたレジストと発光部の半導体材料が同じエッチン
グレート(1:1) になるようなガス条件があればなお好ま
しい。この条件で垂直方向のエッチングを行えば前項の
熱変形したレジスト形状を反映した形状が発光部表面に
形成されたドライエッチング工程の簡素化及びウエット
エッチング工程が省略される。
【0029】(5)最後にダイザーで各発光部ごとに分
離し、ペレットにする。
【0030】以上のようにして、ドーム型レンズを発光
面に作成することができる。
【0031】図1中(a) は、第1の実施例として、ドー
ム形状レンズを発光面に無数に形成した例である。
【0032】図1中(c) は、第2の実施例として、電極
の周囲をドーム形状にした例である。これは、Gap 系材
料のような抵抗が高い材料では電極9近傍が強く発光す
るため、発光強度の強い部分の光を有効に取り出すため
に、電極の周囲をドーム形状にしたものである。
【0033】図1中(e) は、上記第1実施例及び第2実
施例を組み合わせたものである。
【0034】このように本実施例では、半円型の形状の
ものについて説明したが、これに限らず、レジストを選
択的な除去、及び、熱変形したレジストと発光部の半導
体材料のエッチングレートの割合を調整させることによ
り、様々な形状エッチングすることも可能である。これ
により、様々な用途に、製造コストに応じた光半導体素
子を作製することができる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、発
光面に順メサ形状もしくはドーム形状レンズを1個若し
くは多数個形成することにより、発光層で発光した光が
半導体結晶と樹脂または空気の境界面で全反射すること
なくペレット外部に有効に取り出される。従って、外部
取り出し効率が大幅に向上し、高効率の発光ダイオード
が得られる。
【0036】また、発光面上に熱変形されたレジストサ
イズ及び形状により、発光部のレンズのサイズ、形状が
決定され、また、半導体基板毎にドライ、ウエットエッ
チング処理をするために複雑な複数エッチングと結晶成
長を必要をせず、再現性よく順メサ形状若しくはドーム
形状レンズが形成され、光を有効に取り出すことがで
き、量産性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a) は、ドーム形状レンズを発光面に無数に形
成した例であり、(b) はその断面図である。(c) は、電
極の周囲をドーム形状にした例であり、(d) はその断面
図である。(e) は、前記 (a)、(c) を組み合わせた例で
あり、(f) はその断面図である。
【図2】本発明に係る光半導体素子の製造方法を説明す
る図である(前半部)。
【図3】本発明に係る光半導体素子の製造方法を説明す
る図である(後半部)。
【図4】本発明を実施するための装置を示した図であ
る。
【図5】従来の光半導体素子を示した図である。
【図6】従来の光半導体素子を示した図である。
【符号の説明】
1 n型GaP基板 3 n型成長層 5 p型成長層 7、9 電極 11 反応室 13 平行平板電極板 15 配管 17 マスフローコントローラ 19 ドライポンプ 21 ターボ分子ポンプ 23 バルブ 25 バルブ 31 光透過層(GaAlAs) 33 P- GaAlAs層 35 P+ GaAlAs層 37 SiO2 膜 39 n GaAlAs層 41 pn接合 43 P+ GaAlAs層 45 n型電極 47 p型電極 49 配線基板 51 金ワイヤ 53 n+ GaAlAs層 55 P+ -n及び P+ -n+ 接合 57 配線用電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型半導体層と、逆導電型半導体層
    とを有する光半導体素子の製造方法において、 前記一導電型半導体層上に選択的にレジスト膜を形成
    し、 該レジスト膜を熱変形させ、 前記一導電型半導体層に対して選択的にエッチングする
    ことを特徴とする光半導体素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記一導電型半導体層に対して選択的に
    エッチングする場合には、 前記一導電型半導体層の光を取り出す側に1個または複
    数個のドーム形状または順メサ形状のレンズを形成する
    ことを特徴とする請求項1記載の光半導体素子の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 前記一導電型半導体層の光を取り出す側
    に1個または複数個のドーム形状または順メサ形状のレ
    ンズを形成する場合は、 前記レジスト膜と前記一導電型半導体層とを交互にドラ
    イエッチングを行うことを特徴とする請求項2記載の光
    半導体素子の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007165515A (ja) * 2005-12-13 2007-06-28 Showa Denko Kk 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
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