JPH1065211A - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
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- JPH1065211A JPH1065211A JP21733996A JP21733996A JPH1065211A JP H1065211 A JPH1065211 A JP H1065211A JP 21733996 A JP21733996 A JP 21733996A JP 21733996 A JP21733996 A JP 21733996A JP H1065211 A JPH1065211 A JP H1065211A
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- light emitting
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光の取出し効率の向上した高出力の発光ダイ
オードを工業的有利に提供する。 【解決手段】 ＧａＰ基板上にＧａＡｓ1-xＰx（０．４
５＜ｘ＜１）エピタキシャｓル層を有してなるＰＮ接合
型発光ダイオードであって、ＧａＰ基板が上面となる構
造とする。
オードを工業的有利に提供する。 【解決手段】 ＧａＰ基板上にＧａＡｓ1-xＰx（０．４
５＜ｘ＜１）エピタキシャｓル層を有してなるＰＮ接合
型発光ダイオードであって、ＧａＰ基板が上面となる構
造とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＧａＰ基板上にＧａ
Ａｓ1-xＰx（０．４５＜ｘ＜１）エピタキシャル層を有
してなる発光ダイオードに関するものである。
Ａｓ1-xＰx（０．４５＜ｘ＜１）エピタキシャル層を有
してなる発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年化合物半導体が光半導体素子材料と
して多く利用されている。そしてこの半導体材料として
は、単結晶基板上に所望の半導体結晶の層をエピタキシ
ャル成長したものが用いられている。現在入手可能なも
ので基板として用いられる結晶は、欠陥が多く、純度も
低いため、そのまま発光素子として使用することが困難
であるためである。そのため、基板上に所望の発光波長
を得るための組成の層を、エピタキシャル成長させてい
る。主としてこのエピタキシャル成長層は、３元混晶層
が用いられている。そしてエピタキシャル成長は、通常
気相成長ないし液相成長法が使用されている。気相成長
法では、石英製のリアクタ内にグラファイト製、または
石英製のホルダーを配置し、原料ガスを流し加熱する方
法によってエピタキシャル成長を行っている。
して多く利用されている。そしてこの半導体材料として
は、単結晶基板上に所望の半導体結晶の層をエピタキシ
ャル成長したものが用いられている。現在入手可能なも
ので基板として用いられる結晶は、欠陥が多く、純度も
低いため、そのまま発光素子として使用することが困難
であるためである。そのため、基板上に所望の発光波長
を得るための組成の層を、エピタキシャル成長させてい
る。主としてこのエピタキシャル成長層は、３元混晶層
が用いられている。そしてエピタキシャル成長は、通常
気相成長ないし液相成長法が使用されている。気相成長
法では、石英製のリアクタ内にグラファイト製、または
石英製のホルダーを配置し、原料ガスを流し加熱する方
法によってエピタキシャル成長を行っている。
【０００３】発光ダイオード（以下ＬＥＤ）は表示用素
子として現在幅広く用いられている。その中でもIII −
Ｖ族化合物半導体はそのほとんどの材料として用いられ
ている。III −Ｖ族化合物半導体は可視光、赤外の波長
に相当するバンドギャップを有するため、発光素子への
応用がされている。その中でも、ＧａＡｓＰのＬＥＤと
しての需要はめざましい。
子として現在幅広く用いられている。その中でもIII −
Ｖ族化合物半導体はそのほとんどの材料として用いられ
ている。III −Ｖ族化合物半導体は可視光、赤外の波長
に相当するバンドギャップを有するため、発光素子への
応用がされている。その中でも、ＧａＡｓＰのＬＥＤと
しての需要はめざましい。
【０００４】ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜１）は
間接遷移型のバンド構造を有しているために、物理的に
直接遷移型をもつものよりも高い発光効率を得ることは
不可能である。発光効率を上げるため、ＰＮ接合近傍、
少なくともＰＮ接合のＮ層側近傍に、発光中心となるア
イソエレクトロニック・トラップの窒素をドープしてい
る。これにより、ＬＥＤの光出力は１０倍程度向上し、
内部効率としては低いが、実質的に使用可能な光出力が
得られるため、黄色から赤色の可視光のＬＥＤとして実
用化され、需要は大きい。
間接遷移型のバンド構造を有しているために、物理的に
直接遷移型をもつものよりも高い発光効率を得ることは
不可能である。発光効率を上げるため、ＰＮ接合近傍、
少なくともＰＮ接合のＮ層側近傍に、発光中心となるア
イソエレクトロニック・トラップの窒素をドープしてい
る。これにより、ＬＥＤの光出力は１０倍程度向上し、
内部効率としては低いが、実質的に使用可能な光出力が
得られるため、黄色から赤色の可視光のＬＥＤとして実
用化され、需要は大きい。
【０００５】ＬＥＤの光出力の向上のためには、同エピ
タキシャルウエハを使用する場合、内部の発光効率を上
げることは重要であることは言うまでもない。ＡｌＧａ
Ａｓエピタキシャルウエハではダブルヘテロ型などの特
殊な構造を用いてＬＥＤの光出力を向上させている。し
かし、ダブルヘテロ構造は格子定数の差のない材料系、
すなわちＡｌＧａＡｓ系などの限られた系のみで実現で
きる。ＧａＡｓＰ系では格子不整合が存在するため、こ
の構造は実現できない。
タキシャルウエハを使用する場合、内部の発光効率を上
げることは重要であることは言うまでもない。ＡｌＧａ
Ａｓエピタキシャルウエハではダブルヘテロ型などの特
殊な構造を用いてＬＥＤの光出力を向上させている。し
かし、ダブルヘテロ構造は格子定数の差のない材料系、
すなわちＡｌＧａＡｓ系などの限られた系のみで実現で
きる。ＧａＡｓＰ系では格子不整合が存在するため、こ
の構造は実現できない。
【０００６】図２にＧａＰ基板上にＧａＡｓ1-x Ｐx
（０．４５＜ｘ＜１）エピタキシャル層を気相成長させ
てなる従来のＬＥＤチップの構成を示す。Ｎ型ＧａＰ基
板上に、必要に応じてＮ型ＧａＰバッファ層およびＮ型
ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜１）混晶率変化層
を、次いで、Ｎ型ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜
１）混晶率一定層をいずれも気相エピタキシャル成長さ
せる。その後、Ｚｎ等のＰ型ドーパントを熱拡散させ
て、Ｎ型混晶率一定層の表面の数μｍをＰ型に変換す
る。その際、ＧａＰ基板側の表面近傍もＰ型となるの
で、ラッピングによりＰ型となった部分を除去し、銀ペ
ースト等で上下両面に電極を形成する。このとき、上
面、即ち観測者側に向く面であって、光を取り出す側の
面には、光を遮らないように、通常、中央部にひとつま
たはごく少数の電極、即ち非遮光性電極を、下面、即ち
上面の反対側の面には、発光層全体に電極を広げて効率
よく発光させるべく、下面全体にわたって多数の電極を
形成する。
（０．４５＜ｘ＜１）エピタキシャル層を気相成長させ
てなる従来のＬＥＤチップの構成を示す。Ｎ型ＧａＰ基
板上に、必要に応じてＮ型ＧａＰバッファ層およびＮ型
ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜１）混晶率変化層
を、次いで、Ｎ型ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜
１）混晶率一定層をいずれも気相エピタキシャル成長さ
せる。その後、Ｚｎ等のＰ型ドーパントを熱拡散させ
て、Ｎ型混晶率一定層の表面の数μｍをＰ型に変換す
る。その際、ＧａＰ基板側の表面近傍もＰ型となるの
で、ラッピングによりＰ型となった部分を除去し、銀ペ
ースト等で上下両面に電極を形成する。このとき、上
面、即ち観測者側に向く面であって、光を取り出す側の
面には、光を遮らないように、通常、中央部にひとつま
たはごく少数の電極、即ち非遮光性電極を、下面、即ち
上面の反対側の面には、発光層全体に電極を広げて効率
よく発光させるべく、下面全体にわたって多数の電極を
形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記の様な従来の層構
成を採った場合、Ｐ型の層は一般には拡散で得られるた
め通常は６〜７μｍと薄く、印加電流が表電極の下のみ
に集中して、ＰＮ接合面の全体に広がらない。さらに、
内部で発光した光が、表電極でさえぎられたり、裏面に
到達した光が銀ペーストなどの接着材でさえぎられたり
して、外部に効率的に取り出せないという問題があっ
た。
成を採った場合、Ｐ型の層は一般には拡散で得られるた
め通常は６〜７μｍと薄く、印加電流が表電極の下のみ
に集中して、ＰＮ接合面の全体に広がらない。さらに、
内部で発光した光が、表電極でさえぎられたり、裏面に
到達した光が銀ペーストなどの接着材でさえぎられたり
して、外部に効率的に取り出せないという問題があっ
た。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題を解決すべく鋭意検討した結果、ＬＥＤにおいて、発
光出力を向上させるには、内部の発光効率だけでなく、
ＬＥＤの加工工程や構造によって左右されるＬＥＤ外部
への光の取り出し効率も重要であることに着目し、Ｇａ
Ｐ基板側がＬＥＤの上面となる構造を採ることにより、
光の取り出し効率、ひいてはＬＥＤ全体の発光出力が大
幅に向上することを見出し、本発明に到達した。
題を解決すべく鋭意検討した結果、ＬＥＤにおいて、発
光出力を向上させるには、内部の発光効率だけでなく、
ＬＥＤの加工工程や構造によって左右されるＬＥＤ外部
への光の取り出し効率も重要であることに着目し、Ｇａ
Ｐ基板側がＬＥＤの上面となる構造を採ることにより、
光の取り出し効率、ひいてはＬＥＤ全体の発光出力が大
幅に向上することを見出し、本発明に到達した。
【０００９】即ち、本発明の要旨は、ＧａＰ基板上にＧ
ａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜１）エピタキシャル層
を有してなるＰＮ接合型発光ダイオードであって、Ｇａ
Ｐ基板が上面となる構造としたことを特徴とする発光ダ
イオードに存する。
ａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜１）エピタキシャル層
を有してなるＰＮ接合型発光ダイオードであって、Ｇａ
Ｐ基板が上面となる構造としたことを特徴とする発光ダ
イオードに存する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。図１に本発明のＬＥＤの構造を示す。本発明ＬＥＤ
は、前述した従来技術と比較して、エピタキシャルウエ
ハ自体の層構成は基本的には同じだが、ＧａＰ基板が上
面、即ち光を取り出す側の面となる構造としてある点で
異なっている。基板として用いるＧａＰはＧａＡｓＰ層
よりバンドギャップが大きいため、発光した光を透過す
る。屈折率は、例えば赤色に対してＧａＡｓＰは３．
５、ＧａＰ基板は３．３とＧａＰ基板の方が小さいの
で、ＰＮ接合で発光した光がＬＥＤ内部全体に広がるこ
とが容易に理解できる。ＧａＰ基板側からより効率的に
ＬＥＤ内部で発光した光をＬＥＤの外部に取り出せる。
る。図１に本発明のＬＥＤの構造を示す。本発明ＬＥＤ
は、前述した従来技術と比較して、エピタキシャルウエ
ハ自体の層構成は基本的には同じだが、ＧａＰ基板が上
面、即ち光を取り出す側の面となる構造としてある点で
異なっている。基板として用いるＧａＰはＧａＡｓＰ層
よりバンドギャップが大きいため、発光した光を透過す
る。屈折率は、例えば赤色に対してＧａＡｓＰは３．
５、ＧａＰ基板は３．３とＧａＰ基板の方が小さいの
で、ＰＮ接合で発光した光がＬＥＤ内部全体に広がるこ
とが容易に理解できる。ＧａＰ基板側からより効率的に
ＬＥＤ内部で発光した光をＬＥＤの外部に取り出せる。
【００１１】本発明ＬＥＤは、薄いＰ型の層を下面とし
ており、下面には全体に広がった多数の電極が形成され
ているため、印加電流はＰＮ接合全体に広がって、同接
合面全体で発光する。そして内部で発光した光は、効率
よくＧａＰ基板側に広がるため、表電極でさえぎられら
れる割合は小さく、より高い光の取出し効率が得られ
る。
ており、下面には全体に広がった多数の電極が形成され
ているため、印加電流はＰＮ接合全体に広がって、同接
合面全体で発光する。そして内部で発光した光は、効率
よくＧａＰ基板側に広がるため、表電極でさえぎられら
れる割合は小さく、より高い光の取出し効率が得られ
る。
【００１２】Ｐ層を亜鉛の熱拡散により形成した場合
は、ＧａＰ基板側表面にも亜鉛が拡散されて形成される
Ｐ層をラップ加工で除去するが、その他の方法、具体的
には、ジエチル亜鉛等のＰ型ドーパントガスをエピタキ
シャル成長の原料ガスとともに供給し、エピタキシャル
層の成長と同時にＰ層を形成してしまう場合にも、上面
となるＧａＰ基板表面をラップ加工すると、発光出力が
向上し、好ましい。
は、ＧａＰ基板側表面にも亜鉛が拡散されて形成される
Ｐ層をラップ加工で除去するが、その他の方法、具体的
には、ジエチル亜鉛等のＰ型ドーパントガスをエピタキ
シャル成長の原料ガスとともに供給し、エピタキシャル
層の成長と同時にＰ層を形成してしまう場合にも、上面
となるＧａＰ基板表面をラップ加工すると、発光出力が
向上し、好ましい。
【００１３】ＬＥＤ表面は、粗面の方が高い光出力が得
られることが知られており、ＡｌＧａＡｓエピタキシャ
ルウエハを用いたＬＥＤでは適当なエッチング液でＬＥ
Ｄチップの表面を粗面化して、光出力を約２０〜３０％
向上させることが行われている。しかし、ＧａＰについ
ては、表面を粗面加工処理できる適当なエッチング液が
ないため、エッチングでの粗面加工はできないが、かわ
りにラップ加工による粗面加工を行うことができる。ラ
ップ加工後に加工ダメージを取るために王水系、硫酸系
等のエッチング液でエッチングすればさらに高い光出力
を得ることができる。
られることが知られており、ＡｌＧａＡｓエピタキシャ
ルウエハを用いたＬＥＤでは適当なエッチング液でＬＥ
Ｄチップの表面を粗面化して、光出力を約２０〜３０％
向上させることが行われている。しかし、ＧａＰについ
ては、表面を粗面加工処理できる適当なエッチング液が
ないため、エッチングでの粗面加工はできないが、かわ
りにラップ加工による粗面加工を行うことができる。ラ
ップ加工後に加工ダメージを取るために王水系、硫酸系
等のエッチング液でエッチングすればさらに高い光出力
を得ることができる。
【００１４】本発明ＬＥＤは、基板と逆の側、即ち、Ｐ
型の層側を下にするため、Ｐ層側の電極面積を大きくと
ることができ、しかも、ドット状にすれば発光面となる
ＰＮ接合全域に電極を付けることができ、電流拡散を考
慮する必要もない。ＰＮ接合面で発生した熱は容易にＰ
層側を通って放熱する。Ｐ型の層が薄いと、銀ペースト
で接着したとき、ＬＥＤ側面のＰＮ接合部分まで銀ペー
ストが回り込む可能性もあるが、Ｐ型の層の層厚が８μ
ｍ以上、経験では、好ましくは１５μｍ以上あれば全く
問題ない。その様な厚いＰ層は、Ｚｎを熱拡散する方法
で形成することもできるが、上述したエピタキシャル層
の成長と同時にＰ層を形成する方法、即ち、ジエチル亜
鉛等のＰ型ドーパントガスをエピタキシャル成長の原料
ガスとともに供給する方法により、より容易に厚いＰ層
の形成が可能となる。
型の層側を下にするため、Ｐ層側の電極面積を大きくと
ることができ、しかも、ドット状にすれば発光面となる
ＰＮ接合全域に電極を付けることができ、電流拡散を考
慮する必要もない。ＰＮ接合面で発生した熱は容易にＰ
層側を通って放熱する。Ｐ型の層が薄いと、銀ペースト
で接着したとき、ＬＥＤ側面のＰＮ接合部分まで銀ペー
ストが回り込む可能性もあるが、Ｐ型の層の層厚が８μ
ｍ以上、経験では、好ましくは１５μｍ以上あれば全く
問題ない。その様な厚いＰ層は、Ｚｎを熱拡散する方法
で形成することもできるが、上述したエピタキシャル層
の成長と同時にＰ層を形成する方法、即ち、ジエチル亜
鉛等のＰ型ドーパントガスをエピタキシャル成長の原料
ガスとともに供給する方法により、より容易に厚いＰ層
の形成が可能となる。
【００１５】本発明ＬＥＤにおいては、ＧａＰ基板は、
ＰＮ接合近傍から発せられる光に大してほぼ透明なの
で、その厚さに特に制限はないが、ＧａＡｓＰエピタキ
シャル層はその様な光を吸収するので、厚さ１００μｍ
以下、より好ましくは８０μｍ以下とするのがよい。一
方であまり薄すぎると、結晶性が高く或いは内部発光効
率よいエピタキシャル層が得られないので、Ｎ型のＧａ
ＡｓＰエピタキシャル層の厚さを２０μｍ以上、より好
ましくは３０μｍ以上とするのがよい。
ＰＮ接合近傍から発せられる光に大してほぼ透明なの
で、その厚さに特に制限はないが、ＧａＡｓＰエピタキ
シャル層はその様な光を吸収するので、厚さ１００μｍ
以下、より好ましくは８０μｍ以下とするのがよい。一
方であまり薄すぎると、結晶性が高く或いは内部発光効
率よいエピタキシャル層が得られないので、Ｎ型のＧａ
ＡｓＰエピタキシャル層の厚さを２０μｍ以上、より好
ましくは３０μｍ以上とするのがよい。
【００１６】
【実施例１及び比較例１】ＧａＰ基板および高純度ガリ
ウム（Ｇａ）を、Ｇａ溜め用石英ボート付きのエピタキ
シャル・リアクター内の所定の場所に、それぞれ設置し
た。ＧａＰ基板は硫黄（Ｓ）が３〜１０×１０17原子個
／ｃｍ3 添加され、直径５０ｍｍの円形で、（１００）
面から〔０−１１〕方向に６°偏位した面をもつＧａＰ
基板２枚を用いた。これらを、同時にホルダー上に配置
した。ホルダーは毎分３回転させた。次に窒素（Ｎ2 ）
ガスを該リアクター内に１５分間導入し空気を充分置換
除去した後、キャリヤ・ガスとして高純度水素（Ｈ2 ）
を毎分９６００ｃｃ導入し、Ｎ2 の流れを止め昇温工程
に入った。上記Ｇａ入り石英ボート設置部分及びＧａＰ
単結晶基板設置部分の温度が、それぞれ８００℃及び９
３０℃で一定に保持されていることを確認した後、尖頭
発光波長６３０±１０ｎｍのＧａＡｓ1-x Ｐxエピタキ
シャル膜の気相成長を開始した。
ウム（Ｇａ）を、Ｇａ溜め用石英ボート付きのエピタキ
シャル・リアクター内の所定の場所に、それぞれ設置し
た。ＧａＰ基板は硫黄（Ｓ）が３〜１０×１０17原子個
／ｃｍ3 添加され、直径５０ｍｍの円形で、（１００）
面から〔０−１１〕方向に６°偏位した面をもつＧａＰ
基板２枚を用いた。これらを、同時にホルダー上に配置
した。ホルダーは毎分３回転させた。次に窒素（Ｎ2 ）
ガスを該リアクター内に１５分間導入し空気を充分置換
除去した後、キャリヤ・ガスとして高純度水素（Ｈ2 ）
を毎分９６００ｃｃ導入し、Ｎ2 の流れを止め昇温工程
に入った。上記Ｇａ入り石英ボート設置部分及びＧａＰ
単結晶基板設置部分の温度が、それぞれ８００℃及び９
３０℃で一定に保持されていることを確認した後、尖頭
発光波長６３０±１０ｎｍのＧａＡｓ1-x Ｐxエピタキ
シャル膜の気相成長を開始した。
【００１７】最初、濃度２０ｐｐｍに水素ガスで希釈し
たｎ型不純物であるジエチルテルル（（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔ
ｅ）を毎分１５ｃｃ導入し、周期律表第III 族元素成分
としてのＧａＣｌを、毎分３６８ｃｃ生成させるため高
純度塩化水素ガス（ＨＣｌ）を上記石英ボート中のＧａ
溜に毎分３６８ｃｃ吹き込み、Ｇａ溜上表面より吹き出
させた。他方周期律表第Ｖ族元素成分として、Ｈ2 で濃
度１０％に希釈したりん化水素（ＰＨ3 ）を毎分９１０
ｃｃ導入しつつ、２０分間にわたり、第１層であるＧａ
Ｐ層をＧａＰ単結晶基板上に成長させた。次に、（Ｃ2
Ｈ5 ）2 Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ3 の各ガスの導入量を変え
ることなく、Ｈ2 で濃度１０％に希釈したひ化水素（Ａ
ｓＨ3 ）の導入量を、毎分０ｃｃから毎分４３４ｃｃま
で徐々に増加させ、同時にＨ2 でＧａＰ基板の温度を９
３０℃から８６０℃まで徐々に降温させ、９０分間にわ
たり、第２のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル層を第１
のＧａＰエピタキシャル層上に成長させた。次の３０分
間は、（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ3 、ＡｓＨ3
の導入量を変えることなく、即ち、毎分それぞれ１５ｃ
ｃ，３６８ｃｃ，９１０ｃｃ，４３４ｃｃに保持しつ
つ、第３のＧａＡｓ1- x Ｐx エピタキシャル層を第２の
ＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル層上に成長させた。最
終の５０分間は（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ3 、
ＡｓＨ3 の量を変えることなく導入しながらこれに窒素
アイソエレクトロニック・トラップ添加用として毎分２
０３ｃｃの高純度アンモニア・ガス（ＮＨ3 ）を添加し
て第４のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル層を第３のＧ
ａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル層上に成長させて、成長
を終了した。
たｎ型不純物であるジエチルテルル（（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔ
ｅ）を毎分１５ｃｃ導入し、周期律表第III 族元素成分
としてのＧａＣｌを、毎分３６８ｃｃ生成させるため高
純度塩化水素ガス（ＨＣｌ）を上記石英ボート中のＧａ
溜に毎分３６８ｃｃ吹き込み、Ｇａ溜上表面より吹き出
させた。他方周期律表第Ｖ族元素成分として、Ｈ2 で濃
度１０％に希釈したりん化水素（ＰＨ3 ）を毎分９１０
ｃｃ導入しつつ、２０分間にわたり、第１層であるＧａ
Ｐ層をＧａＰ単結晶基板上に成長させた。次に、（Ｃ2
Ｈ5 ）2 Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ3 の各ガスの導入量を変え
ることなく、Ｈ2 で濃度１０％に希釈したひ化水素（Ａ
ｓＨ3 ）の導入量を、毎分０ｃｃから毎分４３４ｃｃま
で徐々に増加させ、同時にＨ2 でＧａＰ基板の温度を９
３０℃から８６０℃まで徐々に降温させ、９０分間にわ
たり、第２のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル層を第１
のＧａＰエピタキシャル層上に成長させた。次の３０分
間は、（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ3 、ＡｓＨ3
の導入量を変えることなく、即ち、毎分それぞれ１５ｃ
ｃ，３６８ｃｃ，９１０ｃｃ，４３４ｃｃに保持しつ
つ、第３のＧａＡｓ1- x Ｐx エピタキシャル層を第２の
ＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル層上に成長させた。最
終の５０分間は（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ3 、
ＡｓＨ3 の量を変えることなく導入しながらこれに窒素
アイソエレクトロニック・トラップ添加用として毎分２
０３ｃｃの高純度アンモニア・ガス（ＮＨ3 ）を添加し
て第４のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル層を第３のＧ
ａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル層上に成長させて、成長
を終了した。
【００１８】エピタキシャル膜の第１、第２、第３、第
４のエピタキシャル層の膜厚はそれぞれ５μｍ、４１μ
ｍ、１７μｍ、２７μｍであった。次に、成長したエピ
タキシャルウエハをＺｎＡｓ2 を拡散源としてＰ型不純
物であるＺｎと何もコーティングしないで石英アンプル
内に封入させて、７９０℃の温度で拡散させて、表面か
ら１５μｍの深さまで拡散した。
４のエピタキシャル層の膜厚はそれぞれ５μｍ、４１μ
ｍ、１７μｍ、２７μｍであった。次に、成長したエピ
タキシャルウエハをＺｎＡｓ2 を拡散源としてＰ型不純
物であるＺｎと何もコーティングしないで石英アンプル
内に封入させて、７９０℃の温度で拡散させて、表面か
ら１５μｍの深さまで拡散した。
【００１９】拡散工程でできた基板側のＰ型の層を除去
するためと、エピタキシャル層の厚さをＬＥＤ加工用に
揃えるために、基板側をラッピングした。ラッピング面
のダメージを取るために硫酸系のエッチング液でエッチ
ングを行った。エッチングしてもラッピング面は粗面状
態のままであった。続いて、真空蒸着による電極形成等
を行って、エピタキシャル層側が上面となるＬＥＤチッ
プとＧａＰ基板側が表となるチップの２種類のもので、
２５０μｍ×２５０μｍ×２８０μｍ（厚さ）の角柱型
発光ダイオードを形成した。光出力測定は１０Ａ／ｃｍ
2 エポキシコートなしで、ＴＯ−１８ヘッダーに銀ペー
ストで接着して測定した。銀ペーストのＰＮ接合部分へ
の回り込みによる不良はなかった。従来と同じエピタキ
シャル層側が上面のＬＥＤチップは１０チップで平均
１．４５（任意単位）で、ＧａＰ基板側を上面にしたＬ
ＥＤチップは平均２．０（任意単位）であった。尖頭波
長は６３４±２ｎｍであった。順方向電圧はいずれも
１．８±０．１Ｖであった。粗面加工したＧａＰ基板を
上面にすると、光出力は約４０％向上した。
するためと、エピタキシャル層の厚さをＬＥＤ加工用に
揃えるために、基板側をラッピングした。ラッピング面
のダメージを取るために硫酸系のエッチング液でエッチ
ングを行った。エッチングしてもラッピング面は粗面状
態のままであった。続いて、真空蒸着による電極形成等
を行って、エピタキシャル層側が上面となるＬＥＤチッ
プとＧａＰ基板側が表となるチップの２種類のもので、
２５０μｍ×２５０μｍ×２８０μｍ（厚さ）の角柱型
発光ダイオードを形成した。光出力測定は１０Ａ／ｃｍ
2 エポキシコートなしで、ＴＯ−１８ヘッダーに銀ペー
ストで接着して測定した。銀ペーストのＰＮ接合部分へ
の回り込みによる不良はなかった。従来と同じエピタキ
シャル層側が上面のＬＥＤチップは１０チップで平均
１．４５（任意単位）で、ＧａＰ基板側を上面にしたＬ
ＥＤチップは平均２．０（任意単位）であった。尖頭波
長は６３４±２ｎｍであった。順方向電圧はいずれも
１．８±０．１Ｖであった。粗面加工したＧａＰ基板を
上面にすると、光出力は約４０％向上した。
【００２０】
【実施例２及び比較例２】実施例１及び比較例１と同一
の成長バッチで生産したエピタキシャルウエハに、Ｚｎ
を拡散温度を７７５℃で、拡散時間を変更して表面から
８μｍの深さまで拡散した以外、実施例１及び比較例１
と全く同様にしてＬＥＤチップを作製した。銀ペースト
の回り込みの不良はなく、作業は容易であった。エピタ
キシャル層側が上面のＬＥＤチップは１０チップで平均
１．３（任意単位）で、ＧａＰ基板側を上面にしたＬＥ
Ｄチップは平均１．８（任意単位）であった。尖頭波長
は６３３±２ｎｍであった。順方向電圧はいずれも１．
８±０．１Ｖであった。同様に、粗面加工したＧａＰ基
板を上面にすると、光出力は約４０％向上した。
の成長バッチで生産したエピタキシャルウエハに、Ｚｎ
を拡散温度を７７５℃で、拡散時間を変更して表面から
８μｍの深さまで拡散した以外、実施例１及び比較例１
と全く同様にしてＬＥＤチップを作製した。銀ペースト
の回り込みの不良はなく、作業は容易であった。エピタ
キシャル層側が上面のＬＥＤチップは１０チップで平均
１．３（任意単位）で、ＧａＰ基板側を上面にしたＬＥ
Ｄチップは平均１．８（任意単位）であった。尖頭波長
は６３３±２ｎｍであった。順方向電圧はいずれも１．
８±０．１Ｖであった。同様に、粗面加工したＧａＰ基
板を上面にすると、光出力は約４０％向上した。
【００２１】
【実施例３及び比較例３】実施例１と同様にして第１、
第２、第３のエピタキシャル層を成長し、続いて第４の
層を実施例１と同じ条件で１０分間成長させた後、最終
の４０分間は（Ｃ 2Ｈ5）2Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ3、ＡｓＨ
3、ＮＨ3の量を変えることなく、Ｐ型ドーパントガスを
供給するために２５℃に一定に保温された（Ｃ2Ｈ5）2
Ｚｎ入りのボンベにＨ2ガスを毎分５０ｃｃ導入して
（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ蒸気を含ませて、そのＨ2ガスを導入し
て、第５のＰ型のＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層を第
４のＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層上に成長させ、気
相成長を終了した。エピタキシャル膜の第１、第２、第
３、第４、第５のエピタキシャル膜の膜厚はそれぞれ５
μｍ、４１μｍ、１６μｍ、６μｍ、２１μｍであっ
た。Ｐ型の層のキャリア濃度は、ショットキーバリアダ
イオードをＰ型の層表面に作製し、Ｃ−Ｖ法で測定し、
２×１０19ｃｍ-3であった。
第２、第３のエピタキシャル層を成長し、続いて第４の
層を実施例１と同じ条件で１０分間成長させた後、最終
の４０分間は（Ｃ 2Ｈ5）2Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ3、ＡｓＨ
3、ＮＨ3の量を変えることなく、Ｐ型ドーパントガスを
供給するために２５℃に一定に保温された（Ｃ2Ｈ5）2
Ｚｎ入りのボンベにＨ2ガスを毎分５０ｃｃ導入して
（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ蒸気を含ませて、そのＨ2ガスを導入し
て、第５のＰ型のＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層を第
４のＧａＡｓ1-xＰxエピタキシャル層上に成長させ、気
相成長を終了した。エピタキシャル膜の第１、第２、第
３、第４、第５のエピタキシャル膜の膜厚はそれぞれ５
μｍ、４１μｍ、１６μｍ、６μｍ、２１μｍであっ
た。Ｐ型の層のキャリア濃度は、ショットキーバリアダ
イオードをＰ型の層表面に作製し、Ｃ−Ｖ法で測定し、
２×１０19ｃｍ-3であった。
【００２２】既にＰ型の層は気相成長中に形成してある
ので、エピタキシャル層の厚さをＬＥＤ加工用に揃える
ために硫酸系のエッチング液でエッチングした。エッチ
ング層の厚さをＬＥＤ加工用に揃えるために、基板側を
ラッピングした。粗面状になった面のダメージを取るた
めに硫酸系のエッチング液でエッチングした。エッチン
グしてもラッピング面は粗面状態のままであった。それ
以外はすべて実施例と同じ加工を行い、エピタキシャル
層側が上面となるＬＥＤチップとＧａＰ基板側が上面と
なるチップの２種類のもので、２５０μｍ×２５０μｍ
×２８０μｍ（厚さ）の角柱型ＬＥＤを形成した。光出
力測定は１０Ａ／ｃｍ2エポキシコートなしで、ＴＯ−
１８ヘッダーに銀ペーストで接着して測定した。Ｐ型の
層の厚さが２０μｍ以上あったので、接着作業は容易で
あった。銀ペーストのＰＮ接合部分への回り込みによる
不良はなかった。従来と同じエピタキシャル層側が上面
のＬＥＤチップは１０チップで平均１．４（任意単位）
で、ＧａＰ基板側を上面にしたＬＥＤチップは平均２．
０（任意単位）でった。尖頭発光波長は６３１±２ｎｍ
であった。順方向電圧はいずれも１．８±０．１Ｖであ
った。粗面加工したＧａＰ基板を上面にすると、光出力
は約４０％向上した。
ので、エピタキシャル層の厚さをＬＥＤ加工用に揃える
ために硫酸系のエッチング液でエッチングした。エッチ
ング層の厚さをＬＥＤ加工用に揃えるために、基板側を
ラッピングした。粗面状になった面のダメージを取るた
めに硫酸系のエッチング液でエッチングした。エッチン
グしてもラッピング面は粗面状態のままであった。それ
以外はすべて実施例と同じ加工を行い、エピタキシャル
層側が上面となるＬＥＤチップとＧａＰ基板側が上面と
なるチップの２種類のもので、２５０μｍ×２５０μｍ
×２８０μｍ（厚さ）の角柱型ＬＥＤを形成した。光出
力測定は１０Ａ／ｃｍ2エポキシコートなしで、ＴＯ−
１８ヘッダーに銀ペーストで接着して測定した。Ｐ型の
層の厚さが２０μｍ以上あったので、接着作業は容易で
あった。銀ペーストのＰＮ接合部分への回り込みによる
不良はなかった。従来と同じエピタキシャル層側が上面
のＬＥＤチップは１０チップで平均１．４（任意単位）
で、ＧａＰ基板側を上面にしたＬＥＤチップは平均２．
０（任意単位）でった。尖頭発光波長は６３１±２ｎｍ
であった。順方向電圧はいずれも１．８±０．１Ｖであ
った。粗面加工したＧａＰ基板を上面にすると、光出力
は約４０％向上した。
【００２３】
【発明の効果】この発明によれば、表示用の素子として
の光出力が高いＬＥＤを、簡単なＬＥＤ構造の改良だけ
で安定に提供できる。ＬＥＤは屋外に用いられるため、
光出力の向上は重要な要求となっている。気相成長中に
Ｐ型の層をあらかじめエピタキシャル成長すれば、ＰＮ
接合に拡散の熱ダメージが少なくなり、より高い光出力
のＬＥＤを得ることができる。また、気相成長でＰ型の
層を成長させるなら、１５μｍ以上の層厚を容易に得る
ことができる。
の光出力が高いＬＥＤを、簡単なＬＥＤ構造の改良だけ
で安定に提供できる。ＬＥＤは屋外に用いられるため、
光出力の向上は重要な要求となっている。気相成長中に
Ｐ型の層をあらかじめエピタキシャル成長すれば、ＰＮ
接合に拡散の熱ダメージが少なくなり、より高い光出力
のＬＥＤを得ることができる。また、気相成長でＰ型の
層を成長させるなら、１５μｍ以上の層厚を容易に得る
ことができる。
【図１】本発明ＬＥＤの構成
【図２】従来のＬＥＤの構成
１．ＧａＰ基板、２．Ｎ型ＧａＡｓＰエピタキシャル
層、３．Ｐ型ＧａＡｓＰエピタキシャル層、４．ＰＮ接
合、５．粗面加工面、６．上側電極、７．下側電極、実
線の矢印は電流、破線の矢印は光をそれぞれ表す。
層、３．Ｐ型ＧａＡｓＰエピタキシャル層、４．ＰＮ接
合、５．粗面加工面、６．上側電極、７．下側電極、実
線の矢印は電流、破線の矢印は光をそれぞれ表す。
Claims (10)
- 【請求項１】 ＧａＰ基板上にＧａＡｓ1-x Ｐx （０．
４５＜ｘ＜１）エピタキシャル層を有してなるＰＮ接合
型発光ダイオードであって、ＧａＰ基板が上面となる構
造としたことを特徴とする発光ダイオード。 - 【請求項２】 上面となるＧａＰ基板表面がラップ加工
により粗面加工してあることを特徴とする請求項１の発
光ダイオード。 - 【請求項３】 ＧａＰ基板がＮ型であることを特徴とす
る請求項１又は２の発光ダイオード。 - 【請求項４】 ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜１）
エピタキシャル層が、Ｎ型ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５
＜ｘ＜１）混晶率変化層、Ｎ型ＧａＡｓ1-xＰx （０．
４５＜ｘ＜１）混晶率一定層及びＰ型ＧａＡｓ1-x Ｐx
（０．４５＜ｘ＜１）混合晶率一定層を含むことを特徴
とする請求項３の発光ダイオード。 - 【請求項５】 Ｐ型ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜
１）混晶率一定層の厚さが８μｍ以上であることを特徴
とする請求項４の発光ダイオード。 - 【請求項６】 ＧａＰ基板とＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４
５＜ｘ＜１）エピタキシャル層の間にＧａＰエピタキシ
ャル層を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれ
かの発光ダイオード。 - 【請求項７】 ＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル層の混
晶比ｘが０．４５＜ｘ＜０．９５を満足することを特徴
とする請求項１〜６のいずれかの発光ダイオード。 - 【請求項８】 ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜１）
エピタキシャル層のＰＮ接合近傍が窒素ドープされてい
ることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの発光ダイ
オード。 - 【請求項９】 Ｐ型ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ＜
１）混晶率一定層が、気相成長法によるエピタキシャル
成長時にＰ型ドーパントを導入して形成したものである
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかの発光ダイオ
ード。 - 【請求項１０】 気相成長法がハイドライド法であるこ
とを特徴とする請求項９の発光ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21733996A JPH1065211A (ja) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21733996A JPH1065211A (ja) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | 発光ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1065211A true JPH1065211A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16702633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21733996A Pending JPH1065211A (ja) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1065211A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000041249A1 (fr) * | 1998-12-28 | 2000-07-13 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Diode electroluminescente et son procede de fabrication |
| JP2001085745A (ja) * | 1999-09-14 | 2001-03-30 | Toshiba Corp | 発光装置 |
| JP2003174191A (ja) * | 2001-06-25 | 2003-06-20 | Toshiba Corp | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| KR100638819B1 (ko) | 2005-05-19 | 2006-10-27 | 삼성전기주식회사 | 광추출효율이 개선된 수직구조 질화물 반도체 발광소자 |
-
1996
- 1996-08-19 JP JP21733996A patent/JPH1065211A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000041249A1 (fr) * | 1998-12-28 | 2000-07-13 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Diode electroluminescente et son procede de fabrication |
| JP2001085745A (ja) * | 1999-09-14 | 2001-03-30 | Toshiba Corp | 発光装置 |
| JP2003174191A (ja) * | 2001-06-25 | 2003-06-20 | Toshiba Corp | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| KR100638819B1 (ko) | 2005-05-19 | 2006-10-27 | 삼성전기주식회사 | 광추출효율이 개선된 수직구조 질화물 반도체 발광소자 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040120 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040127 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040310 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040803 |