JPH1197743A - 発光素子、発光素子アレイ及び発光素子の製造方法 - Google Patents
発光素子、発光素子アレイ及び発光素子の製造方法Info
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Abstract
による光取り出し効率の制限をなくし、発光効率の高い
発光素子、発光素子アレイ及び発光素子の製造方法を提
供する。 【解決手段】 LEDアレイは、n型GaAs基板10
1の上にn型のGaAsバッファ層102を形成し、そ
の上にn型のAlzGa1-zAs層103、n型のAly
Ga1-yAs層104、半絶縁性のAlxGa1-xAs層
105及び半絶縁性のGaAs層106を積層し、積層
構造にはZnを拡散して形成したZn拡散領域107−
1(Zn拡散領域1)、Zn拡散領域107−1に電気
的に連結されて形成されたZn拡散領域107−2(Z
n拡散領域2)を備えた構造とし、基板表面に半絶縁性
半導体層を設け、pn接合を形成する拡散領域と連結し
た拡散領域を半絶縁性半導体領域内に形成するように
し、半絶縁性半導体領域に形成した拡散領域表面にp側
電極コンタクトを形成し、pn接合領域に電極コンタク
トで被覆する領域をなくした構造とする。
Description
子等の発光素子、発光素子アレイ及び発光素子の製造方
法に関する。
e:LEDという)素子は、発光が鮮やかであること、
駆動電圧が低く周辺回路が容易になるなどの理由により
従来より表示デバイスとして幅広く使用されている。
は、例えば「光プリンタ設計;武木田義祐監修、トリケ
ップス」に開示されているように、GaAsPをGaA
s基板上にエピタキシャル成長させた基板(以下、Ga
AsP基板とよぶ)へZnを選択的に拡散して製造す
る。
図である。
板11、n型GaAs基板11上にTeをドープしエピ
タキシャル成長させたn型GaAsPエピタキシャル層
12、Znを拡散して形成されたp型GaAsPエピタ
キシャル層13、Zn拡散のマスク材となるSiN絶縁
膜14、Al電極15及びAu−Ge電極16から構成
され、n型GaAsP基板にp型不純物であるZnを拡
散してpn接合を形成した構造である。
ようにZnを選択拡散によるpn接合を形成した領域、
すなわち、発光領域の一部へ電極コンタクト部が形成さ
れている。
Dでは、電極コンタクト直下の発光は外部へは取り出す
ことができない。したがって、電極の被覆率によって光
取り出し効率が制限されていた。
には電極直下の領域の発光が主となり、極端に光取り出
し効率が小さい。発光領域の面積が小さくなる1200
dpiLEDアレイのような超高密度LEDアレイの場
合には、特に電極の発光部被覆率による光取り出し効率
の減少が大きいという問題があった。
昇するためにコンタクト面積を極端に小さくすると、コ
ンタクト抵抗の上昇を招きLEDの駆動ができないとい
う問題点があった。
は、製造上コンタクト面積のばらつきが大きくなり、多
数のLEDを配列したLEDアレイチップ内の特性ばら
つきが大きくなるという問題点もあった。
の電極被覆率による光取り出し効率の制限をなくし、発
光効率の高い発光素子、発光素子アレイ及び発光素子の
製造方法を提供することを目的とする。
は、少なくとも第1導電型半導体層と半絶縁性半導体層
を有する基板に第2導電型の不純物によるpn接合が選
択的に形成されている発光素子において、第1導電型半
導体層内にpn接合を有する第2導電型領域と連結した
第2導電型領域が電流導通層として半絶縁性半導体層内
に形成されており、該半絶縁性半導体内に形成された第
2導電型領域上にのみ第2導電型側の電極が形成されて
いることを特徴とする。
されている第1導電型の半導体層のバンドギャップエネ
ルギがその上層の半絶縁性の半導体層のバンドギャップ
エネルギよりも小さいことを特徴とする。
されている第1の第1導電型半導体層に接した第2の第
1導電型半導体層のバンドギャップエネルギが第1の第
1導電型半導体層のバンドギャップエネルギよりも大き
いことを特徴とする。
する第1導電型半導体層として少なくともAlyGa1-y
As層(1>y≧0)を有するものであってもよい。
成されている半絶縁性半導体層が少なくともGaAs
層、AlxGa1-xAs層(1≧x≧0)またはGaAs
/AlxGa1-xAs積層(1≧x>0)であってもよ
い。
物が、Ζnであってもよい。
光素子を所定列に配置した発光素子アレイにおいて、発
光素子が、請求項1、2、3又は4の何れかに記載の発
光素子であることを特徴とする。
くとも第1導電型半導体層と半絶縁性半導体層を有する
基板に第2導電型の不純物によるpn接合が選択的に形
成されている発光素子の製造方法であって、pn接合を
有する第2導電型領域と連結した第2導電型領域を電流
導通層として半絶縁性半導体層内に形成し、半絶縁性半
導体内に形成された第2導電型領域上にのみ第2導電型
側の電極を形成することを特徴とする。
導電型不純物拡散を選択的に行う半導体基板表面におい
て拡散源膜に接する領域と拡散制御膜に接する領域を設
け、1回の拡散で請求項6記載のpn接合及び電流導通
層を形成することを特徴とする。
導電型不純物は、Znであり、Zn拡散を固相拡散によ
って行うことを特徴とする。
子アレイは、LEDアレイに適用することができる。
イの構造を示す図、図2は図1のA−A′矢視断面図で
あり、多数のLEDを一列に配置したLEDアレイにつ
いて1素子に着目してその断面構造を模式的に示した図
である。
n型GaAs基板101、n型GaAs基板101上に
形成したn型のGaAsバッファ層102、GaAsバ
ッファ層102上にエピタキシャル成長させたn型のA
lzGa1-zAs層(0<z≦1)103、n型のAly
Ga1-yAs層(0≦y<1)104、半絶縁性のAlx
Ga1-xAs層(0<x≦1)105、半絶縁性のGa
As層106、亜鉛(Zn)を拡散して形成されたp型
GaAsPエピタキシャル層からなるZn拡散領域10
7−1(Zn拡散領域1)、Zn拡散領域107−1に
電気的に連結されZnを拡散して形成されたZn拡散領
域107−2(Zn拡散領域2)、Zn拡散のマスク材
となる例えばSiN絶縁膜からなる層間絶縁膜108、
p側電極109及びn側電極110により構成される。
の上にn型のGaAsバッファ層102を形成し、その
上にn型のAlzGa1-zAs層103、n型のAlyG
a1-yAs層104、半絶縁性のAlxGa1-xAs層1
05及び半絶縁性のGaAs層106を積層した構造で
ある。この積層構造のAl混晶比x,y,zは、x>
y,z>yなる関係を満たしており、AlzGa1-zAs
層103とAlxGa1-xAs層105のバンドギャップ
エネルギはAlyGa1-yAs層104のバンドギャップ
エネルギよりも大きい。
ャリアに対してその閉じこめの効果が得られる程度の大
きさが望ましく約0.3eV以上とする。例えば、x,
z=0.4,y=0.15とすれば、バンドギャップエ
ネルギ差は約0.3evである。
成したZn拡散領域107−1(Zn拡散領域1)とそ
れに電気的に連結しているZn拡散領域107−2(Z
n拡散領域2)がある。
n接合面は、n型AlyGa1-yAs層104層内にあ
る。接合は横方向にも形成されるがpn接合はAlyG
a1-yAs層104内にしか形成されていない。また、
Ζn拡散領域2の拡散フロントは半絶縁性のAlxGa
1-xAs層105内にある。Zn拡散領域2はpn接合
を形成しない。Zn拡散領域2は、Ζn拡散領域1への
電流パスとしての役割のみを果たす。
散深さXj1、Χj2は、Χj1>Χj2でなければならない
が、それぞれの値は作製するLEDアレイによって適当
に定めることができる。
めの拡散マスク108がある。この拡散マスク108は
層間絶縁膜としても機能している。拡散マスク108は
例えば、SiΝ膜を使用することができる。拡散が良好
に制御できれば、その他の膜、例えば、Al2O3、Al
N等の絶縁膜であってもよい。このLEDアレイは絶縁
膜の下の半導体は半絶縁性GaAs層であるので、絶縁
膜にピンホールや傷などの欠陥が多少あっても絶縁膜上
に延在しているp側電極109とn側半導体層との絶縁
は十分確保できる。
とオーミックコンタクトを有するp側電極109があ
る。p側電極109は例えばAl系の材料で形成でき
る。拡散領域1表面には電極コンタクトは存在しない。
n拡散領域2を通り、Zn拡散領域1へ供給される。す
なわち、Zn拡散領域1の接合に電流が流れ、発光す
る。発光した光は、電極に遮蔽されることなく外部へ取
り出される。
1.0μmの場合を考える。Ζn拡散領域1とΖn拡散
領域2のキャリア濃度を1×1020/cm3とした場
合、Zn拡散領域の比抵抗は約2mΩcmで、拡散領域
2の幅W2と長さL2をW2=10μm、L2=10μ
mとすると、Zn拡散領域2の抵抗は20Ωである。
とすれば、電圧降下は60mVでLEDの接合抵抗の約
3%であり、この程度の電圧降下はLEDの駆動上問題
はない。電極がΖn拡散領域2の略全領域とコンタクト
を有することを考えると、LEDを駆動する際の電圧降
下はこれよりもさらに小さくなる。
10が共通電極として形成してある。n側電極は例えば
Au合金を使用することができる。
て説明する。
を説明するための工程断面図である。
方法を中心に説明する。
層構造の半導体基板201上に拡散マスク膜202を形
成し、Zn拡散領域1、Zn拡散領域2の形成予定領域
に開口部203−1(拡散予定領域1)、開口部203
−2(拡散予定領域2)を形成する。拡散マスクは例え
ば、ΑlΝ膜を使用することができる。
予定領域2の開口部203−2を被覆し、開口部203
−1は被覆しないような開口部204−1を有する拡散
制御膜205を形成する。
とアニールキャップ膜207を膜付けする。その後、例
えば、650℃で2時間、アニールを行う。アニール時
間、温度は所望の拡散深さに応じて適宜調節することが
できる。この工程では基板の裏面にもアニールキャップ
を設けアニール時に裏面を保護するようにしてもよい
(図示略)。
プ膜207、拡散源膜206及び拡散制御膜をエッチン
グ除去したのち、拡散領域2の表面にp側電極コンタク
ト208を形成する。
って膜付けした後、標準的なフォトリソグラフィ、エッ
チングの手法により形成することができる。電極パター
ン形成後シンタして良好なオーミックコンタクトを形成
する。Zn拡散領域1の横方向拡散領域も含めて光取り
出し可能な領域を被覆しないようにp側電極コンタクト
を形成する。
げを施した後に電極形成を行う。この工程では基板裏面
をエッチングした後電極形成をしてもよい。図7に示す
ようにn型GaAs基板201裏面にn側電極209を
形成する。例えば、AuGe/Ni/AuをEB蒸着
し、シンタして良好なオーミックコンタクトを形成する
ことができる。
ら直接拡散し、Zn拡散領域2は拡散制御膜を介して拡
散するようにしたので、1回の拡散によって、n型半導
体層に拡散フロントを有する拡散領域1とそれに連結し
た半絶縁性半導体層に拡散フロントを有するZn拡散領
域2を形成できる。
拡散領域のZn濃度を容易に高くすることができ、拡散
領域のシート抵抗を低くすることができる。
EDアレイは、n型GaAs基板101の上にn型のG
aAsバッファ層102を形成し、その上にn型のAl
zGa1-zAs層103、n型のAlyGa1-yAs層10
4、半絶縁性のAlxGa1-xAs層105及び半絶縁性
のGaAs層106を積層し、積層構造にはZnを拡散
して形成したZn拡散領域107−1(Zn拡散領域
1)、Zn拡散領域107−1に電気的に連結されて形
成されたZn拡散領域107−2(Zn拡散領域2)を
備えた構造とし、基板表面に半絶縁性半導体層を設け、
pn接合を形成する拡散領域と連結した拡散領域を半絶
縁性半導体領域内に形成するようにし、半絶縁性半導体
領域に形成した拡散領域表面にp側電極コンタクトを形
成し、pn接合領域に電極コンタクトで被覆する領域を
なくしたので、電極コンタクトの被覆による光取り出し
効率の制限がなくなり高発光効率のLEDが作製でき
る。
度LEDアレイのように発光領域のサイズが小さくなっ
ても発光領域が電極で被覆されることがないので発光効
率の減少を防止できる。さらに、電極コンタクト面積も
大きく取れるので、コンタクト抵抗の上昇やLEDアレ
イの特性ばらつきを防止できる。
アレイが可能である。
101は半絶縁性基板でもよい。また、GaAs層10
2、AlzGa1-zAs層103は半絶縁性であっでもよ
い。その場合には、n型AlyGa1-yAs層104とコ
ンタクトを有するようなn側電極構造を形成すればよ
い。また、GaAs基板ではなく、Si基板でもよい。
が、上述した構造をとるものであれば、どのような構成
でもよく、その製造プロセス、基板の種類、アレイ等の
個数、配置状態等は上記実施形態に限定されない。
及び発光素子の製造方法は、pn接合を有する第2導電
型領域と連結した第2導電型領域が電流導通層として半
絶縁性半導体層内に形成されており、半絶縁性半導体内
に形成された第2導電型領域上にのみ第2導電型側の電
極が形成されているので、LEDアレイにおける発光領
域の電極被覆率による光取り出し効率の制限をなくすこ
とができ、発光効率を高めることができる。
レイの基本構造を示す図である。
の工程断面図である。
の工程断面図である。
の工程断面図である。
の工程断面図である。
の工程断面図である。
n型GaAsバッファ層、103 n型AlzGa1-zA
s層、104 n型AlyGa1-yAs層、105 半絶
縁性AlxGa1-xAs層、106 半絶縁性GaAs
層、107−1Zn拡散領域(Zn拡散領域1)、10
7−2 Zn拡散領域(Zn拡散領域2)、108 層
間絶縁膜、109 p側電極、110 n側電極
Claims (10)
- 【請求項1】 少なくとも第1導電型半導体層と半絶縁
性半導体層を有する基板に第2導電型の不純物によるp
n接合が選択的に形成されている発光素子において、 第1導電型半導体層内にpn接合を有する第2導電型領
域と連結した第2導電型領域が電流導通層として半絶縁
性半導体層内に形成されており、該半絶縁性半導体内に
形成された第2導電型領域上にのみ第2導電型側の電極
が形成されていることを特徴とする発光素子。 - 【請求項2】 pn接合が形成されている第1導電型の
半導体層のバンドギャップエネルギがその上層の半絶縁
性の半導体層のバンドギャップエネルギよりも小さいこ
とを特徴とする請求項1記載の発光素子。 - 【請求項3】 pn接合が形成されている第1の第1導
電型半導体層に接した第2の第1導電型半導体層のバン
ドギャップエネルギが第1の第1導電型半導体層のバン
ドギャップエネルギよりも大きいことを特徴とする請求
項1記載の発光素子。 - 【請求項4】 pn接合を形成する第1導電型半導体層
として少なくともAlyGa1-yAs層(1>y≧0)を
有することを特徴とする請求項1記載の発光素子。 - 【請求項5】 電流導通層が形成されている半絶縁性半
導体層が少なくともGaAs層、AlxGa1-xAs層
(1≧x≧0)またはGaAs/AlxGa1-xAs積層
(1≧x>0)であることを特徴とする請求項1記載の
発光素子。 - 【請求項6】 前記第2導電型不純物は、Ζnであるこ
とを特徴とする請求項1の発光素子。 - 【請求項7】 複数の発光素子を所定列に配置した発光
素子アレイにおいて、前記発光素子は、請求項1、2、
3、4、5又は6の何れかに記載の発光素子であること
を特徴とする発光素子アレイ。 - 【請求項8】 少なくとも第1導電型半導体層と半絶縁
性半導体層を有する基板に第2導電型の不純物によるp
n接合が選択的に形成されている発光素子の製造方法で
あって、 pn接合を有する第2導電型領域と連結した第2導電型
領域を電流導通層として半絶縁性半導体層内に形成し、 半絶縁性半導体内に形成された第2導電型領域上にのみ
第2導電型側の電極を形成することを特徴とする発光素
子の製造方法。 - 【請求項9】 第2導電型不純物拡散を選択的に行う半
導体基板表面において拡散源膜に接する領域と拡散制御
膜に接する領域を設け、1回の拡散で請求項6記載のp
n接合及び電流導通層を形成することを特徴とする発光
素子の製造方法。 - 【請求項10】 前記第2導電型不純物は、Znであ
り、 Zn拡散を固相拡散によって行うことを特徴とする請求
項8又は9の何れかに記載の発光素子の製造方法。
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