JPS59225580A - 半導体発光ダイオ−ドおよびその製造方法 - Google Patents
半導体発光ダイオ−ドおよびその製造方法Info
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- JPS59225580A JPS59225580A JP58099350A JP9935083A JPS59225580A JP S59225580 A JPS59225580 A JP S59225580A JP 58099350 A JP58099350 A JP 58099350A JP 9935083 A JP9935083 A JP 9935083A JP S59225580 A JPS59225580 A JP S59225580A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/0004—Devices characterised by their operation
- H01L33/002—Devices characterised by their operation having heterojunctions or graded gap
- H01L33/0025—Devices characterised by their operation having heterojunctions or graded gap comprising only AIIIBV compounds
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、m −v化合物半導体を母材とする半導体発
光ダイオードに関するもので、電流゛電圧特性の特に逆
耐圧特性の優れた素子を歩留良く製造できる構造および
その製造方法に関する。
光ダイオードに関するもので、電流゛電圧特性の特に逆
耐圧特性の優れた素子を歩留良く製造できる構造および
その製造方法に関する。
発光ダイオードとしてダブルへテロ構造と言われる、発
光領域をバンドギャップの大きな物質ではさみ込む構造
が用いられる。本構造は発光効率が高く、高速応答でき
る長所がある。しかし、ダブルへテロ構造を形成するた
めには、結晶母材組成が異なる以上、接続する両結晶格
子には組成制御の限界内で生ずるミスマツチングが発生
する。
光領域をバンドギャップの大きな物質ではさみ込む構造
が用いられる。本構造は発光効率が高く、高速応答でき
る長所がある。しかし、ダブルへテロ構造を形成するた
めには、結晶母材組成が異なる以上、接続する両結晶格
子には組成制御の限界内で生ずるミスマツチングが発生
する。
従来の構造ではpn接合面が結晶性の悪いヘテロ接合面
と一致させている事から、ダイオードとして調べた電気
特性は結晶性の悪さに起因するIJ−り′rIK、流が
多く、素子の歩留りが悪い欠点がめった。
と一致させている事から、ダイオードとして調べた電気
特性は結晶性の悪さに起因するIJ−り′rIK、流が
多く、素子の歩留りが悪い欠点がめった。
本発明は従来のダブルへテロ構造の欠点を無くし、リー
ク電流が無く、発光効率の高い発光ダイオードを歩留良
く作製できるダイオードの構造および製造方法を提供す
ることにある。
ク電流が無く、発光効率の高い発光ダイオードを歩留良
く作製できるダイオードの構造および製造方法を提供す
ることにある。
上記の目的を達成するため、本発明はダブルへテロ構造
からなる発光ダイオ−ドルn接合面をへテロ接合面と異
なる所に形成する。すなわち、最も結晶性の悪くなるヘ
テロ接合面にpn接合を形成するのでは無く、ヘテロ接
合面と離れた位置にpn接合面を形成する。この結果、
発光ダイオードの電気的特性を支配するpn接合面は結
晶性の良い所に形成されるため、結晶格子のミスマツチ
ング等に帰因するリーク電流の発生を無くす事が可能で
ある。本発明におけるpn接合面の位置は、2ケ所ある
ヘテロ接合面の外側でも良いし、内側でも良い。ただし
、外側にある場合には、Pn接合と近接のへテロ接合は
電子の拡散距離以内の間隔に位置している事が重要であ
る。これは、発光ダイオードの発光メカニズムが電子と
ホールの再結合にある事は言うまでも無いが、距離が大
巾に太きいときは通常のバンドギャップの障壁の無いホ
モ接合での発光と不買的に差が無くなるからである。す
なわち、ダブルへテロ構造の利点は、バンドギャップの
大きい物置ではさまれた発光領域となるバンドギャップ
の小さい領域にキャリアを注入して再結合をさせる事に
よって生まれるのであるが、Pn接合の位置かへテロ接
合位置と異なることから、キャリアかへテロ接合を超え
る以前から再結合が生じてしまい、キャリアの注入効率
が低くなって1.まい、目的とする波長の発光効率も低
くなる。しかし、Pn接合とへテロ接合の距離がキャリ
ア(特に電子)の拡散長以内にあるならば、電子の大部
分はへテロ接合面を超えてバンドギヤングの小さい発光
領域に注入させる事が可能でるる。通常、発光ダイオー
ドに用いるnおよびP型層中の電子の拡散長は〜5μm
である。従って、Pn接合面がダブルへテロ接合の外側
にある場合、両者の間隔は5μm以内であれば良好であ
る。しかし、上記の間隔が小さい程、注入効率の低下を
防止できるのは当然であって、本発明においては0.1
μm〜2μmの範囲内にするのが最も望ましく、従来の
構造における注入効率’e1.o。
からなる発光ダイオ−ドルn接合面をへテロ接合面と異
なる所に形成する。すなわち、最も結晶性の悪くなるヘ
テロ接合面にpn接合を形成するのでは無く、ヘテロ接
合面と離れた位置にpn接合面を形成する。この結果、
発光ダイオードの電気的特性を支配するpn接合面は結
晶性の良い所に形成されるため、結晶格子のミスマツチ
ング等に帰因するリーク電流の発生を無くす事が可能で
ある。本発明におけるpn接合面の位置は、2ケ所ある
ヘテロ接合面の外側でも良いし、内側でも良い。ただし
、外側にある場合には、Pn接合と近接のへテロ接合は
電子の拡散距離以内の間隔に位置している事が重要であ
る。これは、発光ダイオードの発光メカニズムが電子と
ホールの再結合にある事は言うまでも無いが、距離が大
巾に太きいときは通常のバンドギャップの障壁の無いホ
モ接合での発光と不買的に差が無くなるからである。す
なわち、ダブルへテロ構造の利点は、バンドギャップの
大きい物置ではさまれた発光領域となるバンドギャップ
の小さい領域にキャリアを注入して再結合をさせる事に
よって生まれるのであるが、Pn接合の位置かへテロ接
合位置と異なることから、キャリアかへテロ接合を超え
る以前から再結合が生じてしまい、キャリアの注入効率
が低くなって1.まい、目的とする波長の発光効率も低
くなる。しかし、Pn接合とへテロ接合の距離がキャリ
ア(特に電子)の拡散長以内にあるならば、電子の大部
分はへテロ接合面を超えてバンドギヤングの小さい発光
領域に注入させる事が可能でるる。通常、発光ダイオー
ドに用いるnおよびP型層中の電子の拡散長は〜5μm
である。従って、Pn接合面がダブルへテロ接合の外側
にある場合、両者の間隔は5μm以内であれば良好であ
る。しかし、上記の間隔が小さい程、注入効率の低下を
防止できるのは当然であって、本発明においては0.1
μm〜2μmの範囲内にするのが最も望ましく、従来の
構造における注入効率’e1.o。
とした時の相対的な効率は0.99〜0.90であって
、実質上、発光効率の低下は無い。この結果、リーク電
流の無い、効率の良い発光ダイオードを歩留良く作製で
きる。
、実質上、発光効率の低下は無い。この結果、リーク電
流の無い、効率の良い発光ダイオードを歩留良く作製で
きる。
本発明の構造全形成するには、成長接合法を用いて良い
。丁lわち、ヘテロ接合を有する結晶を気相から成長す
る方法において、成長ケ行なう系に導入するP型および
n型不純物種の切換えをヘテロ接合の形成のタイミング
とずらすことによって行なりて良い。ま1ζ、液相成長
の場合には、母材成分は同じでめるがP型とn型の不純
物合金む二つの溶液を組合せる事で行なっても良い。し
かし、上記の方法において形成したpn接合の電気的特
性は、従来の構造での特性よりもはるかに浸れているが
、以下の理由によって十分ではない。
。丁lわち、ヘテロ接合を有する結晶を気相から成長す
る方法において、成長ケ行なう系に導入するP型および
n型不純物種の切換えをヘテロ接合の形成のタイミング
とずらすことによって行なりて良い。ま1ζ、液相成長
の場合には、母材成分は同じでめるがP型とn型の不純
物合金む二つの溶液を組合せる事で行なっても良い。し
かし、上記の方法において形成したpn接合の電気的特
性は、従来の構造での特性よりもはるかに浸れているが
、以下の理由によって十分ではない。
すなわち、不純物標の切換えのために、母材結晶の成長
を一時的に停止させなければならず、成長の不連続によ
る結晶性の低下が起きてP ” 埃8 V(−リーク電
流を生じさせるからである。
を一時的に停止させなければならず、成長の不連続によ
る結晶性の低下が起きてP ” 埃8 V(−リーク電
流を生じさせるからである。
本発明の構造を形成するための最も単純で再現性の良い
方法を以下に説明する。本方法しこおいては、ヘテロ接
合形成時に結晶に添加するP型不純物をn型不純物より
も高濃度にして行なう。すなわち、l[[−V化合物半
導体結晶における不純物拡散は実質上P型不純物のみに
生ずる事を利用し、結晶成長中もしくは別に設けた熱処
理工程においてP型不純物をn型層中に拡散、l)n接
合を移動させる。これは一種の拡散接合法である。この
結果、pn接合は結晶性の悪いヘテロ接合から結晶性の
良い非接合部分に移動し、リーク電流の無いpn接合を
形成できる。また、前述の成長接合法と異なり、結晶成
長時の不連続で生ずる結晶性の低下による影響も無い。
方法を以下に説明する。本方法しこおいては、ヘテロ接
合形成時に結晶に添加するP型不純物をn型不純物より
も高濃度にして行なう。すなわち、l[[−V化合物半
導体結晶における不純物拡散は実質上P型不純物のみに
生ずる事を利用し、結晶成長中もしくは別に設けた熱処
理工程においてP型不純物をn型層中に拡散、l)n接
合を移動させる。これは一種の拡散接合法である。この
結果、pn接合は結晶性の悪いヘテロ接合から結晶性の
良い非接合部分に移動し、リーク電流の無いpn接合を
形成できる。また、前述の成長接合法と異なり、結晶成
長時の不連続で生ずる結晶性の低下による影響も無い。
pn接合の移動量は、熱処理の温度と時間、各不純物の
a度によって0.1μmのオーダーで制御が可能である
。この結果、本方法によって、リーク電流の無い、高効
率の発光タイオードを再現性良く製造する事ができる。
a度によって0.1μmのオーダーで制御が可能である
。この結果、本方法によって、リーク電流の無い、高効
率の発光タイオードを再現性良く製造する事ができる。
以下、本発明を実施例をもって詳細に説明する。
実施例1
第1図を用いて説明する。n型1nP(8nドープI
X 1018 cm−3)基、叛11上に溶液成長法に
よりダブルへテロ構造の多層エピタキシーを行なった。
X 1018 cm−3)基、叛11上に溶液成長法に
よりダブルへテロ構造の多層エピタキシーを行なった。
すなわち Ill eドープ、znドーグ。
znドープ、Teドープの各々の溶液から、n型層nP
層(4X 1018cm−3) 12、P型層nGa
AS P層(5X 1 glljcm−” ) 13、
P型In P層(I X 10 ”Cl1l−” )
14、n型層nG’1AsP層(5X 10”Cm−”
) 15−>、各々4μm、1μm、2μm、2μI
nずつ成長させた。
層(4X 1018cm−3) 12、P型層nGa
AS P層(5X 1 glljcm−” ) 13、
P型In P層(I X 10 ”Cl1l−” )
14、n型層nG’1AsP層(5X 10”Cm−”
) 15−>、各々4μm、1μm、2μm、2μI
nずつ成長させた。
P型層13から以後の成長は、625℃〜615℃、2
0分間であった。成長後、n型層15にrl、n拡散(
550℃1hr)で直径40/!jmψのP型変換域1
5′を形成した。基板11には150μmφの窓16の
ついた陰電極17、n型層には陽電極18を形成した。
0分間であった。成長後、n型層15にrl、n拡散(
550℃1hr)で直径40/!jmψのP型変換域1
5′を形成した。基板11には150μmφの窓16の
ついた陰電極17、n型層には陽電極18を形成した。
後、500μm角に切断し、ダイボンディング、ワイア
ボンディングを行なって発光ダイオードとした。なお、
この時点で、nu層12にP型層13からznが拡散さ
れており、pn接合19がn型層12とP型層13の境
界から0.2μmの所に移動していた。電極17および
18にj胆バイアス金印加した所、電流100mAにお
いて、窓16から1.3μmの赤外線が2mW以上放出
した。次に、ダイオードのリーク電流を調べるため、電
極17と18に逆バイアスを印加したところ、ダイオー
ドの85チは5■で1μ八以下の電流しか流れなく、極
めてリーク電流が少なく良好である事が判明した。一方
、従来のへテロ接合とpn接合が一致する構造では、逆
バイアスにおいて、5V1μ八以下の電流であるダイオ
ードは45%しか得られなかった。この結果、本発明の
構造はリーク電流の無い良好な特性を持つ発光ダイオー
ドを高い歩留りで作製できる事がわかった。
ボンディングを行なって発光ダイオードとした。なお、
この時点で、nu層12にP型層13からznが拡散さ
れており、pn接合19がn型層12とP型層13の境
界から0.2μmの所に移動していた。電極17および
18にj胆バイアス金印加した所、電流100mAにお
いて、窓16から1.3μmの赤外線が2mW以上放出
した。次に、ダイオードのリーク電流を調べるため、電
極17と18に逆バイアスを印加したところ、ダイオー
ドの85チは5■で1μ八以下の電流しか流れなく、極
めてリーク電流が少なく良好である事が判明した。一方
、従来のへテロ接合とpn接合が一致する構造では、逆
バイアスにおいて、5V1μ八以下の電流であるダイオ
ードは45%しか得られなかった。この結果、本発明の
構造はリーク電流の無い良好な特性を持つ発光ダイオー
ドを高い歩留りで作製できる事がわかった。
実施例2
実施例1と同様であるが、各ノーの不純物濃度の異なる
条件で実験を行なった。ご九金第2図で説明する。図に
おいて、21はn型層nP基&(TeドープI X 1
0l8cm−a)、22はn型111P層(Te ドー
プI X i Q”cm−1′)、23はn型層 nG
a AS P7階(’l’e ドープ5 X 10l
7cm−3)、24itP型InP層(z、nドープ8
X 10”cm−3)、25はn型In Ga As
P層(1゛eドープ1×10”cm”” )であり、
各々多層エピタキシーで成長させたもので厚さと成長条
件は実施例1と同じである。成長後 Z n拡散による
P型変換域25′を形成、電極27.28の被着を行な
った。26は窓である。ダイボンディングおよびダイボ
ンデインクを行なって発光ダイオードとした。なおこの
時点でn型In Ga As P@23にHPn接合面
29が存在していた。これは、成長時およびP型変換域
25′ヲ形成するための加熱工程中に、P型層nP層2
4からZnが拡散したためである。
条件で実験を行なった。ご九金第2図で説明する。図に
おいて、21はn型層nP基&(TeドープI X 1
0l8cm−a)、22はn型111P層(Te ドー
プI X i Q”cm−1′)、23はn型層 nG
a AS P7階(’l’e ドープ5 X 10l
7cm−3)、24itP型InP層(z、nドープ8
X 10”cm−3)、25はn型In Ga As
P層(1゛eドープ1×10”cm”” )であり、
各々多層エピタキシーで成長させたもので厚さと成長条
件は実施例1と同じである。成長後 Z n拡散による
P型変換域25′を形成、電極27.28の被着を行な
った。26は窓である。ダイボンディングおよびダイボ
ンデインクを行なって発光ダイオードとした。なおこの
時点でn型In Ga As P@23にHPn接合面
29が存在していた。これは、成長時およびP型変換域
25′ヲ形成するための加熱工程中に、P型層nP層2
4からZnが拡散したためである。
pn接合面29と層23と24とのへテロ接合面からの
距離は0.1μmであった。ダイオードのリーク電流の
測定Vこより、本構造の素子では90条の率で5■で1
μA以下で良好であった。しかし、成長層23と24が
各々、nおよびP型の5×IQ”cm−”で、pn接合
面29がへテロ接合面と一致している素子構造(従来の
構造)では30%の良品しか得られなかった。
距離は0.1μmであった。ダイオードのリーク電流の
測定Vこより、本構造の素子では90条の率で5■で1
μA以下で良好であった。しかし、成長層23と24が
各々、nおよびP型の5×IQ”cm−”で、pn接合
面29がへテロ接合面と一致している素子構造(従来の
構造)では30%の良品しか得られなかった。
実施例3
第1図と同じ結晶を用いて、成長〜P型変換域15′を
形成後の熱処理により、Pn接合の移動とこれにともな
う光出力の関係を求ぬた。この結果600℃で1時間(
A群)、5時間(B群)30時間(0群)の熱処理によ
り、Pn接合19が成長層12および13との界面とな
す距離は1.0μm、2.0μm、5μmであった。こ
れらの処理をして作製した発光ダイオードの特性は、次
の様であった。逆バイアス5V1μ八以下の歩留りはA
群は93%、B群と0群は95%でるって、いずれも、
実施例1における85チよりも高率であった。発光出力
は順バイアス100mAにおいて、A#Fi2mW、B
群は1.8mW、0群は1.0 m Wであった。この
結果、A群が最も作製条件として優れている事がわかっ
た。以上の事から、熱処理によるpn接合の移動量の制
御により、特性の改善が可能な事がわかった。しかし、
リーク電流はpn接合かへテロ接合から離れる程少なく
なるも低下する事が明らかとなり、特性的にはpn接合
る事が最も高い歩留りが得られる。
形成後の熱処理により、Pn接合の移動とこれにともな
う光出力の関係を求ぬた。この結果600℃で1時間(
A群)、5時間(B群)30時間(0群)の熱処理によ
り、Pn接合19が成長層12および13との界面とな
す距離は1.0μm、2.0μm、5μmであった。こ
れらの処理をして作製した発光ダイオードの特性は、次
の様であった。逆バイアス5V1μ八以下の歩留りはA
群は93%、B群と0群は95%でるって、いずれも、
実施例1における85チよりも高率であった。発光出力
は順バイアス100mAにおいて、A#Fi2mW、B
群は1.8mW、0群は1.0 m Wであった。この
結果、A群が最も作製条件として優れている事がわかっ
た。以上の事から、熱処理によるpn接合の移動量の制
御により、特性の改善が可能な事がわかった。しかし、
リーク電流はpn接合かへテロ接合から離れる程少なく
なるも低下する事が明らかとなり、特性的にはpn接合
る事が最も高い歩留りが得られる。
以上、説明した様に、本発明によればへテロ接合を用い
た発光ダイオードにおいて、光出力の低下なしに良好な
電気特性を持つ素子全歩留り良く作製できる。また、本
発明の構造全実現するために、近接するP型層の不純物
濃#をn型層の不純物濃度よりも^くして成長を行ない
、成長中またはその後の熱処理工程でn型層中に拡散さ
せて行なう方法が良い。この方法は成長接合法で行なう
のに対較して、工程数が少なく、また、再現性が良い特
長がある。本発明の効果は、実施例の他に、InGaP
とGaAS、InQaAS、pと工nGaASPとIn
GaAs 、In GaAsとInP。
た発光ダイオードにおいて、光出力の低下なしに良好な
電気特性を持つ素子全歩留り良く作製できる。また、本
発明の構造全実現するために、近接するP型層の不純物
濃#をn型層の不純物濃度よりも^くして成長を行ない
、成長中またはその後の熱処理工程でn型層中に拡散さ
せて行なう方法が良い。この方法は成長接合法で行なう
のに対較して、工程数が少なく、また、再現性が良い特
長がある。本発明の効果は、実施例の他に、InGaP
とGaAS、InQaAS、pと工nGaASPとIn
GaAs 、In GaAsとInP。
Ga A4AsとGaAS等の組合せ、および仙の11
1=V化合物の組合せでも同様である。また、素子溝端
においても、本発明の概念を変更しない範囲において、
実施例にとられれる事なく、変更しても良い。また、P
およびnの導伝型を実施例と、全く逆にしたり、その他
の順序で層をがさねる等をしても良い事は当然である。
1=V化合物の組合せでも同様である。また、素子溝端
においても、本発明の概念を変更しない範囲において、
実施例にとられれる事なく、変更しても良い。また、P
およびnの導伝型を実施例と、全く逆にしたり、その他
の順序で層をがさねる等をしても良い事は当然である。
この結果、本発明の構造およびその製造方法により、信
頼性の商い発光ダイオードを安価に製造できる。これら
の発光ダイオードは光通信、計測その他の分野への応用
が可能であり、本発明は工業上、経済上極めて有用であ
る。
頼性の商い発光ダイオードを安価に製造できる。これら
の発光ダイオードは光通信、計測その他の分野への応用
が可能であり、本発明は工業上、経済上極めて有用であ
る。
第1図は本発明による発光ダイオードの断面図、第2図
は本発明による他の発光ダイオードの断面図である。
は本発明による他の発光ダイオードの断面図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、 バンドギャップの大きい第1の層、第1の層より
もバンドギャップの小さい第2の層、および、第2の層
よりもバンドギャップの大きい第3の層の少なくとも3
つの層から成り、3層が順に接触している半導体素子に
おいて、p−n接合面が第1の層もしくは第2の層、も
しくは第3の層内部にあり、各層の境界とは不一致であ
る事を特徴とする半導体発光ダイオードおよびその製造
方法。 2、各々、′Pまたはn型の第1および第2.第3の層
を順次エピタキシャル成長させる際に、n型と接触する
P型層の不純物濃度を該n型層よりも高くしておき、エ
ピタキシャル成長中またはその後の熱処理工程によって
、該P型層に含まれる不純物を該n型層に拡散させてp
n接合面を成長境界から移動させる事を特徴とする半導
体発光ダイオードおよびその製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9935083A JPH0691280B2 (ja) | 1983-06-06 | 1983-06-06 | 半導体発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9935083A JPH0691280B2 (ja) | 1983-06-06 | 1983-06-06 | 半導体発光ダイオード |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59225580A true JPS59225580A (ja) | 1984-12-18 |
JPH0691280B2 JPH0691280B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=14245159
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9935083A Expired - Lifetime JPH0691280B2 (ja) | 1983-06-06 | 1983-06-06 | 半導体発光ダイオード |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0691280B2 (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1983
- 1983-06-06 JP JP9935083A patent/JPH0691280B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5544471A (en) * | 1978-09-27 | 1980-03-28 | Hitachi Ltd | Work individually feeding mechanism |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0691280B2 (ja) | 1994-11-14 |
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