JPS592382A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JPS592382A JPS592382A JP57111211A JP11121182A JPS592382A JP S592382 A JPS592382 A JP S592382A JP 57111211 A JP57111211 A JP 57111211A JP 11121182 A JP11121182 A JP 11121182A JP S592382 A JPS592382 A JP S592382A
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- light
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- H01L33/0004—Devices characterised by their operation
- H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission
- H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
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】
〔発明の技術分野〕
この発明は、G a A a系の化合物半導体を基板と
する半導体発光装置に係わり、特に光プリンタ等に用い
られる半導体発光装置に関するものである。
する半導体発光装置に係わり、特に光プリンタ等に用い
られる半導体発光装置に関するものである。
光プリンタ用光源としては、従来よりGaAlAsを活
性層とする半導体レーザが提案され開発されてきたが、
最近これに代わるものとして、発光ダイオードを高密度
に集積して使用する方法が提案され、開発が行なわれて
いる。このような発光ダイオードアレイは例えば第1図
(A) 、 fE9に示すようにして形成する。まず、
第1図囚のようにn型Ga As 基板5上に第1の
n型層aAsP層6を気相成長し、さらにこの第1のn
型層aAsP層・6上に第2のGjIAIIP層7を気
相成長して気相成長ウェー八8を形成する。上記第1の
n型層aAsP層6および第2 (7) n型層aAs
P層7はそれぞれGa A s y P 1 y 、G
aAsxPL−x (x<y<1 )となるもので、第
2のGaAsP層7が活性層となっている。
性層とする半導体レーザが提案され開発されてきたが、
最近これに代わるものとして、発光ダイオードを高密度
に集積して使用する方法が提案され、開発が行なわれて
いる。このような発光ダイオードアレイは例えば第1図
(A) 、 fE9に示すようにして形成する。まず、
第1図囚のようにn型Ga As 基板5上に第1の
n型層aAsP層6を気相成長し、さらにこの第1のn
型層aAsP層・6上に第2のGjIAIIP層7を気
相成長して気相成長ウェー八8を形成する。上記第1の
n型層aAsP層6および第2 (7) n型層aAs
P層7はそれぞれGa A s y P 1 y 、G
aAsxPL−x (x<y<1 )となるもので、第
2のGaAsP層7が活性層となっている。
次に、上記気相成長ウェー八8表面に8101膜等を被
着12、拡散窓をパターニングして、このパターニング
された膜をマスクとして亜鉛等の不純物をL記つェー゛
ハ8に拡散させ、第1図(ハ)に示すように複数のp型
領域9,9・・・を形成する。この後、適宜このウェー
八8をダイシングし、カソード電極およびアノード電極
をパターニングして適当な外囲器に組み製品とする。
着12、拡散窓をパターニングして、このパターニング
された膜をマスクとして亜鉛等の不純物をL記つェー゛
ハ8に拡散させ、第1図(ハ)に示すように複数のp型
領域9,9・・・を形成する。この後、適宜このウェー
八8をダイシングし、カソード電極およびアノード電極
をパターニングして適当な外囲器に組み製品とする。
しかし、上記のようにして形成した発光ダイオードアレ
イは、発光パターンの微細化は可能であるが発光出力が
小さいことと、ウェー八8内に形成された各発光領域の
発光出力のばらつきが非常に大きいこと等の欠点がある
。
イは、発光パターンの微細化は可能であるが発光出力が
小さいことと、ウェー八8内に形成された各発光領域の
発光出力のばらつきが非常に大きいこと等の欠点がある
。
このような発光出力の悪さやばらつきは。
GaAg 基板5上に格子定数の異なるGaAaFを
成長させるためにどうしても、GaAsP結晶内に結晶
欠陥が発生し、それがウェー八8内で大きくばらついて
いるためで、本質的に避は得ないものである。加えて、
不純物を活性領域に拡散させると、活性領域の結晶構造
が傷つけられ発光出力およびそのばらつきは更に悪化1
.ていた。
成長させるためにどうしても、GaAsP結晶内に結晶
欠陥が発生し、それがウェー八8内で大きくばらついて
いるためで、本質的に避は得ないものである。加えて、
不純物を活性領域に拡散させると、活性領域の結晶構造
が傷つけられ発光出力およびそのばらつきは更に悪化1
.ていた。
特に、複数の発光素子を備えた光プリンタ用発光ダイオ
ードアレイでは、各素子の発光出力のばらり永が大きい
と製品としては成り立たず、発光出力のばらつきの低減
が大きな課題となっていた。
ードアレイでは、各素子の発光出力のばらり永が大きい
と製品としては成り立たず、発光出力のばらつきの低減
が大きな課題となっていた。
この発明は、上記のような点に鑑みなされたもので、G
a A s P系の発光ダイオードと近い波長領域で
発光し、活性層にpn接合を得るための拡散工程を行な
う必要がなく、高い発光出力を有し、発光出力のばらつ
きが小さく、比較的微細化も可能な半導体発光装置を提
供するものである。
a A s P系の発光ダイオードと近い波長領域で
発光し、活性層にpn接合を得るための拡散工程を行な
う必要がなく、高い発光出力を有し、発光出力のばらつ
きが小さく、比較的微細化も可能な半導体発光装置を提
供するものである。
すなわち、この発明に係る半導体発光装置は、GaAs
表面にこのGaAs 基板と同一導電型の第1の
GaAlAsエピタキシャル層を活性層として形成し、
この第1のG a A I A sエピタキシャル層ト
にダイオードとなるよう上記GaAs+基板と逆導電型
の厚さが10μm 以下の第2のG a A I A
sエピタキシャル層を液相成長したものである。
表面にこのGaAs 基板と同一導電型の第1の
GaAlAsエピタキシャル層を活性層として形成し、
この第1のG a A I A sエピタキシャル層ト
にダイオードとなるよう上記GaAs+基板と逆導電型
の厚さが10μm 以下の第2のG a A I A
sエピタキシャル層を液相成長したものである。
以下図面を参照してこの発明の一実施例につき説明する
。第2図は液相成長装置10の断面を示すもので、面方
位(100)±0.5°なる亜鉛を添加したP型のGa
As 基板11を、液相成長装置10のグラファイト
製スライドボート12に設けられた凹部13内に設置す
る。
。第2図は液相成長装置10の断面を示すもので、面方
位(100)±0.5°なる亜鉛を添加したP型のGa
As 基板11を、液相成長装置10のグラファイト
製スライドボート12に設けられた凹部13内に設置す
る。
このグラファイト製スライドボート12上には第1およ
び第2の融液溜14.15を備えた摺動可能なグラファ
イト製スライダー16が設置されている。そして、この
第1および第2の融液溜14.IBには、金属ガリウム
、GaAa 多結晶、金属アルミニメラムおよび金属
亜鉛を溶融混合したt゛型液相成長層を形成すべき第1
の融液17、およびn型液相成長層を形成すべき金属ガ
リウム、G a A s 多結晶、金属アルミニウム
および金属テルリウムを溶融混合した第2の融液18を
それぞれ入れておく。
び第2の融液溜14.15を備えた摺動可能なグラファ
イト製スライダー16が設置されている。そして、この
第1および第2の融液溜14.IBには、金属ガリウム
、GaAa 多結晶、金属アルミニメラムおよび金属
亜鉛を溶融混合したt゛型液相成長層を形成すべき第1
の融液17、およびn型液相成長層を形成すべき金属ガ
リウム、G a A s 多結晶、金属アルミニウム
および金属テルリウムを溶融混合した第2の融液18を
それぞれ入れておく。
このような状態の液相成長装置10を図示しない気密封
止可能な石英管内の水素雰囲気中に設置する。そして、
まず、融液を800〜900℃に昇温し、スライダー1
6を矢印方向に移動させ、第1の融液溜14が凹部13
に開口した状態に設定してから冷却速度0,5℃/分で
徐冷して、GaAs 基板11上にV型GaAIA、
szビタキシャル層を成長させる。
止可能な石英管内の水素雰囲気中に設置する。そして、
まず、融液を800〜900℃に昇温し、スライダー1
6を矢印方向に移動させ、第1の融液溜14が凹部13
に開口した状態に設定してから冷却速度0,5℃/分で
徐冷して、GaAs 基板11上にV型GaAIA、
szビタキシャル層を成長させる。
次にスライダー16をさらに矢印方向に動かし、第2の
融液溜15をGaAs 基板11の載置された凹部1
3に開口し、P型層aAlAsエビタキンヤル層七に1
0μm以下の厚さのn型層aλIAsエピタキシャル層
を液相成長させる。
融液溜15をGaAs 基板11の載置された凹部1
3に開口し、P型層aAlAsエビタキンヤル層七に1
0μm以下の厚さのn型層aλIAsエピタキシャル層
を液相成長させる。
このようにして、例えば2cm角の(100)面を有す
るG a A s 基板上に順に7.5±1.5μm
のp型G a A I A sエピタキシャル層およ
び60±1μn1のn型層aAlAsエビタキVヤル層
の成長したウェーハを形成する。この場合のAIλ魯混
晶比の変化は、第3図に示すようになる。
るG a A s 基板上に順に7.5±1.5μm
のp型G a A I A sエピタキシャル層およ
び60±1μn1のn型層aAlAsエビタキVヤル層
の成長したウェーハを形成する。この場合のAIλ魯混
晶比の変化は、第3図に示すようになる。
次にこのようなエピタキシャルウェーハを用いて第4図
fAi〜(nに示すような工程によりダイオードアレイ
を形成した。
fAi〜(nに示すような工程によりダイオードアレイ
を形成した。
まず、第4図GA)に示す2oは紳型GaAs 基板
20で、この基板2o上には前記のようにして順にP°
型G a A I A s層21および。型GaAlA
1層22を液相成長させ、半導体ウェーハlsを形成す
る。そして、このウェーハ23の上表面に例えば810
□による絶縁膜な被着させ、n型GaAlAs層22の
発光領域とずべき部分に対応した所の絶縁膜24を残す
ように写真蝕刻する。
20で、この基板2o上には前記のようにして順にP°
型G a A I A s層21および。型GaAlA
1層22を液相成長させ、半導体ウェーハlsを形成す
る。そして、このウェーハ23の上表面に例えば810
□による絶縁膜な被着させ、n型GaAlAs層22の
発光領域とずべき部分に対応した所の絶縁膜24を残す
ように写真蝕刻する。
次に第4図(Blに示すように上記絶縁膜24をマスク
としてウェーハ23表面から亜鉛を拡散させ、p型Ga
AlA1層21に達するν型分離領域25を形成する。
としてウェーハ23表面から亜鉛を拡散させ、p型Ga
AlA1層21に達するν型分離領域25を形成する。
このとき、n型GaAlAs層22はp型分離領域25
により分割され、独立したn型島領域26a、26b・
・・ を形成する。
により分割され、独立したn型島領域26a、26b・
・・ を形成する。
このn型島領域26a、26b−とρ型GaAlA1層
2)との埴n接合面が発光領域となる。
2)との埴n接合面が発光領域となる。
この場合、n型GaAlA1層22は充分に薄いために
(10μm以下)、亜鉛を深く拡散する必要がなく、そ
のため、この拡散工程では戸型分離領域25の横方向の
拡がりは非常に小さいもので済む。
(10μm以下)、亜鉛を深く拡散する必要がなく、そ
のため、この拡散工程では戸型分離領域25の横方向の
拡がりは非常に小さいもので済む。
次に、上記絶縁膜24を除去し、第4図(Alの場合と
同様にSiO□等による第2の絶縁膜をウェーハ23.
Lに再び被着させ、第4図(qに示すように、この絶縁
膜27によりP型分離領域25が覆われ、n型島領域2
6a、26b・・・ が露出するように、絶縁膜27を
写真蝕刻する。
同様にSiO□等による第2の絶縁膜をウェーハ23.
Lに再び被着させ、第4図(qに示すように、この絶縁
膜27によりP型分離領域25が覆われ、n型島領域2
6a、26b・・・ が露出するように、絶縁膜27を
写真蝕刻する。
その後、第4図(0に示すように、金にベリリウムを微
量添加した電極薄膜28をe°型GaAs基板20裏面
に形成する。また、ウェー/、2.9の表面には、各n
型島領域26m、26b・・・ の縁部にそれぞれ接続
する金にゲルマニウムを微量添加した金属電極29a、
29b・・・ をパターニング形成し、発光ダイオード
アレイとする。
量添加した電極薄膜28をe°型GaAs基板20裏面
に形成する。また、ウェー/、2.9の表面には、各n
型島領域26m、26b・・・ の縁部にそれぞれ接続
する金にゲルマニウムを微量添加した金属電極29a、
29b・・・ をパターニング形成し、発光ダイオード
アレイとする。
この第4図(lに示す装置の電極薄膜28および金属電
極29c 間に順電圧を印加すると、n型島領域26
c のpn接合部付近が発光し、金属電極29c
の開口部3oより光が外部に放射される。
極29c 間に順電圧を印加すると、n型島領域26
c のpn接合部付近が発光し、金属電極29c
の開口部3oより光が外部に放射される。
このようにしてダイオードアレイを形成し、n型G a
A I A、 a層22の厚さを10μm 以下にし
た場合、・白°型分離領域25の横方向拡散は10μm
程度を見込めばよく、ト型分離領域25の間隔、すな
わち発光領域となるn型島領域26a、26b・・・
の間隔は充分に39pm 以下にすることができる。
A I A、 a層22の厚さを10μm 以下にし
た場合、・白°型分離領域25の横方向拡散は10μm
程度を見込めばよく、ト型分離領域25の間隔、すな
わち発光領域となるn型島領域26a、26b・・・
の間隔は充分に39pm 以下にすることができる。
さらに例えばn型GaA、IAsAs層内2厚な6μm
以下にした場合には1発光領域の間隔を少なくとも20
μm 以下にすることがでとる。
以下にした場合には1発光領域の間隔を少なくとも20
μm 以下にすることがでとる。
次に、この実施例による発光ダイオードアレイと第1図
に示した発光ダイオードアレイにつき素子の特性を比較
する。この場合、発光波長はいずれも7000mとした
。
に示した発光ダイオードアレイにつき素子の特性を比較
する。この場合、発光波長はいずれも7000mとした
。
まず発光効率は、従来のものでは0,05% であるの
に対しこの実施例によるものでは0.5%に向上した。
に対しこの実施例によるものでは0.5%に向上した。
また、発光領域の面積を80μm×80μm とし、各
発光領域間の間隔を40μm に設定12て128 個
の発光領域を一列に集積した発光装菅を多数形成した場
合、同一発光装置内における全ての発光領域の出力のば
らつきが12倍以内に抑えられている装置の割合は、従
来5%程度であったのに対し、この実施例によるもので
は50%に改善された。
発光領域間の間隔を40μm に設定12て128 個
の発光領域を一列に集積した発光装菅を多数形成した場
合、同一発光装置内における全ての発光領域の出力のば
らつきが12倍以内に抑えられている装置の割合は、従
来5%程度であったのに対し、この実施例によるもので
は50%に改善された。
さらに、ダイオードアレイとして配列する各素子(発光
領域)の光漏話の状態は、各素子を1個お〜に点灯させ
、発光部分と非発光部分との光出力の比で見た場合、従
来のものが「100:4」であるのに対し、この実施例
のものではrloo : 5Jであった。これは、1素
子あたりの発光効率が約10倍に改善されていることを
鑑みれば問題にならない。
領域)の光漏話の状態は、各素子を1個お〜に点灯させ
、発光部分と非発光部分との光出力の比で見た場合、従
来のものが「100:4」であるのに対し、この実施例
のものではrloo : 5Jであった。これは、1素
子あたりの発光効率が約10倍に改善されていることを
鑑みれば問題にならない。
このように発光素子の特性が改善したのは、半導体ウェ
ーへのGaAs 基板とGaAsP系による液相成長
層との結晶格子定数が良く一致するために、結晶欠陥が
著しく減少し、ウェーハ内の特性のばらつきが非常に小
さくなったことと、液相成長層の接合面でP11接合を
形成しているため活性領域の結晶を拡散工程でいためる
ことがなく、ψれ接合面の深さもウェーへ内で一定して
いることによる。
ーへのGaAs 基板とGaAsP系による液相成長
層との結晶格子定数が良く一致するために、結晶欠陥が
著しく減少し、ウェーハ内の特性のばらつきが非常に小
さくなったことと、液相成長層の接合面でP11接合を
形成しているため活性領域の結晶を拡散工程でいためる
ことがなく、ψれ接合面の深さもウェーへ内で一定して
いることによる。
また、最上層の液相成長層(n型GaAlAs層22)
が10μn+I2L下と充分に薄いために、亜鉛の浅い
拡散により素子分離が可能で、亜鉛の横方向拡散の拡が
りおよびばらつきも比較的低減でき発光パターンの微細
化高集積化が可能である。
が10μn+I2L下と充分に薄いために、亜鉛の浅い
拡散により素子分離が可能で、亜鉛の横方向拡散の拡が
りおよびばらつきも比較的低減でき発光パターンの微細
化高集積化が可能である。
なお、この実施例では最り層のn型GaAlAs層22
に亜鉛を拡散させ累子分離を行ない発光領域パターンを
形成したが、前記炉型分離領域25に対応して枦型層a
AIAa層21に達するまでn型G a A I A
s層22をエツチングして累子分離を行ない発光領域パ
ターンを形成しても良い。この場合もn型GaAlAs
層22が充分に薄いことから浅いエツチングで済み、そ
れに伴ないエツチングのばらつきや乱れは小さいものと
することができる。
に亜鉛を拡散させ累子分離を行ない発光領域パターンを
形成したが、前記炉型分離領域25に対応して枦型層a
AIAa層21に達するまでn型G a A I A
s層22をエツチングして累子分離を行ない発光領域パ
ターンを形成しても良い。この場合もn型GaAlAs
層22が充分に薄いことから浅いエツチングで済み、そ
れに伴ないエツチングのばらつきや乱れは小さいものと
することができる。
また、上記実施例ではp型のGaAs 基板20上に
順にP゛型のGaAlAs層21およびn型のGaAl
As層22を形成する場合について述べたが、ト記導電
型はそれぞれ逆導電型のものでも構成できる。
順にP゛型のGaAlAs層21およびn型のGaAl
As層22を形成する場合について述べたが、ト記導電
型はそれぞれ逆導電型のものでも構成できる。
以Eのようにこの発明によれば、活性層に#/n接合を
得るための拡散工程を行なわず、GaAs 基板に格
子定数の良く一致するGaAlAs系のエピタキシャル
層を成長させるため、結晶欠陥が著しく減少し発光効率
が均一に高まり、最上層の第2のエピタキシャル層を極
めて薄いものとしても実用的な発光出力を得ることがで
きる。それに伴い、発光領域のパターンを微細化するこ
とができ、高い発光出力を有し、ばらつきが小さく、G
aAsP系の発光ダイオード°と近い発光波長を有する
半導体発光装置を提供でぺ、特に光プリンタ用発光ダイ
オードアレイの製造歩留に入永く寄与する。
得るための拡散工程を行なわず、GaAs 基板に格
子定数の良く一致するGaAlAs系のエピタキシャル
層を成長させるため、結晶欠陥が著しく減少し発光効率
が均一に高まり、最上層の第2のエピタキシャル層を極
めて薄いものとしても実用的な発光出力を得ることがで
きる。それに伴い、発光領域のパターンを微細化するこ
とができ、高い発光出力を有し、ばらつきが小さく、G
aAsP系の発光ダイオード°と近い発光波長を有する
半導体発光装置を提供でぺ、特に光プリンタ用発光ダイ
オードアレイの製造歩留に入永く寄与する。
第1図(A+ 、 (11は従来の半導体発光装置を製
造過程と共に示す断面因、第2図はこの発明の一実施例
に係る半導体発光装置をその製造装置と共に示す1図、
tIp13図はこの発明の一実施に係る半導体発光装置
の混晶比を示すグラフ、第4図(A)7 (1)はこの
発明の一実施例に係る半導体発光装置を発光ダイオード
アレイを例として説明する図である。 10・・・液相成長装置 11 ・−Ga1g基板 20・・・1型GaA1基板 J J−p型層aAIAa層 22 ・−・n型GaAlAs層 23・・・ウェー八 25・・・V型分離領域 26m、26b−−−n型島領域
造過程と共に示す断面因、第2図はこの発明の一実施例
に係る半導体発光装置をその製造装置と共に示す1図、
tIp13図はこの発明の一実施に係る半導体発光装置
の混晶比を示すグラフ、第4図(A)7 (1)はこの
発明の一実施例に係る半導体発光装置を発光ダイオード
アレイを例として説明する図である。 10・・・液相成長装置 11 ・−Ga1g基板 20・・・1型GaA1基板 J J−p型層aAIAa層 22 ・−・n型GaAlAs層 23・・・ウェー八 25・・・V型分離領域 26m、26b−−−n型島領域
Claims (2)
- (1)−導電型のGaAa 基板と、このGaAa基
板E基板酸され上記GaAs 基板に対し同一導電型
の第1のGaAlAsエピタキシャル層と、この第1の
GaAlAsエピタキシャル層上に形成されL記G a
A s 基板に対し逆導電型の第2のGaAlAs
エピタキシャル層とを有し、この第20)GaAIA
s+エピタキシャル層の層厚が10μm 以下であるこ
とを特徴とする半導体発光装置。 - (2)L記G a A s 基板および@1のGaA
lAsエピタキシャル層は亜鉛を主たる不純物として含
むν型であり、上記第2のG a A I A s エ
ピタキシャル層はテルリウムを主たる不純物として含む
n型であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57111211A JPS592382A (ja) | 1982-06-28 | 1982-06-28 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57111211A JPS592382A (ja) | 1982-06-28 | 1982-06-28 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS592382A true JPS592382A (ja) | 1984-01-07 |
Family
ID=14555336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57111211A Pending JPS592382A (ja) | 1982-06-28 | 1982-06-28 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS592382A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5406095A (en) * | 1992-08-27 | 1995-04-11 | Victor Company Of Japan, Ltd. | Light emitting diode array and production method of the light emitting diode |
-
1982
- 1982-06-28 JP JP57111211A patent/JPS592382A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5406095A (en) * | 1992-08-27 | 1995-04-11 | Victor Company Of Japan, Ltd. | Light emitting diode array and production method of the light emitting diode |
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