JPS61104680A - 発光ダイオ−ドの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野］ 本発明は、量産性に適した発光ダイオードの製造方法に
係わり、特に有機金属気相成長法を用いた発光ダイオー
ドの製造方法に関する。

〔発明の技術的背頓とその問題点〕

近年、光加入者系伝送システムが急速な広がりを見せ始
めている。その中で、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、半
導体レーザ（ＩＤ）に比べ安価で信頼性に富み、また１
０とマルチモードファイバとの組合わせで生じるモーダ
ルノイズの問題が無いことから、上記光加入者系伝送シ
ステムのキーデバイスであると見られている。しかしな
がらＬＥＤは安価だとはいえ、一般の電気部品よりは逃
かに高価であることから、ＬＦＤの低価格化が）に加入
省系伝）′！（システムの一般普及への最大の課題とイ
ｊ′−）でいる。

ＩＦＤの低価格化をＭむ大きな要因の一つに、ＩＦ’Ｉ
’）のつ■ハ製作の歩留りがある。用在、ｌ−Ｅｌ）Ｃ
は；１シ相エピクキシ１フル成民法（ｌ　ＰＦ法）で各
層を成長さ１！るが、このＬ　Ｐ　Ｆ法は一般的につ【
ハ面（＾が小さく、またウェハ均一性も悪いことから人
出生に向きとＩは言えイｒい。また、発光特性的には、
１−Ｐ［法では層間界面が急峻でなくだれを（１−シる
ことから、活性層内での発光効率が低下し、効率的にｂ
　＋ｉれたものではなかった。そのため、月光ノアイバ
人力パワーを−に昇さぜるべく、Ｌ［−１）つｆハのｌ
ノンス加工等を行いパワー不足を補つＣいたが、このこ
ともＩＥＤの高価格化の一囚どイ蒙つ−Ｃい／＋：　。

一１ノ、１［）においては結晶成長に有機金属気相成長
法（Ｍ　ＯＣＶ　Ｄ法）を用いることが検問されている
が、このＭ　ＯＣＶ　Ｄン去を１−ＦＤのｌｌｌ１ｊｊ
告（こ用いると、発光効率が著しく低下してしまう。ｌ
ｒ）の場合誘導放出により発光するので活性層における
発光効率の低下は左程大きな問題とならないが、ＬＥＤ
の場合この発光効率の低下は致命的な欠員となる。この
ため、ＩＥＤの製造にＭＯＣＶＤ法を用いることは不適
であると考えられていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、発光効率の高い発光ダイオードを安価
に製造することのできる発光タイオー１〜の製造方法を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、ペテθ接合構造の結晶成長にＭＯＣＶ
Ｄ法を用いることにあり、さらにＩＶＩ　ＯＣＶＤ法を
用いても発光効率の低下を抑えることにある。

本発明者等は、ＬＦＤの製造に関し、ＭＯＣＶＤ法を用
いて各種実験を行ったところ、次のような事実を見出だ
した。即ち、Ｍ　ＯＣＶ　Ｄ法を用いて作製したＬＥＤ
の発光効率が低下するのは、原料汚染その他の不良要素
、さらに各種のパラメータの不適正にあることを見出だ
した。そこで、原料汚染その他の不良要素をなくし、各
種パラメータを最適に設定し、Ｍ　ＯＣＶ　Ｄ法でＩＦ
Ｄを作製１ノ１．：どころ、ＩＰＦ法でのｌ−Ｆ　Ｄと
略同程度若しく（，１そｔｌ、　Ｉストの発光効率が得
られることが判明した３、ここで、Ｍ　ｏ　ｃ　Ｖ　［
）法は、膜厚や組成の均−ｆｌに漠れＣおり、さらにつ
丁ハ面積を広くできるど云う４ｊｉ　ｌｈを角しでいる
。従って、上述した条件ｒ　Ｍ　ＯＣＶ　ｌ）法ヲ用イ
テ１−Ｅｌ）を作製すルコとにＪ、す、高９１率のｌ　
Ｅ　ｌ）を安価に実現できることになる。

本メを明はこのような点に着目し、ペテロ接合構造をＭ
　’ｌる半導体発光ダイオードの製造方法においで、第
１ｉ＃電型の半導体基板上に有機金属気相成１処法を用
い、少なくとも第１導電型クラッド層。

活１１１層及び第２′４電型クラツド層を順次成長形成
し１次い−ＣＬ記第２導電型クラッド層上にコンタクト
金属を選択的に付着すると共に該コンタクト金属の周囲
に絶縁膜或いは逆接合を形成して電流狭窄ＩＭ　ｉＭを
形成するようにした方法である。

〔発明の２１１宋〕 本発明によれば、ＭＯＣＶＤ法を用いることにより、大
口径で均−竹の優れＩごつＪハを１１することができ、
ＬＥＤの量産に有効であり、製造二ｌｌス１〜の低減を
はかり得る。さらに、ＭＯＣＶｒ）法により急峻な界面
が１ｑられ理想的なｒ）Ｈ構造を形成づることが可能で
ある。このため、キャリアの閉込めが完全となり、発光
効率の向上にも有効である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例方法に係わる
バラス型発光ダイオードの製造工程を示す断面図である
。まず、第１図（ａ）に示す如くＮ−ＧａＡＳ！Ｉｆｉ
１１上にＮ−ＱａＡｓバッファ層１２　、　Ｎ　　Ｇ　
ａｏ、６ＩＩＡ　ｅａ、ｓａＡ　Ｓ第１クラッド層１３
、Ｐ−ＧａＡｓ活性層１４及びＰ　　Ｇ　ａｏ、ａｉ　
Ａ　Ｑａｓ！ＩＡｓ第２クラッド層１５を、Ｍ　ＯＣＶ
　Ｄ法によって上記類に成長形成する。ここで、各層１
２゜〜、１５のキャリア８１度及び厚さは下記表に示す
通りである。

イｆお、Ｎ　ＩＩｑ　＋ニーパン［・どしてはＳｅを、
Ｐ型ドーパントどじではＩ　ｎを用いた。結晶成長温度
は、１１□い発光すｊ率と良好／、１表面状態が得られ
る条件か’）７５（１［’Ｃ１どしＩこ。原料どしては
１ヘリメヂルノＪす「″ツム［（Ｃｔ１３）　３　Ｑａ
　］　、ｈリメチルアルミニ＋：）ム［（Ｃ１１３＞　
３Ａ　Ｑ、コ及ヒアルシン［Ａｓ１ｈｌを用いた。Ｐ型
ドーパンｉ〜にはジエチルジンク［（Ｃ２１−＋５）　
２　Ｚ　ｎ　］を、Ｎ型ドーパントには［１−１２Ｓｅ
１を用いた。また、原料ガス中の■ｈＸ元素（Ｇａ、Ａ
ｇ）とＶ族元素（Ａｓ）とのｔル比は［Ａｓ１．／［Ｇ
ａ＋Ａｆｆ］＝３０としｌこ　。

次に、第１図（ｂ）に示す如く第２クラッド層１５上の
全面にＡｕ７ｎ　（Ｚｎ５％）からなるＡ−ミンク電極
（コンタク１〜金属）１６を厚さ３０００〜４０００［
人］形成した後、フォＩ・レジストをマスクとして、＋
２−Ｋ　Ｉ−ｔ１２０　（小量比１：４：４）系エツチ
ング液を用い、直径３０［μｍ］の円形に電極１６を残
して他をエツチング除去する。次いで、７４１ヘレジス
１へを除去し！、：のち、第１図（Ｃ）に示す如く全面
にＣＶ［）法によってＳｉＯ２膜１７膜厚７３０００　
［人１形成し、続いてフォ１−レジメｉ〜をマスクとし
ＣＡｌ１／ｎオーミック電極１６上のＳｉＯ２！ｌ！を
選１）り除去する。このときのエツチング液には、弗化
７７ン七ニウム溶液を用いた。

次に、第１図（ｄ）に示す如＜ｐＩＩｌり全面にＣｒ（
１０００人）、Ａｕ　（５０００人）を舶次形成してＰ
側電極１８を形成した。その後、Ｍ仮１１の裏面側を研
磨し、３０００〜３５０［μｍ］厚さの基板１１を厚さ
８０［μ′ｍ、］程度まで薄くした。次いで、第１図（
ｅ）に示す如く基板１１の裏面側にＡｕＧｅ　（Ｇｅｍ
、５％）及ヒＡ　ＬＪ　ヲそれぞれ５０００　［人］、
１０００［人］形成してＮ１１１１電極１９を形成した
。そして、フォトレジストをマスクとしてＡ−−ミック
電極１６に対向して的？Ｗ　１５（’）　［μｍ］の円
形にＮ電極１９をエツチング除去Ｊる。さらに、Ｐ側電
極１８−トに電界メツ−１−法にＪ、す△（１層２０を
２０［Ｉ１ｍ］の厚さで形成した。。

次に、前記第１図（ｅ）に示す状態でＮ＋−１４ＯＬｌ
　−１１２０系］−ツチング液を用い、Ｎ側電極１９を
マスクとして基板１１及びバッファ層１２を前８「ｉり
）ラド層１３に至る深さまでエツチング除去ミノ、）に
出力取出し用窓２１を形成した。

かくして得られた発光ダイオードは、ＭＯＣＶ［）法に
Ｊ：って実現された高品質な結晶性と急峻で良好な界面
特性を反映して、外部量子効率が３［％１以トと口好な
ものであった。また、光フアイバ出力どして、電流１０
０［ｍＡ］で、コア径５０［ｔ、ｔｒｎｌ、クラツド径
１２５　［μｍ］　Ｇ　Ｉファイバに、バッ］ヘジョイ
ントで１１０［μＷ］以上と帰れた特↑りを示した。さ
らに、ファイバの先球加工で１６０［μＷ］以上という
優れた特性を示した。

ここで、上記光ファイバとの結合効率が向上する理由は
、ＭＯＣＶＤ法を用いて各層を成長したので結晶面にだ
れがないためであると考えられる。

即ち、バラス型ＬＥＤは第２図に示す如くして光ファイ
バ２５と結合されるが、Ｌ　Ｐ　Ｆ法による１−ＥＤで
は基板エツチングにより露出した第１クラッド層１３の
表面にだれが生じているので、活性層１２で発光した光
がクラッド層１３の表面で散乱する。このため、光ファ
イバ２５との結合効率が低下する。これに対しＭＯＣＶ
Ｄ法によるＩＥＤでは、クラッド層１３の表面にだれが
生じることなく、該表面は鏡面に近い状態であるので、
１配散乱が生じることなく、結合効率の向トをはかり得
るのである。

また、ＭＯＣＶＤ法を用いたことにより、人［１径で均
一性の優れたウェハを得ることができ、開度に有効であ
り製造コストの低減をはかりｊりる。

さらに、ＭＯＣＶＤ法を用いることにより、クララド層
１５の７ｎドープの量を増やＪことが可能となる。この
ｌζめ、オーミックコンタク１〜で生じるシリーズ抵抗
を小さくすることができ、該抵抗部での光熱を抑え、こ
れにより発光効率のＪ：リ一層の白土をはかることも可
能である。

なお、本発明は上）ホした実施例方法に限定されるもの
ではない。例えば、前記Ｍ　ＯＣＶ　Ｏ法にＪ：る結晶
成長量の各種条件は、成長すべき半導体層ぞの他の仕様
に応じて適宜変更可能である。また、！ｉｆｉ　４ｆｊ
　Ｉ：ツヂングの際に深さの制御を必要とする場合は、
前記バッファ層１２０代りに第３図に示す如くＡＣを含
む層３２を形成し、この層３２をＪップング停止１一層
として用いることも可能である。

３した、用いる半導体４Ａ利はＧ　ａ　Ａ　Ｓ　、’　
Ｇ　ａ　Ａ　Ｉｌ　ＡＳ系に限るものではなく、ｒ　ｎ
Ｐ／Ｉ　ｎＧａＡｇ１）系’ｔ　４ｉ＋　Ｊ、く、他の
化合物半導体材料を用いることｂ　’ｉｉＴ能である。

また、例えばＧａＡＲＡＳのよう＜ｉ坩打メ祠判が発光
波長に対し透明である場合、前記した基板エツチングを
省略することも可能であり、しかも基板を加工してレン
ズ作用を持たせたり、種々の応用が考えられる。即ち、
バラス型発光ダイオードに限らず、各種の発光タイオー
ドのＩｌ造に適用することが可能である。その他、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例方法に係わる
バラス型発光ダイＡ−ドの製造工程を示す断面図、第２
図は上記ダイオードの効果を説明するための断面図、第
３図は変形例を示す断面図である。 １１・Ｎ−ＧａＡＳ基板、１２・・・Ｎ−ＧａＡＳバッ
フ１層、１３−Ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　Ａ　Ａ　ｓ第１クラ
ッド層、１４・Ｐ−ＧａＡｓ活性層、１５　・Ｐ　−Ｇ
ａＡｆｆｉＡｓ第２クラッド藤、１６−Ａ　ＬＪ　Ｚ　
ｎ電極（］ンタク１〜金属）、１７・・・ＳｉＯ２膜、
１Ｂ・・・ＣｒＡｕ電極、１９　・・・ΔｕＧｅ電極、
２０−Ａ　１４層、２１・・・光取出し用窓、２５・・
・光ファイバ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 へ１１ 田 ぐ　（Ｑ　　　　　ｒ− ｆ−ｆ−容　− 第１図 特開昭６ｌ−１０４６８０（５） 第２図 第３図 ２、′　　□−で１９

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１導電型の半導体基板上に有機金属気相成長法
   を用い、少なくとも第１導電型クラッド層、第１若しく
   は第２導電型の活性層及び第２導電型クラッド層を順次
   成長形成する工程と、次いで上記第２導電型クラッド層
   上にコンタクト金属を選択的に形成すると共に該コンタ
   クト金属の周囲に絶縁膜或いは逆接合を形成して電流狭
   窄構造を形成する工程とを含むことを特徴とする発光ダ
   イオードの製造方法。
2. （２）前記基板の前記コンタクト金属に対応する位置を
   、前記基板の裏面側からエッチングして光出力取出し用
   窓を形成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の発光ダイオードの製造方法。
3. （３）前記基板のエッチングを、前記第１導電型のクラ
   ッド層に達するまで行うことを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の発光ダイオードの製造方法。
4. （４）前記基板としてＧａＡｓ基板、前記各層としてＧ
   ａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系半導体材料を用いたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の発光ダイオードの製
   造方法。