JPS61280686A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製造方法Info
- Publication number
- JPS61280686A JPS61280686A JP60121407A JP12140785A JPS61280686A JP S61280686 A JPS61280686 A JP S61280686A JP 60121407 A JP60121407 A JP 60121407A JP 12140785 A JP12140785 A JP 12140785A JP S61280686 A JPS61280686 A JP S61280686A
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- Japan
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- semiconductor
- type
- multilayer film
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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）
本発明は光出射面にレンズを形成した半導体発光素子に
関するものである。
関するものである。
（発明の技術的背景とその問題点）
一般に半導体発光素子はその素子内部と外部との光の屈
折率差が大きいため素子内部で発光した光のほとんどは
半導体表面で反射もしくは散乱してしまう。したがって
バラス型のように素子内部の光を反射させることがなく
そのまま放射する発光ダイオードにおいては、レンズ等
で集光することは外部量子効率を高め高出力を図る上で
重要であり、種々の試みが提案されてきた。たとえば、
代表的には第４図に示すように半導体基板側の表面の凸
状レンズを形成する方法が用いられる。即ちｎ型１ｎＰ
塁板１上にｎ型１ｎＰバッファ層２、アンドープＩｎＧ
ａＡＳＰ活性層３、ｐ型ＩｎＰクラッド層４、ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰオーミック層５を成長させた後にレンズ状凸
部６を形成する。この構造は平坦な基板１自体にレンズ
状凸部を形成するため、フォトレジストを用いたイオン
ミーリング法およびブロムメタノールなどのエッチャン
トによるケミカルエツチングを行なわなければならず、
その製造工程が複雑になってしまうという欠点を有して
いた。
折率差が大きいため素子内部で発光した光のほとんどは
半導体表面で反射もしくは散乱してしまう。したがって
バラス型のように素子内部の光を反射させることがなく
そのまま放射する発光ダイオードにおいては、レンズ等
で集光することは外部量子効率を高め高出力を図る上で
重要であり、種々の試みが提案されてきた。たとえば、
代表的には第４図に示すように半導体基板側の表面の凸
状レンズを形成する方法が用いられる。即ちｎ型１ｎＰ
塁板１上にｎ型１ｎＰバッファ層２、アンドープＩｎＧ
ａＡＳＰ活性層３、ｐ型ＩｎＰクラッド層４、ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰオーミック層５を成長させた後にレンズ状凸
部６を形成する。この構造は平坦な基板１自体にレンズ
状凸部を形成するため、フォトレジストを用いたイオン
ミーリング法およびブロムメタノールなどのエッチャン
トによるケミカルエツチングを行なわなければならず、
その製造工程が複雑になってしまうという欠点を有して
いた。
（発明の目的）
本発明は、上記の問題点を解決し、量産性に富み、製造
プロセスが簡易でかつ外部量子効率が良い高出力の半導
体発光素子及びその製造方法を提供することである。
プロセスが簡易でかつ外部量子効率が良い高出力の半導
体発光素子及びその製造方法を提供することである。
〔発明の概要〕
本発明は所定の基板上に少なくとも活性層を有する半導
体多層膜構造を備え、この多層膜の主面に垂直な方向に
光を取出す面発光型半導体素子にあり、この半導体多層
膜に表面を底とする部分球面状またはそれに近い形状で
かつ屈折率がこの半導体多層膜よりも大きな半導体結晶
層を形成することを特徴とする。
体多層膜構造を備え、この多層膜の主面に垂直な方向に
光を取出す面発光型半導体素子にあり、この半導体多層
膜に表面を底とする部分球面状またはそれに近い形状で
かつ屈折率がこの半導体多層膜よりも大きな半導体結晶
層を形成することを特徴とする。
さらに本発明は、所定の導電型のＩｎＰ ％板上に少な
くとも活性層を有し表面がＩｎＰの半導体多層膜を形成
する工程と、この表面にエツチングマスクを形成する工
程と、このエツチングマスクの一部に穴を形成し、穴を
通して前記半導体多層膜をエツチングし凹部を設ける工
程と、この凹部に前記半導体多層膜より高屈折率のＩｎ
ＧａＡＳＰ結晶層を成長させる工程とからなる半導体発
光素子の製造方法にある。
くとも活性層を有し表面がＩｎＰの半導体多層膜を形成
する工程と、この表面にエツチングマスクを形成する工
程と、このエツチングマスクの一部に穴を形成し、穴を
通して前記半導体多層膜をエツチングし凹部を設ける工
程と、この凹部に前記半導体多層膜より高屈折率のＩｎ
ＧａＡＳＰ結晶層を成長させる工程とからなる半導体発
光素子の製造方法にある。
この凹部はマストランスポート法により滑かな球面状と
することができる。ざらに、このＩｎＧａＡｓＰ層をエ
ツチングマスクより高く成長させ回転放物面体状の凸部
とすることができる。
することができる。ざらに、このＩｎＧａＡｓＰ層をエ
ツチングマスクより高く成長させ回転放物面体状の凸部
とすることができる。
（発明の実施例）
以下本発明をＩｎＧａＡｓＰ ／ＩｎＰ系の発光ダイオ
ードに適用した実施例について図面を参照しながら説明
する。
ードに適用した実施例について図面を参照しながら説明
する。
第１図は本実施例の発光ダイオードの構造を示す。
また第２図（ａ）乃至（ｆ）は本発明の実施例の発光ダ
イオードの製造プロセスを示す。 即ち第２図（ａ）に
示すように、ｐ型Ｉｎ、Ｐ基板１１上にｐ型ＩｎＰバッ
ファ層１２、ｐ型１ｎＧａＡｓＰ活性層１３、ｎ型Ｉｎ
ｐクラッド層１４、アンドープＩｎＧａＡｓＰエツチン
グストップ層１５、ｎ型ＩｎＰ層１６、アンドープＩｎ
ＧａＡｓＰエツチングストップ層１７、ｎ型ＩｎＰ層１
８を液相エキタピシャル法により成長させる。これら層
で半導体多層膜をつくる。つづいて第２図（ｂ）に示す
ようにＣＶＤ法によりＳ ｉ Ｏ２エツチングマスク膜
１９を堆積させ、フォトリソグラフィ法により５μｍφ
の穴をこの股上にエツチングにより形成し、さらに第２
図（Ｃ）に示すようにｎ型ＩｎＰ層１８をケミカルエツ
チング除去した後、ケミカルエツチング液によりエツチ
ングストップ層１７を除去する。次に第２図（ｄ）のよ
うにフォトリソグラフィ法により前記第２図（ｂ）の工
程で形成した穴と同心円状に１５μｍφの穴を形成する
。このエツチングマスクの拡大された穴を通じ第２図（
ｅ）に示すように前記第２図（Ｃ）の工程と同様にｎ型
ＩｎＰ層１６、アンドープＩｎＧａＡＳＰ層１５をケミ
カルエツチング除去する。第２図（ｆ）の工程は、前記
第２図（ｅ）の工程により形成した階段状のエッチジグ
壁面を６７０℃のホスフィン（ＰＨ３）雰囲気中の反応
管内で１時間、マストランスポート法により滑な凹面２
０を形成した後、液相エピタキシャル法により Ｉｎ１−ｘＧａＸＡｓ、Ｐｌ−ｙ（ｘ ＝ ０．１８．
Ｖ＝ ０．３９ ）埋込み層２１としての高屈折率半
導体結晶層を成長しさらにブロムメタノールを用いて清
な凸面のレンズ表面２２を形成した状態を示す。その後
ＳｉＯ２エツチングマスク膜１９を除去し、第１図に示
すようにｎ電極２３を蒸着し、ざらにｎ電極２４．３ｉ
Ｏ２絶縁膜２５、ＰＩ−Ｉｓ （プレーテッド・ヒート
・シンク）２６を形成し素子を完成する。半導体多層膜
の主面にはレンズ状の高屈折率半導体結晶層２１が形成
され、主面に垂直な方向に出射する光のとりだし効率を
高めている。なお、第２図に示す工程の階段状に結晶成
長層をエツチングする方法においては、他にエツチング
ストップ層を用いずに、フォトリソグラフィのみで行な
うこと、また反応性イオンエツチング法により階段状に
結晶成長層をエツチングすることも可能である。
イオードの製造プロセスを示す。 即ち第２図（ａ）に
示すように、ｐ型Ｉｎ、Ｐ基板１１上にｐ型ＩｎＰバッ
ファ層１２、ｐ型１ｎＧａＡｓＰ活性層１３、ｎ型Ｉｎ
ｐクラッド層１４、アンドープＩｎＧａＡｓＰエツチン
グストップ層１５、ｎ型ＩｎＰ層１６、アンドープＩｎ
ＧａＡｓＰエツチングストップ層１７、ｎ型ＩｎＰ層１
８を液相エキタピシャル法により成長させる。これら層
で半導体多層膜をつくる。つづいて第２図（ｂ）に示す
ようにＣＶＤ法によりＳ ｉ Ｏ２エツチングマスク膜
１９を堆積させ、フォトリソグラフィ法により５μｍφ
の穴をこの股上にエツチングにより形成し、さらに第２
図（Ｃ）に示すようにｎ型ＩｎＰ層１８をケミカルエツ
チング除去した後、ケミカルエツチング液によりエツチ
ングストップ層１７を除去する。次に第２図（ｄ）のよ
うにフォトリソグラフィ法により前記第２図（ｂ）の工
程で形成した穴と同心円状に１５μｍφの穴を形成する
。このエツチングマスクの拡大された穴を通じ第２図（
ｅ）に示すように前記第２図（Ｃ）の工程と同様にｎ型
ＩｎＰ層１６、アンドープＩｎＧａＡＳＰ層１５をケミ
カルエツチング除去する。第２図（ｆ）の工程は、前記
第２図（ｅ）の工程により形成した階段状のエッチジグ
壁面を６７０℃のホスフィン（ＰＨ３）雰囲気中の反応
管内で１時間、マストランスポート法により滑な凹面２
０を形成した後、液相エピタキシャル法により Ｉｎ１−ｘＧａＸＡｓ、Ｐｌ−ｙ（ｘ ＝ ０．１８．
Ｖ＝ ０．３９ ）埋込み層２１としての高屈折率半
導体結晶層を成長しさらにブロムメタノールを用いて清
な凸面のレンズ表面２２を形成した状態を示す。その後
ＳｉＯ２エツチングマスク膜１９を除去し、第１図に示
すようにｎ電極２３を蒸着し、ざらにｎ電極２４．３ｉ
Ｏ２絶縁膜２５、ＰＩ−Ｉｓ （プレーテッド・ヒート
・シンク）２６を形成し素子を完成する。半導体多層膜
の主面にはレンズ状の高屈折率半導体結晶層２１が形成
され、主面に垂直な方向に出射する光のとりだし効率を
高めている。なお、第２図に示す工程の階段状に結晶成
長層をエツチングする方法においては、他にエツチング
ストップ層を用いずに、フォトリソグラフィのみで行な
うこと、また反応性イオンエツチング法により階段状に
結晶成長層をエツチングすることも可能である。
上記の構造により活性層での発光が埋込みレンズ２１に
より集光され高い外部量子効率を得ることができ、この
前記埋め込みレンズのプロファイルはｎ型ＩｎＰ層１６
．１８の層厚および第２図（ｂ） （ｄ）の工程での５
Ｉ０２窓の幅、また第２回目の坤め込み成長時の厚さな
どにより容易に設計できる。
より集光され高い外部量子効率を得ることができ、この
前記埋め込みレンズのプロファイルはｎ型ＩｎＰ層１６
．１８の層厚および第２図（ｂ） （ｄ）の工程での５
Ｉ０２窓の幅、また第２回目の坤め込み成長時の厚さな
どにより容易に設計できる。
またマストランスポート法により半導体多層膜と高屈折
率層レンズの界面である凹面２０は非常に滑な半球面状
鏡面となっているため、この第２回目の結晶成長時の界
面での結晶性が非常に良好で散乱や吸収などによる光損
失も低減できた。ざらに本発明による発光ダイオードの
構造によれば、その製造工程が複雑とならず、階段状エ
ツチングとマストランスポート法の組合せにより容易に
製造可能である。
率層レンズの界面である凹面２０は非常に滑な半球面状
鏡面となっているため、この第２回目の結晶成長時の界
面での結晶性が非常に良好で散乱や吸収などによる光損
失も低減できた。ざらに本発明による発光ダイオードの
構造によれば、その製造工程が複雑とならず、階段状エ
ツチングとマストランスポート法の組合せにより容易に
製造可能である。
なお、本発明は前記実施例によるＩｎＧａＡＳＰ／Ｉｎ
Ｐ系発光素子のみではなく他の■−■族化合物半導体に
も同様に適用できる。
Ｐ系発光素子のみではなく他の■−■族化合物半導体に
も同様に適用できる。
また第３図は本発明を埋め込み構造に適用した実施例で
、同一符号の部分は同様部分を示す。これによるとｐ型
１ｎＰ基板２７上にｐ型ＩｎＰバッファ層２８、ｎ型Ｉ
ｎＰバリア層２９を成長させフォトリソグラフィ法によ
りマスクを形成した後、塩酸系エツチング液を用い溝３
０を形成した後、前記第１図の実施例と同様に製造した
ものである。このように埋込み構造を採用することによ
り、さらに高い外部量子効率を得ることができる。
、同一符号の部分は同様部分を示す。これによるとｐ型
１ｎＰ基板２７上にｐ型ＩｎＰバッファ層２８、ｎ型Ｉ
ｎＰバリア層２９を成長させフォトリソグラフィ法によ
りマスクを形成した後、塩酸系エツチング液を用い溝３
０を形成した後、前記第１図の実施例と同様に製造した
ものである。このように埋込み構造を採用することによ
り、さらに高い外部量子効率を得ることができる。
なお、半導体多層膜に穿設する部分球面状の凹部の形状
は、半円球状以外に円筒面、回転楕円面、放物面その他
の面またはそれに近い面形状も、表面を凸面とする他、
集光作用を有すれば、平面あるいは凹面のメニスカスと
してもよいことはいうまでもない。
は、半円球状以外に円筒面、回転楕円面、放物面その他
の面またはそれに近い面形状も、表面を凸面とする他、
集光作用を有すれば、平面あるいは凹面のメニスカスと
してもよいことはいうまでもない。
（発明の効果）
以上述べたように、本発明によれば半導体多層膜の主面
に垂直な方向に光を取出す面発光型半導体素子の先取出
血に集光作用を持つ高屈折率半導体結晶層を形成するの
で、外部量子効率が良い高出力でかつ量産性に富み、製
造プロセスが簡単な半導体素子を得ることができる。
に垂直な方向に光を取出す面発光型半導体素子の先取出
血に集光作用を持つ高屈折率半導体結晶層を形成するの
で、外部量子効率が良い高出力でかつ量産性に富み、製
造プロセスが簡単な半導体素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図（ａ） （
ｂ） （ｃ） （ｄ） （ｅ） （ｆ）は第１図の実施
例におりる製造プロセスを示す断面図、第３図は本発明
の他の実施例の断面図、第４図は従来の発光ダイオード
構造を示す断面図である。 １１・・・ｐ型ＩｎＰ基板、１２・・・ｐ型バッファ層
、１３−Ｄ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層、 １４・・・ｎ型ＩｎＰクラッド層、 １５．１７・・・アンドープＩｎＧａＡｓＰエツチング
ストップ層、１６．１Ｂ・ｎ型１ｎＰ層、 １９・・・５１０２工ツチングマスク層、２０・・・エ
ツチング壁面、 ２１・・・高屈折率半導体結晶層、 ２２・・・レンズ表面
ｂ） （ｃ） （ｄ） （ｅ） （ｆ）は第１図の実施
例におりる製造プロセスを示す断面図、第３図は本発明
の他の実施例の断面図、第４図は従来の発光ダイオード
構造を示す断面図である。 １１・・・ｐ型ＩｎＰ基板、１２・・・ｐ型バッファ層
、１３−Ｄ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層、 １４・・・ｎ型ＩｎＰクラッド層、 １５．１７・・・アンドープＩｎＧａＡｓＰエツチング
ストップ層、１６．１Ｂ・ｎ型１ｎＰ層、 １９・・・５１０２工ツチングマスク層、２０・・・エ
ツチング壁面、 ２１・・・高屈折率半導体結晶層、 ２２・・・レンズ表面
Claims (4)
- （１）所定の基板上に少なくとも活性層を有する半導体
多層膜構造を備え、この多層膜の主面に垂直な方向に光
を取出す面発光型半導体素子において、この半導体多層
膜に表面を底とする部分球面状またはそれに近い形状で
かつ屈折率がこの半導体多層膜よりも大きな半導体結晶
層を形成することを特徴とする半導体発光素子。 - （２）所定の導電型のＩｎＰ基板上に少なくとも活性層
を有し表面がＩｎＰの半導体多層膜を形成する工程と、
この表面にエッチングマスクを形成する工程と、このエ
ッチングマスクの一部に穴を形成し、穴を通して前記半
導体多層膜をエッチングし凹部を設ける工程と、この凹
部に前記半導体多層膜より高屈折率のＩｎＧａＡｓＰ結
晶層を成長させる工程とからなる半導体発光素子の製造
方法。 - （３）凹部が階段状エッチングの後にマストランスポー
ト法により部分球面状とされる特許請求の範囲第２項記
載の半導体発光素子の製造方法。 - （４）ＩｎＧａＡｓＰ層をエッチングマスクよりも高く
成長させた後、エッチャントにより回転放物面体状凸部
を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
の半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60121407A JPS61280686A (ja) | 1985-06-06 | 1985-06-06 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60121407A JPS61280686A (ja) | 1985-06-06 | 1985-06-06 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61280686A true JPS61280686A (ja) | 1986-12-11 |
Family
ID=14810410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60121407A Pending JPS61280686A (ja) | 1985-06-06 | 1985-06-06 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61280686A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002176200A (ja) * | 2000-09-12 | 2002-06-21 | Lumileds Lighting Us Llc | 改良された光抽出効率を有する発光ダイオード |
| CN101916819A (zh) * | 2010-07-29 | 2010-12-15 | 张汝京 | 发光二极管及其制造方法 |
| CN102130250A (zh) * | 2010-09-28 | 2011-07-20 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 发光二极管及其制造方法 |
| CN102130242A (zh) * | 2010-09-28 | 2011-07-20 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 单色led芯片及其形成方法 |
| US10312422B2 (en) | 2000-09-12 | 2019-06-04 | Lumileds Llc | Light emitting devices with optical elements and bonding layers |
-
1985
- 1985-06-06 JP JP60121407A patent/JPS61280686A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002176200A (ja) * | 2000-09-12 | 2002-06-21 | Lumileds Lighting Us Llc | 改良された光抽出効率を有する発光ダイオード |
| US10312422B2 (en) | 2000-09-12 | 2019-06-04 | Lumileds Llc | Light emitting devices with optical elements and bonding layers |
| CN101916819A (zh) * | 2010-07-29 | 2010-12-15 | 张汝京 | 发光二极管及其制造方法 |
| CN102130250A (zh) * | 2010-09-28 | 2011-07-20 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 发光二极管及其制造方法 |
| CN102130242A (zh) * | 2010-09-28 | 2011-07-20 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 单色led芯片及其形成方法 |
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