JPS6244715B2 - - Google Patents
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- JPS6244715B2 JPS6244715B2 JP13954878A JP13954878A JPS6244715B2 JP S6244715 B2 JPS6244715 B2 JP S6244715B2 JP 13954878 A JP13954878 A JP 13954878A JP 13954878 A JP13954878 A JP 13954878A JP S6244715 B2 JPS6244715 B2 JP S6244715B2
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- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は埋込み型構造を有する半導体発光素子
を得るための製造方法に関するものである。
を得るための製造方法に関するものである。
光通信用として広く利用されている半導体発光
素子のうちで、面発光型半導体発光素子は、発光
層と平行な面に光出力面を設け、発光層と垂直な
方向から光を取り出す構造を有するため、高出力
が簡単に得られ、フアイバーとの結合も容易であ
る。したがつて光通信の発光源として半導体レー
ザと並び広く用いられている。
素子のうちで、面発光型半導体発光素子は、発光
層と平行な面に光出力面を設け、発光層と垂直な
方向から光を取り出す構造を有するため、高出力
が簡単に得られ、フアイバーとの結合も容易であ
る。したがつて光通信の発光源として半導体レー
ザと並び広く用いられている。
一般的な面発光型半導体発光素子は、いわゆる
バラス型と称する発光素子で代表される。
バラス型と称する発光素子で代表される。
第１図はそのバラス型発光素子の製法を示す工
程図であり、以下この型の製法に付いて簡単に説
明する。例えばｎ型GaAsでなる半導体基体１
（第１図Ａ）上に液相エピタキシヤル成長工程に
よつて順次ｎ型Al0.3Ga0.7As層２、Ｐ型GaAs発
光層３、Ｐ型Al0.3Ga0.7As層４、ｎ型GaAs層
５、とを形成し、（第１図Ｂ）、次に拡散工程によ
つてｎ型GaAs５の一部分にZnを導入し、Ｐ型領
域６を設ける。続いて選択エツチング処理をなし
て、ｎ型GaAs基体１の裏面からｎ型
Al0.3Ga0.7As層２が露出する深さのドーム状の穴
７を形成し（第１図Ｃ）、光出力面となす。Ｐ型
電極９はｎ型GaAs５の全面に付け、同時にｎ型
電極８をｎ型GaAs基体１に取り付けて面発光型
半導体発光素子が出来あがる。（第１図Ｄ） この発光素子に順方向電圧を印加すると、Ｐ型
電極の真下の発光層が発光し、その光は、ｎ型
Al0.3Ga0.7As層２を通過して光出力面から外に出
る。電流を増してゆくと、電流に比例して出力は
増大する。しかし、その際、低電流では、注入電
流に比例した出力は得られない。なぜなら、電流
が接合部全域にわり、拡がつて流れるためで、光
出力面から出る光はその一部分である。しかし、
電流レベルが高まるにしたがい、拡がり電流成分
が少なくなり、電流の多くがＰ型領域の真下に集
中する。この様になつて、はじめて電流と光出力
とが直線的関係となりうる。注入電流の低い領域
で電流一光出力が非線形にあると高速変調動作を
妨げる原因となる。
程図であり、以下この型の製法に付いて簡単に説
明する。例えばｎ型GaAsでなる半導体基体１
（第１図Ａ）上に液相エピタキシヤル成長工程に
よつて順次ｎ型Al0.3Ga0.7As層２、Ｐ型GaAs発
光層３、Ｐ型Al0.3Ga0.7As層４、ｎ型GaAs層
５、とを形成し、（第１図Ｂ）、次に拡散工程によ
つてｎ型GaAs５の一部分にZnを導入し、Ｐ型領
域６を設ける。続いて選択エツチング処理をなし
て、ｎ型GaAs基体１の裏面からｎ型
Al0.3Ga0.7As層２が露出する深さのドーム状の穴
７を形成し（第１図Ｃ）、光出力面となす。Ｐ型
電極９はｎ型GaAs５の全面に付け、同時にｎ型
電極８をｎ型GaAs基体１に取り付けて面発光型
半導体発光素子が出来あがる。（第１図Ｄ） この発光素子に順方向電圧を印加すると、Ｐ型
電極の真下の発光層が発光し、その光は、ｎ型
Al0.3Ga0.7As層２を通過して光出力面から外に出
る。電流を増してゆくと、電流に比例して出力は
増大する。しかし、その際、低電流では、注入電
流に比例した出力は得られない。なぜなら、電流
が接合部全域にわり、拡がつて流れるためで、光
出力面から出る光はその一部分である。しかし、
電流レベルが高まるにしたがい、拡がり電流成分
が少なくなり、電流の多くがＰ型領域の真下に集
中する。この様になつて、はじめて電流と光出力
とが直線的関係となりうる。注入電流の低い領域
で電流一光出力が非線形にあると高速変調動作を
妨げる原因となる。
更に、接合部が発光素子全域に広がつている
と、接合容量が大となる。すなわち、接合容量は
接合面積に比例するため、その面積が広ければ、
それに相当する大きさの接合容量となる、しかる
に発光に寄与する接合は全接合の数分の一である
にもかかわらず、動作に寄与する接合容量は大と
なる。接合容量の大きさは、上述した高速変調動
作に影響を与え、容量が小であるほど、高周波迄
の変調が可能となる。したがつて、発光素子の接
合容量を小さくする様な構造設計がなされるのが
望しい。以上の様に、従来の素子構造で上述した
高速度変調を可能ならしめるには発光に寄与する
接合面積と素子全体の接合面積とが等しく、更
に、素子寸法を小となす様な工夫が必要となる。
発光面積と、素子寸法とは、製作の容易、取り扱
いやすさ、再現性、歩留り等を考慮すると自ずと
制限される。この発明の目的は、上記従来方法に
おける上記欠点を持たない、製作の容易な高歩留
りで得られる埋込み型発光素子の製造方法を提供
することにある。この発明の骨子は第１段階の成
長で発光層の側面を埋込む層を確保し、第２段階
の成長で発光層、その上の層を成長させて上部の
埋込みと同時に側面の埋込みを完了しようとする
ものである。
と、接合容量が大となる。すなわち、接合容量は
接合面積に比例するため、その面積が広ければ、
それに相当する大きさの接合容量となる、しかる
に発光に寄与する接合は全接合の数分の一である
にもかかわらず、動作に寄与する接合容量は大と
なる。接合容量の大きさは、上述した高速変調動
作に影響を与え、容量が小であるほど、高周波迄
の変調が可能となる。したがつて、発光素子の接
合容量を小さくする様な構造設計がなされるのが
望しい。以上の様に、従来の素子構造で上述した
高速度変調を可能ならしめるには発光に寄与する
接合面積と素子全体の接合面積とが等しく、更
に、素子寸法を小となす様な工夫が必要となる。
発光面積と、素子寸法とは、製作の容易、取り扱
いやすさ、再現性、歩留り等を考慮すると自ずと
制限される。この発明の目的は、上記従来方法に
おける上記欠点を持たない、製作の容易な高歩留
りで得られる埋込み型発光素子の製造方法を提供
することにある。この発明の骨子は第１段階の成
長で発光層の側面を埋込む層を確保し、第２段階
の成長で発光層、その上の層を成長させて上部の
埋込みと同時に側面の埋込みを完了しようとする
ものである。
以下この発明の実施例について図面を参照して
説明する。
説明する。
第２図は本発明を実施した場合の各主要部の製
造過程を示す略線的工程図である。
造過程を示す略線的工程図である。
先ず第２図に示す如く、ｎ型GaAsでなる半導
体基体１０上にｎ型Al0.3Ga0.7As層１１、ｎ型
GaAs１２、ｎ型Al0.3Ga0.7As層１３を液相エピ
タキシヤル法により成長する（第２図Ａ）、次に
第２図Ｂに示す如くｎ型Al0.3Ga0.7As層１３のそ
の上面側より、ｎ―GaAs１２の表面に達する深
さでエツチングし、円状の穴１４を設ける。マス
クとして用いた酸化膜を除去し、結晶表面の洗浄
を行なつた後に、第２の液相エピタキシヤル成長
工程で、活性層を成長させる融液か又は別に用意
した融液を用いて、水素ガス雰囲気中でｎ型
Al0.3Ga0.7As層１１に達する迄、ｎ型GaAs層１
２をメルトバツクする。メルトバツクの工程の終
了と同時に再度Ｐ―GaAs層１５、Ｐ―
Al0.3Ga0.7As層１６を順次成長させる。（第２図
Ｃ） 成長温度と冷却速度を一定にした時、成長時間
を適当に制御すれば第２図Ｄに示したように結晶
表面を平担にすることができる。成長時間が長す
ぎると、第２段階で成長させる結晶の方が厚く成
長し、穴部分が凸起となり、成長時間が短すぎる
と、穴部分が凹となる。いずれの場合も凹凸が極
端でなければ、あまり問題にならないが、ない方
が望ましいことはいうまでもない。なお１旦空気
にさらしたAlGaAsの上には次のエピタキシヤル
成長がおこらない。そのため第２の液相エピタキ
シヤル成長工程ではｎ型Al0.3Ga0.7As層の上には
成長層が積らない。
体基体１０上にｎ型Al0.3Ga0.7As層１１、ｎ型
GaAs１２、ｎ型Al0.3Ga0.7As層１３を液相エピ
タキシヤル法により成長する（第２図Ａ）、次に
第２図Ｂに示す如くｎ型Al0.3Ga0.7As層１３のそ
の上面側より、ｎ―GaAs１２の表面に達する深
さでエツチングし、円状の穴１４を設ける。マス
クとして用いた酸化膜を除去し、結晶表面の洗浄
を行なつた後に、第２の液相エピタキシヤル成長
工程で、活性層を成長させる融液か又は別に用意
した融液を用いて、水素ガス雰囲気中でｎ型
Al0.3Ga0.7As層１１に達する迄、ｎ型GaAs層１
２をメルトバツクする。メルトバツクの工程の終
了と同時に再度Ｐ―GaAs層１５、Ｐ―
Al0.3Ga0.7As層１６を順次成長させる。（第２図
Ｃ） 成長温度と冷却速度を一定にした時、成長時間
を適当に制御すれば第２図Ｄに示したように結晶
表面を平担にすることができる。成長時間が長す
ぎると、第２段階で成長させる結晶の方が厚く成
長し、穴部分が凸起となり、成長時間が短すぎる
と、穴部分が凹となる。いずれの場合も凹凸が極
端でなければ、あまり問題にならないが、ない方
が望ましいことはいうまでもない。なお１旦空気
にさらしたAlGaAsの上には次のエピタキシヤル
成長がおこらない。そのため第２の液相エピタキ
シヤル成長工程ではｎ型Al0.3Ga0.7As層の上には
成長層が積らない。
このようにして成長した結晶の基体１０裏面か
ら選択エツチングで、ｎ型Al0.3Ga0.7As層１１の
裏面の一部分が露出する様なムード状の光出力面
１７を形成する。最後にＰ型電極２０とｎ型電極
１８を取り付けて目的とする埋込み型発光素子が
出来あがる。（第２図Ｄ） ところで本実施例の第２図にて上述せる製法に
よれば、Ｐ―ｎ接合は素子の中心部に限定されて
形成される故に、第１図に上述した従来構造の場
合と異なり発光に寄与する接合は、すなわち、素
子の中心部に形成された接合に等くなる。依つて
発光強度が注入電流に比例して、直線的に変化す
る。更に、Ｐ―ｎ接合面積は光出力と、接合容量
とが最適になる設計条件で形成する事が可能で素
子寸法の大きさにほとんど依存しなくなる。この
ことは、接合容量を小さくしても素子構造は製作
の容易、取り扱い、組立て等が容易な寸法に設計
できる。
ら選択エツチングで、ｎ型Al0.3Ga0.7As層１１の
裏面の一部分が露出する様なムード状の光出力面
１７を形成する。最後にＰ型電極２０とｎ型電極
１８を取り付けて目的とする埋込み型発光素子が
出来あがる。（第２図Ｄ） ところで本実施例の第２図にて上述せる製法に
よれば、Ｐ―ｎ接合は素子の中心部に限定されて
形成される故に、第１図に上述した従来構造の場
合と異なり発光に寄与する接合は、すなわち、素
子の中心部に形成された接合に等くなる。依つて
発光強度が注入電流に比例して、直線的に変化す
る。更に、Ｐ―ｎ接合面積は光出力と、接合容量
とが最適になる設計条件で形成する事が可能で素
子寸法の大きさにほとんど依存しなくなる。この
ことは、接合容量を小さくしても素子構造は製作
の容易、取り扱い、組立て等が容易な寸法に設計
できる。
上述せる本発明の製造方法の利点は、高速度動
作が可能な埋め込み型発光素子が、高い歩留り
で、再現性よく、容易に得られるという大なる特
徴を提供するものである。
作が可能な埋め込み型発光素子が、高い歩留り
で、再現性よく、容易に得られるという大なる特
徴を提供するものである。
第３図は本発明の別の実施例により得られた発
光素子の構造を示したもので、連続動作がより簡
単になされる発光素子を作るためのものである。
この場合、第２回目の成長で最初の実施例におい
て述べた成長層に加えてＰ型GaAs２１を成長せ
しめ、更にP+拡散２２をその表面に施す点が異
なる。Ｐ型GaAs層はAlGaAs層に比してオーミ
ツク・コンタクトをとりやすく又動作時の等価的
直列抵抗を下げることができる。したがつて余分
な発熱源を持たないで、連続動作ないし、高いデ
ユーテイサイクルでの動作に適するものである。
光素子の構造を示したもので、連続動作がより簡
単になされる発光素子を作るためのものである。
この場合、第２回目の成長で最初の実施例におい
て述べた成長層に加えてＰ型GaAs２１を成長せ
しめ、更にP+拡散２２をその表面に施す点が異
なる。Ｐ型GaAs層はAlGaAs層に比してオーミ
ツク・コンタクトをとりやすく又動作時の等価的
直列抵抗を下げることができる。したがつて余分
な発熱源を持たないで、連続動作ないし、高いデ
ユーテイサイクルでの動作に適するものである。
本発明の実施例により得られる発光素子の構造
は従来良く知られている成長方法、すなわち活性
層部分１５，１６を先に成長し、後から埋め込み
層部分１２，１３を形成する方法でも作製する事
が出来るが、以下に述べるように本発明の実施例
の方がすぐれている。
は従来良く知られている成長方法、すなわち活性
層部分１５，１６を先に成長し、後から埋め込み
層部分１２，１３を形成する方法でも作製する事
が出来るが、以下に述べるように本発明の実施例
の方がすぐれている。
液相エピタキシヤル成長においては、成長層を
エピタキシヤルする直前迄、基板結晶は水素ガス
雰囲気の高温下にさらされた状態でおかれる。こ
の際GaAsのような化合物半導体は、その結晶が
簡単に熱分解し、結晶性を損い、デバイスの信頼
性に悪影響をおよぼす。
エピタキシヤルする直前迄、基板結晶は水素ガス
雰囲気の高温下にさらされた状態でおかれる。こ
の際GaAsのような化合物半導体は、その結晶が
簡単に熱分解し、結晶性を損い、デバイスの信頼
性に悪影響をおよぼす。
したがつて、デバイスで最も重要な活性層部分
は、前記のような熱分解する工程の経験を少なく
して成長する事が必要となる。
は、前記のような熱分解する工程の経験を少なく
して成長する事が必要となる。
本発明の実施例は活性層部分を後から成長する
ため、活性層の結晶性に関して非常に有利な製造
方法である。当然、得られる発光素子は高信頼性
を有するものである。なお以上の実施例では活性
領域はGaAs、それをかこむ領域はAl0.3Ga0.7As
を用いたが、これらはGa1-xAlxAs（０＜Ｘ
１）であつてもよいし更に基体としてGaAsを用
いたが、他の―化合物半導体、たとえばInP
等のものでも良く、また発光領域の物質として
GaAsを用いたが、この物質として±
nxGa1-xAsyP1-y等の４元系結晶であつても良い
ことは言うまでもない。
ため、活性層の結晶性に関して非常に有利な製造
方法である。当然、得られる発光素子は高信頼性
を有するものである。なお以上の実施例では活性
領域はGaAs、それをかこむ領域はAl0.3Ga0.7As
を用いたが、これらはGa1-xAlxAs（０＜Ｘ
１）であつてもよいし更に基体としてGaAsを用
いたが、他の―化合物半導体、たとえばInP
等のものでも良く、また発光領域の物質として
GaAsを用いたが、この物質として±
nxGa1-xAsyP1-y等の４元系結晶であつても良い
ことは言うまでもない。
第１図は従来の面発光型素子の製法を示す略線
的工程図、第２図は本発明の埋込み型面発光素子
の製法を示す略線的工程図、第３図は本発明の他
の実施例により得られた発光素子の概略的断面図
をそれぞれ示す。 図において、１，１０……ｎ型GaAs基体、
２，１１……ｎ型Al0.3Ga0.7As層、３……Ｐ型
GaAs層、４，１３……ｎ型Al0.3Ga0.7As層、
５，２１……Ｐ型GaAs層、６，２２……P+拡散
層、７，１７……光出力面、８，１８……ｎ型電
極、９，２０……Ｐ型電極、１４……エツチング
穴、１２……ｎ型GaAs層、１５……Ｐ型GaAs
層、１６……Ｐ型Al0.3Ga0.7As層、１９……SiO2
膜、２１……Ｐ型GaAs層。
的工程図、第２図は本発明の埋込み型面発光素子
の製法を示す略線的工程図、第３図は本発明の他
の実施例により得られた発光素子の概略的断面図
をそれぞれ示す。 図において、１，１０……ｎ型GaAs基体、
２，１１……ｎ型Al0.3Ga0.7As層、３……Ｐ型
GaAs層、４，１３……ｎ型Al0.3Ga0.7As層、
５，２１……Ｐ型GaAs層、６，２２……P+拡散
層、７，１７……光出力面、８，１８……ｎ型電
極、９，２０……Ｐ型電極、１４……エツチング
穴、１２……ｎ型GaAs層、１５……Ｐ型GaAs
層、１６……Ｐ型Al0.3Ga0.7As層、１９……SiO2
膜、２１……Ｐ型GaAs層。
Claims (1)
- １ 半導体基体の表面上に多層エピタキシヤル層
を形成し、該半導体基体の裏面に、前記エピタキ
シヤル層の一部が露出する深さのドーム状の穴を
形成する半導体発光素子の製造方法において、第
１の導電型を示す半導体基体上に、少なくとも第
１導電型の第１半導体層と第１導電型の第２半導
体層と第１導電型の第３半導体層とから成る多層
エピタキシヤル層を形成する第１の液相エピタキ
シヤル成長工程と、上記第３半導体層側より、上
記第２半導体層に達する深さの穴を形成する選択
エツチング工程と、上記穴の部分に露出した第２
半導体層を上記第１半導体層に達する深さまでメ
ルトバツクした後、該穴の部分に前記第１、第３
半導体層よりも光屈折率が大きく、かつ第２導電
型を示す発光層と該発光層に比して光屈折率が小
さく、かつ第２導電型を示す第４半導体層とを含
む多層エピタキシヤル層を形成する第２の液相エ
ピタキシヤル成長工程とを含むことを特徴とする
半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13954878A JPS5565483A (en) | 1978-11-13 | 1978-11-13 | Manufacture of semiconductor light emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13954878A JPS5565483A (en) | 1978-11-13 | 1978-11-13 | Manufacture of semiconductor light emitting element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5565483A JPS5565483A (en) | 1980-05-16 |
| JPS6244715B2 true JPS6244715B2 (ja) | 1987-09-22 |
Family
ID=15247818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13954878A Granted JPS5565483A (en) | 1978-11-13 | 1978-11-13 | Manufacture of semiconductor light emitting element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5565483A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4766628B2 (ja) | 2000-07-31 | 2011-09-07 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 表示装置および表示装置の製造方法 |
| JP5518273B1 (ja) | 2012-09-14 | 2014-06-11 | パナソニック株式会社 | 発光ダイオード素子および発光ダイオード装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5113588A (ja) * | 1974-07-24 | 1976-02-03 | Hitachi Ltd | |
| JPS5150688A (ja) * | 1974-10-30 | 1976-05-04 | Nippon Telegraph & Telephone | |
| JPS5314807A (en) * | 1976-07-26 | 1978-02-09 | Arakawa Rinsan Kagaku Kogyo | Paper sizing method |
-
1978
- 1978-11-13 JP JP13954878A patent/JPS5565483A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5113588A (ja) * | 1974-07-24 | 1976-02-03 | Hitachi Ltd | |
| JPS5150688A (ja) * | 1974-10-30 | 1976-05-04 | Nippon Telegraph & Telephone | |
| JPS5314807A (en) * | 1976-07-26 | 1978-02-09 | Arakawa Rinsan Kagaku Kogyo | Paper sizing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5565483A (en) | 1980-05-16 |
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