KR890004477B1

KR890004477B1 - 발광 다이오드의 제조방법

Info

Publication number: KR890004477B1
Application number: KR1019850004136A
Authority: KR
Inventors: 마사루 나까무라; 마사끼 오까지마; 다다시 고마쯔바라; 데쯔오 사다마사
Original assignee: 가부시끼가이샤 도오시바; 시바 쇼오이찌
Priority date: 1984-10-27
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1989-11-04
Also published as: JPS61104680A; KR860003676A

Abstract

내용 없음.

Description

발광 다이오드의 제조방법

제1(a)도∼제1(f)도는 본 발명의 일실시예로써 바라스(Burrus)형 발광다이오드의 제조공정을 나타내는 단면도.

제2도는 상기 다이오드의 효과를 설명하기 위한 단면도.

제3도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11: 기판 12 : 버퍼층

13 : 제1클래드층 14 : 활성층

15 : 제2클래드층 16 : 오옴전극

17 : SiO₂막 18 : P형 전극

19 : N형 전극 20 : Au층

21 : 창 25 : 광섬유

32 : Al을 포함하는 층

본 발명은 대량 생산은 적합한 발광 다이오드의 제조방법에 관한 것으로, 특히 유기금속기상 성장법을 이용한 발광 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.

최근, 광통신과 같으 광가입자계통 전송시스템이 널리 보급되고 있는데 그중에서 발광다이오드(이하 LD라 칭함)에 비해 경제적이고 신뢰도가 높을뿐만 아니라 다중모드 섬유(multimode-fiber)와의 조합으로 생기는 모드의 노이즈(model noise) 문제가 없어지게 되어 상기 광가입자계통 전송시스템의 중요한 장치로 인정받고 있다. 그러나 LED가 경제적이라고는 하나 일반 전기부품보다는 무척 고가이므로 LED의 가격을 낮추는 것이 광가입자계통 전송시스템의 일반보급을 위한 가장 큰 과제로 나타나고 있다.

LED의 가격을 낮춤에 있어서 커다란 저해요인의 하나는 LED의 웨이퍼를 제작할 때의 불량률이 높아지게 된다는 점인데, 이에 대해서 현재 LED에서는 액상 에피택셜 성장법(이하 LPE법이라 칭함)으로 각층을 성장시키고는 있지만 이 LPE법은 웨이퍼 면적이 작고 웨이퍼의 균일성도 나쁘기 때문에 대량 생산을 하기 위해서는 적합치 못하고 또한 발광특성에 있어서도 LPE법에서는 층간계면이 경사가 급하지 않고 거칠어지게 되기 때문에 활성층내에서의 발광효율이 저하될뿐만 아니라 효율적으로 뛰어나지 못하였으며 그로인해 빛에 대한 섬유입력 파워를 상승시킬 수 있도록 LED웨이퍼에다 렌즈가공등을 하므로서 파워부족을 보충하고는 있으나 이 또한 LED의 가격을 높이는 원인이 되고 있다.

한편 LD에 있어서 결정성장에 유기금속 기상성장법(이하 MOCVD법이라 칭함)을 사용하는 것이 검토되고는 있으나, 이 MOCVD법을 LED의 제조에다 이용하게 되면 경험적으로 볼때 발광효율이 현저하게 떨어지게 되고, 또 LD의 경우에는 유도방출에 의해 발광하므로 활성층에 있어서의 발광효율 저하는 그다지 큰 문제가 되지 않으나 LED의 경우에는 발광효율이 떨어지는 것은 치명적인 결점이 되기때문에 LED의 제조에 MOCVD법을 이용하는 것은 부적합한 것으로 생각되어 왔다.

이에 본 발명자등은 LED의 제조에 관해 MOCVD법을 이용하여 각종 실험을 한 결과 MOCVD법을 이용해서 제작한 LED의 발광효율이 떨어지는 이유로서는 원료오염이나 그밖의 불량요소 및 각종계수(pare meter)가 적정하지 못하기 때문이라는 사실을 발견하였고, 그에 따라 원료오염이나 그밖의 불량요인을 제거하며 각종 계수를 최적으로 설정하여 MOCVD법으로 LED를 제작하므로서, LPE법에서의 LED와 거의 비슷하거나, 또는 그 이상의 발광효율이 얻어진다는 것이 판명되었다. 여기서 MOCVD법은 막의 두께나 조성의 균일성이 뛰어나고 또한 웨이퍼 면적을 넓게할 수 있다는 특징을 가지고 있기 때문에, 상기한 조건으로 MOCVD법을 이용하여 LED를 제작하므로써 효율이 높은 LED를 값싸게 실현시킬수 있게 되었다.

본 발명은 이와같은 점에 착안하여, 헤테로 접합구조를 가진 반도체 발광다이오드의 제조방법에 있어서, 제1도전형의 반도체 기판상에 유기금속기상 성장법(MOCVD법)을 이용하여 적어도 제1도전형 클래드층과 활성층 및 제2클래드층을 순차적으로 성장 형성시키고, 이어 상기 제2도전형 클래드층상에 접촉금속을 선별적으로 부착함과 더불어 해당 접촉금속의 주위에다 절연막 또는 역접합을 형성시키므로서 전류 협착구조가 형성되어지도록 한 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 MOCVD법을 이용하므로써 구경이 크고 균일성이 뛰어난 웨이퍼를 얻을 수 있고 나아가 LED의 대량생산에 유용하고 제조가격이 절감을 가져올뿐만 아니라, MOCVD법에 의해 경사가 급한 계면도 얻어지게 되므로 이상적인 이중헤테로(double heteto)구조를 형성하는 것이 가능해지며, 그에 따라 캐리어의 밀폐가 완전해지며 발광효율의 향상에도 도움이 되는 것이다.

따라서 본 발명은 헤테로 접합구조의 결정성장에 MOCVD법을 이용하되 MOCVD법을 이용하더라도 발광효율이 떨어지는 것을 방지하므로써 발광효율이 높은 발광 다이오드를 값싸게 공급할 수 있는 발광 다이오드의 제조방법으로 제공하는데 목적이 있다.

이하 본 발명의 구성 및 작용, 효과를 예시된 도면의 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도의 (a)~(f)는 본 발명에 따른 방법의 일실시예로서 바라스형, 즉 면방향으로 발광하는 형태의 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 단면도인데, 우선 제1도의 (a) 에 나타난 바와같이 N-GaAs기판(11)상에 N-GaAs버퍼층(12)과 N-Ga_0.65Al_0.35As 제1클래드층(13), P-GaAs활성층(14) 및 P-Ga_0.65Al_0.35As 제2클래드층(15)을 MOCVD법에 의해 상기 순서대로 성장형성시키며, 여기서 각층(12~15)의 캐리어농도와 두께는 아래표와 같다.

여기서 N형 도우핑 물질로서는 Se를, P형 도우핑 물질로서는 Zn을 사용하고, 결정성장 온도는 높은 발광효율과 양호한 표면상태가 얻어지는 조건으로써 750℃로 하며, 원료로서는 트리메칠 갈륨[(CH₃)₃Ga], 트리메칠 알루미늄[(CH₃)₃Al] 및 아루신[AsH₃]을 사용하고, P형 도우핑물질에는 디에칠 징크[(C₂H₅)₂Zn]를, N형 도우핑 물질에는 [H₂Se]를 사용하며, 원료가스중의 Ⅲ족원소(Ga,Al)와 Ⅴ족원소(As)와의 몰(mole)비는 [As]/[Ga+Al]=30으로 한다.

다음에는 제1도의 (b)에 나타난 바와같이 제2클래드층(15)상의 전면에 AuZn(Zn 5%)으로된 오옴전극(접촉금속)(16)을 두께 3,000-4,000Å으로 형성시킨다음 포토 레지스트(photo resist)를 마스크로 해서 I₂-KI-H₂O(중량비 1:4:4)계의 에칭을 사용해서 직경 30[㎛]의 원형으로 오옴전극(16)을 남기고 다른 것을 에칭제거한 다음, 이어서 포토 레지스트를 제거하고, 제1도의 (c)에 나타난 바와같이 전면에 CVD법에 의해 SiO₂막(17)을 두께 3,000Å으로 형성하고 포토 레지스트를 마스크로 해서 AuZn오옴전극(16)상의 SiO₂막(17)을 선택적으로 제거하는데, 이때 에칠액으로는 불화 암모니움을 사용한다.

다음에, 제1도의 (d)에 나타난 P형 전면에 Cr(1,000Å), Au(5,000Å)를 순차적으로 성형해서 P형 전극(18)을 형성하고 그후에 기판(11)의 이면측을 연마하여 3,000~350㎛두께의 기판(11)을 두께 80㎛정도까지 얇게 만들며, 이어서 제1도의 (e)에 나타난 바와같이 기판(11)의 이면측에 AuGe(Ge 0.5%) 및 Au를 각각 5,000Å, 1,000Å두께로 형성시켜 N형 전극(19)을 형성하고, 포토 레지스트를 마스크로 하여 오옴전극(16)에 대향해서 직경 150㎛의 원형으로 N형 전극(19)을 에칭 제거하며, P형 전극(18)상에 전계 도금법으로 Au층(20)을 20㎛의 두께로 형성시킨 다음, 상기 제1도의 (e)에 나타난 상태에서 NH₄OH-H₂O계의 에칭액을 사용하고 N형 전극(19)을 마스크로 해서 기판(11) 및 버퍼층(12)을 상기 제1클래드층(13)에 이르는 깊이까지 에칭 제거하여 광출력을 내는 창(21)을 형성시킨다.

이렇게해서 얻어진 발광 다이오드는, MOCVD법에 의해 실현된 고품질의 결정성과 경사가 급하고 양호한 계면특성을 반영하여, 외부 양자효율이 3%이상으로써 양호하고, 광섬유 출력으로써 전류 100mA, 코어직경 50㎛, 클래드직경 125㎛인 GI섬유에 버트 조인트butt joint)되어 110㎼이상이라는 뛰어난 특성을 나타내며, 섬유의 선구가공에서 160㎼이상이라는 뛰어난 특성을 나타낸다.

여기서 상기 광섬유와의 결합효율이 향상되는 이유는 MOCVD법을 사용해서 각 층을 성장시켰으므로 결정면에 파상형상이 없기 때문인 것으로 생각된다. 즉, 바라스형 LED는 제2도에 나타난 바와같이 광섬유(25)와 결합되는데 LPE법에 의한 LED에서는 기판에 에칭에 의해 노출시킨 제1클래드층(13)의 표면에 곰보현상이 생기므로 활성층(12)으로 발광한 빛이 제1클래드층(13)의 표면에서 산란하고, 따라서 광섬유(25)와의 결합효율이 저하하는 반면, MOCVD법에 의한 LED에서는 제1클래드층(13)의 표면에 곰보가 생기지 않고, 해당표면이 거울에 가까울 정도로 매끄러운 상태이기 때문에, 상기 산란이 생기지 않으며 결합효율이 향상되게 된다.

또한 MOCVD법을 사용했기 때문에 대구경으로 균일성이 뛰어난 웨이퍼를 얻을 수가 있고, 대량 생산에 유용하며 제조가격이 절감될 수 있을 뿐만 아니라, MOCVD법을 이용하므로써 제2클래드층(15)의 아연도우프(Zn dope)양을 늘리는 것이 가능해지기 때문에 오옴접촉으로 생기는 직렬저항을 작게 할수 있으며, 해당 저항부에서의 발열을 억제하고 이로 말미암아 발광효율이 더한층 향상시키는 것이 역시 가능하다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않는 것으로 이를테면 상기 MOCVD법에 의한 결정성장시의 각종 조건은 성장시킬 반도체층이나 그밖의 형태에 따라서 적당히 변경하는 것이 가능하고, 또 기관 에칭시에 깊이의 제어를 필요로 하는 경우에는 상기 버퍼층(12)대신에 제3도를 보여주는 바와같이 Al을 포함하는 층(32)을 형성하여 이 Al을 포함하는 층(32)을 에칭 정지층으로 해서 이용하는 것도 가능하며, 사용하는 반도체재료 역시 GaAs/GaAlAs계에 한정되지 않고 InP.InGaAlP계라도 상관없으며 다른 화합물 반도체 재료를 사용하는 것도 역시 가능하다.

또한 일례로 GaAlAs와 같은 기판재료가 발광파장에 대하여 투명할 경우 상기 기관 에칭을 생략하는 것도 가능하고, 더우기 가공해서 렌즈작용을 갖게하거나 기타 여러가지 응용을 생각할 수 있다. 즉 바라스형 발광 다이오드에 한하지 않고 각종 발광 다이오드의 제조에 적용할 수도 있고, 그 밖에 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형시켜 실시할수도 있다.

Claims

활성층을 클래드층으로 감싸는 발광다이오드의 제조방법에 있어서, 제1도전형의 반도체 기판상에 유기금속 기상성장법을 이용하여 적어도 제1도전형 클래드층(13)과, 제1 또는 제2도전형의 활성층(14) 및 제2도전형 클래드층(15)을 순차적으로 성장 형성하는 공정과, 상기 제2도전형 클래드층상에 접촉금속(16)을 선택적으로 형성함과 동시에 해당 접촉금속의 주위에 절연막(17) 또는 역접합을 형성해서 전류협착구조를 형성하는 공정으로 제조함을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 기판의 접촉금속에 대응하는 기판의 이면측 위치에 에칭을 써서 광출력을 내는 창(21)을 형성시키는 것.
제2항에 있어서, 상기 기판(11)의 에칭을 상기 제1도전형의 클래드층(13)에 이를때까지 행하는 것.
제1항에 있어서, 상기 기판(11)은 GaAs기판을 이용하고, 상기 각층은 GaAs/GaAlAs계 반도체재료를 이용한 것을 특징을 하는것.