TW202115925A - 點光源型發光二極體及其製造方法 - Google Patents

點光源型發光二極體及其製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種可簡化製造步驟且可減少來自發光圖案的發光窗以外的發光的點光源型發光二極體及其製造方法。本發明的點光源型發光二極體包括：基板；n型包覆層；發光層；p型包覆層；n型電流狹窄層，具有開口部；p型接觸層，設置於所述n型電流狹窄層上；以及p型電極，具有將中心設為與所述開口部相同的發光窗；且所述發光窗的窗開口寬度為所述開口部的開口寬度以上的大小，所述點光源型發光二極體具有於厚度方向上自所述p型接觸層遍及所述發光層的氫離子注入部，所述發光層具有：非注入區域，將中心設為與所述發光窗相同，且具備大於所述發光窗的開口寬度的區域寬度；以及氫離子注入區域，包圍所述非注入區域。

Description

點光源型發光二極體及其製造方法
本發明是有關於一種點光源型發光二極體及其製造方法。
近年來，發光二極體（Light Emitting Diode，LED）根據其發光波長而用於感測器、氣體分析、車載照相機、照明、訊號、殺菌、樹脂硬化等各種用途。該些中，於在感測器光源用途等中使用發光二極體的情況下，可使用發出顯示出均勻的發光強度分佈的光的點光源型發光二極體。在通常的發光二極體中，自發光區域向全方向放出光，但在點光源型發光二極體中，僅取出朝向特定方向的光。此種點光源型發光二極體例如在專利文獻1中有揭示。
專利文獻1中所揭示的點光源型發光二極體在支撐基板上依次包括：金屬層、第一導電型層、發光層、包含電流狹窄結構的第二導電型層、以及形成有取出在所述發光層產生的光的發光窗的上表面電極。於專利文獻1的點光源型發光二極體中，為了將發光層的通電區域限制為其面內的一部分，藉由在較活性層更上方的第二導電型層內設置電流阻擋區域來形成電流狹窄結構，所述電流阻擋區域藉由氫離子注入而形成。進而，一面藉由活性層下方的金屬反射面使自活性層朝向其下方的支撐基板側的光中的一部分反射並自發光窗取出，一面藉由活性層下方的光反射減少面吸收。
於專利文獻1中，藉由經由結晶成長步驟、介電質層形成步驟、中間電極形成步驟、金屬層形成步驟、防擴散障壁層形成步驟、支撐基板接合步驟、成長基板分離步驟、電流狹窄結構形成步驟及電極形成步驟而製造所述點光源型發光二極體。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2015-170717號公報
[發明所欲解決之課題] 於專利文獻1的技術中為了將所述的金屬反射面及光反射減少面形成於發光層下方而製造步驟複雜化。又，近年來，追求一種能夠盡可能減少來自發光圖案的發光窗以外的發光的點光源型發光二極體。
因此，本發明的目的在於提供一種可簡化製造步驟且可減少來自發光圖案的發光窗以外的發光的點光源型發光二極體及其製造方法。 [解決課題之手段]
本發明者等人為瞭解決所述課題而反覆進行了銳意研究。並且，想到於點光源型發光二極體中形成氫離子注入部，所述點光源型發光二極體在基板上依次形成n型包覆層、發光層、p型包覆層、具有開口部的n型電流狹窄層、以及p型接觸層，進而設置有具有發光窗的p型電極。並且，發現藉由設置於厚度方向上自p型接觸層遍及發光層的氫離子注入部而可減少來自發光圖案的發光窗以外的發光。本發明基於所述見解而完成，其主旨構成如下所述。
（1）一種點光源型發光二極體，包括： 基板； n型包覆層，位於所述基板上； 發光層，位於所述n型包覆層上； p型包覆層，位於所述發光層上； n型電流狹窄層，設置於所述p型包覆層上，具有使所述p型包覆層的一部分露出的開口部； p型接觸層，設置於所述p型包覆層的露出面上及所述n型電流狹窄層上；以及 p型電極，設置於所述p型接觸層上，具有將中心設為與所述開口部相同的發光窗； 所述發光窗的窗開口寬度為所述開口部的開口寬度以上的大小， 所述點光源型發光二極體具有於厚度方向上自所述p型接觸層遍及所述發光層的氫離子注入部， 所述發光層具有：非注入區域，將中心設為與所述發光窗相同，且具備大於所述發光窗的窗開口寬度的區域寬度；以及氫離子注入區域，包圍所述非注入區域。
（2）如所述（1）所記載的點光源型發光二極體，其中所述發光層的所述氫離子注入區域的氫濃度為所述非注入區域的氫濃度的3.0倍以上，且所述氫離子注入區域的氫濃度為5.0×1017 atoms/cm3 以上。
（3）如所述（2）所記載的點光源型發光二極體，其中所述氫離子注入區域的氫濃度為2.0×1019 atoms/cm3 。
（4）一種點光源型發光二極體的製造方法，包括： 半導體層形成步驟，於基板上依次形成n型包覆層、發光層、p型包覆層及n型半導體層； n型電流狹窄層形成步驟，於所述n型半導體層形成開口寬度A的開口部，而形成使所述p型包覆層的一部分露出的n型電流狹窄層； p型接觸層形成步驟，於所述p型包覆層的露出面上及所述n型電流狹窄層上形成p型接觸層； 遮罩形成步驟，於所述p型接觸層上形成將中心設為與所述開口部相同且遮罩寬度B的遮罩； 氫離子注入步驟，自所述p型接觸層的表面注入氫離子，而形成於厚度方向上自所述p型接觸層遍及所述發光層的氫離子注入部； p型電極形成步驟，去除所述遮罩，接著在所述p型接觸層上形成具有發光窗的p型電極，所述發光窗將中心設為與所述開口部相同，具備所述開口部的開口寬度A以上且小於所述遮罩寬度B的窗開口寬度C。
（5）如所述（4）所記載的點光源型發光二極體的製造方法，其中所述氫離子注入步驟中的氫離子的劑量為1.0×1013 atoms/cm2 以上。
（6）如所述（5）記載的點光源型發光二極體的製造方法，其中所述氫離子注入步驟中的氫離子的劑量為2.0×1015 atoms/cm2 以下。 [發明的效果]
根據本發明，能夠提供一種可簡化製造步驟且可減少來自發光圖案的發光窗以外的發光的點光源型發光二極體及其製造方法。
於說明本發明的實施形態之前，對本說明書中的各定義進行說明。
（各定義） ＜III-V族化合物半導體＞ 首先，在本說明書中，在簡稱為「III-V族化合物半導體」的情況下，其組成由通式：(Ina Gab Alc )(Px Asy Sbz )表示。此處，關於各元素的組成比，以下的關係成立。 關於III族元素，c=1-a-b，0≦a≦1，0≦b≦1，0≦c≦1 關於V族元素，z=1-x-y，0≦x≦1，0≦y≦1，0≦z≦1
＜p型、n型及未摻雜以及摻雜劑濃度＞ 於本說明書中，將作為p型電性發揮功能的層稱為p型半導體層（有時亦簡稱為「p型層」）等，將作為n型電性發揮功能的層稱為n型半導體層（有時亦簡稱為「n型層」）等。另一方面，將未意圖添加Si、Zn、S、Sn、Mg、Se、C等雜質的情形稱為「未摻雜」。於未摻雜的III-V族化合物半導體層中可混入製造過程中的不可避免的雜質。具體而言，於本說明書中，摻雜劑濃度低（例如未滿7.6×1015 atoms/cm3 ）的情況作為「未摻雜」進行處理。Si、Zn、S、Sn、Mg、Se、C等雜質濃度的值設為藉由SIMS分析而得者。再者，在各半導體層的邊界附近，摻雜劑濃度的值大幅變動，因此將各層的膜厚方向上的中央處的摻雜劑濃度的值設為摻雜劑濃度的值。
＜各層的膜厚及組成＞ 另外，所形成的各層的膜厚整體可使用光干涉式膜厚測定器來測定。進而，各層的膜厚分別可根據利用光干涉式膜厚測定器及穿透式電子顯微鏡觀察成長層的剖面來算出。另外，在各層的膜厚以與超晶格結構類似的程度小為幾nm左右的情況下，可使用穿透式電子顯微鏡-能量分散光譜儀（Transmission Electron Microscope-Energy Dispersive Spectrometer，TEM-EDS）來測定膜厚。再者，在各層的剖面圖中，即便在規定的層具有檯面（傾斜面）的情況下，所述層的膜厚亦無需考慮檯面，而使用距所述層的正下層的平坦面的最大高度。
＜氫濃度＞ 氫濃度藉由SIMS（二次離子質譜法，Secondary Ion Mass Spectrometry）而決定，採用各層的深度方向上的平均濃度。再者，本發明中的氫濃度的值設為使用SIMS中容易特定深度方向的位置的發光層的氫濃度的值。將經氫離子注入的整個區域稱為氫離子注入部，將氫離子注入部中的發光層的面內方向的範圍稱為氫離子注入區域。而且，將發光層的除了所述氫離子注入區域以外的範圍稱為非注入區域。於剛磊晶（epitaxial）成長後的發光層中，幾乎無氫濃度的晶圓面內方向上的差異。藉由形成遮罩並進行氫離子注入而產生面內方向上的氫濃度的差異，氫離子注入區域的氫濃度為於遮罩正下方未被注入氫離子的非注入區域的氫濃度的3.0倍以上，藉此可根據氫濃度的面內分佈測定而對氫離子注入區域與非注入區域加以區別。未進行氫離子注入的剛磊晶成長後的發光層（非注入區域）的氫濃度較佳為2.0×1017 atoms/cm3 以下。
以下，參照圖式依次對本發明的點光源型發光二極體及其製造方法進行說明。再者，原則上對相同的構成元件標註相同的參照編號，並省略重覆的說明。於各圖中，為了便於說明，根據實際的比率而誇張地示出基板及各層的縱橫比率。又，本說明書中所說的「相同」，應當理解為不是意指數學意義上的嚴格的相等，而是意指包含以製造步驟上產生的不可避免的誤差為首的、在發揮本發明的作用效果的範圍內被允許的誤差。
（點光源型發光二極體） 參照圖1，對本發明的點光源型發光二極體100的一例進行說明。點光源型發光二極體100至少包括：基板10；n型包覆層31，位於基板10上；發光層35，位於n型包覆層31上；p型包覆層37，位於發光層35上；n型電流狹窄層42，設置於p型包覆層37上，具有使p型包覆層37的一部分露出的開口部42A；p型接觸層60，設置於p型包覆層37的露出面37A上及n型電流狹窄層42上；以及p型電極91，設置於p型接觸層60上，具有將中心設為與開口部42A相同的發光窗92。 再者，於基板10上的各層之間，可具有圖1中未圖示的所述以外的層。例如，可具有後述的初始成長層、n型分佈式布拉格反射鏡（Distributed Bragg Reflector，DBR）層、間隔（spacer）層或p型DBR層等。又，亦可具有未圖示的n型電極。
而且，點光源型發光二極體100的發光窗92具備開口部42A的開口寬度A以上大小的窗開口寬度C（因此，C≧A）。又，點光源型發光二極體100具有於厚度方向上自p型接觸層60遍及發光層35的氫離子注入部80。所述氫離子注入部80將發光層35區分成氫離子注入區域33與非注入區域34。發光層35具有氫離子注入區域33、以及非注入區域34。其中，非注入區域34將中心設為與發光窗92相同且具備大於發光窗92的窗開口寬度C的區域寬度B（因此，B＞C）。又，氫離子注入區域33包圍非注入區域34。將開口部42A的開口寬度A、非注入區域34的區域寬度B及發光窗92的窗開口寬度C的關係整理，為A≦C＜B。 此處，俯瞰開口部42A、發光窗92、非注入區域34的形狀可設為圓形、橢圓形、多邊形或圓角矩形，分別將中心（幾何中心）設為相同。又，開口部42A、發光窗92、非注入區域34各者的形狀較佳為相似形。各寬度即A、B及C的值在圓形時意指直徑，在橢圓形時意指長徑，在多邊形或圓角矩形時意指外接圓的直徑。
點光源型發光二極體100具有所述結構，特別是於發光層35中具有構成氫離子注入區域33的氫離子注入部80，因此可減少來自發光圖案的發光窗92以外的發光。若各寬度為A≦C＜B的關係，則於圖1中電流自被區域寬度B及窗開口寬度C包圍的p型電極91的內周近旁，經由p型接觸層60並穿過開口寬度A的n型電流狹窄層42的開口部42A朝向發光層35流動，而發光層35的開口部42A正下方的區域成為實質性的發光區域。n型電流狹窄層42承擔電流狹窄的效果，因此於氫離子注入部80，無如前文所述的專利文獻1所揭示的電流狹窄的效果。即，若氫離子注入的目的為電流狹窄的效果，則在本發明的結構中，於發光層35與具有發光窗92的p型電極91之間具有n型電流狹窄層42，而無需設置氫離子注入部80。雖然氫離子注入部80使來自發光圖案的發光窗92以外的發光減少的理由尚不明確，但可知可藉由特意設置氫離子注入部80，而有效地減少來自發光窗92以外的發光。
為了更確實地獲得減少來自上述的發光圖案的發光窗以外的發光的效果，發光層35的氫離子注入區域33的氫濃度為非注入區域34的氫濃度的3.0倍以上，且氫離子注入區域33的氫濃度較佳為5.0×1017 atoms/cm3 以上，更佳為6.0×1017 atoms/cm3 以上。進而，氫離子注入區域33的氫濃度較佳為2.0×1019 atoms/cm3 以下。
以下，參照圖2～圖5，藉由對包含所述的點光源型發光二極體100且更包括較佳的結構的點光源型發光二極體200的製造方法的實施形態的一例進行說明，而對能夠應用於本發明的點光源型發光二極體的各結構進行說明。兩位數字的符號及附隨於其的符號參照圖1～圖5中共用的結構，並省略重覆的說明。
（點光源型發光二極體的製造方法） 點光源型發光二極體200的製造方法至少包含：半導體層形成步驟（參照圖2的S10及S20），於基板10上依次形成n型包覆層31、發光層35、p型包覆層37以及n型半導體層41；n型電流狹窄層形成步驟（參照圖2的S30），於n型半導體層41形成開口寬度A的開口部42A，而形成使p型包覆層37的一部分露出的n型電流狹窄層42；p型接觸層形成步驟（參照圖3的S50），於p型包覆層37的露出面37A上及n型電流狹窄層42上形成p型接觸層60；遮罩形成步驟（參照圖3的S60），於p型接觸層60上，將中心設為與開口部42A相同而形成遮罩寬度B的遮罩70；氫離子注入步驟（參照圖4的S70及S80），自p型接觸層60的表面注入氫離子，形成於厚度方向上自p型接觸層60遍及發光層35的氫離子注入部80；以及p型電極形成步驟（參照圖5的S90、S100），去除遮罩70，接著於p型接觸層60上，形成具有發光窗92的p型電極91，所述發光窗92將中心設為與開口部42A相同，具備開口部42A的開口寬度A以上且小於遮罩寬度B的窗開口寬度C。如圖2的S20所圖示般，於半導體層形成步驟中，亦較佳的是於基板10與n型包覆層31之間，分別單獨形成初始成長層21及n型DBR（Distributed Bragg Reflector）層23或形成以上兩者。又，如圖3的S40及S50所圖示般，點光源型發光二極體200的製造方法亦較佳的是包含p型DBR層形成步驟，即：於p型包覆層37的露出面37A及n型電流狹窄層42、與p型接觸層60之間形成p型DBR層50。以下，依次對各步驟及各結構的詳情進行說明。
＜半導體層形成步驟＞ 參照圖2的S10及S20。於半導體層形成步驟中，於基板10上依次形成初始成長層21、n型DBR層23、n型包覆層31、發光層35、p型包覆層37以及n型半導體層41。再者，可省略形成初始成長層21及n型DBR層23。
於本步驟中形成於基板10上的各層為III-V族化合物半導體層。所述各層例如可藉由有機金屬氣相成長（金屬有機化學氣相沈積（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD））法、分子束磊晶（Molecular Beam Epitaxy，MBE）法、濺鍍法等公知的薄膜成長方法而形成，關於自本步驟之後形成的III-V族化合物半導體層亦同樣。若形成AlInGaAsP系的半導體層，例如，以規定的混合比使用作為Al源的三甲鋁（TMA）、作為In源的三甲基銦（TMIn）、作為Ga源的三甲基鎵（TMGa）、作為As源的砷化氫（AsH3 ）、作為P源的膦（PH3 ）等，使用載送氣體使該些原料氣體氣相成長，藉此可根據成長時間而使AlInGaAsP系半導體層以所期望的膜厚進行磊晶成長。進而，於使用Sb作為V族元素的情況下，作為Sb源使用TMSb（三甲基銻）等即可。又，於將各半導體層摻雜於p型或n型的情況下，視需要併用在構成元素中包含p型摻雜劑（Zn、C、Mg等）或n型摻雜劑（Te、Si、Se等）的摻雜劑源的氣體來使半導體層成長即可。又，關於各層的組成可於結晶成長方向上為一定，亦可於結晶成長方向上使組成傾斜，還可使組成調變（包含非連續性的變化）。
＜＜基板＞＞ 首先，準備基板10。基板10只要根據於其上成長的半導體層的組成及晶格常數自GaAs基板、InP基板、GaSb基板、InSb基板等適當採用即可。於本實施形態中為了於基板10上形成n型包覆層31，較佳的是使用n型半導體基板，但基板10的導電型可為未摻雜，亦可為p型。以下為了便於說明，而以基板10為GaAs基板的情形為例，對各半導體層的組成進行說明。
＜＜初始成長層＞＞ 較佳的是於基板10上形成初始成長層21。初始成長層21可防止基板10的基板表面的氧化膜及污染等的影響，且亦可用作緩衝層以緩衝初始成長層21與形成於其上方的半導體層之間的晶格應變。例如在基板10為n型GaAs基板的情況下，可將初始成長層21設為n型GaAs層，亦可在與基板10進行晶格整合的範圍內調整III族元素及V族元素的組成比。初始成長層21可為單層，或者亦可為與其他層的複合層（例如超晶格層）。初始成長層21的膜厚為任意，例如可設為10 nm～100 nm。
＜＜n型DBR層＞＞ 較佳的是於基板10上形成n型DBR層23。於圖2的S20中，示出於初始成長層21上形成n型DBR層23的示例。n型DBR層23為可藉由將低折射層及高折射層重覆積層而形成的反射層。構成n型DBR層23的低折射率層及高低折射率層的各層的膜厚根據各層的折射率及發光波長適當決定即可。可將積層結構的一端設為低折射率層，並設置高低折射率層及低折射率層的重覆結構而將另一端設為低折射率層。或者亦可相反地將兩端設為高低折射率層。此種情況下，將低折射率層及高低折射率層的組數表述為n（n為自然數），稱為n.5組。低折射率層及高低折射率層的各層的組數設為5～40組左右即可，可將層膜厚設為500 nm～4000 nm左右。低折射率層及高低折射率層的組成為任意，例如使用組成比不同的兩種n型AlGaAs層即可。
＜＜n型包覆層＞＞ 於基板10上形成n型包覆層31。於圖2的S20中，示出於n型DBR層23上形成n型包覆層31的示例。根據發光層35的III-V族化合物半導體的組成而適當決定構成n型包覆層31的III-V族化合物半導體的組成即可，可例示n型AlInP。n型包覆層31可為單層結構，亦可為積層多層而成的複合層。n型包覆層31的膜厚並無特別限制，例如可設為50 nm～500 nm。
＜＜發光層＞＞ 於n型包覆層31上形成發光層35。發光層35可為單層結構，亦可為將阱層與障壁層積層而成的單一量子阱（single quantum well，SQW）結構，還可為多重量子阱（multiple quantum well，MQW）結構。為了藉由抑制結晶缺陷而提高光輸出，更佳的是發光層35具有量子阱結構。發光波長例如可設為580 nm～4000 nm的範圍，較佳的是將發光波長設為630 nm～1100 nm的範圍。
發光層35可包含III-V族化合物半導體，以下將發光層35的III-V族化合物半導體的組成表述為（Ina1 Gab1 Alc1 ）（Px1 Asy1 Sbz1 ）；c1 =1-a1 -b1 ，z1 =1-x1 -y1 ，0≦a1 ≦1，0≦b1 ≦1，0≦c1 ≦1，0≦x1 ≦1，0≦y1 ≦1，0≦z1 ≦1。例如於將發光中心波長設為630 nm～1100 nm的情況下，可將發光層（於包含阱層及障壁層的形態的情況下為各層）中的In的組成比a1 設為0.0～1.0，將Ga的組成比b1 設為0.0～1.0，將Al的組成比c1 設為0.0～0.5，將P的組成比x1 設為0.0～1.0，將As的組成比y1 設為0.0～1.0，將Sb的組成比z1 設為0.0～0.5。例如，可藉由InGaP構成阱層，藉由AlGaInP構成障壁層。
發光層35的膜厚並無特別限制，例如可設為10 nm～500 nm。又，可將量子阱結構的阱層的膜厚設為3 nm～17 nm，可將障壁層的膜厚設為5 nm～20 nm。設為多重量子量阱結構時的組數亦無特別限制，設為5組～50組左右即可，可將多重量子阱結構的兩端設為障壁層。
＜＜p型包覆層＞＞ 於發光層35上形成p型包覆層37。根據發光層35的III-V族化合物半導體的組成適當決定構成p型包覆層37的III-V族化合物半導體的組成即可，可例示p型AlInP。p型包覆層37可為單層結構，亦可為積層多層而成的複合層。P型包覆層37的膜厚並無特別限制，例如可設為50 nm～500 nm。
＜＜n型半導體層＞＞ 於p型包覆層37上形成n型半導體層41。n型半導體層41在後續步驟中形成開口部42A之後，成為n型電流狹窄層42。根據發光層35的III-V族化合物半導體的組成適當決定構成n型半導體層41的III-V族化合物半導體的組成即可，可例示n型AlInP。n型半導體層41的膜厚只要於後續步驟中可形成開口部42A則無特別限制，例如可設為10 nm～200 nm。
＜＜間隔層＞＞ 再者，雖未圖示，但可將未摻雜的間隔層形成於發光層35與n型包覆層31之間及發光層35與p型包覆層37之間的各一者或兩者。藉由設置間隔層，可防止不必要的摻雜劑的擴散。間隔層的膜厚並無限制，例如設為5 nm～500 nm即可。
＜n型電流狹窄層形成步驟＞ 參照圖2的S30。繼半導體層形成步驟之後，於n型半導體層41形成開口寬度A的開口部42A，而形成使p型包覆層37的一部分露出的n型電流狹窄層42。於n型半導體層41的表面形成遮罩後，將n型半導體層41進行蝕刻等於p型包覆層37設置露出面37A即可。開口部42A的開口寬度A並無特別限制，根據用途適當決定即可，例如可設為10 μm～300 μm。再者，所述開口寬度A相當於露出面37A的露出寬度。開口部42A較佳的是於俯視下形成為圓形，但並無特別限制，亦可為橢圓形，還可為多邊形或圓角矩形。再者，所露出的n型電流狹窄層42的側面既可為垂直面，亦可為檯面（傾斜面）。圖2例示傾斜面為朝向成長方向的順檯面，但檯面既可為順檯面亦可為逆檯面。再者，在具有檯面的情況下，開口寬度A設為測量俯瞰開口部42A時的最小形狀。
＜p型DBR層形成步驟＞ 參照圖3的S40。於p型包覆層37的露出面37A及n型電流狹窄層42上形成p型DBR層50。p型DBR層50亦可根據需要而省略。p型DBR層50為可藉由將低折射層及高折射層重覆積層而形成的反射層，與n型DBR層23除了摻雜劑不同以外，與所述的p型DBR層50於積層結構、組數及組成的可調整範圍相同，於可形成DBR結構的範圍內適當決定即可。亦可於發光層與p型DBR層50及n型DBR層23之間獲得諧振器。藉由針對用於放出光的反射力調整而適當決定組數等，而可設為垂直諧振器型發光二極體。
＜p型接觸層形成步驟＞ 參照圖3的S50。於p型包覆層37的露出面37A上及n型電流狹窄層42上形成p型接觸層60。於圖3的S50中，是於p型DBR層50上形成了p型接觸層60。p型接觸層60是與形成於其上的p型電極91取得歐姆接觸的p型半導體層。根據發光層35的III-V族化合物半導體的組成而適當決定構成p型接觸層60的III-V族化合物半導體的組成即可，可例示p型GaAs。p型接觸層60可為單層結構，亦可為積層多層而成的複合層。P型接觸層60的膜厚並無特別限制，例如可設為10 nm～100 nm。
＜遮罩形成步驟＞ 參照圖3的S60。於p型接觸層60上，形成將中心設為與開口部42A相同且遮罩寬度B的遮罩70。可使用感光性樹脂等形成遮罩70。遮罩寬度B決定藉由後續步驟而形成的氫離子注入部的面內方向的形成位置。因此，使遮罩寬度B大於開口部42A的開口寬度A及之後形成的具備窗開口寬度C的發光窗92。再者，由於可在曝光器中確認開口部42A，故於遮罩形成時容易進行光罩的定位。所形成的遮罩的厚度為任意，例如可設為1 μm～5 μm。又，若遮罩寬度B大於開口部42A的開口寬度A及之後形成的具備窗開口寬度C的發光窗92，則遮罩寬度B的大小並無限制。再者，作為遮罩寬度B的上限目標，不超過晶片尺寸，若考慮電極寬度或對準寬度，例如可設為C+5 μm≦B＜晶片尺寸-5 μm的範圍。為了確實地減少來自發光圖案的發光窗92以外的發光，氫離子注入區域較佳為距晶片尺寸的外周5 μm以上，更佳為10 μm以上。
＜氫離子注入步驟＞ 參照圖4的S70及S80。於形成上述的遮罩70之後，自p型接觸層60的表面注入氫離子，形成於厚度方向上自p型接觸層60遍及發光層35的氫離子注入部80。氫離子於晶格的間隙中直行前進地通過，故深深侵入半導體層等具有規則性的原子排列中，另一方面無法通過原子配列為隨機的遮罩70。因此，氫離子注入部80於面內方向上形成於未形成有遮罩70的部分。氫離子注入部80於厚度方向上自p型接觸層60遍及發光層35，因此所述氫離子注入部80將發光層35區分成氫離子注入區域33與非注入區域34。而且，氫離子直行前進而不於中途拐彎，因此非注入區域34將中心設為與開口部42A相同且具備寬度與遮罩寬度B一致的區域寬度B，氫離子注入區域33包圍非注入區域34。再者，如圖示般，氫離子注入部80可於厚度方向上，超過發光層35而及至n型包覆層31以下。
為了確實地減少來自發光圖案的發光窗以外的發光，本步驟中的氫離子的劑量較佳為1.0×1013 atoms/cm2 以上，更佳為1.9×1013 atoms/cm2 以上。又，為了防止遮罩70伴隨著氫離子的注入而變質，較佳的是將遮罩70的氫離子的劑量設為2.0×1015 atoms/cm2 以下，更佳的是設為1.0×1015 atoms/cm2 以下。關於劑量，適當調整氫離子注入時的照射時間等即可。由於氫離子的加速電壓影響氫離子的注入深度，因此根據氫離子注入部80的厚度方向的形成範圍及各層的膜厚適當決定即可，例如可設為10 keV～300 keV。
＜p型電極形成步驟＞ 參照圖5的S90及S100。於形成氫離子注入部80之後，去除遮罩70（S90）。接著，於p型接觸層60上形成具有發光窗92的p型電極91，所述發光窗92將中心設為與開口部42A相同，具備開口部42A的開口寬度A以上且小於遮罩寬度B的窗開口寬度C（S100）。p型電極91形成光阻劑等，藉由濺鍍法、電子束蒸鍍法、電阻加熱法等形成即可。於圖5的S100中，p型電極91包圍與開口部42A一起形成的p型接觸層60的凹部而形成，但只要滿足上述的開口寬度A、遮罩寬度B及窗開口寬度C的關係，則形成位置於所述圖的示例中並無限制。窗開口寬度C若為開口部42A的開口寬度A以上且小於遮罩寬度B，則無特別限制，例如可設為10 μm～310 μm。
又，亦可根據需要而形成n型電極99。於圖5的S100中，於基板10的背面形成n型電極99，但此僅為一例，根據基板10的導電型等而適當設定形成位置即可。n型電極99亦可藉由濺鍍法等形成。
於以上所說明的點光源型發光二極體200中，利用遮罩70的遮罩寬度B形成氫離子注入部80，而可比較簡單地形成氫離子注入部80。而且，如此般獲得的點光源型發光二極體可減少來自發光圖案的發光窗92以外的發光。
再者，上述的點光源型發光二極體200的製造方法的實施形態僅為用於製作點光源型發光二極體100的一例。為了製作點光源型發光二極體100，只要可將所述結構具體化，則可應用上述的點光源型發光二極體200的製造方法的實施形態以外的手法。 [實施例]
以下，使用實施例來進一步詳細地說明本發明，但本發明並不受以下的實施例任何限定。
（實施例1） 藉由參照圖2～圖5的順序，製作實施例1的點光源型發光二極體。具體而言如以下所述般。
於n型GaAs基板（基板厚：350 μm）的（100）面上，形成n型GaAs層（膜厚75 nm，初始成長層）。接著，同時形成將摻雜Se的n型Al0.45 Ga0.55 As層（膜厚48 nm）與n型AlAs層（膜厚53 nm）積層20.5組（兩端為n型Al0.45 Ga0.55 As層）而成的n型DBR層（總膜厚2068 nm）。接著，於n型DBR層上，藉由MOCVD法依次形成：摻雜Se的n型Al0.5 In0.5 P包覆層（膜厚148 nm）、同時包含未摻雜的In0.5 Ga0.5 P層（膜厚8 nm，阱層）及Al0.35 Ga0.15 In0.5 P層（膜厚5 nm，障壁層）的主發光波長650 nm的三層量子阱（3QW）結構的發光層（合計膜厚43 nm）、以及摻雜Mg的p型Al0.5 In0.5 P層（膜厚250 nm，p型包覆層）。
接著，於p型包覆層上形成n型Al0.5 In0.5 P層（膜厚20 nm），形成抗蝕劑圖案並進行蝕刻而使p型包覆層的一部分露出而形成開口寬度80 μm（直徑80 μm）的圓形開口部，獲得n型電流狹窄層。
繼續，於p型包覆層的露出面上及n型電流狹窄層上，形成將均摻雜C的p型Al0.45 Ga0.55 As層（膜厚50 nm）與p型Al0.95 Ga0.05 As層（膜厚63 nm）積層10.5組（兩端為p型Al0.45 Ga0.55 As層）而成的p型DBR層（總膜厚1180 nm）。
進而，於p型DBR層上形成包含摻雜Zn的p型GaAs層（膜厚20 nm）的p型接觸層。
接著，於p型接觸層上，於n型電流狹窄層的開口部的同心軸上形成遮罩寬度180 μm（直徑180 μm）的圓形抗蝕劑遮罩。然後，自p型接觸層的表面將氫離子以加速電壓145 keV、劑量2.0×1014 atoms/cm2 注入而形成氫離子注入部。氫離子注入部於厚度方向上，自p型接觸層及至n形包覆層。
進而，在將遮罩去除後，於p型接觸層上，於n型電流狹窄層的開口部的同心軸上以200 μm×350 μm的大小形成具有窗開口寬度160 μm（直徑160 μm）的發光窗的p型電極（電極材料AuZn合金）。其後，以超出寬度10 μm且將p型電極完全覆蓋的方式對220 μm×370 μm的範圍予以遮蓋，藉由蝕刻而去除除了遮罩區域以外的基板上的半導體層。又，於n型GaAs基板的背面整面形成n型電極（電極材料AuGe合金）。在進行了用於形成歐姆接觸的熱處理之後，以成為晶片尺寸（250 μm×400 μm）的方式對經去除半導體層的位置的基板藉由切割而進行切斷，而分離成各個晶片。所獲得的晶片上表面的距p型接觸層的外周寬度10 μm未被p型電極覆蓋。如此般，製作實施例1的點光源型發光二極體。
（實施例2） 於實施例1中，將用於離子注入的遮罩寬度設為180 μm，將發光窗的窗開口寬度設為160 μm，將氫離子劑量設為2.0×1014 atoms/cm2 ，而除了將遮罩寬度改變為100 μm、將窗開口寬度改變為80 μm、將氫離子劑量改變為2.0×1013 atoms/cm2 以外，與實施例1同樣地製作實施例2的點光源型發光二極體。
（比較例1） 於實施例1中形成了氫離子注入部，除了改變為不形成氫離子注入部以外與實施例1同樣地，製作比較例1的點光源型發光二極體。
（比較例2） 於實施例2中形成了氫離子注入部，除了改變為不形成氫離子注入部以外與實施例2同樣地，製作比較例2的點光源型發光二極體。
＜氫濃度的評價＞ 藉由SIMS對實施例1的氫離子注入部的深度方向的氫濃度進行了測定。將結果於圖6的圖表中示出。圖6的橫軸為相對深度，於相當於p型包覆層、發光層及n型包覆層的深度範圍處標註各半導體層的附注。進而，關於實施例2及比較例1、比較例2亦藉由SIMS對與實施例1相同的位置的氫濃度進行了測定。將實施例2及比較例1的結果一併於圖6的圖表中示出。再者，未注入氫離子的比較例1及比較例2的發光層的氫濃度為2.0×1017 atoms/cm3 。由於發光層的氫濃度相同，因此圖6中省略比較例2的圖表。於實施例1中，發光層的氫離子注入區域的氫濃度為5.0×1018 atoms/cm3 ，於實施例2中發光層的氫離子注入區域的氫濃度為6.0×1017 atoms/cm3 。又，不同於圖6而另外藉由SIMS對實施例1、實施例2的發光層的氫離子的非注入區域的氫濃度進行了測定，結果為實施例1、實施例2的非注入區域的氫濃度與未進行氫離子注入的比較例1、比較例2的氫濃度為相同程度。
＜發光強度分佈的評價＞ 使實施例1的點光源型發光二極體以脈衝驅動（脈衝正向電流Ifp：300 mA，頻率：10 kHz，負載率：1.0%）運作。將此時的包含開口部的橫截面的發光強度分佈於圖7中示出。又，為了強調發光，而拍攝了在DC電流1 mA下使實施例1的點光源型發光二極體發光時的照片。使拍攝照片與圖7的圖表中的相對位置相對應，而一併於圖7中示出。再者，圖7的圖表中的縱軸表示發光強度（相對強度），橫軸表示橫截面的任意的相對位置。同樣地，關於比較例1的點光源型發光二極體亦對發光強度分佈進行了測定，且於發光時拍攝了照片。將結果於圖8中示出。進而，關於實施例2及比較例2，拍攝了設為DC電流1 mA時的發光時的發光照片。將結果分別於圖9、圖10中示出。
對比圖7～圖10，確認到於實施例1、實施例2中自開口部出射幾乎全部的發光，另一方面，於比較例1、比較例2中，自開口部以外（未被p型電極覆蓋的p型接觸層的外周）稍許有光漏出。確認到藉由設置氫離子注入部，可於點光源型發光二極體中減少來自發光圖案的發光窗以外的發光。 [產業上的可利用性]
根據本發明，能夠提供一種可簡化製造步驟、且可減少來自發光圖案的發光窗以外的發光的點光源型發光二極體及其製造方法。
10:基板 21:初始成長層 23:n型DBR層 31:n型包覆層 33:氫離子注入區域 34:非注入區域 35:發光層 37:p型包覆層 37A:p型包覆層的露出面 41:n型半導體層 42:n型電流狹窄層 42A:開口部 50:p型DBR層 60:p型接觸層 70:遮罩 80:氫離子注入部 91:p型電極 92:發光窗 99:n型電極 100、200:點光源型發光二極體 A:開口部的開口寬度 B:區域寬度、遮罩寬度 C:窗開口寬度 S10～S100:步驟
圖1是表示本發明的點光源型發光二極體的一例的示意剖面圖。 圖2是用以說明本發明的點光源型發光二極體的製造步驟的一例的示意剖面圖。 圖3是用以說明繼圖2之後的本發明的點光源型發光二極體的製造步驟的一例的示意剖面圖。 圖4是用以說明繼圖3之後的本發明的點光源型發光二極體的製造步驟的一例的示意剖面圖。 圖5是用以說明繼圖4之後的本發明的點光源型發光二極體的製造步驟的一例的示意剖面圖。 圖6是實施例1～實施例2及比較例1中，藉由二次離子質譜（Secondary Ion Mass Spectroscopy，SIMS）獲得的深度方向上的氫濃度及Ga、Al、In強度分佈。 圖7是合併示出使實施例1的點光源型發光二極體發光時的發光強度分佈的圖表及發光照片的圖。 圖8是合併示出使比較例1的點光源型發光二極體發光時的發光強度分佈的圖表及發光照片的圖。 圖9是使實施例2的點光源型發光二極體發光時的發光照片。 圖10是使比較例2的點光源型發光二極體發光時的發光照片。
10:基板
31:n型包覆層
33:氫離子注入區域
34:非注入區域
35:發光層
37:p型包覆層
37A:p型包覆層的露出面
42:n型電流狹窄層
42A:開口部
60:p型接觸層
80:氫離子注入部
91:p型電極
92:發光窗
100:點光源型發光二極體
A:開口部的開口寬度
B:區域寬度、遮罩寬度
C:窗開口寬度

Claims (6)

  1. 一種點光源型發光二極體，其特徵在於包括： 基板； n型包覆層，位於所述基板上； 發光層，位於所述n型包覆層上； p型包覆層，位於所述發光層上； n型電流狹窄層，設置於所述p型包覆層上，具有使所述p型包覆層的一部分露出的開口部； p型接觸層，設置於所述p型包覆層的露出面上及所述n型電流狹窄層上；以及 p型電極，設置於所述p型接觸層上，具有將中心設為與所述開口部相同的發光窗；其中， 所述發光窗的窗開口寬度為所述開口部的開口寬度以上的大小， 所述點光源型發光二極體具有於厚度方向上自所述p型接觸層遍及所述發光層的氫離子注入部， 所述發光層具有：非注入區域，將中心設為與所述發光窗相同，且具備大於所述發光窗的窗開口寬度的區域寬度；以及氫離子注入區域，包圍所述非注入區域。
  2. 如請求項1所述的點光源型發光二極體，其中所述發光層的所述氫離子注入區域的氫濃度為所述非注入區域的氫濃度的3.0倍以上，且所述氫離子注入區域的氫濃度為5.0×1017 atoms/cm3 以上。
  3. 如請求項2所述的點光源型發光二極體，其中所述氫離子注入區域的氫濃度為2.0×1019 atoms/cm3 以下。
  4. 一種點光源型發光二極體的製造方法，其特徵在於包括： 半導體層形成步驟，於基板上依次形成n型包覆層、發光層、p型包覆層及n型半導體層； n型電流狹窄層形成步驟，於所述n型半導體層形成開口寬度A的開口部，而形成使所述p型包覆層的一部分露出的n型電流狹窄層； p型接觸層形成步驟，於所述p型包覆層的露出面上及所述n型電流狹窄層上形成p型接觸層； 遮罩形成步驟，於所述p型接觸層上，形成將中心設為與所述開口部相同且遮罩寬度B的遮罩； 氫離子注入步驟，自所述p型接觸層的表面注入氫離子，而形成於厚度方向上自所述p型接觸層遍及所述發光層的氫離子注入部； p型電極形成步驟，去除所述遮罩，接著在所述p型接觸層上形成具有發光窗的p型電極，所述發光窗將中心設為與所述開口部相同，具備所述開口部的開口寬度A以上且小於所述遮罩寬度B的窗開口寬度C。
  5. 如請求項4所述的點光源型發光二極體的製造方法，其中所述氫離子注入步驟的氫離子的劑量為1.0×1013 atoms/cm2 以上。
  6. 如請求項5所述的點光源型發光二極體的製造方法，其中所述氫離子注入步驟中的氫離子的劑量為2.0×1015 atoms/cm2 以下。
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