JP2000208811A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Ａｌ含有量の高い組成物層をＷＨＴＯＬ劣化か
ら守るパッシベーションを効果的に行なった半導体装
置、および、その装置製造方法を提供する。 【解決手段】特に最もＡｌ含有量の高い層において、メ
サ部をエッチングすることにより、又はウエハをソーイ
ングで部分的に切削することにより、この層の端部の大
部分を露出し、残りの層は接続したままにし、酸化パッ
シベーションする。
ら守るパッシベーションを効果的に行なった半導体装
置、および、その装置製造方法を提供する。 【解決手段】特に最もＡｌ含有量の高い層において、メ
サ部をエッチングすることにより、又はウエハをソーイ
ングで部分的に切削することにより、この層の端部の大
部分を露出し、残りの層は接続したままにし、酸化パッ
シベーションする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的にＩＩＩ−Ｖ
族の半導体装置に関し、より具体的にはアルミニウム
（Ａｌ）を含有するＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料を用いた
装置製造方法に関する。
族の半導体装置に関し、より具体的にはアルミニウム
（Ａｌ）を含有するＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料を用いた
装置製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明の一般的背景技術は、Ｈｏｌｏｎ
ｙａｋ，Ｊｒ．及びＤａｌｌｅｓａｓｓｅによる米国特
許第５，２６２，３６０号「ＡｌＧａＡｓ Ｎａｔｉｖ
ｅ Ｏｘｉｄｅ（自然酸化物ＡｌＧａＡｓ）」（１９９
３年１１月１６日発行）（以下Ｈｏｌｏｎｙａｋ’３６
０とする）及びＨｏｌｏｎｙａｋ，Ｊｒ．等による米国
特許第５，５１７，０３９号「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒ ＤｅｖｉｃｅｓＦａｂｒｉｃａｔｅｄ ｗｉｔｈ
Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｈｉｇｈ Ａｌｕｍｉｎｕｍ
Ｃｏｎｔｅｎｔ ＩＩＩ−Ｖ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
（パッシベーションを施したアルミニウム含有量の高い
ＩＩＩ−Ｖ族材料で作製する半導体装置）」（１９９６
年５月１４日発行）（以下Ｈｏｌｏｎｙａｋ’０３９と
する）において開示されている。
ｙａｋ，Ｊｒ．及びＤａｌｌｅｓａｓｓｅによる米国特
許第５，２６２，３６０号「ＡｌＧａＡｓ Ｎａｔｉｖ
ｅ Ｏｘｉｄｅ（自然酸化物ＡｌＧａＡｓ）」（１９９
３年１１月１６日発行）（以下Ｈｏｌｏｎｙａｋ’３６
０とする）及びＨｏｌｏｎｙａｋ，Ｊｒ．等による米国
特許第５，５１７，０３９号「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒ ＤｅｖｉｃｅｓＦａｂｒｉｃａｔｅｄ ｗｉｔｈ
Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｈｉｇｈ Ａｌｕｍｉｎｕｍ
Ｃｏｎｔｅｎｔ ＩＩＩ−Ｖ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
（パッシベーションを施したアルミニウム含有量の高い
ＩＩＩ−Ｖ族材料で作製する半導体装置）」（１９９６
年５月１４日発行）（以下Ｈｏｌｏｎｙａｋ’０３９と
する）において開示されている。
【０００３】アルミニウム（Ａｌ）含有量の高いＩＩＩ
−Ｖ族半導体材料は高湿高温の環境下において劣化する
が、これは基本的にＡｌ［ＯＨ］3だと思われる望まし
くない酸化アルミニウムが形成する為である。これらの
酸化物は光吸収性を帯びる傾向があり、発光半導体装置
からの光の伝達を制限してしまう。劣悪な酸化アルミニ
ウムはまた、装置の結晶構造に障害を与える場合があ
る。
−Ｖ族半導体材料は高湿高温の環境下において劣化する
が、これは基本的にＡｌ［ＯＨ］3だと思われる望まし
くない酸化アルミニウムが形成する為である。これらの
酸化物は光吸収性を帯びる傾向があり、発光半導体装置
からの光の伝達を制限してしまう。劣悪な酸化アルミニ
ウムはまた、装置の結晶構造に障害を与える場合があ
る。
【０００４】装置の劣化を防ぐ方法の一つに、装置を効
果的に封止して、劣悪で光学的吸収性を持つ酸化アルミ
ニウムの形成を阻止する、高品質の自然酸化物を成長さ
せることがあげられる。自然酸化物はより高い温度にお
いて形成され、Ａｌ（Ｏ）ＯＨ及びＡｌ2Ｏ3を含有する
ものである。装置が高湿高温の環境下で稼動している
間、自然酸化物が劣悪な酸化物（例えばＡｌ［Ｏ
Ｈ］3）の形成を防ぐ、或は大幅に抑制している場合、
その装置はパッシベーションされていると考慮される。
本願の説明において、固定時間長を稼動させた後の装置
の劣化度合に基づく高湿高温稼動寿命（以下ＷＨＴＯＬ
と称す）試験の対象となった装置のパッシベーションレ
ベルは異なっている場合がある。例えば、発光ダイオー
ド（以下ＬＥＤと称す）は、ＷＨＴＯＬ稼動を２０００
時間行なった後の発光出力（ＬＯＰ）の劣化が２０％よ
りも小さかった場合、完全にパッシベーションされてい
ると考慮される。従って、「パッシベーション」という
語は、部分的に不動態化（パッシベーション）されたも
のから完全に不動態化（パッシベーション）された装置
までを表現するものである。本願におけるＷＨＴＯＬ試
験は、相対湿度８５％、温度８５℃の雰囲気中、２０ｍ
Ａ負荷（例えばＬＥＤにおいては順方向バイアス）の条
件下で行われる。
果的に封止して、劣悪で光学的吸収性を持つ酸化アルミ
ニウムの形成を阻止する、高品質の自然酸化物を成長さ
せることがあげられる。自然酸化物はより高い温度にお
いて形成され、Ａｌ（Ｏ）ＯＨ及びＡｌ2Ｏ3を含有する
ものである。装置が高湿高温の環境下で稼動している
間、自然酸化物が劣悪な酸化物（例えばＡｌ［Ｏ
Ｈ］3）の形成を防ぐ、或は大幅に抑制している場合、
その装置はパッシベーションされていると考慮される。
本願の説明において、固定時間長を稼動させた後の装置
の劣化度合に基づく高湿高温稼動寿命（以下ＷＨＴＯＬ
と称す）試験の対象となった装置のパッシベーションレ
ベルは異なっている場合がある。例えば、発光ダイオー
ド（以下ＬＥＤと称す）は、ＷＨＴＯＬ稼動を２０００
時間行なった後の発光出力（ＬＯＰ）の劣化が２０％よ
りも小さかった場合、完全にパッシベーションされてい
ると考慮される。従って、「パッシベーション」という
語は、部分的に不動態化（パッシベーション）されたも
のから完全に不動態化（パッシベーション）された装置
までを表現するものである。本願におけるＷＨＴＯＬ試
験は、相対湿度８５％、温度８５℃の雰囲気中、２０ｍ
Ａ負荷（例えばＬＥＤにおいては順方向バイアス）の条
件下で行われる。
【０００５】昇温した水蒸気雰囲気を用いることによる
高品質自然酸化膜の形成方法は、Ｈｏｌｏｎｙａｋ’３
６０に記述されており、本発明においても適用可能であ
る。Ａｌ含有材料に自然酸化物を成長させる為の温度
が、３７５℃から１０００℃までの広い範囲にわたって
説明されている。Ｈｏｌｏｎｙａｋ’０３９において
は、パッシベーションが最も重要となる半導体装置の領
域とは、ＬＥＤが発生した光の多くを伝達する部分であ
ることが示されている。これは腐蝕がフォトン（光子）
の相互作用により加速すると考えられていることに基づ
く。Ｈｏｌｏｎｙａｋ’０３９はまた、自然酸化物の成
長が特定の厚さの範囲内となるように、酸化物成長期間
の温度及び時間を制御する必要があることにも言及して
いる。具体的には、自然酸化膜は膜中にピンホールやク
ラックが発生しないように０．１μｍよりも厚くなけれ
ばならないが、内部応力によって膜中にクラックを生じ
る可能性のある７．０μｍよりも薄くなければならない
ということである。クラックは完全なパッシベーション
を阻害し、ＷＨＴＯＬ試験の間の光出力損失の原因とな
る場合もある。Ｈｏｌｏｎｙａｋ’０３９ではまた、水
蒸気酸化温度の範囲が、３７５℃から５５０℃の間、好
ましくは４５０℃から５５０℃の間にあるべきであり、
また、最も好ましい酸化時間は、０．２５時間から２時
間であるとしている。
高品質自然酸化膜の形成方法は、Ｈｏｌｏｎｙａｋ’３
６０に記述されており、本発明においても適用可能であ
る。Ａｌ含有材料に自然酸化物を成長させる為の温度
が、３７５℃から１０００℃までの広い範囲にわたって
説明されている。Ｈｏｌｏｎｙａｋ’０３９において
は、パッシベーションが最も重要となる半導体装置の領
域とは、ＬＥＤが発生した光の多くを伝達する部分であ
ることが示されている。これは腐蝕がフォトン（光子）
の相互作用により加速すると考えられていることに基づ
く。Ｈｏｌｏｎｙａｋ’０３９はまた、自然酸化物の成
長が特定の厚さの範囲内となるように、酸化物成長期間
の温度及び時間を制御する必要があることにも言及して
いる。具体的には、自然酸化膜は膜中にピンホールやク
ラックが発生しないように０．１μｍよりも厚くなけれ
ばならないが、内部応力によって膜中にクラックを生じ
る可能性のある７．０μｍよりも薄くなければならない
ということである。クラックは完全なパッシベーション
を阻害し、ＷＨＴＯＬ試験の間の光出力損失の原因とな
る場合もある。Ｈｏｌｏｎｙａｋ’０３９ではまた、水
蒸気酸化温度の範囲が、３７５℃から５５０℃の間、好
ましくは４５０℃から５５０℃の間にあるべきであり、
また、最も好ましい酸化時間は、０．２５時間から２時
間であるとしている。
【０００６】発光装置においては、キャリアの閉じ込め
やキャリア注入、導波路特性等を改善する為に広いバン
ドギャップや、Ａｌを多量に含有する層を用いることが
望ましい場合が多い。例えば、赤色発光ＡｌＧａＡｓ
ＬＥＤは、活性層に接する高組成ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ閉
じ込め層のＡｌモル分率ｘを増大させることにより改善
することが出来る。しかしながら、破壊的酸化物による
劣化問題の為にこれらＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の含有量
は、Ａｌモル分率ｘが０．７５以下の範囲に限定されて
しまう。モル分率ｘは、層中のＡｌ含有量を表わすもの
であり、層中のＩＩＩ族元素に対するＡｌの分数組成と
して表わされる。
やキャリア注入、導波路特性等を改善する為に広いバン
ドギャップや、Ａｌを多量に含有する層を用いることが
望ましい場合が多い。例えば、赤色発光ＡｌＧａＡｓ
ＬＥＤは、活性層に接する高組成ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ閉
じ込め層のＡｌモル分率ｘを増大させることにより改善
することが出来る。しかしながら、破壊的酸化物による
劣化問題の為にこれらＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層の含有量
は、Ａｌモル分率ｘが０．７５以下の範囲に限定されて
しまう。モル分率ｘは、層中のＡｌ含有量を表わすもの
であり、層中のＩＩＩ族元素に対するＡｌの分数組成と
して表わされる。
【０００７】自然酸化物パッシベーションの利用を通し
てＡｌ含有半導体装置を飛躍的に改善し得ることが従来
技術によって示された。しかしながら、多くの問題は解
決したものの、量産においてこの技術を活用することが
出来る方法は未だ提供されていない。この技術をうまく
実用化するには、装置の性能及び信頼性に最も大きい影
響を及ぼす装置領域にパッシベーションを施す為に利用
し得る製造技術が必要とされている。
てＡｌ含有半導体装置を飛躍的に改善し得ることが従来
技術によって示された。しかしながら、多くの問題は解
決したものの、量産においてこの技術を活用することが
出来る方法は未だ提供されていない。この技術をうまく
実用化するには、装置の性能及び信頼性に最も大きい影
響を及ぼす装置領域にパッシベーションを施す為に利用
し得る製造技術が必要とされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ａｌ
含有量の高い組成物層をＷＨＴＯＬ劣化から守るパッシ
ベーションを効果的に行なった半導体装置、および、そ
の装置製造方法を提供することである。
含有量の高い組成物層をＷＨＴＯＬ劣化から守るパッシ
ベーションを効果的に行なった半導体装置、および、そ
の装置製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】パッシベーションが最も
重要となる領域は、装置の最もＡｌ含有量の高い露出層
であることは判明している。Ａｌ含有基板のＡｌＧａＡ
ｓ ＬＥＤにおいては、Ａｌの含有量が最も高いのは活
性層に隣接する閉じ込め層である。ＷＨＴＯＬで加齢さ
せた、パッシベーションをしていないＡｌ含有基板のＡ
ｌＧａＡｓ ＬＥＤの不良解析結果から、腐蝕はＡｌ含
有量の高い閉じ込め層の露出した面において最も早く発
生することがわかった。そのＡｌ組成比の高い閉じ込め
層の露出した面に、「劣悪な」酸化物の形成を防ぐ高品
質自然酸化物を設けることにより、２０００時間のＷＨ
ＴＯＬ試験の後でもＬＥＤに基本的に同じ光出力を保持
させることが可能である。
重要となる領域は、装置の最もＡｌ含有量の高い露出層
であることは判明している。Ａｌ含有基板のＡｌＧａＡ
ｓ ＬＥＤにおいては、Ａｌの含有量が最も高いのは活
性層に隣接する閉じ込め層である。ＷＨＴＯＬで加齢さ
せた、パッシベーションをしていないＡｌ含有基板のＡ
ｌＧａＡｓ ＬＥＤの不良解析結果から、腐蝕はＡｌ含
有量の高い閉じ込め層の露出した面において最も早く発
生することがわかった。そのＡｌ組成比の高い閉じ込め
層の露出した面に、「劣悪な」酸化物の形成を防ぐ高品
質自然酸化物を設けることにより、２０００時間のＷＨ
ＴＯＬ試験の後でもＬＥＤに基本的に同じ光出力を保持
させることが可能である。
【００１０】露出した最もＡｌ含有量の高い層をパッシ
ベーションすることによってＷＨＴＯＬ劣化を改善する
ことは可能であるものの、部分的なパッシベーションで
は部分的なＷＨＴＯＬ予防しか得られない。発光装置構
造中の露出したＡｌ含有層の全て或は大部分にパッシベ
ーションを施すことが望ましく、また、最適である。こ
のような完全パッシベーションがＡｌ含有基板ＡｌＧａ
Ａｓ ＬＥＤに最適なＷＨＴＯＬパフォーマンスをもた
らす。しかしながら、ウエハ全体処理において、酸化の
前に全ての端部を（分割（singulating）により）完全
に露出することは非常に困難（即ちほぼ不可能）であ
る。本発明は、特に最もＡｌ含有量の高い層において、
端部の大部分を露出し、残りの層は接続したままに残す
ものである。この構造はメサ部をエッチング（ウエット
ケミカル及び／又はドライプラズマ処理）することによ
り、又はウエハをソーイング（ダイシング・ソー）で部
分的に切削することにより、或はそれらを組み合わせる
ことにより可能となる。このような工程によって最も劣
化しやすい傾向を持つ層を酸化パッシベーションする為
に露出することがより容易に出来ると同時に、ウエハ全
体としての処理が可能となる。酸化は上面及び／又は底
面のメタライズ層即ちコンタクトを成膜する前でも後で
も良い。つながったまま残した領域は、Ａｌ含有量の最
も低い（又はＡｌを含まない）領域でなくてはならな
い。繋がった層がＡｌを含む場合、これらの層の表面面
積は残りの装置面積と比較して最小限に抑えておく必要
がある。加えて、どんなフォトンに助長される劣化をも
最小に抑える為に繋がった層の酸化していない露出面
が、分割（シンギュレーション：singulation）後、装
置稼動下で最小限の量の光を通すようになっていること
が好ましい。
ベーションすることによってＷＨＴＯＬ劣化を改善する
ことは可能であるものの、部分的なパッシベーションで
は部分的なＷＨＴＯＬ予防しか得られない。発光装置構
造中の露出したＡｌ含有層の全て或は大部分にパッシベ
ーションを施すことが望ましく、また、最適である。こ
のような完全パッシベーションがＡｌ含有基板ＡｌＧａ
Ａｓ ＬＥＤに最適なＷＨＴＯＬパフォーマンスをもた
らす。しかしながら、ウエハ全体処理において、酸化の
前に全ての端部を（分割（singulating）により）完全
に露出することは非常に困難（即ちほぼ不可能）であ
る。本発明は、特に最もＡｌ含有量の高い層において、
端部の大部分を露出し、残りの層は接続したままに残す
ものである。この構造はメサ部をエッチング（ウエット
ケミカル及び／又はドライプラズマ処理）することによ
り、又はウエハをソーイング（ダイシング・ソー）で部
分的に切削することにより、或はそれらを組み合わせる
ことにより可能となる。このような工程によって最も劣
化しやすい傾向を持つ層を酸化パッシベーションする為
に露出することがより容易に出来ると同時に、ウエハ全
体としての処理が可能となる。酸化は上面及び／又は底
面のメタライズ層即ちコンタクトを成膜する前でも後で
も良い。つながったまま残した領域は、Ａｌ含有量の最
も低い（又はＡｌを含まない）領域でなくてはならな
い。繋がった層がＡｌを含む場合、これらの層の表面面
積は残りの装置面積と比較して最小限に抑えておく必要
がある。加えて、どんなフォトンに助長される劣化をも
最小に抑える為に繋がった層の酸化していない露出面
が、分割（シンギュレーション：singulation）後、装
置稼動下で最小限の量の光を通すようになっていること
が好ましい。
【００１１】Ａｌを含まない基板のＡｌＧａＡｓ ＬＥ
Ｄにおいては、厚いＧａＡｓ基板を繋がったキャリア層
として用いることができ、これにより全てのＡｌ含有層
を露出して酸化パッシベーションを施すことが出来る。
ここでも酸化条件によってはより低いＡｌ含有量の活性
層がパッシベーションされる場合があるし、されない場
合もある。
Ｄにおいては、厚いＧａＡｓ基板を繋がったキャリア層
として用いることができ、これにより全てのＡｌ含有層
を露出して酸化パッシベーションを施すことが出来る。
ここでも酸化条件によってはより低いＡｌ含有量の活性
層がパッシベーションされる場合があるし、されない場
合もある。
【００１２】Ａｌを含有しない、及びＡｌを含有する基
板のＡｌＧａＡｓ ＬＥＤでは、ＬＥＤを５００℃〜６
２５℃にて確実にパッシベーションする為には、１〜６
０分の間酸化を行なわなくてはならない。標準的Ａｌ含
有基板のＡｌＧａＡｓ ＬＥＤには６００℃で５分間、
そしてＡｌを含まない基板のＡｌＧａＡｓ装置には５５
０℃で６分間という条件で最良の結果を得られることが
判明している。異なるＡｌ含有量のものに耐湿性の充分
な酸化物を作る為には異なる温度が必要となる。酸化物
の厚さにも意味がある。酸化物が薄過ぎるとピンホール
を生じる可能性があるが、しかし厚過ぎると装置に応力
が加えられて光が減少する。また、金属コンタクトは高
温に長時間さらされた場合に劣化する場合があり、ター
ンオン電圧問題を生じることになる。
板のＡｌＧａＡｓ ＬＥＤでは、ＬＥＤを５００℃〜６
２５℃にて確実にパッシベーションする為には、１〜６
０分の間酸化を行なわなくてはならない。標準的Ａｌ含
有基板のＡｌＧａＡｓ ＬＥＤには６００℃で５分間、
そしてＡｌを含まない基板のＡｌＧａＡｓ装置には５５
０℃で６分間という条件で最良の結果を得られることが
判明している。異なるＡｌ含有量のものに耐湿性の充分
な酸化物を作る為には異なる温度が必要となる。酸化物
の厚さにも意味がある。酸化物が薄過ぎるとピンホール
を生じる可能性があるが、しかし厚過ぎると装置に応力
が加えられて光が減少する。また、金属コンタクトは高
温に長時間さらされた場合に劣化する場合があり、ター
ンオン電圧問題を生じることになる。
【００１３】Ａｌ含有量の高い組成物層をＷＨＴＯＬ劣
化から守るパッシベーションを効果的に行なう能力によ
り、本発明ではキャリアの閉じ込め、キャリア注入及び
導波路特性等の改善の為に広いバンドギャップや、Ａｌ
含有量の高い組成物層を用いることが可能となってい
る。ＡｌＧａＡｓ ＬＥＤの発光効率は、活性層に隣接
する高組成閉じ込め層のＡｌモル分率を増大させること
により改善できる。自然酸化パッシベーションにより、
従来の値よりも高いＡｌモル分率値が実現出来る。
化から守るパッシベーションを効果的に行なう能力によ
り、本発明ではキャリアの閉じ込め、キャリア注入及び
導波路特性等の改善の為に広いバンドギャップや、Ａｌ
含有量の高い組成物層を用いることが可能となってい
る。ＡｌＧａＡｓ ＬＥＤの発光効率は、活性層に隣接
する高組成閉じ込め層のＡｌモル分率を増大させること
により改善できる。自然酸化パッシベーションにより、
従来の値よりも高いＡｌモル分率値が実現出来る。
【００１４】本発明の更なる特徴及び利点は以下の詳細
説明を添付の図と共に参照することにより当業者に明ら
かとなるであろう。
説明を添付の図と共に参照することにより当業者に明ら
かとなるであろう。
【００１５】
【発明の実施例】図１（従来技術）を参照すると、ＬＥ
Ｄ（１２）及び（１２’）の２個の半導体装置を含む半
導体ウエハ（１０）が示されている。ＬＥＤ（１２、１
２’）は、矢印（１４）で示される位置でその表面をス
クライビングし、切断する従来のシンギュレーション技
術によって個々のＬＥＤへと分割されており、面（１
６）がＬＥＤ（１２、１２’）の一部となっている。Ｌ
ＥＤ（１２）は、透明（トランスペアレント）基板であ
ってもよいｐ型のＡｌ含有基板（２２）であるキャリア
層を有している。Ａｌ含有基板（２２）上にはｐ型にド
ーピングされた閉じ込め層（３０）、ｐ型にドーピング
された活性層（３２）及びｎ型にドーピングされた閉じ
込め層（３４）がある。これらの層は二重ヘテロ構造の
発光装置を形成している。閉じ込め層（３４）の上には
ｎ型にドーピングされたコンタクト層（３６）が設けら
れている。ｎ型にドーピングされたコンタクト層（３
６）の上にはメタライズ層（３８）があり、Ａｌ含有基
板（２２）の下にももう１つのメタライズ層（４０）が
ある。
Ｄ（１２）及び（１２’）の２個の半導体装置を含む半
導体ウエハ（１０）が示されている。ＬＥＤ（１２、１
２’）は、矢印（１４）で示される位置でその表面をス
クライビングし、切断する従来のシンギュレーション技
術によって個々のＬＥＤへと分割されており、面（１
６）がＬＥＤ（１２、１２’）の一部となっている。Ｌ
ＥＤ（１２）は、透明（トランスペアレント）基板であ
ってもよいｐ型のＡｌ含有基板（２２）であるキャリア
層を有している。Ａｌ含有基板（２２）上にはｐ型にド
ーピングされた閉じ込め層（３０）、ｐ型にドーピング
された活性層（３２）及びｎ型にドーピングされた閉じ
込め層（３４）がある。これらの層は二重ヘテロ構造の
発光装置を形成している。閉じ込め層（３４）の上には
ｎ型にドーピングされたコンタクト層（３６）が設けら
れている。ｎ型にドーピングされたコンタクト層（３
６）の上にはメタライズ層（３８）があり、Ａｌ含有基
板（２２）の下にももう１つのメタライズ層（４０）が
ある。
【００１６】ＬＥＤ（１２、１２’）は上から下までを
以下の構造としたＡｌ含有基板のＡｌＧａＡｓ装置とす
ることが可能である。
以下の構造としたＡｌ含有基板のＡｌＧａＡｓ装置とす
ることが可能である。
【００１７】
【表１】
【００１８】本発明において用いるＡｌモル分率及びエ
ピタキシャル層の厚みが示されている。異なる層のアル
ミニウムのモル分率の代表的範囲もまた示した（モル分
率は固定値か、段階値かのいずれかとすることが出来
る）。モル分率は各層において異なっても良いことは言
うまでもない。
ピタキシャル層の厚みが示されている。異なる層のアル
ミニウムのモル分率の代表的範囲もまた示した（モル分
率は固定値か、段階値かのいずれかとすることが出来
る）。モル分率は各層において異なっても良いことは言
うまでもない。
【００１９】活性層（３２）のモル分率は放射される光
の波長を決定するものであり、ｘ＝０．４０であれば赤
色光となり、ｘ＝０であれば赤外線光となる。代表的な
ダイ寸法は、フットプリント（占有面積）が５ｍｉｌ×
５ｍｉｌ〜１００ｍｉｌ×１００ｍｉｌの範囲で様々あ
る。代表的なＡｌＧａＡｓダイの寸法は１０ｍｉｌ〜１
２ｍｉｌである。
の波長を決定するものであり、ｘ＝０．４０であれば赤
色光となり、ｘ＝０であれば赤外線光となる。代表的な
ダイ寸法は、フットプリント（占有面積）が５ｍｉｌ×
５ｍｉｌ〜１００ｍｉｌ×１００ｍｉｌの範囲で様々あ
る。代表的なＡｌＧａＡｓダイの寸法は１０ｍｉｌ〜１
２ｍｉｌである。
【００２０】図２を参照すると、２０００時間のＷＨＴ
ＯＬストレス試験を経たＡｌ含有基板のＡｌＧａＡｓ
ＬＥＤの断面の走査顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。劣悪
な酸化物（３１、３３）が活性層（３２）の上部及び下
部に出現している。この酸化物により引き起こされた不
良の態様を解析した結果、これがＡｌＧａＡｓ層（２
２、３０、３２、３４）中のＡｌ濃度に化学的依存性を
持つことが判明した。解析結果からは更に、腐蝕はＡｌ
モル分率が最も高い、Ａｌ高含有の閉じ込め層（３０、
３４）の露出面において最も早く発生することもわかっ
た。閉じ込め層（３０、３４）を通るフォトン束が他の
層を通るものよりも著しく多い訳ではない為、このよう
な結果はＨｏｌｏｎｙａｋ’０３９の観点からは予期さ
れなかったものである。
ＯＬストレス試験を経たＡｌ含有基板のＡｌＧａＡｓ
ＬＥＤの断面の走査顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。劣悪
な酸化物（３１、３３）が活性層（３２）の上部及び下
部に出現している。この酸化物により引き起こされた不
良の態様を解析した結果、これがＡｌＧａＡｓ層（２
２、３０、３２、３４）中のＡｌ濃度に化学的依存性を
持つことが判明した。解析結果からは更に、腐蝕はＡｌ
モル分率が最も高い、Ａｌ高含有の閉じ込め層（３０、
３４）の露出面において最も早く発生することもわかっ
た。閉じ込め層（３０、３４）を通るフォトン束が他の
層を通るものよりも著しく多い訳ではない為、このよう
な結果はＨｏｌｏｎｙａｋ’０３９の観点からは予期さ
れなかったものである。
【００２１】次に図３を参照すると、ストレス時間の関
数として示された複数のＷＨＴＯＬＬＯＰ（光出力）劣
化曲線の１つが示されている。Ａｌ含有基板のＡｌＧａ
Ａｓ ＬＥＤでパッシベーションされたもの（曲線３
５）及びパッシベーションしていないもの（曲線３７）
は、図１に示すＡｌ含有基板のＡｌＧａＡｓダイ（従来
技術）に行なった場合のパッシベーションプロセスを評
価するために用いられた。様々に異なる酸化時間及び温
度が試され、図３の曲線（３５）に示される６００℃で
５分間がＷＨＴＯＬ装置性能の観点から見て最良のパッ
シベーションが得られることが判明した。対照試料であ
るパッシベーションされていないＬＥＤのＬＯＰは２０
００時間のＷＨＴＯＬストレス試験後に８５％もの劣化
を見せた。酸化した試料の方は完全にパッシベーション
されたもので、２４時間時点で界面準位又はドーパント
の再分散等の原因によると思われるスパイクが見られた
後は基本的に劣化を示さなかった。
数として示された複数のＷＨＴＯＬＬＯＰ（光出力）劣
化曲線の１つが示されている。Ａｌ含有基板のＡｌＧａ
Ａｓ ＬＥＤでパッシベーションされたもの（曲線３
５）及びパッシベーションしていないもの（曲線３７）
は、図１に示すＡｌ含有基板のＡｌＧａＡｓダイ（従来
技術）に行なった場合のパッシベーションプロセスを評
価するために用いられた。様々に異なる酸化時間及び温
度が試され、図３の曲線（３５）に示される６００℃で
５分間がＷＨＴＯＬ装置性能の観点から見て最良のパッ
シベーションが得られることが判明した。対照試料であ
るパッシベーションされていないＬＥＤのＬＯＰは２０
００時間のＷＨＴＯＬストレス試験後に８５％もの劣化
を見せた。酸化した試料の方は完全にパッシベーション
されたもので、２４時間時点で界面準位又はドーパント
の再分散等の原因によると思われるスパイクが見られた
後は基本的に劣化を示さなかった。
【００２２】次に図４を参照すると、パッシベーション
されたＬＥＤのＳＥＭによる断面写真には薄い（１μｍ
以下）高品質の酸化膜（３９）が示されており、これが
図２のパッシベーションされていないＬＥＤには見られ
た劣悪な酸化物の成長を阻害したことがわかる。
されたＬＥＤのＳＥＭによる断面写真には薄い（１μｍ
以下）高品質の酸化膜（３９）が示されており、これが
図２のパッシベーションされていないＬＥＤには見られ
た劣悪な酸化物の成長を阻害したことがわかる。
【００２３】次に図５を見ると、ＬＥＤ（４３、４
３’）のような、２つの半導体装置を含む半導体ウエハ
（２４１）が描かれている。図１（従来技術）と同様の
層が同数設けられている。ＬＥＤ（４３、４３’）はメ
サ（４１、４１’）を形成するようにエッチングされ、
自然酸化物水蒸気酸化法によりパッシベーションが施さ
れ、そしてソーイングにより、又はスクライビング後に
切断することにより個々のＬＥＤへと分割、即ちシンギ
ュレーションされる。シンギュレーションすることによ
り、面（４５、４５’）がそれぞれＬＥＤ（４３、４
３’）の一部となる。図５にはまた、自然酸化物パッシ
ベーション膜（４６、４８、４６Ａ）の領域が示されて
いるが、この酸化物の厚みは０．１から７．０μｍの範
囲にあれば良い。
３’）のような、２つの半導体装置を含む半導体ウエハ
（２４１）が描かれている。図１（従来技術）と同様の
層が同数設けられている。ＬＥＤ（４３、４３’）はメ
サ（４１、４１’）を形成するようにエッチングされ、
自然酸化物水蒸気酸化法によりパッシベーションが施さ
れ、そしてソーイングにより、又はスクライビング後に
切断することにより個々のＬＥＤへと分割、即ちシンギ
ュレーションされる。シンギュレーションすることによ
り、面（４５、４５’）がそれぞれＬＥＤ（４３、４
３’）の一部となる。図５にはまた、自然酸化物パッシ
ベーション膜（４６、４８、４６Ａ）の領域が示されて
いるが、この酸化物の厚みは０．１から７．０μｍの範
囲にあれば良い。
【００２４】パッシベーションを行なう為の最良の手法
とは露出したＡｌ含有表面の全面に自然酸化物を成長さ
せることであるが、これはシンギュレーション後の個々
の半導体装置を更に取り扱うことが必要となる為、製造
上の理由で不可能である。実用上の理由から、ダイのＡ
ｌを含有する表面全てにパッシベーションをすることは
出来ない。一般的に、製造及びコストの為にはウエハ製
造工程（例えばＡｌ含有層の高温水蒸気酸化物パッシベ
ーション）をウエハ全体としての形で実施して個々の装
置に付随する手間やコスト及びスループットの問題を最
小限にすることが好ましい。これは１ヶ月あたりの製造
数が通常、数百万個から数億個という単位で生産される
ＬＥＤの製造においては特に重要である。しかしなが
ら、全ウエハ処理の結果、酸化工程以前に装置の全面を
（シンギュレーションすることにより）完全に露出させ
ることが必要となり、非常に困難（ほぼ不可能）であ
る。
とは露出したＡｌ含有表面の全面に自然酸化物を成長さ
せることであるが、これはシンギュレーション後の個々
の半導体装置を更に取り扱うことが必要となる為、製造
上の理由で不可能である。実用上の理由から、ダイのＡ
ｌを含有する表面全てにパッシベーションをすることは
出来ない。一般的に、製造及びコストの為にはウエハ製
造工程（例えばＡｌ含有層の高温水蒸気酸化物パッシベ
ーション）をウエハ全体としての形で実施して個々の装
置に付随する手間やコスト及びスループットの問題を最
小限にすることが好ましい。これは１ヶ月あたりの製造
数が通常、数百万個から数億個という単位で生産される
ＬＥＤの製造においては特に重要である。しかしなが
ら、全ウエハ処理の結果、酸化工程以前に装置の全面を
（シンギュレーションすることにより）完全に露出させ
ることが必要となり、非常に困難（ほぼ不可能）であ
る。
【００２５】図５の構造は一解決策を提供するものであ
り、ここでは面の大部分、特にＡｌ含有量が最も多い層
の表面を露出させ、残りの層をつながったままに残すと
いうものである。本発明の実用においては、ＬＥＤ（４
３、４３’）は上述した同じＡｌ含有基板のＡｌＧａＡ
ｓ ＬＥＤ材料により、同じ層構造で作られている。基
板（２２）はＡｌを含んでいるものの、メサエッチング
を用いて劣化しやすいＡｌ含有量の最も多い層、具体的
にはＡｌモル分率が０．７５である２つの閉じ込め層
（３０、３４）は露出せしめた。ウエハはＡｌ含有基板
層（２２）の接続部分を通じてつながったままである。
ウエハは６００℃で５分間酸化され、その後ウエハはス
クライビング切断技術により個々のダイへと分割され
る。ウエハ形態で酸化され、メサエッチングされた装置
は、結果として部分的にパッシベーションが施されたこ
となる。メサエッチングによって図５に示す上部のＡｌ
含有層（３０、３２、３４、３６）は露出し、自然酸化
物パッシベーションに供される。面（４５、４５’）は
酸化ステップ後に露出することになる為に保護自然酸化
物は設けられない。
り、ここでは面の大部分、特にＡｌ含有量が最も多い層
の表面を露出させ、残りの層をつながったままに残すと
いうものである。本発明の実用においては、ＬＥＤ（４
３、４３’）は上述した同じＡｌ含有基板のＡｌＧａＡ
ｓ ＬＥＤ材料により、同じ層構造で作られている。基
板（２２）はＡｌを含んでいるものの、メサエッチング
を用いて劣化しやすいＡｌ含有量の最も多い層、具体的
にはＡｌモル分率が０．７５である２つの閉じ込め層
（３０、３４）は露出せしめた。ウエハはＡｌ含有基板
層（２２）の接続部分を通じてつながったままである。
ウエハは６００℃で５分間酸化され、その後ウエハはス
クライビング切断技術により個々のダイへと分割され
る。ウエハ形態で酸化され、メサエッチングされた装置
は、結果として部分的にパッシベーションが施されたこ
となる。メサエッチングによって図５に示す上部のＡｌ
含有層（３０、３２、３４、３６）は露出し、自然酸化
物パッシベーションに供される。面（４５、４５’）は
酸化ステップ後に露出することになる為に保護自然酸化
物は設けられない。
【００２６】次に図６を参照すると、ダイレベルでパッ
シベーションされた装置（曲線５０）と、図５のメサエ
ッチングされ、パッシベーションされた装置（曲線５
２）と、そしてパッシベーションが施されていない対照
試料（曲線５４、５６）のＷＨＴＯＬ ＬＯＰ劣化曲線
比較が示されている。ダイの状態で酸化すれば完全にパ
ッシベーションされたダイとなる。対照試料は２０００
時間後には８５％という非常なＬＯＰ劣化を見せてい
る。ウエハレベルで酸化したダイは４０％のＬＯＰ劣化
で部分的なパッシベーションを示している。２０００時
間後のダイの上半分には腐蝕がみられない一方で、下半
分は、Ａｌ含有基板層（２２）に劣悪な、光学的吸収性
を持つ酸化物が見られることをＳＥＭ断面写真が裏付け
ている。
シベーションされた装置（曲線５０）と、図５のメサエ
ッチングされ、パッシベーションされた装置（曲線５
２）と、そしてパッシベーションが施されていない対照
試料（曲線５４、５６）のＷＨＴＯＬ ＬＯＰ劣化曲線
比較が示されている。ダイの状態で酸化すれば完全にパ
ッシベーションされたダイとなる。対照試料は２０００
時間後には８５％という非常なＬＯＰ劣化を見せてい
る。ウエハレベルで酸化したダイは４０％のＬＯＰ劣化
で部分的なパッシベーションを示している。２０００時
間後のダイの上半分には腐蝕がみられない一方で、下半
分は、Ａｌ含有基板層（２２）に劣悪な、光学的吸収性
を持つ酸化物が見られることをＳＥＭ断面写真が裏付け
ている。
【００２７】設計上の考慮として、酸化はメタライズ層
（３８、４０、４２、４４）成膜の前でも後でも良いこ
とに留意が必要である。理想的には、良好なパッシベー
ションを得る為に、ＬＯＰを妥協することにはなるもの
の、Ａｌ含有基板（２２）が最もＡｌ含有量の少ない組
成であることが好ましい。ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体
装置の扱いを容易にする為の実用上の理由から、Ａｌ含
有基板（２２）の接続部（２３）の厚さは、メサ部形成
後で２ないし６ｍｉｌであることが好ましい。Ａｌ含有
基板の厚さは、露出するＡｌを最低限に抑える為に、出
来るだけ小さくするべきである。加えて、Ｈｏｌｏｎｙ
ａｋ’０３９に記述されるように発生の可能性があるど
んなフォトンによる劣化をも抑制する為にシンギュレー
ション後の接続層部の露出面は装置稼動下で最低量の光
を通すものであることが望ましい。更に酸化条件によっ
ては、Ａｌ含有量がより少ない活性層はパッシベーショ
ンされる場合もあるし、されない場合もある。例えば、
どんなドーパントの拡散をも最低限にしたり、あるいは
それ以前に行われたどんなメタライゼーションの（電気
的及び／又は機械的）完全性を保持する為に、活性層の
パッシベーションに必要とされる温度より低い酸化温度
が必要な場合がある。他の技術としては、装置を最初に
酸化しておき、酸化物をマスクしてエッチングを行い、
その後金属コンタクトを設ける方法がある。また、ＬＥ
Ｄ（１２）のパッシベーションされていない領域を、劣
化がｐ型よりも早く進行することが観測されたｎ型では
なく、ｐ型にする方法も推奨される。理想的とは言えな
いまでも、ウエハレベルで酸化した装置は酸化を施して
いない装置と比較して著しく改善されたパフォーマンス
を呈する。
（３８、４０、４２、４４）成膜の前でも後でも良いこ
とに留意が必要である。理想的には、良好なパッシベー
ションを得る為に、ＬＯＰを妥協することにはなるもの
の、Ａｌ含有基板（２２）が最もＡｌ含有量の少ない組
成であることが好ましい。ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体
装置の扱いを容易にする為の実用上の理由から、Ａｌ含
有基板（２２）の接続部（２３）の厚さは、メサ部形成
後で２ないし６ｍｉｌであることが好ましい。Ａｌ含有
基板の厚さは、露出するＡｌを最低限に抑える為に、出
来るだけ小さくするべきである。加えて、Ｈｏｌｏｎｙ
ａｋ’０３９に記述されるように発生の可能性があるど
んなフォトンによる劣化をも抑制する為にシンギュレー
ション後の接続層部の露出面は装置稼動下で最低量の光
を通すものであることが望ましい。更に酸化条件によっ
ては、Ａｌ含有量がより少ない活性層はパッシベーショ
ンされる場合もあるし、されない場合もある。例えば、
どんなドーパントの拡散をも最低限にしたり、あるいは
それ以前に行われたどんなメタライゼーションの（電気
的及び／又は機械的）完全性を保持する為に、活性層の
パッシベーションに必要とされる温度より低い酸化温度
が必要な場合がある。他の技術としては、装置を最初に
酸化しておき、酸化物をマスクしてエッチングを行い、
その後金属コンタクトを設ける方法がある。また、ＬＥ
Ｄ（１２）のパッシベーションされていない領域を、劣
化がｐ型よりも早く進行することが観測されたｎ型では
なく、ｐ型にする方法も推奨される。理想的とは言えな
いまでも、ウエハレベルで酸化した装置は酸化を施して
いない装置と比較して著しく改善されたパフォーマンス
を呈する。
【００２８】次に図７を参照すると、ＬＥＤ（１１２、
１１２’）のような２つの半導体装置を含む半導体ウエ
ハ（１１０）が描かれている。ＬＥＤは最終的には個々
のＬＥＤにソーイング又はスクライビング切断により分
割、即ちシンギュレーションされるメサ構造（１１４、
１１４’）に形成されている。シンギュレーションを行
なった場合、面（１１６、１１６’）がそれぞれＬＥＤ
（１１２、１１２’）に作られる。ＬＥＤは吸収型でも
透明でも良いｎ型のＡｌを含有しない基板（１２２）で
あるキャリア層を有する。Ａｌを含有しない基板（１２
２）上には、ｎ型にドーピングされた緩衝層（１２６）
がある。緩衝層（１２６）上にはｎ型にドーピングされ
た閉じ込め層（１３４）、ｐ型にドーピングされた活性
層（１３２）及びｐ型にドーピングされた閉じ込め層
（１３４）がある。最後の３つの層が二重ヘテロ構造の
発光装置を形成している。閉じ込め層（１３４）の上に
はｐ型にドーピングされた緩衝層（１３５）と、そして
ｐ型にドーピングされたコンタクト層（１３６）があ
る。ｐ型のコンタクト層（１３６）上にはメタライズ層
（１３８）があり、Ａｌを含有しない基板（１２２）の
下にもメタライズ層（１４０）がある。
１１２’）のような２つの半導体装置を含む半導体ウエ
ハ（１１０）が描かれている。ＬＥＤは最終的には個々
のＬＥＤにソーイング又はスクライビング切断により分
割、即ちシンギュレーションされるメサ構造（１１４、
１１４’）に形成されている。シンギュレーションを行
なった場合、面（１１６、１１６’）がそれぞれＬＥＤ
（１１２、１１２’）に作られる。ＬＥＤは吸収型でも
透明でも良いｎ型のＡｌを含有しない基板（１２２）で
あるキャリア層を有する。Ａｌを含有しない基板（１２
２）上には、ｎ型にドーピングされた緩衝層（１２６）
がある。緩衝層（１２６）上にはｎ型にドーピングされ
た閉じ込め層（１３４）、ｐ型にドーピングされた活性
層（１３２）及びｐ型にドーピングされた閉じ込め層
（１３４）がある。最後の３つの層が二重ヘテロ構造の
発光装置を形成している。閉じ込め層（１３４）の上に
はｐ型にドーピングされた緩衝層（１３５）と、そして
ｐ型にドーピングされたコンタクト層（１３６）があ
る。ｐ型のコンタクト層（１３６）上にはメタライズ層
（１３８）があり、Ａｌを含有しない基板（１２２）の
下にもメタライズ層（１４０）がある。
【００２９】ＬＥＤ（１１２）は、上から下までを以下
の構造としたＡｌを含有しない基板のＡｌＧａＡｓ装置
としても良い。
の構造としたＡｌを含有しない基板のＡｌＧａＡｓ装置
としても良い。
【００３０】
【表２】
【００３１】本発明において用いたＡｌモル分率及びエ
ピタキシャル層厚が示されている。異なる層のＡｌモル
分率範囲も示した（モル分率は固定値でも段階値でも良
い）。モル分率は各層で異なっていても良いことは言う
までもない。
ピタキシャル層厚が示されている。異なる層のＡｌモル
分率範囲も示した（モル分率は固定値でも段階値でも良
い）。モル分率は各層で異なっていても良いことは言う
までもない。
【００３２】Ａｌを含有しない基板のＡｌＧａＡｓ Ｌ
ＥＤ（１１２）については、Ａｌを含まないＧａＡｓ基
板（１２２）を接続キャリア層として用いることが可能
なので、全てのＡｌ含有層はシンギュレーション以前に
パッシベーションされる。これにより、全てのＡｌ含有
層を酸化パッシベーションにさらすことが可能となる。
より低い組成でＡｌを含む層（０＜ｘ＜０．３）をコン
タクト表面に用いて低抵抗コンタクトの形成を助けても
良い。ここでも酸化条件によっては、Ａｌ含有量の少な
い活性層は酸化される場合もあれば酸化されない場合も
ある。また、これらの表面を酸化することの必要性の重
要度はより低く、これは低い組成比でＡｌを含む化合物
の劣化は、大幅に遅い速度で進行する為である。代表的
なダイ寸法は、フットプリントが５ｍｉｌ×５ｍｉｌ〜
１００ｍｉｌ×１００ｍｉｌの範囲で様々である。
ＥＤ（１１２）については、Ａｌを含まないＧａＡｓ基
板（１２２）を接続キャリア層として用いることが可能
なので、全てのＡｌ含有層はシンギュレーション以前に
パッシベーションされる。これにより、全てのＡｌ含有
層を酸化パッシベーションにさらすことが可能となる。
より低い組成でＡｌを含む層（０＜ｘ＜０．３）をコン
タクト表面に用いて低抵抗コンタクトの形成を助けても
良い。ここでも酸化条件によっては、Ａｌ含有量の少な
い活性層は酸化される場合もあれば酸化されない場合も
ある。また、これらの表面を酸化することの必要性の重
要度はより低く、これは低い組成比でＡｌを含む化合物
の劣化は、大幅に遅い速度で進行する為である。代表的
なダイ寸法は、フットプリントが５ｍｉｌ×５ｍｉｌ〜
１００ｍｉｌ×１００ｍｉｌの範囲で様々である。
【００３３】Ｈｏｌｏｎｙａｋ’０３９は、水蒸気酸化
温度の範囲を３７５℃〜５５０℃、好ましくは４５０℃
〜５５０℃、そして最も好ましい時間は１５分〜２時間
であるとしている。しかしながら、Ａｌを含有しない、
及びＡｌを含有する基板のＡｌＧａＡｓ ＬＥＤについ
ては、試料にきちんとパッシベーションを施してパフォ
ーマンスを劣化させない為には、試料の酸化を５００℃
〜６５０℃で１分〜６０分の間、一般的には１０分未満
で実施しなければならないことがわかった。
温度の範囲を３７５℃〜５５０℃、好ましくは４５０℃
〜５５０℃、そして最も好ましい時間は１５分〜２時間
であるとしている。しかしながら、Ａｌを含有しない、
及びＡｌを含有する基板のＡｌＧａＡｓ ＬＥＤについ
ては、試料にきちんとパッシベーションを施してパフォ
ーマンスを劣化させない為には、試料の酸化を５００℃
〜６５０℃で１分〜６０分の間、一般的には１０分未満
で実施しなければならないことがわかった。
【００３４】次に図８を参照すると、異なる時間及び温
度条件下でパッシベーションされたＡｌ含有基板のＡｌ
ＧａＡｓ ＬＥＤのＷＨＴＯＬ ＬＯＰ劣化曲線（曲線
６０、６２、６４、６６）が示されている。約６００℃
で５分間（曲線６０に示されるもの）が最適なパッシベ
ーションであるように見える。酸化物の厚み（代表的に
は０．１μｍから７．０μｍの間）だけでは良好なパッ
シベーションは保証されない。図８において特に明らか
であるが、これは５００℃で２０分間堆積された１．６
μｍのより厚い酸化物（曲線６２）が、６００℃で５分
間堆積されたより薄い酸化物（曲線６０）ほど良好なパ
ッシベーションを提供していないことによる。
度条件下でパッシベーションされたＡｌ含有基板のＡｌ
ＧａＡｓ ＬＥＤのＷＨＴＯＬ ＬＯＰ劣化曲線（曲線
６０、６２、６４、６６）が示されている。約６００℃
で５分間（曲線６０に示されるもの）が最適なパッシベ
ーションであるように見える。酸化物の厚み（代表的に
は０．１μｍから７．０μｍの間）だけでは良好なパッ
シベーションは保証されない。図８において特に明らか
であるが、これは５００℃で２０分間堆積された１．６
μｍのより厚い酸化物（曲線６２）が、６００℃で５分
間堆積されたより薄い酸化物（曲線６０）ほど良好なパ
ッシベーションを提供していないことによる。
【００３５】次に図９を参照すると、異なる時間及び温
度条件で、パッシベーションを施されたＡｌを含有しな
い基板のＡｌＧａＡｓ ＬＥＤのＷＨＴＯＬ ＬＯＰ劣
化曲線（曲線７０、７２、７４、７６）が示されてい
る。この場合、最適なパッシベーションが約５５０℃の
６分間（曲線７０）で発生しているように見える。異な
る成長条件下で作製された装置構造に充分な耐湿性を持
つ酸化物を作るには、異なる温度でなければならない場
合もある。
度条件で、パッシベーションを施されたＡｌを含有しな
い基板のＡｌＧａＡｓ ＬＥＤのＷＨＴＯＬ ＬＯＰ劣
化曲線（曲線７０、７２、７４、７６）が示されてい
る。この場合、最適なパッシベーションが約５５０℃の
６分間（曲線７０）で発生しているように見える。異な
る成長条件下で作製された装置構造に充分な耐湿性を持
つ酸化物を作るには、異なる温度でなければならない場
合もある。
【００３６】Ａｌ組成比の高い層をＷＨＴＯＬ劣化から
効果的に保護する能力により、以前は実現し得なかった
新たな装置デザインを実用化する機会が提供される。例
えば、キャリアの閉じ込め、キャリア注入及び導波路特
性等を改善する為には、発光装置に広いバンドギャッ
プ、Ａｌ組成比の高い層を採用することが望ましい場合
が多い。具体的をあげると、赤色発光ＡｌＧａＡｓ Ｌ
ＥＤは、活性層に隣接する高組成閉じ込め層のＡｌモル
分率を増大することにより放射効率を改善し得ることが
知られている。しかしながら、破壊的酸化物による劣化
問題の為にこれらの層の組成はパッシベーションされて
いない装置においてはｘが０．６〜０．７５に限られて
いた。本願に記載のパッシベーション法によれば、これ
らの閉じ込め層の組成はｘを０．７５〜１．０にまで増
大させることが可能となり、ＬＯＰ及びＷＨＴＯＬ両方
のパフォーマンスを最大化することが出来る。
効果的に保護する能力により、以前は実現し得なかった
新たな装置デザインを実用化する機会が提供される。例
えば、キャリアの閉じ込め、キャリア注入及び導波路特
性等を改善する為には、発光装置に広いバンドギャッ
プ、Ａｌ組成比の高い層を採用することが望ましい場合
が多い。具体的をあげると、赤色発光ＡｌＧａＡｓ Ｌ
ＥＤは、活性層に隣接する高組成閉じ込め層のＡｌモル
分率を増大することにより放射効率を改善し得ることが
知られている。しかしながら、破壊的酸化物による劣化
問題の為にこれらの層の組成はパッシベーションされて
いない装置においてはｘが０．６〜０．７５に限られて
いた。本願に記載のパッシベーション法によれば、これ
らの閉じ込め層の組成はｘを０．７５〜１．０にまで増
大させることが可能となり、ＬＯＰ及びＷＨＴＯＬ両方
のパフォーマンスを最大化することが出来る。
【００３７】本発明を特定の実施態様に関連して説明し
てきたが、上述の説明に照らして多くの変更や改変が当
業者により可能であることは言うまでもない。よってそ
のような変更や改変は全て添付請求項の精神及び範囲に
含まれるものである。例えば、異なる材料系としては、
ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓ
Ｐ、ＩｎＡｌＧａＮ及びそれらの組み合わせが含まれ
る。これらの材料を閉じ込め層及びその間にある活性層
とに組み合わせれば、３層のうちの２層のみがＡｌモル
分率を有していれば良く、また、最も高いＡｌモル分率
を含む層のみをパッシベーションすれば良い。本発明は
更に、例えば垂直キャビティ表面発光レーザーのような
他の発光装置にも適用可能である。本明細書における記
述又は添付図に描いた内容は説明目的のものであり、限
定的な意味に解釈されるものではない。
てきたが、上述の説明に照らして多くの変更や改変が当
業者により可能であることは言うまでもない。よってそ
のような変更や改変は全て添付請求項の精神及び範囲に
含まれるものである。例えば、異なる材料系としては、
ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓ
Ｐ、ＩｎＡｌＧａＮ及びそれらの組み合わせが含まれ
る。これらの材料を閉じ込め層及びその間にある活性層
とに組み合わせれば、３層のうちの２層のみがＡｌモル
分率を有していれば良く、また、最も高いＡｌモル分率
を含む層のみをパッシベーションすれば良い。本発明は
更に、例えば垂直キャビティ表面発光レーザーのような
他の発光装置にも適用可能である。本明細書における記
述又は添付図に描いた内容は説明目的のものであり、限
定的な意味に解釈されるものではない。
【００３８】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００３９】（実施態様１）発光能力を持ち、半導体材
料から成る活性層（３２）と、前記活性層（３２）の上
部及び下部に設けられた第一及び第二の層（３０、３
４）と、前記層（３０、３２、３４）は、前記３層のう
ちの２つがアルミニウムを事前に決められたモル分率分
含み、それらの一側面に露出面を有することを特徴と
し、少なくとも、最も高いモル分率のアルミニウムを含
有する前記層の前記露出面上に、前記露出面をパッシベ
ーションする為に形成された自然酸化物層（３９）とを
含む半導体装置。
料から成る活性層（３２）と、前記活性層（３２）の上
部及び下部に設けられた第一及び第二の層（３０、３
４）と、前記層（３０、３２、３４）は、前記３層のう
ちの２つがアルミニウムを事前に決められたモル分率分
含み、それらの一側面に露出面を有することを特徴と
し、少なくとも、最も高いモル分率のアルミニウムを含
有する前記層の前記露出面上に、前記露出面をパッシベ
ーションする為に形成された自然酸化物層（３９）とを
含む半導体装置。
【００４０】（実施態様２）前記アルミニウムを含有す
る層（３０、３２、３４）が異なるアルミニウムモル分
率を有し、そしてモル分率が０．４０以上の前記層（３
０、３２、３４）が前記自然酸化物層（３９）でパッシ
ベーションされることを特徴とする実施態様１に記載の
半導体装置。
る層（３０、３２、３４）が異なるアルミニウムモル分
率を有し、そしてモル分率が０．４０以上の前記層（３
０、３２、３４）が前記自然酸化物層（３９）でパッシ
ベーションされることを特徴とする実施態様１に記載の
半導体装置。
【００４１】（実施態様３）前記アルミニウムを含有す
る層（３０、３２、３４）が異なるアルミニウムモル分
率を有し、そしてモル分率が０．６０以上の前記（３
０、３２、３４）が前記自然酸化物層（３９）でパッシ
ベーションされることを特徴とする実施態様１に記載の
半導体装置。
る層（３０、３２、３４）が異なるアルミニウムモル分
率を有し、そしてモル分率が０．６０以上の前記（３
０、３２、３４）が前記自然酸化物層（３９）でパッシ
ベーションされることを特徴とする実施態様１に記載の
半導体装置。
【００４２】（実施態様４）前記アルミニウムを含有す
る層（３０、３２、３４）が異なるアルミニウムモル分
率を有し、そしてモル分率が０．７５以上の前記（３
０、３２、３４）が前記自然酸化物層（３９）でパッシ
ベーションされることを特徴とする実施態様１に記載の
半導体装置。
る層（３０、３２、３４）が異なるアルミニウムモル分
率を有し、そしてモル分率が０．７５以上の前記（３
０、３２、３４）が前記自然酸化物層（３９）でパッシ
ベーションされることを特徴とする実施態様１に記載の
半導体装置。
【００４３】（実施態様５）前記層（３０、３２、３
４）が、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡ
ｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＮ及びそれら
の組み合わせから構成されるグループから選択された化
合物より成ることを特徴とする実施態様１に記載の半導
体装置。
４）が、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡ
ｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＮ及びそれら
の組み合わせから構成されるグループから選択された化
合物より成ることを特徴とする実施態様１に記載の半導
体装置。
【００４４】（実施態様６）前記活性層（３２）がヒ化
アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．４０までのア
ルミニウムモル分率とを有し、前記第一の層（３４）が
ヒ化アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．５０以上
のアルミニウムモル分率とを有し、前記第二の層（３
０）がヒ化アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．５
０以上のアルミニウムモル分率とを有し、アルミニウム
モル分率が０．４０以上の前記層（３０、３２、３４）
が前記自然酸化物層（３９）でパッシベーションされる
ことを特徴とする実施態様１に記載の半導体装置。
アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．４０までのア
ルミニウムモル分率とを有し、前記第一の層（３４）が
ヒ化アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．５０以上
のアルミニウムモル分率とを有し、前記第二の層（３
０）がヒ化アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．５
０以上のアルミニウムモル分率とを有し、アルミニウム
モル分率が０．４０以上の前記層（３０、３２、３４）
が前記自然酸化物層（３９）でパッシベーションされる
ことを特徴とする実施態様１に記載の半導体装置。
【００４５】（実施態様７）前記活性層（３２）がヒ化
アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．４０までのア
ルミニウムモル分率とを有し、前記第一の層（３４）が
ヒ化アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．５０以上
のアルミニウムモル分率とを有し、前記第二の層（３
０）がヒ化アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．５
０以上のアルミニウムモル分率とを有し、アルミニウム
モル分率が０．６０以上の前記層（３０、３２、３４）
が前記自然酸化物層（３９）でパッシベーションされる
ことを特徴とする実施態様１に記載の半導体装置。
アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．４０までのア
ルミニウムモル分率とを有し、前記第一の層（３４）が
ヒ化アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．５０以上
のアルミニウムモル分率とを有し、前記第二の層（３
０）がヒ化アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．５
０以上のアルミニウムモル分率とを有し、アルミニウム
モル分率が０．６０以上の前記層（３０、３２、３４）
が前記自然酸化物層（３９）でパッシベーションされる
ことを特徴とする実施態様１に記載の半導体装置。
【００４６】（実施態様８）前記活性層（３２）がヒ化
アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．４０までのア
ルミニウムモル分率とを有し、前記第一の層（３４）が
ヒ化アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．５０以上
のアルミニウムモル分率とを有し、前記第二の層（３
０）がヒ化アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．５
０以上のアルミニウムモル分率とを有し、アルミニウム
モル分率が０．７５以上の前記層（３０、３２、３４）
が前記自然酸化物層（３９）でパッシベーションされる
ことを特徴とする実施態様１に記載の半導体装置。
アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．４０までのア
ルミニウムモル分率とを有し、前記第一の層（３４）が
ヒ化アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．５０以上
のアルミニウムモル分率とを有し、前記第二の層（３
０）がヒ化アルミニウム・ガリウム化学組成と、０．５
０以上のアルミニウムモル分率とを有し、アルミニウム
モル分率が０．７５以上の前記層（３０、３２、３４）
が前記自然酸化物層（３９）でパッシベーションされる
ことを特徴とする実施態様１に記載の半導体装置。
【００４７】（実施態様９）アルミニウムを含有する基
板（２２）を前記第二の層（３０）の下に含むことを特
徴とする実施態様１に記載の半導体装置。
板（２２）を前記第二の層（３０）の下に含むことを特
徴とする実施態様１に記載の半導体装置。
【００４８】（実施態様１０）アルミニウムを含有しな
い基板（１２２）を前記第二の層（３０）の下に含むこ
とを特徴とする実施態様１に記載の半導体装置。
い基板（１２２）を前記第二の層（３０）の下に含むこ
とを特徴とする実施態様１に記載の半導体装置。
【００４９】
【発明の効果】以上のように、本発明を用いると、Ａｌ
含有量の高い組成物層をＷＨＴＯＬ劣化から守るパッシ
ベーションを効果的に行なうことができる。これによ
り、本発明ではキャリアの閉じ込め、キャリア注入及び
導波路特性等の改善の為に広いバンドギャップや、Ａｌ
含有量の高い組成物層を用いることが可能となってい
る。ＡｌＧａＡｓ ＬＥＤの発光効率は、活性層に隣接
する高組成閉じ込め層のＡｌモル分率を増大させること
により改善できる。自然酸化パッシベーションにより、
従来の値よりも高いＡｌモル分率値が実現出来る。
含有量の高い組成物層をＷＨＴＯＬ劣化から守るパッシ
ベーションを効果的に行なうことができる。これによ
り、本発明ではキャリアの閉じ込め、キャリア注入及び
導波路特性等の改善の為に広いバンドギャップや、Ａｌ
含有量の高い組成物層を用いることが可能となってい
る。ＡｌＧａＡｓ ＬＥＤの発光効率は、活性層に隣接
する高組成閉じ込め層のＡｌモル分率を増大させること
により改善できる。自然酸化パッシベーションにより、
従来の値よりも高いＡｌモル分率値が実現出来る。
【図１】Ａｌ含有基板のＡｌＧａＡｓウエハ及びウエハ
・シンギュレーション後の１個の装置を描いた概略断面
図である。
・シンギュレーション後の１個の装置を描いた概略断面
図である。
【図２】２０００時間のＷＨＴＯＬストレス試験を経た
Ａｌ含有基板のＡｌＧａＡｓＬＥＤの電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）断面写真であり、劣悪で光吸収性を持つ酸化物が露
出したＡｌ含有層上に見られる。
Ａｌ含有基板のＡｌＧａＡｓＬＥＤの電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）断面写真であり、劣悪で光吸収性を持つ酸化物が露
出したＡｌ含有層上に見られる。
【図３】パッシベーションされていない、及びパッシベ
ーションされた（６００℃で５分間）Ａｌ含有基板のＡ
ｌＧａＡｓ ＬＥＤのＷＨＴＯＬ ＬＯＰ劣化曲線をス
トレス時間の関数として示した図である。
ーションされた（６００℃で５分間）Ａｌ含有基板のＡ
ｌＧａＡｓ ＬＥＤのＷＨＴＯＬ ＬＯＰ劣化曲線をス
トレス時間の関数として示した図である。
【図４】２０００時間のＷＨＴＯＬストレス試験を経
た、パッシベーションされたＬＥＤ（６００℃で５分
間）のＳＥＭ断面写真であり、保護自然酸化物成長が高
Ａｌ組成の閉じ込め層上に見られる。
た、パッシベーションされたＬＥＤ（６００℃で５分
間）のＳＥＭ断面写真であり、保護自然酸化物成長が高
Ａｌ組成の閉じ込め層上に見られる。
【図５】メサによって装置を部分的に分離したＡｌ含有
基板のＡｌＧａＡｓ装置構造を含む半導体ウエハの部分
的な概略断面図である。
基板のＡｌＧａＡｓ装置構造を含む半導体ウエハの部分
的な概略断面図である。
【図６】ダイレベル、及びウエハレベルで酸化したＡｌ
含有基板のＡｌＧａＡｓ ＬＥＤのＷＨＴＯＬ ＬＯＰ
劣化曲線を比較した図である。
含有基板のＡｌＧａＡｓ ＬＥＤのＷＨＴＯＬ ＬＯＰ
劣化曲線を比較した図である。
【図７】メサによって装置を部分的に分離したＡｌを含
有しない基板のＡｌＧａＡｓ装置構造を含む半導体ウエ
ハの概略断面図である。
有しない基板のＡｌＧａＡｓ装置構造を含む半導体ウエ
ハの概略断面図である。
【図８】異なる時間／温度条件でパッシベーションされ
たＡｌ含有基板のＡｌＧａＡｓＬＥＤのＷＨＴＯＬ Ｌ
ＯＰ劣化曲線を示す図である。
たＡｌ含有基板のＡｌＧａＡｓＬＥＤのＷＨＴＯＬ Ｌ
ＯＰ劣化曲線を示す図である。
【図９】異なる時間／温度条件でパッシベーションされ
たＡｌを含有しない基板のＡｌＧａＡｓ ＬＥＤのＷＨ
ＴＯＬ ＬＯＰ劣化曲線を示す図である。
たＡｌを含有しない基板のＡｌＧａＡｓ ＬＥＤのＷＨ
ＴＯＬ ＬＯＰ劣化曲線を示す図である。
２２：アルミニウム含有基板 ３０、３４：閉じ込め層 ３２：活性層 ３６：コンタクト層 ３８、４０、４２、４４：メタライズ層 ３９：自然酸化物膜 ４１、４１’：メサ ４３、４３’：ＬＥＤ ４５、４５’：面 ４６、４６Ａ、４８：自然酸化物パッシベーション膜 １２２：アルミニウムを含有しない基板 ２４１：半導体ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 フレッド・エー・キッシュ アメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼ ニューゲイト・コート 5815
Claims (1)
- 【請求項１】発光能力を持ち、半導体材料から成る活性
層と、 前記活性層の上部及び下部に設けられた第一及び第二の
層と、 前記層は、前記３層のうちの２つがアルミニウムを事前
に決められたモル分率分含み、それらの一側面に露出面
を有することを特徴とし、 少なくとも、最も高いモル分率のアルミニウムを含有す
る前記層の前記露出面上に、前記露出面をパッシベーシ
ョンする為に形成された自然酸化物層とを含む半導体装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US231411 | 1994-04-22 | ||
| US09/231,411 US6201264B1 (en) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | Advanced semiconductor devices fabricated with passivated high aluminum content III-V materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000208811A true JP2000208811A (ja) | 2000-07-28 |
| JP2000208811A5 JP2000208811A5 (ja) | 2007-03-01 |
Family
ID=22869138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000003509A Pending JP2000208811A (ja) | 1999-01-14 | 2000-01-12 | 半導体装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6201264B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000208811A (ja) |
| KR (1) | KR20000053477A (ja) |
| DE (1) | DE19944020A1 (ja) |
| GB (1) | GB2345792A (ja) |
| TW (1) | TW448587B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US8736652B2 (en) | 2010-05-25 | 2014-05-27 | Ricoh Company, Ltd. | Surface-emitting laser device, surface-emitting laser array, optical scanner, image forming apparatus, and method for manufacturing surface-emitting laser device |
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