JP2874948B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、InGaAlP等の化合物半導体材料を用いた半
導体発光素子に係わり、特に選択的に形成した電極の周
辺部から光を取り出す方式の半導体発光素子の製造方法
に関する。
導体発光素子に係わり、特に選択的に形成した電極の周
辺部から光を取り出す方式の半導体発光素子の製造方法
に関する。
（従来の技術） InGaAlP系材料は、窒化物を除くIII−Ｖ族化合物半導
体混晶中で最大の直接遷移型エネルギーギャップを有
し、0.5〜0.6μｍ帯の発光素子材料として注目されてい
る。特にGaAsを基板とし、これに格子整合するInGaAlP
による発光部を持つpn整合型発光ダイオード（LED）
は、従来のGaPやGaAsP等の間接遷移型の材料を用いたも
のに比べ、赤色から緑色の高輝度の発光が可能である。
高輝度のLEDを形成するには、発光効率を高めることは
もとより、素子内部での光吸収や、発光部と電極の相対
的位置関係等により、外部への有効な光取り出しを実現
することが重要である。
体混晶中で最大の直接遷移型エネルギーギャップを有
し、0.5〜0.6μｍ帯の発光素子材料として注目されてい
る。特にGaAsを基板とし、これに格子整合するInGaAlP
による発光部を持つpn整合型発光ダイオード（LED）
は、従来のGaPやGaAsP等の間接遷移型の材料を用いたも
のに比べ、赤色から緑色の高輝度の発光が可能である。
高輝度のLEDを形成するには、発光効率を高めることは
もとより、素子内部での光吸収や、発光部と電極の相対
的位置関係等により、外部への有効な光取り出しを実現
することが重要である。
第５図に、InGaAlP発光部を有する従来のLED素子構造
断面を示す。このLEDは、ｎ−GaAs基板１の一主面に、
ｎ＋InGaAlPクラッド層2,n−InGaAlP活性層3,p−InGaAl
Pクラッド層4,p−InGaP中間エネルギーギャップ層５及
びｐ−GaAsコンタクト層６を順次積層形成し、コンタク
ト層６上にｐ側電極７を、基板１の下面にｎ側電極８を
設けることにより構成される。
断面を示す。このLEDは、ｎ−GaAs基板１の一主面に、
ｎ＋InGaAlPクラッド層2,n−InGaAlP活性層3,p−InGaAl
Pクラッド層4,p−InGaP中間エネルギーギャップ層５及
びｐ−GaAsコンタクト層６を順次積層形成し、コンタク
ト層６上にｐ側電極７を、基板１の下面にｎ側電極８を
設けることにより構成される。
そして、各層のAl組成は高い発光効率が得られるよう
に設定され、発光層となる活性層３のエネルギーギャッ
プは２つのクラッド層2,4より小さい、所謂ダブルヘテ
ロ接合が形成されている。そして、発光層からの光は電
極７を除く基板表面、即ち電極７の周辺部から上方向に
取り出されるものとなっている。
に設定され、発光層となる活性層３のエネルギーギャッ
プは２つのクラッド層2,4より小さい、所謂ダブルヘテ
ロ接合が形成されている。そして、発光層からの光は電
極７を除く基板表面、即ち電極７の周辺部から上方向に
取り出されるものとなっている。
ところで、第５図に示したような構造では、発光部９
から出てきた光のうち、クラッド層４の表面で全反射角
となる光は、上面には出てこられず、発光層３で吸収さ
れたり、下方に出射されてしまう。これらのことから発
光素子としては、表面を樹脂でモールドしたり、ドーム
状に研磨したり或いは表面を荒らしたりして、出射光に
対し全反射角がなくなるような対策が施されている。
から出てきた光のうち、クラッド層４の表面で全反射角
となる光は、上面には出てこられず、発光層３で吸収さ
れたり、下方に出射されてしまう。これらのことから発
光素子としては、表面を樹脂でモールドしたり、ドーム
状に研磨したり或いは表面を荒らしたりして、出射光に
対し全反射角がなくなるような対策が施されている。
しかしながら、この種の半導体発光素子にあっては次
のような問題があった。即ち、素子表面を樹脂でモール
ドすると樹脂による光の減衰があり、また素子表面を研
磨したり荒らすことは、工程の複雑化を招くと共に生産
性及び製造歩留りの低下を招く要因となる。
のような問題があった。即ち、素子表面を樹脂でモール
ドすると樹脂による光の減衰があり、また素子表面を研
磨したり荒らすことは、工程の複雑化を招くと共に生産
性及び製造歩留りの低下を招く要因となる。
（発明が解決しようとする課題） このように従来、InGaAlPからなる発光部を持つ第５
図に示すような半導体発光素子においては、発光部から
の出射光のうち、クラッド層表面に全反射角で入射する
光を有効に取り出すことができなかった。また、これを
解決するために樹脂モールドや表面研磨等を行うと、光
の減衰や生産性及び製造歩留りの低下を招く問題があっ
た。
図に示すような半導体発光素子においては、発光部から
の出射光のうち、クラッド層表面に全反射角で入射する
光を有効に取り出すことができなかった。また、これを
解決するために樹脂モールドや表面研磨等を行うと、光
の減衰や生産性及び製造歩留りの低下を招く問題があっ
た。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、素子表面に簡易にドーム形状を形
成することができ、生産性及び歩留りの向上をはかり得
る光取り出し効率の高い半導体発光素子の製造方法を提
供することにある。
目的とするところは、素子表面に簡易にドーム形状を形
成することができ、生産性及び歩留りの向上をはかり得
る光取り出し効率の高い半導体発光素子の製造方法を提
供することにある。
［発明の構成］ （課題を解決刷るための手段） 本発明の骨子は、クラッド層の表面を研磨ではなく溶
液エッチングによりドーム形状に加工することにあり、
ドーム加工する手段として、クラッド層の発光層側と電
極側とでエッチング速度を異ならせることにある。
液エッチングによりドーム形状に加工することにあり、
ドーム加工する手段として、クラッド層の発光層側と電
極側とでエッチング速度を異ならせることにある。
即ち本発明は、化合物半導体からなる発光層を有する
基板上にAlを含む化合物半導体からなるクラッド層を形
成し、このクラッド層上の一部にコンタクト層を介して
電極を形成した半導体発光素子の製造方法において、前
記クラッド層を形成する際に該クラッド層のAl組成が前
記発光層から離れるに従い大きくなるように形成し、前
記電極を形成した後に該電極及びクラッド層上を覆うよ
うにマスクを形成し、次いでAlの組成比が大きいほどエ
ッチング速度が速くなるエッチング液を用い、前記クラ
ッド層をその側部からエッチングするようにした方法で
ある。
基板上にAlを含む化合物半導体からなるクラッド層を形
成し、このクラッド層上の一部にコンタクト層を介して
電極を形成した半導体発光素子の製造方法において、前
記クラッド層を形成する際に該クラッド層のAl組成が前
記発光層から離れるに従い大きくなるように形成し、前
記電極を形成した後に該電極及びクラッド層上を覆うよ
うにマスクを形成し、次いでAlの組成比が大きいほどエ
ッチング速度が速くなるエッチング液を用い、前記クラ
ッド層をその側部からエッチングするようにした方法で
ある。
（作用） 本発明によれば、クラッド層のAl組成を発光層側から
表面に向かって連続的に高くしているため、熱硫酸等の
エッチング液を用いれば、クラッド層の発光層側よりも
表面側のエッチング速度を速くすることができ、これに
よりクラッド層表面をドーム形状に加工することができ
る。従って、発光部から出射した光に対して全反射角と
なる面がなくなり、有効に光を取出すことが可能とな
る。また、熱硫酸で表面及び側面をエッチングすること
により、表面の異物を除去することになり、表面からの
リーク電流をなくすことも可能となる。
表面に向かって連続的に高くしているため、熱硫酸等の
エッチング液を用いれば、クラッド層の発光層側よりも
表面側のエッチング速度を速くすることができ、これに
よりクラッド層表面をドーム形状に加工することができ
る。従って、発光部から出射した光に対して全反射角と
なる面がなくなり、有効に光を取出すことが可能とな
る。また、熱硫酸で表面及び側面をエッチングすること
により、表面の異物を除去することになり、表面からの
リーク電流をなくすことも可能となる。
（実施例） 以下、本発明の実施例につき図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例方法に係わる半導体発光素
子の製造工程を示す断面図である。
子の製造工程を示す断面図である。
まず、第１図（ａ）に示す如く、ｎ−GaAs基板11の一
主面上にｎ−In0.5（Ga1-XAlX）0.5Ｐクラッド層12,In
0.5（Ga1-YAlY）0.5Ｐ活性層13及びｐ−In0.5（Ga1-ZAl
Z）0.5Ｐクラッド層14をMOCVD法等で順次成長形成す
る。ここで、各層におけるAl組成x,y,zは次のように設
定した。即ち、活性層13におけるAl組成がクラッド層1
2,14におけるそれよりも小さくなるようにｘ＞y,z＞ｙ
とした。さらに、クラッド層14においては、活性層13側
から表面側に向かってAl組成比が徐々に大きくなるよう
にした。これには、例えばMOCVD法でクラッド層14を成
長する際に、TMA等のAl材料としての堆積ガスの量を徐
々に増加すればよい。
主面上にｎ−In0.5（Ga1-XAlX）0.5Ｐクラッド層12,In
0.5（Ga1-YAlY）0.5Ｐ活性層13及びｐ−In0.5（Ga1-ZAl
Z）0.5Ｐクラッド層14をMOCVD法等で順次成長形成す
る。ここで、各層におけるAl組成x,y,zは次のように設
定した。即ち、活性層13におけるAl組成がクラッド層1
2,14におけるそれよりも小さくなるようにｘ＞y,z＞ｙ
とした。さらに、クラッド層14においては、活性層13側
から表面側に向かってAl組成比が徐々に大きくなるよう
にした。これには、例えばMOCVD法でクラッド層14を成
長する際に、TMA等のAl材料としての堆積ガスの量を徐
々に増加すればよい。
次いで、第１図（ｂ）に示す如く、クラッド層14上に
ｐ−Ga1-PAsPAs中間バンドギャップ層15及びｐ−GaAsコ
ンタクト層16を順次成長形成する。続いて、コンタクト
層16上にAu−Znでなるｐ側電極17を形成し、基板11の他
方の主面にAu−Geでなるｎ側電極18をそれぞれ形成す
る。その後、表面側からの発光が得られるようＰ側電極
17,コンタクト層16及び中間バンドギャップ層15を選択
的に除去した。ここまでの工程は従来と同様であり、ま
たここまでの工程で得られる構造は従来素子と同じとな
っている。
ｐ−Ga1-PAsPAs中間バンドギャップ層15及びｐ−GaAsコ
ンタクト層16を順次成長形成する。続いて、コンタクト
層16上にAu−Znでなるｐ側電極17を形成し、基板11の他
方の主面にAu−Geでなるｎ側電極18をそれぞれ形成す
る。その後、表面側からの発光が得られるようＰ側電極
17,コンタクト層16及び中間バンドギャップ層15を選択
的に除去した。ここまでの工程は従来と同様であり、ま
たここまでの工程で得られる構造は従来素子と同じとな
っている。
次いで、第１図（ｃ）に示す如く、電極17の部分を中
心にこれより大きいSiO2マスク19を形成し、チップ状に
カットした基板を熱硫酸に浸した。熱硫酸は、第２図に
示すようにAl組成によるエッチング速度に違いがある、
即ちAl組成比が大きいほどエッチング速度が速くなるの
で、クラッド層14では表面に近い程エッチングが速くな
る。また、エッチングのAl組成依存性は、基板の面方位
依存性よりも大きい。従って、マスク19を円形にしてお
くことで、クラッド層14の熱硫酸によるエッチングによ
りドーム状の形状が得られる。
心にこれより大きいSiO2マスク19を形成し、チップ状に
カットした基板を熱硫酸に浸した。熱硫酸は、第２図に
示すようにAl組成によるエッチング速度に違いがある、
即ちAl組成比が大きいほどエッチング速度が速くなるの
で、クラッド層14では表面に近い程エッチングが速くな
る。また、エッチングのAl組成依存性は、基板の面方位
依存性よりも大きい。従って、マスク19を円形にしてお
くことで、クラッド層14の熱硫酸によるエッチングによ
りドーム状の形状が得られる。
かくして製造された本実施例素子においては、第３図
に示す如く、クラッド層14の表面がドーム形状に加工さ
れているので、発光部からの光はクラッド層14の表面に
入射する際に全反射角よりも小さい入射角となり、クラ
ッド層14の表面で全反射されることなく、上側に取り出
される。従って、光の取り出し効率の向上をはかること
ができる。また、熱硫酸で表面及び側面をエッチングす
ることにより、表面の異物を除去することになり、表面
からのリーク電流がなくなり発光効率が向上する。
に示す如く、クラッド層14の表面がドーム形状に加工さ
れているので、発光部からの光はクラッド層14の表面に
入射する際に全反射角よりも小さい入射角となり、クラ
ッド層14の表面で全反射されることなく、上側に取り出
される。従って、光の取り出し効率の向上をはかること
ができる。また、熱硫酸で表面及び側面をエッチングす
ることにより、表面の異物を除去することになり、表面
からのリーク電流がなくなり発光効率が向上する。
また、研磨によりドーム加工する方法とは異なり素子
表面に無用の力を加える必要はなく、さらに複数のチッ
プを同時に処理することができるので、生産性及び歩留
まりの向上をはかることができる。また、樹脂モールド
等による方法では光の減衰が生じることがあるが、本実
施例方法ではこのような不都合も生じない。
表面に無用の力を加える必要はなく、さらに複数のチッ
プを同時に処理することができるので、生産性及び歩留
まりの向上をはかることができる。また、樹脂モールド
等による方法では光の減衰が生じることがあるが、本実
施例方法ではこのような不都合も生じない。
第４図は本発明の第２の実施例方法を説明するための
素子構造断面図である。なお、第１図と同一部分には同
一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
素子構造断面図である。なお、第１図と同一部分には同
一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
この実施例は、発光部を挟む上部の層にのみでなく、
下部の層についても、同様のAl組成の変化を行った例で
ある。即ち、クラッド層12におけるAl組成を、クラッド
層14と同様に、活性層13から離れるに従い大きくしてい
る。この場合、熱硫酸のエッチングにより、上側のクラ
ッド層14はもとより、下側のクラッド層12もAl組成に応
じてエッチングされる。このため、下側のクラッド層12
もドーム状に形成され、従って下側に出射した光を基板
11での反射により上側に取り出すこともできる。
下部の層についても、同様のAl組成の変化を行った例で
ある。即ち、クラッド層12におけるAl組成を、クラッド
層14と同様に、活性層13から離れるに従い大きくしてい
る。この場合、熱硫酸のエッチングにより、上側のクラ
ッド層14はもとより、下側のクラッド層12もAl組成に応
じてエッチングされる。このため、下側のクラッド層12
もドーム状に形成され、従って下側に出射した光を基板
11での反射により上側に取り出すこともできる。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるもので
はない。実施例では、InGaAlP系材料を用いた例につい
て説明したが、この代わりにGaAlAs系材料を用いること
も可能である。さらに、熱硫酸の代わりには、Al組成の
大きさによりエッチング速度が代わるものであればよ
く、熱燐酸を用いることも可能である。また、実施例で
はダブルヘテロ接合構造を持つLEDについて説明した
が、活性層部の層構造は本質ではなく、本発明はシング
ルヘテロ接合構造やホモ接合構造にも同様に適用するこ
とが可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
はない。実施例では、InGaAlP系材料を用いた例につい
て説明したが、この代わりにGaAlAs系材料を用いること
も可能である。さらに、熱硫酸の代わりには、Al組成の
大きさによりエッチング速度が代わるものであればよ
く、熱燐酸を用いることも可能である。また、実施例で
はダブルヘテロ接合構造を持つLEDについて説明した
が、活性層部の層構造は本質ではなく、本発明はシング
ルヘテロ接合構造やホモ接合構造にも同様に適用するこ
とが可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、クラッド層のAl
組成比を表面に向かって連続的に高くし、熱硫酸等のエ
ッチング速度にAl組成比依存性を有するエッチング液を
用いてクラッド層をエッチングすることにより、素子表
面に簡易にドーム形状を形成することができ、光取り出
し効率の高い半導体発光素子を生産性及び歩留り良く製
造することが可能となる。
組成比を表面に向かって連続的に高くし、熱硫酸等のエ
ッチング速度にAl組成比依存性を有するエッチング液を
用いてクラッド層をエッチングすることにより、素子表
面に簡易にドーム形状を形成することができ、光取り出
し効率の高い半導体発光素子を生産性及び歩留り良く製
造することが可能となる。
第１図は本発明の一実施例方法に係わる半導体発光素子
の製造工程を示す断面図、第２図はAl組成比とエッチン
グ速度との関係を示す特性図、第３図は上記実施例の効
果を説明するための模式図、第４図は本発明の他の実施
例方法を説明するための素子構造断面図、第５図は従来
の問題点を説明するための素子構造断面図である。 11……ｎ−GaAs基板、 12……ｎ−InGaAlPクラッド層、 13……InGaAlP活性層、 14……ｐ−InGaAlPクラッド層、 15……ｐ−GaAlAs中間バンドギャップ層、 16……ｐ−GaAsコンタクト層、 17……ｐ側電極、 18……ｎ側電極、 19……SiO2マスク、 21……発光部。
の製造工程を示す断面図、第２図はAl組成比とエッチン
グ速度との関係を示す特性図、第３図は上記実施例の効
果を説明するための模式図、第４図は本発明の他の実施
例方法を説明するための素子構造断面図、第５図は従来
の問題点を説明するための素子構造断面図である。 11……ｎ−GaAs基板、 12……ｎ−InGaAlPクラッド層、 13……InGaAlP活性層、 14……ｐ−InGaAlPクラッド層、 15……ｐ−GaAlAs中間バンドギャップ層、 16……ｐ−GaAsコンタクト層、 17……ｐ側電極、 18……ｎ側電極、 19……SiO2マスク、 21……発光部。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00
Claims (1)
- 【請求項１】化合物半導体からなる発光層を有する基板
上にAlを含む化合物半導体からなるクラッド層を形成
し、且つ該クラッド層のAl組成が前記発光層から離れる
に従い大きくなるように形成する工程と、前記クラッド
層上の一部にコンタクト層を介して電極を形成する工程
と、前記電極及びクラッド層上を覆うようにマスクを形
成する工程と、次いでAlの組成比が大きいほどエッチン
グ速度が速くなるエッチング液を用い、前記クラッド層
をその側部からエッチングする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 |
|---|---|---|---|
| JP8466790A JP2874948B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8466790A JP2874948B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 半導体発光素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03283675A JPH03283675A (ja) | 1991-12-13 |
| JP2874948B2 true JP2874948B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=13837064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8466790A Expired - Fee Related JP2874948B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2874948B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2001239182A1 (en) | 2000-02-15 | 2001-08-27 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor component which emits radiation, and method for producing the same |
| DE10006738C2 (de) | 2000-02-15 | 2002-01-17 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Lichtemittierendes Bauelement mit verbesserter Lichtauskopplung und Verfahren zu seiner Herstellung |
| JP2006351965A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Sony Corp | 曲面形成方法および半導体発光素子 |
| JP7228176B2 (ja) * | 2017-11-10 | 2023-02-24 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP8466790A patent/JP2874948B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH03283675A (ja) | 1991-12-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |