JP2947155B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子及びその製造方法Info
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準に達成された半導体発光素子及びその製造方法に関す
る。
うに、n形GaAs基板層1とn形GaAsバッファ層
2とn形AlGaInPクラッド層3とAlGaInP
活性層4とp形AlGaInPクラッド層5とp形Ga
Asフロントウインドウ層6とp+ 形AlGaInP酸
化防止層7とp形GaAsコンタクト層8とn形AlG
aInP電流ブロック層9とを有する半導体基板10
と、コンタクト層8の上面に形成されたアノード電極1
1と、GaAs基板層1の下面に形成されたカソード電
極12とから成る。ここで、p+ 形AlGaInP酸化
防止層7の上面のうちアノード電極11で被覆されてい
ない部分は、光取り出し面となる。
ードでは、活性層4で発生した光のうち素子上方に放出
された光は光取り出し面から素子外部に導出されること
ができるが、活性層4で発生した光のうち素子下方に放
出された光はGaAsバッファ層2及びGaAs基板層
1に全て吸収され、素子外部に導出させることができな
い。このため、図1の発光ダイオードでは、発光効率を
高水準に得ることができなかった。この発光効率を増大
する手段として、n形AlGaInPクラッド層3と素
子下面の間の比較的クラッド層5に近い領域にブラッグ
反射層を介在させることが知られている。このようなブ
ラッグ反射層を設けた半導体発光素子では、活性層4か
ら下方に放出された光をこの反射層によって素子上方に
反射させることができるので、発光効率の増大が期待さ
れた。しかしながら、実際には、反射層の設計上狭い範
囲の波長しか反射させることができないこと、反射層の
層の厚さが精密にコントロールされていないと所望の反
射効果が十分に得られないこと、また発光波長に合わせ
た設計がそれぞれ必要になることなどから十分に高い発
光効率を安定に得ることは困難であった。
導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的と
する。
の装置の本発明は、第1導電形のクラッド層と、前記第
1導電形のクラッド層の一方の主面に隣接配置された活
性層と、前記活性層に隣接配置された第2導電形のクラ
ッド層と、前記第2導電形のクラッド層に対して電気的
に接続された第1の電極と、前記第1導電形のクラッド
層の他方の主面にその一方の主面が隣接するように配置
された光透過性を有する第1導電形の半導体領域から成
るバックウインドウ層と、前記バックウインドウ層の他
方の主面の一部にその一方の主面が隣接するように配置
されており且つ前記バックウインドウ層と同一の前記第
1導電形の半導体領域の酸化物から成る酸化膜と、前記
酸化膜の他方の主面に隣接しており且つ前記バックウイ
ンドウ層に電気的に接続されており且つ前記酸化膜との
界面に光反射面を得ることができる材料で形成されてい
る基礎電極層と、前記基礎電極層に隣接配置され且つ前
記基礎電極層よりも厚く形成された第2の電極とを備え
た半導体発光素子に係わるものである。また、方法の発
明は、少なくとも半導体基板層とバッファ層と前記バッ
ファ層と異なる半導体材料から成るエッチングストッパ
層と前記エッチングストッパ層と異なる半導体材料から
成る第1導電形のコンタクト層と光透過性を有する第1
導電形のバックウインドウ層と第1導電形のクラッド層
と活性層と第2導電形のクラッド層とを順次に有してい
る半導体基体を用意する工程と、前記半導体基体からエ
ッチングによって前記半導体基板層と前記バッファ層と
を除去する工程と、前記エッチングストッパ層をエッチ
ングによって除去する工程と、前記コンタクト層の一部
を除去して前記バックウインドウ層を露出させる工程
と、前記バックウインドウ層の露出している面を酸化し
て酸化膜を形成する工程と、前記コンタクト層にオーミ
ック接続用金属層を形成する工程と、前記酸化膜との界
面を光反射面にすることができる金属材料によって前記
酸化膜及び前記オーミック接続用金属層を覆うように基
礎電極層を形成する工程と、前記基礎電極層に隣接させ
て前記基礎電極層よりも厚い電極を形成する工程とから
成る半導体発光素子の製造方法に係わるものである。な
お、請求項2及び6に示すように更に多くの層を設ける
ことが望ましい。また、請求項4及び7に示すように各
層の材料を特定することが望ましい。また、請求項4に
示すように第2の電極を比較的厚く形成することが望ま
しい。
図1に示す従来の半導体発光素子で設けられていた半導
体基板層1及びバッファ層2を設けないでバックウイン
ドウ層を設け、この一部に酸化膜を介して基礎電極層を
対向させ、酸化膜と基礎電極層の界面を光反射面とした
ので、活性層から第2の電極方向に放射した光を光反射
面で第1の電極の方向に反射させることができる。この
結果、発光効率が高くなる。また酸化膜と基礎電極層と
の界面の光反射面は波長依存性がないので、全ての光を
反射させることができ、高い発光効率を得ることができ
る。また、請求項2及び6に示すように更に多くの層を
設けると、発光効率の増大、オーミック接続の改善、安
定性の向上を図ることができる。また、請求項3及び7
に示すように材料を限定すると、発光効率の増大を図る
ことができる。即ち、バックウインドウ層のAlGaA
sは光透過性が良いので、ここでの光減衰が少なくな
り、発光効率の増大が図れる。また、請求項4によれ
ば、第2の電極が厚いためにこの第2の電極を半導体基
体の支持体として機能させることができ、必要な強度及
び厚さを有する発光素子を提供することができる。ま
た、請求項5〜7の方法の発明によれば、バックウイン
ドウ層、酸化膜、第1導電形のコンタクト層を容易に形
成することができる。
例に係わる半導体発光素子即ち発光ダイオードを説明す
る。なお、図2〜図9において図1と実質的に同一の部
分には同一の符号が付けられている。
に示すものである。この発光ダイオードを製造する際に
はまず図2の平面形状正方形の半導体基体を用意する。
この半導体基体は、n形(第1導電形)GaAs(ガリ
ウム・ヒ素)から成る半導体基板層1と、n形GaAs
から成るバッファ層2と、AlGaAs(アルミニウム
・ガリウム・ヒ素)から成る厚さ0.1μmのエッチン
グストッパ層21と、n形GaAsから成る厚さ0.5
〜1μmのコンタクト層22と、n形AlGaAsから
成る厚さ1μmのバックウインドウ層23と、n形Al
GaInP(アルミニウム・ガリウム・インジウム・リ
ン)から成るクラッド層3と、n形AlGaInPから
成る活性層4と、p形(第2導電形)AlGaInPか
ら成るクラッド層5と、p形AlGaAsのフロントウ
インドウ層6と、p+ 形AlGaInPから成る酸化防
止層7と、p形GaInP及びGaAsの混合層から成
るコンタクト層8とを順次に積層した状態に有し、且つ
n形AlGaInPから成る電流ブロック層9を有す
る。コンタクト層8及び電流ブロック層9は平面的に見
て半導体基体の中央に配置されている。従って、電流ブ
ロック層9はp形クラッド層5の上面の一部にのみ接触
し、またフロントウインドウ層6はp形クラッド層5と
電流ブロック層9の両方に接触している。また、Au
(金)から成るアノード電極(第1の電極)11はコン
タクト層8の上に設けられているので、半導体内部の酸
化を防止するために設けられているp+ 形のAlGaI
nPから成る酸化防止層7のアノード電極11で覆われ
ていない領域が光取り出し面となる。図2の半導体基体
は図1の従来の半導体基体にエッチングストッパ層21
とn形コンタクト層22とバックウインドウ層23とを
付加した構成になっている。なお、図2でバッファ層2
及びこれよりも上の層は半導体基板層1の上にエピタキ
シャル成長法で形成されている。
板層1とバッファ層2を除去する。この際、GaAsを
選択的にエッチングするエッチング液を使用することに
より、バッファ層2が除去された時にエッチングが停止
し、図3に示すようにエッチングストッパ層21及びこ
れよりも上の層が残存する。
ッパ層21を除去して図4に示すようにn形コンタクト
層22及びこれよりも上の部分を残存させる。
ッチングして図5に示すように平面形状で格子状のコン
タクト層22を得る。なお、コンタクト層22のパター
ンは島状でもよいし、スリット状でもよい。
タクト層22によって被覆されずに露出した領域に熱酸
化法によって酸化して酸化膜24を図6に示すように島
状に形成する。
着することによってn形コンタクト層22の露出面にオ
ーミック接続用金属層25を形成する。
面及びオーミック接続用金属層25の露出面を覆うよう
に全面に金を蒸着することによって基礎電極層26を形
成する。
26の周辺をフォトレジストで覆って金をメッキするこ
とにより金メッキ層から成るカソード電極27を基礎電
極層26の周辺を除いた領域に図9に示すように形成す
る。このカソード電極27は半導体基体の主要部である
n形クラッド層3と活性層4とp形クラッド層5の合計
の厚さ以上の厚さを有し、また図9の半導体基体全体の
厚さにほぼ等しい厚さを有するので、半導体基体の支持
体としての機能を有する他に放熱板としての機能を有
し、PHS電極と呼ばれるものになる。
ド)は次の効果を有する。 (1) 光透過性が良いAlGaAsから成り且つ比較
的薄く形成されたバックウインドウ層(光透過層)23
に酸化膜24を設け、この酸化膜24と基礎電極層26
との界面に光反射面28を形成したので、この光反射面
28に対して活性層4側から入射する光及び光反射面2
8で反射して上に向う光の減衰が少なくなり、光の取り
出し量が多くなり、発光効率が高くなる。 (2) 酸化膜24と基礎電極層26との間の反射面2
8は波長依存性がないので、種々の波長の光を良好に反
射し、発光効率を向上させることができる。 (3) 光反射面28はバックウインドウ層23の酸化
で形成した酸化膜24に基づいて得られるので、光反射
面28の形成を極めて容易に達成することができる。 (4) 酸化膜24は島状に形成されているので、アノ
ード電極11とカソード電極27との間の電流通路は確
保される。 (5) バックウインドウ層23が比較的薄くても、こ
れよりも十分に厚いカソード電極27がメッキによって
形成されているので、半導体基体の機械的保持はカソー
ド電極27によって十分に達成され、且つ半導体発光素
子に要求される厚さを十分に得ることができる。また、
必要な放熱特性をカソード電極27によって得ることも
できる。 (6) 半導体基板層1及びバッファ層2の上にエッチ
ングストッパ層21、n形コンタクト層22、バックウ
インドウ層23、及び発光に必要な種々の層を設け、そ
の後に半導体基板層1及びバッファ層2を除去する方法
を採用しているので、n形コンタクト層21、バックウ
インドウ層23及びこれよりも上の層を安定的且つ良好
に形成することができる。
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 酸化防止層7等の発光素子の基本構成要素以外
の部分を省くこともできる。 (2) 基礎電極層26をコンタクト層22にオーミッ
ク接触させることができる場合にはオーミック接続用金
属層25を省くことができる。また、基礎電極層26を
バックウインドウ層23にオーミック接触させることが
できる場合は、コンタクト層22、オーミック接続用金
属層25を省くことができる。
の第1工程の状態を示す断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 第1導電形のクラッド層と、 前記第1導電形のクラッド層の一方の主面に隣接配置さ
れた活性層と、 前記活性層に隣接配置された第2導電形のクラッド層
と、 前記第2導電形のクラッド層に対して電気的に接続され
た第1の電極と、 前記第1導電形のクラッド層の他方の主面にその一方の
主面が隣接するように配置された光透過性を有する第1
導電形の半導体領域から成るバックウインドウ層と、 前記バックウインドウ層の他方の主面の一部にその一方
の主面が隣接するように配置されており且つ前記バック
ウインドウ層と同一の前記第1導電形の半導体領域の酸
化物から成る酸化膜と、 前記酸化膜の他方の主面に隣接しており且つ前記バック
ウインドウ層に電気的に接続されており且つ前記酸化膜
との界面に光反射面を得ることができる材料で形成され
ている基礎電極層と、 前記基礎電極層に隣接配置され且つ前記基礎電極層より
も厚く形成された第2の電極とを備えた半導体発光素
子。 - 【請求項2】 更に、前記第2導電形のクラッド層と前
記第1の電極との間に、前記第2導電形のクラッド層の
一部に隣接する第1導電形の電流ブロック層と、前記第
2導電形のクラッド層及び前記電流ブロック層に隣接す
る第2導電形のフロントウインドウ層と、前記フロント
ウインドウ層に隣接する第2導電形の酸化防止層と、前
記酸化防止層に隣接する前記第2導電形のコンタクト層
とを有し、前記バックウインドウ層と前記基礎電極層と
の間に、前記バックウインドウ層の一部に隣接する第1
導電形のコンタクト層と、この第1導電形のコンタクト
層にオーミック接触しているオーミック接続用金属層と
を有していることを特徴とする請求項1記載の半導体発
光素子。 - 【請求項3】 前記第1導電形のクラッド層、前記活性
層、前記第2導電形のクラッド層はAlGaInP半導
体であり、前記第1導電形のバックウインドウ層はAl
GaAs半導体であることを特徴とする請求項1又は2
記載の半導体発光素子。 - 【請求項4】 前記第2の電極は、前記第1導電形のク
ラッド層と前記活性層と前記第2導電形のクラッド層と
前記バックウインドウ層との合計の厚さ以上の厚さを有
していることを特徴とする請求項1又は2又は3記載の
半導体発光素子。 - 【請求項5】 少なくとも半導体基板層とバッファ層と
前記バッファ層と異なる半導体材料から成るエッチング
ストッパ層と前記エッチングストッパ層と異なる半導体
材料から成る第1導電形のコンタクト層と光透過性を有
する第1導電形のバックウインドウ層と第1導電形のク
ラッド層と活性層と第2導電形のクラッド層とを順次に
有している半導体基体を用意する工程と、 前記半導体基体からエッチングによって前記半導体基板
層と前記バッファ層とを除去する工程と、 前記エッチングストッパ層をエッチングによって除去す
る工程と、 前記コンタクト層の一部を除去して前記バックウインド
ウ層を露出させる工程と、 前記バックウインドウ層の露出している面を酸化して酸
化膜を形成する工程と、 前記コンタクト層にオーミック接続用金属層を形成する
工程と、 前記酸化膜との界面を光反射面にすることができる金属
材料によって前記酸化膜及び前記オーミック接続用金属
層を覆うように基礎電極層を形成する工程と、 前記基礎電極層に隣接させて前記基礎電極層よりも厚い
電極を形成する工程とから成る半導体発光素子の製造方
法。 - 【請求項6】 前記半導体基体は、更に、前記第2導電
形のクラッド層の一部に隣接するように配置された第1
導電形の電流ブロック層と、前記第2導電形のクラッド
層及び前記電流ブロック層に隣接するように配置された
第2導電形のフロントウインドウ層と、前記フロントウ
インドウ層に隣接するように配置された第2導電形の酸
化防止層と、前記酸化防止層に隣接するように配置され
た第2導電形のコンタクト層とを有し、前記第2導電形
のコントタク層に電極が形成されていることを特徴とす
る請求項5記載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項7】 前記第1導電形のクラッド層と前記活性
層と前記第2導電形のクラッド層はAlGaInP半導
体であり、前記第1導電形のバックウインドウ層はAl
GaAsであり、前記第1導電形のコンタクト層はGa
As半導体であり、前記エッチングストッパ層はAlG
aAsであり、前記バッファ層及び前記半導体基板層は
それぞれGaAsであることを特徴とする請求項5又は
6記載の半導体発光素子の製造方法。
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JP4213296A JP2947155B2 (ja) | 1996-02-05 | 1996-02-05 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
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JPH09213996A JPH09213996A (ja) | 1997-08-15 |
JP2947155B2 true JP2947155B2 (ja) | 1999-09-13 |
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JP4213296A Expired - Fee Related JP2947155B2 (ja) | 1996-02-05 | 1996-02-05 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
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