JPH0324771A - 化合物半導体装置及びその表面処理加工方法 - Google Patents

化合物半導体装置及びその表面処理加工方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は■一■族化合物半導体装置及びその表面処理加
工方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、ＩＩ［−Ｖ族化合物半導体、例えばＡｌＧａＡｓ
半導体からなる高輝度発光用ＬＥＤとしてホモ接合構造
ＬＥＤに比べて、キャリアの注入効率が高く、高出力゛
、高応答速度が得られるシングルへテロ接合構造ＬＥＤ
、あるいはダブルへテロ接合構造ＬＥＤが用いられてい
る。
これらへテロ接合構造ＬＥＤに特徴的なことは、光取り
出し側にＡｊ！Ａｓ混晶比Ｘの大きいＡｌ．Ｇａｌ−ｗ
ΔＳが用いられている点である。例えば、赤色発光高輝
度ＬＥＤ用基板のエビタキシャル或長の例を示すと、ｐ
型ＧａＡｓ基板［：（１００）面〕上にｐクラッド層と
して液相或長法等によりＺｎドープＡ　１　ｏ．　，ｓ
Ｇ　ａ　０．　２５Ａ　ｓ層を２００μｍ（ｐ型）形成
した後、ｐアクティブ層としてＺｎドーブＡ　Ｉｌ０．
　３ＳＧ　ａ　ｏ．　ａｓＡ　ｓ層を２〜３μｍ（ｐ型
）形成し、次いでｎクラッド層としてＴｅドーブＡ　１
　０．　７ＳＧ　ａ　０．　２ＳＡ　ｓ層を５（ｌｕｍ
程度形成している。モしてＧａＡｓ基板選択性エッチャ
ントを用いて光吸収性ＧａＡｓ基板を除去して高輝度Ｌ
ＥＤチップを得ており、チップの表面の混晶比は０．７
５と高い。このようにＡｆＡｓ混晶比の大きなＡＬＧａ
＋−ｍＡＳ層は極めて酸化されやすく、そのため、発光
特性の劣化を招き、素子寿命を著しく短くしてしまう原
因となっており、樹脂封止した素子においても同様であ
った。
この対策としてＳｉＮｘ膜を形成する方法が提案されて
いる。
また、表面における全反射を防止して外部量子効率を上
げるため表面に凹凸を設けることも提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、従来のものにおいては、表面に凹凸を設
けるか、ＳｉＮｘ膜を形成するかのどちらかしか行われ
ておらず、表面に凹凸を設けただけでは耐湿性に問題が
あるとともに、表面の酸化により素子寿命の点で問題が
あり、また単に保護膜としてＳｉＮｘ膜を設けただけで
は付着強度が弱く、剥がれ易いという問題があった。
本発明は上記課題を解決するためのもので、外部量子効
率を向上させるとともに、素子寿命を伸ばすことができ
る化合物半導体装置及びその表面処理加工方法を提供す
ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は■−■族化合物半導体の表面に凹凸を形成し、
さらに凹凸表面上にＳｉＮｘ膜を形戊することを特徴と
するものである。
第１図は本発明によるヘテロ接合高輝度発光ＬＥＤの構
造の一例を示す図で、１は裏電極、２はＰクラッド層、
３はｐアクティブ層、４はｎクラッド層、５は表電極、
６は凹凸、７はＳｉＮｘ膜である。
第１図に例として示すＡｌＧａＡｓ半導体からなる発光
ダイオードは、ｐアクティブ層３をクラッド層２、４で
サンドイッチし、その表と裏面にそれぞれ電極１、５を
形成する。これは、例えば電極を蒸着後、熱処理して半
導体との界面を合金化することにより行う。次に、電極
を除く発光ダイオードの全面に、サンドブラストや微粉
末を吹きつける等の物理的方法、またはエッチング等の
化学的方法で凹凸６を形成する。こうして、凹凸をつけ
た後、その表面上に減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、
スパッタリング法等によりＳｉＮｘ膜を保護膜として形
成する。
こうして作製した発光ダイオードについて、実際に駆動
して得られる輝度のヒストグラムを求めたところ、第２
図のような結果が得られ、同様に凹凸のみ設けたもの、
或いはＳｉＮｘ膜のみ形戊したものについて測定したと
ころ第３図に示す結果が得られた。なお、図において横
軸は輝度（任意単位）、縦軸は個数（ただし、比較し易
いように最大値で規格化〉である。
本発明においては平均輝度１９２９が得られたのに対し
て、従来のものは１３７３であり、本発明により輝度を
向上させることができる。
次に、ＳｉＮｘ膜のみ形戊したＬＥＤ、表面に凹凸のみ
設けたＬＥＤ、本発明によるＬＥＤについてライフ試験
を行った結果を第１表に示す。
表中、テス｝Ａはステップ１　（温度８５℃、相対湿度
９５％の環境下で、駆動電流直流２０ｍＡで１２時間駆
動）、ステップ２（温度−２０℃、相対湿度１００％の
環境下で、駆動電流直流２０ｍＡで１２時間駆動）につ
いて、ステップ１＋ステップ２を３回繰り返したもので
あり、テストＢはテスト八を行った後、さらにステップ
３　（温度８５℃、相対湿度９５％の環境下で、駆動電
流直流２０ｍＡで４時間駆動）、ステップ４（温度−２
０℃、相対湿度１００％の環境下で、駆動電流直流２０
ｍＡで４時間駆動）について、ステップ３＋ステップ４
を３０回繰り返したものであり、表中の数値は輝度残存
＝１！（最初に測定した時の値に対する比率）を示して
いる。
第１表から分かるように、本発明によるものは輝度残存
率が大きく、寿命が大幅に延びることが分かる。
なお、凹凸の大きさは光を散乱し、かつＳｉＮＸ膜の付
着強度が保てればよく、特に限定なないが、好ましくは
凹凸の谷から谷、または山から山の距離は０．１μｍ以
上である。
〔作用〕
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面に凹凸を形成
して全反射を防止するとともに、凹凸表面上にＳｉＮｘ
膜を形成したものであり、表面凹凸により外部量子効率
を向上させることができ、さらに凹凸の上にＳｉＮｘ膜
を設けたのでその付着強度が増大し、その結果ＳｉＮｘ
膜が剥がれることがなくなり、耐湿性が向上し、酸化を
防止してＬＥＤの寿命を延ばすことができる。
〔実施例〕
以下、実施例を説明する。
電極を蒸着後、熱処理して合金電極を形戊したＡＩＧａ
Ａｓ−ＬＥＤウエハを過酸化水素水：アンモニア−１：
１に混合した液に１分間つけた後、３０秒間水洗し、さ
らに３％ＨＣｌ水溶液に５分間つけてエッチングし、１
５分間の水洗をおこないメチルアルコールにつけて中和
し乾燥させた。
このようにして凹凸を形成したウエハ面上にＰＣＶＤ法
によりＳｉＮｘ膜を約３０００人製膜した。
凹凸処理により外部量子効率は約４０％向上し、ＳｉＮ
ｘ膜の形成で３０００時間のライフテストにも輝度の劣
化が見られず良好であった。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、■−Ｖ族化合物半導体表
面を凹凸処理することによって光の取り出し効率を上げ
、その凹凸表面上にＳｉＮｘｌｌＦを形戊することで膜
自体の付着強度が高められる。
これによってＳ　ｉＮｘ膜の剥がれがなくなり、耐湿性
が格段に向上し、ＡｆＧａＡｓの酸化によるＬＥＤチッ
プの劣化が逓減されて寿命特性を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の高輝度発光ＬＥＤの構造の一例を示す
図、第２図は本発明のＬＥＤについての輝度ヒストグラ
ムを示す図、第３図は従来のＬＥＤについての輝度ヒス
トグラムを示す図である。 ｌ・・・裏電極、２・・・Ｐクラッド層、３・・・Ｐア
クティブ層、４・・・Ｎクラッド層、５・・・表電極、
６・・・凹凸、７・・・ＳｉＮｘ膜。 第１図 出　　願　　人　三菱モンサント化成株式会社（外１名
）

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）III−Ｖ族化合物半導体であって、表面に凹凸が
    形成されるとともに、凹凸表面上にＳｉＮ＿ｘ膜が形成
    されていることを特徴とする化合物半導体装置。
  2. （２）III−Ｖ族化合物半導体は混晶比が０＜ＡｌＡｓ
    ＜１であるＡｌＧａＡｓ半導体である請求項１記載の化
    合物半導体装置。
  3. （３）III−Ｖ族化合物半導体の表面処理加工方法であ
    って、物理的または化学的方法により表面に凹凸を形成
    後、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、またはスパッタ
    リング法により凹凸表面上にＳｉＮ＿ｘ膜を形成したこ
    とを特徴とする表面処理加工方法。
  4. （４）III−Ｖ族化合物半導体は混晶比が０＜ＡｌＡｓ
    ＜１であるＡｌＧａＡｓ半導体である請求項３記載の表
    面処理加工方法。
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