JPH03283675A

JPH03283675A - 半導体発光素子の製造方法

Info

Publication number: JPH03283675A
Application number: JP2084667A
Authority: JP
Inventors: Yukio Watanabe; 幸雄渡辺; Hideto Sugawara; 秀人菅原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-13
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: JP2874948B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、ＩｎＧａＡＩＰ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。

（従来の技術）ｌｎＧａＡＩＰ系材料は、窒化物を除＜ｍ−■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Ｉ　ｎＧａＡＩＰによる発光部を持つｐｎ接合型発
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、ＩｎＧａＡＩＰ発光部を有する従来のＬＥＤ
の素子構造断面を示す。このＬＥＤは、ｎ−ＧａＡｓ基
板１の一主面に、ｎ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層２．ｎ
−１ｎＧａＡＩＰ活性層３．ｐ−１ｎＧａＡＩＰクラッ
ド層４゜ｐ−１ｎＧａＰ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Ａ１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、所謂ダブルへ
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。

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。

（発明が解決しようとするａｌＪＩ）このように従来、ＩｎＧａＡＩＰ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。

本発明は、上記事情を考慮してなされたちので、その目
的とするところは、素子表面に部品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
エツ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
側とでエツ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ＡＩ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Ａ１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Ａ［の組成比が大きいほ
どエツチング速度が速くなるエツチング液を用い、前記
クラッド層をその側部からエツ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Ａｊ？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
のエツチング液を用いれば、クラッド層の発光層側より
も表面側のエツ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ツチングすること
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口１能となる。

（実施例）以下ζ本発明の実施例につき図面を参照して説明する。

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。

まず、第１図（ａ）に示す如く、ｎ−ＧａＡｓ基板１１
の一生面上にｎ−１ｎｏ、ｑ　　（Ｇａ＋−ｘ　Ａｌｘ）ｏ、ｑ　Ｐ
クラッド層１２．　　Ｉ　ｎｏ、ｑ　　（Ｇａ　ｌ−Ｙ
　Ａ　ｌｙ　）　　ｏ、ｑ　　Ｐ活性層１３及びｐ　　Ｉ　ｎｏ、、（Ｇ　ａ　１−２　Ａ　ｌｚ　）　
ｏ、ｓ　Ｐ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ＡＩ組組成、ｙ、ｚは次のように
設定した。即ち、活性層１３におけるＡｌ１組成がクラ
ッド層１２．１４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Ａ１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ＡＩ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−Ｇａ、−ｐ　Ａｌｐ　Ａｓ中間バンドギャップ層１
５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１Ｂ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−Ｇ
ｅ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Ｓｉｎ、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Ａｌ７組成によるエツチング速度に違
いがある、即ちＡｌ１組成比が大きいほどエツチング速
度が速くなるので、クラッド層１４では表面に近い程エ
ツチングが速くなる。また、エツチングのＡ１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
酸によるエツ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ツチン
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。

第４図は本発明の第２の実施例方法を説明するための索
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、発光部を挾む上部の層にのみでなく、上
部の層についても、同様のＡ１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１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、熱硫酸のエツチングにより、上側のクラッド
層１４はもとより、下側のクラッド層１２もＡｌ１組成
に応じてエツチングされる。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、ＩｎＧａＡＩＰ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
、ＡｆＩ組成の大きさによりエツ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、実施例ではダブルへ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
発明はシングルへ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
１組成比を表面に向かって連続的に高くし、熱硫酸等の
エツチング速度にＡＩＩ組成比依存性を有するエツチン
グ液を用いてクラッド層をエツ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。

【図面の簡単な説明】

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Ａ１組成比とエツチ
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−１ｎＧａＡＩＰクラッド層、１３−１　ｎＧ
ａＡ　Ｉ　Ｐ活性層、１４　・・・ｐ−１ｎＧａＡＩＰ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・・・５ｉｎ２マスク、２１・・・発光部。

Claims

【特許請求の範囲】

　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。