JPH01268174A - 発光素子の製造方法 - Google Patents

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］ 本発明は発光素子の製造方法に係り、特に光を有効に取
り出すためのＧａＡｌ５光透過層を有する高出力ＧａＭ
ＡＳ系発光ダイオードの製造方法に関するものである。

［従来の技術］ ＧａＡｌＡｓ系発光ダイオードは、高出力、高速応答性
が優れていることから市場の拡大が進んでいる。また最
近では、高出力化が一層望まれ、その結果、発光した光
を吸収したいＧａ１−χＭ　ｘＡ　３層を光透過層とし
た構造の発光ダイオードが開発されるに至った。ここで
光透過層としての機能を果すためにはＡＱ混晶比Ｘが発
光波長を規定しているＧａ＋−ｖＭｖＡｓ　　（０＜Ｖ
＜１）のへ２混晶比ｙより大きいことが必要である。

さて、前記した発光ダイオードの実際の製造方法の１つ
として、最終的には発光タイオードの光透過層となるＧ
ａ１−χΔ２χＡｓ層を、発光部をエピタキシャル成長
させるための基板として用いる方法かある。ここで、Ｇ
ａ＋−ｘＡｌｘＡｓＡ２上しては、このＧａ、−χＡＱ
　ｘＡ　Ｓをエピタキシャル成長するときに用いたＧａ
Ａｓ基板が除去されていた方か、エピタキシャルウェー
ハの湾曲や割れの原因となるＧａＡＳとＧａＡｓ基板の
格子定数の差による内部応力を低減できる点で好ましい
。このようにＧａＡｓ基板を除去したＧａ１−χＡＱχ
八ｓ基へを用いれば、発光部をエピタキシャル成長した
後、直ちにＧａ１−χＡＱ　ＸＡ　Ｓ基板の裏側に電極
を形成することができるわけである。

したがって、従来技術においては、ＧａＡｓ基板上にエ
ピタキシャル成長により発光波長に透明な厚さ１００μ
ｍ以上のＧａ１−χへ之χＡｓ層を成長させ、その後、
ＧａＡｓ基板をエツチングや研磨で完全に取り除き、Ｇ
ａ＋−χ門χＡｓ層たけからなるウェーハを作成し、さ
らにこれをエピタキシャル成長の前にエツチングなどに
より表面処理し、発光層のエピタキシャル成長用基板と
していた。

前述したように、従来技術においては、Ｇａ１−χＡＱ
χＡｓ基板をエツチングなどの表面処理を施したたけで
、エピタキシャル成長装置に入れて発光層の成長を行っ
ているため、Ｇａ１−χＡＱχ銚基板のエピタキシャル
成長を行う面とは反対側の面（裏面）に種々の欠陥か発
生する。

エピタキシャル成長は、通常非酸化雰囲気中で７００〜
９００℃くらいの温度で行われるが、例えば液相エピタ
キシャル成長の場合は、グラフアイｈ製のボートや原料
のＧａ中に含まれる微量の酸素が昇温とともに雰囲気中
に拡散するため、これによってＧａ１−χＡＱχＡｓの
裏面は酸化されてしまう。ＭＯ−ＣＶＤ法によるエピタ
キシャル成長でも、サセプタや反応管に吸着している酸
素により同様にＧａ１−χＡρχＡｓの酸化が起こり、
Ｇａ＋−χＡＲχＡｓの裏面にはくもりか生じる。また
、Ｇａ、−χへΩχＡｓは７００℃以上に加熱すると、
揮発成分であるＡｓか蒸発しやすくなり、このためやは
り基板の裏面は光沢を失い微小な凹凸が無数に発生する
。なお、前述の酸化反応は、Ｇａ＋−ｘＡｌｘＡｓのへ
λ混晶比が大きい程顕著に現われ、例えばｘ＝０．４５
になると、液相エピタキシャル成長を９００°Ｃから７
００℃で約３時間かけて行った場合は、Ｇａ＋−χＭχ
八ｓへ＾Ｓ基板の裏面は、粗面になり全く光沢を失って
しまう。

このようにＧａ、−χＡＱχＡｓ基板の裏面が荒れた粗
面となっている場合、そのまま発光タイオードを製作す
ると、発光部から放射された光はＧａ１−χ＾２χ八Ｓ
光へ過層の表面、即ち、Ｇａ１−ｘＡｌｘＡｓ基板の裏
面の微小な凹凸により乱反射されて光のロスが生じ、発
光効率を著しく損う。このため、従来はエピタキシャル
成長した後に前述のＧａ１−χへ乏χへＳの裏面を研磨
、又はエツチングにより鏡面加工する方法かとられてい
る。しかし、ここで次の欠点や不都合点か現われる。

エピタキシャル成長が完了したウェーハはＧａ＋−χＡ
Ｑ　ｘＡ　Ｓ基板、Ｇａ＋−ｖ　ＡＱ　ＮＡ　Ｓ層、発
光層およびＧ　ａ　＋、ｚ八ＱへｚＡ　Ｓクラッド層な
と複数のＧａＭＡＳ’′Ｃ″構成されているため、Ａρ
混晶比Ｘ、　Ｖ、　Ｚの差によるウェーハ内部の応力に
より、歪みかかかっており、ウェーハは湾曲しているの
が昔通である。このようなウェー　５〜 −ハを例えば研磨により鏡面に加工する場合は、第１に
厚さの精度を得ることが非常に困難であり、第２にしば
しば上記の歪によりウェーハに割れか生じタイオードの
収率低下の要因となる。以上２つが主な欠点であり、加
えてもともとＧａ１−χＡＱχＡｓ基板自体が厚いもの
を得ることは極めて難しく、通常２００μｍ以下の薄い
基板を使用せざるをえないためウェーハが非常に割れや
すいことか上記欠点の解消を難しいものとしている。

「発明が解決しようとする課題］ 上述したようにＧａＡｓ基板上に数１００μｍのＧａＡ
Ｑ八Ｓ光へ過層をエピタキシャル成長させ、もとのＧａ
Ａｓ基板を除去してから、ＧａＡｌＡｓ光透過層を光透
上層てこの上に発光部をエピタキシャル成長させて光を
効率良く取り出す製造方法では、発光部を得るために通
常４０μｍ程度のエピタキシャル成長を行うか、エピタ
キシャル層表面にはモルホロジーや突起状成長部などに
よる凹凸か発生ずるのか一般的である。

このなめ、エピタキシャル成長後にウェーハの＝　６− 裏面、即ち、ＧａＡＪ！Ａｓ基板の裏面を反射効率を上
げるなめに研磨する必要があるが、研磨する場合に次の
ような不都合があった。

（１）　　前記のエピタキシャル層表面を平坦な板に貼
り付ける必要があるが、エピタキシャル層表面の凹凸の
ため、平坦に貼り付けるのが困難であり、研磨後の厚さ
の精度を維持することができない。

（２）　　製造上もともと割れやずいＧａＡｌ５基板を
使用せざるを得ないこともあって、上記の歪によりウェ
ーハに割れか生じタイオードの収率が低下する。

その結果、従来は、量産性に優れたＧａＡｌ５光透過層
付きの高輝度発光ダイオードを得ることが困難であった
。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、収
率が高くかつ量産性に富んたＧａＪＶ！Ａｓ光透過層付
きの高輝度発光ダイオードを製造することが可能な発光
素子の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の発光素子の製造方法は、発光波長に透明な光透
過層として形成したＧａ＋−ＸＭ　ＸＭ　Ｓ基板上に、
発光層となるＧａＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長させ
、このＧａＡｌＡｓ層から発光する光が前記Ｇａ）−ｘ
ＡＱｘＡｓ基板を透過した後その表面で反射してＧａＡ
ｌＡｓ層側から取り出される発光素子の製造方法におい
て、前記Ｇａ１−ｘＡｌｘＡｓ基板の一方の表面に保護
膜を形成した後、他方の表面に前記発光層となるＧａＡ
ｌＡｓ層をエピタキシャル成長させるようにしたもので
ある。

そして、本製造方法は、Ｇａ＋−χＡＱ　ｘＡ　Ｓ基板
の一方の表面を鏡面に仕上げた後その面に保護膜を形成
し、他方の表面に発光層となるＧａＡｌＡｓ層をエピタ
キシャル成長させることが望ましい。

また、本製造方法は、発光層となるＧａＡｌＡｓ層をエ
ピタキシャル成長した後に、前記保護膜の一部または全
部を除去することもできる。

光透過層となるＧａｌ−χ＾込χＡｓ基板の混晶比は０
＜×＜１である。

また、保護膜の種類は目的とするエピタキシャル成長温
度でのＧａ＋−χＡＱ　ｘＡ　Ｓ基板の裏面の熱的、化
学的損傷を防止することかできれば良く、併せて、保護
膜を除去した際にＧａ＋−χＡＱ　ｘＡ　Ｓが損傷され
ないこと、保護膜の形成除去が容易であること、発光ダ
イオードの特性を損なわないことなどを考慮し任意に選
択できる。最も上記目的に適しているのは、化学的気相
反応により形成した５１０２膜であるが、ＳｉＮ、５ｉ
ＯＮ、＾ＱＮなど自由に選ぶことが可能である。

またＧａ１−χＡＱ　ｘＡ　Ｓ基板の裏面、即ち光透過
層の表面に反射の効果を向上させることを目的として、
被膜を形成した場合であっても実質的に基板裏面の荒れ
を防止する効果がある場合は、その被膜も本発明の保護
膜に含まれる。

Ｇａ＋−χ＾λχＡｓ基板を用いて作成する発光ダイオ
ードであれば、タイオードの種類や構造および製造プロ
セスに関係なく本発明を適用することが出来る。

［作用コ Ｇａ１−χＡＱχＡｓ基板の一方の表面に保護膜か形成
されていると、他方の表面にエピタキシャル成長させる
際、この保護膜によって前記基板の一方の表面は熱的、
化学的ストレスから保護される。したがって、エピタキ
シャル成長後のウェーハの研磨加工が不要となるため、
Ｇａ＋−ｘＡｌｘＡｓ基板の厚さをエピタキシャル成長
前に精度好く調節しておけば、厚さ精度の良好なエピタ
キシャルウェーハが得られ、以後のプロセスも円滑に行
なうことができる。

そして、保護膜を形成するＧａ＋−χＡＱにＡｓ基板の
一方の表面を鏡面に仕上げておくと、この鏡面は保護膜
によって損傷を受けることなくそのまま保護されるから
、発光層から発光した光が光透過層の表面から効率よく
反射して、光を発光層側から有効に取り出せる。

また、保護膜が反射の効果を向上させることをも目的と
して形成されているのではなく、単に基板の一方の表面
を保護することのみを目的として形成されているのであ
れば、エピタキシャル成長した後にこの保護膜は必要に
応じて除去しても構わない。

−１〇　− ［実施例］ 以下本発明の実施例を第１図〜第２図を用いて説明する
。

直径４０ｍ１′Ｉｌ、厚さ１５０　μｒｎ　、結晶面（
１００）のＧｅドープ、ｐ型、Ｇａｏ、　５５ＡＱ　０
．４５＾Ｓ基板１の両面を研磨により鏡面にした後、硫
酸（４容）、過酸化水素水（１容）、水（１容）からな
るエツチング液でエツチングし、一方の面にＳｉＨ４カ
ス、０２カスの気相反応により、厚さ５０００人の５１
０２膜８を保護膜として形成した。その後、前記のエツ
チング液で他方の面をエツチングし、この面を上に、液
相エピタキシャル成長用のスライドボートに収容した。

ボート全体を９００℃に加熱し、先すＧａ、ＧａＡｓ、
ＡＱから成る未飽和の溶液を基板表面に接触させ、基板
表面を約１０μｍメルトバックした後１℃／分の冷却速
度で温度を下げなからＺｎドーグのＰ型Ｇａｏ、　３Ｍ
ｏ７Ａｓ層２を１５μｍ　、アンドープのＧａｏ６ｓＡ
Ｑｏ３ｓ＾Ｓ層３を１μｍ、Ｔｅドープのｎ型Ｇａｏ、
　３Ｍｏ７Ａｓ層４を２０μｍ、、Ｔｅドープのｎ型Ｇ
ａｏ、　５５ＡＱ。４．Ａｓ層５を１μｍ成長させた（
第１図）。

この間の所要時間は約２．５時間であった。その後室温
でウェーハを取り出しフッ酸水溶液にウェーハを１分間
浸漬して、Ｇａ、９．ＡＱ。４５ＡＳ基板１の裏面に被
着した５ｉ０２＠８を溶解除去した。この状態でＧａｏ
、　５ｓＡＱ　ｏ、　＜５＾Ｓ基板１の裏面は酸化およ
びＡｓの輝散などが無く完全な鏡面状であった。続いて
、Ｇａｏ、　５ｓＡｆｌ　ｏ、　４９八Ｓ基板１の裏面
側にｐ　Ｉ！！ｌ電榛６、Ｔｅドープｎ型エピタキシャ
ル層５側にｎ側電極７を蒸着およびホトリソグラフィー
により形成した後、ペレッＩ・化したく第２図）６所定
のステムに組み立てＩ「−２０１１１への電流で発光波
および輝度を測定したところ、発光中心波長は６６０ｎ
ｎ　、輝度は２（１ｍｃｄであった。光透過層の無い同
発光層構造の発光ダイオードの輝度は約１０ｍｃｄであ
り、発光部から発ぜられな光がＧａｏ５．ＡＱ　０．４
５ＡＳ光透過層の表面、即ち、Ｇａｏ、５ｓＡＱ。４．
Ａｓ基板の裏面から効率良く反射していることがわかる
。

エピタキシャル成長後にＧａ＋−χへ２χＡｓ裏面の研
磨やエツチングを行なう必要か無かったため、ウェーハ
の割れなどによるロスは皆無であり、タイオ−ドの収率
は９５％と高かった。

上記実施例によれは、エピタキシャル成長後のＧａ１−
χＡＱχＮ基板裏面の光沢が失われず、完全な鏡面であ
るため、従来のようなエピタキシャル成長後の鏡面加工
を行なう必要かなく、ウェーハの割れは全く発生したか
った。これによりウェーハの大型化か可能になり、従来
のウェーハの面積か２ＣＩ１１２か限度であったのに対
し、約１２ｃｍ２（直径４０１１１１′Ｎ）にまで拡大
することかでき、量産性を大幅に向上させることが出来
る。

［発明の効果］ 本発明によれば次の効果がある。

Ｇａ＋−χ＾２χＡｓ基板の一方の表面に保護膜を形成
した後、他方の表面に発光層となるＧａＡｌ５層層をエ
ピタキシャル成長させるので、Ｇａ１−χＡＱχＡｓ基
板の表面の熱的、化学的損傷を防止でき、エピタキシャ
ル成長後の基板の一方の表面の損傷部除去作業が不要と
なり、したがって、収率が高く、かつ量産性に富んだ高
輝度発光タイオードか製造できる。

基板の一方の表面を鏡面に仕上げた後その面に保護膜を
形成し、他方の表面にＧａＡｌ５層をエピタキシャル成
長させる場合には、エピタキシャル成長後の基板の一方
の表面の光沢か失われず、完全な鏡面を保つことができ
るので、反射効率を著しく高めることができる。

ＧａＡｌ５層層をエピタキシャル成長させた後保護膜の
一部または全部を除去する場合には、損傷のない基板表
面が現われるため、直ちにこの基板表面に電極を形成す
ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の発光素子の製造方法に係る一実施例を
示す発光層形成後のエピタキシャルウェーハの断面図、
第２図はＧａＡｌＡｓ光透過層付きＧａＡｌＡｓ発光ダ
イオードを示す断面図である。 図中、１は光透過層としてのＰ型Ｇａ１−χＡＱχＡｓ
基板、２〜５は発光層となるＧａＡｌ５層であって、２
はｐ型ＧａＡｌ５エピタキシャル層、３はアンドープの
ＧａＡｌＡｓエピタキシャル層、４，５はｎ型ＧａＡｌ
Ａｓエピタキシャル層、８は保護膜としての５ｉＯ２Ｊ
Ｉｕである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光波長に透明な光透過層として形成したＧａ＿１
   ＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡｓ基板上に、発光層となるＧａＡｌ
   Ａｓ層をエピタキシャル成長させ、このＧａＡｌＡｓ層
   から発光する光が前記Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡｓ基
   板を透過した後その表面で反射してＧａＡｌＡｓ層側か
   ら取り出される発光素子の製造方法において、前記Ｇａ
   ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡｓ基板の一方の表面に保護膜を
   形成した後、他方の表面に前記発光層となるＧａＡｌＡ
   ｓ層をエピタキシャル成長させることを特徴とする発光
   素子の製造方法。 ２、Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡｓ基板の一方の表面を
   鏡面に仕上げた後その面に保護膜を形成し、他方の表面
   に発光層となるＧａＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長さ
   せることを特徴とする請求項１記載の製造方法。 ３、発光層となるＧａＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長
   させた後に、前記保護膜の一部または全部を除去するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。