JPH07183575A - 化合物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
化合物半導体発光素子及びその製造方法Info
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- JPH07183575A JPH07183575A JP32753693A JP32753693A JPH07183575A JP H07183575 A JPH07183575 A JP H07183575A JP 32753693 A JP32753693 A JP 32753693A JP 32753693 A JP32753693 A JP 32753693A JP H07183575 A JPH07183575 A JP H07183575A
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- compound semiconductor
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- surface roughness
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
- H10H20/82—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】表面粗さを規定することによって、エピタキシ
ャル膜の構造を変更せずに発光出力のより高い発光ダイ
オードを容易に製造する。 【構成】ｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＧａＡｓ層及びｐ型
ＧａＡｓ層をエピタキシャル成長した赤外ＧａＡｓＬＥ
Ｄ用エピタキシャルウェハを作製する。作製後、表面粗
さが２０nm＜Ｒ≦２００nmに入るように発光光を取り出
す側の面をエッチングする。例えば、Ｈ2 Ｏ：ＮＨ4 Ｏ
Ｈ：Ｈ2 Ｏ2＝５：２：１のアルカリ系のエッチング液
を用い、約４０℃の温度で１分間エッチングすると、表
面粗さは約１００nmとなる。これをＬＥＤチップに加工
すると、アズグロウン表面のエピタキシャルウェハをそ
のまま用いて作製した比較例のＬＥＤチップに比して発
光出力が向上する。
ャル膜の構造を変更せずに発光出力のより高い発光ダイ
オードを容易に製造する。 【構成】ｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＧａＡｓ層及びｐ型
ＧａＡｓ層をエピタキシャル成長した赤外ＧａＡｓＬＥ
Ｄ用エピタキシャルウェハを作製する。作製後、表面粗
さが２０nm＜Ｒ≦２００nmに入るように発光光を取り出
す側の面をエッチングする。例えば、Ｈ2 Ｏ：ＮＨ4 Ｏ
Ｈ：Ｈ2 Ｏ2＝５：２：１のアルカリ系のエッチング液
を用い、約４０℃の温度で１分間エッチングすると、表
面粗さは約１００nmとなる。これをＬＥＤチップに加工
すると、アズグロウン表面のエピタキシャルウェハをそ
のまま用いて作製した比較例のＬＥＤチップに比して発
光出力が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体発光素子に
係り、特に発光光を取り出す側の面の表面粗さを規定す
ることによって発光出力を改善したものに関する。
係り、特に発光光を取り出す側の面の表面粗さを規定す
ることによって発光出力を改善したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｓ、ＧａＰ等の化合物半導体材料
は、その発光機能を生かし、発光ダイオード（ＬＥＤ）
やレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子として広く用
いられている。
は、その発光機能を生かし、発光ダイオード（ＬＥＤ）
やレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子として広く用
いられている。
【０００３】例えば発光ダイオードは、ＬＰＥ（液相エ
ピタキシャル成長）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成
長）法などのエピタキシャル成長により単結晶基板上に
エピタキシャル膜のｐｎ接合を形成してエピタキシャル
ウェハを作り、これをＬＥＤチップに加工することによ
り作製される。エピタキシャルウェハは、通常、アズグ
ロウン表面のまま、あるいは表面をポリッシングした状
態で使用されており、表面の粗さ（凹凸）は特に制御さ
れていない。
ピタキシャル成長）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成
長）法などのエピタキシャル成長により単結晶基板上に
エピタキシャル膜のｐｎ接合を形成してエピタキシャル
ウェハを作り、これをＬＥＤチップに加工することによ
り作製される。エピタキシャルウェハは、通常、アズグ
ロウン表面のまま、あるいは表面をポリッシングした状
態で使用されており、表面の粗さ（凹凸）は特に制御さ
れていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、発光ダイオ
ードの発光出力はより高いことが望まれており、そのた
めの検討が種々なされているが、これらは主にエピタキ
シャル膜の構造面から行なわれており、その構造決定ま
でに長い検討期間を要することが多い。
ードの発光出力はより高いことが望まれており、そのた
めの検討が種々なされているが、これらは主にエピタキ
シャル膜の構造面から行なわれており、その構造決定ま
でに長い検討期間を要することが多い。
【０００５】また、長い検討期間を要して構造決定され
たとしても、材料のもつ基本的な性質や、リードフレー
ム等の素子を設置する側の制約などによりエピタキシャ
ル膜の構造を容易には変更できない場合もある。
たとしても、材料のもつ基本的な性質や、リードフレー
ム等の素子を設置する側の制約などによりエピタキシャ
ル膜の構造を容易には変更できない場合もある。
【０００６】したがって、エピタキシャル膜構造とは異
なる面からの検討が、発光出力をより高くする上で要請
されている。
なる面からの検討が、発光出力をより高くする上で要請
されている。
【０００７】本発明の目的は、前記した従来技術の問題
点を解消し、エピタキシャル膜の構造を変更せずに発光
出力がより高く、製造が容易な化合物半導体発光素子及
びその製造方法を提供することにある。
点を解消し、エピタキシャル膜の構造を変更せずに発光
出力がより高く、製造が容易な化合物半導体発光素子及
びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は光を取り出す側
の表面粗さを規定したことにあり、それによって発光素
子の発光出力を向上させたものである。すなわち、本発
明の化合物半導体発光素子は、化合物半導体材料からな
る半導体発光素子において、その発光光を取り出す側の
面の表面粗さが２０nm＜Ｒ≦２００nmである素子であ
る。この表面粗さは最大高さＲmax で表示してある。表
面粗さは例えばサンドブラストやエッチング等により付
加することができる。化合物半導体材料としてＧａＡｓ
やＧａＰがある。
の表面粗さを規定したことにあり、それによって発光素
子の発光出力を向上させたものである。すなわち、本発
明の化合物半導体発光素子は、化合物半導体材料からな
る半導体発光素子において、その発光光を取り出す側の
面の表面粗さが２０nm＜Ｒ≦２００nmである素子であ
る。この表面粗さは最大高さＲmax で表示してある。表
面粗さは例えばサンドブラストやエッチング等により付
加することができる。化合物半導体材料としてＧａＡｓ
やＧａＰがある。
【０００９】また、本発明の化合物半導体発光素子の製
造方法は、化合物半導体材料からなる基板上にｐｎ層を
エピタキシャル成長して、いずれかの面から発光光を取
り出すようにしたエピタキシャルウェハを作製する工程
を有し、発光光を取り出す側の面をエッチングする際、
化合物半導体材料に対し反応律速であるエッチング液に
よりエッチングして、その発光光を取り出す側の面の表
面粗さが上記範囲内に入るようにしたものである。
造方法は、化合物半導体材料からなる基板上にｐｎ層を
エピタキシャル成長して、いずれかの面から発光光を取
り出すようにしたエピタキシャルウェハを作製する工程
を有し、発光光を取り出す側の面をエッチングする際、
化合物半導体材料に対し反応律速であるエッチング液に
よりエッチングして、その発光光を取り出す側の面の表
面粗さが上記範囲内に入るようにしたものである。
【００１０】ここで、化合物半導体材料に対し反応律速
であるエッチング液によりエッチングするようにしたの
は、エッチング液に用いる化学物質の種類及びそれらの
組成によって化学物質の半導体表面への供給速度を十分
大きくして反応律速とした場合、拡散律速の場合と異な
り、異方性エッチングとなるためエッチング表面に凹凸
ができるからである。
であるエッチング液によりエッチングするようにしたの
は、エッチング液に用いる化学物質の種類及びそれらの
組成によって化学物質の半導体表面への供給速度を十分
大きくして反応律速とした場合、拡散律速の場合と異な
り、異方性エッチングとなるためエッチング表面に凹凸
ができるからである。
【００１１】
【作用】発光光を取り出す側の面を、規定した表面粗さ
（２０nm＜Ｒ≦２００nm）にすると発光出力が改善され
るのは、その面での散乱が増加し、逆に反射が減少する
ため、外部出力が向上するためと推定される。
（２０nm＜Ｒ≦２００nm）にすると発光出力が改善され
るのは、その面での散乱が増加し、逆に反射が減少する
ため、外部出力が向上するためと推定される。
【００１２】規定値を外れて、Ｒ＜２０nmになるとアズ
グロウン表面のままである従来と変らず発光出力に改善
が認められない。また、Ｒ＞２００nmであると従来行な
われていた表面をポリッシングした状態と変らず発光出
力の向上がみられないばかりか、逆に出力が低下してし
まう。
グロウン表面のままである従来と変らず発光出力に改善
が認められない。また、Ｒ＞２００nmであると従来行な
われていた表面をポリッシングした状態と変らず発光出
力の向上がみられないばかりか、逆に出力が低下してし
まう。
【００１３】このように発光光を取り出す側の面を規定
の表面粗さにするだけで発光出力を改善できるので、エ
ピタキシャル膜の構造を変更する場合のように長い検討
期間を要することも、製造上の制約もない。
の表面粗さにするだけで発光出力を改善できるので、エ
ピタキシャル膜の構造を変更する場合のように長い検討
期間を要することも、製造上の制約もない。
【００１４】化合物半導体材料はＧａＡｓ、ＧａＰ、Ａ
ｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ等がある。構
造的にはシングルヘテロ構造、ダブルヘテロ構造等があ
る。これらからなる半導体発光素子には、発光ダイオー
ド、レーザダイオードなどがある。発光光を取り出す側
の面は表面とは限らず裏面あるいは端面でもよい。これ
らの面には発光出力をさらに改善するために樹脂レンズ
等がコーティングされていてもよい。
ｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ等がある。構
造的にはシングルヘテロ構造、ダブルヘテロ構造等があ
る。これらからなる半導体発光素子には、発光ダイオー
ド、レーザダイオードなどがある。発光光を取り出す側
の面は表面とは限らず裏面あるいは端面でもよい。これ
らの面には発光出力をさらに改善するために樹脂レンズ
等がコーティングされていてもよい。
【００１５】また、発光光を取り出す側の面をエッチン
グする前に、ポリッシングを行なってもよい。化合物半
導体材料に対し反応律速であるエッチング液としては、
材料がＧａＡｓのときは、Ｈ2 Ｏ：ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ
2＝５：２：１のアルカリ系のエッチング液がよい。
グする前に、ポリッシングを行なってもよい。化合物半
導体材料に対し反応律速であるエッチング液としては、
材料がＧａＡｓのときは、Ｈ2 Ｏ：ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ
2＝５：２：１のアルカリ系のエッチング液がよい。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の化合物半導体発光素子の実施
例を赤外ＧａＡｓＬＥＤを例にとって説明する。
例を赤外ＧａＡｓＬＥＤを例にとって説明する。
【００１７】図２は、９４０nm，ＧａＡｓＬＥＤ用エピ
タキシャルウェハの断面構造を示す。ｎ型ＧａＡｓ基板
１上に、液相エピタキシャル法によりＳｉを共通ドーパ
ントとしたｎ型ＧａＡｓ層２及びｐ型ＧａＡｓ層３を順
次エピタキシャル成長することによってエピタキシャル
ウェハを作製する。この場合、発光光を取り出す面はウ
ェハ表面Ｓとなる。
タキシャルウェハの断面構造を示す。ｎ型ＧａＡｓ基板
１上に、液相エピタキシャル法によりＳｉを共通ドーパ
ントとしたｎ型ＧａＡｓ層２及びｐ型ＧａＡｓ層３を順
次エピタキシャル成長することによってエピタキシャル
ウェハを作製する。この場合、発光光を取り出す面はウ
ェハ表面Ｓとなる。
【００１８】作製後、エピタキシャルウェハのアズグロ
ウン表面を直接エッチングするか、あるいは一度ポリッ
シングしてからエッチングする。エッチングの程度は、
ウェハ表面Ｓの表面粗さが ２０nm＜Ｒ≦２００nm （１） となるようエッチングする。このとき、エッチャントと
してウェハ材料のＧａＡｓに対し反応律速であるアルカ
リ系のエッチング液を用いて表面の粗さを制御おする。
ウン表面を直接エッチングするか、あるいは一度ポリッ
シングしてからエッチングする。エッチングの程度は、
ウェハ表面Ｓの表面粗さが ２０nm＜Ｒ≦２００nm （１） となるようエッチングする。このとき、エッチャントと
してウェハ材料のＧａＡｓに対し反応律速であるアルカ
リ系のエッチング液を用いて表面の粗さを制御おする。
【００１９】発光光を取り出す側の面を式（１） に規
定した表面粗さにすると、その面での散乱が増加し、逆
に反射が減少するため、外部出力が増加して発光出力が
向上する。
定した表面粗さにすると、その面での散乱が増加し、逆
に反射が減少するため、外部出力が増加して発光出力が
向上する。
【００２０】また、エピタキシャルウェハ製作後にエッ
チングするという簡単な工程を付加するだけで、発光ダ
イオードの発光出力の向上が容易に実現できる。特に、
本実施例のように最も簡易な構造のＬＥＤに適用すると
実用上のメリットが大きい。つぎに上記実施例により表
面の粗さを制御したウェハと、表面の粗さを特に制御し
ていないウェハ（比較例）とを用いて、次のような発光
出力の比較を行なった。
チングするという簡単な工程を付加するだけで、発光ダ
イオードの発光出力の向上が容易に実現できる。特に、
本実施例のように最も簡易な構造のＬＥＤに適用すると
実用上のメリットが大きい。つぎに上記実施例により表
面の粗さを制御したウェハと、表面の粗さを特に制御し
ていないウェハ（比較例）とを用いて、次のような発光
出力の比較を行なった。
【００２１】１枚のエピタキシャルウェハを二つに分割
し、一方はアズグロウン表面のままＬＥＤチップに加工
しこれを比較例とした。もう一方は表面粗さが規定値に
入るようにその表面をエッチングした後にＬＥＤチップ
に加工しこれを実施例とした。
し、一方はアズグロウン表面のままＬＥＤチップに加工
しこれを比較例とした。もう一方は表面粗さが規定値に
入るようにその表面をエッチングした後にＬＥＤチップ
に加工しこれを実施例とした。
【００２２】ここでは規定の表面粗さに仕上げる方法に
エッチングを採用している。その理由はサンドブラスト
等他の方法に比して、数１００nm程度の微細な表面粗さ
を制御するにはエッチングによる方法が最も容易であ
り、かつ安定して制御できるからである。
エッチングを採用している。その理由はサンドブラスト
等他の方法に比して、数１００nm程度の微細な表面粗さ
を制御するにはエッチングによる方法が最も容易であ
り、かつ安定して制御できるからである。
【００２３】エッチングは、ＧａＡｓに対し反応律速で
あるＨ2 Ｏ：ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2＝５：２：１のアル
カリ系のエッチング液を用い、約４０℃の温度で１分間
エッチングした。ＬＥＤチップへの加工の前にそれぞれ
のウェハの表面粗さを測定した結果、アズグロウン表面
のものは、約２０nmであり、エッチングを実施したもの
は約１００nmであった。
あるＨ2 Ｏ：ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2＝５：２：１のアル
カリ系のエッチング液を用い、約４０℃の温度で１分間
エッチングした。ＬＥＤチップへの加工の前にそれぞれ
のウェハの表面粗さを測定した結果、アズグロウン表面
のものは、約２０nmであり、エッチングを実施したもの
は約１００nmであった。
【００２４】各ウェハから作製したＬＥＤチップの発光
出力の度数分布を図１に示す。（ａ）がアズグロウン表
面のエピタキシャルウェハを用いて作製した比較例のＬ
ＥＤチップ、（ｂ）が規定の表面粗さをもつエピタキシ
ャルウェハを用いて作製した本実施例のＬＥＤチップの
発光出力の度数分布である。同一のウェハを用いたにも
かかわらず、前述したエッチングにより表面粗さを制御
した場合の方が、発光出力が約１５％高くなっているこ
とが分かる。
出力の度数分布を図１に示す。（ａ）がアズグロウン表
面のエピタキシャルウェハを用いて作製した比較例のＬ
ＥＤチップ、（ｂ）が規定の表面粗さをもつエピタキシ
ャルウェハを用いて作製した本実施例のＬＥＤチップの
発光出力の度数分布である。同一のウェハを用いたにも
かかわらず、前述したエッチングにより表面粗さを制御
した場合の方が、発光出力が約１５％高くなっているこ
とが分かる。
【００２５】エッチング条件を変更し、表面粗さが２０
０nmを越えるものについて同様の評価を実施したとこ
ろ、発光出力の向上はみられず、逆に出力が低下してし
まうことが分かった。
０nmを越えるものについて同様の評価を実施したとこ
ろ、発光出力の向上はみられず、逆に出力が低下してし
まうことが分かった。
【００２６】なお、本発明は上述した９４０nm，ＧａＡ
ｓＬＥＤの場合に限らず、その他の化合物半導体材料を
用いたＬＥＤに対しても有効である。勿論、ＬＤに対し
ても有効である。
ｓＬＥＤの場合に限らず、その他の化合物半導体材料を
用いたＬＥＤに対しても有効である。勿論、ＬＤに対し
ても有効である。
【００２７】
(1) 請求項１に記載の化合物半導体発光素子によれば、
エピタキシャル膜構造を変更せず、発光光を取り出す側
の面の表面粗さを規定するという簡単な構造により発光
出力の向上が図れる。
エピタキシャル膜構造を変更せず、発光光を取り出す側
の面の表面粗さを規定するという簡単な構造により発光
出力の向上が図れる。
【００２８】(2) 請求項２及び３に記載の化合物半導体
発光素子によれば、半導体材料を量産化傾向にあるＧａ
ＡｓやＩｎＰとしたから経済性に優れる。
発光素子によれば、半導体材料を量産化傾向にあるＧａ
ＡｓやＩｎＰとしたから経済性に優れる。
【００２９】(3) 請求項４に記載の化合物半導体発光素
子の製造方法によれば、化合物半導体材料に対し反応律
速であるエッチング液でエッチングするようにしたの
で、規定の表面粗さが容易に得られる。
子の製造方法によれば、化合物半導体材料に対し反応律
速であるエッチング液でエッチングするようにしたの
で、規定の表面粗さが容易に得られる。
【図１】本発明の化合物半導体発光素子の実施例を説明
するための赤外ＧａＡｓＬＥＤチップの発光出力の度数
分布図であり、（ａ）が比較例のアズグロウン表面のエ
ピタキシャルウェハを用いて製作したＬＥＤチップ、
（ｂ）が本実施例の表面粗さを有するエピタキシャルウ
ェハを用いて作製したＬＥＤチップである。
するための赤外ＧａＡｓＬＥＤチップの発光出力の度数
分布図であり、（ａ）が比較例のアズグロウン表面のエ
ピタキシャルウェハを用いて製作したＬＥＤチップ、
（ｂ）が本実施例の表面粗さを有するエピタキシャルウ
ェハを用いて作製したＬＥＤチップである。
【図２】本発明の化合物半導体発光素子の実施例を説明
するための赤外ＧａＡｓＬＥＤの構造を示す断面図。
するための赤外ＧａＡｓＬＥＤの構造を示す断面図。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＧａＡｓ層 ３ ｐ型ＧａＡｓ層 Ｓ 発光光を取り出す側の面
Claims (4)
- 【請求項１】化合物半導体材料からなる半導体発光素子
において、その発光光を取り出す側の面の表面粗さが２
０nm＜Ｒ≦２００nmであることを特徴とする化合物半導
体発光素子。 - 【請求項２】上記化合物半導体材料がＧａＡｓである請
求項１に記載の化合物半導体発光素子。 - 【請求項３】上記化合物半導体材料がＧａＰである請求
項１に記載の化合物半導体発光素子。 - 【請求項４】化合物半導体材料からなる基板上にｐｎ層
をエピタキシャル成長して、いずれかの面から発光光を
取り出すようにしたエピタキシャルウェハを作製する工
程を有し、上記発光光を取り出す側の面をエッチングす
る際、上記化合物半導体材料に対し反応律速であるエッ
チング液によりエッチングして、その発光光を取り出す
側の面の表面粗さが２０nm＜Ｒ≦２００nmとなるように
したことを特徴とする化合物半導体発光素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32753693A JPH07183575A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32753693A JPH07183575A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07183575A true JPH07183575A (ja) | 1995-07-21 |
Family
ID=18200198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32753693A Pending JPH07183575A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07183575A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1271665A3 (en) * | 2001-06-25 | 2003-10-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device |
| JP2004056088A (ja) * | 2002-05-31 | 2004-02-19 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
| US6956241B2 (en) | 2002-04-05 | 2005-10-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting element with improved light extraction efficiency |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP32753693A patent/JPH07183575A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1271665A3 (en) * | 2001-06-25 | 2003-10-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device |
| US6900473B2 (en) | 2001-06-25 | 2005-05-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Surface-emitting semiconductor light device |
| US6956241B2 (en) | 2002-04-05 | 2005-10-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting element with improved light extraction efficiency |
| JP2004056088A (ja) * | 2002-05-31 | 2004-02-19 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
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