JPH10107314A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH10107314A
JPH10107314A JP23531697A JP23531697A JPH10107314A JP H10107314 A JPH10107314 A JP H10107314A JP 23531697 A JP23531697 A JP 23531697A JP 23531697 A JP23531697 A JP 23531697A JP H10107314 A JPH10107314 A JP H10107314A
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JP
Japan
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layer
aluminum content
gaalas
type
thickness
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Pending
Application number
JP23531697A
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English (en)
Inventor
Ulrich Bommer
ウルリヒ・ボンメル
Jochen Gerner
ヨツヘン・ゲルネル
Klaus Gillessen
クラウス・ギレツセン
Albert Marshall
アルバート・マーシヤル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Microelectronic GmbH
Original Assignee
Temic Telefunken Microelectronic GmbH
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Publication date
Application filed by Temic Telefunken Microelectronic GmbH filed Critical Temic Telefunken Microelectronic GmbH
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 簡単に製造可能で、機械的に安定であり、高
い光度を持つ発光ダイオードの製造を可能にする赤外光
発生発光ダイオード用の半導体装置を提供。 【解決手段】 赤外光を発生する発光ダイオードの半導
体装置は、２つのＧａＡｌＡｓ層を持ち、シリコンによ
り両性にドーピングされる第１のＧａＡｌＡｓＰ形層
３．２，ｎ形層３．１の、アルミニウム含有量がｐ形部
分層の表面側から指数関数的に第１の層厚さにわたつて
増大し、ｐ形層の表面側で約０原子％、ｐｎ接合３．３
の区域で約５〜１０原子％、ｎ形層の表面側で２５〜４
０原子％であり、第１のＧａＡｌＡｓ層のｎ形層の表面
側に設けられてテルルでドーピングされる第２のｎ形Ｇ
ａＡｌＡｓ層２のアルミニウム含有量が、第１のＧａＡ
ｌＡｓ層に対する境界面から指数関数的に第２の層にわ
たつて増大し、第１のＧａＡｌＡｓ層に対する境界面に
おいて約６〜１６原子％である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光を改善する窓層を持
つ、特に赤外光を発生する発光ダイオード用の半導体装
置、及びこのような半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】欧州特許出願公開第０３５６０３７号明
細書は、二重ヘテロ構造を持つ発光ダイオードの製造方
法を記載している。ＧａＡｓ基板上に、示されている順
序で順次に異なる融体により、異なるアルミニウム含有
量を持つＧａＡｌＡｓから成る後述の層が形成される。
即ちまず４０〜９０原子％のアルミニウム含有量を持つ
ｐ形分散層が形成される。このｐ形電流分散層は、表面
接触子から電流を均一に活性層へ分布する。それから６
０〜９０原子％のアルミニウム含有量を持つｐ形外被層
が形成される。３５〜４５原子％のアルミニウム含有量
を持つｐ形活性層が続く。このｐ形活性層は、ｐ形外被
層と共に第１のヘテロ接合を形成する。ｐ形活性層上
に、６０〜９０原子％のアルミニウム含有量を持つｎ形
外被層が成長せしめられる。ｐ形活性層はｎ形外被層と
共に第２のヘテロ接合を形成する。最後にｎ形の透明な
担体層が境界面外被層上に形成され、最初の基板が除去
される。ｎ形の透明な担体層はできるだけ厚く形成され
て、ダイオードチツプの個別化及びケースへの組込みの
際、続く方法段階のために充分な機械的安定性を与え
る。この半導体装置から製造される発光ダイオードは、
高い光度を持つている。しかし製造方法は非常に費用を
要し、従つて高価である。
【０００３】Ｇｉｌｌｅｓｓｅｎ ｕｎｄ Ｓｃｈａｉ
ｒｅｒ ″Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ
ｓ″，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌ，１９８７，Ｓｅｉｔｅｎ １１８〜１２５
には、いわゆるグレーデツド・バンド・ギヤツプ構造を
持ち赤外光を発生するダイオードが記載されている。Ｇ
ａＡｓ基板上に、シリコンによりドーピングされるＧａ
ＡｌＡｓ層が液相エピタキシー法により成長せしめられ
る。融体の組成及び形状寸法は、成長せしめられる層の
アルミニウム含有量が厚さに沿つて成長方向に連続的に
減少するように選ばれている。融体に含まれるシリコン
は、融体の温度に応じてアクセプタ又はドナとして格子
へ組込まれるので、発光ダイオードの発光ｐｎ接合は１
つの融体のみからエピタキシー過程中に特定の温度で生
ずる。ＧａＡｓ基板の除去後接触子層が形成され、かつ
構造化される。続いてダイオードチツプが個別化され
る。
【０００４】比較的簡単な構造のため、このような半導
体装置は有利に製造可能である。これらの半導体装置か
ら製造されるダイオードチツプを持つ発光ダイオード
は、二重ヘテロ構造を持つものに比較して光度が低い。
半導体装置の一方の表面側は、その高いアルミニウム含
有量のため接触子を設けるのが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従つて本発明の課題
は、簡単に製造可能で、機械的に安定であり、高い光度
を持つ発光ダイオードの製造を可能にする赤外光発生発
光ダイオード用の半導体装置を提示すること、及びこの
ような半導体装置の製造方法を提示することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
半導体装置に関して本発明によれば、シリコンにより両
性にドーピングされる第１のＧａＡｌＡｓ層が、ｐ形部
分層とその上に設けられるｎ形部分層とから成り、アル
ミニウム含有量がｐ形部分層の表面側から始まつて連続
的に指数関数的に第１の層全体の厚さにわたつて増大
し、ｐ形部分層の表面側で約０原子％、ｐｎ接合の区域
で約５〜１０原子％、ｎ形部分層の表面側で２５〜４０
原子％であり、第１のＧａＡｌＡｓ層のｎ形部分層の表
面側に設けられてテルルでドーピングされる第２のｎ形
ＧａＡｌＡｓ層のアルミニウム含有量が、第１のＧａＡ
ｌＡｓ層に対する境界面から始まつて連続的に指数関数
的に第２の層全体の厚さにわたつて増大し、第１のＧａ
ＡｌＡｓ層に対する境界面において約６〜１６原子％で
あり、ただしいかなる場合にもｐｎ接合の区域における
より大きく、表面で少なくとも２４原子％でありただし
最大でもｎ形部分層の表面側におけるアルミニウム含有
量に等しい。半導体装置の製造方法に関して本発明は、
ＧａＡｓから成る単結晶基板を準備し、第１の融体の液
相から、ｎ形ＧａＡｌＡｓから成る第２のエピタキシヤ
ル層を成長させ、その際第２のエピタキシヤル層全体の
厚さにわたつてアルミニウム含有量を、成長方向に連続
的に指数関数的に減少させ、かつエピタキシヤル成長の
始めに少なくとも２４原子％とし、第２の融体の液相か
ら、ＧａＡｌＡｓから成る第１のエピタキシヤル層を成
長させ、その際第１のエピタキシヤル層全体の厚さにわ
たつてアルミニウム含有量を、成長方向に連続的に指数
関数的に減少させ、かつエピタキシヤル成長の始めに２
５〜４０原子％とし、第２の融体をシリコンでドーピン
グして、まずｎ形部分層が成長し、遅れてｐ形部分層が
成長し、これらの部分層が発光するｐｎ接合を形成しか
つ含むようにし、エツチングにより基板を除去すること
を特徴としている。本発明の有利な構成は従属請求項の
特徴に従つて行われる。
【０００７】
【実施例】本発明の実施例を図により以下に説明する。
図１には、本発明による半導体装置から製造された発光
ダイオードチツプの断面が示されている。半導体装置
は、シリコンにより両性にドーピングされる第１のＧａ
ＡｌＡｓ層３．２，３．１から成つている。この第１の
ＧａＡｌＡｓ層はｐ形部分層３．２とｎ形部分層３．１
とに区分されている。ｎ形部分層３．１の表面には第２
のＧａＡｌＡｓ層２が設けられ、例えばテルル（Ｔｅ）
のドーピングによりｎ形になつている。第１のＧａＡｌ
Ａｓ層及び第２のＧａＡｌＡｓ層２の表面側には接触子
層４．５が設けられている。両方のＧａＡｌＡｓ層のア
ルミニウム含有量は、それぞれの層の厚さにわたつて連
続的指数関数的に変化している。層厚に関してアルミニ
ウム含有量の推移が図２の（ａ）にグラフで示されてい
る。図２の（ｂ）は半導体装置の断面の対応する点を示
している。
【０００８】第１のＧａＡｌＡｓ層におけるアルミニウ
ム含有量は、半導体装置の裏側（ｐ形部分層３．２の表
面）から見て、ほぼ０原子％の値で始まつて指数関数的
に約３２原子％の値まで増大する。この増大は発光する
ｐｎ接合３．３にわたつても不連続性なしに継続するの
で、ｐ形部分層３．２とｎ形部分層３．１はアルミニウ
ム含有量に関して連続的に移行し合う。
【０００９】ｐｎ接合３．３の所でアルミニウム含有量
は約８原子％であり、これは発生される光の約８８０ｎ
ｍの波長に相当している。第２のＧａＡｌＡｓ層２に対
する境界面で、第１のＧａＡｌＡｓ層従つてｎ形部分層
３．１のアルミニウム含有量は結局約３２％である。こ
の個所でアルミニウム含有量は第２のＧａＡｌＡｓ層２
の約１３原子％へ跳躍する。この個所で重要なことは、
ここでｐｎ接合３．３の範囲におけるより多くのアルミ
ニウムが結晶へ組込まれていることである。その場合バ
ンド間隔は十分大きいので、ｐｎ接合３．３で発生され
る光の著しい吸収が行われず、従つて第２のＧａＡｌＡ
ｓ層２はこの光に対して透明である。
【００１０】第２のＧａＡｌＡｓ層２内でも、アルミニ
ウム含有量は表面の方へ指数関数的に連続的に増大す
る。表面ではアルミニウム含有量は約２５原子％であ
る。この場合表面におけるアルミニウム含有量をできる
だけ小さくして、第２のＧａＡｌＡｓ層が良い電気接触
子を設けられるようにすることが重要であり、他方、な
お後述する製造方法が、この個所における特定の最小ア
ルミニウム含有量を必要とする。上述した２５原子％は
特に有利なことがわかつた。第１のＧａＡｌＡｓ層のｐ
形部分層３．２の表面は、図１によるダイオードチツプ
では、全面にわたる裏側接触子４を備えている。この層
におけるアルミニウム含有量はｐｎ接合３．３における
より小さいので、そこに発生される光に対してこの層は
透明でない。従つて光は吸収され、裏側接触子４まで達
しない。第２のＧａＡｌＡｓ層２の表面には、図３に示
すように、構造化された前側接触子５が設けられる。
【００１１】このような赤外線ダイオードは、約１．５
Ａのパルス電流におけるパルス運転で、約８７０ｎｍの
放射波長及び約２．８Ｖの流れ電圧で約３００ｍＷの放
射出力を放射する。それによりこのダイオードは、特に
２つの素電池から成る３Ｖ電池から運転可能なので、遠
隔制御の目的、光電障壁、光結合器及びデータ伝送のた
めに特に適している。
【００１２】上述した半導体装置は液相エピタキシー法
により製造される。まずＧａＡｓから成る基板１の表面
に、第１の融体から第２のＧａＡｌＡｓ層が成長せしめ
られる。融体の組成と形状寸法及び成長中の温度推移
は、成長せしめられる層の厚さに沿うアルミニウム含有
量が図２の（ａ）に示すように変化するように、選ばれ
ている。成長の始めに、瞬間的に成長する層のアルミニ
ウム含有量は約２５原子％である。成長の終りに、融体
のアルミニウムが急速に少なくなるので、アルミニウム
含有量は約１３原子％に低下する。融体は、層をｎ形に
するドーピング物質を付加的に含んでいる。そのために
テルル（Ｔｅ）が特に有利なことがわかつた。
【００１３】それから第２のＧａＡｌＡｓ層２の表面
に、第２の融体から第１のＧａＡｌＡｓ層３．１，３．
２が成長せしめられる。第２の融体はドーピング物質と
してシリコンを含んでいる。シリコンは、ＧａＡｌＡｓ
層の成長が行われる温度に関係してドナ又はアクセプタ
として組込まれるという、最初に述べた性質を持つてい
る。従つて融体から、成長温度の変化のみによつてｐｎ
接合３．３を形成することができる。第１のＧａＡｌＡ
ｓ層３．１，３．２の成長の際にも、成長中に成長方向
に沿うアルミニウム含有量が図２の（ａ）に示す推移に
従つて変化するように、融体の組成及び形状寸法が選ば
れている。約１５０μｍの厚さの層の成長中に、アルミ
ニウム含有量は約３２原子％からほぼ０原子％に減少す
る。ｐｎ接合３．３の所でアルミニウム含有量は約８原
子％であり、その際前もつて約３０μｍの厚さのｎ形部
分層３．１が成長せしめられている。僅かなアルミニウ
ム含有量のためｐ形部分層３．２は、ｐｎ接合３．３の
所に発生される光に対して透明でない。
【００１４】両方のＧａＡｌＡｓ層２及び３．１，３．
２が成長せしめられた後、基板が除去される。そのため
エツチング剤としてＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２との混合物が
適している。基板の方への第２のＧａＡｌＡｓ層２の境
界面は、この境界面におけるアルミニウム含有量が２４
原子％より大きいと、エツチングの際限界として作用す
る。その時エツチング剤の作用で、エツチング剤に溶解
しない酸化物が形成されて、エツチング剤のそれ以上の
侵食を阻止する。
【００１５】最後に、後で製造されるダイオードチツプ
の裏側に相当する第１のＧａＡｌＡｓ層３．２の表面
に、全面に及ぶ裏側接触子４が設けられる。ｎ形の第２
のＧａＡｌＡｓ層２の表面は、図３に示すように、構造
化された接触子４を設けられる。続いて半導体装置はダ
イオードチツプに細分され、これらのダイオードチツプ
が最後にケースへ組込まれる。
【００１６】本方法は、その簡単さの点で優れ、比較的
僅かな費用で高い光度のダイオードの製造を可能にす
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体装置から製造された発光ダ
イオードチツプの断面図である。
【図２】（ａ）は半導体装置のアルミニウム含有量の推
移を層厚に関して示すグラフ、（ｂ）は半導体装置の断
面図である。
【図３】図１よる発光ダイオードチツプの平面図であ
る。
【符号の説明】
１ 基板 ２ ｎ形の第２のＧａＡｌＡｓ層 ３．１ 第１のＧａＡｌＡｓ層のｎ形部分層 ３．２ 第１のＧａＡｌＡｓ層のｐ形部分層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨツヘン・ゲルネル ドイツ連邦共和国ヴイースロツホ・アム・ レーメルブツケル22 (72)発明者 クラウス・ギレツセン ドイツ連邦共和国ハイルブロン・フイルヒ ヨウシユトラーセ10 (72)発明者 アルバート・マーシヤル ドイツ連邦共和国フライン・トラウベンシ ユトラーセ２／１

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコンにより両性にドーピングされる
    第１のＧａＡｌＡｓ層（３．２，３．１）が、ｐ形部分
    層（３．２）とその上に設けられるｎ形部分層（３．
    １）とから成り、アルミニウム含有量がｐ形部分層の表
    面側から始まつて連続的に指数関数的に第１の層全体の
    厚さにわたつて増大し、ｐ形部分層（３．２）の表面側
    で約０原子％、ｐｎ接合（３．３）の区域で約５〜１０
    原子％、ｎ形部分層の表面側で２５〜４０原子％であ
    り、 第１のＧａＡｌＡｓ層のｎ形部分層（３．１）の表面側
    に設けられてテルルでドーピングされる第２のｎ形Ｇａ
    ＡｌＡｓ層（２）のアルミニウム含有量が、第１のＧａ
    ＡｌＡｓ層（３．１，３．２）に対する境界面から始ま
    つて連続的に指数関数的に第２の層全体の厚さにわたつ
    て増大し、第１のＧａＡｌＡｓ層に対する境界面におい
    て約６〜１６原子％であり、ただしいかなる場合にもｐ
    ｎ接合（３．３）の区域におけるより大きく、表面で少
    なくとも２４原子％であり、ただし最大でもｎ形部分層
    （３．１）の表面側におけるアルミニウム含有量に等し
    いことを特徴とする、半導体装置。
  2. 【請求項２】 ｐ形部分層（３．２）の厚さが約１００
    〜１４０μｍ、ｎ形部分層（３．１）の厚さが約２０〜
    ４０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の半
    導体装置。
  3. 【請求項３】 第２のＧａＡｌＡｓ層（２）の厚さが４
    ０〜６０μｍであることを特徴とする、請求項１又は２
    に記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】 ｐｎ接合（３．３）の区域におけるアル
    ミニウム含有量が約８原子％であることを特徴とする、
    請求項１ないし３の１つに記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 第１のＧａＡｌＡｓ層のｐ形部分層
    （３．２）の裏側が全面に及ぶ接触子（４）を備えてい
    ることを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載の
    半導体装置。
  6. 【請求項６】 第２のｎ形ＧａＡｌＡｓ層（２）の表面
    に構造化された前側接触子（５）が設けられていること
    を特徴とする、請求項１ないし５の１つに記載の半導体
    装置。
  7. 【請求項７】 ＧａＡｓから成る単結晶基板（１）を準
    備し、 第１の融体の液相から、ｎ形ＧａＡｌＡｓから成る第２
    のエピタキシヤル層（２）を成長させ、その際第２のエ
    ピタキシヤル層全体の厚さにわたつてアルミニウム含有
    量を、成長方向に連続的に指数関数的に減少させ、かつ
    エピタキシヤル成長の始めに少なくとも２４原子％と
    し、 第２の融体の液相から、ＧａＡｌＡｓから成る第１のエ
    ピタキシヤル層（３．２，３．１）を成長させ、その際
    第１のエピタキシヤル層全体の厚さにわたつてアルミニ
    ウム含有量を、成長方向に連続的に指数関数的に減少さ
    せ、かつエピタキシヤル成長の始めに２５〜４０原子％
    とし、第２の融体をシリコンでドーピングして、まずｎ
    形部分層（３．１）が成長し、遅れてｐ形部分層（３．
    ２）が成長し、これらの部分層が発光するｐｎ接合
    （３．３）を形成しかつ含むようにし、 エツチングにより基板（１）を除去することを特徴とす
    る、半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 ｐｎ接合（３．３）の区域におけるアル
    ミニウム含有量を約５〜１０原子％とすることを特徴と
    する、請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 第２のエピタキシヤル層（２）のエピタ
    キシヤル成長の始めにアルミニウム含有量が、最大でも
    第１のエピタキシヤル層（３．１，３．２）のエピタキ
    シヤル成長の始めにおけるアルミニウム含有量に等しい
    ことを特徴とする、請求項７又は８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 第２のエピタキシヤル層（２）の成長
    を、約６〜１６原子％ただしいかなる場合にもｐｎ接合
    （３．３）の区域におけるより大きいアルミニウム含有
    量で終了することを特徴とする、請求項７ないし９の１
    つに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 第１の融体がドーピング物質としてテ
    ルルを含んでいることを特徴とする、請求項７ないし１
    ０の１つに記載の方法。
  12. 【請求項１２】 第１のエピタキシヤル層（３．２，
    ３．１）のエピタキシヤル成長を約１５０μｍの全厚さ
    まで行い、その際ｎ形部分層（３．１）を約３０μｍの
    厚さとすることを特徴とする、請求項７ないし１１の１
    つに記載の方法。
  13. 【請求項１３】 第１のエピタキシヤル層（３．２，
    ３．１）のアルミニウム含有量を、成長の終りにほぼ０
    原子％に低下させることを特徴とする、請求項７ないし
    １２の１つに記載の方法。
  14. 【請求項１４】 ＮＨ４ＯＨ及びＨ２Ｏ２から成るエツ
    チング溶液により基板（１）を除去することを特徴とす
    る、請求項７ないし１３の１つに記載の方法。
  15. 【請求項１５】 基板（１）に対する境界面における第
    ２のエピタキシヤル層（２）のアルミニウム含有量を、
    基板の除去の際境界面がエツチング侵食を終了するよう
    に選ぶことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
JP23531697A 1996-07-30 1997-07-29 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH10107314A (ja)

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