JP2953468B2 - 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Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はIII−Ｖ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。
理加工方法に関するものである。
〔従来の技術〕 従来、III−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
得られるシングルヘテロ接合構造LED、あるいはダブル
ヘテロ接合構造LEDが用いられている。
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
得られるシングルヘテロ接合構造LED、あるいはダブル
ヘテロ接合構造LEDが用いられている。
これらヘテロ接合構造LEDに特徴的なことは、光取り
出し側にAlAs混晶比Ｘの大きいAlxGa1-xAs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
ピタキシャル成長の例を示すと、ｐ型GaAs基板〔（10
0）面〕上にｐクラッド層として液相成長法等によりZn
ドープAl0.75Ga0.25As層を200μｍ（ｐ型）形成した
後、ｐアクティブ層としてZnドープAl0.35Ga0.65As層を
２〜３μｍ（ｐ型）形成し、次いでｎクラッド層として
TeドープAl0.75Ga0.25As層を50μｍ程度形成している。
そしてGaAs基板選択性エッチャントを用いて光吸収性Ga
As基板を除去して高輝度LEDチップを得ており、チップ
の表面の混晶比は0.75と高い。このようにAlAs混晶比の
大きなAlxGa1-xAs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。
出し側にAlAs混晶比Ｘの大きいAlxGa1-xAs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
ピタキシャル成長の例を示すと、ｐ型GaAs基板〔（10
0）面〕上にｐクラッド層として液相成長法等によりZn
ドープAl0.75Ga0.25As層を200μｍ（ｐ型）形成した
後、ｐアクティブ層としてZnドープAl0.35Ga0.65As層を
２〜３μｍ（ｐ型）形成し、次いでｎクラッド層として
TeドープAl0.75Ga0.25As層を50μｍ程度形成している。
そしてGaAs基板選択性エッチャントを用いて光吸収性Ga
As基板を除去して高輝度LEDチップを得ており、チップ
の表面の混晶比は0.75と高い。このようにAlAs混晶比の
大きなAlxGa1-xAs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。
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。
上げるため表面に凹凸を設けることも提案されている。
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。
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。
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。
本発明はIII−Ｖ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膜を形成することを特徴と
するものである。
し、さらに凹凸表面上にSiNx膜を形成することを特徴と
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。
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。
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膜のみ形成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。
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膜のみ形成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。
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膜のみ形成した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。
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、テスト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Ａ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−20℃、相対湿度100％の環境下で、
駆動電流直流20mA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
は輝度残存率（最初に測定した時の値に対する比率）を
示している。
％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Ａ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−20℃、相対湿度100％の環境下で、
駆動電流直流20mA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
は輝度残存率（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。
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。
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。
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。
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。
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成したAlGaAs
−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、15分間の水洗をお
こないメチルアルコールについ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3000Å製膜した。凹凸処理により外部量子効
率は約40％向上し、SiNx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。
−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、15分間の水洗をお
こないメチルアルコールについ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3000Å製膜した。凹凸処理により外部量子効
率は約40％向上し、SiNx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。
以上のように本発明によれば、III−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SiNx膜を形成することで膜自体
の付着強度が高められる。これによってSiNx膜の剥がれ
がなくなり、耐湿性が格段に向上し、AlGaAs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。
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SiNx膜を形成することで膜自体
の付着強度が高められる。これによってSiNx膜の剥がれ
がなくなり、耐湿性が格段に向上し、AlGaAs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。
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。 １…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。
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。 １…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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−20383（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−27072（ＪＰ，Ａ) 特公 昭52−38397（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】混晶比ｘが０＜ｘ＜１であるAlxGa1-xAs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SiNx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。 - 【請求項２】混晶比ｘが０＜ｘ＜１であるAlxGa1-xAs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C
VD法、またはスパッタリング法により凹凸表面上にSiNx
膜を形成したことを特徴とする表面処理加工方法。
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