JP3410166B2 - 赤色発光ダイオード素子 - Google Patents
赤色発光ダイオード素子Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はIII−Ｖ族化合物半導体
を用いた発光ダイオード素子に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、III−Ｖ族化合物半導体装置、例
えばガリウムアルミニウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）半導体
基板上のヘテロ接合からなる高輝度発光ダイオード（以
下ＬＥＤ）は、ホモ接合構造ＬＥＤに比べてキャリアの
注入効率が高いため、高出力、高速応答性が得られ、シ
ングルヘテロ接合構造あるいはダブルヘテロ接合構造の
ＬＥＤが用いられている。特に、ダブルヘテロ接合構造
を用いた高輝度赤色ＬＥＤは車載用ハイマウントストッ
プランプや屋外表示装置等に実装されている。 【０００３】これらヘテロ接合構造ＬＥＤに特徴的なこ
とは、光取り出し側にアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）混
晶比Ｘの高いＧａ1-xＡｌxＡｓ半導体基板が用いられて
いることである。図３に従来のＧａＡｌＡｓ半導体基板
からなるＬＥＤ素子の断面図を示し説明する。ｐ型Ｇａ
Ａｓ基板（（１００）面）１０上にｐクラッド層１１と
して液相エピタキシャル成長法等により亜鉛（Ｚｎ）ド
ープＧａ0.20Ａｌ0.80Ａｓ層を１００μｍ形成した後、
ｐ型アクティブ層１２としてＺｎドープＧａ0. 65Ａｌ
0.35Ａｓ層を１〜２μｍを形成し、次いでｎ型クラッド
層１３としてテルル（Ｔｅ）ドープＧａ0.20Ａｌ0.80Ａ
ｓ層を３０μｍ程度形成する。そしてＧａＡｓ基板選択
性エッチャントを用いて光吸収性のＧａＡｓ基板１０を
除去して高輝度赤色のＬＥＤ素子とする。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】前述の高輝度赤色ＬＥ
Ｄ素子の表面にあるｎ型クラッド層１３および裏面にあ
るｐ型クラッド層１１のＡｌＡｓ混晶比は０．８と高
い。このようにＡｌＡｓ混晶比が高いＧａ1-xＡｌxＡｓ
層は極めて酸化され易いため、大気に接する基板表面、
裏面にＡｌ酸化層が形成され、水分が添加されることに
よりＡｌ酸化層の成長が著しく助長される特性がある。
そしてＡｌ酸化層は光吸収層となりＡｌ酸化層の成長に
ともなって発光特性の劣化を招き素子寿命を著しく短く
してしまうという課題があった。 【０００５】この酸化防止対策としてエッチャントによ
るネイティブオキサイド膜（Ｎ．Ｏ．膜）と称される自
然酸化膜や、ＣＶＤ法やスパッタリング法によりＳｉＯ
2膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜を表面の保護膜として形成
する方法がある。しかしながら、こういった保護膜は完
全に均一と言うことはなくピンホール等の発生により耐
湿性が破られることもある。また完全表面被覆をするた
めに、図３に示すようにｎ型電極６周辺を覆うように保
護膜１４を形成しているが、ｎ型電極６と保護膜１４の
付着力が弱いためｎ型電極６と保護膜１４の界面から水
分が浸入しやすい。このためｎ型電極６周辺からＡｌ酸
化層が成長し輝度劣化が始まり、Ａｌ酸化層がＬＥＤ素
子内部へ進行し、ひいてはＬＥＤ素子に亀裂を生じ断線
させるという致命的な結果を引き起こすものである。こ
の現象はエポキシ樹脂等で封止したＬＥＤにおいても同
様であった。 【０００６】本発明は上記課題を解決するもので、発光
特性を低下させることなくＡｌ酸化層の発生を防止し、
高品質のＬＥＤ素子を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は半導体基板の表
面第一層と裏面第一層にＡｌＡｓ混晶比が０．６以下で
あるＧａＡｌＡｓエピタキシャル層を形成し、また電極
を形成した半導体基板に、半導体基板表面から裏面第一
層に達するメサエッチング部を形成したのち電極を除く
表面第一層全面とメサエッチング面に保護膜を形成する
ものである。 【０００８】 【作用】本発明は大気に接する半導体基板の表面第一層
及び裏面第一層にＡｌＡｓ混晶比が０．６以下のエピタ
キシャル層を形成したので、半導体基板のＡｌ酸化層の
形成が抑制できる。またＬＥＤ素子分割後、側面に露出
する高ＡｌＡｓ混晶比部分に保護膜を付着したので側面
のＡｌ酸化層の形成も防止できる。 【０００９】 【実施例】以下本発明の実施例を図を参照しながら説明
する。 【００１０】本発明のＬＥＤ素子の一実施例を図１に示
す。本ＬＥＤ素子はｐ型ＧａＡｓ基板（１００面）（図
示せず）上にＡｌＡｓ混晶比０．６であるＺｎドープＧ
ａ0. 4Ａｌ0.6Ａｓ層を１００μｍ成長してｐ型コンタク
ト層１となし、次いでＡｌＡｓ混晶比０．８のＺｎドー
プＧａ0.2Ａｌ0.8Ａｓ層２０μｍ成長してｐ型クラッド
層２とし、引続きｐ型アクティブ層３であるＧａ0.65Ａ
ｌ0.35Ａｓ層を１μｍ、ｎ型クラッド層４であるＴｅド
ープＧａ0.2Ａｌ0.8Ａｓ層を２０μｍ成長し、さらにＡ
ｌＡｓ混晶比０．６のＴｅドープＧａ0.4Ａｌ0.6Ａｓ層
を１０μｍ成長してｎ型コンタクト層５となす。最後に
ＧａＡｓ基板選択性エッチャントでｐ型ＧａＡｓ基板を
除去する。そしてｎ型コンタクト層上に電極６を、ｐ型
コンタクト層１に電極７を蒸着・熱処理して金合金電極
を形成し、最後にダイシング等で分割してＬＥＤ素子を
得るものである。 【００１１】このように半導体基板の表面第一層として
ＡｌＡｓ混晶比が０．６以下であるｎ型コンタクト層５
と、裏面第一層として同じくＡｌＡｓ混晶比が０．６以
下であるｐ型コンタクト層１を形成したので、Ａｌ酸化
層の発生・成長を防止することができる。 【００１２】次に上記に加えて更に保護膜を成膜した実
施例の断面図を図２に示し説明する。図２では上述の電
極６、電極７を形成した後に、ＬＥＤ素子の境界部分に
メサエッチングを行い、電極６を除く部分に保護膜９を
生成したものである。製造手順としては、電極６形成後
の半導体基板の所定部分を除いた表面全面にホトレジス
ト（図示せず）を付着し、ホトレジストの付着していな
い部分をウェットエッチング等の手段でエッチングし、
メサエッチング部８を形成する。このメサエッチング部
８がＬＥＤ素子分割の際の境界になる。またこのメサエ
ッチング部８は半導体基板表面から裏面第一層であるｐ
型コンタクト層１に達する深さとする。この後電極６を
除く表面全面にＳｉＯ2膜やＳｉＮ膜等の保護膜９を成
膜し、メサエッチング部８の底部をダイシング等の手段
で分割しＬＥＤ素子とする。ここで保護膜９は電極６に
接しても良いし、電極６との間にマスク合わせの誤差を
見込んだ隙間があってもよい。 【００１３】このように裏面第一層であるｐ型コンタク
ト層１に達するメサエッチングを行ったうえで保護膜９
を成膜するので、素子分割した際側面に露出する高Ａｌ
Ａｓ混晶比部分すなわちｎ型クラッド層５とｐ型クラッ
ド層２側面を保護膜９で覆うことができ、側面のＡｌ酸
化膜形成を防止することができる。 【００１４】次に表１に本発明のＬＥＤ素子と従来構造
のＬＥＤ素子の寿命試験の結果を輝度残存率の比較で示
す。 【００１５】 【表１】 【００１６】試験Ａは、温度８５℃、相対湿度８５％、
駆動電流５ｍＡの高温高湿連続通電試験、試験Ｂは、温
度６５℃、相対湿度９５％、駆動電流１０ｍＡの高温高
湿連続通電試験である。輝度残存率とは未試験時０時間
での輝度を１００％とし、試験後の輝度を％表示したも
のである。 【００１７】従来品の１０００時間経過後の輝度残存率
は試験Ａ、試験Ｂの両方とも２０％以下となりかなり劣
化が進んでいるのに対し、本発明品は１０００時間経過
後でも９０％以上の高レベルを維持しており、本発明の
Ａｌ酸化層形成防止効果をはっきり示している。 【００１８】なお、本実施例ではドーピング材料として
ＺｎとＴｅを使用したがドーピング材料の種類に制限さ
れるものではない。 【００１９】 【発明の効果】本発明によれば、半導体基板の表面第一
層と裏面第一層にＡｌＡｓ混晶比が０．６０以下のエピ
タキシャル層を形成することでＡｌ酸化層の形成を防止
し、メサエッチング部にＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜等の保護
膜を形成することで側面に露出するＡｌＡｓ混晶比の高
いｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層に形成されるＡｌ酸
化層を防止することができる。これによってＬＥＤ素子
の耐湿性は格段に向上し、Ａｌ酸化層形成による光吸収
の影響を低減させることで寿命特性を向上させることが
できる。
を用いた発光ダイオード素子に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、III−Ｖ族化合物半導体装置、例
えばガリウムアルミニウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）半導体
基板上のヘテロ接合からなる高輝度発光ダイオード（以
下ＬＥＤ）は、ホモ接合構造ＬＥＤに比べてキャリアの
注入効率が高いため、高出力、高速応答性が得られ、シ
ングルヘテロ接合構造あるいはダブルヘテロ接合構造の
ＬＥＤが用いられている。特に、ダブルヘテロ接合構造
を用いた高輝度赤色ＬＥＤは車載用ハイマウントストッ
プランプや屋外表示装置等に実装されている。 【０００３】これらヘテロ接合構造ＬＥＤに特徴的なこ
とは、光取り出し側にアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）混
晶比Ｘの高いＧａ1-xＡｌxＡｓ半導体基板が用いられて
いることである。図３に従来のＧａＡｌＡｓ半導体基板
からなるＬＥＤ素子の断面図を示し説明する。ｐ型Ｇａ
Ａｓ基板（（１００）面）１０上にｐクラッド層１１と
して液相エピタキシャル成長法等により亜鉛（Ｚｎ）ド
ープＧａ0.20Ａｌ0.80Ａｓ層を１００μｍ形成した後、
ｐ型アクティブ層１２としてＺｎドープＧａ0. 65Ａｌ
0.35Ａｓ層を１〜２μｍを形成し、次いでｎ型クラッド
層１３としてテルル（Ｔｅ）ドープＧａ0.20Ａｌ0.80Ａ
ｓ層を３０μｍ程度形成する。そしてＧａＡｓ基板選択
性エッチャントを用いて光吸収性のＧａＡｓ基板１０を
除去して高輝度赤色のＬＥＤ素子とする。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】前述の高輝度赤色ＬＥ
Ｄ素子の表面にあるｎ型クラッド層１３および裏面にあ
るｐ型クラッド層１１のＡｌＡｓ混晶比は０．８と高
い。このようにＡｌＡｓ混晶比が高いＧａ1-xＡｌxＡｓ
層は極めて酸化され易いため、大気に接する基板表面、
裏面にＡｌ酸化層が形成され、水分が添加されることに
よりＡｌ酸化層の成長が著しく助長される特性がある。
そしてＡｌ酸化層は光吸収層となりＡｌ酸化層の成長に
ともなって発光特性の劣化を招き素子寿命を著しく短く
してしまうという課題があった。 【０００５】この酸化防止対策としてエッチャントによ
るネイティブオキサイド膜（Ｎ．Ｏ．膜）と称される自
然酸化膜や、ＣＶＤ法やスパッタリング法によりＳｉＯ
2膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜を表面の保護膜として形成
する方法がある。しかしながら、こういった保護膜は完
全に均一と言うことはなくピンホール等の発生により耐
湿性が破られることもある。また完全表面被覆をするた
めに、図３に示すようにｎ型電極６周辺を覆うように保
護膜１４を形成しているが、ｎ型電極６と保護膜１４の
付着力が弱いためｎ型電極６と保護膜１４の界面から水
分が浸入しやすい。このためｎ型電極６周辺からＡｌ酸
化層が成長し輝度劣化が始まり、Ａｌ酸化層がＬＥＤ素
子内部へ進行し、ひいてはＬＥＤ素子に亀裂を生じ断線
させるという致命的な結果を引き起こすものである。こ
の現象はエポキシ樹脂等で封止したＬＥＤにおいても同
様であった。 【０００６】本発明は上記課題を解決するもので、発光
特性を低下させることなくＡｌ酸化層の発生を防止し、
高品質のＬＥＤ素子を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は半導体基板の表
面第一層と裏面第一層にＡｌＡｓ混晶比が０．６以下で
あるＧａＡｌＡｓエピタキシャル層を形成し、また電極
を形成した半導体基板に、半導体基板表面から裏面第一
層に達するメサエッチング部を形成したのち電極を除く
表面第一層全面とメサエッチング面に保護膜を形成する
ものである。 【０００８】 【作用】本発明は大気に接する半導体基板の表面第一層
及び裏面第一層にＡｌＡｓ混晶比が０．６以下のエピタ
キシャル層を形成したので、半導体基板のＡｌ酸化層の
形成が抑制できる。またＬＥＤ素子分割後、側面に露出
する高ＡｌＡｓ混晶比部分に保護膜を付着したので側面
のＡｌ酸化層の形成も防止できる。 【０００９】 【実施例】以下本発明の実施例を図を参照しながら説明
する。 【００１０】本発明のＬＥＤ素子の一実施例を図１に示
す。本ＬＥＤ素子はｐ型ＧａＡｓ基板（１００面）（図
示せず）上にＡｌＡｓ混晶比０．６であるＺｎドープＧ
ａ0. 4Ａｌ0.6Ａｓ層を１００μｍ成長してｐ型コンタク
ト層１となし、次いでＡｌＡｓ混晶比０．８のＺｎドー
プＧａ0.2Ａｌ0.8Ａｓ層２０μｍ成長してｐ型クラッド
層２とし、引続きｐ型アクティブ層３であるＧａ0.65Ａ
ｌ0.35Ａｓ層を１μｍ、ｎ型クラッド層４であるＴｅド
ープＧａ0.2Ａｌ0.8Ａｓ層を２０μｍ成長し、さらにＡ
ｌＡｓ混晶比０．６のＴｅドープＧａ0.4Ａｌ0.6Ａｓ層
を１０μｍ成長してｎ型コンタクト層５となす。最後に
ＧａＡｓ基板選択性エッチャントでｐ型ＧａＡｓ基板を
除去する。そしてｎ型コンタクト層上に電極６を、ｐ型
コンタクト層１に電極７を蒸着・熱処理して金合金電極
を形成し、最後にダイシング等で分割してＬＥＤ素子を
得るものである。 【００１１】このように半導体基板の表面第一層として
ＡｌＡｓ混晶比が０．６以下であるｎ型コンタクト層５
と、裏面第一層として同じくＡｌＡｓ混晶比が０．６以
下であるｐ型コンタクト層１を形成したので、Ａｌ酸化
層の発生・成長を防止することができる。 【００１２】次に上記に加えて更に保護膜を成膜した実
施例の断面図を図２に示し説明する。図２では上述の電
極６、電極７を形成した後に、ＬＥＤ素子の境界部分に
メサエッチングを行い、電極６を除く部分に保護膜９を
生成したものである。製造手順としては、電極６形成後
の半導体基板の所定部分を除いた表面全面にホトレジス
ト（図示せず）を付着し、ホトレジストの付着していな
い部分をウェットエッチング等の手段でエッチングし、
メサエッチング部８を形成する。このメサエッチング部
８がＬＥＤ素子分割の際の境界になる。またこのメサエ
ッチング部８は半導体基板表面から裏面第一層であるｐ
型コンタクト層１に達する深さとする。この後電極６を
除く表面全面にＳｉＯ2膜やＳｉＮ膜等の保護膜９を成
膜し、メサエッチング部８の底部をダイシング等の手段
で分割しＬＥＤ素子とする。ここで保護膜９は電極６に
接しても良いし、電極６との間にマスク合わせの誤差を
見込んだ隙間があってもよい。 【００１３】このように裏面第一層であるｐ型コンタク
ト層１に達するメサエッチングを行ったうえで保護膜９
を成膜するので、素子分割した際側面に露出する高Ａｌ
Ａｓ混晶比部分すなわちｎ型クラッド層５とｐ型クラッ
ド層２側面を保護膜９で覆うことができ、側面のＡｌ酸
化膜形成を防止することができる。 【００１４】次に表１に本発明のＬＥＤ素子と従来構造
のＬＥＤ素子の寿命試験の結果を輝度残存率の比較で示
す。 【００１５】 【表１】 【００１６】試験Ａは、温度８５℃、相対湿度８５％、
駆動電流５ｍＡの高温高湿連続通電試験、試験Ｂは、温
度６５℃、相対湿度９５％、駆動電流１０ｍＡの高温高
湿連続通電試験である。輝度残存率とは未試験時０時間
での輝度を１００％とし、試験後の輝度を％表示したも
のである。 【００１７】従来品の１０００時間経過後の輝度残存率
は試験Ａ、試験Ｂの両方とも２０％以下となりかなり劣
化が進んでいるのに対し、本発明品は１０００時間経過
後でも９０％以上の高レベルを維持しており、本発明の
Ａｌ酸化層形成防止効果をはっきり示している。 【００１８】なお、本実施例ではドーピング材料として
ＺｎとＴｅを使用したがドーピング材料の種類に制限さ
れるものではない。 【００１９】 【発明の効果】本発明によれば、半導体基板の表面第一
層と裏面第一層にＡｌＡｓ混晶比が０．６０以下のエピ
タキシャル層を形成することでＡｌ酸化層の形成を防止
し、メサエッチング部にＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜等の保護
膜を形成することで側面に露出するＡｌＡｓ混晶比の高
いｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層に形成されるＡｌ酸
化層を防止することができる。これによってＬＥＤ素子
の耐湿性は格段に向上し、Ａｌ酸化層形成による光吸収
の影響を低減させることで寿命特性を向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のＬＥＤ素子の断面図
【図２】本発明の別の実施例のＬＥＤ素子の工程断面図
【図３】従来のＬＥＤ素子の工程断面図
【符号の説明】
１ ｐ型コンタクト層
２ ｐ型クラッド層
３ ｐ型アクティブ層
４ ｎ型クラッド層
５ ｎ型コンタクト層
８ メサエッチング部
９ 保護膜
１０ ｐ型ＧａＡｓ基板
１１ ｐ型クラッド層
１２ ｐ型アクティブ層
１３ ｎ型クラッド層
１４ 保護膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小屋 賢一
大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工
業株式会社内
(56)参考文献 特開 昭60−153186（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−114885（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−212480（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−127873（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−226181（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−273174（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 III−Ｖ族化合物半導体による裏面コン
タクト層および表面コンタクト層をアルミニウムを含み
アルミニウム砒素混晶比が０．６以下のガリウムアルミ
ニウム砒素エピタキシャル層で形成し、前記表裏両面の
コンタクト層間にアルミニウム混晶比が０．６をこえる
ガリウムアルミニウム砒素エピタキシャル層をクラッド
層とするヘテロ接合を形成し、かつ前記表面コンタクト
層から裏面コンタクト層に達するメサエッチング面を設
け、前記メサエッチング面および表面コンタクト層の露
出面に保護膜を形成し、前記クラッド層が直接大気に接
しなくしたことを特徴とする赤色発光ダイオード素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21283593A JP3410166B2 (ja) | 1993-08-27 | 1993-08-27 | 赤色発光ダイオード素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21283593A JP3410166B2 (ja) | 1993-08-27 | 1993-08-27 | 赤色発光ダイオード素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0766450A JPH0766450A (ja) | 1995-03-10 |
| JP3410166B2 true JP3410166B2 (ja) | 2003-05-26 |
Family
ID=16629144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21283593A Expired - Fee Related JP3410166B2 (ja) | 1993-08-27 | 1993-08-27 | 赤色発光ダイオード素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3410166B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030189215A1 (en) | 2002-04-09 | 2003-10-09 | Jong-Lam Lee | Method of fabricating vertical structure leds |
| JP2006127884A (ja) | 2004-10-28 | 2006-05-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 発光素子および表示装置 |
| JP2011035017A (ja) * | 2009-07-30 | 2011-02-17 | Hitachi Cable Ltd | 発光素子 |
| CN110379801A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-10-25 | 南京宇丰晔禾信息科技有限公司 | Led灯珠、显示屏 |
-
1993
- 1993-08-27 JP JP21283593A patent/JP3410166B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0766450A (ja) | 1995-03-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |