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JP4239301B2 - Surface-emitting type LED, surface-emitting type LED array, and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP4239301B2 - Surface-emitting type LED, surface-emitting type LED array, and manufacturing method thereof - Google Patents

Surface-emitting type LED, surface-emitting type LED array, and manufacturing method thereof Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体デバイスに関し、特に通信用のLEDに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の通信用LEDの代表的なものとして、面発光型LEDがある。一般に面発光型LEDは、電極の直下で電流が集中して最も強く発光する構造であると、発光が強い電極直下周辺の領域を電極が被覆してしまい、外部への光の取り出し効率が悪いという問題点がある。これを避けるために電極の直下からずれた領域に電流を流すようにした面発光型LEDが、例えば生駒俊明、河東田隆、長谷川文夫著、「電子材料シリーズガリウムヒ素」丸善株式会社(1988年)168,169ページ(以下、文献1と記述する)に示されている。
【0003】
図9(a)〜(c)は、上記文献1に示された面発光型LEDの構造を示す断面図である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図9(a)〜(c)に示すような面発光型LEDは、上部電極および裏面電極を発光部からずらした位置に精度良く形成しなければならず、製造工程の複雑化やコストの増加を招いてしまうという問題点がある。また、図9(a)に示すようなGaAs/AlGaAs系の面発光型LEDにおいては、GaAs基板が光出力に対して不透明であるので、発光出力の効率を高くするために発光領域部分のGaAs基板を深くエッチングしなければならず、製造工程が増すという問題点がある。
【0005】
また、このような面発光型LEDをアレイ状に配列した面発光型LEDアレイにおいては、各LEDの電極を形成する際の加工精度が低いと、電極の寸法ばらつきによってLEDごとに遮光される割合が異なり、各LEDの発光出力のばらつきが大きくなるという問題点があり、このばらつきを補正するためには各LEDに供給する電流値を別個に制御する回路等を設けなければならず、コストの増加を招いてしまうという問題点がある。
【0006】
さらに、面発光型LEDおよび面発光型LEDアレイの製造工程におけるマスク合わせずれによって、個々の素子ごとに発光出力がばらついてしまうという問題点がある。
【0007】
このような点に鑑み本発明は、発光出力の効率が高い面発光型LEDおよびこの面発光型LEDを用いて発光出力のばらつきを低減した面発光型LEDアレイならびにそれらの製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る面発光型LEDは、第1導電型半導体基板上に、発光層となる層と、その外側に位置しバンドギャップがより大きい2層とを含む少なくとも3層の第1導電型半導体膜が形成され、該第1導電型半導体膜上に少なくとも1層の第2導電型半導体膜が形成されている複合半導体基板上面の所定の領域に、該第1導電型半導体膜の前記発光層となる層の途中まで到達する第2導電型半導体領域が不純物拡散により形成され、該第1導電型半導体基板と電気的に接続される裏面電極が該複合半導体基板の下面に形成され、該第2導電型半導体領域と電気的に接続される上部電極が該複合半導体基板上面の所定の領域に形成され、該複合半導体基板面に対して垂直な方向から見て、発光部となる該第2導電型半導体領域と該上部電極とが離れた位置に形成されている。
【0010】
本発明に係る面発光型LEDは、第1導電型半導体基板、第2導電型半導体基板および半絶縁性半導体基板のうちのいずれか上に、発光層となる層と、その外側に位置しバンドギャップがより大きい2層とを含む少なくとも3層の第1導電型半導体膜が形成され、該第1導電型半導体膜上に少なくとも1層の第2導電型半導体膜が形成されている複合半導体基板上面の所定の領域に、該第1導電型半導体膜の前記発光層となる層の途中まで到達する第2導電型半導体領域が不純物拡散により形成され、該3層の第1導電型半導体膜と電気的に接続される第1電極が該複合半導体基板上面の所定の領域に形成され、該第2導電型半導体領域と電気的に接続される第2電極が該複合半導体基板上面の所定の領域に形成され、該複合半導体基板面に対して垂直な方向から見て、発光部となる該第2導電型半導体領域と該第2電極と該第1電極とが互いに離れた位置に形成されている。
【0012】
本発明に係る面発光型LEDの製造方法は、第1導電型半導体基板上に少なくとも3層の第1導電型半導体膜を順次積層する第1の工程と、該第1の工程によって積層された該第1導電型半導体膜上に少なくとも1層の第2導電型半導体膜を積層する第2の工程と、発光部となる第2導電型半導体領域と該第2導電型半導体領域に電気的に接続される上部電極とを、該第1の工程と該第2の工程とによって形成された複合半導体基板上面に、該複合半導体基板面に対して垂直な方向から見て離れた位置に形成するように位置決めするための開口部を設けた拡散防止膜を形成する第3の工程と、該複合半導体基板上面の該第3の工程で位置決めされた領域のうち前記発光部に対応する領域に、該第2導電型半導体膜を貫通して該第1導電型半導体膜の途中まで到達する該第2導電型半導体領域を不純物拡散により形成する第4の工程と、該複合半導体基板の下面に、該第1導電型半導体基板と電気的に接続される裏面電極を形成する第5の工程と、該複合半導体基板上面の該第3の工程で位置決めされた領域のうち前記上部電極に対応する領域に該上部電極を形成する第6の工程とを有し、該第1の工程が、該第1導電型半導体基板に近接する側から順に第1の層を形成する工程と第2の層を形成する工程と第3の層を形成する工程と、該第2の層のバンドギャップを該第1の層のバンドギャップよりも小さくして該第3の層のバンドギャップを該第2の層のバンドギャップよりも大きくするように組成を調整する工程とを備え、該第2の工程が、前記少なくとも1層の第2導電型半導体膜を構成し、前記第1導電型半導体膜の最上層と接する第4の層を形成する工程と、該第4の層のバンドギャップを該第2の層のバンドギャップよりも大きくするように組成を調整する工程とを備え、該第4の工程が、該第2導電型半導体領域を該第2の層の途中まで到達するように形成する工程を備える。
【0014】
本発明に係る面発光型LEDの製造方法は、第1導電型半導体基板、第2導電型半導体基板および半絶縁性半導体基板のうちのいずれか上に少なくとも3層の第1導電型半導体膜を順次積層する第1の工程と、該第1の工程によって積層された該第1導電型半導体膜上に少なくとも1層の第2導電型半導体膜を積層する第2の工程と、発光部となる第2導電型半導体領域と該第2導電型半導体領域に電気的に接続される第2電極とを、該第1の工程と該第2の工程とによって形成された複合半導体基板上面に、該複合半導体基板面に対して垂直な方向から見て離れた位置に形成するように位置決めするための開口部を設けた拡散防止膜を形成する第3の工程と、該複合半導体基板上面の該第3の工程で位置決めされた領域のうち前記発光部に対応する領域に、該第2導電型半導体膜を貫通して該第1導電型半導体膜の途中まで到達する該第2導電型半導体領域を不純物拡散により形成する第4の工程と、該複合半導体基板上面の所定の領域に、該少なくとも3層の第1導電型半導体膜のうちのいずれかまたは該第1導電型半導体基板と電気的に接続される第1電極を形成する第5の工程と、該複合半導体基板上面の該第3の工程で位置決めされた領域のうち前記第2電極に対応する領域に該第2電極を形成する第6の工程とを有し、該第1の工程が、該第1導電型半導体基板、第2導電型半導体基板および半絶縁性半導体基板のうちのいずれかに近接する側から順に第1の層を形成する工程と第2の層を形成する工程と第3の層を形成する工程と、該第2の層のバンドギャップを該第1の層のバンドギャップよりも小さくして該第3の層のバンドギャップを該第2の層のバンドギャップよりも大きくするように組成を調整する工程とを備え、該第2の工程が、前記少なくとも1層の第2導電型半導体膜を構成し、前記第1導電型半導体膜の最上層と接する第4の層を形成する工程と、該第4の層のバンドギャップを該第2の層のバンドギャップよりも大きくするように組成を調整する工程とを備え、該第4の工程が、該第2導電型半導体領域を該第2の層の途中まで到達するように形成する工程を備え、該第5の工程が、該第1電極を該第2導電型半導体領域および該第2電極と離れた領域に形成する工程を備える。
【0017】
上記本発明に係る面発光型LEDまたは面発光型LEDの製造方法を、前記面発光型LEDをアレイ状に配列した面発光型LEDアレイに適用することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。第1ないし第4の実施の形態においては、本発明の面発光型LEDの構造およびその製造方法について説明するが、本発明の面発光型LEDアレイの構造およびその製造方法については、第1ないし第4の実施の形態において説明する面発光型LEDをアレイ状に配列したものである。
【0019】
第1ないし第4の実施の形態においては、第1導電型をN型とし、第2導電型をP型として説明を行うが、第1導電型をP型とし、第2導電型をN型としても同様に実現することができる。第1導電型をP型とし、第2導電型をN型とした場合には、不純物としてS,Se,Sn等を用いることができる。
【0020】
また、第1ないし第4の実施の形態においては、第2導電型半導体領域を不純物の選択拡散によって形成する場合について説明するが、第2導電型半導体領域の形成方法はこれに限定されず、イオン注入等の他の方法で実現することができる。
【0021】
さらに、第1ないし第4の実施の形態で説明する拡散、層形成等の具体的な方法および組成比、濃度、膜厚、不純物等は、これに限られるものではない。
【0022】
( 第1の実施の形態 )
図1は、本発明の第1の実施の形態における面発光型LEDの外部構造を示す斜視図である。図2および図3は、本発明の第1の実施の形態における面発光型LEDの製造工程を示す上面図およびA−A’断面図である。図1、図2および図3においては、面発光型LEDを3素子表わしている。
【0023】
図1、図2および図3においては、発明を理解することができる程度に各構成成分の寸法、形状および配置関係を概略的に示してある。また、各図において同様の構成部分については同一の番号を付して示してある。
【0024】
図1に示した面発光型LED10は面発光型LEDアレイの一部分であり、複合半導体基板11に形成された面発光型LED10を3素子表わしている。それぞれの面発光型LED10には上部電極30が形成されており、また、図には示していないが、複合半導体基板11の裏面には裏面電極が形成されている。
【0025】
図2および図3を用いて、第1の実施の形態における面発光型LEDの製造工程を説明する。図2(a)に示すように、第1導電型半導体基板を構成するN型GaAs(100)基板12上に、N型GaAsバッファ層13と、第1の層を構成するN型AlxGa1-xAsクラッド層14と、発光層となる第2の層を構成するN型AlyGa1-yAs活性層15と、第3の層を構成するN型AlzGa1-zAsクラッド層16と、第4の層を構成するP型AlwGa1-wAsキャリア移送層17と、P型GaAsコンタクト層18とを順次エピタキシャル成長させて、複合半導体基板11を形成する。
【0026】
ここでyを0.15とすると、室温における発光波長が760nmのLEDになる。AlGaAs半導体はAlの組成比が大きくなるとバンドギャップが大きくなるので、N型AlxGa1-xAsクラッド層14およびN型AlzGa1-zAsクラッド層16のAl組成比をN型AlyGa1-yAs活性層15のAl組成比よりも大きくするために、ここではx=z=0.4とする。ただし、必ずしもx=zである必要はなく、それぞれがyよりも大きい値であれば良い。
【0027】
また、P型AlwGa1-wAsキャリア移送層17はAl組成比が大きくなると不純物を高濃度にドープすることが難しくなるが、Al組成比がN型AlyGa1-yAs活性層15よりも小さくなるとN型AlyGa1-yAs活性層15で発光した光を吸収してしまうので、これらのことを考慮して、ここではwを0.2とする。
【0028】
ここで、P型AlwGa1-wAsキャリア移送層17は後に形成される上部電極30から注入されるキャリアを発光層であるN型AlyGa1-yAs活性層15まで移送するので、電気抵抗を小さくすることが望ましい。このためには、P型AlwGa1-wAsキャリア移送層17の膜厚を厚くするか、不純物を高濃度にドープする必要がある。しかし、P型AlwGa1-wAsキャリア移送層17の膜厚を厚くすると基板の作製時間が長くなり、量産時の基板作製コストが増大する。また、一般に基板作製装置は一定膜厚を作製する度ごとに保守作業を行わなければならないので、基板の膜厚を厚くすると基板作製装置の稼動時間が実質的に短くなり、さらに基板作製コストが増大する。そこで、基板作製コストを抑える点からはP型AlwGa1-wAsキャリア移送層17の膜厚を薄く作製することが望ましい。したがって、P型AlwGa1-wAsキャリア移送層17のキャリア濃度を高くすることによって、電気抵抗を小さくする。このとき、キャリア濃度を1×1018(cm-3)以上になるように不純物を混入すると、所望の効果が得られる。所望の電気抵抗値を得るためのキャリア濃度値は、コンピュータシミュレーションによって、所望の条件で特性を測定して得ることができる。
【0029】
N型GaAsバッファ層13はエピタキシャル膜結晶性を良くするために設け、P型GaAsコンタクト層18は後に形成する上部電極30と複合半導体基板11との電気抵抗を低減するために設けるが、本発明における本質的構成ではないので、必ずしも設ける必要はない。
【0030】
各半導体層の膜厚は、例えばN型GaAsバッファ層13を0.3μm、N型AlxGa1-xAsクラッド層14を0.5μm、N型AlyGa1-yAs活性層15を1.0μm、N型AlzGa1-zAsクラッド層16を0.5μm、P型AlwGa1-wAsキャリア移送層17を1.0μm、P型GaAsコンタクト層18を0.1μm等とすることができるが、これらの数値に限定されるものではない。
【0031】
次に、N型AlyGa1-yAs活性層15の途中まで選択拡散する選択拡散領域19と、複合半導体基板11と後に形成する上部電極30のコンタクト領域20とに開口部を設けた拡散防止膜21を形成する。拡散防止膜21としては窒化シリコン等を使用することができる。ここでは、2000Å程度の膜厚の窒化シリコン膜を使用する。
【0032】
図2(b)に示すように、コンタクト領域20への不純物拡散を防ぐために、コンタクト領域20を覆って、拡散防止膜23を形成する。拡散防止膜23としてはアルミナ膜等を使用することができる。ここでは、2000Å程度の膜厚のアルミナ膜を使用する。
【0033】
次に、選択拡散領域19に不純物としてZnを選択的に拡散し、第2導電型半導体領域を構成するP型の不純物拡散領域24を形成する。不純物拡散は気相拡散法、固相拡散法等の方法で行う。図には示していないが、固相拡散法の場合には、拡散防止膜21,23を形成した複合半導体基板11上にZnO−SiO2等をスパッタ法等によって成膜し、続いて窒化シリコン等のキャップ膜を形成した後に650℃以上の炉中で加熱することによって、不純物Znを導入する。
【0034】
拡散の深さは拡散防止膜21,23の厚さ、加熱温度および加熱時間によって制御する。このようにして、拡散防止膜21および拡散防止膜23のどちらにも覆われていない選択拡散領域19に、発光層となるN型AlyGa1-yAs活性層15の途中まで不純物を拡散させる。
【0035】
図2(c)に示すように、選択拡散が終了した後、複合半導体基板11上に形成した膜のうち拡散防止膜21以外のすべての膜をエッチング等によって取り除く。このとき、エッチャントはバッファードふっ酸等を使用することができる。
【0036】
次に、各面発光型LEDの発光部を素子分離する。素子分離は複合半導体基板11をエッチングすることによって行う。基板上にホトレジスト等で各素子の形成領域にエッチングマスク25を形成した後に、例えばりん酸と過酸化水素水とを所望の割合で混合した水溶液中で上記各素子の形成領域以外の領域をエッチングする。この素子形成領域以外の領域が素子分離領域26となる。エッチングの深さは、P型AlwGa1-wAsキャリア移送層17よりも深ければ特に限定されない。図2(c)においては、N型AlzGa1-zAsクラッド層16の途中までエッチングしている。エッチングの後、エッチングマスク25を除去する。なお、この素子分離は、面発光型LEDアレイの場合に必要となるものである。
【0037】
図3(a)に示すように、絶縁膜27を形成する。絶縁膜27としては窒化シリコン等を使用することができる。ここでは、2000Å程度の膜厚の窒化シリコン膜を使用する。その後、絶縁膜27を貫通するコンタクトホール28をエッチング等によって形成する。このコンタクトホール28は、先に拡散防止膜21に形成したコンタクト領域20の開口部につながるもので、コンタクト領域20の開口部よりも大きく、より厳密に言えばコンタクトホール28がコンタクト領域20の開口部の全領域をカバーするように形成する。このようにすることによって、不純物拡散領域24および上部電極30のコンタクトの位置がホトリソマスクの1枚目である拡散防止膜21で決定されるので、2枚目以降のマスクプロセス(例えば絶縁膜27にコンタクトホール28を形成するプロセス)でマスク合わせのずれが生じても、不純物拡散領域24と上部電極30のコンタクトとの間の距離が一定に保たれることになる。不純物拡散領域24と上部電極30のコンタクトとの距離が各LEDでばらつくと、キャリア移送層17の電気抵抗が各LEDでばらつき、各LEDの発光出力のばらつきが大きくなる。
【0038】
コンタクトホール28をコンタクト領域20の開口部よりも大きくする理由を説明する。コンタクト領域20の開口部の大きさとコンタクトホール28の大きさとが異なる場合には、電極に形成されるコンタクトの位置は小さい方の位置(厳密には両者の重なる部分)によって決まる。このため、コンタクトホール28をコンタクト領域20よりも小さくした場合には、上部電極30のコンタクトの位置がコンタクトホール28の位置によって決まる。ここで、拡散防止膜21と絶縁膜27との間でマスク合わせのずれが生じると、拡散防止膜21で位置が決定される不純物拡散領域24と絶縁膜27で位置が決定されるコンタクトホール28との位置関係もずれてしまう。したがって、不純物拡散領域24と同じマスクで形成されるコンタクト領域20の開口部を小さくしておくことによって、不純物拡散領域24と上部電極30のコンタクトとの位置関係が一定に保たれる。
【0039】
図3(b)に示すように、上部電極30をリフトオフ法等の周知の方法で形成する。上部電極30の材料はP型GaAsコンタクト層18とオーミック接続される材料ならば特に限定されず、Au/Zn/Au等を使用することができる。上部電極30は、絶縁膜27によって複合半導体基板11と絶縁される。
【0040】
次に、裏面電極31を形成する。裏面電極31の材料はN型GaAs基板12とオーミック接続される材料ならば特に限定されず、AuGe/Ni/Au等を使用することができる。
【0041】
このようにして得られた本発明の面発光型LEDにおいては、上部電極30から供給されるキャリアの大部分が、P型GaAsコンタクト層18を縦に通り抜けてP型AlwGa1-wAsキャリア移送層17を横に移動し、P型AlwGa1-wAsキャリア移送層17の不純物拡散領域24およびN型AlzGa1-zAsクラッド層16の不純物拡散領域24を経由して、N型AlyGa1-yAs活性層15の不純物拡散領域24へと流れる。
【0042】
N型AlzGa1-zAsクラッド層16とP型AlwGa1-wAsキャリア移送層17の不純物拡散領域24とのバンド不連続の大きさが、N型AlyGa1-yAs活性層15のpn接合の障壁よりも大きいので、キャリアがP型AlwGa1-wAsキャリア移送層17の不純物拡散領域24からN型AlzGa1-zAsクラッド層16へ伝播することなく、N型AlyGa1-yAs活性層15のpn接合部に注入される。これによって、N型AlyGa1-yAs活性層15のpn接合部において電子−ホールの発光再結合が生じ、発光する。
【0043】
最後に、図には示していないが、所定のダイシングを行う。すなわち、図2および図3に示した工程によって得られた本発明の面発光型LEDを複数形成し終えた複合半導体基板11をLED相互間の図示しない分割線に沿ってダイシングして、複数個の面発光型LEDを得る。面発光型LEDアレイの場合には、面発光型LEDがアレイ状に配列された本発明の面発光型LEDアレイを複数形成し終えた複合半導体基板11をLEDアレイ相互間の図示しない分割線に沿ってダイシングして、複数個の面発光型LEDアレイを得る。
【0044】
( 第2の実施の形態 )
本発明の第2の実施の形態における面発光型LEDの外部構造は、図1に示されるごとくである。図4および図5は、本発明の第2の実施の形態における面発光型LEDの製造工程を示す上面図およびA−A’断面図である。第2の実施の形態における面発光型LEDの外部構造を示す図として第1の実施の形態と同じ図1を用いているが、図1には示していない内部構造や製造工程において、第1の実施の形態とは異なっている。図1、図4および図5においては、面発光型LEDを3素子表わしている。
【0045】
図1、図4および図5においては、発明を理解することができる程度に各構成成分の寸法、形状および配置関係を概略的に示してある。また、各図において同様の構成部分については同一の番号を付して示してある。
【0046】
図1に示した面発光型LED10は面発光型LEDアレイの一部分であり、複合半導体基板11に形成された面発光型LED10を3素子表わしている。それぞれの面発光型LED10には上部電極30が形成されており、また、図には示していないが、複合半導体基板11の裏面には裏面電極が形成されている。
【0047】
図4および図5を用いて、第2の実施の形態における面発光型LEDの製造工程を説明する。図4(a)に示すように、第1導電型半導体基板を構成するN型GaAs(100)基板12上に、N型GaAsバッファ層13と、第1の層を構成するN型AlxGa1-xAsクラッド層14と、発光層となる第2の層を構成するN型AlyGa1-yAs活性層15と、第3の層を構成するN型AlzGa1-zAsクラッド層16と、N型GaAsコンタクト層37とを順次エピタキシャル成長させて、複合半導体基板11を形成する。
【0048】
ここでyを0.15とすると、室温における発光波長が760nmのLEDになる。AlGaAs半導体はAlの組成比が大きくなるとバンドギャップが大きくなるので、N型AlxGa1-xAsクラッド層14およびN型AlzGa1-zAsクラッド層16のAl組成比をN型AlyGa1-yAs活性層15のAl組成比よりも大きくするために、ここではx=z=0.4とする。ただし、必ずしもx=zである必要はなく、それぞれがyよりも大きい値であれば良い。
【0049】
また、N型GaAsバッファ層13はエピタキシャル膜結晶性を良くするために設け、N型GaAsコンタクト層37は後に形成する上部電極30と複合半導体基板11との電気抵抗を低減するために設けるが、本発明における本質的構成ではないので、必ずしも設ける必要はない。
【0050】
各半導体層の膜厚は、例えばN型GaAsバッファ層13を0.3μm、N型AlxGa1-xAsクラッド層14を0.5μm、N型AlyGa1-yAs活性層15を1.0μm、N型AlzGa1-zAsクラッド層16を1.5μm、N型GaAsコンタクト層37を0.1μm等とすることができるが、これらの数値に限定されるものではない。
【0051】
次に、N型AlzGa1-zAsクラッド層16の途中まで選択拡散する選択拡散領域39に窓を開けた拡散防止膜21を形成する。拡散防止膜21としては窒化シリコン等を使用することができる。ここでは、2000Å程度の膜厚の窒化シリコン膜を使用する。
【0052】
図4(b)に示すように、N型AlyGa1-yAs活性層15の途中まで選択拡散する選択拡散領域40に開口部を設けた拡散制御膜43を形成する。拡散制御膜43としてはアルミナ膜等を使用することができる。ここでは、100Å程度の膜厚のアルミナ膜を使用する。
【0053】
図4(c)に示すように、選択拡散領域39,40に不純物としてZnを選択的に拡散し、第2導電型半導体領域を構成するP型の不純物拡散領域44を形成する。不純物拡散は気相拡散法、固相拡散法等の方法で行う。図には示していないが、固相拡散法の場合には、拡散防止膜21および拡散制御膜43を形成した複合半導体基板11上にZnO−SiO2等をスパッタ法等によって成膜し、続いて窒化シリコン等のキャップ膜を形成した後に650℃以上の炉中で加熱することによって、不純物Znを導入する。
【0054】
拡散の深さは拡散制御膜43の厚さ、加熱温度および加熱時間によって制御する。これによって、拡散防止膜21で覆われている領域では不純物拡散が進行せず、拡散防止膜21がなく拡散制御膜43のみで覆われている領域では拡散が浅くなり、拡散防止膜21および拡散制御膜43のいずれにも覆われていない領域では拡散が深くなるので、所望の拡散形状を得ることができる。
【0055】
すなわち、拡散が深い領域ではN型AlyGa1-yAs活性層15の途中まで不純物が拡散して第2導電型半導体領域のうちの発光部となる第2の領域を形成し、拡散が浅い領域ではN型AlzGa1-zAsクラッド層16の途中まで不純物が拡散して第2導電型半導体領域のうち発光部とならない第1の領域を形成することができる。
【0056】
図5(a)に示すように、選択拡散が終了した後、複合半導体基板11上に形成したすべての膜をエッチング等によって取り除く。このとき、エッチャントはバッファードふっ酸等を使用することができる。
【0057】
次に、各面発光型LEDの発光部を素子分離する。素子分離は複合半導体基板11をエッチングすることによって行う。基板上にホトレジスト等で各素子の形成領域にエッチングマスク25を形成した後に、例えばりん酸と過酸化水素水とを所望の割合で混合した水溶液中で上記各素子の形成領域以外の領域をエッチングする。この素子形成領域以外の領域が素子分離領域46となる。エッチングの深さは、N型GaAsコンタクト層37よりも深ければ特に限定されない。図5(a)においては、N型AlzGa1-zAsクラッド層16の途中までエッチングしている。エッチングの後、エッチングマスク25を除去する。なお、この素子分離は、面発光型LEDアレイの場合に必要となるものである。
【0058】
図5(b)に示すように、絶縁膜27を形成し、次に絶縁膜27を貫通するコンタクトホール48をエッチング等によって形成する。コンタクトホール48を形成する位置は、後に形成する上部電極30のコンタクトの端部と発光部である不純物拡散領域44のうち拡散の深い領域の端部とが重ならないように、基板作製装置の誤差を考慮して形成する。このためには、素子分離領域46をエッチングで形成するときに、不純物拡散領域44のうち拡散の浅い領域の長さを充分に確保する必要がある。すなわち、図4(b)において拡散制御膜43を形成するときに浅く拡散する領域の長さを充分に設定し、図5(a)において素子分離を行うときに素子形成領域が充分に長く残るようにエッチングを行うことが必要である。
【0059】
図5(c)に示すように、上部電極30をリフトオフ法等の周知の方法で形成する。上部電極30の材料は不純物拡散領域44のP型GaAsコンタクト層とオーミック接続される材料ならば特に限定されず、Au/Zn/Au等を使用することができる。上部電極30は、絶縁膜27によって複合半導体基板11と絶縁される。
【0060】
次に、裏面電極31を形成する。裏面電極31の材料はN型GaAs基板12とオーミック接続される材料ならば特に限定されず、AuGe/Ni/Au等を使用することができる。
【0061】
このようにして得られた本発明の面発光型LEDにおいては、上部電極30から供給されるキャリアが、N型AlzGa1-zAsクラッド層16の不純物拡散領域44中を伝播し、N型AlyGa1-yAs活性層15の不純物拡散領域44へと流れる。
【0062】
N型AlzGa1-zAsクラッド層16のバンドギャップは、N型AlyGa1-yAs活性層15のバンドギャップよりも大きいので、キャリアはN型AlzGa1-zAsクラッド層16のpn接合部を超えて不純物拡散領域44からN型AlzGa1-zAsクラッド層16へ伝播することなく、N型AlyGa1-yAs活性層15のpn接合部に注入される。このN型AlyGa1-yAs活性層15のpn接合部において、電子−ホールの発光再結合が生じ、発光する。
【0063】
最後に、図には示していないが、所定のダイシングを行う。すなわち、図4および図5に示した工程によって得られた本発明の面発光型LEDを複数形成し終えた複合半導体基板11をLED相互間の図示しない分割線に沿ってダイシングして、複数個の面発光型LEDを得る。面発光型LEDアレイの場合には、面発光型LEDがアレイ状に配列された本発明の面発光型LEDアレイを複数形成し終えた複合半導体基板11をLEDアレイ相互間の図示しない分割線に沿ってダイシングして、複数個の面発光型LEDアレイを得る。
【0064】
( 第3の実施の形態 )
図6は、本発明の第3の実施の形態における面発光型LEDの外部構造を示す斜視図である。図7は、本発明の第3の実施の形態における面発光型LEDの製造工程を示す上面図およびA−A’断面図である。図6および図7においては、面発光型LEDを3素子表わしているが、素子数はこれに限られない。
【0065】
図6および図7においては、発明を理解することができる程度に各構成成分の寸法、形状および配置関係を概略的に示してある。また、各図において同様の構成部分については同一の番号を付して示してある。
【0066】
図6に示した面発光型LED10は面発光型LEDアレイの一部分であり、複合半導体基板11に形成された面発光型LED10を3素子表わしている。それぞれの面発光型LED10には、LEDの各素子に共通の第1電極50およびLEDの各素子に個別の第2電極30が形成されている。
【0067】
第3の実施の形態における面発光型LEDの製造工程の途中までは、図2および図3(a)に示した第1の実施の形態における製造工程とほぼ同様であり、図7に示した製造工程は図3(a)以降の工程を示す。したがって、図2および図3(a)に示した部分の工程ならびにダイシングの工程については説明を省略する。
【0068】
また、第1の実施の形態においては第1導電型半導体基板を構成するN型GaAs基板12を用いたが、第3の実施の形態においては、第1導電型半導体基板、第2導電型半導体基板および半絶縁性半導体基板のうちのいずれかを用いることができる。ここでは、第1導電型半導体基板であるN型GaAs基板12を用いる場合について説明するが、他の基板を用いる場合についても同様である。
【0069】
図7を用いて、第3の実施の形態における面発光型LEDの製造工程のうち、第1の実施の形態と異なる部分について説明する。図2および図3(a)に示した工程の後、図7(a)に示すように、第2電極を構成する上部電極30を第1の実施の形態と同様の方法、材料等で形成する。以降、上部電極30を第2電極30と記述する。
【0070】
図7(b)に示すように、第1電極形成予定領域51の絶縁膜27をエッチング等の周知の方法で除去する。第1電極形成予定領域51は、不純物拡散領域24および第2電極30のコンタクト部分のどちらとも接触しないように決定する。次に、第1電極50と電気的に接続されるN型半導体層またはN型半導体基板、すなわちN型GaAsバッファ層13、N型AlxGa1-xAsクラッド層14、N型AlyGa1-yAs活性層15およびN型AlzGa1-zAsクラッド層16、N型GaAs基板12のうちいずれかを露出させるために、所望の層または基板に到達するまで第1電極形成予定領域51にエッチング等を行う。図7(b)においては、N型GaAs基板12の途中までエッチングしている。
【0071】
ここで、N型GaAs基板12ではなく第2導電型半導体基板であるP型半導体基板または半絶縁性半導体基板を用いた場合には、第1電極50はこれらの基板とは接続されず、N型半導体層であるN型GaAsバッファ層13、N型AlxGa1-xAsクラッド層14、N型AlyGa1-yAs活性層15およびN型AlzGa1-zAsクラッド層16のうちいずれかと接続される。
【0072】
図7(c)に示すように、第1電極形成予定領域51内に第1電極50をリフトオフ法等の周知の方法で形成する。第1電極50の材料は接続されるN型半導体層またはN型半導体基板とオーミック接続される材料ならば特に限定されず、AuGe/Ni/Au等を使用することができる。図7(c)においては、第1電極50はN型GaAs基板12と接続されている。
【0073】
このようにして得られた本発明の面発光型LEDにおいては、第1電極50がN型GaAs基板12、N型GaAsバッファ層13、N型AlxGa1-xAsクラッド層14およびN型AlyGa1-yAs活性層15のうちのいずれかと接続されているときには、第1の実施の形態と同様に動作する。また、第1電極50がN型AlzGa1-zAsクラッド層16と接続されているときには、N型AlzGa1-zAsクラッド層16のバンドギャップをN型AlyGa1-yAs活性層15のバンドギャップよりも大きくすることによって、pn接合の障壁がN型AlyGa1-yAs活性層15のpn接合の障壁よりも大きくなり、キャリアがN型AlyGa1-yAs活性層15のpn接合部に注入されて、電子−ホールの再結合が生じ、発光する。
【0074】
第1電極50を接続する基板または層の選択については、エッチングの深さも影響する。N型GaAs基板12までエッチングする場合には、第1電極50に接続される配線を表面に引き出す際の段差が大きいので断線の可能性があり、エッチングの幅も深さに応じて広くなるが、N型GaAs基板12はN型半導体層よりも厚く形成されているので、エッチング深さを容易に決めることができる。一方、N型半導体層であるN型GaAsバッファ層13、N型AlxGa1-xAsクラッド層14、N型AlyGa1-yAs活性層15およびN型AlzGa1-zAsクラッド層16のうちいずれかまでエッチングする場合には、膜厚が薄くエッチング深さを正確に決めるのは困難であるが、断線の可能性は低い。これらの点を考慮して、最適なエッチング深さ、すなわち第1電極50と接続する層または基板を決定することが望ましい。
【0075】
( 第4の実施の形態 )
本発明の第4の実施の形態における面発光型LEDの外部構造は、図6に示されるごとくである。図8は、本発明の第4の実施の形態における面発光型LEDの製造工程を示す上面図およびA−A’断面図である。第4の実施の形態における面発光型LEDの外部構造を示す図として第3の実施の形態と同じ図6を用いているが、図6には示していない内部構造や製造工程において、第3の実施の形態とは異なっている。図6および図8においては、面発光型LEDを3素子表わしているが、素子数はこれに限られない。
【0076】
図6および図8においては、発明を理解することができる程度に各構成成分の寸法、形状および配置関係を概略的に示してある。また、各図において同様の構成部分については同一の番号を付して示してある。
【0077】
図6に示した面発光型LED10は面発光型LEDアレイの一部分であり、複合半導体基板11に形成された面発光型LED10を3素子表わしている。それぞれの面発光型LED10には、LEDの各素子に共通の第1電極50およびLEDの各素子に個別の第2電極30が形成されている。
【0078】
第4の実施の形態における面発光型LEDの製造工程の途中までは、図4、図5(a)および図5(b)に示した第2の実施の形態における製造工程とほぼ同様であり、図8に示した製造工程は図5(b)以降の工程を示す。したがって、図4、図5(a)および図5(b)に示した部分の工程ならびにダイシングの工程については説明を省略する。
【0079】
また、第2の実施の形態においては第1導電型半導体基板を構成するN型GaAs基板12を用いたが、第4の実施の形態においては、第1導電型半導体基板、第2導電型半導体基板および半絶縁性半導体基板のうちのいずれかを用いることができる。ここでは、第1導電型半導体基板であるN型GaAs基板12を用いる場合について説明するが、他の基板を用いる場合についても同様である。
【0080】
図8を用いて、第4の実施の形態における面発光型LEDの製造工程のうち、第2の実施の形態と異なる部分について説明する。図4、図5(a)および図5(b)に示した工程の後、図8(a)に示すように、第2電極を構成する上部電極30を第2の実施の形態と同様の方法、材料等で形成する。以降、上部電極30を第2電極30と記述する。
【0081】
図8(b)に示すように、第1電極形成予定領域51の絶縁膜27をエッチング等の周知の方法で除去する。第1電極形成予定領域51は、不純物拡散領域44および第2電極30のコンタクト部分のどちらとも接触しないように決定する。次に、第1電極50と電気的に接続されるN型半導体層またはN型半導体基板、すなわちN型GaAsバッファ層13、N型AlxGa1-xAsクラッド層14、N型AlyGa1-yAs活性層15およびN型AlzGa1-zAsクラッド層16、N型GaAs基板12のうちいずれかを露出させるために、所望の層または基板に到達するまでエッチング等を行う。図8(b)においては、N型GaAs基板12の途中までエッチングしている。
【0082】
ここで、N型GaAs基板12ではなく第2導電型半導体基板であるP型半導体基板または半絶縁性半導体基板を用いた場合には、第1電極50はこれらの基板とは接続されず、N型半導体層であるN型GaAsバッファ層13、N型AlxGa1-xAsクラッド層14、N型AlyGa1-yAs活性層15およびN型AlzGa1-zAsクラッド層16のうちいずれかと接続される。
【0083】
また、N型GaAsコンタクト層37を第1電極50と電気的に接続させることもできるが、N型GaAsコンタクト層37はN型AlyGa1-yAs活性層15よりもバンドギャップが小さくpn接合障壁が低いので、この場合にはN型GaAsコンタクト層37を、第1電極50を形成する部分と第2電極30のコンタクト部分および不純物拡散領域44を形成する部分とに電気的に分離する必要がある。
【0084】
図8(c)に示すように、第1電極形成予定領域51内に第1電極50をリフトオフ法等の周知の方法で形成する。第1電極50の材料は接続されるN型半導体層またはN型半導体基板とオーミック接続される材料ならば特に限定されず、AuGe/Ni/Au等を使用することができる。図8(c)においては、第1電極50はN型GaAs基板12と接続されている。
【0085】
このようにして得られた本発明の面発光型LEDにおいては、第1電極50がN型GaAs基板12、N型GaAsバッファ層13、N型AlxGa1-xAsクラッド層14およびN型AlyGa1-yAs活性層15のうちのいずれかと接続されているときには、第2の実施の形態と同様に動作する。また、第1電極50がN型AlzGa1-zAsクラッド層16と接続されているときには、N型AlzGa1-zAsクラッド層16のバンドギャップをN型AlyGa1-yAs活性層15のバンドギャップよりも大きくすることによって、pn接合の障壁がN型AlyGa1-yAs活性層15のpn接合の障壁よりも大きくなり、キャリアがN型AlyGa1-yAs活性層15のpn接合部に注入されて、電子−ホールの再結合が生じ、発光する。
【0086】
第1電極50を接続する基板または層の選択については、エッチングの深さも影響する。N型GaAs基板12までエッチングする場合には、第1電極50に接続される配線を表面に引き出す際の段差が大きいので断線の可能性があり、エッチングの幅も深さに応じて広くなるが、N型GaAs基板12はN型半導体層よりも厚く形成されているので、エッチング深さを容易に決めることができる。一方、N型半導体層であるN型GaAsバッファ層13、N型AlxGa1-xAsクラッド層14、N型AlyGa1-yAs活性層15およびN型AlzGa1-zAsクラッド層16のうちいずれかまでエッチングする場合には、膜厚が薄くエッチング深さを正確に決めるのは困難であるが、断線の可能性は低い。これらの点を考慮して、最適なエッチング深さ、すなわち第1電極50と接続する層または基板を決定することが望ましい。
【0087】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1に係る発明は、発光部となる第2導電型半導体領域とキャリアを供給する上部電極のコンタクト部分とが複合半導体基板の上面から見て離れた位置に形成されていることによって、発光部分と上部電極とが重ならず、従来の面発光型LEDでは上部電極で遮光されていた光を外部に出力することができ、従来の面発光型LEDと比較して発光出力の効率を高くすることができるという効果を有する。
【0088】
請求項2に係る発明は、第2導電型半導体領域のうち発光部とならない第1の領域とキャリアを供給する上部電極のコンタクト部分とが重なる位置に形成され、第2導電型半導体領域のうち発光部となる第2の領域と上部電極のコンタクト部分とが複合半導体基板の上面から見て離れた位置に形成され、第1の領域と第2の領域とが接触していることによって、発光部分と上部電極とが重ならず、従来の面発光型LEDでは上部電極で遮光されていた光を外部に出力することができ、従来の面発光型LEDと比較して発光出力の効率を高くすることができるという効果を有する。また、第2導電型半導体領域の第1の領域がキャリアを上部電極から発光部分である第2の領域に伝導することによって、請求項1に係る発明と比較して、複合半導体基板に第2導電型半導体膜が不要となるという効果を有する。
【0089】
請求項3に係る発明は、請求項1において複合半導体基板の裏面に形成されていた電極が基板上面に形成されていることによって、面発光型LEDの基板への実装時の自由度が向上し、使用する基板の種類も第1導電型半導体基板のみならず第2導電型半導体基板または半絶縁性半導体基板を用いることができるという効果を有する。
【0090】
請求項4に係る発明は、請求項2において複合半導体基板の裏面に形成されていた電極が基板上面に形成されていることによって、面発光型LEDの基板への実装時の自由度が向上し、使用する基板の種類も第1導電型半導体基板のみならず第2導電型半導体基板または半絶縁性半導体基板を用いることができるという効果を有する。
【0091】
請求項5に係る発明は、第2導電型半導体領域を不純物拡散領域とすることによって、第2導電型半導体領域が容易に形成されるという効果を有する。
【0092】
請求項6に係る発明は、請求項1ないし請求項5に係る発明における面発光型LEDがアレイ状に配列されていることによって、個々の面発光型LEDに電極の加工精度のばらつきがあったとしても発光出力には影響せず、発光出力のばらつきを補正するための電流値の制御機構等を設ける必要がなく、コストの増加を招くことなく発光出力の均一性の良い面発光型LEDアレイが得られるという効果を有する。
【0093】
請求項7に係る発明は、発光部となる第2導電型半導体領域とキャリアを供給する上部電極のコンタクト部分とを複合半導体基板の上面から見て離れた位置に形成する際に、それぞれを形成する位置を同一の工程で決めることによって、マスク合わせずれがあったとしても影響を受けず、電極の加工精度を上げることなく発光部分と上部電極との重なりを防ぎ、従来の面発光型LEDでは上部電極で遮光されていた光を外部に出力することができ、従来の面発光型LEDの製造工程と比較して製造工程の複雑化やコストの増加を招くことなく発光出力の効率を高くすることができるという効果を有する。
【0094】
請求項8に係る発明は、第2導電型半導体領域のうち発光部とならない第1の領域とキャリアを供給する上部電極のコンタクト部分とを重なる位置に形成し、第2導電型半導体領域のうち発光部となる第2の領域と上部電極のコンタクト部分とを複合半導体基板の上面から見て離れた位置に形成し、第1の領域と第2の領域とを同一の工程で製造して接触させることによって、電極の加工精度を上げることなく発光部分と上部電極との重なりを防ぎ、従来の面発光型LEDでは上部電極で遮光されていた光を外部に出力することができ、従来の面発光型LEDの製造工程と比較して製造工程の複雑化やコストの増加を招くことなく発光出力の効率を高くすることができるという効果を有する。また、第2導電型半導体領域の第1の領域がキャリアを上部電極から発光部分である第2の領域に伝導することによって、請求項5に係る発明と比較して、複合半導体基板に第2導電型半導体膜の形成が不要となるという効果を有する。
【0095】
請求項9に係る発明は、請求項7において複合半導体基板の裏面に形成する電極を基板上面に形成することによって、面発光型LEDの基板への実装時の自由度が向上し、使用する基板の種類も第1導電型半導体基板のみならず第2導電型半導体基板または半絶縁性半導体基板を用いることができるという効果を有する。
【0096】
請求項10に係る発明は、請求項8において複合半導体基板の裏面に形成する電極を基板上面に形成することによって、面発光型LEDの基板への実装時の自由度が向上し、使用する基板の種類も第1導電型半導体基板のみならず第2導電型半導体基板または半絶縁性半導体基板を用いることができるという効果を有する。
【0097】
請求項11に係る発明は、第2導電型半導体領域を不純物拡散で形成することによって、第2導電型半導体領域を容易に形成することができるという効果を有する。
【0098】
請求項12に係る発明は、請求項7ないし請求項11に係る発明における面発光型LEDをアレイ状に配列して製造することによって、個々の面発光型LEDに電極の加工精度のばらつきがあったとしても発光出力には影響せず、発光出力のばらつきを補正するための電流値の制御機構等を設ける必要がなく、コストの増加を招くことなく発光出力の均一性の良い面発光型LEDアレイを製造することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態および第2の実施の形態における面発光型LEDの外部構造を示す斜視図
【図2】 本発明の第1の実施の形態における面発光型LEDの製造工程を示す上面図およびA−A’断面図
【図3】 本発明の第1の実施の形態における面発光型LEDの製造工程を示す上面図およびA−A’断面図
【図4】 本発明の第2の実施の形態における面発光型LEDの製造工程を示す上面図およびA−A’断面図
【図5】 本発明の第2の実施の形態における面発光型LEDの製造工程を示す上面図およびA−A’断面図
【図6】 本発明の第3の実施の形態および第4の実施の形態における面発光型LEDの外部構造を示す斜視図
【図7】 本発明の第3の実施の形態における面発光型LEDの製造工程を示す上面図およびA−A’断面図
【図8】 本発明の第4の実施の形態における面発光型LEDの製造工程を示す上面図およびA−A’断面図
【図9】 従来例における面発光型LEDの構造を示す断面図
【符号の説明】
10 面発光型LED、11 複合半導体基板、12 N型GaAs基板、13 N型GaAsバッファ層、14 N型AlxGa1-xAsクラッド層、15 N型AlyGa1-yAs活性層、16 N型AlzGa1-zAsクラッド層、17 P型AlwGa1-wAsキャリア移送層、18 P型GaAsコンタクト層、19,39,40 選択拡散領域、24,44 不純物拡散領域、20 コンタクト領域、21,23 拡散防止膜、25 エッチングマスク、26,46 素子分離領域、27 絶縁膜、28,48 コンタクトホール、30 上部電極(第2電極)、31 裏面電極、37 N型GaAsコンタクト層、43 拡散制御膜、 50 第1電極、 51 第1電極形成予定領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical semiconductor device, and more particularly to a communication LED.
[0002]
[Prior art]
A typical example of a conventional communication LED is a surface emitting LED. In general, a surface-emitting LED has a structure in which current concentrates directly under an electrode and emits the strongest light, and the electrode covers a region immediately under the electrode where light emission is strong, resulting in poor light extraction efficiency to the outside. There is a problem. In order to avoid this, a surface-emitting LED in which an electric current is made to flow in a region shifted from immediately below the electrode is, for example, written by Toshiaki Ikoma, Takashi Kawatoda, Fumio Hasegawa, “Electronic Materials Series Gallium Arsenide” Maruzen Co., Ltd. (1988) 168, 169 (hereinafter referred to as document 1).
[0003]
FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views showing the structure of the surface-emitting LED shown in Document 1.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The surface-emitting LEDs as shown in FIGS. 9A to 9C must be accurately formed at positions where the upper electrode and the rear electrode are shifted from the light-emitting portion, which complicates the manufacturing process and increases the cost. There is a problem of inviting. In addition, in the GaAs / AlGaAs type surface emitting LED as shown in FIG. 9A, the GaAs substrate is opaque to the light output, so that the efficiency of the light emission output is increased in order to increase the efficiency of the light emission output. There is a problem in that the substrate must be deeply etched, which increases the number of manufacturing steps.
[0005]
Further, in the surface-emitting LED array in which such surface-emitting LEDs are arranged in an array, if the processing accuracy when forming the electrodes of each LED is low, the ratio of light shielding for each LED due to dimensional variation of the electrodes However, in order to correct this variation, it is necessary to provide a circuit for separately controlling the current value to be supplied to each LED. There is a problem that it increases.
[0006]
Furthermore, there is a problem that the light emission output varies for each element due to mask misalignment in the manufacturing process of the surface emitting LED and the surface emitting LED array.
[0007]
In view of such a point, the present invention provides a surface-emitting LED having a high light-emission output efficiency, a surface-emitting LED array in which variations in light-emission output are reduced using the surface-emitting LED, and a method for manufacturing the same. With the goal.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a surface emitting LED according to the present invention is formed on a first conductivity type semiconductor substrate. , Including a layer that becomes a light emitting layer and two layers that are located outside and have a larger band gap At least three layers of a first conductivity type semiconductor film are formed, and at least one second conductivity type semiconductor film is formed on the first conductivity type semiconductor film, a predetermined region on the upper surface of the composite semiconductor substrate is Of one conductivity type semiconductor film Layer to be the light emitting layer The second conductivity type semiconductor region reaching the middle of By impurity diffusion A back electrode formed and electrically connected to the first conductivity type semiconductor substrate is formed on the lower surface of the composite semiconductor substrate, and an upper electrode electrically connected to the second conductivity type semiconductor region is the composite semiconductor Formed in a predetermined region on the upper surface of the substrate, and viewed from a direction perpendicular to the surface of the composite semiconductor substrate, the second conductivity type semiconductor region serving as a light emitting portion and the upper electrode are formed at a distance from each other. .
[0010]
The surface-emitting LED according to the present invention is formed on any one of the first conductive semiconductor substrate, the second conductive semiconductor substrate, and the semi-insulating semiconductor substrate. Includes a layer that becomes a light emitting layer and two layers that are located outside and have a larger band gap At least three layers of a first conductivity type semiconductor film are formed, and at least one second conductivity type semiconductor film is formed on the first conductivity type semiconductor film, a predetermined region on the upper surface of the composite semiconductor substrate is Of one conductivity type semiconductor film Layer to be the light emitting layer The second conductivity type semiconductor region reaching the middle of By impurity diffusion A first electrode formed and electrically connected to the three-layer first conductive semiconductor film is formed in a predetermined region on the upper surface of the composite semiconductor substrate, and is electrically connected to the second conductive semiconductor region. A second electrode is formed in a predetermined region on the upper surface of the composite semiconductor substrate, and when viewed from a direction perpendicular to the surface of the composite semiconductor substrate, the second conductivity type semiconductor region serving as a light emitting portion, the second electrode, The first electrodes are formed at positions separated from each other.
[0012]
The method for manufacturing a surface-emitting LED according to the present invention includes a first step of sequentially stacking at least three layers of a first conductive semiconductor film on a first conductive semiconductor substrate, and the first step. A second step of stacking at least one second conductive type semiconductor film on the first conductive type semiconductor film; a second conductive type semiconductor region serving as a light emitting portion; and a second conductive type semiconductor region electrically connected to the second conductive type semiconductor region The upper electrode to be connected is formed on the upper surface of the composite semiconductor substrate formed by the first step and the second step at a position apart from the direction perpendicular to the surface of the composite semiconductor substrate. So as to position Diffusion prevention film with opening And a region positioned in the third step on the upper surface of the composite semiconductor substrate. Region corresponding to the light emitting part In addition, the second conductivity type semiconductor region that reaches the middle of the first conductivity type semiconductor film through the second conductivity type semiconductor film By impurity diffusion A fourth step of forming, a fifth step of forming a back electrode electrically connected to the first conductivity type semiconductor substrate on a lower surface of the composite semiconductor substrate, and a third step of the upper surface of the composite semiconductor substrate. Area positioned in the process of Of the region corresponding to the upper electrode And forming a first layer in order from the side close to the first conductivity type semiconductor substrate, and a second layer. Forming the third layer, and forming the band gap of the third layer to be smaller than the band gap of the first layer so that the band gap of the third layer is the second layer. And adjusting the composition to be larger than the band gap of the second step, the second step, Forming at least one second-conductivity-type semiconductor film and contacting an uppermost layer of the first-conductivity-type semiconductor film; Forming a fourth layer, and adjusting the composition so that the band gap of the fourth layer is larger than the band gap of the second layer, and the fourth step includes the steps of: Forming a second conductivity type semiconductor region so as to reach the middle of the second layer;
[0014]
In the method for manufacturing a surface-emitting LED according to the present invention, at least three layers of the first conductive semiconductor film are formed on any one of the first conductive semiconductor substrate, the second conductive semiconductor substrate, and the semi-insulating semiconductor substrate. A first step of sequentially stacking, a second step of stacking at least one second conductive type semiconductor film on the first conductive type semiconductor film stacked by the first step, and a light emitting portion A second conductive type semiconductor region and a second electrode electrically connected to the second conductive type semiconductor region are formed on the upper surface of the composite semiconductor substrate formed by the first step and the second step. For positioning so as to be formed away from the direction perpendicular to the surface of the composite semiconductor substrate Diffusion prevention film with opening And a region positioned in the third step on the upper surface of the composite semiconductor substrate. Region corresponding to the light emitting part In addition, the second conductivity type semiconductor region that reaches the middle of the first conductivity type semiconductor film through the second conductivity type semiconductor film By impurity diffusion A fourth step of forming and electrically connecting to one of the at least three layers of the first conductive type semiconductor film or the first conductive type semiconductor substrate in a predetermined region on the upper surface of the composite semiconductor substrate; A region positioned in the fifth step of forming the first electrode and the third step on the upper surface of the composite semiconductor substrate Region corresponding to the second electrode A sixth step of forming the second electrode, wherein the first step is performed on any one of the first conductive semiconductor substrate, the second conductive semiconductor substrate, and the semi-insulating semiconductor substrate. The step of forming the first layer, the step of forming the second layer, the step of forming the third layer, the band gap of the second layer, and the band gap of the first layer in order from the adjacent side And adjusting the composition so that the band gap of the third layer is larger than the band gap of the second layer, and the second step comprises: Forming at least one second-conductivity-type semiconductor film and contacting an uppermost layer of the first-conductivity-type semiconductor film; Forming a fourth layer, and adjusting the composition so that the band gap of the fourth layer is larger than the band gap of the second layer, and the fourth step includes the steps of: Forming a second conductivity type semiconductor region so as to reach the middle of the second layer, and the fifth step includes the second electrode of the second conductivity type semiconductor region and the second electrode. Forming in a distant region.
[0017]
The surface-emitting LED or the method of manufacturing the surface-emitting LED according to the present invention can be applied to a surface-emitting LED array in which the surface-emitting LEDs are arranged in an array.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the first to fourth embodiments, the structure of the surface-emitting LED of the present invention and the manufacturing method thereof will be described. However, the structure of the surface-emitting LED array of the present invention and the manufacturing method thereof will be described. The surface-emitting LEDs described in the fourth embodiment are arranged in an array.
[0019]
In the first to fourth embodiments, the first conductivity type is N-type and the second conductivity type is P-type. However, the first conductivity type is P-type and the second conductivity type is N-type. Can also be realized in the same manner. When the first conductivity type is P-type and the second conductivity type is N-type, S, Se, Sn, etc. can be used as impurities.
[0020]
In the first to fourth embodiments, the case where the second conductive type semiconductor region is formed by selective diffusion of impurities will be described. However, the method for forming the second conductive type semiconductor region is not limited to this, It can be realized by other methods such as ion implantation.
[0021]
Furthermore, specific methods and composition ratios such as diffusion and layer formation described in the first to fourth embodiments, composition ratios, concentrations, film thicknesses, impurities, and the like are not limited thereto.
[0022]
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing the external structure of a surface-emitting LED according to the first embodiment of the present invention. 2 and 3 are a top view and a cross-sectional view taken along line AA ′ showing a manufacturing process of the surface-emitting LED according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3, three elements of a surface emitting LED are shown.
[0023]
In FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3, the dimensions, shapes, and arrangement relationships of the respective components are schematically shown to such an extent that the invention can be understood. Moreover, in each figure, the same number is attached | subjected and shown about the same component.
[0024]
A surface-emitting LED 10 shown in FIG. 1 is a part of a surface-emitting LED array, and represents three elements of the surface-emitting LED 10 formed on the composite semiconductor substrate 11. Each surface-emitting LED 10 has an upper electrode 30 formed thereon, and a back electrode is formed on the back surface of the composite semiconductor substrate 11 (not shown).
[0025]
A manufacturing process of the surface-emitting LED according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2 (a), an N-type GaAs buffer layer 13 and an N-type Al constituting the first layer are formed on an N-type GaAs (100) substrate 12 constituting the first conductive semiconductor substrate. x Ga 1-x N-type Al constituting the As cladding layer 14 and the second layer to be the light emitting layer y Ga 1-y As active layer 15 and N-type Al constituting the third layer z Ga 1-z As cladding layer 16 and P-type Al constituting the fourth layer w Ga 1-w The As carrier transport layer 17 and the P-type GaAs contact layer 18 are sequentially epitaxially grown to form the composite semiconductor substrate 11.
[0026]
Here, when y is 0.15, an LED having an emission wavelength at room temperature of 760 nm is obtained. Since the band gap increases as the Al composition ratio increases in AlGaAs semiconductors, N-type Al x Ga 1-x As cladding layer 14 and N-type Al z Ga 1-z The Al composition ratio of the As cladding layer 16 is N-type Al. y Ga 1-y In order to make it larger than the Al composition ratio of the As active layer 15, x = z = 0.4 is set here. However, it is not always necessary that x = z, and each may be a value larger than y.
[0027]
P-type Al w Ga 1-w As carrier transfer layer 17 becomes difficult to dope impurities at a high concentration when the Al composition ratio increases, but the Al composition ratio is N-type Al. y Ga 1-y If it becomes smaller than the As active layer 15, N-type Al y Ga 1-y Since light emitted from the As active layer 15 is absorbed, w is set to 0.2 here in consideration of these points.
[0028]
Where P-type Al w Ga 1-w The As carrier transfer layer 17 is an N-type Al which is a light emitting layer by using carriers injected from the upper electrode 30 to be formed later. y Ga 1-y Since it is transferred to the As active layer 15, it is desirable to reduce the electrical resistance. For this purpose, P-type Al w Ga 1-w It is necessary to increase the thickness of the As carrier transfer layer 17 or to dope impurities at a high concentration. However, P-type Al w Ga 1-w When the thickness of the As carrier transfer layer 17 is increased, the time for manufacturing the substrate becomes longer, and the substrate manufacturing cost during mass production increases. In general, since a substrate manufacturing apparatus must perform maintenance work every time a fixed film thickness is manufactured, increasing the film thickness of the substrate substantially reduces the operation time of the substrate manufacturing apparatus, and further increases the cost of substrate manufacturing. Increase. Therefore, P-type Al is used from the viewpoint of reducing substrate manufacturing costs. w Ga 1-w It is desirable to make the As carrier transfer layer 17 thin. Therefore, P-type Al w Ga 1-w The electrical resistance is reduced by increasing the carrier concentration of the As carrier transfer layer 17. At this time, the carrier concentration is 1 × 10 18 (Cm -3 ) If impurities are mixed so as to be above, a desired effect can be obtained. The carrier concentration value for obtaining a desired electric resistance value can be obtained by measuring characteristics under desired conditions by computer simulation.
[0029]
The N-type GaAs buffer layer 13 is provided to improve the crystallinity of the epitaxial film, and the P-type GaAs contact layer 18 is provided to reduce the electrical resistance between the upper electrode 30 and the composite semiconductor substrate 11 to be formed later. Since it is not an essential configuration in FIG.
[0030]
The thickness of each semiconductor layer is, for example, 0.3 μm for the N-type GaAs buffer layer 13 and N-type Al. x Ga 1-x As cladding layer 14 is 0.5 μm, N-type Al y Ga 1-y As active layer 15 is 1.0 μm, N-type Al z Ga 1-z As cladding layer 16 is 0.5 μm, P-type Al w Ga 1-w The As carrier transfer layer 17 can be 1.0 μm, the P-type GaAs contact layer 18 can be 0.1 μm, and the like, but is not limited to these values.
[0031]
Next, N-type Al y Ga 1-y A diffusion preventing film 21 having an opening is formed in the selective diffusion region 19 that selectively diffuses partway through the As active layer 15 and the contact region 20 of the upper electrode 30 that will be formed later. As the diffusion prevention film 21, silicon nitride or the like can be used. Here, a silicon nitride film having a thickness of about 2000 mm is used.
[0032]
As shown in FIG. 2B, in order to prevent impurity diffusion into the contact region 20, a diffusion prevention film 23 is formed so as to cover the contact region 20. As the diffusion preventing film 23, an alumina film or the like can be used. Here, an alumina film having a thickness of about 2000 mm is used.
[0033]
Next, Zn is selectively diffused as an impurity in the selective diffusion region 19 to form a P-type impurity diffusion region 24 constituting the second conductivity type semiconductor region. Impurity diffusion is performed by a method such as a vapor phase diffusion method or a solid phase diffusion method. Although not shown in the drawing, in the case of the solid phase diffusion method, ZnO—SiO 2 is formed on the composite semiconductor substrate 11 on which the diffusion prevention films 21 and 23 are formed. 2 Etc. are formed by sputtering or the like, and subsequently a cap film such as silicon nitride is formed, followed by heating in a furnace at 650 ° C. or higher to introduce impurity Zn.
[0034]
The depth of diffusion is controlled by the thickness of the diffusion preventing films 21 and 23, the heating temperature and the heating time. In this way, in the selective diffusion region 19 that is not covered by either the diffusion prevention film 21 or the diffusion prevention film 23, the N-type Al serving as the light emitting layer is formed. y Ga 1-y Impurities are diffused partway through the As active layer 15.
[0035]
As shown in FIG. 2C, after the selective diffusion is completed, all the films other than the diffusion prevention film 21 among the films formed on the composite semiconductor substrate 11 are removed by etching or the like. At this time, buffered hydrofluoric acid or the like can be used as the etchant.
[0036]
Next, the light emitting part of each surface emitting LED is separated. Element isolation is performed by etching the composite semiconductor substrate 11. After the etching mask 25 is formed in the formation region of each element with a photoresist or the like on the substrate, the region other than the formation region of each element is etched in an aqueous solution in which phosphoric acid and hydrogen peroxide water are mixed in a desired ratio, for example. To do. A region other than the element formation region is an element isolation region 26. Etching depth is P-type Al w Ga 1-w There is no particular limitation as long as it is deeper than the As carrier transfer layer 17. In FIG. 2 (c), N-type Al z Ga 1-z Etching is performed halfway through the As cladding layer 16. After the etching, the etching mask 25 is removed. This element separation is necessary in the case of a surface emitting LED array.
[0037]
As shown in FIG. 3A, an insulating film 27 is formed. As the insulating film 27, silicon nitride or the like can be used. Here, a silicon nitride film having a thickness of about 2000 mm is used. Thereafter, a contact hole 28 penetrating the insulating film 27 is formed by etching or the like. The contact hole 28 is connected to the opening of the contact region 20 previously formed in the diffusion prevention film 21 and is larger than the opening of the contact region 20, more strictly speaking, the contact hole 28 is an opening of the contact region 20. It is formed so as to cover the entire area of the part. By doing so, the position of the contact between the impurity diffusion region 24 and the upper electrode 30 is determined by the diffusion prevention film 21 which is the first sheet of the photolithography mask. Even if a mask misalignment occurs in the process of forming the contact hole 28, the distance between the impurity diffusion region 24 and the contact of the upper electrode 30 is kept constant. When the distance between the impurity diffusion region 24 and the contact of the upper electrode 30 varies among the LEDs, the electric resistance of the carrier transfer layer 17 varies among the LEDs, and the variation in the light emission output of each LED increases.
[0038]
The reason why the contact hole 28 is made larger than the opening of the contact region 20 will be described. When the size of the opening of the contact region 20 and the size of the contact hole 28 are different, the position of the contact formed on the electrode is determined by the smaller position (strictly speaking, the overlapping portion of both). Therefore, when the contact hole 28 is made smaller than the contact region 20, the position of the contact of the upper electrode 30 is determined by the position of the contact hole 28. Here, when a mask misalignment occurs between the diffusion preventing film 21 and the insulating film 27, the impurity diffusion region 24 whose position is determined by the diffusion preventing film 21 and the contact hole 28 whose position is determined by the insulating film 27. The positional relationship with is also shifted. Therefore, the positional relationship between the impurity diffusion region 24 and the contact of the upper electrode 30 is kept constant by keeping the opening of the contact region 20 formed with the same mask as the impurity diffusion region 24 small.
[0039]
As shown in FIG. 3B, the upper electrode 30 is formed by a known method such as a lift-off method. The material of the upper electrode 30 is not particularly limited as long as the material is ohmic-connected to the P-type GaAs contact layer 18, and Au / Zn / Au or the like can be used. The upper electrode 30 is insulated from the composite semiconductor substrate 11 by the insulating film 27.
[0040]
Next, the back electrode 31 is formed. The material of the back electrode 31 is not particularly limited as long as it is a material that is ohmic-connected to the N-type GaAs substrate 12, and AuGe / Ni / Au or the like can be used.
[0041]
In the surface-emitting LED of the present invention thus obtained, most of the carriers supplied from the upper electrode 30 pass through the P-type GaAs contact layer 18 in the vertical direction and pass through the P-type Al. w Ga 1-w As carrier transport layer 17 is moved to the side, P-type Al w Ga 1-w Impurity diffusion region 24 of As carrier transfer layer 17 and N-type Al z Ga 1-z Via the impurity diffusion region 24 of the As cladding layer 16, N-type Al y Ga 1-y It flows to the impurity diffusion region 24 of the As active layer 15.
[0042]
N type Al z Ga 1-z As cladding layer 16 and P-type Al w Ga 1-w The band discontinuity with the impurity diffusion region 24 of the As carrier transfer layer 17 is N-type Al. y Ga 1-y Since it is larger than the barrier of the pn junction of the As active layer 15, carriers are P-type Al. w Ga 1-w N-type Al from the impurity diffusion region 24 of the As carrier transfer layer 17 z Ga 1-z N-type Al without propagating to the As cladding layer 16 y Ga 1-y It is injected into the pn junction of the As active layer 15. As a result, N-type Al y Ga 1-y At the pn junction of the As active layer 15, electron-hole emission recombination occurs and light is emitted.
[0043]
Finally, although not shown in the figure, predetermined dicing is performed. That is, the composite semiconductor substrate 11 obtained by forming a plurality of surface-emitting LEDs of the present invention obtained by the steps shown in FIGS. 2 and 3 is diced along a dividing line (not shown) between the LEDs, and a plurality of them are diced. The surface emitting LED is obtained. In the case of a surface-emitting LED array, the composite semiconductor substrate 11 in which a plurality of surface-emitting LED arrays according to the present invention in which surface-emitting LEDs are arranged in an array is completed is used as a dividing line (not shown) between the LED arrays. A plurality of surface emitting LED arrays are obtained by dicing along.
[0044]
(Second embodiment)
The external structure of the surface-emitting LED in the second embodiment of the present invention is as shown in FIG. 4 and 5 are a top view and a cross-sectional view taken along line AA ′ showing a manufacturing process of the surface-emitting LED according to the second embodiment of the present invention. The same FIG. 1 as that of the first embodiment is used as a diagram showing the external structure of the surface-emitting LED in the second embodiment. However, in the internal structure and manufacturing process not shown in FIG. This is different from the embodiment. In FIG. 1, FIG. 4 and FIG. 5, three elements of a surface emitting LED are shown.
[0045]
In FIG. 1, FIG. 4, and FIG. 5, the dimensions, shapes, and arrangement relationships of the respective components are schematically shown to such an extent that the invention can be understood. Moreover, in each figure, the same number is attached | subjected and shown about the same component.
[0046]
A surface-emitting LED 10 shown in FIG. 1 is a part of a surface-emitting LED array, and represents three elements of the surface-emitting LED 10 formed on the composite semiconductor substrate 11. Each surface-emitting LED 10 has an upper electrode 30 formed thereon, and a back electrode is formed on the back surface of the composite semiconductor substrate 11 (not shown).
[0047]
The manufacturing process of the surface-emitting LED according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 4 (a), an N-type GaAs buffer layer 13 and an N-type Al constituting the first layer are formed on an N-type GaAs (100) substrate 12 constituting the first conductive semiconductor substrate. x Ga 1-x N-type Al constituting the As cladding layer 14 and the second layer to be the light emitting layer y Ga 1-y As active layer 15 and N-type Al constituting the third layer z Ga 1-z An As cladding layer 16 and an N-type GaAs contact layer 37 are epitaxially grown sequentially to form the composite semiconductor substrate 11.
[0048]
Here, when y is 0.15, an LED having an emission wavelength at room temperature of 760 nm is obtained. Since the band gap increases as the Al composition ratio increases in AlGaAs semiconductors, N-type Al x Ga 1-x As cladding layer 14 and N-type Al z Ga 1-z The Al composition ratio of the As cladding layer 16 is N-type Al. y Ga 1-y In order to make it larger than the Al composition ratio of the As active layer 15, x = z = 0.4 is set here. However, it is not always necessary that x = z, and each may be a value larger than y.
[0049]
The N-type GaAs buffer layer 13 is provided to improve the epitaxial film crystallinity, and the N-type GaAs contact layer 37 is provided to reduce the electrical resistance between the upper electrode 30 and the composite semiconductor substrate 11 to be formed later. Since it is not an essential configuration in the present invention, it is not necessarily provided.
[0050]
The thickness of each semiconductor layer is, for example, 0.3 μm for the N-type GaAs buffer layer 13 and N-type Al. x Ga 1-x As cladding layer 14 is 0.5 μm, N-type Al y Ga 1-y As active layer 15 is 1.0 μm, N-type Al z Ga 1-z The As cladding layer 16 can be 1.5 μm, the N-type GaAs contact layer 37 can be 0.1 μm, and the like, but are not limited to these values.
[0051]
Next, N-type Al z Ga 1-z A diffusion prevention film 21 having a window is formed in a selective diffusion region 39 that selectively diffuses partway through the As cladding layer 16. As the diffusion prevention film 21, silicon nitride or the like can be used. Here, a silicon nitride film having a thickness of about 2000 mm is used.
[0052]
As shown in FIG. 4B, N-type Al y Ga 1-y A diffusion control film 43 having an opening in the selective diffusion region 40 that selectively diffuses partway through the As active layer 15 is formed. As the diffusion control film 43, an alumina film or the like can be used. Here, an alumina film having a thickness of about 100 mm is used.
[0053]
As shown in FIG. 4C, Zn is selectively diffused as an impurity in the selective diffusion regions 39 and 40 to form a P-type impurity diffusion region 44 that constitutes the second conductivity type semiconductor region. Impurity diffusion is performed by a method such as a vapor phase diffusion method or a solid phase diffusion method. Although not shown in the figure, in the case of the solid phase diffusion method, ZnO—SiO is formed on the composite semiconductor substrate 11 on which the diffusion prevention film 21 and the diffusion control film 43 are formed. 2 Etc. are formed by sputtering or the like, and subsequently a cap film such as silicon nitride is formed, followed by heating in a furnace at 650 ° C. or higher to introduce impurity Zn.
[0054]
The depth of diffusion is controlled by the thickness of the diffusion control film 43, the heating temperature, and the heating time. Thus, impurity diffusion does not proceed in the region covered with the diffusion prevention film 21, and the diffusion becomes shallow in the region covered with only the diffusion control film 43 without the diffusion prevention film 21. Since the diffusion is deep in the region not covered with any of the control films 43, a desired diffusion shape can be obtained.
[0055]
That is, in the region where diffusion is deep, N-type Al y Ga 1-y Impurities are diffused partway through the As active layer 15 to form a second region serving as a light emitting portion in the second conductivity type semiconductor region, and N-type Al is used in a shallow diffusion region. z Ga 1-z Impurities are diffused partway through the As cladding layer 16 to form a first region that does not serve as a light emitting portion in the second conductivity type semiconductor region.
[0056]
As shown in FIG. 5A, after the selective diffusion is completed, all the films formed on the composite semiconductor substrate 11 are removed by etching or the like. At this time, buffered hydrofluoric acid or the like can be used as the etchant.
[0057]
Next, the light emitting part of each surface emitting LED is separated. Element isolation is performed by etching the composite semiconductor substrate 11. After the etching mask 25 is formed in the formation region of each element with a photoresist or the like on the substrate, the region other than the formation region of each element is etched in an aqueous solution in which phosphoric acid and hydrogen peroxide water are mixed in a desired ratio, for example. To do. A region other than the element formation region becomes an element isolation region 46. The etching depth is not particularly limited as long as it is deeper than the N-type GaAs contact layer 37. In FIG. 5 (a), N-type Al z Ga 1-z Etching is performed halfway through the As cladding layer 16. After the etching, the etching mask 25 is removed. This element separation is necessary in the case of a surface emitting LED array.
[0058]
As shown in FIG. 5B, an insulating film 27 is formed, and then a contact hole 48 penetrating the insulating film 27 is formed by etching or the like. The position where the contact hole 48 is formed is an error of the substrate manufacturing apparatus so that the end of the contact of the upper electrode 30 to be formed later and the end of the deep diffusion region of the impurity diffusion region 44 as the light emitting portion do not overlap. Considering the formation. For this purpose, when the element isolation region 46 is formed by etching, it is necessary to sufficiently secure the length of the shallow diffusion region in the impurity diffusion region 44. That is, the length of the shallow diffusion region is set sufficiently when the diffusion control film 43 is formed in FIG. 4B, and the element formation region remains sufficiently long when element isolation is performed in FIG. Thus, it is necessary to perform etching.
[0059]
As shown in FIG. 5C, the upper electrode 30 is formed by a known method such as a lift-off method. The material of the upper electrode 30 is not particularly limited as long as it is ohmic-connected to the P-type GaAs contact layer of the impurity diffusion region 44, and Au / Zn / Au or the like can be used. The upper electrode 30 is insulated from the composite semiconductor substrate 11 by the insulating film 27.
[0060]
Next, the back electrode 31 is formed. The material of the back electrode 31 is not particularly limited as long as it is a material that is ohmic-connected to the N-type GaAs substrate 12, and AuGe / Ni / Au or the like can be used.
[0061]
In the surface-emitting LED of the present invention thus obtained, the carrier supplied from the upper electrode 30 is N-type Al. z Ga 1-z Propagates through the impurity diffusion region 44 of the As clad layer 16 and N-type Al y Ga 1-y It flows to the impurity diffusion region 44 of the As active layer 15.
[0062]
N type Al z Ga 1-z The band gap of the As cladding layer 16 is N-type Al. y Ga 1-y Since it is larger than the band gap of the As active layer 15, carriers are N-type Al. z Ga 1-z The impurity diffusion region 44 extends beyond the pn junction of the As cladding layer 16 to form N-type Al. z Ga 1-z N-type Al without propagating to the As cladding layer 16 y Ga 1-y It is injected into the pn junction of the As active layer 15. This N-type Al y Ga 1-y At the pn junction of the As active layer 15, electron-hole emission recombination occurs and light is emitted.
[0063]
Finally, although not shown in the figure, predetermined dicing is performed. That is, the composite semiconductor substrate 11 obtained by forming a plurality of surface-emitting LEDs of the present invention obtained by the steps shown in FIGS. The surface emitting LED is obtained. In the case of a surface-emitting LED array, the composite semiconductor substrate 11 in which a plurality of surface-emitting LED arrays according to the present invention in which surface-emitting LEDs are arranged in an array is completed is used as a dividing line (not shown) between the LED arrays. A plurality of surface emitting LED arrays are obtained by dicing along.
[0064]
(Third embodiment)
FIG. 6 is a perspective view showing the external structure of the surface-emitting LED according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a top view and AA ′ cross-sectional view showing a manufacturing process of the surface-emitting LED according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 6 and FIG. 7, three surface-emitting LEDs are represented, but the number of elements is not limited to this.
[0065]
In FIG. 6 and FIG. 7, the dimensions, shapes, and arrangement relationships of the constituent components are schematically shown to such an extent that the invention can be understood. Moreover, in each figure, the same number is attached | subjected and shown about the same component.
[0066]
The surface-emitting LED 10 shown in FIG. 6 is a part of the surface-emitting LED array, and represents three elements of the surface-emitting LED 10 formed on the composite semiconductor substrate 11. In each surface emitting LED 10, a first electrode 50 common to each element of the LED and an individual second electrode 30 are formed for each element of the LED.
[0067]
Up to the middle of the manufacturing process of the surface-emitting LED in the third embodiment is substantially the same as the manufacturing process in the first embodiment shown in FIGS. 2 and 3A, and is shown in FIG. A manufacturing process shows the process after Fig.3 (a). Therefore, the description of the process steps shown in FIGS. 2 and 3A and the dicing process is omitted.
[0068]
In the first embodiment, the N-type GaAs substrate 12 constituting the first conductivity type semiconductor substrate is used. However, in the third embodiment, the first conductivity type semiconductor substrate and the second conductivity type semiconductor are used. Either a substrate or a semi-insulating semiconductor substrate can be used. Here, the case where the N-type GaAs substrate 12 which is the first conductive type semiconductor substrate is used will be described, but the same applies to the case where another substrate is used.
[0069]
With reference to FIG. 7, a part different from the first embodiment in the manufacturing process of the surface emitting LED in the third embodiment will be described. After the steps shown in FIGS. 2 and 3 (a), as shown in FIG. 7 (a), the upper electrode 30 constituting the second electrode is formed by the same method, material, etc. as in the first embodiment. To do. Hereinafter, the upper electrode 30 is described as the second electrode 30.
[0070]
As shown in FIG. 7B, the insulating film 27 in the first electrode formation scheduled region 51 is removed by a known method such as etching. The first electrode formation scheduled region 51 is determined so as not to contact either the impurity diffusion region 24 or the contact portion of the second electrode 30. Next, an N-type semiconductor layer or an N-type semiconductor substrate electrically connected to the first electrode 50, that is, an N-type GaAs buffer layer 13, an N-type Al x Ga 1-x As cladding layer 14, N-type Al y Ga 1-y As active layer 15 and N-type Al z Ga 1-z In order to expose either the As cladding layer 16 or the N-type GaAs substrate 12, etching or the like is performed on the first electrode formation scheduled region 51 until the desired layer or substrate is reached. In FIG. 7B, the N-type GaAs substrate 12 is etched halfway.
[0071]
Here, when the P-type semiconductor substrate or the semi-insulating semiconductor substrate which is the second conductivity type semiconductor substrate is used instead of the N-type GaAs substrate 12, the first electrode 50 is not connected to these substrates, and N Type semiconductor layer N type GaAs buffer layer 13, N type Al x Ga 1-x As cladding layer 14, N-type Al y Ga 1-y As active layer 15 and N-type Al z Ga 1-z It is connected to any one of the As cladding layers 16.
[0072]
As shown in FIG. 7C, the first electrode 50 is formed in the first electrode formation scheduled region 51 by a known method such as a lift-off method. The material of the first electrode 50 is not particularly limited as long as the material is ohmic-connected to the N-type semiconductor layer or the N-type semiconductor substrate to be connected, and AuGe / Ni / Au or the like can be used. In FIG. 7 (c), the first electrode 50 is connected to the N-type GaAs substrate 12.
[0073]
In the surface-emitting LED of the present invention thus obtained, the first electrode 50 is composed of the N-type GaAs substrate 12, the N-type GaAs buffer layer 13, the N-type Al. x Ga 1-x As cladding layer 14 and N-type Al y Ga 1-y When connected to any one of the As active layers 15, the operation is the same as in the first embodiment. The first electrode 50 is N-type Al. z Ga 1-z When connected to the As cladding layer 16, N-type Al z Ga 1-z The band gap of the As cladding layer 16 is N-type Al. y Ga 1-y By making it larger than the band gap of the As active layer 15, the barrier of the pn junction becomes N-type Al. y Ga 1-y It becomes larger than the barrier of the pn junction of the As active layer 15, and the carrier y Ga 1-y By being injected into the pn junction of the As active layer 15, electron-hole recombination occurs and light is emitted.
[0074]
The selection of the substrate or layer to which the first electrode 50 is connected also affects the etching depth. When etching up to the N-type GaAs substrate 12, there is a possibility of disconnection due to a large step when the wiring connected to the first electrode 50 is drawn to the surface, and the width of etching becomes wider depending on the depth. Since the N-type GaAs substrate 12 is formed thicker than the N-type semiconductor layer, the etching depth can be easily determined. On the other hand, an N-type GaAs buffer layer 13 which is an N-type semiconductor layer, an N-type Al x Ga 1-x As cladding layer 14, N-type Al y Ga 1-y As active layer 15 and N-type Al z Ga 1-z When etching up to any one of the As cladding layers 16, it is difficult to accurately determine the etching depth because the film thickness is thin, but the possibility of disconnection is low. In consideration of these points, it is desirable to determine an optimum etching depth, that is, a layer or a substrate connected to the first electrode 50.
[0075]
(Fourth embodiment)
The external structure of the surface-emitting LED in the fourth embodiment of the present invention is as shown in FIG. FIG. 8 is a top view and AA ′ cross-sectional view showing a manufacturing process of the surface-emitting LED according to the fourth embodiment of the present invention. Although FIG. 6 which is the same as that of the third embodiment is used as a diagram showing the external structure of the surface-emitting LED in the fourth embodiment, the third structure is not shown in FIG. This is different from the embodiment. In FIG. 6 and FIG. 8, three surface-emitting LEDs are represented, but the number of elements is not limited to this.
[0076]
6 and 8 schematically show the size, shape, and arrangement relationship of each component so that the invention can be understood. Moreover, in each figure, the same number is attached | subjected and shown about the same component.
[0077]
The surface-emitting LED 10 shown in FIG. 6 is a part of the surface-emitting LED array, and represents three elements of the surface-emitting LED 10 formed on the composite semiconductor substrate 11. In each surface emitting LED 10, a first electrode 50 common to each element of the LED and an individual second electrode 30 are formed for each element of the LED.
[0078]
Up to the middle of the manufacturing process of the surface-emitting type LED in the fourth embodiment is substantially the same as the manufacturing process in the second embodiment shown in FIGS. 4, 5A and 5B. The manufacturing process shown in FIG. 8 shows the processes after FIG. Therefore, the description of the steps shown in FIG. 4, FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b) and the dicing step will be omitted.
[0079]
In the second embodiment, the N-type GaAs substrate 12 constituting the first conductivity type semiconductor substrate is used. However, in the fourth embodiment, the first conductivity type semiconductor substrate and the second conductivity type semiconductor are used. Either a substrate or a semi-insulating semiconductor substrate can be used. Here, the case where the N-type GaAs substrate 12 which is the first conductive type semiconductor substrate is used will be described, but the same applies to the case where another substrate is used.
[0080]
With reference to FIG. 8, portions of the manufacturing process of the surface-emitting LED according to the fourth embodiment that are different from those of the second embodiment will be described. After the steps shown in FIG. 4, FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b), as shown in FIG. 8 (a), the upper electrode 30 constituting the second electrode is the same as in the second embodiment. It is formed by a method, a material or the like. Hereinafter, the upper electrode 30 is described as the second electrode 30.
[0081]
As shown in FIG. 8B, the insulating film 27 in the first electrode formation scheduled region 51 is removed by a known method such as etching. The first electrode formation scheduled region 51 is determined so as not to contact either the impurity diffusion region 44 or the contact portion of the second electrode 30. Next, an N-type semiconductor layer or an N-type semiconductor substrate electrically connected to the first electrode 50, that is, an N-type GaAs buffer layer 13, an N-type Al x Ga 1-x As cladding layer 14, N-type Al y Ga 1-y As active layer 15 and N-type Al z Ga 1-z In order to expose either the As clad layer 16 or the N-type GaAs substrate 12, etching or the like is performed until a desired layer or substrate is reached. In FIG. 8B, the N-type GaAs substrate 12 is etched halfway.
[0082]
Here, when the P-type semiconductor substrate or the semi-insulating semiconductor substrate which is the second conductivity type semiconductor substrate is used instead of the N-type GaAs substrate 12, the first electrode 50 is not connected to these substrates, and N Type semiconductor layer N type GaAs buffer layer 13, N type Al x Ga 1-x As cladding layer 14, N-type Al y Ga 1-y As active layer 15 and N-type Al z Ga 1-z It is connected to any one of the As cladding layers 16.
[0083]
Further, the N-type GaAs contact layer 37 can be electrically connected to the first electrode 50, but the N-type GaAs contact layer 37 is made of N-type Al. y Ga 1-y Since the band gap is smaller than that of the As active layer 15 and the pn junction barrier is lower, in this case, the N-type GaAs contact layer 37 is formed by using the portion where the first electrode 50 is formed, the contact portion of the second electrode 30 and the impurity diffusion region 44. It is necessary to be electrically separated from the portion forming the.
[0084]
As shown in FIG. 8C, the first electrode 50 is formed in the first electrode formation scheduled region 51 by a known method such as a lift-off method. The material of the first electrode 50 is not particularly limited as long as the material is ohmic-connected to the N-type semiconductor layer or the N-type semiconductor substrate to be connected, and AuGe / Ni / Au or the like can be used. In FIG. 8C, the first electrode 50 is connected to the N-type GaAs substrate 12.
[0085]
In the surface-emitting LED of the present invention thus obtained, the first electrode 50 is composed of the N-type GaAs substrate 12, the N-type GaAs buffer layer 13, the N-type Al. x Ga 1-x As cladding layer 14 and N-type Al y Ga 1-y When connected to any one of the As active layers 15, the operation is the same as in the second embodiment. The first electrode 50 is N-type Al. z Ga 1-z When connected to the As cladding layer 16, N-type Al z Ga 1-z The band gap of the As cladding layer 16 is N-type Al. y Ga 1-y By making it larger than the band gap of the As active layer 15, the barrier of the pn junction becomes N-type Al. y Ga 1-y It becomes larger than the barrier of the pn junction of the As active layer 15, and the carrier y Ga 1-y By being injected into the pn junction of the As active layer 15, electron-hole recombination occurs and light is emitted.
[0086]
The selection of the substrate or layer to which the first electrode 50 is connected also affects the etching depth. When etching up to the N-type GaAs substrate 12, there is a possibility of disconnection due to a large step when the wiring connected to the first electrode 50 is drawn to the surface, and the width of etching becomes wider depending on the depth. Since the N-type GaAs substrate 12 is formed thicker than the N-type semiconductor layer, the etching depth can be easily determined. On the other hand, an N-type GaAs buffer layer 13 which is an N-type semiconductor layer, an N-type Al x Ga 1-x As cladding layer 14, N-type Al y Ga 1-y As active layer 15 and N-type Al z Ga 1-z When etching up to any one of the As cladding layers 16, it is difficult to accurately determine the etching depth because the film thickness is thin, but the possibility of disconnection is low. In consideration of these points, it is desirable to determine an optimum etching depth, that is, a layer or a substrate connected to the first electrode 50.
[0087]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the second conductive type semiconductor region serving as the light emitting portion and the contact portion of the upper electrode for supplying carriers are formed at positions separated from the upper surface of the composite semiconductor substrate. As a result, the light emitting portion and the upper electrode do not overlap each other, and in the conventional surface emitting LED, the light shielded by the upper electrode can be output to the outside, and the light is emitted as compared with the conventional surface emitting LED. The output efficiency can be increased.
[0088]
The invention according to claim 2 is formed at a position where the first region that does not become the light emitting portion of the second conductive type semiconductor region overlaps with the contact portion of the upper electrode that supplies carriers, and the second conductive type semiconductor region The second region serving as the light emitting portion and the contact portion of the upper electrode are formed at positions separated from the upper surface of the composite semiconductor substrate, and the first region and the second region are in contact with each other, thereby emitting light. The part and the upper electrode do not overlap, and the conventional surface-emitting LED can output the light shielded by the upper electrode to the outside, and the light emission output efficiency is higher than that of the conventional surface-emitting LED. It has the effect that it can be done. In addition, the first region of the second conductivity type semiconductor region conducts carriers from the upper electrode to the second region which is the light emitting portion, so that the second region in the composite semiconductor substrate is compared with the invention according to claim 1. There is an effect that a conductive semiconductor film becomes unnecessary.
[0089]
The invention according to claim 3 is that the electrode formed on the back surface of the composite semiconductor substrate in claim 1 is formed on the top surface of the substrate, thereby improving the degree of freedom when mounting the surface emitting LED on the substrate. The type of the substrate used has the effect that not only the first conductive semiconductor substrate but also the second conductive semiconductor substrate or the semi-insulating semiconductor substrate can be used.
[0090]
The invention according to claim 4 is that the electrode formed on the back surface of the composite semiconductor substrate in claim 2 is formed on the top surface of the substrate, thereby improving the degree of freedom when mounting the surface emitting LED on the substrate. The type of the substrate used has the effect that not only the first conductive semiconductor substrate but also the second conductive semiconductor substrate or the semi-insulating semiconductor substrate can be used.
[0091]
The invention according to claim 5 has an effect that the second conductivity type semiconductor region can be easily formed by using the second conductivity type semiconductor region as the impurity diffusion region.
[0092]
In the invention according to claim 6, since the surface-emitting LEDs in the inventions according to claims 1 to 5 are arranged in an array, each surface-emitting LED has a variation in processing accuracy of electrodes. However, there is no need to provide a current value control mechanism for correcting variations in the light emission output without affecting the light emission output, and a surface emitting LED array with good light emission output uniformity without causing an increase in cost. Is obtained.
[0093]
According to the seventh aspect of the present invention, when the second conductive type semiconductor region to be the light emitting portion and the contact portion of the upper electrode for supplying carriers are formed at positions separated from the upper surface of the composite semiconductor substrate, each is formed. By determining the position to be performed in the same process, even if there is a mask misalignment, it is not affected, and the overlapping of the light emitting part and the upper electrode is prevented without increasing the electrode processing accuracy. The light shielded by the upper electrode can be output to the outside, and the light emission output efficiency is increased without complicating the manufacturing process and increasing the cost as compared with the manufacturing process of the conventional surface emitting LED. It has the effect of being able to.
[0094]
According to an eighth aspect of the present invention, a first region that does not serve as a light emitting portion in the second conductivity type semiconductor region and a contact portion of an upper electrode that supplies carriers are formed at overlapping positions. The second region serving as the light emitting portion and the contact portion of the upper electrode are formed at positions separated from the upper surface of the composite semiconductor substrate, and the first region and the second region are manufactured and contacted in the same process. By doing so, it is possible to prevent the light emitting portion and the upper electrode from overlapping without increasing the processing accuracy of the electrode, and in the conventional surface-emitting LED, the light shielded by the upper electrode can be output to the outside. Compared with the manufacturing process of light emitting LED, it has the effect that the efficiency of the light emission output can be increased without causing the manufacturing process to be complicated and the cost to increase. In addition, the first region of the second conductivity type semiconductor region conducts carriers from the upper electrode to the second region which is the light emitting portion, so that the second region in the composite semiconductor substrate is compared with the invention according to claim 5. There is an effect that it is not necessary to form a conductive semiconductor film.
[0095]
The invention according to claim 9 is a substrate to be used in which the electrode formed on the back surface of the composite semiconductor substrate according to claim 7 is formed on the top surface of the substrate, so that the degree of freedom in mounting the surface emitting LED on the substrate is improved. This type has the effect that not only the first conductive type semiconductor substrate but also the second conductive type semiconductor substrate or the semi-insulating semiconductor substrate can be used.
[0096]
The invention according to claim 10 is the substrate used in claim 8, wherein the electrode formed on the back surface of the composite semiconductor substrate is formed on the top surface of the substrate, whereby the degree of freedom in mounting the surface emitting LED on the substrate is improved. This type has the effect that not only the first conductive type semiconductor substrate but also the second conductive type semiconductor substrate or the semi-insulating semiconductor substrate can be used.
[0097]
The invention according to claim 11 has the effect that the second conductive semiconductor region can be easily formed by forming the second conductive semiconductor region by impurity diffusion.
[0098]
According to the twelfth aspect of the present invention, the surface-emitting LEDs in the inventions according to the seventh to eleventh aspects are arranged in an array so that each surface-emitting LED has variations in electrode processing accuracy. Even if it does not affect the light emission output, it is not necessary to provide a current value control mechanism or the like for correcting the variation of the light emission output, and the surface emitting LED with good uniformity of the light emission output without increasing the cost An effect is that the array can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an external structure of a surface emitting LED according to a first embodiment and a second embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are a top view and a cross-sectional view taken along line AA ′ showing a manufacturing process of the surface-emitting LED according to the first embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 3A and 3B are a top view and a cross-sectional view taken along line AA ′ showing a manufacturing process of the surface-emitting LED according to the first embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 4 is a top view and AA ′ cross-sectional view showing a manufacturing process of a surface-emitting LED according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 5A and 5B are a top view and a cross-sectional view taken along line AA ′ showing a manufacturing process of a surface-emitting LED according to a second embodiment of the invention. FIGS.
FIG. 6 is a perspective view showing an external structure of a surface-emitting LED according to the third embodiment and the fourth embodiment of the present invention.
FIGS. 7A and 7B are a top view and a cross-sectional view taken along line AA ′ showing a manufacturing process of a surface-emitting LED according to a third embodiment of the invention. FIGS.
FIGS. 8A and 8B are a top view and a cross-sectional view taken along line AA ′ showing a manufacturing process of the surface-emitting LED according to the fourth embodiment of the invention. FIGS.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a surface-emitting LED in a conventional example
[Explanation of symbols]
10 surface-emitting LED, 11 composite semiconductor substrate, 12 N-type GaAs substrate, 13 N-type GaAs buffer layer, 14 N-type Al x Ga 1-x As cladding layer, 15 N-type Al y Ga 1-y As active layer, 16 N-type Al z Ga 1-z As cladding layer, 17 P-type Al w Ga 1-w As carrier transfer layer, 18 P-type GaAs contact layer, 19, 39, 40 selective diffusion region, 24, 44 impurity diffusion region, 20 contact region, 21, 23 anti-diffusion film, 25 etching mask, 26, 46 element isolation region, 27 Insulating film, 28, 48 contact hole, 30 Upper electrode (second electrode), 31 Back electrode, 37 N-type GaAs contact layer, 43 Diffusion control film, 50 First electrode, 51 First electrode formation region

Claims (6)

第1導電型半導体基板上に、発光層となる層と、その外側に位置しバンドギャップがより大きい2層とを含む少なくとも3層の第1導電型半導体膜が形成され、該第1導電型半導体膜上に少なくとも1層の第2導電型半導体膜が形成されている複合半導体基板上面の所定の領域に、該第1導電型半導体膜の前記発光層となる層の途中まで到達する第2導電型半導体領域が不純物拡散により形成され、
該第1導電型半導体基板と電気的に接続される裏面電極が該複合半導体基板の下面に形成され、
該第2導電型半導体領域と電気的に接続される上部電極が該複合半導体基板上面の所定の領域に形成され、
該複合半導体基板面に対して垂直な方向から見て、発光部となる該第2導電型半導体領域と該上部電極とが離れた位置に形成されている、面発光型LED。
On the first conductivity type semiconductor substrate, at least three layers of the first conductivity type semiconductor film including a layer to be a light emitting layer and two layers located outside thereof and having a larger band gap are formed. A second region that reaches a predetermined region of the upper surface of the composite semiconductor substrate on which at least one second-conductivity-type semiconductor film is formed on the semiconductor film and reaches the middle of the light-emitting layer of the first-conductivity-type semiconductor film; A conductive semiconductor region is formed by impurity diffusion ;
A back electrode electrically connected to the first conductive type semiconductor substrate is formed on the bottom surface of the composite semiconductor substrate;
An upper electrode electrically connected to the second conductivity type semiconductor region is formed in a predetermined region on the upper surface of the composite semiconductor substrate,
A surface-emitting LED in which the second conductive semiconductor region serving as a light-emitting portion and the upper electrode are formed at a position apart from the direction perpendicular to the surface of the composite semiconductor substrate.
第1導電型半導体基板、第2導電型半導体基板および半絶縁性半導体基板のうちのいずれか上に、発光層となる層と、その外側に位置しバンドギャップがより大きい2層とを含む少なくとも3層の第1導電型半導体膜が形成され、該第1導電型半導体膜上に少なくとも1層の第2導電型半導体膜が形成されている複合半導体基板上面の所定の領域に、該第1導電型半導体膜の前記発光層となる層の途中まで到達する第2導電型半導体領域が不純物拡散により形成され、
該3層の第1導電型半導体膜と電気的に接続される第1電極が該複合半導体基板上面の所定の領域に形成され、
該第2導電型半導体領域と電気的に接続される第2電極が該複合半導体基板上面の所定の領域に形成され、
該複合半導体基板面に対して垂直な方向から見て、発光部となる該第2導電型半導体領域と該第2電極と該第1電極とが互いに離れた位置に形成されている、面発光型LED。
On at least one of the first conductivity type semiconductor substrate, the second conductivity type semiconductor substrate, and the semi-insulating semiconductor substrate, at least a layer that becomes a light emitting layer and two layers that are located outside and have a larger band gap A first conductive semiconductor film having three layers is formed, and the first conductive semiconductor film is formed in a predetermined region on the upper surface of the composite semiconductor substrate in which at least one second conductive semiconductor film is formed on the first conductive semiconductor film. A second conductive type semiconductor region that reaches the middle of the light emitting layer of the conductive type semiconductor film is formed by impurity diffusion ;
A first electrode electrically connected to the three-layer first conductive semiconductor film is formed in a predetermined region on the upper surface of the composite semiconductor substrate;
A second electrode electrically connected to the second conductivity type semiconductor region is formed in a predetermined region on the upper surface of the composite semiconductor substrate;
A surface light emission in which the second conductive semiconductor region, the second electrode, and the first electrode, which are light emitting portions, are formed at positions separated from each other when viewed from a direction perpendicular to the surface of the composite semiconductor substrate. Type LED.
請求項1又は2に記載の面発光型LEDをアレイ状に配列した面発光型LEDアレイ。A surface-emitting LED array in which the surface-emitting LEDs according to claim 1 or 2 are arranged in an array. 第1導電型半導体基板上に少なくとも3層の第1導電型半導体膜を順次積層する第1の工程と、該第1の工程によって積層された該第1導電型半導体膜上に少なくとも1層の第2導電型半導体膜を積層する第2の工程と、発光部となる第2導電型半導体領域と該第2導電型半導体領域に電気的に接続される上部電極とを、該第1の工程と該第2の工程とによって形成された複合半導体基板上面に、該複合半導体基板面に対して垂直な方向から見て離れた位置に形成するように位置決めするための開口部を設けた拡散防止膜を形成する第3の工程と、該複合半導体基板上面の該第3の工程で位置決めされた領域のうち前記発光部に対応する領域に、該第2導電型半導体膜を貫通して該第1導電型半導体膜の途中まで到達する該第2導電型半導体領域を不純物拡散により形成する第4の工程と、該複合半導体基板の下面に、該第1導電型半導体基板と電気的に接続される裏面電極を形成する第5の工程と、該複合半導体基板上面の該第3の工程で位置決めされた領域のうち前記上部電極に対応する領域に該上部電極を形成する第6の工程とを有し、
該第1の工程が、該第1導電型半導体基板に近接する側から順に第1の層を形成する工程と第2の層を形成する工程と第3の層を形成する工程と、該第2の層のバンドギャップを該第1の層のバンドギャップよりも小さくして該第3の層のバンドギャップを該第2の層のバンドギャップよりも大きくするように組成を調整する工程とを備え、
該第2の工程が、前記少なくとも1層の第2導電型半導体膜を構成し、前記第1導電型半導体膜の最上層と接する第4の層を形成する工程と、該第4の層のバンドギャップを該第2の層のバンドギャップよりも大きくするように組成を調整する工程とを備え、
該第4の工程が、該第2導電型半導体領域を該第2の層の途中まで到達するように形成する工程を備える、面発光型LEDの製造方法。
A first step of sequentially stacking at least three layers of first conductive semiconductor films on a first conductive type semiconductor substrate, and at least one layer of layers on the first conductive type semiconductor films stacked by the first step A second step of laminating a second conductive type semiconductor film, a second conductive type semiconductor region to be a light emitting portion, and an upper electrode electrically connected to the second conductive type semiconductor region, the first step And an opening for positioning so as to be formed at a position apart from the direction perpendicular to the surface of the composite semiconductor substrate on the upper surface of the composite semiconductor substrate formed by the second step A third step of forming a film , and a region corresponding to the light emitting portion among the regions positioned in the third step on the upper surface of the composite semiconductor substrate, penetrating the second conductive semiconductor film and passing through the second conductive semiconductor film. The second conductivity type semiconductor that reaches the middle of the one conductivity type semiconductor film A fourth step of the band is formed by impurity diffusion, the lower surface of the composite semiconductor substrate, and a fifth step of forming a back electrode is electrically connected to the first conductivity type semiconductor substrate, the compound semiconductor substrate A sixth step of forming the upper electrode in a region corresponding to the upper electrode among the regions positioned in the third step on the upper surface;
The first step includes a step of forming a first layer, a step of forming a second layer, a step of forming a third layer, and a step of forming a third layer in order from the side close to the first conductivity type semiconductor substrate; Adjusting the composition so that the band gap of the second layer is smaller than the band gap of the first layer and the band gap of the third layer is larger than the band gap of the second layer. Prepared,
The second step comprises forming the at least one second conductive semiconductor film and forming a fourth layer in contact with the uppermost layer of the first conductive semiconductor film ; and Adjusting the composition so that the band gap is larger than the band gap of the second layer,
A method for manufacturing a surface-emitting LED, wherein the fourth step includes a step of forming the second conductivity type semiconductor region so as to reach the middle of the second layer.
第1導電型半導体基板、第2導電型半導体基板および半絶縁性半導体基板のうちのいずれか上に少なくとも3層の第1導電型半導体膜を順次積層する第1の工程と、該第1の工程によって積層された該第1導電型半導体膜上に少なくとも1層の第2導電型半導体膜を積層する第2の工程と、発光部となる第2導電型半導体領域と該第2導電型半導体領域に電気的に接続される第2電極とを、該第1の工程と該第2の工程とによって形成された複合半導体基板上面に、該複合半導体基板面に対して垂直な方向から見て離れた位置に形成するように位置決めするための開口部を設けた拡散防止膜を形成する第3の工程と、該複合半導体基板上面の該第3の工程で位置決めされた領域のうち前記発光部に対応する領域に、該第2導電型半導体膜を貫通して該第1導電型半導体膜の途中まで到達する該第2導電型半導体領域を不純物拡散により形成する第4の工程と、該複合半導体基板上面の所定の領域に、該少なくとも3層の第1導電型半導体膜のうちのいずれかまたは該第1導電型半導体基板と電気的に接続される第1電極を形成する第5の工程と、該複合半導体基板上面の該第3の工程で位置決めされた領域のうち前記第2電極に対応する領域に該第2電極を形成する第6の工程とを有し、
該第1の工程が、該第1導電型半導体基板、第2導電型半導体基板および半絶縁性半導体基板のうちのいずれかに近接する側から順に第1の層を形成する工程と第2の層を形成する工程と第3の層を形成する工程と、該第2の層のバンドギャップを該第1の層のバンドギャップよりも小さくして該第3の層のバンドギャップを該第2の層のバンドギャップよりも大きくするように組成を調整する工程とを備え、
該第2の工程が、前記少なくとも1層の第2導電型半導体膜を構成し、前記第1導電型半導体膜の最上層と接する第4の層を形成する工程と、該第4の層のバンドギャップを該第2の層のバンドギャップよりも大きくするように組成を調整する工程とを備え、
該第4の工程が、該第2導電型半導体領域を該第2の層の途中まで到達するように形成する工程を備え、
該第5の工程が、該第1電極を該第2導電型半導体領域および該第2電極と離れた領域に形成する工程を備える、面発光型LEDの製造方法。
A first step of sequentially stacking at least three first conductive semiconductor films on any of the first conductive semiconductor substrate, the second conductive semiconductor substrate, and the semi-insulating semiconductor substrate; A second step of stacking at least one second conductive type semiconductor film on the first conductive type semiconductor film stacked by the steps; a second conductive type semiconductor region serving as a light emitting portion; and the second conductive type semiconductor A second electrode that is electrically connected to the region is viewed from a direction perpendicular to the surface of the composite semiconductor substrate on the upper surface of the composite semiconductor substrate formed by the first step and the second step. A third step of forming an anti-diffusion film provided with an opening for positioning so as to be formed at a distant position; and the light emitting portion in the region positioned in the third step on the upper surface of the composite semiconductor substrate the corresponding region, transmural a second conductivity type semiconductor layer A fourth step of forming the impurity diffusion of the second conductivity type semiconductor region to reach the middle of the first conductivity type semiconductor film is in a predetermined area of the composite semiconductor substrate upper surface, a three-layer the at least Positioning in a fifth step of forming any one of the one-conductivity-type semiconductor films or a first electrode electrically connected to the first-conductivity-type semiconductor substrate, and in the third step on the upper surface of the composite semiconductor substrate A sixth step of forming the second electrode in a region corresponding to the second electrode among the formed regions ,
The first step includes a step of forming a first layer in order from a side close to any one of the first conductive semiconductor substrate, the second conductive semiconductor substrate, and the semi-insulating semiconductor substrate; A step of forming a layer, a step of forming a third layer, a band gap of the second layer is made smaller than a band gap of the first layer, and a band gap of the third layer is changed to the second layer. Adjusting the composition to be larger than the band gap of the layer of
The second step comprises forming the at least one second conductive semiconductor film and forming a fourth layer in contact with the uppermost layer of the first conductive semiconductor film ; and Adjusting the composition so that the band gap is larger than the band gap of the second layer,
The fourth step includes a step of forming the second conductivity type semiconductor region so as to reach the middle of the second layer,
The method for manufacturing a surface-emitting LED, wherein the fifth step includes a step of forming the first electrode in the second conductive semiconductor region and a region separated from the second electrode.
請求項4又は5に記載の面発光型LEDをアレイ状に配列した面発光型LEDアレイの製造方法。A method for manufacturing a surface-emitting LED array in which the surface-emitting LEDs according to claim 4 are arranged in an array.
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