JPH08293623A

JPH08293623A - 発光ダイオードの製法

Info

Publication number: JPH08293623A
Application number: JP9716095A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Abe; 弘光阿部
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】ダブルへテロ接合構造のＬＥＤにおいて、ｐ
型不純物がノンドープの活性層に拡散して発光効率を低
下させることがなく、高特性がえられるＬＥＤの製法を
提供する。【構成】半導体基板１上にｎ型クラッド層３、活性層
４およびｐ型クラッド層６からなるダブルへテロ接合の
発光層を有する発光ダイオードの製法であって、前記ｐ
型クラッド層の前記活性層側の一部を実質的にノンドー
プのクラッド層５にして各半導体層を順次積層する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はダブルへテロ接合構造の
発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）の製法に関す
る。さらに詳しくは、製造工程中に活性層にｐ型不純物
が拡散して発光効率が低下するのを防止したＬＥＤの製
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＥＤの中でも活性層がｎ型クラッド層
とｐ型クラッド層とで挟持され、活性層のバンドギャッ
プエネルギーが両側のクラッド層のバンドギャップエネ
ルギーより小さくなるように材料が選ばれたダブルへテ
ロ接合構造のＬＥＤは高輝度であり、信号機や自動車の
テールランプなどにも需要が拡大している。

【０００３】このようなＬＥＤの従来の製法を図２を参
照しながら説明する。

【０００４】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上に減圧ＭＯ
ＣＶＤ法によりｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層２２、
シリコン（以下、Ｓｉという）をドープしたＩｎＧａＡ
ｌＰからなるｎ型クラッド層２３、ノンドープＩｎＧａ
ＡｌＰからなる活性層２４、亜鉛（以下、Ｚｎという）
をドープしたＩｎＧａＡｌＰからなるｐ型クラッド層２
５、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる電流拡散層２６、ｐ型Ｇ
ａＡｓからなるコンタクト層２７を順次結晶成長させ、
ついで、Ａｕ−Ｚｎ合金などからなるｐ側電極２８、Ａ
ｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金などからなるｎ側電極２９を蒸着な
どにより形成し、ｐ側電極２８およびコンタクト層２７
は、光の取り出しの妨げとならないように、図２に示さ
れるように中心部を除いてエッチング除去する。

【０００５】電流拡散層２６はチップ中心部に設けられ
たｐ側電極２８からｎ側電極２９に向かう電流がチップ
の周縁部にも拡がって活性層２４の全体に電流を流し、
発光効率を向上させるために設けられている。すなわ
ち、電流はｐ側電極２８の真下に向かって流れ易いが、
ｐ側電極２８の真下の活性層を電流が流れて発光しても
上方に向かった光は金属からなるｐ側電極２８で遮れて
外部に光を取り出せないため、ｐ側電極２８の真下以外
のところに電流を流した方が効果的であるからである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように各半導体
層をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させると、全体の層を
成長させるのに２〜３時間程度の時間を要し、しかも、
各半導体層を結晶成長させているあいだ、半導体基板の
温度は６００〜７００℃程度に上昇している。そのた
め、ノンドープの活性層２４に両側のｎ型クラッド層２
３およびｐ型クラッド層２５からそれぞれ不純物のＳｉ
やＺｎが活性層２４側に拡散する。とくにｐ型不純物で
あるＺｎの方が拡散しやすく、また活性層に用いられる
ＩｎＧａＡｌＰという材料はｐ型不純物の存在により結
晶性が大きく低下する。すなわち、活性層に、たとえば
不純物濃度が１×１０¹⁷／ｃｍ³程度以上にＺｎが存在
すると、発光効率が大幅に低下し、ＬＥＤの素子特性が
大幅に低下するという問題がある。

【０００７】本発明はこのような問題を解決し、ダブル
へテロ接合構造のＬＥＤにおいて、ｐ型不純物がノンド
ープの活性層に拡散して発光効率を低下させることがな
く、高特性がえられるＬＥＤの製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】本発明のＬＥＤの製法
は、半導体基板上にｎ型クラッド層、活性層およびｐ型
クラッド層からなるダブルへテロ接合の発光層を有する
発光ダイオードの製法であって、前記ｐ型クラッド層の
前記活性層側の一部を実質的にノンドープ層にして各半
導体層を順次積層することを特徴とする。

【０００９】ここに実質的にノンドープとは、エピタキ
シャル成長中にクラッド層のｐ型不純物が活性層に拡散
して結晶性を劣化させ、発光効率を低下させない程度を
いい、少々の不純物が含まれているものも含む。

【００１０】前記ノンドープ層の厚さが０．０４〜０．
１μｍであれば、各半導体層の成膜工程中においてもｐ
型クラッド層の不純物が活性層に拡散して活性層の結晶
性を低下させたり、発光効率を低下させることがない。

【００１１】前記ｐ型クラッド層の成膜を、ドーピング
不純物として亜鉛を用い、不純物濃度が２×１０¹⁷〜１
×１０¹⁸／ｃｍ³になるように行うことが、Ｚｎの拡散
性が小さく、不純物濃度勾配も小さいため、活性層への
ｐ型不純物の拡散を抑制することができるため好まし
い。

【００１２】

【作用】本発明のＬＥＤの製法によれば、ｐ型クラッド
層を形成するばあいに、ｐ型クラッド層の活性層側を実
質的にノンドープ層にして成膜しているため、そののち
の各半導体層の成膜の際にｐ型不純物が活性層側に拡散
してもノンドープのクラッド層内に拡散するだけで、活
性層内にまでほとんど拡散しない。その結果、活性層は
ノンドープのまままたは発光効率を低下させる程のｐ型
不純物の侵入がない状態を維持することができて高い発
光効率のＬＥＤがえられる。

【００１３】一方、ｐ型クラッド層と活性層とのあいだ
に設けられたノンドープのクラッド層は、そののちの各
半導体層の成膜の際に、ｐ型不純物が拡散してくるた
め、最終的にはｐ型層となる。そのためｐ型クラッド層
として機能し、ノンドープ層が本来の活性層より厚くな
り、発光効率が却って低下するということも生じない。

【００１４】

【実施例】つぎに、図面を参照しながら本発明のＬＥＤ
の製法について説明する。

【００１５】図１は本発明の製法の一実施例により製造
したりＬＥＤの断面説明図である。

【００１６】まずＳｉが１×１０¹⁸／ｃｍ³程度の濃度
にドープされたｎ型ＧａＡｓ基板１の表面に減圧ＭＯＣ
ＶＤ法によりセレン（以下、Ｓｅという）が１×１０¹⁸
／ｃｍ³程度にドープされたＧａＡｓからなるｎ型バッ
ファ層２を０．５μｍ程度成長し、ついでＳｅを３×１
０¹⁷／ｃｍ³程度にドープしたＩｎ_0.49（Ｇａ_1-xＡ
ｌ_x）_0.51Ｐ（０．５≦ｘ≦１．０、たとえばｘ＝０．
７）からなるｎ型クラッド層３を１μｍ程度、ノンドー
プのＩｎ_0.49（Ｇａ_1-yＡｌ_y）_0.51Ｐ（０≦ｙ≦０．
４、ｙ＜ｘ、たとえばｙ＝０．３）からなる活性層４を
０．５μｍ程度、ノンドープのＩｎ_0.49（Ｇａ_1-xＡ
ｌ_x）_0.51Ｐからなるノンドープのクラッド層５を０．
０８μｍ程度、Ｚｎを７×１０¹⁷／ｃｍ³程度にドープ
したＩｎ_0.49（Ｇａ_1-xＡｌ_x）_0.51Ｐからなるｐ型クラ
ッド層６を１μｍ程度、Ｚｎを１×10¹⁸／ｃｍ³程度に
ドープしたＡｌＧａＡｓからなる電流拡散層７を６μｍ
程度、Ｚｎを２×１０¹⁹／ｃｍ³程度にドープしたＧａ
Ａｓからなるコンタクト層８を０．５μｍ程度順次エピ
タキシャル成長させる。このときの全部の半導体層の成
長時間は２時間３０分程度であった。半導体層としてＩ
ｎＧａＡｌＰ系の化合物半導体材料を用いたばあい、Ａ
ｌの比率が多いとバンドギャップエネルギーが大きくな
り、前述のようにｙ＜ｘとすることにより活性層４のバ
ンドギャップエネルギーがクラッド層３、５、６のそれ
より小さくなり、ダブルへテロ接合構造が構成される。

【００１７】そののち、Ａｕなどからなるｐ側電極９お
よびｎ側電極１０を積層されたコンタクト層８の表面お
よびｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にそれぞれ蒸着などによ
り形成し、図１に示されるように、ｐ側電極９およびコ
ンタクト層８は中心部以外をエッチングにより除去す
る。ついで各チップにダイシングし、エポキシ樹脂など
でモールドすることにより本発明の方法によるＬＥＤが
えられる。

【００１８】本発明のＬＥＤの製法では活性層４の成長
後ｐ型クラッド層６を成長する際に０．０４〜０．１μ
ｍ程度のノンドープのクラッド層５を成長させることに
特徴がある。すなわち、前述のように、このｐ型クラッ
ド層６や電流拡散層７、コンタクト層８をエピタキシャ
ル成長する際に半導体層の温度が６００〜７００℃程度
と高くなるため、ｐ型クラッド層６のｐ型不純物が活性
層４側に拡散する。このｐ型不純物が活性層４に拡散す
ると活性層４の結晶性が劣化し、発光効率が低下する。
しかし本発明ではノンドープのクラッド層５が活性層４
とｐ型クラッド層６とのあいだに設けられているため、
ｐ型クラッド層６から活性層４側にｐ型不純物が拡散し
てもそのあいだのノンドープのクラッド層５内で止ま
る。たとえ活性層４に至るｐ型不純物があってもその量
は非常に僅かで活性層４でのｐ型不純物濃度が３×１０
¹⁶／ｃｍ³程度以下であれば発光効率の低下には至らず
問題は生じない。本発明の実質的にノンドープのクラッ
ド層はこのようにｐ型クラッド層からのｐ型不純物の拡
散を許容し、活性層に高濃度の不純物が拡散しないよう
にするためのものであるため、完全なノンドープでなく
ても、５×１０¹⁶／ｃｍ³程度以下の不純物濃度であれ
ばその目的を達成することができる。したがって、５×
１０¹⁶／ｃｍ³程度以下のｐ型不純物が混入されている
ばあいでも本発明でいう実質的にノンドープのクラッド
層として使用することができる。

【００１９】ノンドープのクラッド層５の厚さは、あま
り厚いと半導体層成長の際の不純物の拡散がノンドープ
のクラッド層５内に充分拡散せず、製品後においてもノ
ンドープのクラッド層５が残ることになる。すると却っ
て発光効率が低下し、好ましくない。また、ノンドープ
のクラッド層５が余り薄いと拡散してきたｐ型不純物は
ノンドープのクラッド層５を通り過ぎて活性層４内にｐ
型不純物が拡散するため好ましくない。そのため、ノン
ドープのクラッド層の厚さは０．０４〜０．１μｍ程度
の厚さにすることが好ましい。

【００２０】また、前述のｐ型クラッド層６は不純物濃
度が余り高すぎると、活性層４側への不純物拡散が起り
易く、活性層４での不純物コントロールを充分にするた
めには２×１０¹⁷〜１×１０¹⁸／ｃｍ³程度にすること
が好ましい。不純物濃度が低すぎると高抵抗になり素子
の信頼性に影響を及ぼすからである。なお不純物として
は、ベリリウム（Ｂｅ）は拡散係数が大きすぎて活性層
４側への拡散が多くなるため、Ｚｎの方が好ましい。

【００２１】前記実施例により製造したＬＥＤをエポキ
シ樹脂でモールドし、１．９Ｖで２０ｍＡの電流を流し
た結果、５９０ｎｍの波長をピークとする黄色の発光が
えられ、２０００ｍｃｄ（ミリカンデラ）の輝度がえら
れた。この輝度はノンドープのクラッド層を設けない従
来の方法により製造したＬＥＤの同じ条件のときの輝度
１０００ｍｃｄに比べて２倍以上の出力であった。

【００２２】前記実施例では半導体層がＩｎＧａＡｌＰ
系の化合物半導体材料であったが、他の半導体材料でも
本発明の効果を発揮しうる。

【００２３】

【発明の効果】本発明のＬＥＤの製法によれば、ヘテロ
接合構造の半導体層を積層する際に活性層とｐ型クラッ
ド層とのあいだに実質的にノンドープの不純物濃度のク
ラッド層を設けているため、半導体層をエピタキシャル
成長する際にｐ型クラツド層からｐ型不純物が拡散して
も、活性層内に結晶性が低下する程のｐ型不純物が拡散
しない。そのため、高効率の発光がえられ、高輝度のＬ
ＥＤがえられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＬＥＤの製法を説明する断面説明図で
ある。

【図２】従来のＬＥＤの一例の断面説明図である。

【符号の説明】

１半導体基板３ｎ型クラッド層４活性層５ノンドープのクラッド層６ｐ型クラッド層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上にｎ型クラッド層、活性層
およびｐ型クラッド層からなるダブルへテロ接合の発光
層を有する発光ダイオードの製法であって、前記ｐ型ク
ラッド層の前記活性層側の一部を実質的にノンドープ層
にして各半導体層を順次積層する発光ダイオードの製
法。
【請求項２】前記ノンドープ層の厚さが０．０４〜
０．１μｍである請求項１記載の発光ダイオードの製
法。
【請求項３】前記ｐ型クラッド層の成膜を、ドーピン
グ不純物として亜鉛を用い、不純物濃度が２×１０¹⁷〜
１×１０¹⁸／ｃｍ³になるように行う請求項１または２
記載の発光ダイオードの製法。