JP2008021845A - Semiconductor light emitting device, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光装置及びその製造方法に関し、特に、光の取り出し効率を向上して高輝度化した半導体発光装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor light emitting device with improved light extraction efficiency and higher luminance and a method for manufacturing the same.
半導体発光素子としては、例えばLED(発光ダイオード)やLD(レーザダイオード)などが知られており、光通信や光ディスク用光ピックアップなどの光源、あるいはLEDディスプレイや屋外、屋内での表示装置などに広く用いられており、用途はさらに拡大してきている。 For example, LEDs (light emitting diodes) and LDs (laser diodes) are known as semiconductor light emitting elements, and they are widely used in light sources such as optical communication and optical pickups for optical disks, LED displays, outdoor and indoor display devices, and the like. It has been used and its applications are expanding further.
例えば、上記のような半導体発光素子を構成する半導体材料としては、AlGaAs系、AlGaInP系、AlGaN系などが知られており、例えば、AlGaInP系材料は広いエネルギーバンドを有し、波長が560nmから680nmまでの半導体発光素子の材料に用いることが可能である。 For example, AlGaAs-based, AlGaInP-based, AlGaN-based, and the like are known as semiconductor materials constituting the semiconductor light-emitting element as described above. For example, AlGaInP-based materials have a wide energy band and have a wavelength of 560 nm to 680 nm. It is possible to use it for the material of the semiconductor light emitting element up to.
例えば特許文献1には、半導体発光素子であるLEDにおいて、光取り出し面に凹凸を設けて、半導体発光素子の光取り出し面における反射率を低減し、光の取り出し効率を上げることにより高輝度化を実現する方法が開示されている。 For example, in Patent Document 1, in an LED which is a semiconductor light emitting element, unevenness is provided on the light extraction surface, the reflectance on the light extraction surface of the semiconductor light emitting element is reduced, and the light extraction efficiency is increased, thereby increasing the brightness. A method of realizing is disclosed.
上記のLEDとしては、例えば、基板上にn型クラッド層、活性層、p型クラッド層などが積層され、最上層にコンタクト層が形成されている。
コンタクト層の表面は、エッチングにより凹凸が形成され、反射率を低減した光取り出し面となっている。
As the LED, for example, an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and the like are stacked on a substrate, and a contact layer is formed as the uppermost layer.
The surface of the contact layer is a light extraction surface in which irregularities are formed by etching and the reflectance is reduced.
しかし、上記の光取り出し面となるコンタクト層の表面は、凹凸を形成する際にエッチング処理を行っているが、エッチングにおける凹凸の深さや形状を制御するのが非常に困難であり、これに起因して光出力がばらついてしまうという問題が生じる。
本発明の目的は、光取り出し面の反射率を低減して高輝度化を実現しながら、光出力のばらつきを抑制できる半導体発光装置及びその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device capable of suppressing variations in light output while reducing the reflectance of the light extraction surface to achieve high luminance and a method for manufacturing the same.
上記の課題を解決するため、本発明の半導体発光装置は、基板と、前記基板上に形成され、第1クラッド層、活性層及び第2クラッド層を含む半導体積層体と、前記半導体積層体の上に形成され、光取り出し面を有する凹凸形成層とを有し、前記凹凸形成層に、前記半導体積層体の最上層の表面に達する凹部が形成されて凹凸が構成されている。 In order to solve the above problems, a semiconductor light emitting device of the present invention includes a substrate, a semiconductor stacked body formed on the substrate and including a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer, and the semiconductor stacked body. An unevenness forming layer having a light extraction surface is formed on the unevenness forming layer, and a recess reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor laminate is formed in the unevenness forming layer.
上記の本発明の半導体発光装置は、基板上に、第1クラッド層、活性層及び第2クラッド層を含む半導体積層体が形成されており、その上に、光取り出し面を有する凹凸形成層が形成されている。ここで、凹凸形成層に、半導体積層体の最上層の表面に達する凹部が形成されて凹凸が構成されている。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, a semiconductor laminate including a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer is formed on a substrate, and an unevenness forming layer having a light extraction surface is formed thereon. Is formed. Here, the recesses reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor stacked body are formed in the recess-projection forming layer to configure the recesses.
また、上記の課題を解決するため、本発明の半導体発光装置の製造方法は、基板上に、第1クラッド層、活性層及び第2クラッド層を含む半導体積層体を形成する工程と、前記半導体積層体の上に凹凸形成層を形成する工程と、前記凹凸形成層に、前記半導体積層体の最上層の表面に達する凹部を形成して、前記凹凸形成層の光取り出し面に凹凸を形成する工程とを有する。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a step of forming a semiconductor laminate including a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer on a substrate, and the semiconductor Forming a concavo-convex forming layer on the laminate, and forming a concavo-convex in the concavo-convex forming layer on the light extraction surface of the concavo-convex forming layer by forming a recess reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor laminate. Process.
上記の本発明の半導体発光装置の製造方法は、基板上に、第1クラッド層、活性層及び第2クラッド層を含む半導体積層体を形成し、次に、半導体積層体の上に凹凸形成層を形成する。次に、凹凸形成層に、半導体積層体の最上層の表面に達する凹部を形成して、凹凸形成層の光取り出し面に凹凸を形成する。 In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, a semiconductor stacked body including a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer is formed on a substrate, and then an unevenness forming layer is formed on the semiconductor stacked body. Form. Next, a recess reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor stacked body is formed in the unevenness forming layer, and the unevenness is formed on the light extraction surface of the unevenness forming layer.
本発明の半導体発光装置は、凹凸形成層に半導体積層体の最上層の表面に達する凹部が形成されて光取り出し面に凹凸が構成されており、凹部の深さが凹凸形成層の膜厚によって決まるので凹凸の形状が均一化され、光取り出し面の反射率を低減して高輝度化を実現しながら、光出力のばらつきを抑制できる。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, the concave portion reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor laminate is formed in the concave / convex forming layer so that the concave portion is formed on the light extraction surface, and the depth of the concave portion depends on the film thickness of the concave / convex forming layer. As a result, the uneven shape is made uniform, and the light output variation can be suppressed while realizing high brightness by reducing the reflectance of the light extraction surface.
また、本発明の半導体発光装置の製造方法は、凹凸形成層に半導体積層体の最上層の表面に達する凹部を形成して光取り出し面に凹凸を構成するので、凹部の深さが凹凸形成層の膜厚によって決まるので凹凸の形状を均一化でき、光取り出し面の反射率を低減して高輝度化を実現しながら、光出力のばらつきを抑制できる。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, the concave portion reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor stacked body is formed in the concave / convex forming layer to form the concave / convex on the light extraction surface. Therefore, the uneven shape can be made uniform, and the variation in the light output can be suppressed while reducing the reflectance of the light extraction surface to achieve high brightness.
以下、本発明の実施形態に係る半導体発光装置及びその製造方法について図面を参照して説明する。 Hereinafter, a semiconductor light emitting device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1実施形態
本実施形態に係る半導体発光装置は、AlGaInP系の発光ダイオードであり、図1(a)は本実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
例えば、GaAs基板10上に、Se、SiまたはTeなどをドーピングしたn型AlGaInPからなる1μm程度の膜厚のn型クラッド層11、ノンドープのAlGaInPからなる1μm程度の膜厚の活性層12、ZnまたはMgをドーピングしたp型AlGaInPからなる1μm程度の膜厚のp型クラッド層13、ZnまたはMgをドーピングしたp型AlGaInPからなる1μm程度の膜厚の電流拡散層14、ZnまたはMgをドーピングしたp型GaPあるいはp型AlGaInPからなる0.5μm程度の膜厚のコンタクト層15が順に積層されて半導体積層体STが形成されている。
First Embodiment A semiconductor light emitting device according to the present embodiment is an AlGaInP light emitting diode, and FIG. 1A is a cross-sectional view of the light emitting diode according to the present embodiment.
For example, an n-
上記の半導体積層体STの上に、光取り出し面を有する凹凸形成層16が形成されている。凹凸形成層16は、例えばp型Al0.7Ga0.3Asなどからなる0.5μm程度の膜厚である。
An
また、図1(b)は図1(a)中の凹凸形成層16部分を拡大した要部拡大図である。
凹凸形成層16に、半導体積層体STの最上層であるコンタクト層15の表面に達する凹部16rが形成されて凸部16pが残された構造、即ち、凹凸形成層16の光取り出し面に凹凸が構成されている。
Moreover, FIG.1 (b) is the principal part enlarged view which expanded the uneven |
A structure in which the
図2(a)は本実施形態に係る発光ダイオードの凹凸形成層側からの平面図である。
例えば、凹凸形成層16の上において、凹凸形成層16の縁部に矩形のパターンのp電極17が形成されている。
なお、電極17は、凹凸形成層16の縁部の対向する二辺のパターンあるいはその他のパターンで形成されていてもよい。
また、GaAs基板10の裏面側においては、例えば全面に不図示のn電極が形成されている。
FIG. 2A is a plan view from the concave-convex forming layer side of the light emitting diode according to the present embodiment.
For example, on the
The
Further, on the back side of the
図2(b)は図2(a)中の凹凸形成層16の領域を拡大した平面図である。
例えば、アレイ状に互いに間隔をもって並べられた領域R1に凹部16rが形成され、領域R1の間の領域R2が凸部16pの領域となる。
例えば、領域R1はa1=a2=1μmの正方形形状であり、R1間の距離である領域R2の幅はb1=b2=1μm程度となっている。設計などによりR2の幅は狭めることができ、実質的に領域R2がないレイアウトとすることも可能である。
FIG. 2B is an enlarged plan view of the region of the
For example, the
For example, the region R1 has a square shape of a 1 = a 2 = 1 μm, and the width of the region R2, which is the distance between R1, is about b 1 = b 2 = 1 μm. The width of R2 can be narrowed by design or the like, and a layout having substantially no region R2 is possible.
上記の凹凸形成層16と半導体積層体STの最上層であるコンタクト層15は、例えば、所定のエッチング剤に対してエッチング速度が異なる半導体材料から形成されていることが好ましい。
また、凹凸形成層16が、例えば、上記の所定のエッチング剤に対して半導体積層体STの最上層であるコンタクト層15より高いエッチング速度を有することが好ましい。
The
Moreover, it is preferable that the uneven |
本実施形態に係る発光ダイオードは、凹凸形成層に半導体積層体の最上層の表面に達する凹部が形成されて光取り出し面に凹凸が構成されており、凹部の深さが凹凸形成層の膜厚によって決まるので凹凸の形状が均一化され、光取り出し面の反射率を低減して高輝度化を実現しながら、光出力のばらつきを抑制できる。 In the light emitting diode according to the present embodiment, a concave portion reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor stacked body is formed in the concave / convex forming layer so that the light extraction surface has concave / convex portions, and the depth of the concave portion is the film thickness of the concave / convex forming layer. Therefore, the uneven shape can be made uniform, and the light output variation can be suppressed while reducing the reflectance of the light extraction surface to achieve high brightness.
凹凸形成層16に形成される凹部16rの深さA、即ち凸部16pの高さ(頂点)は、凹凸形成層16の膜厚に対応する。本実施形態においては0.5μm程度としたが、凹凸形成層16の膜厚、即ち、凹部16rの深さAとしては0.1〜2μm程度が好ましい。
The depth A of the
次に、本実施形態に係る発光ダイオードの製造方法について、要部拡大図である図1(b)に相当する断面図である図3(a)〜(c)を参照して説明する。
まず、例えば、GaAs基板10上に、MOCVD(有機金属化学気相成長)法などにより、AlGaInP系半導体材料により、n型クラッド層11、活性層12、p型クラッド層13、電流拡散層14、コンタクト層15を順に積層して半導体積層体STを形成する。
次に、図3(a)に示すように、例えばMOCVD法により、コンタクト層15の上にAl0.7Ga0.3Asを0.5μm程度の膜厚で堆積させ、光取り出し面を有する凹凸形成層16を形成する。
次に、フォトリソグラフィー工程により、領域R2を保護し、領域R1を開口するパターンのレジスト膜18をパターン形成する。
Next, a method for manufacturing a light emitting diode according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3C which are cross-sectional views corresponding to FIG.
First, for example, an n-
Next, as shown in FIG. 3A, Al 0.7 Ga 0.3 As is deposited to a thickness of about 0.5 μm on the
Next, a
次に、図3(b)に示すように、例えば、AlGaAs系の凹凸形成層16のエッチング速度が、半導体積層体STの最上層であるAlGaInP系のコンタクト層15のエッチング速度より大きいエッチング剤であるリン酸を用い、レジスト膜18をマスクとして凹凸形成層16に凸部16pを残すようにしてエッチングを行い、コンタクト層15の表面に達する凹部16rを形成する。
上記のエッチング速度の差から、コンタクト層15がエッチングストッパとして機能し、深さ方向へのエッチングが制御された凹凸を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 3B, for example, the etching rate of the AlGaAs
From the difference in the etching rate, the
次に、図3(c)に示すように、レジスト膜18を除去して、図1(a)及び(b)に示す構成の発光ダイオードを製造することができる。
Next, as shown in FIG. 3C, the resist
本実施形態に係る発光ダイオードは、凹凸形成層に半導体積層体の最上層の表面に達する凹部を形成して光取り出し面に凹凸を構成するので、凹部の深さが凹凸形成層の膜厚によって決まるので凹凸の形状を均一化でき、光取り出し面の反射率を低減して高輝度化を実現しながら、光出力のばらつきを抑制できる。 In the light emitting diode according to the present embodiment, a recess reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor stacked body is formed in the unevenness forming layer to form unevenness on the light extraction surface, so the depth of the recess depends on the film thickness of the unevenness forming layer. Therefore, the uneven shape can be made uniform, and the light output variation can be suppressed while reducing the reflectance of the light extraction surface to achieve high brightness.
第2実施形態
図4は本実施形態に係る発光ダイオードの凹凸形成層部分を拡大した断面図である。
第1実施形態においては、凹部16rの底部先端が半導体積層体の最上層であるコンタクト層15の表面に達する構成であるが、本実施形態においては、凹部16rの底部において、コンタクト層15の表面の一部15sが露出した構成となっている。
光取り出し面の反射率の低減の観点からは、光取り出し面においては基板の主面と平行な面は少ないほうがよく、凹部16rの底部から露出するコンタクト層の面積は小さいほうが好ましい。
Second Embodiment FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a concavo-convex forming layer portion of a light emitting diode according to this embodiment.
In the first embodiment, the bottom end of the
From the viewpoint of reducing the reflectance of the light extraction surface, the light extraction surface should have fewer surfaces parallel to the main surface of the substrate, and the contact layer exposed from the bottom of the
第3実施形態
本実施形態に係る半導体発光装置は、AlGaInP系の発光ダイオードであり、図5(a)は本実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
第1実施形態と同様に、例えば、GaAs基板10上に、Se、SiまたはTeなどをドーピングしたn型AlGaInPからなる1μm程度の膜厚のn型クラッド層11、ノンドープのAlGaInPからなる1μm程度の膜厚の活性層12、ZnまたはMgをドーピングしたp型AlGaInPからなる1μm程度の膜厚のp型クラッド層13、ZnまたはMgをドーピングしたp型AlGaInPからなる1μm程度の膜厚の電流拡散層14、ZnまたはMgをドーピングしたp型GaPあるいはp型AlGaInPからなる0.5μm程度の膜厚のコンタクト層15が順に積層されて半導体積層体STが形成されている。
Third Embodiment A semiconductor light emitting device according to this embodiment is an AlGaInP light emitting diode, and FIG. 5A is a cross-sectional view of the light emitting diode according to this embodiment.
Similar to the first embodiment, for example, an n-
上記の半導体積層体STの上に、光取り出し面を有する凹凸形成層16が形成されている。凹凸形成層16は、例えば、p型Al0.65Ga0.35As層16a、p型Al0.70Ga0.30As層16b、p型Al0.75Ga0.25As層16c、及びp型Al0.80Ga0.20As層16dが、各0.1μmずつの膜厚で積層して構成されており、上層ほどAl組成が高くなる構成となっている。
An
また、図5(b)は図5(a)中の凹凸形成層16部分を拡大した要部拡大図である。
凹凸形成層16に、半導体積層体STの最上層であるコンタクト層15の表面に達する凹部16rが形成されて凸部16pが残された構造となり、凹凸形成層16の光取り出し面に凹凸が構成されている。
FIG. 5B is an enlarged view of a main part in which the concavo-convex forming
The concave / convex forming
本実施形態に係る発光ダイオードは、凹凸形成層に半導体積層体の最上層の表面に達する凹部が形成されて光取り出し面に凹凸が構成されており、凹部の深さが凹凸形成層の膜厚によって決まるので凹凸の形状が均一化され、光取り出し面の反射率を低減して高輝度化を実現しながら、光出力のばらつきを抑制できる。 In the light emitting diode according to the present embodiment, a concave portion reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor stacked body is formed in the concave / convex forming layer so that the light extraction surface has concave / convex portions, and the depth of the concave portion is the film thickness of the concave / convex forming layer. Therefore, the uneven shape can be made uniform, and the light output variation can be suppressed while reducing the reflectance of the light extraction surface to achieve high brightness.
上記のように、本実施形態においては凹凸形成層が多層の積層体からなり、特に組成が段階的に変化する層が積層して構成されている。
組成によりエッチング速度を変えることができるので、組成とエッチング剤の選択により、凹凸形成層に形成する凹部及び凸部の形状の制御をより容易に行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the concavo-convex forming layer is formed of a multi-layered laminate, and in particular, a layer whose composition changes stepwise is laminated.
Since the etching rate can be changed depending on the composition, the shape of the concave portion and the convex portion formed in the concave-convex forming layer can be more easily controlled by selecting the composition and the etching agent.
次に、本実施形態に係る発光ダイオードの製造方法について、要部拡大図である図5(b)に相当する断面図である図6(a)〜(c)を参照して説明する。
まず、例えば、GaAs基板10上に、MOCVD(有機金属化学気相成長)法などにより、AlGaInP系半導体材料により、n型クラッド層11、活性層12、p型クラッド層13、電流拡散層14、コンタクト層15を順に積層して半導体積層体STを形成する。
次に、図6(a)に示すように、例えばMOCVD法により、コンタクト層15の上に、p型Al0.65Ga0.35As層16a、p型Al0.70Ga0.30As層16b、p型Al0.75Ga0.25As層16c、及びp型Al0.80Ga0.20As層16dを各0.1μmずつの膜厚で積層し、凹凸形成層16とする。
次に、フォトリソグラフィー工程により、領域R2を保護し、領域R1を開口するパターンのレジスト膜18をパターン形成する。
Next, a manufacturing method of the light emitting diode according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6A to 6C which are cross-sectional views corresponding to FIG.
First, for example, an n-
Next, as shown in FIG. 6A, the p-type Al 0.65 Ga 0.35 As
Next, a resist
次に、図6(b)に示すように、例えば、AlGaAs系の凹凸形成層16のエッチング速度が、半導体積層体STの最上層であるAlGaInP系のコンタクト層15のエッチング速度より大きいエッチング剤であるリン酸を用い、レジスト膜18をマスクとして凹凸形成層16に凸部16pを残すようにしてエッチングを行い、コンタクト層15の表面に達する凹部16rを形成する。
上記のエッチング速度の差から、コンタクト層15がエッチングストッパとして機能し、深さ方向へのエッチングが制御された凹凸を形成することができる。
リン酸は、Al組成が大きいほどエッチング速度が早く、横方向のエッチング速度も速くなる。そのため、図6(b)に示すようにAl組成の大きい上層の層ほど、横方向のエッチングが大きくなり、図6(b)に示すように山形の凸部形状とすることができる。
Next, as shown in FIG. 6B, for example, the etching rate of the AlGaAs
From the difference in the etching rate, the
The phosphoric acid has a higher etching rate and a higher lateral etching rate as the Al composition is larger. Therefore, as the upper layer having a larger Al composition as shown in FIG. 6B, the etching in the lateral direction becomes larger, and as shown in FIG.
次に、図6(c)に示すように、レジスト膜18を除去して、図5(a)及び(b)に示す構成の発光ダイオードを製造することができる。
Next, as shown in FIG. 6C, the resist
本実施形態に係る発光ダイオードは、凹凸形成層に半導体積層体の最上層の表面に達する凹部を形成して光取り出し面に凹凸を構成するので、凹部の深さが凹凸形成層の膜厚によって決まるので凹凸の形状を均一化でき、光取り出し面の反射率を低減して高輝度化を実現しながら、光出力のばらつきを抑制できる。 In the light emitting diode according to the present embodiment, a recess reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor stacked body is formed in the unevenness forming layer to form unevenness on the light extraction surface, so the depth of the recess depends on the film thickness of the unevenness forming layer. Therefore, the uneven shape can be made uniform, and the light output variation can be suppressed while reducing the reflectance of the light extraction surface to achieve high brightness.
本実施形態においては、組成が段階的に変化する層を積層して凹凸形成層を形成しているが、膜厚が異なる層が積層した構成として、凸部の加工形状を制御するようにしてもよい。 In the present embodiment, the unevenness forming layer is formed by laminating layers whose composition changes stepwise, but as a configuration in which layers having different film thicknesses are laminated, the processing shape of the convex portion is controlled. Also good.
第4実施形態
図7は本実施形態に係る発光ダイオードの凹凸形成層部分を拡大した断面図である。
第3実施形態においては、組成が段階的に変化する層が積層して構成された凹凸形成層において、上層ほどAl組成が高くなる構成となっているが、本実施形態における凹凸形成層16は、例えば、p型Al0.80Ga0.20As層16d、p型Al0.75Ga0.25As層16c、p型Al0.70Ga0.30As層16b、及びp型Al0.65Ga0.35As層16aが、各0.1μmずつの膜厚で積層して構成されており、下層ほどAl組成が高くなる構成となっている。
Fourth Embodiment FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a concavo-convex forming layer portion of a light emitting diode according to this embodiment.
In the third embodiment, the concavo-convex formation layer formed by laminating layers whose composition changes in stages is configured such that the upper layer has a higher Al composition, but the concavo-
下層ほどAl組成が高くなっているので、凹凸を形成するためのエッチングの際に、下層の層ほど横方向のエッチングが大きくなり、逆テーパー形状の凹部(凸部)形状とすることができる。
さらには、積層した各層の組成とエッチング液の選択により、凹部(凸部)の側面の傾きを急峻にすることも可能である。
このように、AlGaAsのAl組成や膜厚を制御することで、所望の形状の凹凸を形成することが可能である。
Since the Al composition is higher in the lower layer, the etching in the lateral direction is larger in the etching for forming the unevenness, and the concave layer (convex portion) having a reverse taper shape can be obtained.
Furthermore, the inclination of the side surface of the concave portion (convex portion) can be made steep by selecting the composition of the stacked layers and the etching solution.
As described above, by controlling the Al composition and film thickness of AlGaAs, it is possible to form irregularities of a desired shape.
本実施形態に係る発光ダイオードは、凹凸形成層に半導体積層体の最上層の表面に達する凹部を形成して光取り出し面に凹凸を構成するので、凹部の深さが凹凸形成層の膜厚によって決まるので凹凸の形状を均一化でき、光取り出し面の反射率を低減して高輝度化を実現しながら、光出力のばらつきを抑制できる。 In the light emitting diode according to the present embodiment, a recess reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor stacked body is formed in the unevenness forming layer to form unevenness on the light extraction surface, so the depth of the recess depends on the film thickness of the unevenness forming layer. Therefore, the uneven shape can be made uniform, and the light output variation can be suppressed while reducing the reflectance of the light extraction surface to achieve high brightness.
第5実施形態
図8は本実施形態に係る発光ダイオードの凹凸形成層部分を拡大した断面図である。
本実施形態においては、凹凸形成層16の組成をAlXGa(1−X)As層として、Al組成が膜厚方向に連続的に変化し、上方ほどAl組成が高く(H)、下方ほどAl組成が低く(L)なる構成となっている。
Fifth Embodiment FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a concavo-convex forming layer portion of a light emitting diode according to this embodiment.
In the present embodiment, the composition of the concavo-convex forming
AlGaAsのAl組成を連続的に変化させることで、凹部(凸部)の形状を滑らかな斜面とすることができ、所望の形状の凹凸を形成することが可能である。 By continuously changing the Al composition of AlGaAs, the shape of the concave portion (convex portion) can be a smooth slope, and irregularities with a desired shape can be formed.
本実施形態に係る発光ダイオードは、凹凸形成層に半導体積層体の最上層の表面に達する凹部を形成して光取り出し面に凹凸を構成するので、凹部の深さが凹凸形成層の膜厚によって決まるので凹凸の形状を均一化でき、光取り出し面の反射率を低減して高輝度化を実現しながら、光出力のばらつきを抑制できる。 In the light emitting diode according to the present embodiment, a recess reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor stacked body is formed in the unevenness forming layer to form unevenness on the light extraction surface, so the depth of the recess depends on the film thickness of the unevenness forming layer. Therefore, the uneven shape can be made uniform, and the light output variation can be suppressed while reducing the reflectance of the light extraction surface to achieve high brightness.
第6実施形態
図9は本実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
第1実施形態に係る発光ダイオードにおいて、第1クラッド層11が下層第1クラッド層11aと上層第1クラッド層11bの2層に分けられ、その間に高屈折率と低屈折率の材料からなるブラッグ反射膜19が形成されたことが異なる。
ブラッグ反射膜を設けることによって基板によって吸収される光を反射させ、効率よく光を取り出すことが可能となる。
例えば、下層第1クラッド層11aと上層第1クラッド層11bは、それぞれSe、SiまたはTeなどをドーピングしたn型AlGaInPを0.5μm堆積させて構成でき、ブラッグ反射膜19は、下層第1クラッド層11aと上層第1クラッド層11bの間において、例えば、Se、SiまたはTeなどをドーピングしたAl0.9Ga0.1As(50nm)/GaAs(40nm)を20組積層して形成されている。
Sixth Embodiment FIG. 9 is a sectional view of a light emitting diode according to this embodiment.
In the light emitting diode according to the first embodiment, the
By providing the Bragg reflection film, it is possible to reflect light absorbed by the substrate and extract light efficiently.
For example, the lower
本実施形態に係る発光ダイオードは、凹凸形成層に半導体積層体の最上層の表面に達する凹部を形成して光取り出し面に凹凸を構成するので、凹部の深さが凹凸形成層の膜厚によって決まるので凹凸の形状を均一化でき、光取り出し面の反射率を低減して高輝度化を実現しながら、光出力のばらつきを抑制できる。
ここで、上記のようにブラッグ反射膜が形成されているので、光取り出し面側からの取り出し効率をさらに高めることが可能である。
本実施形態に係るブラッグ反射膜は、第1〜第5実施形態のいずれにも適用可能である。
In the light emitting diode according to the present embodiment, a recess reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor stacked body is formed in the unevenness forming layer to form unevenness on the light extraction surface, so the depth of the recess depends on the film thickness of the unevenness forming layer. Therefore, the uneven shape can be made uniform, and the light output variation can be suppressed while reducing the reflectance of the light extraction surface to achieve high brightness.
Here, since the Bragg reflection film is formed as described above, it is possible to further increase the extraction efficiency from the light extraction surface side.
The Bragg reflection film according to the present embodiment is applicable to any of the first to fifth embodiments.
第7実施形態
図10は本実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
第1実施形態に係る発光ダイオードにおいて、凹凸形成層16とp電極17の間に、p電極17と同じパターンで、例えばGaAsなどからなる抵抗調整層20が形成されている。GaAsなどの低抵抗材料層を挟み込むことにより、p電極17から流される駆動電流に対する抵抗を下げ、駆動能力を高めることができる。
上記のように、凹凸形成層16の上にGaAsからなる抵抗調整層20を形成した場合、p電極17のパターンでアンモニア+過酸化水素でのエッチングを行って、不要な領域の抵抗調整層20を除去した後、凹凸形成層のエッチング処理を行って凹凸を形成する。
Seventh Embodiment FIG. 10 is a sectional view of a light emitting diode according to this embodiment.
In the light emitting diode according to the first embodiment, a
As described above, when the
本実施形態に係る発光ダイオードは、凹凸形成層に半導体積層体の最上層の表面に達する凹部を形成して光取り出し面に凹凸を構成するので、凹部の深さが凹凸形成層の膜厚によって決まるので凹凸の形状を均一化でき、光取り出し面の反射率を低減して高輝度化を実現しながら、光出力のばらつきを抑制できる。
本実施形態に係る抵抗調整層は、第1〜第6実施形態のいずれにも適用可能である。
In the light emitting diode according to the present embodiment, a recess reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor stacked body is formed in the unevenness forming layer to form unevenness on the light extraction surface, so the depth of the recess depends on the film thickness of the unevenness forming layer. Therefore, the uneven shape can be made uniform, and the light output variation can be suppressed while reducing the reflectance of the light extraction surface to achieve high brightness.
The resistance adjustment layer according to this embodiment is applicable to any of the first to sixth embodiments.
本発明は上記の実施形態に限定されない。
例えば、半導体積層体の構成は、実施形態に示したもの以外に種々の構成を適用できる。
エッチングは、凹凸加工層とその下層の層との選択比が十分に確保できれば特に限定はない。
また、エッチングで選択比を確保できれば、AlGaInP系とAlGaAs系以外の半導体材料系にも適用可能である。
その他、本発明の観点を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, various configurations other than those shown in the embodiment can be applied to the configuration of the semiconductor stacked body.
The etching is not particularly limited as long as a sufficient selection ratio between the concavo-convex processed layer and the layer below it can be secured.
Further, if the selection ratio can be ensured by etching, the present invention can be applied to semiconductor material systems other than AlGaInP and AlGaAs systems.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
本発明の半導体発光装置は、種々の光源に利用できる発光ダイオードに適用できる。
本発明の半導体発光装置の製造方法は、発光ダイオードの製造方法に適用できる。
The semiconductor light emitting device of the present invention can be applied to light emitting diodes that can be used for various light sources.
The method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention can be applied to a method for manufacturing a light emitting diode.
10…GaAs基板、11…n型クラッド層、12…活性層、13…p型クラッド層、14…電流拡散層、15…コンタクト層、15s…コンタクト層の表面、16…凹凸形成層、16a…p型Al0.65Ga0.35As層、16b…p型Al0.70Ga0.30As層、16c…p型Al0.75Ga0.25As層、16d…p型Al0.80Ga0.20As層、16r…凹部、16p…凸部、17…p電極、18…レジスト膜、19…ブラッグ反射層、20…抵抗調整層、ST…半導体積層体、P1,P2…領域
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記基板上に形成され、第1クラッド層、活性層及び第2クラッド層を含む半導体積層体と、
前記半導体積層体の上に形成され、光取り出し面を有する凹凸形成層と
を有し、
前記凹凸形成層に、前記半導体積層体の最上層の表面に達する凹部が形成されて凹凸が構成されている
半導体発光装置。 A substrate,
A semiconductor laminate formed on the substrate and including a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer;
An unevenness forming layer having a light extraction surface formed on the semiconductor laminate, and
A concave / convex portion is formed in the concave / convex forming layer to form a concave portion reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor laminate.
請求項1に記載の半導体発光装置。 The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the concavo-convex forming layer and the uppermost layer of the semiconductor stacked body are formed of a semiconductor material having an etching rate different from that of a predetermined etching agent.
請求項2に記載の半導体発光装置。 The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the unevenness forming layer has a higher etching rate than the uppermost layer of the semiconductor stacked body with respect to the predetermined etching agent.
請求項1に記載の半導体発光装置。 The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the concavo-convex forming layer is formed of a multilayer laminate.
請求項4に記載の半導体発光装置。 The semiconductor light-emitting device according to claim 4, wherein the multilayer stacked body constituting the concavo-convex forming layer is formed by stacking layers whose composition changes stepwise.
請求項4に記載の半導体発光装置。 The semiconductor light-emitting device according to claim 4, wherein the multilayer stacked body constituting the unevenness forming layer is configured by stacking layers having different film thicknesses.
請求項1に記載の半導体発光装置。 The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the concavo-convex forming layer includes a layer whose composition continuously changes in a film thickness direction.
前記半導体積層体の上に凹凸形成層を形成する工程と、
前記凹凸形成層に、前記半導体積層体の最上層の表面に達する凹部を形成して、前記凹凸形成層の光取り出し面に凹凸を形成する工程と
を有する半導体発光装置の製造方法。 Forming a semiconductor laminate including a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer on a substrate;
Forming a concavo-convex forming layer on the semiconductor laminate;
Forming a recess reaching the surface of the uppermost layer of the semiconductor laminate in the unevenness forming layer, and forming unevenness on the light extraction surface of the unevenness forming layer.
請求項8に記載の半導体発光装置の製造方法。 In the step of forming the semiconductor stacked body and the step of forming the unevenness forming layer, the unevenness forming layer and the uppermost layer of the semiconductor stacked body are formed from a semiconductor material having an etching rate different from that of a predetermined etching agent. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 8.
請求項9に記載の半導体発光装置の製造方法。 In the step of forming the semiconductor stacked body and the step of forming the unevenness forming layer, the unevenness forming layer is formed from a semiconductor material having an etching rate higher than the uppermost layer of the semiconductor stacked body with respect to the predetermined etching agent. The manufacturing method of the semiconductor light-emitting device of Claim 9.
請求項8に記載の半導体発光装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein in the step of forming the unevenness forming layer, the unevenness forming layer is formed from a multilayer stack.
請求項11に記載の半導体発光装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to claim 11, wherein in the step of forming the unevenness forming layer, a layer having a composition that changes stepwise is formed as the multilayer laminate constituting the unevenness forming layer. .
請求項11に記載の半導体発光装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein in the step of forming the unevenness forming layer, layers having different film thicknesses are formed as the multi-layer laminate constituting the unevenness forming layer.
請求項8に記載の半導体発光装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein in the step of forming the concavo-convex forming layer, a layer whose composition continuously changes in the film thickness direction is formed as the concavo-convex forming layer.
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