特開 2023-107625 半導体発光デバイスおよびフォトカプラー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023107625

(43)【公開日】2023-08-03

(54)【発明の名称】半導体発光デバイスおよびフォトカプラー

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/16 20100101AFI20230727BHJP

   H01L 33/30 20100101ALI20230727BHJP

   H01L 31/12 20060101ALI20230727BHJP

【ＦＩ】

H01L33/16

H01L33/30

H01L31/12 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022008908

(22)【出願日】2022-01-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】菅原 秀人

(72)【発明者】

【氏名】大塚 洋昭

(72)【発明者】

【氏名】村上 直樹

(72)【発明者】

【氏名】鎌倉 孝信

【テーマコード（参考）】

5F241

5F889

【Ｆターム（参考）】

5F241AA44

5F241CA05

5F241CA13

5F241CA23

5F241CA36

5F241CA76

5F241CA85

5F241CA86

5F241CA94

5F241CB05

5F889AB03

5F889CA09

5F889CA20

5F889DA02

5F889DA03

5F889DA14

5F889EA04

5F889EA06

(57)【要約】

【課題】高温の動作環境において高い信頼性を有する半導体発光デバイスおよびフォトカプラーを提供する。
【解決手段】半導体発光デバイスは、立方晶のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板と、前記ＧａＡｓ基板上に設けられ、組成式Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）で表されるインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）を含む発光層と、前記ＧａＡｓ基板と前記発光層との間において、前記立方晶の（１００）面に対して傾斜した前記ＧａＡｓ基板の表面上に設けられる半導体多層膜と、を備える。前記半導体多層膜は、前記ＧａＡｓ基板の前記表面に垂直な方向に、交互に積層された、第１層および第２層を含み、前記第１層は、前記第２層とは異なる組成を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

立方晶のガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板と、
前記ＧａＡｓ基板上に設けられ、組成式Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）で表されるインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）を含む発光層と、
前記ＧａＡｓ基板と前記発光層との間において、前記立方晶の（１００）面に対して傾斜した前記ＧａＡｓ基板の表面上に設けられる半導体多層膜と、
を備え、
前記半導体多層膜は、前記ＧａＡｓ基板の前記表面に垂直な方向に、交互に積層された、第１層および第２層を含み、前記第１層は、前記第２層とは異なる組成を有する、半導体発光デバイス。

【請求項2】

前記ＧａＡｓ基板の前記表面は、前記立方晶の（１００）面に対し、８°から２５°の間で傾斜している請求項１記載の半導体発光デバイス。

【請求項3】

前記ＧａＡｓ基板は、前記表面とは反対側の裏面、前記表面および前記裏面につながる側面と、を有し、
前記ＧａＡｓ基板の前記側面および前記側面と前記裏面とがつながる角の少なくともいずれか一方は、前記半導体多層膜に向かう方向に延びる結晶転位を含む請求項１または２に記載の半導体発光デバイス。

【請求項4】

前記ＧａＡｓ基板の前記側面は、前記立方晶の（０１１）面または前記（０１１）面に等価な結晶面である請求項３記載の半導体発光デバイス。

【請求項5】

前記ＧａＡｓ基板の前記結晶転位は、前記立方晶の（１１１）面に等価な結晶面に沿って延在する請求項３または４に記載の半導体発光デバイス。

【請求項6】

前記半導体多層膜は、前記発光層から放射される光を透過する請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体発光デバイス。

【請求項7】

前記半導体多層膜の前記第１層は、組成式Ｉｎ_ｙＡｌ_１－ｙＰ（０＜ｙ＜１）で表されるインジウムアルミニウムリン（ＩｎＡｌＰ）層であり、前記第２層は、組成式Ａｌ_ｖＧａ_１－ｖＡｓ（０≦ｖ＜１）で表されるガリウム砒素（ＧａＡｓ）またはアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）層である請求項１乃至６のいずれか１つに記載の半導体発光デバイス。

【請求項8】

前記半導体多層膜の前記第１層は、ＩｎＧａＡｓ層であり、前記第２層は、組成式ＧａＡｓ_ｗＰ_１－ｗ（０＜ｗ＜１）で表されるガリウム砒素リン（ＧａＡｓＰ）層である請求項１乃至６のいずれか１つに記載の半導体発光デバイス。

【請求項9】

前記発光層を含むエピタキシャル成長層は、前記ＧａＡｓ基板の反対側に位置する上面を有し、
前記エピタキシャル成長層は、前記上面の外縁に部分的な段差を有する請求項１乃至８のいずれか１つに記載の半導体発光デバイス。

【請求項10】

請求項１乃至９に記載の半導体発光デバイスを、第１樹脂により封じ、
前記第１樹脂を介して、前記半導体発光デバイスを第２樹脂により覆う封止構造を有するフォトカプラーであって、前記第２樹脂は、前記第１樹脂よりも高硬度であるフォトカプラー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、半導体発光デバイスおよびフォトカプラーに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体発光デバイスには、高い信頼性が求められる。車載用途などでは、高温の動作環境、例えば、１０５℃において、安定して動作し、長寿命であることが重要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８－２２８０４７号公報

【特許文献2】特開平１０－７４９７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態は、高温の動作環境において高い信頼性を有する半導体発光デバイスおよびフォトカプラーを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る半導体発光デバイスは、立方晶のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板と、前記ＧａＡｓ基板上に設けられ、組成式Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）で表されるインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）を含む発光層と、前記ＧａＡｓ基板と前記発光層との間において、前記立方晶の（１００）面に対して傾斜した前記ＧａＡｓ基板の表面上に設けられる半導体多層膜と、を備える。前記半導体多層膜は、前記ＧａＡｓ基板の前記表面に垂直な方向に、交互に積層された、第１層および第２層を含み、前記第１層は、前記第２層とは異なる組成を有する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態に係る半導体発光デバイスを示す模式断面図である。

【図2】実施形態に係る半導体発光デバイスの発光層を示す模式断面図である。

【図3】実施形態に係る半導体発光デバイスの製造過程を示す模式断面図である。

【図4】実施形態に係る半導体発光デバイスのＣＬ像である。

【図5】実施形態に係る半導体発光デバイスの特性を示すグラフである。

【図6】実施形態に係る半導体発光デバイスを示す模式図である。

【図7】実施形態の変形例に係る半導体発光デバイスを示す模式断面図である。

【図8】実施形態に係る半導体発光デバイスを用いたフォトカプラーを示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

【0008】

図１（ａ）および（ｂ）は、実施形態に係る半導体発光デバイス１を示す模式断面図である。図１（ａ）は、チップ断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）中の破線で囲まれた領域を示す部分断面図である。

【0009】

半導体発光デバイス１は、例えば、近赤外光を放出する発光ダイオードである。半導体発光デバイス１は、立方晶のガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板１０と、エピタキシャル成長層２０と、第１電極３０と、第２電極４０と、を含む。

【0010】

ＧａＡｓ基板１０は、例えば、ｎ形の導電性を有する。ＧａＡｓ基板１０は、立方晶の（１００）面に対して、例えば、（０１１）面方向に傾斜した表面１０Ｆを有する。エピタキシャル成長層２０は、ＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆ上に設けられる。

【0011】

図１（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆと裏面１０Ｂとをつなぐ側面１０Ｓは、例えば、（０１１）面である。半導体発光デバイス１の断面形状は、例えば、（０－１１）面に平行な断面において平行四辺形である。また、表面１０Ｆの（０１１）面方向の傾斜角をθとすれば、立方晶の（１－１－１）面は、裏面１０Ｂに対してθ＋略５５°の傾斜を有する。

【0012】

第１電極３０は、ＧａＡｓ基板１０の裏面１０Ｂ上に設けられる。第１電極３０は、例えば、ｎ側電極である。ＧａＡｓ基板１０の裏面１０Ｂは、表面１０Ｆの反対側に位置し、（１００）面に対して傾斜している。

【0013】

第２電極４０は、エピタキシャル成長層２０上に設けられる。第２電極４０は、例えば、ｐ側電極である。第２電極４０は、エピタキシャル成長層２０の上に部分的に設けられる。

【0014】

図１（ｂ）に示すように、エピタキシャル成長層２０は、発光層２１と、半導体多層膜２３と、ｎ形クラッド層２５と、ｐ形クラッド層２７と、ｐ形コンタクト層２９と、を含む。

【0015】

発光層２１は、組成式Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）で表されるインジウムガリウム砒素（以下、ＩｎＧａＡｓ）を含む。ＩｎＧａＡｓは、ＧａＡｓ基板１０より剛性（硬度）が低く、ヤング率が小さい。また、ＩｎＧａＡｓは、ＧａＡｓ基板１０よりも大きな格子定数を有し、例えば、歪量子井戸構造を構成する。半導体多層膜２３は、ＧａＡｓ基板１０と発光層２１との間において、ＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆ上に設けられる。

【0016】

半導体多層膜２３は、ＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆ上に設けられる。半導体多層膜２３は、例えば、ｎ形の導電性を有する。また、半導体多層膜２３は、ＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆに垂直な方向に、交互に積層された、少なくとも１つの第１層２３ａおよび少なくとも１つの第２層２３ｂを含む。第１層２３ａは、第２層２３ｂとは異なる組成を有する。第１層２３ａは、第２層２３ｂとは異なる剛性（硬度）を有する。

【0017】

ｎ形クラッド層２５は、発光層２１と半導体多層膜２３との間に設けられる。ｎ形クラッド層２５は、例えば、組成式Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＡｓ（０＜ｚ＜１）で表されるアルミニウムガリウム砒素（以下、ＡｌＧａＡｓ）を含む。

【0018】

ｐ形クラッド層２７は、発光層２１上に設けられる。ｐ形クラッド層２７は、例えば、ＡｌＧａＡｓを含む。発光層２１は、ｎ形クラッド層２５とｐ形クラッド層２７との間に設けられる。

【0019】

ｐ形コンタクト層２９は、ｐ形クラッド層２７上に設けられる。ｐ形コンタクト層２９は、例えば、ＧａＡｓを含む。第２電極４０は、ｐ形コンタクト層２９上に設けられ、例えば、ｐ形コンタクト層２９にオーミック接続される。

【0020】

図２は、実施形態に係る半導体発光デバイス１の発光層２１を示す模式断面図である。発光層２１は、量子井戸層２１ｗと、障壁層２１ｂと、を含む。量子井戸層２１ｗと障壁層２１ｂは、ｎ形クラッド層２５からｐ形クラッド層２７に向かう方向、すなわち、ＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆに垂直な方向（図１（ｂ）参照）に交互に積層される。量子井戸層２１ｗは、例えば、隣り合う障壁層２１ｂの間に設けられる。量子井戸層２１ｗは、ＩｎＧａＡｓを含む。障壁層２１ｂは、例えば、ＡｌＧａＡｓを含む。ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓで構成される量子井戸構造は、ＧａＡｓ基板１０に対する格子不整合に起因した歪量子井戸構造であり、発光波長は、例えば、９５０ｎｍである。

【0021】

図３（ａ）～（ｄ）は、実施形態に係る半導体発光デバイス１の製造過程を示す模式断面図である。図３（ａ）～（ｄ）は、半導体発光デバイス１のチップ化工程を表している。

【0022】

図３（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板１０の裏面１０Ｂ上に第１電極３０を形成する。第１電極３０は、例えば、裏面１０Ｂの全面に設けられる。第１電極３０は、ＧａＡｓ基板１０にオーミック接続される。第１電極３０は、例えば、金（Ａｕ）もしくは銀（Ａｇ）を含み、発光層２１から放射される光の反射膜として機能する。

【0023】

ＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆ側には、複数の第２電極４０が形成される。第２電極４０は、エピタキシャル成長層２０の上に設けられ（図１（ａ）参照）、ｐ形コンタクト層２９に電気的に接続される。

【0024】

図３（ｂ）に示すように、スクライブ針ＳＴを用いて、ＧａＡｓ基板１０の裏面１０Ｂ側にスクライブラインＳＬを形成する。スクライブ針ＳＴは、先端にダイヤモンド刃を有し、ＧａＡｓ基板１０の裏面１０Ｂ側において、第１電極３０を分割し、ＧａＡｓ基板１０に至る溝状のスクライブラインＳＬを形成することができる。スクライブラインＳＬは、裏面１０Ｂに垂直な方向に見た時、隣り合う第２電極４０の間に位置するように形成される。

【0025】

図３（ｃ）に示すように、ＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆ側において、ブレーキング刃ＢＥを用いてＧａＡｓ基板１０を劈開する。ブレーキング刃ＢＥは、スクライブラインＳＬの反対側の位置に押し当てられる。ＧａＡｓ基板１０は、ブレーキング刃ＢＥにより押圧され、スクライブラインＳＬを起点として劈開される。

【0026】

図３（ｄ）に示すように、ＧａＡｓ基板１０は、複数のチップ（半導体発光デバイス１）に分割される。半導体発光デバイスのチップサイズＣＳは、例えば、２００マイクロメートル（μｍ）である。また、チップ厚ＣＴは、例えば、１５０μｍである。

【0027】

このような、チップ分割方法では、ＧａＡｓ基板１０の裏面１０Ｂに形成されるスクライブラインＳＬの底に存在する機械的ダメージ、例えば、微小欠陥や破砕層が劈開の起点となるため、分割後のチップに機械的ダメージが残る。例えば、チップ分割後に、ＧａＡｓ基板１０をエッチングすることにより、このような機械的ダメージを除去することは可能であるが、例えば、微小欠陥の全てを除去することは難しい。

【0028】

図４（ａ）～（ｄ）は、実施形態に係る半導体発光デバイス１のカソードルミネッセンス（ＣＬ）像である。ＣＬ測定に用いたチップは、高温、高電流下の加速信頼性試験（雰囲気温度１２５℃、動作電流１２０ｍＡ、５００時間）において、所定の光出力における動作電圧が１０％を超えて変化したものである。

【0029】

図４（ａ）～（ｄ）は、チップ側面（図１（ａ）参照）におけるＣＬ像を示している。ＣＬ測定は、電子線励起されたキャリア（電子と正孔）の再結合に起因する発光現象を観察するものである。励起されたキャリアが欠陥にトラップされると非発光再結合する。このため、結晶中の欠陥が存在する領域は発光しない。

【0030】

図４（ａ）からわかるように、チップの劈開面である（０１１）面とＧａＡｓ基板１０の裏面１０Ｂとがつながる角（すなわちスクライブラインＳＬ）を起点としてエピタキシャル成長層２０の表面まで延びる暗線ＤＬが見られる（図１（ａ）参照）。この暗線は、例えば、（１－１－１）面に沿って延びている。

【0031】

図４（ｂ）は、チップ側面を３０μｍエッチングした後に、観察されたＣＬ像である。この場合も、（０１１）面とＧａＡｓ基板１０の裏面１０Ｂとがつながる角を起点としてエピタキシャル成長層２０の表面まで延びる暗線ＤＬが見られる。

【0032】

図４（ｃ）は、チップ側面をさらに３０μｍ（計６０μｍ）エッチングした後に、観察されたＣＬ像である。暗線ＤＬは、（０１１）面とＧａＡｓ基板１０の裏面１０Ｂとがつながる角からエピタキシャル成長層２０の表面まで延びている。

【0033】

図４（ｄ）は、チップ側面をさらに３０μｍ（計９０μｍ）エッチングした後に、観察されたＣＬ像である。暗線ＤＬは、（０１１）面とＧａＡｓ基板１０の裏面１０Ｂとがつながる角を起点としてＧａＡｓ基板１０の中央まで延びている。

【0034】

これらのＣＬ像は、結晶欠陥がＧａＡｓ基板１０の劈開面と裏面１０Ｂとがつながる角からＧａＡｓ基板１０中に平面的に広がっていることを示している。すなわち、結晶欠陥は、（１－１－１）面に沿った平面状の転位であることが分かる。また、図４（ｄ）に示すＣＬ像では、暗線ＤＬは、エピタキシャル成長層２０に達しておらず、転位は、裏面１０Ｂと劈開面とがつながる角を起点に延びているように見える。言い換えれば、転位は、スクライブラインＳＬ（図３（ｃ）参照）を起点にＧａＡｓ基板１０中に延びていることが分かる。このような転位は、例えば、動作環境の温度変化により徐々に延びる。また、チップが樹脂封じされる場合には、樹脂応力により転位の延びが加速される。

【0035】

このように、高温、高電流下の加速試験では、スクライブラインＳＬに残存する結晶欠陥が経時的に広がり、エピタキシャル成長層２０に達することがある。これにより、発光特性が劣化する。上記の試験条件は、厳しい使用環境、例えば、車載用途を想定したものであり、通常の用途では発生しない転位の伝播がみられる。

【0036】

例えば、通常の信頼性試験は、室温下において、動作電流２０ｍＡ、通電時間１００００ｈの条件で実施される。このような条件下では、例えば、１０％以上の輝度劣化が生じることはない。一方、エポキシ樹脂によりチップを封じ、高温下において通電試験を実施すると、樹脂応力により輝度劣化が生じることがある。このような樹脂応力による輝度劣化は、チップを非弾性樹脂（塑性変形が小さい）であるシリコーン樹脂により封止した後、エポキシ樹脂にて封止する２重の封止構造(図８参照)を用いることにより抑制できる。しかしながら、上述の高温、高電流下の加速信頼性試験では、２重の樹脂封止構造においても、輝度劣化が生じることがある。

【0037】

エピタキシャル成長層２０における半導体多層膜２３は、異なる剛性を有する第１層２３ａと第２層２３ｂとを組み合わせることにより、このような転位の発光層２１への伝播を抑制し、半導体発光デバイス１の信頼性を向上させる。半導体多層膜２３は、例えば、転位の伝播方向を第１層２３ａと第２層２３ｂとの各界面にて変化させ、発光層２１に到達しない様にする。あるいは、転位同士を結合し消滅させる効果を有する。しかしながら、厳しい加速条件下では、この転位抑止効果も十分でない場合がある。

【0038】

（実施例１）
半導体多層膜２３（図１（ｂ）参照）には、例えば、組成式Ｉｎ_ｚＡｌ_１－ｚＰ（０＜ｚ＜１）で表されるインジウムアルミニウムリン（以下、ＩｎＡｌＰ）と、組成式Ａｌ_ｖＧａ_１－ｖＡｓ（０≦ｖ＜１）で表されるＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓのいずれかと、を用いることができる。例えば、半導体多層膜２３の第１層２３ａをＩｎＡｌＰとし、第２層２３ｂをＧａＡｓ（ｖ＝０）とする。第１層２３ａおよび第２層２３ｂの膜厚は、それぞれ、５０ナノメートル（ｎｍ）である。半導体多層膜２３は、第１層２３ａ／第２層２３ｂの対を１０対含む。また、第２層２３ｂがＡｌＧａＡｓ（０＜ｖ＜１）であっても同様の効果が得られる。

【0039】

半導体多層膜２３は、発光層２１から放射される光を透過するように構成される。放射光は、半導体多層膜２３を通過し、ＧａＡｓ基板１０内に伝播する。これにより、チップ全体を光らせることができる。従来技術に見られるように、発光層２１の放射光を反射（ブラッグ反射）するように半導体多層膜２３を構成すると、半導体多層膜２３から第２電極４０に向かう方向に光が放出される指向性の高い発光デバイスとなる。指向性が低い発光デバイスが適する用途、例えば、フォトカプラーなどには、半導体多層膜２３が発光層２１の放射光を透過するように構成することが好ましい。すなわち、発光層２１の光は、チップの上面に限らず、側面からも放射され、チップ全体が光るように構成することが好ましい。

【0040】

（実施例２）
半導体多層膜２３（図１（ｂ）参照）には、例えば、ＩｎＧａＡｓと、組成式ＧａＡｓ_ｗＰ_１－ｗ（０＜ｗ＜１）で表されるガリウム砒素リン（以下、ＧａＡｓＰ）を用いることができる。第１層２３ａをＩｎ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓとし、第２層２３ｂをＧａＡｓ_０．９Ｐ_０．１とした。第１層２３ａおよび第２層２３ｂの膜厚は、それぞれ、１０ｎｍである。半導体多層膜２３は、第１層２３ａ／第２層２３ｂの対を１０対含む。

【0041】

ＩｎＧａＡｓおよびＧａＡｓＰのそれぞれの格子定数は、ＧａＡｓの格子定数に対する大小関係が逆である。また、ＩｎＧａＡｓおよびＧａＡｓＰのそれぞれの線膨張係数は異なる。このため、半導体多層膜２３中では、弾性限界内の格子歪により格子定数の差が補償され、格子不整合に起因した結晶欠陥は発生しない。この例では、半導体多層膜２３中の弾性歪により、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ界面における転位の伝播方向を変える効果が大きくなる。その結果、実施例１の半導体多層膜２３に比べて転位の伝播を抑制する効果が大きく、加速信頼性試験における特性劣化チップの発生率を低減することができる。

【0042】

図５は、実施形態に係る半導体発光デバイス１の特性を示すグラフである。横軸は、ＧａＡｓ基板１０の傾斜角θ（図１（ａ）参照）である。縦軸は、加速信頼性試験における特性劣化チップの発生率である。同図中の「Ａ」により示されるグラフは、実施例１の半導体多層膜２３を用いた場合の特性を表している。また、「Ｂ」により示されるグラフは、実施例２の半導体多層膜２３を用いた場合の特性を表している。

【0043】

実施例１のＩｎＡｌＰ／ＡｌＧａＡｓを含む半導体多層膜２３では、傾斜角θをゼロとした場合、特性劣化チップの発生率は１５％程度であり、傾斜角θが１０°以上になると、特性劣化チップの発生率は０％になる。

【0044】

なお、Ａｌ_ｖＧａ_１－ｖＡｓのＡｌ組成ｖを０～０．２に変化させた場合でも同じような結果を得ており、ＩｎＡｌＰとの組み合わせるＡｌＧａＡｓのＡｌ組成には自由度が有ることが分かる。これは、Ａｌ組成ｖの違いにより、ＡｌＧａＡｓの剛性が大きく変化しないことが要因と考えられる。

【0045】

実施例２のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＰを含む半導体多層膜２３では、傾斜角θをゼロとした場合、特性劣化チップの発生率は１０％程度であり、傾斜角θが８°以上になると、特性劣化チップの発生率は０％になる。

【0046】

ＧａＡｓ基板１０の裏面１０Ｂに対する転位の伝搬面（１－１－１）は、θ+略５５°であり（図１（ａ）参照）、傾斜角θが大きくなるほど、転位の半導体多層膜２３への侵入角度が大きくなる。すなわち、半導体多層膜２３への侵入角度が大きくなることにより、転位の伝播方向の変化が大きくなり、発光層２１への影響が抑制されるものと考えられる。これは、ＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆの（１００）面に対する傾斜が大きくなるほど、エピタキシャル成長層２０の表面モホロジがよくなるなど、結晶性の改善がみられることから、これらが相まって転位の伝播を抑制しているものと考えられる。

【0047】

このように、ＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆを（１００）面に対して傾斜させることにより、半導体発光デバイス１の信頼性を向上させることができる。また、ＧａＡｓ基板１０の傾斜角θを、好ましくは、８°以上、より好ましくは、１０°以上とすることにより、より厳しい使用環境における信頼性を確保することができる。一方、傾斜角θが２５°以上になると、低転位のエピタキシャル成長層を得ることが困難になる。したがって、傾斜角θは、８°以上、２５°以下であることが好ましい。また、１０°以上、２５°以下であることがより好ましい。

【0048】

図６（ａ）および（ｂ）は、実施形態に係る半導体発光デバイス１を例示する模式図である。図６（ａ）は、チップ断面図であり、図６（ｂ）は、チップ表面を示す平面図である。

【0049】

図６（ａ）に示すように、半導体発光デバイス１では、エピタキシャル成長層２０の上面の端にクラックＣＰが生じ易い。これは、（１００）面に対して傾斜したＧａＡｓ基板１０を用いることにより、エピタキシャル成長層２０の上面と、劈開面である側面１０Ｓとが交差する角の内角が鋭角であることに起因する。また、半導体多層膜２３が剛性の異なる第１層２３ａおよび第２層２３ｂを含むことも、このようなクラックＣＰが生じる１つの要因である。

【0050】

図６（ｂ）に示すように、クラックＣＰは、チップ上面の１つの辺の凹部として確認される。図３に示すチップ化の過程において、ＧａＡｓ基板１０は、スクライブラインＳＬから半導体多層膜２３の位置まで、劈開面に沿って分断されるが、半導体多層膜２３において、劈開面の連続性が阻害される。このため、エピタキシャル成長層２０の上面において、部分的に欠けた外縁が生じるものと考えられる。

【0051】

図７は、実施形態の変形例に係る半導体発光デバイス２を示す模式断面図である。半導体発光デバイス２は、ＧａＡｓ基板１０と、発光層２１と、半導体多層膜２３と、第１電極５０と、第２電極６０と、を備える。

【0052】

図７に示すように、発光層２１、半導体多層膜２３、ｎ形クラッド層２５、ｐ形クラッド層２７およびｐ形コンタクト層２９を含むエピタキシャル層２０は、メサ構造を有する。第１電極５０は、ＧａＡｓ基板１０に至る深さのメサ加工により露出されたＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆ上に設けられる。第１電極５０は、ｎ側電極である。また、ｎ形クラッド層２５に至る深さのメサ加工により、ｎ形クラッド層２５を露出させ、第１電極５０をｎ形クラッド層２５の上に設けても良い。

【0053】

第２電極６０は、ｐ形コンタクト層２９上に設けられる。第２電極６０は、ｐ側電極である。第２電極６０は、例えば、金（Ａｕ）もしくは銀（Ａｇ）を含み、発光層２１から第２電極６０に向かって放射される光を反射し、ＧａＡｓ基板１０の裏面１０Ｂから放出するように構成される。

【0054】

半導体発光デバイス２では、発光層２１から上下方向に放射される光ＬＯは、半導体多層膜２３中およびＧａＡｓ基板１０中を伝播し、ＧａＡｓ基板１０の裏面１０Ｂから外部に放出される。この例でも、半導体多層膜２３は、発光層２１から放射される光ＬＯを透過するように設けられる。

【0055】

図８は、実施形態に係る半導体発光デバイス１を用いたフォトカプラー７０を示す模式断面図である。フォトカプラー７０は、半導体発光デバイス１と、受光デバイス５と、を含む。半導体発光デバイス１および受光デバイス５は、相互に対向して配置され、光結合される。すなわち、受光デバイス５は、半導体発光デバイス１から放出される光を検出する。

【0056】

図８に示すように、半導体発光デバイス１は、入力側リード７１上にマウントされ、電気的に接続される。受光デバイス５は、出力側リード７３上にマウントされ、電気的に接続される。なお、フォトカプラー７０は、複数の入力側リード７１および複数の出力側リード７３を含む。フォトカプラー７０は、例えば、半導体発光デバイスの第１電極３０（図１参照）に電気的に接続された入力側リード７１と、第２電極４０（図１参照）に金属ワイヤを介して電気的に接続された別の入力側リード７１と、を含む。複数の出力側リード７３は、受光デバイスのアノードおよびカソードにそれぞれ接続されたリードを含む。

【0057】

半導体発光デバイス１は、第１樹脂７５中に封止される。第１樹脂７５は、例えば、シリコーン樹脂である。第１樹脂７５は、半導体発光デバイス１から放出される光を透過する。

【0058】

入力側リード７１および出力側リード７３は、半導体発光デバイス１と受光素子５とが対向するように配置される。続いて、入力側リード７１の半導体発光デバイス１がマウントされた部分および出力側リード７３の受光デバイス５がマウントされた部分を覆う第２樹脂７７がモールドされる。第２樹脂７７は、第１樹脂７５を介して、半導体発光デバイス１を覆い、受光デバイス５を覆うように設けられる。第２樹脂７７は、半導体発光デバイス１から放出される光を透過する。第２樹脂７７は、例えば、エポキシ樹脂である。

【0059】

さらに、第２樹脂７７を覆う第３樹脂７９がモールドされる。第３樹脂７９は、半導体発光デバイスから放出される光を遮蔽する。第３樹脂７９は、例えば、カーボンを含むエポキシ樹脂である。

【0060】

フォトカプラー７０では、半導体発光デバイス１を非弾性樹脂である第１樹脂７５により封じる。さらに、半導体発光デバイス１を、第１樹脂７５を介して、第１樹脂７５よりも高硬度の樹脂７７により封じる。このような２重の封止構造を用いることにより、半導体発光デバイス１に加わる樹脂応力を抑制し、その信頼性を向上させることができる。

【0061】

以上、説明したように、半導体発光デバイス１および２において、ＧｓＡｓ基板１０と発光層２１との間に半導体多層膜２３を設け、ＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆを（１００）面に対して傾斜させることにより、チップ化の過程において生じる結晶欠陥が、その信頼性へ影響することを防ぐことが可能となる。例えば、発光層２１がＧａＡｓ基板１０より剛性(硬度)が低く、半導体多層膜２３が剛性もしくは線膨張係数が相互に異なる複数の層を含む場合に、このような効果はより顕著である。

【0062】

すなわち、半導体多層膜２３は、ＧａＡｓ基板１０から発光層２１への転位の伝播を抑止する。さらに、ＧａＡｓ基板１０の結晶成長面を（１００）面に対して傾斜させることにより、半導体多層膜２３における転位の伝播抑止効果を高めることができる。半導体発光デバイス１の発光層２１は、転位の伝播による発光特性の劣化が生じ易い歪量子井戸を有するため、上記の転位抑止効果はより顕著になる。

【0063】

なお、実施形態は、上記に例示したものに限られない。例えば、チップには、スクライブ法に代えて、ダイシング法を用いることができる。ダイシングブレードによる切断においても、切断面に欠陥が生じることから、（１１１）面に等価な結晶面に沿った転位の延伸が生じるものと考えられる。したがって、半導体多層膜２３とＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆを傾斜させることを組合せる構成は、ダイシング法を用いる場合にも有効である。

【0064】

また、半導体多層膜２３における第１層２３ａと第２層２３ｂとの対数は１０に限定される訳ではなく、少なくとも２対以上であればよい。また、転位の伝播抑止は、第１層２３ａと第２層２３ｂとの界面で生じる。したがって、第１層２３ａおよび第２層２３ｂの膜厚は種々変形してもよい。

【0065】

また、ＧａＡｓ基板１０の側面１０Ｓとして、（０１１）面を例示したが、これに限定される訳ではない。例えば、（０１１）面と等価な（０１－１）、（０－１－１）、（０－１１）の各結晶面であっても良い。すなわち、ＧａＡｓ基板１０の表面１０Ｆを（０１－１）面に対して傾斜させた場合には、転位は（１－１１）面に沿って伝播する。（０－１－１）面方向に傾斜させた場合は（１１１）面に沿って伝播し、（０－１１）面方向に傾斜させた場合は、（１１－１）面に沿って伝播する。

【0066】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0067】

１、２…半導体発光デバイス、 １０…ＧａＡｓ基板、 １０Ｂ…裏面、 １０Ｆ…表面、 １０Ｓ…側面、 ２０…エピタキシャル成長層、 ２１…発光層、 ２１ｂ…障壁層、 ２１ｗ…量子井戸層、 ２３…半導体多層膜、 ２３ａ…第１層、 ２３ｂ…第２層、 ２５…ｎ形クラッド層、 ２７…ｐ形クラッド層、 ２９…ｐ形コンタクト層、 ３０、５０…第１電極、 ４０、６０…第２電極、 ７０…フォトカプラー、 ７１…入力側リード、 ７３…出力側リード、 ７５…第１樹脂、 ７７…第２樹脂、 ７９…第３樹脂、 θ…傾斜角、 ＢＥ…ブレーキング刃、 ＣＰ…クラック、 ＣＳ…チップサイズ、 ＣＴ…チップ厚、 ＤＬ…暗線、 ＳＬ…スクライブライン、 ＳＴ…スクライブ針

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】