(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された発光層を含むＰＮ接合および電流拡散層がエピタキシャル成長された発光ダイオードであって、電流拡散層内部に電流拡散層と同様に発光波長に対して透明な材料であって、互いに異極性である２層構造の電流阻止層が設けられており、ここに該２層構造の電流阻止層のうちの基板側の電流阻止層が電流拡散層と同極性であってキャリア濃度は電流拡散層よりも小さく、２種類以上のキャリア濃度からなる多層構造、あるいは、傾斜状のキャリア濃度プロファイルを持つ層で、エピタキシャル成長方向にキャリア濃度を小さく、かつ面積を小さくした構造であり、また、エピタキシャル成長表面側の電流阻止層が電流拡散層と逆極性であることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
電流阻止層が光取り出し面上の電極直下に配置され、エピタキシャル成長表面側の電流阻止層は光取り出し面上の電極面積と同じであり、基板側の電流阻止層はその面積よりも広いことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電流阻止層を有する発光ダイオードにおいて、発光効率に優れた結晶の内部構造を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年発光ダイオード（ＬＥＤ）が屋内外の表示デバイスとして脚光を浴びている。特にその高輝度化に伴い、屋外表示ディスプレイ市場が急伸、成長を続けている。可視域のＬＥＤはこれまで緑から赤色域でＧａＰ、ＧａＡｓＰおよびＧａＡｌＡｓが中心であったが、ＡｌＧａＩｎＰ系が実用化され緑から赤色域の高輝度化が実現している。また、短波長の青から緑色域についてＧａＮ系ＬＥＤが挙げられるが、緑色域については動作電圧が低いＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの需要が大きい。
【０００３】
ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの構造を図１、図２および図３に示した。図１はＮ−ＧａＡｓ基板（１）上にＭＯＣＶＤ法にて、Ｎ−ＧａＡｓバッファ層（２）、Ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（３）、ＡｌＧａＩｎＰ活性層（４）、Ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（５）およびＰ−ＡｌＧａＩｎＰ電流拡散層（６）を順次成長させ、基板（１）側および成長側にそれぞれ電極（７ａ）および（７ｂ）を構成させたものである。図２および図３は、Ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ電流拡散層（６）内のＰ電極（７ｂ）直下に電流阻止層（８ｂ）を形成させたものである。図２および図３の構造は図１のものに比べて、チップ光度が１.３倍から１.７倍大きくなる。
特に、図３の構造は素子上面の外側に電極が形成され内側が発光面となるため、ＬＥＤランプの軸上光度が図２の素子の場合と比べて大きくなる利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図３の構造の場合、素子上面の内側発光面内に均一な発光強度を得るために結晶内部の電流狭窄径を小さくする必要が生じ、このため動作電圧が図１および図２の構造に比べ０.４〜０.８Ｖ高くなる欠点があった。また、動作電流密度が高くなり、寿命が短くなることも問題であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための発光ダイオードの構造および製造方法を提供するものである。
図４にその構造断面図を示した。
すなわち、Ｎ−ＧａＡｓ基板（１）上にＭＯＣＶＤ法にて、Ｎ−ＧａＡｓバッファ層（２）、Ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（３）、ＡｌＧａＩｎＰ活性層（４）、Ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（５）およびＰ−ＡｌＧａＩｎＰ電流拡散層（６）を順次成長させ、基板（１）側および成長側にそれぞれ電極（７ａ）および（７ｂ）を構成させた発光ダイオードであって、Ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ電流拡散層（６）内部に設ける電流阻止層について、その電流阻止層が２層構造（８ａ）および（８ｂ）であることを特徴とする発光ダイオードである。
【０００６】
それら電流阻止層（８ａ）および（８ｂ）は、電流拡散層（６）と同様に発光波長に対して透明な材料であり、互いに異極性である。また、基板側の電流阻止層（８ａ）は電流拡散層（６）と同極性であって、そのキャリア濃度は電流拡散層（６）よりも小さく、また、エピタキシャル成長表面側の電流阻止層（８ｂ）は電流拡散層（６）と逆極性であることを特徴とする。さらに電流阻止層（８ａ）および（８ｂ）は、光取り出し面上の電極（７ｂ）直下に配置され、エピタキシャル成長表面側の電流阻止層（８ｂ）の面積は光取り出し面上の電極面積とほぼ同じであり、基板側の電流阻止層（８ａ）の面積はその面積よりも広いことを特徴とする。これにより、電流は比抵抗が小さい電流阻止層の無い領域（９）に流れ込み、電流の一部は比抵抗の高い電流拡散層と同極性の電流阻止層領域（１０）にも流れ込み、従って、電流狭窄領域（１１）で均一に発光強度を得ることができる。
【０００７】
さらに電流狭窄径を大きくしたい場合は、基板側の電流阻止層（８ａ）を２種類以上のキャリア濃度からなる多層構造、あるいは、傾斜状のキャリア濃度プロファイルを持つ層で、エピタキシャル成長方向にキャリア濃度を小さく、かつ面積を小さくした構造にすることで実現可能である。
【０００８】
本発明の発光ダイオードの製造方法としては、半導体基板上にエピタキシャル成長にて発光層を含むＰＮ接合形成層、第１の電流拡散層、第１の電流拡散層と同極性の第１の電流阻止層および第１の電流拡散層と逆極性の第２の電流阻止層を順次形成させる工程があり、次に、第２の電流阻止層をエッチングする工程と第１の電流阻止層をエッチングする工程があり、その所定の電流阻止形状にエッチングされたウエハ上に再度エピタキシャル成長にて第１の電流拡散層と同組成の第２の電流拡散層を形成させる工程からなる。
【０００９】
（作用）
従来、素子内側への電流狭窄構造では均一な発光パターンを得るため、電流狭窄径を小さくする必要があった。しかし、本発明の構造により、電流は比抵抗が小さい電流阻止層の無い領域に流れ込み、電流の一部は比抵抗のより高い同極性の電流阻止層にも流れ込み、従って、電流狭窄領域（１１）で均一に発光強度を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
【実施例】
Ｎ−ＧａＡｓ基板（１）上にＭＯＣＶＤ法にて、
・Ｎ−ＧａＡｓバッファ層（厚み０.５μｍ、Ｓｉドープ、キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3）（２）、
・Ｎ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（１.０μｍ、Ｓｉドープ、５×１０17ｃｍ-3）（３）、
・アンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０.５μｍ、黄色発光）（４）、
・Ｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（０.７μｍ、Ｚｎドープ、５×１０17ｃｍ-3）（５）、および
・Ｐ−（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.9Ｉｎ0.1Ｐ電流拡散層の一部（１.５μｍ、Ｚｎドープ、３×１０18ｃｍ-3）（６）
を順次成長させる。引き続きＰ−（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.9Ｉｎ0.1Ｐ電流拡散層（６）上に、電流拡散層（６）と同材料、同極性であって、キャリア濃度は電流拡散層（６）よりも小さい
・Ｐ−（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.9Ｉｎ0.1Ｐ電流阻止層（０.３μｍ、Ｚｎドープ、１×１０17ｃｍ-3）（８ａ）、
続いてＰ−（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.9Ｉｎ0.1Ｐ電流阻止層（８ａ）上に、電流拡散層（６）と同材料、逆極性の
・Ｎ−（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.9Ｉｎ0.1Ｐ電流阻止層（０.３μｍ、Ｓｉドープ、３×１０18ｃｍ-3）（８ｂ）
を連続でエピタキシャル成長させる。その構造断面図を図５（ａ）に示した。
【００１１】
次に後工程で電極形成させた後に形成される光取り出し面とほぼ同等サイズ、ここでは直径１００μｍのエッチングパターンをＮ−（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.9Ｉｎ0.1Ｐ電流阻止層（８ｂ）上にレジストにて施し、硫酸系エッチャント、例えばＨ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：１、６０℃、で約３分間エッチングする。この結果、後で形成される光取り出し面とほぼ同等の部分、ここでは直径１００μｍの領域だけＮ−（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.9Ｉｎ0.1Ｐ電流阻止層（８ｂ）が除去された構造となる。続いて、Ｎ−（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.9Ｉｎ0.1Ｐ電流阻止層（８ｂ）が除去された領域内に同心円上で、かつ、Ｎ−（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.9Ｉｎ0.1Ｐ電流阻止層（８ｂ）が除去された面積よりも小さい、ここでは直径５０μｍのエッチングパターンを施し、先と同様にエッチングする。その結果、Ｐ−（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.9Ｉｎ0.1Ｐ電流阻止層（８ａ）が直径５０μｍのパターンでエッチングされる。ここまでのプロセスが完了した構造断面図を図５（ｂ）に示した。このエッチングした部分が、電流狭窄領域となる。
【００１２】
これらエッチング工程を完了したウエハのエピタキシャル成長面を洗浄し、再度ＭＯＣＶＤによりエピタキシャル成長を実施させる。エピタキシャル成長は、前工程のエピタキシャル成長で形成させたＰ−（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.9Ｉｎ0.1Ｐ電流拡散層（６）と同様の
・Ｐ−（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.9Ｉｎ0.1Ｐ電流拡散層（６μｍ、Ｚｎドープ、３×１０18ｃｍ-3）（６）
を形成させる。以上でエピタキシャル成長工程が完了する。この時の構造断面図を図５（ｃ）に示した。
【００１３】
次にエピタキシャル成長面にＰ電極およびＮ電極を形成させる工程へ移る。
エピタキシャル成長面を洗浄し、電極材料ＡｕＢｅ、Ａｕ（７ｂ）を連続的に蒸着する。前のエピタキシャル工程のエッチング工程で作製した電流狭窄領域を発光面とするＰ電極のパターニングをレジスト等で実施する。その後、電極エッチング、アロイを順次実施する。次にＮ−ＧａＡｓ基板側を削り、ウエハ厚みを所定の厚み、例えば２００μｍに加工する。次に、Ｎ−ＧａＡｓ基板側にＮ型電極であるＡｕＧｅ（７ａ）を蒸着、アロイさせる。後は、ダイシング等により最終チップ形状に分割することでチップ作製が完了する。最終チップ断面構造は、図５（ｄ）となる。
【００１４】
【発明の効果】
従来、素子内側への電流狭窄構造では均一な発光パターンを得るため、電流狭窄径を小さくする必要があった。しかし、上述した図５（ｄ）に示す本発明の発光ダイオードの構造により、電流は比抵抗が小さい電流阻止層の無い領域に流れ込み、電流の一部は比抵抗のより高い同極性の電流阻止層にも流れ込み、従って、電流狭窄領域で均一に発光強度を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、一般的なＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの従来構造断面図である。
【図２】  図２は、ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードで、電極直下に電流阻止層を施した従来構造断面図である。
【図３】  図３は、ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードで、電流狭窄層を施した従来構造断面図である。
【図４】  図４は、本発明に係るＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードで、２層構造の電流狭窄層を施した構造断面図である。
【図５】  図５は、本発明に係るＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの製造方法で、各工程完了後の構造断面図である。
【符号の説明】
（１）…Ｎ−ＧａＡｓ基板
（２）…Ｎ−ＧａＡｓバッファ層
（３）…Ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
（４）…ＡｌＧａＩｎＰ活性層
（５）…Ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
（６）…Ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ電流拡散層（６）
（７ａ）…Ｎ−ＧａＡｓ基板側に形成されたＮ電極
（７ｂ）…エピタキシャル成長表面に形成されたＰ電極
（８ａ）…電流拡散層（６）と同極性であって、キャリア濃度が電流拡散層（６）よりも小さいＰ−ＡｌＧａＩｎＰ電流阻止層
（８ｂ）…電流拡散層（６）と逆極性であるＮ−ＡｌＧａＩｎＰ電流阻止層
（９）…電流が流れる比抵抗が小さい電流阻止層の無い領域
（１０）…電流が流れる比抵抗のより高い電流拡散層と同極性の電流阻止層領域（１１）…電流狭窄領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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