(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、
上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層をを備え、
上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に順次形成された第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とからなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、
上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は所定の形状にパターンニングされ、
少なくとも上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に形成された電極を備えたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項３】
請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、
上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層,第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層および第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層に、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層が露出するように形成された所定の形状の凹部と、
上記凹部に形成された電極とを備えたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項４】
第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、
上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層を備え、
上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は、少なくとも第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を有し、
上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を上記第１導電型ＧaＰ基板よりも高い５×１０17ｃｍ-3以上にすると共に、
上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は所定の形状にパターンニングされ、
少なくとも上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に形成された電極を備えたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項５】
第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、
上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層を備え、
上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は、少なくとも第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を有し、
上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を５〜５０×１０15ｃｍ-3とすると共に、
上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は所定の形状にパターンニングされ、
少なくとも上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に形成された電極を備えたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項６】
第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、
上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層を備え、
上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は、第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層であって、
上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を上記第１導電型ＧaＰ基板よりも高い５×１０17ｃｍ-3以上にすると共に、
上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層に形成された所定の形状の凹部と、
上記凹部に形成された電極とを備えたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項７】
第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、
上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層を備え、
上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は、第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層であって、
上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を５〜５０×１０15ｃｍ-3とすると共に、
上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層に形成された所定の形状の凹部と、
上記凹部に形成された電極とを備えたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項８】
発光ダイオードを液相エピタキシャル成長法により製造する発光ダイオードの製造方法であって、
第１導電型ＧaＰ基板の表面に第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に第２の第１導電型エピタキシャル層を形成する工程と、
上記第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に、第３の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とを順次形成する工程と、
上記第２の第１導電型エピタキシャル層を所定の形状にパターンニングする工程と、
上記パターンニング工程により少なくとも上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に電極を形成する工程とを有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
発光ダイオードを液相エピタキシャル成長法により製造する発光ダイオードの製造方法であって、
第１導電型ＧaＰ基板の表面に第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に第２の第１導電型エピタキシャル層を形成する工程と、
上記第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に、第３の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とを順次形成する工程と、
上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層に所定の形状の凹部を形成する工程と、
上記凹部に電極を形成する工程とを有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項１０】
発光ダイオードを液相エピタキシャル成長法により製造する発光ダイオードの製造方法であって、
第１導電型ＧaＰ基板の表面に第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成する工程と、
上記第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面側の上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成する工程と、
上記第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面側の上記第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成する工程とを有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、屋内,屋外用表示パネル、車載用表示ランプ、信号機および携帯電話数字表示用バックライト等に使用される高輝度のＧaＰ系の発光ダイオードおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオードとしては、赤色および黄緑から緑色発光のＧaＰ系のものがあり、窒素をドープした黄緑から緑色発光のＧaＰ発光ダイオードが主に屋外表示用として使用されている。この窒素ドープＧaＰ発光ダイオードの高輝度化の手法としては、
(1)  窒素ドープ量増加による発光の高効率化
(2)  ＰＮ接合近傍発光領域の結晶性の向上
(3)  エピタキシャル層構造内部に形成された電流阻止層の電流拡散効果による発光領域の拡大
といった結晶成長および積層構造の改善が行われている。また、結晶成長後のチップ形成プロセス段階では、チップの天面および側面を化学的な処理により粗面化することにより光の外部取り出し効率を向上させる方法や、ウェハー裏面の鏡面化による光反射率を向上させる方法およびウェハー裏面側の電極面積を減少させて光吸収量を減少させる方法等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記発光ダイオードが形成されたＧaＰエピタキシャルウェハーの裏面(通常はＡ面の(１１１)面)は粗面状態であり、チップ分割をして発光ダイオードとしたときにチップ裏面で光が反射せずに透過,散乱を起こし、結果として光の外部取り出し効率が低下するという問題がある。また、電極を形成する段階においてウエハー裏面が粗面状態であるため、電極材料の密着性が悪くなるという問題がある。そこで、このような問題を解決するため、ウエハー裏面側を可能な限り平滑な面となるように研磨する方法が提案されている。しかしながら、上記ウエハー裏面側を鏡面とするための機械的研磨や化学的処理による研磨では、結晶内部にダメージを与えるため、発光ダイオードの信頼性が低下したり、特性不良が発生したりする可能性がある。また、研磨およびダメージ緩和のための化学処理というプロセスが必要となり、その分製造コストがかかる。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な発光ダイオードおよびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発光ダイオードは、第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層を備え、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に順次形成された第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とからなることを特徴としている。
【０００６】
上記請求項１の発光ダイオードによれば、通常のエピタキシャル成長工程において第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなるため、安価な発光ダイオードの作成が可能となる。したがって、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを実現できる。また、上記第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成するときに、同時に裏面側の第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成し、上記第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成するときに、同時に裏面側の第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成することによって、後工程に鏡面状態に影響するエピタキシャル成長工程がなくなり、第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層により裏面側の鏡面状態を容易に維持できる。
【０００７】
また、請求項２の発光ダイオードは、請求項１の発光ダイオードにおいて、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は所定の形状にパターンニングされ、少なくとも上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に形成された電極を備えたことを特徴としている。
【０００８】
上記請求項２の発光ダイオードによれば、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層をエッチング処理により所定の形状にパターンニングして、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に電極を形成することにより、パターンニングされた電極と同様に、電流広がりがよくなり、発光領域が拡大する。なお、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域および残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成してもよく、この場合、残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がりがよくなり、発光領域が拡大する。
【０００９】
また、請求項３の発光ダイオードは、請求項１の発光ダイオードにおいて、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層,第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層および第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層に、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層が露出するように形成された所定の形状の凹部と、上記凹部に形成された電極とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
上記請求項３の発光ダイオードによれば、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層,第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層および第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層に、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層が露出するようにエッチング処理により形成された所定の形状の凹部に上記電極を形成することによって、上記第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層の上記凹部以外の領域の鏡面状態を維持できる。
【００１１】
また、請求項４の発光ダイオードは、第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層を備え、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は、少なくとも第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を有し、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を上記第１導電型ＧaＰ基板よりも高い５×１０17ｃｍ-3以上にすると共に、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は所定の形状にパターンニングされ、少なくとも上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に形成された電極を備えたことを特徴としている。
【００１２】
上記請求項４の発光ダイオードによれば、通常のエピタキシャル成長工程において第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなるため、安価な発光ダイオードの作成が可能となる。したがって、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを実現できる。また、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を第１導電型ＧaＰ基板よりも高い５×１０17ｃｍ-3以上にすることにより、オーミック特性が取りやすくなると共に、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層が電流阻止層として働き、電流広がり効果が向上し、発光領域が拡大する。また、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層をエッチング処理により所定の形状にパターンニングして、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に電極を形成することにより、パターンニングされた電極と同様に、電流広がりがよくなり、発光領域が拡大する。なお、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域および残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成してもよく、この場合、残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がりがよくなり、発光領域が拡大する。
【００１３】
また、請求項５の発光ダイオードは、第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層を備え、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は、少なくとも第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を有し、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を５〜５０×１０15ｃｍ-3とすると共に、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は所定の形状にパターンニングされ、少なくとも上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に形成された電極を備えたことを特徴としている。
【００１４】
上記請求項５の発光ダイオードによれば、通常のエピタキシャル成長工程において第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなるため、安価な発光ダイオードの作成が可能となる。したがって、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを実現できる。また、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を５〜５０×１０15ｃｍ-3とすることにより、第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がり効果が向上し、発光領域が拡大する。また、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層をエッチング処理により所定の形状にパターンニングして、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に電極を形成することにより、パターンニングされた電極と同様に、電流広がりがよくなり、発光領域が拡大する。なお、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域および残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成してもよく、この場合、残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がりがよくなり、発光領域が拡大する。
【００１５】
また、請求項６の発光ダイオードは、第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層を備え、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は、第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層であって、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を上記第１導電型ＧaＰ基板よりも高い５×１０17ｃｍ-3以上にすると共に、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層に形成された所定の形状の凹部と、上記凹部に形成された電極とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
上記請求項６の発光ダイオードによれば、通常のエピタキシャル成長工程において第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなるため、安価な発光ダイオードの作成が可能となる。したがって、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを実現できる。また、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を第１導電型ＧaＰ基板よりも高い５×１０17ｃｍ-3以上にすることにより、オーミック特性が取りやすくなると共に、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層が電流阻止層として働き、電流広がり効果が向上し、発光領域が拡大する。また、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層にエッチング処理により形成された所定の形状の凹部に上記電極を形成することによって、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の上記凹部以外の領域の鏡面状態を維持できる。
【００１７】
また、請求項７の発光ダイオードは、第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層を備え、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は、第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層であって、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を５〜５０×１０15ｃｍ-3とすると共に、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層に形成された所定の形状の凹部と、上記凹部に形成された電極とを備えたことを特徴としている。
【００１８】
上記請求項７の発光ダイオードによれば、通常のエピタキシャル成長工程において第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなるため、安価な発光ダイオードの作成が可能となる。したがって、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを実現できる。また、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を５〜５０×１０15ｃｍ-3とすることにより、第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がり効果が向上し、発光領域が拡大する。また、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層にエッチング処理により形成された所定の形状の凹部に上記電極を形成することによって、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の上記凹部以外の領域の鏡面状態を維持できる。
【００１９】
また、請求項８の発光ダイオードの製造方法は、発光ダイオードを液相エピタキシャル成長法により製造する発光ダイオードの製造方法であって、第１導電型ＧaＰ基板の表面に第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に第２の第１導電型エピタキシャル層を形成する工程と、上記第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に、第３の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とを順次形成する工程と、上記第２の第１導電型エピタキシャル層を所定の形状にパターンニングする工程と、上記パターンニング工程により少なくとも上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００２０】
上記請求項８の発光ダイオードの製造方法によれば、液相エピタキシャル成長法によって、上記第１導電型ＧaＰ基板の表面に第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に第２の第１導電型エピタキシャル層を形成した後、上記第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に、第３の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とを順次形成する。そうして、エピタキシャル成長において裏面に形成された第２の第１導電型エピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなる。したがって、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを製造できる。また、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層をエッチング処理により所定の形状にパターンニングして、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に電極を形成することにより、パターンニングされた電極と同様に、電流広がりがよくなり、発光領域が拡大する。なお、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域および残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成してもよく、この場合、残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がりがよくなり、発光領域が拡大する。
【００２１】
また、請求項９の発光ダイオードの製造方法は、発光ダイオードを液相エピタキシャル成長法により製造する発光ダイオードの製造方法であって、第１導電型ＧaＰ基板の表面に第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に第２の第１導電型エピタキシャル層を形成する工程と、上記第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に、第３の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とを順次形成する工程と、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層に所定の形状の凹部を形成する工程と、上記凹部に電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００２２】
上記請求項９の発光ダイオードの製造方法によれば、液相エピタキシャル成長法によって、上記第１導電型ＧaＰ基板の表面に第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に第２の第１導電型エピタキシャル層を形成した後、上記第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に、第３の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とを順次形成する。そうして、エピタキシャル成長において裏面に形成された第２の第１導電型エピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなる。したがって、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを製造できる。また、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層にエッチング処理により形成された所定の形状の凹部に上記電極を形成することによって、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の上記凹部以外の領域の鏡面状態を維持できる。
【００２３】
また、請求項１０の発光ダイオードの製造方法は、発光ダイオードを液相エピタキシャル成長法により製造する発光ダイオードの製造方法であって、第１導電型ＧaＰ基板の表面に第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成する工程と、上記第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面側の上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成する工程と、上記第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面側の上記第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００２４】
上記請求項１０の発光ダイオードの製造方法によれば、液相エピタキシャル成長法によって、上記第１導電型ＧaＰ基板の表面に第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成した後、第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、第１導電型ＧaＰ基板の裏面側の第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成し、さらに、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、第１導電型ＧaＰ基板の裏面側の第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成する。そうして、エピタキシャル成長において裏面側に形成された第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなる。したがって、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを製造できる。また、後工程に鏡面状態に影響するエピタキシャル成長工程がなくなり、第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層により裏面側の鏡面状態を容易に維持できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の発光ダイオードおよびその製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態のＧaＰ発光ダイオードの構造を示す断面図である。図１において、１は第１導電型としてのｎ型ＧaＰ基板、２は上記ｎ型ＧaＰ基板１の表面に形成された第１のｎ型ＧaＰエピタキシャル層、３は上記ｎ型ＧaＰ基板１の裏面に形成された第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層、４は上記第１のｎ型ＧaＰエピタキシャル層２の表面に形成された第３のｎ型ＧaＰエピタキシャル層、５は上記第３のｎ型ＧaＰエピタキシャル層４の表面に形成された第１の第２導電型としてのｐ型ＧaＰエピタキシャル層、６は上記第１のｐ型ＧaＰエピタキシャル層５の表面に形成された第２のｐ型ＧaＰエピタキシャル層である。また、３a,３aは上記ｎ型ＧaＰ基板１裏面側の第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層３をエッチング処理により形成された所定の形状の凹部、７,７は上記凹部３a,３aに形成されたｎ型電極、８は上記第２のｐ型ＧaＰエピタキシャル層６上に、裏面側のｎ型電極７,７と重ならないように形成されたｐ型電極である。
【００２７】
図２は上記ＧaＰ発光ダイオードの液相エピタキシャル成長の温度ダイヤグラムを示しており、図２において、横軸は時間(任意目盛)を表し、縦軸はＧaＰ溶液温度を表している。また、図３はｎ型ＧaＰ基板１両面にエピタキシャル成長が可能なＧaＰ基板支持用治具１９の概略断面図を示している。図３に示すように、ＧaＰ基板支持用治具１９は、分割可能に組み合わされた上下２つの半円筒部分(図示せず)からなる円筒部１９Aと、上記円筒部１９Aの両端を閉じる円板形状のキャップ１９B,１９Bと、上記円筒部１９A内の基板を支持する支持棒１９Cとからなり、円筒部１９Aの内側に基板を保持するための溝を形成している。なお、ＧaＰ基板支持用治具１９には、互いの間隔がＢの２枚の基板を１組として、互いに隣接する組を間隔Ａをあけて配置している。
【００２８】
以下、図２,図３により上記ＧaＰ発光ダイオードの製造方法を説明する。
【００２９】
まず、図２に示すように、ｔ1〜ｔ2の期間、９００℃に加熱したＧaＰ溶液中に、複数のｎ型ＧaＰ基板１が収容されたＧaＰ基板支持用治具１９(図３に示す)を浸し、ｔ2〜ｔ3の期間で、ＧaＰ溶液を０.５℃／minの速度でＧaＰ溶液温度が８５０℃になるまで徐冷することにより、図１に示す第１のｎ型ＧaＰエピタキシャル層２(図１に示す)および第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層３(図１に示す)を形成する。このとき、キャリアガスとして４.０１／minの水素(Ｈ2)を使用し、ｎ型ドーパントとしてシリコン(Ｓi)を用いる。
【００３０】
上記各エピタキシャル層２,３はエッチング処理時にエッチング速度が異なるため(表面＞裏面、王水では表面：裏面＝１０：１)、厚み調整が容易となるように、液相エピタキシャル成長に用いられる図３に示すＧaＰ基板支持用治具１９内の基板間の距離に差をつけ、ｎ型ＧaＰ基板１表面と裏面に接するＧaＰ溶液の体積が異なる(Ｇa中に溶解しているＧaＰの量が異なる)ようにする。そうすることによって、第２のｎ型エピタキシャル層３の厚みを、第１のｎ型エピタキシャル層２よりも薄く形成する。
【００３１】
このように、図３に示すＧaＰ基板支持用治具１９において基板の間隔Ａ,Ｂを設定することにより、表面側の第１のｎ型ＧaＰエピタキシャル層２の厚さを５０μｍ、裏面側の第２のｎ型エピタキシャル層３の厚さを１５μｍとしている。そして、第１のｎ型ＧaＰエピタキシャル層２は、最終的に所望の厚さとなるように厚さ１０μｍをエッチングにより除去する。
【００３２】
次に、上記ウェハーの第１のｎ型ＧaＰエピタキシャル成長層２上に、Ｐ−Ｎ接合を有する第３のｎ型ＧaＰエピタキシャル層４,第１のｐ型ＧaＰエピタキシャル層５を順次形成する。このときのエピタキシャル成長の温度ダイヤグラムを図４に示しており、図４において、横軸は時間(任意目盛)を表し、縦軸はＧaＰ溶液温度を表している。また、図５はｎ型ＧaＰ基板１片面にエピタキシャル成長が可能なＧaＰ基板支持用治具２２の概略断面図を示している。図５に示すように、ＧaＰ基板支持用治具２２は、分割可能に組み合わされた上下２つの半円筒部分(図示せず)からなる円筒部２２Aと、上記円筒部２２Aの両端を閉じる円板形状のキャップ２２B,２２Bと、上記円筒部２２A内の基板を支持する支持棒２２Cとからなり、円筒部２２Aの内側に基板を保持するための溝を形成している。なお、このＧaＰ基板支持用治具２２では、図３に示すＧaＰ基板支持用治具１９と異なり、各ＧaＰ基板１の裏面がカーボン製プレート２１に接するように、各ＧaＰ基板１をＧaＰ基板支持用治具２２内に配置している。
【００３３】
図４に示すように、ｔ11〜ｔ12の期間、１０００℃に加熱したＧaＰ溶液中に、第１,第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル成長層２,３が形成された複数のｎ型ＧaＰ基板１が収容されたＧaＰ基板支持用治具２２を浸し、ｔ12〜ｔ13の期間で、ＧaＰ溶液を０.５℃／minの速度で徐冷することにより、第１のｎ型ＧaＰエピタキシャル成長層２(図１に示す)上に第３のｎ型ＧaＰエピタキシャル層４(図１に示す)を形成する。このとき、キャリアガスとして４.０１／minの水素(Ｈ2)を使用し、ｎ型ドーパントとしてシリコン(Ｓi)を用いる。
【００３４】
次に、ｔ13〜ｔ14の期間、ＧaＰ溶液の温度９００℃において水素ガス(Ｈ2)と共にアンモニアガス(ＮＨ3)を導入し、ｎ型ドーパントのシリコン(Ｓi)とアンモニア(ＮＨ3)を反応させることにより、エピタキシャル成長層内へのシリコンの取り込みをなくし、エピタキシャル成長のバックグラウンド濃度となるようにＧaＰ溶液の温度を９００℃のまま３０分間(ｔ13〜ｔ14)保持する。次いで、ｔ14〜ｔ15の期間で、水素(Ｈ2),アンモニアガス(ＮＨ3)を同様に導入しつつ、０.５℃／minの速度で溶液温度８８０℃まで徐冷し、バックグラウンド濃度による第１のｐ型ＧaＰエピタキシャル層５(図１に示す)を形成する。
【００３５】
さらに、０.５℃／minの速度で溶液温度８００℃まで徐冷しつつ、ｐ型ドーパントとしてキャリアガス中に亜鉛(Ｚn)蒸気を導入し、第２のｐ型ＧaＰエピタキシャル層６を形成する。以上でエピタキシャル成長が終了となる。図５に示すＧaＰ基板支持用治具２２において表面が対向する２枚の基板の間隔Ｃを設定することにより、第３のｎ型ＧaＰエピタキシャル層４の厚さを４０μｍ、第１のｐ型ＧaＰエピタキシャル層５の厚さを２０μｍ、第２のｐ型ＧaＰエピタキシャル層６(図１に示す)の厚さを３０μｍとした。
【００３６】
次に、上記エピタキシャルウェハーの第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層３にＳiＯ2膜等を形成し、エッチング処理により第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層３と共にパターンニング処理し、エッチング処理により除去された領域(図１に示す凹部３a,３a)にｎ型電極７,７を形成する。さらに、第２のｐ型ＧaＰエピタキシャル層６上に裏面側のｎ型電極７,７(図１に示す)と重なることのないようにｐ型電極８(図１に示す)を形成した後、例えば０.２５ｍｍ×０.２５ｍｍ角の大きさにチップ分割を行い、ＧaＰ発光ダイオードとする。
【００３７】
なお、上記第１実施形態では、各層のキャリア濃度を、
第１のｎ型ＧａＰエピタキシャル層２  ：  ５〜２０×１０16ｃｍ-3
第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層３  ：  ０.５〜２００×１０16ｃｍ-3
第３のｎ型ＧａＰエピタキシャル層４  ：  ５〜２０×１０16ｃｍ-3
第１のｐ型ＧａＰエピタキシャル層５  ：  ５〜１０×１０15ｃｍ-3
第２のｐ型ＧａＰエピタキシャル層６  ：  １〜３×１０18ｃｍ-3
とした。
【００３８】
このように、通常のエピタキシャル成長工程においてｎ型ＧaＰ基板１の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層としての第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層３によって、裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなるため、安価なＧaＰ発光ダイオードの作成が可能となる。したがって、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度ＧaＰ発光ダイオードを実現することができる。
【００３９】
また、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層としての第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層３のキャリア濃度をｎ型ＧaＰ基板１よりも高い５×１０17ｃｍ-3以上とすることによって、第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層３によりオーミック特性が取りやすくなると共に、第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層３が電流阻止層として働き、電流広がり効果が向上して、発光領域を拡大できる。
【００４０】
また、上記ＧaＰ発光ダイオードにおいて、反射用ＧaＰエピタキシャル層としての第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層３のキャリア濃度を５〜５０×１０15ｃｍ-3とすることによって、第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層３が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がり効果が向上して、発光領域を拡大できる。
【００４１】
また、上記第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層３にエッチング処理により形成された所定の形状の凹部３a,３aにｎ型電極７,７を形成することによって、第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層３のｎ型電極７,７以外の領域の鏡面状態を維持することができる。
【００４２】
また、上記ＧaＰ発光ダイオードの製造方法によれば、エピタキシャル成長においてｎ型ＧaＰ基板１裏面に形成された第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層３によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなるので、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度ＧaＰ発光ダイオードを製造することができる。
【００４３】
（第２実施形態）
図６はこの発明の第２実施形態のＧaＰ発光ダイオードの構造を示す断面図である。図６において、９は第１導電型としてのｎ型ＧaＰ基板、１０は上記ｎ型ＧaＰ基板９の表面に形成された第１のｎ型ＧaＰエピタキシャル層、１１は上記ｎ型ＧaＰ基板９の裏面に形成された第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層、１２は上記第１のｎ型ＧaＰエピタキシャル層１０の表面に形成された第１の第２導電型としてのｐ型ＧaＰエピタキシャル層、１３は上記第１のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１２の表面に形成された第２のｐ型ＧaＰエピタキシャル層、１４は上記第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層１１の表面に形成された第３のｐ型ＧaＰエピタキシャル層、１５は上記第３のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１４の表面に形成された第４のｐ型ＧaＰエピタキシャル層である。
また、１８,１８は上記ｎ型ＧaＰ基板９裏面側の第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層１１および第３,第４のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１４,１５にエッチング処理により形成された所定の形状に凹部、１６,１６は上記凹部１８,１８に形成されたｎ型電極、１７は上記第２のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１３上に、裏面側のｎ型電極１６,１６と重ならないように形成されたｐ型電極である。
【００４４】
この第２実施形態において、上記ＧaＰ発光ダイオードの液相エピタキシャル成長温度のダイヤグラム、および、上記ＧaＰ発光ダイオードの液相エピタキシャル成長に用いられるＧaＰ基板支持用治具の概略断面図は、第１実施形態の図３,図４と同様である。
【００４５】
以下、上記ＧaＰ発光ダイオードの製造方法を説明する。
【００４６】
図４に示すように、１０００℃に加熱したＧaＰ溶液に、複数のｎ型ＧaＰ基板９が収容されたＧaＰ基板支持用治具１９(図３に示す)を浸し、ｔ12〜ｔ13の期間でＧaＰ溶液を０.５℃／minの速度でＧaＰ溶液温度が９００℃になるまで徐冷することにより、第１のｎ型エピタキシャル層１０(図６に示す)および第２のｎ型エピタキシャル層１１(図６に示す)を形成する。このとき、キャリアガスとして４.０１／minの水素(Ｈ2)を使用し、ｎ型ドーパントとしてシリコンを使用する。
【００４７】
次に、ＧaＰ溶液の温度９００℃において、水素 (Ｈ2) ガスと共にアンモニア (ＮＨ3) ガスを導入し、ｎ型ドーパントのシリコンとアンモニアを反応させることにより、エピタキシャル成長層内へのシリコンの取り込みをなくし、エピタキシャル成長のバックグラウンド濃度となるように溶液の温度を９００℃のまま３０分間(ｔ13〜ｔ14)保持する。次いで、ｔ14〜ｔ15の期間、水素ガス,アンモニアガスを同様に導入しつつ、０.５℃／minの速度で溶液温度８８０℃まで徐冷し、バックグラウンド濃度による第１のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１２(図６に示す)および第３のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１４(図６に示す)を形成する。
【００４８】
さらに、ｔ15から０.５℃／min溶液温度８００℃まで徐冷しつつ、ｐ型ドーパントとしてキャリアガス中に亜鉛(Ｚn)蒸気を導入し、第２のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１３(図６に示す)および第４のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１５(図６に示す)を形成する。以上でエピタキシャル成長が終了となる。
【００４９】
このとき、エピタキシャル成長層の構造がサイリスタ構造を取るため、高抵抗層となる部分を容易に除去できるように、第１実施形態と同様の方法で、図３に示すＧaＰ基板支持用治具１９における基板間の距離Ａ,Ｂに差をつけることにより、ｎ型ＧaＰ基板９の裏面側に形成されるエピタキシャル層の厚みは、ｎ型ＧaＰ基板９の表面側に形成されるエピタキシャル層の厚みよりも薄くなる。
【００５０】
このように、図３に示すＧaＰ基板支持用治具１９における基板間の距離Ａ,Ｂを設定することにより、第１のｎ型ＧaＰエピタキシャル層１０の厚さを４０μｍ、第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層１１の厚さを８μｍ、第１のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１２の厚さを２０μｍ、第２のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１３の厚さを３０μｍ、第３のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１４の厚さを４μｍ、第４のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１５の厚さを６μｍとした。
【００５１】
上記エピタキシャルウェハーは、第１実施形態と同様に、ｎ型ＧaＰ基板９の裏面側の第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層１１,第３のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１４および第４のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１５を同時にエッチング処理により所定の形状の凹部１８,１８を形成した後、エッチング処理により除去された領域である凹部１８,１８にｎ型電極１６,１６を形成する。さらに、第２のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１３表面に、裏面側のｎ型電極１６,１６と重なることのないようにｐ型電極１７を形成した後、チップ分割によりＧaＰ発光ダイオードとする。
【００５２】
なお、上記第２実施形態では、各層のキャリア濃度を、
第１のｎ型ＧａＰエピタキシャル層１０  ：  ５〜２０×１０16ｃｍ-3
第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層１１  ：  ０.５〜２００×１０16ｃｍ-3
第１のｐ型ＧａＰエピタキシャル層１２  ：  ５〜１０×１０15ｃｍ-3
第２のｐ型ＧａＰエピタキシャル層１３  ：  １〜３×１０18ｃｍ-3
第３のｐ型ＧａＰエピタキシャル層１４  ：  ５〜１０×１０15ｃｍ-3
第４のｐ型ＧａＰエピタキシャル層１５  ：  １〜３×１０18ｃｍ-3
とした。
【００５３】
このように、通常のエピタキシャル成長工程においてｎ型ＧaＰ基板９の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層としての第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層１１,第３のｐ型ＧａＰエピタキシャル層１４および第４のｐ型ＧａＰエピタキシャル層１５のうちの第４のｐ型ＧａＰエピタキシャル層１５によって、裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなるため、安価なＧaＰ発光ダイオードの作成が可能となる。したがって、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度ＧaＰ発光ダイオードを実現することができる。
【００５４】
また、上記第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層１１のキャリア濃度をｎ型ＧaＰ基板９よりも高い５×１０17ｃｍ-3以上とすることによって、第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層１１によりオーミック特性が取りやすくなると共に、第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層１１が電流阻止層として働き、電流広がり効果が向上して、発光領域を拡大できる。
【００５５】
また、上記ＧaＰ発光ダイオードにおいて、第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層１１のキャリア濃度を５〜５０×１０15ｃｍ-3とすることによって、第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層１１が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がり効果が向上して、発光領域を拡大できる。
【００５６】
また、上記第１,２のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１２,１３を形成するときに、同時に第３,４のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１４,１５を順次形成することによって、第４のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１５の鏡面状態に後工程で影響を与えるようなエピタキシャル成長工程がなくなり、第４のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１５の鏡面状態を容易に維持することができる。
【００５７】
また、上記第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層１１,第３のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１４および第４のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１５に、第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層１１が露出するようにエッチング処理により形成された所定の形状の凹部にｎ型電極１６,１６を形成することによって、第４のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１５のｎ型電極１６,１６以外の領域の鏡面状態を維持することができる。
【００５８】
また、上記ＧaＰ発光ダイオードの製造方法によれば、エピタキシャル成長においてｎ型ＧaＰ基板９の裏面に形成された第４のｐ型ＧaＰエピタキシャル層１５によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなるので、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度ＧaＰ発光ダイオードを製造することができる。
【００５９】
上記第１,第２実施形態では、ｎ型ＧaＰ基板１,９の表裏にエピタキシャル層を形成したが、ｐ型ＧaＰ基板の表裏に第１,第２実施形態とは逆導電型のエピタキシャル層を夫々形成してもよい。
【００６０】
また、上記第１実施形態では、第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層３をエッチング処理して、第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層３のエッチングにより除去された領域にｎ型電極７,７を形成したが、第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層をエッチングせずに、第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層の表面に電極を形成してもよいし、その電極を所定の形状にパターンニングしてもよい。この場合、第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の全面を鏡面状態にできると共に、第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層が電流阻止層として働き、電流広がりがよくなり、発光領域が拡大する。
【００６１】
また、上記第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層をパターンニングして、ＧaＰ基板が露出した領域に電極を形成してもよく、パターンニングされた電極と同様に、電流広がりがよくなる。さらに、上記ＧaＰ基板が露出した領域およびパターンニングされた第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成してもよく、残された第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がりがよくなる。
【００６２】
また、上記第２実施形態では、第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層１１,第３ｐ型エピタキシャル層１４および第４ｐ型エピタキシャル層１５をエッチング処理して、エッチングにより除去された領域にｎ型電極１６,１６を形成したが、第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層,第３ｐ型エピタキシャル層および第４ｐ型エピタキシャル層をパターンニングして、ＧaＰ基板が露出した領域に電極を形成してもよく、パターンニングされた電極と同様に、電流広がりがよくなる。さらに、上記ＧaＰ基板が露出した領域およびパターンニングされたＧａＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成してもよく、残された第２のｎ型ＧａＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がりがよくなる。
【００６３】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の発光ダイオードは、第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に反射用ＧaＰエピタキシャル層を形成したものであり、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層は、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に順次形成された第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とからなるものである。
【００６４】
したがって、請求項１の発明の発光ダイオードによれば、通常のエピタキシャル成長工程において第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなり、効率よく外部に光りを取り出せると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する研磨プロセスの必要がなくなるため、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを実現することができる。また、上記第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成するときに、同時に裏面側の第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成し、上記第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成するときに、同時に裏面側の第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成することによって、後工程に鏡面状態に影響するエピタキシャル成長工程がなくなり、第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層により裏面側の鏡面状態を容易に維持できる。
【００６５】
また、請求項２の発明の発光ダイオードは、請求項１の発光ダイオードにおいて、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層をエッチング処理により所定の形状にパターンニングして、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に電極を形成するか、または、第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域および残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成することにより、電流広がりがよくなり、発光領域を拡大することができる。また、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域および残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成した場合も、残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がりがよくなり、発光領域を拡大することができる。
【００６６】
また、請求項３の発明の発光ダイオードは、請求項１の発光ダイオードにおいて、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層,第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層および第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層に、第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層が露出するようにエッチング処理により形成された所定の形状の凹部に上記電極を形成することによって、上記第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層の上記凹部以外の領域の鏡面状態を維持できる。
【００６７】
また、請求項４の発明の発光ダイオードは、第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に反射用ＧaＰエピタキシャル層を形成したものであり、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層である第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を第１導電型ＧaＰ基板よりも高い５×１０17ｃｍ-3以上にし、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層をエッチング処理により所定の形状にパターンニングして、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に電極を形成するか、または、第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域および残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成したものである。
【００６８】
したがって、請求項４の発明の発光ダイオードによれば、通常のエピタキシャル成長工程において第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなり、効率よく外部に光りを取り出せると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する研磨プロセスの必要がなくなるため、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを実現することができる。また、オーミック特性が取りやすくなると共に、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層が電流阻止層として働き、電流広がり効果が向上し、発光領域を拡大することができる。また、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に電極を形成することによって、電流広がりがよくなり、発光領域を拡大することができる。また、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域および残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成した場合も、残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がりがよくなり、発光領域を拡大することができる。
【００６９】
また、請求項５の発明の発光ダイオードは、第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に反射用ＧaＰエピタキシャル層を形成したものであり、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層である第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を５〜５０×１０15ｃｍ-3とし、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層をエッチング処理により所定の形状にパターンニングして、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に電極を形成するか、または、第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域および残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成したものである。
【００７０】
したがって、請求項５の発明の発光ダイオードによれば、通常のエピタキシャル成長工程において第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなり、効率よく外部に光りを取り出せると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する研磨プロセスの必要がなくなるため、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを実現することができる。また、第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がり効果が向上し、発光領域を拡大することができる。また、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に電極を形成することによって、電流広がりがよくなり、発光領域を拡大することができる。また、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域および残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成した場合も、残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がりがよくなり、発光領域を拡大することができる。
【００７１】
また、請求項６の発明の発光ダイオードは、第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に反射用ＧaＰエピタキシャル層を形成したものであり、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層である第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を第１導電型ＧaＰ基板よりも高い５×１０17ｃｍ-3以上にし、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層をエッチング処理により所定の形状にパターンニングして、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層である上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層にエッチング処理により形成された所定の形状の凹部に電極を形成したものである。
【００７２】
したがって、請求項６の発明の発光ダイオードによれば、通常のエピタキシャル成長工程において第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなり、効率よく外部に光りを取り出せると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する研磨プロセスの必要がなくなるため、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを実現することができる。また、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3以上にすることにより、オーミック特性が取りやすくなると共に、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層が電流阻止層として働き、電流広がり効果が向上し、発光領域を拡大することができる。また、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の上記凹部以外の領域の鏡面状態を維持できる。
【００７３】
また、請求項７の発明の発光ダイオードは、第１導電型ＧaＰ基板の表面に、少なくとも第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と、第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とが積層された発光ダイオードであって、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に反射用ＧaＰエピタキシャル層を形成したものであり、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層である第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を５〜５０×１０15ｃｍ-3とし、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層をエッチング処理により所定の形状にパターンニングして、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層である上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層にエッチング処理により形成された所定の形状の凹部に電極を形成したものである。
【００７４】
したがって、請求項７の発明の発光ダイオードによれば、通常のエピタキシャル成長工程において第１導電型ＧaＰ基板の裏面に形成された反射用ＧaＰエピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなり、効率よく外部に光りを取り出せると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する研磨プロセスの必要がなくなるため、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを実現することができる。また、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層のキャリア濃度を５〜５０×１０15ｃｍ-3以上にすることにより、第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がり効果が向上し、発光領域を拡大することができる。また、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の上記凹部以外の領域の鏡面状態を維持できる。
【００７５】
また、請求項８の発明の発光ダイオードの製造方法は、液相エピタキシャル成長法によって、第１導電型ＧaＰ基板の表面に第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に第２の第１導電型エピタキシャル層を形成した後、上記第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に、第３の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とを順次形成して、エピタキシャル成長において裏面に形成された第２の第１導電型エピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなるので、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを製造することができる。また、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層をエッチング処理により所定の形状にパターンニングして、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域に電極を形成するか、または、第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域および残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成することにより、電流広がりがよくなり、発光領域を拡大することができる。また、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面が露出した領域および残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層を全て覆うように電極を形成した場合も、残された上記反射用ＧaＰエピタキシャル層が高抵抗層となって電流阻止層として働き、電流広がりがよくなり、発光領域を拡大することができる。
【００７６】
また、請求項９の発明の発光ダイオードの製造方法は、液相エピタキシャル成長法によって、第１導電型ＧaＰ基板の表面に第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に第２の第１導電型エピタキシャル層を形成した後、上記第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に、第３の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層と第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層と第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層とを順次形成して、エピタキシャル成長において裏面に形成された第２の第１導電型エピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなるので、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを製造することができる。また、上記反射用ＧaＰエピタキシャル層である上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層にエッチング処理により形成された所定の形状の凹部に電極を形成することによって、上記第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の上記凹部以外の領域の鏡面状態を維持できる。
【００７７】
また、請求項１０の発明の発光ダイオードの製造方法は、液相エピタキシャル成長法によって、第１導電型ＧaＰ基板の表面に第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、上記第１導電型ＧaＰ基板の裏面に第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成した後、第１の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、第１導電型ＧaＰ基板の裏面側の第２の第１導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成し、さらに、第１の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第２の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成すると同時に、第１導電型ＧaＰ基板の裏面側の第３の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層の表面に第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層を形成して、エピタキシャル成長において裏面側に形成された第４の第２導電型ＧaＰエピタキシャル層によって裏面側に鏡面状態が形成されて、裏面の反射率が高くなると共に、エピタキシャル成長終了後に新たに裏面側を鏡面研磨する必要がなくなるので、結晶内部にダメージを与えることなく、高効率でかつ安価な高輝度発光ダイオードを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態のＧaＰ発光ダイオードの構造を示すの断面図である。
【図２】図２は上記ＧaＰ発光ダイオードの液相エピタキシャル成長温度のダイヤグラムである。
【図３】図３は上記ＧaＰ発光ダイオードの液相エピタキシャル成長に用いられるＧaＰ基板支持用治具の概略断面図である。
【図４】図４は上記ＧaＰ発光ダイオードのエピタキシャル成長温度のダイヤグラムである。
【図５】図５は上記ＧaＰ発光ダイオードのエピタキシャル成長に用いられるＧaＰ基板支持用治具の概略断面図である。
【図６】図６はこの発明の第２実施形態のＧaＰ発光ダイオードの構造を示すの断面図である。
【符号の説明】
１…ｎ型ＧaＰ基板、
２…第１のｎ型ＧaＰエピタキシャル層、
３…第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層、
４…第３のｎ型ＧaＰエピタキシャル層、
５…第１のｐ型ＧaＰエピタキシャル層、
６…第２のｐ型ＧaＰエピタキシャル層、
７…ｎ側電極、
８…ｐ側電極、
９…ｎ型ＧaＰ基板、
１０…第１のｎ型ＧaＰエピタキシャル層、
１１…第２のｎ型ＧaＰエピタキシャル層、
１２…第１のｐ型ＧaＰエピタキシャル層、
１３…第２のｐ型ＧaＰエピタキシャル層、
１４…第３のｐ型ＧaＰエピタキシャル層、
１５…第４のｐ型ＧaＰエピタキシャル層、
１６…ｎ側電極、
１７…ｐ側電極、
１９…ＧaＰ基板支持治具、
２１…カーボン製プレート、
２２…ＧaＰ基板支持治具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003564321.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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