(57)【要約】【課題】  低コストで量産性に優れた発光素子用エピタキシャルウエハを提供する。【解決手段】  第一導電型基板上に発光部９となる第一導電型クラッド層６と活性層５と第二導電型クラッド層４を順次形成し、前記第二導電型クラッド層４に支持基板２を貼り合わせた後、前記第一導電型基板を除去し、前記第一導電型基板が除去されたことで表れた前記第一導電型クラッド層６上に透明導電膜７を形成する。支持基板２を貼り合わせた後に、第一導電型基板を除去しているので、取り扱いがしやすくなり、その結果、低コストで量産性に優れる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型基板上に発光部となる第一導電型クラッド層と活性層と第二導電型クラッド層を順次形成し、前記第二導電型クラッド層に支持基板を貼り合わせた後、前記第一導電型基板を除去し、前記第一導電型基板が除去されたことで表れた前記第一導電型クラッド層上に透明導電膜を形成することを特徴とする発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項２】
第一導電型基板上に発光部となる第一導電型クラッド層と活性層と第二導電型クラッド層を順次形成し、さらに前記第二導電型クラッド層上に第二導電型電流分散層を形成し、前記第二導電型電流分散層に支持基板を貼り合わせた後、前記第一導電型基板を除去し、前記第一導電型基板が除去されたことで表れた前記第一導電型クラッド層上に透明導電膜を形成することを特徴とする発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項３】
前記第二導電型クラッド層に前記支持基板を貼り合わせる前に、前記第二導電型クラッド層と前記支持基板との間に金属薄膜を挿入することを特徴とする請求項１記載の発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項４】
前記第二導電型電流分散層に前記支持基板を貼り合わせる前に、前記第二導電型電流分散層と前記支持基板との間に金属薄膜を挿入することを特徴とする請求項２記載の発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項５】
前記透明導電膜をＩＴＯ（酸化インジウム錫）で形成することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項６】
前記支持基板にシリコン基板を用いることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項７】
前記第一導電型基板としてＧａＡｓ基板を用い、前記発光部をＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰで形成することを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項８】
活性層を第一導電型クラッド層と第二導電型クラッド層とで挟んだ発光部がＡｌＧａＩｎＰで形成され、前記第二導電型クラッド層にシリコン基板が貼り合わされ、前記第一導電型クラッド層上に透明導電膜が形成されていることを特徴とする発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項９】
前記第二導電型電流分散層と前記シリコン基板との間に金属薄膜が挿入されていることを特徴とする請求項８記載の発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項１０】
活性層を第一導電型クラッド層と第二導電型クラッド層とで挟んだ発光部がＡｌＧａＩｎＰで形成され、前記第二導電型クラッド層上に第二導電型電流分散層が形成され、その第二導電型クラッド層にシリコン基板が貼り合わされ、前記第一導電型クラッド層上に透明導電膜が形成されていることを特徴とする発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項１１】
前記第二導電型クラッド層と前記シリコン基板との間に金属薄膜が挿入されていることを特徴とする請求項１０記載の発光素子用エピタキシャルウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大電流用超高輝度発光ダイオードのための発光素子用エピタキシャルウエハに係り、低コストで量産性に優れた発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法及びその発光素子用エピタキシャルウエハに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、産業用や民生用の表示素子として広く用いられている。特に、近年、屋外表示灯、信号機、照明用として用いられる大電流用超高輝度ＬＥＤデバイスの大きな需要が見込まれている。
【０００３】
従来、発光ダイオードの高輝度化を図るため、発光素子用エピタキシャルウエハの製造には、活性層を第一導電型クラッド層と第二導電型クラッド層とで挟んだ発光部を第一導電型基板上に形成し、さらに第二導電型クラッド層上に電流を分散させるための第二導電型電流分散層を形成した後に、第一導電型基板を除去し、その第一導電型基板が除去されたことで表れた第一導電型クラッド層上に光反射用の金属薄膜を形成し、その金属薄膜にシリコン基板を貼り合わせるといった製造方法が採用されている。
【０００４】
特許文献１には、基板上に発光部として第一型クラッド層と活性層と第二型クラッド層を順次形成し、前記第二型クラッド層上に透明基板として第二型半透明半導体層を形成した後、前記基板を除去し、前記基板が除去されたことで表れた前記第一型クラッド層上に第一型コンタクト層を形成する製造方法が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、シリコン基板上に発光部としてｎクラッド層と活性層とｐ型クラッド層を順次形成する製造方法が開示されている。
【０００６】
なお、特許文献２では、シリコン基板上にエピタキシャル成長をさせているが、シリコン基板上にＡｌＧａＩｎＰ系の層を成長させるのは難しい。
【０００７】
しかし、シリコン基板を用いると、発光部とシリコン基板との間に高反射能力のある金属薄膜（反射膜）を挿入させることができる。ただし、金属薄膜上にはエピタキシャル成長をさせることは不可能である。
【０００８】
また、シリコン基板はＧａＡｓ基板よりも放熱性が優れているので、大電流が流れる高輝度発光ダイオードには有利である。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−８８１１０号公報
【特許文献２】特開２００３−１７９２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法では、金属薄膜にシリコン基板を貼り合わせる工程における取り扱いやすさを得るために、第二導電型電流分散層を非常に厚く成長させる必要がある。第二導電型電流分散層を非常に厚く成長させるために時間や材料を消費し、発光素子用エピタキシャルウエハが高コストになり、量産性が悪い。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低コストで量産性に優れた発光素子用エピタキシャルウエハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法は、第一導電型基板上に発光部となる第一導電型クラッド層と活性層と第二導電型クラッド層を順次形成し、前記第二導電型クラッド層に支持基板を貼り合わせた後、前記第一導電型基板を除去し、前記第一導電型基板が除去されたことで表れた前記第一導電型クラッド層上に透明導電膜を形成するものである。
【００１３】
あるいは本発明の製造方法は、第一導電型基板上に発光部となる第一導電型クラッド層と活性層と第二導電型クラッド層を順次形成し、さらに前記第二導電型クラッド層上に第二導電型電流分散層を形成し、前記第二導電型電流分散層に支持基板を貼り合わせた後、前記第一導電型基板を除去し、前記第一導電型基板が除去されたことで表れた前記第一導電型クラッド層上に透明導電膜を形成するものである。
【００１４】
前記第二導電型クラッド層に前記支持基板を貼り合わせる前に、前記第二導電型クラッド層と前記支持基板との間に金属薄膜を挿入してもよい。
【００１５】
前記第二導電型電流分散層に前記支持基板を貼り合わせる前に、前記第二導電型電流分散層と前記支持基板との間に金属薄膜を挿入してもよい。
【００１６】
前記透明導電膜をＩＴＯ（酸化インジウム錫）で形成してもよい。
【００１７】
前記支持基板にシリコン基板を用いてもよい。
【００１８】
前記第一導電型基板としてＧａＡｓ基板を用い、前記発光部をＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰで形成してもよい。
【００１９】
また、本発明の発光素子用エピタキシャルウエハは、活性層を第一導電型クラッド層と第二導電型クラッド層とで挟んだ発光部がＡｌＧａＩｎＰで形成され、前記第二導電型クラッド層にシリコン基板が貼り合わされ、前記第一導電型クラッド層上に透明導電膜が形成されているものである。
【００２０】
前記第二導電型電流分散層と前記シリコン基板との間に金属薄膜が挿入されていてもよい。
【００２１】
あるいは、本発明の発光素子用エピタキシャルウエハは、活性層を第一導電型クラッド層と第二導電型クラッド層とで挟んだ発光部がＡｌＧａＩｎＰで形成され、前記第二導電型クラッド層上に第二導電型電流分散層が形成され、その第二導電型クラッド層にシリコン基板が貼り合わされ、前記第一導電型クラッド層上に透明導電膜が形成されているものである。
【００２２】
前記第二導電型クラッド層と前記シリコン基板との間に金属薄膜が挿入されていてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２４】
（１）低コストで量産性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２６】
まず、図１により、既に製造された本発明の発光素子用エピタキシャルウエハの構造を説明する。この発光素子用エピタキシャルウエハは、図示下から上まで少なくとも８つの層でできている（図示されない層を含む場合もある）。すなわち、裏面電極１、支持基板２としてのシリコン基板（図示例では第二導電型シリコン基板）、金属薄膜３、第二導電型クラッド層４、活性層（発光層ともいう）５、第一導電型クラッド層６、透明導電膜７、表面電極８である。活性層５を第一導電型クラッド層６と第二導電型クラッド層４とで挟んだ部分を発光部９ともいう。第一導電型と第二導電型は、ｎ型、ｐ型のことであり、一方がｎ型であれば他方はｐ型となる。
【００２７】
この発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法は、まず、ＧａＡｓ基板等の第一導電型基板（図１には示されない；後に除去されるため）上に有機金属化学蒸着法（ＭＯＶＰＥ法）などにより、第一導電型クラッド層６、活性層５、第二導電型クラッド層４の順で発光部９を形成する。そのエピタキシャル層表面である第二導電型クラッド層４に光反射用の金属薄膜３を形成し、さらにその金属薄膜３に支持基板２としてシリコン基板を貼り合わせる。ただし、後述のように支持基板２にも金属薄膜３を形成しておき、第二導電型クラッド層４の金属薄膜３と支持基板２の金属薄膜３とを貼り合わせるようにしてもよい。その後、第一導電型基板を除去し、第一導電型基板が接していた第一導電型クラッド層６の上に透明導電膜７を形成する。そして、透明導電膜７上には表面電極８を形成し、支持基板２上には裏面電極１を形成する。
【００２８】
次に、図１の発光素子用エピタキシャルウエハについて使用材料、寸法、性状、加工法などを具体的にした製造方法を説明する。
【００２９】
ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＡｓ基板（図示せず）上に、発光部９として厚さが０．５μｍでキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3のＳｉドープＡｌＧａＩｎＰからなる第一導電型クラッド層６、厚さが０．５μｍのアンドープＡｌＧａＩｎＰからなる活性層５、厚さが０．５μｍでキャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3のＺｎドープＡｌＧａＩｎＰからなる第二導電型クラッド層４を順次形成する。さらに、このクラッド層４の上に厚さが０．２μｍでキャリア濃度が３×１０18ｃｍ-3のＺｎドープＡｌＧａＩｎＰからなるコンタクト層（図示せず）を形成する。その次に、このコンタクト層上に厚さが０．３μｍのＡｌからなる金属薄膜３を蒸着により形成する。一方、支持基板（シリコン基板）２にも厚さが０．３μｍのＡｌからなる金属薄膜３を蒸着により形成する。これら金属薄膜３同士を接触させ、ボンディング温度、圧力をそれぞれ５００℃、１０ｋｇ／ｃｍ2としてこれら金属薄膜３同士を貼り合わせる。その後、ｎ型ＧａＡｓ基板を化学エッチングにより除去し、表れた第一導電型クラッド層６上に透明導電膜７としてＩＴＯ（酸化インジウム錫）を蒸着により形成する。ここまでにより、発光ダイオード用エピタキシャルウエハが製造される。
【００３０】
この発光ダイオード用エピタキシャルウエハの透明導電膜７上に表面電極８を形成し、シリコン基板２上に裏面電極１を形成する。
【００３１】
この発光ダイオード用エピタキシャルウエハを発光ダイオードチップにして特性評価を行ったところ、従来技術と比較して輝度は約２倍となり、印加電圧Ｖｆは従来技術と変わらず１．９Ｖであった。同チップサイズ、同駆動電流でも輝度が約２倍となったのは、金属薄膜の挿入により、外部光取り出し効率が向上したからである。また、放熱性の優れているシリコン基板を用いているため、例えば１００ｍＡなどの大電流駆動も可能となった。
【００３２】
本発明の製造方法にあっては、第二導電型クラッド層４に支持基板２を貼り合わせた後に、第一導電型基板を除去しているので、取り扱いがしやすい。また、本実施の形態では第二導電型電流分散層を形成しないので、第二導電型電流分散層を成長させる時間や材料の消費がなく、発光素子用エピタキシャルウエハが低コストでしかも量産性に優れる。
【００３３】
次に、もうひとつの実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３４】
図２に示されるように、本発明の発光素子用エピタキシャルウエハは、図示下から上まで少なくとも９つの層でできている（図示されない層を含む場合もある）。すなわち、裏面電極１、支持基板２としてのシリコン基板（図示例では第二導電型シリコン基板）、金属薄膜３、第二導電型クラッド層４、活性層５、第一導電型クラッド層６、第二導電型電流分散層１０、透明導電膜７、表面電極８である。活性層５を第一導電型クラッド層６と第二導電型クラッド層４とで挟んだ部分を発光部９ともいう。ここで、第一導電型と第二導電型は、ｎ型、ｐ型のことであり、一方がｎ型であれば他方はｐ型となる。
【００３５】
この発光素子用エピタキシャルウエハの製造方法は、まず、ＧａＡｓ基板等の第一導電型基板（図２には示されない；後に除去されるため）上に有機金属化学蒸着法（ＭＯＶＰＥ法）などにより、第一導電型クラッド層６、活性層５、第二導電型クラッド層４の順で発光部９を形成し、続いて第二導電型電流分散層（図示せず）を形成する。そのエピタキシャル層表面である第二導電型電流分散層に光反射用の金属薄膜３を形成し、さらにその金属薄膜３に支持基板２としてシリコン基板を貼り合わせる。その後、第一導電型基板を除去し、第一導電型基板が接していた第一導電型クラッド層６の上に透明導電膜７を形成する。そして、透明導電膜７上には表面電極８を形成し、支持基板２上には裏面電極１を形成する。
【００３６】
次に、図２の発光素子用エピタキシャルウエハについて使用材料、寸法、性状、加工法などを具体的にした製造方法を説明する。
【００３７】
ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＡｓ基板（図示せず）上に、発光部９として厚さが０．５μｍでキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3のＳｉドープＡｌＧａＩｎＰからなる第一導電型クラッド層６、厚さが０．５μｍのアンドープＡｌＧａＩｎＰからなる活性層５、厚さが０．５μｍでキャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3のＺｎドープＡｌＧａＩｎＰからなる第二導電型クラッド層４を順次形成する。さらに、この第二導電型クラッド層４の上に厚さが３μｍでキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3のＺｎドープＧａＰ電流分散層１０、厚さが０．２μｍでキャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3のＺｎドープＧａＰコンタクト層（図示せず）を順次形成する。その次に、このコンタクト層上に厚さが０．３μｍのＡｌからなる金属薄膜３を蒸着により形成する。一方、支持基板２にも厚さが０．３μｍのＡｌからなる金属薄膜３を蒸着により形成する。これら金属薄膜３同士を接触させ、ボンディング温度、圧力をそれぞれ５００℃、１０ｋｇ／ｃｍ2としてこれらＡｌ金属薄膜３同士を貼り合わせる。その後、ｎ型ＧａＡｓ基板を化学エッチングにより除去し、表れた第一導電型クラッド層６上に透明導電膜７としてＩＴＯ（酸化インジウム錫）を蒸着により形成する。ここまでにより、発光ダイオード用エピタキシャルウエハが製造される。
【００３８】
この発光ダイオード用エピタキシャルウエハの透明導電膜７上に表面電極８を形成し、支持基板２上に裏面電極１を形成する。
【００３９】
この発光ダイオード用エピタキシャルウエハを発光ダイオードチップにして特性評価を行ったところ、従来技術と比較して輝度は約２倍となり、印加電圧Ｖｆは従来技術と変わらず１．９Ｖであった。同チップサイズ、同駆動電流でも輝度が約２倍となったのは、金属薄膜の挿入により、外部光取り出し効率が向上したからである。また、放熱性の優れているシリコン基板を用いているため、例えば１００ｍＡなどの大電流駆動も可能となった。
【００４０】
本発明の製造方法にあっては、第二導電型電流分散層に支持基板２を貼り合わせた後に、第一導電型基板を除去しているので、取り扱いがしやすい。また、本実施の形態では第二導電型電流分散層を形成するが、従来技術に比べて薄くできるので、第二導電型電流分散層を成長させる時間や材料の消費が少なく、発光素子用エピタキシャルウエハが低コストでしかも量産性に優れる。
【００４１】
なお、上述した２つの実施の形態では、発光部９をＡｌＧａＩｎＰで形成したが、ＧａＩｎＰで形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態を示す発光素子用エピタキシャルウエハの断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す発光素子用エピタキシャルウエハの断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  裏面電極
２  支持基板
３  金属薄膜
４  第二導電型クラッド層
５  活性層
６  第一導電型クラッド層
７  透明導電膜
８  表面電極
９  発光部
１０  第二導電型電流分散層
【図１】
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【図２】
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