(57)【要約】  本発明の発光ダイオードは、導電層、導電層上のｎ型ＧａＮ（１４０）層、ｎ型ＧａＮ層上の活性層（１６０）、活性層上のｐ型ＧａＮ層（１８０）、及びｐ型ＧａＮ層上のｐ型電極を含む。導電層はｎ型電極である。
2005532673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層；
導電層上のｎ型ＧａＮ層；
ｎ型ＧａＮ層上の活性層；
活性層上のｐ型ＧａＮ層；及び
ｐ型ＧａＮ層上のｐ型電極；
を備え、導電層がｎ型電極である発光ダイオード。
【請求項２】
導電層が活性層からの光を反射する反射層としても機能する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
導電層がアルミニウムからなる、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
導電層が、アルミニウム、金、パラジウム、チタン、インジュウム、ニッケル、及びプラチナから構成されるグループから選択された金属を含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
導電層が、約９９．９９９％以上の濃度のアルミニウムを含む、請求項４に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
導電層が約３０００オームストロングのアルミニウムを含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
導電層がｎ型ＧａＮ層の片面の全体を覆う、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
導電層とｎ型ＧａＮ層の間に緩衝層を更に有する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
緩衝層がｎ型ＧａＮを含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
ｐ型電極とｐ型ＧａＮ層の間にｐ型透過性接触を更に有する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
ｐ型透過性接触が酸化インジュウム−錫を含む、請求項１０に記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
ｐ型電極上に金属パッドを更に有する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
金属パッドが約５０００オームストロング以上である、請求項１２に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
金属パッドがＡｕを含む、請求項１２に記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
導電層がＴｉ及びＡｌ（Ｔｉ／Ａｌ）を含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１６】
導電層が、Ｔｉ／Ａｌ、Ｃｒ／Ａｕ及びＴｉ／Ａｕから構成されるグループから選択される物質を含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１７】
ｐ型電極が、Ｎｉ及びＡｕ（Ｎｉ／Ａｕ）を含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１８】
ｐ型電極が、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｎｉ、及びＰｔから構成されるグループから選択される物質を含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１９】
活性層がＡｌＩｎＧａＮを含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項２０】
活性層は少なくとも一つの量子井戸と二重異質構造を含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項２１】
量子層は多重量子井戸を含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項２２】
ｐ型ＧａＮ層と活性層の間にクラッディング層を更に有する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項２３】
第一の電極；
第一の電極上のｎ型層及びｐ型層；
ｎ型層とｐ型層の間の活性層；並びに
ｐ型層と接触する第二の電極；
を備え、第一の電極はｎ型層に接触し、活性層からの光を反射する反射層として機能する発光ダイオード。
【請求項２４】
反射層がｎ型層の全体を覆う、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項２５】
反射層がアルミニウムを含む、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項２６】
アルミニウムの濃度が約９９．９９９%以上である、請求項２５に記載の発光ダイオード。
【請求項２７】
第一の電極とｎ型層の間に緩衝層を更に有する、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項２８】
緩衝層がｎ型ＧａＮを含む、請求項２７に記載の発光ダイオード。
【請求項２９】
活性層が少なくとも一つの量子井戸と二重異質構造を含む、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項３０】
量子層が多重量子井戸層を含む、請求項２３に記載の発光ダイオード。
【請求項３１】
基板上に第一のｎ型ＧａＮ層を形成すること；
第一のｎ型ＧａＮ層上に活性層を形成すること；
活性層上にｐ型ＧａＮ層を形成すること；
第一のｎ型ＧａＮ層から基板を分離すること；
ｎ型ＧａＮ層上にｎ型接触層を形成すること；
ｐ型ＧａＮ層上にｐ型電極を形成すること
から構成され、ｎ型接触層が活性層からの光を反射する反射層として機能する、ダイオード製造方法。
【請求項３２】
ｐ型電極を基板の分離に先立って形成する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
基板と第一のｎ型ＧａＮ層の間に第二のｎ型ＧａＮ層を形成することを更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を使用して第二のｎ型ＧａＮ層を形成する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
基板がサファイアを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
レーザを使用して第一のｎ型ＧａＮ層から基板を分離する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
ｐ型電極とｐ型ＧａＮ層の間に透過性導電層を形成することを更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
第一の電極の片側にエピタキシャル成長させたＧａＮ層を有する第一の電極；
第二の電極；
第一の電極と第二の電極の間の活性層；
を備え、第一の電極が活性層からの光を反射する反射層であるダイオード。
【請求項３９】
反射層がダイオードから抽出された光を最大にする、請求項３８に記載の照明デバイス。
【請求項４０】
第一のＧａＮ層を有する基板上に第二のＧａＮ層を形成すること；
前記第二のＧａＮ層上に活性層を形成すること；
前記活性層上に第三のＧａＮ層を形成すること；
前記第一のＧａＮ層から基板を分離すること；及び
前記基板を分離した第一のＧａＮ層上に第一の電極を形成すること；
から構成され、第一の電極は活性層からの光を反射する反射層である、ダイオード製造方法。
【請求項４１】
第二のＧａＮ層は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を使用して第一のＧａＮ層上に形成する、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
第一のＧａＮ層は基板上にエピタキシャル成長させる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
レーザを使って基板を分離する、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
活性層が多重量子井戸を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４５】
基板がサファイアを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４６】
第一の電極がアルミニウムを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４７】
第一の極性を有する反射導電層；
前記反射導電層上の第一の極性を有する第一のＧａＮ層；
前記第一のＧａＮ層上の活性層；
前記活性層上の第二の極性を有する第二のＧａＮ層；及び
前記第二のＧａＮ層上の第二の極性を有する電極
を備える発光ダイオード。
【請求項４８】
第二のＧａＮ層と電極の間に透過性導電層を更に有する、請求項４７に記載の発光ダイオード。
【請求項４９】
反射層は導電性物質を含み、第一の極性を有する電極として機能する、請求項４７に記載の発光ダイオード。
【請求項５０】
反射層が実質的に第一のＧａＮ層と同じ表面積を持つ、請求項４７に記載の発光ダイオード。
【請求項５１】
第一の極性がｎ型であり、第二の極性がｐ型である、請求項４７に記載の発光ダイオード。
【請求項５２】
活性層と第二のＧａＮ層の間にクラッディング層を更に有する、請求項４７に記載の発光ダイオード。
【請求項５３】
クラッディング層がＡｌＧａＮを含む、請求項５２に記載の発光ダイオード。
【請求項５４】
活性層が量子井戸層と二重異質構造のうちの少なくとも１つを含む、請求項４７に記載の発光ダイオード。
【請求項５５】
量子層が多重量子井戸層を含む、請求項４７に記載の発光ダイオード。
【請求項５６】
ｎ型ＧａＮ緩衝層の第一の面上にｎ型ＧａＮ層を形成すること；
前記ｎ型ＧａＮ層上にＡｌＩｎＧａＮ活性層を形成すること；
前記ＡｌＩｎＧａＮ活性層上にクラッディング層を形成すること；
前記ｐ型ＡｌＧａＮクラッディング層上にｐ型ＧａＮ層を形成すること；
前記ｐ型ＧａＮ層上にｐ型電極を形成すること；
前記ｐ型ＧａＮ層上に透過性導電層を形成すること；及び
前記ｎ型ＧａＮ緩衝層の第二の面上にｎ型電極を形成すること
から構成される、ｎ型接触を有する発光ダイオードの製造方法。
【請求項５７】
クラッディング層がｐ型ＡｌＧａＮを含む、請求項５６に記載の発光ダイオード。
【請求項５８】
前記クラッディング層が有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により形成される、請求項５６に記載の発光ダイオード。
【請求項５９】
第一及び第二の表面を有する緩衝層；
前記緩衝層の第一の面上のｎ型ＧａＮ層；
前記ｎ型ＧａＮ層上の活性層；
活性層上のｐ型ＧａＮ層；
前記ｐ型ＧａＮ層上のｐ型電極；及び
前記緩衝層の第二の面上のｎ型電極
を備えるダイオード。
【請求項６０】
活性層とｐ型ＧａＮ層の間に形成されたクラッディング層を更に備える、請求項５９に記載のダイオード。
【請求項６１】
クラッディング層がｐ型ＡｌＧａＮを含む、請求項６０に記載のダイオード。
【請求項６２】
金属性透過性接触がｐ型ＧａＮ層上に形成される、請求項５９に記載のダイオード。
【請求項６３】
金属パッドは金属透過性接触の一方の側に形成される、請求項６２に記載のダイオード。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明はダイオードに関し、具体的には、垂直構造型発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。本発明はＧａＮベースの発光ダイオードに関して検討しているが、本発明は様々な種類の発光ダイオードにも使用可能であり、例えば、レーザダイオードのような異なる種類のダイオードを含め、広い範囲の用途に利用できる。
【０００２】
関連技術の検討
通常「ＬＥＤ」と呼ばれる発光ダイオードは電気的エネルギーを放射光に変換する半導体デバイスである。電子が原子或いは分子の形で許容エネルギーレベル間を移動すると、この遷移は常に特定量子エネルギーの増大或いは損失を伴うことはこの技術分野では良く知られたことである。発光ダイオードにおいては、ダイオードの接合部における電子流、又は、ホール流の生成或いは注入は、このような電子の遷移を喚起し、代りに振動エネルギー、発光、或いはその双方を生じさせることになる。又、この分野では良く知られていることであるが、発光ダイオードによって生み出すことの出来る発光色は使用する半導体物質の特性によって限定され、特に個々の原子の価電子帯と電導帯との間のエネルギー準位差を示す禁制帯の差異によって最も著しく限定される。
【０００３】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は最近ＬＥＤ分野の研究者から多くの注目を浴びている。これは、直接禁制帯を持った広いＧａＮの物質特性が、他の赤色及び緑色ＬＥＤの中で組成することが最も難しいと考えられていた青色ＬＥＤを製造するのに適しているからである。
それ故、ＧａＮベースの光電子デバイス技術は１９９４年にこれらのデバイスが市場に登場して以来、研究・開発の領域から商用へと急速に発展した。ＧａＮ発光ダイオードの効率は、例えば白熱灯を凌駕し、今や蛍光灯と比肩するに至っている。
【０００４】
ＧａＮベースのデバイスの市場成長は、毎年工業市場の予測を遥かに超えてきた。このような急速な開発スピードにも拘らず、ＧａＮベースのデバイスによるフルカラー表示器は、依然まだ高価である。これはフルカラー表示器の実現に必須な青色ダイオードの製造コストが、他の可視ＬＥＤに比べて高いことに起因する。青色ＬＥＤを製造するウエハーは２インチ迄に制限され、ＧａＮエピタキシャル層を成長させるプロセスが他の半導体物質に比べ難しい。故に、性能を犠牲にすることのない大量生産技術の開発が、青色ＬＥＤの製造コストを減らし、それにより安価なＧａＮ ＬＥＤを使ったフルカラー表示器に役立て、現在可能な効率よりも遥かに良好な効率を実現するのに主要な論点であることは決定的である。
一般に、ＧａＮベースのＬＥＤはサファイア基板を使用し、ラテラル構造を有するように組成される。これは、サファイアが基板として他の物質に比べ、ＧａＮエピタキシャル層を殆ど欠陥なしに成長させることができる物質だからである。サファイアは電気的には絶縁物であるので、上側面にｎ型とｐ型両方の金属接触を有するラテラル構造型のＬＥＤは、ＭＱＷ層内に電流を注入するために必要不可欠である。
【０００５】
図１に従来型のラテラル型ＬＥＤを概略的に例示する。図１を参照すると、従来型のラテラル型ＬＥＤは、サファイア等の基板１００を有している。随意で設けることができる緩衝層１２０は、例えば窒化ガリウムからなり、基板１００上に形成されている。ｎ型ＧａＮ層１４０は緩衝層１２０上に形成されている。例えば窒化アルミニウム−インジュウム−ガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）層１６０等の活性層はｎ型ＧａＮ層１４０上に形成されている。ｐ型ＧａＮ層１８０は、活性層１６０上に形成されている。透過性導電層２２０はｐ型ＧａＮ層１８０上に形成されている。透過性導電層２２０は、例えば、Ｎｉ／Ａｕ、又は酸化インジュウム−錫（ＩＴＯ）等、任意の適切な物質から構成してよい。次いでｐ型電極２４０が透過性導電層２２０の片側に形成されている。ｐ型電極２４０は、例えばＮｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｎｉ、Ｐｔを含め、任意の適切な物質から構成してよい。パッド２６０はｐ型電極２４０上に形成されている。パッドは、例えばＡｕを含め、任意の適切な物質から構成してよい。透過性導電層２２０、ｐ型ＧａＮ層１８０、活性層１６０、及び、ｎ型ＧａＮ層１４０はすべて、ｎ型電極２５０とパッド２７０を形成するために、一部分においてエッチングされている。
【０００６】
サファイアは絶縁体であるので、ｎ型金属接触を形成するためにｎ型ＧａＮ層を露出させなければならない。ＧａＮは化学エッチング法によってエッチングできないので、一般にドライエッチング法が用いられる。この方法は、追加のリソグラフィやストリッピング処理を必要とするのでかなり不利である。加えて、ドライエッチング中ＧａＮ面上にプラズマ損傷がしばしば発生する。更に、デバイスの頂部に二つの金属接触を形成する必要があるので、デバイスのラテラル構造はデバイスのサイズを大きくする。更に、ラテラル構造のデバイスは、二つの金属電極がお互いに近接して配置されているので静電気に弱い。それ故、ラテラル構造のＧａＮベースＬＥＤは、交通信号や信号灯のような高電圧応用製品には適していない。
【０００７】
現在、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を使用した垂直構造のＧａＮベースＬＥＤがCree Research社によって製造されている。しかし、高い製造コストのため、ＳｉＣ基板を使用したＬＥＤは大量生産には向いていない。更に、ＳｉＣは、エピタキシャル膜の品質を考えるとＧａＮ層を成長させるのに最も普通の方法である有機金属気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）法によるＧａＮ層の成長の間に存在する水素原子に非常に敏感である。高品質のＧａＮベースのエピタキシャル膜を成長させるには、「表面処理」と呼ばれる追加処理が必要となる。更に、ＳｉＣを基板とするＧａＮベースＬＥＤは、ＧａＮエピタキシャル層を成長させる前に、ＳｉＣ基板上に追加の導電緩衝層を必要とする。この処理はラテラル構造のデバイスには必要がない。
【０００８】
発明の概要
したがって、本発明は、関連技術の限界や欠点に起因する一つ以上の問題を実質的に除去する、簡潔な垂直構造ＬＥＤの大量生産のための製造方法を目指している。
本発明の利点の一つは、限定されたウエハー内に製造されるＬＥＤデバイスの数を増やすことである。
本発明のもう一つの利点は、ＬＥＤデバイスの製造工程が簡単であることである。
本発明のその他の機能や利点は、以下の説明の中で記述され、説明、又は本発明の実施によって明らかにされる。本発明の目的と他の利点は、本明細書、請求の範囲、及び添付図面で特に指摘されている構造によって実現され、得られる。
【０００９】
実施例を示し、且つ広義に説明するように、これら利点及び他の利点を達成するため、本発明の目的に従って、本発光ダイオード製造方法は、サファイア基板上に気相エピタキシー（ＶＰＥ）法により緩衝ＧａＮ層を形成すること；緩衝ＧａＮ層上にＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＮエピタキシャル層を形成すること；ｎ型ＧａＮエピタキシャル層上に多重量子井戸（ＭＱＷ）層を形成すること；ＭＱＷ層上にＭＯＣＶＤ法によりｐ型ＧａＮ層を形成すること；他の層からサファイア基板を分離する処理を行うこと；ｐ型及びｎ型金属接触を形成すること；ｐ型ＧａＮ層側に金属透過性接触を形成すること；及びｐ型ＧａＮ層上に金属パッドを形成することから構成される。
【００１０】
他の態様においては、本発光ダイオード製造方法は、サファイア基板上にＶＰＥ法により緩衝ＧａＮ層を形成すること；緩衝ＧａＮ層上にＶＰＥ法により非ドープ処理ＧａＮ層を形成すること；非ドープ処理ＧａＮ層上にＶＰＥ法によりｎ型ＧａＮ層を形成すること；ＶＰＥ法によって成長させたｎ型ＧａＮ層上にＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＮエピタキシャル層を形成すること；ｎ型ＧａＮエピタキシャル層上にＭＱＷ層を形成すること；ＭＱＷ層上にＭＯＣＶＤ法によりｐ型ＧａＮ層を形成すること；他の層からサファイア基板を分離する処理を行うこと；ｐ型及びｎ型金属接触を形成すること；ｐ型ＧａＮ層上に金属透過性接触を形成すること；及びｐ型ＧａＮ層上に金属パッドを形成することから構成される。
【００１１】
別の態様において、本発光ダイオード製造方法は、サファイア基板上にＶＰＥ法により緩衝ＧａＮ層を形成すること；緩衝ＧａＮ層上にＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＮエピタキシャル層を形成すること；ｎ型ＧａＮエピタキシャル層上にＭＱＷ層を形成すること；ＭＱＷ層上にＭＯＣＶＤ法によりｐ型ＡｌＧａＮクラッディング層を形成すること；ｐ型ＡｌＧａＮ層上にＭＯＣＶＤ法によりｐ型ＧａＮ導電層を形成すること；サファイア基板を他の層から分離する処理を行うこと；ｐ型及びｎ型金属接触を形成すること；ｐ型ＧａＮ層上に金属透過性接触を形成すること；及びｐ型ＧａＮ層上に金属パッドを形成することから構成される。
【００１２】
更に別の態様において、本発光ダイオードを製造する方法は、サファイア基板上にＶＰＥ法により緩衝ＧａＮ層を形成すること；緩衝ＧａＮ層上にＶＰＥ法により非ドープ処理ＧａＮ層を形成すること；非ドープ処理ＧａＮ層上にＶＰＥ法によりｎ型ＧａＮ層を形成すること；ＶＰＥ法によって成長させたｎ型ＧａＮ層上にＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＮエピタキシャル層を形成すること；ｎ型ＧａＮエピタキシャル層上にＭＱＷ層を形成すること；ＭＱＷ層上にＭＯＣＶＤ法によりｐ型ＡｌＧａＮクラッディング層を形成すること；ｐ型ＡｌＧａＮ層上にＭＯＣＶＤ法によりｐ型ＧａＮ導電層を形成すること；サファイア基板を他の層から分離する処理を行うこと；ｐ型及びｎ型金属接触を形成すること；ｐ型ＧａＮ層上に金属透過性接触を形成すること；及びｐ型ＧａＮ層上に金属パッドを形成することから構成される。
【００１３】
前述した一般論と以下の詳細な説明は共に例証的且つ説明的なものであり、特許請求の範囲に記載した本発明をより良く説明することを目的としている。
添付図面は、本発明をより良く理解するために提供されており、本明細書に包含されて本発明の一部を構成し、本発明の実施例を例示し、本明細書と共に本発明の原理を説明するために役立つ。
【００１４】
発明の詳細な説明
以下に本発明を詳細に説明し、その実施例を付属図面に示す。
図２は本発明の一実施例に則った垂直構造の発光ダイオードを示す。図２を参照すると、垂直構造ＬＥＤはｎ型接触５００を有している。ＧａＮ１０５からなる緩衝層がｎ型接触５００上にある。ｎ型ＧａＮ層１４０が緩衝層１０５上にある。例えばＡｌＩｎＧａＮを含む多重量子井戸（ＭＱＷ）層からなる活性層１６０が、ｎ型ＧａＮ層１４０上にある。ｐ型ＧａＮ層１８０が活性層１６０上にある。ｐ型接触層２２０がｐ型ＧａＮ層１８０上にある。ｐ型電極２４０とパッド２６０がｐ型接触層２２０上にある。
【００１５】
図２に示すＬＥＤにおいて、ｎ型接触５００は二つの役割をもつ。第一に、ｎ型接触５００は導電性物質なので電気的性能を有する。第二に、ｎ型接触５００は、活性層１６０からｎ型接触５００に放射された光量子を反射する。これにより、他の場合には吸収されるか、又は無駄になるであろう光量子がｎ型接触５００に反射され発光するのでＬＥＤの輝度を増大させる。鏡のように良好な反射特性を持つ物質をｎ型接触５００として使用することが出来る。そのような物質の一例は研磨されたアルミニウム層である。このような反射特性は、本出願の出願人により2001年7月17日に出願された本発明者（Myung Cheol Yoo）による「高輝度ダイオードとその方法（Diode Having Brightness and Method Thereof）」と題する同時係属中の出願の中にさらに詳細に記述されており、参考のためこの同出願全体を本出願に包含する。ｎ型接触５００のための物質を以下に詳細に検討する。
【００１６】
本発明によるこの垂直構造ＬＥＤの利点は、従来型のラテラル構造のＬＥＤに比べ、ＬＥＤチップサイズを顕著に減少できることにある。このようにチップが小さいことにより、これまでよりずっと多くのチップをサファイア等の同じ大きさのウエハー上に形成することが出来る。さらに、以下でより詳細に検討するように、本発明による垂直構造ＬＥＤを形成するための処理工程の数は減少する。図３ないし８に本発明による垂直構造ＧａＮベースの発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造するためのプロセスを概略的に例示する。サファイアは安定性が高く、比較的廉価であるため、ＧａＮベースのＬＥＤを組成するためにサファイア基板が一般に使用される。サファイア基板上に成長した種々のＧａＮ層のエピタキシャル層の品質は、その熱的安定性とＧａＮの類似した水晶構造により、他の基板物質よりも優れている。
【００１７】
図３に示すように、緩衝層１２０を透過性基板１００、好ましくはサファイア基板上に形成する。最終的にサファイア基板１００の機能を置換する緩衝層１２０は、１、２、又は３つの層で形成されてよい。例えば、緩衝層１２０はＶＰＥ法によって成長させたｎ型ＧａＮ層だけを持ってもよい。緩衝層が２つの場合には、第一の層であるＧａＮ層１１０をＶＰＥ法等によりサファイア基板上に成長させ、第二の層であるｎ型ＧａＮ層１２０をＶＰＥ法等によりＧａＮ層１１０上に成長させる。緩衝層が３つの場合は、第一の層であるＧａＮ層１１０をＶＰＥ法等によりサファイア基板上に成長させ、第二の層である非ドープ処理ＧａＮ層１３０をＶＰＥ法等により第一の層であるＧａＮ層１１０上に成長させ、第三の層であるｎ型ＧａＮ層１２０をＶＰＥ法等により非ドープ処理ＧａＮ層１３０上に成長させる。
【００１８】
ＧａＮ層１１０は約４０〜５０ｎｍの範囲の厚さを有するように形成できる。非ドープ処理ＧａＮ層１３０は約３０〜４０μｍの範囲の厚さを有するように形成できる。ｎ型ＧａＮ層１２０は約１〜２μｍの厚さを持つように形成できる。ｎ型ＧａＮ１２０には、シランガス(ＳｉＨ４)をｎ型のドープ処理剤として使用することができる。
図４を参照すると、ｎ型ＧａＮ層１４０のようなｎ型エピタキシャル層が、有機金属気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法により緩衝層１２０上にエピタキシャル成長している。良質のｎ型ＧａＮエピタキシャル層１４０を得るためには、ＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＮ層１４０を成長させることに先立って、ＶＰＥ法により成長させた緩衝層１２０の化学洗浄処理（図示されていない）を追加することが有益である。この場合、ｎ型ＧａＮ層１４０は約１０１７ｃｍ−３以上のドープ濃度を有するシリコン（Ｓｉ）でドープ処理した。
【００１９】
図５に示すように、ＡｌＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）等の活性層１６０をＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＮ層１４０上に形成する。活性層１６０は、単一の量子井戸層、或いは、二重異質構造等、任意の適切な構造を有してよい。この場合、インジュウム（Ｉｎ）の量により、ダイオードが緑色、或いは青色になるかが決定する。青色ＬＥＤには約２２％のインジュウムが使用され、緑色ＬＥＤには約４０％のインジュウムが使用される。使用されるインジュウムの量は、所望の青色、又は緑色の波長に応じて変えてよい。次に、ＭＯＣＶＤ法により、ｐ型ドープ処理剤として例えばＣＰ２Ｍｇを使用してｐ型ＧａＮ層１８０を活性層１６０上に形成する。この場合ｐ型ＧａＮ層１８０は、約１０１７ｃｍ−３以上のドープ濃度を有するマグネシウム（Ｍｇ）によりドープ処理する。
【００２０】
図６Ａに示すように、サファイア基板１００を好ましくはレーザリフトオフ法により他の層から分離する。サファイア基板１００を他の層から分離するために他の適切な技術を使用してもよい。他の層には緩衝層１２０、ｎ型ＧａＮ層１４０、活性層１６０、ｐ型ＧａＮ層１８０が含まれる。電気的絶縁物であるサファイア基板１００をデバイスから取去ることにより、ｎ型金属接続を導電体であるｎ型ＧａＮ緩衝層１２０下に形成することが出来る。
【００２１】
図６Ｂに示すように、基板１００を除去した後、緩衝層１２０の下の層を、例えばドライエッチング法を使用して同様に除去することができる。図８に示すように、この処理はｎ型ＧａＮ緩衝層１２０を露出させ、ｎ型接触５００に電気的に接続する。
図８に示すように、透過性導電層２２０をｐ型ＧａＮ層１８０上に形成する。この透過性導電層２２０は、例えば酸化インジュウム−錫（ＩＴＯ）を含む任意の適切な物質からなる。ｐ型電極２４０を透過性導電層２２０上に形成する。ｎ型電極５００を緩衝層１２０の底部に形成する。ｐ型電極２４０は、例えばＮｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｎｉ、及びＰｔを含む任意の適切な物質からなる。ｎ型電極５００は、例えば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕを含む任意の適切な物質からなる。パッド２６０をｐ型電極２４０上に形成する。パッド２６０は、例えばＡｕを含む任意の適切な物質からなる。パッド２６０の厚みは０．５μｍ以上とすることができる。ｐ型電極２４０と異なり、ｎ型電極５００はパッドを必要としない。但し、パッドを所望する場合は使用しても良い。
【００２２】
図９は、ｐ型ＧａＮ層１８０と活性層１６０の間にクラッディング層１７０が形成されている別の実施例を示す。クラッディング層１７０はｐ型ドープ処理剤としてＣＰ２Ｍｇを使用して、ＭＯＣＶＤ法により、ｐ型ＡｌＧａＮで形成されることが好ましい。クラッディング層１７０はＬＥＤデバイスの性能を向上させる。
【００２３】
本発明によれば、従来のラテラル型、及び垂直型ＧａＮベースＬＥＤの両方に比べ、多くの利点を持っている。従来型のラテラル構造のＧａＮベースＬＥＤに比べ、本発明による製造プロセスは、デバイスの上方にｎ型金属接触がないことにより、一定のウエハーサイズ内に組込まれるＬＥＤデバイスの数を増大させる。例えば２５０×２５０μｍから１６０×１６０μｍ、或いはそれ以下に、デバイス寸法を減少させることができる。基板上、又はデバイスの上方にｎ型金属接触を持たないことにより、本発明による製造プロセスは顕著に単純化される。これは、ｎ型金属接触を形成するためのフォトリソグラフィーとエッチングプロセスの必要がなく、又、従来型のラテラル構造のＧａＮベースＬＥＤにおいてｎ型ＧａＮ層上でしばしば発生するプラズマ損傷がないからである。更に、本発明によって組成されたＬＥＤデバイスは静電気に対して非常に高い耐性を持っている。これにより、本ＬＥＤは、高電圧応用分野において従来型のラテラル構造ＬＥＤデバイスより高い適応性を持つ。
【００２４】
一般に、ＶＰＥ堆積法はＭＯＣＶＤ法と比較して非常に単純であり、特定の厚味を持つエピタキシャル層を成長させるための時間も短い。それ故、本発明による製造プロセスは緩衝層及びｎ型ＧａＮ層を成長させるためにＭＯＣＶＤ法を使う必要がない点で、従来の垂直型ＧａＮベースＬＥＤと比較した場合も、組成プロセスは単純で、処理時間が短い。全体として、製造工程数が減少しており、例えば、従来方法の２８工程から本発明の方法では１５工程に減少している。加えて、基板としてサファイア基板の１０倍の費用がかかるシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を使用する従来型のラテラル構造ＧａＮベースＬＥＤに比べ、製造コストがかなり減少する。更に、本発明による方法は、従来型の垂直構造ＧａＮベースＬＥＤに比べ、接着パッドとｎ、ｐ両接触との間に良好な金属接着をもたらす。
【００２５】
本発明により、ＬＥＤの所望の特性を犠牲にしたり変更することなしに、ＧａＮベースＬＥＤを低コストで大量生産することが可能となる。更に、本発明の垂直構造ＬＥＤは、反射性基底ｎ型接触という付加機能を有し、ＬＥＤの発光輝度を向上させる。本発明は、現在販売されている青色、緑色、赤色、及び白色のＬＥＤに適用されるだけではなく、他の適切なデバイスにも適用できる。
【００２６】
ＧａＮ技術を使ったダイオードに関して本発明を詳述したが、本発明は赤色ＬＥＤ等の異なる種類のダイオード、及び面発光型半導体レーザ等のレーザダイオードにも容易に適用できる。
本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに本発明に種々の変更態様や変形態様が可能であることは、この当業者には自明である。故に、これら変更形態や変形形態が特許請求の範囲に記載の範囲内であるならば、本発明はそれら変更形態や変形形態、並びにその均等物を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は従来型のラテラル構造のＬＥＤを示す。
【図２】図２は本発明の一実施例による垂直構造のＬＥＤを示す。
【図３】図３は本発明による発光ダイオードを形成するための製造工程を示す。
【図４】図４は本発明による発光ダイオードを形成するための製造工程を示す。
【図５】図５は本発明による発光ダイオードを形成するための製造工程を示す。
【図６Ａ】図６Ａは本発明による発光ダイオードを形成するための製造工程を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは本発明による発光ダイオードを形成するための製造工程を示す。
【図７】図７は本発明による発光ダイオードを形成するための製造工程を示す。
【図８】図８は本発明による発光ダイオードを形成するための製造工程を示す。
【図９】図９は本発明の垂直構造ＬＥＤの別の実施例を示す。
【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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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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