(57)【要約】      （修正有）【課題】垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）とその製造方法を提供する。【解決手段】反射層２１２、透明導電層２０８、及び透明誘電体層２１０の組合せにより、均一な電流分布を促進し、光取り出し効率を増加させるための構造層として使用する。複数のIII族窒化物半導体層のスタックの第１外面上に該透明導電層が形成され、次に透明誘電体層が該透明導電層の該多層構造体と反対の側に形成される。次に、第１電極構造体２１９が該透明誘電体層上に形成され、該透明誘電体層を貫通してパターン形成された複数のコンタクト窓２２２を介して該透明導電層と電気的に接触する。該透明導電層と該透明誘電体層は、光取り出し効率を向上させるための構造層として使用される。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数III族窒化物半導体化合物層からなり、第１外面と、該第１外面と反対の側の第２外面とを有する多層構造体と、
該第１外面上に位置する透明導電層と、
該多層構造体と反対の側で該透明導電層に接し、複数のコンタクト窓を有する透明誘電体層と、
該透明誘電体層上に位置し該コンタクト窓を介して該透明導電層と接触する第１電極構造体と、
該第２外面上に位置する第２電極構造体と
を備える垂直型発光ダイオード。
【請求項２】
前記第１電極構造体は反射層を備える請求項１に記載の垂直型発光ダイオード。
【請求項３】
前記第１電極構造体は導電基板を備える請求項１に記載の垂直型発光ダイオード。
【請求項４】
前記導電基板は金属又は半導体基板である請求項３に記載の垂直型発光ダイオード。
【請求項５】
前記透明誘電体層はＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、又はＴｉＯ2を含む請求項１に記載の垂直型発光ダイオード。
【請求項６】
前記透明誘電体層は約２ミクロン未満の厚みを有する請求項１に記載の垂直型発光ダイオード。
【請求項７】
前記透明導電層は約４０００オングストローム未満の厚みを有する請求項１に記載の垂直型発光ダイオード。
【請求項８】
前記多層構造体は多重量子井戸構造体を備える請求項１に記載の垂直型発光ダイオード。
【請求項９】
基板上に複数のIII族窒化物半導体化合物層からなる多層構造体を形成することと、
該多層構造体上に透明導電層を形成することと、
該透明導電層の該多層構造体と反対の側に透明誘電体層を形成することと、
該透明誘電体層を貫通して複数のコンタクト窓を形成することと、
該透明誘電体層上に該コンタクト窓を介して該透明導電層と電気的に接触する第１電極構造体を形成することと、
該基板を取り除き該多層構造体の表面を露出させることと、
該多層構造体の該露出した表面上に第２電極構造体を形成することと
を含む垂直型発光ダイオード製造方法。
【請求項１０】
前記第１電極構造体を形成するステップは、前記透明誘電体層上に反射層を形成することを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１電極構造体を形成するステップは、前記反射層上に金属層を形成することを更に含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１電極構造体を形成するステップは、前記金属層上に導電基板を載置することを更に含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記導電基板は金属又は半導体基板である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記透明誘電体層はＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、又はＴｉＯ2を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記透明誘電体層は約２ミクロン未満の厚みを有する請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記透明導電層は約４０００オングストローム未満の厚みを有する請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記多層構造体は多重量子井戸構造体を備える請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードとその製造方法、特に、III族窒化物半導体垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）とその製造方法に関する。
《関連する出願への相互参照》
本出願は、２００９年７月３１日付で出願した台湾特許出願第９８１２５９８７号の優先権を主張する特許出願である。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、半導体構造内で電子と正孔との再結合の結果として生成される可視光を発する半導体部品である。半導体層構造のバンドギャップを調整することで異なる波長の光を発することが出来る。
【０００３】
図１は従来の垂直型発光ダイオード１００を例示する概略図である。ＶＬＥＤ１００は主にIII族窒化物半導体化合物でできたｎ型半導体層１０６、発光層１０８、及びｐ型半導体層１１０を主に備える。このような層構造を基板（不図示）上に成長させる。この基板は最終のＶＬＥＤ１００から取り除かれる。
【０００４】
動作中、発光層１０８から発した光は全ての方向に広がる。光取り出し効率を向上させるために、反射層１１１が発光層１０８から発した光の方向を変えるためにｐ型半導体層１１０の下に通常形成される。また、従来のＶＬＥＤ１００は動作中の電流分布を広げ熱放散を向上させるために、金属層１１２を含む場合がある。
【０００５】
更に、ｐ型電極１１４が金属層１１２下に形成され、ｎ型電極１１６がｎ型半導体層１０６上に形成される。これら２つの電極間の電流を発生させることで、ＶＬＥＤ１００は動作する。
【０００６】
反射層１１１があっても、発光層１０８からの光の一部は、なお、内部吸収、屈折、又は干渉のためにＶＬＥＤ１００から出られない。光取り出し効率を向上させるために、特許文献１は「スペーサー」を発光層１０８とｐ型半導体層１１０との間に挟む層構造を提案している。特許文献１の開示を本明細書に援用する。このスペーサーの材料は化学式ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）で表わされる化合物である。このような手法はIIII族窒化物半導体化合物のエピタキシー成膜法の変更を要求するが、これはＶＬＥＤ１００の活性層に悪影響を与える可能性がある。
【０００７】
従って、光取り出し効率を増加させ、上記の問題を解決するＶＬＥＤ構造と製造方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】台湾特許出願公開第２００８４７４６２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は垂直型発光ダイオードとその製造方法とを開示する。幾つかの実施形態では、本垂直型発光ダイオードは、複数のIII族窒化物半導体化合物層からなる多層構造体と、該多層構造体の第１外面上に位置する透明導電層と、該多層構造体と反対の側で該透明導電層に接し、複数のコンタクト窓を有する透明誘電体層と、該透明誘電体層上に位置し該コンタクト窓を介して該透明導電層と接触する第１電極構造体と、該該多層構造体の第２外面上に位置する第２電極構造体とを備える。
【００１０】
他の実施形態では、垂直型発光ダイオード製造方法が開示される。この方法は、基板上に複数のIII族窒化物半導体化合物層からなる多層構造体を形成することと、該多層構造体上に透明導電層を形成することと、該透明導電層の該多層構造体と反対の側に透明誘電体層を形成することと、該透明誘電体層を貫通して複数のコンタクト窓を形成することと、該透明誘電体層上に該コンタクト窓を介して該透明導電層と電気的に接触する第１電極構造体を形成することと、該基板を取り除き該多層構造体の表面を露出させることと、該多層構造体の該露出した表面上に第２電極構造体を形成することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の垂直型発光ダイオードを例示する概略図である。
【図２Ａ】垂直型発光ダイオードの１つの実施形態を例示する概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａの垂直型発光ダイオードの透明誘電体層を貫通して形成されたコンタクト窓の構成を例示する概略図である。
【図２Ｃ】図２Ａの垂直型発光ダイオードの透明誘電体層を貫通して形成されたコンタクト窓の別の構成を例示する概略図である。
【図３Ａ】垂直型発光ダイオードを製造するための方法の最初のステップを例示する概略図である。
【図３Ｂ】垂直型発光ダイオードを製造するための方法の途中のステップを例示する概略図である。
【図３Ｃ】垂直型発光ダイオードを製造するための方法の途中のステップを例示する概略図である。
【図３Ｄ】垂直型発光ダイオードを製造するための方法の途中のステップを例示する概略図である。
【図３Ｅ】垂直型発光ダイオードを製造するための方法の最後のステップを例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、反射層、透明導電層、及び透明誘電体層の組合せを均一な電流分布を促進し、光取り出し効率を増加させるための構造層として使用する垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）及びその製造方法を開示する。このＶＬＥＤは、複数のIII族窒化物半導体化合物層からなる多層構造体を有し、この多層構造体は第１外面と、第１外面と反対の側の第２外面とを有する。透明導電層が該第１外面上に形成され、次に透明誘電体層が該透明導電層の該多層構造体と反対の側に形成される。次に、第１電極構造体が該透明誘電体層上に形成され、該透明誘電体層を貫通してパターン形成された複数のコンタクト窓を介して該透明導電層と電気的に接触する。該透明導電層と該透明誘電体層は、光取り出し効率を向上させるための構造層として使用される。これらの層はエピタキシー成長完了後に形成されるので、III族窒化物半導体化合物の蒸着成長に影響しない。
【００１３】
明確さのために、本明細書で使用する用語「III族窒化物化合物」は、窒素（Ｎ）と元素周期表のIII族に分類される化学元素（例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ））とを含む任意の化合物で、３元または４元化合物（例えば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ）を指す。なお、III族窒化物半導体化合物の多層構造体は、ＶＬＥＤのための任意の適切な層構造を有することが出来る。１つの実施形態では、この層スタックは、これに限定されないがｎ型半導体層とｐ型半導体層とに挟まれた発光層を含んでもよい。
【実施例】
【００１４】
図２ＡはＶＬＥＤ２００の１つの実施形態を例示する概略図である。ＶＬＥＤ２００は、ｎ型半導体層２０２とｐ型半導体層２０６とに挟まれた発光層２０４を含む。ｎ型半導体層２０２、発光層２０４、及びｐ型半導体層２０６はＧａＮまたは類似のIII族窒化物化合物を含む材料でできていてよい。また、発光層２０４は多重量子井戸構造体からなっていてもよい。
【００１５】
図２Ａに示すように、ｐ型半導体層２０６の発光層２０４と反対の側に、透明導電層２０８、透明誘電体層２１０、反射層２１２、金属層２１４、導電基板２１６、及びｐ型電極２１８が順に形成されている。透明導電層２０８はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）等の透明導電材料でできている。動作中、電流がＶＬＥＤ２００を垂直に流れ、その良好な導電性により透明導電層２０８に亘って均一に分布する。反射層２１２、金属層２１４、導電基板２１６、及びｐ型電極２１８はＶＬＥＤ２００の第１電極構造体２１９を構成する。
【００１６】
透明誘電体層２１０はこれらに限定されないがＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＴｉＯ2、及び類似の透明誘電体材料でできていてよい。幾つかの実施形態では、透明誘電体層２１０は単一層又は多層の組合せであってよい。反射層２１２は、透明誘電体層２１０を貫通して形成された複数の窓２２２を介して透明導電層２０８に電気的に接続し、発光層２０４から発した光の方向を変える。１つの実施形態によれば、反射層２１２は金属又は金属合金、例えばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｃｕ、又はこれらの任意の組合せからなる材料でできていてもよい。金属層２１４は第１電極構造体２１９の導電率を増加させるために使用され、導電基板２１６上の接合又は電気メッキを助ける。
【００１７】
発光層２０４から発した光は全方向に放射される。特に、放射された光の一部は透明誘電体層２１０を通過し、ほとんど損失なく反射層２１２に到達する。透明誘電体層２１０の厚みを調整することで、光伝搬路の長さを透明誘電体層２１０から反射層２１２に伝搬する光が、ＶＬＥＤ２００内での屈折又は反射によって生じる他の光路、又は発光層２０４から発した光と強め合う干渉をするよう設定できる。これにより、光取り出し効率を増加させることが出来る。１つの実施形態では、透明誘電体層２１０の厚みは好ましくは約２ミクロン未満であり、透明導電層２０８の厚みは約４０００オングストローム未満である。
【００１８】
図２Ａを再び参照すると、導電基板２１６は金属材料又は半導体材料でできており、良好な熱放散及び機械的強度を有している。ｎ型電極２２０はｎ型半導体層２０２の発光層２０４と反対の側に形成され、第２電極構造体２２１を構成する。動作中、電流はｐ型電極２１８とｎ型電極２２０との間を流れることが出来る。
【００１９】
上記の層構造により、電流はｐ型電極２１８とｎ型電極２２０との間を垂直に流れることが出来、その結果、ＶＬＥＤ２００内で従来の水平型ＬＥＤより均一な電流分布が生じる。また、透明導電層２０８は電流分配を促進し、これによりＶＬＥＤ２００の発光効率を向上させる。透明誘電体層２１０と反射層２１２それぞれの厚みも、光伝搬路の長さを調整し光取り出し効率を向上させるために使用できる。
【００２０】
図２Ｂ及び図２Ｃは透明誘電体層２１０の様々な構成を例示する概略図である。透明誘電体層２１０は透明導電層２０８と反射層２１２との間に配置される。電流はＶＬＥＤ２００内を垂直方向に流れる。透明誘電体層２１０は可視光を透過するが、電流の垂直な流れを阻止する。電流の流れを可能にするために、透明誘電体層２１０ａは複数のコンタクト窓２２２を備え、これらを介して透明導電層２０８が下の反射層２１２と電気的に接続される。図２Ｂに示すように、各コンタクト窓２２２は円筒形であってもよい。別の実施形態では、図２Ｃに示すように、コンタクト窓２２２は透明誘電体層２１０を複数の島領域に分けるよう交差状に形成されてもよい。これにより、透明導電層２０８は下の反射層２１２と交差状コンタクト窓２２２を介して電気的に接続される。透明誘電体層２１０は単一層又は多層の組合せであってよい。コンタクト窓２２２の形状は限定されず、他の構成も可能であることは理解されるであろう。
【００２１】
図３Ａ〜図３ＥはＶＬＥＤを製造するための方法のステップを例示する概略図である。図３Ａを参照すると、基板３０１（例えば、サファイア基板）は先ず、エピタキシー成膜システムに入れられる。これらに限定されないがｎ型半導体層３０２、発光層３０４、及びｐ型半導体層３０６を含むIII族窒化物半導体化合物の多層構造体３０７を基板３０１上にエピタキシー成長により順に蒸着する。１つの実施形態によれば、多層構造体３０７を形成するために有機金属化学気相成長を使用できる。ｎ型半導体層３０２、発光層３０４、及びｐ型半導体層３０６が形成された後、基板３０１をエピタキシー成膜システムから取り出す。
【００２２】
図３Ｂを参照すると、次に、多層構造体３０７が設けられた基板３０１を別の成膜システムに入れ、ｐ型半導体層３０６上に透明導電層３０８と透明誘電体層３１０とを形成する。より具体的には、透明導電層３０８と透明誘電体層３１０とは蒸着堆積法、スパッタリング法等の蒸着法により形成することが出来る。透明誘電体層３１０の蒸着後、フォトリソグラフィー及びエッチング処理を行い、透明誘電体層３１０にパターン形成してコンタクト窓３２２を形成する。
【００２３】
図３Ｃを参照すると、次に、反射層３１２と金属層３１４とを透明誘電体層３１０上に電子ビーム蒸着又は他の適切な金属蒸着法で形成する。これにより、反射層３１２と金属層３１４とは、透明誘電体層３１０を貫通してパターン形成されたコンタクト窓３２２を介して透明導電層３０８と電気的に接続される。
【００２４】
図３Ｄに示すように、導電基板３１６が金属層３１４に接合され、次に、ｐ型電極３１８が導電基板３１６上に形成される。金属層３１４はこの電極構造体の導電率を増加させ、導電基板３１６上の該電極構造体の接合又は電気メッキを助ける。次に、絶縁基板３０１を取り去り、ｎ型半導体層３０２の表面３０２Ａを露出させる。
【００２５】
図３Ｅを参照すると、ｎ型電極３２０がｎ型半導体層３０２の表面３０２Ａ上に形成され、垂直型発光ダイオードが完成する。
【００２６】
上記の方法の少なくとも１つの利点は、透明導電層３０８と透明誘電体層３１０との組合せを光取り出し効率を向上させるための構造層として使用できることである。これらの層は（ｎ型半導体層３０２、発光層３０４、及びｐ型半導体層３０６の）エピタキシー成長完了後に形成されるので、III族窒化物半導体化合物の蒸着成長は影響を受けない。
【００２７】
本発明を上記の好適で詳細な実施形態及び実施例により開示したが、これらの実施例は限定する意図ではなく、例示することを意図していることは理解されるべきである。本発明の思想と、添付の請求項及びそれらと等価なシステム及び方法の範囲内とに入る変更及び組合せを当業者は容易に想到するであろうことは考慮されている。
【符号の説明】
【００２８】
２００  垂直型発光ダイオード
２０２、３０２  ｎ型半導体層
２０４、３０４  発光層
２０６、３０６  ｐ型半導体層
２０８、３０８  透明導電層
２１０、３１０  透明誘電体層
２１２、３１２  反射層
２１４、３１４  金属層
２１６、３１６  導電基板
２１８、３１８  ｐ型電極
２１９  第１電極構造体
２２０、３２０  ｎ型電極
２２１  第２電極構造体
２２２、３２２  コンタクト窓
３０１  基板
３０７  多層構造体
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2011040739.tif 000005
【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2011040739.tif 000008
【図３Ｃ】
2011040739.tif 000009
【図３Ｄ】
2011040739.tif 000010
【図３Ｅ】
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【外国語明細書】
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