(57)【要約】半導体発光ダイオード（１０）であって、少なくとも１層のｐ型ドープ発光ダイオード層（４）と、ｎ型ドープ発光ダイオード層（２）と、これらｐ型ドープ発光ダイオード層（４）とｎ型ドープ発光ダイオード層（２）との間の光学活性ゾーン（３）とを有し、透明導電性酸化物から成る酸化物層（８）を有し、少なくとも１層のミラー層（９）を有し、酸化物層（８）が、発光ダイオード層（２，４）と少なくとも１層のミラー層（９）との間に配置されており、酸化物層（８）が、発光ダイオード層（２，４）に面している第１の境界面（８ａ）と、少なくとも１層のミラー層（９）に面している第２の境界面（８ｂ）と、を備えており、酸化物層（８）の第２の境界面（８ｂ）が、酸化物層（８）の第１の境界面（８ａ）よりも小さい粗さ（Ｒ２）を有する、半導体発光ダイオード、を提案する。
2011513955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光ダイオード（１０）であって、
−  少なくとも１層のｐ型ドープ発光ダイオード層（４）と、ｎ型ドープ発光ダイオード層（２）と、前記ｐ型ドープ発光ダイオード層（４）と前記ｎ型ドープ発光ダイオード層（２）との間の光学活性ゾーン（３）と、
−  透明導電性酸化物の酸化物層（８）と、
−  少なくとも１層のミラー層（９）と、
を有し、
前記酸化物層（８）が、前記発光ダイオード層（２，４）と前記少なくとも１層のミラー層（９）との間に配置されており、前記酸化物層（８）が、前記発光ダイオード層（２，４）に面している第１の境界面（８ａ）と、前記少なくとも１層のミラー層（９）に面している第２の境界面（８ｂ）と、を備えており、
前記酸化物層（８）の前記第２の境界面（８ｂ）が、前記酸化物層（８）の前記第１の境界面（８ａ）よりも小さい粗さ（Ｒ２）を有する、
半導体発光ダイオード。
【請求項２】
半導体発光ダイオード（１０）であって、
−  少なくとも１層のｐ型ドープ発光ダイオード層（４）と、ｎ型ドープ発光ダイオード層（２）と、前記ｐ型ドープ発光ダイオード層（４）と前記ｎ型ドープ発光ダイオード層（２）との間の光学活性ゾーン（３）と、
−  透明導電性酸化物の酸化物層（８）と、
−  少なくとも１層のミラー層（９）と、
前記酸化物層（８）が、前記発光ダイオード層（２，４）と前記少なくとも１層のミラー層（９）との間に配置されており、前記酸化物層（８）が、前記発光ダイオード層（２，４）に面している第１の境界面（８ａ）と、前記少なくとも１層のミラー層（９）に面している第２の境界面（８ｂ）と、を備えており、
前記酸化物層（８）の前記第２の境界面（８ｂ）が、１．０ｎｍ未満の粗さ（Ｒ２）を有する、
半導体発光ダイオード。
【請求項３】
前記酸化物層（８）が、５ｎｍより大きい層厚さを有することを特徴とする、
請求項１または２に記載の半導体発光ダイオード。
【請求項４】
前記ｐ型ドープ発光ダイオード層（４）が、前記ｎ型ドープ発光ダイオード層（２）よりも前記酸化物層（８）の近傍に配置されていることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光ダイオード。
【請求項５】
前記ｐ型ドープ発光ダイオード層（４）と前記酸化物層（８）との間に、ｐ型ドープ半導体層（５）が配置されており、前記ｐ型ドープ半導体層（５）が、前記ｐ型ドープ発光ダイオード層（４）のドーパント濃度と同じかまたはそれより高いドーパント濃度を有することを特徴とする、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光ダイオード。
【請求項６】
前記酸化物層（８）が、その前記第１の境界面（８ａ）において、前記ｐ型ドープ半導体層（５）に隣接していることを特徴とする、
請求項５に記載の半導体発光ダイオード。
【請求項７】
前記ｐ型ドープ半導体層（５）と前記酸化物層（８）との間にｎ型ドープ半導体層（７）が配置されており、前記酸化物層（８）の前記第１の境界面（８ａ）が、前記ｎ型ドープ半導体層（７）に隣接していることを特徴とする、
請求項５に記載の半導体発光ダイオード。
【請求項８】
前記ｐ型ドープ半導体層（５）と前記ｎ型ドープ半導体層（７）との間にアンドープ半導体層（６）が配置されていることを特徴とする、
請求項７に記載の半導体発光ダイオード。
【請求項９】
前記酸化物層（８）の前記透明導電性酸化物が、材料として酸化亜鉛、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物のうちの少なくとも１つを含んでいることを特徴とする、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体発光ダイオード。
【請求項１０】
前記ミラー層（９）が前記酸化物層（８）の前記第２の境界面（８ｂ）に隣接していることを特徴とする、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体発光ダイオード。
【請求項１１】
前記ミラー層（９）が、少なくとも１層の金属ミラー層（１９）を備えていることを特徴とする、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体発光ダイオード。
【請求項１２】
前記ミラー層（９）が、少なくとも１層の誘電体ミラー層（１８）を備えていることを特徴とする、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体発光ダイオード。
【請求項１３】
前記誘電体ミラー層（１８）が、前記酸化物層（８）と前記金属ミラー層（１９）との間に配置されており、前記誘電体ミラー層（１８）が局所的な凹部（１１）を備えており、前記凹部（１１）の中で前記金属ミラー層（１９）が前記酸化物層（８）の前記第２の境界面（８ｂ）まで延在していることを特徴とする、
請求項１２に記載の半導体発光ダイオード。
【請求項１４】
半導体発光ダイオード（１０）を製造する方法であって、
−  少なくとも１層のｐ型ドープ発光ダイオード層（４）とｎ型ドープ発光ダイオード層（２）とを形成するステップと、
−  透明導電性酸化物を堆積させるステップであって、これによって、前記発光ダイオード層（２，４）に面している第１の境界面（８ａ）を備えている酸化物層（８）が形成され、前記酸化物層（８）が、ＨＦ支援ＤＣスパッタリングによって堆積され、この堆積において、前記第１の境界面（８ａ）に向かい合う、前記酸化物層（８）の第２の境界面（８ｂ）が形成され、前記第２の境界面（８ｂ）が、前記酸化物層（８）の前記第１の境界面（８ａ）よりも小さい粗さを有する、前記ステップと、
−  前記酸化物層（８）の前記第２の境界面（８ｂ）の上に少なくとも１層のミラー層（９）を形成するステップと、
を含んでいる、方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１層のミラー層（９）を形成する前記ステップが、
少なくとも１層の誘電体ミラー層（１８）を堆積させるステップと、前記誘電体ミラー層（１８）に凹部をエッチングするステップと、前記誘電体ミラー層（１８）の上に少なくとも１層の金属ミラー層（１９）を堆積させるステップと、
を含んでいることを特徴とする、
請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光ダイオードと、半導体発光ダイオードを製造する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光ダイオードは、半導体層から成る積層体を備えており、半導体層の材料は、個々の層の中および層の境界部における光電子特性および電子バンド構造を所定の範囲内に設定する目的で、（基材およびドーパントに関して）特定の種類が選択され、互いに適合化される。互いに相補的にドープされている２つの隣接する発光ダイオード層（ｐ型ドープ層およびｎ型ドープ層）の間の遷移領域に、光学活性ゾーンが形成され、このゾーンは、半導体積層体の中を電流が流れると電磁放射を放出する。発生する放射は、最初は全方向に放出され、すなわち、半導体発光ダイオードの放出方向には一部分のみが放出される。放射のうち半導体積層体とは反対側に放出される部分を反射して放出方向に戻す目的で、透明導電性酸化物（transparent conductive oxide）から成る酸化物層と、１つまたは複数のミラー層とが、半導体積層体の裏側に設けられている。電磁放射のうちミラー層に入射する一部分は、層の光屈折率の差と、ミラー層の導電率と、酸化物層の透明度と、光学活性ゾーンと酸化物層との間に存在する層の厚さとに応じて、反射される。反射部分を増大させる目的で、従来では、層の厚さのみならず、主として各層の材料の特性および材料の組成が修正および最適化される。
【発明の概要】
【０００３】
電磁放射のうちミラー層に入射してミラー層によって反射されて戻される部分を増大させることができるならば、半導体発光ダイオードの発光効率を高めることができる。
【０００４】
この目的は、請求項１および請求項２のいずれかに記載の半導体発光ダイオードと、請求項１４に記載の方法とによって、可能になる。
【０００５】
半導体発光ダイオードであって、少なくとも１層のｐ型ドープ発光ダイオード層と、ｎ型ドープ発光ダイオード層と、これらｐ型ドープ発光ダイオード層とｎ型ドープ発光ダイオード層との間の光学活性ゾーンとを有し、透明導電性酸化物の酸化物層を有し、少なくとも１層のミラー層を有し、酸化物層が、発光ダイオード層と少なくとも１層のミラー層との間に配置されており、酸化物層が、発光ダイオード層に面している第１の境界面と、少なくとも１層のミラー層に面している第２の境界面と、を備えており、酸化物層の第２の境界面が、酸化物層の第１の境界面よりも小さい粗さを有する、半導体発光ダイオード、が提供される。
【０００６】
さらには、酸化物層の第２の境界面が、１．０ｎｍ未満の粗さを有する、半導体発光ダイオード、が提供される。
【０００７】
粗さの低減した第２の境界面上にミラー層を形成することによって、酸化物層とミラー層との間の境界面における反射の度合いが高まり、放射のうち主として大きな入射角度で入射する部分が反射される程度が増す。
【０００８】
酸化物層を５ｎｍより大きい層厚さで形成するならば、酸化物層の第１の境界面における凹凸（この凹凸は下層の一番上の半導体層の粗さによって生じる）が平らにならされて（evened out）、したがって、酸化物層の第２の境界面に、この凹凸による悪影響が及ばない。
【０００９】
ｐ型ドープ発光ダイオード層が、ｎ型ドープ発光ダイオード層よりも酸化物層の近傍に配置される場合、酸化物層およびミラー層は、半導体発光ダイオードのｐ側に位置する。この側に酸化物層を結合することは、半導体発光ダイオードの動作電圧の上昇を伴うが、後から説明するように、この上昇は補正することができる。
【００１０】
一発展形態によると、ｐ型ドープ発光ダイオード層と酸化物層との間に、ｐ型ドープ半導体層が配置されており、このｐ型ドープ半導体層は、ｐ型ドープ発光ダイオード層のドーパント濃度と同じかまたはそれより高いドーパント濃度を有する。ｐ型ドープ半導体層は、酸化物層を堆積させるときに、ｐ型ドープ発光ダイオード層を結晶格子の損傷から保護する。
【００１１】
第１の実施形態によると、酸化物層の第１の境界面は、ｐ型ドープ半導体層に隣接している。
【００１２】
これに代わる第２の実施形態によると、ｐ型ドープ半導体層と酸化物層との間にｎ型ドープ半導体層が配置されており、酸化物層はこのｎ型ドープ半導体層に隣接している。結果として、酸化物層から半導体積層体への低インピーダンス接続が達成される。
【００１３】
一発展形態によると、ｐ型ドープ半導体層とｎ型ドープ半導体層との間に、アンドープ半導体層が設けられている。このアンドープ半導体層は、ドープされている２つの半導体層と一緒に、トンネルコンタクト（tunnel contact）を形成しており、トンネルコンタクトの接触抵抗は、ｎ型ドープ半導体層を介しての酸化物層の低インピーダンス接続によってそれを上回るだけ補正され、したがって、要求される動作電圧が全体として下がる。
【００１４】
酸化物層は、導電性であることが好ましい。
【００１５】
酸化物層に適している材料は、例えば、酸化亜鉛、インジウムスズ酸化物、またはインジウム亜鉛酸化物である。
【００１６】
ミラー層が酸化物層の第２の境界面に直接隣接している場合、酸化物層の第２の境界面は、境界面であると同時に、特に粗さの小さいミラー面を形成する。
【００１７】
一実施形態によると、ミラー層は、少なくとも１層の金属ミラー層を含んでいる。
【００１８】
金属ミラー層に適している材料は、特に、金、銀、またはアルミニウムであり、この場合、金は、赤外線範囲の反射に適しており、銀は可視波長範囲の反射に適しており、アルミニウムは紫外線範囲の反射に適している。
【００１９】
さらなる一実施形態によると、金属ミラー層に代えて、または金属ミラー層に加えて、少なくとも１層の誘電体ミラー層が設けられている。誘電体ミラー層は、特に、金属ミラー層との組合せにおいて、半導体発光ダイオードの裏面における反射部の反射率を増大させる。
【００２０】
誘電体ミラー層に適している材料は、例えば、ガラス、酸化ケイ素、窒化ケイ素、または酸窒化ケイ素である。
【００２１】
一発展形態によると、誘電体ミラー層は、酸化物層と金属ミラー層との間に配置されており、局所的な凹部を備えており、この凹部の中で金属ミラー層が酸化物層の第２の境界面まで延在している。結果として、金属ミラー層が、透明導電性酸化物層へのコンタクトを形成しており、これらのコンタクトに基づいて、半導体積層体の表面領域全体にわたり酸化物層において横方向の電流拡散が起こる。
【００２２】
発光ダイオード層に適している基材は、例えば、二元、三元、または四元のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、特に、アルミニウム、ガリウム、およびインジウムのうちの少なくとも１つの元素と、窒素、リン、およびヒ素のうちの少なくとも１つの元素とを含んでいる材料、とすることができる。このような材料の例は、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムインジウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウムガリウム、窒化インジウムガリウム、インジウムガリウムヒ素リンである。
【００２３】
半導体発光ダイオードを製造する方法は、以下のステップ：
−  少なくとも１層のｐ型ドープ発光ダイオード層とｎ型ドープ発光ダイオード層とを形成するステップ、
−  透明導電性酸化物を堆積させるステップであって、これによって、発光ダイオード層に面している第１の境界面を備えている酸化物層が形成され、酸化物層が、高周波（ＨＦ）を利用する直流（ＤＣ）スパッタリング（HF-assisted DC sputtering）によって堆積され、この堆積において、第１の境界面に向かい合う、酸化物層の第２の境界面が形成され、この第２の境界面が、酸化物層の第１の境界面よりも小さい粗さを有する、ステップ、
−  酸化物層の第２の境界面の上に少なくとも１層のミラー層を形成するステップ、
を含んでいる。
【００２４】
透明導電性酸化物から成る酸化物層を、ＨＦ支援ＤＣスパッタリングによって堆積させることによって、酸化物層の第２の境界面が第１の境界面よりも小さい粗さを有し、特に、第２の境界面の粗さは１．０ｎｍ未満である。結果として、製造後の半導体発光ダイオードでは、酸化物層とミラー層との間の境界面において、より大きな反射効果またはミラー効果が得られる。
【００２５】
少なくとも５ｎｍの層厚さを有する酸化物層を堆積させるならば、結果として、酸化物層の第１の境界面の凹凸（この凹凸は、その下の一番上の半導体層の粗さによって生じる）が平らにならされ、酸化物層の第２の境界面の粗さは、第１の境界面の凹凸による悪影響を受けることがない。
【００２６】
一発展形態によると、ｐ型ドープ半導体層が、ｐ型ドープ発光ダイオード層の上に堆積されており、ｐ型ドープ発光ダイオード層のドーパント濃度と同じかまたはそれより高いドーパント濃度を有する。ｐ型ドープ半導体層は、酸化物層をスパッタリングによって堆積させるときに、ｐ型ドープ発光ダイオード層を結晶格子の損傷から保護する。
【００２７】
ｐ型ドープ半導体層の上に、アンドープ半導体層と、ｎ型ドープ半導体層とをさらに堆積させ、そのｎ型ドープ半導体層の上に酸化物層をスパッタリングによって堆積させるならば、ｎ型ドープ半導体層を介して酸化物層の低インピーダンス接続が形成される。ｐ型ドープ半導体層、アンドープ半導体層、およびｎ型ドープ半導体層がトンネルコンタクトを形成し、その接触抵抗は、酸化物層からｎ型ドープ半導体層への低インピーダンス接続によってそれを上回るだけ補正される。
【００２８】
一発展形態によると、ミラー層を形成するステップは、少なくとも１層の誘電体ミラー層を堆積させるステップと、誘電体ミラー層に凹部をエッチングするステップと、誘電体ミラー層の上に少なくとも１層の金属ミラー層を堆積させるステップと、を含んでいる。結果として、金属ミラー層が、誘電体ミラー層の凹部の中で酸化物層へのコンタクトを形成し、これらのコンタクトに基づいて、半導体積層体の表面領域全体にわたり酸化物層において横方向の電流拡散が起こる。
【００２９】
以下では、本発明のいくつかの例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】半導体発光ダイオードの第１の例示的な実施形態を示している。
【図２】半導体発光ダイオードの第２の例示的な実施形態を示している。
【図３】いくつかのミラー層を有する、半導体発光ダイオードの第３の例示的な実施形態を示している。
【図４】いくつかのミラー層を有する、半導体発光ダイオードの第４の例示的な実施形態を示している。
【図５】図１〜図４のいずれかによる半導体発光ダイオードの製造過程にある半導体製品の概略的な拡大詳細図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、半導体積層体２０を備えている半導体発光ダイオード１０の第１の例示的な実施形態の断面図を示している。発生する電磁放射（可視範囲内、赤外線範囲内、または紫外線範囲内）は、最初は全方向に放出されるが、酸化物層およびミラー層と反対側の半導体積層体の面に配置されている放射出口層１（図１の下部）の放射出口面２５を通じて、最大限に完全に放出される。放射出口層１は、基板層（基板上にすべての層を成長させ、基板を実質的に完全にエッチバックした後に残る層）である（薄膜ＬＥＤ）、または、実際の発光ダイオード層より前に基板上に成長させた半導体層（基板は後から完全に除去する）、のいずれかである。
【００３２】
放射出口層１の上に、以下のようにさらなる層を成長させる。最初に、ｎ型ドープ発光ダイオード層２およびｐ型ドープ発光ダイオード層４を堆積させる。互いに逆の導電型にドープされている発光ダイオード層２，４は、図１において破線によって示したように、発光ダイオード積層体を形成している。これら２つの半導体層２，４の間の境界面には光学活性ゾーン３が形成され、適切な極性の十分なバイアス電圧が発光ダイオード層２，４に印加されたときに電磁放射を放出する役割を果たす。この場合、ｎ型ドープ発光ダイオード層２はシリコンによってドープされており、ｐ型ドープ発光ダイオード層４はマグネシウムによってドープされており、これら発光ダイオード層２，４それぞれの基材は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料である。放射出口層１は、その下のｎ型ドープ発光ダイオード層２を保護し、電気的に絶縁する目的に使用されている。
【００３３】
発光ダイオード積層体のうち、ｐ型ドープ発光ダイオード層４が配置されている面（すなわち図１における上面）の上には、透明導電性酸化物から成る酸化物層８が堆積されている。特に、酸化物層８は、透明導電性酸化物を含んでいる。
【００３４】
酸化物層は、層の境界に平行に、横方向に電流を拡散させることと、ミラー層と半導体積層体との間のマイグレーション（migration）を防ぐこととを目的として使用されている。図１に示した例示的な実施形態においては、酸化物層８は、ｐ型ドープ発光ダイオード層４の上に直接堆積されておらず、（ｐ型ドープ発光ダイオード層４を保護する目的で）ｐ型ドープ半導体層５を最初に堆積させる。このｐ型ドープ半導体層５は、ｐ型ドープ発光ダイオード層４のドーパント濃度と同じかまたはそれより高いドーパント濃度を有する。
【００３５】
次に、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）から成る酸化物層８を、ｐ型ドープ半導体層５の上に堆積させる。このステップにおいて、酸化物層８の第１の境界面８ａの粗さＲ１は、ｐ型ドープ半導体層５の上面の粗さによって生じる。酸化物層の第１の境界面８ａは、半導体積層体に面している（特に、積層体のうち最後に堆積される一番上の半導体層に直接隣接している）境界面である。
【００３６】
透明導電性酸化物としては、例えば、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、または酸化亜鉛が適している。酸化亜鉛の場合、アルミニウムまたはガリウムによってドープすることによって導電率を高めることができる。さらには、単一の酸化物層の代わりに、いくつかの酸化物層の積層体を設けることもできる。
【００３７】
酸化物層は、ＨＦ支援ＤＣスパッタリングによって堆積させる。結果として、特に小さい粗さＲ２を有する、上側の第２の境界面８ｂが得られる。酸化物層８をスパッタリングによって堆積させた後、その第２の境界面８ｂは最初は露出している。最後に、図１に示したように、第２の境界面８ｂの上にミラー層９（特に金属ミラー層１９）を堆積させる。
【００３８】
半導体積層体の各層の間の境界面と、半導体積層体、酸化物層、およびミラー層の間の境界面には、必ず特定の粗さが存在する。粗さは、ほとんどの場合、「ｒｍｓ」（二乗平均平方根：理想的な境界面からの逸脱、すなわち、境界面または表面の高さの変動の標準偏差）を、数値（例えばｎｍ単位）に付加して表す。この平均は、各表面または各境界面の面領域全体にわたって求められる。半導体発光ダイオード１０の積層体内の境界面の粗さは、従来では１．５〜５ｎｍ程度であるが、これよりも相当に大きくなり、２０ｎｍを超えることもある。理想的な結晶格子からの逸脱（例えば、局所的に変動する成長条件または格子の歪み、場合によってはドーパントの結果としての逸脱）は、特に粗さの原因となる。
【００３９】
半導体発光ダイオードを製造するとき、従来では、（ドーパントを含んでいる）各層の材料および材料の組合せを最適化し、互いに適合化させる。さらには、境界面で反射される電磁放射の強め合う（建設的）干渉（constructive interference）と、したがって発光ダイオードの高い光度とを達成する目的で、層の厚さおよび層の屈折率を最適化する。しかしながら、層境界の高さの変動は、粗さに起因するものであり、反射される放射の波長よりも二桁〜三桁小さく（すなわち１／１００〜１／１０００）、その影響はほとんどの場合に無視される。
【００４０】
酸化物層の第２の境界面（半導体積層体とは反対側である、すなわちミラー層に面している境界面）は、従来、酸化物層の第１の境界面よりもさらに大きな粗さを有し、なぜなら、透明導電性酸化物は、一般的には単結晶として成長せずに、多結晶として、またはアモルファスとして成長するためである。
【００４１】
しかしながら、本文書に提案するように、ＨＦ支援ＤＣスパッタリング工程によって酸化物層８を堆積させることによって、酸化物層の第２の境界面８ｂに形成される粗さＲ２が特に小さく、したがって、その上に堆積されるミラー層の反射率が増大する。以下では、ＨＦ支援ＤＣスパッタリング工程について図５を参照しながら説明する。
【００４２】
酸化物層８の第２の境界面８ｂ（スパッタリング工程の実行後は露出している）の上に、ミラー層９を堆積させる。ミラー層９は、ＰＶＤ（物理的蒸着）またはＣＶＤ（化学的蒸着）によって、特に、ＰＥＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）、ＩＢＥ（イオンビームエッチング）によって、または熱蒸着によって、堆積させる。この例示的な実施形態においては、ミラー層９は金属ミラー層１９であり、金、銀、またはアルミニウム、あるいはこれらの金属の少なくとも１つを含んでいる合金から成る。金属ミラー層１９は、それぞれが金属または金属合金から作製されているいくつかの層を含んでいることもできる。
【００４３】
酸化物層８およびミラー層９の材料および層厚さは、光学活性ゾーン３によって放出される電磁放射のうち、酸化物層およびミラー層の方向に放出される部分が、酸化物層８の第２の境界面８ｂにおいてできる限り完全に反射されるように、互いに調整されている。反射される放射の入射角度は、統計的に分布し、基本的には、ミラー層の反射境界面の面法線に対する０度〜９０度の間の任意の値をとりうる。酸化物層８の第２の境界面８ｂの粗さが小さい結果として、第２の境界面８ｂの面法線に対する入射角度が大きい場合でも、全体として、入射する電磁放射のうちの大きな割合が反射される。結果として、半導体発光ダイオードによって放出される電磁放射の強度が増大する。
【００４４】
図２は、半導体発光ダイオードの第２の例示的な実施形態を示しており、この実施形態においては、図１に示した層に加えて、アンドープ半導体層６およびｎ型ドープ半導体層７も設けられており、ｐ型ドープ半導体層５と酸化物層８との間に配置されている。ｎ型ドープ半導体層７は、透明導電性酸化物から成る酸化物層８と半導体積層体２０との結合を促進する。アンドープ半導体層６は、ｐ型ドープ半導体層５とｎ型ドープ半導体層７との間に配置されている。一連の半導体層５，６，７は、発光ダイオード層４，２から成る実際の発光ダイオード積層体へのトンネルコンタクトを形成している。トンネルコンタクトによる動作電圧のわずかな上昇は、ｎ型ドープ半導体層７を介しての酸化物層８の低インピーダンス接続によってそれを上回るだけ補正される。
【００４５】
層５、層６、および層７には、発光ダイオード層２，４に使用されているものと同じ基材が適している。この例示的な実施形態においては、ドープされている半導体層５，７の層厚さは、３０ｎｍ未満であり、例えば、３〜２０ｎｍである。さらには、この例示的な実施形態においては、アンドープ半導体層６の層厚さは、２０ｎｍ未満であり、例えば、１〜１０ｎｍである。図２の残りの部分については、図１において説明した実施形態の該当箇所があてはまる。
【００４６】
図１および図２に示した、半導体積層体２０の層は、例えばＣＶＤ（化学的蒸着）によって堆積させ、その後、この半導体積層体２０の上に酸化物層８を堆積させ、その上にミラー層９を堆積させる。次に、半導体積層体２０の下面において、基板を薄くする、または放射出口層１が露出するように完全に除去する。
【００４７】
図１および図２は、酸化物層８が金属ミラー層１９の下面に直接隣接している例示的な実施形態を示しているが、図３および図４は、酸化物層８と金属ミラー層１９との間に追加の誘電体ミラー層１８を有する例示的な実施形態を示している。
【００４８】
図３において、半導体積層体２０は、図１の実施形態と同じ構造を有する。図４において、半導体積層体２０は、図２の実施形態と同じ構造を有する。したがって、図１および図２に関する説明が、それぞれ図３および図４にもあてはまる。
【００４９】
図３および図４によると、それぞれ、一番上の半導体層５および半導体層７の上に、ＨＦ支援ＤＣスパッタリングによって酸化物層８を堆積させる。この酸化物層８の第２の境界面８ｂの上に、最初に誘電体ミラー層１８（例えば酸化ケイ素から成る）を堆積させる。次に、誘電体ミラー層１８に凹部１１をエッチングし、誘電体ミラー層１８の上に金属ミラー層１９を堆積させる。金属ミラー層１９の材料は、誘電体ミラー層１８の凹部の中で酸化物層８の第２の境界面８ｂまで延在しており、したがって、酸化物層８への、互いに結合されているコンタクトがこの位置に形成される。互いに結合されているコンタクトに基づいて、半導体積層体２０の表面領域全体にわたり透明導電性酸化物８において横方向の電流拡散が起こる。
【００５０】
この例示的な実施形態においては、ミラー層９は、誘電体ミラー層１８と、金属ミラー層１９とを含んでいる。ミラー層９（１８，１９）は酸化物層８の後に堆積されるため、酸化物層８の第２の境界面８ｂの粗さＲ２が小さいことに起因して、ミラー層１８とミラー層１９との間の境界面の粗さも小さくなる。結果として、酸化物層の第２の境界面の粗さが小さいことに起因して、それに続くミラー層の境界面の粗さもある程度減少するため、ミラー積層体の反射率がさらに増大する。
【００５１】
図３および図４の残りの部分については、図１および図２において説明した実施形態の該当箇所があてはまる。
【００５２】
上述した例示的な実施形態の場合、ドーパント濃度は以下のとおりである。ｎ型ドープ発光ダイオード層２は、１×１０２０／ｃｍ３未満、特に１×１０１９／ｃｍ３未満のドーパント濃度を有する。ｐ型ドープ発光ダイオード層４は、２×１０２０／ｃｍ３未満のドーパント濃度を有する。ｐ型ドープ半導体層５のドーパント濃度は、ｐ型ドープ発光ダイオード層４のドーパント濃度と同じかまたはそれ以上であり、２×１０２０／ｃｍ３より大きい。ｎ型ドープ半導体層７のドーパント濃度は、ｎ型ドープ発光ダイオード層２のドーパント濃度よりも高く、２×１０２０／ｃｍ３より大きい。したがって、２つの半導体層５，７のそれぞれは、同じドーパント型の各発光ダイオード層４，２よりも高濃度にドープされている。ｐ型ドープ層はマグネシウムによってドープされており、ｎ型ドープ層はシリコンによってドープされている。
【００５３】
あるいは、ｎ型ドープ半導体層７のドーパント濃度を、ｎ型ドープ発光ダイオード層２のドーパント濃度よりも低くすることもできる。
【００５４】
図５は、図１〜図４のいずれかによる半導体発光ダイオードの製造過程にある（実際には酸化物層８をスパッタリングによって堆積させた後の）半導体製品の概略的な拡大詳細図を示している。半導体積層体２０の一番上の層の上部領域の一部と、この層の上にスパッタリングされている、透明導電性酸化物から作製されている酸化物層とを示してある。一番上の半導体層は、図１または図３におけるｐ型ドープ半導体層５、もしくは、図２または図４におけるｎ型ドープ半導体層７、のいずれかである。
【００５５】
一番上の半導体層５または半導体層７の上面に酸化物層８を堆積させる場合、酸化物層８の下側の第１の境界面８ａの粗さＲ１は、一番上の半導体層の粗さによって生じる。この粗さは、一般には１．５ｎｍ  ｒｍｓより大きいが、一番上の半導体層の堆積方法、その基材、およびそのドーパント濃度によっては、これよりも相当に大きくなることがある。窒化ガリウムから成るｐ型ドープ半導体層５（図１または図３）の場合、その上面の粗さは１．２〜１．８ｎｍである。
【００５６】
透明導電性酸化物から成る酸化物層８をＨＦ支援ＤＣスパッタリング法によって堆積させることによって、図５に示したように、その第２の境界面８ｂの粗さＲ２は、第１の境界面８ａの粗さＲ１よりも小さくなり、具体的には１．０ｎｍ未満、場合によっては０．５ｎｍである。
【００５７】
本明細書に説明した例示的な実施形態においては、酸化物層８は、１〜５０ｎｍの層厚さでスパッタリングによって堆積されているが、より大きな層厚さを選択することもできる。酸化物層を最小限の層厚さ（例えば５ｎｍ）で堆積させるならば、酸化物層をスパッタリングによって堆積させるとき、下層の半導体層５または７から生じる凹凸が平らにならされる。これにより、酸化物層８の第２の境界面８ｂの粗さＲ２は、ＨＦ支援ＤＣスパッタリング法による影響を受けるのみであり、深い位置にある半導体層の高さの変動には影響されない。
【００５８】
酸化物層の上に堆積される（ＨＦ支援ＤＣスパッタリングによって堆積される）ミラー層は、極めてなめらかな反射面を有する。さらには、半導体積層体の一番上の半導体層（酸化物層８をスパッタリングによって堆積させる前には露出している）は、ＨＦ支援ＤＣスパッタリング法によってほとんど損傷しない。
【００５９】
ＨＦ支援ＤＣスパッタリング法（それ自体は公知である）は、この場合、透明導電性酸化物の酸化物層８を、発光ダイオードの半導体積層体２０の一番上の層の上に堆積させるために使用される。ＨＦ支援ＤＣスパッタリング法においては、直流電圧に高周波交流電圧を重畳する。したがって、スパッタリング用に供給される電力は、直流（ＤＣ）部分と高周波（ＨＦ）部分とを含んでいる。高周波電力部分の周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚである。スパッタリング時、合成されたＤＣ／ＨＦ電力が、例えば、スパッタリング室に配置されている電極に供給される。
【００６０】
ＨＦ支援ＤＣスパッタリング法によって堆積される酸化物層８の第２の境界面８ｂと、この第２の境界面８ｂの上に堆積されるさらなるミラー層１８，１９の境界面は、粗さが減少していることにより、そこに入射する電磁放射のより多くの部分を反射する。このことは、放射のうち、面法線に対する大きな入射角度でこれらの境界面に入射する部分に特にあてはまる。
【００６１】
反射率が増大しているため、半導体発光ダイオード１０は、全体として、より高い強度の電磁放射をその放射出口面２５において放出する。
【００６２】
ここまで、本発明について例示的な実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明は上記の説明に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
【００６３】
本特許出願は、独国特許出願第１０２００８０１１８４７．８号および独国特許出願第１０２００８０２７０４５．８号の優先権を主張し、これらの文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。
【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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【国際調査報告】
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