(57)【要約】【課題】高効率ＬＥＤ及びその製造方法を提供する。【解決手段】　基板４２と、基板４２上に形成されたｎ型化合物半導体層４４と、ｎ型化合物半導体層４４上に形成された活性層４６と、活性層４６上に形成されたｐ型化合物半導体層４８と、ｎ型化合物半導体層４４と接触するように備えられたｎ型電極５２及びｐ型化合物半導体層４８と接触するように備えられたｐ型電極５０を備え、少なくとも活性層４６の光が放出される表面は連続した曲面であることを特徴とするＬＥＤ４０である。このような本発明を利用すれば、活性層４６の表面から活性層４６の内部に全反射される光量を減少させうる。その結果、活性層４６からの光放出率が従来よりはるかに高まって外部で測定される光の総量が増加し、光放出方向の均一度も増加する。また前記波形と関連して別途の追加工程が不要なので経済的である。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　基板と、
　前記基板上に形成されたｎ型化合物半導体層と、
　前記ｎ型化合物半導体層上に形成された活性層と、
　前記活性層上に形成されたｐ型化合物半導体層と、
　前記ｎ型化合物半導体層と接触するように備えられたｎ型電極と、
　前記ｐ型化合物半導体層と接触するように備えられたｐ型電極と、を備え、
　少なくとも前記活性層の光が放出される表面は連続した曲面であることを特徴とする光放出ダイオード。
【請求項２】
　前記連続した曲面は、所定の周期及び深さを有する波形であることを特徴とする請求項１に記載の光放出ダイオード。
【請求項３】
　前記周期及び深さの比率は５：１であることを特徴とする請求項２に記載の光放出ダイオード。
【請求項４】
　前記ｎ型化合物半導体層の一部領域は、所定の厚さだけ上に突出されており、前記活性層及びｐ型化合物半導体層は、前記ｎ型化合物半導体層の前記突出された領域上に順次に積層されたことを特徴とする請求項１に記載の光放出ダイオード。
【請求項５】
　前記活性層の表面形状は、前記ｎ型化合物半導体層の突出された領域及び前記ｐ型化合物半導体層まで拡張されたことを特徴とする請求項４に記載の光放出ダイオード。
【請求項６】
　基板上にｎ型化合物半導体層、活性層として使われる化合物半導体層及びｐ型化合物半導体層を順次に形成した後、これを前記ｎ型化合物半導体層が所定厚さになるまで逆順にパターニングし、前記パターニングされたｎ型化合物半導体層及びｐ型化合物半導体層に各々ｎ型及びｐ型電極を形成する光放出ダイオードの製造方法において、
　前記パターニング段階は、
　前記ｐ型化合物半導体の所定領域上に周囲が連続した曲面の感光膜パターンを形成する段階と、
　前記感光膜パターンをエッチングマスクとして前記ｎ型化合物半導体層から所定厚さが除去されるまで前記ｐ型化合物半導体層の全面をエッチングする段階と、
　前記感光膜パターンを除去する段階と、を含むことを特徴とする光放出ダイオード製造方法。
【請求項７】
　前記感光膜パターンは、前記連続した曲面が所定の周期及び深さを有する波形に形成することを特徴とする請求項６に記載の光放出ダイオード製造方法。
【請求項８】
　前記周期及び深さの比率は５：１であることを特徴とする請求項７に記載の光放出ダイオード製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、光放出ダイオード及びその製造方法に係り、詳細には屈折率が他の境界面で内部全反射率を減少させて全体光放出効率を高める光放出ダイオード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　光放出ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）において、光はｐ−半導体層及びｎ−半導体層間の界面のＰ／Ｎ接合部から電子及び正孔の結合によって放出される。前記光は、特定の方向性がない自発的な放出である。したがって、前記光は全ての方向に放出される。前記放出された光の一部は半導体層の欠陥によって吸収される。したがって、前記ｐ−ｎ接合部を構成する面に垂直する方向に放出される光量は、前記ｐ−ｎ接合部の界面によって放出される光より少ない。
【０００３】
　図１は、従来技術によるＬＥＤを示す。これを参照すれば、基板１０上にｎ型化合物半導体層１２が形成されている。ｎ型化合物半導体層１２の一部領域は、残り領域より上側に所定の高さで突出されている。したがって、ｎ型化合物半導体層１２の前記突出された部分及び残り部分間に突出された程度だけ段差が存在する。ｎ型化合物半導体層１２の前記突出された部分の上部の全面に光が放出される活性層１４及びｐ型化合物半導体層１６が形成されている。ｐ型化合物半導体層１６の一部領域上にｐ型電極１８が形成されており、ｎ型化合物半導体層１２の前記突出された部分の周囲にｎ型電極２０が形成されている。
【０００４】
　このような従来技術によるＬＥＤで、活性層１４の屈折率は周囲の空気層の屈折率より大きいので、活性層１４から放出される光は活性層１４の境界面から活性層１４の内部に反射される。これは従来技術によるＬＥＤの光放出効率を減少させる。
【０００５】
　これを改善するために、多様な方法が提示されているが、例えば、光放出面を傾斜させて形成する方法や活性層１４の内側から境界面に行くほど屈折率を次第に減少させる方法が代表的である。しかし、このような方法では工程が複雑になるだけでなく、工程が増加するという問題を有しているので、経済的でない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
　本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した従来技術の問題点を改善するためのものであって、内部反射を減らして光放出効率を高めるＬＥＤを提供することである。
【０００７】
　本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記ＬＥＤの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
　前記課題を達成するために、本発明は基板と、前記基板上に形成されたｎ型化合物半導体層と、前記ｎ型化合物半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｐ型化合物半導体層と、前記ｎ型化合物半導体層と接触するように備えられたｎ型電極及び前記ｐ型化合物半導体層と接触するように備えられたｐ型電極と、を備え、少なくとも前記活性層の光が放出される表面は曲面であることを特徴とするＬＥＤを提供する。
【０００９】
　前記曲面は連続した曲面であることが望ましい。この時、前記曲面は所定の周期及び深
さＤを有する波形である。前記周期Ｐ及び深さＤの比は少なくとも２：１以上であって、望ましくは５：１である。
【００１０】
　前記ｎ型化合物半導体層の一部領域は、所定の厚さだけ上に突出されている。
【００１１】
　前記活性層及びｐ型化合物半導体層は、前記ｎ型化合物半導体層の前記突出された領域上に順次に積層されている。
【００１２】
　前記活性層の表面形状は、前記ｎ型化合物半導体層の突出された領域及び前記ｐ型化合物半導体層の側面に拡張されている。
【００１３】
　前記他の課題を達成するために、本発明は基板上にｎ型化合物半導体層、活性層として使われる化合物半導体層及びｐ型化合物半導体層を順次に形成した後、これを前記ｎ型化合物半導体層の所定厚さが除去されるまで逆順にパターニングし、前記パターニングされたｎ型化合物半導体層及びｐ型化合物半導体層に各々ｎ型及びｐ型電極を形成するＬＥＤの製造方法において、前記パターニング段階は前記ｐ型化合物半導体の所定領域上に周囲が連続した曲面の感光膜パターンを形成する段階と、前記感光膜パターンをエッチングマスクとして前記ｐ型化合物半導体層の全面をエッチングする段階及び前記感光膜パターンを除去する段階と、を含む。
【００１４】
　この過程で、前記感光膜パターンは前記曲面が所定の周期Ｐ及び深さＤを有する波形に形成するが、前記周期Ｐ及び深さＤの比率が２：１以上、望ましくは５：１となるように形成する。
【００１５】
　このような本発明を利用すれば、活性層の表面から活性層の内部に全反射される光量を減らせる。この結果、活性層の光放出率が従来よりもはるかに高まる。その結果、外部で測定される総光量が増加し、光放出方向の均一度も増加する。そして、前記波形と関連して、別途の追加工程が不要なので、従来に比べて経済的な利点がある。
【発明の効果】
【００１６】
　本発明によるＬＥＤは、活性層の光放出面が波形であるので、内部全反射によって活性層の表面から活性層の内部に反射される光量を減らし、その結果、活性層の光放出率が従来よりもはるかに高まる。したがって、外部で測定される総光量が増加され、放出された光の均一度も増加させうる。そして、前記活性層の表面の波形は通常の光素子の製作工程に使われたマスク周囲を波形にデザインした後、これを利用して前記活性層をエッチングすることによって形成されるので、前記波形を形成するための別途の工程は追加されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
　本発明の実施例によるＬＥＤを添付した図面を参照して詳細に説明しつつ、その製造方法も説明する。この過程で、図面に示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張したものである。
【００１８】
　図２を参照すれば、本発明の実施例によるＬＥＤ４０は基板４２上に形成された様々な要素で構成される。
【００１９】
　具体的には、基板４２上にｎ型化合物半導体層４４が形成されている。ｎ型化合物半導体層４４の一部領域は、上に所定の厚さだけ突出されている。したがって、ｎ型化合物半導体層４４の突出された領域４４ａ及び残り領域４４ｂ間に、突出された領域４４ａの厚さだけの段差が存在する。ｎ型化合物半導体層４４の突出された領域４４ａ上に、望まし
くは突出された領域４４ａの全面に順次に形成された活性層４６及びｐ型化合物半導体層４８が存在する。ｐ型化合物半導体層４８の一部領域上にｐ型電極５０が形成されており、ｎ型化合物半導体層４４の突出されない残り領域４４ｂ上にｎ型電極５２が形成されている。
【００２０】
　このような構成で、活性層４６及びその周囲を覆い包む物質層、例えば、空気層は光学的屈折率が異なるため、活性層４６から放出された光の一部は活性層４６及び前記物質層の境界面から反射される。前記境界面から反射される光量が多いほどＬＥＤ４０の光放出量が減少するので、ＬＥＤ４０の輝度が下がる。前記境界面から反射された光が活性層４６を構成する半導体物質に吸収されれば、前記吸収された光のほとんどは熱に転換されるので、ＬＥＤ４０の温度が高まり、その結果、動作効率が下がる。
【００２１】
　本発明者は、このような結果が活性層４６の前記物質層と接触する境界面、すなわち前記物質層と接触する活性層４６の周囲形態と密接な関係があると思い、活性層４６の周囲に凹凸を形成した場合（以下、第１場合という）及び活性層４６の周囲を従来のＬＥＤのように平坦にする場合（以下、第２場合という）についてのシミュレーションを実施した。前記シミュレーションは、前記第１及び第２場合によって光放出効率の変化を数式的に解いて最適の周囲形状を求める方法を利用した。特に、前記第１の場合に、活性層４６周囲の凹凸周期及び深さによる光放出効率の変化を数式的に解いて最適の周囲形状を求めた。
【００２２】
　前記第１場合で、本発明者は活性層４６周囲を単純な凹凸形態に形成する代わりに、図２に示されたように、連続した波形にした。図３は、波形に形成された活性層４６の周囲の一部を示すものであって、活性層４６の上側から見たものである。活性層４６の周囲の波形は活性層４６の上下に拡張されうるが、例えば、下方にはｎ型化合物半導体層４４の突出された領域４４ａの周囲まで、上方にはｐ型化合物半導体層４８の周囲に各々拡張されうる。
【００２３】
　活性層４６の表面の波形は、ＬＥＤ４０を製作するためのドライエッチングに使われるマスクのデザインを変更して形成できる。すなわち、前記ドライエッチングにおいて周囲が前述した波形にデザインされたマスクを使用することによって、活性層４６、ｎ型化合物半導体層４４の突出された領域４４ａ及びｐ型化合物半導体層４８の周囲の表面を波形に形成できる。
【００２４】
　さらに具体的に説明すれば、前記マスクはｐ型化合物半導体の所定領域上に形成される感光膜パターンであるので、ｐ型化合物半導体上に感光膜を形成した後、これをパターニングする感光膜パターンを形成する過程で、周囲が連続した曲面となるように感光膜パターンを形成することによって、前述したマスクを形成できる。この時、前記感光膜パターンは、その周囲の表面が後述のシミュレーション結果を満足する連続した曲面となるように形成することが望ましい。このように、前記マスク、すなわち前記感光膜パターンを形成した後、これをエッチングマスクとして使用して前記ｐ型化合物半導体層及び活性層を順次にエッチングし、続けてｎ型化合物半導体層も所定厚さだけ除去する。次いで、前記感光膜パターンを除去することによって、図２に示したように、同じ形態のｎ型化合物半導体層４４の突出された領域４４ａ、活性層４６及びｐ型化合物半導体層４８が形成される。
【００２５】
　図４を参照すれば、前記ＬＥＤの製造方法を次のように記載できる。
【００２６】
　第１段階（Ｓ１）は、基板上にｎ型化合物半導体層、活性層として使われる化合物半導体層及びｐ型化合物半導体層を順次に形成する段階である。
【００２７】
　第２段階（Ｓ２）は、前記ｐ型化合物半導体層上に周囲が曲面、望ましくは連続した曲面の感光膜パターンを形成する段階である。
【００２８】
　第３段階（Ｓ３）は、前記感光膜パターンをエッチングマスクとして、前記ｐ型化合物半導体層、前記活性層として使われる化合物半導体層及び前記ｎ型化合物半導体層を順次にエッチングする段階である。ここで、前記エッチングは前記ｎ型化合物半導体層が所定厚さとなるまで実施される。
【００２９】
　第４段階（Ｓ４）は、前記感光膜パターンを除去する段階であり、第５段階（Ｓ５）は前記エッチングによって周囲が曲面となるようにパターニングされたｐ型化合物半導体層及び突出された領域の周囲が曲面となるようにパターニングされたｎ型化合物半導体層に各々ｐ型及びｎ型電極を形成する段階である。
【００３０】
　前記第１及び第２場合についてのシミュレーション結果は次のようである。
【００３１】
　すなわち、活性層４６の周囲の表面が調和関数形態の波形である時、活性層４６からの光放出は増加することが分かる。特に、活性層４６の光放出面が図３に示したような波形である場合、前記波形の周期Ｐ及び深さＤが１：１である時よりそれ以上（例えば、２：１以上）である時、望ましくは５：１程度である時（例えば、Ｐが２０μｍであり、Ｄが４μｍである時）、活性層４６の内部反射率が最低であった。これはＰ及びＤについての前記望ましい比で、ＬＥＤ４０の光放出率が最高であるということを意味する。
【００３２】
　前記シミュレーションで活性層４６の光放出表面のＰ：Ｄの比が５：１の波形である時、活性層４６からの光放出は９％程度向上した。また、ＬＥＤから放出される光は、活性層４６の表面が平坦な前記第２場合より２倍程度広く分布した。
【００３３】
　前述した説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それは発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施例の例示として解釈されなければならない。例えば、当業者ならばリッジ型ＬＥＤにも本発明の技術的思想を適用できる。また、リッジ型ではなくてもｎ型電極が基板の底面に付着されたＬＥＤにも本発明の技術的思想を適用できる。したがって、本発明の範囲は説明された実施例によって決まるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決まらなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
　本発明は半導体発光素子が使用されうる装置、例えば、光記録及び再生装置や発光表示装置に適用しうる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来技術によるＬＥＤの概略的な構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例による高効率のＬＥＤを示す斜視図である。
【図３】図２に示したＬＥＤのストライプ型の凹凸部の輪郭一部を示す断面図である。
【図４】図２に示したＬＥＤの製造方法の順序図である。
【符号の説明】
【００３６】
　４０　　ＬＥＤ
　４２　　基板
　４４　　ｎ型化合物半導体層
　４４ａ　突出された領域
　４４ｂ　残り領域
　４６　　活性層
　４８　　ｐ型化合物半導体層
　５０　　ｐ型電極
　５２　　ｎ型電極
【図１】
2004134798.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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