(57)【要約】【課題】化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイの性能向上方法及び性能の向上した化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイの製造方法を提供すること。【解決手段】化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイを−３０℃以下に冷却する化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイの性能を向上させる方法。化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイを−３０℃以下に冷却することを含む性能の向上した化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイの製造方法。冷却は極低温で行う。【選択図】図１
2004327657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体、発光素子または発光ダイオードアレイの性能を向上させる方法であって、前記化合物半導体、発光素子または発光ダイオードアレイを−３０℃以下に冷却することを特徴とする方法。
【請求項２】
性能の向上した化合物半導体、発光素子または発光ダイオードアレイの製造方法であって、前記化合物半導体、発光素子または発光ダイオードアレイを−３０℃以下に冷却することを特徴とする方法。
【請求項３】
冷却温度が−５０℃以下である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
冷却温度が−８０℃以下である請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
冷却温度が液体窒素の温度（−１９６℃）である請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
冷却時間が５分以上である請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
冷却時間が３０分〜２４時間の範囲である請求項６に記載の方法。本発明。
【請求項８】
冷却後、常温に放置して化合物半導体、発光素子または発光ダイオードアレイの温度を常温に戻す請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイの性能向上方法、並びに性能が向上した化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ＡｌＧａＡｓ系他の発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう。）は、表示素子用、光プリンタの書き込み光源用か、あるいはコンパクトディスク等の読取り光源用として盛んに開発され実用化が進められている。近年、半導体素子を含む電子機器には低消費電力化が厳しく要求されるようになり、発光素子に対してもより低い電力で高い発光出力が得られること、すなわち発光効率の向上が強く要求されている。
【０００３】
この種の発光素子の基本構造は、発光層の表裏両面に発光層よりもバンドギャップが広いクラッド層が形成されたダブルヘテロ構造（以下「ＤＨ構造」という。）とするのが一般的である。このＤＨ構造により、発光層とクラッド層との界面に電位障壁が生じ、発光層に注入された電子・正孔（キャリア）をこの層内に閉じ込めることが可能となる。この閉じ込められたキャリアが発光再結合することにより、発光出力が得られる。
発光素子の構造としてはその他にも各種のものが考案されている（例えば、特開２００１−１０２６２８号公報）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１０２６２８号公報
【０００５】
発光層や発光層とクラッド層との界面に結晶欠陥があると、キャリアは欠陥の準位を介して非発光再結合してしまい、発光効率が著しく低下する。これらの欠陥を低減させることが発光効率を向上させる上での鍵となる。
【０００６】
さらに本発明の別の目的は、従来に無い新規な化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイの性能向上方法及び性能の向上した化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発光効率を向上させるためには各種の方法が考案されているが、本発明者は鋭意検討の結果、発光ダイオード素子ないし発光ダイオードチップを冷却することにより発光効率が著しく向上することを見いだし、本発明を完成した。
【０００８】
即ち、本発明者は鋭意検討の結果、化合物半導体、発光素子または発光ダイオードアレイを極低温で冷却することにより、冷却処理前の性能を上回る性能を発揮する化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイが得られ、冷却条件により、化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイの性能の向上率が異なることを見出して本発明を完成した。
【０００９】
本発明は以下の通りである。
［請求項１］化合物半導体、発光素子または発光ダイオードアレイの性能を向上させる方法であって、前記化合物半導体、発光素子または発光ダイオードアレイを−３０℃以下に冷却することを特徴とする方法。
［請求項２］性能の向上した化合物半導体、発光素子または発光ダイオードアレイの製造方法であって、前記化合物半導体、発光素子または発光ダイオードアレイを−３０℃以下に冷却することを特徴とする方法。
［請求項３］冷却温度が−５０℃以下である請求項１または２に記載の方法。
［請求項４］冷却温度が−８０℃以下である請求項１または２に記載の方法。
［請求項５］冷却温度が液体窒素の温度（−１９６℃）である請求項１または２に記載の方法。
［請求項６］冷却時間が５分以上である請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
［請求項７］冷却時間が３０分〜２４時間の範囲である請求項６に記載の方法。本発明。
［請求項８］冷却後、常温に放置して化合物半導体、発光素子または発光ダイオードアレイの温度を常温に戻す請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイの性能を向上させる方法及びであって、性能の向上した化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイの製造方法であって、いずれの方法も化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイを−３０℃以下に冷却することを特徴とする。
【００１１】
化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイの冷却温度は、低ければそれだけ化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイ性能の向上効果は高く、例えば、−３０℃以下であれば、目に見える向上効果が得られ始める。そして、冷却温度は例えば、−５０℃以下であることが望ましく、−８０℃以下であることが好ましく、冷却温度が−８０℃以下であれば、確実に向上効果が得られる。さらに、冷却温度が液体窒素の温度（−１９６℃）以下であれば、著しい向上効果が得られる場合がある。
【００１２】
冷却時間には、特に制限はなく、冷却温度や所望の向上効果を考慮して、適宜決定できるが、冷却処理される化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイが冷却温度に到達するに必要な時間も考慮すると冷却時間は、５分以上であり、実用上は、３０分〜２４時間の範囲であることができる。冷却する方法は特に制限は無いが、冷却処理後、化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイ表面に処理工程における残存物が存在しない方法がよい。この点配慮すれば冷却方法は公知のいかなる方法でもよく、液体ヘリウム、液体窒素による冷却方法が好適である場合もあるし、また、冷却温度に性能上の限界があるものの、食品冷凍に使用する機器等も使用できる。
【００１３】
冷却後の化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイは、常温に放置して化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイの温度を常温に戻すが、冷却処理及び常温への戻しの処理は、容器内に密閉して行うことが、化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイへの氷等の付着を防止すると言う観点から好ましい場合がある。
【００１４】
本発明において化合物半導体、発光素子及び発光ダイオードアレイは、特に制限はない。化合物半導体としては、例えば、ＧａＡｓ、Ａｌ  ＧａＡｓ、を挙げることができる。
さらに、化合物半導体としては、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ，ＣＩＳをはじめ、周期律表のＩＩＩ族とＶ族（ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等）や、或いはＩＩ族とＶＩ族（ＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ等）、ＩＶ族同士（ＳｉＣ、ＳｉＧｅ等）の組み合わせ等による公知の化合物半導体全般においても程度に差はあるものの、本発明の性能向上効果が期待できる。
【００１５】
発光素子には、特に制限はない。
発光素子は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型Ａｌ０．４  Ｇａ０．６  Ａｓクラッド層、ｐ型Ａｌ０．１  Ｇａ０．９  Ａｓ発光層、ｐ型Ａｌ０．４  Ｇａ０．６  Ａｓクラッド層及びｐ型Ａｌ０．１  Ｇａ０．９  Ａｓ電極コンタクト層をこの順序でＭＯＶＰＥ法で成長させたＡｌＧａＡｓレーザダイオードであることができる。このｐ型Ａｌ０．１  Ｇａ０．９  Ａｓ電極コンタクト層上に絶縁膜が形成され、この絶縁膜にストライプ状の窓が形成された後、アノード電極が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板の裏面にカソード電極が形成される。
【００１６】
また、発光ダイオードアレイにも、特に制限はない。
例えば、クラッド層にｎ型ＧａＩｎＰを適用したＬＥＤアレイであって、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型Ａｌ０．４  Ｇａ０．６  Ａｓクラッド層、ｐ型Ａｌ０．２  Ｇａ０．８  Ａｓ発光層、ｐ型Ａｌ０．４  Ｇａ０．６  Ａｓクラッド層及びｐ型Ａｌ０．１  Ｇａ０．９  Ａｓ電極コンタクト層をこの順序でＭＯＶＰＥ法で成長させ発光ダイオードアレイを挙げることができる。ここで、ｐ型Ａｌ０．１  Ｇａ０．９  Ａｓ電極コンタクト層は、光の吸収層となるため、アノード電極との接触部を除き、エッチングにより除去され、発光部はメサエッチングにより電気的に分離され、発光部表面には光の取り出し効率向上と機械的保護とを兼ねて絶縁膜が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板の裏面にはカソード電極が形成されていることができる。
【００１７】
これらＡｌＧａＡｓやＧａＡｓを発光層とする発光素子には、ＡｌＧａＡｓがクラッド層に用いられるのが一般的である。これは、ＡｌＧａＡｓが組成によらずＧａＡｓと格子整合することや、組成を変えることによりバンドギャップが１．４２ｅＶ〜２．１６ｅＶの広い範囲で可変なこと等の理由により、理想的なＤＨ構造が容易に実現できるからである。
【００１８】
また、発光素子は基本的にｐｎ接合デバイスであり、一方のクラッド層をｐ型とし、他方のクラッド層をｎ型とし、これらのクラッド層の間にｐ型か、あるいはｎ型の発光層を形成することによりｐｎ接合を構成するのが一般的である。クラッド層や発光層は、エピタキシャル成長法によりＧａＡｓ基板上に成長される。エピタキシャル成長法としては、当初、液層エピタキシー法（以下「ＬＰＥ法」という。）が主流であり、ＬＰＥ法は良質なエピタキシャル層を得る上で非常に有効である。また、ＬＰＥ法に代えて、有機金属気相エピタキシー法（以下「ＭＯＶＰＥ法」という。）や分子線エピタキシー（以下「ＭＢＥ法」という。）を用いることもできる。
【００１９】
上記以外に、発光素子としては、例えば、化合物半導体からなる発光層と、該発光層を挟むように形成され該発光層の材料よりもバンドギャップが広いクラッド層とを有するダブルヘテロ構造の化合物半導体発光素子を挙げることもでる。前記発光素子の発光層を構成する化合物半導体は、例えば、ＡｌＧａＡｓか、あるいはＧａＡｓを主構成材料とするものであることができる。また、上記クラッド層の一方は、ｎ型ＧａＩｎＰ、ｎ型ＡｌＩｎＰまたはｎ型ＡｌＧａＩｎＰのいずれかで構成されていることができる。この化合物半導体発光素子は特許文献１に記載されている。
【００２０】
発光ダイオードアレイとは、発光ダイオードが同一チップ上に複数個形成されたものであり、発光ダイオードアレイとしては、例えば、ダブルヘテロ構造の発光ダイオードが同一チップ上に複数個形成された発光ダイオードアレイを挙げることもでる。前記発光ダイオードアレイを構成する発光ダイオードは、前記発光ダイオードであることができる。
【００２１】
【実施例】
以下に本発明を実施例及び比較例によって具体的に説明するが、本発明はかかる事例に限定されるものではない。
【００２２】
実施例１
日亜化学工業製  白色チップＬＥＤ  型番  ＮＳＣＷ１００を前後左右１ｃｍ間隔で縦１６個、横１６個、計２５６個を基板上にマトリクス状に配置し、実験用のＬＥＤ基板とした。ＬＥＤの電気的な接続方法としては、図１に示すように、ＬＥＤ６４個毎に並列に電気的に接続したものを４ユニット作成し、それら４ユニットを直列に接続した。
【００２３】
このＬＥＤ基板を、発光部を上にむけ、試験台の上に設置、固定した。そしてＬＥＤ基板全体を  ２１ｃｍ×２１ｃｍ，  高さ２０ｃｍの光を通さない素材の箱でおおった。
この箱の上部中央に照度計（日置製３４２３ルクスハイテスター）の受光部を設置した。
ＬＥＤ基板に電源（低電圧制御、２４Ｖ，１．５Ａ）を接続し、発光ダイオードを発光させて照度を測定した。
電流値は５０ｍＡから５５０ｍＡまで変化させ、その照度を測定した。（０アジャストは測定毎に行った）−これを測定１とする。その時の電圧値は１１．１８Ｖから１２．６Ｖであった。
【００２４】
次にＬＥＤ基板をマイナス８５℃にて９時間冷却し、その後常温に戻した。
これを測定１と同様の手法を用い照度を測定した。これを測定２とする。結果を表１及び図２に示す。
【００２５】
【表１】
2004327657.tif 000003
【００２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】ＬＥＤ基板の接続方法の説明。
【図２】実施例１で得た結果。
【図１】
2004327657.tif 000004
【図２】
2004327657.tif 000005