(57)【要約】【課題】発光ダイオード装置の透光層及びその製造方法の提供。【解決手段】本発明は、改良した液相エピタキシャル法（ＬＰＥ）を提供し、並びにそれを用いて発光ダイオードの透光層を形成する。該ＬＰＥ法中、改良した過飽和溶液を使用して周知の技術中の多くの欠点を克服する。上述の過飽和溶液はアンチモン（Ｓｂ）、或いはアンチモンとインジウム（Ｉｎ）を用いて、溶剤とされる。このほか、上述の過飽和溶液中に亜鉛（Ｚｎ）及び又はマグネシウム（Ｍｇ）をドーパントとして加えうる。ゆえに、本発明は効率的に透光層を形成する方法を提供でき、これにより発光ダイオードの透光層の性質を改善することができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法において、
アンチモンを溶剤として使用した過飽和溶液を提供するステップと、
該ＬＥＤ基板を該過飽和溶液に浸すステップと、
透光層をＬＥＤ基板の上に形成するステップと、
を具えたことを特徴とする、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法において、過飽和溶液がさらにインジウムを溶剤として含むことを特徴とする、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法において、過飽和溶液がさらに金属ドーパントを含むことを特徴とする、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法。
【請求項４】
請求項３に記載の透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法において、金属ドーパントが亜鉛を含むことを特徴とする、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法。
【請求項５】
請求項４に記載の透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法において、ドーパントの亜鉛の過飽和溶液中のアンチモンに対する重量比を１／１０００から１／１０としたことを特徴とする、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法。
【請求項６】
請求項１に記載の透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法において、ＬＥＤ基板を過飽和溶液に浸すステップを５００〜１０００℃で行うことを特徴とする、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一種の透光層及びその形成の方法に係り、特に、発光ダイオード装置の透光層及びその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）の使用はますます普及している。ＬＥＤは光吸収基板（ｌｉｇｈｔ　ａｂｓｏｒｂｉｎｇ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）の上に位置する一組の光発生領域（ｌｉｇｈｔ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｒｅｇｉｏｎ）を具えている。ＬＥＤの普及に伴い、ＬＥＤは徐々に伝統的な白熱電球の代わりに使用されるようになった。要求される光出力を達成できるようにするため、いかに全てのＬＥＤに最大の光出力効率を具備させるかは一つの重要な課題である。これにより、ＬＥＤ装置中、透光層は重要な役割を果たす。
【０００３】
周知の技術中、透光層を形成するため広く用いられている方法はＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。しかし、ＭＯＣＶＤには多くの欠点がある。まず、ＭＯＣＶＤの蒸気は毒性を有し、ゆえにＭＯＣＶＤは環境汚染の問題を形成しうる。さらに、もし目標の透光層中に例えばＧａＰのような化合物が含まれるなら、ＭＯＣＶＤはりん化物の存在のために爆発を引き起こしたり自燃のような安全問題を引き起こす恐れがある。このほか、ＭＯＣＶＤは透光層形成に対して効率的な方法ではない。例えばＧａＰ透光層を形成する例では、ＭＯＣＶＤを使用したエピタキシャル速度は毎時間約１０μｍである。
【０００４】
もう一種の周知の方法は液相エピタキシャル法（ｌｉｑｕｉｄ　ｐｈａｓｅ
ｅｐｉｔａｘｙ；ＬＰＥ）である。周知の技術を使用したＬＰＥ工程により透光層を形成する過程も、同様に多くの欠陥と制限がある。周知の技術のＬＰＥ工程中、最も厳重な問題は、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する時にメルトバック（ｍｅｌｔ　ｂａｃｋ）の現象が出現しうることである。上述メルトバックはＬＥＤの構造を破壊しうる。このほか、透光層を形成した上述のＬＥＤ基板の最上層の部分の材質に制限がありうる。例えば、ＧａＰ透光層を上述のＬＥＤ基板の上に形成する例では、上述のＬＥＤ基板の最上層の材料は必ず一層のＧａＰでなくてはならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これにより、更に効率的な方法により、ＬＥＤ装置中の透光層を形成し、並びに上述の透光層の性質を向上することが重要な課題である。
【０００６】
本発明の主要な目的は、一種の発光ダイオードの透光層を提供することにあり、そのうち、上述の透光層は半導体材料と金属ドーパントである亜鉛及び又はマグネシウムを含むものとする。
【０００７】
本発明のさらに一つの目的は、一種の透光層を形成する方法を提供することにあり、それは、改良したＬＰＥ工程を使用して上述の透光層を形成することにより、透光層の形成を効率的に行える方法とする。
【０００８】
本発明のもう一つの目的は、一種の改良したＬＰＥ工程により発光ダイオード中の透光層を形成する方法を提供することにあり、それは、ＬＰＥ工程中で周知の技術とは異なる溶剤を使用することにより、周知の技術のＬＥＤ中に発生する問題、例えば透光層形成時に発生するメルトバック現象を改善できる方法とする。
【０００９】
本発明のまた一つの目的は、一種の改良したＬＰＥ工程により発光ダイオード中の透光層を形成する方法を提供することにあり、それは、ＬＰＥ工程の過飽和溶液中に金属ドーパントを加えることにより、形成した透光層の表面を平滑とできる方法とする。
【００１０】
本発明のまた一つの目的は、一種の改良したＬＰＥ工程により発光ダイオード中の透光層を形成する方法を提供することにあり、それは、ＬＰＥ工程の過飽和溶液中に金属ドーパントを加えることにより、形成した透光層の、例えば順向電圧の類の性質を改善できる方法とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法において、
アンチモンを溶剤として使用した過飽和溶液を提供するステップと、
該ＬＥＤ基板を該過飽和溶液に浸すステップと、
透光層をＬＥＤ基板の上に形成するステップと、
を具えたことを特徴とする、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法としているとしている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法において、過飽和溶液がさらにインジウムを溶剤として含むことを特徴とする、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法としている。
請求項３の発明は、請求項１に記載の透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法において、過飽和溶液がさらに金属ドーパントを含むことを特徴とする、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法としている。
請求項４の発明は、請求項３に記載の透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法において、金属ドーパントが亜鉛を含むことを特徴とする、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法としている。
請求項５の発明は、請求項４に記載の透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法において、ドーパントの亜鉛の過飽和溶液中のアンチモンに対する重量比を１／１０００から１／１０としたことを特徴とする、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法としている。
請求項６の発明は、請求項１に記載の透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法において、ＬＥＤ基板を過飽和溶液に浸すステップを５００〜１０００℃で行うことを特徴とする、透光層をＬＥＤ基板の上に形成する方法としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
上述の目的を達成するため、本発明は、一種の発光ダイオード装置の透光層及びその形成方法を提供する。この透光層は改良した液相エピタキシャル（ＬＰＥ）工程により形成する。このＬＰＥ工程はアンチモン（Ｓｂ）を溶剤とする過飽和溶液を使用し、ＬＥＤ基板を上述の過飽和溶液中に浸け、上述のＬＥＤ基板の上に透光層を形成する。このほか、形成する透光層の表面を更に平滑とし並びに形成する透光層の性質を向上するため、上述の過飽和溶液中に金属ドーパントを加える。ゆえに、本発明は改良したＬＰＥ工程により透光層の性質を改善でき、並びに効率的に上述の透光層を形成できる。
【００１３】
【実施例】
本発明を以下に一つの実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、これは本発明の実施範囲を限定するものではない。
【００１４】
本発明の一つの好ましい実施例は、発光ダイオード中の透光層を形成する方法とされる。上述の方法は液相エピタキシャル（ＬＰＥ）の工程を使用する。ＬＰＥ工程中では過飽和溶液を使用し、そのうち該過飽和溶液はアンチモン（Ｓｂ）を溶剤として使用し、続いて、ＬＥＤ基板を上述の過飽和溶液中に漬け、並びに上述のＬＥＤ基板の表面に透光層を形成する。
【００１５】
本実施例中、上述のＬＰＥ工程の含むステップは、図１に示されるようであり、まず、化合物を金属アンチモン（Ｓｂ）及び又はインジウム（Ｉｎ）溶剤中に溶かし、過飽和溶液を形成する。これはステップ１１０に示されるとおりである。上述の化合物は形成する透光層の材料とし、例えばＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ或いはこの類の半導体材料の組み合わせとする。図１中のステップ１２０に示されるように、ＬＥＤ基板を上述の過飽和溶液中に浸す。上述のＬＥＤ基板は光発生領域、底部金属コンタクト（ｂｏｔｔｏｍ　ｍｅｔａｌ　ｃｏｎｔａｃｔ）、及びこの類の各層を具備する。上述のＬＥＤ基板の各層は本発明の重点ではないため、各層の説明は省略する。最後に上述の過飽和溶液を冷却し、ＧａＰの類の化合物で組成した透光層を上述のＬＥＤ基板の表面上に形成する。一方で、もし上述の過飽和溶液中にインジウム（Ｉｎ）の化合物を含むならば、上述の透光層の形成速度を加速できる。
【００１６】
本実施例中、上述のＬＰＥ工程は周知の技術中の多くの問題を克服する。周知の技術中のＬＰＥ工程に対して、本発明中のＬＰＥ工程はアンチモン（Ｓｂ）、或いはアンチモン（Ｓｂ）とインジウム（Ｉｎ）を溶剤として使用しており、周知の技術中がガリウムを溶剤としているのとは異なる。これにより、本発明のＬＰＥ工程は周知の技術のＬＰＥ工程で発生するメルトバック現象を防止できる。このほか、周知の技術のＬＰＥ工程中、もし過飽和溶液中の溶質をＧａＰとするなら、ＬＥＤ基板の最上層は必ずＧａＰとする。しかし、本発明中、ＬＥＤ基板の最上層の材質はこれに制限されるものではない。周知の技術のＬＰＥ工程と本実施例の工程の間の概略比較は表１に記載されるとおりである。
【表１】
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【００１７】
また一方で、本発明のＬＰＥ工程は周知の技術のＭＯＣＶＤ工程中に発生する多くの欠点を克服する。例えば、ＭＯＣＶＤ工程は有毒の汚染を形成しうる。且つ上述のＭＯＣＶＤ工程を使用してＧａＰ透光層を形成する時、ＭＯＣＶＤ工程中にりん化物の存在があり得て爆発や自燃のような安全問題を発生するおそれがある。これに対して、本発明のＬＰＥ工程は上述の問題を回避できる。このほか、本発明のＬＰＥ工程は上述のＭＯＣＶＤ工程より効率的である。ＧａＰ透光層を形成する観点から言うと、上述のＭＯＣＶＤ工程は２時間かかって２０μｍのＧａＰ透光層を形成する。しかし、本発明のＬＰＥ工程により２０μｍのＧａＰ透光層を形成するのはわずかに２０分必要なだけである。これにより、本発明に記載のＬＰＥ工程は上述のＭＯＣＶＤ工程に較べて効率的であり、さらに、ＬＥＤ製造の過程中のコストを減らすことができる。ＭＯＣＶＤ工程と本発明のＬＰＥ工程の間の比較を以下の表２に示した。
【表２】
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【００１８】
このほか、透光層の性質を高めるために、通常上述の過飽和溶液中にドーパントを使用する。周知の技術では、過飽和溶液中にマグネシウム（Ｍｇ）をドーパントとして使用している。本発明では、上述の過飽和溶液中に亜鉛（Ｚｎ）或いはＭｇを上述の過飽和溶液のドーパントとして使用している。過飽和溶液中にドーパントの亜鉛を加えた後、本発明のＬＰＥ工程を使用して形成した透光層の表面は更に平滑となる。更に、実験から分かったことであるが、過飽和溶液中にドーパントＺｎを多く加えるほど、形成される透光層の表面が平滑となる。上述の過飽和溶液中のドーパントＺｎの添加量は３×１０１８ｃｍ−３より高くする。
【００１９】
例を挙げると、ＧａＰ透光層を形成する例では、ドーパントＺｎを過飽和溶液中に加え、そのうち、上述の過飽和溶液はアンチモン（Ｓｂ）を溶剤として使用し、並びにＧａＰを溶質として使用する。上述の過飽和溶液により形成した透光層の表面は、ドーパントＺｎを含まない過飽和溶液により形成した透光層の表面より平滑である。且つ実験結果から、ドーパントＺｎの添加量が上述の過飽和溶液中のＳｂ重量の１／１０００から１／１０とする。このほか、ドーパントＺｎを使用して形成したＧａＰ透光層のテストから分かったことは、上述のＧａＰ透光層の順向電圧（Ｆｏｒｗａｒｄ　Ｖｏｌｔａｇｅ；ＶＦ）は２．５Ｖより大きい電圧から２．４Ｖより小さくなり、上述のＧａＰ透光層の輝度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）は１８．６２から２２−２４Ｍｃｄにアップした。さらに、ドーパントＺｎはその他の過飽和溶液中に使用でき、例えばＧａを溶剤とする過飽和溶液に使用できる。且つ、ＬＰＥ工程中、その他の溶剤を添加した過飽和溶液中に添加されるドーパントＺｎも同様に透光層の表面の平滑度を向上する特性を有している。
【００２０】
本発明のもう一つの好ましい実施例は一種のＬＥＤ装置の構造である。図２を参照されたい。本実施例のＬＥＤ構造はＬＥＤ基板１４０と透光層１５０を具え得ている。上述のＬＥＤ基板１４０中の各層、例えば光発生領域、底部金属コンタクト、及びこの類は本発明の特徴ではないため、ＬＥＤ基板１４０中の各層については本明細書中では説明を省略する。本実施例はＬＥＤ装置中の透光層１５０に関わるものである。上述の透光層は半導体材料とドーパントで形成される。上述の半導体材料は、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、及びこの類の半導体材料の組み合わせとされる。上述のドーパントはＺｎ、或いはＭｇとされる。透光層１５０はＬＰＥ工程により形成される。上述のＬＰＥ工程中、過飽和溶液が使用され、そのうち上述の過飽和溶液はアンチモン（Ｓｂ）、或いはインジウム（Ｉｎ）或いはアンチモン（Ｓｂ）とインジウム（Ｉｎ）が溶剤として使用される。並びにＺｎ或いＺｎとＭｇがドーパントとして使用される。ＧａＰ透光層をＬＥＤ基板の上に形成する例では、上述の過飽和溶液はアンチモン（Ｓｂ）を溶剤として使用し、並びにＧａＰを溶質として使用し、並びにＺｎ或いはＭｇをドーパントとして使用する。上述の例にあって、ドーパントＺｎの添加量は、上述の過飽和溶液中のＳｂ重量の１／１０００から１／１０とする。透光層１５０を形成する過程で、上述のＬＰＥ工程はＬＥＤ基板１４０の最上層にメルトバック現象が発生するのを防止する。
【００２１】
このほか、本発明のＬＰＥ工程を使用することにより、透光層１５０形成方面が更に効率的となる。例えば、上述のＬＰＥ工程でＧａＰ透光層を形成する例では、上述のＧａＰ透光層１５０のエピタキシャル速度が毎分０．５μｍより大きい。且つ上述の過飽和溶液中にドーパントＺｎを添加することにより、上述のＬＰＥ工程で形成した透光層１５０の表面がドーパントＺｎを未添加の過飽和溶液で形成した透光層の表面より平滑となる。ドーパントＺｎは同様に形成される透光層１５０の性質を向上する。例えば、ドーパントＺｎを使用して形成したＧａＰ透光層のテスト結果から分かったことであるが、上述のＧａＰ透光層１５０の順向電圧（ＶＦ）は２．５Ｖより高いものが２．４Ｖより低くなり、並びに上述のＧａＰ透光層の輝度は１８．６２より２２−２４Ｍｃｄにアップする。
【００２２】
このほか、透光層１５０形成の過程で、上述のＬＥＤ基板１４０が長時間５００〜１０００℃の高温下に置かれることで構造の破壊を発生するのを防止するため、透光層１５０を好ましくは多段エピタキシャル方式で完成する。２０μｍの透光層を形成する場合を例に挙げると、ＬＥＤ基板１４０を上述の過飽和溶液中に浸して第１層の１０μｍの透光層を獲得する。続いて、第１層の１０μｍの透光層を具えたＬＥＤ基板１４０を再度上述の過飽和溶液中に浸し、第２層の１０μｍ透光層を得る。こうして、必要な２０μｍの透光層１５０をＬＥＤ基板１４０の上に形成でき、且つＬＥＤ基板１４０の構造は、長時間高温下に置かれることがないため高温による破壊を免れる。さらに、本発明のＬＰＥ工程のエピタキシャル速度は非常に速く、ゆえに、多段エピタキシャルが透光層形成の効率に影響を与えない。
【００２３】
【発明の効果】
総合すると、本発明は一種のＬＥＤ装置中の透光層及びその形成方法を提供している。上述の透光層は改良したＬＰＥ工程により形成する。上述のＬＰＥ工程中で使用する過飽和溶液は溶剤としてアンチモン（Ｓｂ）及び又はインジウム（Ｉｎ）を含み、ドーパントとしてＺｎ、或いはＺｎとＭｇが使用される。これにより、本発明の方法は有効に目標の透光層を形成でき、さらに透光層形成の過程で発生しうる多くの問題、例えばメルトバック現象を克服できる。このほか、上述のアンチモン（Ｓｂ）溶剤中にインジウム（Ｉｎ）を添加することにより、上述のＬＰＥ工程中、上述の透光層のエピタキシャル速度を高めることができる。また一方で、過飽和溶液中にドーパントＺｎを使用することにより、形成する透光層の表面を更に平滑とすることができる。ゆえに本発明は効率的な透光層の形成方法を提供し、これにより形成した透光層の品質を改善できる。
【００２４】
以上は本発明の実施例の説明であって本発明の請求範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により透光層を形成するフローチャートである。
【図２】本発明のＬＥＤ装置の表示図である。
【符号の説明】
１１０　Ｓｂ溶剤を使用した過飽和溶液を提供するステップ
１２０　ＬＥＤ基板を上述の過飽和溶液に浸すステップ
１３０　透光層をＬＥＤ基板の上に形成するステップ
１４０　ＬＥＤ基板
１５０　透光層
【図１】
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【図２】
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