(57)【要約】【課題】電流阻止領域をより簡単に形成し、量産に適する高輝度の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ及び発光ダイオードの構造を提供すること。【解決手段】第一導電型の基板８上に、第一導電型クラッド層６、活性層５、第二導電型クラッド層４、第二導電型電流分散層２を順次エピタキシャル成長し、その表面側に円形又はそれに近い形状の表面側電極１を、また裏面側に全面または部分電極から成る裏面側電極９を、それぞれ周期的に配設し、上記基板８と裏面側電極９との間に、表面側電極１と中心を一致させた第二導電型又は絶縁性の電流阻止領域７又は１０を配設し、それによってチップ周辺部まで電流が広がるようにする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型の基板上に、第一導電型クラッド層、活性層、第二導電型クラッド層、第二導電型電流分散層を順次エピタキシャル成長し、その表面側に円形又はそれに近い形状の表面側電極を、また裏面側に全面または部分電極から成る裏面側電極を、それぞれ周期的に配設した発光ダイオード用エピタキシャルウェハにおいて、
上記基板と上記裏面側電極との間に、上記の表面側電極と中心を一致させた第二導電型の電流阻止領域を配設したことを特徴とする発光ダイオード用エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
第一導電型の基板上に、第一導電型クラッド層、活性層、第二導電型クラッド層、第二導電型電流分散層を順次エピタキシャル成長し、その表面側に円形又はそれに近い形状の表面側電極を、また裏面側に全面または部分電極から成る裏面側電極を、それぞれ周期的に配設した発光ダイオード用エピタキシャルウェハにおいて、
上記基板と上記裏面側電極との間に、上記の表面電極と中心を一致させた絶縁性の電流阻止領域を配設したことを特徴とする発光ダイオード用エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハにおいて、
上記基板がＧａＡｓであり、発光部を構成する上記第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層が、ＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰから成ることを特徴とする発光ダイオード用エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハを用いて製作したことを特徴とする発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高輝度を得ることのできる発光ダイオード用エピタキシャルウェハ及び発光ダイオードの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、その半導体の種類を選択することによりいろいろな色の光を発光することができることから、産業用や民生用の表示素子として広く用いられている。従来、高輝度のＬＥＤとしては、ＡｌＧａＡｓの赤色ＬＥＤがあった。これに対し、赤色より短波長のＬＥＤとしては、ＧａＡｓＰとＧａＰのＬＥＤがあったが、輝度の低いものしか得られなかった。最近、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）によりＡｌＧａＩｎＰやＧａＮの良質なエピタキシャル層の成長が可能となったことから、橙色より短波長側でも高輝度のＬＥＤが開発され、販売されるようになってきた。
【０００３】
図３に発光波長５９０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードチップの典型的な断面構造を示す。
【０００４】
図３に示すように、従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、ｎ型ＧａＡｓ基板２８上に、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層２５を、セレン又はシリコンをドープしたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層２６と、亜鉛をドープしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層２４とで挟んだダブルヘテロ構造の発光領域層（発光部）２３を設け、この発光領域層２３上に、亜鉛をドープしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ電流分散層２２（「ウインドウ層」と呼ばれる場合もある。）を積層し、ｐ型電流分散層２２の表面の一部（通常、表面中央）に円形の表面側電極２１を設け、ｎ型基板２８の裏面全面に裏面側電極２９を設けた構造となっている。
【０００５】
この発光ダイオードチップの構造において、円形の表面側電極２１から注入されたキャリアは、活性層２５に注入され発光する。その際に、表面側電極２１と活性層２５の間に存在するエピタキシャル層の抵抗が高い場合には、キャリアが電極直下の部分の活性層に注入されるようになってしまう。すなわち、上部クラッド層２４における電流の拡がりが小さく、電極２１の直下のみが発光領域となる。そうすると、その部分で発光した光は、電極に遮られて、チップから出て来なくなり、結果として発光効率を高めることができない。
【０００６】
そこで、図３に示した従来のＬＥＤでは、電流分散層２２として、活性層２５及び上部クラッド層２４よりもバンドギャップエネルギーが大きなＧａＡｌＡｓ層を採用し、これを上部クラッド層２４上に設けている。これにより、発光面側の電極２１から注入された電流は、活性層２５へ到達する前に、発光面側の電流分散層２２内で拡散されることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高輝度を得るために、電流分散層の膜厚を厚く成長させようとすると、ＬＥＤ用エピタキシャルウェハのコストが高くなるという問題がある。
【０００８】
詳述するに、電流が活性層全面に均一に分散するようにするためには、表面側電極２１と活性層２５の間のエピタキシャル層の抵抗を低くするか、そのエピタキシャル層の膜厚を厚くして電流の拡散を広げることが必要である。しかし、ＡｌＧａＩｎＰのクラッド層またはウィンドウ層では、抵抗の低いエピタキシャル層が得られないことから、ＧａＰやＡｌＧａＡｓなどの他の半導体材料がウインドウ層（電流分散層２２）として用いられてきた。かかる構造の場合、活性層２５の電流を分散させることはできるが、それでも均一に分散させるためには、エピタキシャル層を厚く成長させる必要があり、コスト高の問題があった。また、電流分散するといっても、表面側電極２１直下の電流密度が最も高く、その部分で発光した光を取り出すことができなかったため、効率低下の原因となっていた。
【０００９】
そこで、電流分散層を薄くしたままで、電極直下の発光を抑止して高輝度を得る方法として、図４に示すように、電流分散層２２内に電流阻止領域２７（電流阻止部）を挿入する方法（特開平４−２２９６６５号公報）や、図５に示すように、エピタキシャル層と基板の間に電流阻止領域２７を挿入する方法（特許第１９５０１２３号）が提案されている。
【００１０】
しかし、これらの方法では電極直下での発光を抑止できるものの、電流阻止領域をプロセス加工することにより逆メサ部ができてしまったり、表面が酸化して、その後のエピタキシャル成長が難しくなるなどの問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電流阻止領域をより簡単に形成し、量産に適する高輝度の発光ダイオード用エピタキシャルウェハ及び発光ダイオードの構造を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１３】
請求項１の発明に係る発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、第一導電型の基板上に、第一導電型クラッド層、活性層、第二導電型クラッド層、第二導電型電流分散層を順次エピタキシャル成長し、その表面側に円形又はそれに近い形状の表面側電極を、また裏面側に全面または部分電極から成る裏面側電極を、それぞれ周期的に配設した発光ダイオード用エピタキシャルウェハにおいて、上記基板と上記裏面側電極との間に、上記の表面側電極と中心を一致させた第二導電型の電流阻止領域を配設したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明に係る発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、第一導電型の基板上に、第一導電型クラッド層、活性層、第二導電型クラッド層、第二導電型電流分散層を順次エピタキシャル成長し、その表面側に円形又はそれに近い形状の表面側電極を、また裏面側に全面または部分電極から成る裏面側電極を、それぞれ周期的に配設した発光ダイオード用エピタキシャルウェハにおいて、上記基板と上記裏面側電極との間に、上記の表面電極と中心を一致させた絶縁性の電流阻止領域を配設したことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハにおいて、上記基板がＧａＡｓであり、発光部を構成する上記第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層が、ＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰから成ることを特徴とする。上記電流拡散層は例えばＧａＰ又はＡｌＧａＡｓから成ることができる。
【００１６】
請求項４の発明に係る発光ダイオードは、請求項１〜３のいずれかに記載の発光ダイオード用エピタキシャルウェハを用いて製作したことを特徴とする。
【００１７】
＜発明の要点＞
本発明の要点は、上記目的を達するために、基板とは異なる導電型の電流阻止領域（ｐｎ反転層）又は絶縁性の電流阻止領域（高抵抗層）を基板と裏面側電極との間に挿入し、それによってチップ周辺部まで電流が広がるようにして、発光ダイオードの輝度を向上させる構造としたことにある。基板とは異なる導電型の電流阻止領域の代表例はＡｌＧａＡｓ層であり、これは例えば液相エピタキシャル成長により簡単に設けることができる。また、絶縁性の電流阻止領域の代表例はＳｉＯ２膜であり、これは例えばプラズマＣＶＤ法により形成し、そのＳｉＯ２膜をフォトリソプロセス工程で選択エッチングすることにより簡単に設けることができる。よって量産に適する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図示の実施例を中心に説明する。
【００１９】
＜実施例その１＞
本発明の第一の実施例を説明するための発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造を図１に示す。
【００２０】
ＭＯＶＰＥ法によりｎ型ＧａＡｓ基板８上に、厚さが０．５μｍでキャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層６、厚さが０．５μｍのアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層５、厚さが０．５μｍでキャリア濃度が５×１０１７ｃｍ−３のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層４、厚さが５μｍでキャリア濃度が２×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＡｌＧａＡｓ電流分散層２を順次成長した。
【００２１】
これは、ｎ型ＧａＡｓ基板８上に、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層５を、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層６と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層４とで挟んだダブルヘテロ構造の発光領域層１３（発光部）を設け、この発光領域層１３上にｐ型ＡｌＧａＡｓ電流分散層２を積層したＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード構造となる。
【００２２】
その後、裏面側に、基板８とは異なる導電型つまりｐｎ反転層によるｐ型の電流阻止領域７を、表面側電極１と中心が一致するように周期的に形成した。すなわち、基板裏面側に液相エピタキシャル成長により、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３で、厚さが０．１μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ層を形成し、フォトリソプロセス工程により、厚さ０．１μｍで直径がφ２００μｍのｐ型電流阻止領域７を周期的に形成した。
【００２３】
このエピタキシャルウェハに金属電極を周期的に形成した。正確には、ウェハの表面側に、円形又はそれに近い形状の表面側電極１を周期的に配設すると共に、裏面側に全面または部分電極から成る裏面側電極９を周期的に配設した。
【００２４】
かくして、基板８と裏面側電極９との間に、ｎ型の基板８とは異なる導電型であるｐ型の電流阻止領域７を、表面側電極１と中心を一致させて周期的に配設した。
【００２５】
かかる構造によれば、基板８と裏面側電極９との間に、部分的に、基板８とは異なる導電型の電流阻止領域７が挿入されているため、表面側電極１から裏面側電極９に向かう電流３は、図１中に示すように、この電流阻止領域７を避けるように流れることになり、それによってチップ周辺部まで電流が広がる結果、発光ダイオードの輝度が向上する。
【００２６】
上記の金属電極を形成したエピタキシャルウェハから約３００μｍ角のＬＥＤチップを製作し、その特性評価を行った。本実施例のＬＥＤチップは、電流阻止領域７を有しないＬＥＤチップと比較して、発光出力が約２割アップの２．４ｍＷとなり、Ｖｆは変わらず１．９Ｖであった。
【００２７】
＜実施例その２＞
本発明の第二の実施例を説明するための発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造を図２に示す。
【００２８】
ＭＯＶＰＥ法によりｎ型ＧａＡｓ基板８上に、厚さが０．５μｍでキャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層６、厚さが０．５μｍのアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層５、厚さが０．５μｍでキャリア濃度が５×１０１７ｃｍ−３のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層４、厚さが５μｍでキャリア濃度が２×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＡｌＧａＡｓ電流分散層２を順次成長した。１３は発光領域層の部分を示す。
【００２９】
その後、裏面側に、表面側電極１と中心を一致させて絶縁性の電流阻止領域１０を周期的に配設した。すなわち、基板裏面側に、プラズマＣＶＤ法により、厚さが０．１μｍの絶縁性であるＳｉＯ２膜の形成を行い、フォトリソプロセス工程により、厚さ０．１μｍで直径がφ２００μｍの電流阻止領域１０を周期的に形成した。
【００３０】
このエピタキシャルウェハに金属電極を周期的に形成した。正確には、ウェハの表面側に、円形又はそれに近い形状の表面側電極１を周期的に配設すると共に、裏面側に全面または部分電極から成る裏面側電極９を周期的に配設した。
【００３１】
かくして、基板８と裏面側電極９との間に、絶縁性の電流阻止領域１０を、表面側電極１と中心を一致させて周期的に配設した。
【００３２】
かかる構造によれば、基板８と裏面側電極９との間には、部分的に、絶縁性の電流阻止領域１０が挿入されているため、表面側電極１から裏面側電極９に向かう電流３は、図２中に示すように、この電流阻止領域１０を避けるように流れることになり、それによってチップ周辺部まで電流が広がる結果、発光ダイオードの輝度が向上する。
【００３３】
上記のエピタキシャルウェハの表裏に金属電極を周期的に形成してから、約３００μｍ角のＬＥＤチップを製作し、特性評価を行った。本実施例のＬＥＤチップは、電流阻止層を有しないＬＥＤチップと比較して、発光出力が約２割アップの２．４ｍＷとなり、Ｖｆは変わらず１．９Ｖであった。
＜他の実施例、変形例＞
上記実施例１及び実施例２では、ＬＥＤエピタキシャル構造を作製してから、ｐ型の電流阻止領域７であるＡｌＧａＡｓ層や、絶縁性の電流阻止領域１０であるＳｉＯ２膜を形成したが、ＡｌＧａＡｓ層やＳｉＯ２膜を形成してからＬＥＤエピタキシャル構造を作製しても、同様の電流を阻止し拡散させる作用効果を得ることができる。
【００３４】
上記実施例１では、ｐ型の電流阻止領域７としてＡｌＧａＡｓ層を用いたが、他の材料系を用いても、基板とは導電性の異なる層であれば、同様の効果を得ることができる。
【００３５】
上記実施例２では、絶縁性の電流阻止領域１０としてＳｉＯ２膜を用いたが、ＳｉＯ２膜に限られるものではなく、例えばＳｉＮ膜などの他の絶縁性の材料や、アンドープのＡｌＧａＡｓ層であっても、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
上記実施例１では、液相エピタキシャル成長によりｐ型の電流阻止領域７であるＡｌＧａＡｓ層を形成し、また上記実施例２では、プラズマＣＶＤ法により形成したＳｉＯ２膜をフォトリソプロセス工程により選択エッチングすることにより、絶縁性の電流阻止領域１０であるＳｉＯ２膜を形成したが、これら以外の方法によって作製することもでき、これにより得られた電流阻止領域でも同様の効果を得ることができる。例えば、上記実施例１では、基板裏面側へのｐ型ＡｌＧａＡｓ層を液相エピタキシャル成長により作製したが、イオンプランテーションなどの方法により、基板中に基板とは異なる導電性を示すドーパントを注入しても同様の効果が得られる。
【００３７】
上記実施例の場合、電流阻止領域７又は１０を裏面側電極９の厚み内に位置させているが、裏面側電極の基板側面上に位置させることもできる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による発光ダイオード用エピタキシャルウェハ及び発光ダイオードは、基板とは異なる導電型又は絶縁性の電流阻止領域を、基板と裏面側電極との間に挿入し、それによってチップ周辺部まで電流が広がるようにして、発光ダイオードの輝度を向上させたものである。
【００３９】
従って、本発明の発光ダイオードによれば、従来のＬＥＤエピタキシャル層内に電流阻止領域を設けた構造の発光ダイオードに比べ、以下の効果が得られる。
【００４０】
電流阻止領域は、量産性の高い液相エピタキシャル成長やプラズマＣＶＤ法などによる成長が可能であるので、従来のＬＥＤ構造と比較して、ＬＥＤ用エピタキシャルウエハ及びＬＥＤの製造コストを大幅に下げることができる。
【００４１】
また、基板裏面側に電流阻止領域を形成するため、従来のＬＥＤ構造と比較して、容易に表面モホロジーが良いＬＥＤ用エピタキシャルウエハを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図３】従来の発光ダイオードチップの外観図である。
【図４】従来の発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図５】従来の発光ダイオードの他の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１　表面側電極
２　ｐ型電流分散層
４　ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層
５　アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層
６　ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層
７　ｐ型の電流阻止領域
８　ｎ型ＧａＡｓ基板
９　裏面側電極
１０　絶縁性の電流阻止領域
１３　発光領域層
【図１】
2004047760.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004047760.tif 000006
【図５】
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