(57)【要約】【課題】反射防止層を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）とその製造方法とが開示される。【解決手段】本発明は、ＬＥＤのウィンドウ層の上に反射防止層を形成し、それによってＬＥＤの発生させる光子がウィンドウ層と空気との間の界面で全反射する機会を減少させることを特徴とする。反射防止層を形成するために使用されるプロセスは、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング、熱蒸着、電子ビーム蒸着などのようなものであり得る。さらに上記反射防止層の屈折率は３と１．５の間にあり、反射防止層を形成する材料はＳｉ３Ｎ４またはＺｎＳｅなどであり得る。【選択図】  図２
2004228555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電気特性を有する第１のオーミック金属電極と、
前記第１の電気特性を有する前記第１のオーミック金属電極の上に配置された基板と、
前記基板の上に配置された半導体エピタキシャル構造と、
前記半導体エピタキシャル構造の上に配置されたウィンドウ層と、
前記ウィンドウ層の一部分の上に配置された、第２の電気特性を有する第２のオーミック金属電極と、
前記ウィンドウ層の少なくともその他の部分の上に配置された反射防止層と、をそなえる発光ダイオード。
【請求項２】
基板を設けるステップと、
前記基板の上に半導体エピタキシャル構造を形成するステップと、
前記半導体エピタキシャル構造の上にウィンドウ層を形成するステップと、
第１の電気特性を有する第１のオーミック金属電極と第２の電気特性を有する第２のオーミック金属電極とを前記基板の下面と前記ウィンドウ層の一部分の上にそれぞれ形成するステップと、
反射防止層を形成するステップを含む方法であって、
前記反射防止層は、少なくとも前記ウィンドウ層のその他の部分に配置される、ＬＥＤを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造およびそれを製造する方法に関し、とくに反射防止層を有するＬＥＤおよびそれを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＡｌＧａＩｎＰのＬＥＤの素子構造は、図１に示すようなものであり、図１に示す構造は、下記のプロセスによって製造できる。まず初めに、基板１０（ｎ型ＧａＡｓ材料製）の上に、上部エピタキシャル・バッファ層２０（ｎ型ＧａＡｓ材料製）と、閉じ込め層３０（広いエネルギー・ギャップを有するｎ型ＡｌＧａＩｎＰ材料製）と、活性層４０（狭いエネルギー・ギャップまたは多重量子井戸（ＭＱＷ）を有するＡｌＧａＩｎＰ材料製）と、閉じ込め層５０（広いエネルギー・ギャップを有するｐ型ＡｌＧａＩｎＰ材料製）と、ウィンドウ層６０（ｐ型ＧａＰ材料製）とが形成される。次いで、ウィンドウ層６０の一部分の上と基板１０の下面に、ｐ型オーミック金属電極７０とｎ型オーミック金属電極８０とがそれぞれ順番に堆積される。
【０００３】
上述のように、主としてＡｌＧａＩｎＰ系材料を利用する従来のＬＥＤでは、ウィンドウ層６０を形成する材料として、ＧａＰがしばしば使用される。しかしながら、ＧａＰの屈折率は、約３であって空気の屈折率とは大きな差があるので、活性層４０で発生する光子の大部分は、ＬＥＤがパッケージされる前にウィンドウ層６０と空気との間の界面で全反射し、それによって光子はＬＥＤによって吸収されるであろう。さらに、上記ＬＥＤは一般にエポキシ樹脂材料を使用してパッケージされるが、エポキシ樹脂材料の屈折率は約１．５であって、ウィンドウ層６０を形成するＧａＰ材料の屈折率とは依然として大きな差がある。したがって、上記欠点を克服する必要性が存在する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＡｌＧａＩｎＰのＬＥＤの上記欠点を考慮して、本発明の一つの目的は、反射防止層を有するＬＥＤとそれを製造する方法とを提供し、それによってＬＥＤの生成する光子がウィンドウ層と空気との間の界面で全反射する機会を減らすことである。
【０００５】
本発明の他の目的は、エポキシ・パッケージング方法を使用しないチップに関して反射防止層の追加によってＬＥＤの表面で反射される光を減らすことのできる、反射防止層を有するＬＥＤとそれを製造する方法とを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的に従って本発明は、
第１の電気特性を有する第１のオーミック金属電極と、前記第１の電気特性を有する前記第１のオーミック金属電極の上に配置された基板と、前記基板の上に配置された半導体エピタキシャル構造と、前記半導体エピタキシャル構造の上に配置されたウィンドウ層と、前記ウィンドウ層の一部分の上に配置された、第２の電気特性を有する第２のオーミック金属電極と、前記ウィンドウ層の少なくともその他の部分の上に配置された反射防止層と、をそなえる発光ダイオード、
を提供する。さらに、本発明の製造方法では、上記反射防止層は、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング、熱蒸着、電子ビーム蒸着などによって形成できる。さらに上記反射防止層の屈折率は、１．５と３との間にあり、この反射防止層を形成する材料は、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｎＳｅのようなもの、あるいはその他の材料であり得る。
【０００７】
本発明の上記態様とそれに伴う利点の多くが、付属の図面と共に下記の詳細な説明を参照することによってさらによく理解される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、反射防止層を有するＬＥＤの構造とそのＬＥＤを製造する方法とに関する。ＬＥＤが基板の異なる面にそれぞれ正電極と負電極とを形成することを特徴とする限り、これらのＬＥＤは本発明の適用範囲に含まれ、また本発明は、主としてＡｌＧａＩｎＰ系の材料を利用するＬＥＤに限定されるものではない。
【０００９】
図２を参照すると、この図は、本発明の好適な実施形態による、反射防止層を有するＬＥＤの構造を示す断面図である。図２に示す構造は、下記のプロセスにしたがって製造できる。まず初めに、基板１１０が用意され、この基板１１０は、第１の電気特性を有するＧａＡｓ材料で作ることができる。その後、この基板１１０の上にバッファ層１２０が形成されるが、このバッファ層１２０を形成する材料は第１の電気特性を有するＧａＡｓ材料のようなものでよい。次いで、バッファ層１２０の上に、第１の電気特性を有する閉じ込め層１３０が形成され、この閉じ込め層１３０を形成する材料は、広いエネルギー・ギャップを持った第１の電気特性を有するＡｌＧａＩｎＰ材料のようなものであり得る。その後、第１の電気特性を有する閉じ込め層１３０の上に活性層１４０が形成され、この活性層１４０を形成する材料は、狭いエネルギー・ギャップあるいは多重量子井戸を有するＡｌＧａＩｎＰ材料のようなものであり得る。次いで、この活性層１４０の上に第２の電気特性を有する閉じ込め層１５０が形成され、この閉じ込め層１５０を形成する材料は、広いエネルギー・ギャップを持った第２の電気特性を有するＡｌＧａＩｎＰ材料のようなものであり得る。その後、この第２の電気特性を有する閉じ込め層１５０の上にウィンドウ層１６０が形成され、このウィンドウ層１６０を形成する材料は、第２の電気特性を有するＧａＰ材料のようなものであり得る。続いて、基板１１０の下面とウィンドウ層１６０の一部分の上にそれぞれ、第１の電気特性を有するオーミック金属電極１８０と第２の電気特性を有するオーミック金属電極１７０とが堆積される。
【００１０】
その後、ウィンドウ層１６０のその他の部分をカバーするために、反射防止層１９０が形成される。さらに、この反射防止層１９０は、図２に示すような第２の電気特性を有するオーミック金属電極１７０の一部分をカバーすることもできる。さらに、上記反射防止層１９０は、プラズマＣＶＤ（プラズマ強化化学蒸着）、スパッタリング、熱蒸着、電子ビーム蒸着などによって形成でき、上記反射防止層１９０の屈折率は１．５と３の間にあり、この反射防止層１９０を形成する材料は、Ｓｉ３Ｎ４（その屈折率は約２である）、ＺｎＳｅまたはその他の材料であり得る。Ｓｉ３Ｎ４およびＺｎＳｅは、両者とも良好な熱伝導率を持っているので、これらに注入される電流の許容値は増加させることができ、波長が４１３．３ｎｍの場合、Ｓｉ３Ｎ４の屈折率は２．０６６であり、熱伝導率は１５Ｗｍ−１Ｋ−１である。上記第１の電気特性はポジ型、ネガ型いずれでも可能であり、第２の電気特性は第１の電気特性の反対であるということは留意に値する。
【００１１】
図３を参照すると、この図は、ｐ型ＧａＰウィンドウ層の厚さを８μｍとしてＳｉ３Ｎ４反射防止層の厚さを変化させることによって得られた透過率と波長との関係を示す図であって、その横軸は波長を表し、縦軸は透過率を表す。ｐ型ＧａＰウィンドウ層の厚さが８μｍで、Ｓｉ３Ｎ４反射防止層の厚さが種々の値に変化すると、透過率は、Ｓｉ３Ｎ４反射防止層の厚さが四分の一光学厚さ（ＱＷＯＴ）と呼ばれる、波長の１／４、すなわち７０．２７ｎｍに等しいときに最大になることが、理論計算（波長５７０ｎｍ）の後に図３から判る。
【００１２】
図４を参照すると、この図は、ｐ型ＧａＰウィンドウ層の厚さを変化させてＳｉ３Ｎ４反射防止層の厚さを波長の１／４に固定することによって得られた透過率と波長との関係を示す図であって、その横軸は波長を表し、縦軸は透過率を表す。Ｓｉ３Ｎ４反射防止層の厚さを波長の１／４、すなわち７０．２７ｎｍに固定して、ｐ型ＧａＰウィンドウ層の厚さをそれぞれ８μｍ、８．５μｍ、９μｍ、１０μｍに変化させると、透過率はｐ型ＧａＰウィンドウ層の厚さの変化によって影響されることが、理論計算（波長５７０ｎｍ）の後に図４から判る。
【００１３】
図５を参照すると、この図は、ｐ型ＧａＰウィンドウ層の厚さを８μｍとして反射防止層を形成する材料を変化させることによって得られた透過率と波長との関係を示す図であって、その横軸は波長を表し、縦軸は透過率を表す。ｐ型ＧａＰウィンドウ層の厚さを８μｍとして、反射防止層を形成する材料をそれぞれＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＩＴＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅと変化させると、反射防止層の厚さが波長の１／４のとき、Ｓｉ３Ｎ４で作られた反射防止層が最大の透過率を持つということが、理論計算（波長５７０ｎｍ）の後に図５から判る。
【００１４】
図６を参照すると、この図は、本発明による反射防止層を有するＬＥＤに関する注入電流と輝度との比較関係を示す図であって、この図の横軸はＬＥＤに注入される電流を表し、縦軸は輝度を表す。図６は、従来のＬＥＤとＳｉ３Ｎ４反射防止層を有するＬＥＤとの間の光出力の比較を示し、この場合、使用されたチップ・サイズは４０ｍｉｌ×４０ｍｉｌ、Ｓｉ３Ｎ４反射防止層の厚さは波長の１／４である。図６に示すように、注入電流を５００ｍＡに増加させることによって、６２９ｎｍの発光波長を有する従来のＬＥＤ（Ｓｉ３Ｎ４反射防止層を持たない）と比較して、Ｓｉ３Ｎ４反射防止層と６２９ｎｍの発光波長とを有する本発明のＬＥＤは、２９．４６％大きい光出力を持つ。同様に、注入電流を５００ｍＡに増加させることによって、５９０ｎｍの発光波長を有する従来のＬＥＤ（Ｓｉ３Ｎ４反射防止層を持たない）と比較して、Ｓｉ３Ｎ４反射防止層と５９０ｎｍの発光波長とを有する本発明のＬＥＤは、２１．２３％大きい光出力を持つ。
【００１５】
要約すれば、ウィンドウ層と反射防止層との全透過率は、ＬＥＤのウィンドウ層の上に、Ｓｉ３Ｎ４などで作られた反射防止層を形成することによって大幅に増進され、それによってＬＥＤの輝度を増加させることができる。したがって、本発明の一つの利点は、ＬＥＤによって生成される光子がウィンドウ層と空気との間の界面で全反射する機会が大幅に減少するように、反射防止層を有するＬＥＤとその製造方法とを提供することである。
【００１６】
本発明の他の利点は、エポキシ・パッケージング方法を使用しないチップに関して、ＬＥＤの表面で反射する光が反射防止層の追加によって減少するように、反射防止層を有するＬＥＤとその製造方法とを提供することである。
【００１７】
当業者が理解するように、本発明の上記好適な実施形態は、本発明を限定するものではなく本発明を例示するものである。付属の請求項の精神と範囲内に含まれる種々の修正と類似構成とをカバーすることが意図されており、その範囲にはこのような修正と類似構成のすべてを包含するような最も広い解釈が与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＡｌＧａＩｎＰ製のＬＥＤの構造を示す断面図。
【図２】本発明の好適な実施形態による反射防止層を有するＬＥＤの構造を示す断面図。
【図３】ｐ型ＧａＰウィンドウ層の厚さを８μｍとしてＳｉ３Ｎ４反射防止層の厚さを変化させることによって得られた、透過率と波長との関係を示す図。
【図４】ｐ型ＧａＰウィンドウ層の厚さを変化させてＳｉ３Ｎ４反射防止層の厚さを波長の１／４に固定することによって得られた、透過率と波長との関係を示す図。
【図５】ｐ型ＧａＰウィンドウ層の厚さを８μｍとして反射防止層を形成する材料を変化させることによって得られた、透過率と波長との関係を示す図。
【図６】本発明による反射防止層を有するＬＥＤに関する注入電流と輝度との比較関係を示す図。
【符号の説明】
１０  基板
２０  上部エピタキシャル・バッファ層
３０，１３０  閉じ込め層
４０，１４０  活性層
５０，１５０  閉じ込め層
６０，１６０  ウィンドウ層
７０，８０，１７０，１８０  オーミック金属電極
１１０  基板
１２０  バッファ層
１９０  反射防止層
【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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【図６】
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