(57)【要約】【課題】ダイシング等による透明導電膜の剥離を生じず、低動作電圧で発光し、かつ、高輝度化を実現することのできる発光ダイオードを提供する。【解決手段】透明導電膜７が接する半導体層として、少なくともアルミニウムを含み、亜鉛濃度１×１０１９ｃｍ−３のｐ型ＡｌＧａＡｓ層６を透明導電膜剥離防止層として設けた。このことによって透明導電膜７の剥離現象を抑止するとともに、発光ダイオード作製の歩留りを大幅に向上させることができる。【選択図】        図１
2004304050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられて少なくとも活性層を導電型の異なるクラッド層で挾んだ発光部と、
前記発光部上に設けられて少なくともアルミニウムを含む化合物半導体からなり、濃度１×１０１９ｃｍ−３以上の導電型決定不純物を含む透明導電膜剥離防止層と、
前記透明導電膜剥離防止層に設けられて金属酸化物からなる透明導電膜と、
前記透明導電膜上に設けられる表面電極と、
前記半導体基板の裏面の全面又は一部に設けられる電極とを有する発光ダイオード。
【請求項２】
前記透明導電膜剥離防止層は、膜厚が３００ｎｍ以下で形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記透明導電膜は、酸化インジウム錫を含むことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記透明導電膜剥離防止層は、少なくともアルミニウムを含むヒ素化合物であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記発光部は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）の材料からなることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体から構成される発光ダイオードに関し、特に、金属酸化物透明導電膜の剥離を防止し、高輝度で、安価に製造することができる発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオードは、ＧａＰ（燐化ガリウム）の緑色、ＡｌＧａＡｓ（ヒ化アルミニウム・ガリウム）の赤色がほとんどであった。しかし、近年ではＧａＮ（窒化ガリウム）系やＡｌＧａＩｎＰ（燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム）系の結晶層をＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａ１  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ  ：有機金属気相成長）法で成長させる技術が進み、赤色の他に橙色、黄色、緑色、青色等の所望の発光波長を有する発光ダイオードが製作できるようになった。
【０００３】
発光ダイオードにおいて、高輝度を得るためには、チップ内を均一に発光させることが重要であり、そのためには電流分散を良くする必要がある。これを解決するものとして、電流分散層の膜厚を厚くする等の方法が知られているが、発光ダイオード用エピタキシャルウエハを製造する上で電流分散層にかかるコストが高くなり、結果的に発光ダイオード用エピタキシャルウェハを製造する原価が高くなるという不都合がある。
【０００４】
発光ダイオードの製造コストを下げるには、電流分散層の膜厚を薄くすることが好ましい。これには膜抵抗の低いエピタキシャル層が必要であり、高キャリア濃度を有するエピタキシャル層が要求される。しかし、ＡｌＧａＩｎＰやＧａＮの材料では、ｐ型で高キャリア濃度のエピタキシャル層を成長させることが難しい。また、その他の半導体で上記した特性を有するものであれば代用できるが、このような特性を満足する半導体は発見されていない。
【０００５】
また、その他の方法として、ＧａＮ系発光ダイオードで金属膜を透明電極（透明導電膜）として用いることが知られているが、この場合には光の透過率を高めるために金属膜を非常に薄くする必要があり、電流分散効果が低下する。一方、電流分散効果を得ようとすると、金属膜の厚さが大になって透光性を阻害することから、厚さに制約が生じる。
【０００６】
充分な光の透光特性を有し、かつ電流分散効果が得られる電気特性を有する膜として、金属酸化膜であるＩＴＯ（酸化インジウム・錫）膜がある。このＩＴＯ膜を電流分散層として用いた発光ダイオードがある（例えば、特許文献１参照。）。この発光ダイオードによると、電流分散層としてのエピタキシャル層を不要にできることから、安価に高輝度の発光ダイオードを生産できるようになる。
【０００７】
図２は、特許文献１に記載された発光ダイオードの断面構造である。
この発光ダイオード２０は、発光波長６３０ｎｍ付近の赤色発光ダイオードであり、ｎ型ＧａＡｓ基板１と、ｎ型（セレンドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２と、アンドープ（Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層３と、亜鉛濃度５×１０１７ｃｍ‐３のｐ型（亜鉛ドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４と、ｐ型ＧａＰ層５と、ｐ型ＩｎＰ化合物半導体層６Ａと、透明導電膜７と、チップ底面全体に形成されるｎ型電極８と、上面に直径１５０μｍの円形で形成されるｐ型電極９とを積層して構成されている
【０００８】
ｎ型ＧａＡｓ基板１からｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４までの各層は、ＭＯＶＰＥ法によって形成されており、ＭＯＶＰＥ成長は、成長温度７００℃、成長圧力５０Ｔｏｒｒ、各層の成長速度は０．３〜１．０ｎｍ／ｓ、Ｖ／ＩＩＩ比は３００〜６００で形成されている。
【０００９】
ｐ型ＧａＰ層５は、亜鉛濃度１×１０１８ｃｍ‐３、Ｖ／ＩＩＩ比１００、成長速度１ｎｍ／ｓで２μｍ成長させることによって形成されている。
【００１０】
ｐ型ＩｎＰ化合物半導体層６Ａは、亜鉛濃度１×１０１８ｃｍ‐３で形成されており、透明導電膜７の下地層として設けられることによりダイシング等によって透明導電膜７がエピタキシャルウェハから剥離することを防止する。
【００１１】
透明導電膜７は、ＩＴＯ膜からなり、真空蒸着法にて形成されている。ＩＴＯ膜の蒸着条件は、基板温度２５０℃、酸素分圧４×１０−４Ｔｏｒｒで約２００ｎｍである。
【００１２】
ｎ型電極８は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金をそれぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着して形成されている。
【００１３】
ｐ型電極９は、金・亜鉛、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に蒸着して形成されている。
【００１４】
この発光ダイオード２０は、上記した構成で積層された電極付ＬＥＤ用エピタキシャルウエハをチップサイズ３００μｍ角にダイシングにて切削加工することにより形成される。このダイシング等の工程において、透明導電膜７はｐ型ＩｎＰ化合物半導体層６Ａとの付着性を保って切削加工される。発光ダイオード２０は、ＴＯ−１８ステム上にダイボンディングされ、ワイヤボンディングによりＴＯ−１８ステムと電気的に接続される。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００２−３４４０１７公報（第２図）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の発光ダイオードによると、ｐｎ接合を有する発光ダイオードと透明導電膜７との接合は実質的にｎｐｎとなり、透明導電膜７とｐ型ＩｎＰ化合物半導体層６Ａとの界面には、障壁による直列抵抗が発生するが、上記した透明導電膜７の亜鉛濃度（１×１０１８ｃｍ‐３）によると直列抵抗の低減量が充分ではないため、発光させるにあたって高動作電圧が要求される。また、充分な電流分散特性を得るための厚み（３０ｎｍ）を必要とすることから、高輝度化を図る上での障害になるという問題がある。
【００１７】
従って、本発明の目的は、ダイシング等による透明導電膜の剥離を生じず、低動作電圧で発光し、かつ、高輝度化を実現することのできる発光ダイオードを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられて少なくとも活性層を導電型の異なるクラッド層で挾んだ発光部と、前記発光部上に設けられて少なくともアルミニウムを含む化合物半導体からなり、濃度１×１０１９ｃｍ−３以上の導電型決定不純物を含む透明導電膜剥離防止層と、前記透明導電膜剥離防止層に設けられて金属酸化物からなる透明導電膜と、前記透明導電膜上に設けられる表面電極と、前記半導体基板の裏面の全面又は一部に設けられる電極とを有することを特徴とする発光ダイオードを提供する。
【００１９】
この構成によれば、透明導電膜剥離防止層によって透明導電膜の剥離が防止されるとともに、電流分散特性が向上して低電圧で発光させることが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオードの断面構造である。
この発光ダイオード１０は、発光波長６３０ｎｍ付近の赤色発光ダイオードであり、ｎ型ＧａＡｓ基板１と、ｎ型（セレンドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２と、アンドープ（Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層３と、亜鉛濃度５×１０１７ｃｍ‐３のｐ型（亜鉛ドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４と、ｐ型ＧａＰ層５と、透明導電膜剥離防止層としてのｐ型（亜鉛ドープ）ＡｌＧａＡｓ層６と、ＩＴＯ膜からなる透明導電膜７と、チップ底面全体に形成されるｎ型電極８と、上面に直径１５０μｍの円形で形成されるｐ型電極９とを積層して構成されている。なお、エピタキシャル成長方法、エピタキシャル構造、ＩＴＯ膜形成方法等については図２で説明した発光ダイオード２０と同様である。
【００２２】
ＡｌＧａＡｓ層６は、ｐ型ＧａＰ層５の上に厚さ１０ｎｍで形成されており、亜鉛濃度を１×１０１９ｃｍ−３以上になるように設けるとともに、Ａｌ組成を０．１、０．４、０．８としている。
【００２３】
この発光ダイオード１０は、上記した構成で積層された電極付ＬＥＤ用エピタキシャルウエハをチップサイズ３００μｍ角にダイシングにて切削加工することにより形成される。このダイシング等の工程において、透明導電膜７はｐ型ＡｌＧａＡｓ層６との付着性を保って切削加工される。切削加工された発光ダイオード１０は、ＴＯ−１８ステム上にダイボンディングされ、ワイヤボンディングによりＴＯ−１８ステムと電気的に接続される。
【００２４】
上記した発光ダイオード１０によると、それぞれＡｌ組成を変化させた全ての発光ダイオードチップにおいて透明導電膜７の剥離現象が約１％以下となることを確認しており、透明導電膜７が接する半導体層に少なくともＡｌを含む層としてＡｌＧａＡｓ層６を用いたことによって剥離現象を抑止でき、発光ダイオード作製の歩留りを大幅に向上させることができる。
【００２５】
また、ＡｌＧａＡｓ層６を厚さ１０ｎｍと薄く形成できることから、光の取り出し性が向上し、高輝度化を実現できるとともに原料の使用量を削減でき、そのことによって製造コストを安価にできる。
【００２６】
半導体層からの透明導電膜７の剥離現象は、化合物半導体中のＡｌ（アルミニウム）組成に大きく左右される。本発明においては、少なくともＡｌを含むことによって透明導電膜７の剥離を抑止することを見出した。つまり、透明導電膜剥離防止層に含まれるＡｌ組成は、少なくとも０．０１以上であることが必要で、Ａｌを含まないＧａＸＩｎ１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）、ＧａＸＩｎ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）等の化合物半導体は適していない。
【００２７】
また、第１の実施の形態で説明した透明導電膜７は、ｎ型の金属酸化物であり、ｐｎ接合を有する発光ダイオ−ドとの接合は実質的にｎｐｎとなり、透明導電膜７とｐ型ＡｌＧａＡｓ層６との界面には、障壁による直列抵抗が発生する。この問題を低減、解消すべく、ｐ型ＡＩＧａＡｓ層６には高いキャリア濃度、詳しくは高い不純物濃度が必要となる。従って、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層６に含まれる導電型決定不純物濃度、つまり亜鉛濃度は１×１０１９ｃｍ−３以上であることが望ましい。
【００２８】
なお、上記した第１の実施の形態では、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）などの４元系発光ダイオードについて説明したが、例えば、ＡｌＧａＡｓ等の３元系発光ダイオードに関しても上記した透明導電膜剥離防止層を設けることにより、透明導電膜の剥離現象を防ぐことができる。
【００２９】
また、発光ダイオードの高輝度化を図るものとして、例えば、ＧａＡｓ半導体基板とｎ型クラッド層の間に分布ブラッグ反射層（ＤＢＲ）等の光反射層を設けるようにしても良い。
【００３０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態として、ｐ型ＧａＰ層の上に透明導電膜剥離防止層としてｐ型（亜鉛ドープ）ＡｌＩｎＡｓ層を厚さ１０ｎｍで形成し、ＡｌＩｎＡｓ中に含まれるＡｌ組成をそれぞれ０．１、０．４、０．８とした発光波長６３０ｎｍ付近の赤色発光ダイオードを作製した。その他の構成、エピタキシャル成長方法、エピタキシャル構造、ＩＴＯ膜形成方法等については第１の実施の形態と同様であることから重複する説明を省略する。
【００３１】
また、発光ダイオードは、第１の実施の形態と同様に上記したｐ型ＡｌＩｎＡｓ層を含むエピタキシャルウエハをチップサイズ３００μｍ角にダイシングにて切削加工することにより形成される。このダイシング等の工程において、透明導電膜はｐ型ＡｌＧａＡｓ層との付着性を保って切削加工される。切削加工された発光ダイオードは、ＴＯ−１８ステム上にダイボンディングされ、ワイヤボンディングによりＴＯ−１８ステムと電気的に接続される。
【００３２】
上記した第２の実施の形態の発光ダイオードによると、ＡｌＩｎＡｓ層を用いた場合についても第１の実施の形態と同様に全ての発光ダイオードチップにおいて透明導電膜の剥離現象が約１％以下となることを確認しており、発光ダイオード作製の歩留りを大幅に向上させることができる。
【００３３】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態として、ｐ型ＧａＰ層の上に透明導電膜剥離防止層としてｐ型（亜鉛ドープ）ＡｌＧａＩｎＡｓ層を厚さ１０ｎｍで形成し、ＡｌＧａＩｎＡｓ中に含まれるＡｌ組成をそれぞれ０．１、０．４、０．８とした発光波長６３０ｎｍ付近の赤色発光ダイオードを作製した。その他の構成、エピタキシャル成長方法、エピタキシャル構造、ＩＴＯ膜形成方法等については第１の実施の形態と同様であることから重複する説明を省略する。
【００３４】
また、発光ダイオードは、第１および第２の実施の形態と同様に上記したｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層を含むエピタキシャルウエハをチップサイズ３００μｍ角にダイシングにて切削加工することにより形成される。このダイシング等の工程において、透明導電膜はｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層との付着性を保って切削加工される。切削加工された発光ダイオードは、ＴＯ−１８ステム上にダイボンディングされ、ワイヤボンディングによりＴＯ−１８ステムと電気的に接続される。
【００３５】
上記した第３の実施の形態の発光ダイオードによると、ＡｌＧａＩｎＡｓ層を用いた場合についても第１の実施の形態と同様に全ての発光ダイオードチップにおいて透明導電膜の剥離現象が約１％以下となることを確認しており、発光ダイオード作製の歩留りを大幅に向上させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の発光ダイオードによると、透明導電膜７が接する半導体層として、少なくともアルミニウムを含む化合物半導体からなり、濃度１×１０１９ｃｍ−３以上の導電型決定不純物を含む透明導電膜剥離防止層を設けるようにしたため、ダイシング等による透明導電膜の剥離を生じず、低動作電圧で発光し、かつ、高輝度化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオードの断面図である。
【図２】特許文献１に記載された発光ダイオードの断面図である。
【符号の説明】
１、ｎ型ＧａＡｓ基板
２、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層
３、（Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層
４、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層
５、ｐ型ＧａＰ層
６、ｐ型ＡＩＧａＡｓ層
６Ａ、ｐ型ＩｎＰ化合物半導体層
７、透明導電膜
８、ｎ型電極
９、ｐ型電極
１０、発光ダイオード
２０、発光ダイオード
【図１】
2004304050.tif 000003
【図２】
2004304050.tif 000004