(57)【要約】【課題】横電流を遮断するために用いられるトレンチのエッチングが第１の極性の半導体層を露出する工程と同時に実行でき、製造コストが増加しないことを特徴とする横電流遮断ＬＥＤとその製造方法を提供する。【解決手段】横電流遮断ＬＥＤが基板１１０と、基板１００上に配置された第１の極性の半導体層１３０と、第１の極性の半導体層１３０の一つの部分の上に配置され、活性層１５０、ならびに少なくとも一つのトレンチ１８０を有し、トレンチ１８０の深さが少なくとも活性層１５０に達する半導体エピタキシャル構造と、第１の極性の半導体層１３０の他の部分の上に配置される第１の極性の金属電極パッド１９０と、半導体エピタキシャル構造の上に配置され、第１の極性の金属電極パッド１９０と第２の極性の金属電極パッド２００ｂが少なくとも一つのトレンチ１８０の互いに反対側に配置されるような第２の極性の金属電極パッド２００ｂとを備える。【選択図】      図２
2004165590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横電流遮断発光ダイオードであって、
基板と、
基板上に配置された第１の極性の半導体層と、
第１の極性の半導体層の一つの部分の上に配置され、活性層、ならびに少なくとも一つのトレンチを有する半導体エピタキシャル構造であって、少なくとも一つのトレンチの深さが少なくとも活性層に達するような半導体エピタキシャル構造と、
第１の極性の半導体層の他の部分の上に配置された第１の極性の金属電極パッドと、
半導体エピタキシャル構造の上に配置された第２の極性の金属電極パッドであって、第１の極性の金属電極パッドと第２の極性の金属電極パッドが少なくとも一つのトレンチの互いに反対側に配置されるような第２の極性の金属電極パッドと、
を備えることを特徴とする横電流遮断発光ダイオード。
【請求項２】
横電流遮断ＬＥＤの製造方法であって、
基板を提供するステップと、
基板に第１の極性の半導体層を形成するステップと、
第１の極性の半導体層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、
半導体エピタキシャル構造の第１の部分を除去し、それにより第１の極性の半導体層の一つの部分を露出するステップと、
半導体エピタキシャル構造の第２の部分を除去し、それにより半導体エピタキシャル構造に少なくとも一つのトレンチを形成するステップであって、半導体エピタキシャル構造が活性層を有し、少なくとも一つのトレンチの深さが少なくとも活性層に達するようなステップと、
第１の極性の金属電極パッドと第２の極性の金属電極パッドをそれぞれ第１の極性の半導体層の露出部の上と半導体エピタキシャル構造の第３の部分の上に形成するステップであって、第１の極性の金属電極パッドと第２の極性の金属電極パッドが少なくとも一つのトレンチの互いに反対側に配置されるようなステップと、
を含むことを特徴とする横電流遮断発光ダイオードの製造方法。
【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）の構造およびその製造方法、より詳細には横電流遮断ＬＥＤの構造およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＩｎＧａＮといった窒化ガリウム型半導体を利用した発光デバイスに大きな注目が向けられてきた。普通、上記タイプの発光デバイスの大方は電気的に絶縁されたサファイア基板上で成長され、導電性基板を利用した他の発光デバイスとは異なる。サファイア基板は絶縁体であるから、電極は基板上には直接形成できず、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層に個々に直接接触してサファイア基板上に形成された発光デバイスの製造を完成しなければならない。
【０００３】
図１（Ｂ）における線ａ−ａ’に沿って見た断面図を示す図１（Ａ）と従来の窒化物ＬＥＤの上面図を示す図１（Ｂ）を参照して頂きたい。図１に示す構造は以下のステップを通じて形成できる。先ず、バッファ層２０が基板１０上にエピタキシャル成長され、基板１０の材料は例えばサファイアであり、バッファ層２０の材料は例えばＡｌＮまたはＧａＮである。次に第１の極性の半導体層３０（例えば（ＡｌｘＧａｌ−ｘ）ｙＩｎｌ−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）の材料で出来ている）、第１の極性のクラッド層４０（例えば（ＡｌｘＧａｌ−ｘ）ｙＩｎｌ−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）の材料で出来ている）、ダブルへテロ構造または量子井戸を有し、（ＡｌｘＧａｌ−ｘ）ｙＩｎｌ−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）を含む活性層５０、第２の極性のクラッド層６０（例えば（ＡｌｘＧａｌ−ｘ）ｙＩｎｌ−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）の材料で出来ている）、および第２の極性の高ドープコンタクト層７０（例えば（ＡｌｘＧａｌ−ｘ）ｙＩｎｌ−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）の材料で出来ている）がバッファ層２０の上で引続きエピタキシャル成長される。
【０００４】
その後に上記のエピタキシャル層がドライエッチング、ウェットエッチング、または機械的切断および研磨によりエッチまたは研磨され、それにより第１の極性の半導体層３０の一部を露出する。次に第１の極性の金属電極パッド９０が熱蒸着、電子ビーム蒸着、またはスパッタリング等により第１の極性の半導体層３０の露出部に着けられ、第２の極性の透明電極１００ａと第２の極性の金属電極層１００ｂが第２の極性のコンタクト層７０の上に引続き着けられる。
【０００５】
上記の構造の第２の極性の透明電極１００ａは電流拡散効果を向上できるけれども、実際には、大部分の電流は第２の極性の透明電極１００ａと第１の極性の金属電極パッド９０との間の線に沿って流れ、活性層５０の大部分を電流が流れることはなく、従ってＬＥＤの発光効率が高くなく（発光領域がほとんど第２の極性の透明電極１００ａと第１の極性の金属電極層９０との間に集中する）、ＬＥＤの寿命が低下する（局所域を過剰に高温にする過剰集中電流のために）。第２の極性の透明電極１００ａの厚さを増せば電流拡散効果を改善できるけれども、その結果、第２の極性の透明電極１００ａの透明度が低下する。
【０００６】
さらに活性層５０により生じた光子が大きな角度でＬＥＤの表面に放射される場合に全反射損失が容易に生じ、従ってＬＥＤの側部の近傍から大きな角度で放射される光子のみがより容易にＬＥＤから外に放射される。
【０００７】
従って上記の従来技術に関して多くの関連特許が存在する。例えば東芝は電流を閉じ込める再成長法に取り組み（特許文献１および２）、そこでは電流を縦に閉じ込める効果を達成するために絶縁層が半導体要素に着けられる。しかしながら上記のステップは複雑であり、従ってコストが増加する。ＬｕｍｉＬｅｄは電流分布と発光効率を向上するためにｐ金属電極のエッチングを用い、それにより高発光効率を達成した（特許文献３、４、５）。しかしながらエッチングの深さは十分ではなく、従って電流伝導路は確実に保証されない。米国のボストン大学はフォトニック結晶がＬＥＤに応用できることを発表したが（特許文献６）、その欠点はエッチングの深さが深すぎて、その製造が難しいことである。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第５，７３２，０９８号
【特許文献２】
米国特許第６，２２９，８９３号
【特許文献３】
米国特許第６，２９１，８３９号
【特許文献４】
米国特許第６，２８７，９４７号
【特許文献５】
米国特許第６，２５８，６１８号
【特許文献６】
米国特許第５，９５５，７４９号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の窒化物ＬＥＤに関しては欠点が存在する。
従って本発明の目的は、横電流を遮断するために用いられるトレンチのエッチングが第１の極性の半導体層を露出する（第１の極性の金属電極パッドを作るために）工程と同時に実行でき、それにより製造コストが増加しないことを特徴とする横電流遮断ＬＥＤとその製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明のもう一つの目的は電流が活性層（発光領域）を通る可能性とＬＥＤの輝度を増加するためにトレンチが二つの金属電極の間に配置されることを特徴とする横電流遮断ＬＥＤとその製造方法を提供することである。
【００１１】
本発明のさらにもう一つの目的は横電流遮断ＬＥＤおよびその製造方法であって、トレンチが、トレンチの側部から光子が放射される機会を提供するために用いられ、特に、元々は全反射されるいくつかの光子をトレンチを介してトレンチの側部から放射させる、要素の中央領域にある活性領域から光子が発生され、それによって活性層から生じる光子の出力効率が上がることを特徴とする横電流遮断ＬＥＤおよびその製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の目的によれば、本発明は、基板と、基板上に配置された第１の極性の半導体層と、第１の極性の半導体層の一つの部分の上に配置され、活性層を備え、少なくとも一つのトレンチを備え、前記少なくとも一つのトレンチの深さが少なくとも活性層に達する半導体エピタキシャル構造と、第１の極性の半導体層の他の部分の上に配置される第１の極性の金属電極パッドと、第２の極性の金属電極パッドであって、半導体エピタキシャル構造の上に配置され、第１の極性の金属電極パッドと第２の極性の金属電極パッドが少なくとも一つのトレンチの互いに反対側に配置されるような第２の極性の金属電極パッドとを備える横電流遮断ＬＥＤを提供する。
【００１３】
本発明の上記の目的によれば、本発明はさらに以下のステップを含む横電流遮断ＬＥＤの製造方法を提供する。即ち、先ず基板を提供し、次に基板上に第１の極性の半導体層を形成し、次に第１の極性の半導体層上に半導体エピタキシャル構造を形成し、次に半導体エピタキシャル構造の第１の部分を除去し、それにより第１の極性の半導体層の一つの部分を露出し、次に半導体エピタキシャル構造の第２の部分を除去し、それにより半導体エピタキシャル構造に少なくとも一つのトレンチを形成し、その場合、半導体エピタキシャル構造は活性層を備え、少なくとも一つのトレンチの深さは少なくとも活性層に達し、その後に、第１の極性の金属電極パッドと第２の極性の金属電極パッドをそれぞれ第１の極性の半導体層の露出部の上と半導体エピタキシャル構造の第３の部分の上に形成し、その場合、第１の極性の金属電極パッドと第２の極性の金属電極パッドが少なくとも一つのトレンチの互いに反対側に配置される。
【００１４】
添付図と関連させて以下の詳細な説明を参照することにより、本発明の以上の態様と付随する多くの利点がより容易に認識されるであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤの従来構造は多くの欠点を持っているので、本発明は窒化物ＬＥＤの簡単な製造方法であって、それにより従来構造から生じる欠点を克服する製造方法を提供する。しかしながら、本発明の応用範囲は正負の電極が基板の同じ側に配置されるＬＥＤを含み、窒化物ＬＥＤに限定されない。
【００１６】
図２は、本発明の一実施例による窒化物ＬＥＤを示している。図２（Ｂ）における線ｂ−ｂ’に沿って見た断面図を図２（Ａ）に示している。図２（Ａ）と図２（Ｂ）に示す構造は以下のステップを通じて形成できる。先ず、低温のバッファ層１２０が基板１１０の上にエピタキシャル成長され、その場合、基板１１０の材料は例えばサファイアであり、バッファ層１２０の材料は例えばＡｌＮまたはＧａＮである。次に第１の極性の半導体層１３０（例えば（ＡｌｘＧａｌ−ｘ）ｙＩｎｌ−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）の材料で出来ている）、第１の極性のクラッド層１４０（例えば（ＡｌｘＧａｌ−ｘ）ｙＩｎｌ−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）の材料で出来ている）、二重へテロ構造または量子井戸を有し、（ＡｌｘＧａｌ−ｘ）ｙＩｎｌ−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）を含む活性層１５０、第２の極性のクラッド層１６０（例えば（ＡｌｘＧａｌ−ｘ）ｙＩｎｌ−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）の材料で出来ている）、および第２の極性の高ドープコンタクト層１７０（例えば（ＡｌｘＧａｌ−ｘ）ｙＩｎｌ−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）の材料で出来ている）がバッファ層１２０の上に引続きエピタキシャル成長される。上記の第１の極性は正または負であり、第２の極性は第１の極性と異なる。
【００１７】
上記のエピタキシャル構造が完成した後に、エピタキシャル構造がドライエッチング、ウェットエッチング、または機械的切断および研磨によりエッチまたは研磨され、それにより第１の極性の半導体層１３０の一部を露出し、二つの電極の間に（つまり、第２の極性のコンタクト層１７０から下方に）トレンチ１８０を形成するが、その場合トレンチ１８０は横電流を遮断し、それにより電流が活性層１５０を通る可能性を増加し、従って輝度を上昇するために用いられる。トレンチ１８０はドライエッチングまたはウェットエッチングにより第１の極性の半導体層１３０を露出する（第１の極性の金属電極パッド１９０を作るために）工程と同時に形成でき、それにより生産コストは増加しない。あるいはトレンチ１８０はまたレーザ、ウォータジェット、または機械ドリル等により形成できる。
【００１８】
上記のトレンチ１８０の深さは少なくとも活性層１５０に達し、トレンチ１８０の数は１以上である。さらに少なくとも一つのトレンチ１８０は個別配置、隣接配置、千鳥状配置で配置できる。さらに図２（Ｂ）の上面図に示すように、トレンチ１８０の形状はそれに限定されず、従って円、矩形、または楕円等でもよい。その他に絶縁誘電体材料がトレンチ１８０にさらに充填され、それにより回路短絡事故を減少する。さらにトレンチ１８０はトレンチ１８０の側部から光子が放射される機会を提供するために用いられ、その場合、特に、元々は全反射されるいくつかの光子をトレンチ１８０を介してトレンチ１８０の側部から放射させる活性層１５０から光子が発生される。
【００１９】
その後に、第１の極性の金属電極パッド１９０が、熱蒸着、電子ビーム蒸着、またはスパッタリング等により第１の極性の半導体層１３０の露出部の上に着けられ、第２の極性の透明電極２００ａと第２の極性の金属電極パッド２００ｂが第２の極性のコンタクト層１７０の上に引続き着けられる。
【００２０】
図３（Ａ）と図３（Ｂ）を参照して頂きたい。図３（Ａ）は電極が作られた後の従来のＩｎＧａＮ  ＬＥＤのエピタキシャル構造の上面図であり、図３（Ｂ）は本実施例によるトレンチ１８０のエッチング工程が実行された後の図３（Ａ）に示すエピタキシャル構造の上面図である。電流が２０ｍＡで順電圧Ｖｆが３．５Ｖの条件下で光学出力の相対強度は元の２０．３から２１．５２に増加される（６．０％増加）。
【００２１】
図４（Ａ）と図４（Ｂ）を参照して頂きたい。図４（Ａ）は電極が作られた後の別の従来のＩｎＧａＮ  ＬＥＤのエピタキシャル構造の上面図であり、図４（Ｂ）は本実施例によるトレンチ１８０のエッチング工程が実行された後の図４（Ａ）に示すエピタキシャル構造の上面図である。電流が２０ｍＡで順電圧Ｖｆが３．５Ｖの条件下で光学出力の相対強度は元の２４．０から２４．４に増加される（１．７％増加）。
【００２２】
図５（Ａ）と図５（Ｂ）を参照して頂きたい。図５（Ａ）は電極が作られた後のさらに別の従来のＩｎＧａＮ  ＬＥＤのエピタキシャル構造の上面図であり、図５（Ｂ）は本実施例によるトレンチ１８０のエッチング工程が実行された後の図５（Ａ）に示すエピタキシャル構造の上面図である。電流が２０ｍＡで順電圧Ｖｆが３．５Ｖの条件下で光学出力の相対強度は元の２４．５から２５．５に増加される（４．１％増加）。
【００２３】
要約すれば、本発明の利点は、横電流を遮断するために用いられるトレンチのエッチングが第１の極性の半導体層を露出する（第１の極性の金属電極パッドを作るために）工程と同時に実行でき、それにより生産コストが増加しないことを特徴とする横電流遮断ＬＥＤおよびその製造方法を提供することである。
【００２４】
本発明のもう一つの利点は、トレンチが二つの金属電極の間に配置され、それにより電流が活性層（発光領域）を通る可能性を増加してＬＥＤの輝度が増加される横電流遮断ＬＥＤおよびその製造方法を提供することである。
【００２５】
本発明のさらにもう一つの利点は、トレンチが、トレンチの側部から光子が放射される機会を提供するのために用いられ、光子が要素の中央領域にある活性領域から生じることを特徴とする横電流遮断ＬＥＤおよびその製造方法を提供することである。特に、元々は全反射されるいくつかの光子をトレンチを介してトレンチの側部から放射させ、それにより活性層から生じる光子の出力効率を増加できる。
【００２６】
当業者には言うまでもないが、本発明の以上の好ましい実施例は本発明の限定ではなく本発明の実例である。添付された特許請求の範囲の精神と範囲内で構成される種々の変形および類似の配置を包含することを意図しており、その範囲にはそのような変形および類似の構造を包含するように最も広い解釈を与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は線ａ−ａ’に沿って見た断面図であり、（Ｂ）は従来の窒化物ＬＥＤを示す上面図である。
【図２】本発明の一実施例による横電流遮断窒化物ＬＥＤを示す図であって、（Ａ）は（Ｂ）における線ｂ−ｂ’に沿って見た断面図であり、（Ｂ）は上面図である。
【図３】（Ａ）は電極が作られた後の従来のＩｎＧａＮ  ＬＥＤのエピタキシャル構造を示す上面図であり、（Ｂ）は本発明の一実施例によるトレンチエッチング工程後のエピタキシャル構造を示す上面図である。
【図４】（Ａ）は電極が作られた後の別の従来のＩｎＧａＮ  ＬＥＤのエピタキシャル構造を示す上面図であり、（Ｂ）は本発明の一実施例によるトレンチエッチング工程が実行された後のエピタキシャル構造を示す上面図である。
【図５】（Ａ）は電極が作られた後のさらに別の従来のＩｎＧａＮ  ＬＥＤのエピタキシャル構造を示す上面図であり、（Ｂ）は本発明の一実施例によるトレンチエッチング工程が実行された後のエピタキシャル構造を示す上面図である。
【符号の説明】
１１０  基板
１２０  バッファ層
１３０  第１の極性の半導体層
１４０  第１の極性のクラッド層
１５０  活性層
１６０  第２の極性のクラッド層
１７０  第２の極性の高ドープコンタクト層
１８０  トレンチ
１９０  第１の極性の金属電極パッド
２００ａ  第２の極性の透明電極
２００ｂ  第２の極性の金属電極パッド
【図１】
2004165590.tif 000003
【図２】
2004165590.tif 000004
【図３】
2004165590.tif 000005
【図４】
2004165590.tif 000006
【図５】
2004165590.tif 000007