(57)【要約】【課題】  発光効率を高めた発光ダイオード装置及びその製造方法の提供。【解決手段】  発光ダイオード装置は、基板、格子層、第１形態半導体層、及び第２形態半導体層を具えている。そのうち格子層は格子パターンを具え、発光ダイオード装置内部に向けて放射する光線が外界の方向に行進するよう反射し、光線をずっと発光ダイオード装置内部に向けて行進させて内部の各層に吸収させることがない。このほか、本発明は発光ダイオードの製造方法を提供し、それは発光ダイオード装置のエピタキシャル過程で格子層を成長させ、本発明の発光ダイオード構造を完成する。【選択図】        図２
2005072089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード装置において、少なくとも、
基板と、
該基板の上方に位置すると共に格子パターンを具えた格子層と、
該格子層の上方に位置する第１形態半導体層と、
該第１形態半導体層の上方に位置する第２形態半導体層と、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項２】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、格子パターンが条状、矩形、円形及び三角形からなる群の任意のもので構成されたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項３】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、第１形態半導体層と第２形態半導体層の間に位置する活性層を具えたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項４】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、基板の材料が、サファイヤ、炭化けい素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ2 ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2 ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項５】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、第１形態半導体層がｎ型窒化ガリウム半導体層とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項６】
請求項１記載の発光ダイオード装置において、第２形態半導体層がｐ型窒化ガリウム半導体層とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項７】
請求項３記載の発光ダイオード装置において、活性層が、ｐｎ接合、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）、単層量子井戸（ＳＱＷ）、及びｉｎＧａＮ／ＧａＮ多層量子井戸（ＭＱＷ）のうち任意の一種類の構造とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項８】
発光ダイオード装置において、少なくとも、
基板と、
該基板の上方に位置すると共に入射する光線を拡散させる粗化層を少なくとも具えた混合層と、
該混合層の上方に位置すると共に格子パターンを具えた格子層と、
該格子層の上方に位置する第１形態半導体層と、
該第１形態半導体層の上方に位置する第２形態半導体層と、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項９】
請求項８記載の発光ダイオード装置において、格子パターンが条状、矩形、円形及び三角形からなる群の任意のもので構成されたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１０】
請求項８記載の発光ダイオード装置において、第１形態半導体層と第２形態半導体層の間に位置する活性層を具えたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１１】
請求項８記載の発光ダイオード装置において、基板の材料が、サファイヤ、炭化けい素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ2 ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2 ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１２】
請求項８記載の発光ダイオード装置において、粗化層の材料が、窒化けい素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び窒化チタン（ＴｉＮ）を含む群より選択した材料を少なくとも含むことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１３】
請求項８記載の発光ダイオード装置において、粗化層がＡｌu Ｇａ(1-u-v) Ｉｎv Ｎ量子点を具え、ｕ、ｖパラメータの範囲が０≦ｕ、ｖ＜１且つ０≦ｕ＋ｖ＜１であることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１４】
請求項８記載の発光ダイオード装置において、第１形態半導体層がｎ型窒化ガリウム半導体層とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１５】
請求項８記載の発光ダイオード装置において、第２形態半導体層がｐ型窒化ガリウム半導体層とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１６】
請求項１０記載の発光ダイオード装置において、活性層が、ｐｎ接合、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）、単層量子井戸（ＳＱＷ）、及びｉｎＧａＮ／ＧａＮ多層量子井戸（ＭＱＷ）のうち任意の一種類の構造とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１７】
発光ダイオード装置において、少なくとも、
基板と、
該基板の上に形成されたバッファ層と、
該バッファ層の上に形成されると共に、入射する光線を拡散させる粗化層を少なくとも具えた混合層と、
該混合層の上方に位置すると共に格子パターンを具えた格子層と、
該格子層の上方に位置する第１形態半導体層と、
該第１形態半導体層の上方に位置する第２形態半導体層と、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の発光ダイオード装置において、格子パターンが条状、矩形、円形及び三角形からなる群の任意のもので構成されたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項１９】
請求項１７記載の発光ダイオード装置において、基板の材料が、サファイヤ、炭化けい素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ2 ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2 ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項２０】
請求項１７記載の発光ダイオード装置において、バッファ層の材料が窒化ガリウムとされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項２１】
請求項１７記載の発光ダイオード装置において、粗化層の材料が窒化けい素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び窒化チタン（ＴｉＮ）を含む群より選択した材料を少なくとも含むことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項２２】
請求項１７記載の発光ダイオード装置において、粗化層がＡｌu Ｇａ(1-u-v) Ｉｎv Ｎ量子点を具え、ｕ、ｖパラメータの範囲が０≦ｕ、ｖ＜１且つ０≦ｕ＋ｖ＜１であることを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項２３】
請求項１７記載の発光ダイオード装置において、第１形態半導体層がｎ型窒化ガリウム半導体層とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項２４】
請求項１７記載の発光ダイオード装置において、第２形態半導体層がｐ型窒化ガリウム半導体層とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項２５】
請求項１７記載の発光ダイオード装置において、活性層が、ｐｎ接合、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）、単層量子井戸（ＳＱＷ）、及びｉｎＧａＮ／ＧａＮ多層量子井戸（ＭＱＷ）のうち任意の一種類の構造とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置。
【請求項２６】
発光ダイオードの製造方法において、
（ａ）基板を提供する工程、
（ｂ）バッファ層を該基板の上に形成する工程、
（ｃ）窒化ガリウム層を該バッファ層の上に形成する工程、
（ｄ）格子層を該窒化ガリウム層の上に形成する工程、
（ｅ）第１形態半導体層を該格子層の上に形成する工程、
（ｆ）活性層を該第１形態半導体層の上に形成する工程、
（ｇ）第２形態半導体層を該活性層の上に形成する工程、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の発光ダイオードの製造方法において、
（ｈ）第２形態半導体層と活性層をエッチングし第１形態半導体層の一部表面を露出させる工程、
（ｉ）第１電極を該第１形態半導体層の露出した一部表面に形成する工程、
（ｊ）第２電極を第２形態半導体層の表面に形成する工程、
を更に具えたことを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の発光ダイオードの製造方法において、第１電極がｎ型電極であることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項２９】
請求項２７記載の発光ダイオードの製造方法において、第２電極がｐ型電極であることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項３０】
請求項２６記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｂ）の工程で、５００〜６００℃で厚さが２０〜５０ｎｍの窒化ガリウムのバッファ層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項３１】
請求項３０記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｃ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ１〜２μｍのシリコンドープ窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項３２】
請求項３１記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｄ）の工程で、リソグラフィー工程を利用して窒化ガリウム層の表面に複数の格子を具えた網状パターンを形成した後、ドライエッチング或いはウエットエッチングで格子の形状を形成することを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項３３】
請求項３１記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｄ）の工程で、ツール或いはレーザーで窒化ガリウム層に対して必要な格子を切削により形成することを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項３４】
請求項３２又は請求項３３記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｅ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ１〜２μｍのシリコンドープ窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項３５】
請求項３４記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｆ）の工程で、７００〜９００℃で活性層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項３６】
請求項３５記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｇ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ０．１〜０．２μｍのマグネシウムドープ窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項３７】
請求項２６記載の発光ダイオードの製造方法において、窒化ガリウム層の成長には、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、或いはスパッタ法のいずれかの方法を利用することを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項３８】
請求項３７記載の発光ダイオードの製造方法において、化学気相成長法は有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）とすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項３９】
発光ダイオードの製造方法において、
（ａ）基板を提供する工程、
（ｂ）バッファ層を該基板の上に形成する工程、
（ｃ）混合層を該バッファ層の上に形成する工程、
（ｄ）格子層を該混合層の上に形成する工程、
（ｅ）第１形態半導体層を該格子層の上に形成する工程、
（ｆ）活性層を該第１形態半導体層の上に形成する工程、
（ｇ）第２形態半導体層を該活性層の上に形成する工程、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項４０】
請求項３９記載の発光ダイオードの製造方法において、
（ｈ）第２形態半導体層と活性層をエッチングし第１形態半導体層の一部表面を露出させる工程、
（ｉ）第１電極を該第１形態半導体層の露出した一部表面に形成する工程、
（ｊ）第２電極を第２形態半導体層の表面に形成する工程、
を更に具えたことを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項４１】
請求項４０記載の発光ダイオードの製造方法において、第１電極がｎ型電極であることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項４２】
請求項４０記載の発光ダイオードの製造方法において、第２電極がｐ型電極であることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項４３】
請求項３９記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｂ）の工程で、５００〜６００℃で厚さが２０〜５０ｎｍの窒化ガリウムのバッファ層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項４４】
請求項４３記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｃ）の工程が、１０００〜１２００℃で厚さ１〜１００ｎｍの粗化層を成長させる工程を含むことを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項４５】
請求項４４記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｄ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ１〜２μｍのシリコンドープ窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項４６】
請求項４５記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｅ）の工程で、７００〜９００℃で活性層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項４７】
請求項４６記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｆ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ０．１〜０．２μｍのマグネシウムドープ窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項４８】
請求項３９記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｂ）の工程で、５００〜６００℃で厚さ１〜１００ｎｍの窒化ガリウムのバッファ層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項４９】
請求項４８記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｃ）の工程が、１０００〜１２００℃で厚さ１〜１００ｎｍでＡｌu Ｇａ(1-u-v) Ｉｎv Ｎ量子点を具えた粗化層を成長させる工程を含み、そのうちｕ、ｖパラメータの範囲が０≦ｕ、ｖ＜１且つ０≦ｕ＋ｖ＜１であることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項５０】
請求項４９記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｄ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ１〜２μｍのシリコンドープの窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項５１】
請求項５０記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｅ）の工程で、７００〜９００℃で活性層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項５２】
請求項４１記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｆ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ０．１〜０．２μｍのマグネシウムドープの窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項５３】
請求項４４又は請求項４９記載の発光ダイオードの製造方法において、粗化層を多層膜蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、或いはスパッタ法のいずれかの方法で成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項５４】
請求項５３記載の発光ダイオードの製造方法において、多層膜蒸着法をＥ−ｇｕｎ多層膜蒸着法とすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項５５】
請求項５３記載の発光ダイオードの製造方法において、化学気相成長法を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）とすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の発光ダイオード装置及びその製造方法に係り、特に、発光ダイオードの発光効率を高める技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知の発光ダイオード（ＬＥＤ）に使用される半導体の屈折率（屈折係数は２．３）は空気の屈折率（屈折係数は１）より大きく、ゆえに発光ダイオード内の活性層（或いは発光層と称される）の発生する光線のほとんどは半導体と空気の界面により半導体内部へと全反射され、全反射された光線は内部の活性層、電極及び基板に吸収される。このため周知の発光ダイオードは一般に発光効率が低いという欠点を有している。
【０００３】
発光ダイオードの発光効率を高めるため、半導体表面を粗化すると、光線が発光層より射出された後に粗化された界面により散乱し、さらに粗化により発光面の面積が増加するため、光線の光線の射出される確率が明らかに増加する。これに関係する技術は非特許文献１中に記載されており、この文献には発光ダイオードを粗化した後に、その外在発光効率が４０％も増加することが記載されている。
【０００４】
特許文献１から３に記載の周知の技術は、エッチング方式でエピタキシャル表面を粗化する目的を達成し、即ちケミカルエッチング法により発光装置表面を粗化して発光効率を増す効果を達成する、というものである。しかし、このような技術は現段階では赤色ＬＥＤの材料に応用されているのみであり、青光、緑光を発生する窒化材料には適用できない。その原因は、赤光ＬＥＤの材料の加工特性は簡単であるが、それに較べて窒化物材料は非常に強い耐酸アルカリ特性を有していることにある。ドライエッチング法はウエットエッチング法の問題を克服するが、エピタキシャル層の損傷を形成しやすく、半導体層の抵抗値を高くする。このほか、半導体層は単結晶薄膜であり、直接それを粗化すると、内部の活性層を破壊して発光面積がこれにより減少する恐れがあり、また外部の透明電極を破壊して透明電極の不連続を形成し、このために電流分散に対して影響を与える恐れがある。このような状況により全体の発光効率が下がる。
【０００５】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓｃａｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，４７（７），１４９２，２００
【特許文献１】米国特許第５０４００４４号明細書
【特許文献２】米国特許第５４２９９５４号明細書
【特許文献３】米国特許第５８９８１９２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上から分かるように、周知の技術の適用範囲は相当に低く、発光ダイオードの発光効率を高める工程技術は未だ成熟していない。ゆえに業界で広く使用されるに至らず、産業上の利用価値を有していない。
【０００７】
本発明の主要な目的は、発光効率を高めた発光ダイオード装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明によると、発光ダイオード装置は、基板、格子層、第１形態半導体層、及び第２形態半導体層を具えている。そのうち格子層は格子パターンを具え、発光ダイオード装置内部に向けて放射する光線が外界の方向に行進するよう反射し、光線をずっと発光ダイオード装置内部に向けて行進させて内部の各層に吸収させることがない。このほか、本発明はこの発光ダイオードの製造方法を提供している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、発光ダイオード装置において、少なくとも、
基板と、
該基板の上方に位置すると共に格子パターンを具えた格子層と、
該格子層の上方に位置する第１形態半導体層と、
該第１形態半導体層の上方に位置する第２形態半導体層と、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の発光ダイオード装置において、格子パターンが条状、矩形、円形及び三角形からなる群の任意のもので構成されたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の発光ダイオード装置において、第１形態半導体層と第２形態半導体層の間に位置する活性層を具えたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の発光ダイオード装置において、基板の材料が、サファイヤ、炭化けい素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ2 ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2 ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の発光ダイオード装置において、第１形態半導体層がｎ型窒化ガリウム半導体層とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の発光ダイオード装置において、第２形態半導体層がｐ型窒化ガリウム半導体層とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項７の発明は、請求項３記載の発光ダイオード装置において、活性層が、ｐｎ接合、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）、単層量子井戸（ＳＱＷ）、及びｉｎＧａＮ／ＧａＮ多層量子井戸（ＭＱＷ）のうち任意の一種類の構造とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項８の発明は、発光ダイオード装置において、少なくとも、
基板と、
該基板の上方に位置すると共に入射する光線を拡散させる粗化層を少なくとも具えた混合層と、
該混合層の上方に位置すると共に格子パターンを具えた格子層と、
該格子層の上方に位置する第１形態半導体層と、
該第１形態半導体層の上方に位置する第２形態半導体層と、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項９の発明は、請求項８記載の発光ダイオード装置において、格子パターンが条状、矩形、円形及び三角形からなる群の任意のもので構成されたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項１０の発明は、請求項８記載の発光ダイオード装置において、第１形態半導体層と第２形態半導体層の間に位置する活性層を具えたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項１１の発明は、請求項８記載の発光ダイオード装置において、基板の材料が、サファイヤ、炭化けい素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ2 ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2 ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項１２の発明は、請求項８記載の発光ダイオード装置において、粗化層の材料が、窒化けい素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び窒化チタン（ＴｉＮ）を含む群より選択した材料を少なくとも含むことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項１３の発明は、請求項８記載の発光ダイオード装置において、粗化層がＡｌu Ｇａ(1-u-v) Ｉｎv Ｎ量子点を具え、ｕ、ｖパラメータの範囲が０≦ｕ、ｖ＜１且つ０≦ｕ＋ｖ＜１であることを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項１４の発明は、請求項８記載の発光ダイオード装置において、第１形態半導体層がｎ型窒化ガリウム半導体層とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項１５の発明は、請求項８記載の発光ダイオード装置において、第２形態半導体層がｐ型窒化ガリウム半導体層とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項１６の発明は、請求項１０記載の発光ダイオード装置において、活性層が、ｐｎ接合、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）、単層量子井戸（ＳＱＷ）、及びｉｎＧａＮ／ＧａＮ多層量子井戸（ＭＱＷ）のうち任意の一種類の構造とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項１７の発明は、発光ダイオード装置において、少なくとも、
基板と、
該基板の上に形成されたバッファ層と、
該バッファ層の上に形成されると共に、入射する光線を拡散させる粗化層を少なくとも具えた混合層と、
該混合層の上方に位置すると共に格子パターンを具えた格子層と、
該格子層の上方に位置する第１形態半導体層と、
該第１形態半導体層の上方に位置する第２形態半導体層と、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項１８の発明は、請求項１７記載の発光ダイオード装置において、格子パターンが条状、矩形、円形及び三角形からなる群の任意のもので構成されたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項１９の発明は、請求項１７記載の発光ダイオード装置において、基板の材料が、サファイヤ、炭化けい素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ2 ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2 ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２０の発明は、請求項１７記載の発光ダイオード装置において、バッファ層の材料が窒化ガリウムとされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２１の発明は、請求項１７記載の発光ダイオード装置において、粗化層の材料が窒化けい素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び窒化チタン（ＴｉＮ）を含む群より選択した材料を少なくとも含むことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２２の発明は、請求項１７記載の発光ダイオード装置において、粗化層がＡｌu Ｇａ(1-u-v) Ｉｎv Ｎ量子点を具え、ｕ、ｖパラメータの範囲が０≦ｕ、ｖ＜１且つ０≦ｕ＋ｖ＜１であることを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２３の発明は、請求項１７記載の発光ダイオード装置において、第１形態半導体層がｎ型窒化ガリウム半導体層とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２４の発明は、請求項１７記載の発光ダイオード装置において、第２形態半導体層がｐ型窒化ガリウム半導体層とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２５の発明は、請求項１７記載の発光ダイオード装置において、活性層が、ｐｎ接合、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）、単層量子井戸（ＳＱＷ）、及びｉｎＧａＮ／ＧａＮ多層量子井戸（ＭＱＷ）のうち任意の一種類の構造とされたことを特徴とする、発光ダイオード装置としている。
請求項２６の発明は、発光ダイオードの製造方法において、
（ａ）基板を提供する工程、
（ｂ）バッファ層を該基板の上に形成する工程、
（ｃ）窒化ガリウム層を該バッファ層の上に形成する工程、
（ｄ）格子層を該窒化ガリウム層の上に形成する工程、
（ｅ）第１形態半導体層を該格子層の上に形成する工程、
（ｆ）活性層を該第１形態半導体層の上に形成する工程、
（ｇ）第２形態半導体層を該活性層の上に形成する工程、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２７の発明は、請求項２６記載の発光ダイオードの製造方法において、
（ｈ）第２形態半導体層と活性層をエッチングし第１形態半導体層の一部表面を露出させる工程、
（ｉ）第１電極を該第１形態半導体層の露出した一部表面に形成する工程、
（ｊ）第２電極を第２形態半導体層の表面に形成する工程、
を更に具えたことを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２８の発明は、請求項２７記載の発光ダイオードの製造方法において、第１電極がｎ型電極であることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２９の発明は、請求項２７記載の発光ダイオードの製造方法において、第２電極がｐ型電極であることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項３０の発明は、請求項２６記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｂ）の工程で、５００〜６００℃で厚さが２０〜５０ｎｍの窒化ガリウムのバッファ層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項３１の発明は、請求項３０記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｃ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ１〜２μｍのシリコンドープ窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項３２の発明は、請求項３１記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｄ）の工程で、リソグラフィー工程を利用して窒化ガリウム層の表面に複数の格子を具えた網状パターンを形成した後、ドライエッチング或いはウエットエッチングで格子の形状を形成することを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項３３の発明は、請求項３１記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｄ）の工程で、ツール或いはレーザーで窒化ガリウム層に対して必要な格子を切削により形成することを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項３４の発明は、請求項３２又は請求項３３記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｅ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ１〜２μｍのシリコンドープ窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項３５の発明は、請求項３４記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｆ）の工程で、７００〜９００℃で活性層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項３６の発明は、請求項３５記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｇ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ０．１〜０．２μｍのマグネシウムドープ窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項３７の発明は、請求項２６記載の発光ダイオードの製造方法において、窒化ガリウム層の成長には、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、或いはスパッタ法のいずれかの方法を利用することを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項３８の発明は、請求項３７記載の発光ダイオードの製造方法において、化学気相成長法は有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）とすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項３９の発明は、発光ダイオードの製造方法において、
（ａ）基板を提供する工程、
（ｂ）バッファ層を該基板の上に形成する工程、
（ｃ）混合層を該バッファ層の上に形成する工程、
（ｄ）格子層を該混合層の上に形成する工程、
（ｅ）第１形態半導体層を該格子層の上に形成する工程、
（ｆ）活性層を該第１形態半導体層の上に形成する工程、
（ｇ）第２形態半導体層を該活性層の上に形成する工程、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項４０の発明は、請求項３９記載の発光ダイオードの製造方法において、
（ｈ）第２形態半導体層と活性層をエッチングし第１形態半導体層の一部表面を露出させる工程、
（ｉ）第１電極を該第１形態半導体層の露出した一部表面に形成する工程、
（ｊ）第２電極を第２形態半導体層の表面に形成する工程、
を更に具えたことを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項４１の発明は、請求項４０記載の発光ダイオードの製造方法において、第１電極がｎ型電極であることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項４２の発明は、請求項４０記載の発光ダイオードの製造方法において、第２電極がｐ型電極であることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項４３の発明は、請求項３９記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｂ）の工程で、５００〜６００℃で厚さが２０〜５０ｎｍの窒化ガリウムのバッファ層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項４４の発明は、請求項４３記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｃ）の工程が、１０００〜１２００℃で厚さ１〜１００ｎｍの粗化層を成長させる工程を含むことを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項４５の発明は、請求項４４記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｄ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ１〜２μｍのシリコンドープ窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項４６の発明は、請求項４５記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｅ）の工程で、７００〜９００℃で活性層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項４７の発明は、請求項４６記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｆ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ０．１〜０．２μｍのマグネシウムドープ窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項４８の発明は、請求項３９記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｂ）の工程で、５００〜６００℃で厚さ１〜１００ｎｍの窒化ガリウムのバッファ層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項４９の発明は、請求項４８記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｃ）の工程が、１０００〜１２００℃で厚さ１〜１００ｎｍでＡｌu Ｇａ(1-u-v) Ｉｎv Ｎ量子点を具えた粗化層を成長させる工程を含み、そのうちｕ、ｖパラメータの範囲が０≦ｕ、ｖ＜１且つ０≦ｕ＋ｖ＜１であることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項５０の発明は、請求項４９記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｄ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ１〜２μｍのシリコンドープの窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項５１の発明は、請求項５０記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｅ）の工程で、７００〜９００℃で活性層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項５２の発明は、請求項４１記載の発光ダイオードの製造方法において、（ｆ）の工程で、１０００〜１２００℃で厚さ０．１〜０．２μｍのマグネシウムドープの窒化ガリウム層を成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項５３の発明は、請求項４４又は請求項４９記載の発光ダイオードの製造方法において、粗化層を多層膜蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、或いはスパッタ法のいずれかの方法で成長させることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項５４の発明は、請求項５３記載の発光ダイオードの製造方法において、多層膜蒸着法をＥ−ｇｕｎ多層膜蒸着法とすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
請求項５５の発明は、請求項５３記載の発光ダイオードの製造方法において、化学気相成長法を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）とすることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、発光効率を高めた発光ダイオード装置及びその製造方法を提供している。即ち、本発明によると、発光ダイオードのエピタキシー過程で格子層を成長させ、この格子層は発光ダイオード装置内部に放射させる光線を外界の方向に反射し、これにより全ての光線発光ダイオード内部に向けて行進することがないようにし、内部の活性層、電極及び基板等により吸収されないようにし、これにより発光ダイオードの発光効率を高めている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は格子層１０２を具えた基本型の発光ダイオード装置１０を示す。図中、ｐｎ接合１０６の発生する光束１１０は、発光ダイオード装置１０と空気間の界面で全反射されて発光ダイオード装置１０内部に戻る。光束１１０が格子層１０２に至る時、格子層１０２のパターンの影響を受けて再度反射され、且つ外界に向けて行進し、これにより光束１１０が基板１００に吸収されない。
【００１２】
図２は本発明の発光ダイオード装置の第２実施例の断面図である。図２中、各層は有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）の工程により堆積される。図２の発光ダイオードの製造方法は以下の工程を含む。
【００１３】
まず、基板２００を提供する。該基板２００の材質はサファイヤ、炭化けい素、シリコン、ガリウム砒素、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ2 ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2 ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとされる。続いて、５００〜６００℃で厚さが２０〜５０ｎｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）材質のバッファ層２０２を成長させる。さらに１０００〜１２００℃で厚さが１〜２μｍのシリコンドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）層２０４を成長させ、続いて格子層２０６を窒化ガリウム層２０４の上に形成する。その方法は、リソグラフィー工程で窒化ガリウム層２０４の表面に複数の格子を具えた網状パターンを形成し、その後、ドライエッチング或いはウエットエッチングで格子の形状を形成する、というものである。もう一つの方法は、直接ツール或いはレーザーで必要な格子を切り出す方法であり、以上のいずれの方法によっても格子層２０６に格子パターンを形成することができる。且つ格子パターンは少なくとも条状、矩形、円形及び三角形を含む群のうちの任意の形状で構成しうる。
【００１４】
続いて第１形態半導体層２０８を格子層２０６の上に成長させる。該第１形態半導体層２０８は厚さが１〜２μｍでシリコンドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）層とされ、ゆえに該第１形態半導体層２０８はｎ型窒化ガリウム半導体層である。
【００１５】
続いて、温度を７００〜９００℃に下げて、活性層２１０を第１形態半導体層２０８の上に成長させる。活性層２１０はｐｎ接合、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）、単層量子井戸（ＳＱＷ）、及びｉｎＧａＮ／ＧａＮ多層量子井戸（ＭＱＷ）のうち任意の一種類の構造とされる。
【００１６】
その後、再度温度を１０００〜１２００℃にあげて、第２形態半導体層２１２を活性層２１０の上に成長させる。該第２形態半導体層２１２は厚さが０．１〜０．２μｍでマグネシウムドープの窒化ガリウム層であり、ゆえに第２形態半導体層２１２はｐ型窒化ガリウム半導体層とされ、以上により発光ダイオードエピタキシャル構造を完成する。
【００１７】
最後に第２形態半導体層２１２及び活性層２１０をエッチングして第１形態半導体層２０８の一部表面を露出させ、さらにＴｉ／Ａｌで第１形態半導体層２０８の露出した一部表面に第１電極２１４を形成する。この第１電極２１４はｎ型電極とされる。Ｎｉ／Ａｕで第２形態半導体層２１２の表面に第２電極２１６を形成する。このため該第２電極２１６はｐ型電極とされる。以上の工程の実施により、図２に示される発光ダイオード装置が得られる。
【００１８】
上述の実施例中の窒化ガリウム層２０４は有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で堆積させるほか、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、或いはスパッタ法等の方式で成長させることができる。
【００１９】
本発明は格子層を成長させることにより発光ダイオード装置の発光効率を高めるほか、混合層を加えることにより更に発光ダイオード装置の発光効率を高めている。そのうち該混合層は入射する光線を拡散させる材質の層、即ち粗化層を少なくとも具え、これにより混合層が光線を散乱させる機能を具備する。粗化層の生成は以下の二種類の方法がある。その一つは成長温度とガス雰囲気の制御により界面層（例えばＳｉＮ、ＡｌＮ）に微細な孔を具備させる方法であり、もう一つは量子点をインプラントする方式で薄膜を形成する方法である。上述の二種類の方法を図３及び図４の実施例中に実施する。
【００２０】
図３は本発明の発光ダイオード装置の第２実施例の断面図である。図３中の各層は有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）の工程により堆積させる。図３の発光ダイオード装置の製造方法は以下の工程を具えている。
【００２１】
まず、基板３００を提供する。該基板３００の材質はサファイヤ、炭化けい素、シリコン、ガリウム砒素、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ2 ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2 ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとされる。
【００２２】
続いて、５００〜６００℃で厚さが２０〜５０ｎｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）材質のバッファ層３０２を成長させる。
【００２３】
さらに１０００〜１２００℃で厚さが１〜２μｍのシリコンドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）層３０４を成長させ、続いて厚さが１〜１００ｎｍの粗化層３０６を成長させる。そのうち、粗化層３０６の材料は、窒化けい素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び窒化チタン（ＴｉＮ）を含む群より選択した材料を少なくとも含む。これにより窒化ガリウム層３０４と粗化層３０６で混合層を形成する。続いて格子層３０８を粗化層３０６の上に形成する。その方法の一つは、リソグラフィー工程で粗化層３０６の表面に複数の格子を具えた網状パターンを形成し、その後、ドライエッチング或いはウエットエッチングで格子の形状を形成する、というものである。もう一つの方法は、直接ツール或いはレーザーで必要な格子を切り出す方法であり、以上のいずれの方法によっても格子層３０８に格子パターンを形成することができる。且つ格子パターンは少なくとも条状、矩形、円形及び三角形を含む群のうちの任意の形状で構成しうる。
【００２４】
続いて第１形態半導体層３１０を格子層３０８の上に成長させる。該第１形態半導体層３１０は厚さが１〜２μｍでシリコンドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）層とされ、ゆえに該第１形態半導体層３１０はｎ型窒化ガリウム半導体層である。
【００２５】
続いて、温度を７００〜９００℃に下げて、活性層３１２を第１形態半導体層３１０の上に成長させる。活性層３１２はｐｎ接合、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）、単層量子井戸（ＳＱＷ）、及びｉｎＧａＮ／ＧａＮ多層量子井戸（ＭＱＷ）のうち任意の一種類の構造とされる。
【００２６】
その後、再度温度を１０００〜１２００℃にあげて、第２形態半導体層３１４を活性層３１２の上に成長させる。該第２形態半導体層３１４は厚さが０．１〜０．２μｍでマグネシウムドープの窒化ガリウム層であり、ゆえに第２形態半導体層３１４はｐ型窒化ガリウム半導体層とされ、以上により発光ダイオードエピタキシャル構造を完成する。
【００２７】
最後に第２形態半導体層３１４及び活性層３１２をエッチングして第１形態半導体層３１０の一部表面を露出させ、さらにＴｉ／Ａｌで第１形態半導体層３１０の露出した一部表面に第１電極３１６を形成する。この第１電極３１６はｎ型電極とされる。Ｎｉ／Ａｕで第２形態半導体層３１４の表面に第２電極３１８を形成する。このため該第２電極３１８はｐ型電極とされる。以上の工程の実施により、図３に示される発光ダイオード装置が得られる。
【００２８】
上述の実施例中、粗化層３０６は有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で堆積させるか、或いは多層膜蒸着法（例えばＥ−ｇｕｎ多層膜蒸着法）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、或いはスパッタで成長させうる。
【００２９】
図４は本発明の発光ダイオード装置の第３実施例の断面図である。図４中の各層は有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で堆積される。図４の発光ダイオード装置の製造方法は以下の工程を具えている。
【００３０】
まず、基板４００を提供する。該基板４００の材質はサファイヤ、炭化けい素、シリコン、ガリウム砒素、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ2 ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2 ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとされる。
【００３１】
続いて、５００〜６００℃で厚さが１〜１００ｎｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）材質のバッファ層４０２を成長させる。
【００３２】
さらに１０００〜１２００℃で厚さが１〜２μｍのシリコンドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）層４０４を成長させ、続いて厚さが１〜１００ｎｍで且つでＡｌu Ｇａ(1-u-v) Ｉｎv Ｎ量子点を具えた粗化層４０６を成長させる。そのうちｕ、ｖパラメータの範囲は０≦ｕ、ｖ＜１且つ０≦ｕ＋ｖ＜１であり、窒化ガリウム層４０４と粗化層４０６で混合層を形成する。続いて格子層４０８を粗化層４０６の上に形成する。その方法は、リソグラフィー工程で粗化層４０６の表面に複数の格子を具えた網状パターンを形成し、その後、ドライエッチング或いはウエットエッチングで格子の形状を形成する、というものである。もう一つの方法は、直接ツール或いはレーザーで必要な格子を切り出す方法であり、以上のいずれの方法によっても格子層４０８に格子パターンを形成することができる。且つ格子パターンは少なくとも条状、矩形、円形及び三角形を含む群のうちの任意の形状で構成しうる。
【００３３】
続いて、第１形態半導体層４１０を格子層４０８の上に形成する。該第１形態半導体層４１０は厚さが３μｍでシリコンドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）層とされ、ゆえに該第１形態半導体層４１０はｎ型窒化ガリウム半導体層である。
【００３４】
続いて、温度を７００〜９００℃に下げて、活性層４１２を第１形態半導体層４１０の上に成長させる。活性層４１２はｐｎ接合、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）、単層量子井戸（ＳＱＷ）、及びｉｎＧａＮ／ＧａＮ多層量子井戸（ＭＱＷ）のうち任意の一種類の構造とされる。その後、再度温度を１０００〜１２００℃にあげて、第２形態半導体層４１４を活性層４１２の上に成長させる。該第２形態半導体層４１４は厚さが０．１〜０．２μｍでマグネシウムドープの窒化ガリウム層であり、ゆえに第２形態半導体層４１４はｐ型窒化ガリウム半導体層とされ、以上により発光ダイオードエピタキシャル構造を完成する。最後に第２形態半導体層４１４及び活性層４１２をエッチングして第１形態半導体層４１０の一部表面を露出させ、さらにＴｉ／Ａｌで第１形態半導体層４１０の露出した一部表面に第１電極４１６を形成する。この第１電極４１６はｎ型電極とされる。Ｎｉ／Ａｕで第２形態半導体層４１４の表面に第２電極４１８を形成する。このため該第２電極４１８はｐ型電極とされる。以上の工程の実施により、図４に示される発光ダイオード装置が得られる。
【００３５】
以上の実施例から分かるように、本発明によると、発光ダイオードのエピタキシー過程で格子層を成長させるほか、別に粗化層を具えた混合層を成長させ、周知の技術がエピタキシャル完成後にさらに後続の粗化処理を行なうのに較べ、本発明は使用する工程が便利で且つ工程が有効に簡易化され、これにより進歩性と産業上の利用性を具備している。
【００３６】
以上の実施例は本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなし得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】
【００３７】
【図１】本発明の基本型の発光ダイオード装置の断面図である。
【図２】本発明の発光ダイオード装置の第１実施例の断面図である。
【図３】本発明の発光ダイオード装置の第２実施例の断面図である。
【図４】本発明の発光ダイオード装置の第３実施例の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  発光ダイオード装置
１００  基板
１０２  格子層
１０４  ｎ型半導体層
１０６  ｐｎ接合
１０８  ｐ型半導体層
１１０  光束
２００  基板
２０２  バッファ層
２０４  窒化ガリウム層
２０６  格子層
２０８  第１形態半導体層
２１０  活性層
２１２  第２形態半導体層
２１４  第１電極
２１６  第２電極
３００  基板
３０２  バッファ層
３０４  窒化ガリウム層
３０６  粗化層
３０８  格子層
３１０  第１形態半導体層
３１２  活性層
３１４  第２形態半導体層
３１６  第１電極
３１８  第２電極
４００  基板
４０２  バッファ層
４０４  窒化ガリウム層
４０６  粗化層
４０８  格子層
４１０  第１形態半導体層
４１２  活性層
４１４  第２形態半導体層
４１６  第１電極
４１８  第２電極
【図１】
2005072089.tif 000003
【図２】
2005072089.tif 000004
【図３】
2005072089.tif 000005
【図４】
2005072089.tif 000006