(57)【要約】【課題】  周知の粗化工程を省略でき、発光効率を高められる発光ダイオード装置及びその製造方法の提供。【解決手段】  基板表面に先ずバッファ層を成長させ、その後、該バッファ層の上に発光ダイオード構造を成長させ、該発光ダイオード構造は、ｐ型窒化ガリウム層の上のｐ型量子点エピタキシャル層を具え、ｐ型量子点エピタキシャル層の具備する粗化による光の散乱効果により、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造層で形成した発光層の発射する光線の経路を改変し、内部全反射の割合を減らし、これにより周知の粗化工程を省略できるようにすると共に、発光効率を高める。【選択図】        図１
2005072092.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、
基板と、
該基板の上に形成されると共に窒化ガリウム系化合物を材料とするバッファ層と、
該バッファ層の上に位置すると共に窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物で形成されたｎ型窒化ガリウム層、該ｎ型窒化ガリウム層の上に位置すると共にＩｎＧａＮ系化合物で形成された多重量子井戸構造層、該多重量子井戸構造層の上に位置すると共にｐ型窒化アルミニウムガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物で形成されたｐ型窒化アルミニウムガリウム層、該ｐ型窒化アルミニウムガリウム層の上に位置すると共にｐ型窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物で形成されたｐ型窒化ガリウム層を結合させてなる発光ダイオード構造層と、
該発光ダイオード構造層の該ｐ型窒化ガリウム層の上に位置すると共にＡｌＧａＩｎＮ系化合物で形成されたｐ型量子点エピタキシャル層と、
該ｐ型量子点エピタキシャル層の上に位置すると共に電気的に接続され、ニッケル／金で形成されたｐ型オームコンタクト電極と、
該発光ダイオード構造層のｎ型窒化ガリウム層、該多重量子井戸構造層、該ｐ型窒化アルミニウムガリウム層、該ｐ型窒化ガリウム層及び該ｐ型量子点エピタキシャル層の一部がエッチングにより除去された後に露出させられた該ｎ型窒化ガリウム層の一部表面に位置すると共に電気的に接続され、チタン／アルミニウムで形成され、順方向バイアスを発光ダイオード構造に印加できるｎ型オームコンタクト電極と、
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】
発光ダイオード装置の製造方法において、
基板を設置し、
基板の表面にバッファ層を成長させ、
該バッファ層の表面に、ｎ型窒化ガリウム層、多重量子井戸構造層、ｐ型窒化アルミニウムガリウム層、ｐ型窒化ガリウム層を結合させた発光ダイオード構造層を成長させ、
該発光ダイオード構造層の該ｐ型窒化ガリウム層の表面上に、ｐ型量子点エピタキシャル層を成長させ、該ｐ型量子点エピタキシャル層をニッケル／金で形成したｐ型オームコンタクト電極と電気的に接続させ、該ｎ型窒化ガリウム層をチタン／アルミニウムで形成したｎ型オームコンタクト電極と電気的に接続させ、これにより順方向バイアスを印加できるようにすることを特徴とする、発光ダイオード装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の発光ダイオード装置の製造方法において、ｐ型量子点エピタキシャル層がＡｌu Ｇａ(1-u-v) Ｉｎv Ｎ薄膜とされ、０≦ｘ、ｙ＜１且つ０≦ｘ＋ｙ＜１であることを特徴とする、発光ダイオード装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２記載の発光ダイオード装置の製造方法において、基板を、サファイヤ基板、炭化けい素（ＳｉＣ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ2 ）基板、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2 ）基板及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板のいずれかとすることを特徴とする、発光ダイオード装置の製造方法。
【請求項５】
請求項２記載の発光ダイオード装置の製造方法において、ｐ型量子点エピタキシャル層の厚さを１０Åより大きくすることを特徴とする、発光ダイオード装置の製造方法。
【請求項６】
請求項２記載の発光ダイオード装置の製造方法において、ｐ型量子点エピタキシャル層の平均粗さを１０Åより大きくすることを特徴とする、発光ダイオード装置の製造方法。
【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、ｐ型窒化ガリウム層の上のｐ型量子点エピタキシャル層を具えた発光ダイオード装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードの材料において、ＩＩＩ−Ｖ族窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体の屈折係数（ｎ＝２．３）と空気（ｎ＝１）間の屈折係数の違いは非常に大きく、このため、全反射臨界角は約２５度だけであり、発光層の発生する光のほとんどは内部に全反射されて外部に射出されない。このような界面の欠点を改善するための周知の技術として、半導体表面を粗化する方法があり、それにより発光層から発射された光の経路を粗化層界面の散乱特性により改変し、これにより全反射の割合を減らしている。これに関係する技術は非特許文献１中に記載されている。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い。特に、ｐ型窒化ガリウム層はこれにより抵抗値の上昇を形成しやすく、それが電流分布に影響を与え、発光効率を劣化させる。且つｐ型窒化ガリウム層は通常堆積の厚さが非常に薄く（０．１〜０．３μｍ）、直接ｐ型窒化ガリウム層を粗化すると発光層を破壊して発光面積を減少させる恐れが有り、並びに一般に窒化ガリウム発光ダイオードに適用される透明電極は、透光を良好とするため、非常に薄い厚さ（１０ｎｍ）に維持されなければならないが、粗化加工時に破壊されて透明電極の不連続を形成し、電流分布に不良な影響を形成したり、発光効率を下げることがある。これにより、ｐ型窒化ガリウム層を十分な厚さに堆積させなければ、ドライエッチングを行なえないが、厚過ぎるｐ型窒化ガリウム層は均一な電流分散に不利であり、発光効率を低下させる。このため直接ｐ型窒化ガリウム層を粗化することは実行し難い。
【０００３】
【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】
【０００４】
以上の問題を鑑み、本発明はエピタキシャル方式を利用して粗化の効果を達成し、窒化ガリウム系発光装置の発光効率を改善する。本発明の提供する窒化ガリウム発光装置を粗化する方法は、従来の技術と比較すると明らかに発光効率を高めることができる。
【０００５】
本発明の主要な目的は、ｐ型量子点エピタキシャル層をｐ型窒化ガリウム層の表面上に成長させ、窒化ガリウム系のｐ型量子点エピタキシャル層の具備する粗化散乱効果の特性を利用し、周知の発光ダイオード構造の粗化散乱効果を得るための粗化工程を省略できるようにすることにある。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、ｐ型量子点エピタキシャル層により、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造層の形成する発光層の発射する光線の経路を、ｐ型量子点エピタキシャル層の粗化散乱効果により系辺し、内部全反射の割合を減らし、発光効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、発光ダイオード装置において、
基板と、
該基板の上に形成されると共に窒化ガリウム系化合物を材料とするバッファ層と、
該バッファ層の上に位置すると共に窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物で形成されたｎ型窒化ガリウム層、該ｎ型窒化ガリウム層の上に位置すると共にＩｎＧａＮ系化合物で形成された多重量子井戸構造層、該多重量子井戸構造層の上に位置すると共にｐ型窒化アルミニウムガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物で形成されたｐ型窒化アルミニウムガリウム層、該ｐ型窒化アルミニウムガリウム層の上に位置すると共にｐ型窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物で形成されたｐ型窒化ガリウム層を結合させてなる発光ダイオード構造層と、
該発光ダイオード構造層の該ｐ型窒化ガリウム層の上に位置すると共にＡｌＧａＩｎＮ系化合物で形成されたｐ型量子点エピタキシャル層と、
該ｐ型量子点エピタキシャル層の上に位置すると共に電気的に接続され、ニッケル／金で形成されたｐ型オームコンタクト電極と、
該発光ダイオード構造層のｎ型窒化ガリウム層、該多重量子井戸構造層、該ｐ型窒化アルミニウムガリウム層、該ｐ型窒化ガリウム層及び該ｐ型量子点エピタキシャル層の一部がエッチングにより除去された後に露出させられた該ｎ型窒化ガリウム層の一部表面に位置すると共に電気的に接続され、チタン／アルミニウムで形成され、順方向バイアスを発光ダイオード構造に印加できるｎ型オームコンタクト電極と、
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、発光ダイオード装置の製造方法において、
基板を設置し、
基板の表面にバッファ層を成長させ、
該バッファ層の表面に、ｎ型窒化ガリウム層、多重量子井戸構造層、ｐ型窒化アルミニウムガリウム層、ｐ型窒化ガリウム層を結合させた発光ダイオード構造層を成長させ、
該発光ダイオード構造層の該ｐ型窒化ガリウム層の表面上に、ｐ型量子点エピタキシャル層を成長させ、該ｐ型量子点エピタキシャル層をニッケル／金で形成したｐ型オームコンタクト電極と電気的に接続させ、該ｎ型窒化ガリウム層をチタン／アルミニウムで形成したｎ型オームコンタクト電極と電気的に接続させ、これにより順方向バイアスを印加できるようにすることを特徴とする、発光ダイオード装置の製造方法としている。
請求項３の発明は、請求項２記載の発光ダイオード装置の製造方法において、ｐ型量子点エピタキシャル層がＡｌu Ｇａ(1-u-v) Ｉｎv Ｎ薄膜とされ、０≦ｘ、ｙ＜１且つ０≦ｘ＋ｙ＜１であることを特徴とする、発光ダイオード装置の製造方法としている。
請求項４の発明は、請求項２記載の発光ダイオード装置の製造方法において、基板を、サファイヤ基板、炭化けい素（ＳｉＣ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ2 ）基板、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2 ）基板及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板のいずれかとすることを特徴とする、発光ダイオード装置の製造方法としている。
請求項５の発明は、請求項２記載の発光ダイオード装置の製造方法において、ｐ型量子点エピタキシャル層の厚さを１０Åより大きくすることを特徴とする、発光ダイオード装置の製造方法としている。
請求項６の発明は、請求項２記載の発光ダイオード装置の製造方法において、ｐ型量子点エピタキシャル層の平均粗さを１０Åより大きくすることを特徴とする、発光ダイオード装置の製造方法としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、ｐ型量子点エピタキシャル層をｐ型窒化ガリウム層の表面上に成長させ、窒化ガリウム系のｐ型量子点エピタキシャル層の具備する粗化散乱効果の特性を利用し、周知の発光ダイオード構造の粗化散乱効果を得るための粗化工程を省略できるようにした。
【０００９】
本発明は、ｐ型量子点エピタキシャル層により、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造層の形成する発光層の発射する光線の経路を、ｐ型量子点エピタキシャル層の粗化散乱効果により系辺し、内部全反射の割合を減らし、発光効率を高めた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の発光ダイオード装置の具体的実施例の表示図である。まず、サファイヤ基板１０１を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）システム中に置く。基板１０１の材料は、サファイヤのほか、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）のいずれかとされうる。
【００１１】
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１０２を成長させる。
【００１２】
続いて発光ダイオード構造層１０３を該バッファ層１０２の表面に成長させる。該発光ダイオード構造層１０３はｎ型窒化ガリウム層１０３０、多重量子井戸構造層１０３２、ｐ型窒化アルミニウムガリウム層１０３４とｐ型窒化ガリウム層１０３６を具えている。そのうち、ｎ型窒化ガリウム層１０３０は該バッファ層１０２の上に位置し、該ｎ型窒化ガリウム層１０３０は、その材料が窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物とされ、１０００〜１２００℃で厚さ１〜２μｍに成長させられたシリコンドープのｎ型窒化ガリウム層１０３０（ｎ−ｔｙｐｅ  ＧａＮ）とされる。続いて、基板１０１温度を７００〜９００℃に高め、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造層１０３２をｎ型窒化ガリウム層１０３０の上に成長させて発光層とし、続いて、マグネシウムドープのｐ型窒化アルミニウムガリウム層１０３４を成長させ、その後、さらにマグネシウムドープのｐ型窒化ガリウム層１０３６を成長させる。
【００１３】
該ｐ型窒化ガリウム層１０３６の上に、マグネシウムドープのｐ型量子点エピタキシャル層１０７を成長させる。該ｐ型量子点エピタキシャル層１０７の材料は窒化アルミニウムインジウムガリウム系化合物とされ、平均の粗さは１０Åより大きく、それは窒化アルミニウムインジウムガリウム薄膜（Ａｌx Ｇａ(1-x-y) Ｉｎy Ｎ）とされ、０≦ｘ、ｙ＜１且つ０≦ｘ＋ｙ＜１である。以上で発光ダイオードエピタキシャル構造が完成する。
【００１４】
このエピタキシャル構造に対して、ドライエッチングの誘導結合型反応性イオンエッチング (ＩＣＰ−ＲＩＥ）工程を利用し、一部のｐ型量子点エピタキシャル層１０７、ｐ型窒化ガリウム層１０３６、ｐ型窒化アルミニウムガリウム層１０３４、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造層１０３２を除去し、並びにｎ型窒化ガリウム層１０３０表面を露出させ、さらにニッケル／金でｐ型量子点エピタキシャル層１０７の表面にｐ型オームコンタクト電極１０８を形成し並びに電気的に接続し、チタン／アルミニウムでｎ型窒化ガリウム層１０３０の表面にｎ型オームコンタクト電極１０９を形成し並びに電気的に接続し、これにより、順方向バイアスを印加できるようにし、以上により本発明の発光ダイオード装置の製作を完成する。
【００１５】
図２は本発明の実施例の発光ダイオード装置の製造方法のフローチャートである。まず、工程２０１において、サファイア基板１０１を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）システム中に置き、バッファ層１０２を成長させる。この工程において、温度５００〜６００℃で２０〜５０ｎｍの厚さの窒化ガリウムバッファ層１０２を形成する。
【００１６】
続いて、工程２０３で、発光ダイオード構造層１０３を成長させる。この工程において、基板１０１の温度を１０００〜１２００℃に高めて１〜２μｍ厚さのシリコンドープｎ型窒化ガリウム層１０３０を成長させ、そのの考案は、サンプル片を取り出して有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）システム中に入れ、並びに基板温度を７００〜９００℃に高め、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造層１０３２を成長させて発光層となし、続いてマグネシウムドープのｐ型窒化アルミニウムガリウム層１０３４を成長させ、その後、更にマグネシウムドープのｐ型窒化ガリウム層１０３６を成長させる。
【００１７】
さらに工程２０５において、ｐ型窒化ガリウム層１０３６の上にマグネシウムドープのｐ型量子点エピタキシャル層１０７を成長させる。こうして発光ダイオードエピタキシャル構造を完成する。
【００１８】
さらに工程２０７において、電極を形成する。この工程において、このエピタキシャル構造に対してドライエッチングの誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）を利用し、一部のｐ型量子点エピタキシャル層１０７、ｐ型窒化ガリウム層１０３６、ｐ型窒化アルミニウムガリウム層１０３４、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造層１０３２を除去し、並びに一部のｎ型窒化ガリウム層１０３０表面を露出させ、さらにニッケル／金でｐ型量子点エピタキシャル層１０７の表面にｐ型オームコンタクト電極１０８を形成し、チタン／アルミニウムでｎ型窒化ガリウム層１０３０の表面にｎ型オームコンタクト電極１０９を形成する。以上の工程により本発明の発光ダイオード装置を完成する。
【００１９】
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】
【００２０】
【図１】本発明の発光ダイオード構造の実施例の断面図である。
【図２】本発明の発光ダイオード装置の製造方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２１】
１０１  基板
１０２  バッファ層
１０３  発光ダイオード構造層
１０３０  ｎ型窒化ガリウム層
１０３２  ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造層
１０３４  ｐ型窒化アルミニウムガリウム層
１０３６  ｐ型窒化ガリウム層
１０７  ｐ型量子点エピタキシャル層
１０８  ｐ型オームコンタクト電極
１０９  ｎ型オームコンタクト電極
２０１  バッファ層成長
２０３  発光ダイオード構造層成長
２０５  ｐ型量子点エピタキシャル層成長
２０７  電極形成
【図１】
2005072092.tif 000003
【図２】
2005072092.tif 000004