(57)【要約】      （修正有）【課題】素子内部で放射した光の散乱放射率を大幅に向上するＧａＮ系発光素子を提供する。【解決手段】サファイアまたは炭化珪素（ＳｉＣ）製基板上に緩衝層を形成した後、この緩衝層上にｎ-ＧａＮ系のエピタキシャル沈殿層を成長する第１工程と、前記ｎ-ＧａＮ系エピタキシャル沈殿層の上にマルチ量子井戸活性層を形成する第２工程と、前記マルチ量子井戸活性層の上にｐ-ＧａＮ（p-GaN-based）系のエピタキシャル沈殿層を成長した後、エッチング法により、一部のｎ-ＧａＮ層の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層と、一部のｐ-ＧａＮ層とを取り除くことによって、ｎ-ＧａＮ層に露出面を形成させる第３工程と、エッチングした後に残ったｐ-ＧａＮ層の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するＺｎＯ系窓層を成長させることで、好適な光取出層が形成された第４工程とを含む。【選択図】図３
2005197505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイアまたは炭化珪素を基板とし、前記基板の上面に緩衝層を形成した後、ｎ-ＧａＮ系のエピタキシャル沈殿層を成長する第１工程と、
前記ｎ-ＧａＮ系エピタキシャル沈殿層の上にマルチ量子井戸活性層を形成する第２工程と、
前記マルチ量子井戸活性層の上にｐ-ＧａＮ系のエピタキシャル沈殿層を成長した後、エッチング法により一部のｎ-ＧａＮ層の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層と、一部のｐ-ＧａＮ層と、を取り除くことによって、ｎ-ＧａＮ層に露出面を形成させる第３工程と、
エッチングした後に残ったｐ-ＧａＮ層の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するＺｎＯ系窓層を成長させることによって、好適な光取出層を形成させる第４工程と、を含み、
これにより、ｎ-ＧａＮ層の露出面の上にｎタイプ金属電極を設置することができ、且つＺｎＯ系窓層の上にｐタイプ金属電極を設置することができるので、発光ダイオードによる発光デバイスが形成されたことを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
前記光取出層の厚さは５０Å〜５０μｍ程度であることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
前記光取出層の厚さは少なくとも１μｍ程度である場合に、上記製造プロセスは、さらにＺｎＯ系透明導電層の上に表面処理を実施する第５工程を有し、第５工程は、光取出層の表面を荒くし又はエンボシングすることにより、もっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加することを特徴とする請求項２に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
サファイアまたは炭化珪素を基板とし、前記基板の上面に緩衝層を形成した後、ｎ-ＧａＮ系のエピタキシャル沈殿層を成長する第１工程と、
前記ｎ-ＧａＮ系エピタキシャル沈殿層の上にマルチ量子井戸活性層を形成する第２工程と、
前記マルチ量子井戸活性層の上にｐ-ＧａＮ系のエピタキシャル沈殿層を成長した後、エッチング法により、一部のｎ-ＧａＮ層の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層と、一部のｐ-ＧａＮ層と、を取り除くことによって、ｎ-ＧａＮ層に露出面を形成させる第３工程と、
エッチングした後に残ったｐ-ＧａＮ層の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するＩｎｘＺｎ1-ｘＯ系窓層を成長させることによって、好適な光取出層を形成させる第４工程とを含み、
これにより、ｎ-ＧａＮ層の露出面の上にｎタイプ金属電極を設置することができ、且つＩｎｘＺｎ1-ｘＯ系窓層の上にｐタイプ金属電極を設置することができるので、発光ダイオードの発光デバイスが形成されたことを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
前記光取出層の厚さは５０Å〜５０μｍ程度であることを特徴とする請求項４に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
前記光取出層の厚さは少なくとも１μｍ程度である場合に、上記製造プロセスは、さらにＩｎｘＺｎ1-ｘＯ系透明導電層の上に表面処理を実施する第５Ａ工程を有し、第５Ａ工程は、光取出層の表面を荒くし又はエンボシングすることにより、もっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加することを特徴とする請求項５に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項７】
サファイアまたは炭化珪素を基板とし、前記基板の上面に緩衝層を形成した後、また、ｎ-ＧａＮ系のエピタキシャル沈殿層を成長する第１工程と、
前記ｎ-ＧａＮ系エピタキシャル沈殿層の上にマルチ量子井戸活性層を形成する第２工程と、
前記マルチ量子井戸活性層の上にｐ-ＧａＮ系のエピタキシャル沈殿層を成長した後、エッチング法により、一部のｎ-ＧａＮ層の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層と、一部のｐ-ＧａＮ層と、を取り除くことによって、ｎ-ＧａＮ層に露出面を形成させる第３工程と、
エッチングした後に残ったｐ-ＧａＮ層の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するＳｎｘＺｎ1-ｘＯ系窓層を成長させることによって、好適な光取出層を形成させる第４工程とを含み、
これにより、ｎ-ＧａＮ層の露出面の上にｎタイプ金属電極を設置することができ、且つＳｎｘＺｎ1-ｘＯ系窓層の上にｐタイプ金属電極を設置することができるので、発光ダイオードの発光デバイスが形成されたことを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項８】
前記光取出層の厚さは５０Å〜５０μｍ程度であることを特徴とする請求項７に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
前記光取出層の厚さは少なくとも１μｍ程度である場合に、上記製造プロセスは、さらにＳｎｘＺｎ1-ｘＯ系透明導電層の上に表面処理を実施する第５Ｂ工程を有し、第５Ｂ工程は、光取出層の表面を荒くし又はエンボシングすることにより、もっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加することを特徴とする請求項８に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項１０】
サファイアまたは炭化珪素を基板とし、前記基板の上面に緩衝層を形成した後、また、ｎ-ＧａＮ系のエピタキシャル沈殿層を成長する第１工程と、
前記ｎ-ＧａＮ系エピタキシャル沈殿層の上にマルチ量子井戸活性層を形成する第２工程と、
前記マルチ量子井戸活性層の上にｐ-ＧａＮ系のエピタキシャル沈殿層を成長した後、エッチング法により、一部のｎ-ＧａＮ層の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層と、一部のｐ-ＧａＮ層と、を取り除くことによって、ｎ-ＧａＮ層に露出面を形成させる第３工程と、
エッチングした後に残ったｐ-ＧａＮ層の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するＩｎｘＳｎＹＺｎ1-ｘ-ＹＯ系窓層を成長させることによって、好適な光取出層を形成させる第４工程とを含み、
これにより、ｎ-ＧａＮ層の露出面の上にｎタイプ金属電極を設置することができ、且つＩｎｘＳｎＹＺｎ1-ｘ-ＹＯ系窓層の上にｐタイプ金属電極を設置することができるので、発光ダイオードの発光デバイスが形成されたことを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項１１】
前記光取出層の厚さは５０Å〜５０μｍ程度であることを特徴とする請求項１０に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項１２】
前記光取出層の厚さは少なくとも１μｍ程度である場合に、上記製造プロセスは、さらにＩｎｘＳｎＹＺｎ1-ｘ-ＹＯ系透明導電層の上に表面処理を実施する第５Ｃ工程を有し、第５Ｃ工程は、光取出層の表面を荒くし又はエンボシングすることにより、もっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加することを特徴とする請求項１１に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項１３】
基板と、多層エピタキシャル構造と、光取出層と、ｎタイプ金属電極と、ｐタイプ金属電極とから構成され、前記多層エピタキシャル構造は、緩衝層と、第一半導体層と、光発生層と、第二半導体層と、を含む窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードであって、
前記基板は、サファイアまたは炭化珪素で作成され、
前記緩衝層は、基板の上面に形成されたＬＴ-ＧａＮ／ＨＴ-ＧａＮ緩衝層であり、ＬＴ-ＧａＮは先に基板で成長された低温緩衝層であり、ＨＴ-ＧａＮはＬＴ-ＧａＮの上に成長された高温緩衝層であり、
前記第一半導体層は、前記緩衝層の上に成長されたｎタイプＧａＮ基III-V族化合物半導体層であり、
前記光発生層は、前記第一半導体層の上に成長されたＧａＮ基III-V族化合物半導体層であり、または活性層と称し、ＧａＮのマルチ量子井戸でもよく、
前記第二半導体層は、前記光発生層の上に成長されたｐタイプＧａＮ基III-V族化合物半導体層であり、
前記光取出層は、前記第二半導体層の上に成長され光が透過できる金属酸化層であり、ＺｎＯ材質でもよく、
前記ｎタイプ金属電極は、前記第一半導体層の露出面に設置され、
前記ｐタイプ金属電極は前記光取出層の上に設置され、
これにより、後続のチップ加工と、設置と、ボンディングと、樹脂注入パッキングと、などの工程によって窒化ガリウム基の発光ダイオードが得られることを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１４】
前記基板の厚さは３００〜４５０μｍ程度であり、前記ＬＴ-ＧａＮ緩衝層の厚さは３０〜５００Å程度であり、前記ＨＴ-ＧａＮ緩衝層の厚さは０．５〜６μｍ程度であり、前記第一半導体層の厚さは２〜６μｍ程度であり、前記第二半導体層は、ｐ-ＧａＮやｐ-ＩｎＧａＮやｐ-ＡｌＩｎＧａＮのエピタキシャル沈殿層でもよく、その厚さは０．２〜０．５μｍ程度であることを特徴とする請求項１３に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１５】
前記光発生層はＩｎＧａＮのマルチ量子井戸であることを特徴とする請求項１３に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１６】
前記光発生層は一エピタキシャル層だけを含んでもよく、且つ前記エピタキシャル層はＡｌＧａＩｎＮ基III-V族化合物半導体から構成されたことを特徴とする請求項１３に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１７】
前記光取出層は、ＩｎｘＺｎ1-ｘＯを材質として構成された金属酸化層でもよく、且つ０≦Ｘ≦１であることを特徴とする請求項１３に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１８】
前記光取出層は、ＳｎｘＺｎ1-ｘＯを材質として構成された金属酸化層でもよく、且つ０≦Ｘ≦１であることを特徴とする請求項１３に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１９】
前記光取出層は、ＩｎｘＳｎＹＺｎ1-ｘ-ＹＯを材質として構成された金属酸化層でもよく、且つ０≦Ｘ≦１であり、０≦Ｙ≦１であり、且つ０≦Ｘ＋Ｙ≦１であることを特徴とする請求項１３に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２０】
前記光取出層は、１．５以上の屈折率を有する金属酸化層でもよいことを特徴とする請求項１３に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２１】
前記光取出層は、ｎタイプ伝導又はｐタイプ伝導の金属酸化層でもよいことを特徴とする請求項１３に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２２】
前記光取出層は、希土類元素がドーピングされた金属酸化層でもよいことを特徴とする請求項１３に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２３】
前記光取出層は、より優れた可視光透過特性範囲を持つ金属酸化層でもよく、且つその範囲は４００〜７００ｎｍ程度であることを特徴とする請求項１３に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２４】
前記光取出層の厚さは５０Å〜５０μｍ程度であることを特徴とする請求項１３に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２５】
前記光取出層の厚さは少なくとも１μｍ程度である場合に、前記光取出層の表面を荒くし又はエンボシングすることにより、もっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加することを特徴とする請求項１３に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２６】
前記エンボシング模様は円錐体から構成されてもよいことを特徴とする請求項２５に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２７】
前記エンボシング模様は三角錐体から構成されてもよいことを特徴とする請求項２５に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２８】
前記エンボシング模様は四角錐体から構成されてもよいことを特徴とする請求項２５に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２９】
前記エンボシング模様は、任意の形状を持つ錐体から構成されてもよいことを特徴とする請求項２５に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３０】
前記エンボシング模様は、多数の溝から構成され、且つ前記溝の配置は三角形を呈し、前記各溝は適当な距離で離間しており、それらに電流を流すことができることを特徴とする請求項２５に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３１】
前記エンボシング模様は、多数の溝から構成され、且つ前記溝の配置は矩形を呈し、前記各溝は適当な距離で離間しており、それらに電流を流すことができることを特徴とする請求項２５に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３２】
前記エンボシング模様は、多数の溝から構成され、且つ前記溝の配置は菱形を呈し、前記各溝は適当な距離で離間しており、それらに電流を流すことができることを特徴とする請求項２５に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３３】
前記エンボシング模様は、多数の溝から構成され、且つ前記溝の配置は多辺形を呈し、前記各溝は適当な距離で離間しており、それらに電流を流すことができることを特徴とする請求項２５に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３４】
前記エンボシング模様は、多数の溝から構成され、且つ前記溝の配置はどのような形状を呈してもよく、前記各溝は適当な距離で離間しており、それらに電流を流すことができることを特徴とする請求項２５に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３５】
基板の上に活性層を有する多層エピタキシャル構造を成長し、且つエピタキシャル方法により、前記多層エピタキシャル構造の上に適当な厚さを有し光透過特性が優れた金属酸化層を成長し、これらを光取出層とし、そして、多層エピタキシャル構造のｎタイプ半導体層の露出面の上にｎタイプ金属電極を設置し、光取出層の上にｐタイプ金属電極を設置することにより、発光ダイオードの発光デバイスが形成されたことを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項３６】
前記金属酸化層は、ＺｎＯ又はＩｎｘＺｎ1-ｘＯ又はＳｎｘＺｎ1-ｘＯ又はＩｎｘＳｎＹＺｎ1-ｘ-ＹＯなどの材質から構成されたものであってもよく、且つ０≦Ｘ≦１であり、０≦Ｙ≦１であり、０≦Ｘ＋Ｙ≦１であることを特徴とする請求項３５に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項３７】
前記金属酸化層はスパッタリング自己組織法により形成されたことを特徴とする請求項３６に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項３８】
前記金属酸化層はＰＶＤ法により形成されたことを特徴とする請求項３６に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項３９】
前記金属酸化層はイオン・プレーティング法により形成されたことを特徴とする請求項３６に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項４０】
前記金属酸化層はパルスド・レーザ蒸着法により形成されたことを特徴とする請求項３６に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項４１】
前記金属酸化層はＣＶＤ法により形成されたことを特徴とする請求項３６に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
【請求項４２】
前記金属酸化層は分子線エピタキシャル成長法により形成されたことを特徴とする請求項３６に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体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、窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の窒化ガリウム基の発光デバイスは、Ｎｉ／Ａｕ構成をｐタイプ半導体層の表面での透明電極とすることにより、発光デバイスの発光効率を改善するが、このようなＮｉ／Ａｕ構成の自身は光透過特性が良くないため、Ｎｉ／Ａｕ構成の成形厚さは極めて薄く、具体的には、僅かに０．００５〜０．２μｍ程度であり、また、臨界角度θｃ原則によれば、透明電極は適当な厚さを有しないと、光りの散乱放射が難しくなるため、Ｎｉ／Ａｕ構成はその厚さの制限で、その光透過特性が理想的な状況になることはできない。
【０００３】
また、Ｎｉ／Ａｕ構成を透明電極とする従来の窒化ガリウム基発光デバイスは、上記構成の制限で、０．００５〜０．２μｍ程度の成形厚さの上に、表面処理を実施することによりサイドエッジを更に多くすることができないため、光の散乱放射率を向上することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、より優れた光取出率を有し且つ透明電極の厚さをより厚くすることができる窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードとその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた本願の請求項１は、サファイアまたは炭化珪素（ＳｉＣ）を基板とし、前記基板の上面に緩衝層を形成した後、また、ｎ-ＧａＮ系のエピタキシャル沈殿層を成長する第１工程と、前記ｎ-ＧａＮ系エピタキシャル沈殿層の上にマルチ量子井戸活性層を形成する第２工程と、前記マルチ量子井戸活性層の上にｐ-ＧａＮ（p-GaN-based ）系のエピタキシャル沈殿層を成長した後、エッチング法により、一部のｎ-ＧａＮ層の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層と、一部のｐ-ＧａＮ層と、を取り除くことによって、ｎ-ＧａＮ層に露出面を形成させる第３工程と、エッチングした後に残ったｐ-ＧａＮ層の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するＺｎＯ系窓層を成長させることによって、好適な光取出層を形成させる第４工程とを含み、これにより、ｎ-ＧａＮ層の露出面の上にｎタイプ金属電極を設置することができ、且つＺｎＯ系窓層の上にｐタイプ金属電極を設置することができるので、発光ダイオードの発光デバイスが形成されたことを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードとその製造方法であることを要旨としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１から図３を参照する。
【実施例１】
【０００７】
図１から図３を参照する。本発明の実施例１は、光透過特性がより優れたＺｎＯ材料を利用し、エピタキシャル方式により、多層エピタキシャル構造の上に適当な厚さを有する金属酸化層を成長することによって、光取出層を形成する。また、図１から図２に示すのは、本発明の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法であり、次の工程を含む。
【０００８】
サファイアまたは炭化珪素（ＳｉＣ）を基板１０とし、基板１０の上面１１に緩衝層を形成した後、また、ｎ-ＧａＮ系のエピタキシャル沈殿層２１を成長する第１工程と、
ｎ-ＧａＮ系エピタキシャル沈殿層２１の上にマルチ量子井戸活性層２３を形成する第２工程と、
マルチ量子井戸活性層２３の上にｐ-ＧａＮ系（ p-GaN-basedであり、例えば、ｐ-ＧａＮやｐ-ＩｎＧａＮやｐ-ＡｌＩｎＧａＮなど）のエピタキシャル沈殿層２５を成長した後、エッチング法により、一部のｎ-ＧａＮ層２１の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層２３と、一部のｐ-ＧａＮ層２５と、を取り除くことによって、ｎ-ＧａＮ層２１に露出面２１ａを形成させる第３工程と、
エッチングした後に残ったｐ-ＧａＮ層２５の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するＺｎＯ系窓層３１を成長させることによって、好適な光取出層を形成させる第４工程とを有する。
【０００９】
これにより、ｎ-ＧａＮ層２１の露出面２１ａの上にｎタイプ金属電極４０を設置することができ、且つＺｎＯ系窓層３１の上にｐタイプ金属電極５０を設置することができるため、発光ダイオードによる発光デバイスが形成された。
【００１０】
ここで説明したいのは、本発明の金属酸化層は、スパッタリング自己組織法により形成されても良く、ＰＶＤ法により形成されても良い。また、イオン・プレーティング法により形成されても良く、パルスド・レーザ蒸着法により形成されても良い。さらに、ＣＶＤ法により形成されても良く、分子線エピタキシャル成長法により形成されても良い。
【００１１】
また、前記発光デバイスは、加工したチップをリードフレーム（図示せず）に設置した後、ボンディングして、樹脂を注入することによりパッキングすると、発光ダイオードが完成される。この作業は従来の技術と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００１２】
図３に示すのは本発明の構成である。基板１０と、多層エピタキシャル構造２０と、光取出層３０と、ｎタイプ金属電極４０と、ｐタイプ金属電極５０と、から構成され、多層エピタキシャル構造２０は、緩衝層２２と、第一半導体層２４と、光発生層２６と、第二半導体層２８とを含む。
【００１３】
基板１０は、サファイアまたは炭化珪素（ＳｉＣ）で作製され、その厚さは３００〜４５０μｍ程度である。
【００１４】
緩衝層２２は、基板１０の上面１１に形成されたＬＴ-ＧａＮ／ＨＴ-ＧａＮ緩衝層であり、ＬＴ-ＧａＮは、先に基板１０で成長された低温緩衝層であり、その厚さは３０〜５００Å程度であり、なお、ＨＴ-ＧａＮは、ＬＴ-ＧａＮの上に成長された高温緩衝層であり、その厚さは０．５〜６μｍ程度である。
【００１５】
第一半導体層２４は、緩衝層２２の上に成長されたｎタイプＧａＮ基III-V族化合物半導体層であり、その厚さは２〜６μｍ程度であり、成長温度Ｔｇは約９８０〜１０８０℃である。
【００１６】
光発生層２６は、第一半導体層２４の上に成長されたＧａＮ基III-V族化合物半導体層であり、または活性層と称し、これは、ＧａＮのマルチ量子井戸でも良いし、ＩｎＧａＮのマルチ量子井戸でも良い。
【００１７】
第二半導体層２８は、光発生層２６の上に成長されたｐタイプＧａＮ基III-V族化合物半導体層であり、これは、例えばｐ-ＧａＮやｐ-ＩｎＧａＮやｐ-ＡｌＩｎＧａＮなどのいずれ一種のエピタキシャル沈殿層でもよく、その厚さは０．２〜０．５μｍ程度であり、成長温度Ｔｇは約９５０〜１０００℃である。
【００１８】
光取出層３０は、第二半導体層２８の上に成長され光が透過できる金属酸化層であり、ＺｎＯ材質でも良い。
【００１９】
ｎタイプ金属電極４０は、第一半導体層２４の露出面２４ａに設置される。ｐタイプ金属電極５０は光取出層３０の上に設置される。
【００２０】
これにより、光取出層３０を有する発光デバイスが構成され、且つ光取出層３０は適当な厚さを有するため、活性ゾーンから発散した光線は、光取出層３０のサイドエッジと表面とを透過することが更にし易くなり、放射した光りの散乱放射量が多くなるので、発光デバイスの光取出率は向上された。
【００２１】
ここで説明したいのは、光発生層２６（すなわち、活性層）は、エピタキシャル層だけを含んでもよく、且つエピタキシャル層がＡｌＧａＩｎＮ基III-V族化合物半導体層で構成されたものである。
【００２２】
また、光取出層３０は、ＺｎＯ又はＳｎｘＺｎ1-ｘＯ又はＩｎｘＳｎＹＺｎ1-ｘ-ＹＯなどを材質として形成された前記金属酸化層で構成されたものである。
【００２３】
また、光取出層３０は、１．５以上の屈折率を有する金属酸化層で構成されても良い。また、光取出層３０は、ｎタイプ伝導又はｐタイプ伝導の金属酸化層で構成されても良い。
【００２４】
また、光取出層３０は、希土類元素がドーピングされた金属酸化層で構成されても良い。また、光取出層３０は、より優れた可視光透過特性範囲（例えば、４００〜７００ｎｍ程度）を持つ金属酸化層で構成されても良い。
【００２５】
上記に述べたのは、全て本発明のデバイスの実施可能な方式であり、本発明の要旨から伸びたものであるため、これらの全ては本願の特許範囲内に含まれるべきである。
【００２６】
図４を参照する。ＺｎＯのエネルギー・ギャップＢ１は約３．４ｅＶ（即ち、Ｅｇ（ＺｎＯ）≒３．４ｅＶ）であり、なお、ｐ-ＧａＮのエネルギー・ギャップＢ２も約３．４ｅＶ（即ち、Ｅｇ（ｐ-ＧａＮ）≒３．４ｅＶ）であるため、両者のエネルギー・ギャップ偏移量Ｂ３は少なく、結晶格子の取組みがより良いので、エピタキシャル沈殿法によりｐ-ＧａＮ層の上にＺｎＯ系窓層を設置することが可能になり、且つ適当な厚さを持つ光取出層に成長することができる。一般には、ＧａＮの結晶格子定数ａ≒３．１８９Åであり、ＺｎＯの結晶格子定数ａ≒３．２４Åであり、なお、サファイアの結晶格子定数ａ≒４．７５８Å（１０Å＝１ｎｍ、１０００ｎｍ＝１μｍ）である。
【００２７】
図５を参照する。発光ダイオードのような発光デバイス内部の光りは、臨界角度θｃ以内の光りだけ外部に散乱放射することができるため、適当な厚さを持つ光取出層は発光デバイスの光取出率を向上することができる。図面に示すように、本発明の光取出層３０の厚さは少なくとも１μｍ有するので、活性ゾーンから発散した光線は、光取出層３０の表面３０１とサイドエッジ３０２とをもっと透過し易くなり、光取出率が更に良くなった。
【００２８】
図６を参照する。本発明の光取出層３０の厚さを５０Å〜５０μｍにすることができるため、薄膜を厚くすることができる。光取出層３０の厚さは少なくとも１μｍ有する場合には、本発明の方法は、更に、ＺｎＯ系透明導電層の上に表面処理を実施する工程を有し、この工程は、光取出層３０の露出した表面を荒くすることにより、更に多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加する。
【００２９】
図７と図８を参照する。光取出層３０の表面をエンボシングしてエンボシング模様を形成してもよく、前記エンボシング模様によれば、光取出層３０ももっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加することができる。図７に示すように、エンボシング模様３０３は、円錐体又は三角錐体を呈しても良い。また、図８に示すように、エンボシング模様３０５は、四角錐体などの形状を呈しても良い。そして、その他のどのような形状の錐体であっても、本発明のエンボシング模様の実施できる方案である。
【００３０】
図９を参照する。光取出層３０の表面に形成したエンボシング模様３０３，３０５又は荒い表面の内部で放射された光りについて、断面概略説明図によりその散乱放射状況を説明する。すなわち、従来のものの光取出層３０の表面には、一部の放射された光線が水平状な表面に反射されて外部に散乱放射できないが、本発明のものでは、二サイドエッジ３０２の間に一部の光線が複数回反射され、最後は外部に散乱放射した。
【００３１】
図１０と図１１に示すのは、エンボシング模様のもう一つの実施例を示す概略説明図であって、前記エンボシング模様は、多数の溝３０７から構成され、且つ溝３０７の配置は三角形または矩形または菱形はまた多辺形を呈してもよく、各溝３０７は適当な距離で離間しており、それらに電流が流通できる。且つ溝３０７の配置する形状について、上記に挙げた形状の他のどのような配置でも本発明の実施可能な方式として採用できる。
【実施例２】
【００３２】
図１２と図１３に示すのは本発明の実施例２であり、光透過性を持つＩｎｘＺｎ1-ｘＯ材料を利用し、エピタキシャル方式により、多層エピタキシャル構造の上に適当な厚さを有する金属酸化層を成長することによって、光取出層を形成する。本実施例の製造プロセスは実施例１とほぼ同様であるが、第４工程は第４Ａ工程に変更された。
【００３３】
前記第４Ａ工程は、エピタキシャル方式により、エッチングして残ったｐ-ＧａＮ層２５の上に適当な厚さを有するＩｎｘＺｎ1-ｘＯ系窓層３２を成長することによって、光取出層を形成する。上記に述べたのは、本発明の実施できるもう一つの方式であり、本発明の要旨から伸びたものであるため、これらの全ては本願の特許範囲内に含まれるべきである。
【００３４】
図１４に示す本発明の実施例２は、さらにＩｎｘＺｎ1-ｘＯ系透明導電層の上に表面処理を実施する第５Ａ工程を有する。前記第５Ａ工程は、ＩｎｘＺｎ1-ｘＯ系窓層３２の露出した表面（すなわち、光取出層３０の表面にｐタイプ金属電極５０が設置されない部分）を荒くすることにより、更に多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加する。
【実施例３】
【００３５】
図１５と図１６に示すのは本発明の実施例３であり、光透過性を持つＳｎｘＺｎ1-ｘＯ材料を利用し、エピタキシャル方式により、多層エピタキシャル構造の上に適当な厚さを有する金属酸化層を成長することによって、光取出層を形成する。本実施例の製造プロセスは実施例１とほぼ同様であるが、第４工程は第４Ｂ工程に変更した。
【００３６】
前記第４Ｂ工程は、エピタキシャル方式により、エッチングして残ったｐ-ＧａＮ層２５の上に適当な厚さを有する一ＳｎｘＺｎ1-ｘＯ系窓層３３を成長することによって、光取出層を形成する。上記に述べたのは、本発明の実施できるもう一つの方式であり、本発明の要旨から伸びたものであるため、これらの全ては本願の特許範囲内に含まれるべきである。
【００３７】
図１７に示す本発明の実施例３は、さらにＳｎｘＺｎ1-ｘＯ系透明導電層の上に表面処理を実施する第５Ｂ工程を有する。前記第５Ｂ工程は、ＳｎｘＺｎ1-ｘＯ系窓層３３の露出した表面（すなわち、光取出層３０の表面にｐタイプ金属電極５０が設置されない部分）を荒くすることにより、もっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加する。
【実施例４】
【００３８】
図１８と図１９に示すのは本発明の実施例４であり、光透過性を持つＩｎｘＳｎＹＺｎ1-ｘ-ＹＯ材料を利用し、エピタキシャル方式により、多層エピタキシャル構造の上に適当な厚さを有する金属酸化層を成長することによって、光取出層を形成する。本実施例の製造プロセスは実施例１とほぼ同様であるが、第４工程は第４Ｃ工程に変更した。
【００３９】
前記第４Ｃ工程は、エピタキシャル方式により、エッチングして残ったｐ-ＧａＮ層２５の上に適当な厚さを有するＩｎｘＳｎＹＺｎ1-ｘ-ＹＯ系窓層３４を成長することによって、光取出層を形成する。上記に述べたのは、本発明の実施できるもう一つの方式であり、本発明の要旨から伸びたものであるため、これらの全ては本願の特許範囲内に含まれるべきである。
【００４０】
図２０に示す本発明の実施例４は、さらにＩｎｘＳｎＹＺｎ1-ｘ-ＹＯ系透明導電層の上に表面処理を実施する第５Ｃ工程を有する。前記第５Ｃ工程は、ＩｎｘＳｎＹＺｎ1-ｘ-ＹＯ系窓層３４の露出した表面（すなわち、光取出層３０の表面にｐタイプ金属電極５０が設置されない部分）を荒くすることにより、更に多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加する。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は次のような産業上の利用可能性を有する。
（イ）本発明はエピタキシャル方式により、多層エピタキシャル構造の上に適当な厚さを有し光透過特性がより優れた金属酸化層を成長することによって、光取出層を形成し、これにより、発光デバイスが形成されるため、従来のＮｉ／Ａｕ構成を採用する必要がなくなり、且つより高い光取出率が得られる。
（ロ）本発明はＮｉ／Ａｕ構成を有しないため、光取出層の厚さを適当に厚くすることができ、ひいては、発光デバイスの光取出率を向上することができる。
（ハ）本発明は光取出層の厚さを適当に厚くすることができるため、光取出層に表面処理を実施することにより、もっと多くのサイドエッジを形成することによって、光の散乱放射率を大幅に向上することができる。
（二）本発明の活性層は、ＧａＮのマルチ量子井戸又はＩｎＧａＮのマルチ量子井戸又はＡｌＧａＩｎＮ基III-V族の単一エピタキシャル層であっても良い。
（ホ）ＺｎＯやＩｎｘＺｎ1-ｘＯやＳｎｘＺｎ1-ｘＯやＩｎｘＳｎＹＺｎ1-ｘ-ＹＯなどの材質は、金属酸化層を構成することができ、且つ前記金属酸化層は本発明の光取出層に適用することができる。
（へ）１．５以上の屈折率を有する金属酸化層は、本発明の光取出層に適用することができる。
（ト）ｎタイプ伝導又はｐタイプ伝導の金属酸化層は、本発明の光取出層に適用することができる。
（チ）希土類元素がドーピングされた金属酸化層は、本発明の光取出層に適用することができる。
（リ）より優れた可視光透過特性範囲（例えば、４００〜７００ｎｍ程度）を持つ金属酸化層は、本発明の光取出層に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の製造方法の実施例１の製造プロセスを示す概略説明図である。
【図２】本発明に係る発光ダイオードの実施例１の斜視図である。
【図３】本発明に係る発光ダイオードの実施例１の構成を示す概略説明図である。
【図４】ＺｎＯ及びｐ-ＧａＮのエネルギーバンドを示す概略説明図である。
【図５】発光装置内部の光が外部へ散乱放射している状態を示す概略説明図である。
【図６】本発明の製造方法の実施例２の製造プロセスを示す概略説明図である。
【図７】光取出層の表面処理を示す概略説明図である。
【図８】光取出層の表面処理を示す概略説明図である。
【図９】エンボシング模様内部の光が外部へ散乱放射している状態を示す概略説明図である。
【図１０】エンボシング模様のもう一つの実施例を示す概略説明図である。
【図１１】エンボシング模様のもう一つの実施例を示す概略説明図である。
【図１２】本発明の製造方法の実施例２の製造プロセスを示す概略説明図である。
【図１３】本発明に係る発光ダイオードの実施例２の構成を示す概略説明図である。
【図１４】本発明の製造方法の実施例２のもう一つの製造プロセスを示す概略説明図である。
【図１５】本発明の製造方法の実施例３の製造プロセスを示す概略説明図である。
【図１６】本発明に係る発光ダイオードの実施例３の構成を示す概略説明図である。
【図１７】本発明の製造方法の実施例３のもう一つの製造プロセスを示す概略説明図である。
【図１８】本発明の製造方法の実施例４の製造プロセスを示す概略説明図である。
【図１９】本発明に係る発光ダイオードの実施例４の構成を示す概略説明図である。
【図２０】本発明の製造方法の実施例４のもう一つの製造プロセスを示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０    基板
１１    上面
２０    多層エピタキシャル構造
２１    ｎ-ＧａＮ層
２１ａ  露出面
２２    緩衝層
２３    マルチ量子井戸活性層
２４    第一半導体層
２５    ｐ-ＧａＮ層
２６    光発生層
２８    第二半導体層
３０    光取出層
３０１  表面
３０２  サイドエッジ
３０３，３０５  エンボシング模様
３０７  溝
３１    ＺｎＯ系窓層
３２    ＩｎｘＺｎ1-ｘＯ系窓層
３３    ＳｎｘＺｎ1-ｘＯ系窓層
３４    ＩｎｘＳｎＹＺｎ1-ｘ-ＹＯ系窓層
４０    ｎタイプ金属電極
５０    ｐタイプ金属電極
Ｂ１    ＺｎＯエネルギーギャップ
Ｂ２    ｐ-ＧａＮエネルギーギャップ
Ｂ３    エネルギーギャップ偏移量
【図１】
2005197505.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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