(57)【要約】【課題】優れた熱安定性を有し、寿命の長い発光ダイオードデバイスを提供する。【解決手段】窒化物発光ダイオードおよびその製造方法について説明する。窒化物発光ダイオードは窒化チタン系材料から作製されたＰ型電極、Ｎ型電極およびＰ型透明コンタクト層を有する。窒化チタン系材料は優れたオーミック接触特性および透明性を有するだけでなく、優れた熱安定性を有し、そのため、発光ダイオードの熱安定性が効果的に改善される。【選択図】  図２
2005303252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と；
前記透明基板上に配置されたＮ型半導体層と；
前記Ｎ型半導体層の一部上に配置され、前記Ｎ型半導体層の他の部分は露出している、発光エピタキシャル構造と；
前記発光エピタキシャル構造上に配置されたＰ型半導体層と；
前記Ｐ型半導体層上に配置されたＰ型透明コンタクト層と；
前記Ｎ型半導体層の前記露出した部分上に配置されたＮ型電極と；
前記Ｐ型透明コンタクト層の一部上に配置されたＰ型電極と；
を備え、
前記Ｎ型電極および前記Ｐ型電極のそれぞれは窒化チタン系材料を含む、窒化物発光ダイオード。
【請求項２】
前記Ｐ型透明コンタクト層は窒化チタン系材料層である、請求項１記載の窒化物発光ダイオード。
【請求項３】
前記Ｐ型透明コンタクト層の材料、ならびに前記Ｎ型電極および前記Ｐ型電極の各々の窒化チタン系材料はTiN、TiNZnおよびTiNBeからなる群から選択される、請求項１記載の窒化物発光ダイオード。
【請求項４】
前記Ｐ型電極は窒化チタン系材料層/Au層構造である、請求項１記載の窒化物発光ダイオード。
【請求項５】
前記Ｎ型電極は、窒化チタン系材料層/Al-Si-Cu層/窒化チタン系材料層構造である、請求項１記載の窒化物発光ダイオード。
【請求項６】
透明基板と；
前記透明基板上に配置されたＮ型半導体層と；
前記Ｎ型半導体層の一部上に配置され、前記Ｎ型半導体層の他の部分は露出している、発光エピタキシャル構造と；
前記発光エピタキシャル構造上に配置されたＰ型半導体層と；
前記Ｐ型半導体層上に配置されたＰ型透明コンタクト層と；
前記Ｎ型半導体層の前記露出した部分上に配置され、順に積層された第１の窒化チタン系材料層、Al-Si-Cu材料層、および第２の窒化チタン系材料層を備える、Ｎ型電極と；
前記Ｐ型透明コンタクト層の一部上に配置され、順に積層された第３の窒化チタン系材料層およびAu層を備える、Ｐ型電極と；
を備える、窒化物発光ダイオード。
【請求項７】
透明基板上にＮ型半導体層を形成する工程と；
前記Ｎ型半導体層の一部上に発光エピタキシャル構造を形成し、前記Ｎ型半導体層の他の部分は露出させる工程と；
前記発光エピタキシャル構造上にＰ型半導体層を形成する工程と；
前記Ｐ型半導体層上にＰ型透明コンタクト相を形成する工程と；
前記Ｎ型半導体層の前記露出した部分上にＮ型電極を形成する工程と；
前記Ｐ型透明コンタクト層の一部上にＰ型電極を形成する工程と；
を含み、
前記Ｎ型電極および前記Ｐ型電極のそれぞれは窒化チタン系材料を含む、窒化物発光ダイオードを製造するための方法。
【請求項８】
前記Ｐ型透明コンタクト層を形成する工程と、前記窒化チタン系材料のＮ型電極およびＰ型電極の各々を形成する工程は、
チタン含有膜を形成する工程と；および
窒素雰囲気下でアニーリング工程を実施し、前記チタン含有膜を窒化チタン化合物層に変換する工程と；
を含む、請求項７記載の窒化物発光ダイオードを製造するための方法。
【請求項９】
前記アニーリング工程の温度は約50℃〜約1000℃の間である、請求項７記載の窒化物発光ダイオードを製造するための方法。
【請求項１０】
前記アニーリング工程の温度は約300℃〜約700℃の間である、請求項８記載の窒化物発光ダイオードを製造するための方法。
【請求項１１】
前記チタン含有膜の材料は、Ti、TiZnおよびTiBeからなる群から選択される、請求項８記載の窒化物発光ダイオードを製造するための方法。
【請求項１２】
前記Ｐ型透明コンタクト層の材料、ならびに前記Ｎ型電極および前記Ｐ型電極の各々の前記窒化チタン系材料は、Ti、TiZnおよびTiBeからなる群から選択される、請求項８記載の窒化物発光ダイオードを製造するための方法。
【請求項１３】
前記Ｐ型電極を形成する工程は、順に積層されたAu層および窒化チタン系材料層を形成する工程を含む、請求項７記載の窒化物発光ダイオードを製造するための方法。
【請求項１４】
前記Ｎ型電極を形成する工程は、順に積層された第1の窒化チタン系材料層と、Al-Si-Cu層と、第2の窒化チタン系材料層を形成する工程を含む、請求項７記載の窒化物発光ダイオードを製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物発光ダイオードおよびその製造方法に関し、より詳細には、優れた熱安定性を有する窒化物発光ダイオードおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、半導体材料を使用して形成されるデバイスである。発光ダイオードは電気エネルギーを光エネルギーに変換することができる一種の微小固体光源である。発光ダイオードは、容積が小さい、寿命が長い、駆動電圧が低い、応答速度が速い、耐衝撃性があるなどの多くの利点を有し、様々な装置の軽量化、薄膜化および小型化の要求を満たすことができ、このため、今日では非常に大衆的な電子製品となっている。
【０００３】
近年では、GaN、AlGaN、InGaNおよびAlInGaNなどの窒化物系半導体を使用した発光デバイスに多くの注目が向けられている。通常、上記の型の発光デバイスの多くは、導電性基板を使用する他の発光デバイスとは異なり、電気絶縁性サファイア基板上に成長させる。
【０００４】
図１は、従来の発光ダイオードの断面図である。従来の発光ダイオード100では、透明基板102上に最初にバッファ層104を形成させる。バッファ層104上に、連続して、Ｎ型半導体層106、Ｎ型クラッド層108、発光層110、Ｐ型クラッド層112およびＰ型半導体層114をエピタキシャル成長させる。次に、発光ダイオード100をフォトリソグラフィープロセスおよびエッチングプロセスによりパターニングし、Ｐ型半導体層114の一部、Ｐ型クラッド層112の一部、発光層110の一部およびＮ型クラッド層108の一部を除去し、Ｎ型半導体106層の一部を露出させる。プロセス信頼性を向上させるために、パターニングプロセス中にＮ型半導体層106の一部を除去する。その後、Ｐ型透明コンタクト層116をＰ型半導体114層上に形成させる。続いて、Ｎ型電極120およびＰ型電極118をそれぞれ、Ｎ型半導体層106の露出部分、およびＰ型透明コンタクト層116の一部上に形成させ、発光ダイオードを完成させる。
【０００５】
従来の発光ダイオード100では、Ｐ型透明コンタクト層116としてNi層/Au層積層構造が採用され、Ｎ型電極120としてTi層/Al層積層構造が通常採用され、Ｐ型電極118としてNi層/Au層積層構造が典型的に採用される。Ni層/Au層積層構造のＰ型電極透明コンタクト層116およびＰ型電極118では、Ｐ型透明コンタクト層116およびＰ型電極118は光透過性のために非常に薄くされ、そのためＰ型透明コンタクト層116の熱安定性が悪い。さらに、Ti層/Al層積層構造のＮ型電極120では、N-電極120の熱安定がアルミニウムの熱移動により影響を受け、減少する。そのため、Ｐ型透明コンタクト層116およびＰ型電極118の厚さが非常に薄いこと、ならびにN-電極120のアルミニウムの熱移動特性により、発光ダイオード100の熱安定性が減少する。その結果、発光ダイオード100の動作性能が減少し、発光ダイオード100の寿命が、長期にわたる動作に対し非常に短くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そのため、優れた熱安定性を有し、寿命の長い発光ダイオードデバイスが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、Ｐ型透明コンタクト層およびＰ型電極の材料として窒化チタン系材料を採用した窒化物発光ダイオードを提供する。窒化物系材料は透明性を有し良好なオーミック接触能力を提供するだけでなく、優れた熱安定性を有し、このため発光ダイオードデバイスの熱安定性が向上する。
【０００８】
本発明はまた、Ｎ型電極およびＰ型電極が窒化チタン系材料から作製される窒化物発光ダイオードを提供する。そのため、Ｎ型電極およびＰ型電極は良好なオーミック接触を達成することができ、さらに優れた熱安定性が得られ、これにより発光ダイオードデバイスの熱安定性が事実上向上する。
【０００９】
本発明はまた、窒化物発光ダイオードの製造方法を提供する。チタン含有材料膜を形成した後、チタン含有材料膜をアニール法により窒素雰囲気下で、窒化チタン系材料層に変換させ、Ｐ型透明コンタクト層、Ｐ型電極およびＮ型電極の材料とする。窒化チタン系材料の熱安定性は優れており、そのため発光ダイオードデバイスの熱安定性が改善され、発光ダイオードデバイスの動作性能が向上し、発光ダイオードデバイスの寿命が事実上長くなる。
【００１０】
本発明は透明基板と；前記透明基板上に配置されたＮ型半導体層と；前記Ｎ型半導体層の一部上に配置され、そのＮ型半導体層の他の部分は露出している、発光エピタキシャル構造と；前記発光エピタキシャル構造上に配置されたＰ型半導体層と；前記Ｐ型半導体層上に配置されたＰ型窒化物透明コンタクト層と；前記Ｎ型半導体層の露出した部分上に配置されたＮ型電極と；および前記Ｐ型窒化物透明コンタクト層の一部上に配置されたＰ型電極と；を備え、前記Ｎ型電極およびＰ型電極は窒化チタン系材料を含む、窒化物発光ダイオードを提供する。
【００１１】
本発明の好ましい態様によれば、Ｎ型電極はTiN層/Al-Si-Cu化合物層/TiN層積層構造とすることができ、Ｐ型電極はTiN層/Au層積層構造とすることができる。
【００１２】
本発明はさらに、透明基板上にＮ型半導体層を形成する工程と；前記Ｎ型半導体層の一部上に発光エピタキシャル層を形成すると共に、Ｎ型半導体層の他の部分は露出させる工程と；前記発光エピタキシャル構造上にＰ型半導体層を形成する工程と；前記Ｐ型半導体層上にＰ型窒化物透明コンタクト層を形成する工程と；前記Ｎ型半導体層の前記露出部分上にＮ型電極を形成する工程と；および前記Ｐ型透明コンタクト層の一部上にＰ型電極を形成する工程と；を含み、前記Ｎ型電極およびＰ型電極の材料は窒化チタン系材料を含む、窒化物発光ダイオードを製造するための方法を提供する。
【００１３】
本発明の好ましい態様によれば、窒化チタン系材料のＮ型電極およびＰ型電極を形成する工程では、最初に、チタン含有膜を形成し、その後、前記チタン含有膜を、窒素雰囲気下で、アニーリング工程を実施することにより窒化チタン系化合物層に変換する。チタン含有膜のアニーリング工程では、温度は好ましくは50℃〜1000℃の間、さらに好ましくは300℃〜700℃の間に制御される。
【発明の効果】
【００１４】
窒化チタン系材料を使用してＰ型透明コンタクト層、Ｐ型電極およびＮ型電極を製造することにより、窒化チタン系材料は透明特性を有し、良好なオーミック接触能力を提供することができ、さらに優れた熱安定性を有する。そのため、発光ダイオードデバイスの熱安定性が大きく改善され、動作性能を向上させ、デバイスの寿命を長くするという目的が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の前記観点および多くの付随の利点は、添付の図面を用いてなされている下記の詳細な説明を参照することにより、より容易に認識され、よりよく理解されるであろう。
【００１６】
本発明は、窒化チタン系材料を使用してＰ型透明コンタクト層、Ｐ型電極およびＮ型電極を作製する、窒化物発光ダイオードおよびその製造方法を開示する。窒化チタン系材料は透明であり、優れたオーミック接触および優れた熱安定性を有している。そのため、発光ダイオードデバイスの熱安定性を向上させることができ、動作性能を向上させるおよび装置の寿命を長くするという目的が達成される。本発明をより明確にかつ完全に説明するために、下記の記述は図2を参照する。
【００１７】
図2について説明すると、図2は本発明の好ましい態様による発光ダイオードの断面図である。発光ダイオード200は例えば、窒化物発光ダイオードとすることができる。発光ダイオード200の作製では、透明基板202が最初に提供される。典型的には、窒化物発光ダイオードでは、透明基板202の材料は、例えばサファイアとすることができる。次に、バッファ層204を透明基板202上に、その後にエピタキシャル層を成長させるために、例えばエピタキシャル法により成長させる。バッファ層の材料は、例えばGaNとすることができる。バッファ層204を形成した後、Ｎ型半導体層206をバッファ層204上に、例えば、エピタキシャル法により成長させる。この場合、Ｎ型半導体層206の材料は好ましくはＮ型GaNである。
【００１８】
その後、発光エピタキシャル構造を、例えば、エピタキシャル法により成長させ、Ｎ型クラッド層208、発光層210およびＰ型クラッド層212を連続してＮ型半導体層206上に成長させる。発光層210は好ましくは多重量子井戸(MQW)とすることができる。発光エピタキシャル構造を形成した後、Ｐ型半導体層214を、例えばエピタキシャル法により、発光エピタキシャル構造のＰ型クラッド層212上で成長させる。Ｐ型半導体層214の材料は好ましくはＰ型GaNとすることができる。Ｐ型半導体層214を形成した後、発光ダイオード200のパターニング工程を、例えばフォトリソグラフィー法およびエッチング法により実施することができ、Ｐ型半導体層214の一部、Ｐ型クラッド層212の一部、発光層210の一部およびＮ型クラッド層208の一部が除去され、Ｎ型半導体層206の一部が露出し、その後に形成したＮ型電極220がＮ型半導体層206と接触する。発光ダイオード200のパターニング工程では、Ｎ型半導体層206がパテーニング工程後に確実に露出するように、オーバーエッチング手順が実施される。したがって、パターニング工程では、Ｎ型半導体層206の一部が、図2に示されるように除去される。
【００１９】
続いて、例えば、電気メッキ法、無電解メッキ法または堆積法により、チタン含有材料膜(図示せず)を形成し、Ｐ型半導体層214を被覆する。その後、窒素雰囲気下でアニーリング工程を実施し、チタン含有材料膜を窒化チタン化合物層、すなわちＰ型透明コンタクト層216に変換する。本発明の好ましい態様では、チタン含有材料膜の材料は、例えば、チタン、チタン-亜鉛合金またはチタン-ベリリウム合金とすることができる。窒素雰囲気下でアニーリング工程を実施した後、Ｐ型透明コンタクト層216を窒化チタン系材料、例えば、TiN、TiNZnまたはTiNBeから形成することができる。ここで、TiNZnにおけるZnとTiの重量比またはTiNBeにおけるBeとTiの重量比は２〜１２：１００である。アニーリング工程では、反応温度は好ましくは50℃〜1000℃、より好ましくは300℃〜700℃の間に制御される。
【００２０】
本発明の1つの特徴は、Ｐ型透明コンタクト層216の材料として、窒化チタン系材料が使用されることである。優れたオーミック接触および透明性の他に、窒化チタン系材料はさらに優れた熱安定性を有する。そのため、窒化チタン系材料を適用することにより、Ｐ型透明コンタクト層216の熱安定性を大きく改善することができる。
【００２１】
Ｐ型透明コンタクト層216を形成した後、Ｎ型電極220およびＰ型電極をそれぞれ、Ｎ型半導体層206の露出部分およびＰ型透明コンタクト層216の一部上に形成し、図2に示した構造などの窒化物発光ダイオード200を完成させる。Ｐ型電極218およびＮ型電極220の材料はすべて、窒化チタン系材料から成り、窒化チタン系材料は、好ましくはTiN、TiNZnまたはTiNBeとすることができる。例えば、Ｐ型電極218は好ましくは窒化チタン系材料層/Au層積層構造、例えばTiN層/Au層とすることができ；Ｎ型電極220は好ましくは窒化チタン系材料層/Al-Si-Cu層/窒化チタン系材料層積層構造、例えばTiN層/Al-Si-Cu層//TiN層とすることができる。本発明の好ましい態様では、窒化チタン系材料のＰ型電極218またはＮ型電極220を作製する場合、最初に、例えば、電気めっき堆積法により、Ｐ型透明コンタクト層216の一部またはＮ型半導体層206の露出部分上にチタン含有膜(図示せず)を形成する。その後、窒素雰囲気下でチタン含有膜上でアニーリング工程を実施し、チタン含有膜を窒化チタン化合物層に変換する。本発明では、チタン含有膜の材料は好ましくは、Ti、TiZnまたはTiBeとすることができる。ここで、TiNZnにおけるZnとTiの重量比またはTiNBeにおけるBeとTiの重量比は２〜１２：１００である。チタン含有膜のアニーリング工程では、反応温度は好ましくは50℃〜1000℃、より好ましくは300℃〜700℃の間に制御される。
【００２２】
本発明の他の特徴は、Ｐ型電極218およびＮ型電極220の主な材料として、窒化チタン系材料が使用されることである。優れたオーミック接触および透明性に加えて、窒化チタン系材料はさらに優れた熱安定性を有し、そのため、発光ダイオード200の熱安定性が効果的に向上する。
【００２３】
上記説明によれば、本発明の1つの利点は、本発明の窒化物発光ダイオードのＰ型透明コンタクト層およびＰ型電極の材料として、窒化チタン系材料が使用されていることである。優れたオーミック接触および透明性を除いて、窒化物-系材料はさらに優れた熱安定性を有する。そのため、発光ダイオードの熱安定性を向上させるという目的が達成できる。
【００２４】
上記説明によれば、本発明の他の利点は、本発明の窒化物発光ダイオードのＮ型電極およびＰ型電極が窒化チタン系材料から作製されることである。窒化チタン系材料を適用すると、Ｎ型電極およびＰ型電極は良好なオーミック接触および優れた熱安定性を達成することができる。そのため、発光ダイオードデバイスの熱安定性が改善され、発光ダイオードデバイスの動作性能が向上し、発光ダイオードデバイスの寿命を長くするという目的が達成できる。
【００２５】
当業者であれば理解されるように、本発明の前記好ましい態様は、本発明を限定するものではなく、説明するものである。様々な改変および同様の配列が添付の請求の範囲の精神および範囲内に含まれ、その範囲はそのような改変および同様の構造をすべて含むように最も広く解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の発光ダイオードの断面図である。
【図２】本発明の好ましい態様による発光ダイオードの断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
100  発光ダイオード、202  透明基板、204  バッファ層、206  Ｎ型半導体層、208  Ｎ型クラッド層、210  発光層、212  Ｐ型クラッド層、214  Ｐ型半導体層、216  Ｐ型透明コンタクト層、218  Ｐ型電極、220  Ｎ型電極。
【図１】
2005303252.tif 000003
【図２】
2005303252.tif 000004