(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶基板上にヘテロ構造の発光領域層を形成し、その上に表面側電極と中心を一致させた電流阻止用の部分絶縁膜を形成し、その上に当該部分絶縁膜を覆う形で透明導電膜から成る電流分散層を形成することにより、電流分散層中における表面側電極の直下に位置する部分に電流狭窄層を形成し、更にチップ表面中央に部分的な表面側電極を形成し、裏面の一部分または全面に基板側電極を形成した発光ダイオードの製造方法において、
上記部分絶縁膜を熱分解法またはゾルーゲル法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２】
結晶基板上に、ｐ型のクラッド層、活性層及びｎ型クラッド層からなるダブルヘテロ構造の発光領域層を形成し、その上に表面側電極と中心を一致させた電流阻止用の部分絶縁膜を形成し、その上に当該部分絶縁膜を覆う形で透明導電膜から成る電流分散層を形成することにより、電流分散層中における表面側電極の直下に位置する部分に電流狭窄層を形成し、更にチップ表面中央に部分的な表面側電極を形成し、裏面の一部分または全面に基板側電極を形成した発光ダイオードの製造方法において、
上記部分絶縁膜を熱分解法またはゾルーゲル法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３】
請求項１又は２記載の発光ダイオードの製造方法において、上記部分絶縁膜の形成方法として、上記発光領域層上に絶縁膜を熱分解法により形成した後、その表面にレジスト膜を形成しフォトリソグラフ法とエッチング法を用いて部分絶縁膜に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４】
請求項１又は２記載の発光ダイオードの製造方法において、上記部分絶縁膜の形成方法として、上記発光領域層上に熱分解法の塗布液を微小ノズルより放出して絶縁部分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５】
請求項１又は２記載の発光ダイオードの製造方法において、上記部分絶縁膜の形成方法として、上記発光領域層上に熱分解法の溶液をエピタキシャルウェハ上に塗布した後に乾燥させ、これにフォトマスクを通して紫外線を照射して焼成し、その後紫外線が照射されなかった部分を溶剤を用いて除去した後、熱処理して緻密に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６】
請求項１又は２記載の発光ダイオードの製造方法において、上記部分絶縁膜の形成方法として、熱分解法の絶縁材料を塗布した基板の上にレーザ光を照射して、照射した部分を分解させて、その後残りの部分を除去して部分絶縁膜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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いろいろな色を組み合わせて使用するディスプレーに使用する発光ダイオードの構造およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）は、その半導体の種類を選択することによりいろいろな色を発光することができる。最近ＧａＮやＡｌＧａＩｎＰの発光ダイオードが開発されたことから、青色から緑色の高輝度の発光が可能となった。これにより、すべての可視光の発光が可能となった。いろいろな色の発光が可能となったことから、フルカラーディスプレーの用途が広がり、屋外表示から各種装置での表示、そして最近では携帯電話用などと、その用途は広がっている。
【０００３】
図２に発光波長５９０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードチップの典型的な断面構造を示す。
【０００４】
図２に示すように、従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、有機金属気相成長法（以下、「ＭＯＶＰＥ法」と称する。）によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２、セレン又はシリコンをドープしたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層２３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層２４、亜鉛をドープしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層２５、及び亜鉛をドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓの電流分散層２７（「ウインドウ層」と呼ばれる場合もある。）を順次積層し、ｐ型電流分散層表面の一部に表面側電極２８を、またｎ型基板２１の裏面全面に基板側電極２９を設けた構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発光ダイオード（ＬＥＤチップ）の活性層２４から発せられる光は、上下左右のあらゆる方法に向けて放射されるが、ＬＥＤチップを構成する材料のうち、基板２１及びバッファ層２２に用いられるＧａＡｓ及び電極材料に一般的に用いられている金属は、光を透過しないため、基板２１とバッファ層２２のＧａＡｓ層及び表面側電極２８に到達した光は吸収されて、チップの外側に取り出すことができない。これが、発光ダイオードの発光輝度を下げる大きな原因となっている。
【０００６】
このうち、表面側電極での光の吸収による輝度低下の問題に関しては、ｐ型クラッド層中の、電極の下に位置する部分に、ｎ型層や絶縁膜からなる電流狭窄層を設け、電極直下での発光をなくして、それ以外の領域での電流密度を高め、効率良く光をＬＥＤチップの外側に取り出す工夫が行われている。この技術については、例えば、特許第２８５６３７４号公報などに開示されている。しかしながら、電極下のｐ型クラッド層中に電流狭窄層を設ける方法は、電流狭窄層を形成するのに複雑なプロセスを必要としたり、特殊な成長装置を要するなどの問題がある。
【０００７】
より簡易な構造として、図３に示すように、ｐ型上部クラッド層２５上の、表面側電極２８の直下に位置する部分に電流阻止用の絶縁膜２６を形成し、その上にｐ型ＡｌＧａＩｎＰから成る電流分散層２７を形成することにより、電流分散層２７中における表面側電極２８の直下に電流狭窄層を形成し、更にチップ表面中央に部分電極２８を形成し、裏面に部分または全面電極２９を形成した発光ダイオードがある。これは、電流分散層中において、表面側電極２８の直下に絶縁膜２６を挿入し、絶縁膜２６と表面側電極２８の間に電流分散膜２７を形成して電流分散させ、電極直下の活性層２４部分への電流注入を抑える形態のものである。
【０００８】
しかしながら、この図３の構造の発光ダイオードは、高輝度が得られるものの、絶縁膜や電流分散膜を形成するためにスパッタ法や蒸着法が用いられ、また部分絶縁膜に加工するためにはフォトリソプロセスが必要となる。この工程が増えることは、発光ダイオードの価格を高くすることになる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高輝度を得るべく電極直下に部分絶縁膜及び電流分散膜を安価に形成し、これにより表面側電極の直下の電流分散層中に電流狭窄層を容易、且つ安価に形成することのできる電流狭窄型の発光ダイオード及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、絶縁膜の形成方法として熱分解法を用い、微少ノズルによる塗布、紫外線を用いた部分紫外線分解などを行うものであり、具体的には次のように構成したものである。
【００１５】
請求項１の発明に係る発光ダイオードの製造方法は、結晶基板上にヘテロ構造の発光領域層を形成し、その上に表面側電極と中心を一致させた電流阻止用の部分絶縁膜を形成し、その上に当該部分絶縁膜を覆う形で透明導電膜から成る電流分散層を形成することにより、電流分散層中における表面側電極の直下に位置する部分に電流狭窄層を形成し、更にチップ表面中央に部分的な表面側電極を形成し、裏面の一部分または全面に基板側電極を形成した発光ダイオードの製造方法において、上記部分絶縁膜を熱分解法またはゾルーゲル法により形成することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項２の発明は、結晶基板上に、ｐ型のクラッド層、活性層及びｎ型クラッド層からなるダブルヘテロ構造の発光領域層を形成し、その上に表面側電極と中心を一致させた電流阻止用の部分絶縁膜を形成し、その上に当該部分絶縁膜を覆う形で透明導電膜から成る電流分散層を形成することにより、電流分散層中における表面側電極の直下に位置する部分に電流狭窄層を形成し、更にチップ表面中央に部分的な表面側電極を形成し、裏面の一部分または全面に基板側電極を形成した発光ダイオードの製造方法において、上記部分絶縁膜を熱分解法またはゾルーゲル法により形成することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項３の発明は、上記請求項１又は２記載の発光ダイオードの製造方法において、上記部分絶縁膜の形成方法として、上記発光領域層上に絶縁膜を熱分解法により形成した後、その表面にレジスト膜を形成しフォトリソグラフ法とエッチング法を用いて部分絶縁膜に形成することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４の発明は、上記請求項１又は２記載の発光ダイオードの製造方法において、上記部分絶縁膜の形成方法として、上記発光領域層上に熱分解法の塗布液を微小ノズルより放出して絶縁部分を形成することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項５の発明は、上記請求項１又は２記載の発光ダイオードの製造方法において、上記部分絶縁膜の形成方法として、上記発光領域層上に熱分解法の溶液をエピタキシャルウェハ上に塗布した後に乾燥させ、これにフォトマスクを通して紫外線を照射して焼成し、その後紫外線が照射されなかった部分を溶剤を用いて除去した後、熱処理して緻密にすることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項６の発明は、上記請求項１又は２記載の発光ダイオードの製造方法において、上記部分絶縁膜の形成方法として、熱分解法の絶縁材料を塗布した基板の上にレーザ光を照射して、照射した部分を分解させて、その後残りの部分を除去して部分絶縁膜を形成することを特徴とするものである。
【００２１】
上記構成によれば、電流狭窄効果を出すための部分絶縁膜の形成方法として、或いはこれと透明導電膜の形成方法として、熱分解の塗布液を用い、微少ノズルによる塗布、紫外線を用いた部分紫外線分解などを用いているため、ＬＥＤの製造コストを大幅に下げることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を実施例に基づいて説明する。
【００２３】
本発明の実施例を説明するための発光ダイオードの構造を図１に示す。この発光ダイオードの構造は、第一導電型基板としてのｎ型のＧａＡｓ基板１上に、第一導電型クラッド層であるｎ型のＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層３と、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ活性層４と、第二導電型クラッド層であるｐ型のＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層５とから成るダブルヘテロ構造の発光領域層（発光部）を有する。なお、ｎ型ＧａＡｓ基板１とｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層３との間には、ｎ型ＧａＡｓバッファ層を設けてもよい。
【００２４】
さらに、上記した発光部の上、正確には上部クラッド層５上には、その一部に、電流阻止用の部分絶縁層としてＳｉＯ2から成る部分絶縁膜６が形成され、その上に当該部分絶縁膜６を覆う形で、電流分散層（第二導電型電流分散層）として透明導電膜のＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ2Ｏ3）膜７が形成されている。そして、チップ表面には、その中央に円形の部分電極から成る表面側電極８が形成され、また裏面には、その一部分または全面にｎ側用金属電極から成る基板側電極９が形成されている。
【００２５】
上記部分絶縁膜６は、表面側電極２８と中心を一致させて上部クラッド層５上に形成され、この部分絶縁膜６を覆う形で電流分散層のＩＴＯ膜７が上部クラッド層５上に形成されており、この構造により、電流分散層たるＩＴＯ膜７中の、表面側電極８の直下に位置する部分に電流狭窄層が形成される。
【００２６】
このように電流分散層としてＩＴＯ膜７を用いる理由は、下記の点にある。すなわち、表面側電極８から供給された電流は、電流分散層中でチップ横方向に広がり、その結果、表面側電極８直下以外の領域で発光する割合を高くしている。電流分散層は、電気抵抗が低いほど効率良く横方向に電流を広げることができる為、電気抵抗を低くすることが望まれる。また、電流分散層は、活性層４からの発光を透過する材料でなければならない。現状、電流分散層には、これらの条件を満足しているＡｌＧａＡｓ層（Ａｌ組成０．８以上）又は、ＧａＰ層が使われている。しかし、これらの材料の電流分散層を用いて電流を横方向に十分に広げる為には、電流分散層は８μｍ以上もの膜厚が必要になり、ＬＥＤの製造コストが高くなってしまう。これに対して、電流分散層に、金属酸化物系の透明導電膜であるＩＴＯ膜７を用いると、電流分散が低抵抗のＩＴＯ膜で起こるため、半導体の電流分散層が要らなくなる。従って安価に高輝度のＬＥＤを生産できるようになる。
【００２７】
本発明はこの構造の発光ダイオードにおいて、上記部分絶縁膜６が熱分解法またはゾルーゲル法により形成された膜から成ることに特徴がある。
【００２８】
この発光ダイオードを製作するためには、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にＭＯＶＰＥ法によりｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ活性層４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層５を順次成長させる。この部分がダブルヘテロ構造をなす。
【００２９】
このエピタキシャルウェハを３００℃に加熱した状態で、微少溶液塗布用ノズルからＳｉＯ2の熱分解法の原料溶液を、ノズル移動と噴出を繰り返しながら放出し、絶縁膜のＳｉＯ2膜を形成する。このＳｉＯ2膜は、形状が直径２００μｍの円形で、縦横３３０μｍ間隔で形成した。一回の吐出量によりＳｉＯ2膜の直径を制御することができる。
【００３０】
エピタキシャルウェハ表面全体にＳｉＯ2の円形膜を形成することができたならば、このウェハを５００℃に加熱して、ＳｉＯ2膜を緻密化する。
【００３１】
このウェハの上に、透明導電膜であるＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ2Ｏ3）膜７を、熱分解法の原料を用いてスプレー法により形成した。
【００３２】
このエピタキシャルウェハの裏面に、基板側電極９としてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの全面電極を形成し、ウェハ表面には、表面側電極８として、ＳｉＯ2の電流阻止部と中心を合わせて、直径１３０μｍの円形電極を形成した。
【００３３】
このエピタキシャルウェハをダイシングし３００μｍ角のベアチップを製作した。そのチップをステム上に実装し、発光素子を製作した。
【００３４】
このＬＥＤの特性を測定した結果、従来のＧａＰの電流分散層のＬＥＤに比べると、発光出力で約１．８倍の発光出力が得られた。またこのＬＥＤを製作するためのコストは、ＳｉＯ2膜の形成プロセスが従来のＣＶＤ法から熱分解法を用いてスプレー法に変わったこと、並びにフォトリソプロセス及びエッチング工程が無くなったことから、この工程そのものの価格は約１／３に低下し、エピタキシャルウェハのコストとして約２０％低く製造できるようになった。
【００３５】
＜他の実施例、変形例＞
上記実施例では、熱分解法の塗布液を微少吐出することで絶縁膜を形成する方法について説明した。しかし、電流阻止部としての絶縁膜を形成するためには、熱分解法の塗布液を微少吐出する方法以外に、熱分解法の特徴を生かした他の方法を用いることができる。すなわち、この原料は金属の有機化合物であり、紫外線照射により分解することも可能である。
【００３６】
まずエピタキシャルウェハ表面にスピンナー法またはスプレー法を用いてＳｉＯ2膜の原料溶液を一様に塗布し、１５０℃で乾燥する。その温度で、基板の上にフォトマスクを載せ、紫外線を照射する。紫外線が照射された部分は、原料が分解し焼成を行なう。このウェハをシンナー中で処理し、焼成しなかった部分を溶解して溶かし、除去する。ウェハ表面には、ＳｉＯ2の電流阻止部が周期的に形成される。このウェハを５００℃で熱処理することにより、ＳｉＯ2を緻密にする。このエピタキシャルウェハの上にＩＴＯ膜７をスプレー法により形成することにより、電流狭窄部と電流分散膜を形成する。
【００３７】
上記方法以外に、熱分解法の膜を塗布した後に、紫外線レーザを用い、ＳｉＯ2膜を残したい部分にそのレーザ光を照射して、反応させ有機物を分解することができる。紫外線レーザの方が反応がより確実であるが、この膜は熱に反応することは自明であるから、赤外線レーザを用いることもでき、これによっても反応が起こることは当然である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、結晶基板上にヘテロ構造の発光領域層を形成し、その上に電流阻止用の部分絶縁膜を形成し、その上に当該部分絶縁膜を覆う形で、ＩＴＯ膜のような低抵抗の透明導電膜から成る電流分散層を形成することにより、表面側電極の直下に電流狭窄層を形成した発光ダイオード構造を前提とするものであるため、従来のＧａＰやＡｌＧａＡｓ層を電流分散層として用いた発光ダイオードに比べると、薄い透明導電膜で電流分散が十分に行われ、電極直下の発光を抑止できるため、輝度を大幅に向上することができる。
【００３９】
更に本発明の発光ダイオードは、電流狭窄効果を出すための電流阻止用の部分絶縁膜の形成と、場合によっては更に透明導電膜たるＩＴＯ膜などの形成を、熱分解の塗布液を用いることにより又はゾルーゲル法によりなすものであり、これは廉価な形成手段であることから、ＬＥＤの製造コストを大幅に下げることができる。すなわち、本発明では、電流狭窄効果を出すための部分絶縁膜の形成方法として、熱分解の塗布液を用い、微少ノズルによる塗布、紫外線を用いた部分紫外線分解などによっているため、従来技術の如く、スパッタ法や蒸着法を用いて絶縁膜を形成し、フォトリソ工程やエッチング工程を用いて部分絶縁膜に加工する場合に較べ、製造工程数が少なくて済み、ＬＥＤの製造コストを大幅に下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図２】従来の発光ダイオードチップの外観図である。
【図３】従来の発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
３  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層
４  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ活性層
５  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層
６  部分絶縁膜
７  ＩＴＯ膜（電流分散層）
８  表面側電極
９  基板側電極
【図１】
0004396055.tif 000002
【図２】
0004396055.tif 000003
【図３】
0004396055.tif 000004