(57)【要約】【課題】  発光ダイオードの構造と製造過程の提供。【解決手段】  本発明は発光ダイオードの構造と製造過程に関するもので、AlxGa1-xAsの結晶体構造を持つ透明基板を備え、ALGaInP材質の多層エピタキシャルがある透明基板の上に発光層があり、GaP成分の高バンドギャップ透光構造を含むウインド層がその発光層の上にあり、そのウインド層とオーム接合する上部電極層とその透明基板とオーム接合する下部電極層があり、そのうち、透明基板AlxGa1-xAsに組み込まれているX値はその発光層から出る波長に対応し、その透明基板を高バンドギャップの波長に対応させるという透光性を持たせるとともに、そのウインド層を使って、上部電極層を発光層に導通し電流拡散効果を高めさせ、側面からの光出力を増大させるという発光ダイオードの構造と製造過程。【選択図】        図６
2007158181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
この発光ダイオードの構造は、AlxGa1-xAsを含む透明基板と、その透明基板の上に折り重なり、AlGaInPから構成される発光構造を含む発光層と、その発光層の上に折り重なっているウインド層と、そのウインド層とオーム接合を形成する上部電極層と、その透明基板とオーム接合を形成する下部電極層からなり、そのうち、透明基板の分子式AlxGa１-xAsのX値はその発光層の発光波長に対応して、その透明基板が高バンドギャップの透光性があるこの波長に対応させ、そのウインド層を使うことで上部電極層が発光層まで導通する電流拡散作用を高めることを特徴とする発光ダイオードの構造。
【請求項２】
請求項１記載の発光ダイオード構造において、透明基板の厚さが50〜100μmとすることを特徴とする発光ダイオード構造。
【請求項３】
請求項２記載の発光ダイオード構造において、ウインド層が３−５族元素化合物から構成された高バンドギャップ透光構造をもつことを特徴とする発光ダイオード構造。
【請求項４】
請求項３記載の発光ダイオード構造において、ウインド層がGaPで構成されることを特徴とする発光ダイオード構造。
【請求項５】
請求項４記載の発光ダイオード構造において、ウインド層の厚みが2〜150μmまで選べることを特徴とする発光ダイオード構造。
【請求項６】
発光ダイオードの製造過程には、
エピタキシャル技術により、基板の上の結晶成長がAlxGa1-xAsを含む第１エピタキシャル層を形成することを特徴とする製造過程、
有機金属気相エピタキシャル法(MOVPE)により、結晶成長が第１エピタキシャル層の上にAlGaInPを含む第２多層エピタキシャル層を形成し、発光構造層を形成することを特徴とする製造過程、
第２エピタキシャル層の上に結晶成長が３−５族元素化合物を含む第３エピタキシャル層を形成することを特徴とする製造過程、
蝕刻技術により、基板を取り除くことを特徴とする製造過程、
第３エピタキシャル層の上表面に特定の模様の電極層があり、それにより、本発明である発光ダイオードの激発電極を形成することを特徴とする発光ダイオードの製造過程、
第１エピタキシャル層の下表面に特定の模様の電極層があり、それにより、本発明である発光ダイオードの激発電極を形成することを特徴とし、電極層と対応するエピタキシャル層の間がオーム接合になっていることを特徴とし、第１エピタキシャル層のAlxGa1-xAsのX値が発光構造層の発光波長に対応して、透明基板を高バンドギャップの透光性があるこの波長に対応させることを特徴とする発光ダイオードの製造過程。
【請求項７】
請求項６記載の発光ダイオードの製造過程において、基板上のエピタキシャルが第１エピタキシャル層を形成するステップにおいて、液相エピタキシャル（Liquid Phase Epitaxy,LPE）技術により、達成できることを特徴とする発光ダイオードの製造過程。
【請求項８】
請求項６記載の発光ダイオードの製造過程において、その基板の上でエピタキシャルが第１エピタキシャル層の手順でできる過程において、GaAsを含む基板を使うことを特徴とする発光ダイオードの製造過程。
【請求項９】
請求項６記載の発光ダイオードの製造過程において、基板上のエピタキシャルが第１エピタキシャル層を形成するステップにおいて、第１エピタキシャルの厚さが約50〜100μmであることを特徴とする発光ダイオードの製造過程。
【請求項１０】
請求項６記載の発光ダイオードの製造過程において、基板上のエピタキシャルが第１エピタキシャル層を形成するステップにおいて、X値が0.45〜0.9の間であることを特徴とする発光ダイオードの製造過程。
【請求項１１】
請求項１０記載の発光ダイオードの製造過程において、その基板上のエピタキシャルが第１エピタキシャルを形成するステップにおいて、X値を0.8に設定することを特徴とする発光ダイオードの製造過程。
【請求項１２】
請求項６記載の発光ダイオードの製造過程において、第２エピタキシャル層の上でエピタキシャルが第３エピタキシャルを形成するステップにおいて、その第３エピタキシャル層にGaP材料が含まれていることを特徴とする発光ダイオードの製造過程。
【請求項１３】
請求項１２記載の発光ダイオードの製造過程において、第２エピタキシャル層上でエピタキシャルが第３エピタキシャルを形成するステップにおいて、その第３エピタキシャルの厚さが約２〜150μmであることを特徴とする発光ダイオードの製造過程。
【請求項１４】
請求項６記載の発光ダイオードの製造過程において、そのうち、第２エピタキシャル層で結晶成長が３−５族元素化合物を含む第３エピタキシャル層を形成することは有機金属気相エピタキシャル法(MOVPE)によるものであることを特徴とする発光ダイオードの製造過程。
【請求項１５】
請求項６記載の発光ダイオードの製造過程において、そのうち、第２エピタキシャル層で結晶成長が３−５族元素化合物を含む第３エピタキシャル層を形成することは水素化合物気相エピタキシャル法(HVPE)によるものであることを特徴とする発光ダイオードの製造過程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオードの構造と製造過程に係るもので、特に３−５族元素化合物を用い、発光ダイオードを製作し、その輝度を高めることを目的とすることである。
【背景技術】
【０００２】
従来の手法ではGaAsを基板とし、AlGaInP四元系３−５族元素化合物を成長させ、高輝度の発光ダイオード（LED）を実現してきた。しかし、そのなかでもGaAs自体バンドギャップが小さすぎ（約1.424ev）、このためにAlGaInP四元系発光ダイオードから出力される光線が基板に吸収されてしまい、発光ダイオードの輝度が大幅に低下してしまう。特許文献１に記載されているように、コンポーネントであるエピタキシャル完成後、光を吸収した基板が完全に取り除かれ、その後ウエハー結合の形でコンポーネントがGaP透明基板に結合する。これとは別に、特許文献２では、基板にあるエピタキシャルがコンポーネントになった後、コンポーネント上のエピタキシャルが比較的厚みのあるGaP透明基板に変わり、また光を吸収する基板を完全に取り除き、さらにウインド層を成長させると示されている。とはいえ、これら手法を使った製造工程は複雑なのに加え、難易度が高いことから、製造コストの上昇にもつながっている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５３７６５８０号
【特許文献２】米国特許第５００８７１８号
【０００４】
したがって、上述の欠陥を克服することを目指し、３−５族元素化合物を使った発光ダイオードの構造及びその製造過程の欠点をカバーするためにこれを発明した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は発光ダイオードの構造及びその製造過程において、３−５族元素化合物を通してさまざまな元素の成分比をコントロールすることにより、透明度の高い発光層基板を作り上げ、発光層の輝度損失を低下させることを主な目的とする。
【０００６】
本発明に係るもう一つの目的は、高透明度の３−５族元素化合物を活用し、発光層最上部と電極との間にオーム接合のウインド層を形成することで、発光層の輝度損失を低下させることである。
【０００７】
第三の目的は、比較的厚みのある３−５族元素化合物を利用し、発光層最上部と電極との間にオーム接合のウインド層を形成することで、電流の分布性を高めることである。
【０００８】
これらの目的を達成するために、発光ダイオードの構造及びその製造過程について発明した。AlxGa1-xAs成分から構成された透明基板をもち、その透明基板の上にあってAlGaInP材質の多層エピタキシャル発光構造を備える発光層と、その発光層の上にありGaPから構成された高バンド・ギャップの透光構造を含むウインド層と、そのウインド層とオーム接合を形成する上部電極層と、その透明基板とオーム接合を形成する下部電極層と、その透明基板に含まれるAlxGa1-xAsの中のX値はその発光層の発光波長に対応してその透明基板を高バンドギャップという透光性を持つこの波長に対応させることを選択でき、そのウインド層を使ってその上部電極層から発光層まで導電する電流拡散効果を高め、側面からの光出率を増大させる機能をもつ発光ダイオード構造を製作した。 
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、この発光ダイオードの構造は、AlxGa1-xAsを含む透明基板と、その透明基板の上に折り重なり、AlGaInPから構成される発光構造を含む発光層と、その発光層の上に折り重なっているウインド層と、そのウインド層とオーム接合を形成する上部電極層と、その透明基板とオーム接合を形成する下部電極層からなり、そのうち、透明基板の分子式AlxGa１-xAsのX値はその発光層の発光波長に対応して、その透明基板が高バンドギャップの透光性があるこの波長に対応させ、そのウインド層を使うことで上部電極層が発光層まで導通する電流拡散作用を高めることを特徴とする発光ダイオードの構造としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の発光ダイオード構造において、透明基板の厚さが50〜100μmとすることを特徴とする発光ダイオード構造としている。
請求項３の発明は、請求項２記載の発光ダイオード構造において、ウインド層が３−５族元素化合物から構成された高バンドギャップ透光構造をもつことを特徴とする発光ダイオード構造としている。
請求項４の発明は、請求項３記載の発光ダイオード構造において、ウインド層がGaPで構成されることを特徴とする発光ダイオード構造としている。
請求項５の発明は、請求項４記載の発光ダイオード構造において、ウインド層の厚みが2〜150μmまで選べることを特徴とする発光ダイオード構造としている。
請求項６の発明は、発光ダイオードの製造過程には、
エピタキシャル技術により、基板の上の結晶成長がAlxGa1-xAsを含む第１エピタキシャル層を形成することを特徴とする製造過程、
有機金属気相エピタキシャル法(MOVPE)により、結晶成長が第１エピタキシャル層の上にAlGaInPを含む第２多層エピタキシャル層を形成し、発光構造層を形成することを特徴とする製造過程、
第２エピタキシャル層の上に結晶成長が３−５族元素化合物を含む第３エピタキシャル層を形成することを特徴とする製造過程、
蝕刻技術により、基板を取り除くことを特徴とする製造過程、
第３エピタキシャル層の上表面に特定の模様の電極層があり、それにより、本発明である発光ダイオードの激発電極を形成することを特徴とする発光ダイオードの製造過程、
第１エピタキシャル層の下表面に特定の模様の電極層があり、それにより、本発明である発光ダイオードの激発電極を形成することを特徴とし、電極層と対応するエピタキシャル層の間がオーム接合になっていることを特徴とし、第１エピタキシャル層のAlxGa1-xAsのX値が発光構造層の発光波長に対応して、透明基板を高バンドギャップの透光性があるこの波長に対応させることを特徴とする発光ダイオードの製造過程としている。
請求項７の発明は、請求項６記載の発光ダイオードの発光ダイオードの製造過程において、基板上のエピタキシャルが第１エピタキシャル層を形成するステップにおいて、液相エピタキシャル（Liquid Phase Epitaxy,LPE）技術を使って達成できることを特徴とする発光ダイオードの製造過程としている。
請求項８の発明は、請求項６記載の発光ダイオードの製造過程において、その基板の上でエピタキシャルが第１エピタキシャル層の手順でできる過程において、GaAsを含む基板を使うことを特徴とする発光ダイオードの製造過程としている。
請求項９の発明は、請求項６記載の発光ダイオードの製造過程において、基板上のエピタキシャルが第１エピタキシャル層を形成するステップにおいて、第１エピタキシャルの厚さが約50〜100μmであることを特徴とする発光ダイオードの製造過程としている。
請求項１０の発明は、請求項６記載の発光ダイオードの製造過程において、基板上のエピタキシャルが第１エピタキシャル層を形成するステップにおいて、X値が0.45〜0.9の間であることを特徴とする発光ダイオードの製造過程としている。
請求項１１の発明は、請求項１０記載の発光ダイオードの製造過程において、その基板上のエピタキシャルが第１エピタキシャルを形成するステップにおいて、X値を0.8に設定することを特徴とする発光ダイオードの製造過程としている。
請求項１２の発明は、請求項６記載の発光ダイオードの製造過程において、第２エピタキシャル層の上でエピタキシャルが第３エピタキシャルを形成するステップにおいて、その第３エピタキシャル層にGaP材料が含まれていることを特徴とする発光ダイオードの製造過程としている。
請求項１３の発明は、請求項１２記載の発光ダイオードの製造過程において、第２エピタキシャル層上でエピタキシャルが第３エピタキシャルを形成するステップにおいて、その第３エピタキシャルの厚さが約２〜150μmであることを特徴とする発光ダイオードの製造過程としている。
請求項１４の発明は、請求項６記載の発光ダイオードの製造過程において、そのうち、第２エピタキシャル層で結晶成長が３−５族元素化合物を含む第３エピタキシャル層を形成することは有機金属気相エピタキシャル法(MOVPE)によるものであることを特徴とする発光ダイオードの製造過程としている。
請求項１５の発明は、請求項６記載の発光ダイオードの製造過程において、そのうち、第２エピタキシャル層で結晶成長が３−５族元素化合物を含む第３エピタキシャル層を形成することは水素化合物気相エピタキシャル法(HVPE)によるものであることを特徴とする発光ダイオードの製造過程としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は発光ダイオードの構造及びその製造過程において、３−５族元素化合物を通してさまざまな元素の成分比をコントロールすることにより、透明度の高い発光層基板を作り上げ、発光層の輝度損失を低下させる、高透明度の３−５族元素化合物を活用し、発光層最上部と電極との間にオーム接合のウインド層を形成することで、発光層の輝度損失を低下させることである、比較的厚みのある３−５族元素化合物を利用し、発光層最上部と電極との間にオーム接合のウインド層を形成することで、電流の分布性を高めることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る発光ダイオード製造過程の実施フロー図を図１〜図５で示した。
図１〜図５は発光ダイオードの製造過程におけるエピタキシャル構造の断面の変化で、この製造過程は高輝度性の３−５族元素化合物材料を使った発光ダイオードの構造と製造過程である。まず、液相エピタキシャル成長（Liquid Phase Epitaxy:LPE）技術を使って、第１基板（10）の上に結晶成長により第１エピタキシャル層（20）を形成した。その第１エピタキシャル層の厚みはおよそ50〜10 0μmで、その第１エピタキシャル層（20）と基板（10）の材質には３−５族元素化合物を使い、第１エピタキシャル（20）にはAlGaAs材料を使った。図1のとおり。次に、前述の第１エピタキシャル層の上に有機金属気相成長法（MOVPE法）を使い、結晶成長かつAlGaInP材料からなる多層エピタキシャルを含む第２エピタキシャル層（30）を形成し、いかなるAlGaInP四 元系発光構造をも可能な発光構造を作った。図２のとおり。続いて、前述の第２エピタキシャル層（30）の上に、有機金属気相成長法（MOVPE法）またはハイドライド気層成長法（HVPE）を使って、GaP材料を用い厚さが約２〜150μmの結晶成長で第３エピタキシャル層（40）を形成する。図３のとおり。ナノ蝕刻技術を使い、GaAs材料の基板（10）を取り除く。図４のとおり。前述の第３エピタキシャル層（40）の上表面及び第１エピタキシャル層（20）の下表面にそれぞれ金属電極層を成長させ、その上下両極層にそれぞれ特定の模様を配置し、第１電極層（50）及び第２電極層（60）を形成する。それぞれの電極層に対応するエピタキシャル層との間は、本発明の発光ダイオードの激発電極とするため、オーム接合の特性を持つものとする。
【００１２】
前述の手順において、その基板（10）にはGaAs材料を使い、GaAsそのもののバンドギャップは通常1.424eVと比較的小さいことから、第２エピタキシャル層（30）から出される光線をすべて吸収してしまい、発光効率の大幅減損につながっている。このため、本発明では発光ダイオードの製造過程においてGaAs材料の基板（10）を取り除いた。
【００１３】
また、その第１エピタキシャル層（20）に使われているAlGaAsにはAlxGa1-xAs成分をもち、そのうちX値が大きいほどAlGaAsのバンドギャップも広がる。これは透明性に係る発光波長に対応するためである。したがって、その第２エピタキシャル層（30）の発光波長にあわせ、第１エピタキシャル層（20）のAlGaAsに係るAlxGa1-xAs成分のX値を決定し、第１エピタキシャル層（20）は対応する第２エピタキシャル層（30）の発光波長の高透明度を獲得できるのである。例えば、AlGaAsIn系材料で構成された第２エピタキシャル層（30）から言えば、X値は0.45〜0.9の間で変化することができ、そのうち、Xを0.8に固定した時、AlGaInPのさまざまな発光波長を適用することができる。
【００１４】
図６は本発明における発光ダイオードの構造の具体的な実施例の解剖図である。
図６のように、本発明である発光ダイオードの構造は透明基板（１）、発光層（2）、ウインド層（３）の順に下から上へと折り重なる形で形成されており、ウインド層（３）の上表面にはオーム接合した金属上部電極層（４）が、透明基板（１）の下表面にはオーム接合した金属下部電極層（５）がある。
【００１５】
前述した発光ダイオードの構造において、透明基板（１）はAlxGa1-xAsのエピタキシャル層で、そのX値はその発光層（２）の発光波長に対応して、透明基板（１）に高い透明度を持たせている。その発光層（２）は３−５族元素化合物からなるAlGaInP四元系元素の発光構造で、その発光層（２）は、発光層（２）の発光機能を満たすために、少なくとも活性層と制限層を含む基本構造がある。また、ウインド層（３）は上部電極層（４）が発光層（２）に導通する電流拡散効果を高め、側面からの光出率を増加させるために、高バンドギャップの透光構造をもつGaP化合物から構成されている。
【００１６】
このほか、前述の各電極層も透明で導電性をもつ酸化物を使って、本発明である発光ダイオード構造の輝度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明である発光ダイオード製造過程の実施手順図である。
【図２】本発明である発光ダイオード製造過程の実施手順図である。
【図３】本発明である発光ダイオード製造過程の実施手順図である。
【図４】本発明である発光ダイオード製造過程の実施手順図である。
【図５】本発明である発光ダイオード製造過程の実施手順図である。
【図６】本発明である発光ダイオード構造の具体的な実施例の解剖図である。
【符号の説明】
【００１８】
（10）  基板
（20）  第１エピタキシャル
（30）  第２エピタキシャル
（40）  第３エピタキシャル
（50）  第１電極層
（60）  第２電極層
（１）  透明基板
（２）  発光層
（３）  ウインド層
（４）  上部電極層
（５）  下部電極層
【図１】
2007158181.tif 000003
【図２】
2007158181.tif 000004
【図３】
2007158181.tif 000005
【図４】
2007158181.tif 000006
【図５】
2007158181.tif 000007
【図６】
2007158181.tif 000008