(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型基板上に、半導体のｐ型層とｎ型層のヘテロ構造または活性層をｐ型とｎ型のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造を持つ発光部を形成して発光ダイオード用エピタキシャルウェハとし、その上にＩＴＯの透明導電膜を形成し、その表面と裏面側に金属電極を形成する発光ダイオードの製造方法において、
前記発光ダイオード用エピタキシャルウェハの表面に、当該発光ダイオード用エピタキシャルウェハを加熱した状態で、前記ＩＴＯの原料をシンナーで希釈した溶液をスプレーしながら前記ＩＴＯの透明導電膜を形成し、前記ＩＴＯの透明導電膜の表面に５ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の凹凸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、高輝度、且つ廉価な発光ダイオードの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）用エピタキシャルウェハは、ほとんど液相エピタキシャル成長法により作られていた。最近、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により、発光ダイオード用エピタキシャルウェハが作られるようになってきた。これにより、ＧａＮ系の青色用、ＡｌＧａＩｎＰ系の緑色から黄色、橙色の発光ダイオードが普及してきた。
【０００３】
図３に従来のＡｌＧａＩｎＰ４元混晶ダブルヘテロ（ＤＨ）構造を有するＬＥＤの一例を示す。全てのエピタキシャル層はＭＯＶＰＥ法によって成長している。ｎ型ＧａＡｓ基板２１の上には、ｎ型（ＳｉまたはＳｅドープ）ＧａＡｓバッファ層２２、ｎ型（ＳｉまたはＳｅドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層２４、ｐ型（亜鉛ドープ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２５を順番に形成している。２３〜２５がＡｌＧａＩｎＰ４元ダブルヘテロ構造部分をなす。このｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２５の上に、ｐ型（亜鉛ドープ）ＡｌＧａＡｓの電流分散層２６を形成している。２８はｐ側電極、２９はｎ側電極である。
【０００４】
このような構造の発光ダイオードは、光の取り出し面中にある上部電極の直下での発光は、上部電極２８に反射されてしまう為、外部に取り出すことができない。従って、発光ダイオードの輝度を向上させる為には、この上部電極直下での発光を低減させ、上部電極直下以外の場所での発光を増加させる必要がある。電流分散層２６がその役割をしている。
【０００５】
上部電極２８から供給された電流は、電流分散層２６中でチップ横方向に広がり、その結果、上部電極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２６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。具体的には、キャリア濃度を高くすることと、膜厚を厚くすることで、低抵抗化を実現している。また、電流分散層２６は、活性層２４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。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２６は８μｍ以上もの膜厚が必要になる。
【０００６】
冒頭に述べたように、ＭＯＶＰＥにより、ＧａＮやＡｌＧａＩｎＰのエピタキシャル層の形成が可能となり、短波長のＬＥＤが可能となってきたが、電流分散層２６となるべきｐ型で低抵抗のエピタキシャル層の成長が難しかった。すなわち、高キャリア濃度のｐ層を形成できないことから、電流分散膜を形成することが難しく、低抵抗が得られる別の半導体や膜厚を厚くするなどの対策をして、電流分散させていた。しかし、膜厚を厚くすると、ＬＥＤ用エピタキシャルウェハのコストが高くなってしまうという大きな問題があった。
【０００７】
これらの解決策の一つとして、電流分散層２６に、金属酸化膜からなる透明導電膜、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜（酸化インジウムに錫が添加されている材料）を用いることが考えられる。この方法を用いれば電流分散がＩＴＯ膜等の透明導電膜で起こるため、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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この金属酸化物系透明導電膜を半導体上に形成し、その上にワイヤボンディング用の金属電極を形成し、ワイヤボンディングすると、その時に、金属電極が透明導電膜から剥がれてしまうという問題があり、発光ダイオードチップを製作できないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電流分散膜として透明導電膜を用いた発光ダイオードを製造する際に、透明導電膜からの電極剥がれを起こさない構造の発光ダイオード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】
上記目的を達するために、本発明は次のように構成したものである。
【００１１】
【００１２】
本発明に係る発光ダイオードの製造方法は、第一導電型基板上に、半導体のｐ型層とｎ型層のヘテロ構造または活性層をｐ型とｎ型のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造を持つ発光部を形成して発光ダイオード用エピタキシャルウェハとし、その上にＩＴＯの透明導電膜を形成し、その表面と裏面側に金属電極を形成する発光ダイオードの製造方法において、前記発光ダイオード用エピタキシャルウェハの表面に、当該発光ダイオード用エピタキシャルウェハを加熱した状態で、前記ＩＴＯの原料をシンナーで希釈した溶液をスプレーしながら前記ＩＴＯの透明導電膜を形成し、前記ＩＴＯの透明導電膜の表面に５ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の凹凸を形成することを特徴とするものである。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
＜発明の要点＞
本発明は、透明導電膜の表面に凹凸を形成することにより、電極の剥がれを防止するものである。透明導電膜の表面に形成する凹凸は、図２に示すように、５ｎｍ未満では凹凸が小さすぎて剥がれ防止効果が少なく、また２００ｎｍを超えると不必要に大きくなるので、５ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の凹凸とするのがよい。
【００１８】
凹凸を形成する方法としては、最初から凹凸があるような透明導電膜の形成方法を用いる。具体的には、スプレー法を用いる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２０】
本発明の実施形態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２上に、第一導電型クラッド層であるｎ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層３と、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４と、第二導電型クラッド層であるｐ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層５とから成る発光部があり、その上にｐ型ＡｌＧａＩｎＰ電流分散層（第二導電型電流分散層）６、その上に透明導電膜としてＳｎドープＩｎ2Ｏ3であるＩＴＯ膜７があり、裏面にはｎ側用金属電極から成る基板側電極１が、表面側中央には円形の部分電極から成る表面側電極８がある。ここまでの構造は従来の透明導電膜を用いた構造の発光ダイオードと同じであり、本発明はこの構造の発光ダイオードにおいて、透明導電膜たるＩＴＯ膜７の表面側に５ｎｍ程度の凹凸を形成したことに特徴がある。
【００２１】
この発光ダイオードを製作するためには、まずｎ型のＧａＡｓ基板２上にＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、ＡｌＧａＩｎＰ活性層４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ電流分散層６を成長させる。この成長は、すでに汎用となっており、４元ＬＥＤを生産しているところではどこでも容易にできる工程となっている。
【００２２】
このエピタキシャルウェハの表面に、ＩＴＯ膜７をスプレー法により形成した。スプレー法は、ＳｎＯ2などの透明導電膜の形成方法としては良く知られているが、ＩＴＯの透明導電膜の形成方法としては用いられていない。ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを５００℃に加熱した状態で、ＩＴＯの原料をシンナーで希釈した溶液をスプレーしながら、膜を形成していった。形成したＩＴＯ膜７の表面は目視で観察すると、曇っているように見える。この表面をＡＦＭにより観察した結果、表面に５ｎｍ程度の凹凸があることが分かった。このＩＴＯ膜７の上に、表面側電極８となるＮｉ／Ａｕの電極を形成した。また裏面のＧａＡｓ基板には、基板側電極１となるＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの表面電極を形成した。このエピタキシャルウェハの表面電極をホトリソグラフィ工程により加工し、表面に円形の部分電極（表面側電極８）を形成した。
【００２３】
このエピタキシャルウェハを３００μｍ角にダイシングし、ベアチップとした。このチップをステム状にダイボンディングにより実装し、ワイヤボンディングにより配線した。
【００２４】
図２に、透明導電膜であるＩＴＯ膜表面の凹凸の大きさとパッド電極にワイヤボンディングした時の電極の剥がれの関係を示す。凹凸が１ｎｍではワイヤボンディング時の電極の剥がれは５０％もあったが、凹凸が５ｎｍでワイヤボンディング時の電極剥がれは０．１％まで減ることがわかった。またＩＴＯ膜の凹凸があり過ぎるとワイヤボンディング時のエピタキシャル層中に欠陥を生じ、信頼性が悪くなることが分かった。
【００２５】
ＩＴＯ膜７の表面側に５ｎｍ程度の凹凸を形成した本実施形態の場合、ワイヤボンディング時の電極の剥がれは０．１％以下であった。
【００２６】
次に、上記ＩＴＯ膜７をスパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法により形成して、電極剥がれを比較してみた。これらの方法で形成したＩＴＯ膜に電極を形成した場合には、ワイヤボンディング時に９０％以上の電極が剥がれてしまった。この結果からは、ＩＴＯ膜の形成方法により、電極の剥がれが依存しているように思われる。しかし、スプレー法によるＩＴＯ膜と他の形成方法により形成したＩＴＯ膜の差を見てみると、表面の凹凸に大きな差があることが観察された。スプレー法以外の方法で形成した場合のＩＴＯ膜の表面の凹凸は５ｎｍ以下であることが分かった。
【００２７】
そこで、スパッタ法により形成したＩＴＯ膜表面をサンドブラストにより、凹凸を形成した。この表面にＮｉ／Ａｕの電極を形成し、ワイヤボンディングのテストをしてみたところ、電極剥がれが起こらないことが分かった。
【００２８】
つまり電極剥がれを起こさないようにするためには、ＩＴＯ膜の形成時に凹凸が発生するように形成する方法と、平坦なＩＴＯ膜を形成後に表面を荒らして凹凸を形成する方法とが考えられる。従って、凹凸を形成しやすいスプレー法がＩＴＯ膜の形成方法として望ましい。しかし平坦なＩＴＯ膜を形成する方法でも、ウエットエッチング、ドライエッチング、サンドブラスト、研磨などにより表面に凹凸を形成しても効果のあることが分かった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電極剥がれを防止することができる。
【００３０】
従って、本発明により、透明導電膜により電流分散するＬＥＤチップの実装が可能となった。これにより、従来半導体の電流分散膜を厚く成長する必要があったが、薄くすることができるようになった。これにより、エピタキシャルウェハのコストを大幅に下げることができるようになった。
【００３１】
また透明導電膜の表面に凹凸が形成されたために、ＬＥＤチップからの光取出し率が向上した。光学素子の表面に凹凸を形成すると光取出しが良くなることはよく知られていることである。
【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】  凹凸の大きさと電極剥がれの関係を示した図である。
【図３】  従来の発光ダイオードチップの外観図である。
【符号の説明】
１  基板側電極
２  ｎ型のＧａＡｓ基板（第一導電型基板）
３  ｎ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第一導電型クラッド層）
４  活性層
５  ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第二導電型クラッド層）
６  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ電流分散層（第二導電型電流分散層）
７  ＩＴＯ膜（透明導電膜）
【図１】
0004380083.tif 000002
【図２】
0004380083.tif 000003
【図３】
0004380083.tif 000004