JP2004193548A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は高輝度の発光ダイオード及びその製造方法に関するものである。
【解決手段】本発明は、基板２２と、前記基板２２上に形成される第１導電型クラッド層２４と、前記第１導電型クラッド層２４上に形成される活性化層２６と、前記活性化層２６上に形成される第２導電型クラッド層２８と、前記基板２２の下面に形成されるアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層３７と、前記アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層３７の下面に形成されるアルミニウム層(Ａｌ)３５とを含む発光ダイオードを提供する。他の実施の形態では、前記基板２２を除き、第１導電型クラッド層４４の下面に直接前記アルミナ層５７とアルミニウム層５５をガラス層６１と共に形成することもできる。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明は、基板２２と、前記基板２２上に形成される第１導電型クラッド層２４と、前記第１導電型クラッド層２４上に形成される活性化層２６と、前記活性化層２６上に形成される第２導電型クラッド層２８と、前記基板２２の下面に形成されるアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層３７と、前記アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層３７の下面に形成されるアルミニウム層(Ａｌ)３５とを含む発光ダイオードを提供する。他の実施の形態では、前記基板２２を除き、第１導電型クラッド層４４の下面に直接前記アルミナ層５７とアルミニウム層５５をガラス層６１と共に形成することもできる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオード及びその製造方法に関するもので、とりわけアルミニウム層とアルミナ層から成る反射層を形成することによって優れた光放出効率を呈し、陽極接合(anode bonding)を用いて前記反射層をより容易に形成できる発光ダイオード及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発光ダイオード(light emission diode)はＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＩｎＰなどの化合物から成る半導体素子として、光通信、電子機器分野で様々な形態の光源に幅広く用いられている。かかるＬＥＤ素子の特性を決定する重要な基準の一つは輝度である。様々な設計変更によりＬＥＤの輝度を改善させようと色々な試みが図られている。
【０００３】
例えば、ＬＥＤにおいて、電子と正孔との再結合を利用して光を生成する活性（活性化）層(active layer)に１つ以上の発光層を用いることによってＬＥＤ輝度を改善することができた。かかるＬＥＤは、各層の厚さが１００Åより大きければ多重井戸(multiwell:多重油井：ＭＷ)ＬＥＤと称し、大体１００Åより小さければ多重量子井戸(multiple quantum well:多重量子油井：ＭＱＷ)ＬＥＤとする。これに対して、単一活性化層で成るＬＥＤは二重ヘテロ構造(doble heterostructure : ＤＨ)ＬＥＤまたは単一量子井戸(ＳＱＷ)ＬＥＤと称するが、活性化層の個数及び/または厚さを調節することによって輝度を改善させることが試みられてきた。
【０００４】
かかる従来の技術は、活性化層自体で生成される光を極大化する観点から研究されるものである。しかし、このように活性化層自体の構造を変更して生成される光の輝度を向上させようとする方案は、使用材料によって設計が複雑なばかりか、実際工程への適用に大変困難がある。上述した従来の技術と異なって、一定の光量で放出される活性化層の光を効率的に活用できる構造改善案も研究されている。その例として、ＬＥＤ下部に反射層を追加して不要な領域に放出されて消耗されてしまう光を最少化し、所望の方向における輝度を向上させる方法が挙げられる。かかる方法は、ＬＥＤ素子の基板下部にアルミニウム(Ａｌ)または銀(Ａｇ)など反射率の高い金属を後面反射層(back reflector layer)として形成することにより具現する。前記具現形態の一例は図６（Ａ）及び６（Ｂ）に示してある。
【０００５】
先ず、図６（Ａ）によると、発光ダイオード（ＬＥＤ）５１０は、基板５０２と、その上に形成されるｎ型の第１導電型クラッド層５０４と、前記第１導電型クラッド層５０４上に形成される活性化層５０６と、前記活性化層５０６上に形成されるｐ型の第２導電型クラッド層５０８とを含む。通常の構成では第１導電型はｎ型、第２導電型はｐ型となり、これは最も一般的なＬＥＤ構成である為、本明細書全般において好ましい例として用いる。これに対して、第１導電型がｐ型、第２導電型がｎ型であるＬＥＤを形成することもできる。その選択によって、ＬＥＤはｐ型基板上に成長されもし、ｎ型基板に成長されもする。また、ＧａＮ（窒化ガリウム）化合物半導体物質をクラッド層に用いる場合には、サファイア基板を使用することもできる。
【０００６】
図６（Ａ）に示すように、ＬＥＤ５１０のｎ型クラッド層５０４は、ｐ型クラッド層と活性化層が成長されていない上面領域(厳格に言うと、ｐ型クラッド層と活性化層を成長させた後一部除去して露出させた上面領域)にｎ型オーム接触（接点）(ohmic contact)５１１が形成され、ｐ型クラッド層５０８はｐ型オーム接触（接点）５１３が形成される。また、前記基板５０２の下面には反射率の高い金属から成る反射層５１５が形成される。
【０００７】
前記ＬＥＤ５１０のオーム接触５１１、５１３に電圧が印加されると、ｎ型クラッド層５０４から活性化層５０６に電子が注入され、ｐ型クラッド層５０８から前記活性化層５０６に正孔が注入される。前記活性化層５０６の領域に注入される電子と正孔は再結合し合って光が生成されるようになる。
【０００８】
この際、発散する光の進行方向は図６（Ｂ）に概略的に示してある。図６（Ｂ）によると、例えば活性化層５０６の地点(Ｐ)で生成される光は使用者の望む発光方向である素子５１０の上方へ発散する光ａと、素子の下方へ発散する光ｂがほぼ同一量で分散するであろう。
【０００９】
図６（Ｂ）に示すＬＥＤ構造５１０において、素子５１０の下方に向かう光ｂは基板２の下面に配置された反射層５１５に到達し、その反射層５１５の高反射率により一定量ｂ’は再び上方に向かうようになる。このように反射層５１５は光が素子５１０の上部を向くよう活性化層５０６から発散する光を集中させて不要に消耗される量を最少化する役目を果たす。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６（Ａ）及び６（Ｂ）に説明する反射層のみではＬＥＤ素子の光放出効率の改善が充分でなく、とりわけ反射層に向かう、またはそれから反射される光は比較的厚いサファイア基板に相当量が光吸収されてしまい、実際の反射層による効率があまり改善されないという問題があった。
【００１１】
さらに、かかる反射層はＬＥＤ素子の製造後、追加的な蒸着工程により形成されるべきなので、全体の工程が複雑になり製造費用も増加する問題ばかりでなく、現在、使用される蒸着設備にはサファイア基板の下面に優れた接着性を有するＡｌ層またはＡｇ層を形成することが大変困難であるという問題も抱えている。従って、当技術分野においては反射層を改善してより効率的にＬＥＤの輝度を増加させるばかりでなく、その製造工程も簡素な新たなＬＥＤ及びその製造方法が要求されてきた。
【００１２】
本発明は前記問題点を解決するためのもので、その目的は、ＬＥＤ素子の下部に形成される反射構造を、相異なる反射率を有するアルミニウム層とアルミナ層で形成することにより反射層の反射特性を向上させる新たな発光ダイオードを提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、発光ダイオードの基板を除去した後、その除去面に相異なる反射率を有するアルミニウム層とアルミナ層を形成することにより、全体としての反射特性を改善させるばかりでなく、光吸収要因となる基板を除去して全体の輝度を向上させる新たな発光ダイオードを提供することにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、ＬＥＤ素子において反射層が形成される面にアルミニウム膜を酸素雰囲気下で高温加圧することにより相異なる反射率を有するアルミナ層とアルミニウム層から成る反射層を形成して、優れた輝度のＬＥＤ素子を簡素化した工程により製造できる方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
こうした技術的課題を成し遂げるために、本発明は、基板と、前記基板上に形成される第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成される活性化層と、前記活性化層上に形成される第２導電型クラッド層と、前記基板下面に形成されるアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層と、前記アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層の下面に形成されるアルミニウム層とを含む発光ダイオードを提供する。さらに、本発明の他の実施の形態においては、ガラス層と、前記ガラス層上に形成されるアルミニウム層と、前記アルミニウム層上に形成されるアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層と、前記アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層上に形成される第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成される活性化層と、前記活性化層上に形成される第２導電型クラッド層とを含む発光ダイオードを提供する。本発明の発光ダイオードに用いる後面反射構造はアルミニウム層とその上に形成されるアルミナ層を含む。また、好ましい実施の形態においては、アルミニウム層の下部に追加的なアルミナ層などの保護用アルミナ層を形成することもできる。反射層の役目を果たす上部アルミナ層のアルミニウム含量は６０%以下であることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明は反射特性の優れた反射層を有する発光ダイオードの製造方法も提供する。前記方法は、基板を用意する段階と、前記基板上に第１導電型クラッド層を形成する段階と、前記第１導電型クラッド層上に活性化層を形成する段階と、前記活性化層上に第２導電型クラッド層を形成する段階と、酸素雰囲気下で前記基板の下面にアルミニウム膜を加熱しながら加圧することによって前記基板と隣接する部分のアルミニウム膜がアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層に形成されるよう前記基板とアルミニウム膜とを接合する段階とを含む。本発明の他の実施の形態による発光ダイオードの製造方法は、基板を用意する段階と、前記基板上に第１導電型クラッド層を形成する段階と、前記第１導電型クラッド層上に活性化層を形成する段階と、前記活性化層上に第２導電型クラッド層を形成する段階と、前記基板を除去して前記第２導電型クラッド層の下面を露出させる段階と、酸素雰囲気下で前記第２導電型クラッド層の下面にアルミニウム膜とガラス層を順次に配置する段階と、前記第２導電型クラッド層と前記アルミニウム膜及びガラス層が接合されるよう加熱しながら圧着させる段階とを含む。本発明による発光ダイオードの製造方法に用いる反射層を形成するための接合段階は、酸素雰囲気下でアルミニウム膜を加熱加圧して接合させることによって、その界面に意図的にアルミナ層を形成することができる。このようにアルミナ層を形成するために、接合時の加熱温度は２５０〜５００℃の範囲が好ましく、基板とアルミニウム膜に与える圧力は少なくとも３０ｇｆ/cm2が好ましい。とりわけ、より強固な接合が形成されるよう、基板または第１導電型クラッド層に３００〜６００Ｖの直流電圧を印加することが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて本発明の実施の形態をより詳しく説明する。図１は本発明の一実施の形態による発光ダイオードの構造を示す斜視図である。図１によると、本発明の発光ダイオード（ＬＥＤ）３０は、基板２２と、その上に形成されるｎ型クラッド層２４と、前記ｎ型クラッド層２４上に形成される活性化層２６と、前記活性化層２６上に形成されるｐ型クラッド層２８とで成る。
【００１８】
図６（Ａ）に示すＬＥＤ５１０のように、前記ＬＥＤ３０はｎ型クラッド層２４上に形成されるｎ型オーム接触（接点）３１と、ｐ型クラッド層２８に形成されるｐ型オーム接触（接点）３３とを備えることができる。前記第１導電型及び第２導電型クラッド層２４、２８と活性化層２６にはＧａＮ（窒化ガリウム）のような３〜５族半導体物質を用いられ、基板２２にはサファイア基板を用いることができる。
【００１９】
本発明のＬＥＤ３０構造の特徴は、前記基板２２の下面に、反射率の高い金属であるアルミニウム(Ａｌ)層３５と、前記アルミニウム層３５上に形成され純粋アルミニウムよりは反射率の低いアルミナ(Ａｌ２Ｏ２)層３７とを形成することにある。ここで、前記アルミニウム層と前記アルミナ層は１つの反射層のような役目を果たす。
【００２０】
通常、銀(Ａｇ)またはアルミニウム(Ａｌ)のように反射率の高い金属層のみ用いて反射層を形成するが、実際、その反射率が充分でないという問題がある。こうして本発明者は反射層の反射率を向上させる方法について研究を重ね、その結果、高反射コーティングのための光学アドミタンス(optical admittance)理論を応用して反射率の高い１層を用いる場合より、むしろ相異なる反射率を呈する２層を用いる場合に、より高い反射率が得られることがわかった。こうした原理から具現した新たな後面反射構造が図１に示すアルミナ層３７とアルミニウム層３５である。
【００２１】
このように、本発明に用いる反射構造は比較的高い反射率を呈するアルミニウム層３５の上にアルミナ層３７を追加形成する構造となる。これは、先に説明したように、通常の反射層である純粋なアルミニウム層の反射率より反射効果が優れているので、ＬＥＤの光放出効果を大幅に向上できることが期待される。さらに、前記アルミナ層３７は、前記基板２２にアルミニウム層３５をより強固に接合させるのに役立つ。このようにアルミニウム層３５と第１導電型クラッド層２４との間により強固な接合を形成するために、前記アルミナ層３７はアルミニウム元素の比率が約６０%以下であることが好ましい。
【００２２】
さらに、図１に示すように、本実施の形態によるＬＥＤ３０は、アルミニウム層３５の下面に追加的なアルミナ層３９(以下、反射層の役目を果たすアルミナ層３７を上部アルミナ層とする場合、このアルミナ層３９を下部アルミナ層と称する。)を形成することができる。本実施の形態において、保護用アルミナ層３９は後続工程または製品使用過程において化学的または機械的影響から素子を保護する役目を果たす。
【００２３】
図１の構造において、素子の下部に、即ちアルミニウム層３５または保護用アルミナ層を形成する場合には当該保護用アルミナ層の下端に、基板２２のように追加的な支持台の機能を働くガラス層(図示せず)を形成してもよい。
【００２４】
図２は本発明の他の実施の形態による発光ダイオード構造を示す斜視図である。図２によると、本発明による発光ダイオード（ＬＥＤ）５０は、ガラス層６１と、アルミニウム層５５と、アルミナ層５７と、ｎ型クラッド層４４、活性化層４６及びｐ型クラッド層４８を含む。さらに、前記ＬＥＤ５０はｎ型クラッド層４４上に形成されるｎ型オーム接触５１と、ｐ型クラッド層４８に形成されるｐ型オーム接触５３とを備える。前記クラッド層４４、４８と活性化層２６を構成する物質にはＧａＮのような３〜５族化合物半導体物質を用いることができる。
【００２５】
本実施の形態によるＬＥＤ５０は図１に示す形態と異なり、サファイアのような基板を具備していない。従来では、反射層による効果を向上させようとサファイア基板を除去し、素子上部にシリコン層を形成して、そのシリコン層に反射層の役目と同時にＬＥＤ素子の支持台としての役目を同時に働かせる方法を提供することもできる。しかし、この方法では、実際、反射率がアルミニウム層より小さく比較的高価なシリコン層を追加せねばならないという問題がある。
【００２６】
本発明の他の実施の形態においては、こうした問題を克服すべく、基板を除去して上部にシリコン層を形成する代わりに、下部クラッド層のｎ型クラッド層４４の下面に反射層であるアルミナ層５７及びアルミニウム層５５を直接形成して良質の反射構造を形成する。また、ＬＥＤ素子を支持する役目を果たす基板またはシリコン層の代わりに、先に述べたガラス層６１をアルミニウム層５５の下面に形成することでより安定した構造とさせる。
【００２７】
図２に示すＬＥＤ５０構造は、活性化層４６とクラッド層４４、４８を成す半導体物質の成長過程を完了した後、基板を除去してｎ型クラッド層４４の下面にアルミニウム層５５及びアルミナ層５７と共にガラス層６１を接合させて具現することができる。これについての詳細な説明は後述する。
【００２８】
本実施の形態に用いる反射構造物は図１に示す形態と類似で、高反射率を呈すアルミニウム層５５と比較的反射率の低いアルミナ層５７とを追加して形成する。本発明において、反射層として、アルミニウム層５５と共に用いるアルミナ層５７のＡｌ元素比率はｎ型クラッド層４４とアルミニウム層５５との間により強固な接合を形成するよう６０%以下であることが好ましい。さらに、図２には示さないが、本実施の形態によるＬＥＤ５０はアルミニウム層５５の下面に図１の３７のような追加的なアルミナ層を形成してもよい。この場合には、追加のアルミナ層はガラス層とアルミニウム層との間に形成することができる。
【００２９】
さらに、本発明は反射特性の優れた反射層を有する発光ダイオードの製造方法を提供することができる。本発明による発光ダイオードの製造方法は、基板上に第１導電型クラッド層、活性化層及び第２導電型クラッド層を順次に形成し、次いで酸素雰囲気下で前記基板の下面にアルミニウム膜を加熱しながら加圧して、その界面に隣接する部分のアルミニウム膜がアルミナ(Ａｌ２Ｏ２)層に形成されるよう前記基板とアルミニウム膜とを接合する工程で成る。
【００３０】
本発明の方法によると、別途の蒸着設備を用いることなく陽極接合工程を応用してアルミニウム膜(Ａｌ foil)で反射層を形成することによって、容易に反射層を形成できるばかりでなく、サファイアなどの基板に接着性の優秀な反射層を形成できる利点が得られる。
【００３１】
本発明の陽極接合工程を用いる反射層形成方法は、アルミニウム膜を酸素雰囲気下で加熱・加圧することによりアルミニウム層の表面、とりわけ基板と界面を成すアルミニウム部分が酸素と結合してアルミナ(Ａｌ２Ｏ２)層に形成されるようにするものである。図３（Ａ）及び３（Ｂ）は、本発明の一実施の形態による発光ダイオードの製造方法において、後面反射構造を形成するためのアルミニウム層接合段階を概略的に示す。
【００３２】
図３（Ａ）には、本製造方法に用いるチャンバー１００が概略的に示してある。前記チャンバーの内部は、酸素雰囲気下で上・下部治具１１０ａ、１１０ｂを具備して積層構造物を圧着できるよう構成されている。前記チャンバー１００の内部の下部治具１１０ａ上に、基板１２２をその下面が上を向くよう配置する。この際、前記基板１２２の上面には先に説明したように予め第１導電型クラッド層、活性化層及び第２導電型クラッド層から成るＬＥＤ領域１２０が形成されている。このように配置した前記基板の上にアルミニウム膜１３５を配置し、前記基板にアルミニウム膜１３５が接合されるよう治具１１０ａ、１１０ｂを用いて加熱しながら加圧する。
【００３３】
こうした接合過程では、アルミニウム膜が酸素雰囲気下で加熱圧着されるので、アルミニウム膜の表面では酸素と結合する反応が起こるようになる。その結果、図３（Ｂ）に示すように、アルミニウム膜１３５は両面にアルミナ(Ａｌ２Ｏ２)層１３７、１３９の形成されたアルミニウム層１３５'に形成される。ここで、基板との界面に隣接するアルミナ層１３７はアルミニウムに比較して比較的反射率が低い層として、アルミニウム層１３５'と共に反射構造物を成す。また、外部に露出するよう形成されるアルミナ層１３９はアルミニウム層１３５'を保護する保護層の役目を果たす。
【００３４】
前記説明したアルミニウム層の接合工程では、反射層の役目を果たすアルミナ層１３７を適切に形成することが重要である。とりわけ、アルミナ層１３７はより強固な接合を成すためにアルミニウムの比率を適切な範囲に限定することができる。このために、先ずチャンバー内部は酸素雰囲気に形成しなければならず、接合段階での加圧圧力は約３０〜約３００ｇｆ/cm2であることが好ましい。接合段階で適用される加熱温度範囲は、約４００℃ほどのアルミニウムのガラス転移温度(glass transition temperature:Ｔｇ)と圧力条件に鑑みて少なくとも約２５０℃以上とすることが好ましい。但し、アルミニウム層と異なる構造に変形し兼ねないので、約５００℃を超えないようにするのが好ましい。
【００３５】
図３（Ａ）に示す接合工程では、前記チャンバー１００は下部治具１１０ａに電源を連結し、接合時に基板１２２側に所定の直流電圧を印加できるよう構成することができる。従って、接合過程で基板に所定の直流電圧を印加してアルミニウム膜１３５のアルミニウムイオンを基板１２２側に移動させられ、こうしてより強固な接合を形成することができる。さらに、素子の下部にガラス層(図示せず)を形成してもよい。素子の下部にガラス層を追加形成する場合は、図３（Ａ）に示す方法と類似に、基板１２２とガラス層との間にアルミニウム膜を配置して陽極接合工程を施す。この際、ガラス層だけでも充分な支持層の役目を果たせるので、基板１２２の一部の厚さを除去してガラス層を用いる接合工程を行うのが素子の小型化に鑑みて好ましい。
【００３６】
これと異なって、本発明の発光ダイオードの製造方法は基板を除去してガラス層を用いて製造することもできる。図４はこうした発光ダイオードの製造方法を説明するための工程フロー図である。図４によると、本製造方法は基板を用意する段階２１０から始まる。次いで、前記基板上に第１導電型クラッド層、活性層（活性化層）、及び第２導電型クラッド層を順次に形成する(段階２２０)。
【００３７】
次に、段階２３０では、前記第１導電型クラッド層の下面が露出するよう前記基板を除去する。続いて、酸素雰囲気下で前記第１導電型クラッド層の下面にアルミニウム膜とガラス層を順次に配置してから(段階２４０)、前記第１導電型クラッド層と前記アルミニウム膜及びガラス層が接合するよう加熱しながら圧着させる(段階２５０)。こうして、図２に示すＬＥＤのように、ガラス層上にアルミニウム層とアルミナ層が形成される後面反射構造を形成することができる。
【００３８】
図５（Ａ）及び５（Ｂ）は、図４における製造方法に用いる後面反射構造の形成工程を説明するための概略図である。図５（Ａ）に概略的に示すチャンバー３００は、図３（Ａ）と類似に、その内部が酸素雰囲気に形成され、上・下部治具３１０ａ、３１０ｂを具備して積層構造物を圧着できるよう構成されている。前記チャンバー３００の下部治具３１０ａに、図４の方法中段階２３０から得られる基板の除去されたＬＥＤ素子３２０を第１導電型クラッド層の下面が上を向くよう配置する。また、前記第１導電型クラッド層の下面にアルミニウム膜３３５を配置し、前記基板にアルミニウム膜３３５が接合されるよう治具３１０ａ、３１０ｂを用いて加熱しながら加圧する。
【００３９】
図５（Ａ）のような設備で接合工程を行うと、アルミニウム膜３３５は酸素雰囲気下で加熱されるので、アルミニウム膜３３５の表面は酸素と結合して反応を起こす。その結果、図５（Ｂ）に示すように、アルミニウム膜３３５は両面にアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層３３７、３３９の形成されたアルミニウム層３３５'に形成される。こうして形成されたアルミナ層のうち第１導電型クラッド層と界面を成すアルミナ層３３７はアルミニウムに対して比較的反射率の低い層として、アルミニウム層３３５'と共に反射構造を形成するようになる。
【００４０】
所望の反射特性を有するアルミナ層３３７を得るためには、先に説明したように、チャンバー内部を酸素雰囲気に形成しなければならず、接合段階での加圧圧力は約３０〜約３００ｇｆ/cm2であることが好ましい。また、接合段階で適用する加熱温度の範囲は、圧力条件を考慮すると少なくとも約２５０℃以上が好ましいが、アルミニウム層と異なる構造に変形し兼ねないので、約５００℃以下に限定することが好ましい。
【００４１】
本発明は上述の実施の形態及び添付の図面により限定されるものではなく、添付の請求の範囲により限定されるものであり、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において多様な形態の置換、変形、及び変更が可能なことは当技術分野において通用の知識を有する者にとっては明らかであろう。
【００４２】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、ＬＥＤ素子の下部に形成される反射構造を相異なる反射率を有するアルミニウム層とアルミナ層に形成することによって、反射層の反射特性を向上させることができる。 さらに、本発明の他の実施の形態では、発光ダイオードの基板を除去した面に相異なる反射率を有するアルミニウム層とアルミナ層を形成して、全体の反射特性を改善させるばかりでなく、光吸収要因となる基板を除去して全体の輝度を向上させることができる。さらに、本発明によるＬＥＤの製造方法においては、ＬＥＤ素子中反射層が形成される面にアルミニウム膜を酸素雰囲気下で高温加圧することによって、アルミニウムである反射層を容易に形成できるばかりでなく、相異なる反射率を有するアルミナ層とアルミニウム層から成る反射構造を同時に形成することができるので、優れた輝度のＬＥＤ素子を簡素化した工程により製造できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による発光ダイオードの構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の他の実施の形態による発光ダイオードの構造を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の一実施の形態による発光ダイオードの製造方法中、後面反射構造形成のための接合工程を説明する概略図である。
【図４】本発明の他の実施の形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための工程フロー図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の一実施の形態による発光ダイオードの製造方法中、後面反射構造形成のための接合工程を説明するための概略図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は従来の発光ダイオードの構造を示す斜視図及び側面図である。
【符号の説明】
２２ 基板
２４、４４ 第１導電型クラッド層
２６、４６ 活性層（活性化層）
２８、４８ 第２導電型クラッド層
３５、５５ アルミニウム層
３７、５７ 反射用アルミナ層
３９ 保護用アルミナ層
６１ ガラス層
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオード及びその製造方法に関するもので、とりわけアルミニウム層とアルミナ層から成る反射層を形成することによって優れた光放出効率を呈し、陽極接合(anode bonding)を用いて前記反射層をより容易に形成できる発光ダイオード及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発光ダイオード(light emission diode)はＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＩｎＰなどの化合物から成る半導体素子として、光通信、電子機器分野で様々な形態の光源に幅広く用いられている。かかるＬＥＤ素子の特性を決定する重要な基準の一つは輝度である。様々な設計変更によりＬＥＤの輝度を改善させようと色々な試みが図られている。
【０００３】
例えば、ＬＥＤにおいて、電子と正孔との再結合を利用して光を生成する活性（活性化）層(active layer)に１つ以上の発光層を用いることによってＬＥＤ輝度を改善することができた。かかるＬＥＤは、各層の厚さが１００Åより大きければ多重井戸(multiwell:多重油井：ＭＷ)ＬＥＤと称し、大体１００Åより小さければ多重量子井戸(multiple quantum well:多重量子油井：ＭＱＷ)ＬＥＤとする。これに対して、単一活性化層で成るＬＥＤは二重ヘテロ構造(doble heterostructure : ＤＨ)ＬＥＤまたは単一量子井戸(ＳＱＷ)ＬＥＤと称するが、活性化層の個数及び/または厚さを調節することによって輝度を改善させることが試みられてきた。
【０００４】
かかる従来の技術は、活性化層自体で生成される光を極大化する観点から研究されるものである。しかし、このように活性化層自体の構造を変更して生成される光の輝度を向上させようとする方案は、使用材料によって設計が複雑なばかりか、実際工程への適用に大変困難がある。上述した従来の技術と異なって、一定の光量で放出される活性化層の光を効率的に活用できる構造改善案も研究されている。その例として、ＬＥＤ下部に反射層を追加して不要な領域に放出されて消耗されてしまう光を最少化し、所望の方向における輝度を向上させる方法が挙げられる。かかる方法は、ＬＥＤ素子の基板下部にアルミニウム(Ａｌ)または銀(Ａｇ)など反射率の高い金属を後面反射層(back reflector layer)として形成することにより具現する。前記具現形態の一例は図６（Ａ）及び６（Ｂ）に示してある。
【０００５】
先ず、図６（Ａ）によると、発光ダイオード（ＬＥＤ）５１０は、基板５０２と、その上に形成されるｎ型の第１導電型クラッド層５０４と、前記第１導電型クラッド層５０４上に形成される活性化層５０６と、前記活性化層５０６上に形成されるｐ型の第２導電型クラッド層５０８とを含む。通常の構成では第１導電型はｎ型、第２導電型はｐ型となり、これは最も一般的なＬＥＤ構成である為、本明細書全般において好ましい例として用いる。これに対して、第１導電型がｐ型、第２導電型がｎ型であるＬＥＤを形成することもできる。その選択によって、ＬＥＤはｐ型基板上に成長されもし、ｎ型基板に成長されもする。また、ＧａＮ（窒化ガリウム）化合物半導体物質をクラッド層に用いる場合には、サファイア基板を使用することもできる。
【０００６】
図６（Ａ）に示すように、ＬＥＤ５１０のｎ型クラッド層５０４は、ｐ型クラッド層と活性化層が成長されていない上面領域(厳格に言うと、ｐ型クラッド層と活性化層を成長させた後一部除去して露出させた上面領域)にｎ型オーム接触（接点）(ohmic contact)５１１が形成され、ｐ型クラッド層５０８はｐ型オーム接触（接点）５１３が形成される。また、前記基板５０２の下面には反射率の高い金属から成る反射層５１５が形成される。
【０００７】
前記ＬＥＤ５１０のオーム接触５１１、５１３に電圧が印加されると、ｎ型クラッド層５０４から活性化層５０６に電子が注入され、ｐ型クラッド層５０８から前記活性化層５０６に正孔が注入される。前記活性化層５０６の領域に注入される電子と正孔は再結合し合って光が生成されるようになる。
【０００８】
この際、発散する光の進行方向は図６（Ｂ）に概略的に示してある。図６（Ｂ）によると、例えば活性化層５０６の地点(Ｐ)で生成される光は使用者の望む発光方向である素子５１０の上方へ発散する光ａと、素子の下方へ発散する光ｂがほぼ同一量で分散するであろう。
【０００９】
図６（Ｂ）に示すＬＥＤ構造５１０において、素子５１０の下方に向かう光ｂは基板２の下面に配置された反射層５１５に到達し、その反射層５１５の高反射率により一定量ｂ’は再び上方に向かうようになる。このように反射層５１５は光が素子５１０の上部を向くよう活性化層５０６から発散する光を集中させて不要に消耗される量を最少化する役目を果たす。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６（Ａ）及び６（Ｂ）に説明する反射層のみではＬＥＤ素子の光放出効率の改善が充分でなく、とりわけ反射層に向かう、またはそれから反射される光は比較的厚いサファイア基板に相当量が光吸収されてしまい、実際の反射層による効率があまり改善されないという問題があった。
【００１１】
さらに、かかる反射層はＬＥＤ素子の製造後、追加的な蒸着工程により形成されるべきなので、全体の工程が複雑になり製造費用も増加する問題ばかりでなく、現在、使用される蒸着設備にはサファイア基板の下面に優れた接着性を有するＡｌ層またはＡｇ層を形成することが大変困難であるという問題も抱えている。従って、当技術分野においては反射層を改善してより効率的にＬＥＤの輝度を増加させるばかりでなく、その製造工程も簡素な新たなＬＥＤ及びその製造方法が要求されてきた。
【００１２】
本発明は前記問題点を解決するためのもので、その目的は、ＬＥＤ素子の下部に形成される反射構造を、相異なる反射率を有するアルミニウム層とアルミナ層で形成することにより反射層の反射特性を向上させる新たな発光ダイオードを提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、発光ダイオードの基板を除去した後、その除去面に相異なる反射率を有するアルミニウム層とアルミナ層を形成することにより、全体としての反射特性を改善させるばかりでなく、光吸収要因となる基板を除去して全体の輝度を向上させる新たな発光ダイオードを提供することにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、ＬＥＤ素子において反射層が形成される面にアルミニウム膜を酸素雰囲気下で高温加圧することにより相異なる反射率を有するアルミナ層とアルミニウム層から成る反射層を形成して、優れた輝度のＬＥＤ素子を簡素化した工程により製造できる方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
こうした技術的課題を成し遂げるために、本発明は、基板と、前記基板上に形成される第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成される活性化層と、前記活性化層上に形成される第２導電型クラッド層と、前記基板下面に形成されるアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層と、前記アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層の下面に形成されるアルミニウム層とを含む発光ダイオードを提供する。さらに、本発明の他の実施の形態においては、ガラス層と、前記ガラス層上に形成されるアルミニウム層と、前記アルミニウム層上に形成されるアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層と、前記アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層上に形成される第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成される活性化層と、前記活性化層上に形成される第２導電型クラッド層とを含む発光ダイオードを提供する。本発明の発光ダイオードに用いる後面反射構造はアルミニウム層とその上に形成されるアルミナ層を含む。また、好ましい実施の形態においては、アルミニウム層の下部に追加的なアルミナ層などの保護用アルミナ層を形成することもできる。反射層の役目を果たす上部アルミナ層のアルミニウム含量は６０%以下であることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明は反射特性の優れた反射層を有する発光ダイオードの製造方法も提供する。前記方法は、基板を用意する段階と、前記基板上に第１導電型クラッド層を形成する段階と、前記第１導電型クラッド層上に活性化層を形成する段階と、前記活性化層上に第２導電型クラッド層を形成する段階と、酸素雰囲気下で前記基板の下面にアルミニウム膜を加熱しながら加圧することによって前記基板と隣接する部分のアルミニウム膜がアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層に形成されるよう前記基板とアルミニウム膜とを接合する段階とを含む。本発明の他の実施の形態による発光ダイオードの製造方法は、基板を用意する段階と、前記基板上に第１導電型クラッド層を形成する段階と、前記第１導電型クラッド層上に活性化層を形成する段階と、前記活性化層上に第２導電型クラッド層を形成する段階と、前記基板を除去して前記第２導電型クラッド層の下面を露出させる段階と、酸素雰囲気下で前記第２導電型クラッド層の下面にアルミニウム膜とガラス層を順次に配置する段階と、前記第２導電型クラッド層と前記アルミニウム膜及びガラス層が接合されるよう加熱しながら圧着させる段階とを含む。本発明による発光ダイオードの製造方法に用いる反射層を形成するための接合段階は、酸素雰囲気下でアルミニウム膜を加熱加圧して接合させることによって、その界面に意図的にアルミナ層を形成することができる。このようにアルミナ層を形成するために、接合時の加熱温度は２５０〜５００℃の範囲が好ましく、基板とアルミニウム膜に与える圧力は少なくとも３０ｇｆ/cm2が好ましい。とりわけ、より強固な接合が形成されるよう、基板または第１導電型クラッド層に３００〜６００Ｖの直流電圧を印加することが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて本発明の実施の形態をより詳しく説明する。図１は本発明の一実施の形態による発光ダイオードの構造を示す斜視図である。図１によると、本発明の発光ダイオード（ＬＥＤ）３０は、基板２２と、その上に形成されるｎ型クラッド層２４と、前記ｎ型クラッド層２４上に形成される活性化層２６と、前記活性化層２６上に形成されるｐ型クラッド層２８とで成る。
【００１８】
図６（Ａ）に示すＬＥＤ５１０のように、前記ＬＥＤ３０はｎ型クラッド層２４上に形成されるｎ型オーム接触（接点）３１と、ｐ型クラッド層２８に形成されるｐ型オーム接触（接点）３３とを備えることができる。前記第１導電型及び第２導電型クラッド層２４、２８と活性化層２６にはＧａＮ（窒化ガリウム）のような３〜５族半導体物質を用いられ、基板２２にはサファイア基板を用いることができる。
【００１９】
本発明のＬＥＤ３０構造の特徴は、前記基板２２の下面に、反射率の高い金属であるアルミニウム(Ａｌ)層３５と、前記アルミニウム層３５上に形成され純粋アルミニウムよりは反射率の低いアルミナ(Ａｌ２Ｏ２)層３７とを形成することにある。ここで、前記アルミニウム層と前記アルミナ層は１つの反射層のような役目を果たす。
【００２０】
通常、銀(Ａｇ)またはアルミニウム(Ａｌ)のように反射率の高い金属層のみ用いて反射層を形成するが、実際、その反射率が充分でないという問題がある。こうして本発明者は反射層の反射率を向上させる方法について研究を重ね、その結果、高反射コーティングのための光学アドミタンス(optical admittance)理論を応用して反射率の高い１層を用いる場合より、むしろ相異なる反射率を呈する２層を用いる場合に、より高い反射率が得られることがわかった。こうした原理から具現した新たな後面反射構造が図１に示すアルミナ層３７とアルミニウム層３５である。
【００２１】
このように、本発明に用いる反射構造は比較的高い反射率を呈するアルミニウム層３５の上にアルミナ層３７を追加形成する構造となる。これは、先に説明したように、通常の反射層である純粋なアルミニウム層の反射率より反射効果が優れているので、ＬＥＤの光放出効果を大幅に向上できることが期待される。さらに、前記アルミナ層３７は、前記基板２２にアルミニウム層３５をより強固に接合させるのに役立つ。このようにアルミニウム層３５と第１導電型クラッド層２４との間により強固な接合を形成するために、前記アルミナ層３７はアルミニウム元素の比率が約６０%以下であることが好ましい。
【００２２】
さらに、図１に示すように、本実施の形態によるＬＥＤ３０は、アルミニウム層３５の下面に追加的なアルミナ層３９(以下、反射層の役目を果たすアルミナ層３７を上部アルミナ層とする場合、このアルミナ層３９を下部アルミナ層と称する。)を形成することができる。本実施の形態において、保護用アルミナ層３９は後続工程または製品使用過程において化学的または機械的影響から素子を保護する役目を果たす。
【００２３】
図１の構造において、素子の下部に、即ちアルミニウム層３５または保護用アルミナ層を形成する場合には当該保護用アルミナ層の下端に、基板２２のように追加的な支持台の機能を働くガラス層(図示せず)を形成してもよい。
【００２４】
図２は本発明の他の実施の形態による発光ダイオード構造を示す斜視図である。図２によると、本発明による発光ダイオード（ＬＥＤ）５０は、ガラス層６１と、アルミニウム層５５と、アルミナ層５７と、ｎ型クラッド層４４、活性化層４６及びｐ型クラッド層４８を含む。さらに、前記ＬＥＤ５０はｎ型クラッド層４４上に形成されるｎ型オーム接触５１と、ｐ型クラッド層４８に形成されるｐ型オーム接触５３とを備える。前記クラッド層４４、４８と活性化層２６を構成する物質にはＧａＮのような３〜５族化合物半導体物質を用いることができる。
【００２５】
本実施の形態によるＬＥＤ５０は図１に示す形態と異なり、サファイアのような基板を具備していない。従来では、反射層による効果を向上させようとサファイア基板を除去し、素子上部にシリコン層を形成して、そのシリコン層に反射層の役目と同時にＬＥＤ素子の支持台としての役目を同時に働かせる方法を提供することもできる。しかし、この方法では、実際、反射率がアルミニウム層より小さく比較的高価なシリコン層を追加せねばならないという問題がある。
【００２６】
本発明の他の実施の形態においては、こうした問題を克服すべく、基板を除去して上部にシリコン層を形成する代わりに、下部クラッド層のｎ型クラッド層４４の下面に反射層であるアルミナ層５７及びアルミニウム層５５を直接形成して良質の反射構造を形成する。また、ＬＥＤ素子を支持する役目を果たす基板またはシリコン層の代わりに、先に述べたガラス層６１をアルミニウム層５５の下面に形成することでより安定した構造とさせる。
【００２７】
図２に示すＬＥＤ５０構造は、活性化層４６とクラッド層４４、４８を成す半導体物質の成長過程を完了した後、基板を除去してｎ型クラッド層４４の下面にアルミニウム層５５及びアルミナ層５７と共にガラス層６１を接合させて具現することができる。これについての詳細な説明は後述する。
【００２８】
本実施の形態に用いる反射構造物は図１に示す形態と類似で、高反射率を呈すアルミニウム層５５と比較的反射率の低いアルミナ層５７とを追加して形成する。本発明において、反射層として、アルミニウム層５５と共に用いるアルミナ層５７のＡｌ元素比率はｎ型クラッド層４４とアルミニウム層５５との間により強固な接合を形成するよう６０%以下であることが好ましい。さらに、図２には示さないが、本実施の形態によるＬＥＤ５０はアルミニウム層５５の下面に図１の３７のような追加的なアルミナ層を形成してもよい。この場合には、追加のアルミナ層はガラス層とアルミニウム層との間に形成することができる。
【００２９】
さらに、本発明は反射特性の優れた反射層を有する発光ダイオードの製造方法を提供することができる。本発明による発光ダイオードの製造方法は、基板上に第１導電型クラッド層、活性化層及び第２導電型クラッド層を順次に形成し、次いで酸素雰囲気下で前記基板の下面にアルミニウム膜を加熱しながら加圧して、その界面に隣接する部分のアルミニウム膜がアルミナ(Ａｌ２Ｏ２)層に形成されるよう前記基板とアルミニウム膜とを接合する工程で成る。
【００３０】
本発明の方法によると、別途の蒸着設備を用いることなく陽極接合工程を応用してアルミニウム膜(Ａｌ foil)で反射層を形成することによって、容易に反射層を形成できるばかりでなく、サファイアなどの基板に接着性の優秀な反射層を形成できる利点が得られる。
【００３１】
本発明の陽極接合工程を用いる反射層形成方法は、アルミニウム膜を酸素雰囲気下で加熱・加圧することによりアルミニウム層の表面、とりわけ基板と界面を成すアルミニウム部分が酸素と結合してアルミナ(Ａｌ２Ｏ２)層に形成されるようにするものである。図３（Ａ）及び３（Ｂ）は、本発明の一実施の形態による発光ダイオードの製造方法において、後面反射構造を形成するためのアルミニウム層接合段階を概略的に示す。
【００３２】
図３（Ａ）には、本製造方法に用いるチャンバー１００が概略的に示してある。前記チャンバーの内部は、酸素雰囲気下で上・下部治具１１０ａ、１１０ｂを具備して積層構造物を圧着できるよう構成されている。前記チャンバー１００の内部の下部治具１１０ａ上に、基板１２２をその下面が上を向くよう配置する。この際、前記基板１２２の上面には先に説明したように予め第１導電型クラッド層、活性化層及び第２導電型クラッド層から成るＬＥＤ領域１２０が形成されている。このように配置した前記基板の上にアルミニウム膜１３５を配置し、前記基板にアルミニウム膜１３５が接合されるよう治具１１０ａ、１１０ｂを用いて加熱しながら加圧する。
【００３３】
こうした接合過程では、アルミニウム膜が酸素雰囲気下で加熱圧着されるので、アルミニウム膜の表面では酸素と結合する反応が起こるようになる。その結果、図３（Ｂ）に示すように、アルミニウム膜１３５は両面にアルミナ(Ａｌ２Ｏ２)層１３７、１３９の形成されたアルミニウム層１３５'に形成される。ここで、基板との界面に隣接するアルミナ層１３７はアルミニウムに比較して比較的反射率が低い層として、アルミニウム層１３５'と共に反射構造物を成す。また、外部に露出するよう形成されるアルミナ層１３９はアルミニウム層１３５'を保護する保護層の役目を果たす。
【００３４】
前記説明したアルミニウム層の接合工程では、反射層の役目を果たすアルミナ層１３７を適切に形成することが重要である。とりわけ、アルミナ層１３７はより強固な接合を成すためにアルミニウムの比率を適切な範囲に限定することができる。このために、先ずチャンバー内部は酸素雰囲気に形成しなければならず、接合段階での加圧圧力は約３０〜約３００ｇｆ/cm2であることが好ましい。接合段階で適用される加熱温度範囲は、約４００℃ほどのアルミニウムのガラス転移温度(glass transition temperature:Ｔｇ)と圧力条件に鑑みて少なくとも約２５０℃以上とすることが好ましい。但し、アルミニウム層と異なる構造に変形し兼ねないので、約５００℃を超えないようにするのが好ましい。
【００３５】
図３（Ａ）に示す接合工程では、前記チャンバー１００は下部治具１１０ａに電源を連結し、接合時に基板１２２側に所定の直流電圧を印加できるよう構成することができる。従って、接合過程で基板に所定の直流電圧を印加してアルミニウム膜１３５のアルミニウムイオンを基板１２２側に移動させられ、こうしてより強固な接合を形成することができる。さらに、素子の下部にガラス層(図示せず)を形成してもよい。素子の下部にガラス層を追加形成する場合は、図３（Ａ）に示す方法と類似に、基板１２２とガラス層との間にアルミニウム膜を配置して陽極接合工程を施す。この際、ガラス層だけでも充分な支持層の役目を果たせるので、基板１２２の一部の厚さを除去してガラス層を用いる接合工程を行うのが素子の小型化に鑑みて好ましい。
【００３６】
これと異なって、本発明の発光ダイオードの製造方法は基板を除去してガラス層を用いて製造することもできる。図４はこうした発光ダイオードの製造方法を説明するための工程フロー図である。図４によると、本製造方法は基板を用意する段階２１０から始まる。次いで、前記基板上に第１導電型クラッド層、活性層（活性化層）、及び第２導電型クラッド層を順次に形成する(段階２２０)。
【００３７】
次に、段階２３０では、前記第１導電型クラッド層の下面が露出するよう前記基板を除去する。続いて、酸素雰囲気下で前記第１導電型クラッド層の下面にアルミニウム膜とガラス層を順次に配置してから(段階２４０)、前記第１導電型クラッド層と前記アルミニウム膜及びガラス層が接合するよう加熱しながら圧着させる(段階２５０)。こうして、図２に示すＬＥＤのように、ガラス層上にアルミニウム層とアルミナ層が形成される後面反射構造を形成することができる。
【００３８】
図５（Ａ）及び５（Ｂ）は、図４における製造方法に用いる後面反射構造の形成工程を説明するための概略図である。図５（Ａ）に概略的に示すチャンバー３００は、図３（Ａ）と類似に、その内部が酸素雰囲気に形成され、上・下部治具３１０ａ、３１０ｂを具備して積層構造物を圧着できるよう構成されている。前記チャンバー３００の下部治具３１０ａに、図４の方法中段階２３０から得られる基板の除去されたＬＥＤ素子３２０を第１導電型クラッド層の下面が上を向くよう配置する。また、前記第１導電型クラッド層の下面にアルミニウム膜３３５を配置し、前記基板にアルミニウム膜３３５が接合されるよう治具３１０ａ、３１０ｂを用いて加熱しながら加圧する。
【００３９】
図５（Ａ）のような設備で接合工程を行うと、アルミニウム膜３３５は酸素雰囲気下で加熱されるので、アルミニウム膜３３５の表面は酸素と結合して反応を起こす。その結果、図５（Ｂ）に示すように、アルミニウム膜３３５は両面にアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層３３７、３３９の形成されたアルミニウム層３３５'に形成される。こうして形成されたアルミナ層のうち第１導電型クラッド層と界面を成すアルミナ層３３７はアルミニウムに対して比較的反射率の低い層として、アルミニウム層３３５'と共に反射構造を形成するようになる。
【００４０】
所望の反射特性を有するアルミナ層３３７を得るためには、先に説明したように、チャンバー内部を酸素雰囲気に形成しなければならず、接合段階での加圧圧力は約３０〜約３００ｇｆ/cm2であることが好ましい。また、接合段階で適用する加熱温度の範囲は、圧力条件を考慮すると少なくとも約２５０℃以上が好ましいが、アルミニウム層と異なる構造に変形し兼ねないので、約５００℃以下に限定することが好ましい。
【００４１】
本発明は上述の実施の形態及び添付の図面により限定されるものではなく、添付の請求の範囲により限定されるものであり、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において多様な形態の置換、変形、及び変更が可能なことは当技術分野において通用の知識を有する者にとっては明らかであろう。
【００４２】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、ＬＥＤ素子の下部に形成される反射構造を相異なる反射率を有するアルミニウム層とアルミナ層に形成することによって、反射層の反射特性を向上させることができる。 さらに、本発明の他の実施の形態では、発光ダイオードの基板を除去した面に相異なる反射率を有するアルミニウム層とアルミナ層を形成して、全体の反射特性を改善させるばかりでなく、光吸収要因となる基板を除去して全体の輝度を向上させることができる。さらに、本発明によるＬＥＤの製造方法においては、ＬＥＤ素子中反射層が形成される面にアルミニウム膜を酸素雰囲気下で高温加圧することによって、アルミニウムである反射層を容易に形成できるばかりでなく、相異なる反射率を有するアルミナ層とアルミニウム層から成る反射構造を同時に形成することができるので、優れた輝度のＬＥＤ素子を簡素化した工程により製造できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による発光ダイオードの構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の他の実施の形態による発光ダイオードの構造を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の一実施の形態による発光ダイオードの製造方法中、後面反射構造形成のための接合工程を説明する概略図である。
【図４】本発明の他の実施の形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための工程フロー図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の一実施の形態による発光ダイオードの製造方法中、後面反射構造形成のための接合工程を説明するための概略図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は従来の発光ダイオードの構造を示す斜視図及び側面図である。
【符号の説明】
２２ 基板
２４、４４ 第１導電型クラッド層
２６、４６ 活性層（活性化層）
２８、４８ 第２導電型クラッド層
３５、５５ アルミニウム層
３７、５７ 反射用アルミナ層
３９ 保護用アルミナ層
６１ ガラス層
Claims (19)
- 基板と、
前記基板上に形成される第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成される活性化層と、
前記活性化層上に形成される第２導電型クラッド層と、
前記基板の下面に形成されるアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層と、
前記アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層の下面に形成されるアルミニウム層と、
を有することを特徴とする発光ダイオード。 - 前記アルミニウム層の下面に形成されるガラス層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
- 前記アルミニウム層の下面または前記アルミニウム層と前記ガラス層との間に形成されるアルミナ層をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオード。
- 前記第１導電型及び第２導電型クラッド層を形成する物質はＧａＮ化合物半導体物質で、前記基板はサファイア基板であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
- ガラス層と、
前記ガラス層上に形成されるアルミニウム層と、
前記アルミニウム層上に形成されるアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層と、
前記アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層上に形成される第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成される活性化層と、
前記活性化層上に形成される第２導電型クラッド層と、
を有することを特徴とする発光ダイオード。 - 前記アルミニウム層と前記ガラス層との間に形成されるアルミナ層をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード。
- 前記第１導電型及び第２導電型クラッド層を形成する物質はＧａＮ化合物半導体物質で、前記基板はサファイア基板であることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード。
- 基板を用意する段階と、
前記基板上に第１導電型クラッド層を形成する段階と、
前記第１導電型クラッド層上に活性化層を形成する段階と、
前記活性化層上に第２導電型クラッド層を形成する段階と、
酸素雰囲気下で前記基板の下面にアルミニウム膜を加熱しながら加圧することによって、前記基板の界面にアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)層が形成されるよう前記基板とアルミニウム膜とを接合する段階と、
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。 - 前記接合段階で適用する加熱温度範囲は２５０〜５００℃であることを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記接合段階で基板とアルミニウム膜に適用する圧力は少なくとも３０ｇｆ/cm2であることを特徴とする請求項８に発光ダイオードの製造方法。
- 前記接合段階は基板側に３００〜６００Ｖの直流電圧を印加することを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記接合段階は前記アルミニウム層の下面にガラス層を接合することを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記接合段階で前記アルミニウム膜の下部にアルミナ層をさらに形成することを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記第１導電型及び第２導電型クラッド層を形成する物質はＧａＮ化合物半導体物質で、前記基板はサファイア基板であることを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 基板を用意する段階と、
前記基板上に第１導電型クラッド層を形成する段階と、
前記第１導電型クラッド層上に活性化層を形成する段階と、
前記活性化層上に第２導電型クラッド層を形成する段階と、
前記基板を除去して前記第１導電型クラッド層の下面を露出させる段階と、
酸素雰囲気下で前記第１導電型クラッド層の下面にアルミニウム膜とガラス層を順次に配置する段階と、
前記第１導電型クラッド層と前記アルミニウム膜及び前記アルミニウム膜と前記ガラス層が接合するよう加熱しながら圧着させる段階と、
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。 - 前記接合段階で適用する加熱温度範囲は２５０〜５００℃であることを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記接合段階で基板とアルミニウム膜に適用する圧力は少なくとも３０ｇｆ/cm2であることを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記接合段階で前記ガラス層と隣接するアルミニウム層の下部にアルミナ層をさらに形成することを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記第１導電型及び第２導電型クラッド層を形成する物質はＧａＮ化合物半導体物質で、前記基板はサファイア基板であることを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオードの製造方法。
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