JP2005197505A - 窒化ガリウム基iii−v族化合物半導体発光ダイオードとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】素子内部で放射した光の散乱放射率を大幅に向上するGaN系発光素子を提供する。
【解決手段】サファイアまたは炭化珪素(SiC)製基板上に緩衝層を形成した後、この緩衝層上にn-GaN系のエピタキシャル沈殿層を成長する第1工程と、前記n-GaN系エピタキシャル沈殿層の上にマルチ量子井戸活性層を形成する第2工程と、前記マルチ量子井戸活性層の上にp-GaN(p-GaN-based)系のエピタキシャル沈殿層を成長した後、エッチング法により、一部のn-GaN層の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層と、一部のp-GaN層とを取り除くことによって、n-GaN層に露出面を形成させる第3工程と、エッチングした後に残ったp-GaN層の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するZnO系窓層を成長させることで、好適な光取出層が形成された第4工程とを含む。
【選択図】図3
【解決手段】サファイアまたは炭化珪素(SiC)製基板上に緩衝層を形成した後、この緩衝層上にn-GaN系のエピタキシャル沈殿層を成長する第1工程と、前記n-GaN系エピタキシャル沈殿層の上にマルチ量子井戸活性層を形成する第2工程と、前記マルチ量子井戸活性層の上にp-GaN(p-GaN-based)系のエピタキシャル沈殿層を成長した後、エッチング法により、一部のn-GaN層の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層と、一部のp-GaN層とを取り除くことによって、n-GaN層に露出面を形成させる第3工程と、エッチングした後に残ったp-GaN層の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するZnO系窓層を成長させることで、好適な光取出層が形成された第4工程とを含む。
【選択図】図3
Description
本発明は、窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードとその製造方法に関する。
従来の窒化ガリウム基の発光デバイスは、Ni/Au構成をpタイプ半導体層の表面での透明電極とすることにより、発光デバイスの発光効率を改善するが、このようなNi/Au構成の自身は光透過特性が良くないため、Ni/Au構成の成形厚さは極めて薄く、具体的には、僅かに0.005〜0.2μm程度であり、また、臨界角度θc原則によれば、透明電極は適当な厚さを有しないと、光りの散乱放射が難しくなるため、Ni/Au構成はその厚さの制限で、その光透過特性が理想的な状況になることはできない。
また、Ni/Au構成を透明電極とする従来の窒化ガリウム基発光デバイスは、上記構成の制限で、0.005〜0.2μm程度の成形厚さの上に、表面処理を実施することによりサイドエッジを更に多くすることができないため、光の散乱放射率を向上することができない。
本発明の目的は、より優れた光取出率を有し且つ透明電極の厚さをより厚くすることができる窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードとその製造方法を提供する。
上記目的を達成するためになされた本願の請求項1は、サファイアまたは炭化珪素(SiC)を基板とし、前記基板の上面に緩衝層を形成した後、また、n-GaN系のエピタキシャル沈殿層を成長する第1工程と、前記n-GaN系エピタキシャル沈殿層の上にマルチ量子井戸活性層を形成する第2工程と、前記マルチ量子井戸活性層の上にp-GaN(p-GaN-based )系のエピタキシャル沈殿層を成長した後、エッチング法により、一部のn-GaN層の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層と、一部のp-GaN層と、を取り除くことによって、n-GaN層に露出面を形成させる第3工程と、エッチングした後に残ったp-GaN層の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するZnO系窓層を成長させることによって、好適な光取出層を形成させる第4工程とを含み、これにより、n-GaN層の露出面の上にnタイプ金属電極を設置することができ、且つZnO系窓層の上にpタイプ金属電極を設置することができるので、発光ダイオードの発光デバイスが形成されたことを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードとその製造方法であることを要旨としている。
図1から図3を参照する。
図1から図3を参照する。本発明の実施例1は、光透過特性がより優れたZnO材料を利用し、エピタキシャル方式により、多層エピタキシャル構造の上に適当な厚さを有する金属酸化層を成長することによって、光取出層を形成する。また、図1から図2に示すのは、本発明の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法であり、次の工程を含む。
サファイアまたは炭化珪素(SiC)を基板10とし、基板10の上面11に緩衝層を形成した後、また、n-GaN系のエピタキシャル沈殿層21を成長する第1工程と、
n-GaN系エピタキシャル沈殿層21の上にマルチ量子井戸活性層23を形成する第2工程と、
マルチ量子井戸活性層23の上にp-GaN系( p-GaN-basedであり、例えば、p-GaNやp-InGaNやp-AlInGaNなど)のエピタキシャル沈殿層25を成長した後、エッチング法により、一部のn-GaN層21の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層23と、一部のp-GaN層25と、を取り除くことによって、n-GaN層21に露出面21aを形成させる第3工程と、
エッチングした後に残ったp-GaN層25の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するZnO系窓層31を成長させることによって、好適な光取出層を形成させる第4工程とを有する。
n-GaN系エピタキシャル沈殿層21の上にマルチ量子井戸活性層23を形成する第2工程と、
マルチ量子井戸活性層23の上にp-GaN系( p-GaN-basedであり、例えば、p-GaNやp-InGaNやp-AlInGaNなど)のエピタキシャル沈殿層25を成長した後、エッチング法により、一部のn-GaN層21の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層23と、一部のp-GaN層25と、を取り除くことによって、n-GaN層21に露出面21aを形成させる第3工程と、
エッチングした後に残ったp-GaN層25の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するZnO系窓層31を成長させることによって、好適な光取出層を形成させる第4工程とを有する。
これにより、n-GaN層21の露出面21aの上にnタイプ金属電極40を設置することができ、且つZnO系窓層31の上にpタイプ金属電極50を設置することができるため、発光ダイオードによる発光デバイスが形成された。
ここで説明したいのは、本発明の金属酸化層は、スパッタリング自己組織法により形成されても良く、PVD法により形成されても良い。また、イオン・プレーティング法により形成されても良く、パルスド・レーザ蒸着法により形成されても良い。さらに、CVD法により形成されても良く、分子線エピタキシャル成長法により形成されても良い。
また、前記発光デバイスは、加工したチップをリードフレーム(図示せず)に設置した後、ボンディングして、樹脂を注入することによりパッキングすると、発光ダイオードが完成される。この作業は従来の技術と同様であるので、詳しい説明は省略する。
図3に示すのは本発明の構成である。基板10と、多層エピタキシャル構造20と、光取出層30と、nタイプ金属電極40と、pタイプ金属電極50と、から構成され、多層エピタキシャル構造20は、緩衝層22と、第一半導体層24と、光発生層26と、第二半導体層28とを含む。
基板10は、サファイアまたは炭化珪素(SiC)で作製され、その厚さは300〜450μm程度である。
緩衝層22は、基板10の上面11に形成されたLT-GaN/HT-GaN緩衝層であり、LT-GaNは、先に基板10で成長された低温緩衝層であり、その厚さは30〜500Å程度であり、なお、HT-GaNは、LT-GaNの上に成長された高温緩衝層であり、その厚さは0.5〜6μm程度である。
第一半導体層24は、緩衝層22の上に成長されたnタイプGaN基III-V族化合物半導体層であり、その厚さは2〜6μm程度であり、成長温度Tgは約980〜1080℃である。
光発生層26は、第一半導体層24の上に成長されたGaN基III-V族化合物半導体層であり、または活性層と称し、これは、GaNのマルチ量子井戸でも良いし、InGaNのマルチ量子井戸でも良い。
第二半導体層28は、光発生層26の上に成長されたpタイプGaN基III-V族化合物半導体層であり、これは、例えばp-GaNやp-InGaNやp-AlInGaNなどのいずれ一種のエピタキシャル沈殿層でもよく、その厚さは0.2〜0.5μm程度であり、成長温度Tgは約950〜1000℃である。
光取出層30は、第二半導体層28の上に成長され光が透過できる金属酸化層であり、ZnO材質でも良い。
nタイプ金属電極40は、第一半導体層24の露出面24aに設置される。pタイプ金属電極50は光取出層30の上に設置される。
これにより、光取出層30を有する発光デバイスが構成され、且つ光取出層30は適当な厚さを有するため、活性ゾーンから発散した光線は、光取出層30のサイドエッジと表面とを透過することが更にし易くなり、放射した光りの散乱放射量が多くなるので、発光デバイスの光取出率は向上された。
ここで説明したいのは、光発生層26(すなわち、活性層)は、エピタキシャル層だけを含んでもよく、且つエピタキシャル層がAlGaInN基III-V族化合物半導体層で構成されたものである。
また、光取出層30は、ZnO又はSnxZn1-xO又はInxSnYZn1-x-YOなどを材質として形成された前記金属酸化層で構成されたものである。
また、光取出層30は、1.5以上の屈折率を有する金属酸化層で構成されても良い。また、光取出層30は、nタイプ伝導又はpタイプ伝導の金属酸化層で構成されても良い。
また、光取出層30は、希土類元素がドーピングされた金属酸化層で構成されても良い。また、光取出層30は、より優れた可視光透過特性範囲(例えば、400〜700nm程度)を持つ金属酸化層で構成されても良い。
上記に述べたのは、全て本発明のデバイスの実施可能な方式であり、本発明の要旨から伸びたものであるため、これらの全ては本願の特許範囲内に含まれるべきである。
図4を参照する。ZnOのエネルギー・ギャップB1は約3.4eV(即ち、Eg(ZnO)≒3.4eV)であり、なお、p-GaNのエネルギー・ギャップB2も約3.4eV(即ち、Eg(p-GaN)≒3.4eV)であるため、両者のエネルギー・ギャップ偏移量B3は少なく、結晶格子の取組みがより良いので、エピタキシャル沈殿法によりp-GaN層の上にZnO系窓層を設置することが可能になり、且つ適当な厚さを持つ光取出層に成長することができる。一般には、GaNの結晶格子定数a≒3.189Åであり、ZnOの結晶格子定数a≒3.24Åであり、なお、サファイアの結晶格子定数a≒4.758Å(10Å=1nm、1000nm=1μm)である。
図5を参照する。発光ダイオードのような発光デバイス内部の光りは、臨界角度θc以内の光りだけ外部に散乱放射することができるため、適当な厚さを持つ光取出層は発光デバイスの光取出率を向上することができる。図面に示すように、本発明の光取出層30の厚さは少なくとも1μm有するので、活性ゾーンから発散した光線は、光取出層30の表面301とサイドエッジ302とをもっと透過し易くなり、光取出率が更に良くなった。
図6を参照する。本発明の光取出層30の厚さを50Å〜50μmにすることができるため、薄膜を厚くすることができる。光取出層30の厚さは少なくとも1μm有する場合には、本発明の方法は、更に、ZnO系透明導電層の上に表面処理を実施する工程を有し、この工程は、光取出層30の露出した表面を荒くすることにより、更に多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加する。
図7と図8を参照する。光取出層30の表面をエンボシングしてエンボシング模様を形成してもよく、前記エンボシング模様によれば、光取出層30ももっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加することができる。図7に示すように、エンボシング模様303は、円錐体又は三角錐体を呈しても良い。また、図8に示すように、エンボシング模様305は、四角錐体などの形状を呈しても良い。そして、その他のどのような形状の錐体であっても、本発明のエンボシング模様の実施できる方案である。
図9を参照する。光取出層30の表面に形成したエンボシング模様303,305又は荒い表面の内部で放射された光りについて、断面概略説明図によりその散乱放射状況を説明する。すなわち、従来のものの光取出層30の表面には、一部の放射された光線が水平状な表面に反射されて外部に散乱放射できないが、本発明のものでは、二サイドエッジ302の間に一部の光線が複数回反射され、最後は外部に散乱放射した。
図10と図11に示すのは、エンボシング模様のもう一つの実施例を示す概略説明図であって、前記エンボシング模様は、多数の溝307から構成され、且つ溝307の配置は三角形または矩形または菱形はまた多辺形を呈してもよく、各溝307は適当な距離で離間しており、それらに電流が流通できる。且つ溝307の配置する形状について、上記に挙げた形状の他のどのような配置でも本発明の実施可能な方式として採用できる。
図12と図13に示すのは本発明の実施例2であり、光透過性を持つInxZn1-xO材料を利用し、エピタキシャル方式により、多層エピタキシャル構造の上に適当な厚さを有する金属酸化層を成長することによって、光取出層を形成する。本実施例の製造プロセスは実施例1とほぼ同様であるが、第4工程は第4A工程に変更された。
前記第4A工程は、エピタキシャル方式により、エッチングして残ったp-GaN層25の上に適当な厚さを有するInxZn1-xO系窓層32を成長することによって、光取出層を形成する。上記に述べたのは、本発明の実施できるもう一つの方式であり、本発明の要旨から伸びたものであるため、これらの全ては本願の特許範囲内に含まれるべきである。
図14に示す本発明の実施例2は、さらにInxZn1-xO系透明導電層の上に表面処理を実施する第5A工程を有する。前記第5A工程は、InxZn1-xO系窓層32の露出した表面(すなわち、光取出層30の表面にpタイプ金属電極50が設置されない部分)を荒くすることにより、更に多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加する。
図15と図16に示すのは本発明の実施例3であり、光透過性を持つSnxZn1-xO材料を利用し、エピタキシャル方式により、多層エピタキシャル構造の上に適当な厚さを有する金属酸化層を成長することによって、光取出層を形成する。本実施例の製造プロセスは実施例1とほぼ同様であるが、第4工程は第4B工程に変更した。
前記第4B工程は、エピタキシャル方式により、エッチングして残ったp-GaN層25の上に適当な厚さを有する一SnxZn1-xO系窓層33を成長することによって、光取出層を形成する。上記に述べたのは、本発明の実施できるもう一つの方式であり、本発明の要旨から伸びたものであるため、これらの全ては本願の特許範囲内に含まれるべきである。
図17に示す本発明の実施例3は、さらにSnxZn1-xO系透明導電層の上に表面処理を実施する第5B工程を有する。前記第5B工程は、SnxZn1-xO系窓層33の露出した表面(すなわち、光取出層30の表面にpタイプ金属電極50が設置されない部分)を荒くすることにより、もっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加する。
図18と図19に示すのは本発明の実施例4であり、光透過性を持つInxSnYZn1-x-YO材料を利用し、エピタキシャル方式により、多層エピタキシャル構造の上に適当な厚さを有する金属酸化層を成長することによって、光取出層を形成する。本実施例の製造プロセスは実施例1とほぼ同様であるが、第4工程は第4C工程に変更した。
前記第4C工程は、エピタキシャル方式により、エッチングして残ったp-GaN層25の上に適当な厚さを有するInxSnYZn1-x-YO系窓層34を成長することによって、光取出層を形成する。上記に述べたのは、本発明の実施できるもう一つの方式であり、本発明の要旨から伸びたものであるため、これらの全ては本願の特許範囲内に含まれるべきである。
図20に示す本発明の実施例4は、さらにInxSnYZn1-x-YO系透明導電層の上に表面処理を実施する第5C工程を有する。前記第5C工程は、InxSnYZn1-x-YO系窓層34の露出した表面(すなわち、光取出層30の表面にpタイプ金属電極50が設置されない部分)を荒くすることにより、更に多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加する。
本発明は次のような産業上の利用可能性を有する。
(イ)本発明はエピタキシャル方式により、多層エピタキシャル構造の上に適当な厚さを有し光透過特性がより優れた金属酸化層を成長することによって、光取出層を形成し、これにより、発光デバイスが形成されるため、従来のNi/Au構成を採用する必要がなくなり、且つより高い光取出率が得られる。
(ロ)本発明はNi/Au構成を有しないため、光取出層の厚さを適当に厚くすることができ、ひいては、発光デバイスの光取出率を向上することができる。
(ハ)本発明は光取出層の厚さを適当に厚くすることができるため、光取出層に表面処理を実施することにより、もっと多くのサイドエッジを形成することによって、光の散乱放射率を大幅に向上することができる。
(二)本発明の活性層は、GaNのマルチ量子井戸又はInGaNのマルチ量子井戸又はAlGaInN基III-V族の単一エピタキシャル層であっても良い。
(ホ)ZnOやInxZn1-xOやSnxZn1-xOやInxSnYZn1-x-YOなどの材質は、金属酸化層を構成することができ、且つ前記金属酸化層は本発明の光取出層に適用することができる。
(へ)1.5以上の屈折率を有する金属酸化層は、本発明の光取出層に適用することができる。
(ト)nタイプ伝導又はpタイプ伝導の金属酸化層は、本発明の光取出層に適用することができる。
(チ)希土類元素がドーピングされた金属酸化層は、本発明の光取出層に適用することができる。
(リ)より優れた可視光透過特性範囲(例えば、400〜700nm程度)を持つ金属酸化層は、本発明の光取出層に適用することができる。
(イ)本発明はエピタキシャル方式により、多層エピタキシャル構造の上に適当な厚さを有し光透過特性がより優れた金属酸化層を成長することによって、光取出層を形成し、これにより、発光デバイスが形成されるため、従来のNi/Au構成を採用する必要がなくなり、且つより高い光取出率が得られる。
(ロ)本発明はNi/Au構成を有しないため、光取出層の厚さを適当に厚くすることができ、ひいては、発光デバイスの光取出率を向上することができる。
(ハ)本発明は光取出層の厚さを適当に厚くすることができるため、光取出層に表面処理を実施することにより、もっと多くのサイドエッジを形成することによって、光の散乱放射率を大幅に向上することができる。
(二)本発明の活性層は、GaNのマルチ量子井戸又はInGaNのマルチ量子井戸又はAlGaInN基III-V族の単一エピタキシャル層であっても良い。
(ホ)ZnOやInxZn1-xOやSnxZn1-xOやInxSnYZn1-x-YOなどの材質は、金属酸化層を構成することができ、且つ前記金属酸化層は本発明の光取出層に適用することができる。
(へ)1.5以上の屈折率を有する金属酸化層は、本発明の光取出層に適用することができる。
(ト)nタイプ伝導又はpタイプ伝導の金属酸化層は、本発明の光取出層に適用することができる。
(チ)希土類元素がドーピングされた金属酸化層は、本発明の光取出層に適用することができる。
(リ)より優れた可視光透過特性範囲(例えば、400〜700nm程度)を持つ金属酸化層は、本発明の光取出層に適用することができる。
10 基板
11 上面
20 多層エピタキシャル構造
21 n-GaN層
21a 露出面
22 緩衝層
23 マルチ量子井戸活性層
24 第一半導体層
25 p-GaN層
26 光発生層
28 第二半導体層
30 光取出層
301 表面
302 サイドエッジ
303,305 エンボシング模様
307 溝
31 ZnO系窓層
32 InxZn1-xO系窓層
33 SnxZn1-xO系窓層
34 InxSnYZn1-x-YO系窓層
40 nタイプ金属電極
50 pタイプ金属電極
B1 ZnOエネルギーギャップ
B2 p-GaNエネルギーギャップ
B3 エネルギーギャップ偏移量
11 上面
20 多層エピタキシャル構造
21 n-GaN層
21a 露出面
22 緩衝層
23 マルチ量子井戸活性層
24 第一半導体層
25 p-GaN層
26 光発生層
28 第二半導体層
30 光取出層
301 表面
302 サイドエッジ
303,305 エンボシング模様
307 溝
31 ZnO系窓層
32 InxZn1-xO系窓層
33 SnxZn1-xO系窓層
34 InxSnYZn1-x-YO系窓層
40 nタイプ金属電極
50 pタイプ金属電極
B1 ZnOエネルギーギャップ
B2 p-GaNエネルギーギャップ
B3 エネルギーギャップ偏移量
Claims (42)
- サファイアまたは炭化珪素を基板とし、前記基板の上面に緩衝層を形成した後、n-GaN系のエピタキシャル沈殿層を成長する第1工程と、
前記n-GaN系エピタキシャル沈殿層の上にマルチ量子井戸活性層を形成する第2工程と、
前記マルチ量子井戸活性層の上にp-GaN系のエピタキシャル沈殿層を成長した後、エッチング法により一部のn-GaN層の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層と、一部のp-GaN層と、を取り除くことによって、n-GaN層に露出面を形成させる第3工程と、
エッチングした後に残ったp-GaN層の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するZnO系窓層を成長させることによって、好適な光取出層を形成させる第4工程と、を含み、
これにより、n-GaN層の露出面の上にnタイプ金属電極を設置することができ、且つZnO系窓層の上にpタイプ金属電極を設置することができるので、発光ダイオードによる発光デバイスが形成されたことを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。 - 前記光取出層の厚さは50Å〜50μm程度であることを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- 前記光取出層の厚さは少なくとも1μm程度である場合に、上記製造プロセスは、さらにZnO系透明導電層の上に表面処理を実施する第5工程を有し、第5工程は、光取出層の表面を荒くし又はエンボシングすることにより、もっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加することを特徴とする請求項2に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- サファイアまたは炭化珪素を基板とし、前記基板の上面に緩衝層を形成した後、n-GaN系のエピタキシャル沈殿層を成長する第1工程と、
前記n-GaN系エピタキシャル沈殿層の上にマルチ量子井戸活性層を形成する第2工程と、
前記マルチ量子井戸活性層の上にp-GaN系のエピタキシャル沈殿層を成長した後、エッチング法により、一部のn-GaN層の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層と、一部のp-GaN層と、を取り除くことによって、n-GaN層に露出面を形成させる第3工程と、
エッチングした後に残ったp-GaN層の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するInxZn1-xO系窓層を成長させることによって、好適な光取出層を形成させる第4工程とを含み、
これにより、n-GaN層の露出面の上にnタイプ金属電極を設置することができ、且つInxZn1-xO系窓層の上にpタイプ金属電極を設置することができるので、発光ダイオードの発光デバイスが形成されたことを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。 - 前記光取出層の厚さは50Å〜50μm程度であることを特徴とする請求項4に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- 前記光取出層の厚さは少なくとも1μm程度である場合に、上記製造プロセスは、さらにInxZn1-xO系透明導電層の上に表面処理を実施する第5A工程を有し、第5A工程は、光取出層の表面を荒くし又はエンボシングすることにより、もっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加することを特徴とする請求項5に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- サファイアまたは炭化珪素を基板とし、前記基板の上面に緩衝層を形成した後、また、n-GaN系のエピタキシャル沈殿層を成長する第1工程と、
前記n-GaN系エピタキシャル沈殿層の上にマルチ量子井戸活性層を形成する第2工程と、
前記マルチ量子井戸活性層の上にp-GaN系のエピタキシャル沈殿層を成長した後、エッチング法により、一部のn-GaN層の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層と、一部のp-GaN層と、を取り除くことによって、n-GaN層に露出面を形成させる第3工程と、
エッチングした後に残ったp-GaN層の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するSnxZn1-xO系窓層を成長させることによって、好適な光取出層を形成させる第4工程とを含み、
これにより、n-GaN層の露出面の上にnタイプ金属電極を設置することができ、且つSnxZn1-xO系窓層の上にpタイプ金属電極を設置することができるので、発光ダイオードの発光デバイスが形成されたことを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。 - 前記光取出層の厚さは50Å〜50μm程度であることを特徴とする請求項7に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- 前記光取出層の厚さは少なくとも1μm程度である場合に、上記製造プロセスは、さらにSnxZn1-xO系透明導電層の上に表面処理を実施する第5B工程を有し、第5B工程は、光取出層の表面を荒くし又はエンボシングすることにより、もっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加することを特徴とする請求項8に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- サファイアまたは炭化珪素を基板とし、前記基板の上面に緩衝層を形成した後、また、n-GaN系のエピタキシャル沈殿層を成長する第1工程と、
前記n-GaN系エピタキシャル沈殿層の上にマルチ量子井戸活性層を形成する第2工程と、
前記マルチ量子井戸活性層の上にp-GaN系のエピタキシャル沈殿層を成長した後、エッチング法により、一部のn-GaN層の表面と、一部のマルチ量子井戸活性層と、一部のp-GaN層と、を取り除くことによって、n-GaN層に露出面を形成させる第3工程と、
エッチングした後に残ったp-GaN層の上に、エピタキシャル方式により適当な厚さを有するInxSnYZn1-x-YO系窓層を成長させることによって、好適な光取出層を形成させる第4工程とを含み、
これにより、n-GaN層の露出面の上にnタイプ金属電極を設置することができ、且つInxSnYZn1-x-YO系窓層の上にpタイプ金属電極を設置することができるので、発光ダイオードの発光デバイスが形成されたことを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。 - 前記光取出層の厚さは50Å〜50μm程度であることを特徴とする請求項10に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- 前記光取出層の厚さは少なくとも1μm程度である場合に、上記製造プロセスは、さらにInxSnYZn1-x-YO系透明導電層の上に表面処理を実施する第5C工程を有し、第5C工程は、光取出層の表面を荒くし又はエンボシングすることにより、もっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加することを特徴とする請求項11に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- 基板と、多層エピタキシャル構造と、光取出層と、nタイプ金属電極と、pタイプ金属電極とから構成され、前記多層エピタキシャル構造は、緩衝層と、第一半導体層と、光発生層と、第二半導体層と、を含む窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードであって、
前記基板は、サファイアまたは炭化珪素で作成され、
前記緩衝層は、基板の上面に形成されたLT-GaN/HT-GaN緩衝層であり、LT-GaNは先に基板で成長された低温緩衝層であり、HT-GaNはLT-GaNの上に成長された高温緩衝層であり、
前記第一半導体層は、前記緩衝層の上に成長されたnタイプGaN基III-V族化合物半導体層であり、
前記光発生層は、前記第一半導体層の上に成長されたGaN基III-V族化合物半導体層であり、または活性層と称し、GaNのマルチ量子井戸でもよく、
前記第二半導体層は、前記光発生層の上に成長されたpタイプGaN基III-V族化合物半導体層であり、
前記光取出層は、前記第二半導体層の上に成長され光が透過できる金属酸化層であり、ZnO材質でもよく、
前記nタイプ金属電極は、前記第一半導体層の露出面に設置され、
前記pタイプ金属電極は前記光取出層の上に設置され、
これにより、後続のチップ加工と、設置と、ボンディングと、樹脂注入パッキングと、などの工程によって窒化ガリウム基の発光ダイオードが得られることを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。 - 前記基板の厚さは300〜450μm程度であり、前記LT-GaN緩衝層の厚さは30〜500Å程度であり、前記HT-GaN緩衝層の厚さは0.5〜6μm程度であり、前記第一半導体層の厚さは2〜6μm程度であり、前記第二半導体層は、p-GaNやp-InGaNやp-AlInGaNのエピタキシャル沈殿層でもよく、その厚さは0.2〜0.5μm程度であることを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記光発生層はInGaNのマルチ量子井戸であることを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記光発生層は一エピタキシャル層だけを含んでもよく、且つ前記エピタキシャル層はAlGaInN基III-V族化合物半導体から構成されたことを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記光取出層は、InxZn1-xOを材質として構成された金属酸化層でもよく、且つ0≦X≦1であることを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記光取出層は、SnxZn1-xOを材質として構成された金属酸化層でもよく、且つ0≦X≦1であることを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記光取出層は、InxSnYZn1-x-YOを材質として構成された金属酸化層でもよく、且つ0≦X≦1であり、0≦Y≦1であり、且つ0≦X+Y≦1であることを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記光取出層は、1.5以上の屈折率を有する金属酸化層でもよいことを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記光取出層は、nタイプ伝導又はpタイプ伝導の金属酸化層でもよいことを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記光取出層は、希土類元素がドーピングされた金属酸化層でもよいことを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記光取出層は、より優れた可視光透過特性範囲を持つ金属酸化層でもよく、且つその範囲は400〜700nm程度であることを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記光取出層の厚さは50Å〜50μm程度であることを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記光取出層の厚さは少なくとも1μm程度である場合に、前記光取出層の表面を荒くし又はエンボシングすることにより、もっと多くのサイドエッジを形成して光の散乱放射量を増加することを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記エンボシング模様は円錐体から構成されてもよいことを特徴とする請求項25に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記エンボシング模様は三角錐体から構成されてもよいことを特徴とする請求項25に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記エンボシング模様は四角錐体から構成されてもよいことを特徴とする請求項25に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記エンボシング模様は、任意の形状を持つ錐体から構成されてもよいことを特徴とする請求項25に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記エンボシング模様は、多数の溝から構成され、且つ前記溝の配置は三角形を呈し、前記各溝は適当な距離で離間しており、それらに電流を流すことができることを特徴とする請求項25に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記エンボシング模様は、多数の溝から構成され、且つ前記溝の配置は矩形を呈し、前記各溝は適当な距離で離間しており、それらに電流を流すことができることを特徴とする請求項25に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記エンボシング模様は、多数の溝から構成され、且つ前記溝の配置は菱形を呈し、前記各溝は適当な距離で離間しており、それらに電流を流すことができることを特徴とする請求項25に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記エンボシング模様は、多数の溝から構成され、且つ前記溝の配置は多辺形を呈し、前記各溝は適当な距離で離間しており、それらに電流を流すことができることを特徴とする請求項25に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 前記エンボシング模様は、多数の溝から構成され、且つ前記溝の配置はどのような形状を呈してもよく、前記各溝は適当な距離で離間しており、それらに電流を流すことができることを特徴とする請求項25に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオード。
- 基板の上に活性層を有する多層エピタキシャル構造を成長し、且つエピタキシャル方法により、前記多層エピタキシャル構造の上に適当な厚さを有し光透過特性が優れた金属酸化層を成長し、これらを光取出層とし、そして、多層エピタキシャル構造のnタイプ半導体層の露出面の上にnタイプ金属電極を設置し、光取出層の上にpタイプ金属電極を設置することにより、発光ダイオードの発光デバイスが形成されたことを特徴とする窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- 前記金属酸化層は、ZnO又はInxZn1-xO又はSnxZn1-xO又はInxSnYZn1-x-YOなどの材質から構成されたものであってもよく、且つ0≦X≦1であり、0≦Y≦1であり、0≦X+Y≦1であることを特徴とする請求項35に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- 前記金属酸化層はスパッタリング自己組織法により形成されたことを特徴とする請求項36に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- 前記金属酸化層はPVD法により形成されたことを特徴とする請求項36に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- 前記金属酸化層はイオン・プレーティング法により形成されたことを特徴とする請求項36に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- 前記金属酸化層はパルスド・レーザ蒸着法により形成されたことを特徴とする請求項36に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- 前記金属酸化層はCVD法により形成されたことを特徴とする請求項36に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
- 前記金属酸化層は分子線エピタキシャル成長法により形成されたことを特徴とする請求項36に記載の窒化ガリウム基III-V族化合物半導体発光ダイオードの製造方法。
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