JP3616766B2

JP3616766B2 - 発光ダイオードおよびその製造方法

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Publication number: JP3616766B2
Application number: JP2002051455A
Authority: JP
Inventors: ジンイワンリン; クアンヌンヤン
Original assignee: United Epitaxy Company ltd
Current assignee: United Epitaxy Company ltd
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: US6462358B1; DE10204386A1; US6583448B2; JP2003086836A; GB2379798A; US20030047737A1; TW518771B; GB2379798B; GB0204513D0; DE10204386B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオードに関し、より詳細にはＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダブルへテロ構造を有する従来のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード（ＬＥＤ）は、図６に示すように、ｎ‐型ＧａＡｓ基板３、ｎ‐型（Ａｌ_ｘＧａ_{１− ｘ}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐでｘ＝０．７〜１、０の下部クラッド層４、（Ａｌ_ｘＧａ_{１− ｘ}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層５、（Ａｌ_ｘＧａ_{１− ｘ}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐでｘ＝０．７〜１．０の上部クラッド層６、および高エネルギーバンドギャップを有するｐ‐型の電流拡散層７からなる。ｐ‐型の電流拡散層７の材料はＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＰ、およびＡｌＧａＡｓから選択される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＥＤの発光波長は、活性層５のＡｌ組成により５５５ｎｍの緑色光から６５０ｎｍの赤色光まで変化する。しかしながら、光が活性層５からＧａＡｓ基板３に放射されると、ＧａＡｓ基板３の低エネルギーバンドギャップのために、光はＧａＡｓ基板３に吸収され、低効率なＬＥＤを形成することになる。
【０００４】
従来の手法では、ＧａＡｓ基板３による光吸収を回避するために、ＧａＡｓ基板上に光を反射するための分布ブラッグ反射体（ＤＢＲ）を形成する。しかしながら、ＤＢＲ層は基板に対してほぼ垂直な出射光を反射するだけである。したがって、ＤＢＲ層の応用は有効ではない。
【０００５】
また、発光効率を向上させるために、（Ａｌ_ｘＧａ_{１− ｘ}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ／ＧａＰＬＥＤのウェハ結合透明基板（ＴＳ）が提案されている。このＴＳＡｌＧａＩｎＰＬＥＤはＶＰＥ（気相エピタキシ）手法により形成されており、約５０μｍ厚のＰ‐型ＧａＰ窓層を形成する。次いで、ｎ‐型ＡｌＧａＩｎＰの下部クラッド層を露出させるために、ＧａＡｓ基板が除去される。さらに、その露出されたｎ−型ＡｌＧａＩｎＰの下部クラッド層はｎ‐型ＧａＰ基板に接合される。
【０００６】
ウェハ結合手法は２つの型のＩＩＩ‐Ｖ化合物半導体を直接に接合させるので、その工程はより高温での加圧加熱を要する。ＴＳＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの発光効率は吸収基板ＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの２倍になる。しかしながら、ＴＳＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの層の製造が複雑であり、かつ非オーム接触層の境界面間の電気伝導が高抵抗のため、高生産歩留まりと低コストとを得ることは困難である。
【０００７】
他の先行例では、ＡｌＧａＩｎＰ／金属／ＳｉＯ_２／Ｓｉのミラー基板（ＭＳ）ＬＥＤが提案されている。Ｓｉ基板とエピタキシャル層とはＡｕＢｅ／Ａｕによって接合されている。しかしながら、２０ｍＡの動作電流において、ＭＳＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの発光強度（約９０ｍｃｄ）はＴＳＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの発光強度よりも４０％低い。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、上部クラッド層と下部クラッド層とに挟まれた活性層からなるＡｌＧａＩｎＰ多層エピタキシャル接合と、該上部クラッド層上に第１方向に形成されるエピタキシャル層と、該エピタキシャル層上に第１方向に形成される第１オーム接触層と、該第１オーム接触層上の第１方向に位置する透明接着層と、該透明接着層を介して該第１オーム接触層に第１方向に接着する透明基板と、該下部クラッド層上に、前記第１方向と反対の方向である第２方向に形成される第２オーム接触層と、該エピタキシャル層上に第２方向に形成される第１金属結合層と、該第２オーム接触層上に第２方向に形成される第２金属結合層と、該第１金属結合層を該第１オーム接触層に電気的に接続させるために、該エピタキシャル層内に形成される電極連結チャネルと、からなることを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、前記ＡｌＧａＩｎＰ多層エピタキシャル接合が、ＡｌＧａＩｎＰのホモ接合、シングルへテロ接合、ダブルヘテロ接合、および多重量子井戸接合からなる群から選択される、ことを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、前記エピタキシャル層がｐ− 型材料で形成される、ことを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、前記第１オーム接触層がｐ− 型材料で形成され、前記第２オーム接触層がｎ− 型材料で形成される、ことを要旨とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、前記透明基板が、サファイヤ、ガラス、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、およびＳｉＣからなる群から選択される、ことを要旨とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、前記透明接着層が、ＢＣＢ（Ｂステージビスベンゾシクロブテン）およびエポキシからなる群から選択される、ことを要旨とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、前記金属結合層がＡｌおよびＡｕからなる群から選択される、ことを要旨とする。
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、前記電極接続チャネルが前記第１金属結合層と同一の材料である、ことを要旨とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、基板を作製する工程と、該基板上に第１方向にエッチング停止層を形成する工程と、該エッチング停止層上に、上部クラッド層と下部クラッド層とに挟まれた活性層からなるＡｌＧａＩｎＰ多層エピタキシャル接合を第１方向に形成する工程と、該上部クラッド層上に、エピタキシャル層を第１方向に形成する工程と、該エピタキシャル層上に、第１オーム接触層を第１方向に形成する工程と、透明基板を作製する工程と、該透明基板上に被覆された透明接着層を介して、該透明基板を該第１オーム接触層と該エピタキシャル層とに接着させる工程と、該基板と該エッチング停止層とを除去する工程と、該エピタキシャル層を露出させるために、該ＡｌＧａＩｎＰ多層エピタキシャル接合の一部および該エピタキシャル層の一部を除去する工程と、該第１オーム接触層を露出させるためにエピタキシャル層内にチャネルを形成する工程と、該露出されたエピタキシャル層上に第１金属結合層を、第１方向とは反対方向の第２方向に形成する工程と、該チャネルを充填して該第１金属結合層を該第１オーム接触層に電気的に接続させるための電極接続チャネルを形成する工程と、該下部クラッド層上に第２方向に第２オーム接触層を形成する工程と、該第２オーム接触層上に第２金属結合層を第２方向に形成する工程と、からなることを要旨とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、前記基板がＧａＡｓからなることを要旨とする。請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の方法において、前記ＡｌＧａＩｎＰ多層エピタキシャル接合が、ＡｌＧａＩｎＰのホモ接合、シングルヘテロ接合、ダブルヘテロ接合、および多重量子井戸接合からなる群から選択される、ことを要旨とする。
【００１６】
請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載の方法において、前記透明基板が、サファイヤ、ガラス、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、およびＳｉＣからなる群から選択される、ことを要旨とする。
【００１７】
請求項１３に記載の発明は、請求項９に記載の方法において、前記エピタキシャル層がｐ− 型材料で形成される、ことを要旨とする。
請求項１４に記載の発明は、請求項９に記載の方法において、前記第１オーム接触層がｐ− 型材料で形成され、前記第２オーム接触層がｎ− 型材料で形成される、ことを要旨とする。
【００１８】
請求項１５に記載の発明は、請求項９に記載の方法において、前記透明接着層が、ＢＣＢ（Ｂステージビスベンゾシクロブテン）およびエポキシからなる群から選択される、ことを要旨とする。
【００１９】
請求項１６に記載の発明は、請求項９に記載の方法において、前記透明接着層を介して、前記透明基板を前記エピタキシャル層および前記第１オーム接触層に接着させる工程では、接着工程で、６０℃〜１００℃で加圧加熱する工程、および、接着工程で、２００℃〜６００℃で加圧加熱する工程と、からなることを要旨とする。
【００２０】
請求項１７に記載の発明は、請求項９に記載の発光ダイオードにおいて、前記金属結合層がＡｌおよびＡｕからなる群から選択される、ことを要旨とする。
請求項１８に記載の発明は、上部クラッド層と下部クラッド層とに挟まれた活性層からなるＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合と、該ＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合上に第１方向に形成される第１オーム接触層と、該第１オーム接触層上に第１方向に位置する透明接着層と、該透明接着層を介して第１オーム接触層に第１方向に接着される透明基板と、該下部クラッド層上に、第１方向とは反対方向の第２方向に形成される第２オーム接触電極と、該上部クラッド層上に第２方向に形成される第１金属結合層と、該第２オーム接触層の上に第２方向に形成される第２金属結合層と、該第１金属結合層を該第１オーム接触層に電気的に接続させるための、該上部クラッド層内の電極接続チャネルと、からなることを要旨とする。
【００２１】
請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の発光ダイオードにおいて、前記ＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合が、ＡｌＧａＡｓのホモ接合、シングルヘテロ接合、ダブルヘテロ接合、および多重量子井戸接合からなる群から選択される、ことを要旨とする。
【００２２】
請求項２０に記載の発明は、請求項１８に記載の発光ダイオードにおいて、前記第１オーム接触層がｐ− 型材料で形成されており、前記第２オーム接触層がｎ− 型材料で形成される、ことを要旨とする。
【００２３】
請求項２１に記載の発明は、請求項１８に記載の発光ダイオードにおいて、前記透明基板が、サファイヤ、ガラス、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、およびＳｉＣからなる群から選択される、ことを要旨とする。
【００２４】
請求項２２に記載の発明は、請求項１８に記載の発光ダイオードにおいて、前記透明接着層が、ＢＣＢ（Ｂステージビスベンゾシクロブテン）およびエポキシからなる群から選択される、ことを要旨とする。
【００２５】
請求項２３に記載の発明は、請求項１８に記載の発光ダイオードにおいて、前記金属結合層がＡｌおよびＡｕからなる群から選択される、ことを要旨とする。請求項２４に記載の発明は、請求項１８に記載の発光ダイオードにおいて、前記電極接続チャネルが前記第１金属結合層と同一材料である、ことを要旨とする。
【００２６】
請求項２５に記載の発明は、発光ダイオードの製造方法で、少なくとも基板を製造する工程と、該基板上に第１方向に、上部クラッド層と下部クラッド層とに挟まれた活性層からなるＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合を形成する工程と、該ＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合上に第１方向に第１オーム接触層を形成する工程と、透明基板を製造する工程と、該透明基板上に被覆された透明接着層を介して、該透明基板を該第１オーム接触層および上部クラッド層とに第１方向に接着させる工程と、上記基板を除去する工程と、該上部クラッド層を露出させるために、ＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合の一部および該上部クラッド層の一部を除去する工程と、該第１オーム接触層を露出させるために該露出された上部クラッド層内にチャネルを形成する工程と、該露出された上部クラッド層上に、第１方向とは反対方向である第２方向に、第１金属結合層を形成する工程と、該チャネルに充填して、該第１金属結合層を該第１オーム接触層に電気的に接続させるための電極接続チャネルを形成する工程と、該下部クラッド層上に第２方向に第２オーム接触層を形成する工程と、該第２オーム接触層上に、第２方向に第２金属結合層を形成する工程と、からなることを要旨とする。
【００２７】
請求項２６に記載の発明は、請求項２５に記載の方法において、前記基板がＧａＡｓで形成されている、ことを要旨とする。
請求項２７に記載の発明は、請求項２５に記載の方法において、前記ＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合が、ＡｌＧａＡｓのホモ接合、シングルヘテロ接合、ダブルヘテロ接合、および多重量子井戸接合からなる群から選択される、ことを要旨とする。
【００２８】
請求項２８に記載の発明は、請求項２５に記載の方法において、前記第１オーム接触層がｐ− 型材料で形成されており、前記第２オーム接触層がｎ− 型材料で形成されている、ことを要旨とする。
【００２９】
請求項２９に記載の発明は、請求項２５に記載の方法において、前記透明基板が、サファイヤ、ガラス、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、およびＳｉＣからなる群から選択される、ことを要旨とする。
【００３０】
請求項３０に記載の発明は、請求項２５に記載の方法において、前記透明接着層が、ＢＣＢ（Ｂステージビスベンゾシクロブテン）およびエポキシからなる群から選択される、ことを要旨とする。
【００３１】
請求項３１に記載の発明は、請求項２５に記載の方法において、前記透明接着層を介して、前記透明基板を前記エピタキシャル層および前記第１オーム接触層に接着させる工程では、接着工程で、６０℃〜１００℃で加圧加熱すること、および、接着工程で、２００℃〜６００℃で加圧加熱すること、からなることを要旨とする。
【００３２】
請求項３２に記載の発明は、請求項２５に記載の発光ダイオードにおいて、前記金属結合層がＡｌおよびＡｕからなる群から選択される、ことを要旨とする。本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）の接合および製造方法について述べる。本ＬＥＤは、ＡｌＧａＩｎＰ多層エピタキシャル接合の上に形成されたエピタキシャル層からなる。このＡｌＧａＩｎＰ多層エピタキシャル接合は透明接着層によって透明基板と接着する。ＡｌＧａＩｎＰ多層エピタキシャル接合の材料は、ホモ接合、シングルヘテロ接合（ＳＨ）、ダブルへテロ接合（ＤＨ）および多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる群から選択される。
【００３３】
さらに、本ＬＥＤは、第１オーム接触層と第２オーム接触層、第１金属結合層を第１オーム接触層に電気的に接続させるための電極連結チャネルからなる。したがって、第１金属結合層と第２金属結合層とは透明基板に関して同一側にある。
【００３４】
本発明は発光ダイオードを生産する方法を提供するものである。本方法はエピタキシャル構造の上に第１のオーム接触層を形成する工程からなる。この第１オーム接触層とエピタキシャル接合とは、ＢＣＢ（Ｂ ‐ステージビスベンゾシクロブテン）、エポキシのような透明接着層を介して透明基板と接着する。次に、基板が除去される。
【００３５】
続いて、本ＬＥＤの接合は２段階でエッチングされる。先ず、エピタキシャル層を露出させるために、エッチング工程において多層エピタキシャル接合の一部分が約７６、２〜１５２、４μｍ（３〜６ｍｉｌｓ）の幅で除去される。次に、露出されたエピタキシャル層の下層部分が約２５、４〜７６、２μｍ（１〜３ｍｉｌｓ）の幅で除去されて、第１オーム接触層を露出させたチャネルが形成される。第２オーム接触層が下部クラッド層の上に形成される。次に、第１の金属層と第２の金属層とが第１のオーム接触層と第２のオーム接触層とにそれぞれ接続される。したがって、第１金属結合層と第２金属結合層とは透明基板に関して同一側にある。
【００３６】
本発明の１つの特長は、接着工程においてＶ族元素群の蒸発を防ぐために、より低温で透明基板と接着させた高輝度ＬＥＤを提供することである。
本発明の他の特徴は、低コストで生産歩留まりを向上させるために、ガラスのような低コストの透明基板を用いて集積した高輝度ＬＥＤを提供することである。
【００３７】
本発明の他の特長は、同一電流で動作するときに、より良好な電流分布とより低い電圧との電極チャネルを提供することである。その電極チャネルはまた、同一電圧での発光効率を向上させる。
【００３８】
本発明の他の特長は、柔らかい透明接着層によって透明基板と接着した高輝度ＬＥＤを提供することである。エピタキシャル層の表面が粗面であっても、その透明接着層は確実に機能する。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）の接合および製造方法を開示する。図１に関して、本ＬＥＤはｎ‐型ＧａＡｓ基板２６、エッチング停止層２４、ｎ‐型（Ａｌ_ｘＧａ_{１− ｘ}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐでｘ＝０、５〜１、０である下部クラッド層２２、（Ａｌ_ｘＧａ_{１− ｘ}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐでｘ＝０〜０、４５である活性層２０、およびｐ− 型（Ａｌ_ｘＧａ_{１− ｘ}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐでｘ＝０．５〜１．０である上部クラッド層１８、およびｐ− 型エピタキシャル層１６からなる。ｐ− 型オーム接触層２８はエピタキシャル層１６の上に形成されて、逐次第１の方向に配列される。
【００４０】
エピタキシャル層１６は、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、およびＧａＡｓＰから選択される。活性層２０の光吸収を防ぐためのこのエピタキシャル層１６は活性層２０よりも大きなエネルギーバンドギャップを、およびオーム接触層になるために高キャリア密度を有する。
【００４１】
前述の活性層２０はＡｌＧａＩｎＰでｘ＝０〜０．４５であり、上部クラッド層１８および下部クラッド層２２はＡｌＧａＩｎＰでｘ＝０．５〜１．０である。活性層２０の一例はｘ＝０のＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐであり、その結果、発光ダイオードの波長が６３５ｎｍのＬＥＤになる。
【００４２】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明はこの実施例に拘束されるものではない。活性層２０は、ホモ接合、シングルへテロ接合（ＳＨ）、ダブルへテロ接合（ＤＨ）、および多重量子井戸からなる群から選択される。図１に示されるようなＤＨ接合は、約０．５〜３．０μｍ厚の（Ａｌ_ｘＧａ_{１− ｘ}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐの下部クラッド層２２、約０．５〜２．０μｍ厚の（Ａｌ_ｘＧａ_{１− ｘ}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐの活性層２０、および約０．５〜３．０μｍ厚の（Ａｌ_ｘＧａ_{１− ｘ}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐの上部クラッド層１８からなる。
【００４３】
エッチング停止層２４は、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓのようなＩＩＩ− Ｖ族化合物半導体の群から選択される。ＧａＡｓ基板２６と格子整合するいかなる材料もエッチング停止層２４に適合する。また、エッチング停止層２４のエッチング速度はＧａＡｓ基板２６のエッチング速度より遅い。
【００４４】
図１で示す最初の実施例で、下部クラッド層２２のエッチング速度もまた、ＧａＡｓ基板２６のエッチング速度より遅い。したがって、下部クラッド層２２が十分に厚いときは、エッチング停止層２４を備える必要はない。
【００４５】
次に、図２に示す透明接着層１４と透明基板（ＴＳ）１０を説明する。透明接着層１４はＢＣＢ（Ｂステージビスベンゾシクロブテン）や、エポキシのような他の透明性の接着剤から選択される。
【００４６】
透明基板１０の目的はＬＥＤの多層エピタキシャル接合が製造工程中に破壊されることを防ぐことである。したがって、透明基板１０は単結晶基板に限定されることはない。コスト低減のために、この透明基板１０はサファイヤ、ガラス、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、あるいはＳｉＣのような多結晶基板や非晶質基板から選択される。
【００４７】
透明基板１０は透明接着層１４を２５０℃で暫く加圧加熱することにより、ｐ− 型オーム接触層２８とエピタキシャル層１６とに接着される。エピタキシャル層１６と透明基板１０との接着を改善するために、透明接着層１４が透明基板１０に被覆される前に、透明基板１０の表面に接着促進剤が被覆される。さらに、接着効果を改善するために、エピタキシャル層１６が透明基板１０と接着する時に、透明接着層１４は有機溶剤を除去するために約６０℃〜１００℃の温度で処理される。次に、約２００℃〜６００℃に昇温する。その結果、透明基板１０は透明接着層１４によってエピタキシャル層１６と強固に接着する。
【００４８】
次にＧａＡｓ基板２６が、５Ｈ_３ＰＯ_４：３Ｈ_２Ｏ_２：３Ｈ_２Ｏ、あるいは１ＮＨ_４ＯＨ：３５Ｈ_２Ｏ_２のような腐食性エッチング液によってエッチングされる。エッチング停止層２４が、ＧａＩｎＰあるいはＡｌＧａＡｓのような光吸収材料からできているときは、そのエッチング停止層２４は同一の溶剤により除去されなければならない。
【００４９】
次に、接合が２段階でエッチングされる。先ず、上部クラッド層１８と下部クラッド層２２とに挟まれた活性層２０からなる多層エピタキシャル接合の一部分は、エピタキシャル層１６を露出させるために、ドライエッチングあるいはウェットエッチングによって、約７６．２〜１５２．４μｍ（３〜６ｍｉｌｓ）の幅で除去される。続いて、露出されたエピタキシャル層１６の下部が２５、４〜７６、２μｍ（１〜３ｍｉｌｓ）の幅で除去されて、ｐ− 型オーム接触層２８を露出させるチャネルを形成する。次に、ｎ− 型オーム接触層３０が下部クラッド層２２の上に第２方向に形成される。第２方向は第１方向とは反対の方向である。続いて、第１金属結合層３２がエピタキシャル層１６の上に形成され、チャネルが金あるいはアルミニュームによって充填されて電極チャネル３１が形成される。このチャネルはｐ− 型オーム接触層２８と第２の方向で接続される。第２金属結合層３４がｎ− 型オーム接触層３０の上に第２方向で接続される。その結果、図３に示すように、第１金属結合層３２、および第２金属結合層３４は透明基板１０に関して同一側にある。
【００５０】
本発明によると、２０ｍＡの動作電流において、本ＬＥＤの光波長は６３５ｎｍである。本発明の光の出力電力は約４ｍＷで、この値は光吸収基板を有する従来のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの光の出力の２倍の大きさである。
【００５１】
このＡｌＧａＩｎＰＬＥＤの実施例は本発明を制限しない。本発明は赤色光ＬＥＤ用のＡｌＧａＡｓのような他の材料にも適用可能である。
第２の実施例中の図４において、本発明による発光ダイオードの接合はＧａＡｓ基板５１上に第１方向に形成される。この多層エピタキシャル接合は、ｎ− 型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５２、ＡｌＧａＡｓ活性層５３、およびｐ− 型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５４からなる。下部クラッド層５２のＡｌ成分は約７０％〜８０％であり、この下部クラッド層５２の厚さは約０．５〜３．０μｍである。上部クラッド層５４のＡｌ成分は約７０％〜８０％であり、この上部クラッド層５４の厚さは約０．５〜３．０μｍである。活性層５３のＡｌ成分は約３５％であり、この活性層５３の厚さは約０．５〜２．０μｍである。次に、図５に示すように、ｐ− 型オーム接触層５７が上部クラッド層５４上に第１方向に形成される。次に、透明基板５６が、透明接着層５５によって上部クラッド層５４とｐ− 型オーム接触層５７とに接着する。
【００５２】
次にＧａＡｓ基板５１が、ＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ_２＝１．７：１のような腐食性エッチング液によって除去される。さらに、多層エピタキシャル接合の一部がウェットエッチングあるいはドライエッチングによって除去されて、ｐ− 型オーム接触層５７が露出したチャネルを形成する。次に、ｎ− 型オーム接触層５８が下部クラッド層５２上に第２方向に形成される。次に、第１金属結合層５９が上部クラッド層５４上に、第２方向に形成され、電極チャネル６０が上部クラッド層５４の中に形成される。第２金属結合層６１はｎ− 型オーム接触層５８上に第２方向に形成される。したがって、第１金属結合層５９と第２金属結合層６１とは、図５に示すように、透明基板５６に関して同一側にある。
【００５３】
本発明によると、２０ｍＡの動作電流において、赤色光ＡｌＧａＡｓＬＥＤの光波長は６５０ｎｍである。そして、本発明の光の出力電力は、光吸収基板を有する従来のＡｌＧａＡｓＬＥＤの光の出力電力の２倍の大きさである。
【００５４】
本発明は、透明基板１０を有し、またｐ− 型オーム接触層２８を第１金属結合層３２と連結させる電極チャネル３１とを有する発光ダイオードについて述べる。その結果として、第１金属結合層３２と第２金属結合層３４とは透明基板１０に関して同一側にある。したがって、フリップチップ手法のチップパッケージを用いることができる。従来のワイヤボンディングを用いないのでチップの信頼性が向上する。さらに、透明基板１０による光吸収を除去できるので発光効率が改善される。さらに、透明基板１０のサファイヤ、ガラス、あるいはＳｉＣのような材料は硬いので、基板の厚さを約１００μｍに薄くしても工程中に破壊されることはない。したがって、本発明は薄い、小型のＬＥＤを提供する。
【００５５】
本発明は、柔らかな透明接着層１４を介してエピタキシャル接合と接着している透明基板１０について述べる。したがって、エピタキシャル接合の表面が粗面であっても、透明基板１０は透明接着層１４を介してエピタキシャル接合と強固に接着する。
【００５６】
本発明を、現在最も実用的で好適と考えられる実施例に関連して述べたが、本発明はその実施例に制限されるものではない。本発明は、添付された請求項目の精神と目的の範囲内での各種の改変や等価の組合せをカバーするものである。
【００５７】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１に記載の発明によると、透明基板を用い、オーム接触電極を用いることにより、高発光効率を有するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード（ＬＥＤ）が提供される。
【００５８】
請求項９に記載の発明によると、透明接着層を介して透明基板をエピタキシャル接合に接着させ、かつオーム接触電極を形成することにより、高発光効率を有するＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造法が提供される。
【００５９】
請求項１８に記載の発明によると、透明基板を用い、オーム接触電極を用いることにより、高発光効率を有するＡｌＧａＡｓ発光ダイオード（ＬＥＤ）が提供される。
【００６０】
請求項２５に記載の発明によると、透明接着層を介して透明基板をエピタキシャル接合に接着させ、かつオーム接触電極を形成することにより、高発光効率を有するＡｌＧａＡｓ発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの一実施例の断面図。
【図２】本発明によるＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの一実施例の断面図。
【図３】本発明によるＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードの一実施例の断面図。
【図４】本発明によるＡｌＧａＡｓ発光ダイオードの他の実施例の断面図。
【図５】本発明によるＡｌＧａＡｓ発光ダイオードの他の実施例の断面図。
【図６】従来の発光ダイオードの断面図。
【符号の説明】
６…上部クラッド層、７…電流拡散層、１０…透明基板、１４…透明接着層、１６…エピタキシャル層、１８…上部クラッド層、２０…活性層、２２…下部クラッド層、２４…エッチング停止層、２６…ＧａＡｓ基板、２８…ｐ− 型オーム接触層、３０…ｎ− 型オーム接触層、３１…電極チャネル、３２…第１金属結合層、３４…第２金属結合層、５１…ＧａＡｓ基板、５２…下部クラッド層、５３…活性層、５４…上部クラッド層、５５…透明接着層、５６…透明基板、５７…ｐ− 型オーム接触層、５８…ｎ− 型オーム接触層、５９…第１金属結合層、６０…電極チャネル、６１…第２金属結合層。

Claims

上部クラッド層と下部クラッド層とに挟まれた活性層からなるＡｌＧａＩｎＰ多層エピタキシャル接合と、
該上部クラッド層上に第１方向に形成されるエピタキシャル層と、
該エピタキシャル層上に第１方向に形成される第１オーム接触層と、
該第１オーム接触層上の第１方向に位置する透明接着層と、
該透明接着層を介して該第１オーム接触層に第１方向に接着する透明基板と、該下部クラッド層上に、前記第１方向と反対の方向である第２方向に形成される第２オーム接触層と、
該エピタキシャル層上に第２方向に形成される第１金属結合層と、
該第２オーム接触層上に第２方向に形成される第２金属結合層と、
該第１金属結合層を該第１オーム接触層に電気的に接続させるために、該エピタキシャル層内に形成される電極連結チャネルと、
からなる発光ダイオード。
前記ＡｌＧａＩｎＰ多層エピタキシャル接合が、ｌＧａＩｎＰのホモ接合、シングルへテロ接合、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）、および多重量子井戸接合（ＭＱＷ）からなる群から選択される、請求項１に記載の発光ダイオード。
前記エピタキシャル層がｐ− 型材料で形成される、請求項１に記載の発光ダイオード。
前記第１オーム接触層がｐ− 型材料で形成され、前記第２オーム接触層がｎ− 型材料で形成される、請求項１に記載の発光ダイオード。
前記透明基板が、サファイヤ、ガラス、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、およびＳｉＣからなる群から選択される、請求項１に記載の発光ダイオード。
前記透明接着層が、ＢＣＢ（Ｂステージビスベンゾシクロブテン）およびエポキシからなる群から選択される、請求項１に記載の発光ダイオード。
前記金属結合層がＡｌおよびＡｕからなる群から選択される、請求項１に記載の発光ダイオード。
前記電極接続チャネルが前記第１金属結合層と同一の材料である、請求項１に記載の発光ダイオード。
基板を作製する工程と、
該基板上に第１方向にエッチング停止層を形成する工程と、
該エッチング停止層上に、上部クラッド層と下部クラッド層とに挟まれた活性層からなるＡｌＧａＩｎＰ多層エピタキシャル接合を第１方向に形成する工程と、該上部クラッド層上に、エピタキシャル層を第１方向に形成する工程と、
該エピタキシャル層上に、第１オーム接触層を第１方向に形成する工程と、
透明基板を作製する工程と、
該透明基板上に被覆された透明接着層を介して、該透明基板を該第１オーム接触層と該エピタキシャル層とに接着させる工程と、
該基板と該エッチング停止層とを除去する工程と、
該エピタキシャル層を露出させるために、該ＡｌＧａＩｎＰ多層エピタキシャル接合の一部および該エピタキシャル層の一部を除去する工程と、
該第１オーム接触層を露出させるためにエピタキシャル層内にチャネルを形成する工程と、
該露出されたエピタキシャル層上に第１金属結合層を、第１方向とは反対方向の第２方向に形成する工程と、
該チャネルを充填して該第１金属結合層を該第１オーム接触層に電気的に接続させるための電極接続チャネルを形成する工程と、
該下部クラッド層上に第２方向に第２オーム接触層を形成する工程と、
該第２オーム接触層上に第２金属結合層を第２方向に形成する工程と、
からなる発光ダイオードの製造方法。
前記基板がＧａＡｓからなる、請求項９に記載の方法
前記ＡｌＧａＩｎＰ多層エピタキシャル接合が、ＡｌＧａＩｎＰのホモ接合、シングルヘテロ接合、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）、および多重量子井戸接合（ＭＱＷ）からなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
前記透明基板が、サファイヤ、ガラス、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、およびＳｉＣからなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
前記エピタキシャル層がｐ− 型材料で形成される、請求項９に記載の方法。
前記第１オーム接触層がｐ− 型材料で形成され、前記第２オーム接触層がｎ− 型材料で形成される、請求項９に記載の方法。
前記透明接着層が、ＢＣＢ（Ｂステージビスベンゾシクロブテン）およびエポキシからなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
前記透明接着層を介して、前記透明基板を前記エピタキシャル層および前記第１オーム接触層に接着させる工程では、
接着工程で、６０℃〜１００℃で加圧加熱する工程、
および、
接着工程で、２００℃〜６００℃で加圧加熱する工程と、
からなる、請求項９に記載の方法。
前記金属結合層がＡｌおよびＡｕからなる群から選択される、請求項９に記載の発光ダイオード。
上部クラッド層と下部クラッド層とに挟まれた活性層からなるＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合と、
該ＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合上に第１方向に形成される第１オーム接触層と、
該第１オーム接触層上に第１方向に位置する透明接着層と、
該透明接着層を介して第１オーム接触層に第１方向に接着される透明基板と、該下部クラッド層上に、第１方向とは反対方向の第２方向に形成される第２オーム接触電極と、
該上部クラッド層上に第２方向に形成される第１金属結合層と、
該第２オーム接触層の上に第２方向に形成される第２金属結合層と、
該第１金属結合層を該第１オーム接触層に電気的に接続させるための、該上部クラッド層内の電極接続チャネルと、
からなる発光ダイオード。
前記ＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合が、ＡｌＧａＡｓのホモ接合、シングルヘテロ接合、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）、および多重量子井戸接合（ＭＱＷ）からなる群から選択される、請求項１８に記載の発光ダイオード。
前記第１オーム接触層がｐ− 型材料で形成されており、前記第２オーム接触層がｎ− 型材料で形成される、請求項１８に記載の発光ダイオード。
前記透明基板が、サファイヤ、ガラス、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、およびＳｉＣからなる群から選択される、請求項１８に記載の発光ダイオード。
前記透明接着層が、ＢＣＢ（Ｂステージビスベンゾシクロブテン）およびエポキシからなる群から選択される、請求項１８に記載の発光ダイオード。
前記金属結合層がＡｌおよびＡｕからなる群から選択される、請求項１８に記載の発光ダイオード。
前記電極接続チャネルが前記第１金属結合層と同一材料である、請求項１８に記載の発光ダイオード。
発光ダイオードの製造方法で、少なくとも
基板を製造する工程と、
該基板上に第１方向に、上部クラッド層と下部クラッド層とに挟まれた活性層からなるＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合を形成する工程と、
該ＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合上に第１方向に第１オーム接触層を形成する工程と、
透明基板を製造する工程と、
該透明基板上に被覆された透明接着層を介して、該透明基板を該第１オーム接触層および上部クラッド層とに第１方向に接着させる工程と、
上記基板を除去する工程と、
該上部クラッド層を露出させるために、ＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合の一部および該上部クラッド層の一部を除去する工程と、
該第１オーム接触層を露出させるために該露出された上部クラッド層内にチャネルを形成する工程と、
該露出された上部クラッド層上に、第１方向とは反対方向である第２方向に、第１金属結合層を形成する工程と、
該チャネルに充填して、該第１金属結合層を該第１オーム接触層に電気的に接続させるための電極接続チャネルを形成する工程と、
該下部クラッド層上に第２方向に第２オーム接触層を形成する工程と、
該第２オーム接触層上に、第２方向に第２金属結合層を形成する工程と、
からなる製造法
前記基板がＧａＡｓで形成されている、請求項２５に記載の方法。
前記ＡｌＧａＡｓ多層エピタキシャル接合が、ＡｌＧａＡｓのホモ接合、シングルヘテロ接合、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）、および多重量子井戸接合（ＭＱＷ）からなる群から選択される、請求項２５に記載の方法。
前記第１オーム接触層がｐ− 型材料で形成されており、前記第２オーム接触層がｎ− 型材料で形成されている、請求項２５に記載の方法。
前記透明基板が、サファイヤ、ガラス、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、およびＳｉＣからなる群から選択される、請求項２５に記載の方法。
前記透明接着層が、ＢＣＢ（Ｂステージビスベンゾシクロブテン）およびエポキシからなる群から選択される、請求項２５に記載の方法。
前記透明接着層を介して、前記透明基板を前記エピタキシャル層および前記第１オーム接触層に接着させる工程では、
接着工程で、６０℃〜１００℃で加圧加熱すること、
および、
接着工程で、２００℃〜６００℃で加圧加熱すること、
からなる請求項２５に記載の方法。
前記金属結合層がＡｌおよびＡｕからなる群から選択される、請求項２５に記載の発光ダイオード。