発光ダイオードおよびその製造方法
【課題】 基板を除去してもハンドリングするのに十分な厚さをもつダブルヘテロ積層体を有し、発光出力を維持しつつ、接触抵抗を有効に低減させた発光ダイオードおよびその発光ダイオードを効率よく製造する方法を提供する。
【解決手段】 本発明の発光ダイオードは、一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側のクラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードにおいて、
前記積層体の総厚が５０〜５００μｍであり、前記電極のうち、少なくとも一方の電極と前記積層体との間に、厚さ０．００１〜１μｍのコンタクト層を具えることを特徴とする。
【解決手段】 本発明の発光ダイオードは、一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側のクラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードにおいて、
前記積層体の総厚が５０〜５００μｍであり、前記電極のうち、少なくとも一方の電極と前記積層体との間に、厚さ０．００１〜１μｍのコンタクト層を具えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、光学センサ、光学データ伝送、光学照射装置等に使用される発光ダイオードおよびその製造方法に関するものであって、特に、基板を除去してもハンドリングするのに十分な厚さをもつダブルヘテロ積層体を有し、発光出力を維持しつつ、接触抵抗を有効に低減させた発光ダイオードを効率よく製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオードに要求される特性としては、例えば、高出力特性や低抵抗特性が挙げられる。一般に、半導体と金属を接触させると、接合障壁が形成され、半導体と、金属材料からなる電極との間に高い接触抵抗が生じる。発光ダイオードの基本構造の１つとしては、例えば、活性層と呼ばれるバンドギャップの小さな層を、クラッド層と呼ばれるバンドギャップの大きなｐ型およびｎ型の層で両側から挟んだ積層体を、一対の電極で挟んだ、いわゆるダブルヘテロ構造があるが、このような構造をもつ発光ダイオードは、これら一対の電極間に電圧を印加すると、半導体層である積層体と電極との間で生じる接触抵抗に起因した電力損失が発生することとなる。
【０００３】
そこで、この半導体層と電極との間で生じる接触抵抗を低減させるため、例えば、特許文献１には、電極と半導体層との間に、バンドギャップの小さい物質からなるコンタクト層を介在させることで障壁差を小さくし、接触抵抗を小さく抑えることで、電極と半導体層との間で大きな電力損失が発生するのを防止した、ＭＯＣＶＤ法により半導体層およびコンタクト層を形成した半導体発光素子が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１６３３６５号公報
【０００４】
ところで、一般に、発光ダイオードの製造には、主にＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy：液相エピタキシャル）法やＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相成長）法が利用されている。
【０００５】
ＬＰＥ法は、エピタキシャル成長時の成長速度が速く、その成長速度は、例えば１．０μｍ／ｍｉｎ程度である。一方、ＭＯＣＶＤ法は、エピタキシャル成長時の成長速度が遅く、例えば０．０５μｍ／ｍｉｎ程度であり、前記ＬＰＥ法によるものと比較して２０倍程度の差がある。
【０００６】
また、ＬＰＥ法は、Ｇａ等の融液を入れた槽に対し、基板を相対移動させて順次成長層を形成させる構成であるため、成長層数と同数の槽が必要であるのに対し、ＭＯＣＶＤ法では、原料ガスの交換により、所望の組成や成長層を容易に形成することが可能である。
【０００７】
以上のことから、ＬＰＥ法は、その成長速度の速さから成長層の厚みの均一化の制御や多層膜生成には不向きであるが、厚膜の結晶を低コストで製造できるという利点があり、一方、ＭＯＣＶＤ法は、厚膜を形成するには、ＬＰＥ法に比べて時間がかかりコストが高くなるため、不向きであるが、厚みの均一化の制御や多層膜形成には優れているという利点がある。
【０００８】
また、ＬＰＥ法を用いて基板上にダブルへテロ積層体を成長させた場合、基板を除去しても、前記積層体自体だけでハンドリングに十分な厚さが確保できるのに対して、ＭＯＣＶＤ法を用いて基板上にダブルヘテロ積層体を成長させた場合には、前記積層体だけでは薄くて十分な厚さが確保できないため、通常は、前記基板上に薄膜のダブルヘテロ積層体を有する構造のまま使用されている。
【０００９】
従来は、基板を除去してもハンドリングに十分な厚さを確保でき、しかも、チップ化した際に基板によるエネルギーの吸収が無いため発光出力を高めることが容易であるという特徴を重視して、高出力ＬＥＤを製造するにはＬＰＥ法を用いることが好ましいとされている。
【００１０】
従来のＬＰＥ法による高出力ＬＥＤの電極部の接触抵抗は、半導体層と電極との間の障壁差に起因して一般に高い。そこで、接触抵抗の低減を図るための手段としては、従来のＬＰＥ法による発光ダイオードでは、ＡｌＧａＡｓ半導体層と格子整合が良く、バンドギャップが活性層のＡｌαＧａ１−αＡｓ層（０＜α≦１）よりも狭い、ＡｌβＧａ１−βＡｓ（０≦β＜α≦１、例えばＧａＡｓ）をコンタクト層に用いるのが好ましいとされる。しかしながら、コンタクト層は、そのバンドギャップのため、ＡｌαＧａ１−αＡｓ活性層から生じた発光を吸収してしまうという問題があった。
【００１１】
特許文献１には、コンタクト層の層厚を０．０１〜０．０３μｍと薄く設定することにより、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との界面近傍で発生する光の多くがコンタクト層の内部で吸収されるのを防止することが記載されているが、コンタクト層の形成だけではなく、積層体の形成にもＭＯＣＶＤ法を用いているため、積層体を厚膜に製造できず、また、積層体が薄いため基板を除去できないことから、素子抵抗の上昇を招く反射鏡等の複雑な構造を用いなければ、この基板内で光を吸収してしまい、結果として発光効率が劣るという問題がある。
【００１２】
また、従来のＬＰＥ法では、メルトバックにより清浄な（酸化物等が付着していない）成長面を露出させ、その上に半導体層をエピタキシャル成長する方法が知られている。ＬＰＥ法ではこのメルトバック現象が起こりやすいため、基板上に形成するコンタクト層を１μｍ以下の薄膜で形成し、そのコンタクト層上に積層体を厚膜形成に有利なＬＰＥ法で製造する場合、薄いコンタクト層上に厚い半導体層をエピタキシャル成長させると、図６に示すように、コンタクト層自体がメルトバックにより消滅または減損する傾向があり、よって、１μｍ以下の薄い均一のコンタクト層を残したまま、ダブルヘテロ積層体を従来のＬＰＥ法で成長させることは困難であった。これらの問題により、高い発光効率とコンタクト層による接触抵抗の低減を両立させることが困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、少なくとも一方のコンタクト層と、この一方のコンタクト層と接する積層体とをそれぞれ適した形成法を用いて製造することにより、基板を除去してもハンドリングするのに十分な厚さをもつダブルヘテロ積層体を有し、発光出力を維持しつつ、接触抵抗を有効に低減させた発光ダイオードおよびその発光ダイオードを効率よく製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側のクラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードにおいて、前記積層体の総厚が５０〜５００μｍであり、前記電極のうち、少なくとも一方の電極と前記積層体との間に、厚さ０．００１〜１μｍのコンタクト層を具えることを特徴とする発光ダイオード。
【００１５】
（２）前記積層体は第１伝導型のＡｌａＧａ１−ａＡｓ材料（但し、０＜ａ≦１）からなる下側クラッド層、ＡｌｂＧａ１−ｂＡｓ材料（但し、０≦ｂ≦１でかつｂ＜ａ）からなる活性層および第２伝導型のＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ材料（但し、０＜ｃ≦１でかつｂ＜ｃ）からなる上側クラッド層を有することを特徴とする上記（１）に記載の発光ダイオード。
【００１６】
（３）前記積層体は液相成長法を用いて形成され、かつ、前記コンタクト層は気相成長法を用いて形成されることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の発光ダイオード。
【００１７】
（４）一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側クラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードの製造方法であって、液相成長法を用いて、基板の上方に、下側クラッド層、活性層および上側クラッド層を順次成長させて、総厚が５０〜５００μｍの前記積層体を形成する工程と、前記積層体を形成する工程の前に、厚さ０．００１〜１μｍの下側コンタクト層を気相成長法によって形成する工程とを含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【００１８】
（５）一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側クラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードの製造方法であって、液相成長法を用いて、基板の上方に、下側クラッド層、活性層および上側クラッド層を順次成長させて、総厚が５０〜５００μｍの前記積層体を形成する工程と、前記積層体を形成する工程の後に、厚さ０．００１〜１μｍの上側コンタクト層を気相成長法によって形成する工程とを含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【００１９】
（６）一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側クラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードの製造方法であって、液相成長法を用いて、基板の上方に、下側クラッド層、活性層および上側クラッド層を順次成長させて、総厚が５０〜５００μｍの前記積層体を形成する工程と、前記積層体を形成する工程の前後に、それぞれ厚さ０．００１〜１μｍの下側コンタクト層および上側コンタクト層を気相成長法によって形成する工程とを含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【００２０】
（７）前記下側コンタクト層を形成する工程に先立って、気相成長法を用いて、前記基板に、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ材料（但し、０．５＜ｄ≦１．０）からなるエッチングストップ層を形成する工程を有することを特徴とする上記（４）または（６）に記載の発光ダイオードの製造方法。
【００２１】
（８）前記上側コンタクト層の形成工程後、前記電極層形成工程前に、気相成長法を用いて、前記上側コンタクト層上に、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ材料（但し、０．５＜ｄ≦１．０）からなるエッチングストップ層を形成する工程をさらに有することを特徴とする上記（５）または（６）に記載の発光ダイオードの製造方法。
【００２２】
（９）前記下側コンタクト層を形成する工程と前記積層体を形成する工程との間に、前記下側コンタクト層上に、ＡｌｅＧａ１−ｅＡｓ材料（但し、０＜ｅ≦１）からなる犠牲層を成長させる工程をさらに有することを特徴とする上記（４）、（６）または（７）に記載の発光ダイオードの製造方法。
【００２３】
（１０）前記積層体は第１伝導型のＡｌａＧａ１−ａＡｓ材料（但し、０＜ａ≦１）からなる下側クラッド層、ＡｌｂＧａ１−ｂＡｓ材料（但し、０≦ｂ≦１でかつｂ＜ａ）からなる活性層および第２伝導型のＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ材料（但し、０＜ｃ≦１でかつｂ＜ｃ）からなる上側クラッド層を有することを特徴とする上記（４）〜（９）のいずれか一に記載の発光ダイオードの製造方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、少なくとも一方のコンタクト層と、この一方のコンタクト層上に形成される積層体とをそれぞれ適した形成法を用いて製造することにより、基板を除去してもハンドリングするのに十分な厚さをもつダブルヘテロ積層体を有し、発光出力を維持しつつ、接触抵抗を有効に低減させた発光ダイオードおよびその発光ダイオードを効率よく製造する方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に従う発光ダイオードの断面構造を模式的に示したものである。
【００２６】
図１に示す発光ダイオード１は、一対の下側および上側電極１１、１２と、これら電極１１、１２間に設けられた少なくとも下側および上側のクラッド層５、７ならびにこれら下側および上側クラッド層間に設けられた活性層６を有する積層体１０とを具える。コンタクト層４、８は、それぞれ、前記電極１１、１２のうち、少なくとも一方の電極、図１では両電極１１、１２と前記積層体１０との間に形成される。活性層６は光を電極以外の領域から放出する。
【００２７】
前記積層体１０の総厚は、５０〜５００μｍとする。総厚が５０μｍ未満だと、基板を除去した場合にハンドリングが容易ではなく、実装も困難なため、基板除去型の発光ダイオードに適さない。また、総厚が５００μｍ超えだと、製造コストに比して取り出し効率の向上効果は小さく、発光ダイオードの厚みとして現実的ではないからである。より好ましくは１００〜３５０μｍである。この範囲であれば、発光効率と生産性が共に高い発光ダイオードが得られる。
【００２８】
前記コンタクト層４、８の厚さは、０．００１〜１μｍとする。厚さが０．００１μｍ未満だと、コンタクト層による接触抵抗の低減を効果的に図ることができず、厚さが１μｍ超えだと、コンタクト層が活性層から放出された光を吸収してしまい、発光効率が悪くなるためである。
【００２９】
前記コンタクト層４、８の厚さは、０．５μｍ以下とするのがさらに好ましい。０．５μｍ以下とすると、コンタクト層４、８による光の吸収の影響が非常に少なく、コンタクト層を設けない場合とほぼ同等の発光効率が得ることができるからである。
【００３０】
前記コンタクト層４、８の厚みの面内ばらつきは、発光ダイオードの抵抗値や出力値のばらつきの原因となるため、１０％以内であるのが好ましく、特に１％以内であることがより好適である。なお、厚みの面内ばらつきが１％以内でコンタクト層を形成する手段としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法が挙げられる。
【００３１】
前記積層体１０が有する各層を構成する好適な組成としては、例えば下側クラッド層５を、第１伝導型としてｐ型のＡｌａＧａ１−ａＡｓ材料（但し、０＜ａ≦１）、活性層６を、ＡｌｂＧａ１−ｂＡｓ材料（但し、０≦ｂ≦１でかつｂ＜ａ）、上側クラッド層７を、第２伝導型としてｎ型のＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ材料（但し、０＜ｃ≦１でかつｂ＜ｃ）とする場合が挙げられる。また、これとは逆に、第１伝導型としてｎ型、第２伝導型としてｐ型としてもよい。
【００３２】
前記積層体１０は厚膜形成が容易な液相成長法を用いて形成され、かつ、前記コンタクト層４、８は膜厚制御が容易な気相成長法を用いて形成されるのが好ましい。基板上に、積層方向の厚さの総厚が５０μｍ以上の積層体を気相成長法で形成するのは、膨大な時間と原料ガスを要し、容易ではなく、また、厚さが０．００１〜１μｍの範囲の薄膜のコンタクト層を液相成長法で面内ばらつき１０％以内で形成するのは、成長速度が速く制御が非常に困難であり、容易ではないためである。
【００３３】
前記液相成長法としては、例えば、ＬＰＥ法が挙げられ、前記気相成長法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法が挙げられる。
【００３４】
さらに、発光ダイオードを製造する際、基板を除去したり電極を形成するといったデバイス化の途中でコンタクト層４、８がエッチングされたり、削れたりするのを防ぐために、コンタクト層４、８の外側に、コンタクト層４、８とは組成の異なる（より具体的にはエッチング性の異なる）エッチングストップ層（例えば高Ａｌ組成のＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ層、０．５＜ｄ≦１．０）を必要に応じて形成することができる。
【００３５】
次に、本発明に従う代表的な発光ダイオードの製造方法の例を以下で説明する。
図２〜図５は、本発明に従う発光ダイオードの製造方法の主要工程を示したものである。本方法により形成される上側コンタクト層および下側コンタクト層は、少なくとも一方が形成されればよいが、両コンタクト層を形成する場合について説明する。
【００３６】
図示された方法は、まず図２に示すように、基板２の上方に、厚さ０．００１〜１μｍの下側コンタクト層４を形成する（下側コンタクト層形成工程）。前記下側コンタクト層４は、例えば、ＧａＡｓ材料からなるのが好ましい。
また、図２では、前記下側コンタクト層４を形成する工程に先立って、気相成長法を用いて、エッチングストップ層３を形成した場合を示しているが、エッチングストップ層３は必要に応じて適宜設けることができる。
【００３７】
次に、図３に示すように、液相成長法を用いて、前記下側コンタクト層４上に、下側クラッド層５、活性層６および上側クラッド層７を順次成長させて、総厚ｔが５０〜５００μｍの積層体１０を形成する（積層体形成工程）。液相成長時のＧａＡｓ原料／Ｇａ融液比を０．０１未満とすると、結晶成長開始時に、薄い下側コンタクト層４が溶け出し、消滅または減損してしまう、いわゆるメルトバックが生じる場合がある（図６）。このメルトバックを防ぐために、例えば、ＧａＡｓ原料／Ｇａ融液比は０．０１以上とするのが好ましく、メルトバックを有効に防止するには、０．０３以上とするのがより好適である。図７は、融液比を０．０１としたときに、コンタクト層が消滅、減損しない本発明の下側コンタクト層と下側クラッド層とを示す。なお、ＧａＡｓ原料／Ｇａ融液比の上限は、過剰のＧａＡｓ原料が溶け残り、不具合を生じさせる恐れがあるという点から、０．１２以下とするのが好ましい。ここで、前記融液比とは室温（２５℃）、大気圧下におけるＧａＡｓ原料（固体）のＧａ融液（液体４０℃）に対する質量比である。
【００３８】
また、前記メルトバックを防止するために、成長開始温度は５００〜９００℃が好ましく、８００〜８７０℃とするのがより好適である。５００℃未満だと、原料融液をいれた槽内で多結晶が大量発生して不具合が生じ、９００℃を超えると、ＧａＡｓ融点に近く、メルトバックの可能性が非常に高くなるおそれがあるためである。また、冷却速度は、開始温度により設定されるが、好適には、３〜６０℃／ｓの範囲がよい。
【００３９】
その後、図４に示すように、前記積層体１０上に、厚さ０．００１〜１μｍの上側コンタクト層８を形成する（上側コンタクト層形成工程）。前記コンタクト層４、８のキャリア濃度は、電荷担体が多い高濃度が好ましく、具体的には、１×１０１９〜５×１０２１ｃｍ−３がより好ましい。また、前記下側および上側コンタクト層４、８の一方若しくは両方は、気相成長法によって形成される。
【００４０】
前記液相成長法としては、例えば、ＬＰＥ法が挙げられ、前記気相成長法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法が挙げられる。
【００４１】
最後に、図５に示すように、前記基板２をエッチングにより除去し、前記両コンタクト層４、８上、または、形成されたいずれかのコンタクト層およびこれに対する積層体の表面上に、それぞれ電極層１１、１２を形成する。前記エッチングは、硫酸系、リン酸系、塩酸系、硝酸系、クエン酸系、アンモニア系、Ｂｒ−メタノール系等のエッチング液によるウェットエッチング法が好ましいが、ドライエッチング法で行うこともできる。また、研削・レーザーリフトオフにより基板を除去することもできる。さらに、例えば、下側コンタクト層４の、電極層１１に接する部分以外は、光を吸収しないようにするため、図５に示すように除去されるが、電流拡散などの理由により残しておいても構わない。また、基板２の除去面を光放出面とすることもできるし、反対面を光放出面とすることもできる。
【００４２】
前記積層体１０の有する各層を構成する好適な組成としては、例えば下側クラッド層５を、第１伝導型としてｐ型のＡｌａＧａ１−ａＡｓ材料（但し、０＜ａ≦１）、活性層６を、ＡｌｂＧａ１−ｂＡｓ材料（但し、０≦ｂ≦１でかつｂ＜ａ）、上側クラッド層７を、第２伝導型としてｎ型のＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ材料（但し、０＜ｃ≦１でかつｂ＜ｃ）とする場合が挙げられる。また、これとは逆に、第１伝導型としてｎ型、第２伝導型としてｐ型としてもよい。
【００４３】
前記下側コンタクト層４を形成する工程に先立って、気相成長法を用いて、前記基板２に、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ材料（但し、０．５＜ｄ≦１．０）からなるエッチングストップ層３を形成するのが好ましい。基板２を除去するといったデバイス化の途中で、下側コンタクト層４がエッチングされたり、削れたりするのを防ぐためである。エッチングストップ層３の厚さは、エッチング液によるエッチング終了時間の制御が容易な厚さにするのが好ましく、具体的には、０．０１〜１０μｍが好ましい。
【００４４】
前記上側コンタクト層８を形成する工程後、電極層１２の形成工程前に、気相成長法を用いて、前記上側コンタクト層８上に、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ材料（但し、０．５＜ｄ≦１．０）からなるエッチングストップ層９を形成するのが好ましい。電極１２を形成するといったデバイス化の途中で、上側コンタクト層８がエッチングされたり、削れたりするのを防ぐためである。エッチングストップ層９の厚さは、エッチング液によるエッチング終了時間の制御が容易な厚さにするのが好ましく、具体的には、０．０１〜１０μｍが好ましい。
【００４５】
前記下側コンタクト層４を形成する工程と前記積層体１０を形成する工程との間に、気相成長法により下側コンタクト層４上に、ＡｌｅＧａ１−ｅＡｓ材料（但し、０＜ｅ≦１）からなる犠牲層（図示せず）を成長させてもよい。この犠牲層は、下側クラッド層５と同じＡｌ組成か、下側クラッド層５と活性層６との間のＡｌ組成（ｂ＜ｅ≦ａ）であることがさらに好ましい。犠牲層を形成することで、仮にメルトバックが起きても、コンタクト層を保護することができ、また、コンタクト層のみではＭＯＣＶＤ装置からＬＰＥ装置へ移動させる際にコンタクト層表面が汚染し、ＬＰＥ成長時に酸化物等が界面に取り込まれる可能性があるため、犠牲層によりコンタクト層表面を保護することができ（犠牲層表面の酸化物はメルトバックにより清浄化される）、さらに、犠牲層のキャリア濃度を高めておくことで、接触抵抗のさらなる低減を図ることができる。
【実施例】
【００４６】
（実施例１）
実施例１は、図２〜５に示すとおり、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｐ型ＧａＡｓ基板２上に、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ材料からなるエッチングストップ層３を成長させ、このエッチングストップ層３上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、キャリア濃度２×１０１9ｃｍ−３のＺｎドープｐ型ＧａＡｓ材料からなる、厚さ０．１μｍの下側コンタクト層４を形成し、次いで、ＬＰＥ法を用いて、ＧａＡｓ原料／Ｇａ融液比が０．０１以上の融液中で、前記下側コンタクト層４上に、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．０３＜ｘ＜０．３）材料からなる下側クラッド層５、ｐ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓ材料からなる活性層６およびｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．０３＜ｘ＜０．５）材料からなる上側クラッド層７を、成長温度８３０℃で順次成長させて総厚ｔが１６０μｍの積層体を形成し、その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、前記積層体１０上に、キャリア濃度２×１０１９ｃｍ−３のＺｎドープｎ型のＧａＡｓ材料からなる、厚さ０．１μｍの上側コンタクト層８を形成し、さらに、ｐ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ材料からなるエッチングストップ層９を成長させ、アンモニアと過酸化水素水の混合液を用いたウェットエッチング法により前記基板２を除去した後、フッ酸を用いてエッチングストップ層３、９を除去し、電源を取るための金合金電極１１、１２を形成することにより、３５０μｍ×３５０μｍ×１６２μｍ(縦×横×高さ)の発光ダイオード１を得た。なお、活性層から発生する発光波長は、８５０ｎｍ程度となるように組成を調整した。
【００４７】
実施例２〜４は、それぞれ、両コンタクト層４、８のキャリア濃度を、２×１０２１ｃｍ−３、２×１０１８ｃｍ−３、２×１０１７ｃｍ−３としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発光ダイオードを得た。また、実施例５、６、７および８は、それぞれ、両コンタクト層４、８の厚さを、１μｍ、０．２μｍ、０．００１μｍ、０．５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で発光ダイオードを得た。さらに、実施例９および１０は、それぞれ、融液比を０．１０、０．００１としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発光ダイオードを得た。
【００４８】
比較例１は、両コンタクト層４、８と積層体の双方をＬＰＥ法を用いて形成したこと以外は、実施例５と同様の方法で発光ダイオードを得た。
【００４９】
比較例２および比較例３は、それぞれ、ＬＰＥ法のみおよびＭＯＣＶＤ法のみを用いて形成したダブルヘテロ積層体について、コンタクト層を設けない従来品の発光ダイオードである。なお、比較例３のＭＯＣＶＤ法で形成した積層体の厚さは３３０μm（基板を含む）であり、基板を除去していない。
【００５０】
（性能評価１）
上記実施例１〜１０および比較例１〜３の各発光ダイオードについて、２０ｍＡ（一定）の電流を流したときの、発光出力、発光出力の標準偏差、抵抗値を測定した。これらの測定結果を表１に示す。この抵抗値は、固有抵抗と接触抵抗との和を示すものであり、固有抵抗を一定とすると、抵抗値の増減は接触抵抗の増減とみなすことができる。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表１の結果から、実施例１〜１０は、発光出力を維持しつつ、接触抵抗を有効に低減させていることがわかる。また、キャリア濃度が大きいほど抵抗値は減少し、１０１９ｃｍ−３以上でほぼ一定の最小値となり、さらに、コンタクト層は薄いほうが発光出力が大きいことがわかる。なお、実施例１０ではメルトバックにより（下側の）コンタクト層が減損していたことが確認された。
【００５３】
比較例１でも低抵抗は得られるが、コンタクト層の厚みの面内分布が悪く、０．３〜１．５μｍ程度の分布を取り（ばらつき分布３０％）、安定してコンタクト層を作製することはできなかった。また、発光出力は本発明の発光ダイオードの７０〜９０％程度と低く、ばらつきを示す標準偏差も大きいという結果が得られた。
【００５４】
比較例２および比較例３はいずれも、コンタクト層を有していないため、発光出力の維持および接触抵抗の低減の両立を実現できていないことがわかる。
【００５５】
なお、本実施例では、積層体の両側にコンタクト層をつけた場合を挙げたが、本形態に限定されることはなく、コンタクト層を片側に付加した場合でも、発光出力の維持および接触抵抗の低減の効果が得られることは自明である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の発光ダイオードは、少なくとも一方のコンタクト層と、この一方のコンタクト層上に形成される積層体とをそれぞれ適した形成法を用いて製造することにより、基板を除去してもハンドリングするのに十分な厚さをもつダブルヘテロ積層体を有し、発光出力を維持しつつ、接触抵抗を有効に低減させることができ、また、本発明の発光ダイオードの製造方法は、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成した薄いコンタクト層が消滅等することなく、このコンタクト層上に、ＬＰＥ法を用いてダブルヘテロ積層体を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に従う発光ダイオードの断面図である。
【図２】本発明に従う発光ダイオードの製造方法の下側コンタクト層形成工程を示す。
【図３】本発明に従う発光ダイオードの製造方法の積層体形成工程を示す。
【図４】本発明に従う発光ダイオードの製造方法の上側コンタクト層形成工程を示す。
【図５】本発明に従う発光ダイオードの製造方法の電極層形成工程を示す。
【図６】従来のＬＰＥ法により積層体を形成した直後の下側コンタクト層の存在状態を示す。
【図７】本発明に従う発光ダイオードの下側コンタクト層の存在状態を示す。
【符号の説明】
【００５８】
１ 発光ダイオード
２ 基板
３、９ エッチングストップ層
４ 下側コンタクト層
８ 上側コンタクト層
５ 下側クラッド層
７ 上側クラッド層
６ 活性層
１０ 積層体
１１、１２ 電極層
ｔ 積層体１０の総厚
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、光学センサ、光学データ伝送、光学照射装置等に使用される発光ダイオードおよびその製造方法に関するものであって、特に、基板を除去してもハンドリングするのに十分な厚さをもつダブルヘテロ積層体を有し、発光出力を維持しつつ、接触抵抗を有効に低減させた発光ダイオードを効率よく製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオードに要求される特性としては、例えば、高出力特性や低抵抗特性が挙げられる。一般に、半導体と金属を接触させると、接合障壁が形成され、半導体と、金属材料からなる電極との間に高い接触抵抗が生じる。発光ダイオードの基本構造の１つとしては、例えば、活性層と呼ばれるバンドギャップの小さな層を、クラッド層と呼ばれるバンドギャップの大きなｐ型およびｎ型の層で両側から挟んだ積層体を、一対の電極で挟んだ、いわゆるダブルヘテロ構造があるが、このような構造をもつ発光ダイオードは、これら一対の電極間に電圧を印加すると、半導体層である積層体と電極との間で生じる接触抵抗に起因した電力損失が発生することとなる。
【０００３】
そこで、この半導体層と電極との間で生じる接触抵抗を低減させるため、例えば、特許文献１には、電極と半導体層との間に、バンドギャップの小さい物質からなるコンタクト層を介在させることで障壁差を小さくし、接触抵抗を小さく抑えることで、電極と半導体層との間で大きな電力損失が発生するのを防止した、ＭＯＣＶＤ法により半導体層およびコンタクト層を形成した半導体発光素子が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１６３３６５号公報
【０００４】
ところで、一般に、発光ダイオードの製造には、主にＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy：液相エピタキシャル）法やＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相成長）法が利用されている。
【０００５】
ＬＰＥ法は、エピタキシャル成長時の成長速度が速く、その成長速度は、例えば１．０μｍ／ｍｉｎ程度である。一方、ＭＯＣＶＤ法は、エピタキシャル成長時の成長速度が遅く、例えば０．０５μｍ／ｍｉｎ程度であり、前記ＬＰＥ法によるものと比較して２０倍程度の差がある。
【０００６】
また、ＬＰＥ法は、Ｇａ等の融液を入れた槽に対し、基板を相対移動させて順次成長層を形成させる構成であるため、成長層数と同数の槽が必要であるのに対し、ＭＯＣＶＤ法では、原料ガスの交換により、所望の組成や成長層を容易に形成することが可能である。
【０００７】
以上のことから、ＬＰＥ法は、その成長速度の速さから成長層の厚みの均一化の制御や多層膜生成には不向きであるが、厚膜の結晶を低コストで製造できるという利点があり、一方、ＭＯＣＶＤ法は、厚膜を形成するには、ＬＰＥ法に比べて時間がかかりコストが高くなるため、不向きであるが、厚みの均一化の制御や多層膜形成には優れているという利点がある。
【０００８】
また、ＬＰＥ法を用いて基板上にダブルへテロ積層体を成長させた場合、基板を除去しても、前記積層体自体だけでハンドリングに十分な厚さが確保できるのに対して、ＭＯＣＶＤ法を用いて基板上にダブルヘテロ積層体を成長させた場合には、前記積層体だけでは薄くて十分な厚さが確保できないため、通常は、前記基板上に薄膜のダブルヘテロ積層体を有する構造のまま使用されている。
【０００９】
従来は、基板を除去してもハンドリングに十分な厚さを確保でき、しかも、チップ化した際に基板によるエネルギーの吸収が無いため発光出力を高めることが容易であるという特徴を重視して、高出力ＬＥＤを製造するにはＬＰＥ法を用いることが好ましいとされている。
【００１０】
従来のＬＰＥ法による高出力ＬＥＤの電極部の接触抵抗は、半導体層と電極との間の障壁差に起因して一般に高い。そこで、接触抵抗の低減を図るための手段としては、従来のＬＰＥ法による発光ダイオードでは、ＡｌＧａＡｓ半導体層と格子整合が良く、バンドギャップが活性層のＡｌαＧａ１−αＡｓ層（０＜α≦１）よりも狭い、ＡｌβＧａ１−βＡｓ（０≦β＜α≦１、例えばＧａＡｓ）をコンタクト層に用いるのが好ましいとされる。しかしながら、コンタクト層は、そのバンドギャップのため、ＡｌαＧａ１−αＡｓ活性層から生じた発光を吸収してしまうという問題があった。
【００１１】
特許文献１には、コンタクト層の層厚を０．０１〜０．０３μｍと薄く設定することにより、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との界面近傍で発生する光の多くがコンタクト層の内部で吸収されるのを防止することが記載されているが、コンタクト層の形成だけではなく、積層体の形成にもＭＯＣＶＤ法を用いているため、積層体を厚膜に製造できず、また、積層体が薄いため基板を除去できないことから、素子抵抗の上昇を招く反射鏡等の複雑な構造を用いなければ、この基板内で光を吸収してしまい、結果として発光効率が劣るという問題がある。
【００１２】
また、従来のＬＰＥ法では、メルトバックにより清浄な（酸化物等が付着していない）成長面を露出させ、その上に半導体層をエピタキシャル成長する方法が知られている。ＬＰＥ法ではこのメルトバック現象が起こりやすいため、基板上に形成するコンタクト層を１μｍ以下の薄膜で形成し、そのコンタクト層上に積層体を厚膜形成に有利なＬＰＥ法で製造する場合、薄いコンタクト層上に厚い半導体層をエピタキシャル成長させると、図６に示すように、コンタクト層自体がメルトバックにより消滅または減損する傾向があり、よって、１μｍ以下の薄い均一のコンタクト層を残したまま、ダブルヘテロ積層体を従来のＬＰＥ法で成長させることは困難であった。これらの問題により、高い発光効率とコンタクト層による接触抵抗の低減を両立させることが困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、少なくとも一方のコンタクト層と、この一方のコンタクト層と接する積層体とをそれぞれ適した形成法を用いて製造することにより、基板を除去してもハンドリングするのに十分な厚さをもつダブルヘテロ積層体を有し、発光出力を維持しつつ、接触抵抗を有効に低減させた発光ダイオードおよびその発光ダイオードを効率よく製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側のクラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードにおいて、前記積層体の総厚が５０〜５００μｍであり、前記電極のうち、少なくとも一方の電極と前記積層体との間に、厚さ０．００１〜１μｍのコンタクト層を具えることを特徴とする発光ダイオード。
【００１５】
（２）前記積層体は第１伝導型のＡｌａＧａ１−ａＡｓ材料（但し、０＜ａ≦１）からなる下側クラッド層、ＡｌｂＧａ１−ｂＡｓ材料（但し、０≦ｂ≦１でかつｂ＜ａ）からなる活性層および第２伝導型のＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ材料（但し、０＜ｃ≦１でかつｂ＜ｃ）からなる上側クラッド層を有することを特徴とする上記（１）に記載の発光ダイオード。
【００１６】
（３）前記積層体は液相成長法を用いて形成され、かつ、前記コンタクト層は気相成長法を用いて形成されることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の発光ダイオード。
【００１７】
（４）一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側クラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードの製造方法であって、液相成長法を用いて、基板の上方に、下側クラッド層、活性層および上側クラッド層を順次成長させて、総厚が５０〜５００μｍの前記積層体を形成する工程と、前記積層体を形成する工程の前に、厚さ０．００１〜１μｍの下側コンタクト層を気相成長法によって形成する工程とを含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【００１８】
（５）一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側クラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードの製造方法であって、液相成長法を用いて、基板の上方に、下側クラッド層、活性層および上側クラッド層を順次成長させて、総厚が５０〜５００μｍの前記積層体を形成する工程と、前記積層体を形成する工程の後に、厚さ０．００１〜１μｍの上側コンタクト層を気相成長法によって形成する工程とを含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【００１９】
（６）一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側クラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードの製造方法であって、液相成長法を用いて、基板の上方に、下側クラッド層、活性層および上側クラッド層を順次成長させて、総厚が５０〜５００μｍの前記積層体を形成する工程と、前記積層体を形成する工程の前後に、それぞれ厚さ０．００１〜１μｍの下側コンタクト層および上側コンタクト層を気相成長法によって形成する工程とを含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【００２０】
（７）前記下側コンタクト層を形成する工程に先立って、気相成長法を用いて、前記基板に、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ材料（但し、０．５＜ｄ≦１．０）からなるエッチングストップ層を形成する工程を有することを特徴とする上記（４）または（６）に記載の発光ダイオードの製造方法。
【００２１】
（８）前記上側コンタクト層の形成工程後、前記電極層形成工程前に、気相成長法を用いて、前記上側コンタクト層上に、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ材料（但し、０．５＜ｄ≦１．０）からなるエッチングストップ層を形成する工程をさらに有することを特徴とする上記（５）または（６）に記載の発光ダイオードの製造方法。
【００２２】
（９）前記下側コンタクト層を形成する工程と前記積層体を形成する工程との間に、前記下側コンタクト層上に、ＡｌｅＧａ１−ｅＡｓ材料（但し、０＜ｅ≦１）からなる犠牲層を成長させる工程をさらに有することを特徴とする上記（４）、（６）または（７）に記載の発光ダイオードの製造方法。
【００２３】
（１０）前記積層体は第１伝導型のＡｌａＧａ１−ａＡｓ材料（但し、０＜ａ≦１）からなる下側クラッド層、ＡｌｂＧａ１−ｂＡｓ材料（但し、０≦ｂ≦１でかつｂ＜ａ）からなる活性層および第２伝導型のＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ材料（但し、０＜ｃ≦１でかつｂ＜ｃ）からなる上側クラッド層を有することを特徴とする上記（４）〜（９）のいずれか一に記載の発光ダイオードの製造方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、少なくとも一方のコンタクト層と、この一方のコンタクト層上に形成される積層体とをそれぞれ適した形成法を用いて製造することにより、基板を除去してもハンドリングするのに十分な厚さをもつダブルヘテロ積層体を有し、発光出力を維持しつつ、接触抵抗を有効に低減させた発光ダイオードおよびその発光ダイオードを効率よく製造する方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に従う発光ダイオードの断面構造を模式的に示したものである。
【００２６】
図１に示す発光ダイオード１は、一対の下側および上側電極１１、１２と、これら電極１１、１２間に設けられた少なくとも下側および上側のクラッド層５、７ならびにこれら下側および上側クラッド層間に設けられた活性層６を有する積層体１０とを具える。コンタクト層４、８は、それぞれ、前記電極１１、１２のうち、少なくとも一方の電極、図１では両電極１１、１２と前記積層体１０との間に形成される。活性層６は光を電極以外の領域から放出する。
【００２７】
前記積層体１０の総厚は、５０〜５００μｍとする。総厚が５０μｍ未満だと、基板を除去した場合にハンドリングが容易ではなく、実装も困難なため、基板除去型の発光ダイオードに適さない。また、総厚が５００μｍ超えだと、製造コストに比して取り出し効率の向上効果は小さく、発光ダイオードの厚みとして現実的ではないからである。より好ましくは１００〜３５０μｍである。この範囲であれば、発光効率と生産性が共に高い発光ダイオードが得られる。
【００２８】
前記コンタクト層４、８の厚さは、０．００１〜１μｍとする。厚さが０．００１μｍ未満だと、コンタクト層による接触抵抗の低減を効果的に図ることができず、厚さが１μｍ超えだと、コンタクト層が活性層から放出された光を吸収してしまい、発光効率が悪くなるためである。
【００２９】
前記コンタクト層４、８の厚さは、０．５μｍ以下とするのがさらに好ましい。０．５μｍ以下とすると、コンタクト層４、８による光の吸収の影響が非常に少なく、コンタクト層を設けない場合とほぼ同等の発光効率が得ることができるからである。
【００３０】
前記コンタクト層４、８の厚みの面内ばらつきは、発光ダイオードの抵抗値や出力値のばらつきの原因となるため、１０％以内であるのが好ましく、特に１％以内であることがより好適である。なお、厚みの面内ばらつきが１％以内でコンタクト層を形成する手段としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法が挙げられる。
【００３１】
前記積層体１０が有する各層を構成する好適な組成としては、例えば下側クラッド層５を、第１伝導型としてｐ型のＡｌａＧａ１−ａＡｓ材料（但し、０＜ａ≦１）、活性層６を、ＡｌｂＧａ１−ｂＡｓ材料（但し、０≦ｂ≦１でかつｂ＜ａ）、上側クラッド層７を、第２伝導型としてｎ型のＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ材料（但し、０＜ｃ≦１でかつｂ＜ｃ）とする場合が挙げられる。また、これとは逆に、第１伝導型としてｎ型、第２伝導型としてｐ型としてもよい。
【００３２】
前記積層体１０は厚膜形成が容易な液相成長法を用いて形成され、かつ、前記コンタクト層４、８は膜厚制御が容易な気相成長法を用いて形成されるのが好ましい。基板上に、積層方向の厚さの総厚が５０μｍ以上の積層体を気相成長法で形成するのは、膨大な時間と原料ガスを要し、容易ではなく、また、厚さが０．００１〜１μｍの範囲の薄膜のコンタクト層を液相成長法で面内ばらつき１０％以内で形成するのは、成長速度が速く制御が非常に困難であり、容易ではないためである。
【００３３】
前記液相成長法としては、例えば、ＬＰＥ法が挙げられ、前記気相成長法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法が挙げられる。
【００３４】
さらに、発光ダイオードを製造する際、基板を除去したり電極を形成するといったデバイス化の途中でコンタクト層４、８がエッチングされたり、削れたりするのを防ぐために、コンタクト層４、８の外側に、コンタクト層４、８とは組成の異なる（より具体的にはエッチング性の異なる）エッチングストップ層（例えば高Ａｌ組成のＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ層、０．５＜ｄ≦１．０）を必要に応じて形成することができる。
【００３５】
次に、本発明に従う代表的な発光ダイオードの製造方法の例を以下で説明する。
図２〜図５は、本発明に従う発光ダイオードの製造方法の主要工程を示したものである。本方法により形成される上側コンタクト層および下側コンタクト層は、少なくとも一方が形成されればよいが、両コンタクト層を形成する場合について説明する。
【００３６】
図示された方法は、まず図２に示すように、基板２の上方に、厚さ０．００１〜１μｍの下側コンタクト層４を形成する（下側コンタクト層形成工程）。前記下側コンタクト層４は、例えば、ＧａＡｓ材料からなるのが好ましい。
また、図２では、前記下側コンタクト層４を形成する工程に先立って、気相成長法を用いて、エッチングストップ層３を形成した場合を示しているが、エッチングストップ層３は必要に応じて適宜設けることができる。
【００３７】
次に、図３に示すように、液相成長法を用いて、前記下側コンタクト層４上に、下側クラッド層５、活性層６および上側クラッド層７を順次成長させて、総厚ｔが５０〜５００μｍの積層体１０を形成する（積層体形成工程）。液相成長時のＧａＡｓ原料／Ｇａ融液比を０．０１未満とすると、結晶成長開始時に、薄い下側コンタクト層４が溶け出し、消滅または減損してしまう、いわゆるメルトバックが生じる場合がある（図６）。このメルトバックを防ぐために、例えば、ＧａＡｓ原料／Ｇａ融液比は０．０１以上とするのが好ましく、メルトバックを有効に防止するには、０．０３以上とするのがより好適である。図７は、融液比を０．０１としたときに、コンタクト層が消滅、減損しない本発明の下側コンタクト層と下側クラッド層とを示す。なお、ＧａＡｓ原料／Ｇａ融液比の上限は、過剰のＧａＡｓ原料が溶け残り、不具合を生じさせる恐れがあるという点から、０．１２以下とするのが好ましい。ここで、前記融液比とは室温（２５℃）、大気圧下におけるＧａＡｓ原料（固体）のＧａ融液（液体４０℃）に対する質量比である。
【００３８】
また、前記メルトバックを防止するために、成長開始温度は５００〜９００℃が好ましく、８００〜８７０℃とするのがより好適である。５００℃未満だと、原料融液をいれた槽内で多結晶が大量発生して不具合が生じ、９００℃を超えると、ＧａＡｓ融点に近く、メルトバックの可能性が非常に高くなるおそれがあるためである。また、冷却速度は、開始温度により設定されるが、好適には、３〜６０℃／ｓの範囲がよい。
【００３９】
その後、図４に示すように、前記積層体１０上に、厚さ０．００１〜１μｍの上側コンタクト層８を形成する（上側コンタクト層形成工程）。前記コンタクト層４、８のキャリア濃度は、電荷担体が多い高濃度が好ましく、具体的には、１×１０１９〜５×１０２１ｃｍ−３がより好ましい。また、前記下側および上側コンタクト層４、８の一方若しくは両方は、気相成長法によって形成される。
【００４０】
前記液相成長法としては、例えば、ＬＰＥ法が挙げられ、前記気相成長法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法が挙げられる。
【００４１】
最後に、図５に示すように、前記基板２をエッチングにより除去し、前記両コンタクト層４、８上、または、形成されたいずれかのコンタクト層およびこれに対する積層体の表面上に、それぞれ電極層１１、１２を形成する。前記エッチングは、硫酸系、リン酸系、塩酸系、硝酸系、クエン酸系、アンモニア系、Ｂｒ−メタノール系等のエッチング液によるウェットエッチング法が好ましいが、ドライエッチング法で行うこともできる。また、研削・レーザーリフトオフにより基板を除去することもできる。さらに、例えば、下側コンタクト層４の、電極層１１に接する部分以外は、光を吸収しないようにするため、図５に示すように除去されるが、電流拡散などの理由により残しておいても構わない。また、基板２の除去面を光放出面とすることもできるし、反対面を光放出面とすることもできる。
【００４２】
前記積層体１０の有する各層を構成する好適な組成としては、例えば下側クラッド層５を、第１伝導型としてｐ型のＡｌａＧａ１−ａＡｓ材料（但し、０＜ａ≦１）、活性層６を、ＡｌｂＧａ１−ｂＡｓ材料（但し、０≦ｂ≦１でかつｂ＜ａ）、上側クラッド層７を、第２伝導型としてｎ型のＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ材料（但し、０＜ｃ≦１でかつｂ＜ｃ）とする場合が挙げられる。また、これとは逆に、第１伝導型としてｎ型、第２伝導型としてｐ型としてもよい。
【００４３】
前記下側コンタクト層４を形成する工程に先立って、気相成長法を用いて、前記基板２に、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ材料（但し、０．５＜ｄ≦１．０）からなるエッチングストップ層３を形成するのが好ましい。基板２を除去するといったデバイス化の途中で、下側コンタクト層４がエッチングされたり、削れたりするのを防ぐためである。エッチングストップ層３の厚さは、エッチング液によるエッチング終了時間の制御が容易な厚さにするのが好ましく、具体的には、０．０１〜１０μｍが好ましい。
【００４４】
前記上側コンタクト層８を形成する工程後、電極層１２の形成工程前に、気相成長法を用いて、前記上側コンタクト層８上に、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ材料（但し、０．５＜ｄ≦１．０）からなるエッチングストップ層９を形成するのが好ましい。電極１２を形成するといったデバイス化の途中で、上側コンタクト層８がエッチングされたり、削れたりするのを防ぐためである。エッチングストップ層９の厚さは、エッチング液によるエッチング終了時間の制御が容易な厚さにするのが好ましく、具体的には、０．０１〜１０μｍが好ましい。
【００４５】
前記下側コンタクト層４を形成する工程と前記積層体１０を形成する工程との間に、気相成長法により下側コンタクト層４上に、ＡｌｅＧａ１−ｅＡｓ材料（但し、０＜ｅ≦１）からなる犠牲層（図示せず）を成長させてもよい。この犠牲層は、下側クラッド層５と同じＡｌ組成か、下側クラッド層５と活性層６との間のＡｌ組成（ｂ＜ｅ≦ａ）であることがさらに好ましい。犠牲層を形成することで、仮にメルトバックが起きても、コンタクト層を保護することができ、また、コンタクト層のみではＭＯＣＶＤ装置からＬＰＥ装置へ移動させる際にコンタクト層表面が汚染し、ＬＰＥ成長時に酸化物等が界面に取り込まれる可能性があるため、犠牲層によりコンタクト層表面を保護することができ（犠牲層表面の酸化物はメルトバックにより清浄化される）、さらに、犠牲層のキャリア濃度を高めておくことで、接触抵抗のさらなる低減を図ることができる。
【実施例】
【００４６】
（実施例１）
実施例１は、図２〜５に示すとおり、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｐ型ＧａＡｓ基板２上に、ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ材料からなるエッチングストップ層３を成長させ、このエッチングストップ層３上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、キャリア濃度２×１０１9ｃｍ−３のＺｎドープｐ型ＧａＡｓ材料からなる、厚さ０．１μｍの下側コンタクト層４を形成し、次いで、ＬＰＥ法を用いて、ＧａＡｓ原料／Ｇａ融液比が０．０１以上の融液中で、前記下側コンタクト層４上に、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．０３＜ｘ＜０．３）材料からなる下側クラッド層５、ｐ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓ材料からなる活性層６およびｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．０３＜ｘ＜０．５）材料からなる上側クラッド層７を、成長温度８３０℃で順次成長させて総厚ｔが１６０μｍの積層体を形成し、その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、前記積層体１０上に、キャリア濃度２×１０１９ｃｍ−３のＺｎドープｎ型のＧａＡｓ材料からなる、厚さ０．１μｍの上側コンタクト層８を形成し、さらに、ｐ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ材料からなるエッチングストップ層９を成長させ、アンモニアと過酸化水素水の混合液を用いたウェットエッチング法により前記基板２を除去した後、フッ酸を用いてエッチングストップ層３、９を除去し、電源を取るための金合金電極１１、１２を形成することにより、３５０μｍ×３５０μｍ×１６２μｍ(縦×横×高さ)の発光ダイオード１を得た。なお、活性層から発生する発光波長は、８５０ｎｍ程度となるように組成を調整した。
【００４７】
実施例２〜４は、それぞれ、両コンタクト層４、８のキャリア濃度を、２×１０２１ｃｍ−３、２×１０１８ｃｍ−３、２×１０１７ｃｍ−３としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発光ダイオードを得た。また、実施例５、６、７および８は、それぞれ、両コンタクト層４、８の厚さを、１μｍ、０．２μｍ、０．００１μｍ、０．５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で発光ダイオードを得た。さらに、実施例９および１０は、それぞれ、融液比を０．１０、０．００１としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発光ダイオードを得た。
【００４８】
比較例１は、両コンタクト層４、８と積層体の双方をＬＰＥ法を用いて形成したこと以外は、実施例５と同様の方法で発光ダイオードを得た。
【００４９】
比較例２および比較例３は、それぞれ、ＬＰＥ法のみおよびＭＯＣＶＤ法のみを用いて形成したダブルヘテロ積層体について、コンタクト層を設けない従来品の発光ダイオードである。なお、比較例３のＭＯＣＶＤ法で形成した積層体の厚さは３３０μm（基板を含む）であり、基板を除去していない。
【００５０】
（性能評価１）
上記実施例１〜１０および比較例１〜３の各発光ダイオードについて、２０ｍＡ（一定）の電流を流したときの、発光出力、発光出力の標準偏差、抵抗値を測定した。これらの測定結果を表１に示す。この抵抗値は、固有抵抗と接触抵抗との和を示すものであり、固有抵抗を一定とすると、抵抗値の増減は接触抵抗の増減とみなすことができる。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表１の結果から、実施例１〜１０は、発光出力を維持しつつ、接触抵抗を有効に低減させていることがわかる。また、キャリア濃度が大きいほど抵抗値は減少し、１０１９ｃｍ−３以上でほぼ一定の最小値となり、さらに、コンタクト層は薄いほうが発光出力が大きいことがわかる。なお、実施例１０ではメルトバックにより（下側の）コンタクト層が減損していたことが確認された。
【００５３】
比較例１でも低抵抗は得られるが、コンタクト層の厚みの面内分布が悪く、０．３〜１．５μｍ程度の分布を取り（ばらつき分布３０％）、安定してコンタクト層を作製することはできなかった。また、発光出力は本発明の発光ダイオードの７０〜９０％程度と低く、ばらつきを示す標準偏差も大きいという結果が得られた。
【００５４】
比較例２および比較例３はいずれも、コンタクト層を有していないため、発光出力の維持および接触抵抗の低減の両立を実現できていないことがわかる。
【００５５】
なお、本実施例では、積層体の両側にコンタクト層をつけた場合を挙げたが、本形態に限定されることはなく、コンタクト層を片側に付加した場合でも、発光出力の維持および接触抵抗の低減の効果が得られることは自明である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の発光ダイオードは、少なくとも一方のコンタクト層と、この一方のコンタクト層上に形成される積層体とをそれぞれ適した形成法を用いて製造することにより、基板を除去してもハンドリングするのに十分な厚さをもつダブルヘテロ積層体を有し、発光出力を維持しつつ、接触抵抗を有効に低減させることができ、また、本発明の発光ダイオードの製造方法は、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成した薄いコンタクト層が消滅等することなく、このコンタクト層上に、ＬＰＥ法を用いてダブルヘテロ積層体を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に従う発光ダイオードの断面図である。
【図２】本発明に従う発光ダイオードの製造方法の下側コンタクト層形成工程を示す。
【図３】本発明に従う発光ダイオードの製造方法の積層体形成工程を示す。
【図４】本発明に従う発光ダイオードの製造方法の上側コンタクト層形成工程を示す。
【図５】本発明に従う発光ダイオードの製造方法の電極層形成工程を示す。
【図６】従来のＬＰＥ法により積層体を形成した直後の下側コンタクト層の存在状態を示す。
【図７】本発明に従う発光ダイオードの下側コンタクト層の存在状態を示す。
【符号の説明】
【００５８】
１ 発光ダイオード
２ 基板
３、９ エッチングストップ層
４ 下側コンタクト層
８ 上側コンタクト層
５ 下側クラッド層
７ 上側クラッド層
６ 活性層
１０ 積層体
１１、１２ 電極層
ｔ 積層体１０の総厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側のクラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードにおいて、
前記積層体の総厚が５０〜５００μｍであり、前記電極のうち、少なくとも一方の電極と前記積層体との間に、厚さ０．００１〜１μｍのコンタクト層を具えることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記積層体は第１伝導型のＡｌａＧａ１−ａＡｓ材料（但し、０＜ａ≦１）からなる下側クラッド層、ＡｌｂＧａ１−ｂＡｓ材料（但し、０≦ｂ≦１でかつｂ＜ａ）からなる活性層および第２伝導型のＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ材料（但し、０＜ｃ≦１でかつｂ＜ｃ）からなる上側クラッド層を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。
【請求項３】
前記積層体は液相成長法を用いて形成され、かつ、前記コンタクト層は気相成長法を用いて形成され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。
【請求項４】
一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側クラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードの製造方法であって、
液相成長法を用いて、基板の上方に、下側クラッド層、活性層および上側クラッド層を順次成長させて、総厚が５０〜５００μｍの前記積層体を形成する工程と、
前記積層体を形成する工程の前に、厚さ０．００１〜１μｍの下側コンタクト層を気相成長法によって形成する工程と
を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側クラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードの製造方法であって、
液相成長法を用いて、基板の上方に、下側クラッド層、活性層および上側クラッド層を順次成長させて、総厚が５０〜５００μｍの前記積層体を形成する工程と、
前記積層体を形成する工程の後に、厚さ０．００１〜１μｍの上側コンタクト層を気相成長法によって形成する工程と
を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側クラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードの製造方法であって、
液相成長法を用いて、基板の上方に、下側クラッド層、活性層および上側クラッド層を順次成長させて、総厚が５０〜５００μｍの前記積層体を形成する工程と、
前記積層体を形成する工程の前後に、それぞれ厚さ０．００１〜１μｍの下側コンタクト層および上側コンタクト層を気相成長法によって形成する工程と
を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項７】
前記下側コンタクト層を形成する工程に先立って、気相成長法を用いて、前記基板に、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ材料（但し、０．５＜ｄ≦１．０）からなるエッチングストップ層を形成する工程を有することを特徴とする請求項４または６に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項８】
前記上側コンタクト層の形成工程後、前記電極層形成工程前に、気相成長法を用いて、前記上側コンタクト層上に、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ材料（但し、０．５＜ｄ≦１．０）からなるエッチングストップ層を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項５または６に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
前記下側コンタクト層を形成する工程と前記積層体を形成する工程との間に、前記下側コンタクト層上に、ＡｌｅＧａ１−ｅＡｓ材料（但し、０＜ｅ≦１）からなる犠牲層を成長させる工程をさらに有することを特徴とする請求項４、６または７に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１０】
前記積層体は第１伝導型のＡｌａＧａ１−ａＡｓ材料（但し、０＜ａ≦１）からなる下側クラッド層、ＡｌｂＧａ１−ｂＡｓ材料（但し、０≦ｂ≦１でかつｂ＜ａ）からなる活性層および第２伝導型のＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ材料（但し、０＜ｃ≦１でかつｂ＜ｃ）からなる上側クラッド層を有することを特徴とする請求項４〜９のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１】
一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側のクラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードにおいて、
前記積層体の総厚が５０〜５００μｍであり、前記電極のうち、少なくとも一方の電極と前記積層体との間に、厚さ０．００１〜１μｍのコンタクト層を具えることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記積層体は第１伝導型のＡｌａＧａ１−ａＡｓ材料（但し、０＜ａ≦１）からなる下側クラッド層、ＡｌｂＧａ１−ｂＡｓ材料（但し、０≦ｂ≦１でかつｂ＜ａ）からなる活性層および第２伝導型のＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ材料（但し、０＜ｃ≦１でかつｂ＜ｃ）からなる上側クラッド層を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。
【請求項３】
前記積層体は液相成長法を用いて形成され、かつ、前記コンタクト層は気相成長法を用いて形成され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。
【請求項４】
一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側クラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードの製造方法であって、
液相成長法を用いて、基板の上方に、下側クラッド層、活性層および上側クラッド層を順次成長させて、総厚が５０〜５００μｍの前記積層体を形成する工程と、
前記積層体を形成する工程の前に、厚さ０．００１〜１μｍの下側コンタクト層を気相成長法によって形成する工程と
を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側クラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードの製造方法であって、
液相成長法を用いて、基板の上方に、下側クラッド層、活性層および上側クラッド層を順次成長させて、総厚が５０〜５００μｍの前記積層体を形成する工程と、
前記積層体を形成する工程の後に、厚さ０．００１〜１μｍの上側コンタクト層を気相成長法によって形成する工程と
を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
一対の電極と、該電極間に設けられた少なくとも上側および下側クラッド層ならびに該上側および下側クラッド層間に設けられた活性層を有する積層体とを具える発光ダイオードの製造方法であって、
液相成長法を用いて、基板の上方に、下側クラッド層、活性層および上側クラッド層を順次成長させて、総厚が５０〜５００μｍの前記積層体を形成する工程と、
前記積層体を形成する工程の前後に、それぞれ厚さ０．００１〜１μｍの下側コンタクト層および上側コンタクト層を気相成長法によって形成する工程と
を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項７】
前記下側コンタクト層を形成する工程に先立って、気相成長法を用いて、前記基板に、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ材料（但し、０．５＜ｄ≦１．０）からなるエッチングストップ層を形成する工程を有することを特徴とする請求項４または６に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項８】
前記上側コンタクト層の形成工程後、前記電極層形成工程前に、気相成長法を用いて、前記上側コンタクト層上に、ＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ材料（但し、０．５＜ｄ≦１．０）からなるエッチングストップ層を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項５または６に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
前記下側コンタクト層を形成する工程と前記積層体を形成する工程との間に、前記下側コンタクト層上に、ＡｌｅＧａ１−ｅＡｓ材料（但し、０＜ｅ≦１）からなる犠牲層を成長させる工程をさらに有することを特徴とする請求項４、６または７に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１０】
前記積層体は第１伝導型のＡｌａＧａ１−ａＡｓ材料（但し、０＜ａ≦１）からなる下側クラッド層、ＡｌｂＧａ１−ｂＡｓ材料（但し、０≦ｂ≦１でかつｂ＜ａ）からなる活性層および第２伝導型のＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ材料（但し、０＜ｃ≦１でかつｂ＜ｃ）からなる上側クラッド層を有することを特徴とする請求項４〜９のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−８８１６０（Ｐ２００９−８８１６０Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５４６５６（Ｐ２００７−２５４６５６）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]