JP2002237616A - 発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光ダイオードにおいて、単結晶間の界面特
性を向上させるため非−単結晶物質からなる中間層を形
成し単結晶間に発生する格子不整合による欠陥を減少さ
せ輝度特性と順方向電圧特性を大幅に向上させる。 【解決手段】 半導体基板と、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰから
なり半導体基板上に形成の第１制限層と、ＡｌＧａＩｎ
Ｐからなり第１制限層上に形成の活性層と、ｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰからなり活性層上に形成の第２制限層と、単結
晶物質とからなり活性層のバンドギャップより大きなバ
ンドギャップを保有し活性層の抵抗より小さい抵抗を有
する物質からなり第２制限層上に形成され、その下部の
第２制限層との境界領域に形成され活性層との界面特性
を向上させ界面間に発生する欠陥を減少させる非−単結
晶物質からなる中間層を含む単結晶ウィンドウ層と、上
記半導体基板と、ウィンドウ層に形成の第１電極および
第２電極からなる。
性を向上させるため非−単結晶物質からなる中間層を形
成し単結晶間に発生する格子不整合による欠陥を減少さ
せ輝度特性と順方向電圧特性を大幅に向上させる。 【解決手段】 半導体基板と、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰから
なり半導体基板上に形成の第１制限層と、ＡｌＧａＩｎ
Ｐからなり第１制限層上に形成の活性層と、ｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰからなり活性層上に形成の第２制限層と、単結
晶物質とからなり活性層のバンドギャップより大きなバ
ンドギャップを保有し活性層の抵抗より小さい抵抗を有
する物質からなり第２制限層上に形成され、その下部の
第２制限層との境界領域に形成され活性層との界面特性
を向上させ界面間に発生する欠陥を減少させる非−単結
晶物質からなる中間層を含む単結晶ウィンドウ層と、上
記半導体基板と、ウィンドウ層に形成の第１電極および
第２電極からなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオードに係
わるものであって、殊に制限層とウィンドウ層（window
layer）間に界面特性を向上させる中間層を形成し上記
制限層とウィンドウ層の互いに異なる格子常数（lattic
e constant）により発生する格子不整合に因る高密度の
結合濃度を減少し得る発光ダイオードに関するものであ
る。
わるものであって、殊に制限層とウィンドウ層（window
layer）間に界面特性を向上させる中間層を形成し上記
制限層とウィンドウ層の互いに異なる格子常数（lattic
e constant）により発生する格子不整合に因る高密度の
結合濃度を減少し得る発光ダイオードに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌＧａＩｎＰはIII−Ｖ族化合物半導
体中において、広いエネルギーバンド（energy band）
を有する直接遷移型材料であって、波長が約５６０−６
８０ｎｍ領域の発光ダイオードの材料に用いられてい
る。このような化合物はＧａとＡｌの組成比を変化させ
ることによって、その波長を調整可能であるが、Ａｌの
組成比を増加させる程波長が短くなる。
体中において、広いエネルギーバンド（energy band）
を有する直接遷移型材料であって、波長が約５６０−６
８０ｎｍ領域の発光ダイオードの材料に用いられてい
る。このような化合物はＧａとＡｌの組成比を変化させ
ることによって、その波長を調整可能であるが、Ａｌの
組成比を増加させる程波長が短くなる。
【０００３】上記のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード（Li
ght Emitting Diode）はＬＥＤディスプレイ（displa
y）あらゆる分野において用いられるものであって、図
２にその構造が図示されている。典型的なＡｌＧａＩｎ
Ｐ発光ダイオードはｎ−ＧａＡｓの半導体基板（semico
nductor substrate;1）上に数層のエピタキシャル（epi
taxial）層を成長させて造る。先ず、上記半導体基板１
上にｎ−ＡｌＧａＩｎＰをエピタキシャル成長させｎ型
の第１制限層３ａを形成する。上記第１制限層３ａ上に
は活性層５であってその上に欲する波長の光が生成され
るように選ばれたアルミニウムとガリウムの組成比を有
する（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉ０．５Ｐをエピタキ
シャル成長させ、上記活性層５上には更にｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰをエピタキシャル成長させｐ型第２制限層３ｂを
形成する。ＬＥＤの後面、即ち半導体基板１には金属か
らなる第１電極（後面電極７ａ）を形成し、光が発散さ
れるＬＥＤの正面にも上記第２制限層３ｂの一部領域上
に金属からなる第２電極（前面電極７ｂ）が形成され
る。
ght Emitting Diode）はＬＥＤディスプレイ（displa
y）あらゆる分野において用いられるものであって、図
２にその構造が図示されている。典型的なＡｌＧａＩｎ
Ｐ発光ダイオードはｎ−ＧａＡｓの半導体基板（semico
nductor substrate;1）上に数層のエピタキシャル（epi
taxial）層を成長させて造る。先ず、上記半導体基板１
上にｎ−ＡｌＧａＩｎＰをエピタキシャル成長させｎ型
の第１制限層３ａを形成する。上記第１制限層３ａ上に
は活性層５であってその上に欲する波長の光が生成され
るように選ばれたアルミニウムとガリウムの組成比を有
する（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉ０．５Ｐをエピタキ
シャル成長させ、上記活性層５上には更にｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰをエピタキシャル成長させｐ型第２制限層３ｂを
形成する。ＬＥＤの後面、即ち半導体基板１には金属か
らなる第１電極（後面電極７ａ）を形成し、光が発散さ
れるＬＥＤの正面にも上記第２制限層３ｂの一部領域上
に金属からなる第２電極（前面電極７ｂ）が形成され
る。
【０００４】ＬＥＤの効率的な動作のためには第２電極
７ｂを通じて注入される電流がＬＥＤチップのエッジ
（edge）方向に分散されながらｎ型制限層３ａとＰ型制
限層３ｂのｐ−ｎ接合を横切って均一に流れなければな
らない。一般的にｐ型制限層のようなＬＥＤの最高層と
して用いられるＡｌＧａＩｎＰ層はｐ−ドーパントレベ
ル（dopant level）についての制限に因る低いホール移
動度（hole mobility）に因り高い抵抗を有する。従っ
て上記ＡｌＧａＩｎＰ層３ｂから電流がエッチング方向
へ充分に分散されず第２電極７ｂの下側だけに向かって
局部的に流れるようになる。このような現象を電流群集
（current crowding）現象と言う。上記電流群集現象に
より大部分の光が不透明な第２電極７ｂの下から発生す
るようになり上記不透明電極７ｂが外部に発散される光
をブロッキング（blocking）するようになって効率が低
下する。
７ｂを通じて注入される電流がＬＥＤチップのエッジ
（edge）方向に分散されながらｎ型制限層３ａとＰ型制
限層３ｂのｐ−ｎ接合を横切って均一に流れなければな
らない。一般的にｐ型制限層のようなＬＥＤの最高層と
して用いられるＡｌＧａＩｎＰ層はｐ−ドーパントレベ
ル（dopant level）についての制限に因る低いホール移
動度（hole mobility）に因り高い抵抗を有する。従っ
て上記ＡｌＧａＩｎＰ層３ｂから電流がエッチング方向
へ充分に分散されず第２電極７ｂの下側だけに向かって
局部的に流れるようになる。このような現象を電流群集
（current crowding）現象と言う。上記電流群集現象に
より大部分の光が不透明な第２電極７ｂの下から発生す
るようになり上記不透明電極７ｂが外部に発散される光
をブロッキング（blocking）するようになって効率が低
下する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような欠点を補う
ために現在幾つかの方法が提案されている。そのうちの
一つは前面電極の形状をグリッド（grid）形状にＬＥＤ
前面全体に亘って形成し電流がｐ−ｎ接合全体を横切っ
て均一に流れるようにするのである。しかし、このよう
な場合にも上記不透明な電極自体により外部へ発散され
る光の一部がブロッキングされその効率が低下する。
ために現在幾つかの方法が提案されている。そのうちの
一つは前面電極の形状をグリッド（grid）形状にＬＥＤ
前面全体に亘って形成し電流がｐ−ｎ接合全体を横切っ
て均一に流れるようにするのである。しかし、このよう
な場合にも上記不透明な電極自体により外部へ発散され
る光の一部がブロッキングされその効率が低下する。
【０００６】電流群集現象を防止するための他の方法は
ＬＥＤの前面全体に不透明な電極の代わりにＩＴＯ（In
dium Tin Oxide）のような透明な伝導性酸化膜から第２
電極を形成するものである。このような場合にはたとえ
光のブロッキング現象が生じないけれども、この場合に
は全体素子の抵抗が大きくなる短点がある。
ＬＥＤの前面全体に不透明な電極の代わりにＩＴＯ（In
dium Tin Oxide）のような透明な伝導性酸化膜から第２
電極を形成するものである。このような場合にはたとえ
光のブロッキング現象が生じないけれども、この場合に
は全体素子の抵抗が大きくなる短点がある。
【０００７】電流群集現象を防ぐ更に他の方法が米国特
許番号第５，００８，７１８号に開示されている。物質
のバンドギャップが発光領域として用いられるＡｌＧａ
ＩｎＰのバンドギャップに比して大きくて放出される波
長の光を透過させ低い抵抗特性を有するＡｌＧａＡｓ，
ＧａＡｓＰ或いはＧａＰ等からなるウィンドウ層を制限
層上に形成する方法である。
許番号第５，００８，７１８号に開示されている。物質
のバンドギャップが発光領域として用いられるＡｌＧａ
ＩｎＰのバンドギャップに比して大きくて放出される波
長の光を透過させ低い抵抗特性を有するＡｌＧａＡｓ，
ＧａＡｓＰ或いはＧａＰ等からなるウィンドウ層を制限
層上に形成する方法である。
【０００８】上記方法が図３に図示されている。図面に
示したＬＥＤはウィンドウ層５９だけを除いては図２に
図示のＬＥＤと同一な構成からなっている。上記ウィン
ドウ層９を形成するＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｓＰ或いはＧ
ａＰ等の物質は電気の伝導度が高い（即ち、抵抗が小さ
い）ために、電極７ａ，７ｂを通じて注入される電流が
エッジ領域へ容易に流れ行くようになって電流群集現象
が抑制され、したがって素子の効率が増加される。
示したＬＥＤはウィンドウ層５９だけを除いては図２に
図示のＬＥＤと同一な構成からなっている。上記ウィン
ドウ層９を形成するＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｓＰ或いはＧ
ａＰ等の物質は電気の伝導度が高い（即ち、抵抗が小さ
い）ために、電極７ａ，７ｂを通じて注入される電流が
エッジ領域へ容易に流れ行くようになって電流群集現象
が抑制され、したがって素子の効率が増加される。
【０００９】しかし、上記の方法においてもウィンドウ
層９を形成するＧａＰ層は制限層３ｂを形成するＡｌＧ
ａＩｎＰと格子常数が大いに異なるために界面におい
て、格子不整合が生じるようになる。このように格子不
整合はストレイン（strain）を惹起こすのみならずウィ
ンドウ層９の欠陥（defect）を増加させＡｌＧａＩｎＰ
の信頼性及び光学的特性を低下させる問題があった。更
に、ウィンドウ層９にＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰの
ような物質を使用する場合にも層間の格子整合は行われ
るものの、活性層において生じる光がウィンドウ９を透
過するためにはＡｌ組成を大きく増加させてこそ、ウィ
ンドウ層９の電気抵抗が大きくなって６００ｎｍ以下の
波長の光を効果的に透過させない問題があった。
層９を形成するＧａＰ層は制限層３ｂを形成するＡｌＧ
ａＩｎＰと格子常数が大いに異なるために界面におい
て、格子不整合が生じるようになる。このように格子不
整合はストレイン（strain）を惹起こすのみならずウィ
ンドウ層９の欠陥（defect）を増加させＡｌＧａＩｎＰ
の信頼性及び光学的特性を低下させる問題があった。更
に、ウィンドウ層９にＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰの
ような物質を使用する場合にも層間の格子整合は行われ
るものの、活性層において生じる光がウィンドウ９を透
過するためにはＡｌ組成を大きく増加させてこそ、ウィ
ンドウ層９の電気抵抗が大きくなって６００ｎｍ以下の
波長の光を効果的に透過させない問題があった。
【００１０】上記欠陥増加の問題を解決するため、二重
のウィンドウ層を形成する方法も開示されているが（米
国特許番号第５，３５９，２０９号）、この場合にも格
子不整合を完全に解消させ難いために界面において生じ
る欠陥による順方向電圧（Ｖｆ）の減少効果が充分でな
い。更に、ウィンドウ層にＧａＡｓを使用する場合には
バンドギャップがＡｌＧａＩｎＰのバンドギャップに比
して小さいから光吸収層として作用するため素子の輝度
を低下させる原因となった。
のウィンドウ層を形成する方法も開示されているが（米
国特許番号第５，３５９，２０９号）、この場合にも格
子不整合を完全に解消させ難いために界面において生じ
る欠陥による順方向電圧（Ｖｆ）の減少効果が充分でな
い。更に、ウィンドウ層にＧａＡｓを使用する場合には
バンドギャップがＡｌＧａＩｎＰのバンドギャップに比
して小さいから光吸収層として作用するため素子の輝度
を低下させる原因となった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の点を勘案
して成されたものであって、単結晶からなる制限層とウ
ィンドウ層間に非−単結晶物質からなる中間層を形成し
単結晶層間の格子不整合による欠陥を減少させることに
よって輝度特性と順方向電圧特性を向上させる発光ダイ
オードを提供することを目的とする。
して成されたものであって、単結晶からなる制限層とウ
ィンドウ層間に非−単結晶物質からなる中間層を形成し
単結晶層間の格子不整合による欠陥を減少させることに
よって輝度特性と順方向電圧特性を向上させる発光ダイ
オードを提供することを目的とする。
【００１２】上記の目的を達成するため本発明による発
光ダイオードは半導体基板とｎ−ＡｌＧａＩｎＰからな
り上記の半導体基板上に形成の第１制限層と、ＡｌＧａ
ＩｎＰからなり上記第１制限層上に形成の活性層と、ｐ
−ＡｌＧａＩｎＰからなり上記活性層上に形成の第２制
限層と、単一結晶物質からなり上記活性層のバンドギャ
ップより大きいバンドギャップを保有し、小さい抵抗を
有する物質からなり、上記活性層上に形成され、その下
部活性層との境界領域に形成され活性層との界面特性を
向上させ界面間に生じる欠陥を減少させる非−単結晶物
質からなる中間層を含むウィンドウ層と、上記半導体基
板とウィンドウ層の形成層に形成の第１電極および第２
電極から構成される。
光ダイオードは半導体基板とｎ−ＡｌＧａＩｎＰからな
り上記の半導体基板上に形成の第１制限層と、ＡｌＧａ
ＩｎＰからなり上記第１制限層上に形成の活性層と、ｐ
−ＡｌＧａＩｎＰからなり上記活性層上に形成の第２制
限層と、単一結晶物質からなり上記活性層のバンドギャ
ップより大きいバンドギャップを保有し、小さい抵抗を
有する物質からなり、上記活性層上に形成され、その下
部活性層との境界領域に形成され活性層との界面特性を
向上させ界面間に生じる欠陥を減少させる非−単結晶物
質からなる中間層を含むウィンドウ層と、上記半導体基
板とウィンドウ層の形成層に形成の第１電極および第２
電極から構成される。
【００１３】上記ウィンドウ層はｐ−ＧａＰ，ＧａＡｓ
Ｐ，ＧａｘＩｎ１−ｘＰからなる一群から選ばれた物質
からなり、ＧａｘＩｎ１−ｘＰのｘ範囲は０．７≦ｘ≦
１である。上記ウィンドウ層に形成の中間層の厚さは約
０．０１−０．５μｍであり全体ウィンドウ層の厚さは
５−１５μｍである。
Ｐ，ＧａｘＩｎ１−ｘＰからなる一群から選ばれた物質
からなり、ＧａｘＩｎ１−ｘＰのｘ範囲は０．７≦ｘ≦
１である。上記ウィンドウ層に形成の中間層の厚さは約
０．０１−０．５μｍであり全体ウィンドウ層の厚さは
５−１５μｍである。
【００１４】更に、本発明の発光ダイオード製造方法は
半導体層を提供する段階と、上記半導体層上に光を発散
するＡｌＧａＩｎＰからなる活性ｐ−ｎ接合層を形成す
る段階と、上記接合層上に単結晶間の格子不整合を減少
させる非−単結晶物質からなる中間層を形成する段階
と、上記中間層上に上記接合層のバンドギャップよりバ
ンドギャップが大きく、より小さい抵抗を有する物質か
らなるウィンドウ層を形成する段階と、上記半導体基板
とウィンドウ層に第１電極および第２電極を形成する段
階から構成される。
半導体層を提供する段階と、上記半導体層上に光を発散
するＡｌＧａＩｎＰからなる活性ｐ−ｎ接合層を形成す
る段階と、上記接合層上に単結晶間の格子不整合を減少
させる非−単結晶物質からなる中間層を形成する段階
と、上記中間層上に上記接合層のバンドギャップよりバ
ンドギャップが大きく、より小さい抵抗を有する物質か
らなるウィンドウ層を形成する段階と、上記半導体基板
とウィンドウ層に第１電極および第２電極を形成する段
階から構成される。
【００１５】上記全ての層等はＭＯＣＶＤ方法により積
層される。中間層とウィンドウ層は同一工程により形成
されるものであって約４００−７００℃の第１温度にお
いてｐ−ＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＧａｘＩｎ１−ｘＰから
なる一群から選ばれた物質を積層後同一な雰囲気におい
て温度を上記第１温度より高い第２温度の上昇させなが
ら上記物質を積層することによって形成される。
層される。中間層とウィンドウ層は同一工程により形成
されるものであって約４００−７００℃の第１温度にお
いてｐ−ＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＧａｘＩｎ１−ｘＰから
なる一群から選ばれた物質を積層後同一な雰囲気におい
て温度を上記第１温度より高い第２温度の上昇させなが
ら上記物質を積層することによって形成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下添付の図面を参照しながら本
発明による発光ダイオードを説明する。
発明による発光ダイオードを説明する。
【００１７】図１は、本発明による発光ダイオードの一
実施例を示す図面である。図面に示したように、ｎ−Ｇ
ａＡｓからなる半導体基板５１上には上記半導体基板５
１と同一な物質、即ち、ｎ−ＧａＡｓからなるバッファ
ー（buffer）層６０が形成されている。
実施例を示す図面である。図面に示したように、ｎ−Ｇ
ａＡｓからなる半導体基板５１上には上記半導体基板５
１と同一な物質、即ち、ｎ−ＧａＡｓからなるバッファ
ー（buffer）層６０が形成されている。
【００１８】バッファー層６０上には基板への光の吸収
を最少化し発光効率を向上させるためＡｌＡｓ／ＧａＡ
ｓからなる複数の層から構成のＤＢＲ層（Distributed
Bragg Reflector layer６２）が形成されている。上記
ＤＢＲ層６２上にはｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなる第１制
限層５３ａが形成されてあり、その上にＡｌｘＧａ１−
ｘＩｎＰからなる複数の活性層５５が形成されている。
更に、上記活性層５５上にはｐ−ＡｌＧａＩｎＰからな
る第２制限層５３ｂが形成されている。
を最少化し発光効率を向上させるためＡｌＡｓ／ＧａＡ
ｓからなる複数の層から構成のＤＢＲ層（Distributed
Bragg Reflector layer６２）が形成されている。上記
ＤＢＲ層６２上にはｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなる第１制
限層５３ａが形成されてあり、その上にＡｌｘＧａ１−
ｘＩｎＰからなる複数の活性層５５が形成されている。
更に、上記活性層５５上にはｐ−ＡｌＧａＩｎＰからな
る第２制限層５３ｂが形成されている。
【００１９】上記の実施例において半導体基板５１の厚
さは約２５０−３５０μｍである。バッファー層６０、
ＤＢＲ層６２、第１制限層５３ａ、活性層５５及び第２
制限層５３ｂは全て高純度の層形成が可能であり層の厚
さと組成の制御が可能なるようにガスの流れを精密に制
御することのできるＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemic
al Vapor Deposition）方法で連続積層形成する。バッ
ファー層６０は上記ＭＯＣＶＤ工程中において以後に生
成される層を安定させるための層である。ｎ−ＡｌＧａ
ＩｎＰからなる第１制限層５３ａとｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
からなる第２制限層５３ｂは各々約０．５−１μｍの厚
さに形成され、ｎ型不純物としてはシリコンが添付され
ｐ型不純物として亜鉛またはマグネシウムが用いられ
る。
さは約２５０−３５０μｍである。バッファー層６０、
ＤＢＲ層６２、第１制限層５３ａ、活性層５５及び第２
制限層５３ｂは全て高純度の層形成が可能であり層の厚
さと組成の制御が可能なるようにガスの流れを精密に制
御することのできるＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemic
al Vapor Deposition）方法で連続積層形成する。バッ
ファー層６０は上記ＭＯＣＶＤ工程中において以後に生
成される層を安定させるための層である。ｎ−ＡｌＧａ
ＩｎＰからなる第１制限層５３ａとｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
からなる第２制限層５３ｂは各々約０．５−１μｍの厚
さに形成され、ｎ型不純物としてはシリコンが添付され
ｐ型不純物として亜鉛またはマグネシウムが用いられ
る。
【００２０】ＡｌｘＧａ１−ｘＩｎＰからなる活性層５
５は複数の層からなっている。ｘ値を変化させながら層
を形成することにより活性層５５全体に亘って多重量子
井戸（multi quantum well）が形成される。従って、更
に多い電子が上記多重量子井戸内の低いエネルギー準位
に集まるようになり、その結果電子が伝導帯から価電子
帯へ容易に遷移され発光効果が増大する。
５は複数の層からなっている。ｘ値を変化させながら層
を形成することにより活性層５５全体に亘って多重量子
井戸（multi quantum well）が形成される。従って、更
に多い電子が上記多重量子井戸内の低いエネルギー準位
に集まるようになり、その結果電子が伝導帯から価電子
帯へ容易に遷移され発光効果が増大する。
【００２１】上記第１及び第２制限層５３ａ，５３ｂお
よび活性層５５はＬＥＤにおいて実際活性層へ作用する
ものとして約８００−８３０℃温度において形成され
る。
よび活性層５５はＬＥＤにおいて実際活性層へ作用する
ものとして約８００−８３０℃温度において形成され
る。
【００２２】第２制限層５３ｂ上にはｐ−ＧａＰの非晶
質物質（amorphous-like material）からなる中間層６
５が形成されており、そのｐ−ＧａＰからなるウィンド
ウ層５９が形成される。上記中間層６５は下部の第２制
限層５３ｂとウィンドウ層５９の格子不整合を防ぐため
のものであって、下部の諸層等を形成するＭＯＣＶＤ工
程における成長温度を約８００−８３０℃の温度から約
４００−７００℃に急激に下げ連続に成長する。ＭＯＣ
ＶＤ工程に急激な温度の低下はｐ−ＧａＰが成長すると
き原子の活性化エネルギー（activation energy）を急
激に減少させ原子を凍結（frozen）させ、その結果上記
ｐ−ＧａＰが非晶質状に形成するようになる。ｐ−Ｇａ
Ｐのウィンドウ層５９は上記中間層６５が形成された後
更にＭＯＣＶＤ工程により連続形成される。
質物質（amorphous-like material）からなる中間層６
５が形成されており、そのｐ−ＧａＰからなるウィンド
ウ層５９が形成される。上記中間層６５は下部の第２制
限層５３ｂとウィンドウ層５９の格子不整合を防ぐため
のものであって、下部の諸層等を形成するＭＯＣＶＤ工
程における成長温度を約８００−８３０℃の温度から約
４００−７００℃に急激に下げ連続に成長する。ＭＯＣ
ＶＤ工程に急激な温度の低下はｐ−ＧａＰが成長すると
き原子の活性化エネルギー（activation energy）を急
激に減少させ原子を凍結（frozen）させ、その結果上記
ｐ−ＧａＰが非晶質状に形成するようになる。ｐ−Ｇａ
Ｐのウィンドウ層５９は上記中間層６５が形成された後
更にＭＯＣＶＤ工程により連続形成される。
【００２３】中間層６５とウィンドウ層５９の形成工程
は実際には一つの工程である。第２制限層５３ｂの形成
後ウィンドウ層５９は形成初期混合ガスが注入されると
き成長温度を約４００−７００℃の温度の急激に下降さ
せた状態において層を形成し、更に徐々に温度を上昇し
て層を形成し中間層６５とウィンドウ層５９を続けて形
成する。言い換えれば、中間層６５の形成工程はウィン
ドウ層５９を形成する工程中、只、成長温度だけを下降
させた状態で形成するものである。
は実際には一つの工程である。第２制限層５３ｂの形成
後ウィンドウ層５９は形成初期混合ガスが注入されると
き成長温度を約４００−７００℃の温度の急激に下降さ
せた状態において層を形成し、更に徐々に温度を上昇し
て層を形成し中間層６５とウィンドウ層５９を続けて形
成する。言い換えれば、中間層６５の形成工程はウィン
ドウ層５９を形成する工程中、只、成長温度だけを下降
させた状態で形成するものである。
【００２４】事実ウィンドウ層５９の厚さは特定化され
ない。実際にウィンドウ層５９の厚さは大きい程好まし
い。厚さが大きいほど一定の抵抗を有する物質について
ＬＥＤチップのエッジ部分への電流拡散が円滑に行われ
ＬＥＤチップの内部における全体の内部反射効果を減少
させ電極によるブロッキング効果が減少される幾何学的
効果がある。好ましい中間層６５の厚さは約０．０１−
０．５μｍであり、結局上記中間層６５を加えたウィン
ドウ層５９全体の好ましい厚さは約５−１５μｍであ
る。
ない。実際にウィンドウ層５９の厚さは大きい程好まし
い。厚さが大きいほど一定の抵抗を有する物質について
ＬＥＤチップのエッジ部分への電流拡散が円滑に行われ
ＬＥＤチップの内部における全体の内部反射効果を減少
させ電極によるブロッキング効果が減少される幾何学的
効果がある。好ましい中間層６５の厚さは約０．０１−
０．５μｍであり、結局上記中間層６５を加えたウィン
ドウ層５９全体の好ましい厚さは約５−１５μｍであ
る。
【００２５】ウィンドウ層５９はｐ型のＧａＡｓＰある
いはＧａｘＩｎ１−ｘＰが望ましい。ウィンドウ層５９
のバンドギャップはＡｌＧａＩｎＰからなる活性層５５
のバンドギャップより大きいために、上記活性層５５か
ら発生する光を透過するのみならず、上記ギャップより
格子常数の差が少ないために格子不整合程度が小さくな
る。従って、ＬＥＤチップのエッジへの電流拡散が円滑
に行われる。このとき上記ＧａｘＩｎ１−ｘＰからなる
ウィンドウ層５９を構成するためのｘ範囲は０．７≦ｘ
≦１である。このようなウィンドウ層５９を構成する物
質はウィンドウ層５９と中間層６５が同一工程により形
成されるために中間層６５の構成物質やはりＧａＡｓあ
るいはＧａｘＩｎ１−ｘＰが望ましい。
いはＧａｘＩｎ１−ｘＰが望ましい。ウィンドウ層５９
のバンドギャップはＡｌＧａＩｎＰからなる活性層５５
のバンドギャップより大きいために、上記活性層５５か
ら発生する光を透過するのみならず、上記ギャップより
格子常数の差が少ないために格子不整合程度が小さくな
る。従って、ＬＥＤチップのエッジへの電流拡散が円滑
に行われる。このとき上記ＧａｘＩｎ１−ｘＰからなる
ウィンドウ層５９を構成するためのｘ範囲は０．７≦ｘ
≦１である。このようなウィンドウ層５９を構成する物
質はウィンドウ層５９と中間層６５が同一工程により形
成されるために中間層６５の構成物質やはりＧａＡｓあ
るいはＧａｘＩｎ１−ｘＰが望ましい。
【００２６】中間層６５は非晶質物質に限定されない。
中間層６５の役割が単結晶からなる層間に形成され層間
の格子常数の差による格子不整合を取除くことであるか
ら、界面において、単結晶間の格子不整合を減少させる
ものであれば単結晶構造を取除いては如何なる構造でも
可能である。例を挙げれば非晶質以外に結晶粒界（grai
n boundary）の大きさが小さい多結晶のような構造もや
はり可能である。実際工程上において単結晶からなるウ
ィンドウ層５９を形成する過程において完全な単結晶を
得るということは不可能であり、実質的に形成されるの
は結晶粒界が大変大きい多結晶構造を得るようになる。
本発明の詳細な説明と特許請求範囲において、言及する
単結晶構造とは構造全体が単結晶からなるのみならず上
記のように結晶粒界が大きい多結晶構造を意味し、非−
単結晶構造とは上記の単結晶構造でない非晶質構造や結
晶粒界の小さい多結晶構造をすべて意味する。上記の結
晶粒界が大きい多結晶構造は光の透過時激しい散乱を惹
起こすためにＬＥＤから深刻な問題を発生させる。従っ
て、ウィンドウ層５９形成時形成温度を低く保ち層を成
長させれば、結晶粒界の小さい構造が形成され上記のよ
うな光の散乱を防ぐことができるようになる。
中間層６５の役割が単結晶からなる層間に形成され層間
の格子常数の差による格子不整合を取除くことであるか
ら、界面において、単結晶間の格子不整合を減少させる
ものであれば単結晶構造を取除いては如何なる構造でも
可能である。例を挙げれば非晶質以外に結晶粒界（grai
n boundary）の大きさが小さい多結晶のような構造もや
はり可能である。実際工程上において単結晶からなるウ
ィンドウ層５９を形成する過程において完全な単結晶を
得るということは不可能であり、実質的に形成されるの
は結晶粒界が大変大きい多結晶構造を得るようになる。
本発明の詳細な説明と特許請求範囲において、言及する
単結晶構造とは構造全体が単結晶からなるのみならず上
記のように結晶粒界が大きい多結晶構造を意味し、非−
単結晶構造とは上記の単結晶構造でない非晶質構造や結
晶粒界の小さい多結晶構造をすべて意味する。上記の結
晶粒界が大きい多結晶構造は光の透過時激しい散乱を惹
起こすためにＬＥＤから深刻な問題を発生させる。従っ
て、ウィンドウ層５９形成時形成温度を低く保ち層を成
長させれば、結晶粒界の小さい構造が形成され上記のよ
うな光の散乱を防ぐことができるようになる。
【００２７】半導体基板５１とウィンドウ層５９には各
々第１電極５７ａおよび第２電極５７ｂが形成されてい
る。上記第１電極５７ａおよび第２電極５７ｂは不透明
電極により電気抵抗の低い金合金（gold alloy）のよう
な金属を蒸着（evaporation）やスパッタリング（sputt
ering）方法により形成する。実際製品に用いられる発
光ダイオードの製造は半導体基板５１上に上記のように
複数の層を形成後正六面体のチップ（chip）態様に切断
することによって完了する。
々第１電極５７ａおよび第２電極５７ｂが形成されてい
る。上記第１電極５７ａおよび第２電極５７ｂは不透明
電極により電気抵抗の低い金合金（gold alloy）のよう
な金属を蒸着（evaporation）やスパッタリング（sputt
ering）方法により形成する。実際製品に用いられる発
光ダイオードの製造は半導体基板５１上に上記のように
複数の層を形成後正六面体のチップ（chip）態様に切断
することによって完了する。
【００２８】上記の構成の発光ダイオードにおいて、第
１電極５７ａおよび第２電極５７ｂを通じて電流が注入
すれば、ウィンドウ層５９の高い電気伝導度特性により
電流がＬＥＤチップのエッジ方向へ分散されながらｐ−
ｎ接合を横切って均一に流れるようになる。従って、ｐ
−ｎ接合全体から光が発散するようになる。ウィンドウ
層５９と第２制限層５３ｂ間に形成の中間層６５は界面
におけるストレインを抑制して界面欠陥を最小化するた
めに輝度およびＶｆ特性が向上される。
１電極５７ａおよび第２電極５７ｂを通じて電流が注入
すれば、ウィンドウ層５９の高い電気伝導度特性により
電流がＬＥＤチップのエッジ方向へ分散されながらｐ−
ｎ接合を横切って均一に流れるようになる。従って、ｐ
−ｎ接合全体から光が発散するようになる。ウィンドウ
層５９と第２制限層５３ｂ間に形成の中間層６５は界面
におけるストレインを抑制して界面欠陥を最小化するた
めに輝度およびＶｆ特性が向上される。
【００２９】次の表１はウィンドウ層５９に中間層６５
が形成される場合と形成されない場合との輝度特性およ
びＶｆ特性を示す表でわる。
が形成される場合と形成されない場合との輝度特性およ
びＶｆ特性を示す表でわる。
【００３０】
【表１】 上記表１に示したように、ウィンドウ層５９に中間層６
５が形成の場合の輝度特性が６５ｍｃｄの反面に中間層
が形成されない場合は輝度特性が３５ｍｃｄに中間層６
５により輝度特性が大幅に向上されたことを知ることが
できる。更に、Ｖｆ特性も２．３５Ｖから１．８８Ｖに
大幅に向上された。
５が形成の場合の輝度特性が６５ｍｃｄの反面に中間層
が形成されない場合は輝度特性が３５ｍｃｄに中間層６
５により輝度特性が大幅に向上されたことを知ることが
できる。更に、Ｖｆ特性も２．３５Ｖから１．８８Ｖに
大幅に向上された。
【００３１】
【発明の効果】本発明は上記のように、ウィンドウ層の
下部にウィンドウ層の形成と同一な工程により非晶質態
様の中間層を形成し単一結晶間の格子不整合に因る欠陥
を減少させＬＥＤの輝度特性と順方向電圧特性を大幅に
向上させることができる。
下部にウィンドウ層の形成と同一な工程により非晶質態
様の中間層を形成し単一結晶間の格子不整合に因る欠陥
を減少させＬＥＤの輝度特性と順方向電圧特性を大幅に
向上させることができる。
【図１】本発明による発光ダイオードの構造を示す図で
ある。
ある。
【図２】従来の発光ダイオードの構造を示す図である。
【図３】他の従来の発光ダイオードの構造を示す図であ
る。
る。
５１ 半導体基板 ５３ ＡｌＧａＩｎＰ層 ５５ 活性層 ５７ 電極 ５９ ウィンドウ層 ５８ バッファー層 ６１ ＤＢＲ層 ６５ 中間層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安 ジェオン 煥 大韓民国京畿道水原市八達区梅灘４洞韓国 ２次アパート115−406
Claims (23)
- 【請求項１】 半導体基板；上記半導体基板上に形成さ
れ光を発散するＡｌＧａＩｎＰからなる活性ｐ−ｎ接合
層；接合層上に形成され、上記接合層より大きいバンド
ギャップを保有し、接合層の抵抗より小さい抵抗を有す
る第１導電型物質からなるウィンドウ層；上記接合層と
ウィンドウ層間に形成され接合層とウィンドウ層間の界
面特性を向上させ界面間に生じる欠陥を減少させる第１
導電型非晶質からなる中間層；および上記半導体基板と
ウィンドウ層に形成の第１電極および第２電極からなる
発光ダイオード。 - 【請求項２】 請求項１において、上記半導体基板と接
合層間に形成のバッファー層を追って含むことを特徴と
する発光ダイオード。 - 【請求項３】 請求項２において、上記バッファー層が
第２導電型ＧａＡｓからなることを特徴とする発光ダイ
オード。 - 【請求項４】 請求項２において、上記バッファー層と
接合層間に形成され接合層から発散される光をウィンド
ウ層に反射させるＤＢＲ層（Distributed Bragg Reflec
tor layer）を追って含むことを特徴とする発光ダイオ
ード。 - 【請求項５】 請求項４において、上記ＤＢＲ層がＡｌ
ＡＳ／ＧａＡｓからなることを特徴とする発光ダイオー
ド。 - 【請求項６】 請求項１において、上記活性ｐ−ｎ接合
層が、 第２導電型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１制限層；ＡｌＧ
ａＩｎＰからなり上記第１制限層上に形成の活性層；お
よび第１導電型ＡｌＧａＩｎＰからなり上記活性層上に
形成の第２制限層からなることを特徴とする発光ダイオ
ード。 - 【請求項７】 請求項６において、上記ＡｌＧａＩｎＰ
からなる活性層がアルミニウムとガリウムとの組成比が
異なる複数の層からなる多重量子井戸を形成することを
特徴とする発光ダイオード。 - 【請求項８】 請求項１において、上記ウィンドウ層が
ＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＧａｘＩｎ１−ｘＰからなる一群
から選ばれた第１導電型物質からなることを特徴とする
発光ダイオード。 - 【請求項９】 請求項１において、ＧａｘＩｎ１−ｘＰ
のｘ範囲が０．７≦ｘ≦１なることを特徴とする発光ダ
イオード。 - 【請求項１０】 請求項９において、上記ウィンドウ層
の厚さが５−１５μｍなることを特徴とする発光ダイオ
ード。 - 【請求項１１】 請求項１において、上記中間層がＧａ
Ｐ，ＧａＡｓＰ，ＧａｘＩｎ１−ｘＰからなる一群から
選ばれた第１導電型物質からなることを特徴とする発光
ダイオード。 - 【請求項１２】 請求項１１において、ＧａｘＩｎ
１−ｘＰのｘ範囲が０．７≦ｘ≦１なることを特徴とす
る発光ダイオード。 - 【請求項１３】 請求項１において、上記中間層の厚さ
が０．０１−０．５μｍなることを特徴とする発光ダイ
オード。 - 【請求項１４】 半導体基板；上記半導体基板上に形成
され光を発散するＡｌＧａＩｎＰからなる活性ｐ−ｎ接
合層；接合層に形成され、上記接合層のバンドギャップ
より大きいバンドギャップを保有し、接合層の抵抗より
小さい抵抗を有する第１導電型物質からなるウィンドウ
層；上記接合層とウィンドウ層間に形成された接合層と
ウィンドウ層間の界面特性を向上させ界面間に生じる欠
陥を減少させる第１導電型非−単結晶物質（non-single
crystalline material）からなる中間層；および上記
半導体基板とウィンドウ層の形成層に第１電極および第
２電極からなる発光ダイオード。 - 【請求項１５】 半導体基板；第２導電型ＡｌＧａＩｎ
Ｐからなる上記の半導体基板上に形成の第１制限層；Ａ
ｌＧａＩｎＰからなり上記第１制限層上に形成の活性
層；第１導電型ＡｌＧａＩｎＰからなり上記活性層上に
形成の第２制限層；単一結晶物質からなり上記活性層の
バンドギャップより大きいバンドギャップを保有し、よ
り小さい抵抗を有する物質からなり上記活性層上に形成
され、その下部活性層との境界領域に形成され活性層と
の界面特性を向上させ界面間に生じる欠陥を減少させる
第２導電型非−単結晶物質（non-single crysttaline m
aterial）からなる中間層を含む第２導電型ウィンドウ
層；および上記半導体基板とウィンドウ層の形成層に形
成の第１電極および第２電極からなる発光ダイオード。 - 【請求項１６】 請求項１５において、上記半導体層と
活性層間に形成のバッファー層を追って含むことを特徴
とする発光ダイオード。 - 【請求項１７】 請求項１６において、上記バッファー
層が第１導電型ＧａＡｓからなることを特徴とする発光
ダイオード。 - 【請求項１８】 請求項１６において、上記バッファー
層と活性層間に形成され活性層から発散される光をウィ
ンドウ層に発散させるＢＤＲ層（Distributed Bragg Re
flector layer）を追って含むことを特徴とする発光ダ
イオード。 - 【請求項１９】 請求項１８において、上記ＤＢＲ層が
ＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなることを特徴とする発光ダイ
オード。 - 【請求項２０】 請求項１５において、上記ＡｌＧａＩ
ｎＰからなる活性層がアルミニウムとガリウムが組成比
の異なる複数の層からなる多重量子井戸を形成すること
を特徴とする発光ダイオード。 - 【請求項２１】 請求項１５において、上記ウィンドウ
層がＧａｐ，ＧａＡｓＰ，ＧａｘＩｎ１−ｘＰからなる
一群から選ばれた第１導電型物質からなることを特徴と
する発光ダイオード。 - 【請求項２２】 請求項１５において、ＧａｘＩｎ
１−ｘＰのｘ範囲が０．７≦ｘ≦１なることを特徴とす
る発光ダイオード。 - 【請求項２３】 請求項１３において、上記中間層の厚
さが０．０１−０．５μｍであり全体ウィンドウ層の厚
さが５−１５μｍなることを特徴とする発光ダイオー
ド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1998-52506 | 1998-12-02 | ||
| KR1019980052506A KR100305572B1 (ko) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 발광다이오드및그제조방법 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30653599A Division JP3554235B2 (ja) | 1998-12-02 | 1999-10-28 | 発光ダイオード及びその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP30653599A Expired - Fee Related JP3554235B2 (ja) | 1998-12-02 | 1999-10-28 | 発光ダイオード及びその製造方法 |
| JP2002043734A Pending JP2002237616A (ja) | 1998-12-02 | 2002-02-20 | 発光ダイオード |
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|---|---|---|---|
| JP30653599A Expired - Fee Related JP3554235B2 (ja) | 1998-12-02 | 1999-10-28 | 発光ダイオード及びその製造方法 |
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|---|---|
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| JP (2) | JP3554235B2 (ja) |
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Families Citing this family (19)
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|---|---|---|---|---|
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