(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レゾネータ発光ダイオードの製造方法であって、
（ａ）エピタキシャル基板上にアクティブ領域を一つ形成し、該アクティブ領域が、一つのＮ型の被覆層、一つのＰ型の被覆層、及びＮ型の被覆層とＰ型の被覆層との間に形成された一つの発光層を有し、上から下まで順番に該N型の被覆層，発光層と該Ｐ型の被覆層を上向きにエピタキシャル成長することで、該アクティブ領域を形成するステップと、
（ｂ）該Ｐ型の被覆層と該Ｎ型の被覆層の部分領域に、対応して該Ｐ型の被覆層と電気的に互いに接続するＰ型のオーム性電極および該Ｎ型の被覆層と電気的に互いに接続するＮ型のオーム性電極を、それぞれ形成するステップと、
（ｃ）該エピタキシャル基板の背面を薄く研磨し、且つ結晶粒となるように切割するステップと、
（ｄ）これらの結晶粒をパッケージ・ソケットの上に固定し、且つ導線を使用してこれらの結晶粒のＮ型のオーム性電極とＰ型のオーム性電極を、互いにパッケージ・ソケットの上に対応する電極にそれぞれ接続し、レゾネータ発光ダイオードの半製品となるステップと、
（ｅ）該レゾネータ発光ダイオードの半製品の結晶粒の表面に、上部ブラッグ反射鏡層を一つ形成するステップと、
（ｆ）完成品に対し、パッケージ工程を完成するステップと、からなることを特徴とするレゾネータ発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
該アクティブ領域は、一つの下部ブラッグ反射鏡層を更に有することを特徴とする、請求項１に記載のレゾネータ発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
該エピタキシャル基板の内に排列し、上から下まで順番に該下部ブラッグ反射鏡層、Ｎ型の被覆層、発光層と該Ｐ型の被覆層を上向きにエピタキシャル成長することにより、該アクティブ領域を形成することを特徴とする、請求項２に記載のレゾネータ発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
該ステップ（c）は、
（ｃ１）該エピタキシャル基板の背面を薄く研磨し、且つ背面に下部金属反射鏡層を形成し、続いて結晶粒となるように切割するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のレゾネータ発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
該下部金属反射鏡層の材料が、銀、又はアルミニウムの材料であることを特徴とする、請求項4に記載のレゾネータ発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
該エピタキシャル基板が、リン化インジウム基板、ヒ化ガリウム基板またはサファイア基板の何れか一つの基板であることを特徴とする、請求項１、２又は４の何れか１項に記載のレゾネータ発光ダイオードの製造方法。
【請求項７】
該ステップ（ｂ）は、
（ｂ１）該Ｐ型の被覆層,該発光層と該Ｎ型の被覆層の一側をエッチングして移除することにより、該Ｎ型の被覆層の部分領域を露出するステップと、
（ｂ２）該Ｐ型の被覆層の部分領域に該Ｐ型のオーム性電極を形成し、且つ該Ｎ型の被覆層の部分的に露出する領域に該Ｎ型のオーム性電極を形成するステップと、を含むことを特徴とする、請求項１、２又は４の何れか１項に記載のレゾネータ発光ダイオードの製造方法。
【請求項８】
該パッケージ・ソケットが、リードフレーム,金属基板,低温同時焼成セラミックス基板またはTO-headerであることを特徴とする、請求項１、２又は４の何れか１項に記載のレゾネータ発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
該上部ブラッグ反射鏡層の誘電体材料セットが、異なる屈折率をそれぞれ有する２種類の誘電体めっき膜により構成され、且つ該発光領域を比較的に遠く離れる該誘電体の屈折率が、相対的に該発光領域に近接する誘電体の屈折率より大きくなることを特徴とする、請求項１、２又は４の何れか１項に記載のレゾネータ発光ダイオードの製造方法。
【請求項１０】
該上部ブラッグ反射鏡層の誘電体層が、少なくともシリカ（SiO2）、アルミナ（Al2O3）、フッ化マグネシウム（MgF2）、塩化カリウム（KCl）、シリコン（Si）、酸化タンタル（Ta2O5）、チタニア（TiO2）、酸化ハフニウム（HfO2）とジルコニア（ZrO2）から成る群により構成されることを特徴とする、請求項１、２又は４の何れか１項に記載のレゾネータ発光ダイオードの製造方法。
【請求項１１】
該パッケージ工程が、パッケージ・ソケットの型式に基づいて調整し、モールド又は封蓋となることを特徴とする、請求項１、２又は４の何れか１項に記載のレゾネータ発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレゾネータ発光ダイオードの製造方法に係り、特に製造工程の変更を利用して上部ブラッグ反射鏡層を製造し、フォトリソグラフィ・位置合わせ・ステップを必要とせず、上部ブラッグ反射鏡層を発光ダイオードの光出力領域に形成でき、レゾネータ発光ダイオードの製作を完成することができるレゾネータ発光ダイオードの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、自発放出（spontaneous emission）の光源に属し、その放出された光が等方性（isotropic）の性質を有する。全反射の効果に限るため、内部から放出された光が、臨界角より小さく形成された「逃散円錐」（escape cone）の内から、半導体の表面だけを離れてもよく、最後に逃散できないこれらの光が材料により吸収される。光出力の効率を増加するために、有効で且つ実用性を有する方法は、伝統的な発光ダイオードの発光層の上下に、反射鏡を加えることにより、レゾネータを有する発光ダイオードの構造を形成し、レゾネータの中に光が干渉効果を受けることにより光場の発光角度分布を変更することを、利用し、大部分の光が何れも逃散円錐の内に制限されて半導体の表面を離れてもよい。レゾネータ発光ダイオードの反射鏡は、金属反射鏡面または異なる屈折率の材料から交替多重に積み重ねるブラッグ反射鏡により構成できる。
【０００３】
同じ反射係数のブラッグ反射鏡層の構造に対し、材料の間の相互な屈折係数の差の向上を経由することにより、積み重ねる層数を低減でき、この他にも、層毎の厚さは、四分の一の有効発光波長（発光波長、材料の屈折係数）の要求を満たす必要があり、発光層により生成された光が、材料界面の反射を経った時に、何れも有効性を有する干渉目的を満たしてもよく、通常は下部反射鏡層の反射率が比較的高くなり、何度もレゾネータの中を往復に反射する光が、上部ブラッグ反射鏡層から発射して出てもよい。
【０００４】
一般にレゾネータ発光ダイオードの製造方式は、結晶粒プロセスとパッケージ・プロセスの二つの段階に分けられ、その中でも、前段の結晶粒プロセスがエピタキシャルの構造に基づいて決められ、主として光出力領域の定義、Ｐ型・Ｎ型のオーム性電極接触領域の製造、基板の薄くする研磨および結晶粒の切割などのステップとなるが、そして後段のパッケージ・プロセスは、主として切割済みの結晶粒に対し、結晶粒の固定、ワイヤボンディング・リンケージ及びモールド又は封蓋などのステップを行う。
【０００５】
平面型発光素子の構造に対し、即ちＰ型・Ｎ型電極が何れも発光ダイオードの同一側に位置し、そのエピタキシャル構造が、それぞれ基板の上に成長された下部ブラッグ反射鏡層、Ｎ型の金属接触電極層，発光層とＰ型の金属接触電極層などを含む。プロセスの上では、先ずフォトリソグラフィにより光出力領域を定義し、その後にイオン・エッチング装置により、未保護の半導体材料を除去し、Ｎ型の金属接触電極層を露出し、最後にそれぞれＰ型・Ｎ型のオーム性接触金属を蒸着することにより、下部反射層を有する発光ダイオード素子を完成する。
【０００６】
他方、我らが、光出力領域の上に上部ブラッグ反射鏡層の構造を納入でき、通常は高・低屈折係数の材料システム（例えばTiO2／ SiO2又はSi／Al2O3）から構成されることにより、レゾネータ発光ダイオード素子の製作を完成する。前記の素子の製造過程中に、上部ブラッグ反射鏡層は、光出力領域に選択的にメッキされることにより、下部ブラッグ反射鏡層との有効なレゾネータを形成する必要があり、同時に電流を外部電気回路から素子の上の金属接触電極へ注入できるように確保する必要がある。
【０００７】
但し、イオン・エッチングした後に、素子の光出力領域とＮ型の電極接触区間に、既に著しい高低落差を招き、この高低差は、フォトリソグラフィ技術により光出力領域の上にブラッグ反射鏡層を精確に定義する困難度を、増加する可能性があり、結果として位置合わせ誤差を生成することにより、部分の絶縁性材料を金属電極にメッキして直列抵抗を増加し、この他にレゾネータ発光ダイオードの光出力効率も、光出力領域をまだ上部ブラッグ反射鏡層にメッキしないことにより、悪くなる。
【０００８】
本発明者は、上記の伝統的なプロセス技術の欠点に鑑み、より改良して革新しようと意図し、且つ多年を経て苦心して孤独に努力して鋭意に研究した後に、ついにレゾネータ発光ダイオードの製造方法を考案し、そのプロセス技術を改善することに成功した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】なし
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の目的は、フォトリソグラフィ・位置合わせ・ステップを必要とせず、上部ブラッグ反射鏡層の製造工程を簡略化することができるレゾネータ発光ダイオードの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法は、レゾネータ発光ダイオードの製造工程の方式の変更を利用する。Ｐ型・Ｎ型のオーム性電極の製作を完成した後に、順番に基板の薄くする研磨および結晶粒の切割などのプロセス・ステップを行い、その後にこれらの結晶粒をパッケージ・ソケットの上に固定し且つワイヤボンディング及びリンケージを完成し、この時に上部ブラッグ反射鏡層を結晶粒の表面に直接に形成でき、そして光出力領域のフォトリソグラフィ・位置合わせ・ステップを行う必要がなく、最後にパッケージ・プロセスのモールド又は封蓋のステップを更に行い、即ち全体のレゾネータ発光ダイオードの製造を完成する。本発明の方法に基づいて製造された５２０ｎｍ発光波長のレゾネータ発光ダイオードは、その発光パワー及び発光スペクトルが、例えば図1Ａ乃至図１Ｂに示す通りである。該実験の結果から、素子の発光特性を影響しない下で、本発明がレゾネータ発光ダイオードの製造ステップを簡略化する利点を有することを、示す。
【００１２】
すなわち、本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法は、少なくとも下記のステップを含む。
（ａ）エピタキシャル基板上にアクティブ領域を一つ形成し、該アクティブ領域が、一つのＮ型の被覆層、一つのＰ型の被覆層、Ｎ型の被覆層とＰ型の被覆層との間に形成された一つの発光層を有し、上から下まで順番に該Ｎ型の被覆層、発光層と該Ｐ型の被覆層を上向きにエピタキシャル成長することにより、該アクティブ領域を形成すること、
（ｂ）該Ｐ型の被覆層と該Ｎ型の被覆層の部分領域に、対応的に該Ｐ型の被覆層と電気的に互いに接続するＰ型のオーム性電極および該Ｎ型の被覆層と電気的に互いに接続するＮ型のオーム性電極を、それぞれ形成すること、
（ｃ）該エピタキシャル基板の背面を薄く研磨し、且つ結晶粒となるように切割すること、
（ｄ）これらの結晶粒をパッケージ・ソケットの上に固定し、且つ導線を使用してこれらの結晶粒のN型のオーム性電極とP型のオーム性電極を、互いにパッケージ・ソケットの上に対応する電極にそれぞれ接続し、レゾネータ発光ダイオードの半製品となること、
（ｅ）該レゾネータ発光ダイオードの半製品の結晶粒の表面に、上部ブラッグ反射鏡層を一つ形成すること、
（ｆ）完成品に対し、パッケージ工程を完成すること。
【００１３】
その中でも、該アクティブ領域は、一つの下部ブラッグ反射鏡層を更に有する。該エピタキシャル基板の内に排列し、上から下まで順番に該下部ブラッグ反射鏡層、Ｎ型の被覆層、発光層と該Ｐ型の被覆層を上向きにエピタキシャル成長することにより、該アクティブ領域を形成する。
【００１４】
該ステップ（c）は、該エピタキシャル基板の背面を薄く研磨し、且つ背面に下部金属反射鏡層を形成し、続いて結晶粒となるように切割するステップ（ｃ１）を、更に含む。
【００１５】
その中でも、該下部金属反射鏡層の材料が、銀、アルミニウム等の材料である。
【００１６】
該エピタキシャル基板が、リン化インジウム基板、ヒ化ガリウム基板またはサファイア基板である。
【００１７】
該ステップ（ｂ）は、下記のステップを更に含む。
（ｂ１）該Ｐ型の被覆層,該発光層と該Ｎ型の被覆層の一側をエッチングして移除することにより、該N型の被覆層の部分領域を露出すること、
（ｂ２）該Ｐ型の被覆層の部分領域に該Ｐ型のオーム性電極を形成し、且つ該Ｎ型の被覆層の部分的に露出する領域に該Ｎ型のオーム性電極を形成すること。
その中でも、該パッケージ・ソケットが、リードフレーム、金属基板、低温同時焼成セラミックス基板またはTO-headerである。
【００１８】
該上部ブラッグ反射鏡層の誘電体材料セットが、異なる屈折率をそれぞれ有する２種類の誘電体めっき膜により構成され、且つ該発光領域を比較的に遠く離れる該誘電体の屈折率が、相対的に該発光領域に近接する誘電体の屈折率より大きくなる。
【００１９】
その中でも、該上部ブラッグ反射鏡層の誘電体層が、少なくともシリカ（SiO2）、アルミナ（Al2O3）、フッ化マグネシウム（MgF2）、塩化カリウム（KCl）、シリコン（Si）、酸化タンタル（Ta2O5）、チタニア（TiO2）、酸化ハフニウム（HfO2）とジルコニア（ZrO2）から成る群により構成される。
【００２０】
該パッケージ工程が、パッケージ・ソケットの型式に基づいて調整し、モールド又は封蓋となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の効果は、フォトリソグラフィ・位置合わせ・ステップを必要としなくて上部ブラッグ反射鏡層を形成できるレゾネータ発光ダイオードの製造方法を、提供することにあり、それがレゾネータ発光ダイオードの光出力効率を影響しないだけではなく、且つプロセスを簡略化して生産コストを低減する利点を、有する。
【００２２】
本発明の提供するレゾネータ発光ダイオードの製造方法は、従来技術と比較すると、下記の利点を更に有する。
【００２３】
本発明の提供するレゾネータ発光ダイオードの製造方法は、製造工程の変更を利用して上部ブラッグ反射鏡層を製造し、フォトリソグラフィ・位置合わせ・ステップを必要としない下で、上部ブラッグ反射鏡層を光出力領域に形成でき、レゾネータ発光ダイオードの光出力効率を影響しない且つレゾネータ発光ダイオードの製造方法を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本発明の方法に基づいて製造された５２０ｎｍ発光波長のレゾネータ発光ダイオードの模式図である。
【図１Ｂ】本発明の方法に基づいて製造された５２０ｎｍ発光波長のレゾネータ発光ダイオードの発光パワー及び発光スペクトルの模式図である。
【図１Ｃ】本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法の模式図である。
【図２】本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法の第１のより好ましい実施例のフローチャートである。
【図３】本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法の構成図で、図２の製造方法を実施する時に、ステップ２１１を実施した後にその対応する生成物の態様を示すものである。
【図４】本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法の構成図で、図２の製造方法を実施する時に、ステップ２１２を実施した後にその対応する生成物の態様を示すものである。
【図５】本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法の構成図で、図２の製造方法を実施する時に、ステップ２１３を実施した後にその対応する生成物の態様を示すものである。
【図６】本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法の構成図で、図２の製造方法を実施する時に、ステップ２１４を実施した後にその対応する生成物の態様を示すものである。
【図７】本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法の構成図で、図２の製造方法を実施する時に、ステップ２１５を実施した後にその対応する生成物の態様を示すものである。
【図８】本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法の構成図で、図２の製造方法を実施する時に、ステップ２１６を実施した後にその対応する生成物の態様を示すものである。
【図９】本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法の第２のより好ましい実施例のフローチャートである。
【図１０】本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法の構成図で、図９の製造方法を実施する時に、ステップ２２１を実施した後にその対応する生成物の態様を示すものである。
【図１１】本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法の構成図で、図９の製造方法を実施する時に、ステップ２２３を実施した後にその対応する生成物の態様を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に図面を参照しながら本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００２６】
本発明は、レゾネータ発光ダイオードの製造方法の第１のより好ましい実施例であるが、上部ブラッグ反射鏡層の製造工程を簡略化してもよく、位置合わせ・ステップを必要とせず、上部ブラッグ反射鏡層を発光ダイオードの光出力領域に形成でき、そして高い光出力効率のレゾネータ発光ダイオードを製造する。
【００２７】
図２を参照されたい。ステップ２１１を行う。図３に示すように、エピタキシャル基板３０の上に、順番に一つの下部ブラッグ反射鏡層３１、一つのＮ型の被覆層３２、一つの発光層３３と一つのＰ型の被覆層３４を、エピタキシャル成長することにより、一つのアクティブ領域３を共同に形成する。該エピタキシャル基板３０が、ヒ化ガリウム基板を選択し、そして例えばリン化インジウム基板、サファイア基板も状況に視して選択・使用できる。
【００２８】
次にステップ２１２を行う。図４に示すように、先ず該Ｐ型の被覆層３４、発光層３３と該Ｎ型の被覆層３１の一側をエッチングして移除することにより、該Ｎ型の被覆層３１の部分領域を露出し、且つ該Ｎ型の被覆層３１の部分的に露出する領域に、Ｎ型のオーム性電極４１を形成し、その後にＰ型の被覆層３４の部分領域にＰ型のオーム性電極４２を形成する。
【００２９】
その後に、ステップ２１３を行う。図５に示すように、エピタキシャル基板３０の背面を薄く研磨し、且つ結晶粒５となるように切割する。
【００３０】
図６を参照されたい。図６に示すように、ステップ２１４により、切割済みの結晶粒５をパッケージ・ソケット６１の上に固定し、且つ導線を使用して結晶粒のＮ型のオーム性電極４１とＰ型のオーム性電極４２を、パッケージ・ソケット６１にそれぞれ連結し、レゾネータ発光ダイオード・パッケージの半製品を形成する。該パッケージ・ソケット６１が、リードフレーム、金属基板、低温同時焼成セラミックス基板およびTO-headerを選択できる。
【００３１】
その後に、図７に示すように、ステップ２１５を行う。レゾネータ発光ダイオード・パッケージの半製品６の上に、異なる屈折率の２種類の誘電体層材料セット７２と７３を選択し、物理蒸着またはスパッターリング方式により、多重層状構造の上部ブラッグ反射鏡層７１をパッケージされた半製品６の表面に交互に形成する。該誘電体材料セットは、シリカ（SiO2）、アルミナ（Al2O3）、フッ化マグネシウム（MgF2）、塩化カリウム（KCl）等の低屈折率の誘電体層材料７２とシリコン（Si）、酸化タンタル（Ta2O5）、チタニア（TiO2）、酸化ハフニウム（HfO2）、ジルコニア（ZrO2）等の高屈折率の誘電体層材料７３を適度に選択して互いに対になって成ってもよい。
【００３２】
最後に図８に示すように、ステップ２１６を行う。表面に上部ブラッグ反射鏡層７１を既に形成した半製品６が、レゾネータ発光ダイオードのパッケージ・プロセスを完成する。パッケージ・ソケット６１の型式に基づき、適当なモールド又は封蓋８１を選択して対応する。
【００３３】
そして、本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法の第２のより好ましい実施例は、該第１のより好ましい実施例と類似し、その異なる箇所が下部反射鏡の材料および形成過程のみにあり、只今該第２のより好ましい実施例の中において、下部反射鏡を形成するステップ２２１及びステップ２２３のみについてより詳細に説明する。
【００３４】
図９と図１０に示すように、ステップ２２１を行う。エピタキシャル基板３０の上に、一つのＮ型の被覆層３２、一つの発光層３３と一つのＰ型の被覆層３４を、順番にエピタキシャル成長することにより、一つのアクティブ領域３’を共同に形成する。
【００３５】
続いて例えばレゾネータ発光ダイオードの製造方法の第１のより好ましい実施例が、ステップ２１２を行い、Ｎ型のオーム性電極４１とＰ型のオーム性電極４２をそれぞれ完成する。
【００３６】
その後に、ステップ２２３を行う。図１に示すように、エピタキシャル基板３０の背面を薄く研磨し、且つその背面に、物理蒸着またはスパッターリング方式により、下部金属反射鏡層１１１とする金属鏡面を形成し、結晶粒５’となるように切割する。その金属鏡面の材料が、例えば銀、アルミニウム等の金属を選択できる。
【００３７】
続いて、図９を参照されたい。本発明のレゾネータ発光ダイオードの製造方法の第２のより好ましい実施例のステップが、完全に第１のより好ましい実施例のステップ２１４〜ステップ２１６に基づいて行う。
【００３８】
以上の詳細な説明は、本発明に対して実行可能な実施例の具体的な説明で、但し該実施例が本発明の特許請求の範囲を限定するために用いられるものではなく、例えば本発明の技術精神をまだ逸脱しない下で完成された等価な実施または変更が、何れも本発明の特許請求の範囲中に含まれるべきである。
【符号の説明】
【００３９】
３、３’・・・アクティブ領域、５、５’・・・結晶粒、６・・・レゾネータ発光ダイオード・パッケージの半製品、３０・・・エピタキシャル基板、３１・・・下部ブラッグ反射鏡層、３２・・・N型の被覆層、３３・・・発光層、３４・・・Ｐ型の被覆層、４１・・・Ｎ型のオーム性電極、４２・・・Ｐ型のオーム性電極、６１・・・パッケージ・ソケット、７１・・・上部ブラッグ反射鏡層、７２・・・低屈折率の誘電体層材料、７３・・・高屈折率の誘電体層材料、８１・・・モールド又は封蓋、１１１・・・下部金属反射鏡層、２１０〜２１６・・・ステップ、２２１、２２３・・・ステップ。
【図１Ａ】
0005427271.tif 000002
【図１Ｂ】
0005427271.tif 000003
【図１Ｃ】
0005427271.tif 000004
【図２】
0005427271.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0005427271.tif 000014