(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択成長を応用した発光ダイオード装置において、
導電性を具備しない基板と、
該基板の上に堆積され、パターン形成後に、相互に不隣接の複数の独立したブロックを形成し、この複数のブロックがそれぞれ横方向の幅を具え、且つ複数のブロック相互間にギャップがあり、該横方向の幅が大幅のものと小幅のものとに分けられ、大幅が３０μｍ以上とされ、小幅が５μｍ以下とされ、該ギャップが８から１２μｍの間とされ、二酸化けい素化合物で組成された酸化層と、
横方向成長技術で小幅の横方向の幅を具えた相互に不隣接の複数の酸化層の上に堆積されて連接されて一体とされ、その材料が窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物とされるバッファ層と、
該バッファ層の上に形成されたｎ型窒化ガリウム層と、
該ｎ型窒化ガリウム層の上に形成されて窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物を主成分とする活性層と、
該活性層の上に形成されたｐ型窒化ガリウム層と、
ｎ型窒化ガリウム層上に位置するｎ型電極形成領域の上に形成され、該ｎ型電極形成領域がｐ型窒化ガリウム層、活性層及びｎ型窒化ガリウム層をエッチングした後にｎ型窒化ガリウム層を露出させて得られ、チタン／アルミニウムを該ｎ型窒化ガリウム層表面に堆積させることにより形成されたｎ型オームコンタクト電極と、
該ｐ型窒化ガリウム層上に形成され、その材料がニッケル／金ベリリウムとされ、厚さが５０から２００Åの間とされるｐ型オームコンタクト電極と、
該ｐ型オームコンタクト電極と該ｎ型オームコンタクト電極の上に形成され、チタン／白金／アルミニウム／チタン／金の５層からなる多層構造とされて、厚さが３μｍから１μｍの間とされる複数のボンディングパッドと、
を具えたことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置。
【請求項２】
請求項１記載の選択成長を応用した発光ダイオード装置において、横方向成長を、水素ガス、アンモニアガス、及びトリメチルガリウムの比率を調整して行なうことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置。
【請求項３】
請求項１記載の選択成長を応用した発光ダイオード装置において、ボンディングパッドの厚さが２μｍとされたことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置。
【請求項４】
請求項１記載の選択成長を応用した発光ダイオード装置において、ｐ型オームコンタクト電極の厚さが１００Åとされたことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置。
【請求項５】
請求項１記載の選択成長を応用した発光ダイオード装置において、ギャップが１０μｍとされたことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置。
【請求項６】
請求項１記載の選択成長を応用した発光ダイオード装置において、ｎ型窒化ガリウム層の材料がシリコンドープの窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物とされたことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置。
【請求項７】
請求項１記載の選択成長を応用した発光ダイオード装置において、ｐ型窒化ガリウム層の材料がマグネシウムドープの窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物とされたことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の発光ダイオード装置に係り、特に、横方向成長技術を応用し、窒化ガリウムを生成させた発光ダイオード装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはレーザーダイオード（ＬＤ）に応用される発光構造の窒化ガリウム系化合物半導体は、通常、サファイヤ基板に成長させることにより達成されるが、窒化ガリウムとサファイヤ基板の格子ミスマッチは約１６％であり、サファイヤ基板上に成長させる窒化ガリウム系化合物半導体の欠陥密度は１平方センチメートルあたり１０9 であり、このため発光装置の信頼度と性能に影響が生じた。
【０００３】
上述の問題に基づき、特許文献１には横方向成長（ＥＬＯ）エピタキシャル法が記載され、それは格子ミスマッチにより引き起こされる縦方向ミスマッチ（基板に垂直な方向）を、横方向成長により、垂直方向の伝播のミスマッチを横方向に導入し、垂直方向の欠陥の密度を改善するものである。
【０００４】
このほか、サファイヤ基板と窒化ガリウム系化合物半導体は極めて高い硬度を有するため、ダイシングしてダイを形成する時、ダイヤモンドカッタで切断しにくく、良好な形状のダイを獲得しにくい。このため、ウエハを８５μｍの厚さにまで研磨し、且つウエハ行程中に隔離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程を加入して、ダイシングの歩留りを高める必要がある。周知の技術はこのように余分に隔離工程によるダイシング歩留りを改善が必要である問題を有している。
【０００５】
【特許文献１】台湾特許第５０１２８９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の問題を鑑み、本発明は横方向成長を利用して製作した窒化ガリウム発光構造を提供するものである。
【０００７】
本発明の主要な目的は、エピタキシャル成長した発光ダイオード構造にあって、バッファ層をパターニングした二酸化けい素層の表面上に形成し、余分に隔離工程を必要とせずに、直接成長ガスとエッチングガスの混合比の変化を利用し、横方向成長を行ない、パターンに符合するバッファ層を生成させることにある。
【０００８】
本発明のもう一つの目的は、横方向成長技術により、発光ダイオード装置の製造過程を簡易化し、並びに周知の技術に較べて寄生キャパシタンスを低くし、並びに発光効率を明らかに向上できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、選択成長を応用した発光ダイオード装置において、
導電性を具備しない基板と、
該基板の上に堆積され、パターン形成後に、相互に不隣接の複数の独立したブロックを形成し、この複数のブロックがそれぞれ横方向の幅を具え、且つ複数のブロック相互間にギャップがあり、該横方向の幅が大幅のものと小幅のものとに分けられ、大幅が３０μｍ以上とされ、小幅が５μｍ以下とされ、該ギャップが８から１２μｍの間とされ、二酸化けい素化合物で組成された酸化層と、
横方向成長技術で小幅の横方向の幅を具えた相互に不隣接の複数の酸化層の上に堆積されて連接されて一体とされ、その材料が窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物とされるバッファ層と、
該バッファ層の上に形成されたｎ型窒化ガリウム層と、
該ｎ型窒化ガリウム層の上に形成されて窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物を主成分とする活性層と、
該活性層の上に形成されたｐ型窒化ガリウム層と、
ｎ型窒化ガリウム層上に位置するｎ型電極形成領域の上に形成され、該ｎ型電極形成領域がｐ型窒化ガリウム層、活性層及びｎ型窒化ガリウム層をエッチングした後にｎ型窒化ガリウム層を露出させて得られ、チタン／アルミニウムを該ｎ型窒化ガリウム層表面に堆積させることにより形成されたｎ型オームコンタクト電極と、
該ｐ型窒化ガリウム層上に形成され、その材料がニッケル／金ベリリウムとされ、厚さが５０から２００Åの間とされるｐ型オームコンタクト電極と、
該ｐ型オームコンタクト電極と該ｎ型オームコンタクト電極の上に形成され、チタン／白金／アルミニウム／チタン／金の５層からなる多層構造とされて、厚さが３μｍから１μｍの間とされる複数のボンディングパッドと、
を具えたことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の選択成長を応用した発光ダイオード装置において、横方向成長を、水素ガス、アンモニアガス、及びトリメチルガリウムの比率を調整して行なうことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の選択成長を応用した発光ダイオード装置において、ボンディングパッドの厚さが２μｍとされたことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の選択成長を応用した発光ダイオード装置において、ｐ型オームコンタクト電極の厚さが１００Åとされたことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の選択成長を応用した発光ダイオード装置において、ギャップが１０μｍとされたことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の選択成長を応用した発光ダイオード装置において、ｎ型窒化ガリウム層の材料がシリコンドープの窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物とされたことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の選択成長を応用した発光ダイオード装置において、ｐ型窒化ガリウム層の材料がマグネシウムドープの窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物とされたことを特徴とする、選択成長を応用した発光ダイオード装置としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、エピタキシャル成長した発光ダイオード構造にあって、バッファ層をパターニングした二酸化けい素層の表面上に形成し、余分に隔離工程を必要とせずに、直接成長ガスとエッチングガスの混合比の変化を利用し、横方向成長を行ない、パターンに符合するバッファ層を生成させている。
【００１１】
本発明は、横方向成長技術により、発光ダイオード装置の製造過程を簡易化し、並びに周知の技術に較べて寄生キャパシタンスを低くし、並びに発光効率を明らかに向上できるようにしている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の実施例による選択成長を応用した発光ダイオード装置の酸化層表示図である。基板１が金属有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）システム中に置かれ、基板１はサファイヤ（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）、炭化けい素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ2 ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2 ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとされる。９２０℃の水蒸気雰囲気中で、二酸化けい素化合物の薄膜を堆積させて酸化層２とした後、二酸化けい素薄膜のパターンを製作し、複数の不隣接の独立したブロック２０、２２を形成する。複数のブロック２０、２２相互間にはギャップａがあり、且つブロック２０、２２はそれぞれ横方向の幅ｂ、ｃを具え、横方向の幅ｂ、ｃは小幅と大幅に区分され、大幅の横方向の幅ｃは３０μｍ以上とされ、小幅の横方向の幅ｄは５μｍ以下とされ、ギャップａは８から１２μｍの間とされ、好ましくは１０μｍとされる。
【００１３】
図２は本発明の実施例の、選択成長を応用した発光ダイオード装置のバッファ層、ｎ型窒化ガリウム層、活性層、及びｐ型窒化ガリウム層表示図である。横方向成長技術（ｌａｔｅｒａｌ  ｇｒｏｗｔｈ）に選択成長を行なうのに好ましい窒化ガリウム系化合物は、ガス混合物を利用して低圧下で成長し、水素ガス（Ｈ2 ）、アンモニアガス（ＮＨ3 ）、及びトリメチルガリウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ  Ｇａｌｌｉｕｍ；ＴＭＧ）の比例を調整し、その特殊な混合比の変化により選択比に影響を与え、酸化層２の表面に成長した小ブロックの窒化ガリウムをエッチングにより排除する。酸化層２中の独立したブロック２０の横方向の幅ｂは比較的小さく、ゆえに小幅の横方向の幅ｂを具えた複数の独立したブロック２０を具えた酸化層２の上に一体に連接されたバッファ層３が堆積により形成される。大幅の横方向の幅ｃの不隣接の独立した複数のブロック２２の酸化層２の上では、ブロック２２の表面の核形成が横方向成長技術の抑制を受けるため窒化ガリウム系化合物のバッファ層３は形成されない。その後、バッファ層３の上に順にｎ型窒化ガリウム層４、活性層５、及びｐ型窒化ガリウム層６を成長させる。ｎ型窒化ガリウム層４材料はシリコンドープの窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物、活性層５は窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ｐ型窒化ガリウム層６の材料はマグネシウムドープの窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物とされる。
【００１４】
図３は本発明の実施例の、選択成長を応用した発光ダイオード装置のエッチング部分のｐ型窒化ガリウム層、活性層、及びｎ型窒化ガリウム層の表示図である。図２のｐ型窒化ガリウム層６形成後、ドライエッチング技術により、一部のｐ型窒化ガリウム層６、活性層５及びｎ型窒化ガリウム層４をエッチングし、ｎ型窒化ガリウム層４に露出領域を形成し、この露出領域表面にチタン／アルミニウム（Ｔｉ／Ａｌ）を堆積させ、ｎ型オームコンタクト電極７を形成する。
【００１５】
図４は本発明の実施例の、選択成長を応用した発光ダイオード装置のｐ型オームコンタクト電極の表示図である。ｐ型オームコンタクト電極８はｐ型窒化ガリウム層６に形成され、発光ダイオード装置に良好な発光効率を維持させ、通常、ｐ型オームコンタクト電極８は極めて薄く、ニッケル／金ベリリウム（Ｎｉ／ＡｕＢｅ）で形成される。ｐ型オームコンタクト電極８の厚さは５０から２００Åの間とされ、好ましくは１００Åとされる。
【００１６】
図５は本発明の実施例の、選択成長を応用した発光ダイオード装置のボンディングパッドの表示図である。複数のボンディングパッド９が、ｎ型オームコンタクト電極７とｐ型オームコンタクト電極８の上に形成されて、導線との電気的接続形成に供され、該ボンディングパッド９は多層構造とされ、この多層構造は、チタン／白金／アルミニウム／チタン／金（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ）の５層構造とされ、厚さは３μｍから１μｍの間とされ、好ましくは２μｍとされる。以上の工程により本発明のダイ構造が完成する。
【００１７】
図６は本発明の実施例の選択成長を応用した発光ダイオード装置の発光効率を従来の技術のものと比較した比較図である。注入電流（単位ミリアンペア）の強度を変化させて、それに対応する光出力パワー（単位ａｕ）を描き、さらに点を結んで線とした図であり、この図から本発明の実施例が周知の技術よりも優れた発光効率を有していることが分かる。
【００１８】
以上の実施例は本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなし得る細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例の選択成長を応用した発光ダイオード装置の酸化層の表示図である。
【図２】本発明の実施例の選択成長を応用した発光ダイオード装置のバッファ層、ｎ型窒化ガリウム層、活性層及びｐ型窒化ガリウム層の表示図である。
【図３】本発明の実施例の選択成長を応用した発光ダイオード装置の一部のｐ型窒化ガリウム層、活性層及びｎ型窒化ガリウム層をエッチングした状態の表示図である。
【図４】本発明の実施例の選択成長を応用した発光ダイオード装置のｐ型オームコンタクト電極表示図である。
【図５】本発明の実施例の選択成長を応用した発光ダイオード装置のボンディングパッド表示図である。
【図６】本発明の実施例の選択成長を応用した発光ダイオード装置と周知の発光ダイオードの発光効率比較図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  基板
２  酸化層
２０  ブロック
２２  ブロック
ａ  ギャップ
ｂ  横方向の幅
ｃ  横方向の幅
３  バッファ層
４  ｎ型窒化ガリウム層
５  活性層
６  ｐ型窒化ガリウム層
７  ｎ型オームコンタクト電極
８  ｐ型オームコンタクト電極
９  ボンディングパッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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