(57)【要約】      （修正有）【課題】アレイ型（array-type）発光ダイオードの各発光点の解像度が向上する発光アレイの構造を提供する。【解決手段】  ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層２０３、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層２０４、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層２０５をエッチングすることで島状の複数の発光ダイオード領域を形成し、この島状発光ダイオード領域の側壁及び表面を絶縁保護膜２１０で覆い、その後島状発光ダイオード領域の側壁及び発光窓部を除く表面を配線兼金属クラッド層２２０Ｂ、２２０Ａで覆う。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成される発光素子と、
前記発光素子の上部電極が露出するように前記発光素子を覆う保護層と、
前記上部電極から前記発光素子の側壁に沿って、他のアレイ型発光ダイオードとの電気的接続が形成されるよう、前記露出した上部電極の表面に形成される金属線と、
前記発光素子の側壁上の保護層の表面に形成される金属層と、
前記基板の背面に形成される下部電極と、
を少なくとも具備するアレイ型発光ダイオード。
【請求項２】
前記発光素子は少なくとも、
前記基板から順に形成されるDBR層、バッファ層、n型エピタキシャルクラッド層、活性層、p型エピタキシャルクラッド層、p型オーミックコンタクト層、及び前記上部電極、
を含む、請求項1記載のアレイ型発光ダイオード。
【請求項３】
前記p型オーミックコンタクト層の表面は粗化された表面である、
請求項2記載のアレイ型発光ダイオード。
【請求項４】
前記発光素子は少なくとも、
前記基板から順に形成される金属粘着層、金属反射層、p型電極、p型オーミックコンタクト層、p型エピタキシャルクラッド層、活性層、n型エピタキシャルクラッド層、バッファ層、及びエッチング停止層、
を含む、請求項1記載のアレイ型発光ダイオード。
【請求項５】
前記金属反射層と前記p型オーミックコンタクト層との間に形成され、前記p型電極を覆う透明導体酸化層を、
さらに含む請求項4記載のアレイ型発光ダイオード。
【請求項６】
前記エッチング停止層の表面は粗化された表面である、
請求項4記載のアレイ型発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ型の発光ダイオード（Light Emitting Diode: LED）に関し、特に、発光ダイオードのp型クラッド層及びオーミックコンタクト層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードアレイの基本構造は発光ダイオードと類似しており、両者の相違点としては、アレイ型発光ダイオードが照明としてではなく主に電子式光学プリントヘッドに使用されることが挙げられる。1インチ1200点（1200DPI）であれば、発光の単位面積は僅か十数マイクロメートル×数十マイクロメートルしかない。また、発光素子の間隔は僅か二十数マイクロメートルである。従って、各発光素子の発光強度が均一であることが必要であり、また、発光素子同士は近接しているため、発光素子同士間の絶縁性が非常に大事である。
【０００３】
発光ダイオードアレイは、図1〜3に示すように、その典型的な製造方法として、米国特許第6,133,588号明細書に開示されているものがある。まず、n型GaAsの半導体基板101を提供し、n型ガリウムヒ素（GaAs）基板101を有機金属気相成長装置（MOVPE）に入れ、また、シリコンをn型ドーパント源とし、アルミニウム、ガリウム、及びヒ素を含む、有機物の成長に必要なエピタキシャル層を提供する。n型GaAsエピタキシャル層のバッファ層102、n型AlxGa1-xAsの下部クラッド層（cladding layer）103、n型AlxGa1-xAs層104、半絶縁層AlxGa1-xAs105、他の半絶縁層（semi-insulating）GaAs 106、及び拡散マスク層109を順次ウエハ131の表面に成長・形成する。また、拡散マスク層109にパターニングを行うことによって第1窓133及び第2窓134を形成する。
【０００４】
また、図2が示すように、拡散制御層135が形成され、それに対してパターニングを行うことによって第1窓133が覆われずに残る。そして、亜鉛を含む拡散源薄膜136とアニール用被膜層137を形成する。次に、約650℃の温度でアニール処理をしてp型拡散領域138を形成する。アニールする際、亜鉛は、ウエハ131の内部深くに拡散し、拡散制御膜135を貫通し、これにより、浅い導電拡散領域（current conducting diffusion area）108が形成される。
【０００５】
発光拡散領域（light emitting diffusion area）の拡散前縁がn型AlyGa1-yAs層104に、導電拡散領域108の前縁が半絶縁層AlxGa1-xAs105に達するよう、上記アニールの条件を適切に制御する必要がある。また、ウエハをアニールする際、下方部分からn型ドーパントがなくなることを防ぐため、ウエハ131の下方部分に窒化アルミニウム（図示せず）を選択的に形成してもよい。
【０００６】
そして、図3に示すように、エッチングにより被膜層137、拡散源薄膜136及び拡散制御層135を取り除く。拡散マスク層109はエッチング処理をせずに絶縁層として用いる。続いて、導電拡散領域108にp型電極110を形成し、アニールを行うことによってp型電極110と導電拡散領域108とが電気的に良好に接続される。最後に、ウエハの背面を研磨してn型底部電極を形成する。
【０００７】
このように、従来技術では拡散により発光範囲のp型またはn型半導体を規定してから、半導体プロセス技術によって必要な発光素子、内部配線及びワイヤボンディング領域を作成する。しかしながら、拡散によって規定されるp型またはn型半導体においては、その深さ方向と幅方向との拡散の比は、チップ表面の状態、拡散炉の温度及び気流の均一度に左右される。これにより、p型またはn型半導体のキャリア濃度が影響され、発光領域が不均一となる、発光ダイオードの逆方向電流が高くなる、発光素子間の絶縁性が悪くなる、などの問題が生じる。
【０００８】
また、発光素子同士の間隔が短いため、側面から発せられる迷光の相互干渉によって発行点の解像度が低下するという問題がある。
【０００９】
従って、本発明の目的の一つは、上述した従来技術の問題を解決することにある。
【発明の開示】
【００１０】
本発明は、アレイ型（array-type）発光ダイオードに関し、基板に形成される発光素子と、前記発光素子の上部電極が露出するように前記発光素子を覆う保護層と、前記上部電極から前記発光素子の側壁に沿って、他のアレイ型発光ダイオードとの電気的接続が形成されるよう、前記露出した上部電極の表面に形成される金属線と、前記発光素子の側壁上の保護層の表面に形成される金属層と、前記基板の背面に形成される下部電極と、を少なくとも具備するアレイ型発光ダイオードの構成に関する。
【００１１】
また、発光素子は基板からDBR層（分布ブラッグ反射層）、バッファ層、n型エピタキシャルクラッド層、活性層、p型エピタキシャルクラッド層、p型オーミックコンタクト層、及び該p型電極を含む発光ダイオードであってもよく、さらに、発光素子は少なくとも基板から金属粘着層、金属反射層、p型電極、p型オーミックコンタクト層、p型エピタキシャルクラッド層、活性層、n型エピタキシャルクラッド層、バッファ層、及びエッチング停止層を含む発光ダイオードであってもよい。
【００１２】
金属クラッド層が発光素子の側壁上の絶縁保護層の表面に形成されているため、金属被覆によって側面から発せられる迷光が遮断されることで、各発光素子の発光形状が改善され、各発光点の解像度が向上するため、発光アレイの像形成品質を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
従来技術では、発光ダイオードアレイ中のp型オーミックコンタクト層、上部クラッドは、リソグラフィ技術により発光範囲を規定してから拡散技術で形成する。上述したように、その深さ、幅及び不純物濃度は拡散の雰囲気制御と大きく関わるため、発光領域が不均一となる、発光ダイオードの逆方向電流が高くなる、などの問題がある。
【００１５】
本発明では、二つの具体的な実施の形態を挙げることによって、従来技術で問題となった発光領域の不均一を解決する。
【００１６】
（実施の形態１）
本発明の第1の実施の形態は、p型クラッド層、p型オーミックコンタクト層、及びn型クラッド層をMOCVDエピタキシャル方式で成長させるものであるが、上記のエピタキシャル層の具体的な成長条件については、本出願人による台湾特許出願第093129840号明細書に記載されている。
【００１７】
まず、図4に示すように、本発明の発光ダイオードアレイはn型ガリウムヒ素（GaAs）基板200を基礎としたものである。n型ガリウムヒ素（GaAs）基板200を有機金属気相成長装置（MOVPE）に入れ、n型DBR層201A、n型バッファ層202、n型AlxGa1-xAsの下部クラッド層（cladding layer）203、n型AlyGa1-yAs層204、p型AlxGa1-xAs上部クラッド層205、及びp型AlzGa1-zAsオーミックコンタクト層206の順に必要なエピタキシャル層を成長させる。ここで、xは0.3〜1.0、yは0〜0.6、zは0〜0.6である。n型AlyGa1-yAs層204を発光する活性層としているが、p型またはノンドープのものであってもよい。
【００１８】
続いて、レジスト（図示せず）をp型AlzGa1-zAsオーミックコンタクト層206に塗布し、リソグラフィ技術によってp型電極コンタクト・ウィンドウ（図示せず）を形成し、蒸着によってp型金属（Au/Be又はTi/Pt/Au）をレジストやp型電極コンタクト・ウィンドウ内に堆積し、リフトオフによって余分の金属を除去する。p型金属電極212とp型オーミックコンタクト層206との良好なオーミックコンタクトが形成されるよう、リフトオフして完成されたチップを380℃〜480℃の温度でアニール処理を行う。
【００１９】
図5(a)に示すように、レジストリソグラフィ技術によって発光素子231の範囲を規定し、余分な部分を化学エッチングで除去してアレイ型発光ダイオードを形成する。p型金属電極212の典型的な厚さは約100〜200オングストロームである。その後、プラズマ化学気相堆積法によって、例えば窒化シリコンまたは二酸化シリコンの絶縁型保護層210を発光素子231の表面に堆積し、レジストリソグラフィ技術やエッチング法でp型電極212の表面を露出させる。その後、レジストリソグラフィ技術でメタル配線やワイヤボンディング領域を規定してp型電極212とアレイのその他の発光素子（図示せず）とを接続する。図5(a)の横断面図や図5(b)の平面図に示すように、従来技術と異なり、上述したメタル配線とワイヤボンディング領域の規定は、配線220Bのほかさらに、蒸着で発光素子231の側壁上の絶縁型保護層210やレジストの表面に堆積させ、メタルリフトオフ技術で余分の金属をリフトオフして形成される金属クラッド層220Aを含むことに留意されたい。
【００２０】
次に、基板200を適切な厚さ（200〜400μm）まで研磨し、背面金属240を基板200の背面に蒸着し、約380℃〜460℃の温度でアニールして良好なオーミックコンタクトを形成することによってn型電極240を形成する。
【００２１】
発光ダイオードのn型電極240を、図5(a)に示すようにウエハの背面に形成する以外、n型電極240aをウエハの表面に形成してもよい。ここでは、図5(a)の二酸化シリコンをp型コンタクト・ウィンドウに加えて、n型コンタクト・ウィンドウを形成して、メタル配線とワイヤボンディング領域の定義においてもn型電極の配線を形成する。最後に、380℃〜460℃の温度でアニールして良好なオーミックコンタクトを形成する。その結果を図5(c)に示す。
【００２２】
（実施の形態２）
図6に示す本発明の第2の実施の形態のように、DBR層を含む発光素子の四つの側面を金属層で覆う例は、基板が金属粘着層によって金属反射層を含むアレイ型発光ダイオードを接合したものに適用することも可能である。本発明の方法によれば、発光ダイオードの各層は、DBR層201Aをエッチング停止層201Bに置き換えた以外、第1の実施の形態と同様である。従って、上述したように、n型ガリウムヒ素（GaAs）基板200を有機金属気相成長装置（MOVPE）に入れ、エッチング停止層201B、n型バッファ層202、n型AlxGa1-xAsの下部クラッド層（cladding layer）203、n型AlyGa1-yAs層204、p型AlxGa1-xAs上部クラッド層205、及びp型AlzGa1-zAsオーミックコンタクト層206の順に必要なエピタキシャル層を成長させる。ここで、xは0.3〜1.0、yは0〜0.6、zは0〜0.6である。n型AlyGa1-yAs層204を発光する活性層としているが、p型またはノンドープのものであってもよい。
【００２３】
続いて、第1の実施の形態で述べた通り、p型電極層212をp型オーミックコンタクト層206に形成する。そして、透明導体酸化層213、金属反射層214及び金属接合層216をp型AlzGa1-zAsオーミックコンタクト層206に順次堆積する。透明導体酸化層213は例えば酸化インジウムであって、アニールする際の金属反射層214やp型オーミックコンタクト層206による金属反射層214を劣化させる反応を抑制できるものである。本発明の方法によれば、透明導体酸化層213の堆積は必要条件ではなく、選択的に行う工程である。
【００２４】
金属反射層214の素材となるものは、金、銀またはアルミニウムなどの金属であればよい。また、金属接合層216の素材は例えば、PbSn、InSn、AuSnまたは他の共晶(eutectic)反応が起こりやすい金属であればよい。図7に示すように、本発明の方法によれば、さらに支持基板250を用意して金属接合層216と貼り合わせ、180℃〜250℃の低温アニール処理によって両者を接合する。また、本発明の方法によれば、支持基板250にもう一つの貼り合わせ金属接合層216Aを形成して両者の接合を強化するようにしてもよい。そして、湿式エッチング法によって、エッチング停止層201Bまでn型ガリウムヒ素（GaAs）基板200をエッチング除去する。
【００２５】
図8に示すように、第1の実施の形態で述べた通り、p型オーミックコンタクト層206にp型電極層212を形成する。第2の実施の形態において、n型電極240をエッチング停止層201Bの表面に形成してから、図5(c)に示すように発光素子231の範囲を規定し、アレイ型発光ダイオード素子231が形成されるよう、エッチング停止層201Bを上、支持基板250を下に、リソグラフィやエッチング技術によって余分の部分を取り除いて金属反射層214（または金属粘着層216）にて停止する。その後、発光ダイオード素子231が被覆されるよう全面的に絶縁型保護層210を形成する。最後に、パターニングによって、n型電極240及び金属反射層214（または金属粘着層216）上のp型電極接続窓を露出させ、金属クラッド層220A及び配線220Bとして用いる金属層を形成する。金属クラッド層220Aは、発光素子231の四つの側面の絶縁型保護層210の表面に形成される。配線220Bは、n型電極240から金属クラッド層220A、及び金属クラッド層220Aから他の発光素子までの導線であり、p型電極212に接続されている。P型電極212の配線220Cは支持基板250の背面にあってもよい。
【００２６】
また、本発明の方法によれば、上述した第1および第2の実施の形態において、光の射出角を変えることによって、全反射の影響を低減して発光効率を向上させることを目的に、さらに発光素子の上層部に対して表面粗化を行ってもよい。例えば、第1の実施の形態においては、p型オーミックコンタクト層206に対して粗化を行う。図5(d)はp型オーミックコンタクト層206の表面粗化を示す図である。また、第2の実施の形態においては、エッチング停止層201Bに対して粗化を行う。図8(a)はエッチング停止層201Bの表面粗化を示す図である。
【００２７】
本発明の特長：
1．エピタキシー成長と同時にn型クラッド層、活性層、p型クラッド層、p型オーミックコンタクト層を形成しているため、従来技術と比べて、拡散マスクを規定するための複数のリソグラフィエッチング工程を減少させたことは明らかである。
2．p型不純物濃度の制御が容易となり、縦方向、横方向深さの拡散制御や濃度制御での不均一の問題が解消される。
3．本発明の方法によれば、エピタキシャル層の素材はガリウムヒ素やアルミニウムガリウムヒ素に限らず、ガリウムヒ素リン（GaAsP）やインジウムガリウムリン（InGaP）であってもよい。
4．本発明ではエピキタシー方法でn型クラッド層、活性層、p型クラッド層、p型オーミックコンタクト層を形成しているため、良好な界面特性や濃度の均一性を得られ、発光の均一性を大幅に改善することができる。また、良好な界面特性を得られることによって、逆方向電流を大幅に低減することができる。
【００２８】
本発明は、上記の実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができる。例えば、第1の実施の形態では、p型電極を上、n型電極を下にしたものを例に挙げており、当業者であれば適切な変更を行って両電極を入れ替えることができるが、これも本願の発明思想から逸脱しておらず、本発明の範囲に含まれるものとみなされる。また、上述の変更は第2の実施の形態にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来技術によって形成されたアレイ型発光ダイオードの製造フローを示す図
【図２】従来技術によって形成されたアレイ型発光ダイオードの製造フローを示す図
【図３】従来技術によって形成されたアレイ型発光ダイオードの製造フローを示す図
【図４】本発明の第1の実施の形態に係る方法で形成された、DBR層を含む発光ダイオード素子の構成を示す図
【図５】本発明の第1の実施の形態に係る方法で形成された、金属配線及び金属クラッド層を含む発光ダイオード素子の構成を示す図
【図６】本発明の第2の実施の形態に係る方法によって形成された金属反射層を含む発光ダイオード素子と支持基板とが接合する前の状態を示す図
【図７】本発明の第2の実施の形態に係る方法によって形成された金属反射層を含む発光ダイオード素子と支持基板とが接合された後、GaAs基板を除去することを示す図
【図８】本発明の第2の実施の形態に係る方法によって形成された金属反射層を含む発光ダイオードが発光ダイオード素子として規定されてから、絶縁層で覆われ、さらに金属クラッド層によって発光素子の側壁が被覆されることを示す図
【符号の説明】
【００３０】
101、201  n型GaAsの半導体基板
102、202  n型GaAsエピタキシャル層のバッファ層
103、203  n型AlxGa1-xAsの下部クラッド層
104、204  n型AlxGa1-xAs層
205  AlxGa1-xAsの上部クラッド層
105、106  半絶縁層
108  導電拡散領域
109  拡散マスク層
131、231  ウエハ
133  第1窓
134  第2窓
135  拡散制御層
136  拡散源薄膜
137  アニール用被膜層
138  p型拡散領域
220  メタル配線及びボンディングワイヤ
240  n型電極
【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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【図７】
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【図８】
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