(57)【要約】【課題】製造時のウェーハ層の機械的な安定性を可能にし、縦形態の電気コンタクトの形成を可能にした、縦型ＬＥＤ構造を提供する。【解決手段】発光デバイスは、支持層と、支持層上のｐ型コンタクト層と、ｐ型コンタクト層上のｐ型半導体層、ｐ型半導体層上の活性層及び活性層上のｎ型半導体層を含む半導体構造と、半導体構造上のｎ型コンタクト層と、ｎ型コンタクト層上の金属パッド層と、半導体構造の側面を覆う絶縁層とを含む。絶縁層は半導体構造上に延在する延在部を含む。絶縁層はｎ型コンタクト層上に延在する。金属パッド層はＡｕを含む。ｎ型コンタクト層はｐ型コンタクト層と重なる。絶縁層はＳｉＯ２及び／又はＳｉ３Ｎ４を含む。絶縁層と同じ材料を有する絶縁部は半導体構造及び支持層の間に配置される。絶縁部は延在部と重なる。半導体構造は５μｍよりも薄い。ｎ型半導体層はｐ型半導体層よりも厚い。支持層は半導体構造よりも厚い。【選択図】図１４
2018195855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持層と、
前記支持層上のｐ型コンタクト層と、
前記ｐ型コンタクト層上のｐ型半導体層、前記ｐ型半導体層上の活性層及び前記活性層上のｎ型半導体層を含むＧａＮをベースにした半導体構造と、
前記ＧａＮをベースにした半導体構造上のｎ型コンタクト層と、
前記ｎ型コンタクト層上の金属パッド層と、
前記ＧａＮをベースにした半導体構造の側面を覆う絶縁層とを含み、
前記絶縁層は、前記ＧａＮをベースにした半導体構造の上面に延在する延在部を含み、
前記絶縁層は、前記ｎ型コンタクト層の一部の上に延在し、
前記金属パッド層は、Ａｕを含み、
前記ｎ型コンタクト層は、前記ＧａＮをベースにした半導体構造の厚さ方向で、前記ｐ型コンタクト層の一部と重なり、
前記絶縁層は、ＳｉＯ２及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも１つを含み、
前記絶縁層と同じ材料を有する絶縁部は、前記ＧａＮをベースにした半導体構造及び前記支持層の間に配置され、
前記絶縁部は、前記ＧａＮをベースにした半導体構造の前記厚さ方向で、前記絶縁層の前記延在部と重なり、
前記ＧａＮをベースにした半導体構造の厚さは、５μｍよりも小さく、
前記ｎ型半導体層は、前記ｐ型半導体層よりも厚く、
前記支持層は、前記ＧａＮをベースにした半導体構造よりも厚い、発光デバイス。
【請求項２】
前記ＧａＮをベースにした半導体構造の断面は、実質的に正方形である、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記ｎ型半導体層は、
前記活性層と前記ｎ型コンタクト層の間に配置されている第１のｎ型半導体層と、
前記第１のｎ型半導体層と前記ｎ型コンタクト層の間に配置されている第２のｎ型半導体層とを含み、
前記第２のｎ型半導体層は、前記第１のｎ型半導体層よりも厚い、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記絶縁層は、前記ＧａＮをベースにした半導体構造の上面と接する、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記絶縁部の側面は、前記ｐ型コンタクト層と接する、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記絶縁層は、前記ｎ型コンタクト層の側面と接する、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項７】
導電性支持層と、
前記導電性支持層上のｐ型コンタクト層と、
前記ｐ型コンタクト層上のｐ型半導体層、前記ｐ型半導体層上の活性層及び前記活性層上のｎ型半導体層を含むＧａＮをベースにした半導体構造と、
前記ＧａＮをベースにした半導体構造上のｎ型コンタクト層と、
前記ｎ型コンタクト層上の金属パッド層と、
前記ＧａＮをベースにした半導体構造の側面を覆い、且つ、前記ｎ型コンタクト層の側面を覆う絶縁層とを含み、
前記絶縁層は、前記ＧａＮをベースにした半導体構造の上面に延在する延在部を含み、
前記金属パッド層は、Ａｕを含み、
前記ｎ型コンタクト層は、前記ＧａＮをベースにした半導体構造の厚さ方向で、前記ｐ型コンタクト層の一部と重なり、
前記絶縁層は、ＳｉＯ２及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも１つを含み、
前記絶縁層と同じ材料を有する絶縁部は、前記ＧａＮをベースにした半導体構造及び前記導電性支持層の間に配置され、
前記絶縁部は、前記ＧａＮをベースにした半導体構造の前記厚さ方向で、前記絶縁層の前記延在部と重なり、
前記ＧａＮをベースにした半導体構造の厚さは、５μｍよりも小さく、
前記ｎ型半導体層は、前記ｐ型半導体層よりも厚い、発光デバイス。
【請求項８】
前記ＧａＮをベースにした半導体構造の断面は、実質的に正方形である、請求項７に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記ｎ型半導体層は、
前記活性層と前記ｎ型コンタクト層の間に配置されている第１のｎ型半導体層と、
前記第１のｎ型半導体層と前記ｎ型コンタクト層の間に配置されている第２のｎ型半導体層とを含み、
前記第２のｎ型半導体層は、前記第１のｎ型半導体層よりも厚い、請求項７に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
前記絶縁層は、前記ＧａＮをベースにした半導体構造の上面と接する、請求項７に記載の発光デバイス。
【請求項１１】
前記絶縁部の側面は、前記ｐ型コンタクト層と接する、請求項７に記載の発光デバイス。
【請求項１２】
前記絶縁層は、前記ｎ型コンタクト層の側面と接する、請求項７に記載の発光デバイス。
【請求項１３】
前記絶縁層は、前記ｎ型コンタクト層の上面の一部に延在する、請求項７に記載の発光デバイス。
【請求項１４】
前記導電性支持層の厚さは、前記ＧａＮをベースにした半導体構造の横幅の１／４以下である、請求項７に記載の発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製作に関する。より詳細には、本発明は、金属支持層を使
用して縦方向デバイスを製作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（「ＬＥＤ」）は、電流を光に変換する良く知られている半導体デバイ
スである。ＬＥＤが放射する光の色（波長）は、ＬＥＤを製作するために使用される半導
体材料に依存する。それは、放射光の波長が半導体材料のバンドギャップに依存するから
である。このバンドギャップエネルギーは、材料の価電子帯電子と伝導帯電子のエネルギ
ー差を表す。
【０００３】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、ＬＥＤ研究者から非常に注目された。その理由の１つは、
ＧａＮをインジウムと組み合わせて、緑色、青色および白色の可視光を放射するＩｎＧａ
Ｎ／ＧａＮ半導体層を生成することができることである。波長制御できることによって、
ＬＥＤ半導体設計者は、有益なデバイス特性を実現するように材料特性を調整することが
できる。例えば、ＧａＮで、ＬＥＤ半導体設計者は、光記録で有益な青色ＬＥＤを作るこ
とができ、さらに白熱灯に取って代わることができる白色ＬＥＤを作ることができる。
【０００４】
前述および他の長所のために、ＧａＮをベースにしたＬＥＤの市場は急速に成長してい
る。したがって、１９９４年の市場導入以来、ＧａＮをベースにした光電子デバイス技術
は急速に発展している。ＧａＮ発光ダイオードの効率は白熱灯の効率に優り、今や蛍光灯
の効率と同等であるので、ＧａＮをベースにしたＬＥＤの市場は急速な成長を持続すると
思われる。
【０００５】
ＧａＮデバイス技術の急速な進歩にもかかわらず、ＧａＮデバイスは多くの用途で余り
にも高価である。この理由の１つは、ＧａＮをベースにしたデバイスを製造するコストが
高いことであり、そして次に、このことは、ＧａＮエピタキシャル層の成長および、その
後、完成されたＧａＮをベースにしたデバイスをダイシングすることの困難さに関係して
いる。
【０００６】
ＧａＮをベースにしたデバイスは、一般に、サファイア基板上に作られる。その理由は
、サファイアウェーハはＧａＮをベースにしたデバイスの大量製造に適した寸法のものが
市場で入手でき、サファイアは高品質ＧａＮエピタキシャル層成長を支え、さらにサファ
イアの温度処理に耐える能力が高いからである。
【０００７】
一般に、ＧａＮをベースにしたデバイスは、厚さが３３０ミクロンか４３０ミクロンか
どちらかで直径が２”のサファイアウェーハ上に作られる。そのような直径で、数千の個
別デバイスの製作が可能になり、厚さは、過剰なウェーハ反りのないデバイス製作を支え
るのに十分である。さらに、サファイア結晶は、化学的および熱的に安定であり、高温製
作プロセスを可能にする高い溶融温度を有し、高い結合エネルギー（１２２．４Ｋｃａｌ
／ｍｏｌ）を有し、さらに、高誘電率を有する。化学的には、サファイアは結晶酸化アル
ミニウムＡｌ２Ｏ３である。
【０００８】
サファイア上の半導体デバイスの製作は、一般に、金属酸化物化学的気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ）または分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を使用して、サファイア基板上にｎ−ＧａＮ
エピタキシャル層を成長することで行なわれる。そのとき、ＧａＮ  ＬＥＤのような複数
の個別デバイスが、通常の半導体加工技術を使用して、エピタキシャル層に製作される。
個々のデバイスが製作された後で、個々のデバイスがサファイア基板からダイシングされ
る。しかし、サファイアは非常に硬く、化学的に耐性があり、さらに自然劈開角を有しな
いので、サファイア基板はダイシングし難い。実際、ダイシングするには、一般に、機械
研削、研磨、および／またはバフ研磨によって、サファイア基板を約１００ミクロンまで
薄くすることが必要である。留意すべきことであるが、そのような機械的なステップは時
間と費用がかかり、さらにそのようなステップでデバイス歩留りが低下する。薄くした後
でも、サファイアは依然としてダイシングするのが困難である。したがって、薄くしバフ
研磨した後で、通常、サファイア基板は支持テープに貼り付けられる。そして、ダイアモ
ンド鋸または針で、けがき線を個々のデバイスの間に形成する。そのようなけがきでは、
一般に、１つの基板を処理するのに少なくとも３０分かかり、さらにいっそう製造コスト
が高くなる。その上、けがき線は、その後でダイシングができるように比較的広くなけれ
ばならないので、デバイス歩留りが下がり、さらにいっそう製造コストが高くなる。けが
きの後で、サファイア基板は、個々の半導体デバイスをダイシングする応力クラックを生
成するようにナイフの刃が当てられるか、ゴムローラを使用して圧延される。この機械加
工で、歩留りはさらにいっそう下がる。
【０００９】
注目すべきことには、サファイアは絶縁物であるので、サファイア基板（または、他の
絶縁基板）を使用するとき利用できるＬＥＤデバイス形態は、実際には、横方向と縦方向
の形態に限られている。横形では、電流をＬＥＤに注入するために使用される金属電気コ
ンタクトは、両方とも上面（或いは基板の同じ側）にある。縦形では、一方の金属コンタ
クトが上面にあり、サファイア（絶縁）基板が除去され、他方のコンタクトは下面に位置
する。
【００１０】
図１Ａおよび１Ｂは、サファイア基板２２に作られた代表的なＧａＮをベースにした横
方向ＬＥＤ２０を示す。ここで特に図１Ａを参照すると、ｎ−ＧａＮバッファ層２４が基
板２２上に形成される。比較的厚いｎ−ＧａＮ層２６がバッファ層２４の上に形成される
。それから、アルミニウム−インジウム−窒化ガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）またはＩｎＧ
ａＮ／ＧａＮの複数の量子井戸を有する能動層２８が、ｎ型ＧａＮ層２６の上に形成され
る。そして、ｐ−ＧａＮ層３０が能動層２６上に形成される。それから、透明導電層３２
がｐ−ＧａＮ層３０の上に形成される。透明導電層３２は、Ｒｕ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕまた
はインジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）のような任意の適切な材料で作ることができる。それ
から、ｐ型電極３４が、透明導電層３２の１つの面に形成される。適切なｐ型電極材料に
は、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／ＮｉおよびＰｔがある。次に、パッド３６が、ｐ型
電極３４の上に形成される。有利には、パッド３６はＡｕである。透明導電層３２、ｐ−
ＧａＮ層３０、能動層２８およびｎ−ＧａＮ層２６の一部が、段状部を形成するようにエ
ッチングされる。ＧａＮをウェットエッチングすることが困難なために、通常ドライエッ
チングが使用される。このエッチングには、追加のリソグラフィプロセスおよび剥離プロ
セスが必要である。さらに、多くの場合、ドライエッチングプロセス中に、ＧａＮ段状部
表面にプラズマ損傷を受ける。段状部にｎ電極パッド３８（通常、Ａｕ）およびパッド４
０を形成して、ＬＥＤ２０が完成する。
【００１１】
図１Ｂは、ＬＥＤ２０の上面図を示す。図から分かるように、両方の金属コンタクト（
３６と４０）がＬＥＤの同じ側にあることで光の放射に使用できる表面積がかなり少なく
なる点で、ＧａＮをベースにした横方向ＬＥＤは、大きな欠点を有する。図１Ｂに示すよ
うに、金属コンタクト３６および４０は物理的に互いに接近している。さらに、前に言及
したように、パッド３６は、多くの場合にＡｕである。外部ワイヤボンドがパッド３６お
よび４０に取り付けられるとき、Ａｕは広がることが多い。Ａｕの広がりで、電気コンタ
クトは互いにさらにいっそう近くなる。そのような接近して配置された電極３４は、ＥＳ
Ｄの損傷を非常に受けやすい。
【００１２】
図２Ａおよび２Ｂは、サファイア基板の上に形成され、そのサファイア基板が実質的に
除去されたＧａＮをベースにした縦方向ＬＥＤ５０を示す。ここで特に図２Ａを参照して
、ＬＥＤ５０は、底部側にｎ金属コンタクト５６を有しもう一方の側に比較的厚いｎ−Ｇ
ａＮ層５８を有するＧａＮバッファ層５４を含む。ｎ金属コンタクト５６は、有利には、
例えばＡｕを含む高導電率金属が上に横たわる高反射率層で形成される。複数の量子井戸
を有する能動層６０が、ｎ型ＧａＮ層５８の上に形成され、ｐ−ＧａＮ層６２が能動層６
０の上に形成される。それから、透明導電層６４がｐ−ＧａＮ層６２の上に形成され、ｐ
型電極６６が透明導電層６４の上に形成される。パッド６８がｐ型電極６６の上に形成さ
れる。様々な層の材料は、横方向ＬＥＤ２０で使用されたものと同様である。ＧａＮをベ
ースにした縦方向ＬＥＤ５０は、段状部をエッチングする必要がないという有利な点を有
する。しかし、ｎ金属コンタクト５６をＧａＮバッファ層５４の下に位置づけするために
、サファイア基板（図示しない）が除去されなければならない。そのような除去は、特に
デバイス歩留りが関心事である場合、困難であることがある。しかし、後で議論するよう
に、レーザリフトオフを使用するサファイア基板除去が知られている。
【００１３】
ここで図２Ｂを参照して、ＧａＮをベースにした縦方向ＬＥＤは、１つの金属コンタク
ト（６８）だけが光を妨げるという有利な点を有する。したがって、同じ量の光放射面積
を与えるために、ＧａＮをベースにした横方向ＬＥＤは、より大きな表面積を持たなけれ
ばならず、これによってデバイス歩留りが低くなる。さらに、ＧａＮをベースにした縦方
向ＬＥＤのｎ型コンタクト５６の反射層は、そうでなければＧａＮをベースにした横方向
ＬＥＤで吸収される光を反射する。したがって、ＧａＮをベースにした縦方向ＬＥＤと同
じ量の光を放射するために、ＧａＮをベースにした横方向ＬＥＤは、かなりより大きな表
面積を有しなければならない。これらの問題のために、直径２”のサファイアウェーハで
、約３５，０００個のＧａＮをベースにした縦方向ＬＥＤを作ることができるが、約１２
，０００個のＧａＮをベースにした横方向ＬＥＤを作ることができるだけである。さらに
、主に、２つの電極（３６と４０）がそんなに互いに接近しているために、横形は、静電
気に対していっそう弱い。その上、横形は絶縁基板上に製作されるので、また縦形はヒー
トシンクに取り付けることができるので、横形は熱放散が比較的悪い。したがって、多く
の点で、縦形が動作的に横形よりも優っている。
【００１４】
しかし、大抵のＧａＮをベースにしたＬＥＤは横形である。これは、絶縁基板を除去す
ること、および支持基板のない状態でＧａＮウェーハを取り扱うことが難しいためである
。これらの問題にもかかわらず、絶縁（成長）基板を除去し、さらにＰｄ／Ｉｎ金属層を
使用して、結果として得られたＧａＮをベースにしたウェーハを、後でＳｉ基板上にウェ
ーハボンディングすることが、ほぼ１ｃｍ×１ｃｍの非常に小さな面積のウェーハで実証
された。しかし、大面積ウェーハの基板除去およびその後のウェーハボンディングは、Ｇ
ａＮウェーハと第２の（代替え）基板の間の不均一なボンディングのために、非常に困難
なままで残っている。これは、主に、レーザリフトオフ中およびその後のウェーハ湾曲の
ためである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、縦形態のデバイスの新規な製造方法が有益であることは明らかである。特
に、ウェーハ層の機械的な安定性を可能にし、縦形態の電気コンタクトの形成を可能にし
、かつ熱放散を向上させる方法が、特にレーザダイオードまたは大パワーＬＥＤのような
大電流注入を受けるデバイスにとって、非常に有用である。有利には、このような方法に
よって、絶縁基板上に複数の半導体層を形成し、上部電気コンタクトと構造的な安定を可
能にする上部支持金属層を加え、絶縁基板を除去することが可能である。特に有益なのは
、サファイア（又はその他絶縁）基板上に半導体装置を部分的に形成し、部分的に製造さ
れた半導体層の上に上部支持金属層を加え、サファイア（又はその他絶縁）基板を除去し
、下部電気コンタクトを形成し、及び上部支持金属層をダイシングして複数のデバイスを
つくる新規の方法である。特に有益なのは、ＧａＮをベースにした縦形態のデバイスを製
造するための製造工程である。
【００１６】
本発明の次の要約は、本発明に固有の革新的な特徴のいくつかの理解を容易にするため
に与えられ、完全な記述であるように意図されていない。本発明の様々な態様の完全な評
価は、全仕様書、特許請求の範囲、図面および要約を全体的に見て解釈することで得るこ
とができる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の原理は、最初に絶縁基板上に半導体層を形成し、次いで半導体層上に金属層を
形成し、続いてこの絶縁基板を除去し、形成された半導体層及び金属層から構成される構
造的に支持されたウェーハを分離することにより、絶縁基板上に半導体デバイスを製作す
る方法を可能にする。金属層が半導体層を支持することにより、曲がり及び／又はその他
損傷が防止され、電気コンタクトが可能となる。有利には、金属層は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ
、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、又はＡｌ等の金属を含むか、或いは窒化チタン等
の材料を含む金属を含む。金属層の形成は、電気メッキ、弱電気メッキ、ＣＶＤ、又はス
パッタリング等の様々な方法により可能である。その後、半導体層に基部電気コンタクト
を加え、その結果得られた構造から個々の半導体装置をダイシングすることができる。
【００１８】
本発明の原理は、さらに、金属支持膜を使用し、その後の工程で絶縁基板を除去するこ
とによる、絶縁基板上にＧａＮをベースにした縦方向デバイスを製作する方法を可能にす
る。この方法に従って、ＧａＮをベースにしたデバイスの半導体層は、通常の半導体製作
技術を使用して、絶縁（サファイア）基板上に形成される。それから、半導体層を通して
、個々のデバイスの境界を画定するトレンチが形成される。これらトレンチは絶縁基板中
に形成してもよい。有利には、トレンチは、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（
ＩＣＰＲＩＥ）を使用して製作される。それから、トレンチを容易に除去することができ
る層（例えばフォトレジスト）で満たす。次いで金属支持構造を半導体層上に形成する。
有利には、金属支持構造は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、又
はＡｌ等の金属か、或いは窒化チタン等の金属含有材料を含む。金属支持構造の形成は、
例えば電気メッキ、弱電メッキ、ＣＶＤ又はスパッタリング等、様々な方法で行うことが
できる。その後、有利にはレーザリフトオフプロセスを使用して絶縁基板を除去する。次
いで、電気コンタクト、不活性化層、及び金属パッドを個々のデバイスに加え、その後個
々のデバイスをダイシングする。
【００１９】
本発明の原理は、特に、ＧａＮをベースにした縦形ＬＥＤをサファイア基板上に製作す
る方法を可能にする。この方法に従って、ＧａＮをベースにした縦形ＬＥＤ用の半導体層
が、通常の半導体製作技術を使用して、サファイア基板上に形成される。それから、個々
のＧａＮをベースにした縦形ＬＥＤの境界を画定するトレンチが、半導体層を通して形成
される。これらトレンチはサファイア基板中に形成することもできる。トレンチは、有利
には、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰＲＩＥ）を使用して製作される
。有利には、トレンチは、ＩＣＰＲＩＥを使用して形成される。次いで、有利には、トレ
ンチは容易に除去することができる層（例えばフォトレジスト）で満たされる。次いで金
属支持構造を半導体層上に形成する。有利には、金属支持構造は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、又はＡｌ等の金属か、或いは窒化チタン等の金属含有
材料を含む。金属支持構造の形成は、例えば電気メッキ、弱電メッキ、ＣＶＤ又はスパッ
タリング等、様々な方法で行うことができる。その後、有利にはレーザリフトオフプロセ
スを使用してサファイア基板を除去する。次いで、電気コンタクト、不活性化層、及び金
属パッドを個々のＬＥＤに加え、その後個々のＬＥＤをダイシングする。
【００２０】
本発明の新規な特徴は、本発明の次の詳細な説明を考察するときに当業者には明らかに
なるであろうし、または本発明を実施することで習得することができる。しかし、理解す
べきであるが、本発明の詳細な説明および示される特定の例は、本発明のある特定の実施
例を示すが、例示の目的だけのために提供される。というのは、本発明の詳細な説明およ
び後に続く特許請求の範囲から、本発明の精神および範囲内で、様々な変化および修正が
当業者には明らかになるからである。
【００２１】
異なる図全体を通して同様な参照数字が同一または機能的に類似の要素を参照し、さら
に本明細書に組み込まれその一部を形成する添付の図は、本発明をさらに例示し、本発明
の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】代表的なＧａＮをベースにした横形ＬＥＤを示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示すＧａＮをベースにしたＬＥＤを示す上面図である。
【図２Ａ】代表的なＧａＮをベースにした縦形ＬＥＤを示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すＧａＮをベースにしたＬＥＤを示す上面図である。
【図３】本発明の原理に従った発光ダイオードを形成するステップを示す図である。
【図４】本発明の原理に従った発光ダイオードを形成するステップを示す図である。
【図５】本発明の原理に従った発光ダイオードを形成するステップを示す図である。
【図６】本発明の原理に従った発光ダイオードを形成するステップを示す図である。
【図７】本発明の原理に従った発光ダイオードを形成するステップを示す図である。
【図８】本発明の原理に従った発光ダイオードを形成するステップを示す図である。
【図９】本発明の原理に従った発光ダイオードを形成するステップを示す図である。
【図１０】本発明の原理に従った発光ダイオードを形成するステップを示す図である。
【図１１】本発明の原理に従った発光ダイオードを形成するステップを示す図である。
【図１２】本発明の原理に従った発光ダイオードを形成するステップを示す図である。
【図１３】本発明の原理に従った発光ダイオードを形成するステップを示す図である。
【図１４】本発明の原理に従った発光ダイオードを形成するステップを示す図である。
【図１５】本発明の原理に従った発光ダイオードを形成するステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の原理は、金属支持膜を使用して、ＧａＮをベースにした縦方向ＬＥＤ等の半導
体装置を、をサファイア基板等の絶縁基板上に作る方法を可能にする。その原理は、Ｇａ
Ｎをベースにした縦形ＬＥＤをサファイア基板上に製作する方法についての詳細な説明で
例示するが、その原理はここに例示される方法よりも広い。したがって、本発明の原理は
、米国特許法の下で理解されているように、添付の特許請求の範囲によってのみ制限され
るべきである。
【００２４】
図３〜１５は、サファイア基板上に、ＧａＮをベースにした縦形発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）を製造する方法を例示する。サファイア基板は、適切なサイズで容易に入手すること
ができ、熱的、化学的、さらに機械的に安定しており、比較的安価で、質の良いＧａＮエ
ピタキシャル層の成長を支援する。添付図面の縮尺は正確でないことを理解されたい。
【００２５】
図３に示すように、まず、ＧａＮをベースにしたＬＥＤの層構造が、厚さが３３０〜４
３０ミクロンで直径が２”（０００１）のサファイア基板１２２上に形成される。ＧａＮ
をベースにしたＬＥＤの層構造は、ｎ−ＧａＮ緩衝層１２４、緩衝層１２４上のＩｎＧａ
Ｎ／ＧａＮ能動層１２６（好ましくは青色光を放射する適切な組成を有する）、及び能動
層１２６上のｐ−ＧａＮコンタクト層１２８を含む。
【００２６】
さらに図３に示すように、緩衝層１２４は、有利には、基板上に直接形成されたドープ
処理していない２μｍのＧａＮ層、及び厚さ１μｍの、シリコンでドープ処理したｎ型Ｇ
ａＮ層の両方を含む。ｐ−ＧａＮコンタクト層１２８は有利には約０．０５μｍの厚さで
、Ｍｇでドープ処理されている。全体で、ＧａＮをベースにしたＬＥＤの層構造は、有利
には、厚さが５ミクロンより薄い。気相エピタキシ、ＭＯＣＶＤ、およびＭＢＥのような
様々な標準エピタキシャル成長技術を、適切なドーパントおよび他の材料と共に使用して
、ＧａＮをベースにしたＬＥＤの層構造を製作することができる。
【００２７】
図４に示すように、ＧａＮをベースにした縦形ＬＥＤの層構造を通してトレンチ１３０
が形成される。トレンチ１３０は、サファイア基板１２２中に延びていてもよい。トレン
チ１３０は、製作される個々のＬＥＤ半導体構造を画定する。各個々のＬＥＤ半導体構造
は、有利には、幅が約２００ミクロンの正方形である。トレンチ１３０は、有利には、幅
が約１０ミクロンより小さく（好ましくは１ミクロン）、かつサファイア基板１２２中に
約５ミクロンよりも深く延びている。トレンチ１３０は基板のチップ分離工程を補助する
。
【００２８】
サファイアおよびＧａＮが硬いために、トレンチ１３０は、有利には、反応性イオンエ
ッチング、好ましくは誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ  ＲＩＥ）を使
用して図３の構造に形成される。ＩＣＰ  ＲＩＥを使用するトレンチの形成には、けがき
線の形成とエッチングの２つの主要なステップがある。けがき線は、フォトレジストパタ
ーンを使用して図３の構造に形成され、このパターンで、トレンチ１３０を形成すべきサ
ファイア基板１２２の部分が露出される。露出部分がけがき線であり、他の全ての部分は
フォトレジストで覆われている。フォトレジストパターンは、有利には、強力なプラズマ
に耐える比較的硬いフォトレジスト材料で作られる。例えば、フォトレジストはＡＺ９２
６０でもよいし、けがき線を形成するようにフォトレジストを現像するために現像液はＡ
Ｚ  ＭＩＦ５００でもよい。
【００２９】
例示の例では、フォトレジストは、有利には、約１０ミクロンの厚さに回転塗布される
。しかし、一般に、フォトレジストの厚さは、ＧａＮをベースにした縦形ＬＥＤの層構造
１２０の厚さとサファイア基板１２２中のエッチング深さとを加えたものとほぼ同じであ
るべきである。このことは、エッチング中にフォトレジストマスクが依然として完全な状
態のままであることを保証するのに役立つ。一ステップで、厚いフォトレジスト塗膜を形
成することは難しいので、フォトレジストは、各々約５ミクロン厚さの２回塗りで塗布さ
れる。第１のフォトレジスト塗膜が、回転塗布され、それから９０°Ｆで約１５分間ソフ
トベーキングされる。それから、第２のフォトレジスト塗膜が同様なやり方で塗られるが
、例えば１１０°Ｆで約８分間ソフトベーキングされる。そして、フォトレジスト塗膜は
、けがき線を形成するようにパターン形成される。これは、有利には、リソグラフィ技術
および現像を使用して行なわれる。フォトレジスト塗膜の厚さのために、現像には比較的
長い時間がかかる。現像後、フォトレジストパターンは、例えば、約８０°Ｆで約３０分
間ハードベーキングされる。それから、ハードベーキングされたフォトレジストは、有利
には、約３．５分間ＭＣＢ（金属クロロベンゼン）処理剤に浸漬される。そのような浸漬
でフォトレジストはさらに硬くなる。
【００３０】
けがき線が画定された後で、図３の構造はエッチングされる。ここで図５を参照して、
ＩＣＰ  ＲＩＥエッチングプロセスは、絶縁性の窓１３６（有利には、厚さ１ｃｍの石英
窓）を有するＲＩＥチャンバ１３４内の下部電極１３２の上に、図３の構造を置いて行な
われる。下部電極１３２は、エッチングを可能にするように図３の構造をバイアスするバ
イアス電圧源１３８に接続されている。バイアス電圧源１３８は、有利には、１３．５６
ＭＨｚのＲＦパワーおよび直流バイアス電圧を供給する。絶縁性窓１３６から下部電極１
３２までの距離は、有利には、約６．５ｃｍである。Ｃｌ２とＢＣｌ３および場合によっ
てはＡｒのガス混合物が、反応ガスポート１４０を通して、ＲＩＥチャンバ１３４中に注
入される。さらに、電子がポート１４２を介してチャンバ中に注入される。２．５巻きま
たはその程度の渦巻き状のＣｕコイル１４４が絶縁性窓１３６の上に位置づけされる。１
３．５６ＭＨｚの無線周波（ＲＦ）パワーが、ＲＦ電源１４６からコイル１４４に加えら
れる。留意すべきことであるが、ＲＦパワーによって、磁界が絶縁性窓１３６に対して直
角に生成される。
【００３１】
さらに図５を参照して、コイル１４４で生成される磁界中に存在する電子が、注入され
たガスの中性粒子と衝突して、結果として、イオンおよび中性物を形成するようになり、
これがプラズマを生成する。プラズマ中のイオンは、バイアス電圧源１３８によって下部
電極１３２に加えられたバイアス電圧で、図３の構造の方に向かって加速される。加速さ
れたイオンは、けがき線を通過して、エッチング溝１３０を形成する（図４を参照された
い）。
【００３２】
図６に示すように、トレンチ１３０が形成された後で、薄いｐ−コンタクト１５０が、
ＧａＮをベースにしたＬＥＤの層構造の個々のＬＥＤ半導体構造の上に形成される。これ
らのコンタクト１５０は、有利には、Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｒｕ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ
、Ｃｒ／Ａｕ、またはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）／Ａｕで構成され、１０ｎｍよりも
薄い。このようなコンタクトは、真空蒸着装置（電子ビーム、熱、スパッタ）を用いて形
成した後中程度の温度（約３００〜７００℃）で熱アニーリングすることができる。
【００３３】
図７に示すように、コンタクト１５０が形成された後、トレンチ１３０を容易に除去す
ることができる材料（有利にはフォトレジスト）で満たし、ポスト１５４を形成する。
【００３４】
図８に示すように、ポスト１５４を形成した後、約５０μｍの金属支持層１５６が支柱
１５４及びｐ−コンタクト１５０を覆うように形成される。ポスト１５４は、金属支持層
１５６を形成する金属がトレンチの中に入ることを防止する。金属支持層１５６は有利に
は導電率及び熱伝導率が良好で、電気メッキ、弱電メッキ、ＣＶＤ、又はスパッタリング
等により容易に形成できる金属からなる。電気メッキ又は弱電メッキの前に、表面をスパ
ッタリング等により適切な金属でコートすることが有利である。例えば、金属支持層１５
６はＣｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、又はＡｌとすることができ
る。或いは、金属支持層１５６は窒化チタン等の金属含有材料から構成してもよい。
【００３５】
次いで図９に示すように、エキサイマ層（波長３５０ナノメートル未満）からの光１５
８を使用しながら残りの構造から離れる方向へとサファイア基板に（真空チャックを用い
るなどして）バイアスを掛けることにより、サファイア基板１２２を残りの構造から取り
除く。レーザビーム１５８がサファイア基板１２２を通過し、サファイア基板１２２とｎ
−ＧａＮ緩衝層１２４の結合部を局所的に加熱する。この熱によりサファイア基板の境界
においてＧａＮが分解し、バイアスが加わることで、サファイア基板１２２が分離する（
図１０参照）。有利には、レーザリフトオフの間、構造の反対側を真空チャックで保持す
る。これにより分離のバイアスを加えるのが容易になる。
【００３６】
レーザリフトオフプロセスは、２０００年６月６日に発行された「Ｓｅｐａｒａｔｉｏ
ｎ  ｏｆ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ  Ｆｒｏｍ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｓｕｂｓｔｒａ
ｔｅｓ  Ｂｙ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」という表
題のＣｈｅｕｎｇその他の米国特許６，０７１，７９５号およびＫｅｌｌｙ等による「Ｏ
ｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｌｉｆｔｏｆｆ  ｏｆ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ−
ｎｉｔｒｉｄｅ  ｆｉｌｍｓ」、Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ（ａ）  
ｖｏｌ．１５９、１９９７年、Ｒ３〜Ｒ４頁に記載されている。有利には、サファイア基
板の分離の間及びその後、金属支持層１５６が個々のＬＥＤ半導体構造を完全に支持する
。
【００３７】
さらに図１０に示すように、次いでポスト１５４を除去し、トレンチ１３０を残す。
【００３８】
ここで図１１に示すように、図１０の構造を逆さまにする。次いで、金属支持層１５６
の反対側をＨＣｌで洗浄し、Ｇａの液滴を除去する（レーザビーム１５８による加熱によ
りＧａＮがＧａ＋Ｎに分離する）。洗浄後、（Ｃｌ２及び／又はＣｌ２＋ＢＣｌ３を用い
て）ＩＣＰ  ＲＩＥ研磨を行い、（サファイア基板を分離したために粗い）露出面を平滑
化する。研磨により、純粋なｎ−ＧａＮの原子的に平坦な表面がｎ−ＧａＮ緩衝層１２４
上に生成される。
【００３９】
ここで図１２に示すように、通常の半導体処理技術を用いてｎ−ＧａＮ緩衝層１２４上
にｎ型オームコンタクト１６０が形成される。有利には、ｎ型オームコンタクト１６０は
Ｔｉ／Ａｌ関連材料からなる。
【００４０】
ここで図１３に示すように、後の処理から半導体層を保護するために、ｎ型オームコン
タクト１６０上とトレンチ１３０内に不活性層１６２が形成される。ＳｉＯ２又はＳｉ３
Ｎ４からなる電気的絶縁物が適切な不活性層の材料である。また、図示するように、不活
性層１６２はｎ型オームコンタクト１６０の上部表面部分が露出するようにパターン化さ
れる。
【００４１】
ここで図１４に示すように、不活性層１６２を形成した後、金属パッド１６４をｎ型オ
ームコンタクト１６０上に形成する。図１４に示すように、金属パッド１６４は不活性層
１６２の一部を覆うように配置される。金属パッド１６４は有利にはＣｒ及びＡｕからな
る。
【００４２】
金属パッド１６４を形成した後、個々のデバイスをダイシングすることができる。図１
５に示すように、有利には、ダイシングは、写真平版技術を使用して、金属支持層１５６
を通して不活性層１６２の下部を(トレンチ１３０の底で)エッチングし、不活性層１６２
を除去することにより実行される。或いは、のこ引きにより行ってもよい。実際には、約
０℃未満でのこ引きを行う方がよいと思われる。これにより、縦型ＧａＮ  ＬＥＤ１９９
が導電基板上に形成される。
【００４３】
上述にトレンチ１３０の形成とそれに続くサファイア基板１２２のレーザリフトオフを
記載したが、これは必須ではない。最初にサファイア基板１２２を除去し、その後トレン
チ１３０を形成してもよい。
【００４４】
本明細書で明らかにされた実施例および例は、本発明および本発明の実際の応用を最良
に説明するように、またそれによって当業者が本発明を作りまた使用することができるよ
うに示した。しかし、当業者は認めるであろうが、前述の説明および例は、例示および例
だけの目的で示した。本発明の他の変形物および修正物は当業者には明らかであろう。さ
らに、そのような変形物および修正物を含むことは、添付の特許請求の範囲の意図である
。明らかにされたような説明は、網羅的である意図でなく、または本発明の範囲を制限す
る意図でない。次の特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなく、上述の教示
を考慮して多くの修正物および変形物が可能である。本発明の使用は異なる特性を有する
部品を伴うことができることは予期している。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に
よって定義される意図であり、全ての点で同等物を十分に認識している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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