(57)【要約】発光ダイオードを製造するためのシステム及び方法は、キャリア基板の上方に多層エピタキシャル構造を形成する工程と、前記多層エピタキシャル構造の上方に少なくとも１つの金属層を成膜する工程と、前記キャリア基板を除去する工程と、を含む。
2008537318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードの製造方法であって、
キャリア基板の上方に多層エピタキシャル構造を形成する工程と、
前記多層エピタキシャル構造の少なくとも一部の上方にパッシベーション層を形成する工程と、
前記多層エピタキシャル構造及び前記パッシベーション層の上方に少なくとも１つの金属基板の金属層を成膜する工程と、
前記キャリア基板を除去する工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記キャリア基板は、サファイアを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記金属層を成膜する工程は、電解成膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの金属層を成膜する工程は、１つ以上の無電解成膜がその後に続いて行われる１つのシード金属層を成膜する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記金属層を成膜する工程は、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、原子層成長（ＡＬＤ）、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、蒸着及びプラズマ溶射のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
発光ダイオードの製造方法であって、
キャリア基板を準備する工程と、
前記キャリア基板の上方に多層エピタキシャル構造を成膜する工程と、
前記多層エピタキシャル構造の上方に１つ以上の第１の金属層を成膜する工程と、
エッチングによって前記多層エピタキシャル構造内に１つ以上のメサを画定する工程と、
少なくとも前記メサの一部を含む前記多層エピタキシャル構造の上方に１つ以上の非導電層を形成する工程と、
前記非導電層の一部を除去する工程と、
前記非導電層の残った一部の上方に金属基板を形成するために１つ以上の第２の金属層を成膜する工程と、
前記キャリア基板を除去する工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項７】
前記キャリア基板は、サファイア、シリコンカーバイド、ＺｎＯ、シリコン及びガリウムヒ素のうちの１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記多層エピタキシャル構造は、
ｎ型のＧａＮ又はＡｌＧａＮ層と、
ＩｎＧａＮ／ＧａＮ層を含む１つ以上の量子井戸と、
ｐ型のＧａＮ又はＡｌＧａＮ層と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項９】
前記多層エピタキシャル構造の上方の前記第２の金属層は、インジウムスズ酸化物(ＩＴＯ)、銀、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、高融点金属又はその合金であることを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記多層エピタキシャル構造と前記第１の金属層との間に、ドーピングされた半導体層を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１１】
ポリマー及びハードマスクの少なくとも一方をエッチングのために用いて、前記メサが画定されることを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記非導電層は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ダイヤモンドライク膜、非導電金属酸化物元素、セラミック元素のうちの１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記非導電層の一部を除去する工程は、前記第１の金属層のうちの１つを露出するためのリフトオフ、ウェットエッチング又はドライエッチングを含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記第１、第２の金属層を成膜する工程は、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ気相成長（ＰＥＣＶＤ）、蒸着、イオンビーム成膜、電解成膜、無電解成膜、プラズマ溶射又はインクジェット成膜を含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記第１、第２の金属層を成膜する工程は、電子ビーム成膜を含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記第２の金属層のうちの１つは、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、窒化タンタル上の銅、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）又は金属合金を含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記第２の金属層を成膜する工程は、シード金属層を成膜する工程と、電解メッキ又は無電解メッキによって前記シード金属層の上方に１つ以上の付加的な金属層を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記シード金属層は、銅、タングステン、金、ニッケル、クロム、パラジウム、白金又はその合金を含むことを特徴とする請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記付加的な金属層のうちの１つは、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）又はその合金を含むことを特徴とする請求項１７に記載の製造方法。    
【請求項２０】
前記非導電層の少なくとも１つは、パッシベーション層であることを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記パッシベーション層は、非導電性の金属酸化物（酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化タンタル）、二酸化シリコン、窒化シリコン又はポリマー材料を含むことを特徴とする請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２２】
ウェットエッチング、化学機械研磨（ＣＭＰ）又はドライエッチングを用いて、前記パッシベーション層の一部を除去する工程を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項２３】
前記第２の金属層の上方に最後の金属を成膜する工程を更に含み、前記最後の金属は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、亜鉛（Ｚｎ）又はこれらの合金のうちの１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項２４】
レーザー、化学機械研磨（ＣＭＰ）、ウェットエッチング、注入の少なくとも１つを含む前記キャリア基板を除去する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項２５】
発光ダイオードの製造方法であって、
キャリア基板を準備する工程と、
前記キャリア基板の上方に多層エピタキシャル構造を成膜する工程と、
エッチングを用いて前記多層エピタキシャル構造内に１つ以上のメサを画定する工程と、
前記メサの少なくとも一部を含む前記多層エピタキシャル構造の上方に１つ以上の非導電層を形成する工程と、
前記非導電層の一部を除去する工程と、
金属基板を形成するために前記非導電層の残りの一部の上方に１つ以上の金属層を成膜する工程と、
前記キャリア基板を除去する工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項２６】
前記キャリア基板は、サファイアを含むことを特徴とする請求項２５に記載の製造方法。
【請求項２７】
ポリマー及びハードマスクの少なくとも一方をエッチングのために用いて、前記メサが画定されることを特徴とする請求項２５に記載の製造方法。
【請求項２８】
前記非導電層の少なくとも１つは、パッシベーション層であることを特徴とする請求項２５に記載の製造方法。
【請求項２９】
前記パッシベーション層は、非導電性の金属酸化物、二酸化シリコン、窒化シリコン及びポリマー材料のうちの１つを含むことを特徴とする請求項２８に記載の製造方法。
【請求項３０】
前記非導電層の一部を除去する工程は、ウェットエッチング、化学機械研磨（ＣＭＰ）及びドライエッチングの少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項２５に記載の製造方法。
【請求項３１】
前記金属層を成膜する工程は、銅、タングステン、金、ニッケル、クロム、パラジウム、白金及びその合金のうちの１つを含むシード層の上部に、付加的な金属層を電解メッキ又は無電解メッキすることを含むことを特徴とする請求項２５に記載の製造方法。
【請求項３２】
前記シード層は、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ気相成長（ＰＥＣＶＤ）、蒸着、イオンビーム成膜のうちの１つを用いて成膜されたＡｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｃｒを含むミラー層の上部に形成されることを特徴とする請求項３１に記載の製造方法。
【請求項３３】
前記１つ以上の金属層を成膜する工程は、前記シード金属層の上方に付加的な金属層を成膜する工程を含むことを特徴とする請求項２５に記載の製造方法。
【請求項３４】
レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）技術を用いる工程を含んで前記キャリア基板を除去することを特徴とする請求項２５に記載の製造方法。
【請求項３５】
ドライエッチング、化学的除去技術又は化学機械的除去技術の少なくとも１つを含んで前記キャリア基板を除去することを特徴とする請求項２５に記載の製造方法。
【請求項３６】
発光ダイオードの製造方法であって、
キャリア基板を準備する工程と、
ｐ型ノード、多重量子井戸（ＭＱＷ）及びｎ型ノードを有する多層エピタキシャル構造を成膜する工程と、
前記ｐ型ノードに電気的に結合される前記多層エピタキシャル構造の上方に１つ以上の第１の金属層を成膜する工程と、
エッチングを用いて前記多層エピタキシャル構造内に１つ以上のメサを画定する工程と、
前記メサの少なくとも一部を含む前記多層エピタキシャル構造の上方に１つ以上の非導電層を形成する工程と、
前記非導電層の一部を除去する工程と、
前記第１の金属層のうちの１つに電気的に結合された１つ以上の第２の金属層であって、金属基板を形成するために前記ｎ型ノード及びＭＱＷから電気的に絶縁された１つ以上の第２の金属層を前記非導電層の残りの一部の上方に成膜する工程と、
前記キャリア基板を除去する工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項３７】
ｎ型ＧａＮが上方にある発光ダイオード（ＬＥＤ）ウエハの製造方法であって、
キャリア基板を準備する工程と、
前記キャリア基板の上方にｎ型ＧａＮ部を成膜する工程と、
前記ｎ型ＧａＮ部の上方に１つ以上の活性層を成膜する工程と、
前記活性層の上方にｐ型ＧａＮ部を成膜する工程と、
前記ｐ型ＧａＮ部の上方に１つ以上の第１の金属層を成膜する工程と、
前記第１の金属層の上方にマスク層を適用する工程と、
前記第１の金属層、前記ｐ型ＧａＮ層、前記活性層及び前記ｎ型ＧａＮ層を前記マスク層に従ってエッチングする工程と、
前記マスク層を除去する工程と、
前記第１の金属層、前記ｐ型ＧａＮ層、前記活性層及び前記ｎ型ＧａＮ層の残りの一部の上方にパッシベーション層を成膜する工程と、
前記第１の金属の残りの一部を露出するために前記パッシベーション層の一部を除去する工程と、
金属基板を形成するために１つ以上の第２の金属層を成膜する工程と、
前記キャリア基板を除去して、前記ｎ型ＧａＮの一部を露出する工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項３８】
前記ｎ型ＧａＮが上方にあるＬＥＤウエハは、実質的に滑らかで平らであることを特徴とする請求項３７に記載の製造方法。
【請求項３９】
前記ｎ型ＧａＮが上方にあるＬＥＤウエハは、１００００オングストローム未満の表面粗さを有することを特徴とする請求項３８に記載の製造方法。
【請求項４０】
前記キャリア基板は、サファイアであることを特徴とする請求項３７に記載の製造方法。
【請求項４１】
前記金属基板を形成するために前記第２の金属層を成膜する工程は、電解メッキ、無電解メッキ、スパッタリング、化学気相成長、電子ビーム蒸着、熱溶射の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３７に記載の製造方法。
【請求項４２】
前記金属基板は、金属又は銅、ニッケル、アルミニウム、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗの少なくとも１つを含む金属合金であることを特徴とする請求項３７に記載の製造方法。
【請求項４３】
前記キャリア基板を除去する工程は、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）、ウェットエッチング、化学機械研磨（ＣＭＰ）の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、発光ダイオード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤｓ）は、我々の日常生活でますます重要な役割を果たしている。これまで、ＬＥＤは、通信等の多くのアプリケーションや、携帯電話及び他の電子装置等の他の分野の至る所に使われている。近年、オプトエレクトロニクス用の窒化物をベースにした半導体材料（例えば、窒化ガリウム又はＧａＮを含む）の需要が、ビデオディスプレイ、光学記憶装置、照明、医療機器等のアプリケーションに対して急激に増加している。
【０００３】
従来の青色発光ダイオード（ＬＥＤｓ）は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等の窒化物の半導体材料を用いて形成されている。上述のタイプの発光デバイスの半導体層の多くは、電気的に非導電性のサファイア基板上にエピタキシャルに形成される。サファイア基板は、電気的な絶縁体であるため、サファイア基板上に直接電極を形成し、ＬＥＤを通して電流を駆動することはできない。むしろ、電極は、ＬＥＤデバイスの製造を完成するために、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とをそれぞれ直接接続する。しかしながら、電極のそのような構成、及びサファイア基板の電気的に非導電性であるという性質は、デバイス動作に対する大きな制限を表している。例えば、ｐ型電極からｎ型電極に電流を広げるためには、ｐ層の上に半透明のコンタクトが形成される必要がある。この半透明のコンタクトは、内部の反射と吸収によって、デバイスから放出される光強度を低減する。更に、ｐ型電極及びｎ型電極は、光を遮り、デバイスから光が放出される領域を低減する。さらに、サファイア基板は、断熱材（又は、熱絶縁体）であり、デバイス動作の間に発生する熱は有効に低減されることがなく、その結果、デバイスの信頼性を制限していた。
【０００４】
図１は、このような従来のＬＥＤの１つを示す図である。図１に示されるように、基板は１として表される。基板１は、通常は、サファイアでありうる。基板１の上方には、基板１とＧａＮとの間の格子不整合を低減するために、緩衝層２が形成されている。緩衝層２は、基板１の上にエピタキシャル成長されることができ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮであってもよい。次に、ｎ型ＧａＮベースの層３、多重量子井戸（ＭＱＷ）層４及びｐ型ＧａＮ層５が、順次形成される。エッチング法は、ｎ型ＧａＮベースの層３の上に露光領域６を形成するために用いられる。電気伝導性の半透明コーティングは、ｐ型ＧａＮ層５の上方に設けられる。最後に、ｎ型電極９及びｐ型電極８が、選択された電極領域の上に形成される。ｎ型電極９は、電子及び正孔をＭＱＷ活性層４にそれぞれ注入するために、ｐ型電極と同じデバイスの側面上に必要とされる。層４内の正孔及び電子の発光再結合によって、光が放出される。
【０００５】
しかしながら、この従来のＬＥＤ構造の限界は、（１）ｐ層５の上の半透明コンタクトが１００％透明ではなく、層４から放出される光を妨げうる；（２）電流がｎ型電極からｐ型電極まで広がり、電極の位置によって一定ではない；（３）サファイアが熱的及び電気的な絶縁体であるため、デバイス動作の間に熱が蓄積される。
【０００６】
利用可能な照明領域を増加させるために、縦型ＬＥＤ（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ＬＥＤｓ）が開発されている。図２に示すように、典型的な縦型ＬＥＤは、基板１０（典型的には、シリコン、ＧａＡｓ又はＧｅ）を有する。基板１０の上方には、遷移金属の多重層１２、ｐ型ＧａＮ層１４、ＭＱＷ層１６及びｎ型ＧａＮ層１８がその後に形成される。次いで、ｎ型電極２０及びｐ型電極２２が、電極として選択される領域の上に形成される。
【０００７】
米国特許出願公開第２００４／０１３５１５８号は、（ａ）サファイア基板の上に緩衝層を形成する工程と；（ｂ）前記緩衝層の上に複数のマスクを形成する工程であって、前記基板、前記緩衝層及び前記複数のマスクが共に基板ユニットを形成する工程と；（ｃ）前記複数のマスクの上に多層エピタキシャル構造を形成する工程であって、前記多層エピタキシャル構造が活性層を含み、前記多層エピタキシャル構造を取り出す工程と、(ｄ)取り出した後に前記多層エピタキシャル構造の下面と結合する残りのマスクを除去する工程と、(ｅ）前記多層エピタキシャル構造の下面の上方に金属反射部をコーティングする工程と、（ｆ）前記金属反射部に導電性基板を接合する工程と、（ｇ）前記多層構造の上面の上方にｐ型電極を、前記導電性基板の下面の上方にｎ型電極を配置する工程と、によって縦型ＬＥＤ構造を実現する１つの方法を示している。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１３５１５８号
【発明の開示】
【０００８】
１つの側面では、発光ダイオードの製造方法は、キャリア基板の上方に多層エピタキシャル構造を形成する工程と、前記多層エピタキシャル構造の上方に少なくとも１つの金属層を成膜する工程と、前記キャリア基板を除去する工程と、を含む。
【０００９】
上記の側面の実施は、以下の１つ又はそれ以上を含みうる。前記キャリア基板は、サファイアであってもよい。前記金属層の成膜は、前記基板上の構造へ前記金属層を結合すること又は接着することを含まない。前記金属層を成膜する工程は、電解成膜、無電解成膜、化学気相成長（ＣＶＤ）、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、原子層成長（ＡＬＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、蒸着若しくはプラズマ溶射又はこれらの技術の組み合わせを用いて適用されうる。前記金属層は、単層又は多層であってもよい。前記金属層が多層である場合には、異なる組成の複数の金属層が形成され、異なる技術を用いて各層が成膜されうる。実施形態では、最も厚い層が電解成膜又は無電解成膜を用いて成膜される。
【００１０】
他の側面では、発光ダイオードの製造方法は、キャリア基板を準備する工程と、多層エピタキシャル構造を成膜する工程と、前記多層エピタキシャル構造の上方に１つ以上の金属層を成膜する工程と、エッチングによって１つ以上のメサを画定する工程と、１つ以上の非導電層を形成する工程と、前記非導電層の一部を除去する工程と、少なくとも１つ以上の金属層を成膜する工程と、前記キャリア基板を除去する工程と、を含む。
【００１１】
上記の側面の実施は、以下の１つ又はそれ以上を含みうる。前記金属層は、同一又は異なる組成を有し、様々な成膜技術を用いて成膜されうる。前記キャリア基板の除去は、特に、レーザー、エッチング、研削（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）／ラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）、化学機械研磨又はウェットエッチングによってなされうる。前記キャリア基板は、サファイア、シリコンカーバイド、シリコン、ゲルマニウム、ＺｎＯ又はガリウムヒ素であってもよい。前記多層エピタキシャル構造は、ｎ型のＧａＮ層、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ層を含む１つ以上の量子井戸、ｐ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ層であってもよい。前記多層エピタキシャル構造の上方の１つ以上の前記金属層は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｔａ、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｍｏ、Ｗ、高融点金属若しくは金属合金又はこれらの混合物であってもよい。前記多層エピタキシャル構造と前記金属層との間に、随意的なドーピングされた半導体層を含んでもよい。ポリマー（例えば、レジスト）又はハードマスク（例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、アルミニウム）を用いて、前記メサが画定されうる。前記非導電層は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ダイヤモンド元素、非導電金属酸化物元素、セラミック元素又はこれらの材料の混合物であってもよい。前記非導電層は、単層であってもよいし、複数の非導電層（例えば、Ｓｉ３Ｎ４上のＳｉＯ２）を含んでもよい。１つの実施では、前記非導電層は、側壁パッシベーション層（ｓｉｄｅｗａｌｌ  ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）又はパッシベーション層である。前記非導電層の一部は、マスク層の有無にかかわらず、導体層を露出するためのリフトオフ又はドライエッチングによって除去されうる。前記導体層は、１つ以上の金属層であってもよい。前記１つ以上の金属層は、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ気相成長（ＰＥＣＶＤ）、蒸着、イオンビーム成膜、電解成膜、無電解成膜、プラズマ溶射又はインクジェット成膜で成膜されうる。前記金属層は、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅、バリアメタル材料（例えば、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、窒化タンタル）上の銅、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）又は金属合金を含みうる。電解メッキ又は無電解メッキによって１つ以上の付加的な金属層が形成されうる。前記付加的な金属層は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）又はこれらの合金であってもよい。導電性のパッシベーション（前記金属層を保護する）層が成膜されてもよく、金属、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、金、Ｐｔ、Ｐｄであってもよい。前記パッシベーション層は、非導電性の金属酸化物（酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化タンタル）、二酸化シリコン、窒化シリコン又はポリマー材料のうちの１つを含む。
【００１２】
一実施形態では、Ａｇ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｐｄ又はＡｇ／Ｃｒがミラー層として用いられ、Ｎｉが電気メッキ（ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ）のためのシード層としての金のバリアとして用いられる。前記ミラー層（例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｒ）が成膜され、次いで、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗなどの金属の電解成膜又は無電解成膜の前に、酸素を含むＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＷＮ、ＴｉＷなどのバリア層が前記ミラー層の上方に形成される。銅の電解成膜に対しては、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ又は蒸着処理を用いてシード層が成膜され、シード材料のいくつかは、特に、Ｗ、Ａｕ、Ｃｕ又はＮｉである。
【００１３】
他の発光ダイオードの製造方法は、キャリア基板を準備する工程と、多層エピタキシャル構造を成膜する工程と、前記多層エピタキシャル構造の上方に１つ以上の金属層を成膜する工程と、１つ以上のメサをエッチングする工程と、１つ以上の非導電層を形成する工程と、前記非導電層の一部を除去する工程と、１つ以上の金属層を成膜する工程と、前記キャリア基板を除去する工程と、を含む。
【００１４】
上記の方法の実施は、以下の１つ以上を含みうる。前記金属層は、同一又は異なる組成を有し、様々な成膜技術を用いて成膜されうる。前記キャリア基板の除去は、特に、レーザー、エッチング、研削（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）／ラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）、化学機械研磨又はウェットエッチングによってなされうる。前記キャリア基板は、サファイアであってもよい。前記金属層の成膜は、電解成膜（ＥＣＤ）又は無電解成膜（ＥｌｅｓｓＣＤ）であってもよく、電解成膜又は無電解成膜技術を用いて前記金属層を成膜する前に、シード導電層のための随意的な工程が実行される（例えば、銅、ニッケル、蒸着を用いて最初に成膜されたタングステンシード層（ｔｕｎｇｓｔｅｎ  ｓｅｅｄ  ｌａｙｅｒｓ  ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  ｆｉｒｓｔ  ｕｓｉｎｇ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、スパッタリング又は銅、ニッケルのＥＣＤの前のＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ）。前記金属層の成膜は、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤ、蒸着又はプラズマ溶射を含みうる。電極は、多層構造の上に配置されうる。元の金属層の上方に１つ以上の付加的な金属層が形成されうる。
【００１５】
発光ダイオードの他の製造方法は、キャリア基板を準備する工程と、多層エピタキシャル構造を成膜する工程と、１つ以上のメサをエッチングする工程と、１つ以上の非導電層を形成する工程と、前記非導電層の一部を除去する工程と、１つ以上の金属層を成膜する工程と、前記キャリア基板を除去する工程と、を含む。
【００１６】
上記の方法の実施は、以下の１つ以上を含みうる。前記金属層は、同一又は異なる組成を有し、様々な成膜技術を用いて成膜されうる。前記キャリア基板の除去は、特に、レーザー、エッチング、研削（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）／ラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）、化学機械研磨又はウェットエッチングによってなされうる。前記キャリア基板は、サファイアであってもよい。前記金属層の成膜は、電解成膜（ＥＣＤ）又は無電解成膜（ＥｌｅｓｓＣＤ）であってもよく、電解成膜又は無電解成膜技術を用いて前記金属層を成膜する前に、シード導電層のための随意的な工程が実行される（例えば、銅、ニッケル、蒸着を用いて最初に成膜されたタングステンシード層（ｔｕｎｇｓｔｅｎ  ｓｅｅｄ  ｌａｙｅｒｓ  ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  ｆｉｒｓｔ  ｕｓｉｎｇ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、スパッタリング又は銅、ニッケルのＥＣＤの前のＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ）。前記金属層の成膜は、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤ、蒸着又はプラズマ溶射を含みうる。電極は、多層構造の上に配置されうる。元の金属層の上方に下層の金属を保護するために１つ以上の付加的な金属層が形成されうる。
【００１７】
更なる側面では、発光ダイオードの製造方法は、基板（例えば、サファイア基板など）の上方に多層エピタキシャル構造を形成する工程と、前記多層エピタキシャル構造の上方に金属層を成膜する工程と（シード金属層の上部に電解メッキ又は無電解メッキを用いて；蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤスパッタリングを用いて成膜された銅、ニッケル、タングステン又はＰｄのシード層の上部の銅メッキ又はニッケルメッキ。前記シード層は、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＴｉＷＮ、ＴｉＷＯｘ又は窒化タングステンの上に成膜される）、前記キャリア基板を除去する工程と（例えば、レーザーリフトオフ技術、ウェットエッチング又はＣＭＰなどを用いて）、を含む。
【００１８】
一実施形態では、前記多層エピタキシャル構造は、前記金属メッキ層に結合された反射金属層と、前記反射金属層に結合された非導電性のパッシベーション層と、前記パッシベーション層に結合されたｐ型ＧａＮ層と、前記ｐ型ＧａＮ層に結合された多重量子井戸（ＭＱＷ）層と、前記ＭＱＷ層に結合されたｎ型ＧａＮ層と、前記ｎ型ＧａＮ層に結合されたｎ型電極と、を含む。
【００１９】
前記金属層は、単層又は多層であってもよい。前記金属層が多層である場合には、異なる組成の複数の金属層が形成され、異なる技術を用いて各層が成膜されうる。実施形態では、最も厚い層が電解成膜又は無電解成膜を用いて成膜される。
【００２０】
一実施形態では、Ａｇ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｐｄ又はＡｇ／Ｃｒがミラー層として用いられ、Ｎｉがバルク基板として用いられる銅メッキのためのシード層としての金のバリアとして用いられる。前記ミラー層（例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ）が成膜され、次いで、Ｎｉ又はＣｕなどの金属の電解成膜又は無電解成膜の前に、酸素を含むＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＷＮ、ＴｉＷなどのバリア層が前記ミラー層の上方に形成される。銅の電解成膜に対しては、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ又は蒸着処理を利用して、特に、Ａｕ、Ｃｕ又はＮｉを用いて、シード層が成膜される。
【００２１】
更に他の側面では、発光ダイオードの製造方法は、サファイア基板の上方に多重量子井戸（ＭＱＷ）層を含む多層エピタキシャル構造を成膜する工程と、前記多層エピタキシャル構造の上方に金属メッキ層をコーティングする工程と、前記サファイア基板を除去する工程と、前記多重量子井戸の表面の上にｎ型電極を提供する工程と、を含む。ｐ型電極は、前記金属メッキ層に結合され、前記金属メッキ層自体が前記ｐ型電極として機能する。
【００２２】
上記の方法の実施は、以下の１つ以上を含みうる。前記金属メッキ層は、電解メッキ又は無電解メッキによって形成されうる。前記金属メッキ層はまた、無電解メッキを利用し、ポリイミド層を用いて前記サファイア基板を保護することによっても形成されうる。前記サファイア基板は、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）技術を用いて除去されうる。前記多層エピタキシャル構造は、前記金属メッキ層に結合された反射金属層と、前記反射金属層に結合されたパッシベーション層と、前記パッシベーション層に結合されたｐ型ＧａＮ層と、前記ＭＱＷ層に結合されたｎ型ＧａＮ層と、前記ｎ型ＧａＮ層に結合されたｎ型電極と、と含み、前記金属メッキ層は、ｐ型電極であるか又は前記金属メッキ層に結合されたｐ型電極を有する。
【００２３】
他の側面では、発光デバイス（ＬＥＤ）の縦型デバイス構造は、サファイア基板の上方に多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層を含む多層エピタキシャル構造を成膜する工程と、前記多層エピタキシャル構造の上方に金属層をコーティングする工程と、前記サファイア基板を除去する工程と、前記多重量子井戸の表面の上にｎ型電極を提供する工程と、によって製造され、前記金属層は、ｐ型電極であるか又は前記金属層に結合されたｐ型電極を有する。
【００２４】
前記金属層は、単層又は多層であってもよい。前記金属層が多層である場合には、異なる組成の複数の金属層が形成され、異なる技術を用いて各層が成膜されうる。実施形態では、最も厚い層が電解成膜又は無電解成膜を用いて成膜される。
【００２５】
一実施形態では、Ａｇ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｐｄ又はＡｇ／Ｃｒがミラー層として用いられ、Ｎｉがバルク基板として用いられる銅メッキのためのシード層としての金のバリアとして用いられる。前記ミラー層（例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ）が成膜され、次いで、Ｎｉ又はＣｕなどの金属の電解成膜又は無電解成膜の前に、酸素を含むＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＷＮ、ＴｉＷなどのバリア層が前記ミラー層の上方に形成される。銅の電解成膜に対しては、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ又は蒸着処理を利用して、特に、Ａｕ、Ｃｕ又はＮｉを用いて、シード層が成膜される。
【００２６】
更に他の側面では、縦型ＬＥＤは、一時的な基板の上方に形成された多層エピタキシャル構造と、前記多層エピタキシャル構造の上方に形成された金属メッキ層と、を備え、電解成膜又は無電解成膜技術を用いて前記金属層を成膜する前に、シード導電層のための随意的な工程が実行される（例えば、銅、ニッケル、蒸着を用いて最初に成膜されたタングステンシード層（ｔｕｎｇｓｔｅｎ  ｓｅｅｄ  ｌａｙｅｒｓ  ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  ｆｉｒｓｔ  ｕｓｉｎｇ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、スパッタリング又は銅、ニッケルのＥＣＤの前のＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ）。前記一時的な基板は、前記金属メッキ層を形成する後のレーザーリフトオフを用いて除去される。
【００２７】
一実施形態では、Ａｇ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｐｄ又はＡｇ／Ｃｒがミラー層として用いられ、Ｎｉがバルク基板として用いられる銅メッキのためのシード層としての金のバリアとして用いられる。前記ミラー層（例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ）が成膜され、次いで、Ｎｉ又はＣｕなどの金属の電解成膜又は無電解成膜の前に、酸素を含むＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＷＮ、ＴｉＷなどのバリア層が前記ミラー層の上方に形成される。銅の電解成膜に対しては、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ又は蒸着処理を利用して、特に、Ａｕ、Ｃｕ又はＮｉを用いて、シード層が成膜される。
【００２８】
他の側面では、縦型発光ダイオードは、前記金属メッキ層と、前記金属メッキ層に結合された反射金属層と、前記反射金属層に結合されたパッシベーション層と、前記パッシベーション層に結合されたｐ型ＧａＮ層と、前記ｐ型ＧａＮ層に結合された多重量子井戸（ＭＱＷ）層と、前記ＭＱＷ層に結合されたｎ型ＧａＮ層と、前記ｎ型ＧａＮ層に結合されたｎ型電極と、前記金属メッキ層に結合されたｐ型電極と、を含む。
【００２９】
一実施形態では、Ａｇ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｐｄ又はＡｇ／Ｃｒがミラー層として用いられ、Ｎｉがバルク基板として用いられる銅メッキのためのシード層としての金のバリアとして用いられる。前記ミラー層（例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ）が成膜され、次いで、Ｎｉ又はＣｕなどの金属の電解成膜又は無電解成膜の前に、酸素を含むＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＷＮ、ＴｉＷなどのバリア層が前記ミラー層の上方に形成される。銅の電解成膜に対しては、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ又は蒸着処理を利用して、特に、Ａｕ、Ｃｕ又はＮｉを用いて、シード層が成膜される。
【００３０】
本発明の利点は、以下の１つ以上を含みうる。ウエハボンディング又は接着は使用せず、複雑で長い工程を要する１つのウエハボンディング／接着処理が、例えば、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ気相成長（ＰＥＣＶＤ）、蒸着、イオンビーム成膜、電解成膜、無電解成膜、プラズマ溶射又はインクジェット成膜などの複雑ではない成膜工程によって、置き換えられる。ｎ型ＧａＮの伝導率は高いため、ｎ型電極のための半透明のコンタクトは不要であり、その結果、ＬＥＤデバイスからより多くの光が出力される。更に、デバイスの片側の上に１つの電極だけが必要であるため、ＬＥＤ電極は光をあまり遮らない。更に、ｎ型電極からｐ型電極に均一に電流が広がることができ、これによってＬＥＤの性能が向上する。また、金属基板は、サファイア基板よりも熱をより多く逃がすことができ、より多くの電流がＬＥＤを駆動するために使用されうる。結果として得られるＬＥＤは、より小さなサイズで、従来のＬＥＤと置き換えることができる。同じＬＥＤサイズでは、縦型ＬＥＤから光の出力は、同じ駆動電流での従来のＬＥＤよりも、大幅に増大する。
【００３１】
他の特徴、技術的な思想、本発明の目的をよく理解するために、添付の図面と以下の実施の形態の記載を明確に読み取ることができるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
説明
詳細な説明を読む際に、添付の図面が同時に参照され、詳細な説明の一部として考慮されうる。図３〜図８を参照して、縦型ＬＥＤの製造方法が示される。本説明では、本発明のデバイス構造に付された参照符号が、本発明の製造方法の工程の説明中にも使用される。
【００３３】
以下に記載されたプロセスは、ＩｎＧａＮ  ＬＥＤが最初にサファイア上に成長する一実施形態に対するものである。電解メッキ又は無電解メッキが、その後に、結果として生じるＬＥＤデバイスの電気伝導及熱伝導のための厚いコンタクトを成膜するために用いられる。電解メッキ又は無電解メッキは、ウエハボンディングの代わりに使用される。このプロセスは、光学的、電気的及び熱的な特性を改善するために、エピタキシャル層を新しいホスト基板に付着させるために用いられる任意のオプトエレクトロニックデバイスに適用されうる。
【００３４】
次に図面を参照すると、図３は、キャリア４０上の例示的なＩｎＧａＮ  ＬＥＤの多層エピタキシャル構造を示す図である。この多層エピタキシャル構造は、一実施形態では、サファイア基板でありうる。サファイア基板４０の上方に形成された多層エピタキシャル構造は、ｎ型ＧａＮベースの層４２、ＭＱＷ活性層４４及びコンタクト層４６を含む。例えば、ｎ型ＧａＮベースの層４２は、約４ミクロンの厚さを有する。
【００３５】
ＭＱＷ活性層４４は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ（又は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ）ＭＱＷ活性層であってもよい。電流がｎ型ＧａＮベースの層４２とコンタクト層４６との間を流れると、ＭＱＷ活性層４４が励起され、その結果、光を発する。発生した光は、２５０ｎｍから６００ｎｍの間の波長を持ちうる。ｐ層は、ｐ＋ＧａＮ、ｐ＋ＩｎＧａＮ又はｐ＋ＡｌＩｎＧａＮ層などのｐ＋ＧａＮベースの層であってもよく、その厚さは０.０１から０.５ミクロンの間になりうる。
【００３６】
次に、図４に示すように、メサ画定プロセス（ｍｅｓａ  ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）が実行され、ｐ型コンタクト４８がコンタクト層４６の上方に形成される。多層エピタキシャル構造の上方のコンタクト４８は、特に、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｔａ、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｍｏ、Ｗ、高融点金属若しくは金属合金又はこれらの材料の合成物（例えば、Ｎｉ／Ａｕ）であってもよい。また、金属コンタクトとしての直接反射Ａｇ成膜（ｄｉｒｅｃｔ  ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ  Ａｇ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が形成されうる。図４では、個々のＬＥＤデバイスは、以下のメサ画定（ｍｅｓａｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）に続いて形成される。イオン結合プラズマエッチングは、ＧａＮをエッチングして別々のデバイスにするために使用される。
【００３７】
次に、図５に示すようにパッシベーション層５０が成膜され、層４６に反射金属５２が接触できるようにパッシベーション層５０の中にエッチングされたウィンドウ内に、特に、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｔ及びＣｒなどの反射金属５２を形成するために反射金属成膜が行われる。パッシベーション層５０は、非導電性である。反射金属５２は鏡面を形成する。
【００３８】
図６は、薄い金属層又は多重金属層（特に、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、ＴａＮ／Ａｕ）５３が、構造の上に成膜され、電解メッキ処理／無電解メッキ処理のためのバリア層／シード層として機能することを示す図である。しかしながら、電気メッキ（ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ）の代わりに、無電解処理、スパッタリング又は磁気スパッタリング処理（ｍａｇｎｅｔｏ-ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）が用いられる場合には、成膜工程は不要である。金属基板層６０は、その上に成膜される。
【００３９】
次に、図７を参照すると、電解メッキ又は無電解メッキなどの技術を用いて、多層エピタキシャル構造が、金属メッキ層６０にコーティングされる。無電解メッキを用いると、サファイア基板４０は、ポリイミド層、サファイアを傷つけることなく容易に除去可能なポリイミドの層若しくはコーティング、又は、特にＮｉ若しくはＣｕなどの比較的厚い金属の無電解メッキ金属を用いて保護される。
【００４０】
次いで、サファイア基板４０は取り除かれる。図８に示す一実施形態では、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）工程がサファイア基板４０に適用される。レーザーリフトオフを用いたサファイア基板の除去は、Ｃｈｅｕｎｇ等の２００２年６月６日に発行された米国特許第６,０７１,７９５号「Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ  Ｆｒｏｍ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ  Ｂｙ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、及び、「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｌｉｆｔｏｆｆ  ｏｆ  ｇｒｏｕｐ  Ｉｌｌ-ｎｉｔｒｉｄｅ  ｆｉｌｍｓ」、Ｋｅｌｌｙ  ｅｔ  ａｌ.、Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ  (ａ)  ｖｏｌ.１５９、１９９７、ｐｐ.Ｒ３-Ｒ４の文献において知られている。更に、サファイア（又は、他の絶縁性の及び／又は硬質）基板の上にＧａＮ半導体層を形成する非常に有利な方法が、Ｍｙｕｎｇ  Ｃｈｅｏｌ  Ｙｏｏによって２００２年４月９日に出願された、米国特許出願第１０/１１８,３１７号「Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｍｅｔａｌ  Ｓｕｐｐｏｒｔ  ５  Ｆｉｌｍ」、及び、Ｌｅｅ等によって２００２年４月９日に出願された、米国特許出願第１０/１１８,３１６号「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」において教示されている。更に、ＧａＮ及びサファイア（及び他の材料）のエッチング方法が、Ｙｅｏｍ等によって２００２年４月９日に出願された、米国特許出願第１０/１１８,３１７号「Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  Ｉｍｐｒｏｖｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｏｕｔｐｕｔ  ｏｆ  ＧａＮ−Ｂａｓｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ」において教示され、本願に参照により全体が組み込まれる。他の実施形態では、サファイア基板は、ウェットエッチング若しくはドライエッチング又は化学機械研磨によって取り除かれる。
【００４１】
図８に示されるように、ｎ型電極／結合パッド７０が、ｎ型ＧａＮ層４２の上部にパターニングされて、縦型ＬＥＤが完成する。一実施形態では、Ｎｉ／Ｃｒ（Ｎｉはｎ型ＧａＮと接触）等の結合パッド７０は、ＣＶＤ、ＰＶＰ又は電子ビーム蒸着を用いて成膜されうる。結合パッド７０は、マスク層を用いたウェットエッチング若しくはドライエッチングによって、又は、ネガティブマスク層（ネガティブマスク層は、材料が形成されて欲しくないところに配置される）を用いたリフトオフ技術を利用することによって形成される。
【００４２】
薄い金属層又は薄い金属膜５３が金属メッキ層６０のシード材料を目的として提供される。電解成膜（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又は無電解成膜（ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、金属メッキ層６０が薄い金属膜５３の上部にメッキされる限り、薄い金属膜５３は、金属メッキ層６０と同一の材料又は異なる材料であってもよい。
【００４３】
本発明は、例示的に好適な実施の形態という点から説明されたが、本発明はこれのみに限定されない。一方、様々な改良や同様の構成及び手順を包含することを意図しており、従って、添付の特許請求の範囲は、全てのそのような改良や同様の構成及び手順を含むように、最も広く解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来技術としてのＬＥＤを示す図である。
【図２】従来技術としての縦型ＬＥＤを示す図である。
【図３】縦型ＬＥＤを製造する例示的な処理における実施を示す図である。
【図４】縦型ＬＥＤを製造する例示的な処理における実施を示す図である。
【図５】縦型ＬＥＤを製造する例示的な処理における実施を示す図である。
【図６】縦型ＬＥＤを製造する例示的な処理における実施を示す図である。
【図７】縦型ＬＥＤを製造する例示的な処理における実施を示す図である。
【図８】縦型ＬＥＤを製造する例示的な処理における実施を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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