(57)【要約】【課題】製造段階における位置合わせ精度を簡便な工程により可及的に向上させる発光ダイオードの製造方法を提供する。【解決手段】厚み方向に貫通した所定の開口パターン４０を有する被覆膜３８を光取出面３０上に形成する被覆膜形成工程Ｐ１と、その被覆膜形成工程Ｐ１により形成された被覆膜３８の開口パターン４０を通して半導体層内に電気抵抗を高めるためのイオンを注入する高抵抗領域形成工程Ｐ２と、被覆膜３８の開口パターン４０の幅寸法を所定量ΔＷ拡張する開口パターン拡張工程Ｐ３と、その開口パターン拡張工程Ｐ３により拡張された開口パターン４０を通して前記光取出面３０上に櫛型電極３４を形成する電極形成工程Ｐ５とを、含むことから、高抵抗領域形成工程Ｐ２及び電極形成工程Ｐ５のマスクに共通の被覆膜３８を用いることで、位置合わせに関する工程を削減できる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に活性層を含む半導体層がエピタキシャル成長させられ、該活性層で発生した光を所定の光取出面から取り出す形式の発光ダイオードの製造方法であって、
厚み方向に貫通した所定の開口パターンを有する被覆膜を前記光取出面上に形成する被覆膜形成工程と、
該被覆膜形成工程により形成された被覆膜の開口パターンを通して前記半導体層内に電気抵抗を高めるためのイオン注入又は原子拡散を行う高抵抗領域形成工程と、
前記被覆膜形成工程により形成された被覆膜の開口パターンの幅寸法を所定量拡張する開口パターン拡張工程と、
該開口パターン拡張工程により拡張された開口パターンを通して前記光取出面上に電極を形成する電極形成工程とを、含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
前記被覆膜形成工程により形成される被覆膜は、前記光取出面上に積層されたレジスト及び該レジスト上に積層された金属膜から成り、前記開口パターン拡張工程は、該レジストにおける開口パターンを腐食により拡張するものである請求項１の発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流狭窄構造を有する発光ダイオードの製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
活性層により発生させられた光を所定の光取出面から放出させる形式の発光ダイオードが知られている。この発光ダイオードの光取出面側の電極の材料には、導電性に優れた金或いはアルミニウム等の合金が好適に用いられるが、これらの材料は不透明であるため、活性層により発生させられた光の放出を遮蔽し、光取出効率を低下させる原因となる。特に、ＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長技術により形成される半導体層は、比較的膜厚が薄いことから、上記光取出面側の電極から注入される電流に関して上記活性層に至るまでの面方向への広がりが小さく、その光取出面側の電極による遮蔽が顕著であった。
【０００３】
斯かる弊害を解消するために、上記光取出面側の電極により覆われる部分の電気抵抗を高める技術が開発されている。例えば、特許文献１に記載された発光素子の製造方法がそれである。この発光素子の製造方法によれば、予め半導体製本体にイオン注入により高抵抗領域を形成した後、前記光取出面におけるその高抵抗領域に対応する部分を覆うようにその光取出面側の電極を形成することで、光の取り出しに関与する部分に集中的に電流を流すことが可能とされ、光取出効率の高い発光素子が得られる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１０７３７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記光取出面におけるその高抵抗領域に対応する部分を覆うようにその光取出面側の電極を形成する工程では、その高抵抗領域に対応する部分と電極との位置合わせに高い精度が要求され、とりわけその電極の構造が精緻である場合には、マスクアライナ等の高価な設備や熟練の技術が必要であった。また、製造上の許容誤差が小さいことから、歩留まり低下の原因となっていた。
【０００６】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、光取出面における高抵抗領域に対応する部分と電極との位置合わせ精度を簡便な工程により可及的に向上させる発光ダイオードの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、基板上に活性層を含む半導体層がエピタキシャル成長させられ、その活性層で発生した光を所定の光取出面から取り出す形式の発光ダイオードの製造方法であって、厚み方向に貫通した所定の開口パターンを有する被覆膜を前記光取出面上に形成する被覆膜形成工程と、その被覆膜形成工程により形成された被覆膜の開口パターンを通して前記半導体層内に電気抵抗を高めるためのイオン注入又は原子拡散を行う高抵抗領域形成工程と、前記被覆膜形成工程により形成された被覆膜の開口パターンの幅寸法を所定量拡張する開口パターン拡張工程と、その開口パターン拡張工程により拡張された開口パターンを通して前記光取出面上に電極を形成する電極形成工程とを、含むことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の効果】
このようにすれば、厚み方向に貫通した所定の開口パターンを有する被覆膜を前記光取出面上に形成する被覆膜形成工程と、その被覆膜形成工程により形成された被覆膜の開口パターンを通して前記半導体層内に電気抵抗を高めるためのイオン注入又は原子拡散を行う高抵抗領域形成工程と、前記被覆膜形成工程により形成された被覆膜の開口パターンの幅寸法を所定量拡張する開口パターン拡張工程と、その開口パターン拡張工程により拡張された開口パターンを通して前記光取出面上に電極を形成する電極形成工程とを、含むことから、前記高抵抗領域形成工程及び電極形成工程のマスクに共通の被覆膜を用いることで改めてマスクを形成する必要がなく、位置合わせに関する工程を削減できる。すなわち、光取出面における高抵抗領域に対応する部分と電極との位置合わせ精度を簡便な工程により可及的に向上させる発光ダイオードの製造方法を提供することができる。
【０００９】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記被覆膜形成工程により形成される被覆膜は、前記光取出面上に積層されたレジスト及びそのレジスト上に積層された金属膜から成り、前記開口パターン拡張工程は、そのレジストにおける開口パターンを腐食により拡張するものである。このようにすれば、前記レジストの表面が前記金属膜で覆われていることから、そのレジストの腐食による前記開口パターンの拡張に際して、前記被覆膜全体を腐食させずに済むという利点がある。
【００１０】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面に関して、各部の寸法比等は必ずしも正確には描かれていない。
【００１１】
図１は、本発明の一実施例である発光ダイオード１０の構成を示す図である。この発光ダイオード１０は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属化学気相成長）法等のエピタキシャル成長技術によって、基板１２上に順次結晶成長させられた反射層１４、第１クラッド層１６、活性層１８、第２クラッド層２０、導電層２２、及びキャップ層２４と、基板１２の下面及びキャップ層２４の上面すなわち光取出面３０にそれぞれ固着された下部電極２６及び上部電極２８とから構成されている。
【００１２】
上記基板１２は、例えば３５０μｍ程度の厚み寸法を備えたｎ−ＧａＡｓ単結晶から成る化合物半導体である。その基板１２上に積層された上記反射層１４は、ＡｌＡｓ単結晶とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ単結晶とが交互に積層されて、全体として例えば３μｍ程度の厚み寸法を備えた多層膜反射鏡を構成している。その反射層１４上に積層された上記第１クラッド層１６は、例えば１μｍ程度の厚み寸法を備えたｎ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ単結晶から成る化合物半導体である。その第１クラッド層１６上に積層された上記活性層１８は、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ単結晶と（Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ単結晶とが交互に積層されて、全体として例えば１μｍ程度の厚み寸法を備えた多重量子井戸構造を形成している。その活性層１８上に積層された上記第２クラッド層２０は、例えば１μｍ程度の厚み寸法を備えたｐ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ単結晶から成る化合物半導体である。その第２クラッド層２０上に積層された上記導電層２２は、例えば１μｍ程度の厚み寸法を備えたｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ単結晶から成る化合物半導体である。その導電層２２上に積層された上記キャップ層２４は、例えば０．１μｍ程度の厚み寸法を備えたｐ−ＧａＡｓ単結晶から成る化合物半導体である。
【００１３】
図２は、前記発光ダイオード１０を光取出面３０に垂直な方向から視た平面図である。前記基板１２の下面及びキャップ層２４の上面すなわち光取出面３０にそれぞれ固着された前記下部電極２６及び上部電極２８は、例えばＡｕ合金或いはＡｌ合金等から形成されたオーミック電極である。この上部電極２８の一部には、図２に示すように、例えば４０μｍ×１６０μｍ程度の矩形の開口に例えば３μｍ程度の幅寸法を備えた櫛型電極３４が等間隔に複数本（図２では７本）架け渡された光取出部３２が形成されている。前記光取出面３０は、この光取出部３２においてのみ露出しており、その他の部分は前記上部電極２８に覆われている。
【００１４】
図３は、前記発光ダイオード１０における櫛型電極３４の近傍を拡大して示す図である。前記発光ダイオード１０においては、前記第１クラッド層１６、活性層１８、第２クラッド層２０、導電層２２、及びキャップ層２４における前記上部電極２８（櫛型電極３４）の直下すなわち図１及び図３において点線で示す下限よりも光取出面３０側の斜線で示す領域が、例えばＨ＋  等のイオンが注入されて電気抵抗が高められた高抵抗領域３６とされることで、上記光取出部３２からの光取出効率を高めるための電流狭窄構造が形成されている。図３に示すように、上記櫛型電極３４は、少なくとも前記光取出面３０における高抵抗領域３６に対応する部分を覆うように、且つその部分の周縁から所定量（幅寸法）ΔＷだけ光取出部３２側へ迫り出して設けられている。
【００１５】
以上のように構成された発光ダイオード１０において、前記下部電極２６と上部電極２８との間に通電されると、前記活性層１８において正孔と電子の再結合が起こることにより光が発生し、その光が前記光取出面３０から放出される。このとき、前記活性層１８から基板１２の方向に向かった光は前記反射層１４によって反射させられ、前記光取出面３０から放出される。また、上述のように電流狭窄構造が形成されていることにより、図３に一点鎖線矢印で示すように、注入された電流は前記活性層１８における光取出部３２の直下の部分に局所的に流れるため、その光取出部３２から高い発光出力が得られるようになっている。
【００１６】
図４は、前記発光ダイオード１０の製造工程を示す工程図であり、図５は、その製造工程において前述した図３に対応する部分を工程毎に概略的に示す図である。以下、これら図４及び図５に従って、本発明の好適な実施例である発光ダイオード１０の製造方法を説明する。
【００１７】
先ず、被覆膜形成工程Ｐ１において、前記基板１２上に反射層１４からキャップ層２４までが順次結晶成長させられたウェハの前記光取出面３０側に、よく知られたフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等により、厚み方向に貫通した所定の開口パターン４０を有する被覆膜３８が形成される。図５の（ａ）はこの状態を示す。この被覆膜３８は、好適には、前記光取出面３０上に積層された例えば２乃至３μｍ程度の厚み寸法を備えた感光性樹脂であるレジスト４２と、そのレジスト４２上に積層された例えば１μｍ程度の厚み寸法を備えたＡｕ、Ｎｉ、Ｃｒ等による金属膜４４とから成る二層構造とされる。
【００１８】
次に、高抵抗領域形成工程Ｐ２において、上記被覆膜形成工程Ｐ１により形成された被覆膜３８の開口パターン４０を通して前記第１クラッド層１６、活性層１８、第２クラッド層２０、導電層２２、及びキャップ層２４内に電気抵抗を高めるためのイオンであるＨ＋  等が、図示しないイオン注入機等により前記光取出面３０に垂直な方向に注入され、前記開口パターン４０と同様のパターンで高抵抗領域３６が設けられる。図５の（ｂ）はこの状態を示す。ここで、好適には、少なくとも前記第１クラッド層１６と活性層１８との界面にまでイオンが到達するように打ち込みエネルギが制御される。この高抵抗領域形成工程Ｐ２により、第１クラッド層１６、活性層１８、第２クラッド層２０、導電層２２、及びキャップ層２４における前記開口パターン４０の直下すなわち図５の（ｂ）において点線で示す下限よりも光取出面３０側の斜線で示す領域に、電気抵抗が高く電流が流れ難い高抵抗領域３６が形成される。
【００１９】
次に、開口パターン拡張工程Ｐ３において、前記被覆膜形成工程Ｐ１により形成された被覆膜３８の開口パターン４０の幅寸法が所定量ΔＷ拡張される。本実施例では、前記二層構造の被覆膜３８のレジスト４２がドライプロセスのプラズマ処理（酸素プラズマ）や、ウェットプロセスの等方性エッチング技術により腐食させられることで、そのレジスト４２における開口パターン４０の幅寸法が所定量ΔＷ拡張される。図５の（ｃ）はこの状態を示す。この開口パターン拡張工程Ｐ３において、前記金属膜４４は腐食されることなく前記レジスト４２の表面を被覆しているため、そのレジスト４２延いては被覆膜３８全体が厚み方向に腐食されるのが防止される。また、この工程での開口パターン４０の拡張幅ΔＷは、前記光取出面３０における高抵抗領域３６に対応する部分の周縁からの櫛型電極３４の迫出量ΔＷを定めるものであり、エッチング時間の制御等により例えば１乃至３μｍ程度とされる。
【００２０】
次に、金属膜除去工程Ｐ４において、前記二層構造の被覆膜３８のうち金属膜４４がエッチング技術等により除去される。図５の（ｄ）はこの状態を示す。次に、電極形成工程Ｐ５において、上記開口パターン拡張工程Ｐ３により拡張された開口パターン４０を通して前記光取出面３０上に上部電極２８（櫛型電極３４）が、例えば蒸着技術等により形成される。図５の（ｅ）はこの状態を示す。
【００２１】
次に、リフトオフ工程Ｐ６において、前記被覆膜３８の残部であるレジスト４２及びそのレジスト４２上に積層された電極材料が除去された後、アニール工程Ｐ７において、例えば４２０℃程度で５分間保持の熱処理が施されてオーミック電極とされることで、図３に示す上部電極２８（櫛型電極３４）が形成される。
【００２２】
このように、本実施例によれば、厚み方向に貫通した所定の開口パターン４０を有する被覆膜３８を前記光取出面３０上に形成する被覆膜形成工程Ｐ１と、その被覆膜形成工程Ｐ１により形成された被覆膜３８の開口パターン４０を通して前記第１クラッド層１６、活性層１８、第２クラッド層２０、導電層２２、及びキャップ層２４内に電気抵抗を高めるためのイオンを注入する高抵抗領域形成工程Ｐ２と、前記被覆膜形成工程Ｐ１により形成された被覆膜３８の開口パターン４０の幅寸法を所定量ΔＷ拡張する開口パターン拡張工程Ｐ３と、その開口パターン拡張工程Ｐ３により拡張された開口パターン４０を通して前記光取出面３０上に上部電極２８（櫛型電極３４）を形成する電極形成工程Ｐ５とを、含むことから、前記高抵抗領域形成工程Ｐ２及び電極形成工程Ｐ５のマスクに共通の被覆膜３８を用いることで改めてマスクを形成する必要がなく、位置合わせに関する工程を削減できる。すなわち、光取出面３０における高抵抗領域３６に対応する部分と上部電極２８（櫛型電極３４）との位置合わせ精度を簡便な工程により可及的に向上させる発光ダイオード１０の製造方法を提供することができる。
【００２３】
また、前記被覆膜形成工程Ｐ１により形成される被覆膜３８は、前記光取出面３０上に積層されたレジスト４２及びそのレジスト４２上に積層された金属膜４４から成り、前記開口パターン拡張工程Ｐ３は、そのレジスト４２における開口パターン４０を腐食により拡張するものであるため、前記レジスト４２の表面が前記金属膜４４で覆われていることから、そのレジスト４２の腐食による前記開口パターン４０の拡張に際して、前記被覆膜３８全体を腐食させずに済むという利点がある。
【００２４】
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。
【００２５】
例えば、前述の実施例では、図２に示すように、矩形の開口に所定の幅寸法を備えた櫛型電極３４が等間隔に複数本架け渡された光取出部３２が形成された発光ダイオード１０について説明したが、例えば、図６に示すように、円形の開口に同心円状及び直線状の細線電極５４を備えた光取出部５２が形成された発光ダイオード５０、或いは、図７に示すように、矩形の開口にメッシュ状電極６４を備えた光取出部６２が形成された発光ダイオード６０に本発明が適用されても構わない。
【００２６】
また、前述の実施例では、多重量子井戸構造の活性層１８により光を発生させる発光ダイオード１０について説明したが、例えば、ダブルへテロ構造の活性層により光を発生させる発光ダイオード、或いは単にｐ−ｎ接合から成る発光ダイオード等に本発明が適用されてもよい。また、前記基板１２には、ＩｎＰ或いはサファイア等の他の材料が用いられても構わない。
【００２７】
また、前述の実施例では、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオード１０について説明したが、ＧａＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＩｎＡｓＰ系等の他の構成から成る発光ダイオードに本発明が適用されても構わない。
【００２８】
また、前記被覆膜形成工程Ｐ１により形成される被覆膜３８は、前記光取出面３０上に積層されたレジスト４２及びそのレジスト４２上に積層された金属膜４４から成る二層構造であったが、前記開口パターン拡張工程Ｐ３において好適に開口パターン４０を拡張し得る被覆膜であれば、必ずしも二層構造でなくともよい。また、酸化膜、窒化膜、或いは金属膜等、イオン注入又は原子拡散を妨げうる膜であればその種類は問わない。
【００２９】
また、前述の実施例では、前記高抵抗領域形成工程Ｐ２において、高抵抗領域３６を形成するためのイオンとしてＨ＋  を注入していたが、前記光取出部３２からの光取出効率を向上させる電流狭窄構造が形成できるのであればイオンの種類は問わない。また、熱拡散等による原子拡散により電流狭窄構造を形成するものであっても構わない。
【００３０】
また、前述の実施例では、前記電極形成工程Ｐ５において、蒸着技術により前記上部電極２８を形成していたが、例えばスパッタリング等の他の技術により形成するものであっても構わない。
【００３１】
また、前述の実施例において示したそれぞれの半導体層の厚さや混晶比は、あくまで本実施例の構成において好適な値を例示したに過ぎず、発光ダイオードの態様に応じて適宜変更されるものであることは言うまでもない。
【００３２】
その他一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造される発光ダイオードの構成の一例を示す図である。
【図２】図１の発光ダイオードを光取出面に垂直な方向から視た平面図である。
【図３】図１の発光ダイオードにおける櫛型電極の近傍を拡大して示す図である。
【図４】本発明の発光ダイオードの製造工程を示す工程図である。
【図５】図４に示す製造工程において図３に対応する部分を工程毎に概略的に示す図である。
【図６】本発明により製造される他の発光ダイオードを光取出面に垂直な方向から視た平面図である。
【図７】本発明により製造される更に別の発光ダイオードを光取出面に垂直な方向から視た平面図である。
【符号の説明】
１０、５０、６０：発光ダイオード
１８：活性層
２８：上部電極
３０：光取出面
３４：櫛型電極
３８：被覆膜
４０：開口パターン
４２：レジスト
４４：金属膜
５４：細線電極
６４：メッシュ状電極
ΔＷ：拡張幅
Ｐ１：被覆膜形成工程
Ｐ２：高抵抗領域形成工程
Ｐ３：開口パターン拡張工程
Ｐ５：電極形成工程
【図１】
2004273602.tif 000003
【図２】
2004273602.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004273602.tif 000007
【図６】
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【図７】
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