(57)【要約】【課題】垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を提供する。【解決手段】基板上１００に所定の大きさの単位ＬＥＤ形成領域を画定する絶縁パターン３００を形成するステップと、前記絶縁パターンが形成された領域を除いた基板上に、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１１０と活性層１２０及びｐ型窒化ガリウム系半導体層１３０が順次積層されている構造の発光構造物１６０を形成するステップと、前記絶縁パターンを除去し、前記発光構造物を所定の大きさの単位ＬＥＤに分離するステップと、前記分離された発光構造物上にｐ型電極をそれぞれ形成するステップと、前記ｐ型電極上に構造支持層を形成するステップと、前記基板を除去し、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層を露出するステップと、前記露出されたｎ型窒化ガリウム系半導体層上にそれぞれｎ型電極を形成するステップと、を含む。【選択図】        図２Ｂ
2007053381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に所定の大きさの単位ＬＥＤの形成領域を画定する絶縁パターンを形成するステップと、
前記絶縁パターンが形成された領域を除いた基板上に、ｎ型窒化ガリウム系半導体層、活性層及びｐ型窒化ガリウム系半導体層が順次積層されている構造の発光構造物を形成するステップと、
前記絶縁パターンを除去し、前記発光構造物を所定の大きさの単位ＬＥＤに分離するステップと、
前記分離された発光構造物上にｐ型電極をそれぞれ形成するステップと、
前記ｐ型電極上に構造支持層を形成するステップと、
前記基板を除去し、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層を露出するステップと、
前記露出されたｎ型窒化ガリウム系半導体層上にそれぞれｎ型電極を形成するステップと、
を含む垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁パターンは、シリコン系の酸化膜又は窒化膜を利用して形成されることを特徴とする請求項１に記載の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁パターンを除去するステップは、ウェットエッチング工程により行われることを特徴とする請求項１または２に記載の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁パターンの高さが、前記ｎ型窒化ガリウム半導体層の高さより小さく形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁パターンは、２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の高さを有するように形成されることを特徴とする請求項４に記載の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁パターンの幅が、前記所定の大きさの単位ＬＥＤに分離された発光構造物の横及び縦の長さより小さいか同じに形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項７】
前記発光構造物は、ＭＯＣＶＤ反応器においてｎ型窒化ガリウム系半導体層、活性層及びｐ型窒化ガリウム系半導体層を順次成長させることによって形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項８】
前記ｐ型電極上に構造支持層を形成するステップの前に、前記ｐ型電極上に導電性接触層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直構造（垂直電極型）窒化ガリウム系（ＧａＮ）発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ；以下、「ＬＥＤ」と記す）素子の製造方法に関し、さらに詳細には、窒化ガリウム階層及び活性層からなる発光構造物の損傷なしで単位ＬＥＤ素子の大きさに発光構造物を分離できる垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、窒化ガリウム系ＬＥＤは、サファイア基板上に成長するが、このようなサファイア基板は、堅固で、電気的に不導体であり、熱伝導特性がよくないことから、窒化ガリウム系ＬＥＤの大きさを減らして製造原価を低減したり、光出力及びチップの特性を改善させたりするのに限界があった。特に、ＬＥＤの高出力化のためには、大電流の印加が必須であるため、ＬＥＤの熱放出問題を解決するのが極めて重要となる。
【０００３】
このような問題を解決するための手段として、従来は、レーザーリフトオフ（Ｌａｓｅｒ  Ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ；以下、「ＬＬＯ」と記す）技術によりサファイア基板を除去した垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子が提案された。
【０００４】
以下、図１Ａ〜図１Ｆを参照して、従来の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法について詳細に説明する。
【０００５】
図１Ａ〜図１Ｆは、従来の技術に係る垂直構造窒化物系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次に示した工程を説明するための断面図である。
【０００６】
まず、図１Ａに示すように、サファイアのような透明基板１００上に窒化ガリウム系半導体層からなる発光構造物１６０を形成する。この時、前記発光構造物１６０は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１１０と多重井戸構造であるＧａＮ／InＧａＮ活性層１２０及びｐ型窒化ガリウム系半導体層１３０が順次積層されている構造を有する。さらに、ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３０上に感光膜２００を形成する。
【０００７】
次に、図１Ｂに示すように、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３０上の感光膜２００の一部を除去して所望の大きさの単位ＬＥＤ素子を定義する感光膜パターン２１０を形成する。
【０００８】
次に、図１Ｃに示すように、前記感光膜パターン２１０をエッチングマスクとして、前記発光構造物１６０を誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ＣｏｕｐＬＥＤＰｌａｓｍａ；ＩＣＰ）などのドライエッチング工程により、単位ＬＥＤ素子の大きさにそれぞれ分離する。
【０００９】
ところが、上記のように、前記発光構造物１６０を単位ＬＥＤ素子の大きさに分離するためには、発光構造物１６０が形成されている基板１００の上部表面が露出される時点まで、ドライエッチング工程を行わなければならない。しかしながら、前記基板１００の上部表面が露出される時点まで、誘導結合プラズマなどのドライエッチング工程を行う場合、前記発光構造物１６０であるｎ型及びｐ型窒化ガリウム系半導体層１１０、１３０と活性層１２０が長時間の間、プラズマに露出されるため、露出されたｎ型又はｐ型窒化ガリウム系半導体層１１０、１３０及び活性層１２０の表面にクラック（ｃｒａｃｋ）などの損傷（ｄａｍａｇｅ）を与えることになり、素子の特性低下を引き起こす。
【００１０】
その後、図１Ｄに示すように、前記分離された発光構造物１６０上にｐ型電極１４０をそれぞれ形成した後、図１Ｅに示すように、前記ｐ型電極１４０上に構造支持層１５０を形成する。
【００１１】
次に、図１Ｆに示すように、ＬＬＯ工程により前記基板１００を除去した後、前記基板１００が除去されて露出された前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層１１０上にｎ型電極（図示せず）をそれぞれ形成して、窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を形成する。
【００１２】
上述のように、従来の技術により垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を製造する場合、上記の問題点により垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の特性及び信頼性が低くなり、その結果、ＬＥＤ素子の製造歩留まりが低下するという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、窒化ガリウム系半導体層及び活性層からなる発光構造物を損傷することなく単位ＬＥＤ素子の大きさに発光構造物を分離して、ＬＥＤ素子の特性及び信頼性だけでなく、ＬＥＤ素子の製造歩留まりをも向上させることができる垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法によれば、基板上に所定の大きさの単位ＬＥＤの形成領域を画定する絶縁パターンを形成するステップと、前記絶縁パターンが形成された領域を除いた基板上に、ｎ型窒化ガリウム系半導体層、活性層及びｐ型窒化ガリウム系半導体層が順次積層されている構造の発光構造物を形成するステップと、前記絶縁パターンを除去し、前記発光構造物を所定の大きさの単位ＬＥＤに分離するステップと、前記分離された発光構造物上にｐ型電極をそれぞれ形成するステップと、前記ｐ型電極上に構造支持層を形成するステップと、前記基板を除去し、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層を露出するステップと、前記露出されたｎ型窒化ガリウム系半導体層上にそれぞれｎ型電極を形成するステップと、を含む。
【００１５】
また、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記絶縁パターンが、シリコン系の酸化膜又は窒化膜を利用して形成されることが好ましい。これにより、前記絶縁パターンが形成された基板上に発光構造物を形成する際、絶縁パターンが位置した基板上には、発光構造物が形成されなくなり、別の分離工程無しで所定の大きさの単位ＬＥＤに分離することが可能となる。
【００１６】
また、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記絶縁パターンを除去するステップは、ウェットエッチング工程により行われることが好ましい。
【００１７】
また、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記絶縁パターンの高さが、前記ｎ型窒化ガリウム半導体層の高さより小さく形成されることが好ましく、さらに好ましくは、２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の高さを有するように形成されることが好ましい。
【００１８】
また、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記絶縁パターンの幅が、前記所定の大きさの単位ＬＥＤに分離された発光構造物の横及び縦の長さより小さいか同じく形成されることが好ましい。これは、前記絶縁パターンの幅が所定の大きさの単位ＬＥＤに分離された発光構造物の横及び縦の長さより大きい場合、素子の量産性が低下するという問題が発生するためである。
【００１９】
また、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記発光構造物は、ＭＯＣＶＤ反応器においてｎ型窒化ガリウム系半導体層と活性層及びｐ型窒化ガリウム系半導体層を順次成長させることによって形成されることが好ましい。
【００２０】
また、前記本発明の垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記ｐ型電極上に構造支持層を形成するステップの前に、前記ｐ型電極上に導電性接触層を形成するステップをさらに含むことが好ましく、これによって、前記ｐ型電極上に構造支持層を形成する際、ｐ型電極と構造支持層の接着力を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、発光構造物を単位ＬＥＤの大きさに分離する際、ＩＣＰ又はＲＩＥなどの別の分離工程を行わず、前記絶縁パターンにより予め単位ＬＥＤの各形成領域を画定した後に、ウェットエッチングにより、このような絶縁パターンを除去するため、窒化ガリウム系半導体層及び活性層の表面不良又は活性層に導電物が浸透して発生する短絡現象などの発光構造物の損傷を最小化することができ、ＬＬＯ工程を行う際、ＬＥＤ素子の損傷も最小化することができる。
【００２２】
また、前記ＩＣＰ又はＲＩＥなどの別の分離工程が省略可能であることから、ＬＥＤ素子の全体的な工程を単純化させることができる。
【００２３】
これによって、本発明は、垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の特性及び信頼性の向上のみならず、ＬＥＤ素子の製造歩留まりをも向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
図面において、複数の層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。明細書全体を通じて類似の部分に対しては、同じ図面符号を付する。
【００２６】
以下、本発明の一実施の形態に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法について、添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２７】
まず、図２Ａ〜図２Ｃ及び上述の図１Ｄ〜図１Ｆを参照して、本発明の実施の形態に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法について、詳細に説明する。
【００２８】
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の一実施の形態に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために、順次に示す工程を説明するための断面図である。
【００２９】
まず、図２Ａに示すように、基板１００上に所定の大きさの単位ＬＥＤの形成領域を画定する絶縁パターン３００を形成する。このとき、前記絶縁パターン３００が形成される基板１００は、サファイアを含む透明な材料を利用して形成するのが好ましいが、基板１００はサファイア以外にもジンクオキサイド（ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ、ＺｎＯ）、ガリウムナイトライド（ｇａｌｌｉｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ、ＧａＮ）、シリコンカーバイド（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ、ＳｉＣ）及びアルミニウムナイトライド（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ、ＡｌＮ）で形成できる。
【００３０】
また、前記絶縁パターン３００は、図３に示すように、前記基板１００上において、単位ＬＥＤが形成される領域の基板１００の表面は露出させ、単位ＬＥＤが形成される領域を除いた領域は遮断している。これによって、後続の発光構造物形成のために、窒化物半導体層を成長させる際、絶縁パターン３００により遮断された基板１００上には、発光構造物が形成されなくなり、絶縁パターン３００により露出された基板１００上のみに窒化物半導体層が成長することによって、別の分離工程無しで絶縁パターン３００により所定の大きさの単位ＬＥＤに分離することが可能となる。このとき、前記絶縁パターン３００は、シリコン系の酸化膜（ＳｉＯ2）又は窒化膜（ＳｉxＮy）を利用して形成することが好ましい。
【００３１】
ここで、図３は、図２Ａに示された工程を説明するための断面図をさらに詳細に説明するために示す平面図である。すなわち、図２Ａは、図３のIII−III´線断面図である。
【００３２】
特に、本発明に係る前記絶縁パターン３００の高さは、後続工程により形成されるｎ型窒化ガリウム半導体層の高さより小さく形成して、ｎ型窒化ガリウム半導体層を含む発光構造物の側壁が素子の特性に応じて基板の表面に対して垂直をなすか、所定の傾斜角を持つように形成することが可能である。本実施の形態では、前記絶縁パターン３００を２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の高さを有するように形成する。
【００３３】
一方、前記発光構造物の側壁がなす所定の傾斜角は、工程条件及び特性すなわち、発光構造物の成長温度、圧力、又は発光構造物をなす窒化物半導体層のＶ／III混成比により決定されるため、それぞれの単位ＬＥＤの大きさ及び絶縁パターン３００の大きさに応じて調節することが好ましい。
【００３４】
その後、図２Ｂに示すように、前記絶縁パターン３００が形成された基板１００上に窒化ガリウム系半導体層からなる発光構造物１６０を形成する。このとき、前記発光構造物１６０は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１１０と多重井戸構造であるＧａＮ／InＧａＮ活性層１２０及びｐ型窒化ガリウム系半導体層１３０が順次積層されている構造を有する。
【００３５】
ここで、前記ｎ型及びｐ型窒化ガリウム系半導体層１１０、１３０及び活性層１２０は、ＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）を有する窒化ガリウム系半導体物質であってもよく、ＭＯＣＶＤ工程のような公知の窒化物蒸着工程により形成されることもできる。
【００３６】
一方、前記活性層１２０は、１つの量子井戸層又はダブルヘテロ構造で形成することができる。また、前記活性層１２０は、これを構成しているインジウム（Ｉｎ）の量でダイオードが緑色発光素子であるのか青色発光素子であるのかを決定する。さらに詳細には、青色光を有する発光素子に対しては、約２２％の範囲のインジウムが用いられ、緑色光を有する発光素子に対しては、約４０％の範囲のインジウムが用いられる。すなわち、前記活性層１２０を形成するのに用いられるインジウムの量は、必要とする青色又は緑色波長に応じて変わる。
【００３７】
したがって、前記活性層１２０は、上述のように、窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の特性及び信頼性に極めて大きな影響を及ぼすため、全般的な窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造工程において、クラック又は導電物浸透などの不良から安全に保護されなければならない。
【００３８】
これによって、本発明は、図２Ｃに示すように、複数の前記発光構造物１６０の間に位置する絶縁パターン３００を除去して、前記発光構造物１６０を所定の大きさの単位ＬＥＤに分離する。このとき、前記絶縁パターン３００は、ウェットエッチングにより除去する。
【００３９】
すなわち、本発明によれば、ＩＣＰ又はＲＩＥなどの別の分離工程を行わずに、前記絶縁パターン３００により単位ＬＥＤの各形成領域を画定した後に、ウェットエッチングにより、このような絶縁パターン３００を除去するだけで、前記発光構造物１６０を単位ＬＥＤに分離できる。したがって、素子の全体的な製造工程が単純化できると共に、前記ＩＣＰ又はＲＩＥなどの分離工程を行う際、前記発光構造物１６０にクラック又は導電物浸透などの不良が発生するという従来の技術の問題点を解決できる。
【００４０】
特に、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３０及び活性層１２０が、ＩＣＰ又はＲＩＥ工程によるプラズマに長時間露出されて、その表面にクラックなどの表面不良が発生するという従来の技術の問題点を根本的に解決できる。
【００４１】
次に、図１Ｄに示すように、前記絶縁パターン３００の除去によって分離された発光構造物１６０すなわち、ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３０上にｐ型電極１４０をそれぞれ形成する。
【００４２】
一方、本発明の実施の形態では、前記ｐ型電極１４０を絶縁パターン３００の除去工程まで行った後、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３０上に形成しているが、これは、絶縁パターン３００の除去工程を行う前に形成してもＬＥＤ素子の特性及び信頼性に特別な影響を及ぼさない。すなわち、前記ｐ型電極１４０は、工程条件に応じて形成するステップの工程順序を異にすることができる。
【００４３】
その後、図１Ｅに示すように、前記ｐ型電極１４０上に構造支持層１５０を形成する。一方、本発明は、前記ｐ型電極１４０と前記構造支持層１５０との間の界面に導電性接着層（図示せず）をさらに備えて、前記ｐ型電極１４０と前記構造支持層１５０との接着力を向上させることができる。
【００４４】
次に、図１Ｆに示すように、ＬＬＯ工程により前記基板１００を除去する。
【００４５】
その後、通常の電極形成工程により、前記基板１００が除去されて露出された前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層１１０上に、ｎ型電極（図示せず）をそれぞれ形成して、窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を形成する。
【００４６】
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】従来の技術に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための断面図であって、発光構造物を形成した段階を示す。。
【図１Ｂ】従来の技術に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための断面図であって、感光膜パターンを形成した段階を示す。
【図１Ｃ】従来の技術に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための断面図であって、発光構造物を分割した段階を示す。
【図１Ｄ】従来の技術に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための断面図であって、ｐ型電極を形成した段階を示す。
【図１Ｅ】従来の技術に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための断面図であって、構造支持層を形成した段階を示す。
【図１Ｆ】従来の技術に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための断面図であって、基板を除去した段階を示す。
【図２Ａ】本発明の一実施の形態に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための断面図であって、絶縁パターンを形成した段階を示す。
【図２Ｂ】本発明の一実施の形態に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための断面図であって、発光構造物を形成した段階を示す。
【図２Ｃ】本発明の一実施の形態に係る垂直構造の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための断面図であって、絶縁パターンを除去した段階を示す。
【図３】図２Ａに示された段階の構造をさらに詳細に説明する平面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００    基板
１１０    ｎ型窒化物半導体層
１２０    活性層
１３０    ｐ型窒化物半導体層
１４０    ｐ型電極
１５０    構造支持層
１６０    発光構造物
２００    絶縁膜
２１０    絶縁膜パターン
３００    絶縁パターン
【図１Ａ】
2007053381.tif 000003
【図１Ｂ】
2007053381.tif 000004
【図１Ｃ】
2007053381.tif 000005
【図１Ｄ】
2007053381.tif 000006
【図１Ｅ】
2007053381.tif 000007
【図１Ｆ】
2007053381.tif 000008
【図２Ａ】
2007053381.tif 000009
【図２Ｂ】
2007053381.tif 000010
【図２Ｃ】
2007053381.tif 000011
【図３】
2007053381.tif 000012