(57)【要約】      （修正有）【課題】低い温度で発光ダイオードチップに横向きエッチングを行い、発光ダイオードチップを逆円錐状に形成させる発光ダイオードチップの製造方法を提供する。【解決手段】基板１１０上にＳｉＯ２パターン層を形成するステップと、基板１１０に半導体発光構造１４０を成長させ、エピタキシャル成長の条件を調整することにより、隣接する半導体発光構造１４０の間にギャップを形成するステップと、第一エッチング液でＳｉＯ２パターン層を除去し、半導体発光構造と基板との間にスペースを形成させるステップと、第二エッチング液で半導体発光構造１４０をエッチングし、第二エッチング液が、ギャップに注ぎ込まれた後、スペースに流れ込み、半導体発光構造１４０を逆円錐状に形成させるステップと、半導体発光構造１４０に電極を設置するステップと、ギャップに沿って基板を切断し、複数の発光ダイオードチップを形成するステップとを備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にＳｉＯ２パターン層を形成し、前記基板上に複数のエピタキシャル成長区域を画定するステップと、
前記エピタキシャル成長区域に半導体発光構造を成長させ、エピタキシャル成長の条件を調整することにより、隣接する半導体発光構造の間に前記ＳｉＯ２パターン層の一部を露出させるギャップを形成するステップと、
第一エッチング液で前記ＳｉＯ２パターン層を除去し、前記半導体発光構造と前記基板との間にスペースを形成させるステップと、
第二エッチング液で前記半導体発光構造に横向きエッチングを行うステップであって、前記第二エッチング液が、隣接する前記半導体発光構造の間の前記ギャップに注ぎ込まれた後、前記半導体発光構造と前記基板との間の前記スペースに流れ込むことにより、前記半導体発光構造の側面と同時に底面をエッチングさせ、前記半導体発光構造を逆円錐状に形成させるステップと、
前記半導体発光構造に電極を設置するステップと、
前記ギャップに沿って前記基板を切断し、複数の発光ダイオードチップを形成するステップと、
を備えることを特徴とする発光ダイオードチップの製造方法。
【請求項２】
前記半導体発光構造は、前記基板上にＧａＮバッファ層、ｎ型ＧａＮ半導体層、ＩｎＧａＮ/ＧａＮ多重量子井戸層、及びｐ型ＧａＮ半導体層を順に積み重ねてなることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
【請求項３】
前記電極を設置するステップは、前記半導体発光構造の一部をエッチングしてｎ型ＧａＮ半導体層の一部の表面を露出させ、前記ｐ型ＧａＮ半導体層の表面及び前記ｎ型ＧａＮ半導体層の露出面に、それぞれｐ型接触電極及びｎ型接触電極を設置することを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードチップの製造方法に関し、特に高い光出力の発光ダイオードチップの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は、電流を特定の波長の光に転換できる半導体素子からできており、高輝度、低電圧、低消費電力、長寿命である等の利点を有することから、従来の蛍光灯或いは白熱灯に代わって、ランプの光源として、現在広く利用されている。
【０００３】
従来の発光ダイオードチップは、一般的に矩形の形状に加工されるため、発光ダイオードチップの材料と外界の空気或いはパッケージの材料との屈折率に大きな差が生じ、発光ダイオードチップから出射された光の一部は、界面で全反射しやすく、またチップの内部に反射されることによって外界へ出射できない。そのため、発光ダイオードチップの光出力が低下してしまう。そこで、発光ダイオードチップの光出力を向上させるために、発光ダイオードチップを逆円錐状に加工させる。この構成は、発光ダイオードチップの側面が傾斜面を有するので、全反射を低減させ、発光ダイオードチップの光出力を向上させることができる。逆円錐状の構造を形成する方法は、一般的にウェットエッチングを採用し、エッチング液を利用して、前記発光ダイオードチップの側面をエッチングさせる。チップの底部の結晶格子品質はチップの頂部の結晶格子品質より低いので、チップの底部のエッチングスピードはチップの頂部のエッチングスピードより速い。これにより、前記逆円錐状の発光ダイオードチップを形成することができるが、このようなエッチングは、１７０℃より高い温度で行う必要があり、且つその速度は遅い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記した問題を解決するために、本発明は、低い温度で発光ダイオードチップに対して横向のエッチングを行い、発光ダイオードチップを逆円錐状に形成させる発光ダイオードチップの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る発光ダイオードチップの製造方法は、基板上にＳｉＯ２パターン層を形成し、前記基板上に複数のエピタキシャル成長区域を画定するステップと、前記エピタキシャル成長区域に半導体発光構造を成長させ、隣接する半導体発光構造の間に前記ＳｉＯ２パターン層の一部を露出させるギャップを形成するステップと、第一エッチング液で前記ＳｉＯ２パターン層を除去し、前記半導体発光構造と前記基板との間にスペースを形成させるステップと、第二エッチング液で前記半導体発光構造に横向きエッチングを行うステップであって、前記第二エッチング液が、隣接する前記半導体発光構造の間の前記ギャップに注ぎ込まれた後、前記半導体発光構造と前記基板との間の前記スペースに流れ込むことにより、前記半導体発光構造の側面と同時に底面をエッチングさせ、前記半導体発光構造を逆円錐状に形成させるステップと、前記半導体発光構造に電極を設置するステップと、前記ギャップに沿って前記基板を切断し、複数の発光ダイオードチップを形成するステップと、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
従来の技術と比べると、本発明に係る発光ダイオードチップの製造方法において、半導体発光構造の底部にＳｉＯ２パターン層を予め形成し、第一エッチング液で前記ＳｉＯ２パターン層を除去し、次いで第二エッチング液で半導体発光構造に横向きエッチングを行う過程において、第二エッチング液は、前記半導体発光構造の底部に流れ込むことにより、前記半導体発光構造の側面と同時に底面をエッチングできる。そのため、エッチング温度を低下させ、且つその速度も早めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係るサファイア基板の断面図である。
【図２】図１に示した本発明の実施形態に係るサファイア基板の平面図である。
【図３】図１に示した本発明の実施形態に係るサファイア基板に半導体発光構造を成長させた後の断面図である。
【図４】図３に示した半導体発光構造が成長されたサファイア基板において、ＳｉＯ２パターン層を除去した後の断面図である。
【図５】図４に示した半導体発光構造に横向エッチングを行った後の断面図である。
【図６】図５に示した半導体発光構造に電極を設置した後の断面図である。
【図７】図６に示した基板を切断して分離された発光ダイオードチップの断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る発光ダイオードチップから出射される光の一部の光線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１及び図２に示すように、基板１１０上にＳｉＯ２パターン層１２０を形成させる。前記基板１１０は、サファイア、炭化ケイ素或いは窒化ケイ素から選択される一種である。前記ＳｉＯ２パターン層１２０は、前記基板１１０を複数のエピタキシャル成長区域に分割させる。本実施例において、前記基板１１０の厚さは、４３０マイクロメートルである。前記ＳｉＯ２パターン層１２０は、互いに交差して格子状を形成する複数の細長いＳｉＯ２パターンからなる。前記ＳｉＯ２パターンは、複数の正方形のエピタキシャル成長区域１３０を画定する。前記ＳｉＯ２パターンの幅は、２０マイクロメートルであり、前記エピタキシャル成長区域１３０の幅は、３００マイクロメートルである。また必要に応じて、前記基板１１０は、パターン化されたサファイア基板（ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｓａｐｐｈｉｒｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ、ＰＳＳ）であってもよい。
【００１０】
図３に示すように、前記エピタキシャル成長区域１３０に半導体発光構造１４０を成長させる。前記半導体発光構造１４０は、前記基板１１０上にＧａＮバッファ層１４１、ｎ型ＧａＮ半導体層１４２、ＩｎＧａＮ/ＧａＮ多重量子井戸層１４３、及びｐ型ＧａＮ半導体層１４４を順に積み重ねてなる。前記ｎ型ＧａＮ半導体層１４２の厚さは、４マイクロメートルであり、前記ｐ型ＧａＮ半導体層１４４の厚さは、０．１マイクロメートルである。エピタキシャル成長の条件を調整することにより、隣接する半導体発光構造１４０の間にギャップ１５０を形成し、前記ＳｉＯ２パターン層１２０の一部を露出させる。本実施例において、前記ＳｉＯ２パターンの幅を調整することによって、具体的には幅を増大させることによって、前記半導体発光構造１４０の成長が完了した後、複数の半導体発光構造が連接されないように形成できる。このようにして、複数の半導体発光構造１４０の間にギャップ１５０を形成することができる。
【００１１】
図４に示すように、バッファ酸化物エッチング液（ＢＯＥ液）で前記ＳｉＯ２パターン層１２０を除去する。前記バッファ酸化物エッチング液は、フッ化水素酸（ＨＦ）とフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）の混合物である。前記バッファ酸化物エッチング液は、前記ギャップ１５０に流れ込んだ際、前記ＳｉＯ２パターン層１２０を効果的にエッチングすることができる。前記ＳｉＯ２パターン層１２０が完全に除去された後、前記半導体発光構造１４０と前記基板１１０との間に、スペース１６０が形成される。
【００１２】
図５に示すように、水酸化カリウム溶液で前記半導体発光構造１４０に対して横向きエッチングを行う。前記水酸化カリウム溶液の濃度は、２ｍｏｌ／Ｌ〜７ｍｏｌ／Ｌである。前記エッチング温度は、１００度より低く、前記エッチング時間は、５分〜３０分である。前記水酸化カリウム溶液は、隣接する半導体発光構造１４０の間のギャップ１５０に注ぎ込まれた後、前記半導体発光構造１４０と前記基板１１０との間のスペース１６０に流れ込む。そのため、前記水酸化カリウム溶液は、前記半導体発光構造１４０の側面と同時に底面をエッチングすることができ、このようにして前記半導体発光構造１４０を逆円錐状に形成させることができる。前記水酸化カリウム溶液がＧａＮをエッチングする過程の化学反応式は、以下の式１を満たす。
【００１３】
【化１】
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【００１４】
好ましい実施形態において、２ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム溶液を利用して、７５度の温度で前記半導体発光構造１４０を１５分間エッチングし、前記半導体発光構造１４０を逆円錐状に形成させることで、前記半導体発光構造１４０の光出力を向上させることができる。前記半導体発光構造１４０の側面と底面との間の角度θは、５７度〜６２度である。
【００１５】
図６に示すように、前記半導体発光構造１４０の一部をエッチングしてｎ型ＧａＮ半導体層１４２の一部の表面を露出させて電極プラットフォーム１７０を形成する。その後、前記ｐ型ＧａＮ半導体層１４４の表面及び前記ｎ型ＧａＮ半導体層１４２の表面に、それぞれｐ型接触電極１７１及びｎ型接触電極１７２を設置する。前記ｐ型接触電極１７１及びｎ型接触電極１７２は、外部の電源と接続し、前記半導体発光構造１４０に駆動電流を提供する。
【００１６】
図７に示すように、前記ギャップ１５０に沿って前記基板１１０を切断し、複数の発光ダイオードチップ１００を形成する。
【００１７】
図８に示すように、前記ｐ型接触電極１７１及びｎ型接触電極１７２に電圧を印加すると、前記ｐ型ＧａＮ半導体層１４４の正孔及び前記ｎ型ＧａＮ半導体層１４２の電子は、電場の作用によって前記多重量子井戸層１４３で結合し、エネルギーが光の形で放出される。前記半導体発光構造１４０は、逆円錐状を呈するので、前記半導体発光構造１４０の側面で光の入射角が小さくなり、半導体発光構造１４０の側面で起きる全反射を減少させる。そのため、前記逆円錐状の半導体発光構造１４０は、光が半導体発光構造１４０の側面で全反射した後、半導体発光構造１４０の内部へ反射することを防止し、発光ダイオードチップ１００の光出力を向上させることができる。例えば、前記ＩｎＧａＮ/ＧａＮ多重量子井戸層１４３から前記半導体発光構造１４０の頂部側に出射された２４．６度より大きい入射角の光は、前記半導体発光構造１４０の頂部で全反射した後、前記半導体発光構造１４０の側面へ反射し、次いで前記半導体発光構造１４０の側面から出射される。前記ＩｎＧａＮ/ＧａＮ多重量子井戸層１４３から前記半導体発光構造１４０の底部側に出射された４８．６度より大きい入射角の光は、前記半導体発光構造１４０の底部で全反射した後、前記半導体発光構造１４０の側面へ反射し、該側面で全反射した後、前記半導体発光構造１４０の頂面から出射される。
【００１８】
本実施例において、前記半導体発光構造１４０の底部にＳｉＯ２パターン層１２０が予め形成させるので、バッファ酸化物エッチング液で前記ＳｉＯ２パターン層１２０を除去した後、前記半導体発光構造１４０の底部のＧａＮ層の一部のＮ原子表面（０００−１）を露出させることができる。前記半導体発光構造１４０に横向きエッチングを行う過程で、水酸化カリウム溶液は、前記半導体発光構造１４０の底部に流れ込んで前記半導体発光構造１４０の側面と同時に底面をエッチングさせることができる。そのため、エッチング温度を低下させ（１００度以下）、且つその速度も早めることができる。一般的に、エッチングしたエッチング面は、平面（１０−１−１）と平面（１１−２−２）であり、該２つの平面と前記平面（０００−１）との間の夾角は、それぞれ約５７度と６２度である。
【符号の説明】
【００１９】
１００  ダイオードチップ
１１０  基板
１２０  ＳｉＯ２パターン層
１３０  エピタキシャル成長区域
１４０  半導体発光構造
１４１  ＧａＮバッファ層
１４２  ｎ型ＧａＮ半導体層
１４３  ＩｎＧａＮ/ＧａＮ多重量子井戸層
１４４  ｐ型ＧａＮ半導体層
１５０  ギャップ
１６０  スペース
１７０  電極プラットフォーム
１７１  ｐ型接触電極
１７２  ｎ型接触電極
【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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