(57)【要約】【課題】発光ダイオードにおいて、発光層に加工損傷が生じることを抑止するとともに、発光層の面積を最大限に確保する。【解決手段】発光ダイオードの製造方法は、Ｓｉ基板２１の表面にｎ型クラッド層２３を形成する第１の工程と、ｎ型クラッド層２３上に発光層２４を形成する第２の工程と、発光層２４上にｐ型クラッド層２５を形成する第３の工程と、Ｓｉ基板２１の裏面よりｎ型クラッド層２３に達するビアホール２７を形成する第４の工程と、ビアホール２７にビアホール電極２９を埋め込む第５の工程と、を備える。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板の表面に第１導電型の導電層を形成する第１の工程と、
前記第１導電型の導電層上に発光層を形成する第２の工程と、
前記発光層上に第２導電型の導電層を形成する第３の工程と、
前記支持基板の裏面より前記第１導電型の導電層に達するビアホールを形成する第４の工程と、
前記ビアホールにビアホール電極を埋め込む第５の工程と、
を備えることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
前記第４の工程の前に、前記支持基板の裏面にレジストパターンを形成する工程と、
前記第４の工程の後に、前記レジストパターンを除去する工程と、を更に備え、
前記第４の工程において、前記レジストパターンをマスクとして前記ビアホールを形成することを特徴とする。請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
前記第４の工程の後に、前記ビアホール内に露出した前記第１導電型の導電層の表面に、めっき法で用いるシード層を形成する工程を備え、
前記第５の工程において、めっき法で前記シード層に前記ビアホール電極を埋め込むことを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
前記シード層は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの積層膜から構成されることを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
支持基板の表面に形成された第１導電型の導電層と、
前記第１導電型の導電層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第２導電型の導電層と、
前記支持基板の裏面から前記第１導電型の導電層に達するビアホールに埋め込まれたビアホール電極と、
を備えることを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項６】
前記ビアホール電極は、めっき法で用いるシード層を介して前記ビアホールに埋め込まれたことを特徴とする、請求項５に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記シード層は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの積層膜から構成されることを特徴とする、請求項６に記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードの製造方法及び発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
先ず、図１を参照して、従来の発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）について説明する。図１は、従来の一般的な発光ダイオードを説明するための概略図であって、主要部の切断端面を示している。
【０００３】
発光ダイオードは、特許文献１に記載されているように、支持基板１１上に、バッファ層１２、ｎ型クラッド層１３、発光層１４、及びｐ型クラッド装１５が順次に積層されて構成されている。
【０００４】
発光ダイオードのｐ型クラッド層１５の上側表面上には、ｐ型電極１６が設けられている。また、ｎ型クラッド層１３まで掘り込まれた箇所には、オーミック接合で形成されたｎ型電極１７が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３２６４９号公報
【特許文献２】特開２００９−０４９３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１に示すように、ｎ型電極１７を形成する箇所は、ドライエッチングを用いてｎ型クラッド１３まで掘り込まれている。この際、ドライエッチングはウェットエッチングに比べて加工精度が優れている反面、物理的破壊が行われるため、ＬＥＤの発光層１４に加工損傷が起こる可能性がある。
【０００７】
加工される境界が損傷を受けることで、発光層１４の発光効率の低下や電流リークが起こり、ＬＥＤの性能劣化の原因となる。また、性能劣化だけでなく、ｎ型電極１７を形成する箇所では、発光層１４を含む領域を掘り込んでいるため、発光層１４が発光する面積も縮小してしまう。
【０００８】
一方、加工損傷の恐れや発光面積を縮小させない構造として、特許文献２に記載されているように、従来のＬＥＤ構造をフリップチップ化し、裏面より光を取り出す方法がある。しかしながら、この場合、支持基板として炭化珪素（ＳｉＣ）やサフィアなどの透明な基板が必要になる。そして、炭化珪素（ＳｉＣ）やサフィアはＳｉに比べると高価であるという欠点がある。
【０００９】
更に、導電性のあるＳｉ基板やＳｉＣ基板を支持基板に用いることで、ｎ型電極１７を支持基板１１の裏面に設置する構造も考えられる。しかし、Ｓｉ基板やＳｉＣ基板の抵抗率はおよそ０．１Ωｍ程度であり、一方、金属の抵抗率はマイナス７〜８乗オーダーであるため、Ｓｉ基板やＳｉＣ基板の抵抗率は金属に比べると高く、ＬＥＤの性能の発揮を妨げてしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、発光層に加工損傷が生じることを抑止するとともに、発光層の面積を最大限に確保でき、製造コストを低減することが可能な、新規かつ改良された発光ダイオードの製造方法及び発光ダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、支持基板の表面に第１導電型の導電層を形成する第１の工程と、前記第１導電型の導電層上に発光層を形成する第２の工程と、前記発光層上に第２導電型の導電層を形成する第３の工程と、前記支持基板の裏面より前記第１導電型の導電層に達するビアホールを形成する第４の工程と、前記ビアホールにビアホール電極を埋め込む第５の工程と、を備える発光ダイオードの製造方法が提供される。
【００１２】
また、前記第４の工程の前に、前記支持基板の裏面にレジストパターンを形成する工程と、前記第４の工程の後に、前記レジストパターンを除去する工程と、を更に備え、前記第４の工程において、前記レジストパターンをマスクとして前記ビアホールを形成するものであってもよい。
【００１３】
また、前記第４の工程の後に、前記ビアホール内に露出した前記第１導電型の導電層の表面に、めっき法で用いるシード層を形成する工程を備え、前記第５の工程において、めっき法で前記シード層に前記ビアホール電極を埋め込むものであってもよい。
【００１４】
また、前記シード層は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの積層膜から構成されるものであってもよい。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、支持基板の表面に形成された第１導電型の導電層と、前記第１導電型の導電層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第２導電型の導電層と、前記支持基板の裏面から前記第１導電型の導電層に達するビアホールに埋め込まれたビアホール電極と、を備える発光ダイオードが提供される。
【００１６】
また、前記ビアホール電極は、めっき法で用いるシード層を介して前記ビアホールに埋め込まれたものであってもよい。
【００１７】
また、前記シード層は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの積層膜から構成されるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光層に加工損傷が生じることを抑止するとともに、発光層の面積を最大限に確保でき、製造コストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の発光ダイオードを説明するための概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す概略断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す概略断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す概略断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す概略断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
窒化物半導体を用いたＬＥＤにおいて、窒化ガリウム（ＧａＮ）の単結晶基板は高価であり、また、基板サイズも小さいものしか入手できない。このため、窒化物系ＬＥＤを製造するにあたっては、通常、支持基板１１として、他の材質で形成された異種材料基板を用いて、この異種材料基板上にＧａＮなどの窒化物半導体薄膜を成長させる。異種材料基板として、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板、サフィア基板などが用いられる。
【００２２】
以下、本実施形態について説明する。先ず、図２に示すように、支持基板（Ｓｉ基板）２１上に、ＧａＮ、窒化アルミガリウム（ＡｌＧａＮ、ＧａＮ）、または窒化アルミ（ＡｌＮ）からなるバッファ層２２を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で堆積させる。
【００２３】
続いて、ｎ型クラッド層２３、発光層２４、及びｐ型クラッド層２５を順次結晶成長させる。具体的には、バッファ層２２上に、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型クラッド層２３を形成する。次に、ｎ型クラッド層２３上に、シリコン（Ｓｉ）やマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＩｎＧａＮ／ＧもしくはＡｌＧａＮ／ＧＮからなり、数ｎｍ単位で超格子状に積層された発光層２４を形成する。次に、発光層２４上に、ＭｇがドープされたＧａＮを含むｐ型クラッド層２５を形成する。
【００２４】
その後、Ｓｉ基板２１の裏面側を２００μｍ程度まで研磨し、Ｓｉ基板２１を薄層化する。
【００２５】
次に、ウェハの裏面のＳｉ基板２１側に、ドライエッチング耐性のあるポジレジスト、例えば、ＯＦＰＲ（東京応化工業株式会社製）を塗布する。その後、図３に示すように、フォトリソグラフィ及びこれに続くドライエッチングによりポジレジストをパターニングし、例えば直径５０μｍの円形のレジストパターン２６を１５０μｍピッチでパターニングする。
【００２６】
その後、図４に示すように、六フッ化硫黄ガス（ＳＦ６）と四フッ化炭素ガス（ＣＦ４）を交互に供給するボッシュ法を用いたドライエッチングにより、レジストパターン２６をマスクとして、Ｓｉ基板１１の裏面側からバッファ層２２に達するまでエッチングを行う。その後、塩素（Ｃｌ２）や三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）のガスによる誘導結合型反応性イオンエッチング法により、バッファ層２２を貫通し、ｎ型クラッド層２３に十分達する箇所まで続けてドライエッチングを行ない、ビアホール２７を形成する。その後、レジストパターン２６を除去し、洗浄を行う。
【００２７】
次に、図５に示すように、電界めっき用の電流供給層として、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／Ｔｉ／金（Ａｕ）からなるシード層２８をスパッタ法等で堆積する。ここで、チタン（Ｔｉ）は密着性を高めるため、アルミニウム（Ａｌ）はｎ型ＧａＮへのオーミック接合のため、金（Ａｕ）はめっき液からの保護のために用いる。シード層２８は、任意の厚さで形成する。
【００２８】
次に、図６に示すように、電解めっきによりビアホール２７内に銅（Ｃｕ）を堆積させてビアホール電極２９を形成する。次に、スパッタ等により、ｐ型クラッド層２５の表面に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等からなる透明電極２９を３００ｎｍ程度の厚さで堆積する。透明電極２９は、発光層２４へ広く効率良く電流が流れるために用いられる。
【００２９】
次に、図８に示すように、フォトリソグラフィ及びこれに続くドライエッチングにより、透明電極２９上へ上面電極用のパターンをパターニングし、蒸着法によりＴｉ／Ａｌ、またはＴｉ／Ａｕ、ニッケル（Ｎｉ）／Ａｕを３００ｎｍ程度の厚さで蒸着し、リフトオフで上面電極３０を形成する。
【００３０】
図８に示す構成において、ビアホール電極２９を介してｎ型クラッド層２３が所定の電位に設定される。また、上面電極３０を介してｐ型クラッド層２５に所定の電位が印加される。これにより、ｎ型クラッド層２３とｐ型クラッド層２５に挟まれた発光層２４が発光する。
【００３１】
図８に示すように、本実施形態の窒化物半導体発光ダイオードは、Ｓｉ基板２１の裏面側からビアホール電極２９が設置された構造とされている。このため、ｎ型電極およびｐ型電極が同じ面側に平面状に配置される構造とは異なり、上面と裏面の上下方向にｎ型電極およびｐ型電極が設置された構造となる。従って、本実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオードの構造内における電流経路は縦方向となり、ｎ型クラッド層を横方向に電流が流れる従来構造（図１）よりも電流経路を大幅に短縮することができる。
【００３２】
ビアホール電極２９の材料はＣｕ等の金属であるため、半導体のみを支持基板１１として裏面に電極を設置した場合と比較すると電気伝導性が高く、またＣｕを電極に用いることでＳｉやサフィアを支持基板とした場合よりも放熱性を向上させることができる。
【００３３】
更に、Ｃｕの熱伝導率は４０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。一方、Ｓｉの熱伝導率は１４９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、サフィアの熱伝導率は４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、Ｃｕの物性値と比較すると、Ｓｉは約１／２．６９倍、サフィアは約１／９．５５倍である。従って、Ｃｕをビアホール電極２９に用いることで、Ｓｉやサフィアを支持基板１１とした場合よりも放熱性を向上させることができる。
【００３４】
Ｓｉ支持基板の厚さ２００μｍに直径５０μｍのビアホール電極２９を１５０μｍピッチで設計し、Ｃｕの抵抗率を１．７×１０−８Ωｍ、低抵抗Ｓｉ支持基板の抵抗率を０．１Ωｍとした場合、ビアホール電極２９の１ｍ２あたりの抵抗値は約６．９×１０−１１Ωとなる。一方、低抵抗Ｓｉの支持基板のみの１ｍ２あたりの抵抗値は、２．０×１０−５Ωとなり、低抵抗Ｓｉの支持基板を用いた場合は約２８８倍程度抵抗値が劣化することになる。
【００３５】
ｎ型クラッド層２３に接続されるｎ型電極をビアホール電極２９にすることで、電極形成のために発光層２４を縮小することなくＬＥＤ構造を形成することができる。従って、発光層２４の発光面積を増大することができ、発光量を増加させることが可能となる。
【００３６】
また、従来のＬＥＤ構造のｎ型電極のようなドライエッチングを用いる工程では、発光層１４へ加工損傷が起こってしまうが、本実施形態では、ビアホール電極２９をＳｉ基板２１の裏面側から形成するため、発光層１４をドライエッチングする必要がなく、発光層１４への加工損傷の発生を確実に抑えることが可能である。
【００３７】
また、ビアホール電極２９の材料は金属であるため、支持基板２１に用いる半導体よりも熱伝導性が優れ、発光ダイオードの放熱性を向上することができる。更に、金属は半導体よりも電気伝導性が優れるため、ＬＥＤの裏面にビアホール電極２９を形成することで、電流ロスを抑えることができ、ＬＥＤの性能劣化を確実に抑制することができる。
【００３８】
以上説明したように本実施形態によれば、発光ダイオードにおいて、ｎ型電極を形成するために発光層１４の面積が縮小してしまうことを抑えることができ、且つ、発光層１４の加工損傷による発光ダイオードの性能劣化を抑止することができる。従って、発光面積を拡大するとともに、発光ダイオードの性能劣化を確実に抑えることが可能となる。また、支持基板２１の裏面側からビアホール電極２９を形成したため、放熱性及び電気伝導性を向上させることが可能となる。
【００３９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。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、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４０】
２３    ｎ型クラッド層
２４    発光層
２５    ｐ型クラッド層
２７    ビアホール
２８    シード層
２９    ビアホール電極
【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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