CN101901861A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了发光二极管及其制造方法，该制造方法包括以下步骤：在第一基板上生长由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成的、形成发光二极管结构的半导体层，该第一基板由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成，并且具有相对于(001)面在[110]方向上倾斜的主表面；将第一基板在半导体层侧上结合至第二基板；去除第一基板，从而暴露出半导体层；在半导体层的暴露面上以矩形平面形状形成蚀刻掩模，使得长边在[110]或[-1-10]方向上延伸，而短边在[-110]或[1-10]方向上延伸；并且使用蚀刻掩模通过湿蚀刻来图案化半导体层。
Description
相关申请的参考
本发明包含于2009年5月29日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-129766所涉及的主题，其全部内容结合于此，作为参考。
技术领域
本发明涉及发光二极管及其制造方法。本发明特别适用于显微发光二极管中的应用。
背景技术
近来已经提出了约几十个微米大小的显微发光二极管(例如，参见WO 2002/07231和JP-A-2005-150673)。这种发光二极管的实例为使用具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体(诸如AlGaInP半导体)的发光二极管。
下面，将参照图14A～图14C来描述这种发光二极管的制造方法的实例。根据这种制造方法，如图14A所示，首先在主表面位于(001)面的GaAs基板101上生长用于形成发光二极管结构的半导体层102。半导体层102为具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体。半导体层102包括活性层102a以及诸如n型包覆层和p型包覆层的附加层。随后，如图14B所示，在半导体层102上形成具有矩形平面形状的抗蚀图案103。图15中示出了抗蚀图案102的平面形状。如图15所示，抗蚀图案103具有在半导体层102的[-110]或[1-10]方向上延伸的长边以及在半导体层102的[110]或[-1-10]方向上延伸的短边。随后，使用抗蚀图案103通过湿蚀刻图案化半导体层102。在具有闪锌矿晶体结构的半导体层102的湿蚀刻中，因为蚀刻率(速度)依赖于晶面方向而改变，所以以根据面方向的形状来蚀刻半导体层102。具体地，用于{111}面的蚀刻率约为用于{110}面的1/100。因此，通过{111}面的蚀刻率来指定在[-110]或[1-10]方向上延伸的抗蚀图案103的长边上的半导体层102的蚀刻状态，这样，半导体层102被蚀刻成具有正台结构的截面形状。因此，进行蚀刻，以在半导体层102在抗蚀图案103的长边上的部分中形成{111}面(更具体地，(111)和(-1-11)面)。在蚀刻完成时，如图14C中所示，半导体层102在[-110]或[1-10]方向上延伸的侧面关于位于正台面的平面而倾斜。湿蚀刻形成了元件分离。随后，去除抗蚀图案，并且在半导体层102的上表面形成电极(p侧电极或n侧电极)。在去除GaAs基板101后，在所暴露的半导体层102的下表面上形成相对极性的电极(p侧电极或n侧电极)。如图16所示，以这种方式制造所关注的发光二极管。
如图16所示，半导体层102的截面形状为左右对称，侧面102b关于半导体层102的主表面所形成的角度约为54.7°。在这种情况下，从活性层102a发射的光被半导体层102的侧面102b充分反射进入半导体层102的下表面(光提取面)。这使光能够以提高的效率被提取。图17示出了发光二极管的光辐射分布的测量结果。从图17中可以看出，光辐射分布为左右对称。
已知一种方法，其中，在GaAs基板上生长用于形成发光二极管结构的半导体层，该GaAs基板的主表面相对于(001)面在[110]方向上倾斜预定角度。这种方法通常用于具有闪锌矿晶体结构的三元或四元化合物半导体的半导体层102的生长。根据这种方法，如图18A所示，首先在其主表面相对于(001)面在[110]方向上倾斜预定角度的GaAs基板201上生长形成发光二极管结构的半导体层202。半导体层202包括活性层202a及诸如n型包覆层和p型包覆层的附加层。随后，如图18B所示，在半导体层202上形成具有矩形平面形状的抗蚀图案203。抗蚀图案203的平面形状与图15中所示相同。接下来，如图18C所示，使用抗蚀图案203通过湿蚀刻形成半导体层202的图案。随后，去除抗蚀图案203，并且在半导体层202的上表面形成电极(p侧电极或n侧电极)。在去除GaAs基板201后，在所暴露的半导体层202的下表面上形成相对极性的电极(p侧电极或n侧电极)。如图19所示，以这种方式制造所关注的发光二极管。
发明内容
但是，在图18A～图18C的制造方法中，GaAs基板201的主表面的偏离方向被设定为与位于正台面的(111)和(-1-11)面交叉。因此，湿蚀刻后的半导体层202的截面形状通过反映GaAs基板201的主表面的偏离角而变得左右不对称。例如，如图19所示，当使用相对于(001)面在[110]方向上倾斜15°的GaAs基板201时，在湿蚀刻后半导体层202的其中一个侧面202b相对于半导体层202的主表面所形成的角度变为40°，而另一侧面202b所形成的角度为28°。
图20示出了发光二极管的光辐射分布的测量结果。从图20可以看出，光辐射分布左右不对称。这是由于弱的前辐射，从活性层202a导向低角度(28°)侧面202b的出射光线向与半导体层202的光提取面的相反侧传播。
如上所述，在图19中所示的现有技术的发光二极管中，因为来自活性层202a的光在半导体层202的左右不对称侧面202b处被反射，所以从发光二极管所提取的光通常受侧面202b的倾斜角影响。因此，发光二极管的光分布左右不对称，并且光强度依赖于视角而大幅改变。
因此，需要能够生成左右对称的光分布的发光二极管及其制造方法。
根据本发明的实施方式，提供了一种发光二极管的制造方法。
该方法包括以下步骤：
在第一基板上生长由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成的、形成发光二极管结构的半导体层，该第一基板由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成，并且具有相对于(001)面在[110]方向上倾斜的主表面；
将第一基板在半导体层侧上结合第二基板；
去除第一基板，从而暴露出半导体层；
在半导体层的暴露面上以矩形平面形状形成蚀刻掩模，使得长边在[110]或[-1-10]方向上延伸，而短边在[-110]或[1-10]方向上延伸；以及
使用蚀刻掩模通过湿蚀刻图案化半导体层。
典型地，使用蚀刻掩模通过湿蚀刻而被图案化的半导体层在与蚀刻掩模短边平行的方向上具有倒梯形(倒台结构)截面形状，并且分别具有与蚀刻掩模长边平行及位于(1-11)面和(-111)面的两个侧面。例如，第一基板的主表面相对于(001)面的倾斜角(偏离角)α为0＜α≤20°。典型地，形成第一基板的化合物半导体和形成半导体层的化合物半导体为第Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体或第Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体。
下面，通过发光波长频带来表示使用第Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体或第Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体的发光二极管的具体实例。
1.第Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体
异质结 发光波长
GaInP/AlGaInP 红色
GaInP/AlGaP 红色
AlGaAs/InGaAs 红色
AlGaAs/AlGaP 红色
GaInAsP/GaP 红外
GaInNP/AlGaP 红外
GaAs/AlGaAs 红外
2.第Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体
ZnO/ZnMgO 蓝色
ZnTe/ZnMgTe 绿色
ZnCdSe/BeZnTe 黄绿色
MgSe/BeZnTe 黄绿色
MgSe/ZnCdSe 黄绿色光
第Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的具体实例包括GaP、GaAs、GaSb、AlP、AlAs、AlSb、InP、InAs、InSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs和InAlPSb。
第Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体的具体实例包括CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe和HgZnSTe。
根据用于半导体层的半导体的类型适当地选择用于湿蚀刻的蚀刻剂(蚀刻液体)。当形成半导体层的化合物半导体为磷系化合物半导体时，被冷却至低于5℃的温度的盐酸被优选用作用于半导体层的湿蚀刻的蚀刻剂。
根据本发明的另一实施方式，提供了一种发光二极管，包括由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体所构成并形成发光二极管结构的半导体层，其中，半导体层具有在一个方向上的梯形截面形状、相对于(001)面在[110]方向上倾斜的上底侧主表面、以及分别位于(1-11)面和(-111)面的两个侧面。
相关于发光二极管的制造方法所进行的描述也适用于发光二极管。
根据本发明的又一实施方式，提供了一种发光二极管的制造方法。该方法包括以下步骤：
在基板上生长由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成的、形成发光二极管结构的半导体层，该基板由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成，并且具有相对于(001)面在[-110]方向上倾斜的主表面；
在半导体层上以矩形平面形状形成蚀刻掩模，使得长边在[-110]或[1-10]方向上延伸，而短边在[110]或[-1-10]方向上延伸；并且
使用蚀刻掩模通过湿蚀刻图案化半导体层。
相关于上述发光二极管的制造方法所进行的描述也适用于该制造方法。
根据本发明的又一实施方式，提供了一种发光二极管，其包括由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体所构成并形成发光二极管结构的半导体层，其中，半导体层具有在一个方向上的梯形截面形状、相对于(001)面在[-110]方向上倾斜的上底侧主表面、以及分别位于(111)面和(-1-11)面的两个侧面。
相关于上述发光二极管的制造方法所进行的描述也适用于发光二极管。
在本发明的各种实施方式中，发光二极管的尺寸不被具体限定，通常最大尺寸为50μm以下，典型为10μm以上。
根据本发明的上述结构，基板主表面关于(001)面的倾斜方向不会与通过湿蚀刻在半导体层上所形成的侧面交叉。因此，湿蚀刻后的半导体层的截面形状左右对称，并且侧面相对于半导体层的主表面所形成的角度彼此相等。
因为半导体层的截面形状左右对称，并且因为侧面相对于半导体层的主表面所形成的角度彼此相等，所以从半导体层所提取的光没有被半导体层的侧面的倾斜角影响。因此，发光二极管能够生成左右对称的光分布。因此，发光二极管的光强度仅有很小的依赖于视角的改变。
附图说明
图1A～图1C是说明了根据本发明第一实施方式的发光二极管的制造方法的截面图。
图2A和图2B是说明了根据本发明第一实施方式的发光二极管的制造方法的截面图。
图3是示出了在根据本发明第一实施方式的发光二极管的制造方法中被用作蚀刻掩模的抗蚀图案的平面图。
图4是示出了根据本发明第一实施方式的发光二极管的截面图。
图5A和图5B是表示通过使用(100)正基板的现有技术的发光二极管的制造方法所制造的发光二极管的半导体层的蚀刻形状的轮廓线图和光学显微照片；图5C是半导体层的光致发光摄影图像。
图6A和6B是表示通过使用(100)15°偏离基板的现有技术的发光二极管的制造方法所制造的发光二极管的半导体层的蚀刻形状的轮廓线图和光学显微照片；图6C是半导体层的光致发光摄影图像。
图7A和图7B是表示通过使用(100)正基板的本发明第一实施方式的发光二极管的制造方法所制造的发光二极管的半导体层的蚀刻形状的轮廓线图和光学显微照片；图7C是半导体层的光致发光摄影图像。
图8A和图8B是表示通过本发明的第一实施方式的发光二极管的制造方法所制造的发光二极管的半导体层的蚀刻形状的轮廓线图和光学显微照片；图8C是半导体层的光致发光摄影图像。
图9A～图9C是说明了在根据本发明第一实施方式的发光二极管的制造方法中进行湿蚀刻的半导体层的形状的轮廓线图。
图10A～图10C是说明了在现有技术的发光二极管的制造方法中进行湿蚀刻的半导体层的形状的轮廓线图。
图11A～图11C是示出了根据本发明第二实施方式的发光二极管的制造方法的截面图。
图12是示出了在根据本发明第二实施方式的发光二极管的制造方法中用作蚀刻掩模的抗蚀图案的平面图。
图13是示出了根据本发明第二实施方式的发光二极管的截面图。
图14A～图14C是说明了现有技术的发光二极管的制造方法的截面图。
图15是示出了在图14A～图14C中所示的现有技术的发光二极管的制造方法中被用作蚀刻掩模的抗蚀图案的平面图。
图16是示出了通过在图14A～图14C中所示的现有技术的发光二极管的制造方法所制造的发光二极管的截面图。
图17是示出了图16中所示的现有技术的发光二极管的光辐射分布的轮廓线。
图18A～图18C是说明了现有技术的另一发光二极管的制造方法的截面图。
图19是示出了通过图18A～图18C所示的发光二极管的制造方法所制造的发光二极管的截面图。
图20是示出了图19所示的现有技术的发光二极管的光辐射分布的轮廓线图。
图21是表示能带随偏离基板的改变的示图。
图22是表示能带随偏离基板的改变的示图。
具体实施方式
下面，将描述本发明的实施方式。将以下面的顺序进行描述。
1.第一实施方式(发光二极管的制造方法及发光二极管)
2.第二实施方式(发光二极管的制造方法及发光二极管)
<1.第一实施方式>
[发光二极管的制造方法及发光二极管]
下面将描述根据第一实施方式的发光二极管的制造方法。
如图1A中所示，首先，在基板(下文中称为“A偏离基板”)11上生长由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成的半导体层12，该基板由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体所构成，并且具有相对于(001)面在[110]方向上倾斜预定角度的主表面。根据需要选择A偏离基板11的主表面相对于(001)面的倾斜角α。例如，倾斜角α为0°＜α≤20°。用于半导体层12的化合物半导体的实例包括诸如AlGaInP半导体和GaAs半导体的第Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，以及诸如ZnSe半导体的第Ⅱ-Ⅵ组化合物半导体。半导体层12包括活性层12a和诸如n型包覆层和p型包覆层的附加层。
随后，如图1B所示，通过粘合剂13将A偏离基板11在半导体层12侧上结合至支撑基板14。可以使用各种类型的基板用于支撑基板14。实例包括蓝宝石基板和硅基板。
此后，如图1C所示，通过诸如抛光或化学蚀刻的方式从背侧去除A偏离基板11，从而暴露出半导体层12。
接下来，通过平版印刷在半导体层12的暴露面上形成矩形平面形状的抗蚀图案15。如图3所示，以长边在半导体层12的[110]或[-1-10]方向上延伸而短边在半导体层12的[-110]或[1-10]方向上延伸的方式来形成抗蚀图案15。抗蚀图案15的短边在长度上基本上等于蚀刻后半导体层12的顶面的短方向边。抗蚀图案15的长边比蚀刻后半导体层12的顶面的长方向边更长。
随后，使用抗蚀图案15作为蚀刻掩模、通过湿蚀刻图案化半导体层12。如图2B所示，这会造成元件分离。湿蚀刻以倒台结构蚀刻半导体层12，在与抗蚀图案15的短边平行的平面上为半导体层12提供倒梯形截面形状。半导体层12的两个侧面分别在(1-11)和(-111)面上倾斜。尽管将在后面描述细节，但是半导体层12的截面形状为左右对称，并且半导体层12的两个侧面相对于半导体层12的主表面所形成的角度彼此相等。
接下来，在去除抗蚀图案15后，在半导体层12上形成电极(p侧电极或n侧电极)(未示出)。
随后，通过粘合剂将支撑基板14在半导体层12侧上结合至另一支撑基板(未示出)，并且去除粘合剂13和支撑基板14。
随后，在被结合至支撑基板的半导体层12上形成相对极性的电极(p侧电极或n侧电极)(未示出)。
此后，去除支撑基板和粘合剂。
结果，如图4所示，形成具有左右对称截面形状的发光二极管，其中，侧面12b相对于半导体层12的主表面所形成的角度彼此相等。在发光二极管中的半导体层12的上底侧上的主表面相对于(001)面在[110]方向上倾斜预定角度，并且半导体层12的侧面12b分别位于(1-11)和(-111)面。依赖于所需的用途，发光二极管可以被用作单独元件，或可以被结合、转写或配线连接至另一基板。
如上面所注意的，使用抗蚀图案15作为蚀刻掩模的半导体层12的湿蚀刻为半导体层12提供了左右对称的截面形状，并且半导体层12的侧面12b相对于半导体层12的主表面所形成的角度彼此相等。下面描述其原因。
在图14A～图14C中所示的现有技术的发光二极管的制造方法中，在主表面位于(001)面的GaAs基板101(正(0°)基板)上生长半导体层102。因此，使用抗蚀图案103作为蚀刻掩模的湿蚀刻作为正台蚀刻而进行。所得截面形状为左右对称，并且侧面102b相对于半导体层102的主表面所形成的角度彼此相等(见图5A)。图5B示出了蚀刻后的半导体层102的外部尺寸的实例。图5C示出了半导体层102的光致发光图像。从图5C中可以看出，光分布左右对称。
在图18A～图18C中所示的现有技术的发光二极管的制造方法中，例如，在其主表面相对于(001)在[110]方向上倾斜15°的GaAs基板201(15°A偏离基板)上生长半导体层202。因此，使用抗蚀图案203作为蚀刻掩模通过湿蚀刻所执行的正台蚀刻形成一种结构，其中，与抗蚀图案203的短边平行的方向与GaAs基板201的主表面的[110]倾斜方向一致。因为GaAs基板201的主表面的偏离角被反映在半导体层202的在与抗蚀图案203的短边平行的方向上的截面形状中，所以截面形状为左右不对称，并且侧面202b相对于半导体层202的主表面所形成的角度彼此不同(见图6A)。图6B示出了蚀刻后的半导体层202的外部尺寸的实例。图6C示出了半导体层202的光致发光图像。从图6C中可以看出，光分布为左右不对称。
当从在其主表面位于(001)面的GaAs基板(正(0°)基板)上所生长的半导体层12的背面侧、使用抗蚀图案14作为蚀刻掩模、通过湿蚀刻执行倒台蚀刻时，所得的截面形状为左右对称，并且两个侧面相对于半导体层12的主表面所形成的角度彼此相等(见图7A)。图7B示出了蚀刻后的半导体层12的外部尺寸的实例。图7C示出了半导体层12的光致发光图像。从图7C中可以看出，光分布左右对称。
下面将考虑在从其主表面相对于(001)面在[110]方向上例如倾斜15°的基板11(15°A偏离基板)上所生长的半导体层12的背面侧、使用抗蚀图案14作为蚀刻基板、通过湿蚀刻执行倒台蚀刻的本第一实施方式的发光二极管的制造方法的情况。因为从半导体层12的背面侧通过湿蚀刻执行倒台蚀刻，所以A偏离基板11的主表面的[110]倾斜方向从图6A所示的位置被旋转90°，从而变得平行于通过倒台蚀刻所获得的半导体层12的侧面12b。即，在这种情况下，A偏离基板11的主表面的偏离角没有被反映在半导体层12的在平行于抗蚀图案15的短边的方向上的截面形状中。因此，截面形状为左右对称，并且侧面12b相对于半导体层12的主表面所形成的角度彼此相等(见图8A)。图8B示出了蚀刻后的半导体层12的外部尺寸的实例。图8C示出了半导体层12的光致发光图像。从图8C中可以看出，光分布左右对称。当基板11的主表面相对于(001)面的[110]倾斜角为除了15°之外的其他角度时，上述描述也能适用。
图9A～图9C以主表面相对于(001)面在[110]方向上倾斜15°的A偏离基板12作为实例，示出了进行倒台湿蚀刻的半导体层12的形状及在表面上出现的所得晶面的取向。使用图9A中所示的抗蚀图案15作为蚀刻掩模的半导体层12的湿蚀刻最初如图9B所示进行。具体地，(1-11)和(-111)面沿着抗蚀图案15的长边出现，而(110)和(-110)面沿着抗蚀图案15的短边出现。(011)+(122)面、(-101)+(-212)面、(0-11)+(-1-22)面、以及(101)+(212)面出现在半导体层12的对应于抗蚀图案15的四个角的部分中。在对应于抗蚀图案15的四个角的部分中，进行蚀刻以侧面蚀刻半导体层12，形成如图9C所示的半导体12的形状。
为了比较，图10A～图10C示出了如在图18A～18C中所示出的现有技术的发光二极管的制造方法中，在其主表面相对于(001)面在[110]方向上倾斜例如15°的GaAs基板201上所生长的半导体层202的正台湿蚀刻后，半导体层202的形状和在表面上出现的所得晶面的取向。
<实施例>
以下将描述AlGaInP发光二极管的制造方法。
具有相对于(001)面在[110]方向上倾斜15°的主表面的GaAs基板被用作A偏离基板11。随后，使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在例如约800℃的温度下在GaAs基板上生长AlGaInP半导体的半导体层12。半导体层12从底部起包括n型GaAs层、n型AlGaInP包覆层、多量子阱(MQW)结构的活性层、p型AlGaInP包覆层以及p型GaAs层。具体地，活性层的MQW结构为Ga0.5In0.5P阱层和(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P势垒层。
AlGaInP半导体的生长材料如下。例如，Ga的原料为三甲基镓((CH3)3Ga，TMG)。例如，Al的原料为三甲基铝((CH3)3Al，TMA)。例如，In的原料为三甲基铟((CH3)3In，TMI)。例如，P的原料为磷化氢(PH3)。对于掺杂剂，例如，硒化二氢(H2Se)和三甲基锌((CH3)2Zn，DMZn)被分别用作n型掺杂剂和p型掺杂剂。
随后，通过粘合剂13，将A偏离基板11在半导体层12侧上结合至支撑基板14。
随后，例如，通过抛光或使用氨系蚀刻剂的湿蚀刻来去除A偏离基板11(具体来说为GaAs基板)，从而暴露出半导体层12。
随后，通过平版印刷在半导体层12的暴露面上形成抗蚀图案15。
接下来，使用抗蚀图案15作为蚀刻掩模通过湿蚀刻来图案化半导体层12。具体地，通过湿蚀刻依次蚀刻n型GaAs层、n型AlGaInP包覆层、活性层、p型AlGaInP包覆层、以及p型GaAs层。这里，通过氨系蚀刻剂执行n型GaAs层的蚀刻。在蚀刻n型GaAs层后，通过流水冲洗半导体层12，并进行干燥。
随后，使用包含被冷却至例如低于5℃、优选0℃以下、更优选-5℃以下、进一步优选-10℃以下的温度的盐酸的蚀刻剂来蚀刻n型AlGaInP包覆层、活性层以及p型AlGaInP包覆层。具体地，例如，蚀刻剂为被冷却至-15℃的36％的盐酸水溶液。包含盐酸的蚀刻剂无选择性地蚀刻AlGaInP半导体。优选地，执行两次蚀刻，其中第一次和第二次蚀刻时间分别为例如150秒和90秒。在这种情况下，150秒的第一蚀刻在[001]方向上进行至p型GaAs层。在此阶段，因为在位于半导体层12的{111}面的侧面上的蚀刻不完全，所以倾斜角还没有被确定。因此，另外执行90秒的第二蚀刻，为半导体层12的侧面12b提供所期望的倾斜角。因为在第一蚀刻中完成了在[001]方向上的蚀刻，所以侧面蚀刻在{010}和{221}面方向上加速(见图9B和图9C)。
最终，使用磷酸混合物(磷酸∶过氧化氢∶水＝6∶2∶100)作为蚀刻剂来蚀刻p型GaAs层。蚀刻时间为90秒。
在如上执行了元件分离后，去除抗蚀图案15。
随后，通过平版印刷在半导体层12的表面上形成预定平面形状的抗蚀图案(未示出)。例如，在通过例如溅射在整个表面上依次形成Pd膜、AuGe膜以及Au膜之后，将抗蚀图案与在其上所形成的Pd膜、AuGe膜以及Au膜一起去除(剥除)。结果，在n型GaAs层上形成了Pd/AuGe/Au结构的矩形平面n侧电极。随后，通过蚀刻去除n型GaAs层中除了n侧电极部以外的部分。
随后，将半导体层12具有n侧电极的一侧结合至另一支撑基板(例如，蓝宝石基板)，并且将粘合剂13和支撑基板14去除。
随后，通过平版印刷在半导体层12的暴露面上形成预定平面形状的抗蚀图案(未示出)，并且，例如，通过例如溅射在整个基板表面上依次形成Au膜、Pt膜以及Au膜。随后，将抗蚀图案与在其上所形成的Au膜、Pt膜以及Au膜一起去除(剥除)。结果，在p型GaAs层上形成了Au/Pt/Au结构的矩形平面p侧电极。随后，通过蚀刻去除p型GaAs层中除了p侧电极部以外的部分。
这样完成了所关注的发光二极管的形成。
如上所述，在第一实施方式中，在其主表面相对于(001)面在[110]方向上倾斜预定角度的A偏离基板11上生长半导体层12，并且在A偏离基板在半导体层12侧上被结合至支撑基板14后，其被从背面侧去除，从而暴露出半导体层12。在半导体层12的暴露面上形成抗蚀图案15后，使用抗蚀图案15作为蚀刻掩模、通过湿蚀刻来倒台蚀刻半导体层12。因此，A偏离基板11的倾斜角没有反映在半导体层12的在平行于抗蚀图案15的短边的方向上的截面形状中。因此，半导体层12具有左右对称的截面形状，并且半导体层12的侧面12b相对于半导体层12的主表面所形成的角度彼此相等。结果，在发光二极管的操作期间，从半导体层12中所提取的光的分布变为沿着半导体层12左右对称。换句话说，发光二极管生成左右对称的光分布。因此，发光二极管的光强度仅有很小的依赖于视角的改变。
发光二极管适用于各种类型的电子设备，包括LED显示器、LED背光以及LED照明。
<2.第二实施方式>
[发光二极管的制造方法及发光二极管]
下面，将描述根据第二实施方式的发光二极管的制造方法。
与其中使用了主表面相对于(001)面在[110]方向上倾斜预定角度的A偏离基板11的第一实施方式相对比，第二实施方式使用主表面相对于(001)面在[-110]方向上倾斜预定角度的基板(下文中也被称作“B偏离基板”)21。B偏离基板21不常用，这是因为当偏离角小于15°时，在其上所生长的半导体层的能带结构会产生很大差异，从而严重降低其性能，所以，在稳定能带结构的15°以上的偏离角的情况下，可以使用B偏离基板21(见图21和图22，以及T.Kobayashi，H.Kojima，R.S.Doel，N.Buchan，W.Heuberger，A.Jakubowicz，and P.Roentgen，Journal of Physics and Chemistry ofSolids，Volume 56，Issues 3-4，March-April 1995，Pages 311-317)。
在第二实施方式中，如图11A所示，首先，在B偏离基板21上形成由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成的半导体层22，该B偏离基板由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体所构成，并且具有相对于(001)面在[-110]方向上倾斜预定角度的主表面。半导体层22包括活性层22a和诸如n型包覆层和p型包覆层的附加层。在15°以上的范围内根据需要选择B偏离基板21的主表面相对于(001)面的倾斜角β。例如，倾斜角β为15°≤β≤50°。
接下来，如图11B所示，通过平版印刷在半导体层22上形成矩形平面形状的抗蚀图案23。如图12所示，以长边在半导体层22的[-110]或[1-10]方向上延伸并且短边在半导体层22的[110]或[-1-10]方向上延伸的方式来形成抗蚀图案23。抗蚀图案23的短边在长度上基本上等于蚀刻后的半导体层22的顶面。抗蚀图案23的长边长于蚀刻后半导体层22的顶面。
随后，使用抗蚀图案23作为蚀刻掩模、通过湿蚀刻来图案化半导体层22。如图11C所示，这样形成了元件分离。湿蚀刻以正台结构蚀刻半导体层22，在平行于抗蚀图案23的短边的平面上为半导体层22提供梯形截面形状。半导体层22的两个侧面分别在(111)和(-1-11)面上倾斜。如在第一实施方式中那样，因为B偏离基板的主表面的偏离角没有被反映在半导体层22的在平行于抗蚀图案23的短边的方向上的截面形状中，所以半导体层22的截面形状左右对称，并且两个侧面相对于半导体层22的主表面所形成的角度彼此相等。
接下来，在去除抗蚀图案23后，在半导体层22上形成电极(p侧电极或n侧电极)(未示出)。
随后，通过粘合剂，将B偏离基板21在半导体层22侧上结合至支撑基板。
然后，通过诸如抛光或化学蚀刻的方法从背面侧去除B偏离基板，从而暴露半导体层22。
随后，在半导体层22的暴露面上形成相对极性的电极(p侧电极或n侧电极)(未示出)。
此后，将支撑基板和粘合剂去除。
结果，如图13所示，形成具有左右对称截面形状的发光二极管，其中，侧面22b相对于半导体层的主表面所形成的角度彼此相等。在发光二极管中的半导体层22的上底侧上的主表面相对于(001)面在[-110]方向上倾斜预定角度，并且半导体层22的侧面22b分别位于(111)和(-111)面。根据所需的用途，发光二极管可以用作独立元件，或可以被结合、转写或配线连接至另一基板。
第二实施方式提供了与第一实施方式相同或类似的优点。
至此已经关于特定的实施方式或实施例具体描述了本发明。但是，本发明不限于上述实施方式或实施例，而能够基于本发明的技术思想进行各种修改。
例如，在上述实施方式和实施例中所给出的诸如数值、结构、构造、形状以及材料的变量是为了示例性的目的而示出的，并且可以根据需要进行改变。
本领域技术人员应该理解，根据设计要求和其他因素，可以有各种修改、组合、子组合和变形，均应包含在所附权利要求或其等价物的范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管的制造方法，该方法包括以下步骤：
在第一基板上生长由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成的、形成发光二极管结构的半导体层，所述第一基板由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成，并且具有相对于(001)面在[110]方向上倾斜的主表面；
将所述第一基板在所述半导体层侧上结合第二基板；
去除所述第一基板，从而暴露出所述半导体层；
在所述半导体层的暴露面上以矩形平面形状形成蚀刻掩模，使得长边在[110]或[-1-10]方向上延伸，而短边在[-110]或[1-10]方向上延伸；以及
使用所述蚀刻掩模通过湿蚀刻来图案化所述半导体层。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其中，使用所述蚀刻掩模通过湿蚀刻而被图案化的所述半导体层在平行于所述蚀刻掩模的短边的方向上具有倒梯形截面形状，并且具有平行于所述蚀刻掩模的长边的两个侧面，所述两个侧面分别位于(1-11)面和(-111)面。
3.根据权利要求2所述的发光二极管的制造方法，其中，形成所述第一基板的所述化合物半导体和形成所述半导体层的所述化合物半导体为第III-V族化合物半导体或第II-VI族化合物半导体。
4.根据权利要求3所述的发光二极管的制造方法，其中，形成所述半导体层的所述化合物半导体为AlGaInP半导体、GaAs半导体或ZnSe半导体。
5.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其中，形成所述半导体层的所述化合物半导体为磷系化合物半导体，并且其中，被冷却至低于5℃的温度的盐酸用作用于所述半导体层的湿蚀刻的蚀刻剂。
6.一种发光二极管，包括：
半导体层，由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成，并形成发光二极管结构，其中，所述半导体层具有在一个方向上的梯形截面形状、相对于(001)面在[110]方向上倾斜的上底侧主表面、以及分别位于(1-11)面和(-111)面的两个侧面。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，其中，形成所述半导体层的所述化合物半导体为第III-V族化合物半导体或第II-VI族化合物半导体。
8.根据权利要求7所述的发光二极管，其中，形成所述半导体层的所述化合物半导体为AlGaInP半导体、GaAs半导体或ZnSe半导体。
9.一种发光二极管的制造方法，该方法包括以下步骤：
在基板上生长由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成的、形成发光二极管结构的半导体层，所述基板由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成，并且具有相对于(001)面在[-110]方向上倾斜的主表面；
在所述半导体层上以矩形平面形状形成蚀刻掩模，使得长边在[-110]或[1-10]方向上延伸，而短边在[110]或[-1-10]方向上延伸；以及
使用所述蚀刻掩模通过湿蚀刻来图案化所述半导体层。
10.一种发光二极管，包括：
半导体层，由具有闪锌矿晶体结构的化合物半导体构成，并形成发光二极管结构，其中，所述半导体层具有在一个方向上的梯形截面形状、相对于(001)面在[-110]方向上倾斜的上底侧主表面、以及分别位于(111)面和(-1-11)面的两个侧面。
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Effective date of abandoning: 20101201 |
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