DE102006046449B4

DE102006046449B4 - Verfahren zur Herstellung einer vertikal strukturierten Leuchtdiode

Info

Publication number: DE102006046449B4
Application number: DE102006046449A
Authority: DE
Inventors: Hae Yeon Hwasung Hwang; Yung Ho Ryu; Da Mi Suwon Shim; Se Hwan Ahn
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2026-09-30
Also published as: JP2007103934A; DE102006046449A1; TW200717884A; US7473571B2; US20070077673A1; KR100714589B1; KR20070038272A; CN100416877C; CN1945866A; JP4841378B2; TWI315107B

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer vertikal strukturierten Leuchtdiode (LED), welches die folgenden Schritte aufweist:
Bilden einer Leuchtstruktur auf einem Wachstumssubstrat mit einer Vielzahl von Vorrichtungsbereichen und wenigstens einem Vorrichtungs-Isolierbereich, wobei die Leuchtstruktur eine n-Typ Mantelschicht, eine aktive Schicht und eine p-Typ Mantelschicht aufweist, die der Reihe nach auf dem Wachstumssubstrat angeordnet sind;
Bilden einer p-Elektrode auf der Leuchtstruktur;
Bilden einer ersten Überzugschicht auf der p-Elektrode, um die Vielzahl von Vorrichtungsbereichen zu verbinden;
Bilden eines Musters einer zweiten Überzugschicht auf der ersten Überzugschicht der Vorrichtungsbereiche; und
Entfernen des Wachstumssubstrats und Bilden einer n-Elektrode auf der n-Typ Mantelschicht, dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Überzugschicht so gebildet wird, dass sie einen Abschnitt des Vorrichtungs-Isolierbereichs offen lässt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Leuchtvorrichtung, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer vertikal strukturierten Leuchtdiode (LED), durch welches ermöglicht wird, einen Chip-Trennungsverfahren für einzelne Elemente leicht durchzuführen. Bei dem Verfahren sind die folgenden Schritte vorgesehen: Bilden einer Leuchtstruktur auf einem Wachstumssubstrat mit einer Vielzahl von Vorrichtungsbereichen und wenigstens einem Vorrichtungs-Isolierbereich, wobei die Leuchtstruktur eine n-Typ Mantelschicht, eine aktive Schicht und eine p-Typ Mantelschicht aufweist, die der Reihe nach auf dem Wachstumssubstrat angeordnet sind; Bilden einer p-Typ Elektrode auf der Leuchtstruktur; Bilden einer ersten Überzugschicht auf der p-Elektrode, um die Vielzahl von Vorrichtungsbereichen zu verbinden; Bilden eines Musters einer zweiten Überzugschicht auf der ersten Überzugschicht der Vorrichtungsbereiche; und Entfernen des Wachstumssubstrats und Bilden einer n-Elektrode auf der n-Typ Mantelschicht.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein Galliumnitrid-(GaN)basierter Halbleiter, dargestellt durch Al_xGa_yIn_1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1), ist ein Halbleiter-Verbundmaterial, das zum Emittieren von Licht im ultravioletten Bereich geeignet ist und für eine blaue oder grüne Leuchtdiode (LED) verwendet wird. Die aktuell gebräuchliche GaN-basierte LED wird hauptsächlich in zwei Arten unterteilt, von denen eine eine horizontal strukturierte GaN-basierte LED und die andere eine vertikal strukturierte GaN-basierte LED ist. Bei der horizontal strukturierten GaN-basierten LED ist sowohl eine p- als auch eine n-Elektrode auf der gleichen Seite der Vorrichtung angeordnet. Somit muss die Gesamtfläche der LED-Vorrichtung relativ groß sein, um eine ausreichende Licht emittierende Fläche sicherzustellen. Des Weiteren ist die horizontal strukturierte GaN-basierte LED aufgrund der Nähe zwischen einer transparenten Elektrode und der n-Elektrode anfällig für elektrostatische Entladung (ESD = electrostatic discharge).
Im Gegensatz dazu weist die vertikal strukturierte GaN-basierte LED mehrere Vorteile im Vergleich zur horizontal strukturierten GaN-basierten LED auf. Bei der vertikal strukturierten GaN-basierten LED sind die p- und die n-Elektrode einander gegenüber liegend angeordnet, wobei eine GaN-basierte Epitaxialschicht dazwischen liegt.
Üblicherweise wird die vertikal strukturierte GaN-basierte LED durch einen Anbringvorgang eines leitenden Substrats, z. B. Silizium- oder Galliumarsenid-Substrat (GaAs) und einen Entfernvorgang des Wachstumssubstrats (z. B. eines Saphirsubstrats) hergestellt. In der koreanischen offengelegten Patentanmeldung KR 10 2004 0 058 479 A wird ein Verfahren zur Herstellung einer vertikal strukturierten GaN-basierten LED offenbart, welches einen Vorgang zum Anbringen eines Si-Substrats, einen Vorgang zum Entfernen des Saphirsubstrats und einen Vorgang des Zerteilens (engl. dicing) des Si-Substrats aufweist.
1A bis 1F sind Querschnittansichten, welche ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer vertikal strukturierten GaN-basierten LED darstellen. Zuerst werden, unter Bezugnahme auf 1A, eine n-Typ Mantelschicht 15a, eine aktive Schicht 15b und eine p-Typ Mantelschicht 15c, welche aus einem GaN-basierten Halbleiter gebildet sind, der Reihe nach auf einem Saphirsubstrat 11 gebildet, um so eine Licht emittierende Struktur 15 zu bilden. Dann wird, unter Bezugnahme auf 1B, ein Graben 20 gebildet, um die Licht emittierenden Strukturen 15 in einzelne Vorrichtungsbereiche zu trennen, und dann wird eine p-Elektrode 16 auf der p-Typ Mantelschicht 15c gebildet. Anschließend wird, unter Bezugnahme auf 1C, ein leitendes Substrat 21, wie beispielsweise ein Si-Substrat, ein GaAs-Substrat oder Ähnliches, an der p-Elektrode 16 unter Verwendung einer leitenden Klebeschicht 17, beispielsweise aus Gold (Au) oder Ähnlichem, angebracht. Anschließend wird das Saphirsubstrat 11 durch Laser-Abheben von der Leuchtstruktur 15 getrennt. Genauer wird das Saphirsubstrat mit einem Laserstrahl 18 bestrahlt, so dass das Saphirsubstrat 11 von der Leuchtstruktur 15 entfernt wird. Als Ergebnis wird somit eine Struktur erhalten, von der das Saphirsubstrat 11 entfernt ist, wie in 1D dargestellt. Dann wird, wie in 1E dargestellt, eine n-Elektrode 19 auf der n-Typ Mantelschicht 15a gebildet. Als Nächstes wird, wie in 1F dargestellt, die sich ergebende Struktur aus 1E durch einen Chip-Trennvorgang in einzelne Elemente geschnitten, wodurch eine Vielzahl vertikal strukturierter GaN-basierter LEDs 10 gleichzeitig hergestellt wird.
Gemäß dem herkömmlichen Verfahren sollte der Vorgang des Wegschneidens des leitenden Substrats 21 durchgeführt werden, um die Chips voneinander zu trennen. Um das leitende Substrat 21 wegzuschneiden, sollte bei dem Vorgang des Zerteilens das leitende Substrat 21 mit einer Trennscheibe weggeschnitten werden. Andernfalls sollte ein komplizierter Vorgang wie in Chips Schneiden oder Brechen durchgeführt werden. Als Folge dieses komplizierten Vorgangs werden die Herstellungskosten erhöht und der Gesamtvorgang verzögert. Des Weiteren ist, in dem Fall, dass ein Si-Substrat oder GaAs-Substrat als leitendes Substrat 21 verwendet wird, die Effizienz der Wärmefreisetzung schlecht, und weiterhin werden die Eigenschaften der Vorrichtung verschlechtert, wenn ein starker Strom angelegt wird, da die Wärmeleitfähigkeit des Substrats 21 nicht so gut ist. Des Weiteren kann, während das leitende Substrat 21 an der Leuchtstruktur 15 angebracht wird, ein Bruch der Leuchtstruktur 15 auftreten, so dass die Vorrichtung an Ende beschädigt sein kann. Das Problem kann ebenfalls bei dem Herstellungsvorgang vertikal strukturierter LEDs auftreten, für die andere Verbund-Halbleiter der Gruppe III–V verwendet werden, z. B. bei einer vertikal strukturierten AlGaInP-basierten LED, einer AlGaAs-basierten LED oder ähnlichen.
US 2005/0017253 A1 betrifft eine LED auf Nitrid-Basis und ein zugehöriges Herstellungsverfahren. Die dort beschriebene LED weist eine hohe Lichtausbeute sowie eine hohe mechanische Stabilität insbesondere gegen Bruch auf.
DE 100 51 465 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements auf GaN-Basis. Dort werden die GaN-Schichten auf ein Verbundsubstrat aufgebracht, welches einen ähnlichen oder vorzugsweise größeren thermischen Ausdehnungskoeffizient als die GaN-Schichten aufweist. Die GaN-Schichten werden auf einer Zwischenschicht abgeschieden.
US 6 071 795 A betrifft ein Verfahren zum Übertragen kristalliner, dünner Schichten von einem Wachstumssubstrat auf ein Aufnahmesubstrat. Das Verfahren eignet sich besonders für GaN-Halbleitermaterialien, welche heteroepitaktische Schichten bilden und grundsätzlich nur schwer zu verarbeiten sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer vertikal strukturierten Leuchtdiode (LED) anzugeben, bei der es möglich ist, ein Chip-Trennverfahren leicht durchzuführen und bei welcher die Effizienz der Wärmefreisetzung verbessert ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Überzugsschicht so gebildet wird, dass sie einen Abschnitt des Vorrichtungs-Isolierbereichs offen lässt.
Gemäß einem weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren vor dem Schritt des Bildens der ersten Überzugschicht weiter den Schritt des Bildens eines Grabens auf einer Fläche der Leuchtstruktur auf dem Vorrichtungs-Isolierbereich auf, um die Leuchtstruktur in einzelne Vorrichtungsbereiche zu trennen.
Gemäß einem weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren weiter auf: nach Entfernen des Wachstumssubstrats Bilden eines Grabens auf einer Fläche der Leuchtstruktur auf dem Vorrichtungs-Isolierbereich, um die Leuchtstruktur in einzelne Vorrichtungsbereiche zu trennen.
Vorzugsweise weist das Verfahren weiter auf: nach dem Bilden des Grabens Bilden einer Passivierungsschicht auf einer Seitenfläche der Leuchtstruktur, die in die einzelnen Vorrichtungsbereiche geteilt ist.
Gemäß einem weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren weiter auf: nach dem Bilden der n-Elektrode Entfernen der ersten Überzugschicht von dem Vorrichtungs-Isolierbereich durch Nassätzen. Vorzugsweise ist die erste Überzugschicht aus einem metallischen Material gebildet, das zu dem der zweiten Überzugschicht verschieden ist, und die erste Überzugschicht weist eine höhere Ätzselektivität als die zweite Überzugschicht auf.
Gemäß einem weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren weiter auf: nach Bilden der n-Elektrode Wegbrechen der ersten Überzugschicht von dem Vorrichtungs-Isolierbereich.
Gemäß einem weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren weiter auf: nach dem Bilden der n-Elektrode Wegschneiden der ersten Überzugschicht von dem Vorrichtungs-Isolierbereich durch Bestrahlen mit einem Laserstrahl der über dem Vorrichtungs-Isolierbereich gebildeten ersten Überzugschicht. Durch das Laserschneiden der ersten Überzugschicht ist es möglich, den Chip-Trennvorgang in einzelne Elemente ohne einen zusätzlichen Vorgang des Zerteilens oder in Stücke Schneidens durchzuführen.
Die erste Überzugschicht kann aus wenigstens einem metallischen Material gebildet sein, das gewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Au, Cu, Ni, Ag, Cr, W, Al, Pt, Sn, Pb, Fe, Ti, Mo und deren Verbindungen. Die zweite Überzugschicht kann aus wenigstens einem metallischen Material gebildet sein, das gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Au, Cu, Ni, Ag, Cr, W, Al, Pt, Sn, Pb, Fe, Ti, Mo und deren Verbindungen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die erste Überzugschicht auf die gesamte Fläche einschließlich der Oberfläche der p-Elektrode aufgetragen. Die erste Überzugsschicht ist so gebildet, dass sie einen Abschnitt des Vorrichtungs-Isolierbereichs offen lässt.
Gemäß einem weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung weist der Schritt des Bildens der ersten Überzugschicht auf: Bilden einer „Überzug-Keimschicht” auf der p-Elektrode, so dass diese die Vielzahl von Vorrichtungsbereichen verbindet; und Durchführen von galvanischem Beschichten auf der Keimschicht. Die Keimschicht kann durch chemisches Beschichten oder einen Ablagerungsvorgang gebildet sein.
Gemäß einem weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung weist der Schritt des Bildens des Musters der zweiten Überzugschicht auf: Bilden eines Photolack-Musters, welche die erste Überzugschicht des Vorrichtungsbereichs offen lässt; und selektives Durchführen von galvanischem Beschichten auf der ersten Überzugschicht des Vorrichtungsbereichs unter Verwendung des Photolack-Musters.
Der Schritt des Entfernens des Wachstumssubstrats wird durch ein physikalisches, chemisches oder mechanisches Verfahren durchgeführt. Die erste Überzugschicht wird als eine Art Stützelement verwendet, wenn das Wachstumssubstrat entfernt wird. Das Verfahren des Entfernens des Wachstumssubstrats kann beispielsweise durch einen Vorgang des Laser-Abhebens (LLO = Laser Lift-Off) oder ein chemisches Verfahren des Abhebens (CLO = Chemical Lift-Off) durchgeführt werden. Insbesondere in dem Fall, dass das Wachstumssubstrat durch ein CLO-Verfahren entfernt wird, kann die erste Überzugschicht so gebildet sein, dass sie einen Abschnitt des Vorrichtungs-Isolierbereichs offen lässt.
Die n-Typ Mantelschicht, die aktive Schicht und die p-Typ Mantelschicht können aus einem Gruppe III–V Verbindungshalbleitermaterial gebildet sein. In diesem Fall kann das Wachstumssubstrat ein isolierendes Substrat, wie beispielsweise ein Saphirsubstrat, oder ein leitendes Substrat sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die n-Typ Mantelschicht, die aktive Schicht und die p-Typ Mantelschicht aus einem Halbleitermaterial hergestellt, dargestellt als Al_xGa_yIn_1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1). In diesem Fall kann ein Saphirsubstrat als Wachstumssubstrat verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die n-Typ Mantelschicht, die aktive Schicht und die p-Typ Mantelschicht aus einem Halbleitermaterial hergestellt, dargestellt als Al_xGa_yIn_1-x-yP (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1). Alternativ sind die n-Typ Mantelschicht, die aktive Schicht und die p-Typ Mantelschicht aus einem Halbleitermaterial hergestellt, dargestellt als Al_xGa_1-xAs (0 ≤ x ≤ 1).
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Chip-Trennvorgang durch selektives Nassätzen, Brechen oder Laserschneiden der ersten Überzugschicht des Vorrichtungs-Isolierbereichs ohne einen zusätzlichen Verfahrensschritt des Zerteilens oder in Chips Schneidens leicht durchzuführen. Dadurch wird es möglich, Herstellungskosten und Zeit einzusparen. Des Weiteren ist es möglich, das Problem des Auftretens von Brüchen beim Anbringen des leitenden Substrats zu vermeiden, da das stützende Substrat durch einen Überzugvorgang gebildet wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende genaue Beschreibung der vorliegenden Erfindung beispielhaft und erläuternd sind und als weitere Erklärung der Erfindung wie beansprucht dienen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen, welche eingeschlossen sind, um ein weiteres Verständnis der Erfindung vorzusehen, und die einen Teil dieser Anmeldung bilden, stellen (eine) Ausführungsform(en) der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erläutern. In den Zeichnungen ist/sind:
1A bis 1F Querschnittansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung einer vertikal strukturierten Leuchtdiode (LED) gemäß dem Stand der Technik darstellen;
2 bis 11 Querschnittansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung einer vertikal strukturierten Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
12 eine Draufsicht, welche eine auf der Struktur aus 4 gebildete erste Überzugschicht darstellt; und
13 bis 18 Querschnittansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung einer vertikal strukturierten Leuchtdiode gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nun wird genauer auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen vorliegen und sollte nicht als auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt verstanden werden; eher sind diese Ausführungsformen vorgesehen, so dass die Beschreibung gründlich und vollständig ist, und sie werden dem Fachmann den Schutzbereich der Erfindung vollständig übermitteln. In den Zeichnungen können die Formen und Abmessungen aus Gründen der Klarheit übertrieben sein, und gleiche Bezugsziffern in den Zeichnungen kennzeichnen ähnliche Bestandteile.
2 bis 11 sind Querschnittansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung einer vertikal strukturierten Leuchtdiode (LED) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellen. Um die LED herzustellen, wird ein Saphirsubstrat als Wachstumssubstrat verwendet, und ein Galliumnitrid-(GaN-)basierter Halbleiter, dargestellt durch Al_xGa_yIn_1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1), wird für eine Leuchtstruktur verwendet.
Zunächst werden, unter Bezugnahme auf 2, eine n-Typ Mantelschicht 115a, eine aktive Schicht 115b und eine p-Typ Mantelschicht 115c der Reihe nach auf einem Saphirsubstrat 101 gebildet, um eine Leuchtstruktur 115 auf dem Saphirsubstrat 101 zu erhalten. Das Saphirsubstrat 101, auf welchem die Leuchtstruktur 115 gebildet ist, weist eine Vielzahl von Vorrichtungsbereichen A und wenigstens einen Vorrichtungs-Isolierbereich B auf. Der Vorrichtungsbereich A entspricht einem Bereich, auf dem ein LED-Chip gebildet wird, und der Vorrichtungs-Isolierbereich B entspricht einem Grenzbereich zwischen den LED-Chips.
Dann wird, unter Bezugnahme auf 3, die Leuchtstruktur 115 des Vorrichtungs-Isolierbereichs B entfernt, um somit einen Vorrichtungs-Isoliergraben 120 zu bilden. Dadurch wird die Leuchtstruktur 115 in einzelne Vorrichtungsbereiche A getrennt. Danach wird eine p-Elektrode 106 auf der p-Typ Mantelschicht 115c gebildet. Zum Beispiel kann die p-Elektrode 106 eine Pt/Au-Schicht, eine Ni/Au-Schicht oder eine Ni/Ag/Pt-Schicht aufweisen. Die p-Elektrode 106 ist in ohmschem Kontakt mit der p-Typ Mantelschicht 115c.
Alternativ können die Verfahrensschritte des Bildens des Vorrichtungs-Isoliergrabens 120 und der p-Elektrode 106 in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann die p-Elektrode 106 zuerst auf der p-Typ Mantelschicht 115c gebildet werden. Dann kann der Vorrichtungs- Isoliergraben 120 in dem Vorrichtungs-Isolierbereich B gebildet werden, um die Leuchtstruktur 115 in einzelne Vorrichtungsbereiche A zu trennen.
Danach wird, unter Bezugnahme auf 4, eine erste Überzugschicht 136 auf der p-Elektrode 106 und dem Vorrichtungs-Isolierbereich B gebildet, so dass sie die Vielzahl von Vorrichtungsbereichen A verbindet. Um die erste Überzugschicht 136 zu bilden, wird eine „Überzug-Keimschicht” (nicht dargestellt) sowohl auf der Oberfläche der p-Elektrode 106 als auch dem Vorrichtungs-Isolierbereich B vorab gebildet, so dass sie die Vielzahl von Vorrichtungsbereichen A verbindet. Die Keimschicht kann beispielsweise leicht durch chemisches Beschichten oder einen Ablagerungsvorgang wie beispielsweise Sputtern oder Ähnliches gebildet werden. Danach wird galvanisches Beschichten durchgeführt, so dass ein Metall auf die Keimschicht aufgetragen wird. Als Ergebnis wird die erste Überzugschicht 136 erhalten. Die erste Überzugschicht 136 kann beispielsweise aus wenigstens einem metallischen Material gebildet sein, das aus der Gruppe bestehend aus Au, Cu, Ni, Ag, Cr, W, Al, Pt, Sn, Pb, Fe, Ti, Mo und einer Kombination daraus gewählt ist.
Wie nachfolgend genauer dargestellt wird, dient die erste Überzugschicht 136 als Stützelement, wenn das Saphirsubstrat 101 entfernt wird. Aus diesem Grund sollte die Überzugschicht 136 so geformt sein, dass sie die Vielzahl an Vorrichtungsbereichen A verbinden kann. Zum Beispiel kann die erste Überzugschicht 136 so gebildet sein, dass sie auf die gesamte Fläche, d. h. die gesamte Fläche der sich ergebenden Struktur aus 3 einschließlich der Oberfläche der p-Elektrode 106 aufgetragen wird. Jedoch muss die erste Überzugschicht 136 nicht notwendigerweise auf die gesamte Fläche aufgetragen werden. Unterschiedliche Beschichtungsarten für die erste Überzugschicht 136 werden genauer unter Bezug auf 12A und 12B dargestellt.
12(a) und 12(b) sind schematische Draufsichten, welche Beispiele für Beschichtungsarten für die erste Überzugschicht 136 darstellen. 4 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie X-X' aus 12(a) oder 12(b). Zuerst kann, unter Bezugnahme auf 12(a), die erste Überzugschicht 136 auf die gesamte Fläche einschließlich aller Vorrichtungsbereiche A und des Vorrichtungs-Isolierbereichs B aufgetragen werden.
Alternativ kann die erste Überzugschicht 136 so aufgetragen werden, dass sie einen Abschnitt des Vorrichtungs-Isolierbereichs B offen lässt. Das heißt, unter Bezugnahme auf 12(b), dass die erste Überzugschicht 136 auf einen vorbestimmten Abschnitt des Vorrichtungs-Isolierbereichs B nicht aufgetragen wird. Insbesondere in dem Fall, dass das Substrat 101 unter Verwendung des Verfahrens des chemischen Abhebens entfernt wird, wird es bevorzugt, die erste Überzugschicht 136 so zu bilden, dass sie den vorbestimmten Bereich des Vorrichtungs-Isolierbereichs B wie in 12(b) dargestellt offen lässt.
Anschließend wird, unter Bezugnahme auf 5, ein Photolack-Muster 110 gebildet, um die erste Überzugschicht 136 des Vorrichtungsbereichs A offen zu lassen. Das Photolack-Muster 110 kann durch Photolack-Beschichtungs-, Belichtungs- und Entwicklungsvorgänge gebildet werden.
Danach wird, unter Bezugnahme auf 6, selektiv galvanisches Beschichten nur auf der p-Elektrode 106 des Vorrichtungsbereichs A unter Verwendung des Photolack-Musters 110 durchgeführt, um so eine zweite leitende Schicht 156 zwischen den Photolack-Mustern 110 zu bilden. Die zweite leitende Schicht 156 kann beispielsweise aus wenigstens einem metallischen Material gebildet sein, das aus der Gruppe bestehend aus Au, Cu, Ni, Ag, Cr, W, Al, Pt, Sn, Pb, Fe, Ti, Mo und deren Verbindungen gewählt ist. Obwohl in 6 dargestellt ist, dass die zweite leitende Schicht 156 als Monoschicht gebildet ist, kann sie auch als Multischicht gebildet sein. Nach Bilden der zweiten Überzugschicht 156 wird, unter Bezugnahme auf 7, das Photolack-Muster 110 unter Verwendung einer Entmetallisierungslösung entfernt.
Als Nächstes wird, unter Bezugnahme auf 8, das Saphirsubstrat 101 von der Leuchtstruktur 115 unter Verwendung eines physikalischen, chemischen oder mechanischen Verfahrens getrennt oder entfernt. Zu diesem Zeitpunkt dienen die erste und die zweite Überzugschicht 136 und 156 als stützendes Substrat. Das Saphirsubstrat 101 kann zum Beispiel durch mechanisches oder chemisch-mechanisches Polieren wie beispielsweise Laser-Abheben (LLO), chemisches Abheben (CLO), chemisches Ätzen, Erden/Läppen oder Ähnliches entfernt werden.
Insbesondere, wenn das Wachstumssubstrat mittels eines CLO-Vorgangs entfernt wird, wird bevorzugt, die erste Überzugschicht so zu bilden, dass sie einen Abschnitt des Vorrichtungs-Isolierbereichs B offen lässt, wie in 12(b) dargestellt ist. Der Grund dafür ist, dass Chemikalien, die zum Entfernen des Wachstumssubstrats verwendet werden, leicht in eine Grenzfläche zwischen der Leuchtstruktur 115 und dem Saphirsubstrat 101 durch den offen gelassenen Abschnitt des Vorrichtungs-Isolierbereichs B eindringen.
Danach wird, unter Bezugnahme auf 9, eine n-Elektrode 119 auf der belichteten n-Typ Mantelschicht 115a gebildet, von welcher das Saphirsubstrat 101 entfernt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass 9 eine umgedrehte Ansicht im Vergleich zu der Struktur aus 8 ist. Vorzugsweise kann vor dem Bilden der n-Elektrode 119 die Oberfläche der n-Typ Mantelschicht 115a, welche durch das Entfernen des Saphirsubstrats belichtet ist, gewaschen und geätzt werden.
Danach wird, unter Bezugnahme auf 10, die erste Überzugschicht 136 des Vorrichtungs-Isolierbereichs B durch einen Nassätzvorgang entfernt. Vorzugsweise wird die erste Überzugschicht 136 aus einem Material gebildet, das unterschiedlich zu dem der zweiten Überzugschicht 156 ist. Insbesondere kann die erste Überzugschicht 136 aus einem Material mit einer höheren Ätzselektivität als die der zweiten Überzugschicht 156 gebildet sein. Somit wird die zweite Überzugschicht 156 kaum geätzt, während die erste Überzugschicht 136 geätzt wird, da die Ätzselektivität der ersten Überzugschicht 136 höher ist als die der zweiten Überzugschicht 156. Als Ergebnis ist es möglich, die Vielzahl vertikal strukturierter LEDs 100 zu erhalten, welche in einzelne Elemente geteilt sind.
Alternativ ist es möglich, die Vielzahl vertikal strukturierter LEDs aus der Struktur aus 9 unter Verwendung eines Verfahrensschritts des Brechens oder Laserschneidens statt des Ätzvorgangs zu erhalten. Das heißt, die erste Überzugschicht 136 des Vorrichtungs-Isolierbereichs B wird weggebrochen oder mit einem Laserstrahl bestrahlt, nachdem die Struktur aus 9 erhalten wurde, so dass die erste Überzugschicht 136 von dem Vorrichtungs-Isolierbereich B weggeschnitten werden kann. Somit ist es möglich, eine Vielzahl vertikal strukturierter LEDs 200 zu erhalten, welche in einzelne Elemente geteilt sind, wie in 11 dargestellt ist.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der Ausführung der vorliegenden Erfindung möglich, leicht die Vielzahl vertikal strukturierter LEDs 100 und 200 zu erhalten, welche durch Nassätzen, Brechen und Laserschneiden der ersten Überzugschicht 136 ohne einen zusätzlichen Verfahrensschritt des Zerteilens oder in Chips Schneidens in einzelne Elemente geteilt sind. Somit ist es möglich, den Anstieg der Herstellungskosten und der Herstellungsdauer aufgrund des Verfahrensschritts des Zerteilens oder Ähnlichem zu verhindern. Des Weiteren besteht, da bei der vorliegenden Erfindung der Überzugvorgang des leitenden Substrats statt des Anbringvorgangs verwendet wird, nicht die Gefahr eines Bruchs, der aufgrund des Anbringvorgangs des Substrats auftreten kann. Des Weiteren zeigt, da das metallische Material, das heißt, die zweite leitende Schicht 156, durch den Überzugvorgang als das leitende Substrat der einzelnen LEDs 100 und 200 verwendet wird, die LED der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Wärmefreisetzwirkung.
Bei den vorgenannten Ausführungsformen wird der Graben 120 gebildet, bevor das Saphirsubstrat 101 entfernt wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das heißt, dass das Saphirsubstrat 101 entfernt werden kann, bevor und nachdem der Vorrichtungs-Isoliergraben 120 gebildet sein kann.
13 bis 18 sind Querschnittansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen einer vertikal strukturierten LED gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. Bei der weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Vorrichtungs-Isoliergraben 120 gebildet, nachdem das Saphirsubstrat 101 entfernt ist.
Zunächst wird, wie oben bereits unter Bezug auf 2 beschrieben ist, eine Leuchtstruktur 115 auf dem Saphirsubstrat 101 gebildet. Danach wird, unter Bezugnahme auf 13, die p-Elektrode 106 auf der Leuchtstruktur 115 gebildet, und eine erste Überzugschicht 136' wird darauf gebildet.
Danach wird, unter Bezugnahme auf 14, ein Photolack-Muster 110 gebildet, um die erste Überzugschicht 136' des Vorrichtungsbereichs A offen zu lassen. Dann wird unter Verwendung des Photolack-Musters 110 eine zweite Überzugschicht 156 gebildet. Anschließend wird, unter Bezugnahme auf 15, das Photolack-Muster 110 entfernt, und dann wird das Saphirsubstrat unter Verwendung des Laser-Abhebverfahrens etc. entfernt.
Nach Entfernen des Saphirsubstrats 101 wird, unter Bezugnahme auf 16, die Leuchtstruktur 115 des Vorrichtungs-Isolierbereichs B entfernt, um einen Vorrichtungs-Isoliergraben 120' zu bilden, und danach wird eine n-Elektrode 119 auf der n-Typ Mantelschicht 115 gebildet.
Danach wird die erste Überzugschicht 136' des Vorrichtungs-Isolierbereichs B durch ein Nassätzverfahren entfernt, so dass die sich ergebende Struktur in einzelne Leuchtelemente geteilt ist (siehe 17). Somit wird eine Vielzahl vertikal strukturierter LEDs 300 erhalten. Alternativ kann eine Vielzahl vertikal strukturierter LEDs 400 durch Brechen und Laserschneiden der ersten Überzugschicht 136 statt des Nassätzens gebildet werden (siehe 18).
Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls möglich, leicht das Chip-Trennverfahren durch Wegbrechen oder Nassätzen der ersten Überzugschicht 136' ohne einen zusätzlichen Verfahrensschritt des Zerteilens oder in Chips Schneidens durchzuführen.
Obwohl dies in den vorgenannten Ausführungsformen nicht dargestellt ist, kann eine Passivierungsschicht (nicht dargestellt) auf der Seitenfläche der belichteten Leuchtstruktur 115 nach Bilden der Gräben 120 bzw. 120' gebildet werden. Die Passivierungsschicht spielt eine Rolle beim Schützen der Leuchtstruktur 115 und ebenfalls beim Verhindern des Leckens von Strom aufgrund eines unerwünschten Kurzschlusses zwischen den Halbleiterschichten 115a, 115b und 115c.
In den vorgenannten Ausführungsformen wird das Saphirsubstrat 101 als Wachstumssubstrat verwendet, und das Halbleiter-Material aus Al_xGa_yIn_1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1) als Leuchtstruktur verwendet, jedoch ist die Erfindung nicht darauf begrenzt. Das heißt, dass für die vorliegende Erfindung andere Gruppe III–V Verbund-Halbleiter verwendet werden können.
Zum Beispiel kann gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung statt des Saphirsubstrats 101 ein GaAs-Substrat als Wachstumssubstrat verwendet werden, und ein Halbleiter-Material aus Al_xGa_yIn_1-x-yP (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1) kann als die Leuchtstruktur 115 verwendet werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das GaAs-Substrat statt des Saphirsubstrats 101 als Substrat verwendet werden und das Halbleitermaterial aus Al_xGa_1-xAs (0 ≤ x ≤ 1) kann als Leuchtstruktur 115 verwendet werden.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung leicht möglich, das Chip-Trennverfahren durch Nassätzen, Brechen oder Laserschneiden der ersten Überzugschicht durchzuführen ohne einen zusätzlichen Verfahrensschritt des Zerteilens oder in Chips Schneidens. Entsprechend ist es möglich, den Anstieg der Herstellungskosten und -zeit aufgrund des Zerteilens oder Ähnlichem zu verhindern. Des Weiteren besteht, da bei der vorliegenden Erfindung der Überzugvorgang statt des Anbringvorgangs des leitenden Substrats durchgeführt wird, die Gefahr des Auftretens eines Bruchs nicht, der aufgrund des Anbringvorgangs des Substrats auftreten kann. Des Weiteren zeigt die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte LED eine ausgezeichnete Wärmefreisetzwirkung, da das metallische Material, das durch den Überzugvorgang gebildet wird, als leitendes Substrat der einzelnen LED verwendet wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer vertikal strukturierten Leuchtdiode (LED), welches die folgenden Schritte aufweist: Bilden einer Leuchtstruktur auf einem Wachstumssubstrat mit einer Vielzahl von Vorrichtungsbereichen und wenigstens einem Vorrichtungs-Isolierbereich, wobei die Leuchtstruktur eine n-Typ Mantelschicht, eine aktive Schicht und eine p-Typ Mantelschicht aufweist, die der Reihe nach auf dem Wachstumssubstrat angeordnet sind; Bilden einer p-Elektrode auf der Leuchtstruktur; Bilden einer ersten Überzugschicht auf der p-Elektrode, um die Vielzahl von Vorrichtungsbereichen zu verbinden; Bilden eines Musters einer zweiten Überzugschicht auf der ersten Überzugschicht der Vorrichtungsbereiche; und Entfernen des Wachstumssubstrats und Bilden einer n-Elektrode auf der n-Typ Mantelschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überzugschicht so gebildet wird, dass sie einen Abschnitt des Vorrichtungs-Isolierbereichs offen lässt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter aufweist: vor dem Schritt des Bildens der ersten Überzugschicht den Schritt des Bildens eines Grabens auf einer Fläche der Leuchtstruktur auf dem Vorrichtungs-Isolierbereich, um die Leuchtstruktur in einzelne Vorrichtungsbereiche zu trennen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter aufweist: nach Entfernen des Wachstumssubstrats Bilden eines Grabens auf einer Fläche der Leuchtstruktur auf dem Vorrichtungs-Isolierbereich, um die Leuchtstruktur in einzelne Vorrichtungsbereiche zu trennen.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter aufweist: nach dem Bilden des Grabens Bilden einer Passivierungsschicht auf einer Seitenfläche der Leuchtstruktur, die in die einzelnen Vorrichtungsbereiche geteilt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter aufweist: nach dem Bilden des Grabens Bilden einer Passivierungsschicht auf einer Seitenfläche der Leuchtstruktur, die in die einzelnen Vorrichtungsbereiche geteilt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter aufweist: nach dem Bilden der n-Elektrode Entfernen der ersten Überzugschicht von dem Vorrichtungs-Isolierbereich durch Nassätzen.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überzugschicht aus einem metallischen Material gebildet ist, das zu dem der zweiten Überzugschicht verschieden ist, und die erste Überzugschicht eine höhere Ätzselektivität als die zweite Überzugschicht aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter aufweist: nach Bilden der n-Elektrode Wegbrechen der ersten Überzugschicht von dem Vorrichtungs-Isolierbereich.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter aufweist: nach dem Bilden der n-Elektrode Wegschneiden der ersten Überzugschicht von dem Vorrichtungs-Isolierbereich durch Bestrahlen mit einem Laserstrahl der über dem Vorrichtungs-Isolierbereich gebildeten ersten Überzugschicht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überzugschicht aus wenigstens einem metallischen Material gebildet ist, das aus einer Gruppe bestehend aus Au, Cu, Ni, Ag, Cr, W, Al, Pt, Sn, Pb, Fe, Ti, Mo und deren Verbindungen gewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Überzugschicht aus wenigstens einem metallischen Material gebildet ist, das aus der Gruppe bestehend aus Au, Cu, Ni, Ag, Cr, W, Al, Pt, Sn, Pb, Fe, Ti, Mo und deren Verbindungen gewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überzugschicht auf die gesamte Fläche einschließlich der Oberfläche der p-Elektrode aufgetragen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens der ersten Überzugschicht aufweist: Bilden einer Überzug-Keimschicht auf der p-Elektrode, so dass diese die Vielzahl von Vorrichtungsbereichen verbindet; und Durchführen von galvanischem Beschichten auf der Keimschicht.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Keimschicht durch chemisches Beschichten oder ein Ablagerungsverfahren gebildet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens des Musters der zweiten Überzugschicht aufweist: Bilden eines Photolack-Musters, welches die erste Überzugschicht des Vorrichtungsbereichs offen lässt; und selektives Durchführen von galvanischem Beschichten auf der ersten Überzugschicht des Vorrichtungsbereichs unter Verwendung des Photolack-Musters.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Entfernens des Wachstumssubstrats durch ein Verfahren des Laser-Abhebens durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Entfernens des Wachstumssubstrats durch einen Vorgang des chemischen Abhebens durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überzugschicht so gebildet ist, dass sie einen Abschnitt des Vorrichtungs-Isolierbereichs offen lässt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die n-Typ Mantelschicht, die aktive Schicht und die p-Typ Mantelschicht aus einem Gruppe III–V Halbleiter-Verbundmaterial gebildet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die n-Typ Mantelschicht, die aktive Schicht und die p-Typ Mantelschicht aus einem Halbleitermaterial, dargestellt als Al_xGa_yIn_1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1), hergestellt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachstumssubstrat ein Saphirsubstrat umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die n-Typ Mantelschicht, die aktive Schicht und die p-Typ Mantelschicht aus einem Halbleitermaterial, dargestellt als Al_xGa_yIn_1-x-yP (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1), hergestellt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die n-Typ Mantelschicht, die aktive Schicht und die p-Typ Mantelschicht aus einem Halbleitermaterial, dargestellt als Al_xGa_1-xAs (0 ≤ x ≤ 1), hergestellt sind.