JP2006507654A - 反射層を有するダイオードの製造方法 - Google Patents

反射層を有するダイオードの製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、透過性基板と前記透過性基板（１００Ａ）上にＧａＮ緩衝層を形成することを含む発光ダイオード形成法に関する。ｎ型ＧａＮ層を前記緩衝層上に形成する。活性層を前記ｎ型ＧａＮ層上に形成する。ｐ型ＧａＮ層を、前記活性層上に形成する。ｐ電極をｐ型ＧａＮ層上に形成し、ｎ電極をｎ型ＧａＮ層上に形成する。反射層を透過性基板の第二の面（反対面）に形成する。基板上のダイオードを分離するためのスクライブ線を基板上に形成する。又、ＡｌＧａＮのクラッディング層はｐ型ＧａＮ層と活性層の間に位置する。

Description

発明の分野
本発明はダイオードに関するものであり、より詳しくは、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関するものである。本発明は発光ダイオードに関して記述されているが、例えば、レーザダイオードのような異なったタイプのダイオードを含む広い範囲の用途に使用できるものである。
関連技術の検討
窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースの光子デバイス技術は研究開発段階から商業的実用化へと急速な発展をみせた。これらのデバイスが１９９４年に市場に登場して以来、ＧａＮベースの光子デバイスは最も有望な半導体デバイスの一つと考えられてきた。例えば、ＧａＮ発光ダイオード(ＬＥＤ)の効率は白熱灯のそれを凌駕し、今や蛍光灯のそれに比肩する迄になっている。
ＧａＮベースのデバイスの市場成長は毎年工業製品に関する市場予測を遥かに超えている。交通信号機や自動車の室内灯等の一部の応用分野においては、ＧａＮ−ＬＥＤの低維持コストと低消費電力はＬＥＤの比較的高い製造コストを補って余りある。しかし、一般の室内灯のような他の応用分野においては、ＬＥＤの製造コストはまだ余りにも高く、単純に規模の経済の観点から、このようなデバイスがまだ解決策には至っていないことが明らかである。品質やデバイス設計に関してまだかなり多くの問題はあるが、ある程度の寿命を持った室温動作、連続波長のブルーレーザが提示された。ＬＥＤを高い生産性を持って製造することが出来るならば、巨大な潜在市場と結びついた絶え間ない開発努力は受入れ可能なレベル迄コストを引き下げるに違いない。ＧａＮベースの高出力電子デバイスはまた、移動体通信という、もう一つの巨大なマーケットにも応用分野を見出すに違いない。現在のＡＩＩｎＧａＮベースＬＥＤの市場を拡大するためには、デバイスの機能を損なうこと無く、低コストの処理技術を開発することが極めて重要である。さらに、高出力光学デバイスには白熱電球灯を置き換えることが強く求められている。それ故、二つの重要な技術的課題を同時に解決することが求められる。即ち、デバイスを安価に製造することと、高出力デバイスを製造することである。
屋外掲示表示は青色ＬＥＤ導入以来の主要なマーケットの一つである。このような応用分野においては、発光出力がＡＩＩｎＧａＮベースＬＥＤにおける最も重要なデバイスパラメータの一つと考えられる。その結果、デバイスの単位価格は、略、発光出力の強度に比例する。更に、近年、白色ＬＥＤ応用分野においては、電飾用の白熱電球をＬＥＤに置換するために現在利用可能なものよりもっと高い発光出力を持ったＬＥＤが必要とされている。それ故、発光出力を増大するための技術開発は、ＡＩＩｎＧａＮベースの光子デバイスにおける最も重要な仕事の一つになっている。
図１に従来型の発光ダイオードの構造を示す。従来型のＬＥＤはサファイア等の基板１０を有している。窒化ガリウム（ＧａＮ）等からなる緩衝層１２が基板１０上に形成されている。ｎタイプのＧａＮ層１４が緩衝層１２上に形成されている。例えば、ＡＩＩｎＧａＮからなる多重量子井戸(ＭＱＷ)層１６のような活性層が、ｎ型のＧａＮ層１４上に形成されている。ｐ型のＧａＮ層１８がＭＱＷ層１６上に形成されている。
ＭＱＷ層はＬＥＤを発光させるため、全方向に光子「ｈｖ」を放射する。図１には便宜上、方向１、２、３を示す。方向１、２に進んだ光子はＬＥＤの発光強度に貢献する。しかし、方向３に進んだ光子は、基板や、ＬＥＤを収納しているパッケージによって吸収されてしまう。このような光子吸収は光の抽出効率を低め、結果的にＬＥＤの輝度の低下をもたらす。
ＡＩＩｎＧａＮベースＬＥＤの発光出力を増大するには主に二つの方法がある。第一の方法はエピタキシャル成長とデバイスの構造設計により、ＬＥＤの外部量子効率を改善することである。この技術には、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線成長）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法を含む高品質のエピタキシャル成長技術と、洗練されたデバイス設計技術とが必要とされる。なかでもＭＯＣＶＤ法は、商用銘柄ＡＩＩｎＧａＮベースＬＥＤを成長させるための最も一般的な成長ツールである。エピタキシャル薄膜の品質はＭＯＣＶＤ成長法の種類に大きく依存していることは一般に知られている。従って、製造面から見れば、このような成長技術の改良によってＬＥＤデバイスの発光出力を改善することはより困難である。
発光出力を向上させるもう一つの方法は、ＬＥＤのチップの設計を最適化して光の抽出効率を増大させることである。この方法は、エピタキシャル成長とデバイス構造設計により外部量子効率を増やす方法に比べ、ＬＥＤの光強度を増加させることが遥かに単純且つ容易でもある。最大効率のデバイスを設計するため、今まで多くの試みがなされて来たが、今の所、これらの試みはダイオードに求められる効率や輝度のレベルに達する迄には至っていない。加えて、既存の設計には高い製造コストを要する。それ故、高輝度、高効率、そして低製造コストのダイオードが求められている。
発明の概要
従って、本発明は、関連技術の限界や欠陥に起因する問題点の一つ以上が実質的に排除されたダイオードを目指している。
本発明の利点は、高輝度のダイオードを提供出来ることである。
本発明の他の特徴や利点は以下の説明に記述されているが、説明から明瞭になる部分、或いは、本発明の実施例を通して認識される部分が有るだろう。本発明の目的とその他の利点は、明細書、特許請求の範囲、及び、添付図面の中で特に指摘されているＬＥＤの構造によって実現及び達成される。
これらの利点及び他の利点を達成するため、実施例を挙げて広義に説明した本発明の目的に則り、発光ダイオードは、透過性基板、透過性基板の第一の表面上の緩衝層、緩衝層上のｎ型ＧａＮ層、ｎ型ＧａＮ層上の活性層、活性層上のｐ型ＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層上のｐ電極、前記ｎ型ＧａＮ層上のｎ電極、及び、前記透過性基板上の第二の表面上の反射層を備える。
別の態様において、透過性基板と、この透過性基板の第一の表面上に緩衝層を有する発光ダイオードを製造する方法は、前記緩衝層上にｎ型ＧａＮ層を形成すること；ｎ型ＧａＮ層上に活性層を形成すること；活性層上にｐ型ＧａＮ層を形成すること；ｐ型ＧａＮ層上にｐ電極を形成すること；前記ｎ型ＧａＮ層上にｎ電極を形成すること；及び前記透過性基板の第二の面上に反射層を形成することから構成される。
別の態様において、透過性基板と、この透過性基板の第一の表面上に緩衝層を有する発光ダイオードを製造する方法は、前記緩衝層上にｎ型ＧａＮ層を形成すること；ｎ型ＧａＮ層上に活性層を形成すること；活性層上にｐ型ＧａＮ層を形成すること；ｐ型ＧａＮ層上にｐ電極を形成すること；前記ｎ型ＧａＮ層上にｎ電極を形成すること；及び前記透過性基板の第二の面上に反射層を形成することから構成される。
別の態様において、基板を有する発光ダイオードを製造する方法は、基板上にｎ型層とｐ型層を形成すること；ｎ型層とｐ型層の間に活性層を形成すること；ｐ型層に接触する第一の電極を形成すること；ｎ型層に接触する第二の電極の形成すること；及び、前記基板上に反射層を形成することから構成される。
別の態様において、ダイオードは、透過性基板と、透過性基板上の活性層と、光子を生成する活性層と、活性層からの光子を反射するための前記透過性基板上の反射層を備える。
別の態様において、ダイオード製造方法は、透過性基板の上方に、光子を生成する活性層を形成すること；活性層からの光子を反射するために前記透過性基板上に反射層を形成することから構成される。
別の態様において、透過性基板を有する発光ダイオードの製造方法は、透過性基板の第一の面上に第一のドーピング濃度を持つｎ型ＧａＮ層を形成すること；ｎ型ＧａＮ層上に第１の範囲内のＩｎ濃度を有するＩｎＧａＮ活性層を形成すること；ＩｎＧａＮ活性層上に第二の添加物濃度を持つｐ型ＧａＮ層を形成すること；ｐ型ＧａＮ層上にｐ型接触層を形成すること；前記ｐ型接触層、ｐ型ＧａＮ層、及びＩｎＧａＮ活性層をエッチングすることによりｎ型ＧａＮ層上にｎ型接触層を形成すること；前記透過性基板の第二の面を背面ラッピング（lapping）処理することによって前記透過性基板の厚さを減らすこと；前記透過性基板の表面粗さを減らすこと；前記表面粗さを低減させた透過性基板の表面上に反射層を形成することから構成される。
上述の一般的説明、及び、以下の詳細説明は共に、例示的、且つ、説明的なものであり、請求の範囲に記載された本発明の更なる説明を行うことを意図している。
添付図面は本発明を更に良く理解するために添付されており、本明細書に包含されてその一部を構成すると共に、本発明の実施例を例示し、本明細書と共に本発明の原理を説明することに役立つ。
発明の詳細な説明
以下に本発明を詳述する。本発明の実施例は添付図面に例示されている。
ＧａＮベースの発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造するために、サファイアは非常に安定しており比較的安価であるから、サファイア素材の基板が一般に使用されている。サファイア基板上に成長したＡＩＩｎＧａＮのエピタキシャル層の品質は、その熱的安定性と同じ水晶構造のＧａＮのため、他の基板物質よりも優れている。しかし、ＡＩＩｎＧａＮベースＬＥＤデバイスを製造するために基板物質としてサファイアを使うことには幾つかの欠点がある。サファイアは絶縁物であるので、ｎ型の基底接触を形成することが不可能である。更に、サファイアの硬さはダイヤモンドとほぼ同じであるので、研削、研磨、スクライビング等の製造後の処理を行うことが非常に難しい。しかし、透過性サファイア基板は、ＧａＡｓやＩｎＰ等の他の非透過性化合物半導体物質に比べ、光抽出に関して有益である。
然しながら、この重要な利点を利用することが今まで不可能であった。サファイアが基板として使用される場合、ｐ及びｎ電極は同じ頂上部の電極位置に配置されなければならない。その結果、図１に示されるように、活性領域で放射された下方の光子は、厚い基板とリードフレームによって吸収されてしまう。その為、上方に向かう光子と端からの放射だけが発光出力に寄与することとなる。他方、もし反射面が基底部のサファイア基板内に設けられておれば、頂上部放射や端部放射の光子に加えて、下方向に放射された光子もサファイア基板の側壁で反射されるか、或いは、反射されて頂上面に戻ることになる。背面の反射膜に加え、発光出力は、反射金属層と透過性基板との間にミラー状、又な非常に滑らかな境界面を作る事によっても増大できる。表面粗さを含め、基板物質の反射係数や表面状態に応じて、退避角度と呼ばれる角度があり、その角度内においては活性層からの光子は、前記境界面で反射され基板の結晶に返される。従って、固定的な反射係数のサファイア基板においても、例えば、反射される光子の量は基板の表面粗さを減らすことによって制御可能である。本発明においては、従来型の機械的研磨技術の他に新しい表面研磨技術を使用する。誘導結合プラズマ反応性イオンビーム（ＩＣＰＲＩＥ）を使用して、自動的に滑らかなサファイア表面が得られた。ＩＣＰＲＩＥを使うことにより、１ｎｍ程度の微小な表面粗さを持つサファイア表面が得られた。更に、伝播、或いは退避した光子は前記滑らかな境界面で反射されて基板の結晶に返される。これはＬＥＤの発光出力をかなり増加させる。
図２Ａに本発明のＬＥＤ構成を例示する。本発光ダイオードの構造は基板１００を有し、これはサファイアのような透過性基板である。本サファイアは発光出力を最大にするため、その背面上に背面ラッピング処理と研磨を行ったものである。表面粗さを更に減少させるため、反射金属コーティングに先立って、機械的に研磨されたサファイア基板面上にＩＣＰＲＩＥ研磨を行った。一実施例におけるＩＣＰＲＩＥ研磨処理条件は以下の通りであった：
ＲＦ出力：１６００ワット
基板バイアス電圧：−３５０Ｖ
ガス混合：１８％Ｃｌ２、７２％ＢＣｌ３、２０％Ａｒ；
基板温度：摂氏２０度
エッチング時間：４０分
エッチング速度：それぞれ３５０ｎｍ/分
図２Ａを参照すると、反射層２００はサファイア基板１００面上にあり、底部方向に向かう光子を反射するため、例えば、アルミニウムのミラー素材から出来ている。反射された光子はＬＥＤの輝度を画期的に増加することに役立つ。本明細書を通して検討されるように、反射層を構成する物質はアルミニウムに限定されるものではなく、光子を反射してＬＥＤの輝度を増加するものであればどのような適切な物質であっても良い。更に、ＬＥＤの基板も、サファイア以外の適切な物質から構成することができる。
図２Ｂは、本発明による別のＬＥＤ構造を例示する。図２Ｂにおいては反射層は使われていない。反射層は省略されているが、サファイア基板１００はこの面の滑らかさを最大にするために、例えば、ＩＣＰＲＩＥを使用して研磨されている。このような滑らかな面は、活性層からサファイア基板に向かった光子をサファイア表面の滑らかな面で反射することを可能とし、発光出力を増大させる。
図３Ａ〜３Ｆは本発明の例示的用途として発光ダイオードの製造ステップを例示する。
図３Ａを参照すると、緩衝層１２０がサファイア１００上に形成されている。基板１００は、サファイア等の透過性物質を素材とすることが好ましい。基板は、サファイアの他に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等から構成することも可能である。緩衝層１２０は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）からなり、この場合ＧａＮはサファイア基板１００上で成長させる。ｎ型ＧａＮのようなｎ型エピタキシャル層１４０が、緩衝層１２０上に形成される。この場合、ｎ型ＧａＮ層１４０には、約１０１７cm−３以上のドーピング濃度を有するシリコン（Ｓｉ）が添加された。ＡＩＩｎＧａＮ多重量子井戸層等の活性層１６０が、ｎ型ＧａＮ層１４０上に形成される。活性層１６０は単一の量子井戸層、或いは二つの異質構造から形成されてもよい。この場合、インジュウム（Ｉｎ）の量がそのダイオードが緑色ダイオードになるか、青色ダイオードになるかを決める。青色ＬＥＤに対しては約２２％程度のインジュウムが使用される。緑色ＬＥＤに対しては約４０％程度のインジュウムが使用される。使用するインジュウムの量は、青色又は緑色ＬＥＤの希望する波長に応じて変えることが出来る。次に、ｐ型ＧａＮ層１８０が活性層１６０上に形成される。この場合、ｐ型ＧａＮ層１８０には約１０１７ｃｍ-３以上のドーピング濃度のマグネシュウム（Ｍｇ）がドーピングされる。
図３Ｂを参照すると、透過性導電層２２０がｐ型ＧａＮ層１８０上に形成されている。透過性導電層２２０は、Ｎｉ/Ａｕ、或いはインジュウム-錫-酸化物（ＩＴＯ）等、任意の適切な物質から構成出来る。ｐ型電極２４０がその後、透過性導電層２２０の片側に形成される。ｐ型電極２４０は、Ｎｉ/Ａｕ、Ｐｄ/Ａｕ、Ｐｄ/Ｎｉ、Ｐｔ等、任意の適切な物質から構成出来る。パッド２６０がｐ型電極２４０上に形成されている。パッド２６０は、例えばＡｕを含め、任意の適切な物質から構成出来る。パッド２６０は約５０００オームストロング以上の厚さを有している。
図３Ｃを参照すると、ｎ電極２５０とパッド２７０を形成するため、透過性導電層２２０、ｐ型ＧａＮ層１８０、活性層１６０、及びｎ型ＧａＮ層１４０の全てが、一箇所でエッチングされている。図３Ｃに示すように、ｎ型ＧａＮ層１４０は、ｎ電極２５０がｎ型ＧａＮ層１４０のエッチングされた表面上に形成できるように、部分的にエッチングされている。ｎ電極２５０は、Ｔｉ/Ａｌ、Ｃｒ/Ａｕ、Ｔｉ/Ａｕ等を含め、任意の適切な物質から構成出来る。パッド２７０は金属であり、パッド２６０と同じ物質からなってよい。
図３Ｄを参照すると、サファイア等からなる基板１００の厚さは、より薄い基板１００Ａを形成するために減らされている。この点に関し、ウエハー厚を減らすためにサファイア基板１００に背面のラッピング処理が行われる。背面ラッピング処理の後、機械的研磨が行われて光学的に滑らかな表面が得られる。機械的研磨の後、表面粗さ（Ｒａ）は約１５ｎｍ未満になる場合もある。このような研磨技術により、表面粗さを約５ｎｍ又はそれよりやや小さくすることが出来る。このような小さな表面粗さは表面の反射特性を増大させる。
本発明においては、基板１００の厚さを、例えば３５０〜４３０μｍの範囲に制御することが出来る。更に、この厚さを３５０μｍ未満、或いは１２０μｍ未満までに減らすことも出来る。ここでは、機械的研磨及びドライエッチング技術が使用されている。ドライエッチングに関しては、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応性イオンビームエッチング（ＲＩＥ）法が実施例として使用されている。
図３Ｅを参照すると、表面粗さは更に減少し、１ｎｍ未満の表面粗さになっている。ドライエッチング法により、表面粗さは５ｎｍから１ｎｍ未満まで減らすことが出来る。このようなドライエッチング技術の一つが誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応性イオンビームエッチング（ＲＩＥ）法であり、滑らかな表面を自動的に得ることが可能である。表面粗さを最大限に減少させることは表面の反射性を更に向上させる。基板１００に使用される物質の種類によっては、表面粗さはその表面の最高の反射性を得るため、更に低減できることに注意されたい。
図３Ｆを参照すると、研磨された薄い基板１００Ａの表面に反射物質２００が形成されている。反射物質２００は光を反射できる任意の適切な物質であってよい。本実施例においては、電子ビーム蒸着技術を使用して、厚さ約３００ｎｍのアルミニウム膜を研磨されたサファイア表面１００Ａ上に形成した。勿論、本発明においては、他の適当な蒸着技術を使用してもよく、異なる厚さのアルミニウムを考慮してもよい。ここで、アルミニウムの濃度は約９９．９９９％以上でよい。これにより、アルミニウムに最高の反射性を持ったミラー効果を発揮させる事ができる。さらに、反射層２００は基板１００Ａの第二の表面を完全に覆う。
図５は、ｐ型ＧａＮ層１８０と活性層１６０の間にクラッディング層１７０が形成されているもう一つの実施例を示している。クラッディング層１７０は、ｐ型ＡｌＧａＮで形成されることが好ましい。クラッディング層１７０はダイオードの性能を向上させる。簡潔化のため、図５にはｐ電極、ｎ電極、及びパッドは示されていない。
図２Ａ及び２Ｂに概念的に示すように、活性層で生成された光子のうち、研磨されたサファイア表面とアルミニウムのミラーコーティング２００に向かう光子は反射される。このような反射された光子はダイオードの輝度を増大させる（光子再生）。反射層を加える事と自動的に滑らかな表面を作る事は、ダイオードの輝度を画期的に増やす。反射層２００の反射面に加え、基板１００の表面粗さを低減させることも光子の反射を増大させることも注目に値する。
図６は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光出力と注入電流の関係を示すグラフである。このグラフの一方の曲線は反射層（この場合はアルミニウム）を有するＬＥＤを表し、もう一方の曲線は反射層を持たないＬＥＤを表す。このグラフにおいて、機械的研磨だけは双方のＬＥＤに対して行われている。反射用アルミニウム層がサファイア基板の機械研磨された表面に形成された場合、その発光出力は反射層を持たないデバイスに比べ約２００％増大した。
図４Ａは、その上にＬＥＤが形成されるウエハーを示す。スクライブ線３００は、ＬＥＤチップを分離するため、ＬＥＤ側から（前面スクライビング）緩衝層１２０を貫いてウエハー上に形成されている。スクライブ線３００は、例えば、ドライエッチング技術、或いは、機械的スクライブを使って形成される。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応性イオンビームエッチング（ＲＩＥ）法のようなドライエッチングは、緩衝層１２０と基板１００Ａ上に非常に狭いスクライブ線を形成することが出来る。このようなドライエッチング技術の使用は、チップ間の間隙を非常に小さく出来るため、ウエハー上のＬＥＤチップの数を大いに増やす事が出来る。例えば、ダイオードチップ間の空隙は１０μｍ以下の狭さに出来る。図４Ｂは、ダイオードの背面が使用されるスクライブ線形成のもう一つの方法を示す。
このスクライブ線はダイヤモンド針によっても形成することが出来る。しかしこの方法はダイヤモンド針そのものの大きさのために、ダイオードチップ間により広い間隙を必要とする。又、ダイシング技術もチップを分離するために使用出来る。
ダイオードチップを分離した後、各ダイオードをパッケージ化してもよい。このようなパッケージは発光出力を更に向上させるために、反射性物質でコーティングされてもよい。
本発明は、簡単で、安価な光抽出方法を既存のデバイス製造方法に適用するものである。この発明によれば、背面ラッピング処理と研磨の後に、金属化という僅か一つの処理を追加することによって顕著な発光出力の増大が可能となる。ドライエッチングを使用する微細な研磨により、製造コストの実質的な増加なしに、場合によっては発光出力を四倍にすることが出来る。
本発明のダイオードは、ＡｌＩｎＧａＮベース発光ダイオード（ＬＥＤ）のようなダイオードの発光強度を反射コーディングを使うことによって改善する。反射コーティングは、それが無い場合にＬＥＤパッケージ内の基板、或いはリードフレームによって吸収されてしまうであろう光子を再生する。これは量子井戸デバイスの総合外部量子効率を向上させる。本発明は現在商業用に利用されている青色、緑色、赤色及び白色ＬＥＤに適用できるのみならず、その他のＬＥＤデバイスにも適用できる。この技術により、ダイオードの他の特性を大きく損なったり変更したりすることなしに、従来型のＬＥＤデバイス（反射コーティング無し）に比べ、発光出力が四倍に増大した。
本発明をＧａＮ技術を使ったダイオードを参照しつつ詳述してきたが、本発明の反射器技術と基板研磨技術は、赤色ＬＥＤを含め他の種類のダイオードやＶＣＳＥＬ等のレーザダイオードにも容易に適用できる。赤色ＬＥＤはＧａＮを使用しないが、上述したように、赤色ＬＥＤの基板は全く同様に容易に研磨可能であり、反射層は基板の研磨された面に容易に付着させることができる。このような技術は光子を再生し、それによりダイオードの発光出力を増大する。同様な技術をレーザーダイオードにも適用できる。
本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、多くの変更や変形が本発明の中で可能であることは、当業者には自明である。したがって、それらの変更や変形が特許請求の範囲及びその均等物の範囲に含まれる場合、本発明はそれらを含むものと理解する。
従来型の発光ダイオードの概略図である。 本発明による発光ダイオードの実施例を示す。 本発明による発光ダイオードの別の実施例を示す。 本発明による発光ダイオードを形成するための製造工程を示す。 本発明による発光ダイオードを形成するための製造工程を示す。 本発明による発光ダイオードを形成するための製造工程を示す。 本発明による発光ダイオードを形成するための製造工程を示す。 本発明による発光ダイオードを形成するための製造工程を示す。 本発明による発光ダイオードを形成するための製造工程を示す。 スクライブ線の入った発光ダイオードを有するウェハーを示す。 スクライブ線の入った発光ダイオードを有するウェハーを示す。 本発明のダイオードのもう一つの実施例を示す。 本発明による反射層を持つＬＥＤと、反射層を持たないＬＥＤについて、発光出力と注入電流の相関を示すグラフである。

Claims (60)

  1. 透過性基板を持つ発光ダイオードの製造方法であって：
    前記透過性基板の第一の面上にｎ型ＧａＮ層を形成すること；
    前記ｎ型ＧａＮ層上に活性層を形成すること；
    前記活性層上にｐ型ＧａＮ層を形成すること；
    前記ｐ型ＧａＮ層上にｐ電極を形成すること；
    前記ｎ型ＧａＮ層上にｎ電極を形成すること；
    前記透過性基板の第二の面上に反射層を形成すること；及び
    前記透過性基板上にスクライブ線を形成すること
    を含む方法。
  2. スクライブ線が透過性基板の第一の側面上に形成される、請求項１に記載の方法。
  3. スクライブ線は透過性基板の表面上に窪みを形成する、請求項２に記載の方法。
  4. 透過性基板とｎ型ＧａＮ層の間に緩衝層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. スクライブ線が緩衝層を貫き、透過性基板の表面に窪みを形成する、請求項１に記載の方法。
  6. 前記窪みは三角形状を有する、請求項１に記載の方法。
  7. スクライブ線が透過層の第二の面上にある、請求項１に記載の方法。
  8. スクライブ線は反射層を貫き、透過性基板の表面上に窪みを形成する、請求項７に記載の方法。
  9. 前記窪みは三角形形状を有する、請求項８に記載の方法。
  10. スクライブ線によって形成される二つのダイオード間の間隙は約１０μｍである、請求項１に記載の方法。
  11. スクライブ線によって形成される二つのダイオード間の間隙は１０μｍ未満である、請求項１に記載の方法。
  12. スクライブ線はドライエッチングにより形成される、請求項１に記載の方法。
  13. スクライブ線は誘導結合プラズマ(ＩＣＰ)反応性イオンビームエッチング（ＲＩＥ）により形成される、請求項１に記載の方法。
  14. 基板を有する発光ダイオードの製造方法であって、
    前記基板上にｎ型層とｐ型層を形成すること；
    前記ｎ型層と前記ｐ型層間に活性層を形成すること；
    前記ｐ型層に接触している第一の電極を形成すること；
    前記ｎ型層に接触している第二の電極を形成すること；
    前記基板上に反射層を形成すること；及び
    前記基板上にスクライブ線を形成すること
    を含む方法。
  15. スクライブ線が反射層と反対の側の基板上にある、請求項１４に記載の方法。
  16. スクライブ線が基板の表面上に窪みを形成する、請求項１５に記載の方法。
  17. 基板とｎ型ＧａＮ層間に緩衝層を形成することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
  18. スクライブ線は緩衝層を貫き、基板の表面に窪みを形成する、請求項１４に記載の方法。
  19. 前記窪みは三角形状を有する、請求項１４に記載の方法。
  20. スクライブ線が反射層側にある、請求項１４に記載の方法。
  21. スクライブ線が反射層を貫き、基板の表面上に窪みを形成する、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記窪みは三角形状を有する、請求項２１に記載の方法。
  23. スクライブ線によって形成される二つのダイオード間の空隙は約１０μｍである、請求項１４に記載の方法。
  24. スクライブ線によって形成される二つのダイオード間の間隙は１０μｍ未満である、請求項１４に記載の方法。
  25. スクライブ線はドライエッチングによって形成される、請求項１４に記載の方法。
  26. スクライブ線は誘導結合プラズマ(ＩＣＰ)反応性イオンビームエッチング（ＲＩＥ）によって形成される、請求項１４に記載の方法。
  27. 複数のダイオードの製造方法であって、
    光子を精製する活性層を透過性基板の上方に形成すること；
    活性層からの光子を反射するために透過性基板上に反射層を形成すること；及び
    誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応性イオンビームエッチング（ＲＩＥ）を使用して、複数のダイオードを分離するためにスクライブ線を基板上に形成すること
    を含む方法。
  28. スクライブ線の一つによって形成される二つのダイオード間の間隙は約１０μｍである、請求項２７に記載の方法。
  29. スクライブ線の一つによって形成される二つのダイオード間の間隙は１０μｍ未満である、請求項２７に記載の方法。
  30. スクライブ線は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応性イオンビームエッチング（ＲＩＥ）によって形成される、請求項２７に記載の方法。
  31. 透過性基板を有する発光ダイオードの製造方法であって、
    前記透過性基板の第一の面上に第一のドーピング濃度を持つｎ型ＧａＮ層を形成すること；
    前記ｎ型ＧａＮ層上に、第一の範囲のインジュウム（Ｉｎ）濃度を有するＩｎＧａＮ活性層を形成すること；
    前記ＩｎＧａＮ活性層上に第二のドーピング濃度を持つｐ型ＧａＮ層を形成すること；
    前記ｐ型ＧａＮ層上にｐ型接触層を形成すること；
    前記ｐ型接触層、ｐ型ＧａＮ層及びＩｎＧａＮ活性層をエッチングすることにより、前記ｎ型ＧａＮ層上にｎ型接触層を形成すること；
    前記透過性基板の第二の面を背面ラッピング処理することにより、前記透過性基板の厚さを減らすこと；
    前記透過性基板の表面粗さを減らすこと；
    前記減らした透過性基板の表面上に反射層を形成すること；及び
    前記透過性基板の第一面と第二の面のうちの一つの上にスクライブ線を形成すること
    を含む方法。
  32. スクライブ線の一つによって形成される二つのダイオード間の間隙は約１０μｍである、請求項３１に記載の方法。
  33. スクライブ線の一つによって形成される二つのダイオード間の間隙は１０μｍ未満である、請求項３１に記載の方法。
  34. スクライブ線は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応性イオンビームエッチング（ＲＩＥ）によって形成される、請求項３１に記載の方法。
  35. 基板を有する発光ダイオード製造方法であって、
    前記基板の第一の表面上に第一のエピタキシャル層を形成すること；
    前記エピタキシャル層上に活性層を形成すること；
    前記活性層上に第二のエピタキシャル層を形成すること；
    前記第二のエピタキシャル層上に第一の電極を形成すること；及び
    前記基板の第二の表面上に反射層を形成すること；及び
    前記基板の第一及び第二の表面のうちの一つの上にスクライブ線を形成すること
    を含む方法。
  36. スクライブ線の一つによって形成される二つのダイオード間の間隙は約１０μｍである、請求項３５に記載の方法。
  37. スクライブ線の一つによって形成される二つのダイオード間の間隙は１０μｍ未満である、請求項３５に記載の方法。
  38. スクライブ線は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応性イオンビームエッチング（ＲＩＥ）によって形成される、請求項３５に記載の方法。
  39. 発光ダイオードの製造方法であって、
    透過性基板と前記透過性基板上の第二のエピタキシャル層とを含む基板の第一の表面上に第一のエピタキシャル層を形成すること；
    前記第一のエピタキシャル層上に活性層を形成すること；
    前記活性層上に第三のエピタキシャル層を形成すること；
    前記基板の前記透過性基板を除去すること；
    前記第二のエピタキシャル層の第二の表面上に反射層を形成すること；及び
    前記基板の第一及び第二の表面のうちの一つの上にスクライブ線を形成すること
    を含む方法。
  40. スクライブ線の一つによって形成される二つのダイオード間の間隙は約１０μｍである、請求項３９に記載の方法。
  41. スクライブ線の一つによって形成される二つのダイオード間の間隙は１０μｍ未満である、請求項３９に記載の方法。
  42. スクライブ線は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応性イオンビームエッチング（ＲＩＥ）によって形成される、請求項３９に記載の方法。
  43. 前記第一の表面は３０オームストロング未満の平均表面粗さ（Ｒａ）を有している、請求項３９に記載の方法。
  44. 前記基板の前記第二の表面は３０オームストロング未満の平均表面粗さを有している、請求項３９に記載の方法。
  45. 前記基板の前記第一の表面は２０オームストロング未満のＲａを有する、請求項３９に記載の方法。
  46. 前記基板の前記第二の表面は２０オームストロング未満のＲａを有する、請求項３９に記載の方法。
  47. 前記基板の前記第一の表面は１０オームストロング未満のＲａを有する、請求項３９に記載の方法。
  48. 前記基板の前記第二の表面は１０オームストロング未満のＲａを有する、請求項３９に記載の方法。
  49. 前記基板の前記第一の面は３０オームストロング未満の平均表面粗さ（Ｒａ）を有する、請求項１に記載の方法。
  50. 前記基板の前記第二の面は３０オームストロング未満の平均表面粗さを有する、請求項１に記載の方法。
  51. 前記基板の前記第一の面は２０オームストロング未満のＲａを有する、請求項１に記載の方法。
  52. 前記基板の前記第二の面は２０オームストロング未満のＲａを有する、請求項１に記載の方法。
  53. 前記基板の前記第一の面は１０オームストロング未満のＲａを有する、請求項１に記載の方法。
  54. 前記基板の前記第二の面は１０オームストロング未満のＲａを有する、請求項１に記載の方法。
  55. 前記反射層の反対側の前記基板の表面は３０オームストロング未満の平均表面粗さ（Ｒａ）を有する、請求項１４に記載の方法。
  56. 前記反射層側の前記基板の表面は３０オームストロング未満の平均表面粗さを有する、請求項１に記載の方法。
  57. 反射層の反対側の前記基板の表面は２０オームストロング未満のＲａを有する、請求項１に記載の方法。
  58. 前記反射層側の前記基板の表面は２０オームストロング未満のＲａを有する、請求項１に記載の方法。
  59. 前記反射層の反対側の前記基板の表面は１０オームストロング未満のＲａを有する、請求項１に記載の方法。
  60. 前記反射層側の前記基板の表面は１０オームストロング未満のＲａを有する、請求項１に記載の方法。
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