JP2007081360A - 垂直型発光ダイオードおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デバイスの操作信頼性を強化し、生産収率を高めてコストを減らす垂直型発光ダイオードおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】次の工程を含む。サファイア基板２００を準備する。サファイア基板２００上に発光エピタキシャル構造２０２を形成する。次に、発光エピタキシャル構造２０２の表面上に第１の導電型電極２０４を形成する。次に局部除去工程を行い、発光エピタキシャル構造２０２の表面からサファイア基板の一部分を除去して表面の一部分を露出させる。次に、発光エピタキシャル構造２０２の表面の露出部分上に第２の導電型電極２１０を形成する。第１の導電型電極２０４の導電型と第２の導電型電極の導電型２１０とは反対である。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオードおよびその製造方法に関し、特に局所が除去された基板を有する垂直型発光ダイオードおよびその製造方法に関する。

従来の発光ダイオードとして、例えば特許文献１に記載されているものが挙げられる。
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、従来技術の垂直型発光ダイオードの製造工程を示す模式図である。先ず、サファイア基板１００を準備する。続いて、図１（Ａ）に示すように、エピタキシャル法によりサファイア基板１００の表面上に発光エピタキシャル構造１０２を形成する。一般に、発光エピタキシャル構造１０２は主に第１の導電型半導体層、活性層および第２の導電型半導体層からなる。サファイア基板１００が電気絶縁材料から形成されているため、垂直接続の電極構造を製作する場合、通常もう一つの導電基板１０４を提供して電気絶縁のサファイア基板１００を除去する。そのため、発光エピタキシャル構造１０２が完成した後、図１（Ｂ）に示すように、ボンディング法により導電基板１０４へ発光エピタキシャル構造１０２を接着させる。

そして図１（Ｃ）に示すように、発光エピタキシャル構造１０２を基板１０４へ接着させた後、レーザアブレーション法によりサファイア基板１００全体を発光エピタキシャル構造１０２から除去して発光エピタキシャル構造１０２の表面を露出させる。続いて、発光エピタキシャル構造１０２上に第１の導電型電極１０６を形成し、基板１０４下に第２の導電型電極１０８を形成する。その後、ダイシングステップを行って、図１（Ｄ）に示すような発光ダイオードチップ１１０を複数形成する。

しかしながら、上述の発光ダイオードの製造方法では、レーザアブレーション法を用いてサファイア基板１００を除去するため、レーザ処理工程における高温や大きな温度差から発生するストレスが発光ダイオードの構造を損壊させることがあった。さらには、アブレーション工程で発生する過剰なエネルギー転移によりデバイス品質が劣化することもあった。そのため、発光ダイオードの操作品質および製品収率が低下した。また、この剥離速度は非常に遅いため、基板全体の剥離に多くの時間がかかり、工程コストが増大して生産量が減少した。さらに、この工程では発光エピタキシャル構造を追加の基板１０４へ接着しなければならないために、コストが増大して収率が下がった。

特開２００２−２１７４５０号公報

本発明の第１の目的は、エピタキシャル構造を成長させた後に、サファイア基板の一部分を除去することにより光が基板に吸収されるという問題を解決し、サファイア基板から光を取り出して光取り出し効果を向上させる垂直型発光ダイオードの製造方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、発光構造を他の基板へ接着する工程を加えずに、サファイア基板の一部分を除去するだけで、工程収率を高めて製造コストを効果的に減らすことができる垂直型発光ダイオードの製造方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、サファイア基板の一部分をレーザ法により剥離するだけのため、発光ダイオードの構造が高温で損壊されずに、デバイスの操作信頼性を強化することができる垂直型発光ダイオードを提供することにある。
本発明の第４の目的は、デバイスの光取り出し率を高める高反射率を有する金属電極を含む垂直型発光ダイオードを提供することにある。
本発明の第５の目的は、優れた電流分布効果を有するため、大電流または大出力の発光ダイオードデバイスへ応用することができ、応用範囲が広い垂直型発光ダイオードを提供することにある。

本発明の垂直型発光ダイオードは、発光エピタキシャル構造、第１の導電型電極、局所除去サファイア基板および第２の導電型電極を備える。発光エピタキシャル構造は、相対位置にある第１の表面および第２の表面を有する。第１の導電型電極は、発光エピタキシャル構造の第１の表面上に設置される。局所除去サファイア基板は、発光エピタキシャル構造の第２の表面の第１の部分上に設置され、発光エピタキシャル構造の第２の表面の第２の部分を露出させる。第２の導電型電極は、発光エピタキシャル構造の第２の表面の第２の部分上に設置される。第１の導電型電極の導電型と第２の導電型電極の導電型とは反対である。

本発明の垂直型発光ダイオードはＧａＮ系発光ダイオードである。局所除去サファイア基板は、レーザアブレーション法により形成されたレーザ局所除去のサファイア基板である。

本発明の垂直型発光ダイオードの製造方法は、次の工程を含む。先ずサファイア基板を準備する。そしてサファイア基板上に発光エピタキシャル構造を形成する。次に、発光エピタキシャル構造の表面上に第１の導電型電極を形成する。それから局部除去工程を行い、発光エピタキシャル構造の他方の表面にあるサファイア基板の一部分を除去して表面を露出させ、他方の表面と反対側にある発光エピタキシャル構造の一方の表面上には第１の導電型電極を設置する。次に、発光エピタキシャル構造の他方の表面の露出部分上に第２の導電型電極を形成する。第１の導電型電極の導電型と第２の導電型電極の導電型とは反対である。

本発明の局所除去工程は、レーザダイシング法およびレーザアブレーション法を利用して行われ、第１の導電型電極の材料は高反射金属である。

上述したことから分かるように、本発明の垂直型発光ダイオードおよびその製造方法は、レーザアブレーション法を利用してサファイア基板の局所を除去するため、基板により光が吸収される問題を解決し、サファイア基板から光を取り出すことができるため、光取り出し効果を向上することができる。さらに追加の基板を接着する必要がないため、コストを減らして工程収率を高めることができる。また、この方法はサファイア基板の一部分を剥離するだけのため、発光ダイオードの構造が高温によるダメージを受けず、デバイスの操作信頼性を強化し、生産収率を高めてコストを減らすことができる。

本発明は、発光エピタキシャル構造が形成された後にサファイア基板の一部分を除去することにより工程収率の向上、工程コストの減少、光取り出し効果の向上および操作信頼性の強化を達成する垂直型発光ダイオードおよびその製造方法を提供する。本実施形態の説明をより詳細かつ完全にするため、以下の説明では図２（Ａ）〜図２（Ｅ）を参照する。

図２（Ａ）〜図２（Ｅ）は、本発明の好適な一実施形態による垂直型発光ダイオードの製造工程を示す模式図である。本実施形態は、垂直型発光ダイオードを製造するときにサファイア基板２００を準備する。そして、例えばエピタキシャル法を利用してサファイア基板２００の表面上に発光エピタキシャル構造２０２を成長させる。他の実施形態において、発光エピタキシャル構造２０２は、順次堆積された第２の導電型半導体層、活性層および第１の導電型半導体層を含む。本実施形態の発光ダイオードはＧａＮ系発光ダイオードであり、発光エピタキシャル構造中の活性層は、少なくとも一つのＧａＮ系材料からなる。続いて、図２（Ａ）に示すように、発光エピタキシャル構造２０２の一方の表面上にサファイア基板２００を設置し、発光エピタキシャル２０２の他方の表面上に第１の導電型電極２０４が形成され、発光エピタキシャル構造２０２の第１の導電型半導体層上に第１の導電型電極２０４が堆積される。本実施形態において、第１の導電型電極２０４の材料は金属であることが好ましいが、発光エピタキシャル構造２０２から放射された光を効果的に反射する高反射率の金属であればなお好ましい。図２（Ｃ）に示す発光ダイオードウェーハ２１２は、サファイア基板２００、発光エピタキシャル構造２０２および第１の導電型電極２０４からなる。

図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示すように、第１の導電型電極２０４が形成された後に、発光ダイオードウェーハ２１２を反転し、発光ダイオードウェーハ２１２上に第１のダイシング工程２１４を行ってサファイア基板２００の表面をダイシングする。続いて、図２（Ｃ）に示すように、例えばレーザダイシング法を利用し、発光ダイオードウェーハ２１２のスクライブ線に沿って第１のダイシング工程２１４を行い、発光ダイオードウェーハ２１２を複数の発光ダイオードチップ２１８へ分割してから局所除去処理を行う。さらに、例えばレーザダイシング法により第２のダイシング工程２１６を行う。そして、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示すように、第１のダイシング工程２１４および第２のダイシング工程２１６により、サファイア基板２００中の除去する部分２０６と残す部分２０８とを切り離す。なお、除去部分２０６は、前記発光エピタキシャル構造の第２表面の第２の部分上に位置するサファイア基板の一部分であり、また、残留部分２０８は、第１の部分上に位置するサファイア基板の一部分である。第１のダイシング工程２１４および第２のダイシング工程２１６を行うと、サファイア基板２００中の除去する部分２０６を切り離すことができる。この剥離工程２２０には、例えばレーザアブレーション法を利用する。そして図２（Ｄ）に示すように、発光ダイオードチップ２１８中のサファイア基板２００の部分２０６を発光エピタキシャル構造２０２から剥離して下方にある発光エピタキシャル構造２０２の表面を露出させる。

ここで注意しなければならないことは、本実施形態では、先ず発光ダイオードウェーハをスクライブ線に沿ってダイシング工程を行った後にサファイア基板の除去部分のダイシング工程を行っているが、これはサファイア基板の除去部分のダイシング工程を先に行ってから、発光ダイオードウェーハを多数の発光ダイオードチップに分割するダイシング工程を行うこともできるという点である。つまり本発明の実施は本実施形態のみに限定されるわけではないということである。

本実施形態は、サファイア基板２００の全部でなく一部分のみを除去するため、処理時間およびデバイスの操作特性に対する悪影響を減らし、生産収率を効果的に上げて生産量を増加させるとともに、製造コストを下げることができる。また、サファイア基板２００は局所を除去することができるため、基板により光が吸収されてしまうという問題を解決することができる。さらに、本実施形態は、レーザ法を利用してサファイア基板２００の局所のみを除去するため、剥離処理において発生する高温により発光エピタキシャル構造２０２が破壊されることを防ぎ、デバイスの操作信頼性を高めることができる。

サファイア基板２００の局所が除去された後、図２（Ｅ）に示すように、例えば発光エピタキシャル構造２０２の第２の導電型半導体層の表面など、各発光ダイオードチップ２１８の発光エピタキシャル構造２０２の露出された表面上に第２の導電型電極２１０を形成し、発光ダイオードチップ２１８の製作を完成させる。第２の導電型電極２１０の材料は、金属であることが好ましいが、高反射率の金属であればなお好ましい。本実施形態において、第１の導電型と第２の導電型とは反対である。つまり、第１の導電型がＰ型の場合、第２の導電型はＮ型であり、反対に第１の導電型がＮ型の場合、第２の導電型はＰ型である。発光ダイオードチップ２１８は、第１の導電型電極２０４および第２の導電型電極２１０がそれぞれ発光エピタキシャル構造２０２の相対する表面上に設置されており、垂直型発光ダイオードである。

本実施形態の特長は、絶縁サファイア基板の局所を除去して導電発光エピタキシャル構造の一部分を露出するだけで、発光エピタキシャル構造の露出表面上に電極を設置して垂直型発光ダイオード構造を形成することができる。従って、本実施形態は、基板全体を剥離する必要がないために時間が節約され、追加の基板が必要ないために発光エピタキシャル構造を追加した基板に接着工程を行う必要がない。これにより、剥離工程で発生されるエネルギー転移を減らしてデバイスの品質に対する悪影響を減らし、製造コストを節減するとともに生産量を増やし、収率を高めることができる。発光エピタキシャル構造から放射される光は、サファイア基板から取り出すことができるため、本実施形態の発光ダイオードは優れた光取り出し効果を有する。さらに本実施形態の発光ダイオードは垂直伝達構造を有するために電流分布効果に優れ、大出力や大電流の発光ダイオードに適用することができる。

上述したことから分かるように、本実施形態の発光ダイオードの製造方法は、発光エピタキシャル構造を成長させた後にサファイア基板の局所を除去し、基板により光が吸収される問題を減らし、サファイア基板から光を取り出すことができるため、デバイスの光取り出し効果を大幅に向上することができる点が第１の長所である。

上述したことから分かるように、本実施形態の発光ダイオードの製造方法は、サファイア基板の局所を除去するだけで、発光エピタキシャル構造を他の基板へ接着する工程を追加する必要が無く、製造コストを効果的に減らして工程収率を上げることができる点が第２の長所である。

上述したことから分かるように、本実施形態の発光ダイオードは、サファイア基板の一部分がレーザ法により剥離されるため、基板の剥離に必要な時間を大幅に短縮し、発光ダイオードの構造が高温や過剰なエネルギー転移により破壊されないため、デバイスの操作信頼性を高めることができる点が第３の長所である。

また上述したことから分かるように、本実施形態の発光ダイオードは高反射率を有する金属電極を有するため、デバイスの光取り出し率が優れている点が第４の長所である。

さらに上述したことから分かるように、本実施形態の発光ダイオードは垂直伝達構造を有するため、優れた電流分布効果を有し、大出力や大電流の発光ダイオードに応用することができるため応用範囲が広い。

本発明では好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知するものなら誰でも、本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

従来技術の垂直型発光ダイオードの製造工程を示す模式図である。 本発明の好適な一実施形態による垂直型発光ダイオードの製造工程を示す模式図である。

符号の説明

１００、２００…サファイア基板、 １０２、２０２…発光エピタキシャル構造、
１０４…導電基板、 １０６、２０４…第１の導電型電極、
２０６…除去部分、 ２０８…残留部分、 １０８、２１０…第２の導電型電極、
２１２…発光ダイオードウェーハ、 ２１４…第１のダイシング工程、
２１６…第２のダイシング工程、 １１０、２１８…発光ダイオードチップ、
２２０…剥離工程。

Claims (11)

1. 発光エピタキシャル構造、第１の導電型電極、局所除去サファイア基板および第２の導電型電極を備える垂直型発光ダイオードであって、
   前記発光エピタキシャル構造は、相対位置にある第１の表面および第２の表面を有し、
   前記第１の導電型電極は、前記発光エピタキシャル構造の前記第１の表面上に設置され、
   前記局所除去サファイア基板は、前記発光エピタキシャル構造の前記第２の表面の第１の部分上に設置され、前記発光エピタキシャル構造の前記第２の表面の第２の部分を露出し、
   前記第２の導電型電極は、前記発光エピタキシャル構造の前記第２の表面の前記第２の部分上に設置され、
   前記第１の導電型電極の導電型と前記第２の導電型電極の導電型とは反対であることを特徴とする垂直型発光ダイオード。
2. 前記垂直型発光ダイオードはＧａＮ系発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の垂直型発光ダイオード。
3. 前記局所除去サファイア基板は、レーザにより局所が除去されたサファイア基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の垂直型発光ダイオード。
4. 前記第１の導電型電極および前記第２の導電型電極は、高反射率を有する金属電極であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の垂直型発光ダイオード。
5. サファイア基板を準備する工程と、
   前記サファイア基板上に発光エピタキシャル構造を形成する工程と、
   前記発光エピタキシャル構造の一方の表面上に第１の導電型電極を形成する工程と、
   前記発光エピタキシャル構造の他方の表面上から前記サファイア基板の一部分を除去して表面を露出させる局所除去工程と、
   前記発光エピタキシャル構造の他方の表面の露出部分上に、前記第１の導電型電極と反対の導電型を有する第２の導電型電極を形成する工程と
   を含むことを特徴とする垂直型発光ダイオードの製造方法。
6. 前記局所除去工程は、レーザダイシング法およびレーザアブレーション法の使用を含むことを特徴とする請求項５に記載の垂直型発光ダイオードの製造方法。
7. 前記第１の導電型電極および前記第２の導電型電極は高反射金属電極であることを特徴とする請求項５または６に記載の垂直型発光ダイオードの製造方法。
8. 複数のスクライブ線が予め設けられているサファイア基板を準備する工程と、
   前記サファイア基板上に発光エピタキシャル構造を形成する工程と、
   前記発光エピタキシャル構造の表面上に第１の導電型電極層を形成する工程と、
   前記スクライブ線に沿って前記サファイア基板、前記発光エピタキシャル構造および前記第１の導電型電極層からなる発光ダイオードウェーハを複数の発光ダイオードチップに切り離す第１のダイシング工程と、
   前記発光エピタキシャル構造の表面から前記サファイア基板の一部分を除去し、各前記発光ダイオードチップ中の前記発光エピタキシャル構造の表面の一部分を露出させる局所除去工程と、
   各前記発光ダイオードチップ中の前記発光エピタキシャル構造の表面の露出部分上に、前記第１の導電型電極層と反対の導電型を有する第２の導電型電極層を形成する工程と
   を含むことを特徴とする垂直型発光ダイオードの製造方法。
9. 前記第１のダイシング工程はレーザダイシング法を含むことを特徴とする請求項８に記載の垂直型発光ダイオードの製造方法。
10. 前記局所除去工程は、
    前記サファイア基板の一部分を剥離する第２のダイシング工程と、
    前記発光エピタキシャル構造の表面から前記サファイア基板の一部分を剥離する剥離工程と
    を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の垂直型発光ダイオードの製造方法。
11. 前記第２のダイシング工程はレーザダイシング法を含み、前記剥離工程はレーザアブレーション法を含むことを特徴とする請求項１０に記載の垂直型発光ダイオードの製造方法。

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