JP2008305874A - 発光素子における電極構造の形成方法、及び、積層構造体の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１回のリフトオフ工程によって、下層が上層によって被覆された積層構造体から成る電極構造を形成する方法を提供する。
【解決手段】本発明の電極構造の形成方法は、（Ａ）化合物半導体層１３上に、上端部径がＲ_T、下端部径がＲ_B（Ｒ_B＞Ｒ_T）である開口部３１を有するマスク材料層３０を形成した後、（Ｂ）堆積時に堆積させるべき材料が直進性を有するＰＶＤ法に基づき、開口部３１の底部に露出した化合物半導体層１３の部分に、導電材料から成る第１の材料層２２Ａを堆積させ、次いで、（Ｃ）堆積時に堆積させるべき材料が非直進性を有する気相成長法に基づき、開口部３１の底部に堆積した第１の材料層２２Ａの上、及び、開口部３１の底部に露出した化合物半導体層１３の部分に、第２の材料層２２Ｂを堆積させ、その後、（Ｄ）マスク材料層３１を除去する各工程を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子における電極構造の形成方法、及び、積層構造体の形成方法に関する。

例えば発光ダイオードから構成された発光素子は、通常、基板上に、第１導電型を有する第１化合物半導体層、活性層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が積層された構造を有する。そして、基板あるいは第１化合物半導体層には第１電極が形成され、第２化合物半導体層には第２電極が形成されている。ここで、発光素子として、活性層からの光が、第２化合物半導体層を通過して出射される形式（便宜上、タイプ−２の発光素子と呼ぶ）のものと、第１化合物半導体層を通過して出射される形式（便宜上、タイプ−１の発光素子と呼ぶ）のものが知られている。そして、タイプ−１の発光素子にあっては、活性層からの光が、第２化合物半導体層を通過し、第２電極によって反射されることが、発光効率の向上といった観点から望ましい。従って、第２電極として、光反射率の高い銀（Ａｇ）が、屡々、用いられている。

ところで、銀（Ａｇ）は、イオンマイグレーションが生じ易い。そして、銀から成る第２電極においてイオンマイグレーションが発生すると、第１化合物半導体層と第２化合物半導体層との間が短絡して、活性層が発光しなくなるといった問題が生じる。

このようなイオンマイグレーションの発生を防止するための技術が、例えば、特開平１１−２２０１７１から周知である。この特許公開公報には、銀（Ａｇ）から成る第１の材料層が第２の材料層で覆われた構造を有する第２電極（ｐ側電極）を備えた窒化ガリウム系化合物半導体素子が開示されている。

特開平１１−２２０１７１

通常、上述した構造を有する第２電極を形成するにあたっては、例えば、第２化合物半導体層上に、第１の材料層を形成すべき部分が開口したレジスト層をフォトリソグラフィ技術に基づき形成し、第１の材料層を全面に真空蒸着法に基づき成膜した後、レジスト層を除去するといった第１回目のリフトオフ工程によって、パターニングされた第１の材料層を形成する。次いで、再び、全面に、第２の材料層を形成すべき部分が開口したレジスト層をフォトリソグラフィ技術に基づき形成し、第２の材料層を全面に真空蒸着法に基づき成膜した後、レジスト層を除去するといった第２回目のリフトオフ工程によって、パターニングされた第２の材料層を形成する。

発光素子や第２電極の大きさが大きい（例えば、ミリメートルオーダーである）場合には、上述したような２回のリフトオフ工程を経ても大きな問題は生じ難い。しかしながら、発光素子や第２電極の大きさが小さい（例えば、数十マイクロメートルオーダー以下である）場合、２回のリフトオフ工程におけるフォトマスクの位置合わせに高い精度が要求される。また、そもそも、２回のリフトオフ工程によって第２電極を形成する作業自体、煩雑な作業であるし、製造コストの増加を招く作業である。

従って、本発明の目的は、１回のリフトオフ工程によって、上層及び下層の２層から成り、下層が上層によって被覆された積層構造体から成る電極構造を形成するための発光素子における電極構造の形成方法、及び、係る積層構造体の形成方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の第１の材料層及び第２の材料層から成る、発光素子における電極構造の形成方法（以下、本発明の電極構造の形成方法と略称する）は、
（Ａ）化合物半導体層上に、上端部径平均値がＲ_T、下端部径平均値がＲ_B（但し、Ｒ_B＞Ｒ_T）である開口部を有するマスク材料層を形成し、
（Ｂ）堆積時に堆積させるべき材料が直進性を有する物理的気相成長法に基づき、マスク材料層上、及び、開口部の底部に露出した化合物半導体層の部分に、導電材料から成る第１の材料層を堆積させ、
（Ｃ）堆積時に堆積させるべき材料が非直進性を有する気相成長法に基づき、マスク材料層上の第１の材料層の上、開口部の底部に堆積した第１の材料層の上、及び、開口部の底部に露出した化合物半導体層の部分に、第２の材料層を堆積させ、
（Ｄ）マスク材料層、並びに、その上に堆積した第１の材料層及び第２の材料層を除去する、
各工程を具備することを特徴とする。

上記の目的を達成するための本発明の第１の材料層及び第２の材料層から成る積層構造体の形成方法（以下、本発明の積層構造体の形成方法と略称する）は、
（Ａ）基体上に、上端部径平均値がＲ_T、下端部径平均値がＲ_B（但し、Ｒ_B＞Ｒ_T）である開口部を有するマスク材料層を形成し、
（Ｂ）堆積時に堆積させるべき材料が直進性を有する物理的気相成長法に基づき、マスク材料層上、及び、開口部の底部に露出した基体の部分に、第１の材料層を堆積させ、
（Ｃ）堆積時に堆積させるべき材料が非直進性を有する気相成長法に基づき、マスク材料層上の第１の材料層の上、開口部の底部に堆積した第１の材料層の上、及び、開口部の底部に露出した基体の部分に、第２の材料層を堆積させ、
（Ｄ）マスク材料層、並びに、その上に堆積した第１の材料層及び第２の材料層を除去する、
各工程を具備することを特徴とする。

本発明の電極構造の形成方法あるいは本発明の積層構造体の形成方法において、前記工程（Ｂ）における物理的気相成長法（ＰＶＤ法）として、真空蒸着法やイオンプレーティング法、ＩＶＤ法（イオン・ベーパー・デポジション法）を挙げることができるし、前記工程（Ｃ）における気相成長法として、スパッタリング法、プラズマ蒸着法、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）を挙げることができる。尚、真空蒸着法として、電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、フラッシュ蒸着法を例示することができるし、イオンプレーティング法として、ＤＣ（Direct Current）法、ＲＦ法、多陰極法、活性化反応法、ＨＣＤ（Hollow Cathode Discharge）法、電界蒸着法、高周波イオンプレーティング法、反応性イオンプレーティング法を例示することができる。また、スパッタリング法として、２極スパッタリング法、直流スパッタリング法、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、バイアススパッタリング法を例示することができる。更には、ＣＶＤ法として、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、レーザＣＶＤ法を例示することができる。但し、成膜条件の最適化を図ることで、即ち、例えば、意図的に平均自由行程を変えることで、上記の各種成膜法を工程（Ｂ）に適用することができるし、あるいは又、上記の各種成膜法を工程（Ｃ）に適用することができる。

上記の好ましい形態を含む本発明の電極構造の形成方法あるいは本発明の積層構造体の形成方法において、マスク材料層を構成する材料として、フォトレジスト材料といった有機系材料、又は、無機系材料を挙げることができる。ここで、無機系材料として、ＳｉＯ₂系材料、ＳｉＮ系材料、金属、合金を例示することができる。尚、マスク材料層を、有機系材料層の単層構成や積層構成、無機系材料層の単層構成や積層構成、有機系材料層と無機系材料層との積層構成とすることができる。

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の電極構造の形成方法あるいは本発明の積層構造体の形成方法（以下、これらを総称して、単に本発明の方法と呼ぶ）において、工程（Ｄ）を実行する前に、具体的には、工程（Ｂ）と工程（Ｃ）の間で、あるいは又、工程（Ｃ）と工程（Ｄ）の間で、あるいは又、工程（Ｂ）と工程（Ｃ）の間及び工程（Ｃ）と工程（Ｄ）の間で、マスク材料層を構成する材料にも依るが、マスク材料層に対してプラズマ処理を施すことが、工程（Ｄ）において、マスク材料層、並びに、その上に堆積した第１の材料層及び第２の材料層を容易に除去するといった観点から望ましい。プラズマ処理に用いるガスとして酸素ガスを挙げることができる。あるいは又、Ａｒガスや窒素ガスを用いて、マスク材料層、並びに、その上に堆積した第１の材料層及び第２の材料層を物理的に除去することも可能である。

また、本発明において、工程（Ｄ）の後、第２の材料層の縁部に残存した一種のバリを除去するために、第２の材料層を構成する材料にも依るが、プラズマ処理、ソフトエッチング処理、あるいは、スクラブ処理を行うことが望ましく、あるいは又、ＣＭＰ法等の研磨によってバリを除去することも可能である。

本発明において、第１の材料層を構成する材料として、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、あるいはその合金を例示することができる。一方、第２の材料層を構成する材料として、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）、あるいは、これらの金属を含む合金といった導電材料や、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ_x、Ａｌ₂Ｏ₂、ＡｌＮ、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅及びＺｒＯ₂といった絶縁材料を例示することができる。尚、第２の材料層は、これらの材料から成る単層構成であってもよいし、積層構成であってもよい。

また、発光素子が、第１導電型を有する第１化合物半導体層、活性層、第２導電型を有する第２化合物半導体層といった積層構造から成る発光層を有する場合、本発明の電極構造の形成方法における開口部を有するマスク材料層をその上に形成すべき化合物半導体層として、係る発光層における第２化合物半導体層を例示することができる。即ち、発光層における第２化合物半導体層上に、開口部を有するマスク材料層を形成すればよい。尚、発光層は、基板上に形成されている場合もある。あるいは又、本発明の電極構造の形成方法における開口部を有するマスク材料層をその上に形成すべき化合物半導体層として、
Ｓｉをドーピングしたｎ型ＧａＮ層、Ｓｉをドーピングしたｎ型ＩｎＧａＮ層、Ｍｇをドーピングしたｐ型ＧａＮ層、Ｍｇをドーピングしたｐ型ＩｎＧａＮ層、（Ｔｅ，Ｓｉ）をドーピングしたｎ型ＡｌＧａＡｓ層、（Ｔｅ，Ｓｉ）をドーピングしたｎ型ＧａＰ層、（Ｔｅ，Ｓｉ）をドーピングしたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層、（Ｔｅ，Ｓｉ）をドーピングしたｎ型ＩｎＰ層、（Ｍｇ、Ｚｎ）をドーピングしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層、（Ｍｇ、Ｚｎ）をドーピングしたｐ型ＧａＰ層、（Ｍｇ、Ｚｎ）をドーピングしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層、（Ｍｇ、Ｚｎ）をドーピングしたｐ型ＩｎＰ層を挙げることができる。一方、本発明の積層構造体の形成方法における開口部を有するマスク材料層をその上に形成すべき基体として、化合物半導体層以外にも、半導体装置に形成された、例えば、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、各種樹脂から成る各種の絶縁層、層間絶縁層、絶縁膜を例示することもできる。即ち、一例として、半導体装置を構成する絶縁層上に、開口部を有するマスク材料層を形成すればよい。

本発明の電極構造の形成方法にあっては、発光素子が上記の積層構造を有する場合、第１の材料層及び第２の材料層から成る電極構造によって、第２化合物半導体層上に形成された第２電極が構成される。基板として、サファイア基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、アルミナ基板、ＺｎＳ基板、ＺｎＯ基板、ＡｌＮ基板、ＬｉＭｇＯ基板、ＬｉＧａＯ₂基板、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄基板、ＩｎＰ基板、Ｓｉ基板、これらの基板の表面（主面）に下地層やバッファ層が形成されたものを挙げることができる。また、化合物半導体層や活性層を構成する材料として、ＧａＮ系化合物半導体（ＡｌＧａＮ混晶あるいはＡｌＩｎＧａＮ混晶、ＩｎＧａＮ混晶を含む）から成る構成とすることができ、あるいは又、ＩｎＮ系化合物半導体、ＡｌＮ系化合物半導体、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体、ＡｌＧａＩｎＡｓ系化合物半導体、ＧａＩｎＡｓ系化合物半導体、ＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体、ＧａＰ系化合物半導体、ＩｎＰ系化合物半導体から成る構成とすることができる。第１化合物半導体層、活性層、第２化合物半導体層の形成方法（成膜方法）として、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法を挙げることができる。

化合物半導体層を形成するためのＭＯＣＶＤ法におけるガスとして、周知のガス、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスやトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガス、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガス、アルシン（ＡｓＨ₃）等を挙げることができるし、例えば、窒素源ガスとしてアンモニアガスやヒドラジンガスを挙げることができる。また、例えば、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）として、ケイ素（Ｓｉ）を添加する場合にはＳｉ源としてモノシランガス（ＳｉＨ₄ガス）を用いればよいし、セレン（Ｓｅ）を添加する場合にはＳｅ源としてＨ₂Ｓｅガスを用いればよい。一方、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）として、マグネシウム（Ｍｇ）を添加する場合には、Ｍｇ源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスやメチルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を用いればよいし、亜鉛（Ｚｎ）を添加する場合には、Ｚｎ源としてジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いればよい。尚、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）として、Ｓｉ以外に、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｔｉを挙げることができるし、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）として、Ｍｇ以外に、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ、Ｏを挙げることができる。また、赤色発光素子の製造にあっては、使用するガスとして、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）、ホスフィン（ＰＨ₃）、アルシン、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）、Ｈ₂Ｓ、セレン化水素（Ｈ₂Ｓｅ）、ビスシクロペンタンジエチルジンクを例示することができる。

第１電極は、基板あるいは第１化合物半導体層上に形成されている。云い換えれば、活性層から見て、第１電極を取り出す側を、第２電極と反対側としてもよいし、第２電極と同じ側としてもよい。即ち、第１電極は第１化合物半導体層に接続されているが、前者の場合、第１電極は、第１化合物半導体層の底面（第１化合物半導体層と活性層の界面とは反対側の第１化合物半導体層の表面）に形成されており、あるいは又、基板の裏面（第１化合物半導体層が形成されていない側の基板の表面）に形成されており、後者の場合、第１電極は、第２化合物半導体層及び活性層の一部を除去し、第１化合物半導体層の一部を露出させた部分の上に形成されている。第１電極として、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、タングステン（Ｗ）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を例示することができ、具体的には、例えば、Ｔｉ層／Ａｕ層、Ｔｉ層／Ａｌ層、Ｔｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層、Ｐｄ層／ＡｕＧｅ層／Ａｕ層、Ｔｉ層／Ａｌ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層構成を挙げることができる。尚、「／」の前に記載された層が、より一層、基板の近くに位置する。以下においても同様である。第１電極を構成する材料にも依るが、係る第１電極を本発明の電極構造の形成方法によって形成してもよいし、第１電極を従来の方法で形成してもよい。第１電極の形成方法として、従来の方法を採用する場合、真空蒸着法やスパッタリング法といったＰＶＤ法、各種のＣＶＤ法を挙げることができる。

第２電極や第１電極の上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パッド電極を設けてもよい。パッド電極は、Ｔｉ（チタン）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、パッド電極を、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ａｕの多層構成に例示される多層構成とすることもできる。

本発明において、開口部の平面形状は、円形に限定するものではなく、矩形形状、楕円形状、長円形状、三角形形状、五角形以上の多角形形状、丸みを帯びた三角形形状、丸みを帯びた矩形形状、丸みを帯びた多角形等を例示することができるし、溝状の形状をも包含する。Ｒ_T及びＲ_Bは、開口部の上端部の面積をＳ_T、開口部の下端部の面積をＳ_Bとしたとき、開口部の上端部及び下端部の平面形状を円形と想定したときの直径、即ち、
Ｓ_T＝π×（Ｒ_T／２）²
Ｓ_B＝π×（Ｒ_B／２）²
で表すことができる。

本発明において、「直進性を有するＰＶＤ法」とは、ＰＶＤ法に基づき堆積させるべき第１の材料層を構成する材料の平均自由行程が、成膜雰囲気の圧力を１×１０^-3Ｐａとしたとき、１×１０ｍ以上、好ましくは１×１０²ｍ以上、より好ましくは１×１０³ｍ以上である場合のＰＶＤ法を指す。また、本発明において、「非直進性を有する気相成長法」とは、気相成長法に基づき堆積させるべき第２の材料層を構成する材料の平均自由行程が、成膜雰囲気の圧力を１×１０^-3Ｐａとしたとき、１×１０ｍ未満、好ましくは１×１０^-1ｍ以下、より好ましくは１×１０^-2ｍ以下である場合の気相成長法を指す。

本発明において、マスク材料層の厚さ平均値をｔとしたとき、
１≦２ｔ／（Ｒ_B−Ｒ_T）≦１０
を満足することが望ましいが、これに限定するものではない。

マスク材料層を化合物半導体層あるいは基体から除去する方法は、マスク材料層を構成する材料に依存して適宜選択すればよい。

本発明の電極構造の形成方法における発光素子として、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザを挙げることができる。

本発明にあっては、上端部が下端部よりも窄まった開口部を有するマスク材料層を、１回、形成するだけで、開口部の底部に露出した化合物半導体層や基体上に、第１の材料層、及び、第１の材料層を被覆する第２の材料層を形成することができる。従って、従来の技術のように、２回のリフトオフ工程を採用する必要が無く、各リフトオフ工程において、高い精度にて相対的なフォトマスクの位置合わせを行うといった作業が不要となる。そして、第１の材料層及び第２の材料層の相対的な位置合わせ精度を考慮することなく、第１の材料層及び第２の材料層から成る電極構造あるいは積層構造体を形成することができるし、第１の材料層及び第２の材料層の形成の簡素化、低コスト化を実現することができる。第１の材料層のどの程度を第２の材料層が被覆するかは、Ｒ_B，Ｒ_Tの値によって決定され、Ｒ_B，Ｒ_Tの値の制御は比較的容易に行うことができる。本発明は、電極構造や積層構造体の大きさが数十マイクロメートルオーダー以下である微細な電極構造や積層構造体の形成に特に有効である。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。

実施例１は、本発明の電極構造の形成方法及び本発明の積層構造体の形成方法に関する。実施例１にあっては、発光素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）から成る。それ故、以下の説明においては、発光素子と表現する代わりに、発光ダイオードと表現する場合がある。

実施例１における発光ダイオード１は、図７に模式的な一部端面図を示すように、第１導電型（具体的には、ｎ型）を有する第１化合物半導体層１１、活性層１２、第２導電型（具体的には、ｐ型）を有する第２化合物半導体層１３といった積層構造から成る発光層１４を有する。実施例１の形成方法によって得られる電極構造あるいは積層構造体を、以下、第２電極２２あるいはｐ側電極２２と呼ぶ。平面形状が円形の第２電極２２は、化合物半導体層に相当し、且つ、基体に相当する第２化合物半導体層１３上に形成されている。一方、第１電極（ｎ側電極）２１は、第１化合物半導体層１１の底面（第１化合物半導体層１１と活性層１２の界面とは反対側の第１化合物半導体層１１の表面）に設けられており、平面形状はリング状（環状）である。

発光層１４は、ＳｉドープのＡｌＧａＩｎＰ（ＡｌＧａＩｎＰ：Ｓｉ）から成る第１化合物半導体層１１、ＧａＩｎＰ層（井戸層）及びＡｌＧａＩｎＰ層（障壁層）から成り、多重量子井戸構造を有する活性層１２、並びに、ＭｇドープのＡｌＧａＩｎＰ（ＡｌＧａＩｎＰ：Ｍｇ）から成る第２化合物半導体層１３が積層された積層構造から構成されている。更には、電極との親和性を高めるために、コンタクト層としてｎ−ＧａＡｓ層（ＧａＡｓ：Ｓｉ）及びｐ−ＧａＡｓ層（ＧａＡｓ：Ｍｇ）が形成されていてもよい。第１電極（ｎ側電極）２１は、Ｐｄ層／ＡｕＧｅ層／Ａｕ層の積層構成から成り、第２電極（ｐ側電極）２２は、Ａｇ層／Ｎｉ層の積層構造体から成る。即ち、電極構造（積層構造体）において、第１の材料層２２Ａは銀（Ａｇ）から成り、第２の材料層２２Ｂはニッケル（Ｎｉ）から成る。発光ダイオード１の製造工程の途中において、発光層１４は基板１０Ａ上に形成されている。ＧａＡｓ基板から成る基板１０Ａの主面には、ｎ型のＧａＡｓから成る下地層１０Ｂが形成されている。また、基板１０Ａと下地層１０Ｂとの間には、図示しないＡｌＧａＩｎＰ層がエッチングストップ層として形成されている。

実施例１の発光ダイオード１にあっては、第２電極２２から、第２化合物半導体層１３、活性層１２を経由して、第１化合物半導体層１１、第１電極２１へと電流を流すことで、活性層１２にあっては、電流注入によって活性層１２の量子井戸構造が励起され、全面で発光状態となり、第１化合物半導体層１３を通過して外部に光が出射される。即ち、実施例１の発光ダイオードは、タイプ−１の発光素子である。

以下、図１の（Ａ）〜（Ｄ）、図２の（Ａ）、（Ｂ）、図３の（Ａ）、（Ｂ）、図４の（Ａ）、（Ｂ）、図５の（Ａ）、（Ｂ）、図６の（Ａ）、（Ｂ）、及び、図７の発光層等の模式的な一部端面図、一部断面図を参照して、実施例１の電極構造の形成方法及び積層構造体の形成方法を説明する。

［工程−１００］
先ず、ＧａＡｓ基板から成る基板１０Ａの主面に、周知のＭＯＣＶＤ法に基づき、ＡｌＧａＩｎＰから成るエッチングストップ層（図示せず）、及び、ｎ型のＧａＡｓから成る下地層１０Ｂを、順次、形成（成膜）する。次いで、基板１０Ａ上に、より具体的には、下地層１０Ｂ上に、周知のＭＯＣＶＤ法に基づき、第１化合物半導体層１１、活性層１２、及び、第２化合物半導体層１３を、順次、形成（成膜）する。尚、図面において、発光層１４を１層で表している場合がある。また、図１の（Ｂ）〜（Ｃ）においては、基板の図示を省略している。

［工程−１１０］
次に、本発明の電極構造の形成方法における化合物半導体層に相当し、本発明の積層構造体の形成方法における基体に相当する第２化合物半導体層１３の上に、上端部３１Ｂにおける上端部径平均値がＲ_T、下端部３１Ａにおける下端部径平均値がＲ_B（但し、Ｒ_B＞Ｒ_T）である開口部３１を有するマスク材料層３０を形成する。マスク材料層３０はフォトレジスト材料から成り、従来のレジスト層の形成方法、即ち、スピンコーティング法によるレジスト層の成膜、各種ベーキング処理、リソグラフィ技術に基づく感光処理、現像処理等を経て、図１の（Ａ）に模式的な一部端面図に示す状態を得ることができる。尚、フォトレジスト材料は、ネガ型フォトレジスト材料であってもよいし、ポジ型フォトレジスト材料であってもよいし、ネガ−ポジ反転型フォトレジスト材料であってもよい。また、開口部３１にあっては、
上端部径平均値Ｒ_T＝２０μｍ
下端部径平均値Ｒ_B＝２２μｍ
である。上端部３１Ｂ及び下端部３１Ａの平面形状は円形であり、開口部３１の側面３１Ｃは下に向かって拡がる斜面を構成している。また、マスク材料層の厚さ平均値ｔは４μｍである。

［工程−１２０］
そして、堆積時に堆積させるべき材料が直進性を有する物理的気相成長法（ＰＶＤ法）に基づき、マスク材料層３０上、及び、開口部３１の底部に露出した第２化合物半導体層１３の部分に、第１の材料層２２Ａ（具体的には、導電材料であるＡｇから成る第１の材料層２２Ａ）を堆積させる。こうして、図１の（Ｂ）に模式的な一部端面図に示す状態を得ることができる。ＰＶＤ法として、以下に例示する真空蒸着法（具体的には、抵抗加熱法あるいは電子ビーム加熱法）を採用する。

［第１の材料層２２Ａの成膜条件］
平均自由行程 ：約１×１０³ｍ
成膜雰囲気圧力 ：１×１０^-5Ｐａ
成膜速度 ：０．２ｎｍ／秒
マスク材料層上の膜厚：０．１μｍ

［工程−１３０］
引き続き、堆積時に堆積させるべき材料が非直進性を有する気相成長法に基づき、マスク材料層３０上の第１の材料層２２Ａの上、開口部３１の底部に堆積した第１の材料層２２Ａの上、及び、開口部３１の底部に露出した第２化合物半導体層１３の部分に、第２の材料層２２Ｂ（具体的には、Ｎｉから成る第２の材料層２２Ｂ）を堆積させる。こうして、図１の（Ｃ）に模式的な一部端面図に示す状態を得ることができる。気相成長法として、以下に例示するスパッタリング法を採用する。

［第２の材料層２２Ｂの成膜条件］
使用ガス ：Ａｒ
平均自由行程 ：約１×１０^-2ｍ
成膜雰囲気圧力 ：１Ｐａ
成膜速度 ：０．３ｎｍ／秒
マスク材料層での膜厚：０．３μｍ

［工程−１４０］
その後、マスク材料層３０、並びに、その上に堆積した第１の材料層２２Ａ及び第２の材料層２２Ｂを、リフトオフ装置を使用して、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、アセトン及びレジスト剥離液を用いて除去する。あるいは又、超音波剥離法にて、マスク材料層３０、並びに、その上に堆積した第１の材料層２２Ａ及び第２の材料層２２Ｂを除去する。あるいは又、これらの方法を併用して除去してもよい。こうして、図１の（Ｄ）に示す状態を得ることができる。

以上によって、実施例１の電極構造の形成方法及び積層構造体の形成方法が完了する。

その後、第２化合物半導体層１３、活性層１２を選択的にエッチングし、第１化合物半導体層１１を露出させた後、第２化合物半導体層１３、活性層１２、露出した第１化合物半導体層１１の上に絶縁層を形成し、露出した第１化合物半導体層１１の上に形成された絶縁層の一部を除去し、第１電極（ｎ側電極）を形成した後、発光ダイオード１の分離を行い、発光ダイオード１を完成させてもよい。あるいは又、導電性の基板１０Ａを使用する場合には，基板１０Ａの裏面に第１電極（ｎ側電極）を形成した後、発光ダイオード１の分離を行い、発光ダイオード１を完成させてもよい。あるいは又、以下に説明する工程を経ることで発光ダイオード１を完成させてもよい。

［工程−１５０］
即ち、次いで、第２電極２２を介して発光ダイオード１を仮固定用基板４０に仮固定する。具体的には、表面に未硬化の接着剤から成る接着層４１が形成されたガラス基板から成る仮固定用基板４０を準備する。そして、発光ダイオード１と接着層４１とを貼り合わせ、接着層４１を硬化させることで、発光ダイオード１を仮固定用基板４０に仮固定することができる（図２の（Ａ）及び（Ｂ）参照）。

［工程−１６０］
その後、発光ダイオード１を基板１０Ａ、下地層１０Ｂから剥離する（図３の（Ａ）参照）。具体的には、ＧａＡｓから成る基板１０Ａを裏面からラッピング処理によって薄くし、次いで、アンモニア水と過酸化水素水の混合液を用いて基板１０ＡをＡｌＧａＩｎＰから成るエッチングストップ層までエッチングすることで基板１０Ａを除去し、次いで、エッチングストップ層を−５゜Ｃの塩酸をエッチング液として用いたウェットエッチングに基づき除去し、更に、下地層１０Ｂを除去する。こうして、第１化合物半導体層１１を露出させることができる。

尚、仮固定用基板４０を構成する材料として、ガラス基板の他、金属板、合金板、セラミックス板、プラスチック板を挙げることができる。発光素子の仮固定用基板４０への仮固定方法として、接着剤を用いる方法の他、金属接合法、半導体接合法、金属・半導体接合法を挙げることができる。また、基板１０Ａを発光素子から除去する方法として、エッチング法の他、レーザ・アブレーション法、加熱法を挙げることができる。

［工程−１７０］
次に、露出した第１化合物半導体層１１の底面に第１電極２１を形成する。具体的には、リソグラフィ技術に基づき、全面にレジスト層を形成し、第１電極２１を設けるべき第１化合物半導体層１１の底面上のレジスト層の部分に開口を形成する。そして、真空蒸着法やスパッタリング法といったＰＶＤ法に基づき、全面に、例えば、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ａｕ／ＡｕＧｅ／Ｐｄがこの順に積層された多層構造膜から成る第１電極２１を形成した後、レジスト層及びその上の多層構造膜を除去する。

［工程−１８０］
シリコーンゴムから成る微粘着層５１が形成された中継基板５０、及び、ガラス基板から成り、予め所定の位置に金属薄膜等から成るアライメントマーク（図示せず）が形成され、表面には未硬化の感光性樹脂から成る接着剤層６１が形成された実装用基板６０を準備する。

接着剤層６１は、光（特に紫外線等）、放射線（Ｘ線等）、電子線等といったエネルギー線の照射によって接着機能を発揮する材料、熱や圧力等を加えることによって接着機能を発揮する材料等、何らかの方法に基づき接着機能を発揮する材料である限り、基本的にはどのような材料から構成されていてもよい。容易に形成することができ、しかも、接着機能を発揮する材料として、樹脂系の接着剤層、特に、感光性接着剤、熱硬化性接着剤、又は、熱可塑性接着剤を挙げることができる。例えば、感光性接着剤を用いる場合、接着剤層に光や紫外線を照射することによって、あるいは又、加熱することによって、接着剤層に接着機能を発揮させることができる。また、熱硬化性接着剤を用いる場合、光の照射等により接着剤層を加熱することによって、接着剤層に接着機能を発揮させることができる。更には、熱可塑性接着剤を用いる場合、光の照射等により接着剤層の一部分を選択的に加熱することによって係る一部分を溶融し、流動性を持たせることができる。接着剤層として、その他、例えば、感圧性接着剤層（例えば、アクリル系樹脂等から成る）等を挙げることもできる。

そして、発光ダイオード１がアレイ状（２次元マトリクス状）に残された仮固定用基板４０上の発光ダイオード１に、微粘着層５１を押し当てる（図３の（Ｂ）及び図４の（Ａ）参照）。中継基板５０を構成する材料として、ガラス板、金属板、合金板、セラミックス板、半導体基板、プラスチック板を挙げることができる。また、中継基板５０は、図示しない位置決め装置に保持されている。位置決め装置の作動によって、中継基板５０と仮固定用基板４０との位置関係を調整することができる。次いで、実装すべき発光ダイオード１に対して、仮固定用基板４０の裏面側から、例えば、エキシマレーザを照射する（図４の（Ｂ）参照）。これによって、レーザ・アブレーションが生じ、エキシマレーザが照射された発光ダイオード１は、仮固定用基板４０から剥離する。その後、中継基板５０と発光ダイオード１との接触を解くと、仮固定用基板４０から剥離した発光ダイオード１は、微粘着層５１に付着した状態となる（図５の（Ａ）参照）。

次いで、発光ダイオード１を接着剤層６１の上に配置（移動あるいは転写）する（図５の（Ｂ）及び図６参照）。具体的には、実装用基板６０上に形成されたアライメントマークを基準に、発光ダイオード１を中継基板５０から実装用基板６０の接着剤層６１の上に配置する。発光ダイオード１は微粘着層５１に弱く付着しているだけなので、発光ダイオード１を接着剤層６１と接触させた（押し付けた）状態で中継基板５０を実装用基板６０から離れる方向に移動させると、発光ダイオード１は接着剤層６１の上に残される。更には、発光ダイオード１をローラー等で接着剤層６１に深く埋入することで、発光ダイオードを実装用基板６０に実装することができる。

このような中継基板５０を用いた方式を、便宜上、ステップ転写法と呼ぶ。そして、このようなステップ転写法を所望の回数、繰り返すことで、所望の個数の発光ダイオード１が、微粘着層５１に２次元マトリクス状に付着し、実装用基板６０上に転写される。具体的には、実施例１にあっては、１回のステップ転写において、１６０×１２０個の発光ダイオード１を、微粘着層５１に２次元マトリクス状に付着させ、実装用基板６０上に転写する。従って、（１９２０×１０８０）／（１６０×１２０）＝１０８回のステップ転写法を繰り返すことで、１９２０×１０８０個の発光ダイオード１を、実装用基板６０上に転写することができる。そして、以上のような工程を、都合、３回、繰り返すことで、所定の数の赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードを、所定の間隔、ピッチで実装用基板６０に実装することができる。

その後、発光ダイオード１が配置された感光性樹脂から成る接着剤層６１に紫外線を照射することで、接着剤層６１を構成する感光性樹脂を硬化させる。こうして、発光ダイオード１が接着剤層６１に固定された状態となる。次いで、第１電極２１を介して発光ダイオード１を第２の仮固定用基板に仮固定する。具体的には、表面に未硬化の接着剤から成る接着層７０が形成されたガラス基板から成る第２の仮固定用基板を準備する。そして、発光ダイオード１と接着層７０とを貼り合わせ、接着層７０を硬化させることで、発光ダイオード１を第２の仮固定用基板に仮固定することができる。次いで、接着剤層６１及び実装用基板６０を適切な方法で発光ダイオード１から除去する。この状態にあっては、発光ダイオード１の第２電極２２が露出した状態である。

［工程−１９０］
次いで、全面に第２の絶縁層７１を形成し、発光素子の第２電極２２の上方の第２の絶縁層７１に開口部７２を形成し、第２の配線７３を、第２電極２２上から開口部７２、第２の絶縁層７１の上にかけて形成する。第２の配線７３は、図面の紙面、垂直方向に延びている。次に、第２の配線７３を含む第２の絶縁層７１とガラス基板から成る支持基板７５とを、接着層７４を介して貼り合わせることで、発光素子１を支持基板７５に固定することができる。次いで、例えば、第２の仮固定用基板の裏面側から、例えば、エキシマレーザを照射する。これによって、レーザ・アブレーションが生じ、エキシマレーザが照射された発光ダイオード１は、第２の仮固定用基板から剥離する。この状態にあっては、発光ダイオード１の第１電極２１が露出した状態である。次に、全面に第１の絶縁層７６を形成し、発光素子１の第１電極２１の上方の第１の絶縁層７６に開口部７７を形成し、第１の配線７８を、第１電極２１上から開口部７７、第１の絶縁層７６の上にかけて形成する。第１の配線７８は、図面の紙面、左右方向に延びている。この状態を、図７の模式的な一部断面図に示す。そして、第１の配線、第２の配線を駆動回路と適切な方法に基づき接続することによって、発光ダイオード、更には、係る発光ダイオードから構成された表示装置を完成させることができる。発光ダイオード１にあっては、活性層１２において生成した光は、図７の下側方向に出射される。

実施例２は、実施例１の変形である。実施例２にあっては、［工程−１２０］と［工程−１３０］との間で、以下に例示する条件の酸素プラズマ処理をマスク材料層３０に施す（図８の（Ａ）参照）。このように、マスク材料層３０に酸素プラズマ処理を施すと、開口部３１の側面３１Ｃが後退する。これによって、［工程−１４０］におけるマスク材料層３０、並びに、その上に堆積した第１の材料層２２Ａ及び第２の材料層２２Ｂを容易に除去することができる。尚、酸素プラズマ処理は、［工程−１３０］と［工程−１４０］との間で行ってもよいし、［工程−１２０］と［工程−１３０］との間、及び、［工程−１３０］と［工程−１４０］との間で行ってもよい。

［酸素プラズマ処理］
モード ：ＲＩＥ
ＲＦパワー：３００Ｗ
使用ガス ：酸素ガス１００％
時間 ：５分

実施例３も、実施例１の変形である。［工程−１４０］の完了時、第２の材料層の縁部に残存した一種のバリが残る場合がある（図９の電子顕微鏡写真を参照）。尚、図９において、「第１の材料層」と指し示した部分は、実際には、第１の材料層と第２の材料層の２層から成る積層構造体の部分である。一方、「第２の材料層」と指し示した部分は、第２の材料層のみの部分である。「バリ」と指し示した部分は、第２の材料層の縁部が上方に捲れ上がった状態にある。このような場合には、スクラブ処理やＣＭＰ等の研磨処理を行うことで、あるいは又、プラズマ処理を行うことで、あるいは又、ソフトエッチング処理を行うことで、バリを除去すればよい。これによって、バリが残渣として発光素子の不所望の部分に付着する等の問題の発生を、確実に防止することができる。

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。実施例において挙げた数値、材料、構成、構造、形状、各種基板、原料、プロセス等はあくまでも例示に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構成、構造、形状、基板、原料、プロセス等を用いることができる。実施例においては、発光ダイオードをタイプ−１の発光ダイオードとしたが、代替的に、タイプ−２の発光ダイオードとすることもできる。また、例えば、銀や銅といった金属やその合金から成る配線や配線層、電極、電極パッド等の保護にも、本発明の積層構造体の形成方法を適用することができる。

実施例においては、単層構成のマスク材料層３０を使用したが、図８の（Ｂ）に示すように、例えば、ＳｉＯ₂層から成る第１層３０Ａと金属層から成る第２層３０Ｂの積層構成を有するマスク材料層を使用することもできる。このように、マスク材料層を多層構成とすることで、開口部の上端部径、下端部径の制御がより容易となる。

図１の（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例１の電極構造の形成方法及び積層構造体の形成方法を説明するための、発光層等の模式的な一部断面図である。 図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１の（Ｄ）に引き続き、実施例１の電極構造の形成方法及び積層構造体の形成方法を説明するための、発光層等の模式的な一部断面図である。 図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、図２の（Ｂ）に引き続き、実施例１の電極構造の形成方法及び積層構造体の形成方法を説明するための、発光層等の模式的な一部断面図である。 図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、図３の（Ｂ）に引き続き、実施例１の電極構造の形成方法及び積層構造体の形成方法を説明するための、発光層等の模式的な一部断面図である。 図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、図４の（Ｂ）に引き続き、実施例１の電極構造の形成方法及び積層構造体の形成方法を説明するための、発光層等の模式的な一部断面図である。 図６は、図５の（Ｂ）に引き続き、実施例１の電極構造の形成方法及び積層構造体の形成方法を説明するための、発光層等の模式的な一部断面図である。 図７は、最終的に得られる発光素子の模式的な一部断面図である。 図８の（Ａ）は、実施例２において、［工程−１２０］と［工程−１３０］との間で、酸素プラズマ処理をマスク材料層に施したときの発光層等の模式的な一部端面図であり、図８の（Ｂ）は、積層構成を有するマスク材料層を使用したときの発光層等の模式的な一部端面図である。 図９は、実施例１の［工程−１４０］の完了時、第２の材料層の縁部に残存した一種のバリが残った状態を示す電子顕微鏡写真である。

符号の説明

１・・・発光素子（発光ダイオード）、１０Ａ・・・基板、１０Ｂ・・・下地層、１１・・・第１化合物半導体層、１２・・・活性層、１３・・・第２化合物半導体層、１４・・・発光層、２１・・・第１電極（ｎ側電極）、２２・・・電極構造あるいは積層構造体（第２電極，ｐ側電極）、２２Ａ・・・第１の材料層、２２Ｂ・・・第２の材料層、３０・・・マスク材料層、３０Ａ・・・マスク材料層の第１層、３０Ｂ・・・マスク材料層の第２層、３１・・・開口部、３１Ａ・・・開口部の下端部、３１Ｂ・・・開口部の上端部、３１Ｃ・・・開口部の側面、４０・・・仮固定用基板、４１・・・接着層、５０・・・中継基板、５１・・・微粘着層、６０・・・実装用基板、６１・・・接着剤層、７０，７４・・・接着層、７１，７６・・・絶縁層、７２，７７・・・開口部、７３，７８・・・配線、７５・・・支持基板

Claims (6)

1. （Ａ）化合物半導体層上に、上端部径平均値がＲ_T、下端部径平均値がＲ_B（但し、Ｒ_B＞Ｒ_T）である開口部を有するマスク材料層を形成し、
   （Ｂ）堆積時に堆積させるべき材料が直進性を有する物理的気相成長法に基づき、マスク材料層上、及び、開口部の底部に露出した化合物半導体層の部分に、導電材料から成る第１の材料層を堆積させ、
   （Ｃ）堆積時に堆積させるべき材料が非直進性を有する気相成長法に基づき、マスク材料層上の第１の材料層の上、開口部の底部に堆積した第１の材料層の上、及び、開口部の底部に露出した化合物半導体層の部分に、第２の材料層を堆積させ、
   （Ｄ）マスク材料層、並びに、その上に堆積した第１の材料層及び第２の材料層を除去する、
   各工程を具備することを特徴とする、第１の材料層及び第２の材料層から成る、発光素子における電極構造の形成方法。
2. 前記工程（Ｂ）における物理的気相成長法は、真空蒸着法から成り、
   前記工程（Ｃ）における気相成長法は、スパッタリング法、又は、化学的気相成長法から成ることを特徴とする請求項１に記載の発光素子における電極構造の形成方法。
3. マスク材料層は、フォトレジスト材料、又は、無機系材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の発光素子における電極構造の形成方法。
4. （Ａ）基体上に、上端部径平均値がＲ_T、下端部径平均値がＲ_B（但し、Ｒ_B＞Ｒ_T）である開口部を有するマスク材料層を形成し、
   （Ｂ）堆積時に堆積させるべき材料が直進性を有する物理的気相成長法に基づき、マスク材料層上、及び、開口部の底部に露出した基体の部分に、第１の材料層を堆積させ、
   （Ｃ）堆積時に堆積させるべき材料が非直進性を有する気相成長法に基づき、マスク材料層上の第１の材料層の上、開口部の底部に堆積した第１の材料層の上、及び、開口部の底部に露出した基体の部分に、第２の材料層を堆積させ、
   （Ｄ）マスク材料層、並びに、その上に堆積した第２の材料層及び第１の材料層を除去する、
   各工程を具備することを特徴とする、第１の材料層及び第２の材料層から成る積層構造体の形成方法。
5. 前記工程（Ｂ）における物理的気相成長法は、真空蒸着法から成り、
   前記工程（Ｃ）における気相成長法は、スパッタリング法、又は、化学的気相成長法から成ることを特徴とする請求項４に記載の積層構造体の形成方法。
6. マスク材料層は、フォトレジスト材料、又は、無機系材料から成ることを特徴とする請求項４に記載の積層構造体の形成方法。