JP2012044171A - 発光ダイオード構造及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】大電流で長時間操作される場合でも、活性層で発生した熱が反射層を損なわないＬＥＤ構造を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ構造は、基板２００と、発光エピタキシャル構造２０４，２１０，２１２と、第１の導電型接触層２１４と、第２の導電型接触層２１６と、透明絶縁層２１８と、第１の反射層２２６と、第２の反射層２３０と、第１の障壁層２２８と、第２の障壁層２３２と、第１の導電型電極２３４と、第２の導電型電極２３６とを備える。
【選択図】図２Ｅ
【解決手段】ＬＥＤ構造は、基板２００と、発光エピタキシャル構造２０４，２１０，２１２と、第１の導電型接触層２１４と、第２の導電型接触層２１６と、透明絶縁層２１８と、第１の反射層２２６と、第２の反射層２３０と、第１の障壁層２２８と、第２の障壁層２３２と、第１の導電型電極２３４と、第２の導電型電極２３６とを備える。
【選択図】図２Ｅ
Description
本発明は、発光構造に関し、特に、発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）構造及びその製造方法に関する。
図１は、従来のＬＥＤ構造の模式断面図である。ＬＥＤ構造１２４は、基板１００と、緩衝層１０２と、ｎ型半導体層１０４と、活性層（発光層）１０６と、ｐ型半導体層１０８と、ｐ型オーム接触層１１２と、反射層１１４と、ｎ型オーム接触層１１６と、ｎ型電極１１８と、ｐ型電極１２０と、パッシベーション層１２２とを備える。
ＬＥＤ構造１２４において、緩衝層１０２は、基板１００に配置される。ｎ型半導体層１０４は、緩衝層１０２に配置される。活性層１０６は、ｎ型半導体層１０４の一部に配置されるので、ｎ型半導体層１０４は、露出部分１１０を有する。ｐ型半導体層１０８は、活性層１０６に配置される。ｐ型オーム接触層１１２及び反射層１１４は、ｐ型半導体層１０８に順番に重ねられる。ｐ型電極１２０は、反射層１１４の一部に配置される。なお、ｎ型オーム接触層１１６及びｎ型電極１１８は、ｎ型半導体層１０４の露出部分１１０に順番に重ねられる。パッシベーション層１２２は、ｐ型電極１２０、反射層１１４、ｐ型オーム接触層１１２、ｐ型半導体層１０８、活性層１０６、ｎ型半導体層１０４、ｎ型オーム接触層１１６、ｎ型電極１１８を被覆し、ｐ型電極１２０の一部及びｎ型電極１１８の一部を露出させる。
従来のＬＥＤ構造１２４において、ｐ型オーム接触層１１２は、反射層１１４と共に、ｐ型半導体層１０８に直接に接触する。ＬＥＤ構造１２４が大電流で長時間操作されている場合、活性層１０６で発生した熱は、反射層１１４を損ないやすいので、装置の力率を減衰させるだけではなく、装置の発光効率に影響を与えることもある。
なお、フリップチッププロセスには、ｎ型電極１１８及びｐ型電極１２０が広い面積を有することが必要とする。しかしながら、従来のＬＥＤ構造１２４のｎ型電極１１８が、ｎ型オーム接触層１１６に直接に配置されるので、ｎ型半導体層１０４が画定された場合、広い面積のｎ型オーム接触層１１６及びｎ型電極１１８を配置するために、広い面積を除去してｎ型半導体層１０４の露出部分１１０に広い面積を持たせる必要がある。また、図１に示すように、ｎ型オーム接触層１１６及びｎ型電極１１８の面積を増加すれば、活性層１０８の発光面積を相対的に減少することになるので、ＬＥＤ構造１２４の発光効率を低下させる。
そのため、本発明の一態様は、ＬＥＤ構造及びその製造方法に対するものである。透明絶縁層は、反射層と発光エピタキシャル構造とを隔てることに用いられ、高力率操作期間中において、発光エピタキシャル構造で発生した熱が反射層の安定性に与える影響を低下させる。
本発明の他の態様は、ＬＥＤ構造及びその製造方法に対するものであり、２つの導電型電極の両者とも、透明絶縁層に配置されてよく、接触電極の面積を減少し、発光面積全体を増加することになり、更に、前記ＬＥＤ構造の発光効率を改良する。
本発明のもう１つの態様は、ＬＥＤ構造及びその製造方法に対するものであり、透明絶縁層に、少なくとも１つのパターン構造を製造してよく、ＬＥＤ構造の光出力方向及び角度を制御して、光取り出し効率を改良する。
本発明のまた他の態様は、ＬＥＤ構造及びその製造方法に対するものであり、２つの導電型電極は、接触層に延伸する接触プラグを有し、前記接触プラグは、発光エピタキシャル構造の熱流通路とされることができ、操作中に発生した熱がＬＥＤ構造に与える影響を低下させる。
本発明の１つの代替態様は、ＬＥＤ構造及びその製造方法に対するものであり、２つの導電型電極は、上げられて透明絶縁層に配置されてよいので、電極の面積が増加しただけではなく、２つの導電型電極が同一の平面に配置されることができ、これにより、フリップチップの難しさを大いに低下させ、フリップチッププロセスの信頼性を向上させた。
本発明の一態様において、ＬＥＤ構造を提供する。一実施例において、前記ＬＥＤ構造は、基板と、発光エピタキシャル構造と、第１の導電型接触層と、第２の導電型接触層と、透明絶縁層と、第１の反射層と、第２の反射層と、第１の障壁層と、第２の障壁層と、第１の導電型電極と、第２の導電型電極とを備える。前記発光エピタキシャル構造は、基板に配置される第１の導電型半導体層と、第１の導電型半導体層の第１の部分に配置され、前記第１の導電型半導体層の第２の部分を露出させる活性層と、前記活性層に配置され、第１の導電型半導体層の導電タイプと異なる導電タイプを有する第２の導電型半導体層とを含む。第１の導電型接触層は、第１の導電型半導体層の第２の部分に配置される。第２の導電型接触層は、第２の導電型半導体層に配置される。透明絶縁層は、発光エピタキシャル構造、第１の導電型接触層、第２の導電型接触層を被覆し、且つ表面を有し、それぞれ前記第１の導電型接触層の一部及び前記第２の導電型接触層の一部を露出させる第１の接触孔及び第２の接触孔を含む。第１の反射層は、第１の接触孔及び透明絶縁層の表面の一部で延伸して、それらを被覆する。第２の反射層は、第２の接触孔及び透明絶縁層の表面の他の部分で延伸して、それらを被覆する。第１の障壁層及び第２の障壁層は、それぞれ第１の反射層及び第２の反射層を被覆する。第１の導電型電極は、第１の障壁層に配置され、第１の接触孔を充填する。第２の導電型電極は、第２の障壁層に配置され、第２の接触孔を充填する。
本発明の他の態様において、更に、ＬＥＤ構造を提供する。一実施例において、前記ＬＥＤ構造は、基板と、発光エピタキシャル構造と、第１の導電型接触層と、第２の導電型接触層と、第１の反射層と、第２の反射層と、透明絶縁層と、第１の障壁層と、第２の障壁層と、第１の導電型電極と、第２の導電型電極とを備える。前記発光エピタキシャル構造は、基板に配置される第１の導電型半導体層と、第１の導電型半導体層の第１の部分に配置され、前記第１の導電型半導体層の第２の部分を露出させる活性層と、前記活性層に配置され、第１の導電型半導体層の導電タイプと異なる導電タイプを有する第２の導電型半導体層とを含む。第１の導電型接触層は、第１の導電型半導体層の第２の部分に配置される。第２の導電型接触層は、第２の導電型半導体層に配置される。第１の反射層は、第１の導電型接触層に重ねられる。第２の反射層は、第２の導電型接触層に重ねられる。透明絶縁層は、発光エピタキシャル構造、第１の反射層、第２の反射層を被覆し、且つ表面を有し、それぞれ前記第１の反射層の一部及び前記第２の反射層の一部を露出させる第１の接触孔及び第２の接触孔を含む。第１の障壁層は、第１の接触孔及び透明絶縁層の表面の一部で延伸して、それらを被覆する。第２の障壁層は、第２の接触孔及び透明絶縁層の表面の他の部分で延伸して、それらを被覆する。第１の導電型電極は、第１の障壁層に配置され、第１の接触孔を充填する。第２の導電型電極は、第２の障壁層に配置され、第２の接触孔を充填する。
本発明の一実施例によると、第１の導電型電極及び第２の導電型電極は、同一の平面に配置される。
本発明の他の実施例によると、第１の接触孔の側壁及び第２の接触孔の側壁の両者とも、発光エピタキシャル構造に対して傾斜する。
本発明の他の態様において、ＬＥＤ構造の製造方法を提供する。一実施例において、前記方法は、基板に、基板に配置される第１の導電型半導体層と、第１の導電型半導体層の第１の部分に配置され、前記第１の導電型半導体層の第２の部分を露出させる活性層と、前記活性層に配置され、第１の導電型半導体層の導電タイプと異なる導電タイプを有する第２の導電型半導体層とを含む発光エピタキシャル構造を形成するステップと、第１の導電型半導体層の第２の部分に、第１の導電型接触層を形成するステップと、第２の導電型半導体層に、第２の導電型接触層を形成するステップと、発光エピタキシャル構造、第１の導電型接触層、第２の導電型接触層を被覆する透明絶縁層を形成するステップと、透明絶縁層に、それぞれ第１の導電型接触層の一部及び第２の導電型接触層の一部を露出させる第１の接触孔及び第２の接触孔を形成するステップと、第１の接触孔及び透明絶縁層の表面の一部で延伸して、それらを被覆する第１の反射層を形成するステップと、第２の接触孔及び透明絶縁層の表面の他の部分で延伸して、それらを被覆する第２の反射層を形成するステップと、それぞれ第１の反射層及び第２の反射層を被覆する第１の障壁層及び第２の障壁層を形成するステップと、第１の障壁層に、第１の導電型電極を形成し、第１の接触孔を充填するステップと、第２の障壁層に、第２の導電型電極を形成し、第２の接触孔を充填するステップと、を備える。
本発明のもう１つの態様において、更に、ＬＥＤ構造の製造方法を提供する。一実施例において、前記方法は、基板に、基板に配置される第１の導電型半導体層と、第１の導電型半導体層の第１の部分に配置され、前記第１の導電型半導体層の第２の部分を露出させる活性層と、前記活性層に配置され、第１の導電型半導体層の導電タイプと異なる導電タイプを有する第２の導電型半導体層とを含む発光エピタキシャル構造を形成するステップと、第１の導電型半導体層の第２の部分に、第１の導電型接触層を形成するステップと、第２の導電型半導体層に、第２の導電型接触層を形成するステップと、第１の導電型接触層に、第１の反射層を形成するステップと、第２の導電型接触層に、第２の反射層を形成するステップと、発光エピタキシャル構造、第１の反射層、第２の反射層を被覆する透明絶縁層を形成するステップと、透明絶縁層に、それぞれ第１の反射層の一部及び第２の反射層の一部を露出させる第１の接触孔及び第２の接触孔を形成するステップと、第１の接触孔及び透明絶縁層の表面の一部で延伸して、それらを被覆する第１の障壁層を形成するステップと、第２の接触孔及び透明絶縁層の表面の他の部分で延伸して、それらを被覆する第２の障壁層を形成するステップと、第１の障壁層に、第１の導電型電極を形成し、第１の接触孔を充填するステップと、第２の障壁層に、第２の導電型電極を形成し、第２の接触孔を充填するステップと、を備える。
本発明の一実施例によると、第１の接触孔及び第２の接触孔を形成するステップは、第１の接触孔の側壁及び第２の接触孔の側壁の両者とも、発光エピタキシャル構造に対して傾斜させるステップを更に備える。
本発明の他の実施例によると、ＬＥＤ構造の製造方法は、第１の接触孔及び第２の接触孔を形成するステップと第１の障壁層を形成するステップとの間に、透明絶縁層の表面に、少なくとも１つのパターン構造を形成するステップを更に備える。
本発明の実施例によると、透明絶縁層は、反射層と発光エピタキシャル構造とを隔てることに用いられ、高力率操作期間中において発生した熱がＬＥＤ装置に与える影響を効果的に低下させた。なお、２つの導電型電極の両者とも、上げられて透明絶縁層に配置されてよいので、発光面積全体を増加し、電極の面積を広めた。前記２つの導電型電極は、同一の平面に配置されてよく、これにより、フリップチッププロセスの難しさを低下させることに有利であり、フリップチッププロセスの信頼性を改良した。なお、少なくとも１つのパターン構造は、透明絶縁層に配置されてＬＥＤ構造の発光方向を制御することができ、装置の光取り出し効率を改良した。同時に、前記２つの導電型電極は、接触層に延伸する接触プラグを有する。接触プラグは、発光エピタキシャル構造の熱流通路とされることができるので、操作中に発生した熱がＬＥＤ構造に与える影響を低下させることができる。
これらの添付図面は、本発明の１つ又は複数の実施例を示し、また、書面説明と共に、本発明の原理を解釈する。可能な限り、前記図面にわたって、同一の符号で実施例における同一又は類似な素子を表す。
以下、本発明の例示的な実施例を示す添付図面を参照して、本発明をより十分に説明する。しかしながら、本発明は、様々な形式によって実施できるので、本文に記載の特定な実施例に限定されると理解すべきではない。逆に、これらの実施例を提供する目的は、本開示を徹底的且つ完全なり、本開示によって本発明の範囲を当業者に十分に伝えることにある。同一の符号は、終始同一の素子を表す。
本文では、例示的な実施例である好ましい実施例（及び中間構造）の模式図の断面図を参照して、例示的な実施例を説明する。そのため、例えば、製造技術及び／又は許容範囲の結果による図面の形状の変化は、予想できる。そのため、例示的な実施例は、本文に示す領域の形状に限定されると理解すべきではなく、例えば、製造で発生した形状偏差を含むべきである。例えば、一般に、長方形に示す植え込み領域は、円形又は曲線の構造特徴を有し、及び／又は、その縁に、植え込み領域（ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｒｅｇｉｏｎ）から非植え込み領域までは、２成分からなる変化（ｂｉｎａｒｙ ｃｈａｎｇｅ）ではなく徐々に変化する（ｇｒａｄｉｅｎｔ）植え込み濃度を有する。同様に、植え込みによって形成された埋め込み領域（ｂｕｒｉｅｄ ｒｅｇｉｏｎ）は、埋め込み領域とそれを介して植え込みが発生した表面の間の領域で、植え込みが発生することができる。そのため、各図に示す領域は、本質上、模式的なものであり、その形状は、装置の領域の実際な形状を示すものではなく、例示的な実施例の範囲を限定することを図っているものでもない。
素子又は層が、他の素子又は層「にある」、「に接続される」、「に結合される」又は「を被覆する」といわれる場合、前記素子又は層は、他の素子又は層に、直接に乗らせたり、接続されたり、結合されたりすること、又は他の素子又は層を直接に被覆すること、或は、中間素子又は中間層が存在することとなる可能性があることは理解すべきである。逆に、素子が、「直接に他の素子にある」といわれる場合、中間素子は存在しない。本文で使用するように、用語「及び／又は」は、１つ又は複数の関連する列挙事項のいずれ又は全ての組み合わせを含む。
本文では、第１の、第２の、第３の等の用語を用いて、各種の素子、ユニット、領域、層及び／又は部分を説明することができるが、前記素子、ユニット、領域、層及び／又は部分は、前記用語に限定されるものではないことは理解すべきである。前記用語は、素子、ユニット、領域、層又は部分を、他の素子、ユニット、領域、層又は部分と区別するためのものだけである。そのため、本発明の示唆から逸脱しない限り、下記で説明する第１の素子、第１のユニット、第１の領域、第１の層又は第１の部分は、第２の素子、第２のユニット、第２の領域、第２の層又は第２の部分といわれてもよい。
本文で使用する用語は、特定な実施例を説明するためのものであり、本発明を限定することを図っているものではない。本文で使用する単数形式「一」及び「前記」は、前後に明確に指示されていない限り、複数形式を同時に含むことを図っている。用語の「備え」及び／又は「備える」、「含み」及び／又は「含む」、「有し」及び／又は「有する」が本明細書に使用される場合、前記用語は、前記構造特徴、領域、整数、ステップ、操作、素子及び／又はユニットの存在を指定するが、１つの又は複数のその他の構造特徴、領域、整数、ステップ、操作、素子、ユニット及び／又は群の存在又は添加を排除しないことは更に理解すべきである。
なお、「下部」又は「底部」及び「上部」又は「頂部」のような相対的な用語は、本文で、各図に示す１つの素子と他の素子との関係を説明することに用いられる。相対な用語は、各図に示す方位以外の装置の異なる方位を含もうとすることは理解すべきである。例えば、複数の図の中の１枚での装置を反転すれば、その他の素子の「下」側にあると説明された素子は、他の素子の「上」側に位置するようになる。そのため、例示的な用語の「下部」は、各図の特定な方位によって決めた「上部」及び「下部」の方位の両者を含む。同様に、複数の図の中の１枚での装置を反転すれば、その他の素子「の下」又は「下方」にあると説明された素子は、他の素子「の上」に位置するようになる。そのため、例示的な用語「〜の下にある」又は「〜の下方にある」は、上下の方位の両者を含む。
特に定義されていない限り、本文で使用する用語の全て（技術用語及び科学用語）は、当業者が一般的に理解するような意味と同様である。本文で、常用の辞書で定義される用語は、本関係技術及び本開示の内容の前後に適する意味で解釈すべきであり、理想的又は過正式な意味で解釈すべきことではなく、なお、明確にそのように定義されている場合を除くことは、更に理解すべきである。
図２Ａ〜図２Ｅは、本発明の一実施例によるＬＥＤ構造の製造プロセスを示す断面図である。この実施例において、まず、透明基板２００を提供する。基板２００の材料は、例えば、サファイアであってよい。そして、緩衝層２０２は、例えば、有機金属化学気相成長法（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）のようなエピタキシー法によって、基板２００に選択的に形成される。緩衝層２０２の材料は、例えば、非ドープＧａＮ系材料のような非ドープ半導体であってよい。そして、発光エピタキシャル構造は、エピタキシー法（例えば、ＭＯＣＶＤ）によって、緩衝層２０２に成長する。この実施例において、前記発光エピタキシャル構造は、緩衝層２０２に順番に重ねられた第１の導電型半導体層２０４、活性層２１０、第２の導電型半導体層２１２を含んでよい。第１の導電型半導体層２０４と第２の導電型半導体層２１２は、異なる導電タイプを有する。例えば、第１の導電型半導体層２０４及び第２の導電型半導体層２１２の中の一方はｎ型であり、他方はｐ型である。発光エピタキシャル構造の材料は、例えば、ＧａＮ系材料であってよい。活性層２１０は、例えば、多量子井戸（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）構造であってよい。
図２Ａに示すように、発光エピタキシャル構造が成長した後、発光エピタキシャル構造は、例えば、リソグラフィー及びエッチングによって、第２の導電型半導体層２１２の一部、活性層２１０の一部、第１の導電型半導体層２０４の一部を除去することによって画定され、メサを形成する。メサが画定された後、第１の導電型半導体層２０４は、第１の部分２０６と第２の部分２０８を有するようになり、第２の導電型半導体層２１２及び活性層２１０は、第１の導電型半導体層２０４の第１の部分２０６に配置され、第２の部分２０８が露出される。
そして、第１の導電型接触層２１４及び第２の導電型接触層２１６は、例えば、蒸着によって形成される。図２Ｂに示すように、第１の導電型接触層２１４及び第２の導電型接触層２１６は、それぞれ第１の導電型半導体層２０４の第２の部分２０８及び第２の導電型半導体層２１２の一部に配置される。第１の導電型接触層２１４及び第２の導電型接触層２１６は、オーム接触層であってよい。第１の導電タイプがｎ型である場合、第１の導電型接触層２１４の材料は、例えば、インジウムスズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、ＴｉＡｌ合金、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ又はＣｒ／Ａｕであってよい。第２の導電タイプがｐ型である場合、第２の導電型接触層２１６は、例えば、単層又は多層構造のＩＴＯ、ＺｎＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２のような透明酸化物構造であってよい。他の実施例において、第２の導電型接触層２１６の材料は、Ｎｉ／Ａｕ又はＮｉ／Ａｇであってよい。
その後、図２Ｃに示すように、透明絶縁層２１８は、沈積又は塗布（例えば、回転塗布）によって形成されてよく、発光エピタキシャル構造の第１の導電型半導体層２０４、活性層２１０、第２の導電型半導体層２１２、及び第１の導電型接触層２１４、第２の導電型接触層２１６を被覆する。透明絶縁層２１８は、平坦化表面２２０を有し、且つ表面２２０が前記発光エピタキシャル構造と対して配置されることが好ましい。一実例において、透明絶縁層２１８の材料は、例えば、スピンオンガラス（ｓｐｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ：ＳＯＧ）、高重合体、ＳｉＯ２又はＴｉＯ２であってよい。透明絶縁層２１８の厚さは、０．５μｍ〜１００μｍであることが好ましい。一実施例において、透明酸化層は、回転塗布によって形成され、透明絶縁層２１８にされる。
そして、透明絶縁層２１８の一部は、例えば、エッチングによって除去されて、透明絶縁層２１８に接触孔２２２、接触孔２２４を形成する。図２Ｄに示すように、接触孔２２２、接触孔２２４は、それぞれ第１の導電型接触層２１４の一部及び第２の導電型接触層２１６の一部を露出させる。
ＬＥＤ構造は、少なくとも１つの第１の導電型接触層２１４及び少なくとも１つの第２の導電型接触層２１６を備えてよく、すなわち、第１の導電型接触層２１４及び第２の導電型接触層２１６の数は、それぞれ１又は複数であってよい。図２Ｆは、本発明の一実施例によるＬＥＤ構造の第１の導電型接触層、第２の導電型接触層及び対応する接触孔の分布の模式上面図である。各第１の導電型接触層２１４に、接触孔プリセット領域２２２ａが設けられ、各第２の導電型接触層２１６に、接触孔プリセット領域２２４ａが設けられる。接触孔２２２は、第１の導電型接触層２１４の接触孔プリセット領域２２２ａに形成され、接触孔２２４は、第２の導電型接触層２１６の接触孔プリセット領域２２４ａに形成される。
そして、図２Ｅを参照して、反射層２２６、反射層２３０を形成する。反射層２２６は、接触孔２２２及び透明絶縁層２１８の表面２２０の一部で延伸して、それらを被覆する。反射層２３０は、接触孔２２４及び透明絶縁層２１８の表面２２０の他の部分で延伸して、それらを被覆する。反射層２２６と反射層２３０とは、接触しない。一実施例において、反射層２２６、反射層２３０は、少なくとも二重の構造を有することが好ましい。すなわち、まず、少なくとも１枚の付着フィルムを形成し、そして、前記付着フィルムに、反射フィルムを形成する。付着フィルムの材料は、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ又はＴｉＷ合金であってよく、反射フィルムの材料は、例えば、Ａｌ又はＡｇであってよい。
そして、それぞれ反射層２２６、反射層２３０を被覆する障壁層２２８、障壁層２３２を選択的に形成する。障壁層２２８と障壁層２３２とは、接触しない。障壁層２２８、障壁層２３２の材料は、例えば、Ｔｉ、ＴｉＷ合金、Ｗ、Ｐｔ、Ｎｉ又はそれらの任意の組み合わせであってよい。障壁層２２８、障壁層２３２は、それぞれ反射層２２６と以下のプロセスで形成される第１の導電型電極２３４との間の拡散、及び反射層２３０と以下のプロセスで形成される第２の導電型電極２３６との間の拡散を防止することができる。
その後、例えば、蒸着、スパッタリング、電気メッキ又は化学めっきによって、第１の導電型電極２３４及び第２の導電型電極２３６を形成して、ＬＥＤ構造２４２の製造を完成した。第１の導電型電極２３４は、障壁層２２８に配置され、第１の接触孔２２２を充填する。第２の導電型電極２３６は、障壁層２３２に配置され、接触孔２２４を充填する。接触孔２２２に配置される第１の導電型電極２３４の一部は、接触プラグ２３８といわれてよく、接触孔２２４に配置される第２の導電型電極２３６の一部は、接触プラグ２４０といわれてよい。一実施例において、第１の導電型電極２３４及び第２の導電型電極２３６は、例えば、Ａｕ又はＮｉ及びＡｕ又はＮｉに配置される共晶金属ＡｕＳｎ又はＡｇＳｎＣｕのような多層構造を含んでよい。
一実施例において、図２Ｅに示すように、接触プラグ２３８、接触プラグ２４０の他に、第１の導電型電極２３４と第２の導電型電極２３６とは、同一の平面に配置されることが好ましい。ＬＥＤ構造２４２の製造を完成した後、ＬＥＤ構造２４２のパッケージングプロセスを行ってよい。この実施例において、ＬＥＤ構造２４２は、フリップチップパッケージングプロセスに適する。ＬＥＤ構造２４２のフリップチップパッケージングプロセスの期間中、半田バンプ２５４、半田バンプ２５６のそれぞれは、まず、第１の導電型電極２３４及び第２の導電型電極２３６に形成されてよい。同時に、パッケージ基板２５８が提供される。そして、図２Ｇに示すように、ＬＥＤ構造２４２は、反転されてパッケージ基板２５８のプリセット領域を被覆して、ＬＥＤ構造２４２のフリップチップパッケージングを大体完成した。ＬＥＤ構造２４２の第１の導電型電極２３４及び第２の導電型電極２３６は、それぞれ半田バンプ２５４、半田バンプ２５６を介して、パッケージ基板２５８上のプリセット回路に電気的に接続される。
第１の導電型電極２３４及び第２の導電型電極２３６は、同一の平面に配置されるので、ＬＥＤ構造２４２のフリップチップの難しさを大いに低下させ、フリップチッププロセスの信頼性を改良した。
本発明において、ＬＥＤ構造の光出力方向を制御するように、ＬＥＤ構造の透明絶縁層に、パターン構造を製造してもよい。図３は、本発明の他の実施例によるＬＥＤ構造の断面図である。ＬＥＤ構造２５２のアーキテクチャは、前記実施例におけるＬＥＤ構造２４２のアーキテクチャと大体同一である。両者の差異は、ＬＥＤ構造２４２の２つの接触孔２２２、２２４の側壁が、発光エピタキシャル構造に対して大体垂直するが、ＬＥＤ構造２５２の接触孔２４４の側壁２４６及び接触孔２４８の側壁２５０の両者とも、発光エピタキシャル構造に対して傾斜することにある。
この実施例において、透明絶縁層２１８に、接触孔２４４、接触孔２４８を形成する場合、接触孔２４４の側壁２４６及び接触孔２４８の側壁２５０を発光エピタキシャル構造に対して傾斜させることによって、反射層２２６、反射層２３０に発射される光の反射方向を変えることができ、ＬＥＤ構造２５２の光出力方向及び角度を制御する。
その他の実施例において、接触孔の側壁の発光エピタキシャル構造に対する傾斜角を変える他に、透明絶縁層２１８の表面２２０に、例えば、規則なパターン構造又は不規則なパターン構造のような１つ又は複数のパターン構造を持たせるために、透明絶縁層２１８の表面２２０をパターン化してよい。透明絶縁層２１８に、接触孔２２２、２２４又は接触孔２４４、２４８を形成するステップと反射層２２６、反射層２３０を形成するステップとの間に、少なくとも１つのパターン構造を透明絶縁層２１８の表面２２０に配置することによって、ＬＥＤ構造２４２又は２５２の光出力方向及び角度を制御することができる。
図４Ａ〜図４Ｅは、本発明のもう１つの実施例によるＬＥＤ構造の製造プロセスを示す断面図である。この実施例において、まず、透明基板３００を提供し、基板３００の材料は、例えば、サファイアであってよい。そして、緩衝層３０２は、エピタキシー法（例えば、ＭＯＣＶＤ）によって、基板３００に選択的に成長する。緩衝層３０２の材料は、例えば、非ドープＧａＮ系材料のような非ドープ半導体であってよい。
そして、発光エピタキシャル構造は、エピタキシー法（例えば、ＭＯＣＶＤ）によって、緩衝層３０２に成長する。この実施例において、前記発光エピタキシャル構造は、緩衝層３０２に順番に重ねられる第１の導電型半導体層３０４、活性層３１０、第２の導電型半導体層３１２を含んでよい。第１の導電型半導体層３０４と第２の導電型半導体層３１２は、異なる導電タイプを有する。例えば、第１の導電型半導体層３０４及び第２の導電型半導体層３１２の中の一方はｎ型であり、他方はｐ型である。発光エピタキシャル構造の材料は、例えば、ＧａＮ系材料であってよい。活性層３１０は、例えば、ＭＱＷ構造であってよい。
そして、図４Ａに示すように、発光エピタキシャル構造は、例えば、リソグラフィー及びエッチングによって、第２の導電型半導体層３１２の一部、活性層３１０の一部、第１の導電型半導体層３０４の一部を除去することによって画定され、メサを形成する。発光エピタキシャル構造が画定された後、第１の導電型半導体層３０４は、第１の部分３０６及び第２の部分３０８を有するようになった。第２の導電型半導体層３１２及び活性層３１０は、第１の導電型半導体層３０４の第１の部分３０６に配置され、第２の部分３０８が露出される。
その後、第１の導電型接触層３１４及び第２の導電型接触層３１８のそれぞれは、例えば、蒸着によって、第１の導電型半導体層３０４の第２の部分３０８及び第２の導電型半導体層３１２の一部に形成される。同様に、ＬＥＤ構造は、少なくとも１つの第１の導電型接触層３１４及び少なくとも１つの第２の導電型接触層３１８を備えてよい。すなわち、第１の導電型接触層３１４の数及び第２の導電型接触層３１８の数の両者とも、少なくとも１つである。第１の導電型接触層３１４及び第２の導電型接触層３１８は、例えば、オーム接触層であることが好ましい。第１の導電タイプがｎ型である場合、第１の導電型接触層３１４の材料は、例えば、ＩＴＯ、ＴｉＡｌ合金、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ又はＣｒ／Ａｕであってよい。第２の導電タイプがｐ型である場合、第２の導電型接触層３１８は、例えば、単層又は多層構造のＩＴＯ、ＺｎＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２のような透明酸化物構造であってよい。他の実施例において、第２の導電型接触層３１８の材料は、Ｎｉ／Ａｕ又はＮｉ／Ａｇであってよい。
その後、図４Ｂに示すように、反射層３１６、反射層３２０は、それぞれ第１の導電型接触層３１４及び第２の導電型接触層３１８に形成される。一実施例において、反射層３１６、反射層３２０は、少なくとも二重の構造を有することが好ましく、反射層３１６、反射層３２０のそれぞれは、順番に重ねられる少なくとも一枚の付着フィルムと一枚の反射フィルムを含む。付着フィルムの材料は、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ又はＴｉＷ合金であってよく、反射フィルムの材料は、例えば、Ａｌ又はＡｇであってよい。
そして、図４Ｃに示すように、透明絶縁層３２２は、沈積又は塗布（例えば、回転塗布）によって形成され、発光エピタキシャル構造の第１の導電型半導体層３０４、活性層３１０、第２の導電型半導体層３１２、及び第１の導電型接触層３１４、第２の導電型接触層３１８、反射層３１６、反射層３２０を被覆する。透明絶縁層３２２は、平坦化表面３２４を有し、且つ表面３２４が前記発光エピタキシャル構造に対して配置されることが好ましい。一実例において、透明絶縁層３２２の材料は、透明酸化層（例えば、ＳＯＧ）、高重合体、ＳｉＯ２又はＴｉＯ２であってよい。透明絶縁層３２２の厚さは、０．５μｍ〜１００μｍであることが好ましい。
そして、図４Ｄに示すように、透明絶縁層３２２の一部は、例えば、エッチングによって除去されて、透明絶縁層３２２に、接触孔３２６、接触孔３２８を形成する。接触孔３２６、接触孔３２８は、それぞれ反射層３１６の一部及び反射層３２０の一部を露出させる。
その後、図４Ｅを参照して、障壁層３３０、障壁層３３２を選択的に形成する。障壁層３３０は、接触孔３２６及び透明絶縁層３２２の表面３２４の一部で延伸して、それらを被覆する。障壁層３３２は、接触孔３２８及び透明絶縁層３２２の表面３２４の他の部分で延伸して、それらを被覆する。障壁層３３０と障壁層３３２とは、接触しない。障壁層３３０、障壁層３３２の材料は、例えば、Ｔｉ、ＴｉＷ合金、Ｗ、Ｐｔ、Ｎｉ又はそれらの任意の組み合わせであってよい。障壁層３３０、障壁層３３２は、それぞれ反射層３１６と以下のプロセスで形成される第１の導電型電極３３４との間の拡散、及び反射層３２０と以下のプロセスで形成される第２の導電型電極３３６との間の拡散を防止することができる。
そして、図４Ｅに示すように、第１の導電型電極３３４及び第２の導電型電極３３６は、例えば、蒸着、スパッタリング、電気メッキ又は化学めっきによって形成されて、ＬＥＤ構造３４２の製造を完成した。第１の導電型電極３３４は、障壁層３３０に配置され、接触孔３２６を充填する。第２の導電型電極３３６は、障壁層３３２に配置され、接触孔３２８を充填する。ＬＥＤ構造３４２において、接触孔３２６に配置される第１の導電型電極３３４の一部は、接触プラグ３３８といわれてよく、接触孔３２８に配置される第２の導電型電極３３６の一部は、接触プラグ３４０といわれてよい。一実施例において、第１の導電型電極３３４及び第２の導電型電極３３６は、例えば、Ａｕ又はＮｉ及びＡｕ又はＮｉに配置される共晶金属ＡｕＳｎ又はＡｇＳｎＣｕのような多層構造を含んでよい。
一実施例において、図４Ｅに示すように、接触プラグ３３８、接触プラグ３４０の他に、第１の導電型電極３３４と第２の導電型電極３３６とは、同一の平面に配置されることが好ましい。ＬＥＤ構造３４２の製造を完成した後、パッケージングプロセスを行ってよい。この実施例において、ＬＥＤ構造３４２は、フリップチップパッケージングプロセスに適する。第１の導電型電極３３８及び第２の導電型電極３４０は、同一の平面に配置されるので、ＬＥＤ構造３４２のフリップチップの難しさを大いに低下させ、フリップチッププロセスの信頼性を改良した。
この実施例において、図３の実施例と類似するように、ＬＥＤ構造３４２の２つの接触孔３２６、３２８の側壁の両者とも、発光エピタキシャル構造に対して傾斜し、ＬＥＤ構造３４２の光出力方向及び角度を制御する。なお、少なくとも１つのパターン構造（例えば、規則なパターン構造又は不規則なパターン構造）は、透明絶縁層３２２に、接触孔３２６、接触孔３２８を形成するステップと障壁層３３０、障壁層３３２を形成するステップとの間に、透明絶縁層３２２の表面３２４に配置されてもよく、ＬＥＤ構造３４２の光出力方向及び角度を変える。
以上の実施例から、本発明は、透明絶縁層で、反射層と発光エピタキシャル構造とを隔て、高力率操作期間中において発光エピタキシャル構造で発生した熱が反射層の安定性に与える影響を低下させることを長所とすることが見られる。
以上の実施例から、本発明は、本発明のＬＥＤ構造の２つの導電型電極の両者とも、透明絶縁層に配置されてよいため、接触電極の面積を減少し、発光面積全体を増加し、更に、前記ＬＥＤ構造の発光効率を改良したことを他の長所とすることが見られる。
以上の実施例から、本発明は、本発明のＬＥＤ構造の製造方法において、透明絶縁層に、少なくとも１つのパターン構造を製造してよく、ＬＥＤ構造の光出力方向及び角度を制御して、光取り出し効率を改良したことをもう１つの長所とすることが見られる。
以上の実施例から、本発明は、本発明の２つの導電型電極が、接触層に延伸する接触プラグ有し、前記接触プラグが、発光エピタキシャル構造の熱流通路とされてよいため、操作中に発生した熱がＬＥＤ構造に与える影響を低下させたことを更に１つの長所とすることが見られる。
以上の実施例から、本発明は、本発明の２つの導電型電極が、上げられて透明絶縁層に配置されてよく、電極の面積が広がられるようになり、２つの導電型電極が、同一の平面に配置されてよく、これによりフリップチップの難しさを大いに低下させ、フリップチッププロセスの信頼性を改良したことを代替的な長所とすることが見られる。
説明及び叙述のために、本発明の例示的な実施例に対する前記叙述を提出しており、網羅的に挙げたり本発明を開示した精確な形式に限定したりすることを図るものではない。前記示唆に鑑みて、多くの修正又は変化は、可能である。
本発明の原則及びその実際の応用を説明するために、前記実施例を選択してそれを説明する目的は、他の当業者が本発明及び多様な修正を行われた多様な実施例を利用できるようにすることにあり、前記多様な修正は、同時に、予期される特定な用途に適する。本発明の精神と範囲から逸脱しない場合、代替実施例は当業者に明らかである。そのため、本発明の範囲は、前記叙述又は前記で説明した例示的な実施例によって限定されるものではなく、付加の特許請求の範囲によって限定される。
１００ 基板、１０２、２０２、３０２ 緩衝層、１０４ ｎ型半導体層、１０６ 活性層（発光層）、１０８ ｐ型半導体層、１１０ 露出部分、１１２ ｐ型オーム接触層、１１４、２２６、２３０、３１６、３２０ 反射層、１１６ ｎ型オーム接触層、１１８ ｎ型電極、１２０ ｐ型電極、１２２ パッシベーション層、１２４、２４２、２５２、３４２ ＬＥＤ構造、２００、３００ 透明基板、２０４、３０４ 第１の導電型半導体層、２０６、３０６ 第１の部分、２０８、３０８ 第２の部分、２１０、３１０ 活性層、２１２、３１２ 第２の導電型半導体層、２１４、３１４ 第１の導電型接触層、２１６、３１８ 第２の導電型接触層、２１８、３２２ 透明絶縁層、２２０、３２４ 平坦化表面、２２２、２２４、３２６、２４４、２４８、３２８ 接触孔、２２２ａ、２２４ａ 接触孔プリセット領域、２３４、３３４ 第１の導電型電極、２３６、３３６ 第２の導電型電極、２４０、３４０、２３８、３３８ 接触プラグ、２４６、２５０ 側壁、２５４、２５６ 半田バンプ、２５８ パッケージ基板、３３０、２２８、２３２、３３２ 障壁層
Claims (20)
- 基板と、
前記基板に配置される第１の導電型半導体層と、前記第１の導電型半導体層の第１の部分に配置され、前記第１の導電型半導体層の第２の部分を露出させる活性層と、前記活性層に配置され、前記第１の導電型半導体層の導電タイプと異なる導電タイプを有する第２の導電型半導体層とを含む発光エピタキシャル構造と、
前記第１の導電型半導体層の第２の部分に配置される第１の導電型接触層と、
前記第２の導電型半導体層に配置される第２の導電型接触層と、
前記発光エピタキシャル構造、前記第１の導電型接触層、前記第２の導電型接触層を被覆し、且つ表面を有し、それぞれ前記第１の導電型接触層の一部及び前記第２の導電型接触層の一部を露出させる第１の接触孔及び第２の接触孔を含む透明絶縁層と、
前記第１の接触孔及び前記透明絶縁層の表面の一部で延伸して、それらを被覆する第１の反射層と、
前記第２の接触孔及び前記透明絶縁層の前記表面の他の部分で延伸して、それらを被覆する第２の反射層と、
前記第１の反射層に配置され、前記第１の接触孔を充填する第１の導電型電極と、
前記第２の反射層に配置され、前記第２の接触孔を充填する第２の導電型電極と、
を備える、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造。 - 前記第１の反射層と前記第１の導電型電極との間に配置される第１の障壁層と、前記第２の反射層と前記第２の導電型電極との間に配置される第２の障壁層とを更に備える、請求項１に記載のＬＥＤ構造。
- 前記第１の導電型電極と前記第２の導電型電極が、同一の平面に配置される、請求項１に記載のＬＥＤ構造。
- 前記第１の接触孔の側壁及び前記第２の接触孔の側壁の両者とも、前記発光エピタキシャル構造に対して傾斜する、請求項１に記載のＬＥＤ構造。
- 前記透明絶縁層が、少なくとも１つのパターン構造を含む、請求項１に記載のＬＥＤ構造。
- 基板と、
前記基板に配置される第１の導電型半導体層と、前記第１の導電型半導体層の第１の部分に配置され、前記第１の導電型半導体層の第２の部分を露出させる活性層と、前記活性層に配置され、前記第１の導電型半導体層の導電タイプと異なる導電タイプを有する第２の導電型半導体層とを含む発光エピタキシャル構造と、
前記第１の導電型半導体層の第２の部分に配置される第１の導電型接触層と、
前記第２の導電型半導体層に配置される第２の導電型接触層と、
前記第１の導電型接触層に重ねられる第１の反射層と、
前記第２の導電型接触層に重ねられる第２の反射層と、
前記発光エピタキシャル構造、前記第１の反射層、前記第２の反射層を被覆し、且つ表面を有し、それぞれ前記第１の反射層の一部及び前記第２の反射層の一部を露出させる第１の接触孔及び第２の接触孔を含む透明絶縁層と、
前記透明絶縁層に配置され、前記第１の接触孔を充填する第１の導電型電極と、
前記透明絶縁層に配置され、前記第２の接触孔を充填する第２の導電型電極と、
を備える、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造。 - 前記第１の接触孔及び前記透明絶縁層の表面の一部と前記第１の導電型電極との間に配置される第１の障壁層と、
前記第２の接触孔及び前記透明絶縁層の表面の他の部分と前記第２の導電型電極との間に配置される第２の障壁層と、
を更に備える、請求項６に記載のＬＥＤ構造。 - 前記第１の導電型電極と前記第２の導電型電極が、同一の平面に配置される、請求項６に記載のＬＥＤ構造。
- 前記第１の接触孔の側壁及び前記第２の接触孔の側壁の両者とも、前記発光エピタキシャル構造に対して傾斜する、請求項６に記載のＬＥＤ構造。
- 前記透明絶縁層が、少なくとも１つのパターン構造を含む、請求項６に記載のＬＥＤ構造。
- 基板に、前記基板に配置される第１の導電型半導体層と、前記第１の導電型半導体層の第１の部分に配置され、前記第１の導電型半導体層の第２の部分を露出させる活性層と、前記活性層に配置され、前記第１の導電型半導体層の導電タイプと異なる導電タイプを有する第２の導電型半導体層とを含む発光エピタキシャル構造を形成するステップと、
前記第１の導電型半導体層の前記第２の部分に、第１の導電型接触層を形成するステップと、
前記第２の導電型半導体層に、第２の導電型接触層を形成するステップと、
前記発光エピタキシャル構造、前記第１の導電型接触層、前記第２の導電型接触層を被覆する透明絶縁層を形成するステップと、
前記透明絶縁層に、それぞれ前記第１の導電型接触層の一部及び前記第２の導電型接触層の一部を露出させる第１の接触孔及び第２の接触孔を形成するステップと、
前記第１の接触孔及び前記透明絶縁層の表面の一部で延伸して、それらを被覆する第１の反射層を形成するステップと、
前記第２の接触孔及び前記透明絶縁層の前記表面の他の部分で延伸して、それらを被覆する第２の反射層を形成するステップと、
それぞれ前記第１の反射層及び前記第２の反射層を被覆する第１の障壁層及び第２の障壁層を形成するステップと、
前記第１の障壁層に、第１の導電型電極を形成し、前記第１の接触孔を充填するステップと、
前記第２の障壁層に、第２の導電型電極を形成し、前記第２の接触孔を充填するステップと、
を備える、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造の製造方法。 - 前記第１の導電型電極と前記第２の導電型電極が、同一の平面に配置される、請求項１１に記載のＬＥＤ構造の製造方法。
- 前記透明絶縁層を形成する前記ステップが、前記透明絶縁層として、回転塗布によって透明酸化層を形成するステップを含む、請求項１１に記載のＬＥＤ構造の製造方法。
- 前記第１の接触孔及び前記第２の接触孔を形成する前記ステップが、前記第１の接触孔の側壁及び前記第２の接触孔の側壁の両者とも、前記発光エピタキシャル構造に対して傾斜させるステップを更に含む、請求項１１に記載のＬＥＤ構造の製造方法。
- 前記第１の接触孔及び前記第２の接触孔を形成するステップと前記第１の反射層を形成するステップとの間に、前記透明絶縁層の前記表面に、少なくとも１つのパターン構造を形成するステップを更に備える、請求項１１に記載のＬＥＤ構造の製造方法。
- 基板に、前記基板に配置される第１の導電型半導体層と、前記第１の導電型半導体層の第１の部分に配置され、前記第１の導電型半導体層の第２の部分を露出させる活性層と、前記活性層に配置され、前記第１の導電型半導体層の導電タイプと異なる導電タイプを有する第２の導電型半導体層とを含む発光エピタキシャル構造を形成するステップと、
前記第１の導電型半導体層の前記第２の部分に、第１の導電型接触層を形成するステップと、
前記第２の導電型半導体層に、第２の導電型接触層を形成するステップと、
前記第１の導電型接触層に、第１の反射層を形成するステップと、
前記第２の導電型接触層に、第２の反射層を形成するステップと、
前記発光エピタキシャル構造、前記第１の反射層、前記第２の反射層を被覆する透明絶縁層を形成するステップと、
前記透明絶縁層に、それぞれ前記第１の反射層の一部及び前記第２の反射層の一部を露出させる第１の接触孔及び第２の接触孔を形成するステップと、
前記第１の接触孔及び前記透明絶縁層の表面の一部で延伸して、それらを被覆する第１の障壁層を形成するステップと、
前記第２の接触孔及び前記透明絶縁層の前記表面の他の部分で延伸して、それらを被覆する第２の障壁層を形成するステップと、
前記第１の障壁層に、第１の導電型電極を形成し、前記第１の接触孔を充填するステップと、
前記第２の障壁層に、第２の導電型電極を形成し、前記第２の接触孔を充填するステップと、
を備える、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造の製造方法。 - 前記第１の導電型電極と前記第２の導電型電極が、同一の平面に配置される、請求項１６に記載のＬＥＤ構造の製造方法。
- 前記透明絶縁層を形成する前記ステップが、前記透明絶縁層として、回転塗布によって透明酸化層を形成するステップを含む、請求項１６に記載のＬＥＤ構造の製造方法。
- 前記第１の接触孔及び前記第２の接触孔を形成する前記ステップが、前記第１の接触孔の側壁及び前記第２の接触孔の側壁の両者とも、前記発光エピタキシャル構造に対して傾斜させるステップを更に含む、請求項１６に記載のＬＥＤ構造の製造方法。
- 前記第１の接触孔及び前記第２の接触孔を形成するステップと前記第１の障壁層を形成するステップとの間に、前記透明絶縁層の前記表面に、少なくとも１つのパターン構造を形成するステップを更に備える、請求項１６に記載のＬＥＤ構造の製造方法。
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