JP4125858B2

JP4125858B2 - 発光ダイオードおよびその製造方法

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Publication number: JP4125858B2
Application number: JP2000237215A
Authority: JP
Inventors: 信幸渡邊
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: JP2002050789A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋内、屋外用表示パネル、車載用表示ランプ、信号機、携帯電話数字表示用バックライト等に使用される高輝度の化合物系半導体発光ダイオードおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の化合物系半導体発光ダイオードは、基板となるウェハ上に液相または気相エピタキシャル成長法により順次ｐ型、ｎ型の伝導型の異なる化合物半導体結晶が積層され、発光層となるｐｎ接合は積層方向と鉛直を為す面に形成される。さらに、エピタキシャルウェハの表面および裏面にカソードおよびアノード電極を形成し、ダイシングまたはヘき開により分割し、発光ダイオード素子が作成される。
【０００３】
このようにして作成された発光ダイオード素子は、使用される電子機器の薄型化、小型化に伴ってプリント基板等に実装されることが多くなってきている。その際、電極の一方は半田または金属のペーストによりプリント基板上電極と接着されるが、もう一方の電極は金ワイヤーボンディング等によりプリント基板上の電極と掛け渡しで接続される。しかし、ワイヤーボンディングではチップの高さに加えてワイヤーのループが占める空間が必要となるため、発光ダイオードを使用した電気機器の薄型化、小型化に限界が生じてくる。
【０００４】
このような薄型化、小型化に限界が発生してしまう問題を回避するための手段として、発光ダイオード素子を９０°転倒（横置き）させ、プリント基板に発光ダイオード素子をクリーム半田等で挟み込む形で実装する等の方法が取られる（特開平5−175694）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様に、液相または気相エピタキシャル成長法によりｐ型、ｎ型の伝導型の異なる化合物半導体結晶が積層され、発光層となるｐｎ接合が積層方向と鉛直を為す面に形成された発光ダイオード素子では、表面および裏面にカソードおよびアノード電極を形成するため、ワイヤーボンドフリーで使用するためには発光ダイオード素子を転倒させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、発光ダイオード素子の大きさ、形状を考慮すると、発光ダイオード素子を効率よくかつ確実に転倒させることは技術的に非常に困難であり、仮に転倒を行うことができたとしても高度な精度と膨大な時間を要するため製造コストがかかることになる。
また、より薄型化、小型化する場合、使用する発光ダイオードの大きさ、厚みが問題となるが、従来の発光素子製造方法では、素子の厚み（または高さ）が素子分割段階（例えばダイシングのピッチ等）において決定されるため、薄型化、小型化するためには工夫が必要となってくることと、分割可能な大きさに限界が生じてくる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、薄型化、小型化を主に目的に側面発光型として使用する発光ダイオードを素子化する際に、転倒の作業が不必要で、かつより薄型化、小型化が可能となるような素子製造方法およびそれによって作成される発光ダイオード素子構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発光ダイオードは、第１導電型化合物半導体結晶基板の表面に第１導電型化合物半導体エピタキシャル層を形成後に、該第１導電型化合物半導体エピタキシャル層の一部を、該基板の表面に対して縦方向に、かつ該第１導電型化合物半導体エピタキシャル層が縞状に分離して残るように除去し、該第１導電型化合物半導体結晶基板および残った第１導電型化合物半導体エピタキシャル層の上方に第２導電型化合物半導体エピタキシャル層を積層し、該第１導電型化合物半導体エピタキシャル層よりも上方に形成された第２導電型化合物半導体エピタキシャル層を除去して双方の層の表面が１つの平面となるように形成されたことを特徴としている。
ここに、本明細書中で用いる「第１導電型」および「第２導電型」とは、ｎ型およびｐ型の異なる導電型を有する化合物半導体を区別するために用い、本発明のこの態様においては、基板とついでその上に形成するエピタキシャル層との導電型が同一で、該基板および該エピタキシャル層とついで形成するエピタキシャル層との導電型が異なることを意味しているが、導電型は基板および各エピタキシャル層でいずれの組合せともすることができる。
また、本明細書中で用いる「縦方向」とは、基板の長手方向の表面に対して上下に延びる方向を意味し、面を示す場合には基板表面といずれかの角度を形成する平面や、曲面およびそれらを組合せた面も含まれる。
この発光ダイオードは、エピタキシャル成長段階において発光層となる第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層の接合面が、第１導電型化合物半導体結晶基板の表面に対して縦方向に延びる面に形成され、素子に分割を行えば転倒させることなく側面発光ダイオードとして利用することができる。
【０００９】
また、請求項２の発光ダイオードは、請求項１の発光ダイオードにおいて、第１導電型化合物半導体結晶基板が除去された構造を有することを特徴としている。
請求項２の発光ダイオードによれば、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層の各層は裏面（表面）と平行方向に分離した接合構造となる側面発光ダイオード素子として利用することが可能である。したがって、裏面または表面の第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層のそれぞれに任意の形状の電極を形成すれば、プリント基板等へ直接実装可能であり、より薄型化、小型化が可能となる。
【００１０】
請求項３の発光ダイオードは、請求項１の発光ダイオードにおいて、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層のそれぞれのキャリア濃度が第１導電型化合物半導体結晶基板のキャリア濃度と同等またはより高い、例えば１×１０¹⁶〜２×１０¹⁹ｃｍ^-3の範囲、例えば１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上、１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であり、該第１導電型化合物半導体結晶基板をより高抵抗層としていることを特徴としている。
請求項３の発光ダイオードによれば、第１導電型化合物半導体結晶基板が、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層よりも高抵抗層（絶縁層）として作用し、プリント基板実装時に基板と発光層とを電気的に分離することが可能となる。
【００１１】
請求項４の発光ダイオードは、請求項１または請求項２に記載の発光ダイオードにおいて、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層のそれぞれの対向する面（端面）に、第１導電型化合物半導体結晶基板と接することの無いように任意の形状の電極を形成していることを特徴としている。
請求項４の発光ダイオードによれば、形成された電極より第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層に効率よく電流注入され発光する。また、クリーム半田等の接着剤を使用して挟み込む形で基板実装（接着）可能となる。
【００１２】
請求項５の発光ダイオードは、請求項２に記載の発光ダイオードにおいて、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層または第２導電型化合物半導体エピタキシャル層の一方または両方の対向する端面と、その面と直角を為しかつ連続する面とにわたり任意の形状のＬ字型に連なる電極を備えたことを特徴としている。
請求項５の発光ダイオードによれば、基板実装（接着）面に電極が形成されているため、基板側に銀ペーストまたはバンプのような突起電極を形成すれば、発光ダイオード素子を基板実装可能となる。また、側面（接着面と鉛直を為す面）に電極を形成することにより電流の広がり効率を上げ、より発光効率を上げることが可能となる。
【００１３】
請求項６の発光ダイオードは、請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、第１導電型化合物半導体結晶基板の表面と平行を為す、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層のそれぞれの面上に任意の形状の電極を備えたことを特徴としている。
請求項６の発光ダイオードによれば、基板実装（接着）面に電極が形成されているため、基板側に銀ペーストまたはバンプのような突起電極を形成すれば、半田リフローなどの熱履歴なくして、発光ダイオード素子を基板実装可能となる。
【００１４】
請求項７の発光ダイオードは、請求項２に記載の発光ダイオードにおいて、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層のそれぞれの端面と直角を為す１つの面上に、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層のそれぞれに対応する任意の形状の電極を備えており、かつ、少なくとも、該第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層の接合面と該電極を形成した面とが接する部分が凹型に形成（除去）された形状を有することを特徴としている。
請求項７の発光ダイオードによれば、基板実装（接着）面に電極が形成されているため、基板側に銀ペーストまたはバンプのような突起電極を形成すれば、発光ダイオード素子を基板実装可能であり、かつ、素子表面または基板、接着剤によるリーク電流を抑制し、確実に第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層の接合面へと電流を注入することが可能となる。
【００１５】
請求項８に記載の発光ダイオード製造方法は、液相または気相エピタキシャル成長法により製造する発光ダイオードの製造方法であって、
（１）第１導電型化合物半導体結晶基板の表面上に第１導電型化合物半導体エピタキシャル層を形成する工程：
（２）該第１導電型化合物半導体エピタキシャル層の一部を、該第１導電型化合物半導体結晶基板の表面に対して縦方向に、かつ第１導電型化合物半導体エピタキシャル層が縞状に分離して残るように除去する工程：
（３）第２導電型化合物半導体エピタキシャル層を、該第１導電型化合物半導体結晶基板および残った第１導電型化合物半導体エピタキシャル層の上に形成する工程：および
（４）該第１導電型化合物半導体エピタキシャル層より上方に形成された第２導電型化合物半導体エピタキシャル層を除去する工程を有することを特徴としている。
請求項８の発光ダイオードの製造方法によれば、第１導電型化合物半導体結晶基板上に形成された第１導電型化合物半導体エピタキシャル層の一部を、該第１導電型化合物半導体結晶基板の表面に対して縦方向に、かつ第１導電型化合物半導体エピタキシャル層が縞状に分離して残るように除去することにより、次に形成される第２導電型化合物半導体エピタキシャル層との接合面、つまり発光面（領域）が第１導電型化合物半導体結晶基板の表面に対して縦方向に形成されるため、分割することによりそのまま側面発光ダイオードの作成が可能となる。
また、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層の各層の厚み制御、あるいは、第１導電型化合物半導体結晶基板、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層または第２導電型化合物半導体エピタキシャル層をエッチング、研磨することにより、より薄型化、小型化が可能となる。
【００１６】
また、本発明の別の態様において、上記の第１導電型化合物半導体結晶基板の表面、および／または第１導電型半導体エピタキシャル層と第２導電型化合物半導体エピタキシャル層との表面を粗面化等処理することにより、光り取り出し効率を向上させることもできる。
上記の通り、本発明によれば、エピタキシャル成長段階で発光領域となる接合面がエピタキシャル成長方向と平行に形成されるため、素子分割後、側面発光ダイオードとして利用する際に、転倒の作業が不要となる。また、エピタキシャル成長層の厚みを制御することにより、より薄型化、小型化が可能となる。
【００１７】
【実施例】
実施例１
図１−（１）〜（８）は、この発明の発光ダイオード作成プロセスの概略を断面方向から示したフローダイヤグラムである。
図１−（１）に示す第１導電型化合物半導体結晶基板ａの表面上に、図１−（２）に示すように液相エピタキシャル成長法または気相エピタキシャル成長法により第１導電型化合物半導体エピタキシャル層ｂを形成する。この第１導電型化合物半導体エピタキシャル層ｂの表面にＣＶＤ法を用いてＳｉＯ₂、ＳｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃等の保護膜を形成後、感光性レジストにより保護膜を所望の形状にパターンニングする。
【００１８】
その後、パターンニングに従い、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層ｂを化学薬品またはドライエッチング等の方法を用いて除去し、図１−（３）に示すような第１導電型化合物半導体エピタキシャル層ｂが凸型形状として残留するような形状とする。その後、保護膜を除去する。
次に図１−（４）のように、図１−（３）の第１導電型化合物半導体結晶基板ａ−凸型第１導電型化合物半導体エピタキシャル層ｂ上に液相または気相エピタキシャル成長法を用いて第２導電型化合物半導体エピタキシャル層ｃを形成する。
図１−（４）の第２導電型化合物半導体エピタキシャル層ｃの表面を、図１−（５）に示すように機械的または化学的な処理により除去、研磨し、表面を平坦化する。
さらに、図１−（６）のように、第１導電型化合物半導体結晶基板ａも機械的または化学的な処理により除去する。ただし、第１導電型化合物半導体結晶基板は必ずしも除去する必要はない。
図１−（６）の表面または裏面のいずれか一方（片面）であって、少なくとも、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層ｂと第２導電型化合物半導体エピタキシャル層ｃとの接合面と接する部分がエッチング除去可能となるよう感光性レジストを利用してパターンニング後、両エピタキシャル層をエッチングし、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層ｂと第２導電型化合物半導体エピタキシャル層ｃの接合端部分を凹型に成型する。
【００１９】
次に凹形状に成型した面と同一面上であって第１導電型化合物半導体エピタキシャル層ｂおよび第２導電型化合物半導体エピタキシャル層ｃの表面にあたる位置に、金属蒸着またはスパッタリングおよび感光性レジストによるパターンニングを用いて、各々電極ｄおよびｅを形成する。エッチング除去、電極形成されると図１−（７）のようになる。
【００２０】
図１−（７）において、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層ｂと第２導電型化合物半導体エピタキシャル層ｃとの上面に対して鉛直方向で、かつ、接合面―接合面の中央部分に相当する位置で任意のピッチでダイシングし、所定の大きさのチップ分割を行うことにより発光ダイオード素子とする（図２）。
【００２１】
実施例２
上記の実施例１における、第１導電型化合物半導体結晶基板ａを除去後のプロセスにおいて（図１−（６）、図３−（９））、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層ｂと第２導電型化合物半導体エピタキシャル層ｃとの接合面と平行で、かつ、隣り合う接合面の中央位置をハーフダイシングし、溝ｈを形成する（図３−（１０））。
後に、例えば特開平5−166925のような方法により、第１導電型化合物半導体エピタキシャル層ｂと第２導電型化合物半導体エピタキシャル層ｃの側面（ダイシング溝面）にそれぞれ電極ｆおよび電極ｇを形成し、ダイシングまたはヘキ開によりチップ分割し、発光ダイオード素子とする。この時、電極ｆおよび電極ｇは側面のみに形成されている必要はなく、それぞれの側面と連続する第１導電型化合物半導体エピタキシャル層ｂと第２導電型化合物半導体エピタキシャル層ｃ面上にわたりＬ型に連なる電極を形成することも可能である（図４）。
【００２２】
【発明の効果】
上記の通り、本発明によれば、エピタキシャル成長段階で発光領域となる接合面がエピタキシャル成長方向と平行に形成されるため、素子分割後、側面発光ダイオードとして基板実装により利用する際に、転倒の作業が不要となる。また、エピタキシャル成長層の制御、基板、エピタキシャル層を除去、研削することにより、ダイシングの手法に左右されない薄型化、小型化した発光ダイオード素子の作成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における発光ダイオードの作成プロセスを示す概略図である。
図１において、（１）は第１導電型化合物半導体結晶基板を示し；（２）は第１導電型化合物半導体結晶基板上に第１導電型化合物半導体エピタキシャル層を形成した状態を示し；（３）は第１導電型化合物半導体エピタキシャル層の一部を除去した状態を示し；（４）は第１導電型化合物半導体エピタキシャル層上に第２導電型化合物半導体エピタキシャル層を形成した状態を示し；（５）は第２導電型化合物半導体エピタキシャル層を除去、研磨した状態を示し；（６）は第１導電型化合物半導体結晶基板を除去した状態を示し；（７）は第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層に電極を形成、更にリーク電流抑制のため凹型に両エピタキシャル層を除去した状態を示し；（８）はダイシング完了状態を示す。
【図２】本発明の実施例１のプロセスにより作成した発光ダイオードの概形図である。
【図３】本発明の実施例２における発光ダイオードの作成プロセスのプロセスを示す概略図である。
図３において、（９）は第１導電型化合物半導体結晶基板を除去した状態を示し；（１０）は第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層上に電極形成のためのハーフダイシング溝を形成した状態を示し；（１１）は第１導電型化合物半導体エピタキシャル層および第２導電型化合物半導体エピタキシャル層それぞれのダイシング側面および天面にわたり電極を形成した状態を示す。
【図４】本発明の実施例２のプロセスにより作成した発光ダイオードの概形図である。
【符号の説明】
ａ：第１導電型化合物半導体結晶基板
ｂ：第１導電型化合物半導体エピタキシャル層
ｃ：第２導電型化合物半導体エピタキシャル層
ｄ：電極（例えばｐ型用電極）
ｅ：電極（例えばｎ型用電極）
ｆ：電極（例えばｎ型用電極）
ｇ：電極（例えばｐ型用電極）

Claims

発光ダイオードを液相または気相エピタキシャル成長法により製造する発光ダイオード製造方法であって、
（１）第１導電型化合物半導体結晶基板の表面上に第１導電型化合物半導体エピタキシャル層を形成する工程：
（２）該第１導電型化合物半導体エピタキシャル層の一部を、該第１導電型化合物半導体結晶基板の表面に対して縦方向に、かつ第１導電型化合物半導体エピタキシャル層が縞状に分離して残るように除去する工程：
（３）第２導電型化合物半導体エピタキシャル層を、該第１導電型化合物半導体結晶基板および残った第１導電型化合物半導体エピタキシャル層の上に形成する工程：および
（４）該第１導電型化合物半導体エピタキシャル層よりも上方に形成された第２導電型化合物半導体エピタキシャル層を除去する工程
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。