JP4699258B2 - フリップチップ発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フリップチップ型の発光ダイオード及びその製造方法に係り、特に、Ｎ型電極形成のためのメサ（mesa）だけでなく、メサとメサとの間に存在する所定領域をエッチングして複数の溝を形成することによって、電流が発光部の中心部分へ多く流れるようにし、電流拡散の効果が得られるようにしたフリップチップ発光ダイオード及びその製造方法に関する。

一般に、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）は、電子とホールの再結合という化合物半導体の特性を用いて電気信号を、赤外線、可視光線などの光の形態に変換した信号として送受信するのに使われる半導体素子のことをいう。

通常、発光ダイオードは、家電製品、リモコン、電光板、表示器、各種自動化機器、光通信などに使用され、大きく、ＩＲＥＤ（Infrared Emitting Diode）とＶＬＥＤ（Visible Light Emitting Diode）とに分類される。

発光ダイオードにおいて、発光する光の周波数（あるいは、波長）は、半導体素子に使われる材料のバンドギャップ関数であって、小さいバンドギャップを持つ半導体材料を使用する場合、低いエネルギーと長い波長の光子が発生し、広いバンドギャップを持つ半導体材料を使用する場合、短い波長の光子が発生する。したがって、望む光子の種類によって素子の半導体材料を選択すればよい。

例えば、赤色発光ダイオードではＡｌＧａＩｎＰ物質を使用し、青色発光ダイオードでは炭化ケイ素（ＳｉＣ）とＩＩＩ族窒化物系半導体、特に、窒化ガリウム（ＧａＮ）を使用する。近来、青色発光ダイオードに使用される窒化物系半導体としては、（Ａｌ_xＩｎ_1-x）_yＧａ_1-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の広範な成分が利用されている。

なかでも、ガリウム系発光ダイオードは、ＧａＮのバルク単結晶体を形成できないため、ＧａＮ結晶の成長に適合する基板を使用しなければならないが、代表的にはサファイアが使われている。

図１は、従来技術によるＧａＮ発光ダイオードの断面構成図であり、このＧａＮ発光ダイオード９は、サファイア成長基板１と、該サファイア成長基板１上に形成される発光構造物８と、該発光構造物８に形成されるＰ型電極６及びＮ型電極７を含む。

ＧａＮ発光構造物８は、Ｐ型窒化物半導体層４と活性層３の一部をエッチング（mesa etching）してＮ型窒化物半導体層２の上面一部を露出させ、この露出されたＮ型窒化物半導体層２の上面とエッチングされていないＰ型窒化物半導体層４の上面にそれぞれ、所定の電圧を印加するためのＮ型電極７とＰ型電極６を形成する。ここで、電流注入面積を増加させながら、発生する光の輝度に悪い影響を与えないように、Ｐ型窒化物半導体層４の上面に、Ｐ型電極６を形成する前に透明電極(transparent electrode)５を形成するのが一般的である。

このような構造を有するＧａＮ系発光ダイオードは、チップサイドアップ（chip side up）方式によってダイボンディング（die bonding）工程にて発光ダイオードパッケージを製作することができる。この場合、Ｐ型電極６とＮ型電極７の形成された方向が発光方向となるが、これら電極６，７が形成された部分では発光が起こらず、また、サファイアの低い熱伝導性のために発光時にチップから発生する熱が効率的に放出されないので、発光ダイオードの寿命が低下してしまう。

このような問題点を解決すべく、図１の発光ダイオード９を逆さまにし、Ｐ型電極６とＮ型電極７を直接印刷回路基板またはリードフレーム上にダイボンディング工程で装着し、サファイア基板１が形成された方向を発光方向とするフリップチップ（flip chip）形態が提案された。

このようなフリップチップ発光ダイオードは、一つ以上のＮ型電極を形成するために、成長された活性層及びＰ型窒化物半導体層の所定領域をエッチングし、Ｎ型窒化物半導体層の複数の領域を外部に露出させるが、露出された部分をメサとし、このメサ上にＮ型電極と絶縁体が形成されることで、発光ダイオードのチップが製造される。

図２−ａ及び図２−ｂは、従来の発光ダイオードがフリップチップボンディングされた状態に対する断面構成図であり、これについて説明すると、下記の通りである。

まず、図２−ａは、製造された発光ダイオードのチップと接合されるべきシリコンサブマウント２０を示す。ここで、参照符号２１及び２２は、シリコンサブマウント２０の電極と、製造された発光ダイオードチップのＰ、Ｎ型電極とを電気的に接合させるためにソルダーバンプ（solder bump）が付着される位置を示す。

図２−ｂは、フリップチップボンディングされた従来の発光ダイオードを示す。図示のように、発光ダイオードは、基本的に、サファイア基板１と、該サファイア基板１上にＮ型窒化物半導体層、活性層、Ｐ型窒化物半導体層が順次に積層されてなる発光構造物８と、該発光構造物８の上部の所定位置に、ｐ型オーミックメタル、バリアメタル、ボンディングメタルが順次に積層されてなるＰ型電極６と、Ｎ型窒化物半導体層上の所定領域に形成されてボンディング及び電圧印加用に使われるＮ型電極７と、から構成される。このように構成される発光ダイオードは、Ｐ型電極６とＮ型電極７上に形成されたソルダーバンプ１０を介在してシリコンサブマウント２０と直接接合される。ここで、Ｐ型電極６とＮ型電極７は、ソルダーバンプ１０を介してシリコンサブマウント２０に形成された陽電極１１、陰電極１２とそれぞれ接続される。

しかしながら、上述したような従来のフリップチップ発光ダイオードにおいては、Ｎ型電極から遠ざかるほど電流の流れる経路の長さが長くなってＮ−ＧａＮの抵抗が増加し、これによって、Ｎ型電極に近接している部分に電流が集中して流れ、電流拡散の効果が低下するという問題点があった。

本発明は上記問題点を解決するためのもので、その目的は、メサとメサとの間に位置している発光構造物のうち、Ｎ型窒化物半導体層が露出されるよう、活性層とＰ型窒化物半導体層をエッチングして複数の溝を形成し、これら溝の表面に絶縁層を形成することによって、電流の流れを中心部分に導き、発光ダイオードチップ中心部分の発光効率を改善できるフリップチップ発光ダイオード及びその製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記複数の溝を形成するにあたって、溝同士の間隔が変るように設計することによって、従来においてＮ型電極側に集中する電流が、発光部の中心部分に多く流れるようにし、電流拡散の効果が得られるフリップチップ発光ダイオード及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るフリップチップ発光ダイオードの製造方法は、光透過性基板上にＮ型窒化物半導体層、活性層、Ｐ型窒化物半導体層を順次に形成する段階と、前記活性層及びＰ型窒化物半導体層の所定領域をエッチングし、前記Ｎ型窒化物半導体層の複数の領域を外部に露出させるメサ形成段階と、前記形成されたメサとメサ間に位置している前記活性層及びＰ型窒化物半導体層の所定領域をエッチングし、前記Ｎ型窒化物半導体層の複数の領域を外部に露出させる溝形成段階と、前記形成された溝の表面に絶縁層を形成する溝絶縁段階と、前記Ｐ型窒化物半導体層の上部と前記溝の表面に形成された絶縁層にわたってＰ型電極を形成するＰ型電極形成段階と、前記形成されたメサ上にＮ型電極を形成するＮ型電極形成段階を含み、前記溝形成段階において、前記メサ側に近付くほど、複数形成された前記溝と溝の間の間隔が狭まるようにエッチングを行うことを特徴とする。

ここで、前記メサ形成段階または溝形成段階では、ＲＩＥ工法によってエッチングすることができる。

そして、前記メサ形成段階または溝形成段階では、前記活性層及びＰ型窒化物半導体層の所定領域をエッチングすることができる。

前記溝形成段階において、前記溝の幅が１μｍ〜５０μｍの範囲となるようにエッチングすることができる。

そして、前記Ｐ型電極形成段階において、ｐ型オーミックメタル、バリアメタル、ボンディングメタルを順次に積層することができる。

前記Ｎ型電極形成段階において、ｎ型オーミックメタルを積層することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明に係るフリップチップ発光ダイオードは、光透過性基板と、前記基板上に、Ｎ型窒化物半導体層、活性層、Ｐ型窒化物半導体層が順次に形成されてなり、前記Ｎ型窒化物半導体層の複数の領域が所定幅を持つように露出されることによって形成されたメサ、および前記複数のメサとメサ間に位置している前記Ｎ型窒化物半導体層の複数の領域が所定幅で露出されることによって形成された溝を有する発光構造物と、前記発光構造物の溝の表面にわたって形成される溝絶縁層と、前記発光構造物のＰ型窒化物半導体層の上部と前記溝表面に形成された絶縁層にわたって形成されるＰ型電極と、前記発光構造物の複数のメサに形成されるＮ型電極を含み、前記発光構造物に形成された複数の溝は、前記Ｎ型電極が形成されたメサに近付くほど隣接する溝間の間隔が狭くなっていることを特徴とする。

ここで、前記発光構造物は、活性層及びＰ型窒化物半導体層がＲＩＥされてなるものであってもよい。

前記発光構造物に形成された溝は、１μｍ〜５０μｍの範囲の幅を有するものであってもよい。

前記Ｐ型電極は、ｐ型オーミックメタル、バリアメタル、ボンディングメタルが順次に積層されて形成されてなるものであってもよい。

前記Ｎ型電極は、ｎ型オーミックメタルが積層されて形成されたものであってもよい。

本発明のフリップチップ発光ダイオード及びその製造方法によれば、メサの他、メサとメサ間の所定の領域をエッチングして複数の溝を形成し、その上に絶縁層を形成するため、発光部の中心部分へ電流の流れを誘導させることが可能になる。

また、本発明によれば、複数の溝を形成するにあたって、Ｎ型電極へ行くほど溝と溝間の間隔を狭く設計することによって電流経路断面積を減らすため、Ｎ型電極側に集中する電流が発光部の中心部分へ多く流れ、電流拡散が増大する効果が得られる。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

まず、図３は、本発明の一実施形態によるフリップチップ発光ダイオードの断面構成図である。図３に示すように、本発明の一実施形態によるフリップチップ発光ダイオードは、光透過性基板のサファイア基板３０と、該サファイア基板３０上に、Ｎ型窒化物半導体層３１、多重量子井戸構造の活性層３２及びＰ型窒化物半導体層３３が順次に形成されてなる発光構造物４１を含む。発光構造物４１は、Ｐ型窒化物半導体層３３と活性層３２をエッチングし、Ｎ型窒化物半導体層３１の上面一部を露出させることによって形成される複数のメサ（図示せず）と、これら複数のメサとメサとの間に位置している発光構造物４１の活性層及びＰ型窒化物半導体層の所定領域をエッチングし、Ｎ型窒化物半導体層３１の複数の領域を外部に露出させることによって形成される溝（図示せず）を含んでなる。また、このような溝の表面には溝絶縁層３４が形成されており、Ｐ型窒化物半導体層３３と溝絶縁層３４の表面にわたってｐ型オーミックメタル３５、バリアメタル３６、ボンディングメタル３７が順次に積層されてなるＰ型電極３８が形成されている。

まず、発光構造物４１において、光透過性基板として使われるサファイア基板３０上に、Ｎ型窒化物半導体層３１と、活性層３２、Ｐ型窒化物半導体層３３を順次形成して発光構造物４１を製造する方法は、有機金属化学蒸着法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；ＭＯＣＶＤ）などの工程を用いる。ＭＯＣＶＤでは、III族の有機金属化合物である揮発性のアルキル化合物と、Ｖ族の水素化合物を原料にして気相熱反応をさせることで、III−Ｖ族化合物を生成する。使用する材料が有毒で且つ爆発の危険性があるが、ＭＢＥ水準の非常に薄い成長層を形成することができ、良質の薄膜生産の再現性と量産性があることから、特に高輝度発光ダイオード生産の際にはこのような方法を使用することが好ましい。ここで、Ｎ型窒化物半導体層３１を成長させる前に、サファイア基板３０との格子整合を向上させるべく、ＡｌＮ／ＧａＮからなるバッファー層（図示せず）を形成しても良い。

一方、活性層３２において、発光領域の活性層３２を１０〜１００ｎｍの厚さに成長させ、ドナー（doner）系とアクセプタ（acceptor）系をコドーピング（co-doping）することによってドナー−アクセプタ対（doner acceptor pair；ＤＡＰ）から発光再結合をさせるダブルヘテロ構造（double hetero structure）と、発光層を１〜１０ｎｍの薄い厚さに製造して量子井戸構造（quantum well structure）を形成することによってバンド−バンド遷移型に発光再結合をさせる単一量子井戸構造（single quantum well structure）または多重量子井戸構造（multi quantum well structure）などが一般化してある。特に、各半導体薄膜層間の格子不整合（lattice mismatch）による転位欠陥（dislocation）のために転位が生成されない臨界厚さ（pseudomorphic critical layer thickness）が非常に薄いので、活性層３２の厚さが臨界厚さを越えない薄い量子構造の光素子製作がより好ましい。

そして、発光構造物４１に形成されたメサは、活性層３２とＰ型窒化物半導体層３３をＮ型窒化物半導体層３１の全体部分にわたって成長させた後、成長された活性層３２とＰ型窒化物半導体層３３の所定領域をエッチングすることで形成され、このように形成されたメサ部分に、Ｎ型電極３９が位置するようになる。また、形成されたメサとメサとの間に位置している活性層３２及びＰ型窒化物半導体層３３の所定領域をエッチングすることで複数の溝が形成される。

ここで、メサ及び溝を形成する際にエッチング方法としてはＲＩＥ工法が好ましいが、このＲＩＥ工法は、湿式エッチング工法（wet etching）に比べ、望むメサ及び溝の形状を正確にエッチングでき、また、後述するメサ及び溝の断面に対する角度をも容易に調節でき、結果として発光効率を向上させることができる。

一方、メサ上には、Ｎ型電極の他に、発光素子を保護するための絶縁体の一部が形成されても良いが、一般に、Ｎ型電極の幅が１５〜３０μｍ、絶縁体一部の幅が１０〜２０μｍであるので、メサは少なくとも２５〜５０μｍの幅を必要とする

また、発光構造物４１に形成された複数の溝の表面のそれぞれには、溝絶縁層３４が形成されているが、このような溝絶縁層３４によって、Ｎ型電極３９に近接している部分に集中する電流の流れを、Ｎ型電極３９から遠く離れている中心部分へも分散させることができる。溝絶縁層３４として使用可能な物質としては、通常、ＳｉＯ₂ が好ましく、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ などの絶縁物質を使用することもできる。

そして、Ｐ型電極３８は、Ｐ型窒化物半導体層３３の上部と溝の表面に形成された絶縁層３４にわたって順次積層されたｐ型オーミックメタル３５、バリアメタル３６、及びボンディングメタル３７を含む。

ここで、ｐ型オーミックメタル３５は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ／Ｎｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｎｉ−Ｌａ固溶体（solid solution）／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｎｉ、Ｚｎ−Ｎｉ固溶体／Ａｕ、ＩｎＧａＮ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ−Ｌａ固溶体／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｎｉ、Ｐｔ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｔａ／Ｔｉ、Ｒｕ／Ｎｉ、Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕよりなる群から選ばれた物質からなる。

また、バリアメタル３６は、オーミック接触（Ohmic Contact）用金属と最上層の配線用金属層の合金化を防止するための目的で積層し、通常、Ｃｒ／ＮｉやＴｉとＷの合金成分からなる。

そして、ボンディングメタル３７は、サファイア基板３０と熱膨張係数が類似するシリコンサブマウント（図２−ａ参照）に形成された電極とボンディングされる部分であって、通常、Ｃｒ／Ａｕ成分から構成される。

一方、一部がエッチングされ形成されたメサ上に形成されるＮ型電極３９は、ｎ型オーミックメタルが積層された構造であり、ｎ型オーミックメタルは、Ｔｉ／Ａｇ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｐｄ／Ａｌ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｓｉ／Ｔｉ、ＩＴＯ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、ＩＴＯ／ＺｎＯ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｌよりなる群から選ばれた物質からなる。

一方、上述のＰ型電極３８、Ｎ型電極３９の上部は、透明な不導体膜で構成される絶縁体によって覆われてチップが保護されるが、このときに、形成された電極３８，３９の一部または全部が露出されるよう、絶縁体の該当部分がエッチングされた形状をしている。すなわち、電極３８，３９と対応する位置でこれら電極とほぼ類似する形態（ほぼ同じ線幅と長さを有する形態）にエッチングされる。

図４−ａ乃至図４−ｄは、図３に示す溝と溝の表面にわたって形成された溝絶縁層及び溝絶縁層上に形成されるＰ型電極を拡大した断面構成図である。

まず、図４−ａは、メサとメサとの間に位置している、成長した活性層３２及びＰ型窒化物半導体層３３の所定領域をエッチングし、Ｎ型窒化物半導体層３１の複数の領域を外部に露出させることによって形成された複数の溝４０を示すものである。

これら溝４０は、その幅（ｄ）が１μｍ乃至５０μｍの範囲となるようにエッチングする。もし、溝４０の幅（ｄ）を５０μｍよりも大きくエッチングすると、全体発光面積のうち、発光をしない溝４０の占める面積が広すぎるため発光効率が低下してしまう。したがって、溝４０の幅（ｄ）は、５０μｍを越えないようにすることが好ましい。

特に、図４−ａに示すように、溝４０をＲＩＥ工法を用いてエッチングする場合、溝４０の底面と側面との角度が、９０゜以上１６５゜以下の範囲となるようにエッチングする。一般に、発光素子を構成する半導体は、外部環境（エポキシあるいは空気層）に比べて高い屈折率を有するので、電子と正孔の結合により発生する大部分の光子が素子内部に留まるようになる。これら光子は、外部へ放出される前に、薄膜、基板、電極などさまざまな経路を経るが、このときの吸収によって外部量子効率が減少してしまう。すなわち、発光素子の外部量子効率は、発光素子の構造的な形態と構成物質の光学特性に大きく影響を受けるが、従来の発光ダイオードとは違い、本発明は、ＲＩＥ工法を用いてエッチングし複数の溝４０を形成することによって、内部で全反射し再吸収された光が溝４０を通して放出され、これによって、外部量子効率が向上される。特に、溝４０の底面と側面との角度がななめに調節されるようにエッチングされた発光素子が、優れた部量子効率を有し、通常、溝４０の底面と側面との角度が１５０゜〜１６５゜の範囲内にあるときに発光効率が最も良い。

図４−ｃは、エッチングしてなる溝の表面に形成された溝絶縁層３４を示す図である。溝絶縁層３４は、溝４０を通過する電流の流れを遮断することによって、電流の流れを発光部の中心へ誘導し、その上にはＰ型電極が形成される。また、絶縁層３４はさまざまな形態に形成可能である。

図４−ｄは、Ｐ型窒化物半導体層３３と絶縁層３４の表面にわたってｐ型オーミックメタル３５、バリアメタル３６、ボンディングメタル３７が順次に積層されてなるＰ型電極３８を示す。上述したように、ボンディングメタル３６は、電極の形成されたシリコンサブマウント（図２−ａ参照）とボンディングされる部分であり、このときのボンディング方法としては、通常、ソルダーバンピング（Solder Bumping）が使用され、それ以外にスタッドバンプ（Stud bump）や共晶接合（Eutectic bonding）なども使用可能である。

図５は、図３で説明したフリップチップ発光ダイオードの実施形態を示す平面構成図であり、上述の複数の溝に対して、直線でそのパターン５０を示している。したがって、直線で表示された部分に溝絶縁層を形成し、Ｐ型窒化物半導体層と絶縁層の表面にわたってｐ型オーミックメタル、バリアメタル、ボンディングメタルを順次に積層してＰ型電極を形成する。

図６は、図３で説明したフリップチップ発光ダイオードの変形例を示す断面構成図である。図６に示すように、Ｎ型電極３９に近付くほど溝と溝間の間隔が狭まるように設計することによって、Ｎ型電極３９と近接した部分の電流経路断面積を減らし、電流拡散の効果をより向上させることができる。

すなわち、一般のフリップチップ発光ダイオードにおいては、Ｎ型電極３９から遠ざかるほどＮ型窒化物半導体層３１の抵抗が増加し、電流はＮ型電極３９と近接した部分に集中して流れることになるが、本発明の実施形態のように、Ｎ型電極３９に近づくほど絶縁体からなる溝と溝間の間隔を狭くすると、溝絶縁層３４によってＮ型電極３９と近接した部分の電流経路断面積が減り、抵抗効果によってＮ型電極３９と近接している部分の抵抗が増加し、これによって発光部全体の抵抗が全体として一定になる。このため、電流は発光部全体に分散されて流れ、電流拡散の効果が得られる。ここで、抵抗効果は、次の式によって定義される。

すなわち、抵抗効果は、

抵抗Ｒ＝ρＬ／Ｓ（Ｒ：抵抗[Ω]、ρ：比抵抗[Ωｃｍ]、Ｌ：長さ[ｍ]、Ｓ：断面積[ｍ² ]）

で示されるが、電流経路断面積が減るため、この式により、Ｎ型電極３９と近接している部分の抵抗は増加する。

図７は、図５で説明したフリップチップ発光ダイオードの変形例を示す平面構成図である。図７に示すように、前記表示された長方形の面積Ｓは、Ｎ型電極３９から遠ざかるほど、遠ざかる割合に比例して広くなる。すなわち、Ｎ型電極３９に近づくほど、パターン５０の間隔を狭く設計すると、Ｎ型電極３９と近接している部分の電流経路断面積が減り中心部分に電流が多く流れるようになり、結果として電流拡散の効果が得られる。

図８は、本発明によるフリップチップ発光ダイオードの製造方法を示す順序図である。

図８に示すように、本発明によるフリップチップ発光ダイオードの製造方法は、９段階の工程からなる。

すなわち、ワイパーの表面についている汚染物を除去する洗浄（cleaning）段階（Ｓ１）と、電子放出を起こす或いは増加させるための陰極処理をし、Ｐ−ＧａＮ、Ｎ型窒化物半導体層及び活性層を成長させる活性化（activation）段階（Ｓ２）と、メサ及び溝を形成する段階（Ｓ３）と、前記形成された溝の表面に絶縁層を形成する段階（Ｓ４）と、前記Ｐ型窒化物半導体層の上部と前記溝の表面に形成された絶縁層にわたってＰ型電極を形成する段階、すなわち、ｐ型オーミックメタルを形成する段階、前記ｐ型オーミックメタル上にバリアメタルを形成する段階、及び前記バリアメタル上にボンディングメタルを形成する段階（Ｓ５乃至Ｓ７）と、前記形成されたメサ上にＮ型電極を形成、すなわちｎ型オーミックメタルを形成する段階（Ｓ８）と、前記Ｐ型電極とＮ型電極が形成されたＰ型窒化物半導体層とＮ型窒化物半導体層の上部を絶縁した後、前記Ｐ型電極とＮ型電極の所定領域が露出されるようにエッチングする段階（Ｓ９）を行うことによって、本発明による発光ダイオードチップの製造が完成する。

前記メサと溝は、洗浄、フォト（photo）工程、エッチング、ストリップ（strip）、厚さ調整を通じて形成され、ｐ型オーミックメタル、ｎ型オーミックメタル、バリアメタル及びボンディングメタルは、洗浄、フォト工程、前処理、リフトオフ(lift off)、アニーリング（annealing）工程を通じて形成され、溝絶縁層及び絶縁層は、洗浄、フォト工程、エッチング、ストリップ、洗浄工程を通じて形成される。

図９−ａ乃至９−ｆは、本発明によるフリップチップ発光ダイオードの製造工程断面図であり、図８の順序図に示す各工程を、それぞれの図面を参照して詳細に説明する。

まず、図９−ａは、メサ及び溝を形成する段階を示す。発光構造物４１上にポジ型フォトレジスト９０を塗布した後に、ＲＩＥ工法を用いてエッチングすることで、メサと溝を形成する。このときに、メサと溝はそれぞれその幅を調整しながらエッチングすることができる。

図９−ｂは、溝絶縁層を形成する段階を示す。発光構造物４１及び溝の表面上部に透明な不導体膜で絶縁層９３を形成した後に、ネガ型フォトレジスト９１を塗布し、ネガ型フォトレジスト９１を現像した後に前記溝の表面を除外した発光構造物４１が露出されるように、絶縁層９３の該当部分をエッチングする。その後、溝の表面上部に在るネガ型フォトレジスト９１を除去することで、溝絶縁層３４を形成する。ここで、現像工程は、現像液を用いて必要な箇所と不要な箇所とを区分して像を形成すべく一定部位のフォトレジストを除去することをいう。

図９−ｃは、ｐ型オーミックメタルを形成する段階を示す。発光構造物４１及び溝絶縁層３４上にネガ型フォトレジスト９１を塗布しこのネガ型フォトレジスト９１を現像した後に、ｐ型オーミックメタル３５を積層し、リフトオフ方式でｐ型オーミックメタル３５を形成する。ここで、リフトオフは、フォトレジストを塗布し、スポット形状の紫外線で修正部分を照射し現像してフォトレジストを除去した後に、クロムなどの遮光膜を蒸着してフォトレジストと共に非修正部分のクロムを除去する方法のことをいう。

図示しないが、ｎ型オーミックメタルも、ｐ型オーミックメタルを形成する方法と同じ方法で形成される。

図９−ｄは、バリアメタルを形成する段階を示す。発光構造物４１及び溝絶縁層３４に形成されたｐ型オーミックメタル３５上に、ネガ型フォトレジスト９１を塗布しこのネガ型フォトレジスト９１を現像した後にバリアメタル３６を積層し、リフトオフ方式でバリアメタル３６を形成する。

図９−ｅは、ボンディングメタルを形成する段階を示す。図９−ｃ及び図９−ｄのｐ型オーミックメタル及びバリアメタル形成工程と同様に、発光構造物４１及び溝絶縁層３４に形成されたバリアメタル３６上に、ネガ型フォトレジスト９１を塗布しこのネガ型フォトレジスト９１を現像した後にボンディングメタル３７を積層し、リフトオフ方式でボンディングメタル３７を形成する。

図９−ｆは、絶縁層を形成する段階を示す。発光構造物４１及び溝絶縁層３４に形成されたＰ型電極３８上に、透明な不導体膜で絶縁層９２を形成した後に、ネガ型フォトレジスト９１を塗布しこのネガ型フォトレジスト９１を現像した後に、形成された電極３８，３９の一部または全部が露出されるように絶縁層９２の該当部分をエッチングする。その後、溝の表面上部に残っているネガ型フォトレジスト９１を除去することで、絶縁層９２を形成する。

このように、本発明によるフリップチップ発光ダイオード及びその製造方法によれば、前記形成されたメサとメサとの間に位置している、成長した活性層及びＰ型窒化物半導体層の所定領域をエッチングし、Ｎ型窒化物半導体層の複数の領域を外部に露出させることによって複数の溝を形成し、これら溝の表面に絶縁層を形成することによって、電流の流れを中心部分に誘導でき、かつ、複数の溝を形成するにあたって、Ｎ型電極へ行くほど溝と溝間の間隔を狭く設計することによって、電流経路断面積を減らし、その結果、従来のＮ型電極側に集中していた電流が発光部の中心部分に多く流れるようにし、電流拡散の効果を得ることが可能になる。

以上では具体的な実施形態に挙げて本発明を説明してきたが、これら具体例に限定されず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の置換、変形及び変更が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者にとって明らかである。したがって、このような置換、変形及び変更なども、特許請求の範囲に属するものとして解釈すべきである。

以上のように、本発明にかかるフリップチップ発光ダイオードは、家電製品、リモコン、電光板、表示器、各種自動化機器、光通信などに有用である。

従来技術による発光ダイオードの断面構成図である。 従来の発光ダイオードがフリップチップボンディングされた状態に対する断面構成図である。 従来の発光ダイオードがフリップチップボンディングされた状態に対する断面構成図である。 本発明の一実施形態によるフリップチップ発光ダイオードの断面構成図である。 図３において溝、溝の表面にわたって形成された溝絶縁層、及び溝絶縁層上に形成されるＰ型電極を拡大して示す断面構成図である。 図３において溝、溝の表面にわたって形成された溝絶縁層、及び溝絶縁層上に形成されるＰ型電極を拡大して示す断面構成図である。 図３において溝、溝の表面にわたって形成された溝絶縁層、及び溝絶縁層上に形成されるＰ型電極を拡大して示す断面構成図である。 図３において溝、溝の表面にわたって形成された溝絶縁層、及び溝絶縁層上に形成されるＰ型電極を拡大して示す断面構成図である。 本発明の一実施形態によるフリップチップ発光ダイオードの平面構成図である。 本発明によるフリップチップ発光ダイオードの変形例を示す断面構成図である。 本発明によるフリップチップ発光ダイオードの変形例を示す平面構成図である。 本発明によるフリップチップ発光ダイオードの製造方法を示す順序図である。 本発明によるフリップチップ発光ダイオードの製造工程断面図である。 本発明によるフリップチップ発光ダイオードの製造工程断面図である。 本発明によるフリップチップ発光ダイオードの製造工程断面図である。 本発明によるフリップチップ発光ダイオードの製造工程断面図である。 本発明によるフリップチップ発光ダイオードの製造工程断面図である。 本発明によるフリップチップ発光ダイオードの製造工程断面図である。

符号の説明

３０ サファイア基板
３１ Ｎ型窒化物半導体層
３２ 活性層
３３ Ｐ型窒化物半導体層
３４ 溝絶縁層
３５ ｐ型オーミックメタル
３６ バリアメタル
３７ ボンディングメタル
３８ Ｐ型電極
３９ Ｎ型電極
４０ 溝
４１ 発光構造物
５０ 溝のパターン
９０ ポジ型フォトレジスト
９１ ネガ型フォトレジスト
９２ 絶縁体
９３ 絶縁層
ｄ 溝の幅
Ｓ 長方形の広さ

Claims (11)

1. 光透過性基板上にＮ型窒化物半導体層、活性層、Ｐ型窒化物半導体層を順次に形成する段階と、
   前記Ｎ型窒化物半導体層の一部領域が露出されるように前記活性層及びＰ型窒化物半導体層をメサエッチングすることで、Ｎ型電極形成領域を設けるメサ形成段階と、
   前記形成されたメサとメサの間に位置している前記活性層及びＰ型窒化物半導体層の所定領域をエッチングし、前記Ｎ型窒化物半導体層の領域を露出させる複数の溝を形成することで、発光構造物を複数の発光部に分割する溝形成段階と、
   前記形成された溝の表面に絶縁層を形成する溝絶縁段階と、
   前記Ｐ型窒化物半導体層の上部と前記溝の表面に形成された絶縁層にわたってＰ型電極を形成するＰ型電極形成段階と、
   前記形成されたメサ上にＮ型電極を形成するＮ型電極形成段階
   を含み、
   前記溝形成段階において、前記メサに近付くほど、前記発光部の面積が次第に減少するように、前記溝と溝の間の間隔が狭まることを特徴とする、フリップチップ発光ダイオードの製造方法。
2. 前記メサ形成段階または溝形成段階では、ＲＩＥ工法によってエッチングすることを特徴とする、請求項１に記載のフリップチップ発光ダイオードの製造方法。
3. 前記メサ形成段階または溝形成段階では、前記活性層及びＰ型窒化物半導体層の所定領域をエッチングすることを特徴とする、請求項１または２に記載のフリップチップ発光ダイオードの製造方法。
4. 前記溝形成段階において、前記溝の幅が１μｍ〜５０μｍの範囲となるようにエッチングすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフリップチップ発光ダイオードの製造方法。
5. 前記Ｐ型電極形成段階において、ｐ型オーミックメタル、バリアメタル、ボンディングメタルを順次に積層することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のフリップチップ発光ダイオードの製造方法。
6. 前記Ｎ型電極形成段階において、ｎ型オーミックメタルを積層することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のフリップチップ発光ダイオードの製造方法。
7. 光透過性基板と、
   前記基板上に、Ｎ型窒化物半導体層、活性層、Ｐ型窒化物半導体層が順次に形成されてなり、前記Ｎ型窒化物半導体層の一部領域が露出されることによって形成されたメサ、および複数のメサとメサの間に位置している前記Ｎ型窒化物半導体層が所定幅で露出されるように形成された複数の溝により複数の発光部に分割された発光構造物と、
   前記発光構造物の溝の表面にわたって形成される溝絶縁層と、
   前記発光構造物のＰ型窒化物半導体層の上部と前記溝表面に形成された絶縁層にわたって形成されるＰ型電極と、
   前記発光構造物の複数のメサに形成されるＮ型電極
   を含み、
   前記発光構造物に形成された複数の溝は、前記Ｎ型電極が形成されたメサに近付くほど、前記発光部の面積が次第に減少するように、隣接する溝間の間隔が狭くなっている、フリップチップ発光ダイオード。
8. 前記発光構造物は、活性層及びＰ型窒化物半導体層がＲＩＥされてなることを特徴とする、請求項７に記載のフリップチップ発光ダイオード。
9. 前記発光構造物に形成された溝が、１μｍ〜５０μｍ範囲の幅を有することを特徴とする、請求項７または８に記載のフリップチップ発光ダイオード。
10. 前記Ｐ型電極は、ｐ型オーミックメタル、バリアメタル、ボンディングメタルが順次に積層されて形成されたことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載のフリップチップ発光ダイオード。
11. 前記Ｎ型電極は、ｎ型オーミックメタルが積層されて形成されたことを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のフリップチップ発光ダイオード。

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