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JP2014049759A - 発光ダイオードチップの製造方法 - Google Patents

発光ダイオードチップの製造方法 Download PDF

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雅▲ブン▼ 林
Shih-Cheng Huang
世晟 黄
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Abstract

【課題】本発明は、電流分布が均一である発光ダイオードチップの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る発光ダイオードチップの製造方法は、予め成型された発光ダイオード構造体を提供し、前記発光ダイオード構造は、第一基板と、前記第一基板に順次に形成される核形成層と、バッファ層と、ｎ型層と、量子井戸層と、ｐ型層と、を備えるステップと、前記ｐ型層の表面に少なくとも１つの絶縁ブロックを形成するステップと、前記ｐ型層の表面に前記絶縁ブロックを覆うミラー層を形成するステップと、前記ミラー層の表面に第二基板を形成するステップであって、前記第二基板は導電性基板であるステップと、前記第一基板を除去することによって前記核形成層の底面を露出させるステップと、前記核形成層の露出面に前記絶縁ブロックに対応するｎ型電極を設置するステップと、を備える。
【選択図】図１３

Description

本発明は、発光ダイオードチップの製造方法に関し、特に電流の分布が均一である発光ダイオードチップの製造方法に関するものである。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、電流を特定の波長の光に転換できる半導体素子からできており、高輝度、低駆動電圧、低消費電力、長寿命等の多くの利点を有している。それ故に、ＬＥＤは、従来の蛍光灯或いは白熱灯に代わって、ランプの光源として現在広く利用されている。
しかし、ＬＥＤが作動している場合、電流がｐ型電極からｎ型電極に流れる時、ｐ型電極とｎ型電極との間の最短経路に集中し易いため、ＬＥＤの２つの電極に近い箇所の輝度が最も高く、ＬＥＤの光出力輝度は不均一である。さらに、ＬＥＤによって生成された熱は２つの電極の周囲に集中し易いため、２つの電極の温度が高くなり過ぎてしまうという問題を招き易い。従って、発光ダイオードチップの寿命に影響を与える可能性がある。
前記課題を解決するために、本発明は、電流分布が均一である発光ダイオードチップの製造方法を提供する。
本発明に係る発光ダイオードチップの製造方法は、予め成型された発光ダイオード構造体を提供し、前記発光ダイオード構造体は、第一基板と、前記第一基板に順次に形成される核形成層と、バッファ層と、ｎ型層と、量子井戸層と、ｐ型層と、を備えるステップと、前記ｐ型層の表面に少なくとも１つの絶縁ブロックを形成するステップと、前記ｐ型層の表面に前記絶縁ブロックを覆うミラー層を形成するステップと、前記ミラー層の表面に第二基板を形成するステップであって、前記第二基板は導電性基板であるステップと、前記第一基板を除去することによって前記核形成層の底面を露出させるステップと、前記核形成層の露出面に前記絶縁ブロックに対応するｎ型電極を設置するステップと、を備える。
従来の技術と比べて、本発明に係る発光ダイオードチップの製造方法によって製造された発光ダイオードチップは、ｎ型電極が絶縁ブロックに対応して設置されるため、電流が第二基板からｎ型電極に流れる時、該絶縁ブロックによって阻止される。この結果、電流が絶縁ブロックの両側から流れるため、電流が第二基板とｎ型電極との間の最短経路に集中されず、電流の拡散の均一性が向上される。従って、発光ダイオードチップの光出力輝度を均一にすることができる。
本発明の第一実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法における各ステップを示す図である。 本発明の第一実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法における各ステップを示す図である。 本発明の第一実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法における各ステップを示す図である。 本発明の第一実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法における各ステップを示す図である。 本発明の第一実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法における各ステップを示す図である。 本発明の第一実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法における各ステップを示す図である。 本発明の第二実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法における各ステップを示す図である。 本発明の第二実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法における各ステップを示す図である。 本発明の第二実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法における各ステップを示す図である。 本発明の第二実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法における各ステップを示す図である。 本発明の第二実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法における各ステップを示す図である。 本発明の第二実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法における各ステップを示す図である。 本発明の第二実施形態に係る発光ダイオードチップの製造方法における各ステップを示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１〜図６を参照すると、本発明の第一実施形態に係る発光ダイオードチップ１００の製造方法は、以下のステップを備える。
図１を参照すると、予め成型された発光ダイオード構造体１０を提供する。該発光ダイオード構造体１０は、第一基板１１と、第一基板１１に形成される核形成層１２と、核形成層１２に形成されるバッファ層１３と、バッファ層１３に形成されるｎ型層１４と、ｎ型層１４に形成される量子井戸層１５と、量子井戸層１５に形成されるｐ型層１６と、を備える。
第一基板１１は平板状を呈し、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）等の材料からなる。本実施形態において、第一基板１１はサファイアからなる。
核形成層１２、バッファ層１３、ｎ型層１４、量子井戸層１５及びｐ型層１６は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）或いはハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）等の方式によって、第一基板１１の表面に順次に成長される。核形成層１２は、第一基板１１とバッファ層１３との間の結合能力を向上させる。バッファ層１３の格子定数は各半導体層の格子定数に近い。これにより、バッファ層１３は、各半導体層が成長する時に格子不整合に起因する欠陥を低減させることができる。本実施形態において、ｎ型層１４はｎ型ＧａＮであり、量子井戸層１５は多重量子井戸層（ｍｕｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）であり、ｐ型層１６はｐ型ＧａＮである。
図２を参照すると、ｐ型層１６の表面に絶縁層２０を形成する。該絶縁層２０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）等の材料のいずれか一種からなる。本実施形態において、絶縁層２０は二酸化ケイ素からなる。
図３を参照すると、絶縁層２０をエッチングして互いに離間する複数の絶縁ブロック２１を形成する。絶縁ブロック２１はフォトリソグラフィ法によって形成される。本実施形態において、絶縁ブロック２１の数量は２つである。
図４を参照すると、ｐ型層１６の表面に絶縁ブロック２１を覆うミラー層３０を形成する。該ミラー層３０の表面は滑らかな平面であり、発光ダイオードチップ１００の光取り出し効率を向上させることができる。
図５を参照すると、ミラー層３０の表面に電気めっき又はダイボンディングによって第二基板４０を形成する。第二基板４０は金属基板或いは半導体基板である。第二基板４０が金属基板の場合、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）又は金（Ａｕ）のうちのいずれか一つ或いはこれらの材料の合金からなる。次いで、レーザ剥離法又は化学的分離法によって第一基板１１を発光ダイオード構造体１０から除去する。この際、第一基板１１に隣接した核形成層１２の底面は露出される。
図６を参照すると、発光ダイオード構造体１０を反転させた後、核形成層１２の露出面に絶縁ブロック２１に対応するｎ型電極５０を形成する。ｎ型電極５０は、チタン、アルミニウム、銀、ニッケル、タングステン、銅、パラジウム、クロム又は金のうちのいずれか一つ或いはこれらの材料の合金からなる。各ｎ型電極５０は、各絶縁ブロック２１と同じ大きさである。
発光ダイオードチップ１００が作動する時、ｐ型電極として用いられる第二基板４０とｎ型電極５０とは、量子井戸層１５の対向する両側にそれぞれ位置する。第二基板４０とｎ型電極５０の両端に電圧をそれぞれ印加すると、ｐ型層１６内の正孔とｎ型層１４内の電子とは、電場によって量子井戸層１５内で結合して発光する。ｎ型電極５０が絶縁ブロック２１に対応して設置されるため、電流が第二基板４０からｎ型電極５０に流れる時、絶縁ブロック２１によって阻止される。この結果、電流が絶縁ブロック２１の両側から流れる。これにより、電流が第二基板４０とｎ型電極５０との間の最短経路に集中されず、電流の拡散の均一性が向上される。従って、発光ダイオードチップ１００の光出力輝度を均一にすることができる。さらに、電流が均一に拡散されるため、発光ダイオードチップ１００によって生成される熱は集中しない。これにより、発光ダイオードチップ１００の寿命を向上させることができる。
図７〜図１３を参照すると、本発明の第二実施形態に係る発光ダイオードチップ２００の製造方法は、以下のステップを備える。
図７を参照すると、予め成型された発光ダイオード構造体１０を提供する。該発光ダイオード構造体１０は、第一基板１１と、第一基板１１に形成される核形成層１２と、核形成層１２に形成されるバッファ層１３と、バッファ層１３に形成されるｎ型層１４と、ｎ型層１４に形成される量子井戸層１５と、量子井戸層１５に形成されるｐ型層１６と、を備える。
第一基板１１は平板状を呈し、サファイア、炭化珪素、シリコン又は窒化ガリウム等の材料からなる。本実施形態において、第一基板１１はサファイアからなる。
核形成層１２、バッファ層１３、ｎ型層１４、量子井戸層１５及びｐ型層１６は、有機金属気相成長法）、分子線エピタキシー法或いはハイドライド気相成長法等の方式によって第一基板１１の表面に順次に成長される。核形成層１２は、第一基板１１とバッファ層１３との間の結合能力を向上させる。バッファ層１３の格子定数は各半導体層の格子定数に近い。これにより、バッファ層１３は、各半導体層が成長する時に格子不整合に起因する欠陥を低減させることができる。本実施形態において、ｎ型層１４はｎ型ＧａＮであり、量子井戸層１５は多重量子井戸層であり、ｐ型層１６はｐ型ＧａＮである。
ｐ型層１６をエッチングして、その表面に互いに離間した複数の溝１７を形成する。各溝１７の深さはｐ型層１６の厚さより小さい。本実施形態において、溝１７はフォトリソグラフィ法によって形成され、その数量は２つである。
図８を参照すると、ｐ型層１６の表面に絶縁層２０を形成する。該絶縁層２０は、二酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）等の材料のいずれか一種からなる。本実施形態において、絶縁層２０は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる。
図９を参照すると、複数の絶縁ブロック２１を形成するように、ｐ型層１６の表面の絶縁層２０の一部を除去して、溝１７内に絶縁層２０の一部を残す。各絶縁ブロック２１の上表面とｐ型層１６の上表面とは、同じ平面上に位置する。本実施形態において、ｐ型層１６上の絶縁層２０の一部は、化学機械研磨法（ＣＭＰ）によって除去される。
図１０を参照すると、ｐ型層１６の表面に絶縁ブロック２１を覆うミラー層３０を形成する。該ミラー層３０の表面は滑らかな平面であり、発光ダイオードチップ１００の光取り出し効率を向上させることができる。
図１１を参照すると、ミラー層３０の表面に電気めっき又はダイボンディングによって第二基板４０を形成する。該第二基板４０は導電性基板である。本実施形態において、第二基板４０は、チタン、アルミニウム、銀、ニッケル、タングステン、銅、パラジウム、クロム又は金のうちのいずれか一つ或いはこれらの材料の合金からなる金属基板である。
レーザ剥離法又は化学的分離法によって第一基板１１を発光ダイオード構造体１０から除去する。この際、第一基板１１に隣接した核形成層１２の底面は露出される。
図１２及び図１３を参照すると、発光ダイオード構造体１０を反転させた後、核形成層１２の露出面に絶縁ブロック２１に対応するｎ型電極５０を形成する。ｎ型電極５０は、チタン、アルミニウム、銀、ニッケル、タングステン、銅、パラジウム、クロム又は金のうちのいずれか一つ或いはこれらの材料の合金からなる。各ｎ型電極５０は、各絶縁ブロック２１と同じ大きさである。
発光ダイオードチップ２００が作動する時、ｐ型電極として用いられる第二基板４０とｎ型電極５０とは、量子井戸層１５の対向する両側にそれぞれ位置する。第二基板４０とｎ型電極５０の両端に電圧を印加すると、ｐ型層１６内の正孔とｎ型層１４内の電子とは、電場によって量子井戸層１５内で結合して発光する。ｎ型電極５０が絶縁ブロック２１に対応して設置されるため、電流が第二基板４０からｎ型電極５０に流れる時、絶縁ブロック２１によって阻止される。この結果、電流が絶縁ブロック２１の両側から流れる。これにより、電流は第二基板４０とｎ型電極５０との間の最短経路に集中されず、電流の拡散の均一性が向上される。従って、発光ダイオードチップ１００の光出力輝度を均一にすることができる。さらに、電流が均一に拡散されるため、発光ダイオードチップ１００によって生成される熱は集中しない。これにより、発光ダイオードチップ１００の寿命を向上させることができる。
１０ 発光ダイオード構造体
１１ 第一基板
１２ 核形成層
１３ バッファ層
１４ ｎ型層
１５ 量子井戸層
１６ ｐ型層
１７ 溝
２０ 絶縁層
２１ 絶縁ブロック
３０ ミラー層
４０ 第二基板
５０ ｎ型電極
１００、２００ 発光ダイオードチップ

Claims (4)

  1. 予め成型された発光ダイオード構造体を提供するステップであって、前記発光ダイオード構造体は、第一基板と、前記第一基板に順次に形成される核形成層と、バッファ層と、ｎ型層と、量子井戸層と、ｐ型層と、を備えるステップと、
    前記ｐ型層の表面に少なくとも１つの絶縁ブロックを形成するステップと、
    前記ｐ型層の表面に前記絶縁ブロックを覆うミラー層を形成するステップと、
    前記ミラー層の表面に第二基板を形成するステップであって、前記第二基板は導電性基板であるステップと、
    前記第一基板を除去することによって前記核形成層の底面を露出させるステップと、
    前記核形成層の露出面に前記絶縁ブロックに対応するｎ型電極を設置するステップと、
    を備えることを特徴とする発光ダイオードチップの製造方法。
  2. 前記少なくとも１つの絶縁ブロックを形成するステップにおいて、先ず、ｐ型層の表面に絶縁層を形成し、次いで、前記絶縁層をエッチングすることによって絶縁ブロックを形成することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
  3. 前記少なくとも１つの絶縁ブロックを形成するステップにおいて、先ず、前記ｐ型層をエッチングすることによってその表面に溝を形成し、次いで、前記ｐ型層の表面に絶縁層を形成し、最後に、前記ｐ型層の表面の絶縁層の一部を除去して前記溝内に絶縁層の一部を残すことによって前記絶縁ブロックを形成することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
  4. 予め成型された発光ダイオード構造体を提供するステップであって、前記発光ダイオード構造体は、第一基板と、前記第一基板に順次に形成される核形成層と、バッファ層と、ｎ型層と、量子井戸層と、ｐ型層と、を備えるステップと、
    前記ｐ型層の表面に複数の絶縁ブロックを形成するステップと、
    前記ｐ型層の表面に前記絶縁ブロックを覆うミラー層を形成するステップと、
    前記ミラー層の表面に第二基板を形成するステップであって、前記第二基板は導電性基板であるステップと、
    前記第一基板を除去することによって前記核形成層の底面を露出させるステップと、
    前記核形成層の露出面に前記絶縁ブロックの数量と同じ数量である複数のｎ型電極を設置するステップであって、前記ｎ型電極は前記絶縁ブロックに対応して設置されるステップと、
    を備えることを特徴とする発光ダイオードチップの製造方法。
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