DE19905526A1 - LED-Herstellverfahren - Google Patents
LED-HerstellverfahrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von LEDs
(Lichtemissionsdioden) die zur Anzeige, Beleuchtung oder
dergleichen verwendet werden.
Derzeit werden LEDs in weitem Umfang für optische Kommunika
tion, Informationsanzeigetafeln usw. verwendet. Es ist wich
tig, daß für diese Zwecke angewandte LEDs hohe Leuchtstärke
aufweisen. Die Leuchtstärke oder der Wirkungsgrad einer LED
hängt vom internen Quantenwirkungsgrad und vom Abstrahlungs
wirkungsgrad ab. Von diesen Größen ist der Abstrahlungswir
kungsgrad stark durch die Elementkonstruktion beeinflußt.
Um den Abstrahlungswirkungsgrad zu verbessern, wird unmit
telbar unter einem Bondfleck im Hinblick auf ein Unterdrücken
nicht wirksamen Emissionslichts, das wegen Ausblendung
durch den Bondfleck nicht nach außen dringen kann, oder im
Hinblick auf eine Verringerung von Emissionslicht, das an
der Oberfläche der LED totalreflektiert wird, eine Strom
sperrschicht hergestellt.
Eine bekannte LED, die so konzipiert ist, daß sie das oben
genannte unwirksame Emissionslicht unterdrückt, hat die in
Fig. 15 dargestellte Konstruktion. Diese LED wird dadurch
hergestellt, daß eine n-Schicht 62, eine Lichtemissions
schicht 63, eine p-Schicht 64, p-Stromverteilungsschichten
65 und 66 sowie eine Elektrode 68 auf einer Vorderseite ei
nes n-GaAs-Halbleitersubstrats 61 aufgestapelt werden, wäh
rend eine andere Elektrode 67 auf der Rückseite des Sub
strats 61 angebracht wird. Ferner wird eine n-Stromsperr
schicht 69 in der p-Stromverteilungsschicht 66 unmittelbar
unter der Frontelektrode 68 hergestellt. Diese n-Stromsperr
schicht 69 erschwert es, daß ein Strom unmittelbar unter
die Frontelektrode 68 fließt, um dadurch die Erzeugung un
wirksamen Emissionslichts zu unterdrücken, das durch die
Frontelektrode 68 am Austreten gehindert ist.
Andererseits verwendet ein bekanntes Verfahren zum Verrin
gern von totalreflektiertem Emissionslicht eine Technik des
Aufrauhens der Oberfläche der LED oder des Herstellens eines
mesaförmigen Teils auf der Oberfläche der LED, damit Licht
nur von unmittelbar dem mesaförmigen Teil emittiert werden
kann. Beispiele von LEDs, die mit einem derartigen mesaför
migen Teil hergestellt sind, sind in den Fig. 16 und 17 dar
gestellt. Die in Fig. 16 dargestellte LED besteht aus einer
n-Schicht 71, einer Lichtemissionsschicht 72, einer p-
Schicht 73, einer p-Stromverteilungsschicht 74, einer n-
Stromsperrschicht 75, einer mesaförmigen p-Mantelschicht 76,
einer p-Kontaktschicht 77, einer Frontelektrode 78 und einer
Rückelektrode 79, die auf einem n-GaAs-Halbleitersubstrat 70
hergestellt sind. Die n-Stromsperrschicht 75 dient dazu, die
Emission von Licht auf einen Teil unmittelbar unter der p-
Mantelschicht 76 zu begrenzen, um dadurch den Abstrahlungs
wirkungsgrad zu verbessern.
Hinsichtlich der LED von Fig. 17 sind dieselben Komponenten
wie die bei der LED von Fig. 16 mit denselben Bezugszahlen
gekennzeichnet, und für sie folgt keine Beschreibung. Ähn
lich wie bei der LED von Fig. 16 unterdrückt diese LED das
unwirksame Emissionslicht unter der Frontelektrode 78 durch
Begrenzen der Lichtemission auf einen Teil unmittelbar unter
der mesaförmigen p-Mantelschicht 76, wie durch die Strom
sperrschicht 75 gebildet, wobei die Elektrode 78 auf der
Stromsperrschicht 77 an einer Position ausgebildet ist, an
der die mesaförmige p-Mantelschicht 76 nicht existiert.
Bei der LED von Fig. 15 besteht das Problem, daß Totalre
flexion des Emissionslichts nicht unterdrückt ist. Ferner
erscheint dann, wenn ein Substrat mit schräger Oberfläche
als Halbleitersubstrat 61 verwendet wird, wobei angenommen
ist, daß die Stromverteilungsschicht 76 aus einem
AlxGayIn1-x-yP(0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1)-Film besteht, eine
die Stromsperrschicht 69 widerspiegelnde Form aufgrund der
langsamen Wachstumsrate auf einer (100)-Ebene des Kristalls
an einer versetzten Position auf einer Fläche des Films.
Wenn nun angenommen wird, daß der Neigungswinkel des Halb
leitersubstrats 61 den Wert Θ hat und daß die Dicke der
Stromverteilungsschicht 66 den Wert d hat, wird der Wert der
Verschiebung d/tanΘ. Daher kann, wenn die Stromverteilungs
schicht 6 dick ausgebildet ist, die Verschiebung der oberen
Elektrode 68 gegenüber der Stromsperrschicht 69 nicht ver
nachlässigt werden, und es ergibt sich verringerter Abstrah
lungswirkungsgrad. Wenn z. B. die Oberfläche des Halbleiter
substrats 61 unter einem Winkel von 15° in der [011]-Rich
tung in Bezug auf die (100)-Ebene geneigt ist und die Dicke
der Stromverteilungsschicht 66 7 µm beträgt, hat die Positi
onsdifferenz zwischen der Stromsperrschicht 69 und der Elek
trode 68 den Wert von 26 µm. Daher entspricht, wenn die Tat
sache berücksichtigt wird, daß die Größe der Elektrode 68
normalerweise 100 µm ø bis 120 µm ø beträgt, die Positions
differenz zwischen der Stromsperrschicht 69 und der Elektro
de 68 ungefähr einem Viertel der Größe der Elektrode 68.
Bei der in Fig. 16 dargestellten LED hat die p-Mantelschicht
(Stromverteilungsschicht) 76 Mesaform. Daher ist Totalrefle
xion des Emissionslichts an der Oberfläche unterdrückt, wo
hingegen kein Unterdrücken der nicht wirksamen Emission un
ter der Frontelektrode 78 erzielt wird. Ferner müssen das
Ätzen der Stromsperrschicht 75 und das Ätzen der p-Mantel
schicht 76 zum Herstellen der Mesaform gesondert ausgeführt
werden. So ist der Herstellprozeß kompliziert.
Bei der in Fig. 17 dargestellten Lichtemissionsdiode sind
sowohl Totalreflexion des Emissionslichts als auch nicht
wirksames Emissionslicht unter der Frontelektrode 78 unter
drückt. Jedoch müssen ähnlich wie bei der LED von Fig. 16
das Ätzen der Stromsperrschicht 75 und das Ätzen der p-Man
telschicht 76 zum Ausbilden der Mesaform gesondert ausge
führt werden, was zu einem komplizierten Herstellprozeß
führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Ver
fahren zum Herstellen einer LED zu schaffen, durch das so
wohl Totalreflexion von Emissionslicht als auch nicht wirk
same Emission unter der Frontelektrode unterdrückt werden
können.
Diese Aufgabe ist durch die LED gemäß dem beigefügten An
spruch 1 gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen LED-Herstellverfahren kann eine
Elektrode, nämlich die Frontelektrode, an einer geeigneten
Position unmittelbar über der Stromsperrschicht selbst dann
hergestellt werden, wenn die Oberseite des Halbleitersub
strats gegenüber der (100)-Ebene geneigt ist, so daß die
Funktion der Stromsperrschicht, nicht wirksames Emissions
licht unmittelbar zu unterdrücken, stabil erhalten werden
kann.
Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 2 ist das zweite Aus
richtungsmuster mit dem geformten Teil der Stromverteilungs
schicht, der die Form des ersten Ausrichtungsmusters wider
spiegelt, dafür gesorgt, daß das eine Elektrodenmuster oder
die mehreren des Elektrodenherstellmusters unmittelbar über
dem zugehörigen Stromsperrteil positioniert sind.
Im Ergebnis kann die Frontelektrode korrekt an geeigneter
Position über dem Stromsperrteil selbst dann hergestellt
werden, wenn die Oberseite des Halbleitersubstrats in Bezug
auf die (100)-Ebene geneigt ist.
Bei einer Ausführungsform ist lediglich das Ende der einen
oder jeder Elektrode mit dem Ende des entsprechenden Strom
sperrteils ausgerichtet, wodurch verhindert werden kann,
daß das Bild einer oder jeder Elektrode, wie sie an der
verbliebenen Stromsperrschicht vorsteht, über den entspre
chenden Stromsperrteil überstehen kann. Daher können durch
diese Ausführungsform auf einfache Weise eine oder mehrere
Elektroden unmittelbar über der Stromsperrschicht mit hoher
Genauigkeit hergestellt werden. Auch ist es nicht erforder
lich, ein Muster anzubringen, das ausschließlich als Aus
richtungsmuster verwendet wird, wodurch die Ausbeute verbes
sert werden kann.
Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 4 werden die Entfer
nungsspurteile in der Stromverteilungsschicht so herge
stellt, daß sie um d/tanΘ gegen die tatsächlich entfernten
Teile der Stromsperrschicht verschoben sind. Bei dieser Aus
führungsform werden dank einer solchen Einstellung, daß die
Verschiebung d/tanΘ ungefähr das (natürliche Zahl n-1/2)fache
der Schrittweite A, z. B. A/2, wird, die Entfernungs
spurteile unmittelbar über den Stromsperrteilen position
iert, und die Elektroden werden auf den jeweiligen Entfer
nungsspurteilen hergestellt. Durch diese Anordnung kann,
obwohl kein Ausrichtungsmuster existiert, lediglich durch
Herstellen der Frontelektroden auf den jeweiligen Entfer
nungsspurteilen, verhindert werden, daß das Projektionsbild
jeder Frontelektrode auf dem entsprechenden Stromsperrteil
über diesen übersteht. Daher ermöglicht es diese Ausfüh
rungsform, die Elektroden auf einfache Weise mit hoher Ge
nauigkeit an Positionen unmittelbar über den Stromsperrtei
len herzustellen, um dadurch das nicht wirksame Emissions
licht unmittelbar unter den Elektroden zu unterdrücken. Auch
ist es möglich, das Erfordernis zu lindern, gesonderte Aus
richtungsmuster anzubringen, wodurch die Ausbeute verbessert
werden kann.
Ferner werden gemäß dieser Ausführungsform in der Stromver
teilungsschicht mesaförmige Teile an Positionen über den je
weiligen entfernten Teilen der Stromsperrschicht herge
stellt, oder Lichtemissionsteile der Diode. Diese mesaförmi
gen Teile sind zwischen benachbarten Entfernungsspurteilen
gebildet, die die Form der jeweiligen entfernten Teile der
Stromsperrschicht widerspiegeln. Es ist ersichtlich, daß
bei der vorliegenden Ausführungsform die mesaförmigen Teile
ohne Ätzen der Stromverteilungsschicht, sondern nur durch
Ätzen der Stromsperrschicht hergestellt werden. Daher ist es
möglich, das an der Oberfläche der Stromverteilungsschicht
totalreflektierte Emissionslicht zu verringern, ohne daß
hierzu ein komplizierter Herstellprozeß erforderlich wäre.
Wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren ein GaAs-Substrat als
Halbleitersubstrat verwendet wird, können für die Lichtemis
sionsschicht leicht solche Materialien verwendet werden, die
gittermäßig zu diesem Substrat passen.
Wenn die Lichtemissionsschicht gemäß Anspruch 7 aufgebaut
ist, werden LEDs von Rot bis Grün mit hohem Wirkungsgrad er
halten.
Wenn das Halbleitersubstrat gemäß Anspruch 8 ausgerichtet
ist, zeigen LEDs aus AlxGayIn1-x-yP(0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1)
hohen Emissionswirkungsgrad.
Wenn die Stromverteilungsschicht gemäß Anspruch 10 herge
stellt wird, wird eine LED mit hoher Feuchtigkeitsbeständig
keit und niedrigem elektrischem Widerstand erhalten.
Die Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Be
schreibung und den beigefügten Zeichnungen, die nur zur Ver
anschaulichung dienen und demgemäß für die Erfindung nicht
beschränkend sind, vollständiger zu verstehen sein.
Fig. 1A ist eine Draufsicht einer LED, die durch ein LED-Her
stellverfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 1B ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-Y in
Fig. 1A;
Fig. 2A ist eine Draufsicht der LED während der ersten Hälf
te des Herstellprozesses des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 2B ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-Y in
Fig. 2A;
Fig. 3 zeigt ein erstes Ausrichtungsmuster, das beim ersten
Ausführungsbeispiel zu verwenden ist;
Fig. 4A ist eine Draufsicht der LED während der zweiten
Hälfte des Herstellprozesses des ersten Ausführungsbei
spiels;
Fig. 4B ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-Y in
Fig. 4A;
Fig. 5A ist eine Draufsicht der LED im Endstadium des Her
stellprozesses des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 5B ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-Y in
Fig. 5A;
Fig. 6A ist eine Draufsicht eines beim ersten Ausführungs
beispiel verwendeten Stromsperrschicht-Entfernungsmusters;
Fig. 6B ist eine Draufsicht eines beim ersten Ausführungs
beispiels verwendeten Frontelektrode-Herstellmusters;
Fig. 7A ist eine Draufsicht einer LED, die durch ein LED-
Herstellverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 7B ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-Y in
Fig. 7A;
Fig. 8A ist eine Draufsicht der LED während der ersten Hälf
te des Herstellprozesses des zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 8B ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-Y in
Fig. 8A;
Fig. 9A ist eine Draufsicht der LED während der zweiten
Hälfte des Herstellprozesses des zweiten Ausführungsbei
spiels;
Fig. 9B ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-Y in
Fig. 9A;
Fig. 10A ist eine Draufsicht der LED im Endstadium des Her
stellprozesses des zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 10B ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-Y in
Fig. 10A;
Fig. 11A ist eine Draufsicht einer LED, die durch ein LED-Her
stellverfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 11B ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-Y in
Fig. 11A;
Fig. 12A ist eine Draufsicht der LED während der ersten
Hälfte des Herstellprozesses des dritten Ausführungsbei
spiels;
Fig. 12B ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-Y in
Fig. 12A;
Fig. 13A ist eine Draufsicht der LED während der zweiten
Hälfte des Herstellprozesses des dritten Ausführungsbei
spiels;
Fig. 13B ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-Y in
Fig. 13A;
Fig. 14A ist eine Draufsicht der LED im Endstadium des Her
stellprozesses des dritten Ausführungsbeispiels;
Fig. 14B ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-Y in
Fig. 14A; und
Fig. 15-17 sind Schnittansichten bekannter LEDs.
Die durch die Fig. 1A und 1B veranschaulichte LED ist vom
AlGaInP-Typ.
Der Herstellprozeß für diese LED gemäß dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2A-6B
beschrieben. Wie es in Fig. 2B dargestellt ist, die einen
Teil eines Wafers zeigt, wird eine n-GaAs-Pufferschicht 2
durch ein MOCVD-Verfahren mit einer Dicke von 1 µm auf einem
n-GaAs-Substrat 1 hergestellt. Die Oberfläche des Substrats
ist unter einem Winkel von 15° (Θ = 15°) in Bezug auf die
(100)-Ebene in der Richtung [011]-Ebene geneigt. Als Nächs
tes werden durch das MOCVD-Verfahren aufeinanderfolgend eine
DBR(Distributed Bragg Reflector)-Schicht 3 aus zehn Paaren
eines n-Al0,5In0,5P-Films und eines n-(Al0,4Ga0,6)0,5In0,5P-Films,
eine erste Mantelschicht 4 aus Al0,5In0,5P mit einer
Dicke von 1 µm, eine aktive Schicht aus
(Al0,3Ga0,7)0,5In0,5P mit einer Dicke von 0,5 µm, eine zwei
te Mantelschicht 6 aus p-Al0,5In0,5P mit einer Dicke von
1 µm, eine Zwischenschicht 7 aus p-AlGaInP mit einer Dicke
von 0,1 µm, eine erste Stromverteilungsschicht 8 aus p-GaP
mit einer Dicke von 1 µm und eine n-GaP-Stromsperrschicht 9
mit einer Dicke von 0,3 µm hergestellt.
Die erste Mantelschicht 4, die aktive Schicht 5 und die
zweite Mantelschicht 6 bilden eine Lichtemissionsschicht,
wie sie im Anspruch 1 genannt ist. Abhängig von den ge
wünschten Eigenschaften des Bauteils ist es möglich, die
Lichtemissionsschicht unmittelbar auf dem Substrat 1 herzu
stellen, ohne daß die Schichten 2 und 3 hergestellt werden.
Ferner ist es auch möglich, die Zwischenschicht 7 und die
erste Stromverteilungsschicht 8 wegzulassen und die Strom
sperrschicht 9 unmittelbar auf der Lichtemissionsschicht
herzustellen.
Anschließend wird die n-GaP-Stromsperrschicht 9 mit Ausnahme
eines kreisförmigen Stromsperrteils 9A mit einem Durchmesser
von 140 µm durch Ätzen bis zur ersten p-GaP-Stromvertei
lungsschicht 8 entfernt, was durch Photolithographie und un
ter Verwendung eines Ätzmittels aus Schwefelsäure/Wasser
stoffperoxid erfolgt. Es sei darauf hingewiesen, daß zu
sätzlich zum Stromsperrteil 9A in diesem Ätzstadium ein
kreuzförmiger erster Ausrichtungsteil 91, wie er in Fig. 3
dargestellt ist, an einer anderen Position auf dem Wafer
verbleibt.
Fig. 6A zeigt ein Entfernungsmuster 101 zum Ätzen der Strom
sperrschicht 9. Dieses Entfernungsmuster 101 verfügt über
ein kreuzförmiges erstes Ausrichtungsmuster 102 sowie kreis
förmige Muster 103, die so angeordnet sind, daß sie das
erste Ausrichtungsmuster 102 umgeben. Eines der kreisförmi
gen Muster 103 entspricht dem dargestellten Stromsperrteil
9A, während das kreuzförmige Muster 102 dem ersten Ausrich
tungsteil 21 entspricht.
Als Nächstes wird, wie es in den Fig. 4A und 4B dargestellt
ist, eine zweite p-GaP-Stromverteilungsschicht 10 mit einer
Dicke von 7 µm auf der verbliebenen n-GaP-Stromsperrschicht
9 und der freigelegten ersten p-GaP-Stromverteilungsschicht
8 hergestellt. Die Verteilungsschicht 10 verfügt über einen
geformten Oberflächenteil 10A, der so hochsteht, daß sie
die Form des Stromsperrteils 9A widerspiegelt. Auch verfügt
die Verteilungsschicht 10 über einen anderen geformten Ober
flächenteil (nicht dargestellt), der so hochsteht, daß er
die Form des ersten Ausrichtungsteils 91 widerspiegelt.
Anschließend wird, wie es in den Fig. 5A und 5B dargestellt
ist, AuBe/Au auf der zweiten p-GaP-Stromverteilungsschicht
10 abgeschieden. Dann wird dieser AuBe/Au-Film mittels Pho
tolithographie mit einem Au-Ätzmittel geätzt, um eine Front
elektrode 11a mit einem Durchmesser von 110 µm herzustellen.
Fig. 6B zeigt ein Elektrodenherstell-Photomaskenmuster 201,
das in diesem Ätzstadium zu verwenden ist. Dieses Photomas
kenmuster 201 verfügt über kreisförmige Elektrodenmuster
202, die entsprechend den acht kreisförmigen Mustern 103 des
in Fig. 6A dargestellten Entfernungsmusters 101 positioniert
sind, sowie über ein zweites Ausrichtungsmuster 203. Dieses
zweite Ausrichtungsmuster 203 verfügt über Kreuzform, ähnlich
wie das erste Ausrichtungsmuster 102, jedoch ist es um
26 µm (≈ 7 µm/tan 15°) gegenüber der Position des ersten
Ausrichtungsmusters 102 für die kreisförmigen Muster 103
verschoben. Die Richtung, in der das zweite Ausrichtungsmus
ter 203 verschoben wird, entspricht einer Richtung (D1 in
Fig. 5B), die unter einem Winkel Θ = 15° in Bezug auf die
Richtung [011] so gedreht ist, daß sie parallel zum GaAs-Substrat
1 verläuft. Die Richtung [011] ist die Richtung
eines Vektors rechtwinklig zu einem Vektor [100], der zum
Normalenvektor des Substrats geneigt ist.
Dann wird mit diesem zweiten Ausrichtungsmuster 203, das zum
geformten Oberflächenteil (nicht dargestellt) der Vertei
lungsschicht 10, der die Form des ersten Ausrichtungsteils
91 widerspiegelt, der oben genannte Ätzvorgang ausgeführt,
wodurch die Frontelektrode 11a unmittelbar über dem Strom
sperrteil 9A hergestellt wird.
Anschließend wird eine Wärmebehandlung ausgeführt, und die
Frontelektrode 11a wird zu einer p-Elektrode 11 mit Ohm'schem
Kontakt. Dann wird die Rückseite des GaAsSubstrats 1
bis in eine Tiefe von ungefähr 280 µm abgearbeitet und mit
einem AuBe/Au-Film belegt. Dann wird eine Wärmebehandlung
ausgeführt, damit eine n-Elektrode 12 mit Ohm'schem Kontakt
ausgebildet wird.
Gemäß dem Herstellprozeß dieses Ausführungsbeispiels ist,
wie es in Fig. 5B dargestellt ist, die Frontelektrode 11
(11a) an einer Position ausgebildet, die gegenüber dem ge
formten Oberflächenteil 10a der Stromverteilungsschicht 10
in einer Richtung F1 entgegengesetzt zu einer Richtung E1
verschoben ist, in der der geformte Oberflächenteil 10A, der
die Form des Stromsperrteils 9A widerspiegelt, gegen diesen
Stromsperrteil 9A verschoben ist. Die Verschiebung in der
Gegenrichtung F1 entspricht ungefähr der Verschiebung H1 des
geformten Oberflächenteils 10A in der Richtung E1.
Daher kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Frontelek
trode 11 mit hoher Genauigkeit unmittelbar über dem Strom
sperrteil 9A hergestellt werden. Dadurch kann der Strom
sperrteil 9A seine Funktion sicher erfüllen, nämlich nicht
wirksames Emissionslicht unter der Frontelektrode 11 zu un
terdrücken.
Es wurden 10 Lose von durch das Herstellverfahren dieses
Ausführungsbeispiels hergestellten LEDs einer Stichprobenun
tersuchung unterzogen, und das Ergebnis zeigte eine Verbes
serung des Mittelwerts der Leuchtstärke bei 100 Chips (10
Chips pro Los) auf 90 mcd im Gegensatz zur Leuchtstärke von
80 mcd solcher LEDs, die durch ein bekanntes Herstellverfah
ren hergestellt wurden.
Auch die durch das zweite Ausführungsbeispiel hergestellte
LED ist vom AlGaInP-Typ.
Der LED-Herstellprozeß des zweiten Ausführungsbeispiels
wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 8A-10B beschrieben,
die einen Teil eines Wafers zeigen. Wie es in Fig. 8B darge
stellt ist, wird eine n-GaAs-Pufferschicht 22 durch das
MOCVD-Verfahren mit einer Dicke von 1 µm auf einem n-GaAs-
Substrat 21 hergestellt. Das Substrat 21 ist unter einem
Winkel Θ = 15° in Bezug auf die (100)-Ebene in der Richtung
[011] geneigt. Als Nächstes werden durch das MOCVD-Verfahren
aufeinanderfolgend eine DBR-Schicht 23, die aus zehn Paaren
eines n-Al0,5In0,5P-Films und eines n-(Al0,4Ga0,6)0,5In0,5P-
Films besteht, eine erste n-Al0,5In0,5P-Mantelschicht 24 mit
einer Dicke von 1 µm, eine aktive Schicht 25 aus
p-(Al0,3Ga0,7)0,5In0,5P mit einer Dicke von 0,5 µm, eine zwei
te p-Al0,5In0,5P-Mantelschicht 26 mit einer Dicke von 1 µm,
eine p-AlGaInP Zwischenschicht 27 mit einer Dicke von
0,15 µm, eine erste p-GaP-Stromverteilungsschicht 28 mit
einer Dicke von 1 µm und eine n-GaP-Stromsperrschicht 29 mit
einer Dicke von 0,3 µm hergestellt. Die erste Mantelschicht
24, die aktive Schicht 25 und die zweite Mantelschicht 26
bilden eine Lichtemissionsschicht. Anschließend wird die n-
GaP-Stromsperrschicht 29 mit Ausnahme eines quadratischen
Bereichs 29A von 140 µm × 140 µm entfernt, wie es deutlich
in Fig. 8A dargestellt ist, was durch Abätzen bis zur ersten
p-GaP-Stromverteilungsschicht 28 mittels Photolithographie
und unter Verwendung eines Ätzmittels aus Schwefelsäure/Was
serstoffperoxid erfolgt.
Es sei darauf hingewiesen, daß die oben hinsichtlich des
ersten Ausführungsbeispiels beschriebenen Modifizierungen
auch beim zweiten Ausführungsbeispiel anwendbar sind.
Als Nächstes wird, wie es in den Fig. 9A und 9B dargestellt
ist, eine zweite p-GaP-Stromverteilungsschicht 30 mit einer
Dicke von 4 µm auf dem n-GaP-Stromsperrteil 29A und der
freigelegten ersten p-GaP-Stromverteilungsschicht 28 herge
stellt. Die Verteilungsschicht 30 verfügt über einen geform
ten Oberflächenteil 30A, der die Form des Stromsperrteils
29A widerspiegelt. Dieser geformte Oberflächenteil 30A ist
um den Wert H2 in einer Richtung E2 gegenüber dem Strom
sperrteil 29A aufgrund der Tatsache verschoben, daß das
GaAs-Substrat 21 unter einem Winkel Θ = 15° in Bezug auf die
(100)-Ebene geneigt ist. Da die Dicke d der zweiten Strom
verteilungsschicht 30 4 µm beträgt, hat H2 den Wert 14,9 µm
(≈ 4 µm/tan 15°).
Anschließend wird, wie es in den Fig. 10A und 10B darge
stellt ist, AuBe/Au auf der zweiten p-GaP-Stromverteilungs
schicht 30 abgeschieden. Dann wird der AuBe/Au-Film unter
Verwendung eines Au-Ätzmittels nach Photolithographie einem
Ätzvorgang unterzogen, um eine quadratische Frontelektrode
31a von 110 µm × 110 µm herzustellen. Die Frontelektrode 31a
wird auf solche Weise hergestellt, daß der Mittelpunkt ei
ner Seite 31a-1 in der Richtung F2 der Frontelektrode 31 im
Wesentlichen mit dem Mittelpunkt der entsprechenden Seite
30A-1 des geformten Oberflächenteils 30A übereinstimmt, wie
es in Fig. 10A dargestellt ist. Die Richtung F2 ist die Ge
genrichtung zur Richtung E2, in der der geformte Oberflä
chenteil 30A gegen den Stromsperrteil 29A verschoben ist.
Anders gesagt, wird eine Photomaske (nicht dargestellt) zum
Ausbilden der Elektrode dadurch mit dem geformten Oberflä
chenteil 30A ausgerichtet, daß eine Seite in der Richtung
F2 eines quadratischen Elektrodenherstellmusters der ent
sprechenden Seite 30A-1 so überlagert wird, daß die beiden
Seiten zusammenfallen. Die Richtung F2 ist die Gegenrichtung
zur Richtung, die dadurch erhalten wird, daß die Richtung
[011], gesehen ausgehend vom Zentrum des Stromsperrteils
29A, um 15° in einer Ebene rechtwinklig zum Substrat so ge
dreht wird, daß sie parallel zum Substrat verläuft (siehe
Fig. 9B).
Anschließend wird eine Wärmebehandlung ausgeführt, und aus
der Frontelektrode 31a ergibt sich eine p-Elektrode 31 mit
Ohm'schem Kontakt, wie es in Fig. 7B dargestellt ist. Dann
wird die Rückseite des GaAs-Substrats 21 auf eine Tiefe von
ungefähr 280 µm abgearbeitet, und mit einem AuBe/Au-Film be
legt. Dann wird eine Wärmebehandlung ausgeführt, so daß
eine n-Elektrode 32 mit Ohm'schem Kontakt erhalten wird.
Gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Länge (=
140 µm) einer Seite des Stromsperrteils 29A um L = 30 µm
länger als die Länge (= 110 µm) der Frontelektrode 31a. Die
se Abmessung L (= 30 µm) ist ungefähr doppelt so groß wie
der Verschiebewert H2 (= 14,9 µm) des geformten Oberflächen
teils 30A.
Daher können durch Ausrichten der einen Seite 31a-1 der
Frontelektrode 31a mit der Seite 30A-1, die am Ende des ge
formten Oberflächenteils 30A in der Richtung F2 liegt, die
entgegengesetzten Seiten 31a-1 und 31a-2 der Frontelektrode
31a innerhalb der entsprechenden entgegengesetzten Seiten
29A-1 und 29A-2 des Stromsperrteils 29A positioniert werden
(siehe Fig. 7A und 7B).
Wie es ersichtlich ist, dient bei diesem Ausführungsbeispiel
die eine Seite 30A-1 des geformten Oberflächenteils 30A
selbst als Ausrichtungsmuster. Daher kann die Frontelektrode
31a selbst beim Fehlen eines Ausrichtungsmusters unmittelbar
über dem Stromsperrteil 29A positioniert werden. Daher kann
der Stromsperrteil 29A sicher seine Funktion ausüben, nicht
wirksames Emissionslicht unter der Frontelektrode 31a, d. h.
der p-Elektrode 31 mit Ohm'schem Kontakt zu unterdrücken.
Ferner ist die Ausbeute verbessert, da kein Ausrichtungsmus
ter erforderlich ist. Genauer gesagt, wird beim Herstellver
fahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel für das Ausrich
tungsmuster eine Fläche verwendet, die ein Hundertstel der
Chipfläche ist. Da jedoch beim zweiten Ausführungsbeispiel
dieses Ausrichtungsmuster nicht erforderlich ist, ist die
Ausbeute um 1% verbessert.
Auch die gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hergestellte
LED ist vom AlGaInP-Typ.
Nun wird die gemäß diesem dritten Ausführungsbeispiel herge
stellte LED unter Bezugnahme auf die Fig. 12A-14B be
schrieben. Wie es in Fig. 12B dargestellt ist, wird durch
das MOCVD-Verfahren eine n-GaAs-Pufferschicht 42 mit einer
Dicke von 1 µm auf einem n-GaAs-Substrat 41 hergestellt. Das
Substrat 41 ist unter einem Winkel Θ = 15° in Bezug auf die
(100)-Ebene in der Richtung [011] geneigt. Als Nächstes wer
den durch das MOCVD-Verfahren aufeinanderfolgend eine DBR-
Schicht 43, die aus zehn Paaren eines n-Al0,5In0,5P-Films
und eines n-(Al0,4Ga0,6)0,5In0,5P-Films besteht, eine erste
n-Al0,3In0,7P-Mantelschicht 44 mit einer Dicke von 1 µm,
eine aktive Schicht 45 aus p-(Al0,3Ga0,7)0,5In0,5P mit einer
Dicke von 0,5 µm, eine zweite Mantelschicht 46 aus p-
Al0,5In0,5P mit einer Dicke von 1 µm, eine p-AlGaInP Zwi
schenschicht 47 mit einer Dicke von 0,15 µm, eine erste p-
GaP-Stromverteilungsschicht 48 mit einer Dicke von 1 µm und
eine n-GaP-Stromsperrschicht 49 mit einer Dicke von 0,5 µm
hergestellt und eine zweite p-GaP-Stromverteilungsschicht 53
mit einer Dicke von 4 µm hergestellt. Die erste Mantel
schicht 44, die aktive Schicht 45 und die zweite Mantel
schicht 46 bilden eine Lichtemissionsschicht.
Modifizierungen, wie sie in Bezug auf das erste Ausführungs
beispiel beschrieben wurden, sind auch beim dritten Ausfüh
rungsbeispiel anwendbar.
Anschließend werden die zweite p-Stromverteilungsschicht 53
und die n-GaP-Stromsperrschicht 49 mittels Photolithographie
und unter Verwendung eines Ätzmittels aus Schwefelsäure/Was
serstoffperoxid bis zur ersten p-Stromverteilungsschicht 48
geätzt.
In diesem Ätzstadium werden Ätzmuster mit einem Rechteck
M2 × L2 (10 µm × 70 µm) mit einer Schrittweite P1 = 40 µm in
der Querrichtung des Rechtecks und einer Schrittweite P2 =
250 µm in dessen Längsrichtung hergestellt, wie es aus Fig.
12A erkennbar ist. Die Ätztiefe ist auf ungefähr 5 µm einge
stellt. Daher ist die Ätzform an der Oberseite der zweiten
Stromverteilungsschicht 53 um 10 µm sowohl in Längs- als
auch Querrichtung gegenüber dem ursprünglichen Rechteck er
weitert, so daß vergrößerte Abmessungen M1 × L1 (20 µm ×
80 µm) vorliegen.
Als Nächstes wird, wie es in Fig. 13B dargestellt ist, eine
dritte p-GaP-Stromverteilungsschicht 50 mit einer Dicke von
5,5 µm auf der verbliebenen n-GaP-Stromsperrschicht 49 und
der freigelegten ersten und zweiten p-GaP-Stromverteilungs
schicht 48 und 53 hergestellt. Anschließend wird, wie es in
Fig. 14B dargestellt ist, AuBe/Au auf der dritten p-GaP-
Stromverteilungsschicht 50 abgeschieden. Dann wird der AuBe/Au-Film
mittels Photolithographie unter Verwendung eines Au-
Ätzmittels geätzt, um eine Frontelektrode 51a auszubilden.
Ein in diesem Ätzstadium zu verwendendes Maskenmuster zum
Herstellen der Frontelektrode ist so konzipiert, daß ein
Bondfleck 54 mit einem Durchmesser von 120 µm, erste Zweig
elektroden 55 mit einer Breite von 40 µm und zweite Zweig
elektroden 56 mit einer Breite von 6 µm hergestellt werden.
Der Bondfleck 54 und die ersten und zweiten Zweigelektroden
55 und 56 bilden die Frontelektrode 51a.
In diesem Ätzstadium erfolgt eine Ausrichtung in solcher
Weise, daß jede zweite Zweigelektrode 56 auf einer durch
einen Kanal hervorgerufenen zugehörigen Kanalspur 303, oder
einem entfernten Teil 302 zwischen benachbarten Stromsperr
schichten 49 liegt, während der Bondfleck 54 zwischen Arrays
306 und 307 der Kanalspuren liegt.
Anschließend ergibt sich durch Ausführen einer Wärmebehand
lung aus der Frontelektrode 51a eine p-Elektrode 51 mit
Ohm'schem Kontakt, wie es in den Fig. 11A und 11B darge
stellt ist. Dann wird die Rückseite des GaAs-Substrats 41
bis auf eine Tiefe von ungefähr 280 µm abgearbeitet und mit
einem AuGe/Au-Film belegt. Dann erfolgt eine Wärmebehand
lung, so daß eine n-Elektrode 52 mit Ohm'schem Kontakt ent
steht, wie es in Fig. 11B dargestellt ist.
Bei der so erhaltenen LED ist die Stromsperrschicht 49 mit
den Kanälen 302 mit einer Schrittweite A = 40 µm herge
stellt, und die dritte Stromverteilungsschicht 50 ist mit
einer Dicke von 5,5 µm so hergestellt, daß sie die Kanäle
auffüllt. In diesem Fall hat die Verschiebung H3 der Kanal
spur 303 ausgehend vom Kanal 302 in einer Richtung 305, in
der sich das Kanalarray erstreckt, einen Wert von ungefähr
20 µm. Dies, da H3 = 5,5 µm/tan 15° ≈ 20 µm gilt. Daher
liegt jede Kanalspur 303 unmittelbar über der Stromsperr
schicht 49. In diesem Fall kann die Ausrichtung der Front
elektrode 51a dadurch erfolgt, daß die Mittellinie der
zweiten Zweigelektrode 56 mit einer Breite von 10 µm mit der
Mittellinie der entsprechenden Kanalspur 303 mit einer Brei
te von 20 µm ausgerichtet wird. Dies erleichtert demgemäß
den Ausrichtungsprozeß zum Herstellen der Frontelektrode
51a, und es ermöglicht es, die Frontelektrode 51a sicher auf
der Stromsperrschicht 49 herzustellen, ohne daß irgendein
spezielles Muster zu Ausrichtungszwecken auszubilden wäre.
Demgemäß ist die Funktion der Stromsperrschicht 49, nicht
wirksames Emissionslicht unter der Frontelektrode 51a zu un
terdrücken, sicher erfüllt.
Ferner wird an der Chipoberfläche totalreflektiertes Emis
sionslicht verringert, da die dritte Stromverteilungsschicht
50 an einer Position über dem Kanal 302 konvexe, mesaähnli
che Form aufweist.
Daher war die Chipleuchtstärke der gemäß diesem dritten Aus
führungsbeispiel hergestellte LED auf 110 mcd verbessert, im
Vergleich mit der Chipleuchtstärke von 90 mcd der gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel hergestellten LED.
Ferner verfügt die gemäß diesem dritten Ausführungsbeispiel
hergestellte LED über den mesaförmigen Bereich 308 für die
zweite Stromverteilungsschicht 53 dadurch, daß auf die
dritte Stromverteilungsschicht 50 die Kanalform projiziert
wird, wie sie durch Ätzen der zweiten Stromverteilungs
schicht 53, der Stromsperrschicht 49 und der ersten Strom
verteilungsschicht 48 hergestellt wird. Daher wird der Herstellprozeß
einfacher als der für die bekannten LEDs, wie
sie in den Fig. 16 und 17 dargestellt sind.
Das erste bis dritte Ausführungsbeispiel wurden für den Fall
beschrieben, daß die Erfindung auf die Herstellung einer
LED angewandt wird, bei der das Halbleitersubstrat ein n-
GaAs-Substrat ist, dessen Kristallebene unter einem Winkel
von 15° in der Richtung [011] gegenüber der (100)-Ebene ge
neigt ist, die Lichtemissionsschicht aus einer ersten n-
Al0,5In0,5P-Mantelschicht, einer aktiven Schicht aus p-
(Al0,3Ga0,7)0,5In0,5P und einer zweiten p-Al0,5In0,5P-Man
telschicht besteht und die Stromverteilungsschicht 50 aus p-
GaP besteht.
Jedoch kann das erfindungsgemäße LED-herstellverfahren bei
einer beliebigen LED angewandt werden, insoweit das Halblei
tersubstrat über eine Oberfläche verfügt, die unter einem
Winkel Θ gegen die (100)-Ebene geneigt ist, zwischen der
Lichtemissionsschicht und der Stromverteilungsschicht aus
AlxGayIn11-x-yP(0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) mit einer Schichtdicke
d ausgebildet ist und auf der Stromverteilungsschicht eine
Frontelektrode ausgebildet ist. In jedem Fall wird die
Frontelektrode gemäß der Erfindung über dem Stromsperrbe
reich hergestellt, während sie gegenüber diesem um 0,5 ×
d/tan Θ bis 1,5 × d/tan Θ verschoben ist. Die bei den oben
genannten Ausführungsbeispielen verwendeten Materialien
stellen keine Beschränkung dar, sondern es können verschie
dene Materialien ausgewählt werden.
Claims (10)
1. LED-Herstellverfahren mit den folgenden Schritten:
- - Herstellen einer Lichtemissionsschicht (4, 5, 6; 24, 25, 26; 44, 45, 46) auf einer Oberfläche eines Halbleitersub strats (1, 21, 41) von erstem Leitungstyp, wobei diese Ober fläche unter einem spezifizierten Winkel Θ (Θ < 0) in Bezug auf die (100)-Ebene geneigt ist, und anschließendes Herstel len einer Stromsperrschicht (9, 29, 49) vom ersten Leitungs typ auf der Lichtemissionsschicht;
- - teilweises Entfernen der Stromsperrschicht, wobei die ver bliebene Stromsperrschicht einen oder mehrere Stromsperrbe reiche (9A, 29A, 49) aufweist;
- - Herstellen einer Stromverteilungsschicht (10, 30, 50) aus AlxGayIn1-x-yP(0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) von zweitem Leitungstyp mit spezifizierter Dicke "d" auf der verbliebenen Strom sperrschicht und der Lichtemissionsschicht, wobei die Strom verteilungsschicht über einen oder mehrere geformte Bereiche (10A, 30A, 50) verfügt, die die Form der verbliebenen Strom sperrschicht an einer Position widerspiegeln, die in Bezug auf die verbliebene Stromsperrschicht in einer ersten Rich tung und parallel zur Oberfläche der verbliebenen Strom sperrschicht verschoben ist; und
- - Herstellen einer Elektrode (11, 31, 51) auf der Oberfläche eines oder jedes geformten Bereichs, der dem einen oder je dem Stromsperrbereich mit einer Verschiebung um 0,5 × (d/tan Θ) bis 1,5 × (d/tan Θ) in einer zweiten Richtung ent gegengesetzt zur ersten Richtung entspricht, um die Ver schiebung der geformten Bereiche in der ersten Richtung zu kompensieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Schritt des teilweisen Entfernens der Stromsperr schicht (9) ein Beseitigungsmuster (101) mit einem oder meh reren Stromsperrbereich-Mustern (103) und ein erstes Aus richtungsmuster (102) verwendet, um dadurch den einen oder die mehreren Stromsperrbereiche (9A) sowie einen ersten Aus richtungsbereich (91) auf der Lichtemissionsschicht (4, 5, 6) zu belassen;
- - der Schritt des Herstellens einer Elektrode ein Elektro denherstellmuster (201) mit einem oder mehreren Elektroden mustern (202) sowie ein zweites Ausrichtungsmuster (203) verwendet und eine oder mehrere Elektroden (11) dadurch her stellt, daß das zweite Ausrichtungsmuster mit dem geformten Bereich (10A) der Stromverteilungsschicht ausgerichtet wird, der die Form des ersten Ausrichtungsbereichs (91) widerspie gelt;
- - wobei die Position des zweiten Ausrichtungsmusters in Be zug auf das eine oder die mehreren Elektrodenmuster im Elek trodenherstellmuster um 0,5 × (d/tan Θ) bis 1,5 × (d/tan Θ) in der ersten Richtung gegenüber der Position des ersten Ausrichtungsmusters in Bezug auf das eine oder die mehreren Stromsperrbereich-Muster im Beseitigungsmuster verschoben ist.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Stromsperrschicht (29) in
solcher Weise entfernt wird, daß der eine oder jeder Strom
sperrbereich (29A) in der zweiten Richtung eine Abmessung
aufweist, die um 0,5 × (d/tan Θ) bis 1,5 × (d/tan Θ) als die
der entsprechenden Elektroden (31) ist; und
- - die Elektrode so hergestellt wird, daß ein Ende (31a-1) derselben in der zweiten Richtung im Wesentlichen mit einem Ende (30a-1) des geformten Bereichs (30A) der Stromvertei lungsschicht, der die Form des entsprechenden Stromsperrbe reichs (29A) widerspiegelt, zusammenfällt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß
- - im Schritt des Entfernens der Stromsperrschicht mehrere Bereiche (302) der Stromsperrschicht (49) mit einer Schritt weite A in der ersten oder zweiten Richtung entfernt werden;
- - die Dicke d der Stromsperrschicht (49) die Beziehung 0,5 × d/tan Θ < A(n-1/2) < 1,5 × d/tan Θ (n: natürliche Zahl) erfüllt; und
- - die Elektroden (51) auf Beseitigungsspurbereichen (303) der Stromverteilungsschicht hergestellt werden, die die ent fernten Bereiche (302) der Stromsperrschicht widerspiegeln.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die erste Richtung die Richtung
eines Vektors rechtwinklig zu einem Vektor [100] ist, nach
dem der erstere innerhalb einer Ebene rechtwinklig zum Halb
leitersubstrat um den Winkel Θ in der Rotationsrichtung des
Vektors [100] zu einem Normalenvektor des Substrats in sol
cher Weise gedreht wurde, daß der Vektor rechtwinklig zum
Vektor [100] parallel zur Oberfläche des Halbleitersubstrats
verläuft.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß als Halbleitersubstrat (1, 21,
41) ein GaAs-Substrat verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Lichtemissionsschicht aus ei
nem oder mehreren Filmen (4, 5, 6; 24, 25, 26; 44, 45, 46)
aus AlxGayIn1-x-yP(0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) hergestellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß als Halbleitersubstrat (1, 21,
41) ein solches verwendet wird, das in der Richtung [011]
oder [011] in Bezug auf die (100)-Ebene geneigt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Neigungswinkel des Halbleitersubstrats (1, 21, 41) in
der Richtung [011] oder [011] in Bezug auf die (100)-Ebene
5 bis 25° beträgt.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Stromverteilungsschicht (10,
30, 50) aus GaP hergestellt wird.
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JPH11233820A (ja) | 1999-08-27 |
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