JPH1168160A - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体発光装置及びその製造方法

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JPH1168160A
JPH1168160A JP22638397A JP22638397A JPH1168160A JP H1168160 A JPH1168160 A JP H1168160A JP 22638397 A JP22638397 A JP 22638397A JP 22638397 A JP22638397 A JP 22638397A JP H1168160 A JPH1168160 A JP H1168160A
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JP
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light emitting
laminated
layer
mask
etching
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JP22638397A
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Kazuhiko Horino
和彦 堀野
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層型の発光素子の電極作製を容易にして,
工程数を低減する。 【解決手段】 1)複数の発光素子が積層された積層構
造と,該積層構造の一部に積層面から傾斜した傾斜面と
を有し,該傾斜面に該発光素子の電極が形成されている
半導体発光装置,2)前記傾斜面を形成するに際し,積
層面上にパターニングしたマスクを形成し,異方性エッ
チングにより積層面に対して斜めの方向からエッチング
する,3)前記マスクのエッチング速度RM と積層した
半導体のエッチング速度RS との間に, 0.5<RS /R
M <1.5 の関係を満たすマスク材料を用いる,5)窒化
物半導体を用いた発光素子の積層構造に対し,前記マス
クとしてSiO2膜を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光装置及び
その製造方法に係り, 特に複数の発光ダイオードを積層
した素子の電極構造及びその製造方法に関する。
【0002】この積層型発光ダイオードは発光ダイオー
ドディスプレイ用の画素の作製に用いられている。
【0003】
【従来の技術】近年, GaN 系半導体発光素子により,従
来実現が困難とされた高輝度の青色発光ダイオードや緑
色発光ダイオードが開発されたことから,発光ダイオー
ドによるフルカラー表示が実現した。
【0004】図6は青色発光ダイオードの電極形成を説
明する従来例の説明図である。図において,サファイア
基板 1上に青色発光ダイオードのn-GaN 層 2, 発光層の
i-InGaN 層 10, p-GaN層 3が積層され,Ni層11を介して
p側電極8pが形成されている。
【0005】この青色発光ダイオードのn側電極作製方
法は, 図に示されるように,積層面の一部をドライエッ
チングしてn層(n-GaN層) 2 を露出させ,この露出面に
n側電極 8n を作製するという方法をとっている。
【0006】ここで,この従来の方法を用いて,3原色
の発光ダイオードを積層した素子の電極を作製すると図
7のようになる。図7において,サファイア基板 1上に
青色発光ダイオードのn層 2, p層3, 緑色発光ダ
イオードのn層 4, p層 5, 赤色発光ダイオードの
n層 6, p層 7の順に積層されており,図8,9で
説明する工程で形成された階段状の電極形成面に各層の
電極が引き出されている。
【0007】図8(A) 〜(C) ,9(D),(E) は積層型発光
素子の電極形成工程に関する従来例の説明図である。図
8(A) において,基板 1上に多層膜 2〜7 を成長し, そ
の上にエッチングマスク21を形成する。
【0008】図8(B) において,最上層の半導体層 7を
エッチングする。図8(C) において,エッチングマスク
21のエッチング端より後退してエッチングマスク22を形
成する。
【0009】次いで, 最上層 7と上から2番目の半導体
層 6をエッチングする。図9(D) はエッチングされた断
面を示す。以下, マスク形成とエッチングを5回繰り返
してする。
【0010】図9(E) は最終的に得られた階段状の電極
形成面の断面を示す。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術において
は,図8,9に示されるように,マスクを形成する工
程,エッチングをする工程を数回繰り返す必要があり,
工程数が多い上,マスクの位置合わせのために複雑な技
術を要るために低コストで素子作製ができない。
【0012】本発明は積層型の発光素子の電極作製を容
易にできるようにして,工程数を低減することを目的と
する。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は, 1)複数の発光素子が積層された積層構造と,該積層構
造の一部に積層面から傾斜した傾斜面とを有し,該傾斜
面に該発光素子の電極が形成されている半導体発光装
置,あるいは 2)基板上に複数の発光素子を積層して積層構造を形成
する工程と,該積層構造の一部に積層面から傾斜した面
を形成する工程と,該傾斜面に該発光素子の電極を形成
する工程とを有する半導体発光装置の製造方法,あるい
は 3)前記傾斜面を形成するに際し,積層面上にパターニ
ングしたマスクを形成し,異方性エッチングにより積層
面に対して斜めの方向からエッチングする前記2記載の
半導体発光装置の製造方法,あるいは4)前記マスクの
エッチング速度R M と積層した半導体のエッチング速度
S との間で, 0.5<RS /RM <1.5 の関係を満たすマスク材料を用いる前記3記載の半導体
発光装置の製造方法。 5)発光素子の積層構造に窒化物半導体を用い,前記マ
スクとして二酸化シリコン(SiO2)膜を用いる前記3また
は4記載の半導体発光装置の製造方法,あるいは 6)前記マスクのパターンとして,エッチング方向に対
してはチップの長さと切りしろを合わせたピッチで,且
つ開口長さがチップの長さと切りしろを合わせた長さの
半分であり,エッチング方向に垂直な方向に対してはチ
ップの長さと電極作製面と切りしろを合わせた幅のピッ
チで,且つ開口幅が電極作製面以上で且つ電極作製面と
切りしろを合わせた幅以下である開口部を持つ前記3記
載の半導体発光装置の製造方法,あるいは 7)前記エッチングを,塩素元素と弗素元素を含む反応
ガスを用いた反応性イオンエッチングにより行う前記3
記載の半導体発光装置の製造方法,あるいは 8)前記反応ガスに,CCl2F2を用いる前記7記載の半導
体発光装置により達成される。
【0014】本発明ではパターニングしたマスクを用
い,方向性を持つエッチング方法により,積層面に対し
て対して傾斜した角度からエッチングすることにより,
積層面から傾斜した面を形成して各層を露出させ,露出
部に電極を形成する。
【0015】図3(A),(B) は本発明による傾斜面の作製
原理の説明図である。図3(A) において,幅がdのマス
クを間隔dを隔てて並べ,マスク断面の対角線方向から
方向性のある異方性エッチングによりエッチングする
と,多層膜の面が幅の違うマスクに遮られることにな
り,図6(B) のように鋸歯状に多層膜がエッチングされ
る。
【0016】ここで,マスクの厚さをtM , 鋸歯状の短
い方の斜面の水平方向の幅をD1,鋸歯状の長い方の斜面
の水平方向の幅をD2 ,マスクのエッチング速度を
M , 多層膜のエッチング速度をRM とすれば, D1 =(1−RS /RM ) d, D2 =(1+RS /RM ) d と表せる。従って, 0.5<RS /RM <1.5 とすれば,鋸歯状の長い方の斜面の幅D2 が基板の幅の
75%以上となり,電極の取り付けが容易となる。
【0017】このように,積層面に対し傾斜した面を作
製することにより,図1に示されるように各層に対して
電極を取り付けることが可能となる。これにより,大幅
に工程数を削減し,且つマスク合わせ等の複雑な工程を
省略することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態1の説
明図である。図において,サファイア基板 1上に青色発
光ダイオードのn層 2, p層 3, 緑色発光ダイオー
ドのn層 4, p層 5, 赤色発光ダイオードのn層
6,p層 7の順に積層する。
【0019】次に,層構造の一例を表1に示す。
【0020】
【表1】 なお,図示していないが,上記の表中には各色の発光ダ
イオードのn層とp層の間には発光層, , があ
り, また, 絶縁層, はなくてもよいが,これらの層
を入れることにより, p層とn層の間, 及びp層
とn層との間で意図しない発光を抑えることができ
る。
【0021】次いで,この積層構造の表面に二酸化シリ
コン(SiO2)膜を半導体層と同じ厚さだけ堆積する。その
上に, フォトレジストを塗布し,図4に示されるマスク
パターンを露光する。
【0022】次いで,現像して図4のマスクパターンの
白抜きの部分のレジスト膜を除去する。パターニングさ
れたレジスト膜 9をマスクにして弗酸でSiO2膜をエッチ
ングし,レジスト膜を完全に除去する。
【0023】この結果, 図4の斜線で示された領域にエ
ッチングマスクとしてSiO2膜が残る。これをCCl2F2を用
いた反応性イオンエッチング(RIE) により図4に示され
るエッチング方向で且つ図3に示されるエッチング角度
でSiO2膜が若干残る程度までエッチングし,弗酸で残っ
たSiO2膜を除去すると図5に示されるような形状が得ら
れる。
【0024】次に, 斜めエッチングのRIE 条件の一例を
示す。 反応ガス: Ar 5 SCCM +CCl2F2 5 SCCM ガス圧力: 1×10-2 Torr RF周波数: 13.56 MHz DCバイアス: 300 V 基板温度: 室温 図5は図4のマスクパターンの位置に対応した平面図と
その右側に鋸歯状にエッチングされた断面図が示され
る。図中,Lはチップの発光部,Eは電極作製部を示
す。
【0025】次いで,図5に示されるダイシング切りし
ろAの部分をダイシングして素子分離し,電極を形成す
ると,図1のような素子が得られる。p側電極は下から
順に Ni(1000Å)/Au (1000Å) ,n側電極は下から順に
Ti(1000Å)/Au (1000Å) を積層して形成する。
【0026】図2は本発明の実施の形態2の説明図であ
る。実施の形態1のp層に In0.5Ga0.5N : Mg を, n
層に In0.5Ga0.5N : Siを用いた例を示す。
【0027】層構造は上から順に,p層,発光層,
n層,絶縁層,n層,発光層,p層,発光層
,n層,基板となる。図に示されるように,n層
6とn層 4の間に絶縁層12を挟み,図示のように電極
をとると, ヘテロ接合で発生するバリアの影響を取り除
くことができる。
【0028】p層とp層が同一物質であれば, 図2
のようにp層(共通p層)として合わせることができ
る。次に,斜めエッチングのためのエッチング条件につ
いて考察する。
【0029】通常のドライエッチングでは,薄いSiO2
スクに対して下地の被エッチング物が多く削れるように
エッチング速度比 (選択比) が , RS /RM ≒ 10 となるように, 反応ガスとして例えばCl2 が使われてい
る。
【0030】これに対して, 本発明ではCl元素とF 元素
を含む反応ガスを用いることで,SiO2マスクのエッチン
グ速度を上げて選択比を小さく, 0.5<RS /RM <1.5 としている。これは,前記の斜めエッチングのための条
件である。
【0031】反応ガスは, 例えば2種類の混合ガス (Cl
2 とCF4)でもよいが,CCl2F2を用いると, 再現性, 均一
性が上がる。
【0032】
【発明の効果】本発明により,積層型の発光ダイオード
の電極が容易に作製でき,製造コストを大きく低減でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1の説明図
【図2】 本発明の実施の形態2の説明図
【図3】 本発明による傾斜面の作製原理の説明図
【図4】 本発明のマスクパターンの説明図
【図5】 本発明のチップ作製例
【図6】 従来例1の説明図
【図7】 従来例2の説明図
【図8】 従来工程の説明図(1)
【図9】 従来工程の説明図(2)
【符号の説明】
1 サファイア基板 2 青色発光ダイオードのn層 3 青色発光ダイオードのp層 4 緑色発光ダイオードのn層 5 緑色発光ダイオードのp層 6 赤色発光ダイオードのn層 7 赤色発光ダイオードのp層 8 電極 8p p側電極 8n n側電極 9 マスク 10 発光層でi-InGaN 層 11 Ni層 12 絶縁層

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の発光素子が積層された積層構造
    と,該積層構造の一部に積層面から傾斜した傾斜面とを
    有し,該傾斜面に該発光素子の電極が形成されているこ
    とを特徴とする半導体発光装置。
  2. 【請求項2】 基板上に複数の発光素子を積層して積層
    構造を形成する工程と,該積層構造の一部を削って積層
    面から傾斜した面を形成する工程と,該傾斜面に露出し
    た該発光素子に電極を形成する工程とを有することを特
    徴とする半導体発光装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記傾斜面を形成するに際し,積層面上
    にパターニングしたマスクを形成し,異方性エッチング
    により積層面に対して斜めの方向からエッチングするこ
    とを特徴とする請求項2記載の半導体発光装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記マスクのエッチング速度RM と積層
    した半導体のエッチング速度RS との間で, 0.5<RS /RM <1.5 の関係を満たすマスク材料を用いることを特徴とする請
    求項3記載の半導体発光装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 発光素子の積層構造に窒化物半導体を用
    い,前記マスクとして二酸化シリコン(SiO2)膜を用いる
    ことを特徴とする請求項3または4記載の半導体発光装
    置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記マスクのパターンとして,エッチン
    グ方向に対してはチップの長さと切りしろを合わせたピ
    ッチで,且つ開口長さがチップの長さと切りしろを合わ
    せた長さの半分であり,エッチング方向に垂直な方向に
    対してはチップの長さと電極作製面と切りしろを合わせ
    た幅のピッチで,且つ開口幅が電極作製面以上で且つ電
    極作製面と切りしろを合わせた幅以下である開口部を持
    つことを特徴とする請求項3記載の半導体発光装置の製
    造方法。
  7. 【請求項7】 前記エッチングを,塩素元素と弗素元素
    を含む反応ガスを用いた反応性イオンエッチングにより
    行うことを特徴とする請求項3記載の半導体発光装置の
    製造方法。
  8. 【請求項8】 前記反応ガスに,CCl2F2を用いることを
    特徴とする請求項7記載の半導体発光装置の製造方法。
JP22638397A 1997-08-22 1997-08-22 半導体発光装置及びその製造方法 Withdrawn JPH1168160A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004260111A (ja) * 2003-02-27 2004-09-16 Sharp Corp 半導体発光素子およびその半導体発光素子を用いた半導体発光装置
JP2010080618A (ja) * 2008-09-25 2010-04-08 Toyoda Gosei Co Ltd Iii族窒化物系化合物半導体素子及びその製造方法
CN104617122A (zh) * 2015-01-07 2015-05-13 中国科学院半导体研究所 单芯片多电极调控多波长发光二极管结构及制备方法

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Effective date: 20041102