発光素子及びその製造方法
【課題】ドライエッチング工程で生じる保護金属層の残留物が化合物半導体層に付着され、電気的特性が低下することを解決することができる発光素子及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層と、前記第2の導電型半導体層の一部領域に形成された金属反射層と、少なくとも前記第2の導電型半導体層の境界領域に形成された絶縁構造体と、前記金属反射層及び前記絶縁構造体が形成された前記第2の導電型半導体層を覆うように形成された金属材料構造体と、前記金属材料構造体にボンディングされた基板と、を備え、前記第2の導電型半導体層の境界領域は、前記第2の導電型半導体層の外周に沿って、前記第2の導電型半導体層の外部領域を含むことを特徴とする発光素子が提供される。
【解決手段】第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層と、前記第2の導電型半導体層の一部領域に形成された金属反射層と、少なくとも前記第2の導電型半導体層の境界領域に形成された絶縁構造体と、前記金属反射層及び前記絶縁構造体が形成された前記第2の導電型半導体層を覆うように形成された金属材料構造体と、前記金属材料構造体にボンディングされた基板と、を備え、前記第2の導電型半導体層の境界領域は、前記第2の導電型半導体層の外周に沿って、前記第2の導電型半導体層の外部領域を含むことを特徴とする発光素子が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光素子及びその製造方法に関し、より詳しくは、エッチング過程で露出する化合物半導体層の側面にエッチングによる金属残留物が付着して電気的光学的特性を阻害させないようにするため、金属残留物を生じる保護金属層が露出する部分に絶縁層を形成し、保護金属層の露出を防止または最小化させ、または、露出する化合物半導体層の側面を絶縁構造体で保護するように形成された発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)等のような3族元素の窒化物は、熱的安定性に優れ、直接遷移型のエネルギーバンド構造を有しており、最近、青色及び紫外線領域の発光素子用物質として多くの脚光を浴びている。特に、窒化ガリウム(GaN)を用いた青色及び緑色発光素子は、大型のフルカラー・フラットパネルディスプレイ、信号灯、室内照明、高輝度光源、高解像度出力システム、光通信等様々な応用分野に活用されている。
【0003】
このようなIII族元素の窒化物、特にGaNは、それを成長させる同種の基板を作製し難く、類似した結晶構造を有する異種基板において、有機金属化学気相成長法(metal organic chemical vapor deposition;MOCVD)または分子線エピタキシー法(molecular beam epitaxy;MBE)等の工程を通じて成長される。異種基板としては、六方晶系構造を有するサファイア基板が主に用いられる。しかしながら、サファイアは、電気的に不導体であるため、発光ダイオード構造を制限し、機械的化学的に極めて安定であり、切断及び成形等の加工が困難であり、熱伝導率が低い。これにより、最近は、サファイアのような異種基板上に窒化物半導体層を成長させた後、異種基板を分離し、垂直型構造の発光ダイオード(LED)を製造する技術が研究されている。
【0004】
図1は、従来の垂直型発光ダイオードを説明するための断面図である。
【0005】
図1を参照すると、垂直型発光ダイオードは、導電性基板31を備える。導電性基板31上にn型半導体層15、活性層17、及びp型半導体層19を有する化合物半導体層が形成される。また、導電性基板31とp型半導体層19との間には、金属反射層23、保護金属層25、接着層27が介在される。
【0006】
化合物半導体層は、一般に、サファイア基板のような犠牲基板(図示せず)上に有機金属化学気相成長法(MOCVD)等を用いて成長される。その後、化合物半導体層上に金属反射層23、保護金属層25、及び接着層27が形成され、前記接着層27に導電性基板31が接着される。次いで、レーザリフトオフ技術等を用いて、犠牲基板が化合物半導体層から分離され、n型半導体層15が露出される。その後、エッチング工程を通じて、化合物半導体層を、導電性基板31上においてそれぞれの発光セル領域に分離する。以降、分離された各発光セル領域に対して、n型半導体層15上に電極パッド33が形成され、導電性基板31を発光セル領域別にダイシングし、個別素子に分離する。これにより、熱放出性能に優れた導電性基板31を採用することにより、発光ダイオードの発光効率を改善することができ、垂直型構造を有する図1の発光ダイオードが提供される。
【0007】
しかしながら、このように導電性基板を用いる垂直型発光ダイオードの場合、製造する際にそれぞれのセルを分離するために、通常ドライエッチング工程を行う。このようなエッチング工程は、素子自体の分離であるので、電極を形成するためのメサエッチング工程とは異なりより深い(2μm以上)エッチングが行われる。したがって、エッチング後に一部露出した部分において、残っているものを除去するために、実際のエッチング深さよりもさらに深くエッチングされる。
【0008】
このようなエッチング工程において、金属反射層23を保護する保護金属層25がエッチングされ、そのエッチングされた残留物が各セルの側面に付着される。各セルに付着された残留物は、n型半導体層15とp型半導体層19を電気的に接続し、ショート(短絡)を引き起こす。エッチング工程において生じるこれらの残留物は、ウェットエッチング工程を通じて除去されなければならないが、通常、保護金属層25として用いられているW、Pt、Ni等の金属は、ウェットエッチング工程でも除去されないため、残留物を除去することは困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、ドライエッチング工程で生じる保護金属層の残留物が化合物半導体層に付着され、電気的特性が低下することを解決することができる発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するため、本発明の一形態によれば、第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層と、前記第2の導電型半導体層の一部領域に形成された金属反射層と、少なくとも前記第2の導電型半導体層の境界領域に形成された絶縁構造体と、前記金属反射層及び前記絶縁構造体が形成された前記第2の導電型半導体層を覆って形成された金属材料構造体と、前記金属材料構造体にボンディングされた基板と、を備え、前記第2の導電型半導体層の境界領域は、前記第2の導電型半導体層の外周に沿って、前記第2の導電型半導体層の外部領域を含むことを特徴とする発光素子が提供される。
【0011】
好ましくは、前記基板は、導電性基板である。
【0012】
好ましくは、前記基板は、サファイア基板である。
【0013】
好ましくは、前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有する。
【0014】
前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成され、前記発光素子は、前記第1の導電型半導体層上に形成された第1の電極と、前記絶縁構造体から露出した前記金属材料構造体上に形成された第2の電極と、をさらに有してもよい。
【0015】
好ましくは、前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていてもよい。
【0016】
好ましくは、前記金属材料構造体に接触する前記第2の電極は、前記絶縁構造体の下面まで充填されていてもよい。
【0017】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されてもよい。
【0018】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆って延長されて形成されてもよい。
【0019】
本発明の他の形態によれば、犠牲層上に第1の導電型半導体層、活性層、第2の導電型半導体層を形成し、前記第2の導電型半導体層の一部領域上に金属反射層を形成し、少なくとも前記第2の導電型半導体層の境界領域に絶縁構造体を形成し、前記金属反射層及び前記絶縁構造体が形成された前記第2の導電型半導体層上に金属材料構造体を形成し、前記金属材料構造体上にボンディング基板を形成し、前記犠牲層を除去して前記第1の導電型半導体層を露出させ、前記絶縁構造体が露出するまで前記第1の導電型半導体層、前記活性層、前記第2の導電型半導体層をエッチングし、前記第2の導電型半導体層の境界領域は、前記第2の導電型半導体層の外周に沿って、前記第2の導電型半導体層の外部領域を含む発光素子の製造方法が提供される。
【0020】
好ましくは、前記基板は、導電性基板である。
【0021】
好ましくは、前記基板は、サファイア基板である。
【0022】
好ましくは、前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有する。
【0023】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成され、前記発光素子の製造方法は、前記第1の導電型半導体層上に第1の電極を形成し、前記絶縁構造体から露出した前記金属材料構造体上に第2の電極を形成すること、をさらに含んでもよい。
【0024】
好ましくは、前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていてもよい。
【0025】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されてもよい。
【0026】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されてもよい。
【0027】
本発明のさらに他の形態によれば、第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層と、前記第2の導電型半導体層の一部領域に形成された金属反射層と、少なくとも前記活性層及び前記第2の導電型半導体層の側面を覆って形成された絶縁構造体と、前記金属反射層が形成された前記第2の導電型半導体層及び前記絶縁構造体を覆って形成された金属材料構造体と、前記金属材料構造体にボンディングされた基板と、を備え、前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成された発光素子が提供される。
【0028】
好ましくは、前記発光素子は、前記第1の導電型半導体層上に形成された第1の電極と、前記絶縁構造体から露出した前記金属材料構造体上に形成された第2の電極と、をさらに有してもよい。
【0029】
好ましくは、前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていてもよい。
【0030】
好ましくは、前記金属材料構造体に接触する前記第2の電極は、前記絶縁構造体の下面まで充填されていてもよい。
【0031】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記第1の導電型半導体層の側面の少なくとも一部をさらに覆うように形成されてもよい。
【0032】
好ましくは、前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有してもよい。
【0033】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されてもよい。
【0034】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されてもよい。
【0035】
本発明のさらに他の形態によれば、犠牲基板上に第1の導電型半導体層、活性層、第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層を形成し、前記犠牲基板または前記第1の導電型半導体層を露出させるメサエッチング工程を行い、前記第2の導電型半導体層の上部の一部領域に金属反射層を形成し、前記メサエッチング工程により露出した前記第1の導電型半導体層または前記犠牲基板上に、少なくとも前記活性層及び前記第2の導電型半導体層の側面を取り囲む絶縁構造体を形成し、前記金属反射層が形成された前記第2の導電型半導体層の上部と前記絶縁構造体の上部に、金属材料構造体及びボンディング基板を形成し、前記犠牲基板を除去して前記第1の導電型半導体層を露出させ、少なくとも前記活性層及び前記第2の導電型半導体層の側面が、前記絶縁構造体により覆われている状態で、前記化合物半導体層を個別素子に分離するためのエッチング工程を行い、前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成された発光素子の製造方法が提供される。
【0036】
好ましくは、前記発光素子の製造方法は、前記第1の導電型半導体層上に第1の電極を形成し、前記絶縁構造体から露出した前記金属材料構造体上に第2の電極を形成すること、をさらに含んでもよい。
【0037】
好ましくは、前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていてもよい。
【0038】
好ましくは、前記金属材料構造体に接触する前記第2の電極は、前記絶縁構造体の下面まで充填されていてもよい。
【0039】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記第1の導電型半導体層の側面の少なくとも一部を覆うように形成されてもよい。
【0040】
好ましくは、前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有してもよい。
【0041】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されてもよい。
【0042】
前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されてもよい。
【0043】
本発明のさらに他の形態によれば、基板と、前記基板の一領域上に配置され、第1導電型の上部半導体層、活性層、及び第2導電型の下部半導体層を有する化合物半導体の発光構造体と、前記基板の他の領域上に配置され、前記発光構造体から離隔した第1の導電型半導体の分離層と、前記発光構造体及び前記分離層と前記基板との間に配置され、前記下部半導体層と前記分離層を電気的に接続する金属材料構造体と、前記上部半導体層及び前記活性層から前記金属材料構造体を絶縁させるように、前記発光構造体の側面を覆う絶縁構造体と、を備える発光素子が提供される。
【0044】
好ましくは、前記発光素子は、前記発光構造体上に形成された第1の電極パッド及び前記分離層上に形成された第2の電極パッドをさらに有してもよい。
【0045】
好ましくは、前記発光素子は、前記下部半導体層の下面と前記金属材料構造体との間に介在された反射金属層をさらに有し、前記金属材料構造体は、前記反射金属層を覆う保護金属層を有してもよい。
【0046】
好ましくは、前記発光素子は、前記金属材料構造体と前記基板をボンディングするボンディングメタルをさらに有してもよい。
【0047】
好ましくは、前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体を貫通し、前記分離層に接続されてもよい。
【0048】
好ましくは、前記分離層は、前記上部半導体層と同一レベルに配置されてもよい。
【0049】
好ましくは、前記分離層は、前記上部半導体層の少なくとも一部をなす材料と同一の材料で形成されてもよい。
【0050】
好ましくは、前記分離層は、前記発光構造体を取り囲んで形成されてもよい。
【0051】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記下部半導体層の下面に延長され、前記下部半導体層と前記金属材料構造体との間に介在されてもよい。
【0052】
好ましくは、前記上部半導体層の上面は、粗面を有してもよい。
【0053】
本発明のさらに他の形態によれば、犠牲基板上に第1の導電型半導体層、第2の導電型半導体層、及び前記第1及び前記第2の導電型半導体層間に介在された活性層を有する化合物半導体層を形成し、前記第1の導電型半導体層は前記犠牲基板側に近接して配置され、前記化合物半導体層をパターニングしてメサを形成し、前記メサの周囲に前記第1の導電型半導体層が露出され、前記メサの周囲に露出される前記第1の導電型半導体層及び前記活性層を覆う絶縁構造体を形成し、前記メサの周囲の第1の導電型半導体層の一部領域は部分的に露出され、前記メサと前記メサの周囲に露出された前記第1の導電型半導体層の一部領域を電気的に接続する金属材料構造体を形成し、前記金属材料構造体に基板をボンディングし、前記犠牲基板を除去して前記第1の導電型半導体層を露出させ、前記露出した第1の導電型半導体層をパターニングして前記メサ上の第1の導電型半導体層から前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を分離することを含む発光素子の製造方法が提供される。
【0054】
好ましくは、前記製造方法は、前記メサ上の前記第1の導電型半導体層上に第1の電極を形成し、前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域上に第2の電極を形成することをさらに含んでもよい。
【0055】
好ましくは、前記製造方法は、前記金属材料構造体を形成する前に、前記メサ上に反射金属層を形成することをさらに含んでもよい。
【0056】
好ましくは、前記絶縁構造体を形成することは、前記メサ及び前記メサの周囲に露出した前記第1の導電型半導体層を覆う絶縁層を形成し、前記絶縁層をパターニングして前記メサの上部領域を露出させると共に、前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を露出させる貫通孔を形成することを含んでもよい。
【0057】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記メサの上部の周縁を覆ってもよい。
【0058】
好ましくは、前記絶縁構造体を形成することは、前記メサ及び前記メサの周囲に露出した前記第1の導電型半導体層を覆う絶縁層を形成し、前記絶縁層をパターニングして前記メサの上部領域を露出させると共に、前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を露出させることを含み、前記一部領域は、前記メサを取り囲んでもよい。
【発明の効果】
【0059】
本発明の一実施例によると、化合物半導体層上に、金属反射層、金属材料構造体、ボンディング基板を形成して発光素子を製造するにあたって、金属残留物を生じる金属材料構造体が露出される部分に絶縁構造体を形成した。これにより、ドライエッチング工程を行う際に、金属材料構造体の露出を防止または最小化することにより、従来のドライエッチング工程において問題視された、金属材料構造体の残留物が化合物半導体層に付着して電気的特性を低下させることを効果的に減少させることができる。
【0060】
また、化合物半導体層上に、金属反射層、金属材料構造体、ボンディング基板を形成して発光素子を製造するにあたって、化合物半導体層の側面を絶縁構造で保護することにより、従来のドライエッチング工程において問題視された、金属材料構造体の残留物が化合物半導体層の側面に付着して電気的特性を低下させることを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0061】
【図1】従来の垂直型発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図6】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための平面図である。
【図7】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図8】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図9】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図10】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図11】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図12】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図13】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための平面図である。
【図14】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための平面図である。
【図15】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための平面図である。
【図16】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための平面図である。
【図17】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための平面図である。
【図18】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図19】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図20】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図21】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図22】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図23】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図24】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図25】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図26】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図27】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図28】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図29】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図30】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図31】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図32】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図33】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0062】
以下、添付した図面に基づき、本発明の実施形態について詳述する。以下に紹介される実施形態は、本発明の思想を当業者に充分理解させるために、一例として提供されるものである。したがって、本発明は、後述する実施形態に限定されず、他の形態で実施してもよい。なお、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、便宜のために誇張して表現されることもある。明細書の全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
【0063】
図2は、本発明の一実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【0064】
図2を参照すると、ボンディング基板71上の一部領域に、n型半導体層55、活性層57、p型半導体層59を有する化合物半導体層が配置される。ボンディング基板71は、サファイア基板であってもよいが、これに限定されるものではなく、他の異種基板であってもよい。一方、化合物半導体層は、III−N系化合物半導体層である。例えば、(Al、Ga、In)N半導体層である。
【0065】
化合物半導体層とボンディング基板71との間に、金属反射層61、絶縁構造体62、金属材料構造体63が介在される。
【0066】
金属反射層16は、反射率の大きい金属材料、例えば、銀(Ag)またはアルミニウム(Al)で形成される。
【0067】
絶縁構造体62は、p型半導体層59の境界領域に形成されている。ここで、p型半導体層59の境界領域は、p型半導体層59の外周に沿って、p型半導体層59とp型半導体層59の外部領域を含む領域である。この実施形態では、絶縁構造体62は、p型半導体層59の下面の少なくとも一部と接し、p型半導体層59と金属材料構造体63との間に延長されて形成されている。絶縁構造体62は、例えば、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーが用いられてもよい。絶縁構造体62は、少なくとも一部が金属材料構造体63を露出するように、開口領域を有してもよい。開口領域は、絶縁構造体62をパターニングして形成されてもよい。絶縁構造体62の開口領域から金属材料構造体63が露出し、露出した金属材料構造体63上にp型電極83bが形成される。
【0068】
金属材料構造体63は、金属反射層61及び絶縁構造体62が形成されたp型半導体層59を覆う保護金属層を含む。保護金属層は、金属元素が、接着層67から金属反射層61へ拡散することを防止し、金属反射層61の反射率を維持させることができる。金属材料構造体63は、金属反射層61を保護するのみならず、犠牲基板の除去後にエッチング工程を行う場合、露出層となる。ドライエッチング工程により、金属材料構造体63から残留物が生じることがある。金属材料構造体63は、絶縁構造体62の開口領域から露出する部分のみがエッチングされることにより、従来のLEDに比べて、発生する残留物が顕著に少なくなる。これにより、該当残留物が、n型半導体層55、活性層57、p型半導体層59に電気的に及ぼす影響を顕著に少なくすることができる。
【0069】
本実施形態では、p型電極83bに接触する金属材料構造体63は、絶縁構造体62の上面まで充填されているものと示されているが、本発明は、これに限定されず、p型電極83bが、絶縁構造体62の下面まで充填されていてもよい。
【0070】
接着層67は、ボンディング基板71と金属反射層61との間の接着力を向上させ、ボンディング基板71が金属反射層61から分離することを防止する。
【0071】
一方、n型半導体層55上にn型電極83aが形成され、絶縁構造体62の少なくとも一部(開口領域)から露出する金属材料構造体63上に、p型電極83bが形成される。これにより、n型電極83aとp型電極83bから電流を供給することにより、光を放出することができる。
【0072】
図3〜図13は、本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図及び平面図である。
【0073】
図3を参照すると、犠牲基板51上に化合物半導体層が形成される。犠牲基板51は、サファイア基板であってもよいが、これに限定されるものではなく、他の異種基板であってもよい。一方、化合物半導体層は、n型半導体層55、活性層57、p型半導体層59を有する。化合物半導体層は、III−N系化合物半導体であり、有機金属化学気相成長法(MOCVD)または分子線エピタキシー法(MBE)等を用いて成長される。
【0074】
一方、化合物半導体層を形成する前に、バッファ層(図示せず)が犠牲基板51上に形成されてもよい。バッファ層は、犠牲基板51と化合物半導体層との間の格子不整合を緩和するために採用され、一般に、窒化ガリウム系物質層であってもよい。
【0075】
図4を参照すると、p型半導体層59の一部領域上に金属反射層61が形成される。金属反射層61は、例えば、銀(Ag)またはアルミニウム(Al)で、メッキ法または蒸着法を用いて形成される。
【0076】
図5を参照すると、金属反射層61が形成されたp型半導体層59上に絶縁構造体62が形成される。絶縁構造体62の厚さは、金属反射層61の厚さよりも高く形成してもよい。しかしながら、本発明は、これに制限されず、いくらでも変形が可能である。絶縁構造体62の少なくとも一部は、p型半導体層59が露出するように、開口領域62a、62bを有する。図6は、図5に示した工程の平面図であって、図6を参照すると、絶縁構造体62の開口領域62a、62bからp型半導体層59の一部が露出していることがわかる。絶縁構造体62の開口領域62a、62bには、後工程を通じて、金属材料構造体63が充填される。
【0077】
図7を参照すると、絶縁構造体62が形成された後、絶縁構造体62を覆う金属材料構造体63が形成される。金属材料構造体63は、例えば、Ni、Ti、Ta、Pt、W、Cr、Pd等で形成されてもよい。金属材料構造体63は、絶縁構造体62の開口領域62a、62bから露出したp型半導体層59の一部及び金属反射層61上に形成される。
【0078】
図8を参照すると、絶縁構造体62上に第1のボンディングメタル67aが形成される。第1のボンディングメタル67aは、例えば、AuSn(80/20wt%)が15000Åの厚さで形成されてもよい。
【0079】
図9を参照すると、第2のボンディングメタル67bが形成されたボンディング基板71を、第1のボンディングメタル67a上にボンディングさせる。
【0080】
図10を参照すると、犠牲基板51が化合物半導体層から分離される。犠牲基板51は、レーザリフトオフ(LLO)法または他の機械的方法や化学的方法を用いて分離されてもよい。この際、バッファ層も一緒に除去され、n型半導体層55が露出される。犠牲基板51が除去されることにより露出したn型半導体層55を上方に向けると、図11に示す形態となる。
【0081】
図12を参照すると、p型半導体層59、活性層57、n型半導体層55に対して、メサエッチング工程を行われる。メサエッチング工程は、p型半導体層59の下に形成されている絶縁構造体62及び金属材料構造体63が露出するまで行われる。これにより、p型半導体層59、活性層57、n型半導体層55の一部はエッチングされ、p型半導体層59、活性層57、n型半導体層55の側面が露出される。
【0082】
図13は、図12の工程の平面図であって、図13を参照すると、絶縁構造体62の開口領域から金属材料構造体63の一部が露出することがわかる。
【0083】
以降、n型半導体層55上にn型電極83aを形成し、ドライエッチング工程により、露出した金属材料構造体63にp型電極83bを形成し、化合物半導体層を単位セル領域に分離するために、ドライエッチング工程を行うと、図2に示したLEDが完成する。
【0084】
一方、図12のメサ工程及び以降のドライエッチング工程を行う際に、金属材料構造体63の一部がエッチングされてもよく、これにより、金属材料構造体63の残留物が生じることがある。しかしながら、エッチング工程により残留物が生じ得る金属材料構造体63の面積は、図13に示すように、絶縁構造体62の全体面積の一部領域に該当する。したがって、従来のLEDに比べて、エッチング工程により生じ得る残留物の量が顕著に減少する。
【0085】
以上の本発明は、上述された実施形態に限定されず、当業者により様々な変形及び変更が可能であり、これは、添付の請求項に定義される本発明の趣旨と範囲に含まれる。
【0086】
例えば、上述した絶縁構造体62は、金属材料構造体63が充填される開口領域により、内側部と外側部が分離するように形成されてもよく、内側と外側が完全に分離されず、部分的に形成された開口領域に金属材料構造体63が充填されるようにしてもよい。
【0087】
図14〜図17は、本発明の変形した実施形態に係る絶縁構造体62の形態を、図13に応じて平面図として示す。図13には、露出したn型半導体層55を中心として左右側にそれぞれ配置された2つの開口領域を通して一つずつ金属材料構造体63が露出しているが、図14を参照すると、左右側にそれぞれ配置された6つの開口領域を通じて3つずつ金属材料構造体63が露出している。図15を参照すると、左右側のみならず、上下側にも金属材料構造体63が露出している。図16を参照すると、露出したn型半導体層55を中心として、長方形の各角に一つずつ4つの金属材料構造体63が露出している。図14〜図16に示した形態は、絶縁構造体62に部分的に所々に形成された開口領域に充填された金属材料構造体63が露出する形態であるが、図17は、露出したn型半導体層55を取り囲んで形成された絶縁構層が、露出した金属材料構造体63により、内側部分と外側部分が分離されていることを示す。
【0088】
さらに、n型電極83aが形成されたn型半導体層55には、ラフニング工程により凹凸の表面を形成することにより、光抽出効率を高めることができる。
【0089】
また、本発明の実施形態では、絶縁構造体が金属材料構造体の一部を露出させるように形成され、絶縁層から露出した金属材料構造体に形成されたp型電極が形成されるものについて説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されず、図18に示すような変形例も可能である。図18を参照すると、n型半導体層55、活性層57、及びp型導電型半導体層59を有する化合物半導体層が形成される。p型半導体層59の一部領域に、金属反射層61が形成されている。また、少なくともp型半導体層59の境界領域に、絶縁構造体62が形成されている。ここで、p型半導体層59の境界領域は、p型半導体層59の外周に沿って、p型半導体層59の外部領域を含む領域である。ここでは、絶縁構造体62がp型半導体層59の下面の少なくとも一部に延長されて形成されているものと示しているが、本発明は、これに制限されない。
【0090】
金属材料構造体63が、金属反射層61及び絶縁構造体62が形成されたp型半導体層59を覆って形成される。金属材料構造体63には、接着層67を介在して導電性基板71がボンディングされる。n型半導体層55上には、n型電極83が形成され、導電性基板71がp型電極として用いられる。
【0091】
また、本発明の一実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61と互いに離隔して形成されているものと説明したが、本発明は、これに限定されない。すなわち、本発明の他の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61の側面と接して延長された形成されていてもよい。本発明のまた他の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61の少なくとも一部を覆って延長されて形成されてもよい。本発明のさらにまた他の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61の側面と接しながら、金属反射層61の少なくとも一部を覆って延長されて形成されてもよい。
【0092】
図19は、本発明のさらに他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【0093】
図19を参照すると、ボンディング基板71上に、n型半導体層55、活性層57、p型半導体層59を有する化合物半導体層が形成される。ボンディング基板71は、サファイア基板であってもよいが、これに限定されるものではなく、他の異種基板であってもよい。一方、化合物半導体層は、III−N系化合物半導体層である。例えば、化合物半導体層は、(Al、Ga、In)n半導体層である。
【0094】
化合物半導体層とボンディング基板71との間に、金属反射層61、絶縁構造体62、金属材料構造体63が介在される。
【0095】
金属反射層16は、反射率の大きい金属物質、例えば、銀(Ag)またはアルミニウム(Al)で形成される。
【0096】
絶縁構造体62は、化合物半導体層の側面と、金属反射層61が形成された面の一部を取り囲んで形成される。絶縁構造体62は、例えば、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーが用いられてもよい。絶縁構造体62が化合物半導体層の側面を取り囲むように形成するためには、p型半導体層59、活性層57、及びn型半導体層55の一部をメサエッチングした後、メサエッチングにより露出した化合物半導体層の側面部分を取り囲むように、絶縁構造体62を形成する。この際、絶縁構造体62は、化合物半導体層の側面を取り囲む内側部62b、62cと、電極を形成するために金属材料構造体63で充填される部分を挟んで形成される内側部62b、62cと外側部62a、62dとからなってもよい。絶縁構造体62は、少なくとも一部が金属材料構造体63を露出するように、開口領域を有して形成されてもよい。したがって、絶縁構造体62は、金属材料構造体63が充填される開口領域により、内側部62b、62cと外側部62a、62dが分離されるように形成されてもよく、内側部62b、62cと外側部62a、62dが完全に分離されず、部分的に所々に形成された開口領域に金属材料構造体63が充填されるようしてもよい。また、図面では、絶縁構造体62の内側部62b、62cが、化合物半導体層の側面と金属反射層61が形成されたp型半導体層59の一部まで覆って形成されているが、本発明は、これに制限されず、絶縁構造体62がp型半導体層59の一部まで覆わなくても、化合物半導体層の側面のみを覆うように形成してもよい。
【0097】
金属材料構造体63は、金属元素が、接着層67から金属反射層61へ拡散することを防止し、金属反射層61の反射率を維持させることができる。金属材料構造体63は、金属反射層61を保護するのみならず、犠牲基板の除去後にエッチングを行う場合、露出層となる。金属材料構造体63は、ドライエッチング工程により、残留物が生じことがある。このような残留物が化合物半導体層の側面を取り囲んで形成されている絶縁構造体62上に付着することにより、該当残留物が、n型半導体層55、活性層57、p型半導体層59に電気的影響を及ぼすことを防止することができる。
【0098】
実施形態では、p型電極83bに接触する金属材料構造体63は、絶縁構造体62の上部面まで充填されているものと示されているが、本発明は、これに限定されず、p型電極83bが、絶縁構造体62の下面まで充填され、または、絶縁構造体62の中間位置まで充填されて形成されてもよい。
【0099】
接着層67は、ボンディング基板71と金属反射層61との間の接着力を向上させることにより、ボンディング基板71が金属反射層61から分離することを防止する。
【0100】
一方、n型半導体層55上にn型電極83aが形成され、絶縁構造体62の少なくとも一部(開口領域)から露出する金属材料構造体63上にp型電極83bが形成される。これにより、n型電極83aとp型電極83bから電流を供給することにより、光を放出することができる。
【0101】
図20〜図28は、本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【0102】
図20を参照すると、犠牲基板51上に化合物半導体層が形成される。犠牲基板51は、サファイア基板であってもよいが、これに限定されるものではなく、他の異種基板であってもよい。化合物半導体層は、n型半導体層55、活性層57、p型半導体層59を有する。化合物半導体層は、III−N系化合物半導体層であり、有機金属化学気相成長法(MOCVD)または分子線エピタキシー法(MBE)等を用いて成長させてもよい。
【0103】
一方、化合物半導体層を形成する前に、犠牲基板51上にバッファ層(図示せず)を形成してもよい。バッファ層は、犠牲基板51と化合物半導体層の間の格子不整合を緩和するために採用され、一般に、窒化ガリウム系物質層であってもよい。
【0104】
図21を参照すると、p型半導体層59、活性層57、n型半導体層55に対して、メサエッチング工程が行われる。これにより、p型半導体層59、活性層57、n型半導体層55の一部はエッチングされることにより、p型半導体層59、活性層57の側面と、n型半導体層55の少なくとも側面が露出されるようになる。この際、n型半導体層55の露出した側面の高さは、エッチングの程度に応じて変えてもよい。
【0105】
図22を参照すると、p型半導体層59の一部領域上に金属反射層61が形成される。金属反射層61は、例えば、銀(Ag)またはアルミニウム(Al)で、メッキ法または蒸着法を用いて形成されてもよい。
【0106】
以降、n型半導体層55上に絶縁構造体62が形成される。絶縁構造体62の厚さは、金属反射層61の厚さよりも高く形成してもよい。しかしながら、本発明は、これに制限されず、いくらでも変形してもよい。絶縁構造体62は、p型半導体層59、活性層57、n型半導体層55の側面を取り囲むように形成される。絶縁構造体62の少なくとも一部は、n型半導体層55が露出するように、開口領域を有する。これにより、絶縁構造体62は、化合物半導体層の側面を取り囲む内側部62b、62cと、電極を形成するために金属材料構造体63で充填される開口領域を挟んで形成される内側部62b、62cと外側部62a、62dとからなってもよい。
【0107】
この際、絶縁構造体62にn型半導体層55が露出するように形成された開口領域は、絶縁構造体62の所々に形成されてもよく、開口領域により、内側部62b、62cと外側部62a、62dが分離されて形成されてもよい。
【0108】
図23を参照すると、絶縁構造体62が形成された後、金属材料構造体63が形成される。金属材料構造体63は、例えば、Ni、Ti、Ta、Pt、W、Cr、Pd等で形成されてもよい。金属材料構造体63は、絶縁構造体62の開口領域から露出したn型半導体層55の一部、金属反射層61、絶縁構造の内側部62b、62cと金属反射層61との間に露出したp型半導体層59上に形成される。
【0109】
図24を参照すると、絶縁構造体62上に第1のボンディングメタル67aが形成される。第1のボンディングメタル67aは、例えば、AuSn(80/20wt%)を用いて15000Åの厚さに形成されてもよい。
【0110】
図25を参照すると、第2のボンディングメタル67bが形成されたボンディング基板71が、第1のボンディングメタル67a上にボンディングされる。
【0111】
図26を参照すると、犠牲基板51が化合物半導体層から分離される。犠牲基板51は、レーザリフトオフ(LLO)法または他の機械的方法や化学的方法により分離させてもよい。この際、バッファ層も一緒に除去され、n型半導体層55が露出される。犠牲基板51が除去されることにより露出したn型半導体層55を上方に向けると、図27に示す形態となる。
【0112】
図28を参照すると、化合物半導体層を単位セル領域に分離すると共に、p型半導体層59に電流を供給するのに必要な金属材料構造体63を露出させるためにドライエッチング工程が行われる。このドライエッチング工程により、n型半導体層55の一部がエッチングされる。ドライエッチングにより金属材料構造体63の一部がエッチングされ、これにより、金属材料構造体63の残留物が生じことがある。しかしながら、n型半導体層55、活性層57、及びp型半導体層59の側面は、絶縁構造体62で取り囲まれていることにより、金属材料構造体63の残留物は、n型半導体層55、活性層57、及びp型半導体層59に対していかなる電気的な影響も及ぼさないようになる。以降、n型半導体層55上にn型電極83aを形成し、ドライエッチング工程により露出した金属材料構造体63上にp型電極83bを形成すると、図19の発光素子が完成する。さらに、図29に示すように、n型電極83aが形成されたn型半導体層55には、ラフニング工程により凹凸の表面55aを形成することにより、光抽出効率を高めることができる。
【0113】
以上の本発明は、上述された実施形態に限定されず、当業者により様々な変形及び変更が可能であり、これは、添付の請求項に定義される本発明の趣旨と範囲に含まれる。
【0114】
例えば、本発明の実施形態では、絶縁構造体62が、p型半導体層59の下面の少なくとも一部に延長されて形成されているものと示されているが、本発明は、これに制限されるものではない。
【0115】
また、本発明の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61と互いに離隔して形成されているものと説明したが、本発明は、これに限定されない。すなわち、本発明のまた他の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61の側面と接するように延長されて形成されていてもよい。本発明のまた他の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されてもよい。本発明のさらにまた他の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61の側面と接しながら、金属反射層61の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されてもよい。
【0116】
また、本発明の実施形態では、n型半導体層55の側面の一部は、絶縁構造体62により覆われていないが、本発明は、これに限定されず、n型半導体層55の両側面の全部が、絶縁構造体62により覆われるように変形してもよい。
【0117】
また、本発明の他の変形例として、図30及び図31に示すように、n型半導体層55の一部が、絶縁構造体62の上部の一部を覆うように延長されて形成されてもよく、その延長された部分の表面にも、ラフニング工程により凹凸の表面を形成することにより、光抽出効率を高めることができる。
【0118】
また、本発明の他の変形例として、図32に示すように、n型半導体層55(第1導電型の上部半導体層)、活性層57、p型半導体層59(第2導電型の下部半導体層)を有する発光構造体58から離隔するn型半導体の分離層55s(第1の導電型半導体の分離層)が形成され、p型電極83bが分離層55s上に形成される。p型電極83bが、n型半導体層の分離層55s上に形成されるので、p型電極83bの接着力を向上させることができる。
【0119】
分離層55sは、n型半導体層55のような導電型であるn型半導体で形成され、発光構造体58から離隔して配置される。分離層55sは、発光構造体58の周囲に一つまたは複数個配置するように形成してもよく、または、発光構造体58を取り囲むような形状、すなわち、リング状、例えば、矩形リング状で形成してもよい。
【0120】
分離層55sは、n型半導体層55と一緒に成長された後、n型半導体層55から分離されて形成されてもよい。したがって、分離層55sは、n型半導体層55と同一レベルに配置してもよく、n型半導体層55の少なくとも一部分と同一の材料で形成されてもよい。
【0121】
一方、絶縁構造体62は、分離層55sを露出させる貫通孔を有してもよく、金属材料構造体63は、貫通孔を介して分離層55sに電気的に接続されてもよい。貫通孔は、発光構造体58の周囲に複数個形成されてもよい。これとは異なり、絶縁構造体62は、発光構造体58の側面の周囲に限定され、金属材料構造体63が、絶縁構造体62及び分離層55sを覆うことにより分離層55sに電気的に接続されてもよい。
【0122】
図32の発光素子を製造する工程について説明すると、図27と関連した工程を行った後、図33の工程を行う。図33を参照すると、露出したn型半導体層55をパターニングし、メサ上に形成されたn型半導体層55から、メサの周囲に形成されたn型半導体層55の一部領域が分離される。これにより、発光構造体58(図32参照)が完成され、発光構造体58から離隔した分離層55sが形成される。
【0123】
以降、メサ上のn型半導体層55上にn型電極83aが形成され、分離層55s上にp型電極83bが形成される。電極83a、83bは、互いに同一の材料で形成されてもよい。一方、メサ上のn型半導体層55の上面55aに、PEC(photoelectrochemical)エッチング工程等によって粗面が形成されてもよい。粗面は、n型電極83aの形成前または後に形成されてもよい。これにより、図32の発光素子が完成される。
【0124】
本発明の一実施形態によれば、化合物半導体層上に金属反射層、金属材料構造体、及びボンディング基板が形成されることにより製造される発光素子は、金属残留物を生成し露出させる可能性がある前記金属材料構造体を介した部分上に絶縁構造体が形成される。これにより、ドライエッチング工程が行われる際に、前記金属材料構造体の露出を防止し、又は、最小化し、従来のドライエッチング工程における成長において、化合物半導体に対する金属材料構造体の残留物の付着による電気的特性の劣化を効果的に緩和することができる。
【0125】
本発明の他の実施形態によれば、化合物半導体層上に金属反射層、金属材料構造体、及びボンディング基板が形成されることにより製造される発光素子は、化合物半導体層の側面が絶縁構造体により保護されるため、従来のドライエッチング工程における成長において、化合物半導体の側面に対して金属材料構造体の残留物の付着による電気的特性の劣化を効果的に緩和することができる。
【符号の説明】
【0126】
51…犠牲基板、55…n型半導体層、55a…凹凸の表面、55s…分離層、57…活性層、59…p型半導体層、61…金属反射層、62…絶縁構造体、62a,62d…外側部、62b,62c…内側部、63…金属材料構造体、67…接着層、67a…第1のボンディングメタル、67b…第2のボンディングメタル、71…ボンディング基板、83a…n型電極、83b…p型電極。
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光素子及びその製造方法に関し、より詳しくは、エッチング過程で露出する化合物半導体層の側面にエッチングによる金属残留物が付着して電気的光学的特性を阻害させないようにするため、金属残留物を生じる保護金属層が露出する部分に絶縁層を形成し、保護金属層の露出を防止または最小化させ、または、露出する化合物半導体層の側面を絶縁構造体で保護するように形成された発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)等のような3族元素の窒化物は、熱的安定性に優れ、直接遷移型のエネルギーバンド構造を有しており、最近、青色及び紫外線領域の発光素子用物質として多くの脚光を浴びている。特に、窒化ガリウム(GaN)を用いた青色及び緑色発光素子は、大型のフルカラー・フラットパネルディスプレイ、信号灯、室内照明、高輝度光源、高解像度出力システム、光通信等様々な応用分野に活用されている。
【0003】
このようなIII族元素の窒化物、特にGaNは、それを成長させる同種の基板を作製し難く、類似した結晶構造を有する異種基板において、有機金属化学気相成長法(metal organic chemical vapor deposition;MOCVD)または分子線エピタキシー法(molecular beam epitaxy;MBE)等の工程を通じて成長される。異種基板としては、六方晶系構造を有するサファイア基板が主に用いられる。しかしながら、サファイアは、電気的に不導体であるため、発光ダイオード構造を制限し、機械的化学的に極めて安定であり、切断及び成形等の加工が困難であり、熱伝導率が低い。これにより、最近は、サファイアのような異種基板上に窒化物半導体層を成長させた後、異種基板を分離し、垂直型構造の発光ダイオード(LED)を製造する技術が研究されている。
【0004】
図1は、従来の垂直型発光ダイオードを説明するための断面図である。
【0005】
図1を参照すると、垂直型発光ダイオードは、導電性基板31を備える。導電性基板31上にn型半導体層15、活性層17、及びp型半導体層19を有する化合物半導体層が形成される。また、導電性基板31とp型半導体層19との間には、金属反射層23、保護金属層25、接着層27が介在される。
【0006】
化合物半導体層は、一般に、サファイア基板のような犠牲基板(図示せず)上に有機金属化学気相成長法(MOCVD)等を用いて成長される。その後、化合物半導体層上に金属反射層23、保護金属層25、及び接着層27が形成され、前記接着層27に導電性基板31が接着される。次いで、レーザリフトオフ技術等を用いて、犠牲基板が化合物半導体層から分離され、n型半導体層15が露出される。その後、エッチング工程を通じて、化合物半導体層を、導電性基板31上においてそれぞれの発光セル領域に分離する。以降、分離された各発光セル領域に対して、n型半導体層15上に電極パッド33が形成され、導電性基板31を発光セル領域別にダイシングし、個別素子に分離する。これにより、熱放出性能に優れた導電性基板31を採用することにより、発光ダイオードの発光効率を改善することができ、垂直型構造を有する図1の発光ダイオードが提供される。
【0007】
しかしながら、このように導電性基板を用いる垂直型発光ダイオードの場合、製造する際にそれぞれのセルを分離するために、通常ドライエッチング工程を行う。このようなエッチング工程は、素子自体の分離であるので、電極を形成するためのメサエッチング工程とは異なりより深い(2μm以上)エッチングが行われる。したがって、エッチング後に一部露出した部分において、残っているものを除去するために、実際のエッチング深さよりもさらに深くエッチングされる。
【0008】
このようなエッチング工程において、金属反射層23を保護する保護金属層25がエッチングされ、そのエッチングされた残留物が各セルの側面に付着される。各セルに付着された残留物は、n型半導体層15とp型半導体層19を電気的に接続し、ショート(短絡)を引き起こす。エッチング工程において生じるこれらの残留物は、ウェットエッチング工程を通じて除去されなければならないが、通常、保護金属層25として用いられているW、Pt、Ni等の金属は、ウェットエッチング工程でも除去されないため、残留物を除去することは困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、ドライエッチング工程で生じる保護金属層の残留物が化合物半導体層に付着され、電気的特性が低下することを解決することができる発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するため、本発明の一形態によれば、第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層と、前記第2の導電型半導体層の一部領域に形成された金属反射層と、少なくとも前記第2の導電型半導体層の境界領域に形成された絶縁構造体と、前記金属反射層及び前記絶縁構造体が形成された前記第2の導電型半導体層を覆って形成された金属材料構造体と、前記金属材料構造体にボンディングされた基板と、を備え、前記第2の導電型半導体層の境界領域は、前記第2の導電型半導体層の外周に沿って、前記第2の導電型半導体層の外部領域を含むことを特徴とする発光素子が提供される。
【0011】
好ましくは、前記基板は、導電性基板である。
【0012】
好ましくは、前記基板は、サファイア基板である。
【0013】
好ましくは、前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有する。
【0014】
前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成され、前記発光素子は、前記第1の導電型半導体層上に形成された第1の電極と、前記絶縁構造体から露出した前記金属材料構造体上に形成された第2の電極と、をさらに有してもよい。
【0015】
好ましくは、前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていてもよい。
【0016】
好ましくは、前記金属材料構造体に接触する前記第2の電極は、前記絶縁構造体の下面まで充填されていてもよい。
【0017】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されてもよい。
【0018】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆って延長されて形成されてもよい。
【0019】
本発明の他の形態によれば、犠牲層上に第1の導電型半導体層、活性層、第2の導電型半導体層を形成し、前記第2の導電型半導体層の一部領域上に金属反射層を形成し、少なくとも前記第2の導電型半導体層の境界領域に絶縁構造体を形成し、前記金属反射層及び前記絶縁構造体が形成された前記第2の導電型半導体層上に金属材料構造体を形成し、前記金属材料構造体上にボンディング基板を形成し、前記犠牲層を除去して前記第1の導電型半導体層を露出させ、前記絶縁構造体が露出するまで前記第1の導電型半導体層、前記活性層、前記第2の導電型半導体層をエッチングし、前記第2の導電型半導体層の境界領域は、前記第2の導電型半導体層の外周に沿って、前記第2の導電型半導体層の外部領域を含む発光素子の製造方法が提供される。
【0020】
好ましくは、前記基板は、導電性基板である。
【0021】
好ましくは、前記基板は、サファイア基板である。
【0022】
好ましくは、前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有する。
【0023】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成され、前記発光素子の製造方法は、前記第1の導電型半導体層上に第1の電極を形成し、前記絶縁構造体から露出した前記金属材料構造体上に第2の電極を形成すること、をさらに含んでもよい。
【0024】
好ましくは、前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていてもよい。
【0025】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されてもよい。
【0026】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されてもよい。
【0027】
本発明のさらに他の形態によれば、第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層と、前記第2の導電型半導体層の一部領域に形成された金属反射層と、少なくとも前記活性層及び前記第2の導電型半導体層の側面を覆って形成された絶縁構造体と、前記金属反射層が形成された前記第2の導電型半導体層及び前記絶縁構造体を覆って形成された金属材料構造体と、前記金属材料構造体にボンディングされた基板と、を備え、前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成された発光素子が提供される。
【0028】
好ましくは、前記発光素子は、前記第1の導電型半導体層上に形成された第1の電極と、前記絶縁構造体から露出した前記金属材料構造体上に形成された第2の電極と、をさらに有してもよい。
【0029】
好ましくは、前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていてもよい。
【0030】
好ましくは、前記金属材料構造体に接触する前記第2の電極は、前記絶縁構造体の下面まで充填されていてもよい。
【0031】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記第1の導電型半導体層の側面の少なくとも一部をさらに覆うように形成されてもよい。
【0032】
好ましくは、前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有してもよい。
【0033】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されてもよい。
【0034】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されてもよい。
【0035】
本発明のさらに他の形態によれば、犠牲基板上に第1の導電型半導体層、活性層、第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層を形成し、前記犠牲基板または前記第1の導電型半導体層を露出させるメサエッチング工程を行い、前記第2の導電型半導体層の上部の一部領域に金属反射層を形成し、前記メサエッチング工程により露出した前記第1の導電型半導体層または前記犠牲基板上に、少なくとも前記活性層及び前記第2の導電型半導体層の側面を取り囲む絶縁構造体を形成し、前記金属反射層が形成された前記第2の導電型半導体層の上部と前記絶縁構造体の上部に、金属材料構造体及びボンディング基板を形成し、前記犠牲基板を除去して前記第1の導電型半導体層を露出させ、少なくとも前記活性層及び前記第2の導電型半導体層の側面が、前記絶縁構造体により覆われている状態で、前記化合物半導体層を個別素子に分離するためのエッチング工程を行い、前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成された発光素子の製造方法が提供される。
【0036】
好ましくは、前記発光素子の製造方法は、前記第1の導電型半導体層上に第1の電極を形成し、前記絶縁構造体から露出した前記金属材料構造体上に第2の電極を形成すること、をさらに含んでもよい。
【0037】
好ましくは、前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていてもよい。
【0038】
好ましくは、前記金属材料構造体に接触する前記第2の電極は、前記絶縁構造体の下面まで充填されていてもよい。
【0039】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記第1の導電型半導体層の側面の少なくとも一部を覆うように形成されてもよい。
【0040】
好ましくは、前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有してもよい。
【0041】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されてもよい。
【0042】
前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されてもよい。
【0043】
本発明のさらに他の形態によれば、基板と、前記基板の一領域上に配置され、第1導電型の上部半導体層、活性層、及び第2導電型の下部半導体層を有する化合物半導体の発光構造体と、前記基板の他の領域上に配置され、前記発光構造体から離隔した第1の導電型半導体の分離層と、前記発光構造体及び前記分離層と前記基板との間に配置され、前記下部半導体層と前記分離層を電気的に接続する金属材料構造体と、前記上部半導体層及び前記活性層から前記金属材料構造体を絶縁させるように、前記発光構造体の側面を覆う絶縁構造体と、を備える発光素子が提供される。
【0044】
好ましくは、前記発光素子は、前記発光構造体上に形成された第1の電極パッド及び前記分離層上に形成された第2の電極パッドをさらに有してもよい。
【0045】
好ましくは、前記発光素子は、前記下部半導体層の下面と前記金属材料構造体との間に介在された反射金属層をさらに有し、前記金属材料構造体は、前記反射金属層を覆う保護金属層を有してもよい。
【0046】
好ましくは、前記発光素子は、前記金属材料構造体と前記基板をボンディングするボンディングメタルをさらに有してもよい。
【0047】
好ましくは、前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体を貫通し、前記分離層に接続されてもよい。
【0048】
好ましくは、前記分離層は、前記上部半導体層と同一レベルに配置されてもよい。
【0049】
好ましくは、前記分離層は、前記上部半導体層の少なくとも一部をなす材料と同一の材料で形成されてもよい。
【0050】
好ましくは、前記分離層は、前記発光構造体を取り囲んで形成されてもよい。
【0051】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記下部半導体層の下面に延長され、前記下部半導体層と前記金属材料構造体との間に介在されてもよい。
【0052】
好ましくは、前記上部半導体層の上面は、粗面を有してもよい。
【0053】
本発明のさらに他の形態によれば、犠牲基板上に第1の導電型半導体層、第2の導電型半導体層、及び前記第1及び前記第2の導電型半導体層間に介在された活性層を有する化合物半導体層を形成し、前記第1の導電型半導体層は前記犠牲基板側に近接して配置され、前記化合物半導体層をパターニングしてメサを形成し、前記メサの周囲に前記第1の導電型半導体層が露出され、前記メサの周囲に露出される前記第1の導電型半導体層及び前記活性層を覆う絶縁構造体を形成し、前記メサの周囲の第1の導電型半導体層の一部領域は部分的に露出され、前記メサと前記メサの周囲に露出された前記第1の導電型半導体層の一部領域を電気的に接続する金属材料構造体を形成し、前記金属材料構造体に基板をボンディングし、前記犠牲基板を除去して前記第1の導電型半導体層を露出させ、前記露出した第1の導電型半導体層をパターニングして前記メサ上の第1の導電型半導体層から前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を分離することを含む発光素子の製造方法が提供される。
【0054】
好ましくは、前記製造方法は、前記メサ上の前記第1の導電型半導体層上に第1の電極を形成し、前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域上に第2の電極を形成することをさらに含んでもよい。
【0055】
好ましくは、前記製造方法は、前記金属材料構造体を形成する前に、前記メサ上に反射金属層を形成することをさらに含んでもよい。
【0056】
好ましくは、前記絶縁構造体を形成することは、前記メサ及び前記メサの周囲に露出した前記第1の導電型半導体層を覆う絶縁層を形成し、前記絶縁層をパターニングして前記メサの上部領域を露出させると共に、前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を露出させる貫通孔を形成することを含んでもよい。
【0057】
好ましくは、前記絶縁構造体は、前記メサの上部の周縁を覆ってもよい。
【0058】
好ましくは、前記絶縁構造体を形成することは、前記メサ及び前記メサの周囲に露出した前記第1の導電型半導体層を覆う絶縁層を形成し、前記絶縁層をパターニングして前記メサの上部領域を露出させると共に、前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を露出させることを含み、前記一部領域は、前記メサを取り囲んでもよい。
【発明の効果】
【0059】
本発明の一実施例によると、化合物半導体層上に、金属反射層、金属材料構造体、ボンディング基板を形成して発光素子を製造するにあたって、金属残留物を生じる金属材料構造体が露出される部分に絶縁構造体を形成した。これにより、ドライエッチング工程を行う際に、金属材料構造体の露出を防止または最小化することにより、従来のドライエッチング工程において問題視された、金属材料構造体の残留物が化合物半導体層に付着して電気的特性を低下させることを効果的に減少させることができる。
【0060】
また、化合物半導体層上に、金属反射層、金属材料構造体、ボンディング基板を形成して発光素子を製造するにあたって、化合物半導体層の側面を絶縁構造で保護することにより、従来のドライエッチング工程において問題視された、金属材料構造体の残留物が化合物半導体層の側面に付着して電気的特性を低下させることを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0061】
【図1】従来の垂直型発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図6】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための平面図である。
【図7】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図8】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図9】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図10】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図11】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図12】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図13】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための平面図である。
【図14】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための平面図である。
【図15】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための平面図である。
【図16】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための平面図である。
【図17】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための平面図である。
【図18】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図19】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図20】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図21】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図22】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図23】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図24】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図25】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図26】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図27】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図28】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図29】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図30】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図31】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図32】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図33】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0062】
以下、添付した図面に基づき、本発明の実施形態について詳述する。以下に紹介される実施形態は、本発明の思想を当業者に充分理解させるために、一例として提供されるものである。したがって、本発明は、後述する実施形態に限定されず、他の形態で実施してもよい。なお、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、便宜のために誇張して表現されることもある。明細書の全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
【0063】
図2は、本発明の一実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【0064】
図2を参照すると、ボンディング基板71上の一部領域に、n型半導体層55、活性層57、p型半導体層59を有する化合物半導体層が配置される。ボンディング基板71は、サファイア基板であってもよいが、これに限定されるものではなく、他の異種基板であってもよい。一方、化合物半導体層は、III−N系化合物半導体層である。例えば、(Al、Ga、In)N半導体層である。
【0065】
化合物半導体層とボンディング基板71との間に、金属反射層61、絶縁構造体62、金属材料構造体63が介在される。
【0066】
金属反射層16は、反射率の大きい金属材料、例えば、銀(Ag)またはアルミニウム(Al)で形成される。
【0067】
絶縁構造体62は、p型半導体層59の境界領域に形成されている。ここで、p型半導体層59の境界領域は、p型半導体層59の外周に沿って、p型半導体層59とp型半導体層59の外部領域を含む領域である。この実施形態では、絶縁構造体62は、p型半導体層59の下面の少なくとも一部と接し、p型半導体層59と金属材料構造体63との間に延長されて形成されている。絶縁構造体62は、例えば、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーが用いられてもよい。絶縁構造体62は、少なくとも一部が金属材料構造体63を露出するように、開口領域を有してもよい。開口領域は、絶縁構造体62をパターニングして形成されてもよい。絶縁構造体62の開口領域から金属材料構造体63が露出し、露出した金属材料構造体63上にp型電極83bが形成される。
【0068】
金属材料構造体63は、金属反射層61及び絶縁構造体62が形成されたp型半導体層59を覆う保護金属層を含む。保護金属層は、金属元素が、接着層67から金属反射層61へ拡散することを防止し、金属反射層61の反射率を維持させることができる。金属材料構造体63は、金属反射層61を保護するのみならず、犠牲基板の除去後にエッチング工程を行う場合、露出層となる。ドライエッチング工程により、金属材料構造体63から残留物が生じることがある。金属材料構造体63は、絶縁構造体62の開口領域から露出する部分のみがエッチングされることにより、従来のLEDに比べて、発生する残留物が顕著に少なくなる。これにより、該当残留物が、n型半導体層55、活性層57、p型半導体層59に電気的に及ぼす影響を顕著に少なくすることができる。
【0069】
本実施形態では、p型電極83bに接触する金属材料構造体63は、絶縁構造体62の上面まで充填されているものと示されているが、本発明は、これに限定されず、p型電極83bが、絶縁構造体62の下面まで充填されていてもよい。
【0070】
接着層67は、ボンディング基板71と金属反射層61との間の接着力を向上させ、ボンディング基板71が金属反射層61から分離することを防止する。
【0071】
一方、n型半導体層55上にn型電極83aが形成され、絶縁構造体62の少なくとも一部(開口領域)から露出する金属材料構造体63上に、p型電極83bが形成される。これにより、n型電極83aとp型電極83bから電流を供給することにより、光を放出することができる。
【0072】
図3〜図13は、本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図及び平面図である。
【0073】
図3を参照すると、犠牲基板51上に化合物半導体層が形成される。犠牲基板51は、サファイア基板であってもよいが、これに限定されるものではなく、他の異種基板であってもよい。一方、化合物半導体層は、n型半導体層55、活性層57、p型半導体層59を有する。化合物半導体層は、III−N系化合物半導体であり、有機金属化学気相成長法(MOCVD)または分子線エピタキシー法(MBE)等を用いて成長される。
【0074】
一方、化合物半導体層を形成する前に、バッファ層(図示せず)が犠牲基板51上に形成されてもよい。バッファ層は、犠牲基板51と化合物半導体層との間の格子不整合を緩和するために採用され、一般に、窒化ガリウム系物質層であってもよい。
【0075】
図4を参照すると、p型半導体層59の一部領域上に金属反射層61が形成される。金属反射層61は、例えば、銀(Ag)またはアルミニウム(Al)で、メッキ法または蒸着法を用いて形成される。
【0076】
図5を参照すると、金属反射層61が形成されたp型半導体層59上に絶縁構造体62が形成される。絶縁構造体62の厚さは、金属反射層61の厚さよりも高く形成してもよい。しかしながら、本発明は、これに制限されず、いくらでも変形が可能である。絶縁構造体62の少なくとも一部は、p型半導体層59が露出するように、開口領域62a、62bを有する。図6は、図5に示した工程の平面図であって、図6を参照すると、絶縁構造体62の開口領域62a、62bからp型半導体層59の一部が露出していることがわかる。絶縁構造体62の開口領域62a、62bには、後工程を通じて、金属材料構造体63が充填される。
【0077】
図7を参照すると、絶縁構造体62が形成された後、絶縁構造体62を覆う金属材料構造体63が形成される。金属材料構造体63は、例えば、Ni、Ti、Ta、Pt、W、Cr、Pd等で形成されてもよい。金属材料構造体63は、絶縁構造体62の開口領域62a、62bから露出したp型半導体層59の一部及び金属反射層61上に形成される。
【0078】
図8を参照すると、絶縁構造体62上に第1のボンディングメタル67aが形成される。第1のボンディングメタル67aは、例えば、AuSn(80/20wt%)が15000Åの厚さで形成されてもよい。
【0079】
図9を参照すると、第2のボンディングメタル67bが形成されたボンディング基板71を、第1のボンディングメタル67a上にボンディングさせる。
【0080】
図10を参照すると、犠牲基板51が化合物半導体層から分離される。犠牲基板51は、レーザリフトオフ(LLO)法または他の機械的方法や化学的方法を用いて分離されてもよい。この際、バッファ層も一緒に除去され、n型半導体層55が露出される。犠牲基板51が除去されることにより露出したn型半導体層55を上方に向けると、図11に示す形態となる。
【0081】
図12を参照すると、p型半導体層59、活性層57、n型半導体層55に対して、メサエッチング工程を行われる。メサエッチング工程は、p型半導体層59の下に形成されている絶縁構造体62及び金属材料構造体63が露出するまで行われる。これにより、p型半導体層59、活性層57、n型半導体層55の一部はエッチングされ、p型半導体層59、活性層57、n型半導体層55の側面が露出される。
【0082】
図13は、図12の工程の平面図であって、図13を参照すると、絶縁構造体62の開口領域から金属材料構造体63の一部が露出することがわかる。
【0083】
以降、n型半導体層55上にn型電極83aを形成し、ドライエッチング工程により、露出した金属材料構造体63にp型電極83bを形成し、化合物半導体層を単位セル領域に分離するために、ドライエッチング工程を行うと、図2に示したLEDが完成する。
【0084】
一方、図12のメサ工程及び以降のドライエッチング工程を行う際に、金属材料構造体63の一部がエッチングされてもよく、これにより、金属材料構造体63の残留物が生じることがある。しかしながら、エッチング工程により残留物が生じ得る金属材料構造体63の面積は、図13に示すように、絶縁構造体62の全体面積の一部領域に該当する。したがって、従来のLEDに比べて、エッチング工程により生じ得る残留物の量が顕著に減少する。
【0085】
以上の本発明は、上述された実施形態に限定されず、当業者により様々な変形及び変更が可能であり、これは、添付の請求項に定義される本発明の趣旨と範囲に含まれる。
【0086】
例えば、上述した絶縁構造体62は、金属材料構造体63が充填される開口領域により、内側部と外側部が分離するように形成されてもよく、内側と外側が完全に分離されず、部分的に形成された開口領域に金属材料構造体63が充填されるようにしてもよい。
【0087】
図14〜図17は、本発明の変形した実施形態に係る絶縁構造体62の形態を、図13に応じて平面図として示す。図13には、露出したn型半導体層55を中心として左右側にそれぞれ配置された2つの開口領域を通して一つずつ金属材料構造体63が露出しているが、図14を参照すると、左右側にそれぞれ配置された6つの開口領域を通じて3つずつ金属材料構造体63が露出している。図15を参照すると、左右側のみならず、上下側にも金属材料構造体63が露出している。図16を参照すると、露出したn型半導体層55を中心として、長方形の各角に一つずつ4つの金属材料構造体63が露出している。図14〜図16に示した形態は、絶縁構造体62に部分的に所々に形成された開口領域に充填された金属材料構造体63が露出する形態であるが、図17は、露出したn型半導体層55を取り囲んで形成された絶縁構層が、露出した金属材料構造体63により、内側部分と外側部分が分離されていることを示す。
【0088】
さらに、n型電極83aが形成されたn型半導体層55には、ラフニング工程により凹凸の表面を形成することにより、光抽出効率を高めることができる。
【0089】
また、本発明の実施形態では、絶縁構造体が金属材料構造体の一部を露出させるように形成され、絶縁層から露出した金属材料構造体に形成されたp型電極が形成されるものについて説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されず、図18に示すような変形例も可能である。図18を参照すると、n型半導体層55、活性層57、及びp型導電型半導体層59を有する化合物半導体層が形成される。p型半導体層59の一部領域に、金属反射層61が形成されている。また、少なくともp型半導体層59の境界領域に、絶縁構造体62が形成されている。ここで、p型半導体層59の境界領域は、p型半導体層59の外周に沿って、p型半導体層59の外部領域を含む領域である。ここでは、絶縁構造体62がp型半導体層59の下面の少なくとも一部に延長されて形成されているものと示しているが、本発明は、これに制限されない。
【0090】
金属材料構造体63が、金属反射層61及び絶縁構造体62が形成されたp型半導体層59を覆って形成される。金属材料構造体63には、接着層67を介在して導電性基板71がボンディングされる。n型半導体層55上には、n型電極83が形成され、導電性基板71がp型電極として用いられる。
【0091】
また、本発明の一実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61と互いに離隔して形成されているものと説明したが、本発明は、これに限定されない。すなわち、本発明の他の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61の側面と接して延長された形成されていてもよい。本発明のまた他の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61の少なくとも一部を覆って延長されて形成されてもよい。本発明のさらにまた他の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61の側面と接しながら、金属反射層61の少なくとも一部を覆って延長されて形成されてもよい。
【0092】
図19は、本発明のさらに他の実施形態に係る発光ダイオードを説明するための断面図である。
【0093】
図19を参照すると、ボンディング基板71上に、n型半導体層55、活性層57、p型半導体層59を有する化合物半導体層が形成される。ボンディング基板71は、サファイア基板であってもよいが、これに限定されるものではなく、他の異種基板であってもよい。一方、化合物半導体層は、III−N系化合物半導体層である。例えば、化合物半導体層は、(Al、Ga、In)n半導体層である。
【0094】
化合物半導体層とボンディング基板71との間に、金属反射層61、絶縁構造体62、金属材料構造体63が介在される。
【0095】
金属反射層16は、反射率の大きい金属物質、例えば、銀(Ag)またはアルミニウム(Al)で形成される。
【0096】
絶縁構造体62は、化合物半導体層の側面と、金属反射層61が形成された面の一部を取り囲んで形成される。絶縁構造体62は、例えば、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーが用いられてもよい。絶縁構造体62が化合物半導体層の側面を取り囲むように形成するためには、p型半導体層59、活性層57、及びn型半導体層55の一部をメサエッチングした後、メサエッチングにより露出した化合物半導体層の側面部分を取り囲むように、絶縁構造体62を形成する。この際、絶縁構造体62は、化合物半導体層の側面を取り囲む内側部62b、62cと、電極を形成するために金属材料構造体63で充填される部分を挟んで形成される内側部62b、62cと外側部62a、62dとからなってもよい。絶縁構造体62は、少なくとも一部が金属材料構造体63を露出するように、開口領域を有して形成されてもよい。したがって、絶縁構造体62は、金属材料構造体63が充填される開口領域により、内側部62b、62cと外側部62a、62dが分離されるように形成されてもよく、内側部62b、62cと外側部62a、62dが完全に分離されず、部分的に所々に形成された開口領域に金属材料構造体63が充填されるようしてもよい。また、図面では、絶縁構造体62の内側部62b、62cが、化合物半導体層の側面と金属反射層61が形成されたp型半導体層59の一部まで覆って形成されているが、本発明は、これに制限されず、絶縁構造体62がp型半導体層59の一部まで覆わなくても、化合物半導体層の側面のみを覆うように形成してもよい。
【0097】
金属材料構造体63は、金属元素が、接着層67から金属反射層61へ拡散することを防止し、金属反射層61の反射率を維持させることができる。金属材料構造体63は、金属反射層61を保護するのみならず、犠牲基板の除去後にエッチングを行う場合、露出層となる。金属材料構造体63は、ドライエッチング工程により、残留物が生じことがある。このような残留物が化合物半導体層の側面を取り囲んで形成されている絶縁構造体62上に付着することにより、該当残留物が、n型半導体層55、活性層57、p型半導体層59に電気的影響を及ぼすことを防止することができる。
【0098】
実施形態では、p型電極83bに接触する金属材料構造体63は、絶縁構造体62の上部面まで充填されているものと示されているが、本発明は、これに限定されず、p型電極83bが、絶縁構造体62の下面まで充填され、または、絶縁構造体62の中間位置まで充填されて形成されてもよい。
【0099】
接着層67は、ボンディング基板71と金属反射層61との間の接着力を向上させることにより、ボンディング基板71が金属反射層61から分離することを防止する。
【0100】
一方、n型半導体層55上にn型電極83aが形成され、絶縁構造体62の少なくとも一部(開口領域)から露出する金属材料構造体63上にp型電極83bが形成される。これにより、n型電極83aとp型電極83bから電流を供給することにより、光を放出することができる。
【0101】
図20〜図28は、本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【0102】
図20を参照すると、犠牲基板51上に化合物半導体層が形成される。犠牲基板51は、サファイア基板であってもよいが、これに限定されるものではなく、他の異種基板であってもよい。化合物半導体層は、n型半導体層55、活性層57、p型半導体層59を有する。化合物半導体層は、III−N系化合物半導体層であり、有機金属化学気相成長法(MOCVD)または分子線エピタキシー法(MBE)等を用いて成長させてもよい。
【0103】
一方、化合物半導体層を形成する前に、犠牲基板51上にバッファ層(図示せず)を形成してもよい。バッファ層は、犠牲基板51と化合物半導体層の間の格子不整合を緩和するために採用され、一般に、窒化ガリウム系物質層であってもよい。
【0104】
図21を参照すると、p型半導体層59、活性層57、n型半導体層55に対して、メサエッチング工程が行われる。これにより、p型半導体層59、活性層57、n型半導体層55の一部はエッチングされることにより、p型半導体層59、活性層57の側面と、n型半導体層55の少なくとも側面が露出されるようになる。この際、n型半導体層55の露出した側面の高さは、エッチングの程度に応じて変えてもよい。
【0105】
図22を参照すると、p型半導体層59の一部領域上に金属反射層61が形成される。金属反射層61は、例えば、銀(Ag)またはアルミニウム(Al)で、メッキ法または蒸着法を用いて形成されてもよい。
【0106】
以降、n型半導体層55上に絶縁構造体62が形成される。絶縁構造体62の厚さは、金属反射層61の厚さよりも高く形成してもよい。しかしながら、本発明は、これに制限されず、いくらでも変形してもよい。絶縁構造体62は、p型半導体層59、活性層57、n型半導体層55の側面を取り囲むように形成される。絶縁構造体62の少なくとも一部は、n型半導体層55が露出するように、開口領域を有する。これにより、絶縁構造体62は、化合物半導体層の側面を取り囲む内側部62b、62cと、電極を形成するために金属材料構造体63で充填される開口領域を挟んで形成される内側部62b、62cと外側部62a、62dとからなってもよい。
【0107】
この際、絶縁構造体62にn型半導体層55が露出するように形成された開口領域は、絶縁構造体62の所々に形成されてもよく、開口領域により、内側部62b、62cと外側部62a、62dが分離されて形成されてもよい。
【0108】
図23を参照すると、絶縁構造体62が形成された後、金属材料構造体63が形成される。金属材料構造体63は、例えば、Ni、Ti、Ta、Pt、W、Cr、Pd等で形成されてもよい。金属材料構造体63は、絶縁構造体62の開口領域から露出したn型半導体層55の一部、金属反射層61、絶縁構造の内側部62b、62cと金属反射層61との間に露出したp型半導体層59上に形成される。
【0109】
図24を参照すると、絶縁構造体62上に第1のボンディングメタル67aが形成される。第1のボンディングメタル67aは、例えば、AuSn(80/20wt%)を用いて15000Åの厚さに形成されてもよい。
【0110】
図25を参照すると、第2のボンディングメタル67bが形成されたボンディング基板71が、第1のボンディングメタル67a上にボンディングされる。
【0111】
図26を参照すると、犠牲基板51が化合物半導体層から分離される。犠牲基板51は、レーザリフトオフ(LLO)法または他の機械的方法や化学的方法により分離させてもよい。この際、バッファ層も一緒に除去され、n型半導体層55が露出される。犠牲基板51が除去されることにより露出したn型半導体層55を上方に向けると、図27に示す形態となる。
【0112】
図28を参照すると、化合物半導体層を単位セル領域に分離すると共に、p型半導体層59に電流を供給するのに必要な金属材料構造体63を露出させるためにドライエッチング工程が行われる。このドライエッチング工程により、n型半導体層55の一部がエッチングされる。ドライエッチングにより金属材料構造体63の一部がエッチングされ、これにより、金属材料構造体63の残留物が生じことがある。しかしながら、n型半導体層55、活性層57、及びp型半導体層59の側面は、絶縁構造体62で取り囲まれていることにより、金属材料構造体63の残留物は、n型半導体層55、活性層57、及びp型半導体層59に対していかなる電気的な影響も及ぼさないようになる。以降、n型半導体層55上にn型電極83aを形成し、ドライエッチング工程により露出した金属材料構造体63上にp型電極83bを形成すると、図19の発光素子が完成する。さらに、図29に示すように、n型電極83aが形成されたn型半導体層55には、ラフニング工程により凹凸の表面55aを形成することにより、光抽出効率を高めることができる。
【0113】
以上の本発明は、上述された実施形態に限定されず、当業者により様々な変形及び変更が可能であり、これは、添付の請求項に定義される本発明の趣旨と範囲に含まれる。
【0114】
例えば、本発明の実施形態では、絶縁構造体62が、p型半導体層59の下面の少なくとも一部に延長されて形成されているものと示されているが、本発明は、これに制限されるものではない。
【0115】
また、本発明の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61と互いに離隔して形成されているものと説明したが、本発明は、これに限定されない。すなわち、本発明のまた他の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61の側面と接するように延長されて形成されていてもよい。本発明のまた他の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されてもよい。本発明のさらにまた他の実施形態では、絶縁構造体62が金属反射層61の側面と接しながら、金属反射層61の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されてもよい。
【0116】
また、本発明の実施形態では、n型半導体層55の側面の一部は、絶縁構造体62により覆われていないが、本発明は、これに限定されず、n型半導体層55の両側面の全部が、絶縁構造体62により覆われるように変形してもよい。
【0117】
また、本発明の他の変形例として、図30及び図31に示すように、n型半導体層55の一部が、絶縁構造体62の上部の一部を覆うように延長されて形成されてもよく、その延長された部分の表面にも、ラフニング工程により凹凸の表面を形成することにより、光抽出効率を高めることができる。
【0118】
また、本発明の他の変形例として、図32に示すように、n型半導体層55(第1導電型の上部半導体層)、活性層57、p型半導体層59(第2導電型の下部半導体層)を有する発光構造体58から離隔するn型半導体の分離層55s(第1の導電型半導体の分離層)が形成され、p型電極83bが分離層55s上に形成される。p型電極83bが、n型半導体層の分離層55s上に形成されるので、p型電極83bの接着力を向上させることができる。
【0119】
分離層55sは、n型半導体層55のような導電型であるn型半導体で形成され、発光構造体58から離隔して配置される。分離層55sは、発光構造体58の周囲に一つまたは複数個配置するように形成してもよく、または、発光構造体58を取り囲むような形状、すなわち、リング状、例えば、矩形リング状で形成してもよい。
【0120】
分離層55sは、n型半導体層55と一緒に成長された後、n型半導体層55から分離されて形成されてもよい。したがって、分離層55sは、n型半導体層55と同一レベルに配置してもよく、n型半導体層55の少なくとも一部分と同一の材料で形成されてもよい。
【0121】
一方、絶縁構造体62は、分離層55sを露出させる貫通孔を有してもよく、金属材料構造体63は、貫通孔を介して分離層55sに電気的に接続されてもよい。貫通孔は、発光構造体58の周囲に複数個形成されてもよい。これとは異なり、絶縁構造体62は、発光構造体58の側面の周囲に限定され、金属材料構造体63が、絶縁構造体62及び分離層55sを覆うことにより分離層55sに電気的に接続されてもよい。
【0122】
図32の発光素子を製造する工程について説明すると、図27と関連した工程を行った後、図33の工程を行う。図33を参照すると、露出したn型半導体層55をパターニングし、メサ上に形成されたn型半導体層55から、メサの周囲に形成されたn型半導体層55の一部領域が分離される。これにより、発光構造体58(図32参照)が完成され、発光構造体58から離隔した分離層55sが形成される。
【0123】
以降、メサ上のn型半導体層55上にn型電極83aが形成され、分離層55s上にp型電極83bが形成される。電極83a、83bは、互いに同一の材料で形成されてもよい。一方、メサ上のn型半導体層55の上面55aに、PEC(photoelectrochemical)エッチング工程等によって粗面が形成されてもよい。粗面は、n型電極83aの形成前または後に形成されてもよい。これにより、図32の発光素子が完成される。
【0124】
本発明の一実施形態によれば、化合物半導体層上に金属反射層、金属材料構造体、及びボンディング基板が形成されることにより製造される発光素子は、金属残留物を生成し露出させる可能性がある前記金属材料構造体を介した部分上に絶縁構造体が形成される。これにより、ドライエッチング工程が行われる際に、前記金属材料構造体の露出を防止し、又は、最小化し、従来のドライエッチング工程における成長において、化合物半導体に対する金属材料構造体の残留物の付着による電気的特性の劣化を効果的に緩和することができる。
【0125】
本発明の他の実施形態によれば、化合物半導体層上に金属反射層、金属材料構造体、及びボンディング基板が形成されることにより製造される発光素子は、化合物半導体層の側面が絶縁構造体により保護されるため、従来のドライエッチング工程における成長において、化合物半導体の側面に対して金属材料構造体の残留物の付着による電気的特性の劣化を効果的に緩和することができる。
【符号の説明】
【0126】
51…犠牲基板、55…n型半導体層、55a…凹凸の表面、55s…分離層、57…活性層、59…p型半導体層、61…金属反射層、62…絶縁構造体、62a,62d…外側部、62b,62c…内側部、63…金属材料構造体、67…接着層、67a…第1のボンディングメタル、67b…第2のボンディングメタル、71…ボンディング基板、83a…n型電極、83b…p型電極。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層と、
前記第2の導電型半導体層の一部領域に形成された金属反射層と、
少なくとも前記第2の導電型半導体層の境界領域に形成された絶縁構造体と、
前記金属反射層及び前記絶縁構造体が形成された前記第2の導電型半導体層を覆って形成された金属材料構造体と、
前記金属材料構造体にボンディングされた基板と、を備え、
前記第2の導電型半導体層の境界領域は、前記第2の導電型半導体層の外周に沿って、前記第2の導電型半導体層の外部領域を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項2】
前記基板は、導電性基板であることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項3】
前記基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項4】
前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有することを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項5】
前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成され、
前記発光素子は、
前記第1の導電型半導体層上に形成された第1の電極と、
前記絶縁構造体から露出される前記金属材料構造体上に形成された第2の電極と、をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項6】
前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていることを特徴とする請求項5に記載の発光素子。
【請求項7】
前記金属材料構造体に接触する前記第2の電極は、前記絶縁構造体の下面まで充填されていることを特徴とする請求項5に記載の発光素子。
【請求項8】
前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されたことを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項9】
前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されたことを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項10】
犠牲層上に第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を形成し、前記第2の導電型半導体層の一部領域上に金属反射層を形成し、
少なくとも前記第2の導電型半導体層の境界領域に絶縁構造体を形成し、
前記金属反射層及び前記絶縁構造体が形成された前記第2の導電型半導体層の上部に金属材料構造体を形成し、
前記金属材料構造体上にボンディング基板を形成し、前記犠牲層を除去して前記第1の導電型半導体層を露出させ、
前記絶縁構造体が露出するまで、前記第1の導電型半導体層、前記活性層、前記第2の導電型半導体層をエッチングすること、を含み、
前記第2の導電型半導体層の境界領域は、前記第2の導電型半導体層の外周に沿って、前記第2の導電型半導体層の外部領域を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項11】
前記基板は、導電性基板であることを特徴とする請求項10に記載の発光素子の製造方法。
【請求項12】
前記基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項10に記載の発光素子の製造方法。
【請求項13】
前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有することを特徴とする請求項10に記載の発光素子の製造方法。
【請求項14】
前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成され、
前記発光素子の製造方法は、
前記第1の導電型半導体層上に第1の電極を形成し、
前記絶縁構造体から露出される前記金属材料構造体上に第2の電極を形成すること、をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の発光素子の製造方法。
【請求項15】
前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていることを特徴とする請求項14に記載の発光素子の製造方法。
【請求項16】
前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されたことを特徴とする請求項10に記載の発光素子の製造方法。
【請求項17】
前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されたことを特徴とする請求項10に記載の発光素子の製造方法。
【請求項18】
第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層と、
前記第2の導電型半導体層の一部領域に形成された金属反射層と、
少なくとも前記活性層及び前記第2の導電型半導体層の側面を覆うように形成された絶縁構造体と、
前記金属反射層が形成された前記第2の導電型半導体層及び前記絶縁構造体を覆うように形成された金属材料構造体と、
前記金属材料構造体にボンディングされた基板と、を備え、
前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成されたことを特徴とする発光素子。
【請求項19】
前記第1の導電型半導体層上に形成された第1の電極と、
前記絶縁構造体から露出される前記金属材料構造体上に形成された第2の電極と、をさらに有することを特徴とする請求項18に記載の発光素子。
【請求項20】
前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていることを特徴とする請求項19に記載の発光素子。
【請求項21】
前記金属材料構造体に接触する前記第2の電極は、前記絶縁構造体の下面まで充填されていることを特徴とする請求項19に記載の発光素子。
【請求項22】
前記絶縁構造体は、前記第1の導電型半導体層の側面の少なくとも一部を覆うように形成されたことを特徴とする請求項18に記載の発光素子。
【請求項23】
前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有することを特徴とする請求項18に記載の発光素子。
【請求項24】
前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されたことを特徴とする請求項18に記載の発光素子。
【請求項25】
前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されたことを特徴とする請求項18に記載の発光素子。
【請求項26】
犠牲基板上に第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層を形成し、前記犠牲基板または前記第1の導電型半導体層を露出させるメサエッチング工程を行い、
前記第2の導電型半導体層の上部の一部領域に金属反射層を形成し、
前記メサエッチング工程により露出した前記第1の導電型半導体層または前記犠牲基板上に、少なくとも前記活性層及び前記第2の導電型半導体層の側面を取り囲む絶縁構造体を形成し、
前記金属反射層が形成された前記第2の導電型半導体層の上部と前記絶縁構造体の上部に、金属材料構造体及びボンディング基板を形成し、前記犠牲基板を除去して前記第1の導電型半導体層を露出させ、
少なくとも前記活性層及び前記第2の導電型半導体層の側面が、前記絶縁構造体により覆われている状態で、前記化合物半導体層を個別素子に分離するためのエッチング工程を行うこと、を含み、
前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成されたことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項27】
前記第1の導電型半導体層上に第1の電極を形成し、
前記絶縁構造体から露出された前記金属材料構造体上に第2の電極を形成すること、をさらに含むことを特徴とする請求項26に記載の発光素子の製造方法。
【請求項28】
前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていることを特徴とする請求項27に記載の発光素子の製造方法。
【請求項29】
前記金属材料構造体に接触する前記第2の電極は、前記絶縁構造体の下面まで充填されていることを特徴とする請求項27に記載の発光素子の製造方法。
【請求項30】
前記絶縁構造体は、前記第1の導電型半導体層の側面の少なくとも一部を覆うように形成されたことを特徴とする請求項26に記載の発光素子の製造方法。
【請求項31】
前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有することを特徴とする請求項26に記載の発光素子の製造方法。
【請求項32】
前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されたことを特徴とする請求項26に記載の発光素子の製造方法。
【請求項33】
前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されたことを特徴とする請求項26に記載の発光素子の製造方法。
【請求項34】
基板と、
前記基板の一領域の上部に配置され、第1導電型の上部半導体層、活性層、及び第2導電型の下部半導体層を有する化合物半導体の発光構造体と、
前記基板のまた他の領域の上部に配置され、前記発光構造体から離隔した第1の導電型半導体の分離層と、
前記発光構造体及び前記分離層と前記基板との間に配置され、前記下部半導体層と前記分離層を電気的に接続する金属材料構造体と、
前記上部半導体層及び前記活性層から前記金属材料構造体を絶縁させるように、前記発光構造体の側面を覆う絶縁構造体と、を備えることを特徴とする発光素子。
【請求項35】
前記発光構造体上に形成された第1の電極パッドと、前記分離層上に形成された第2の電極パッドと、をさらに有することを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項36】
前記下部半導体層の下面と前記金属材料構造体との間に介在された反射金属層をさらに有し、
前記金属材料構造体は、前記反射金属層を覆う保護金属層を有することを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項37】
前記金属材料構造体と前記基板とをボンディングするボンディングメタルを有することを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項38】
前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体を貫通し、前記分離層に接続されることを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項39】
前記分離層は、前記上部半導体層と同一レベルに配置されたことを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項40】
前記分離層は、前記上部半導体層の少なくとも一部をなす材料と同一の材料により形成されたことを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項41】
前記分離層は、前記発光構造体を取り囲むように形成されたことを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項42】
前記絶縁構造体は、前記下部半導体層の下面に延長され、前記下部半導体層と前記金属材料構造体との間に介在されたことを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項43】
犠牲基板上に第1の導電型半導体層、第2の導電型半導体層、及び前記第1及び第2の導電型半導体層間に介在された活性層を有する化合物半導体層を形成し、前記第1の導電型半導体層が前記犠牲基板の近くに配置され、
前記化合物半導体層をパターニングしてメサを形成し、前記メサの周囲に前記第1の導電型半導体層を露出させ、
前記メサの周囲に露出した前記第1の導電型半導体層及び前記活性層を覆う絶縁構造体を形成し、前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を露出させ、
前記メサと前記メサの周囲に露出した前記第1の導電型半導体層の一部領域を電気的に接続する金属材料構造体を形成し、
前記金属材料構造体に基板をボンディングし、
前記犠牲基板を除去し、前記第1の導電型半導体層を露出させ、前記露出した第1の導電型半導体層をパターニングし、前記メサ上の第1の導電型半導体層から前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を分離することを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項44】
前記メサ上の前記第1の導電型半導体層上に第1の電極を形成し、
前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域上に第2の電極を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項37に記載の発光素子の製造方法。
【請求項45】
前記金属材料構造体を形成する前に、反射金属層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項37に記載の発光素子の製造方法。
【請求項46】
前記絶縁構造体を形成することは、
前記メサ及び前記メサの周囲に露出した前記第1の導電型半導体層を覆う絶縁層を形成すること、
前記絶縁層をパターニングし、前記メサの上部領域を露出させると共に、前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を露出させる貫通孔を形成すること、を含むことを特徴とする請求項37に記載の発光素子の製造方法。
【請求項47】
前記絶縁構造体は、前記メサの上部周縁を覆うことを特徴とする請求項37に記載の発光素子の製造方法。
【請求項48】
前記絶縁構造体を形成することは、
前記メサ及び前記メサの周囲に露出した前記第1の導電型半導体層を覆う絶縁層を形成すること、
前記絶縁層をパターニングし、前記メサの上部領域を露出させると共に、前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を露出させること、を含み、前記一部領域は、前記メサを取り囲むことを特徴とする請求項37に記載の発光素子の製造方法。
【請求項1】
第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層と、
前記第2の導電型半導体層の一部領域に形成された金属反射層と、
少なくとも前記第2の導電型半導体層の境界領域に形成された絶縁構造体と、
前記金属反射層及び前記絶縁構造体が形成された前記第2の導電型半導体層を覆って形成された金属材料構造体と、
前記金属材料構造体にボンディングされた基板と、を備え、
前記第2の導電型半導体層の境界領域は、前記第2の導電型半導体層の外周に沿って、前記第2の導電型半導体層の外部領域を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項2】
前記基板は、導電性基板であることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項3】
前記基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項4】
前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有することを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項5】
前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成され、
前記発光素子は、
前記第1の導電型半導体層上に形成された第1の電極と、
前記絶縁構造体から露出される前記金属材料構造体上に形成された第2の電極と、をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項6】
前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていることを特徴とする請求項5に記載の発光素子。
【請求項7】
前記金属材料構造体に接触する前記第2の電極は、前記絶縁構造体の下面まで充填されていることを特徴とする請求項5に記載の発光素子。
【請求項8】
前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されたことを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項9】
前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されたことを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
【請求項10】
犠牲層上に第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を形成し、前記第2の導電型半導体層の一部領域上に金属反射層を形成し、
少なくとも前記第2の導電型半導体層の境界領域に絶縁構造体を形成し、
前記金属反射層及び前記絶縁構造体が形成された前記第2の導電型半導体層の上部に金属材料構造体を形成し、
前記金属材料構造体上にボンディング基板を形成し、前記犠牲層を除去して前記第1の導電型半導体層を露出させ、
前記絶縁構造体が露出するまで、前記第1の導電型半導体層、前記活性層、前記第2の導電型半導体層をエッチングすること、を含み、
前記第2の導電型半導体層の境界領域は、前記第2の導電型半導体層の外周に沿って、前記第2の導電型半導体層の外部領域を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項11】
前記基板は、導電性基板であることを特徴とする請求項10に記載の発光素子の製造方法。
【請求項12】
前記基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項10に記載の発光素子の製造方法。
【請求項13】
前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有することを特徴とする請求項10に記載の発光素子の製造方法。
【請求項14】
前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成され、
前記発光素子の製造方法は、
前記第1の導電型半導体層上に第1の電極を形成し、
前記絶縁構造体から露出される前記金属材料構造体上に第2の電極を形成すること、をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の発光素子の製造方法。
【請求項15】
前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていることを特徴とする請求項14に記載の発光素子の製造方法。
【請求項16】
前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されたことを特徴とする請求項10に記載の発光素子の製造方法。
【請求項17】
前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されたことを特徴とする請求項10に記載の発光素子の製造方法。
【請求項18】
第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層と、
前記第2の導電型半導体層の一部領域に形成された金属反射層と、
少なくとも前記活性層及び前記第2の導電型半導体層の側面を覆うように形成された絶縁構造体と、
前記金属反射層が形成された前記第2の導電型半導体層及び前記絶縁構造体を覆うように形成された金属材料構造体と、
前記金属材料構造体にボンディングされた基板と、を備え、
前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成されたことを特徴とする発光素子。
【請求項19】
前記第1の導電型半導体層上に形成された第1の電極と、
前記絶縁構造体から露出される前記金属材料構造体上に形成された第2の電極と、をさらに有することを特徴とする請求項18に記載の発光素子。
【請求項20】
前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていることを特徴とする請求項19に記載の発光素子。
【請求項21】
前記金属材料構造体に接触する前記第2の電極は、前記絶縁構造体の下面まで充填されていることを特徴とする請求項19に記載の発光素子。
【請求項22】
前記絶縁構造体は、前記第1の導電型半導体層の側面の少なくとも一部を覆うように形成されたことを特徴とする請求項18に記載の発光素子。
【請求項23】
前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有することを特徴とする請求項18に記載の発光素子。
【請求項24】
前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されたことを特徴とする請求項18に記載の発光素子。
【請求項25】
前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されたことを特徴とする請求項18に記載の発光素子。
【請求項26】
犠牲基板上に第1の導電型半導体層、活性層、及び第2の導電型半導体層を有する化合物半導体層を形成し、前記犠牲基板または前記第1の導電型半導体層を露出させるメサエッチング工程を行い、
前記第2の導電型半導体層の上部の一部領域に金属反射層を形成し、
前記メサエッチング工程により露出した前記第1の導電型半導体層または前記犠牲基板上に、少なくとも前記活性層及び前記第2の導電型半導体層の側面を取り囲む絶縁構造体を形成し、
前記金属反射層が形成された前記第2の導電型半導体層の上部と前記絶縁構造体の上部に、金属材料構造体及びボンディング基板を形成し、前記犠牲基板を除去して前記第1の導電型半導体層を露出させ、
少なくとも前記活性層及び前記第2の導電型半導体層の側面が、前記絶縁構造体により覆われている状態で、前記化合物半導体層を個別素子に分離するためのエッチング工程を行うこと、を含み、
前記絶縁構造体は、前記金属材料構造体の一部を露出させるように形成されたことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項27】
前記第1の導電型半導体層上に第1の電極を形成し、
前記絶縁構造体から露出された前記金属材料構造体上に第2の電極を形成すること、をさらに含むことを特徴とする請求項26に記載の発光素子の製造方法。
【請求項28】
前記第2の電極に接触する前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体の上面まで充填されていることを特徴とする請求項27に記載の発光素子の製造方法。
【請求項29】
前記金属材料構造体に接触する前記第2の電極は、前記絶縁構造体の下面まで充填されていることを特徴とする請求項27に記載の発光素子の製造方法。
【請求項30】
前記絶縁構造体は、前記第1の導電型半導体層の側面の少なくとも一部を覆うように形成されたことを特徴とする請求項26に記載の発光素子の製造方法。
【請求項31】
前記絶縁構造体は、SiO2、SiN、MgO、TaO、TiO2、ポリマーの少なくともいずれか一つを有することを特徴とする請求項26に記載の発光素子の製造方法。
【請求項32】
前記絶縁構造体は、前記第2の導電型半導体層の下面の少なくとも一部に延長されて形成されたことを特徴とする請求項26に記載の発光素子の製造方法。
【請求項33】
前記絶縁構造体は、前記金属反射層の少なくとも一部を覆うように延長されて形成されたことを特徴とする請求項26に記載の発光素子の製造方法。
【請求項34】
基板と、
前記基板の一領域の上部に配置され、第1導電型の上部半導体層、活性層、及び第2導電型の下部半導体層を有する化合物半導体の発光構造体と、
前記基板のまた他の領域の上部に配置され、前記発光構造体から離隔した第1の導電型半導体の分離層と、
前記発光構造体及び前記分離層と前記基板との間に配置され、前記下部半導体層と前記分離層を電気的に接続する金属材料構造体と、
前記上部半導体層及び前記活性層から前記金属材料構造体を絶縁させるように、前記発光構造体の側面を覆う絶縁構造体と、を備えることを特徴とする発光素子。
【請求項35】
前記発光構造体上に形成された第1の電極パッドと、前記分離層上に形成された第2の電極パッドと、をさらに有することを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項36】
前記下部半導体層の下面と前記金属材料構造体との間に介在された反射金属層をさらに有し、
前記金属材料構造体は、前記反射金属層を覆う保護金属層を有することを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項37】
前記金属材料構造体と前記基板とをボンディングするボンディングメタルを有することを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項38】
前記金属材料構造体は、前記絶縁構造体を貫通し、前記分離層に接続されることを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項39】
前記分離層は、前記上部半導体層と同一レベルに配置されたことを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項40】
前記分離層は、前記上部半導体層の少なくとも一部をなす材料と同一の材料により形成されたことを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項41】
前記分離層は、前記発光構造体を取り囲むように形成されたことを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項42】
前記絶縁構造体は、前記下部半導体層の下面に延長され、前記下部半導体層と前記金属材料構造体との間に介在されたことを特徴とする請求項34に記載の発光素子。
【請求項43】
犠牲基板上に第1の導電型半導体層、第2の導電型半導体層、及び前記第1及び第2の導電型半導体層間に介在された活性層を有する化合物半導体層を形成し、前記第1の導電型半導体層が前記犠牲基板の近くに配置され、
前記化合物半導体層をパターニングしてメサを形成し、前記メサの周囲に前記第1の導電型半導体層を露出させ、
前記メサの周囲に露出した前記第1の導電型半導体層及び前記活性層を覆う絶縁構造体を形成し、前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を露出させ、
前記メサと前記メサの周囲に露出した前記第1の導電型半導体層の一部領域を電気的に接続する金属材料構造体を形成し、
前記金属材料構造体に基板をボンディングし、
前記犠牲基板を除去し、前記第1の導電型半導体層を露出させ、前記露出した第1の導電型半導体層をパターニングし、前記メサ上の第1の導電型半導体層から前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を分離することを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項44】
前記メサ上の前記第1の導電型半導体層上に第1の電極を形成し、
前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域上に第2の電極を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項37に記載の発光素子の製造方法。
【請求項45】
前記金属材料構造体を形成する前に、反射金属層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項37に記載の発光素子の製造方法。
【請求項46】
前記絶縁構造体を形成することは、
前記メサ及び前記メサの周囲に露出した前記第1の導電型半導体層を覆う絶縁層を形成すること、
前記絶縁層をパターニングし、前記メサの上部領域を露出させると共に、前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を露出させる貫通孔を形成すること、を含むことを特徴とする請求項37に記載の発光素子の製造方法。
【請求項47】
前記絶縁構造体は、前記メサの上部周縁を覆うことを特徴とする請求項37に記載の発光素子の製造方法。
【請求項48】
前記絶縁構造体を形成することは、
前記メサ及び前記メサの周囲に露出した前記第1の導電型半導体層を覆う絶縁層を形成すること、
前記絶縁層をパターニングし、前記メサの上部領域を露出させると共に、前記メサの周囲の前記第1の導電型半導体層の一部領域を露出させること、を含み、前記一部領域は、前記メサを取り囲むことを特徴とする請求項37に記載の発光素子の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【公開番号】特開2010−21546(P2010−21546A)
【公開日】平成22年1月28日(2010.1.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−159139(P2009−159139)
【出願日】平成21年7月3日(2009.7.3)
【出願人】(506029004)ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド (101)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年1月28日(2010.1.28)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年7月3日(2009.7.3)
【出願人】(506029004)ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド (101)
【Fターム(参考)】
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