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JP2008053685A - 垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子及びその製造方法 - Google Patents

垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子及びその製造方法 Download PDF

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JP2008053685A JP2007111743A JP2007111743A JP2008053685A JP 2008053685 A JP2008053685 A JP 2008053685A JP 2007111743 A JP2007111743 A JP 2007111743A JP 2007111743 A JP2007111743 A JP 2007111743A JP 2008053685 A JP2008053685 A JP 2008053685A
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Abstract

【課題】垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板上にｎ型窒化ガリウム系半導体層と活性層とｐ型窒化ガリウム系半導体層とが順次積層されている発光構造物を形成し、発光構造物をエッチングして単位ＬＥＤ素子の大きさに分離し、分離された発光構造物上にｐ型電極を形成し、分離された各発光構造物の間に非導電性物質を充填し、前記結果の構造物上に金属シード層を形成し、各発光構造物の間の領域を除いた金属シード層上に第１メッキ層を形成し、第１メッキ層及び各第１メッキ層の間の金属シード層の表面に第２メッキ層を形成し、基板を発光構造物から分離し、基板が分離されて露出した各発光構造物の間の非導電性物質を除去し、ｎ型窒化ガリウム系半導体層上にｎ型電極を形成し、各発光構造物の間の金属シード層及び第２メッキ層部分を除去することにより垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子を製作する。
【選択図】 図４Ｍ

Description

本発明は、垂直構造（垂直電極型）窒化ガリウム系（ＧａＮ）発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；以下、ＬＥＤとする）素子の製造方法に関し、さらに詳細には、素子の信頼性を向上させることができる垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子及びその製造方法に関する。
一般に、窒化ガリウム系ＬＥＤ素子はサファイア基板上に成長するが、このようなサファイア基板は堅固で電気的に不導体であり熱伝導特性がよくないから、窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の大きさを減らして製造原価を低減するか、又は光出力及びチップの特性を改善させるのに限界がある。特に、ＬＥＤ素子の高出力化のためには、大電流の印加が必須であるため、ＬＥＤ素子の熱放出問題を解決することが極めて重要である。
このような問題を解決するための手段として、従来では、レーザーリフトオフ（Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ：以下、「ＬＬＯ」とする）技術によりサファイア基板を除去した垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子が提案された。
以下、図１Ａ〜図１Ｆ及び図２を参照して、従来の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の問題点について詳細に説明する。
図１Ａ〜図１Ｆは、従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。
まず、図１Ａに示すように、サファイア基板１１０上に窒化ガリウム系半導体層からなる発光構造物１２０を形成する。このとき、前記発光構造物１２０は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１２１、多重井戸構造のＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層１２２及びｐ型窒化ガリウム系半導体層１２３が順次積層された構造を有する。
次に、図１Ｂに示すように、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層１２３上に複数のｐ型電極１５０を形成する。このとき、前記ｐ型電極１５０は、電極と反射膜の機能を果たす。
次に、図１Ｃに示すように、前記発光構造物１２０を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）工程などにより単位ＬＥＤ素子の大きさに分離する。
次に、図１Ｄに示すように、前記結果の全体構造物上に前記ｐ型電極１５０を露出させるように保護膜１４０を形成する。その後、前記保護膜１４０及びｐ型電極１５０上に金属シード層１６０を形成してから、前記金属シード層１６０を利用して電解メッキ又は無電解メッキを施して、メッキ層からなる構造支持層１７０を形成する。前記構造支持層１７０は、最終的なＬＥＤ素子の支持層及び電極としての機能を果たす。このとき、前記構造支持層１７０は、各発光構造物１２０の間の領域にも形成され、この領域には、比較的厚い厚さの構造支持層１７０が形成される。
その後、図１Ｅに示すように、ＬＬＯ工程により前記サファイア基板１１０を前記発光構造物１２０から分離する。
その後、図１Ｆに示すように、前記サファイア基板１１０から分離されて露出した前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層１２１上にｎ型電極１８０をそれぞれ形成した後、前記構造支持層１７０をダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）又はレーザースクライブ（ｌａｓｅｒ ｓｃｒｉｂｉｎｇ）工程により単位ＬＥＤ素子の大きさに分離して、複数の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子１００を形成する。
しかしながら、比較的厚い厚みを有する前記構造支持層１７０のダイシング又はレーザースクライブ工程を行う過程で、前記発光構造物１２０は壊れるか又は損傷し得る。
そして、前記構造支持層１７０の形成時に、前記発光構造物１２０と、各発光構造物１２０の間に形成された前記構造支持層１７０との熱膨張係数の差により、前記構造支持層１７０を含む全体構造物の曲がり現象が発生することにより、後続工程を行うのが容易ではない。
また、前記金属シード層１６０を構成する原子が活性層１２２に浸透することによって、ジャンクションリーケージ（ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｌｅａｋａｇｅ）及びショット（ｓｈｏｒｔ）現象などが発生するという問題があった。
上述のように、従来の技術によって垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を製造すると、前記問題点によって垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の信頼性が低くなるという問題があった。
一方、従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子は、図２に示すように製造され得る。
図２は、従来の技術によって製造されたさらなる他の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。
図２に示すように、従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子２００の最下部には、ＬＥＤ素子の支持機能を果たす構造支持層２７０が形成されている。前記構造支持層２７０は、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、又は金属層などで形成できる。
前記構造支持層２７０上には、接合層２６０及び反射電極２５０が順に形成されている。ここで、前記反射電極２５０は、電極及び反射膜の機能を同時に行うよう反射率の高い金属からなることが好ましい。
前記反射電極２５０上には、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２４０、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）型構造のＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層２３０及びｎ型窒化ガリウム系半導体層２２０が順に形成されている。
前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層２２０上には、ｎ型電極２１０が形成されている。ここで、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層２２０とｎ型電極２１０との間には、電流拡散現象を向上させるための透明電極（図示せず）などをさらに形成してもよい。
このような従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子２００では、活性層２３０から生成される光が反射電極２５０により反射されて最大限外部に放出され得るように、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層２４０の全面にわたって反射電極２５０を形成しているが、このように前記反射電極２５０をｐ型窒化ガリウム系半導体層２４０の全面にわたって形成する場合、素子の動作時に分極現象がおきることによって圧電効果が発生し、これによって素子の信頼性が低下するという問題が発生する。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、素子を分離するためのダイシング又はスクライブ工程を容易にし、構造支持層を含む全体構造物の曲がり現象及びショット現象などを防止して、素子の信頼性を向上させることができる垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層に形成される反射電極による圧電効果を減少させることによって、素子の信頼性を向上させることができる垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子及びその製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成すべく、本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子は、ｎ型電極と、前記ｎ型電極の下面に形成された発光構造物と、前記発光構造物の外郭面に形成された保護膜と、前記保護膜が形成された発光構造物の下面に形成されたｐ型電極と、前記発光構造物及び前記ｐ型電極の全面に形成された金属シード層と、前記金属シード層の下部に形成された導電性基板と、を含む。
また、前記本発明の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子において、前記発光構造物は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層、活性層、ｐ型窒化ガリウム系半導体層を含むことが好ましい。
また、前記本発明の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子において、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の上面は、凹凸形態からなり、前記発光構造物の下面は、その中央部に電流阻止層をさらに含むことが好ましい。
また、前記本発明の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子において、前記導電性基板は、第１メッキ層及び第２メッキ層で構成されたことが好ましく、さらに詳細に、前記第１メッキ層は、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された２層構造に形成され、前記第２メッキ層は、Ａｕ、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された３層構造に形成されていることが好ましい。
上記の目的を達成すべく、本発明に係る他の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子は、導電性基板と、前記導電性基板の上部に形成された金属シード層と、前記金属シード層の中央部に形成された電流阻止層と、前記金属シード層上の電流阻止層の両側に形成された第１電極と、前記第１電極上に形成された発光構造物の外郭面に形成された保護膜と、前記発光構造物上に形成された第２電極と、を含む。
このときにも、前記発光構造物は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層、活性層、ｎ型窒化ガリウム系半導体層を含んで構成され、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の上面は、凹凸形態からなり得る。そして、前記第１電極はｐ型電極であり、前記第２電極はｎ型電極であり得る。
また、前記導電性基板は、第１メッキ層及び第２メッキ層で構成されており、前記第１メッキ層は、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された２層構造に形成され、前記第２メッキ層は、Ａｕ、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された３層構造に形成されている。
そして、上記の目的を達成すべく、本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法は、基板上にｎ型窒化ガリウム系半導体層と活性層とｐ型窒化ガリウム系半導体層とが順次積層されている発光構造物を形成するステップと、前記発光構造物をエッチングして、単位ＬＥＤ素子の大きさに分離するステップと、前記分離された発光構造物上にｐ型電極を形成するステップと、前記分離された各発光構造物の間に非導電性物質を充填するステップと、前記結果の構造物上に金属シード層を形成するステップと、前記各発光構造物の間の領域を除いた前記金属シード層上に第１メッキ層を形成するステップと、前記第１メッキ層及び前記各第１メッキ層の間の前記金属シード層の表面に第２メッキ層を形成するステップと、前記基板を前記発光構造物から分離するステップと、前記基板が分離されて露出した前記各発光構造物の間の前記非導電性物質を除去するステップと、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層上にｎ型電極を形成するステップと、前記各発光構造物の間の前記金属シード層及び前記第２メッキ層部分を除去するステップと、を含む。
また、本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記非導電性物質は、フォトレジストであることが好ましい。
また、上記の本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記ｐ型電極を形成するステップの前に、前記分離された各発光構造物を含む基板の上部表面に沿って絶縁層を形成するステップと、前記絶縁層を選択的にエッチングして、前記発光構造物の上面中央部に電流阻止層を形成すると同時に、前記発光構造物の両側面に保護膜を形成するステップと、をさらに含むことが好ましい。
また、上記の本発明の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記発光構造物を形成するステップの後に、ラップ（ｌａｐｐｉｎｇ）及び研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程により前記基板の下部を所定の厚さだけ除去するステップをさらに含むことが好ましい。
また、上記の本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記各発光構造物の間の領域を除いた金属シード層上に第１メッキ層を形成するステップは、前記各発光構造物の間の金属シード層上にフォトレジストを形成するステップと、前記各フォトレジストの間の金属シード層上に第１メッキ層を形成するステップと、前記フォトレジストを除去するステップと、を含むことが好ましい。
また、上記の本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記各発光構造物の間の前記金属シード層及び前記第２メッキ層部分を除去するステップは、ダイシング、スクライブ及びウェットエッチングのうち、何れか１つの工程により行うことが好ましい。
また、上記の本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層上にｎ型電極を形成するステップの前に、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の表面に表面凹凸を形成するステップと、前記ｎ型電極が形成される前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層部分を所定の厚さだけ除去してコンタクト孔を形成するステップと、をさらに含むことが好ましい。
また、上記の本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記第１メッキ層は、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された２層構造に形成することが好ましい。
また、上記の本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記第２メッキ層は、Ａｕ、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された３層構造に形成することが好ましい。
本発明は、発光構造物を単位ＬＥＤ素子の大きさに分離した後、前記分離された各発光構造物の間にフォトレジストを充填させることによって、金属シード層を構成する原子が活性層に浸透するのを遮断して、ジャンクションリーケージ及びショット現象などを防止することができ、加えて構造支持層を含む全体構造物の曲がり現象を防止して、後続工程の進行を容易にすることができる。
また、本発明は、ＬＥＤ素子の最終的な分離が、既存の構造支持層に比べてはるかに薄い厚さを有する金属シード層及び第２メッキ層のダイシング工程などにより行われるので、前記ダイシング工程時に発光構造物が壊れること又は損傷することを防げる等、素子分離工程を容易に行うことができる。
また、本発明は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層の下部に複数の反射電極を互いに所定間隔離隔させて形成することによって、既存にｐ型窒化ガリウム系半導体層の全面にわたって反射電極を形成することに比べて、素子の動作時に前記反射電極により発生する分極現象を局部化させて、圧電効果を減少させることができる。
したがって、本発明は垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の特性及び信頼性を向上させることができる。
以下、添付した図面を参考にして、本発明の実施の形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有した者が容易に実施できるように詳細に説明する。
図面において、複数の層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。明細書全体にわたって類似の部分に対しては、同一の図面符号を付してある。
以下、本発明の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法について図面を参考にして詳細に説明する。
第１の実施の形態
まず、図３及び図４Ａ〜図４Ｍを参照して、本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子及びその製造方法について詳細に説明する。
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図であり、図４Ａ〜図４Ｍは、本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。
まず、図４Ａに示すように、基板３１０上に窒化ガリウム系半導体層からなる発光構造物３２０を形成する。このとき、前記発光構造物３２０は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層３２１、多重井戸構造のＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層３２２及びｐ型窒化ガリウム系半導体層３２３が順次積層されている構造を有する。
ここで、前記基板３１０は、好ましく、サファイアを含む透明な材料を利用して形成し、サファイアの他に、ジンクオキサイド（ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＺｎＯ）、ガリウムナイトライド（ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ、ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ、ＳｉＣ）及びアルミニウムナイトライド（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ、ＡｌＮ）などで形成できる。
また、前記ｎ型及びｐ型窒化ガリウム系半導体層３２１、３２３及び活性層３２２は、ＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）組成式を有する窒化ガリウム系半導体物質であってもよく、ＭＯＣＶＤ及びＭＢＥ工程のような公知の窒化物蒸着工程により形成されることができる。
一方、前記活性層３２２は、１つの量子井戸層又はダブルヘテロ構造で形成されることができる。また、前記活性層３２２は、これを構成しているインジウム（Ｉｎ）の量でダイオードが緑色発光素子なのか青色発光素子なのかを決定する。さらに詳細には、青色光を有する発光素子に対しては、約２２％範囲のインジウムが用いられ、緑色光を有する発光素子に対しては、約４０％範囲のインジウムが用いられる。すなわち、前記活性層３２２を形成するのに用いられるインジウムの量は、必要とする青色又は緑色波長に応じて変わる。
したがって、前記活性層３２２は、上述のように、窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の特性及び信頼性に極めて大きな影響を及ぼすから、全般的な窒化ガリウム系ＬＥＤ素子製造工程において、導電物の浸透などのような不良から安全に保護されていなければならない。
次に、図４Ｂに示すように、ラップ（ｌａｐｐｉｎｇ）及び研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程により、前記基板３１０の下部を所定の厚さだけ除去する。前記ラップ及び研磨工程は、後続的に行われるサファイア基板のＬＬＯ工程を容易に行うためのものであって、これは省略できる。
その後、図４Ｃに示すように、前記発光構造物３２０をエッチングして、単位ＬＥＤ素子の大きさに分離する。このように発光構造物３２０を予めエッチングして互いに分離することによって、後続のＬＬＯ工程の際、レーザーにより発光構造物３２０を構成する窒化ガリウム系半導体層が破損することを防止できる。
その後、前記分離された各発光構造物３２０を含む基板３１０の上部表面に沿って絶縁層（図示せず）を形成した後、これを選択的にエッチングして、図４Ｄに示すように、前記発光構造物３２０の上面の中央部に電流阻止層（ｃｕｒｒｅｎｔ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）３３０を形成すると同時に、前記発光構造物３２０の両側面に保護膜３４０を形成する。
ここで、前記電流阻止層３３０は、後続的に形成されるｎ型電極３８０の下部に集中する電流をその以外の領域に拡散させて、電流の拡散効率を増加させ、これにより均一な発光を得ることができるようにするためのものである。
次に、図４Ｅに示すように、前記電流阻止層３３０が形成されていない前記発光構造物３２０上に、ｐ型電極３５０を形成する。前記ｐ型電極３５０は、電極と反射膜の機能を同時に行えるように、Ａｇ系又はＡｌ系などの物質を利用して形成することが好ましい。
前記ｐ型電極３５０は上記のように電流阻止層３３０が形成されない部分に形成されていてもよいが、一方、図示していないが、前記発光構造物３２０上に前記電流阻止層３３０を覆うように形成されていてもよい。
その後、図４Ｆに示すように、前記分離された各発光構造物３２０の間に非導電性物質、例えば第１フォトレジストＰＲ１を充填させる。
本発明の実施の形態において、前記第１フォトレジストＰＲ１は、後続的に形成される金属シード層３６０を構成する原子が活性層３２２に浸透することを遮断して、ジャンクションリーケージ及びショット現象などを防止する。
その後、図４Ｇに示すように、前記結果の構造物上に金属シード層３６０を形成する。前記金属シード層３６０は、後述する構造支持層３７０のメッキ工程時に結晶核として機能する。このような金属シード層３６０は、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法又は真空蒸着法などの方法で形成され得る。
その後、図４Ｈに示すように、前記各発光構造物３２０の間の金属シード層３６０上に第２フォトレジストＰＲ２を形成した後、前記各第２フォトレジストＰＲ２の間の金属シード層３６０上に電気メッキを施して、第１メッキ層３７０ａを形成する。このとき、前記第１メッキ層３７０ａは、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された２層構造で形成することが好ましい。このうち前記Ａｕは、前記Ｎｉの表面酸化を防止し、後述する第２メッキ層３７０ｂとの密着力を向上させるものである。
次に、図４Ｉに示すように、前記第２フォトレジストＰＲ２を除去した後、前記第１メッキ層３７０ａと前記各第１メッキ層３７０ａ間の金属シード層３６０の表面に第２メッキ層３７０ｂを形成して、前記第１メッキ層３７０ａ及び第２メッキ層３７０ｂで構成される構造支持層３７０を形成する。
前記第２メッキ層３７０ｂは、Ａｕ、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された３層構造で形成することが好ましい。前記第２メッキ層３７０ｂを構成するＡｕのうち、最下部のＡｕは、前記第１メッキ層３７０ａとの密着力を向上させるためのものであり、最上部のＡｕは、Ｎｉの表面酸化を防止し、後続のパッケージング工程のうち、ダイボンディング（ｄｉｅ ｂｏｎｄｉｎｇ）工程での密着力を向上させるためのものである。
一方、従来では、各発光構造物３２０の間の領域にまで形成された構造支持層３７０と前記発光構造物３２０との熱膨張係数の差により、前記構造支持層３７０を含む全体構造物の曲がり現象が発生したが、本発明の実施の形態によれば、上記の通りに分離された各発光構造物３２０の間には構造支持層の代りに第１フォトレジストＰＲ１が形成されていて、本発明による構造支持層３７０は、発光構造物３２０の上部にのみ一定の厚さに形成されているため、構造支持層３７０を含む全体構造物の曲がり現象を防止することが可能であり、後続工程進行の難しさを克服することができる。
前記構造支持層３７０は、最終的なＬＥＤ素子の支持層及び電極としての機能を果たす。また、前記構造支持層３７０は、熱伝導が優れた金属、例えばＮｉ及びＡｕなどからなるため、ＬＥＤ素子から発生する熱を外部に容易に放出できる。したがって、ＬＥＤ素子に高電流が印加されても熱を效率的に放出できるので、高電流でもＬＥＤ素子の特性が劣化する現象を防止できる。
その後、図４Ｊに示すように、ＬＬＯ工程により前記基板３１０を前記発光構造物３２０から分離する。
次に、図４Ｋに示すように、前記基板３１０が分離されて露出した前記各発光構造物３２０の間の保護膜３４０部分と前記第１フォトレジストＰＲ１とを除去した後、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層３２１の表面に、光抽出効率を上げるために表面凹凸３２１ａを形成する。
その後、図４Ｌに示すように、ｎ型電極３８０が形成される前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層３２１部分を所定の厚みだけ除去して、コンタクト孔ｈを形成した後、前記コンタクト孔ｈ上にｎ型電極３８０を形成する。
その後、図４Ｍに示すように、前記各発光構造物３２０の間の金属シード層３６０及び第２メッキ層３７０ｂ部分をダイシング工程により除去してＬＥＤ素子単位の大きさに分離して、複数の窒化ガリウム系ＬＥＤ素子３００を形成する。前記ＬＥＤ素子３００の分離は、上記のダイシング工程の他に、レーザースクライブ又はウェットエッチング工程などにより行われることができる。
ここで、従来の技術に係るＬＥＤ素子１００の最終的な分離は、比較的厚い厚みを有する構造支持層１７０のダイシングにより行われていたが、本発明の実施の形態では、前記ＬＥＤ素子３００の最終的な分離が、従来の構造支持層に比べてはるかに薄い厚みを有する金属シード層３６０及び第２メッキ層３７０ｂのダイシングにより行われるため、前記ダイシング工程時に発光構造物３２０が壊れること又は損傷することを防止することができる。
すなわち、上記のような工程により製作された本発明の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子は、図３に示すように、導電性基板３７０、前記導電性基板３７０の上面に形成された金属シード層３６０、及び前記金属シード層３６０上に形成された発光構造物３２０で構成されている。
前記導電性基板３７０は、第１メッキ層３７０ａと第２メッキ層３７０ｂからなり、工程過程で上述したように、前記第１メッキ層３７０ａは、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された２層構造で形成され、前記第２メッキ層３７０ｂは、Ａｕ、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された３層構造で形成されている。
前記発光構造物３２０は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層３２１、活性層３２２、ｐ型窒化ガリウム系半導体層３２３からなり、前記発光構造物３２０の外郭部には保護膜３４０が形成されている。
また、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層３２３の下面の中央部には、電流阻止層３３０が形成されている。そして、前記電流阻止層３３０の両側のｐ型窒化ガリウム系半導体層３２３上には、ｐ型電極３５０が形成され、前記ｎ型窒化物系半導体層３２１の上面には、ｎ型電極３８０が形成されている。
そして、前記ｎ型窒化物系半導体層３２１の上面は、光抽出効率を上げるための凹凸３２１ａが形成されている。
第２の実施の形態
＜垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子＞
まず、図５〜図８を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子について詳細に説明する。
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図であり、図６〜図８は、本発明に係る反射電極の形態を示す平面図である。
図５に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子４００の最上部には、ｎ型電極４１０が形成されている。
前記ｎ型電極４１０の下部には、ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０が形成されており、さらに詳細に、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０は、ｎ型不純物がドーピングされたＧａＮ層又はＧａＮ／ＡｌＧａＮ層で形成されることができる。
ここで、電流拡散現象を向上させるために、前記ｎ型電極４１０と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０との間に透明電極（図示せず）などがさらに形成れていてもよい。
前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０の下部には、活性層４３０及びｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０が下へ順次積層されて発光構造物をなす。このとき、前記発光構造物のうち、活性層４３０はＩｎＧａＮ／ＧａＮ層で構成された多重量子井戸型構造で形成されていてもよく、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０は、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０と同様に、ｐ型不純物がドーピングされたＧａＮ層又はＧａＮ／ＡｌＧａＮ層で形成されていてもよい。
上記の発光構造物のｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０の下部には、互いに所定間隔離隔した複数の反射電極４５０が形成されている。ここで、前述したような従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子（図２参照）では、ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０の全面にわたって反射電極４５０が形成されたが、本実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子（図２、５参照）では、従来の技術に係るＬＥＤ素子とは異なり、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０の下部に複数の反射電極４５０を互いに所定間隔離隔させて形成することによって、素子の動作時に前記反射電極４５０により発生する分極現象を局部化させて、圧電効果を減少させることができるという長所がある。
このとき、前記反射電極４５０は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ及びこれらのうち、少なくとも１つを含む合金で構成された群から選択された何れか１つの単層又は何れか２つ以上の多層構造を有することが好ましい。
そして、前記反射電極４５０は、図６に示すような円形の形態を有することも可能であり、又は、図７に示すような楕円形の形態を有することも可能であり、又は、図８に示すような正四角形の形態を有することも可能である。また、前記反射電極４５０の形態は、上記の形態にだけ限定されず、本発明の技術思想の範囲内で、例えば、正五角形及び正六角形などの正多角形と、非対称の多角形と、前記円形、楕円形、正多角形及び非対称の多角形の組み合わせなどを含んで多様に変形できる。
また、前記反射電極４５０は、０．５μｍ〜５００μｍの範囲の幅を有することが好ましい。これは、前記反射電極４５０の幅が０．５μｍより小さい場合、反射電極４５０の大きさがあまりにも小さくなって、反射機能を果たすのに限界があり、５００μｍより大きい場合には、上述のような圧電効果の減少効果を十分に得がたいので、前記の範囲の幅を有するように形成されることが好ましい。
前記反射電極４５０を含む前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０の下部には、バリヤ（ｂａｒｒｉｅｒ）層４５５が形成されている。前記バリヤ層４５５は、前記反射電極４５０がｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０とオーム接触（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）を形成することとは反対に、ショットキー接触（ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｃｏｎｔａｃｔ）特性を有するように形成されて、電流阻止層（ｃｕｒｒｅｎｔ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）の機能をともに果たし得るように構成されることが好ましい。一方、前記反射電極４５０がＡｇなどからなる場合、前記バリヤ層４５５は、反射電極４５０を構成するＡｇなどが拡散されるのを防止する機能を果たすことができる。
このようなバリヤ層４５５は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ａｕ及びこれらのうち、少なくとも１つを含む合金で構成された群から選択された何れか１つの単層又は何れか２つ以上の多層構造を有する金属からなることができる。また、上記のような金属の代りに、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）、ＩＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ及びＳｎＯ2などのＴＣＯ（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ、透明導電性酸化物）を適用することもできる。
前記バリヤ層４５５の下部には、接合層４６０が形成されている。
前記接合層４６０の下部には、ＬＥＤ素子の支持層及び電極としての機能を果たす構造支持層４７０が形成されている。前記構造支持層４７０は、素子の熱的安定性を考慮して、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、又は金属層などで形成することが一般的である。
上述のように、本発明の第２の実施の形態によれば、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０の下部に複数の反射電極４５０を互いに所定間隔離隔させて形成することによって、素子の動作時に前記反射電極４５０により発生する分極現象を局部化させて、圧電効果を減少させることができ、これにより素子の信頼性を向上させることができる。
＜垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法＞
すると、以下、本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法について、図９Ａ〜図９Ｅを参照して詳細に説明する。
図９Ａ〜図９Ｅは、本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。
図９Ａに示すように、サファイア基板４９０上にｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０、活性層４３０及びｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０を順に成長させて発光構造物を形成する。前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０は、上述のように、ｎ型不純物がドーピングされたＧａＮ層又はＧａＮ／ＡｌＧａＮ層で形成されることができ、前記活性層４３０は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ層で構成された多重量子井戸型構造に形成されることができ、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０は、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０と同様に、ｐ型不純物がドーピングされたＧａＮ層又はＧａＮ／ＡｌＧａＮ層で形成されることができる。
その後、前記発光構造物のｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０上に、互いに所定間隔離隔した複数の反射電極４５０を形成する。前記反射電極４５０は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ及びこれらのうち、少なくとも１つを含む合金で構成された群から選択された何れか１つの単層又は何れか２つ以上の多層構造を有するように形成することが好ましい。そして、前記反射電極４５０は、正多角形、円形、非対称の多角形、楕円形及びこれらの組み合わせなどを含む多様な形態に形成でき、０．５μｍ〜５００μｍの範囲の幅を有するように形成することが好ましい。
ここで、本実施の形態では、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０上に複数の反射電極４５０を互いに所定間隔離隔させて形成することによって、素子の動作時に前記反射電極４５０により発生する分極現象を局部化させて、圧電効果を減少させることができる。
図９Ｂに示すように、前記複数の反射電極４５０を含む前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０上にバリヤ層４５５を形成する。前記バリヤ層４５５は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０とショットキー接触特性を有するように形成されることが好ましく、このために、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ａｕ及びこれらのうち、少なくとも１つを含む合金で構成された群から選択される何れか１つの単層又は何れか２つ以上の多層構造を有する金属で形成できる。また、このような金属の代りに、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）、ＩＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ及びＳｎＯ2などのＴＣＯ（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ、透明導電性酸化物）を適用することもできる。
図９Ｃに示すように、前記バリヤ層４５５上に接合層４６０及び構造支持層４７０を順に形成する。前記構造支持層４７０は、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、又は金属層などで形成することが一般的である。
図９Ｄに示すように、前記サファイア基板４９０をＬＬＯ工程により除去する。
図９Ｅに示すように、前記サファイア基板４９０が除去された前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０上にｎ型電極４１０を形成する。ここで、電流拡散現象を向上させるために、前記ｎ型電極４１０を形成する前に、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０上に透明電極（図示せず）などをさらに形成することもできる。
第３の実施の形態
＜垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子＞
すると、次に、図１０〜図１２を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。但し、第３の実施の形態の構成のうち、第２の実施の形態と同じ部分についての説明は省略し、第３の実施の形態で変わる構成についてのみ詳述する。
図１０〜図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。
図１０〜図１２に示すように、第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子は、第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子と大部分の構成が同じであり、但し、前記バリヤ層４５５が金属又はＴＣＯからならず絶縁膜からなるものの、前記反射電極４５０の一部を露出させるように形成されているという点において第２の実施の形態と異なる。ここで、前記絶縁膜は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ、ＨｆＯ、ＳｉＮ及びＡｌＮなどのような酸化物系又は窒化物系物質などからなり得る。
このとき、前記のような絶縁膜からなるバリヤ層４５５は、図１０に示すように、反射電極４５０の下面の一部を除いた残りの反射電極４５０とｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０の表面に沿って形成されることもでき、図１１に示すように、複数の反射電極４５０の間の空間を充填しながら、反射電極４５０の下面の一部を露出させるように形成されることもでき、図１２に示すように、反射電極４５０の下面全体と側面の一部を露出させるように、前記複数の反射電極４５０の間のｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０の下面に前記反射電極４５０より薄い厚さに形成されることも可能である。
なお、前記絶縁膜からなるバリヤ層４５５は、図１０〜図１２に示す構造のみに限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で多様に変形できる。
すなわち、第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子は、バリヤ層４５５を絶縁膜で形成するものの、前記反射電極４５０と構造支持層４７０とが互いに通電できるように、反射電極４５０の一部を露出させるように形成することが重要である。
このような第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子は、第２の実施の形態と同じ作用及び効果を得ることができる。
＜垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法＞
すると、以下、本発明の第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法について、図１３Ａ〜図１３Ｅを参照して詳細に説明する。
図１３Ａ〜図１３Ｅは、本発明の第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。
図１３Ａに示すように、サファイア基板４９０上にｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０、活性層４３０及びｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０を順に成長させて発光構造物を形成する。
その後、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０上に、互いに所定間隔離隔した複数の反射電極４５０を形成する。
図１３Ｂに示すように、前記複数の反射電極４５０を含む前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０上にバリヤ層４５５を形成する。このとき、前記バリヤ層４５５は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ、ＨｆＯ、ＳｉＮ及びＡｌＮなどのような絶縁膜で形成するものの、前記反射電極４５０の一部を露出させるように形成して、前記反射電極４５０が後続的に形成される構造支持層４７０と通電するようにすることが重要である。
図１３Ｃに示すように、前記バリヤ層４５５を含む全体構造上に接合層４６０及び構造支持層４７０を順に形成する。
図１３Ｄに示すように、前記サファイア基板４９０をＬＬＯ工程により除去する。
図１３Ｅに示すように、前記サファイア基板４９０が除去された前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０上にｎ型電極４１０を形成する。
第４の実施の形態
＜垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子＞
すると、次に、図１４を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。但し、第４の実施の形態の構成のうち、第２の実施の形態と同じ部分についての説明は省略し、第４の実施の形態で変わる構成についてのみ詳説する。
図１４は、本発明の第４の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。
図１４に示すように、第４の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子は、第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子とほとんどの構成が同じであり、但し、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０の下部に形成される反射電極４５０とバリヤ層４５５の形成位置が互いに変わっており、前記バリヤ層４５５が絶縁膜からなるという点において第２の実施の形態と異なる。ここで、前記バリヤ層４５５として用いられる絶縁膜は、第３の実施の形態と同様に、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ、ＨｆＯ、ＳｉＮ及びＡｌＮなどと同じ酸化物系又は窒化物系物質などからなり得る。また変形例として、前記バリヤ層４５５は、前記反射電極４５０がｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０とオーム接触（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）を形成することとは反対に、ショットキー接触（ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｃｏｎｔａｃｔ）特性を有するように形成されて、電流阻止層（ｃｕｒｒｅｎｔ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）の機能をともに果たし得るように構成されていてもよい。このようなバリヤ層４５５は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ａｕ及びこれらのうち、少なくとも１つを含む合金で構成された群から選択された何れか１つの単層又は何れか２つ以上の多層構造を有する金属からなることができる。また、上記のような金属の代りに、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）、ＩＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ及びＳｎＯ2などのＴＣＯ（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ、透明導電性酸化物）を適用することもできる。
すなわち、第４の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子は、バリヤ層４５５を絶縁膜で形成するものの、第４の実施の形態と同様に、前記バリヤ層４５５が反射電極４５０の一部を露出させるように形成する代わりに、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０の下部に、まず、互いに所定間隔離隔した複数のバリヤ層４５５を形成してから、前記バリヤ層４５５を含む前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０の下部に反射電極４５０を形成するものである。
このような第４の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０の下部に所定間隔離隔して形成された複数のバリヤ層４５５により、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０に接する反射電極４５０部分が互いに所定間隔離隔されることにより、第２の実施の形態と同じ作用及び効果を得ることができる。
＜垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法＞
すると、以下、本発明の第４の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法について、図１５Ａ〜図１５Ｅを参照して詳細に説明する。
図１５Ａ〜図１５Ｅは、本発明の第４の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。
図１５Ａに示すように、サファイア基板４９０上にｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０、活性層４３０及びｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０を順に成長させて発光構造物を形成する。
その後、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層４４０上に、互いに所定間隔離隔した複数のバリヤ層４５５を形成する。前記バリヤ層４５５は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ、ＨｆＯ、ＳｉＮ及びＡｌＮなどのような絶縁膜で形成できる。
図１５Ｂに示すように、前記バリヤ層４５５を含む前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層上２４０に反射電極４５０を形成する。
図１５Ｃに示すように、前記反射電極４５０上に接合層４６０及び構造支持層４７０を順に形成する。
図１５Ｄに示すように、前記サファイア基板４９０をＬＬＯ工程により除去する。
図１５Ｅに示すように、前記サファイア基板４９０が除去された前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層４２０上にｎ型電極４１０を形成する。
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 従来の技術によって製造されたさらに他の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。 本発明に係る反射電極の形態を示す平面図である。 本発明に係る反射電極の形態を示す平面図である。 本発明に係る反射電極の形態を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するために順次示した工程断面図である。
符号の説明
３１０ サファイア基板
３２０ 発光構造物
３２１、４２０ ｎ型窒化ガリウム系半導体層
３２２、４３０ 活性層
３２３、４４０ ｐ型窒化ガリウム系半導体層
３３０ 電流阻止層
３４０ 保護膜
３５０ ｐ型電極
ＰＲ１ 第１フォトレジスト
３６０ 金属シード層
ＰＲ２ 第２フォトレジスト
３７０、４７０ 構造支持層
３７０ａ 第１メッキ層
３７０ｂ 第２メッキ層
３２１ａ 表面凹凸
ｈ コンタクト孔
３８０、４１０ ｎ型電極
３００、４００ ＬＥＤ素子
４５０ 反射電極
４５５ バリヤ層
４６０ 接合層

Claims (45)

  1. ｎ型電極と、
    前記ｎ型電極の下面に形成された発光構造物と、
    前記発光構造物の外郭面に形成された保護膜と、
    前記保護膜が形成された発光構造物の下面に形成されたｐ型電極と、
    前記発光構造物及び前記ｐ型電極の全面に形成された金属シード層と、
    前記金属シード層の下部に形成された導電性基板と、を含む垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  2. 前記発光構造物は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層、活性層、ｐ型窒化ガリウム系半導体層を含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  3. 前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の上面は、凹凸形態からなることを特徴とする請求項２に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  4. 前記発光構造物の下面の中央部に電流阻止層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  5. 前記導電性基板は、第１メッキ層及び第２メッキ層で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  6. 前記第１メッキ層は、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された２層構造に形成されたことを特徴とする請求項５に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  7. 前記第２メッキ層は、Ａｕ、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された３層構造に形成されたことを特徴とする請求項５に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  8. 導電性基板と、
    前記導電性基板の上部に形成された金属シード層と、
    前記金属シード層の中央部に形成された電流阻止層と、
    前記金属シード層上の電流阻止層の両側に形成された第１電極と、
    前記第１電極上に形成された発光構造物の外郭面に形成された保護膜と、
    前記発光構造物上に形成された第２電極と、を含む垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  9. 前記発光構造物は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層、活性層、ｎ型窒化ガリウム系半導体層を含むことを特徴とする請求項８に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  10. 前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の上面は、凹凸形態からなることを特徴とする請求項９に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  11. 前記第１電極は、ｐ型電極であることを特徴とする請求項８に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  12. 前記第２電極は、ｎ型電極であることを特徴とする請求項８に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  13. 前記導電性基板は、第１メッキ層及び第２メッキ層で構成されたことを特徴とする請求項８に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  14. 前記第１メッキ層は、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された２層構造に形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  15. 前記第２メッキ層は、Ａｕ、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された３層構造に形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  16. 基板上にｎ型窒化ガリウム系半導体層と活性層とｐ型窒化ガリウム系半導体層とが順次積層されている発光構造物を形成するステップと、
    前記発光構造物をエッチングして、単位ＬＥＤ素子の大きさに分離するステップと、
    前記分離された発光構造物上にｐ型電極を形成するステップと、
    前記分離された各発光構造物の間に非導電性物質を充填するステップと、
    前記結果の構造物上に金属シード層を形成するステップと、
    前記各発光構造物の間の領域を除いた前記金属シード層上に第１メッキ層を形成するステップと、
    前記第１メッキ層及び前記各第１メッキ層の間の前記金属シード層の表面に第２メッキ層を形成するステップと、
    前記基板を前記発光構造物から分離するステップと、
    前記基板が分離されて露出した前記各発光構造物の間の前記非導電性物質を除去するステップと、
    前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層上にｎ型電極を形成するステップと、
    前記各発光構造物の間の前記金属シード層及び前記第２メッキ層部分を除去するステップと、を含む垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  17. 前記非導電性物質は、フォトレジストであることを特徴とする請求項１６に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  18. 前記ｐ型電極を形成するステップの前に、
    前記分離された各発光構造物を含む基板の上部表面に沿って絶縁層を形成するステップと、
    前記絶縁層を選択的にエッチングして、前記発光構造物の上面中央部に電流阻止層を形成すると同時に、前記発光構造物の両側面に保護膜を形成するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  19. 前記発光構造物を形成するステップの後に、ラップ（ｌａｐｐｉｎｇ）及び研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程により前記基板の下部を所定の厚さだけ除去するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  20. 前記各発光構造物の間の領域を除いた金属シード層上に第１メッキ層を形成するステップは、
    前記各発光構造物の間の金属シード層上にフォトレジストを形成するステップと、
    前記各フォトレジストの間の金属シード層上に第１メッキ層を形成するステップと、
    前記フォトレジストを除去するステップと、を含むことを特徴とする請求項１６に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  21. 前記各発光構造物の間の前記金属シード層及び前記第２メッキ層部分を除去するステップは、ダイシング、スクライブ及びウェットエッチングのうち、何れか１つの工程により行うことを特徴とする請求項１６に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  22. 前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層上にｎ型電極を形成するステップの前に、
    前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の表面に表面凹凸を形成するステップと、
    前記ｎ型電極が形成される前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層部分を所定の厚さだけ除去してコンタクト孔を形成するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  23. 前記第１メッキ層は、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された２層構造に形成することを特徴とする請求項１６に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  24. 前記第２メッキ層は、Ａｕ、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された３層構造に形成することを特徴とする請求項１６に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  25. ｎ型電極と、
    前記ｎ型電極の下部に形成されたｎ型窒化ガリウム系半導体層と、
    前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の下部に形成された活性層と、
    前記活性層の下部に形成されたｐ型窒化ガリウム系半導体層と、
    前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層の下部に互いに所定間隔離隔して形成された複数の反射電極と、
    前記反射電極を含む前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層の下部に形成されたバリヤ層と、
    前記バリヤ層の下部に形成された構造支持層と、を含む垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  26. 前記反射電極は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ及びこれらのうち、少なくとも１つを含む合金で構成された群から選択された何れか１つの単層又は何れか２つ以上の多層構造を有することを特徴とする請求項２５に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  27. 前記反射電極は、正多角形、円形、非対称の多角形、楕円形及びこれらの組み合わせにより構成された群から選択される何れか１つの形態を有することを特徴とする請求項２５に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  28. 前記反射電極は、０．５μｍ〜５００μｍの範囲の幅を有することを特徴とする請求項２５に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  29. 前記バリヤ層は、金属又はＴＣＯ（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ、透明導電性酸化物）からなることを特徴とする請求項２５に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  30. 前記金属は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ａｕ及びこれらのうち、少なくとも１つを含む合金で構成された群から選択される何れか１つの単層又は何れか２つ以上の多層構造を有することを特徴とする請求項２９に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  31. 前記ＴＣＯは、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）、ＩＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ及びＳｎＯ2のうち、何れか１つであることを特徴とする請求項２９に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  32. 前記バリヤ層は絶縁膜からなるものの、前記反射電極の一部を露出させるように形成されていて、前記反射電極が前記構造支持層と通電するように形成されていることを特徴とする請求項２５に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  33. 前記絶縁膜は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ、ＨｆＯ、ＳｉＮ及びＡｌＮのうち、何れか１つからなることを特徴とする請求項３２に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  34. 前記バリヤ層と前記構造支持層との間に形成された接合層をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  35. ｎ型電極と、
    前記ｎ型電極の下部に形成されたｎ型窒化ガリウム系半導体層と、
    前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の下部に形成された活性層と、
    前記活性層の下部に形成されたｐ型窒化ガリウム系半導体層と、
    前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層の下部に互いに所定間隔離隔して形成された複数のバリヤ層と、
    前記バリヤ層を含む前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層の下部に形成された反射電極と、
    前記反射電極の下部に形成された構造支持層と、を含む垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  36. 前記バリヤ層は、絶縁膜からなることを特徴とする請求項３５に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
  37. サファイア基板上にｎ型窒化ガリウム系半導体層、活性層及びｐ型窒化ガリウム系半導体層を順に形成するステップと、
    前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層上に、互いに所定間隔離隔された複数の反射電極を形成するステップと、
    前記反射電極を含む前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層上にバリヤ層を形成するステップと、
    前記バリヤ層上に構造支持層を形成するステップと、
    前記サファイア基板をＬＬＯ工程により除去するステップと、
    前記サファイア基板が除去された前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層上にｎ型電極を形成するステップと、を含む垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  38. 前記反射電極は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ及びこれらのうち、少なくとも１つを含む合金で構成された群から選択された何れか１つの単層又は何れか２つ以上の多層構造を有するように形成することを特徴とする請求項３７に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  39. 前記反射電極は、正多角形、円形、非対称の多角形、楕円形及びこれらの組み合わせにより構成された群から選択される何れか１つの形態を有するように形成することを特徴とする請求項３７に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  40. 前記反射電極は、０．５μｍ〜５００μｍの範囲の幅を有するように形成することを特徴とする請求項３７に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  41. 前記バリヤ層は、金属又はＴＣＯ（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ、透明導電性酸化物）で形成することを特徴とする請求項３７に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  42. 前記バリヤ層は絶縁膜で形成するものの、前記反射電極の一部を露出させるように形成して、前記反射電極が前記構造支持層と通電するように形成することを特徴とする請求項３７に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  43. 前記構造支持層を形成するステップの前に、
    前記バリヤ層が形成された全体構造上に接合層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３７に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  44. サファイア基板上にｎ型窒化ガリウム系半導体層、活性層及びｐ型窒化ガリウム系半導体層を順に形成するステップと、
    前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層上に、互いに所定間隔離隔した複数のバリヤ層を形成するステップと、
    前記バリヤ層を含む前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層上に反射電極を形成するステップと、
    前記反射電極上に構造支持層を形成するステップと、
    前記サファイア基板をＬＬＯ工程により除去するステップと、
    前記サファイア基板が除去された前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層上にｎ型電極を形成するステップと、を含む垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
  45. 前記バリヤ層は、絶縁膜で形成することを特徴とする請求項４４に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
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