JP5425095B2 - 発光ダイオードの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード及びその製造方法に関するもので、特に、レーザーリフトオフ（ｌａｓｅｒｌｉｆｔ―ｏｆｆ（ＬＬＯ））工程を行って製造された発光ダイオード及びそれを製造する方法に関するものである。

通常、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ（ＬＥＤ））は、ＧａＮ、サファイア、シリコン、シリコンナイトライドなどの基板上に、ＧａＮを基本とする物質を成長させて発光する構造である。このような構造のＬＥＤにおいて、ＬＥＤの上部の発光層から出た光は、発光層の上部と下部に進行し、反射、散乱及び屈折を経てＬＥＤから放出される。発光層から出る上下部の光を屈折及び反射させて発光効率を増加させるためには、発光層の上部に凹凸を与えたり、発光層の下部に反射率の良い反射板を使用したりする必要がある。

しかしながら、発光層の上部Ｐ型層は薄いので、凹凸を形成することができず、凹凸を形成するとしても効率が低い。また、発光層の下部のサファイア基板下に反射率の良い金属物質を形成するとしても、いくらかの光はサファイア基板で必ず吸収・消滅される。このようにＬＥＤの下部から光が放出されると、光は大きな損失を受ける基板を通過する。このような損失を減少させるためには、凹凸を形成したり、反射率の高い金属を基板へ形成したりするために、半導体層を成長させるために従来用いられた犠牲基板に代わって、反射率を改善しつつ、基板での光の吸収を防ぐためにＳｉ基板又はメタル基板がＬＥＤに提供される。

犠牲基板に代わって異種の基板を使用する場合、媒介層の上下部から熱と圧力を適用することで、異種の基板を互いに結合するための媒介層を形成する必要がある。熱と圧力を加える間、異種の基板は、熱膨張係数が異なるため変形する。このような変形は、特性や以後の工程の歩留まりと関連した問題を引き起こす。

本発明は上述した従来技術の問題を解決するために想到したものであり、本発明の態様は、従来技術の問題を解決できる発光ダイオード及びその製造方法を提供することにある。

本発明の更に他の態様によると、発光ダイオードの製造方法は、第１の基板上にバッファ層、第１の導電性半導体層、活性層及び第２の導電性半導体層を含む複数の半導体層を形成し；前記第２の半導体層の上に屈折率が異なる二つ以上の絶縁層を多重層に交互に積層し；所定のパターンにより、積層した前記絶縁層をエッチングして、複数のＤＢＲ層を部分的に形成し；前記第２の導電性半導体層上及び前記複数のＤＢＲ層の上に金属パターンを形成し；前記金属パターン上に第１のボンディング金属層を形成し；前記第１の基板と同種の第２の基板上に第２のボンディング金属層を形成し；前記第１のボンディング金属層と前記第２のボンディング金属層とを互いに対向するように接合させ；前記第１の基板を前記複数の半導体層から分離し；互いに分離した複数の金属パターン及び前記それぞれ分離した金属パターンの一部領域の上に位置する発光セルを形成するために、前記複数の半導体層及び前記金属パターンをパターニングし、；個別の集積回路を提供するために、前記発光セル毎に前記第２の基板をダイシングし；前記第１の基板及び前記第２の基板はサファイア基板であることを含む。

前記第１の基板及び前記第２の基板はサファイア基板であってもよい。

前記金属パターンを形成することは、前記第２の導電性半導体層の上に互いに分離した複数の反射金属層を形成し、前記第２の導電性半導体層及び前記複数の反射金属層を覆う媒介金属層を形成することを含んでもよい。

前記方法は、前記金属パターンの上に前記第２の基板を形成する前に、前記第２の基板の上部又は下部に複数の溝又は貫通ホールを形成し、前記溝又は貫通ホールに金属層を形成することをさらに含んでもよい。

本発明の更に他の態様によると、発光ダイオードの製造方法は、第１の基板の上にバッファ層、第１の導電性半導体層、活性層及び第２の導電性半導体層を含む複数の半導体層を形成し；前記第２の半導体層の上に屈折率が異なる二つ以上の絶縁層を多重層に交互に積層し；所定のパターンにより、積層した前記絶縁層をエッチングして、複数のＤＢＲ層を部分的に形成し；前記第２の導電性半導体層上及び前記複数のＤＢＲ層の上に金属パターンを形成し；前記金属パターン上に第１のボンディング金属層を形成し；前記第１の基板と同種の第２の基板上に第２のボンディング金属層を形成し；前記第１のボンディング金属層と前記第２のボンディング金属層とを互いに対向するように接合させ；前記第１の基板を前記複数の半導体層から分離し；分離した複数の金属パターン及び前記複数の金属パターンの一部領域の上に位置する複数の発光セルを形成するために、前記各半導体層及び前記金属パターンをパターニングし；前記複数の発光セルの上部表面と、前記複数の発光セルの上部表面に隣接した複数の金属パターンとを電気的に接続する複数の金属配線を形成し；前記第１の基板及び前記第２の基板はサファイア基板であることを含む。

前記金属パターンを形成することは、前記第２の導電性半導体層の上に互いに分離した複数の反射金属層を含み、前記第２の導電性半導体層及び前記複数の反射金属層を覆う媒介金属層を形成することを含んでもよい。

本発明の一実施形態によると、支持基板は、犠牲基板と同種である。これによって、複数の半導体層と支持基板に対する高温高圧の接合工程を行うとしても、犠牲基板と支持基板との間に熱膨張係数の差がないので、高温高圧での接合工程以後の支持基板の変形を効果的に防止することができる。また、支持基板の変形が生じないので、ＬＬＯ工程、エッチング工程又はポリッシング工程の精度良く、容易に行うことができる。その結果、発光ダイオードの生産歩留まりを改善し、発光特性を向上させることができる。

また、本発明の一実施形態によると、支持基板の内部に多数の金属層を形成することによって、発光ダイオードからの熱を効果的に放出し、その結果、高電力の発光ダイオードを効果的に製造することができる。

本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオード製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオード製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオード製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオード製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオード製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例に係る発光ダイオードが比較例に係る発光ダイオードに比べて改善した発光特性を示すグラフである。 本発明の実施例に係る発光ダイオードが比較例に係る発光ダイオードに比べて改善した発光特性を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。 本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。 本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。 本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。 図１４に示した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１４に示した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１４に示した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１４に示した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１４に示した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１４に示した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。 本発明の更に他の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。

添付の各図面を参照して本発明の典型的な実施形態を詳細に説明する。各実施形態は、当業者による本発明の充分な理解のために説明の手段として提供されるものである。したがって、本発明は、これらの実施形態に限定されるものでなく、様々な形態で実現することも可能である。そして、各図面において、構成要素の幅、長さ及び厚さは、便宜上、それらの寸法を見積もるためのものではない。明細書全般にわたって同一の参照番号は同一の構成要素を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。

図１を参照すると、支持基板５１の上に金属パターン４０を形成する。支持基板５１は、サファイア基板、ＡｌＮまたはＧａＮを含んでもよい。支持基板５１は、発光セル３０を構成する半導体層を成長させるのに使用される犠牲基板と同種の基板を使用する。本実施形態では、支持基板５１は、絶縁性基板として機能するサファイア基板である。

金属パターン４０は、反射金属層及び／又は媒介金属層を含んでもよい。ここで、媒介金属層は、発光セル３０と支持基板５１との間に位置する金属層であって、反射金属層と共に実現される場合、反射金属層と機能的又は領域的に区別される。しかし、金属パターン４０は、別途、反射金属層を含まない場合、反射金属層の機能を有するように実現しても良い。媒介金属層は保護金属層を含んでもよい。保護金属層は反射金属層を保護することができる。媒介金属層は、支持基板５１をボンディングするためのボンディング金属層を含んでもよい。

本実施形態では、金属パターン４０が反射金属層３１ａ、保護金属層３２ａ、第１のボンディング金属層３３ａ及び第２のボンディング金属層５３ａを含む。しかし、本発明は、この形態に限定されるものではなく、多様に変形可能である。

反射金属層３１ａは、反射率の大きい金属物質、例えば、銀（Ａｇ）又はアルミニウム（Ａｌ）で形成される。保護金属層３２ａは、金属元素が反射金属層３１ａに拡散されるのを防止するための拡散防止層であって、反射金属層３１ａの反射度を維持することができる。保護金属層３２ａは、単一層又は多重層で形成され、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄなどで形成される。

第１のボンディング金属層３３ａ及び第２のボンディング金属層５３ａは、反射金属層３１ａと支持基板５１との接合のためのものであって、それぞれ単一層又は多重層で形成してもよい。第１のボンディング金属層３３ａ及び第２のボンディング金属層５３ａは、Ａｕ、Ｓｎ又はＡｕとＳｎの合金（例えば、８０／２０ｗｔ％又は９０／１０ｗｔ％）である。このとき、接触特性を高めるために、Ｃｒ／Ａｕ、Ｎｉ又はＴｉをさらに使用してもよい。さらに、第１のボンディング金属層３３ａ及び第２のボンディング金属層５３ａはＩｎ、Ａｇ又はＡｌを使用して形成してもよい。

金属パターンの少なくとも一部領域上に発光セル３０が位置する。発光セル３０は、Ｐ型の下部半導体層２９ａ、活性層２７ａ及びＮ型の上部半導体層２５ａを含む。活性層２７ａは、Ｐ型半導体層２９ａとＮ型半導体層２５ａとの間に介在し、その位置を変えることができる。

Ｎ型半導体層２５ａは、Ｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{1−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で形成され、Ｎ型クラッド層を含んでもよい。また、Ｐ型半導体層２９ａは、Ｐ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で形成され、Ｐ型クラッド層を含んでもよい。Ｎ型半導体層２５ａは、シリコン（Ｓｉ）をドーピングして形成してもよく、Ｐ型半導体層２９ａは、亜鉛（Ｚｎ）又はマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングして形成してもよい。

活性層２７ａは、電子及び正孔が結合する領域であって、ＩｎＧａＮを含む。活性層２７ａを構成する物質の種類によって、発光セルから放出される光の波長が決定される。活性層２７ａは、量子井戸層と障壁層が交互に形成された多層膜である。量子井戸層と障壁層は、一般式Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される２元〜４元化合物半導体層であってもよい。

金属配線５７は金属パターン４０に電力を供給するために形成され、金属配線５９はＮ型半導体層２５ａに電力を供給する。このために、Ｎ型半導体層２５ａの上に電極パッド５５を形成してもよい。電極パッド５５は、Ｎ型半導体層２５ａとのオーミックコンタクトによってコンタクト抵抗を低減する。

図２〜図６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である。

図２を参照すると、第１の基板２１上にバッファ層２３、Ｎ型半導体層２５、活性層２７及びＰ型半導体層２９を含む半導体層を形成し、半導体層の上に反射金属層３１を形成する。

有利なことに、第１の基板２１は、サファイア基板のように透光性であって、半導体層の格子と位相が揃っている。

バッファ層２３及び半導体層２５、２７、２９は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）又はハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などにより形成してもよい。また、半導体層２５、２７、２９は、同一のチャンバで連続的に形成してもよい。

バッファ層２３は、第１の基板２１と半導体層２５、２７、２９の格子不整合を緩和可能な特定の物質で形成してもよい。例えば、バッファ層２３は、アンドープＧａＮで形成してもよい。

反射金属層３１は、Ｐ型半導体層にオーミックコンタクトする金属、好ましくは反射率の高い金属、例えば、Ａｇ又はＡｌで形成される。また、反射金属層は、熱伝導率の高い金属、例えば、Ａｕ又はＡｕとＳｎの積層で形成されるのが好ましい。反射金属層３１上には保護金属層３２が形成される。保護金属層３２は拡散防止層として作用する。保護金属層３２の上に第１のボンディング金属層３３が形成される。第１のボンディング金属層３３は、金属接合のためのものであって、特定の物質に限定されない。第１のボンディング金属層３３は、Ａｕ、Ｓｎ又はＡｕとＳｎの合金（例えば、８０／２０ｗｔ％又は９０／１０ｗｔ％）で単一層又は多重層で形成される。このとき、接触特性を高めるために、Ｃｒ／Ａｕ、Ｎｉ又はＴｉをさらに使用してもよい。さらに、第１のボンディング金属層３３ａはＩｎ、Ａｇ又はＡｌを使用して形成してもよい。

第１の基板２１と別の第２の基板５１の上に第２のボンディング金属層５３が形成される。第２の基板５１は第１の基板２１と同種である。

第２のボンディング金属層５３は、第１のボンディング金属層３３との金属接合のためのものであって、特定の物質に限定されるものではない。第２のボンディング金属層５３は、Ａｕ、Ｓｎ又はＡｕとＳｎの合金（８０／２０ｗｔ％又は９０／１０ｗｔ％）で単一層又は多重層で形成される。このとき、接触特性を高めるために、Ｃｒ／Ａｕ、Ｎｉ又はＴｉをさらに使用してもよい。さらに、第２のボンディング金属層５３ａはＩｎ、Ａｇ又はＡｌを使用して形成してもよい。

図３を参照すると、第１のボンディング金属層３３と第２のボンディング金属層５３を互いに対向するように接合させる。このような接合は、所定の圧力及び／又は熱を加えて容易に行うことができる。

その後、第１の基板２１側からレーザを照射する。レーザは、例えば、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）レーザであってもよい。第１の基板２１がサファイア基板のように透光性基板であるので、レーザは、第１の基板２１を通過し、バッファ層２３によって吸収される。これによって、バッファ層２３と第１の基板２１との界面で吸収された放射エネルギーによってバッファ層２３が分解され、基板２１が半導体層から分離される。

図４を参照すると、基板２１が半導体層から分離された後、Ｎ型半導体層２５の表面を露出させるために、残存するバッファ層２３を除去する。バッファ層２３は、エッチング又は研磨により除去できる。

図５を参照すると、互いに分離した金属パターン４０及び金属パターンの一部領域の上に位置する発光セル３０を形成するために、フォトリソグラフィ又はエッチングにより半導体層２５、２７、２９及び金属層３１、３２、３３、５３をパターン形成する。

発光セル３０は、パターニング工程を受けるＰ型半導体層２９ａ、活性層２７ａ及びＮ型半導体層２５ａを含む。半導体層２５ａ、２７ａ及び２９ａは、同一の形状にパターン形成してもよい。

一方、第２の基板５１が絶縁性基板であり、金属パターン４０が互いに分離しているため、発光セル３０は互いに電気的に分離している。

図６を参照すると、発光セル３０が互いに電気的に分離した状態で、第２の基板５１をそれぞれの発光セルにダイシングして個別の素子に分離する。その後、電力を供給するために、それぞれの発光セル３０の上部表面と金属パターン４０に金属配線５７、５９が形成される。

一方、金属配線を形成する前に、Ｎ型半導体層２５ａの上に電極パッド５５を形成してもよい。電極パッド５５は、Ｎ型半導体層２５ａにオーミックコンタクトを形成する。このとき、図面において、金属配線５７は、金属パターンの右側上部に接続するように示したが、金属配線５７は、必要により左側上部に接続することもある。

本実施形態において、金属パターン４０が形成されるので、Ｐ型半導体層２９ａの上に別途、電極パッドを形成する工程は省略することもできる。

本実施形態によると、Ｐ型半導体層２９とＮ型半導体層２５は順序を変えて形成してもよい。この場合、バッファ層２３を除去した後、Ｐ型半導体層２９の上に透明電極を形成してもよい。

図７及び図８は、本発明の実施例に係る発光ダイオードがそれらの比較例に比べて改善した発光特性を示すグラフである。

図７では、本発明の実施例と比較例１〜比較例４とを比較し、図８では、本発明の実施例と比較例１とを比較した。

実施例：
サファイアで形成した犠牲基板の上で半導体層を成長させた後、支持基板としてサファイア基板を使用し、犠牲基板を分離することで製造した発光ダイオード。

比較例１：
サファイアで形成した基板の上で半導体層を成長させた後、基板を分離することなく、当該基板を使用して製造した発光ダイオード。

比較例２：
サファイアで形成した犠牲基板の上で半導体層を成長させた後、支持基板としてＳｉ基板を使用し、犠牲基板を分離して製造した発光ダイオード。

比較例３：
サファイアで形成した犠牲基板の上で半導体層を成長させた後、支持基板としてＣｕ基板を使用し、犠牲基板を分離して製造した発光ダイオード。

図７を参照すると、入力電流に対して、本実施例の発光ダイオードが、比較例１〜比較例３の発光ダイオードに比べて相対光度が改善されたことが分かる。

比較例１の基板は、本実施例における支持基板に使用されるサファイア基板である。しかし、比較例１の発光ダイオードにおいて、半導体層を成長させるのに使用したサファイア基板を分離せずに使用した。

その一方、本実施例の発光ダイオードは、支持基板としてサファイア基板を使用し、犠牲基板として使用したサファイア基板の分離後、発光ダイオードの製造期間中での半導体層の変形を防止した。また、本実施例の発光ダイオードは、支持基板と半導体層との間に金属パターンが介在されているので、電流拡散効果が改善される。

比較例２では、サファイアの犠牲基板上で半導体層を成長させた後、支持基板としてＳｉ基板を使用した。比較例２の場合、入力電流に対する相対光度が本実施例の発光ダイオードに最も近接していた。しかし、Ｓｉ基板は、サファイアの犠牲基板とは熱膨張係数の差を有する。これによって、高温高圧での支持基板に対する半導体層の接合工程を行うと、半導体層と支持基板が犠牲基板側に凹状に変形する。犠牲基板側への半導体層と支持基板の変形が生じると、ＬＬＯ工程、エッチング工程又はポリッシング工程での精度が低下し、結果的に発光ダイオードの生産歩留まりが低下する。また、発光ダイオードの製造工程中、ある種の器具で基板を移動すると、基板が割れやすい。

また、比較例３では、サファイアの犠牲基板上で半導体層を成長させた後、支持基板としてＣｕ基板を使用した。しかし、Ｃｕ基板のような金属基板は、硬くないので、発光ダイオードの製造工程中、ある種の器具で基板を持ち上げて移動すると、変形する傾向にある。その一方、本実施例の支持基板として使用したサファイア基板は、発光ダイオードの製造工程中、ある種の器具で持ち上げて移動するときに、変形しない。

図８を参照すると、本実施例の発光ダイオードが比較例１の発光ダイオードに比べて、入力電流に対する波長シフト（Ｗｄ ｓｈｉｆｔ）の改善を示すことがわかる。

図９は、本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。

図９を参照すると、反射金属層３１ａ内に分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）パターン３１ｂが形成されている。ＤＢＲパターン３１ｂは、Ｐ型半導体層２９の下部表面に接し、互いに分離したＤＢＲにより構成されている。ＤＢＲパターン３１ｂは、屈折率が異なる絶縁層を交互に積層することによって多重層に形成してもよい。

ＤＢＲパターン３１ｂは、屈折率が異なる２種類の媒質を交互に積層し、その屈折率の差基づいて光を反射することができる。ＤＢＲパターン３１ｂは、反射率を高めることによって活性層２７ａで発生した光を１次的に反射させることで、光の散乱が効率的に起きるようにし、反射金属層３１ａの光反射を補償する。

ＤＢＲパターン３１ｂは、異なる屈折率を有する二つ以上の絶縁層が交互に積層することによって形成してもよい。例えば、ＤＢＲパターン３１ｂは、ＳｉＯ_２層とＳｉ_３Ｎ_４層が多重層に交互に積層することにより形成してもよい。図１を参照すると、Ｎ型半導体層２７、活性層２８及びＰ型半導体層２９を順次形成した後、ＤＢＲパターン３１ｂは、Ｐ型半導体層２９の上に屈折率が異なる二つ以上の絶縁層を多重層に交互に積層した後、フォトリソグラフィによる所定のパターンのより、積層した絶縁層をエッチングすることによって形成する。

その後、Ｐ型半導体層２９及びＤＢＲパターン３１ｂを覆う反射金属層３１ａを形成し、反射金属層３１ａ内に形成されたＤＢＲパターン３１ｂを実現する。

ＤＢＲパターン３１ｂは、反射金属層３１ａの光反射を補償すると同時に、Ｐ型半導体層２９と反射金属層３１ａとの結合力を改善する。ＤＢＲパターン３１ｂは、反射金属層３１ａに比べてＰ型半導体層２９に対する結合力が高い。したがって、Ｐ型半導体層２９に反射金属層３１ａを媒介物なしに接合させるよりも、Ｐ型半導体層２９と反射金属層３１ａとの間にＤＢＲパターン３１ｂを介在して、反射金属層３１ａにＰ型半導体層２９を接合すると、反射金属層３１ａとＤＢＲパターン３１ｂとの接合特性によってＰ型半導体層２９と反射金属層３１ａとの結合力が強化される。

図１０〜図１２は、本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。図１０〜図１２を参照すると、第２の基板５１の下部又は上部に複数の溝又は貫通ホールを形成し、金属層５２、５３、５４形成するために金属を充填する。このように、金属層を介して熱を効果的に放出することができるように、基板５１の内部に部分的に金属層５２、５３、５４を散発的に形成する。このような工程は、第２の基板５１の上に第２のボンディング金属層５３を形成する前の基板準備段階で行われる。また、図１０に示すように、第２の基板５１の下部に溝を形成する場合は、図１０に示したものよりも厚い第２の基板５１に所定の深さで複数の溝を形成し、金属物質を充填した後、第２の基板５１の下部表面を研磨して図１０に示すような厚さにすることもできる。

図１３は、本発明の更に他の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。

図１３を参照すると、支持基板５１上に複数の金属パターン４０が互いに分離している。支持基板５１は、サファイア、ＡｌＮ及びＧａＮを含んでもよい。支持基板５１は、発光セル３０を構成する半導体層を成長させるために用いる基板と同種である。本実施形態では、支持基板５１は、絶縁性基板であるサファイア基板である。

金属パターン４０は、反射金属層及び／又は媒介金属層を含んでもよい。ここで、媒介金属層は、発光セル３０と支持基板５１との間に位置する金属層であって、反射金属層と共に実現する場合、反射金属層と機能的又は領域的に区別される。しかし、別途、反射金属層を含まない場合は、金属パターン４０が反射金属層の機能を有するように実現してもよい。媒介金属層は保護金属層を含んでもよい。保護金属層は反射金属層を保護することができる。媒介金属層は、支持基板５１をボンディングするためのボンディング金属層を含んでもよい。

本実施形態では、金属パターン４０が反射金属層３１ａ、保護金属層３２ａ、第１のボンディング金属層３３ａ及び第２のボンディング金属層５３ａを含む。しかし、本発明は、この形態に限定されるものではなく、多様に変形可能である。

反射金属層３１ａは、反射率の大きい金属物質、例えば、銀（Ａｇ）又はアルミニウム（Ａｌ）で形成される。保護金属層３２ａは、金属元素が反射金属層３１ａに拡散されるのを防止するための拡散防止層であって、反射金属層３１ａの反射度を維持することができる。保護金属層３２ａは、単一層又は多重層で形成されてもよく、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄなどで形成してもよい。

第１のボンディング金属層３３ａ及び第２のボンディング金属層５３ａは、反射金属層３１ａと支持基板５１とを接合するためのものであって、単一層又は多重層で形成されてもよい。第１のボンディング金属層３３ａ及び第２のボンディング金属層５３ａは、Ａｕ、Ｓｎ又はＡｕとＳｎの合金（例えば、８０／２０ｗｔ％又は９０／１０ｗｔ％）で形成してもよい。このとき、接触特性を高めるために、Ｃｒ／Ａｕ、Ｎｉ又はＴｉをさらに使用してもよい。さらに、第１のボンディング金属層３３ａ及び第２のボンディング金属層５３ａはＩｎ、Ａｇ又はＡｌを使用して形成してもよい。

各金属パターンの少なくとも一部領域上に発光セル３０が位置する。発光セル３０は、Ｐ型の下部半導体層２９ａ、活性層２７ａ及びＮ型の上部半導体層２５ａを含む。活性層２７ａは、Ｐ型半導体層２９ａとＮ型半導体層２５ａとの間に介在され、Ｐ型半導体層２９ａとＮ型半導体層２５ａの位置は変更可能である。

Ｎ型半導体層２５ａは、Ｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で形成してもよく、Ｎ型クラッド層を含んでもよい。また、Ｐ型半導体層２９ａは、Ｐ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で形成してもよく、Ｐ型クラッド層を含んでもよい。Ｎ型半導体層２５ａは、シリコン（Ｓｉ）をドーピングして形成してもよく、Ｐ型半導体層２９ａは、亜鉛（Ｚｎ）又はマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングして形成してもよい。

活性層２７ａは、電子及び正孔が結合する領域であって、ＩｎＧａＮを含む。活性層２７ａをなす物質の種類によって発光セルから放出される光の波長が決定される。活性層２７ａは、量子井戸層と障壁層が交互に積層することで形成された多重層であってもよい。井戸層と障壁層は、一般式Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される２元〜４元化合物半導体層であってもよい。

一方、金属配線５７、５９は、Ｎ型半導体層２５ａとそれに隣接した金属パターン４０とを電気的に接続することで形成される。このために、各Ｎ型半導体層２５ａの上に電極パッド５５を形成してもよい。電極パッド５５は、Ｎ型半導体層２５ａとのオーミックコンタクトによってコンタクト抵抗を低減する。したがって、金属配線５７は、図示したように、電極パッド５５と反射金属層３１ａとを接続することで、発光セル３０を互いに接続する。金属配線５７によって接続された発光セル３０は、直列に接続したアレイを形成する。基板５１の上に二つ以上の直列に連結された発光セルのアレイを形成することができ、交流によって駆動するために、互いに逆並列に接続される。

図１４は、本発明の更に他の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。

図１４を参照すると、支持基板５１の上に金属パターン４０が位置する。支持基板５１は、サファイア、ＡｌＮ及びＧａＮを含んでもよい。支持基板５１は、発光セル３０を構成する半導体層を成長させるのに使用される犠牲基板と同種である。本実施形態では、支持基板５１は絶縁性基板であるサファイア基板である。

金属パターン４０は、Ｐ型半導体層２９ａの下部表面の少なくとも一部に位置する反射金属層と、反射金属層を覆う媒介金属層とを含んでもよい。ここで、媒介金属層は、発光セル３０と支持基板５１との間の反射金属層を覆うために、発光セル３０と支持基板５１との間に位置する金属層である。媒介金属層は保護金属層を含んでもよい。保護金属層は反射金属層を保護することができる。保護金属層は、一つ又は多重層で形成してもよい。媒介金属層は、支持基板５１をボンディングするための一つ又は多重層で形成するボンディング金属層を含んでもよい。

本実施形態では、金属パターン４０が反射金属層３１ａ、保護金属層３２ａ、第１のボンディング金属層３３ａ及び第２のボンディング金属層５３ａを含む。しかし、本発明は、この形態に限定されるものではなく、多様に変形可能である。

反射金属層３１ａは、反射率の大きい金属物質、例えば、銀（Ａｇ）又はアルミニウム（Ａｌ）で形成される。保護金属層３２ａは、金属元素が反射金属層３１ａに拡散されるのを防止する拡散防止層であって、反射金属層３１ａの反射度を維持することができる。保護金属層３２ａは、単一層又は多重層であってもよく、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄなどで形成してもよい。

第１のボンディング金属層３３ａ及び第２のボンディング金属層５３ａは、反射金属層３１ａと支持基板５１との接合のためのもので、単一層又は多重層で形成してもよい。第１のボンディング金属層３３ａ及び第２のボンディング金属層５３ａは、Ａｕ、Ｓｎ又はＡｕとＳｎの合金（８０／２０ｗｔ％又は９０／１０ｗｔ％）で形成してもよい。このとき、接触特性を高めるために、Ｃｒ／Ａｕ、Ｎｉ又はＴｉをさらに使用してもよい。さらに、第１のボンディング金属層３３ａ及び第２のボンディング金属層５３ａはＩｎ、Ａｇ又はＡｌを使用して形成してもよい。

各金属パターンの少なくとも一部領域上に発光セル３０が位置する。発光セル３０は、Ｐ型半導体層２９ａ、活性層２７ａ及びＮ型半導体層２５ａを含む。活性層２７ａは、Ｐ型半導体層２９ａとＮ型半導体層２５ａとの間に介在し、Ｐ型半導体層２９ａとＮ型半導体層２５ａの位置は変更可能である。

Ｎ型半導体層２５ａは、Ｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で形成してもよく、Ｎ型クラッド層を含んでもよい。また、Ｐ型半導体層２９ａは、Ｐ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で形成してもよく、Ｐ型クラッド層を含んでもよい。Ｎ型半導体層２５ａは、シリコン（Ｓｉ）をドーピングして形成してもよく、Ｐ型半導体層２９ａは、亜鉛（Ｚｎ）又はマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングして形成してもよい。

活性層２７ａは、電子及び正孔が結合する領域であって、ＩｎＧａＮを含む。活性層２７ａを構成する物質の種類によって発光セルから放出される光の波長が決定される。活性層２７ａは、量子井戸層と障壁層が交互に積層することで形成された多重層である。量子井戸層と障壁層は、一般式Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される２元〜４元化合物半導体層であってもよい。

一方、金属配線５７は金属パターン４０に電力を供給するために形成され、金属配線５９はＮ型半導体層２５ａに電力を供給するために形成される。このために、各Ｎ型半導体層２５ａの上に電極パッド５５を形成してもよい。電極パッド５５は、Ｎ型半導体層２５ａとオーミックコンタクトしてコンタクト抵抗を低減する。

図１５〜図２０は、図１４に示した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１５を参照すると、第１の基板２１の上にバッファ層２３、Ｎ型半導体層２５、活性層２７及びＰ型半導体層２９を含む半導体層を形成し、半導体層の上に互いに分離した反射金属層３１を形成する。

有利なことに、第１の基板２１は、サファイア基板のように透光性であって、各半導体層の格子と位相が揃っている。

バッファ層２３及び半導体層２５、２７、２９は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）又はハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などにより形成してもよい。また、半導体層２５、２７、２９は、同一のチャンバで連続的してもよい。

バッファ層２３は、前記第１の基板２１と各半導体層２５、２７、２９の格子不整合を緩和できるものであれば、特別に制限されず、例えば、アンドープトＧａＮで形成される。

バッファ層２３は、第１の基板２１と半導体層２５、２７及び２９との間の格子不整合を緩和可能な特定の物質で形成してもよい。例えば、バッファ層２３は、アンドープＧａＮで形成してもよい。

反射金属層３１は、Ｐ型半導体層２９にオーミックコンタクトを形成する金属、好ましくは反射率の高い金属、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ａｇ合金又はＡｌ合金で形成される。また、反射金属層は、熱伝導率の高い金属、例えば、Ａｕ又はＡｕとＳｎの積層で形成されるのが好ましい。反射金属層３１は、めっき又は蒸着、例えば、リフトオフ工程を介して形成してもよい。

図１６を参照すると、Ｐ型半導体層２９及び反射金属層３１の上には保護金属層３２が形成される。保護金属層３２は、反射金属層３１を覆って形成され、拡散防止層として作用する。保護金属層３２の上に第１のボンディング金属層３３が形成される。第１のボンディング金属層３３は、金属接合のためのものであって、制限されるわけではないが、Ａｕ又はＡｕとＳｎの積層で形成される。

図１７を参照すると、第１の基板２１とは別の第２の基板５１の上に第２のボンディング金属層５３が形成される。第２の基板５１は第１の基板２１と同種である。

第２のボンディング金属層５３は、第１の媒介金属層３１との金属接合のためのものであって、特定の物質に制限されるものではない。第２のボンディング金属層５３は、単一層又は多重層で、Ａｕ、Ｓｎ又はＡｕとＳｎの合金（例えば、８０／２０ｗｔ％又は９０／１０ｗｔ％）で形成してもよい。このとき、接触特性を高めるために、Ｃｒ／Ａｕ、Ｎｉ又はＴｉをさらに使用してもよい。さらに、第２のボンディング金属層５３は、Ｉｎ、Ａｇ又はＡｌをさらに含んでもよい。

図１８を参照すると、第１のボンディング金属層３３と第２のボンディング金属層５３を互いに対向するように接合させる。このような接合は、所定の圧力及び／又は熱を加えて容易に行うことができる。その後、第１の基板２１側からレーザを照射する。レーザは、例えば、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）レーザである。第１の基板２１がサファイア基板のように透光性基板であるので、レーザは、第１の基板２１を通過し、バッファ層２３によって吸収される。これによって、基板２１が半導体層から分離するように、バッファ層２３と第１の基板２１との界面で吸収された放射エネルギーによってバッファ層２３が分解される。

図１９を参照すると、基板２１が半導体層から分離された後、Ｎ型半導体層２５の表面を露出するために、残存するバッファ層２３を除去する。バッファ層２３は、エッチング又は研磨により除去される。

図２０を参照すると、互いに分離した金属パターン及び各金属パターンの一部領域上に位置する発光セル３０を形成するために、フォトリソグラフィ又はエッチングによって、半導体層２５、２７、２９及び金属層３１、３２、３３、５３をパターン形成する。

発光セル３０は、パターニング工程を受けるＰ型半導体層２９ａ、活性層２７ａ及びＮ型半導体層２５ａを含む。半導体層２５ａ、２７ａ及び２９ａは同一の形状にパターン形成してもよい。

一方、第２の基板５１が絶縁性基板であり、金属パターン４０が互いに分離しているため、発光セル３０は互いに電気的に分離している。

発光セル３０が互いに電気的に分離した状態で、第２の基板５１をそれぞれの発光セルにダイシングして個別の素子に分離する。その後、金属パターン４０と発光セル３０の上部表面にそれぞれ金属配線５７、５９が形成され、図１４に示したような発光ダイオードを提供する。

一方、金属配線を形成する前に、Ｎ型半導体層２５ａの上に電極パッド５５を形成してもよい。電極パッド５５は、Ｎ型半導体層２５ａにオーミックコンタクトを形成する。このとき、図面では、金属配線５７が金属パターンの右側上部に接続されているが、金属配線５７は、必要によって左側上部に接続することもできる。

本実施形態によると、金属パターン４０が形成されるので、Ｐ型半導体層２９ａの上に別途、電極パッドを形成する工程は省略できる。

一方、本実施形態によると、Ｐ型半導体層２９とＮ型半導体層２５は順序を変えて形成してもよい。この場合、バッファ層２３を除去した後、Ｐ型半導体層２９の上に透明電極を形成してもよい。

一方、本発明の他の実施形態によると、発光セル３０が互いに電気的に分離した状態で、第２の基板５１を個々のチップの分離するために、それぞれの発光セル用に第２の基板５１をダイシングする代わりに、Ｎ型半導体層２５ａは、金属配線５７、５９を介してＮ型半導体層２５ａに隣接する金属パターン４０に電気的に接続してもよい。金属配線５７によって接続された発光セル３０は、直列に接続したアレイを構成する。基板５１の上に二つ以上の直列に接続した発光セルのアレイを形成することができ、交流電源で駆動するために、互いに逆並列に接続することも可能である。

図２１は、本発明の更に他の実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。

図２１を参照すると、本実施形態に係る発光ダイオードの構成及び動作は、図１４において説明した発光ダイオードと類似している。しかし、Ｐ型半導体層２９ａの下部表面と反射金属層３１との間に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）層３１ｃを有する。

ＩＴＯ層３１ｃは、Ｐ型半導体層２９ａと反射金属層３１のオーミックコンタクト層として機能してもよい。したがって、ＩＴＯ層３１ｃは、Ｐ型半導体層２９ａと反射金属層３１との間のオーミック特性を改善することで、発光特性を向上することができる。

本発明は実施形態を参照して説明したが、本発明は実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲と意図から逸脱することなく、当業者によって多様な変形及び変更が可能である。

また、本発明の実施形態では、発光セルを接続する金属配線がエアブリッジのとして説明したが、ステップカバーの工程を通して如何なる形状でも実現可能である。

Claims (5)

1. 第１の基板上にバッファ層、第１の導電性半導体層、活性層及び第２の導電性半導体層を含む複数の半導体層を形成し、
   前記第２の半導体層の上に屈折率が異なる二つ以上の絶縁層を多重層に交互に積層し、
   所定のパターンにより、積層した前記絶縁層をエッチングして、複数のＤＢＲ層を部分的に形成し、
   前記第２の導電性半導体層上及び前記複数のＤＢＲ層上に金属パターンを形成し、
   前記金属パターン上に第１のボンディング金属層を形成し、
   前記第１の基板と同種の第２の基板上に第２のボンディング金属層を形成し、
   前記第１のボンディング金属層と前記第２のボンディング金属層とを互いに対向するように接合させ、
   前記第１の基板を前記複数の半導体層から分離し、
   互いに分離した複数の金属パターン及び前記それぞれ分離した複数の金属パターンの一部領域の上に位置する発光セルを形成するために、前記複数の半導体層及び前記金属パターンをパターニングし、
   個別の集積回路を提供するために、前記発光セル別に前記第２の基板をダイシングし、
   前記第１の基板及び前記第２の基板はサファイア基板であることを含む発光ダイオードの製造方法。
2. 前記金属パターンを形成することは、
   前記第２の導電性半導体層の上に互いに分離した各反射金属層を形成し、
   前記第２の導電性半導体層及び前記複数の反射金属層を覆う媒介金属層を形成することを含む請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
3. 前記金属パターンの上に前記第２の基板を形成する前に、
   前記第２の基板の上部又は下部に複数の溝又は貫通ホールを形成し、
   前記溝又は貫通ホールに金属層を形成することをさらに含む請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
4. 第１の基板上にバッファ層、第１の導電性半導体層、活性層及び第２の導電性半導体層を含む複数の半導体層を形成し、
   前記第２の半導体層の上に屈折率が異なる二つ以上の絶縁層を多重層に交互に積層し、
   所定のパターンにより、積層した前記絶縁層をエッチングして、複数のＤＢＲ層を部分的に形成し、
   前記第２の導電性半導体層上及び前記複数のＤＢＲ層上に金属パターンを形成し、
   前記金属パターン上に第１のボンディング金属層を形成し、
   前記第１の基板と同種の第２の基板上に第２のボンディング金属層を形成し、
   前記第１のボンディング金属層と前記第２のボンディング金属層とを互いに対向するように接合させ、
   前記第１の基板を前記各半導体層から分離し、
   分離した複数の金属パターン及び前記それぞれ分離した金属パターンの一部領域の上に位置する複数の発光セルを形成するために、前記複数の半導体層及び前記金属パターンをパターニングし、
   前記複数の発光セルの上部表面と、前記複数の発光セルの上部表面に隣接した複数の金属パターンとを電気的に接続する複数の金属配線を形成し、
   前記第１の基板及び前記第２の基板はサファイア基板であることを含む発光ダイオードの製造方法。
5. 前記金属パターンを形成することは、
   前記第２の導電性半導体層の上に互いに分離した複数の反射金属層を形成し、
   前記第２の導電性半導体層及び前記複数の反射金属層を覆う媒介金属層を形成することを含む請求項４に記載の発光ダイオードの製造方法。