JP2011517086A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明に係る発光素子は、支持基板と、上記支持基板の上に反射層と、上記反射層の上にオーミック接触層と、上記オーミック接触層の上に第２導電型の半導体層、活性層、及び第１導電型の半導体層を含む発光半導体層と、上記発光半導体層の側面を囲む第１パッシベーション層と、上記第１パッシベーション層及び上記反射層の側面を囲む第２パッシベーション層と、を含む。
Description
本発明は、発光素子及びその製造方法に関するものである。
最近、発光素子として発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）が脚光を浴びている。発光ダイオードは、電気エネルギーを光エネルギーに変換する効率が高く、寿命が平均５年以上に長いため、エネルギー消耗とメインテナンス費用を格段に低減できる長所があるので、次世代の照明分野で注目されている。
上記発光ダイオードは、第１導電型の半導体層、活性層、及び第２導電型の半導体層を含んで構成され、上記第１導電型の半導体層及び第２導電型の半導体層を通じて印加される電流に従って上記活性層で光を発生させる。
一方、上記発光ダイオードはラテラルタイプの発光ダイオードとバーチカルタイプの発光ダイオードとに分けられる。
上記ラテラルタイプの発光ダイオードでは、成長基板の上に上記第１導電型の半導体層、活性層、及び第２導電型の半導体層を形成し、電極層の形成のために上記第１導電型の半導体層が一部露出されるように上記第２導電型の半導体層、活性層、及び第１導電型の半導体層を一部除去するため、発光面積が減少して光効率が低下する短所がある。
また、ラテラルタイプの発光ダイオードでは、上記成長基板の上に上記第１導電型の半導体層、活性層、及び第２導電型の半導体層が配置されるため、熱伝導率の低い上記成長基板によって熱放出が困難であるという短所がある。
一方、上記バーチカルタイプの発光ダイオードでは、上記第１導電型の半導体層の上に第１電極層を形成し、上記第２導電型の半導体層の下に第２電極層を形成するので、電極層の形成のために活性層を除去する必要がないので、発光面積が減少しない。したがって、ラテラルタイプの発光ダイオードに比べて光効率が向上できる。
また、上記バーチカルタイプの発光ダイオードは、第２電極層を通じて熱伝達がなされるので、熱放出が容易であるという長所がある。
一方、上記バーチカルタイプの発光ダイオードは、上記第２導電型の半導体層の下に上記第２電極層として支持基板を形成する時、電気メッキ（electro-plating）方法とウエハ結合（wafer bonding）方法を利用できる。
上記電気メッキ方法により上記支持基板を形成する場合、製造工程が容易であるという長所はあるが、上記発光ダイオードの信頼性が低下する短所があり、上記ウエハ結合方法により上記支持基板を形成する場合、製造工程が難しいという短所はあるが、上記発光ダイオードの信頼性が優れる長所がある。
特に、上記ウエハ結合方法により上記支持基板を形成する場合、成長基板と支持基板とが互いに異種物質であるため、熱膨張係数の差によってウエハ結合後、熱的ストレスにより発光ダイオードにクラックまたは非結合（debonding）の問題が発生しうる。
本発明の目的は、新たな構造の発光素子及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、新たな方式のウエハ結合方法を用いた発光素子製造方法を提供することにある。
本発明に係る発光素子は、支持基板と、上記支持基板の上に反射層と、上記反射層の上にオーミック接触層と、上記オーミック接触層の上に第２導電型の半導体層、活性層、及び第１導電型の半導体層を含む発光半導体層と、上記発光半導体層の側面を囲む第１パッシベーション層と、上記第１パッシベーション層及び上記反射層の側面を囲む第２パッシベーション層と、を含む。
本発明に係る発光素子製造方法は、成長基板の上に発光半導体層、上記発光半導体層の上にオーミック接触層、上記オーミック接触層の上に反射層、及び上記発光半導体層を囲むパッシベーション層が形成された第１構造物を準備するステップと、支持基板に第２構造物を準備するステップと、臨時基板に第３構造物を準備するステップと、上記第２構造物を挟んで、ウエハ結合層を媒介にして、上記第１構造物、第２構造物、及び第３構造物を結合して複合構造物を形成するステップと、上記複合構造物から上記成長基板を分離するステップと、上記発光半導体層の上に第１電極層を形成するステップと、上記臨時基板を除去するステップと、を含む。
本発明に係る発光素子製造方法は、成長基板の上に発光半導体層が形成された第１構造物を準備するステップと、第１支持基板に第２構造物を準備するステップと、第１臨時基板に第３構造物を準備するステップと、上記第２構造物を挟んで、ウエハ結合層を媒介にして、上記第１構造物、第２構造物、及び第３構造物を結合して第１複合構造物を形成するステップと、上記第１複合構造物から上記第１臨時基板を分離して第２複合構造物を形成するステップと、第２支持基板に第４構造物を準備するステップと、第２臨時基板に第５構造物を準備するステップと、上記第４構造物を挟んで、ウエハ結合層を媒介にして、上記第２複合構造物、第４構造物、及び第５構造物を結合して第３複合構造物を形成するステップと、上記第３複合構造物から上記第２臨時基板を除去するステップと、を含む。
本発明によれば、新たな構造の発光素子及びその製造方法を提供することができる。
本発明によれば、新たな方式のウエハ結合方法を用いた発光素子製造方法を提供することができる。
本発明を説明するに当たって、各層（膜）、領域、パターン、または構造物が、基板、各層（膜）、領域、パッド、またはパターンの“上（on）”に、または“下（under）”に形成されることと記載される場合において、“上（on）”と“下（under）”は、“直接（directly）”または“他の層を介して（indirectly）”形成されることを全て含む。また、各層の上または下に対する基準は、図面を基準として説明する。
図面において、各層の厚さやサイズは説明の便宜及び明確性のために誇張、省略、または概略的に図示された。また、各構成要素のサイズは実際のサイズを全体的に反映するのではない。
図１乃至図１０は、第１実施形態に係る発光素子製造方法を説明する図である。
図１を参照すれば、成長基板５０１の上に第１導電型の半導体層５０２、活性層５０３、及び第２導電型の半導体層５０４を含む発光半導体層を形成する。
そして、上記発光半導体層をメサエッチング（MESA etching）して複数個の単位素子に形成し、上記発光半導体層を囲むように第１パッシベーション層５０９を形成した後、上記第２導電型の半導体層５０４が部分的に露出されるように上記第１パッシベーション層５０９を除去した後、上記第２導電型の半導体層５０４の上にオーミック接触層５１０を形成する。
そして、上記第１パッシベーション層５０９と上記オーミック接触層５１０の上に反射層５１１を形成し、上記反射層５１１の上に第１ウエハ結合層５０８を形成する。したがって、第１構造物１００が製作される。
例えば、上記成長基板５０１は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、ガラス（Glass）、またはガリウムアセナイド（ＧａＡｓ）のうち、いずれか１つが使用できる。
たとえ図示してはいないが、上記成長基板５０１の上に上記第１導電型の半導体層５０２を成長させる前に、上記成長基板５０１の上に、例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、またはＧａＮのうち、少なくともいずれか１つを含むバッファ層を形成できる。
上記第１導電型の半導体層５０２、活性層５０３、及び第２導電型の半導体層５０４を含む発光半導体層はグループ３族窒化物系半導体物質で形成されることができ、例えば、上記第１導電型の半導体層５０２はＳｉのようなｎ型ドーパントを含む窒化ガリウム層で形成されることができ、上記第２導電型の半導体層５０４はＭｇのようなｐ型ドーパントを含む窒化ガリウム層で形成できる。また、上記活性層５０３は電子と正孔が再結合して光を発生させる層であって、例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、またはＡｌＩｎＧａＮのうち、いずれか１つを含んで形成されることができ、上記活性層５０３に使われる物質の種類によって上記発光素子から放出される光の波長が決まる。
一方、たとえ図示してはいないが、上記第２導電型の半導体層５０４の上には界面改質層（interface modification layer）がさらに形成されることもできる。
上記界面改質層は、スーパーラティス構造（supperlattice structure）、第１導電型のドーパントが注入されたＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、またはＡｌＧａＮのうちのいずれか１つ、第２導電型のドーパントが注入されたＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、またはＡｌＧａＮのうちのいずれか１つ、または窒素極性で形成された表面（nitrogen-polar surface）を有するグループ３族窒化物系うちのいずれか１つで形成できる。特に、上記スーパーラティス構造で形成された界面改質層は、グループ２族、３族、または４族元素成分を含む窒化物（nitride）、または炭素窒化物（carbon nitride）で形成できる。
上記第１パッシベーション層５０９は、上記発光半導体層の側面を囲み、上記発光半導体層の上面の周辺部に形成される。例えば、上記第１パッシベーション層５０９は、電気絶縁性物質であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、アルミニウム酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）、またはシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）のうちのいずれか１つで形成されることができ、１０ｎｍ乃至１００ｎｍの厚さで形成できる。
上記オーミック接触層５１０は、上記第２導電型の半導体層５０４とオーミック接触界面を形成し、例えば、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、または酸化されたニッケル−金（ＮｉＯ−Ａｕ）のうちの少なくともいずれか１つが使用できる。
上記オーミック接触層５１０には上記発光半導体層に注入される電流が一部領域に集中する現象を防止して電流が広い領域に広がって流れることができるように電流遮断領域が形成されることもできる。例えば、上記電流遮断領域は、電気絶縁性物質、大気（air）が詰められた空いた空間、または上記第２導電型の半導体層５０４とショットキー接触界面を形成する物質のうち、いずれか１つで形成できる。
上記反射層５１１は、上記オーミック接触層５１０及び上記第１パッシベーション層５０９の上に形成され、上記オーミック接触層５１０より広い面積で形成される。
例えば、上記反射層５１１は、銀（Ａｇ）、銀（Ａｇ）が含まれた合金、銀（Ａｇ）が含まれた固溶体、ロジウム（Ｒｈ）、ロジウム（Ｒｈ）が含まれた合金、ロジウム（Ｒｈ）が含まれた固溶体、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム（Ａｌ）が含まれた合金、アルミニウム（Ａｌ）が含まれた固溶体、白金（Ｐｔ）、白金（Ｐｔ）が含まれた合金、白金（Ｐｔ）が含まれた固溶体、パラジウム（Ｐｄ）、パラジウム（Ｐｄ）が含まれた合金、パラジウム（Ｐｄ）が含まれた固溶体、金（Ａｕ）、金（Ａｕ）が含まれた合金、金（Ａｕ）が含まれた固溶体、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル（Ｎｉ）が含まれた合金、ニッケル（Ｎｉ）が含まれた固溶体、またはＡｇ−Ｓｉ、Ｒｈ−Ｓｉ、Ｐｄ−Ｓｉ、Ｎｉ−Ｓｉ、Ｃｒ−Ｓｉ、Ｐｔ−Ｓｉのようなシリサイドで形成できる。
上記第１ウエハ結合層５０８は、上記反射層５１１の上に形成されて一定の圧力と３００℃乃至６００℃の温度で強い結合力を有することができる電気伝導性物質で形成できる。
例えば、上記第１ウエハ結合層５０８は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、または希土類金属のうち、少なくともいずれか１つが含まれて形成できる。
図２を参照すれば、上面及び下面に各々第２ウエハ結合層６０２と第３ウエハ結合層６０３が形成された支持基板６０１を含む第２構造物２００が製造される。
上記支持基板６０１は電気伝導性物質膜であって、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＳｉＣ、またはＧａＡｓのうち、少なくともいずれか１つを含むウエハ基板で形成されるか、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｄ、またはＷのうち、少なくともいずれか１つを含む金属、合金、または固溶体で形成できる。
上記支持基板６０１は、５μｍ乃至１ｍｍの厚さを有する板（sheet）、ディスク（disk）、またはホイル（foil）の形態であって、電気メッキ（electro-plating）、物理的蒸気蒸着（ＰＶＤ）、及び化学的蒸気蒸着（ＣＶＤ）方法により形成できる。
例えば、上記第２ウエハ結合層６０２及び第３ウエハ結合層６０３は、上記第１ウエハ結合層５０８と同様に、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、または希土類金属のうち、少なくともいずれか１つが含まれて形成できる。
図３を参照すれば、臨時基板７０１の上に犠牲分離層７０２と、第４ウエハ結合層７０３が形成された第３構造物３００が準備される。
上記臨時基板７０１は、上記成長基板５０１と熱膨張係数差が２ｐｐｍ／℃以下を有する材質で形成されることができ、上記成長基板５０１と同一な物質で形成できる。例えば、上記臨時基板７０１は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、またはガリウムアセナイド（ＧａＡｓ）のうち、いずれか１つが使用できる。
上記犠牲分離層７０２は、レーザビームが照射されるにつれて、熱−化学分解反応を起こすＺｎＯを含む２−６族化合物、ＧａＮを含む３−５族化合物、ＩＴＯ、ＰＺＴ、またはＳＵ−８のうちのいずれか１つで形成されるか、湿式溶液で速く溶解されるＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＳｉＯ２、またはＳｉＮｘのうちのいずれか１つで形成できる。
上記第４ウエハ結合層７０３は、上記第１ウエハ結合層５０８と同様に、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、または希土類金属のうち、少なくともいずれか１つが含まれて形成できる。
図４を参照すれば、図１に図示された第１構造物１００、図２に図示された第２構造物２００、及び図３に図示された第３構造物３００を相互結合して複合構造物を形成する。
上記第１ウエハ結合層５０８は上記第２ウエハ結合層６０２と結合され、上記第３ウエハ結合層６０３は上記第４ウエハ結合層７０３と結合される。
上記第１構造物１００、第２構造物２００、及び第３構造物３００の結合は、真空、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）雰囲気下で、一定の圧力と３００℃乃至６００℃の温度で結合できる。
上記第３構造物３００は、上記第２構造物２００を中心に上記第１構造物１００と対応する位置に配置され、上記第１構造物１００と第３構造物３００は類似な熱膨張係数を有するため、上記第１構造物１００と第２構造物２００との結合過程で熱膨張係数の差によりクラックが発生し、あるいはディボンディングされる問題を解消できる。
したがって、第１構造物１００と第２構造物２００を熱膨張係数の差により影響を強く受ける３００℃以上の高い温度でも結合させることが可能である。
図５を参照すれば、図４に図示された複合構造物から上記成長基板５０１を分離する。
上記成長基板５０１は、エキシマレーザ（eximer laser）を用いたレーザリフトオフ（laser lift-off）方式を利用するか、乾式または湿式エッチング方式を利用することもできる。
上記成長基板５０１に一定の波長を有するエキシマレーザビームをフォーカシングして照射すれば、上記成長基板５０１と上記第１導電型の半導体層５０２との境界面に熱エネルギーが集中して、上記第１導電型の半導体層５０２の界面がガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）分子に熱化学分解されながら上記成長基板５０２が分離される。
図６を参照すれば、上記第１導電型の半導体層５０２及び上記第１パッシベーション層５０９の上面、上記第１パッシベーション層５０９の側面、上記反射層５１１の側面、及び上記第１ウエハ結合層５０８の側面に第２パッシベーション層８００を形成する。
例えば、上記第２パッシベーション層８００は、電気絶縁性物質であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、アルミニウム酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）、またはシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）のうちのいずれか１つで形成されることができ、１００ｎｍ乃至１０００ｎｍの厚さで形成できる。
上記第２パッシベーション層８００は、上記第１パッシベーション層５０９より厚く形成されることができ、上記第１パッシベーション層５０９と異なる材質に選択できる。
上記第１パッシベーション層５０９及び第２パッシベーション層８００は、上記発光半導体層を外部の伝導性物質または湿気から保護する。
図７を参照すれば、上記第１導電型の半導体層５０２の上に形成された第２パッシベーション層８００を部分的に除去し、上記第１導電型の半導体層５０２の上に光抽出構造９００を形成する。
上記光抽出構造９００は、湿式エッチングを通じて一定な規則性のない凹凸パターンで形成するか、リソグラフィ工程を通じて規則性のある凹凸パターンで形成することもできる。
図８を参照すれば、上記第１導電型の半導体層５０２の上に第１電極層１０００を形成する。
上記第１電極層１０００は、上記第１導電型の半導体層５０２とオーミック接触界面を形成する。
図９を参照すれば、上記臨時基板７０１が露出されるようにアイソレーションエッチング１１００を行って、上記臨時基板７０１の上に複数個の発光素子構造物を形成する。
図１０を参照すれば、上記臨時基板７０１をレーザリフト−オフ方式、ドライエッチング方式、湿式エッチング方式、ＣＭＰ方式、またはポリッシング（Polishing；研磨）方式により除去する。
上記臨時基板７０１をレーザリフト−オフ方式により分離する場合、上記犠牲分離層７０２が熱化学分解されながら上記臨時基板７０１が除去される。
そして、上記第３ウエハ結合層６０３及び第４ウエハ結合層７０３を除去し、上記支持基板６０１の下にダイ結合層１３００を形成する。上記ダイ結合層１３００は、発光素子が設置される回路基板またはダイに低い抵抗で堅く結合できるようにする。
したがって、第１実施形態に係る発光素子が製作できる。
図１１乃至図１９は、第２実施形態に係る発光素子製造方法を説明する図である。
第２実施形態に係る発光素子製造方法は、第１実施形態に係る発光素子製造方法と大部分の工程が類似している。したがって、第１実施形態に係る発光素子製造方法と重複する工程に対する詳細な説明は省略する。
図１１を参照すれば、成長基板５０１の上に、第１導電型の半導体層５０２、活性層５０３、及び第２導電型の半導体層５０４を含む発光半導体層を形成する。そして、上記発光半導体層をメサエッチング（MESA etching）して複数個の単位素子で形成し、上記発光半導体層を囲むように第１パッシベーション層５０９とオーミック接触層５１０を形成する。そして、上記第１パッシベーション層５０９と上記オーミック接触層５１０の上に反射層５１１を形成し、上記反射層５１１及び第１パッシベーション層５０９の上に第２パッシベーション層８００を形成する。そして、上記第２パッシベーション層８００の一部領域を除去することで、露出された上記反射層５１１の上に第１ウエハ結合層５０８を形成する。したがって、第１構造物１００が製作される。
第２実施形態に係る発光素子製造方法では、第１実施形態に係る発光素子製造方法と異なり、第１構造物１００を製作する際、上記第２パッシベーション層８００を形成する。上記第２パッシベーション層８００は、上記反射層５１１の側面及び上面を囲み、上記第１ウエハ結合層５０８の側面と部分的に接触する。
図１２を参照すれば、上面及び下面に各々第２ウエハ結合層６０２と第３ウエハ結合層６０３が形成された支持基板６０１を含む第２構造物２００が製造される。
図１３を参照すれば、臨時基板７０１の上に犠牲分離層７０２と第４ウエハ結合層７０３が形成された第３構造物３００が準備される。
図１４を参照すれば、図１１に図示された第１構造物１００、図１２に図示された第２構造物２００、及び図１３に図示された第３構造物３００を相互結合して複合構造物を形成する。
上記第１ウエハ結合層５０８は上記第２ウエハ結合層６０２と結合され、上記第３ウエハ結合層６０３は上記第４ウエハ結合層７０３と結合される。
図１５を参照すれば、図１４に図示された複合構造物から上記成長基板５０１を分離する。
図１６を参照すれば、上記第１導電型の半導体層５０２の上に光抽出構造９００を形成する。
図１７を参照すれば、上記第１導電型の半導体層５０２の上に第１電極層１０００を形成する。
図１８を参照すれば、上記臨時基板７０１が露出されるようにアイソレーションエッチング１１００を行って、上記臨時基板７０１の上に複数個の発光素子構造物を形成する。
図１９を参照すれば、上記臨時基板７０１をレーザリフト−オフ方式、ドライエッチング方式、湿式エッチング方式、ＣＭＰ方式、またはポリッシング（Polishing）方式により除去する。上記臨時基板７０１をレーザリフト−オフ方式により分離する場合、上記犠牲分離層７０２が熱化学分解されながら上記臨時基板７０１が除去される。
そして、上記第３ウエハ結合層６０３及び第４ウエハ結合層７０３を除去し、上記支持基板６０１の下にダイ結合層１３００を形成する。上記ダイ結合層１３００は、発光素子が設置される回路基板またはダイに低い抵抗で堅く結合できるようにする。
したがって、第２実施形態に係る発光素子が製作できる。
図２０乃至図３３は、第３実施形態に係る発光素子製造方法を説明する図である。
第３実施形態に係る発光素子製造方法は、第１実施形態に係る発光素子製造方法と大部分の工程が類似している。したがって、第１実施形態に係る発光素子製造方法と重複する工程に対する詳細な説明は省略する。
図２０を参照すれば、成長基板５０１の上に第１導電型の半導体層５０２、活性層５０３、及び第２導電型の半導体層５０４を含む発光半導体層を形成する。そして、上記発光半導体層をメサエッチング（MESA etching）して複数個の単位素子で形成し、上記発光半導体層を囲むように第１パッシベーション層５０９を形成した後、上記第２導電型の半導体層５０４が部分的に露出されるように上記第１パッシベーション層５０９を除去した後、上記第２導電型の半導体層５０４の上にオーミック接触層５１０を形成する。そして、上記第１パッシベーション層５０９と上記オーミック接触層５１０の上に反射層５１１を形成し、上記反射層５１１の上に第１ウエハ結合層５０８を形成する。したがって、第１構造物１００が製作される。
図２１を参照すれば、上面及び下面に各々第２ウエハ結合層６０２と第３ウエハ結合層６０３が形成された第１支持基板６０１を含む第２構造物２００が製造される。
図２２を参照すれば、第１臨時基板７０１の上に第１犠牲分離層７０２と第４ウエハ結合層７０３が形成された第３構造物３００が準備される。
図２３を参照すれば、図２０に図示された第１構造物１００、図２１に図示された第２構造物２００、及び図２２に図示された第３構造物３００を相互結合して第１複合構造物を形成する。
上記第１ウエハ結合層５０８は上記第２ウエハ結合層６０２と結合され、上記第３ウエハ結合層６０３は上記第４ウエハ結合層７０３と結合される。
図２４を参照すれば、上記第１臨時基板７０１をレーザリフト−オフ方式、ドライエッチング方式、湿式エッチング方式、ＣＭＰ方式、またはポリッシング（Polishing）方式により除去する。
上記第１臨時基板７０１をレーザリフト−オフ方式により分離する場合、上記犠牲分離層７０２が熱化学分解されながら上記第１臨時基板７０１が除去される。
そして、上記第３ウエハ結合層６０３及び第４ウエハ結合層７０３を除去し、上記第１支持基板６０１の下に第５ウエハ結合層６０４を形成する。
したがって、第２複合構造物４００が形成される。
上記第５ウエハ結合層６０４は、一定の圧力と３００℃乃至６００℃の温度で強い結合力を有することができる電気伝導性物質で形成されることもできる。例えば、上記第５ウエハ結合層６０４は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、または希土類金属のうち、少なくともいずれか１つが含まれて形成できる。
図２５を参照すれば、上面及び下面に各々第６ウエハ結合層６０６と第７ウエハ結合層６０７が形成された第２支持基板６０５を含む第４構造物５００が製造される。
上記第２支持基板６０５は電気伝導性物質膜であって、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＳｉＣ、またはＧａＡｓのうちの少なくともいずれか１つを含むウエハ基板で形成されるか、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｄ、またはＷのうちの少なくともいずれか１つを含む金属、合金、または固溶体で形成できる。
上記第２支持基板６０５は、１０μｍ乃至１ｍｍの厚さを有する板（sheet）、ディスク（disk）、またはホイル（foil）の形態であって、電気メッキ（electro-plating）、物理的蒸気蒸着（ＰＶＤ）、化学的蒸気蒸着（ＣＶＤ）方法により形成できる。
上記第２支持基板６０５は、上記第１支持基板６０１より厚く形成できる。即ち、図２３に図示された工程で、上記発光半導体層と第１支持基板６０１との間の熱膨張係数差によって上記発光半導体層にクラックやディボンディングが発生されることがあるので、熱膨張係数差による問題を減少させるために第１支持基板６０１は薄く形成し、以後に説明される図２７に図示された工程で、上記第１支持基板６０１より厚い第２支持基板６０５を追加に形成することもできる。
例えば、上記第６ウエハ結合層６０６及び第７ウエハ結合層６０７は、上記第５ウエハ結合層６０４と同様に、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、または希土類金属のうち、少なくともいずれか１つが含まれて形成できる。
図２６を参照すれば、第２臨時基板７０４の上に第２犠牲分離層７０５と第８ウエハ結合層７０６が形成された第５構造物６００が準備される。
上記第２臨時基板７０４は、上記成長基板５０１と熱膨張係数差が２ｐｐｍ／℃以下を有する材質で形成されることができ、上記成長基板５０１と同一な物質で形成できる。例えば、上記第２臨時基板７０１は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、またはガリウムアセナイド（ＧａＡｓ）のうち、いずれか１つが使用できる。
上記第２犠牲分離層７０５は、レーザビームが照射されるにつれて、熱−化学分解反応を起こすＺｎＯを含む２−６族化合物、ＧａＮを含む３−５族化合物、ＩＴＯ、ＰＺＴ、またはＳＵ−８のうちのいずれか１つで形成されるか、湿式溶液で速く溶解されるＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＳｉＯ２、またはＳｉＮｘのうちのいずれか１つで形成できる。
上記第８ウエハ結合層７０６は、上記第５ウエハ結合層６０４と同様に、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、または希土類金属のうち、少なくともいずれか１つが含まれて形成できる。
図２７を参照すれば、図２４に図示された第２複合構造物４００、図２５に図示された第４構造物５００、及び図２６に図示された第５構造物６００を相互結合して第３複合構造物７００を形成する。
上記第５ウエハ結合層６０４は上記第６ウエハ結合層６０６と結合され、上記第７ウエハ結合層６０７は上記第８ウエハ結合層７０６と結合される。
図２８を参照すれば、図２７に図示された第３複合構造物７００から上記成長基板５０１を分離する。
図２９を参照すれば、上記第１導電型の半導体層５０２及び上記第１パッシベーション層５０９の上面、上記第１パッシベーション層５０９の側面、上記反射層５１１の側面、及び上記第１ウエハ結合層５０８の側面に第２パッシベーション層８００を形成する。
図３０を参照すれば、上記第１導電型の半導体層５０２の上に形成された第２パッシベーション層８００を部分的に除去し、上記第１導電型の半導体層５０２の上に光抽出構造９００を形成する。
図３１を参照すれば、上記第１導電型の半導体層５０２の上に第１電極層１０００を形成する。
図３２を参照すれば、上記第２臨時基板７０４が露出あれるようにアイソレーションエッチング１１００を行って、上記第２臨時基板７０１の上に複数個の発光素子構造物を形成する。
図３３を参照すれば、上記第２臨時基板７０４をレーザリフト−オフ方式、ドライエッチング方式、湿式エッチング方式、ＣＭＰ方式、またはポリッシング（Polishing）方式により除去する。
上記第２臨時基板７０４をレーザリフト−オフ方式により分離する場合、上記第２犠牲分離層７０５が熱化学分解されながら上記第２臨時基板７０４が除去される。
そして、上記第７ウエハ結合層６０７は上記第８ウエハ結合層７０６を除去し、上記第２支持基板６０１の下にオーミック電極層１２００及びダイ結合層１３００を形成する。上記ダイ結合層１３００は発光素子が設置される回路基板またはダイに低い抵抗で堅く結合できるようにする。
したがって、第３実施形態に係る発光素子が製作できる。
図３４乃至図４６は、第４実施形態に係る発光素子製造方法を説明する図である。
第４実施形態に係る発光素子製造方法は、第３実施形態に係る発光素子製造方法と大部分の工程が類似している。したがって、第３実施形態に係る発光素子製造方法と重複する工程に対する詳細な説明は省略する。
図３４を参照すれば、成長基板５０１の上に第１導電型の半導体層５０２、活性層５０３、及び第２導電型の半導体層５０４を含む発光半導体層を形成する。そして、上記発光半導体層をメサエッチング（MESA etching）して複数個の単位素子で形成し、上記発光半導体層を囲むように第１パッシベーション層５０９を形成した後、上記第２導電型の半導体層５０４が部分的に露出されるように上記第１パッシベーション層５０９を除去した後、上記第２導電型の半導体層５０４の上にオーミック接触層５１０を形成する。そして、上記第１パッシベーション層５０９と上記オーミック接触層５１０の上に反射層５１１を形成し、上記反射層５１１及び第１パッシベーション層５０９の上に第２パッシベーション層８００を形成する。そして、上記第２パッシベーション層８００の一部領域を除去することで、露出された上記反射層５１１の上に第１ウエハ結合層５０８を形成する。
第１ウエハ結合層５０８を形成する。したがって、第１構造物１００が製作される。
第４実施形態に係る発光素子製造方法は、上記第３実施形態に係る発光素子製造方法と異なり、第１構造物１００を製作する際、上記第２パッシベーション層８００を形成する。
第４実施形態に係る発光素子製造方法は、上記第３実施形態に係る発光素子製造方法と異なり、第１構造物１００を製作する際、上記第２パッシベーション層８００を形成する。
図３５を参照すれば、上面及び下面に各々第２ウエハ結合層６０２と第３ウエハ結合層６０３が形成された第１支持基板６０１を含む第２構造物２００が製造される。
図３６を参照すれば、第１臨時基板７０１の上に第１犠牲分離層７０２と第４ウエハ結合層７０３が形成された第３構造物３００が準備される。
図３７を参照すれば、図３４に図示された第１構造物１００、図３５に図示された第２構造物２００、及び図３６に図示された第３構造物３００を相互結合して第１複合構造物を形成する。
上記第１ウエハ結合層５０８は上記第２ウエハ結合層６０２と結合され、上記第３ウエハ結合層６０３は上記第４ウエハ結合層７０３と結合される。
図３８を参照すれば、上記第１臨時基板７０１をレーザリフト−オフ方式、ドライエッチング方式、湿式エッチング方式、ＣＭＰ方式、またはポリッシング（Polishing）方式により除去する。
上記第１臨時基板７０１をレーザリフト−オフ方式により分離する場合、上記犠牲分離層７０２が熱化学分解されながら上記第１臨時基板７０１が除去される。
そして、上記第３ウエハ結合層６０３及び第４ウエハ結合層７０３を除去し、上記第１支持基板６０１の下に第５ウエハ結合層６０４を形成する。
したがって、第２複合構造物４００が形成される。
図３９を参照すれば、上面及び下面に各々第６ウエハ結合層６０６と第７ウエハ結合層６０７が形成された第２支持基板６０５を含む第４構造物５００が製造される。
図４０を参照すれば、第２臨時基板７０４の上に第２犠牲分離層７０５と第８ウエハ結合層７０６が形成された第５構造物６００が準備される。
図４１を参照すれば、図３８に図示された第２複合構造物４００、図３９に図示された第４構造物５００、及び図４０に図示された第５構造物６００を相互結合して第３複合構造物７００を形成する。
上記第５ウエハ結合層６０４は上記第６ウエハ結合層６０６と結合され、上記第７ウエハ結合層６０７は上記第８ウエハ結合層７０６と結合される。
図４２を参照すれば、図２７に図示された第３複合構造物７００から上記成長基板５０１を分離する。
図４３を参照すれば、上記第１導電型の半導体層５０２の上に光抽出構造９００を形成する。
図４４を参照すれば、上記第１導電型の半導体層５０２の上に第１電極層１０００を形成する。
図４５を参照すれば、上記第２臨時基板７０４が露出されるようにアイソレーションエッチング１１００を行って、上記第２臨時基板７０１の上に複数個の発光素子構造物を形成する。
図４６を参照すれば、上記第２臨時基板７０４をレーザリフト−オフ方式、ドライエッチング方式、湿式エッチング方式、ＣＭＰ方式、またはポリッシング（Polishing）方式により除去する。
上記第２臨時基板７０４をレーザリフト−オフ方式により分離する場合、上記第２犠牲分離層７０５が熱化学分解されながら上記第２臨時基板７０４が除去される。
そして、上記第７ウエハ結合層６０７は上記第８ウエハ結合層７０６を除去し、上記第２支持基板６０１の下にオーミック電極層１２００及びダイ結合層１３００を形成する。上記ダイ結合層１３００は、発光素子が設置される回路基板またはダイに低い抵抗で堅く結合できるようにする。
したがって、第４実施形態に係る発光素子が製作できる。
以上、本実施形態を中心として説明したが、これは単に例示であり、本発明を限定するのでなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本実施形態の本質的な特性から外れない範囲で以上に例示されていない種々の変形及び応用が可能であることが分かる。例えば、本発明に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができる。そして、このような変形及び応用に関連した差異点は添付された請求範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
本発明は、電子素子または光源に使われる半導体素子の製造方法に適用できる。
Claims (18)
- 支持基板と、
前記支持基板の上に反射層と、
前記反射層の上にオーミック接触層と、
前記オーミック接触層の上に第２導電型の半導体層、活性層、及び第１導電型の半導体層を含む発光半導体層と、
前記発光半導体層の側面を囲む第１パッシベーション層と、
前記第１パッシベーション層及び前記反射層の側面を囲む第２パッシベーション層と、
を含むことを特徴とする発光素子。 - 前記支持基板は、第１支持基板と前記第１支持基板の下に配置された第２支持基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記第２支持基板は、前記第１支持基板より厚いことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
- 前記反射層と前記第１支持基板との間、及び前記第１支持基板と前記第２支持基板との間に形成されたウエハ結合層を含むことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
- 前記第２パッシベーション層は、前記第１パッシベーション層より厚いことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記支持基板と反射層との間にウエハ結合層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記第２パッシベーション層は、前記ウエハ結合層の少なくとも一部を囲むことを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
- 前記第１パッシベーション層及び第２パッシベーション層は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、アルミニウム酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）、またはシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）のうち、いずれか１つで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。
- 前記第１パッシベーション層は、前記第２パッシベーション層と異なる物質で形成されたことを特徴とする請求項８に記載の発光素子。
- 前記発光半導体層と前記オーミック接触層との間にスーパーラティス構造（supper lattice structure）、第１導電型のドーパントが注入されたＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、またはＡｌＧａＮのうちのいずれか１つ、第２導電型のドーパントが注入されたＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、またはＡｌＧａＮのうちのいずれか１つ、または窒素極性で形成された表面（nitrogen-polar surface）を有するグループ３族窒化物系のうちのいずれか１つで形成される界面改質層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記発光半導体層の上に光抽出構造を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記発光半導体層の上に第１電極層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記支持基板の下にオーミック電極層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 成長基板の上に発光半導体層、前記発光半導体層の上にオーミック接触層、前記オーミック接触層の上に反射層、及び前記発光半導体層を囲むパッシベーション層が形成された第１構造物を準備するステップと、
支持基板に第２構造物を準備するステップと、
臨時基板に第３構造物を準備するステップと、
前記第２構造物を挟んで、ウエハ結合層を媒介にして、前記第１構造物、第２構造物、及び第３構造物を結合して複合構造物を形成するステップと、
前記複合構造物から前記成長基板を分離するステップと、
前記発光半導体層の上に第１電極層を形成するステップと、
前記臨時基板を除去するステップと、
を含むことを特徴とする発光素子製造方法。 - 前記複合構造物を形成するステップは３００℃乃至６００℃の温度でなされることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子製造方法。
- 成長基板の上に発光半導体層が形成された第１構造物を準備するステップと、
第１支持基板に第２構造物を準備するステップと、
第１臨時基板に第３構造物を準備するステップと、
前記第２構造物を挟んで、ウエハ結合層を媒介にして、前記第１構造物、第２構造物、及び第３構造物を結合して第１複合構造物を形成するステップと、
前記第１複合構造物から前記第１臨時基板を分離して第２複合構造物を形成するステップと、
第２支持基板に第４構造物を準備するステップと、
第２臨時基板に第５構造物を準備するステップと、
前記第４構造物を挟んで、ウエハ結合層を媒介にして、前記第２複合構造物、第４構造物、及び第５構造物を結合して第３複合構造物を形成するステップと、
前記第３複合構造物から前記第２臨時基板を除去するステップと、
を含むことを特徴とする発光素子製造方法。 - 前記第１構造物は、前記発光半導体層の上にオーミック接触層、前記オーミック接触層の上に反射層、及び前記発光半導体層を囲むパッシベーション層を含むことを特徴とする請求項１６に記載の発光素子製造方法。
- 前記第２支持基板は、前記第１支持基板より厚いことを特徴とする請求項１６に記載の発光素子製造方法。
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