JP2015513384A - 水平型パワーｌｅｄ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、水平型ＬＥＤ素子及びその製造方法に関する。【解決手段】本発明は、従来の水平型ＬＥＤと垂直型ＬＥＤの製造方法の利点を利用して製造することにより、高出力及び高効率が実現できる水平型パワーＬＥＤ素子及びその製造方法を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、水平型ＬＥＤ素子及びその製造方法に関し、特に、従来の水平型ＬＥＤと垂直型ＬＥＤ製造方法の利点を利用して製造することにより、高出力及び高効率が実現できる水平型パワーＬＥＤ素子及びその製造方法に関する。

一般に、水平型ＬＥＤ素子の構造は、図１ａに示すように、光を発光する１つの活性層（ＭＱＷＳ）とそれを取り囲んだ２つのクラッド層（ｐ−ＧａＮ、ｎ−ＧａＮ）からなる発光構造物を基本形態として構成される。電極に接したクラッド層は、それぞれｎ−ドープ、 又はｐ−ドープされているが、主に基板と接したクラッド層部分がｎ−ドープされており、他のクラッド層部分がｐ−ドープされている。

ドープされたクラッド層の極性に合わせて電極を介して電圧を印加すると、ｎ−ドープされたクラッド層では電子を、ｐ−ドープされたクラッド層では正孔を供給して電流が流れながら、これらの電子と正孔が中間の活性層で結合して光を発光する。基板は、発光される光の波長によって放出される光の一部を反射したり、又は透過するが、主に低熱伝導性及び絶縁性を有するサファイア（Ｓａｐｐｉｒｅ）基板が用いられる。このような構造の水平型ＬＥＤ素子は、水平電流スプレッディング（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）が低く、電流クラウディング（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｒｏｗｄｉｎｇ）が多く発生し、発光が不均一でチップ当たりの発光面積が減少して大面積に不利である。

図１ｂに示すように、フリップチップ型ＬＥＤは、水平型ＬＥＤを逆さにしてシリコンサブマウント上にスタッドバンプ（Ｓｔｕｄ ｂｕｍｐ）を介して固定した形態で、発光の基本構造の面で見ると水平型ＬＥＤと同一である。フリップチップ式のＬＥＤは、基板を通じて光を放出するため、基板に放出する光放出が改善され、放熱特性と高出力特性が優れているが、サブマウント（Ｓｕｂ−ｍｏｕｎｔ）と半田付け（Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）工程を追加しなければならない。

図１ｃに示すように、垂直型（ｔｈｉｎ ＧａＮ）ＬＥＤも水平型ＬＥＤのような発光の基本的な構造でエッチングによって積層された一部分を除去しない元の形態を維持する。通常、積層された上部のクラッド層にボンディング（ｂｏｎｄｉｎｇ）／レフレクター（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）とレセプター（ｒｅｃｅｐｔｏｒ）基板を順に付着した後、電極を形成し反対側の基板を分離する。分離された基板のクラッド層に電極を形成すれば垂直型ＬＥＤの基本構造が完成する。垂直型ＬＥＤの活性層で発光した光は、下面の反射板で垂直に反射されて上部に放出され、放熱特性と高出力特性が優れる。このような構造の垂直型ＬＥＤ素子は、垂直電流スプレッディングが高く、電流クラウディングが減少し、発光面積が拡大されて大面積に有利であるが、工程が複雑で収率が低下するという問題点がある。

したがって、従来のＬＥＤ素子の欠点を除去した新しい構成のＬＥＤ素子及びその製造方法の開発が必要な時点である。

本発明者らは、従来技術の問題点を解決するための研究を重ねた結果、垂直型ＬＥＤ素子の利点を水平型ＬＥＤ素子に適用して本発明を完成するに至った。
したがって、本発明の目的は、電極による発光面積の減少を最小化することができ、高出力及び高効率を有する構造の水平型パワーＬＥＤ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、ｎクラッド（ｎ ｃｌａｄ）層の厚さを維持することができ、電流スプレッディングに有利であるため高出力及び高効率を有する構造の水平型パワーＬＥＤ素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明の又他の目的は、Ｎ−電極が従来のＧａ−ｆａｃｅに形成されて低いＶｆが可能であるため高出力及び高効率を有する構造の水平型パワーＬＥＤ素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明の又他の目的は、電流スプレッディングが水平にスプレッディングされるが、全体的なスプレッディング（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）は埋設されているグリッド（Ｇｒｉｄ）型電極を通じてスプレッディングされて電流クラウディング現象があらわれないため、高出力及び高効率を有する構造の水平型パワーＬＥＤ素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明の又他の目的は、金属基板で形成されて従来の垂直型チップ（Ｃｈｉｐ）の特性を有し、サブマウントや半田付け工程が必要ないフリップチップの特性も有し、凹凸形成も可能であり、光取り出し効率の向上を期待できるため高出力及び高効率を有する構造の水平型パワーＬＥＤ素子及びその製造方法を提供することにある。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層（ｎ−ＧａＮ層）、活性層及びｐ型窒化ガリウム系半導体層（ｐ−ＧａＮ層）が順次積層された発光構造物と、前記発光構造物のｐ−ＧａＮ層のうち前記活性層と隣接していない表面上に形成されたｐ型電極と、前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層のうち前記活性層と隣接している裏面上に形成されたｎ型電極と、前記ｐ型電極が露出されるようにし、前記露出部分を除いた、前記発光構造物のｐ−ＧａＮ層の表面側の全面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜及びｐ型電極を覆うように形成された金属基板と、前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層の表面に形成される貫通孔により前記ｎ型電極と接続されるように形成されたｎ−ｐａｄと、を含む水平型パワーＬＥＤ素子を提供する。

望ましい実施例において、前記ｎ−ｐａｄが形成された貫通孔を除いた前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層の表面に形成された凹凸をさらに含む。
望ましい実施例において、前記絶縁膜及びｐ型電極と前記金属基板との間に形成されたシード（ｓｅｅｄ）層をさらに含む。

望ましい実施例において、前記シード層は、前記ｐ型電極が透明電極である場合、反射膜層として用いられる。

望ましい実施例において、前記金属基板は、銅（Ｃｕ）、ニッケル、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）のうち１つ以上を含む。

なお、本発明は、基板上にｎ型窒化ガリウム系半導体層（ｎ−ＧａＮ層）、活性層及びｐ型窒化ガリウム系半導体層（ｐ−ＧａＮ層）が順次積層された発光構造物を形成する発光構造物形成ステップと、前記ｎ−ＧａＮ層が露出され、既に設定されたチップサイズに相当する分離部を形成するために前記基板が露出されるように前記発光構造物をエッチングする発光構造物エッチングステップと、前記ｐ−ＧａＮ層上にｐ型電極を形成し、前記露出されたｎ−ＧａＮ層上にｎ型電極を形成する電極形成ステップと、前記ｐ−ＧａＮ層及び前記露出されたｎ−ＧａＮ層を覆うように絶縁膜を蒸着した後、前記ｐ−ＧａＮ層上に形成されたｐ型電極が露出されるように前記の蒸着された絶縁膜をエッチングする絶縁膜形成ステップと、前記絶縁膜及び前記ｐ型電極を覆うように金属基板を形成する金属基板形成ステップと、前記発光構造物から基板を除去する基板除去ステップと、前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層側の表面から前記ｎ型電極と連結される貫通孔を形成し、前記貫通孔により前記ｎ型電極と接続されるようにｎ−ｐａｄを蒸着するｎ−ｐａｄ形成ステップと、を含む水平型パワーＬＥＤ素子の製造方法を提供する。

望ましい実施例において、前記ｎ−ｐａｄ形成ステップを行う前、又は行った後に前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層側の表面に凹凸を形成する凹凸形成ステップをさらに含む。

望ましい実施例において、前記金属基板形成ステップを行う前に前記絶縁膜及びｐ型電極を覆うようにシード（ｓｅｅｄ）層を形成するステップをさらに含む。

望ましい実施例において、前記発光構造物エッチングステップは、前記ｐ−ＧａＮ層を中心部に位置させて前記ｎ−ＧａＮ層が露出されるようにｐ−ＧａＮ層及び活性層をエッチングした後、前記の露出されたｎ−ＧａＮ層の端部側に分離部を形成するために前記基板が露出されるようにエッチングして行われる。

望ましい実施例において、前記発光構造物エッチングステップは、前記分離部を形成するために前記基板が露出されるようにエッチングした後、前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層の一部のみを露出されるようにエッチングして行われる。

望ましい実施例において、前記分離部を切断して別個のチップを形成するステップをさらに含む。

望ましい実施例において、前記金属基板は、銅（Ｃｕ）、ニッケル、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）のうち１つ以上を含む。

本発明は、次のように優れた効果を有する。

先ず、本発明の水平型パワーＬＥＤ素子及びその製造方法によると、電極による発光面積の減少を最小化することができ、高出力及び高効率を奏することができる。

なお、本発明の水平型パワーＬＥＤ素子及びその製造方法によると、ｎクラッド層の厚さを維持することができ、高出力及び高効率を奏することができる。

なお、本発明の水平型パワーＬＥＤ素子及びその製造方法によると、Ｎ−電極が従来のＧａ−ｆａｃｅに形成されて低いＶｆが可能であり、高出力及び高効率を奏することができる。

なお、本発明の水平型パワーＬＥＤ素子及びその製造方法によると、電流スプレッディング（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）が水平にスプレッディングされるが、全体的なスプレッディング（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）は埋設されているグリッド（Ｇｒｉｄ）型電極を通じてスプレッディングされて電流クラウディング（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｒｏｗｄｉｎｇ）現象があらわれないので、高出力及び高効率を奏することができる。

なお、本発明の水平型パワーＬＥＤ素子及びその製造方法によると、金属基板で形成されて従来の垂直型チップの特性を有し、サブマウントや半田付け工程が必要ないフリップチップ特性も有し、凹凸形成も可能であり、光取り出し効率の向上を期待することができ、高出力及び高効率を奏することができる。

水平型ＬＥＤ素子の概要を示す概略斜視図である。 フリップチップ型ＬＥＤ素子の概要を示す概略斜視図である。 垂直型ＬＥＤ素子の概要を示す概略斜視図である。 本発明の望ましい一実施例による水平型パワーＬＥＤ素子を示す分離斜視図である。 本発明の望ましい実施例による水平型パワーＬＥＤ素子の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の望ましい他実施例による水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示すための断面図及び平面図であり、図２の水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示す断面図及び平面図である。 本発明の望ましい他実施例による水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示すための断面図及び平面図であり、図２の水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示す断面図及び平面図である。 本発明の望ましい他実施例による水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示すための断面図及び平面図であり、図２の水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示す断面図及び平面図である。 本発明の望ましい他実施例による水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示すための断面図及び平面図であり、図２の水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示す断面図及び平面図である。 ４ａ〜４ｇは、本発明の望ましい他実施例による水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示すための断面図及び平面図であり、図２の水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示す断面図及び平面図である。 本発明の望ましい他実施例による水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示すための断面図及び平面図であり、図２の水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示す断面図及び平面図である。 本発明の望ましい他実施例による水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示すための断面図及び平面図であり、図２の水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示す断面図及び平面図である。 図２の水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示す断面図及び平面図である。

以下、図面を参照しながら、実施例によって本発明をより詳しく説明する。ただし、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。

添付の図面を参照した説明において、同一の構成要素には同一の符号を付し、これについての重複説明は省略する。

本発明の技術的特徴は、水平型ＬＥＤ素子の製造において、垂直型ＬＥＤ素子を製造する方法を用いることで、電極による発光面積の減少を最小化し、ｎクラッド層の厚さを維持することができ、Ｎ−電極を従来のＧａ−ｆａｃｅに形成することができ、金属基板で形成された構造を有するようになるので、高出力及び高効率を有する水平型パワーＬＥＤ素子及びその製造方法にある。

したがって、本発明の水平型パワーＬＥＤ素子は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層（ｎ−ＧａＮ層）、活性層及びｐ型窒化ガリウム系半導体層（ｐ−ＧａＮ層）が順次積層された発光構造物と、前記発光構造物のｐ−ＧａＮ層のうち前記活性層と隣接していない表面上に形成されたｐ型電極と、前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層のうち前記活性層と隣接している裏面上に形成されたｎ型電極と、前記ｐ型電極が露出されるようにし、前記露出部分を除いた、前記発光構造物のｐ−ＧａＮ層の表面側の全面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜及びｐ型電極を覆うように形成された金属基板と、前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層の表面に形成される貫通孔により前記ｎ型電極と接続されるように形成されたｎ−ｐａｄと、を含む。

本発明の望ましい一実施例による水平型パワーＬＥＤ素子の概略的な概要が示された分離斜視図である図２を参照すると、側面から見ると、水平型パワーＬＥＤ素子１００は、金属基板１５０上に絶縁膜１４０が形成された構造であることが分かる。

特に、発光構造物１１０は、水平型パワーＬＥＤ素子１００の上部の中心側に位置するように形成されているが、発光構造物１１０の側面及び下部の一面が絶縁膜で覆われており、絶縁膜で覆われていない下部にはｐ型電極が形成されており、発光構造物１１０のｎ−ＧａＮ層１１１が絶縁膜１４０で覆われている形態で水平型パワーＬＥＤ素子１００の上部面を形成する構造であることが分かる。

発光構造物１１０は、エピ（ｅｐｉ）層とも呼び、ｎ型窒化ガリウム系半導体層（ｎ−ＧａＮ層）１１１、活性層１１２及びｐ型窒化ガリウム系半導体層（ｐ−ＧａＮ層）１１３が順次積層された半導体層である。

このように発光構造物１１０は、上部側から下部側にｎ−ＧａＮ層１１１、活性層１１２及びｐ−ＧａＮ層１１３が順次積層された構造であって、ｐ−ＧａＮ層１１１のうち活性層１１２に隣接していない表面上にｐ型電極１２０が形成され、ｎ−ＧａＮ層のうち活性層１１２に隣接している裏面上にｎ型電極１３０が形成され、ｎ型電極１３０が発光構造物１１０、特にｎ−ＧａＮ層１１１の下部に埋設される形で構成されるため、発光構造物１１０のｎ−ＧａＮ層１１１の表面、すなわち水平型パワーＬＥＤ素子１００の上部面に形成される貫通孔によりｎ型電極１１１と接続されるようにｎ−ｐａｄ１６０が形成される。

金属基板１５０は、銅（Ｃｕ）、ニッケル、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）のうち１つ以上を含んで形成することができ、特に、銅（Ｃｕ）層、ニッケル（Ｎｉ）層、銅（Ｃｕ）／金（Ａｕ）層、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）層、銅（Ｃｕ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）層、ニッケル（Ｎｉ）／銅（Ｃｕ）／金（Ａｕ）層、ニッケル（Ｎｉ）／モリブデン（Ｍｏ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）層である。

又、金属基板１５０は、半導体構造を支持できる十分な厚さで形成され、最終的にそれぞれの単位ＬＥＤ素子に分離するために、レーザースクライビング（ｌａｓｅｒ ｓｃｒｉｂｉｎｇ）工程を含んだ切断工程を行う時にレーザーなどの切断装置によって直接ノッチが形成される面を提供することにより、発光構造物１１０が損傷することを防止する。

又、図示してはいないが、ｎ−ＧａＮ層１１１の表面には、表面粗さ工程により光取り出し効率を増加させて光子の脱出角度（ｅｓｃａｐｅ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｐｈｏｔｏｎ）が最適化されるように構成された凹凸１１４をさらに形成することができる。

つまり、発光構造物１１０の上部面が扁平であると、発光構造物１１０の上部面と垂直であるか又は類似の角度で外部へ出る光はほとんど反射されて外部に取り出されないが、上部面に凹凸を形成するすると、光が外部へ取り出される時に上部面との脱出角度を減らすことができ、すなわち、外部光取り出し効率を高めることができ、水平型ＬＥＤチップの発光効率を向上させることができる。

一方、図示してはいないが、絶縁膜１４０及びｐ型電極１２０と金属基板１５０との間に形成されたシード（ｓｅｅｄ）層をさらに含むことができ、シード層の有無は、金属基板１５０の形成方法に応じて異なることができ、金属基板１５０がメッキ工程によって形成される場合はシード層が含まれることが望ましい。選択的に、本発明の水平型パワーＬＥＤ素子においてｐ型電極が透明電極である場合、シード層は反射膜層として用いられるように形成することができる。

その結果、本発明に係る水平型パワーＬＥＤ素子１００の構造によると、ｎ−ｐａｄ１６０のみに電流が注入され、グリッド型を含んで一定の形に形成されたｎ−電極１３０は埋設された形になるので、電極による発光面積の減少を最小化することができる。
つまり、本発明の水平型パワーＬＥＤ素子は、従来の垂直型チップが大面積化されながら電流スプレッディングを円滑にするために、発光面にグリッドパターン（ｇｒｉｄ ｐａｔｔｅｒｎ）でｎ型電極を形成しており、発生し得る発光面積の減少をなくすことができる構造を有するようになる。

又、電流スプレッディングが水平にスプレッディングされるが、全体的なスプレッディングは埋設されているグリッド型電極を通じてスプレッディングされて電流クラウディング現象はなく、金属基板１５０で形成されて従来の垂直型チップの特性を有し、サブマウントや半田付け工程が必要ないフリップチップ特性も有するようになる。

図３は、本発明の望ましい実施例による水平型パワーＬＥＤ素子の製造方法を示すフローチャートであり、図４ａ〜図４ｇは、本発明の望ましい他実施例による水平型パワーＬＥＤ素子を製造する具体的な工程を示す断面図及び平面図であり、図４ａ〜図４ｈは、図２の水平型パワーＬＥＤ素子を製造するための具体的な工程を示す断面図及び平面図である。

図３を参照して本発明の水平型パワーＬＥＤ素子の製造方法を具体的に説明する。先ず、本発明の水平型パワーＬＥＤ素子の製造方法は、発光構造物形成ステップ（Ｓ２１０）、発光構造物エッチングステップ（Ｓ２２０）、電極形成ステップ（Ｓ２３０）、絶縁膜形成ステップ（Ｓ２４０）、金属基板形成ステップ（Ｓ２５０）、基板除去ステップ（Ｓ２６０）、及びｎ−ｐａｄ形成ステップ（Ｓ２７０）を含む。多数個のチップを形成した場合には、切断ステップ（Ｓ２８０）をさらに含むことができる。
先ず、発光構造物形成ステップ（Ｓ２１０）が行われるが、発光構造物形成ステップ（Ｓ２１０）は、基板上にｎ型窒化ガリウム系半導体層（ｎ−ＧａＮ層）、活性層及びｐ型窒化ガリウム系半導体層（ｐ−ＧａＮ層）が順次積層された発光構造物を形成するステップである。

図４ａに示すように、基板１０１を用意する。基板１０１は、サファイアを含んだ透明な材料を用いて形成し、サファイア以外にジンクオキサイド（ＺｎＯ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及びアルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）を用いることができる。そして、基板１０１上にｎ−ＧａＮ層１１１、活性層１１２及びｐ−ＧａＮ層１１３を順次積層する。

場合によっては、ｎ−ＧａＮ層１１１を形成する前に基板１０１上にドープされていない窒化ガリウム系半導体層（ｕ−ＧａＮ層、図示せず）をさらに形成することもできる。又、発光構造物１１０、すなわちエピ層の特性を向上させ、それ以降の工程で基板１０１を除去する時にエピ層の損失を最小化するために、基板１０１上にｕ−ＧａＮ層（図示せず）を積層する前にバッファ層（図示せず）をさらに積層することもできる。

次に、発光構造物エッチングステップ（Ｓ２２０）が行われるが、発光構造物エッチングステップ（Ｓ２２０）は、ｎ−ＧａＮ層１１１が露出され、既に設定されたチップサイズに相当する分離部を形成するために基板１０１が露出されるように発光構造物１１０をエッチングするステップである。

図４ｂに示すように、ｐ−ＧａＮ層１１３を中心部に位置させてｎ−ＧａＮ層１１１が露出されるようにｐ−ＧａＮ層１１３及び活性層１１２をエッチングした後、露出されたｎ−ＧａＮ層１１１の端部側に分離部を形成するために基板１０１が露出されるようにエッチングする。この時、ｎ−ＧａＮ層１１１の露出される形状はｎ型電極を形成しようとするパターンに応じて決定されるが、平面図に示すようにグリッド状にｎ−ＧａＮ層１１１が露出されるようにｐ−ＧａＮ層１１３及び活性層１１２がエッチングされ、露出されたｎ−ＧａＮ層の端部を取り囲むように分離部を形成するために基板１０１が露出されるようにエッチングされたことが分かる。

図示してはいないが、発光構造物エッチングステップ（Ｓ２２０）は、分離部を形成するために基板１０１が露出されるようにエッチングした後、発光構造物１１０のｎ−ＧａＮ層１１１の一部のみが露出されるようにエッチングして行うこともできる。すなわち、先に基板１０１が露出されるように発光構造物１１０をチップサイズにエッチングした後、エッチングされてｎ−ＧａＮ層１１１、活性層１１２、及びｐ−ＧａＮ層１１３の積層された面が露出された状態でｐ−ＧａＮ層１１３をエッチングせずに、活性層１１２に孔を形成するなどの方法でｎ−ＧａＮ層１１１が露出されるようにエッチングすることもできる。この場合、最終的にＬＥＤ素子が完成された状態でｎ−ＧａＮ層１１１とｐ−ＧａＮ層１１３は同一の面積を有するようになる。

次に、電極形成ステップ（Ｓ２３０）が行われるが、電極形成ステップ（Ｓ２３０）は、ｐ−ＧａＮ層１１３上にｐ型電極１２０を形成し、露出されたｎ−ＧａＮ層１１１上にｎ型電極１３０を形成するステップである。
図４ｃに示すように、ｐ型電極１２０とｎ型電極１３０を形成するが、ｐ型電極１２０とｎ型電極１３０は、それぞれ順序に関係なく、同時に形成することもでき、別々に形成することもできる。ここで、ｎ型電極１３０は、発光構造物エッチングステップ（Ｓ２２０）で露出されたｎ−ＧａＮ層１１１の形状に応じてグリッド状に形成することができる。

次に、絶縁膜形成ステップ（Ｓ２４０）が行われるが、絶縁膜形成ステップ（Ｓ２４０）は、ｐ−ＧａＮ層１１３及び露出されたｎ−ＧａＮ層１１１を覆うように絶縁膜１４０を蒸着した後、ｐ−ＧａＮ層上１１３に形成されたｐ型電極１２０が露出されるように蒸着された絶縁膜１４０をエッチングするステップである。

図４ｄに示すように、絶縁膜形成ステップ（Ｓ４０）が行われると、基板１０１が露出されて形成された分離部も絶縁膜１４０で覆われ、平面図から分かるようにｐ型電極１２０と絶縁膜１４０のみを観察することができるようになる。

次に、金属基板形成ステップ（Ｓ２５０）が行われるが、金属基板形成ステップ（Ｓ２５０）は、絶縁膜１４０及びｐ型電極１２０を覆うように金属基板を形成するステップである。

図４ｅに示すように、金属基板形成ステップ（Ｓ２５０）が行われると、下部に位置した基板１０１と平行な上面を有するように一定の厚さの金属基板が発光構造物１１０を覆うように形成されることが分かる。金属基板１５０は、様々な方法で形成することができるが、メッキ工程で形成する場合には、図示してはいないが、金属基板形成ステップ（Ｓ２５０）を行う前にメッキ工程を容易に行うことができるように絶縁膜１４０及びｐ型電極１２０を覆うようにシード（ｓｅｅｄ）層を形成するステップをさらに含むことが望ましい。このように、シード層が形成されるとｐ型電極が透明電極である場合、反射膜層として用いることができる。

次に、基板除去ステップ（Ｓ２６０）が行われるが、基板除去ステップ（Ｓ２６０）は、発光構造物１１０から基板１０１を除去するステップである。

図４ｆに示すように、基板除去ステップ（Ｓ２６０）が行われると、それ以降の工程を容易にするために、発光構造物１１０が上部面になり、金属基板１５０が下部面になるように逆さにして配置することが望ましい。基板１０１の除去は、公知の方法で行うことができ、レーザーを使用するレーザーリフトオフ方法（ＬＬＯ）又は化学的リフトオフ方法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｌｉｆｔ Ｏｆｆ；ＣＬＯ）により行われることが望ましいが、生産性の面でＬＬＯ方法がより有利である。

次に、ｎ−ｐａｄ形成ステップ（Ｓ２７０）が行われるが、ｎ−ｐａｄ形成ステップ（Ｓ２７０）は、発光構造物１１０のｎ−ＧａＮ層１１１側の表面、すなわち上部面からｎ型電極１３０と連結される貫通孔を形成し、貫通孔によりｎ型電極１３０と接続されるようにｎ−ｐａｄ１６０を蒸着するステップである。

図４ｇに示すように、ｎ−ｐａｄ形成ステップ（Ｓ２７０）が行われると、本発明の他実施例による水平型パワーＬＥＤ素子が完成されたと言える。つまり、ｎ−ｐａｄ１６０が形成されると、発光構造物１１０に埋設されて形成されたｎ型電極にｎ−ｐａｄにより電流を注入できるようになるからである。

したがって、従来の垂直型ＬＥＤ素子は、サファイア基板を除去し、ｎ−ＧａＮ層を露出させるためにかなりの部分をエッチングすることから電流スプレッディングのためのｎクラッド層の損失があるが、本発明のような製造方法によるｎクラッド層の厚さを維持することができて電流スプレッディングに有利である。又、基板１０１を除去した後露出されたｎ−ＧａＮ層の表面は、Ｎ−ｆａｃｅ ｐｏｌａｒｉｔｙを有し、従来のＧａ−ｆａｃｅ ｐｏｌａｒｉｔｙの面でのオーミックの形成と機構的な違いがあってｎ−オーミック電極の形成に対する損失があるが、ｎ型電極は従来のＧａ−ｆａｃｅに形成されて低いＶｆが可能である。

選択的に、図３に示していないが、図４ｈに示すようにｎ−ｐａｄ形成ステップ（Ｓ２７０）を行う前又は後に発光構造物１１０のｎ−ＧａＮ層１１１側の表面に凹凸１１４を形成する凹凸形成ステップをさらに行うことができる。

図４ｈに示すように、発光構造物１１０の上部面、すなわちｎ−ＧａＮ層１１１の表面に光子の脱出角度を最適化するための凹凸１１４を形成するが、例えば、湿式エッチングによって凹凸１１４を形成することができ、凹凸１１４の形状は、示された三角形状の以外に、菱形などのような多角形状又はランダムな形状に形成することができ、特に限定されない。

最後に、図３に示すように、図４ａ〜図４ｇ又は図４ａ〜図４ｈの工程を多数個のチップを形成するために行った場合には、それぞれの発光構造物１１０を含むように分離部をカットして単位ＬＥＤ素子１００にそれぞれ分離する。カットはレーザースクライビング（ｌａｓｅｒ ｓｃｒｉｂｉｎｇ）又はホイールカットにより行うことができる。
このような過程（図４ａ〜図４ｈ）により図２に示すような水平型パワーＬＥＤ素子１００を製造することができる。

上述した製造方法で製造された本発明の水平型パワーＬＥＤ素子は、電極による発光面積の減少を最小化し、ｎクラッド層の厚さを維持することができ、Ｎ−電極を従来のＧａ−ｆａｃｅに形成することができ、金属基板で形成された構造を有するのみでなく、発光構造物の上面に凹凸が形成されて光の反射率を減らすことで、活性層で形成された光が外部に出る光取り出し効率を向上させることができるので、高出力及び高効率を有することができる。

Claims (12)

1. ｎ型窒化ガリウム系半導体層（ｎ−ＧａＮ層）、活性層及びｐ型窒化ガリウム系半導体層（ｐ−ＧａＮ層）が順次積層された発光構造物と、
   前記発光構造物のｐ−ＧａＮ層のうち前記活性層と隣接していない表面上に形成されたｐ型電極と、
   前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層のうち前記活性層と隣接している裏面上に形成されたｎ型電極と、
   前記ｐ型電極が露出されるようにし、前記露出部分を除いた、前記発光構造物のｐ−ＧａＮ層の表面側の全面に形成された絶縁膜と、
   前記絶縁膜及びｐ型電極を覆うように形成された金属基板と、
   前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層の表面に形成される貫通孔により前記ｎ型電極と接続されるように形成されたｎ−ｐａｄと、を含む水平型パワーＬＥＤ素子。
2. 前記ｎ−ｐａｄが形成された貫通孔を除いた前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層の表面に形成された凹凸をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の水平型パワーＬＥＤ素子。
3. 前記絶縁膜及びｐ型電極と前記金属基板との間に形成されたシード（ｓｅｅｄ）層をさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水平型パワーＬＥＤ素子。
4. 前記シード層は、前記ｐ型電極が透明電極である場合、反射膜層として用いられることを特徴とする請求項３に記載の水平型パワーＬＥＤ素子。
5. 前記金属基板は、銅（Ｃｕ）、ニッケル、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）のうち１つ以上を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水平型パワーＬＥＤ素子。
6. 基板上にｎ型窒化ガリウム系半導体層（ｎ−ＧａＮ層）、活性層及びｐ型窒化ガリウム系半導体層（ｐ−ＧａＮ層）が順次積層された発光構造物を形成する発光構造物形成ステップと、
   前記ｎ−ＧａＮ層が露出され、既に設定されたチップサイズに相当する分離部を形成するために前記基板が露出されるように前記発光構造物をエッチングする発光構造物エッチングステップと、
   前記ｐ−ＧａＮ層上にｐ型電極を形成し、前記の露出されたｎ−ＧａＮ層上にｎ型電極を形成する電極形成ステップと、
   前記ｐ−ＧａＮ層及び前記の露出されたｎ−ＧａＮ層を覆うように絶縁膜を蒸着した後、前記ｐ−ＧａＮ層上に形成されたｐ型電極が露出されるように前記の蒸着された絶縁膜をエッチングする絶縁膜形成ステップと、
   前記絶縁膜及び前記ｐ型電極を覆うように金属基板を形成する金属基板形成ステップと、
   前記発光構造物から基板を除去する基板除去ステップと、
   前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層側の表面から前記ｎ型電極と連結される貫通孔を形成し、前記貫通孔により前記ｎ型電極と接続されるようにｎ−ｐａｄを蒸着するｎ−ｐａｄ形成ステップと、を含む水平型パワーＬＥＤ素子の製造方法。
7. 前記ｎ−ｐａｄ形成ステップを行う前又は行った後に前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層側の表面に凹凸を形成する凹凸形成ステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の水平型パワーＬＥＤ素子の製造方法。
8. 前記金属基板形成ステップを行う前に前記絶縁膜及びｐ型電極を覆うようにシード（ｓｅｅｄ）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６又は請求項７に記載の水平型パワーＬＥＤ素子の製造方法。
9. 前記発光構造物エッチングステップは、前記ｐ−ＧａＮ層を中心部に位置させて前記ｎ−ＧａＮ層が露出されるようにｐ−ＧａＮ層及び活性層をエッチングした後、前記の露出されたｎ−ＧａＮ層の端部側に分離部を形成するために前記基板が露出されるようにエッチングして行われることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の水平型パワーＬＥＤ素子の製造方法。
10. 前記発光構造物エッチングステップは、前記分離部を形成するために前記基板が露出されるようにエッチングした後、前記発光構造物のｎ−ＧａＮ層の一部のみが露出されるようにエッチングして行われることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の水平型パワーＬＥＤ素子の製造方法。
11. 前記分離部を切断して別個のチップ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６又は請求項７に記載の水平型パワーＬＥＤ素子の製造方法。
12. 前記金属基板は、銅（Ｃｕ）、ニッケル、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）のうち１つ以上を含むことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の水平型パワーＬＥＤ素子の製造方法。