JP2024016213A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体発光素子の製造方法及び半導体発光素子を提供する。【解決手段】第1基板20を提供し;半導体エピタキシャル積層110を提供し;第1基板及び半導体エピタキシャル積層を接続させる第1接着層135を提供し;半導体エピタキシャル積層を複数のエピタキシャルユニットにパターン化し、かつこれらを第1基板から分離させ;表面を有する第2基板30を提供し;前記複数の第2エピタキシャルユニットを第2基板の表面に転移させ;第1基板を切断して複数の第1半導体発光素子を形成し、及び、第2基板を切断して複数の第2半導体発光素子を形成することを含む。複数のエピタキシャルユニットは複数の第1エピタキシャルユニット201と複数の第2エピタキシャルユニット202を含む。第1エピタキシャルユニットはそれぞれ幾何形状及び第1面積を有し、第2エピタキシャルユニットはそれぞれ第2幾何形状及び第2面積を有する。【選択図】図1F
Description
本発明は半導体発光素子の製造方法に関し、特に、単一基板において異なる二種類の半導体エピタキシャル積層を形成する半導体発光素子の製造方法に関する。
科学技術の日進月歩の中、半導体発光素子が情報伝達及びエネルギー転換に対する貢献は極めて大きいである。システム運用を例にすると、半導体発光素子は例えば光ファイバ通信、光記憶技術及び軍事システムなどの何れにも有用である。エネルギー転換方式に基づき、半導体発光素子は一般的に以下の三種類に分類されている。即ち、発光ダイオード(LED)及びレーザーダイオードなど電気エネルギーを光放射に変換するもの、光検出機など光信号を電気信号に変換するもの、及び太陽電池など光放射エネルギーを電力エネルギーに変換するものがある。
半導体発光素子において、成長基板は非常に重要な役割を果たしている。半導体発光素子の形成に必要な半導体エピタキシャル構造はいずれも基板の上に成長し、基板に支えられる。したがって、適切な成長基板を選択することは、半導体発光素子における素子成長の品質を決める大事な要素である。
しかし、良い素子成長基板が必ずしも良い素子搭載基板とは限らない。LEDを例にとると、既知の赤色光素子の技術において、素子の成長品質を高めるために、成長基板として、格子定数が半導体エピタキシャル構造に近いが不透明なガリウム砒素(GaAs)基板が選ばれている。しかし、発光を処理目的とするLED素子にとって、処理プロセスにおいて、不透明な成長基板により素子の発光効率が低下することになる。
半導体発光素子の成長基板と搭載基板に求める異なる要求を満たすべく、基板の転移技術が生まれた。具体的に、まず成長基板において半導体エピタキシャル構造を成長させてから、成長した半導体エピタキシャル構造を搭載基板に転移させることで、その後の素子処理をし易くする技術である。半導体エピタキシャル構造と搭載基板を結合させた後、元の成長基板の除去が転移技術の一つの要点になる。
成長基板の除去方法は主に、エッチング液を用いて元の成長基板をエッチングして溶解させる方法、物理方法で切削除去する方法、又は事前に成長基板と半導体エピタキシャル構造の間に犠牲層を形成したうえ、エッチングにより犠牲層を除去して、成長基板と半導体を分離させる方法などがある。しかし、基板をエッチング液で溶解させる方法又は物理的に切削除去する方法はいずれも元の成長基板にとって破壊である。成長基板を再利用できないことは、環境保護及び省エネが重視される時代では間違いなく材料の浪費と見なされる。一方、犠牲層を用いて分離を行う方法において、現在の研究方向の一つは、如何にして半導体発光素子に対し有効な選択性転移を行うかである。
本発明の目的は、半導体発光素子の製造方法、特に単一基板において異なる二種類の半導体エピタキシャル積層を形成する半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
本発明は半導体発光素子の製造方法を提供し、当該製造方法は、第1基板を提供するステップと、当該第1基板に複数のエピタキシャルユニットを提供するステップと、当該第1基板と当該複数のエピタキシャルユニットとの間に第1接着層を形成するステップと、当該第1接着層に対向する複数のエピタキシャルユニットに第2接着層を形成するステップと、当該第1接着層及び当該第1基板を除去するステップと、フリップチップ方法で当該複数のエピタキシャルユニットを搭載基板に接続させるステップと、当該第2接着層を除去するステップとを含む。
また、当該半導体発光素子は基板と、基板上に位置する半導体エピタキシャル積層と、半導体エピタキシャル積層と電気接続する第1電極とを含み、基板に垂直な方向から見た場合、基板の半導体エピタキシャル積層に覆われていない部分はほぼ半導体エピタキシャル積層によって複数の領域に分割されている。
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。まず、図1Aないし図1Hは本発明の実施例の半導体発光素子の製造方法を示している。
まず、図1Aが示すように、従来のエピタキシャル成長技術により、成長基板10においてn型半導体層112、活性層114及びp型半導体層116などの順に半導体エピタキシャル積層110を形成する。本実施例において、成長基板10の材質はガリウム砒素(GaAs)である。もちろん、ガリウム砒素(GaAs)基板の他、成長基板10の材質はゲルマニウム(germanium,Ge)、リン化インジウム(indium phosphide,InP)、サファイア(sapphire,Al2O3)、炭化ケイ素(silicon carbide,SiC)、ケイ素(silicon,Si)、酸化リチウムアルミニウム(lithium aluminum oxide,LiAlO2)、酸化亜鉛(zinc oxide,ZnO)、窒化ガリウム(gallium nitride,GaN)、窒化アルミニウム(aluminum nitride,AIN)を含むことが可能であり、かつこれらに限定されない。本実施例において、n型半導体層112の材質は、例えばリン化アルミニウムインジウムガリウム(AlGaInP)であり、かつこれに限定されず、AlGaInP以外のものであってもよい。p型半導体層116の材質は、例えばリン化ガリウム(GaP)であって、かつこれに限定されず、GaP以外のものであってもよい。活性層114に常用される材料としてリン化アルミニウムインジウムガリウム(aluminum gallium indium phosphide,AlGaInP)シリーズ、窒化アルミニウムインジウムガリウム(aluminum gallium indium nitride,AlGaInN)シリーズ、酸化亜鉛(zinc oxide,ZnO)シリーズがあり、その構造がシングルヘテロ構造(single heterostructure,SH)、ダブルヘテロ構造(double heterostructure,DH)、ダブルサイドダブルヘテロ構造(double-side double heterostructure,DDH)、多重量子井戸(multi-quantum well,MWQ)であってもよい。具体的に、活性層114は中性、p型又はn型極性の半導体である。印加された電流が半導体エピタキシャル積層110を通過する際に、活性層114は発光する。活性層114は、リン化アルミニウムインジウムガリウム(AlGaInP)を基礎材料とした場合、赤、オレンジ、黄色などの琥珀系(暖色系)の光を発し、窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlGaInN)を基礎材料とした場合、青又は緑の光を発する。また、異なる機能に基づき、半導体エピタキシャル積層110はその他の半導体層を含んでもよい。
続いて、図1Bが示すように、黄色光のフォトエッチング技術により、p型半導体層116においてスパッタリング(sputtering)、熱蒸着(thermal deposition)電気メッキ(electroplating)などの方法を用いて、パターン化されたp型電極120aと120bを形成する。ここで、p型電極120aと120bの材質は、例えば金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、プラチナ(Pt)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、スズ(Sn)などの金属、及びこれらの合金又は積層組み合わせであることが好ましい。p型電極120aと120bを形成した後、第1搭載基板20を用意し、第1搭載基板20において塗布(Spin Coating)又は蒸着(deposition)の方法で第1接着層135を形成し、第1接着層135によって半導体エピタキシャル積層110を第1搭載基板20に接着させる。次に、ウェットエッチング又はレーザーリフトオフ(laser lift-off)の方法で成長基板10を除去する。第1搭載基板20は単一材料に限定されず、異なる材料を組み合わせた複合式基板であってもよい。例えば、第1搭載基板20は、接合された二つの第1基板と第2基板を含んでもよい(図示せず)。本実施例において、第1搭載基板20の材質はサファイア(sapphire,Al2O3)である。また、第1搭載基板20の材質は酸化リチウムアルミニウム(lithium aluminum oxide,LiAlO2)、酸化亜鉛(zinc oxide,ZnO)、リン化ガリウム(gallium nitride,GaP)、ガラス(Glass)、有機高分子基板、窒化アルミニウム(aluminum nitride,AlN)を含んでもよいが、これらに限定されない。半導体エピタキシャル積層110を第1搭載基板20に転移させた後、図1Cが示すような転移構造を形成する。ここで、図1Cが示すように、後にこの半導体エピタキシャル積層110によって構成される半導体発光素子の発光効率を高めるために、必要に応じて、ドライエッチング又はウェットエッチング方法によりp型半導体層116の一部表面を粗大化してもよい。
半導体エピタキシャル積層110を第1搭載基板20に転移させた後、図1Dが示すように、露出されているn型半導体層112の表面において、同じように黄色光のフォトエッチング技術を用いて、例えばスパッタリング(Ssputtering)、熱蒸着(thermal deposition)、又は電気メッキ(electroplating)などの方法により、パターン化されたn型電極130aと130bを形成する。ここで、n型電極130aと130bの材質は、例えば金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、プラチナ(Pt)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、スズ(Sn)などの金属、及びこれらの合金又は積層組み合わせであることが好ましい。
図1Eが示すように、後の異なる半導体発光素子を製造するために、n型電極130aと130bの表面におけるこれ以降の処理ステップは同じでも異なってもよい。本実施例では、半導体エピタキシャル積層110の表面の位置において、化学気相成長(CVD)、物理気相成長(PVD)などの技術により、金属酸化物透明導電層140を蒸着形成する。続いて、金属酸化物透明導電層140の一部表面に反射層150を形成する。ここで、金属酸化物透明導電層140の材質は、例えば酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジム亜鉛(IZO)、酸化インジム(InO)、酸化スズ(SnO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、アンチモンスズ酸化物(ATO)、カドミウムスズ酸化物(CTO)、酸化亜鉛アルミニウム(AZO)、ガリウム添加酸化亜鉛(GZO)などの材料、又はこれらの組み合わせである。反射層150の材質は、例えば金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、プラチナ(Pt)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、スズ(Sn)、ベリリウム(Be)などの金属、及びその合金又は積層組み合わせである。又は、分布ブラッグ反射層(Distributed Bragg Reflector)であって、酸化アルミニウム(Al2O3)、二酸化ケイ素(SiO2)、二酸化チタン(TiO2)、窒化アルミニウム(AIN)などの化合物から選べれる積層組み合わせである。次に、余分の金属酸化物透明導電層140を除去し、金属酸化物透明導電層140がn型電極130aを覆うようにする。
半導体積層の完全なる電気分離効果を得るため、本実施例では、図1Fの側面図が示すように、半導体エピタキシャル積層を転移させる前に、ドライエッチング方法を用いて、第1搭載基板20以上(以外)の部分において、第1エピタキシャルユニット201と第2エピタキシャルユニット202とを完全に分離させる。
具体的に言うと、例えば、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching,RIE)、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma,ICP)、プラズマエッチング(Plasma Etching,PE)などのドライエッチング方法を用いて、パターン化フォトレジスト層(図示せず)により、第1搭載基板20の表面に垂直な方向に、n型半導体層112から、半導体エピタキシャル積層110を二つの異なる部分である第1エピタキシャルユニットと第2エピタキシャルユニットとに分ける。本実施例では、第1搭載基板20において、異なる表面積と幾何形状を有する第1エピタキシャルユニット201と第2エピタキシャルユニット202があり、第1エピタキシャルユニット201は図1Gが示すようにp型電極120aとn型電極130aを有し、第2エピタキシャルユニット202は図1Hが示すようにp型電極120bとn型電極130bを有する。
また、図7の上面図が示すように、第2エピタキシャルユニット202は第1エピタキシャルユニット201をほぼ囲んでいる。ここで、図1Fが示すよう、半導体発光素子の発光効率を高めるために、必要に応じて、例えばドライエッチング又はウェットエッチングの方法により、第1エピタキシャルユニット201及び/又は第2エピタキシャル202のn型半導体層112の一部表面を粗大化してもよい。その後、フォトマスクパターン(例えば、パターン化フォトレジスト、図示せず)によって、第1搭載基板20における二回目転移しようとする部分に対応する表面、即ち、第2エピタキシャルユニット202の位置に対応するn型半導体112の表面において、塗布(spin coating)又は蒸着(deposition)の方法によりパターン化第2接着層230を形成する。
次に、第2搭載基板30を用意する。加熱及び/又は加圧の方法を用いて、パターン化第2接着層230により第2エピタキシャルユニット202を第2搭載基板30に接着させる。続いて、第1搭載基板20の方向からレーザーを照射して、第1搭載基板20とp型半導体層116の間に存在する第1接着層135を溶解させた後、第2エピタキシャルユニット202部分を第2搭載基板30に転移させる。第2エピタキシャルユニット202を第2搭載基板30に接着させた後、ドライエッチング又はウェットエッチング方法によって、第2搭載基板30上の第2エピタキシャルユニット202の表面に残留した第1接着層135を除去し、図1G及び図1Hが示すように、第1搭載基板20と第1エピタキシャルユニット201、及び、第2搭載基板30と第2エピタキシャルユニット202を形成する(その上面図はそれぞれ図3A及び図4Aが示す通り)。本実施例において、図4Aの上面図が示すように、第2エピタキシャルユニット202はU字型に配列されている。なお、第1搭載基板20と第1エピタキシャルユニット201は後に半導体発光素子200を再度形成し、第2搭載基板30と第2エピタキシャルユニット202は後に半導体発光素子300を改めて形成する(その上面図はそれぞれ図3C及び図4Cが示す通り)。
本実施例において、以上に述べたように、第2エピタキシャルユニット202と第1搭載基板20を分離させる方法は、例えばレーザー照射によって第1接着層135を溶解させる方法を用いる。その他、第1接着層135として、第1搭載基板20との接着力が比較的に低い材料を選択的に使用してもよい(例えば、二酸化ケイ素(SiO2))。これにより、後に二回目転移しようとする第2エピタキシャルユニット202の表面部分の位置にパターン化第2接着層230を設置し、第2エピタキシャルユニット202を選択的に第2搭載基板30の表面に接着させた後、物理的な機械力だけで第2エピタキシャルユニット202を第1搭載基板20から分離させることができる。
続いて、図2Aないし図2Hは本発明の別の実施例の半導体発光素子の製造方法を示している。
まず、図2Aが示すように、従来のエピタキシャル成長技術により、成長基板210においてn型半導体層2112、活性層2114及びp型半導体層2116などの順に半導体エピタキシャル積層2110を形成する。本実施例において、成長基板210の材質はガリウム砒素(GaAs)である。ガリウム砒素(GaAs)基板の他、成長基板210の材質はゲルマニウム(germanium,Ge)、リン化インジウム(indium phosphide,InP)、サファイア(sapphire,Al2O3)、炭化ケイ素(silicon carbide,SiC)、ケイ素(silicon,Si)、酸化リチウムアルミニウム(lithium aluminum oxide,LiAlO2)、酸化亜鉛(zinc oxide,ZnO)、窒化ガリウム(gallium nitride、GaN)、窒化アルミニウム(aluminum nitride,AlN)を含んでもよいが、これらに限定されない。本実施例において、n型半導体層2112の材質は、例えばリン化アルミニウムインジウムガリウム(AlGaInP)であるが、これに限定されず、AlGaInP以外のものであってもよい。p型半導体層2116の材質は、例えばリン化ガリウム(GaP)であるが、これに限定されず、GaP以外のものであってもよい。活性層2114に常用される材料としてリン化アルミニウムインジウムガリウム(aluminum gallium indium phosphide,AlGaInP)シリーズ、窒化アルミニウムインジウムガリウム(aluminum gallium indium nitride,AlGaInN)シリーズ、酸化亜鉛(zinc oxide,ZnO)シリーズがあり、その構造がシングルヘテロ構造(single heterostructure,SH)、ダブルヘテロ構造(double heterostructure,DH)、ダブルサイドダブルヘテロ構造(double-side double heterostructure,DDH)、多重量子井戸(multi-quantum well,MWQ)であってもよい。具体的に、活性層114は中性、p型又はn型極性の半導体である。印加された電流が半導体エピタキシャル積層2110を通過する際、活性層2114は発光する。活性層2114は、リン化アルミニウムインジウムガリウム(AlGaInP)を基礎材料とした場合、赤、オレンジ、黄色などの琥珀系の光を発し、窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlGaInN)を基礎材料とした場合、青又は緑の光を発する。また、異なる機能に基づき、半導体エピタキシャル積層2110はその他の半導体層を含んでもよい。
続いて、図2Bが示すように、黄色光のフォトエッチング技術を用いて、p型半導体層2116においてスパッタリング(sputtering)、熱蒸着(thermal deposition)又は電気メッキ(electroplating)などの方法により、パターン化p型電極2120aと2120bを形成する。ここで、p型電極2120aと2120bの材質は、例えば金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、プラチナ(Pt)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、スズ(Sn)などの金属、及びこれらの合金又は積層組み合わせであることが好ましい。
p型電極2120aと2120bを形成した後、図2Cが示すように、第1搭載基板220を用意し、第1搭載基板220の表面において、黄色光のフォトエッチング技術によりパターン化犠牲層2123を形成する。パターン化犠牲層2123の配置位置は、後に二回目転移しようとする第2エピタキシャルユニットの位置に対応する。続いて、塗布(spin coating)又は蒸着(deposition)の方法で第1接着層2135を形成する。第1接着層2135によって半導体エピタキシャル積層2110を第1搭載基板220に接着させる。この処理ステップにおいて、第1接着層2135を第1搭載基板220の表面に塗布し、パターン化犠牲層2123の上表面を覆うようにしてもよいし、第1接着層2135をp型半導体層2116の表面に塗布し、p型電極2120aと2120bの上表面を覆うようにしてもよい。その後、加熱及び/又は加圧の方法により、半導体エピタキシャル積層2110と第1搭載基板220を接合させる。最後に、ウェットエッチング又はレーザーリフトオフ(laser lift-off)の方法により成長基板210を除去して、図2Cが示す半製品構造を形成する。
ここで、第1搭載基板220は単一材料に限定されず、異なる材料を組み合わせた複合式基板であってもよい。例えば、第1搭載基板220は、接合された二つの第1基板と第2基板を含んでもよい(図示せず)。本実施例において、第1搭載基板220の材質はサファイア(sapphire,Al2O3)である。また、第1搭載基板220の材質は酸化リチウムアルミニウム(lithium aluminum oxide、LiAlO2)、酸化亜鉛(zinc oxide,ZnO)、リン化ガリウム(gallium nitride,Gap)、ガラス(Glass)、有機高分子基板、窒化アルミニウム(aluminum nitride,AlN)を含んでもよいが、これらに限定されない。図2Cが示すように、後にこの半導体エピタキシャル積層2110によって構成される半導体発光素子の発光効率を高めるために、必要に応じて、ドライエッチング又はウェットエッチング方法によりp型半導体層2116の一部表面を粗大化してもよい。
半導体エピタキシャル積層2110を第1搭載基板220に転移させた後、図2Dが示すように、露出されているn型半導体層2112の表面において、同じように黄色光のフォトエッチング技術と用いて、例えば、スパッタリング(Ssputtering)、熱蒸着(thermal deposition)、又は電気メッキ(electroplating)などの方法により、パターン化n型電極2130aと2130bを形成する。ここで、n型電極2130aと2130bの材質は、例えば金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、プラチナ(Pt)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、スズ(Sn)などの金属、及びこれらの合金又は積層組み合わせであることが好ましい。
図2Eが示すように、後の異なる半導体発光素子を製造するために、n型電極2130aと2130bの表面におけるこれ以降の処理ステップが同じでも異なってもよい。本実施例では、半導体エピタキシャル積層2110の表面の位置において、化学気相成長(CVD)、物理気相成長(PVD)などの技術により、金属酸化物透明導電層2140及び/又は反射層2150をn型半導体層2112の一部表面に再度蒸着形成する。ここで、金属酸化物透明導電層2140の材質は、例えば酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジム亜鉛(IZO)、酸化インジム(InO)、酸化スズ(SnO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、アンチモンスズ酸化物(ATO)、カドミウムスズ酸化物(CTO)、酸化亜鉛アルミニウム(AZO)、ガリウム添加酸化亜鉛(GZO)などの材料又はこれらの組み合わせである。反射層2150の材質は、例えば金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、プラチナ(Pt)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、スズ(Sn)、ベリリウム(Be)などの金属、及びこれらの合金又が積層組み合わせである。
後の半導体積層の選択的な分離を行うために、本実施例では、半導体エピタキシャル積層を転移させる前に、まずドライエッチング方法によって、第1搭載基板220以上(以外)の部分において、第1エピタキシャルユニット2201と第2エピタキシャルユニット2202とを完全に分離させる。この分離に第1接着層2135とパターン化犠牲層2123の分離が含まれ、その側面図は図2Fが示す通りである。
具体的には、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching,RIE)、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma,ICP)、プラズマエッチング(Plasma Etching,PE)などのドライエッチング方法を用いて、パターン化フォトレジスト層(図示せず)により、第1搭載基板20の表面に垂直な方向に、n型半導体層2112から、半導体エピタキシャル積層2110を二つの異なる部分である第1エピタキシャルユニット2201と第2エピタキシャルユニット2202に分ける。本実施例では、第1搭載基板220において、表面積と幾何形状が異なる二種類のエピタキシャルユニットである第1エピタキシャルユニット2201と第2エピタキシャルユニット2202があり、第1エピタキシャルユニット2201はp型電極2120aとn型電極2130aを有し、第2エピタキシャルユニット2202はp型電極2120bとn型電極2130bを有する。
ここで、図2Fが示すよう、半導体発光素子の発光効率を高めるために、必要に応じて、ドライエッチング又はウェットエッチングの方法により、第1エピタキシャルユニット2201及び/又は第2エピタキシャルユニット2202のn型半導体層2112の一部表面を粗大化してもよい。続いて、フォトマスクパターン(例えば、パターン化フォトレジスト、図示せず)によって、第1搭載基板220上の半導体エピタキシャル積層における二回目転移しようとする部分、即ち、パターン化犠牲層を有する第2エピタキシャルユニット2202に対応するn型半導体112の表面位置において、パターン化第2接着層2230を設置する。もちろん、塗布(spin coating)又は蒸着(deposition)の方法により、後に第2エピタキシャルユニット2202を搭載する第2搭載基板230の一部表面に、パターン化第2接着層2230をパターン化して形成してもよい。
本実施例において、パターン化第2接着層2230の材質は、例えば、アクリル酸(Acrylic acid)、不飽和ポリエステル樹脂(Unsaturaated polyester)、エポキシ樹脂(Epoxy)、オキセタン(Oxetane)、ビニールエーテル(Vinyl ether)、ナイロン(Nylon)、ポリプロピレン(PP)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンオキサイド(PPO)、ポリカーボネート(PC)、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン(ABS)、ポリ塩化ビニル(PVC)などの有機材料であってもよい。また、例えばチタン(Ti)、金(Au)、ベリリウム(Be)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)、銅(Cu)などの金属、又はこれらの組み合わせであってもよい。また、酸化インジウムスズ(ITO)、カドミウムスズ酸化物(CTO)、アンチモンスズ酸化物、酸化インジム亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸化亜鉛アルミニウム、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ケイ素(SiOx)などの金属酸化物であってもよい。また、窒化ケイ素(SiNx)などの窒化物であってもよい。
続いて、第2搭載基板230を用意し、上記と同じように、加熱及び/又は加圧の方法を用いて、パターン化第2接着層2230によって第2エピタキシャルユニット2202を第2搭載基板230の上に接着させる。続いて、ドライエッチング、ウェットエッチング、機械力分離、UV光照射、加熱などの方法によって、パターン化第2犠牲層2123を除去し、又はパターン化犠牲層2123の接着力を低減させた後、第2エピタキシャルユニット2202を第2搭載基板230の上に転移させる。
最後に、再度ドライエッチング又はウェットエッチング方法によって、第2搭載基板230上の第2エピタキシャルユニット2202の表面に残留した第1接着層2135及び/又はパターン化犠牲層2123を除去し、図2G及び図2Hが示すように、第1搭載基板220と第1エピタキシャルユニット2201、及び、第2搭載基板230と第2エピタキシャルユニット2202を形成する(その上面図はそれぞれ図3A及び図4Aが示す通り)。なお、第1搭載基板220と第1エピタキシャルユニット2201は後に半導体発光素子200を改めて形成し、第2搭載基板230と第2エピタキシャルユニット2202は後に半導体発光素子300を改めて形成する(その上面図はそれぞれ図3C及び図4Cが示す通り)。
本実施例において、パターン化犠牲層2123の材質は、例えばチタン(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、銅(Cu)、プラチナ(Pt)などの金属、又はこれらの組み合わせであってもよい。また、UV分解コロイドであってもよい。また、例えば酸化ケイ素(SiOx)、窒化ケイ素(SiNx)などの誘電材料であってもよい。以上のように、後にドライエッチング、ウェットエッチング、UV光照射などの方法によりパターン化犠牲層2123を除去し、又は加熱によりパターン化犠牲層2123と第1搭載基板220の間の接着力を低減させたうえ、機械力分離の方法によって第2エピタキシャルユニット2202と第1搭載基板220を分離させる。
上記実施例において、半導体発光素子200は例えばフリップチップ(Flip Chip)式LED素子であり、その側面図と上面図が図3Bと図3Cが示す通りである。図3Bが示すように、フリップチップ式LED素子200の二つの延伸電極130a’と130a’’を形成するために、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching,RIE)、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma,ICP)、プラズマエッチング(Plasma Etching,PE)などのドライエッチング方法を用いて、フォトマスクパターン(パターン化フォトレジスト層、図示せず)により、第1搭載基板20の表面に垂直な方向に、n型半導体層112(2112)から、半導体エピタキシャル積層110(2110)をエッチングして、p型電極120a(2120a)まで貫通する導電孔134を形成した後、導電孔134の側壁において、化学気相成長(CVD)、物理気相成長(PVD)などの技術により絶縁層132を蒸着形成し、半導体層と電気絶縁させる。その後、導電孔134の中に金属導電構造を形成して、n型半導体層112の表面まで延伸するp型延伸電極130a’を形成することで、同じステップによりn型電極130a(2130a)の上に形成されたn型延伸電極130a’’と組み合わせてフリップチップ式LED素子200の二つの延伸電極を構成する。フリップチップLED素子200が外部電子素子(例えば、印刷回路板など)とフリップチップ式で電気接続した際、構造全体の連結において優れた信頼性と安定性が得られるよう、構造設計によって、第1エピタキシャルユニット201の同一側に位置するn型延伸電極130a’’の外表面aとp型延伸電極130a’の外表面bを同じ水平面の高さにすることが好ましい。
上記の実施例において、第2搭載基板30に転移されて形成された半導体発光素子300は例えば高圧(high voltage)式単結晶LED素子であり、その側面図と上面図が図4Bと図4Cが示す通りである。高圧(high voltage)式単結晶LED素子300の製造工程を明確に示すため、以下はさらに図4A、図5A、図5B、図4B及び図4Cを用いてその製造工程及び構造を順に説明する。
まず、図4Aが示すように、第2エピタキシャルユニット202(2202)が第2搭載基板30(230)に転移された後、成長基板10(210)に半導体エピタキシャル積層110(2110)を形成した後そのままp型半導体層116(2116)の上にp型電極120b(2120b)を形成し、一回目の基板転移の後にそのままn型半導体層112(2112)の上にn型電極130b(2130b)を形成するため、第2エピタキシャルユニット202(2202)が第2搭載基板30(230)に転移された時、n型電極130b(2130b)はn型半導体層112(2112)の下に隠されるようになる(ここでは破線で示す)。この時、第2エピタキシャルユニット202(2202)の表面がp型電極120b(2120b)を有し、パターン化第2接着層230(2230)は第2エピタキシャルユニット202(2202)及びp型電極120b(2120b)の表面を覆う。
続いて、図5Aが示すように、第2エピタキシャルユニット202(2202)及びp電極表面のパターン化第2接着層230(2230)を除去した後、再度反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching,RIE)、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma,ICP)、プラズマエッチング(Plasma Etching,PE)などのドライエッチング方法を用いて、第2エピタキシャルユニット202(2202)を複数の第3エピタキシャルユニット202’に分割する。この際、一部の第3エピタキシャルユニット202’の下のn型電極130b’(ここでは斜線で示す)が露出される。続いて、パターン化技術により、第3エピタキシャルユニット202’の一部表面及び隣接する第3エピタキシャルユニット202’間の側壁において、化学気相成長(CVD)、物理気相成長(PVD)などの技術を用いて絶縁層232を蒸着形成することで、第3エピタキシャルユニット202’のその他の電気半導体層と電気絶縁させる。当該処理ステップにおいて、隣接する二つの第3エピタキシャルユニット202’間の側面構造は図5Bの示す通りである。本実施例において、絶縁層232の材質は二酸化ケイ素(SiO2)であるが、二酸化ケイ素の他、絶縁層232の材質は窒化ケイ素(SiNx)、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化アルミニウム(AINx)又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
続いて、黄色光のフォトエッチング技術を用いて、隣接する第3エピタキシャルユニット202’の間に金属導電接続構造125を形成し、第3エピタキシャルユニット202’のn型電極130b’と隣接する第3エピタキシャルユニット202’のp型電極120bとを接続させ、電気的に直列した構造を形成し、図4Bと図4Cが示す高圧(high voltage)式単結晶LED素子300を構成する。当該素子構造において、p型電極120b(2120b)とn型電極130b’はそれぞれ第3エピタキシャルユニット202’の対向側に位置し、素子末端の二つの第3エピタキシャルユニット202’のp型電極120b(2120b)とn型電極130b’はそれぞれ外接されてp型電極パッド102b’とn型電極パッド120b’’を形成する。なお、p型電極120b(2120b)、n型電極130b’、p型電極パッド120b’とn型電極パッド120b’’は、導電接続構造125と同じステップにおいて一括形成されてもよい。図4Cが示すように、LED素子300の発光効率を高めるために、本実施例において、p型電極パッド120b’とn型電極パッド120b’’はそれぞれ第2搭載基板30(230)の表面の3エピタキシャルユニット202’以外の部分に形成されており、第3エピタキシャルユニット202’の表面と重複していない。
当業者が理解すべきなのは、電気的に直列する構造の他、隣接する第3エピタキシャルユニット202’の間に電気的に並列する構造を形成することが可能である。エピタキシャルユニット間の電気接続の方法として、第3エピタキシャルユニット202’に形成された導電接続構造125の他、事前に第2搭載基板30(230)の表面に導電接続構造をパターン化して形成したうえ、フリップチップ方法で各第3エピタキシャルユニット202’を第2搭載基板30(230)に接着させ、かつ第2搭載基板表面のパターン化導電接続構造と電気的に接続させることでも、複数の第3エピタキシャルユニット202’間の電気的直列又は並列構造によって構成されるLED素子を形成できる。
別の実施例において、半導体発光素子200を、後の再処理により、パッケージ形式を含む半導体発光素子400として形成することも可能であり、その完成後の側面図と上面図は図6Cと図6Dが示す通りである。パッケージ形式の半導体発光素子400を明確に示すため、以下はそれぞれ図6Aないし図6Cに基づいてその製造ステップ及び構造を順に説明する。
本実施例において、半導体発光素子200を例にすると、まず、図6Aが示すように、塗布(spin coating)或いは蒸着(deposition)の方法により、第2半導体発光素子200を覆い囲むように第2透明構造40を形成し、半導体発光素子200のエピタキシャルユニットを構成する側壁も囲まれる。なお、第1透明構造40は、第2半導体発光素子200が発する光に対し透明であり、第2半導体発光素子200をパッケージし、かつその機械強度を高めるものであり、第1透明構造40の材質は例えば、エポキシ樹脂(Epoxy)、ポリイミド(Polyimide)、ベンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、パーフルオロシクロブタン(Perfluorocyclobutane)、SU8フォトレジスト、アクリル樹脂(Acrylic Resin)、ポリメタクリル酸メチル(Polymethylmethacrylate)、ポリエチレンテレフタラート(Poly(ethylene terephthalate))、ポリカーボネート(Polycarbonate)、ポリエーテルイミド(Polyetherimide)、フルオロカーボン(Fluorocarbon Polymer)、ガラス(Glass)、酸化アルミニウム(Al2O3)、SINR、スピンオンガラス(SOG)、テフロン(登録商標)、又はこれらの組み合わせなどであってもよい。
続いて、図6Bが示すように、第1透明構造40を局所的に除去し、p型延伸電極130a’とn型延伸電極130a’’の部分を露出させる。次に、第1透明構造40の表面とp型延伸電極130a’及びn型延伸電極130a’’の一部表面及び側面を覆うように、塗布(spin coating)、蒸着(deposition)、ステンシル印刷又はスクリーン印刷の方法により、絶縁散乱層410を形成する。絶縁散乱層410は光の散乱や反射及び電気絶縁機能を同時に提供することが可能であり、散乱材料、反射材料と絶縁材料の使用を減らし、例えば熱膨張係数又は機械強度の差など材料特性に起因する材料損耗を回避し、良品率を高めるとともにコストを削減できる。また、水や空気の第2半導体発光素子200への侵入を防止し、信頼度を高めることができる。なお、図6Cが示すように、絶縁散乱層410の材質は、エポキシ樹脂(Epoxy)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化アルミニウム(Al2O3)、二酸化チタン(TiO2)、シリコン(Silicone)、樹脂(Resin)又はこれらの組み合わせであってもよい。
続いて、黄色光のフォトエッチング技術を用いて、p型延伸電極130’とn型延伸電極130’’の位置に対応する絶縁散乱層410を局所的に除去し、p型延伸電極130’とn型延伸電極130’’に対応する開口411と412を形成する。ここで説明すべきなのは、半導体発光素子200の絶縁効果を高めるために、図6Dが示すように、絶縁散乱層410の実施形態として、p型延伸電極130’とn型延伸電極130’’の側壁と一部表面が覆われるようにすることが好ましい。
最後に、化学コーティング、電気コーティング又はフォトマスク部分スパッタリングの方法により、開口411と412のところに、外接性のp型電極パッド1310とn型電極パッド1320をそれぞれ透明構造40及び絶縁拡散層410の上に形成し、図6Eが示すように、パッケージ形式の半導体発光素子400を完成する。半導体エピタキシャル積層の外郭がパッケージ構造を有するため、素子全体が比較的に優れた耐熱性、耐湿性、耐酸化性を有する。ワイヤボンディング又はフリップチップの方式で発光装置の回路基板に直接接続し、その後に発光装置、例えば電球、バックライト又は車両ライト装置などを構成する。
図8は半導体発光素子400の上面図である。第1搭載基板20に垂直な方向から見た場合(図6Eの矢印D方向)、第1エピタキシャルユニット201によって構成される半導体発光素子200は透明構造40に囲まれ、透明構造40の上が絶縁拡散層(図示せず)に覆われ、絶縁拡散層410が局所的に除去されて形成された開口411と412はそれぞれ第1エピタキシャルユニット201の上に位置する。なお、開口411と412の上にさらに、第1エピタキシャルユニット201と電気接続するp型電極パッド1310及びn型電極パッド1320がそれぞれ重ねられている。この図からわかるように、p型電極パッド1310とn型電極パッド1320の範囲が第1エピタキシャルユニット201の領域を超えている。即ち、第1搭載基板20に垂直な方向から見た場合、p型電極パッド1310とn型電極パッド1320はそれぞれ第1エピタキシャルユニット201と重ならない部分がある。
上記の設計により、金属電極パッドの面積を大きくすることができる。半導体発光素子400が外部の電子素子基板(例えば、印刷回路板)と電気接続された場合、構造全体の接続においてより優れた信頼性と安定性を得ることができる。構造設計により、第1半導体エピタキシャル積層201の同一側に位置するn型電極パッド1320の外表面とp型電極パッド1310の外表面とを同じ水平面の高さにすることが好ましい。
また、n型電極パッド1320とp型電極パッド1310は外部電圧を受けるものであり、その材質として、銅(Cu)、スズ(Sn)、金(Au)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、鉛(Pb)、銅‐スズ(Cu-Sn)、銅‐亜鉛(Cu-Zn)、銅-カドミウム(Cu-Cd)、スズ‐鉛‐アンチモン(Sn-Pb-Sb)、スズ‐鉛‐亜鉛(Sn-Pb-Zn)、ニッケル‐コバルト(Ni-Co)、金合金(Aualloy)、金‐銅‐ニッケル‐金(Au-Cu-Ni-Au)又はこれらの組み合わせなどであってもよいが、これらに限定されない。n型電極パッド1320とp型電極パッド1310は複数の付属層(図示せず)を含むことも可能であり、比較的に大きい面積を有する金属パッド構造はLED素子400からの光に対し70%以上の反射率を有し、LED素子400の発光効率を有効に高めることができる。
素子の異なる必要に応じて、基板の垂直な方向から見た時にエピタキシャル素子が異なる幾何形状であってもよい。本実施例において、図9が示すように、後に再度切断を行うことで、例えば、正方形又は十字形の半導体発光素子を形成してもよい。図10Aと図10Bが示すように、成長基板510上の半導体エピタキシャル積層5110は、形状によって第1エピタキシャルユニット501と第2エピタキシャルユニット502に分割され、また上記の基板転移方法によりそれぞれ第1搭載基板520と第2搭載基板530に転移される。
注意すべきなのは、第1搭載基板520と第2搭載基板530の材質が、例えばサファイア(sapphire、 Al2O3)などの絶縁材質である可能性もあるため、その後搭載基板側に接触するエピタキシャルユニットの半導体層とエピタキシャルユニット上方側に露出する半導体層とを電気接続させるよう、搭載基板の表面上(エピタキシャルユニットとの間)に、全体的に又はパターン化して部分的に導電層、例えば、半導体エピタキシャル積層の発光波長に対し透明である金属酸化物導電層(図示せず)を形成してもよい。なお、透明金属酸化物導電層を形成する方法として、例えば、化学気相成長(CVD)、物理気相成長(PVD)などの技術があり、透明金属酸化物導電層の材質は、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジム亜鉛(IZO)、酸化インジム(InO)、酸化スズ(SnO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、アンチモンスズ酸化物(ATO)、カドミウムスズ酸化物(CTO)、酸化亜鉛アルミニウム(AZO)、ガリウム添加酸化亜鉛(GZO)などの材料又はその組み合わせである。本発明の上記の実施方式のように、透明金属酸化物導電層を接着層の材料として、基板転移工程において一括製造してもよい。
以下、図11Aないし図11Eに基づき、本発明の透明金属酸化物導電層を接着層材質とする別の実施例の半導体発光素子の製造方法を説明する。まず、図11Aが示すように、上記の実施例又は周知方法により、半導体エピタキシャル積層を成長基板510から第1接着層5130を有する第1搭載基板520に転移させ、かつ、半導体エピタキシャル積層をパターン化して第1エピタキシャルユニット501と第2エピタキシャルユニット502に分割する。なお、第1接着層5130の材質は、例えば、アクリル酸(Acrylic acid)、不飽和ポリエステル樹脂(Unsaturaated polyester)、エポキシ樹脂(Epoxy)、オキセタン(Oxetane)、ビニールエーテル(Vinyl ether)、ナイロン(Nylon)、ポリプロピレン(PP)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンオキサイド(PPO)、ポリカーボネート(PC)、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン(ABS)、ポリ塩化ビニル(PVC)などの有機材料であってもよい。また、例えば、チタン(Ti)、金(Au)、ベリリウム(Be)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)、銅(Cu)など金属、又はこれらの組み合わせであってもよい。また、酸化インジウムスズ(ITO)、カドミウムスズ酸化物(CTO)、アンチモンスズ酸化物、酸化インジム亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸化亜鉛アルミニウム、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ケイ素(SiOx)などの金属酸化物であってもよい。また、窒化ケイ素(SiNx)などの窒化物であってもよい。
図11Aと図11Bが示すように、半導体エピタキシャル積層はn型半導体層5112、活性層5114及びp型半導体層5116によって構成される。上記の製造方法と同じように、半導体エピタキシャル積層をパターン化して一つの第1エピタキシャルユニット501と複数の第2エピタキシャルユニット502に分割する。続いて、第2エピタキシャルユニット502の表面及び第2搭載基板530の表面に透明金属酸化物導電層を塗布してパターン化第2接着層5230とするとともに、加熱又は加圧の方法で接着させる。なお、パターン化第2接着層5230は、第2搭載基板530の表面において全体的に又はパターン化して部分的に形成されてもよい。続いて、図11Cと図11Dが示すように、第1搭載基板520の方向からレーザー又はUV光を照射して、第1搭載基板520とエピタキシャルユニット502の間に存在する第1接着層5130を溶解させて、その後第2エピタキシャルユニット502の部分を第2搭載基板530に転移させる。第2エピタキシャルユニット502を第2搭載基板530に接着させた後、ドライエッチング又はウェットエッチングの方法により、第2搭載基板530上の第2エピタキシャルユニット502の表面に残留した第1接着層5130を除去し、図10Aと図10Bが示すように、第1搭載基板520と第1エピタキシャルユニット501、及び、第2搭載基板530と第2エピタキシャルユニット502を形成する。
本実施例において、上記のように、第2エピタキシャルユニット502と第1搭載基板520を分離させる方法として、例えば、レーザー照射により第1接着層5130を溶解させる方法を用いる。その他、第1搭載基板520との接着力が比較的に低い材質(例えば、二酸化ケイ素(SiO2))を第1接着層5130として選択的に使用してもよい。その後、二回転移しようとする第2エピタキシャルユニット502の表面の一部位置にパターン化第2接着層5230を設置するとともに、第2エピタキシャルユニット502を第2搭載基板530の表面に選択的に接着させた後、物理的な機械力だけで第2エピタキシャルユニット502を第1搭載基板520から分離させることができる。
上記第2エピタキシャルユニット502を第1搭載基板520から分離させた後、第2搭載基板530において複数の第2エピタキシャルユニット502を有することになる。続いて、後に製造しようとする半導体発光素子の必要に応じて、第2搭載基板530をパターン化して複数の第2搭載基板ユニット(図示せず)に分割する。各搭載基板ユニットに一つの第2エピタキシャルユニット502又は複数の第2エピタキシャルユニット502を搭載することが可能である。
図11Eを例にすると、分割後の単一の第2搭載基板ユニット530’に一つの第2エピタキシャルユニット502が搭載されている。透明金属酸化物導電層をパターン化第2接着層5230としたため、パターン化第2接着層5230をn型半導体層5112に直接に電気接続させ、かつ第2エピタキシャルユニット502の外の第2搭載基板ユニット530’の表面上にまで延伸させることができる。続いて、第2エピタキシャルユニット502の外に延伸するパターン化第2接着層5230の表面及びp型半導体層5116の表面において、黄色光のフォトエッチング技術、例えば、スパッタリング(sputtering)、熱蒸着(thermal deposition)又は電気メッキ(electroplating)などの方法により、パターン化されたn型電極5120aとp型電極5120bをそれぞれ形成する。この方法で形成されたn型電極5120aは第2エピタキシャルユニット502の表面に位置しないため、光を通過させない金属の遮光効果を低減させ、素子のより良い光取り出し量を実現できる。
必要に応じて図10Bの第2エピタキシャルユニット502をパターン化して除去し、異なる半導体発光素子を製造した後、第1搭載基板520に残留しれた第1エピタキシャルユニット501を、再度第1搭載基板520から切断分離させて、後の異なるプロセスにより、異なる半導体発光素子を製造することができる。
図13を参照すると、図における破線が示すように、残留した第1エピタキシャルユニット501を例えば本実施例の方法により分割し、十字形エピタキシャルユニット501’を有する半導体発光素子を複数製造する。図14Aないし図14Dが示すように、この製造プロセスにより、基板上の全ての半導体エピタキシャル積層を有効に利用できる。
以下、上記実施例と異なる実施例ついて上面図と斜視図の構造を説明する。図14A及び図14Bが示すように、上面図は十字形エピタキシャルユニット501’によって構成される半導体発光素子500を示しており、図14Bはその斜視図である。上記実施例のように、図14Aが示す通り、本実施例では、第2搭載基板ユニット530’の表面全体に透明金属酸化物導電層5280が形成されており、第2エピタキシャルユニット502の外へ延伸する透明金属酸化物導電層5280の表面及びp型半導体層5116の表面において、n型半導体層5112及びp型半導体層5116とそれぞれ電気接続するパターン化されたn型電極5120aとp型電極5120bが設置されている。
続いて、図14Cと図14Dは本発明の実施例の第2実施形態を示しており、即ち、十字形エピタキシャルユニット501’によって構成される半導体発光素子600の上面図及び斜視図を示している。本実施例において、第2搭載基板ユニット530’の表面に、部分パターン化された透明金属酸化物導電層5280が接着層として設置されている。なお、第2搭載基板530は絶縁基板であり、例えば、サファイア(sapphire、Al2O3)である。したがって、透明金属酸化物導電層5280を設置していない第2搭載基板ユニット530’の表面にp型電極5120bを設置した後、p型電極5120bから延伸するp型延伸電極5120b’を介してp型半導体層5116と電気接続する。n型電極5120aも同じく、第2エピタキシャルユニット502の外へ延伸するパターン化第2接着層5230の表面に配置され、パターン化第2接着層5230と介してn型半導体層5112と電気接続する。このように形成されたn型電極5120aとp型電極5120bはいずれも第2エピタキシャルユニット502の表面に位置しないため、光を通過させない金属の遮光効果をさらに低減させ、素子のより良い光取り出し量を実現できる。
上記二種類の実施形態の上面図から見て(図14Aと図14C)、半導体発光素子500及び600において、第2エピタキシャルユニットは一つの十字形エピタキシャルユニット501’であり(対称的な形状であり、基板に垂直な二つの異なる対称面A’及びB’を有する)、かつ十字形エピタキシャルユニット501’の末端が第2搭載基板ユニット530’の側辺と近い位置にある。したがって、第2搭載基板ユニット530’の十字形エピタキシャルユニット501’に覆われていない部分はほぼ十字形エピタキシャルユニット501’によって四つの領域に区分される。もちろん、当業者であれば、十字形エピタキシャルユニット501’の形状がその他の形、例えば、L形や不規則な多角形などであることも可能で、第2搭載基板ユニット530’が異なる形状により異なる数の領域に区分されることを理解できる。
本実施例において、第2搭載基板530は絶縁基板であり、例えば、サファイア(sapphire、Al2O3)である。その他、素子の必要に応じて、第2搭載基板530の材質は酸化リチウムアルミニウム(lithium aluminum oxide、LiAlO2)、酸化亜鉛(zinc oxide、ZnO)、窒化ガリウム(gallium nitride、GaP)、ガラス(Glass)、有機高分子板材、窒化アルミニウム(aluminum nitride、AlN)を含むことも可能であり、かつこれらに限定されない。また、絶縁基板であるほか、導電基板であってもよい。透明基板であるほか、反射基板であってもよい。さらに、素子の放熱効率を高めるために、基板は高い放熱性を有する放熱基板であって、その材料の熱伝導係数が少なくとも24W/m・Kであり、例えば、銅(Cu)、タングステン(Wu)、窒化アルミニウム(AlN)、金属基複合材料(Metal Matrix Composite,MMC)、セラミック基複合材料(Ceramic Matrix Composite,CMC)、炭化ケイ素(SiC)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、ダイヤモンド(Diamond)又はこれらの組み合わせであってもよい。
さらに、上記形成された半導体発光素子200と300を例にすると、半導体エピタキシャル積層110の活性層114の表面積に対し、下方の透明な搭載基板(20、30)は比較的に大きい表面積を有する。光が屈折率の比較的に低い透明な搭載基板(20、30)に入射された時、透明な搭載基板(20、30)の表面積が比較的に大きいため、比較的に高い割合の光を透明な搭載基板(20、30)から取り出すことができる。従来のフリップチップ式LED素子の例では、図12Aと図12Bが示すように、従来のフリップチップ式LED素子は基板50の表面積と同じ大きさの活性層114を有し、本発明の実施例のフリップチップ式LED素子200(図3Cが示すように)はそれに比較して、その第1搭載基板20が活性層114より倍以上大きい表面積を有する。LED素子がハンダ560、260によりサブキャリア50’、20’表面の対応する回路構造に貼り付けられた後、それぞれ発光装置5000と2000を形成する。この際、より多い光Lが活性層から出射された後、大きな透明搭載基板200により取り出されることが可能であり、活性層114に再吸収されて失われることはない。即ち、発光装置2000は発光装置5000に比較してより優れた発光効率を有する。同じく、大きな透明搭載基板20の構造を高圧式の単結晶LED素子300、パッケージ形式の半導体発光素子400、及び単一エピタキシャルユニット502によって構成される単結晶LED素子500及び600のいずれに応用しても同じ効果が得られる。
異なる実施例において、単一の搭載基板上の半導体エピタキシャル積層は一つに限定されない。製造ステップの簡潔化のため、比較的に大きい第1搭載基板20(例えば、一つのウェハ)において半導体エピタキシャル積層を形成した後、黄色光のフォトエッチング技術及び基板転移技術により、上記図7と同じ第1エピタキシャルユニット201と第2エピタキシャルユニット202を繰り返し複数形成してもよい。次に、第1搭載基板20に形成された複数の第2エピタキシャルユニット202を別の大きな第2搭載基板30(例えば、別のウェハ)に一括転移させると、第1搭載基板20には複数の第1エピタキシャルユニット201が残される。続いて、第1搭載基板20と第2搭載基板30において、例えば上記の素子プロセスを行い、図3Cが示す基板の表面積を一つの素子の大きさとして、第1搭載基板20を分割することにより、第1エピタキシャルユニット201を含む複数の第1半導体発光素子200を得ることができる。同じく、図4Cが示す基板の表面積を一つの素子の大きさとして、第2搭載基板30を分割することにより、第2エピタキシャルユニット202’を含む複数の第2半導体発光素子300を得ることができる。
分割後に構成される半導体発光素子200と300はそれぞれ、元々単一基板上に形成されていた一組の単一半導体エピタキシャル積層110によって構成されているため、形成された半導体発光素子200と300は、図3Cと図4Cが示すように、ほぼ同じ素子寸法を有し、即ち、素子基板の表面積がほぼ同じである。
本発明で例示した各実施例の目的は本発明の説明のみであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明に対して施された明白な修正又は変更はすべて本発明の精神と範囲に属する。
50 基板
10、210、510 成長基板
112、2112、5112 n型半導体層
114、2114、5114 活性層
116、2116、5116 p型半導体層
110、2110、5110 半導体エピタキシャル積層
120a、120b、2120a、2120b、5120b p型電極
20、220、520、60 第1搭載基板
135、2135、5135 第1接着層
130a、130b、2130a、2130b、130b’、5120a n型電極
140、2140 金属酸化物透明導電層
150、2150 反射層
201、2201、501 第1エピタキシャルユニット
202、2202、502、501’ 第2エピタキシャルユニット
230、2230、5230 第2接着層
5280 透明金属酸化物導電層
30、530 第2搭載基板
200、300、400、500、600 半導体発光素子
2123 パターン化犠牲層
130a’、5120b’ p型延伸電極
130a’’ n型延伸電極
134 導電孔
132、232 絶縁層
202’ 第3エピタキシャルユニット
125 金属導電接続構造
120b’、1310 p型電極パッド
120b’’、1320 n型電極パッド
40 第1透明構造
410 絶縁散乱層
411、412 開口
530’ 第2搭載基板ユニット
501’ 十字形エピタキシャルユニット
260、560 ハンダ
50’、20’ サブキャリア
5000、2000 発光装置
A’、B’ 対称面
D 方向
10、210、510 成長基板
112、2112、5112 n型半導体層
114、2114、5114 活性層
116、2116、5116 p型半導体層
110、2110、5110 半導体エピタキシャル積層
120a、120b、2120a、2120b、5120b p型電極
20、220、520、60 第1搭載基板
135、2135、5135 第1接着層
130a、130b、2130a、2130b、130b’、5120a n型電極
140、2140 金属酸化物透明導電層
150、2150 反射層
201、2201、501 第1エピタキシャルユニット
202、2202、502、501’ 第2エピタキシャルユニット
230、2230、5230 第2接着層
5280 透明金属酸化物導電層
30、530 第2搭載基板
200、300、400、500、600 半導体発光素子
2123 パターン化犠牲層
130a’、5120b’ p型延伸電極
130a’’ n型延伸電極
134 導電孔
132、232 絶縁層
202’ 第3エピタキシャルユニット
125 金属導電接続構造
120b’、1310 p型電極パッド
120b’’、1320 n型電極パッド
40 第1透明構造
410 絶縁散乱層
411、412 開口
530’ 第2搭載基板ユニット
501’ 十字形エピタキシャルユニット
260、560 ハンダ
50’、20’ サブキャリア
5000、2000 発光装置
A’、B’ 対称面
D 方向
Claims (11)
- 半導体発光素子の製造方法であって、
第1基板を提供するステップと、
前記第1基板に半導体エピタキシャル積層を形成するステップと、
前記半導体エピタキシャル積層を複数個のエピタキシャルユニットに分割するステップと、
前記複数個のエピタキシャルユニットの一部に接着層を形成するステップと、
第2基板を提供するステップと、
前記複数個のエピタキシャルユニットの前記一部を前記第2基板に転移させるステップとを含み、
前記接着層ITO、IZO、InO、SnO、FTO、ATO、CTO、AZO、GZO又はこれらの組み合わせを含む、半導体発光素子の製造方法。 - 前記接着層と前記複数個のエピタキシャルユニットとの間に複数個の電極を形成するステップをさらに含む、請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記複数個の電極はそれぞれ、前記接着層と前記複数個のエピタキシャルユニットのうちの対応するする一つに接続する、請求項2に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記複数個の電極は金属材質を含む、請求項2に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記金属材質はAu、Ag、Cu、Al、Pt、Ni、Ti又はSnを含む、請求項4に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記接着層は第1領域と第2領域を含み、かつ、前記第1領域と前記第2領域は完全に離間している、請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1領域と前記第2領域は異なるエピタキシャルユニットに対応する、請求項6に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記エピタキシャルユニットは、
前記第1基板に位置する第1導電型半導体層と、
前記第1導電型半導体層に位置する第2導電型半導体層と、
前記第1導電型半導体層と前記第2導電型半導体層と間に位置する活性層とを含む、請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記第1基板から前記複数個のエピタキシャルユニットの前記一部を除去するステップをさらに含む、請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1基板から前記複数個のエピタキシャルユニットの前記一部を除去した後、前記複数個のエピタキシャルユニットの前記一部の露出面が粗大化されている、請求項9に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記複数個のエピタキシャルユニットの前記一部の前記露出面は、ドライエッチング又はウェットエッチングによって粗大化される、請求項10に記載の半導体発光素子の製造方法。
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