JP5624747B2 - 複数の発光セルを有する発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子及びその製造方法に関し、より詳しくは、複数の発光セルを有する発光素子及びその製造方法に関する。
窒化ガリウム系発光ダイオード（ＬＥＤｓ）は、表示素子及びバックライトとして広く用いられている。また、発光ダイオードは、既存の電球または蛍光灯に比べて低消費電力及び長寿命であり、白熱電球及び蛍光灯を代替して一般照明用途として、その使用領域を広げている。
最近、発光ダイオードを高電圧直流電源または高電圧交流電源に直接接続して光を放出する発光ダイオードが製品化されている。高電圧直流電源または高電圧交流電源に直接接続して使用可能な発光ダイオードは、例えば、特許文献１に「複数の発光素子を有する発光装置」（ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ ＨＡＶＩＮＧ ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＥＬＥＭＥＮＴＳ）という題目で、サカイら（Ｓａｋａｉ ｅｔ． ａｌ．）により開示されている。
特許文献１によると、ＬＥＤが、サファイア基板のような絶縁性基板上に二次元的に接続された直列ＬＥＤアレイが形成される。このような直列ＬＥＤアレイは、高電圧直流電源下で駆動される。また、このようなＬＥＤアレイがサファイア基板上に、逆並列で接続され、高電圧交流電源によって駆動可能な単一チップ発光素子が提供される。
発光素子は、成長基板として用いられた基板、例えば、サファイア基板上に発光セルを形成するので、発光セルの構造に制限があり、光取り出し効率（ｌｉｇｈｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を向上させるのに限界があった。このような問題点を解決するために、基板分離工程を適用し、複数の発光セルを有する発光素子を製造する方法が、「熱伝導性基板を有する発光ダイオード及びその製造方法」という題目で、特許文献２に開示されている。
図１〜図４は、従来技術による発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
図１を参照すると、犠牲基板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を有する半導体層が形成される。半導体層上に第１の金属層３１が形成され、犠牲基板２１とは別の基板５１上に第２の金属層５３が形成される。第１の金属層３１は、反射金属層を有してもよい。第２の金属層５３が、第１の金属層３１と接合され、基板５１が半導体層の上部にボンディングされる。
図２を参照すると、基板５１がボンディングされた後、レーザリフトオフ工程を用いて、犠牲基板２１が分離される。また、基板２１の分離後、残存するバッファ層２３が除去され、Ｎ型半導体層２５の表面が露出する。
図３を参照すると、フォトリソブラフィ及びエッチング技術を用いて、Ｎ型半導体層２５、活性層２７、Ｐ型半導体層２９及び第１の金属層３１、第２の金属層５３がパターニングされ、互いに離隔した金属パターン４０、及び各金属パターン４０の一部領域上に位置する発光セル３０が形成される。発光セル３０は、パターニングされたＰ型半導体層２９ａ、パターニングされた活性層２７ａ、及びパターニングされたＮ型半導体層２５ａを有する。
図４を参照すると、発光セル３０の上部面と、それに隣接した金属パターン４０を電気的に接続する金属配線５７が形成される。金属配線５７は、パターニングされた発光セル３０を接続し、発光セルの直列アレイを形成する。金属配線５７を接続するために、パターニングされたＮ型半導体層２５ａ上に電極パッド５５を形成してもよく、金属パターン４０上にも電極パッドを形成してもよい。このようなアレイは、二つ以上で形成されてもよく、これらのアレイが逆並列で接続され、交流電源で駆動可能なＬＥＤ（発光ダイオード）が提供される。
上述した従来技術によると、基板５１を多様に選択することで、ＬＥＤの熱放出性能を改善することができ、Ｎ型半導体層２５ａの表面を処理することで、光取り出し効率を向上させることができる。また、第１の金属層３１ａが反射金属層を有し、発光セル３０から基板５１側に進行する光を反射させるので、発光効率をさらに改善することができる。
しかしながら、上述した従来技術は、Ｎ型半導体層２５、活性層２７、Ｐ型半導体層２９及び第１の金属層３１、第２の金属層５３をパターニングする間、金属材料のエッチング副産物（ｅｔｃｈｉｎｇ ｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓ）が、発光セル３０の側壁に付着し、Ｎ型半導体層２５ａとＰ型半導体層２９ａとの間に電気的な短絡をもたらす原因となる。また、Ｎ型半導体層２５、活性層２７、Ｐ型半導体層２９をエッチングする間、露出する第１の金属層３１ａの表面がプラズマによって容易にダメージを受けやすい。第１の金属層３１ａが、Ａｇ（銀）またはＡｌ（アルミニウム）のような反射金属層を有する場合、このようなエッチングダメージはさらに悪化する。プラズマによる第１の金属層３１ａの表面のダメージは、その上に形成される配線５７または電極パッドの接着力を低下させ、素子不良を招くことがある。
一方、上述した従来技術によると、第１の金属層３１が反射金属層を有し、これにより、発光セル３０から基板５１側に進行する光をさらに反射させる。しかし、発光セル３０間の空間に露出した反射金属層は、エッチングダメージが発生し、外部に露出することにより反射金属層が酸化されやすい。特に、露出した反射金属層の酸化は、露出した部分に限定されず、発光セル３０の下方の領域に進行し、反射金属層の反射率を低下させていた。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、金属エッチング副産物による発光セル内における電気的な短絡を防ぐことができる複数の発光セルを有する発光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、反射金属層がエッチングまたは酸化により変形することを防ぐことができる複数の発光素子を有する発光素子及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、複数の発光セルを有する発光素子及びその製造方法を提供する。本発明の一態様による複数の発光セルを有する発光素子は、基板と、前記基板上に互いに離隔して配置され、それぞれが第１の導電型上部半導体層、活性層、及び第２の導電型下部半導体層を有する複数の発光セルと、前記基板と前記複数の発光セルとの間に互いに離隔して配置され、対応する前記第２の導電型下部半導体層にそれぞれ電気的に接続され、それぞれが隣接する前記複数の発光セルに向かって延びている延長部を有する複数の電極と、前記複数の発光セルと前記複数の電極との間の領域に配置され、少なくとも一部が隣接する前記複数の発光セルの周縁の下方に延長され、前記複数の電極の延長部を露出させる開口部を有するエッチング防止層と、前記複数の発光セルの側面を覆う側面絶縁層と、前記複数の発光セルが電気的に接続され、前記側面絶縁層によって前記複数の発光セルの側面から離隔され、それぞれ前記複数の発光セルの一つに前記第１の導電型上部半導体層が電気的に接続された一端部と、前記エッチング防止層の開口部を通じて、隣接する前記複数の発光セルの一つに第２の導電型下部半導体層に電気的に接続された他端部と、を有する複数の配線と、を備える。前記エッチング防止層を利用することにより、前記複数の発光セルをエッチングする間、前記複数の電極が露出することを防止し、金属エッチング副産物の発生を防ぐことができる。
一方、層間絶縁層は、前記基板と前記複数の電極との間に設けてもよい。前記層間絶縁層は、前記複数の電極がボンディング金属によって電気的に短絡することを防止する。
また、前記複数の電極は、それぞれ反射層及び保護金属層を有してもよい。前記反射層は、反射金属で形成されてもよいが、これに限定されるものではない。すなわち、前記反射層は、屈折率の異なる層を積層した多層膜状に形成してもよい。
これに加えて、前記反射層は、前記第２の導電型下部半導体層の下部領域内に形成されてもよく、前記保護金属層は、前記反射層の側面及び下部表面を覆ってもよい。これにより、前記反射層が外部に露出することを防止して、前記反射層の酸化を防ぐことができる。
一方、前記第１の導電型上部半導体層は、それぞれ粗表面を有してもよい。粗表面によって光取り出し効率が増加する。
前記基板は、サファイア基板であってもよい。一般に、基板分離工程を用いる場合、ボンディング基板としてサファイア基板とは異なる熱伝導性の基板が利用される。しかしながら、本発明は、ボンディング基板について特に限定せず、サファイア基板を好適な基板として利用してもよい。従って、半導体層（前記第１の導電型上部半導体層、前記活性層、及び前記第２の導電型下部半導体層）の成長基板と同一の基板をボンディング基板として用いることにより、基板分離工程及びその後のパターニング工程をより安全に行うことができる。
本発明の他の態様による複数の発光セルを有する発光素子の製造方法は、犠牲基板上に化合物半導体層を形成し、前記化合物半導体層上に前記化合物半導体層を露出させる開口部を有するエッチング防止層を形成し、前記開口部を充填し、一部が前記エッチング防止層上に延びている複数の電極を形成することを含む。その後、前記犠牲基板を除去し、前記化合物半導体層をパターニングし、複数の発光セルを分離する。この際、前記エッチング防止層によって前記複数の電極の露出を防止し、前記複数の電極の露出を防止することによって、金属エッチング副産物の発生を防止が可能になる。
具体的に、複数の発光セルを有する発光素子の製造方法は、犠牲基板上に第１の導電型半導体層、第２の導電型半導体層、及び前記第１の導電型半導体層及び前記第２の導電型半導体層の間に設けられた活性層を有する複数の化合物半導体層を形成し、前記第１の導電型半導体層が前記犠牲基板に近く配置し、前記複数の化合物半導体層上にエッチング防止層を形成し、前記エッチング防止層は、前記第２の導電型半導体層を露出させる開口部を有し、前記エッチング防止層の開口部を充填し、前記エッチング防止層上に延びている延長部を有する複数の電極を形成し、前記複数の電極は互いに離隔し、前記複数の電極上に層間絶縁層を形成し、前記層間絶縁層上に基板をボンディングし、前記犠牲基板を除去して、前記第１の導電型半導体層を露出させ、前記エッチング防止層が露出するように前記複数の化合物半導体層をパターニングして、互いに離隔した複数の発光セルを形成し、前記複数の発光セルを覆い、前記第１の導電型半導体層の上面の少なくとも一部を露出させる側面絶縁層を形成すると共に、前記エッチング防止層をパターニングして、前記複数の電極を露出させる開口部を形成し、前記第１の導電型半導体層と露出した前記複数の電極を接続する配線を形成する、ことを含む。
上述した発光素子の製造方法によると、前記化合物半導体層をパターニングし、複数の発光セルを形成するとき、前記エッチング防止層が、前記複数の電極の露出を防止する。従って、金属エッチング副産物が前記複数の発光セルの側壁に付着することを十分に防止することが可能になる。前記エッチング防止層は、シリコン酸化層またはシリコン窒化層のような絶縁層で形成されてもよい。
さらに、前記複数の電極の形成工程は、前記エッチング防止層の複数の開口部内のそれぞれに反射層を形成し、前記反射層を覆う保護金属層を形成することを含んでもよい。これにより、反射層が外部に露出することを防ぐことが可能になる。
また、露出した前記第１の導電型半導体層の上面に粗表面を形成してもよい。
本発明によれば、金属エッチング副産物の発生を防止することにより、発光セル内の電気的な短絡を防ぐ複数の発光セルを有する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、反射層がエッチング工程により露出せず、また反射層が外部に露出しないので、エッチングまたは酸化による変形を防ぐ複数の発光セルを有する発光素子及びその製造方法を提供することができる。
以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳述する。以下に開示される実施形態は、本発明の思想を当業者に十分理解させるために、一例として提供されるものである。従って、本発明は、後述する実施形態に限定されず、他の形態で実施してもよい。なお、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、説明の便宜のために誇張して表現されることもある。明細書の全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
図５は、本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光素子を説明するための断面図である。
図５を参照すると、発光素子は、基板１５１、発光セルＬＳ１及びＬＳ２、配線１５５、電極Ｅ１、Ｅ２、エッチング防止層１３１、側面絶縁層１５３を有し、層間絶縁層１３７、ボンディング金属１４１、１４３を有する。
基板１５１は、化合物半導体層を成長させるための成長基板とは異なり、既に成長した化合物半導体層にボンディングされたボンディング基板である。ボンディング基板１５１は、サファイア基板であってもよいが、これに限定されるものではない。つまり、ボンディング基板１５１には、別の種類の絶縁基板または導電基板であってもよい。特に、ボンディング基板としてサファイア基板を用いる場合、ボンディング基板が成長基板と同一の熱膨張係数を有するので好ましい。
発光セルＬＳ１、ＬＳ２は、基板１５１上に互いに離隔して配置される。発光セルＬＳ１、ＬＳ２は、それぞれが第１の導電型上部半導体層１２５ａ、活性層１２７ａ、及び第２の導電型下部半導体層１２９ａを有する。活性層１２７ａは、第１の導電型上部半導体層１２５ａと第２の導電型下部半導体層１２９ａとの間に設けられる。第１の導電型上部半導体層１２５ａ及び第２の導電型下部半導体層１２９ａは、同一の面積を有してもよい。
活性層１２７ａ、第１の導電型上部半導体層１２５ａ及び第２の導電型下部半導体層１２９ａは、ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導体、例えば、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系半導体で形成されてもよい。第１の導電型上部半導体層１２５ａ及び第２の導電型下部半導体層１２９ａは、それぞれが単層または多層の構造であってもよい。例えば、第１の導電型上部半導体層１２５ａ及び／又は第２の導電型下部半導体層１２９ａは、コンタクト層及びクラッド層を有してもよく、また、超格子層を有してもよい。活性層１２７ａは、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造であってもよい。第１の導電型はｎ型であり、第２の導電型はｐ型であることが好ましい。抵抗が相対的に小さなｎ型半導体層で第１の導電型上部半導体層１２５ａを形成することができ、第１の導電型上部半導体層１２５ａの厚さを相対的に厚くすることができる。従って、第１の導電型上部半導体層１２５ａの上部面に粗面Ｒを形成しやすく、粗面Ｒは、活性層１２７ａから発生した光の取り出し効率を向上させる。
電極Ｅ１、Ｅ２は、基板１５１と発光セルＬＳ１、ＬＳ２との間に互いに離隔して配置される。電極Ｅ１は、発光セルＬＳ１の第２の導電型下部半導体層１２９ａに電気的に接続され、電極Ｅ２は、発光セルＬＳ２の第２の導電型下部半導体層１２９ａに電気的に接続される。電極Ｅ１、Ｅ２は、それぞれが隣接する発光セルに向かって延びる延長部を有する。つまり、電極Ｅ１は、隣接する発光セル（図示せず）に向かって延びている延長部を有し、電極Ｅ２は、隣接する発光セルＬＳ１に向かって延びている延長部を有する。
電極Ｅ１、Ｅ２は、反射層１３３ａ、１３３ｂ及び保護金属層１３５ａ、１３５ｂを有してもよい。反射層１３３ａ、１３３ｂは、反射率の高い金属材料、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、またはこれらの合金で形成されてもよい。また、反射層１３３ａ、１３３ｂは、屈折率の異なる層を有する多層構造で形成されてもよい。この場合、反射層１３３ａ、１３３ｂは、貫通孔（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｈｏｌｅｓ）を有してもよく、保護金属層が貫通孔を通じて発光セルに接続されてもよい。反射層１３３ａ、１３３ｂは、発光セルＬＳ１、ＬＳ２の第２の導電型下部半導体層１２９ａに直接接続させてもよいが、他のオーミックコンタクト層を反射層と第２の導電型下部半導体層との間に設けてもよい。保護金属層１３５ａ、１３５ｂは、反射層を覆い、反射層が外部に露出することを防止する。保護金属層は、単層または多層で形成されてもよく、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、プラチナ（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）等のいずれかで形成されてもよい。図５に示すように、保護金属層１３５ａ、１３５ｂのそれぞれが外部に向かって延びて延長部を形成してもよい。
エッチング防止層１３１は、発光セルＬＳ１、ＬＳ２と電極Ｅ１、Ｅ２との間の領域に配置される。すなわち、エッチング防止層１３１は、発光セルＬＳ１、ＬＳ２が分離されることにより発生した空間の底部に配置される。エッチング防止層１３１によって、電極Ｅ１、Ｅ２の延長部が、分離された領域内に露出することを防止する。エッチング防止層１３１は、少なくとも一部が、隣接する発光セルＬＳ１、ＬＳ２の周縁の下方に向かって延びている。エッチング防止層１３１は、全て発光セルＬＳ１、ＬＳ２の底面の下に配置してもよいが、変形例として、エッチング防止層の一部が発光セル間の領域に突出してもよい。エッチング防止層１３１は、シリコン酸化層またはシリコン窒化層のような絶縁層で形成される。
電極Ｅ１、Ｅ２の延長部は、エッチング防止層１３１の下方に向かって延びており、エッチング防止層１３１は、電極Ｅ１、Ｅ２の延長部を露出させる開口部を有する。エッチング防止層１３１の開口部は、配線１５５が電極Ｅ１、Ｅ２を電気的に接続する通路を提供することができる。
一方、側面絶縁層１５３が、発光セルＬＳ１、ＬＳ２の側面を覆い、配線１５５によって発光セルの第１の導電型上部半導体層と第２の導電型下部半導体層とが短絡することを防止する。側面絶縁層１５３は、発光セルの上部面の一部を覆ってもよく、エッチング防止層１３１の上部に向かって延びてもよい。この場合、側面絶縁層１５３は、エッチング防止層の開口部を露出させる開口部を有する。
配線１５５は、発光セルＬＳ１、ＬＳ２を電気的に接続して、直列アレイを形成する。配線１５５は、それぞれ一端部が、一つの発光セルの第１の導電型上部半導体層１２５ａに電気的に接続され、他端部が、それに隣接する一つの発光セルの第２の導電型下部半導体層１２９ａに電気的に接続された電極に接続される。例えば、配線１５５の一端部は、発光セルＬＳ１の第１の導電型上部半導体層１２５ａに電気的に接続され、他端部は、エッチング防止層１３１の開口部を通じて電極Ｅ２に電気的に接続される。一方、配線１５５を電気的に接続するために、パッド（図示せず）が第１の導電型上部半導体層１２５ａ及び電極Ｅ１、Ｅ２上に形成されてもよい。配線１５５は、側面絶縁層１５３によって、複数の発光セルＬＳ１、ＬＳ２の側面から絶縁される。
配線１５５によって、基板１５１上に発光セルの直列アレイが形成される。これにより、直列アレイを高電圧直流電源に接続して駆動することができる。一方、配線１５５によって、基板１５１上に少なくとも二つの直列アレイが形成され、これらのアレイが互いに逆並列で接続され、交流電源によって駆動される。これとは異なり、配線によって基板上に直列アレイが形成され、直列アレイが基板上に形成されたブリッジ整流器に接続されることにより、交流電源で駆動される。ブリッジ整流器も、配線によって発光セルを接続して形成してもよい。
一方、電極Ｅ１、Ｅ２と基板１５１との間に、層間絶縁層１３７を設けてもよく、層間絶縁層１３７と基板１５１との間に、ボンディング金属１４１、１４３を設けてもよい。層間絶縁層１３７は、基板１５１またはボンディング金属１４１、１４３によって、電極Ｅ１、Ｅ２が互いに短絡することを防止する。
ボンディング金属１４１、１４３は、層間絶縁層１３７とボンディング基板１５１との接着力を向上させ、ボンディング基板１５１が層間絶縁層１３７から分離されることを防止する。
図６〜図１１は、本発明の一実施形態に係る複数の発光セルを有する発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
図６を参照すると、犠牲基板１２１上に化合物半導体層が形成される。犠牲基板１２１は、サファイア基板であってもよいが、これに限定されるものではなく、他の異種基板であってもよい。一方、化合物半導体層は、第１の導電型上部半導体層１２５、第２の導電型下部半導体層１２９及びこれらの間に設けられた活性層１２７を有する。第１の導電型半導体層１２５が犠牲基板１２１側に近く配置される。第１の導電型上部半導体層１２５及び第２の導電型半導体層１２９は、それぞれが単層構造または多層構造で形成されてもよい。また、活性層１２７は、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造で形成されてもよい。
化合物半導体層は、ＩＩＩ−Ｎ系化合物半導体で形成されてもよく、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）等の工程によって、犠牲基板１２１上に成長されてもよい。
一方、化合物半導体層の形成前に、バッファ層（図示せず）を形成してもよい。バッファ層は、犠牲基板１２１と化合物半導体層の格子不整合を緩和するために利用され、窒化ガリウム（ＧａＮ）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化ガリウム系の材料層であってもよい。
図７を参照すると、化合物半導体層、例えば、第２の導電型下部半導体層１２９上にエッチング防止層１３１が形成される。エッチング防止層１３１は、第２の導電型下部半導体層１２９を外部に露出させる開口部を有する。第２の導電型下部半導体層１２９の開口部は、発光セル領域上に、各発光セル領域に対応して形成され、発光セル領域よりも小さな面積で形成される。
エッチング防止層１３１は、第２の導電型下部半導体層１２９上にシリコン酸化層またはシリコン窒化層のような絶縁層が形成されて、これをフォトリソグラフィ及びエッチング工程を用いてパターニングすることにより形成される。
開口部内に反射層１３３ａ、１３３ｂが形成される。反射層１３３ａ、１３３ｂは、反射率の高い金属材料、例えば、Ａｇ、Ａｌ、またはこれらの合金で形成してもよく、屈折率の異なる層を積層して形成してもよい。反射層１３３ａ、１３３ｂを金属層で形成する場合、めっきまたは蒸着技術を用いて反射層１３３ａ、１３３ｂを形成してもよく、例えば、リフトオフ工程を用いて形成してもよい。一方、反射層の形成前に、第２の導電型下部半導体層１２９上にオーミックコンタクト層（図示せず）を形成してもよい。また、反射層を先に形成して、その後、エッチング防止層１３１を形成してもよい。
図８を参照すると、反射層１３３ａ、１３３ｂを覆う保護金属層１３５ａ、１３５ｂが形成される。保護金属層１３５ａ、１３５ｂは、それぞれがエッチング防止層１３１の開口部を充填し、エッチング防止層１３１の上面に向かって延びている。保護金属層１３５ａ、１３５ｂは、互いに離隔して形成される。保護金属層１３５ａ、１３５ｂは、単層または多層で形成してもよく、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄ等で形成してもよい。
本実施形態において、反射層１３３ａ、１３３ｂと保護金属層１３５ａ、１３５ｂが、電極Ｅ１、Ｅ２を構成する。しかし、電極Ｅ１、Ｅ２は、これに限定されるものではなく、単一の金属層で形成されてもよい。例えば、反射層の形成が省略され、保護金属層１３５ａ、１３５ｂのみで電極を構成してもよい。
図９を参照すると、電極Ｅ１、Ｅ２上に層間絶縁層１３７が形成される。層間絶縁層１３７は、電極Ｅ１、Ｅ２を覆い、電極Ｅ１、Ｅ２間のギャップを充填してもよい。層間絶縁層１３７の材料については特に限定されず、シリコン酸化層またはシリコン窒化層で形成してもよい。
図１０を参照すると、層間絶縁層１３７上にボンディング金属１４１が形成され、別の基板１５１上にボンディング金属１４３が形成される。ボンディング金属１４１は、例えば、ＡｕＳｎ（８０／２０ｗｔ％）で形成してもよい。基板１５１は、特に限定されるものではないが、犠牲基板１２１と同一の熱膨張係数を有する基板であってもよく、例えば、サファイア基板であってもよい。
図１１を参照すると、ボンディング金属１４１、１４３を互いに対向するようにボンディングすることで、基板１５１が層間絶縁層１３７上にボンディングされる。次いで、犠牲基板１２１を除去し、第１の導電型上部半導体層１２５を露出する。犠牲基板１２１は、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）技術または他の機械的方法や化学的方法によって分離してもよい。この際、バッファ層も除去され、第１の導電型上部半導体層１２５を露出する。図１２は、犠牲基板１２１の除去後、第１の導電型上部半導体層１２５を上向きにして示した図である。
図１３を参照すると、化合物半導体層をパターニングすることにより、発光セルＬＳ１、ＬＳ２が形成される。発光セルＬＳ１、ＬＳ２は、それぞれがパターニングされた第１の導電型上部半導体層１２５ａ、パターニングされた活性層１２７ａ、及びパターニングされた第２の導電型下部半導体層１２９ａを有する。化合物半導体層は、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を用いてパターニングされ、このような工程は、一般にメサエッチング工程として知られている。この際、エッチング工程によって、発光セル間の化合物半導体層が除去され、エッチング防止層１３１が露出する。エッチング防止層１３１は、エッチング工程の間、その下の電極Ｅ１、Ｅ２が露出することを防止する。このため、エッチング防止層１３１の上部の限定された領域においてエッチングが行われる。
図１４を参照すると、発光セルＬＳ１、ＬＳ２の側面を覆う側面絶縁層１５３が形成される。側面絶縁層１５３は、発光セルを覆う絶縁層を形成した後、これをフォトリソグラフィ及びエッチング工程を用いてパターニングして形成される。側面絶縁層１５３は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＭｇＯ、ＴａＯ、ＴｉＯ２、またはポリマーで形成してもよい。側面絶縁層１５３は、発光セルの側面に露出した第１の導電型上部半導体層１２５ａ、活性層１２７ａ、及び第２の導電型下部半導体層１２９ａを覆う。図１４に示すように、側面絶縁層１５３は、発光セルＬＳ１、ＬＳ２の上面の一部を覆ってもよい。さらには、側面絶縁層１５３は、エッチング防止層１３１上に延びてもよい。一方、側面絶縁層１５３を形成する間、またはその後、エッチング防止層１３１内に電極Ｅ１、Ｅ２の延長部を露出させる開口部１３１ａが形成される。
図１５を参照すると、発光セルＬＳ１、ＬＳ２を電気的に接続する配線１５５が形成される。配線１５５は、発光セルＬＳ１の第１の導電型上部半導体層１２５ａと、発光セルＬＳ２の第２の導電型下部半導体層１２９ａ及び電極Ｅ２とを電気的に接続する。すなわち、配線１５５の一端部は、発光セルＬＳ１の第１の導電型上部半導体層１２５ａに電気的に接続され、配線１５５の他端部は、発光セルＬＳ２の第２の導電型下部半導体層１２９ａに電気的に接続された電極Ｅ２に電気的に接続される。
配線１５５の形成前に、配線の接着力またはオーミックコンタクト特性を向上させるために、パッド（図示せず）を、第１の導電型上部半導体層１２５ａ及び／または電極Ｅ１、Ｅ２上に形成してもよい。
一方、発光セルの第１の導電型上部半導体層１２５ａ上に、ＰＥＣ（光電気化学）エッチング工程等によって、粗面Ｒを形成してもよい。粗面Ｒの形成は、配線の形成前に行ってもよい。これにより、図５に示す発光素子が完成する。
本発明によれば、金属エッチング副産物（ｅｔｃｈｉｎｇ ｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓ）の発生を防止することにより、発光セル内の電気的な短絡を防ぐ複数の発光セルを有する発光素子及びその製造方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、反射層がエッチング工程により露出せず、また反射層が外部に露出しないので、エッチングまたは酸化による変形を防ぐ複数の発光セルを有する発光素子及びその製造方法を提供することができる。
以上、本発明についていくつかの好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されず、当業者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な変形及び変更が可能である。このような変形及び変更は、下記の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲に含まれる。
１３１…エッチング防止層、１３７…層間絶縁層、１４１、１４３…ボンディング金属、１５１…基板、１５３…側面絶縁層、１５５…配線、Ｅ１、Ｅ２…電極、ＬＳ１、ＬＳ２…発光セル。
Claims (7)
- 基板と、
前記基板の上部に互いに離隔して配置され、それぞれが第１の導電型上部半導体層、活性層、及び第２の導電型下部半導体層を有する複数の発光セルと、
前記基板と前記複数の発光セルとの間に互いに離隔して配置され、対応する前記第２の導電型下部半導体層にそれぞれ電気的に接続され、それぞれの一端部に隣接する発光セルに向かって延び、前記隣接する発光セルと対応する発光セルとの間の領域まで延在している延長部を有する複数の電極と、
隣接する発光セル間の領域であって、尚且つ隣接する電極間の領域に配置され、前記延長部の一部を露出させる開口部を有する絶縁層からなるエッチング防止層と、
前記発光セルの側面を覆う側面絶縁層と、
前記側面絶縁層によって発光セルの側面から離隔され、発光セルを電気的に接続する配線であり、その一端は１つの発光セルの上部半導体層に電気的に接続され、他端部は前記エッチング防止層の開口部を通じて前記１つの発光セルに隣接する発光セルの下部半導体層に電気的に接続された配線と
を備え、
前記複数の電極は、それぞれが反射層及び保護金属層を有し、
前記反射層は、前記第２の導電型下部半導体層の下部領域内に形成され、前記保護金属層は、前記反射層の側面及び下部面を覆うことを特徴とする発光素子。 - 前記基板と前記複数の電極との間に設けられた層間絶縁層、
を有することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。 - 前記第１の導電型上部半導体層は、それぞれ粗表面を有することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 犠牲基板上に第１の導電型半導体層、第２の導電型半導体層、及び前記第１の導電型半導体層及び前記第２の導電型半導体層の間に設けられた活性層を有する複数の化合物半導体層を形成して、前記第１の導電型半導体層を前記犠牲基板に近く配置し、
前記複数の化合物半導体層上に前記第２の導電型半導体層を露出させる複数の開口部を有してエッチング防止層を形成し、
前記複数の開口部内に各々反射層を形成し、
前記エッチング防止層の開口部を充填することにより前記反射層を覆い、尚且つ前記エッチング防止層上に延びている延長部を有して、互いに離隔する複数の保護金属層を形成し、
前記複数の保護金属層上に層間絶縁層を形成し、
前記層間絶縁層上に基板をボンディングし、
前記犠牲基板を除去して、前記第１の導電型半導体層を露出させ、
前記エッチング防止層が露出するように前記複数の化合物半導体層をパターニングして、互いに離隔した複数の発光セルを形成し、
前記複数の発光セルを覆い、前記第１の導電型半導体層の上面の少なくとも一部を露出させる側面絶縁層を形成すると共に、前記エッチング防止層をパターニングして、前記複数の保護金属層の延長部を露出させる開口部を形成し、
前記第１の導電型半導体層と露出した前記複数の保護金属層の延長部を接続する配線を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。 - 露出した前記第１の導電型半導体層の上面に粗表面を形成することを特徴とする請求項５に記載の発光素子の製造方法。
- 前記エッチング防止層は、シリコン酸化層またはシリコン窒化層で形成することを特徴とする請求項５に記載の発光素子の製造方法。
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