JP5641725B2 - 複数の非極性発光セルを有する発光素子及びその製造方法 - Google Patents

複数の非極性発光セルを有する発光素子及びその製造方法 Download PDF

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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、複数の非極性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耗電力で長寿命であり、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。
一般に、窒化ガリウム系窒化物半導体は、サファイアまたは炭化珪素のような異種基板上に成長される。窒化物半導体は、主にこのような基板のｃ面（０００１）上に成長され、圧電特性を示す。圧電特性によって多重量子井戸構造の活性領域において強い分極電界が引き起こされる。従って、発光層の厚さを増加させることが困難であり、発光再結合率が減少され、発光出力を向上させるのに限界があった。
最近、このような分極電界の誘発を防止するために、ｃ面サファイア基板上に成長された窒化ガリウム結晶を切り出し、ｃ面以外の結晶面、例えば、ａ面（１１‐２０）またはｍ面（１‐１００）を有する窒化ガリウム基板に加工し、これを窒化物半導体の成長基板として用い、または、ｍ面炭化珪素基板またはｒ面サファイア基板を成長基板として用いて、ａ面窒化物半導体を成長させる技術が研究されている。ａ面またはｍ面で成長された窒化物半導体は、非極性または半極性の特性を有する。従って、分極電界を示す極性発光ダイオードに比べて光出力が向上するものと期待される。
一方、発光ダイオードは、一般に、順方向電流によって光を放出し、直流電流の供給を必要とする。順方向電流下で動作する発光ダイオードの特性を考慮し、複数の発光セルを逆並列で接続し、または、ブリッジ整流器を用いて、交流電源下で複数の発光セルを動作させる技術が開発されており、製品化されていることが実状である。また、単一基板上に複数の発光セルを形成し、これらを直列接続することにより、高電圧直流電源下で高出力及び高効率の光を出力することができる発光ダイオードが開発されている。このような発光ダイオードは、単一基板上に複数の発光セルを形成し、これらの発光セルを配線を介して接続することにより、交流または直流電源下で高出力及び高効率の光を放出することができる。
複数の発光セルを用いて、高電圧の交流または直流電源に接続して用いるためには、複数の発光セルを電気的に離隔させ、これらを配線を介して接続する必要がある。従来、サファイア基板は絶縁基板であるので、サファイア基板上に成長された窒化物半導体を用いる場合、複数の発光セルを電気的に分離させることは、問題とならない。しかしながら、ＧａＮ基板は、一般に、ｎ型半導体の特性を示すので、ＧａＮ基板上に成長された非極性または半極性の窒化物半導体層を用いて複数の発光セルを作る場合、発光セルがＧａＮ基板によって電気的に接続されるという問題があった。
このような問題を解決するために、ＧａＮ基板上に窒化物半導体層を成長させた後、窒化物半導体層からＧａＮ基板を分離することが考慮される。従来、サファイア基板上に窒化物半導体層を成長させた後、レーザリフトオフ工程を用いて前記窒化物半導体層から前記サファイア基板を分離させる技術が一般に知られている(特許文献１)。しかしながら、ＧａＮ基板とその上に成長された窒化物半導体層は、物理的及び化学的性質が類似しており、ＧａＮ基板から窒化物半導体層を分離することが困難であった。
韓国特許登録第１０-０５９９０１２号公報
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、複数の非極性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、他の目的は、ＧａＮ基板を成長基板として用い、複数の非極性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。
上記第一の目的を達成するために、本発明は、複数の非極性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。
本発明の一態様に係る複数の非極性発光セルを有する発光素子の製造方法は、上部表面がｃ面に対して一定の交差角をなす非極性または半極性の結晶面を有するＧａＮ基板を用意し、前記基板上に窒化物半導体層を成長させ、前記窒化物半導体層をパターニングして互いに分離された発光セルを形成し、前記発光セル間の分離領域の下方から前記基板を部分的に除去してリセス領域を形成し、前記リセス領域を充填する絶縁層を形成し、前記絶縁層を露出させるように、前記基板を少なくとも部分的に除去することを含む。
前記基板のリセス領域を充填する絶縁層を用いることにより、前記発光セルが互いに電気的に分離されるように前記基板を除去してもよい。
ここで、「非極性」発光セルは、圧電電界による分極電界が引き起こされない窒化物半導体で形成された発光セルを意味し、「半極性」発光セルは、成長面がｃ面である窒化物半導体に比べて分極電界が相対的に小さな窒化物半導体で形成された発光セルを意味する。以下、断りの無い限り、用語の「非極性」が「半極性」を含むものとする。
前記ＧａＮ基板は、ポリッシング等のラッピング技術を用いて、少なくとも部分的に除去してもよい。
一方、前記窒化物半導体層は、第１の導電型半導体層、活性層、第２の導電型半導体層を有する。さらに、前記活性層は、多重量子井戸構造を有してもよい。
前記基板が少なくとも部分的に除去された後、前記絶縁層間に露出した前記基板または前記窒化物半導体層の表面に粗面を形成してもよい。粗面は、光抽出効率を増加させる。
いくつかの実施形態において、前記発光セルは、それぞれ、第１の導電型半導体層と、前記第１の導電型半導体層の一部領域上に配置される第２の導電型半導体層と、前記第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層と、を有する。これに加えて、前記基板を除去する前に、前記発光セルを電気的に接続する配線を形成してもよい。また、前記配線を形成する前に、各前記発光セル上に反射層を形成してもよい。
一方、前記方法は、前記ＧａＮ基板を除去する前に、前記配線を覆う層間絶縁層を形成し、前記層間絶縁層上に第２の基板をボンディングすることをさらに含んでもよい。前記第２の基板がボンディングされた後、前記ＧａＮ基板は少なくとも部分的に除去してもよい。
一方、前記配線を形成する前に、前記発光セルの側面を覆う側面絶縁層を形成してもよい。前記側面絶縁層は、前記絶縁層上に形成し、発光セルの側面から配線を絶縁させてもよい。
いくつかの実施形態において、前記リセス領域を充填する絶縁層は、前記発光セルを覆ってもよい。また、前記絶縁層は、前記第１の導電型半導体層の他の領域及び前記第２の導電型半導体層の上部に形成した開口部を有してもよい。この際、前記方法は、前記基板を除去する前に、前記絶縁層の開口部を通じて、隣り合う発光セルを電気的に接続するボンディングメタルを形成し、前記ボンディングメタルに第２の基板をボンディングすることをさらに含んでもよい。
また、前記ボンディングメタルを形成する前に、前記第２の導電型半導体層上に反射層を形成することをさらに含んでもよい。さらに、前記反射層を覆う保護金属層を形成してもよい。
いくつかの実施形態において、前記発光セルは、それぞれ、第１の導電型半導体層と、前記第１の導電型半導体層上に配置される第２の導電型半導体層と、前記第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層と、を有する。ここで、前記第１の導電型半導体層及び第２の導電型半導体層は、同一の面積を有してもよい。
これに加えて、前記方法は、前記基板を除去する前に、前記発光セルに電気的に接続された電極を形成することをさらに含んでもよい。前記電極は、それぞれ、前記リセス領域を充填する絶縁層上に延びる。
さらに、前記電極を形成することは、前記第２の導電型半導体層上に反射層を形成し、前記反射層を覆い、前記絶縁層上に延びる保護金属層を形成することを含んでもよい。前記保護金属層は、前記反射層が外部に露出することを防止し、その結果、反射層の酸化またはエッチング損傷が防止される。
また、前記方法は、前記基板を除去する前に、前記電極を覆う層間絶縁層を形成し、前記層間絶縁層に第２の基板をボンディングすることをさらに含んでもよい。
また、前記方法は、前記基板を除去した後、前記リセス領域を充填する絶縁層をパターニングし、前記電極を露出させる開口部を形成し、隣り合う発光セルを接続する配線を形成することをさらに含んでもよい。前記配線は、それぞれ、その一端部が、前記絶縁層に形成された開口部を通じて前記電極に電気的に接続される。
本発明のまた他の態様に係る複数の非極性発光セルを有する発光素子は、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非極性または半極性の発光セルと、前記発光セルの前記第１の導電型上部半導体層を覆うＧａＮ系物質層と、前記ＧａＮ系物質層間の空間を充填する絶縁層と、前記絶縁層の下方で前記発光セルを電気的に接続する配線と、前記配線を覆い、前記基板と前記発光セルとの間に介在された層間絶縁層と、を備える。前記ＧａＮ系物質層は、前記絶縁層によって互いに電気的に絶縁され、従って、複数の発光セルが互いに電気的に絶縁される。
前記ＧａＮ系物質層は、ＧａＮ成長基板の残余部分またはバッファ層であってもよい。前記バッファ層は、前記ＧａＮ成長基板上に非ドープまたは不純物ドープの物質で成長された窒化物半導体層であり、ＧａＮ成長基板が除去されることにより、外部に露出した層である。前記バッファ層は、通常用いられる低温バッファ層または高温バッファ層のいずれであってもよい。
また、前記ＧａＮ系物質層は、それぞれその表面に粗面を有してもよい。
一方、前記発光素子は、前記層間絶縁層と前記第２の導電型下部半導体層との間に介在された反射層をさらに備えてもよく、前記反射層を覆う保護金属層をさらに備えてもよい。これに加えて、前記配線は、それぞれ、一つの前記発光セルの前記保護金属層と、それに隣り合う発光セルの前記第１の導電型半導体層を接続してもよい。
本発明のまた他の態様に係る複数の非極性発光セルを有する発光素子は、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複数の非極性発光セルと、前記基板と前記発光セルとの間に互いに離隔して配置され、それぞれ対応する前記第２の導電型下部半導体層にそれぞれ電気的に接続され、隣り合う発光セル側に延長された電極と、前記電極の上部から前記発光セル間の空間を充填され、前記電極を露出させる開口部を有する絶縁層と、前記発光セルを電気的に接続し、それぞれ一端部は、一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、前記絶縁層の開口部を通じて、隣り合う発光セルの下部半導体層に電気的に接続された電極に電気的に接続された配線と、を備える。
また、前記発光素子は、前記発光セルの前記第１の導電型上部半導体層を覆うＧａＮ系物質層をさらに備えてもよい。前記ＧａＮ系物質層は、それぞれ前記第１の導電型上部半導体層を露出させる開口部を有し、前記配線は、それぞれ前記開口部を通じて前記第１の導電型上部半導体層に電気的に接続されてもよい。
前記ＧａＮ系物質層は、ＧａＮ成長基板の残余部分またはバッファ層であってもよい。
一方、前記第１の導電型上部半導体層は、それぞれその表面に粗面を有してもよい。前記ＧａＮ系物質層が、前記第１導電型上部半導体層を覆う場合、前記ＧａＮ系物質層はそれぞれの表面に粗面を有してもよい。
前記電極は、それぞれ反射層及び前記反射層を覆う保護金属層を有してもよく、前記保護金属層に配線が電気的に接続されてもよい。
本発明によれば、複数の非極性発光セルを有する発光素子を提供することができる。特に、ＧａＮ基板を成長基板として用い、複数の非極性発光セルを有する発光素子を提供することができる。さらに、発光セルを分離する間、金属の露出が防止されるので、金属エッチング副産物の発生を防止することができ、特に、反射層の酸化またはエッチング損傷を防止することができる。
本発明の一実施形態に係る複数の非極性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。 本発明の一実施形態に係る複数の非極性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。 本発明の一実施形態に係る複数の非極性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。 本発明の一実施形態に係る複数の非極性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。 本発明の一実施形態に係る複数の非極性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。 本発明の一実施形態に係る複数の非極性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。 本発明の一実施形態に係る複数の非極性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。 本発明の他の実施形態に係る複数の非極性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。 本発明の他の実施形態に係る複数の非極性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。 本発明の他の実施形態に係る複数の非極性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。 本発明のまた他の実施形態に係る複数の非極性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。 本発明のまた他の実施形態に係る複数の非極性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。 本発明のまた他の実施形態に係る複数の非極性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。 本発明のまた他の実施形態に係る複数の非極性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。 本発明のまた他の実施形態に係る複数の非極性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。
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充分に理解させるために、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、他の形態にも実施され得る。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１〜図７は、本発明の一実施形態に係る複数の非極性発光セルを形成する方法を説明するための断面図である。
図１を参照すると、基板２１上に窒化物半導体層２５、２７、２９が成長される。前記基板２１は、ＧａＮ単結晶基板であり、その上部の表面は、ｃ面に対して交差角をなす結晶面である。前記基板２１の上部面は、例えば、ａ面、ｍ面、ｒ面等であってもよいが、特に限定されるものではなく、他の結晶面であってもよい。
前記基板２１は、ｃ面サファイア基板上にＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長,Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法でｃ面サファイア基板上に成長されたＧａＮ単結晶をｃ面サファイア基板から分離した後、ｃ面に対して交差角をなす結晶面に沿って切断することにより設けられてもよい。また、前記基板２１は、ｒ面サファイア基板またはｍ面炭化珪素基板上にＧａＮ層を成長した後、サファイア基板または炭化珪素基板からＧａＮ層を分離して設けられてもよい。この場合、前記基板２１は、ａ面ＧａＮ基板となる。
前記窒化物半導体層２５、２７、２９は、第１の導電型半導体層２５、活性層２７、及び第２の導電型半導体層２９を有する。これらの窒化物半導体層２５、２７、２９は、それぞれ単一層または多層に形成されてもよく、特に、前記活性層２７は、多重量子井戸構造に形成されてもよい。
第１の導電型窒化物半導体層２５を成長させる前に、窒化物の核層及び／またはバッファ層（図示せず）が基板２１上に先に成長されてもよい。前記バッファ層は、ＧａＮ系物質層またはＧａＮで成長され得る。前記バッファ層は、前記窒化物半導体層２５、２７、２９の成長を助けるために形成され、非ドープ層または不純物ドープ層であってもよい。
前記第１の導電型半導体層２５、活性層２７、及び第２の導電型半導体層２９は、ＩＩＩ‐Ｎ系化合物半導体で形成され、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の工程によって成長され得る。前記窒化物半導体層は、ＧａＮ基板２１の成長面に沿って成長される。従って、窒化物半導体層は、ＧａＮ基板２１の成長面に沿って非極性窒化物半導体として成長される。
前記第１の導電型及び第２の導電型は、それぞれｎ型及びｐ型またはｐ型及びｎ型であってもよい。好ましくは、前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２の導電型はｐ型である。
図２を参照すると、前記第１の導電型半導体層２５、活性層２７、及び第２の導電型半導体層２９を有する窒化物半導体層がパターニングされ、複数の発光セル３０が形成される。前記発光セル３０は、それぞれ、第１の導電型半導体層２５、前記第１の導電型半導体層２５の一部領域上に配置される第２の導電型半導体層２９、及び第１の導電型半導体層２５と前記第２の導電型半導体層２９との間に介在された活性層２７を有する。このような発光セル３０は、それぞれ第１の導電型半導体層２５の他の領域を露出させるように、第２の導電型半導体層２９及び活性層２７を部分的に除去することにより形成される。
一方、前記発光セル３０を形成する間、前記窒化物半導体層が除去される分離領域の下方の前記基板２１も、部分的にエッチングされ、リセス領域２１ａが形成される。前記リセス領域２１ａは、ストライプ状に互いに離隔してもよいし、メッシュ状に互いに連結されていてもよい。
図３を参照すると、前記リセス領域２１ａを充填する絶縁層３１が形成される。前記絶縁層３１は、第１の導電型半導体層２５の上部面の下方において、発光セル３０間の領域を充填する。絶縁層３１は、例えば、ＳＯＧ、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜等のような絶縁物質で形成されてもよい。絶縁物質を発光セル上に塗布または蒸着した後、第１の導電型半導体層２５の上部面が露出するように、前記絶縁物質を部分的に除去することにより、絶縁層３１を形成してもよい。
図４を参照すると、前記絶縁層３１上において、前記発光セルの側面を覆う側面絶縁層３３が形成される。側面絶縁層３３は、発光セル３０の上部を露出させる開口部を有し、また、第１の導電型半導体層２５の上部面を露出させる開口部を有する。
一方、前記各発光セル３０上に、例えば第２の導電型半導体層２９上に反射層３５が形成される。前記反射層３５は、例えば、ＡｇまたはＡｌで形成されてもよい。また、前記絶縁層３５を覆う保護金属層３７が形成されてもよい。保護金属層３７は、反射層３５を覆い、反射層３５の拡散を防止し、また反射層３５の酸化を防止する。保護金属層３７は、単一層または多層に形成されてもよく、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄ等で形成されてもよい。
その後、前記発光セル３０を電気的に接続する配線３９が形成される。前記配線３９は、隣り合う発光セルの第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層を接続して発光セル３０を直列に接続する。前記配線３９は、保護金属層３７と第１の導電型半導体層２５を接続し、保護金属層３７及び反射層３５を介して、第２の導電型半導体層２９に電気的に接続され得る。一方、前記反射層３５及び／または保護金属層３７は、省略されてもよく、配線３９が直接第２の導電型半導体層２９に接続されてもよい。
図５を参照すると、配線３９が形成された後、前記発光セル３０を覆う層間絶縁層４１が形成される。前記層間絶縁層４１は、発光セル３０が互いに短絡することを防止する。
前記層間絶縁層４１上に第２の基板５１がボンディングされる。前記第２の基板５１は、特に限定されるものではないが、ＧａＮ基板２１と熱膨張率が類似した物質で形成されることが好ましい。前記第２の基板５１は、層間絶縁層４１上にボンディング金属４３が形成され、前記第２の基板５１上にボンディング金属４５が形成された後、これらのボンディング金属４３、４５を互いに接合されてもよい。
図６を参照すると、第２の基板５１がボンディングされた後、ＧａＮ基板２１を少なくとも部分的に除去する。ＧａＮ基板２１は、ポリッシングまたはエッチング工程によって除去され得る。この際、前記リセス領域２１ａを充填する絶縁層３１が露出する。
ＧａＮ基板２１は、その上に成長された窒化物半導体層と物理的化学的に性質が類似する。従って、従来技術は、窒化物半導体層からＧａＮ基板２１を分離することが困難であった。しかしながら、本発明によると、絶縁層３１によって、ＧａＮ基板２１と窒化物半導体層が接する界面が容易に見える。従って、ポリッシングまたはエッチング工程においてエンドポイントを設定しやすく、ＧａＮ基板２１を部分的または完全に除去することができる。
ＧａＮ基板２１を部分的に除去した場合、前記ＧａＮ基板２１の残余部分が第１の窒化物半導体層２５を覆う。一方、ＧａＮ基板２１が完全に除去された場合、バッファ層（図示せず）が第１の窒化物半導体層２５を覆ってもよく、または、前記第１の窒化物半導体層２５を露出してもよい。
図７を参照すると、前記ＧａＮ基板２１を除去した後、残留するＧａＮ基板２１の残余部分（またはバッファ層）または第１の窒化物半導体層２５に粗面Ｒが形成される。粗面Ｒは、ＰＥＣ（光電気化学，Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｒｎａｌ）エッチング等によって形成され得る。
これにより、第２の基板５１の上部に互いに離隔した複数の非極性発光セルを有する発光素子が完成する。前記発光素子は、配線３９によって直列接続された発光セル３０を備え、従って、発光素子は、高電圧直流電源によって駆動され得る。また、前記発光素子は、配線３９によって直列接続されたアレイを複数有してもよく、このようなアレイを逆並列で接続することにより、高電圧交流電源によって駆動されてもよい。
図８〜図１０は、本発明のまた他の実施形態に係る複数の非極性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８を参照すると、図２の発光セル３０が形成された後、前記発光セル３０を覆う絶縁層７１が形成される。絶縁層７１は、基板２１のリセス領域を充填し、また、発光セル３０の側面を覆う。前記絶縁層７１は、第１の導電型半導体層２５の他の領域上、及び前記第２の導電型半導体層２９上に開口部を有する。
前記絶縁層７１は、リセス領域を充填し、前記発光セル３０を覆う絶縁物質を形成した後、前記絶縁物質をパターニングすることにより形成されてもよい。これとは異なり、前記リセス領域を充填する絶縁物質を形成した後、前記発光セル３０の側面を覆う側面絶縁層（図示せず）を形成することにより形成されてもよい。
第２の導電型半導体層２９上には、反射層７３及び保護金属層７５が形成されてもよく、前記第１の導電型半導体層２５上の開口部は、金属物質で充填されてもよい。
図９を参照すると、一つの発光セルの第１の導電型半導体層２５と、それに隣り合う発光セルの第２の導電型半導体層２９とを電気的に接続するボンディングメタル７７が形成される。前記ボンディングメタル７７は、互いに離隔して発光セル３０を直列接続する。前記ボンディングメタル７７は、絶縁層７１上に形成され、絶縁層７１の開口部内に形成された金属物質を電気的に接続する。これとは異なり、前記ボンディングメタル７７が開口部を通じて、第１の導電型半導体層２５と第２の導電型半導体層２９を電気的に接続してもよい。
一方、第２の基板８１上にボンディングメタル７９が形成される。ボンディングメタル７９は、それぞれボンディングメタル７７に対応して形成され、それぞれ前記ボンディングメタル７７上にボンディングされる。
図１０を参照すると、図６を参照して説明したように、前記基板２１が少なくとも部分的に除去される。また、前記基板２１が除去された後、基板２１の残余部分（またはバッファ層）または第１の導電型半導体層２５に粗面が形成されてもよい。
この実施形態によると、ボンディングメタル７７によって発光セルが電気的に接続された発光素子が提供される。前記ボンディングメタル７７の電気的接続によって、高電圧直流電源下または交流電源下で駆動される様々な発光素子が提供され得る。
図１１〜図１５は、本発明のまた他の実施形態に係る複数の非極性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１１を参照すると、図１の窒化物半導体層２５、２７、２９が形成された後、前記窒化物半導体層をパターニングし、互いに分離された発光セル９０が形成される。前記発光セル９０は、それぞれ第１の導電型半導体層２５、前記第１の導電型半導体層２５上に配置される第２の導電型半導体層２９、及び第１の導電型半導体層２５と第２の導電型半導体層２９との間に介在された活性層２７を有する。前記第１の導電型半導体層２５及び第２の導電型半導体層２９は、図示のように同一の幅及び面積を有してもよい。
ここに図示したように、ＧａＮ成長基板２１上に窒化物半導体層２５、２７、２９を成長させる前に、窒化物の核層及び／またはバッファ層２３を先に成長させてもよい。前記バッファ層２３も、前記窒化物半導体層２５、２７、２９のパターニング中に複数の領域に分離されてもよい。
一方、前記発光セルを形成する間、前記窒化物半導体層２５、２７、２９が除去される分離領域の下方の前記基板２１も部分的にエッチングされ、リセス領域が形成される。前記リセス領域は、ストライプ状に互いに離隔してもよく、または、メッシュ状に互いに連結されていてもよい。前記バッファ層２３が相対的に厚い場合、前記リセス領域は、前記バッファ層２３内に限定してもよい。
次いで、前記リセス領域を充填する絶縁層９１が形成される。前記絶縁層９１は、発光セル間の領域を充填する。一方、前記発光セル９０の上部面は露出する。前記絶縁層９１は、例えば、ＳＯＧ、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜等のような絶縁物質で形成されてもよい。絶縁物質を発光セル上に塗布または蒸着した後、第２の導電型半導体層２９の上部面が露出するように、前記絶縁物質を部分的に除去して、絶縁層９１を形成してもよい。これとは異なり、前記リセス領域を充填する絶縁層を形成した後、前記発光セル９０の側面を覆う側面絶縁層を形成してもよい。
前記露出した第２の導電型半導体層上に電極Ｅが形成される。前記電極Ｅは、それぞれ発光セル９０の第２の導電型半導体層に電気的に接続され、隣り合う発光セル側に延びる。前記電極Ｅは、それぞれ第２の導電型半導体層２９上に形成された反射層９３及び前記反射層９３を覆う保護金属層９５を含んでもよい。この際、前記保護金属層９５が、隣り合う発光セル側に延びる。これにより、前記保護金属層９５は、絶縁層９１上に延びる。但し、前記電極Ｅは、互いに離隔している。
図１２を参照すると、前記電極Ｅ上に層間絶縁層１０１が形成される。層間絶縁層１０１は、電極Ｅを覆い、電極Ｅ間のギャップを充填する。層間絶縁層１０１の材質は、特に限定されるものではなく、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜で形成されてもよい。
前記層間絶縁層１０１上にボンディングメタル１０３が形成され、第２の基板１１１上にボンディングメタル１０５が形成される。前記ボンディングメタル１０３は、例えば、ＡｕＳｎ（８０／２０ｗｔ％）で形成されてもよい。前記第２の基板１１１は、特に限定されないが、基板２１と同一の熱膨張係数を有する基板であることが好ましい。
前記ボンディングメタル１０３、１０５を向い合うようにボンディングすることにより、第２の基板１１１が前記層間絶縁層１０１上にボンディングされる。
図１３を参照すると、図６を参照して説明したように、前記基板２１が少なくとも部分的に除去される。前記基板２１が除去された後、ＧａＮ系物質層、例えば、前記基板２１の残余部分または前記バッファ層２３や、第１の導電型半導体層２５が露出する。また、リセス領域を充填する絶縁層９１が露出する。
図１４を参照すると、前記露出した絶縁層９１をパターニングし、前記電極Ｅを露出させる開口部９１ａが形成される。開口部９１ａは、隣り合う発光セル側に延長された電極Ｅ、例えば、保護金属層９５を露出させる。また、前記第１の導電型半導体層２５を覆う基板２１の残余部分及びバッファ層２３の一部をパターニングし、第１の導電型半導体層２５を露出させる開口部９２ａを形成してもよい。
図１５を参照すると、発光セル９０を電気的に接続する配線１１３が形成される。前記配線１１３のそれぞれは、その一端部が、一つの発光セルの第１の導電型半導体層２５、すなわち、図１５において上部半導体層２５に電気的に接続され、他端部は、それに隣接した発光セルの第２の導電型半導体層２９、すなわち、図１５において下部半導体層２９に電気的に接続された電極Ｅに電気的に接続される。前記発光セル９０の第１の導電型半導体層２５上に基板２１の残余部分及びバッファ層２３を残留させてもよい。前記配線１１３は、それぞれその一端部が、前記開口部９２ａを通じて前記第１の導電型半導体層２５に電気的に接続されてもよい。
前記配線１１３によって、基板１１１の上部に、発光セルの直列アレイまたは少なくとも二つの直列アレイが形成されてもよい。これにより、高電圧直流電源下または交流電源下で駆動される発光素子が提供され得る。また、基板１１１上において、配線１１３によって発光セルの直列アレイが形成され、前記直列アレイが前記基板１１１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、発光セルは、交流電源によって駆動することができる。ブリッジ整流器も、配線１１３によって発光セル９０を接続して形成してもよい。
前記配線１１３を形成する前またはその後に、前記第１の導電型半導体層２５を覆うＧａＮ系物質層、例えば、前記基板２１の残余部分及びバッファ層２３に粗面Ｒが形成されてもよい。第１の導電型半導体層２５が露出した場合、第１の導電型半導体層２５に粗面Ｒが形成されてもよい。
また、前記配線１１３を形成する前、配線１１３の接着力またはオーム接触特性を向上させるために、パッド（図示せず）が、第１の導電型半導体層２５及び／または電極Ｅ上に形成されてもよい。
本発明によるとれば、複数の非極性発光セルを有する発光素子を提供することができる。特に、ＧａＮ基板を成長基板として用い、複数の非極性発光セルを有する発光素子を提供することができる。さらに、発光セルを分離する間、金属の露出が防止されるので、金属エッチング副産物の発生を防止することができ、特に、反射層の酸化またはエッチング損傷を防止することができる。
以上、本発明についていくつかの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。
２１ 基板
２５ 第１の導電型半導体層
２７ 活性層
２９ 第２の導電型半導体層
３０ 発光セル
７１ 絶縁層
７３ 反射層
７５ 保護金属層

Claims (14)

  1. 複数の非極性発光セルを有する発光ダイオードの製造方法であって、
    上部表面がｃ面に対して一定の交差角をなす非極性または半極性の結晶面を有するＧａＮ基板を用意し、
    前記基板上に窒化物半導体層を成長させ、
    前記窒化物半導体層をパターニングし、互いに分離された発光セルを形成し、前記発光セル間の分離領域の下方から前記基板を部分的に除去してリセス領域を形成し、
    前記リセス領域を充填する絶縁層を形成し、
    前記絶縁層を露出させるように、前記基板を少なくとも部分的に除去する発光ダイオードの製造方法であって、
    前記窒化物半導体層は、第１の導電型半導体層、活性層、第２の導電型半導体層を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
  2. 前記基板を少なくとも部分的に除去した後、前記絶縁層間に露出した前記基板または前記窒化物半導体層の表面に粗面を形成することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
  3. 前記発光セルは、
    それぞれ、第１の導電型半導体層と、
    前記第１の導電型半導体層の一部領域上に配置される第２の導電型半導体層と、
    前記第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層と、を有することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
  4. 前記基板を除去する前に、前記発光セルを電気的に接続する配線を形成することを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオードの製造方法。
  5. 前記配線を形成する前に、前記発光セル上に反射層を形成することを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオードの製造方法。
  6. 前記ＧａＮ基板を除去する前に、
    前記配線を覆う層間絶縁層を形成し、
    前記層間絶縁層上に第２の基板をボンディングすることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオードの製造方法。
  7. 前記配線を形成する前に、前記発光セルの側面を覆う側面絶縁層を形成することを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオードの製造方法。
  8. 前記リセス領域を充填する絶縁層は、前記発光セルを覆い、前記第１の導電型半導体層の他の領域及び前記第２の導電型半導体層の上部に開口部を有し、
    前記基板を除去する前に、
    前記絶縁層の開口部を通じて、隣り合う発光セルを電気的に接続するボンディングメタルを形成し、
    前記ボンディングメタルに第２の基板をボンディングすることを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオードの製造方法。
  9. 前記ボンディングメタルを形成する前に、前記第２の導電型半導体層上に反射層を形成することを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオードの製造方法。
  10. 前記発光セルは、
    それぞれ、第１の導電型半導体層と、
    前記第１の導電型半導体層上に配置される第２の導電型半導体層と、
    前記第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層と、を有することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
  11. 前記基板を除去する前に、
    前記発光セルの第１の導電型半導体層に電気的に接続された電極を形成し、前記電極は、それぞれ、前記リセス領域を充填する絶縁層上に延びたことを特徴とする請求項１０に記載の発光ダイオードの製造方法。
  12. 前記電極を形成する際に、
    前記第２の導電型半導体層上に反射層を形成し、
    前記反射層を覆い、前記絶縁層上に延びる保護金属層を形成することを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオードの製造方法。
  13. 前記基板を除去する前に、
    前記電極を覆う層間絶縁層を形成し、
    前記層間絶縁層に第２の基板をボンディングすることを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオードの製造方法。
  14. 前記基板を除去した後、
    前記リセス領域を充填する前記絶縁層をパターニングして、前記電極を露出させる開口部を形成し、
    隣り合う発光セルを接続する配線を形成し、
    前記配線は、それぞれ、その一端部が、前記絶縁層に形成された開口部を通じて、前記電極に電気的に接続されることを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオードの製造方法。
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