JP5725927B2 - 高効率発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードに関し、より詳しくは、基板分離工程を用いて成長基板を除去した窒化ガリウム系の高効率発光ダイオードに関する。

一般に、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のようなIII族元素の窒化物は、熱的安定性に優れ、直接遷移型のエネルギーバンド構造を有しており、最近、可視光線及び紫外線領域の発光素子用物質として多くの脚光を浴びている。特に、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を用いた青色及び緑色の発光素子は、大型のフルカラーフラットパネルディスプレイ、信号灯、室内照明、高密度光源、高解像度出力システム、光通信等様々な応用分野に活用されている。

このようなIII族元素の窒化物半導体層は、III族元素の窒化物半導体層を成長させることのできる同種の基板を製造することが難しく、窒化物半導体層と類似した結晶構造を有する異種基板において、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）等の工程によって成長させることができる。異種基板としては、六方晶系の構造を有するサファイア基板が主に用いられる。しかし、サファイアは、電気的に不導体であるので、発光ダイオード構造を制限する。これにより、最近、サファイアのような異種基板上に窒化物半導体層のようなエピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル層に支持基板をボンディングした後、レーザリフトオフ技術等を用いて異種基板を分離し、垂直型構造の高効率発光ダイオードを製造する技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

一般に、垂直型構造の発光ダイオードは、従来の水平型発光ダイオードと比べてｐ側が下方に位置する構造によって、電流分散性能に優れ、またサファイアに比べて熱伝導率の高い支持基板を採用することにより、熱放出性能に優れている。さらには、支持基板とｐ型半導体層との間に反射金属層を配置して支持基板に向かう光を反射させ、ＰＥＣ(photo electrochemical)エッチング等によってＮ面を異方性エッチングし、ｎ型半導体層に粗い表面を形成することにより、上向きの光の抽出効率を大いに向上することができる。

しかしながら、例えば、３５０μｍ×３５０μｍまたは１ｍｍ^２の発光面積に比べて、エピタキシャル層全体の厚さ（約４μｍ）が極めて薄いので、電流を分散させることは極めて困難であった。これを解決するために、ｎ型電極パッドから延びる電極延長部を用いて、ｎ型層内での電流分散を図り、またはｎ型電極パッドに対応する位置のｐ型電極の位置に絶縁物質を配置し、ｎ型電極パッドからｐ型電極に直接電流が流れることを防止する技術が採用されている。しかし、ｎ型電極パッドからその真下に電流の流れが集中することを防止することには限界があり、しかも、広い発光領域にわたって全体的に電流を均一に分散させることには限界があった。

特に、電流が集中する現象は、発光ダイオードの一部領域、すなわち、電流が集中する領域に金属疲労を累積させ、その領域にリーク電流経路が形成されることもある。このため、電極パッドの真下の領域における電流の集中化現象は、垂直構造の発光ダイオードを、高信頼性が要求される照明用発光ダイオードの用途に適用するにあたって、大きな障害となってしまう。特に、照明用として用いられる（超）高輝度発光ダイオードの場合、微細な電流集中化現象によっても発光効率が下がり、寿命に悪影響を及ぼすことが知られている。

一方、垂直型発光ダイオードを製造するための工程、例えば、成長基板上にエピタキシャル層を成長させ、またはエピタキシャル層に支持基板を接合する工程は、相対的に高温で行われる。成長基板、エピタキシャル層、及び支持基板は、異なる熱膨張係数を有するので、高温工程が完了した後、相対的に厚さの薄いエピタキシャル層内にストレスが印加され、残留応力が引き起こされる。このような残留応力により、レーザリフトオフ工程によって成長基板を分離する間、エピタキシャル層にクラックが生じる等の物理的な損傷が発生しやすい。しかも、レーザリフトオフ工程において、レーザビームの照射によってエピタキシャル層に衝撃波が伝達され、このような衝撃波によってエピタキシャル層はさらに損傷しやすい。

また、成長基板とエピタキシャル層との間の熱膨張係数の差によって、エピタキシャル層の表面が滑らかではなく、局部的に凹凸の部分を有することもある。これにより、エピタキシャル層に支持基板を接合するとき、微細な気泡がエピタキシャル層と支持基板との間に取り込まれて残留することもある。

米国特許第６，７４４，０７１号明細書

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、電流分散性能を改善した高効率発光ダイオード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、光抽出効率が改善された高効率発光ダイオード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、発光ダイオードの製造工程中、エピタキシャル層の損傷を減らすことができる発光ダイオード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、本発明の一実施態様による発光ダイオードは、支持基板と、前記支持基板上に配置され、ｐ型化合物半導体層、活性層、及びｎ型化合物半導体層を有する半導体積層構造体と、前記支持基板と前記半導体積層構造体との間に配置され、前記半導体積層構造体にオーミックコンタクトする反射金属層と、前記半導体積層構造体上に配置される第１の電極パッドと、前記第１の電極パッドから延長され、前記ｎ型化合物半導体層に接触する接触領域を有する電極延長部と、前記支持基板と前記半導体積層構造体との間に配置され、前記電極延長部の前記接触領域下の前記ｐ型化合物半導体層の表面領域を覆う下部絶縁層と、前記第１の電極パッドと前記半導体積層構造体との間に介在された上部絶縁層と、備える。

前記上部絶縁層を第１の電極パッドと半導体積層構造体との間に配置することにより、第１の電極パッドから直接半導体積層構造体に電流が集中して流れることを防止することができる。さらには、前記電極延長部領域の下方のｐ型化合物半導体層を下部絶縁層で覆うので、前記電極延長部から電流が垂直方向に集中して流れることをさらに防止することができる。

いくつかの実施例において、前記反射金属層は、前記半導体積層構造体を露出させる溝領域を有してもよい。また、前記下部絶縁層は、前記反射金属層と前記支持基板との間に配置し、前記溝領域に充填されると共に、前記反射金属層を覆い、前記反射金属層を露出させる開口部を有してもよい。これに加えて、前記発光ダイオードは、前記支持基板と前記下部絶縁層との間に配置し、前記下部絶縁層の開口部に露出した前記反射金属層を覆うバリアメタル層をさらに有してもよい。

さらに、前記第１の電極パッド及び前記電極延長部は、前記溝領域の上部に配置されてもよい。

また、前記反射金属層は、複数のプレートからなってもよい。前記下部絶縁層は、前記複数のプレートの側面及び周縁部を覆い、前記下部絶縁層の開口部によって前記複数のプレートがそれぞれ露出する。

一方、前記発光ダイオードは、複数の第１の電極パッドと、前記複数の第１の電極パッドからそれぞれ延長される複数の電極延長部とを有してもよい。

いくつかの実施例において、前記下部絶縁層は、前記半導体積層構造体を露出させる少なくとも一つの溝を有してもよい。さらには、前記反射金属層は、前記下部絶縁層と前記支持基板との間に位置し、前記少なくとも一つの溝を満たして前記半導体積層構造体にオーミックコンタクトしてもよい。また、前記下部絶縁層の溝の側壁は、傾斜していてもよい。さらには、前記発光ダイオードは、前記支持基板と前記反射金属層との間に配置し、前記反射金属層の周縁部を覆い、前記反射金属層を取り囲むバリアメタル層をさらに有してもよい。これにより、前記反射金属層は、保護層、バリアメタル層、及び半導体積層構造体によって発光ダイオード内に埋め立てられ、よって発光ダイオードの外部に露出しない。

また、前記反射金属層の周縁部は、前記下部絶縁層と前記支持基板との間に位置すると共に、前記半導体積層構造体の周縁部と前記支持基板の周縁部との間に位置してもよい。これにより、前記反射金属層の周縁部が下部絶縁層の下方に位置するので、反射金属層の周縁部の近くにおいてバリアメタル層にクラックが発生しても、このようなクラックによって発光ダイオードの電気的特性や信頼性に影響を及ぼすことを防止することができる。さらに、前記反射金属層の周縁部を前記半導体積層構造体の外側に配置することにより、前記クラックによって反射金属層の特性が変形されても、反射金属層のオーム特性が悪くなることを防止し、また、前記クラックが半導体積層構造体に影響を及ぼすことを遮断することができる。

一方、前記下部絶縁層は、複数の溝を有してもよく、前記第１の電極パッド及び前記電極延長部は、前記下部絶縁層領域の上部に位置してもよい。すなわち、前記第１の電極パッド及び前記電極延長部は、前記下部絶縁層内の複数の溝の領域上に配置されず、よって、電極延長部から垂直方向に電流が集中することが防止することができる。

いくつかの実施例において、前記支持基板は、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一つを含む第１の金属層と、前記第１の金属層よりも熱膨張係数が高く、前記第１の金属層の上下面に配置された第２の金属層とを有してもよい。

前記第２の金属層は、銅（Ｃｕ）を含んでもよい。

さらには、前記第１の金属層及び前記第２の金属層の間にそれぞれ接合層が形成されてもよい。前記接合層は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔの少なくとも一つを含んでもよい。

一方、前記発光ダイオードは、前記支持基板と前記半導体積層構造体との間に介在されたボンディングメタルをさらに含んでもよい。さらには、前記発光ダイオードは、前記ボンディングメタルと対称に、前記第２の金属層の下面に形成された下部ボンディングメタルをさらに含んでもよい。

一方、前記半導体積層構造体は、粗い表面を有してもよく、前記上部絶縁層は、前記粗い表面を覆ってもよい。このとき、前記上部絶縁層は、前記粗い表面に沿って凹凸面を形成してもよい。上部絶縁層に凹凸面を形成することにより、前記上部絶縁層の上部面で発生する内部全反射を減少させることができ、これにより光抽出効率をさらに向上させることができる。

一方、前記半導体積層構造体は、滑らかな表面を有し、前記第１の電極パッド及び前記電極延長部は、前記滑らかな表面上に位置してもよい。さらには、前記電極延長部は、前記半導体積層構造体の滑らかな表面に接触してもよい。また、前記粗い表面は、前記電極延長部よりも下方に位置してもよい。

本発明によると、第１の電極パッドと半導体積層構造体との間に上部絶縁層が介在され、電流分散性能が改善された発光ダイオードが提供される。さらには、上部絶縁層が半導体積層構造体の粗い表面に沿って凹凸面を有するように形成されることにより、発光ダイオードの光抽出効率が改善される。また、電極延長部の下方のｐ型化合物半導体層の表面が絶縁層で覆われているので、前記電極延長部から垂直方向に電流が集中することを防止することができる。

本発明の一実施例による高効率発光ダイオードを説明するための断面図である。 図１に示した高効率発光ダイオードの上面を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例と比較例における電流の流れを比較するための図である。 本発明の他の実施例による高効率発光ダイオードを示す断面図である。 本発明の反射構造として適用されるＤＢＲの例を示す図である。 本発明の反射構造として適用されるＤＢＲの例を示す図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための概略的なレイアウト図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための、図７のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための、図７のＢ−Ｂ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための、図７のＣ−Ｃ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図であって、図７のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図であって、図７のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図であって、図７のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図であって、図７のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図であって、図７のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための概略的なレイアウト図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための、図１６のＡ‐Ａ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための、図１６のＢ‐Ｂ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための、図１６のＣ‐Ｃ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図であって、図１６のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図であって、図１６のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図であって、図１６のＡ−Ａ線による断面図である。 垂直型発光ダイオードの製造工程において発生し得る問題点を説明するために、反射金属層の周縁部を示すＳＥＭ断面写真である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための概略的なレイアウト図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための、図２４のＡ‐Ａ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための、図２４のＢ‐Ｂ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための、図２４のＣ‐Ｃ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図であって、図２４のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図であって、図２４のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図であって、図２４のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図であって、図２４のＡ−Ａ線による断面図である。

以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施例について詳述する。以下に説明される実施例は、本発明の思想を、当業者に十分に伝達するために、例として提供されるものである。従って、本発明は、後述する実施例に限定されず、他の形態に具体化され得る。なお、図面において、同一の参照番号は、同一の構成要素を示し、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。

図１は、本発明の一実施例による高効率発光ダイオードを説明するための断面図である。

図１に示すように、本実施例による高効率発光ダイオードは、支持基板４１と、支持基板４１上に配置された半導体積層構造体３０と、半導体積層構造体３０と支持基板４１との間に配置される中間層と、を備える。中間層には、オーミックコンタクト、反射、及び支持基板４１と半導体積層構造体３０との接合のために、多層構造の金属層が含まれてもよい。

支持基板４１は、化合物半導体層を成長させるための成長基板と区別されるものであり、成長基板上に成長された化合物半導体層に付着した二次基板である。成長基板は、III族窒化物半導体の成長に適したサファイア基板であることが好ましく、この場合、支持基板４１についてもサファイア基板を用いると、成長基板と支持基板４１が同一の熱膨張係数を有するので、支持基板４１をボンディングし、成長基板を除去するとき、ウエハの撓みを防止することができるため好ましい。

半導体積層構造体３０は、支持基板４１上に配置されるものであり、活性層２７、活性層２７の両側のｐ型化合物半導体層２９、及びｎ型化合物半導体層２５を有する。ここで、半導体積層構造体３０は、一般の垂直型発光ダイオードと同様に、ｐ型化合物半導体層２９がｎ型化合物半導体層２５に比べて支持基板４１側の近くに位置する。本実施例において、半導体積層構造体３０は、支持基板４１の一部領域上に位置し、半導体積層構造体３０のない支持基板４１上の残りの領域にｐ型のボンディングパッド７０を配置してもよい。支持基板４１が絶縁性を有するので、半導体積層構造体３０と支持基板４１との間において、導電性を有する中間層の一部が、半導体積層構造体３０の横方向に延長され、その延長された部分がｐ型のボンディングパッド７０と接続されてもよい。

ｐ型化合物半導体層２９、活性層２７、及びｎ型化合物半導体層２５は、III−Ｎ系化合物半導体、例えば、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ半導体で形成されてもよい。ｎ型化合物半導体層２５及びｐ型化合物半導体層２９は、それぞれ単一層または多重層であってもよい。例えば、ｎ型化合物半導体層２５及び／またはｐ型化合物半導体層２９は、コンタクト層とクラッド層を有してもよく、また超格子層をさらに有してもよい。また、活性層２７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。抵抗が相対的に小さいｎ型化合物半導体層２５が支持基板４１の反対側に位置することにより、ｎ型化合物半導体層２５の上部面に粗表面（ｒｏｕｇｈｅｎｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ）またはテクスチャード加工表面（ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｅ）を形成することが容易であり、粗表面またはテクスチャード加工表面は、活性層２７で生成した光の抽出効率を向上させる。支持基板４１がサファイア基板のような絶縁基板ではなく、金属または導電性半導体からなる場合、ｐ型ボンディングパッドは、支持基板４１の底面に形成されてもよい。

また、ｐ−オーミック電極３１が支持基板４１と半導体積層構造体３０との間に位置し、ｐ型化合物半導体層２９にオーミックコンタクトしてもよい。また、ｎ−電極パッド５１が半導体積層構造体３０上に位置し、電極延長部５１ａはｎ−電極パッド５１から延長されて形成される。ｎ−電極パッド５１及び電極延長部５１ａは、ｎ型化合物半導体層２５上にオーミックコンタクトしてもよい。また、高効率発光ダイオードは、ｐ−オーミック電極３１と支持基板４１との間に、バリアメタル層３５とボンディングメタル４３を順に含み、バリアメタル層３５は、ｐ−オーミック電極３１と接しており、ボンディングメタル４３は、上下にバリアメタル層３５と支持基板４１とにそれぞれ接している。

本実施例において、ボンディングメタル４３は、半導体積層構造体３０を支持基板４１にボンディングすることに用いられる。このとき、ボンディングメタル４３は、半導体積層構造体３０側のボンディング金属層と支持基板４１側の他のボンディング金属層とをボンディングすることにより形成されてもよく、共晶ボンディング（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ）によって、支持基板４１と半導体積層構造体３０とを接着させる。ボンディングメタル４３は、Ａｕ−Ｓｎ合金を含むことが好ましい。

本実施例において、ｐ−オーミック電極３１は、Ａｇのような反射性金属を含むオーム反射金属層であり、ｐ−オーミック電極３１内の一部領域が、同一の高さに配置され、溝領域３１２として残されている。理解の便宜のために、溝領域３１２は、図１において点線で示される。溝領域３１２は、後述するように、ｎ型化合物半導体層２５上のｎ−電極パッド５１の位置に対応するように、ｐ型化合物半導体層２９の隅部（ｃｏｒｎｅｒ）に近接して配置される。本実施例において、溝領域３１２は、その下方に位置するバリアメタル層３５によって充填される。バリアメタル層３５は、ｐ型化合物半導体層２９に対してオーミックコンタクトされにくく、例えば、ニッケルのような金属で形成され、これにより、溝領域３１２では電流の流れが抑制され得る。

ｎ−電極パッド５１にボンディングワイヤｗが接続されてもよく、電極延長部５１ａがｎ−電極パッド５１から延長されて形成される。

図２は、ｎ型化合物半導体層２５の上面を示す平面図である。

図２を参照すると、ｎ−電極パッド５１は、ｎ型化合物半導体層２５の中央領域から外れて、ｎ型化合物半導体層２５の隅部に近接して位置し、これにより、ボンディングワイヤＷによってｎ型化合物半導体層２５上の発光領域が覆われることを最小化することができる。また、電極延長部５１ａは、ｎ−電極パッド５１から線形に延長される。さらに具体的には、電極延長部５１ａは、ｎ−電極パッド５１を始点としてさらにｎ−電極パッド５１に戻る閉ループ状の外部電極パターン５１２と、両端が外部電極パターン５１２の異なる二つの位置に接続される複数の内部電極パターン５１４とを有してもよい。

さらに図１を参照すると、ｎ−電極パッド５１は、上述したように、ｐ−オーミック電極３１が存在しない溝領域３１２の対向領域、すなわち、溝領域３１２の真上の領域に位置する。また、電極延長部５１ａは、ｎ−電極パッド５１からｐ−オーミック電極３１の領域の上部に延びている。したがって、ｎ型化合物半導体層２５上のｎ−電極パッド５１と、その真下にあるｐ型化合物半導体層２９上の溝領域３１２との間には、電流の経路が実質的に遮断される。これにより、ｎ型化合物半導体層２５上の電極延長部５１ａを経た電流が増加し、電極延長部５１ａとｐ−オーミック電極３１との間の電流もさらに増加する。これにより、電流の拡散がさらに効率的に行われ得る。このとき、ｎ型化合物半導体層２５の上面を過度に覆い過ぎない範囲で、電極延長部５１ａのパターンを適切に調節することにより、電流の拡散効率をさらに高めることができる。

図３の（ａ）及び（ｂ）は、溝領域３１２の有無によって、電極延長部５１ａが電流拡散の増加に寄与する程度の差を比較するための図であって、溝領域３１２がある場合（図３の（ａ）参照）が、溝領域がない場合（図３の（ｂ）参照）に比べて、電極延長部５１ａとｐ−オーミック電極３１との間の電流がさらに増加するということを図式的に示している。

図４は、本発明の他の実施例による高効率発光ダイオードを示す断面図である。

図４を参照すると、本実施例による高効率発光ダイオードは、上述した発光ダイオードとほぼ類似しているが、ＤＢＲで構成された絶縁膜２２（以下、「絶縁ＤＢＲ」という）が、溝領域３１２に充填され、ｐ型化合物半導体層２９に接している点において異なる。ＤＢＲ２２は、その周辺のｐ−オーミック電極３１、すなわち、オーム反射金属層とともに、半導体積層構造体３０の下部に位置するｐ型化合物半導体層２９に接している。

絶縁ＤＢＲ２２は、例えば、Ｓｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ、Ｔｉ_ｘＯ_ｙ、Ｔａ_ｘＯ_ｙ、Ｎｂ_ｘＯ_ｙから選択された少なくとも二つの高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層して形成されてもよい。交互に積層される高屈折率層と低屈折率層の光学的厚さを調節し、特定波長の光に対する反射率を極大化することができる。このとき、絶縁ＤＢＲ２２は、活性層２７で生成された光のような特定波長に対して反射率を高めるために、各層を同一の光学的厚さで形成してもよい。これとは異なり、絶縁ＤＢＲ２２を、相対的に広い範囲の波長領域に対して反射率を高めるために、反射波長の異なる複数のＤＢＲを積層して形成してもよい。このとき、各絶縁ＤＢＲ２２の反射波長は、高屈折率層と低屈折率層の光学的厚さによって調節される。

絶縁ＤＢＲ２２は、特定波長の光を反射するにあたっては、垂直方向に一つの高屈折率層と一つの低屈折率層が繰り返し積層されてなる単一ＤＢＲを有することが好ましい。しかし、上述したような発光ダイオードが、白色光を放出する発光ダイオードパッケージに適用される白色発光ダイオードである場合、絶縁ＤＢＲ２２が二つ以上に積層された絶縁ＤＢＲ部を有する構造によって、光効率をさらに向上させることに寄与することができる。以下では、二つ以上の異なる波長の光を反射することに適した二つ以上の絶縁ＤＢＲ部が積層された構造であって、上述した発光ダイオードに適用可能な絶縁ＤＢＲの他の例について説明する。

図５を参照すると、本実施例の絶縁ＤＢＲ２２は、第１の絶縁ＤＢＲ部２２２及び第２の絶縁ＤＢＲ部２２４を有する。

第１の絶縁ＤＢＲ部２２２は、第１の材料層２２２ａと第２の材料層２２２ｂの複数の対が繰り返して形成され、第２の絶縁ＤＢＲ部２２４は、第３の材料層２２４ａと第４の材料層２２４ｂの複数の対が繰り返して形成される。第１の絶縁ＤＢＲ部２２２の第１の材料層２２２ａ及び第２の材料層２２２ｂの複数の対は、青色波長領域の光に比べて赤色波長領域の光、例えば、５５０ｎｍまたは６３０ｎｍの光に対する反射率が相対的に高く、第２の絶縁ＤＢＲ部２２４の第３の材料層２２４ａ及び第４の材料層２２４ｂの複数の対は、赤色または緑色波長領域の光に比べて青色波長領域の光、例えば、４６０ｎｍの光に対する反射率が相対的に高くてもよい。第１の絶縁ＤＢＲ部２２２内の第１及び第２の材料層２２２ａ、２２２ｂの光学的厚さが、第２の絶縁ＤＢＲ部２２４内の第３及び第４の材料層２２４ａ、２２４ｂの光学的厚さよりも厚いが、これに限定されるものではなく、その反対であってもよい。

第１の材料層２２２ａは、第３の材料層２２４ａと同一の材料、すなわち、同一の屈折率を有してもよく、第２の材料層２２２ｂは、第４の材料層２２４ｂと同一の材料、すなわち、同一の屈折率を有してもよい。例えば、第１の材料層２２２ａ及び第３の材料層２２４ａは、ＴｉＯ_２（屈折率ｎ：約２．５）で形成されてもよく、第２の材料層２２２ｂ及び第４の材料層２２４ｂは、ＳｉＯ_２（屈折率ｎ：約１．５）で形成されてもよい。

一方、第１の材料層２２２ａの光学的厚さは、第２の材料層２２２ｂの光学的厚さと実質的に整数倍の関係を有し、好ましくは、これらの光学的厚さは、実質的に互いに同一であってもよい。また、第３の材料層２２４ａの光学的厚さは、第４の材料層２２４ｂの光学的厚さと実質的に整数倍の関係を有し、好ましくは、これらの光学的厚さは、実施的に互いに同一であってもよい。

また、第１の材料層２２２ａの光学的厚さが、第３の材料層２２４ａの光学的厚さよりも厚く、第２の材料層２２２ｂの光学的厚さが第４の材料層２２４ｂの光学的厚さよりも厚くてもよい。第１乃至第４の材料層２２２ａ、２２２ｂ、２２４ａ、２２４ｂの光学的厚さは、各材料層の屈折率及び／または実際の厚さを調節して制御することができる。

本実施例によって、相対的に長波長の可視光線に対して反射率の高い第１の絶縁ＤＢＲ部２２２と、相対的に短波長の可視光線に対して反射率の高い第２の絶縁ＤＢＲ部２２４とが互いに積層された構造の絶縁ＤＢＲ２２が提供される。この絶縁ＤＢＲ２２は、これらの第１の絶縁ＤＢＲ部２２２と第２の絶縁ＤＢＲ部２２４との組合せによって、可視光線領域の広い波長帯域にわたって高い反射率を示すことができる。

単一ＤＢＲは、特定の波長範囲の光に対する反射率は高いが、他の波長範囲の光に対する反射率が相対的に低いので、白色光を放出する発光ダイオードパッケージにおいて光効率の向上に限界がある。しかし、二つ以上のＤＢＲ部で構成された図５に示すような絶縁ＤＢＲ２２の場合、青色波長領域の光のみならず、緑色波長領域の光及び赤色波長領域の光に対しても高い反射率を有することができるので、発光ダイオードパッケージの光効率を改善することができる。

さらに、第１の絶縁ＤＢＲ部２２２を第２の絶縁ＤＢＲ部２２４に比べて半導体積層構造体の近くに配置することにより、その逆で配置する場合と比べて、絶縁ＤＢＲ２２内での光損失を減少させることができる。

本実施例において、第１の絶縁ＤＢＲ部２２２と第２の絶縁ＤＢＲ部２２４の二つの反射器（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）について説明しているが、さらに多数のＤＢＲが用いられてもよい。この場合、相対的に長波長に対して反射率の高いＤＢＲが半導体積層構造体に相対的に近くに位置することが好ましい。

また、本実施例において、第１の絶縁ＤＢＲ部２２２内の第１の材料層２２２ａの厚さは互いに異なってもよく、また、第２の材料層２２２ｂの厚さは互いに異なってもよい。また、第２の絶縁ＤＢＲ部２２４内の第３の材料層２２４ａの厚さは互いに異なってもよく、また、第４の材料層２２４ｂの厚さは互いに異なってもよい。

本実施例において、材料層２２２ａ、２２２ｂ、２２４ａ、２２４ｂが、ＳｉＯ_２またはＴｉＯ_２で形成されるものと説明しているが、これに限定されるものではなく、他の材料層、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４化合物半導体等で形成されてもよい。但し、第１の材料層２２２ａと第２の材料層２２２ｂの屈折率の差、及び第３の材料層２２４ａと第４の材料層２２４ｂの屈折率の差がそれぞれ０．５よりも大きいことが好ましい。

また、第１の絶縁ＤＢＲ部２２２内の第１の材料層と第２の材料層との対の数、及び第２の絶縁ＤＢＲ部２２４内の第３の材料層と第４の材料層との対の数は、多いほど、反射率が増加し、これらの対の合計は、２０以上であってもよい。

図６は、本発明のまた他の例による絶縁ＤＢＲ２２を説明するための断面図である。本実施例による絶縁ＤＢＲ２２では、第１の材料層２２２ａと第２の材料層２２２ｂの複数の対と、第３の材料層２２４ａと第４の材料層２２４ｂの複数の対が、それぞれ混合している。すなわち、第３の材料層２２４ａと第４の材料層２２４ｂの少なくとも一つの対が、第１の材料層２２２ａと第２の材料層２２２ｂの複数の対の間に位置し、また、第１の材料層２２２ａと第２の材料層２２２ｂの少なくとも一つの対が、第３の材料層２２４ａと第４の材料層２２４ｂの複数の対の間に位置する。ここで、第１乃至第４の材料層２２２ａ、２２２ｂ、２２４ａ、２２４ｂの光学的厚さは、可視光線領域の広い範囲にわたって光に対する高い反射率を有するように制御される。

図７は、本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための概略的なレイアウト図であって、図８乃至図１０は、それぞれ、図７のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿った断面図である。図７において、半導体積層構造体３０の下方に位置する反射金属層３１及び下部絶縁層３３を点線で示す。図７乃至図１０を参照すると、発光ダイオードは、支持基板４１、半導体積層構造体３０、反射金属層３１、下部絶縁層３３、バリアメタル層３５、上部絶縁層４７、ｎ−電極パッド５１、及び電極延長部５１ａを備える。また、発光ダイオードは、ボンディングメタル１４３を備えてもよい。

支持基板４１は、化合物半導体層を成長させるための成長基板と区別され、既に成長させた化合物半導体層に付着した（ａｔｔａｃｈｅｄ）二次基板である。支持基板４１は、導電性基板、例えば、金属基板または半導体基板であってもよいが、これに限定されるものではなく、サファイアのような絶縁基板であってもよい。

半導体積層構造体３０は、支持基板４１上に位置し、ｐ型化合物半導体層２９、活性層２７、及びｎ型化合物半導体層２５を有する。ここで、半導体積層構造体３０は、一般の垂直型発光ダイオードと同様に、ｐ型化合物半導体層２９がｎ型化合物半導体層２５に比べて支持基板４１の近くに位置する。半導体積層構造体３０は、支持基板４１の一部領域上に位置してもよい。すなわち、支持基板４１が半導体積層構造体３０に比べて相対的に広い面積を有し、半導体積層構造体３０は、支持基板４１の周縁部（ｅｄｇｅ）により取り囲まれた領域内に位置する。

ｎ型化合物半導体層２５、活性層２７、及びｐ型化合物半導体層２９は、図１を参照して説明したものと同様であるので、詳細な説明を省略する。

ｐ−電極は、ｐ型化合物半導体層２９と支持基板４１との間に位置し、反射金属層３１及びバリアメタル層３５を有してもよい。反射金属層３１は、半導体積層構造体３０と支持基板４１との間において、ｐ型化合物半導体層２９にオーミックコンタクトする。反射金属層３１は、例えば、Ａｇのような反射層を有してもよい。反射金属層３１は、半導体積層構造体３０の領域の下方に限定されて位置してもよい。反射金属層３１は、図７に示すように、複数のプレート（ｐｌａｔｅｓ）で形成されてもよく、複数のプレート間に溝が形成される。溝を通じて半導体積層構造体３０が露出する。

下部絶縁層３３が、反射金属層３１と支持基板４１との間において、反射金属層３１を覆う。下部絶縁層３３は、反射金属層３１、例えば、複数のプレートの側面及び周縁部を覆い、反射金属層３１を露出させる開口部を有する。下部絶縁層３３は、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜の単一層または多重層で形成されてもよく、また、屈折率の相違した絶縁層、例えば、ＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２またはＳｉＯ_２／Ｎｂ_２Ｏ_５を繰り返して積層した分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）であってもよい。下部絶縁層３３によって、反射金属層３１の側面が外部に露出することを防止することができる。また、下部絶縁層３３は、半導体積層構造体３０の側面の下方に位置してもよく、よって、半導体積層構造体３０の側面からの漏れ電流を防止することができる。

バリアメタル層３５は、下部絶縁層３３の下方で下部絶縁層３３を覆い、下部絶縁層３３の開口部を介して反射金属層３１に接続される。バリアメタル層３５は、反射金属層３１の金属物質、例えば、Ａｇの拡散を防止して反射金属層３１を保護する。バリアメタル層３５は、例えば、Ｎｉ層を含んでもよい。バリアメタル層３５は、支持基板４１の前面上に位置してもよい。

一方、支持基板４１は、バリアメタル層３５上にボンディングメタル４３を介してボンディングされてもよい。ボンディングメタル４３は、例えば、Ａｕ−Ｓｎで共晶ボンディングを用いて形成されてもよい。これとは異なり、支持基板４１は、例えば、メッキ技術を用いてバリアメタル層３５上に形成されてもよい。支持基板４１が導電性基板である場合、ｐ−電極パッドの機能を行うことができる。これとは異なり、支持基板４１が絶縁基板である場合、支持基板４１上に位置するバリアメタル層３５上にｐ−電極パッドが形成されてもよい。

一方、半導体積層構造体３０の上面、すなわち、ｎ型化合物半導体層２５の表面は粗い表面Ｒと滑らかな表面を有してもよい。図８乃至図１０に示すように、ｎ−電極パッド５１及び電極延長部５１ａは、滑らかな表面上に配置される。図示したように、ｎ−電極パッド５１及び電極延長部５１ａは、滑らかな表面上に限定されて配置され、滑らかな表面の幅に比べて狭い幅を有してもよい。したがって、半導体積層構造体３０にアンダーカット等の発生により、電極パッドや電極延長部が剥離することを防止し、信頼性を高めることができる。一方、粗い表面Ｒは、滑らかな表面よりも下方に位置してもよい。すなわち、粗い表面Ｒは、電極パッド５１及び電極延長部５１ａの下方に配置される。

一方、ｎ−電極パッド５１は、半導体積層構造体３０上に位置し、ｎ−電極パッド５１から電極延長部５１ａが延長される。半導体積層構造体３０上に複数のｎ−電極パッド５１が位置してもよく、ｎ−電極パッド５１からそれぞれ電極延長部５１ａが延長されてもよい。電極延長部５１ａが半導体積層構造体３０に電気的に接続され、ｎ型化合物半導体層２５に直接接続することができる。

ｎ−電極パッド５１はまた、反射金属層３１の溝領域の上部に位置してもよい。すなわち、ｎ−電極パッド５１の下方には、ｐ型化合物半導体層２９にオーミックコンタクトする反射金属層３１がなく、その代わりに下部絶縁層３３が位置する。さらには、電極延長部５１ａも、反射金属層３１の溝領域の上部に位置する。図７に示すように、複数のプレートからなる反射金属層３１において、プレート間の領域の上部に電極延長部５１ａが位置してもよい。好ましくは、反射金属層３１の溝領域、例えば、複数のプレート間の領域の幅は、電極延長部５１ａの幅よりもさらに広い。これにより、電極延長部５１ａから真下に電流が集中的に流れることを防止することができる。

一方、上部絶縁層４７がｎ−電極パッド５１と半導体積層構造体３０との間に介在される。上部絶縁層４７によって、ｎ−電極パッド５１から直接半導体積層構造体３０に電流が流れることが防止され、特に、ｎ−電極パッド５１の真下の一部に電流が集中することを防止することができる。また、上部絶縁層４７は、粗い表面Ｒを覆う。このとき、上部絶縁層４７は、粗い表面Ｒに沿って形成された凹凸面（ｕｎｅｖｅｎ ｓｕｒｆａｃｅ）を有してもよい。上部絶縁層４７の凹凸面は、膨らんだ形状を有してもよい。上部絶縁層４７の凹凸面によって、上部絶縁層４７の上部面で発生する内部全反射（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を減少させることができる。

また、上部絶縁層４７は、半導体積層構造体３０の側面を覆って、半導体積層構造体３０を外部環境から保護することができる。さらには、上部絶縁層４７は、半導体積層構造体３０を露出させる開口部を有してもよく、電極延長部５１ａは、開口部内に位置して半導体積層構造体３０に接触してもよい。

図１１乃至図１５は、本発明の一実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図である。ここで、これらの断面図は、図７のＡ−Ａ線による断面図である。

図１１を参照すると、成長基板２１上に、ｎ型半導体層２５、活性層２７、及びｐ型半導体層２９を有する半導体積層構造体３０が形成される。成長基板２１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、例えば、シリコン基板であってもよい。ｎ型及びｐ型半導体層２５、２９は、それぞれ単一層または多重層構造で形成されてもよい。また、活性層２７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系化合物半導体層で形成されてもよく、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）等の工程によって、成長基板２１上に成長される。

一方、化合物半導体層を形成する前、バッファ層（図示せず）が形成されてもよい。バッファ層は、成長基板２１と化合物半導体層の格子不整合（ｌａｔｔｉｃｅ ｍｉｓｍａｔｃｈ）を減らすために用いられ、窒化ガリウムまたは窒化アルミニウム等の窒化ガリウム系物質層であってもよい。

図１２を参照すると、半導体積層構造体３０上に反射金属層３１が形成される。反射金属層３１は、半導体積層構造体３０を露出させる溝を有する。例えば、反射金属層３１は、複数のプレートからなってもよく、複数のプレート間に溝が形成されてもよい（図７参照）。

次いで、反射金属層３１を覆う下部絶縁層３３が形成される。下部絶縁層３３は、反射金属層内の溝を満たし、反射金属層の側面及び周縁部を覆う。また、下部絶縁層３３は、反射金属層３１を露出させる開口部を有する。下部絶縁層３３は、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く、屈折率の相違した絶縁層を交互に積層することにより、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）として形成されてもよい。

下部絶縁層３３上にバリアメタル層３５が形成される。バリアメタル層３５は、下部絶縁層３３に形成された開口部に充填されることにより、反射金属層３１に接することができる。

図１３を参照すると、バリアメタル層３５上に支持基板４１が付着される。支持基板４１は、半導体積層構造体３０とは別に形成された後、ボンディングメタル４３を介してバリアメタル層３５上にボンディングされる。これとは異なり、支持基板４１は、バリアメタル層３５上においてメッキされて形成される。

その後、成長基板２１が除去され、半導体積層構造体３０のｎ型化合物半導体層２５の表面が露出する。成長基板２１は、レーザリフトオフ技術を用いて除去される。

図１４を参照すると、露出したｎ型半導体層２５上にマスクパターン４５が形成される。マスクパターン４５は、反射金属層３１の溝に対応するｎ型半導体層２５の一部領域を覆い、その他の領域を露出させる。特に、マスクパターン４５は、以降、ｎ−電極パッド及び電極延長部が形成されるｎ型半導体層２５の領域を覆う。マスクパターン４５は、フォトレジストのようなポリマーで形成されてもよい。

次いで、マスクをエッチングマスクとして用い、ｎ型半導体層２５の表面を異方性エッチングすることにより、ｎ型半導体層２５に粗い面Ｒを形成する。その後、マスクパターン４５が除去される。マスクパターン４５が位置するｎ型半導体層２５の表面の一部領域は、滑らかな表面を維持する。

一方、半導体積層構造体３０をパターニングして、チップ分割領域が形成され、下部絶縁層３３が露出する。チップ分割領域は、粗い表面Ｒを形成する前または後に形成されてもよい。

図１５を参照すると、粗い表面Ｒが形成されたｎ型半導体層２５上に上部絶縁層４７を形成する。上部絶縁層４７は、粗い表面Ｒに沿って形成され、粗い表面Ｒに対応する凹凸面を有する。上部絶縁層４７は、ｎ−電極パッド５１が形成される滑らかな表面を覆う。また、上部絶縁層４７は、チップ分割領域に露出した半導体積層構造体３０の側面を覆ってもよい。但し、上部絶縁層４７は、電極延長部５１ａが形成される領域の滑らかな表面を露出させる開口部４７ａを有する。

次いで、上部絶縁層４７上にｎ−電極パッド５１を形成すると共に、開口部４７ａ内に電極延長部を形成する。電極延長部は、ｎ−電極パッド５１から延長され、半導体積層構造体３０に電気的に接続する。

その後、支持基板は、チップ分割領域に沿って個別チップに分割されることにより、発光ダイオードが完成する（図８参照）。

図１６は、本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための概略的なレイアウト図であって、図１７乃至図１９は、それぞれ、図１６のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿った断面図である。図１６において、半導体積層構造体３０の下方に位置する反射金属層３１及び下部絶縁層３３を点線で表示する。

図１６乃至図１９を参照すると、発光ダイオードは、先に図７乃至図１０を参照して上述した発光ダイオードとほぼ同一であるが、特定の材料及び構造の支持基板６０を有することが異なる。

本実施例において、支持基板６０は、既に成長された化合物半導体層に付着した二次基板であって、導電性基板、例えば、金属基板であってもよい。

支持基板６０は、支持基板６０の中央に位置する第１の金属層６４と、第１の金属層６４の上下に互いに対称に配置された第２の金属層６２、６６とを有して構成される。第１の金属層６４は、例えば、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一つを有してもよい。第２の金属層６２、６６は、第１の金属層６４よりも熱膨張係数がさらに高い材質であって、例えば、銅（Ｃｕ）を有してもよい。第１の金属層６４と第２の金属層６２および第１の金属層６４と第２の金属層６６の間には、接合層６３、６５が形成されている。また、ボンディングメタル４３と第２の金属層６２との間にも、接合層６１が形成されている。これらの接合層６１、６３、６５は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔの少なくとも一つを有してもよい。さらに、第１の金属層６４の下方に位置する第２の金属層６６の下面には、接合層６７を介して下部ボンディングメタル６８が形成されてもよい。下部ボンディングメタル６８は、支持基板６０と半導体積層構造体３０との間に介在されたボンディングメタル４３と対称な構造であり、ボンディングメタル４３と同一の材質からなり、例えば、ＡｕまたはＡｕ−Ｓｎ（８０／２０ｗｔ％）であってもよい。下部ボンディングメタル６８は、支持基板６０を電子回路またはＰＣＢ基板に付着するために用いられてもよい。

本実施例において、支持基板６０は、第１の金属層６４と、第１の金属層６４の上下面に互いに対称に形成された第２の金属層６２、６６とを有する構造である。第１の金属層６４を構成する、例えば、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）は、第２の金属層６２、６６を構成する、例えば、銅（Ｃｕ）に比べて相対的に低い熱膨張係数及び相対的に高い強度を有する。第１の金属層６４の厚さは、第２の金属層６２、６６の厚さに比べてさらに厚く形成される。これにより、第１の金属層６４の上下面に第２の金属層６２、６６を形成することが、その反対構造（第２の金属層の上下面に第１の金属層が形成される構造）を有するよりも、工程においてさらに好ましい。また、支持基板６０が、成長基板と半導体積層構造体３０の熱膨張係数と類似した熱膨張係数を有するように、第１の金属層６４の厚さと第２の金属層６２、６６の厚さが適宜調節されてもよい。

支持基板６０は、半導体積層構造体３０と別途に形成された後、ボンディングメタル４３を介してバリアメタル層３５上にボンディングされてもよい。ボンディングメタル４３は、例えば、ＡｕまたはＡｕ−Ｓｎ（８０／２０ｗｔ％）で共晶ボンディングを用いて形成されてもよい。これとは異なり、支持基板６０は、バリアメタル層３５上においてメッキまたは蒸着されて形成されてもよい。例えば、支持基板６０は、整流器を用いて金属を析出する電解メッキ方式、還元剤を用いて金属を析出する無電解メッキ方式でメッキされてもよく、熱蒸着、電子線蒸着、スパッタリング、化学気相蒸着等の方式で蒸着されてもよい。

図２０乃至図２２は、本発明の一実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図である。ここで、これらの断面図は、図１６のＡ−Ａ線による断面図である。

図２０を参照すると、先ず、図１０を参照して説明したように、成長基板２１上に、ｎ型半導体層２５、活性層２７、及びｐ型半導体層２９を有する半導体積層構造体３０が形成される。その後、図１２を参照して説明したように、半導体積層構造体３０上に、反射金属層３１、下部絶縁層３３、及びバリアメタル層３５が形成される。

次いで、バリアメタル層３５上に支持基板６０が付着される。支持基板６０は、半導体積層構造体３０とは別に形成された後、ボンディングメタル４３を介してバリアメタル層３５上にボンディングされてもよい。

支持基板６０は、図１６乃至図１９を参照して説明したように、支持基板６０の中央に位置する第１の金属層６４と、第１の金属層６４の上下に互いに対称に配置された第２の金属層６２、６６とを有する。第１の金属層６４は、例えば、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一つを有してもよい。第２の金属層６２、６６は、第１の金属層６４よりも熱膨張係数がさらに高い材質であって、例えば、銅（Ｃｕ）を有してもよい。第１の金属層６４と第２の金属層６２および第１の金属層６４と第２の金属層６６の間には、接合層６３、６５が形成されている。また、ボンディングメタル４３と第２の金属層６２との間にも、接合層６１が形成されている。これらの接合層６１、６３、６５は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔの少なくとも一つを有してもよい。さらに、第２の金属層６６の下面には、接合層６７を介して下部ボンディングメタル６８が形成されてもよい。下部ボンディングメタル６８は、支持基板６０を電子回路またはＰＣＢ基板に付着するために用いられてもよい。

本実施例において、支持基板６０は、第１の金属層６４と、第１の金属層６４の上下面に互いに対称に形成された第２の金属層６２、６６とを有する構造である。第１の金属層６４を構成する、例えば、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）は、第２の金属層６２、６６を構成する、例えば、銅（Ｃｕ）に比べて相対的に低い熱膨張係数及び相対的に高い強度を有する。第１の金属層６４の厚さは、第２の金属層６２、６６の厚さに比べてさらに厚く形成される。また、支持基板６０が、成長基板と半導体積層構造体３０の熱膨張係数と類似した熱膨張係数を有するように、第１の金属層６４の厚さと第２の金属層６２、６６の厚さが適宜調節されてもよい。

このような支持基板６０の構造によって、支持基板６０の接合による熱工程時またはその以降の工程において、成長基板２１、半導体積層構造体３０、支持基板６０間の熱膨張係数の差によるストレスを効果的に緩和させることができ、化合物半導体層の損傷及び撓む現象を抑制することができる。

支持基板６０を接合するためには、高温雰囲気（ｈｉｇｈ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）が必要であり、接合が容易に行われるようにするために、支持基板６０に圧力が加えられてもよい。このような圧力は、高温のチェンバの上部に配置された圧力印加プレートを用いて接合工程中にのみ加えられ、接合以降は圧力を加えないものであってもよい。

または、圧力は、支持基板６０と成長基板２１を両側で固定させるホルダーによって印加され、よって、圧力は、高温雰囲気のチェンバとは別に印加されてもよい。これにより、支持基板６０を接合した後、常温でも圧力が維持される。

支持基板６０の接合後、成長基板２１を除去する工程は、研磨工程またはレーザリフトオフ工程が用いられてもよい。この場合、熱膨張係数の差による撓みを緩和するために、成長基板２１を載置するホルダーを撓みが緩和される程度に加熱してもよい。また、レーザリフトオフ工程では、成長基板２１が分離される過程で発生するガス及びレーザビーム照射による衝撃によって、支持基板６０と半導体積層構造体が破損することを防止するために、成長基板２１と支持基板６０を固定させるホルダーを装着した状態でレーザリフトオフ工程を実行してもよい。

一方、支持基板６０は、例えば、メッキ技術を用いてバリアメタル層３５上に形成されてもよい。

支持基板６０が形成された後、成長基板２１が除去され、半導体積層構造体３０のｎ型半導体層２５の表面が露出する。成長基板２１は、レーザリフトオフ工程を通じて、成長基板２１の方向にレーザを照射し、成長基板２１を分離して除去することができる。こりとき、レーザは、成長基板２１のエネルギーバンドギャップよりも小さなエネルギーを有し、バッファ層のエネルギーバンドギャップよりも大きなエネルギーを有するように選択される。

図２１を参照すると、図１４を参照して説明したように、露出したｎ型半導体層２５上にマスクパターン４５が形成され、マスクをエッチングマスクとして用い、ｎ型半導体層２５の表面を異方性エッチングすることにより、ｎ型半導体層２５に粗い表面Ｒを形成する。その後、マスクパターン４５が除去される。

一方、半導体積層構造体３０をパターニングしてチップ分割領域が形成され、下部絶縁層３３が露出する。チップ分割領域は、粗い表面Ｒを形成する前または後に形成されてもよい。

図２２を参照すると、図１５を参照して説明したように、粗い表面Ｒが形成されたｎ型半導体層２５上に上部絶縁層４７が形成される。次いで、上部絶縁層４７上にｎ−電極パッド５１を形成すると共に、開口部４７ａ内に電極延長部を形成する。電極延長部は、ｎ−電極パッド５１から延長され、半導体積層構造体３０に電気的に接続する。その後、支持基板は、チップ分割領域に沿って個別チップに分割することにより、発光ダイオードが完成する（図１７参照）。

図２３は、垂直型発光ダイオードにおいて発生し得る問題点を説明するために、反射金属層の周縁部を示すＳＥＭ断面写真である。

図２３を参照すると、ｐ型半導体層２９上に反射金属層３１が形成され、反射金属層３１の周縁部は、絶縁層３３で覆われる。絶縁層３３は、反射金属層３１を露出させる溝（写真には示されていない）を有するようにパターニングされている。絶縁層３３及び溝によって露出した反射金属層３１上にバリアメタル層３５が形成される。次いで、バリアメタル層３５上にボンディングメタル４３が形成され、ボンディングメタル４３を介して、その上に支持基板（写真には示されていない）が付着される。反射金属層３１は、銀（Ａｇ）を含み、下部絶縁層３３は、一般にＳｉＯ_２で形成され、バリアメタル層３５は、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、及びＷを繰り返し積層し、またはこれらの合金で形成される。

図２３に示すように、反射金属層３１の周縁部の付近において、絶縁層３３及びバリアメタル層３５にクラックが発生している。このようなクラックは、絶縁層３３を用いていない場合、すなわち、バリアメタル層３５を直接反射金属層３１上に形成した場合も発生することが確認された。クラックは、反射金属層３１の付近において幅が広く形成され、反射金属層３１から遠ざかるほど幅が小さくなり、バリアメタル層のほぼ全ての厚みにわたって繋がって形成されている。

このようなクラックは、反射金属層３１の熱膨張係数が、絶縁層３３及びバリアメタル層３５の熱膨張係数に比べて相対的に大きいので発生するものと予想される。すなわち、熱工程が進行するとき、反射金属層３１が、絶縁層３３及びバリアメタル層３５に比べて相対的にさらに大きく膨張するため、反射金属層３１の周縁部にストレスが集中し、これにより、反射金属層３１に近い絶縁層３３でクラックが発生し、バリアメタル層３５に転移する（ｔｒａｎｓｆｅｒ）ものと判断される。

クラックの発生により、反射金属層３１の周縁部の付近において反射金属層の電気的特性が変形し、さらには、反射金属層３１とｐ型半導体層２９との間で界面剥離等の問題が発生し、反射金属層のオーム特性が悪くなる。また、クラックがｐ型半導体層２９の表面上で発生するため、発光ダイオードの信頼性が悪化するものと予想される。

したがって、以下では、特に反射金属層の外部に露出することを防止すると共に、反射金属層の周縁部の付近で発生するクラックによって、電気的特性及び信頼性が悪化することを防止することができる特徴を有する発光ダイオードについて説明する。

図２４は、本発明のまた他の実施例による発光ダイオードを説明するための概略的なレイアウト図であって、図２５乃至図２７は、それぞれ、図２４のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線による断面図である。図２４において、半導体積層構造体３０の下方に位置する保護層１３１内の溝１３１ａ及び反射金属層１３３を点線で表示する。

図２４乃至図２７を参照すると、発光ダイオードは、図７乃至図１０を参照して説明した発光ダイオードとほぼ類似しているが、保護層１３１、反射金属層１３３、バリアメタル層１３５に関して差がある。以下では、重複を避けるために、図７乃至図１０と同一の構成要素については説明を省略し、差異点について詳細に説明する。

保護層１３１は、半導体積層構造体３０と支持基板４１との間に位置し、半導体積層構造体３０、例えば、ｐ型化合物半導体層２９を露出させる溝１３１ａを有する。保護層１３１は、半導体積層構造体３０を露出させる複数の溝１３１ａを有してもよい。溝１３１ａの側壁は、図示したように傾斜してもよい。これにより、溝１３１ａの側壁において、反射金属層１３３及びバリアメタル層１３５にクラックが形成することを防止または緩和することができる。

また、保護層１３１は、半導体積層構造体３０の外部に延長され、半導体積層構造体３０の側面の下方に位置し、反射金属層１３３の上部面が半導体積層構造体３０側に露出することを防止する。

保護層１３１は、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜の単一層または多重層であってもよく、また、屈折率の異なる絶縁層、例えば、ＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２またはＳｉＯ_２／Ｎｂ_２Ｏ_５を繰り返して積層した分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）であってもよい。また、保護層１３１は、半導体積層構造体３０、例えば、ｐ型化合物半導体層２９にショットキーコンタクトするＴｉのような金属層であってもよい。

反射金属層１３３は、保護層１３１と支持基板４１との間に位置し、保護層１３１の溝１３１ａに充填されて、半導体積層構造体３０、例えば、ｐ型化合物半導体層２９にオーミックコンタクトする。反射金属層１３３は、例えば、Ａｇのような反射層を有してもよい。反射金属層１３３の周縁部１３３ａまたは側面は、保護層１３１の下方に位置する。すなわち、反射金属層１３３の周縁部は、保護層１３１と支持基板４１との間に位置する。さらには、反射金属層１３３の周縁部１３３ａは、図２４に示すように、半導体積層構造体３０の周縁部と支持基板４１の周縁部との間に位置してもよい。すなわち、反射金属層１３３の周縁部１３３ａで取り囲まれた領域の上部領域内に半導体積層構造体３０が限定されて位置する。

一方、バリアメタル層１３５は、反射金属層１３３と支持基板４１との間に位置し、反射金属層１３３の周縁部１３３ａを覆って反射金属層１３３を取り囲む。すなわち、反射金属層１３３の側面及び下部面がバリアメタル層１３５で覆われる。バリアメタル層１３５は、反射金属層１３３の金属物質、例えば、Ａｇの移動を防止するとともに、反射金属層１３３の側面が外部に露出することを防止する。バリアメタル層１３５は、例えば、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗまたはこれらの合金を有してもよく、支持基板４１の全面上に位置してもよい。

一方、ｎ−電極パッド５１は、半導体積層構造体３０上に位置し、ｎ−電極パッド５１から電極延長部５１ａが延長する。半導体積層構造体３０上に複数のｎ−電極パッド５１が位置してもよく、ｎ−電極パッド５１からそれぞれ電極延長部５１ａに延長してもよい。電極延長部５１ａが半導体積層構造体３０に電気的に接続され、ｎ型化合物半導体層２５に直接接触することができる。

また、ｎ−電極パッド５１は、保護層１３１の領域の上部に位置してもよい。すなわち、ｎ−電極パッド５１の真下では、反射金属層１３３がｐ型化合物半導体層２９にオーミックコンタクトせず、その代わりに保護層１３１が位置する。さらには、電極延長部５１ａも、保護層１３１の上部に位置してもよい。これにより、電極延長部５１ａから真下に電流が集中的に流れることを防止することができる。

図２８乃至図３１は、本発明の一実施例による発光ダイオードを製造する方法を説明するための断面図である。ここで、これらの断面図は、それぞれ、図２４のＡ−Ａ線による断面図である。

図２８を参照すると、先ず、図１１を参照して説明したように、成長基板２１上に、ｎ型半導体層２５、活性層２７、及びｐ型半導体層２９を有する半導体積層構造体３０が形成される。半導体積層構造体３０上に保護層１３１が形成される。保護層１３１は、半導体積層構造体３０を露出させる溝（図２４の１３１ａ参照）を有する。溝１３１ａの側壁は、傾斜して形成されてもよい。保護層１３１は、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く、屈折率の相違した絶縁層を交互に積層することにより、分布ブラッグ反射器で形成されてもよい。または、保護層１３１は、半導体積層構造体３０、例えば、ｐ型化合物半導体層２９にショットキーコンタクトする金属層で形成されてもよい。

保護層１３１上に反射金属層１３３が形成される。反射金属層１３３は、保護層１３１を覆い、保護層１３１内の溝に充填されて半導体積層構造体３０にオーミックコンタクトする。反射金属層１３３は、銀（Ａｇ）等の反射性金属を含む。一方、反射金属層１３３の周縁部は、保護層１３１上に位置する。反射金属層１３３は、個々の発光ダイオード領域毎に連続的な一つの板状に形成されてもよい。

次いで、反射金属層１３３上にバリアメタル層１３５が形成される。バリアメタル層１３５は、反射金属層１３３の上部面を覆い、また反射金属層１３３の周縁部１３３ａを覆って、それを取り囲む。

図２９を参照すると、図１３を参照して説明したように、バリアメタル層１３５上に支持基板４１が付着される。その後、成長基板２１が除去され、半導体積層構造体３０のｎ型半導体層２５の表面が露出する。

図３０を参照すると、露出したｎ型半導体層２５上にマスクパターン４５が形成される。マスクパターン４５は、保護層１３１の領域の上部のｎ型半導体層２５の一部領域を覆い、その他の領域を露出させる。特に、マスクパターン４５は、以降、ｎ−電極パッド及び電極延長部が形成されるｎ型半導体層２５の領域を覆う。マスクパターン４５は、フォトレジストのようなポリマーで形成されてもよい。

次いで、マスクをエッチングマスクとして用い、ｎ型半導体層２５の表面を異方性エッチングすることにより、ｎ型半導体層２５に粗い面Ｒを形成する。その後、マスクパターン４５が除去される。マスクパターン４５が位置するｎ型半導体層２５の表面は、滑らかな表面を維持する。

一方、半導体積層構造体３０をパターニングして、チップ分割領域が形成され、保護層１３１が露出する。チップ分割領域は、粗い表面Ｒを形成する前または後に形成されてもよい。反射金属層１３３の周縁部は、チップ分割領域に露出した保護層１３１の下方に位置する。したがって、反射金属層１３３は、保護層１３１によって外部に露出することが防止される。

図３１を参照すると、図１５を参照して説明したように、粗い表面Ｒが形成されたｎ型半導体層２５上に上部絶縁層４７を形成する。上部絶縁層４７は、電極延長部５１ａが形成される領域の滑らかな表面を露出させる開口部４７ａを有する。

次いで、上部絶縁層４７上にｎ−電極パッド５１を形成すると共に、開口部４７ａ内に電極延長部を形成する。電極延長部は、ｎ−電極パッド５１から延長し、半導体積層構造体３０に電気的に接続する。

その後、チップ分割領域に沿って支持基板４１を分割することにより、個々の発光ダイオードチップに分割され、発光ダイオードが完成する（図２５参照）。このとき、保護層１３１、バリアメタル層１３５、及び支持基板４１が一緒に分割され、よって、これらの側面は互いに平行となる。一方、反射金属層は、分割された支持基板の周縁部で取り囲まれた領域内に位置し、これにより、反射金属層１３３は、外部に露出せず、発光ダイオード内に埋め込まれる。

２５ ｎ型化合物半導体層
２７ 活性層
２９ ｐ型化合物半導体層
３０ 半導体積層構造体
３１ 反射金属層
３３ 下部絶縁層
３５ バリアメタル層
４１ 支持基板
４３ ボンディングメタル
４７ 上部絶縁層
５１ａ 電極延長部

Claims (15)

1. 支持基板と、
   前記支持基板上に配置され、ｐ型化合物半導体層、活性層、及びｎ型化合物半導体層を有する半導体積層構造体と、
   前記支持基板と前記半導体積層構造体との間に配置され、前記半導体積層構造体にオーミックコンタクトする反射金属層と、
   前記半導体積層構造体上に配置される第１の電極パッドと、
   前記第１の電極パッドから延長され、前記ｎ型化合物半導体層に接触する接触領域を有する電極延長部と、
   前記支持基板と前記半導体積層構造体との間に配置され、前記電極延長部の前記接触領域下の前記ｐ型化合物半導体層の表面領域を覆う下部絶縁層と、
   前記第１の電極パッドと前記半導体積層構造体との間に介在された上部絶縁層とを備え、
   前記下部絶縁層は、前記半導体積層構造体を露出させる少なくとも一つの溝を有し、
   前記下部絶縁層の溝の側壁は、傾斜しており、
   前記反射金属層は、前記下部絶縁層と前記支持基板との間に配置され、前記少なくとも一つの溝に充填されて前記半導体積層構造体にオーミックコンタクトし、
   前記支持基板と前記反射金属層との間に配置され、前記反射金属層の周縁部を覆い、前記反射金属層を取り囲むバリアメタル層をさらに有することを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記反射金属層は、前記半導体積層構造体を露出させる溝領域を有し、
   前記下部絶縁層は、前記反射金属層と前記支持基板との間に配置され、前記溝領域に充填されると共に、前記反射金属層を覆い、前記反射金属層を露出させる開口部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。
3. 前記第１の電極パッド及び前記電極延長部は、前記溝領域の上部に配置されることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード。
4. 前記反射金属層の周縁部は、前記下部絶縁層と前記支持基板との間に配置されると共に、前記半導体積層構造体の周縁部と前記支持基板の周縁部との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
5. 前記下部絶縁層は、複数の溝を有し、
   前記第１の電極パッド及び前記電極延長部は、前記下部絶縁層領域の上部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
6. 前記支持基板は、
   タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一つを含む第１の金属層と、
   前記第１の金属層よりも熱膨張係数が高く、前記第１の金属層の上下面にそれぞれ配置された第２の金属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。
7. 前記第２の金属層は、銅（Ｃｕ）を含むことを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオード。
8. 前記第１の金属層及び前記第２の金属層の間にそれぞれ接合層が配置されたことを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオード。
9. 前記接合層は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔの少なくとも一つを含む請求項８に記載の発光ダイオード。
10. 前記支持基板と前記半導体積層構造体との間に介在するボンディングメタルと、
    前記ボンディングメタルと対称に、前記第２の金属層の下面に形成された下部ボンディングメタルとをさらに有することを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオード。
11. 前記半導体積層構造体は、粗い表面を有し、
    前記上部絶縁層は、前記粗い表面を覆い、前記粗い表面に沿って凹凸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。
12. 前記半導体積層構造体は、滑らかな表面を有し、前記第１の電極パッド及び前記電極延長部は、前記滑らかな表面上に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオード。
13. 前記電極延長部は、前記半導体積層構造体の滑らかな表面に接触されることを特徴とする請求項１２に記載の発光ダイオード。
14. 前記粗い表面は、前記電極延長部よりも下方に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオード。
15. 複数の第１の電極パッドと、
    前記複数の第１の電極パッドからそれぞれ延びる複数の電極延長部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。