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JP5123269B2 - 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、反射金属層を有する発光素子及びその製造方法に関する。
一般に、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）等のようなIII族元素の窒化物半導体は、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、青色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（ＧａＩｎＮ）を用いた青色及び緑色の発光素子は、大規模な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は、それを成長させることができる同種の基板を製造することが困難であり、類似した結晶構造を有する異種基板上に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）法等の工程によって成長させることにより形成される。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。
サファイア基板を用いる場合、サファイア基板が絶縁性であるので、電極パッドが全て基板の上部に位置する水平型構造の発光素子が製造され、Ｐ型窒化ガリウム層が発光素子の上側に位置する。Ｐ型窒化ガリウム層は、エピタキシャル成長の限界により、抵抗が大きく、相対的に薄く形成される。Ｐ型窒化ガリウム層上に通常電流拡散のための透明電極及びパッドが形成される。また、大面積発光素子の場合、広い面積にわたって電流を拡散させるために、Ｐ型窒化ガリウム層及び／またはＮ型窒化ガリウム層の上に、パッドから延びるブランチラインが形成される。一方、サファイア基板の底面には、発光素子の下部に向かう光を反射させるために、通常反射金属層が形成される。
しかしながら、従来の発光素子に採用される透明電極及びパッド、さらにはパッドから延びるブランチラインが光放出面上に形成されることにより、これらが活性層から放出された光を吸収して発光効率を減少させる。さらに、前記反射金属層は、前記活性層から相当離れており、このため、光が反射金属層で反射され、外部に放出されるまでにその相当量が損失してしまう。
また、光取り出し効率（light extraction efficiency）を向上させるために、光放出面を粗く形成する技術が研究されている。しかし、Ｐ型窒化ガリウム層の高い抵抗のため、Ｐ型窒化ガリウム層を厚く形成することができず、光放出面を粗く形成することに限界があった。
一方、発光ダイオードを交流電源に直接接続して連続的に光を放出する交流駆動型の 発光ダイオードが製品化されている。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（国際公開番号ＷＯ２００４／０２３５６８（Ａ１）号）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ＬＥＤアレイが形成される。このようなＬＥＤアレイが前記サファイア基板上で逆並列に接続される。その結果、交流電源機構によって駆動可能な単一チップ発光素子が提供される。
前記交流駆動型の発光素子は、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、交流駆動型の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」との名称で、特許文献２（韓国特許登録公報第１０‐０５９９０１２号）に開示されている。
図１乃至図４は、従来技術による交流駆動型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を備える半導体層が形成され、前記半導体層上に第１の金属層３１が形成される。前記犠牲基板２１とは別の基板５１上に第２金属層５３が形成される。第１金属層３１は、反射金属層を有していてもよい。前記第２金属層５３が前記第１金属層３１と接合され、前記基板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、前記基板５１がボンディングされた後、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）技術をよって犠牲基板２１が分離される。また、前記基板２１が分離された後、残存するバッファ層２３は除去され、Ｎ型半導体層２５の表面が露出する。
図３を参照すると、フォトエッチング工程によって、前記半導体層２５、２７、２９及び前記金属層３１、５３がパターニングされ、互いに離隔した金属パターン４０及び前記各金属パターン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、活性層２７ａ、及びＮ型半導体層２５ａを有する。
図４を参照すると、前記発光セル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。前記金属配線５７は、前記発光セル３０を接続し、発光セルの直列アレイを形成する。前記金属配線５７を接続するために、Ｎ型半導体層２５ａ上に電極パッド５５が形成されてもよく、金属パターン４０上にも電極パッドが形成されてもよい。このようなアレイは、二つ以上形成され、これらのアレイが逆並列で接続され、交流電源下で駆動可能な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、基板を多様に選択することで、発光ダイオード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、前記半導体層２５、２７、２９及び金属層３１、５３をパターニングする間、金属物質のエッチング副産物が、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との間に電気的短絡をもたらしてしまう。また、前記半導体層２５、２７、２９をエッチングする間、露出する第１金属層３１ａの表面がプラズマによってダメージを受けやすい。第１金属層３１ａが、ＡｇまたはＡｌ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落とし、素子不良を招くことがある。
一方、上記した従来技術によると、第１金属層３１が反射金属層を有し、これにより、発光セル３０から基板側に進行する光を再度反射させる。しかし、発光セル３０間の空間では、反射金属層のエッチングダメージまたは酸化によって、光の反射を期待し難い。さらには、金属パターン４０間の領域は基板５１が露出するので、光が基板５１によって吸収されて損失してしまう。
また、配線５７が、Ｎ型半導体層２５ａの上部面、すなわち、光放出面上に接続されるので、活性層２５ａから発生した光が光放出面上の配線５７及び／または電極パッド５５に吸収され、光損失が生じてしまう。
国際公開番号ＷＯ２００４／０２３５６８（Ａ１）号 韓国特許登録公報第１０‐０５９９０１２号
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の電気的短絡を防止することができ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、発光セル間の空間から基板側に進行する光の損失を減少させることができ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、また他の目的は、光放出面から放出された光の損失を減少させ、発光効率を改善することができ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、さらに他の目的は、反射金属層がエッチングまたは酸化によって変質することを防止することができる発光素子及びその製造方法を提供することにある。
上記技術的課題を解決するために、本発明は、光放出面上に形成される透明電極及びパッドを除去し、改善された発光効率を有する発光素子及びその製造方法を提供する。
上記他の技術的課題を解決するために、本発明は、光の反射経路を減少させ、光損失を防止することができる発光素子及びその製造方法を提供する。
上記また他の技術的課題を解決するために、本発明は、大面積用として適合した発光素子及びその製造方法を提供する。
上記さらに他の技術的課題を解決するために、光放出面側の窒化物半導体層が基板側の窒化物半導体層に比べて相対的に厚い発光素子及びその製造方法を提供する。
本発明は、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と、交流駆動型の発光素子が提供される。この発光素子は、基板と、前記基板の上部に互いに離隔して配置された複数個の発光セルであり、それぞれ、第１導電型上部半導体層、活性層、及び第２導電型下部半導体層を有し、前記活性層及び前記下部半導体層は、前記上部半導体層の一部領域の下方に位置する複数個の発光セルと、前記基板と前記複数個の発光セルとの間に位置し、前記発光セルを接続し、発光セルの直列アレイを形成する配線と、前記発光セルと前記基板との間に位置し、前記発光セル及び前記配線を覆う中間絶縁層と、前記中間絶縁層と前記発光セルとの間に設けられた第１反射金属層と、を備える。
前記配線が前記上部半導体層の下方に位置するので、前記上部半導体層の上部面から放出される光が、配線及び／または電極パッドによって損失することが防止される。また、前記上部半導体層が、それぞれの前記活性層及び前記下部半導体層に比べて広い幅を有するので、前記配線は、前記上部半導体層の下部面に接続されてもよい。従って、従来の交流駆動型の発光ダイオードとは異なり、金属のエッチング副産物が発光セルの側面に付着することが防止される。
一方、前記中間絶縁層と前記基板との間に第２反射金属層が設けられるようにしてもよい。前記第２反射金属層は、発光セル間の空間から前記基板側に進行する光を反射させ、発光効率を向上させる。
前記配線が、前記発光セルの側面から離隔するように、絶縁層が前記発光セルの側面を覆う。絶縁層は、前記発光セルを覆うが、前記第１反射金属層及び前記上部半導体層の下部面を露出させる開口部を有してもよい。
前記配線は、それぞれ隣り合う発光セルの下部半導体層の下部面と、上部半導体層の下部面に電気的に接続するが、前記絶縁層内の開口部を通して、前記上部半導体層の下部面と前記下部半導体層の下部面に電気的に接続されてもよい。
一方、前記絶縁層は、前記上部半導体層が分離された領域の下方に位置し、前記配線が外部に露出することを防止することができる。
また、前記第１反射金属層を覆う保護金属層をさらに備えてもよい。前記保護金属層は、前記第１反射金属層の酸化を防止する。
一方、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異なる熱伝導性基板が採用されるが、本発明は、ボンディング基板について特に限定されず、却ってサファイア基板を好ましい基板として採用する。従って、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と、前記交流駆動型発光素子の製造方法が提供される。この方法は、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を前記犠牲基板上でパターニングし、また、前記犠牲基板上で発光セルを電気的に接続するための配線を形成することを含む。犠牲基板上で、化合物半導体層がパターニングされるので、金属エッチング副産物の発生を防止することができる。
具体的に、前記交流駆動型発光素子の製造方法は、犠牲基板上に、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１及び第２導電型半導体層間に設けられた活性層を有する化合物半導体層を形成する。前記第１導電型半導体層は、前記犠牲基板上近接して配置され、前記化合物半導体層をパターニングし、複数個のメサを形成する。前記メサの周囲に前記第１導電型半導体層が露出し、前記メサ上に第１反射金属層を形成し、前記メサ及び前記第１導電型半導体層の露出部を覆う絶縁層を形成する。前記絶縁層は、前記メサの上部を露出させる開口部と、前記メサ間の前記第１導電型半導体層を露出させる開口部とを有し、前記メサとそれに隣接して前記第１導電型半導体層の露出部をそれぞれ電気的に接続する配線を形成し、前記配線が形成された犠牲基板上に中間絶縁層を形成し、前記中間絶縁層の上部に基板をボンディングし、前記犠牲基板を除去し、前記第１導電型半導体層を露出させ、前記露出した第１導電型半導体層を分離し、互いに離隔した複数個の発光セルを形成することを含む。前記第１導電型半導体層は、前記複数個の発光セルが前記配線によって直列接続されるように分離される。
前記製造方法によると、前記配線が、前記発光セルと前記基板との間に位置し、これにより、光放出面から放出される光の損失を減少させることができる。
また、前記交流駆動型発光素子の製造方法は、前記中間絶縁層上に第２反射金属層を形成することをさらに含んでもよい。前記第２反射金属層は、前記発光セル間の空間から前記基板側に進行する光を反射させ、発光効率を向上させる。
一方、前記第１反射金属層を覆う保護金属層が形成されてもよい。これにより、第１反射金属層が外部に露出して酸化することを防止することができる。
一方、前記交流駆動型発光素子の製造方法は、前記メサ間の前記第１導電型半導体層の露出部上に第１電極パッドを形成し、前記保護金属層上に第２電極パッドを形成することをさらに含んでもよい。この際、前記配線は、前記第１及び第２電極パッドを接続して発光セルのアレイを形成する。
本発明のまた他の態様によると、複数個の発光セルが並列接続された発光素子が提供される。この発光素子は、基板と、前記基板の上部に位置し、それぞれ、第１導電型上部半導体層、活性層、第２導電型下部半導体層を有する複数個の発光セルと、前記基板と前記発光セルとの間に位置し、前記活性層及び前記第１導電型上部半導体層から絶縁され、前記第２導電型下部半導体層を電気的に接続する接続金属と、前記第２導電型下部半導体層を電気的に接続する接続金属と前記第２導電型下部半導体層との間に設けられた反射金属層と、前記発光セルの光放出面から離隔して配置され、前記上部半導体層に電気的に接続された第１電極パッドと、前記発光セルと離隔し、前記第２導電型下部半導体層を電気的に接続する接続金属に電気的に接続された第２電極パッドと、を備える。一方、前記第１導電型上部半導体層のそれぞれは、前記発光セル領域から延びた延長部を有する。
ここで、前記「光放出面」とは、駆動時、各発光セルの活性層から発生した光が放出される上部半導体層の上部面であって、特に各発光セルにおける活性層領域の上部に限定された上部半導体層の上部面を意味する。前記第１及び第２電極パッドは、全て光放出面から離隔している。さらには、従来、電流拡散のために採用されてきた透明電極または電極パッドから延びたブランチラインも光放出面上から排除される。これにより、電極パッド、透明電極またはブランチラインによる光損失を除去することができ、発光効率が改善される。
一方、前記複数個の「発光セル」は、前記基板を共有し、このため、本発明の発光素子は、一つの基板上に一つの発光領域を有する発光ダイオードチップとは異なる。本発明の発光素子は、複数個の発光セルを有する一つの単一チップに対応する。複数個の発光セルを採用するので、各発光セルに均一の電流を供給し、各発効セルの発光効率を改善し、発光素子全体の発光効率を改善することができる。このような構造は、特に電流拡散が困難である大面積発効素子の発光効率の改善に適合している。また、前記反射金属層が、前記下部半導体層と前記接続金属との間に設けられることにより、基板側に進行する光の経路を減少させることができる。
前記第１及び第２電極パッドは、多様な方式で前記上部半導体層及び前記下部半導体層に電気的に接続されてもよい。例えば、前記第２電極パッドは、前記接続金属上に直接形成され、前記接続金属を介して、前記下部半導体層に電気的に接続されてもよい。また、前記第１導電型上部半導体層が互いに接続され、前記第１電極パッドは、前記上部半導体層から発光セルの外側に延びた延長部の周縁に位置し、前記上部半導体層に電気的に接続されてもよい。
好ましくは、前記発光素子は、前記基板の上部に位置し、前記発光セルから離隔した第１導電型半導体の第１及び第２分離層をさらに備えてもよく、前記第１及び第２電極パッドは、それぞれ前記第１及び第２分離層上に位置してもよい。この際、前記第２電極パッドは、前記第２分離層を介して、前記第２導電型下部半導体層を電気的に接続する接続金属に電気的に接続される。
前記第１及び第２分離層は、前記第１導電型上部半導体層から分離されている層を意味する。前記第１及び第２分離層は、前記上部半導体層と同一の工程によって同時に形成された後、前記上部半導体層から分離されて形成されてもよい。この場合、前記第１及び第２分離層は、前記上部半導体層と同一の材料であり、また、前記基板の上部において、前記上部半導体層とほぼ同一のレベルに位置する。
一方、前記発光素子は、前記第１分離層の下部面と、前記発光セルの一つの上部半導体層の下部面とを電気的に接続する接続金属をさらに備えてもよい。前記第１電極パッドは、この接続金属を介して、前記第１導電型上部半導体層に電気的に接続される。
さらには、前記発光素子は、前記発光セルの上部半導体層を電気的に接続する接続金属をさらに備えてもよい。この接続金属は、前記上部半導体層の延長部の下部に接続され、隣り合う発光セルの上部半導体層を電気的に接続する。この接続金属は、隣り合う発光セル間に連続的に位置してもよい。この接続金属は、前記発光セルに電流が均一に供給されるようにする。
一方、前記発光素子は、前記第２導電型下部半導体層を電気的に接続する接続金属と、前記上部半導体層に接続された接続金属とを絶縁させる絶縁層をさらに備えてもよい。
前記上部半導体層は、互いに離隔していてもよい。これとは異なり、前記上部半導体層は互いに離隔していてもよい。前記上部半導体層が互いに離隔した場合、光が前記上部半導体層内において、内部全反射により損失することを減少させることができる。
本発明のいくつかの実施例において、前記発光素子は、前記第２導電型下部半導体層を電気的に接続する接続金属と前記反射金属層との間に設けられた保護金属層をさらに備えてもよい。前記保護金属層は、前記反射金属層を取り囲んで前記反射金属層を保護する。これとは異なり、前記接続金属が保護金属層の役割を行い、前記保護金属層が省略されてもよい。
前記光放出面は、粗面（rough surface）であってもよい。特に、前記第１導電型はｎ型であり、前記第２導電型はｐ型であってもよく、この場合、前記上部半導体層が前記下部半導体層に比べて相対的にさらに厚く形成されてもよい。従って、前記上部半導体層上に粗面を形成することが容易である。さらには、前記下部半導体層が前記上部半導体層より相対的にさらに薄いので、前記活性層と前記反射金属層との間の距離をさらに減少させることができる。
本発明のまた他の態様によると、複数個の発光セルが並列接続された発光素子の製造方法が提供される。この方法は、発光セル領域、第１及び第２電極パッド領域を有する犠牲基板上に、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１及び第２導電型半導体層間に設けられた活性層を有する化合物半導体層を形成する。前記第１導電型半導体層が、前記犠牲基板上に近接して位置し、前記化合物半導体層をパターニングし、前記発光セル領域上に複数個の発光セルを形成する。前記第１及び第２電極パッド領域の上部及び前記発光セルの周囲に前記第１導電型半導体層が露出し、前記発光セル上に反射金属層を形成し、前記発光セル及び前記第１導電型半導体層の露出部を覆う第１絶縁層を形成する。前記第１絶縁層は、前記反射金属層を露出させる開口部、及び前記第２電極パッド領域の上部の第１導電型半導体層を露出させる開口部を有し、前記第１絶縁層及び前記反射金属層を覆い、前記第２導電型半導体層を電気的に接続する接続金属を形成する。前記第２導電型半導体層を電気的に接続する前記接続金属は、前記第２電極パッド領域の上部の第１導電型半導体層に電気的に接続され、前記第２導電型半導体層を電気的に接続する接続金属上に基板をボンディングし、前記犠牲基板を除去し、前記第１導電型半導体層を露出させ、及び前記露出した第１導電型半導体層をパターニングし、前記第２電極パッド領域の上部の第１導電型半導体層を前記発光セルから分離することを含む。
これによると、第１及び第２電極パッド領域が発光セル領域から離隔した発光素子を製造することができる。また、反射金属層が活性層に相対的に近づけて配置され、光経路による光損失を減少させることができる発光素子を製造することができる。
前記犠牲基板は、サファイア基板であってもよく、前記ボンディング基板もサファイア基板であってもよい。犠牲基板と同種の基板をボンディング基板として用いることにより、基板分離後、化合物半導体層の反り(warpage)を防止することができる。
一方、前記第２電極パッド領域上の第１導電型半導体層は、除去されてもよく、この際、第１導電型半導体層の下方の金属層（接続金属または中間金属）が露出する。前記第２電極パッドは、前記金属層上に形成されてもよい。これとは異なり、前記第１及び第２電極パッドが、前記第１及び第２電極パッド領域上の第１導電型半導体層上に形成されてもよい。一般に、半導体層はプラズマエッチングによって除去され、この際、その下方の金属層はエッチングダメージを被る。このような金属層上に電極パッドを形成する場合、電極パッドの接着力が悪い。これとは異なり、前記第１及び第２電極パッドがそれぞれ半導体層上に形成される場合、電極パッドの接着力が強化される。
一方、前記発光素子の製造方法は、前記第２導電型半導体層を電気的に接続する接続金属を形成する前に、前記第１絶縁層をパターニングし、前記第１電極パッド領域上の第１導電型半導体層と前記発光セルの周囲の第１導電型半導体層を露出させる開口部を形成し、前記開口部を通して、前記第１電極パッド領域の上部の第１導電型半導体層と、前記発光セルの一つの周囲の前記第１導電型半導体層とを接続する接続金属、及び前記発光セル間で前記発光セルの周囲の第１導電型半導体層を接続する接続金属を形成し、前記第１導電型半導体層を接続する接続金属を覆う第２絶縁層を形成することをさらに含んでもよい。前記第２絶縁層は、前記反射金属層の上部及び前記第２電極パッド領域の上部にそれぞれ開口部を有する。前記第２絶縁層によって、前記第１導電半導体層に接続された接続金属が、前記第２導電型半導体層を接続する接続金属から絶縁される。
これに加えて、前記発光素子の製造方法は、前記第２電極パッド領域の上部の第１絶縁層上に中間金属を形成することをさらに含んでもよい。この際、前記中間金属は、前記第１絶縁層の開口部を通して、前記第２電極パッド領域の上部の第１導電型半導体層に電気的に接続され、前記第２導電型半導体層を電気的に接続する接続金属は、前記第２絶縁層の開口部を通して、前記中間金属に電気的に接続される。
また、前記発光素子の製造方法は、前記第１電極パッド領域上の第１導電型半導体層及び前記発光セルの周囲の第１導電型半導体層を互いに分離することをさらに含んでもよい。前記第１導電型半導体層を分離するとき、前記第１絶縁層が露出してもよい。金属物質のエッチングダメージを防止することができる。
本発明のいくつかの実施例において、前記発光素子の製造方法は、前記反射金属層上に保護金属層を形成することをさらに含んでもよい。前記保護金属層は、前記反射金属層が大気に露出することを防止し、金属原子の拡散によって、反射金属層の反射率が減少することを防止する。前記保護金属層は、前記第１導電型半導体層を接続する接続金属を形成するとき、同時に形成されてもよい。
前記犠牲基板を分離した後、前記露出した第１導電型半導体層の表面に粗面が形成されてもよい。このような粗面は、光電気化学（ＰＥＣ）エッチング等を用いて形成されてもよく、内部全反射を減少させ、光取り出し効率を向上させる。
本発明の実施例において、第１導電型半導体層はｎ型であってもよく、第２導電型半導体層はｐ型であってもよい。
本発明によると、金属エッチング副産物が発生することを防止し、発光セル内の電気的短絡を防止することができる交流駆動型発光素子及びその製造方法を提供することができる。また、第１及び第２反射金属層を採用することにより、基板の全面にわたって基板側に向かう光を反射させることができ、前記交流駆動型発光素子の発光効率を改善することができる。さらには、配線を前記発光素子の内部に埋め込むことにより、光放出面から放出する光が配線や電極パッドにより損失することを防止することができる。また、反射金属層がエッチング工程に露出せず、また外部に露出しないので、前記反射金属層がエッチングまたは酸化により変質することを防止することができる。
さらには、複数個の発光セルが並列接続された発光素子及びその製造方法を提供することができる。複数個の発光セルを採用するので、各発光セルに均一の電流を供給し、各発光セルの光効率を改善し、前記発光素子全体の発光効率を改善することができる。特に、本発明は、発光セルを細分して光効率を改善するので、電流拡散が困難である大面積発光素子の発光効率の改善に適合している。また、反射金属層が、下部半導体層と接続金属との間に設けられることにより、基板側に進行する光の経路を減少させることができ、よって、発光素子の内部で発生する光損失を減少させることができる。また、相対的に厚く形成可能なｎ型半導体層を上部半導体層として用いることができ、光放出面に粗面を形成しやすい。
従来技術による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 従来技術による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 従来技術による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 従来技術による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施例による交流駆動型発光素子を説明するための断面図である。 本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施例による交流駆動型発光素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施例による発光素子を説明するための平面図である。 図１４のＡ‐Ａ線による断面図である。 本発明の一実施例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。 本発明の一実施例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。 本発明の一実施例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。 本発明の一実施例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。 本発明の一実施例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。 本発明の一実施例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。 本発明の一実施例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。 本発明の一実施例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。 本発明の一実施例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。 本発明の一実施例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。 本発明の一実施例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。
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。以下に開示される実施例は、本発明の思想を当業者に十分に理解させるために、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、他の形態によっても具体化され得る。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ていることもある。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、本発明の一実施例による交流駆動型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、前記発光素子は、基板１５１、複数個の発光セルＬＳ１、ＬＳ２、配線１３９、第１反射金属層１３１、及び中間絶縁層１４１を備え、絶縁層１３３、保護金属層１３５、第１電極パッド１３７ａ、１３８ａ、及び第２電極パッド１３７ｂ、１３８ｂ、第２反射金属層１４３、保護金属層１４５、ボンディング金属１４７、１４９をさらに備えてもよい。
前記基板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、既に成長され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。前記ボンディング基板１５１は、サファイア基板であってよいが、これに限定されるものではなく、他種の絶縁または導電性基板であってもよい。特に、成長基板としてサファイア基板を用いる場合、前記ボンディング基板１５１は成長基板と同一の熱膨張係数を有する。よって、前記基板１５１はサファイア基板であることが好ましい。
前記複数個の発光セルＬＳ１、ＬＳ２は、基板１５１の上部に互いに離隔して位置し、それぞれ第１の導電型上部半導体層１２５ａ、活性層１２７ａ、及び第２導電型下部半導体層１２９ａを有する。前記活性層１２７ａは、前記上部及び下部半導体層１２５ａ、１２９ａ間に設けられる。一方、前記活性層１２７ａ及び下部半導体層１２９ａは、前記上部半導体層１２５ａの一部領域の下部に位置する。すなわち、前記上部半導体層１２５ａは、それぞれの前記活性層及び下部半導体層に比べてさらに広い幅を有する。
前記活性層１２７ａ、前記上部及び下部半導体層１２５ａ、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。前記上部及び下部半導体層１２５ａ、１２９ａは、それぞれ単一層または多重層であってもよい。例えば、前記上部及び／または下部半導体層１２５ａ、１２９ａは、コンタクト層とクラッド層を有してもよく、また、超格子層を有してもよい。また、前記活性層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。好ましくは、前記第１導電型はｎ型であり、前記第２導電型はｐ型である。抵抗が相対的に小さなｎ型半導体層で上部半導体層１２５ａを形成することができ、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、前記上部半導体層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。
前記配線１３９は、前記発光セルＬＳ１、ＬＳ２を電気的に接続して直列アレイを形成する。配線１３９は、図示するように、発光セルＬＳ１、ＬＳ２と基板１５１との間に位置し、隣接した発光セルＬＳ１、ＬＳ２の上部半導体層１２５ａと下部半導体層１２９ａとを電気的に接続する。前記配線１３９を接続するために、前記上部及び下部半導体層１２５ａ、１２９ａ、第１電極パッド１３７ａ、１３８ａ及び第２電極パッド１３７ｂ、１３８ｂが、それぞれ上部半導体層１２５ａ及び下部半導体層１２９ａに形成されてもよい。
前記配線１３９によって基板１５１の上部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、基板上において配線によって直列アレイが形成され、前記直列アレイが、前記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、交流電源によって駆動されてもよい。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されてもよい。
前記絶縁層１３３は、前記発光セルＬＳ１、ＬＳ２の側面を覆い、配線１３９が発光セルの側面に露出した半導体層に接触することを防止する。絶縁層１３３は、上部半導体層１２５ａの下部面を露出させる開口部を有し、また、前記下部半導体層１２９ａの下方に開口部を有する。前記配線１３９は、絶縁層１３３によって、前記発光セルの側面に露出した前記活性層１２７ａ及び上部半導体層１２５ａから絶縁され、前記絶縁層１３３内の開口部を通して、前記上部半導体層１２５ａ及び下部半導体層１２９ａの下部面に電気的に接続される。一方、前記絶縁層１３３は、前記発光セルＬＳ１、ＬＳ２が分離された領域から配線１３９が露出することを防止する。
発光セルＬＳ１、ＬＳ２と基板１５１との間に中間絶縁層１４１が設けられ、中間絶縁層１４１は、前記発光セル及び配線の下方からこれらを覆う。前記中間絶縁層１４１は、基板１５１またはボンディング金属１４７、１４９によって、発光セルＬＳ１、ＬＳ２が互いに短絡することを防止する。
前記中間絶縁層１４１と各発光セルＬＳ１、ＬＳ２との間に第１反射金属層１３１が設けられる。反射金属層１３１は、活性層１２７ａから発生して基板１５１側に向かう光を反射させ、発光効率を向上させる。第１反射金属層は、反射率の大きい金属物質、例えば、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）、またはこれらの合金で形成されてもよい。これに加えて、前記反射金属層１３１と前記下部半導体層１２９ａとの間にオーミックコンタクト層（図示せず）を設けてもよい。
また、前記反射金属層１３１を保護するために、保護金属層１３５が前記反射金属層１３１の下方からこれらを覆ってもよい。保護金属層１３５は、金属物質の拡散を防止し、また第１反射金属層１３１が外部に露出することを防止する。
第１電極パッド１３７ａ、１３８ａは、発光セルＬＳ１、ＬＳ２の上部半導体層１２５ａの下部面に形成される。第１電極パッドは、絶縁層１３３内の開口部を通して、上部半導体層１２５ａに形成されてもよい。また、前記第１電極パッドと前記上部半導体層との間にオーミックコンタクト層（図示せず）を設けてもよい。一方、第２電極パッド１３７ｂ、１３８ｂは、発光セルＬＳ１、ＬＳ２の下部半導体層１２９ａの下部面に形成される。前記第２電極パッド１３７ｂ、１３８ｂは、反射金属層１３１または保護金属層１３５に形成されてもよい。前記配線は、前記第１及び第２電極パッドに接続され、発光セルを電気的に接続する。前記第１及び／または第２電極パッドは、省略されてもよい。
中間絶縁層１４１と基板１５１との間に第２反射金属層１４３が設けられる。前記第２反射金属層１４３は、基板１５１のほぼ全面にわたって形成されてもよい。一般に、前記配線１３９は、ライン状に形成され、これにより、相当量の光が発光セル間の空間から基板１５１側に向かう。このような光の一部は、ボンディング金属１４７、１４９に吸収されて損失することもあり得る。第２反射金属層１４３は、発光セルＬＳ１、ＬＳ２間の空間から基板１５１側に向かう光を反射させ、光損失を防止する。
また、前記第２反射金属層１４３を保護するための保護金属層１４５が形成されてもよい。前記保護金属層１３５及び保護金属層１４５は、単一層または多重層で形成されてもよく、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄ等で形成されてもよい。
また、前記基板１５１と前記中間絶縁層１４１との間にボンディング金属１４７、１４９が設けられ、前記基板１５１を中間絶縁層１４１上にボンディングさせる。前記ボンディング金属１４７、１４９は、中間絶縁層１４１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が中間絶縁層１４１から分離することを防止する。
図６乃至図１３は、本発明の一実施例による交流駆動型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導電型半導体層１２５及び第２導電型半導体層１２９とこれらの間に設けられた活性層１２７を有する。前記第１導電型半導体層１２５が犠牲基板１２１上に近接して位置する。前記第１及び第２導電型半導体層１２５、１２９は、それぞれ単一層または多重層で形成されてもよい。また、前記活性層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。
前記化合物半導体層は、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（ＭＯＣＶＤ）法または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の工程によって、犠牲基板１２１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、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採用され、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７を参照すると、前記化合物半導体層をパターニングし、複数個のメサＭＳ１、ＭＳ２を形成する。前記メサは、それぞれパターニングされた活性層１２７ａ及び第２導電型半導体層１２９ａを含み、過度なエッチングにより、第１導電型半導体層１２５の一部分を含んでもよい。前記化合物半導体層は、フォトエッチング工程を用いてパターニングされてもよく、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、前記メサの周囲に第２導電型半導体層１２９及び活性層１２７が除去され、前記第１導電型半導体層１２５が露出する。図示のように、第１導電型半導体層１２５が部分的にエッチングされて除去されてもよく、その結果、前記メサの側面に第１導電型半導体層１２５、活性層１２７ａ、及び第２導電型半導体層１２９ａが露出する。
図８を参照すると、前記メサＭＳ１、ＭＳ２上に反射金属層１３１が形成される。前記反射金属層は、例えば、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）、または、銀合金またはアルミニウム合金で形成されてもよい。前記反射金属層１３１は、めっきまたは蒸着技術を用いて形成されてもよく、例えば、リフトオフ技術を用いて形成されてもよい。一方、前記反射金属層１３１が、第２導電型半導体層１２９とオーミック接触しない場合、反射金属層１３１を形成する前に、オーミックコンタクト層（図示せず）が形成されてもよい。
その後、前記メサＭＳ１、ＭＳ２及び前記第１の導電型半導体層１２５の露出部を覆う絶縁層１３３が形成される。前記絶縁層は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＭｇＯ、ＴａＯ、ＴｉＯ２、またはポリマーで形成されてもよい。前記絶縁層１３３は、メサの側面に露出した前記第１導電型半導体層１２５及び前記活性層１２７ａを覆い、また、第２導電型半導体層１２９ａを覆ってもよい。前記絶縁層１３３は、反射金属層１３１を露出させる開口部及びメサの周囲の第１導電型半導体層１２５を露出させる絶縁層１３３ａを有するようにパターニングされる。
前記絶縁層１３３を形成する前に、反射金属層１３１を形成するものと説明しているが、絶縁層１３３を形成した後に、反射金属層１３１を形成してもよい。
図９を参照すると、反射金属層１３１を覆う保護金属層１３５が形成される。前記保護金属層１３５は、絶縁層１３３の開口部を覆い、反射金属層１３１を覆ってもよい。保護金属層１３５は、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄ等で形成されてもよい。
一方、開口部１３３ａから露出した第１導電型半導体層１２５上に第１電極パッド１３７ａ、１３８ａが形成され、前記保護金属層１３５上に第２電極パッド１３７ｂ、１３８ｂが形成される。前記第１電極パッド１３７ａ、１３８ａを形成する前に、オーミック金属層をさらに形成してもよい。また、保護金属層１３５が省略された場合、前記第２電極パッド１３７ｂ、１３８ｂは、反射金属層１３１上に形成されてもよい。第１及び第２電極パッドは、配線の接着力を向上させるためのものであり、省略されてもよい。
図１０を参照すると、次いで、第１電極パッド１３７ａ、１３８ａと第２電極パッド１３７ｂ、１３８ｂを互いに接続する配線１３９が形成される。例えば、配線１３９は、メサＭＳ１の周囲の第１電極パッド１３７ａとメサＭＳ２上の第２電極パッド１３８ｂとを互いに接続する。このような方式で、配線１３９は、メサ間の第１導電型半導体層１２５と、それに隣接したメサの一つの第２導電型半導体層１２９ａとを電気的に接続する。
図１１を参照すると、前記配線１３９が形成された犠牲基板１２１のほぼ全面上に中間絶縁層１４１が形成される。中間絶縁層１４１は、メサの上部及び配線を覆う。次いで、前記中間絶縁層１４１上に第２反射金属層１４３が形成され、前記第２反射金属層１４３を覆う保護金属層１４５が形成される。
前記第２反射金属層１４３は、例えば、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）、または、銀合金またはアルミニウム合金で形成されてもよい。保護金属層１４５は、金属物質の拡散を防止し、第２反射金属層１４３の変性を防止する。前記保護金属層１４５は、単一層または多重層で形成されてもよく、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄ等で形成されてもよい。
一方、前記保護金属層１４５上にボンディング金属１４７が形成され、別個の基板１５１上にボンディング金属１４９が形成される。前記ボンディング金属１４７は、例えば、ＡｕＳｎ（８０／２０ｗｔ％）で形成されてもよい。前記基板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１２を参照すると、前記ボンディング金属１４７、１４９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が前記中間絶縁層１４１上にボンディングされる。次いで、前記犠牲基板１２１が除去され、前記第１導電型半導体層１２５が露出する。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されてもよい。この際、バッファ層も除去され、第１導電型半導体層１２５が露出する。図１３は、犠牲基板１２１が除去された後、第１導電型半導体層１２５を上向きにして示した図である。
さらに図５を参照すると、前記露出した第１導電型半導体層１２５が分離され、発光セルＬＳ１、ＬＳ２が互いに離隔する。前記第１導電型半導体層１２５は、フォトエッチング工程によって分離されてもよく、この際、分離された領域に絶縁層１３３が露出してもよい。前記絶縁層１３３によって配線１３９が露出することが防止される。一方、前記第１導電型半導体層１２５は、発光セルが配線１３９によって直列接続されるように分離される。すなわち、各配線１３９によって接続された第１電極パッドと第２電極パッドとの間で、隣り合う発光セルの第１導電型半導体層１２５ａが分離される。
一方、前記発光セル上の第１導電型半導体層１２５ａに光電気化学（ＰＥＣ）エッチング等によって、粗面Ｒが形成されてもよい。以降、前記複数個の発光セルを含む交流駆動型発光素子単位で基板が分離され、単一チップの交流駆動型発光素子が完成される。
以上、直列接続された複数個の発光セルを有する交流駆動型発光素子及びその製造方法について説明した。しかし、本発明は、交流駆動型発光素子に限定されるものではなく、直列接続された複数個の発光セルが、直流電源に接続されて用いられてもよい。一方、以下において、複数個の発光セルが並列接続された発光素子が説明される。
図１４は、本発明の一実施例による複数個の発光セルが並列接続された発光素子を説明するための平面図であり、図１５は、図１４のＡ‐Ａ線による断面図である。
図１４及び図１５を参照すると、前記発光素子は、基板２５１、複数個の発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３、接続金属２３７、反射金属層２２９、第１及び第２電極パッド２４５ａ、２４５ｂを備え、第１及び第２絶縁層２３１、２３５、保護金属層２３３ｃ、接続金属２３３ａ、及び中間金属２３３ｂ、ボンディング金属２４１、２４３を備えてもよい。
前記基板２５１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、既に成長され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。前記ボンディング基板２５１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、他種の絶縁または導電基板であってもよい。
前記複数個の発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３は、基板２５１の上部に位置し、それぞれ第１導電型上部半導体層２２３ａ、活性層２２５ａ、及び第２導電型下部半導体層２２７ａを有する。前記活性層２２５ａは、前記上部及び下部半導体層２２３ａ、２２７ａ間に設けられる。一方、前記活性層２２５ａ、前記上部及び下部半導体層２２３ａ、２２７ａ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。前記上部及び下部半導体層２２３ａ、２２７ａは、それぞれ単一層または多重層であってもよい。例えば、前記上部及び／または下部半導体層２２３ａ、２２７ａは、コンタクト層とクラッド層とを有してもよく、また、超格子層を有してもよい。また、前記活性層２２５ａ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。好ましくは、前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２導電型はｐ型である。抵抗が相対的に小さなｎ型半導体層で上部半導体層２２３ａを形成することができ、上部半導体層２２３ａの厚さを相対的に厚くすることができる。従って、前記上部半導体層２２３ａの上部面に粗面Ｒを形成しやすく、粗面Ｒは、活性層２２５ａから発生した光の取り出し効率を向上させる。
前記上部半導体層２２３ａは、前記発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３の領域、すなわち、活性層２２５ａの領域よりも広い幅を有する。すなわち、上部半導体層２２３ａは、それぞれ発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３の周囲に延長部を有する。このような延長部は、前記上部半導体層２２３ａを電気的に接続するのに用いられる。前記延長部は、互いに接続されて連続的であってもよいが、図示のように、互いに分離されていることが好ましい。
接続金属２３７は、基板２５１と前記発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３との間に位置し、前記下部半導体層２２７ａを互いに電気的に接続する。一方、接続金属２３７は、第１絶縁層２３１及び／または第２絶縁層２３５によって、前記活性層２２５ａ及び第１導電型上部半導体層２２３ａから絶縁される。接続金属２３７は、相対的に厚く形成され、平らな下部面をなしている。接続金属２３７は、単層構造または多層構造で形成されてもよく、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄ等で形成されてもよい。接続金属２３７と基板２５１との間にボンディング金属２４１、２４３が設けられ、これらのボンディング金属によって、基板２５１が接続金属２３７にボンディングされる。
一方、反射金属層２２９が、前記接続金属２３７と下部半導体層２２７ａとの間に設けられてもよい。反射金属層２２９は、反射率の高い金属物質、例えば、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）、または、これらの合金で形成されてもよい。反射金属層２２９は、前記下部半導体層２２７ａの下部面の一部領域上に形成されることが好ましい。これに加えて、前記反射金属層２２９と前記下部半導体層２２７ａとの間にオーミックコンタクト層（図示せず）が設けられてもよい。
また、前記反射金属層２２９と接続金属２３７との間に保護金属層２３３ｃが設けられてもよい。前記保護金属層２３３ｃは、反射金属層２２９を覆い、金属物質の拡散を防止し、かつ前記反射金属層２２９が外部に露出することを防止する。接続金属２３７が保護金属層２３３ｃの役割を果たしてもよく、この場合、前記保護金属層２３３ｃは省略されてもよい。また、接続金属２３７が反射金属層を有してもよく、この場合、反射金属層２２９は省略されてもよい。
第１電極パッド２４５ａは、発光セルの光放出面から離隔して配置される。第１電極パッド２４５ａは、前記上部半導体層２２３ａに電気的に接続される。例えば、前記発光セルの上部半導体層２２３ａが互いに連続的である場合、前記第１電極パッドは、上部半導体層２２３ａの周縁に形成され、前記上部半導体層２２３ａに電気的に接続されてもよい。また、前記上部半導体層２２３ａが互いに分離された場合、前記上部半導体層２２３ａは、接続金属２３３ａによって互いに電気的に接続され、第１電極パッド２４５ａは、一つの接続金属２３３ａに接続され、前記上部半導体層２２３ａに電気的に接続されてもよい。さらには、第１導電型半導体層の第１分離層２２３ｂが前記上部半導体層２２３ａから離隔して位置され、前記第１電極パッド２４５ａは、前記第１分離層２２３ｂ上に形成されてもよい。第１分離層２２３ｂが、接続金属２３３ａを介して上部半導体層２２３ａに電気的に接続される。
一方、第２電極パッド２４５ｂは、前記発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３から離隔し、前記下部半導体層２２７ａを電気的に接続する接続金属２３７に電気的に接続される。第２電極パッド２４５ｂは、接続金属２３７上に直接配置されてもよい。また、図示するように、第２電極パッド２４５ｂは、第１導電型半導体の第２分離層２２３ｃ上に形成されてもよく、また中間金属２３３ｂを介して前記接続金属２３７に電気的に接続されてもよい。
前記第１及び第２分離層２２３ｂ、２２３ｃは、上部半導体層２２３ａのような導電型である第１導電型半導体で形成され、発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３等から離隔して位置する。前記第１及び第２分離層２２３ｂ、２２３ｃは、発光素子の周縁または角に位置することが好ましく、それぞれ複数個配置されてもよい。
前記分離層２２３ｂ、２２３ｃは、上部半導体層２２３ａと同時に成長した後、上部半導体層２２３ａから分離されて形成されてもよい。従って、前記分離層２２３ｂ、２２３ｃは、前記上部半導体層２２３ａと同一平面上に位置してもよく、上部半導体層２２３ａと同一の材料であってもよい。
前記接続金属２３３ａは、前記第１分離層２２３ｂと発光セルＬＳ１の上部半導体層２２３ａの延長部とを接続し、また隣り合う発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３の上部半導体層２２３ａを互いに接続する。これにより、前記第１分離層２２３ｂ及び上部半導体層２２３ａが互いに分離された場合も、これらが接続金属２３３ａによって互いに電気的に接続される。前記接続金属２３３ａは、第１絶縁層２３１によって発光セルの側壁から離隔し、これにより、活性層２２５ａ及び下部半導体層２２７ａから絶縁される。また、前記接続金属２３３ａは、第２絶縁層２３５によって接続金属２３７から絶縁される。
一方、中間金属２３３ｂは、接続金属２３７と第２分離層２２３ｃとの間に設けられ、前記第２分離層２２３ｃに接続される。すなわち、前記第２分離層２２３ｃは、中間金属２３３ｂを介して前記接続金属２３７に電気的に接続される。一方、中間金属２３３ｂは、第１絶縁層２３１によって上部半導体層２２３ａから絶縁される。中間金属２３３ｂ及び保護金属層２３３ｃは、接続金属２３３ａと同時に形成されてもよい。
第１絶縁層２３１は、接続金属２３３ａ、中間金属２３３ｂ、及び接続金属２３７が、発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３の側壁に接触され、上部半導体層２２３ａと下部半導体層２２７ａとの間に電気的短絡を引き起こすことを防止する。第１絶縁層２３１は、発光セルの側面を覆い、延長されて下部半導体層２２７ａの下部面の一部を覆ってもよい。また、第１絶縁層２３１は、反射金属層２２９の周縁を覆ってもよい。
前記第１絶縁層２３１は、第１及び第２分離層２２３ｂ、２２３ｃの下部面を露出させる開口部を有し、また、前記発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３の延長部を露出させる開口部を有する。前記接続金属２３３ａは、第１絶縁層２３１の開口部を通して、上部半導体層２２３ａに接続される。一方、第１絶縁層２３１は、分離層２２３ｂ、２２３ｃと前記上部半導体層との間に位置し、接続金属２３３ａ及び中間金属２３３ｂが外部に露出することを防止することができる。さらには、前記上部半導体層２２３ａが互いに分離される場合、前記第１絶縁層２３１は、上部半導体層２２３ａ間に位置し、発光セル間の接続金属２３３ａが外部に露出することを防止することができる。
第２絶縁層２３５は、接続金属２３３ａと接続金属２３７との間に設けられ、これらを絶縁させる。前記第２絶縁層２３５は、発光セルの側壁を覆う第１絶縁層２３１を覆ってもよい。一方、前記第２絶縁層２３５は、中間金属２３３ｂを露出させる開口部を有し、これにより、接続金属２３７は、前記第２絶縁層２３５を介して中間金属２３３ｂに接続される。また、前記第２絶縁層２３５は、前記下部半導体層の下方に開口部を有し、これにより、接続金属２３７は、第２絶縁層２３５を介して下部半導体層２２７ａ、またはその下方に位置する反射金属層２２９または保護金属層２３３ｃに接続される。
前記第１及び第２絶縁層２３１、２３５の材料は、特に限定されていないが、光透過性絶縁材料で形成されることが好ましく、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＭｇＯ、ＴａＯ、ＴｉＯ２、またはポリマーで形成されてもよい。
ボンディング金属２４１、２４３は、ボンディング基板２５１と接続金属２３７との間に設けられる。ボンディング金属２４１、２４３は、接続金属２３７とボンディング基板２５１との接着力を向上させ、ボンディング基板２５１が接続金属２３７から分離されることを防止する。
一方、第１分離層２２３ｂ上に第１電極パッド２４５ａが形成され、第２分離層２２３ｃ上に第２電極パッド２４５ｂが形成される。第１電極パッド２４５ａと同様に、前記第２電極パッド２４５ｂが第２分離層２２３ｃ上に形成されるので、第２電極パッド２４５ｂの接着力が向上する。また、前記第１電極パッド２４５ａと第２電極パッド２４５ｂは、同一の金属材料で形成されてもよい。
第１及び第２電極パッド２４５a、２４５ｂには、ワイヤがボンディングされており、これを介して発光セルに電流が供給され、複数個の発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３の活性層２２５ａから光が発生する。
図１６乃至図２６は、本発明の一実施例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１６を参照すると、図６を参照して説明したように、犠牲基板２２１上に化合物半導体層が形成される。前記化合物半導体層は、第１導電型半導体層２２３及び第２導電型半導体層２２７と、これらの間に設けられた活性層２２５を有する。前記第１導電型半導体層２２３が、犠牲基板２２１側に近づけて位置する。前記犠牲基板２２１は、図１４の第１及び第２電極パッド２４５ａ、２４５ｂに対応する第１及び第２電極パッド領域を有し、また、発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３に対応する発光セル領域を有する。
図１７を参照すると、前記化合物半導体層をパターニングし、複数個の発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３を形成する。前記発光セルは、それぞれ、第１導電型半導体層２２３と、パターニングされた活性層２２５ａ及び第２導電型半導体層２２７ａを有する。前記化合物半導体層は、フォトエッチング工程を用いてパターニングされてもよく、このような工程は、一般に知られたメサエッチング工程に類似する。この際、前記発光セルの周囲の第２導電型半導体層２２７及び活性層２２５が除去され、前記第１導電型半導体層２２３が露出する。図示のように、前記第１導電型半導体層２２３も部分的にエッチングされ除去されてもよい。その結果、前記発光セルの側面に第１導電型半導体層２２３、活性層２２５ａ、及び第２導電型半導体層２２７ａが露出する。一方、第１及び第２電極パッド領域上の活性層及び第２導電型半導体層も除去され、これにより、これらの領域上に第１導電型半導体層が露出する。
図１８を参照すると、前記発光セル上に反射金属層２２９が形成される。前記反射金属層は、例えば、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）、または、銀合金またはアルミニウム合金で形成されてもよい。前記反射金属層２２９は、めっきまたは蒸着技術を用いて形成されてもよく、例えば、リフトオフ技術を用いて形成されてもよい。一方、反射金属層２２９が、第２導電型半導体層２２７ａとオーミック接触しない場合、反射金属層２２９を形成する前に、オーミックコンタクト層（図示せず）が形成されてもよい。
その後、前記発光セルＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３及び前記第１導電型半導体層２２３の露出部を覆う第１絶縁層２３１が形成される。前記第１絶縁層は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＭｇＯ、ＴａＯ、ＴｉＯ２、またはポリマーで形成されてもよい。前記第１絶縁層２３１は、発光セルの側面に露出した前記第１導電型半導体層２２３及び前記活性層２２５ａを覆い、また、第２導電型半導体層２２７ａを覆ってもよい。前記第１絶縁層２３１は、反射金属層２２９を露出させる開口部を有するようにパターニングされる。
前記第１絶縁層２３１を形成する前に、反射金属層２２９を形成するものと説明しているが、第１絶縁層２３１を形成した後に、反射金属層２２９を形成してもよい。
図１９を参照すると、前記第１絶縁層２３１はまた、第１電極パッド領域上の第１導電型半導体層と発光セルの周囲の第１導電型半導体層を露出させる開口部２３１ａを有するようにパターニングされる。この際、前記第２電極パッド領域上の第１導電型半導体層を露出させる開口部２３１ｂは開口部２３１ａと同時に形成されてもよい。前記パターニング工程は、反射金属層２２９を露出させる開口部を形成するとき、同時に行われてもよい。
前記開口部２３１ａは、第１絶縁層２３１を挟んで対をなしてもよい。すなわち、第１電極パッド領域上の第１導電型半導体層２２３を露出させる開口部と、それに隣接した発光セルＬＳ１の周囲の第１導電型半導体層２２３を露出させる開口部が同時に形成される。また、発光セルＬＳ１と発光セルＬＳ２との間では、発光セルＬＳ１の周囲の第１導電型半導体層を露出させる開口部と、発光セルＬＳ２の周囲に第１導電型半導体層を露出させる開口部が、同時に形成される。発光セルＬＳ２と発光セルＬＳ３との間においても同様である。これとは異なり、開口部２３１ｂは、それに隣接した発光セルＬＳ３の周囲の第１導電型半導体層２２３を露出させない。
図２０を参照すると、次いで、前記開口部２３１ａを通して第１導電型半導体層２２３に接続される接続金属２３３ａ、及び開口部２３１ｂを通して第１導電型半導体層に接続された中間金属２３３ｂが形成される。この際、前記反射金属層２２９を覆う保護金属層２３３ｃは、前記接続金属２３３ａ及び中間金属２３３ｂと同時に形成されてもよい。前記接続金属２３３ａ及び中間金属２３３ｂは、第１絶縁層２３１によって発光セルの側壁から離隔する。
前記中間金属２３３ｂ及び保護金属層２３３ｃは、省略されてもよい。また、前記中間金属２３３ｂが省略される場合、前記開口部２３１ｂは、開口部２３１ａと同時に形成される必要がなく、以降の工程で形成されてもよい。
図２１を参照すると、前記接続金属２３３ａを覆う第２絶縁層２３５が形成される。前記第２絶縁層２３５は、接続金属２３３ａが形成された基板のほぼ全面上に蒸着され、接続金属２３３ａのみならず、発光セル及び中間金属２３５ａを覆うことができる。その後、前記第２絶縁層２３５がパターニングされ、保護金属層２３３ｃ及び中間金属２３３ｂを露出させる開口部が形成される。
図２２を参照すると、前記第２絶縁層２３５上に接続金属２３７が形成される。前記接続金属２３７は、犠牲基板２２１の全面の上部に形成されてもよく、第２絶縁層２３５の開口部を通して、保護金属層２３３ｃに接続され、かつ中間金属２３３ｂに接続される。前記接続金属２３７によって第２導電型半導体層２２７ａが互いに電気的に接続される。前記接続金属２３７は、単一層または多重層で形成されてもよく、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄ等で形成されてもよい。また、前記接続金属２３７は、反射金属層及び／または保護金属層を含んでもよく、この場合、前記反射金属層２２９及び／または保護金属層２３３ｃを形成する工程は、省略されてもよい。
図２３を参照すると、前記接続金属２３７上にボンディング金属２４１が形成されてもよい。前記ボンディング金属２４１は、例えば、ＡｕＳｎ（８０／２０ｗｔ％）で約１５，０００Å（１５００ｎｍ）の厚さで形成されてもよい。また、ボンディング金属２４３が基板２５１上に形成されてもよく、前記ボンディング金属２４１、２４３を対向するようにボンディングすることにより、基板２５１が前記接続金属２３７上にボンディングされる。前記基板２５１は、特に限定されるものではないが、犠牲基板２２１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２４を参照すると、前記犠牲基板２２１が除去され、前記第１導電型半導体層２２３が露出する。犠牲基板２２１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されてもよい。この際、バッファ層も除去され、第１導電型半導体層２２３が露出する。図２５は、犠牲基板２２１が除去された後、第１導電型半導体層２２３を上向きにして示した図である。説明の便宜上、第１電極パッド領域及び第２電極パッド領域が、図２４と同一の方向に位置するものとして示した。
図２６を参照すると、前記露出した第１導電型半導体層２２３をパターニングし、第１及び第２電極パッド領域上に、第１及び第２分離層２２３ｂ、２２３ｃを形成し、また互いに分離された第１導電型半導体層２２３ａを形成する。この際、第１導電型半導体層２２３が除去される位置に第１絶縁層２３１が露出してもよく、これにより、接続金属２３３ａ及び中間金属２３３ｂが外部に露出することを防止することができる。
さらに図１５を参照すると、前記第１分離層２２３ｂ上に第１電極パッド２４５ａが形成され、第２分離層２２３ｃ上に第２電極パッド２４５ｂが形成される。前記電極パッド２４５ａ、２４５ｂは、互いに同一の材料で形成されてもよい。一方、前記発光セル上の第１導電型半導体層２２３ａに、光電気化学（ＰＥＣ）エッチング等によって、粗面Ｒが形成されてもよい。以降、前記複数個の発光セルを有する単一チップに分離され、発光素子が完成する。
本実施例において、第１電極パッド領域上に分離層２２３ｂが形成されるものと説明しているが、第１電極パッド領域上の第１導電型半導体層は、発光セルＬＳ１の第１導電型半導体層から分離されなくてもよい。また、前記発光セルの第１導電型半導体層２２３ａは、互いに分離されず、連続的であってもよい。
以上、本発明についていくつかの実施例を挙げて説明したが、本発明は、上述した実施例に限定されず、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、特許請求の範囲で定義される本発明の範囲に含まれる。
１２５ａ 第１導電型上部半導体層
１２７ａ 活性層
１２９ａ 第２導電型下部半導体層
１３１ 第１反射金属層
１３３ 絶縁層
１３５ 保護金属層
１３７ａ 第１電極パッド
１３７ｂ 第２電極パッド
１３８ａ 第１電極パッド
１３８ｂ 第２電極パッド
１３９ 配線
１４１ 中間絶縁層
１４３ 第２反射金属層
１４５ 保護金属層
１４７ ボンディング金属
１４９ ボンディング金属
１５１ 基板
ＬＳ１、ＬＳ２ 発光セル
Ｒ 粗面

Claims (30)

  1. 基板と、
    前記基板の上部に互いに離隔して配置された複数個の発光セルであり、それぞれ、第１導電型上部半導体層、活性層、及び第２導電型下部半導体層を有し、前記活性層及び前記下部半導体層は、前記上部半導体層の一部領域の下方に位置する複数個の発光セルと、
    前記基板と前記複数個の発光セルとの間に位置し、前記発光セルを接続し、発光セルの直列アレイを形成する配線と、
    前記発光セルと前記基板との間に位置し、前記発光セル及び前記配線を覆う中間絶縁層と、
    前記中間絶縁層と前記発光セルとの間に設けられた第１反射金属層と、
    を備えることを特徴とする発光素子。
  2. 前記中間絶縁層と前記基板との間に設けられた第２反射金属層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記配線が、前記発光セルの側面から離隔するように、前記発光セルの側面を覆う絶縁層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  4. 前記配線は、それぞれ隣り合う発光セルの下部半導体層の下部面と、上部半導体層の下部面に電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  5. 前記第１反射金属層を覆う保護金属層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  6. 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。
  7. 犠牲基板上に、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１及び第２導電型半導体層間に設けられた活性層を有する化合物半導体層を形成し、
    前記化合物半導体層をパターニングし、複数個のメサを形成し且つ前記メサの周囲に前記第１導電型半導体層を露出し、
    前記メサ上に第１反射金属層を形成し、
    前記メサ及び前記第１導電型半導体層の露出部を覆う絶縁層であって、前記メサの上部を露出させる開口部と、前記メサ間の前記第１導電型半導体層を露出させる開口部とを有する絶縁層を形成し、
    前記メサとそれに隣接して前記第１導電型半導体層の露出部をそれぞれ電気的に接続する配線を形成し、
    前記配線が形成された犠牲基板上に中間絶縁層を形成し、
    前記中間絶縁層の上部に基板をボンディングし、
    前記犠牲基板を除去し、前記第１導電型半導体層を露出させ、
    前記露出した第１導電型半導体層を分離し、互いに離隔した複数個の発光セルを形成し、前記複数個の発光セルが前記配線によって直列接続されるように、前記第１導電型半導体層が分離される
    ことを特徴とする発光素子の製造方法。
  8. 前記中間絶縁層上に第２反射金属層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の発光素子の製造方法。
  9. 前記第１反射金属層を覆う保護金属層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の発光素子の製造方法。
  10. 前記メサ間の前記第１導電型半導体層の露出部上に第１電極パッドを形成し、前記保護金属層上に第２電極パッドを形成することをさらに含み、前記配線は、前記第１及び第２電極パッドを接続することを特徴とする請求項９に記載の発光素子の製造方法。
  11. 基板と、
    前記基板の上部に位置し、それぞれ、第１導電型上部半導体層、活性層、第２導電型下部半導体層を有する複数個の発光セルと、
    前記基板と前記発光セルとの間に位置し、前記活性層及び前記第１導電型上部半導体層から絶縁され、前記第２導電型下部半導体層を電気的に接続する接続金属と、
    前記第２導電型下部半導体層を電気的に接続する接続金属と前記第２導電型下部半導体層との間に設けられた反射金属層と、
    前記発光セルの光放出面から離隔して配置され、前記上部半導体層に電気的に接続された第１電極パッドと、
    前記発光セルと離隔し、前記第２導電型下部半導体層を電気的に接続する接続金属に電気的に接続された第２電極パッドと、を備え、
    前記第１導電型上部半導体層のそれぞれは、前記発光セル領域から延びた延長部を有することを特徴とする発光素子。
  12. 前記基板の上部に位置し、前記発光セルから離隔した第１導電型半導体の第１及び第２分離層をさらに備え、
    前記第１及び第２電極パッドは、それぞれ前記第１及び第２分離層上に位置することを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
  13. 前記第２電極パッドは、前記第２分離層を介して、前記第２導電型下部半導体層を電気的に接続する接続金属に電気的に接続されることを特徴とする請求項１２に記載の発光素子。
  14. 前記第１分離層の下部面と、前記発光セルの一つの上部半導体層の下部面とを電気的に接続する接続金属をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の発光素子。
  15. 前記発光セルの上部半導体層を電気的に接続する接続金属をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
  16. 前記第２導電型下部半導体層を電気的に接続する接続金属と、前記上部半導体層に接続された接続金属とを絶縁させる絶縁層をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の発光素子。
  17. 前記上部半導体は、互いに離隔していることを特徴とする請求項１５に記載の発光素子。
  18. 前記発光セルの上部半導体層を電気的に接続する接続金属は、互いに接続されていることを特徴とする請求項１５に記載の発光素子。
  19. 前記第２導電型下部半導体層を電気的に接続する接続金属と前記反射金属層との間に設けられた保護金属層をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
  20. 前記光放出面は、粗面であることを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
  21. 発光セル領域、第１及び第２電極パッド領域を有する犠牲基板上に、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１及び第２導電型半導体層間に設けられた活性層を有する化合物半導体層を形成し、
    前記化合物半導体層をパターニングし、前記発光セル領域上に複数個の発光セルを形成し且つ前記第１及び第２電極パッド領域の上部及び前記発光セルの周囲に前記第１導電型半導体層を露出し、
    前記発光セル上に反射金属層を形成し、
    前記発光セル及び前記第１導電型半導体層の露出部を覆う第１絶縁層であって、前記反射金属層を露出させる開口部、及び前記第２電極パッド領域の上部の第１導電型半導体層を露出させる開口部を有する第１絶縁層を形成し、
    前記第１絶縁層及び前記反射金属層を覆い、前記第２導電型半導体層を電気的に接続する接続金属を形成し、前記第２導電型半導体層を電気的に接続する前記接続金属は、前記第２電極パッド領域の上部の第１導電型半導体層に電気的に接続され、
    前記第２導電型半導体層を電気的に接続する接続金属上に基板をボンディングし、
    前記犠牲基板を除去し、前記第１導電型半導体層を露出させ、 前記露出した第１導電型半導体層をパターニングし、前記第２電極パッド領域の上部の第１導電型半導体層を前記発光セルから分離する
    ことを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
  22. 前記第１及び第２電極パッド領域上の第１導電型半導体層上に、第１及び第２電極パッドを形成することをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の発光素子の製造方法。
  23. 前記反射金属層上に保護金属層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の発光素子の製造方法。
  24. 前記第２導電型半導体層を電気的に接続する接続金属を形成する前に、
    前記第１絶縁層をパターニングし、前記第１電極パッド領域上の第１導電型半導体層と前記発光セルの周囲の第１導電型半導体層を露出させる開口部を形成し、
    前記開口部を通して、前記第１電極パッド領域の上部の第１導電型半導体層と、前記発光セルの一つの周囲の前記第１導電型半導体層とを接続する接続金属、及び前記発光セル間で前記発光セルの周囲の第１導電型半導体層を接続する接続金属を形成し、
    前記第１導電型半導体層を接続する接続金属を覆う第２絶縁層を形成することをさらに含み、
    前記第２絶縁層は、前記反射金属層の上部及び前記第２電極パッド領域の上部にそれぞれ開口部を有することを特徴とする請求項２１に記載の発光素子の製造方法。
  25. 前記第２電極パッド領域の上部の第１絶縁層上に中間金属を形成することをさらに含むが、前記中間金属は、前記第１絶縁層の開口部を通して、前記第２電極パッド領域の上部の第１導電型半導体層に電気的に接続され、
    前記第２導電型半導体層を電気的に接続する接続金属は、前記第２絶縁層の開口部を通して、前記中間金属に電気的に接続されることを特徴とする請求項２４に記載の発光素子の製造方法。
  26. 前記第１電極パッド領域上の第１導電型半導体層及び前記発光セルの周囲の第１導電型半導体層を互いに分離することをさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の発光素子の製造方法。
  27. 前記第１導電型半導体層を分離するとき、前記第１絶縁層が露出することを特徴とする請求項２６に記載の発光素子の製造方法。
  28. 前記反射金属層上に保護金属層を形成することをさらに含むが、前記保護金属層は、前記第１導電型半導体層を接続する接続金属を形成するとき、同時に形成されることを特徴とする請求項２４に記載の発光素子の製造方法。
  29. 前記犠牲基板を分離した後、前記露出した第１導電型半導体層の表面に粗面を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の発光素子の製造方法。
  30. 前記第１導電型半導体層はｎ型であり、前記第２導電型半導体層はｐ型であることを特徴とする請求項２１に記載の発光素子の製造方法。

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