JP4565391B2 - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
このような、窒化ガリウム膜の破壊及びクラックの転移を減らすための方法として窒化ガリウム膜の一部をサファイア面までエッチングして接合する方法が最近広く使われている。
ここで、複数個の素子は、発光ダイオードのような素子である。
この際、エッチング工程で、素子11aの間が除去された領域は素子11aで囲まれて形成されたトレンチ20になる。
引き続き、複数個の素子11a上にあるPメタル層12にボンディング物質13を用いてキャリア基板14をボンディングする(図1d)。
キャリア基板14は、シリコンとGaAsとCuとAlとの中から選択されたいずれか一つの物質で形成された基板である。
ここで、トレンチ20には、ボンディング物質13を埋め込めない問題が発生し、 レーザーリフトオフ工程を行うために入射されるレーザーの熱によって膨脹する空気成分が窒化ガリウムとの熱膨脹係数の差によって、図1eに示したように、素子にクラック25が発生する。
ここで、複数個の素子は、発光ダイオードのような素子である。
その後、複数個の素子11aのそれぞれの上部にPメタル層12を形成し、トレンチ20の内部に取り除き易い物質30を充填する(図2c)。
ここで、 取り除き易い物質30は、エポキシ、フォトレジスト、ポリイミド、誘電体のうちいずれか一つである。
その後、複数個の素子11aとトレンチ20をクリーニングし、エッチング工程を行って複数個の素子11aの一部領域を取り除く(図2f)。
ここで、複数個の素子11aで除去される領域はPメタル層12が形成された素子領域から反対側の領域である。
引き継き、スクライビング(Scribing)工程及びブレーキング(Breaking)工程を行い、それぞれの素子11aを一個ずつ分離する(図2h)。
それから、複数個の素子11aの上部にPメタル層12を形成し、トレンチ20の内部に取り除き易い物質30を充填する(図3c)。
ここで、取り除き易い物質30は、エッチング工程で取り除き易い物質である。
引き続き、複数個の素子11a上にあるPメタル層12と充填物質30の上面にシード金属層40を蒸着し、シード金属層40の上面にキャリア用金属層41を蒸着する(図3d)。
その後、複数個の素子11aとトレンチ20をクリーニングし、エッチング工程を行って複数個の素子11aの一部領域を取り除く(図3f)。
引き継ぎ、スクライビング工程及びブレーキング工程を行い、それぞれの素子50を一個ずつ分離する(図3h)。
前記素子構造物、P電極パッド層、反射金属膜、および該反射金属膜上部の一部を取り囲むパッシベーション層と、該パッシベーション層を取り囲むシード金属層と、該シード金属層と前記反射金属膜とを取り囲む金属層と、前記素子構造物の下部に形成されたN電極パッド層とから構成され、
前記N型半導体層、活性層およびP型半導体層の各々の側壁は、段差なく同一角度で傾斜しており、前記素子構造物の下部面、シード金属層、パッシベーション層、及び金属層が同一平面上に露出されていることを特徴としている。
図4aないし図4iは、本発明の望ましい第1様態による発光素子の製造工程を説明する概略的な断面図で、サファイア基板100上にN型GaN層、活性層およびP型GaN層を有する複数個の素子が含まれた薄膜層110を形成する(図4a)。
ここで、薄膜層110は、N型GaN層、活性層およびP型GaN層が順次に積層された発光素子の構造物のようなものである。
その後、図4bに示されたように、複数個の素子111は、各々が離隔されるように、薄膜層110を選択的にエッチングして、サファイア基板100に対して所定の角度(α)で傾斜した側面を有する。(図4b)。
ここで、上記角度(α)は45°〜65°が望ましい。
それゆえ、素子から放出された光は、反射膜で反射され、素子の上方に出射される。
したがって、本発明は、側面への光損失を減らすことができるので光学的特性を改善することができる。
引き続き、複数個の素子111の各々の上部に、P電極パッド層120と反射金属膜130を順次に形成する(図4c)。
ここで、P電極パッド層120は、薄膜層110のP型GaN層上に形成されるものである。
ここで、Ni/AuはNi層とAu層が順次に積層された電極パッドである。
そして、反射金属膜130は、Al、AG、Au、Cu、Rhの少なくとも1つが含まれる合金である。
ここで、パッシベーション層140は、SiO2またはSi3N4で形成されるか、またはTiO2、SiN、Al2O3、Ta2O3 等のようなHR(高反射)膜で形成される。
そして、シード金属層150は、Ta、TiW、TaW、Cu、Al、Ti、Pt、Au、Crのうちのいずれか一つで形成する。
また、シード金属層150の厚さ(t)は、レーザーリフトオフ工程で発生するストレスから分離された素子を保護し、熱放出を容易にするため、30 〜 300μmで相対的に他の金属層より厚く成長させる。
その後、レーザーリフトオフ工程を行い、サファイア基板100を素子から離脱させる(図4f)。
結局、図4fの工程で、素子の間に存在する凹み領域、すなわち、トレンチ領域に金属層160が埋め込まれるようになる。
続いて、それぞれの素子111にN電極パッド層170を形成する(図4h)。
最後に、スクライビング工程及びブレーキング工程などの切断工程を行い、それぞれの素子を一個ずつ分離する(図4i)。
そして、パッシベーション層140は、素子構造物の側面、シード金属層および反射用の金属膜の各側面から一定の厚さを有するように形成されているのが望ましい。
その後、薄膜層110上にP電極パッド層である Pメタル層210、反射用の金属膜220、金属層230を順次に蒸着する(図6b)。
その後、複数個の素子111のそれぞれが離隔できるように、薄膜層110を選択的にエッチングする(図6d)。
この際、図6cと図6dとの間に、クリーニング工程を行うのが望ましい。
ここで、パッシベーション層180は、Nメタル層170に露出された領域に形成されるもので、Nメタル層170は、パッシベーション層180によって露出される。
サファイア基板100上にN型GaN層、活性層およびP型GaN層を有する複数個の素子が含まれた薄膜層110を形成する(図6a)。
その後、薄膜層110の上部にP電極パッド層であるPメタル層210、反射用の金属膜220、金属層230を順次に蒸着する(図6b)。
1) 素子の離隔)工程で形成されたトレンチ領域に金属を充填することで素子を保護するだけでなく、熱放出において既存の方法より非常に優れる。
2) 異種の基板を接合するのではなく、成長工程を通じて成長された厚い金属を用いてLLO工程を行うので、緻密な金属間の接合でボイドの発生の割合を著しく低くしてクラック発生率を減少させることができる。
3) 素子分離工程で素子の薄膜層側壁を傾くように形成させ、素子の薄膜層側壁に追加的な物質の成長が容易にでき、傾いた素子の薄膜層のへき開面で光損失を著しく減少させることができる。
4) 接合工程が追加的に要求されないので、工程が単純化する。
5) 素子と素子とのエッチングされた領域に他の物質を充填する必要がないので、工程を単純化することができる。
110 : 薄膜層
111 : 素子
112 : 素子構造物
120 : P電極パッド層
130、220 : 反射金属膜
140、180 : パッシベーション層
150 : シード金属層
160、230 : 金属層
170 : N電極パッド層
210 : Pメタル層
250 : Nメタル層
Claims (13)
- 傾斜した側壁を有する共に、N型半導体層、活性層およびP型半導体層を含んでいる素子構造物と、
該素子構造物上に形成されたP電極パッド層と、
該P電極パッド層上に形成された反射金属膜と、
前記素子構造物、P電極パッド層、反射金属膜、および該反射金属膜上部の一部を取り囲むパッシベーション層と、
該パッシベーション層を取り囲むシード金属層と、
該シード金属層と前記反射金属膜とを取り囲む金属層と、
前記素子構造物の下部に形成されたN電極パッド層とから構成され、
前記N型半導体層、活性層およびP型半導体層の各々の側壁は、段差なく同一角度で傾斜しており、前記素子構造物の下部面、シード金属層、パッシベーション層、及び金属層が同一平面上に露出されていることを特徴とする発光素子。 - 前記素子構造物の側壁の傾斜角度は、45°〜65°であることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 前記P電極パッド層は、Ni/Au、Ru/Au、ITO、Pd/Au、Pd/Niのうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 前記反射金属膜は、Al、AG、Au、Cu、Rhのうちの少なくとも1つを含む合金で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 前記素子構造物は、前記P型半導体層の幅より前記N型半導体層の幅が大きい構造物であることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 前記パッシベーション層は、SiO2、Si3N4、TiO2、SiN、Al2O3、TA2O3のうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 前記パッシベーション層は、前記素子構造物の側面、P電極パッドおよび反射金属膜の側面から一定の厚さに形成されていることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 前記シード金属層の厚さ(t)は、30〜300μmであることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 基板上にN型半導体層、活性層およびP型半導体層を有する複数個の素子が含まれた薄膜層を形成する段階と、
前記複数個の素子の各々が離隔され、前記N型半導体層、活性層及びP型半導体層の各々の側壁を前記基板に対して段差なく同一の角度で傾斜した側壁を有するように、前記薄膜層を選択的にエッチングする段階と、
前記複数個の素子の各々の上部にP電極パッド層と反射金属膜を順次に形成する段階と、
前記反射金属膜の上部の一部を除いて、 素子とP電極パッド層と反射金属膜と基板上部とを取り囲むパッシベーション層を形成し、前記パッシベーション層により露出された反射金属膜及びパッシベーション層の上部にシード金属層を形成する段階と、
前記シード金属層上に金属層を蒸着する段階と、
レーザーリフトオフ工程を行い、前記基板を前記素子から離脱させる段階と、
前記基板に接触していた素子、パッシベーション層およびシード金属層の一部をエッチングして取り除き、前記素子の下部面、シード金属層、パッシベーション層及び金属層を同一平面上に露出させる段階と、
前記それぞれの素子にN電極パッド層を形成する段階と、
切断工程を行い、前記それぞれの素子を一個ずつ分離する段階と、を含む発光素子の製造方法。 - 前記素子構造物は、前記P型半導体層の幅より前記N型半導体層の幅が大きい構造物であ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。
- 前記素子構造物の傾斜角度は、45°〜65°であ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。
- 前記半導体は、窒化ガリウム(GAN)であ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。
- 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9に記載の発光素子の製造方法。
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