JP6220252B2 - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオードに係り、特に、オーミック電極を持つ発光ダイオード及びその製造方法に関する。
一般的に、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのIII族元素の窒化物は、熱的安定性に優れ、かつ直接転移型のエネルギーバンド構造を持っており、最近、青色及び紫外線領域の発光素子用物質として大きく注目されている。
特に、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いる青色及び緑色の発光素子は、大規模な天然色の平板表示装置、信号灯、室内照明、高密度な光源、高解像度の出力システム、光通信などの多様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、特にＧａＮは、それを成長させうる同種の基板を製作し難く、類似した結晶構造を持つ異種基板で金属有機化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー法（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＢＥ）などの工程を通じて成長する。
異種基板としては、六方晶系の構造を持つサファイア基板が主に使われる。しかし、サファイアは電気的に不導体であるため、発光ダイオード構造を制限し、また、機械的・化学的に非常に安定しているため切断や形状化などの加工が困難であり、熱伝導率が低い。
それゆえ、最近は、サファイアのような異種基板上に窒化物半導体層を成長させた後、異種基板を分離して垂直型構造の発光ダイオードを製造する技術が研究されている。
図１は、従来技術による垂直型発光ダイオードを説明するための断面図である。
図１を参照すれば、従来の垂直型発光ダイオード１０００は、基板１１００を備える。基板１１００上に、Ｐ層１５００、活性層１６００及びＮ層１７００を含む化合物半導体層が位置する。
また、化合物半導体層と導電性基板１１００との間に、Ｐ型電極１４００及び接着層１２００が介在される。
化合物半導体層は、一般的に、サファイア基板のような犠牲基板（図示せず）上に金属有機化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）などを使って成長させる。次いで、化合物半導体層上にＰ型電極１４００及び接着層１２００が形成され、Ｐ型電極１４００と接着層１２００との間に金属反射板１３００が形成される。そして、接着層１２００に基板１１００が付着される。
次いで、レーザーリフトオフ技術などを使って犠牲基板が化合物半導体層から分離され、Ｎ層１７００が露出される。次いで、露出されたＮ層１７００上に電極パッド１８００が形成される。これによって、熱放出性能に優れた基板１１００を採択することで、発光ダイオードの発光効率を改善でき、垂直型構造を持つ図１の発光ダイオードが提供される。
このような垂直型発光ダイオードは、化合物半導体層と金属反射層１３００との接触抵抗を低減させるために、オーミックコンタクトを行うＰ型電極１４００を採用している。
一方、Ｎ層１７００上にはＮ型電極１８００が形成される。Ｎ型電極１８００はＡｌ−Ｔｉ系列の物質で形成される。Ｎ型電極１８００の形成時に、Ａｌ−Ｔｉ系列の物質は６００℃以上の高いアニーリング温度が要求される。このＮ型電極１８００の熱処理時には、既に成膜された他の積層物に熱的損傷を及ぼす恐れがあった。６００℃以上の高温の熱処理工程においては、Ｐ型電極１４００をなす物質の反射度低下やオーミック特性劣化などの問題を引き起こす可能性がある。特に、Ａｌ−Ｔｉ系列の物質は、自立したＧａＮ基板のＮ極性面上でオーミックコンタクト層をほとんど形成しないという問題点があった。
また、Ｎ型電極１８００に比べてＮ層１７００は大きいエネルギーバンドギャップを持つため、Ｎ型電極１８００との接触部位で接触抵抗が高くなり、これにより素子の動作電圧が大きくなるという問題点がある。ここで、高い動作電圧によって発熱量が増加するという問題もある。
一方、従来の犠牲基板を使わずにＧａＮ基板上にＮ型電極を形成する工程を用いてもよい。ここでＧａＮ基板はＳｉをドーピングする場合、導電性基板としての役割を果たすことができる。
具体的には、従来のＴｉ／ＡｌまたはＡｌ／ＴｉをＧａＮ基板上に蒸着した後、これを６００℃以上の高温でアニーリングしてＮ型電極１８００のオーミックコンタクトを形成した。そして、Ｎ型電極が形成されたＧａＮ基板面に対応するＧａＮ基板面に半導体層を形成した。それゆえ、電極の形成工程後に成膜工程が行われることで工程が煩雑になるという短所がある。
本発明が解決しようとする課題は、熱的損傷を防止しつつオーミックコンタクトされた電極を形成し、動作電圧の低い発光ダイオードを提供することである。
本発明が解決しようとするさらに他の課題は、成膜工程後にオーミックコンタクト工程を行いつつも、熱的損傷なく工程が容易になる発光ダイオードの製造方法を提供することである。
本発明の一態様による垂直型発光ダイオードは、基板上に第１半導体層、活性層、第２半導体層を含む半導体積層構造体と、半導体積層構造体上に形成される導電性基板と、導電性基板上にオーミックコンタクトされて形成される電極と、を備えるが、電極は、電極及び導電性基板にレーザースクライビングし、電極から導電性基板の一部まで貫通して形成されるレーザー溝を備えることを特徴とする。
レーザー溝が形成される電極は、ワイヤーボンディングされる電極パッドと、電極パッドで拡張形成される延長パッドと、を備えることを特徴とする。
レーザー溝は、電極パッド及び延長パッドに形成されることを特徴とする。
レーザー溝は、延長パッドに形成されることを特徴とする。
レーザー溝は、電極パッド上に複数の平行なグルーブ状に形成されることを特徴とする。
レーザー溝は、電極パッド上にリング状に形成されることを特徴とする。
レーザー溝は、電極パッド上に所定間隔で整列された点状に形成されることを特徴とする。
レーザー溝は、延長パッドに不連続的な点線状に形成されることを特徴とする。
レーザー溝は、延長パッドに複数の円状に形成されることを特徴とする。
電極パッド上にレーザー溝を満たすメッキ層をさらに含むことを特徴とする。
導電性基板は、窒化物基板に不純物がドーピングされた基板であることを特徴とする。
レーザー溝は、断面がＶ字形グルーブ状に形成されることを特徴とする。
電極パッドと導電性基板との間に介在され、互いに屈折率の異なる複数の層で形成される反射層をさらに含み、反射層は、複数のリングパターンに配され、その表面に粗度（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）が形成され、電極パッドが導電性基板に把持されることを特徴とする。
電極パッドと第２半導体層との間に介在され、互いに屈折率の異なる複数の層で形成される反射層と、第２半導体層上に配される透明電極層と、をさらに含み、透明電極層は、反射層をカバーし、電極パッドと第２半導体層との間に配されることを特徴とする。
電極パッドは、ｎ型電極パッドまたはｐ型電極パッドで形成されることを特徴とする。
本発明の一態様による垂直型発光ダイオードの製造方法は、導電性基板上に第１半導体層、活性層、第２半導体層を順次形成して半導体積層構造体を形成し、半導体積層構造体上に電極を形成し、電極にレーザースクライビングし、電極から導電性基板の一部まで貫通して形成されるレーザー溝を形成し、レーザー溝を満たして電極上に形成されるメッキ層を形成すること、を含むことを特徴とする。
レーザー溝が形成される電極は、ワイヤーボンディングされる電極パッドと、電極パッドで拡張形成される延長パッドと、を備えることを特徴とする。
レーザースクライビングは、電極と導電性基板との間のオーミックコンタクトのために熱伝逹を行うことを特徴とする。
電極にレーザースクライビングし、電極から導電性基板の一部まで貫通して形成されるレーザー溝を形成する前に、電極パッド上に導電性基板を取り付け、導電性基板に形成される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。
レーザー溝を満たして電極上に形成されるメッキ層を形成する前に、導電性基板上に反射層を形成することをさらに含むことを特徴とする。
レーザー溝は、電極パッド及び延長パッドに形成されることを特徴とする。
レーザー溝は、延長パッドに形成されることを特徴とする。
レーザー溝は、電極パッド上に複数の平行なグルーブ状に形成されることを特徴とする。
レーザー溝は、電極パッド上にリング状に形成されることを特徴とする。
レーザー溝は、電極パッド上に所定間隔で整列された点状に形成されることを特徴とする。
レーザー溝は、延長パッドに不連続的な点線状に形成されることを特徴とする。
レーザー溝は、延長パッドに複数の円状に形成されることを特徴とする。
電極パッドは、ｎ型電極パッドまたはｐ型電極パッドで形成されることを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、発光ダイオードはレーザーを用いて局所的に熱伝逹できるため、電極がオーミックコンタクトを行うことができ、これによって動作電圧が低くなって発熱量が低減するという効果がある。
本発明の実施形態によれば、発光ダイオードの製造方法は、熱処理工程ではないレーザースクライビングを行うため、半導体層の熱的損傷を防止でき、成膜工程後に電極のオーミックコンタクト工程を行うため、工程が容易であるという効果がある。
従来の発光ダイオードの断面図である。 本発明の一実施形態による垂直型発光ダイオードの断面図である。 本発明の一実施形態による垂直型発光ダイオードの断面図である。 本発明の一実施形態による電極領域を示す平面図である。 図３のＡ−Ａ’線の断面図である。 図３のＡ−Ａ’線の断面図である。 図３のＢ−Ｂ’線の断面図である。 図３のＢ−Ｂ’線の断面図である。 本発明による垂直型発光ダイオードのレーザー溝の多様な実施形態を示す図面であって、本発明による第１電極パッドに形成されるレーザー溝の平面図である。 本発明による垂直型発光ダイオードのレーザー溝の多様な実施形態を示す図面であって、本発明による第１電極パッドに形成されるレーザー溝の平面図である。 本発明による垂直型発光ダイオードのレーザー溝の多様な実施形態を示す図面であって、本発明による延長パッドを示す平面図である。 本発明による垂直型発光ダイオードのレーザー溝の多様な実施形態を示す図面であって、本発明による延長パッドを示す平面図である。 本発明による垂直型発光ダイオードの接着力が向上した電極パッドの斜視図である。 本発明による垂直型発光ダイオードの接着力が向上した電極パッドの断面図である。 本発明による垂直型発光ダイオードの製造方法を示すフローチャートである。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、当業者に本発明の思想が十分に伝達されるように例として提供されるものである。
したがって、本発明は以下で説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化されてもよい。そして、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは便宜のために誇張して表現されることもある。また、一つの構成要素が他の構成要素の”上部に”または”上に”あると記載された場合、各部分が他の部分の”直上部”または”直上に”ある場合だけではなく、各構成要素と他の構成要素との間にさらに他の構成要素がある場合も含む。明細書全体にわたって同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
先ず、図２ないし図１０を参照して本発明の実施形態による垂直型発光ダイオードについて説明する。本実施形態において、最大の特徴を示す窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体を含む垂直型発光ダイオードについて説明するが、これに限定されるものではなく、多様な発光ダイオードに用いられうる。例えば、垂直型発光ダイオードだけではなく、メサ構造の水平型発光ダイオードに用いられる。
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の一実施形態による垂直型発光ダイオードの断面図であり、図３は、本発明の一実施形態による電極領域を示す平面図である。ここで実施形態として、レーザー溝が形成された第１電極を挙げて説明するが、第２電極にも同じ構造のレーザー溝を形成してもよい。
図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、本発明の一実施形態による垂直型発光ダイオード１０は、基板１８０上に形成された第２半導体層１３０、活性層１２０、第１半導体層１１０が順次に形成された半導体積層構造体１００を備え、また、第１半導体層１１０上に形成される導電性基板８０、第１電極５０及び第２半導体層１３０と基板１８０との間に形成される第２電極１５０を備える。そして、第２電極１５０と基板１８０との間には接着層１６０をさらに形成する。ここで第１及び第２電極５０、１５０は、パッド部に形成される電極パッドであり、以下、電極パッドとして説明する。
先ず、基板１８０は、サファイア基板、ＡｌＮ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板などの成長基板であり、電気伝導度を持つ導電性基板である。
また、本発明の一実施形態による垂直型発光ダイオード１０は、基板１８０と第２電極パッド１５０との間に接着層１６０を形成して接着してもよく、発光効率を高めるために、基板１８０に向う光を反射させるために反射層（図示せず）をさら含んでもよい。そして、第２半導体層１３０は、第２電極パッド１５０と接触して形成してもよい。
第１半導体層１１０、第２半導体層１３０、活性層１２０は、窒化物系半導体、例えば、未ドープのＧａＮやＩｎＮなどの２成分系、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮなどの３成分系、ＡｌＩｎＧａＮなどの４成分系窒化物半導体であり、ｎ型やｐ型にドーピングされたり、未ドープの窒化物系半導体であってもよく、特に限定されるものではない。
一方、第１半導体層１１０上には導電性基板８０が形成される。導電性基板８０はＧａＮで形成してもよく、導電性を持つ物質で形成するためにＧａＮに不純物をドーピングしてもよい。この時に不純物は、例えば、Ｓｉであってもよく、１×１０１７ないし１×１０１８ｃｍ−３の低濃度でＮ型不純物であるＳｉを注入させてＮ型の導電性基板を形成してもよい。ここで導電性基板８０は、特に限定されず、Ｎ型の導電性を持つ基板であればよい。
導電性基板８０上には、第１電極パッド５０を形成する。第１電極パッド５０は、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）及びこれらの混合物のうちいずれか一つで形成する。
このように、電極パッド５０、１５０を、垂直構造を持つように形成することで、発光効率を改善した垂直型発光ダイオード１０を形成することができる。
再び図２Ｂを参照すれば、図２Ｂの構造は、図２Ａの構造と第２電極パッド１５０の配置において差がある。
半導体積層構造体１００の第２半導体層１５０の下部に金属反射層１９０を形成する。これは、活性層１２０で発光した光が反射するように配する。そして第２導電性基板８８が用意され、第２導電性基板８８上に第２電極パッド１５０を形成する。そして、第２電極パッド１５０が形成された反対面に接着層１６０を形成し、金属反射層１９０と第２導電性基板８８とを接着させて垂直型発光ダイオード１０を形成する。
図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、本発明の一実施形態による垂直型発光ダイオード１０は、電極パッド５０、１５０と導電性基板８０、８８とのオーミックコンタクトのために、電極パッドを含む導電性基板に、レーザースクライビングを用いてレーザー溝（図示せず）を形成する。
この時、レーザースクライビングによって電極パッド５０、１５０及び導電性基板８０、８８に熱及びプラズマが発生するが、この時、プラズマは熱エネルギーに転換され、このような熱エネルギーが電極パッド５０、１５０及び導電性基板８０、８８に伝達されて導電性基板８０、８８内にドーピングされたＳｉ不純物を安定化させ、電極パッド５０、１５０と導電性基板８０、８８との界面の仕事関数を調整し、ショットキー障壁を低くして、オーミック特性、すなわち、オーミックコンタクトを改善する。
この時、レーザー溝の深さは、レーザースクライビングを用いて調節できる。
図３を参照すれば、半導体積層構造体１００上に形成される導電性基板８０上には電極パッド５０が形成されている。そして、半導体積層構造体１００の第２半導体層１３０にも電極パッド１５０が形成される。この時、導電性基板８０の間に形成された電極は第１電極パッド５０であり、第２半導体層１３０に当接する電極は第２電極パッド１５０と定義する。
ここで第２電極パッド１５０は、第２半導体層１３０と基板に対応する面に形成され、第１電極パッド５０は、導電性基板８０上に図３のように形成される。
第１電極は、第１電極パッド５０と、第１電極パッド５０に延設される延長パッド２５０を備えてもよい。第１電極パッド５０は、延長パッド２５０なしに形成してもよい。第１電極パッド５０及び延長パッド２５０は、レーザーによって形成されたレーザー溝２００を備える。この時、レーザー溝２００は、第１電極パッド５０、延長パッド２５０の両方に形成される。また、延長パッド２５０上のみに形成されてもよく、また第１電極パッド５０のみに形成されてもよい。ここでは、一実施形態として、第１電極パッド５０と延長パッド２５０の両方に形成された場合を示す。また、延長パッド２５０は、図示されたように、第１電極パッド５０から延びた４個の延長パッド２５０を形成してもよいが、形状については限定されず、導電性基板８０及び第１電極パッド５０に熱を伝達できる形状ならば、いかなる形状でもよい。
そして延長パッド２５０は、レーザースクライビングされるレーザー溝２００を備えてもよい。レーザーでレーザー溝２００が形成されると、導電性基板８０及び第１電極パッド５０に熱を伝達可能になる。言い換えれば、レーザーによってプラズマが発生するが、この時にプラズマは熱エネルギーに転換され、このような熱エネルギーは導電性基板８０及び第１電極パッド５０に伝達される。
このように、本発明による垂直型発光ダイオード１０は、レーザーを用いて導電性基板８０及び第１電極パッド５０に局所的に熱を提供し、導電性基板８０に第１電極パッド５０がオーミックコンタクトが可能になる。
したがって、導電性基板８０に第１電極パッド５０をオーミックコンタクトするように形成することで動作電圧を低くすることができる。また低くなった動作電圧で発光ダイオードの発熱量を低減させることができる。
図４Ａ及び図４Ｂは、図３のＡ−Ａ’線の断面図であり、図５Ａ及び図５Ｂは、図３のＢ−Ｂ’線の断面図である。ここで、図２Ａないし図４Ｂを引用して説明する。
図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、レーザー溝２００は、延長パッド２５０及び／または第１電極パッド５０を貫通して導電性基板８０の一部まで形成されている。ここで、レーザー溝２００の断面は、Ｖ字形グルーブ状に形成される。
そして、第１電極パッド５０及び延長パッド２５０上にはメッキ層５５がさらに形成される。メッキ層５５は、レーザー溝２００で形成されるＶ字形グルーブ状の溝を満たす。
第１電極パッド５０から導電性基板８０の一部までレーザースクライビングしてレーザー溝２００を形成することで、レーザーによって発生する熱エネルギーが導電性基板８０及び第１電極パッド５０に提供され、第１電極パッド５０が導電性基板８０にオーミックコンタクトが可能になる。この時、レーザー溝２００は、導電性基板８０の内部方向に溝の深さの調節が可能であり、２０μｍないし３０μｍの深さまで形成することが望ましい。
従来、第１電極パッド５０は、導電性基板８０へのオーミックコンタクトのために、６００℃以上で高温の熱処理を行わねばならなかった。しかし、オーミックコンタクトのために高温で熱処理を行えば、半導体積層構造体１００に形成された物質に悪影響を及ぼして素子全体の品質を低下させる要因になる。
しかし、本発明のように、レーザーを通じて局所的に熱を第１電極パッド及び導電性基板に伝達することで、従来の問題点を解決することができる。
このように、導電性基板８０に第１電極パッド５０をオーミックコンタクトするように形成することで動作電圧を低くすることができる。また低くなった動作電圧で発光ダイオードの発熱量を低減させることができる。
一方、図４Ｂを参照すれば、第１電極パッド５０と導電性基板８０との間に介在する反射層６００をさらに備える。反射層６００は、屈折率の互いに異なる複数の層で形成されて光を反射させ、光を抽出する効率を高める。また、光入射面で全反射されて半導体積層構造体１００方向に戻る光を再び反射することで劣化を防止する。さらに、反射層６００の構造によって導電性基板８０及び第１電極パッド５０の接着力を高めることができる。接着力の向上した構造は、図８及び図９で後述する。
図５Ａ及び図５Ｂを参照すれば、第１電極は、第１電極パッド５０の形成されたパッド領域ＰＡ（Ｐａｄ Ａｒｅａ）及び延長パッド２５０の形成された延長領域ＥＡ（Ｅｘｔｅｎｓｔｉｏｎ Ａｒｅａ）で形成されている。
パッド領域ＰＡは、外部から電気信号を入力できるようにワイヤーボンディングで接続される領域であり、第１電極パッド５０がボンディング物質と接触する領域である。
第１電極パッド５０に直接レーザー溝２００を形成すれば、ワイヤーボンディングされる接触面積が縮まるため、延長領域ＥＡに延長パッド２５０を形成させてボンディング面積を確保する。
このように、レーザー溝２００を第１電極パッド５０と延長パッド２５０に形成する時、延長パッド２５０は、第１電極パッド５０と同じ高さに形成してもよく、または互いに異なる高さに形成してもよい。
同じ高さに形成される時には、製造時に第１電極パッド５０及び延長パッド２５０を同時に形成することもできて工程が容易になる。または互いに異なる高さに形成する時には、互いに異なる工程で形成でき、互いに異なる工程で行う時、互いに異なる物質で延長パッド２５０を形成し、レーザースクライビング工程時に熱伝逹の容易な物質を使ってもよい。
そして、延長領域ＥＡのレーザー溝２００は、図示されたように、断面に沿って広く形成されている。ここで、延長パッド２５０に形成されたレーザー溝２００の断面も、パッド領域ＰＡのレーザー溝２００のようにＶ字形グルーブ状に形成されてもよい。
ここで、第１電極パッド５０及び延長パッド２５０上にはメッキ層５５が形成される。この時、メッキ層５５は延長領域で接続されるように形成されてもよく、接続されないように形成されてもよい。
このように、レーザーを用いて導電性基板８０及び第１電極パッド５０に局所的に熱を提供して、導電性基板８０に第１電極パッド５０がオーミックコンタクトが可能になる。
よって、導電性基板８０に第１電極パッド５０をオーミックコンタクト可能に形成することで動作電圧を低くすることができる。また低くなった動作電圧で発光ダイオードの発熱量を低減させることができる。
図６Ａないし図７Ｂは、本発明による垂直型発光ダイオードのレーザー溝の多様な実施形態を示す図面である。図６Ａ及び図６Ｂは、本発明による第１電極パッドに形成されるレーザー溝の平面図であり、図７Ａ及び図７Ｂは、本発明による延長パッドを示す平面図である。ここで、重複した説明を回避するために、図２Ａないし図５Ｂを引用して説明する。
図６Ａ及び図６Ｂを参照すれば、第１電極パッド５０上にレーザー溝２００が形成される。第１電極パッド５０に直接レーザースクライビングして第１電極パッド５０を導電性基板８０にオーミックコンタクトにさせてもよい。
レーザースクライビングして形成されたレーザー溝２００は、第１電極パッド５０から導電性基板８０の一部まで貫通して形成されることで、第１電極パッド５０及び導電性基板８０に熱を伝達する。レーザー溝２００を第１電極パッド５０上に直接形成することで、レーザーによって発生する熱が第１電極パッド５０及び導電性基板８０に直接伝達され、安定したオーミックコンタクトが可能になる。
ここで、レーザー溝２００は第１電極パッド５０上にリング状に形成されてもよく、所定の間隔で配された複数の点状に形成されてもよい。そして、レーザー溝２００に形成されるＶ字形グルーブを満たすメッキ層５５をさらに形成してもよく、メッキ層５５を通じてＶ字形グルーブによってショートされた領域を接続してボンディング接触面積を確保する。
このように第１電極パッド５０上に直接レーザー溝２００が形成される場合、導電性基板８０に第１電極パッド５０を安定してオーミックコンタクトさせることができ、レーザー溝２００の深さを容易に調節し、多様な形状に形成できるため、レーザースクライビングによる形状の制約がなく工程が容易になるという効果がある。
一方、図７Ａ及び図７Ｂを参照すれば、第１電極パッド５０から延びた延長パッド２５０が形成される。延長パッド２５０は、レーザースクライビング工程を通じて点状に形成されたレーザー溝２００を有してもよい。または、所定の間隔をなして円形のレーザー溝２００を持つように配してもよい。
このように、延長パッド２５０にレーザー溝２００を形成することで、第１電極パッド５０がボンディングされる領域を確保できる。
図８は、本発明による垂直型発光ダイオードの接着力が向上した電極パッドの斜視図であり、図９は、本発明による垂直型発光ダイオードの接着力が向上した電極パッドの断面図である。ここで重複した説明を回避し、かつ説明を容易にするために、図２Ａないし図７Ｂを引用して説明する。
上記では第１電極パッド５０を一実施形態として説明したが、本発明は第１電極パッド５０に限定されず、第２電極パッド１５０にも適用することができる。したがって、以下では、第１電極パッド５０及び第２電極パッド１５０を電極パッド５０、１５０と呼ぶ。
そして、レーザー溝２００に電極がオーミックコンタクトすることは、図２Ａないし図７Ｂで説明したものを参照し、以下では、電極が持つ接着力について説明する。
図８及び図９を参照すれば、導電性基板８０と第１電極パッド５０との間に屈折率の互いに異なる複数の層で形成される反射層６００をさらに含んでもよい。または第２半導体層１３０と第２電極パッド１５０との間に反射層６００が形成されてもよい。
そして導電性基板８０と第１電極パッド５０との間に、または第２半導体層１３０と第２電極パッド１５０との間に透明電極層６０をさらに含んでもよい。ここで透明電極層６０は、選択的に導電性基板８０の全面に形成されてもよく、一部の領域のみに形成されてもよい。または透明電極層６０は選択的に略してもよい。透明電極層６０は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）で形成してもよい。
ここで、レーザー溝２００は、第２電極パッド１５０、透明電極層６０及び第２半導体層１３０を貫通して形成される。または図２Ｂのように、レーザー溝２００が第２電極パッド１５０、透明電極層６０及び第２導電性基板８８を貫通して形成される。この時、レーザー溝２００は、レーザースクライビング領域を制御して反射層６００の形成されていない領域に形成する。そして、レーザー溝２００の溝を満たすメッキ層５５をさらに形成する。
一方、反射層６００は、例えば、屈折率の互いに異なる２つ以上の絶縁層を交互に複数の層に積層してＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）の機能を担うように形成される。ＤＢＲは、発光機能、光検出機能、光変調機能など有することで、各種発光素子で高い反射率が必要な場合に使われている。
ＤＢＲは、屈折率の互いに異なる２種の媒質を交互に積層し、その屈折率の差を用いて光を反射させる反射鏡である。反射層６００に使える絶縁物質としては、例えば、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉｘＮｙ、ＳｉＯＮｘから選択でき、例えば、化学気相蒸着法またはスパッタリングにより形成してもよい。また、反射層６００に使える導電性物質としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、ＲｈまたはＡｌ合金、Ａｇ合金、Ｐｔ合金、Ｐｄ合金、Ａｕ合金、Ｒｈ合金から選択してもよい。
このように、反射層６００をさらに設けることで発光ダイオードの光を抽出する効率を高めることができる。
一方、第２電極パッド１５０上には、後にワイヤーボンディングされるボンディング領域でボンディング工程を行う時に第２電極パッド１５０が剥離される現象が発生する。すなわち、第２電極パッド１５０と第２半導体層１３０との間の領域は、接着力が重要となる領域である。また、図２Ｂのように、第２電極パッド１５０と第２導電性基板８８との間の領域は、接着力が重要となる領域である。また、第１電極パッド５０と導電性基板８０との間でも同様である。
この時、反射層６００の厚さによって導電性基板８０の表面が粗度（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を有したり、反射層６００上に形成される透明電極層６０が粗度を有したりする。このような粗度は、その表面上に形成される物質との接着力を向上させる。また、このような表面に形成される粗度は光を抽出する効率を向上させる。このように、粗度が形成された導電性基板８０の表面または透明電極層６０の表面は、それらの上に形成される電極パッド５０、１５０との接着力を向上させる。
さらに、反射層６００をリング状などに形成してもよい。リング状に形成される反射層６００によって、電極パッド５０、１５０は、その内部で反射層６００が電極パッド５０、１５０を把持する構造で形成できる。このような把持構造で形成することで、導電性基板８０と電極パッド５０及び１５０との間の接着力を向上させることができる。
さらに、透明電極層６０は、電極パッド５０、１５０の側面を取り囲むグリップ状に形成され、導電性基板８０上に形成されてもよい。電極パッド５０、１５０の周辺に形成される透明電極層６０もまた外部で電極パッド５０、１５０を把持するグリップ構造で形成されるため、接着力はさらに向上する。
このようにして、透明電極層６０の上に形成される電極パッド５０及び１５０と透明電極層６０との接着力を向上させることができる。さらには、導電性基板８０及び／または第２半導体層１３０との接着力も向上させて、電極パッド５０、１５０が剥離されたり、一部の接触不良による動作電圧の上昇を防止できる。すなわち、電極パッド５０、１５０の接着力が向上することにより動作電圧を低くすることができる。また接触不良によって発生する発熱量も低減させることができる。
図１０は、本発明による垂直型発光ダイオードの製造方法を示すフローチャートである。ここで説明を容易にするために、図２Ａないし９を引用して説明する。ここでは、図２Ａの垂直型発光ダイオードを挙げて説明する。
先ず、Ｓ１では、垂直型発光ダイオード１０を形成するために、導電性基板８０上に第１半導体層１１０、活性層１２０、第２半導体層１３０が順次に形成された半導体積層構造体１００を形成する。そして、半導体積層構造体１００上に電極５０、１５０を形成する。この時、電極５０、１５０は、第１電極パッド５０及び第２電極パッド１５０である。第１電極パッド５０は導電性基板８０上に形成されてもよく、第２電極パッド１５０は第２半導体層１３０上に形成されてもよい。ここで第１電極パッド５０は、半導体積層構造体１００が形成された面と対向する面に形成されてもよい。
そして第２電極パッド１５０上に基板１８０を取り付ける。ここで基板１８０と第２電極パッド１５０とを取り付けるために、接着層１６０をさらに形成してもよい。そして、接着層１６０と第２電極パッド１５０との間には、金属反射層などの反射部材層（図２Ｂの１９０を参照）をさらに形成してもよい。
そして、第１電極パッド５０を形成する前に反射層６００をさらに形成してもよい。反射層６００は、パッド領域ＰＡにリング状に形成してもよく、その上に第１電極パッド５０を形成することで反射層６００が第１電極パッド５０を把持する形になるようにしてもよい。これによって、第１電極パッド５０と導電性基板８０との接着力を高めることができる。
Ｓ２では、第１電極パッド５０にレーザースクライビングしてレーザー溝２００を形成する。レーザー溝２００は、第１電極パッド５０から導電性基板８０の表面の一部まで貫通する。ここで、第２電極パッドもレーザースクライビングしてオーミックコンタクトさせてもよい。この時、第２電極パッドは、ワイヤーボンディングによって基板を取り付ける前にレーザースクライビング工程を行って形成される。
このように第１電極パッド５０及び導電性基板８０の一部までレーザースクライビングして、第１電極パッド５０及び導電性基板８０に熱を伝達する。伝達された熱は、導電性基板８０への第１電極パッド５０のオーミックコンタクトを可能にする。
Ｓ３では、レーザー溝２００を含む第１電極パッド５０上にメッキ層５５を形成する。メッキ層５５は、金（Ａｕ）などを使って形成してもよい。この時、メッキ層５５は電解法や無電解法などで形成してもよい。
従来は、導電性基板上に半導体積層構造体を形成する前に第１電極パッドを先ず形成していた。これは、導電性基板と第１電極パッドとをオーミックコンタクトさせるために、オーミックコンタクト工程は６００℃以上の温度で行われるが、６００℃以上の温度でこの工程を行えば、半導体積層構造体の物質に悪影響を及ぼして品質を低下させる恐れがあるためである。
しかし、本発明ではレーザースクライビング工程を通じて第１電極パッドを形成した後、第１電極パッドにレーザースクライビングを行うので、工程が容易になる。
このように、本発明の実施例にかかる垂直型発光ダイオードの製造方法においては、熱処理工程がないため、半導体層の熱的損傷を防止でき、また、電極の形成後にレーザースクライビング工程で電極のオーミックコンタクト工程を行うことで工程を容易にすることができるという効果がある。
本発明は、発光ダイオード及びその製造方法関連の技術分野に好適に用いられる。
１０ 垂直型発光ダイオード
５０ 第１電極パッド
６０ 透明電極層
８０ 導電性基板
１００ 半導体積層構造体
１１０ 第１半導体層
１２０ 活性層
１３０ 第２半導体層
１５０ 第２電極パッド
１８０ 基板
２００ レーザー溝
２５０ 延長パッド
６００ 反射層

Claims (36)

  1. 基板上に第１半導体層、活性層、第２半導体層を含む半導体積層構造体と、
    前記半導体積層構造体上に形成される導電性基板と、
    前記導電性基板上にオーミックコンタクトされて形成される電極と、を備え、
    前記電極は、
    前記電極及び前記導電性基板にレーザースクライビングし、前記電極から前記導電性基板の一部まで貫通して形成されるレーザー溝を備え、
    前記電極は、
    ワイヤーボンディングされる電極パッドと、
    前記電極パッドで拡張形成される延長パッドと、を含み、
    前記レーザー溝が少なくとも前記延長パッドに形成される発光ダイオード。
  2. 前記レーザー溝は、前記電極パッドには形成されない、請求項１に記載の発光ダイオード。
  3. 前記レーザー溝は、前記電極パッド及び前記延長パッドに形成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。
  4. 前記レーザー溝は、前記電極パッド上に複数の平行なグルーブ状に形成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. 前記レーザー溝は、前記電極パッド上にリング状に形成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. 前記レーザー溝は、前記電極パッド上に所定間隔で整列された点状に形成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。
  7. 前記レーザー溝は、前記延長パッドに不連続的な点線状に形成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。
  8. 前記レーザー溝は、前記延長パッドに複数の円状に形成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。
  9. 前記電極パッド上に前記レーザー溝を満たすメッキ層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
  10. 前記導電性基板は、窒化物基板に不純物がドーピングされた基板であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
  11. 前記レーザー溝は、断面がＶ字形グルーブ状に形成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。
  12. 前記電極パッドと前記導電性基板との間に反射層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
  13. 前記反射層は、互いに屈折率の異なる複数の層で形成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. 前記反射層は、複数のリングパターンに配され、その表面に粗度が形成され、前記電極パッドが前記導電性基板に把持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。
  15. 前記電極パッドと前記第２半導体層との間に介在され、互いに屈折率の異なる複数の層で形成される反射層と、
    前記第２半導体層上に配される透明電極層と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
  16. 前記透明電極層は、前記反射層をカバーし、前記電極パッドと前記第２半導体層との間に配されることを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオード。
  17. 前記透明電極層は、前記反射層によって露出された第２半導体層上に配されることを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオード。
  18. 前記電極パッドは、ｎ型電極パッドまたはｐ型電極パッドで形成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。
  19. 基板上に第１半導体層、活性層、第２半導体層を含む半導体積層構造体と、
    前記半導体積層構造体上に形成される導電性基板と、
    前記導電性基板上にオーミックコンタクトされて形成される電極と、
    前記電極と前記導電性基板との間に介在され、前記電極から露出した部分を有する反射層と、を備え、
    前記電極は、
    前記電極及び前記導電性基板にレーザースクライビングし、前記電極から前記導電性基板の一部まで貫通して形成されるレーザー溝を含み、
    前記レーザー溝は、前記反射層が設けられていない位置で、前記電極から前記導電性基板の一部まで貫通する
    発光ダイオード。
  20. 前記反射層は、複数のリングパターンに配され、前記電極が前記導電性基板に把持されることを特徴とする請求項１９に記載の発光ダイオード。
  21. 基板上に第１半導体層、活性層、第２半導体層を含む半導体積層構造体と、
    前記半導体積層構造体上に形成される導電性基板と、
    前記導電性基板上にオーミックコンタクトされて形成される電極と、
    前記電極と前記第２半導体層との間に介在され、前記電極から露出した部分を有する反射層と、
    前記第２半導体層上に配されるとともに、前記反射層の前記露出した部分を覆う透明電極層と、を備え、
    前記電極は、前記電極及び前記導電性基板にレーザースクライビングし、前記電極から前記導電性基板の一部まで貫通して形成されるレーザー溝を含み、
    前記レーザー溝は、前記反射層が設けられていない位置で、前記電極から前記第２半導体層の一部まで貫通する
    発光ダイオード。
  22. 導電性基板上に第１半導体層、活性層、第２半導体層を順次形成して半導体積層構造体を形成し、
    前記半導体積層構造体上に、ワイヤーボンディングされる電極パッドと、前記電極パッドで拡張形成される延長パッドとを含む電極を形成し、
    前記電極にレーザースクライビングし、前記電極から前記導電性基板の一部まで貫通して形成されるレーザー溝を、少なくとも前記延長パッドに形成する、
    発光ダイオードの製造方法。
  23. 前記レーザー溝を形成した後、前記レーザー溝を満たして前記電極上に形成されるメッキ層を形成すること、を特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
  24. 前記レーザースクライビングは、
    前記電極と前記導電性基板との間のオーミックコンタクトのために熱伝逹を行うことを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
  25. 前記電極にレーザースクライビングし、前記電極から前記導電性基板の一部まで貫通して形成されるレーザー溝を形成する前に、
    前記導電性基板に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２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
  26. 前記レーザー溝を満たして前記電極上に形成されるメッキ層を形成する前に、
    前記導電性基板上に反射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２３に記載の発光ダイオードの製造方法。
  27. 前記レーザー溝は、前記電極パッドには形成されない、ことを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
  28. 前記レーザー溝は、前記電極パッド及び前記延長パッドに形成されることを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
  29. 前記レーザー溝は、前記電極パッド上に複数の平行なグルーブ状に形成されることを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
  30. 前記レーザー溝は、前記電極パッド上にリング状に形成されることを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
  31. 前記レーザー溝は、前記電極パッド上に所定間隔で整列された点状に形成されることを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
  32. 前記レーザー溝は、前記延長パッドに不連続的な点線状に形成されることを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
  33. 前記レーザー溝は、前記延長パッドに複数の円状に形成されることを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
  34. 前記電極パッドは、ｎ型電極パッドまたはｐ型電極パッドで形成されることを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
  35. 導電性基板上に第１半導体層、活性層、第２半導体層を順次形成して半導体積層構造体を形成し、
    反射層を形成し、
    前記半導体積層構造体上に電極を形成し、
    前記電極にレーザースクライビングし、前記電極から前記導電性基板の一部まで貫通して形成されるレーザー溝を形成し、
    前記反射層は、前記電極と前記導電性基板との間に介在され、前記電極から露出した部分を有し、
    前記レーザー溝は、前記反射層が設けられていない位置で、前記電極から前記導電性基板の一部まで貫通する
    発光ダイオードの製造方法。
  36. 導電性基板上に第１半導体層、活性層、第２半導体層を順次形成して半導体積層構造体を形成し、
    反射層を形成し、
    透明電極層を形成し、
    前記半導体積層構造体上に電極を形成し、
    前記電極にレーザースクライビングし、前記電極から前記導電性基板の一部まで貫通して形成されるレーザー溝を形成し、
    前記反射層は、前記電極と前記第２半導体層との間に介在され、前記電極から露出した部分を有し、
    前記透明電極層は、前記第２半導体層上に配されるとともに、前記反射層の前記露出した部分を覆い、
    前記レーザー溝は、前記反射層が設けられていない位置で、前記電極から前記第２半導体層の一部まで貫通する
    発光ダイオードの製造方法。
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