TW201415657A - Ｌｅｄ元件及其製造方法 - Google Patents

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Kohei Miyoshi
Masashi Tsukihara
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Abstract

[課題]實現一邊確保流通於發光層內之電流往水平方向的擴散，來實現高發光效率，一邊防止製造時在層界面之龜裂及剝離的發生的LED元件。[解決手段]具有形成於支持基板(11)的上層的導電層(20)、形成於導電層(20)的上層，以熱膨脹係數為1×10-6/K以上且1×10-5/K以下的材料所構成的導電性氧化膜層(38)、以底面接觸於導電層(20)的一部分上面及導電性氧化膜層(38)的一部分上面之方式形成，且以p型半導體所構成的第1半導體層(32)、形成於第1半導體層(32)的上層，以比第1半導體層(32)低濃度的p型半導體所構成的第2半導體層(31)、形成於第2半導體層(31)的上層的發光層(33)、形成於發光層(33)的上層之以n型半導體所構成的第3半導體層(35)、及在與導電性氧化膜層(38)對向於垂直方向的位置，以底面接觸於第3半導體層(35)的一部分上面之方式形成的電極(42)。

Description

LED元件及其製造方法
本發明係關於LED元件及其製造方法，尤其是關於以氮化物半導體構成的縱型LED元件及其製造方法。
先前，於使用氮化物半導體的LED中，主要利用GaN。此時，根據晶格整合的觀點，利用在藍寶石基板上進行磊晶成長來形成缺陷少的GaN膜，形成由氮化物半導體所成的LED元件。在此，因藍寶石基板是絕緣材，對於GaN系LED的供電，削去p層的一部分，使n層露出，於p層及n層的各層形成供電用電極。如此，將供電用的電極配置成相同朝向之構造的LED稱為橫型構造，例如於後述專利文獻1有揭示此種技術。
另一方面，也進行以LED元件之發光效率的改善及光取出的效率化作為目的，將p層與n層配置於表背面來進行供電，所謂縱型構造之LED的開發。在製造該縱型構造的LED時，於藍寶石基板上由下依序配置n層、p層，於該p層側接合由矽(Si)及銅鎢(CuW)所成的支 持基板之後，去除藍寶石基板。此時，元件表面成為n層側，利用於該n層，作為供電用電極，設置接合電極，並於該接合電極連接身為供電線的電線(引線接合)，來進行電力供給。例如，於後述專利文獻2揭示此種技術。
又，於該專利文獻2，揭示以提升發光效率為目的，於p層側的電極上層，對於接合電極，於下方對向的位置設置絕緣層的構造。
在形成絕緣層之狀況中，在p層側的電極與接合電極(此也為n層側的電極)之間施加電壓的話，形成從p層側的電極(以下，稱為「p側電極」)以幾近最短距離朝向接合電極(以下，稱為「n側電極」)的垂直方向之電流路徑。因為在該等兩電極之間形成包含發光層的半導體層，即使於發光層內，電流也會集中流通於被該等兩電極挾持之處。結果，關於水平方向，電流不會流通於發光層內的廣泛範圍，發光區域變成限定性，從LED元件取出之光量變成極少。
如專利文獻2所揭示般，針對垂直方向，於對向於n側電極的位置相關之p側電極的上層，設置絕緣層，藉此可避免與半導體層連接之p側電極的位置與n側電極被配置成隔著包含發光層的半導體層，對向於垂直方向的位置關係之狀況。此時，在兩電極之間施加電壓時，於發光層內透過在水平方向具有一定擴散範圍的電流路徑，電流從p側電極朝向n側電極流通。藉此，電流流通於發光層內的區域於水平方向擴散，提升LED元件的發 光效率。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第2976951號說明書
[專利文獻2]日本專利第4207781號說明書
然而，藉由本案發明者的銳意研究，發現以電流流通於發光層內的水平方向的廣泛範圍之方式，於電極的對向位置形成絕緣層來製造LED元件的話，有在絕緣層與p側電極的界面產生龜裂或剝離的可能性。
作為前述的絕緣物，一般來說使用SiO2，但是，SiO2的熱膨脹係數表示5×10-7/K程度的較低之值。另一方面，作為p側電極，一般來說使用Ag，但是，Ag的熱膨脹係數為2×10-5/K程度，兩者有40倍程度的背離。
但是，於p層側接合支持基板時，會對於元件賦予高溫。此時，在熱膨脹係數較高之p側電極(Ag)，與接觸該p側電極的熱膨脹係數較低之絕緣層(SiO2)中，膨脹的程度有較大的差。所以，結束加熱工程，元件被冷卻的話，起因於p側電極的壓縮應力與絕緣層的壓縮應力之差，在該界面可能產生龜裂或剝離。產生該龜裂或剝離 的話，原本LED元件本身不會正常動作，故無法達成使流通於發光層內的電流往水平方向擴散來提升發光效率之絕緣層形成的本來目的。
另一方面，如果設為不進行該SiO2的成膜的構造的話，雖然可消除如前述在界面的龜裂或膜剝離的問題，但是，因為電流流通於發光層內的限定處，故發光處變成限定性，從LED元件取出之光量變成極少。
本發明係有鑑於前述的課題，目的為提供一邊確保流通於發光層內之電流往水平方向的擴散來實現高發光效率，一邊在製造時不會導致層界面的龜裂或剝離之事態的LED元件及其製造方法。
本發明的LED元件，係包含氮化物半導體的LED元件，其特徵為：具有：支持基板，係以導電體或半導體所構成；導電層，係形成於前述支持基板的上層；導電性氧化膜層，係形成於前述導電層的上層；第1半導體層，係以底面接觸於前述導電層的一部分上面及前述導電性氧化膜層的一部分上面之方式形成，且以p型氮化物半導體所構成；第2半導體層，係形成於前述第1半導體層的上層，以比前述第1半導體層低濃度的p型氮化物半導體所構 成；發光層，係形成於前述第2半導體層的上層，且以氮化物半導體所構成；第3半導體層，係形成於前述發光層的上層，且以n型氮化物半導體所構成；及電極，係在與前述導電性氧化膜層對向於垂直方向的位置，以底面接觸於前述第3半導體層的一部分上面之方式形成；前述導電性氧化膜層是以熱膨脹係數為1×10-6/K以上且1×10-5/K以下的材料所構成。
依據前述構造，可縮小形成在接處於p型第1半導體層之部分的導電性氧化膜層，與形成於該下層的導電層的熱膨脹係數之差。藉此，即使於製程中施加加熱處理之狀況中，也不會有起因於熱膨脹係數的差，導電層與導電性氧化膜層的界面產生龜裂或剝離之情況。
再者，該導電性氧化膜層是以熱膨脹係數為3×10-6/K以上且8×10-6/K以下的材料所構成更為理想。
又，關於垂直方向，與形成於n型第3半導體層的上層之電極(以下，適當稱為「n側電極」)對向的位置中，於p型第1半導體層的下層，形成導電性氧化膜層。導電性氧化膜層雖然相較於SiO2等的絕緣層，比阻抗較小，但是，相較於形成在第1半導體層的下層之導電層(例如Ag，以下適當稱為「p側導電層」)的話，可增加兩位數程度的比阻抗。因此，在p側導電層與n側電極之 間施加電壓的話，電流會沿著從形成在接觸於p型第1半導體層之處的p側導電層經由發光層朝向n側電極的電流路徑流通。p側導電層係在與n側電極對向於垂直方向之處，於其上層形成導電性氧化膜層。亦即，p側導電層係於不與n側電極對向於垂直方向的位置中，與第1半導體層接觸。結果，在p側導電層與n側電極之間施加電壓之狀況中，可透過於發光層內在水平方向具有一定擴散範圍的電流路徑來流通電流，關於水平方向，電流流通於發光層內的區域擴散，可提升LED元件的發光效率。
亦即，依據前述構造，可一邊確保流通於發光層內的電流往水平方向的擴散，一邊防止導致製造時在層界面的龜裂或剝離之事態。
前述的LED元件，係可經由以下工程來形成。亦即，準備藍寶石基板的工程(a)；於前述藍寶石基板的上層，由下依序形成前述第3半導體層、前述發光層、前述第2半導體層、前述第1半導體層的工程(b)；於前述第1半導體層的上層之第1所定處，形成以熱膨脹係數為1×10-6/K以上且1×10-5/K以下的材料所構成之導電性氧化膜層的工程(c)；以覆蓋露出之前述第1半導體層的上面及前述導電性氧化膜層的上面之方式形成導電層的工程(d)；於前述導電層的上面，直接或隔著其他導電層，貼合 以導電體或半導體所構成之支持基板的底面的工程(e)；在使前述支持基板位於底面，前述藍寶石基板位於上面的狀態下，從上方照射雷射來剝離前述藍寶石基板，露出前述第3半導體層的上面的工程(f)；及在前述第1所定處的上方位置之前述第3半導體層的上層，形成電極的工程(g)。
再者，將導電層的最上層，亦即，形成在與第1半導體層接觸之處之層，設為反射電極為佳。反射電極係可利用例如Ag、Ag系的金屬(Ni與Ag的合金)、Al等。利用使從發光層往下方(支持基板側)放射之光線再反射至上方，可提升光的取出效率。
此時，作為導電性氧化膜層，設為透明電極為佳。透明電極係例如可利用ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、In2O3、SnO2等。利用將導電性氧化膜層設為透明電極，可使從發光層往下方放射之光線，不會在導電性氧化膜層內大幅衰減，而到達下層的反射電極為止，進而可將來自該反射電極的反射光，高效率地導引至上方。此外，因為以導電性氧化膜層構成，相較於絕緣層，熱傳導率比較好，具有將LED動作時產生之熱散熱的優良能力，也適合於長壽命化。
前述構造的LED元件，係可藉由將前述工程(c)設為形成作為前述導電性氧化膜層之透明電極的工程；將前述工程(d)，設為具有以覆蓋前述第1半導體層 的上面及前述導電性氧化膜層的上面之方式形成反射電極的工程、於前述反射電極的上層，形成保護層的工程、於前述保護層的上層，形成焊錫層的工程，且為形成包含前述反射電極、前述保護層及前述焊錫層的前述導電層的工程來實現。
又，本發明的LED元件除了前述的特徵之外，將在前述導電性氧化膜層與前述第1半導體層的界面，形成肖特基阻障層設為其他特徵。
設為此種構造時，相較於導電層(p側導電層)與第1半導體層接觸之處之阻抗值，可更增大導電性氧化膜層與第1半導體層接觸之處之阻抗值。藉此，在p側導電層與n側電極之間施加電壓時，可更減少從導電性氧化膜層往n側電極朝垂直上方的電流量。亦即，可將大部分的電流從不與n側電極對向於垂直方向之位置的p側導電層，經由發光層，朝向n側電極流通，所以，可使流通於發光層內的電流，更往水平方向擴散，可更提升發光效率。
尤其，在高濃度p型第1半導體層，與接觸於該層之層(導電層或導電性氧化膜層)之間的阻抗值，會大幅影響施加電壓時流通於發光層內之電流的路徑。設為前述的構造時，相較於導電層與第1半導體層的接觸區域相關之阻抗值，可大幅增大導電性氧化膜層與第1半導體層的接觸區域相關之阻抗值。
該肖特基阻障層係即使例如利用將厚度形成 為極為薄的3~5nm程度也可獲得前述的效果。該厚度係設為與高濃度p型的第1半導體層的層厚幾乎相同的厚度亦可。
前述構造的LED元件，係可利用將前述工程(c)，設為對形成前述導電性氧化膜層的材料進行濺鍍的工程，且藉由該濺鍍工程，在前述第1半導體層與前述導電性氧化膜層的界面，形成肖特基阻障層來實現。亦即，依據此方法，可同步於導電性氧化膜層的形成，在第1半導體層的表面，形成肖特基阻障層。
再者，肖特基阻障層係只要形成在第1半導體層與導電性氧化膜層的界面的話，即可獲得使流通於發光層內的電流往水平方向擴散的效果。因此，設為於工程(c)中，僅在濺鍍工程的開始當初，以高能量使離子與標靶衝突，之後，在使施加能量比當初更低之狀態下，繼續使使離子與標靶衝突之樣態亦可。
又，在製造具有肖特基阻障層的LED元件時，即使利用在前述工程(b)之後，對在預定形成前述導電性氧化膜層的前述第1所定處相關之前述第1半導體層的表面進行反向濺鍍處理，來形成肖特基阻障層的工程(h)之後，進行前述工程(c)也可實現。
又，本發明的LED元件係除了前述的特徵之外，將前述支持基板及前述導電層，係以於水平方向比包含前述第1半導體層、前述第2半導體層、前述發光層及前 述第3半導體層的LED層更廣之方式形成；於比前述LED層更突出於水平方向的位置中，具有以底面接觸於前述導電性氧化膜層或前述導電層的上面之方式形成的絕緣層，設為其他特徵。
形成於晶圓上的LED元件，係例如在上述之工程(g)之後，經過元件分離工程，與鄰接LED元件電性分離。具體來說，利用對前述LED層的端部進行蝕刻，與鄰接元件分離。
此時，如上所述，在第1半導體層的下層形成導電性氧化膜層的話，本來的話，在導電性氧化膜層的上面露出之時間點，結束蝕刻即可，但是，實際上難以做到，故導電性氧化膜層也有一部分被蝕刻。此時，被蝕刻之導電性氧化膜層的材料的一部分會附著於LED層的側面，有成為漏電流的發生等之原因的可能性。
因此，在n側電極之垂直下方的位置，與前述相同，在第1半導體層的下層形成導電性氧化膜層之外，在比n側電極更外周的區域相關的位置，在第1半導體層的下層，形成絕緣層。在狀態下，元件分離工程時，LED層的端部被蝕刻的話，在成為蝕刻對象之LED層的下層，形成絕緣層，故即使材料的一部分附著於LED層的側面，也不會有產生上述之漏電流之虞。又，絕緣層係也具有作為蝕刻阻障的功能，所以，在絕緣層的上面露出之時間點，可容易地結束蝕刻。
再者，絕緣層係以底面接觸於導電性氧化膜 層的上面之方式形成亦可，以接觸導電層的上面之方式形成亦可。
前述構造的LED元件，係可利用執行在前述工程(b)之後，前述工程(c)之前，在前述第1半導體層之上層的端部相關之第2所定處，形成絕緣層的工程(i)；及在前述工程(f)之後，前述工程(g)之前，對形成於前述第2所定處的上方之前述第3半導體層、前述發光層、前述第2半導體層及前述第1半導體層進行蝕刻，使前述絕緣層的上面露出的工程(j)來實現。
依據本發明，可實現可一邊確保流通於發光層內的電流往水平方向的擴散，一邊防止導致製造時在層界面的龜裂或剝離之事態的LED元件。
1，1A，1B，1C‧‧‧本發明的LED元件
11‧‧‧支持基板
13‧‧‧焊錫層
15‧‧‧焊錫層
17‧‧‧保護層
19‧‧‧反射電極
20‧‧‧導電層
30‧‧‧LED層
31‧‧‧(低濃度)p型半導體層
32‧‧‧(高濃度)p型半導體層<接觸層>
32A‧‧‧肖特基阻障層
33‧‧‧發光層
35‧‧‧n型半導體層
36‧‧‧非摻雜層
38‧‧‧導電性氧化膜層
39‧‧‧絕緣層
40‧‧‧LED磊晶層
41‧‧‧絕緣層
42‧‧‧電極
61‧‧‧藍寶石基板
[圖1]LED元件的概略剖面圖。
[圖2A]揭示以不同材料來製造LED元件時之膜剝離的有無的表。
[圖2B]以不同材料來製造LED元件時之LED元件並排之晶圓的俯視照片。
[圖3A]LED元件的其他概略剖面圖。
[圖3B]LED元件的其他概略剖面圖。
[圖3C]LED元件的其他概略剖面圖。
[圖3D]LED元件的其他概略剖面圖。
[圖4A]LED元件的工程剖面圖之一部分。
[圖4B]LED元件的工程剖面圖之一部分。
[圖4C]LED元件的工程剖面圖之一部分。
[圖4D]LED元件的工程剖面圖之一部分。
[圖4E]LED元件的工程剖面圖之一部分。
[圖4F]LED元件的工程剖面圖之一部分。
[圖4G]LED元件的工程剖面圖之一部分。
[圖4H]LED元件的工程剖面圖之一部分。
[圖4I]LED元件的工程剖面圖之一部分。
[圖4J]LED元件的工程剖面圖之一部分。
[圖4K]LED元件的工程剖面圖之一部分。
[圖4L]LED元件的工程剖面圖之一部分。
[圖4M]LED元件的工程剖面圖之一部分。
[圖5]揭示LED元件之製造方法的流程圖。
針對本發明的LED元件及其製造方法，參照圖面來進行說明。再者，於各圖中，圖面的尺寸比與實際的尺寸比不一定一致。
[構造]
針對本發明的LED元件1的構造，參照圖1來進行 說明。圖1係LED元件1的概略剖面圖。
LED元件1係包含支持基板11、導電層20、導電性氧化膜層38、LED層30及電極42所構成。LED層30係由下依序層積高濃度的p型半導體層32(對應「第1半導體層」)、比p型半導體層32低濃度的p型半導體層31(對應「第2半導體層」)、發光層33及n型半導體層35(對應「第3半導體層」)所形成。
(支持基板11)
支持基板11係以例如CuW、W、Mo等的導電性基板或Si等的半導體基板所構成。
(導電層20)
於支持基板11的上層，形成由多層構造所成的導電層20。該導電層20係在本實施形態中，包含焊錫層13、焊錫層15、保護層17及反射電極19。
焊錫層13及焊錫層15係例如以Au-Sn、Au-In、Au-Cu-Sn、Cu-Sn、Pd-Sn、Sn等所構成。如後述般，該等焊錫層13與焊錫層15係利用使形成於支持基板11上的焊錫層13，與形成於其他基板上的焊錫層15對向之後，貼合兩者所形成者。
保護層17係例如以Pt系的金屬(Ti與Pt的合金)、W、Mo等所構成。如後述般，隔著焊錫層的貼合時，構成焊錫的材料會擴散至後述之反射電極19側，發 揮防止反射率下落所致之發光效率的降低的功能。
反射電極19係例如以Ag系的金屬(Ni與Ag的合金)、Al、Rh等所構成。本元件1係想定將從LED層30的發光層33放射之光線取出至圖1的上方向，反射電極19係利用使從發光層33朝下放射之光線朝上反射，發揮提升發光效率的功能。
再者，導電層20係於一部分中與LED層30接觸，更詳細來說是與高濃度的p型半導體層32接觸，對支持基板11與電極42之間施加電壓的話，形成經由支持基板11、導電層20、LED層30而流通至電極42的電流路徑。
(導電性氧化膜層38)
導電性氧化膜層38係例如以ITO、IZO、In2O3、SnO2、IGZO(InGaZnOx)等的氧化物導電材料所構成。該導電性氧化膜層38係上面與p型半導體層32的底面接觸。針對該導電性氧化膜層38的功能係於後敘述。再者，作為該導電性氧化膜層38，使用透光性的氧化物導電性材料更為理想。
(LED層30)
如上所述，LED層30係由下依序層積高濃度的p型半導體層32、低濃度的p型半導體層31、發光層33及n型半導體層35所形成。
p型半導體層32係例如以GaN所構成。又，p型半導體層31係例如以AlmGa1-mN(0≦m<1)所構成。任一層都摻雜有Mg、Be、Zn、C等的p型不純物。
發光層33係例如以具有重複由GaInN所成之量子井層與由AlGaN所成之障壁層的多量子井結構的半導體層所形成。該等之層係作為非摻雜型亦可，作為摻雜p型或n型亦可。
n型半導體層35係例如利用包含以AlnGa1-nN(0≦n<1)所構成之層(電洞供給層)與以GaN所構成之層(保護層)的多層構造所構成。至少於保護層，摻雜Si、Ge、S、Se、Sn、Te等的n型不純物，尤其摻雜Si為佳。
n型半導體層35係於上面形成凹凸。此係以減少從發光層33朝向上方放射之光線(及從反射電極19朝上放射之反射光)因n型半導體層35的表面而朝下反射之光量，來提升元件外的取出光量為目的者。
(電極42，絕緣層41)
電極42係形成於n型半導體層35的上層，例如以Cr-Au構成之n型電極所構成。尤其，於LED元件1中，在與導電性氧化膜層38對向於垂直方向之位置相關的n型半導體層35的上層，形成電極42。
關於電極42中形成於端部的電極，係連接例如以Au、Cu等所構成之電線(未圖示)，該電線的另一方 係連接於配置LED元件1之基板的供電圖案等(未圖示)。
絕緣層41係例如以SiO2、SiN、Zr2O3、AlN、Al2O3等所構成，層積於LED層30的上面及側面、及未連接打線之電極42的周邊。絕緣層41係具有作為LED層30及電極42之表面的保護膜的功能。
[導電性氧化膜層38的功能]
接著，針對LED元件1所具備之導電性氧化膜層38的功能進行說明。導電性氧化膜層38的設置目的係於製程中不讓膜剝離的問題發生，且擴大LED層30的發光區域。
首先，想定不形成導電性氧化膜層38之狀況。此時，於與電極42對向於垂直方向的位置中，p型半導體層32與反射電極19接觸。在此構造下，在反射電極19與電極42之間施加電壓的話，如先前技術中所說明般，會形成從反射電極19幾乎以最短距離朝向電極42的電流路徑。結果，在LED層30內，電流集中流通於對向於電極42的區域，該區域內的發光層33集中發光，其他處的發光層33的發光變弱。所以，發光層33係於垂直方向在被反射電極19與電極42挾持的區域內限定性發光，從LED元件取出之光量變成非常少。
相對於此，如圖1所示，LED元件1係在垂直方向與電極42對向的位置中，於p型半導體層32的下層，形成導電性氧化膜層38。導電性氧化膜層38係雖然 相較於SiO2等的絕緣層，比阻抗較小，但相較於以Ag等構成之反射電極19的話，可增加兩位數程度的比阻抗。反射電極19係於未與電極42對向於垂直方向的位置中與p型半導體層32接觸之外，在與電極42對向於垂直方向的位置中，接觸於導電性氧化膜層38，與p型半導體層32未接觸。
因此，在反射電極19與電極42之間施加電壓的話，從不位於電極42的正下方，與p型半導體層32接觸之處之反射電極19，電流沿著經由發光層33朝向電極42的電流路徑流通。因此，可經由於發光層33內於水平方向具有一定擴散範圍的電流路徑來流通電流。藉此，因在水平方向，電流流通於發光層33內的區域擴大，LED元件1可實現高發光效率。
接著，針對膜剝離的防止效果，參照圖2A及圖2B來進行說明。圖2A係揭示以不同之成膜於圖1所示之導電性氧化膜層38之處的材料來製造LED元件時之膜剝離的有無的表，圖2B係使用各材料時的元件分離前的晶圓的俯視照片。再者，圖2B的照片係利用SAT(Scanning Acoustic Tomography：超音波顯微鏡)所攝影者。
再者，圖2A所示之表係由上以熱膨脹係數較高的順序來排列材料。
將作為導電性氧化膜層38，使用In2O3來製造LED元件1者作為實施例1。又，同樣地，將作為導電 性氧化膜層38，使用SnO2 來製造LED元件1者作為實施例2，使用ITO來製造LED元件1者作為實施例3。
另一方面，將在圖1所示之導電性氧化膜層38之處形成SiO2來製造LED元件1者作為比較例1。此比較例1係想定以電流流通於發光層33內的水平方向廣泛區域之方式，在電極42的對向位置形成絕緣層之先前構造的LED元件者。
又，將於圖1所示之導電性氧化膜層38之處形成與反射電極19同種的Ag的構造作為參考例1。此參考例1係並未進行用以於發光層33內的水平方向廣泛區域流通電流的處置，想定先前構造的LED元件者。
又，將於圖1所示之導電性氧化膜層38之處形成Si的構造作為參考例2。此參考例2係利用將表示比ITO低，比SiO2高之熱膨脹係數的材料形成於同處，為了調查在與反射電極38的界面之龜裂及剝離的有無與熱膨脹係數的關係所形成的LED元件。
在圖2B中，針對ITO(實施例3)、SiO2(比較例1)、Ag(參考例1)、Si(參考例2)的4種型式，揭示照片。依據圖2B，於比較例1的照片揭示電路圖案等的內部構造，顯示內部形成空洞。相對於此，參考例1、參考例2及實施例3的照片任一皆未看到如比較例1的景象，可知內部未形成空洞。
亦即，在比較例1之狀況中，相對於產生在界面的龜裂及膜剝離者，在參考例1、參考例2及實施例 3之狀況中並未產生在界面的龜裂及膜剝離。再者，雖然於圖2B未揭示，即使於實施例1及實施例2中，也取得與實施例3相同的照片，可知該等狀況也未產生膜剝離。
如上所述，參考例1係並未進行用以於發光層33內的水平方向廣泛區域流通電流的處置，想定先前構造的LED元件者。相對於此，比較例1係想定利用在圖1所示之導電性氧化膜層38之處成膜SiO2，來施加前述處置之先前構造的LED元件。相對於在參考例1中無法確認龜裂或膜剝離，在比較例1中可確認龜裂或膜剝離。藉此，可知在圖1所示之導電性氧化膜層38之處成膜的SiO2是龜裂或膜剝離的原因。SiO2因為與半導體層密接性較高，所以顯示不是在與上面之p型半導體層32的界面，而是在與下層之反射電極19(Ag)的界面中發生龜裂或膜剝離。
在導電性氧化膜層38之處成膜Si的參考例2中，並未確認龜裂或膜剝離。又，即使於實施例1~3任一中，也未確認龜裂或膜剝離。
在此，在構成反射電極19的Ag與SiO2中，熱膨脹係數幾近50倍不同。因此，在製造時對元件加熱時，反射電極19會大幅熱膨脹之外，SiO2相較於反射電極19，並不太膨脹。因此，加熱處理後冷卻元件的話，已熱膨脹的反射電極19會大幅收縮之外，SiO2相較於反射電極19，幾乎不會收縮，所以，可想到在該等界面中發生應力而產生龜裂或剝離。亦即，於反射電極19的上 層，形成與構成該反射電極19的材料(在此為Ag)的熱膨脹係數之差較大的材料時，可知會產生在界面的龜裂或剝離之問題。
綜上所述，導電性氧化膜層38係以熱膨脹係數為1×10-6/K以上且1×10-5/K以下的材料構成為佳，以3×10-6/K以上且8×10-6/K以下的材料構成更理想。進而，以具有透光性，且比阻抗比較大的導電性氧化膜材料構成更理想，作為該範例，可舉出上述之ITO、IZO、In2O3、SnO2等。
[其他構造]
以下，針對LED元件1的其他構造，進行說明。
(其他構造1)
圖3A係本元件的其他概略剖面圖。相較於與圖1所示之LED元件1，圖3A所示之LED元件1A係在導電性氧化膜層38與p型半導體層32的界面形成肖特基阻障層32A之處不同。
該肖特基阻障層32A係形成高阻抗的區域，該厚度非常薄。利用在p型半導體層32與導電性氧化膜層38的界面，形成此種肖特基阻障層32A，可更提升位於電極42的垂直下方之反射電極19與p型半導體層32之間的阻抗值。因此，不在電極42的垂直下方之位置，亦即，反射電極19與p型半導體層32接觸之處之兩者間 的阻抗值，係相較於電極42的垂直下方位置之兩者間的阻抗值，為非常小。
結果，在反射電極19與電極42之間施加電壓的話，從位於與電極42對向於垂直方向的反射電極19對於電極42朝向垂直上方的電流量變更少，可從位於與電極42不對向於垂直方向的反射電極19朝向電極42，流通大部分的電流。因此，更可實現發光層33內之水平方向的電流擴散，更提升發光效率。
(其他構造2)
圖3B係本元件的其他概略剖面圖。相較於圖1所示之LED元件1，圖3B所示之LED元件1B係於絕緣層41的下層，設置絕緣層39。
絕緣層41係形成於LED層30的上面及側面，具有作為LED層30的保護膜的功能。該絕緣層41係如後述般，為了與鄰接之LED元件分離而對LED層30進行蝕刻後所成膜。
此時，如圖1所示之LED元件1，對於為了在p型半導體層32的下層形成導電性氧化膜層38時，進行元件分離來說，本來在導電性氧化膜層38的上面露出之時間點結束蝕刻即可，但是，實際上有所困難，故導電性氧化膜層38的一部分也會被蝕刻。此時，被蝕刻之導電性氧化膜層38的材料的一部分會附著於LED層30的側面，有成為漏電流等的發生等之原因的可能性。產生此 種現象的話，會導致耐壓降低，電性特性惡化等的問題。
相對於此，利用設為圖3B所示之LED元件1B的構造，在元件分離工程時，LED層30的端部被蝕刻的話，因在蝕刻對象之LED層30的下層形成絕緣層39，即使材料的一部分附著於LED層30的側面，也不會有產生上述之漏電流之虞。
再者，在圖3B所示之LED元件1B中，設為絕緣層39形成於導電性氧化膜層38之上面的構造，但是，形成於導電層20的上面亦可(參照圖3C)。
又，如圖3D所示之LED元件1C，即使設為更具備肖特基阻障層32A的構造亦可(參照圖3D)。
[LED元件1的製造方法]
接著，針對本發明之LED元件1的製造方法，參照圖4A~圖4M所示之工程剖面圖，及圖5所示之流程圖來進行說明。又，以下說明所示之步驟號碼，係對應圖5的流程圖的步驟號碼。再者，關於LED元件1A及1B的製造方法於後敘述。
又，在後述製造方法中說明的製造條件及膜厚等的尺寸，僅為一例，並不是限定於該等數值者。
(步驟S1)
如圖4A所示，於藍寶石基板61上形成LED磊晶層40。該步驟S1對應工程(a)及工程(b)，例如藉由以下的順 序進行。
<藍寶石基板61的準備>
首先，進行c面藍寶石基板61的清洗。該清洗更具體來說，藉由例如於MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)裝置的處理爐內配置c面藍寶石基板61，一邊於處理爐內流通流量為10slm的氫氣，一邊將爐內溫度例如升溫至1150℃來進行。準備該藍寶石基板61的工程對應工程(a)。
<非摻雜層36的形成>
接著，於c面藍寶石基板61的表面，形成由GaN所成的低溫緩衝層，進而於其上層形成由GaN所成的基底層。該等低溫緩衝層及基底層對應非摻雜層36。
非摻雜層36的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為480℃。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量分別為5slm的氮氣體及氫氣體，一邊作為原料氣體，將流量為50μmol/min的三甲基鎵及流量為250000μmol/min的氨供給68秒間至處理爐內。藉此，於c面藍寶石基板61的表面，形成厚度為20nm的由GaN所成的低溫緩衝層。
接著，將MOCVD裝置的爐內溫度升溫至1150℃。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量 為20slm的氮氣體及流量為15slm的氫氣體，一邊作為原料氣體，將流量為100μmol/min的三甲基鎵及流量為250000μmol/min的氨供給30秒間至處理爐內。藉此，於第1緩衝層的表面，形成厚度為1.7μm的由GaN所成的基底層。
<n型半導體層35的形成>
接著，於非摻雜層36的上層形成由AlnGa1-nN(0≦n<1)的組成所成的電子供給層，進而於其上層形成由n型GaN所成的保護層。該等電子供給層及保護層對應n型半導體層35。
n型半導體層35的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為30kPa。然後，一邊於處理爐內作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣體及流量為15slm的氫氣體，一邊作為原料氣體，將流量為94μmol/min的三甲基鎵、流量為6μmol/min的三甲基鋁、流量為250000μmol/min的氨及流量為0.025μmol/min的四乙基矽烷供給30分鐘至處理爐內。藉此，將具有Al0.06Ga0.94N的組成，Si濃度為1×1019/cm3且厚度為1.7μm的電子供給層形成於非摻雜層36的上層。
之後，藉由停止三甲基鋁的供給，並且6秒間供給其以外的原料氣體，於電子供給層的上層，形成厚度為5nm的由n型GaN所成的保護層。
再者，作為包含於n型半導體層35的n型不 純物，可使用矽(Si)、鍺(Ge)、硫(S)、硒(Se)、錫(Sn)及碲(Te)等。在該等之中，尤其矽(Si)為佳。
<發光層33的形成>
接著，於n型半導體層35的上層，形成具有以GaInN構成之量子井層及以n型AlGaN構成之障壁層被週期性重複的多量子井結構的發光層33。
發光層33的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為830℃。然後，進行一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣體及流量為1slm的氫氣體，一邊作為原料氣體，將流量為10μmol/min的三甲基鎵、流量為12μmol/min的三甲基銦及流量為300000μmol/min的氨，48秒間供給至處理爐內的步驟。之後，進行將流量為10μmol/min的三甲基鎵、流量為1.6μmol/min的三甲基鋁、0.002μmol/min的四乙基矽烷及流量為300000μmol/min的氨，120秒間供給至處理爐內的步驟。以下，藉由重複該等兩個步驟，具有厚度為2nm的由GaInN所成之量子井層及厚度為7nm的由n型AlGaN所成之障壁層所致之15週期的多量子井結構的發光層33被形成於n型半導體層35的表面。
<p型半導體層31、p型半導體層32的形成>
接著，於發光層33的上層，形成以AlmGa1-mN(0≦ m<1)構成之p型半導體層31，進而於其上層形成高濃度的p型半導體層32。p型半導體層32對應接觸層。
p型半導體層31及p型半導體層32的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力維持為100kPa，一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣體及流量為25slm的氫氣體，一邊將爐內溫度升溫至1050℃。之後，作為原料氣體，將流量為35μmol/min的三甲基鎵、流量為20μmol/min的三甲基鋁、流量為250000μmol/min的氨及流量為0.1μmol/min的雙(環戊二烯)鎂，60秒間供給至處理爐內。藉此，於發光層33的表面，形成具有厚度為20nm之Al0.3Ga0.7N的組成的電洞供給層。之後，藉由將三甲基鋁的流量變更為9μmol/min，並360秒間供給原料氣體，形成具有厚度為120nm之Al0.13Ga0.87N的組成的電洞供給層。藉由該等電洞供給層，形成p型半導體層31。
進而，之後，停止三甲基鋁的供給，並且將雙(環戊二烯)鎂的流量變更成0.2μmol/min，20秒間供給原料氣體。藉此，形成厚度為5nm的由p型GaN所成的p型半導體層32。
再者，作為p型不純物，可使用鎂(Mg)、鈹(Be)、鋅(Zn)、碳(C)等。
如此，於藍寶石基板61上，形成由非摻雜層36、n型半導體層35、發光層33、p型半導體層31及(高濃度)p型半導體層32所成的LED磊晶層40。
(步驟S2)
接著，對於在步驟S1中所得之晶圓，進行活性化處理。更具體來說，使用RTA(Rapid Thermal Anneal：快速加熱)裝置，在氮氣氛下以650℃進行15分鐘的活性化處理。
(步驟S3)
接著，如圖4B所示，於p型半導體層32的上層所定處(第1所定處)形成導電性氧化膜層38。更具體來說，對導電性氧化膜層38的非形成區域相關之p型半導體層32的上層進行遮罩，藉由濺鍍法來成膜200nm的ITO、IZO等的氧化物導電性透光性材料。
作為在此成膜之氧化物導電性透光性材料，利用熱膨脹係數為1×10-6/K以上且1×10-5/K以下的材料。更理想為利用熱膨脹係數為3×10-6/K以上且8×10-6/K以下的材料。
此步驟S3對應工程(c)。
(步驟S4)
如圖4C所示，以覆蓋p型半導體層32及導電性氧化膜層38的上面之方式，形成導電層20。在此，形成包含反射電極19、保護層17及焊錫層15之多層構造的導電層20。
導電層20的更具體形成方法係例如以下所述。首先，利用濺鍍裝置以覆蓋p型半導體層32及導電性氧化膜層38的上面之方式，整面成膜膜厚0.7nm的Ni及膜厚120nm的Ag，形成反射電極19。接著，使用RTA裝置，在乾空氣氣氛中，進行400℃、兩分鐘的接觸退火。
接著，以電子束蒸鍍裝置(EB裝置)，於反射電極19的上面(Ag表面)，3週期成膜膜厚100nm的Ti與膜厚200nm的Pt，藉此形成保護層17。進而之後，於保護層17的上面(Pt表面)，蒸鍍膜厚10nm的Ti之後，蒸鍍膜厚3μm以Au80%Sn20%構成之Au-Sn焊錫，藉此形成焊錫層15。
再者，於此焊錫層15的形成步驟中，也於藍寶石基板61之外所準備之支持基板11的上面，形成焊錫層13亦可(參照圖4D)。該焊錫層13係以與焊錫層15相同的材料構成亦可，於下個步驟中利用與焊錫層13接合，來貼合藍寶石基板61與支持基板11。再者，作為該支持基板11，在構造的事項中如前述般，例如使用CuW。
再者，此步驟S4係對應工程(d)。
(步驟S5)
接著，如圖4E所示，貼合藍寶石基板61與支持基板11。更具體來說，在280℃的溫度，0.2MPa的壓力下，貼 合焊錫層15與形成於支持基板11之上層的焊錫層13。再者，此步驟S5係對應工程(e)。
(步驟S6)
接著，如圖4F所示，剝離藍寶石基板61。更具體來說，利用在使藍寶石基板61朝上，支持基板11朝下之狀態下，從藍寶石基板61側照射KrF準分子雷射，使藍寶石基板61與LED磊晶層40的界面分解，進行藍寶石基板61的剝離。藍寶石基板61係雷射通過之外，其下層的GaN會吸收雷射，故該界面會高溫化，GaN被分解。藉此，剝離藍寶石基板61。
之後，藉由使用鹽酸等的濕式蝕刻、使用ICP裝置的乾式蝕刻，來去除殘存於晶圓上的GaN，使n型半導體層35露出。再者，於本步驟S9中，去除非摻雜層36，殘存依序層積p型半導體層32、p型半導體層31、發光層33及n型半導體層35所成的LED層30。
再者，此步驟S6係對應工程(f)。
(步驟S7)
接著，如圖4G所示，分離鄰接的元件彼此。具體來說，對於與鄰接元件的邊際區域，使用ICP裝置，到導電性氧化膜層38露出為止，對LED層30進行蝕刻。藉此，分離鄰接區域的LED層30彼此。
(步驟S8)
接著，如圖4H所示，於n型半導體層35的表面形成凹凸。具體來說，利用浸漬KOH等的鹼性溶液來進行凹凸形成。此時，對於之後形成電極42之處，設為不形成凹凸者亦可。利用不於該等處形成凹凸，讓形成電極之處的n型半導體層35的表面平滑。利用讓電極形成處之n型半導體層35的表面平滑，可獲得尤其在電極42的形成後，進行引線接合時，防止在電極42與n型半導體層35的界面產生空隙。
(步驟S9)
接著，如圖4I所示，於n型半導體層35的上面形成電極42。更具體來說，形成由膜厚100nm的Cr與膜厚3μm的Au所成的電極之後，在氮氣氛中以250℃進行1分鐘的燒結。再者，此步驟S9係對應工程(g)。
(步驟S10)
接著，以絕緣層41覆蓋露出之元件的側面及預定進行引線接合的電極42以外的上面。更具體來說，利用EB裝置來形成SiO2膜。再者，形成SiN膜亦可。藉此，形成圖1所示之LED元件1。
作為之後的工程，例如藉由雷射切割裝置來分離各元件彼此，將支持基板11的背面例如利用Ag焊膏來與封裝接合，對於一部分的電極42進行引線接合。
[LED元件1A的製造方法]
接著，針對圖3A所示之LED元件1A的製造方法，進行說明。
與LED元件1的製造方法相同，進行上述之步驟S1~S2。
然後，於步驟S3中，以300W以上的高輸出，來對氧化物導電性透光性材料進行濺鍍並堆積。藉此，可一邊堆積導電性氧化膜層38，一邊使p型半導體層32的表面附近變化成非晶狀，在p型半導體層32與導電性氧化膜層38的界面，形成肖特基阻障層32A(參照圖4J)。
作為其他方法，在步驟S2之後，在將p型半導體層32側設為負的電壓之狀態下，進行使正離子(例如Ar+)與p型半導體層32的表面衝突的反向濺鍍(對應工程(h))。藉由此工程，與前述相同，可使p型半導體層32的表面附近變化成非晶狀。之後，與步驟S3相同，使導電性氧化膜層38堆積於p型半導體層32的上層。依據此方法，也可於p型半導體層32與導電性氧化膜層38的界面，形成肖特基阻障層32A。
步驟S4之後，因與LED元件1相同，故省略說明。
[LED元件1B的製造方法]
接著，針對圖3B所示之LED元件1B的製造方法，進行說明。
與LED元件1的製造方法相同，進行上述之步驟S1~S2。
接著，如圖4K所示，於p型半導體層32的上層所定處(第2所定處)形成絕緣層39(步驟S2A)。此第2所定處，係對應之後的步驟S7中元件分離時被蝕刻之對象的晶圓上的區域，亦即，元件的外周部。此步驟S2A對應工程(i)。
之後，如圖4L所示，與前述步驟S3相同，形成導電性氧化膜層38。以下的步驟係與LED元件1相同。
再者，在LED元件1B的製造時，與LED元件1的狀況不同，步驟S7並不是導電性氧化膜層38而是到絕緣層39露出為止，對LED層30進行蝕刻的工程(對應工程(j)：參照圖4M)。依據本方法，在步驟S7的開始時間點，在進行蝕刻之處之LED層30的正下方形成絕緣層39，所以，此絕緣層39也具有作為蝕刻阻擋層的功能。亦即，在絕緣層39的上面露出之時間點，可容易使蝕刻工程停止。又，因導電性氧化膜層38不被蝕刻，也不會有因蝕刻而導電性材料附著於LED層30的側壁之虞。
[其他實施形態]
以下，針對其他實施形態進行說明。
<1>在上述的實施形態中，將保護層17形成於藍寶石基板61側，但是，形成於支持基板11側亦可。亦即，代替圖4D所示構造，將於支持基板11的上層形成保護層17，於其上層形成焊錫層13者，於步驟S8中與藍寶石基板61貼合亦可。
<2>在上述的實施形態中，於藍寶石基板61與支持基板11的兩者形成焊錫層(焊錫層13、15)，但是，僅於任一方形成焊錫層之後貼合兩基板亦可。
<3>圖1、圖3A~圖3D所示之構造以及圖4A~圖4M及圖5所示之製造方法，係理想實施形態之一例，並不是必須具備該等構造或製程全部。例如，焊錫層13與焊錫層15係應有效率地進行兩基板的貼合所形成者，只要可實現兩基板的貼合，在實現LED元件1(1A，1B，1C)的功能之觀點不一定必要。
反射電極19係於更提升從發光層33放射之光線的取出效率的觀點上具備為佳，但是，不一定是必須具備者。保護層17、n型半導體層35之表面的凹凸等也相同。
1‧‧‧LED元件
11‧‧‧支持基板
13‧‧‧焊錫層
15‧‧‧焊錫層
17‧‧‧保護層
19‧‧‧反射電極
20‧‧‧導電層
30‧‧‧LED層
31‧‧‧p型半導體層
32‧‧‧p型半導體層
33‧‧‧發光層
35‧‧‧n型半導體層
38‧‧‧導電性氧化膜層
41‧‧‧絕緣層
42‧‧‧電極

Claims (10)

  1. 一種LED元件，係包含氮化物半導體的LED元件，其特徵為：具有：支持基板，係以導電體或半導體所構成；導電層，係形成於前述支持基板的上層；導電性氧化膜層，係形成於前述導電層的上層；第1半導體層，係以底面接觸於前述導電層的一部分上面及前述導電性氧化膜層的一部分上面之方式形成，且以p型氮化物半導體所構成；第2半導體層，係形成於前述第1半導體層的上層，以比前述第1半導體層低濃度的p型氮化物半導體所構成；發光層，係形成於前述第2半導體層的上層，且以氮化物半導體所構成；第3半導體層，係形成於前述發光層的上層，且以n型氮化物半導體所構成；及電極，係在與前述導電性氧化膜層對向於垂直方向的位置，以底面接觸於前述第3半導體層的一部分上面之方式形成；前述導電性氧化膜層是以熱膨脹係數為1×10-6/K以上且1×10-5/K以下的材料所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之LED元件，其中， 在前述導電性氧化膜層與前述第1半導體層的界面，形成肖特基阻障層。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之LED元件，其中，前述支持基板及前述導電層，係以於水平方向比包含前述第1半導體層、前述第2半導體層、前述發光層及前述第3半導體層的LED層更廣之方式形成；於比前述LED層更突出於水平方向的位置中，具有以底面接觸於前述導電性氧化膜層或前述導電層的上面之方式形成的絕緣層。
  4. 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項所記載之LED元件，其中，前述導電層，係於最上層具有反射電極，以該反射電極的上面接觸於前述第1半導體層的一部分底面及前述導電性氧化膜層的底面之方式形成；前述導電性氧化膜層是以透明電極所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項所記載之LED元件，其中，前述導電性氧化膜層是以熱膨脹係數為3×10-6/K以上且8×10-6/K以下的材料所構成。
  6. 一種LED元件的製造方法，係包含以p型氮化物半導體所構成之第1半導體層、以比前述第1半導體層低濃度的p型氮化物半導體所構成的第2半導體層、以氮化物半導體所構成的發光層及以n型氮化物半導體所構成的 第3半導體層的LED元件的製造方法，期特徵為具有：準備藍寶石基板的工程(a)；於前述藍寶石基板的上層，由下依序形成前述第3半導體層、前述發光層、前述第2半導體層、前述第1半導體層的工程(b)；於前述第1半導體層的上層之第1所定處，形成以熱膨脹係數為1×10-6/K以上且1×10-5/K以下的材料所構成之導電性氧化膜層的工程(c)；以覆蓋露出之前述第1半導體層的上面及前述導電性氧化膜層的上面之方式形成導電層的工程(d)；於前述導電層的上面，直接或隔著其他導電層，貼合以導電體或半導體所構成之支持基板的底面的工程(e)；在使前述支持基板位於底面，前述藍寶石基板位於上面的狀態下，從上方照射雷射來剝離前述藍寶石基板，露出前述第3半導體層的上面的工程(f)；及在前述第1所定處的上方位置之前述第3半導體層的上層，形成電極的工程(g)。
  7. 如申請專利範圍第6項所記載之LED元件的製造方法，其中，前述工程(c)，係對形成前述導電性氧化膜層的材料進行濺鍍的工程，且藉由該濺鍍工程，在前述第1半導體層與前述導電性氧化膜層的界面，形成肖特基阻障層。
  8. 如申請專利範圍第6項所記載之LED元件的製造方法，其中， 具有：在前述工程(b)之後，對在前述工程(c)中預定形成前述導電性氧化膜層的前述第1所定處相關之前述第1半導體層的表面進行反向濺鍍處理，來形成肖特基阻障層的工程(h)；前述工程(h)之後，進行前述工程(c)。
  9. 如申請專利範圍第6項至第8項中任一項所記載之LED元件的製造方法，其中，具有：在前述工程(b)之後，前述工程(c)之前，在前述第1半導體層之上層的端部相關之第2所定處，形成絕緣層的工程(i)；及在前述工程(f)之後，前述工程(g)之前，對形成於前述第2所定處的上方之前述第3半導體層、前述發光層、前述第2半導體層及前述第1半導體層進行蝕刻，使前述絕緣層的上面露出的工程(j)。
  10. 如申請專利範圍第6項至第8項中任一項所記載之LED元件的製造方法，其中，前述工程(c)是作為前述導電性氧化膜層，形成透明電極的工程；前述工程(d)，係具有以覆蓋前述第1半導體層的上面及前述導電性氧化膜層的上面之方式形成反射電極的工程、於前述反射電極的上層，形成保護層的工程、於前述保護層的上層，形成焊錫層的工程，且為形成包含前述反 射電極、前述保護層及前述焊錫層的前述導電層的工程。
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