(57)【要約】      （修正有）【課題】窒化物系の半導体発光素子における発光効率及び輝度を高めるための発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板１１０上にｎ型半導体層１２０、活性層１３０、ｐ型半導体層１４０を形成し、水平面に対して勾配を有し且つｐ型半導体層から活性層まで連続して少なくとも一つの斜面を有するようにｐ型半導体層及び活性層の一部を除去してｎ型半導体層の一部を露出させ、ｐ型半導体層上部にｐ型金属バンプ１５５を形成し、露出されたｎ型半導体層上にｎ型金属バンプ１５０を形成し、サブマウント基板２００上にｐ型ボンディングパッド２１５及びｎ型ボンディングパッド２１０を形成し、ｐ型金属バンプ及びｎ型金属バンプと、ｐ型ボンディングパッド及びｎ型ボンディングパッドとがそれぞれ接続されるように、フリップチップボンディングし、フリップチップボンディングされた基板とサブマウント基板を発光素子ごとに切り出す。【選択図】図１０
2014112713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の発光セルにそれぞれ対応させてｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層を順次に形成し、
前記複数の発光セルごとに水平面に対して勾配を有し且つ前記ｐ型半導体層から前記活性層まで連続して形成された少なくとも一つの斜面を有するように前記ｐ型半導体層及び前記活性層の一部をそれぞれ除去して前記ｎ型半導体層の一部をそれぞれ露出させ、
一方の前記発光セルの前記露出されたｎ型半導体層と、前記一方の前記発光セルに隣接する他方の前記発光セルの前記ｐ型半導体層とを、前記基板の一方の周縁に位置する前記発光セルの前記ｐ型半導体層及び前記基板の他方の周縁に位置する前記発光セルの前記露出されたｎ型半導体層を除いて、それぞれブリッジ配線を介して接続し、
前記複数の発光セルのうち、前記基板の前記一方の周縁に位置する前記発光セルの前記ｐ型半導体層上にｐ型金属バンプと、前記基板の前記一方の周縁に位置する前記発光セル以外の前記発光セルの前記ｐ型半導体層上にそれぞれバンピング用の金属バンプと、を形成し、
前記複数の発光セルのうち、前記基板の前記他方の周縁に位置する前記発光セルの前記露出された前記ｎ型半導体層上にｎ型金属バンプを形成し、
サブマウント基板上に前記ｐ型金属バンプ及び前記ｎ型金属バンプにそれぞれ対応するｐ型ボンディングパッド及びｎ型ボンディングパッドと、前記バンピング用の金属バンプにそれぞれ対応するボンディング層と、を形成し、
前記ｐ型金属バンプ及び前記ｎ型金属バンプと、それぞれ対応する前記ｐ型ボンディングパッド及び前記ｎ型ボンディングパッドとがそれぞれ接続されるように、前記基板と前記サブマウント基板とをフリップチップボンディングし、
前記フリップチップボンディングされた前記基板と前記サブマウント基板を、前記ブリッジ配線を介して接続された複数の発光セルを有する発光素子ごとに切り出すことを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記ｐ型半導体層から前記活性層まで連続して形成された少なくとも一つの斜面は、水平面から２０°以上８０°以下の勾配を有するように形成することを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記ｐ型半導体層及び前記活性層の一部を除去した後、前記ｐ型半導体層の上部及び露出された前記ｎ型半導体層上にオーミック金属層を形成し、前記ｐ型金属バンプ及び前記ｎ型金属バンプはそれぞれ前記オーミック金属層上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記サブマウント基板は、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、またはＡｌＮのいずれかを用いて形成される基板上に、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、またはＳｉＮのいずれかからなる誘電体膜を成膜して形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記ｐ型半導体層上に電気伝導性を有する反射層を形成することを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、窒化物系の半導体発光素子における発光効率及び輝度を高めるための発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）とは、半導体のｐｎ接合構造を用いて注入された少数キャリア（電子または正孔）を作り、これらの再結合により所定の光を発する素子を言い、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰなどの化合物半導体の材料を変えて発光源を構成することにより種々の色を実現することができる。例えば、赤色発光素子はＧａＡｓＰなどを用いて得ることができ、緑色発光素子はＧａＰ、ＩｎＧａＮなどを用いて得ることができ、青色発光素子はＩｎＧａＮ／ＧａＮダブルへテロ構造を用いて得ることができ、さらに、ＵＶ発光素子はＡｌＧａＮ／ＧａＮまたはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ構造を用いて得ることができる。
【０００３】
特に、ＧａＮは、常温下で３．４ｅＶの直接遷移型バンドギャップを有し、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの物質との組み合わせにより１．９ｅＶ（ＩｎＮ）から３．４ｅＶ（ＧａＮ）、６．２ｅＶ（ＡｌＮ）までの直接エネルギーバンドギャップを有していて、可視光から紫外線域までの広い波長域が得られることから、光素子の応用可能性が極めて高い物質とされている。このように波長が調節できて短波長域における赤色、緑色及び青色発光素子によるフルカラーが実現可能になることから、ディスプレイ領域はもとより、一般の照明市場への波及効果は極めて大きくなると見込まれる。
【０００４】
発光素子は、既存の電球または蛍光灯に比べて、消耗電力が低く、長寿命であり、手狭いスペースに取り付け可能である他、振動に強い、という特性を示している。この種の発光素子は表示素子及びバックライトとして用いられているが、消耗電力の削減と耐久性の面で優れた特性を有することから、近年、照明用途として採用するための研究が盛んになされてきている。今後、大型ＬＣＤ−ＴＶのバックライトや自動車のヘッドライト、一般照明にまでその応用が拡大していくと見込まれる中で、発光素子の発光効率の改善、放熱問題の解消及び発光素子の高輝度化・高出力化が解決課題として残されている。
【０００５】
これまで発光素子の性能を高めるための数多くの技術が開発されている。発光素子の性能を示す指標としては、発光効率（ｌｍ／Ｗ）、内部量子効率（％）、外部量子効率（％）、取出効率（％）など種々あるが、取出効率は、発光素子に注入された電子と発光素子の外に発せられる光子との比により決まり、取出効率が高いほど発光素子が明るいことを意味する。発光素子の取出効率は、チップの形状や表面の形状、チップの構造、パッケージング方式に大きく影響されるため、発光素子を設計するに当たって細かい注意を払うことが必要である。
【０００６】
図１は、従来の水平構造の発光素子を示す断面図である。
図１を参照すれば、発光素子は、基板１と、基板１の上に形成されたＮ型半導体層２と、該Ｎ型半導体層２の一部に形成された活性層３と、Ｐ型半導体層４と、を備えている。これは、前記基板１の上にＮ型半導体層２、活性層３、Ｐ型半導体層４を順次に形成した後、所定の領域のＰ型半導体層４と活性層３をエッチングしてＮ型半導体層２の一部を露出させ、その露出されたＮ型半導体層２の上面とＰ型半導体層２の上面にそれぞれ所定の電圧を印加するためのものである。
【０００７】
図２は、従来のフリップチップ構造の発光素子を示す断面図である。
図２を参照すれば、発光素子は、ベース基板１の上に順次に形成されたＮ型半導体層２と、活性層３及びＰ型半導体層４を備え、さらに、金属バンプ８、９を用いて前記ベース基板１をフリップチップボンディングしたサブマウント基板５を備えている。このために、所定の基板１の上にＮ型半導体層２と、活性層３及びＰ型半導体層４を順次に形成し、Ｐ型半導体層４と活性層３の一部をエッチングすることによりＮ型半導体層２を露出させて発光セルを形成する。また、別のサブマウント基板５を用意して第１及び第２の電極６、７を形成し、第１の電極６の上にはＰ型金属バンプ８を形成し、第２の電極７の上にはＮ型金属バンプ９を形成する。この後、前記発光セルを前記サブマウント基板５にボンディングするが、発光セルのＰ電極をＰ型金属バンプ８に、Ｎ電極をＮ型金属バンプ９にボンディングして発光素子を作製する。このような従来のフリップチップ構造の発光素子は、放熱効率が高く、且つ、光の遮蔽がほとんどないことから、光効率が既存の発光素子に比べて５０％以上増大するという効果があり、発光素子の駆動のための金線が不要になることから、種々の小型パッケージへの応用も考えられている。
【０００８】
発光素子の発光層において生成された光はチップの全面から発せられ、光の取出効率は、通常、光の臨界角により決まる。しかしながら、従来の発光素子は、Ｎ型半導体層を露出させるためにエッチングを行うとき、Ｐ型半導体層と活性層の側面が垂直に加工されて、発光素子の内部において生成された光の一部が水平面から垂直に加工されたエッチング面において全反射されてしまう。
また、全反射される相当量の光は内部反射により外部に放出されないままで発光素子の内部において消滅されてしまう。すなわち、電気エネルギーが光エネルギーに変換されて素子の外部に抜け出る発光効率が低いという不都合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光効率、外部量子効率、取出効率などの特性を高めると共に信頼性を確保することにより、高光度、高輝度の光を発光することのできる発光素子及びその製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明は、基板の上にＮ型半導体層及び該Ｎ型半導体層の一部に形成されたＰ型半導体層を含む発光セルを多数備え、
前記一方の発光セルのＮ型半導体層とそれに隣り合う他方の発光セルのＰ型半導体層が接続され、前記発光セルのＮ型半導体層またはＰ型半導体層を含む側面が水平面から２０〜８０°の勾配を有することを特徴とする発光素子を提供する。前記一方の発光セルのＮ型半導体層とそれに隣り合う他方の発光セルのＰ型半導体層を接続するための配線をさらに備えてもよい。前記Ｐ型半導体層の上に透明電極層をさらに備えてもよく、前記Ｐ型半導体層及び前記Ｎ型半導体層の上にＣｒまたはＡｕを含むＰ型オーミック金属層及びＮ型オーミック金属層をそれぞれさらに備えてもよい。
【００１１】
また、本発明は、Ｎ型半導体層及び該Ｎ型半導体層の上に形成されたＰ型半導体層を含む多数の発光セルが形成された基板と、前記基板がフリップチップボンディングされるサブマウント基板と、を備え、前記一方の発光セルのＮ型半導体層とそれに隣り合う他方の発光セルのＰ型半導体層が接続され、前記発光セルの少なくともＰ型半導体層を含む側面が水平面から２０〜８０°の勾配を有することを特徴とする発光素子を提供する。前記一方の発光セルのＮ型半導体層とそれに隣り合う他方の発光セルのＰ型半導体層を接続するための配線をさらに備えてもよい。
【００１２】
本発明は、基板の上にＮ型半導体層及びＰ型半導体層を順次に形成するステップと、前記Ｐ型半導体層の上に側面が水平面から垂直ではなく所定の勾配を有するエッチングマスクパターンを形成するステップと、前記エッチングマスクパターンにより露出されたＰ型半導体層及び前記エッチングマスクパターンを除去するステップと、を含むことを特徴とする発光素子の製造方法を提供する。
【００１３】
前記Ｐ型半導体層の除去により露出されたＮ型半導体層の一部を除去して多数の発光セルを形成するステップと、導電性配線を介して一方の発光セルのＮ型半導体層とそれに隣り合う他方の発光セルのＰ型半導体層を接続するステップと、をさらに含んでいてもよい。
【００１４】
また、前記Ｐ型半導体層及び前記エッチングマスクパターンを除去するステップ後に、前記基板を別のサブマウント基板にフリップチップボンディングするステップをさらに含んでいてもよい。ここで、前記Ｐ型半導体層の除去により露出されたＮ型半導体層の一部を除去して多数の発光セルを形成するステップを含み、前記Ｐ型半導体層及び前記エッチングマスクパターンを除去するステップ後に、導電性配線を介して一方の発光セルのＮ型半導体層とそれに隣り合う他方の発光セルのＰ型半導体層を接続するステップをさらに含んでいてもよい。
【００１５】
前記多数の発光セルを形成するステップは、前記Ｐ型半導体層の上に側面が水平面から垂直ではなく所定の勾配を有するエッチングマスクパターンを形成するステップと、前記エッチングマスクパターンにより露出されたＰ型半導体層及びＮ型半導体層を除去して多数の発光セルを形成するステップと、前記エッチングマスクパターンを除去するステップと、を含んでいてもよい。
【００１６】
前記導電性配線は、ブリッジ工程またはステップカバレジ工程により一方の発光セルのＮ型半導体層とそれに隣り合う他方の発光セルのＰ型半導体層を接続するものであることを特徴とする。
【００１７】
前記エッチングマスクパターンを形成するステップにおいて、３〜５０μｍの厚さの感光膜が用いられてもよい。前記エッチングマスクパターンを形成するステップは、前記Ｐ型半導体層の上に前記感光膜を塗布するステップと、所定のマスクパターンに応じて前記感光膜を露光するステップと、前記露光後に、ベーク工程を行うことなく現像を行うステップと、を含んでいてもよい。また、前記エッチングマスクパターンを形成するステップは、前記Ｐ型半導体層の上に前記感光膜を塗布するステップと、所定のマスクパターンに応じて前記感光膜を露光するステップと、１００〜１４０℃の温度下でハードベークを行うステップと、現像を行うステップと、を含んでいてもよい。
【００１８】
前記Ｐ型半導体層及び前記エッチングマスクパターンを除去するステップ後に、前記基板の背面を所定の厚さだけ除去するステップと、前記基板の背面にＡｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｒｕまたはこれらの合金を蒸着するステップと、をさらに含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による発光素子及びその製造方法によれば、水平面から垂直ではなく所定の勾配を有する半導体層の側面から発せられた光が全反射されずに発光素子の外部に放出されることから、さらに高い光取出効率、外部量子効率、発光効率などの特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の発光素子を示す断面図。
【図２】従来の発光素子を示す断面図。
【図３】本発明による水平構造の発光素子を説明するための概念断面図。
【図４】Ａ，Ｂは本発明による第１の実施形態の製造工程を説明するための断面図。
【図５】Ａ〜Ｄは本発明による第２の実施形態の製造工程を説明するための断面図。
【図６】Ａ〜Ｄは本発明による第３の実施形態の製造工程を説明するための断面図。
【図７】Ａ〜Ｄは本発明による第４の実施形態の製造工程を説明するための断面図。
【図８】本発明によるフリップチップ構造の発光素子を説明するための概念断面図。
【図９】Ａ〜Ｅは本発明による第５の実施形態の製造工程を説明するための断面図。
【図１０】Ａ〜Ｅは本発明による第６の実施形態の製造工程を説明するための断面図。
【図１１】本発明による第７の実施形態を示す断面図。
【図１２】Ａ，Ｂはそれぞれ従来の技術及び本発明による発光素子の効果を説明するための概念断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。しかし、本発明は後述する実施の形態に限定されるものではなく、相異なる形で実現可能であり、これらの実施の形態は、単に本発明の開示を完全たるものにし、且つ、この技術分野における通常の知識を持った者に発明の範疇を完全に報知するために提供されるものである。
【００２２】
図３は、本発明による水平構造の発光素子を説明するための概念断面図である。
図３を参照すれば、発光素子は、基板１０と、基板１０の上に順次に形成されたＮ型半導体層２０と、活性層３０及びＰ型半導体層４０を備えている。前記Ｐ型半導体層４０と、活性層３０及び所定の部分のＮ型半導体層２０の側面は水平面から８０〜２０°の勾配を有し、この側面から光の臨界角を変えて容易に光を取り出すことができるので、発光素子の発光効率を改善することができる。
【００２３】
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明による第１の実施形態の製造工程を説明するための断面図である。
図４Ａを参照すれば、基板１０の上にＮ型半導体層２０と、活性層３０及びＰ型半導体層４０を順次に形成する。
【００２４】
基板１０とは、発光素子を製作するための通常のウェーハを言い、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＬｉＡｌ２Ｏ３、ＢＮ、ＡｌＮ及びＧａＮのうち少なくともいずれか１種の基板１０を用いる。この実施形態においては、サファイア製の結晶成長基板が用いられている。
【００２５】
前記基板１０の上に結晶を成長させるに際して基板１０と後続層との間の格子不整合を低減するためのバッファ層（図示せず）をさらに形成してもよい。なお、バッファ層は、半導体材料としてのＧａＮまたはＡｌＮを含めて形成してもよい。
【００２６】
Ｎ型半導体層２０は電子が生成される層であって、Ｎ型不純物が注入された窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いることが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の半導体性質を有する物質層が採用可能である。この実施形態においては、Ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含むＮ型半導体層２０を形成している。また、Ｐ型半導体層４０は正孔が生成される層であって、Ｐ型不純物が注入された窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いることが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の半導体性質を有する物質層が採用可能である。この実施形態においては、Ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含むＰ型半導体層４０を形成している。加えて、前記半導体層としてＩｎＧａＮを用いてもよい。なお、上記のＮ型半導体層２０及びＰ型半導体層４０は多層膜であってもよい。
【００２７】
活性層３０は所定のバンドギャップを有し、且つ、量子井戸が形成されて電子及び正孔が再結合される領域であり、ＩｎＧａＮを含んでいてもよい。活性層３０を構成する物質の種類に応じて、電子及び正孔が結合して得られる発光波長が変わる。このため、目標とする波長に応じて、活性層３０に含まれる半導体材料を調節することが好ましい。
【００２８】
上述した物質層は、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、化学蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、分子線成長法（ＭＢＥ：ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、水素化物気相成長法（ＨＶＰＥ：Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）などをはじめとする種々の蒸着及び成長方法により形成される。
【００２９】
この後、所定のエッチング工程によりＰ型半導体層４０及び活性層３０の一部を除去してＮ型半導体層２０の一部を露出させる。Ｐ型半導体層４０の上にエッチングマスクパターンを形成した後、ドライまたはウェットエッチング工程を行うことによりＰ型半導体層４０及び活性層３０を除去してＮ型半導体層２０を露出させる。
【００３０】
通常、前記エッチング工程を行うために、Ｐ型半導体層の上面に１〜２μｍの厚さにて感光膜を塗布した後、８０〜９０℃の温度下でソフトベークを行う。次いで、所定のフォトマスクを介して紫外線（ＵＶ）領域の光を照射することにより、マスクの上に形成されたパターンを塗布された感光膜に転写するという露光工程を行う。この後、１００〜１２０℃の温度下でハードベークを行い、露光工程により相対的に結合が弱まっている個所の感光膜を溶剤を用いて溶け出すという現像工程を行う。これらの過程を経て前記Ｐ型半導体層４０の上に所定のエッチングマスクパターンが形成される。
【００３１】
しかしながら、この実施形態においては、前記エッチングマスクパターンを形成するに当たって、従来に比べて厚目の３〜５０μｍの厚さに感光膜を塗布し、ソフトベークを経て露光工程を行っている。その後、ハードベークを行うことなく直ちに現像すれば、残留している感光膜の現像された側面は水平面から垂直（９０°）ではなく所定の勾配を有するような斜面を形成することになる。次いで、このような側面の勾配を有するエッチングマスクパターンを用いて露出された領域のＰ型半導体層４０、活性層３０、所定のＮ型半導体層２０をエッチングすれば、エッチングされたＰ型半導体層４０、活性層３０、所定のＮ型半導体層２０の側面は、上記と同様、水平面から垂直（９０°）ではなく所定の勾配を有するような斜面が得られる。
【００３２】
すなわち、図４Ａに示すＰ型半導体層４０の上に３〜５０μｍの厚さに感光膜を厚目に塗布して露光した後、ハードベークを行うことなく直ちに現像したエッチングマスクパターンを形成する。前記エッチングマスクパターンにより露出されたＰ型半導体層４０、活性層３０を誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：ＩｎｄｕｃｔｉｖｅＣｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）またはドライエッチング工程により除去してＮ型半導体層２０を露出させる。露出されたＮ型半導体層２０の一部をさらに除去してもよい。この後、エッチングマスクパターンを除去すれば、図４Ｂに示すように、Ｐ型半導体層４０、活性層３０、一部のＮ型半導体層２０の側面が水平面から垂直（９０°）ではなく所定の勾配を有するような発光素子を製造することができる。
【００３３】
また、図４Ａに示すＰ型半導体層４０の上に３〜５０μｍの厚さに感光膜を厚目に塗布して露光した後、ハードベークを行う場合、ハードベークの温度を１００〜１４０℃にしてハードベークを行った後に現像を行うと、現像された感光膜の側面が水平面から８０〜２０°の勾配を有するようにエッチングされた側面が得られる。例えば、１００℃の温度下でハードベークを行う場合に、水平面から８０°程度の勾配を有するエッチングマスクパターンが得られ、これを用いて、Ｐ型半導体層４０、活性層３０、一部のＮ型半導体層２０の側面に水平面から８０°程度の勾配を持たせることができる。さらに、１４０℃の温度下でハードベークを行う場合に、水平面から２０°程度の勾配を有するエッチングマスクパターンが得られ、これを用いて、Ｐ型半導体層４０、活性層３０、一部のＮ型半導体層２０の側面に水平面から２０°程度の勾配を持たせることができる。
【００３４】
このようにして３〜５０μｍの厚さの感光膜を露光した後、１００〜１４０℃の温度下でハードベークを行った後に現像したエッチングマスクパターンを用いることにより、エッチングされたＰ型半導体層４０、活性層３０、所定のＮ型半導体層２０の側面が、上記と同様に、水平面から８０〜２０°の勾配を有するようにエッチングされた側面が得られる。しかして、発光層の内部において生成された光は種々の勾配を有するようにエッチングされた側面に全反射されずに発光素子の外部に抜け出ることになる。前記Ｐ型半導体層４０の上部にＰ型半導体層４０の抵抗を削減して透光率を高める目的で透明電極層をさらに形成してもよく、Ｐ型半導体層４０または露出されたＮ型半導体層２０の上部への電流の供給をスムーズに行うための別のオーミック金属層をさらに別設してもよい。前記透明電極層としては、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯまたは伝導性を有する透明金属が使用可能であり、前記オーミック金属層としては、Ｃｒ、Ａｕが使用可能である。さらに、電圧を印加する目的で、型半導体層４０の上部にＰ型電極をさらに形成してもよく、Ｎ型半導体層２０の上部にＮ型電極をさらに形成してもよい。
【００３５】
さらに、発光素子の放熱特性を高めるために、前記基板１０の背面を所定の厚さだけ除去した後、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｗ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｒｕまたはこれらの合金を基板１０の背面に蒸着してもよい。
【００３６】
図面から明らかなように、多数の発光素子を１枚の基板１０の上に製作してもよく、この場合には、今後の使用に際し、多数の発光素子から個別の発光素子を切り出して用いる。このとき、図４ＢのＡ部はこれらの多数の発光素子から個別の発光素子を切り出すための切出部となる。
【００３７】
これにより、Ｐ型半導体層４０、活性層３０、Ｎ型半導体層２０の側面の一部が水平面から垂直ではなく所定の勾配を有するような発光素子を製造することが可能になる。
【００３８】
上述した本発明の発光素子の製造工程は単なる例示に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の工程及び製造方法が素子の特性及び工程の都合により変更または付加可能である。
【００３９】
図５Ａから図５Ｄは、本発明による第２の実施形態の製造工程を説明するための断面図である。
本発明による第２の実施形態は、第１の実施形態とほとんど同様である。単に相違点があれば、第２の実施形態は、ウェーハのレベルで多数の発光セルを直列、並列または直並列など種々に接続して素子を小型化させ、適正な電圧及び電流に駆動して照明として使用可能である他、交流電源においても駆動可能な発光素子を提供するということである。以下では、上述した第１の実施形態と重なる部分の説明は省く。
【００４０】
図５Ａを参照すれば、有機金属化学蒸着法、化学蒸着法、プラズマ化学蒸着法、分子線成長法、水素化物気相成長法などの種々の蒸着方法により基板１０の上にＮ型半導体層２０、活性層３０及びＰ型半導体層４０を順次に形成する。前記基板１０の上に結晶を成長させるに際して基板１０と後続層との間の格子不整合を低減するためのバッファ層をさらに形成してもよい。
【００４１】
この後、所定のエッチング工程によりＰ型半導体層４０及び活性層３０の一部を除去してＮ型半導体層２０の一部を露出させる。すなわち、図５Ａに示すＰ型半導体層４０の上に３〜５０μｍの厚さに感光膜を厚目に塗布して露光した後、ハードベークを行うことなく直ちに現像してエッチングマスクパターンを形成する。前記エッチングマスクパターンにより露出されたＰ型半導体層４０、活性層３０を誘導結合プラズマまたはドライエッチング工程により除去してＮ型半導体層２０を露出させる。露出されたＮ型半導体層２０の一部をさらに除去してもよい。この後、エッチングマスクパターンを除去すれば、図５Ｂに示すように、Ｐ型半導体層４０、活性層３０、所定のＮ型半導体層２０の側面が水平面から垂直（９０°）ではなく所定の勾配を有するような斜面が得られる。
【００４２】
また、図５Ａに示すＰ型半導体層４０の上に３〜５０μｍの厚さに感光膜を厚目に塗布して露光した後、１００〜１４０℃の温度下でハードベークを行った後に現像してエッチングマスクパターンを形成してもよい。このエッチングマスクパターンにより露出されたＰ型半導体層４０及び活性層３０をエッチングした後、エッチングマスクパターンを除去してエッチングされたＰ型半導体層４０及び活性層３０の側面に８０〜２０°の種々の勾配を持たせてもよい。
【００４３】
次いで、基板１０の上に多数の発光セルを形成するために露出されたＮ型半導体層２０の所定の領域を基板１０が露出されるようにして除去する。このために、前記基板１０が露出される所定の領域を除く全ての部分に所定のマスクパターンを形成した後、前記マスクパターンにより露出された領域のＮ型半導体層２０をエッチングして、図５Ｃに示すように、多数の発光セルを電気的に絶縁する。このとき、上述した工程により側面が勾配を有するマスクパターンを形成してエッチングすることにより、多数の発光セルが分離されるＮ型半導体層２０の側面が水平面から垂直ではなく種々の勾配を有するようにもできる。
【００４４】
図５Ｄを参照すれば、所定の配線形成工程により隣り合う発光セル間のＮ型半導体層２０とＰ型半導体層４０を接続する。すなわち、一方の発光セルの露出されたＮ型半導体層２０とこれと隣り合う他方の発光セルのＰ型半導体層４０を配線６０を介して接続する。このとき、ブリッジ工程により隣り合う発光セルのＮ型半導体層２０とＰ型半導体層４０との間を電気的に接続する導電性配線６０を形成する。
【００４５】
上述したブリッジ工程はエアブリッジ工程とも呼ばれ、互いに接続するチップ間にフォト工程を用いて感光液を塗布し且つ現像して感光膜パターンを形成し、先ずその上に金属などの物質を真空蒸着などの方法により薄膜として形成し、さらにその上に電気めっき、無電解めっきまたは金属蒸着などの方法により金を含む導電性物質を所定の厚さに塗布する。この後、ソルベントなどの溶液により感光膜パターンを除去すれば、導電性物質の下部は完全に除去されてブリッジ状の導電性物質のみが空間に形成される。
【００４６】
上記の配線６０としては、金属に加えて、伝導性を有するあらゆる物質が使用可能である。もちろん、不純物によりドープされたシリコン化合物を用いることも可能である。
【００４７】
さらに、発光素子に外部より電圧を印加する目的で、一方の周縁に位置する発光セルのＰ型半導体層４０にＰ型ボンディングパッド５０を形成し、他方の周縁に位置する発光セルの露出されたＮ型半導体層２０の上にＮ型ボンディングパッド５５を形成する。
【００４８】
上述した本発明の発光素子の製造工程は単なる例示に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形及び種々の物質膜がさらに付加可能である。例えば、発光素子の放熱特性を高めるために、前記基板の背面を所定の厚さだけ除去した後、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｒｕまたはこれらの合金を基板の背面に蒸着してもよい。
【００４９】
これにより、Ｐ型半導体層４０、活性層３０、Ｎ型半導体層２０の側面の一部が水平面から垂直ではなく所定の勾配を有するような発光セルが多数接続されてなる発光素子を製造することができる。
【００５０】
図６Ａから図６Ｄは、本発明による第３の実施形態の製造方法を説明するための断面図である。
本発明による第３の実施形態は第２の実施形態とほとんど同様である。単に相違点があれば、第２の実施形態においては、先ず、Ｎ型半導体層２０を露出させた後、発光セル間の分離のために露出されたＮ型半導体層２０の一部を除去していたが、第３の実施形態においては、先ず、多数の発光セルを分離した後、Ｎ型半導体層２０の一部を露出させているところにある。以下では、上記の第２の実施形態と重なる説明は省く。
【００５１】
図６Ａを参照すれば、基板１０の上に順次に形成されたＮ型半導体層２０、活性層３０及びＰ型半導体層４０の一部を除去して多数の発光セルを形成する。このために、Ｐ型半導体層４０の上に３〜５０μｍの厚さに感光膜を厚目に塗布して露光した後、ハードベークを行うことなく直ちに現像してエッチングマスクパターンを形成する。前記エッチングマスクパターンにより露出されたＰ型半導体層４０、活性層３０、所定のＮ型半導体層２０と前記エッチングマスクパターンを除去して発光セルを分離する。そして、図面に示すように、Ｐ型半導体層４０、活性層３０、Ｎ型半導体層２０の全ての側面が水平面から水平面から垂直（９０°）ではなく所定の勾配を有するような斜面が得られる。また、Ｐ型半導体層４０の上に３〜５０μｍの厚さに感光膜を厚目に塗布して露光した後、１００〜１４０℃の温度下でハードベークを行った後に現像したエッチングマスクパターンを用いてＰ型半導体層４０、活性層３０、Ｎ型半導体層２０を除去することにより、Ｐ型半導体層４０、活性層３０、Ｎ型半導体層２０の全ての側面に８０〜２０°の種々の勾配を持たせることもできる。
【００５２】
この後、図６Ｂに示すように、所定のエッチング工程によりＰ型半導体層４０及び活性層３０の一部を除去してＮ型半導体層２０の一部を露出させる。
【００５３】
図６Ｃを参照すれば、ブリッジ工程により隣り合う発光セル間のＮ型半導体層２０とＰ型半導体層４０を接続する。
【００５４】
また、発光素子に外部電圧を印加するために、一方の周縁に位置する発光セルのＰ型半導体層４０にＰ型ボンディングパッド５０を形成し、他方の周縁に位置する発光セルの露出されたＮ型半導体層２０の上にＮ型ボンディングパッド５５を形成する。
【００５５】
上述した本発明の発光素子の製造工程は単なる例示に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形及び物質膜がさらに付加可能である。例えば、発光素子の放熱特性を高めるために、前記基板の背面を所定の厚さだけ除去した後、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｒｕまたはこれらの合金を基板の背面に蒸着させてもよい。
【００５６】
さらに、図６Ａに示すように、側面が種々の勾配を有するようにエッチングして多数の発光セルを分離した後、Ｎ型半導体層２０を露出させるためにエッチングする場合にも同じエッチング工程により発光素子を製造することができる。すなわち、図６Ｄに示すように、Ｎ型半導体層２０が露出されるようにエッチングされるＰ型半導体層４０と活性層３０の側面が種々の勾配を有するようにできる。
【００５７】
これにより、Ｐ型半導体層４０、活性層３０、Ｎ型半導体層２０の全ての側面が水平面から垂直ではなく所定の勾配を有するような発光セルが多数接続されて得られる発光素子を製造することができる。
【００５８】
図７Ａから図７Ｄは、本発明による第４の実施形態の製造方法を説明するための断面図である。
本発明による第４の実施形態は第３の実施形態とほとんど同様である。単に相違点があれば、第３の実施形態においては、ブリッジ工程により隣り合う発光セルのＮ型半導体層とＰ型半導体層を電気的に接続する導電性配線を形成していたが、第４の実施形態においては、ステップカバレジ工程により上記の導電性配線を形成するところにある。以下では、上記の第３の実施形態と重なる説明は省く。
【００５９】
図７Ａを参照すれば、上述した工程により側面が種々の勾配を有するようにエッチングして多数の発光セルを分離した後、Ｎ型半導体層２０を露出させるためにエッチングする場合にも、Ｎ型半導体層２０が露出されるようにエッチングされるＰ型半導体層４０と活性層３０の側面が種々の勾配を有するようにする。また、前記Ｐ型半導体層４０の上部にＰ型半導体層４０の抵抗を削減して透光率を高める目的で透明電極層８５をさらに形成してもよく、Ｐ型半導体層４０または露出されたＮ型半導体層２０の上部への電流の供給をスムーズに行うための別のオーミック金属層８７をさらに別設してもよい。前記透明電極層８５としては、ＩＴＯ、ＺｎＯまたは伝導性を有する透明金属が使用可能であり、前記オーミック金属層８７としては、Ｃｒ、Ａｕが使用可能である。
【００６０】
図７Ｂを参照すれば、多数の発光セルが形成された基板１０の上面の全体に連続した絶縁層７０を形成する。絶縁層７０は、発光セルの側面及び上面を覆い、発光セル間の領域の基板１０の上部を覆う。前記絶縁層７０は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）技術を用いて、例えば、シリコン酸化膜から形成可能である。
【００６１】
前記発光セルの側面が斜面となっているので、前記絶縁層７０は発光セルの側面を容易に覆うことができる。Ｎ型半導体層２０及び活性層３０の全体の厚さが薄く、且つ、Ｐ型半導体層４０間の空間が広いので、前記Ｎ型半導体層２０の露出された領域に隣り合うＰ型半導体層４０の側面も絶縁層７０により容易に覆われる。
【００６２】
図７Ｃを参照すれば、所定のエッチング工程により前記絶縁層７０をパターニングして発光セルの露出されたＮ型半導体層２０とＰ型半導体層４０の上に開口部を形成する。同図に示すように、透明電極層８５及び／またはオーミック金属層８７を形成している場合、前記開口部により透明電極層８５及び／またはオーミック金属層８７が露出される。
【００６３】
図７Ｄを参照すれば、前記開口部を有する絶縁層７０の上に配線８０が形成される。前記配線８０は、前記開口部を介してＮ型半導体層２０及びＰ型半導体層４０に電気的に接続し、隣り合う発光セルのＮ型半導体層２０とＰ型半導体層４０をそれぞれ電気的に接続する。
【００６４】
前記配線８０はめっき技術により形成可能である。すなわち、前記絶縁層７０の上に配線８０領域を限定する開口部を有するエッチングマスクパターンを形成し、前記開口部内に金属層をめっきした後、前記エッチングマスクパターンを除去することにより、配線８０を形成することができる。
【００６５】
さらに、前記配線８０は、化学気相蒸着または物理気相蒸着技術により形成されてもよい。すなわち、電子ビーム蒸着などの気相蒸着技術により金属層を形成した後、これを写真及びエッチング工程を用いてパターニングすることにより配線を形成することができる。前記発光セルの側面が斜面となっているので、金属層は発光セルの側面の上部に連設される。
【００６６】
このような方法により配線８０が形成された発光素子は、外圧により配線８０が短線または短絡されることを防ぐことができ、配線８０を形成する間に残存する金属などの導電性物質が発光セルを短絡させることを防止できるというメリットがある。
【００６７】
これにより、Ｐ型半導体層４０、活性層３０、Ｎ型半導体層２０の全ての側面が水平面から垂直ではなく所定の勾配を有するような発光セルが多数接続されて得られる発光素子を製造することができる。
【００６８】
上述したように、本発明による発光素子は、Ｐ型半導体層、活性層、Ｎ型半導体層の一部側面が水平面から垂直ではなく所定の勾配を有することにより、従来の発光素子に比べて発光効率を高めることができる。これは、従来の平らな表面において反射されていた光子が様々な角の表面により反射されずに外部に抜け出るためである。
【００６９】
図８は、本発明によるフリップチップ構造の発光素子を説明するための概念断面図である。
図８を参照すれば、ベース基板１１０の上に順次に形成された発光層、すなわち、Ｎ型半導体層１２０、活性層１３０及びＰ型半導体層１４０を備え、さらに、金属バンプ１５０、１５５を用いて前記発光層が形成されたベース基板１１０とフリップチップボンディングされるサブマウント基板２００を備える。前記Ｐ型半導体層１４０、活性層１３０及びＮ型半導体層１２０を備える発光層の側面は水平面から２０〜８０°の勾配を有し、この側面から光の臨界角を変えて容易に光を取り出すことができ、発光素子の発光効率を改善することができる。
【００７０】
図９Ａから図９Ｅは、本発明による第５の実施形態の製造工程を説明するための断面図である。
図９Ａを参照すれば、ベース基板１１０の上にＮ型半導体層１２０、活性層１３０及びＰ型半導体層１４０を順次に形成する。
ベース基板１１０とは、発光素子を製作するための通常のウェーハを言い、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＬｉＡｌ２Ｏ３などの透明基板を用いる。この実施形態においては、サファイア製の透明な結晶成長基板が用いられている。
【００７１】
有機金属化学蒸着法、化学蒸着法、プラズマ化学蒸着法、分子線成長法、水素化物気相成長法などの種々の蒸着方法により前記ベース基板１１０の上にＮ型半導体層１２０、活性層１３０及びＰ型半導体層１４０を順次に形成する。前記基板１１０の上に結晶を成長させるに際して基板１１０と後続層との間の格子不整合を低減するためのバッファ層をさらに形成してもよい。これは上述した通りであるため、以下では重なる説明は省く。
【００７２】
この後、所定のエッチング工程によりＰ型半導体層１４０及び活性層１３０の一部を除去してＮ型半導体層１２０の一部を露出させる。これは、上述した実施形態と同様にして行う。
【００７３】
すなわち、図９Ａに示すＰ型半導体層１４０の上に３〜５０μｍの厚さに感光膜を厚目に塗布して露光した後、ハードベークを行うことなく直ちに現像してエッチングマスクパターンを形成する。前記エッチングマスクパターンにより露出されたＰ型半導体層１４０、活性層１３０を誘導結合プラズマまたはドライエッチング工程により除去してＮ型半導体層１２０を露出させる。この後、エッチングマスクパターンを除去すれば、図９Ｂに示すように、Ｐ型半導体層１４０、活性層１３０の側面が垂直（９０°）ではなく所定の勾配を有するような斜面が得られる。
【００７４】
また、図９Ａに示すＰ型半導体層１４０の上に３〜５０μｍの厚さに感光膜を厚目に塗布して露光した後、１００〜１４０℃の温度下でハードベークを行った後に現像してエッチングマスクパターンを形成してもよい。このようなエッチングマスクパターンにより露出されたＰ型半導体層１４０及び活性層１３０をエッチングした後、エッチングマスクパターンを除去してエッチングされたＰ型半導体層１４０及び活性層１３０の側面が水平面から８０〜２０°の種々の勾配を有するようにもできる。
【００７５】
前記Ｐ型半導体層１４０の上部に光の反射のための反射層をさらに形成してもよく、Ｐ型半導体層１４０または露出されたＮ型半導体層１２０の上部への電流の供給をスムーズに行うための別のオーミック金属層をさらに別設してもよい。前記オーミック金属層としては、Ｃｒ、Ａｕが使用可能である。
【００７６】
さらに、図９Ｃに示すように、Ｐ型半導体層１４０の上にＰ型金属バンプ１５５を、Ｎ型半導体層１２０の上にＮ型金属バンプ１５０をバンピング用として形成する。Ｐ型及びＮ型金属バンプ１５５、１５０としては、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｎｉ及びＴｉのうち少なくともいずれか１種が使用可能であり、これらの合金も使用可能である。このために、全体の構造の上に感光膜を塗布した後、所定のマスクを用いた写真エッチング工程を行うことにより、Ｐ型半導体層１４０とＮ型半導体層１２０の一部を露出させた感光膜パターン（図示せず）を形成する。全体の構造の上に金属膜を蒸着した後、前記感光膜パターンにより露出されたＰ型半導体層１４０の上部に形成された金属膜と、Ｎ型半導体層１２０の上部に形成された金属膜を除く残りの領域の金属膜及び前記感光膜パターンを除去する。これにより、Ｐ型半導体層１４０の上にはＰ型金属バンプ１５５が形成され、Ｎ型半導体層１２０の上にはＮ型金属バンプ１５０が形成される。
【００７７】
次いで、図９Ｄを参照すれば、別のサブマウント基板２００を設けて前記Ｐ型金属バンプ１５５及びＮ型金属バンプ１５０にそれぞれ接続されるＰ型ボンディングパッド２１５及びＮ型ボンディングパッド２１０を形成する。
【００７８】
このとき、サブマウント基板２００としては、熱伝導性に優れた種々の基板２００を用いる。すなわち、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＡｌＮ、金属などを用いる。この実施形態においては、熱伝導性に優れ、且つ、絶縁性を有するＡｌＮが用いられている。もちろん、本発明はこれに限定されるものではなく、熱伝導率が高く、且つ、電気伝導性に優れた金属性物質を用いることができる。この場合には、基板２００の上に絶縁膜誘電体膜を形成して十分な絶縁を行わせる。誘電体膜としては、ＳｉＯ２、ＭｇＯ及びＳｉＮまたは絶縁性物質が使用可能である。また、前記Ｎ型ボンディングパッド２１０及びＰ型ボンディングパッド２１５は、電気伝導性に優れた金属を用いて形成する。なお、これは、スクリーン印刷法により形成するか、あるいは、所定のマスクパターンを用いた蒸着工程により形成する。
【００７９】
この後、前記サブマウント基板２００及び前記発光層が形成されたベース基板１１０をフリップチップボンディングする。
【００８０】
図９Ｅを参照すれば、本発明の発光素子は、発光層の上部に形成されたＮ型及びＰ型金属バンプ１５０、１５５とサブマウント基板２００のＮ型及びＰ型ボンディングパッド２１０、２１５が接続されるようにしてボンディングされる。このとき、熱及び超音波のいずれか一方、あるいは、これらの両方を用いてボンディングを行うことができる。金属バンプ１５０、１５５と下部ボンディングパッド２１０、２１５との接続は、種々のボンディング方法により行われる。
加えて、発光層の上部に必ずしもＮ型及びＰ型金属バンプ１５０、１５５が形成されるわけではなく、サブマウント基板２００の上にそれぞれの金属バンプが形成されてもよい。
【００８１】
図面から明らかなように、多数の発光素子を１枚の基板の上に製作してもよく、この場合、今後の使用に際して多数の発光素子から個別の発光素子を切り出して用いる。このとき、図９ＥのＡ部は、これらの多数の発光素子から個別の発光素子を切り出すための切出部となる。
【００８２】
上述した本発明の発光素子の製造工程は単なる例示に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の工程と製造方法が素子の特性及び工程の都合に応じて変形あるいは付加可能である。例えば、上記と同じ工程において、図９Ａに示すように、Ｎ型半導体層、活性層、Ｐ型半導体層が順次に形成されたベース基板を形成し、まず、基板が露出されるように前記Ｐ型半導体層、活性層、Ｎ型半導体層の一部を除去して多数の発光素子を個別に分離することができる。このとき、上述した工程によりエッチングされるＰ型半導体層、活性層、Ｎ型半導体層の側面を水平面から垂直ではなく所定の勾配を有するように形成してもよい。
【００８３】
これにより、Ｐ型半導体層、活性層、Ｎ型半導体層側面の一部が水平面から垂直ではなく所定の勾配を有するようなフリップチップ構造の発光素子を製造することができる。
【００８４】
図１０Ａから図１０Ｅは、本発明による第６の実施形態の製造工程を説明するための断面図である。
本発明による第６の実施形態は第５の実施形態とほとんど同様である。単に相違点があれば、第６の実施形態においては、ウェーハのレベルで多数の発光セルを直列、並列または直並列など種々に接続して素子を小型化させ、適正な電圧及び電流に駆動して照明として使用可能であり、交流電源においても駆動可能なフリップチップ構造の発光素子を提供することである。以下では、上述した実施形態と重なる説明は省く。
【００８５】
図１０Ａを参照すれば、有機金属化学蒸着法、化学蒸着法、プラズマ化学蒸着法、分子線成長法、水素化物気相成長法などの種々の蒸着方法によりベース基板１１０の上にＮ型半導体層１２０、活性層１３０及びＰ型半導体層１４０を順次に形成する。前記ベース基板１１０の上に結晶を成長させるに際して基板１１０と後続層との間の格子不整合を低減するためのバッファ層をさらに形成してもよい。
【００８６】
この後、前記ベース基板１１０の上に順次に形成されたＮ型半導体層１２０、活性層１３０及びＰ型半導体層１４０の一部を除去して多数の発光セルを形成する。このために、図１０Ａに示すＰ型半導体層１４０の上に３〜５０μｍの厚さに感光膜を厚目に塗布して露光した後、ハードベークを行うことなく直ちに現像してエッチングマスクパターンを形成する。前記エッチングマスクパターンにより露出されたＰ型半導体層１４０、活性層１３０、所定のＮ型半導体層１２０を誘導結合プラズマまたはドライエッチング工程により除去して発光セルを分離する。次いで、エッチングマスクパターンを除去すれば、図１０Ｂに示すように、エッチングされたＰ型半導体層１４０、活性層１３０、Ｎ型半導体層１２０の全ての側面が水平面から垂直（９０°）ではなく所定の勾配を有するような斜面が得られる。
【００８７】
また、図１０Ａに示すＰ型半導体層１４０の上に３〜５０μｍの厚さに感光膜を厚目に塗布して露光した後、１００〜１４０℃の温度下でハードベークを行った後に現像してエッチングマスクパターンを形成してもよい。このようなエッチングマスクパターンにより露出されたＰ型半導体層１４０、活性層１３０、Ｎ型半導体層１２０をエッチングした後、エッチングマスクパターンを除去してエッチングされたＰ型半導体層１４０及び活性層１３０の側面に８０〜２０°の種々の勾配を持たせることもできる。
【００８８】
次いで、図１０Ｃに示すように、所定のエッチング工程によりＰ型半導体層１４０及び活性層１３０の一部を除去してＮ型半導体層１２０の一部を露出させる。所定の導電性配線を介して一方の発光セルの露出されたＮ型半導体層１２０と隣り合う他方の発光セルのＰ型半導体層１４０を接続する。このとき、ブリッジ配線１６０は導電性の物質を用いて形成するが、金属を用いて形成する。もちろん、不純物によりドープされたシリコン化合物を用いることもできる。前記ブリッジ配線１６０はブリッジ工程により形成される。
【００８９】
さらに、各発光セルの上部にバンピング用に多数の金属バンプを形成し、一方の周縁に位置する発光セルのＰ型半導体層１４０と他方の周縁に位置する発光セルのＮ型半導体層１２０の上にそれぞれＰ型金属バンプ１５５及びＮ型金属バンプ１５０をさらに形成する。
【００９０】
次いで、図１０Ｄに示すように、別のサブマウント基板２００を設けて、基板２００の上部に多数のボンディング層２２０と、サブマウント基板２００の一方の周縁に位置するＰ型ボンディングパッド２１５と、他方の周縁に位置するＮ型ボンディングパッド２１０と、を形成する。
【００９１】
この後、図１０Ｅに示すように、上述した多数の発光セルが形成されたベース基板１１０とサブマウント基板２００をフリップチップボンディングして発光素子を製作する。前記発光セルの上部に形成された金属バンプ１５０、１５５と前記サブマウント基板２００に形成されたボンディング層２２０を介してボンディングを行う。サブマウント基板２００の一方の周縁に位置するＰ型ボンディングパッド２１５は一方の周縁に位置する発光セルのＰ型金属バンプ１５５に接続され、他方の周縁に位置するＮ型ボンディングパッド２１０は他方の周縁に位置する発光セルのＮ型半導体層１５０に接続される。
【００９２】
上述した本発明の発光素子の製造方法はこれに限定されるものではなく、種々の工程と製造方法が素子の特性及び工程の都合に応じて変形または付加可能である。例えば、この実施形態においては、ブリッジ工程を介して隣り合う発光セルのＮ型半導体層とＰ型半導体層を電気的に接続する導電性配線を形成した後、サブマウント基板とフリップチップボンディングを行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記第４の実施形態と同じステップカバレジ工程により隣り合う発光セルのＮ型半導体層とＰ型半導体層を電気的に接続する導電性配線を形成してもよい。また、多数の発光セルとサブマウント基板のフリップチップボンディング時にサブマウント基板に電極層を形成し、金属バンプを介して隣り合う発光セルのＮ型半導体層とＰ型半導体層を電気的に接続してもよい。
【００９３】
これにより、発光層の側面が水平面から垂直ではなく所定の勾配を有するような多数のフリップチップ状の発光セルがサブマウント基板の上にアレイされた発光素子を製造することができる。前記発光セルは、目的に応じて、直列、並列または直並列など種々に種々に接続可能である。
【００９４】
図１１は、本発明による第７の実施形態を示す断面図である。
本発明による第７の実施形態は第６の実施形態とほとんど同様である。単に相違点があれば、第７の実施形態においては、図１０Ｂに示すように、側面が種々の勾配を有するようにエッチングして多数の発光セルを分離した後、Ｎ型半導体層を露出させるためにエッチングする場合にも、同じエッチング工程を用いて発光素子を製造できることである。すなわち、図１１に示すように、Ｎ型半導体層１２０が露出されるようにエッチングされるＰ型半導体層１４０と活性層１３０の側面が種々の勾配を有するようにできる。
【００９５】
これにより、発光層の全ての側面が水平面から垂直ではなく所定の勾配を有するような多数のフリップチップ状の発光セルがサブマウント基板の上にアレイされた発光素子を製造することができる。前記発光セルは、目的に応じて、直列、並列または直並列など種々に種々に接続可能である。
【００９６】
上述したように、本発明は、フリップチップ構造の発光素子において、発光層の一部の側面が水平面から垂直ではなく所定の勾配を有するようにすることにより、従来の発光素子に比べて発光効率を高めることができる。これは、従来の平らな表面において反射されていた光子が様々な角の表面により反射されずに外部に抜け出るためである。
【００９７】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、それぞれ従来の技術及び本発明による発光素子の効果を説明するための概念断面図である。
【００９８】
発光素子の光効率は、内部量子効率と外部量子効率とに大別できるが、内部量子効率は、活性層の設計や品質により決まる。外部量子効率の場合、活性層において生成される光子が発光素子の外部に放出される量によって決まる。図１２Ａは、従来の技術による発光素子を示している。同図を参照すれば、半導体層の側面が水平面から垂直に形成される場合に、一部の光子が半導体層の側面を透過できずにそこから反射され、全反射された光は外部に透過できずに発光素子の内部において消滅されてしまう。これに対し、本発明による発光素子を示している図１２Ｂを参照すれば、半導体層の側面が水平面から垂直ではなく所定の勾配を有する場合に、所定の勾配を有する側面が光の臨界角を変えてより容易に光を取出可能に助長する。このため、活性層から発せられた光が全反射されずに発光素子の外部に放出される確率が高くなり、外部量子効率が格段に上がる結果となる。
【００９９】
以上、本発明による発光素子及びその製造方法について説明したが、これは単なる例示的なものに過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、特許請求の範囲において請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく、この技術分野における通常の知識を持った者であれば誰でも種々の変更実施が行える範囲まで本発明の技術的な精神があると言えるであろう。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
以上説明したように、本発明による発光素子及びその製造方法によれば、水平面から垂直ではなく所定の勾配を有する半導体層の側面から発せられた光が全反射されずに発光素子の外部に放出されることから、さらに高い光取出効率、外部量子効率、発光効率などの特性が得られる。また、本発明の発光素子は、高光度、高輝度の光を発光するものであって、優れた光特性が求められる種々の製品分野に応用可能であるというメリットがある。
【符号の説明】
【０１０１】
１０、１１０：基板、
２０、１２０：Ｎ型半導体層、
３０、１３０：活性層、
４０、１４０：Ｐ型半導体層、
５０、５５：ボンディングパッド、
６０、１６０：配線、
２００：サブマウント基板、
２１０、２１５：金属バンプ、
２２０：ボンディング層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年2月21日(2014.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の発光セルにそれぞれ対応させてｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層を順次に形成し、
前記複数の発光セルごとに水平面に対して勾配を有し且つ前記ｐ型半導体層から前記活性層まで連続して形成された少なくとも一つの斜面を有するように前記ｐ型半導体層及び前記活性層の一部をそれぞれ除去して前記ｎ型半導体層の一部をそれぞれ露出させ、
一方の前記発光セルの前記露出されたｎ型半導体層と、前記一方の前記発光セルに隣接する他方の前記発光セルの前記ｐ型半導体層とを、前記基板の一方の周縁に位置する前記発光セルの前記ｐ型半導体層及び前記基板の他方の周縁に位置する前記発光セルの前記露出されたｎ型半導体層を除いて、それぞれブリッジ配線を介して接続し、
前記複数の発光セルのうち、前記基板の前記一方の周縁に位置する前記発光セルの前記ｐ型半導体層上にｐ型金属バンプと、前記基板の前記一方の周縁に位置する前記発光セル以外の前記発光セルの前記ｐ型半導体層上にそれぞれバンピング用の金属バンプと、を形成し、
前記複数の発光セルのうち、前記基板の前記他方の周縁に位置する前記発光セルの前記露出された前記ｎ型半導体層上にｎ型金属バンプを形成し、
サブマウント基板上に前記ｐ型金属バンプ及び前記ｎ型金属バンプにそれぞれ対応するｐ型ボンディングパッド及びｎ型ボンディングパッドと、前記バンピング用の金属バンプにそれぞれ対応するボンディング層と、を形成し、
前記ｐ型金属バンプ及び前記ｎ型金属バンプと、それぞれ対応する前記ｐ型ボンディングパッド及び前記ｎ型ボンディングパッドとがそれぞれ接続されるように、前記基板と前記サブマウント基板とをフリップチップボンディングし、
前記ブリッジ配線を介して接続された複数の発光セルを有する発光素子を形成することを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記ｐ型半導体層から前記活性層まで連続して形成された少なくとも一つの斜面は、水平面から２０°以上８０°以下の勾配を有するように形成することを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記ｐ型半導体層及び前記活性層の一部を除去した後、前記ｐ型半導体層の上部及び露出された前記ｎ型半導体層上にオーミック金属層を形成し、前記ｐ型金属バンプ及び前記ｎ型金属バンプはそれぞれ前記オーミック金属層上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記サブマウント基板は、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、またはＡｌＮのいずれかを用いて形成される基板上に、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、またはＳｉＮのいずれかからなる誘電体膜を成膜して形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記ｐ型半導体層上に電気伝導性を有する反射層を形成することを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。