(57)【要約】本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に関し、特に、その電極構造に関する。ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、基板と、第１導電性を有する第１ＩＩＩ族窒化物半導体層、第１導電性とは異なる第２導電性を有する第２ＩＩＩ族窒化物半導体層、および第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と第２ＩＩＩ族窒化物半導体層との間に位置し電子と正孔の再結合によって光を生成する活性層を含む複数のＩＩＩ族窒化物半導体層と、基板と複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を貫通して形成されたホールとを備える。
2009532895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面及び第１面に対向する第２面を備え、第１面から第２面に亙って溝が形成された基板、
溝が形成された基板の第１面の上に成長されるバッファー層、バッファー層の上にエピ成長されるｎ型窒化物半導体層、ｎ型窒化物半導体層の上にエピ成長され、電子と正孔の再結合によって光を生成する活性層、活性層の上にエピ成長されるｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層を備える複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層
を含み、
ｐ型窒化物半導体層の上に形成されるｐ側電極及び、ｐ側ボンディングパッドを備え、
複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層は、基板の第１面に形成された溝によって生成される開口部を含み、
開口部を通してｎ型窒化物半導体層に形成される第１ｎ側電極と基板の第２面が研磨されて露出される溝を介してｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層に形成される第２ｎ側電極を備え、
第１ｎ側電極と第２ｎ側電極とは電気的に接触されており、第１ｎ側電極と第２ｎ側電極の外壁に補助金属電極を含むことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
補助金属電極は電気メッキ法により形成されることを特徴とする請求項１記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
第１ｎ側電極はｐ側ボンディングパッドと同時に形成されることを特徴とする請求項１記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
補助金属電極は、金、銀、銅及びアルミニウムからなる群から選択される一つであることを特徴とする請求項１記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
補助金属電極の厚さは、１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
第２ｎ側電極は基板全体に形成され、反射膜の役割を果たすことを特徴とする請求項１記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
基板；基板上に成長される複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層であって、
第１導電性を有する第１ＩＩＩ族窒化物半導体層、第１導電性とは異なる第２導電性を有する第２ＩＩＩ族窒化物半導体層、及び第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と第２ＩＩＩ族窒化物半導体層との間に位置し、電子と正孔の再結合によって光を生成する活性層を備える複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層を含むＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、
基板から第１ＩＩＩ族窒化物半導体層に連通するホール；及び
ホールに位置し、第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接続するメッキ層を含むことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
基板側からホールを介して第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接続する電極を含み、
メッキ層は電極の上に形成されることを特徴とする請求項７記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層側からホールを介して第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接続する第１電極及び基板側からホールを介して第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接続する第２電極を含み、
メッキ層は第１電極及び第２電極を接続するように形成されることを特徴とする請求項７記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
基板；基板上に成長される複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層であって、
第１導電性を有する第１ＩＩＩ族窒化物半導体層、第１導電性とは異なる第２導電性を有する第２ＩＩＩ族窒化物半導体層、及び第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と第２ＩＩＩ族窒化物半導体層の間に位置し、電子と正孔の再結合によって光を生成する活性層を備える複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層を含むＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、
基板から複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層を貫通するホール；
複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層側からホールを介して第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接続する第１電極；
基板側からホールを介して第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接続する第２電極；及び
第１電極と第２電極を接続する補助電極とを含むことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
補助電極は電気メッキ層であることを特徴とする請求項１０記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層の上に形成される透光性電極を含むことを特徴とする請求項１０記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
第２電極は基板の全面にわたり形成されることを特徴とする請求項１０記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
第２電極は反射膜であることを特徴とする請求項１３記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
基板；
基板上に成長される複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層であって、第１導電性を有する第１ＩＩＩ族窒化物半導体層、第１導電性とは異なる第２導電性を有する第２ＩＩＩ族窒化物半導体層、及び第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と第２ＩＩＩ族窒化物半導体層の間に位置し、電子と正孔の再結合によって光を生成する活性層を備える複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層；
基板と複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層を貫通して形成された少なくとも一つのホール；
第２ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接続されるパッド電極；及び
パッド電極からつながった枝電極を含むことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
基板側のホールを介して第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接触する電極を含むことを特徴とする請求項１５記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項１７】
第２ＩＩＩ族窒化物半導体層とパッド電極及び枝電極間に電流拡散層を含むことを特徴とする請求項１５記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項１８】
枝電極は閉ループを形成することを特徴とする請求項１５記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項１９】
枝電極は閉ループ及び枝を形成することを特徴とする請求項１５記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２０】
複数個のホールを含み、枝電極は少なくとも一つの閉ループを形成することを特徴とする請求項１５記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２１】
基板；基板上に成長される複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層であって、第１導電性を有する第１ＩＩＩ族窒化物半導体層、第１導電性とは異なる第２導電性を有する第２ＩＩＩ族窒化物半導体層、及び第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と第２ＩＩＩ族窒化物半導体層間に位置し、電子と正孔の再結合によって光を生成する活性層を備える複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層を含むＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、
基板と複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層を貫通して形成され、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の中心から離れて位置するホール；及び
第２ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接触されるパッド電極を含むことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２２】
基板側のホールを介して第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接触される電極を含むことを特徴とする請求項２１記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２３】
パッド電極は、ホールと重ならないように位置することを特徴とする請求項２１記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２４】
パッド電極からつながった枝電極を含むことを特徴とする請求項２１記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２５】
溝が形成された基板、
基板上に形成され、再結合により光を生成する活性層を含む、複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層、
溝の上から複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層に沿って形成される開口部、及び
開口部との連通を遮断する保護膜を含むことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２６】
保護膜はメッキ膜であることを特徴とする請求項２５記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２７】
溝及び開口部により複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層に電気的に接続する電極を含むことを特徴とする請求項２５記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２８】
開口部を介して電極に電気的に接続する追加の電極を含むことを特徴とする請求項２７記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２９】
基板の反対側で複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層に電気的に接続する電極を含むことを特徴とする請求項２５記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項３０】
基板の反対側で複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層に電気的に接続し、追加の電極と共に形成されるボンディングパッドを含むことを特徴とする請求項２８記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項３１】
溝が形成された基板、
基板上に形成され、再結合により光を生成する活性層と、基板と活性層の間に位置する第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と、を含む複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層、
溝の上から複数個のＩＩＩ族窒化物半導体層に沿って形成される開口部、
溝を介して第１ＩＩＩ族窒化物半導体層に電気的に接触される第１電極；及び
第１電極を介して第１ＩＩＩ族窒化物半導体層に電気的に接触される第２電極を含むことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項３２】
開口部を介して第１ＩＩＩ族窒化物半導体層に電気的に接触される第３電極を含むことを特徴とする請求項３１記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項３３】
第１電極は溝を埋めることを特徴とする請求項３１記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項３４】
第１電極は電気メッキされていることを特徴とする請求項３３記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項３５】
開口部を通して第１ＩＩＩ族窒化物半導体層に電気的に接触される第３電極を含むことを特徴とする請求項３４記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項３６】
第１電極は第３電極に接触されることを特徴とする請求項３５記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に関し、特に、素子を貫通するホールが備えられた垂直型ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に関する。より詳しくは、この垂直型ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の電極構造に関する。
【０００２】
ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子とは、Ａｌ（ｘ）Ｇａ（ｙ）Iｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を有する化合物半導体層を含む発光ダイオード等の発光素子を意味し、さらにＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＣＮ等の他の族の元素を含む物質や、これらの物質を有する半導体層を含むことを排除するものではない。
【背景技術】
【０００３】
図１は、従来のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一例を示す図面である。ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、基板１００、基板１００上にエピタキシャル成長したバッファ層２００、バッファ層２００の上にエタキシャルピ成長したｎ型窒化物半導体層３００、ｎ型窒化物半導体層３００の上にエピタキシャル成長した活性層４００、活性層４００の上にエピタキシャル成長したｐ型窒化物半導体層５００、ｐ型窒化物半導体層５００の上に形成されたｐ型電極６００、ｐ側電極６００の上に形成されたｐ側ボンディングパッド７００、ｐ型窒化物半導体層５００と活性層４００とがメサエッチングされ、露出したｎ型窒化物半導体層の上に形成されたｎ側電極８００、そして保護膜９００を含む。
【０００４】
基板１００は、同種基板としてＧａＮ系基板が用いられ、異種基板としてサファイア基板、シリコンカーバイド基板或いはシリコン基板が用いられるが、窒化物半導体層が成長し得る基板であれば、いかなる種類であってもよい。シリコンカーバイド基板が用いられる場合には、ｎ側電極８００はシリコンカーバイド基板側に形成され得る。
【０００５】
基板１００上にエピタキシャル成長する窒化物半導体層は、主にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）によって成長される。
【０００６】
バッファ層２００は、異種基板１００と窒化物半導体間の格子定数及び熱膨脹係数の差を解決するためのものである。米国特許第５,１２２,８４５号明細書には、サファイア基板上に３８０℃〜８００℃の温度で厚さ１０ｎｍ〜５０ｎｍのＡｌＮバッファー層を成長させる技術が開示されている。米国特許第５,２９０,３９３号明細書には、サファイア基板上に２００℃〜９００℃の温度で厚さ１ｎｍ〜５００ｎｍのＡｌ（ｘ）Ｇａ（１-ｘ）Ｎ（０≦ｘ＜１）バッファ層を成長させる技術が開示されている。国際公開第ＷＯ／０５／０５３０４２号パンフレットには、６００℃〜９９０℃の温度でＳｉＣバッファ層を成長させた後、その上にＩｎ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ≦１）層を成長させる技術が開示されている。
【０００７】
ｎ型窒化物半導体層３００は、少なくともｎ側電極８００が形成された領域（ｎ型コンタクト層）が不純物でドーピングされ、ｎ型コンタクト層は、好ましくはＧａＮからなり、Ｓｉでドーピングされる。米国特許第５,７３３,７９６号明細書には、Ｓｉと他の原料物質の混合比を調節することによって所望のドーピング濃度でｎ型コンタクト層をドーピングする技術が開示されている。
【０００８】
活性層４００は、電子と正孔の再結合により光子（光）を生成する層である。主にＩｎ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ≦１）からなり、単一量子井戸層（ｓｉｎｇｌｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ）または多重量子井戸層（ｍｕｌｔｉ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌｓ）を備えている。国際公開第ＷＯ／０２／０２１１２１号パンフレットには、複数の量子井戸層と障壁層の一部のみにドーピングする技術が開示されている。
【０００９】
Ｐ型窒化物半導体層５００はＭｇのような適切な不純物を利用して、ドーピングされ、活性化（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）工程を経てｐ型導電性を有するようになる。米国特許第５,２４７,５３３号明細書には、電子ビーム照射によりｐ型窒化物半導体層を活性化させる技術が開示されている。米国特許第５,３０６,６６２号明細書には、４００℃以上の温度で熱処理（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）することによりｐ型窒化物半導体層を活性化させる技術が開示されている。国際公開第ＷＯ／０５／０２２６５５号パンフレットには、ｐ型窒化物半導体層成長の窒素前駆体としてＮＨ３とヒドラジン系原料物質を共に使用することで活性化工程を行わずにｐ型窒化物半導体層にｐ型導電性を付与する技術が開示されている。
【００１０】
透光性電極６００は、ｐ型窒化物半導体層５００全体に電流がよく供給されるようにするために備えられる。米国特許第５,５６３,４２２号明細書には、ｐ型窒化物半導体層のほぼ全面にわたって形成され、ｐ型窒化物半導体層とオーミック接触し、ＮｉとＡｕからなる透光性電極（ｌｉｇｈｔ−ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）に関する技術が開示されている。米国特許第６,５１５,３０６号明細書には、ｐ型窒化物半導体層の上にｎ型超格子層を形成した後、その上にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）からなる透光性電極を形成する技術が開示されている。
【００１１】
一方、透光性電極６００は、光を透過しないように、すなわち、光を基板側に反射するように、厚さを大きくして形成することができるが、このような技術をフリップチップ（ｆｌｉｐｃｈｉｐ）技術という。米国特許第６,１９４,７４３号明細書には、２０ｎｍ以上の厚さを有するＡｇ層、Ａｇ層を覆う拡散防止層、そして拡散防止層を覆うＡｕとＡｌからなるボンディング層を含む電極構造に関する技術が開示されている。
【００１２】
ｐ側ボンディングパッド７００、及びｎ側電極８００は、電流の供給と外部へのワイヤーボンディングを行うためのものである。米国特許第５,５６３,４２２号明細書には、ｎ側電極８００をＴｉとＡｌから構成する技術が開示されており、米国特許第５,６５２,４３４号明細書には、透光性の電極の一部を除去し、ｐ側ボンディングパッドをｐ型窒化物半導体層に当接させる技術が開示されている。
【００１３】
保護膜９００は、二酸化ケイ素等の物質で形成されるが、省略されてもよい。
一方、ｎ型窒化物半導体層３００やｐ型窒化物半導体層５００は単一の層や複数の層から構成される。国際公開第ＷＯ／００／０１０５９５号パンフレットには、超格子構造を含むだけでなく、これらの窒化物半導体層のドーピング濃度を多様な方法により変更する、あるいは、Ａｌ（ｘ）Ｇａ（ｙ）Iｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎの組成を変更する技術が開示されている。
【００１４】
一般に、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の場合、基板１００としてはサファイアが主に使われるが、サファイアは導電性がないため、電流を供給するための電極が水平に配置される。ここで、活性層４００で発生した光の一部は、外部に放出されて外部量子効率に影響を及ぼすが、残りの光はサファイア基板１００と窒化物半導体層の内部に閉じ込められ、熱として消滅する。また、水平方向に電流が印加された発光素子の内部には電流密度の不均衡が発生し、素子の性能に好ましくない影響を与える。
【００１５】
ここで、サファイア基板１００上に複数の窒化物半導体層を成長させた後、サファイア基板１００を除去し、垂直方向の電極構造を有する高効率の発光素子を製造するための技術が研究されている。一般に、サファイア基板１００を除去するための方法としては、レーザーを利用する方法が用いられる。サファイア基板１００の下部にレーザーを照射すると、サファイア基板１００はレーザービームを吸収せずに、そのまま透過させるが、窒化物半導体層はレーザービームを吸収してＩＩＩ族元素と窒素元素とが互いに分離される。主にＩＩＩ族元素として用いられるガリウムは常温でも液状を維持するため、サファイア基板１００と窒化物半導体層が互いに分離される。しかし、レーザーを利用した方法は、レーザー照射時に高熱が発生して素子に好ましくない影響を与え、さらにサファイア基板１００と窒化物半導体層間の応力により窒化物半導体層が破壊されることもある。
【００１６】
図２は、本出願人が権利者である垂直型ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子（韓国特許出願第２００６−３５１４９号）の一例を示す図面である。ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、溝１１０が形成されたサファイア基板１００、バッファ層２００、ｎ型窒化物半導体層３００、電子と正孔の再結合により光を生成する活性層４００、ｐ型窒化物半導体層５００、ｐ側電極６００、ｐ側ボンディングパッド７００を含む。複数の窒化物半導体層２００，３００，４００，５００には溝１１０に沿って開口部９１０が形成されている。第１ｎ側電極８００ａが開口部９１０を介してｎ型窒化物半導体層３００に電気的に接触され、第２ｎ側電極８００ｂが溝１１０を介してｎ型窒化物半導体層３００に電気的に接触されて、垂直型発光素子を形成している。ここで第１ｎ側電極８００ａは省略されてもよい。
【００１７】
溝１１０に対応する開口部９１０は、複数の窒化物半導体層２００，３００，４００，５００を水平方向の成長がおきない条件で成長させることにより、形成することができる。例えば、ｎ型窒化物半導体層３００においては、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、アンモニア（ＮＨ３）及びＳｉＨ４を各々３６５ｓｃｃｍ、１１ｓｌｍ、８.５ｓｌｍで供給し、成長温度１０５０℃、ドーピング濃度３ｘ１０１８／ｃｍ３、圧力３００〜５００ｔｏｒｒで処理すると、開口部９１０を有する４μｍ程度のＧａＮ層を成長させることができる（ここで、直径３０μｍの円形溝１１０が利用される）。
【００１８】
一方、このような発光素子は、発光素子の上部に開口部が形成されているので、電流の円滑な供給のために、このような開口部９１０に合せて適切にｐ側ボンディングパッド７００及び／又はここから延びる枝電極を配置する必要がある。
【００１９】
また、このような発光素子は、溝１１０及び開口部９１０により発光素子が貫通されており、パッケージを製造する時、発光素子の下部に位置すべきであるエポキシなどの物質が発光素子の上部に上がってくることがあるという問題点がある。
【００２０】
また、このような発光素子は、第１ｎ側電極８００ａと第２ｎ側電極８００ｂの両方が形成される場合に、これらの間の電気的な接触の不安定性により電流密度の不均衡及び漏洩電流が発生することがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、上記問題点を解消し得るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、垂直型ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のための電極構造を提供することを目的とする。
また、本発明は、メッキを利用した電極構造を備える垂直型ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
このために、本発明は、出願時に特許請求の範囲第１項〜第３６項記載の発明を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子によると、二つの電極が一側に共に形成される発光素子の問題点を克服するのみでなく、基板が除去されることにより生じる垂直型発光素子の問題点も克服することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
図３は、本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一例を示す図面である。ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、溝９１が形成された基板１０、基板１０上にエピタキシャル成長したバッファ層２０、バッファ層２０の上にエピタキシャル成長したｎ型窒化物半導体層３０、ｎ型窒化物半導体層３０の上にエピタキシャル成長し電子と正孔の再結合によって光を生成する活性層４０、活性層４０の上にエピタキシャル成長したｐ型窒化物半導体層５０、ｐ型窒化物半導体層５０の上に形成された透光性電極であるｐ側電極６０、ｐ側電極６０の上に形成されたｐ側ボンディングパッド７０、開口部９０により露出したｎ型窒化物半導体層３０の上に形成された第１ｎ側電極８１、溝９１を介してｎ型窒化物半導体層に電気的に接触される第２ｎ側電極８２、及び第１ｎ側電極８１と第２ｎ側電極８２の外壁に形成された補助金属電極８０を含む。
【００２５】
基板１０に溝９１を形成するため、波長３５５ｎｍのレーザーを利用した。レーザーの焦点を合わせた状態で数μｍ〜数百μｍ間の直径を有する円形、楕円形、又は多角形の溝９１を形成することができる。また、溝９１の深さは、レーザーのエネルギーなどによって数μｍ〜数百μｍまで調節することができる。溝９１は、基板１０を貫通して形成されてもよい。
【００２６】
溝９１の形成のために使用されるレーザーは、活性媒体としてネオジムが含まれたイットリウム系酸化物を用いた波長５３２ｎｍのＤＰＳＳ（Ｄｉｏｄｅ  ｐｕｍｐｅｄ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ）レーザーである。ここで、レーザーの出力は１０Ｗ（１０〜１００ＫＨｚ）であり、掘削（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）速度は２０〜５０ｈｏｌｅｓ／ｓｅｃである。
【００２７】
バッファ層２０の上にエピタキシャル成長するｎ型窒化物半導体層３０、電子と正孔の再結合により光を生成する活性層４０およびｐ型窒化物半導体層５０を含む複数のＩＩＩ族窒化物半導体層は成長条件、すなわち、成長温度、成長速度及び成長圧力などを調節して水平方向の成長が発生しないように成長する。水平方向の成長がおきない成長条件で成長した複数の窒化物半導体層は、基板に形成された溝９１から形成が開始される、開口部９０が形成される。一方、溝９１を覆うように複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させた後、エッチングにより開口部９０を形成することもできる。
【００２８】
ｐ型窒化物半導体層５０の上にｐ側電極６０を形成した後、ｎ型窒化物半導体層３０を露出させる工程を行う。ｎ型窒化物半導体層３０を露出させる方法は乾式エッチング及び/又は湿式エッチング法を利用する。ここで、露出される表面積を大きくするために、ｎ型窒化物半導体層３０が一つの段差（ｓｔｅｐ）を有する形態でエッチングすることが好ましい。
【００２９】
ｐ側電極６０を形成した後、ｐ型窒化物半導体層５０とｐ側電極６０の上にｐ側ボンディングパッド７０を形成し、この過程で開口部９０が露出したｎ型窒化物半導体層３０に第１ｎ側電極８１を同時に形成する。第１ｎ側電極８１はｎ型窒化物半導体層３０への電流供給のための電極接触面積を拡大する役割を果たす。
【００３０】
ｐ側ボンディングパッド７０と第１ｎ側電極８１を形成した後、基板１０の後面を研磨する工程を行う。基板１０は、少なくとも溝９１が形成された地点まで研磨され、基板１０の第１面から形成された溝９１が露出するようにする。基板１０の後面を研磨する工程を行った後、第２ｎ側電極８２を形成する。第２ｎ側電極８２は形成された溝９１を介してｎ型窒化物半導体層３０の下に形成され、第１ｎ側電極８１と電気的に接触される。好ましくは、第２ｎ側電極８２は、基板１０の後面全体に形成されて反射膜として機能する。
【００３１】
電気メッキ法（ｐｌａｔｉｎｇ）は、メッキする物体を（−）極に接続し、メッキ材料を（＋）極に接続する。ここで、メッキ材料は、金、銀、銅、アルミニウム等導電性の高い金属イオンを含む溶液を利用する。導電性の高い金属イオンを含む溶液に電流を流すと（−）極では還元反応が起き、（＋）極では酸化反応が発生する。ここで、（−）極に接続されたメッキする物体に、還元反応により溶液に含まれている金属イオンが補助金属電極８０を形成する。
【００３２】
本発明では、銅イオンを含む溶液を利用して補助金属電極８０を形成する。電気メッキ工程の条件は、溝９１内部にメッキが円滑に行われるようにするためにウエハとメッキ材料を水平に配置させる。また、容器内部にマグネチックバーを利用して乱流を発生させてメッキが均一に行われるようにする。これを図４に示す。
【００３３】
そして、補助金属電極８０の形成において、補助金属電極８０の膜質を向上させるために、メッキ工程で可能な限り小さな電流を印加する。本発明では１５０ｍＡの電流を印加し、補助金属電極８０は毎分１７０ｎｍで形成される。
【００３４】
補助金属電極８０を形成することによって、第１ｎ側電極８１の薄い厚さにより発生する電流の集中が原因である熱的問題及び電気的な接触特性の問題を比較的に簡単な電気メッキ法により改善することができるとともに、素子の信頼性を高めることができる。また、第２ｎ側電極８２を形成した後、電気メッキ法を利用して補助金属電極８０を形成することにより、第１ｎ側電極８１と第２ｎ側電極８２とが安定に接触して電気的な特性が改善される。
【００３５】
図５〜図８は、本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の補助金属電極の実際写真であり、補助金属電極８０を電子顕微鏡ＳＥＭで観察したものである。図５は、補助金属電極８０全体を示し、図６は、補助金属電極８０が第１ｎ側電極上に形成された状態を示し、図７は、補助金属電極８０が第２ｎ側電極上に形成された状態を示し、図８は溝の内部に補助金属電極８０が形成された状態を示す。第１ｎ側電極部分に形成された補助金属電極８０の厚さは約４．４μｍであり、溝内部に形成された補助金属電極８０の厚さは約２．８μｍである。
【００３６】
補助金属電極８０の厚さは１μｍ〜１０μｍが好ましい。補助金属電極８０の厚さが１μｍ未満であると、電極の単位面積当たりの電流値が低すぎて電気的なコンタクト特性の改善効果を期待し難く、厚さが１０μｍを超えると、素子の切断及び隔離工程において補助金属電極８０の剥離のような機械的欠陥が発生することがある。
【００３７】
図９は、本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一例を上から見た図面である。発光素子は、大きさ１０００μｍ×１０００μｍの大面積素子であり、１６個の開口部９０を含み、ｐ側ボンディングパッド７０及びこれから連設される枝電極は開口部９０を取り囲む形態を有している。
【００３８】
一方、本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、発光素子の上部に開口部９０を備えているので、これを考慮したｐ側ボンディングパッド７０及び枝電極の配置が要求される。
【００３９】
図１０は、本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造の一例を示す図面であり、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は一つの開口部９０が素子の中心部に位置し、ｎ側電極８１，８２がその内部に形成されている。ｐ側ボンディングパッド７０は、開口部９０を囲む「コ」字状の枝電極７１を有する。開口部９０内に形成されたｎ側電極８１，８２から注入される電子と、ｐ側ボンディングパッド７０から供給される正孔の流れにより垂直な電極構造を有する発光素子の輝度が向上する。「コ」字状のｐ側ボンディングパッド７０及び枝電極７１を備えることにより、ｐ側ボンディングパッド７０から遠く離れたｐ型窒化物半導体層まで正孔の供給が円滑に行われて効率的な電流供給が可能となる。すなわち、電子の運動性（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ）の高いｎ型窒化物半導体層とは異なり、正孔の運動性（ｈｏｌｅ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ）の低いｐ型窒化物半導体層の場合、電流注入性を高めるための電流拡散（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）層の導入、ならびにｐ側ボンディングパッド７０及びｐ側枝電極７１の形態及び配置が重要である。
【００４０】
図１１は、本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造の他の例を示す図面である。図１０の実施例の変形例として、「コ」字状の枝電極７１が緩やかな曲線形態を有している。図１０の実施例と比較すると、相対的に枝電極７１の長さが短くて発光部Ａを覆う面積が小さいため、このような側面においてより優れた効果を呈する。
【００４１】
図１２は、本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面である。枝電極７１は、ｎ側電極８１，８２が形成された開口部９０を完全に囲む閉ループ形態を有する。また、枝電極７１は、発光素子の端部に形成されて発光素子全体に効率的な電流の供給が可能である。開口部９０を囲む閉ループ形態の枝電極７１は、四角形の構造だけでなく円形及び曲線と直線の組み合わせで構成された構造も可能である。
【００４２】
図１３は、本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面であり、ｎ側電極８１，８２が形成された開口部９０が発光素子の中心から離れて配置された場合の枝電極７１の位置及び形態を示す。開口部９０が発光素子の中心から離れて位置する場合、逆「Ｌ」字状の枝電極７１を有することによって效率的に電流の供給が可能となる。また、発光領域Ａに形成される枝電極７１の面積が小さいため、発光素子の輝度減少を誘発することもない。
【００４３】
図１４は、本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面である。ｎ側電極８１，８２が形成された開口部９０が発光素子の一辺の端部に位置する場合を示す。この場合に、ｐ側パッド電極７０は、開口部９０が位置する辺と反対側の辺の端部に形成され、枝電極は別途に備えない。
【００４４】
図１５及び図１６は、本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面であり、複数個の開口部９０が発光素子に形成された場合のｐ側ボンディングパッド７０及び枝電極７１の位置及び形態を示す。発光素子の大きさにしたがって１つ以上の開口部９０が発光素子に形成される。このような場合に発光素子に效率的に電流を供給するために、枝電極７１をアレイ形態で形成する。枝電極７１のアレイ形態は、四角形、六角形、菱形、三角形、台形、平行四辺形及び枝電極の面積を最小にする湾曲を含む多角形などが可能である。図１５は、四角形アレイ形態の枝電極７１を示し、図１６は、六角形アレイ形態の枝電極７１を示す。ｐ側ボンディングパッド７０は、電流の供給を最大にするために、枝電極７１が交差する地点に一つ以上形成される。
【００４５】
図１７〜図１９は、本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面である。図１５及び図１６に図示されたアレイ形態の枝電極構造が発光領域Ａで占める面積が大きくなると、枝電極７１を構成する金属物質により活性層で発生した光が吸収され、素子の発光効率に好ましくない影響を与える。図１７〜図１９に図示された枝電極構造の場合に、閉ループを形成した枝電極７１の一部を除去することにより、枝電極７１の面積を減らしながら電流の注入には大きな影響を与えず、発光効率を高めることができる。
【００４６】
図２０は、本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の他の例を示す図面である。ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、パッケージング時に発光素子の下部に置かれるエポキシなどの物質が発光素子の上部に移動することを防止するために、溝９１内にメッキされた保護膜８３を備える。このような保護膜８３は図５の補助金属電極８０を形成する工程で形成される。
【００４７】
メッキ（ｐｌａｔｉｎｇ）方法は、陽極に白金、あるいは亜リン酸銅（Ｐ：０．０４〜０．０６％）を使用し、メッキしようとするウエハを陰極にしてメッキを行う。電解質液として、硫酸ベースの液を使用する。メッキ液は、一般に使用されているもの、あるいは直接製造したものを使用することも可能である。メッキ時の温度は２５℃に維持する。温度が３０℃を越える場合、メッキ表面が粗くなる傾向がある。電流密度は、１〜４Ａ／ｄｍ２に調節する。電流密度が１Ａ／ｄｍ２より低い場合は、メッキ速度およびメッキ均一性が低下するという問題点があり、４Ａ／ｄｍ２より高い場合は、メッキ速度は増加するが、表面が粗くなり、付着性が弱くなる。メッキの厚さによってメッキ金属の量は（体積×密度）で計算され、このためにメッキ回数によって電解質液を補充する方法によりメッキの均一性も維持することができる。一般的に保護膜８３は金属との接着性及び導電性の優れた金、銀、銅のうち、一つ以上が選択される。保護膜８３の厚さは好ましくは１〜１５μｍであり、保護膜８３、すなわち補助金属電極８０の厚さが薄すぎると、電極単位面積当たり電流値が低く、コンタク特性などの効果が改善されず、厚すぎると、チップの切断のような発光素子隔離においてメッキ金属の剥離のような機械的欠陥が発生する。本発明では、電解質の温度を約２４℃に維持し、２ｉｎｃｈウエハに２Ａ／ｄｍ２の電流を供給し、毎分０．２μｍの速度で厚さ１０〜１４μｍ程度になるようにメッキ時間を調節した。メッキ工程は、１回で行った。しかし、メッキ回数を場合によっては２回以上繰り返すことも可能である。前者の場合には、複数の窒化物半導体層２０，３０，４０，５０の近傍に薄いディスク形態の保護膜が形成され、後者の場合にはより下に保護膜が形成される。
【００４８】
図２１〜図２３は、本発明により形成された保護膜の電子顕微鏡写真である。図２１は、厚さ約０．５μｍの薄い保護膜が形成された状態を上から撮影した断面を示している。メッキ時間が経過するにつれて、電解質液は上方よりも横方向へ拡散されるので溝の上方に位置する窒化物半導体層の横にメッキが施される確率が高まる。その結果、図２２に示されるように、溝の上に位置する窒化物半導体層の下方に保護膜が薄いディスク形態で形成される。一方、図２３に示すように、メッキ工程を中断した後に再開すると、溝中間部分に薄いディスク形態の保護膜が形成される。
【００４９】
図２４は、本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の他の例を示す図面である。ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、図２及び図３に図示された発光素子とは異なり、第２ｎ側電極８２の形成に先立ってメッキにより形成され、溝９１を埋める補助金属電極８０と、メッキ後に形成される第２ｎ側電極８２とを含む。このような構成により発光素子の下面に第２ｎ側電極８２のみ位置するので、基板に加えられる電極の厚さが減少し、単位発光素子への分離を容易に行うことができる。補助金属電極８０は図２０での保護膜８３の機能を有することは言うまでもなく、同一工程で形成され得る。
【００５０】
図２５及び図２６は、説明のために過度に溝を埋めた状態で撮影された走査電子顕微鏡写真であり、溝内部に補助金属電極８０が埋められている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一例を示す図面である。
【図２】本出願人が権利者である垂直型ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子（韓国特許出願第２００６-３５１４９号）の一例を示す図面である。
【図３】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一例を示す図面である。
【図４】電気メッキ工程の一例を概略的に示す図面である。
【図５】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の補助金属電極の実際の写真である。
【図６】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の補助金属電極の実際の写真である。
【図７】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の補助金属電極の実際の写真である。
【図８】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の補助金属電極の実際の写真である。
【図９】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一例を上から見た図面である。
【図１０】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極の構造の他の一例を示す図面である。
【図１１】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面である。
【図１２】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面である。
【図１３】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面である。
【図１４】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面である。
【図１５】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面である。
【図１６】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面である。
【図１７】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面である。
【図１８】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面である。
【図１９】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子のｐ側電極構造のもう一つの例を示す図面である。
【図２０】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の他の例を示す図面である。
【図２１】本発明により形成された保護膜の走査型電子顕微鏡写真である。
【図２２】本発明により形成された保護膜の走査型電子顕微鏡写真である。
【図２３】本発明により形成された保護膜の走査型電子顕微鏡写真である。
【図２４】本発明によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の他の例を示す図面である。
【図２５】説明のために過度に溝を埋めた状態を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図２６】説明のために過度に溝を埋めた状態を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年10月3日(2008.10.3)
【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；
基板上に成長した複数のＩＩＩ族窒化物半導体層であって、第１導電性を有する第１ＩＩＩ族窒化物半導体層、第１導電性とは異なる第２導電性を有する第２ＩＩＩ族窒化物半導体層、及び第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と第２ＩＩＩ族窒化物半導体層間に位置し、電子と正孔の再結合によって光を生成する活性層を備える複数のＩＩＩ族窒化物半導体層；
基板と複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を貫通して形成されたホール；及び
ホールの連通を遮断する膜;を含むことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
ホールが、基板に形成された溝と、溝の上から複数のＩＩＩ族窒化物半導体層に沿って形成された開口部とにより形成されていることを特徴とする請求項１記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
膜が、メッキ膜であることを特徴とする請求項１記載または請求項２記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
メッキ膜が、ホールを埋めていることを特徴とする請求項３記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
第２ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接触するパッド電極を含み、
パッド電極が、ホールと重ならないように位置する枝電極を含むことを特徴とする請求項３記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
枝電極が、閉ループを形成していることを特徴とする請求項５記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
基板；
基板上に成長した複数のＩＩＩ族窒化物半導体層であって、第１導電性を有する第１ＩＩＩ族窒化物半導体層、第１導電性とは異なる第２導電性を有する第２ＩＩＩ族窒化物半導体層、及び第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と第２ＩＩＩ族窒化物半導体層間に位置し、電子と正孔の再結合によって光を生成する活性層を備える複数のＩＩＩ族窒化物半導体層；
基板と複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を貫通して形成されたホール；及び
ホールに位置する電気メッキ膜；を含むことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
ホールが、基板に形成された溝と、溝の上から複数のＩＩＩ族窒化物半導体層に沿って形成された開口部により形成されていることを特徴とする請求項７記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
第２ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接触するパッド電極を含み、
パッド電極が、ホールと重ならないように位置する枝電極を含むことを特徴とする請求項８記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
開口部を介して第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接続する第１電極；及び溝を介して第１ＩＩＩ族窒化物半導体層と電気的に接続する第２電極；を含み、
電気メッキ膜が、第１電極と第２電極を電気的に接続することを特徴とする請求項８記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
このために、本発明は、特許請求の範囲に記載の発明を提供する。
【国際調査報告】
2009532895.tif 000030
2009532895.tif 000031