(57)【要約】本発明は高輝度の窒化物マイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）及びその製造方法に関するものである。本発明はマイクロサイズの複数の発光チップ１０を形成し、そのチップ間のギャップをＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＤＢＲ（ＺｒＯ２／ＳｉＯ２、ＨｆＯ２／ＳｉＯ２）、ポリアミドなどの充填材５で埋め込むと共に、発光チップアレイと充填材の上面１１をＣＭＰ加工により平坦化した後、大面積の透明電極６を形成する。それによって、全ての発光チップが同時に作動するように構成したことを特徴とする高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ及びその製造方法を提供する。また、フリップチップ構造を採用してマイクロサイズ発光チップアレイの電極形成の均一度が向上した高輝度の窒化物マイクロＬＥＤを提供する。
2007519214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）において、
基板（１）上に形成されたｎ型ＧａＮ層（２）、前記ｎ型ＧａＮ層（２）上に形成された活性層（３）、及び前記活性層（３）上に形成されたｐ型ＧａＮ層（４）を備えた複数のマイクロサイズ発光チップ（１０）と；
前記発光チップ（１０）の間に前記発光チップ（１０）と実質的に同一の高さを有するように埋め込まれた充填材（５）と；
前記発光チップ（１０）と前記充填材（５）の上面（１１）に形成されたｐ型透明電極（６）と；
前記ｐ型透明電極（６）上に形成されたｐ型電極（７）と；
前記ｎ型ＧａＮ層（２）と電気的に接続されたｎ型電極（８）と、を含み、
前記発光チップアレイは同時に駆動されることを特徴とする高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ。
【請求項２】
前記充填材（５）はＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、またはこれらの組合、ポリアミド、及びＺｒＯ２／ＳｉＯ２またはＨｆＯ２／ＳｉＯ２の中から選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ。
【請求項３】
前記充填材（５）は化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）工程により前記発光チップ（１０）と実質的に同一の高さに埋め込まれるように形成されることを特徴とする請求項２に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ。
【請求項４】
前記発光チップ（１０）のｐ型ＧａＮ層（４）の上面は前記ＣＭＰ工程により形成された凸面（１１ａ）を備えることを特徴とする請求項３に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ。
【請求項５】
前記透明電極（６）は酸化されたＮｉ／Ａｕ（ＮｉＯ／Ａｕ）の組合またはインジウムスズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）でなされたことを特徴とする請求項１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ。
【請求項６】
前記透明電極（６）の上面と前記基板（１）の底面にそれぞれ形成された一対の分布ブラッグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、ＤＢＲ）層（９）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ。
【請求項７】
前記透明電極（６）の上面または前記基板（１）の底面にコーティングされた反射防止（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ、ＡＲ）層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ。
【請求項８】
前記発光チップ（１０）は傾斜するように形成された側面部（１０ａ）を備えることを特徴とする請求項１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ。
【請求項９】
前記発光チップ（１０）間のギャップ（１２）内に前記充填材（５）の下に設けられ、ＺｒＯ２／ＳｉＯ２またはＨｆＯ２／ＳｉＯ２でなされたＤＢＲ層（９ａ）をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ。
【請求項１０】
フリップチップ方式で実装される高輝度の窒化物マイクロＬＥＤにおいて、
サファイア基板（１）と；
前記サファイア基板（１）上に成長されたｎ型ＧａＮ層（２）、前記ｎ型ＧａＮ層（２）上に成長された活性層（３）、及び前記活性層（３）上に成長されたｐ型ＧａＮ層（４）を備えた複数のマイクロサイズ発光チップ（１０）と；
前記発光チップ（１０）の間に前記発光チップ（１０）と実質的に同一の高さを有するように埋め込まれた充填材（５）と；
前記発光チップ（１０）と前記充填材（５）の上面（１１）に形成された金属電極（６ａ）と；
前記金属電極（６ａ）上に形成されたｐ型電極（７）と；
前記ｎ型ＧａＮ層（２）と電気的に接続されたｎ型電極（８）と、を含み、
前記発光チップアレイは同時に駆動されることを特徴とする高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ。
【請求項１１】
複数のマイクロ発光チップを備えた高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法において、
（ａ）ウエハまたは基板（１）上にｎ型ＧａＮ層（２）、活性層（３）及びｐ型ＧａＮ層（４）を順次に成長させる段階と；
（ｂ）前記ｎ型ＧａＮ層（２）、活性層（３）及びｐ型ＧａＮ層（４）を備えた発光チップ（１０）が基板（１）上に形成されるように、前記加工したウエハを乾式エッチングする段階と；
（ｃ）前記発光チップ（１０）間のギャップ（１２）に充填材（５）を蒸着する段階と；
（ｄ）ＣＭＰ工程により前記発光チップ（１０）アレイの上面と充填材（５）の上面を平坦化する段階と；
（ｅ）前記発光チップ（１０）アレイと充填材（５）の上面全体に透明電極（６）を蒸着し、ｐ型電極（７）及びｎ型電極（８）を所定の位置にそれぞれ蒸着して熱処理する段階と、を含むことを特徴とする高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法。
【請求項１２】
前記（ｃ）段階は前記充填材（５）が前記発光チップ（１０）間のギャップ（１２）に完全に埋め込まれるように行い、
前記（ｄ）段階は前記発光チップ（１０）の上面と前記充填材（５）の上面が同一の高さになるように行うことを特徴とする請求項１１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法。
【請求項１３】
前記（ｃ）段階は前記充填材（５）が前記発光チップ（１０）間のギャップ（１２）に完全に埋め込まれるように行い、
前記（ｄ）段階は前記発光チップ（１０）のｐ型ＧａＮ層（４）の上面が凸面（１１ａ）になるように行うことを特徴とする請求項１１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法。
【請求項１４】
前記充填材（５）はＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、またはこれらの組合、ポリアミド、及びＺｒＯ２／ＳｉＯ２またはＨｆＯ２／ＳｉＯ２の中から選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項１１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法。
【請求項１５】
前記透明電極（６）は酸化されたＮｉ／Ａｕ（ＮｉＯ／Ａｕ）の組合またはＩＴＯでなされたことを特徴とする請求項１１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法。
【請求項１６】
前記（ｅ）段階以後に前記透明電極（６）の上面と前記基板（１）の底面に一対のＤＢＲ層（９）を蒸着する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法。
【請求項１７】
前記（ｅ）段階以後に前記透明電極（６）の上面または前記基板（１）の底面にＡＲ層をコーティングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法。
【請求項１８】
前記（ｂ）段階は前記発光チップ（１０）の側面が傾斜部（１０ａ）になるように工程変数を制御することを特徴とする請求項１１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法。
【請求項１９】
前記（ｂ）段階と前記（ｃ）段階との間には前記発光チップ（１０）間のギャップ（１２）内側にＤＢＲ層（９ａ）を蒸着する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法。
【請求項２０】
複数のマイクロ発光チップを備え、フリップチップ方式で実装される高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法において、
（ａ）サファイアウエハまたは基板（１）上にｎ型ＧａＮ層（２）、活性層（３）及びｐ型ＧａＮ層（４）を順次に成長させる段階と；
（ｂ）前記ｎ型ＧａＮ層（２）、活性層（３）及びｐ型ＧａＮ層（４）を備えた発光チップ（１０）が基板（１）上に形成されるように前記加工したウエハを乾式エッチングする段階と；
（ｃ）前記発光チップ（１０）間のギャップ（１２）に充填材（５）を蒸着する段階と；
（ｄ）ＣＭＰ工程により前記発光チップ（１０）アレイの上面と前記充填材（５）の上面を平坦化する段階と；
（ｅ）前記発光チップ（１０）アレイの上面全体に金属電極（６ａ）を蒸着し、ｐ型電極（７）及びｎ型電極（８）をそれぞれ蒸着して熱処理する段階と、を含むことを特徴とする高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法。
【請求項２１】
複数のマイクロ発光チップを備えた高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法において、
（ａ）ウエハまたは基板（１）上にｎ型ＧａＮ緩衝層（２ａ）を成長させる段階と；
（ｂ）前記ｎ型ＧａＮ緩衝層（２ａ）上に酸化膜（５）を蒸着する段階と；
（ｃ）前記酸化膜（５）が複数のチップ（５ａ）と、その間のギャップ（１３）を持つように前記酸化膜（５）を湿式エッチングしてパターニングする段階と；
（ｄ）前記ギャップ（１３）の底面に露出された前記ｎ型ＧａＮ緩衝層（２ａ）を用いてｎ型ＧａＮ層（２）、活性層（３）及びｐ型ＧａＮ層（４）を酸化膜チップ（５ａ）の高さまで順次に再成長させる段階と；
（ｅ）前記再成長された発光チップ（１０）アレイの上面全体に透明電極（６）を蒸着し、前記透明電極（６）の所定の位置にｐ型電極（７）を蒸着し、前記ｎ型ＧａＮ緩衝層（２ａ）上にｎ型電極（８）を蒸着して熱処理する段階と、を含むことを特徴とする高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法。
【請求項２２】
前記（ｅ）段階以後に前記透明電極（６）の上面と前記基板（１）の底面に一対のＤＢＲ層（９）を蒸着する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法。
【請求項２３】
前記（ｅ）段階以後に前記透明電極（６）の上面または前記基板（１）の底面にＡＲ層をコーティングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高輝度の窒化物マイクロ発光ダイオード及びその製造方法に関するもので、特に窒化物発光素子をマイクロ大きさに微細に調節し、そのような素子のアレイが同時に作動するようにして発光効率を極大化させた高輝度の窒化物マイクロ発光ダイオード及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、窒化物系半導体発光ダイオード（Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＬＥＤ）は窒化ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ、ＧａＮ）半導体の優れた特性により多くの研究が進行している。
【０００３】
特に窒化物ＬＥＤがディスプレーだけでなく、照明用として使うためには現在に商用化されたＬＥＤの輝度限界を克服することが大きい課題である。
【０００４】
窒化物ＬＥＤは一般的に直径３００μｍ以上の素子面積で発光するが、発光層で生成した光が素子を抜け出すことができず素子内部に閉じ込められる場合が多く、外部発光効率が３０％を越えることができない限界を有する。
【０００５】
このような問題を解決するためには内部発光効率と外部発光効率をそれぞれ最適化しなければならない。大部分のＧａＮは異種のエピタキシー技術で成長させるため、必然的に内部に複数の格子欠陥を有しており、これは内部発光効率が低下する結果を招く。
【０００６】
それにも拘わらず最近のＧａＮ成長技術は異種のエピタキシー技術に基づいて最適化される傾向があるので、これ以上内部発光効率の増大を期待することが難しい。したがって、既に最適化して薄膜成長された素子構造で効率的な電極形成、光の集積度を高めるパッケージング技術などを通じて発光効率を高めようとする技術的な試みが重要な問題に登場した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は既に最適化された薄膜成長構造を有する窒化物半導体を用いて改良された高輝度の窒化物マイクロＬＥＤを提供するためのもので、その目的は発光素子をマイクロ大きさに制御して発光面積を最大に増大させることによって、活性層で発生した光が素子外部に放出されるようにした高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は既存の大面積ＬＥＤと同一の電力を消耗するにも関わらず、発光効率が非常に優れた高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の好適な実施の形態によれば、既存の大面積ＬＥＤと同一の電力を消耗するがより良好な発光効率を有する高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ、及びその製造方法。
【００１０】
前述した目的を達成するための本発明は、複数のマイクロ発光チップを備えた高輝度の窒化物マイクロＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）において、基板上に形成されたｎ型ＧａＮ層、前記ｎ型ＧａＮ層上に形成された活性層、及び前記活性層上に形成されたｐ型ＧａＮ層を備えた複数のマイクロサイズ発光チップと；前記発光チップの間に前記発光チップと実質的に同一の高さを有するように埋め込まれた充填材と；前記発光チップと前記充填材の上面に形成されたｐ型透明電極と；前記ｐ型透明電極上に形成されたｐ型電極と；前記ｎ型ＧａＮ層と電気的に接続されたｎ型電極と、を含み、前記発光チップアレイは同時に駆動されることを特徴とする高輝度の窒化物マイクロＬＥＤを提供する。
【００１１】
本発明において、前記充填材はＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、またはこれらの組合、ポリアミド、及びＺｒＯ2／ＳｉＯ2またはＨｆＯ2／ＳｉＯ2の中から選択された少なくとも一つであることが好ましい。
【００１２】
本発明において、前記充填材は化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）工程により前記発光チップと実質的に同一の高さに埋め込まれるように形成されることが好ましい。
【００１３】
本発明において、前記発光チップのｐ型ＧａＮ層の上面は前記ＣＭＰ工程により形成された凸面を備えることが好ましい。
【００１４】
本発明において、前記透明電極は酸化されたＮｉ／Ａｕ（ＮｉＯ／Ａｕ）の組合またはインジウムスズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）でなされたことが好ましい。
【００１５】
本発明において、前記透明電極の上面と前記基板の底面にそれぞれ形成された一対の分布ブラッグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、ＤＢＲ）層をさらに含むことが好ましい。
【００１６】
本発明において、前記透明電極の上面または前記基板の底面にコーティングされた反射防止（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ、ＡＲ）層をさらに含むことが好ましい。
【００１７】
本発明において、前記発光チップは傾斜するように形成された側面部を備えることが好ましい。
【００１８】
本発明において、前記発光チップ間のギャップ内に前記充填材の下に設けられ、ＺｒＯ2／ＳｉＯ2またはＨｆＯ2／ＳｉＯ2でなされたＤＢＲ層をさらに含むことが好ましい。
【００１９】
また、本発明は、フリップチップ方式で実装される高輝度の窒化物マイクロＬＥＤにおいて、サファイア基板と；前記サファイア基板上に成長されたｎ型ＧａＮ層、前記ｎ型ＧａＮ層上に成長された活性層、及び前記活性層上に成長されたｐ型ＧａＮ層を備えた複数のマイクロサイズ発光チップと；前記発光チップの間に前記発光チップと実質的に同一の高さを有するように埋め込まれた充填材と；前記発光チップと前記充填材の上面に形成された金属電極と；前記金属電極上に形成されたｐ型電極と；前記ｎ型ＧａＮ層と電気的に接続されたｎ型電極と、を含み、前記発光チップアレイは同時に駆動されることを特徴とする高輝度の窒化物マイクロＬＥＤを提供する。
【００２０】
また、本発明は、複数のマイクロ発光チップを備えた高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法において、（ａ）ウエハまたは基板上にｎ型ＧａＮ層、活性層及びｐ型ＧａＮ層を順次に成長させる段階と；（ｂ）前記ｎ型ＧａＮ層、活性層及びｐ型ＧａＮ層を備えた発光チップが基板上に形成されるように、前記加工したウエハを乾式エッチングする段階と；（ｃ）前記発光チップ間のギャップに充填材を蒸着する段階と；（ｄ）ＣＭＰ工程により前記発光チップアレイの上面と充填材の上面を平坦化する段階と；（ｅ）前記発光チップアレイと充填材の上面全体に透明電極を蒸着し、ｐ型電極及びｎ型電極を所定の位置にそれぞれ蒸着して熱処理する段階と、を含むことを特徴とする高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法を提供する。
【００２１】
本発明において、前記（ｃ）段階は前記充填材が前記発光チップ間のギャップに完全に埋め込まれるように行い、前記（ｄ）段階は前記発光チップの上面と前記充填材の上面が同一の高さになるように行うことが好ましい。
【００２２】
本発明において、前記（ｃ）段階は前記充填材が前記発光チップ間のギャップに完全に埋め込まれるように行い、前記（ｄ）段階は前記発光チップのｐ型ＧａＮ層の上面が凸面になるように行うことが好ましい。
【００２３】
本発明において、前記充填材はＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、またはこれらの組合、ポリアミド、及びＺｒＯ2／ＳｉＯ2またはＨｆＯ2／ＳｉＯ2の中から選択された少なくとも一つであることが好ましい。
【００２４】
本発明において、前記透明電極は酸化されたＮｉ／Ａｕ（ＮｉＯ／Ａｕ）の組合またはＩＴＯでなされたことが好ましい。
【００２５】
本発明において、前記（ｅ）段階以後に前記透明電極の上面と前記基板の底面に一対のＤＢＲ層を蒸着する段階をさらに含むことが好ましい。
【００２６】
本発明において、前記（ｅ）段階以後に前記透明電極の上面または前記基板の底面にＡＲ層をコーティングする段階をさらに含むことが好ましい。
【００２７】
本発明において、前記（ｂ）段階は前記発光チップの側面が傾斜部になるように工程変数を制御することが好ましい。
【００２８】
本発明において、前記（ｂ）段階と前記（ｃ）段階との間には前記発光チップ間のギャップ内側にＤＢＲ層を蒸着する段階をさらに含むことが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明は、複数のマイクロ発光チップを備える高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法において、（ａ）サファイアウエハまたは基板上にｎ型ＧａＮ層、活性層及びｐ型ＧａＮ層を順次に成長させる段階と；（ｂ）前記ｎ型ＧａＮ層、活性層及びｐ型ＧａＮ層を備えた発光チップが基板上に形成されるように前記加工したウエハを乾式エッチングする段階と；（ｃ）前記発光チップ間のギャップに充填材を蒸着する段階と；（ｄ）ＣＭＰ工程により前記発光チップアレイの上面と前記充填材の上面を平坦化する段階と；（ｅ）前記発光チップアレイの上面全体に金属電極を蒸着し、ｐ型電極及びｎ型電極をそれぞれ蒸着して熱処理する段階と、を含むことを特徴とする高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法を提供する。
【００３０】
またさらに、本発明は、複数のマイクロ発光チップを備えた高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法において、（ａ）ウエハまたは基板上にｎ型ＧａＮ緩衝層を成長させる段階と；（ｂ）前記ｎ型ＧａＮ緩衝層上に酸化膜を蒸着する段階と；（ｃ）前記酸化膜が複数のチップと、その間のギャップを持つように前記酸化膜を湿式エッチングしてパターニングする段階と；（ｄ）前記ギャップの底面に露出された前記ｎ型ＧａＮ緩衝層を用いてｎ型ＧａＮ層、活性層及びｐ型ＧａＮ層を酸化膜チップの高さまで順次に再成長させる段階と；（ｅ）前記再成長された発光チップアレイの上面全体に透明電極を蒸着し、前記透明電極の所定の位置にｐ型電極を蒸着し、前記ｎ型ＧａＮ緩衝層上にｎ型電極を蒸着して熱処理する段階と、を含むことを特徴とする高輝度の窒化物マイクロＬＥＤの製造方法を提供する。
【００３１】
本発明において、前記（ｅ）段階以後に前記透明電極の上面と前記基板の底面に一対のＤＢＲ層を蒸着する段階をさらに含むことが好ましい。
【００３２】
本発明において、前記（ｅ）段階以後に前記透明電極の上面または前記基板の底面にＡＲ層をコーティングする段階をさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、マイクロサイズの窒化物発光チップアレイの発光チップ間のギャップを充填材で埋め込み、ＣＭＰ工程を通じて平坦化し、その表面に透明電極を形成することによって、発光面積を最大に増大させて活性層で発生した光を素子外部で高効率で利用できる。
【００３４】
また、既存の大面積ＬＥＤと同一の電力を消耗するにも関わらず、発光効率が非常に優れた高輝度の窒化物マイクロＬＥＤを提供できる。
【００３５】
さらに、改善された構造を有する高輝度の窒化物マイクロＬＥＤを利用することによって、ディスプレーと照明用ＬＥＤの需要をより多く創出する契機になると期待される。さらに、本発明はマイクロディスプレーのためのマイクロＬＥＤ製造方法にも応用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００３７】
（第１実施形態）
図１は本発明の一実施形態に係るマイクロＬＥＤを示す図であり、図２Ａないし図２Ｅは図１のマイクロＬＥＤを具現するための製造方法を説明するための図である。
【００３８】
図１に示すように、本発明に係る高輝度の窒化物マイクロＬＥＤは、基板１、ｎ型ＧａＮ層２、活性層３、ｐ型ＧａＮ層４、充填材５、透明電極６、ｐ型電極７、ｎ型電極８、及び分布ブラッグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、ＤＢＲ）層９で構成される。
【００３９】
図１において、参照符号１０はマイクロサイズの発光チップを示す。
【００４０】
より具体的には、所定の方向に成長されたサファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板１上に、順次に成長して設けられたｎ型ＧａＮ層２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層３、及びｐ型ＧａＮ層４によりマイクロサイズを有する複数の発光チップまたは発光素子チップ１０が形成される。
【００４１】
このような発光素子チップ１０は光の放出面を最大化するために円柱状に形成する。もちろん、本発明の発光素子チップ１０は円柱状以外の多角柱状に形成することができる。また発光素子チップ１０の直径は発光波長と同様の０．５μｍから数十μｍまで調節できる。そしてチップ１０の高さは、チップ内に活性層、ｎ型、ｐ型ドーピング層が全て含まれるように調節する。このような発光素子は乾式エッチング方式を用いたり、選択的再成長方法で形成する。本実施形態においては、まず乾式エッチング方式を用いた製造方法を説明し、選択的再成長方法を用いた製造方法は図６Ａないし図６Ｄを参照した実施形態で詳細に説明する。
【００４２】
充填材５は発光素子チップ１０間に形成された間隔、即ちギャップを埋め込める物質として、平坦化作業を通じて各チップ１０の電極形成を容易にする。充填材５として使用可能な物質は、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2とＳｉ3Ｎ4の組合、ポリアミド、ＺｒＯ2／ＳｉＯ2、ＨｆＯ2／ＳｉＯ2などがある。このような充填材を蒸着する方法としては、強化化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）、蒸発、スパッタリングなどが使われる。
【００４３】
透明電極６としては、酸化されたＮｉ／Ａｕ（ＮｉＯ／Ａｕ）の組合やインジウムスズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）などが使われる。透明電極６は発光素子チップ１０の上部側ｐ型ＧａＮ層４の表面と充填材５の上面１１に配置されて各発光素子チップ１０の電気的ポンピングと共に全てのチップ１０が同時に作動されるようになっている。この時、発光素子チップ１０の上部側ｐ型ＧａＮ層４の表面と充填材５の上面１１は所定の工程により予め平坦化しなければならない。
【００４４】
ｐ型電極７とｎ型電極８は金Ａｕ、アルミニウムＡｌ、銅Ｃｕ、またはこれらを含む合金の中から選択された少なくとも一つの導電性材料からなる。
【００４５】
ＤＢＲ層９は共振構造を有するマイクロＬＥＤの形成のために、反射度の高い層として透明電極６上及び基板１底面に形成される。
【００４６】
このように、本発明のマイクロサイズ窒化物発光素子は基本的に数マイクロサイズの発光チップ、その素子チップ間に埋め込まれるギャップ充填材料、共鳴構造ＬＥＤ（ＲＣＬＥＤ）形成のためのＤＢＲ層、及び電気的ポンピングのための電極でなっている。
【００４７】
言い換えれば、現在商用化された大面積ＬＥＤと最も大きく区別される点は、平面の大面積の代わりにマイクロサイズの発光素子アレイで発光面積を増加させることである。また、そのような発光素子アレイの同時作動を誘導するために、シリカのような材料がアレイの間に埋め込まれ、平坦化作業を通じて效率的に透明電極を形成した構造を持つことである。
【００４８】
より具体的に、図２Ａないし図２Ｅを参照して本発明に係るマイクロサイズ窒化物発光素子の製作過程を説明する。
【００４９】
まず、図２Ａに示すように、内部発光効率に優れた発光層を金属−有機物化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）で成長させる。すなわち、所定の結晶方向を有するサファイアウエハまたは基板１上にｎ型ＧａＮ層２を形成し、その上にＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ，ＱＷ）活性層３を形成した後、その上にｐ型ＧａＮ層４を形成する。
【００５０】
次に、前述の半導体発光素子構造が形成されたウエハを図２Ｂに示すように柱状に乾式エッチングする。このようなエッチング工程はＣｌ2、ＢＣｌ2などの反応性ガスを利用する誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）工程を通じて施す。発光チップ１０の形状は発光効率が最も優れると期待する円状と共に多角形の模様が選択できる。
【００５１】
この時、発光チップ１０の高さは、ＱＷ構造、ｎ型及びｐ型ＧａＮがチップ内に全て含まれるように略１μｍ前後に形成し、発光チップの直径は光学結晶（ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ）を形成する略０．４μｍから数十ミクロン以内に形成する。
【００５２】
エッチング工程後には発光チップ１０の間に形成されたギャップ１２に充填材５を蒸着する。この時充填材５は一般的に図２Ｃに示したような形態で蒸着される。したがって、充填材５の最初蒸着の厚さは少なくとも発光チップ１０の高さ以上であるべきであり、充填材の蒸着によって最終的にギャップ充填層内に空洞が形成されないように、細心な工程方法の選択及び工程の制御が要求される。このような要求を充足するために、充填材５蒸着工程では高密度プラズマ補助蒸着法を使用することが好ましい。そして充填材５としてはＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2とＳｉ3Ｎ4との組合、ポリアミド、ＺｒＯ2／ＳｉＯ2、ＨｆＯ2／ＳｉＯ2などを利用できる。
【００５３】
このような充填材５の原料は、各発光チップ１０間に絶縁を確実に提供すると共に、後工程における熱処理に対応して熱安定性を有しており、空気より屈折率が高くて発光光のフレネル損失が減少する効果を期待することができる。特に、ＳｉＯ2だけを使用する場合に比べて、ＺｒＯ2やＨｆＯ2をＧａＮ側面に第一層として使用する場合、ＧａＮと屈折率差がより少なくなって、全反射とフレネル損失をさらに減少させることができる。
【００５４】
図２Ｄに示すように、蒸着された充填層５は発光チップ１０アレイの上面全体に均一な透明電極を提供するための平坦化工程を施す。平坦化のための工程は、色々な方法が提示できるが、本発明では化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）工程を最も効果的な方法として提案する。
【００５５】
より具体的に、本発明では蒸着された充填材５と発光チップ１０の高さを同一に形成するために、平坦化作業を施す。平坦化加工は厚いフォトレジスト（Ｐｈｏｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔ、ＰＲ）膜を蒸着した後、酸化膜とＰＲ膜を同一速度でエッチングする乾式エッチング方式を用いたり、ＣＭＰ工程を用いたりして行うことができる。特にＣＭＰを用いる場合、酸化膜だけを選択的にエッチングし、ＧａＮ膜は平坦化停止層として利用できるので、作業の制御性及び再現性が非常に優れる。
【００５６】
言い換えれば、ＧａＮは化学的、機械的に非常に安定的であるため、発光チップ１０の上部に蒸着された充填層５を除去するためのＣＭＰ方法によりＧａＮ層の損傷を招かない。これは発光チップ１０アレイ自体を平坦化終点層として使用できることを意味するので、平坦化工程の再現性と信頼性を非常に高めることができる。
【００５７】
ＣＭＰ工程に使われる溶液としては酸化膜を脆くする一般的なアルカリ性溶液を使用する。商用化した製品としてはサイトン（ｓｙｔｏｎ）などがあり、酸度ｐＨ調節で酸化膜の軟度を制御できる。ポリッシング粒子としては微細なＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3を使用して、平坦化終了後発光チップの上面と充填材の上面１１の高さ段差を減らすために粒子が微細なほど有利である。
【００５８】
図２Ｄに示すように発光チップ１０の形状が全く損傷なく保存するためにはガラスのような固いポリッシングパッドを使用し、試片を押圧する力が弱いことが好ましい。また、軟らかいパッドを使用し、大きい力で試片を押圧しながらＣＭＰ工程を行うと、図３に示すようにＧａＮ最上層−ｐ型ＧａＮ層の上面−をレンズ状の凸面１１ａに加工できる。これはＣＭＰ加工のもう一つの長所でもあるが、図３のようにレンズ状の凸面１１ａにより発光効率と光の直進性が向上する。
【００５９】
次に、図２Ｅに示すようにＣＭＰ工程の後に仕上げ工程において透明電極６を形成する。すなわち、平坦化工程の終了後、露出された発光チップ１０の上面はｐ型ＧａＮである。ここに大面積の透明電極６を形成して、各発光チップの電気的ポンピングと共に全てのチップ１０が同時に作動される構造を作る。透明電極６の材料は、薄いＮｉ／ＡｕやＩＴＯなどを使用する。そして、ｐ型電極７及びｎ型電極８を形成して熱処理を施す。
【００６０】
一方、前述したＩＣＰエッチング工程においては、工程変数の変化で側面の勾配を制御できる。一般的に、緩やかな勾配のない垂直性に優れたエッチング工程が好ましいが、選択した充填材によって緩やかな側面を誘導する必要がある。すなわち充填材としてＤＢＲ材料を選択する場合、緩やかな側面が垂直の側面より工程上有利である。例えば、発光チップ１０の側面を傾斜するように形成し、形成されたそのギャップにＤＢＲ材料の充填材を充填して図４に示すように形成できる。
【００６１】
言い換えれば、ＺｒＯ2／ＳｉＯ2またはＨｆＯ2／ＳｉＯ2を用いて、まずギャップ１２内側面１０ａ及び下部にＤＢＲ層９ａを形成し、他の材料の充填材５をさらに埋め込むことができる。その後、図４には図示されていないが、前述したように透明電極６、ｐ型電極７及びｎ型電極８を形成できる。
【００６２】
さらに、本発明は半導体素子の基板１が上側に向かうフリップチップ（Ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ）形態の発光素子を用いる場合、透明電極の代りにフリップチップの実装が可能な金属電極６ａを蒸着できる。
【００６３】
前述の例は素子上側に発光する構造であるが、本発明はそのような構成に限定されず、光が主に基板側に発光するフリップチップ構造も含む。即ち、透明電極６または金属電極６ａが設けられた素子を、図５のようにフリップチップ形態に製造することによって、基板１側に発光する光を高効率で利用できる。
【００６４】
また、このようなフリップチップ構造は発光チップ１０と充填材の上面（図５で充填材５の下の方面）の微細な段差により発生する可能性がある薄い透明電極の局部的な不連続性を防止する。すなわち、これらの局部的な不連続性により発光チップアレイのうち、同時に作動しないものが発生することを防止する。
【００６５】
このように本発明でフリップチップ構造を採用する場合、そのような問題を完壁に解決して高い光効率を得ることができる。さらに、発光層と隣接媒質との間の屈折率差が少ないほど光放出効率が増大することを勘案すれば、フリップチップ構造では必然的に発光する光が基板を通過するようになり、これは発光する光が直ぐに空気中に放出される構造に比べて、高い光放出効率を得ることができるようにする。
【００６６】
さらに、本発明は前述した例の最終素子の構造に付け加えて、ＡＲ層をコーティングしたり、素子の上下側にＤＢＲ層を蒸着してＲＣＬＥＤ構造を形成することができる。このような場合、反射度が垂直共振器面発光レーザ(ＶＣＳＥＬ)に形成されたＤＢＲのように高くなくても、適当な反射度を有するＤＢＲ層は発光光のリサイクル度を高め、発光光の品質を高めるのに非常に効果的である。
【００６７】
（第２実施形態）
図６Ａないし図６Ｄは第１実施形態のマイクロＬＥＤを具現することにおいて、乾式エッチングの代りに、選択的再成長方法を含んだマイクロＬＥＤを製作する方法を説明するための図である。
【００６８】
第２実施形態においては、第１実施形態で発光チップ１０形成のために乾式エッチング方式を採用したこととは異なり、選択的再成長方法を用いる。このような場合、第２実施形態ではＣＭＰ工程を含まない。
【００６９】
図６Ａに示すように、まず基板１上に発光チップ１０（図６Ｄ参照）を再成長させるためのＧａＮ緩衝層２ａを成長させ、所望の高さを有する発光チップの厚さに酸化膜５を蒸着する。酸化膜５を湿式エッチングを通じてパターニングすれば、図６Ｂのような形態が得られるようになり、露出されたＧａＮ緩衝層２ａを用いて再成長を施す（図６Ｃ参照）。再成長層はｎ型ＧａＮ緩衝層２ａ上にｎ型ＧａＮ層２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮＱＷ活性層３及びｐ型ＧａＮ層４が順次に成長される（図６Ｄ参照）。図６Ｄに示すように発光チップ１０を形成する再成長層の厚さは酸化膜の厚さと同一になるように形成することが好ましい。最後に、図面には図示されていないが、第１実施形態のように透明電極、ｐ型電極及びｎ型電極を形成して素子を完成する。
【００７０】
もちろん、本実施形態においても完成した素子の基板と最上層に一対のＤＢＲ層を形成して共振器構造のＬＥＤを形成したり、基板または最上層にＡＲ層をコーティングしたりして光効率をより一層増大させることができる。
【００７１】
以上の実施形態においては、マイクロサイズの窒化物系半導体発光ダイオードについて説明したが、本発明はマイクロサイズの全ての発光ダイオード素子に容易に適用することができる。
【００７２】
以上のように、本発明によれば、マイクロサイズの窒化物発光チップアレイと発光チップ間のギャップを充填材で埋め込み、ＣＭＰ工程を通じて平坦化し、その表面に透明電極を形成することによって、発光面積を最大に増大させて活性層で発生した光を素子外部で高効率で利用できる。
【００７３】
また、既存の大面積ＬＥＤと同一の電力を消耗するにも関わらず、発光効率が非常に優れた高輝度の窒化物マイクロＬＥＤを提供できる。
【００７４】
さらに、改善された構造を有する高輝度の窒化物マイクロＬＥＤを利用することによって、ディスプレーと照明用ＬＥＤの需要をより多く創出する契機になると期待する。さらに、本発明はマイクロディスプレーのためのマイクロＬＥＤ製造方法にも応用できる。
【００７５】
本発明で説明した実施形態は、例示の目的のために開示したものであって、当業者なら本発明の思想と範囲のなかで多様な修正、変更、付加などが可能であり、このような修正、変更などは、本発明の特許請求の範囲に属するものと見なすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）を示す図である。
【図２Ａ】図１のマイクロＬＥＤを具現するための製造方法を説明するための図である。
【図２Ｂ】図１のマイクロＬＥＤを具現するための製造方法を説明するための図である。
【図２Ｃ】図１のマイクロＬＥＤを具現するための製造方法を説明するための図である。
【図２Ｄ】図１のマイクロＬＥＤを具現するための製造方法を説明するための図である。
【図２Ｅ】図１のマイクロＬＥＤを具現するための製造方法を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るマイクロＬＥＤの変形例を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るマイクロＬＥＤの変形例を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るマイクロＬＥＤの他の変形例を説明するための図である。
【図６Ａ】図１のマイクロＬＥＤを具現するため、乾式エッチングの代りに選択的再成長方法でマイクロＬＥＤを製作する方法を説明するための図である。
【図６Ｂ】図１のマイクロＬＥＤを具現するため、乾式エッチングの代りに選択的再成長方法でマイクロＬＥＤを製作する方法を説明するための図である。
【図６Ｃ】図１のマイクロＬＥＤを具現するため、乾式エッチングの代りに選択的再成長方法でマイクロＬＥＤを製作する方法を説明するための図である。
【図６Ｄ】図１のマイクロＬＥＤを具現するため、乾式エッチングの代りに選択的再成長方法でマイクロＬＥＤを製作する方法を説明するための図である。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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