(57)【要約】半導体発光素子を製造する際に、サファイア基板から分離されるグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜の損傷を最小化し、その結果、半導体発光素子の全体的な性能を向上させることができる垂直構造半導体発光素子製造用支持基板及びこれを用いた垂直構造半導体発光素子を提供する。本発明による垂直構造半導体発光素子製造用支持基板は、グループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜が積層される、サファイア基板との熱膨脹係数の差が５ｐｐｍ以下の物質からなる選択支持基板と、上記選択支持基板上に形成される犠牲層と、上記犠牲層の上部に形成される金属厚膜と、上記金属厚膜の上部に形成され、ソルダリングまたはブレイジング合金物質からなるボンディング層と、を備えることを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜が積層されるサファイア基板との熱膨脹係数の差が５ｐｐｍ以下である物質からなる選択支持基板と、
前記選択支持基板上に形成される犠牲層（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ  ｌａｙｅｒ）と、
前記犠牲層の上部に形成される金属厚膜（ｔｈｉｃｋ  ｍｅｔａｌ  ｆｉｌｍ）と、
前記金属厚膜の上部に形成され、ソルダリング（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）またはブレイジング（ｂｒａｚｉｎｇ）合金物質からなるボンディング層と、
を備えることを特徴とする垂直構造半導体発光素子製造用支持基板。
【請求項２】
前記選択支持基板は、
サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＭｇＯ、ＡｌＳｉＣ、ＢＮ、ＢｅＯ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＧａＮ、ＺｎＯ及びガラスからなる群より選択される１つまたはそれ以上の物質からなる単結晶、多結晶または非晶質基板であることを特徴とする請求項１に記載の垂直構造半導体発光素子製造用支持基板。
【請求項３】
前記犠牲層は、
（ｉ）窒素または酸素と結合された単結晶、多結晶または非晶質状の化合物からなる場合、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＺｎＯ、ＧａＺｎＯ、ＭｇＺｎＯ、ＩｎＺｎＯ、ＩｎＮ、Ｉｎ２Ｏ３、ＧａＩｎＯ３、ＭｇＩｎＯ４、ＣｕＩｎＯ２、ＺｎＩｎＯ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＢｅＭｇＯ、ＭｇＺｎＯ、ＴｉＮ、ＶＮ、ＣｒＮ及びＴａＮからなる群より選択される少なくとも１つの物質を含み、
（ｉｉ）化学的エッチングにより除去可能な物質からなる場合、化学的エッチング可能な金属、合金、固溶体、酸化物、窒化物及び高温性有機物からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含み、
（ｉｉｉ）耐熱性接着物質からなる場合、ポリイミドからなる耐熱性接着剤、シリコン接着剤及びポリビニルブチラルレジンからなる群より選択される少なくとも１つの物質を含み、
（ｉｖ）ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）薄膜である場合、シリケートまたはシロキサンタイプであるものを含み、
（ｖ）ＳＯＤ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ）である場合、シリケート、シロキサン、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）、水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）、ＭＱＳ＋ＨＳＱ、パーヒドロシラザン（ＴＣＰＳ）、ポリシラザンのようなケミカルを含み、
（ｖｉ）フォトレジストからなる場合、ＡＺ系列、ＳＵ−８系列、ＴＬＯＲ系列、ＴＤＭＲ系列及びＧＸＲ系列からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の垂直構造半導体発光素子製造用支持基板。
【請求項４】
前記金属厚膜は、
Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＳｉからなる群より選択される少なくとも１つの成分を含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直構造半導体発光素子製造用支持基板。
【請求項５】
前記金属厚膜は、
０．１〜９９９μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の垂直構造半導体発光素子製造用支持基板。
【請求項６】
前記ボンディング層は、
Ｇａ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓ、ｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選択される２つ以上の成分を含む合金からなることを特徴とする請求項１に記載の垂直構造半導体発光素子製造用支持基板。
【請求項７】
前記犠牲層、金属厚膜、ボンディング層のうちの少なくとも１つがパターニングされているか、
前記犠牲層、金属厚膜、ボンディング層及び前記選択支持基板の一部までパターニングされていることを特徴とする請求項１に記載の垂直構造半導体発光素子製造用支持基板。
【請求項８】
垂直構造半導体発光素子を製造する方法において、
（ａ）サファイア基板の上部にグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜、第２オミック接触電極、第１金属厚膜及び第１−１ボンディング層が順次形成された第１ウェハを準備するステップと、
（ｂ）上部面に第１−２ボンディング層が形成され、下部面に第２−１ボンディング層が形成された金属ホイルを準備するステップと、
（ｃ）選択支持基板の上部に犠牲層、第２金属厚膜及び第２−２ボンディング層が順次形成された第２ウェハとして、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の半導体発光素子製造用支持基板を準備するステップと、
（ｄ）前記第１−１ボンディング層と第１−２ボンディング層とがボンディングされ、前記第２−１ボンディング層と第２−２ボンディング層とがボンディングされるように、前記第１ウェハ、金属ホイル及び第２ウェハをボンディングするステップと、
（ｅ）前記（ｄ）の結果物からレーザリフトオフ（Ｌａｓｅｒ  Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）工程により前記第１ウェハのサファイア基板を分離するステップと、
（ｆ）前記（ｅ）ステップにより露出される多層発光構造体薄膜をアイソレーション（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）するステップと、
（ｇ）前記（ｆ）ステップでアイソレーションされた多層発光構造体のそれぞれの表面に複数の第１オミック接触電極を形成し、側面パシベーション薄膜を形成するステップと、
（ｈ）前記第２ウェハの選択支持基板を分離するステップと、
（ｉ）前記（ｈ）の結果物を垂直方向に切断してチップを製作するステップと、
を含むことを特徴とする垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記（ａ）ステップの多層発光構造体薄膜は、
ｎ型半導体クラッド層、発光活性層及びｐ型半導体クラッド層を備え、
前記各層は、Ｉｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ>０）である組成を有する単結晶からなることを特徴とする請求項８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記（ａ）ステップは、
（ａ１）前記多層発光構造体薄膜上に第２オミック接触電極を形成するステップと、
（ａ２）前記多層発光構造体薄膜及び前記第２オミック接触電極上に絶縁体薄膜を形成するステップと、
（ａ３）前記第２オミック接触電極上に第１電気伝導性薄膜を形成するステップと、
（ａ４）前記絶縁体薄膜及び前記第２オミック接触電極上に第２電気伝導性薄膜を形成するステップと、
（ａ５）前記第２電気伝導性薄膜上に前記第１金属厚膜を形成するステップと、
（ａ６）前記第１金属厚膜上に前記第１−１ボンディング層を形成するステップと、
を備えることを特徴とする請求項８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第２電気伝導性薄膜には拡散障壁層（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）及び接着強化層（ａｄｈｅｓｉｏｎ−ｅｎｈａｎｃｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）が含まれ、
前記第１金属厚膜が電気メッキまたは非電気メッキにより形成される場合、シード層がさらに含まれることを特徴とする請求項１０に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記（ｂ）ステップは、
前記金属ホイルの上部面及び下部面に接着強化層を形成した後に、前記第１−２ボンディング層及び前記第２−１ボンディング層をさらに形成することを特徴とする請求項８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記（ｃ）ステップは、
前記第２金属厚膜上に拡散障壁層または接着強化層をさらに形成した後に、前記第２−２ボンディング層を形成することを特徴とする請求項８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記（ｃ）ステップの犠牲層は、
Ｅービーム蒸着（ｅ−ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）または熱蒸着法（ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、ＭＯＣＶＤ、スパッタリング及びＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法のうちのいずれか１つにより形成されることを特徴とする請求項８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１金属厚膜または第２金属厚膜は、
電気メッキまたは非電気メッキにより形成されることを特徴とする請求項８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記（ｄ）ステップは、
１００℃〜６００℃の温度及び１〜２００ＭＰａの圧力で熱-圧縮ボンディング方法により行われることを特徴とする請求項８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記（ｅ）ステップは、
前記レーザリフトオフ工程後に機械-化学的研磨（ｃｈｅｍｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）または湿式エッチング工程をさらに行うことを特徴とする請求項８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記（ｈ）ステップは、
レーザリフトオフ工程を用いて前記選択支持基板を分離するか、
化学的エッチングにより前記犠牲層を除去して前記選択支持基板を分離することを特徴とする請求項８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記（ｈ）ステップは、
有機または無機ボンディング物質で臨時支持基板を前記第１ウェハの表面にボンディングした後に行われることを特徴とする請求項８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記（ｈ）ステップの後に、前記選択支持基板及び前記犠牲層の除去された部分に別途の補助支持台を形成することを特徴とする請求項８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記補助支持台は、
Ｉ）Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ及びＢｅＯの中から選択される単結晶または多結晶ウェハ、
ＩＩ）Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ及びＮｉＷの中から選択される金属ホイル、または
ＩＩＩ）Ｃｕ/Ｍｏ/Ｃｕ、Ｃｕ/Ｗ/Ｃｕ、Ｎｉ/Ｍｏ/Ｎｉ、Ｃｕ/Ｔｉ/Ｃｕ、Ｃｕ/ＡｌＮ/Ｃｕ、Ｃｕ/Ａｌ２Ｏ３/Ｃｕ、Ｃｕ/ＧａＡｓ/Ｃｕ及びＣｕ/Ｓｉ/Ｃｕの中から選択されるラミネート構造で形成されることを特徴とする請求項２０に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
前記（ａ）ステップでの前記第２オミック接触電極を形成する前に、または前記（ｇ）ステップでの前記第１オミック接触電極を形成する前に、
前記多層発光構造体薄膜の上部に表面凹凸、パターニング工程を用いて光抽出構造層またはアルミニウム膜ナノグリッドポラライザー（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｆｉｌｍ  ｎａｎｏ−ｇｒｉｄ  ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）のうちの少なくとも１つをさらに形成することを特徴とする請求項８に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】
垂直構造半導体発光素子を製造する方法において、
（ａ）サファイア基板の上部にグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜、第２オミック接触電極及び第１−１ボンディング層が順次形成された第１ウェハを準備するステップと、
（ｂ）上部面に第１−２ボンディング層が形成され、下部面に第２−１ボンディング層が形成された金属ホイルを準備するステップと、
（ｃ）選択支持基板の上部に犠牲層、第２金属厚膜及び第２−２ボンディング層が順次形成された第２ウェハとして、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の半導体発光素子製造用支持基板を準備するステップと、
（ｄ）前記第１−１ボンディング層と第１−２ボンディング層とがボンディングされ、前記第２−１ボンディング層と第２−２ボンディング層とがボンディングされるように前記第１ウェハ、金属ホイル及び第２ウェハをボンディングするステップと、
（ｅ）前記（ｄ）の結果物から、レーザリフトオフ工程を用いて前記第１ウェハのサファイア基板を分離するステップと、
（ｆ）前記（ｅ）ステップにより露出される多層発光構造体薄膜をアイソレーションするステップと、
（ｇ）前記（ｆ）ステップでアイソレーションされた多層発光構造体それぞれの表面に複数の第１オミック接触電極を形成し、側面パシベーション薄膜を形成するステップと、
（ｈ）前記第２ウェハの選択支持基板を分離するステップと、
（ｉ）前記（ｈ）の結果物を垂直方向に切断してチップを製作するステップと、
を備えることを特徴とする垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】
前記（ｈ）ステップは、
有機または無機ボンディング物質で臨時支持基板を前記第１ウェハの表面にボンディングした後に行われることを特徴とする請求項２３に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】
前記（ｈ）ステップの後に、前記選択支持基板及び前記犠牲層の除去された部分に別途の補助支持台を形成することを特徴とする請求項２３に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項２６】
前記補助支持台は、
Ｉ）Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ及びＢｅＯの中から選択される単結晶または多結晶ウェハ、
ＩＩ）Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ及びＮｉＷの中から選択される金属ホイル、または
ＩＩＩ）Ｃｕ/Ｍｏ/Ｃｕ、Ｃｕ/Ｗ/Ｃｕ、Ｎｉ/Ｍｏ/Ｎｉ、Ｃｕ/Ｔｉ/Ｃｕ、Ｃｕ/ＡｌＮ/Ｃｕ、Ｃｕ/Ａｌ２Ｏ３/Ｃｕ、Ｃｕ/ＧａＡｓ/Ｃｕ及びＣｕ/Ｓｉ/Ｃｕの中から選択されるラミネート構造で形成されることを特徴とする請求項２５に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項２７】
垂直構造半導体発光素子を製造する方法において、
（ａ）サファイア基板の上部にグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜、複数の第２オミック接触電極、第１金属厚膜及び第１−１ボンディング層が順次形成された第１ウェハを準備するステップと、
（ｂ）上部面に第１−２ボンディング層が形成され、下部面に第２−１ボンディング層が形成された金属ホイルを準備するステップと、
（ｃ）選択支持基板の上部に犠牲層及び第２−２ボンディング層が順次形成された第２ウェハを準備するステップと、
（ｄ）前記第１−１ボンディング層と第１−２ボンディング層とがボンディングされ、前記第２−１ボンディング層と第２−２ボンディング層とがボンディングされるように前記第１ウェハ、金属ホイル及び第２ウェハをボンディングするステップと、
（ｅ）前記（ｄ）の結果物から、レーザリフトオフ工程を用いて前記第１ウェハのサファイア基板を分離するステップと、
（ｆ）前記（ｅ）ステップにより露出される多層発光構造体薄膜をアイソレーションするステップと、
（ｇ）前記（ｆ）ステップでアイソレーションされた多層発光構造体それぞれの表面に複数の第１オミック接触電極を形成し、側面パシベーション薄膜を形成するステップと、
（ｈ）前記第２ウェハの選択支持基板を分離するステップと、
（ｉ）前記（ｈ）の結果物を垂直方向に切断してチップを製作するステップと、
を備えることを特徴とする垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項２８】
前記（ｈ）ステップは、
有機または無機ボンディング物質で臨時支持基板を前記第１ウェハの表面にボンディングした後に行われることを特徴とする請求項２７に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項２９】
前記（ｈ）ステップの後に、前記選択支持基板及び前記犠牲層の除去された部分に別途の補助支持台を形成することを特徴とする請求項２７に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項３０】
前記補助支持台は、
Ｉ）Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ及びＢｅＯの中から選択される単結晶または多結晶ウェハ、
ＩＩ）Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ及びＮｉＷの中から選択される金属ホイル、または
ＩＩＩ）Ｃｕ/Ｍｏ/Ｃｕ、Ｃｕ/Ｗ/Ｃｕ、Ｎｉ/Ｍｏ/Ｎｉ、Ｃｕ/Ｔｉ/Ｃｕ、Ｃｕ/ＡｌＮ/Ｃｕ、Ｃｕ/Ａｌ２Ｏ３/Ｃｕ、Ｃｕ/ＧａＡｓ/Ｃｕ及びＣｕ/Ｓｉ/Ｃｕの中から選択されるラミネート構造で形成されることを特徴とする請求項２９に記載の垂直構造半導体発光素子の製造方法。
【請求項３１】
上部に第１オミック接触電極が形成され、下部に第２オミック接触電極、絶縁体薄膜、第１電気伝導性薄膜、第２電気伝導性薄膜及び第１金属厚膜が順次形成されており、側面にパシベーション薄膜が形成されているグループ３−５族窒化物系半導体からなる発光構造体と、
第１金属厚膜の下部に第１ボンディング層によりボンディングされている金属ホイルと、
前記金属ホイルの下部に第２ボンディング層によりボンディングされている第２金属厚膜と、
を備えることを特徴とする垂直構造半導体発光素子。
【請求項３２】
上部に第１オミック接触電極が形成され、下部に第２オミック接触電極、絶縁体薄膜、第１電気伝導性薄膜、第２電気伝導性薄膜が順次形成されており、側面にパシベーション薄膜が形成されているグループ３−５族窒化物系半導体からなる発光構造体と、
前記第２電気伝導性薄膜の下部に第１ボンディング層によりボンディングされている金属ホイルと、
前記金属ホイルの下部に第２ボンディング層によりボンディングされている第２金属厚膜と、
を備えることを特徴とする垂直構造半導体発光素子。
【請求項３３】
上部に第１オミック接触電極が形成され、下部に第２オミック接触電極、絶縁体薄膜、第１電気伝導性薄膜、第２電気伝導性薄膜及び第１金属厚膜が順次形成されており、側面にパシベーション薄膜が形成されているグループ３−５族窒化物系半導体からなる発光構造体と、
第１金属厚膜の下部に第１ボンディング層によりボンディングされている金属ホイルと、
を備えることを特徴とする垂直構造半導体発光素子。
【請求項３４】
前記多層発光構造体薄膜は、
上部からｎ型半導体クラッド層、発光活性層及びｐ型半導体クラッド層を備え、
前記各層は、Ｉｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ>０）である組成を有する単結晶からなることを特徴とする請求項３１から請求項３３までのいずれか１項に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項３５】
多層発光構造体薄膜の上部または下部に、表面凹凸、光抽出構造層、アルミニウム膜ナノグリッドポラライザーのうちの少なくとも１つがさらに形成されることを特徴とする請求項３１から請求項３３までのいずれか１項に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項３６】
前記金属ホイルは、
０．１〜９９９μｍの厚さを有することを特徴とする請求項３１から請求項３３までのいずれか１項に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項３７】
前記金属ホイルは、
Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｉ及びＧeからなる群より選択される少なくとも１つの成分を含む板状の金属、合金または固溶体であることを特徴とする請求項３１から請求項３３までのいずれか１項に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項３８】
前記第１金属厚膜は、
Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＳｉからなる群より選択される少なくとも１つの成分を含む金属、合金または固溶体からなることを特徴とする請求項３１または請求項３３に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項３９】
前記第１金属厚膜は、
０．１〜９９９μｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項３１または請求項３３に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項４０】
前記第２金属厚膜は、
Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＳｉからなる群より選択される少なくとも１つの成分を含む金属、合金または固溶体からなることを特徴とする請求項３１または請求項３２に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項４１】
前記第２金属厚膜は、
０．１〜９９９μｍの厚さを有することを特徴とする請求項３１または請求項３２に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項４２】
前記第１ボンディング層は、
Ｇａ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ及びＺｎからなる群より選択される少なくとも１つの成分を含むソルダリングまたはブレイジングの合金からなることを特徴とする請求項３１から請求項３３までのいずれか１項に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項４３】
前記第２ボンディング層は、
Ｇａ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ及びＺｎからなる群より選択される少なくとも１つの成分を含むソルダリングまたはブレイジングの合金からなることを特徴とする請求項３１または請求項３２に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項４４】
前記第１オミック接触電極は、
Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｌａ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、ＮｉＣｒ、ＰｄＣｒ、ＣｒＰｔ、ＮｉＴｉ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、希土類金属、金属性シリサイド、半導体性シリサイド、ＣＮＴＮｓ、透明伝導性酸化物及び透明伝導性窒化物からなる群より選択される少なくとも１つの成分を含む物質からなることを特徴とする請求項３１から請求項３３までのいずれか１項に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項４５】
前記第２オミック接触電極は、
Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、金属性シリサイド、Ａｇ系合金、Ａｌ系合金、Ｒｈ系合金、ＣＮＴＮｓ、透明伝導性酸化物及び透明伝導性窒化物からなる群より選択される少なくとも１つの成分を含む物質からなることを特徴とする請求項３１から請求項３３までのいずれか１項に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項４６】
前記絶縁体薄膜は、
透明な酸化物、透明な窒化物または透明なフッ化物のうちのいずれか１つからなることを特徴とする請求項３１から請求項３３までのいずれか１項に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項４７】
前記絶縁体薄膜は、
ＯＤＲ（ｏｍｎｉ-ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）及びＤＢＲ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）構造で形成されたことを特徴とする請求項３１から請求項３３までのいずれか１項に記載の垂直構造半導体発光素子。
【請求項４８】
前記第１電気伝導性薄膜または前記第２電気伝導性薄膜は、
Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｐｄ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｐｔ、ＮｉＣｒ、ＴｉＷ、ＣｕＷ、ＴｉＮ、ＣｒＮ及びＴｉＷＮからなる群より選択される少なくとも１つを含む物質からなることを特徴とする請求項３１から請求項３３までのいずれか１項に記載の垂直構造半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は垂直構造半導体発光素子製造用支持基板及びこれを用いた垂直構造半導体発光素子に関し、より詳細には、１）グループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜を用いて、垂直構造半導体発光素子を製造するための支持基板、２）半導体発光素子製造の際に金属厚膜及び金属ホイルで構成される高性能ヒートシンク支持台を用いてレーザリフトオフ、ウェハボンディングなどの製造工程の際にサファイア基板から分離される多層発光構造体薄膜の損傷を最小化し、その結果半導体発光素子の全体的な性能が向上できる垂直構造半導体発光素子の製造方法、及び３）ヒートシンク支持台を備えた垂直構造半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に半導体発光素子には正方向の電流（ｆｏｒｗａｒｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ）が流れる場合に光を発生する発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）及びレーザーダイオード（ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）がある。特にＬＥＤ及びＬＤは共通的にｐ−ｎ接合構造（ｐ−ｎ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を有しており、このような発光素子に電流を印加すると電流が光子（ｐｈｏｔｏｎ）に変換されて素子から光が出ることになる。
【０００３】
ＬＥＤ及びＬＤから発光される光は半導体物質の種類に応じて長波長の光から短波長の光の領域まで様々であり、なによりもワイドバンドギャップを有する半導体で製作されたＬＥＤを用いて可視光線領域の赤色、緑色、青色などの実現が可能となり、各種電子装置の表示部品、交通信号灯、各種ディスプレイ用の光源装置に産業的に広く応用されている。近年にはＬＥＤによる白色光源が開発されることにより、次世代の一般照明用光源装置にも広く用いられる見込みである。
【０００４】
一般的にグループ３−５族窒化物系半導体は良質の半導体薄膜を得るために最初成長基板上にヘテロエピタキシャル成長させて製造されるが、このような最初成長基板としてサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉなどが用いられている。
【０００５】
最初成長基板として使用されるもののうちサファイア基板はグループ３−５族窒化物系半導体との格子定数及び熱膨脹係数が非常に異なるため、良好なグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜を積層させにくい。また、サファイア基板は熱伝導度が良くなくてＬＥＤに大きい電流を印加することができないという短所があり、またサファイア基板が電気絶縁体であることから外部より流入される精電気に対応しにくいため、精電気による不良誘発可能性があるという大きな問題点があり、これらの問題点は素子の信頼性を低下させるだけでなく、パッケージング工程にも多くの工程制約をもたらすことになる。
【０００６】
また、電気絶縁体であるサファイア基板は、ｎ型オミック接触電極とｐ型オミック接触電極の両方ともグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜の積層（成長）方向と同様に形成されるメサ構造（ＭＥＳＡ―ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有するたけでなく、ＬＥＤチップの面積も所定のサイズ以上でなければならないため、ＬＥＤチップの面積を低減するには限界があり、これは２インチウェハ１つ当たりのＬＥＤチップの生産量の向上に障害となっている。
【０００７】
最初成長基板のサファイアの上部に製作されたメサ構造のＬＥＤは上述した短所以外にも、サファイア成長基板の良くない熱伝導率のために発光素子の駆動時に必ず発生する多量の熱を外部へ円滑に発散できないという問題点がある。このような理由から、今後の大型ディスプレイ及び一般照明用光源のように大面積及び大容量（すなわち、大電流）として用いられる発光素子に、サファイアの付着されたメサ構造を適用するには限界がある。すなわち、大電流を長時間の間に発光素子に注入すると、発生された多量の熱のために発光活性層の内部温度が漸次上昇し、これによりＬＥＤ発光効率が漸次低下するという問題点が発生する。
【０００８】
シリコンカーバイド（ＳｉＣ）成長基板はサファイアとは異なって熱的及び電気的に伝導率の優れかつ良質の半導体単結晶薄膜成長時の重要変数である格子定数及び熱膨脹係数がグループ３−５族窒化物系半導体に類似して良好な多層発光構造体薄膜を成功的に積層成長させることができ、これを用いて様々な形態の垂直構造の発光素子が製作されている。しかし、決定的に良質のＳｉＣ成長基板を製作することが容易ではないため、サファイアなどの他の成長基板に比べて非常に高価（ｈｉｇｈ―ｃｏｓｔ）であり、その結果、大量生産に適用するには多くの制約がある。
【０００９】
したがって、現在の技術、経済、及び性能側面から見ると、サファイア成長基板に積層されるグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜を用いて発光素子を製作することが最も好ましい。上述したように、最初成長基板のサファイアの上部に積層成長されたグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜を用いて製作されたメサ構造のＬＥＤの問題点を解決するために、近年、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉなどの最初成長基板の上部に良質のグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜を積層させた後に、最初成長基板から安定にグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜を分離し、これを用いた垂直構造を有する発光素子を製作するために多くの努力が行われている。
【００１０】
図１は、従来の技術によるレーザリフトオフ（Ｌａｓｅｒ  Ｌｉｆｔ―Ｏｆｆ）技術を用いてサファイア基板を分離する過程を示す断面図である。図１に示すように、レーザリフトオフ技術を用いて強いエネルギー源であるレーザビームを透明なサファイア基板１１０の裏面（ｂａｃｋｓｉｄｅ）に照射すると、界面１２０でレーザビームの吸収が強く起き、これにより９００℃以上の温度が瞬間的に発生して界面１２０のＧａＮ、ＩｎＧａＮなどが熱化学分解を行い、サファイア基板１１０と窒化物系半導体薄膜１３０とに分離される。
【００１１】
しかし、多くの先行文献などに言及されているように、グループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜はレーザリフトオフ工程を経る際に、互いに異なる格子定数及び熱膨脹係数のためにグループ３−５族窒化物系半導体薄膜と厚いサファイア基板との間に生じた機械的応力を耐えることができなくて、サファイアから分離された後に半導体単結晶薄膜に多くの損傷（ｄａｍａｇｅ）や割れ（ｂｒａｋｉｎｇ）が発生する。上述したように、多層発光構造体薄膜に損傷や割れが発生すると、多くの漏洩電流（ｌｅａｋｙ  ｃｕｒｒｅｎｔ）が発生するだけでなくＬＥＤを始めとして多くの発光素子のチップ収率が大きく低下し、発光素子のＬＥＤチップの全体的な性能低下をもたらすことになる。したがって、多層発光構造体薄膜の損傷を最小化するためのサファイア基板分離工程や分離された多層発光構造体薄膜を用いて垂直構造のＬＥＤを製作することができる工程に関する研究が進められている。
【００１２】
その結果、上記レーザリフトオフ工程を用いてサファイア基板を分離する際に、グループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜の損傷や割れることを最小化するための様々な方案が提案されている。
【００１３】
図２は、多層発光構造体薄膜の損傷や割れることを防止するために、従来の技術によりレーザリフトオフ工程を行う前にウェハボンディングと電気メッキ工程を取り入れて成長方向に強く密着している電気伝導性支持台（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｓｕｐｐｏｒｔ）を形成する過程を示す断面図である。
【００１４】
図２の（ａ）を参照すると、透明なサファイア基板２１０の裏面にレーザビームを照射してサファイア基板２１０からグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜２２０、２３０を分離する前に、ボンディング層２４０ａの上部にウェハボンディング工程を用いて構造的に安定かつ強く密着される電気伝導性支持台２５０を形成する。また、図２の（ｂ）を参照すると、サファイア基板２１０から多層発光構造体薄膜２２０、２３０を分離する前に、シード層２４０ｂの上部に電気メッキ工程を用いて構造的に安定かつ強く密着される電気伝導性支持台２５０を形成する。
【００１５】
図３は、図２の方法を用いた従来技術により、ＬＬＯ工程と構造的に安定かつ強く密着される電気伝導性支持台とを組み合わせて製作した垂直構造のグループ３−５族窒化物系半導体発光素子に関する断面図である。
【００１６】
図３の（ａ）は、図２の（ａ）のような電気伝導性支持台を形成する方法により製作された半導体発光素子を示す断面図である。ウェハボンディングと組み合わせした垂直構造を有する発光素子の断面が示されている図３の（ａ）を参照すると、熱的及び電気的に伝導体である支持台３１０、ボンディング層３２０ａ及びｐ型オミック接触電極を含む多層金属層３３０、ｐ型半導体クラッド層３４０、発光活性層３５０、ｎ型半導体クラッド層３６０、ｎ型オミック接触電極３７０が順次構成されている。上記支持台３１０としては熱的及び電気的に伝導率の優れたシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）などの半導体ウェハが優先的に用いられる。
【００１７】
しかし、図３の（ａ）に示すような垂直構造の発光素子に用いられた支持台３１０は、多層発光構造体薄膜３４０〜３６０が積層成長されたサファイア基板との熱膨脹係数の差が大きいため、Ｓｉまたは他の電気伝導性支持台をウェハボンディングにより結合させると、ウェハ反りや多層発光構造体薄膜の内部に微細なマイクロクラックが多量に発生して工程上の難しさや製作された発光素子の性能低下により製品収率が低いという問題がある。
【００１８】
一方、図３の（ｂ）は、図２の（ｂ）のような電気伝導性支持台の形成方法で製作された半導体発光素子を示す断面図である。電気メッキと組み合わせした垂直構造の発光素子に関する断面図を示す図３の（ｂ）を参照すると、レーザリフトオフ工程と電気メッキ工程との組み合わせにより製作された垂直構造の発光素子は他の構造と同様であるが、図３の（ａ）に示されたボンディング層３２０ａの代わりにシード層３２０ｂを用いている。この場合、支持台３１０は電気メッキにより形成された金属厚膜であり、特に熱的及び電気的に伝導率の優れたＣｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ａｕ、Ｍｏなどの単一金属またはこれらの金属で構成された合金を優先的に用いている。
【００１９】
上記の構造を有する図３の（ｂ）のような発光素子支持台３１０は電気メッキで製作された金属または合金形態の厚膜であるため、成長基板であるサファイアに比べて極めて大きな熱膨脹係数や軟性を有し、これにより機械的切断（ｓａｗｉｎｇ）またはレーザ切断（ｌａｓｅｒ  ｓｃｒｉｂｉｎｇ）などのチップの製作工程においての巻かれることや反ること、割れることなどの多くの問題点が発生している。
【００２０】
したがって、サファイア基板分離工程を用いて垂直構造のグループ３−５族窒化物系半導体発光素子を製作する際に、ウェハ反りや割れ、マイクロクラックの発生、熱処理（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）及びチップの製作工程を始めとして多くの後工程（ｐｏｓｔ―ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）の制約、そして製品収率が低いなどの問題点を解決できる、垂直構造半導体発光素子を製造するに利用可能なヒートシンク支持台が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の一番目の目的はウェハボンディング工程やレーザリフトオフ工程などからのウェハ反り現象、グループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜内の割れ現象などを最小化することができる垂直構造半導体発光素子製造用支持基板を提供することにある。
【００２２】
本発明の二番目の目的は、金属ホイルと上記の支持基板に含まれる金属厚膜などで構成される高性能ヒートシンク支持台を備えて微細なマイクロクラックの発生しない良質の垂直構造半導体発光素子を提供することにある。
【００２３】
本発明の三番目の目的は、上記半導体発光素子製造用支持基板を用いて高性能ヒートシンク支持台を備える垂直構造半導体発光素子を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記の一番目の目的を達成するために、本発明による垂直構造半導体発光素子製造用支持基板は、グループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜が積層されるサファイア基板との熱膨脹係数の差が５ｐｐｍ以下である物質からなる選択支持基板と、上記選択支持基板上に形成される犠牲層と、上記犠牲層の上部に形成される金属厚膜と、上記金属厚膜の上部に形成され、ソルダリングまたはブレイジング合金物質からなるボンディング層と、を備える。
【００２５】
上記の二番目の目的を達成するために、本発明の一実施例による垂直構造半導体発光素子は、上部に第１オミック接触電極が形成され、下部に第２オミック接触電極、絶縁体薄膜、第１電気伝導性薄膜、第２電気伝導性薄膜及び第１金属厚膜が順次形成されており、側面にパシベーション薄膜が形成されているグループ３−５族窒化物系半導体からなる発光構造体と、第１金属厚膜の下部に第１ボンディング層によりボンディングされている金属ホイルと、上記金属ホイルの下部に第２ボンディング層によりボンディングされている第２金属厚膜と、を備えて形成される。
【００２６】
上記の三番目の目的を達成するために、本発明の一実施例による垂直構造半導体発光素子の製造方法は、（ａ）サファイア基板の上部にグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜、複数の第２オミック接触電極、第１金属厚膜及び第１−１ボンディング層が順次形成された第１ウェハを準備するステップと、（ｂ）上部面に第１−２のボンディング層が形成され、下部面に第２−１ボンディング層が形成された金属ホイルを準備するステップと、（ｃ）選択支持基板の上部に犠牲層、第２金属厚膜及び第２−２ボンディング層が順次形成された第２ウェハを準備するステップと、（ｄ）上記第１−１ボンディング層と第１−２ボンディング層とがボンディングされ、上記第２−１ボンディング層と第２−２ボンディング層とがボンディングされるように、上記第１ウェハ、金属ホイル及び第２ウェハをボンディングするステップと、（ｅ）上記（ｄ）ステップの結果物から、レーザリフトオフ（Ｌａｓｅｒ  Ｌｉｆｔ―ｏｆｆ）工程を用いて上記第１ウェハのサファイア基板を分離するステップと、（ｆ）上記（ｅ）ステップにより露出される多層発光構造体薄膜をアイソレーション（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）するステップと、（ｇ）上記（ｆ）ステップでアイソレーションされた多層発光構造体のそれぞれの表面に複数の第１オミック接触電極を形成し、側面パシベーション薄膜を形成するステップと、（ｈ）上記第２ウェハの選択支持基板を分離するステップと、（ｉ）上記（ｈ）ステップの結果物を垂直方向に切断して単一チップを製作するステップと、を備えて行われる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明による支持基板を用いて垂直組半導体発光素子を製造する場合、グループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜の発光素子製造収率を向上させることができ、サファイア基板を分離することにより、熱放出と精電気衝撃の防止が効率的に行われるという利点がある。
【００２８】
また、本発明による支持基板を用いて垂直構造半導体発光素子を製造する場合、ウェハボンディングの際にウェハ反りが発生しなく、サファイア基板の分離などのためのレーザリフトオフ工程の際に多層発光構造体薄膜が受ける応力を低減してマイクロクラックや割れなどを防止することができ、また多層発光構造体薄膜がウェハボンディング物質に分離される損失を最小化することができる。
【００２９】
また、本発明による支持基板を用いて垂直構造半導体発光素子を製造すると、熱処理及び側面パシベーション薄膜などの後工程を自由にできて、その結果、熱的及び機械的に損傷のない高信頼性の発光素子を得ることができる。
【００３０】
また、本発明による支持基板を用いて垂直構造半導体発光素子を製造する場合は、チップ製作工程の際に、湿式エッチング工程を用いることができるため、既存機械及びレーザー加工を用いたチップ製作工程よりもチップの収率を大きく向上させることができるという利点がある。
【００３１】
また、本発明による支持基板は良好なウェハボンディングにより良質の窒化物系半導体単結晶多層薄膜を得ることができるだけでなく、サファイア基板分離後に行われるすべての後工程が自由にできて、その結果、金属ホイルまたは金属厚膜で構成された高性能ヒートシンク支持台を備えた発光素子を製作するに有利な効果を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術により垂直構造の半導体発光素子を製造するにおいて、一般的に行われるレーザリフトオフ工程を示す断面図である。
【図２】従来技術によりレーザリフトオフ工程を行う前に垂直構造半導体発光素子の成長方向に支持基板が形成されている断面図である。
【図３】従来技術によりレーザリフトオフ工程と支持基板との組み合わせで製造されたグループ３−５族窒化物系半導体発光素子の断面図である。
【図４】（ａ）乃至（ｆ）は本発明による垂直構造半導体発光素子製造用支持基板を例示した積層断面図である。
【図５】金属ホイルと２つの金属厚膜で構成されたヒートシンク支持台を備えた垂直構造半導体発光素子の一実施例を示す断面図である。
【図６】本発明による支持基板を用いた垂直構造半導体発光素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】図６に示されている垂直構造半導体発光素子の製造方法の最初のステップを示す断面図である。
【図８】図７の次のステップを示す断面図である。
【図９】図８の次のステップを示す断面図である。
【図１０】図９の次のステップを示す断面図である。
【図１１】図１０の次のステップを示す断面図である。
【図１２】図１１の次のステップを示す断面図である。
【図１３】図１２の次のステップを示す断面図である。
【図１４】図１３の次のステップを示す断面図である。
【図１５】図１４の次のステップを示す断面図である。
【図１６】図１５の次のステップを示す断面図である。
【図１７】図１６の次のステップを示す断面図である。
【図１８】金属ホイルと１つの金属厚膜で構成されるヒートシンク支持台を備えた垂直構造半導体発光素子の他の実施例を示す図面である。
【図１９】金属ホイルと１つの金属厚膜で構成されるヒートシンク支持台を備えた垂直構造半導体発光素子のまた他の実施例を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例による半導体発光素子製造用支持基板、及びこれを用いた垂直構造半導体発光素子の製造方法並びに垂直構造半導体発光素子について順次説明する。
【実施例】
【００３４】
（垂直構造発光素子製造用支持基板）
図４の（ａ）は、本発明による垂直構造発光素子製造用支持基板の一実施例を示す断面図である。
【００３５】
図４の（ａ）を参照すると、本発明による発光素子製造用支持基板４００は選択支持基板（ｓｅｌｅｃｔｅｄ  ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）４１０、犠牲層（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ  ｌａｙｅｒ）４２０、金属厚膜（ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｔｈｉｃｋ  ｆｉｌｍ）４３０及びボンディング層（ｂｏｎｄｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）４４０を備えて形成される。
【００３６】
選択支持基板４１０は、グループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜が積層される最初成長基板（Ｇｒｏｗｔｈ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）である透明なサファイア基板からレーザリフトオフまたは他の工程を用いて多層発光構造体薄膜を分離する際に、分離された数マイクロメートル（μｍ）の厚さを有した多層発光構造体薄膜の損傷を最小化するために必要とされる機械的な衝撃吸収及び支持台（ｓｕｐｐｏｒｔ）の役割をする。
【００３７】
選択支持基板４１０としてはサファイア基板との熱膨脹係数の差が５ｐｐｍ以下である物質が選択される。この理由は、サファイア基板から多層発光構造体薄膜を分離する前に支持基板４００とサファイア基板とをボンディングするウェハボンディングを行うが、このとき、ウェハボンディングの後にサファイア基板と支持基板４００との熱膨脹係数の差のために発生するウェハ反り現象を最小化するためである。よって、選択支持基板４１０はサファイア基板と熱膨脹係数が同じであるか、またはその差が５ｐｐｍ以下である、サファイア、ＳｉＣ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＳｉＧｅ、Ｓｉ、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＡｌＳｉＣ、ＢＮ、ＢｅＯ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｓｉ―Ａｌ、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ｇｌａｓｓなどの単結晶、多結晶、または非晶質基板のウェハからなることができる。
【００３８】
犠牲層４２０は最終的に完成された垂直構造を有する発光素子から選択支持基板４１０を分離して除去するに必要な物質層であって、窒素または酸素と結合した単結晶、多結晶または非晶質状の化合物であることができる。このような犠牲層４２０として使用可能な物質には、選択支持基板４１０をレーザリフトオフ工程で除去する場合は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＺｎＯ、ＧａＺｎＯ、ＭｇＺｎＯ、ＩｎＺｎＯ、ＩｎＮ、Ｉｎ２Ｏ３、ＧａＩｎＯ３、ＭｇＩｎＯ４、ＣｕＩｎＯ２、ＺｎＩｎＯ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＢｅＭｇＯ、ＴｉＮ、ＶＮ、ＣｒＮ、ＴａＮなどを用いることができる。
【００３９】
また、犠牲層４２０は化学的エッチング工程により選択支持基板４１０を分離して除去することができるが、この場合、犠牲層４２０として使用可能な物質は金属、合金、固溶体、酸化物、窒化物または高温性有機物を使用可能である。
【００４０】
また、犠牲層４２０が耐熱性接着物質で形成される場合は、耐熱性接着剤、耐熱性接着テープ、シリコン接着剤及びポリビニルブチラルレジンからなる群より選択される少なくとも１つの物質を用いることができる。
【００４１】
また、犠牲層４２０は、ＳＯＧ薄膜（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）である場合は、シリケートまたはシロキサンタイプのものを含み、ＳＯＤ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ）薄膜である場合は、シリケート、シロキサン、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）、水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）、ＭＱＳ+ＨＳＱ、パーヒドロシラザン（ＴＣＰＳ）、ポリシラザンなどを含むことができる。
【００４２】
また、犠牲層４２０は、フォトレジストからなる場合は、ＡＺ系列、ＳＵ―８系列、ＴＬＯＲ系列、ＴＤＭＲ系列、及びＧＸＲ系列からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含むことができる。
【００４３】
結局、犠牲層４２０としては選択支持基板４１０の特性、分離方法及び最終的に製作しようとする垂直構造を有する発光素子の構造に応じて適切な組成物質を選択すればよい。
【００４４】
金属厚膜４３０は、ウェハボンディング工程を用いて発光素子を製造する過程で発生する熱的及び構造的なストレスを緩和させる機能をする。また、金属厚膜４３０は物質間のボンディングを強化するための接着強化層として、また物質移動を防止する拡散障壁層として機能することもできる。このような金属厚膜４３０はおよそ０．１〜９９９μｍの厚さを有してもよく、好ましくは０．１〜５００μｍの厚さを有してもよい。
【００４５】
金属厚膜４３０は電気的及び熱的に伝導性の高いＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＳｉのうちの少なくとも１つ成分を含む金属、合金、または固溶体からなることが好ましい。
【００４６】
金属厚膜４３０は、犠牲層４２０上に一般的な物理的蒸着（ＰＶＤ）、化学的蒸着（ＣＶＤ）方法により形成できるが、電気メッキ（ｅｌｅｃｔｒｏ  ｐｌａｔｉｎｇ）及び非電気メッキ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ  ｐｌａｔｉｎｇ）を含むメッキ方法を用いて形成することがより好ましい。
【００４７】
ボンディング層４４０はサファイア基板を含むウェハ（図１０の１００１）、金属ホイル（図１０の８１０）、そして、本発明による支持基板４００である第２ウェハ（図１０の１００２）をボンディングする際に必要な物質層である。このようなボンディング層４４０はＧａ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｓｉ及びＧｅ成分のうちの少なくとも１つを含むソルダリングまたはブレイジング合金物質からなることができる。
【００４８】
上述の構造を有する本発明による垂直構造半導体発光素子製造用支持基板４００は、選択支持基板４１０上に犠牲層４２０、金属厚膜４３０及びボンディング層４４０を順次積層して製造することができる。
【００４９】
図４の（ａ）ないし（ｆ）は本発明による垂直構造半導体発光素子製造用支持基板の様々な実施形態を例示的に示す積層断面図である。
【００５０】
図４の（ａ）及び（ｄ）はパターニングの行われていない例を示す断面図であって、図４の（ｄ）は図４の（ａ）に示された金属厚膜よりも相対的に厚い金属厚膜を有したものを示している。
【００５１】
図４の（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）及び（ｆ）は犠牲層４２０、金属厚膜４３０及びボンディング層４４０のうちの一部または全部がパターニングされている例を示す断面図であって、図４の（ｂ）及び（ｅ）はボンディング層４４０と金属厚膜４３０とがパターニングされたことを示す断面図であり、図４の（ｃ）及び（ｆ）は犠牲層４２０までパターニングされたことを示す断面図である。図面に示されていないが、このようなパターニングは選択支持基板４１０の一部まで行われてもよい。図４の（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）及び（ｆ）に示すように、ボンディング層４４０、金属厚膜４３０、犠牲層４２０などのパターニングは、今後の半導体発光素子製造時に選択支持基板４１０を除去する工程や、単一チップを製作する工程などを容易にすることができる。
【００５２】
（垂直構造半導体発光素子Ｉ）
図５は、本発明による垂直構造半導体発光素子の第１実施例を示す断面図である。
【００５３】
図５を参照すると、垂直構造半導体発光素子５００は金属ホイル５１２の上部面及び下部面に２つの金属厚膜５１４ａ、５１４ｂがボンディング層５１６，５１８によりボンディングされて構成されたヒートシンク支持台（ｈｅａｔ―ｓｉｎｋ  ｓｕｐｐｏｒｔ）５１０を備えることが特徴である。ここで、一つの金属厚膜５１４ａはグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜が積層されたサファイア基板の方に形成されたものであり、他の一つの金属厚膜５１４ｂは図４に示された本発明による支持基板４００の方に形成された金属厚膜４３０に該当する。
【００５４】
図５に示すように、垂直構造半導体発光素子はヒートシンク支持台５１０の上部に電気伝導性多層膜５２０，５３０、第２オミック接触電極５４０、絶縁体薄膜５５０、グループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜５６０、第１オミック接触電極５７０及び側面パシベーション薄膜５８０により形成される。
【００５５】
側面パシベーション薄膜５８０は絶縁体薄膜５５０と構造的に連結され、多層発光構造体薄膜５６０を、上部表面の一部及び側面部で完全に保護する形態を有する。
【００５６】
ヒートシンク支持台５１０は金属ホイル５１２と金属厚膜５１４ａ、５１４ｂとの間にボンディング層５１６，５１８を導入させて、ウェハボンディング（５１６ａ−５１６ｂ，５１８ａ−５１８ｂ）工程により形成される。
【００５７】
ヒートシンク支持台５１０の一部である金属ホイル５１２は多層発光構造体薄膜５６０を構造的に安定に支えるだけでなく、半導体発光素子の駆動時に電流を注入する媒体であると同時に、半導体発光素子から発生する熱を放出させる役割をする。よって、上記の役割を考慮すると、金属ホイル５１２は電気的及び熱的に伝導性を有する０．１〜９９９μｍ以下の厚さを有する圧延（ｒｏｌｌｉｎｇ）加工された金属、合金、または固溶体（ｓｏｌｉｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）のうちの一つで形成可能であり、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｉ及びＧｅのうちの少なくとも一つを含むことが好ましい。
【００５８】
また、金属ホイル５１２とともにヒートシンク支持台５１０の一部である金属厚膜５１４ａ、５１４ｂは、金属ホイル５１２とともに多層発光構造体薄膜５６０を支えることや、電流注入の媒体及び熱を放出させる役割をする。また、金属厚膜５１４ａ、５１４ｂは、上述したように、支持基板４００を用いてウェハボンディング工程で半導体発光素子を製造する過程から発生する熱的または構造的なストレス（ｔｈｅｒｍａｌ  ｏｒ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｔｒｅｓｓ）を緩和させる機能をする。このような金属厚膜５１４ａ、５１４ｂは０．１〜９９９μｍ以下の厚さに形成されることができる。
【００５９】
金属ホイル５１２と金属厚膜５１４ａ、５１４ｂとの間に位置したボンディング層５１６，５１８は、Ｇａ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ成分のうちの少なくとも一つ以上を含むソルダリングまたはブレイジングの合金物質からなることが好ましい。
【００６０】
また、図面には示されていないが、それぞれのボンディング層５１６，５１８を金属厚膜５１４ａ、５１４ｂと金属ホイル５１２の上部面及び下部面に積層形成する前に、さらに、物質間のボンディングを強化するための接着強化層と物質移動を防止する拡散障壁層を別に形成することができる。
【００６１】
グループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜５６０と直接接触する反射性第２オミック接触電極５４０は、多層発光構造体薄膜５６０から生成された  光子を上部方向に反射（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）させることができるＡｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、金属性シリサイド（ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｓｉｌｉｃｉｄｅ）、Ａｇ系合金、Ａｌ系合金、Ｒｈ系合金、ＣＮＴＮｓ（ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ）、透明伝導性酸化物（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｏｘｉｄｅ）、透明伝導性窒化物（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｎｉｔｒｉｄｅ）のうちの少なくとも１つを含む物質で形成される。
【００６２】
絶縁体薄膜５５０は単一チップを形成するためのアイソレーション（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程を容易にするものであって、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＡｌＮ、ＩＴＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ２などを始めとして透明な酸化物、透明な窒化物、または透明なフッ化物で形成される。さらに、絶縁体薄膜５５０はＯＤＲ（ｏｍｎｉーｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）及びＤＢＲ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）構造を有することが好ましい。
【００６３】
第２オミック接触電極５４０上に形成される第１電気伝導性薄膜５３０や物質間のボンディングを強化するための接着強化層、物質移動を防止する拡散障壁層、または電気メッキによる電気伝導性厚膜を形成する場合のシード層を含む第２電気伝導性薄膜５２０は、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｐｄ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｐｔ、ＮｉＣｒ、ＴｉＷ、ＣｕＷ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＷＮのうちの少なくとも一つを含む物質からなることが好ましい。
【００６４】
多層発光構造体薄膜５６０の側面を保護する側面パシベーション薄膜５８０は構造的に絶縁体薄膜５５０と接触して連結されており、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２または各種電気絶縁体物質のうちの少なくとも一つを用いて形成される。
【００６５】
多層発光構造体薄膜５６０の上部に形成された第１オミック接触電極５７０は接触比抵抗の低いオミック接触を形成することができるＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｌａ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、ＮｉＣｒ、ＰｄＣｒ、ＣｒＰｔ、ＮｉＴｉ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、希土類金属及び合金、金属性シリサイド、半導体性シリサイド、ＣＮＴＮｓ、透明伝導性酸化物、透明伝導性窒化物のうちの少なくとも一つを含む物質で形成することが好ましい。特に、接触比抵抗の低いオミック接触を形成ですることがきるように熱処理、または酸化、窒化などの表面処理工程を行うことが好ましい。
【００６６】
多層発光構造体薄膜５６０は第１オミック接触電極５７０及び第２オミック接触電極５４０を介して電流を注入する際に光子を生成する発光素子構造であって、基本的にｎ型半導体クラッド層、発光活性層、ｐ型半導体クラッド層を備えており、各層はＩｎｘ（ＧａｙＡｌ１―ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ>０）の組成を有する単結晶からなることが好ましい。図５を参照すると、第１オミック接触電極５７０をｎ型オミック接触電極とし、第２オミック接触電極５４０をｐ型オミック接触電極とすると、ｎ型半導体クラッド層は第１オミック接触電極５７０の下部に位置し、ｐ型半導体クラッド層は第２オミック接触電極５４０の上部に位置することが好ましい。
【００６７】
第１オミック接触電極５７０または第２オミック接触電極５４０が接触して形成される多層発光構造体薄膜５６０の表面に、発光素子構造の内部で生成された光子を外部に最大限放出するための表面凹凸またはパターニング工程による光抽出構造層を導入したり、アルミニウム膜ナノグリッドポラライザー（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｆｉｌｍ  ｎａｎｏ―ｇｒｉｄ  ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）を備えることがさらに好ましい。
【００６８】
（支持基板を用いた垂直構造半導体発光素子の製造方法）
図６は、本発明による垂直構造半導体発光素子の製造方法を示すフローチャートである。図７乃至図１７は、図６に示された各ステップを示す断面図であって、図６を説明するに図７乃至図１７を参照する。
【００６９】
図６を参照すると、本発明による垂直構造半導体発光素子の製造方法６００は、第１ウェハの準備ステップＳ６１０、金属ホイルの準備ステップＳ６２０、第２ウェハの準備ステップＳ６３０、ボンディングステップＳ６４０、サファイア基板の分離ステップＳ６５０、多層発光構造体のアイソレーションステップＳ６６０、第１ウェハの後工程ステップＳ６７０、選択支持基板の分離ステップＳ６８０及び単一チップの製作ステップＳ６９０を備えて形成される。
【００７０】
第１ウェハの準備ステップＳ６１０では、サファイアのようなサファイア基板の上部にグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜及びその他のオミック接触電極などを形成し、その上に第１金属厚膜１０１０ａ及び第１−１ボンディング層１０２０ａ１が形成された第１ウェハ１００１を準備する（図１０の（ａ）参照）。
【００７１】
図７は第１ウェハ１００１を準備するステップを示す図面である。図７を参照すると、サファイア基板７１０の上部に多層発光構造体薄膜７２０を積層した後（図７の（ａ）参照）、第２オミック接触電極７３０、絶縁体薄膜７４０及び第１電気伝導性薄膜７５０を順次積層形成し（図７の（ｂ）参照）、その後、第２電気伝導性薄膜７６０を積層形成する（図７の（ｃ）参照）。
【００７２】
多層発光構造体薄膜７２０は最も一般的なグループ３−５族窒化物系半導体薄膜  成長装備であるＭＯＣＶＤ及びＭＢＥシステムを用いてサファイア基板７１０の上部に基本的に必要な層、具体的に、低温及び高温バッファ層（ｌｏｗ  ａｎｄ  ｈｉｇｈ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）、ｎ型半導体クラッド層（ｎ-ｔｙｐｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）、発光活性層（ｌｉｇｈｔ―ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ａｃｔｉｖｅ  ｌａｙｅｒ）、ｐ型半導体クラッド層（ｐ―ｔｙｐｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を順次積層成長させて形成することができる。
【００７３】
例えば、グループ３−５族窒化物系半導体薄膜７２０は透明なサファイア基板７１０の上部にＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、液相エピタキシャル法（ｌｉｑｕｉｄ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）、水素液相成長（ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）、分子ビームエピタキシャル法  （Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｂｅａｍ  ｅｐｉｔａｘｙ）、ＭＯＶＰＥ（ｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）の装備を用いて積層して形成することができる。その積層過程は、サファイアの上部に６００℃以下の温度で直接的に積層成長させた低温バッファ層を始めとしてシリコン（Ｓｉ）がドーピングされたグループ３−５族窒化物系半導体からなる高温バッファ層、シリコン（Ｓｉ）がドーピングされたｎ型半導体クラッド層（Ｓｉ-ｄｏｐｅｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）、半導体発光活性層（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌｉｇｈｔ―ｅｍｉｔｔｉｎｇ
ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）がドーピングされたｐ型半導体クラッド層（Ｍｇ―ｄｏｐｅｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を順次積層して形成することができる。
【００７４】
グループ３−５族窒化物系半導体薄膜を構成する低温及び高温バッファ層、ｎ型半導体クラッド層、半導体発光活性層、ｐ型半導体クラッド層のそれぞれは、Ｉｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ>０）の組成を有することが好ましい。上記発光活性層は、Ｉｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）Ｎの障壁層とＩｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）Ｎの井戸層からなる単一量子井戸（ｓｉｎｇｌｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ：
ＳＱＷ ）構造または多重量子井戸（ｍｕｌｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ：ＭＱＷ ）  構造であってもよく、発光活性層のＩｎ、Ｇａ、Ａｌの組成比を調節することによりＩｎＮ（〜０．７ｅＶ）のバンドギャップを有する長波長からＡｌＮ（〜６．２ｅＶ）のバンドギャップを有する短波長の発光素子まで自由に製作することができる。井戸層は障壁層よりもバンドギャップを低くしてキャリアである電子及び正孔が井戸に集まるようにすることが内部量子効率の向上のために好ましく、特に、発光特性を向上させるとともに順方向の駆動電圧を低下させるために井戸層、障壁層のうちの少なくとも１箇所にＳｉまたはＭｇをドーピングしてもよい。
【００７５】
このとき、ｎ型半導体クラッド層の表面には、後述するサファイア基板の分離後のｎ型オミック接触電極である第１オミック接触電極（図１４の１４１０）が形成され、ｐ型半導体クラッド層の表面にはｐ型オミック接触電極である第２オミック接触電極７３０及び絶縁体薄膜７４０が形成される。第２オミック接触電極７３０及び絶縁体薄膜７４０を多層発光構造体薄膜７２０の最上層部であるｐ型半導体クラッド層の上部に形成する前に、表面凹凸またはパターニング工程による光抽出構造層を導入したり、アルミニウム膜ナノグリッドポラライザーをさらに備えてもよい。
【００７６】
第２オミック接触電極７３０の一部領域の上部には、図７の（ｂ）に示すように、第１電気伝導性薄膜７５０が形成される。絶縁体薄膜７４０及び第１電気伝導性薄膜７５０の上部には物質間のボンディングを強化するための接着強化層、物質移動を防止する拡散障壁層、または電気メッキによる金属厚膜を形成する場合のシード層を含む第２電気伝導性薄膜７６０が形成される（図７の（ｃ）参照）。
【００７７】
また、図７には示されていないが、場合によって、単一チップの製作を容易にするために、多数の長方形または正方形が規則的に配列されるパターニングと乾式エッチング工程を用いて、多層発光構造体薄膜７２０の発光活性層よりも深くトレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）を形成してもよい。
【００７８】
多層発光構造体薄膜７２０の上部に積層形成された反射性第２オミック接触電極７３０は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、金属性シリサイド、Ａｇ系合金、Ａｌ系合金、Ｒｈ系合金、ＣＮＴＮｓ、透明伝導性酸化物、透明伝導性窒化物のうちの少なくとも一つを含む物質で形成され、絶縁体薄膜７４０は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＡｌＮ、ＩＴＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ２などを始めとして透明な酸化物、透明窒化物または透明なフッ化物で形成されることができる。構造的側面では、上記絶縁体薄膜７４０は、ＯＤＲ構造及びＤＢＲ構造を有することが好ましい。
【００７９】
第１電気伝導性薄膜７５０及び第２電気伝導性薄膜７６０はＡｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｐｄ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｐｔ、ＮｉＣｒ、ＴｉＷ、ＣｕＷ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＷＮのうちの少なくとも一つを含む物質からなることが好ましい。
【００８０】
結局、第１ウェハの準備ステップＳ６１０は、次のような手順で行わることができる。
【００８１】
先ず、サファイア基板７１０上に積層成長された多層発光構造体薄膜７２０上に複数の第２オミック接触電極を形成する。その後、多層発光構造体薄膜７２０及び複数の第２オミック接触電極７３０上に絶縁体薄膜７４０を形成し、その後、絶縁体薄膜７４０の一部にエッチング及び蒸着などの方法により複数の第２オミック接触電極７３０上に複数の第１電気伝導性薄膜７５０を形成する。その後、絶縁体薄膜７４０及び複数の第２オミック接触電極７３０上に拡散障壁層及び接着強化層が含まれ、
第１金属厚膜１０１０ａが電気メッキまたは非電気メッキにより形成される場合のシード層が含まれる、第２電気伝導性薄膜７６０を形成し、その上に第１金属厚膜１０１０ａ及び第１−１ボンディング層１０２０ａ１を形成する。
【００８２】
金属ホイルの準備ステップＳ６２０では、金属ホイル８１０の上部面及び下部面に第１−２ボンディング層１０２０ａ２及び第２−１ボンディング層１０２０ｂ１を積層形成する（図１０の（ｂ）参照）。
【００８３】
図８は、上述したヒートシンク支持台（図５の５１０参照）を構成する金属ホイル８１０を示す断面図であって、金属ホイル８１０は電気及び熱的に伝導性を有する９９９μｍ以下の厚さの圧延加工された金属、合金、または固溶体のうちの一つで形成される。特に、上記金属ホイル８１０は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｉ、Ｇｅのうちの少なくとも一つを含むことが好ましい。
【００８４】
ボンディングステップＳ６４０では、ボンディングの効果を高めるために、金属ホイル８１０の上部面及び下部面に第１−２ボンディング層１０２０ａ２及び第２−１ボンディング層１０２０ｂ１を形成する前に、予め接着強化層を形成してもよい。
【００８５】
第２ウェハの準備ステップＳ６３０では、選択支持基板９１０上に犠牲層９２０、第２金属厚膜１０１０ｂ及び第２−２ボンディング層１０２０ｂ２が順次積層形成された、図４に示された本発明による支持基板４００のような構造の第２ウェハ１００２を準備する（図１０の（ｃ）参照）。
【００８６】
上記の犠牲層９２０、金属厚膜１０１０ｂ及び第２−２ボンディング層１０２０ｂ２は、物理的蒸着や化学的蒸着方法、または電気メッキのような電気化学蒸着方法などにより選択支持基板９１０上に順次形成されることができる。
【００８７】
特に、犠牲層９２０は、Ｅービーム蒸着（ｅ-ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｒａｔ）、熱蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、ＭＯＣＶＤ、スパッタリング及びＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法のうちの一つにより形成され、第２金属厚膜１０１０ｂ及び第１ウェハの第１金属厚膜１０１０ａは電気メッキまたは非電気メッキにより形成されることが好ましい。
【００８８】
また、第２金属厚膜１０１０ｂ上に拡散障壁層または接着強化層をさらに形成した後に第２−２ボンディング層１０２０ｂ２を形成してもよい。
【００８９】
ボンディングステップＳ６４０では、第１ウェハ１００１の第１−１ボンディング層１０２０ａ１と金属ホイル８１０の第１−２ボンディング層１０２０ａ２、そして、金属ホイル８１０の第２−１ボンディング層１０２０ｂ１と第２ウェハ１００２の第２−２ボンディング層１０２０ｂ２をウェハ対ウェハでボンディングする（図１１参照）。このために、それぞれのボンディング層はＧａ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅの成分のうちの少なくとも一つを含むソルダリングまたはブレイジング合金物質からなることが好ましい。また、それぞれのボンディング層を形成する前に、物質間のボンディングを強化するための接着強化層と物質移動を防止する拡散障壁層を導入してもよい。
【００９０】
ボンディングステップ６４０で、第１金属厚膜及び第２金属厚膜１０１０ａ，１０１０ｂは熱的及び構造的なストレスを緩和させるなどの様々な役割をするが、このような金属厚膜は電気及び熱的に伝導性の高いＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｉのうちの少なくとも１つの成分を含む金属、合金、または固溶体からなることができ、通常の物理的または化学的な蒸着方法（ＣＶＤ/ＰＶＤ）により形成してもよく、電気メッキ、非電気メッキ方法により形成することがより好ましい。
【００９１】
ボンディングステップＳ６４０は、熱-圧縮ボンディング方法により行われ得るが、少なくとも１００℃以上６００℃以下の温度及び１〜２００Ｍｐａの圧力で行われることができる。
【００９２】
ボンディングが完了されると、図１１に示すように、第１ウェハ１００１のサファイア基板７１０から第２ウェハ１００２の選択支持基板９１０まで垂直構造を有する結果物が生成される。
【００９３】
サファイア基板の分離ステップＳ６５０では、上記ボンディングステップＳ６４０でボンディングされた結果物から第１ウェハのサファイア基板７１０を分離する（図１２参照）。
【００９４】
サファイア基板７１０は一般的なレーザリフトオフ技術を用いて分離してもよい。強いエネルギー源であるレーザビームをサファイア基板の裏面に照射すると、グループ３−５族窒化物系半導体の単結晶からなる多層発光構造体薄膜７２０とサファイア基板７１０との間の界面でレーザー吸収が強く起き、これにより界面に存在する窒化ガリウム（ＧａＮ）の熱化学分解反応によりサファイア基板７１０が分離除去される。
【００９５】
サファイア基板７１０の除去後に、空気に露出される多層発光構造体薄膜７２０の表面をＨ２ＳＯ４、ＨＣｌ、ＫＯＨ、ＢＯＥのうちの少なくとも一つにより３０℃乃至２００℃の温度で表面処理するステップをさらに行うことが好ましい。また追加的に機械-化学的研磨（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ―ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）と次いでの湿式エッチングによりサファイア基板７１０を完全に除去することも好ましい。サファイア基板に対する湿式エッチングは硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、クロム酸（ＣｒＯ３）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、ガリウム（Ｇａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれか１つまたはこれらの組み合わせによる混合溶液をエッチング溶液にして行うことが好ましい。上記湿式エッチング溶液の温度は２００℃以上であることがさらに好ましい。
【００９６】
サファイア基板７１０の分離が完了されると、図１２に示すように、第１ウェハ１００１の多層発光構造体薄膜７２０から第２ウェハ１００２の選択支持基板９１０まで垂直構造を有する結果物が形成される。
【００９７】
多層発光構造体のアイソレーションステップＳ６６０では、多数の発光素子を製造するために、サファイア基板７１０が分離されて第１ウェハの表面に露出される多層発光構造体薄膜７２０をアイソレーションする（図１３参照）。
【００９８】
図１３は、サファイア基板が分離された後に、空気に露出された多層発光構造体薄膜７２０を単一チップのディメンション（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）と形状（ｓｈａｐｅ）にアイソレーション工程を行った後の断面図である。
【００９９】
図１３を参照すると、アイソレーション過程は乾式エッチングまたは湿式エッチング工程を用いて少なくとも絶縁体薄膜７４０が空気に露出するまで多層発光構造体薄膜７２０を湿式エッチングまたは乾式エッチング工程を行う。
【０１００】
第１ウェハの後工程ステップＳ６７０では、アイソレーションされたそれぞれの多層発光構造体薄膜７２０上に第１オミック接触電極１４１０を形成し、多層発光構造体薄膜７２０側面にパシベーション薄膜１４２０を形成する。
【０１０１】
図１４は、それぞれの多層発光構造体薄膜７２０に対して、側面パシベーション薄膜１４２０と第１オミック接触電極１４１０が形成された結果を示す断面図である。
【０１０２】
図１４を参照すると、第１ウェハの後工程ステップＳ６７０では、ウェハクリーニングを始めとして発光素子の側面パシベーション薄膜（ｔｈｉｎ  ｓｉｄｅ  ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  ｆｉｌｍ：１４２０）及び第１オミック接触電極１４１０物質を形成する工程と次の熱処理などの後工程を行う。
【０１０３】
より詳細に説明すると、第１ウェハの後工程ステップＳ６７０では、多層発光構造体薄膜７２０であるバッファ層またはｎ型半導体クラッド層の上部に第１オミック接触電極物質の蒸着及び熱処理工程を経て熱的に安定した第１オミック接触電極１４１０を形成し、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、または各種電気絶縁性物質のうちの少なくとも一つを用いて上記グループ３−５族窒化物系半導体素子の表面または側面を電気的に完全に保護するパシベーション薄膜１４２０を形成する。
【０１０４】
第１オミック接触電極１４１０はＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｌａ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、ＮｉＣｒ、ＰｄＣｒ、ＣｒＰｔ、ＮｉＴｉ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、希土類金属及び合金、金属性シリサイド、半導体性シリサイド、ＣＮＴＮｓ、透明伝導性酸化物、透明伝導性窒化物のうちの少なくとも一つを含む物質で形成することが好ましい。
【０１０５】
選択支持基板の分離ステップＳ６８０では、レーザリフトオフ工程や化学的エッチング工程などを用いて第２ウェハ１００２から選択支持基板９１０を分離する。
【０１０６】
図１５は、第２ウェハ１００２から選択支持基板９１０が分離された結果物の断面図を示すものである。
【０１０７】
選択支持基板９１０が光学的に透明である場合は、選択支持基板９１０を分離するために、犠牲層として用いられる物質に応じて適正な吸収波長帯を有するレーザビームを透明な選択支持基板９１０の裏面に照射すると、上述したサファイア基板の分離の場合と同様に、犠牲層９２０と透明な選択支持基板９１０との間の界面でレーザ吸収が強く起き、これにより界面に存在する犠牲層９２０物質の熱化学分解反応または機械的衝撃による剥離（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）により選択支持基板９１０が分離される。この場合、空気に露出される犠牲層９２０の残留物をＨ２ＳＯ４、ＨＣｌ、ＫＯＨ、ＢＯＥを始めとして各種酸、塩基、塩溶液で、３０℃乃至２００℃の温度で処理するステップを含むことが好ましい。
【０１０８】
また上記のレーザリフトオフ工程以外に、追加的に機械-化学的研磨と次いでの湿式エッチングにより選択支持基板９１０を完全に除去することができる。このとき、犠牲層９２０として用いられる物質としては、窒素または酸素と結合した単結晶、多結晶または非晶質状の化合物があるが、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＺｎＯ、ＩｎＮ、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＢｅＭｇＯ、ＭｇＺｎＯ、ＴｉＮ、ＶＮ、ＣｒＮ、ＴａＮなどを例として挙げることができる。
【０１０９】
また、犠牲層９２０としては化学的エッチング工程により選択支持基板９１０を分離して除去できる金属、合金、固溶体、酸化物、窒化物または高温性有機物も用いることができる。この場合、犠牲層９２０を除去することにより選択支持基板９１０が自然に分離されるので、別途のレーザリフトオフ工程などを行う必要がない。
【０１１０】
金属ホイル８１０と金属厚膜１０１０ａ，１０１０ｂで構成されたヒートシンク支持台（図１７の１７１０参照）の厚さが構造的に安定になるに十分な厚さである場合は、別途の支持台ボンディング工程なしで、次の単一チップ製作ステップＳ６９０を行ってもかまわない。しかし、ヒートシンク支持台１７１０の厚さが構造的に不安定になる、不十分な厚さである場合は、図面には示されていないが、金属、合金、または電気伝導性接着剤からなる別途のボンディング層を形成し、当該別途のボンディング層を用いて必要な厚さだけの補助支持台をヒートシンク支持台１７１０にボンディングした後に単一チップの製作ステップＳ６９０を行うことが好ましい。このとき、補助支持台は熱的または電気的に優れた伝導性を有するＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ、ＢｅＯなどの単結晶または多結晶ウェハ、またはＭｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、ＮｉＷなどの金属ホイル、またはＣｕ/Ｍｏ/Ｃｕ、Ｃｕ/Ｗ/Ｃｕ、Ｎｉ/Ｍｏ/Ｎｉ、Ｃｕ/Ｔｉ/Ｃｕ、Ｃｕ/ＡｌＮ/Ｃｕ、Ｃｕ/Ａｌ２Ｏ３/Ｃｕ、Ｃｕ/ＧａＡｓ/Ｃｕ、Ｃｕ/Ｓｉ/Ｃｕなどのラミネイト構造などで形成されることができる。
【０１１１】
また、予め有機または無機ボンディング物質で臨時支持基板を第１ウェハ１００１の表面にボンディングした後に、選択支持基板の分離ステップＳ６８０を行うこともできる。
【０１１２】
単一チップの製作ステップＳ６９０では、上記のボンディングステップＳ６４０から選択支持基板の分離ステップＳ６８０まで行なって得られた結果物を垂直方向に切断して単一チップを製作する。
【０１１３】
図１６は、単一チップを製造するステップを示す断面図である。
【０１１４】
図１６を参照すると、単一チップ形態にアイソレーションされた側面ペイベイション薄膜１４２０間をレーザ切断（ｌａｓｅｒ  ｓｃｒｉｂｉｎｇ）またはソーイング（ｓａｗｉｎｇ）などの機械的切断工程を用いて単一チップを完成する。このとき、グループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜７２０内の微細なクラックを始めとして機械的衝撃と上記レーザ切断やソーイング工程から発生する多量の熱により劣化（ｔｈｅｒｍａｌ  ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）することがあり、この問題は本発明による半導体発光素子に備えられた金属ホイル８１０や第１、第２金属厚膜１０１０ａ，１０１０ｂが衝撃を吸収し、熱を放出することにより、充分に緩和されることができる。
【０１１５】
図１７は、最終的に完成された単一チップ形態の垂直構造半導体発光素子の断面を示すものである。
【０１１６】
図１７を参照すると、最終的に完成された半導体発光素子は垂直構造を有し、２つの金属厚膜１０１０ａ，１０１０ｂと金属ホイル８１０で構成されたヒートシンク支持台１７１０がグループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体の上部に構造的に安定に形成されている。
【０１１７】
（垂直構造半導体発光素子ＩＩ）
図５及び図１７には２つの金属厚膜と金属ホイルで構成されたヒートシンク支持台５１０、１７１０が示されているが、２つの金属厚膜のうち一つだけが存在してもよい。このような構造を有する半導体発光素子の例は、図１８及び図１９に示されている。
【０１１８】
図１８は、本発明による垂直構造半導体発光素子の他の実施例を示す断面図である。
【０１１９】
図１８に示された垂直構造半導体発光素子１８００は、第１金属厚膜１０１０ａが形成されなく、金属ホイル８１０の下部面に第２金属厚膜１０１０ｂがボンディング層１０２０ｂ１，１０２０ｂ２によりボンディングされて構成されたヒートシンク支持台１８１０を備えることを特徴とする。
【０１２０】
したがって、本実施例による半導体発光素子１８００は、概略的に、第２金属厚膜１０１０ｂ-金属ホイル８１０-多層発光構造体薄膜７２０の垂直構造となっている。
【０１２１】
図１８に示された垂直構造半導体発光素子を製造する方法においても、原則的には図６に示された製造方法をそのまま用いることができる。但し、第１ウェハの準備ステップＳ６１０で第１金属厚膜１０１０ａを形成しない。
【０１２２】
図１９は、本発明による垂直構造半導体発光素子のまた他の実施例を示す断面図である。
【０１２３】
図１９に示された垂直構造半導体発光素子１９００は第２金属厚膜１０１０ｂが形成されなく、金属ホイル８１０の上部面に第１金属厚膜１０１０ａがボンディング層１０１０ａ１，１０２０ａ２によりボンディングされて構成されたヒートシンク支持台１９１０を備えることを特徴とする。
【０１２４】
したがって、本実施例による半導体発光素子１９００は、概略的に、金属ホイル８１０-第１金属厚膜１０１０ａ-多層発光構造体薄膜７２０の垂直構造となっている。
【０１２５】
図１９に示された垂直構造半導体発光素子を製造する方法においても、原則的には図６に示された製造方法をそのまま用いることができる。但し、第２ウェハの準備ステップＳ６２０で第２金属厚膜１０１０ａを形成しないか、ウェハ対ウェハボンディングの後に、選択支持基板９１０を分離する際に第２金属厚膜１０１０ａまで除去することにより、製造することが可能である。第２金属厚膜１０１０ａの除去は、図４のパターニングされた支持基板を適切に用いると、物理的または化学的エッチング方法により行われることができる。
【０１２６】
上述したように、本発明による支持基板、垂直構造を有する垂直構造半導体発光素子、その製造方法などは他の分野に容易に適用できる。特に、サファイア基板の上部にグループ３−５族窒化物系半導体を成長させることにより製作されるホモエピタキシャルグループ３−５族窒化物系半導体成長基板、グループ３−５族窒化物系半導体からなる多層発光構造体薄膜を用いた垂直構造のレーザダイオード及びトランジスターなどを含む各種光電子素子にも応用が可能である。
【０１２７】
以上では本発明の実施例を中心に説明したが、当業者の水準で多様な変更や変形を加えることができる。このような変更と変形が本発明の範囲を逸脱しない限り、本発明に属するものといえる。したがって本発明の権利範囲は、以下に記載される特許請求の範囲によって判断されるべきである。
【図１】
2011528500.tif 000003
【図２（ａ）】
2011528500.tif 000004
【図２（ｂ）】
2011528500.tif 000005
【図３（ａ）】
2011528500.tif 000006
【図３（ｂ）】
2011528500.tif 000007
【図４（ａ）】
2011528500.tif 000008
【図４（ｂ）】
2011528500.tif 000009
【図４（ｃ）】
2011528500.tif 000010
【図４（ｄ）】
2011528500.tif 000011
【図４（ｅ）】
2011528500.tif 000012
【図４（ｆ）】
2011528500.tif 000013
【図５】
2011528500.tif 000014
【図６】
2011528500.tif 000015
【図７（ａ）】
2011528500.tif 000016
【図７（ｂ）】
2011528500.tif 000017
【図７（ｃ）】
2011528500.tif 000018
【図８】
2011528500.tif 000019
【図９】
2011528500.tif 000020
【図１０（ａ）】
2011528500.tif 000021
【図１０（ｂ）】
2011528500.tif 000022
【図１０（ｃ）】
2011528500.tif 000023
【図１１】
2011528500.tif 000024
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2011528500.tif 000032
【国際調査報告】
2011528500.tif 000033
2011528500.tif 000034
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