(57)【要約】側面方向への光抽出効率を向上させることのできる半導体発光素子及びその製造方法が開示される。上記半導体発光素子は、サファイア基板と、及び上記サファイア基板の上面に積層され、光を生成する活性層を含む複数の窒化物エピタキシャル層からなる発光構造物を含み、上記発光構造物の少なくとも一側面が上記サファイア基板の上面と鋭角を形成する傾斜面に形成される。上記半導体発光素子の一部の実施形態において、上記サファイア基板の側面にはレーザー照射によって水平方向に改質領域が形成されることができる。【選択図】図１
2014517543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板と、
前記サファイア基板の上面に積層され、光を生成する活性層を含む複数の窒化物エピタキシャル層からなる発光構造物とを含み、
前記発光構造物の少なくとも一側面が前記サファイア基板の上面と鋭角を形成する傾斜面に形成されたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記サファイア基板の上面は、凸凹パターンが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記傾斜面に形成された前記発光構造物の側面は、垂直方向に形成された溝を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記サファイア基板の少なくとも一側面には、水平方向に形成された帯状を有する少なくとも一つ以上の改質領域が形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記改質領域は、
前記半導体発光素子の上部または下部から水平方向に沿って所定の間隔離隔して照射されるレーザーによって形成されたことを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記改質領域は、
前記窒化物構造物が形成された基板の上面から少なくとも３０μｍ離隔した位置に形成されたことを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記改質領域が複数個形成される場合、各改質領域間の間隔は４０〜９０μｍ離隔して形成されたことを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記レーザーは、赤外線ソースを用いたフェムト秒またはピコ秒パルスレーザーであることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記発光構造物は、前記サファイア基板の上面から順次に積層されたｎ型窒化物半導体層、前記活性層、ｐ型窒化物半導体層及び前記ｎ型窒化物半導体層の上面の一部を露出するように、前記発光構造物の側面から離隔して形成された溝を含み、
前記溝によって露出されたｎ型窒化物半導体層の上面に形成されたｎ側電極をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
サファイア基板の上面に光を生成する活性層を含む複数の窒化物エピタキシャル層からなる発光構造物を形成し、
前記発光構造物の一部領域を除去して前記サファイア基板の一部領域を露出し、及び
前記サファイア基板の露出された領域によって形成された前記発光構造物の側面をウェットエッチングして、前記サファイア基板の上面と鋭角を形成する傾斜面を形成する、
ことを含む半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記サファイア基板を個別の素子単位で分割して個別の半導体発光素子を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記個別の半導体発光素子を形成することは、
前記サファイア基板の内部の少なくとも一つの高さにフォーカシングされたレーザーを、前記サファイア基板の上面または下面から個別の素子の分離面に沿って所定の間隔離隔させて複数回照射して前記サファイア基板を分割することを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記レーザーのフォーカシング高さは、
前記複数の窒化物エピタキシャル層が形成された前記サファイア基板の上面から少なくとも３０μｍ離隔した位置であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記レーザーのフォーカシングの高さが複数の場合、各フォーカシングの高さの間の間隔は、４０〜９０μｍ離隔して形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記レーザーは、赤外線ソースを用いたフェムト秒またはピコ秒パルスレーザーであることを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記サファイア基板の上面は、凸凹パターンが形成されたことを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記除去することは、
前記発光構造物の一部領域をドライエッチングまたはレーザー照射により除去することを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記発光構造物を形成することは、前記サファイア基板の上面から、順次に、ｎ型窒化物半導体層、前記活性層及びｐ型窒化物半導体層を積層して前記発光構造物を形成し、
前記ｎ型窒化物半導体層の上面の一部を露出するように、前記発光構造物の側面から離隔した領域の前記活性層及び前記ｐ型窒化物半導体層の一部を除去して溝を形成し、及び
前記溝によって露出されたｎ型窒化物半導体層の上面にｎ側電極を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体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、半導体発光素子に関するもので、さらに詳しくは、側面方向の光抽出効率に優れ、基板切断が容易である半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体発光素子（例えば、３族窒化物半導体ＬＥＤまたはレーザーダイオード等）が開発された後、ディスプレイ用バックライト、カメラ用フラッシュ、照明など、多様な分野において窒化物半導体発光素子が次世代の主な光源として注目されている。窒化物半導体発光素子の適用分野が拡大されることによって、輝度と発光効率を増大させるための試みも進んでいる。
【０００３】
一般に、半導体発光素子は、発光効率を増加させるために、内部量子効率と光抽出効率を向上させることが求められる。内部量子効率は、エピタキシャル成長及び基板の構造設計による特性と関係があり、光抽出効率は、エピタキシャル成長及び工程技術によって最適化することができる。
【０００４】
特に、半導体発光素子の光抽出効率は、素子内部の活性層から発生した光が外部の屈折率の差によって全反射されて吸収または消滅したり、内部結晶欠陥にて吸収されて熱エネルギーに変換される現象によって、向上させることが困難であった。屈折法則（Ｓｎｅｌｌ’ｓ  ｌａｗ）によって光が屈折率の異なる２つの媒質の間を進むことのできる臨界角が決められるが、窒化物系半導体物質の場合、その屈折率が２.５程と大きい値を有するため、活性層から生成された光が素子の外部へ放出できる臨界角は、およそ２３°と非常に限定的である。従って、通常、半導体発光素子において臨界角より大きい角度で素子の境界面に入射する光は、素子内部で吸収されるまで全反射され続いて熱エネルギーに変わるため、光抽出効率は３０〜４０％前後と低い。
【０００５】
したがって、当技術分野では半導体発光素子の光抽出効率を向上させることのできる多様な手法の研究開発が進んでいる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、側面方向への光抽出効率を向上させることのできる半導体発光素子を提供することを、解決しようとする技術的課題とする。
【０００７】
また、本発明は、上記半導体発光素子の製造方法を提供することを、解決しようとする技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記技術的課題を解決するための手段として、本発明は、サファイア基板と、及び上記サファイア基板の上面に積層され光を生成する活性層を含む複数の窒化物エピタキシャル層からなる発光構造物を含み、上記発光構造物の少なくとも一側面が上記サファイア基板の上面と鋭角を形成する傾斜面に形成されたことを特徴とする半導体発光素子を提供する。
【０００９】
本発明の一実施形態において、上記サファイア基板の上面は、凸凹パターンが形成されることができる。
【００１０】
本発明の一実施形態において、上記傾斜面に形成された上記発光構造物の側面は、垂直方向に形成された溝（ｇｒｏｏｖｅｓ）を含むことができる。
【００１１】
本発明の一実施形態において、上記サファイア基板の少なくとも一側面には、水平方向に形成された帯状を有する少なくとも一つ以上の改質領域が形成されることができる。この実施形態において、上記改質領域は、上記半導体発光素子の上部または下部から水平方向に沿って所定の間隔離隔して照射されるレーザーによって形成されることができる。また、この実施形態において、上記窒化物構造物が形成された基板の上面から少なくとも３０μｍ離隔した位置に形成されることができる。また、この実施形態において、上記改質領域が複数個形成される場合、各改質領域間の間隔は４０〜９０μｍ離隔して形成されることができる。また、この実施形態において、上記レーザーは、赤外線ソースを用いたフェムト秒またはピコ秒パルスレーザーであることができる。
【００１２】
本発明の一実施形態において、上記発光構造物は、上記サファイア基板の上面から順次に積層されたｎ型窒化物半導体層、上記活性層、ｐ型窒化物半導体層及び上記ｎ型窒化物半導体層の上面の一部を露出するように上記発光構造物の側面から離隔して形成された溝を含むことができる。この実施形態は、上記溝によって露出されたｎ型窒化物半導体層の上面に形成されたｎ側電極をさらに含むことができる。
【００１３】
上記技術的課題を解決するための他の手段として、本発明は、サファイア基板の上面に光を生成する活性層を含む複数の窒化物エピタキシャル層からなる発光構造物を形成し、上記発光構造物の一部領域を除去して上記サファイア基板の一部領域を露出し、及び上記サファイア基板の露出された領域によって形成された上記発光構造物の側面をウェットエッチングして、上記サファイア基板の上面と鋭角を形成する傾斜面を形成すること、を含む半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００１４】
本発明の一実施形態において、上記サファイア基板を個別の素子単位に分割して個別の半導体発光素子を形成することをさらに含むことができる。この実施形態において、上記個別の半導体発光素子を形成することは、上記サファイア基板の内部の少なくとも一つの高さにフォーカシングされたレーザーを、上記サファイア基板の上面または下面から個別の素子の分離面に沿って所定の間隔を離し、複数回照射して上記サファイア基板を分割することであることができる。この実施形態において、上記レーザーのフォーカシング高さは、上記複数の窒化物エピタキシャル層が形成された上記サファイア基板の上面から少なくとも３０μｍ離隔した位置であることができる。また、この実施形態において、上記レーザーのフォーカシング高さが複数の場合、各フォーカシング高さの間の間隔は４０〜９０μｍ離隔して形成されることができる。また、この実施形態において、上記レーザーは、赤外線ソースを用いたフェムト秒またはピコ秒パルスレーザーであることができる。
【００１５】
本発明の一実施形態において、上記サファイア基板の上面は、凸凹パターンが形成されることができる。
【００１６】
本発明の一実施形態において、上記除去することは、上記発光構造物の一部領域をドライエッチングまたはレーザー照射によって除去することであることができる。
【００１７】
本発明の一実施形態において、上記発光構造物を形成することは、上記サファイア基板の上面から順次に、ｎ型窒化物半導体層、上記活性層及びｐ型窒化物半導体層を積層して上記発光構造物を形成することであることができる。この実施形態は、上記ｎ型窒化物半導体層の上面の一部を露出するように、上記発光構造物の側面から離隔した領域の上記活性層及び上記ｐ型窒化物半導体層の一部を除去して溝を形成すること及び上記溝によって露出されたｎ型窒化物半導体層の上面にｎ側電極を形成することをさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、半導体発光素子の発光構造物の側面を傾斜面に形成することで、発光構造物の側面方向に光抽出効率を向上させることができるという効果がある。特に、発光構造物の側面に垂直方向の溝（ｇｒｏｏｖｅｓ）を形成することによって光抽出効率をさらに向上させることができるという効果がある。
【００１９】
また、本発明によると、半導体発光素子のサファイア基板の側面に凸凹を提供する改質領域が形成されることによって、基板の側面でも光抽出効率を向上させることができるという効果がある。
【００２０】
また、本発明によると、レーザー照射の高さを多様に決定して厚いサファイア基板も容易に分離できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態による半導体発光素子の斜視図である。
【図２】図１に図示された半導体発光素子の一側面を図示した側面図である。
【図３】本発明の多様な実施形態による半導体発光素子の一側面を図示した側面図である。
【図４】本発明の多様な実施形態による半導体発光素子の一側面を図示した側面図である。
【図５ａ】本発明の一実施形態による半導体発光素子のサファイア基板に形成された改質領域の形成例を図示した図面である。
【図５ｂ】本発明の一実施形態による半導体発光素子のサファイア基板に形成された改質領域の形成例を図示した図面である。
【図５ｃ】本発明の一実施形態による半導体発光素子のサファイア基板に形成された改質領域の形成例を図示した図面である。
【図５ｄ】本発明の一実施形態による半導体発光素子のサファイア基板に形成された改質領域の形成例を図示した図面である。
【図６ａ】本発明の一実施形態による半導体発光素子の製造方法を図示した断面図である。
【図６ｂ】本発明の一実施形態による半導体発光素子の製造方法を図示した断面図である。
【図６ｃ】本発明の一実施形態による半導体発光素子の製造方法を図示した断面図である。
【図６ｄ】本発明の一実施形態による半導体発光素子の製造方法を図示した断面図である。
【図６ｅ】本発明の一実施形態による半導体発光素子の製造方法を図示した断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による半導体発光素子の一側面に対する電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。
【図８ａ】本発明の一実施形態による半導体発光素子を電子顕微鏡で撮影した平面写真である。
【図８ｂ】本発明の一実施形態による半導体発光素子を電子顕微鏡で撮影した平面写真である。
【図９】本発明の一実施形態による半導体発光素子の発光構造物の側面を電子顕微鏡で撮影した写真である。
【図１０ａ】本発明の一実施形態による半導体発光素子と通常の半導体発光素子の発光分布を比較した写真である。
【図１０ｂ】本発明の一実施形態による半導体発光素子と通常の半導体発光素子の発光分布を比較した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態をより詳しく説明する。本発明の実施形態は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が、本発明をより明確に理解するために提供されるものである。また、本発明を説明するにおいて、定義される用語は、本発明における機能を考慮して定義されたものであって、これは当分野における技術者の意図または使用法などによって変わることがあるため、本発明の技術的構成要素を限定する意味として理解されてはならない。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態による半導体発光素子の斜視図であり、図２は、図１に図示された実施形態による半導体発光素子の一側面を図示した側面図である。
【００２４】
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態による半導体発光素子は、サファイア基板１０と、上記サファイア基板の上面に形成された発光構造物１１と、を含んで構成される。
【００２５】
上記サファイア基板１０は、その上に成長される窒化物エピタキシャル層物質との格子整合を考慮して適用された基板である。サファイア基板は、六角‐ロンボ形（Ｈｅｘａ‐Ｒｈｏｍｂｏ  Ｒ３ｃ）対称性を有する結晶体であって、ｃ軸方向の格子定数が１３.００１Å、ａ軸方向には４．７５８Åの格子間距離を有し、Ｃ（０００１）面、Ａ（１１２０）面、Ｒ（１１０２）面などを有する特徴がある。このようなサファイア基板のＣ面の場合、比較的に窒化物薄膜の成長が容易であり、高温で安定しているため、青色または緑色の発光素子用基板として主に使われる。
【００２６】
上記発光構造物１１は、上記サファイア基板１０の上面に積層され、光を生成する活性層１１２を含む複数の窒化物エピタキシャル層からなる発光構造物を含むことができる。本発明の一実施形態による半導体発光素子は、上記発光構造物１１の少なくとも一つの側面Ｌが上記サファイア基板１０の上面と鋭角を形成する傾斜面に形成されるように、構成される。
【００２７】
このように、発光構造物１１の側面が基板１０の上面と鋭角を形成する傾斜面に形成されることで、発光構造物１１の内部からその側面に入射する光の入射角を、屈折法則によって決定される外部放出のための臨界角より小さく形成されるようにすることができる。これによって、発光構造物１１の側面方向に放出される光の量を増加させて光抽出効率を向上させることができる。
【００２８】
上記発光構造物１１は、ｎ型窒化物半導体層１１１と活性層１１２とｐ型窒化物半導体層１１３とを含む。
【００２９】
上記ｎ型窒化物半導体層１１１は、ｎ型のＡｌｘＩｎｙＧａ１‐ｘ‐ｙＮ（０ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ１）で形成され、ｎ型不純物でドーピングされた窒化物半導体からなることができる。例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮのような窒化物半導体にＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、ＴｅまたはＣなどのような不純物がドーピングされる。
【００３０】
上記活性層１１２は、電子及び正孔が再結合して光が放出される領域であって、上記活性層１１２をなす物質の種類によって抽出される光の波長が決められる。このような上記活性層１１２は、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有するか、単一量子井戸構造を有することができるが、障壁層と井戸層は一般式 ＡｌｘＩｎｙＧａ１‐ｘ‐ｙＮ（０ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ１）で示される２元乃至４元化合物半導体層であって、例えば、ＩｎＧａＮ層を井戸層にして、ＧａＮ層を障壁層に成長させて多重量子井戸構造（ＭＱＷ）に形成される。
【００３１】
上記ｐ型窒化物半導体層１１３は、ｐ型ＡｌｘＩｎｙＧａ１‐ｘ‐ｙＮ（０ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ１）で形成されるが、ｐ型不純物でドーピングされた半導体物質からなることができる。例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮのような窒化物半導体にＭｇ、ＺｎまたはＢｅなどのような不純物がドーピングされる。
【００３２】
一般に、半導体発光素子は、駆動電圧の認可及び駆動電流の流入のために、ｎ型窒化物半導体層及びｐ型窒化物半導体層にそれぞれ電気的に連結されるｎ側電極１１４及びｐ側電極１１５を含むことができる。水平構造の半導体発光素子において、ｎ側電極は主に活性層１１２及びｐ型窒化物半導体層１１３の一部を除去して露出されるｎ型窒化物半導体上に形成される。
【００３３】
本発明の一実施形態では、発光構造物１１は、上記ｎ型窒化物半導体層の上面の一部を露出するように、上記発光構造物の側面から離隔して形成された溝Ｈを含むことができる。ｎ側電極１１４は、上記溝Ｈによって露出されたｎ型窒化物半導体層１１１の上面に形成されることができる。上記溝Ｈは、ｎ側電極を備えるための領域を形成するためのもので、傾斜面に形成された側面から離隔して形成することで、傾斜面に形成された側面の変形を伴わなくなる。その結果として、側面を傾斜面に形成することによって獲得できる光抽出効率向上の効果を減少させることを防ぐことができる。
【００３４】
図３及び図４は、本発明の多様な実施形態による半導体発光素子の一側面を図示した側面図である。
【００３５】
図３の実施形態は、発光構造物１１の側面のうちサファイア基板１０に近い下部領域に傾斜面Ｌを形成した実施形態を図示し、図４の実施形態は、サファイア基板１０の上面に凸凹パターン１０３を形成した実施形態を図示する。
【００３６】
図３の実施形態は、発光構造物１１の側面をサファイア基板１０の上面と鋭角を形成する傾斜面に形成する場合、活性層１１２から生成された光のうち活性層１１２の下部のｎ型窒化物半導体層１１１に向かう光に対する入射角の減少効果がより大きいという点を考慮したものである。
【００３７】
また、図４の実施形態は、サファイア基板１０の上面に形成された凸凹パターン１０３によって活性層１１２から生成された光を散乱させることで、光が発光素子の外部へ放出される確率を増加させて光抽出効率を向上させるためのものである。図４の実施形態の場合、サファイア基板１０の上面に形成された凸凹パターン１０３によってサファイア基板１０側に近い発光構造物に相対的に多いディフェクト（ｄｅｆｅｃｔ）が生じてしまう。このようなディフェクトによって分子結合構造が頑固ではなくなるため、発光構造物１１の側面に傾斜面を形成するウェットエッチング工程でサファイア基板１０に近い領域のエッチングされる量がさらに大きくなって傾斜度が増加することになる。また、凸凹パターン１０３が形成された領域とそうでない領域との間のエッチング量の差によって、発光構造物１１の側面の傾斜面には垂直方向に複数個の溝（ｇｒｏｏｖｅ）が形成されることができる。このような溝（ｇｒｏｏｖｅ）によって発光構造物１１の側面方向への光抽出効率はさらに向上することができる。
【００３８】
一方、図１乃至図４に図示された実施形態において、サファイア基板１０の側面には少なくとも一つの改質領域１０１、１０２が形成される。
【００３９】
上記改質領域１０１、１０２は、ウェーハ状態のサファイア基板を切開する過程において、ウェーハの内部の所定高さに水平方向に沿って照射されるレーザーによって形成されることができる。すなわち、図１乃至図４において、改質領域１０１、１０２は、ウェーハ状態のサファイア基板の上部または下部から該当高さにフォーカシングされて水平方向に沿って複数回照射されて形成される。
【００４０】
上記サファイア基板１０の内部にフォーカシングされて照射されるレーザーは、赤外線ソースを用いたフェムト秒（ｆｅｍｔｏ‐ｓｅｃｏｎｄ）パルスレーザーまたはピコ秒（ｐｉｃｏ‐ｓｅｃｏｎｄ）パルスレーザーであることができる。この赤外線ソースを用いたフェムト秒（ｆｅｍｔｏ‐ｓｅｃｏｎｄ）パルスレーザーまたはピコ秒（ｐｉｃｏ‐ｓｅｃｏｎｄ）パルスレーザーは、赤外線ソースレーザーに比べてフィルターを少なく使用して済むことによって、さらに強力な内部加工が可能であり、短い時間で非熱加工ができるため、素子の損傷を減少させることができる。
【００４１】
上記レーザーは、ウェーハ状態のサファイア基板を分割して個別の素子を形成する過程において、個別の素子の分離面に照射されるものである。レーザー照射後に個別の素子の分離過程が行われると、分離面に改質領域１０１、１０２を形成することができる。
【００４２】
上記改質領域１０１、１０２は、素子の水平方向に沿って所定の間隔に行われるレーザー照射により基板の側面に水平方向に帯状を有するように形成される。
【００４３】
このような改質領域１１１、１１２は、サファイア基板１０の側面に凸凹を形成することで、サファイア基板１０の内部から外部へ放出される光の内部全反射を減少させて素子の側面方向への光抽出効率を向上させることができる。
【００４４】
上記改質領域１０１、１０２の数は、サファイア基板１０の厚さによって様々に決定される。
【００４５】
図５ａ〜図５ｄは、本発明の一実施形態による半導体発光素子のサファイア基板に形成される改質領域の形成例を図示した図面である。
【００４６】
図５ａ及び図５ｂに図示したように、全体の厚さが１５０μｍの素子では、サファイア基板１０の下面から７０μｍの高さにフォーカスを合わせてレーザーを照射して一つの改質領域１０１を形成したり、サファイア基板１０の下面から４０μｍの高さ及び１００μｍの高さにフォーカスを合わせてレーザーを照射して二つの改質領域１０１、１０２を形成することができる。
【００４７】
また、図５ｃに図示したように、全体の厚さが１８０μｍの素子では、サファイア基板１０の下面から４０μｍ、９０μｍ及び１４０μｍの高さにそれぞれフォーカスを合わせてレーザーを照射して３つの改質領域１０１、１０２、１０３を形成することができる。
【００４８】
また、図５ｄに図示したように、全体の厚さが２００μｍの素子では、サファイア基板１０の下面から４０μｍ、１１０μｍ及び１６０μｍの高さにそれぞれフォーカスを合わせてレーザーを照射して３つの改質領域１０１、１０２、１０３を形成することができる。
【００４９】
このように、本発明の一実施形態は、レーザーが照射される位置を適切に調整して改質領域を形成することによって、多様な厚さを有する素子の分離に適用されることができる。この過程において、サファイア基板１０の上面に形成された発光構造物１１の損傷を防ぐために、上記改質領域は、上記発光構造物１１が形成されたサファイア基板１０の上面から少なくとも３０μｍ離隔した位置に形成されることが好ましい。また、サファイア基板の分離の容易性及びレーザー照射回数の効率性を考慮して、複数個の改質領域を形成する場合に、各改質領域間の間隔は４０〜９０μｍ離隔して形成されることが好ましい。
【００５０】
図６ａ乃至図６ｅは、本発明の一実施形態による半導体発光素子の製造方法を図示した断面図である。
【００５１】
まず、本発明の一実施形態による半導体発光素子の製造方法は、図６ａに図示されたように、サファイア基板１０の上面に、順次に、ｎ型窒化物半導体層１１１、活性層１１２及びｐ型窒化物半導体層１１３を積層して発光構造物１１を形成することから始まる。図６ａ乃至図６ｅは、上面に凸凹パターン１０３のサファイア基板１０を使用する例を図示したが、本発明はこれに限定されない。
【００５２】
次に、図６ｂに図示したように、発光構造物１１の一部領域Ｄを除去してサファイア基板１０の一部領域を露出させることができる。上記発光構造物１１の除去される領域Ｄは、個別の単位素子に分離するための領域になり得る。この発光構造物１１の一部領域を除去する過程は、ドライエッチングまたはレーザー照射などの技法を用いて発光構造物１１を除去する過程である。
【００５３】
続いて、図６ｃに図示したように、上記サファイア基板１０の露出された 領域によって形成された上記発光構造物１１の側面をウェットエッチングして、上記サファイア基板の上面と鋭角を形成する傾斜面を形成することができる。このウェットエッチング過程では、水酸化物（例えば、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウム）及び酸系列の物質（例えば、硫黄酸、リン酸、窒酸及びこれらの混合物）をエッチャントとして利用することができる。このようなウェットエッチング技法を適用することで、分子結合構造が比較的不安定なサファイア基板に近い領域の発光構造物から多量のエッチングが行われ、基板から離れるほどエッチング量が減少することで、発光構造物の側面に傾斜面が形成される。
【００５４】
続いて、個別単位の素子に分離するために、図６ｄに図示したように、サファイア基板１０の内部の特定の領域Ｐにフォーカシングされたレーザーを照射することができる。図６ｄに図示された過程は、上記サファイア基板１０の内部の少なくとも一つの高さＰにフォーカシングされたレーザーを、上記サファイア基板１０の上面または下面から個別の素子の分離面に沿って所定の間隔離隔させて複数回照射して上記サファイア基板を分割することで実行される。このようなサファイア基板１０の内部にフォーカシングされたレーザー照射によって、前述の改質領域が個別単位素子のサファイア基板の側面に形成される。
【００５５】
前述の図６ａ乃至図６ｄの過程の後、図６ｅに図示したように、サファイア基板１０の側面に改質領域１０１、１０２が形成され、発光構造物１１の側面がサファイア基板１０の上面と鋭角を形成する傾斜面に完成することができる。
【００５６】
一方、図示してはいないが、本発明の一実施形態による半導体発光素子の製造方法は、各個別単位の素子のｎ側電極及びｐ側電極を形成する過程をさらに含んでもよい。
【００５７】
例えば、図６ｄに図示された工程によってサファイア基板１０を個別単位の素子に分離する前に、電極が形成されてもよい。特に、ｎ側電極の形成過程は、ｎ型窒化物半導体層１１１の上面の一部を露出するように、発光構造物の側面から離隔した領域の活性層１１２及びｐ型窒化物半導体層１１３の一部を除去して溝（図１乃至図４のＨ）を形成することと、上記溝によって露出されたｎ型窒化物半導体層１１１の上面にｎ側電極（図１乃至図４の１１４）を形成することを含んでもよい。
【００５８】
以下では、本発明の一実施形態による半導体発光素子の実際の写真を通じて本発明の作用効果を説明する。
【００５９】
図７は、本発明の一実施形態による半導体発光素子の一側面に対する電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。
【００６０】
図７において、参照符号１０は基板であり、１１は発光構造物であり、１０１は改質領域である。前述のように、改質領域１０１は、赤外線ソースを用いたフェムト秒レーザーまたはピコ秒レーザーを基板１０の上面または下面から水平方向に沿って所定の間隔で複数回照射して形成されたものである。図７において参照符号Ｒで表示された部分は、レーザーが直接照射された領域を示し、このようなレーザー照射領域の周りにレーザーのエネルギーを吸収してサファイアの物性が変質する改質領域が形成される。レーザーの照射によって基板の内部に形成された改質領域は、個別の素子に分離した後、個別の素子の側面に露出される。この改質領域が有する無作為の凸凹形状は、素子の内部から改質領域に入射される光が入射する角度を変形して内部全反射を減少させ、これによってサファイア基板の側面の光抽出効率が向上する。
【００６１】
図８ａ及び図８ｂは、本発明の一実施形態による半導体発光素子を電子顕微鏡で撮影した平面写真であり、図９は、本発明の一実施形態による半導体発光素子の発光構造物の側面を電子顕微鏡で撮影した写真である。
【００６２】
図８ａ及び図８ｂ、図９に図示したように、発光構造物１１の側面は、ウェットエッチングによって傾斜面が形成されるだけでなく、エッチング量の差異によって不規則的な形状を有する垂直方向の溝が形成されることができる。このような溝によって発光構造物の側面は無作為の凸凹を含むことになり、このような凸凹によって、素子の内部から側面方向に入射される光が入射する角度を変形して内部全反射が減少し、側面の光抽出効率が向上する。
【００６３】
図１０ａ及び図１０ｂは、本発明の一実施形態による半導体発光素子と通常の半導体発光素子の発光分布を比較した写真である。
【００６４】
図１０ａに示されたように、本発明の一実施形態による半導体発光素子は、発光素子の側面から多量の光放出が行われることを確認することができる。これに対して、図１０ｂに図示された通常の半導体発光素子は、側面への光放出が非常に弱いことを確認することができる。
【００６５】
以上、説明したように、本発明の一実施形態は、半導体発光素子の発光構造物の側面を傾斜面に形成することで、発光構造物の側面方向に光抽出効率が向上する。特に、発光構造物の側面に垂直方向の溝が形成されることで、光抽出効率はさらに向上される。また、本発明の一実施形態は、半導体発光素子のサファイア基板の側面に改質領域による凸凹形成を通じて基板の側面にも光抽出効率が向上する。さらに、本発明の一実施形態ではサファイア基板を分離する過程において、レーザー照射の高さを様々に決定して厚いサファイア基板も容易に分離することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０：サファイア基板                    １０１、１０２：改質領域
１１：発光構造物                       １１１：ｎ型窒化物半導体層
１１２：活性層                          １１３：ｐ型窒化物半導体層
１１４：ｎ側電極                        １１５：ｐ側電極 
【図１】
2014517543.tif 000003
【図２】
2014517543.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
2014517543.tif 000007
【図５ｂ】
2014517543.tif 000008
【図５ｃ】
2014517543.tif 000009
【図５ｄ】
2014517543.tif 000010
【図６ａ】
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【図６ｂ】
2014517543.tif 000012
【図６ｃ】
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【図６ｄ】
2014517543.tif 000014
【図６ｅ】
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【図７】
2014517543.tif 000016
【図８ａ】
2014517543.tif 000017
【図８ｂ】
2014517543.tif 000018
【図９】
2014517543.tif 000019
【図１０ａ】
2014517543.tif 000020
【図１０ｂ】
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【国際調査報告】
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