(57)【要約】【課題】輝度及び素子の信頼性を向上させられる新たな構造のGaN発光ダイオードを提供する。【解決手段】第1コンタクトが形成された上面を有する第1導電型GaNクラッド層と、前記第1導電型GaNクラッド層の下面に形成された活性層と、前記活性層の下面に形成された第2導電型GaNクラッド層と、前記第2導電型GaNクラッド層に形成された導電性接着層と、前記導電性接着層の下面に形成され、第2コンタクトが形成された下面を有する導電性基板とを含むGaN発光ダイオードを提供する。本発明は前記垂直構造GaN発光ダイオードの製造方法も提供する。特に、前記方法においては、GaN単結晶面のダメージを防止できるサファイア基板の分離工程を提案する。本発明のGaN発光ダイオードによると、放熱効果と電流密度分布が向上し輝度が画期的に向上するばかりでなく、個々の素子に切断する工程がとても容易になる。特に、本発明において提案したサファイア基板の分離工程はGaN結晶面のダメージを防止でき、より優れた垂直構造GaN発光ダイオードが製造できるとの利点がある。【選択図】      図１
2005108863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1コンタクトが形成された上面を有する第1導電型GaNクラッド層と、
前記第1導電型GaNクラッド層の下面に形成された活性層と、
前記活性層の下面に形成された第2導電型GaNクラッド層と、
前記第2導電型GaNクラッド層に形成された導電性接着層と、
前記導電性接着層の下面に形成され、第2コンタクトが形成された下面と、
を有する導電性基板を含むGaN発光ダイオード。
【請求項２】
前記第2導電型GaNクラッド層と前記導電性接着層との間に形成され、導電性物質から成る反射層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のGaN発光ダイオード。
【請求項３】
前記反射層は、Au、Ni、Ag、Al及びそれらの合金で成るグループから選んだ物質から成ることを特徴とする請求項2に記載のGaN発光ダイオード。
【請求項４】
前記導電性基板は、シリコン、ゲルマニウム、及びGaAsを含むグループから選んだ物質から成ることを特徴とする請求項1に記載のGaN発光ダイオード。
【請求項５】
前記導電性接着層は、Au-Sn、Sn、In、Au-Ag及びPb-Snを含むグループから選んだ物質から成ることを特徴とする請求項1に記載のGaN発光ダイオード。
【請求項６】
前記第1導電型GaNクラッド層はn型不純物のドープされたGaN結晶層で、前記第2導電型クラッド層はp型不純物のドープされたGaN結晶層であることを特徴とする請求項1に記載のGaN発光ダイオード。
【請求項７】
サファイア基板上に、第1導電型GaNクラッド層、活性層及び第2導電型GaNクラッド層が順次に配置された発光構造物を形成する段階と、
前記発光構造物を所定の大きさに切断する段階と、
導電性接着層を用いて前記発光構造物の露出した上面に導電性基板を接合する段階と、
前記発光構造物から前記サファイア基板を除去する段階と、
前記第1導電型クラッド層の両面中前記サファイア基板の除去された面と前記導電性基板の露出した面に第1及び第2コンタクトを夫々形成する段階と、
前記第1及び第2コンタクトが形成された結果物を個々の発光ダイオードに切断する段階と、
を含むGaN発光ダイオードの製造方法。
【請求項８】
前記第2導電型GaNクラッド層上に導電性物質から成る反射層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載のGaN発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
前記反射層は、Au、Ni、Ag、Al及びそれらの合金で成るグループから選んだ物質から成ることを特徴とする請求項8に記載のGaN発光ダイオード。
【請求項１０】
前記発光構造物の露出した上面に導電性基板を接合する段階は、前記導電性基板の下面に前記導電性接着層を形成する段階と、前記導電性基板の前記下面と前記発光構造物の露出した上面とを接合する段階とで成ることを特徴とする請求項7に記載のGaN発光ダイオードの製造方法。
【請求項１１】
前記発光構造物の露出した上面に導電性基板を接合する段階は、前記発光構造物の露出した上面に前記導電性接着層を形成する段階と、前記導電性基板を前記発光構造物の上面に接合する段階とで成ることを特徴とする請求項７に記載のGaN発光ダイオードの製造方法。
【請求項１２】
前記サファイア基板を除去する段階は、前記サファイア基板の下部にレーザー光を照射して前記発光構造物から前記サファイア基板を分離する段階であることを特徴とする請求項7に記載のGaN発光ダイオードの製造方法。
【請求項１３】
前記発光構造物が切断される所定の大きさは、前記レーザー光による照射面積とほぼ同じか小さいことを特徴とする請求項12に記載のGaN発光ダイオードの製造方法。
【請求項１４】
前記発光構造物が切断される所定の大きさは、前記分離された発光構造物が夫々個々の発光ダイオードの大きさと一致し、前記個々の発光ダイオードに切断する段階は前記導電性基板を個々の発光ダイオードの大きさに切断することを特徴とする請求項12に記載のGaN発光ダイオードの製造方法。
【請求項１５】
前記導電性基板は、シリコン、ゲルマニウム及びGaAsを含むグループから選んだ物質から成ることを特徴とする請求項7に記載のGaN発光ダイオードの製造方法。
【請求項１６】
前記導電性接着層は、Au-Sn、Sn、In、Au-Ag及びPb-Snを含むグループから選んだ物質から成ることを特徴とする請求項7に記載のGaN発光ダイオードの製造方法。
【請求項１７】
前記第1導電型GaNクラッド層はn型不純物のドープされたGaN結晶層で、前記第2導電型クラッド層はp型不純物のドープされたGaN結晶層であることを特徴とする請求項7に記載のGaN発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は垂直構造GaN発光ダイオード及びその製造方法に関するもので、特に熱伝導性の低い絶縁性物質であるサファイア基板を取り除きシリコン基板のような導電性基板を装着することによって、輝度及び信頼性を向上させたGaN発光ダイオード及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発光ダイオード(light emission diode: LED)は電子と孔との再結合に基づき発光する半導体素子のことで、光通信、電子機器等において様々な形態の光源として汎用されている。 前記化合物中GaNは青色発光ダイオード素子を製造する化合物として脚光を浴びている。
【０００３】
前記発光ダイオードが発する光の周波数(或いは波長)は、用いる半導体材料のバンドギャップの関数である。小さいバンドギャップでは低いエネルギーとより長波長の光子を発し、より短波長の光子を発生させるためにはより広いバンドギャップを有する材料が要求される。
【０００４】
例えば、レーザーによく用いられるAlGaInP物質は、可視スペクトルの赤色部(600〜700nm)に当たる。それに比して、スペクトルの青色または紫外線波長の光を生成するためには、比較的大きいバンドギャップを有する半導体材料であるシリコンカーバイド(SiC)とＩＩＩ族窒化物系半導体、特にガリウムナイトライド(GaN)が挙げられる。 短波長LEDは色の他にも、光記録装置(optical storage)の貯蔵空間が増加するとの利点(赤色光に比して約4倍ほど増加可能)をも有する。
【０００５】
このような青色光のためのＩＩＩ族窒化物系化合物半導体中、GaNはその他ＩＩＩ族窒化物系と同様、バルク単結晶体を形成する実用可能な技術がない。従って、GaN結晶の成長に適した基板を使用しなければならない。こうしたGaN結晶のための成長基板としてはサファイア、即ちアルミニウムオキサイド(Al2O3)基板が代表的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、サファイア基板は、絶縁性基板を用いることからGaN系発光ダイオードの構造に多くの制約がかかる。図５に表す従来のGaN系発光ダイオードの構造に基づいて具体的に説明する。
【０００７】
図５は従来のGaN発光ダイオードの側断面図である。GaN発光ダイオード(10)はサファイア成長基板(11)とそのサファイア基板(11)上に形成されたGaN発光構造物(15)を含む。
【０００８】
前記GaN発光構造物(15)は、前記サファイア基板(11)上に順次に形成されたn型GaNクラッド層(15a)と多重量子井戸(Multi-Quantum Well)構造の活性層(15b)とp型GaNクラッド層(15c)とで成る。前記発光構造物(15)はMOCVDなどの工程により成長させられる。この際、n型GaNクラッド層(15a)を成長させる前にサファイア基板(11)との格子整合を向上すべく、AlN/GaNから成るバッファ層(図示せず)を形成してもよい。
【０００９】
さらに、所定の領域に該当するp型GaNクラッド層(15c)と活性層(15b)とをドライエッチングしてn型GaNクラッド層(15a)の一部上面を露出させ、その露出したn型GaNクラッド層(15a)上面とp型クラッド層(15c)上面に夫々所定の電圧を印加するためのn型コンタクト(19)とp型コンタクト(17)を形成する。一般に、電流注入面積を増加させながらも輝度に悪影響を与えないよう、n型クラッド層(13)上面にはp型コンタクト(17)の形成前に透明電極(transparent electrode: 16)を形成することもできる。
【００１０】
このように、従来のGaN発光ダイオード(10)は絶縁物質であるサファイア基板(11)を用いる為、両コンタクト(17、19)が略水平方向に形成されるしかない。 従って、電圧印加時、n型コンタクト(19)から活性層(15b)を通してp型コンタクト(17)へ向かう電流の流れが水平方向に沿って狭小に形成されるしかない。こうした狭小な電流の流れにより、前記発光ダイオード(10)は順方向電圧(Vf)が増加して電流効率が低下し、静電気放電(electrostatic discharge)効果が脆弱になるとの問題を抱えている。
【００１１】
さらに、従来のGaN発光ダイオード(10)においては、電流密度の増加により熱発生量が多いが、サファイア基板(11)の低い熱伝導性の為放熱が円滑でないので、熱の増加につれてサファイア基板(11)とGaN発光構造物(15)との間に機械的応力が発生し素子が不安定になりかねない。
【００１２】
さらに、従来のGaN発光ダイオード(10)においては、 n型コンタクト(19)を形成するために、少なくとも形成しようとするコンタクト(19)の面積よりは大きく活性層(15b)の一部領域を除去しなければならないので、発光面積が減り素子大対比輝度に基づく発光効率が低下してしまう問題もあった。
【００１３】
このように当技術分野においては、GaN単結晶成長に必要なサファイア基板が抱える問題を解消することによって、輝度及び素子の信頼性を向上させられる新たな構造のGaN青色発光ダイオード及びその製造方法が要求されてきた。
【００１４】
本発明は前記問題点を解決すべく案出されたもので、その目的は、熱伝導性の低い絶縁性サファイア基板を取り除き、導電性基板を導電性接着層に付着することにより、対向する素子の両面にコンタクトが形成される垂直構造を有すGaN発光ダイオードを提供することにある。
【００１５】
さらに、本発明の他の目的は、前記垂直構造GaN発光ダイオードを製造する方法を提供することにもある。本発明によるGaN発光ダイオードの製造方法においては、サファイア基板とGaN単結晶である発光構造物とを安定的に分離できる好ましい工程がさらに提供される。
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を成し遂げるために、本発明は、第1コンタクトが形成された上面を有する第1導電型GaNクラッド層と、前記第1導電型GaNクラッド層の下面に形成された活性層と、 前記活性層の下面に形成された第2導電型GaNクラッド層と、前記第2導電型GaNクラッド層に形成された導電性接着層と、前記導電性接着層の下面に形成され、第2コンタクトが形成された下面を有する導電性基板とを含むGaN発光ダイオードを提供する。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態においては、素子の上部に向かう光の輝度を向上させるために、前記第2導電型GaNクラッド層と導電性接着層との間に導電性物質から成る反射層をさらに含むことができる。こうした反射層としては、Au、Ni、Ag、Al及びそれらの合金で成るグループから選んだ物質を用いることができる。
【００１７】
さらに、前記導電性基板には、シリコン、ゲルマニウム、及びGaAsを含むグループから選んだ物質を用いるのが好ましく、前記導電性接着層には、Au-Sn、Sn、In、Au-Ag及びPb-Snを含むグループから選んだ物質を用いるのが好ましい。
【００１８】
本発明の垂直構造GaN発光ダイオードにおいて、より電流密度分布を改善させるために、前記第1導電型GaNクラッド層をn型不純物がドープされたGaN結晶層で形成し、前記第2導電型クラッド層をp型不純物がドープされたGaN結晶層で形成することが好ましい。
【００１９】
本発明は前記垂直構造GaN発光ダイオードの製造方法を提供する。前記方法は、サファイア基板上に第1導電型GaNクラッド層、活性層及び第2導電型GaNクラッド層を順次に配置した発光構造物を形成する段階と、前記発光構造物を所定の大きさに切断する段階と、前記発光構造物の上面全体に導電性接着層により一つの導電性基板を接合する段階と、前記発光構造物から前記サファイア基板を除去する段階と、前記第1導電型クラッド層の両面中前記サファイア基板が除去された面と前記導電性基板が露出した面に第1及び第2コンタクトを夫々形成する段階と、前記第1及び第2コンタクトが形成された結果物を個々の発光ダイオードに切断する段階とを含む。
【００２０】
前記サファイア基板を除去する段階は、前記サファイア基板の下部にレーザー光を照射して前記発光構造物から前記サファイア基板を分離する段階とすることができる。ここで切断される発光構造物の大きさは前記レーザー光による照射面積とほぼ同じか小さくてよく、夫々個々の発光ダイオードに一致する大きさで切断することもできる。
【００２１】
前記導電性接着層により導電性基板を接着する段階は、導電性接着層を予め導電性基板の下面に形成して接合してもよく、前記発光構造物の上面に形成した後に導電性基板を接合する方式でもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づき本発明をより詳しく説明する。
【００２３】
図１は本発明の好ましい実施形態によるGaN発光ダイオード(20)の側断面図である。
前記GaN発光ダイオード(20)は、p型GaNクラッド層(25a)、活性層(25b)及びn型GaNクラッド層(25c)を含んだ発光構造物(25)を含み、選択的に前記p型GaNクラッド層(25a)の下面に形成された反射層(22)を含むことができる。前記反射層(22)は導電性接着層(24)によりシリコン基板(21)に接着される。前記反射層(22)は素子の上面に向かう有効輝度を向上させるための層として、反射率の高い金属から成ることができる。 好ましくは、前記反射層(22)はAu、Ni、Ag、Al及びそれらの合金で成るグループから選んだ物質から成ることができる。
【００２４】
また、前記反射層(22)の下面には前記導電性接着層(24)を形成する。本発明によるGaN単結晶である発光構造物(25)はサファイア基板上に成長されるが、サファイア基板側の反対面に導電性基板を付着し、サファイア基板を除去する工程を経て図１に表すGaN発光ダイオード(20)のように垂直構造に具現される。
【００２５】
そうすべく、シリコン基板(21)を付着するために導電性接着層(24)を用いる。本発明に用いる導電性接着層(24)は接着性を有する導電性物質でなければならない。こうした材料としては、Au-Sn、Sn、In、Au-Ag及びPb-Snを含むグループから選んだ金属接合材を用いることが好ましい。このように、導電性接着層(24)となる物質は金属または合金から成るので、比較的高い反射度を有する。 従って、前記反射層(22)を省いても、本発明においては導電性接合層(24)の反射度により輝度を向上させる効果も奏する。
【００２６】
本実施形態のように、導電性基板にシリコン基板(41)を用いることができる。しかし、本発明においては絶縁性基板であるサファイア基板と異なり導電性基板であれば充分である。本発明に用いられる導電性基板としてはシリコン、ゲルマニウム及びGaAs等が挙げられる。
【００２７】
このように、本実施形態による発光ダイオード(20)は上下部が電気的に導通し合える構造を有する。従って、前記シリコン基板(21)の下面とn型GaNクラッド層(25c)の上面一部には夫々p型コンタクト(27)とn型コンタクト(29)を形成することにより図１のような垂直構造GaN発光ダイオードが完成する。
【００２８】
本実施形態によるGaN発光ダイオード(20)は従来の水平構造に比して様々な利点を奏する。 先ず、サファイア基板の代わりにシリコン基板(21)を用いることにより放熱効果が良くなり、電流の流れも従来の水平構造発光ダイオードより広い面積にわたって形成され順方向電圧(Vf)を減少でき、静電気放電効果も向上させられる。
【００２９】
さらに、工程においては、電流密度分布を充分改善できるので透明電極の形成工程が不要となり、強固なサファイア基板が除去されるので個々の素子単位に切断する工程が簡素化する。一方、LEDの輝度においても、従来の水平構造発光ダイオードと異なり活性層の一部を食刻する工程が必要ない為、広い発光面積を確保でき輝度をより向上させられるとの利点がある。
【００３０】
図１に表すGaN発光ダイオード(20)において、発光構造物(25)は活性層(25b)を基準に上部にn型GaNクラッド層(25c)と下部にp型GaNクラッド層(25a)が形成された形態で例示されているが、本発明はこれに限らず、当業者にとって明らかなように前記クラッド層の導電型は相互反対であってもよい。但し、本実施形態のように、活性層(25)の上部にn型GaNクラッド層(25c)を形成すると、一般にn型結晶層がより抵抗が低い為、電流密度分布を効果的に改善することができる。
【００３１】
さらに、本発明は垂直GaN発光ダイオードの製造方法を提供する。
【００３２】
図２（a）ないし２（e）は、本発明による垂直GaN発光ダイオードの製造工程を説明するための各工程別断面図である。 GaN発光ダイオードの製造工程は所定のウェーハを用いて複数個に製造されるが、図２（a）〜２（e）においては説明の便宜上、一つのGaN発光ダイオードを製造する工程を例示する。
【００３３】
図２（a）のように、本発明によるGaN発光ダイオードの製造工程はサファイア基板(31)上にGaN単結晶である発光構造物(35)を成長させる段階から始まる。 先に説明したように、GaN発光構造物(35)はサファイア基板(31)を成長基板として成長させることができる。 前記発光構造物(35)はより良質の結晶を成長させべく、サファイア基板(31)上にGaN/AlN結晶層のようなバッファ層(図示せず)を形成した後成長させることもできる。
【００３４】
さらに、最終LEDの上部にn型GaNクラッド層(35a)を位置させようとする場合は、最終構造では現在の上下部位置が反転するので、図２（a）のようにn型GaNクラッド層(35a)、活性層(35b)及びp型GaNクラッド層(35c)を順次形成する。
【００３５】
次いで、図２（b）のように、発光ダイオードの有効輝度を向上させるために、p型GaNクラッド層(35c)上に反射層(32)を形成することができる。前記反射層(32)はAu、Ni、Ag、Al及びそれらの合金で成るグループから選んだ反射率の高い金属を用いられる。 前記反射層(32)は他単結晶構造とオーム接触を成し垂直方向へ電流を円滑に導通させることができる。前記反射層(32)は通常のスパッタリング装置を用いて当業者により容易に具現され得るものである。
【００３６】
次いで、図２（c）のように、前記反射層(32)上に導電性接着層(34)を用いて導電性基板(41)を接合する。本工程は反射層(32)上に導電性接着層(34)を予め形成した後に導電性基板(41)を接合する方式で図示してあるが、これと異なり、導電性接着層(34)を導電性基板(41)の下面に形成した後にその面を反射層(32)に接合する方式で具現してもよい。 前記導電性接着層(34)を成す物質はフリップチップボンディングに適用可能な合金であることができ、約200〜300℃の低い融点を有し低温で接着できる物質が好ましい。これを満足する導電性接着層(34)の物質としては、 Au-Sn、Sn、In、Au-Ag及びPb-Snを含むグループから選んだ物質が挙げられる。
【００３７】
さらに、前記導電性基板(41)は不純物がドープされ導電性を有することのできるシリコン、ゲルマニウムまたはGaAsを含んだ基板が好ましい。一方、図２（b）に表す反射層(32)の形成工程を省く場合、前記導電性接着層(34)はp型GaNクラッド層(35c)上に直接形成することもできる。
【００３８】
図２（d）のように、導電性基板(41)の接着工程が完了すれば、 サファイア基板(図２（c）の31)を除去する。サファイア基板はレーザー溶融、機械的研磨、化学的食刻のような公知の基板除去技術中一種を利用して除去できるが、サファイア基板はアルミニウムオキサイド(Al2O3)の六面体結晶構造として大変強固なので、機械的研磨や化学的食刻工程を用いる場合には工程費用や時間がかかる問題がある。従って、サファイア基板とGaN発光構造物の熱膨張係数(thermal coefficient of expansion：TCE)の差を利用して分離する方法が主に用いられる。この代表的な方法がレーザー光を利用した分離方法である。
【００３９】
しかし、レーザー光のように熱を使う方法は、格子不整合及び熱膨張係数の差により単結晶面を損傷させ、最終的な発光ダイオードの信頼性を低下させてしまうとの問題があった。本発明においては、こうした問題を解決するための具体的なサファイア基板分離技術も提供する。これについては後述のとおりである。
【００４０】
最後に、図２（e）のように、導電性基板(41)とn型GaNクラッド層(35a)の露出面にp型及びn型コンタクト(47、49)を形成して最終垂直構造GaN発光ダイオードを完成することができる。先に説明したように、本発明によるGaN発光ダイオードは垂直構造に形成され、素子の信頼性及び輝度を画期的に向上させられる。
【００４１】
さらに、本工程に係る説明においては便宜上個々の素子単位の工程を例示したが、実際の工程のようにウェーハで複数個を同時製造する場合、個々の発光ダイオードに切断する工程において追加的な工程と費用を要する強固なサファイア基板が予め除去されるので、簡素な工程により切断可能になる。
【００４２】
本発明による垂直構造GaN発光ダイオードの製造方法は、GaN単結晶発光構造物をサファイア基板上で成長させ、そのサファイア基板の位置した反対面にシリコン基板のような導電性基板を導電性接着層を用いて接合した後サファイア基板を除去することで、垂直構造発光ダイオードを簡素な工程により形成できるものである。
【００４３】
ここで、本発明は前記垂直構造GaN発光ダイオードの製造方法をより容易に具現しながら、より優れた発光ダイオードが得られる好ましい細部技術も提供できる。
【００４４】
本発明の垂直構造GaN発光ダイオードの製造方法中サファイア基板を分離する工程は、先に説明したように、様々な公知技術にもかかわらず実際の適用に多くの問題がある。 とりわけ、好ましい工程として掲げられるレーザー光を利用した分離技術も実質的にサファイア基板と単結晶GaN発光構造物の熱膨張係数及び格子不整合により、レーザー光照射過程で前記GaN結晶面が損傷される問題が生じかねない。
【００４５】
図３（a）は通常のレーザー光を用いたサファイア分離工程の問題点を説明するための工程断面図である。
【００４６】
図３（a）によると、サファイア基板(111)上に、発光構造物を成すGaN単結晶層(125)が形成され、その上に導電性接着層(124)を用いてシリコン基板のような導電性基板(121)が形成される。ここに図示した構造は、図２（a）〜２（e）と異なり、サファイア基板(111)上にGaN発光ダイオードが複数個具現されたものである。
【００４７】
サファイア基板(111)を分離すべく、レーザー光をサファイア基板(111)の下部から照射する際、サファイア基板(111)とGaN単結晶層(125)の熱膨張係数と格子不整合により残留応力が発生する。即ち、サファイアの熱膨張係数は約7.5×10-6/Kであるのに対して、GaN単結晶は約5.9×10-6/Kと約16%の格子不整合を有し、GaN/AlNバッファ層を形成する場合にも数％の格子不整合が生じるので、これによりレーザー光による熱発生時、サファイア基板(111)とGaN単結晶層(125)の表面には夫々大きい圧縮応力と引張応力が発生する。
【００４８】
特に、レーザー光の照射面積が狭小で(最大10ｍｍ×10ｍｍ)、サファイア基板に対して局部的に照射されながら数回繰り返す仕方で行われるので、応力発生の問題はより深刻となり、GaN単結晶層(125)の表面に大きなダメージを与えかねない。
【００４９】
図３（b）は通常のサファイア基板の分離方式を用いた場合に残留応力によるダメージが発生したGaN単結晶層(125)の表面を表す。図３（b）によると、格子不整合と熱膨張係数(TCE)の差により、レーザー光を使って分離する過程でGaN単結晶体の表面が部分的に破壊された箇所が多数発生することがわかる。
【００５０】
結局、こうして損傷された単結晶面は最終GaN発光ダイオードの電気的特性を大幅に低下させることになる。
【００５１】
こうした問題を解決すべく、本発明によるGaN発光ダイオードの製造方法においては新たなサファイア基板の分離工程を提供する。本発明の好ましい形態において提案するサファイア基板の分離工程は、発光構造物を成すGaN単結晶層の表面に及ぼされる応力を最小化するようサファイア基板上にGaN単結晶層を予め個々の素子単位で切断するものである。
【００５２】
図４（a）ないし４（f）は本発明の好ましい実施形態において用いるサファイア基板の分離工程を説明するための各段階別側断面図である。
【００５３】
図４（a）によると、サファイア基板(131)上にGaN単結晶層から成る発光構造物(135)が形成されている。前記発光構造物(135)を成すGaN単結晶層はn型GaNクラッド層(135a)、活性層(135b)及びp型GaNクラッド層(135c)を含む。
【００５４】
次いで、図４（b）のように、前記GaN発光構造物(135)を所定の大きさ(S1)となるよう切断する。本実施形態のように、発光構造物部分に対して追加的な切断工程を行わず、できる限り発光構造物の大きさ(S)を小さくしてレーザー光照射による応力の発生を最小化するよう、前記所定の大きさは最終発光ダイオードに相応する大きさに切断することが好ましい。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、レーザー光照射面積とほぼ同じか小さいよう切断する場合にも、GaN単結晶面に生じる応力を充分減少させることができる。
続いて、図４（c）のように、導電性接着層(134)を用いて導電性基板(141)を切断した発光構造物(135)の上面に接合する。本工程は図２（d）に説明した工程と異なり、導電性接着層(134)を導電性基板(141)の下面に形成した後その面を発光構造物(135:正確に言えばp型GaNクラッド層(135c))上に接合する方法で具現した形態を表す。このように、切断した発光構造物(135)の上面に導電性基板(141)を接合することにより、以降サファイア基板(131)が分離されても、各切断した発光構造物(135)は安定的に整列され、従ってコンタクト形成のような後続工程においても整列状態でマスクなどを用いて容易に実施することができる。また、本実施例のように反射層無しで直接導電性基板を接合する場合には、導電性接着層に用いる金属物質が反射層の役目を果たすことができる。
【００５５】
次いで、図４（d）のように、サファイア基板(131)の下部にレーザー光を照射し瞬間的な応力の発生を利用して前記切断した各発光構造物(135)から前記サファイア基板を分離する。この際、前記発光構造物(135)の界面に発生する応力はその減少した面積に比例して、大口径のウェーハにレーザー光を照射する場合より発生する残余応力を減少させることができる。
【００５６】
また、一般的に本工程は、レーザー光の照射面積がウェーハの面積より小さいので、レーザー光を数回繰り返す方式で行う。従って、1回のレーザー光の照射時その照射部分が分離されるよう、図４（b）の発光構造物の切断工程において切断する大きさは少なくともレーザービーム照射面積にすることが好ましい。
【００５７】
次に、図４（e）のように、前記結果物の両面にコンタクト形成工程を施す。図４（e）は図４（d）の結果物を上下反転した状態で表したものである。ここで、コンタクト形成工程は個々の発光構造物(135)であるn型GaNクラッド層(135a)の上面と導電性基板(141)の下面に対して行う。 但し、n型GaNクラッド層(135a)の上面に形成するn型コンタクト(149)はマスクを利用して一部領域(一般に上面中央)にのみ選択的に形成し、p型コンタクト(147)は背面電極として導電性基板(141)の下面に対し全体的に形成することができる。
【００５８】
最後に、図４（f）のように、図４（e）の工程の結果物を個々の発光ダイオードの大きさに切断して最終垂直構造GaN発光ダイオード(140)を得る。一般に導電性基板(141)はサファイア基板に比して強度の弱いシリコン基板などを用いるので、ずっと容易に切断できる。
【００５９】
本実施形態のように、図４（b）の工程において発光構造物(135)を個々の発光ダイオードの大きさに予め切断する場合には、本工程は導電性基板(141)の切断工程としてのみ行われるが、レーザービーム照射面積に係る大きさで切断される場合は発光構造物(135)に対する切断工程を同時に実施することもできる。
【００６０】
このように、本発明は上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、添付の請求範囲により限定されるもので、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れぬ範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能なことは、当技術分野において通常の知識を有する者にとっては自明である。
【００６１】
【発明の効果】
上述したように、本発明のGaN発光ダイオードによると、サファイア基板を除去しシリコン基板を使用するので、放熱効果が良くなり、電流の流れも従来の水平構造発光ダイオードより広い面積にわたって形成され順方向電圧を減少でき、静電気放電効果も向上させられる。
【００６２】
さらに、工程においては、電流密度分布を充分に改善できる為透明電極の形成工程が不要となり、強固なサファイア基板が除去されるので個々の素子単位に切断する工程が簡素化する。
さらに、LED輝度においても、従来の水平構造発光ダイオードと異なり、活性層の一部を食刻する工程が不要となるので、広い発光面積が確保でき輝度をより向上させられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による垂直構造GaN発光ダイオードを表す概略側断面図である。
【図２】図２（a）〜２（e）は、本発明によるGaN発光ダイオードの製造工程を説明するための各段階別工程断面図である。
【図３】図３（a）は、通常のレーザービーム照射により残留応力が発生するサファイア基板とGaN単結晶発光構造物を表す。図３（ｂ）は、通常のサファイア分離過程によりダメージを受けたGaN単結晶発光構造物の表面を表す。
【図４】図４（a）〜４（e）は、本発明による好ましきGaN発光ダイオードの製造方法に用いるサファイア分離工程を説明するための各段階別工程断面図である。
【図５】従来のGaN発光ダイオードを表す概略側断面図である。
【符号の説明】
21  シリコン基板
22  反射層
24  導電性接着層
25a  p型GaNクラッド層
25b  活性層
25c  n型GaNクラッド層
25  GaN単結晶発光構造物
27、29  p型コンタクト、n型コンタクト
【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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