(57)【要約】【課題】本発明は、ＧａＮ系化合物半導体発光素子及びその製造方法に関し、金属保護膜層と金属支持層により水平型発光素子の特性を高めることのできる垂直型ＧａＮ発光素子を提供する。【解決手段】本発明は、垂直型ＧａＮ−ＬＥＤの側面及び／または下面に１０ミクロン以上の厚い金属保護膜層を形成して外部の衝撃から素子を保護することができ、チップ分離を容易に行うことができる他、サファイア基板の代わりに金属基板を用いて素子動作時に生じる熱放出を容易に行うことができることから、高出力素子に用いて好適であり、しかも、光出力特性が向上した素子を製造することができ、金属支持層を形成してチップの分離時に素子が歪んだり衝撃により損傷されたりするような現象を防ぐことができ、ｐ型電極をｐ−ＧａＮ上に網目状に部分的に形成して活性層において形成した光子がｎ−ＧａＮ層に向かって放射されることを極大化させることができる。【選択図】図５８
2012124523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射膜と、
前記反射膜の上部領域に網目状に配置された反射膜電極と,
前記反射膜電極を備える前記反射膜上に配置され、第１型窒化物半導体層、活性層、及び第２型窒化物半導体層がこの順序に積層されて構成される窒化物半導体構造体と,
前記第２型窒化物半導体層上の所定の領域に配置され、前記窒化物半導体構造体の上面上から延長された延長領域を有して配置された反射防止層と,
前記窒化物半導体構造体の側面上及び前記１型窒化物半導体層が前記反射膜電極と接する部分を一部除いて前記第１型窒化物半導体層と前記反射膜との間に配置され、前記窒化物半導体構造体の側面上から延長されて前記反射防止層の前記延長領域と接して配置された突出領域を有する絶縁層と,
前記反射膜電極を備える前記反射膜上及び前記絶縁層上に外側面が外部に露出されて配置され、側面部の上面が前記絶縁層の前記突出領域と接して配置される金属保護膜層と、
前記反射膜電極上の前記金属保護膜層上に形成された金属支持層と、
を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記第２型窒化物半導体層上の所定の領域に配置された電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記絶縁層の一部は、
前記反射膜電極と前記第１型窒化物半導体層との間に直接的に配置されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記反射膜電極は、
Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｖ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｒｅ、またはこれらの組み合わせを含むコンタクト金属層、及びＡｇ、Ａｌ、またはこれらの組み合わせを含む反射金属層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記コンタクト金属層の厚さは、５Å〜５００Åであることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記反射金属層の厚さは、１００Å〜９０００Åであることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項７】
前記反射金属層の厚さは、１０００Å〜２０００Åであることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項８】
前記反射膜電極は拡散防止層をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項９】
前記拡散防止層は、
Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＲｕＯ２、ＶＯ２、ＭｇＯ、ＩｒＯ２、ＲｅＯ２、ＲｈＯ２、ＯｓＯ２、Ｔａ２Ｏ３、ＷＯ２、またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項８に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記拡散防止層の厚さは、５０Å〜１０００Åであることを特徴とする請求項８に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記反射膜電極は、貼り合わせ層をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記貼り合わせ層は、第１貼り合わせ層及び第２貼り合わせ層を含むことを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記貼り合わせ層は、
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｖ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記反射防止層はＩＴＯ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、またはＩＺＯを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記絶縁層は、前記活性層の側面に配置されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記金属支持層は、
Ａｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、またはこれらの組み合わせを含む第１層、及びＡｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、またはこれらの組み合わせを含む第２層を含む多層構造体を備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記金属支持層は、伝導性セラミック膜または不純物ドープの半導体を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記金属支持層は、
ＮｂドープのＳｒＴｉＯ３、ＡｌドープのＺｎＯ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＢドープのＳｉ、ＡｓドープのＳｉ、または不純物ドープのダイヤモンドを含むことを特徴とする請求項１７に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化ガリウム系（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ；ＧａＮ）青色発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、垂直型構造のＧａＮＬＥＤ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧａＮ半導体を用いたＬＥＤが白熱灯、蛍光灯、水銀などの既存の光源に代替えしうるという見込みが支配的になるに伴い、高出力ＧａＮ−ＬＥＤに関する研究が盛んに行われている。
【０００３】
通常、ＧａＮ−ＬＥＤを製造するための基板は、図１に示すように、不導体であるサファイア基板１０の上にｎ型ＧａＮ１２、未ドープのＩｎＧａＮ（活性層）１４、及びｐ型ＧａＮ１６がこの順序に成長された薄膜層を有する基板である。サファイア基板１０は不導体であるため、ＬＥＤ素子は、通常、図２に示すように、水平型構造を有することになる。このとき、図面符号１８はｐ型透明電極を、２０はｐ型パッドを、２２はｎ型電極を、そして２４はｎ型パッドをそれぞれ示している。
【０００４】
このため、高出力動作に際し、電流拡散抵抗（ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ−ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が高いことに起因して光出力が低下するという欠点がある。また、素子の動作時に発生する熱をサファイア基板１０を介してスムーズに除去し切れないが故に、素子の熱的安定性が低下して高出力動作に不具合が生じることがある。
【０００５】
かかる不具合を克服して高出力ＧａＮＬＥＤを実現すべく、フリップチップパッケージ法を用いたフリップチップ型ＬＥＤが提案されている。図３に示すフリップチップ構造のＬＥＤの場合、活性層１４から出た光がサファイア基板１０を介して外部に抜け出るために、透明電極１８の代わりに厚いｐ型オーミック電極１９を使用することが可能になり、電流拡散抵抗を下げることができる。
【０００６】
ここで、図面符号２５はハンダを、３０はヒートシンクを、３２はコンダクティング・マウント（ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｍｏｕｎｔ）をそれぞれ示している。しかしながら、フリップチップ構造は、フリップチップ形態にパッケージングを行うことを余儀なくされるが故に製造工程が複雑化し、しかも、活性層１４から放射した光がサファイア基板１０を介して外部に抜け出る間に多量の光がサファイアに吸収されるが故に光効率特性が下がるという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、垂直型ＧａＮ−ＬＥＤの下部に多重金属支持層を形成してチップ分離を容易に行うことができ、しかも、素子の側面に絶縁膜と金属保護膜層をこの順に積層形成してエピタキシャル成長したＧａＮ基板を保護することのできるＧａＮ系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、ｐ型反射膜電極をｐ−ＧａＮ上に網目状に部分的に形成し、これらの間に反射膜を挿置することにより活性層において形成した光子がｎ−ＧａＮ層に向かって放出されることを極大化させることのできるＧａＮ系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
さらに、本発明のさらに他の目的は、サファイア基板の代わりに金属基板、伝導層基板若しくは伝導性セラミック基板を用いて素子の動作時に発生する熱を効率よく外部に放出させることができる結果、高出力に用いて好適なＧａＮ系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
さらに、本発明のさらに他の目的は、ＩｎＧａＮ層から発せられた光子がｎ−ＧａＮ層を介して放射されるために光子の放射経路が短くなる結果、放射中に吸収される光子の数を低減させることのできるＧａＮ系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
さらに、本発明のさらに他の目的は、ｎ−ＧａＮ層に高濃度ドープを行うことができ（＞１０１９／ｃｍ３）、ｎ−ＧａＮ層の電気伝導度を高めて光出力特性を高めることのできるＧａＮ系化合物半導体発光素子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】
【００１０】
上述の諸目的を達成するために、本発明の一側面によれば、金属支持層と、前記金属支持層の上に形成されたｐ型反射膜電極と、前記ｐ型反射膜電極の上にこの順序に積層形成されたｐ型半導体層、活性層及びｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層の上に形成されたｎ型電極とを備えていることを特徴とする発光素子を提供する。
【００１１】
また、本発明の他の側面によれば、金属支持層と、前記金属支持層の上に形成された反射膜と、前記反射膜の上部領域に網目状に形成されたｐ型反射膜電極と、前記ｐ型反射膜電極を備える前記反射膜の上部にこの順序に積層形成されたｐ型半導体層、活性層、及びｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上の所定の領域に形成されたｎ型電極とを備えていることを特徴とする発光素子を提供する。
【００１２】
ここで、少なくとも前記ｎ型半導体層の側面に形成された絶縁膜と、前記ｐ型半導体層及び前記ｎ型半導体層を保護する金属保護膜層とをさらに備えてもよい。
好ましくは、前記金属支持層は、多重の支持層構造を有している。
前記ｎ型半導体層、前記活性層及び前記ｐ型半導体層の側面又は下部の少なくともいずれか一方の一部の領域に形成された保護膜をさらに備えてもよい。前記ｐ型半導体層、前記活性層、及び前記ｎ型半導体層層を包み込む反射防止層をさらに備えてもよい。
【００１３】
ここで好ましくは、前記ｐ型反射膜電極は、コンタクト金属層、反射金属層、拡散防止層、及び貼り合わせ金属層を備えている。このとき、前記コンタクト金属層は、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｖ、Ｃｏ、Ｏｓ、Ｒｅ及びＲｈのうち少なくともいずれか１種から形成する。前記反射金属層は、Ａｌ、Ａｇから形成する。前記拡散防止層は、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＲｕＯ２、ＶＯ２、ＭｇＯ、ＩｒＯ２、ＲｅＯ２、ＲｈＯ２、ＯｓＯ２、Ｔａ２Ｏ３及びＷＯ２のうち少なくともいずれか１種から形成する。前記貼り合わせ金属層は、第１及び第２の貼り合わせ金属層から形成され、前記第１の貼り合わせ金属層は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｖ及びＴａのうち少なくともいずれか１種から形成し、前記第２の貼り合わせ金属層は、Ａｕ、Ｐｄ及びＰｔのうち少なくともいずれか１種から形成する。
【００１４】
さらに、本発明のさらに他の側面によれば、ｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層の上に形成された活性層及びｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層の上に形成されたｎ型電極と、少なくとも前記ｎ型半導体層の側面に形成された絶縁膜と、前記ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を保護する金属保護膜層とを備えていることを特徴とする発光素子を提供する。
【００１５】
ここで好ましくは、前記金属保護膜層は、前記ｐ型半導体層及びｎ型半導体層の側面と、前記ｐ型半導体層の下部とに形成されている。
そして、前記ｐ型半導体層の下部の一部に形成された絶縁層をさらに備えてもよい。好ましくは前記絶縁層が前記活性層の側面まで延在している。
前記ｎ型半導体層の上に形成された反射防止膜層をさらに備えてもよい。
【００１６】
もちろん、前記ｐ型半導体層の下部に形成されたｐ型電極をさらに備てもよく、前記ｐ型電極は、コンタクト金属層、反射金属層、拡散防止層、及び貼り合わせ金属層を備えている。前記コンタクト金属層は、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｖ、Ｃｏ、Ｏｓ、Ｒｅ及びＲｈのうち少なくともいずれか１種から形成する。前記反射金属層は、Ａｌ、Ａｇから形成する。前記拡散防止層は、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＲｕＯ２、ＶＯ２、ＭｇＯ、ＩｒＯ２、ＲｅＯ２、ＲｈＯ２、ＯｓＯ２、Ｔａ２Ｏ３及びＷＯ２のうち少なくともいずれか１種から形成する。前記貼り合わせ金属層は、第１の貼り合わせ金属層及び第２の貼り合わせ金属層により形成するが、前記第１の貼り合わせ金属層は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｖ及びＴａのうち少なくともいずれか１種から形成し、前記第２の貼り合わせ金属層は、Ａｕ、Ｐｄ及びＰｔのうち少なくともいずれか１種から形成する。
【００１７】
さらに、本発明のさらに他の側面によれば、基板の上にｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層をこの順序に積層形成するステップと、前記ｐ型半導体層、前記活性層、前記ｎ型半導体層、及び前記基板の一部をエッチングして素子間を分離するステップと、分離された前記ｐ型半導体層の上にｐ型反射膜電極を形成し、全体構造上に第１の金属支持層を形成するステップと、前記基板を除去するステップと、前記ｎ型半導体層の上にｎ型電極を形成するステップとを有することを特徴とする発光素子の製造方法を提供する。
【００１８】
また、本発明のさらに他の側面によれば、基板の上にｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層、ｐ型反射膜電極、及び第１の金属支持層をこの順序に積層形成するステップと、前記基板を除去するステップと、前記ｐ型半導体層、前記活性層、及び前記ｎ型半導体層の一部をエッチングして素子間を分離するステップと、前記ｎ型半導体層の上にｎ型電極を形成するステップとを有することを特徴とする発光素子の製造方法を提供する。
【００１９】
ここで好ましくは、前記第１の金属支持層の上に素子間分離された第２の金属支持層を形成し、前記第１及び第２の金属支持層を電気メッキにより形成するか、あるいは、熱蒸着器、電子線蒸着器、レーザー蒸着器、スパッタ、ＭＯＣＶＤなどの真空蒸着器により形成する。
【００２０】
さらに好ましくは前記第１及び第２の金属支持層は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、Ａｇ、Ｐｔ及びＣｒのうち少なくともいずれか１種の金属から形成するか、あるいは、ＮｂドープのＳｒＴｉＯ３、ＡｌドープのＺｎＯ、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などの伝導性セラミック基板やＢドープのＳｉ、ＡｓドープのＳｉ、不純物ドープのダイヤモンドなどの不純物ドープの半導体基板のうちいずれか１種の基板から形成し、かつ、前記第１の金属支持層と第２の金属支持層の総厚さが０．５〜２００ｍｍである。
【００２１】
なお、前記素子間を分離するステップ後に、分離された前記ｐ型半導体層、前記活性層、及び前記ｎ型半導体層を保護する保護膜を形成するステップをさらに有してもよい。
加えて、前記素子間を分離するステップ後に、分離された前記ｐ型半導体層、前記活性層、及び前記ｎ型半導体層を包み込む反射防止層を形成するステップをさらに有してもよい。
好ましくは前記ｎ型半導体層の上部に形成された前記反射防止層の一部を除去した後、前記反射防止層が除去された領域に前記ｎ型電極を形成する。
【００２２】
さらに、本発明のさらに他の側面によれば、基板の上にｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層をこの順序に積層形成するステップと、前記ｐ型半導体層の一部を除く前記ｎ型半導体層の側面に絶縁膜を形成するステップと、前記絶縁膜が形成されていない前記ｐ型半導体層の上にｐ型電極を形成するステップと、前記ｐ型半導体層及び前記ｎ型半導体層を包み込むように金属保護膜層を形成するステップと、前記基板を除去するステップと、前記ｎ型半導体層の上にｎ型電極を形成するステップとを有することを特徴とする垂直型半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００２３】
ここで、前記ｐ型電極を形成するステップ後に、前記ｐ型電極が形成された前記ｐ型半導体層の上に反射膜を形成するステップをさらに含んでもよい。
前記ｐ型半導体層の上に反射膜を形成するステップ後に、前記ｐ型電極が形成される領域の前記反射膜を除去するステップと、前記反射膜が除去された領域に前記ｐ型電極を形成するステップとをさらに有してもよい。
前記金属保護膜層を形成するステップ後に、前記金属保護膜層が形成された前記ｐ型半導体層の上に金属支持層を形成するステップをさらに有してもよい。
【００２４】
前記基板を除去するステップ後に、前記ｎ型半導体基板の上に反射防止膜を形成するステップと、前記反射防止膜の一部を除去して前記ｎ型半導体基板の一部を露出させるステップとをさらに有してもよい。
もちろん好ましくは、前記ｐ型半導体層の一部を除く前記ｎ型半導体層の側面に絶縁膜を形成するステップは、前記ｐ型半導体層及び前記ｎ型半導体層を包み込むように前記絶縁膜を形成するステップと、前記ｐ型半導体層上の前記絶縁膜の一部を除去するステップとを含む。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、垂直型ＧａＮＬＥＤの最下面に金属支持層として二重金属支持層を使用することにより、チップ分離を容易に行うことができる。
また、素子の側面及び下面に１０ミクロン以上の厚い金属保護膜層を形成することにより、外部の衝撃から素子を保護することができる。
さらに、ｐ型反射膜電極をｐ−ＧａＮの上に網目状に部分的に形成し、これらの間に反射膜を挿置することにより、活性層において発生した光子がｎ−ＧａＮ層に向かって放射されることを極大化させることができる。
【００２６】
さらに、サファイア基板に代えて金属基板、伝導層基板または伝導性セラミック基板を使用することにより素子動作時に発生する熱放出を容易に行うことができるので、高出力素子に用いて好適であり、ＩｎＧａＮ層から発せられた光子がｎ−ＧａＮ層を介して放射されるために光子が放射される経路が短くなる結果、放射中に吸収される光子の数を低減することができ、さらには、ｎ−ＧａＮ層へのドープを高濃度にて行うことができるので（＞１０１９／ｃｍ３）電気伝導度が大きくなり、電流拡散抵抗が高くなる結果、光出力特性を高めることができる。
さらに、サファイア基板からレーザーを用いてＬＥＤ構造のＧａＮ薄膜層を分離する技術と、分離された薄膜層の上に垂直型ＧａＮＬＥＤを作る製造工程を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】通常のＧａＮ系青色ＬＥＤ用の基板の薄膜構造の断面図である。
【図２】水平型ＬＥＤ素子の断面図である。
【図３】フリップチップ型ＬＥＤ素子の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ素子の断面図である。
【図５】第１の実施形態の変形例による垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ素子の断面図である。
【図６】第１の実施形態の変形例による垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ素子の断面図である。
【図７】第１の実施形態の変形例による垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ素子の断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図１６】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図１７】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図１８】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図１９】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図２０】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図２１】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図２２】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図２３】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図２４】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図２５】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図２６】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図２７】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図２８】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図２９】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図３０】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図３１】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図３２】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図３３】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図３４】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図３５】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図３６】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図３７】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図３８】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図３９】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図４０】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図４１】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図４２】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図４３】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図４４】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図４５】第１の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【図４６】ｎ型電極構造を説明する平面図である。
【図４７】本発明によるＬＥＤ素子のＳＥＭ写真である。
【図４８】水平型ＬＥＤ素子と垂直型ＬＥＤ素子における電流−電圧特性の比較グラフである。
【図４９】水平型ＬＥＤ素子と垂直型ＬＥＤ素子における光出力特性の比較グラフである。
【図５０】従来の水平型ＬＥＤと本発明の垂直型ＬＥＤ素子における注入電流による光出力特性を比較したグラフである。
【図５１】図３０〜図３３に示した工程により製造した垂直型ＬＥＤ素子と、図８〜図１５に示す工程により製作した垂直型ＬＥＤ素子における素子の電流−電圧特性の比較グラフである。
【図５２】図３０〜図３３に示した工程により製造した垂直型ＬＥＤ素子と、図８〜図１５に示した工程により製造した垂直型ＬＥＤ素子における光出力特性の比較グラフである。
【図５３】本発明の第２の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の断面図である。
【図５４】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の断面図である。
【図５５】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の断面図である。
【図５６】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の断面図である。
【図５７】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の断面図である。
【図５８】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の断面図である。
【図５９】本発明の第２の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための一連工程断面図である。
【図６０】本発明の第２の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための一連工程断面図である。
【図６１】本発明の第２の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための一連工程断面図である。
【図６２】本発明の第２の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための一連工程断面図である。
【図６３】本発明の第２の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための一連工程断面図である。
【図６４】本発明の第２の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための一連工程断面図である。
【図６５】本発明の第２の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための一連工程断面図である。
【図６６】本発明の第２の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための一連工程断面図である。
【図６７】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図６８】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図６９】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７０】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７１】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７２】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７３】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７４】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７５】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７６】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７７】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７８】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７９】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８０】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８１】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８２】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８３】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８４】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８５】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８６】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８７】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８８】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８９】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図９０】第２の実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。しかし、本発明は後述する実施の形態に限定されるものではなく、相異なる形で実現可能であり、これらの実施の形態は、単に本発明の開示を完全たるものにし、且つ、この技術分野における通常の知識を持った者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。図中、同じ符号は同じ要素を示す。
【００２９】
図４は、本発明の第１の実施形態による垂直型ＧａＮ−ＬＥＤの断面図であり、図５〜図７は、本実施形態の変形例による垂直型ＧａＮ−ＬＥＤの断面図である。
この実施形態による図４に示す垂直型ＧａＮ−ＬＥＤは、最下面に金属支持層１００を形成し、その上に反射膜電極（ｐ型反射膜オーミック電極）１１０が、そしてその上にｐ型半導体層１２０、ＩｎＧａＮ活性層（活性層）１３０、ｎ型半導体層１４０がこの順に積層されている。
【００３０】
本実施形態の他の変形例として、図５に示す垂直型ＧａＮ−ＬＥＤは、最下面に金属支持層１００として二重金属支持層（第１の金属支持層１０１及び第２の金属支持層１０２）を採用して形成しておりチップ分離を容易にするというメリットがある。
【００３１】
図６に示す垂直型ＧａＮ−ＬＥＤは、ｐ型反射膜電極１１０をｐ型半導体層の上に網目状に部分的に形成し、これらの間に反射膜１０３を挿置することによりｉ−ＩｎＧａＮ（活性層）１３０において発生した光子がｎ型半導体層１４０に向かって放射されることを極大化させることができる。
【００３２】
図７に示す垂直型ＧａＮ−ＬＥＤは、図６に示す垂直型ＧａＮ−ＬＥＤと比較して、二重金属支持層（第１の金属支持層１０１及び第２の金属支持層１０２）を使用していることから、チップ分離を容易にするというメリットがある。
なお、図面符号１５０は、ｎ型オーミック電極を、１６０は反射防止層を、そして１６２は保護膜をそれぞれ示している。
【００３３】
以下、図面に基づき、このような構造を有する垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明する。
図８〜図１５は、本発明の第１の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
【００３４】
図８は、通常使用するＧａＮ−ＬＥＤ基板の断面図である。サファイア基板２００の上にｎ型半導体層１４０、ＩｎＧａＮ活性層１３０、ｐ型半導体層１２０薄膜をこの順に成長させる。薄膜の総厚さは略４ミクロンであり、薄膜は金属−有機物化学蒸着法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＭＯＣＶＤ）により蒸着する。
【００３５】
図９は、素子領域以外の部分をエッチングする工程を示している。エッチング工程は、通常、フォトレジストまたはＳｉＯ２によりマスキングした後、Ｃｌ２ガスを流しながらドライエッチング法によりエッチングする。
【００３６】
図１０は、ｐ型反射膜オーミック電極１１０の形成工程を示している。素子分離のために、エッチング済みの基板上にＳｉＯ２の保護膜１６２を０．０５〜５．０ミクロンの厚さにＰＥＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により蒸着する。ｐ型反射膜オーミック電極１１０の形成のために、微細パターンを形成し、フォトレジスト膜をマスクとしてＢＯＥ（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈａｎｔ）またはＣＦ４ガスを用いてドライエッチング法によりエッチングした後、オーミック金属層を蒸着する。通常、ＮｉとＡｕを数十から数百ナノメートルの厚さに電子線蒸着装置により蒸着して使用するが、図４〜図７に示す垂直型ＬＥＤの場合には反射度が重要であるため、Ｎｉ／Ａｇ、Ｐｔ／Ａｇ、Ｒｕ／Ａｇ、Ｉｒ／Ａｇなどの金属を使用する。次いで、３００〜６００℃の温度条件下で熱処理を実行し、ｐ型反射膜オーミック電極１１０を形成する。
【００３７】
図１１は、数ミクロン〜数十ミクロンの厚さの金属支持層１００を作り、レーザーを照射する工程を示している。金属支持層１００は、電気メッキ法、またはスパッタリング、電子線蒸着、熱蒸着などの真空蒸着法、あるいは、金属基板をｐ型電極の上に載置して約３００℃の温度条件下で圧力を加えながら押し付ける基板拡散貼り合わせ法を用いて形成する。サファイアを介してレーザーを照射すると、レーザーがＧａＮ層に吸収され、ＧａＮ層は、Ｇａ金属とＮ２ガスに分解される。このとき、金属支持層１００は、レーザー照射によりサファイア基板２００が分離除去されるとき、約４ミクロンの薄いＧａＮ薄膜層が破損されることを防ぐ役目をする。
【００３８】
図１２は、サファイア基板２００が分離除去された後、ＧａＮ薄膜層が金属支持層１００に付着している様子を示している。
【００３９】
図１３は、ｉ−ＩｎＧａＮ活性層１３０から発せられた光子を基板の外部に円滑に放射させるために、ｎ型半導体層１４０の上に反射防止層１６０をコートしたときの断面図である。反射防止層１６０としては、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４などが使用され、これらの膜は、ＰＥＣＶＤにより蒸着する。
【００４０】
図１４は、反射防止層１６０の一部をエッチングし、ｎ型オーミック電極１５０を形成した後の断面図である。ｎ型電極は、Ｔｉ／ＡｌやＣｒ／Ａｕ層、またはＴｉ／ＡｌやＣｒ／Ａｕ層層の上にＣｒ／ＡｕもしくはＮｉ／Ａｕ層を電子線蒸着装置により蒸着して形成する。
図１５は、チップを分離した後の状態の断面図である。チップは、ダイシングやレーザーカット法により分離する。
【００４１】
図１６〜図４５は、本実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための一連工程断面図である。
図１６は、図８に示すように、所定のＧａＮ層が形成されたサファイア基板２００を設ける。次に、トレンチエッチングを行う前に、まず、ｐ型反射膜オーミック電極１１０と金属支持層１００を形成した後（図１７及び図１８）、レーザーを照射してサファイア基板２００を分離除去する（図１９）。
【００４２】
次いで、基板（ｎ−ＧａＮ、ｉ−ＩｎＧａＮ、ｐ−ＧａＮ）をエッチングして素子分離を行う（図２０）。次いで、反射防止層１６０をコートした後（図２１）、ｎ型電極１５０を形成し（図２２）、チップ分離を行うことにより（図２３）、垂直型ＬＥＤ構造を完成する。
【００４３】
次に、図７に示したような垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である図２４〜図２６に基づき、この変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明する。
先ず、上記の図８〜図１１に示した基板、すなわち、第２の金属支持層１０２が形成された基板を設ける。次いで、チップの面積に相当する領域にフォトレジスト膜によりパターンを形成した後、フォトレジスト膜をマスクにして第１の金属支持層１０１を形成する（図２４）。次いで、サファイア基板２００の分離除去のために、レーザーを照射する（図２５）。すなわち、図１２に示す工程とこれに続く工程を行うことにより、図５に示す構造を有する垂直型ＬＥＤ素子が得られる。
【００４４】
具体的には、図２５は、図１１に示した工程によりレーザーを照射して基板を分離除去し、図１２に示す工程によりチップの面積に相当する領域にフォトレジスト膜によりパターンを形成した後、フォトレジスト膜をマスクとして第２の金属支持層１０１を形成する工程を示している。
次いで、サファイア基板２００の分離除去のために、レーザーを照射する。後続する工程は、図１２に続く工程と同様である。二重金属支持層を使用していることから、図２６に示すように、ブレイキング（ｂｒｅａｋｉｎｇ）が容易であり、チップ分離が容易になるというメリットがある。その結果、最終的に、図５に示す構造を有する垂直型ＬＥＤ素子が得られる。
【００４５】
次に、本発明の図５に示したような垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である図２７〜図２９に基づき、この変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明する。
図２７は、上述の図１６〜図１９に示した工程により第２の金属支持層１０１をさらに形成した後、サファイア基板をレーザーにより分離除去した後の断面図である。具体的には、図１９に示す工程とこれに続く工程を行うことにより、図５に示す構造を有する垂直型ＬＥＤ素子が得られる。
【００４６】
図２８は、図２０に示した工程により素子分離のために基板をエッチングする工程を示している。後続する工程は、図２１に続く工程と同様である。二重金属支持層を使用していることから、図２９に示すように、ブレイキングが容易であり、チップ分離が容易になるというメリットがある。その結果、最終的に、図５に示す構造を有する垂直型ＬＥＤ素子が得られる。
【００４７】
次いで、本発明の図６に示したような垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である図３０〜図３３に基づき、この変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明する。
図３０は、図９に示した工程まで行った後、全面にＳｉＯ２の保護膜１６２を０．０５〜５．０ミクロンの厚さでＰＥＣＶＤ法により蒸着する。次いで、網目状の微細パターンを形成した後、フォトレジスト膜をマスクとしてＢＯＥまたはＣＦ４ガスを用いてドライエッチング方法によりＳｉＯ２の保護膜１６２をエッチングし、その後、ＳｉＯ２が除去された部分上にｐ型反射膜オーミック金属を蒸着し、熱処理を施してｐ型反射膜オーミック電極１１０を形成する。
【００４８】
ここで、ＮｉとＡｕを数十から数百ナノメートルの厚さに電子線蒸着装置により蒸着して使用することができるが、図４〜図７に示す垂直型ＬＥＤ素子の場合には反射度が重要であるため、Ｎｉ／Ａｇ、Ｐｔ／Ａｇ、Ｒｕ／Ａｇ、Ｉｒ／Ａｇなどの金属を使用する。
次いで、３００〜６００℃の温度条件下で数秒から数分をかけて急速熱処理方法を用いて熱処理を施すことにより電極を形成する。
【００４９】
次いで、図３１に示すように、網目状のｐ型反射膜オーミック電極１１０の上にＡｇまたはＡｌ系の反射膜１０３を蒸着する。図３２は、数ミクロン〜数十ミクロンの厚さの金属支持層１００を形成し、レーザーを照射する工程を示している。
【００５０】
金属支持層１００は、電気メッキ法、またはスパッタリング、電子ビーム、熱蒸着などの真空蒸着法、あるいは、金属基板をｐ型電極上に載置して約３００℃の温度条件下で圧力を加えながら押し付ける基板拡散貼り合わせ法を用いて形成する。レーザーをサファイアを介して照射すると、レーザーがＧａＮ層に吸収され、ＧａＮ層は、Ｇａ金属とＮ２ガスに分解される。このとき、金属支持層１００は、レーザー照射によりサファイア基板２００が分離除去されるときに約４ミクロンの薄いＧａＮ薄膜層が破損されることを防ぐ。
後続する工程は、図１２〜図１４に示す工程と同様である。図３３は、チップを分離した後の断面図である。
【００５１】
次いで、本発明の図６に示したような垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である図３４〜図３７に基づき、この変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明する。
図３４は、図１６に示した所定の基板の上にＳｉＯ２の保護膜１６２を０．０５〜５．０ミクロンの厚さにＰＥＣＶＤ法により蒸着する工程を示している。
【００５２】
図３５は、網目状の微細パターンを形成した後、フォトレジスト膜をマスクとしてＢＯＥまたはＣＦ４ガスを用いてドライエッチング方法によりＳｉＯ２の保護膜１６２をエッチングし、その後、ＳｉＯ２が除去された部分上にｐ型反射膜オーミック金属を蒸着し、熱処理を施してｐ型反射膜オーミック電極１１０を形成する工程を示している。
ＮｉとＡｕを数十〜数百ナノメートルの厚さに電子線蒸着装置により蒸着して使用することができるが、図４〜図７に示す垂直型ＬＥＤの場合には反射度が重要であるため、Ｎｉ／Ａｇ、Ｐｔ／Ａｇ、Ｒｕ／Ａｇ、Ｉｒ／Ａｇなどの金属を使用する。次いで、３００〜６００℃の温度条件下で数秒から数分をかけて急速熱処理方法を用いて熱処理を施すことにより電極を形成する。次いで、ｐ型反射膜オーミック電極１１０の上にＡｇまたはＡｌ系の反射膜１０３を蒸着する。
【００５３】
図３６は、数ミクロン〜数十ミクロンの厚さの金属支持層１００を作り、レーザーを照射する工程を示す。金属支持層１００は、電気メッキ方法、またはスパッタリング、電子線蒸着、熱蒸着などの真空蒸着法、あるいは、金属基板をｐ型電極上に載置して３００℃の温度条件下で圧力を加えながら押し付ける基板拡散貼り合わせ方法を用いて形成する。レーザーをサファイアを介して照射すると、レーザーがＧａＮ層に吸収され、ＧａＮ層はＧａ金属とＮ２ガスに分解される。このとき、金属支持層１００はレーザー照射によりサファイア基板２００が分離除去されるときに約４ミクロンの薄いＧａＮ薄膜層が破損されることを防ぐ。後続する工程は、図２０〜図２２に示す工程と同様である。図３７は、チップを分離した後の断面図である。
【００５４】
次に、本発明の図７に示したような垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である図３８〜図４１に基づき、この変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明する。
図３８は、図９に示した工程まで行った後、全面にＳｉＯ２の保護膜１６２を０．０５〜５．０ミクロンの厚さにＰＥＣＶＤ方法により蒸着する工程を示している。次いで、網目状の微細パターンを形成した後、フォトレジスト膜をマスクとしてＢＯＥまたはＣＦ４ガスを用いてドライエッチング方法によりＳｉＯ２をエッチングし、その後、ＳｉＯ２が除去された部分上にｐ型反射膜オーミック金属を蒸着し、熱処理を施してｐ型反射膜オーミック電極１１０を形成する工程を示している。
【００５５】
このとき、ＮｉとＡｕを数十から数百ナノメートルの厚さに電子線蒸着装置により蒸着して使用することができるが、図４から図７に示す垂直型ＬＥＤの場合には反射度が重要であるため、Ｎｉ／Ａｇ、Ｐｔ／Ａｇ、Ｒｕ／Ａｇ、Ｉｒ／Ａｇなどの金属を使用する。次いで、３００〜６００℃の温度条件下で数秒から数分をかけて急速熱処理方法を用いて熱処理を施すことにより電極を形成する。
【００５６】
図３９は、網目状のｐ型反射膜オーミック電極１１０の上にＡｇまたはＡｌ系の反射膜１０３を蒸着する工程を示している。次いで、図４０に示すように、数ミクロン〜数十ミクロンの厚さの第１の金属支持層１０２を作り、チップの面積に相当する領域にフォトレジスト膜によりパターンを形成した後、フォトレジスト膜をマスクとして第２の金属支持層１０１を形成する。次いで、レーザーを照射してサファイア基板２００を分離する。
【００５７】
第１の金属支持層１０２は、電気メッキ方法、またはスパッタリング、電子線蒸着、熱蒸着などの真空蒸着法、あるいは、金属基板をｐ型電極上に載置して３００℃の温度条件下で圧力を加えながら押し付ける基板拡散貼り合わせ方法を用いて形成する。第２の金属支持層１０１は、電気メッキ方法、またはスパッタリング、電子線蒸着、熱蒸着などの真空蒸着法を用いて形成する。レーザーをサファイアを介して照射すると、レーザーがＧａＮ層に吸収され、ＧａＮ層はＧａ金属とＮ２ガスに分解される。このとき、金属支持層は、レーザー照射によりサファイア基板２００が分離除去されるとき、約４ミクロンの薄いＧａＮ薄膜層が破損されることを防ぐ。
後続する工程は、図１２、図１３、図１４に示す工程と同様である。図４１は、チップを分離した後の断面図である。
【００５８】
次いで、本発明の図７に示したような垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である図４２〜図４５に基づき、この変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明する。
図４２は、図１６に示した所定の基板上にＳｉＯ２の保護膜１６２を０．０５〜５．０ミクロンの厚さにＰＥＣＶＤ方法により蒸着する工程を示している。次いで、網目状の微細パターンを形成し、フォトレジスト膜をマスクとしてＢＯＥまたはＣＦ４ガスを用いてドライエッチング方法によりＳｉＯ２をエッチングした後、ＳｉＯ２が除去された部分上にｐ型反射膜オーミック金属を蒸着し、次いで、熱処理を施してｐ型反射膜オーミック電極１１０を形成する。
【００５９】
通常、ＮｉとＡｕを数十〜数百ナノメートルの厚さに電子線蒸着装置により蒸着して使用することができるが、図４〜図７に示す垂直型ＬＥＤの場合には反射度が重要であるため、Ｎｉ／Ａｇ、Ｐｔ／Ａｇ、Ｒｕ／Ａｇ、Ｉｒ／Ａｇなどの金属を使用する。次いで、３００〜６００℃の温度条件下で数秒から数分をかけて急速熱処理方法を用いて熱処理を施すことにより電極を形成する。次いで、網目状のｐ型反射膜オーミック電極１１０の上にＡｇまたはＡｌ系の反射膜１０３を蒸着する。
【００６０】
図４３は、数ミクロン〜数十ミクロンの厚さの第１の金属支持層１０２を作り、チップの面積に相当する領域にフォトレジスト膜によりパターンを形成した後、フォトレジスト膜をマスクとして第２の金属支持層１０１を形成する工程を示している。次いで、レーザーを照射してサファイア基板２００を分離除去する。
第１の金属支持層１０２は、電気メッキ方法、またはスパッタリング、電子線蒸着、熱蒸着などの真空蒸着法、あるいは、金属基板をｐ型電極上に載置して３００℃の温度条件下で圧力を加えながら押し付ける基板拡散貼り合わせ方法を用いて形成する。第２の金属支持層１０１は、電気メッキ方法、またはスパッタリング、電子線蒸着、熱蒸着などの真空蒸着法を用いて形成する。レーザーをサファイアを介して照射すると、レーザーがＧａＮ層に吸収され、ＧａＮ層はＧａ金属とＮ２ガスに分解される。このとき、金属支持層は、レーザー照射によりサファイア基板２００が分離除去されるときに約４ミクロンの薄いＧａＮ薄膜層が破損されることを防ぐ。
【００６１】
図４４は、サファイア基板２００を分離除去した後の断面図である。後続する工程は、図２０、図２１、図２２に示す工程と同様である。図４５は、チップを分離した後の断面図である。
【００６２】
本発明による垂直型ＬＥＤ素子は上述の工程に限定されるものではなく、半導体素子の製造時における種々の工程により製造可能である。すなわち、それぞれの層は種々の蒸着工程により製造することができ、エッチングについてもドライ／ウェットを用いたエッチング工程を行うことができ、パターニング工程に際しても、フォトレジスト膜の代わりに別途のバリア膜を使用することができる。
【００６３】
図４６は、ｎ型電極構造を示す平面図である。
図４６に示すように、ｎ型電極のパッドの周りに「Ｘ」字状の枝（ｂｒａｎｃｈ）を付けると、電流の拡散抵抗を低減することができて電子を均一に注入することができ、結果として、光出力を高めることができる。もちろん、本発明はこれに限定されるものではなく、光出力の向上のためにｎ型電極として種々の形状のものが採用可能である。
【００６４】
図４７は、本発明によるＬＥＤ素子のＳＥＭ写真である。
具体的には、図４７は、本発明の図８〜図１５に示した工程によりサファイアを分離除去した２インチＬＥＤ基板と、その上に配設されたＬＥＤ素子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した写真である。この図４７より、２インチ基板の全てが完璧にサファイアから分離除去されており、しかも、その内に作り込まれた素子がいずれも良好な状態を維持していることが確認できる。
【００６５】
図４８及び図４９は、本発明の第１の実施形態により製造した垂直型ＬＥＤ素子と従来の水平型ＬＥＤ素子における電気的、光学的な特性を比較した結果を示すグラフである。
図４８は、水平型ＬＥＤ素子と垂直型ＬＥＤ素子における電流−電圧特性の比較グラフである。注入電流が２０ｍＡであるときに垂直型ＬＥＤの順方向電圧は３．３Ｖであり、水平型ＬＥＤ素子の３．５Ｖに比べて０．２Ｖ程度低いことが分かる。これは、垂直型構造のＬＥＤ素子の方が電力消費が低いことを示唆している。
【００６６】
図４９は、水平型ＬＥＤ素子と垂直型ＬＥＤ素子における光出力特性の比較グラフである。この図４９より、光出力特性が２．５倍以上高くなっていることが分かる。これは、同じ電力が消費されるとしたとき、垂直型構造のＬＥＤ素子の方が２．５倍ほどさらに明るい光を放射することを示唆している。
【００６７】
図５０は、従来の水平型ＬＥＤ素子と本発明による垂直型ＬＥＤ素子における注入電流による光出力特性の比較グラフである。
図２に示す水平型ＬＥＤ素子と、図８〜図１５に示した工程により図４に示した垂直型ＬＥＤ素子を作り、注入電流による光の光出力特性を調べてみた。図５０に示すように、垂直型ＬＥＤ素子の方が、水平型ＬＥＤ素子に比べて、約２．５倍ほどさらに明るい光を放射することが分かる。
【００６８】
図５１及び図５２は、本発明の図３０〜図３３に示す製造工程により製造した垂直型ＬＥＤ素子と、図８〜図１５に示す製造工程により製造した垂直型ＬＥＤ素子における電気的、光学的な特性を比較した結果を示すグラフである。
ここで、反射膜としては、純度９９％以上のＡｇを５００ｎｍの厚さに熱蒸着したＡｇ膜を使用している。
【００６９】
図５１は、図３０〜図３３に示した工程により製造した垂直型ＬＥＤ素子と、図８〜図１５に示す工程により製作した垂直型ＬＥＤ素子における素子の電流−電圧特性の比較グラフである。注入電流が２０ｍＡであるときに、両素子ともに順方向電圧は３．３Ｖであることが分かる。
【００７０】
図５２は、図３０〜図３３に示した工程により製造した垂直型ＬＥＤ素子と、図８〜図１５に示した工程により製造した垂直型ＬＥＤ素子における光出力特性の比較グラフである。この図５２より、光出力特性が少なくとも２０％程度改善されていることが確認できる。これは、Ａｇ膜の反射度が９８％以上であることに起因する。すなわち、図３０〜図３３に示す工程により、垂直型ＬＥＤ素子の光特性を少なくとも２０％程度改善することが可能になることが分かる。
【００７１】
また、本発明は上述の説明に限定されるものではなく、素子の側面に絶縁膜を形成した後、金属保護膜層をｐ型電極の上と素子の側面にコートしてＧａＮエピタキシャル成長した基板を保護することができる。以下、金属保護膜層を備える本発明の第２の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子について説明する。
【００７２】
図５３は、本発明の第２の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の断面図であり、図５４〜図５８は、本実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の断面図である。
図５３を参照すると、本実施形態の垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ構造は、まず、素子の側面、すなわち、ｐ型半導体層１３００、活性層１４００、及びｎ型半導体層１５００からなる素子の側面に絶縁膜１７００をコートした後、金属保護膜層１１００をｐ型電極１２００の下と絶縁膜１７００の側面にコートして、厚さが僅か４〜５ミクロンであるＧａＮピタキシャル成長した基板を保護できる構造であることを特徴としている。
【００７３】
すなわち、素子の下端部分と側面部との上に１０ミクロン以上の厚い金属保護膜層１１００が形成され、その上にｐ型電極１２００、ｐ型半導体層１３００、活性層１４００、ｎ型半導体層１５００、及びｎ型電極１６００層がこの順に積層されている。
図５４に示すように、本実施形態の変形例による２番目の垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ構造は、第２の実施形態による１番目の構造を基本とし、光が発せられるｎ型半導体層の上に反射防止膜１８００をコートして光特性を改善し耐久性を高めることを特徴とする。
【００７４】
図５５に示すように、３番目の構造は１番目の構造を基本とし、金属保護膜層１１００の下に厚い金属支持層１９００をコートしてチップ分離を容易にするというメリットがある。このとき、下の金属支持層１９００が一種の橋柱の役目を果たすために中空スペースを提供して力学的に両橋柱間を圧力が働くような形状になり、チップ分離を容易に行うことができる。
【００７５】
図５６に示すように、４番目の垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ構造もまた１番目の構造を基本とし、ｐ型電極１２００をｐ型半導体層１３００の上に網目状に部分的に形成し、これらの間に反射膜２０００を挿置することにより活性層１４００において形成した光子がｎ型半導体層１５００に向かって放射されることを極大化させることができるという特徴がある。
【００７６】
図５７に示すように、５番目の垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ構造は、上述の４番目の構造を基本とし、光が発せられるｎ型半導体層１５００の上に反射防止膜１８００をコートして光特性を改善し耐久性を高めることを特徴とする。
【００７７】
図５８に示すように、６番目の垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ構造も４番目の構造を基本とし、金属保護膜層１１００の下に厚い金属支持層１９００をコートしてチップ分離を容易にするというメリットがある。
【００７８】
図５３〜図５８を参照すると、本実施形態の垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ素子は、ｐ型半導体層１３００と、その上部に形成された活性層１４００、及びｎ型半導体層１５００と、ｎ型半導体層１５００の上に形成されたｎ型電極１６００と、ｐ型半導体層１３００、活性層１４００及びｎ型半導体層１５００を保護する金属保護膜層１１００とを備えている。
【００７９】
ここで、金属保護膜層１１００は、ｐ型半導体層１３００、活性層１４００、及びｎ型半導体層１５００の側方とｐ型半導体層１３００の下方に形成されている。また、金属保護膜層１１００とｐ型半導体層１３００との間に形成されたｐ型電極１２００をさらに備えている。ｐ型電極１２００は、網目状に形成することが好ましい。また、ｎ型半導体層１５００、活性層１４００、及びｐ型半導体層１３００の側方と金属保護膜層１１００との間には絶縁膜１７００をさらに形成している。さらに、ｐ型半導体層１３００と金属保護膜層１１００との間に反射膜２０００をさらに形成してもよく、金属保護膜層１１００の下部に金属支持層１９００をさらに形成してもよい。
【００８０】
本実施形態の図５３に示す垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ素子は、ｐ型電極１２００、ｐ型半導体層１３００、活性層１４００、ｎ型半導体層１５００、及びｎ型電極１６００がこの順に積層され、ｐ型半導体層１３００、活性層１４００、及びｎ型半導体層１５００の側面を保護する絶縁膜１７００が形成され、絶縁膜１７００とｐ型電極１２００の周りに金属保護膜層１１００が形成されている。このとき、絶縁膜１７００は、ｎ型半導体層１５００の側面にのみ形成されていてもよく、ｐ型半導体層１３００の側面にのみ形成されていてもよい。
【００８１】
図５４に示すこの変形例の垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ素子は、図５３に示した垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ素子のｎ型半導体層１５００の上に反射防止膜１８００が形成されて光の反射を防ぐというメリットがある。
図５５に示す垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ素子は、図５４に示した垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ素子の金属保護膜層１１００の下部に金属支持層１９００が形成されている。
【００８２】
図５６に示す垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ素子は、反射膜２０００と、反射膜２０００に形成された網目状のｐ型電極１２００と、ｐ型電極１２００の上にこの順序で積層されたｐ型半導体層１３００、活性層１４００、ｎ型半導体層１５００及びｎ型電極１６００と、ｐ型半導体層１３００、活性層１４００及びｎ型半導体層１５００の側方に形成された絶縁膜１７００と、絶縁膜１７００と反射膜２０００の周りを包み込むように形成された金属保護膜層１１００とを備えている。このとき、絶縁膜１７００は、図のごとく、ｐ型半導体層１３００の下部面に部分的に形成されていてもよい。
【００８３】
図５７に示す垂直型ＧａＮ−ＬＥＤ素子は、図５６に示した垂直型ＬＥＤ素子のｎ型半導体層１５００の上部に反射防止膜１８００が形成されている。
図５８に示す垂直型ＬＥＤ素子は、図５７に示した垂直型ＬＥＤ素子の金属保護膜層１１００の下部に金属支持層１９００が形成されている。
【００８４】
上述のｐ型半導体層１３００の下部に形成されたｐ型電極１２００は、優れた熱的安定性と９０％以上の高反射度を有するオーミック電極層であることが好ましい。かかるオーミック電極層としてのｐ型電極１２００は、コンタクト金属層１２１０、反射金属層１２２０、拡散防止層１２３０及び貼り合わせ金属層１２４０、１２５０を備える。ｐ型電極１２００の総厚さは、３００Å〜２３０００Åにするが、好ましくは、２０００Å〜５０００Åにする。
【００８５】
ここで、コンタクト金属層１２１０は、５Å〜５００Åの厚さに形成するが、好ましくは、２００Å以内に形成する。上述のコンタクト金属層１２１０の厚さは、光の吸収量を制御する目的で、上述の厚さの範囲内に収める。また、コンタクト金属層１２１０は、多層の薄膜で形成してもよい。
コンタクト金属層１２１０は、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｖ、Ｃｏ、Ｏｓ、Ｒｅ及びＲｈのうち少なくともいずれか１種から形成し、好ましくは、Ｎｉ、Ｉｒ及びＰｔが積層された金属から形成する。
【００８６】
反射金属層１２２０は、１００Å〜９０００Åの厚さに形成するが、好ましくは、１０００Å〜２０００Åの厚さに形成する。反射金属層１２２０はＡｌ及び／またはＡｇから形成し、好ましくは、Ａｇから形成する。
【００８７】
拡散防止層１２３０は、５０Å〜１０００Åの厚さに形成するが、好ましくは、１００Å〜８００Åの厚さに形成する。拡散防止層１２３０は、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＲｕＯ２、ＶＯ２、ＭｇＯ、ＩｒＯ２、ＲｅＯ２、ＲｈＯ２、ＯｓＯ２、Ｔａ２Ｏ３及びＷＯ２のうち少なくともいずれか１種から形成し、好ましくは、Ｒｕから形成する。
【００８８】
貼り合わせ金属層１２４０、１２５０は、第１の貼り合わせ金属層１２４０及び第２の貼り合わせ金属層１２５０により形成するが、第１の貼り合わせ金属層１２４０は１００Å〜３０００Åの厚さに形成し、好ましくは、１０００Å以内に形成する。第１の貼り合わせ金属層１２４０は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｖ及びＴａのうち少なくともいずれか１種から形成し、好ましくは、Ｎｉから形成する。
第２の貼り合わせ金属層１２５０は、１００Å〜９０００Åの厚さに形成するが、好ましくは、１０００Å以内に形成する。第２の貼り合わせ金属層１２５０は、Ａｕ、Ｐｄ及びＰｔのうち少なくともいずれか１種から形成し、好ましくは、Ａｕから形成する。
【００８９】
上述のｐ型電極１２００は、コンタクト金属層１２１０、反射金属層１２２０及び拡散防止層１２３０をこの順に積層した後、熱処理を施し、続けて、第１及び第２の貼り合わせ金属層１２４０、１２５０を積層して形成するか、あるいは、コンタクト金属層１２１０、反射金属層１２２０、拡散防止層１２３０、第１及び第２の貼り合わせ金属層１２４０、１２５０を形成した後に熱処理を施して形成する。
これにより、ｐ型半導体層１３００の上にＭｅ（＝Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｔ）／Ａｇ／Ｒｕ／Ｎｉ／Ａｕがこの順に積層されて、反射膜特性と低いコンタクト抵抗特性を両立できるｐ型電極を形成することができる。
【００９０】
以下、このような構造を有する本発明の第２の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明する。
図５９〜図６６は、本発明の第２の実施形態による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための一連工程断面図である。
【００９１】
図５９は、一般的なＧａＮ−ＬＥＤ基板の断面図である。サファイアの基板１０００の上にｎ型半導体層１５００、活性層１４００、ｐ型半導体層１３００薄膜をこの順に成長させる。薄膜の総厚さは略４ミクロンであり、薄膜は金属−有機物化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）により蒸着する。
【００９２】
上述の基板１０００としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＬｉＡｌ２Ｏ３、ＢＮ、ＡｌＮ及びＧａＮのうち少なくともいずれか１種の基板を使用する。この実施形態においては、サファイア基板を使用している。この実施形態においては、上述の基板１０００の上に、ｎ型半導体層１４００の形成時に緩衝の役割を果たすバッファ層をさらに形成してもよい。ｎ型半導体層１４００としては、ｎ型不純物が注入された窒化ガリウム（ＧａＮ）膜を使用することが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の半導体性質を持つ物質層が採用可能である。
【００９３】
この実施形態においては、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）膜を備えるｎ型半導体層１４００を形成している。また、ｐ型半導体層１３００としても、ｐ型不純物が注入された窒化ガリウム膜を使用する。この実施形態においては、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）膜を備えるｐ型半導体層１３００を形成する。
この代わりに、半導体層膜としてＩｎＧａＮ膜を使用してもよい。また、上述のｎ型半導体層１５００及びｐ型半導体層１３００は多層膜に形成してもよい。以上において、ｎ型の不純物としてＳｉを使用し、ｐ型の不純物としては、ＩｎＧａＡｌＰの使用時にはＺｎを使用し、窒化物系であるときにはＭｇを使用している。
【００９４】
また、活性層１４００としては、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）膜上に量子井戸層とバリア層が反復的に形成された多層膜を使用する。上述のバリア層と量子井戸層としては、２元化合物ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、３元化合物ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）、及び４元化合物ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）を使用することができる。もちろん、上述の２元ないし４元化合物に所定の不純物を注入してｎ型半導体層１５００及びｐ型半導体層１３００を形成してもよい。
【００９５】
図６０は、素子領域以外の部分をエッチングする工程を示している。エッチング工程は、通常、フォトレジスト膜またはＳｉＯ２によりマスキングした後、Ｃｌ２ガスを流しながらドライエッチング方法によりエッチングする。ドライエッチングによりエッチングした後、エッチングマスクを除去し、その後、全面に絶縁膜１７００を蒸着して素子の側面に絶縁膜１７００を蒸着する。
【００９６】
図６１は、ｐ型反射膜オーミック電極、すなわち、ｐ型電極１２００が形成される部分をエッチングした後、その上にｐ型電極（ｐ型反射膜オーミック電極）１２００を形成する工程を示している。素子の分離のために、エッチング済みの基板上にＳｉＯ２保護膜１７００を０．０５〜５．０ミクロンの厚さにＰＥＣＶＤ方法により蒸着する。ｐ型反射膜オーミック電極１２００の形成のために、微細パターンを形成し、フォトレジスト膜をマスクとしてＢＯＥまたはＣＦ４ガスを用いてドライエッチング方法によりエッチングした後、オーミック金属層を蒸着する。
【００９７】
オーミック金属層の蒸着前に露出されたｐ型半導体層１３００の表面処理は、王水（ＨＣｌ：ＨＮＯ３＝３：１）水溶液にｐ型半導体層１３００を１０分間浸漬した後、脱イオン水による洗浄、窒素による乾燥を行うことにより実施される。
【００９８】
金属の蒸着前に塩酸と脱イオン水を１：１にて混ぜ合わせた溶液に１分間浸漬して表面を処理した後、電子線蒸着装置内に挿入し、金属電極／Ａｇ／Ｒｕ／Ｎｉ／Ａｕ（Ｍｅ＝Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｔ）層１２１０、１２２０、１２３０、１２４０、１２５０をこの順に蒸着してオーミック電極を形成する。そして、オーミック電極に対して、急速熱処理装置を用い、酸素雰囲気下または酸素を５％以上含む雰囲気下で１００〜７００℃の温度条件下、１０秒以上熱処理を施す。好ましくは、５〜１００％の酸素入り雰囲気下で１００〜７００℃の温度条件下、約１０〜１００秒間熱処理を施す。次いで、電気的な特性を測定してオーミック電極のコンタクト抵抗を計算する。
【００９９】
好ましくは、ｐ型半導体層１３００の上にコンタクト金属層（Ｍｅ＝Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｔ）１２１０、Ａｇ層１２２０、Ｒｕ層１２３０をこの順に蒸着する。次いで、酸素雰囲気下で熱処理を施す。このとき、反射金属層としてのＡｇ層１２２０の上に拡散防止層としてのＲｕ層１２３０が形成され、熱処理に際してＡｇ層１２２０が拡散または酸化されるような現象を防ぐことができる。次いで、Ｒｕ層１２３０の上にＮｉ層１２４０及びＡｕ層１２５０を蒸着してオーミック電極を形成する。
【０１００】
この代わりに、コンタクト金属層（Ｍｅ＝Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｔ）１２１０、Ａｇ層１２２０、Ｒｕ層１２３０、Ｎｉ層１２４０及びＡｕ層１２５０をこの順に積層した後、酸素雰囲気下で熱処理を施し、緻密なオーミック電極を形成してもよい。オーミック電極の形成後、所定のパターニング工程によりｐ型半導体層１３００上のオーミック電極を所望のパターンにしてもよい。もちろん、ｎ型窒化物層の上に上述のオーミック電極を形成してもよい。
【０１０１】
絶縁膜１７００は、ｎ型半導体層１５００と活性層１４００の側方にのみ形成してもよい。上述においては、全体の構造に絶縁膜１７００を形成した後、ｐ型半導体層１３００の上に形成された絶縁膜１７００の一部をエッチングしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ｐ型半導体層１３００の上部に所定のマスクを形成してその一部を保護した後、全体の構造の上に絶縁膜１７００を形成し、その後、ｎ型半導体層１５００と活性層１４００の側方に形成された絶縁膜１７００部分を除いた絶縁膜１７００を除去してもよい。
【０１０２】
図６２は、数ミクロン〜数十ミクロンの厚さの金属保護膜層１１００を形成し、レーザーを照射する工程を示している。金属保護膜層１１００は、電気メッキ方法、またはスパッタリング、電子線蒸着、熱蒸着などの真空蒸着法を用いて形成する。レーザーをサファイアを介して照射すると、レーザーがＧａＮ層に吸収され、ＧａＮ層はＧａ金属とＮ２ガスに分解される。このとき、金属保護膜層１１００はレーザー照射によりサファイア基板１０００が分離除去されるときに約４ミクロンの薄いＧａＮ薄膜層が破損されることを防ぐ。このとき、絶縁膜の一部も一緒に分離除去されることがある。
【０１０３】
図６３は、サファイアの基板１０００が分離除去された後、ＧａＮ薄膜層が金属保護膜層１１００により包み込むように保護されている様子を示している。
次いで、図６４に示すように、活性層（ｉ−ＩｎＧａＮ）１４００から発生した光子を基板の外部に円滑に放射させるために、ｎ型半導体層１５００の上に反射防止層１８００をコートする。反射防止膜１８００としては、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＩＴＯ、ＩＺＯなどが使用され、これらの膜はＰＥＣＶＤ、スパッタリングまたは電子線蒸着法により蒸着する。
【０１０４】
図６５は、反射防止層１８００の一部分をエッチングし、ｎ型オーミック電極１６００を形成した後の断面図である。ｎ型電極１６００は、Ｔｉ／ＡｌやＣｒ／Ａｕ、またはこれら層の上にＣｒ／ＡｕやＮｉ／Ａｕ層を電子線蒸着装置により蒸着して使用する。
図６６は、チップを分離した後の断面図である。このとき、チップは、ダイシングやレーザーカット方法により分離する。
【０１０５】
図６７から図６９は、本実施形態の変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
図６７〜図６９に示す工程は、上述の図５９〜図６１に示す工程とほとんど同様である。すなわち、基板１０００の上に所定のＧａＮ層、すなわち、ＰＮ接合構造の層を形成する。次いで、素子間を分離し、分離された素子を保護する絶縁膜１７００をその段差に沿って形成する。絶縁膜１７００の一部をパターニングしてｐ型半導体層１３００の一部を露出させた後、露出したｐ型半導体層１３００の上にｐ型電極１２００を形成する。
【０１０６】
次いで、図７０に示すように、全体の構造の上にその段差に沿って金属保護膜層１１００を形成し、ｐ型半導体層１３００の上方の金属保護膜層１１００の上に金属支持層１９００を形成する。好ましくは、金属保護膜層１１００の上に１０〜５０ミクロンの厚さの金属支持層１９００を形成する。
【０１０７】
次いで、図７１〜図７４に示すように、下部の基板１０００を除去した後、ｎ型半導体層１５００の上に反射防止膜１８００を形成し、反射防止膜１８００の一部をパターニングしてｎ型半導体層１５００の一部を露出させる。次いで、露出されたｎ型半導体層１５００の上にｎ型電極１６００を形成する。その後、チップを分離して垂直型ＬＥＤ構造を完成する。
【０１０８】
続けて、図５６〜図５７に示した垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である図７５〜図８２に基づき、これら変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明する。
図７５及び図７６に示すように、基板１０００の上にＰＮ接合構造の複数の半導体層を形成する。ＳｉＯ２系の絶縁膜１７００を０．０５〜５．０ミクロンの厚さにＰＥＣＶＤ方法により蒸着する。次いで、フォトレジスト膜を用いて網目状の微細パターンを形成し、フォトレジスト膜をマスクとしてＢＯＥまたはＣＦ４ガスを用いてドライエッチング方法によりＳｉＯ２をエッチングすることにより、ｐ型半導体層１３００を網目状に露出させる。
【０１０９】
図７７に示すように、絶縁膜１７００がエッチングされて露出されたｐ型半導体層１３００の上にｐ型反射オーミック電極層（ｐ型電極）１２００を蒸着する。ｐ型電極１２００が形成されたｐ型半導体層１３００の上に反射膜２０００を形成する。ｐ型オーミック電極（ｐ型電極）１２００は、オーミック金属を蒸着し、熱処理を施して形成する。
【０１１０】
通常、ＮｉとＡｕを数十から数百ナノメートルの厚さに電子線蒸着装置により蒸着して使用するが、本実施形態の垂直型ＬＥＤの場合には反射度が重要であるため、Ｎｉ／Ａｇ、Ｐｔ／Ａｇ、Ｒｕ／Ａｇ、Ｉｒ／Ａｇなどの金属を使用する。次いで、３００〜６００℃の温度条件下で数秒から数分をかけて急速熱処理方法を用いて熱処理を施すことにより電極を形成する。その後、網目状のｐ型オーミック電極（ｐ型電極）１２００上にＡｇまたはＡｌ系の反射膜２０００を蒸着する。
図７８〜図８２に示す工程は、図５９〜図７４に示した工程と同様であるため、その説明は省略する。
【０１１１】
次に、図５８に示した垂直型ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である図８３〜図９０に基づき、この変形例による垂直型ＬＥＤ素子の製造工程を説明する。
図８３〜図８５に示す工程は、上述の図７５〜図７７に示す工程と同様である。
【０１１２】
図８６は、図７８に示したように、全体の構造の段差に沿って金属保護膜層１１００を形成した後、金属保護膜層１１００の上部に金属支持層１９００を形成する工程を示している。図のごとく、トレンチが形成された領域には金属支持層１９００を形成しないことにより、後続する個々の素子間を分離する工程を容易に行うことができる。図８７〜図９０は、図５９〜図８２に示した工程と同様であるため、その説明を省略する。
【０１１３】
上述の実施形態においては、金属保護膜層１１００は、素子の側面と下面が包み込まれるように形成されている。また、金属保護膜層１１００の下部に金属支持層１９００を形成してチップの分離時に素子が歪んだり衝撃により損傷されたりするような現象を極力抑えることができる。
【０１１４】
また、上述の絶縁膜１７００として、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＶＯ２、ＺｒＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＮｂＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ３及びＷＯ３のうち少なくともいずれか１種の酸化物薄膜を使用する。このとき、酸化膜として１００ｎｍ〜１００μｍの厚さのものを使用する。また、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンドなどの広いバンドギャップを有する１種または２種以上の薄膜状の半導体を交互に積層して１００ｎｍ〜１００μｍの厚さの絶縁膜を形成する。
【０１１５】
また、金属保護膜層１１００及び金属支持層１９００は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、Ａｇ、Ｐｔ及びＣｒのうち少なくともいずれか１種の金属から０．５〜２００ｍｍの厚さに形成する。さらに、金属保護膜層１１００及び金属支持層１９００は、ＮｂドープのＳｒＴｉＯ３、ＡｌドープのＺｎＯ、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの伝導性セラミック膜や、ＢドープのＳｉ、ＡｓドープのＳｉ、不純物ドープのダイヤモンドなどの不純物ドープの半導体を真空蒸着して形成することができる。
【０１１６】
また、ｐ型電極１２００は、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＡｌのうち少なくともいずれか１種の物質から５〜２０００ｎｍの厚さに形成する。もし、ｐ型電極１２００を２層に形成する場合、１番目の層にはＮｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｉｎ及びＺｒのうち少なくともいずれか１種の物質を使用し、２番目の層にはＡｇ及び／またはＡｌを使用する。
このとき、１番目の層は５〜１０００ｎｍの厚さに形成し、２番目の層は１０〜１０００ｎｍの厚さに形成する。
【０１１７】
ｐ型電極１２００は２層以上の多層に形成してもよい。上述のｐ型電極１２００を形成するために、窒素雰囲気、酸素雰囲気または空気雰囲気下で３００〜６００℃の温度条件下、３０秒〜３０分間熱処理を施す。また、ｐ型電極１２００の形成前に反射膜２０００をｐ型半導体層１３００上に形成した後、ｐ型電極１２００が形成される部分をエッチングしてｐ型電極１２００を形成する。
【０１１８】
また、反射膜２０００はＡｇ及び／またはＡｌから形成する。この代わりに、反射膜２０００を、Ａｇと他の金属を１０％未満含む合金またはＡｌと他の金属を１０％未満含む合金から形成してもよい。
さらに、反射防止膜１８００は、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４及びＩＺＯのうち少なくともいずれか１種から１０〜５０００ｎｍの厚さに形成する。
【符号の説明】
【０１１９】
１００ 金属支持層
１０１ 第１の金属支持層
１０２ 第２の金属支持層
１０３、２０００ 反射膜
１１０ （ｐ型）反射膜電極（ｐ型反射膜オーミック電極）
１２０、１３００ ｐ型半導体層
１３０、１４００ ＩｎＧａＮ活性層（活性層）
１４０、１５００ ｎ型半導体層
１５０、１６００ ｎ型オーミック電極（ｎ型電極）
１６０ 反射防止膜（層）
１６２ 保護膜
２００、１０００ （サファイア）基板
１１００ 金属保護膜層
１２００ ｐ型電極
１２１０ コンタクト金属層
１２２０ 反射金属層
１２３０ 拡散防止層
１２４０、１２５０ 貼り合わせ金属層
１７００ 絶縁膜
１８００ 反射防止膜
１９００ 金属支持層
【図１】
2012124523.tif 000003
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図４６】
2012124523.tif 000007
【図４７】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012124523.tif 000011
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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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】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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