(57)【要約】【課題】  素子生産量と光抽出効率を向上させることができる垂直型発光素子の製造方法およびその垂直型発光素子に用いる基板モジュールを提供すること。【解決手段】  垂直型発光素子の製造方法において、基板１０とＬＥＤ構造のインターフェースが分離するまたは剥離するところに隙間１３’を形成することで、基板１０を該基板１０に形成されたＬＥＤ構造から容易に分離または剥離できるようにする。基板１０とエピタキシャル層２０からなる基板モジュールは制御可能な方式で基板１０とエピタキシャル層２０との間のインターフェースに複数の隙間１３’を形成している。そして、該エピタキシャル層２０にＬＥＤ構造を形成させ、ＬＥＤ構造をスーパーストレート７０に付着させ、基板１０をエピタキシャル層２０から分離し、かつ、基板１０の所在部に導電層と接触電極を形成させて、垂直型発光素子を形成させる。【選択図】図１Ｂ
2012114407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂面に交互に形成された複数の凹部および複数のエピタキシャル成長部を有する基板を形成する工程と、
前記凹部を全部覆わないように前記基板の頂面にエピタキシャル層が堆積することで前記凹部に隙間を形成する工程と、
前記エピタキシャル層の上にＬＥＤ構造を形成する工程と、
前記ＬＥＤ構造をスーパーストレートに付着させる工程と、
前記基板を前記エピタキシャル層から分離する工程と、を具備することを特徴とする発光素子製造方法。
【請求項２】
前記凹部が、平行凹溝または網状凹溝に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子製造方法。
【請求項３】
前記凹部の側断面の幅が０．５〜５μｍであり、深さが１〜１０μｍであることを特徴とする請求項２に記載の発光素子製造方法。
【請求項４】
各前記エピタキシャル成長部は、エピタキシャル成長表面を有しており、
前記エピタキシャル層が、前記エピタキシャル成長表面からエピタキシャル成長し、
前記エピタキシャル成長表面の側断面の幅が、１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の発光素子製造方法。
【請求項５】
前記エピタキシャル成長表面が、ｃ面、ｍ面、Ａ面、Ｒ面のうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項４に記載の発光素子製造方法。
【請求項６】
前記基板を分離する工程は、レーザー分離法が採用されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子製造方法。
【請求項７】
前記基板を分離する工程は、エッチング法が採用されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子製造方法。
【請求項８】
前記基板の代わりに、前記エピタキシャル層に透明導電層と接触電極とを形成することを特徴とする請求項１に記載の発光素子製造方法。
【請求項９】
基板モジュールの上にＬＥＤ構造を成長させるための基板モジュールであって、
頂面に交互に形成された複数の凹部および複数のエピタキシャル成長部を有する基板と、
前記基板の頂面に形成されたエピタキシャル層と、を備え、
前記エピタキシャル層が前記凹部を全部覆わないように前記凹部に隙間が形成されていることを特徴とする基板モジュール。
【請求項１０】
各前記エピタキシャル成長部は、エピタキシャル成長表面を有しており、
前記エピタキシャル層が、前記エピタキシャル成長表面からエピタキシャル成長し、
前記エピタキシャル成長表面の側断面の幅が、１〜１０μｍであることを特徴とする請求項９に記載の基板モジュール。
【請求項１１】
前記凹部が、平行凹溝または網状凹溝に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の基板モジュール。
【請求項１２】
前記凹部の側断面の幅が０．５〜５μｍであり、深さが１〜１０μｍであることを特徴とする請求項９に記載の基板モジュール。
【請求項１３】
前記隙間の占有率が１％〜２０％であることを特徴とする請求項９に記載の基板モジュール。
【請求項１４】
前記隙間のうち少なくとも一部が、互いに流体連通され、かつ、外部に流体連通されることを特徴とする請求項１１に記載の基板モジュール。
【請求項１５】
前記隙間の側断面の幅が、０．５〜５μｍであることを特徴とする請求項９に記載の基板モジュール。
【請求項１６】
前記基板は、ケイ素、サファイア、ガリウムヒ素、炭化ケイ素又はスピネルによって形成されていることを特徴とする請求項９に記載の基板モジュール。
【請求項１７】
前記基板は、材料層を有しており、前記材料層の中に前記凹部が形成されており、前記材料層上に前記エピタキシャル層が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の基板モジュール。
【請求項１８】
前記材料層が、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化チタンのいずれかによって形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の基板モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関し、特に、素子生産量と光抽出効率を向上させることができる垂直型発光素子の製造方法およびその垂直型発光素子に用いる基板モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、商用窒化物半導体材料が欠けていたため、次世代の常用照明光源としての窒化物半導体を用いる発光ダイオード（ＬＥＤｓ）は、サファイア、炭化ケイ素およびケイ素等を含む異質基板材料上へのエピタキシャル成長が実行するしかないサファイアの放熱効率が比較的低く、ケイ素と導電炭化ケイ素が可視光に対して透明でないため、これらの異質基板によりＬＥＤがハイパワー分野での応用は制約されている。
発光構造を別の放熱効率が比較的高い基板またはスーパーストレートに移転して発光構造とスーパーストレートの間に反射鏡を加えるのはこの制約を解消できる一つ方法とする。
薄膜移転プロセスとしては、薄膜をもとの基板から分離して選定したスーパーストレートに貼着される。
【０００３】
サファイア基板における窒化ガリウム基ＬＥＤｓに対して、すでにレーザー剥離技術が開発された。
窒化ガリウムのレーザー剥離技術について米国特許Ｎｏ．７，２０２，１４１を参考にすることができる。
ここに参考にする方式でそのすべての内容を援用する。
簡単にいうと、光子エネルギーが窒化ガリウム禁制帯横より大きなレーザーはサファイアを通って窒化ガリウムおよびサファイアインターフェースに照らしている。
光子エネルギーは、インターフェースにおける厚さが非常に小さい（１μｍ以下）窒化ガリウム層によって吸収されて、インターフェースにおける窒化ガリウム層の気化を引き起こし、かつ、高圧窒素を発生させて発光構造をサファイア基板から分離させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許Ｎｏ．７，２０２，１４１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、高圧窒素蒸気およびその振動波は発光構造に余分な欠陥を導入し、比較的低い発光効率および比較的大きな素子正方向／逆方向漏電流を発生させ、つまり比較的低い素子合格率および比較的弱い素子性能をもたらすことがある。
【０００６】
米国の特許Ｎｏ．７，７８１，２４７および特許出願Ｎｏ．２００５／０２４７９５０は、いずれも、基板と発光構造の間に挟まれたＩｎＧａＮ犠牲層で素子の剥離品質と生産量を向上する方法を提出した。
ここに参考にする方式で米国特許Ｎｏ．７，７８１，２４７および特許出願Ｎｏ．２００５／０２４７９５０のすべての内容を援用した。
ＩｎＧａＮ禁制帯は窒化ガリウム禁制帯より狭いが、より多くのレーザーエネルギーを吸収して被害薄膜の厚さを減少することができる。
そのうえ、ＩｎＧａＮは比較的低い温度において解離するので、比較的少ないレーザーエネルギーで剥離を行う。
レーザー剥離工程は、接触する半導体表面を露出させて、発光層の２つの相対側にそれぞれｎ型接触電極およびｐ型接触電極を形成させて、垂直ＬＥＤを得られる。
垂直ＬＥＤはより均一な電流分布を有するので、高電流駆動のハイパワー応用に適している。
【０００７】
本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、そのもの目的は、素子生産量と光抽出効率を向上させることができる垂直型発光素子の製造方法およびその垂直型発光素子に用いる基板モジュール提供することにある。
本発明は、垂直発光素子を製造する方法を提供するものであって、基板とＬＥＤ構造の間に隙間を形成してインターフェース層を分離または剥離して、基板をその上に形成されたＬＥＤ構造から容易に分離または剥離する。
また、本発明は、その上にＬＥＤ構造をエピタキシャル成長させるための基板モジュールを提供し、該基板モジュールは基板およびエピタキシャル層を含み、制御可能な方式で該基板とエピタキシャル層の間のインターフェースに複数の隙間を形成して、それから、該エピタキシャル層にＬＥＤ構造を形成させ、更にＬＥＤ構造をスーパーストレートに付着させ、エピタキシャル層から該基板を分離し、かつ、エピタキシャル層の剥離面に導電層と接触電極を形成させて、発光素子を形成させる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる発光素子製造方法は、頂面に交互に形成された複数の凹部および複数のエピタキシャル成長部を有する基板を形成する工程と、前記基板の頂面にエピタキシャル層が堆積することで前記凹部を全部に覆わないように前記凹部に隙間を形成する工程と、前記エピタキシャル層にＬＥＤ構造を形成する工程と、前記ＬＥＤ構造をスーパーストレートに付着させる工程と、前記エピタキシャル層から前記基板を分離する工程と、を含んで構成される。
【０００９】
本発明にかかる基板モジュールは、頂面における交互に形成された複数の凹部と、複数のエピタキシャル成長部と、頂面に形成されたエピタキシャル層と、を備え、前記エピタキシャル層が前記凹部を全部覆わないように前記凹部に隙間が形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、素子生産量と光抽出効率とを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明実施例の基板の側断面図。
【図１Ｂ】本発明実施例の基板に堆積されたＬＥＤ構造の側断面図。
【図１Ｃ】図１Ｂに示されたＬＥＤ構造を基板から分離する様子を示す図。
【図１Ｄ】本発明実施例の垂直ＬＥＤの側断面図。
【図１Ｅ】本発明実施例の垂直ＬＥＤの側断面図。
【図２Ａ】本発明実施例の基板の側断面図。
【図２Ｂ】本発明実施例基板に堆積されたＬＥＤ構造の側断面図。
【図２Ｃ】図２Ｂに示されたＬＥＤ構造を基板から分離する様子を示す図。
【図２Ｄ】本発明実施例の垂直ＬＥＤの側断面図。
【図３Ａ】本発明実施例の基板の斜視図。
【図３Ｂ】本発明の他の実施例の基板の斜視図。
【図４】本発明実施例の基板の斜視図。
【図５】本発明実施例の基板の平面図。
【図６】本発明の実施例におけるＬＥＤ構造と基板を分離する方法を示す図。
【図７】本発明実施例の垂直ＬＥＤ製造フローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の発光素子製造方法において、基板に形成されたＬＥＤ構造から基板を容易に分離または除去するために、基板とＬＥＤ構造との間のインターフェースにおける分離するまたは除去する領域で隙間が形成されている。
これらの隙間は、いかなる適合な方式でもよいが、例えば、互いに分離しており、または互いに連通しており、または流体連通されている。
これらの分離している、および連通している隙間について、そのサイズまたは側断横は０．５〜５μｍである。
下記の本明細書による限定のように、隙間の占有率は１％〜２０％である。
【００１３】
基板とＬＥＤ構造との間のインターフェースにおける隙間は、基板とエピタキシャル層とを含んだ基板モジュールによって形成される。
基板の頂面に複数の凹部と複数のエピタキシャル成長部が形成されており、かつ、各エピタキシャル成長部は、エピタキシャル成長表面を備えている。
エピタキシャル層の成長は、凹部ではなく、主にエピタキシャル成長表面から始まり、かつ、エピタキシャル層が凹部を全部に覆わないように基板とエピタキシャル層との間のインターフェースに隙間が形成されている。
凹部とエピタキシャル成長部とが基板の頂面に交互に配列されることで、凹部に形成された隙間によって基板の隣接したエピタキシャル成長表面をエピタキシャル層から容易に分離または剥離させることができる。
適当なサイズ、形状および所定数の隙間を形成できれば、凹部は、いかなる形状とサイズに形成されてもよいが、例えば、平行凹溝または網状凹溝でよい。
凹部の側断面の幅は０．５〜５μｍとされており、深さは１〜１０μｍである。
エピタキシャル成長表面は、そのうえにエピタキシャル層を成長するためのもので、かつ、エピタキシャル成長表面のサイズまたは側断面の幅は１〜１０μｍである。
前記エピタキシャル成長表面はｃ面、ｍ面、Ａ面およびＲ面のうちのいずれか一つを採用してもよい。
前記エピタキシャル成長表面のミラー指数は周辺非エピタキシャル成長表面（例えば凹部または凸部部分の傾斜面）のミラー指数より低い。
【実施例】
【００１４】
本発明における図面は、本発明を更に理解するために提出された本出願の一部となるが、前記図面は本発明の実施例を示し、かつ、明細書と共同で本発明の原理を示している。
図面全体において、同じ図面記号は同じ部品を示しており、かつ、１つの層は同じ機能にかかわる１組の層として示すことができる。
【００１５】
図１Ａは本発明の１つのプログラムの垂直ＬＥＤ成長用の１つの基板１０の側断面図である。
基板１０はサファイア、ケイ素、炭化ケイ素、ガリウムヒ素、スピネルおよびその他いかなる適切な材料を採用してもよい。
基板１０に２種類の凹部１２、凹部１３が形成されているが、凹部１２は比較的広い底部があり、つまり図に示された平底であって、これによりその後のＬＥＤ構造の成長を得られるが、凹部１３は比較的狭く、鋭い底部があって、その後のＬＥＤ構造の成長において隙間を形成させる。
図１Ａに示されたような実施例において、様々な凹部は、いずれも最も接近した、または隣接したもう１種類の凹部に属する隣接の凹部を持っている。
言い換えれば、凹部１２と凹部１３とは交互に配列されていることが好ましい。
凹部１２、凹部１３は図１Ａに示された周期パターン、または任意のパターンで形成されてもよい。
周期パターンで配列された場合、パターンは図３Ａに示された１次元、または２次元を有している。
凹部１２および凹部１３はそれぞれ、凸部１１によって形成されている。
凸部１１は凹部１２と凹部１３を仕切る役割を果している。
図１Ａおよび図３Ａに示されたように、凹部１２および凹部１３は周期定数ａで周期パターンで配列されている。
凹部１３の深さは凹部１２の深さより小さくても、または大きくてもよい。
図１Ａおよび図３Ａにおいて、凹部１２および凹部１３は同じ深さであり、かつ、凸部１１の高さに相当している。
最も接近した２つの隣り合った凸部１１の間隔はｄで、間隔ｄは凹部１３の２つの隣り合った凸部１１を限定する頂点の間の距離を通じて測定されたものである。
普通、間隔ｄは図３、図４および図５に示された凹部１３の頂部の側断面の開口の幅となる。
図１Ａを参考にして見れば、凹部１２のＬＥＤ構造の成長を得るための側断面の底部の幅はｗである。
間隔ｄは０．５〜５μｍとされており、例えば１〜３μｍとすることができ、凹部１２の側断面の底部の幅ｗは３〜１０μｍであり、例えば５〜７．０μｍとすることができる。
凹部１３の深さｈは１〜１０μｍであり、例えば３〜６μｍとすることができる。
周期定数ａは４〜２０μｍとされており、例えば７〜１３μｍとすることができる。
図１Ａおよび図３の実施例において、凹部１３の深さｈは凹部１２の深さと同じで、かつ、凸部１１の高さに相当している。
その他実施例において、凹部１３の深さを凹部１２の深さより大きくし、または小さくてもよい。
また、一部の凹部１３の深さを凹部１２の深さより小さくして、その他の凹部１３の深さを凹部１２の深さより大きくしてもよい。
凹部１２の深さは１〜１０μｍとされており、例えば３〜６μｍとすることができる。
【００１６】
凹部１３および凹部１２のサイズ選定規則として、例えば、周期定数ａ、凹部１２の側断面の底部の幅ｗ、凹部１３の深さｈおよび頂部の側断面の幅ｄについて、凹部１３が十分鋭いことを確保し、後続のＬＥＤ構造の成長のとき、凹部１３に所望の体積の隙間を所望の密度で形成させ、かつ、ＬＥＤ構造が凹部１２の底部で順調に成長できることを確認する。
したがって、凹部１２の底部はエピタキシャル成長表面のエピタキシャル成長部と呼ばれる。
凹部１３のアスペクト比（ｈ／ｄ）は１〜５である。
【００１７】
標準的なフォトエッチングおよびエッチング法で凹部１２と凹部１３とを形成することが可能である。例えば、次の手順でサファイア基板１０を形成させる。
まず、１つのクリーンなｃ面サファイアチップにかなりの厚さ、例えば２００ｎｍのＳｉＯ２を堆積させる。
次に、所定パターンをＳｉＯ２膜に移転し、かつ、エッチングしてｃ面サファイアの＜１〜１．０＞方向と平行なＳｉＯ２フォトマスクを形成する。
さらに、チップを熱い酸溶液、例えば硫酸（Ｈ２ＳＯ４）に浸す。
酸溶液を２６０℃〜３３０℃に加熱したとき、サファイアのエッチング速度は３μｍ／分に達する。
これほど高いエッチング速度において、Ａｌ２ＳＯ４の不溶性物質の形成を避けるために、エッチング剤にもう１種類の酸（例えば、燐酸）を投入する。
硫酸および燐酸について、エッチング剤の体積比は３：１であることが好ましい。
エッチング速度は混合酸性溶液の温度によるが、（１１．ｌ）小面を形成して凹部１２および凹部１３を形成する。
（００．１）基準面と比べて、（１１．ｌ）小面は比較的高い表面エネルギーがあるため、安定的な成長平面ではない。
【００１８】
図３Ｂに示すように、凹部１２および凹部１３を具備した基板１０は、堆積の材料層１６を通じて、該堆積の材料層の中に凹部１２および凹部１３を形成することによって形成されてもよい。
この場合に、基板１０は１つの底部基板（１０）および１つの該底部基板（１０）に堆積された材料層１６を含む。
底部基板（１０）は、上記の材料層１６を備えていない単独基板１０と同じ材料で製作されてもよい。
図３Ａおよび図３Ｂにおける構造の唯一の相違点としては、図３Ｂの構造には１つの追加された材料層１６があり、かつ、材料層１６に凹部１２および凹部１３が形成されている。
堆積された材料層１６は、可視光に対し透明であり、かつ、ＧａＮのエピタキシャル層２０と下のサファイアの基板１０との間の屈折率を備えていることが好ましい。
また、材料層１６は、熱安定性があり、かつ、１０００〜１１００℃高温に耐えられることが好ましい。
前記のこれらの性能を考えれば、最も適した材料層１６の材料は窒化ケイ素となり、その他材料、例えば酸化ケイ素、酸化チタンも採用できる。
図３Ｂにおける基板１０は、次の手順で形成することができる。
まず、底部サファイア基板（１０）またはその他適当な基板に厚さｈの材料層１６を堆積する。
それから、材料層１６の頂面上方に所定パターンの金属クロムで製作された保護フォトマスクを形成する。
続けて、乾式エッチング（イオン結合プラズマ）またはその他適当なエッチング方法で材料層１６をエッチングして、凸部１１より凹部１２および凹部１３を形成する。
図３Ｂにおいて、凸部１１は材料層１６で製作されたもので、かつ、凹部１２の底面はエピタキシャル成長に用いられるので、下の基板（１０）、例えばサファイア基板（１０）の表面は露出している。
図３Ｂにおけるパターンは、ｃ面サファイアの＜１〜１．０＞方向と平行であることが好ましい。
材料層１６を使用の場合、本明細書で検討されたその他パターンの凹部１３および／または凹部１２を形成してもよい。
【００１９】
初歩的に製作された基板１０をいかなる適切なエピタキシャル成長反応器、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）反応器、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）反応器および水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）反応器に導入して、ＬＥＤ構造を成長させる。
ある実施例において、凹部１３にはいかなる安定した成長平面を形成しなかったが、凹部１２は１つの安定した成長平面を形成した。
安定した成長平面は普通、安定していない成長平面より比較的低いミラー指数がある。
例えば、基板１０は、サファイアで製作された場合に、凹部１２の平底面は（００．１）平面であり、凹部１２のその他傾斜の側壁面はミラー指数が比較的高い平面、例えば（１１．２）、（１１．３）、（１０．２）、（１０．３）等であることが好ましい。
凹部１２の平底面のミラー指数はその傾斜面のミラー指数より低い。
【００２０】
安定したおよび安定していない成長平面の選択のため、主にまたはわずか凹部１２の底面からエピタキシャル成長が開始している。
例えば図１Ｂに示されたように、一定の厚さのエピタキシャル層２０がエピタキシャル成長してから、エピタキシャル層２０には平坦な頂面があり、後続のＬＥＤ構造の成長に有利になっている。
エピタキシャル層２０と基板１０との間のインターフェースの凹部１３の底部で凹部１３の隙間１３’が形成される。
【００２１】
隙間１３’の形成に有利となるために、初期工程では、好ましくは３次元成長を増強させる。３次元成長モードは、隙間１３’の隙間体積を増大させることができる。
そのために、エピタキシャル層２０の成長初期において、比較的高い成長圧力、比較的高いＶ／ＩＩＩ比（つまりＶ族源とＩＩＩ族源とのモル量の比）および比較的低い成長温度を採用することが好ましい。
例えば、隙間１３’を形成する間に、成長圧力を５００〜７６０ｔｏｒｒ、成長温度を９５０〜１０００℃、およびＶ／ＩＩＩ比を４０００〜８０００としてもよい。
隙間１３’  を形成した後、成長圧力を２００〜５００ｔｏｒｒに下げ、成長温度を１０００〜１０８０℃に上げ、およびＶ／ＩＩＩ比を２０００〜４０００に下げることができる。
エピタキシャル層２０についてはケイ素ドーピングのＧａＮまたはその他適切な材料を採用するが、例えばケイ素ドーピング  のＩｎＧａＮおよびＡｌＧａＮで形成される。
隙間１３’は互いにつながっていない隔離状態または互いにつながっている連接状態にあってもよい。
例えば、図１Ｂおよび図３の実施例において、凹部１３は平行な凹溝に形成されており、その上にエピタキシャル層２０が堆積後、隙間１３’が形成され、かつ、隙間１３’が少なくとも一部の凹溝においてつながっており、かつ、同じ凹溝においてつながっている隙間１３’は、互いに外部と流体連通されている。
隔離された隙間１３’について、その大小サイズは０．５〜５μｍとされており、例えば１〜３μｍで、かつ、隙間１３’の層密度（ｓｈｅｅｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ）は隙間１３’を形成したインターフェースを通った１つの平面の単位面積内の隙間１３’の個数であり、１０４〜１０７個／平方ｃｍとされており、例えば１０５〜１０６個／平方ｃｍとすることができる。
つながっている隙間１３’について、隙間１３’の側断面サイズは、つながっている隙間１３’縦軸と垂直方向における側断面の最大幅方向長さで、０．５〜５μｍとされており、例えば、１〜３μｍとすることができる。
かつ、つながっている隙間１３’の線密度は単位長さにおける凹部１３の凹溝個数で、１０３〜１０４個／ｃｍである。
隙間の占有率は１％〜２０％で、例えば５％〜１０％とすることができ、ここに採用する隙間占有率は隙間総体積とｈ×Ａの総体積との比で、Ａは基板平面総面積、ｈは凹部１３の高さである。
【００２２】
エピタキシャル層２０上に発光層３０の下制限層２１が形成される。
下制限層２１はケイ素ドーピング  のＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびＡｌＧａＮのいずれを採用する。
発光層３０は１つのインジウム込み構造で、設定された波長の光を出す。
下制限層２１は単独ＩｎＧａＮ層またはＧａＮ／ＩｎＧａＮ複数の量子を有するものである。
発光層３０の上に上制限層４０があり、該上制限層４０はマグネシウムドーピング  のＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＡｌＧａＮである。
エピタキシャル層２０上にいかなるその他適切なＬＥＤ構造を形成できる。
【００２３】
上制限層４０をエピタキシャル成長後、基板１０におけるＬＥＤ構造に透明電流拡張層５２および反射鏡６０が形成される。
図１Ｂに示された実施例において、該ＬＥＤ構造は、下制限層２１、発光層３０および上制限層４０を含んでいる。
１つの実施例においては、上制限層４０をエピタキシャル成長後、反応炉からＬＥＤ構造を備えた基板１０を取り出し、かつ、各自の気相堆積（成長）システム、例えば電子線堆積（成長）室の中で透明電流拡張層５２と反射鏡６０とを形成する。
図１Ｂを参考にしてみれば、上制限層４０に透明電流拡張層５２を形成して、電流拡張のＰ型電流拡張層に使用する。
透明電流拡張層５２は、透明金属層、例えばＮｉ／Ａｕ、ＮｉＯ／Ａｕであってもよく、または１つの透明導電酸化層、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）であってもよい。
透明電流拡張層５２は単層または多層である。
透明電流拡張層５２上に導電の反射鏡６０が形成され、該導電の反射鏡６０は銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）や窒化ハフニウム（ＨｆＮ）の金属層である。
透明電流拡張層５２と共同で機能する反射鏡６０は、可視光領域において９０％以上の反射率を持つことが好ましい。
【００２４】
それから、ＬＥＤ構造、透明電流拡張層５２および反射鏡６０を備えた基板１０を高導熱率および高導電率のサポートスーパーストレート７０に付着する。
付着は、公知の方法、例えばチップ接合またはメッキにより実施されてもよい。
スーパーストレート７０の製造材料は銅、プラチナ、パラジウム、ニッケル、銀、金、アルミニウム、コバルト、タングステン、モリブデン、ケイ素およびそれらの合金を採用してもよい。
比較的よい熱学と電気学特性および商業生存能力を考慮して、スーパーストレート７０の材料としては銅または銅合金を採用することが好ましい。
最後に、スーパーストレート７０に接触電極８２、例えば、ｐ型接触電極を形成する。
【００２５】
図１Ｂの構造において、分離メカニズムを採用して基板１０を取り除くことが、図１Ｃに示されている。
分離メカニズムは機械研磨、つや出し、化学エッチングおよびレーザー剥離の方法を採用してもよい。
化学エッチングの場合、図１Ｂおよび図３を参考にして、化学試薬を毛細管現象によりエピタキシャル層２０および基板１０の間のインターフェースにおけるつながっている隙間１３’に注入して、分離工程を加速させる。
例えば、ケイ素基板に成長されたＧａＮ基ＬＥＤの実施例において、ＨＮＯ３、Ｈ２Ｏ２などの酸化剤およびＨＦなどのエッチング剤は毛細管現象によりＧａＮ／Ｓｉインターフェースにおける隙間１３’に注入される。
従って、基板１０全体をエッチングしなくても、Ｓｉ凸部１１を化学的にエッチングしてエピタキシャル層と基板（即ち図１Ｂ実施例におけるエピタキシャル層２０と基板１０）との分離を実現できる。
【００２６】
また、図１Ｂおよび図３を参考にして見れば、本発明の１つの実施例において、基板１０は（１１１）ケイ素で、その隙間１３’は＜１〜１０＞または等量方向に沿っている。
【００２７】
サファイア基板（１０）においてＧａＮ基ＬＥＤを成長する実施例において、基板１０は（００．１）サファイアであってよく、かつ、隙間１３’は＜１１．０＞、＜１０．０＞または等量方向に沿って形成される。
図６を参考にしてみれば、図１Ｂに示された発光構造は鈍化層７５より保護されており、該鈍化層７５は発光構造の頂面を覆っており、発光構造の側壁の一部を覆ってもよいが、２つの側壁で隙間１３’を暴露している。
鈍化層７５は窒化ケイ素またはフォトレジストで製作される。
それから、発光構造を容器９０の化学エッチング液体９２に浸す。
基板１０を露出して容器９０の底部から射入した紫外線９５を受ける。
化学エッチング剤９２はアルカリ性のもの、例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、または酸性のもの、例えばＨＮＯ３、Ｈ３ＰＯ４およびＨＦを採用してよい。
毛細管現象により、化学エッチング剤９２はつながっている隙間１３’に注入されて、エピタキシャル層２０と基板１０との間のインターフェースをエッチングする。
紫外線９５を照射すると、エッチング工程を著しく増強することができる。
該実施例では、エピレイヤー（ＬＥＤ構造）と基板１０との分離は発光層３０へのマイナス作用を著しく低減でき、または無にすることができる。
【００２８】
サファイア基板（１０）にＧａＮ基ＬＥＤ構造を成長したもう１つの実施例において、レーザー剥離によりエピレイヤー（ＬＥＤ構造）と基板１０とを分離できる。
１束の高エネルギーレーザー、例えば、１束の２４８ｎｍ励振レーザーを、サファイア基板（１０）を通して窒化ガリウムとサファイアインターフェースとに照射させる。
図１Ｂに示された隙間１３’は窒化ガリウム解離により発生した高圧窒素の振動波を吸収して、振動波による発光構造の損傷を避け、または軽減する。
【００２９】
依然として図１Ｃを参考にしれみれば、分離後、エピタキシャル層２０は粗くなったまたはパターン化された表面を持つようになり、発光構造の光取り出しにとって有利になる。
または図１Ｄに示されるように、エピタキシャル層２０は透明導電層５１によりさらに平坦化されることができる。
透明導電層５１は図１Ｅに示されるように、粗化され、または層５１’にパターン化して、光取り出し効率を向上することができる。
透明導電層５１（５１’）にｎ型接触電極８１が形成されている。
透明導電層５１（５１’）は、透明金属層、例えばＮｉ／Ａｕ、ＮｉＯ／Ａｕ、または透明導電酸化層、例えばＺｎＯ、ＩＴＯとしてもよく、かつ、単層または多層としてもよい。
【００３０】
前記のＬＥＤ構造において、基板１０からまずｎ型層を形成した。
しかし、ＬＥＤ構造は基板１０からまずｐ型層を形成してもよい。
これは、つまりその他の実施例において、エピタキシャル層２０、下制限層２１はｐ型層とし、上制限層４０、透明電流拡張層５２はｎ型層としてもよい。
【００３１】
図２Ａ〜図２Ｄに示すのは、本発明のもう１つの実施例の垂直ＬＥＤの製造工程である。
【００３２】
図２Ａは本発明のもう１つの実施例の基板１０の側断面図である。
基板１０はサファイア、ケイ素、炭化ケイ素、ガリウムヒ素およびスピネルのいずれかを採用してもよい。
基板１０の頂面にはエピタキシャル成長部１５と凹部１３とが含まれる。
凹部１３はフォトエッチングおよびエッチングで形成され、傾斜の側壁を備えているが、該側壁は安定していない結晶体成長面である。
図２Ａに示されたように、凹部１３はＶ形側断面を持っている。
エピタキシャル成長部１５には平坦な頂面があって、ＬＥＤ構造のエピタキシャル成長を受けている。
図２Ａの実施例において、各エピタキシャル成長部１５は、その他のエピタキシャル成長部１５と隣り合った凹部１３より分けられており、かつ、各凹部１３は、その他の凹部１３と隣り合ったエピタキシャル成長部１５より分けられている。
しかし、エピタキシャル成長部１５と凹部１３との構造関係は図２Ａに示された関係に限らない。
エピタキシャル成長部１５と凹部１３とは図２Ａに示された周期パターンにより配列されてもよく、またはランダムに配列されてもよい。
周期パターンにより配列された場合、パターンは、図１Ｄのもの、例えば図４に示された（図２Ａは図４の側断面図）ものであり、または図２Ｄのもの、例えば図５に示された（図２Ａは図５の２Ａ〜２Ａ’方向に沿った側断面図）ものである。
【００３３】
図２Ａおよび図４において、エピタキシャル成長部１５および凹部１３は周期パターンにより配列されており、周期定数はａで、かつ、凹部１３の頂部の側断面の間隔はｄである。
凹部１３の深さｈは、エピタキシャル成長部１５の高さに相当している。
図２Ａを参考にして見れば、エピタキシャル成長部１５の頂面の側断面の幅ｗはａ−ｄで、エピタキシャル成長部１５の頂面はＬＥＤ構造のエピタキシャル成長を受ける。
凹部１３の側断面の間隔ｄは０．５〜５μｍとされており、例えば１〜３μｍとすることができ、エピタキシャル成長部１５の頂面の側断面の幅ｗは１〜１０μｍとされており、例えば４〜７μｍとすることができる。
凹部１３の深さｈは、１〜１０μｍとされており、例えば３〜６μｍとすることができる。
【００３４】
図５はエピタキシャル成長部１５および凹部１３の２次元パターンの平面図である。
図２Ａは図５の線２Ａ〜２Ａ’の側断面図である。
エピタキシャル成長部１５は六角形で、かつ、基板１０の表面に密集した六角形パターンが配列されている。
隣り合った２つのエピタキシャル成長部１５の傾斜側壁は凹部１３を形成している。
図２と図５とにおける各パラメーターｈ、ｄ、ｗおよびａの値は前記図２および図４におけるものと相似している。
エピタキシャル成長部１５は、比較的小さな頂面、比較的大きな底面および頂面と底面を連接する傾斜側壁のいかなるその他の形状から構成されてもよい。
頂面はエピタキシャル層のエピタキシャル成長に用いられるが、隣り合ったエピタキシャル成長部１５の傾斜側壁は凹部１３を形成している。
例えば、エピタキシャル成長部１５は円錐形に製作されてもよい。
エピタキシャル成長部１５の頂面は三角形、正方形、長方形またはその他多角形に製作されてもよい。
それに対応して、エピタキシャル成長部１５の底面もそれぞれ三角形、正方形、長方形またはその他多角形に製作されてもよい。
【００３５】
普通の場合、ａ、ｄ、ｗおよびｈの設定規則として、凹部１３を十分鋭くするが、そうすれば、後続のＬＥＤ構造の成長後、凹部１３において所望の体積の隙間を所望の密度で形成でき、およびエピタキシャル成長部１５の頂面にＬＥＤ構造を順調に成長できることを確保する。
凹部１３のアスペクト比（ｈ／ｄ）は１〜５とする。
【００３６】
標準的なフォトエッチングおよびエッチング法で基板１０を形成することができる。
初歩的に製作した基板１０を適当なエピタキシャル成長反応器、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）反応器、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）反応器、および水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）反応器に導入して、後続のＬＥＤ構造の成長に使用する。
凹部１３にはいかなる安定した成長平面が形成されていない。
安定した成長平面は、安定しない成長平面より普通、比較的低いミラー指数である。
例えば、基板１０がサファイアで製作された場合、エピタキシャル成長部１５の平坦頂面は００．１面であり、その他凹部１３を形成する傾斜面は高ミラー指数の面、例えば１１．２、１１．３、１０．２、１０．３等であることが好ましい。
【００３７】
安定したおよび安定していない成長平面の選択のため、主にまたはわずかエピタキシャル成長部１５の頂面からエピタキシャル成長が開始している。
図２Ｂに示されたように、一定の厚さのケイ素ドーピングを含んだ窒化ケイ素（エピタキシャル）層２０をエピタキシャル成長後、エピタキシャル層２０の平坦表面を得て、後続ＬＥＤ構造の成長に有利になる。
それと同時に、安定したおよび安定していない平面を適切に選択すると、エピタキシャル層２０と基板１０とのインターフェースにおける凹部１３の底部に隙間１３’を形成するが、パラメーターｈ、ｄおよびｗは前記と同じである。
図２Ａおよび図４に示された実施例において、凹部１３は平行な凹溝に形成され、かつ、その上にエピタキシャル層２０を堆積後、隙間１３’を形成し、かつ、少なくとも一部の凹溝において前記隙間１３’が互いにつながっており、同じ凹溝におけるつながっている隙間１３’は互いに、および外部と流体連通されている。
図２Ａおよび図５に示された実施例において、隣り合った六角形のエピタキシャル成長部１５の側壁は凹部１３を形成して、互いにつながっている網状凹溝を形成し、その上にエピタキシャル層２０を堆積後、隙間１３’を形成し、かつ、少なくとも一部の網状凹溝において前記隙間１３’が互いにつながっており、かつ、網状凹溝におけるつながっている隙間１３’は互いに、および外部と流体連通されている。
図５に示された実施例において、隙間１３’の側断面サイズは、即ち凹部１３の網状凹溝におけるつながっている隙間１３’の縦軸と垂直な方向における側断面の最大幅方向の長さで、０．５〜５μｍとされており、例えば１〜３μｍとすることができる。
隙間占有率は１％〜２０％で、例えば５％〜１０％とすることができる。
【００３８】
下制限層２１、発光層３０、上制限層４０、透明電流拡張層５２および反射鏡６０、サポートのスーパーストレート７０およびｐ型接触電極８２は図１Ｂに示されたもの、および検討されたものと同じであり、かつ、これらは相似の方式でエピタキシャル層２０および基板１０に堆積されて図２Ｂに示されたＬＥＤ構造を形成されている。
ここに再び詳しい述べることが省略した。
【００３９】
図２Ｃに示すように、図２Ｂにおける構造に対し、分離メカニズムを使用して、基板１０を除く。
前記図１Ｂおよび１Ｃにおけるものと相似して、分離メカニズムは機械研磨、艶出し、化学エッチングおよびレーザー剥離法のいずれをも採用してもよい。
ここに再び詳しい述べることが省略した。
【００４０】
図２Ｃに示されたように、分離後、エピタキシャル層２０は粗くなったまたはパターン化された表面を持つようになり、発光構造の光取り出しにとって有利になる。
または図２Ｄに示されたように、エピタキシャル層２０は透明導電層５１よりさらに平坦化されることができる。
該透明導電層５１は平坦な表面を持ってよく、透明導電層５１’にパターン化され、または粗化されて、光取り出し効率を向上することができる。
透明導電層５１’にｎ型接触電極８１が形成されている。
透明導電層５１’は透明金属層、例えばＮｉ／Ａｕ、ＮｉＯ／Ａｕ、または透明導電酸化層、例えばＺｎＯ、ＩＴＯとしてもよく、かつ、単層または多層としてもよい。
【００４１】
図７は本発明実施例の垂直型ＬＥＤの製造フローチャートを示している。
基板１０に対する構図（パターン化）に開始され、最適のパターンを選択することで、それからＬＥＤ構造が成長するとともに、エピタキシャル層２０と基板１０との間のインターフェースにおいて所望の体積の隙間１３’を所望の密度で得られる。
そして、上制限層４０、発光層３０、下制限層２１およびエピタキシャル層２０を含んだＬＥＤ構造は、構図（パターン化）した基板１０に形成され、該エピタキシャル層２０が、構図（パターン化）した基板１０と接触して最適エピタキシャル層２０の成長パラメーターを選択することにより、エピタキシャル層２０と基板１０との間のインターフェースに隙間１３’を形成できる。
その後、構図（パターン化）した基板１０に成長したＬＥＤ構造にｐ型の透明電流拡張層５２と反射鏡６０とを覆わせる。
さらに、ＬＥＤ構造は、優れた導熱性と導電性とを有したスーパーストレート７０に付着され、スーパーストレート７０が基板１０からＬＥＤ構造を分離するために機械サポートを提供している。
本分野における公知の方法として、スーパーストレート７０が基板１０と反対側に設置してＬＥＤ構造に付着されることを採用して付着工程を完成できる。
公知の方法で基板１０の除去を実現ことができ、エピタキシャル層２０と基板１０との間のインターフェースに形成された隙間１３’によって、分離する際に分離しやすくになり、または発光層３０への損傷を軽減でき、または同時にこの二つ作用を備えている。
最後に、後続のｎ型の透明導電層５１および接触電極８１の形成にとって有利になるよう、エピタキシャル層２０の露出表面を洗浄した。
【００４２】
本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、開示した実施例に対して様々な修正、変形が可能であり、よって、本発明は、特許の請求の範囲で定義された本発明の思想と合致するあらゆる修正、変形などを含む。
【符号の説明】
【００４３】
１０  基板
１１  凸部
１２、１３  凹部
１６  材料層
２１  下制限層
３０  発光層
４０  上制限層
５２  透明電流拡張層
６０  反射鏡
７０  スーパーストレート
８２  接触電極
【図１Ａ】
2012114407.tif 000003
【図１Ｂ】
2012114407.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2012114407.tif 000011
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2012114407.tif 000013
【図４】
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【図５】
2012114407.tif 000015
【図６】
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【図７】
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