特許 5766429 発光素子及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5766429

(24)【登録日】2015年6月26日

(45)【発行日】2015年8月19日

(54)【発明の名称】発光素子及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/38 20100101AFI20150730BHJP

   H01L 33/46 20100101ALI20150730BHJP

   H01L 33/14 20100101ALI20150730BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 210

   H01L33/00 310

   H01L33/00 150

【請求項の数】11

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2010-258828(P2010-258828)

(22)【出願日】2010年11月19日

(65)【公開番号】特開2011-139038(P2011-139038A)

(43)【公開日】2011年7月14日

【審査請求日】2013年11月14日

(31)【優先権主張番号】10-2009-0135309

(32)【優先日】2009年12月31日

(33)【優先権主張国】KR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】506029004

【氏名又は名称】ソウル バイオシス カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＥＯＵＬ ＶＩＯＳＹＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】特許業務法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】徐 源 哲

(72)【発明者】

【氏名】李 ▲炎▼ ▲欣▼

【審査官】 金高 敏康

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／１０６０６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００８／１３１７３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１１−５１３９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５４９６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００ − ３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
それぞれ第１の導電型の上部半導体層、活性層、第２の導電型の下部半導体層、及び前記第２の導電型の前記下部半導体層と前記活性層とを貫通して前記第１の導電型の前記上部半導体層を露出させるホールを含む第１の発光セル、第２の発光セル、及び第３の発光セルと、
前記第１の発光セル及び前記第２の発光セルと前記基板との間に位置し、前記第１の発光セル及び前記第２の発光セルを互いに電気的に接続する第１のコネクタと、
前記第１の発光セル及び前記第３の発光セルと前記基板との間に位置し、前記第１の発光セル及び前記第３の発光セルを互いに電気的に接続する第２のコネクタと、を含み、
前記第１の発光セルの前記ホール、前記第２の発光セルの前記ホール、及び前記第３の発光セルの前記ホールは、それぞれ前記第１の発光セル、前記第２の発光セル、及び前記第３の発光セルの中央領域に位置し、
前記第１のコネクタは、前記第１の発光セルの前記第２の導電型の前記下部半導体層と、前記第２の発光セルの前記ホール内に露出された前記第１の導電型の前記上部半導体層とを電気的に接続し、
前記第２のコネクタは、前記第３の発光セルの前記第２の導電型の前記下部半導体層と、前記第１の発光セルの前記ホール内に露出された前記第１の導電型の前記上部半導体層とを電気的に接続し、
前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとは同一層で形成され、互いにオーバーラップしないことを特徴とする発光素子。

【請求項2】

前記各発光セルを分離する分離溝と、
前記分離溝と前記第１のコネクタ及び前記第２のコネクタとの間に介在した絶縁層と
をさらに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】

前記絶縁層は分布ブラッグ反射器を含むことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。

【請求項4】

前記分離溝は、前記第１の導電型の前記上部半導体層、前記活性層及び前記第２の導電型の前記下部半導体層を貫通することを特徴とする請求項２に記載の発光素子。

【請求項5】

前記各ホールの側壁を覆う絶縁層をさらに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6】

前記絶縁層は分布ブラッグ反射器を含むことを特徴とする請求項５に記載の発光素子。

【請求項7】

前記各発光セルの第２の導電型の前記下部半導体層に接触するオーミックコンタクト層をさらに含み、
前記第１のコネクタは、前記第１の発光セルの前記オーミックコンタクト層に接続するとともに、前記第２の発光セルの前記オーミックコンタクト層から絶縁され、
前記第２のコネクタは、前記第３の発光セルの前記オーミックコンタクト層に接続するとともに、前記第１の発光セルの前記オーミックコンタクト層から絶縁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8】

前記第２の発光セルの前記オーミックコンタクト層と前記第１のコネクタとの間に介在した第１の絶縁層と、
前記第１の発光セルの前記オーミックコンタクト層と前記第２のコネクタとの間に介在した第２の絶縁層と、
をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の発光素子。

【請求項9】

前記オーミックコンタクト層と前記第２の導電型の下部半導体層との間に介在した分布ブラッグ反射器をさらに含み、
前記分布ブラッグ反射器は各スルーホールを有し、
前記オーミックコンタクト層は、前記各スルーホールを介して前記第２の導電型の下部半導体層に接続されることを特徴とする請求項７に記載の発光素子。

【請求項10】

前記第１のコネクタ及び前記第２のコネクタと前記基板との間に介在した分離絶縁層をさらに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11】

前記第１の発光セル、前記第２の発光セル、及び前記第３の発光セルは、前記ホールを複数含むことを特徴とする請求項１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、発光素子及びその製造方法に関し、より詳細には、基板分離工程を適用した発光素子及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

発光ダイオードは、ｎ型半導体とｐ型半導体が互いに接合された構造を有する半導体素子であって、電子と正孔の再結合によって光を放出する。このような発光ダイオードは、表示素子及びバックライトに広く用いられている。また、発光ダイオードは、既存の電球又は蛍光灯に比べて消耗電力が小さく、寿命が長いので、白熱電球及び蛍光灯に取って代わり、一般の照明用途としてその使用領域を広げている。

【0003】

最近、発光ダイオードを交流電源に直接接続し、連続的に光を放出する交流用発光ダイオードが製品化されている。高電圧交流電源に直接接続して使用できる発光ダイオードは、例えば、特許文献１において「複数の発光素子を有する発光装置」（ＬＩＧＨＴ―ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ ＨＡＶＩＮＧ ＬＩＧＨＴ―ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＥＬＥＭＥＮＴＳ）という名称で酒井ら（ＳＡＫＡＩ ｅｔ．ａｌ．）によって開示されている。

【0004】

前記特許文献１によれば、各ＬＥＤがサファイア基板などの絶縁性基板上に２次元的に接続された直列ＬＥＤアレイが形成される。各ＬＥＤアレイが直列に接続されることによって、高電圧で駆動可能な発光素子が提供され得る。また、このような各ＬＥＤアレイが前記サファイア基板上で逆並列に接続され、交流電源によって駆動可能な単一チップ発光素子が提供される。

【0005】

交流用発光ダイオード（ＡＣ―ＬＥＤ）は、成長基板として使用された基板、例えば、サファイア基板上に各発光セルを形成するので、各発光セルの構造に制限が伴い、光抽出効率を向上させるのに限界がある。このような問題を解決するために、基板分離工程を適用してＡＣ―ＬＥＤを製造する方法が、「熱伝導性基板を有する発光ダイオード及びそれを製造する方法」という名称で特許文献２に開示されている。

【0006】

図１から図４は、従来技術に係る発光素子製造方法を説明するための断面図である。

【0007】

図１を参照すると、犠牲基板２１上にバッファ層２３、ｎ型半導体層２５、活性層２７及びｐ型半導体層２９を含む各半導体層が形成され、前記各半導体層上に第１の金属層３１が形成され、前記犠牲基板２１と別個の基板５１上に第２の金属層５３が形成される。第１の金属層３１は反射金属層を含むことができる。前記第２の金属層５３が前記第１の金属層３１と接合され、前記基板５１が各半導体層の上部にボンディングされる。

【0008】

図２を参照すると、前記基板５１がボンディングされた後、レーザリフトオフ工程を使用して犠牲基板２１が分離される。また、前記犠牲基板２１が分離された後、残存するバッファ層２３が除去され、ｎ型半導体層２５の表面が露出される。

【0009】

図３を参照すると、写真及びエッチング技術を使用して前記各半導体層２５、２７、２９及び前記各金属層３１、５３がパターニングされ、互いに離隔した各金属パターン４０及び前記各金属パターンの一部領域上に位置する各発光セル３０が形成される。各発光セル３０は、パターニングされたｐ型半導体層２９ａ、活性層２７ａ及びｎ型半導体層２５ａを含む。

【0010】

図４を参照すると、前記各発光セル３０の上部面とそれに隣接した各金属パターン４０を電気的に接続する各金属配線５７が形成される。前記各金属配線５７は、前記各発光セル３０を接続し、各発光セルの直列アレイを形成する。前記各金属配線５７を接続するために、ｎ型半導体層２５ａ上に電極パッド５５が形成されてもよく、各金属パターン４０上に電極パッドが形成されてもよい。このような各アレイは、二つ以上形成されてもよく、これら各アレイが逆並列に接続され、交流電源下で駆動可能な発光ダイオードが提供される。

【0011】

この従来技術によれば、基板５１を多様に選択することができ、発光素子の熱放出性能を改善することができる。また、ｎ型半導体層２５ａの表面を処理し、光抽出効率を向上させることができる。また、第１の金属層３１ａが反射金属層を含み、発光セル３０から基板５１側に進行する光を反射させるので、発光効率をより改善することができる。

【0012】

しかし、この従来技術においては、前記各半導体層２５、２７、２９及び各金属層３１、５３をパターニングする間、金属物質のエッチング副産物が発光セル３０の側壁にくっ付き、ｎ型半導体層２５ａとｐ型半導体層２９ａとの間に電気的短絡を誘発するおそれがある。また、前記各半導体層２５、２７、２９をエッチングする間に露出される第１の金属層３１ａの表面は、プラズマによって損傷されやすい。第１の金属層３１ａがＡｇ又はＡｌなどの反射金属層を含む場合、このようなエッチング損傷がさらに悪化する。プラズマによる金属層３１ａの表面の損傷は、その上に形成される各配線５７又は各電極パッドの接着力を低下させ、素子不良をもたらす。

【0013】

また、従来技術によれば、第１の金属層３１が反射金属層を含むことができ、その結果、各発光セル３０から基板側に進行する光を再び反射させる。しかし、各発光セル３０間の空間では、反射金属層のエッチング損傷又は酸化のため光の反射を期待しにくい。さらに、各金属パターン４０間の領域に基板５１が露出されるので、光が基板５１によって吸収されて損失するおそれがある。

【0014】

また、各配線５７がｎ型半導体層２５ａの上部面、すなわち、光放出面上に接続されるので、活性層２５ａで発生した光が光放出面上の各配線５７及び／又は各電極パッド５５に吸収され、光損失が発生するおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】国際公開第２００４／０２３５６８号

【特許文献2】韓国登録特許第１０―０５９９０１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

本発明が解決しようとする課題は、金属エッチング副産物による発光セル内の電気的短絡を防止できる高電圧駆動用発光素子及びその製造方法を提供することにある。

【0017】

本発明が解決しようとする他の課題は、各発光セル間の空間で基板側に進行する光の損失を減少させることができる発光素子及びその製造方法を提供することにある。

【0018】

本発明が解決しようとする更に他の課題は、光放出面から放出された光の損失を減少させ、発光効率を改善できる発光素子及びその製造方法を提供することにある。

【0019】

本発明が解決しようとする更に他の課題は、発光セル内での電流の分散を促進できる高電圧駆動用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】

【0020】

本発明の一実施形態に係る発光素子は、基板と、それぞれ第１の導電型の上部半導体層、活性層及び第２の導電型の下部半導体層を含むとともに、前記第２の導電型の下部半導体層及び活性層を貫通して前記第１の導電型の上部半導体層を露出させるホールを含む第１の発光セル、第２の発光セル、及び第３の発光セルと、前記第１及び第２の発光セルと前記基板との間に位置し、前記第１の発光セル及び第２の発光セルを互いに電気的に接続する第１のコネクタと、前記第１の発光セル及び前記第３の発光セルと前記基板との間に位置し、前記第１の発光セル及び前記第３の発光セルを互いに電気的に接続する第２のコネクタと、を含む。また、前記各ホールは、それぞれ前記第１、第２、及び第３の発光セルの中央領域に位置し、前記第１のコネクタは、前記第１の発光セルの前記第２の導電型の下部半導体層と、前記第２の発光セルの前記ホール内に露出された前記第１の導電型の上部半導体層とを電気的に接続し、前記第２のコネクタは、前記第３の発光セルの前記第２の導電型の前記下部半導体層と、前記第１の発光セルの前記ホール内に露出された前記第１の導電型の前記上部半導体層とを電気的に接続し、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとは同一層で形成され、互いにオーバーラップしない。

【0021】

前記コネクタが基板と各発光セルとの間に位置するので、各発光セルの光放出面から放出された光がコネクタによって損失するのを防止することができる。また、ホールが各発光セルの中央領域に位置するので、前記コネクタが中央領域の第１の導電型の上部半導体層に接続され、発光セルの広い領域にわたって電流を分散させることができる。

【0022】

さらに、前記第１及び第２の発光セルは、前記第１の導電型の上部半導体層を露出させるホールをそれぞれ一つずつ有することができるが、これに限定されず、複数のホールを有することもできる。

【0023】

前記発光素子は、前記各発光セルを分離する分離溝と、前記分離溝と前記第１のコネクタ及び第２のコネクタとの間に介在した絶縁層と、をさらに含むことができる。前記分離溝を形成するために各半導体層をエッチングする間、前記絶縁層によって前記コネクタが露出されるのを防止することができ、その結果、コネクタがエッチングによって損傷されるのを防止することができる。

【0024】

さらに、前記絶縁層は分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ、ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を含むことができる。したがって、前記各発光セル間の領域で基板側に進行する光を反射させることができ、光効率をより向上させることができる。

【0025】

また、前記分離溝は、前記第１の導電型の上部半導体層、活性層及び第２の導電型の下部半導体層を貫通することができる。すなわち、前記分離溝は、前記第１の導電型の上部半導体層、活性層及び第２の導電型の下部半導体層を含む各半導体層をエッチングして形成され、その結果、各発光セルの形成工程が単純化される。

【0026】

一方、前記発光素子は、前記各ホールの側壁を覆う絶縁層をさらに含むことができる。前記絶縁層は、コネクタによって第１の導電型の上部半導体層と第２の導電型の下部半導体層が短絡されるのを防止する。さらに、この絶縁層は分布ブラッグ反射器を含むことができる。これによって、発光セル内で生成された光がホール内のコネクタに吸収されて損失されるのを防止することができる。

【0027】

いくつかの実施形態において、前記発光素子は、前記各発光セルの第２の導電型の下部半導体層に接触するオーミックコンタクト層をさらに含むことができる。このとき、前記第１のコネクタは、前記第１の発光セルの前記オーミックコンタクト層に接続するとともに、前記第２の発光セルの前記オーミックコンタクト層から絶縁され、前記第２のコネクタは、前記第３の発光セルの前記オーミックコンタクト層に接続するとともに、前記第１の発光セルの前記オーミックコンタクト層から絶縁される。例えば、前記第２の発光セルの前記オーミックコンタクト層と前記第１のコネクタとの間に第１の絶縁層が介在してもよく、前記第１の発光セルの前記オーミックコンタクト層と前記第２のコネクタとの間に第２の絶縁層が介在してもよく、これらの絶縁層によって前記コネクタがオーミックコンタクト層から絶縁されてもよい。

【0028】

また、分布ブラッグ反射器が前記オーミックコンタクト層と前記第２の導電型の下部半導体層との間に介在してもよい。このとき、前記分布ブラッグ反射器は各スルーホール（貫通ホール）を有してもよく、前記オーミックコンタクト層は、前記各スルーホールを介して前記第２の導電型の下部半導体層に接続されてもよい。

【0029】

一方、前記第１のコネクタ及び前記第２のコネクタと前記基板との間に分離絶縁層が介在してもよい。前記分離絶縁層は、ボンディング金属と前記コネクタを分離させ、電気的短絡を防止する。

【0030】

本発明の他の実施形態に係る発光素子は、基板と、第１の導電型の上部半導体層、活性層及び第２の導電型の下部半導体層を含むとともに、前記第２の導電型の下部半導体層及び活性層を貫通して前記第１の導電型の上部半導体層を露出させるホールを含む第１の発光セルと、前記ホールを介して前記第１の導電型の上部半導体層に電気的に接続された第１のコネクタと、前記第２の導電型の下部半導体層に電気的に接続された第２のコネクタと、を含む。前記ホールは前記発光セルの中央領域に位置し、前記第１のコネクタは、前記第２の導電型の下部半導体層から電気的に絶縁される。このような構成によって、前記第１のコネクタと第２のコネクタを各発光セルと基板との間に配置することとなり、光損失を防止するとともに、前記第２のコネクタが発光セルの中央領域に接続することによって、発光セル内の電流の分散を促進することができる。

【0031】

前記第１の発光セルは、前記第１の導電型の上部半導体層を露出させる複数のホールを含むことができる。

【0032】

一方、絶縁層が前記ホールの側壁に形成され得る。前記絶縁層は、第２のコネクタによって第１の導電型の上部半導体層と第２の導電型の下部半導体層が短絡されるのを防止する。さらに、前記絶縁層は分布ブラッグ反射器を含むことができ、その結果、第１の発光セル内で生成された光が第２のコネクタによって損失されるのを防止することができる。

【0033】

また、オーミックコンタクト層が前記第２の導電型の下部半導体層に接触することができる。また、前記第２のコネクタは前記オーミックコンタクト層に接続され得る。さらに、前記オーミックコンタクト層は反射金属層を含むことができ、その結果、第１の発光セル内で生成されて前記基板側に進行する光を上側に反射させることができる。

【0034】

さらに、前記第１のコネクタと前記オーミックコンタクト層との間に絶縁層が介在することができる。この絶縁層によって、前記オーミックコンタクト層と前記第１のコネクタが絶縁され得る。また、前記絶縁層は分布ブラッグ反射器を含むことができる。

【0035】

一方、前記発光素子は、第１の導電型の上部半導体層、活性層及び第２の導電型の下部半導体層を含む第２の発光セルをさらに含むことができ、前記第２のコネクタは、前記第２の発光セルの第１の導電型の上部半導体層に電気的に接続され得る。

【0036】

例えば、前記第２の発光セルは、前記第２の導電型の下部半導体層及び前記活性層を貫通して前記第１の導電型の上部半導体層を露出させるホールを含むことができ、前記第２のコネクタは、前記ホールを介して前記第２の発光セルの前記第１の導電型の上部半導体層に電気的に接続され得る。

【0037】

一方、前記第１及び第２の発光セルは、分離溝によって互いに分離され得、前記分離溝と前記第２のコネクタとの間に絶縁層が介在することができる。さらに、この絶縁層は分布ブラッグ反射器を含むことができる。

【発明の効果】

【0038】

本発明によれば、金属エッチング副産物が発生するのを防止することができ、これにより発光セル内の電気的短絡を防止できる高電圧駆動用発光素子を提供される。また、分布ブラッグ反射器を含む絶縁層を採択することによって、基板側に向かう光を反射させることができ、発光効率が改善される。また、各発光セルを接続する各コネクタを発光素子の内部に埋め込むことによって、光放出面から放出される光が各コネクタによって損失されるのを防止することができる。さらに、各発光セルの各中央領域にホールを形成し、前記ホールを介してコネクタを第１の導電型の上部半導体層に接続することによって、各発光セル内での電流の分散を促進できる高電圧駆動用発光素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】従来技術に係る交流用発光素子製造方法を説明するための断面図である。

【図2】従来技術に係る交流用発光素子製造方法を説明するための断面図である。

【図3】従来技術に係る交流用発光素子製造方法を説明するための断面図である。

【図4】従来技術に係る交流用発光素子製造方法を説明するための断面図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る発光素子を説明するための概略的な平面図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る発光素子を説明するための図５のＡ―Ａ線断面図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る発光素子製造方法を説明するための断面図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る発光素子製造方法を説明するための断面図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る発光素子製造方法を説明するための断面図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る発光素子製造方法を説明するための断面図である。

【図11】本発明の一実施形態に係る発光素子製造方法を説明するための断面図である。

【図12】本発明の一実施形態に係る発光素子製造方法を説明するための断面図である。

【図13】本発明の他の実施形態に係る発光素子を説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

以下、添付の各図面を参照して本発明の各実施形態を詳細に説明する。次に紹介する各実施形態は、当業者に本発明の思想を十分に伝達するための例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下で説明する各実施形態に限定されず、他の形態で具体化されることも可能である。そして、各図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために誇張して表現している場合がある。明細書全般にわたって同一の参照符号は、同一の構成要素を示す。

【0041】

図５は、本発明の一実施形態に係る発光素子を説明するための概略的な平面図で、図６は、図５のＡ―Ａ線断面図である。図５において、発光素子の内部に埋め込んだ各構成要素を点線で示した。

【0042】

図５及び図６を参照すれば、前記発光素子は、基板１５１、第１及び第２の発光セルＳ１、Ｓ２、分離溝１６１及び各コネクタ１３５を含む。また、前記発光素子は、各ホール１３０ａ、オーミックコンタクト層１３１、絶縁層１３３、分離絶縁層１３７、接着層１３９及びボンディング金属１４１を含むことができ、さらに、保護絶縁層を含むことができる。

【0043】

前記基板１５１は、各化合物半導体層を成長させるための成長基板と区分され、既に成長させた各化合物半導体層に付着する基板である。前記基板１５１は、サファイア基板であってもよいが、これに限定されず、他の種類の絶縁性又は導電性の基板であってもよい。特に、各半導体層の成長基板としてサファイア基板を使用する場合、前記基板１５１は、成長基板と同一の熱膨張係数を有するサファイア基板であることが望ましい。

【0044】

前記各発光セルＳ１、Ｓ２は、各分離溝１６１によって分離される。前記各発光セルＳ１、Ｓ２は、それぞれ第１の導電型の上部半導体層１２５、活性層１２７及び第２の導電型の下部半導体層１２９を含む半導体スタック１３０を含む。前記活性層１２７は、前記上部及び下部半導体層１２５、１２９の間に介在する。一方、前記各発光セルＳ１、Ｓ２は、第２の導電型の下部半導体層１２９及び活性層１２７を貫通して第１の導電型の上部半導体層１２５を露出させる各ホール１３０ａを有する。前記各ホール１３０ａは、それぞれ前記各発光セルＳ１、Ｓ２の中央領域に位置する。前記各発光セルＳ１、Ｓ２は、それぞれ前記ホール１３０ａを一つずつ有してもよいが、これに限定されず、複数のホール１３０ａを有してもよい。

【0045】

前記活性層１２７、前記上部及び下部半導体層１２５、１２９は、III−Ｎ系列の化合物半導体、例えば、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ半導体で形成され得る。前記上部及び下部半導体層１２５、１２９は、それぞれ単一層であってもよく、多重層であってもよい。例えば、前記上部及び／又は下部半導体層１２５、１２９は、接触層及びクラッド層を含むことができ、さらに、超格子層を含むことができる。また、前記活性層１２７は、単一量子井戸構造であってもよく、多重量子井戸構造であってもよい。望ましくは、前記第１の導電型はｎ型で、前記第２の導電型はｐ型である。抵抗が相対的に小さいｎ型半導体層で各上部半導体層１２５を形成することができ、各上部半導体層１２５を相対的に厚く形成することができる。したがって、前記上部半導体層１２５の上部面に粗面（Ｒ）を容易に形成し、粗面（Ｒ）は活性層１２７で発生した光の抽出効率を向上させる。

【0046】

一方、前記分離溝１６１は、第１の導電型の上部半導体層１２５、活性層１２７及び第２の導電型の下部半導体層１２９を貫通して形成され、その結果、前記分離溝１６１の内壁は半導体スタック１３０で形成される。分離溝１６１はいずれも同一の深さで形成されてもよく、これにより前記分離溝１６１を形成するためのエッチング工程の安定化を図ることができる。

【0047】

一方、前記各コネクタ１３５は、発光セルＳ１、Ｓ２と基板１５１との間に位置し、各発光セルＳ１、Ｓ２を電気的に接続する。一つの発光セルＳ１又はＳ２に二つのコネクタが接続され、二つのコネクタ１３５は、発光セルＳ１又はＳ２の第１の導電型の上部半導体層１２５と第２の導電型の下部半導体層１２９にそれぞれ電気的に接続される。また、各コネクタ１３５は、隣接した各発光セルを電気的に接続する。例えば、前記コネクタ１３５は、第１の発光セルＳ１の第２の導電型の下部半導体層１２９と、第２の発光セルＳ２の第１の導電型の上部半導体層１２５とを電気的に接続する。このとき、前記コネクタ１３５は、第２の発光セルのホール１３０ａに露出された第１の導電型の上部半導体層１２５に電気的に接続され得る。

【0048】

このように、複数の発光セルが各コネクタ１３５によって互いに直列に接続され、各発光セルの直列アレイが提供され得るので、高電圧下で駆動可能な発光素子が提供され得る。また、複数の直列アレイが提供され得、これら各直列アレイが互いに逆並列に接続されることによって、交流電源下で駆動可能な交流用発光素子が提供され得る。

【0049】

一方、前記第２の導電型の下部半導体層１２９にオーミックコンタクト層１３１が接触することができる。オーミックコンタクト層１３１は、第２の導電型の下部半導体層１２９のほとんどの領域にわたって形成され、各発光セルＳ１、Ｓ２内での電流の分散を促進する。オーミックコンタクト層１３１は反射金属層を含んでもよく、これにより、各発光セルＳ１、Ｓ２で生成されて基板１５１側に進行する光を反射させることができる。このとき、前記第１の発光セルＳ１の第２の導電型の下部半導体層１２９に電気的に接続されるコネクタ１３５は、前記オーミックコンタクト層１３１に接続されてもよい。一方、前記コネクタ１３５は、第２の発光セルＳ２の第１の導電型の上部半導体層１２５に電気的に接続されるとともに、前記第２の導電型の下部半導体層１２９及び前記第２の発光セルＳ２のオーミックコンタクト層１３１から電気的に絶縁される。

【0050】

一方、絶縁層１３３が分離溝１６１とコネクタ１３５との間に介在し、コネクタ１３５が外部に露出されるのを防止する。したがって、前記分離溝１６１をエッチングによって形成する間、各コネクタ１３５がエッチングによって損傷されるのを防止することができる。

【0051】

一方、前記各ホール１３０ａの側壁に絶縁層１３３が位置し、前記各コネクタ１３５によって上部半導体層１２５と下部半導体層１２７が短絡されるのを防止する。また、オーミックコンタクト層１３１とコネクタ１３５を絶縁させるために、これらの間に絶縁層１３３が介在する。

【0052】

本実施例において、各ホール１３０ａ内の絶縁層、エッチング防止用絶縁層及びオーミックコンタクト層１３１上の各絶縁層が単一の絶縁層１３３で形成され得、これら各絶縁層は分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ、ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を含むことができる。他の各実施例において、前記各絶縁層は、互いに異なる工程によって形成されてもよい。

【0053】

一方、前記各発光セルＳ１、Ｓ２と基板１５１との間にボンディング金属１４１が介在することができる。前記ボンディング金属１４１は、基板１５１を各発光セルＳ１、Ｓ２上にボンディングするための金属材料であって、Ａｕ／Ｓｎで形成され得る。また、分離絶縁層１３７が各発光セルＳ１、Ｓ２とボンディング金属１４１との間に介在し、前記各コネクタ１３５をボンディング金属１４１から電気的に絶縁させることができる。一方、前記分離絶縁層１３７の下側には、ボンディング金属１４１の接着力を向上させるためにＣｒ／Ａｕなどの接着層１３９が形成されてもよい。

【0054】

一方、前記第１の導電型の上部半導体層１２５は粗面（Ｒ）を有することができる。また、保護絶縁層（図示せず）は、前記各発光セルＳ１、Ｓ２を覆い、各発光セルを保護することができる。また、前記保護絶縁層は、分離溝１６１を充填することができる。

【0055】

図７〜図１２は、本発明の一実施例に係る発光素子製造方法を説明するための断面図である。

【0056】

図７を参照すれば、犠牲基板１２１上に各化合物半導体層の半導体スタック１３０が形成される。犠牲基板１２１は、サファイア基板であってもよいが、これに限定されず、他の異種基板であってもよい。一方、各化合物半導体層は、第１の導電型の半導体層１２５及び第２の導電型の半導体層１２９と、これらの間に介在した活性層１２９とを含む。前記第１の導電型の半導体層１２５は犠牲基板１２１側に近く位置する。前記第１及び第２の導電型の半導体層１２５、１２９は、それぞれ単一層又は多重層で形成されてもよい。また、前記活性層１２７は、単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造で形成されてもよい。

【0057】

前記各化合物半導体層は、III−Ｎ系列の化合物半導体で形成され得、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）又は分子線エピタキシー法（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＢＥ）などの工程によって犠牲基板１２１上に成長されてもよい。

【0058】

一方、各化合物半導体層を形成する前に、バッファ層（図示せず）が形成され得る。バッファ層は、犠牲基板１２１と各化合物半導体層の格子不整合を緩和するために採択され、窒化ガリウム又は窒化アルミニウムなどの窒化ガリウム系列の物質層であってもよい。

【0059】

前記半導体スタック１３０をパターニングし、前記第１の導電型の半導体層１２５を露出させる各ホール１３０ａが形成される。前記各ホール１３０ａは、発光セル領域の中央領域に形成され、各コネクタを第１の導電型の半導体層１２５に接続するために形成される。一方、前記各ホール１３０ａの内壁には、活性層１２７及び第２の導電型の半導体層１２９の各側面が露出される。

【0060】

前記各ホール１３０ａを形成するために、前記各化合物半導体層は写真及びエッチング工程を使用してパターニングされ得、このような工程は一般的にメサエッチング工程と類似している。しかし、メサエッチング工程では、一般的に各発光セルの第２の導電型の半導体層１２９を互いに孤立させるようにメッシュ形状で形成するが、本発明において、前記各ホール１３０ａは互いに分離される。これによって、各ホール１３０ａの面積を減少させることができるため、今後、分離絶縁層及びボンディング金属を平坦化させるのに有利であり、その結果、基板１５１を安定的に付着させることができる。

【0061】

図８を参照すれば、第２の導電型の半導体層１２９上にオーミックコンタクト層１３１が形成されてもよい。前記オーミックコンタクト層１３１は、第２の導電型の半導体層１２９にオーミック接触する。オーミックコンタクト層１３１は、各発光セル領域上に形成され、前記各ホール１３０ａを露出させる各開口部を有する。前記オーミックコンタクト層１３１は反射金属層を含むことができ、さらに、前記反射金属層を保護するための障壁層を含むことができる。

【0062】

一方、前記各ホール１３０ａの側壁を覆い、前記オーミックコンタクト層１３１の一部を覆う絶縁層１３３が形成される。また、前記絶縁層１３３は、各発光セル領域間の領域に位置する第２の導電型の半導体層１２９を覆う。各ホール１３０ａの側壁を覆う絶縁層、オーミックコンタクト層１３１を覆う絶縁層及び各発光セル領域間に位置する絶縁層は、いずれも同一の工程によって同一の材質で形成され得るが、これに限定されず、それぞれ互いに異なる工程によって形成されてもよい。

【0063】

前記絶縁層１３３は、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＭｇＯ、ＴａＯ、ＴｉＯ_２、又はポリマーで形成されてもよく、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を含んでもよい。

【0064】

図９を参照すれば、前記絶縁層１３３上に各コネクタ１３５が形成される。各コネクタ１３５は、それぞれホール１３０ａに露出された第１の導電型の半導体層１２５と、隣接する発光セル領域の第２の導電型半導体層１２９とを電気的に接続する。第２の導電型の半導体層１２９に電気的に接続されるコネクタ１３５は、オーミックコンタクト層１３１に接続されてもよい。一方、各一部領域で、前記コネクタ１３５は、オーミックコンタクト層１３１及び第２の導電型半導体層１２９から絶縁される必要があり、このために、前記コネクタ１３５と前記オーミックコンタクト層１３１との間に絶縁層１３３が介在する。

【0065】

図１０を参照すれば、前記各コネクタ１３５が形成された犠牲基板１２１のほぼ全面上に分離絶縁層１３７が形成される。分離絶縁層１３７は、各コネクタ１３５及び絶縁層１３３を覆う。前記分離絶縁層１３７は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などで形成されてもよい。また、前記分離絶縁層１３７は、ＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２を周期的に形成した分布ブラッグ反射器であってもよい。前記分離絶縁層１３７上に接着層１３９が形成されてもよく、前記接着層１３９上にボンディング金属１４１が形成され、基板１５１がボンディングされてもよい。前記ボンディング金属１４１は、例えば、ＡｕＳｎ（８０／２０ｗｔ％）で形成されてもよい。前記基板１５１は、特別に限定されるものではないが、犠牲基板１２１と同一の熱膨張係数を有する基板、例えば、サファイア基板であってもよい。

【0066】

図１１を参照すれば、引き続いて、前記犠牲基板１２１が除去され、前記第１の導電型の半導体層１２５が露出される。犠牲基板１２１は、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）技術又は他の機械的方法や化学的方法によって分離されてもよい。このとき、バッファ層も除去され、第１の導電型の半導体層１２５が露出される。

【0067】

図１２を参照すれば、前記半導体スタック１３０を各発光セルＳ１、Ｓ２に分離する分離溝１６１が形成される。前記分離溝１６１は、絶縁層１３３が露出されるまで前記半導体スタック１３０をエッチングすることによって形成される。このとき、前記絶縁層１３３によって、前記各コネクタ１３５が露出されるのを防止することができる。前記分離溝１６１の側壁は半導体スタック１３０で構成され、分離溝内に第１の導電型の半導体層１２５、活性層１２７及び第２の導電型の半導体層１２９の各側面が露出される。一方、前記第１の導電型の半導体層１２５にＰＥＣ（光電化学）エッチングなどによって粗面（Ｒ）が形成されてもよい。

【0068】

一方、前記第１の導電型の半導体層１２５上に保護絶縁層（図示せず）及び各電極パッド（図示せず）が形成され、前記各発光セルＳ１、Ｓ２を含む発光素子単位で基板１５１が分離され、単一チップの発光素子が完成する。

【0069】

図１３は、本発明の他の実施例に係る発光素子を説明するための断面図である。

【0070】

図１３を参照すれば、本実施例に係る発光素子は、図５及び図６を参照して説明した発光素子とほぼ類似しているが、オーミックコンタクト層１７１を形成する前に分布ブラッグ反射器１７０が形成されるという点で差を有する。

【0071】

すなわち、オーミックコンタクト層１７１と第２の導電型の下部半導体層１２９との間に前記分布ブラッグ反射器１７０が介在する。また、前記分布ブラッグ反射器は、各ホール１３０ａ内の側壁を覆うことができ、分離溝１６１とコネクタ１７５との間に介在することができる。

【0072】

一方、前記分布ブラッグ反射器１７０は、前記オーミックコンタクト層１７１と前記第２の導電型の下部半導体層１２９との間に各スルーホール（貫通ホール）１７０ａを有することができ、オーミックコンタクト層１７１は、各スルーホール１７０ａを介して前記第２の導電型の下部半導体層１２９に接続され得る。

【0073】

前記オーミックコンタクト層１７１の各一部領域上に絶縁層１７３が形成され、オーミックコンタクト層１７１とコネクタ１７５を電気的に絶縁させる。

【0074】

本実施例によれば、各ホール１３０ａ内の側壁、オーミックコンタクト層１７１と第２の導電型の下部半導体層１２９との間の領域及び分離溝１６１とコネクタ１７５との間に分布ブラッグ反射器１７０が形成されることによって、各発光セルＳ１、Ｓ２内で生成された光の反射率を高めることができ、その結果、発光効率を向上させることができる。

【0075】

以上、本発明をいくつかの実施例を例に挙げて説明したが、本発明は、上述した各実施例に限定されず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で当業者によって多様に変形及び変更可能である。このような変形及び変更は、下記の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0076】

１２５：第１の導電型の上部半導体層
１２７：活性層
１２９：第２の導電型の下部半導体層
１３０ａ：ホール
１３５：コネクタ
１５１：基板
Ｓ１：第１の発光セル
Ｓ２：第２の発光セル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】