JP3643225B2 - Optical semiconductor chip - Google Patents

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Description

【0001】
【技術分野】
本願発明は、LED(発光ダイオード)チップやLD(レーザダイオード)チップなどの光半導体チップに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のLEDチップの一般的な構造を、図14に示す。この従来のLEDチップは、基板9の片面に半導体積層部90を形成したものであり、この半導体積層部90は、n型半導体層90a、発光層90b、およびp型半導体層90cから構成されている。これらの層はガリウムを含むIIIb−Vb属化合物半導体を結晶成長させたものであり、この結晶成長を効率良くかつ適切に行わせる必要から、上記基板9としては、たとえばガリウム砒素などの半導体基板が用いられている。また、上記LEDチップを製造するには、上記半導体基板となるウェハの表面の広い範囲に化合物半導体を結晶成長させてから、その後上記ウェハを切断し、複数のチップ片に分割していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のLEDチップでは、次のような不具合があった。
【0004】
すなわち、近年において、LEDチップの使用用途は未だ拡大の一途を辿っているのが実情であり、その使用用途如何では、LEDチップの薄型化が強く要請される場合がある。たとえば、全体が薄手のカード状に形成されるICカードの内部にLEDチップを組み込むような場合には、LEDチップ全体の厚みをできる限り小さくすることが望まれる。このような場合、LEDチップ全体の厚みをたとえば200μm以下にすることが強く要請される場合がある。
【0005】
ところが、従来のLEDチップは、その半導体積層部90の厚みt1はたとえば10μm程度の極薄寸法であるのに対し、上記基板9の厚みt2は上記半導体積層部90と比較すると桁はずれに大きな寸法となっていた。すなわち、上記基板9は、元々はウェハとして形成されていたものであるために、そのウェハとしてかなり薄めのウェハを用いた場合であっても、その厚みt2は200μm〜300μm以上の厚みとなっていた。このため、従来では、LEDチップの全体の厚みt3をたとえば200μm程度以下にすることは事実上困難となっており、その薄型化を充分に図ることができなかった。その結果、従来では、たとえば薄手のICカードの内部にLEDチップを要領良く適切に組み込むことが難しくなるといった不具合を生じる場合があった。
【0006】
また、このような不具合は、LEDチップに限らず、LDチップなどの他の光半導体チップにおいても、同様に生じていた。
【0007】
本願発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、光半導体チップ本来の機能を悪化させるようなことなく、光半導体チップの薄型化が図れるようにすることをその課題としている。
【0008】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【0009】
本願発明によれば、光半導体チップが提供される。この光半導体チップは、化合物半導体の結晶からなる半導体積層部を備えた光半導体チップであって、上記半導体積層部は、その結晶成長に用いられた基板とは異なる代替支持材に接着されており、かつ上記半導体積層部から上記基板が除去され、上記半導体積層部は発光ダイオードとして構成され、全体がLEDチップとして形成されているとともに、上記代替支持材は、透光性を有するフィルムであることに特徴づけられる。
【0012】
本願発明によって提供される光半導体チップは、化合物半導体の結晶成長に用いられた基板が半導体積層部から除去された構造であるために、結晶成長用の基板を備えていた従来の光半導体チップとは異なり、ウェハから形成される結晶成長用の基板の厚みに原因して、光半導体チップ全体の厚みが大きくなることは無い。一方、上記半導体積層部には、上記基板に代えて代替支持材が接着されているが、この代替支持材は、結晶成長用の基板とは異なり、ウェハなどから形成する必要はなく、たとえば薄手のフィルムを用いるなどして、上記基板よりもかなり薄い寸法にすることができる。したがって、本願発明では、光半導体チップ全体の厚みを、従来のものよりもかなり小さくすることができるという効果が得られる。本願発明によれば、光半導体チップの全体の厚みを、たとえば200μm以下にすることが簡単に行えることとなり、薄手のICカードの内部への組み込み使用など、全体の薄型化が強く要請される用途に最適なものとすることができる。
【0013】
なお、本願発明では、半導体積層部に代替支持材を接着させているために、この代替支持材の存在によって半導体積層部を補強し、さらにはチップ全体の強度を高めることが可能となる。したがって、本願発明に係る光半導体チップを取り扱うときには、従来の光半導体チップと同様なかたちで取り扱うことができ、便利である。また、半導体積層部については、従来の光半導体チップの半導体積層部と同様な構造にすればよいから、光半導体チップとしての光学的な特性が損なわれるといった不具合もない。さらに、本願発明では、半導体積層部から発せられた光が代替支持材を透過して外部に放出することが可能となり、光半導体チップの両面から光を放出させることができる。すなわち、1つの光半導体チップで、2方向に光を放出させることができることとなる。したがって、光半導体チップの使用用途の一層の拡大が図れることとなる。
【0014】
本願発明の好ましい実施の形態では、上記代替支持材は、可撓性を有している構成とすることができる。
【0015】
このような構成によれば、光半導体チップの実装対象面がたとえば曲面状である場合に、代替支持材をその実装対象面に沿うように撓ませてから、光半導体チップの全体をその実装対象面に適切に面実装するといったことが可能となる。したがって、光半導体チップの実用範囲を拡大する上で有利となる。
【0016】
本願発明の他の好ましい実施の形態では、上記代替支持材は、導電性を有している構成とすることができる。
【0017】
このような構成によれば、上記代替支持材を光半導体チップの電極として役立たせることが可能となり、光半導体チップに電気接続を行う際に便宜が図れる。また、光半導体チップには通常2つの電極が設けられるが、その一方の電極についてはこれをわざわざ設ける必要がなくなり、光半導体チップの製造作業の簡易化も図れることとなる。
【0020】
本願発明の他の好ましい実施の形態では、上記半導体積層部の上記代替支持材が接着されている面とは反対の面が、凹凸状の粗面とされている構成とすることができる。
【0021】
このような構成によれば、半導体積層部から発せられる光が上記凹凸状の粗面を通過するときに散乱することとなる。したがって、この光の散乱効果によって、光半導体チップの輝度を高めることが可能となる。
【0022】
本願発明の他の好ましい実施の形態では、上記半導体積層部の上記代替支持材が接着されている面とは反対の面の全面またはその一部には、透光性を有する電極が設けられている構成とすることができる。
【0023】
このような構成によれば、上記電極を利用して光半導体チップへの電気接続が図れることは勿論のこと、上記電極は透光性を有しているために、この電極が形成されている半導体積層部の面から、外部へ向けて光を適切に放出させることもできる。
【0024】
本願発明の他の好ましい実施の形態では、上記電極は、金の薄膜層である構成とすることができる。このような構成によれば、導電性が高く、またその表面に酸化などを生じ難いという金の特性により、この電極への電気配線接続をより適切に行うことが可能となる。なお、金は、本来的には不透明であるが、その厚みを十分に小さくすることによって、透明性をもたせることが可能である。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【0031】
図1は、本願発明に係る光半導体チップの具体例としてのLEDチップの一例を示す断面図である。
【0032】
同図に示すLEDチップAは、代替支持材1の片面上に、光反射層2、半導体積層部3、および電極4が順次積層して設けられた構造を有しており、上記半導体積層部3が発光ダイオードとして構成されている。このLEDチップAは、上記半導体積層部3を構成する化合物半導体を結晶成長させるのに用いられた後述の基板が上記半導体積層部3から除去された構造となっている。
【0033】
上記代替支持材1は、たとえば厚みtaが10μm〜100μm程度の薄肉の導電性フィルムであり、合成樹脂製フィルムに金属粒子などの導電性粒子を練り込むなどしてそのフィルム各所に導電性をもたせたものである。この代替支持材1は、可撓性を有している。
【0034】
上記光反射層2は、Ag、Cr、Ti、あるいはその他の光沢を有する金属の薄膜層であり、後述するように、蒸着あるいはスパッタリングなどによって所定の金属を成膜して形成された部分である。この光反射層2の表面の光反射率は、上記代替支持材1の表面の光反射率も高い。
【0035】
上記半導体積層部3は、従来既知の発光ダイオードと同様な構成である。この半導体積層部3は、ガリウムを含むIIIb−Vb属化合物半導体の単純結晶を利用したものであり、たとえば、拡散層としてのGaP層3d、p型InGaAlP層3c、発光層3b、およびn型InGaAlP層3aが積層された構造となっている。上記発光層3bは、InGaAlPの層である。また、この半導体積層部3の最外層であるn型InGaAlP層3aの表面30の全面または略全面は、微小な凹凸を有する粗面とされている。この表面30の凹凸高低差は、たとえば1μm以内とされている。
【0036】
上記電極4は、たとえば金(Au)の薄膜層であり、上記n型InGaAlP層3aの表面の全面に金を蒸着あるいはスパッタリングなどによって成膜させた部分である。この金製の電極4は、その厚みがたとえば100Å程度であり、透光性を有している。
【0037】
上記LEDチップAは、たとえば0.3mm角のチップ片として形成されている。また、上記光反射層2、半導体積層部3、および電極4のトータルの厚みtbは、5〜10μm程度であり、代替支持材1をも含めた全体の厚みtは、110μm程度以下の極薄の寸法とされている。
【0038】
次に、上記LEDチップAの製造方法について、図2ないし図8を参照しながら説明する。
【0039】
まず、図2に示すように、GaAs基板5の表面上に、複数の半導体層3a〜3dを結晶成長させて、発光ダイオードとなる半導体積層部3を作製する。この結晶成長は、たとえば有機金属化学気相成長法(MOCVD法)によって行えばよく、この成長法よって発光ダイオードを構成する所定の化合物半導体の単結晶を効率良く成長させることができる。なお、上記GaAs基板5は、ウェハとして形成されたものであって、その厚みは200μm〜300μm以上である。上記半導体積層部3は、このウェハの表面の全面に作製する。
【0040】
次いで、図3に示すように、上記半導体積層部3の最上層のGaP層3dの表面に、光沢を有する所定のAgやCrなどの金属を蒸着またはスパッタリングによって成膜し、光反射層2を作製する。その後は、図4に示すように、上記光反射層2の表面の全面に、代替支持材1’を接着させる。この代替支持材1’は、上記ウェハと同様なサイズまたはそれよりも大きなサイズに形成されたフィルムである。この代替支持材1’は、先に説明した代替支持材1となる部分であり、導電性および可撓性を有し、またその厚みは10μm〜100μm程度のものである。上記光反射層2に代替支持材1’を接着させる手段としては、接着剤を用いてもよいし、あるいは上記代替支持材1’を加熱して軟化させることにより粘着性をもたせ、熱圧着するといった手段を採用することもでき、本願発明ではいずれであってもよい。
【0041】
上記代替支持材1’の接着作業後には、図5に示すように、結晶成長に用いられたGaAs基板5を半導体積層部3の片面から除去する。この作業は、たとえば上記GaAs基板5をアンモニアと過酸化水素水とを混合したエッチング処理液に浸漬させるエッチング処理によって行うことができる。また、このようなエッチング処理に代えて、たとえば上記GaAs基板5を機械的な手段によって研削して除去することも可能である。ただし、作業性および半導体積層部3の保護の観点からすれば、エッチッグ処理を行うことが好ましい。
【0042】
上記GaAs基板5を除去した後には、図6に示すように、半導体積層部3の最外層に位置するn型InGaAlP層3aの表面30を凹凸の粗面にする作業を行う。この作業は、塩酸系のエッチング処理液に上記n型InGaAlP層3aを浸漬させるエッチング処理によって行うことができる。その後は、図7に示すように、上記n型InGaAlP層3aの表面30に、金製の電極4を形成する。この作業は、金を蒸着し、またはスパッタリングすることによって行うことができる。
【0043】
上記一連の作業工程によれば、代替支持材1’の片面に、光反射層2、半導体積層部3、および電極4のそれぞれが元のGaAs基板5の面積と略同一の面積で一連に形成された中間品A’が得られる。そこで、その後は、図8に示すように、その中間品A’を複数のチップ片として分割するように切断すれば、先の図1に示したLEDチップAが多数個取りできることとなる。上記中間品の切断は、一般のウェハのダイシング工程と同様に、たとえばダイヤモンドカッタやレーザカッタを用いて行えばよい。このようにして製造されたLEDチップAは、代替支持材1に対する半導体積層部3の半導体の層3a〜3dの順序が、図2に示すGaAs基板5に対する積層順序とは逆になっている。
【0044】
上記構成のLEDチップAは、全体の厚みtが110μm以下であり、いわば薄膜状のLEDチップとして構成されている。したがって、全体の厚みがたとえば0.7mm程度の薄手のICカードの内部に対しても、このLEDチップAを比較的余裕をもったかたちに組み込みことが可能となり、大きな実装スペースを確保することが困難なスペースに組み込んで使用するのに大変便利となる。
【0045】
また、上記LEDチップAの代替支持材1は可撓性を有しているために、上記LEDチップAの実装面がたとえば多少湾曲した曲面であっても、上記代替支持材1をその曲面に沿わせて撓ませることができ、確実に面実装することが可能となる。さらに、上記LEDチップAは、半導体積層部3の片面に代替支持材1が接着された構造であるために、半導体積層部3が上記代替支持材1によって補強されることとなる。したがって、上記LEDチップAを取り扱うときに、このLEDチップAの各部が安易に損傷するといったことも解消することができる。
【0046】
図9は、上記LEDチップAの実装構造の一例を示す要部断面図である。
【0047】
同図に示す実装構造では、回路基板6の表面に形成された銅箔製などの端子部60上に、LEDチップAがボンディングされ、その代替支持材1が上記端子部60と導通している。また、上記回路基板6の上面に設けられた起立部61には、金属製のバネ板状の端子板62の一端部が支持されており、この端子板62の他端部は上記LEDチップAの電極4の表面に接触し、その端子板62の弾発力によってその接触状態が維持されるように構成されている。上記LEDチップAや端子板62は、たとえばエポキシ樹脂などの透明な封止樹脂63によって覆われている。なお、上記端子部60にLEDチップAをボンディングする手段としては、導電性接着剤を用いる手段、あるいは上記代替支持材1を加熱しながら加圧する熱圧着手段を用いることができる。
【0048】
上記構造では、LEDチップAの代替支持材1をそのまま電極として利用しているために、このLEDチップAに必要な2つの電極のうち、1つの電極についてはその作製を省略することができる。また、上記LEDチップAには、端子板62をその弾発力を利用して接触させているために、上記LEDチップAにワイヤボンディングを行う場合と比較すると、次のような利点が得られる。すなわち、上記LEDチップAの電極4にワイヤボンディング作業を行ったのでは、ワイヤボンダーのキャピラリがLEDチップAの上面をかなり大きな圧力で押しつけることとなる。これに対し、上記構造では、端子板62を電極4に接触させているに過ぎないために、LEDチップAが大きな圧力を受けないようにすることができ、LEDチップAに機械的なダメージを生じさせないようにする点で有利となる。とくに、上記電極4は、電気接続性の良好な金製であるために、端子板62との接触圧をさほど大きくしなくても、導電性の良好な電気接続が行えることとなる。また、ワイヤボンディングの場合には、ワイヤの一部がLEDチップAとの接合部分から一定寸法だけ上方に延びるかたちとなり、回路基板6の上方にワイヤが嵩張った構造となるが、上記構造では、端子板62を略水平状に設定することによって、この端子板62の高さをLEDチップAの高さと略同一高さに設定できる。したがって、LEDチップAの実装部分およびそれに関連する電気接続部分の全体の厚みを小さくする上でも、有利となる。
【0049】
さらに、上記構造では、LEDチップAや端子板62などの各部を、封止樹脂63によって適切に保護することができるのに加え、この封止樹脂63の存在によって端子板62と電極4との位置関係を固定させて、それらの導通状態を適切に維持しておくこともできる。むろん、LEDチップAや端子板62の全体を樹脂封止する手段に代えて、電極4と端子板62との接触部分のみを樹脂封止する手段を採用してもかまわない。
【0050】
上記LEDチップAを上記図9に示すように実装した状態において、電極4と代替支持材1との間に電流を流すと、半導体積層部3の発光層3bからその上下方向に向けて光が放出される。これらの光のうち、上向きの光は、そのまま透明の電極4および封止樹脂63を透過して上方に進行する。これに対し、下向きの光は、光反射層2の表面に到達すると、高い反射率で上方へ向けて反射され、その後は電極4や封止樹脂63を透過してやはり上方に進行する。したがって、発光層3bから放出された光が代替支持材1に吸収されることを解消し、LEDチップAの上面からの放出光量を多くすることができる。また、半導体積層部3の内部の光がn型InGaAlP層3aの粗面状の表面30を通過するときには、その光は散乱状態となる。したがって、上記LEDチップAの輝度をより高めることが可能となる。
【0051】
図10ないし図13は、本願発明に係る光半導体チップの他の例をそれぞれ示し、図10ないし図12は断面図であり、図13は斜視図である。なお、説明の便宜上、これらの図において、先の実施形態と同一部位は同一符号で示し、その説明は省略する。
【0052】
図10に示すLEDチップAaは、先の実施形態のLEDチップAとは異なり、透光性を有する電極4aを半導体積層部3上に部分的に設けた構成である。このような構成のLEDチップAaは、蒸着またはスパッタリングによって金を上記半導体積層部3の表面に成膜させるときにその表面にマスキングを行い、この表面30の所定部分にのみ金が成膜されるようにすればよい。上記LEDチップAaにおいても、先の実施形態のLEDチップAと同様に、上記電極4aの上面に上記端子板62を接触させた図9に示す構造の電気接続を行うことができる。むろん、本願発明は、光半導体チップの電気接続構造の構成を一切問うものではない。したがって、上記電極4aに金線などのワイヤボンディングを施してもなんらかまわない。
【0053】
図11に示すLEDチップAbは、代替支持材1aとして、表面に光沢を有する金属フィルムを用いている。このような構成によれば、先の2つのLEDチップA,Aaとは異なり、代替支持材1aの表面に光反射層2をわざわざ設けることなく、半導体積層部3から発せられた光を上記代替支持材1aの表面によって上方へ効率良く反射させることができることとなる。また、導電性を有する金属フィルムを用いれば、上記代替支持材1aをそのまま半導体積層部3の電極として利用することもできる。
【0054】
図12に示すLEDチップAcは、代替支持材1bとして、透明フィルムを用いている。このような構成によれば、半導体積層部3の発光層3bから発せられた光の一部をその上面から外部へ放出させることができるとともに、光の他の一部を代替支持材1bを透過させてその下面から外部へ放出させることも可能となり、LEDチップAcの上下両面から光を放出させることができる。
【0055】
このように、本願発明では、代替支持材の具体的な材質などは限定されず、種々のものを用いることが可能である。代替支持材を合成樹脂製フィルムや金属製フィルムなどによって形成すれば、それらの材料コストを安価にでき、またその製造も容易となる利点が得られる。ただし、本願発明はこれに限定されない。本願発明では、たとえば半導体積層部3の片面に、金属などの材料を蒸着またはスパッタリングなどによって成膜固化させ、この成膜処理によって得られた膜状物質を代替支持材としてもよい。さらには、たとえば半導体積層部3の片面に樹脂などの液体状の材料を塗布した後に、この材料を硬化させることによって、フィルム状の部材を形成し、これを代替支持材としてもよい。
【0056】
図13に示す光半導体チップAdは、LDチップとして構成されたものであり、代替支持材1c上にレーザダイオードを構成する半導体積層部3Aが接着された構造となっている。上記半導体積層部3Aは、n型半導体層3e、活性層3f、およびp型半導体層3gなどを有するものであり、それらの厚み方向に所定の電流を流すことによってレーザ発振が可能に構成されている。上記半導体積層部3Aは、先に説明したLEDチップの半導体積層部と同様に、化合物半導体を所定の基板上で結晶成長させることにより製造されるものであるが、このLDチップAdでは、やはりその結晶成長に利用された基板は除去されており、その代わりに、代替支持材1cを具備している。この代替支持材1cとしては、先に説明したLEDチップの場合と同様に、種々の材質のものを用いることができる。また、半導体積層部3Aの上面には、必要に応じて電極が形成される。
【0057】
上記LDチップAdにおいても、先のLEDチップAと同様に、結晶成長に利用された基板が除去され、それに代えて薄手の代替支持材1cが設けられていることにより、全体の厚みをかなり小さくすることができる。また、代替支持材1cの存在によって、LDチップ全体の強度を高めておくことができ、その取り扱い時において各部が容易に損壊するといった不具合も無くすことが可能となる。
【0058】
このように、本願発明に係る光半導体チップは、LEDチップとして構成するに限らず、LDチップとして構成することもできる。要は、化合物半導体の結晶からなる半導体積層部を備えた光半導体チップであれば、その種類を問わず、本願発明を適用することが可能である。むろん、発光ダイオードやレーザダイオードなどを構成する半導体積層部の具体的な成分も限定されない。
【0059】
また、本願発明に係る光半導体チップの製造方法の各作業工程も、上記した実施形態に限定されない。化合物半導体の結晶成長に用いる基板の種類は、その化合物半導体の具体的な成分内容に応じて適宜選択すればよく、GaAs基板に代えて、GaP基板、GaAlAs基板、もしくはSi基板などの半導体基板を用いてもよい。また、たとえば青色LEDを製造する場合には、アルミナ基板(サファイヤ基板)を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明に係る光半導体チップの具体例としてのLEDチップを示す断面図である。
【図2】基板上に半導体積層部を作製する工程を示す要部断面図である。
【図3】半導体積層部上に光反射層を作製する工程を示す要部断面図である。
【図4】半導体積層部に光反射層を介して代替支持材を接着する工程を示す要部断面図である。
【図5】結晶成長に用いられた基板を削除する工程を示す要部断面図である。
【図6】半導体積層部の表面にエッチング処理を施した状態を示す要部断面図である。
【図7】半導体積層部の表面に電極を形成した状態を示す要部断面図である。
【図8】半導体積層部および代替支持材をチップ状に切断する工程を示す要部断面図である。
【図9】図1に示すLEDチップの実装構造の一例を示す要部断面図である。
【図10】本願発明に係る光半導体チップの他の例を示す断面図である。
【図11】本願発明に係る光半導体チップの他の例を示す断面図である。
【図12】本願発明に係る光半導体チップの他の例を示す断面図である。
【図13】本願発明に係る光半導体チップの他の例を示す斜視図である。
【図14】従来のLEDチップの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1,1a〜1c 代替支持材
2 光反射層
3 半導体積層部(発光ダイオード)
3A 半導体積層部(レーザダイオード)
4,4a 電極
5 GaAs基板
30 表面
A,Aa〜Ac LEDチップ(光半導体チップ)
Ad LDチップ(光半導体チップ)
[0001]
【Technical field】
The present invention, LED relates to an optical semiconductor chip, such as (light emitting diode) chip and LD (laser diode) chip.
[0002]
[Prior art]
FIG. 14 shows a general structure of a conventional LED chip. This conventional LED chip has a semiconductor laminated portion 90 formed on one surface of a substrate 9, and this semiconductor laminated portion 90 is composed of an n-type semiconductor layer 90a, a light emitting layer 90b, and a p-type semiconductor layer 90c. Yes. These layers are obtained by crystal growth of a IIIb-Vb group compound semiconductor containing gallium. Since the crystal growth needs to be performed efficiently and appropriately, a semiconductor substrate such as gallium arsenide is used as the substrate 9. It is used. In order to manufacture the LED chip, a compound semiconductor is crystal-grown over a wide range of the surface of the wafer to be the semiconductor substrate, and then the wafer is cut and divided into a plurality of chip pieces.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional LED chip has the following problems.
[0004]
That is, in recent years, the usage of LED chips is still expanding, and depending on the usage, there is a strong demand for thinner LED chips. For example, when an LED chip is incorporated in an IC card that is formed in a thin card shape as a whole, it is desirable to make the thickness of the entire LED chip as small as possible. In such a case, there is a case where the thickness of the entire LED chip is strongly required to be, for example, 200 μm or less.
[0005]
However, in the conventional LED chip, the thickness t1 of the semiconductor laminated portion 90 is an extremely thin dimension of, for example, about 10 μm, whereas the thickness t2 of the substrate 9 is a dimension that is significantly larger than that of the semiconductor laminated portion 90. It was. That is, since the substrate 9 is originally formed as a wafer, the thickness t2 is 200 μm to 300 μm or more even when a considerably thin wafer is used as the wafer. It was. For this reason, conventionally, it has been practically difficult to reduce the total thickness t3 of the LED chip to, for example, about 200 μm or less, and the thickness cannot be sufficiently reduced. As a result, conventionally, for example, it may be difficult to properly incorporate the LED chip into a thin IC card in a proper manner.
[0006]
Further, such a problem occurs not only in the LED chip but also in other optical semiconductor chips such as an LD chip.
[0007]
The present invention has been conceived under such circumstances, and it is an object of the present invention to make the optical semiconductor chip thinner without deteriorating the original function of the optical semiconductor chip. It is said.
[0008]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
[0009]
According to the present onset bright, an optical semiconductor chip is provided. This optical semiconductor chip is an optical semiconductor chip provided with a semiconductor laminated portion made of a compound semiconductor crystal, and the semiconductor laminated portion is bonded to an alternative support material different from the substrate used for the crystal growth. And the said board | substrate is removed from the said semiconductor laminated part, the said semiconductor laminated part is comprised as a light emitting diode, and the whole is formed as an LED chip, and the said alternative support material is a film which has translucency. It is characterized by.
[0012]
The optical semiconductor chip provided by the present invention has a structure in which the substrate used for crystal growth of the compound semiconductor is removed from the semiconductor stacked portion. In contrast, the thickness of the entire optical semiconductor chip does not increase due to the thickness of the crystal growth substrate formed from the wafer. On the other hand, instead of the substrate, an alternative support material is bonded to the semiconductor stacked portion. However, unlike the crystal growth substrate, the alternative support material does not need to be formed from a wafer or the like. The film can be made considerably thinner than the above-mentioned substrate, for example, by using the above film. Therefore, in the present invention, an effect that the thickness of the entire optical semiconductor chip can be made considerably smaller than the conventional one can be obtained. According to the present invention, the total thickness of the optical semiconductor chip can be easily reduced to, for example, 200 μm or less. Can be optimal.
[0013]
In the present invention, since the alternative support material is adhered to the semiconductor laminated portion, the presence of the alternative support material can reinforce the semiconductor laminated portion and further increase the strength of the entire chip. Therefore, when the optical semiconductor chip according to the present invention is handled, it can be handled in the same manner as a conventional optical semiconductor chip, which is convenient. Further, since the semiconductor laminated portion may have the same structure as the semiconductor laminated portion of the conventional optical semiconductor chip, there is no problem that the optical characteristics as the optical semiconductor chip are impaired. Furthermore, in the present invention, light emitted from the semiconductor laminated portion can be transmitted to the outside through the alternative support material, and light can be emitted from both sides of the optical semiconductor chip. That is, one optical semiconductor chip can emit light in two directions. Therefore, the usage of the optical semiconductor chip can be further expanded.
[0014]
In preferable embodiment of this invention, the said alternative support material can be set as the structure which has flexibility.
[0015]
According to such a configuration, when the mounting target surface of the optical semiconductor chip is, for example, a curved surface, the alternative support material is bent along the mounting target surface, and the entire optical semiconductor chip is then mounted. It becomes possible to mount the surface appropriately on the surface. Therefore, it is advantageous in expanding the practical range of the optical semiconductor chip.
[0016]
In another preferred embodiment of the present invention, the alternative support material may be configured to have conductivity.
[0017]
According to such a configuration, the alternative support material can be used as an electrode of the optical semiconductor chip, and convenience can be achieved when electrical connection is made to the optical semiconductor chip. In addition, normally two electrodes are provided on the optical semiconductor chip, but it is not necessary to provide one of the electrodes, and the manufacturing work of the optical semiconductor chip can be simplified.
[0020]
In another preferred embodiment of the present invention, the surface opposite to the surface to which the alternative support material of the semiconductor laminated portion is bonded can be a rough surface having an uneven shape.
[0021]
According to such a configuration, the light emitted from the semiconductor stacked portion is scattered when passing through the rough surface having the uneven shape. Therefore, the brightness of the optical semiconductor chip can be increased by this light scattering effect.
[0022]
In another preferred embodiment of the present invention, a translucent electrode is provided on the entire surface or a part of the surface opposite to the surface to which the alternative support material of the semiconductor laminated portion is bonded. It can be set as a structure.
[0023]
According to such a configuration, the electrode can be electrically connected to the optical semiconductor chip using the electrode, and since the electrode has translucency, the electrode is formed. Light can be appropriately emitted from the surface of the semiconductor stacked portion toward the outside.
[0024]
In another preferred embodiment of the present invention, the electrode may be a gold thin film layer. According to such a configuration, it is possible to more appropriately connect the electric wiring to the electrode due to the gold characteristic that the conductivity is high and the surface is hardly oxidized. Gold is inherently opaque, but it can be made transparent by making its thickness sufficiently small.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0031]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an LED chip as a specific example of an optical semiconductor chip according to the present invention.
[0032]
The LED chip A shown in the figure has a structure in which a light reflecting layer 2, a semiconductor laminated portion 3, and an electrode 4 are sequentially laminated on one surface of an alternative support material 1, and the semiconductor laminated portion 3 is configured as a light emitting diode. This LED chip A has a structure in which a substrate, which will be described later, used for crystal growth of the compound semiconductor constituting the semiconductor multilayer portion 3 is removed from the semiconductor multilayer portion 3.
[0033]
The alternative support material 1 is a thin conductive film having a thickness ta of, for example, about 10 μm to 100 μm. The conductive support material 1 is kneaded with conductive particles such as metal particles in a synthetic resin film, for example, to make the film conductive. It is a thing. This alternative support material 1 has flexibility.
[0034]
The light reflecting layer 2 is a thin film layer of Ag, Cr, Ti, or other glossy metal, and is a portion formed by depositing a predetermined metal by vapor deposition or sputtering, as will be described later. . The light reflectance of the surface of the light reflection layer 2 is also high as that of the surface of the alternative support material 1.
[0035]
The semiconductor laminated portion 3 has the same configuration as a conventionally known light emitting diode. The semiconductor stacked portion 3 uses a simple crystal of a IIIb-Vb group compound semiconductor containing gallium. For example, a GaP layer 3d as a diffusion layer, a p-type InGaAlP layer 3c, a light-emitting layer 3b, and an n-type InGaAlP The layer 3a is laminated. The light emitting layer 3b is an InGaAlP layer. Further, the entire surface or substantially the entire surface 30 of the n-type InGaAlP layer 3a, which is the outermost layer of the semiconductor laminated portion 3, is a rough surface having minute irregularities. The uneven height difference of the surface 30 is, for example, within 1 μm.
[0036]
The electrode 4 is, for example, a thin film layer of gold (Au), and is a portion where gold is deposited on the entire surface of the n-type InGaAlP layer 3a by vapor deposition or sputtering. The gold electrode 4 has a thickness of about 100 mm, for example, and has translucency.
[0037]
The LED chip A is formed, for example, as a 0.3 mm square chip piece. The total thickness tb of the light reflecting layer 2, the semiconductor laminated portion 3, and the electrode 4 is about 5 to 10 μm, and the total thickness t including the alternative support material 1 is extremely thin of about 110 μm or less. It is the dimension of.
[0038]
Next, a method for manufacturing the LED chip A will be described with reference to FIGS.
[0039]
First, as shown in FIG. 2, a plurality of semiconductor layers 3 a to 3 d are crystal-grown on the surface of a GaAs substrate 5 to produce a semiconductor stacked portion 3 that becomes a light emitting diode. This crystal growth may be performed, for example, by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), and a single crystal of a predetermined compound semiconductor constituting the light emitting diode can be efficiently grown by this growth method. The GaAs substrate 5 is formed as a wafer and has a thickness of 200 μm to 300 μm or more. The semiconductor laminated portion 3 is formed on the entire surface of the wafer.
[0040]
Next, as shown in FIG. 3, a predetermined glossy metal such as Ag or Cr is formed on the surface of the uppermost GaP layer 3d of the semiconductor stacked portion 3 by vapor deposition or sputtering, and the light reflecting layer 2 is formed. Make it. After that, as shown in FIG. 4, the alternative support material 1 ′ is bonded to the entire surface of the light reflecting layer 2. This alternative support material 1 'is a film formed in the same size as the wafer or larger. This alternative support material 1 ′ is a portion that becomes the above-described alternative support material 1, has conductivity and flexibility, and has a thickness of about 10 μm to 100 μm. As a means for adhering the alternative support material 1 ′ to the light reflecting layer 2, an adhesive may be used, or the alternative support material 1 ′ is softened by heating and is subjected to thermocompression bonding. Such means may be employed, and any of them may be used in the present invention.
[0041]
After the bonding operation of the alternative support material 1 ′, the GaAs substrate 5 used for crystal growth is removed from one surface of the semiconductor stacked portion 3 as shown in FIG. This operation can be performed by, for example, an etching process in which the GaAs substrate 5 is immersed in an etching process liquid in which ammonia and hydrogen peroxide are mixed. Further, instead of such an etching process, for example, the GaAs substrate 5 may be ground and removed by mechanical means. However, from the viewpoint of workability and protection of the semiconductor laminated portion 3, it is preferable to perform the etching process.
[0042]
After the GaAs substrate 5 is removed, as shown in FIG. 6, the surface 30 of the n-type InGaAlP layer 3 a located at the outermost layer of the semiconductor stacked portion 3 is made to have a rough surface. This operation can be performed by an etching process in which the n-type InGaAlP layer 3a is immersed in a hydrochloric acid-based etching solution. After that, as shown in FIG. 7, the gold electrode 4 is formed on the surface 30 of the n-type InGaAlP layer 3a. This operation can be performed by depositing gold or sputtering.
[0043]
According to the above-described series of work steps, each of the light reflection layer 2, the semiconductor stacked portion 3, and the electrode 4 is formed in a series with substantially the same area as the original GaAs substrate 5 on one surface of the alternative support material 1 ′. The intermediate product A ′ thus obtained is obtained. Then, as shown in FIG. 8, if the intermediate product A ′ is cut so as to be divided into a plurality of chip pieces, a large number of LED chips A shown in FIG. 1 can be obtained. The intermediate product may be cut using, for example, a diamond cutter or a laser cutter, as in a general wafer dicing process. In the LED chip A thus manufactured, the order of the semiconductor layers 3a to 3d of the semiconductor laminated portion 3 with respect to the alternative support material 1 is opposite to the order of lamination with respect to the GaAs substrate 5 shown in FIG.
[0044]
The LED chip A having the above configuration has a total thickness t of 110 μm or less, so to speak, it is configured as a thin-film LED chip. Therefore, the LED chip A can be incorporated with a relatively large margin even inside a thin IC card having a total thickness of about 0.7 mm, for example, and a large mounting space can be secured. It is very convenient to use it in a difficult space.
[0045]
Further, since the alternative support material 1 of the LED chip A has flexibility, even if the mounting surface of the LED chip A is a curved surface that is slightly curved, for example, the alternative support material 1 is made to be a curved surface. It can be bent along, and surface mounting can be ensured. Furthermore, since the LED chip A has a structure in which the alternative support material 1 is bonded to one surface of the semiconductor multilayer portion 3, the semiconductor multilayer portion 3 is reinforced by the alternative support material 1. Therefore, when the LED chip A is handled, it is possible to eliminate that each part of the LED chip A is easily damaged.
[0046]
FIG. 9 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of the mounting structure of the LED chip A.
[0047]
In the mounting structure shown in the figure, the LED chip A is bonded onto the terminal part 60 made of copper foil or the like formed on the surface of the circuit board 6, and the alternative support material 1 is electrically connected to the terminal part 60. . Further, one end portion of a metal spring plate-like terminal plate 62 is supported on the standing portion 61 provided on the upper surface of the circuit board 6, and the other end portion of the terminal plate 62 is connected to the LED chip A. The electrode 4 is in contact with the surface of the electrode 4, and the contact state is maintained by the elastic force of the terminal plate 62. The LED chip A and the terminal board 62 are covered with a transparent sealing resin 63 such as an epoxy resin. As a means for bonding the LED chip A to the terminal portion 60, a means using a conductive adhesive or a thermocompression bonding means that pressurizes the alternative support material 1 while heating can be used.
[0048]
In the above structure, since the alternative support material 1 of the LED chip A is used as an electrode as it is, the production of one of the two electrodes necessary for the LED chip A can be omitted. In addition, since the terminal chip 62 is brought into contact with the LED chip A using its elasticity, the following advantages can be obtained as compared with the case where wire bonding is performed on the LED chip A. . That is, when wire bonding is performed on the electrode 4 of the LED chip A, the capillary of the wire bonder presses the upper surface of the LED chip A with a considerably large pressure. On the other hand, in the above structure, since the terminal plate 62 is merely brought into contact with the electrode 4, the LED chip A can be prevented from receiving a large pressure, and mechanical damage is caused to the LED chip A. This is advantageous in that it does not occur. In particular, since the electrode 4 is made of gold with good electrical connectivity, electrical connection with good electrical conductivity can be performed without increasing the contact pressure with the terminal plate 62 so much. Further, in the case of wire bonding, a part of the wire extends upward from the joint portion with the LED chip A by a certain dimension, and the wire is bulky above the circuit board 6. By setting the terminal board 62 to be substantially horizontal, the height of the terminal board 62 can be set to be substantially the same as the height of the LED chip A. Therefore, it is advantageous also in reducing the entire thickness of the mounting portion of the LED chip A and the electrical connection portion related thereto.
[0049]
Further, in the above structure, each part such as the LED chip A and the terminal plate 62 can be appropriately protected by the sealing resin 63, and the presence of the sealing resin 63 allows the terminal plate 62 and the electrode 4 to be protected. It is also possible to fix the positional relationship and maintain their conduction state appropriately. Of course, instead of means for resin-sealing the entire LED chip A and terminal plate 62, means for resin-sealing only the contact portion between the electrode 4 and the terminal plate 62 may be employed.
[0050]
In a state where the LED chip A is mounted as shown in FIG. 9, when a current is passed between the electrode 4 and the alternative support material 1, light is emitted from the light emitting layer 3 b of the semiconductor stacked portion 3 in the vertical direction. Released. Among these lights, upward light passes through the transparent electrode 4 and the sealing resin 63 as it is and proceeds upward. On the other hand, when the downward light reaches the surface of the light reflection layer 2, it is reflected upward with high reflectivity, and thereafter passes through the electrode 4 and the sealing resin 63 and travels upward. Therefore, the light emitted from the light emitting layer 3b can be eliminated from being absorbed by the alternative support material 1, and the amount of light emitted from the upper surface of the LED chip A can be increased. Further, when the light inside the semiconductor stacked portion 3 passes through the rough surface 30 of the n-type InGaAlP layer 3a, the light is in a scattering state. Therefore, the brightness of the LED chip A can be further increased.
[0051]
10 to 13 show other examples of the optical semiconductor chip according to the present invention. FIGS. 10 to 12 are sectional views, and FIG. 13 is a perspective view. For convenience of explanation, in these drawings, the same parts as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0052]
Unlike the LED chip A of the previous embodiment, the LED chip Aa shown in FIG. 10 has a configuration in which an electrode 4 a having translucency is partially provided on the semiconductor stacked portion 3. The LED chip Aa having such a configuration masks the surface of gold when the gold is deposited on the surface of the semiconductor laminate 3 by vapor deposition or sputtering, and the gold is deposited only on a predetermined portion of the surface 30. What should I do? Also in the LED chip Aa, as in the LED chip A of the previous embodiment, the electrical connection having the structure shown in FIG. 9 in which the terminal plate 62 is in contact with the upper surface of the electrode 4a can be performed. Of course, the present invention does not ask at all for the configuration of the electrical connection structure of the optical semiconductor chip. Therefore, it does not matter if wire bonding such as gold wire is applied to the electrode 4a.
[0053]
The LED chip Ab shown in FIG. 11 uses a metallic film having gloss on the surface as the alternative support material 1a. According to such a configuration, unlike the previous two LED chips A and Aa, the light emitted from the semiconductor laminated portion 3 can be replaced with the light without providing the light reflecting layer 2 on the surface of the alternative support material 1a. It can be efficiently reflected upward by the surface of the support material 1a. Moreover, if the metal film which has electroconductivity is used, the said alternative support material 1a can also be utilized as an electrode of the semiconductor lamination | stacking part 3 as it is.
[0054]
The LED chip Ac shown in FIG. 12 uses a transparent film as the alternative support material 1b. According to such a configuration, a part of the light emitted from the light emitting layer 3b of the semiconductor laminated portion 3 can be emitted from the upper surface to the outside, and the other part of the light is transmitted through the alternative support material 1b. Thus, the light can be emitted from the lower surface to the outside, and light can be emitted from the upper and lower surfaces of the LED chip Ac.
[0055]
Thus, in this invention, the specific material etc. of an alternative support material are not limited, A various thing can be used. If the alternative support material is formed of a synthetic resin film, a metal film, or the like, the material cost can be reduced and the manufacture thereof can be facilitated. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, for example, a material such as a metal may be formed and solidified on one surface of the semiconductor laminated portion 3 by vapor deposition or sputtering, and a film-like substance obtained by this film forming process may be used as an alternative support material. Furthermore, for example, after applying a liquid material such as a resin to one surface of the semiconductor laminated portion 3, the material may be cured to form a film-like member, which may be used as an alternative support material.
[0056]
The optical semiconductor chip Ad shown in FIG. 13 is configured as an LD chip, and has a structure in which a semiconductor laminated portion 3A constituting a laser diode is bonded onto an alternative support material 1c. The semiconductor stacked portion 3A includes an n-type semiconductor layer 3e, an active layer 3f, a p-type semiconductor layer 3g, and the like, and is configured to be capable of laser oscillation by flowing a predetermined current in the thickness direction thereof. Yes. The semiconductor stacked portion 3A is manufactured by crystal growth of a compound semiconductor on a predetermined substrate, similar to the semiconductor stacked portion of the LED chip described above. The substrate used for crystal growth is removed, and instead, an alternative support material 1c is provided. As this alternative support material 1c, various materials can be used as in the case of the LED chip described above. An electrode is formed on the upper surface of the semiconductor stacked portion 3A as necessary.
[0057]
Also in the LD chip Ad, as in the previous LED chip A, the substrate used for crystal growth is removed, and a thin alternative support material 1c is provided instead, so that the overall thickness is considerably reduced. can do. Further, the presence of the alternative support material 1c can increase the strength of the entire LD chip, and it is possible to eliminate the problem that each part is easily damaged during the handling.
[0058]
Thus, the optical semiconductor chip according to the present invention is not limited to being configured as an LED chip, but can also be configured as an LD chip. The point is that the present invention can be applied to any optical semiconductor chip provided with a semiconductor laminated portion made of a compound semiconductor crystal regardless of its type. Needless to say, the specific components of the semiconductor stacked portion constituting the light emitting diode, the laser diode, etc. are not limited.
[0059]
Further, each operation process of the method for manufacturing an optical semiconductor chip according to the present invention is not limited to the above-described embodiment. The type of substrate used for crystal growth of the compound semiconductor may be appropriately selected according to the specific component contents of the compound semiconductor, and a semiconductor substrate such as a GaP substrate, a GaAlAs substrate, or a Si substrate may be used instead of the GaAs substrate. It may be used. For example, when manufacturing a blue LED, an alumina substrate (sapphire substrate) may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an LED chip as a specific example of an optical semiconductor chip according to the present invention.
FIG. 2 is a fragmentary cross-sectional view showing a process for producing a semiconductor laminated portion on a substrate.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a principal part showing a step of producing a light reflecting layer on a semiconductor laminated portion.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a principal part showing a step of bonding an alternative support material to a semiconductor laminated portion through a light reflecting layer.
FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view showing a step of deleting a substrate used for crystal growth.
FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view showing a state where an etching process has been performed on the surface of a semiconductor stacked portion.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a principal part showing a state in which an electrode is formed on the surface of a semiconductor laminated portion.
FIG. 8 is a cross-sectional view of an essential part showing a step of cutting a semiconductor laminated portion and an alternative support material into chips.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a principal part showing an example of a mounting structure of the LED chip shown in FIG. 1;
FIG. 10 is a cross-sectional view showing another example of an optical semiconductor chip according to the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing another example of an optical semiconductor chip according to the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing another example of the optical semiconductor chip according to the present invention.
FIG. 13 is a perspective view showing another example of an optical semiconductor chip according to the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of a conventional LED chip.
[Explanation of symbols]
1, 1a-1c Alternative support material 2 Light reflection layer 3 Semiconductor laminated part (light emitting diode)
3A Semiconductor stack (laser diode)
4, 4a Electrode 5 GaAs substrate 30 Surface A, Aa to Ac LED chip (optical semiconductor chip)
Ad LD chip (Optical semiconductor chip)

Claims (6)

化合物半導体の結晶からなる半導体積層部を備えた光半導体チップであって、
上記半導体積層部は、その結晶成長に用いられた基板とは異なる代替支持材に接着されており、かつ上記半導体積層部から上記基板が除去され
上記半導体積層部は発光ダイオードとして構成され、全体がLEDチップとして形成されているとともに、
上記代替支持材は、透光性を有するフィルムであることを特徴とする、光半導体チップ。
An optical semiconductor chip having a semiconductor laminated portion made of a compound semiconductor crystal,
The semiconductor laminated portion is bonded to an alternative support material different from the substrate used for the crystal growth, and the substrate is removed from the semiconductor laminated portion ,
The semiconductor laminated portion is configured as a light emitting diode, and is entirely formed as an LED chip.
The said alternative support material is a film which has translucency , The optical semiconductor chip characterized by the above-mentioned .
上記代替支持材は、可撓性を有している、請求項1に記載の光半導体チップ。The optical semiconductor chip according to claim 1, wherein the alternative support material has flexibility. 上記代替支持材は、導電性を有している、請求項1または2に記載の光半導体チップ。The alternative supporting member has a conductive, optical semiconductor chip according to claim 1 or 2. 上記半導体積層部の上記代替支持材が接着されている面とは反対の面が、凹凸状の粗面とされている、請求項1ないし3のいずれかに記載の光半導体チップ。4. The optical semiconductor chip according to claim 1, wherein a surface opposite to a surface to which the alternative support material of the semiconductor laminated portion is bonded is an uneven rough surface. 5. 上記半導体積層部の上記代替支持材が接着されている面とは反対の面の全面またはその一部には、透光性を有する電極が設けられている、請求項1ないし4のいずれかに記載の光半導体チップ。Above semiconductor lamination portion the alternate support and the surface being adhesive opposite face entire or part of the, the electrode having a light transmitting property is provided, in any one of claims 1 to 4 The optical semiconductor chip described. 上記電極は、金の薄膜層である、請求項に記載の光半導体チップ。The optical semiconductor chip according to claim 5 , wherein the electrode is a gold thin film layer.
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