JP2001094148A - Sapphire substrate blue led and manufacturing method - Google Patents
Sapphire substrate blue led and manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、一種の青色光LE
Dとその製造方法に係り、特に、サファイアを基板とす
る青色光LEDであって、サファイア基板中に少なくと
も一つのチャネルが開設されて電流通過に供する管路と
され、基板の上下に厚さが近似のGaN薄膜層が形成さ
れ、厚さ及び作用面積が大幅に縮小された直立式青色光
LED及びその製造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a kind of blue light LE
In particular, the present invention relates to a blue light LED using sapphire as a substrate, wherein at least one channel is opened in the sapphire substrate to serve as a conduit for passing electric current, and the thickness of the substrate is formed above and below the substrate. The present invention relates to an upright blue light LED in which an approximate GaN thin film layer is formed, and a thickness and an active area are significantly reduced, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】LEDは50年代より発展して現在に至
っており、寿命が長く、体積が小さく、発熱量が少な
く、消耗電力が少なく、反応速度が速く、及び単性光発
光の特性とメリットから、わずか数十年間の間に各種の
生活用品及び機器設備、例えばコンピュータ周辺設備、
時計のディスレイ、広告看板、交通標識灯、通信業、或
いは消費型電子製品中に大量に使用されるようになって
おり、この製品の応用範囲の広さには驚かざるをえな
い。特に青色光LEDが発売された後、赤色光、緑色光
が前後して生産され、ゆえにこれらを組み合わせたフル
カラーの完全基本構造が、色彩上の変化性において利用
されたり、伝統的な白熱照明光源の代わりとして応用さ
れている。2. Description of the Related Art LEDs have been developed since the 1950's and have a long life, small volume, low heat generation, low power consumption, high reaction speed, and the characteristics and advantages of monochromatic light emission. From just a few decades, various household goods and equipment, such as computer peripherals,
It is being used in large quantities in watch displays, billboards, traffic lights, telecommunications, and consumer electronics products, and the range of applications of these products must be surprising. In particular, after the blue light LED was released, red light and green light were produced before and after. Therefore, a full-color complete basic structure combining them was utilized in color variability or a traditional incandescent light source. It has been applied as a substitute for
【0003】現在、青色光LEDの製造には、サファイ
ア基板を使用するものと炭化シリコン(SiC)基板を
使用するものとに大きく分けられる。しかし、炭化シリ
コン基板のLEDに較べてサファイア基板LEDは、輝
度、コントラスト等の物性、或いは導電率等の電性がい
ずれも優れているため、期待性と将来の発展性は当然サ
ファイア基板LEDの方が高い。[0003] At present, the manufacture of blue light LEDs is roughly divided into those using a sapphire substrate and those using a silicon carbide (SiC) substrate. However, compared to silicon carbide substrate LEDs, sapphire substrate LEDs are superior in physical properties such as brightness and contrast, and electrical properties such as electrical conductivity. Is higher.
【0004】図1は周知のサファイア基板のLEDの基
板構造の断面構造を示す。サファイア基板10の上には
GaN薄膜層12が形成され、さらにGaN薄膜層12
の上にスパッタ或いは蒸着によりpn接合を有して青色
光を発射可能なLEDエピタキシャル層14が形成され
ている。サファイア基板10は絶縁体であるため、LE
Dエピタキシャル層14の上には同平面の第1電極16
(陽極)及び第2電極18(陰極)のみ選択形成可能
で、こうして平面式LEDが形成されている。FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a known sapphire substrate LED substrate structure. A GaN thin film layer 12 is formed on a sapphire substrate 10,
An LED epitaxial layer 14 having a pn junction and capable of emitting blue light is formed thereon by sputtering or vapor deposition. Since the sapphire substrate 10 is an insulator, LE
On the D epitaxial layer 14, a first electrode 16 on the same plane
Only the (anode) and the second electrode 18 (cathode) can be selectively formed, thus forming a planar LED.
【0005】周知のサファイア基板のLEDには以下の
ような欠点があった。 (1)サファイア基板10自体は絶縁体とされ、導電特
性を有していないため、LEDの第1、第2電極16、
18を同一平面上においてめっきして形成しなければな
らず、作用面積が大きくLED体積を縮小できないた
め、有効に製品の軽薄短小の設計目標を達成できなかっ
た。 (2)サファイア基板10自体が絶縁体とされるため、
製造時に静電作用を引起しやすく、相対的に製品生産時
の不良率が高まった。 (3)サファイア基板の上のGaN薄膜層12(厚さH
11)がアニーリング降温時にその基板に作用する応力の
不均一を引起しやすく、このためサファイア基板に亀裂
を生じさせ、工程上の面倒が増し、ゆえにその基板の厚
さH1を280umより小さくすることができなかっ
た。[0005] Known sapphire substrate LEDs have the following disadvantages. (1) Since the sapphire substrate 10 itself is an insulator and does not have conductive properties, the first and second electrodes 16 of the LED
18 had to be formed by plating on the same plane, the working area was large, and the LED volume could not be reduced, so that it was not possible to effectively achieve the light, thin and short design goals of the product. (2) Since the sapphire substrate 10 itself is an insulator,
Electrostatic action was easily caused during manufacturing, and the defect rate during product production increased relatively. (3) GaN thin film layer 12 (thickness H) on sapphire substrate
11) tends to cause non-uniformity of the stress acting on the substrate at the time of annealing temperature drop, thereby causing cracks in the sapphire substrate, increasing the trouble in the process, and therefore, reducing the thickness H1 of the substrate to less than 280 μm. Could not.
【0006】一般に量産する時、基板厚さH1はいずれ
も300umより大きいものとされ、H11は即ち3〜
4umとされ、ゆえにそのH1とH11の厚さ比が約1
00:1とされる。このような厚さのサファイア基板
は、後続のダイヤモンドカッタ或いはレーザーによるダ
イシングの過程で非常に大きな困難につきあたる。即
ち、後続のレーザー或いはダイヤモンドを利用したダイ
シングを行いやすいように、LED製造完成後に、さら
にダイヤモンド等の高硬質材料でサファイア基板を約2
00um以上研磨する必要があり、このため工程上の手
間が増えた。In general, when mass-produced, the substrate thickness H1 is all larger than 300 μm, and H11 is 3 to
4 μm, so that the thickness ratio between H1 and H11 is about 1
00: 1. A sapphire substrate of such a thickness presents a great difficulty in the subsequent dicing process with a diamond cutter or a laser. In other words, after completion of LED manufacturing, a sapphire substrate is further formed of a high-hardness material such as diamond so that subsequent dicing using laser or diamond can be easily performed.
It is necessary to polish over 00 μm, which increases the labor in the process.
【0007】このため、サファイア基板LEDを直立式
の態様とし、大幅にサファイア基板の厚さを減らし、製
造コストを減らすほか、製品の歩留りを向上し製造工程
を簡素化することがかねてからの課題とされている。For this reason, the sapphire substrate LED is in an upright mode, the thickness of the sapphire substrate is significantly reduced, the production cost is reduced, and the yield of products and the production process are simplified. Have been.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な目的
は、サファイア基板青色光LEDとその製造方法を提供
することにあり、具体的には、サファイア基板に少なく
とも一つのチャネルを開設して上下の電極間の電流通過
の管路となし、これにより直立式光電ダイオードチップ
とないてその作用面積を縮小する効果を達成できるサフ
ァイア基板青色光LEDとその製造方法を提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION It is a primary object of the present invention to provide a sapphire substrate blue light LED and a method of manufacturing the same. More specifically, at least one channel is opened in the sapphire substrate and the upper and lower channels are formed. The present invention is to provide a sapphire substrate blue light LED and a method of manufacturing the same, which can achieve an effect of reducing the working area without an upright type photodiode chip by using a current passage between the electrodes.
【0009】本発明の別の目的は、一種のサファイア基
板青色光LEDとその製造方法を提供することにあり、
具体的には、サファイア基板の上下それぞれに厚さが同
じGaN薄膜層を形成し、そのアニーリング冷却時に形
成される応力を相殺させ、これにより必要な基板厚さを
大幅に減少して150umとするか、甚だしくは100
um以下となし、サファイヤ基板の亀裂を防止すると共
に基板材料の資源使用を節約し、また後続の基板研磨の
工程ステップを簡易化できるサファイア基板青色光LE
Dとその製造方法を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a kind of sapphire substrate blue light LED and a method of manufacturing the same.
Specifically, a GaN thin film layer having the same thickness is formed on each of the upper and lower sides of the sapphire substrate, and the stress formed at the time of annealing cooling is cancelled, thereby significantly reducing the required substrate thickness to 150 μm. Or terribly 100
sapphire substrate blue light LE which prevents cracking of the sapphire substrate, saves resources of the substrate material, and simplifies the process steps of subsequent substrate polishing.
D and its manufacturing method.
【0010】本発明のまた別の目的は、一種のサファイ
ア基板青色光LEDとその製造方法を提供することにあ
り、具体的には、サファイア基板に電流を通過させるチ
ャネルを設けることで、製造過程で形成される静電弊害
を打ち消して大幅に製品の歩留りを向上できるサファイ
ア基板青色光LEDとその製造方法を提供することにあ
る。Another object of the present invention is to provide a kind of sapphire substrate blue light LED and a method of manufacturing the same, and more specifically, by providing a channel for passing a current through the sapphire substrate, the manufacturing process is improved. It is an object of the present invention to provide a sapphire substrate blue light LED and a method for manufacturing the same, which can substantially improve the yield of products by canceling out the adverse effects of electrostatic formed by the method.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、pn
接合を具えて青色光を発射可能なLEDエピタキシャル
層、該LEDエピタキシャル層の下に形成されたGaN
薄膜層、該GaN薄膜層の下に設けられたサファイア基
板とされて、該サファイア基板中に該サファイア基板の
二辺に貫通する少なくとも一つのチャネルが開設され、
該チャネル内に一部の上記GaN薄膜層が存在する、上
記サファイア基板と、該LEDエピタキシャル層の上に
形成された第1電極、該サファイア基板の下に形成され
た導電層とされて、一部の該導電層の材料が該サファイ
ア基板の該チャネル中に存在してすでに該チャネル中に
存在する上記GaN薄膜層と接触し、該導電層が該第1
電極に対応する第2電極とされうる、上記導電層、以上
を具備したことを特徴とするサファイア基板青色光LE
Dとしている。請求項2の発明は、前記導電層が非金属
導電材料で組成されたことを特徴とする、請求項1に記
載のサファイア基板青色光LEDとしている。請求項3
の発明は、前記GaN薄膜層の厚さが前記導電層の厚さ
と近似であることを特徴とする、請求項1に記載のサフ
ァイア基板青色光LEDとしている。請求項4の発明
は、前記導電層がGaN薄膜層とされたことを特徴とす
る、請求項1に記載のサファイア基板青色光LEDとし
ている。請求項5の発明は、前記GaN薄膜層とされた
導電層とLEDエピタキシャル層の下のGaN薄膜層が
同じ厚さとされたことを特徴とする、請求項4に記載の
サファイア基板青色光LEDとしている。請求項6の発
明は、前記チャネルが傾斜を有することを特徴とする、
請求項1に記載のサファイア基板青色光LEDとしてい
る。請求項7の発明は、前記チャネルが直線形態とされ
たことを特徴とする、請求項1に記載のサファイア基板
青色光LEDとしている。請求項8の発明は、前記サフ
ァイア基板の厚さが0umより大きく150um以下と
されたことを特徴とする請求項1に記載のサファイア基
板青色光LEDとしている。請求項9の発明は、前記第
1電極が透明電極とされたことを特徴とする請求項1に
記載のサファイア基板青色光LEDとしている。請求項
10の発明は、前記導電層の下に第2電極が形成されて
サファイア基板のチャネルを介して第1電極との間に電
流通路が形成されたことを特徴とする、請求項1に記載
のサファイア基板青色光LEDとしている。請求項11
の発明は、サファイア基板青色光LEDの製造方法にお
いて、以下の(1)から(5)の各ステップ、即ち、
(1)サファイア基板に該サファイア基板の二辺に貫通
する少なくとも一つのチャネルを形成するステップ、
(2)サファイア基板の上にGaN薄膜層を形成し、該
GaN薄膜層の一部材料を該チャネル中の一部空間に存
在させるステップ、(3)サファイア基板の下に導電層
を形成し、該導電層の材料を該チャネルの一部空間に存
在させて該チャネル内に存在するGaN薄膜層と接触さ
せるステップ、(4)該GaN薄膜層の上にpn接合を
有するLEDエピタキシャル層を形成するステップ、
(5)該LEDエピタキシャル層の上にめっきにより第
1電極を形成するステップ、以上のステップを具備する
ことを特徴とする、サファイア基板青色光LEDの製造
方法としている。請求項12の発明は、前記(1)のス
テップにおいて開設するチャネルが傾斜を有することを
特徴とする、請求項11に記載のサファイア基板青色光
LEDの製造方法としている。請求項13の発明は、前
記(2)のステップにおいてGaN薄膜層をサファイア
基板の上にMOVPE法で形成することを特徴とする、
請求項11に記載のサファイア基板青色光LEDの製造
方法としている。請求項14の発明は、前記(3)のス
テップにおいて導電層を非金属導電材料で形成すること
を特徴とする、請求項11に記載のサファイア基板青色
光LEDの製造方法としている。請求項15の発明は、
前記(2)のステップにおいて形成するGaN薄膜層と
前記(3)のステップにおいて形成する導電層の厚さを
近似となすことを特徴とする、請求項11に記載のサフ
ァイア基板青色光LEDの製造方法としている。請求項
16の発明は、前記(3)のステップにおいて導電層を
GaNで形成することを特徴とする、請求項11に記載
のサファイア基板青色光LEDの製造方法としている。
請求項17の発明は、前記(2)のステップと前記
(3)のステップで形成するGaN薄膜層の厚さを同じ
となすことを特徴とする、請求項16に記載のサファイ
ア基板青色光LEDの製造方法としている。請求項18
の発明は、前記(1)のステップで使用するサファイア
基板の厚さを、0umより大きく150um以下とする
ことを特徴とする請求項11に記載のサファイア基板青
色光LEDの製造方法としている。請求項19の発明
は、前記(5)のステップで第1電極を透明材料で形成
することを特徴とする、請求項11に記載のサファイア
基板青色光LEDの製造方法としている。請求項20の
発明は、前記(5)のステップの後に、前記導電層の下
に、(6)第1電極と対応する第2電極を形成するステ
ップ、を具備することを特徴とする、請求項11に記載
のサファイア基板青色光LEDの製造方法としている。According to the first aspect of the present invention, a pn is provided.
LED epitaxial layer capable of emitting blue light with bonding, GaN formed under the LED epitaxial layer
A thin film layer, a sapphire substrate provided below the GaN thin film layer, wherein at least one channel penetrating two sides of the sapphire substrate is opened in the sapphire substrate;
The sapphire substrate in which a part of the GaN thin film layer is present in the channel, a first electrode formed on the LED epitaxial layer, and a conductive layer formed under the sapphire substrate; A portion of the conductive layer material is present in the channel of the sapphire substrate and is in contact with the GaN thin film layer already present in the channel;
A sapphire substrate blue light LE comprising the above conductive layer, which can be a second electrode corresponding to the electrode.
D. The invention according to claim 2 is the sapphire substrate blue light LED according to claim 1, wherein the conductive layer is composed of a nonmetallic conductive material. Claim 3
The sapphire substrate blue light LED according to claim 1, wherein the thickness of the GaN thin film layer is similar to the thickness of the conductive layer. The invention according to claim 4 is the sapphire substrate blue light LED according to claim 1, wherein the conductive layer is a GaN thin film layer. The sapphire substrate blue light LED according to claim 4, wherein the conductive layer serving as the GaN thin film layer and the GaN thin film layer below the LED epitaxial layer have the same thickness. I have. The invention according to claim 6 is characterized in that the channel has a slope.
The sapphire substrate blue light LED according to claim 1 is provided. A seventh aspect of the present invention is the sapphire substrate blue light LED according to the first aspect, wherein the channel has a linear shape. According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the sapphire substrate blue light LED according to the first aspect, wherein the thickness of the sapphire substrate is set to be greater than 0 μm and 150 μm or less. According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the sapphire substrate blue light LED according to the first aspect, wherein the first electrode is a transparent electrode. The invention according to claim 10 is characterized in that a second electrode is formed below the conductive layer, and a current path is formed between the second electrode and the first electrode via a channel of the sapphire substrate. The described sapphire substrate is a blue light LED. Claim 11
The present invention provides a method for manufacturing a sapphire substrate blue light LED, in each of the following steps (1) to (5):
(1) forming at least one channel penetrating two sides of the sapphire substrate in the sapphire substrate;
(2) forming a GaN thin film layer on a sapphire substrate, and causing a partial material of the GaN thin film layer to exist in a partial space in the channel; (3) forming a conductive layer under the sapphire substrate; (4) forming an LED epitaxial layer having a pn junction on the GaN thin film layer by causing the material of the conductive layer to be present in a partial space of the channel and contacting the GaN thin film layer present in the channel; Steps,
(5) A method of manufacturing a sapphire substrate blue light LED, comprising the steps of: forming a first electrode on the LED epitaxial layer by plating; According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the sapphire substrate blue light LED manufacturing method according to the eleventh aspect, wherein the channel opened in the step (1) has an inclination. The invention of claim 13 is characterized in that in the step (2), a GaN thin film layer is formed on a sapphire substrate by MOVPE.
A sapphire substrate blue light LED according to claim 11 is provided. A fourteenth aspect of the present invention is the method for manufacturing a sapphire substrate blue light LED according to the eleventh aspect, wherein the conductive layer is formed of a nonmetallic conductive material in the step (3). The invention of claim 15 is
The sapphire substrate blue light LED according to claim 11, wherein the thickness of the GaN thin film layer formed in the step (2) and the thickness of the conductive layer formed in the step (3) are approximated. And how to do it. The invention of claim 16 is the method of manufacturing a sapphire substrate blue light LED according to claim 11, wherein the conductive layer is formed of GaN in the step (3).
The invention of claim 17 is the sapphire substrate blue light LED according to claim 16, wherein the thickness of the GaN thin film layer formed in the step (2) and the step (3) is the same. Manufacturing method. Claim 18
The method according to claim 11, wherein the thickness of the sapphire substrate used in the step (1) is set to be larger than 0 μm and equal to or smaller than 150 μm. The invention according to claim 19 is the method for manufacturing a sapphire substrate blue light LED according to claim 11, wherein the first electrode is formed of a transparent material in the step (5). The invention of claim 20 is characterized by comprising, after the step (5), (6) forming a second electrode corresponding to the first electrode under the conductive layer. Item 11. A method for manufacturing a sapphire substrate blue light LED according to item 11.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】本発明は一種のサファイア基板青
色光LEDとその製造方法を提供し、それはサファイア
を基板とする青色光LEDとその製造方法において、サ
ファイア基板中にエッチングにより少なくとも一つのチ
ャネルを形成し、並びに基板の上下にそれぞれ厚さが近
似のGaN薄膜層を形成し、且つ上下のGaN薄膜層の
材料を上記チャネル内で接触させ、陽極と陰極を下層の
GaN薄膜層の下及び基板の上のLEDエピタキシャル
層の上に形成し、該チャネルの設置により陽極と陰極の
間において電流に基板を通過させる管路を形成し、こう
して直立式LEDチップを形成したことを特徴とする。
本発明はこの構造により、大幅にチップの作用面積を減
少し且つこれにより後続の基板研磨工程を簡易化して製
品の歩留りを向上する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a sapphire substrate blue light LED and a method of manufacturing the same, which comprises a sapphire substrate blue light LED and a method of manufacturing the same. And forming a GaN thin film layer having an approximate thickness on each of the upper and lower surfaces of the substrate, and bringing the materials of the upper and lower GaN thin film layers into contact in the above-described channel, and placing the anode and the cathode below and below the lower GaN thin film layer. It is characterized in that it is formed on the LED epitaxial layer on the substrate, and the channel is provided between the anode and the cathode to form a conduit for passing current through the substrate, thus forming an upright LED chip.
The present invention, with this structure, greatly reduces the active area of the chip and thereby simplifies the subsequent substrate polishing process and improves product yield.
【0013】[0013]
【実施例】図2は本発明の青色光LEDのサファイア基
板の望ましい実施例の断面構造を示している。周知のサ
ファイア基板青色光LEDは、サファイア基板の上にG
aN薄膜層を形成しアニーリング冷却する時に、異なる
応力作用をサファイア基板に対して形成して基板の亀
裂、破損を形成しやすかった。このため周知の技術では
サファイア基板の厚さを増加しなければその抗応力性を
向上してサファイア基板の亀裂、破損を防止することが
できなかった。これに対して本発明では、サファイア基
板20を準備する時、その上下にそれぞれ厚さ(H3、
H4)と作用面積が近似或いは完全に同じGaN薄膜層
222、224を形成し、ゆえにアニーリング冷却時
に、サファイア基板20に対して小さからぬ応力作用を
形成はしても、上下2辺の応力が相殺するため、サファ
イア基板20に対して損害を形成せず、ゆえにサファイ
ア基板20の厚さ(H2)も周知のように厚くする必要
がない。実験結果によると、本発明で使用するサファイ
ア基板の厚さは150um以下で、甚だしくは100u
m以下のものを使用できた。これにより材料使用量或い
はその後の基板研磨工程のいずれにおいても莫大な効果
を得られる。FIG. 2 shows a sectional structure of a preferred embodiment of a sapphire substrate of a blue light LED according to the present invention. The well-known sapphire substrate blue light LED has a G
When the aN thin film layer was formed and subjected to annealing cooling, different stress effects were formed on the sapphire substrate to easily form cracks and breaks in the substrate. For this reason, in the known technique, unless the thickness of the sapphire substrate is increased, the stress resistance of the sapphire substrate cannot be improved to prevent the sapphire substrate from being cracked or damaged. On the other hand, in the present invention, when preparing the sapphire substrate 20, the thickness (H3, H3,
H4), the GaN thin film layers 222 and 224 having the same or substantially the same working area as those of the sapphire substrate 20 during the annealing and cooling. Therefore, no damage is formed on the sapphire substrate 20, and therefore, it is not necessary to increase the thickness (H2) of the sapphire substrate 20 as is well known. According to the experimental results, the thickness of the sapphire substrate used in the present invention is 150 μm or less, and
m or less could be used. As a result, an enormous effect can be obtained in both the amount of material used and the subsequent substrate polishing step.
【0014】図3から図7に示されるように、本発明の
製造方法は以下のステップを包括する: ステップ1: 厚さが100um以下のサファイア基板
30を選択し、並びにケミカルエッチング或いはマスク
エッチングにより少なくとも一つの、サファイア基板3
0を貫通し且つ傾斜するチャネル31を形成する。これ
は図3に示されるとおりである。 ステップ2: サファイア基板30の上にMOVPE法
等のエピタキシャル方式を以て一層のGaN薄膜層32
2を形成し、且つこのGaN薄膜層322の一部材料を
チャネル31の空間中に存在させる。これは図4に示さ
れるとおりである。 ステップ3: サファイア基板30の下にエピタキシャ
ル法或いはスパッタ法により一層の導電層326を形成
する、それは非金属導電材料で製造される。且つ導電層
326の材料もまたチャネル31の一部空間に存在さ
せ、ステップ2ですでにチャネル31内に存在させたG
aN薄膜層322の材料と連接させる。GaN薄膜層3
22自体は導電材質であるため、この連接により完全な
導電回路が形成される。これは図5に示されるとおりで
ある。 ステップ4: GaN薄膜層322の上層にスパッタ或
いは蒸着によりpn接合を有して青色光を発射可能なL
EDエピタキシャル層34を形成し、これは当然、括弧
内に示されるようにnp接合を有するものとすることが
可能である。これは図6に示されるとおりである。 ステップ5: LEDエピタキシャル層34の上及び導
電層326の下に、相互に対応する第1電極36と第2
電極38を形成する。こうして直立式のLEDチップが
形成される。これは図7に示されるとおりである。As shown in FIGS. 3 to 7, the manufacturing method of the present invention includes the following steps: Step 1: Select a sapphire substrate 30 having a thickness of 100 μm or less, and perform chemical etching or mask etching. At least one sapphire substrate 3
A channel 31 is formed that penetrates through 0 and slopes. This is as shown in FIG. Step 2: One GaN thin film layer 32 is formed on the sapphire substrate 30 by an epitaxial method such as the MOVPE method.
2 and a part of the material of the GaN thin film layer 322 is present in the space of the channel 31. This is as shown in FIG. Step 3: Form one conductive layer 326 under the sapphire substrate 30 by an epitaxial method or a sputtering method, which is made of a non-metallic conductive material. In addition, the material of the conductive layer 326 is also present in a part of the space of the channel 31, and the G
The material of the aN thin film layer 322 is connected. GaN thin film layer 3
Since 22 itself is a conductive material, this connection forms a complete conductive circuit. This is as shown in FIG. Step 4: L capable of emitting blue light with a pn junction by sputtering or vapor deposition on the upper layer of the GaN thin film layer 322
An ED epitaxial layer 34 is formed, which can of course have an np junction as shown in parentheses. This is as shown in FIG. Step 5: On the LED epitaxial layer 34 and below the conductive layer 326, the mutually corresponding first electrode 36 and second electrode 36
An electrode 38 is formed. Thus, an upright LED chip is formed. This is as shown in FIG.
【0015】LEDエピタキシャル層34、GaN薄膜
層322、及び導電層326はいずれも導電性材料で組
成されているため、第1電極36と第2電極38の間に
これらの導電性材料とチャネル31の案内により、図中
に点線で示される一つの完全な電流通路が提供される。
こうして形成された直立式の青色光LEDは後続のダイ
シング後、直立式の青色光LEDチップとされ、それは
第1電極36と第2電極38が異なる平面上に存在し、
相対的にLEDエピタキシャル層34の作用面積が減少
し、材料使用を節約できる、製品の短小軽薄の目的に符
合する。Since the LED epitaxial layer 34, the GaN thin film layer 322, and the conductive layer 326 are all composed of a conductive material, the conductive material and the channel 31 are interposed between the first electrode 36 and the second electrode 38. Provides one complete current path, shown in phantom in the figure.
The upright blue light LED thus formed is turned into an upright blue light LED chip after the subsequent dicing, in which the first electrode 36 and the second electrode 38 are on different planes,
The working area of the LED epitaxial layer 34 is relatively reduced, and the use of materials can be saved.
【0016】図8に示されるのは本発明のもう一つの実
施例である。この実施例には図2に示される技術が結合
されている。この実施例に示されるように、導電層32
6の非金属導電材料はGaN薄膜層322と同じ材料を
選択可能で、且つその上下2層の厚さH3、H4は相似
或いは完全に同じとされうる。これにより、上下のGa
N薄膜層322、324のアニーリング冷却時に発生す
る応力が相殺されてサファイア基板30の破壊が防止さ
れ、大幅にサファイア基板の使用厚さを減少でき、物料
管理の上で比較的便利である。FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the technique shown in FIG. 2 is combined. As shown in this embodiment, the conductive layer 32
The non-metallic conductive material of No. 6 can select the same material as the GaN thin film layer 322, and the thicknesses H3 and H4 of the upper and lower two layers can be similar or completely the same. Thereby, the upper and lower Ga
The stress generated at the time of annealing cooling of the N thin film layers 322 and 324 is cancelled, and the sapphire substrate 30 is prevented from being broken. Thus, the thickness of the sapphire substrate can be greatly reduced, which is relatively convenient in material management.
【0017】このほか、前述のステップ1中に示された
傾斜を有するチャネル31は、ステップ2及びステップ
3中でGaN薄膜層322と導電層326を形成する時
に、チャネル31内で確実に接触を行わせるのに有利で
あるが、ただし工程の都合上、チャネル31を直線態様
となすことも可能であり、その場合も同様に電流が上下
の二つの電極間を流動する。また当然、当然LEDエピ
タキシャル層34の上の第1電極36は発光輝度を高め
るため、透明な材料で製造して透明電極とされうる。ま
た、導電層326或いはGaN薄膜層324自体は導電
材料で製造されるため、第2電極38を設けないで導電
層326或いはGaN薄膜層324を以て代替すること
が可能である。In addition, the channel 31 having the slope shown in the above-mentioned step 1 is surely brought into contact in the channel 31 when the GaN thin film layer 322 and the conductive layer 326 are formed in the steps 2 and 3. Although it is advantageous to do so, it is also possible for the process to have the channel 31 in a linear manner, in which case a current also flows between the upper and lower electrodes. Of course, the first electrode 36 on the LED epitaxial layer 34 can be made of a transparent material to be a transparent electrode in order to increase the light emission luminance. Further, since the conductive layer 326 or the GaN thin film layer 324 itself is made of a conductive material, it is possible to substitute the conductive layer 326 or the GaN thin film layer 324 without providing the second electrode 38.
【0018】[0018]
【発明の効果】総合すると、本発明の提供するサファイ
ア基板青色光LEDとその製造方法は、サファイアを基
板とする青色光LEDとその製造方法において、サファ
イア基板中にエッチングにより少なくとも一つのチャネ
ルを形成し、並びに基板の上下にそれぞれ厚さが近似の
GaN薄膜層を形成し、且つ上下のGaN薄膜層の材料
を上記チャネル内で接触させ、陽極と陰極を下層のGa
N薄膜層の下及び基板の上のLEDエピタキシャル層の
上に形成し、該チャネルの設置により陽極と陰極の間に
おいて電流に基板を通過させる管路を形成し、こうして
直立式LEDチップを形成したことを特徴とする。本発
明はこの特徴により、大幅にチップの作用面積を減少し
且つこれにより後続の基板研磨工程を簡易化して製品の
歩留りを向上できる効果を提供し、ゆえに、本発明は新
規性、進歩性及び産業上の利用価値を有する発明である
といえる。In summary, the sapphire substrate blue light LED and the method of manufacturing the same according to the present invention are the sapphire substrate blue light LED and the method of manufacturing the same, wherein at least one channel is formed in the sapphire substrate by etching. Forming a GaN thin film layer having an approximate thickness on the upper and lower surfaces of the substrate, and bringing the materials of the upper and lower GaN thin film layers into contact with each other in the channel, and connecting the anode and the cathode to the lower Ga
Formed on the LED epitaxial layer under the N thin film layer and on the substrate, the installation of the channel formed a conduit between the anode and cathode to allow current to pass through the substrate, thus forming an upright LED chip It is characterized by the following. The present invention, by virtue of this feature, provides the effect of significantly reducing the active area of the chip and thereby simplifying the subsequent substrate polishing process and improving the product yield, and thus the invention is novel, inventive and inventive. It can be said that the invention has industrial utility value.
【0019】ただし、上述の実施例は本発明の望ましい
実施例に関する説明であり、本発明の請求範囲を限定す
るものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或
いは改変はいずれも本発明の請求範囲に属するものとす
る。例えば、LEDエピタキシャル層とGaN薄膜層の
間に、不純物層、例えばAlGaInPを添加するか、
或いはその他の薄膜層の上にその他の、例えばSiC、
AlN、SiO2 、InGaN、SnO2 、AlInG
aP層を増加した形態が可能である。However, the above-described embodiment is a description of a preferred embodiment of the present invention, and does not limit the scope of the present invention. It belongs to the claims. For example, an impurity layer, for example, AlGaInP is added between the LED epitaxial layer and the GaN thin film layer,
Alternatively, on top of another thin film layer, for example, SiC,
AlN, SiO 2 , InGaN, SnO 2 , AlInG
A configuration in which the aP layer is increased is possible.
【図1】周知のサファイア基板青色光LEDの構造断面
図である。FIG. 1 is a structural sectional view of a well-known sapphire substrate blue light LED.
【図2】本発明のサファイア基板の望ましい実施例の構
造断面図である。FIG. 2 is a structural sectional view of a preferred embodiment of the sapphire substrate of the present invention.
【図3】本発明のLEDの製造ステップの構造断面図で
ある。FIG. 3 is a structural sectional view of a manufacturing step of the LED of the present invention.
【図4】本発明のLEDの製造ステップの構造断面図で
ある。FIG. 4 is a structural sectional view of a manufacturing step of the LED of the present invention.
【図5】本発明のLEDの製造ステップの構造断面図で
ある。FIG. 5 is a structural sectional view of a manufacturing step of the LED of the present invention.
【図6】本発明のLEDの製造ステップの構造断面図で
ある。FIG. 6 is a structural sectional view of a manufacturing step of the LED of the present invention.
【図7】本発明のLEDの製造ステップの構造断面図で
ある。FIG. 7 is a structural sectional view of a manufacturing step of the LED of the present invention.
【図8】本発明のLEDのもう一つの実施例の構造断面
図である。FIG. 8 is a structural sectional view of another embodiment of the LED of the present invention.
10 サファイア基板 12 GaN薄膜
層 14 LEDエピタキシャル層 16 第1電極 18 第2電極 20 サファイア
基板 222 GaN薄膜層 224 GaN薄
膜層 30 サファイア基板 31 チャネル 322 GaN薄膜層 324 GaN薄
膜層 326 導電層 34 LEDエピ
タキシャル層 36 第1電極 38 第2電極Reference Signs List 10 sapphire substrate 12 GaN thin layer 14 LED epitaxial layer 16 first electrode 18 second electrode 20 sapphire substrate 222 GaN thin layer 224 GaN thin layer 30 sapphire substrate 31 channel 322 GaN thin layer 324 GaN thin layer 326 conductive layer 34 LED epitaxial layer 36 first electrode 38 second electrode
Claims (20)
EDエピタキシャル層、 該LEDエピタキシャル層の下に形成されたGaN薄膜
層、 該GaN薄膜層の下に設けられたサファイア基板とされ
て、該サファイア基板中に該サファイア基板の二辺に貫
通する少なくとも一つのチャネルが開設され、該チャネ
ル内に一部の上記GaN薄膜層が存在する、上記サファ
イア基板と、 該LEDエピタキシャル層の上に形成された第1電極、 該サファイア基板の下に形成された導電層とされて、一
部の該導電層の材料が該サファイア基板の該チャネル中
に存在してすでに該チャネル中に存在する上記GaN薄
膜層と接触し、該導電層が該第1電極に対応する第2電
極とされうる、上記導電層、 以上を具備したことを特徴とするサファイア基板青色光
LED。1. An L having a pn junction and capable of emitting blue light.
An ED epitaxial layer, a GaN thin film layer formed below the LED epitaxial layer, a sapphire substrate provided below the GaN thin film layer, wherein at least one sapphire substrate penetrates two sides of the sapphire substrate. The sapphire substrate, wherein one channel is opened, and a part of the GaN thin film layer is present in the channel, a first electrode formed on the LED epitaxial layer, and a conductive film formed under the sapphire substrate A part of the material of the conductive layer is present in the channel of the sapphire substrate and is in contact with the GaN thin film layer already present in the channel, and the conductive layer corresponds to the first electrode. A sapphire substrate blue light LED comprising the above conductive layer, which can be used as a second electrode.
たことを特徴とする、請求項1に記載のサファイア基板
青色光LED。2. The sapphire substrate blue light LED according to claim 1, wherein the conductive layer is composed of a non-metallic conductive material.
厚さと近似であることを特徴とする、請求項1に記載の
サファイア基板青色光LED。3. The sapphire substrate blue light LED according to claim 1, wherein the thickness of the GaN thin film layer is similar to the thickness of the conductive layer.
を特徴とする、請求項1に記載のサファイア基板青色光
LED。4. The sapphire substrate blue light LED according to claim 1, wherein the conductive layer is a GaN thin film layer.
Dエピタキシャル層の下のGaN薄膜層が同じ厚さとさ
れたことを特徴とする、請求項4に記載のサファイア基
板青色光LED。5. A conductive layer formed of the GaN thin film layer and LE
The sapphire substrate blue light LED according to claim 4, wherein the GaN thin film layer under the D epitaxial layer has the same thickness.
とする、請求項1に記載のサファイア基板青色光LE
D。6. The sapphire substrate blue light LE according to claim 1, wherein the channel has a slope.
D.
特徴とする、請求項1に記載のサファイア基板青色光L
ED。7. The sapphire substrate blue light L according to claim 1, wherein the channel has a linear shape.
ED.
大きく150um以下とされたことを特徴とする請求項
1に記載のサファイア基板青色光LED。8. The sapphire substrate blue light LED according to claim 1, wherein the thickness of the sapphire substrate is greater than 0 μm and 150 μm or less.
特徴とする請求項1に記載のサファイア基板青色光LE
D。9. The sapphire substrate blue light LE according to claim 1, wherein the first electrode is a transparent electrode.
D.
てサファイア基板のチャネルを介して第1電極との間に
電流通路が形成されたことを特徴とする、請求項1に記
載のサファイア基板青色光LED。10. The method according to claim 1, wherein a second electrode is formed under the conductive layer, and a current path is formed between the second electrode and the first electrode through a channel of the sapphire substrate. Sapphire substrate blue light LED.
法において、以下の(1)から(5)の各ステップ、即
ち、 (1)サファイア基板に該サファイア基板の二辺に貫通
する少なくとも一つのチャネルを形成するステップ、 (2)サファイア基板の上にGaN薄膜層を形成し、該
GaN薄膜層の一部材料を該チャネル中の一部空間に存
在させるステップ、 (3)サファイア基板の下に導電層を形成し、該導電層
の材料を該チャネルの一部空間に存在させて該チャネル
内に存在するGaN薄膜層と接触させるステップ、 (4)該GaN薄膜層の上にpn接合を有するLEDエ
ピタキシャル層を形成するステップ、 (5)該LEDエピタキシャル層の上にめっきにより第
1電極を形成するステップ、 以上のステップを具備することを特徴とする、サファイ
ア基板青色光LEDの製造方法。11. A method for manufacturing a sapphire substrate blue light LED, wherein each of the following steps (1) to (5) is performed: (1) at least one channel penetrating two sides of the sapphire substrate into the sapphire substrate; (2) forming a GaN thin film layer on a sapphire substrate, and causing a partial material of the GaN thin film layer to exist in a partial space in the channel; (3) a conductive layer below the sapphire substrate Forming the conductive layer material in a partial space of the channel and contacting the GaN thin film layer existing in the channel; (4) LED epitaxial having a pn junction on the GaN thin film layer Forming a first electrode by plating on the LED epitaxial layer; and (5) forming a first electrode on the LED epitaxial layer by plating. A method for manufacturing a sapphire substrate blue light LED.
るチャネルが傾斜を有することを特徴とする、請求項1
1に記載のサファイア基板青色光LEDの製造方法。12. The method according to claim 1, wherein the channel opened in the step (1) has a slope.
2. The method for producing a sapphire substrate blue light LED according to 1.
薄膜層をサファイア基板の上にMOVPE法で形成する
ことを特徴とする、請求項11に記載のサファイア基板
青色光LEDの製造方法。13. The method according to claim 2, wherein GaN is used in the step (2).
The method of claim 11, wherein the thin film layer is formed on the sapphire substrate by MOVPE.
を非金属導電材料で形成することを特徴とする、請求項
11に記載のサファイア基板青色光LEDの製造方法。14. The method according to claim 11, wherein the conductive layer is formed of a non-metallic conductive material in the step (3).
るGaN薄膜層と前記(3)のステップにおいて形成す
る導電層の厚さを近似となすことを特徴とする、請求項
11に記載のサファイア基板青色光LEDの製造方法。15. The sapphire substrate according to claim 11, wherein the thickness of the GaN thin film layer formed in the step (2) and the thickness of the conductive layer formed in the step (3) are approximated. A method for manufacturing a blue light LED.
をGaNで形成することを特徴とする、請求項11に記
載のサファイア基板青色光LEDの製造方法。16. The method of claim 11, wherein the conductive layer is formed of GaN in the step (3).
ステップで形成するGaN薄膜層の厚さを同じとなすこ
とを特徴とする、請求項16に記載のサファイア基板青
色光LEDの製造方法。17. The sapphire substrate blue light LED according to claim 16, wherein the thickness of the GaN thin film layer formed in the step (2) and the step (3) is the same. Method.
ァイア基板の厚さを、0umより大きく150um以下
とすることを特徴とする請求項11に記載のサファイア
基板青色光LEDの製造方法。18. The method according to claim 11, wherein the thickness of the sapphire substrate used in the step (1) is greater than 0 μm and 150 μm or less.
明材料で形成することを特徴とする、請求項11に記載
のサファイア基板青色光LEDの製造方法。19. The method as claimed in claim 11, wherein the first electrode is formed of a transparent material in the step (5).
電層の下に、 (6)第1電極と対応する第2電極を形成するステッ
プ、を具備することを特徴とする、請求項11に記載の
サファイア基板青色光LEDの製造方法。20. The method according to claim 11, further comprising: (6) forming a second electrode corresponding to the first electrode under the conductive layer after the step (5). 3. The method for producing a sapphire substrate blue light LED according to item 1.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-09-17 JP JP26337699A patent/JP2001094148A/en active Pending
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