JP2008172226A - 発光ダイオードデバイスの形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光ダイオードエピタクシー層と非導電基板を分離する場合に発光ダイオードエピタクシー層を損傷させることがない発光ダイオードデバイスの形成方法を提供する。
【解決手段】発光ダイオードを生長させる非導電基板に用いるものであり、非導電基板を除去することなく即刻上下電極を形成し、垂直導通する発光ダイオードデバイスを作る。非導電基板上の発光ダイオードエピタクシー層表面は、電気メッキまたは接合を用いて導電基板を形成し、発光ダイオードチップを作る。その後更に、発光ダイオードチップをカットして複数の発光ダイオードスティックを作った後続の製造工程を行い複数の発光ダイオードデバイスを形成する。
【選択図】図２Ｉ
【解決手段】発光ダイオードを生長させる非導電基板に用いるものであり、非導電基板を除去することなく即刻上下電極を形成し、垂直導通する発光ダイオードデバイスを作る。非導電基板上の発光ダイオードエピタクシー層表面は、電気メッキまたは接合を用いて導電基板を形成し、発光ダイオードチップを作る。その後更に、発光ダイオードチップをカットして複数の発光ダイオードスティックを作った後続の製造工程を行い複数の発光ダイオードデバイスを形成する。
【選択図】図２Ｉ
Description
本発明は、一種の発光ダイオードデバイスの形成方法であり、特に、放熱が良好でない非導電基板を除去する必要がなく、即刻、直立式発光ダイオードデバイスを形成する方法に関するものである。
窒化ガリウム(GaN)は、広いバンドギャップエネルギー(室温下においてEg=3.4eV)を有し且つその発光範囲が青色光波長付近にあることから、窒化ガリウムは短波長発光デバイスに非常に適する材料であるとされ、またこれにより、数年来、光電デバイス中において最も熱心に研究されている材料の一つである。現在の技術は既に、窒化ガリウムをサファイア(sapphire)基板上に安定成長させて、短波長の発光ダイオードを作り出している。しかし、サファイアの放熱効果が良好でない故に、発光ダイオードの信頼度を劣らせている。
サファイア放熱不良の問題を克服する為に、窒化ガリウム発光ダイオードエピタクシー層をサファイア基板に形成した後、更に、窒化ガリウム発光ダイオードエピタクシー層を放熱性の良好な基板上に接合、その後、サファイア基板を取り除くことにより発光ダイオードデバイスを形成する。
図１Ａから図１Ｄの断面図により、公知の窒化ガリウム発光ダイオードデバイスの形成方法を示す。まず、図１Ａに示すとおり、サファイア基板１０を準備し、窒化ガリウム発光ダイオードエピタクシー層１１をサファイア基板１０上に形成する。前記窒化ガリウム発光ダイオードエピタクシー層１１は順に、ｎ型窒化ガリウム層１２と、主動層(active layer)１３と、ｐ型窒化ガリウム層１４を含む。図１Ｂに示すとおり、導電基板１６を準備し、導電接合層１７を導電基板１６上に形成する。続いて、図１Ｃに示すとおり、サファイア基板１０と導電基板１６を接合する。図１Ｄに示すとおり、該サファイア基板１０を取り除いて、窒化ガリウム発光ダイオードエピタクシー層１１の一表面を露出させ、更に複数の電極１８を窒化ガリウム発光ダイオードエピタクシー層１１の表面上に形成、最後に、カットして複数の発光ダイオードデバイスを作る。サファイアの放熱効果が良好でない故に、別に導電基板１６を窒化ガリウム発光ダイオードエピタクシー層１１上に接合し、更にサファイア基板１０を取り除くことにより、この発光ダイオードデバイスに良好な放熱効果、抗静電効果、大電流での操作可能等の長所を持たせることができる。
しかし、窒化ガリウム発光ダイオードエピタクシー層１１とサファイア基板１０を分離する場合、窒化ガリウム発光ダイオードエピタクシー層１１への損傷が発生し易い。例を挙げると、レーザーパルスによって窒化ガリウム発光ダイオードエピタクシー層１１とサファイア基板１０を照射分離する時、窒化ガリウム発光ダイオードエピタクシー層１１に劣化を起こす等である。
前述した公知の発光ダイオードデバイスの欠点に鑑み、本発明は一種の発光ダイオードデバイスの形成方法を提供する。それは、放熱が良好でない非導電基板を除去する必要がなく、即刻、電極が上下面にある直立式発光ダイオードデバイスを形成し、発光ダイオードエピタクシー層の損傷を防ぎ並びにパッケージ工程を簡略化するものである。
本発明の目的は、放熱が良好でない非導電基板を除去することなく、即刻、発光ダイオードデバイスを形成する方法を提供することにある。これにより、発光ダイオードエピタクシー層と非導電基板を分離する場合における発光ダイオードエピタクシー層への損傷を防ぐ。
前述の目的に基づき、本発明は、放熱が良好でない非導電基板を除去することなく、即刻、発光ダイオードデバイスを形成する方法を提供する。発光ダイオードエピタクシー層を備えた非導電基板は電気メッキまたは接合によって導電基板を形成し、発光ダイオードチップを作る。その後、更に発光ダイオードチップをカットして複数の発光ダイオードスティックを形成し、各二つの発光ダイオードスティック間に一つの間隔層を挟み、挟み具によって全列の発光ダイオードスティックと間隔層を挟み込み固定する。該間隔層は発光ダイオードエピタクシー層の第一型半導体層と主動層(active layer)を覆い、続いて透明導電層を発光ダイオードスティックと間隔層上に形成することにより、非導電基板上に位置する透明導電層は第一型に相反する第二型半導体層に電気接続し、その後更に、後続製造工程である、例えば、電極形成、カットを行って、複数の発光ダイオードデバイスを作り出す。
本発明は、放熱が良好でない非導電基板を除去することなく、即刻、発光ダイオードデバイスを形成することにより、発光ダイオードエピタクシー層と非導電基板を分離する場合に発光ダイオードエピタクシー層を損傷させることがない。
本発明の実施例に関する詳細説明は次のとおりである。しかし、これらの詳細説明の他、本発明は広範に他の実施例に応用することが可能である。即ち、本発明の範囲は提示した実施例に制限されるものではなく、本発明の提出した特許登録申請範囲を基準とする。
また、更にはっきりした説明及び更に本発明を理解し易くする為に、図面內の各部分はその対応するサイズに基づいて描写せず、サイズをその他関連尺度と比較すると既に誇張された尺度となっているものもある。また関連のない詳細部分は図面を簡潔にする為に完全に描写されていない。
図２Ａから図２Ｄの見取図により、本発明の実施例に関する発光ダイオードチップの形成方法を示す。まず、図２Ａに示すとおり、非導電基板２０を用意し、非導電基板２０上に発光ダイオードエピタクシー層２１を備える。非導電基板２０は透明基板であり、その材質はサファイア(sapphire)とすることも可能である。発光ダイオードエピタクシー層２１は順に、第一型半導体層２２と、主動層(active layer)２３と、第二型半導体層２４を含む。第一型がｎ型である場合、第二型は第一型に相対するｐ型である。第一型がｐ型である場合、第二型は第一型に相対するｎ型である。よって、発光ダイオードエピタクシー層２１は順に、ｎ型半導体層と、主動層と、ｐ型半導体層を含む。発光ダイオードエピタクシー層２１はまた、順に、ｐ型半導体層と、主動層と、ｎ型半導体層とすることも可能である。本実施例において、発光ダイオードエピタクシー層は順に、ｎ型窒化ガリウム層と、主動層と、ｐ型窒化ガリウム層である。
続いて、電気メッキまたは接合方法によって、導電基板を非導電基板２０の発光ダイオードエピタクシー層２１上に形成して発光ダイオードチップを作る。図２Ｂに示すとおり、導電基板３０を用意し、該導電基板３０上には導電接合層３１を備える。該導電基板３０は非導電基板２０よりも良好な放熱性を持ち、導電基板３０の材質は、例えば、半導体、金属、合金等の材質とし、導電接合層３１の材料は、例えば、金(Au)や金合金(Au alloy)とする。また、導電基板３０の下にパッケージ接触層（未図示）を形成し、パッケージ時にこれによって外界と連結する。その後、図２Ｃに示すとおり、ウェハ接合(wafer bonding)技術により、非導電基板２０及び導電基板３０を接合し発光ダイオードチップ３５を形成する。本実施例においてチップ接合技術は、例えば熱接合(Thermal Bonding)、熱圧接合(Thermal Compression
Bonding)、熱超音波接合(Thermal Ultrasonic Bonding)である。
Bonding)、熱超音波接合(Thermal Ultrasonic Bonding)である。
また、電気メッキ方法によって導電基板を発光ダイオードエピタクシー層２１上に形成することも可能である（未図示）。
続いて、非導電基板２０の厚みを除去しなくてよいし、非導電基板２０の大部分の厚みを除去してもよい。図２Ｄに示すとおり、研磨技術を用いて、非導電基板２０の大部分の厚みを減少させて非導電基板２０ａを形成し、並びに、第一型半導体層２２を露出しないことも可能である。
図２Ｅから図２Ｉの見取図により、本発明の実施例１に関する発光ダイオードチップの形成方法を示す。まず、図２Ｅは、発光ダイオードチップ３５の上面図である。図２Ｅに示すとおり、発光ダイオードチップ３５をカットして複数の発光ダイオードスティック(bar)３６を形成する。本実施例において、そのカット技術は、例えば、ウェハカット(dicing
saw)、ダイヤモンドカッター(scriber)カット、レーザー(laser)カットがある。その後、図２Ｆに示すとおり、更に複数の間隔層(space
layer)３７については、各二つの発光ダイオードスティック３６中に一つの間隔層３７を挟み込む。該間隔層３７の高さは、完全に第二型半導体層２４と主動層２３を被冠するものでなくてはならず、第一型半導体層２２だけを露出させる。該間隔層の材質はシリコン(silicon)等の半導体材質や、セラミック(ceramic)等の材質とする。その後、挟み具４０によってこの列の発光ダイオードスティック３６と間隔層３７を挟み込み固定する。
saw)、ダイヤモンドカッター(scriber)カット、レーザー(laser)カットがある。その後、図２Ｆに示すとおり、更に複数の間隔層(space
layer)３７については、各二つの発光ダイオードスティック３６中に一つの間隔層３７を挟み込む。該間隔層３７の高さは、完全に第二型半導体層２４と主動層２３を被冠するものでなくてはならず、第一型半導体層２２だけを露出させる。該間隔層の材質はシリコン(silicon)等の半導体材質や、セラミック(ceramic)等の材質とする。その後、挟み具４０によってこの列の発光ダイオードスティック３６と間隔層３７を挟み込み固定する。
その後、図２Ｇに示すとおり、透明導電層３８を発光ダイオードスティック３６と間隔層３７の全体列上に形成することにより、非導電基板２０ａ上の透明導電層３８と第一型半導体層２２を連結する。透明導電層３８の材料は、例えば、酸化ニッケル／金(NiO/Au)、酸化インジウムスズ(Indium
Tin Oxide, ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化アルミニウム亜鉛(Aluminum Zinc Oxide, AlZnO)等の材質とする。間隔層３７が第二型半導体層２４、主動層２３を遮断している故、透明導電層３８は、第一型半導体層２２とだけ電気接続し、主動層２３や第二型半導体層２４に接続することがない為、短絡発生を防止する。
Tin Oxide, ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化アルミニウム亜鉛(Aluminum Zinc Oxide, AlZnO)等の材質とする。間隔層３７が第二型半導体層２４、主動層２３を遮断している故、透明導電層３８は、第一型半導体層２２とだけ電気接続し、主動層２３や第二型半導体層２４に接続することがない為、短絡発生を防止する。
その後、図２Ｈに示すとおり、間隔層３７を除去し、並びに、挟み具４０によって発光ダイオードスティック３６の全列を挟み込み固定し、更に複数の第一型電極３９を各発光ダイオードスティック３６の透明導電層３８上に形成する。続いて、発光ダイオードスティック３６をカットして複数の垂直式の発光ダイオードデバイスを形成、これは図２Ｉに示すとおりである。本実施例において、そのカット技術は、例えば、ウェハカット(dicing saw)、ダイヤモンドカッター(scriber)カット、レーザー(laser)カット等である。よって、電流が第一型電極３９から透明導電層３８、第一型半導体層２２を経て主動層２３に伝導され発光する。
図３Ａから図３Ｂの見取図により、本発明の実施例２に関する発光ダイオードデバイスの形成方法を示す。まず、図３Ａに示すとおり、発光ダイオードチップ３５を用意し、更に発光ダイオードチップ３５をカットして複数の発光ダイオードスティック３６を形成する。
続いて、図３Ｂに示すとおり、間隔層３７を各二つの発光ダイオードスティック３６中に接合する。接合方法は、例えば、粘着接合(glue bonding)があり、間隔層37の材質は、シリコン(silicon)等の半導体材質やセラミック(ceramic)等の材質とする。また、間隔層３７の両側は高反射処理によって高反射層を形成し（未図示）、更に発光ダイオードスティックと接合する。該高反射層は、高反射金属層や高反射多層膜とし、高反射金属層の材質は、金、アルミ、銀、その合金の何れか一つであり、これにより、発光ダイオードが発する光を同一方向に放たせることができ、発光ダイオードの指向性を向上させる。
図４Ａから図４Ｂの見取図により、本発明の実施例に関する発光ダイオードデバイスの電極接合方法を示す。前述の方法により製作された発光ダイオードデバイス５０は、図４Ａに示すとおり、発光ダイオードスティック３６は発光ダイオードエピタクシー層２１及び第一型電極３９を含む基板２１２であり、図４Ｂに示すとおり（側面図）、更に金属棒(bar)２１３が各発光ダイオードスティック３６の第一型電極３９と接合する故、逐一ワイヤ接合(wire bonding)する必要がない。
図５Ａから図５Ｃの見取図に本発明の実施例３に関する発光ダイオードデバイスの形成方法を示す。まず、図５Ａに示すとおり、発光ダイオードチップ３５を用意する。発光ダイオードチップ３５は発光ダイオードエピタクシー層２１を含む基板２１２であり、発光ダイオードエピタクシー層２１は順に、第一型半導体層と、主動層と、第一型に相対する第二型半導体層を含む。基板２１２は非導電基板でも導電基板とすることも可能である。
その後、発光ダイオードチップ３５をカットして複数の発光ダイオードスティック３６を形成、これは図５Ｂに示すとおりである。その後、複数の間隔層(space layer)３７を用意し、各二つの発光ダイオードスティック３６中に一つの間隔層３７を挟み込む。該間隔層３７の高さは発光ダイオードスティック３６より低くなければならず、これは図５Ｃに示すとおりである。間隔層３７の材質はシリコン(silicon)等の半導体材質や、セラミック(ceramic)等の材質とする。その後、挟み具40によってこの列の発光ダイオードスティック36と間隔層３７を挟み込み固定し、更に発光ダイオードスティック３６の表面及び露出した側面に対し製造工程を実施する。
発光ダイオードスティックの露出した側面及び表面に対し、抗反射処理を施すと光効率を高めることができる。抗反射処理は、粗化処理、及び抗反射コーティング(Anti-Reflection Coating, AR coating)を含み、発光ダイオードデバイスの発する光の全反射を防止し、光効率を高め、高効率の発光ダイオードデバイスを形成する。図６に示す実施例のとおり、発光ダイオードスティック３６の露出した側面及び表面において抗反射コーティングを施し最低一つの抗反射層６１を形成する。本図面においては一層の抗反射層だけを示した。抗反射層６１は酸化シリコンまたは窒化シリコン等の介電層とすることも可能であり、抗反射のコーティング方法は、例えば、プラズマ化学気相成長法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)等の方法とし、約4分の1の光波長の厚さを堆積する。該波長は、介電層中を進行する光源の波長であり、一般に言えば、多層の抗反射層を形成すると更に良好な効果を得られ、このようにして光源の全反射を減少させ、光効率を高める。その後、更に複数の電極上において開口を形成し（未図示）、並びに、発光ダイオードスティックをカットして複数の高効率の発光ダイオードデバイスを作る（未図示）。
前述の方法に基づき、発光ダイオードスティックの露出した側面において高反射処理を行い高反射層を形成することにより、発光ダイオードスティックの光を同一方向に放出させ、光の指向性を高め、高指向性の発光ダイオードスティックを作ることができる（未図示）。該高反射層は、高反射金属層または高反射多層膜の何れか一つであり、高反射層が高反射金属層である時、更に高反射金属層と発光ダイオードエピタクシー層間に一つの透明導電層を形成し、これにより高反射層と発光ダイオードエピタクシー層の短絡を防止する。
図７Ａから図７Ｄの見取図により、本発明の実施例に関する高指向性の発光ダイオードデバイスの形成方法を示す。まず、発光ダイオードチップを用意する。該発光ダイオードチップは発光ダイオードエピタクシー層２１を含む基板２１２であり、本実施例では導電基板を例としており、非導電基板の実施例はここにおいては詳述しない。発光ダイオードエピタクシー層２１は順に、第一型半導体層と、主動層と、第一型に相対する第二型半導体層とを含む。続いて、発光ダイオードチップをカットして複数の発光ダイオードスティック３６を形成し、更にフォトレジスト層６２を複数の発光ダイオードスティック３６の表面上に形成する。即ち、図７Ａに示すとおり、挟み具４０によって複数の発光ダイオードスティック３６を挟み込み固定し、更に回転コーティングしてフォトレジスト層６２を複数の発光ダイオードスティック３６上に形成する。その後更に、各発光ダイオードスティック３６を分離する。
その後、図７Ｂに示すとおり、挟み具４０によって該複数の発光ダイオードスティック３６を挟み込み固定し、各二つの該発光ダイオードスティック３６中に一つの間隔層３７を挟む。該間隔層３７の高さは発光ダイオードスティック３６より低いものとし、その後、図７Ｃに示すとおり、透明導電層６３及び高反射層６４を複数の発光ダイオードスティック３６及び複数の間隔層３７の全体列上に形成する。該高反射層６４は高反射金属層または高反射多層膜の何れか一つとし、高反射金属層の材質は、金、アルミ、銀、その合金の何れか一つとし、透明導電層６３は、高反射層６４と発光ダイオードエピタクシー層２１の短絡を防止する為のものであり、高反射層６４が高反射多層膜である時は、透明導電層６３を形成する必要はない。本実施例の図面及び後続説明は、高反射層６４を高反射金属層とした時の例である。後、間隔層３７を取り除き、更に発光ダイオードスティック３６表面のフォトレジスト層６２、透明導電層６３、高反射層６４を除去する。これは図７Ｄに示すとおりである。その後、発光ダイオードスティック３６上において電極を形成し（未図示）、更に発光ダイオードスティックをカットして複数の発光ダイオードデバイスを作る（未図示）。
発光ダイオードデバイス５０の主動層の発する光５１０は、発光ダイオードデバイス５０の両側の高反射層６４によって反射されることにより、発光ダイオードデバイス５０は光均一性という特性を表し、光は同一方向に放出される。これは図８に示すとおりである。
ここで重要な点は、本発明の発光ダイオードチップの形成方法は、導電基板を非導電基板の発光ダイオードエピタクシー層上に形成することにより、非導電基板の除去が不要となり、即刻、発光ダイオードデバイスの上下電極を形成し、発光ダイオードエピタクシー層と非導電基板を分離する時の発光ダイオードエピタクシー層への損傷を防ぐ。また、本発明の発光ダイオードデバイスの形成方法は、直接カットして大面積の発光ダイオードデバイスを作るのではない故、歩留まりを高めることができる。
上述した実施例は、本発明の技術思想及び特徴のみを説明しただけであり、その目的は、これらの技術の熟練者に本発明の内容を理解させ実施して戴くことにあり、これにより本発明の特許範囲を制限するものではなく、即ち、本発明が開示する精神によって為された同等変化や修飾は全て、本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。
１０ サファイア基板
１１ 窒化ガリウム発光ダイオードエピタクシー層
１２ ｎ型窒化ガリウム層
１３ 主動層(active layer)
１４ ｐ型窒化ガリウム層
１６ 導電基板
１７ 導電接合層
２０ 非導電基板
２０ａ 非導電基板
２１ 発光ダイオードエピタクシー層
２１２ 基板
２１３ 金属棒(bar)
２２ 第一型半導体層
２３ 主動層(active layer)
２４ 第二型半導体層
３０ 導電基板
３１ 導電接合層
３５ 発光ダイオードチップ
３６ 発光ダイオードスティック
３７ 間隔層(space layer)
３８ 透明導電層
３９ 第一型電極
４０ 挟み具
５０ 発光ダイオードデバイス
６１ 抗反射層
６２ フォトレジスト層
６３ 透明導電層
６４ 高反射層
１１ 窒化ガリウム発光ダイオードエピタクシー層
１２ ｎ型窒化ガリウム層
１３ 主動層(active layer)
１４ ｐ型窒化ガリウム層
１６ 導電基板
１７ 導電接合層
２０ 非導電基板
２０ａ 非導電基板
２１ 発光ダイオードエピタクシー層
２１２ 基板
２１３ 金属棒(bar)
２２ 第一型半導体層
２３ 主動層(active layer)
２４ 第二型半導体層
３０ 導電基板
３１ 導電接合層
３５ 発光ダイオードチップ
３６ 発光ダイオードスティック
３７ 間隔層(space layer)
３８ 透明導電層
３９ 第一型電極
４０ 挟み具
５０ 発光ダイオードデバイス
６１ 抗反射層
６２ フォトレジスト層
６３ 透明導電層
６４ 高反射層
Claims (8)
- 発光ダイオードデバイスの形成方法は、一つの発光ダイオードチップを用意するステップと、該発光ダイオードチップをカットして複数の発光ダイオードスティックを形成するステップと、挟み具によって該複数の発光ダイオードスティックを挟み込み固定し、各二つの発光ダイオードスティック中に一つの間隔層を挟み、該間隔層の高さは発光ダイオードスティックより低くし、これにより、複数の発光ダイオードスティックの表面と露出した側面に対し製造工程を実施するステップとを含むことを特徴とする、発光ダイオードデバイスの形成方法。
- 前記側面に実施する製造工程は、抗反射処理を複数の発光ダイオードスティックの表面と露出した側面に行うことを特徴とする、請求項１記載の発光ダイオードデバイスの形成方法。
- 前記抗反射コーティングを、最低一つの抗反射層を発光ダイオードスティックの表面と露出した側面に形成することを特徴とする、請求項２記載の発光ダイオードデバイスの形成方法。
- 前記側面に実施する製造工程は、高反射層を複数の発光ダイオードスティック及び複数の間隔層の全体列上に形成するステップと、複数の発光ダイオードスティックの表面のフォトレジスト層及び高反射層を除去し、これにより、複数の発光ダイオードスティックの露出する側面上には高反射層が形成されるステップを含むことを特徴とする、請求項１記載の発光ダイオードデバイスの形成方法。
- 前記のフォトレジスト層を形成するステップは、挟み具によって複数の発光ダイオードスティックを挟み込み固定し、更に、フォトレジスト層を複数の発光ダイオードスティック上に形成することを特徴とする、請求項４記載の発光ダイオードデバイスの形成方法。
- 前記の発光ダイオードチップは一つの基板であり、該基板上には一つの発光ダイオードエピタクシー層を含み、該発光ダイオードエピタクシー層は順に、一つの第一型半導体層と、一つの主動層と一つの第一型と相反する第二型半導体層を含むことを特徴とする、請求項１、２、または４記載の発光ダイオードデバイスの形成方法。
- 前記の基板は導電基板または非導電基板の何れか一つであることを特徴とする、請求項６記載の発光ダイオードデバイスの形成方法。
- 前記の発光ダイオードデバイスの形成方法は更に、挟み具による挟み込み固定と側面に実施する製造工程の間において一つの透明導電層を形成し、該透明導電層は複数の発光ダイオードスティックと複数の間隔層上に位置することを特徴とする、請求項１、２、または４記載の発光ダイオードデバイスの形成方法。
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