JP2010165983A - Light-emitting chip integrated device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ウェハ上に発光チップを複数集積して一体化させた発光チップ集積デバイスに関し、上記発光チップが直並列に接続されて、例えば100Vの商用交流電源等に基づいて照明用として使用可能な発光チップ集積デバイスおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a light-emitting chip integrated device in which a plurality of light-emitting chips are integrated on a wafer, and the light-emitting chips are connected in series and parallel, and can be used for illumination, for example, based on a 100V commercial AC power supply. The present invention relates to a light emitting chip integrated device and a method for manufacturing the same.
近年、長寿命青色系発光ダイオード(LED)チップの出現によって、液晶ディスプレイの光源あるいは電灯や蛍光管の代りにLEDチップが用いられ始めている。これらの用途においては、LEDチップ単体の光出力が小さいために、複数のLEDチップを併設することが一般的である。その場合、これらのLEDチップは直列に接続されてLEDチップアレイを構成し、さらに複数の上記LEDチップアレイが並列に接続されて、所謂直並列に接続されている。 In recent years, with the advent of long-life blue light emitting diode (LED) chips, LED chips have begun to be used in place of light sources for liquid crystal displays or electric lamps and fluorescent tubes. In these applications, since the light output of a single LED chip is small, it is common to provide a plurality of LED chips. In that case, these LED chips are connected in series to form an LED chip array, and the plurality of LED chip arrays are connected in parallel, so-called series-parallel connection.
複数の発光チップをウェハ上に形成したものとして、特開2007‐157969号公報(特許文献1)に開示された半導体発光素子がある。図8は、上記特許文献1に開示された従来の半導体発光素子における断面構造を示す。
A semiconductor light emitting device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-157969 (Patent Document 1) is an example in which a plurality of light emitting chips are formed on a wafer. FIG. 8 shows a cross-sectional structure of the conventional semiconductor light emitting device disclosed in
図8において、1はサファイアで成る絶縁性基板であり、その上に、低温バッファー層2a,高温バッファー層2b,コンタクト層及び障壁層等で構成されるn形層2c,活性層2d,障壁層及びコンタクト層等で構成されるp形層2eを順次積層して成るエピタキシャル成長層(以下、エピ層と略称する)でなる半導体積層部2が形成されている。そして、p形層2e上の全面に透光性導電層3が形成され、p形層2eとオーミックコンタクトをとっている。
In FIG. 8, 1 is an insulating substrate made of sapphire, on which an n-type layer 2c, an
上記透光性導電層3およびエピ層2には、n形層2cの一部分までエッチングされて電極溝4が形成されており、電極溝4の側面および透光性導電層3上には絶縁体層5が形成され、電極溝4の側面に形成された絶縁体層5の中には絶縁電極溝が形成され、この絶縁電極溝内にはn側電極6aが金属によって形成されている。また、透光性導電層3の一部にp側電極6bが形成されている。尚、こうして形成された各発光チップを分離するために、分離溝2fが形成されて絶縁体層5が埋め込まれている。
The translucent
そして、任意の分離溝2fとこれに隣接する分離溝2fとの間に位置する発光チップAにおけるn側電極6aと、発光チップAに隣接する発光チップBにおけるp側電極6bとが、配線膜7によって直列に接続されている。
Then, the n-
しかしながら、上記特許文献1に開示された従来の半導体発光素子には、以下のような問題がある。
However, the conventional semiconductor light emitting device disclosed in
すなわち、一般的に、発光チップの電極を形成するために行う金属デポジションの方法として、スパッタ法や蒸着法等がある。これらの方法を利用して電極溝4における上記絶縁電極溝内にn側電極6aを形成した場合、上記絶縁電極溝の縁の部分に対して金属の堆積が過度に進みすぎて、上記絶縁電極溝の内部に空洞を残したままn側電極6aによって塞がれてしまうという問題が発生する。上記絶縁電極溝内への金属の周り込みを促進させるためには、上記絶縁電極溝のアスペクト比(縦/横比)を小さくする必要がある。ところが、上記アスペクト比を小さくした場合には、発光チップAにおける発光面積が相対的に小さくなり、発光デバイス全体の発光強度が低下するという問題がある。
That is, generally, there are a sputtering method, a vapor deposition method, and the like as a metal deposition method for forming an electrode of a light emitting chip. When the n-
さらに、図8に示すように、上記発光チップAにおけるエピ層2の最表層がp形層2eである場合は、発光チップAからの発光は、その側面からの発光が半分を占める。その理由は、活性層2dから絶縁性基板1に入射した光の殆どは絶縁性基板1と低温バッファ層2aとの界面で全反射されて横方向に進み、発光チップAの側面から放出されるためである。そして、発光チップAから放出されたこれらの光は、隣接する発光チップBの主に活性層2dによって吸収されることになり、発光デバイスの光取り出し効率が大きく低下するという問題もある。
Further, as shown in FIG. 8, when the outermost layer of the
さらに、一般的に、結晶性の良いエピ層を得るためには、絶縁性基板1としてサファイア基板が用いられる。しかしながら、上記サファイア基板は、熱抵抗が高いので、得られる発光デバイス全体の放熱性が優れないという問題がある。
Furthermore, in general, a sapphire substrate is used as the
そこで、この発明の課題は、電極形成用の溝内に電極を形成する際に上記溝の内部に空洞を残したまま電極によって塞がれてしまうことを防止できる発光チップ集積デバイスおよびその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light emitting chip integrated device capable of preventing the electrode from being blocked by an electrode while leaving a cavity in the groove when the electrode is formed in the groove for forming the electrode, and a method for manufacturing the same. Is to provide.
上記課題を解決するため、この発明の発光チップ集積デバイスは、
p型化合物半導体層と活性層とn型化合物半導体層とが順次積層されて構成された発光チップと、
複数の上記発光チップが、各発光チップの上記p型化合物半導体層の表面を接合面として接合されたウェハと、
互いに接合される上記ウェハと上記複数の発光チップとの間に介設された下面配線と、
互いに隣接する二つの上記発光チップのうちの何れか一方におけるn型化合物半導体層と、他方におけるp型化合物半導体層とを、電気的に接続する導電経路と
を備え、
上記導電経路は、
上記一方の発光チップにおける上記n型化合物半導体層に接続された上面配線と、
上記他方の発光チップにおける上記p型化合物半導体層に接続された上記下面配線と、
上記上面配線と上記下面配線とに接続されると共に、上記互いに隣接する二つの上記発光チップの間の領域にあって上記発光チップのn型化合物半導体層と同時に形成されたn型化合物半導体層と導体金属とを含む上下配線と
を含んで構成されており、
上記ウェハに上記下面配線を介して接合された複数の上記発光チップを、上記導電経路によって電気的に直列に接続したことを特徴としている。
In order to solve the above problems, a light-emitting chip integrated device of the present invention includes:
a light-emitting chip configured by sequentially stacking a p-type compound semiconductor layer, an active layer, and an n-type compound semiconductor layer;
A plurality of the light emitting chips are bonded using the surface of the p-type compound semiconductor layer of each light emitting chip as a bonding surface;
A lower surface wiring interposed between the wafer and the plurality of light emitting chips bonded to each other;
A conductive path that electrically connects the n-type compound semiconductor layer in any one of the two light emitting chips adjacent to each other and the p-type compound semiconductor layer in the other;
The conductive path is
A top surface wiring connected to the n-type compound semiconductor layer in the one light emitting chip;
The lower surface wiring connected to the p-type compound semiconductor layer in the other light emitting chip;
An n-type compound semiconductor layer that is connected to the upper surface wiring and the lower surface wiring and is formed at the same time as the n-type compound semiconductor layer of the light emitting chip in a region between the two adjacent light emitting chips; It is configured to include upper and lower wiring including conductor metal,
A plurality of the light emitting chips bonded to the wafer via the lower surface wirings are electrically connected in series through the conductive path.
ここで、先ず、主要な用語について説明しておく。 Here, first, main terms will be described.
上記「ウェハ」とは、上記発光チップおよび上記下面配線を成長するために用いる成長基板とは異なり、上記発光チップおよび上記下面配線を支持するために用いる張り合わせ基板のことを意味している。 The “wafer” means a bonded substrate used for supporting the light emitting chip and the lower surface wiring, unlike the growth substrate used for growing the light emitting chip and the lower surface wiring.
また、上記「発光チップ」とは、上記成長基板からエピタキシャル成長層のみを引き剥がした厚さ10μm程度の発光チップのことを意味している。尚、上記発光チップの種類には、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等がある。 The “light-emitting chip” means a light-emitting chip having a thickness of about 10 μm obtained by peeling only the epitaxial growth layer from the growth substrate. Note that the types of the light emitting chip include a light emitting diode (LED).
また、上記「導電経路」とは、互いに隣接する二つの上記発光チップのうちの何れか一方の発光チップに接続されると共に導体金属からなる上面配線と、上記エピタキシャル成長層の一構成要素であるn型化合物半導体層を含む上下配線と、他方の発光チップに接続されると共に金属材料からなる下面配線とが、連なった構造を意味している。 The “conductive path” is connected to one of the two light emitting chips adjacent to each other and is connected to one of the light emitting chips, and is an upper surface wiring made of a conductive metal, and n is one component of the epitaxial growth layer. The upper and lower wirings including the type compound semiconductor layer and the lower surface wiring made of a metal material and connected to the other light emitting chip mean a continuous structure.
上記構成によれば、上記下面配線を介して上記ウェハに接合されている互いに隣接する二つの上記発光チップを電気的に接続する導電経路を構成する上記上下配線は、上記上面配線と上記下面配線とに接続されると共に、上記互いに隣接する二つの上記発光チップの間の領域にあって上記発光チップのn型化合物半導体層と同時に形成されたn型化合物半導体層と導体金属とを含んで構成されている。したがって、上記上下配線は、上記互いに隣接する二つの上記発光チップの間の領域におけるp型化合物半導体層と活性層とn型化合物半導体層とを貫通して形成する際に、上記発光チップのn型化合物半導体層と同時に形成された上記n型化合物半導体層を利用する分だけ上記導体金属を埋め込む深さを浅くすることができ、上記p型化合物半導体層と上記活性層とを貫通して形成された導体金属形成用の溝内にスパッタ法や蒸着法等によって上記導体金属を導入する際に上記溝の内部に空洞を残したまま上記導体金属によって上記溝が塞がれてしまうことを防止できる。 According to the above configuration, the upper and lower wirings constituting the conductive path that electrically connects the two light emitting chips adjacent to each other bonded to the wafer via the lower surface wiring are the upper surface wiring and the lower surface wiring. And an n-type compound semiconductor layer formed in the region between the two adjacent light-emitting chips and the n-type compound semiconductor layer of the light-emitting chip, and a conductive metal. Has been. Therefore, when the upper and lower wirings are formed through the p-type compound semiconductor layer, the active layer, and the n-type compound semiconductor layer in the region between the two adjacent light-emitting chips, n of the light-emitting chip is formed. The conductive metal can be embedded in a shallower depth by using the n-type compound semiconductor layer formed at the same time as the n-type compound semiconductor layer, and is formed through the p-type compound semiconductor layer and the active layer. When the conductor metal is introduced into the groove for forming the conductor metal by sputtering or vapor deposition, the groove is not blocked by the conductor metal while leaving a cavity inside the groove. it can.
さらに、上記導電経路によって電気的に直列に接続された複数の発光チップの夫々は、p型化合物半導体層と活性層とn型化合物半導体層とが順次積層されて構成されており、上記ウェハとの接合面とはならない上記n型化合物半導体層が、最表層に位置している。したがって、上記活性層から上記n型化合物半導体層側に入射した光の殆どは上記n型化合物半導体層の表面から放出される。その結果、隣接発光チップによる光吸収に起因して光取り出し効率が低下するのを防止することができる。 Further, each of the plurality of light emitting chips electrically connected in series by the conductive path is configured by sequentially stacking a p-type compound semiconductor layer, an active layer, and an n-type compound semiconductor layer, The n-type compound semiconductor layer that does not become the bonding surface is located in the outermost layer. Therefore, most of the light incident on the n-type compound semiconductor layer side from the active layer is emitted from the surface of the n-type compound semiconductor layer. As a result, it is possible to prevent the light extraction efficiency from being reduced due to light absorption by the adjacent light emitting chip.
また、1実施の形態の発光チップ集積デバイスでは、
上記上下配線は、
互いに隣接する上記発光チップの間の領域にあって、上記各発光チップとは絶縁体によって分離されている上記n型化合物半導体層,上記活性層および上記p型化合物半導体層の積層構造体に関して、
上記n型化合物半導体層と、
このn型化合物半導体層の下側に積層されている上記活性層および上記p型化合物半導体層を貫通して上記n型化合物半導体層に達するように埋め込まれた上記導体金属と
を含んで構成されている。
In the light emitting chip integrated device according to the embodiment,
The upper and lower wiring is
Regarding a stacked structure of the n-type compound semiconductor layer, the active layer, and the p-type compound semiconductor layer, which are in a region between the light-emitting chips adjacent to each other and separated from each light-emitting chip by an insulator,
The n-type compound semiconductor layer;
The active metal layer laminated below the n-type compound semiconductor layer, and the conductive metal embedded so as to penetrate the p-type compound semiconductor layer and reach the n-type compound semiconductor layer. ing.
この実施の形態によれば、上記上下配線は、上記発光チップの間の領域にあって、上記各発光チップを形成する際に形成された上記n型化合物半導体層と上記導体金属とによって構成されている。したがって、上記導体金属形成用の溝の深さを上記n型化合物半導体層の厚みの分だけ浅くすることができ、上記溝内にスパッタ法や蒸着法等によって上記導体金属を導入する際に、上記溝内への金属の周り込みを促進させることができる。その結果、上記溝の内部に空洞を残したまま上記導体金属によって塞がれてしまうことを防止できるのである。 According to this embodiment, the upper and lower wirings are in a region between the light emitting chips, and are constituted by the n-type compound semiconductor layer and the conductor metal formed when the light emitting chips are formed. ing. Therefore, the depth of the groove for forming the conductive metal can be reduced by the thickness of the n-type compound semiconductor layer, and when the conductive metal is introduced into the groove by sputtering or vapor deposition, It is possible to promote the wrapping of the metal into the groove. As a result, it is possible to prevent the groove from being blocked by the conductor metal while leaving a cavity inside the groove.
また、1実施の形態の発光チップ集積デバイスでは、
上記上下配線は、
互いに隣接する上記発光チップの間の領域にあって、上記各発光チップとは絶縁体によって分離されている上記n型化合物半導体層と、
互いに隣接する上記発光チップの間の領域にあって、上記n型化合物半導体層の下側に積層されて上記n型化合物半導体層と電気的に接続されると共に、上記各発光チップとは絶縁体によって分離されている上記導体金属と
を含んで構成されている。
In the light emitting chip integrated device according to the embodiment,
The upper and lower wiring is
The n-type compound semiconductor layer in a region between the light emitting chips adjacent to each other and separated from each light emitting chip by an insulator;
In the region between the light emitting chips adjacent to each other, stacked below the n-type compound semiconductor layer and electrically connected to the n-type compound semiconductor layer, and each light-emitting chip is an insulator. And the above-mentioned conductor metal separated by.
この実施の形態によれば、上記上下配線は、上記発光チップの間の領域にあって、上記各発光チップを形成する際に形成された上記n型化合物半導体層と上記導体金属とによって構成されている。したがって、上記導体金属形成用の溝の深さを上記n型化合物半導体層の厚みの分だけ浅くすることができ、上記溝内にスパッタ法や蒸着法等によって上記導体金属を導入する際に、上記溝内への金属の周り込みを促進させることができる。その結果、上記溝の内部に空洞を残したまま上記導体金属によって塞がれてしまうことを防止できる。 According to this embodiment, the upper and lower wirings are in a region between the light emitting chips, and are constituted by the n-type compound semiconductor layer and the conductor metal formed when the light emitting chips are formed. ing. Therefore, the depth of the groove for forming the conductive metal can be reduced by the thickness of the n-type compound semiconductor layer, and when the conductive metal is introduced into the groove by sputtering or vapor deposition, It is possible to promote the wrapping of the metal into the groove. As a result, it is possible to prevent the groove from being blocked by the conductor metal while leaving a cavity inside the groove.
また、1実施の形態の発光チップ集積デバイスでは、
上記導電金属は、チタンおよびアルミニウムを含む金属で構成されており、
上記導電金属は、上記n型化合物半導体層側から、上記チタン,上記アルミニウムおよびその他の金属の順に積層されている。
In the light emitting chip integrated device according to the embodiment,
The conductive metal is composed of a metal containing titanium and aluminum,
The conductive metal is laminated in the order of the titanium, the aluminum, and other metals from the n-type compound semiconductor layer side.
この実施の形態によれば、上記上下配線を構成する上記導体金属を、上記n型化合物半導体層側から順に、チタン,アルミニウムおよびその他の金属の順に積層した積層膜で構成している。したがって、上記チタン層のチタンが上記n型化合物半導体層に拡散することによりショットキーバリアの厚さを減少させ、オーミック抵抗を下げることができる。その結果、上記n型化合物半導体層と上記導電金属と間のオーミック抵抗を下げることができ、上記導電経路の電気抵抗を小さくし、本発光チップ集積デバイスの消費電力を小さくすることができる。 According to this embodiment, the conductor metal constituting the upper and lower wirings is constituted by a laminated film in which titanium, aluminum and other metals are laminated in this order from the n-type compound semiconductor layer side. Therefore, when the titanium of the titanium layer diffuses into the n-type compound semiconductor layer, the thickness of the Schottky barrier can be reduced and the ohmic resistance can be lowered. As a result, the ohmic resistance between the n-type compound semiconductor layer and the conductive metal can be reduced, the electrical resistance of the conductive path can be reduced, and the power consumption of the light emitting chip integrated device can be reduced.
また、1実施の形態の発光チップ集積デバイスでは、
上記導電金属における上記導電経路の方向への長さは、10nm以上且つ500nm以下である。
In the light emitting chip integrated device according to the embodiment,
The length of the conductive metal in the direction of the conductive path is 10 nm or more and 500 nm or less.
この実施の形態によれば、上記導体金属における上記導電経路方向への長さを10nm以上にしている。したがって、上記導体金属を精度よく形成することができ、上記n型化合物半導体層との良好なオーミック特性を得ることができ、良好な特性を示す上記上下配線を得ることができる。さらに、上記導体金属の上記導電経路方向への長さを500nm以下にしている。したがって、互いに隣接する上記発光チップの間の領域において、上記活性層および上記p型化合物半導体層への良好な埋め込み性を得ることができる。 According to this embodiment, the length of the conductor metal in the direction of the conductive path is set to 10 nm or more. Therefore, the conductor metal can be formed with high accuracy, good ohmic characteristics with the n-type compound semiconductor layer can be obtained, and the upper and lower wirings exhibiting good characteristics can be obtained. Furthermore, the length of the conductor metal in the direction of the conductive path is set to 500 nm or less. Therefore, in the region between the light emitting chips adjacent to each other, good embedding property in the active layer and the p-type compound semiconductor layer can be obtained.
また、1実施の形態の発光チップ集積デバイスでは、
上記上下配線と、この上下配線に隣接する上記発光チップとの間に、透光性絶縁体が埋め込まれている。
In the light emitting chip integrated device according to the embodiment,
A translucent insulator is embedded between the upper and lower wirings and the light emitting chip adjacent to the upper and lower wirings.
この実施の形態によれば、上下配線と上記発光チップとの間には、透光性絶縁体が埋め込まれている。したがって、上記発光チップから出射された光が隣接する上記発光チップに吸収されることがなく、本発光チップ集積デバイスの光取り出し効率を最大限に高めることができる。 According to this embodiment, a translucent insulator is embedded between the upper and lower wirings and the light emitting chip. Therefore, the light emitted from the light emitting chip is not absorbed by the adjacent light emitting chip, and the light extraction efficiency of the light emitting chip integrated device can be maximized.
また、この発明の発光チップ集積デバイスの製造方法は、
上記発光チップ集積デバイスの製造方法であって、
第1の基板上に、n型化合物半導体層と活性層とp型化合物半導体層とを順次形成する工程と、
上記第1の基板上に形成されたp型化合物半導体層と活性層との一部を除去して複数の凹部を形成し、n型化合物半導体層を露出させる工程と、
上記第1の基板上における上記p型化合物半導体層上に導体金属を形成して、上記複数の凹部内を上記導体金属によって平坦に埋め込むと共に、上記導体金属を上記n型化合物半導体層と電気的に接続させる工程と、
上記第1の基板上における上記p型化合物半導体層を含む全面に下面配線層を形成する工程と、
第2の基板に、上記n型化合物半導体層と上記活性層と上記p型化合物半導体層と上記導体金属と上記下面配線層が形成された上記第1の基板を、上記下面配線層の表面を接合面として、接合層を介して接合させる工程と、
上記第1の基板を、上記n型化合物半導体層から剥離する工程と、
上記導体金属によって埋め込まれた各凹部の一側部を上記下面配線層が露出するまで除去して第1の分離溝を形成する一方、他側部を上記第2の基板が露出するまで除去して第2の分離溝を形成して、上記n型化合物半導体層と上記活性層と上記p型化合物半導体層とを含む複数の発光チップに分離する工程と、
上記第1の分離溝と上記第2の分離溝とに絶縁体を埋め込む工程と、
上記第1の分離溝と上記第2の分離溝との間に在る上記n型化合物半導体層と、当該n型化合物半導体層に上記第2の分離溝を挟んで隣接する上記発光チップの上記n型化合物半導体層とを、電気的に接続する上面配線を形成する工程と
を備え、
上記第2の基板上に形成された互いに隣接する上記発光チップを、上記上面配線と、上記第1の分離溝と上記第2の分離溝との間に在って上記上面配線に電気的に接続された上記n型化合物半導体層と、上記導体金属と、上記導体金属に接触している上記下面配線層とを介して、電気的に直列に接続する
ことを特徴としている。
In addition, the method for manufacturing the light-emitting chip integrated device of the present invention includes:
A method of manufacturing the light emitting chip integrated device,
Sequentially forming an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer on a first substrate;
Removing a part of the p-type compound semiconductor layer and the active layer formed on the first substrate to form a plurality of recesses, and exposing the n-type compound semiconductor layer;
A conductor metal is formed on the p-type compound semiconductor layer on the first substrate, the insides of the plurality of recesses are filled with the conductor metal, and the conductor metal is electrically connected to the n-type compound semiconductor layer. Connecting to
Forming a lower surface wiring layer on the entire surface including the p-type compound semiconductor layer on the first substrate;
The first substrate on which the n-type compound semiconductor layer, the active layer, the p-type compound semiconductor layer, the conductor metal, and the lower surface wiring layer are formed on a second substrate is formed on the surface of the lower surface wiring layer. As a bonding surface, a step of bonding via a bonding layer;
Peeling the first substrate from the n-type compound semiconductor layer;
One side of each recess embedded with the conductor metal is removed until the lower surface wiring layer is exposed to form a first separation groove, while the other side is removed until the second substrate is exposed. Forming a second separation groove and separating into a plurality of light emitting chips including the n-type compound semiconductor layer, the active layer, and the p-type compound semiconductor layer;
Embedding an insulator in the first separation groove and the second separation groove;
The n-type compound semiconductor layer between the first separation groove and the second separation groove, and the light-emitting chip adjacent to the n-type compound semiconductor layer with the second separation groove interposed therebetween. forming an upper surface wiring for electrically connecting the n-type compound semiconductor layer,
The adjacent light emitting chips formed on the second substrate are electrically connected to the upper surface wiring between the upper surface wiring, the first separation groove, and the second separation groove. The n-type compound semiconductor layer connected, the conductor metal, and the lower wiring layer in contact with the conductor metal are electrically connected in series.
上記構成によれば、上記第2の基板上に形成された互いに隣接する上記発光チップを電気的に直列に接続する導電経路を、上記第1の分離溝と上記第2の分離溝との間の領域に形成されるとともに、上記発光チップを形成する際に形成された上記n型化合物半導体層と、上記第1の分離溝と上記第2の分離溝との間の領域において、上記p型化合物半導体層と上記活性層との一部を除去して形成された複数の凹部を平坦に埋め込むと共に、上記n型化合物半導体層と電気的に接続されている上記導体金属と、上記n型化合物半導体層に電気的に接続された上記上面配線と、上記導体金属に接触している上記下面配線層と、を含んで構成されている。 According to the above configuration, the conductive path that electrically connects the adjacent light emitting chips formed on the second substrate in series is provided between the first separation groove and the second separation groove. And the p-type in the region between the n-type compound semiconductor layer formed when the light-emitting chip is formed, and the first separation groove and the second separation groove. A plurality of recesses formed by removing a part of the compound semiconductor layer and the active layer are embedded flat, and the conductive metal electrically connected to the n-type compound semiconductor layer, and the n-type compound The upper surface wiring electrically connected to the semiconductor layer and the lower surface wiring layer in contact with the conductor metal are included.
したがって、上記凹部の深さを上記n型化合物半導体層の厚みの分だけ浅くすることができ、スパッタ法や蒸着法等によって上記凹部内に上記導体金属を導入する際に、上記溝内への金属の周り込みを促進させることができる。その結果、上記凹部の内部に空洞を残したまま上記導体金属によって上記溝が塞がれてしまうことを防止できる。 Therefore, the depth of the recess can be reduced by the thickness of the n-type compound semiconductor layer, and when the conductor metal is introduced into the recess by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like, Metal wrapping can be promoted. As a result, it is possible to prevent the groove from being blocked by the conductor metal while leaving a cavity inside the recess.
さらに、上記発光チップを成長させるための上記第1の基板と、本発光チップ集積デバイスを支持するための上記第2の基板とを、異なる基板にしている。したがって、上記第2の基板を、結晶性のよいエピ層を得るための上記第1の基板よりも熱抵抗の小さい基板にすることによって、得られる発光チップ集積デバイスの放熱性を改善することが可能になる。 Further, the first substrate for growing the light emitting chip and the second substrate for supporting the light emitting chip integrated device are different substrates. Therefore, by making the second substrate a substrate having a lower thermal resistance than the first substrate for obtaining an epitaxial layer with good crystallinity, the heat dissipation of the resulting light-emitting chip integrated device can be improved. It becomes possible.
以上より明らかなように、この発明の発光チップ集積デバイスは、下面配線を介してウェハに接合されている互いに隣接する二つの発光チップを導電経路によって電気的に接続し、上記導電経路を構成している上下配線を、上面配線と上記下面配線とに接続されると共に、上記互いに隣接する二つの上記発光チップの間の領域にあって上記発光チップのn型化合物半導体層と同時に形成されたn型化合物半導体層と導体金属とを含んで構成しているので、上記上下配線を、互いに隣接する二つの上記発光チップの間の領域におけるp型化合物半導体層と活性層とn型化合物半導体層とを貫通して形成する際に、上記発光チップのn型化合物半導体層と同時に形成された上記n型化合物半導体層を利用する分だけ上記導体金属を埋め込む深さを浅くすることができる。したがって、その場合、上記p型化合物半導体層と上記活性層とを貫通して形成された導体金属形成用の溝内にスパッタ法や蒸着法等によって上記導体金属を導入する際に、上記溝の内部に空洞を残したまま上記導体金属によって上記溝が塞がれてしまうことを防止できる。 As is clear from the above, the light emitting chip integrated device of the present invention is configured by electrically connecting two light emitting chips adjacent to each other bonded to the wafer through the lower surface wiring by a conductive path. N is formed simultaneously with the n-type compound semiconductor layer of the light emitting chip in the region between the two light emitting chips adjacent to each other. Since the type compound semiconductor layer and the conductor metal are included, the upper and lower wirings are connected to the p-type compound semiconductor layer, the active layer, and the n-type compound semiconductor layer in a region between the two adjacent light emitting chips. When forming the conductive metal through the n-type compound semiconductor layer, the depth of embedding the conductor metal is increased by using the n-type compound semiconductor layer formed simultaneously with the n-type compound semiconductor layer of the light emitting chip. Can Kusuru. Therefore, in that case, when the conductor metal is introduced into the groove for forming the conductor metal formed through the p-type compound semiconductor layer and the active layer by sputtering, vapor deposition or the like, It is possible to prevent the groove from being blocked by the conductive metal while leaving a cavity inside.
また、この発明の発光チップ集積デバイスの製造方法は、第2の基板上に形成された互いに隣接する発光チップを電気的に直列に接続する導電経路を、第1の分離溝と第2の分離溝との間の領域に形成されると共に、上記発光チップを形成する際に形成されたn型化合物半導体層と、上記第1の分離溝と上記第2の分離溝との間の領域において、p型化合物半導体層と活性層との一部を除去して形成された複数の凹部を平坦に埋め込むと共に、上記n型化合物半導体層と電気的に接続されている導体金属と、上記n型化合物半導体層に電気的に接続された上面配線と、上記導体金属に接触している下面配線層と、を含んで構成しているので、上記凹部の深さを上記n型化合物半導体層の厚みの分だけ浅くすることができる。したがって、スパッタ法や蒸着法等によって上記凹部内に上記導体金属を導入する際に、上記溝内への金属の周り込みを促進させることができ、上記凹部の内部に空洞を残したまま上記導体金属によって上記溝が塞がれてしまうことを防止できる。 In the method for manufacturing a light-emitting chip integrated device according to the present invention, the conductive path for electrically connecting adjacent light-emitting chips formed on the second substrate in series is provided with the first separation groove and the second separation. An n-type compound semiconductor layer formed when forming the light emitting chip, and a region between the first separation groove and the second separation groove. A plurality of recesses formed by removing a part of the p-type compound semiconductor layer and the active layer are embedded flatly, and a conductive metal electrically connected to the n-type compound semiconductor layer, and the n-type compound Since the upper surface wiring electrically connected to the semiconductor layer and the lower surface wiring layer in contact with the conductor metal are included, the depth of the recess is set to the thickness of the n-type compound semiconductor layer. It can be made shallower. Therefore, when introducing the conductor metal into the recess by sputtering or vapor deposition, it is possible to promote the wrapping of the metal into the groove, and leave the cavity inside the recess. It is possible to prevent the groove from being blocked by metal.
さらに、上記発光チップを成長させるための上記第1の基板と、本発光チップ集積デバイスを支持するための上記第2の基板とを、異なる基板にしている。したがって、上記第2の基板を、結晶性のよいエピ層を得るための上記第1の基板よりも熱抵抗の小さい基板にすることによって、得られる発光チップ集積デバイスの放熱性を改善することが可能になる。 Further, the first substrate for growing the light emitting chip and the second substrate for supporting the light emitting chip integrated device are different substrates. Therefore, by making the second substrate a substrate having a lower thermal resistance than the first substrate for obtaining an epitaxial layer with good crystallinity, the heat dissipation of the resulting light-emitting chip integrated device can be improved. It becomes possible.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
・第1実施の形態
図1は、本実施の形態の発光チップ集積デバイスにおける発光チップの断面図である。
First Embodiment FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting chip in a light emitting chip integrated device according to the present embodiment.
尚、以下に説明する実施の形態は、この発明を実施するための最良の形態であり、本実施の形態に変更を加えることによって代替形態をとることも可能である。また、本実施の形態にこの発明を限定する意図はなく、この発明は、特許請求の範囲によって定義される範囲に含まれる変更形態,同等物および代替形態を全て包含するものである。 The embodiment described below is the best mode for carrying out the present invention, and it is possible to take alternative forms by adding changes to the present embodiment. Further, the present invention is not intended to be limited to the present embodiment, and the present invention includes all modifications, equivalents, and alternatives included in the scope defined by the claims.
図1において、11はウェハであり、例えば、非導電性基板としての窒化アルミニウム(AlN)が用いられる。ウェハ11の上には下面配線12が形成されており、さらにその上にGaN系の薄型の発光チップ13が設けられている。そして、互いに隣接する発光チップ13は、下面配線12,上下配線14および上面配線15が連なってなる導電経路によって、電気的に直列接続されている。
In FIG. 1,
この発明において用いることができるウェハ11としては、熱抵抗が小さいこと、および、発光チップ13のベース材料であるGaNと熱膨張係数が近いことが望ましい。したがって、上記窒化アルミニウム(AlN)の他に、例えば、ガリウムリン(GaP),ゲルマニウム(Ge),窒化ガリウム(GaN),シリコン(Si),炭化シリコン(SiC),インジュウムリン(InP),サファイア(Al2O3)および酸化亜鉛(ZnO)等を用いることができる。
The
なお、上記ウェハ11の厚みは、サンプル支持の観点から50μm〜2mmであればよく、さらには、放熱性の観点から50μm〜500μmが望ましい。
The thickness of the
また、上記ウェハ11は、最表面が絶縁層であれば、特に上記非導電性材料に制限されるものではない。例えば、最表面に絶縁膜が形成された基板であっても差し支えない。すなわち、SiやSiC等を基板に用いる場合には、最表面にそれらSiやSiCの酸化物等を形成しておけばよい。
The
上記発光チップ13のベース材料としては、AlGaInP,GaP,GaN,SiC,ZnO、および、その他の化合物半導体を用いることが可能である。
As the base material of the
この発光チップ13は、後に詳述する成長基板上に結晶成長したエピタキシャル成長層(エピ層)を上記成長基板から引き剥がして成る数十μmの厚さの薄膜である。この発光チップ13は、上記成長基板上に、n型化合物半導体層16,活性層17およびp型化合物半導体層18が順次積層されて形成される。
The
そのうち、上記n型化合物半導体層16は、例えば、活性層17における発光領域の光学的特性および電気的特性を向上させるために設計されたn型領域等の組成およびドーパント濃度が異なる複数の層を含んでいる。ここで、n型化合物半導体層16のベース材料としては、GaN,AlGaNおよびInGaN等を用いることができる。
Among them, the n-type
上記成長基板上に形成されるn型化合物半導体層16の上には、上記発光領域を有する活性層17が形成される。上記発光領域は、一つあるいは二つ以上の発光層を含むことができ、上記発光領域が量子井戸発光領域である場合には、一般に、障壁層によって分離された複数の量子井戸発光層を含んでいる。尚、活性層17のベース材料としては、GaN,AlGaNおよびInGaN等を用いることができ、また、ドーパントとしてはSi等を用いることができる。
On the n-type
上記活性層17の上には、p型化合物半導体層18が形成される。p型化合物半導体層18は、n型化合物半導体層16と同様に、組成およびドーパント濃度が異なる複数の層を含んでいる。ベース材料としては、GaN,AlGaNおよびInGaN等を用いることができ、また、ドーパントとしてはMg等を用いることができる。
A p-type
上述のように、上記n型化合物半導体層16,活性層17およびp型化合物半導体層18が順次積層されて成るエピ層が形成された上記成長基板は、レーザ分離等によって分離・除去され、露出したn型化合物半導体層16に対して、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:IPC)等によって薄型化処理が行われる。その後、上記エピ層の表面(つまり、n型化合物半導体層16の薄型化処理が行われた表面)を、アルカリ溶液で処理することによって凹凸形状に成型される。
As described above, the growth substrate on which the epi layer formed by sequentially stacking the n-type
ここで、上記成長基板を上記エピ層から分離する理由としては、活性層17から放出された光が上記成長基板と上記エピ層との界面で全反射されてしまい、光取り出し効率が大きく低下するからである。例えば、上記成長基板がサファイアであり、上記エピ層がGaNである場合には、夫々の屈折率は1.8と2.4と大きく異なるため、上記成長基板を分離しない場合には、上記成長基板と上記エピ層との界面において殆どの光は全反射されてしまう。
Here, the reason for separating the growth substrate from the epi layer is that the light emitted from the
また、上記エピ層の表面を凹凸に加工する理由は、上記エピ層とその周囲を覆う樹脂等との物質間で全反射が発生して、光取り出し効率が低下するのを防止するためである。 Further, the reason for processing the surface of the epilayer into irregularities is to prevent total reflection from occurring between the epilayer and the material covering the periphery of the epilayer, thereby reducing the light extraction efficiency. .
上記エピ層における上下配線14の形成箇所の両側が選択的に除去されており、上下配線14と薄型発光チップ13とが互いに分離されている。そして、両側が選択的に除去された中間部における活性層17およびp型化合物半導体層18を貫通してn型化合物半導体層16に至る500nm程度の長さの導体金属19が形成されている。こうして、互いに接触している導体金属19とn型化合物半導体層16とで上下配線14が構成される。尚、導体金属19の材料として、n型化合物半導体層16とオーミック特性を得ることが可能なAl,Ni,Ag,AuおよびITO(Indium Tin Oxide)等を用いることができる。但し、活性層17およびp型化合物半導体層18への埋め込み性の観点から、導体金属19の長さは500nm以下が望ましく、また、オーミック特性を得るためには10nm以上が望ましい。
Both sides of the formation area of the upper and
上述のような構造を有する上下配線14における導体金属19側の表面と、発光チップ13におけるp型化合物半導体層18側の表面とは、下面配線12を介して、ウェハ11に接合されている。
The surface on the
上記下面配線12は、反射層20,第1拡散防止層21,接合層22および第2拡散防止層23を含む二以上の金属層によって構成されている。尚、反射層20,第1拡散防止層21,接合層22および第2拡散防止層23は、図1に示すように、選択的に形成されている。
The
上記反射層20の材料として、ニッケル(Ni)/銀(Ag)およびITO/アルミニウム(Al)が用いられる。また、第1拡散防止層21および第2拡散防止層23の材料としては、チタン(Ti)およびタングステン(W)が用いられる。また、接合層22の材料としては、金(Au)および錫(Sn)を含む材料が用いられる。
As the material of the
そして、上記上下配線14の両側に設けられた発光チップ13との間の溝には、絶縁体24が埋め込まれている。絶縁体24の材料としては、例えば、ポリイミド(PI)やSOG(Spin on Glass)等を用いることが可能である。
An
上記上面配線15は、上下配線14におけるn型化合物半導体層16側の表面と、発光チップ13におけるn型化合物半導体層16側の表面とを、電気的に接続している。上面配線15の材料としては、n型化合物半導体層16とオーミック特性を得られるものであれば特に制限されず、例えば、ITOやNi,Au,AlおよびAg等の金属を用いることが可能である。
The
次に、本実施の形態における発光チップ集積デバイスの製造方法について説明する。本発光チップ集積デバイスの製造は、図2に示すフローチャートに従って行われる。また、図3〜図5には、本実施の形態における発光チップ集積デバイスの各製造プロセス毎の断面構造を模式的に示す。以下、各製造プロセスについて、断面構造の模式図を用いて説明を行う。 Next, a method for manufacturing the light-emitting chip integrated device in the present embodiment will be described. The light emitting chip integrated device is manufactured according to the flowchart shown in FIG. 3 to 5 schematically show cross-sectional structures for each manufacturing process of the light-emitting chip integrated device in the present embodiment. Hereinafter, each manufacturing process will be described using schematic diagrams of cross-sectional structures.
(1)エピ層成長工程(図2に示すフローチャートにおけるステップS1)
本工程においては、図3(a)に示すように、先ず、有機金属気相成長法(以下「MOVPE」と略す)によって、成長基板25上にGaN系のエピ層を成長させる。その場合における成長基板25として、a面を主面とし、表面が30μmピッチで凹凸に加工されたサファイヤ(PSS:Patterned Sapphire Substrate)を用いる。
(1) Epi layer growth step (step S1 in the flowchart shown in FIG. 2)
In this step, as shown in FIG. 3A, first, a GaN-based epi layer is grown on the
上記エピ層の成長は、以下のようにして行う。尚、図3(a)〜図3(c)においては、成長基板25に対して下方に上記エピ層が成長されるように描かれているが、実際には成長基板25に対して上方に上記エピ層が成長される。
The epilayer is grown as follows. 3 (a) to 3 (c), the epi layer is depicted as being grown downward with respect to the
先ず、常圧でH2を反応室に流しながら温度1100℃で成長基板25をベーキングする。そうした後に、成長基板25の温度を400℃まで低下させて、H2,NH3およびトリメチルアルミニウム(TMA:Trimethyl aluminium)を供給し、バッファー層として、膜厚が約25nmのAlN層を形成する。さらに、成長基板25の温度を1150℃に保持すると共に、H2,NH3,トリメチルガリウム(TMG:Trimethyl gallium)およびシランを供給し、n型化合物半導体層16として、膜厚が約4.0μmであって、電子濃度が2×1018/cm3である高ドープn型GaN層を形成する。次に、N2またはH2,NH3およびTMGを供給して、膜厚が約35ÅのアンドープGaNから成るバリア層を形成する。次に、N2あるいはH2,NH3,TMGおよびトリメチルインジウム(TMI:Trimethyl indium)を供給して、膜厚が約35ÅであるGa0.8In0.2Nから成る井戸層を形成する。さらに、上記バリア層と上記井戸層とを同一条件で交互に4回づつ形成し、その上にアンドープGaNから成るバリア層を形成する。こうして、5層のMQW(多重量子井戸)構造から成る活性層17を形成する。
First, the
次に、上記高ドープn型GaN層(n型化合物半導体層)16および活性層17が形成された成長基板25の温度を1100℃に保持し、N2あるいはH2,NH3,TMGおよびMgを供給し、p型化合物半導体層18として、膜厚が約70nmであり、Mgをドーパントとしたp型GaN層を形成する。
Next, the temperature of the
次に、上記p型GaN層(p型化合物半導体層)18上にエッチングマスクを形成し、マスクで覆われていない部分のp型GaN層18および活性層17と高ドープn型GaN層16の一部とを、塩素系ガスによる反応性イオンエッチングによって、厚さ150nmだけ除去してn型GaN層16を露出させる。このエッチング箇所が、後に上下配線14が形成される箇所となる。
Next, an etching mask is formed on the p-type GaN layer (p-type compound semiconductor layer) 18, and the portions of the p-
以上のごとく、本工程によって、上記成長基板25上に、n型GaN層(n型化合物半導体層)16,活性層17およびp型GaN層(p型化合物半導体層)18が順次積層されて成る薄型の発光チップ13が形成されるのである。
As described above, the n-type GaN layer (n-type compound semiconductor layer) 16, the
(2)p電極形成工程(図2に示すフローチャートにおけるステップS2)
次に、先のエピ層成長工程で形成した上記エッチングマスクを利用して、図3(b)に示すように、リフトオフ法によって導体金属19を形成する。導体金属19は、n型GaN層(n型化合物半導体層)16側から順に、膜厚が約50nmのTi層と膜厚が約50nmのAl層とを積層した積層膜であり、このTi層およびAl層とその他の金属として膜厚が約50nmのAg,Bi,Ndのうちの何れかとをスパッタ法によって形成する。この場合、上述したように、p型GaN層18,活性層17および高ドープn型GaN層16の一部に対する塩素系ガスによるエッチングの深さは150nm程度である。そのため、上記Ti層および上記Al層と上記その他の金属とのスパッタ法によって上記エッチング箇所を埋めて、さらに平坦性を維持することが十分可能である。こうして導体金属19を形成した後、上記エッチングマスクをレジスト剥離材を用いて除去する。
(2) p-electrode formation step (step S2 in the flowchart shown in FIG. 2)
Next, using the etching mask formed in the previous epilayer growth step, a
次に、フォトリソグラフィによって上記発光チップ13の全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによって、上記フォトレジストにおける発光チップ13の下面配線形成領域に窓を形成する。そして、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後に、図3(b)に示すように、反射層20としての膜厚が約3nmのNi層および膜厚が約200nmのAg層の積層膜と、第1拡散防止層21としての膜厚が1μmのTiW層とを、スパッタ法によって形成する。
Next, a photoresist is applied to the entire surface of the
次に、既存の技術によって上記フォトレジストを除去する。このようにして、図3(b)に示す断面構造を有する積層構造体が得られる。 Next, the photoresist is removed by an existing technique. In this way, a laminated structure having the cross-sectional structure shown in FIG.
(3)ウェハ張り合わせ工程(図2に示すフローチャートにおけるステップS3)
次に、ウェハ11と上記エピ層(発光チップ13および下面配線12の一部)が成長された成長基板25との張り合わせを行う。
(3) Wafer bonding step (step S3 in the flowchart shown in FIG. 2)
Next, the
この発明に用いることができるウェハ11としては、熱抵抗が小さいこと、及び、発光チップ13の構成材料であるGaN系材料との熱膨張係数が近いことが望ましく、本実施の形態においては、その観点から最も適している窒化アルミニウム(AlN)を用いている。尚、ウェハ11として、その他の材料を用いても支障はなく、例えば、ガリウムリン(GaP),ゲルマニウム(Ge),窒化ガリウム(GaN),シリコン(Si),炭化シリコン(SiC),インジュウムリン(InP),サファイア(Al2O3)または酸化亜鉛(ZnO)を用いてもよい。
The
また、上記ウェハ11は最表面が絶縁層であれば、特に非導電性材料に制限されるものではない。例えば、最表面に絶縁膜が形成されているような構造であってもよい。すなわち、SiやSiC等をウェハ11として用いる場合は、最表面にそれらSiやSiCの酸化物等を形成しておけばよい。また、ウェハ11の厚みは、サンプル保持の観点から50μm〜2mmであればよく、さらには、放熱性の観点から50μm〜500μmが望ましい。
The
上記ウェハ11の表面における成長基板25側の第1拡散防止層21が貼り付けられる領域には、第2拡散防止層23として、TiあるいはW等が選択的に蒸着される。尚、第2拡散防止層23の厚さは1μm程度である。
Ti, W, or the like is selectively deposited as the second
そうした後に、図3(c)に示すように、上記成長基板25側の第1拡散防止層21の面と、上記ウェハ11側の第2拡散防止層23の面とが、接合層22を介して張り合わせられる。尚、接合層22の材料としては、Au‐Sn共晶等の比較的融点の低い金属が用いられる。
After that, as shown in FIG. 3C, the surface of the first
このようにして、図3(d)に示す断面構造を有する積層構造体が得られる。 In this way, a laminated structure having the cross-sectional structure shown in FIG.
(4)リフトオフ工程(図2に示すフローチャートにおけるステップS4)
図3(d)に示すように、上記発光チップ13,反射層20および第1拡散防止層21が成長された成長基板25がウェハ11に貼り付けられた後、図4(e)に示すように、成長基板25が除去される。
(4) Lift-off process (step S4 in the flowchart shown in FIG. 2)
As shown in FIG. 3D, after the
その際における上記成長基板25のリフトオフは、発光チップ13を構成するn型化合物半導体層(高ドープn型GaN層)16のエキシマレーザによる熱分解によって行うことが可能である。ここで、上記エキシマレーザの光子エネルギーは、成長基板25を構成するサファイアに隣接する結晶層(多くの場合にGaNまたはAlGaN;本実施の形態においてはn型GaN層16)のバンドギャップを超えるように選択される。したがって、パルスエネルギーは、成長基板(サファイア)25と上記エピ層との接合面(つまり、上記バッファー層との界面位置)から上記エピ層側に(つまり、n型GaN層(n型化合物半導体層)16側に)100nm以内のn型GaN層(n型化合物半導体層)16の領域で、有効に熱エネルギーに変換される。
In this case, the
すなわち、上記サファイア(成長基板25)に隣接する結晶層(n型GaN層16)のバンドギャップよりも上であって、上記サファイアの吸収端よりも下(すなわち、約3.44eVと約6eVとの間)である十分に高い光子エネルギーでは、上記領域における温度はナノ秒のスケールで1000℃を超える温度まで上昇する。そして、この温度は、n型GaN層16をガリウムガスと窒素ガスとに分離させて、n型GaN層16を含む上記エピ層を成長基板25から剥離させるのに十分な高さの温度である。その結果、成長基板25,上記AlNバッファー層及び上記AlNバッファー層に接している領域に存在するn型GaN層16である低結晶品質n型GaN領域が、剥離され、除去される。尚、上記リフトオフは、成長基板25の表面全体を一回のレーザーの線走査照射によって達成することが可能である。
That is, it is above the band gap of the crystal layer (n-type GaN layer 16) adjacent to the sapphire (growth substrate 25) and below the absorption edge of the sapphire (that is, about 3.44 eV and about 6 eV). For sufficiently high photon energies (between), the temperature in the region rises to over 1000 ° C. on a nanosecond scale. This temperature is high enough to separate the n-
これに対し、シリコンベース(例えば、SiC、SiC・オン・インシュレータ、SiC・オン・クオーツ、Si等)の成長基板25である場合の除去は、反応性イオンエッチング等の従来のエッチング技術を用いて行うことができる。例えば、SiC・オン・インシュレータの成長基板25の除去は、成長基板25と上記エピ層との間に剥離層を形成し、この剥離層をエッチングで除去することによって、リフトオフすることが可能となる。この技術を用いれば、上記剥離層としてのアンダーカットエッチ層を、サファイアの成長基板25とn型GaN層16との間に(つまり、上記エピ層の下層に)成長させることによって、サファイアの成長基板25の除去を、上記アンダーカットエッチ層をエッチングで除去することによって行うことが可能になる。
On the other hand, the removal of the silicon-based (for example, SiC, SiC-on-insulator, SiC-on-quartz, Si, etc.)
このようにして、図4(e)に示す断面構造を有する積層構造体が得られる。 In this way, a laminated structure having the cross-sectional structure shown in FIG.
(5)表面処理工程(図2に示すフローチャートにおけるステップS5)
上述のようにして、上記成長基板25を除去した後、上記レーザー分離の際に発生してn型GaN層16の表面に残ったガリウム金属を塩酸水溶液で洗浄する。その後、上記エピ層(発光チップ13)がドライエッチングによって薄くされる。こうして薄くなった上記エピ層は、例えば、溶融された水酸化カリウム(KOH)や水酸化ナトリウム(NaOH)を用いた光電気化学エッチングによって粗面化される。こうして、上記エピ層の最表面を粗面化することにより、発光領域(活性層17)からの光の取出し効率を高めることができる。本実施の形態においては、400℃に加熱して溶融させた水酸化カリウムによって処理を行い、上記エピ層の最表面を凹凸形状に成形している。
(5) Surface treatment process (step S5 in the flowchart shown in FIG. 2)
As described above, after the
(6)エピ層分離工程(図2に示すフローチャートにおけるステップS6)
次に、上記n型GaN層16上にエッチングマスクを形成した後に所定領域のマスクを除去し、上記マスクで覆われていない部分のn型GaN層(n型化合物半導体層)16,活性層17,p型GaN層(p型化合物半導体層)18および反射層20に対して、塩素系ガスによる反応性イオンエッチング処理を行う。こうして、図4(f)に示すように、上下配線14となるべき領域とこの領域の両側に位置する発光チップ13との間の第1拡散防止層21の表面と接合層22の表面とを露出させる。その結果、露出した第1拡散防止層21の表面と露出した接合層22の表面との間において、n型GaN層(n型化合物半導体層)16と、活性層17及びp型化合物半導体層18に埋め込まれると共にn型化合物半導体層16とオーミック接合している導体金属(Ti/Al)19とが、上下配線14となるのである。
(6) Epi layer separation step (step S6 in the flowchart shown in FIG. 2)
Next, after an etching mask is formed on the n-
(7)接合層除去工程(図2に示すフローチャートにおけるステップS7)
次に、上記各発光チップ13の一側とこの一側に隣接する上下配線14との間に残っている接合層(Au‐Sn共晶)22を、酸性溶液を用いたウエットエッチングによって除去する。尚、上記酸性溶液としては、硝酸や硫酸や塩酸やヨウ化カリウム溶液を用いることができる。本実施の形態においては、純水で薄めた濃度50%の硫酸を用いて10分間の処理を行った。その結果、互いに隣接する第1拡散防止層21と第1拡散防止層21との間の第1の領域、互いに隣接する第2拡散防止層23と第2拡散防止層23との間の第2の領域、および、上記第1,第2の領域によって上下が挟まれた第3の領域に存在している接合層22が、完全に除去される。その際に、その他の第1拡散防止層21と第2拡散防止層23とで挟持されて下面配線12を構成する接合層(Au‐Sn共晶)22は、エッチングされることなく残存している。このことは、断面切削後の走査顕微鏡による観察によって確認された。
(7) Bonding layer removing step (step S7 in the flowchart shown in FIG. 2)
Next, the bonding layer (Au—Sn eutectic) 22 remaining between one side of each light emitting
このようにして、図4(g)に示す断面構造を有する積層構造体が得られる。 In this way, a laminated structure having the cross-sectional structure shown in FIG.
(8)絶縁体の埋め込み工程(図2に示すフローチャートにおけるステップS8)
次に、上記各発光チップ13と各上下配線14との間の隙間に、以下のようにして絶縁体24を埋め込む。
(8) Insulator embedding step (step S8 in the flowchart shown in FIG. 2)
Next, an
すなわち、先ず、上記絶縁体24として透光性のポリイミドのワニスを用い、スピンコートによって発光チップ13および上下配線14を含む総ての表面を覆うように全面塗布した後、上記ポリイミドのワニスを硬化させる。尚、ワニスの硬化は、N2雰囲気下において、200℃および2時間の条件下で行った。
That is, first, a light-transmitting polyimide varnish is used as the
次に、上記発光チップ13および上下配線14の表面が露出するまで、ICP(誘導結合プラズマ)によって絶縁体(ポリイミド)24のエッチングを行う。こうして、発光チップ13と上下配線14との間の隙間に絶縁体24が埋め込まれる。
Next, the insulator (polyimide) 24 is etched by ICP (inductively coupled plasma) until the surfaces of the
このように、屈折率が2.4程度である発光チップ13の間に、屈折率が1.5程度である透光性の絶縁体24を埋め込むことによって、発光チップ13から一度絶縁体24内に入射した光が、隣接する発光チップ13内に吸収されることを防止できる。したがって、光取り出し効率を高めることができる。
Thus, by embedding the light-transmitting
以上のようにして、図4(h)に示す断面構造を有する積層構造体が得られる。 As described above, a laminated structure having the cross-sectional structure shown in FIG.
(9)上面配線形成工程(図2に示すフローチャートにおけるステップS9)
次に、上記上面配線15を、以下のようにして、発光チップ13のn型GaN層(n型化合物半導体層)16と上下配線14のn型GaN層(n型化合物半導体層)16とをつなぐように形成する。すなわち、フォトリソグラフィによって発光チップ13の上面配線形成領域の全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによって、上記フォトレジストにおける上面配線15の形成領域に窓を形成する。そして、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後、電極材料である膜厚2μmのNi/Auの積層膜をスパッタ法によって形成する。そうした後に、上記フォトレジストを除去する。
(9) Upper surface wiring formation step (step S9 in the flowchart shown in FIG. 2)
Next, the
このようにして、図5(i)に示す断面構造を有する積層構造体が得られる。 In this way, a laminated structure having the cross-sectional structure shown in FIG.
(10)パッケージング工程(図2に示すフローチャートにおけるステップS10)
次に、ダイシングによって、各発光チップ集積デバイス毎に分割する。ここでは、縦6個×横6個に配列された発光チップ13が電気的に直列接続されて発光チップアレイを構成し、2つ以上の上記発光チップアレイが電気的に並列あるいは逆並列に接続されて、上記発光チップ集積デバイスを構成している。したがって、2インチウェハから約300個の発光チップ集積デバイスが分割される。各発光チップ集積デバイスとこの発光チップ集積デバイスを交流電源に接続する外部端子とを、2本の金ワイヤーによって接続する。
(10) Packaging process (step S10 in the flowchart shown in FIG. 2)
Next, each light emitting chip integrated device is divided by dicing. Here, the
その後、既存のパッケージング技術を用い、蛍光体入り樹脂封止等によって発光チップ集積デバイスをパッケージングする。 Thereafter, the light-emitting chip integrated device is packaged by phosphor sealing resin or the like using an existing packaging technique.
以上のごとく、本実施の形態においては、n型化合物半導体層16,活性層17およびp型化合物半導体層18が順次積層されて形成された数十μmの厚さを有する発光チップ13が、複数個、p型化合物半導体層18を貼り付け面として、ウェハ11上に下面配線12を介して接合されて、併設されている。そして、互いに隣接する2つの発光チップ13のうち、一方の発光チップ13のn型化合物半導体層16と他方の発光チップ13のp型化合物半導体層18とが、上面配線15,上下配線14および下面配線12が連なってなる導電経路を介して、電気的に直列接続されている。こうして、ウェハ11上に形成された複数の複数の薄型の発光チップ13が、直列に接続されている。
As described above, in the present embodiment, a plurality of
その際に、上記上下配線14を、互いに隣接する発光チップ13の間にあって、各発光チップ13とは絶縁体24によって分離されているn型化合物半導体層16,活性層17およびp型化合物半導体層18の積層構造体において、n型化合物半導体層16と、このn型化合物半導体層16の下側に積層されている活性層17およびp型化合物半導体層18を貫通してn型化合物半導体層16に至るように埋め込まれた導体金属19と、を含んで構成している。
At this time, the n-type
したがって、本実施の形態によれば、互いに隣接する発光チップ13を直列接続するための上下配線14を形成する場合に、発光チップ13のn型化合物半導体層16と同時に形成されたn型化合物半導体層16を利用する分だけ導体金属19を埋め込む深さが浅くなり、導体金属埋め込み用の溝内への金属の周り込みを促進させることができる。したがって、図8に示す上記特許文献1に開示された半導体発光素子のごとく、上記電極溝の縁の部分に対して金属の堆積が過度に進みすぎて上記電極溝の内部に空洞を残したまま金属によって塞がれてしまうという問題は発生しない。したがって、上下配線14の形成が容易であり、上下配線14の断線等を危惧する必要性が低い。さらに、上下配線14の形成に費やす時間を大幅に削減することができるのである。
Therefore, according to the present embodiment, the n-type compound semiconductor formed simultaneously with the n-type
・第2実施の形態
上記第1実施の形態においては、上述したように、上記上下配線14を、n型化合物半導体層16と、このn型化合物半導体層16の下側に積層されている活性層17およびp型化合物半導体層18を貫通してn型化合物半導体層16に達するように埋め込まれた導体金属19と、を含んで構成している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、図6に示すように、上下配線14を、n型化合物半導体層16と、このn型化合物半導体層16の下側にn型化合物半導体層16に接触して形成された導体金属19とで、構成することも可能である。本実施の形態は、図6に示す発光チップ集積デバイスに関するものである。
Second Embodiment In the first embodiment, as described above, the upper and
図7は、本実施の形態の発光チップ集積デバイスにおける上記第1実施の形態の製造プロセスとは異なる製造プロセス毎の断面構造を模式的に示す。以下、各製造プロセスについて、断面構造の模式図を用いて説明を行う。尚、本発光チップ集積デバイスの製造は、図2に示すフローチャートに従って行われる。 FIG. 7 schematically shows a cross-sectional structure for each manufacturing process different from the manufacturing process of the first embodiment in the light-emitting chip integrated device of the present embodiment. Hereinafter, each manufacturing process will be described using schematic diagrams of cross-sectional structures. The light emitting chip integrated device is manufactured according to the flowchart shown in FIG.
尚、本実施の形態においては、(1)エピ層成長工程、(2)p電極形成工程、(3)ウェハ張り合わせ工程、(4)リフトオフ工程については、上記第1実施の形態の場合と同じである。但し、(2)p電極形成工程においては、反射層20として、ITOとAlとの積層膜を用いている。(1)エピ層成長工程から(4)リフトオフ工程までの各プロセスにおける断面構造図は、上記第1実施の形態における図3(a)〜図3(d)および図4(e)と同じであるので、同じ部材には同じ番号を付けて、詳細な説明は省略する。
In this embodiment, (1) epi layer growth step, (2) p-electrode formation step, (3) wafer bonding step, and (4) lift-off step are the same as those in the first embodiment. It is. However, in the (2) p-electrode forming step, a laminated film of ITO and Al is used as the
(5)表面処理工程
上記(4)リフトオフ工程によって、上記成長基板25を除去した後、アルカリ溶液を用いて光電気化学エッチングを行って、上記エピ層の表面を粗面化する。上記アルカリ溶液としては、水酸化カリウム(KOH)あるいは水酸化ナトリウム(NaOH)を用いることができる。本実施の形態では、400℃に加熱して溶融させた水酸化カリウムによって処理して、エピ層の最表面を凹凸形状に成形した。
(5) Surface treatment step After the
(6)エピ層分離工程
次に、上記n型GaN層16上にエッチングマスクを形成した後に所定領域のマスクを除去し、マスクで覆われていない部分のn型GaN層(n型化合物半導体層)16,活性層17,p型GaN層(p型化合物半導体層)18および反射層20に対して、塩素系ガスによる反応性イオンエッチング処理を行う。こうして、図7(a)に示すように、上下配線14となるべき領域とこの領域の両側に位置する発光チップ13との間の第1拡散防止層21の表面と接合層22の表面とを露出させる。その際に、本実施の形態においては、上下配線14となるべき領域を、露出した第1拡散防止層21の表面と露出した接合層22の表面との間において、n型GaN層(n型化合物半導体層)16およびこのn型化合物半導体層16とオーミック接合している導体金属(Ti/Al)19のみで構成されるようにするのである。
(6) Epi layer separation step Next, after forming an etching mask on the n-
(7)接合層除去工程
上記第1実施の形態における接合層除去工程の場合と同様にして、互いに隣接する第1拡散防止層21と第1拡散防止層21との間の第1の領域、互いに隣接する第2拡散防止層23と第2拡散防止層23との間の第2の領域、および、上記第1,第2の領域によって上下が挟まれた第3の領域に存在している接合層22を、完全に除去する。こうして、図7(b)に示す断面構造を有する積層構造体が得られる。
(7) Bonding layer removing step As in the bonding layer removing step in the first embodiment, a first region between the first
(8)絶縁体の埋め込み工程
上記第1実施の形態における絶縁体の埋め込み工程の場合と同様にして、発光チップ13と上下配線14との間の隙間に絶縁体24が埋め込まれる。こうして、図7(c)に示す断面構造を有する積層構造体が得られる。
(9)上面配線形成工程
上記第1実施の形態における上面配線形成工程の場合と同様にして、上記発光チップ13のn型GaN層(n型化合物半導体層)16と上下配線14のn型GaN層(n型化合物半導体層)16とをつなぐ上面配線15が形成される。こうして、図7(d)に示す断面構造を有する積層構造体が得られる。
(8) Insulator Embedding Step In the same manner as the insulator embedding step in the first embodiment, the
(9) Upper surface wiring formation step In the same manner as in the upper surface wiring formation step in the first embodiment, the n-type GaN layer (n-type compound semiconductor layer) 16 of the
(10)パッケージング工程
上記第1実施の形態におけるパッケージング工程の場合と同様にして、ダイシングによって各発光チップ集積デバイス毎に分割され、蛍光体入り樹脂封止等によって発光チップ集積デバイスがパッケージングされる。
(10) Packaging Step Similarly to the packaging step in the first embodiment, each light emitting chip integrated device is divided for each light emitting chip integrated device by dicing, and the light emitting chip integrated device is packaged by phosphor encapsulating resin or the like. Is done.
以上のごとく、本実施の形態によれば、上記第1実施の形態の場合と同様に、上記上下配線14の形成が容易であって上下配線14の形成に費やす時間を大幅に削減することができ、上下配線14の断線等を危惧する必要性が低い発光チップ集積デバイスを得ることができるのである。
As described above, according to the present embodiment, as in the case of the first embodiment, the formation of the upper and
また、上記各実施の形態においては、上記ウェハ11上に接合される薄型の発光チップ13は、成長基板25上にn型化合物半導体層16,活性層17およびp型化合物半導体層18をエピタキシャル成長させたものを、成長基板25から引き剥がして形成する。その結果、n型化合物半導体層16が発光チップ13の最表層となるため、発光チップ13の活性層17から放射される光のうち、n型化合物半導体層16の表面から出射される光が占める割合を97%程度にまで高めることができる。したがって、発光チップ13の側面から出射される光が占める割合は3%程度にまで低めることができ、発光チップ13の側面から出射されて隣接する発光チップ13の主に活性層17で吸収される光を低減し、光取り出し効率の減少を防止することができるのである。
In each of the above embodiments, the thin light-emitting
さらに、上記発光チップ13における成長基板25が引き剥がされた後のn型化合物半導体層16の表面に、凹凸加工を施している。したがって、上記エピ層で成る発光チップ13の表面と後にその周囲を覆う樹脂等との物質間での全反射を抑制し、光取り出し効率の低下を防止できる。
Further, the surface of the n-type
また、上記発光チップ13の形成時に結晶性の良いエピ層を得るために用いられたサファイア等の熱抵抗が高い成長基板25は、引き剥がされて、熱抵抗の小さいAlN,SiC,SiあるいはGe等のウェハ11に張り換えられる。したがって、得られる発光チップ集積デバイスの放熱性を改善することができる。
Further, the
さらに、上述したような高放熱特性を有し且つ高効率な光取り出し特性を有する複数の発光チップ13を直列に接続して発光チップ集積デバイスを構成することによって、発光効率の低下が少ない発光チップ集積デバイスを得ることができる。その理由としては、以下のごとく2つある。
Furthermore, a light emitting chip with a low decrease in light emitting efficiency is obtained by configuring a light emitting chip integrated device by connecting a plurality of
上記理由の1つ目は、上記エピ層でなる発光チップ13内において、局所的に貫通電位が集中している箇所や異常成長している箇所がリーク不良となっても、発光チップ集積デバイス全体としては正常に発光することがある。例えば、大面積の発光チップを1つ用いて発光チップ集積デバイスを構成した場合には、リーク箇所に集中的に電流が流れて正常にエピタキシャル成長されたた箇所には電流が流れないので、大面積の発光チップ全体が引いては発光チップ集積デバイスが発光しないことになる。これに対し、複数の発光チップ13を集積させて、大面積の発光チップを1つ用いた場合と同サイズの発光チップ集積デバイスを構成した場合には、仮に一つの発光チップ13にリーク不良があっても、その他の正常にエピタキシャル成長された発光チップ13の箇所には電流が流れるので、不良発光チップ13を除く大部分の発光チップ13は正常に発光する。したがって、発光チップ集積デバイス全体としては正常に発光することになり、歩留まりを格段に向上させることが可能になるのである。
The first reason is that the light emitting chip integrated device as a whole, even if the location where the penetrating potential is locally concentrated or abnormally grown in the
上記理由の2つ目は、上記発光チップ13の面積が小さくなり、活性層17に流れる電流密度が均一化されることがある。例えば、発光チップを大面積化させた場合には、活性層に流れる電流密度の不均一化が生じ、発光強度が低下する。これに対し、複数の発光チップ13を集積させて、大面積の発光チップを用いた場合と同サイズの発光チップ集積デバイスを構成した場合には、各発光チップ13のサイズは小さいので、活性層17に流れる電流密度の不均一化が生じ難い。したがって、発光チップ13の高内部量子効率を維持することが可能であり、単位面積当たりの発光強度が低下することを防止できる。したがって、発光効率の極めて高い発光チップ集積デバイスを得ることが可能になる。
The second reason is that the area of the
また、上記各実施の形態においては、互いに隣接する発光チップ13を電気的に直列接続する上記導電経路の上下配線14を構成する導体金属19を、n型GaN層(n型化合物半導体層)16側から順に、Ti層とAl層とを積層した積層膜で構成している。こうすることによって、上記Ti層のTiが、n型化合物半導体層16に拡散してショットキーバリアの厚さを減少させ、オーミック抵抗を下げる役割を果たす。したがって、n型化合物半導体層16と導電金属19と間のオーミック抵抗を下げることができる。その結果、上記導電経路の電気抵抗を小さくし、本発光チップ集積デバイスの消費電力を小さくすることが可能となる。
In each of the above embodiments, the
また、上記各実施の形態においては、上記導体金属19における上記導電経路方向への長さを、10nm以上にしている。したがって、導体金属19を精度よく形成することができ、n型化合物半導体層16との良好なオーミック特性を得ることができ、良好な特性を示す上下配線14を得ることが可能になる。さらに、上記導電経路方向への長さを500nm以下にしている。したがって、活性層17およびp型化合物半導体層18への良好な埋め込み性を得ることができる。
In each of the above embodiments, the length of the
また、上記各実施の形態においては、上記発光チップ13と上下配線14との間には、透光性の絶縁体24が埋め込まれている。したがって、発光チップ13から出射された光が隣接する発光チップ13に吸収されることがなく、本発光チップ集積デバイスの光取り出し効率を最大限に高めることができる。
In each of the above embodiments, a
尚、本実施の形態においては、上記パッケージング工程において、縦6個×横6個に配列された12個の発光チップ13が電気的に直列接続された発光チップ集積デバイス毎に分割するようにしているが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、29個以上且つ40個以下の発光チップ13を直列に電気接続して発光チップ集積デバイスを構成すれば、商用100V電源でも駆動可能な発光チップ集積デバイスを1パッケージで実現可能になる。
In the present embodiment, in the above packaging process, 12
1つの発光チップ13の定格電圧は一般的に2.5V〜3.5Vであるため、商用の100V電源で駆動する場合には、29個〜40個の発光チップ13を直列接続して使用可能である。但し、接続する発光チップ13の個数が2.5V〜3.5Vの範囲を超える場合あるいは未満の場合には、各発光チップ13の内部量子効率は大幅に低下してしまう。尚、このように29個〜40個の発光チップ13を直列接続した発光チップ集積デバイスであっても、AlN,SiC,SiあるいはGe等でなるウェハ11の熱抵抗が小さいことから放熱性が高く、互いに隣接する発光チップ13による光の相互吸収が数%であるため、発光チップ集積デバイスとしての発光効率は非常に高い。
Since the rated voltage of one
さらに、万が一、不良発光チップ13があっても、不良はリークモードであるため、その他の正常な発光チップ13に対して発光効率低下等の悪影響を及ぼすことはない。例えば、35個の発光チップ13を有する発光チップ集積デバイス中に不良発光チップ13が1個ある場合でも、当該発光チップ集積デバイスの発光量の低下を2.9%程度に留めることが可能である。そして、このような光出力が低下してしまった薄型発光チップ集積デバイスは、ランク分けされて製品として用いることが可能である。したがって、本実施の形態によれば、発光チップ集積デバイスの不良率を低下させることができるのである。
Furthermore, even if there is a defective
その他にも、上記発光チップ13の配線接続に用いるワイヤーの本数を少なくすることが可能である。例えば、35個の発光チップ13を有する発光チップ集積デバイスであっても、当該35個の発光チップ13は直列接続されているため、必要なワイヤーは外部端子接続用に用いる2本だけで済み、既存の実装工程を大幅に短縮することができるのである。
In addition, the number of wires used for wiring connection of the
また、本実施の形態においては、複数個の発光チップ13を有する発光チップ集積デバイスを、複数個の発光チップ13が上記導電経路を介して直列に電気接続されてなる発光チップアレイを2列以上並列に電気接続して構成している。したがって、商用100V電源でも駆動可能な発光チップ集積デバイスを、1パッケージで実現することが可能になるのである。
In the present embodiment, a light emitting chip integrated device having a plurality of
発光チップ集積デバイスを商用の100V電源で駆動する場合、29個〜40個の発光チップ13が直列接続された発光チップアレイを、複数列並列に電気接続させることによって、単に29個〜40個の発光チップ13が直列接続された発光チップ集積デバイスよりもさらに大型の発光チップ集積デバイスを形成可能になる。
When driving a light-emitting chip integrated device with a commercial 100V power supply, a light-emitting chip array in which 29 to 40 light-emitting
その際に、各発光チップ13の駆動電圧が大きくばらついていても、上記発光チップアレイ毎に見た場合には、駆動電圧が平均化されてばらつきが小さくなる。したがって、各発光チップアレイに流れる電流は略同等となり、総ての上記発光チップアレイを均一に発光させることが可能になる。
At this time, even if the driving voltage of each light emitting
また、本実施の形態においては、複数個の発光チップ13を有する発光チップ集積デバイスを、複数個の発光チップ13が上記導電経路を介して直列に電気接続されてなる発光チップアレイが2列以上逆並列に電気接続されて構成している。したがって、交流の商用100V電源でも駆動可能な発光チップ集積デバイスを、1パッケージで実現することが可能になる。
In the present embodiment, a light emitting chip integrated device having a plurality of
29個〜40個の発光チップ13が直列接続された発光チップアレイを交流の商用100V電源で駆動する場合、各発光チップ13は、順方向バイアス時のみに発光するので、逆方向にバイアスが印加されている期間は発光しない。そこで、29個〜40個の発光チップ13が直列接続された発光チップアレイを、逆並列に電気接続することによって、常時何れかの発光チップアレイが発光している発光チップ集積デバイスを得ることができるのである。しかも、搭載された発光チップ13の数を2倍にすることができる。したがって、単に29個〜40個の発光チップ13が直列接続された発光チップ集積デバイスよりもさらに大型の発光チップ集積デバイスを形成可能になる。
When a light-emitting chip array in which 29 to 40 light-emitting
11…ウェハ、
12…下面配線、
13…発光チップ、
14…上下配線、
15…上面配線、
16…n型化合物半導体層、
17…活性層、
18…p型化合物半導体層、
19…導体金属、
20…反射層、
21…第1拡散防止層、
22…接合層、
23…第2拡散防止層、
24…絶縁体、
25…成長基板。
11 ... wafer,
12 ... lower surface wiring,
13: Light emitting chip,
14: Vertical wiring,
15 ... upper surface wiring,
16 ... n-type compound semiconductor layer,
17 ... active layer,
18 ... p-type compound semiconductor layer,
19: Conductor metal,
20 ... reflective layer,
21 ... 1st diffusion prevention layer,
22: bonding layer,
23 ... second diffusion prevention layer,
24. Insulator,
25: Growth substrate.
Claims (7)
複数の上記発光チップが、各発光チップの上記p型化合物半導体層の表面を接合面として接合されたウェハと、
互いに接合される上記ウェハと上記複数の発光チップとの間に介設された下面配線と、
互いに隣接する二つの上記発光チップのうちの何れか一方におけるn型化合物半導体層と、他方におけるp型化合物半導体層とを、電気的に接続する導電経路と
を備え、
上記導電経路は、
上記一方の発光チップにおける上記n型化合物半導体層に接続された上面配線と、
上記他方の発光チップにおける上記p型化合物半導体層に接続された上記下面配線と、
上記上面配線と上記下面配線とに接続されると共に、上記互いに隣接する二つの上記発光チップの間の領域にあって上記発光チップのn型化合物半導体層と同時に形成されたn型化合物半導体層と導体金属とを含む上下配線と
を含んで構成されており、
上記ウェハに上記下面配線を介して接合された複数の上記発光チップを、上記導電経路によって電気的に直列に接続したことを特徴とする発光チップ集積デバイス。 a light-emitting chip configured by sequentially stacking a p-type compound semiconductor layer, an active layer, and an n-type compound semiconductor layer;
A plurality of the light emitting chips are bonded using the surface of the p-type compound semiconductor layer of each light emitting chip as a bonding surface;
A lower surface wiring interposed between the wafer and the plurality of light emitting chips bonded to each other;
A conductive path that electrically connects the n-type compound semiconductor layer in any one of the two light emitting chips adjacent to each other and the p-type compound semiconductor layer in the other;
The conductive path is
A top surface wiring connected to the n-type compound semiconductor layer in the one light emitting chip;
The lower surface wiring connected to the p-type compound semiconductor layer in the other light emitting chip;
An n-type compound semiconductor layer that is connected to the upper surface wiring and the lower surface wiring and is formed at the same time as the n-type compound semiconductor layer of the light emitting chip in a region between the two adjacent light emitting chips; It is configured to include upper and lower wiring including conductor metal,
A light-emitting chip integrated device, wherein a plurality of the light-emitting chips joined to the wafer via the lower surface wiring are electrically connected in series by the conductive path.
上記上下配線は、
互いに隣接する上記発光チップの間の領域にあって、上記各発光チップとは絶縁体によって分離されている上記n型化合物半導体層,上記活性層および上記p型化合物半導体層の積層構造体に関して、
上記n型化合物半導体層と、
このn型化合物半導体層の下側に積層されている上記活性層および上記p型化合物半導体層を貫通して上記n型化合物半導体層に達するように埋め込まれた上記導体金属と
を含んで構成されている
ことを特徴とする発光チップ集積デバイス。 The light emitting chip integrated device according to claim 1, wherein the upper and lower wirings are
Regarding a stacked structure of the n-type compound semiconductor layer, the active layer, and the p-type compound semiconductor layer, which are in a region between the light-emitting chips adjacent to each other and separated from each light-emitting chip by an insulator,
The n-type compound semiconductor layer;
The active metal layer laminated below the n-type compound semiconductor layer, and the conductive metal embedded so as to penetrate the p-type compound semiconductor layer and reach the n-type compound semiconductor layer. A light-emitting chip integrated device.
上記上下配線は、
互いに隣接する上記発光チップの間の領域にあって、上記各発光チップとは絶縁体によって分離されている上記n型化合物半導体層と、
互いに隣接する上記発光チップの間の領域にあって、上記n型化合物半導体層の下側に積層されて上記n型化合物半導体層と電気的に接続されると共に、上記各発光チップとは絶縁体によって分離されている上記導体金属と
を含んで構成されている
ことを特徴とする発光チップ集積デバイス。 The light emitting chip integrated device according to claim 1, wherein the upper and lower wirings are
The n-type compound semiconductor layer in a region between the light emitting chips adjacent to each other and separated from each light emitting chip by an insulator;
In the region between the light emitting chips adjacent to each other, stacked below the n-type compound semiconductor layer and electrically connected to the n-type compound semiconductor layer, and each light-emitting chip is an insulator. A light-emitting chip integrated device, comprising: the conductive metal separated by (1).
上記導電金属は、チタンおよびアルミニウムを含む金属で構成されており、
上記導電金属は、上記n型化合物半導体層側から、上記チタン,上記アルミニウムおよびその他の金属の順に積層されている
ことを特徴とする発光チップ集積デバイス。 The light-emitting chip integrated device according to any one of claims 1 to 3,
The conductive metal is composed of a metal containing titanium and aluminum,
The light emitting chip integrated device, wherein the conductive metal is laminated in the order of the titanium, the aluminum and other metals from the n-type compound semiconductor layer side.
上記導電金属における上記導電経路の方向への長さは、10nm以上且つ500nm以下である
ことを特徴とする発光チップ集積デバイス。 The light-emitting chip integrated device according to any one of claims 1 to 4,
A length of the conductive metal in the direction of the conductive path is 10 nm or more and 500 nm or less.
上記上下配線と、この上下配線に隣接する上記発光チップとの間に、透光性絶縁体が埋め込まれている
ことを特徴とする発光チップ集積デバイス。 The light-emitting chip integrated device according to any one of claims 1 to 5,
A light emitting chip integrated device, wherein a translucent insulator is embedded between the upper and lower wirings and the light emitting chip adjacent to the upper and lower wirings.
第1の基板上に、n型化合物半導体層と活性層とp型化合物半導体層とを順次形成する工程と、
上記第1の基板上に形成されたp型化合物半導体層と活性層との一部を除去して複数の凹部を形成し、n型化合物半導体層を露出させる工程と、
上記第1の基板上における上記p型化合物半導体層上に導体金属を形成して、上記複数の凹部内を上記導体金属によって平坦に埋め込むと共に、上記導体金属を上記n型化合物半導体層と電気的に接続させる工程と、
上記第1の基板上における上記p型化合物半導体層を含む全面に下面配線層を形成する工程と、
第2の基板に、上記n型化合物半導体層と上記活性層と上記p型化合物半導体層と上記導体金属と上記下面配線層が形成された上記第1の基板を、上記下面配線層の表面を接合面として、接合層を介して接合させる工程と、
上記第1の基板を、上記n型化合物半導体層から剥離する工程と、
上記導体金属によって埋め込まれた各凹部の一側部を上記下面配線層が露出するまで除去して第1の分離溝を形成する一方、他側部を上記第2の基板が露出するまで除去して第2の分離溝を形成して、上記n型化合物半導体層と上記活性層と上記p型化合物半導体層とを含む複数の発光チップに分離する工程と、
上記第1の分離溝と上記第2の分離溝とに絶縁体を埋め込む工程と、
上記第1の分離溝と上記第2の分離溝との間に在る上記n型化合物半導体層と、当該n型化合物半導体層に上記第2の分離溝を挟んで隣接する上記発光チップの上記n型化合物半導体層とを、電気的に接続する上面配線を形成する工程と
を備え、
上記第2の基板上に形成された互いに隣接する上記発光チップを、上記上面配線と、上記第1の分離溝と上記第2の分離溝との間に在って上記上面配線に電気的に接続された上記n型化合物半導体層と、上記導体金属と、上記導体金属に接触している上記下面配線層とを介して、電気的に直列に接続する
ことを特徴とする発光チップ集積デバイスの製造方法。 A method for manufacturing a light-emitting chip integrated device according to any one of claims 1 to 6,
Sequentially forming an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer on a first substrate;
Removing a part of the p-type compound semiconductor layer and the active layer formed on the first substrate to form a plurality of recesses, and exposing the n-type compound semiconductor layer;
A conductor metal is formed on the p-type compound semiconductor layer on the first substrate, the insides of the plurality of recesses are filled with the conductor metal, and the conductor metal is electrically connected to the n-type compound semiconductor layer. Connecting to
Forming a lower surface wiring layer on the entire surface including the p-type compound semiconductor layer on the first substrate;
The first substrate on which the n-type compound semiconductor layer, the active layer, the p-type compound semiconductor layer, the conductor metal, and the lower surface wiring layer are formed on a second substrate is formed on the surface of the lower surface wiring layer. As a bonding surface, a step of bonding via a bonding layer;
Peeling the first substrate from the n-type compound semiconductor layer;
One side of each recess embedded with the conductor metal is removed until the lower surface wiring layer is exposed to form a first separation groove, while the other side is removed until the second substrate is exposed. Forming a second separation groove and separating into a plurality of light emitting chips including the n-type compound semiconductor layer, the active layer, and the p-type compound semiconductor layer;
Embedding an insulator in the first separation groove and the second separation groove;
The n-type compound semiconductor layer between the first separation groove and the second separation groove, and the light-emitting chip adjacent to the n-type compound semiconductor layer with the second separation groove interposed therebetween. forming an upper surface wiring for electrically connecting the n-type compound semiconductor layer,
The adjacent light emitting chips formed on the second substrate are electrically connected to the upper surface wiring between the upper surface wiring, the first separation groove, and the second separation groove. A light-emitting chip integrated device, wherein the n-type compound semiconductor layer is connected in series via the connected n-type compound semiconductor layer, the conductive metal, and the lower wiring layer in contact with the conductive metal. Production method.
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