JP2011165799A - Flip-chip light emitting diode and method for manufacturing the same, and light emitting diode lamp - Google Patents

Flip-chip light emitting diode and method for manufacturing the same, and light emitting diode lamp Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flip-chip light emitting diode high in adhesion force between an electrode and a protection film to suppress peeling on an interface between them. <P>SOLUTION: The flip-chip light emitting diode 1 that includes the first and second electrodes 4, 5 at least whose upper surfaces are made of a metal, an insulating protection film 16 covering the first and second electrodes 4, 5, and adhesion layers 15 disposed between the first and second electrodes 4, 5 and the protection film 16, and wherein upper surfaces of the first and second electrodes 4, 5 are partially or entirely exposed from an opening 17 passing through the protection film 16 and the adhesion layer 15, is selected. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、フリップチップ型発光ダイオード及びその製造方法、並びに発光ダイオードランプに関する。   The present invention relates to a flip-chip type light emitting diode, a method for manufacturing the same, and a light emitting diode lamp.

緑色帯から赤色帯の光を出射する発光ダイオード(light−emitting diode:LED。以下、LEDとも言う)として、n形またはp形の砒化ガリウム(GaAs)単結晶基板上に気相成長させて形成した燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶(組成式(AlGa1−XIn1−YP:0≦X≦1、0<Y≦1)層を発光層とするLEDが知られている(例えば、非特許文献1を参照)。 Formed as a light-emitting diode (LED, hereinafter also referred to as LED) that emits light from the green band to the red band by vapor-phase growth on an n-type or p-type gallium arsenide (GaAs) single crystal substrate An LED having a light emitting layer of an aluminum phosphide / gallium / indium mixed crystal (composition formula (Al X Ga 1-X ) Y In 1-YP : 0 ≦ X ≦ 1, 0 <Y ≦ 1) is known. (For example, refer nonpatent literature 1).

GaAs基板上に積層構造体が気相成長法によって形成されたLEDでは、GaAs基板が発光波長に対して不透明であるため、発光層から発せられた光のうち、LEDの上面からの出射光しか利用できず、外部への光の取り出し効率が低い問題があった。   In an LED in which a laminated structure is formed on a GaAs substrate by vapor phase epitaxy, the GaAs substrate is opaque to the emission wavelength, so that only light emitted from the upper surface of the LED is emitted from the light emitting layer. There was a problem that the light extraction efficiency to the outside was low because it could not be used.

そこで、GaAs基板上に形成された積層構造体に、発光波長に対して透明な基板を接合させた後に、積層構造体を気相成長させるために用いたGaAs基板を除去してLEDを製造する方法が提案されている。この方法によって得られたLEDでは、発光波長に対して透明な基板が接合されたことによって、LEDの上面だけでなく、側面や下面からも光を出射でき、優れた光の取り出し効率が得られる。
このようなLEDの製造方法としては、例えば発光層を備えた積層構造体に、GaP、セレン化亜鉛(ZnSe)、炭化珪素(SiC)などの発光波長に対して透明な半導体基板を接合させて、LEDを製造する技術が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
また、インジウム・錫複合酸化膜(ITO)などの透光導電薄膜を介して、発光波長に対して透明なGaP基板を積層構造体に接合させてLEDを製造する技術も開示されている(例えば、特許文献3参照)。
Therefore, after bonding a transparent substrate with respect to the emission wavelength to the laminated structure formed on the GaAs substrate, the GaAs substrate used for vapor phase growth of the laminated structure is removed to manufacture an LED. A method has been proposed. In the LED obtained by this method, a substrate transparent to the emission wavelength is bonded, so that light can be emitted not only from the upper surface of the LED but also from the side surface and the lower surface, and excellent light extraction efficiency can be obtained. .
As a method for manufacturing such an LED, for example, a semiconductor substrate transparent to an emission wavelength such as GaP, zinc selenide (ZnSe), or silicon carbide (SiC) is bonded to a laminated structure including a light emitting layer. Techniques for manufacturing LEDs are known (for example, see Patent Documents 1 and 2).
Also disclosed is a technique for manufacturing an LED by bonding a GaP substrate transparent to the emission wavelength to a laminated structure via a light-transmitting conductive thin film such as indium / tin composite oxide film (ITO) (for example, And Patent Document 3).

ところで、発光層を備えた積層構造体と発光波長に対して透明な基板とが接合されたLEDでは、積層構造体の透明基板との接合面と反対側の面上に電極が設けられるのが一般的である。そして、上記LEDを基板上に実装する際には、透明基板側を下向きにして基板上にマウントし、積層構造体の電極が設けられた面を上向き(フェイスアップ)にしてLED電極と基板に形成された配線とを金線等で接続するワイヤボンディング実装を適用することができる。   By the way, in an LED in which a laminated structure including a light emitting layer and a substrate transparent to the emission wavelength are joined, an electrode is provided on the surface opposite to the joint surface of the laminated structure with the transparent substrate. It is common. When the LED is mounted on the substrate, the transparent substrate side is mounted on the substrate with the transparent substrate side facing down, and the surface on which the electrode of the laminated structure is provided faces upward (face up). Wire bonding mounting in which the formed wiring is connected with a gold wire or the like can be applied.

これに対して、発光層を備えた積層構造体と発光波長に対して透明な基板とが接合されたLEDでは、透明基板側からも光を出射することができるため、透明基板側を上向きにし、積層構造体側を下向き(フェイスダウン:フリップチップ)にして、LED電極と基板上の配線とを金バンプ等を介して直接接続するフリップチップ実装を適用することができる。これにより、LEDを搭載したパッケージの小型化、放熱性の向上にも対応可能とされている(例えば、特許文献4、5参照)。   In contrast, in an LED in which a laminated structure including a light emitting layer and a substrate transparent to the emission wavelength are bonded, light can be emitted also from the transparent substrate side, so the transparent substrate side faces upward. Further, flip chip mounting in which the laminated structure side faces downward (face down: flip chip) and the LED electrode and the wiring on the substrate are directly connected via a gold bump or the like can be applied. Accordingly, it is possible to cope with the downsizing and improvement of heat dissipation of the package on which the LED is mounted (see, for example, Patent Documents 4 and 5).

ところで、LEDをフェイスアップして基板上に実装する場合は、特に、保護膜は必要ないが、耐湿性の向上等で、保護膜を設ける場合、光取り出し面に透明な保護膜が形成され、必要最小限の部分が、電極と重なり合う構造となる。これは、不透明な電極と保護膜を広範囲に重ねるとワイヤボンディングの妨げになる可能性があるからである。
例えば、特許文献6のように、表面が金からなるボンディング電極と、例えば、酸化ケイ素(SiO)等からなる保護膜(パッシベーション膜)との間の密着が弱いため、これらの界面で剥離が生じやすいという問題があった。
By the way, when the LED is face-up mounted on the substrate, a protective film is not particularly required, but when a protective film is provided for improving moisture resistance, a transparent protective film is formed on the light extraction surface, The minimum necessary part has a structure overlapping with the electrode. This is because the wire bonding may be hindered if the opaque electrode and the protective film are overlapped over a wide range.
For example, as in Patent Document 6, since the adhesion between a bonding electrode whose surface is made of gold and a protective film (passivation film) made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) is weak, peeling occurs at these interfaces. There was a problem that it was likely to occur.

そこで、特許文献6には、金からなる配線電極と、SiO保護膜との間にチタンからなる密着層を設けて界面の剥離を抑制したLEDの構造が開示されている。
具体的には、図15に示すように、従来の密着層を備えたLEDは、半導体/保護膜(SiO)/密着層(チタンなど)/金となっている。
Therefore, Patent Document 6 discloses an LED structure in which an adhesion layer made of titanium is provided between a wiring electrode made of gold and a SiO 2 protective film to suppress separation of the interface.
Specifically, as shown in FIG. 15, a conventional LED having an adhesion layer is semiconductor / protective film (SiO 2 ) / adhesion layer (such as titanium) / gold.

しかしながら、従来のLEDのフェイスダウン構造では、電極表面を広範囲に覆う保護膜を形成しない、基板上に実装する場合に、組み立ての位置精度のばらつきによる電極間の短絡、例えば、半田などの溶ける接続材料も、電極間の短絡が発生しやすく、歩留りの低下を招きやすいという不具合(問題点)があった。さらに、フェイスダウン構造の場合は、組み立ての点から、保護膜の必要性が高く、密着性の高い、信頼性の高い構造が要求される。   However, the conventional LED face-down structure does not form a protective film that covers the electrode surface in a wide range, and when mounted on a substrate, a short circuit between the electrodes due to variations in the positional accuracy of the assembly, for example, a melting connection of solder or the like The material also has a problem (problem) that a short circuit between the electrodes tends to occur and the yield tends to be lowered. Furthermore, in the case of the face-down structure, a highly reliable structure with high need for a protective film, high adhesiveness is required from the viewpoint of assembly.

特許第3230638号公報Japanese Patent No. 3230638 特開2001−244499号公報JP 2001-244499 A 特許第2588849号公報Japanese Patent No. 2588849 特開2007−214225号公報JP 2007-214225 A 特開2002−151739号公報JP 2002-151739 A 特開平5−304316号公報JP-A-5-304316

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、電極と保護膜との密着力が高く、これらの界面での剥離を抑制することが可能なフリップチップ型発光ダイオードを提供することを目的とする。特に、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶層を発光層とする発光ダイオード及びその製造方法を提供する。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a flip-chip type light emitting diode that has high adhesion between an electrode and a protective film and can suppress peeling at the interface between them. And In particular, the present invention provides a light emitting diode having an aluminum phosphide / gallium / indium mixed crystal layer as a light emitting layer and a method for manufacturing the same.

すなわち、本発明は以下に関する。
[1] 化合物半導体層の光取り出し面と反対側の面に第1及び第2の電極が設けられ、前記第1及び第2の電極を下向きにして基板に実装されるフリップチップ型の発光ダイオードであって、
少なくとも上面が金である第1及び第2の電極と、
前記第1及び第2の電極を被覆する絶縁性の保護膜と、
前記第1及び第2の電極と前記保護膜との間に設けられた密着層と、を備え、
前記保護膜及び前記密着層を貫通する開口部から、前記第1及び第2の電極の、前記上面の一部又は全部が露出されていることを特徴とするフリップチップ型発光ダイオード。
[2] 前記密着層が、Ti,Ni,Pt,Cr,Ta,Mo,Wからなる金属の少なくとも1種又はこれらの積層体あるいは合金からなることを特徴とする前項1に記載のフリップチップ型発光ダイオード。
[3] 前記保護膜が、酸化ケイ素又は窒化ケイ素からなることを特徴とする前項1又は2に記載のフリップチップ型発光ダイオード。
[4] 前記保護膜が、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムからなることを特徴とする前項1又は2に記載のフリップチップ型発光ダイオード。
[5] 前記保護膜が、ポリイミド樹脂からなることを特徴とする前項1又は2に記載のフリップチップ型発光ダイオード。
[6] 前記フリップチップ型発光ダイオードが、
発光部からの発光に対して透明な基板と、
前記基板と接合され、AlGaInP又はAlGaAsからなるpn接合構造の発光部を有する前記化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の表面側の第1導電型の半導体層とオーミック接触して設けられる前記第1の電極と、
前記化合物半導体層の一部が除去されて露出する第2導電型の半導体層とオーミック接触して設けられる前記第2の電極と、
前記化合物半導体層の一部が除去されて露出する第2導電型の半導体層の表面の一部に設けられる電極間高さ調整部と、を備え、
前記第2の電極が、前記化合物半導体層の一部が除去されて露出する第2導電型の半導体層と、前記電極間高さ調整部の側面及び上面と、に連続して形成され、前記第1の電極の高さと前記第2の電極の高さとが、略同一とされていることを特徴とする前項1乃至5のいずれか一項に記載のフリップチップ型発光ダイオード。
[7] 前記電極間高さ調整部が、前記化合物半導体層の一部が除去される際に残存した当該化合物半導体層の一部であることを特徴とする前項6に記載のフリップチップ型発光ダイオード。
[8] 前記電極間高さ調整部の、前記基板の表面に対する垂直方向の断面形状が、底面の幅よりも上面の幅が狭いテーパー形状であることを特徴とする前項6又は7に記載のフリップチップ型発光ダイオード。
[9] 前記電極間高さ調整部の、前記基板の表面に対する垂直方向の断面形状が、底面の幅よりも上面の幅が狭い階段形状であることを特徴とする前項6又は7に記載のフリップチップ型発光ダイオード。
[10] 前記基板が、GaP基板であることを特徴とする前項6乃至9のいずれか一項に記載のフリップチップ型発光ダイオード。
[11] 化合物半導体層の光取り出し面と反対側の面に第1及び第2の電極が設けられ、前記第1及び第2の電極を下向きにして基板に実装されるフリップチップ型発光ダイオードの製造方法であって、
前記第1及び第2の電極の少なくとも上面に密着層を形成する工程と、
少なくとも前記第1及び第2の電極の表面を被覆するように保護膜を形成する工程と、
前記第1及び第2の電極の上面に、前記保護膜及び前記密着層を貫通する開口部を形成する工程と、を備えることを特徴とすることを特徴とするフリップチップ型発光ダイオードの製造方法。
[12] 前記保護膜及び前記密着層を貫通する開口部を形成する工程が、
前記保護膜と前記密着層とをエッチングによって同時に除去することを特徴とする前項11に記載のフリップチップ型発光ダイオードの製造方法。
[13] 前記保護膜が酸化珪素であり、
前記密着層がTiであり、
フッ化水素酸をエッチャントとしてエッチングすることを特徴とする前項11又は12に記載のフリップチップ型発光ダイオードの製造方法。
[14] 前記発光ダイオードの電極を接続時に、はんだを用いて組み立てたことを特徴とする発光ダイオードランプ。
That is, the present invention relates to the following.
[1] A flip-chip type light emitting diode in which first and second electrodes are provided on the surface of the compound semiconductor layer opposite to the light extraction surface, and is mounted on the substrate with the first and second electrodes facing downward Because
First and second electrodes having at least a top surface made of gold;
An insulating protective film covering the first and second electrodes;
An adhesion layer provided between the first and second electrodes and the protective film,
A flip-chip light emitting diode, wherein a part or all of the upper surface of the first and second electrodes is exposed from an opening that penetrates the protective film and the adhesion layer.
[2] The flip-chip type according to item 1 above, wherein the adhesion layer is made of at least one metal selected from Ti, Ni, Pt, Cr, Ta, Mo, and W, or a laminate or alloy thereof. Light emitting diode.
[3] The flip-chip type light emitting diode according to item 1 or 2, wherein the protective film is made of silicon oxide or silicon nitride.
[4] The flip-chip type light emitting diode according to the item 1 or 2, wherein the protective film is made of aluminum oxide or aluminum nitride.
[5] The flip-chip type light emitting diode according to the above item 1 or 2, wherein the protective film is made of polyimide resin.
[6] The flip-chip light emitting diode is
A substrate that is transparent to light emitted from the light emitting section;
The compound semiconductor layer bonded to the substrate and having a light emitting portion having a pn junction structure made of AlGaInP or AlGaAs;
The first electrode provided in ohmic contact with the semiconductor layer of the first conductivity type on the surface side of the compound semiconductor layer;
The second electrode provided in ohmic contact with the second conductive type semiconductor layer exposed by removing a part of the compound semiconductor layer;
An inter-electrode height adjusting portion provided on a part of the surface of the second conductivity type semiconductor layer exposed by removing a part of the compound semiconductor layer;
The second electrode is continuously formed on a second conductive type semiconductor layer exposed by removing a part of the compound semiconductor layer, and a side surface and an upper surface of the inter-electrode height adjusting unit, 6. The flip-chip type light emitting diode according to any one of the preceding items 1 to 5, wherein the height of the first electrode and the height of the second electrode are substantially the same.
[7] The flip-chip type light emitting device according to [6], wherein the inter-electrode height adjusting portion is a part of the compound semiconductor layer remaining when a part of the compound semiconductor layer is removed. diode.
[8] The cross section of the height adjustment portion between the electrodes in a direction perpendicular to the surface of the substrate is a tapered shape in which the width of the upper surface is narrower than the width of the bottom surface. Flip chip type light emitting diode.
[9] The cross-sectional shape in the vertical direction with respect to the surface of the substrate of the inter-electrode height adjusting portion is a stepped shape in which the width of the upper surface is narrower than the width of the bottom surface, Flip chip type light emitting diode.
[10] The flip-chip type light emitting diode according to any one of [6] to [9], wherein the substrate is a GaP substrate.
[11] A flip-chip type light emitting diode in which first and second electrodes are provided on a surface opposite to a light extraction surface of a compound semiconductor layer and mounted on a substrate with the first and second electrodes facing downward. A manufacturing method comprising:
Forming an adhesion layer on at least the upper surface of the first and second electrodes;
Forming a protective film so as to cover at least the surfaces of the first and second electrodes;
And a step of forming an opening penetrating the protective film and the adhesion layer on the upper surface of the first and second electrodes. A method of manufacturing a flip-chip type light emitting diode, .
[12] A step of forming an opening that penetrates the protective film and the adhesion layer,
12. The method of manufacturing a flip chip type light emitting diode according to the item 11, wherein the protective film and the adhesion layer are simultaneously removed by etching.
[13] The protective film is silicon oxide,
The adhesion layer is Ti;
13. The method of manufacturing a flip chip type light emitting diode according to 11 or 12 above, wherein etching is performed using hydrofluoric acid as an etchant.
[14] A light-emitting diode lamp, wherein the electrodes of the light-emitting diode are assembled using solder when connecting.

本発明のフリップチップ型発光ダイオードによれば、少なくとも上面が金である第1及び第2の電極と、上記第1及び第2の電極を被覆する絶縁性の保護膜と、第1及び第2の電極と保護膜との間に設けられた密着層とを備えており、保護膜及び密着層を貫通する開口部から、第1及び第2の電極の上面の一部又は全部が露出されている構成となっている。これにより、開口部であっても保護膜と第1及び第2の電極の上面との密着力が高くなっているため、第1及び第2の電極を下向きにして基板にフリップチップ実装する際に、保護膜と第1及び第2の電極の上面との界面での剥離を抑制することができる。したがって、信頼性の高いフリップチップ型発光ダイオードを提供することができる。   According to the flip chip type light emitting diode of the present invention, the first and second electrodes having at least the upper surface made of gold, the insulating protective film covering the first and second electrodes, and the first and second electrodes. And an adhesion layer provided between the electrode and the protective film, and part or all of the upper surfaces of the first and second electrodes are exposed from the opening that penetrates the protective film and the adhesion layer. It is the composition which is. As a result, the adhesive force between the protective film and the top surfaces of the first and second electrodes is increased even in the opening, and therefore when the flip chip mounting is performed on the substrate with the first and second electrodes facing downward. Furthermore, peeling at the interface between the protective film and the top surfaces of the first and second electrodes can be suppressed. Therefore, a highly reliable flip chip type light emitting diode can be provided.

本発明のフリップチップ型発光ダイオードの製造方法によれば、第1及び第2の電極の少なくとも上面に密着層を形成し、少なくとも第1及び第2の電極の表面を被覆するように保護膜を形成した後、第1及び第2の電極の上面に保護膜及び密着層を貫通する開口部を形成することにより、電極と保護膜との密着力が高く、これらの界面での剥離を抑制することが可能なフリップチップ型発光ダイオードを製造することができる。   According to the method of manufacturing a flip chip type light emitting diode of the present invention, an adhesion layer is formed on at least the upper surfaces of the first and second electrodes, and the protective film is formed so as to cover at least the surfaces of the first and second electrodes. After the formation, an opening that penetrates the protective film and the adhesion layer is formed on the upper surfaces of the first and second electrodes, so that the adhesion between the electrode and the protection film is high, and peeling at the interface between them is suppressed. A flip chip type light emitting diode capable of being manufactured can be manufactured.

また、本発明のフリップチップ型発光ダイオードの製造方法によれば、特に、保護膜が酸化珪素、密着層がTiである場合に、フッ化水素酸をエッチャントとして保護膜と密着層とをエッチングによって同時に除去することができる。これにより、簡便に第1及び第2の電極の上面に開口部を形成することができる。   Further, according to the method of manufacturing a flip chip type light emitting diode of the present invention, particularly when the protective film is silicon oxide and the adhesive layer is Ti, the protective film and the adhesive layer are etched by using hydrofluoric acid as an etchant. It can be removed at the same time. Thereby, an opening part can be easily formed in the upper surface of the 1st and 2nd electrode.

本発明の一実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプの平面図である。It is a top view of the light emitting diode lamp using the flip chip type light emitting diode which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプの、図1中に示すA−A’線に沿った断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram along the A-A 'line | wire shown in FIG. 1 of the light emitting diode lamp using the flip chip type light emitting diode which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードの平面図である。It is a top view of the flip chip type light emitting diode which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードの、図3中に示すB−B’線に沿った断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram along the B-B 'line | wire shown in FIG. 3 of the flip chip type light emitting diode which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードに用いるエピウェーハの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the epiwafer used for the flip chip type light emitting diode which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードに用いる接合ウェーハの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the joining wafer used for the flip chip type light emitting diode which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードの製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the flip chip type light emitting diode which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードの製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the flip chip type light emitting diode which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードの製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the flip chip type light emitting diode which is one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードを示しており、(a)は平面図、(b)は、(a)中に示すC−C’線に沿った断面図である。FIG. 4 shows a flip-chip light emitting diode according to another embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along line C-C ′ shown in (a). 本発明の他の実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードを示しており、(a)は平面図、(b)は、(a)中に示すD−D’線に沿った断面図である。FIG. 5 shows a flip-chip type light emitting diode according to another embodiment of the present invention, wherein (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along line D-D ′ shown in (a). 本発明の他の実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードを示しており、(a)は平面図、(b)は、(a)中に示すE−E’線に沿った断面図である。FIG. 4 shows a flip-chip light emitting diode according to another embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along line E-E 'shown in (a). 本発明の他の実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードを示しており、(a)は平面図、(b)は、(a)中に示すF−F’線に沿った断面図である。FIG. 4 shows a flip-chip light emitting diode according to another embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along line F-F ′ shown in (a). 本発明の他の実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flip chip type light emitting diode which is other embodiment of this invention.

以下、本発明を適用した一実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードについて、これを用いた発光ダイオードランプとともに図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。   Hereinafter, a flip chip type light emitting diode which is an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings together with a light emitting diode lamp using the flip chip type light emitting diode. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.

<発光ダイオードランプ>
図1及び図2は、本発明を適用した一実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプを説明するための図であり、図1は平面図、図2は図1中に示すA−A’線に沿った断面図である。
<Light emitting diode lamp>
1 and 2 are diagrams for explaining a light-emitting diode lamp using a flip-chip light-emitting diode, which is an embodiment to which the present invention is applied. FIG. 1 is a plan view, and FIG. It is sectional drawing along the AA 'line shown.

図1及び図2に示すように、本実施形態のフリップチップ型発光ダイオード(以下、単に「発光ダイオード」という)1を用いた発光ダイオードランプ91は、マウント基板92の表面に1以上の発光ダイオード1が実装されている。より具体的には、マウント基板92の表面には、n電極端子93とp電極端子94とが設けられている。また、発光ダイオード1の第1の電極であるn型オーミック電極4とマウント基板92のn電極端子93とが金バンプ95を用いて接続されている(フリップチップボンディング)。一方、発光ダイオード1の第2の電極であるp型オーミック電極5とマウント基板92のp電極端子94とが金バンプ95を用いて接続されている。さらに、図2に示すように、発光ダイオード1のn型及びp型オーミック電極4,5と、金バンプ95とが接続されることによって、発光ダイオード1がマウント基板92に固定されている。マウント基板92のフリップチップ型発光ダイオード1が実装された表面は、シリコン樹脂等の一般的な封止樹脂97によって封止されている。
なお、前記金バンプ95と電極端子による圧接接合の他、AuバンプとAuSn、Sn−Ag等はんだ96を組み合わせたAu−はんだ接合等、公知のフリップチップボンディング技術を利用できる。特に、溶融する金属を用いる場合は、端子間の短絡防止に保護膜が重要である。
As shown in FIGS. 1 and 2, a light-emitting diode lamp 91 using a flip-chip light-emitting diode (hereinafter simply referred to as “light-emitting diode”) 1 according to this embodiment includes one or more light-emitting diodes on the surface of a mount substrate 92. 1 is implemented. More specifically, an n electrode terminal 93 and a p electrode terminal 94 are provided on the surface of the mount substrate 92. Further, the n-type ohmic electrode 4 which is the first electrode of the light emitting diode 1 and the n-electrode terminal 93 of the mount substrate 92 are connected using a gold bump 95 (flip chip bonding). On the other hand, the p-type ohmic electrode 5, which is the second electrode of the light emitting diode 1, and the p-electrode terminal 94 of the mount substrate 92 are connected using gold bumps 95. Further, as shown in FIG. 2, the n-type and p-type ohmic electrodes 4 and 5 of the light-emitting diode 1 and the gold bump 95 are connected to fix the light-emitting diode 1 to the mount substrate 92. The surface of the mount substrate 92 on which the flip chip type light emitting diode 1 is mounted is sealed with a general sealing resin 97 such as silicon resin.
A known flip chip bonding technique such as Au-solder bonding in which Au bumps and solders 96 such as AuSn and Sn-Ag are combined can be used in addition to the pressure-bonding bonding using the gold bumps 95 and electrode terminals. In particular, when a molten metal is used, a protective film is important for preventing a short circuit between terminals.

<発光ダイオード>
図3及び図4は、本発明を適用した一実施形態であるフリップチップ型発光ダイオードを説明するための図であり、図3は平面図、図4は図3中に示すB−B’線に沿った断面図である。図3及び図4に示すように、本実施形態の発光ダイオード1は、化合物半導体層2と半導体基板(基板)3とが接合されたフリップチップ型の発光ダイオードである。そして、発光ダイオード1は、化合物半導体層2の主たる光取り出し面と反対側に設けられたn型オーミック電極(第1の電極)4及びp型オーミック電極(第2の電極)5と、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の表面を被覆する保護膜16と、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5と保護膜16との間に設けられた密着層15とを備えて概略構成されている。なお、本実施形態における主たる光取り出し面とは、半導体基板3において、化合物半導体層2との接合面と反対側の面3cをいう。
<Light emitting diode>
3 and 4 are diagrams for explaining a flip-chip type light emitting diode according to an embodiment to which the present invention is applied. FIG. 3 is a plan view, and FIG. 4 is a BB ′ line shown in FIG. FIG. As shown in FIGS. 3 and 4, the light-emitting diode 1 of the present embodiment is a flip-chip type light-emitting diode in which a compound semiconductor layer 2 and a semiconductor substrate (substrate) 3 are bonded. The light-emitting diode 1 includes an n-type ohmic electrode (first electrode) 4 and a p-type ohmic electrode (second electrode) 5 provided on the opposite side of the main light extraction surface of the compound semiconductor layer 2, and an n-type. Schematic configuration comprising a protective film 16 covering the surfaces of the ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5, and an adhesion layer 15 provided between the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 and the protective film 16. Has been. In addition, the main light extraction surface in this embodiment means the surface 3c on the opposite side to the bonding surface with the compound semiconductor layer 2 in the semiconductor substrate 3.

より具体的には、化合物半導体層2の一部が除去されて露出する電流拡散層8(第2導電型の半導体層)の表面8aの一部には、電極間高さ調整部6が設けられている。そして、p型オーミック電極5が、電流拡散層8と、電極間高さ調整部6の側面6a及び上面6bと、に連続して形成されている。これにより、発光ダイオード1は、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の半導体基板3からの高さが略同一の高さとされている。   More specifically, the inter-electrode height adjusting portion 6 is provided on a part of the surface 8a of the current diffusion layer 8 (second conductivity type semiconductor layer) exposed by removing a part of the compound semiconductor layer 2. It has been. Then, the p-type ohmic electrode 5 is continuously formed on the current diffusion layer 8 and the side surface 6a and the upper surface 6b of the interelectrode height adjusting unit 6. As a result, the light emitting diode 1 has substantially the same height from the semiconductor substrate 3 of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5.

ここで、本明細書中において略同一の高さとは、発光ダイオード1をフェイスダウンでボンディングする場合に、n型オーミック電極4とp型オーミック電極5とで極端な段差が生じずにボンディング時に傾きが発生しないこと、あるいは、極端にボンディングの圧力条件に差がでない程度に段差が小さいことを意味する。
また、第1導電型及び第2導電型とは、半導体の極性のn型及びp型のいずれか一方を第1導電型とした場合に、他方のp型又はn型が第2導電型であることを意味する。
Here, substantially the same height in the present specification means that when the light emitting diode 1 is bonded face-down, the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 do not cause an extreme step and are inclined during bonding. Does not occur, or the level difference is so small that there is no significant difference in bonding pressure conditions.
Also, the first conductivity type and the second conductivity type mean that when one of the n-type and p-type semiconductor polarities is the first conductivity type, the other p-type or n-type is the second conductivity type. It means that there is.

化合物半導体層(エピタキシャル成長層ともいう)2は、図4に示すように、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶(組成式(AlGa1−XIn1−YP:0≦X≦1、0<Y≦1)層からなるpn接合型の発光部7と、素子駆動電流を発光部の全般に平面的に拡散させるための電流拡散層8とが順次積層された構造を有している。この化合物半導体層2の構造には、公知の機能層を適時加えることができる。例えば、オーミック(Ohmic)電極の接触抵抗を下げるためのコンタクト層、素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層や電流狭窄層など公知の層構造を設けることができる。なお、化合物半導体層2は、GaAs基板上にエピタキシャル成長させて形成されたものであることが好ましい。 As shown in FIG. 4, the compound semiconductor layer (also referred to as an epitaxial growth layer) 2 is an aluminum phosphide / gallium / indium mixed crystal (composition formula (Al X Ga 1-X ) Y In 1-YP : 0 ≦ X ≦ 1 has a structure in which a pn junction type light-emitting portion 7 composed of 1 and 0 <Y ≦ 1) layers and a current diffusion layer 8 for planarly diffusing the element driving current over the entire light-emitting portion are sequentially stacked. ing. A known functional layer can be added to the structure of the compound semiconductor layer 2 as appropriate. For example, a known layer structure such as a contact layer for reducing the contact resistance of an ohmic electrode, a current blocking layer or a current confinement layer for limiting a region through which an element driving current flows can be provided. The compound semiconductor layer 2 is preferably formed by epitaxial growth on a GaAs substrate.

発光部7は、図4に示すように、電流拡散層8上に、少なくともp型の下部クラッド層9、発光層10、n型の上部クラッド層11が順次積層されて構成されている。すなわち、発光部7は、放射再結合をもたらすキャリア(担体;carrier)及び発光を発光層10に「閉じ込める」ために、発光層10の下側及び上側に対峙して配置した下部クラッド(clad)層9及び上部クラッド層11を含む、所謂、ダブルヘテロ(英略称:DH)構造とすることが高強度の発光を得る上で好ましい。   As shown in FIG. 4, the light emitting unit 7 is configured by sequentially laminating at least a p-type lower cladding layer 9, a light emitting layer 10, and an n-type upper cladding layer 11 on a current diffusion layer 8. That is, the light emitting unit 7 includes a lower clad disposed on the lower side and the upper side of the light emitting layer 10 in order to “confine” the light emitting layer 10 with carriers (carriers) that cause radiative recombination. A so-called double hetero (English abbreviation: DH) structure including the layer 9 and the upper clad layer 11 is preferable in order to obtain high-intensity light emission.

発光層10は、組成式(AlGa1−XIn1−YP(0≦X≦1,0<Y≦1)からなる半導体層から構成されている。この発光層10は、ダブルヘテロ構造、単一(single)量子井戸(英略称:SQW)構造、あるいは多重(multi)量子井戸(英略称:MQW)構造のどちらであっても良いが、単色性に優れる発光を得るためにはMQW構造とすることが好ましい。また、量子井戸(英略称:QW)構造をなす障壁(barrier)層及び井戸(well)層を構成する(AlGa1−XIn1−YP(0≦X≦1,0<Y≦1)の組成は、所望の発光波長を帰結する量子準位が井戸層内に形成される様に決定することができる。 Emitting layer 10 is composed of a semiconductor layer having the composition formula (Al X Ga 1-X) Y In 1-Y P (0 ≦ X ≦ 1,0 <Y ≦ 1). The light emitting layer 10 may have a double hetero structure, a single quantum well (abbreviation: SQW) structure, or a multi quantum well (abbreviation: MQW) structure, but is monochromatic. In order to obtain excellent light emission, an MQW structure is preferable. In addition, a barrier layer and a well layer forming a quantum well (English abbreviation: QW) structure are formed (Al X Ga 1-X ) Y In 1-YP (0 ≦ X ≦ 1,0) The composition of Y ≦ 1) can be determined so that quantum levels resulting in the desired emission wavelength are formed in the well layer.

発光層10の層厚は、0.02〜2μmの範囲であることが好ましい。また、発光層10の伝導型は特に限定されるものではなく、アンドープ、p型及びn型のいずれも選択することができる。発光効率を高めるには、結晶性が良好なアンドープ又は3×1017cm−3未満のキャリア濃度とすることが望ましい。 The layer thickness of the light emitting layer 10 is preferably in the range of 0.02 to 2 μm. Further, the conductivity type of the light emitting layer 10 is not particularly limited, and any of undoped, p-type and n-type can be selected. In order to increase the luminous efficiency, it is desirable that the crystallinity is undoped or the carrier concentration is less than 3 × 10 17 cm −3 .

下部クラッド層9及び上部クラッド層11は、図4に示すように、発光層10の下面及び上面にそれぞれ設けられている。具体的には、発光層10の下面に下部クラッド層9が設けられ、発光層10の上面に上部クラッド層11が設けられている。   The lower clad layer 9 and the upper clad layer 11 are provided on the lower surface and the upper surface of the light emitting layer 10, respectively, as shown in FIG. Specifically, the lower cladding layer 9 is provided on the lower surface of the light emitting layer 10, and the upper cladding layer 11 is provided on the upper surface of the light emitting layer 10.

下部クラッド層9と上部クラッド層11とは、極性が異なるように構成されている。また、下部クラッド層9及び上部クラッド層11のキャリア濃度及び厚さは、公知の好適な範囲を用いることができ、発光層10の発光効率が高まるように条件を最適化することが好ましい。   The lower clad layer 9 and the upper clad layer 11 are configured to have different polarities. The carrier concentration and thickness of the lower clad layer 9 and the upper clad layer 11 can be in a known suitable range, and the conditions are preferably optimized so that the light emission efficiency of the light emitting layer 10 is increased.

具体的に、下部クラッド層9としては、例えば、Mgをドープしたp型の(AlGa1−XIn1−YP(0.3≦X≦1,0<Y≦1)からなる半導体材料を用いることが望ましい。また、キャリア濃度は2×1017〜2×1018cm−3の範囲が好ましく、層厚は0.5〜5μmの範囲が好ましい。 Specifically, as the lower cladding layer 9, for example, Mg from the doped p-type (Al X Ga 1-X) Y In 1-Y P (0.3 ≦ X ≦ 1,0 <Y ≦ 1) It is desirable to use a semiconductor material. The carrier concentration is preferably in the range of 2 × 10 17 to 2 × 10 18 cm −3 , and the layer thickness is preferably in the range of 0.5 to 5 μm.

一方、上部クラッド層11としては、例えば、Siをドープしたn型の(AlGa1−XIn1−YP(0.3≦X≦1,0<Y≦1)からなる半導体材料を用いることが望ましい。また、キャリア濃度は1×1017〜1×1018cm−3の範囲が好ましく、層厚は0.5〜2μmの範囲が好ましい。
なお、下部クラッド層9及び上部クラッド層11の極性は、化合物半導体層2の素子構造を考慮して適宜選択することができる。
On the other hand, as the upper clad layer 11, for example, a semiconductor made of n-type (Al X Ga 1-X ) Y In 1-YP (0.3 ≦ X ≦ 1, 0 <Y ≦ 1) doped with Si. It is desirable to use materials. The carrier concentration is preferably in the range of 1 × 10 17 to 1 × 10 18 cm −3 , and the layer thickness is preferably in the range of 0.5 to 2 μm.
The polarities of the lower clad layer 9 and the upper clad layer 11 can be appropriately selected in consideration of the element structure of the compound semiconductor layer 2.

また、下部クラッド層9と発光層10との間、発光層10と上部クラッド層11との間及び上部クラッド層11と電流拡散層8との間に、両層間におけるバンド(band)不連続性を緩やかに変化させるための中間層を設けても良い。この場合、各中間層は、上記両層の中間の禁止帯幅を有する半導体材料からそれぞれ構成することが好ましい。   Band discontinuity between the lower cladding layer 9 and the light emitting layer 10, between the light emitting layer 10 and the upper cladding layer 11, and between the upper cladding layer 11 and the current spreading layer 8. An intermediate layer may be provided for gently changing the angle. In this case, each intermediate layer is preferably composed of a semiconductor material having a band gap between the two layers.

また、発光部7の構成層の上方には、オーミック(Ohmic)電極の接触抵抗を下げるためのコンタクト層、素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層や電流狭窄層など公知の層構造を設けることができる。なお、上記コンタクト層としては、例えば、バンドギャップの小さいGaAsが一般的に使用されている。これに対して、Asを含まないコンタクト層の材質として、GaInPを用いることが望ましい。   Further, a contact layer for lowering the contact resistance of the ohmic electrode, a current blocking layer for limiting a region through which the element driving current flows, and a current constricting layer are known above the constituent layers of the light emitting unit 7. The layer structure can be provided. As the contact layer, for example, GaAs having a small band gap is generally used. On the other hand, it is desirable to use GaInP as the material of the contact layer that does not contain As.

電流拡散層8は、図4に示すように、素子駆動電流を発光部7の全般に平面的に拡散させるために、発光部7の下方に設けられている。これにより、発光ダイオード1は、発光部7から均一に発光することができる。   As shown in FIG. 4, the current diffusion layer 8 is provided below the light emitting unit 7 in order to diffuse the element driving current in a planar manner throughout the light emitting unit 7. Thereby, the light emitting diode 1 can emit light uniformly from the light emitting unit 7.

電流拡散層8としては、(AlGa1−XIn1−YP(0≦X≦0.7、0≦Y≦1)の組成を有する材料を適用することができる。上記Xは、化合物半導体層2の素子構造にもよるが、Al濃度が低い材料が化学的に安定であることから、0.5以下(Al濃度としては、約12.5%以下)であることが好ましく、0であることがより好ましい。また、上記Yは、1であることが好ましい。すなわち、電流拡散層8としては、Al濃度が25%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、Alを含まないp型GaPを用いることが最も好ましい。 A material having a composition of (Al X Ga 1-X ) Y In 1- YP (0 ≦ X ≦ 0.7, 0 ≦ Y ≦ 1) can be applied as the current diffusion layer 8. X is 0.5 or less (Al concentration is about 12.5% or less) because a material having a low Al concentration is chemically stable although it depends on the element structure of the compound semiconductor layer 2. Is preferable, and 0 is more preferable. Y is preferably 1. That is, as the current spreading layer 8, the Al concentration is preferably 25% or less, more preferably 15% or less, and most preferably p-type GaP not containing Al.

半導体基板3は、図4に示すように、化合物半導体層2の電流拡散層8側に接合されている。そして、図2に示すように、半導体基板3側を上向きに、化合物半導体層2側を下向き(フェイスダウン)にして、フリップチップ実装されることで、半導体基板3の、化合物半導体層2との接合面と反対側の面3cが、発光ダイオード1の主たる光取り出し面(以下、光取り出し面3cと記載する)となる。   As shown in FIG. 4, the semiconductor substrate 3 is bonded to the current diffusion layer 8 side of the compound semiconductor layer 2. Then, as shown in FIG. 2, flip-chip mounting is performed with the semiconductor substrate 3 side facing upward and the compound semiconductor layer 2 side facing downward (face down). The surface 3c opposite to the bonding surface is the main light extraction surface of the light emitting diode 1 (hereinafter referred to as the light extraction surface 3c).

この半導体基板3は、発光部7を機械的に支持するのに充分な強度を有し、且つ、発光部7から出射される発光を透過できる禁止帯幅が広く、光学的に透明な材料から構成する。例えば、燐化ガリウム(GaP)、砒化アルミニウム・ガリウム(AlGaAs)、窒化ガリウム(GaN)等のIII−V族化合物半導体結晶体、硫化亜鉛(ZnS)やセレン化亜鉛(ZnSe)等のII−VI族化合物半導体結晶体、或いは六方晶或いは立方晶の炭化珪素(SiC)等のIV族半導体結晶体などから構成することができる。
より具体的には、化学的に安定で、透過率が高く、屈折率が発光部に近い材質が望ましく、SiC,GaN、GaP等が好適な例である。また、半導体基板3をサファイア、ガラスなど、透明な絶縁体基板に置き換えることもできる。
The semiconductor substrate 3 is made of an optically transparent material that has sufficient strength to mechanically support the light emitting portion 7 and has a wide band gap that can transmit light emitted from the light emitting portion 7. Constitute. For example, III-V group compound semiconductor crystals such as gallium phosphide (GaP), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), and gallium nitride (GaN), and II-VI such as zinc sulfide (ZnS) and zinc selenide (ZnSe). A group IV compound semiconductor crystal or a group IV semiconductor crystal such as hexagonal or cubic silicon carbide (SiC) can be used.
More specifically, a material that is chemically stable, has a high transmittance, and a refractive index close to that of the light emitting portion is desirable, and SiC, GaN, GaP, and the like are preferable examples. Further, the semiconductor substrate 3 can be replaced with a transparent insulator substrate such as sapphire or glass.

更に、半導体基板3は、加工しやすい材質が望ましい。発光部7を機械的に充分な強度で支持するために、例えば約50μm以上の厚みとすることが好ましい。また、化合物半導体層2へ接合した後に半導体基板3への機械的な加工を施し易くするため、約300μmの厚さを超えないものとすることが好ましい。すなわち、(AlGa1−XIn1−YP(0≦X≦1,0<Y≦1)から成る発光層10を備えた本実施形態の発光ダイオード1において、半導体基板3は、約50μm以上約300μm以下の厚さを有するn型GaP基板から構成するのが最適である。 Further, the semiconductor substrate 3 is preferably made of a material that can be easily processed. In order to support the light emitting portion 7 with sufficient mechanical strength, it is preferable to set the thickness to, for example, about 50 μm or more. Further, in order to facilitate the mechanical processing of the semiconductor substrate 3 after joining to the compound semiconductor layer 2, it is preferable that the thickness does not exceed about 300 μm. That is, in the light-emitting diode 1 of the present embodiment including the light-emitting layer 10 made of (Al X Ga 1-X ) Y In 1-YP (0 ≦ X ≦ 1, 0 <Y ≦ 1), the semiconductor substrate 3 is The n-type GaP substrate having a thickness of about 50 μm or more and about 300 μm or less is optimal.

また、図4に示すように、半導体基板3の側面は、化合物半導体層2に近い側において主たる光取り出し面3cに対して略垂直である垂直面3aとされており、化合物半導体層2に遠い側において主たる光取り出し面3cに対して内側に傾斜した傾斜面3bとされている。これにより、発光層10から半導体基板3側に放出された光のうち、一部は垂直面3aで反射され傾斜面3bで取り出すことができる。一方、傾斜面3bで反射された光は垂直面3aで取り出すことができる。このように、垂直面3aと傾斜面3bとの相乗効果により、光の取り出し効率を高めることができる。   Further, as shown in FIG. 4, the side surface of the semiconductor substrate 3 is a vertical surface 3 a that is substantially perpendicular to the main light extraction surface 3 c on the side close to the compound semiconductor layer 2, and is far from the compound semiconductor layer 2. On the side, the inclined surface 3b is inclined inward with respect to the main light extraction surface 3c. Thereby, part of the light emitted from the light emitting layer 10 toward the semiconductor substrate 3 is reflected by the vertical surface 3a and can be extracted by the inclined surface 3b. On the other hand, the light reflected by the inclined surface 3b can be extracted by the vertical surface 3a. Thus, the light extraction efficiency can be increased by the synergistic effect of the vertical surface 3a and the inclined surface 3b.

また、本実施形態では、図4に示すように、傾斜面3bと発光面に平行な面とのなす角度αを、55度〜80度の範囲内とすることが好ましい。このような範囲とすることで、発光層10から放出された光を効率よく外部に取り出すことができる。
また、垂直面3aの幅(厚さ方向)を、30μm〜100μmの範囲内とすることが好ましい。垂直面3aの幅を上記範囲内にすることで、発光層10から放出された光を垂直面3aにおいて効率よく発光面に戻すことができ、さらには、主たる光取り出し面3cから放出させることが可能となる。このため、発光ダイオード1の発光効率を高めることができる。
Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 4, it is preferable to make angle (alpha) which the inclined surface 3b and the surface parallel to a light emission surface make into the range of 55 degree | times-80 degree | times. By setting it as such a range, the light discharge | released from the light emitting layer 10 can be taken out outside efficiently.
Moreover, it is preferable to make the width | variety (thickness direction) of the vertical surface 3a into the range of 30 micrometers-100 micrometers. By setting the width of the vertical surface 3a within the above range, the light emitted from the light emitting layer 10 can be efficiently returned to the light emitting surface in the vertical surface 3a, and further, can be emitted from the main light extraction surface 3c. It becomes possible. For this reason, the light emission efficiency of the light emitting diode 1 can be improved.

また、半導体基板3の傾斜面3b及び光取り出し面3cは、粗面化されることが好ましい。傾斜面3b及び光取り出し面3cが粗面化されることにより、この傾斜面3b及び光取り出し面3cでの光取り出し効率を上げる効果が得られる。すなわち、傾斜面3b及び光取り出し面3cを粗面化することにより、傾斜面3bでの内部反射を抑制して、光取り出し効率を上げることができる。   The inclined surface 3b and the light extraction surface 3c of the semiconductor substrate 3 are preferably roughened. By roughening the inclined surface 3b and the light extraction surface 3c, an effect of increasing the light extraction efficiency at the inclined surface 3b and the light extraction surface 3c can be obtained. That is, by roughening the inclined surface 3b and the light extraction surface 3c, the internal reflection at the inclined surface 3b can be suppressed and the light extraction efficiency can be increased.

n型オーミック電極(第1の電極)4およびp型オーミック電極(第2の電極)5は、化合物半導体層2の主たる光取り出し面と反対側に設けられた低抵抗のオーミック接触電極である。   The n-type ohmic electrode (first electrode) 4 and the p-type ohmic electrode (second electrode) 5 are low-resistance ohmic contact electrodes provided on the side opposite to the main light extraction surface of the compound semiconductor layer 2.

n型オーミック電極4は、上部クラッド層11の上方に設けられており、例えば、AuGe、Ni合金/Auからなる合金を用いることができる。
ここで、本実施形態の発光ダイオード1では、図4に示すように、n型オーミック電極4を、幅10μm以下の線状の電極(線状電極)4aとパッド形状の電極(パッド電極)4bとで構成することが好ましい。そして、線状電極4aを、ハニカム、格子形状など網目状、に構成することが好ましい。また、線状電極はドット状の電極とすることもできる。このような構成とすることにより、VFを低減させる効果や信頼性を向上させる効果が得られる。また、均等に配置することにより、発光層10に均一に電流を注入することができ、その結果、輝度特性及び信頼性を向上させる効果が得られる。
The n-type ohmic electrode 4 is provided above the upper clad layer 11, and for example, an alloy made of AuGe, Ni alloy / Au can be used.
Here, in the light emitting diode 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the n-type ohmic electrode 4 includes a linear electrode (linear electrode) 4a having a width of 10 μm or less and a pad-shaped electrode (pad electrode) 4b. It is preferable to comprise. The linear electrode 4a is preferably configured in a mesh shape such as a honeycomb or a lattice shape. The linear electrode can be a dot electrode. With such a configuration, an effect of reducing VF and an effect of improving reliability can be obtained. Moreover, by arranging uniformly, an electric current can be inject | poured into the light emitting layer 10 uniformly, As a result, the effect which improves a luminance characteristic and reliability is acquired.

また、パッド電極4bを化合物半導体層2のn型半導体層上のほぼ全面を覆うように構成することが好ましい。パッド電極と半導体の界面は、反射率の高い材質にするのが望ましい。例えば、Au,Ag,Alおよび、これらを母体とした合金材料である。Auは、赤色に対しては反射率が高く、配線のパッド電極と併用できるので、好適な材料である。このような構成とすることにより、発光層10からの光を光取り出し面3c側に反射することができるため、発光ダイオード1の高輝度化をはかることができる。さらに、線状電極4aの面積を小さくすることにより、パッド電極4bの反射面積を上げることができ、高輝度化を達成することができる。
なお、パッド電極4bとして、Au以外の金属を用いる場合には、n型オーミック電極4の上面、すなわちパッド電極4bの上面をAuとするために、例えば、Ag,Al及びこれらを母体とした合金材料とAuとの2層構造または、前記の反射用金属と金が混ざらないように、Ti,Pt、Cr、W、Ni、Taなどバリア層を挿入した多層構造とすることも好適な構造である。また、化合物半導体層と反射用金属の拡散を防止する為に、透明な膜を挿入する構造も望ましい。更に、例えば、ITOなどの透明導電膜にすれば、電気伝導も可能で、簡単な層構造で、適合できる最適な構造である。
The pad electrode 4b is preferably configured to cover almost the entire surface of the compound semiconductor layer 2 on the n-type semiconductor layer. The interface between the pad electrode and the semiconductor is preferably made of a highly reflective material. For example, Au, Ag, Al, and alloy materials based on these materials. Au is a suitable material because it has a high reflectance with respect to red and can be used together with the pad electrode of the wiring. With such a configuration, the light from the light emitting layer 10 can be reflected to the light extraction surface 3c side, so that the luminance of the light emitting diode 1 can be increased. Further, by reducing the area of the linear electrode 4a, the reflection area of the pad electrode 4b can be increased, and high luminance can be achieved.
In the case where a metal other than Au is used as the pad electrode 4b, for example, Ag, Al and alloys based on them are used in order to make the upper surface of the n-type ohmic electrode 4, that is, the upper surface of the pad electrode 4b, Au. A two-layer structure of material and Au, or a multilayer structure in which a barrier layer such as Ti, Pt, Cr, W, Ni, Ta is inserted so as not to mix the reflective metal and gold is also a suitable structure. is there. Also, a structure in which a transparent film is inserted is desirable in order to prevent diffusion of the compound semiconductor layer and the reflective metal. Further, for example, if a transparent conductive film such as ITO is used, electric conduction is possible, and the optimum structure can be adapted with a simple layer structure.

一方、p型オーミック電極5は、化合物半導体層2の一部を除去することによって露出された電流拡散層8上に設けられており、例えば、AuBe/Auからなる合金を用いることができる。
ここで、本実施形態の発光ダイオード1では、図4に示すように、p型オーミック電極5を、例えば、幅10μm以下の線状電極5aと、パッド形状のパッド電極5bとで構成することが好ましい。そして、線状電極5aは、電極間高さ調整部6の周囲に露出する電流拡散層8上に、電極間高さ調整部6を取り囲むように形成することが好ましい。このように、p型オーミック電極5を構成する線状電極5a及びパッド電極5bからなる電極をp型GaPからなる電流拡散層8上に形成することにより、良好なオーミックコンタクトを得られるため作動電圧を下げることができる。さらに、電極間高さ調整部6が化合物半導体層であった場合、界面で光を吸収しやすいオーミック電極部分の面積を最小とすることにより、当該部分での光の反射率を全面オーミック電極とする構造よりも高めることができる。
On the other hand, the p-type ohmic electrode 5 is provided on the current diffusion layer 8 exposed by removing a part of the compound semiconductor layer 2. For example, an alloy made of AuBe / Au can be used.
Here, in the light-emitting diode 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the p-type ohmic electrode 5 can be constituted by, for example, a linear electrode 5a having a width of 10 μm or less and a pad-shaped pad electrode 5b. preferable. The linear electrode 5 a is preferably formed on the current diffusion layer 8 exposed around the interelectrode height adjustment unit 6 so as to surround the interelectrode height adjustment unit 6. As described above, since the electrode composed of the linear electrode 5a and the pad electrode 5b constituting the p-type ohmic electrode 5 is formed on the current diffusion layer 8 composed of p-type GaP, a good ohmic contact can be obtained, so that the operating voltage can be obtained. Can be lowered. Furthermore, when the inter-electrode height adjustment unit 6 is a compound semiconductor layer, the area of the ohmic electrode portion that easily absorbs light at the interface is minimized, so that the reflectance of the light at the portion can be reduced to that of the entire ohmic electrode. It can be higher than the structure.

また、パッド電極5bは、化合物半導体層2の一部が除去されて露出するp型GaPからなる電流拡散層8と、電極間高さ調整部6の側面6a及び上面6bと、に連続して形成されている。このような構成とすることにより、n型オーミック電極4のパッド電極4b及びp型オーミック電極5のパッド電極5bの、半導体基板3からの高さが略同一の高さとされている。さらに、パッド電極5bは、少なくとも上面がAuとなるように構成されている。パッド電極5bは、前記4bと同時に形成することが、効率的で望ましい。   The pad electrode 5b is continuously formed on the current diffusion layer 8 made of p-type GaP, which is exposed when a part of the compound semiconductor layer 2 is removed, and the side surface 6a and the upper surface 6b of the interelectrode height adjusting unit 6. Is formed. With this configuration, the pad electrode 4b of the n-type ohmic electrode 4 and the pad electrode 5b of the p-type ohmic electrode 5 are substantially the same height from the semiconductor substrate 3. Furthermore, the pad electrode 5b is configured such that at least the upper surface is Au. It is efficient and desirable to form the pad electrode 5b simultaneously with the 4b.

なお、本実施形態の発光ダイオード1では、図3に示すように、n型オーミック電極4とp型オーミック電極5とが対称な位置となるように配置することが好ましい。また、p型オーミック電極5の周囲を、化合物半導体層2で囲んだ構成とすることが最も好ましい。このような構成とすることにより、組み立てが安定化する効果が得られる。また、p型オーミック電極5の四方をn型オーミック電極4で囲むことにより、電流が四方に流れやすくなり、その結果作動電圧が低下する。   In addition, in the light emitting diode 1 of this embodiment, as shown in FIG. 3, it is preferable to arrange | position so that the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 may become a symmetrical position. The p-type ohmic electrode 5 is most preferably surrounded by the compound semiconductor layer 2. By setting it as such a structure, the effect that an assembly is stabilized is acquired. Further, by enclosing the four sides of the p-type ohmic electrode 5 with the n-type ohmic electrode 4, the current easily flows in the four directions, and as a result, the operating voltage decreases.

電極間高さ調整部6は、n型オーミック電極4(パッド電極4b)及びp型オーミック電極5(パッド電極5b)の、半導体基板3からの高さが略同一の高さとなるように、n型オーミック電極4が設けられた化合物半導体層2の上面2aと、化合物半導体層2の一部が除去されて露出する電流拡散層8の表面と、の段差を吸収するために設けられた部材であり、露出する電流拡散層8上に立設されている。そして、電極間高さ調整部6は、上面6bの半導体基板3からの高さが、化合物半導体層2の半導体基板3からの高さとほぼ同等となるような高さに設けられている。   The inter-electrode height adjusting unit 6 is configured so that the n-type ohmic electrode 4 (pad electrode 4b) and the p-type ohmic electrode 5 (pad electrode 5b) have substantially the same height from the semiconductor substrate 3. A member provided to absorb a step between the upper surface 2a of the compound semiconductor layer 2 provided with the type ohmic electrode 4 and the surface of the current diffusion layer 8 exposed by removing a part of the compound semiconductor layer 2; And on the exposed current diffusion layer 8. The interelectrode height adjusting unit 6 is provided such that the height of the upper surface 6b from the semiconductor substrate 3 is substantially equal to the height of the compound semiconductor layer 2 from the semiconductor substrate 3.

電極間高さ調整部6の材質としては、厚膜が形成できる物が望ましく、特に限定されるものではないが、耐熱性樹脂であるポリイミド等の有機材料、Au,Cu,Ni,Mo,Al,W,Ag,Ti及びそれらの合金等の金属材料を使用できる。厚膜めっき法を適用することができる金属、例えば、Au,Cu、Ni等は、好適な材料である。これらは、発光ダイオード1の仕様やボンディング条件等によって任意で選択して用いることができる。
放熱性の点では、金属系の材質が好ましく、加工の容易性の点では、有機材料系の材質が好ましい。
The material for the interelectrode height adjusting unit 6 is preferably a material capable of forming a thick film, and is not particularly limited, but is not limited to an organic material such as polyimide, which is a heat-resistant resin, Au, Cu, Ni, Mo, Al , W, Ag, Ti and alloys thereof can be used. Metals to which the thick film plating method can be applied, for example, Au, Cu, Ni, etc. are suitable materials. These can be arbitrarily selected and used depending on the specifications of the light emitting diode 1 and bonding conditions.
From the viewpoint of heat dissipation, a metal material is preferable, and from the viewpoint of ease of processing, an organic material is preferable.

また、本実施形態の発光ダイオード1では、電極間高さ調整部6が、電流拡散層8の表面を露出するために化合物半導体層2の一部を除去する際に、当該化合物半導体層2の一部を残存させたものであることが好ましい。具体的には、図3に示すように、化合物半導体層2が平面視で円環状に除去されており、中央部に残存する化合物半導体層2が電極間高さ調整部6とされている。このように、n型オーミック電極4が設けられた化合物半導体層2の上面2aと、電極間高さ調整部6の上面6bは、本来同一面であり、半導体基板3からの距離は等しいため、n型オーミック電極4が設けられた化合物半導体層2の上面2aと、化合物半導体層2の一部が除去されて露出する電流拡散層8の上面8aと、の段差を容易に解消することができる。   Moreover, in the light emitting diode 1 of this embodiment, when the interelectrode height adjusting unit 6 removes a part of the compound semiconductor layer 2 in order to expose the surface of the current diffusion layer 8, It is preferable that a part is left. Specifically, as shown in FIG. 3, the compound semiconductor layer 2 is removed in an annular shape in a plan view, and the compound semiconductor layer 2 remaining in the center is used as the inter-electrode height adjusting unit 6. Thus, the upper surface 2a of the compound semiconductor layer 2 provided with the n-type ohmic electrode 4 and the upper surface 6b of the inter-electrode height adjusting unit 6 are essentially the same surface, and the distance from the semiconductor substrate 3 is equal. A step between the upper surface 2a of the compound semiconductor layer 2 provided with the n-type ohmic electrode 4 and the upper surface 8a of the current diffusion layer 8 exposed by removing a part of the compound semiconductor layer 2 can be easily eliminated. .

また、電極間高さ調整部6は、図4に示すように、側面6aが、傾斜面とされていることが好ましい。ここで、本明細書における「傾斜面」とは、電極間高さ調整部6を半導体基板3の表面に対する垂直方向に断面視した場合において、電極間高さ調整部6の底面6cの幅よりも上面6bの幅が小さく、底面6cから上面6bに向けて連続的又は不連続的に縮小することを意味している。すなわち、電極間高さ調整部6の側面6aに、垂直面を設けないか、垂直面が3μm以上とならないようにすることを要する。
ここで、連続的に縮小した場合には、電極間高さ調整部6の側面6aは、テーパー形状となる。一方、不連続に縮小した場合には、側面6aは階段状となる。
Further, as shown in FIG. 4, the inter-electrode height adjusting unit 6 is preferably configured such that the side surface 6 a is an inclined surface. Here, the “inclined surface” in this specification refers to the width of the bottom surface 6 c of the inter-electrode height adjusting unit 6 when the inter-electrode height adjusting unit 6 is viewed in a cross-section in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 3. This also means that the width of the upper surface 6b is small and the width is reduced continuously or discontinuously from the bottom surface 6c to the upper surface 6b. That is, it is necessary not to provide a vertical surface on the side surface 6a of the inter-electrode height adjusting unit 6 or to prevent the vertical surface from becoming 3 μm or more.
Here, in the case of continuous reduction, the side surface 6a of the interelectrode height adjusting portion 6 has a tapered shape. On the other hand, in the case of discontinuous reduction, the side surface 6a is stepped.

このような構成とすることにより、n型オーミック電極4が設けられた化合物半導体層2の上面2aと、化合物半導体層2の一部が除去されて露出する電流拡散層8の表面と、の段差にp型オーミック電極5を連続して形成する際に、電極間高さ調整部6の側面6a部分に電極を形成しやすくすることができる。また、製造時あるいは実装時において、電極間高さ調整部6の側面6aにおける電極の断線を抑制することができるため、歩留まりや接続信頼性を向上させることができる。
本実施形態では、図4に示すように、半導体基板3の表面に対する垂直方向において、電極間高さ調整部6の断面形状は、底面6cから上面6bに向かって幅が漸次縮小する(連続的に縮小する)テーパー形状とされている。
With such a configuration, a step between the upper surface 2a of the compound semiconductor layer 2 provided with the n-type ohmic electrode 4 and the surface of the current diffusion layer 8 exposed by removing a part of the compound semiconductor layer 2 is provided. In addition, when the p-type ohmic electrode 5 is continuously formed, it is possible to easily form the electrode on the side surface 6a portion of the inter-electrode height adjusting portion 6. In addition, since the disconnection of the electrode on the side surface 6a of the inter-electrode height adjusting unit 6 can be suppressed during manufacturing or mounting, the yield and connection reliability can be improved.
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 3, the cross-sectional shape of the inter-electrode height adjusting unit 6 gradually decreases in width from the bottom surface 6c toward the top surface 6b (continuously). Taper shape).

本実施形態の発光ダイオード1は、化合物半導体層2の層厚が3μm以上となり、n型オーミック電極4が設けられた化合物半導体層2の上面2aと、化合物半導体層2の一部が除去されて露出する電流拡散層8の表面との段差が、3〜8μm程度となる。したがって、電極高さ調整部6の傾斜角は、45〜70度程度とすることが好ましい。
ここで、45度未満であると、接続する平坦部の面積が小さくなり接続が困難となり、収率低下し、コストアップになるために好ましくない。一方、70度を超えると、断線の確率が増えるために好ましくない。
これに対して、上記範囲とすると、高歩留りで、低コストであるために好ましい。
In the light emitting diode 1 of the present embodiment, the compound semiconductor layer 2 has a thickness of 3 μm or more, and the upper surface 2a of the compound semiconductor layer 2 provided with the n-type ohmic electrode 4 and a part of the compound semiconductor layer 2 are removed. The level difference from the exposed surface of the current diffusion layer 8 is about 3 to 8 μm. Therefore, the inclination angle of the electrode height adjusting unit 6 is preferably about 45 to 70 degrees.
Here, if it is less than 45 degrees, the area of the flat part to be connected becomes small, making the connection difficult, reducing the yield, and increasing the cost. On the other hand, exceeding 70 degrees is not preferable because the probability of disconnection increases.
On the other hand, the above range is preferable because of high yield and low cost.

密着層15は、図4に示すように、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5と保護膜16との密着力を高めるために、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5と保護膜16との間に設けられている。   As shown in FIG. 4, the adhesion layer 15 includes an n-type ohmic electrode 4, a p-type ohmic electrode 5, and a protective film in order to increase the adhesion between the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 and the protective film 16. 16 is provided.

密着層15としては、少なくとも上面が金(Au)であるn型オーミック電極4及びp型オーミック電極5、並びに保護膜16のいずれとも密着力が高いものであれば材質は特に限定されるものではない。このような材質としては、例えば、Ti,Ni,Pt,Cr,Ta,Mo,Wからなる金属の少なくとも1種又はこれらの積層体あるいは合金が挙げられる。中でも、保護膜16が酸化ケイ素(SiO)、窒化ケイ素(SiN)の場合には、同一のエッチャントでエッチングが可能なTiを用いることが好ましい。 The material of the adhesion layer 15 is not particularly limited as long as it has high adhesion to any of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 whose upper surface is gold (Au) and the protective film 16. Absent. Examples of such a material include at least one metal composed of Ti, Ni, Pt, Cr, Ta, Mo, and W, or a laminate or alloy thereof. In particular, when the protective film 16 is silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN), it is preferable to use Ti that can be etched with the same etchant.

また、密着層15の膜厚は、10〜200nmの範囲であることが好ましく、20〜150nmの範囲がより好ましく、50〜100nmの範囲がさらに好ましい。膜厚が10nm未満であると、密着力が低下するため好ましくなく、200nmを超えるとエッチングが困難になり、好ましくない。これに対して、上記範囲であると、安定した密着力が得られるために好ましい。   The thickness of the adhesion layer 15 is preferably in the range of 10 to 200 nm, more preferably in the range of 20 to 150 nm, and still more preferably in the range of 50 to 100 nm. If the film thickness is less than 10 nm, the adhesion is reduced, which is not preferable. If it exceeds 200 nm, etching becomes difficult, which is not preferable. On the other hand, the above range is preferable because stable adhesion can be obtained.

なお、密着層15は、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5と保護膜16との間に設けられていればよい。例えば、図4に示すように、p型オーミック電極5を構成するパッド電極5bが、化合物半導体層2の一部が除去されて露出するp型GaPからなる電流拡散層8と、電極間高さ調整部6の側面6a及び上面6bと、に連続して形成されている場合では、少なくともパッド電極5bの電流拡散層8上の部分の上面に設けられていればよい。なお、密着層15は、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の表面であって、後述する開口部17によって露出されない部分を覆うように設けてもよい。   The adhesion layer 15 only needs to be provided between the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 and the protective film 16. For example, as shown in FIG. 4, the pad electrode 5b constituting the p-type ohmic electrode 5 has a current diffusion layer 8 made of p-type GaP exposed by removing a part of the compound semiconductor layer 2, and the interelectrode height. In the case where the adjustment portion 6 is continuously formed on the side surface 6a and the upper surface 6b, it may be provided at least on the upper surface of the portion on the current diffusion layer 8 of the pad electrode 5b. Note that the adhesion layer 15 may be provided so as to cover portions of the surfaces of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 that are not exposed by the openings 17 described later.

保護膜16は、図4に示すように、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の表面と、化合物半導体層2の表面とを覆うように設けられている。これにより、接続金属電気的リーク、接続不良、水分等による化合物半導体層2の表面の腐食を抑制することができる。
また、保護膜16、図4に示すように、少なくともn型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の端部を覆うように設けられている。これにより、発光層を保護し、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の端面からの水分の浸入を抑制することができる。
As shown in FIG. 4, the protective film 16 is provided so as to cover the surfaces of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 and the surface of the compound semiconductor layer 2. Thereby, corrosion of the surface of the compound semiconductor layer 2 due to connection metal electrical leakage, connection failure, moisture, or the like can be suppressed.
Further, as shown in FIG. 4, the protective film 16 is provided so as to cover at least the ends of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5. Thereby, the light emitting layer is protected, and the intrusion of moisture from the end faces of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 can be suppressed.

保護膜16としては、絶縁性の酸化膜又は窒化膜を用いることができる。上記酸化膜としては、例えば、酸化シリコン(SiO)膜を挙げることができる。また、上記窒化膜としては、例えば窒化シリコン膜(SiN)膜を挙げることができる。発光波長に対して透明な膜が、発光層付近の光の吸収を防止できるため望ましい。
または、発光層付近の光を反射する保護膜16として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどセラミック材料を用いることができる。
As the protective film 16, an insulating oxide film or nitride film can be used. Examples of the oxide film include a silicon oxide (SiO 2 ) film. Examples of the nitride film include a silicon nitride film (SiN) film. A film transparent to the emission wavelength is desirable because it can prevent light absorption in the vicinity of the light emitting layer.
Alternatively, a ceramic material such as aluminum oxide or aluminum nitride can be used for the protective film 16 that reflects light near the light emitting layer.

保護膜16の膜厚は、100〜1000nmの範囲であることが好ましく、200〜750nmの範囲がより好ましく、250〜600nmの範囲がさらに好ましい。膜厚が100nm未満であると、ピンホール等による保護膜機能の低下リスクが増大するため好ましくなく、1000nmを超えると膜の応力によるクラックの発生リスクの増大するため好ましくない。これに対して、上記範囲であると、信頼性の高い保護膜となるために好ましい。   The thickness of the protective film 16 is preferably in the range of 100 to 1000 nm, more preferably in the range of 200 to 750 nm, and still more preferably in the range of 250 to 600 nm. If the film thickness is less than 100 nm, the risk of deterioration of the protective film function due to pinholes increases, which is not preferable. If the film thickness exceeds 1000 nm, the risk of occurrence of cracks due to film stress increases, which is not preferable. On the other hand, the above range is preferable because it provides a highly reliable protective film.

開口部17は、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の上面の一部又は全部を露出させるために、保護膜16及び密着層15を貫通するようにn型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の上面に設けられている。そして、開口部17から露出するn型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の上面の一部又は全部が、フリップチップ実装のボンディング面として用いられている。   The opening 17 is formed so as to penetrate the protective film 16 and the adhesion layer 15 so as to expose part or all of the upper surfaces of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5. It is provided on the upper surface of the electrode 5. A part or all of the upper surfaces of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 exposed from the opening 17 are used as bonding surfaces for flip chip mounting.

<発光ダイオードの製造方法>
次に、本実施形態の発光ダイオード1の製造方法について説明する。図5は、本実施形態の発光ダイオード1に用いるエピウェーハの断面図である。また、図6は、本実施形態の発光ダイオード1に用いる接合ウェーハの断面図である。
<Method for manufacturing light-emitting diode>
Next, the manufacturing method of the light emitting diode 1 of this embodiment is demonstrated. FIG. 5 is a cross-sectional view of an epiwafer used for the light emitting diode 1 of the present embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view of a bonded wafer used for the light emitting diode 1 of the present embodiment.

(化合物半導体層の形成工程)
先ず、図5に示すように、化合物半導体層2を作製する。化合物半導体層2は、GaAs基板12上に、GaAsからなる緩衝層13、選択エッチングに利用するために設けられたエッチングストップ層(図示略)、Siをドープしたn型のGaInPからなるコンタクト層14、n型の上部クラッド層11、発光層10、p型の下部クラッド層9、Mgドープしたp型GaPからなる電流拡散層8を順次積層して作製する。
(Formation process of compound semiconductor layer)
First, as shown in FIG. 5, the compound semiconductor layer 2 is produced. The compound semiconductor layer 2 includes a GaAs substrate 12, a buffer layer 13 made of GaAs, an etching stop layer (not shown) provided for selective etching, and a contact layer 14 made of n-type GaInP doped with Si. The n-type upper clad layer 11, the light emitting layer 10, the p-type lower clad layer 9, and the current diffusion layer 8 made of Mg-doped p-type GaP are sequentially laminated.

GaAs基板12は、公知の製法で作製された市販品の単結晶基板を使用できる。GaAs基板12のエピタキシャル成長させる表面は、平滑であることが望ましい。GaAs基板12の表面の面方位は、エピ成長しやすく、量産されている(100)面および(100)から、±20°以内にオフした基板が、品質の安定性の面からのぞましい。さらに、GaAs基板14の面方位の範囲が、(100)方向から(0−1−1)方向に15°オフ±5°であることがより好ましい。   As the GaAs substrate 12, a commercially available single crystal substrate manufactured by a known manufacturing method can be used. The surface of the GaAs substrate 12 on which the epitaxial growth is performed is desirably smooth. The surface orientation of the surface of the GaAs substrate 12 is easy to epi-grow, and from the (100) plane and (100) which are mass-produced, the substrate turned off within ± 20 ° is preferable from the standpoint of quality stability. Furthermore, the range of the plane orientation of the GaAs substrate 14 is more preferably 15 ° off ± 5 ° from the (100) direction to the (0-1-1) direction.

GaAs基板12の転位密度は、化合物半導体層2の結晶性を良くするために低い方が望ましい。具体的には、例えば、10,000個cm−2以下、望ましくは、1,000個cm−2以下であることが好適である。 The dislocation density of the GaAs substrate 12 is desirably low in order to improve the crystallinity of the compound semiconductor layer 2. Specifically, for example, 10,000 pieces cm −2 or less, preferably 1,000 pieces cm −2 or less are suitable.

GaAs基板12は、n型であってもp型であっても良い。GaAs基板12のキャリア濃度は、所望の電気伝導度と素子構造から、適宜選択することができる。例えば、GaAs基板12がシリコンドープのn型である場合には、キャリア濃度が1×1017〜5×1018cm−3の範囲であることが好ましい。これに対して、GaAs基板12が亜鉛をドープしたp型の場合には、キャリア濃度2×1018〜5×1019cm−3の範囲であることが好ましい。 The GaAs substrate 12 may be n-type or p-type. The carrier concentration of the GaAs substrate 12 can be appropriately selected from desired electrical conductivity and element structure. For example, when the GaAs substrate 12 is a silicon-doped n-type, the carrier concentration is preferably in the range of 1 × 10 17 to 5 × 10 18 cm −3 . On the other hand, when the GaAs substrate 12 is a p-type doped with zinc, the carrier concentration is preferably in the range of 2 × 10 18 to 5 × 10 19 cm −3 .

緩衝層(buffer)13は、GaAs基板12と発光部7の構成層との格子ミスマッチの緩和するために設けられている。このため、基板の品質やエピタキシャル成長条件を選択すれば、緩衝層13は、必ずしも必要ではない。また、緩衝層13の材質は、エピタキシャル成長させる基板と同じ材質とすることが好ましい。したがって、本実施形態では、緩衝層13には、GaAs基板12と同じくGaAsを用いることが好ましい。また、緩衝層13には、欠陥の伝搬を低減するためにGaAs基板12と異なる材質からなる多層膜を用いることもできる。緩衝層13の厚さは、0.1μm以上とすることが好ましく、0.2μm以上とすることがより好ましい。   The buffer layer (buffer) 13 is provided to alleviate lattice mismatch between the GaAs substrate 12 and the constituent layers of the light emitting unit 7. For this reason, the buffer layer 13 is not necessarily required if the quality of the substrate and the epitaxial growth conditions are selected. The buffer layer 13 is preferably made of the same material as that of the substrate to be epitaxially grown. Therefore, in the present embodiment, it is preferable to use GaAs for the buffer layer 13 as with the GaAs substrate 12. The buffer layer 13 may be a multilayer film made of a material different from that of the GaAs substrate 12 in order to reduce the propagation of defects. The thickness of the buffer layer 13 is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 0.2 μm or more.

コンタクト層14は、電極との接触抵抗を低下させるために設けられている。コンタクト層14の材質は、GaAsなどAlを含まないものが望ましく、更に、Asを含まないGaInPが最も望ましい。また、コンタクト層14のキャリア濃度の下限値は、電極との接触抵抗を低下させるために5×1017cm−3以上であることが好ましく、1×1018cm−3以上がより好ましい。キャリア濃度の上限値は、結晶性の低下が起こりやすくなる2×1019cm−3以下が望ましい。コンタクト層14の厚さは、0.02μm以上が好ましく、0.05μm以上が望ましい。 The contact layer 14 is provided to reduce the contact resistance with the electrode. The contact layer 14 is preferably made of a material that does not contain Al, such as GaAs, and is most preferably GaInP that does not contain As. Further, the lower limit value of the carrier concentration of the contact layer 14 is preferably 5 × 10 17 cm −3 or more and more preferably 1 × 10 18 cm −3 or more in order to reduce the contact resistance with the electrode. The upper limit value of the carrier concentration is desirably 2 × 10 19 cm −3 or less at which the crystallinity is likely to decrease. The thickness of the contact layer 14 is preferably 0.02 μm or more, and more preferably 0.05 μm or more.

本実施形態では、分子線エピタキシャル法(MBE)や減圧有機金属化学気相堆積法(MOCVD法)等の公知の成長方法を適用することができる。なかでも、量産性に優れるMOCVD法を適用することが望ましい。具体的には、化合物半導体層2のエピタキシャル成長に使用するGaAs基板12は、成長前に洗浄工程や熱処理等の前処理を実施して、表面の汚染や自然酸化膜を除去することが望ましい。   In the present embodiment, a known growth method such as a molecular beam epitaxial method (MBE) or a low pressure metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) can be applied. Among these, it is desirable to apply the MOCVD method which is excellent in mass productivity. Specifically, the GaAs substrate 12 used for the epitaxial growth of the compound semiconductor layer 2 is preferably subjected to a pretreatment such as a cleaning process or a heat treatment before the growth to remove surface contamination or a natural oxide film.

上記化合物半導体層2の各層をエピタキシャル成長する際、III族構成元素の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム((CHAl)、トリメチルガリウム((CHGa)及びトリメチルインジウム((CHIn)を用いることができる。また、Mgのドーピング原料としては、例えば、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(bis−(CMg)等を用いることができる。また、Siのドーピング原料としては、例えば、ジシラン(Si)等を用いることができる。また、V族構成元素の原料としては、ホスフィン(PH)、アルシン(AsH)等を用いることができる。また、各層の成長温度としては、電流拡散層8としてp型GaPを用いる場合は、720〜770℃を適用することができ、その他の各層では600〜700℃を適用することができる。さらに、各層のキャリア濃度及び層厚、温度条件は、適宜選択することができる。 When each layer of the compound semiconductor layer 2 is epitaxially grown, examples of the group III constituent material include trimethylaluminum ((CH 3 ) 3 Al), trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga), and trimethylindium ((CH 3 ) 3 In) can be used. Further, as a Mg doping raw material, for example, biscyclopentadienyl magnesium (bis- (C 5 H 5 ) 2 Mg) or the like can be used. Further, as a Si doping material, for example, disilane (Si 2 H 6 ) or the like can be used. In addition, phosphine (PH 3 ), arsine (AsH 3 ), or the like can be used as a raw material for the group V constituent element. As the growth temperature of each layer, 720 to 770 ° C. can be applied when p-type GaP is used as the current diffusion layer 8, and 600 to 700 ° C. can be applied to the other layers. Furthermore, the carrier concentration, layer thickness, and temperature conditions of each layer can be selected as appropriate.

このようにして製造した化合物半導体層2は、結晶欠陥が少ない良好な表面状態が得られる。また、化合物半導体層2は、素子構造に対応して研磨などの表面加工を施しても良い。   The compound semiconductor layer 2 manufactured in this way can obtain a good surface state with few crystal defects. The compound semiconductor layer 2 may be subjected to surface processing such as polishing corresponding to the element structure.

(透明基板の接合工程)
次に、化合物半導体層2と半導体基板3とを接合する。化合物半導体層2と半導体基板3との接合は、先ず、化合物半導体層2を構成する電流拡散層8の表面を研磨して、鏡面加工する。次に、この電流拡散層8の鏡面研磨した表面に貼付する半導体基板3を用意する。なお、この半導体基板3の表面は、電流拡散層8に接合させる以前に鏡面に研磨する。次に、一般の半導体材料貼付装置に、化合物半導体層2と半導体基板3とを搬入し、真空中で鏡面研磨した双方の表面に電子を衝突させて中性(ニュートラル)化したArビームを照射する。その後、真空を維持した貼付装置内で双方の表面を重ね合わせて荷重をかけることで、室温で接合することができる(図6参照)。
(Transparent substrate bonding process)
Next, the compound semiconductor layer 2 and the semiconductor substrate 3 are bonded. In joining the compound semiconductor layer 2 and the semiconductor substrate 3, first, the surface of the current diffusion layer 8 constituting the compound semiconductor layer 2 is polished and mirror-finished. Next, the semiconductor substrate 3 to be attached to the mirror-polished surface of the current spreading layer 8 is prepared. The surface of the semiconductor substrate 3 is polished to a mirror surface before being bonded to the current diffusion layer 8. Next, the compound semiconductor layer 2 and the semiconductor substrate 3 are carried into a general semiconductor material pasting apparatus, and the neutralized (neutral) Ar beam is irradiated by colliding electrons with both surfaces mirror-polished in vacuum. To do. Then, it can join at room temperature by superimposing both surfaces in the sticking apparatus which maintained the vacuum, and applying a load (refer FIG. 6).

(n型及びp型電極、及び電極間高さ調整部の形成工程)
次に、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5、並びに電極間高さ調整部6を形成する。n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の形成は、先ず、半導体基板3と接合した化合物半導体層2から、GaAs基板12及びGaAs緩衝層13をアンモニア系エッチャントによって選択的に除去する。次に、露出したコンタクト層14の表面にn型オーミック電極4を形成する。具体的には、例えば、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを行って、AuGe、Ni合金/Auを任意の厚さとなるように真空蒸着法により積層した後、n型オーミック電極4の形状を形成する。
不透明なコンタクト層14の場合、オーミック電極4以外のコンタクト層を除去する。透明な場合は、除去の必要はない。なお、図4に示す本実施形態の発光ダイオード1は、コンタクト層を除去しない場合を図示したものである。
(Process for forming n-type and p-type electrodes and inter-electrode height adjustment section)
Next, the n-type ohmic electrode 4, the p-type ohmic electrode 5, and the interelectrode height adjustment unit 6 are formed. In the formation of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5, first, the GaAs substrate 12 and the GaAs buffer layer 13 are selectively removed from the compound semiconductor layer 2 bonded to the semiconductor substrate 3 with an ammonia-based etchant. Next, the n-type ohmic electrode 4 is formed on the exposed surface of the contact layer 14. Specifically, for example, patterning is performed using a general photolithography means, and AuGe and Ni alloy / Au are stacked by vacuum deposition so as to have an arbitrary thickness, and then the n-type ohmic electrode 4 is formed. Form a shape.
In the case of the opaque contact layer 14, the contact layer other than the ohmic electrode 4 is removed. If it is transparent, there is no need to remove it. In addition, the light emitting diode 1 of this embodiment shown in FIG. 4 illustrates the case where the contact layer is not removed.

次に、コンタクト層14、上部クラッド層11、発光層10、下部クラッド層9を選択的に除去して電流拡散層8の表面を露出させるとともに、化合物半導体層2の一部を残存させて電極間高さ調整部6を形成する。
ここで、電極間高さ調整部6の形成は、化合物半導体層2の主面の結晶方位を(100)±20°以内とし、これを例えば、酸、アルカリ等の化学的エッチング法を用いることにより、結晶方位を反映した所望の傾斜側面6aの形状の電極間高さ調整部6を形成することができる。
また、電極間高さ調整部6の形成には、レジストの形状、エッチングレート差を利用したドライエッチング法を用いても良い。プロセス条件により、傾斜角度を選択できるドライエッチング法が望ましい。
Next, the contact layer 14, the upper clad layer 11, the light emitting layer 10, and the lower clad layer 9 are selectively removed to expose the surface of the current diffusion layer 8, and a part of the compound semiconductor layer 2 is left to leave the electrode. The inter-height adjustment part 6 is formed.
Here, the inter-electrode height adjusting unit 6 is formed by setting the crystal orientation of the main surface of the compound semiconductor layer 2 within (100) ± 20 °, and using a chemical etching method such as acid or alkali. Thus, it is possible to form the interelectrode height adjusting portion 6 having the shape of the desired inclined side surface 6a reflecting the crystal orientation.
Further, the formation of the inter-electrode height adjusting portion 6 may be performed by a dry etching method using a resist shape and an etching rate difference. A dry etching method capable of selecting an inclination angle depending on process conditions is desirable.

次に、この露出した電流拡散層8の上面8aにp型オーミック電極5を形成する。具体的には、例えば、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを行って、AuBe/Auを任意の厚さとなるように真空蒸着法により積層した後、p型オーミック電極5の形状を形成する。その後、例えば400〜500℃、5〜20分間の条件で熱処理を行って合金化することにより、低抵抗のn型オーミック電極4及びp型オーミック電極5を形成することができる。この時、半導体と電極界面に合金層が形成され、良好なオーミック電極が得られる。
次に、反射機能とバンプとの接続機能を有する例えば、Au/Pt/Au層をnオーミック電極およびpオーミック電極を覆うように形成する。p、n同時形成が、更に、次工程の密着層を連続的に形成するのが、効率が良い。
Next, the p-type ohmic electrode 5 is formed on the exposed upper surface 8 a of the current diffusion layer 8. Specifically, for example, patterning is performed using a general photolithography means, and AuBe / Au is laminated by vacuum deposition so as to have an arbitrary thickness, and then the shape of the p-type ohmic electrode 5 is formed. To do. Then, the low resistance n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 can be formed by heat-processing, for example on the conditions of 400-500 degreeC and 5 to 20 minutes, and alloying. At this time, an alloy layer is formed at the interface between the semiconductor and the electrode, and a good ohmic electrode is obtained.
Next, for example, an Au / Pt / Au layer having a reflection function and a bump connection function is formed so as to cover the n ohmic electrode and the p ohmic electrode. In the simultaneous formation of p and n, it is more efficient to continuously form the adhesion layer in the next step.

(密着層の形成工程)
次に、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の上面に密着層15を形成する。
密着層15の形成は、具体的には、図7に示すように、パッド電極4b及びパッド電極5b上に、例えば、真空蒸着法を用いてTiを50nmの厚さで成膜する。
(Adhesion layer formation process)
Next, the adhesion layer 15 is formed on the upper surfaces of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5.
Specifically, as shown in FIG. 7, the adhesion layer 15 is formed by depositing Ti with a thickness of 50 nm on the pad electrode 4b and the pad electrode 5b by using, for example, a vacuum deposition method.

(保護膜の形成工程)
次に、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の表面を被覆するように保護膜16を形成する。
具体的には、図8に示すように、化合物半導体層2の表面と、一部に密着層15を介してn型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の表面との上に、例えば、スパッタ法を用いて酸化ケイ素(SiO)を500nmの厚さで成膜する。
(Protective film formation process)
Next, a protective film 16 is formed so as to cover the surfaces of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5.
Specifically, as shown in FIG. 8, for example, sputtering is performed on the surface of the compound semiconductor layer 2 and partially on the surfaces of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 via the adhesion layer 15. Using this method, silicon oxide (SiO 2 ) is deposited to a thickness of 500 nm.

(開口部の形成工程)
次に、図9に示すように、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の上面に、保護膜16及び密着層15を貫通する開口部17を形成する。
ここで、本実施形態では、密着層15としてTiを、保護膜16として酸化ケイ素(SiO)をそれぞれ用いているため、フッ化水素酸をエッチャントとしてエッチングすることにより、保護膜16と密着層15とを同時に除去することができる。
なお、密着層15として、Ti以外を、保護膜16として酸化ケイ素以外を用いた場合には、それぞれに適したエッチャントを用いて、別々にエッチングすることで開口部17を形成してもよい。
(Opening process)
Next, as shown in FIG. 9, an opening 17 penetrating the protective film 16 and the adhesion layer 15 is formed on the upper surfaces of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5.
Here, in this embodiment, since Ti is used as the adhesion layer 15 and silicon oxide (SiO 2 ) is used as the protection film 16, the protection film 16 and the adhesion layer are etched by etching using hydrofluoric acid as an etchant. 15 can be removed simultaneously.
In addition, when using other than Ti as the adhesion layer 15 and other than silicon oxide as the protective film 16, the opening 17 may be formed by etching separately using an etchant suitable for each.

(半導体基板の加工工程)
次に、半導体基板3の形状を加工する。半導体基板3の加工は、先ず、化合物半導体層2との接合面と反対側の表面にV字状の溝入れを行う。この際、V字状の溝の光取り出し面3c側の内側面が発光面に平行な面とのなす角度αを有する傾斜面3bとなる。次に、化合物半導体層2側から所定の間隔でダイシングを行ってチップ化する。なお、チップ化の際のダイシングによって半導体基板3の垂直面3aが形成される。
(Semiconductor substrate processing process)
Next, the shape of the semiconductor substrate 3 is processed. In processing the semiconductor substrate 3, first, V-shaped grooving is performed on the surface opposite to the bonding surface with the compound semiconductor layer 2. At this time, the inner surface of the V-shaped groove on the light extraction surface 3c side becomes an inclined surface 3b having an angle α formed with a surface parallel to the light emitting surface. Next, dicing is performed from the compound semiconductor layer 2 side at predetermined intervals to form chips. Note that the vertical surface 3a of the semiconductor substrate 3 is formed by dicing at the time of chip formation.

傾斜面3bの形成方法は、特に限定されるものではなく、ウェットエッチング、ドライエッチング、スクライブ法、レーザー加工などの従来からの方法を組み合わせて用いることができるが、形状の制御性及び生産性の高いダイシング法を適用することが最も好ましい。ダイシング法を適用することにより、製造歩留まりを向上することができる。   The formation method of the inclined surface 3b is not particularly limited, and conventional methods such as wet etching, dry etching, scribing, and laser processing can be used in combination, but the shape controllability and productivity can be improved. Most preferably, a high dicing method is applied. By applying the dicing method, the manufacturing yield can be improved.

また、垂直面3aの形成方法は、特に限定されるものではないが、加工性に優れるダイシング法で形成するのが好ましい。   The method for forming the vertical surface 3a is not particularly limited, but it is preferably formed by a dicing method having excellent workability.

最後に、ダイシングによる破砕層及び汚れを必要に応じて、例えばGaP基板の場合は、硫酸・過酸化水素混合液等でエッチング除去する。このようにして発光ダイオード1を製造する。   Finally, if necessary, for example, in the case of a GaP substrate, a crushed layer and dirt due to dicing are removed by etching with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide. In this way, the light emitting diode 1 is manufactured.

<発光ダイオードランプの製造方法>
次に、上記発光ダイオード1を用いた発光ダイオードランプ91の製造方法、すなわち、発光ダイオード1の実装方法について説明する。
図1及び図2に示すように、マウント基板92の表面に所定の数量の発光ダイオード1を実装する。発光ダイオード1の実装は、先ず、金バンプ95,はんだバンプ96が設けられたマウント基板92と、半導体基板3側を上向きにし、化合物半導体層2側を下向き(フェイスダウン)にした発光ダイオード1との位置合せを行い、マウント基板92の表面の所定の位置に発光ダイオード1を配置する。次に、マウント基板92に設けた金バンプ95,96により、発光ダイオード1をマウント基板92の表面にダイボンド、加熱処理する。このとき、発光ダイオード1のn型オーミック電極4とマウント基板92のn電極端子93とが金バンプ95により接続されると同時に、p型オーミック電極5とマウント基板92のp電極端子94とがはんだバンプ96により接続される。接続方法は、金/はんだ、の組み合わせ例を示したが、はんだ/はんだ、金/金などの組み合わせ、他の公知の接続技術を適用できる。
最後に、マウント基板92の発光ダイオード1が実装された表面を、一般的なシリコン樹脂(一般的なエポキシ樹脂等でも良い)等の封止剤97によって封止する。このようにして、発光ダイオード1を用いた発光ダイオードランプ91を製造する。
<Method for manufacturing light-emitting diode lamp>
Next, a manufacturing method of the light emitting diode lamp 91 using the light emitting diode 1, that is, a mounting method of the light emitting diode 1 will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, a predetermined number of light emitting diodes 1 are mounted on the surface of the mounting substrate 92. First, the light-emitting diode 1 is mounted with the mount substrate 92 provided with the gold bumps 95 and the solder bumps 96, the light-emitting diode 1 with the semiconductor substrate 3 side facing up, and the compound semiconductor layer 2 side facing down (face-down). Thus, the light emitting diode 1 is disposed at a predetermined position on the surface of the mount substrate 92. Next, the light emitting diode 1 is die-bonded and heat-treated on the surface of the mount substrate 92 by the gold bumps 95 and 96 provided on the mount substrate 92. At this time, the n-type ohmic electrode 4 of the light emitting diode 1 and the n-electrode terminal 93 of the mount substrate 92 are connected by the gold bump 95, and at the same time, the p-type ohmic electrode 5 and the p-electrode terminal 94 of the mount substrate 92 are soldered. They are connected by bumps 96. As the connection method, a combination example of gold / solder has been shown, but a combination of solder / solder, gold / gold, and other known connection techniques can be applied.
Finally, the surface of the mounting substrate 92 on which the light emitting diode 1 is mounted is sealed with a sealing agent 97 such as a general silicon resin (a general epoxy resin or the like). In this way, the light emitting diode lamp 91 using the light emitting diode 1 is manufactured.

以上説明したように、本実施形態のフリップチップ型発光ダイオード1によれば、少なくとも上面が金であるn型オーミック電極4及びp型オーミック電極5(第1及び第2の電極)と、上記n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5を被覆する絶縁性の保護膜16と、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5と保護膜16との間に設けられた密着層15とを備えており、保護膜16及び密着層15を貫通する開口部17から、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の上面の一部又は全部が露出されている構成となっている。これにより、開口部17の端部であっても保護膜16とn型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の上面との密着力が高くなっているため、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5を下向きにして基板にフリップチップ実装する際に、保護膜16とn型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の上面との界面での剥離を抑制することができる。したがって、信頼性の高いフリップチップ型発光ダイオード1を提供することができる。   As described above, according to the flip-chip type light emitting diode 1 of the present embodiment, the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 (first and second electrodes) having at least the upper surface made of gold, and the n Insulating protective film 16 covering p-type ohmic electrode 4 and p-type ohmic electrode 5, and adhesion layer 15 provided between n-type ohmic electrode 4 and p-type ohmic electrode 5 and protective film 16. In addition, a part or all of the upper surfaces of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 are exposed from the opening 17 penetrating the protective film 16 and the adhesion layer 15. As a result, the adhesion between the protective film 16 and the upper surfaces of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 is increased even at the end of the opening 17, so that the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode are high. When flip-chip mounting is performed on the substrate with the electrode 5 facing downward, peeling at the interface between the protective film 16 and the upper surfaces of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 can be suppressed. Therefore, the flip chip type light emitting diode 1 with high reliability can be provided.

また、本実施形態のフリップチップ型発光ダイオード1によれば、p型オーミック電極5が、化合物半導体層2の一部が除去されて露出するp型GaPからなる電流拡散層8と、電極間高さ調整部6の側面6a及び上面6bと、に連続して形成され、n型及びp型オーミック電極4,5の高さが、略同一とされるとともに、電極間高さ調整部6の側面6aがテーパー形状の傾斜面とされている。このように、電極間高さ調整部6が、側面6aの傾斜を緩和した形状とされているため、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶(AlGaInP)層からなる化合物半導体層の厚みが5μm程度であっても、n型オーミック電極4とp型オーミック電極5との高低差(すなわち、電極間高さ調整部6の高さ)に起因するp型オーミック電極5の断線不良を低減することができる。したがって、フリップチップ型発光ダイオードの電極1の断線を抑制して、歩留まり及び接続信頼性を向上させることができる。   Further, according to the flip-chip type light emitting diode 1 of the present embodiment, the p-type ohmic electrode 5 includes the current diffusion layer 8 made of p-type GaP exposed by removing a part of the compound semiconductor layer 2 and the interelectrode height. The n-type and p-type ohmic electrodes 4 and 5 are formed to be substantially the same, and the side surfaces of the inter-electrode height adjusting unit 6 are formed continuously with the side surface 6a and the upper surface 6b of the thickness adjusting unit 6. 6a is a tapered inclined surface. Thus, since the inter-electrode height adjusting portion 6 has a shape in which the inclination of the side surface 6a is relaxed, the thickness of the compound semiconductor layer made of an aluminum phosphide / gallium / indium mixed crystal (AlGaInP) layer is about 5 μm. Even so, the disconnection failure of the p-type ohmic electrode 5 due to the height difference between the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5 (that is, the height of the inter-electrode height adjusting portion 6) can be reduced. it can. Therefore, disconnection of the electrode 1 of the flip-chip type light emitting diode can be suppressed, and yield and connection reliability can be improved.

本実施形態のフリップチップ型発光ダイオード1の製造方法によれば、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の少なくとも上面に密着層15を形成し、少なくともn型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の表面を被覆するように保護膜16を形成した後、n型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の上面に保護膜16及び密着層15を貫通する開口部17を形成することにより、電極と保護膜との密着力が高く、これらの界面での剥離を抑制することが可能な上記フリップチップ型発光ダイオード1を製造することができる。   According to the manufacturing method of the flip chip type light emitting diode 1 of the present embodiment, the adhesion layer 15 is formed on at least the upper surface of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5, and at least the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode. After forming the protective film 16 so as to cover the surface of 5, the opening 17 penetrating the protective film 16 and the adhesion layer 15 is formed on the upper surfaces of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5, thereby The flip chip type light emitting diode 1 can be manufactured, which has a high adhesion between the protective film and the protective film and can suppress peeling at the interface between them.

また、本実施形態のフリップチップ型発光ダイオード1の製造方法によれば、特に、保護膜16が酸化珪素、密着層15がTiである場合に、フッ化水素酸をエッチャントとして保護膜16と密着層15とをエッチングによって同時に除去することができる。これにより、簡便にn型オーミック電極4及びp型オーミック電極5の上面に開口部17を形成することができる。   Further, according to the method of manufacturing the flip chip type light emitting diode 1 of the present embodiment, particularly when the protective film 16 is silicon oxide and the adhesion layer 15 is Ti, the film is adhered to the protection film 16 using hydrofluoric acid as an etchant. Layer 15 can be removed simultaneously by etching. Thereby, the opening part 17 can be easily formed in the upper surface of the n-type ohmic electrode 4 and the p-type ohmic electrode 5.

さらに、本実施形態のフリップチップ型発光ダイオード1の製造方法によれば、レジストの形状、エッチングレート差を利用してドライエッチング法または、半導体層の結晶方位を利用した化学的エッチング法により、電極間高さ調整部6を形成するため、側面6aの傾斜が緩和された電極間高さ調整部6を形成することができる。   Furthermore, according to the manufacturing method of the flip chip type light emitting diode 1 of the present embodiment, the electrode is formed by a dry etching method using a resist shape or a difference in etching rate or a chemical etching method using a crystal orientation of a semiconductor layer. In order to form the inter-space height adjusting portion 6, the inter-electrode height adjusting portion 6 in which the inclination of the side surface 6a is relaxed can be formed.

なお、本発明を適用したフリップチップ型発光ダイオードは、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。なお、以下の説明では、上記発光ダイオード1と同等の部位については説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。   Note that the flip-chip type light emitting diode to which the present invention is applied is not necessarily limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. In the following description, the same parts as those of the light emitting diode 1 are not described and the same reference numerals are given in the drawings.

上記電極間高さ調整部6は、例えば、図10(a)に示すように、平面視で化合物半導体層2の残存部分が四角形となるように一部を除去するとともに、図10(b)に示すように、断面視で側面26aがテーパー状の電極間高さ調整部26としても良い。   For example, as shown in FIG. 10A, the inter-electrode height adjusting unit 6 removes a part of the compound semiconductor layer 2 so that the remaining portion of the compound semiconductor layer 2 becomes a quadrangle in a plan view. As shown in FIG. 6, the inter-electrode height adjusting portion 26 may have a tapered side surface 26a in cross-sectional view.

また、上記電極間高さ調整部6は、例えば、図11(a)に示すように、平面視で化合物半導体層2の残存部分を4隅のいずれか一つの隅になるように設けるとともに、図11(b)に示すように、断面視で側面36aがテーパー状の電極間高さ調整部36であってもよい。   In addition, the inter-electrode height adjusting unit 6 is provided so that the remaining portion of the compound semiconductor layer 2 is at any one of the four corners in a plan view, for example, as shown in FIG. As shown in FIG. 11B, the inter-electrode height adjusting portion 36 may have a tapered side surface 36a in a cross-sectional view.

さらに、上記電極間高さ調整部6は、例えば、図12(a)に示すように、平面視で化合物半導体層2の残存部分を4隅のいずれか一つの隅になるように設けるとともに、図12(b)に示すように、断面視で電極間高さ調整部46の幅が、底面46cから上面46bに向かって不連続に縮小する構成としても良い。換言すると、電極間高さ調整部46の断面形状が、半導体基板3の表面に対する垂直方向において、底面46cから上面46bに向かって側面46aが段階的に縮小する階段形状としても良い。
このような構成とすることにより、n型オーミック電極44が設けられる化合物半導体層2の上面2aと、化合物半導体層2の一部が除去されて露出する電流拡散層8の表面との段差にp型オーミック電極45を連続的に形成する際に、側面46aにおける電極の断線を抑制することができる。したがって、歩留まりや接続信頼性を向上させることができる。
Furthermore, the inter-electrode height adjusting unit 6 is provided so that the remaining portion of the compound semiconductor layer 2 is in any one of the four corners in plan view, as shown in FIG. As shown in FIG. 12B, the width of the inter-electrode height adjusting unit 46 may be reduced discontinuously from the bottom surface 46c toward the top surface 46b in a cross-sectional view. In other words, the cross-sectional shape of the inter-electrode height adjusting portion 46 may be a stepped shape in which the side surface 46a gradually decreases from the bottom surface 46c toward the top surface 46b in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 3.
With such a configuration, p is formed at the level difference between the upper surface 2a of the compound semiconductor layer 2 where the n-type ohmic electrode 44 is provided and the surface of the current diffusion layer 8 exposed by removing a part of the compound semiconductor layer 2. When the type ohmic electrode 45 is continuously formed, disconnection of the electrode on the side surface 46a can be suppressed. Therefore, yield and connection reliability can be improved.

さらに、上記電極間高さ調整部6は、例えば、図13(a)に示すように、平面視で化合物半導体層2の残存部分を基板の中央部分になるように設けるとともに、図13(b)に示すように、断面視で電極間高さ調整部56の幅が、底面56cから上面56bに向かって不連続に縮小する構成としても良い。   Furthermore, the inter-electrode height adjusting unit 6 is provided so that the remaining portion of the compound semiconductor layer 2 becomes a central portion of the substrate in a plan view as shown in FIG. 13A, for example. ), The width of the inter-electrode height adjusting unit 56 may be reduced discontinuously from the bottom surface 56c toward the top surface 56b in a cross-sectional view.

また、上記線状電極4aは、例えば、図10(a)に示すように、円状電極24aとすることができる。この円状電極24aを化合物半導体層2のn型半導体層上に均等に配置することにより、発光効率を高めることができる。   Moreover, the said linear electrode 4a can be made into the circular electrode 24a, for example, as shown to Fig.10 (a). By arranging the circular electrodes 24a evenly on the n-type semiconductor layer of the compound semiconductor layer 2, the light emission efficiency can be increased.

また、上記線状電極5aは、図11(a)に示すように、露出された電流拡散層8の上面の2辺に沿って引き伸ばした線状電極35aとすることができる。このような構成とすることにより、p型オーミック電極3の側面35aが断線しにくくすると共に、発光ダイオード31の発光効率を高めることができる。   The linear electrode 5a can be a linear electrode 35a extended along two sides of the exposed upper surface of the current diffusion layer 8, as shown in FIG. With such a configuration, the side surface 35a of the p-type ohmic electrode 3 is not easily broken, and the light emission efficiency of the light emitting diode 31 can be increased.

また、上記実施形態の発光ダイオード1では、図4に示すようにコンタクト層14を除去しない場合を説明したが、図10(b)、図11(b)、図12(b)、図13(b)に示すように、オーミック電極の形成部以外のコンタクト層を除去してもよい。   In the light-emitting diode 1 of the above embodiment, the case where the contact layer 14 is not removed as shown in FIG. 4 has been described, but FIG. 10B, FIG. 11B, FIG. 12B, and FIG. As shown in b), the contact layer other than the ohmic electrode forming portion may be removed.

また、図14に示すように、高さ調整部材を設けずに、p型オーミック電極65を電流拡散層8上に直接設けるような構成としてもよい。   Further, as shown in FIG. 14, the p-type ohmic electrode 65 may be directly provided on the current diffusion layer 8 without providing the height adjusting member.

以下、本発明の効果を、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the effect of the present invention will be specifically described with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
本実施例では、本発明に係る発光ダイオードを作製した例を具体的に説明する。また、本実施例で作製した発光ダイオードは、AlGaInP発光部を有する赤色発光ダイオードである。なお、本実施例1では、GaAs基板上に設けたエピタキシャル積層構造体(化合物半導体層)とGaP基板(半導体基板)とを接合させて発光ダイオードを作製する場合を例にして、本発明を具体的に説明する。
Example 1
In this example, an example in which a light-emitting diode according to the present invention is manufactured will be specifically described. In addition, the light emitting diode manufactured in this example is a red light emitting diode having an AlGaInP light emitting portion. In Example 1, the present invention is described in detail by taking as an example a case where a light emitting diode is manufactured by bonding an epitaxial multilayer structure (compound semiconductor layer) provided on a GaAs substrate and a GaP substrate (semiconductor substrate). I will explain it.

実施例1の発光ダイオードは、先ず、Siをドープしたn型の(100)面から15°傾けた面を有するGaAs単結晶からなる半導体基板上に順次、積層した半導体層を備えたエピタキシャルウェーハを使用して作製した。積層した半導体層とは、Siをドープしたn型のGaAsからなる緩衝層、Siをドープしたn型の(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pからなるコンタクト層、Siをドープしたn型の(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなる上部クラッド層、アンドープの(Al0.2Ga0.80.5In0.5P/Al0.7Ga0.30.5In0.5Pの20対からなる発光層、およびMgをドープしたp型の(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなる下部クラッド層および薄膜(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pからなる中間層、Mgドープしたp型GaP層である。 In the light-emitting diode of Example 1, first, an epitaxial wafer provided with semiconductor layers sequentially stacked on a semiconductor substrate made of GaAs single crystal having a surface inclined by 15 ° from an n-type (100) surface doped with Si is formed. Made using. The stacked semiconductor layers are a buffer layer made of n-type GaAs doped with Si, a contact layer made of n-type (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P doped with Si, Si-doped n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P upper cladding layer, undoped (Al 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In 0.5 P / A 1 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P light-emitting layer consisting of 20 pairs, and Mg-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0 A lower clad layer made of .5P, a thin film (Al 0.5 Ga 0.5 ), an intermediate layer made of 0.5 In 0.5 P, and a Mg-doped p-type GaP layer.

本実施例では、上記の半導体層の各層は、トリメチルアルミニウム((CHAl)、トリメチルガリウム((CHGa)およびトリメチルインジウム((CHIn)をIII族構成元素の原料に用いた減圧有機金属化学気相堆積法(MOCVD法)によりGaAs基板上に積層して、エピタキシャルウェーハを形成した。Mgのドーピング原料にはビスシクロペンタジエチルマグネシウム(bis−(CMg)を使用した。Siのドーピング原料にはジシラン(Si)を使用した。また、V族構成元素の原料としては、ホスフィン(PH)またはアルシン(AsH)を用いた。GaP層は750℃で成長させ、その他の半導体層は730℃で成長させた。 In this example, each of the semiconductor layers described above includes trimethylaluminum ((CH 3 ) 3 Al), trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga), and trimethylindium ((CH 3 ) 3 In) as group III constituent elements. An epitaxial wafer was formed by stacking on a GaAs substrate by a low pressure metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) used as a raw material. Biscyclopentadiethylmagnesium (bis- (C 5 H 5 ) 2 Mg) was used as the Mg doping material. Disilane (Si 2 H 6 ) was used as a Si doping material. Further, phosphine (PH 3 ) or arsine (AsH 3 ) was used as a group V constituent element material. The GaP layer was grown at 750 ° C., and the other semiconductor layers were grown at 730 ° C.

GaAs緩衝層のキャリア濃度は約2×1018cm−3、また、層厚は約0.2μmとした。コンタクト層は、(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pから構成し、キャリア濃度は約2×1018cm−3、層厚は、約1.5μmとした。上部クラッド層のキャリア濃度は約8×1017cm−3、また、層厚は約1μmとした。発光層は、アンドープの0.8μmとした。下部クラッド層のキャリア濃度は約2×1017cm−3とし、また、層厚は1μmとした。p型GaP層のキャリア濃度は約3×1018cm−3とし、層厚は9μmとした。 The carrier concentration of the GaAs buffer layer was about 2 × 10 18 cm −3 and the layer thickness was about 0.2 μm. The contact layer was made of (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P, the carrier concentration was about 2 × 10 18 cm −3 , and the layer thickness was about 1.5 μm. The carrier concentration of the upper clad layer was about 8 × 10 17 cm −3 and the layer thickness was about 1 μm. The light emitting layer was undoped 0.8 μm. The carrier concentration of the lower cladding layer was about 2 × 10 17 cm −3 and the layer thickness was 1 μm. The carrier concentration of the p-type GaP layer was about 3 × 10 18 cm −3 and the layer thickness was 9 μm.

次に、p型GaP層(電流拡散層)は、表面から約1μmの深さに至る領域を研磨し、鏡面加工した。
この鏡面加工によって、p型GaP層の表面の粗さを0.18nmとした。一方、上記のp型GaP層の鏡面研磨した表面に貼付するn型GaPからなる半導体基板を用意した。この貼付用の半導体基板には、キャリア濃度が約2×1017cm−3となる様にSiを添加し、面方位を(111)とした単結晶を用いた。また、半導体基板の直径は50ミリメートル(mm)で、厚さは250μmであった。この半導体基板の表面は、p型GaP層に接合させる以前に鏡面に研磨し、平方平均平方根値(rms)にして0.12nmに仕上げておいた。
Next, the p-type GaP layer (current diffusion layer) was mirror-polished by polishing a region extending from the surface to a depth of about 1 μm.
By this mirror finishing, the surface roughness of the p-type GaP layer was set to 0.18 nm. On the other hand, a semiconductor substrate made of n-type GaP to be attached to the mirror-polished surface of the p-type GaP layer was prepared. A single crystal having a plane orientation of (111) was used for the semiconductor substrate for pasting, to which Si was added so that the carrier concentration was about 2 × 10 17 cm −3 . The semiconductor substrate had a diameter of 50 millimeters (mm) and a thickness of 250 μm. The surface of the semiconductor substrate was polished to a mirror surface before being bonded to the p-type GaP layer, and finished to a square average square root value (rms) of 0.12 nm.

次に、一般の半導体材料貼付装置に、上記の半導体基板及びエピタキシャルウェーハを搬入し、3×10−5Paとなるまで装置内を真空に排気した。 Next, the semiconductor substrate and the epitaxial wafer were carried into a general semiconductor material pasting apparatus, and the inside of the apparatus was evacuated to 3 × 10 −5 Pa.

次に、半導体基板、及び電流拡散層の双方の表面に、電子を衝突させて中性(ニュートラル)化したArビームを3分間に亘り照射した。その後、真空に維持した貼付装置内で、電流拡散基板及びp型GaP層の表面を重ね合わせ、各々の表面での圧力が50g/cmとなる様に荷重を掛け、双方を室温で接合した。 Next, the surfaces of both the semiconductor substrate and the current diffusion layer were irradiated with an Ar beam neutralized by colliding electrons for 3 minutes. Thereafter, the surfaces of the current diffusion substrate and the p-type GaP layer were superposed in a sticking apparatus maintained in a vacuum, a load was applied so that the pressure on each surface was 50 g / cm 2, and both were bonded at room temperature. .

次に、上記接合ウェーハから、GaAs基板およびGaAs緩衝層をアンモニア系エッチャントにより選択的に除去した。次に、コンタクト層の表面に第1の電極として、AuGe、Ni合金を厚さが0.5μm、Ptを0.2μm、Auを1μmとなるように真空蒸着法によりn形オーミック電極を形成した。その後、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、n型オーミック電極の形状を形成した。   Next, the GaAs substrate and the GaAs buffer layer were selectively removed from the bonded wafer with an ammonia-based etchant. Next, an n-type ohmic electrode was formed as a first electrode on the surface of the contact layer by vacuum deposition so that the thickness of AuGe and Ni alloy was 0.5 μm, Pt was 0.2 μm, and Au was 1 μm. . Thereafter, patterning was performed using a general photolithography means to form an n-type ohmic electrode.

次に、第2の電極としてp型オーミック電極を形成する領域のエピ層を選択的に除去し、p型GaPからなる電流拡散層を露出させるとともに、エピ層の一部を残存させて、電極間高さ調整部を形成した。具体的には、フォトレジストの形成条件を調整し、断面が台形上にした上で、半導体とレジストのドライエッチングの選択比を制御した。上記ドライエッチングではレジストもエッチングしながら半導体をエッチングする。ここで、レジストの断面形状が台形状であるため、周辺からレジストのエッチングが始まり、徐々に中央部に向かう過程で半導体もエッチングされる。これにより、側面がテーパー形状の電極間高さ調整部を形成した。
傾斜面の角度は、約60度であった。エッチング深さは、5μmで、GaP層の一部までエッチングした。
なお、(100)面のメサ方向を利用した傾斜を形成場合、結晶方位により、エッチング速度が異なる為、自然に形状が制御される。
Next, the epi layer in the region where the p-type ohmic electrode is to be formed as the second electrode is selectively removed to expose the current diffusion layer made of p-type GaP, and a part of the epi layer is left to leave the electrode. A height adjustment part was formed. Specifically, the photo-resist formation conditions were adjusted to make the cross-section trapezoidal, and the dry etching selectivity between the semiconductor and the resist was controlled. In the dry etching, the semiconductor is etched while etching the resist. Here, since the cross-sectional shape of the resist is trapezoidal, the etching of the resist starts from the periphery, and the semiconductor is also etched gradually toward the center. As a result, the inter-electrode height adjusting portion having a tapered side surface was formed.
The angle of the inclined surface was about 60 degrees. The etching depth was 5 μm, and a part of the GaP layer was etched.
In the case of forming an inclination using the mesa direction of the (100) plane, the shape is naturally controlled because the etching rate varies depending on the crystal orientation.

次に、露出したp型GaPからなる電流拡散層の表面に、AuBeを0.2μm、Auを1μmとなるように真空蒸着法でp形オーミック電極を形成した。さらにフォトリソ法で、エピ層の一部を残存させて形成した電極間高さ調整部の周縁部のp型GaP電流拡散層上に円環状の線状電極とした。その後、450℃で10分間熱処理を行って合金化し、低抵抗のp型およびn型オーミック電極を形成した。   Next, a p-type ohmic electrode was formed on the exposed surface of the current diffusion layer made of p-type GaP by vacuum deposition so that AuBe was 0.2 μm and Au was 1 μm. Furthermore, an annular linear electrode was formed on the p-type GaP current diffusion layer at the peripheral portion of the interelectrode height adjustment portion formed by leaving a part of the epi layer by photolithography. Thereafter, heat treatment was performed at 450 ° C. for 10 minutes to form an alloy, and low resistance p-type and n-type ohmic electrodes were formed.

次に、p型及びn型オーミック電極の接続用のパッド電極を、Auを0.2μm、Ptを0.2μm、Auを1.5μmとなるように積層して形成した。   Next, a pad electrode for connecting the p-type and n-type ohmic electrodes was formed by laminating Au to 0.2 μm, Pt to 0.2 μm, and Au to 1.5 μm.

次に、n型オーミック電極及びp型オーミック電極の上面に、密着層としてTiを真空蒸着法により50nmの厚さで成膜した。
次に、化合物半導体層の表面と、n型オーミック電極及びp型オーミック電極の表面との上に、保護膜として酸化ケイ素(SiO)をスパッタ法により500nmの厚さで成膜した。
次に、フッ化水素酸をエッチャントとしてエッチングすることにより、保護膜と密着層とを同時に除去してn型オーミック電極及びp型オーミック電極の上面に開口部17を形成した。
Next, Ti was deposited as an adhesion layer on the upper surfaces of the n-type ohmic electrode and the p-type ohmic electrode to a thickness of 50 nm by vacuum deposition.
Next, silicon oxide (SiO 2 ) was formed as a protective film with a thickness of 500 nm on the surface of the compound semiconductor layer and the surfaces of the n-type ohmic electrode and the p-type ohmic electrode by a sputtering method.
Next, by etching using hydrofluoric acid as an etchant, the protective film and the adhesion layer were simultaneously removed to form an opening 17 on the upper surface of the n-type ohmic electrode and the p-type ohmic electrode.

次に、ダイシングソーを用いて、半導体基板の裏面の領域を傾斜面の角度αが70°となると共に垂直面の厚さが100μmとなるようにV字状の溝入れを行った。次に、化合物半導体層側からダイシングソーを用い350μm間隔で切断し、チップ化した。ダイシングによる破砕層および汚れを硫酸・過酸化水素混合液でエッチング除去して、実施例1の発光ダイオードを作製した。   Next, using a dicing saw, V-shaped grooving was performed on the back surface region of the semiconductor substrate so that the angle α of the inclined surface was 70 ° and the thickness of the vertical surface was 100 μm. Next, a dicing saw was used to cut from the compound semiconductor layer side at 350 μm intervals to form chips. The crushing layer and dirt by dicing were removed by etching with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide to produce a light emitting diode of Example 1.

上記の様にして作製した実施例1の発光ダイオードチップを、マウント基板上にフェイスダウンで実装した発光ダイオードランプを500個実装した。この発光ダイオードランプは、マウントは、チップの電極にAuバンプを形成し、マウント基板の端子上にSn−Agはんだをプリコートし、発光ダイオードチップを加熱しながら、ダイボンドしAuバンプとはんだ接続した後、チップの下側にアンダーフィル樹脂を充填、光取り出し面側をシリコン樹脂で封止して作製した。   500 light emitting diode lamps in which the light emitting diode chip of Example 1 manufactured as described above was mounted face-down on a mounting substrate were mounted. In this light-emitting diode lamp, the mount is formed by forming Au bumps on the electrodes of the chip, pre-coating Sn-Ag solder on the terminals of the mounting substrate, die-bonding while heating the light-emitting diode chips, and solder-connecting to the Au bumps The underfill resin was filled under the chip, and the light extraction surface side was sealed with silicon resin.

なお、発光ダイオードランプを500個実装した際に発光ダイオードの電極と保護膜との間の剥離不良は、なかった。   When 500 light emitting diode lamps were mounted, there was no peeling failure between the electrode of the light emitting diode and the protective film.

(比較例1)
電極と保護膜との間に密着層を設けないこととした以外は、実施例1と同様にして発光ダイオードを作製した。そして、作製した比較例1の発光ダイオードチップを、マウント基板上にフェイスダウンで実装した発光ダイオードランプを500個実装した結果、発光ダイオードの電極短絡不良は3個であった。
(Comparative Example 1)
A light emitting diode was fabricated in the same manner as in Example 1 except that no adhesion layer was provided between the electrode and the protective film. As a result of mounting 500 light-emitting diode lamps in which the manufactured light-emitting diode chip of Comparative Example 1 was mounted face-down on the mount substrate, the number of electrode short-circuit defects of the light-emitting diodes was 3.

比較例1の上記不良は、プロセス中に保護膜の一部が剥がれた領域に、組み立て時、はんだ材が接触し短絡した。はんだ材料が、保護膜のないチップの電極表面に接触した時に広がり、p、n電極間に所謂ブリッジの状態で短絡したと考えられる。
これに対して、上記実施例1は、保護膜の剥がれがなく、保護膜表面は、はんだ材との濡れ性が悪い為、はんだ材量が付着した場合も短絡に至らないと考えられる。
The defect of Comparative Example 1 was short-circuited due to the solder material coming into contact with the region where a part of the protective film was peeled off during the process. It is considered that the solder material spreads when contacting the electrode surface of the chip without the protective film, and is short-circuited in a so-called bridge state between the p and n electrodes.
On the other hand, in Example 1 described above, the protective film does not peel off, and the surface of the protective film is poor in wettability with the solder material.

本発明の発光ダイオードは、高輝度ディスプレイ、車載および照明用として利用できる。   The light-emitting diode of the present invention can be used for high-luminance displays, in-vehicle use, and illumination.

1・・・発光ダイオード(フリップチップ型発光ダイオード)
2・・・化合物半導体層
2a・・・上面
3・・・半導体基板
3a・・・垂直面
3b・・・傾斜面
3c・・・底面(光取り出し面)
4・・・n型オーミック電極(第1の電極)
5・・・p型オーミック電極(第2の電極)
6・・・電極間高さ調整部
6a・・・側面(傾斜側面)
7・・・発光部
8・・・電流拡散層
8a・・・上面
9・・・下部クラッド層
10・・・発光層
11・・・上部クラッド層
11a・・・上面
12・・・GaAs基板
13・・・緩衝層
14・・・コンタクト層
15・・・密着層
16・・・保護膜
17・・・開口部
91・・・発光ダイオードランプ
92・・・マウント基板
93・・・n電極端子
94・・・p電極端子
95・・・金バンプ
96・・・はんだ
97・・・封止樹脂
1. Light emitting diode (flip chip type light emitting diode)
2 ... Compound semiconductor layer 2a ... Upper surface 3 ... Semiconductor substrate 3a ... Vertical surface 3b ... Inclined surface 3c ... Bottom surface (light extraction surface)
4 ... n-type ohmic electrode (first electrode)
5 ... p-type ohmic electrode (second electrode)
6 ... Height adjustment part between electrodes 6a ... Side surface (inclined side surface)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Light emission part 8 ... Current spreading layer 8a ... Upper surface 9 ... Lower clad layer 10 ... Light emitting layer 11 ... Upper clad layer 11a ... Upper surface 12 ... GaAs substrate 13 ... Buffer layer 14 ... Contact layer 15 ... Adhesion layer 16 ... Protective film 17 ... Opening 91 ... Light emitting diode lamp 92 ... Mount substrate 93 ... n-electrode terminal 94 ... P electrode terminal 95 ... Gold bump 96 ... Solder 97 ... Sealing resin

Claims (14)

化合物半導体層の光取り出し面と反対側の面に第1及び第2の電極が設けられ、前記第1及び第2の電極を下向きにして基板に実装されるフリップチップ型の発光ダイオードであって、
少なくとも上面が金である第1及び第2の電極と、
前記第1及び第2の電極を被覆する絶縁性の保護膜と、
前記第1及び第2の電極と前記保護膜との間に設けられた密着層と、を備え、
前記保護膜及び前記密着層を貫通する開口部から、前記第1及び第2の電極の、前記上面の一部又は全部が露出されていることを特徴とするフリップチップ型発光ダイオード。
A flip-chip type light emitting diode in which first and second electrodes are provided on a surface opposite to a light extraction surface of a compound semiconductor layer and mounted on a substrate with the first and second electrodes facing downward. ,
First and second electrodes having at least a top surface made of gold;
An insulating protective film covering the first and second electrodes;
An adhesion layer provided between the first and second electrodes and the protective film,
A flip-chip light emitting diode, wherein a part or all of the upper surface of the first and second electrodes is exposed from an opening that penetrates the protective film and the adhesion layer.
前記密着層が、Ti,Ni,Pt,Cr,Ta,Mo,Wからなる金属の少なくとも1種又はこれらの積層体あるいは合金からなることを特徴とする請求項1に記載のフリップチップ型発光ダイオード。   2. The flip chip type light emitting diode according to claim 1, wherein the adhesion layer is made of at least one kind of metal made of Ti, Ni, Pt, Cr, Ta, Mo, W, or a laminate or an alloy thereof. . 前記保護膜が、酸化ケイ素又は窒化ケイ素からなることを特徴とする請求項1又は2に記載のフリップチップ型発光ダイオード。   The flip chip type light emitting diode according to claim 1, wherein the protective film is made of silicon oxide or silicon nitride. 前記保護膜が、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムからなることを特徴とする請求項1又は2に記載のフリップチップ型発光ダイオード。   3. The flip chip type light emitting diode according to claim 1, wherein the protective film is made of aluminum oxide or aluminum nitride. 前記保護膜が、ポリイミド樹脂からなることを特徴とする請求項1又は2に記載のフリップチップ型発光ダイオード。   The flip chip type light emitting diode according to claim 1, wherein the protective film is made of a polyimide resin. 前記フリップチップ型発光ダイオードが、
発光部からの発光に対して透明な基板と、
前記基板と接合され、AlGaInP又はAlGaAsからなるpn接合構造の発光部を有する前記化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の表面側の第1導電型の半導体層とオーミック接触して設けられる前記第1の電極と、
前記化合物半導体層の一部が除去されて露出する第2導電型の半導体層とオーミック接触して設けられる前記第2の電極と、
前記化合物半導体層の一部が除去されて露出する第2導電型の半導体層の表面の一部に設けられる電極間高さ調整部と、を備え、
前記第2の電極が、前記化合物半導体層の一部が除去されて露出する第2導電型の半導体層と、前記電極間高さ調整部の側面及び上面と、に連続して形成され、前記第1の電極の高さと前記第2の電極の高さとが、略同一とされていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のフリップチップ型発光ダイオード。
The flip chip type light emitting diode,
A substrate that is transparent to light emitted from the light emitting section;
The compound semiconductor layer bonded to the substrate and having a light emitting portion having a pn junction structure made of AlGaInP or AlGaAs;
The first electrode provided in ohmic contact with the semiconductor layer of the first conductivity type on the surface side of the compound semiconductor layer;
The second electrode provided in ohmic contact with the second conductive type semiconductor layer exposed by removing a part of the compound semiconductor layer;
An inter-electrode height adjusting portion provided on a part of the surface of the second conductivity type semiconductor layer exposed by removing a part of the compound semiconductor layer;
The second electrode is continuously formed on a second conductive type semiconductor layer exposed by removing a part of the compound semiconductor layer, and a side surface and an upper surface of the inter-electrode height adjusting unit, 6. The flip-chip light emitting diode according to claim 1, wherein the height of the first electrode and the height of the second electrode are substantially the same.
前記電極間高さ調整部が、前記化合物半導体層の一部が除去される際に残存した当該化合物半導体層の一部であることを特徴とする請求項6に記載のフリップチップ型発光ダイオード。   The flip-chip type light emitting diode according to claim 6, wherein the inter-electrode height adjusting part is a part of the compound semiconductor layer remaining when a part of the compound semiconductor layer is removed. 前記電極間高さ調整部の、前記基板の表面に対する垂直方向の断面形状が、底面の幅よりも上面の幅が狭いテーパー形状であることを特徴とする請求項6又は7に記載のフリップチップ型発光ダイオード。   8. The flip chip according to claim 6, wherein a cross-sectional shape in a direction perpendicular to the surface of the substrate of the inter-electrode height adjusting portion is a tapered shape in which the width of the upper surface is narrower than the width of the bottom surface. Type light emitting diode. 前記電極間高さ調整部の、前記基板の表面に対する垂直方向の断面形状が、底面の幅よりも上面の幅が狭い階段形状であることを特徴とする請求項6又は7に記載のフリップチップ型発光ダイオード。   8. The flip chip according to claim 6, wherein a cross-sectional shape in a direction perpendicular to the surface of the substrate of the inter-electrode height adjusting portion is a stepped shape having a top surface width narrower than a bottom surface width. Type light emitting diode. 前記基板が、GaP基板であることを特徴とする請求項6乃至9のいずれか一項に記載のフリップチップ型発光ダイオード。   The flip-chip type light emitting diode according to any one of claims 6 to 9, wherein the substrate is a GaP substrate. 化合物半導体層の光取り出し面と反対側の面に第1及び第2の電極が設けられ、前記第1及び第2の電極を下向きにして基板に実装されるフリップチップ型発光ダイオードの製造方法であって、
前記第1及び第2の電極の少なくとも上面に密着層を形成する工程と、
少なくとも前記第1及び第2の電極の表面を被覆するように保護膜を形成する工程と、
前記第1及び第2の電極の上面に、前記保護膜及び前記密着層を貫通する開口部を形成する工程と、を備えることを特徴とすることを特徴とするフリップチップ型発光ダイオードの製造方法。
A method of manufacturing a flip-chip type light emitting diode in which first and second electrodes are provided on a surface opposite to a light extraction surface of a compound semiconductor layer and mounted on a substrate with the first and second electrodes facing downward. There,
Forming an adhesion layer on at least the upper surface of the first and second electrodes;
Forming a protective film so as to cover at least the surfaces of the first and second electrodes;
And a step of forming an opening penetrating the protective film and the adhesion layer on the upper surface of the first and second electrodes. A method of manufacturing a flip-chip type light emitting diode, .
前記保護膜及び前記密着層を貫通する開口部を形成する工程が、
前記保護膜と前記密着層とをエッチングによって同時に除去することを特徴とする請求項11に記載のフリップチップ型発光ダイオードの製造方法。
Forming an opening that penetrates the protective film and the adhesion layer,
12. The method of manufacturing a flip chip type light emitting diode according to claim 11, wherein the protective film and the adhesion layer are simultaneously removed by etching.
前記保護膜が酸化珪素であり、
前記密着層がTiであり、
フッ化水素酸をエッチャントとしてエッチングすることを特徴とする請求項11又は12に記載のフリップチップ型発光ダイオードの製造方法。
The protective film is silicon oxide;
The adhesion layer is Ti;
The method for manufacturing a flip-chip type light emitting diode according to claim 11, wherein etching is performed using hydrofluoric acid as an etchant.
前記発光ダイオードの組み立て時に、はんだを用いて組み立てたことを特徴とする発光ダイオードランプ。   A light-emitting diode lamp, wherein the light-emitting diode is assembled using solder when the light-emitting diode is assembled.
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