JP2012060115A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】発光装置は、キャリアと、前記キャリアの上に形成され、且つ、前記キャリアに面する第一表面と、前記第一表面に相対する第二表面と、前記第一表面と前記第二表面との間に介在する能動層とを有する発光構造と、前記第一表面から延伸して前記能動層を通過し、複数の発光素子を区分する複数の第一トレンチと、前記第二表面から延伸して前記複数の発光素子の各々の前記能動層を通過する複数の第二トレンチと、を含む。
【選択図】図２Ｈ
【解決手段】発光装置は、キャリアと、前記キャリアの上に形成され、且つ、前記キャリアに面する第一表面と、前記第一表面に相対する第二表面と、前記第一表面と前記第二表面との間に介在する能動層とを有する発光構造と、前記第一表面から延伸して前記能動層を通過し、複数の発光素子を区分する複数の第一トレンチと、前記第二表面から延伸して前記複数の発光素子の各々の前記能動層を通過する複数の第二トレンチと、を含む。
【選択図】図２Ｈ
Description
本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光原理及び構造が従来の光源とは異なる。発光ダイオードは、電気消費量が少なく、素子使用寿命が長く、予熱時間が要らず、及びレスポンス速度が速いなどの利点を有し、また、体積が小さく、耐震動性が良く、及び量産が可能であるので、応用ニーズに応える極小又はアレー式の素子に製造され得る。そのため、発光ダイオードは、例えば、光学表示装置、交通信号装置、データ記憶装置、通信装置、照明装置及び医療機器などに関する分野で幅広く使用されている。
従来のアレー式ＬＥＤは、図１に示すように、サファイア絶縁基板１０と、サファイア絶縁基板１０の上に形成される複数の発光スタック層１２とを含み、各発光スタック層は、ｐ型半導体層１２１と、発光層１２２と、ｎ型半導体層１２３とを含む。サファイア絶縁基板１０が非導電性のものであるので、複数の発光スタック層１２の間にエッチングによりトレンチ１４を形成した後に各発光スタック層１２を互いに絶縁させることができ、また、ｎ型半導体層１２３まで複数の発光スタック層１２を部分的にエッチングすることにより、ｎ型半導体層１２３の一部を露出させ、それから、露出したｎ型半導体層１２３及びｐ型の半導体層１２１に第一電極１８及び第二電極１６をそれぞれ形成することができる。さらに、金属導線１９により複数の発光スタック層１２の第一電極１８と第二電極１６とを選択的に接続させることにより、複数の発光スタック層１２の間に直列又は並列回路を形成させることができる。
本発明の目的は、発光装置及びその製造方法を提供することにある。
一実施例による発光装置は、キャリアと、キャリアの上に形成され、且つ第一表面と、第二表面と、第一表面と第二表面との間に介在する能動層とを有する発光構造であって、第一表面はキャリアに面し、第二表面は第一表面に相対する発光構造と、第一表面から延伸して能動層を通過し、複数の発光素子を定義（区分）する複数の第一トレンチと、第二表面から延伸して各発光素子の能動層を通過する複数の第二トレンチとを含む。
一実施例による発光装置の製造方法は、基板を提供するステップと、基板に発光構造を形成するステップであって、発光構造は、第一表面と、基板に位置する第二表面とを含むステップと、発光構造の第一表面から延伸する複数の第一トレンチを形成することにより、複数の発光素子を定義（区分）するステップと、基板を除去して第二表面を露出させるステップと、第二表面から延伸する複数の第二トレンチを形成するステップとを含む。
一実施例による発光装置が、キャリアと、キャリアに形成され、且つ第一表面と、第二表面と、第一表面と第二表面との間に介在する能動層とを含む発光構造であって、第一表面はキャリアに面し、第二表面は第一表面に相対する発光構造と、第一表面から延伸して能動層を通過する複数の第一トレンチと、発光構造の第二表面から延伸する複数の第二トレンチとを含む、第二トレンチは第一トレンチの低部の一部を露出させる。
本発明の実施例によると、発光装置及びその製造方法を提供することができる。
次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図２Ａ〜図２Ｈは、本発明の一実施例によるＬＥＤ構造の形成方法を示す図である。
図２Ａを参照する。基板２０１を提供し、この基板２０１の材料は、透明材料、例えば、サファイア、ダイヤモンド、ガラス、エポキシ、石英、又はアクリルであっても良く、或いは、電気絶縁材料、例えば、サファイア、ダイヤモンド、ガラス、エポキシ、石英、アクリル、ＺｎＯ、又はＡｌＮであっても良い。また、この基板２０１の材料は、高反射材料、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｃｄ、Ｎｉ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ｃｏ、又はＡｕ合金であっても良く、或いは、高放熱材料、例えば、ＤＬＣ(ダイヤモンドライクカーボン)、グラファイト（石墨）、カーボンファイバー、複合材料、ＭＭＣ（金属基複合材料）、ＣＭＣ（セラミックス基複合材料）、ＰＭＣ（高分子複合材料）、Ｓｉ、ＺｎＳｅ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＰ、ＬｉＧａＯ２、又はＬｉＡｌＯ２であっても良い。次に、第一極性を有するエピタキシャル層の第一半導体層２０２と、能動層２０４と、第二極性を有するエピタキシャル層の第二半導体層２０６とが基板に形成される。第一半導体２０２と、能動層２０４と、第二半導体層２０６とは基板２０１の上に発光構造２０８を形成し、この発光構造２０８は、露出した第一表面２０８ａと、第二表面２０８ｂとを有する。第一半導体層２０２及び第二半導体層２０６の材料は、インジウム元素を含む窒化物半導体、アルミニウム元素を含む窒化物半導体、又はガリウム元素を含む窒化物半導体を含む。能動層２０４の材料は、窒化ガリウムをベースとした材料、例えば、窒化インジウムガリウム、リン化インジウムガリウムアルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、砒化アルミニウムガリウム、又は砒化インジウムガリウムを含む。
図２Ｂを参照する。パターン化プロセスを局所的に実施することにより、第一半導体層２０２の表面を露出させ、又は、第一半導体層２０２の一部を除去させるまでに、第二半導体層２０６及び能動層２０４の一部をエッチングにより除去する。これにより、第二半導体層２０６の表面から第一半導体層２０２までの複数の第一トレンチ２１０を形成し、複数の発光素子２１２を定義（区分）する。このパターン化プロセスは、フォトリソグラフィー、エッチング、及び／又は、ＩＣＰを含む。
続いて、図２Ｃに示すように、絶縁層２１４を堆積することにより、第二半導体層２０６の表面及び第一トレンチ２１０の表面を部分的に覆い、そのうち、露出した部分は、第一半導体層２０２の一部を露出させた表面２０２ａ、及び、第二半導体層２０６の一部を露出させた表面２０６ａである。露出した部分は、第一半導体層２０２に対応する第一接続部（表面２０２ａ）、及び、第二半導体層２０６に対応する第二接続部（表面２０６ａ）を含み、この二つの接続部は、後続のステップで、電気接続のために用いられる。また、絶縁層２１４は、誘電材料、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウム、又はこれらの材料の組合せによる化合物からなる。
図２Ｄを参照する。露出した二つの接続部に導電構造２１６を形成し、発光素子２１２の第一半導体層２０２と、もう一つの発光素子２１２の第二半導体層２０６とを電気接続させる。なお、半導体層は、後続のステップで、複数の発光ダイオードに仕切られ、且つこれらの仕切られた発光ダイオードは、所定の接続部を以って電気接続される。また、導電構造２１６を形成する前に、第二半導体２０６上に接点２１７を形成し且つ導電構造２１６と接続させ、これにより、導電構造２１６と第二半導体層２０６との間の導電性を向上させることができる。
図２Ｅを参照する。接合層２２３により発光構造２０８をキャリア２１８に結合させる。断面図から分かるように、接合層２２３は、キャリア２１８に付着するベース部２２３ａ、及び、各第一トレンチ２１０に対応する複数の突出部２２３ｂを含む。一実施例では、接合層２２３は、有機絶縁材料、例えば、ＰＩ（ポリイミド）、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、ＰＦＣＢ（パーフルオロシクロブタン）、Ｓｕ８、エポキシ、アクリル樹脂、ＣＯＣ（環状オレフィンコポリマー）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ポリエーテルイミド、又はフルオロカーボンポリマーであっても良い。他の一実施例では、接合層２２３は、無機絶縁材料、例えば、シリコーン、ガラス、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＮＸ、又はＳＯＧ（Spin on Glass：塗布ガラス）であっても良い。また、接合層２２３は、導電材料、例えば、ＩＴＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ、ＣＴＯ、ＡＴＯ、ＡＺＯ、ＺＴＯ、ＺｎＯ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩＺＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＤＬＣ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｐｏ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｌａ、Ａｇ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｃｄ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ｃｏ、又はＡｕ合金等であっても良い。キャリア２１８の材料は、透明材料、例えば、サファイア、ダイヤモンド、ガラス、エポキシ、石英、又はアクリルであっても良く、或いは、電気絶縁材料、例えば、サファイア、ダイヤモンド、ガラス、エポキシ、石英、アクリル、ＺｎＯ、又はＡｌＮであっても良い。キャリア２１８の材料は、高反射率を有する材料、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｃｄ、Ｎｉ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ｃｏ、又はＡｕ合金であっても良く、或いは、高放熱性を有する材料、例えば、複合材料、ＭＭＣ、ＣＭＣ、ＰＭＣ、カーボンファイバー、ＤＬＣ、石墨、Ｓｉ、ＺｎＳｅ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＰ、ＬｉＧａＯ２、又はＬｉＡｌＯ２であっても良い。
続いて、図２Ｆに示すように、発光構造２０８の基板２０１は、研磨、レーザー剥離（laser
lift-off）、及び／又は、エッチングなどの方法で除去される。
lift-off）、及び／又は、エッチングなどの方法で除去される。
図２Ｇに示すように、第二パターン化プロセスを実施して複数の第二トレンチ２２０を形成し、発光構造２０８を複数の発光素子２１２に区分する。具体的にいえば、第一半導体層２０２及び能動層２０４を局所的に除去することにより、第二半導体層２０６の表面を露出させ、又は、第二半導体層２０６の一部を除去する。同様に、この第二パターン化プロセスは、フォトリソグラフィー、エッチング、及び／又は、ＩＣＰを含む。なお、一つの第二トレンチ２２０は、後続のステップで、接合パッドを形成するために用いられる。
最後に、図２Ｈに示すように、上述のステップと類似に、第二トレンチ２２０の内側壁に絶縁層２２２を堆積する。続いて、一つの第二トレンチ２２０中に導電構造２２４を形成し、また、該導電構造２２４に接続する接合パッド２２６を形成し、これにより、発光構造２０８中の発光素子２１２の第二半導体層２０６を、もう一つの発光構造の第一半導体層又は第二半導体層に電気接続させるころができる。接合パッド２２６は、導電構造２２４の延伸部であっても良く、また、同じ材質を有しても良い。他の一実施例では、接合パッド２２６の材質は、導電構造２２４の材質と異なっても良い。また、もう一つの発光構造への接続が不要の場合は、第二トレンチ２２０に絶縁層２２２が充填されても良い。さらに、導電構造２２４を形成するときに、第二半導体層２０６に電気接続される第一接合パッド２２６と、第一半導体層２０２に形成される第二接合パッド２２７とが、同じ又は異なるステップで形成されても良い。
図３を参照する。発光装置２００は、第一トレンチ２１０、第二トレンチ２２０、及び第三トレンチ２３０を以って区分される複数の発光素子２１２を含む。上述の発光構造を区分するプロセスでは、第一トレンチ２１０及び第二トレンチ２２０により第一方向ｄ１に沿って発光構造が区分され、第二トレンチ２３０により第一方向ｄ１に垂直である第二方向ｄ２に沿って発光構造が区分される。第一トレンチ２１０及び第二トレンチ２２０とは違い、第三トレンチ２３０は、発光構造を完全に区分し、且つ、発光装置２００は、それぞれ、発光素子２１２が第二方向ｄ２に沿って接続して形成される複数の接続部を有する。なお、他の一実施例では、第三トレンチ２３０がトレンチ構造により置換されても良く、このトレンチ構造は、第一トレンチ及び第二トレンチに類似する。上述の説明によれば、第一接合パッド２２６及び第二接合パッド２２７は半導体層の異なる極性にそれぞれ接続されるので、第二接合パッド２２７及び一つの第一接合パッド２２６は共に電源（図示せず）に接続されても良い。
図４Ａを参照する。発光装置３００は、キャリア３１８と、キャリア３１８に形成され、且つ第一半導体層３０２、第二半導体層３０６、及び第一半導体層３０２と第二半導体層３０６との間に介在する能動層３０４を含む発光構造３０８と、一部の第二半導体層３０６及び能動層３０４を除去して第一半導体層３０２を露出させた後に形成される複数の第一トレンチ３１０と、一部の第一半導体層３０２を除去して第一トレンチ３１０の低部の一部を露出させた後に形成させる複数の第二トレンチ３２０と、発光構造３０８の一方側から第一半導体層３０２及び能動層３０４を通過する孔３３０と、を含む。孔３３０は、孔３３０の内側壁に形成させる絶縁層３２２と、孔３３０を充填し且つ孔３３０の底部と接触する導電構造３２４とを含み、そのうち、導電構造３２４は、絶縁層３２２を以って孔３３０の側壁と電気絶縁される。発光装置３００は、導電構造３２４に電気接続される第一接合パッド３２６と、一つの発光素子３１２の第一半導体層３０２に位置する第二接合パッド３２７とを含んでも良い。第一接合バッド３２６と第二接合パッド３２７とは同時に形成されてもよい。第一接合パッド３２６は、導電構造３２４の延伸部であっても良く、また、同じ材質を有しても良い。他の一実施例では、第一接合パッド３２６の材質は、導電構造３２４の材質とは異なってもよい。
図４Ｂを参照する。発光構造３０８は、第一トレンチ３１０及び第二トレンチ３２０により第一方向ｄ１に沿って、及び、第一トレンチ３１０′及び第二トレンチ３２０′により第二方向ｄ２に沿って、複数の発光素子３１２に区分される。発光素子３１２は、第一接合パッド３２６を有し、交流（ＡＣ）電源が印加される時に、整流回路例えばホイートストン・ブリッジ回路として用いられ得る。第一接合パッド３２６を有する発光素子３１２は、ホイートストン・ブリッジ回路の共有部分にともに接続される2組の整流回路をなすことができる
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。
１０ サファイア基板
１２ 発光スタック層
１２１ ｐ型半導体層
１２２ 発光層
１２３ ｎ型半導体層
１４ トレンチ
１６ 第二電極
１８ 第一電極
１９ 金属導線
２０１ 基板
２０２ 第一半導体層
２０４ 能動層
２０６ 第二半導体層
２０８ 発光構造
２１０ 第一トレンチ
２１２ 発光素子
２１４ 絶縁層
２１６ 導電構造
２１８ キャリア
２２０ 第二トレンチ
２２２ 絶縁層
２２３ 接合層
２２３ａ ベース部
２２３ｂ 突出部
２２４ 導電構造
２２６ 第一接合パッド
２２７ 第二接合パッド
１２ 発光スタック層
１２１ ｐ型半導体層
１２２ 発光層
１２３ ｎ型半導体層
１４ トレンチ
１６ 第二電極
１８ 第一電極
１９ 金属導線
２０１ 基板
２０２ 第一半導体層
２０４ 能動層
２０６ 第二半導体層
２０８ 発光構造
２１０ 第一トレンチ
２１２ 発光素子
２１４ 絶縁層
２１６ 導電構造
２１８ キャリア
２２０ 第二トレンチ
２２２ 絶縁層
２２３ 接合層
２２３ａ ベース部
２２３ｂ 突出部
２２４ 導電構造
２２６ 第一接合パッド
２２７ 第二接合パッド
Claims (19)
- 発光装置であって、
キャリアと、
前記キャリアの上に形成され、且つ、前記キャリアに面する第一表面と、前記第一表面に相対する第二表面と、前記第一表面と前記第二表面との間に介在する能動層とを有する発光構造と、
前記第一表面から延伸して前記能動層を通過し、複数の発光素子を区分する複数の第一トレンチと、
前記第二表面から延伸して前記複数の発光素子の前記能動層を通過する複数の第二トレンチと、
を含む、発光装置。 - 前記複数の発光素子と前記キャリアとの間に形成される接合層をさらに含む、
請求項１に記載の発光装置。 - 前記接合層は、前記キャリアに接続されるベース部と、前記複数の第一トレンチにそれぞれ対応する複数の突出部とを含む、
請求項２に記載の発光装置。 - 前記接合層と前記複数の発光素子との間に位置する絶縁層をさらに含む、
請求項２に記載の発光装置。 - 前記絶縁層と前記接合層との間に位置し、前記複数の発光素子に電気接続される導電構造をさらに含む、
請求項４に記載の発光装置。 - 前記複数の発光素子のうち何れか一つは、第一半導体層と、第二半導体層とを含み、前記導電構造は、前記複数の発光素子のうち、一つの第一半導体層と、もう一つの第二半導体層との間に接続される、
請求項５に記載の発光装置。 - 前記発光素子の前記第一表面に形成され、また前記導電構造に接触する接点をさらに含む、
請求項６に記載の発光装置。 - 前記複数の第二トレンチのうち何れか一つは、側壁に形成される絶縁層を含む、
請求項１に記載の発光装置。 - 前記第二トレンチに充填され、且つ前記第二トレンチの底部に接触する少なくとも一つの導電構造をさらに含む、
請求項８に記載の発光装置。 - 前記発光素子は、前記キャリアと前記能動層との間に介在する第一半導体層と、前記能動層の、前記第一半導体層に相対する他方側に位置する第二半導体層とを含み、前記第一トレンチは、前記第一半導体層から前記第二半導体層まで延伸し、且つ前記第二半導体層を露出させ、前記第二トレンチは、前記第二半導体層を通過し、且つ前記第一半導体層を露出させる、
請求項１に記載の発光装置。 - 発光装置の製造方法であって、
基板を提供するステップと、
前記基板に発光構造を形成するステップであって、前記発光構造は、第一表面と、前記基板に近接する第二表面とを含むステップと、
前記発光構造の前記第一表面から延伸する複数の第一トレンチを形成し、複数の発光素子を区分するステップと、
前記基板を除去して前記第二表面を露出させるステップと、
前記第二表面から複数の第二トレンチを形成するステップと、
を含む、製造方法。 - 前記基板を除去する前に、前記複数の発光素子の前記第一表面にキャリアを付着するステップをさらに含む、
請求項１１に記載の製造方法。 - 前記第一トレンチの側壁に誘電層を形成し、また、前記誘電層に前記複数の発光素子と接続される複数の導線を共形的に形成するステップをさらに含む、
請求項１２に記載の製造方法。 - 前記複数の発光素子と前記キャリアとの間に接合層を形成するステップをさらに含む、
請求項１２に記載の製造方法。 - 前記複数の第二トレンチを形成した後に、絶縁層を前記複数の第二トレンチに充填するステップをさらに含む、
請求項１１に記載の製造方法。 - 前記第二トレンチ中に導電構造を形成するステップをさらに含み、
前記導電構造は、前記絶縁層を以って前記発光素子と絶縁され、また、前記第二トレンチの底部に接触する、
請求項１１に記載の製造方法。 - 前記発光構造は、前記基板に形成される第一半導体層と、前記第一半導体層に形成される能動層と、前記能動層に形成される第二半導体層と、を含み、一部の前記第二半導体層及び前記能動層を除去し、前記第一半導体層を露出させることにより、前記第一トレンチを形成し、一部の前記第一半導体層及び前記能動層を除去し、前記第二半導体層を露出させることにより、前記第二トレンチを形成する、
請求項１６に記載の製造方法。 - 前記発光構造は、前記基板に形成される第一半導体層と、前記第一半導体層に形成される能動層と、前記能動層に形成される第二半導体層と、を含み、一部の前記第二半導体層及び前記能動層を除去し、前記第一半導体層を露出させることにより、前記第一トレンチを形成し、一部の前記第一半導体層を除去し、前記第一トレンチの底部の一部を露出させることにより、前記第二トレンチを形成する、
請求項１６に記載の製造方法。 - 発光装置であって、
キャリアと、
前記キャリアの上に形成され、且つ、前記キャリアに面する第一表面と、前記第一表面に相対する第二表面と、前記第一表面と前記第二表面との間に介在する能動層とを有する発光構造と、
前記第一表面から延伸して前記能動層を通過する複数の第一トレンチと、
前記発光構造の前記第二表面から延伸する複数の第二トレンチと、
を含み、
前記第二トレンチは、前記第一トレンチの底部の一部を露出させる、発光装置。
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