JP2014160797A - 発光ダイオードチップ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光ダイオードチップ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】発光ダイオードチップは、透光基板３１０と、透光基板３１０に設けられるＮ型半導体層と、Ｎ型半導体層に設けられる発光層と、発光層に設けられるＰ型半導体層とからなる発光ダイオード積層構造３２０、を含む。Ｎ型半導体層及び／又は透光基板３１０の縁の側壁は、複数の凹部微細構造３１２を有する。この凹部微細構造３１２はエッチング法によって形成される。
【選択図】図３Ｄ

Description

本発明は、発光ダイオードに関し、特に、側壁が凹部微細構造を有する発光ダイオードに関する。
一般的には、発光ダイオードが発光する時、光線は、発光層から透光基板に入って、透光基板の側面から出光する。従って、透光基板の出光率は、発光ダイオードの発光効果に直接に影響を与える。現在、従来の発光ダイオードのプロセスにおいて、主に、側壁エッチングプロセス（ｓｉｄｅ‐ｗａｌｌ ｅｔｃｈｉｎｇ；ＳＷＥ）、又はステルスレーザダイシングプロセス（ｓｔｅａｌｔｈ ｄｉｃｉｎｇ；ＳＤ）によって発光ダイオードチップを分離するが、上記工程によれば、何れも発光ダイオードの出光率に悪影響を与えてしまう。
例としては、側壁エッチングプロセス（ＳＷＥ）によって発光ダイオードチップを分離する場合、透光基板部分に、光を吸収して出光率を低下させる焼結跡が形成することがある。一方、ステルスレーザダイシング工程（ＳＤ）によって発光ダイオードチップを分離する場合、分離後の発光ダイオードチップの側面が平ら過ぎるため、透光基板に入った光線は、全反射を生じて、出光率が低下する。
このために、上記従来のプロセスによる欠陥を解決した新しい発光ダイオードチップ及びその製造方法が望まれている。
本発明は、従来の工程の欠陥を解決し、発光ダイオードチップの出光率を向上させるための発光ダイオードチップ及びその製造方法を提供する。
本発明の一態様は、発光ダイオードチップを提供する。この発光ダイオードチップは、透光基板と、透光基板に設けられるＮ型半導体層と、Ｎ型半導体層に設けられる発光層と、発光層に設けられるＰ型半導体層と、を含む。Ｎ型半導体層、透光基板又はそれらの組み合わせの縁の側壁は、複数の凹部微細構造を有する。
本発明の別の態様は、発光ダイオードチップの製造方法を提供する。この製造方法は、上表面を有する透光基板を提供するステップと、透光基板に発光ダイオード積層構造層を形成するステップと、Ｎ型半導体層、透光基板又はそれらの組み合わせの縁の側壁に複数の凹部微細構造を形成するステップと、を備える。発光ダイオード積層構造は、透光基板に設けられるＮ型半導体層と、Ｎ型半導体層に設けられる発光層と、発光層に設けられるＰ型半導体層と、を含む。
本発明の一実施例によって示される発光ダイオードチップの平面図である。 図１Ａに示したＡ‐Ａ'断面線によって示される発光ダイオードチップの断面図である。 図１Ａに示したＡ‐Ａ'断面線によって示される発光ダイオードチップの断面図である。 図１Ａに示したＢ‐Ｂ'断面線によって示される発光ダイオードチップの断面図である。 図１Ａに示したＢ‐Ｂ'断面線によって示される発光ダイオードチップの断面図である。 図１Ａに示したＢ‐Ｂ'断面線によって示される発光ダイオードチップの断面図である。 本発明の一実施例によって示される発光ダイオードチップの平面図である。 図２Ａに示したＣ‐Ｃ'断面線によって示される発光ダイオードチップの断面図である。 図２Ａに示したＤ‐Ｄ'断面線によって示される発光ダイオードチップの断面図である。 図２Ａに示したＤ‐Ｄ'断面線によって示される発光ダイオードチップの断面図である。 本発明の一実施例によって示される発光ダイオードチップを製作する構造側面図である。 本発明の一実施例によって示される発光ダイオードチップを製作する構造側面図である。 本発明の一実施例によって示される発光ダイオードチップを製作する構造側面図である。 本発明の一実施例によって示される発光ダイオードチップを製作する構造側面図である。 本発明の一実施例によって示される発光ダイオードチップを製作する構造側面図である。 本発明の一実施例によって示される発光ダイオードチップを製作する構造側面図である。
下文において、本発明の好適な実施例を挙げて、本発明の発光ダイオードチップ及びその製造方法を説明するが、それは本発明を制限するものではない。図面と記述において、類似又は同じ部分には、同様な符号や番号が用いられている。また、本発明の適用は、下文の実施例に制限されず、当業者であれば、これにより関連分野に適用可能である。
本発明は、複数の凹部微細構造を含んで側方向の出光率を向上させる発光ダイオードチップ及びその製造方法を提供する。
図１Ａは、本発明の一実施例によって示される発光ダイオードチップの平面図である。図１Ａにおいて、発光ダイオードチップ１００は、その縁を取り囲む複数の凹部微細構造１１０を有する。
図１Ｂ及び図１Ｃは、図１Ａに示したＡ‐Ａ'断面線によって示される発光ダイオードチップの断面図である。図１Ｂにおいて、発光ダイオードチップ１００は、下から上へ透光基板１２０、Ｎ型半導体層１３０、発光層１４０、Ｐ型半導体層１５０、電極１６０の順の構造となる。凹部微細構造１１０は、透光基板１２０の縁の側壁に設けられる。本発明の一実施例によると、凹部微細構造１１０は、図１Ｃに示すように、透光基板１２０及びＮ型半導体層１３０の縁の側壁に設けられる。本発明の別の実施例によると、凹部微細構造１１０は、Ｎ型半導体層１３０の縁の側壁に設けられる。本発明の一実施例によると、透光基板１２０の材料は、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、シリコン、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ダイヤモンド、石英及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれるものである。
また、図１Ｂにおいて、透光基板１２０とＮ型半導体層１３０の縁の側壁には、面取り構造（φ）を更に含む。本発明の一実施例によると、面取り構造（φ）の角度は、３０度〜９０度の間に介在する。
凹部微細構造１１０の接平面は、第１法線１１２を有し、透光基板１２０の表面は、第２法線１２２を有する。第１法線１１２と第２法線１２２との間に、夾角（θ）がある。本発明の一実施例によると、第１法線１１２と第２法線１２２との間の夾角（θ）は、３０度〜６０度に介在する。本発明の別の実施例によると、第１法線１１２と第２法線１２２との間の夾角（θ）は、４５度である。
光線１７０は、まず発光層１４０から透光基板１２０に入って、透光基板１２０の側面から出光する。凹部微細構造１１０は、透光基板１２０又はＮ型半導体層１３０の縁の側壁に粗化表面を形成し、表面積を大きくすることができるため、これにより、発光ダイオードチップ１００の出光率を高める。
上記発光ダイオードチップの凹部微細構造は、穴状、溝状又はそれらの組み合わせである。穴状の凹部微細構造の断面は、逆台形、砲弾形、鋸歯形、逆ピラミッド形又はそれらの組み合わせであってよい。
図１Ｄ〜図１Ｆは、図１Ａに示したＢ‐Ｂ'断面線によって示される発光ダイオードチップの断面図である。図１Ｄにおいて、発光ダイオードチップ１００の凹部微細構造１１０は、逆台形となる。本発明の一実施例によると、発光ダイオードチップ１００の凹部微細構造１１０は、図１Ｅに示すように、砲弾形となる。本発明の別の実施例によると、発光ダイオードチップ１００の凹部微細構造１１０は、図１Ｆに示すように、逆ピラミッド形となる。本発明の一実施例によると、凹部微細構造１１０の深さは、６μｍ〜１２μｍである。
図２Ａは、本発明の一実施例によって示される発光ダイオードチップの平面図であり、その凹部微細構造は、溝状となる。図２Ａにおいて、発光ダイオードチップ２００は、その縁を取り囲む複数の溝状の凹部微細構造２１０を有する。
図２Ｂは、図２Ａに示したＣ‐Ｃ'断面線によって示される発光ダイオードチップの断面図である。図２Ｂにおいて、発光ダイオードチップ２００は、下から上へ透光基板２２０、Ｎ型半導体層２３０、発光層２４０、Ｐ型半導体層２５０、電極２６０の順の構造となる。凹部微細構造２１０は、透光基板２２０の縁の側壁に設けられる。
図２Ｃ及び図２Ｄは、図２Ａに示したＤ‐Ｄ'断面線によって示される発光ダイオードチップの断面図である。図２Ｃにおいて、凹部微細構造２１０は、透光基板２２０及びＮ型半導体層２３０の縁の側壁に設けられる。図２Ｄにおいて、凹部微細構造２１０は、Ｎ型半導体層２３０の縁の側壁に設けられる。
図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の一実施例によって示される発光ダイオードチップを製作する構造側面図である。図３Ａにおいて、上表面３１１を有する透光基板３１０を提供する。次に、図３Ｂに示すように、透光基板３１０の上表面に発光ダイオード積層構造３２０を形成する。発光ダイオード積層構造３２０は、下から上へＮ型半導体層、発光層及びＰ型半導体層を含む構造となり、ただし、Ｎ型半導体層、発光層及びＰ型半導体層は、別々に示されていない。
図３Ｃにおいて、マスク３３０は、複数のスルーホール３３２を有する。マスク３３０を発光ダイオード積層構造３２０の上に覆蓋して、エッチング法３４０によって、透光基板３１０、発光ダイオード積層構造３２０又はそれらの組み合わせに複数の凹部微細構造３１２を形成する。エッチング法３４０は、ドライエッチング、ウェットエッチング又はそれらの組み合わせであってよい。
本発明の一実施例によると、ドライエッチングは、誘導結合プラズマによってエッチングを行うことである。ドライエッチングは、ウェットエッチングに比べ、高い精度を有するが、焼結物が残されて、出光率が低下する可能性がある。
本発明の一実施例によると、ウェットエッチングは、熱リン酸によってエッチングを行うことである。熱リン酸は、Ｎ型半導体層を同時にエッチングするため、出光率を向上させることができる。しかし、ウェットエッチングは、ドライエッチングに比べ、エッチング時間が長く、発光ダイオード積層構造を損なう可能性がある。
本発明の一実施例によると、まずレーザによって凹部微細構造を形成して、次に熱リン酸によって残された焼結物を除去する。レーザは、凹部微細構造の深さを正確に制御し、熱リン酸のエッチング時間を短くすることができるため、この方法により製作した発光ダイオードチップは、好適な出光率を有する。
図３Ｄにおいて、凹部微細構造３１２に沿って、発光ダイオード積層構造３２０及び透光基板３１０を切断して、発光ダイオードチップ３００を形成する。凹部微細構造３１２は、発光ダイオード積層構造３２０及び透光基板３１０の縁の側壁に形成される。
本発明の一実施例によると、凹部微細構造３１２は、図３Ｅに示すように、発光ダイオード積層構造３２０の縁の側壁のみに形成される。本発明の別の実施例によると、発光ダイオード積層構造３２０は、透光基板３１０の上を完全に覆蓋されていないため、凹部微細構造３１２は、図３Ｆに示すように、透光基板３１０の縁の側壁のみに形成されてよい。
Figure 2014160797
表１には、レーザと合わせたウェットエッチング法、と側壁エッチング法との、発光ダイオードチップの輝度、電気特性、歩留まりに対する影響を比較する。実験方式としては、同一のシリコンウェハ（ｗａｆｅｒ）について、その半分で側壁エッチング法によって発光ダイオードチップを製作するが、別の半分でレーザと合わせたウェットエッチング法によって発光ダイオードチップを製作する。
表１において、実験例１〜４は、何れもまずレーザによって凹部微細構造を形成して、次に熱リン酸によって残された焼結物を除去する。しかし、比較例１〜４は、レーザのみによって側壁エッチングを行う。実験例は、比較例に比べ、発光ダイオードの輝度が１．２％〜３．６％向上したが、発光ダイオードの電気特性及び歩留まりからいえば、比較例とは明らかな差異がない。表１の結果から、本発明の実施例に提供される方法によれば、電気特性及び歩留まりに影響を与えずに、発光ダイオードの輝度を効果的に向上させることができることが判明した。
本発明の実施例において、透光基板、Ｎ型半導体層又はそれらの組み合わせに、複数の凹部微細構造を形成することによって、発光ダイオードの側壁の表面積を大きくすることができるだけでなく、出光率を向上させることもできる。従って、本発明に提供される発光ダイオードの製造方法は、従来の工程の欠陥を解決することができる。
本発明の実施例は、上記のように開示されたが、それは本発明を限定するものではなく、当業者なら誰でも、本発明の精神と範囲から逸脱しない範囲内で、多種の変更や修飾を加えることができるため、本発明の保護範囲は、後の特許請求の範囲に規定されたものに準ずる。
１００、２００、３００ 発光ダイオードチップ
１１０、２１０、３１２ 凹部微細構造
１１２ 第１法線
１２０、２２０、３１０ 透光基板
１２２ 第２法線
１３０、２３０ Ｎ型半導体層
１４０、２４０ 発光層
１５０、２５０ Ｐ型半導体層
１６０、２６０ 電極
１７０ 光線
３１１ 上表面
３２０ 発光ダイオード積層構造
３３０ マスク
３３２ スルーホール
３４０ エッチング法
Ａ‐Ａ'、Ｂ‐Ｂ'、Ｃ‐Ｃ'、Ｄ‐Ｄ' 断面線
φ、θ 角度

Claims (20)

  1. 透光基板と、
    前記透光基板に設けられるＮ型半導体層と、
    前記Ｎ型半導体層に設けられる発光層と、
    前記発光層に設けられるＰ型半導体層と、
    を含み、
    前記Ｎ型半導体層及び前記透光基板の少なくとも一方の縁の側壁は、複数の凹部微細構造を有する発光ダイオードチップ。
  2. 前記複数の凹部微細構造は、穴状、溝状又はそれらの組み合わせである請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
  3. 前記穴状の凹部微細構造の断面は、逆台形、砲弾形、鋸歯形、逆ピラミッド形又はそれらの組み合わせである請求項２に記載の発光ダイオードチップ。
  4. 前記凹部微細構造の接平面は、第１法線を有し、前記Ｎ型半導体層及び前記透光基板の少なくとも一方の表面は、第２法線を有し、前記第１法線と前記第２法線との間の夾角は、３０度〜６０度の間に介在する請求項３に記載の発光ダイオードチップ。
  5. 前記第１法線と前記第２法線との間の夾角は、４５度である請求項４に記載の発光ダイオードチップ。
  6. 前記複数の凹部微細構造の深さは、６μｍ〜１２μｍである請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発光ダイオードチップ。
  7. 前記Ｎ型半導体層の縁の側壁と前記透光基板の縁の側壁に、面取り構造が形成される請求項６に記載の発光ダイオードチップ。
  8. 前記面取り構造の角度は、３０度〜９０度の間に介在する請求項７に記載の発光ダイオードチップ。
  9. 前記透光基板の材料は、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、シリコン、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ダイヤモンド、石英及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれるものである請求項８に記載の発光ダイオードチップ。
  10. 上表面を有する透光基板を提供するステップと、
    前記透光基板の前記上表面に、前記透光基板に設けられるＮ型半導体層と、前記Ｎ型半導体層に設けられる発光層と、前記発光層に設けられるＰ型半導体層と、を含む発光ダイオード積層構造層を形成するステップと、
    前記Ｎ型半導体層及び前記透光基板の少なくとも一方の縁の側壁に複数の凹部微細構造を形成するステップと、
    を備える発光ダイオードチップの製造方法。
  11. 前記複数の凹部微細構造に沿って、前記発光ダイオード積層構造及び前記透光基板を切断するステップを更に備える請求項１０に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
  12. 前記複数の凹部微細構造は、穴状、溝状又はそれらの組み合わせである請求項１０または１１に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
  13. 前記穴状の凹部微細構造の断面は、逆台形、砲弾形、鋸歯形、逆ピラミッド形又はそれらの組み合わせである請求項１２に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
  14. 前記凹部微細構造の接平面は、第１法線を有し、前記Ｎ型半導体層及び前記透光基板の少なくとも一方の表面は、第２法線を有し、前記第１法線と第２法線との間の夾角は、３０度〜６０度の間に介在する請求項１３に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
  15. 前記第１法線と第２法線との間の夾角は、４５度である請求項１４に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
  16. 前記複数の凹部微細構造の深さは、６μｍ〜１２μｍである請求項１５に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
  17. 前記Ｎ型半導体層の縁の側壁と前記透光基板の縁の側壁に、面取り構造が形成される請求項１６に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
  18. 前記面取り構造の角度は、３０度〜９０度の間に介在する請求項１７に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
  19. 前記凹部微細構造は、ドライエッチング法又はウェットエッチング法又はレーザエッチング法によって形成される請求項１８に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
  20. 前記透光基板の材料は、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、シリコン、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ダイヤモンド、石英及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれるものである請求項１９に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
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