JP2022149786A - テスト可能で側壁を保護する金属層を備える垂直型発光ダイオード構造 - Google Patents

テスト可能で側壁を保護する金属層を備える垂直型発光ダイオード構造 Download PDF

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【課題】垂直型発光ダイオードが不動作になり、信頼性が低下しコストと関連のリスクが増えるという問題を解決する。【解決手段】本発明はテスト可能で側壁を保護する金属層を備える垂直型発光ダイオード構造であって、発光ダイオード素子と、側壁絶縁層と、溶接電極と、金属保護層とを含み、主に金属保護層は溶接電極に電気的に接続され、且つ金属保護層は側壁絶縁層を介して発光ダイオード素子のチップ側縁及びキャリア側縁を被覆しこれらを保護するものである。このようにして、金属保護層を被覆させて保護することにより、発光ダイオード素子は電気めっきや無電解めっき工程又は過酷な環境を必要とする他の工程で、側壁絶縁層(Passivation)が不動作になる問題は解消され、しかも金属保護層にはテスト接点が提供され、発光ダイオード素子の順方向降下電圧(Vf)、逆方向漏れ電流(Ir)を検出すれば側壁絶縁層の品質を評価できる。【選択図】図1

Description

本発明は垂直型発光ダイオード構造に関し、特にテスト可能で側壁を保護する金属層を備える垂直型発光ダイオード構造に関する。
従来の垂直型発光ダイオードは、そのチップ構造がN型半導体層、発光層及びP型半導体層を含んでサンドイッチ構造が構成され、当該P型半導体層の下に反射層(Mirror layer)、緩衝層(Buffer layer)、結合層、シリコン基板及びP型電極がこの順に設けられ、当該N型半導体層の表面には光出射率を高めるために粗化処理が行われ、N型電極が設けられたものであってもよい。このようにして、当該N型電極及び当該P型電極に電圧を印加すると、当該N型半導体層が電子、当該P型半導体層が正孔を提供し、当該電子と当該正孔が当該発光層において結合すると発光する。
垂直型発光ダイオードのチップのP-N接合の側縁に湿気が付着し又は導電性物質が接触した場合、電源投入後、時には素子が不動作になるため、垂直型発光ダイオードには絶縁側壁層(Passivation)を設けるのが一般的である。絶縁側壁層は一般に厚さが0.1μm~1μmのSiOで、湿気の付着や導電性物質の接触を防ぐことでチップ(chip)のP-N接合部を保護する。
垂直型発光ダイオードの絶縁側壁層においてコーティング品質の制御と確認が難しく、時には小さなクラックが発生するので、工程条件が芳しくない場合は、厚さを増やすと、品質改善につながらないどころか、ピーリング(Peeling)が起きる。従来の垂直型発光ダイオードでは、後続のパッケージ(Package)工程で殆どダイボンディング-ワイヤーボンディング工程を採用するため、明らかな影響はない。垂直型発光ダイオードのパッケージ工程が済んだ時点から、垂直型発光ダイオードのチップが効果的に保護されているため、絶縁側壁層のコーティング品質に差があっても殆ど影響はない。
しかし、後続のパッケージ工程で電気めっきや無電解めっきなど厳しい工程を必要とする場合は、絶縁側壁層による保護が行き届かないチップは電気めっき又は無電解めっき工程において、電解液中の金属イオンが小さなクラックからP-N接合に入って付着すると、後続の工程で垂直型発光ダイオードが不動作となり、信頼性が低下しコストと関連のリスクが増えるのが問題であった。
本発明は上記の実情に鑑みてなされたもので、金属層によって被覆された垂直型発光ダイオード構造を開示することを目的とし、当該金属層は垂直型発光ダイオード構造のチップ(chip)の4つの側縁のP-N接合部の外側にある絶縁層の緻密性及び品質を検出するために利用できる。また、当該安定的な金属層は後続の工程で湿気が付着し導電性物質がP-N接合に接触するのを防ぐ効果がある。
本発明は、導電性キャリアと、当該導電性キャリアに形成された発光ダイオードチップとを含み、当該発光ダイオードチップはチップ上縁と、当該チップ上縁に接続され且つ当該発光ダイオードチップを取り囲むチップ側縁とを有し、
当該導電性キャリアは当該チップ側縁に接続されたキャリア側縁と、キャリア上縁であって、当該キャリア側縁に接続され且つ当該キャリア上縁の上方には当該発光ダイオードチップがないキャリア上縁とを有する発光ダイオード素子と、
側壁絶縁層であって、当該チップ上縁、当該チップ側縁及び当該キャリア側縁を覆い、且つ当該側壁絶縁層は当該チップ上縁において第1電極露出領域を有し、当該第1電極露出領域には当該発光ダイオードチップが露出する側壁絶縁層と、
当該第1電極露出領域を通過して当該発光ダイオードチップに電気的に接続された溶接電極と、
金属保護層であって、当該溶接電極に電気的に接続され、且つ当該金属保護層は当該側壁絶縁層を介して当該チップ側縁及び当該キャリア側縁を被覆してこれらを保護する金属保護層とを含むテスト可能で側壁を保護する金属層を備える垂直型発光ダイオード構造である。
このようにして、本発明は金属保護層がチップ上縁、チップ側縁及びキャリア側縁を被覆することにより、湿気や導電性物質が発光ダイオード素子のP-N接合部に接触するのを防ぐことができる。
また金属保護層の緻密なコーティング層によって、バリア層が効果的に形成されるため、発光ダイオード素子の電気めっきや無電解めっき工程又は過酷な環境を必要とする他の工程で、側壁絶縁層が不動作となるリスクを解消できる。
しかも金属保護層にはテスト接点が提供され、発光ダイオード素子の順方向降下電圧(Vf)、逆方向漏れ電流(Ir)を検出すれば側壁絶縁層の品質を評価できる。
より詳しく言えば、金属保護層は側壁絶縁層の外側に形成され、例えば、金属蒸着、金属スパッタリングなどにより金属フィルムを堆積させて形成される。P-N接合の外側の側壁絶縁層に既にクラックや欠陥が存在する場合は、後に金属保護層を形成させる時は、堆積された金属がP-N接合の側壁に染み込む。これによって素子の漏電や導通が起きると、LEDチップの電気的特性から不良素子を検出でき、チップの段階で側壁絶縁層が不良な素子は外される。また、金属保護層には後続の工程でLEDチップのP-N接合の側壁がより安定的であるよう、安定性に優れた金属が選ばれてもよい。
図1は本発明の第1実施例の構造断面図である。 図2は本発明の第1実施例の後続の工程における構造断面図である。 図3は本発明の第2実施例の構造断面図である。 図4は本発明の第3実施例の構造断面図である。
次に、本発明の特徴、目的及び効果の理解を促すために、好ましい実施例を示し図面を添えて説明する。
図1は本発明の第1実施例の構造断面図を示す。本発明は、発光ダイオード素子10と、側壁絶縁層40と、溶接電極50と、金属保護層60とを含むテスト可能で側壁を保護する金属層を備える垂直型発光ダイオード構造を開示する。
発光ダイオード素子10は導電性キャリア20と、導電性キャリア20に形成された発光ダイオードチップ30とを含む。発光ダイオードチップ30はチップ上縁301と、チップ上縁301に接続され且つ発光ダイオードチップ30を取り囲むチップ側縁302とを有する。導電性キャリア20はチップ側縁302に接続されたキャリア側縁201と、キャリア上縁202であって、キャリア側縁201に接続され且つキャリア上縁202の上方には発光ダイオードチップ30がないキャリア上縁202とを有する。
側壁絶縁層40はチップ上縁301、チップ側縁302及びキャリア側縁201を覆い、且つ側壁絶縁層40はチップ上縁301において第1電極露出領域401を有し、第1電極露出領域401には発光ダイオードチップ30が露出し、側壁絶縁層40の厚さは約0.5μmである。
溶接電極50は第1電極露出領域401を通過して発光ダイオードチップ30に電気的に接続される。一実施例では、発光ダイオードチップ30は積層された第1金属接触層31、第1電気特性半導体層32、アクティブ層33及び第2電気特性半導体層34をこの順に含んでもよく、発光ダイオードチップ30の厚さは約3μmである。溶接電極50は第2電気特性半導体層34に電気的に接続される。導電性キャリア20は積層された金属電極21、導電性ブロック22及び金属接続層23をこの順に含み、且つ第1金属接触層31は金属接続層23に形成される。
金属保護層60は溶接電極50に電気的に接続され、且つ金属保護層60は側壁絶縁層40を介してチップ側縁302及びキャリア側縁201を被覆してこれらを保護し、金属保護層60を明瞭に示すために、金属保護層60の一部だけ断面線を作成した。実施上、側壁絶縁層40の材料はSiO、SiN、SiN/SiO/SiN、TiO及びTiO/SiO/TiOからなる群から選ばれ、金属保護層60の材料はPt、TiW、Cr、Pt、Au、CuW、Cr/Au、Al/Cr/Au、Ti/Au、Ge/Ni/Au、Be/Au及びNi/Auからなる群から選ばれる。且つ好ましくは、金属保護層60の厚さは0.05μm~3μmである。より好ましくは、金属保護層60の厚さは1.5μmである。
図2は本発明の第1実施例の後続の工程における構造断面図を示す。導電性キャリア20は基板70に形成され、基板70は第1電極パッド71と、第2電極パッド72とを有し、第2電極パッド72は導電性キャリア20に電気的に接続され、第1電極パッド71は溶接電極50に電気的に接続される。実施上、第1電極パッド71は金属接続ブロック73によって溶接電極50に電気的に接続される。金属接続ブロック73は水平部731と、垂直部732とを含み、水平部731は溶接電極50に電気的に接続され、垂直部732は第1電極パッド71に電気的に接続される。且つ垂直部732と金属保護層60の間に充填部80を有してもよい。
図2の実施例に示すように、金属接続ブロック73は従来のワイヤーボンディング工程の代わりに電気めっき又は無電解めっき工程により製造されてもよく、とりわけ量産化に適する。電気めっき又は無電解めっき工程では、側壁絶縁層40に欠陥(クラック)があるかどうかに関わらず、金属保護層60により湿気や導電性物質(金属イオン)を隔離又は遮断する効果を得る。しかも電気めっき又は無電解めっき工程を行う前、金属保護層60をテスト接点に利用して、発光ダイオード素子10の順方向降下電圧(Vf)、逆方向漏れ電流(Ir)などの電気特性を検出し、測定データで側壁絶縁層40の品質を評価すれば、不良品を外して、後続の工程の歩留まりを高めることができる。
図3は本発明の第2実施例の構造断面図を示す。側壁絶縁層40はキャリア上縁202を覆い、金属保護層60は側壁絶縁層40を介してキャリア上縁202を被覆する。一実施例では、キャリア上縁202の幅は10μm~50μmで、キャリア上縁202の外側に金属保護層60のない部分の幅は少なくとも5μmである。
図1から図3の第1実施例及び第2実施例に示すように、導電性キャリア20及び発光ダイオードチップ30は直方体であってもよくチップ側縁302は4つのチップ側面303を、キャリア側縁201は4つのキャリア側面203をそれぞれ有し、金属保護層60は4つのチップ側面303及び4つのキャリア側面203を被覆して、保護効果を果たす。
図4は本発明の第3実施例を示す。製造コストを低減するために、金属保護層60は溶接電極50に最も近いチップ側面303及びキャリア側面203だけを被覆してこれらを保護するようにしてもよく、これは電気めっき又は無電解めっき工程で、溶接電極50に最も近いチップ側面303及びキャリア側面203は湿気や導電性物質(金属イオン)が生じる可能性が最も高いからでる。したがって、製造コストの低減のために、溶接電極50に最も近いチップ側面303及びキャリア側面203に金属保護層60を被覆させてもよい。
上述した内容から分かるように、本発明は少なくとも次の利点を含む。
1.金属保護層を被覆させることで、湿気や導電性物質(金属イオン)を隔離又は遮断する効果を得、側壁絶縁層に対する補強や二重の保護を果たせる。
2.金属保護層をテスト接点に利用して、発光ダイオード素子の順方向降下電圧(Vf)、逆方向漏れ電流(Ir)などを検出し、測定データで側壁絶縁層の品質を評価できる。
3.製造コストの低減のために、溶接電極に最も近いチップ側面及びキャリア側面に限って金属保護層を被覆させてもよい。
10 発光ダイオード素子
20 導電性キャリア
201 キャリア側縁
202 キャリア上縁
203 キャリア側面
21 金属電極
22 導電性ブロック
23 金属接続層
30 発光ダイオードチップ
301 チップ上縁
302 チップ側縁
303 チップ側面
31 第1金属接触層
32 第1電気特性半導体層
33 アクティブ層
34 第2電気特性半導体層
40 側壁絶縁層
401 第1電極露出領域
50 溶接電極
60 金属保護層
70 基板
71 第1電極パッド
72 第2電極パッド
73 金属接続ブロック
731 水平部
732 垂直部
80 充填部

Claims (10)

  1. 導電性キャリアと、前記導電性キャリアに形成された発光ダイオードチップとを含み、前記発光ダイオードチップはチップ上縁と、前記チップ上縁に接続され且つ前記発光ダイオードチップを取り囲むチップ側縁とを有し、前記導電性キャリアは前記チップ側縁に接続されたキャリア側縁と、キャリア上縁であって、前記キャリア側縁に接続され且つ前記キャリア上縁の上方には前記発光ダイオードチップがないキャリア上縁とを有する発光ダイオード素子と、
    側壁絶縁層であって、前記チップ上縁、前記チップ側縁及び前記キャリア側縁を覆い、且つ前記側壁絶縁層は前記チップ上縁において第1電極露出領域を有し、前記第1電極露出領域には前記発光ダイオードチップが露出する側壁絶縁層と、
    前記第1電極露出領域を通過して前記発光ダイオードチップに電気的に接続された溶接電極と、
    金属保護層であって、前記溶接電極に電気的に接続され、且つ前記金属保護層は前記側壁絶縁層を介して前記チップ側縁及び前記キャリア側縁を被覆してこれらを保護する金属保護層とを含むことを特徴とするテスト可能で側壁を保護する金属層を備える垂直型発光ダイオード構造。
  2. 前記発光ダイオードチップは積層された第1金属接触層、第1電気特性半導体層、アクティブ層及び第2電気特性半導体層をこの順に含み、前記溶接電極は前記第2電気特性半導体層に電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記載の垂直型発光ダイオード構造。
  3. 前記導電性キャリアは積層された金属電極、導電性ブロック及び金属接続層をこの順に含み、且つ前記第1金属接触層は前記金属接続層に形成されることを特徴とする請求項2に記載の垂直型発光ダイオード構造。
  4. 前記側壁絶縁層は前記キャリア上縁を覆い、前記金属保護層は前記側壁絶縁層を介して前記キャリア上縁を被覆することを特徴とする請求項1に記載の垂直型発光ダイオード構造。
  5. 前記キャリア上縁の幅は10μm~50μmで、前記キャリア上縁の外側に前記金属保護層のない部分の幅は少なくとも5μmであることを特徴とする請求項4に記載の垂直型発光ダイオード構造。
  6. 前記側壁絶縁層の材料はSiO、SiN、SiN/SiO/SiN、TiO及びTiO/SiO/TiOからなる群から選ばれ、前記金属保護層の材料はPt、TiW、Cr、Pt、Au、CuW、Cr/Au、Al/Cr/Au、Ti/Au、Ge/Ni/Au、Be/Au及びNi/Auからなる群から選ばれることを特徴とする請求項1に記載の垂直型発光ダイオード構造。
  7. 前記金属保護層の厚さは0.05μm~3μmであることを特徴とする請求項1に記載の垂直型発光ダイオード構造。
  8. 前記金属保護層の厚さは1.5μmであることを特徴とする請求項7に記載の垂直型発光ダイオード構造。
  9. 前記導電性キャリア及び前記発光ダイオードチップは直方体で、前記チップ側縁は4つのチップ側面を、前記キャリア側縁は4つのキャリア側面をそれぞれ有し、前記金属保護層は前記4つのチップ側面及び前記4つのキャリア側面を被覆してこれらを保護することを特徴とする請求項1に記載の垂直型発光ダイオード構造。
  10. 前記導電性キャリア及び前記発光ダイオードチップは直方体で、前記チップ側縁は4つのチップ側面を、前記キャリア側縁は4つのキャリア側面をそれぞれ有し、且つ前記金属保護層は前記溶接電極に最も近い前記チップ側面及び前記キャリア側面を被覆してこれらを保護することを特徴とする請求項1に記載の垂直型発光ダイオード構造。
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