JP2964822B2 - 発光ダイオードの製造方法 - Google Patents
発光ダイオードの製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、透光性基板上に窒化ガ
リウム系化合物半導体が積層された発光素子を有する発
光ダイオード（以下、ＬＥＤという。）に係り、特に該
発光素子の細部の構造に関する。
リウム系化合物半導体が積層された発光素子を有する発
光ダイオード（以下、ＬＥＤという。）に係り、特に該
発光素子の細部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、青色ＬＥＤの発光素子の材料と
して、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＡｌＧａ
Ｎ等の窒化ガリウム系化合物半導体が知られている。こ
れら窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子を有
する従来の青色ＬＥＤの構造を図２に示す。１は透光性
基板、２は透光性基板１上に積層された窒化ガリウム系
化合物半導体（以下、本明細書においては、１と２とを
合わせて発光素子という。）３は窒化ガリウム系化合物
半導体２上の適切な位置に設けられた電極、４は発光素
子を載置するリードフレーム、５は発光素子全体を封止
し、窒化ガリウム系化合物半導体２からの発光を集光す
る樹脂モールドである。透光性基板１の材料にはサファ
イア、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の酸化物系単結晶
を使用することができ、一般的にはサファイアが用いら
れている。また樹脂モールド５には、エポキシ樹脂、ユ
リア樹脂等、耐候性に優れた透明樹脂が用いられる。こ
の図に示すように、従来の青色ＬＥＤはそのほとんど
が、発光素子の端面が垂直になるようにチップ状にカッ
トされ、透光性基板１側が上面、即ち発光観測面となる
ようにしてリードフレームに載置された構造を有してい
る。
して、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＡｌＧａ
Ｎ等の窒化ガリウム系化合物半導体が知られている。こ
れら窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子を有
する従来の青色ＬＥＤの構造を図２に示す。１は透光性
基板、２は透光性基板１上に積層された窒化ガリウム系
化合物半導体（以下、本明細書においては、１と２とを
合わせて発光素子という。）３は窒化ガリウム系化合物
半導体２上の適切な位置に設けられた電極、４は発光素
子を載置するリードフレーム、５は発光素子全体を封止
し、窒化ガリウム系化合物半導体２からの発光を集光す
る樹脂モールドである。透光性基板１の材料にはサファ
イア、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の酸化物系単結晶
を使用することができ、一般的にはサファイアが用いら
れている。また樹脂モールド５には、エポキシ樹脂、ユ
リア樹脂等、耐候性に優れた透明樹脂が用いられる。こ
の図に示すように、従来の青色ＬＥＤはそのほとんど
が、発光素子の端面が垂直になるようにチップ状にカッ
トされ、透光性基板１側が上面、即ち発光観測面となる
ようにしてリードフレームに載置された構造を有してい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この構造の発光素子に
おいて、例えば透光性基板１をサファイアとした場合、
サファイア基板１の厚さは通常数百μｍある。これに対
し、窒化ガリウム系化合物半導体の厚さはせいぜい数μ
ｍにしか過ぎず、窒化ガリウム系化合物半導体より放射
される全青色発光のうち、サファイア基板１の側面に達
する光は、全体の約１０〜４０％である。しかも、封止
樹脂をエポキシ樹脂とした場合、サファイアの屈折率を
約３とし、エポキシの屈折率を約１．５とすると、サフ
ァイアとエポキシ樹脂との境界での臨界角は約３０゜と
なり、側面に入射する３０゜以下の光は、全てサファイ
ア基板の側面から出て行ってしまい、有効利用されてい
ない。
おいて、例えば透光性基板１をサファイアとした場合、
サファイア基板１の厚さは通常数百μｍある。これに対
し、窒化ガリウム系化合物半導体の厚さはせいぜい数μ
ｍにしか過ぎず、窒化ガリウム系化合物半導体より放射
される全青色発光のうち、サファイア基板１の側面に達
する光は、全体の約１０〜４０％である。しかも、封止
樹脂をエポキシ樹脂とした場合、サファイアの屈折率を
約３とし、エポキシの屈折率を約１．５とすると、サフ
ァイアとエポキシ樹脂との境界での臨界角は約３０゜と
なり、側面に入射する３０゜以下の光は、全てサファイ
ア基板の側面から出て行ってしまい、有効利用されてい
ない。
【０００４】ところで、リードフレームの形状をカップ
状として、そのカップの底に発光素子を載置して、側面
から出ていく光を、カップ側面で上部に反射させる方法
もあるが、リードフレームをカップ形状にすると、透光
性基板を上にして電極を下にするような構造の窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子、つまり透光性基板を利用
した発光素子では、アッセンブリが生産技術上不可能で
ある。そのため、従来の青色ＬＥＤは、そのほとんどが
図２のような構造であり、この構造のＬＥＤはチップ側
面より出ていく光を有効利用できず、高い順方向電圧の
わりに、発光効率が低く、十分な輝度が得られないとい
う問題があった。
状として、そのカップの底に発光素子を載置して、側面
から出ていく光を、カップ側面で上部に反射させる方法
もあるが、リードフレームをカップ形状にすると、透光
性基板を上にして電極を下にするような構造の窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子、つまり透光性基板を利用
した発光素子では、アッセンブリが生産技術上不可能で
ある。そのため、従来の青色ＬＥＤは、そのほとんどが
図２のような構造であり、この構造のＬＥＤはチップ側
面より出ていく光を有効利用できず、高い順方向電圧の
わりに、発光効率が低く、十分な輝度が得られないとい
う問題があった。
【０００５】したがって、本発明はこのような事情を鑑
みて成されたものであり、カップ等の反射板を必要とせ
ず、窒化ガリウム系化合物半導体を利用した発光素子の
側面から出る光を有効利用して観測面側に取りだすこと
ができ、発光効率を向上させることができる青色ＬＥＤ
等の発光ダイオードを製造できる発光ダイオードの製造
方法を提供することを目的とする。
みて成されたものであり、カップ等の反射板を必要とせ
ず、窒化ガリウム系化合物半導体を利用した発光素子の
側面から出る光を有効利用して観測面側に取りだすこと
ができ、発光効率を向上させることができる青色ＬＥＤ
等の発光ダイオードを製造できる発光ダイオードの製造
方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る発光ダイオ
ードの製造方法は、第１の主面と第２の主面を有するサ
ファイア基板と、該サファイア基板の第１の主面に積層
された窒化ガリウム系化合物半導体層を有しかつ前記サ
ファイア基板の第２の主面を発光観測面とする発光素子
を備えた発光ダイオードの製造方法において、窒化ガリ
ウム系化合物半導体層が形成されたウエハを、前記発光
素子において前記サファイア基板の第２の主面と側面と
の成す角度が鋭角になるように、ダイシングで切断して
個々の発光素子とする切断工程を含むことを特徴とす
る。この本発明に係る発光ダイオードの製造方法により
製造された発光ダイオードでは、発光素子が少なくとも
透光性のサファイア基板と該サファイア基板に積層され
た窒化ガリウム系化合物半導体とからなり、前記発光素
子の側面がサファイア基板の鉛直方向より鋭角θで切断
されたものとなる。また、前記発光ダイオードの製造方
法ではさらに、前記発光素子をリードフレーム上に載置
し、該発光素子をサファイアより小さい屈折率を有する
樹脂でモールドする工程を含んでいてもよい。このよう
にすると、前記発光素子をリードフレーム上に載置して
発光素子全体を樹脂モールドで封止された発光ダイオー
ドを製造できる。
ードの製造方法は、第１の主面と第２の主面を有するサ
ファイア基板と、該サファイア基板の第１の主面に積層
された窒化ガリウム系化合物半導体層を有しかつ前記サ
ファイア基板の第２の主面を発光観測面とする発光素子
を備えた発光ダイオードの製造方法において、窒化ガリ
ウム系化合物半導体層が形成されたウエハを、前記発光
素子において前記サファイア基板の第２の主面と側面と
の成す角度が鋭角になるように、ダイシングで切断して
個々の発光素子とする切断工程を含むことを特徴とす
る。この本発明に係る発光ダイオードの製造方法により
製造された発光ダイオードでは、発光素子が少なくとも
透光性のサファイア基板と該サファイア基板に積層され
た窒化ガリウム系化合物半導体とからなり、前記発光素
子の側面がサファイア基板の鉛直方向より鋭角θで切断
されたものとなる。また、前記発光ダイオードの製造方
法ではさらに、前記発光素子をリードフレーム上に載置
し、該発光素子をサファイアより小さい屈折率を有する
樹脂でモールドする工程を含んでいてもよい。このよう
にすると、前記発光素子をリードフレーム上に載置して
発光素子全体を樹脂モールドで封止された発光ダイオー
ドを製造できる。
【０００７】また、前記第２の主面と前記側面との成す
角度は、特に限定されるものではないが、透光性のサフ
ァイア基板の屈折率、樹脂モールドの屈折率によって適
宜変更することができる。窒化ガリウム系化合物半導体
の発光をすべてサファイア基板側（発光観測面側）に全
反射させるために、前記第２の主面と前記側面との成す
角度を、前記サファイア基板の屈折率をｎ１、前記樹脂
の屈折率をｎ２としたときに、｛π／２−ｓｉｎ-1（ｎ
２／ｎ１）｝以下になるように設定することが好まし
い。すなわち、本発明に係る発光ダイオードの製造方法
では、前記第２の主面と前記側面との成す角度を、前記
サファイア基板の屈折率をｎ１、前記樹脂の屈折率をｎ
２としたときに、｛π／２−ｓｉｎ-1（ｎ２／ｎ１）｝
以下になるように切断することが好ましい。また、この
式により、全ての発光を発光素子側面で全反射させる場
合、樹脂モールドの材料の屈折率がサファイア基板の屈
折率よりも小さいものを選択することはいうまでもな
い。
角度は、特に限定されるものではないが、透光性のサフ
ァイア基板の屈折率、樹脂モールドの屈折率によって適
宜変更することができる。窒化ガリウム系化合物半導体
の発光をすべてサファイア基板側（発光観測面側）に全
反射させるために、前記第２の主面と前記側面との成す
角度を、前記サファイア基板の屈折率をｎ１、前記樹脂
の屈折率をｎ２としたときに、｛π／２−ｓｉｎ-1（ｎ
２／ｎ１）｝以下になるように設定することが好まし
い。すなわち、本発明に係る発光ダイオードの製造方法
では、前記第２の主面と前記側面との成す角度を、前記
サファイア基板の屈折率をｎ１、前記樹脂の屈折率をｎ
２としたときに、｛π／２−ｓｉｎ-1（ｎ２／ｎ１）｝
以下になるように切断することが好ましい。また、この
式により、全ての発光を発光素子側面で全反射させる場
合、樹脂モールドの材料の屈折率がサファイア基板の屈
折率よりも小さいものを選択することはいうまでもな
い。
【０００８】また、本発明に係る発光ダイオードの製造
方法では、前記切断工程において、刃先の中心線に対し
て両側に前記サファイア基板の下面と側面との成す角度
に応じた傾斜を設けたブレードを用いてダイシングする
ようにしてもよい。
方法では、前記切断工程において、刃先の中心線に対し
て両側に前記サファイア基板の下面と側面との成す角度
に応じた傾斜を設けたブレードを用いてダイシングする
ようにしてもよい。
【０００９】
【作用】図４は、本発明の一実施例に係る青色ＬＥＤに
おいて、側面が鋭角θで切断された発光素子の構造を示
す図である。また図３は、側面が垂直に切断された従来
の発光素子の構造を示す図である。なおこれらの図は電
極、リードフレームを省略して示している。図４に示す
ように、発光素子の側面を、透光性基板１の発光観測面
側から、鋭角θで切断することにより、窒化ガリウム系
化合物半導体より発する青色発光、特に発光素子側面近
傍の青色発光を、透光性基板１で反射させて発光観測面
に取り出し、有効利用することが可能となる。一方、前
にも説明したように、図３に示す従来の発光素子は、透
光性基板１内で全反射したり、発光素子の側面から出て
行ってしまう光が圧倒的に多い。なお、この図４はθを
臨界角以上としていないため、一部側面から出ていく光
もあるが、θを前述の式に基づいて臨界角以上で切断す
ることにより、全て観測面側に反射させることができる
のは当然である。
おいて、側面が鋭角θで切断された発光素子の構造を示
す図である。また図３は、側面が垂直に切断された従来
の発光素子の構造を示す図である。なおこれらの図は電
極、リードフレームを省略して示している。図４に示す
ように、発光素子の側面を、透光性基板１の発光観測面
側から、鋭角θで切断することにより、窒化ガリウム系
化合物半導体より発する青色発光、特に発光素子側面近
傍の青色発光を、透光性基板１で反射させて発光観測面
に取り出し、有効利用することが可能となる。一方、前
にも説明したように、図３に示す従来の発光素子は、透
光性基板１内で全反射したり、発光素子の側面から出て
行ってしまう光が圧倒的に多い。なお、この図４はθを
臨界角以上としていないため、一部側面から出ていく光
もあるが、θを前述の式に基づいて臨界角以上で切断す
ることにより、全て観測面側に反射させることができる
のは当然である。
【００１０】このように、発光素子の側面を鋭角に切断
することにより、青色発光を多く観測面に反射させるこ
とができるため、青色発光ダイオードの発光出力を向上
させることができる。また、窒化ガリウム系化合物半導
体を有する発光素子は、他のＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＩ
ｎＧａＰ等の材料を用いた発光素子と異なり、材料自体
にへき開性を有していないため、斜めに切断しやすいと
いう利点を有している。このため、窒化ガリウム系化合
物半導体の発光素子の側面を斜めに切断して、その側面
で青色発光を反射させることは非常に重要である。
することにより、青色発光を多く観測面に反射させるこ
とができるため、青色発光ダイオードの発光出力を向上
させることができる。また、窒化ガリウム系化合物半導
体を有する発光素子は、他のＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＩ
ｎＧａＰ等の材料を用いた発光素子と異なり、材料自体
にへき開性を有していないため、斜めに切断しやすいと
いう利点を有している。このため、窒化ガリウム系化合
物半導体の発光素子の側面を斜めに切断して、その側面
で青色発光を反射させることは非常に重要である。
【００１１】
【実施例】予めサファイア基板の上にｎ型ＧａＮとｐ型
ＧａＮとを順に積層した２インチφのウエハーを用意
し、ｐ型ＧａＮ層の一部をエッチングして、ｎ型ＧａＮ
層を一部露出させる。次に、露出させたｎ型ＧａＮ層
と、ｐ型ＧａＮとに所定の形状で電極を蒸着した後、サ
ファイア基板に粘着テープを張り付ける。
ＧａＮとを順に積層した２インチφのウエハーを用意
し、ｐ型ＧａＮ層の一部をエッチングして、ｎ型ＧａＮ
層を一部露出させる。次に、露出させたｎ型ＧａＮ層
と、ｐ型ＧａＮとに所定の形状で電極を蒸着した後、サ
ファイア基板に粘着テープを張り付ける。
【００１２】一方、ウエハーを斜めにカットするため、
図５に示すように刃先の中心線に向かってそれぞれ両側
に３０゜の傾斜を設けたブレードを用意してダイシング
ソーにセットする。次に、前述のウエハーをテーブルに
貼付し、ダイシングでｐ型ＧａＮ層側からＸ軸をカット
した後、テーブルを９０゜回転させ、今度はＹ軸をカッ
トする。
図５に示すように刃先の中心線に向かってそれぞれ両側
に３０゜の傾斜を設けたブレードを用意してダイシング
ソーにセットする。次に、前述のウエハーをテーブルに
貼付し、ダイシングでｐ型ＧａＮ層側からＸ軸をカット
した後、テーブルを９０゜回転させ、今度はＹ軸をカッ
トする。
【００１３】最後にウエハーをテーブルから剥し取り、
チップ状に分離した後、チップをサファイア基板面が発
光観測面になるようにして、リードフレームに取り付
け、電極とリードフレームとを電気的に接続した後、エ
ポキシ樹脂でレンズ状にモールドすることにより、本発
明の青色ＬＥＤを得る。
チップ状に分離した後、チップをサファイア基板面が発
光観測面になるようにして、リードフレームに取り付
け、電極とリードフレームとを電気的に接続した後、エ
ポキシ樹脂でレンズ状にモールドすることにより、本発
明の青色ＬＥＤを得る。
【００１４】このようにして得た青色ＬＥＤは、順方向
電圧５Ｖで、発光出力２０μＷを示した。一方、側面を
垂直にカットしたチップよりなる従来の青色ＬＥＤは発
光出力は１０μＷとほぼ半分しかなかった。
電圧５Ｖで、発光出力２０μＷを示した。一方、側面を
垂直にカットしたチップよりなる従来の青色ＬＥＤは発
光出力は１０μＷとほぼ半分しかなかった。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＬＥＤは
その発光素子の側面を斜めにカットしているために、窒
化ガリウム系化合物半導体の発光を、その側面で反射さ
せて透光性基板から有効に取り出すことができる。しか
も従来のようにカップ状のリードフレームも必要とせ
ず、生産性にも非常に優れている。また、リードフレー
ムの他、支持体にはセラミック基板を使用することもで
きる。
その発光素子の側面を斜めにカットしているために、窒
化ガリウム系化合物半導体の発光を、その側面で反射さ
せて透光性基板から有効に取り出すことができる。しか
も従来のようにカップ状のリードフレームも必要とせ
ず、生産性にも非常に優れている。また、リードフレー
ムの他、支持体にはセラミック基板を使用することもで
きる。
【図１】 本発明の青色ＬＥＤに係る発光素子の側面の
構造を一部拡大して示す断面図。
構造を一部拡大して示す断面図。
【図２】 従来の青色ＬＥＤの構造を示す断面図。
【図３】 従来の発光素子の構造を示す断面図。
【図４】 本発明の一実施例に係る発光素子の構造を示
す断面図。
す断面図。
【図５】 ダイシングソーのブレードの刃先角を示す断
面図。
面図。
１・・・・・・透光性基板 ２・・・・・・窒化ガリウム系化合物半導体 ３・・・・・・電極 ４・・・・・・リードフレーム ５・・・・・・樹脂モールド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】 第１の主面と第２の主面を有するサファ
イア基板と、該サファイア基板の第１の主面に積層され
た窒化ガリウム系化合物半導体層を有しかつ前記サファ
イア基板の第２の主面を発光観測面とする発光素子を備
えた発光ダイオードの製造方法において、 窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されたウエハを、
前記発光素子において前記サファイア基板の第２の主面
と側面との成す角度が鋭角になるように、ダイシングで
切断して個々の発光素子とする切断工程を含むことを特
徴とする発光ダイオードの製造方法。 - 【請求項２】 前記発光ダイオード製造方法はさらに、 前記発光素子をリードフレーム上に載置し、該発光素子
をサファイアより小さい屈折率を有する樹脂でモールド
する工程を含む請求項１記載の発光ダイオードの製造方
法。 - 【請求項３】 前記第２の主面と前記側面との成す角度
を、前記サファイア基板の屈折率をｎ１、前記樹脂の屈
折率をｎ２としたときに、｛π／２−ｓｉｎ-1（ｎ２／
ｎ１）｝以下になるように設定した請求項２記載の発光
ダイオードの製造方法。 - 【請求項４】 前記切断工程において、刃先の中心線に
対して両側に前記サファイア基板の下面と側面との成す
角度に応じた傾斜を設けたブレードを用いてダイシング
する請求項１〜３のうちのいずれ１項に記載の発光ダイ
オードの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5507493A JP2964822B2 (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 発光ダイオードの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5507493A JP2964822B2 (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 発光ダイオードの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06244458A JPH06244458A (ja) | 1994-09-02 |
| JP2964822B2 true JP2964822B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=12988555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5507493A Expired - Fee Related JP2964822B2 (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 発光ダイオードの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2964822B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6229160B1 (en) | 1997-06-03 | 2001-05-08 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Light extraction from a semiconductor light-emitting device via chip shaping |
| WO2005008792A1 (ja) * | 2003-07-18 | 2005-01-27 | Sanyo Electric Co., Ltd. | 発光ダイオード |
| US6946309B2 (en) | 1997-06-03 | 2005-09-20 | Lumileds Lighting U.S., Llc | III-Phosphide and III-Arsenide flip chip light-emitting devices |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| JP3769872B2 (ja) * | 1997-05-06 | 2006-04-26 | ソニー株式会社 | 半導体発光素子 |
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