JP4632690B2 - 半導体発光装置とその製造方法 - Google Patents
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Description
全平面形状は90度回転対称である。後の接着工程において、発光素子基板を90度未満の回転で位置合わせすることができる。
接続部材層:(Au/ Sn)n / Au
パッド電極の表面層:Au
繰返し数:n
< 総数 >
Au層の層数:n+2
Sn層の総数:n
< 層厚 >
総厚: Lt
Auの嵩高比: Dau (Au/20Snの場合0.544)
Snの嵩高比: Dsn (Au/20Snの場合0.456)
注記:スパッタで成膜した錫は、測定したところ灰色錫と判明したので
密度を5.76(g/cm3)として嵩高比を計算した。
Snの膜厚:Lsn= Lt*Dsn/n
共晶部材膜厚:Lst= Lau*(n+1)+Lsn*n
パッド表面Au厚:Lpd=Lau
例えば、共晶金属層の総厚を1200nm、繰返し数をn=5とすると、Auは7層となり1層の膜厚が93.3nmとなる、またSnは5層となり1層の膜厚が109.3nmとなる。よって、接続部材の総膜厚は1106.7nm、対向する発光素子基板の電極表面Au層の最低膜厚を93.3nm以上とする。
パッド表面Au厚:Lpd= 200nm
繰返し数:n= 5
共晶部材のAu膜厚:Laust= (Lt*Dau− 200)/(n+1)
≒ 75.6nm
共晶部材のSn膜厚:Lsnst= Lt*Dsn/n
≒ 109.3nm
共晶部材膜厚:Lst= Laust*(n+1)+Lsnst*n
≒ 453.6 nm + 546.5nm
≒ 1000nm
この様に、接続部材のSn比を共晶比より見掛け上大きくしておくと、接続合部材が溶融した時、対向する発光素子部の電極層表面のAu層を溶融するため、接着性が向上する。
(1)発光面を中央にアレイ状に緻密に並べ、n側電極パッドを外周部に配置した構造としたことで、高い発光輝度を可能とし、外部観察上点的発光が可能となる。
(2)n側オーミック電極とn側電極パッドとの機能を分離したので、発光面に占めるn側オーミック電極の線幅を極力狭くでき、発光面内の輝度分布を均一化できる。
(3)全体として発光面積を広くしても、区画された全素子に均等に電流を供給できる。また、格子状電極構造により、断線等の配線障害を抑制できる。
(4)n側電極パッドを素子外周部に複数個配置でき、支持基板との接着障害を抑制できる。
(5)難濡れ性保護膜により発光面全面で支持基板と接着できる。高い放熱性を実現し、高注入・高出力を可能とする。
(6)格子状n型オーミック電極配線と外周に設けた複数のn型電極パッド構造は、断線、給電障害に対して冗長性を著しく向上させる。
(7)n×m個のメサ状矩形活性領域に設けたp型オーミック電極(p側電極パッド)は、支持基板部の接続部材との接着性を著しく向上させる。
(8)p型オーミック電極(p側電極パッド)とn側電極パッド以外を非濡れ性保護膜で覆い、接続部材のセルフカバレッジ、エリアキーピング、セルフプルアップ機能を持たせる。
トレンチ幅は一定幅以下に狭くすることは出来ないので、p型オーミック電極(p側電極パッド)サイズを極端に小さくすると、素子サイズに対するメサ状活性領域の矩形部面積(発光エリア)が小さくなり、発光出力の点で不利になる、従って0.01mm2程度以上が現実的な面積となる。p型オーミック電極(p側電極パッド)形状は、接着領域が円形に拡大することより、円形が望ましいが、発光面積のロスが大きくなるので正方形が適当である。
以上、図11(A)、(B)では不良品となる素子が、n×m個で且つp型オーミック電極(p側電極パッド)のサイズを0.2mm2以下の大きさとすることで、発光区画数に応じた定格電流を簡便に決定でき、別ランクの良品とすることが可能となる。
図14(C)で示す様に、大きめの荷重が掛かり、電極パッドと接続部材の界面に、接続部材を拡げる力が働らいても、濡れ性の悪い保護膜により、接続部材の接触角は大きくなるが、電極パッド内に接続部材は留まる(エリアキーピング)。
別のケースとして、支持基板と発光素子基板の位置合わせが多少ずれ、接続部材が、電極パッドの外周の保護膜上にはみ出したとしても、溶解時には界面張力により電極パッド内に収まる(セルフプルアップ)。
具体的には、接続部材が電極パッド端より5〜15μm程度までのはみ出しなら、溶解・接着時に、難濡れ性保護膜ではじかれ、電極パッド内に収斂した。当然、電極パッド、難濡れ性保護膜、接続部材の材質および表面状態により、相互に働く界面張力が変わるので、収斂可能なはみ出し量は変化する。はみ出しの収斂効果を考えた場合、難濡れ性保護膜は、電極パッド端より、予測は見出し幅の2〜3倍程度の幅まで施す必要がある。
・半導体発光素子(LED)
・白色LED素子
101 n型窒化物半導体層
102 窒化物半導体発光層
103 p型窒化物半導体層
104 n側オーミック電極
105 p側電極
106 SiO2層
107 n側パッド電極
201 SiO2層
202 n側配線層
203 n側接続部材
204 p側配線層
205 p側接続部材
210 メサ状活性領域
211 メサ状電極引き上げ領域
212 切欠き
213 切欠き
215 トレンチ
Claims (30)
- 透明基板と、
前記透明基板上方に形成された第1導電型窒化物半導体層と、
前記第1導電型窒化物半導体層上方に形成された窒化物半導体発光層と、
前記窒化物半導体発光層上方に形成された、第1導電型と逆導電型の第2導電型窒化物半導体層と、
前記第2導電型窒化物半導体層および前記窒化物半導体発光層を切断し、前記第1導電型窒化物半導体層を露出する深さの切欠き領域であって、複数のメサ状活性領域とメサ状電極引き上げ領域とを画定する切欠き領域と、
前記複数のメサ状活性領域の各々を取り囲む前記切欠き領域に露出された第1導電型窒化物半導体層上に形成された第1導電型用オーミック電極部分及び前記第1導電型用オーミック電極部分から連続して前記メサ状電極引き上げ領域上に延在する第1導電型用パッド電極部分とを含む第1導電型用電極と、
前記複数のメサ状活性領域の各々の第2導電型窒化物半導体層上に形成された第2導電型用オーミック電極と、
前記透明基板と対向して配置され、前記第1導電型用パッド電極部分に対向接続された第1導電型用導電性接続部材と、各前記第2導電型用オーミック電極に対向接続された第2導電型用導電性接続部材とを有する支持基板と、
を有する半導体発光装置。 - 前記複数のメサ状活性領域が発光領域内に行列状に配置され、前記メサ状電極引き上げ領域が前記発光領域の外側の複数の領域に配置されている請求項1記載の半導体発光装置。
- 前記メサ状活性領域の各々が矩形である請求項1または2記載の半導体発光装置。
- 前記切欠き領域がそれぞれ複数本の直交する2群の切欠き溝を含む請求項3記載の半導体発光装置。
- 前記発光領域が矩形であり、前記メサ状電極引き上げ領域が前記矩形の外側の領域で前記矩形の各辺の中央部に対応する領域を外す領域に設けられている請求項1〜4のいずれか1項記載の半導体発光装置。
- 前記メサ状電極引き上げ領域が前記矩形の頂点近傍外側に配置され、L字型平面形状を有する請求項5記載の半導体発光装置。
- 前記メサ状電極引き上げ領域が前記矩形の各頂点近傍および各辺の中央部に対応する領域を外す領域外側に配置され、長方形平面形状を有する請求項5記載の半導体発光装置。
- 前記支持基板が、前記第1導電型用導電性接続領域に対する第1配線と、前記第2導電型用導電性接続領域を相互に接続し、前記矩形の発光領域のいずれかの辺中央部に対向する領域を通って発光領域外に引き出す領域に対向する第2配線とを有する請求項5〜7のいずれか1項記載の半導体発光装置。
- 前記メサ状活性領域と前記メサ状電極引き上げ領域とが前記透明基板上で行列状に配置される請求項1記載の半導体発光装置。
- 前記切欠き領域がそれぞれ複数本の交差する、2群の延在する切欠き領域を含む請求項9記載の半導体発光装置。
- 前記メサ状活性領域と前記メサ状電極引き上げ領域とが同等の平面形状を有する請求項9または10記載の半導体発光装置。
- 前記メサ状活性領域と前記メサ状電極引き上げ領域とが、併せて矩形状領域内に行列状に配置される請求項11記載の半導体発光装置。
- 前記メサ状電極引き上げ領域が前記矩形状領域内の角部に配置された請求項12記載の半導体発光装置。
- 第1導電型用電極が、選択的に電極を形成しない領域によって形成された位置合わせマークを含む請求項1〜13のいずれか1項記載の半導体発光装置。
- 前記位置合わせマークが、交差する方向に配置された2本以上の直線部を含む請求項14記載の半導体発光装置。
- 前記位置合わせマークが、径100μm〜500μmの多角形または円である請求項14記載の半導体発光装置。
- 前記メサ状活性領域各々の面積が0.01mm2〜0.2mm2である請求項1〜16のいずれか1項記載の半導体発光装置。
- 前記導電性接続部材の厚みが、0.3μm〜3μmである請求項1〜17のいずれか1項記載の半導体発光装置。
- 前記支持基板の導電性接続部材は、半田、共晶接着と親和性の高い金属層を含む請求項1〜17のいずれか1項記載の半導体発光装置。
- さらに、前記透明基板上方で、前記第1導電型用パッド電極部分および前記第2導電型用オーミック電極を露出し、前記切欠き領域の第1導電型用オーミック電極を覆うように配置され、溶融した前記接続部材と濡れ性が悪い保護膜を有する請求項1〜19のいずれか1項記載の半導体発光装置。
- 前記支持基板が、前記第1導電型用導電性接続部材と前記第2導電型用導電性接続部材との周囲に、溶融した前記導電性接続部材と濡れ性が悪い保護膜を有する請求項1〜20のいずれか1項記載の半導体発光装置。
- (a)透明基板上方に第1導電型窒化物半導体層、窒化物半導体発光層、前記第1導電型と逆導電型である第2導電型窒化物半導体層を形成した発光素子基板を準備する工程と、
(b)前記第2導電型窒化物半導体層、窒化物半導体発光層の全厚さを切断し、前記第1導電型窒化物半導体層の一部厚さを除去するエッチングを選択的に行い、複数のメサ状活性領域、メサ状電極引き上げ領域を画定する切欠き領域を形成する工程と、
(c)前記複数のメサ状活性領域の各々を取り囲む切欠き領域に露出した前記第1導電型窒化物半導体層上に配置された第1導電型用オーミック電極部分と、前記第1導電型用オーミック電極部分から連続して前記メサ状電極引き上げ領域上に延在する第1導電型用パッド電極部分とを含む第1導電型用電極を形成する工程と、
(d)前記複数のメサ状活性領域の各々の前記第2導電型窒化物半導体層上に第2導電型用オーミック電極を形成する工程と、
(e)支持基板上に前記第1導電型用パッド電極部分に対向する第1導電型用導電性接続部材と、各前記第2導電型用オーミック電極に対向する第2導電型用導電性接続部材とを形成する工程と、
(f)前記支持基板と前記透明基板とを対向させて位置合わせし、前記第1導電型用パッド電極部分と前記第1導電型用導電性接続部材、前記第2導電型用オーミック電極と前記第2導電型用導電性接続部材を接続する工程と、
を含む半導体発光装置の製造方法。 - 前記工程(e)は、前記支持基板上に第1配線、第2配線を形成し、前記第1配線上に前記第1導電型用導電性接続部材、前記第2配線上に前記第2導電型用導電性接続部材を形成する請求項22記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記工程(f)は、共晶を形成する請求項22または23記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記工程(b)が、行列状に配置された前記メサ状活性領域を画定する切欠き領域をエッチングする請求項22〜24のいずれか1項記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記工程(b)が、矩形状発光領域内に行列状に配置された前記メサ状活性領域と、前記矩形状発光領域外側の頂点近傍に配置された前記メサ状電極引き上げ領域を画定する切欠き領域をエッチングする請求項25記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記工程(b)が、矩形状領域内に、行列状に配置された前記メサ状活性領域と前記メサ状電極引き上げ領域とを画定する切欠き領域をエッチングする請求項22〜24のいずれか1項記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記メサ状電極引き上げ領域は、前記矩形状領域の角部に配置される請求項27記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記工程(c)が、前記メサ状電極引き上げ領域上に選択的に電極を形成しない領域により位置合わせ用マークを作成する請求項27または28記載の半導体発光装置の製造方法。
- さらに、(g)工程(d)の後、工程(f)の前に、前記透明基板上方で、前記メサ状電極引き上げ領域上の第1導電型用パッド電極部分および前記第2導電型窒化物半導体層上の前記第2導電型用オーミック電極を露出し、前記切欠き領域の第1導電型用オーミック電極を覆うように、溶融した時の前記導電性接続部材と濡れ性が悪い保護膜を形成する請求項22〜29のいずれか1項記載の半導体発光装置の製造方法。
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