JP6476478B2 - 発光素子及び発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子及び発光素子の製造方法に関し、更に詳しくは、回路設計及び対応するパッケージプロセスを利用し、チップスケールパッケージ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）を達成させる発光素子及び発光素子の製造方法に関する。

発光素子の技術分野において、発光ダイオードは現在広く応用されている製品であり、様々な技術分野に応用されている。また、薄型化及び小型化の応用は広がっており、多くの製品がチップスケールパッケージ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）に向けて技術発展が続いている。例えば、現在発光ダイオードが応用される多くの製品にはフリップチップパッケージ（ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ Ｐａｃｋａｇｅ）が使用されてサイズの縮小及び薄型化を実現し、チップスケールパッケージを達成させている。

図１Ａは従来の発光ダイオードの構造を示す概略図である。発光ダイオード１は、透明基板１１と、エピタキシー層１２と、エピタキシー層１３と、絶縁層１４と、電極１５と、電極１６とを備える。図１Ａの電極１５及び電極１６は水平式の電極構造であり、プロセス上、金属球１７が電極１６の上方に設置され、電極１５、電極１６の高さを一致させている。

しかしながら、上述の電極１６の上方に金属球１７を設置させるプロセスは、電極１５及び電極１６の高低差が製品の歩留りの低下に繋がり、製造リスク及びコストが増加した。

図１Ｂは図１Ａに示す発光ダイオードの構造の改良を示す概略図である。図１Ａにおいて、金属球１７が設置されることで電極１５及び電極１６の高低差が生じる問題を克服するため、図１Ｂの発光ダイオード１構造では絶縁層１４により凹溝が形成され、且つ電極１６が凹溝中に設置され、電極１５及び電極１６の高さを一致させている。
しかしながら、このプロセスは、凹溝を増設させるプロセスを追加させなければならないばかりか、フリップチップパッケージプロセスにおいて使用される基板１１及び図１Ａのフリップチッププロセスは共に透光基板１１が使用されるため、電極１５及び電極１６をパッケージに位置を合わせる難度が増す。

さらに、発光ダイオードのプロセスでは、一般的にワイヤ・ボンディングにより電極に電気的に接続され、且つワイヤ・ボンディング及び発光ダイオード本体のパッケージの後、実装技術により回路基板上に設置されて表面実装部品（ＳＭＤ）が形成される。一般的には、表面実装部品の完成品には、厚さが６００ｕｍ、４００ｕｍ、３００ｕｍ等の規格が存在する。
しかしながら、ワイヤ・ボンディングのプロセスでは、発光ダイオードの表面に半田ボールを使用してワイヤ・ボンディングを溶接せねばならず、面積を大きく占有するほか、続けてパッケージのプロセスを行う必要があり、発光ダイオード全体の体積が大きくなり、サイズの縮小及び薄型化の目的を達成できなかった。

なお、フリップチップパッケージ（Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ）を使用してサイズの縮小及び薄型化を達成させる技術においては、共晶プロセス方式により発光ダイオード構造を形成させるため、共晶プロセスの設備の使用にはより高い標準が求められ、よって製造コストが増加した。

そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、チップスケールパッケージにより近付けるプロセスを提供するため、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に到った。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものである。上記課題解決のため、本発明は、発光素子及び発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、上記目的を達成するための本発明に係る発光素子は、基板と、接合金属層と、導電性酸化物層と、エピタキシー層と、絶縁層と、第一オーム接触層と、第二オーム接触層と、第三オーム接触層と、導線と、回路基板とを備える。
接合金属層は基板の第一部分の表面上に設置される。導電性酸化物層は接合金属層上に設置される。エピタキシー層は導電性酸化物層の第一部分の表面上に設置される。絶縁層は、接合金属層、導電性酸化物層、及びエピタキシー層の第一側辺、及びエピタキシー層の第一部分の表面上に設置される。第一オーム接触層は基板の第二部分の表面上に設置される。第二オーム接触層はエピタキシー層の第二部分の表面上に設置される。第三オーム接触層は導電性酸化物層の第二部分の表面上に設置される。導線は第一オーム接触層及び第二オーム接触層に電気的に接続される。回路基板は、銀ペーストまたはクリーム半田により導線及び第三オーム接触層に電気的に接続される。発光素子の厚さは８０から３５０マイクロメートルの間である。基板は非導電性基板を含み、前記基板は透光基板または非透光基板を含む。

さらに、本発明が提供される発光素子の製造方法は、以下の工程を含む。第一基板が設置される工程。エピタキシー層が第一基板上に形成される工程。導電性酸化物層がエピタキシー層上に形成される工程。第一接合金属層が導電性酸化物層上に形成される工程。第二基板が設置される工程。第二接合金属層が第二基板上に形成される工程。第一接合金属層及び第二接合金属層が結合される工程。第一基板が除去される工程。部分的なエピタキシー層が除去される工程。部分的な第一接合金属層、第二接合金属層、及び導電性酸化物層が除去される工程。絶縁層が形成されて、第二基板、第一接合金属層、第二接合金属層、導電性酸化物層、及びエピタキシー層が被覆される工程。第二基板、導電性酸化物層、及びエピタキシー層上の部分的な絶縁層が除去され、部分的な第二基板的表面、導電性酸化物層の表面、及びエピタキシー層の表面が露出される工程。第一オーム接触層が第二基板の表面上に形成される工程。第二オーム接触層がエピタキシー層の表面上に形成される工程。第三オーム接触層が導電性酸化物層の表面上に形成される工程。導線が形成され、第一オーム接触層及び第二オーム接触層が接続される工程。第二基板の厚さを削減させる工程。実装技術により発光素子が回路基板に実装される工程。
発光素子の厚さは８０から３５０マイクロメートルの間である。実装技術は表面実装技術を含む。第二基板は非導電性基板を含み、第二基板は透光基板または非透光基板を含む。

上述したように、従来の技術では、金属球が電極の上方に設置され、凹溝が設けられることにより電極の高さを一致させているのに比較し、本発明では、導線が設置されるプロセスにより電極の高さがより精確に制御され、電極の高低差が生じる問題を回避させる。
また、本発明に係る発光素子は、導線が設置されるプロセスによりオーム接触層に接続され、ワイヤ・ボンディングによる接続は使用されないため、ワイヤ・ボンディングプロセスに必要なパッケージプロセスが減少し、これにより発光素子の体積が縮小される。
このほか、本発明に係る発光素子は、オーム接触層上に導線が形成された後、回路基板上に直接実装される工程が実行される。このため、パッケージの体積が縮小され、パッケージプロセスに必要な設備が減少し、製造コストも削減される。プロセスが簡略化され、製造の高速化の効果を有し、チップスケールパッケージの技術分野に広く応用可能である。

従来の発光ダイオードの構造を示す概略図である。 図１Ａに示す発光ダイオードの構造の改良を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の発光素子のプロセス構造を示すフローチャートである。 本発明の発光素子のプロセス構造を示すフローチャートである。 本発明の発光素子のプロセス構造を示すフローチャートである。 本発明の発光素子のプロセス構造を示すフローチャートである。 本発明の発光素子のプロセス構造を示すフローチャートである。 本発明の発光素子のプロセス構造を示すフローチャートである。 本発明の発光素子のプロセス構造を示すフローチャートである。 本発明の発光素子のプロセス構造を示すフローチャートである。 本発明の発光素子の構造を示す概略図である。 本発明の他の発光素子の構造を示す概略図である。

以下図面を参照して、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図２、図３Ａ乃至図３Ｈは本発明に係る発光素子の製造方法のフローチャート及びプロセス構造のフローチャートである。
発光素子３の製造方法は以下の工程を含む。工程Ｓ２において、第一基板３１が設置される。工程Ｓ４において、エピタキシー層３２が第一基板３１上に形成される。工程Ｓ６において、導電性酸化物層３３がエピタキシー層３２上に形成される。工程Ｓ８において、第一接合金属層３４が導電性酸化物層３３上に形成される。工程Ｓ１０において、第二基板３５が設置される。工程Ｓ１２において、第二接合金属層３６が第二基板３５上に形成される。工程Ｓ１４において、第一接合金属層３４及び第二接合金属層３６が結合される。工程Ｓ１６において、第一基板３１が除去される。工程Ｓ１８において、部分的なエピタキシー層３２が除去される。工程Ｓ２０において、部分的な第一接合金属層３４、第二接合金属層３６、及び導電性酸化物層３３が除去される。
工程Ｓ２２において、絶縁層３７が形成されて、第二基板３５、第一接合金属層３４、第二接合金属層３６、導電性酸化物層３３、及びエピタキシー層３２が被覆される。工程Ｓ２４において、第二基板３５、導電性酸化物層３３、及びエピタキシー層３２上の部分的な絶縁層３７が除去され、部分的な第二基板３５の表面、導電性酸化物層３３の表面、及びエピタキシー層３２の表面が露出される。工程Ｓ２６において、第一オーム接触層Ｅ１が第二基板３５的表面上に形成され、第二オーム接触層Ｅ２がエピタキシー層３２の表面上に形成される。工程Ｓ２８において、第三オーム接触層Ｅ３が導電性酸化物層３３の表面上に形成される。工程Ｓ３０において、導線３８が形成されて、第一オーム接触層Ｅ１及び第二オーム接触層Ｅ２が接続される。

本発明において、第二基板３５は非導電性基板を含み、且つ透光基板または非透光基板が使用される。

上述の部分的なエピタキシー層３２が除去される工程は、第一側辺及び第二側辺のエピタキシー層３２が除去されて、部分的な導電性酸化物層３３の表面が露出されることにより、絶縁層３７が形成された後に第三オーム接触層Ｅ３が設置されることを含む。

部分的な第一接合金属層３４、第二接合金属層３６、及び導電性酸化物層３３が除去される工程は、第一側辺の第一接合金属層３４、第一側辺の第二接合金属層３６、及び第一側辺の導電性酸化物層３３が除去されることにより、除去された後に絶縁層３７が形成され、且つ第二基板３５の表面上に第一オーム接触層Ｅ１が設置されることを含む。

ちなみに、部分的な絶縁層３７が除去された後、絶縁層３７１及び絶縁層３７２が形成され、部分的な第二基板３５の表面、部分的なエピタキシー層３２の表面、第一側辺の第一接合金属層３４、第一側辺の第二接合金属層３６、及び第一側辺の導電性酸化物層３３が被覆される（図３Ｆ参照）。

また、上述の第一オーム接触層Ｅ１、第二オーム接触層Ｅ２、及び第三オーム接触層Ｅ３には設置順序にその前後はなく、絶縁層３７１及び絶縁層３７２が形成された後に同時に設置される。

上述の工程において、第二基板３５の厚さが削減され、発光素子３全体の厚さが減少することを更に含む。発光素子３の全体の厚さは８０から３５０マイクロメートルの間であり、実際の厚さは実務上の設計及び需要に基づいて製造され、比較すると、従来の技術における発光素子の厚さよりもずっと薄くなる。
第二基板３５の削減される厚さは、銀ペーストまたはクリーム半田により回路基板及びオーム接触層の信号にスムーズに電気的に接続されるために十分であればよく、且つ表面実装技術により発光素子３が回路基板上に実装される。実装技術は表面実装技術を含み、本発明においてはこれに限定されない。

より詳しくは、本発明の導線３８は第一オーム接触層Ｅ１及び第二オーム接触層Ｅ２の信号の伝送に用いられるあらゆる導電性の材質を含む。このため、本発明は導線３８により第一オーム接触層Ｅ１及び第二オーム接触層Ｅ２の間で伝送が行われる導電性があり、ワイヤ・ボンディングのプロセスにより第一オーム接触層Ｅ１及び第二オーム接触層Ｅ２が接続されるわけではないため、このように、パッケージ発光素子のプロセスが削減される。これにより、サイズの縮小及び薄型化の目的を達成させ、且つチップスケールパッケージの技術分野に更に応用可能になる。

図４は本発明の発光素子の構造を示す概略図である。
発光素子４は、基板４１と、接合金属層４２と、導電性酸化物層４３と、エピタキシー層４４と、絶縁層４５１と、絶縁層４５２と、第一オーム接触層Ｅ１と、第二オーム接触層Ｅ２と、第三オーム接触層Ｅ３と、導線４６とを備える。接合金属層４２は基板４１の第一部分の表面上に設置される。導電性酸化物層４３は接合金属層４２上に設置される。エピタキシー層４４は導電性酸化物層４３の第一部分の表面上に設置される。絶縁層４５１は、接合金属層４２、導電性酸化物層４３及びエピタキシー層４４の第一側辺、並びにエピタキシー層４４の第一部分の表面上に設置される。第一オーム接触層Ｅ１は基板４１の第二部分の表面上に設置される。第二オーム接触層Ｅ２はエピタキシー層４４の第二部分の表面上に設置される。第三オーム接触層Ｅ３は導電性酸化物層４３の第二部分の表面上に設置される。導線４６は第一オーム接触層Ｅ１及び第二オーム接触層Ｅ２に電気的に接続される。

図５は本発明の他の発光素子の構造を示す概略図である。
上述したように、本発明に係る発光素子は、エピタキシー層４４と導電性酸化物層４３との間に設置される非導電性酸化物層４７を更に備える。非導電性酸化物層４７は、窒化ケイ素（ＳｉＮｙ）、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、または二酸化ケイ素の内の少なくとも１種類以上を含む。また、非導電性酸化物層４７は少なくとも１つの接続孔４７１を備え、エピタキシー層４４及び導電性酸化物層４３に連通され、エピタキシー層４４にオーム接触が形成される。また、接続孔４７１は金属材料であり、ＡｕＺｎ、ＡｕＢｅ、Ｃｒ、またはＡｕなどの金属材料を含む。

本発明のある実施形態では、基板４１は非導電性基板を含む。非導電性基板は、セラミック基板、窒化アルミニウム基板、または酸化アルミニウム基板を含む。また、本発明において、基板４１には透光基板或いは非透光基板が使用される。

絶縁層４５１は二酸化ケイ素または窒化ケイ素を含み、第一オーム接触層Ｅ１及び第二オーム接触層Ｅ２を隔絶させるために使用される。本発明の他の実施形態では、絶縁層４５２は、エピタキシー層４４の第三部分の表面上、及びエピタキシー層４４の第二側辺と第三オーム接触層Ｅ３との間に設置される部分を更に含み、第三オーム接触層Ｅ３を更に隔絶させてショートの発生を防ぐ。

導線４６の幅はワイヤ・ボンディングプロセスにおける半田ボールの直径よりも小さい。一般的には、ワイヤ・ボンディングのプロセスに使用される半田ボールの直径は１００ｕｍより大きい。但し、本発明では、ワイヤ・ボンディングのプロセスは不要であるため、実務上の需要及び設計に基づいて様々な幅の導線が簡単に製造できる。例えば、幅が５マイクロメートル以上の導線が製造可能である。比較すると、半田ボールの直径よりもずっと小さいため、コスト削減の効果を達成させる。

発光素子４は表面実装技術（Ｓｕｒｆａｃｅ−ｍｏｕｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）により回路基板に実装され、回路基板が第二オーム接触層Ｅ２及び第三オーム接触層Ｅ３に電気的に接続され、且つ銀ペースト（Ａｄｈｅｓｉｖｅ）またはクリーム半田（Ｓｏｌｄｅｒ ｐａｓｔｅ）により導線４６及び第三オーム接触層Ｅ３が電気的に接続される。
本発明において、発光素子４の全体の厚さは８０から３５０マイクロメートルの間であり、その実際の厚さは実務上の設計及び需要に基づいて製造される。従来の技術に比べて、発光素子の厚さが大幅に減少する。

総合すると、従来の技術では、金属球が電極の上方に設置され、凹溝が設けられることにより電極の高さを一致させているのに比べ、本発明では、導線が設置されるプロセスにより電極の高さがより精確に制御でき、電極の高低差が生じる問題を回避させている。また、本発明に係る発光素子は、導線が設置されるプロセスによりオーム接触層に接続され、ワイヤ・ボンディングにより接続されるわけではないため、ワイヤ・ボンディングプロセスに必要なパッケージプロセスが減少し、これにより発光素子の体積が縮小する。また、本発明に係る発光素子は、オーム接触層上に導線が形成された後、回路基板上に直接実装される工程が実行され、これによりパッケージの体積が縮小し、パッケージプロセスに必要な設備が減少し、さらには製造コストも削減される。プロセスの簡略化及び高速製造の効果を達成させ、チップスケールパッケージの技術分野に広く応用可能である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１ 発光ダイオード
１１ 基板
１２ エピタキシー層
１３ エピタキシー層
１４ 絶縁層
１５ 電極
１６ 電極
１７ 金属球
３ 発光素子
４ 発光素子
３１ 第一基板
３２ エピタキシー層
４４ エピタキシー層
３３ 導電性酸化物層
４３ 導電性酸化物層
３４ 第一接合金属層
３５ 第二基板
３６ 第二接合金属層
３７ 絶縁層
３７１ 絶縁層
３７２ 絶縁層
４５１ 絶縁層
４５２ 絶縁層
３８ 導線
４６ 導線
４１ 基板
４２ 接合金属層
４７ 非導電性酸化物層
４７１ 接続孔
Ｅ１ 第一オーム接触層
Ｅ２ 第二オーム接触層
Ｅ３ 第三オーム接触層
Ｓ２ 工程
Ｓ４ 工程
Ｓ６ 工程
Ｓ８ 工程
Ｓ１０ 工程
Ｓ１２ 工程
Ｓ１４ 工程
Ｓ１６ 工程
Ｓ１８ 工程
Ｓ２０ 工程
Ｓ２２ 工程
Ｓ２４ 工程
Ｓ２６ 工程
Ｓ２８ 工程
Ｓ３０ 工程

Claims (12)

1. 第一基板が設置される工程と、
   エピタキシー層が前記第一基板上に形成される工程と、
   導電性酸化物層が前記エピタキシー層上に形成される工程と、
   第一接合金属層が前記導電性酸化物層上に形成される工程と、
   第二基板が設置される工程と、
   第二接合金属層が前記第二基板上に形成される工程と、
   前記第一接合金属層及び前記第二接合金属層が結合される工程と、
   前記第一基板が除去される工程と、
   部分的な前記エピタキシー層が除去される工程と、
   部分的な前記第一接合金属層、前記第二接合金属層、及び前記導電性酸化物層が除去される工程と、
   絶縁層が形成されて、前記第二基板、前記第一接合金属層、前記第二接合金属層、前記導電性酸化物層、及び前記エピタキシー層が被覆される工程と、
   前記第二基板、前記導電性酸化物層、及び前記エピタキシー層上の部分的な前記絶縁層が除去されて、部分的な前記第二基板の表面、前記導電性酸化物層の表面、及び前記エピタキシー層の表面が露出される工程と、
   第一オーム接触層が前記第二基板の前記表面上に形成される工程と、
   第二オーム接触層が前記エピタキシー層の前記表面上に形成される工程と、
   第三オーム接触層が前記導電性酸化物層の前記表面上に形成される工程と、
   導線が形成され、前記第一オーム接触層及び前記第二オーム接触層が接続される工程と、
   前記第二基板の厚さを削減させる工程と、
   実装技術により発光素子が回路基板に実装される工程と、を含み、
   前記発光素子の厚さは８０から３５０マイクロメートルの間であり、前記実装技術は表面実装技術を含み、前記第二基板は非導電性基板を含み、前記第二基板は透光基板または非透光基板を含むことを特徴とする、
   発光素子の製造方法。
2. 部分的な前記エピタキシー層が除去される工程は、第一側辺及び第二側辺の前記エピタキシー層が除去され、部分的な前記導電性酸化物層が露出されることを含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子の製造方法。
3. 部分的な前記第一接合金属層、前記第二接合金属層、及び前記導電性酸化物層の除去工程は、第一側辺の前記第一接合金属層、前記第二接合金属層、及び前記導電性酸化物層が除去されることを含むことを特徴とする、請求項２に記載の発光素子の製造方法。
4. 基板と、
   前記基板の第一部分の表面上に設置される接合金属層と、
   前記接合金属層上に設置される導電性酸化物層と、
   前記導電性酸化物層の第一部分の表面上に設置されるエピタキシー層と、
   前記接合金属層、前記導電性酸化物層、及び前記エピタキシー層の第一側辺、並びに前記エピタキシー層の第一部分の表面上に設置される絶縁層と、
   前記基板の一第二部分の表面上に設置される第一オーム接触層と、
   前記エピタキシー層の第二部分の表面上に設置される第二オーム接触層と、
   前記導電性酸化物層の第二部分の表面上に設置される第三オーム接触層と、
   前記第一オーム接触層及び前記第二オーム接触層に電気的に接続される導線と、
   前記第二オーム接触層及び前記第三オーム接触層に電気的に接続される回路基板と、を備え、
   前記回路基板は、銀ペーストまたはクリーム半田により前記導線及び前記第三オーム接触層に電気的に接続され、発光素子の厚さは８０から３５０マイクロメートルの間であり、前記基板は非導電性基板を含み、前記基板は透光基板または非透光基板を含むことを特徴とする、
   発光素子。
5. 前記絶縁層は二酸化ケイ素または窒化ケイ素を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
6. 前記絶縁層は、前記エピタキシー層の第三部分の表面上、及び前記エピタキシー層の第二側辺と前記第三オーム接触層との間に設置される部分を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
7. 前記導線の幅は半田ボールの直径より小さいことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
8. 前記非導電性基板はセラミック基板、窒化アルミニウム基板、または酸化アルミニウム基板を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
9. 前記エピタキシー層と前記導電性酸化物層との間に設置される非導電性酸化物層を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
10. 前記非導電性酸化物層は、前記エピタキシー層及び前記導電性酸化物層に連通される少なくとも１つの接続孔を含むことを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
11. 前記接続孔は金属材料であることを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
12. 前記金属材料は、ＡｕＺｎ、ＡｕＢｅ、ＣｒまたはＡｕを含むことを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。

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