JPS62287675A - 発光ダイオ−ド素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は発光ダイオード素子（以下ＬＥＤという〉およ
びその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 近年半導体技術の著しい進歩により、種々のＬＥＤが開
発されている。このＬＥＤはｎ形半導体およびｎ形半導
体の各結晶層の純度が高いほど工ネルギー変換効率が高
いことが知られている。そこで従来ＬＥＤを製造するに
は、例えば第９図に示すように、ガリウム−リン（Ｇａ
Ｐ）　、ガリウムーヒ素（ＧａＡ８）などの化合物半導
体のｎ形引上げ結晶基板１０１上に、液相成長法あるい
は気相成長法などによりｎ形エピタキシセル結晶層１０
２、およびｐ形エピタキシセル結晶８１０３を形成する
。そして基板１０１およびｐ形エピタキシセル結晶！１
１０３表面にそれぞれミル１０４を形成し、ダイボンデ
ィングおよびワイヤ１０５を用いたワイヤボンディング
法でリードフレーム１０６とボンディングする。その後
第１０図に示すように透明樹脂１０７で樹脂モールドし
て製品とされている。すなわちＬＥＯｌｏｏは積層構造
をなし、！１ｆ１１０４はそれぞれ反対側に設けられて
いた。

［発明が解決しようとする同色点］ 上記した従来のＬＥＤではＮＦｉはそれぞれ反対側表面
に形成され、ワイヤボンディング工程が必要であった。

しかしながらボンディングに用いられるワイヤは径が小
さいとワイヤ切れが生ずるため、素子の大きさに比べて
かなり太いものが用いられている。そのため電極の面積
も大きくなり発光効率の低下を招いていた。またワイヤ
の高さもかなり大きくなるため薄形化が困難となってい
た。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ワイヤ
ボンディング工程が不要となり、薄形化が可能なＬＥＤ
を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の第１の発明のＬＥＤは、ｎ形またはｐ形の半導
体基板と、該基板の一表面に形成された第１エピタキシ
ャル結晶層と、該第１エピタキシＶル結晶店表面に形成
された第２エピタキシャル結晶層と、からなる発光ダイ
オード素子において、該第２エピタキシャル結晶層が該
基板の他表面に延在していることを特徴とする。

またこのしＥＯを製造するのに最適な第２の発明の製造
方法は、ｎ形またはｐ形の半導体基板の一表面に第１エ
ピタキシャル結晶層を形成する第１層形成工程と、 該第１エピタキシャル結晶層の該基板と反対側の表面か
ら該基板を貫通しない穴または溝からなる導通部を形成
するダイシング工程と、該導通部に表出する該基板表面
に絶縁体層を形成する絶縁体層形成工程と、 該第１エピタキシャル結晶層表面および該導通部を埋め
て第２エピタキシャル結晶層を形成する第２Ｗ！Ｊ形成
工程と、 該基板の他表面を削り、該導通部を埋めて形成された該
第２エピタキシャル結晶層を該基板の該他表面に表出さ
せる研削工程と、からなることを特徴とする。

半導体基板としてはＧ’ａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡ文ＡＳ
など従来用いられている化合物半導体を用いることがで
きる。またｎ形およびｐ形のいずれを用いてもよい。発
光色の種類により各種元素をドーピングすることも従来
と同様に行なうことができる。厚さは一般に３００μｍ
程度である。

第１エピタキシャル結晶層は上記基板と同形のものであ
る。基板がｎ形であれば第１エピタキシャル結晶層もｎ
形のものが用いられる。そしてこの第１エピタキシャル
結晶層は第１層形成工程で基板の一表面全面に形成され
る。この第１層形成工程は、気相成長法、液相成長法な
ど公知の方法を用いて行なうことができる。また場合に
よっては固相成長法を利用することもできる。なお、第
１エピタキシャル結晶層の厚さは一般には３０μｍ程１
衰である。

第１エピタキシＶル結晶層表面には第２エピタキシャル
結晶層が形成されている。本発明の最大の特徴は、第２
エピタキシャル結晶層が基板の第２エピタキシャル結晶
層と反対側の他表面まで延在しているところにある。す
なわち第２エピタキシャル結晶層は素子の一表面側から
他表面側に部分的に連続して形成されている。この第２
エピタキシャル結晶層は基板および第１エピタキシャル
結晶層とは異形のものが用いられる。例えば基板および
第１エピタキシャル結晶層がｎ形であれば第２エピタキ
シャル結晶層はｐ形が用いられる。

これによりｐｎ接合が形成される。そして基板の他表面
には部分的に第２エピタキシャル結晶層が表出している
。従って基板と反対側の＠２エピタキシャル結晶層表面
に電極を形成せず、基板の他表面側に両方の電極を設け
ることができる。

このように第２エピタキシャル結晶層を延在させるには
、第１エピタキシャル結晶層形成後、ダイシング工程で
穴または溝などの導通部を第１エピタキシヤル結晶廐表
面から基板に向かって形成する。この場合導通部は第１
エピタキシャル結晶層を貫通して基板内部にまで形成す
る必要がある。

また第２Ｂ形成工程で基板表面にも第２エピタキシトル
結晶層が形成されるのを防止するために、導通部は基板
を貫通しないように設けられる。なお、この導通部を形
成するには、スクライビング、ダイシングなどの方法を
利用することができる。

導通部には第２エピタキシャル結晶層と基板とが短絡す
るのを防止するために、絶縁体層が介在している。この
絶縁体層はＳｉＯｘ　、Ｓ　ｉ　３　Ｎ　４、△１２０
３などの絶縁膜から形成することができる。そしてこの
絶縁体層を形成する絶縁体層形成工程では、第１エピタ
キシャル結晶層と基板に導通部を形成した後、第１エピ
タキシャル結晶層表面をマスクし、真空蒸着、スパッタ
リング、イオンブレーティング、あるいはＣＶＤ法など
により上記絶縁膜を形成する仁とで達成できる。

その後マスクを取り除いて、第１層形成工程と同様に第
１エピタキシャル結晶層表面に第２層形成工程を行なっ
て第２エピタキシャル結晶層を形成することにより、第
２エピタキシャル結晶層ば導通部を埋めて形成される。

そして絶縁体層が介在してい、るので導通部で第２エピ
タキシャル結晶層と基板とが短絡するのが防止される。

次に研削工程で、第２エピタキシャル結晶層表面と反対
側の基板表面が、導通部を埋めた第２エピタキシヤル結
晶唐が表出するまで削られる。この研削は、基板を平滑
にするために用いられる公知の方法などを利用して行な
うことができる。

なお、導通部を複数個形成し、研削工程後基板他表面の
少なくとも一部に第２エピタキシャル結晶層が表出する
ように切断する切断工程を行なうことも望ましい。この
ようにすれば一枚の基板から複数個の発光ダイオード素
子を形成することができる。

上記のようにして（ｑられた発光ダイオード素子には一
般に電極が形成される。一方の電極は従来と同様に基板
他表面に形成される。また他方の電極は導通部端面に表
出する第２エピタキシャル結晶層表面に形成することが
できる。すなわち本発明のＬＥＤではｍＦｉを同一平面
上に形成することができる。なお電極材料としては従来
用いられている金合金、アルミニウム合金などを従来と
同様に用いることができるが、それぞれの半導体表面と
オーミック接触するものを選択することが望ましい。ま
た電極形成は従来と同様に上記電極材料を用いて真空蒸
着、スパッタリング、イオンブレーティング、ＣＶＤ法
などの方法により形成することができる。そして電極形
成後、一般に電極と素子との電気的接続を良好にするた
めに熱処理が行なわれる。

本発明のＬＥＤでは電極は上記したように同一平面上に
形成することができる。従ってボンディングするにはワ
イヤを用いることなく、フリップチップ方式、ビームリ
ード方式などのワイヤレスボンディング法を利用するこ
とができる。そしてその後従来と同様に透明樹脂により
樹脂モールディングして製品とすることができる。

［発明の作用および効果］ 本発明のＬＥＤでは、第２エピタキシャル結晶層が基板
の他表面に延在し、基板表面に部分的に表出している。

これにより電極を基板表面と同一平面上に設けることが
できる。従って本発明のしＥＯを用いればワイヤを用い
ないワイヤレスボンディング法でボンディングすること
ができる。これによりワイヤ切れなどの不具合が解消し
、電極面積を小さくすることができるので発光効率が向
上するとともに材料費用の低減を図ることができる。さ
らに従来に比べて製品形状を薄形とすることもでき、各
種回路の薄肉化および意匠的な効果も期待される。

また本発明の製造方法によれば、上記形状のＬＥＤを容
易に製造することができる。

［実施例］ 以下同面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

（実施例１） 第１図〜第６図は本発明の一実施例のＬＥＤおよびその
製造方法を説明するための図である。

（第１層形成工程） ｎ形ＧａＰ引上げ結晶から切出された厚さ２５０μｍ１
直径２インチのウェハ１を用意し、有機溶剤洗浄、無機
洗浄を行なった後、液相成長法にてウェハ１の一表面全
面にｎ形の第１エピタキシヤル結晶１２を形成した。そ
の状態を第２図に示す。なお第１エピタキシャル結晶層
２の形成は、テルル（Ｔｅ）をドーパントとして用い、
ｎ形Ｇａｐ結晶を成長させて厚さ３ｏμｍの第１エピタ
キシヤル結晶１２を得た。

（ダイシング工程） 次にブレードダイシング法により、第３図に示すように
、第１エピタキシャル結晶１１２表面から深さ２７５μ
ｍ１幅３５μｍの溝（導通部）３を並列に複数本形成し
た。

（絶縁体層形成工程） そして第１エピタキシャル結晶層２表面をマスクした後
、真空蒸着法により溝３内周表面に絶縁体層４を形成し
た。なお、絶縁体層４の厚さは５μｍである。

（第２層形成工程） マスクを除去し、上記と同様に洗浄した後、第４図に示
すように第１エピタキシャル結晶層２表面にｐ形のｍ２
工ピタキシヤル結晶層５を形成した。なお第２エピタキ
シャル結晶層５の形成は、酸素（０）、ｌｌｊよび亜鉛
（Ｚｎ）をドーパントとして用い、厚さ５０μｍの第２
エピタキシャル結晶層５を得た。この第２エピタキシヤ
ル結品層５は溝３内部を埋めて形成されている。

（研削工程） 次にウェハ１の第２エピタキシヤル結晶Ｉ１５と反対側
の表面をダイヤモンドパウダーによって溝３の底の位置
より深い位置まで（＃さにして５μｍ以上）研磨し、第
５図に示すように第２エピタキシャル結晶層５をウェハ
１の表面に表出させた。

すなわち第２エピタキシャル結晶層５はウェハ１の他表
面まで堤状に延在している。そして第１層形成工程と同
様に洗かした後、マスクを用い、真空蒸着法にてウェハ
１表面に金合金を用いて一方の電極６を形成し、第２エ
ピタキシャル結晶層５の表出表面に金合金を用いて他方
の電極７を形成した。なお、一方の電極６および他方の
ｍ極７の大きさは直径３０μｍ程度と小さいものである
。

（切断工程） そしてダイシングマシンにて堤状の延在部分で挟まれた
部分を延在部分と平行に切断し、さらにその切断面と直
交するように切断して第１図に示す直方体形状のＬＥＤ
を得た。

１りられたＬＥＤは一方の電極６と他方の電極７とが同
一平面上に形成されている。従ってワイヤレスボンディ
ングでボンディングすることができ、最終的な製品形状
の薄形化を図ることができるほか、電極面積が従来より
小さいので発光効率が向上する。

なお、堤状の延在部分の中央を延在部分に沿って切断す
れば、第６図に示すようなＬＥＤを得ることもできる。

（実施例２） 第７図に本発明の第２の実施例のＬＥＤを示す。

本実施例ではウェハ１１に第１エピタキシャル結晶層１
２を形成した後、第１エピタキシャル結晶層１２表面か
らウェハ１１に向かって貫通しない孔を設けたこと以外
は実施例１と同様に形成されたものである。従って第２
エピタキシャル結晶層１３は第１エピタキシャル層１２
およびウェハ１１に円柱状に延在し、端面がウェハ１１
表面に表出している。そしてウェハ１１表面に一方の電
極１４が形成され、表出する第２エピタキシャル結晶層
１３表面に他方の電極１５が形成されている。

本実施例のＬＥＤも実施例１と同様の作用効果を奏する
。

なお、第２エピタキシャル結晶層１３の円柱状の延在部
分で切断すれば、第８図に示すようなＬＥＤが得られる
。この場合には１個の孔を穿設するだ【ブで複数個のＬ
ＥＤを得ることができるので、工数の低減を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は、本発明の一実施例に係る図であり、
第１図は発光ダイオード素子の斜視図、第２図は第１層
形成工程後の状態を示す断面図、第３図はダイシング工
程後の状態を示す断面図、第４図は第２層形成工程後の
状態を示す断面図、第５図は研削工程侵の状態を示す断
面図である。 第６図は発光ダイオード素子の他の態様を示す斜視図で
ある。第７図は第２の実施例の発光ダイオード素子の斜
視図である。第８図は発光ダイオード素子の他の態様を
示す斜視図である。第９図は従来の発光ダイオード素子
をワイヤボンディングした状態を示す概略正面図、第１
０図は従来の発光ダイオード素子を用いた製品の斜視図
である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｎ形またはｐ形の半導体基板と、該基板の一表面
   に形成された第１エピタキシャル結晶層と、該第１エピ
   タキシャル結晶層表面に形成された第２エピタキシャル
   結晶層と、からなる発光ダイオード素子において、 該第２エピタキシャル結晶層が該基板の他表面に延在し
   ていることを特徴とする発光ダイオード素子。
2. （２）ｎ形またはｐ形の半導体基板の一表面に第１エピ
   タキシャル結晶層を形成する第１層形成工程と、 該第１エピタキシャル結晶層の該基板と反対側の表面か
   ら該基板を貫通しない穴または溝からなる導通部を形成
   するダイシング工程と、 該導通部に表出する該基板表面に絶縁体層を形成する絶
   縁体層形成工程と、 該第１エピタキシャル結晶層表面および該導通部を埋め
   て第２エピタキシャル結晶層を形成する第２層形成工程
   と、 該基板の他表面を削り、該導通部を埋めて形成された該
   第２エピタキシャル結晶層を該基板の該他表面に表出さ
   せる研削工程と、からなることを特徴とする発光ダイオ
   ード素子の製造方法。
3. （３）導通部は複数個形成され、研削工程後基板他表面
   の少なくとも一部に第２エピタキシャル結晶層が表出す
   るように切断する切断工程を行なう特許請求の範囲第２
   項記載の発光ダイオード素子の製造方法。