(57)【要約】【課題】優れた熱伝導性を有する熱伝導経路を備えた発光素子を提供する。【解決手段】発光素子は、第１導電層１０２、該第１導電層１０２の上に配置された能動層１０４、及び該能動層１０４の上に配置された第２導電層１０６を含む発光構造と、第１導電層１０４の上に配置された第１ボンディングパッド１０７ａと、第２導電層１０６の上に配置された第２ボンディングパッド１０７ｂと、第１ボンディングパッド１０７ａの上に配置された第１金属層１６０と、第２ボンディングパッド１０７ｂの上に配置された第２金属層１６２とを備える。第１ボンディングパッド１０７ａと第２ボンディングパッド１０７ｂとの間の間隔が、第１金属層１６０と第２金属層１６２との間の間隔よりも大きい。【選択図】図１Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子であって、
第１導電層、該第１導電層の上に配置された能動層、及び該能動層の上に配置された第２導電層を含む発光構造と、
前記第１導電層の上に配置された第１ボンディングパッドと、
前記第２導電層の上に配置された第２ボンディングパッドと、
前記第１ボンディングパッドの上に配置された第１金属層と、
前記第２ボンディングパッドの上に配置された第２金属層とを備え、
前記第１ボンディングパッドと前記第２ボンディングパッドとの間の間隔が、前記第１金属層と前記第２金属層との間の間隔よりも大きい、発光素子。
【請求項２】
前記第１ボンディングパッドと前記第２ボンディングパッドとの間にパッシベーション層を更に備える請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記パッシベーション層が前記第２導電層と接触している、請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
前記第２導電層の上に配置された第１誘電体層を更に備える請求項１記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１金属層及び前記第２金属層の少なくともいずれかと接触する前記第１誘電体層の表面が光を反射するものである、請求項４記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１金属層及び前記第２金属層の領域が前記発光素子の領域の半分よりも広い、請求項１記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１誘電体層の上であって前記第１金属層と前記第２金属層との間に配置された第２誘電体層を更に備える請求項４記載の発光素子。
【請求項８】
前記第１導電層の上に配置された基板を更に備える請求項１記載の発光素子。
【請求項９】
前記基板の材料がサファイアを含む、請求項８記載の発光素子。
【請求項１０】
前記第１導電層がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ又はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰを含む、請求項１記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子（ＬＥＤ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光素子（ＬＥＤ）パッケージにおいては、サブマウント上に載置したエポキシを使用して、ＬＥＤチップをサブマウントに搭載してＬＥＤ素子を形成する。このプロセスは「ダイボンディング」と呼ばれる。通常、「ダイボンディング」に使用するエポキシは銀充填エポキシまたは他の非導電性樹脂であり得る。次に、ＬＥＤ素子を回路基板の上に組み立てる。フリップチップＬＥＤの場合、ｐ型導電層及びｎ型導電層を同じ側面上に露出させて、正電極及び負電極をＬＥＤ構造の同じ側に設けるようにする。そして正電極及び負電極を備えるＬＥＤ構造をひっくり返して、ワイヤボンディングを使用せずに半田の上に配置する。しかしながら、従来のフリップチップＬＥＤは、回路基板に接続して搭載するために依然として「ダイシング」及び「ダイボンディング」を必要とする。フリップチップＬＥＤの電極が、回路基板との直接接続を行なうために大きなコンタクト領域を有する場合、ＬＥＤに関する多くの従来のパッケージングプロセスを省略することができる。
【０００３】
従来のＬＥＤの動作電流は通常、数十ミリアンペア〜数百ミリアンペアである。従って、従来のＬＥＤの輝度は照明目的には適さない。輝度を改善するために多数のＬＥＤをＬＥＤランプに組み込む場合、ＬＥＤランプの容積がそれに応じて大きくなり、市場における競争力を失うことになる。従って、単一のＬＥＤの輝度を改善することは必要なアプローチである。しかしながら、ＬＥＤが高輝度化の方向に進むと、単一のＬＥＤの動作電流及び電力が従来のＬＥＤが必要とする動作電流及び電力の数倍から数百倍になる。例えば、高輝度ＬＥＤの動作電流は約数百ミリアンペアから数アンペア（Ａ）である。その結果、ＬＥＤによって生じる熱が非常に大きな問題となる。「熱」はＬＥＤの性能に大きく影響する。例えば、熱はＬＥＤから放出される光の波長に影響を及ぼす。熱の影響により半導体デバイスにより生成される光の輝度が下がり、ＬＥＤデバイスが損傷する。従って、高出力ＬＥＤによって生じる熱を放散する方法がＬＥＤの重要な課題となる。
【０００４】
特許文献１及び特許文献２はＬＥＤパッケージ、及び表面実装技術（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｕｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＳＭＴ）に基づいてＬＥＤパッケージを製造する方法を開示している。各ＬＥＤパッケージはＬＥＤチップを含み、各チップはフリップチップボンディングによりサブマウントウェハの前面にボンディングバンプを使用してボンディングされる。複数の開口のアレイを電気絶縁サブマウントウェハに穿孔する。穿孔により形成された複数の開口に金属を充填して複数のビアアレイを形成する。各フリップチップボンディングＬＥＤのｐ型コンタクト及びｎ型コンタクトは、サブマウントウェハの半田接合可能な裏面にビアアレイを通して電気的に接続される。フリップチップボンディングＬＥＤチップからサブマウントウェハの半田接合可能な裏面へ熱を伝達するために熱伝導経路を設ける。フリップチップボンディングに続いて、サブマウントウェハを分離して表面実装ＬＥＤパッケージを形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１８８６９６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０２０３１８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、サブマウントウェハ内に金属で充填された穿孔ビアアレイが必要であるため、製造コストが増大する。更に、各チップをサブマウントウェハにボンディングバンプを使用してフリップチップボンディングする操作が複雑になる。従って、ＬＥＤパッケージがサブマウントウェハを設けることなく優れた熱伝導性を有する熱伝導経路を備えることができれば大きな利点がもたらされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、本発明の発光素子は、第１導電層、該第１導電層の上に配置された能動層、及び該能動層の上に配置された第２導電層を含む発光構造と、第１導電層の上に配置された第１ボンディングパッドと、第２導電層の上に配置された第２ボンディングパッドと、第１ボンディングパッドの上に配置された第１金属層と、第２ボンディングパッドの上に配置された第２金属層とを備え、第１ボンディングパッドと第２ボンディングパッドとの間の間隔が、第１金属層と第２金属層との間の間隔よりも大きいことを要旨とする。
【０００８】
第１ボンディングパッドと第２ボンディングパッドとの間にパッシベーション層を更に備えることが好ましい。
パッシベーション層が第２導電層と接触していることが好ましい。
【０００９】
第２導電層の上に配置された第１誘電体層を更に備えることが好ましい。
第１金属層及び第２金属層の少なくともいずれかと接触する第１誘電体層の表面が光を反射するものであることが好ましい。
【００１０】
第１金属層及び第２金属層の領域が発光素子の領域の半分よりも広いことが好ましい。
第１誘電体層の上であって第１金属層と第２金属層との間に配置された第２誘電体層を更に備えることが好ましい。
【００１１】
第１導電層の上に配置された基板を更に備えることが好ましい。
基板の材料はサファイアを含むことが好ましい。
第１導電層がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ又はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰを含むことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に従って発光素子（ＬＥＤ）を形成する様子を表わす断面図。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に従って発光素子（ＬＥＤ）を形成する様子を表わす断面図。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態に従って発光素子（ＬＥＤ）を形成する様子を表わす断面図。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態に従って発光素子（ＬＥＤ）を形成する様子を表わす断面図。
【図１Ｅ】本発明の一実施形態による複数のＬＥＤを示す図。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に従ってＬＥＤアレイを形成する様子を表わす断面図。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に従ってＬＥＤアレイを形成する様子を表わす断面図。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に従ってＬＥＤアレイを形成する様子を表わす断面図。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態に従ってＬＥＤアレイを形成する様子を表わす断面図。
【図２Ｅ】本発明の別の実施形態による、回路基板に接続されたＬＥＤアレイを示す図。
【図２Ｆ】本発明の実施形態によるＬＥＤアレイパッケージを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
これまでの態様及び本発明に付随する利点の多くは、次の詳細な説明を添付の図と共に参照して理解を一層深めることによって一層容易に理解されるであろう。
図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の一実施形態による発光素子（ＬＥＤ）を形成する方法を示している。図１Ａを参照すると、まず、発光構造１００が形成される。発光構造１００は、クラッド層としての第１導電層１０２と、層１０２の上に発光層として配置される能動層１０４と、層１０４の上に別のクラッド層として配置される第２導電層１０６とを備える。好適には、図１に示すように、層１０２の露出部の上にはボンディングパッド１０７ａが配置され、層１０６の上には別のボンディングパッド１０７ｂが配置される。ボンディングパッド１０７ａ及び１０７ｂの製造方法及び材料（例えばアルミニウム）はこの技術分野の当業者には公知であるので、以後これらに関する説明は省略する。更に、一実施形態では、発光構造１００は、発光構造１００を保護するパッシベーション層１２０を備える。また、パッシベーション層１２０の製造方法及び材料（例えばＳｉＯ２）はこの技術分野の当業者には公知であるので、以後これらに関する説明は省略する。
【００１４】
第１導電層１０２はｎ型半導体導電層であり、第２導電層１０６はｐ型半導体導電層である。ｎ型半導体導電層１０２及びｐ型半導体導電層１０６は、具体的には、この技術分野の当業者には公知の任意の半導体材料として、好適にはＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（式中、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）のようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であってよく、さらにＰ／Ｎ型のドーパントによってドープすることができる。発光層１０４は具体的には、従来の材料（例えば、ＡｌＧａＩｎＮまたはＡｌＧａＩｎＰ）及び構造（例えば、単一量子井戸構造、多量子井戸構造、及びダブルへテロ構造）によって形成することができる。発光層１０４の原理及び機構はこの技術分野の当業者には公知であるので、以後これらに関する説明は省略する。更に、発光構造１００はＭＯＣＶＤプロセス、分子線エピタキシー（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｂｅａｍ  ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）、またはハイドライド気相成長（ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）を使用して形成することができる。
【００１５】
次に、図１Ｂに示すように、第１誘電体層１２２を発光構造１００の上に形成する。好適には、層１２２は、Ｄ≦２０μｍの厚さＤを有する透明誘電体層であり、該層１２２は発光構造１００により生じる熱を容易に伝達することができる。層１２２は、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４，またはこれらの組合せのような材料によって、ＭＯＣＶＤプロセスまたはＭＢＥプロセスを使用して形成することができる。
【００１６】
図１Ｃに示すように、第１誘電体層１２２の上には第２誘電体層１４０が形成される。層１４０はＳｉＯ２、窒化シリコン、ポリイミド、ビスベンゾシクロブテン、またはフォトレジストのような材料によって形成することができる。好適には、層１４０の厚さは約２５μｍであり、層１４０は印刷法を使用して形成される。
【００１７】
図１Ｄに示すように、層１４０が形成された後、金属層１６０が形成される。金属層１６０は発光構造１００の上に配置されるとともに、第１導電層１０２に電気的に接続される。金属層１６０の一部は第１誘電体層１２２の上に配置される。更に、金属層１６２が発光構造１００の上に形成され、この金属層１６２は第２導電層１０６に電気的に接続される。金属層１６２の一部は第１誘電体層１２２の上に配置される。一方、第１誘電体層１２２及び第２誘電体層１４０は、金属層１６０を金属層１６２から電気的に絶縁する。金属層１６０または金属層１６２は具体的には、Ａｕ，Ａｌ，Ａｇ，またはこれらの金属の合金によって形成することができる。好適には、金属層１６０及び金属層１６２は、印刷法を使用して一緒に形成される。その後、ＬＥＤ１０の製造プロセスが完了する。
【００１８】
一実施形態では、誘電体層１２２は透明誘電体層である。金属層１６０及び金属層１６２の少なくともいずれかと接触する誘電体層１２２の表面は、発光構造１００から放出される光を反射するように設けられている。更に、金属層１６０及び金属層１６２の少なくともいずれかは発光構造１００の熱伝導経路である。金属層１６０及び金属層１６２の広いコンタクト領域Ａ１及びＡ２は熱放散に有利でもある。
【００１９】
図１ＤのＬＥＤ１０と同じように、図１Ｅに示すＬＥＤ１０ａ，１０ｂ，及び１０ｃには複数の広いコンタクト領域が設けられ、これらのコンタクト領域の各々は、ＬＥＤ１０の横断面積の半分よりも広いことが好ましい。ＬＥＤ１０ａ，１０ｂ，及び１０ｃは、「ダイボンディング」及び「ワイヤボンディング」ではなく半田１２を使用して回路基板１３に直接接続される。別の実施形態では、ＬＥＤ１０ａは赤色光を放出し、ＬＥＤ１０ｂは緑色光を放出し、ＬＥＤ１０ｃは青色光を放出するためにそれぞれ設けられる。従って、ＬＥＤ１０ａ，１０ｂ，及び１０ｃは、回路基板１３に接続されると画像表示用途に使用することができる。
【００２０】
図２Ａ〜２Ｄは、本発明の一実施形態による発光素子（ＬＥＤ）アレイを形成する方法を示している。図２Ａを参照すると、まず、基板２１が設けられる。基板２１はサファイア基板、ＧａＡｓ基板、またはこの技術分野の当業者に公知の他の基板、或いはこれらの組合せとすることができる。次に、複数の発光構造２００ａ，２００ｂ，及び２００ｃを基板２１の上に形成する。発光構造２００ａ，２００ｂ，及び２００ｃの材料及び製造プロセスは図１Ａ〜１Ｄに示す発光構造１００に関する説明を参照することができる。同様に、発光構造２００ａ，２００ｂ，及び２００ｃはＭＯＣＶＤプロセス、分子線エピタキシー、またはハイドライド気相成長を使用して形成することができる。
【００２１】
次に、図２Ｂに示すように、発光構造２００ａの上に誘電体層２２２ａを形成し、発光構造２００ｂの上に誘電体層２２２ｂを形成し、発光構造２００ｃの上に誘電体層２２２ｃを形成する。好適には、図１Ｂに示す層１２２と同じように、層２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃはそれぞれ、Ｄ≦２０μｍの厚さＤを有する透明誘電体層であり、これらの層は発光構造２００ａ，２００ｂ，及び２００ｃによって生じる熱を容易に放散させることができる。層２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃは、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４、またはこれらの組合せのような材料によって、ＭＯＣＶＤプロセスまたはＭＢＥプロセスを使用して形成することができる。
【００２２】
その後、図２Ｃに示すように、誘電体層２２２ａの上に誘電体層２４０ａが形成され、誘電体層２２２ｂの上に誘電体層２４０ｂが形成され、誘電体層２２２ｃの上に誘電体層２４０ｃが形成される。層２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃはＳｉＯ２、窒化シリコン、ポリイミド、ビスベンゾシクロブテン、またはフォトレジストのような材料により形成することができる。好適には、図１Ｃの層１４０と同じように、層２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃの厚さはそれぞれ約２５μｍである。層２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃは、好ましくは印刷法を使用して形成される。一実施形態では、ＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃを互いに電気的に絶縁する（図２Ｄに示すように）ために、発光構造２００ａ，２００ｂ，２００ｃの間に誘電体層２８０が更に形成される。誘電体層２８０は、具体的には、層２４０ａ、層２４０ｂ、または層２４０ｃと同じ材料（例えばポリイミド）により形成することができるとともに、印刷法を使用して層２４０ａ，２４０ｂ，４０ｃと一緒に形成される。別の構成として、誘電体層２８０を、層２４０ａ，２４０ｂ，または２４０ｃとは異なる材料によって、異なるプロセスを用いて形成してもよい。
【００２３】
図２Ｄに示すように、金属層２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃ，２６２ａ，２６２ｂ，２６２ｃが形成される。これらの金属層２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃ，２６２ａ，２６２ｂ，２６２ｃは、具体的にはＡｕ、Ａｌ、Ａｇまたはそれらの金属の合金により形成することができる。好適には、金属層２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃ，２６２ａ，２６２ｂ，２６２ｃは、印刷法を使用して一緒に形成される。その後、ＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃを含むＬＥＤアレイ１０の製造プロセスが完了する。
【００２４】
図２Ｅに示すように、ＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃには広いコンタクト領域が設けられ、これらＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃは半田２２を使用して回路基板２３に直接接続される。その後、ＬＥＤアレイ２０は従来の手段を用いる（例えば、エキシマレーザを使用する）ことにより基板２１から分離され、画像表示用途に使用することができる。画像表示用途に使用される従来のＬＥＤに比べて、ＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ同士の間隔またはギャップは、スライシング工程及びパッケージング工程が省略されるので縮小される。従って、本発明によれば、画像表示において高い解像度を実現することが可能になる。別の実施形態では、図２Ｆに示すように、回路基板２３に接続されるＬＥＤアレイ２０（ＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，及び２０ｃを含む）をパッケージ２４によって封止する。
【００２５】
特定の実施形態について例示し説明してきたが、この技術分野の当業者であれば、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される技術範囲から逸脱することなく、種々の変更をなし得ることが明らかであろう。
【符号の説明】
【００２６】
２１…基板、１００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ…発光構造、１０２…第１導電層、１０４…能動層、１０６…第２導電層、１０７ａ，１０７ｂ…ボンディングパッド、１２０…パッシベーション層、１２２…第１誘電体層、１４０…第２誘電体層、１６０，１６２…金属層。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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