(57)【要約】【解決手段】  本発明は、発光ダイオードチップを開示しており、その第１の電極と第２の電極とは表側へ向かい、第１の導電層の裏側と基板の表側と直接に連接し、第１の導電層の表側と第１のタイプの半導体層の裏側との接触面積は、第１のタイプの半導体層の面積の１．５％よりも大きく、第１の導電層は、第１の電極を設置するために少なくとも表側の一部が露出している一方、第２の導電層は、第２の電極を設置するために少なくとも表側の一部が露出していて、露出する第１の導電層と露出する第２の導電層とは同じ高さであり、くぼみから延伸する絶縁層は第２の導電層の裏側を覆い、より強い放熱能力を有して、発光ダイオードチップが大電流の条件で寿命が低下することを防止又は減少することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体積層体、第１の導電層及び第２の導電層、第１の導電層と接続する第１の電極、第２の導電層と接続する第２の電極、支持及び放熱のための基板、を具えるものであり、
半導体積層体は、第１のタイプの半導体層と、第２のタイプの半導体層と、両者の間にある上に放射を生成するよう設計された活性層と、を有し、
第１のタイプの半導体層は、半導体積層体の表側にあり、
半導体積層体は、絶縁層のくぼみを覆う少なくとも１つの側壁を含み、くぼみは、半導体積層体における表側と反対する裏側から活性層を貫通して第１のタイプの半導体層に延伸し、
第１の導電層と第２の導電層とは、いずれも半導体積層体の裏側にあり、第２の導電層は、第２のタイプの半導体層の裏側と直接に接触し、
第１の電極は、くぼみを通る第１の導電層によって第１のタイプの半導体層と電気的に接続し、
第１の導電層と第２の導電層とは、くぼみにおいて延伸する絶縁層によって互いに電気的に絶縁する、発光ダイオードチップであって、
第１の電極と第２の電極とは、表側へ向かい、第１の導電層の裏側は、基板の表側と直接に接続し、第１の導電層の表側と第１のタイプの半導体層の裏側との接触面積は、第１のタイプの半導体層の面積の１．５％よりも大きく、第１の導電層は、第１の電極を設置するために少なくとも表側の一部が露出している一方、第２の導電層は、第２の電極を設置するために少なくとも表側の一部が露出していて、くぼみから延伸する絶縁層は、第２の導電層の裏側を覆う、
ことを特徴とする、発光ダイオードチップ。
【請求項２】
第１の導電層と第１のタイプの半導体層の裏側との接触面積は、第１のタイプの半導体層の面積の２．３％以上２．８％以下、２．８％以上４％以下、又は４％以上６％以下の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項３】
第１の導電層及び／又は第２の導電層は、金属材料を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項４】
くぼみの開口直径は、１５μｍ以上３２μｍ以下、又は３２μｍ以上４０μｍ以下の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項５】
くぼみの開口直径が３４μｍ以上３６μｍ以下の範囲内にある場合、くぼみの数量は、２０〜２５個である、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項６】
第１のタイプの半導体層の厚さは、２μｍ以上であり、くぼみの第１のタイプの半導体層内の深さは、０．６μｍ以上である、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項７】
第１のタイプの半導体層の厚さは、２μｍ〜３μｍの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項８】
絶縁層の材料は、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、又は酸化アルミニウムを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項９】
第１の導電層は、基板のすべての表側を覆う、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１０】
第１の導電層及び／又は第２の導電層の材料は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＴｉＷ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１１】
第１の導電層は、オーム接触層、金属反射層、金属結合層、及びそれら各層の組み合わせからなる群から選択されるものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１２】
第２の導電層は、透明導電層、金属反射層、金属拡散阻止層、及びそれら各層の組み合わせからなる群から選択されるものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１３】
半導体積層体の高さは、５μｍ以上７μｍ以下、又は７μｍ以上８μｍ以下の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１４】
基板は、温度が１００℃にある場合に熱伝導係数が１５０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上である、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１５】
基板の材料は、セラミック、Ｓｉ、又はＣｕである、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１６】
第１の導電層と第２の導電層とは少なくとも一部が共に製作されて同一の平面にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１７】
第２の導電層の裏側と第１の導電層の表側との間に、くぼみから延伸する絶縁層を設置してある、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１８】
露出した第１の導電層と露出した第２の導電層とは、同じ高さである、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１９】
生長基板の上に半導体積層体を製作するステップであって、半導体積層体は、第１のタイプの半導体層と、活性層と、第２のタイプの半導体層と、を有するステップ１と、
第２のタイプの半導体層の裏側から、第２のタイプの半導体層及び活性層を貫通するくぼみを掘るステップであって、くぼみは、少なくとも第１のタイプの半導体層まで貫通するステップ２と、
第２のタイプの半導体層の表面におけるくぼみのない箇所を導電層で覆うと共に、導電層、くぼみの底部と側壁を絶縁層で覆うステップであって、導電層は、同一平面にある第１の導電層と第２の導電層とを含むステップ３と、
絶縁層の上に穴を掘って、くぼみの底部にある第１のタイプの半導体層及び第１の導電層の一部を少なくとも露出させるステップ４と、
くぼみの底部、絶縁層、第１の導電層の一部を第１の導電層の材料で覆い続けるステップ５と、
第１の導電層の裏側に放熱基板を直接に連接するステップ６と、
生長基板を取り除くステップ７と、
第１のタイプの半導体層の表側から半導体積層体の一部を、第１の導電層と第２の導電層が露出するまで取り除くステップ８と、
露出した第１の導電層の上に第１の電極を製作すると共に、露出した第２の導電層の上に第２の電極を製作するステップ９と、を含む、
ことを特徴とする、発光ダイオードチップの製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の技術分野に関し、特に、発光ダイオードのチップ構造及び製作技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高ワット且つ高輝度の発光ダイオード（Light-emitting diode、略称：ＬＥＤ）は、現在の照明市場で高輝度の需要をもとに重要性が高くなりつつある。サファイアを基板とする水平構造のＬＥＤは、サファイアの放熱問題及び電流クラウディング現象の原因で、高電流密度で操作されると、過熱が発生してチップが焼損されやすいことで、高ワットのＬＥＤは水平構造を採用することができない。一方、垂直構造のＬＥＤについては、その基板を良好な放熱性及び熱伝導性のある材料(例えば、Ｓｉ、ＣｕＷなど)に替えることができると共に、垂直構造においては電流クラウディング現象が発生せず電流がよく流れ得るため、超高電流密度（例えば、２．５Ａ／ｍｍ２以上）で操作し、高ワット且つ高輝度のＬＥＤを実現することができる。より優れた電流の流れを得るために、どのようにして垂直型ＬＥＤにより高い電流密度、輝度、及び信頼性を実現して高ワットのＬＥＤを実現するかが、現在のＬＥＤ市場におけるホットスポットの１つである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、高圧でより強い効率、より高い電流密度、より優れた電気的特性及び信頼性を有する薄膜発光ダイオードの構造を提供することを目的とする。それらの目的は、特許請求の範囲の独立項における薄膜発光ダイオードの構造及び該構造を製作する技術方法によって達成される。本発明に係る拡張方式及び改善方式については、それぞれ特許請求の範囲の従属項において説明し、それらの開示内容は明細書の中に明確に結合される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
背景技術における輝度向上に関する需要が解決されるように、一方で、本発明は、第１のタイプの半導体層と第２のタイプの半導体層との間にあると共に放射を生成するよう設計された活性層を有する半導体積層体を具えた発光ダイオードチップを提供し、
第１のタイプの半導体層は、半導体積層体の表側にあり、
半導体積層体は、絶縁層のくぼみを覆う少なくとも１つの側壁を含み、くぼみは、半導体積層体における表側と反対する裏側から活性層を貫通して第１のタイプの半導体層に延伸し、
第１の導電層と接続する第１の電極、及び第２の導電層と接続する第２の電極は、第１の導電層によってくぼみを通して第１のタイプの半導体層と電気的に接続し、
第１の導電層と第２の導電層とは、くぼみに沿って延伸する絶縁層によって互いに電気的に絶縁し、
第１の導電層と第２の導電層とは、いずれも半導体積層体の裏側にあり、ここで、半導体積層体の裏側にある第１の導電層とは、主にくぼみ内の第１の導電層を含まないものを指し、第２の導電層は、第２のタイプの半導体層の裏側と直接に接続し、そして導電層は、良好な放熱性のある材料を選択するものである。
【０００５】
支持及び放熱のための基板については、その基板は、その上に半導体積層体をエピタキシャル生長させるための生長基板ではなく、独立の支持部材であり、半導体積層体は、上記した構造において生長基板を有しない。ここで、「生長基板を有しない」とは、必要である時に生長するよう用いられる生長基板が半導体積層体から取り除かれていること、又は大いに薄くされていることを指す。
【０００６】
第１の導電層は、基板の表側と接続する。第１の導電層と第１のタイプの半導体層の裏側との接触面積は、第１のタイプの半導体層の面積の１．５％よりも大きい。第１の導電層は、第１の電極を設置するために少なくとも表側の一部が露出する一方、第２の導電層は、第２の電極を設置するために少なくとも表側の一部が露出する。露出する第１の導電層と露出する第２の導電層とは、同じ高さである。当該同じ高さという設計とは、半導体積層体を取り除いてボンディング窓を製作する際に、半導体積層体を第１の導電層まで取り除くだけで窓の露出を実現することができ、絶縁層又は金属層などの比較的に取り除きにくい部分を貫通する必要がなく、技術に係るプロセス周期を短くし、且つ技術の信頼性を向上させることができる。例えば、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）イオンビームが遊離基のエッチングを補助して、半導体積層体の側壁に打たれた金属が電気回路のショートを及ぼし、或いは、金属と絶縁層に対して湿式エッチングを行なう効率が低いなどの問題を避けるために、くぼみから延伸する絶縁層は、第１の導電層及び第２の導電層の裏側を覆う。ここで、「くぼみから延伸する絶縁層は、第１の導電層及び第２の導電層の裏側を覆う」とは、くぼみから水平に延伸する絶縁層が少なくとも第２の導電層の一部領域の裏側を覆うことを指す。いくつかの実施形態では、すべての第２の導電層の裏側は、絶縁層により覆われることができ、第２の導電層、特に第１の導電層は垂直方向において多層に設置することができ、表側が絶縁層により覆われる構造が存在する可能性がある。第１の電極と第２の電極とは表側へ向かう。本発明の実施形態において、すべての第２の導電層は絶縁層の表側を覆い、且つ本発明の第１の電極と第２の電極とは、電気的に接触する領域、例えば、ボンディングパッドを指し、表側から発光ダイオード本体に電気的に接触するように適用されるものである。第１の電極と第２の電極とは、同一平面に製作されるものであり、即ち、第１の電極と第２の電極とが露出して、同一平面にある電極の窓を製作することに用いられ、全体の構造を製作し、技術を簡単化し、同じ高さの電極を製作することに有利であり、異なる高さの電極は、ボンディングの困難性が増加し、ボンディングの効率が低くなることがある。第１の電極と第２の電極とは、半導体積層体の側部にあり、それによって、第１の電極及び／又は第２の電極が半導体積層体の上側に設置されることで、放射を遮蔽すること、放射効率の低下を及ぼすことを避けることだけではなく、ボンディングを実行しやすい。第１の電極は第１の導電層の表側と電気的に接続するよう設計され、同様に、第２の電極は第２の導電層の表側と電気的に接続するよう設計される。
【０００７】
有利なことに、第１の導電層は、放熱基板及び第１のタイプの半導体層とそれぞれ接続し、良好な熱伝導チャネルを構成して、熱量を第１のタイプの半導体層から放熱基板に導く。重量子井戸の励起放射は第１のタイプの半導体層を経由して起きるため、熱量が第１のタイプの半導体層に容易に蓄積され、本発明の第１の導電層が熱量を第１のタイプの半導体層から放熱基板によく伝えることができる。
【０００８】
それだけではなく、第１の電極と第２の電極とは、共に表側へ向かい、露出する第１の導電層と第２の導電層とは同じ高さであり、露出する第１の導電層と露出する第２の導電層とは半導体積層体の側部にあり、生長基板の上に複数の直列接続及び／又は並列接続の構造を製作するよう適用され、高圧構造のユニット部品として設計することに有利である。
【０００９】
本発明のいくつかの拡張の実施例において、第１の導電層と第１のタイプの半導体層の裏側との接触面積は、第１のタイプの半導体層の面積の２．３％以上２．８％以下、２．８％以上４％以下、又は４％以上６％以下の範囲内にあることが好ましい。その中で、４％以上６％以下という範囲であれば熱量を第１のタイプの半導体層から導出することに対して有利である。
【００１０】
本発明によれば、第１の導電層及び／又は第２の導電層は、金属材料であることが好ましい。金属の導電材料は、非金属の導電材料と比べてより優れた熱伝導性を有する。
【００１１】
本発明によれば、くぼみの開口直径は、１５μｍ以上３２μｍ以下、又は３２μｍ以上４０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。くぼみの開口直径が小さくなると、熱抵抗が増加してしまうので、単にくぼみの数量を増やして総面積を増やしても、より優れた放熱性及び熱伝導性の実現にはつながらない。
【００１２】
本発明のいくつかの実施例において、くぼみの開口直径が３４μｍ以上３６μｍ以下の範囲内にある場合、くぼみの数量は、２０〜２５個であることが好ましい。
【００１３】
本発明のいくつかの拡張の実施例において、第１のタイプの半導体層の厚さは、２μｍ以上であり、くぼみの第１のタイプの半導体層内の深さは、０．６μｍ以上であることが好ましい。本設計は、第１のタイプの半導体層内における熱量が蓄積される問題を解決することに重点を置いている。
【００１４】
本発明によれば、第１のタイプの半導体層が放射を吸収することを減少するために、第１のタイプの半導体層の厚さは、２μｍ〜３μｍの範囲内にあることが好ましい。
【００１５】
本発明によれば、絶縁層の機能は、第１の導電層と第２の導電層とを互いに電気的に遮蔽することにあることが好ましい。ここで説明した電気的に遮蔽するとは、互いに電気的に接続しないことではなく、第１の導電層と第２の導電層とが短絡を避けるために、直接に電気的に接続されないということを指す。その材料は、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、又はセラミックから選択されるものである。
【００１６】
本発明によれば、第１の導電層は、オーム接触層、金属反射層、金属結合層、又は以上の組み合わせからなる群から選択されるものであることが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、第２の導電層は、透明導電層、金属反射層、金属拡散阻止層、又は以上の各層の組み合わせからなる群から選択されるものであることが好ましい。
【００１８】
第１の導電層は、第１のタイプの半導体層と良好な電気接続性能を有するオーミック接触層、例えば、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｌｉなどを含む。放射を生成する半導体積層体における支持部材に向かう、特に支持基板と半導体積層体との間に金属反射層を加え又は構築し、当該金属反射層は、半導体積層体において生成した電磁放射の少なくとも一部を当該半導体積層体の中に反射し戻す。その中で、放射を生成する半導体積層体は、特に放射を生成するエピタキシャル積層体であり、金属反射層の材料は、例えば、Ａｇである。結合層は、主に基板と接触する一側の良好な結合特性のある第１の導電層の金属材料、例えば、よく見られるＡｕを指すものである。導電層と半導体層との接触を高めて、両者の電気抵抗を小さくするために、導電層と半導体層との間にＴＣＬ（transparent conductive layer）透明接触層を増設し、例えば、１層のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を増設する。ここで説明した導電層は、第１の導電層及び第２の導電層を含み、半導体層は、順次に対応する第１のタイプの半導体層及び第２の導電層を含み、その中の１組又は２組を任意に選択してＴＣＬ透明接触層を挿入する。
【００１９】
本発明によれば、第２の導電層の材料は、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｔ、ＴｉＷ、Ｎｉ又は以上の組み合わせからなる群から選択されるものであることが好ましい。その中で、Ａｇは金属反射材料として適用され、ＴｉＷは金属クラッド材料及び金属拡散阻止材料として適用され、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕはオーミック接触材料として適用される。
【００２０】
本発明によれば、半導体積層体は、高さが５μｍ以上７μｍ以下の範囲内にある薄膜構造であり、又は７μｍ以上８μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
【００２１】
本発明によれば、第１の電気的接続層と第２の導電層とは、少なくとも一部が共に製作するよう設計されると共に、同一平面にあり、且つ露出する第１の導電層と絶縁層の裏面側にある第１の導電層とは、異なる技術によって製作されることが好ましい。
【００２２】
本発明によれば、チップは、上から下に順次に積み重なる第２の導電層、絶縁層、第１の導電層を含むことが好ましい。第１の導電層と放熱基板とが直接に接触するため、第１の導電層は絶縁層の熱量を導出することもできる。
【００２３】
本発明によれば、基板については、温度が１００℃にある場合に熱伝導係数が１５０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上であり、例えば、Ｓｉ、Ｃｕ、又はセラミックであることが好ましい。特にセラミックの基板のチップを採用すると、セラミックの基板は良好な放熱性を有して第１の導電層と共に熱量を第１の導電層からよりよく導出することができる一方、セラミックの基板の絶縁性のため、高圧製品において同一の基板の上に複数の直列接続及び／又は並列接続の構造を製作することに有利である。第１の導電層は、セラミック基板のすべての表側を覆う。ここで説明した基板のすべての表側とは、第１の導電層が基板の上側を覆う大部分の領域を指すものであり、１００％覆うということではない。これは、実際の製品においては基板の上にいくつかの分離処理をやりやすくするための残余空間を予め残すことがあるためである。
【００２４】
上記した発光ダイオードチップの構造に基づいて、本発明は、発光ダイオードチップの製作方法をも提供する。該方法は、以下のステップを含む。
【００２５】
ステップ１において、例えば、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）金属気相成長などのエピタキシャル技術により、生長基板の上に半導体積層体を製作する。半導体積層体は、第１のタイプの半導体層と、活性層と、第２のタイプの半導体層と、を順次に含む。第１のタイプの半導体層と活性層と第２のタイプの半導体層とは、放射能力を具備するＰＮ接合を構成する。
【００２６】
ステップ２において、第２のタイプの半導体層の裏側から、第２のタイプの半導体層及び活性層を貫通するくぼみを掘る。該くぼみは、少なくとも第１のタイプの半導体層まで貫通する。且つ該くぼみは、１つ又は複数を有する。
【００２７】
ステップ３において、第２のタイプの半導体層の表面におけるくぼみのない箇所を導電層で覆う。技術の精度により制限されるため、くぼみに近い第２のタイプの半導体層の表面は導電層で覆わない。導電層は、同一平面にある第１の導電層と第２の導電層とを含む。導電層に向かって、くぼみの底部と側壁を絶縁層で覆う。
【００２８】
ステップ４において、絶縁層に穴を掘って、くぼみの底部にある第１のタイプの半導体層及び第１の導電層の一部を少なくとも露出させる。
【００２９】
ステップ５において、くぼみの底部、絶縁層、第１の導電層の一部に第１の導電層の材料を覆い続ける。そして、本発明の説明を容易にするために、第１のタイプの半導体層と接触するオーミック接触層、金属反射層、基板と接触する金属接合層などは、第１の導電層と定義する。本ステップにおいて説明した第１の導電層はくぼみの底部においてオーミック接触材料であり、絶縁層上および露出する第１の導電層の一部においては主に金属接合層である。
【００３０】
ステップ６において、第１の導電層の裏側に放熱基板を直接に接続する。
【００３１】
ステップ７において、生長基板を取り除く。
【００３２】
ステップ８において、第１のタイプの半導体層の表側から半導体積層体の一部を、第１の導電層と第２の導電層が露出するまで取り除く。
【００３３】
ステップ９において、露出する第１の導電層の上に第１の電極を製作すると共に、第２の導電層の上に第２の電極を製作する。
【００３４】
従来の技術に比べて、本発明が提供する発光ダイオードチップは以下の技術効果を含む。
【００３５】
第１の電極と第２の電極は表側へ向かい、第１の導電層は基板の表側及び第１のタイプの半導体層の裏側にそれぞれ接触し、その接触面積は、第１のタイプの半導体層の面積の１．５％よりも大きい。よって、第１の導電層を経由して半導体積層体における熱量、特に第１のタイプの半導体層における熱量を放熱基板に導出して、製品の信頼性を増加する。
【００３６】
作動する際に電流が半導体積層体を垂直に流れ、垂直型発光ダイオードの電流の均一分布の特性を具備する。
【００３７】
第１の電極と第２の電極とは表側へ向かい、且つくぼみによって電流の均一分布を実現し、複数の直列接続及び／又は並列接続の設計を容易に実行することができる。生長基板の上に製作された複数の直列接続及び／又は並列接続の構造は、優れた高圧特性のある高圧構造のユニット部品（ＣＯＢ、chip on boardの市場）として設計することに有利である。
【００３８】
例えば、ＵＶの固化の分野に用いられるＵＶＬＥＤに係る特殊な応用において、ＵＶ光が半導体積層体の材料により容易に吸収される。なお、放熱を拡散する問題については、本発明のチップ構造の熱電分離の設計は、光取り出し面の第１のタイプの半導体層における熱量を放熱基板からよく導出することができる。
【００３９】
上記した発光ダイオードチップの構造及び製作方法によれば、複数の発光ダイオードユニットを含む発光ダイオード素子を更に設計する。
【００４０】
発光ダイオードユニット同士の間は、直列接続を採用する。
【００４１】
発光ダイオードユニット同士の間の半導体積層体は互いに離れている。上記の直列接続は、互いに離れた半導体積層体が直列接続となることを更に指す。該半導体積層体は、第１のタイプの半導体層と第２のタイプの半導体層との間にあると共に放射を生成するよう設計された活性層を有する。
【００４２】
その中で、第１のタイプの半導体層は、半導体積層体の表側にある。
【００４３】
半導体積層体は、１つ又は複数の絶縁層に覆われたくぼみを含み、該くぼみは、半導体積層体における表側と反対する裏側から活性層を貫通して第１のタイプの半導体層に延伸する。
【００４４】
第１の導電層は、くぼみを通して第１のタイプの半導体層と電気的に接続し、第２の導電層は、第２のタイプの半導体層と電気的に接続する。
【００４５】
第１の導電層と第２の導電層とは、くぼみによって互いに電気的に絶縁する。
【００４６】
複数の発光ダイオードユニットにおける一つ目の発光ダイオードユニットは、少なくとも一部の第１の導電層が露出していて、且つその露出する第１の導電層と電気的に接続する第１の電極を具える。最後の発光ダイオードユニットは、少なくとも一部の第２の導電層が露出していて、且つその第２の導電層と電気的に接続する第２の電極を具える。第１の電極と第２の電極とは、発光ダイオード素子の外側にあり、発光領域は、発光ダイオード素子の内部に集中することができ、それによってより強い光取り出しの集中度を具備する。
【００４７】
第１の電極と第２の電極とは表側へ向かい、第１の導電層の裏側は、基板の表側と接続し、第１の導電層の表側と第１のタイプの半導体層の裏側との接触面積は、第１のタイプの半導体層２１０の面積の１．５％よりも大きい。くぼみから延伸する絶縁層は、第２の導電層の裏側を覆う。任意の隣り合う２つの発光ダイオードユニットにおいては、その１つの発光ダイオードユニットの第２の導電層と他の１つの発光ダイオードユニットの第１の導電層との間に一体接続するための接続部を設けている。
【００４８】
複数の発光ダイオードユニットは、同一の支持及び放熱基板を共用する。基板は、その上に半導体積層体をエピタキシャル生長させるための生長基板ではなく、独立の支持部材であり、半導体積層体は、上記した構造において生長基板を有しない。ここでは、「生長基板を有しない」とは、必要である時に生長するよう用いられる生長基板が半導体積層体から取り除かれていること、又は大いに薄くされていることを指す。
【００４９】
本発明のいくつかの実施例において、互いに離れた半導体積層体の間で部分的に一体接続する接続部を少なくとも露出させ、例えば、そのうちの１つの発光ダイオードユニットは第２の導電層が露出し、他の１つの発光ダイオードユニットは第１の導電層が露出する。その２つの導電層は、一体接続されて、互いに離れた半導体積層体の間で一体接続するための接続部が露出する。第１の発光ダイオードユニットにおける露出する第２の導電層と第２の発光ダイオードにおける露出する第１の導電層とは同じ高さである。ここでの同じ高さとは、主に第１の発光ダイオードユニットにおける露出する第２の導電層と第２の発光ダイオードにおける露出する第１の導電層との表側の高さが同じであることを指す。更に言うと、厚さ、材料、及び構造が同じあって、導電層をパターン化する際にのみ第１の発光ダイオードユニットの第２の導電層及びその第１の導電層を離間して、第２の発光ダイオードユニットの第１の導電層及びその第２の導電層を離間するだけでよい。ここでの第１の発光ダイオードユニットにおける第２の導電層、及び第２の発光ダイオードユニットにおける第１の導電層は、全体の導電層の構造を指すのではなく、半導体積層体に近づく一部の第１の発光ダイオードユニットにおける第２の導電層及び一部の第２の発光ダイオードユニットにおける第１の導電層を特に指す。これらの導電層の他に、後に蒸着などの更なる技術を通して他の部分の導電層、例えば、金属接合層をも製作する。
【００５０】
上記した実施例において、各々の発光ダイオードユニットを表側から一部の絶縁層が露出するようにし、少なくとも一部が一体接続する接続部が当該一部の絶縁層の下側にあって、直接に露出する接続部が損壊されて性能が低下してしまうことを避けることができる。
【００５１】
本発明によれば、複数の発光ダイオードユニットは、同じチップ構造を有することが好ましい。ここでの同じチップ構造とは、周期性を有するパターンを製作することを指す。これは互いに近似した半導体積層体、第１の導電層、第２の導電層、及び絶縁層を有する構造に製作することである。ここでの同じチップ構造とは、完全に同じである必要ではなく、特に電極（溶接ワイヤー電極）の部分が実際の需要に基づいて異なる形状又は組み合わせに設計することができる。
【００５２】
本発明によれば、複数の発光ダイオードユニットは、同一の生長基板の上に共に生長された半導体積層体によって製作されたものであることが好ましい。
【００５３】
本発明のいくつかの実施例において、第１の導電層と第１のタイプの半導体層の裏側との接触面積は、第１のタイプの半導体層２１０の面積の４％以上６％以下の範囲内にあることが好ましい。これはより高い放熱要求に適用され、例えば、より大きな負荷の状況での放熱問題を解決することができる。
【００５４】
本発明のいくつかの実施例において、第１の導電層及び／又は第２の導電層は、金属材料を含むことが好ましい。金属の導電材料は、非金属の導電材料と比べてより優れた熱伝導性を有する。
【００５５】
本発明のいくつかの実施例において、半導体積層体は、高さが７μｍ以下にあり、半導体薄膜チップに属することが好ましい。
【００５６】
各々の発光ダイオードユニットは、上から下に順次に積み重なる第２の導電層、絶縁層、第１の導電層を含むことが好ましい。第１の導電層と放熱基板とが直接に接触するため、第１の導電層は絶縁層の熱量を導出することもできる。
【００５７】
本発明のいくつかの実施例において、基板の材料は、セラミックであることが好ましい。金属材料と比べて、セラミックは優れた放熱特性を確保することができるだけではなく、絶縁性を利用して全体的な素子の信頼性を向上させることもできる。
【００５８】
本発明のいくつかの実施例において、隣り合う２つの発光ダイオードユニットの第１の導電層は、絶縁層によって離間されることが好ましい。
【００５９】
本発明のいくつかの実施例において、発光ダイオード素子は、３個〜６個、又は７個〜９個の発光ダイオードユニットを含むことが好ましい。直列接続される発光ダイオードユニットが多ければ多いほど、従来の構造と比べて、本発明は光の集中又は放熱に関する利点を更に具備するようになる。
【００６０】
高圧の発光装置を製作するための発光ダイオード素子の製作方法は、以下のステップを含む。
【００６１】
ステップ１において、生長基板の上に半導体積層体を製作する。半導体積層体は、第１のタイプの半導体層と、活性層と、第２のタイプの半導体層と、を含む。
【００６２】
ステップ２において、第２のタイプの半導体層の裏側から、第２のタイプの半導体層及び活性層を貫通するくぼみを掘る。該くぼみは、少なくとも第１のタイプの半導体層まで貫通する。
【００６３】
ステップ３において、第２のタイプの半導体層の表面におけるくぼみのない箇所を導電層で覆う。導電層は、ｎ対の同一平面にある第１の導電層と第２の導電層とを含み、ｎ≧２である。導電層、くぼみの底部と側壁を絶縁層で覆う。
【００６４】
ステップ４において、絶縁層の上に穴を掘って、くぼみの底部にある第１のタイプの半導体層及びｎ個の第１の導電層の一部領域を少なくとも露出する。
【００６５】
ステップ５において、くぼみの底部、絶縁層、ｎ個の第１の導電層の一部領域を第１の導電層の材料で覆い続ける。ｎ個の第１の導電層の間に絶縁層を設置して離間する。なお、製作時には上記の順序に厳格に従って本技術において第１の導電層の材料を覆う順序を決める必要がなく、即ち、その順序は需要に基づいて任意に調整することができる。
【００６６】
ステップ６において、第１の導電層の裏側に放熱基板を直接に接続する。
【００６７】
ステップ７において、生長基板を取り除く。
【００６８】
ステップ８において、第１のタイプの半導体層の表側から半導体積層体の一部を、第１の導電層と第２の導電層が露出するまで取り除いて、ｎ個の互いに離間した半導体積層体を形成する。
【００６９】
ステップ９において、一つ目の半導体積層体に露出する第１の導電層の上に第１の電極を製作すると共に、最後の半導体積層体に露出する第２の導電層の上に第２の電極を製作する。
【００７０】
従来の技術に比べて、本発明が提供する発光ダイオードチップは以下の技術効果を含む。良好な放熱機能を有する高圧の発光ダイオードを提供する。本発明で設計された発光ダイオードユニットの構造を利用して直列接続の高圧の発光ダイオードのアレイを容易に製作することができる。
【発明の効果】
【００７１】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の説明において陳述するが、一部は明細書から明白なものであり、もしくは本発明を実施することにより理解できる。本発明の目的及び他の利点は、明細書、特許請求の範囲、及び添付の図面により特に示される構造によって実現及び獲得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
図面は本発明に対する一層の理解のために供するものであり、また明細書の一部を構成し、本発明の実施例と共に本発明の解釈に用いられ得るが、本発明に対して限定するものではない。この他、図面のデータは概要を説明するものであり、比率に応じて描かれたものではない。
【００７３】
【図１】実施例１のステップ１〜３において製作された構造の模式図である。
【図２】実施例１のステップ４において製作された構造の模式図である。
【図３】実施例１のステップ５において製作された構造の模式図である。
【図４】実施例１のステップ６〜７において製作された構造の模式図である。
【図５】実施例１のステップ８〜９において製作された構造の模式図である。
【図６】実施例１のＬＥＤの構造の模式的上面図である。
【図７】実施例１の新構造と従来技術の旧構造とのエージングデータの対比曲線図である。
【図８】実施例１の新構造と従来技術の旧構造とのエージングデータの対比曲線図である。
【図９】実施例１の新構造と従来技術の旧構造とのエージングデータの対比曲線図である。
【図１０】実施例１の新構造と従来技術の旧構造とのエージングデータの対比曲線図である。
【図１１】実施例１の新構造と従来技術の旧構造とのエージングデータの対比曲線図である。
【図１２】実施例１の新構造と従来技術の旧構造とのエージングデータの対比曲線図である。
【図１３】実施例７のステップ１〜２において製作された構造の模式図である。
【図１４】実施例７のステップ３において製作された構造の模式図である。
【図１５】実施例７のステップ４において製作された構造の模式図である。
【図１６】実施例７のステップ５において製作された構造の模式図である。
【図１７】実施例７のステップ６〜９において製作された構造の模式図である。
【図１８】実施例９のＬＥＤの構造の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
以下、模式図を組み合わせて、本発明の発光ダイオードチップ及びその製作方法について詳細に説明する。更に本発明を説明する前に、要するに、特定の実施例に対して改造することができるため、本発明において以下の特定の実施例を限定しない。更に要するに、本発明の範囲は、特許請求の範囲により限定され、そこで採用する実施例が説明性であり、限定性ではない。他に説明する限り、ここで用いられる全部の技術及び科学用語は、本分野における通常の知識を有する者が理解することができる意味と同じである。
【００７５】
図１〜図５は、方法の各段階の模式的断面図で、第１の実施例に基づく光電子半導体本体を製作する方法を示す。
【００７６】
第１の実施例において、表側から光を取り出すよう設計された発光ダイオードチップの製作技術をまず提供する。それは以下のステップを含む。
【００７７】
図１にはステップ１〜ステップ３において制作される構造を示している。
【００７８】
ステップ１において、生長基板１００の上に発光エピタキシャル層とする半導体積層体２００を製作する。該半導体積層体２００は、第１のタイプの半導体層２１０と、活性層２３０と、第２のタイプの半導体層２２０と、を含む。本実施例の半導体積層体２００は、実質的に発光のＰＮ接合である。第１のタイプの半導体層２１０は、Ｎ型半導体層である一方、第２のタイプの半導体層２２０は、Ｐ型半導体層である。なお、設計に基づいてその順序を変えることもできる。また、該活性層２３０は、重量子井戸の放射を生成するためのものである。ステップ２において、第２のタイプの半導体層２２０の裏側から、第２のタイプの半導体層２２０及び活性層２３０を貫通するくぼみを掘る。該くぼみは、少なくとも第１のタイプの半導体層２１０まで貫通するだけではなく、第１のタイプの半導体層２１０の中に貫通することもできる。ステップ３において、第２のタイプの半導体層の表面におけるくぼみのない箇所をパターン化された導電層で覆う。導電層は、同一平面にある第１の導電層３１０と第２の導電層３２０とを含む。導電層、くぼみの底部と側壁を絶縁層４００で覆う。
【００７９】
図２を参照して、ステップ４において、導電チャネルを有する回路構造を更に製作する。絶縁層４００の上に穴を掘って、取り除かれた一部を電気的遮蔽バリアの絶縁材料とし、くぼみの底部にある第１のタイプの半導体層２１０を少なくとも露出させ、第１の導電層３１０の一部も露出させる。
【００８０】
図３を参照して、ステップ５において、くぼみの底部、絶縁層４００、ステップ４で露出した第１の導電層３１０の一部を第１の導電層３１０の材料で覆い続ける。これは、第１の導電層３１０でくぼみを充填して第１の電極６１０と第１のタイプの半導体層２１０とが容易に電気的に接続することに有利である。該ステップにおける第１の導電層３１０の材料の融点は接合温度よりも低く、より優れた流動性を有する。例えば、Ｎｉ又はＳｎを採用して、第１の導電層３１０の内部にある穴を減少して、製品の放熱及び信頼性を増加することに有利である。
【００８１】
図４を参照して、ステップ６において、第１の導電層３１０の裏側に支持及び放熱基板５００を直接連接する。当該直接連接は、通常は金属接合技術又は粘着技術を採用する。接合技術を採用する場合、通常はステップ６の前に基板５００及び第１の導電層３１９の上に１層の接合金属を設ける。ここでの接合金属は、第１の導電層３１０とする。ステップ７において、生長基板１００を取り除く。
【００８２】
図５を参照して、図５はステップ８〜ステップ９における構造について描写する。ステップ８において、第１のタイプの半導体層２１０の表側から半導体積層体２００の一部領域を、第１の導電層３１０と第２の導電層３２０が露出するまで取り除く。本技術における１つの優勢は、エッチングにより半導体積層体２００を直接に取り除いて電極の窓を形成することができ、絶縁媒体又は導電層などの取り除きにくい材料を取り除く必要がなく、技術がより簡単で高い効率及び信頼性を有することにある。ステップ９において、露出した第１の導電層３１０の上に第１の電極６１０を製作すると共に、露出した第２の導電層３２０の上に第２の電極６２０を製作する。
【００８３】
本発明の第２の実施例においては、上記した技術方法を用いて得られた、信頼性を向上し、高圧のチップを製作するプロセスを簡単化することができる発光ダイオードの構造を提供する。
【００８４】
図５を参照して、まず、放射のための半導体積層体２００を具え、その半導体積層体２００は、第１のタイプの半導体層２１０と、第２のタイプの半導体層２２０と、第１のタイプの半導体層２１０と第２のタイプの半導体層２２０との間にある上に放射を生成するよう設計された活性層２３０と、を有する。その中で、第１のタイプの半導体層２１０は、半導体積層体２００の表側と隣接する。且つ、半導体積層体２００は、例えば、ＩＩＩ／Ｖ化合物半導体材料、又はＩＩ／ＶＩ化合物半導体材料に基づく。ＩＩ／Ｖ化合物半導体材料は、第３族からの元素、例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、及び第５族からの元素、例えば、Ｂ、Ｎ、Ｐ、Ａｓを少なくとも有する。特に、「ＩＩＩ／Ｖ化合物半導体材料」との用語は、二元、三元、又は四元化合物の族を含む。これらの化合物は、第３族からの少なくとも１種の元素、及び第５族からの少なくとも１種の元素、特に、窒化物の化合物の半導体とリン化物の化合物の半導体を含む。このような二元、三元、又は四元化合物は、この他に、例えば、１種又は多種のドーパント、及び付加の組成成分を具えることがある。ＩＩＩ／Ｖ化合物半導体材料に所属するものは、例えば、第ＩＩＩ族の窒化物の化合物の半導体材料、及び第ＩＩＩ族のリン化物の化合物の半導体材料のようなものであり、例えば、ＧａＮ、ＧａＡｓ、及びＩｎＧａＡｌＰである。半導体積層体２００の高さは、５μｍ以上７μｍ以下、又は７μｍ以上８μｍ以下の範囲内にある。ここで、半導体積層体２００の高さは、７μｍ以下であり、且つ技術性能を考えると、半導体積層体２００の高さは５μｍ以上である。
【００８５】
半導体積層体２００は、絶縁層４００に覆われた少なくとも１つのくぼみを含む。本実施例において、該くぼみの数量は、２０〜２５個である。くぼみは、半導体積層体２００における表側と反対する裏側から活性層２３０を貫通して第１のタイプの半導体層２１０に延伸する。第１の導電層３１０の裏側が基板５００の表側と連接する。当該第１の導電層３１０は、第１の電極６１０を設置するために少なくとも表側の一部が露出している一方、第２の導電層３２０は、第２の電極６２０を設置するために少なくとも表側の一部が露出している。露出する第１の電極６１０の接続層と第２の導電層３２０とは同じ高さであり、当該同じ高さとは、上面が高さが一致する水平面の上にあることを指すことである。当該同じ高さの設計とは、実際には半導体積層体２００に近い第１の導電層３１０と第２の導電層３２０に対して一体設計することによって製作することである。第１の導電層３１０と接続する第１の電極６１０、及び第２の導電層３２０と接続する第２の電極６２０については、第１の電極６１０と第２の電極６２０とが表側へ向かう。該第１の電極６１０と該第２の電極６２０とは、主にパッケージボンディングのための金属電極を指すものである。
【００８６】
第１の導電層３１０がくぼみを通して第１のタイプの半導体層２１０と電気的に接続することによって、第１の導電層３１０の表側と第１のタイプの半導体層２１０の裏側との接触面積は、第１のタイプの半導体層２１０の面積の１．５％よりも大きい。
【００８７】
第１の導電層３１０と第２の導電層３２０とは、くぼみの絶縁層４００によって互いに電気的に絶縁する。くぼみから延伸する絶縁層４００は、第１の導電層３１０と第２の導電層３２０との裏側を覆う。絶縁層４００が第１の導電層３１０を覆うということは、第１の導電層３１０におけるすべての裏側を覆うことを指すのではなく、第１の導電層３１０の一部領域だけを覆うことを指す。これによって、放熱効果の低下を防止する。絶縁層４００の材料は、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、又はセラミックを含む。第１の導電層３１０及び／又は第２の導電層３２０は、金属材料である。
【００８８】
支持及び放熱のための基板５００について、基板５００の材料は、Ｓｉ、Ｃｕ、又はセラミックである。ここで、特にセラミックの基板５００のチップを採用すると、セラミックの基板５００は良好な放熱性を有して第１の導電層３１０と共に熱量を第１の導電層３１０からよりよく導出する一方、セラミックの基板５００の絶縁性のため、高圧の製品において同一の基板５００の上に複数の半導体の直列接続の構造を製作することに有利である。
【００８９】
第１の導電層３１０及び／又は第２の導電層３２０の材料は、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｔ、ＴｉＷ合金、Ｎｉ、又は以上の組み合わせからなる群から選択されるものである。具体的には、本実施例において第１の導電層３１０と第１の電極６１０との接触部分、及び第２の導電層３２０と第２の電極６２０との接触部分は、性能が比較的に安定なＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｒ、ＴｉＷ合金である。くぼみを充填するための第１の導電層３１０の材料は、Ａｌ、Ｃｒ、又はＡｇなどの反射材料を含む。発光領域の下側にある第２の導電層３２０は順に、電流を拡げるためのＩＴＯ、発光領域の光取り出しに対して反射を行なうＡｇ、Ｎｉ、又はＴｉＷ、上記した材料の拡散を防止するための安定な金属材料Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｒ、又はＴｉＷなどである。
【００９０】
図６を参照して、図６は、本実施例の構造を更に説明するために、上面から見た角度により本発明の構造のチップを示す模式的上面図を提供する。該模式図において、光取り出し面の位置において複数のくぼみを分布する設計が見られる。当該設計には、優れた電流の拡張性及び放熱性があり、且つ第１の電極６１０と第２の電極６２０とがチップの外側に設置されている。このような発光ダイオードチップの構造は、簡単な各材料の積層、簡単な製作技術、及び高信頼性を具備する。
【００９１】
図７〜図９に示されるように、外部干渉の接合温度の条件でエージング試験を行なった。従来の旧構造は、１２５℃の接合温度及び２０００ｍＡの電流の条件でＬＥＤの損傷の現象が速やかに発生した。このため、本発明の新構造に対してより厳しいエージング試験の条件を提供した。新構造に対しては１２５℃の接合温度で２０００ｍＡの電流の条件を採用してエージング試験を行なったのに対し、旧構造に対しては７５℃の接合温度で１５００ｍＡの電流の条件を採用してエージング試験を行なった。図７には、１０００時間内における新構造及び旧構造の輝度ΔＬＯＰの対比が示され、新構造の１０００時間内における輝度の変動が比較的に小さくて輝度の安定性がよいことが見て取れる。図８には、１０００時間内における新構造及び旧構造の順方向電圧の変化値ΔＶＦの対比が示される。該ΔＶＦは初期の順方向電圧との差分値であり、両者の差は大きくない。図９には、１０００時間内における新構造及び旧構造のリーク電流ΔＩＲの対比が示される。該ΔＩＲは初期のリーク電流との差分値であり、新構造では基本的にリーク電流がないのに対し、旧構造ではリーク電流がエージングの過程につれて高まっている。上記した試験のデータをまとめると、基本的に、本発明の新構造は高温、大電流密度の条件で、従来の旧構成よりも信頼性が高いという結論が得られる。
【００９２】
図１０〜図１２に示されるように、外部干渉の接合温度の条件でエージング試験を行なった。新構造と旧構造とのそれぞれに対して、１２５℃の接合温度で１５００ｍＡの中程度の電流密度の条件を採用してエージング試験を行なった。図１０及び図１１には、１０００時間内における新構造及び旧構造の輝度ΔＬＯＰ、順方向電圧の変化値ΔＶＦの対比が示される。新構造と旧構造との１０００時間内における差は小さく、安定性が近似していることがわかる。図１２には、１０００時間内における新構造及び旧構造の輝度ΔＩＲの対比が示される。新構造では基本的にリーク電流がないのに対し、旧構造ではリーク電流がエージングの過程につれて高まっている。上記した試験のデータをまとめると、基本的に、本発明の新構造は高温、中大程度の電流密度の条件で、従来の旧構成よりも信頼性が高いという結論が得られる。
【００９３】
実施例３は、実施例２のいくつかの変化例である。本実施例においては、第１の導電層３１０と第１のタイプの半導体層２１０の裏側との接触面積を拡大する。該接触面積は、第１のタイプの半導体層２１０の面積の２．３％以上２．８％以下、２．８％以上４％以下、又は４％以上６％以下の範囲内にある。くぼみの開口直径は、１５μｍ以上３２μｍ以下の範囲内にある。上記した実施例と異なっているのは、第１の導電層３１０と第１のタイプの半導体層２１０との直接な接触面積を増加して、高ワットの製品に係る放熱問題を解決することにある。その高ワットの製品とは、例えば、大型のチップ又は高圧のチップである。
【００９４】
実施例４は、実施例３の更なる設計である。一般に、第１の導電層３１０と第１のタイプの半導体層２１０との接触面積を確保して放熱特性を高めることができるが、開口直径が比較的に小さい場合、比較的細い第１の導電層３１０は熱抵抗との比率が非線形になることがある。その場合での放熱を確保するために、本実施例の設計においては、くぼみの開口直径が３２μｍ以上４０μｍ以下の範囲内となるように設計する。より好ましい実施方式として、くぼみの開口直径が３４μｍ以上３６μｍ以下の範囲内にある場合、くぼみを数量が２０〜２５個となるように設置する。
【００９５】
実施例２〜実施例４のような構成のように、実施例５においては、第１のタイプの半導体層２１０の厚さがより厚くなるように、例えば、その厚さが２μｍ以上となるように設計する場合、くぼみを、第１のタイプの半導体層２１０内の深さが１μｍ以上になるまで掘る。それによって、第１のタイプの半導体層２１０から熱量を容易に導出することができる。例えば、第１のタイプの半導体層２１０の厚さは、２μｍ以上３μｍ以下の範囲内にある。
【００９６】
本発明の実施例６においては、実施例１〜実施例５の発光ダイオードチップをボンディングによ接続し、即ち、一つ目の発光ダイオードチップの第１の電極６１０を外部回路と接続し、一つ目の発光ダイオードチップの第２の電極６２０を２つ目の発光ダイオードチップの第１の電極６１０と金線により接続する。この方式によって、複数の発光ダイオードチップに対して順次に金線の回路により直列接続し、最後の発光ダイオードチップの第２の電極６２０を外部回路と接続して一連の直列接続の発光ダイオードチップのシリーズを構成する。応用において、直列接続された複数の発光ダイオードチップは、外部回路の電流が一定であるため、より高い使用電圧を有することが多く、他の構成に比べて、当該発光ダイオードの構成は、より容易に直列接続となるように設計することができ、且つ高圧でも信頼性が高いという利点を有する。
【００９７】
本発明の実施例７においては、より簡単な技術で信頼性が高い、高圧の発光装置を製作するための発光ダイオードの製作方法を開示している。当該方法は以下のステップを含む。
【００９８】
図１３を参照して、ステップ１において、まず、発光ダイオード素子のエピタキシャル構造を製作する。これは生長基板１００の上に半導体積層体２００を製作する。該半導体積層体２００は、第１のタイプの半導体層２１０と、活性層２３０と、第２のタイプの半導体層２２０とを有し、これら三者によりＰＮ接合を構成する。ステップ２において、例えば、湿式エッチング又は乾式エッチングにより、第２のタイプの半導体層２２０の裏側から、第２のタイプの半導体層２２０及び活性層２３０を貫通する複数のくぼみを掘る。当該くぼみは、少なくとも第１のタイプの半導体層２１０まで貫通する。
【００９９】
図１４を参照して、ステップ３において、第２のタイプの半導体層２２０の表面におけるくぼみのない箇所を導電層で覆う。続いての回路接続に対応する図形設計をすることができるように、導電層は離散分布される。当該導電層は、ｎ対の同一の水平面にある第１の導電層３１０及び第２の導電層３２０を含む。各対の第１の導電層３１０及び第２の導電層３２０は、後続で製作される独立の半導体積層体２００にあり、ｎ≧２である。そして、導電層、及びくぼみの底部と側壁の各部分を、絶縁層４００で覆う。
【０１００】
図１５を参照して、ステップ４において、絶縁層４００におけるいくつかの領域に穴を掘って、くぼみの底部にある第１のタイプの半導体層２１０及びｎ個の第１の導電層３１０の一部領域を少なくとも露出させる。露出したくぼみの底部にある第１のタイプの半導体層２１０及びｎ個の第１の導電層３１０は、電気的接続の窓を製作するために用いられるものである。
【０１０１】
図１６を参照して、ステップ５において、くぼみの底部、絶縁層４００、ｎ個の第１の導電層３１０の一部領域を第１の導電層３１０の材料で覆い続ける。ここで説明した第１の導電層３１０とは、主に多種の材料層から構成されるものを指し、第１の導電層３１０と統一して定義する。ｎ個の第１の導電層３１０の間に、絶縁層４００を設置して離間し、且つ新たに覆われる第１の導電層３１０の材料によって、電気的接続をステップ３で製作された第２の導電層３２０と同じ高さである第１の導電層３１０に導出する。
【０１０２】
図１７を参照して、ステップ６において、第１の導電層３１０の裏側に放熱基板５００を直接連接する。該放熱基板５００は、セラミック又は金属を含む。当該直接連接は、通常は金属接合技術又は粘着技術を採用する。接合技術を採用する場合、通常はステップ６の前に基板５００及び第１の導電層３１９の上に１層の接合金属を設ける。ここでの接合金属は、第１の導電層３１０とする。ステップ７において、生長基板１００を取り除く。ここでの生長基板１００を取り除くことは、生長基板１００を完全に取り除くこと、又は生長基板１００を薄くすることを含む。ステップ８において、第１のタイプの半導体層２１０の表側から半導体積層体２００の一部を、第１の導電層３１０と第２の導電層３２０が露出するまで取り除く。この技術の設計では第１の導電層３１０と第２の導電層３２０との比較的に安定な材料を取り除くことができるので、当該技術は可制御性が良くて、ｎ個の互いに離間する半導体積層体２００を形成することができる。ステップ９において、半導体積層体２００において露出した第１の導電層３１０の上に第１の電極６１０を製作すると共に、最後の半導体積層体２００において露出した第２の導電層３２０の上に第２の電極６２０を製作する。該第１の電極６１０と該第２の電極６２０とは外部回路と接続するように用いられるものである。
【０１０３】
図１７を参照して、上記した技術に基づいて主に高圧部品に用いられる発光ダイオード素子の構造を提供する。本発明の実施例８において、当該構造では、発光ダイオードユニット同士の間に直列接続を採用し、且つ発光ダイオード素子は、３つ〜６つ、又は７つ〜９つの発光ダイオードユニットを含む。直列接続の形式を設計するために、発光ダイオードユニット同士の間の半導体積層体２００が互いに離間しており、互いに半導体積層体２００の内部にある導電層により直列の電気的接続を構成する。半導体積層体２００は、第１のタイプの半導体層２１０と第２のタイプの半導体層２２０との間にあると共に放射を生成するよう設計される活性層２３０を具える。その中で、第１のタイプの半導体層２１０は、半導体積層体２００の表側にある。該半導体積層体２００は、絶縁層４００に覆われる１つ又は複数のくぼみを含む。該くぼみは、電流チャネルとして半導体積層体２００の表側と反対する裏側から活性層２３０を貫通して第１のタイプの半導体層２１０に延伸する。導電の特性を有する第１の導電層３１０は、くぼみを貫通して第１のタイプの半導体層２１０と電気的に接続すると共に、導電の特性を有する第２の導電層３２０は、第２のタイプの半導体層２２０と電気的に接続する。第１のタイプの半導体層２１０と第２のタイプの半導体層２２０とは、くぼみから延伸する絶縁層４００により互いに電気的に絶縁する。複数の発光ダイオードユニットにおける、一つ目の発光ダイオードユニットは、少なくとも第１の導電層３１０の一部が露出し、且つ露出した第１の導電層３１０と電気的に接続する第１の電極６１０を具え、最後の発光ダイオードユニットは、少なくとも第２の導電層３２０の一部が露出し、且つ露出した第２の導電層３２０と電気的に接続する第２の電極６２０を具える。第１の電極６１０と第２の電極６２０とは、発光ダイオード素子の外側にあると共に表側へ向かう。
【０１０４】
第１の導電層３１０の裏側と基板５００の表側とが連接し、第１の導電層３１０の表側と第１のタイプの半導体層２１０の裏側との接触面積は第１のタイプの半導体層２１０の面積の１．５％よりも大きい。くぼみから延伸する絶縁層４００は、第２の導電層３２０の裏側を覆う。任意の隣り合う２つの発光ダイオードユニットにおいては、その内の１つの発光ダイオードユニットの第２の導電層３２０と他の１つの発光ダイオードユニットの第１の導電層３１０とは一体接続の接続部を設けている。隣り合う２つの発光ダイオードユニットの第１の導電層３１０は、絶縁層４００により離間されている。発光ダイオードユニットにおけるいくつかの領域において、上から下に順次に積み重なる第２の導電層３２０、絶縁層４００、及び第１の導電層３１０を含む。
【０１０５】
該複数の発光ダイオードユニットは、同一の支持及び放熱基板５００を共用する。薄膜発光ダイオードにおいて、半導体積層体２００の高さは７μｍ以下である。
【０１０６】
本実施例において、第１の導電層３１０及び／又は第２の導電層３２０は、主に金属材料であり、ＩＴＯといった電流を拡げるための材料を有しない可能性もある。互いに離間した半導体積層体２００の間に、少なくとも一体接続する接続部の一部を露出させる。該構造は、主に互いに離間した半導体積層体２００を製作する際に、取り除く工程を接続部まで行なうだけでよいことにし、技術上制御をより容易にするためのものである。
【０１０７】
図１８を参照して、上記した実施例８によれば、接続部を保護し、外部環境から直接影響を受けてひいては破損に至ることを減少させるために、本発明は実施例９を提供する。各々の発光ダイオードユニットの表側から絶縁層４００の一部を露出させ、一体接続する接続部の少なくとも一部が該絶縁層４００の下側にあるようにする。構造から見ると、水平方向において製作技術のステップ５における離間するように用いられる絶縁層４００の位置を変更するだけでよい。ステップ８において、半導体積層体２００を絶縁層４００が露出する位置まで取り除くことで実現することができる。
【０１０８】
実施例８及び実施例９において、複数の発光ダイオードユニットは、同一の生長基板１００の上に共に生長された半導体積層体２００により製作されるものである。該複数の発光ダイオードユニットは、同じチップ構造を具え、即ち、図１１及び図１２において見られる周期性のユニット構造である。
【０１０９】
本発明の実施例１０において、複数の半導体積層体２００の直列接続の高圧条件について、第１の導電層３１０と第１のタイプの半導体層２１０の裏側との接触面積を拡大する。その接触面積が第１のタイプの半導体層２１０の面積の４％以上６％以下の範囲内に設計されている。
【０１１０】
上述の具体的な実施方式は本発明の部分的な好ましい実施例に過ぎず、以上の実施例は更にあらゆる組み合わせや変形を行える。本発明の範囲は以上の実施例に限定されるものではなく、本発明に基づくあらゆる変更も、本発明の保護の範囲内にあることを理解されたい。
【符号の説明】
【０１１１】
１００：生長基板、２００：半導体積層体、２１０：第１のタイプの半導体層、２２０：第２のタイプの半導体層、２３０：活性層、３１０：第１の導電層、３２０：第２の導電層、４００：絶縁層、５００：基板、６１０：第１の電極、６２０：第２の電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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