(57)【要約】【課題】バンプとパッド間の浮きを防止して発光素子の信頼性を向上させ、接触抵抗の減少により素子の駆動電圧を下げることが可能な発光素子組立体を提供する。【解決手段】バンプのボンディング面３０５ａ，３０５ｂのエッジが発光素子パッド１３０ａ，１３０ｂのエッジからパッド１３０ａ，１３０ｂの内側方向に所定距離ｔ離隔されており、パッド１３０ａ，１３０ｂのエッジ部分に形成されているフェンス１４０によりバンプ３００ａ，３００ｂが干渉されないようにしてバンプ３００ａ，３００ｂとパッド１３０ａ，１３０ｂ間の浮きを抑制ないしは防止する発光素子組立体である。【選択図】図５Ａ
2005117043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディング面とボンディング面周囲の側面を有するバンプを備えるサブマウントと、
前記バンプのボンディング面に対応するボンディング面を有するパッドを備えた発光素子とを備えた発光素子組立体において、
前記バンプのボンディング面のエッジが前記パッドのエッジからパッドの内側方向に所定距離離隔されていることを特徴とする発光素子組立体。
【請求項２】
前記パッドのエッジ部分は前記バンプのボンディング面のあらゆるエッジ部分を所定距離をおいて覆い囲むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子組立体。
【請求項３】
前記所定距離は０．１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子組立体。
【請求項４】
前記所定距離は３μｍであることを特徴とする請求項３に記載の発光素子組立体。
【請求項５】
前記バンプの側面は前記バンプのボンディング面に対して所定角度傾斜した斜面をなすことを特徴とする請求項１または４のうちいずれか１項に記載の発光素子組立体。
【請求項６】
前記所定角度は１０〜８０°の範囲であるであることを特徴とする請求項５に記載の発光素子組立体。
【請求項７】
前記バンプの側面は前記バンプのボンディング面に対して垂直であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の発光素子組立体。
【請求項８】
前記発光素子はＧａＮレーザダイオードであることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の発光素子組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子組立体に係り、詳細にはフリップチップボンディング方式の発光素子組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、レーザダイオード（ＬＤ）のレーザ光は周波数幅が狭くて指向性が優れているために、光通信、多重通信、宇宙通信のような分野で実用化されつつある。光通信と共にＬＤの主要な応用分野のうちの一つが光ディスク用ピックアップである。
【０００３】
ＧａＮ半導体ＬＤはサファイア、ＧａＮ、ＳｉＣなどの基板上に多層に結晶成長された化合物半導体の積層構造を有する。具体的に、基板上にはｎ−ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮウェーブガイド層、ＩｎＧａＮ活性層、ｐ型ＧａＮウェーブガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層などの化合物半導体の積層が順次に形成される。このような積層構造を有するＧａＮ半導体ＬＤで、ＬＤの最上部にｐ型電極が形成される突条部（Ｒｉｄｇｅ）が設けられている。前記突条部とｐ型電極間には、半導体の積層の電流通路を定義するパッシベーション層が形成されている。
【０００４】
このようなＧａＮ半導体ＬＤは、動作時に発生する熱を容易に放出するために、サブマウントへフリップチップボンディングによりボンディングされる。フリップチップボンディングは、ｐ型電極が形成されるＬＤなどの発光素子の上面をサブマウントへソルダバンプにより固定する。
【０００５】
発光素子とサブマウントとをフリップチップボンディングで連結する場合、両者はソルダバンプを介して直接連結されるために、ワイヤボンディングに比べて熱的抵抗及び線抵抗が低くなる。
【０００６】
図１はフリップチップボンディングを利用して発光素子をサブマウントにボンディングした構造体の概略的な構造を示す。図１で、参照番号１０はＬＤなどの発光素子を、２１はサブマウントを示す。発光素子１０はサブマウント２１にボンディングされるために裏返された状態である。発光素子１０は化合物半導体層１２と、これが成長される基板１１とを含む。化合物半導体層１２はｎ型及びｐ型化合物半導体層（図示せず）や、それらの間に設けられる活性層（図示せず）などを含む。サブマウント２１上に第１及び第２パッド層２２ａ，２２ｂが形成されている。第１及び第２パッド層２２ａ，２２ｂはそれぞれ化合物半導体層１２の階段型に段差をつけた２領域と対面し、互いに離隔されている。化合物半導体層１２の２領域はｎ型電極（図示せず）が形成された領域とｐ型電極（図示せず）が形成された領域とである。前記２領域間に段差Ｓが存在する。そして、化合物半導体層１２の前記ｎ型電極が形成された領域に前記ｎ型電極と接触されたパッド層１３ａが形成されており、前記ｐ型電極が形成された領域に前記ｐ型電極と接触されたパッド層１３ｂが形成されている。
【０００７】
前記化合物半導体層１２上に形成されるパッド層１３ａ，１３ｂそれぞれと、これに対応するサブマウント２１上の第１及び第２パッド層２２ａ，２２ｂ間には導電性物質の積層からなるソルダバンプ３０ａ，３０ｂが介在されている。
【０００８】
前記両ソルダバンプ３０ａ，３０ｂは、発光素子のパッド層１３ａ，１３ｂに接触される第１及び第２金膜３１ａ，３１ｂ、前記第１及び第２パッド層２２ａ，２２ｂに接触される第１及び第２白金膜３３ａ，３３ｂ、及びそれら膜間のＡｕＳｎソルダ３２ａ，３２ｂを備える。
【０００９】
前記発光素子１０を裏返してパッド１３ａ，１３ｂにソルダバンプ３０ａ，３０ｂを所定圧力で密着させた状態で２８０℃以上の温度で数秒間加熱することにより、ソルダバンプ３０ａ，３０ｂにより前記サブマウント２１に発光素子１０を固定する。ところで、従来構造の発光素子によれば、発光素子１０のパッド１３ａ，１３ｂとソルダバンプ３０ａ，３０ｂ間のボンディング構造が、次のような理由により不安定で好ましくないボンディング特性が現れる。
【００１０】
一般的に、発光素子のパッド１３ａ，１３ｂはリフトオフ法によりパターニングされる。このようなリフトオフによれば、図２でボンディング前状態を示した左側図面に図示されたように、パッド１３ａ，１３ｂのエッジ部分に沿ってフレア状のフェンス１４が形成される。従って、ボンディング後の状態を示す右側の図面に図示されたように、このような発光素子のパッド１３ａ，１３ｂがバンプ３０ａ，３０ｂに接近すれば、パッド１３ａ，１３ｂはバンプ３０ａ，３０ｂの上面に対して他の部分より先に接触し、さらに密着した後で相互ボンディングされた後にも、突出されたフェンス１４によりパッド１３ａ，１３ｂとバンプ３０ａ，３０ｂ間に浮き部分（ギャップ）が発生する。
【００１１】
図３Ａは発光素子のパッド１３ａ，１３ｂ部分を示す顕微鏡写真であり、図３Ｂは図３Ａの左側円部分、図３Ｃは図３Ａの右側円部分を拡大して示したＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）イメージである。
【００１２】
図３Ａに図示されたように、左右両側にパッドが設けられている。このパッドは既存の方法、すなわちリフトオフ法により形成され、従って前述のようなフェンスがパッドのエッジに沿って形成される。図３Ａの左側の円部分を拡大して示した図３Ｂと、図３Ａの右側円部分を拡大して示した図３Ｃとを介してパッドのエッジにはリフトオフ時に発生したメタルフェンスを確認できる。このメタルフェンスはリフトオフ時に材料がちぎり取られた部分であって他の部分に比べて高い。
【００１３】
図４Ａはサブマウントに発光素子が固定された状態を示し、図４Ｂはサブマウントから発光素子を分離させた後のサブマウントのソルダバンプの平面構造を示す写真である。結果的に、図４Ａに図示されたような状態でボンディングされた発光素子構造体は、ソルダバンプと発光素子のパッド間に浮きが発生しており、従ってボンディング特性が非常に悪いことが分かる。このようなボンディング特性の悪化は効果的な熱排出が困難なだけではなく、パッドとバンプとでの接触抵抗上昇で駆動電圧が上昇する問題が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする技術的課題は、発光素子とバンプ間の浮きを効果的に防止できる発光素子構造体を提供するところにその目的がある。
【００１５】
すなわち、本発明が解決しようとする技術的課題は、発光素子のパッドとバンプ間のボンディング特性改善により効果的な熱排出を可能にして駆動電圧上昇を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するために本発明の一類型によれば、ボンディング面とボンディング面周囲の側面を有するバンプを備えるサブマウントと、前記バンプのボンディング面に対応するボンディング面を有するパッドを備えた発光素子とを備えた発光素子組立体において、前記バンプボンディング面のエッジが前記パッドのエッジからパッドの内側方向に所定距離離隔されていることを特徴とする発光素子が提供される。
【００１７】
前記本発明の一実施形態によれば、前記バンプの側面は前記バンプのボンディング面に対して所定角度傾斜した斜面をなす。
【００１８】
前記本発明の他の実施形態によれば、前記バンプの側面は前記バンプのボンディング面に対して垂直である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、バンプと発光素子パッド間の良好なボンディング面を有するフリップチップボンディングが可能になる。従って、良質のボンディング面によるボンディング界面では抵抗減少がなされ、これによって発光素子の駆動電圧を下げることができ、発光素子組立体の信頼性を向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態に係る発光素子組立体の説明のための図面は迅速な理解を助けるために厚さ、大きさ、配列などが誇張されて示される。
【００２１】
図５Ａは本発明の第１実施形態に係る発光素子、例えばＧａＮ化合物半導体ＬＤ、または光放出素子（ＬＥＤ）組立体の概略的な断面図であり、図５Ｂは前記発光素子組立体の平面図であってパッド１３０ａ，１３０ｂとバンプ３００ａ，３００ｂ間の関係を説明するための図面である。
【００２２】
図５Ａ及びＢを参照すれば、ＬＥＤまたはＬＤなどの発光素子１００は基板１０１と、その下面に積層された化合物半導体層１０２とを含む。基板１０１は高抵抗性基板、例えばサファイア基板であり、化合物半導体層１０２から発生した光が透過できる透明基板でありうる。化合物半導体層１０２はｎ型及びｐ型化合物半導体層（図示せず）やそれら層間に設けられる活性層（図示せず）などを含む。発光素子１００がＬＤである場合、前記活性層と前記ｎ型化合物半導体層間にｎ型クラッド層がさらに備わり、前記活性層と前記ｐ型化合物半導体層間にはｐ型クラッド層がさらに備わりうる。サブマウント２１０上に第１及び第２パッド層２２０ａ，２２０ｂが形成されている。第１及び第２パッド層２２０ａ，２２０ｂはそれぞれ化合物半導体層１０２の階段型に段差をつけた２領域と対面して互いに離隔されている。化合物半導体層１０２の２領域はｎ型電極（図示せず）が形成された領域と、ｐ型電極（図示せず）が形成された領域とである。そして、化合物半導体層１０２の前記ｎ型電極が形成された領域に前記ｎ型電極と接触された第１パッド１３０ａが形成されており、前記ｐ型電極が形成された領域に前記ｐ型電極と接触された第２パッド１３０ｂが形成されている。
【００２３】
前記化合物半導体層１０２上に形成されるパッド１３０ａ，１３０ｂそれぞれと、これに対応するサブマウント２１０上の第１及び第２パッド層２２０ａ，２２０ｂ間には導電性物質の積層からなるソルダバンプ３００ａ，３００ｂが介在されている。
【００２４】
前記両ソルダバンプ３００ａ，３００ｂは発光素子のパッド層１３０ａ，１３０ｂに接触される第１及び第２金膜３１０ａ，３１０ｂ、前記第１及び第２パッド層２２０ａ，２２０ｂに接触される第１及び第２白金膜３３０ａ，３３０ｂ、及びそれら膜間のＡｕＳｎソルダ３２０ａ，３２０ｂを備える。
【００２５】
上のような構造の発光素子組立体において、前記バンプ３００ａ，３００ｂは、本発明の特徴によってそれぞれに対応する発光素子１００のパッド１３０ａ，１３０ｂに比べて狭い面積のボンディング面３０５ａ，３０５ｂを有する。従って、発光素子１００のパッド１３０ａ，１３０ｂのエッジ内側に所定距離ｔをおいてバンプ３００ａ，３００ｂのエッジが位置する。従って、バンプ３００ａ，３００ｂのボンディング面３０５ａ，３０５ｂは前記発光素子１００のパッド１３０ａ，１３０ｂのエッジに存在するフェンス１４０に干渉されず、従ってバンプ３００ａ，３００ｂのボンディング面３０５ａ，３０５ｂと発光素子１００のパッド１３０ａ，１３０ｂとは完全に密着した状態でそれらの間に間隙（図２の右側図面参照）がない状態でボンディングされる。
【００２６】
以上のように、間隙のないボンディングは、バンプ３００ａ，３００ｂのボンディング面３０５ａ，３０５ｂがリフトオフ時に発生する発光素子１００のパッド１３０ａ，１３０ｂエッジのフェンス１４０に接触しないように、バンプ３００ａ，３００ｂのボンディング面３０５ａ，３０５ｂの大きさ（面積）を適切に縮めることによって可能になる。本実施形態では、ボンディング面３０５ａ，３０５ｂの大きさを縮めてフェンス１４０との接触を防止するためにバンプ３００ａ，３００ｂの水平方向の断面を全体的に均一に縮め、従ってバンプ３００ａ，３００ｂの側面３０１ａ，３０１ｂは前記サブマウント２１０及び発光素子１００の基板１０１に対して垂直である。
【００２７】
図６はバンプ３００ａ，３００ｂの側面３０２ａ，３０２ｂが前記サブマウント２１０及び発光素子１００の基板１０１に対して傾斜した状態を有する本発明の他の実施形態に係る発光素子組立体の概略的な断面図である。
【００２８】
図６に図示されたように、本発明による他の実施形態の発光素子組立体は、バンプ３００ａ，３００ｂの側面３０２ａ，３０２ｂが望ましく１０〜８０°傾斜することによって、バンプ３００ａ，３００ｂが台形断面形状を有する。このように、台形断面を有するバンプ３００ａ，３００ｂは前述した実施形態のバンプに比べてボンディング面に加えられる外力に対するさらに安定した構造を有する。
【００２９】
以上で図面と共に具体的に説明された本願発明の発光素子組立体は、特定の発光素子の種類、バンプの積層構造などによりその技術的範囲が制限されない。すなわち、本発明の発光素子組立体は、発光素子のパッドに比べて小さなボンディング面積を有することにより、パッドのエッジから所定距離、望ましくは０．１〜１００μｍ、さらに望ましくは３μｍ離れたエッジを有するバンプを有することである。この時、バンプのあらゆるエッジがパッドのエッジの内側ではないこともある。バンプの４ヵ所のエッジうち少なくとも二つ、例えば長く並んだ２つの長辺方向のエッジは発光素子パッドのエッジから所定距離内側に位置し、その残りの並んだ２つの短辺方向のエッジはパッドのエッジのフェンスに接触しうる。これは、従来にはいずれの方向からもバンプがパッドエッジのフェンスに接触し、従ってバンプとフェンス間の避けられない浮きが発生したが、本発明によって少なくとも２ヵ所でバンプとフェンス間の接触を防止することにより、浮きを従来に比べて減少させることができる。しかし、望ましくはバンプのエッジの全ての部分であるパッドのフェンスからいずれも離隔されることが望ましい。
【００３０】
本発明は図面に図示された実施形態を参考に説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当分野で当業者ならばこれから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点が理解されるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の範囲内で決められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は光ピックアップまたは光通信用のＬＤ組立体などに適用され、一方ではＬＥＤ組立体などにも適用されうる。このような本発明によれば、発光素子、特にＬＤでレーザビームを均一に放出でき、ＬＤの光特性を向上させられて信頼性を高められる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の発光素子組立体の概略的な断面図である。
【図２】従来の発光素子組立体で、発光素子のパッドのフェンスによるボンディング面の浮きを説明する図面である。
【図３Ａ】リフトオフ法により形成される発光素子のパッド部分を示す顕微鏡写真である。
【図３Ｂ】図３Ａの左側円部分に対応するものであり、リフトオフにより発生するパッドエッジ部分のフェンスを示すＳＥＭイメージであり、ＣはＡの右側円部分に対応するものであり、リフトオフにより発生するパッドエッジ部分のフェンスを示すＳＥＭイメージである。
【図３Ｃ】図３Ａの右側円部分に対応するものであり、リフトオフにより発生するパッドエッジ部分のフェンスを示すＳＥＭイメージである。
【図４Ａ】従来の発光素子組立体のサブマウントに発光素子が固定された状態を示す平面写真である。
【図４Ｂ】図４Ａに図示された従来の発光素子で、サブマウントから発光素子を分離させた後でのサブマウントのソルダバンプの平面構造を示す写真である。
【図５Ａ】Ａは本発明の第１実施形態に係る発光素子の概略的な断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに図示された前記発光素子組立体で発光素子パッドとバンプ間の関係を示す平面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る発光素子の概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００    発光素子、
１０１    基板、
１０２    半導体層、
１３０ａ，１３０ｂ    パッド、
１４０    フェンス、
２１０    サブマウント、
２２０ａ，２２０ｂ    第１及び第２パッド層、
３００ａ，３００ｂ    バンプ、
３０１ａ，３０１ｂ    側面、
３０５ａ，３０５ｂ    ボンディング面、
３１０ａ，３１０ｂ    第１及び第２金膜、
３２０ａ，３２０ｂ    ＡｕＳｎソルダ、
３３０ａ，３３０ｂ    第１及び第２白金膜。
【図１】
2005117043.tif 000003
【図２】
2005117043.tif 000004
【図５Ａ】
2005117043.tif 000005
【図５Ｂ】
2005117043.tif 000006
【図６】
2005117043.tif 000007
【図３Ａ】
2005117043.tif 000008
【図３Ｂ】
2005117043.tif 000009
【図３Ｃ】
2005117043.tif 000010
【図４Ａ】
2005117043.tif 000011
【図４Ｂ】
2005117043.tif 000012