(57)【要約】【課題】  良好な放熱特性を有する発光ダイオードを提供する。【解決手段】  本発明は、発光ダイオードの製造方法及び該発光ダイオードの構造に関する。この製造方法においては、成長基板を供給するステップと、該成長基板上において半導体チップを成長させるステップと、金属基板と該半導体チップとを接着させるステップと、その後該成長基板を除去するステップ、第一の電極及び第二の電極をそれぞれ該半導体チップの下及び該金属基板の上に形成させるステップと、を備えてなることを特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長基板を提供するステップと、
前記成長基板上において半導体チップを成長させるステップと、
金属基板と前記半導体チップとの接着を進行させるステップと、
前記成長基板を除去するステップと、
第一の電極及び第二の電極をそれぞれ前記半導体チップの下及び前記金属基板の上に形成させるステップと、
を備えてなる発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
前記成長基板はガリウム・ひ素（ＧａＡｓ）基板である請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記半導体チップは発光ダイオード・チップであり、そしてこの発光ダイオード・チップはＡｌＧａＩｎＰの四元材料より組成されてなるものである請求項１記載の製造方法。
【請求項４】
前記金属基板と前記半導体チップとは金属接着技術により接着され、
前記金属接着技術は前記半導体チップ上に金属接着層をめっきした後、この金属接着層により前記金属基板を前記半導体チップと接着させるものであり、
前記金属接着層はＡｕＢｅ、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＮｉ又はＡｕＺｎのいずれかからなるフィルム層であり、
前記金属接着技術の接着温度は３００℃〜９００℃であり、及び、
前記金属接着技術の接着圧力は３５．２キログラム／平方センチメートル〜３５１．５キログラム／平方センチメートル（５００ポンド／平方インチ〜５０００ポンド／平方インチ）である請求項１記載の製造方法。
【請求項５】
前記第一の電極及び第二の電極はそれぞれＰ型電極及びＮ型電極であり、又は、それぞれＮ型電極及びＰ型電極である請求項１記載の製造方法。
【請求項６】
前記金属基板の材質はＭｏ、ＭｏＣｕ合金、Ｗ、ＷＣｕ合金、Ｃｒ、及びＣｒＣｕ合金からなる群から選ばれるいずれか一つである請求項１記載の製造方法。
【請求項７】
発光用の半導体チップと、
接着技術により前記半導体に接着される金属基板と、
それぞれ前記半導体チップの下及び前記金属基板の上に形成され、これにより電流を該半導体チップに供給する第一の電極及び第二の電極と、
を備えてなる発光ダイオード構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードの製造方法及びその構造に関し、特に金属基板及び金属接着技術を使用した発光ダイオードの製造方法及び該発光ダイオードの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは一種の冷光発光素子であって、 III−Ｖ族化合物半導体材料上に電流を印加し、ダイオード内の電子とホールとが相互結合することにより、エネルギーを光に転換させて放出すると発光する原理によるものであり、長時間使用しても白熱電球のように発熱しないことを特徴としている。
【０００３】
この発光ダイオードの特徴は、小体積で寿命が長く、駆動電圧が低い上に反応速度が快速であると共に各種類の応用設備の軽量、薄肉及びコンパクト化の需要に応じ得ることから、早くから日常生活に十分普及しているものとして知られている。
【０００４】
発光ダイオードの発光性能の性能及び効率は日増しに進歩し、日常生活中に広く応用されている。その種類は繁多であり、種類の化合物半導体材料及び素子構造の変化を利用して、赤、橙、黄、緑、青、紫等の発光色、及び赤外線、紫外線等の不可視光線の発光ダイオードを設計可能であるので、従来より戸外看板、停車ランプ、道路情報表示板及び表示器等に広く応用されている。
【０００５】
ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードを例にとれば、このＡｌＧａＩｎＰ（燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム）は、四元化合物半導体材料であり、高輝度の赤、橙、黄、及び黄緑光線発光ダイオードを製造することに適用され、高発光効率を有すると共に、ガリウム−ひ素（ＧａＡｓ）基板上にその結晶格子を成長させて、これと組み合わせるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ガリウム−ひ素基板は吸光性基板であるので、ＡｌＧａＩｎＰから発した可視光線を吸収すると共に、その熱伝導性が比較的劣るために、ハイ・カレント（大電流）における発光効率が制限されていた。
【０００７】
したがって、出願人は上記従来の技術の欠点に鑑み、鋭意試験と研究を重ねた結果、ついに本発明の発光ダイオードの製造方法及びその構造を案出した。
【０００８】
本発明の主たる目的は本来のエピタクシ用のガリウム・ひ素基板の代りに、金属接着技術により金属基板を接着して比較的良好な放熱効果を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明は発光ダイオードの製造方法を提供する。
この製造方法は、成長基板を提供するステップと、該成長基板上において半導体チップを結晶成長させるステップと、金属基板と該成長した半導体チップとの接着を行なうステップと、その後該成長基板を除去するステップと、第一の電極及び第二の電極をそれぞれ該金属基板の上に形成させるステップとを備えてなることを特徴とする（請求項１に対応）。
【００１０】
上記本発明の製造方法において、該成長基板はガリウム−ひ素（ＧａＡｓ）基板である（請求項２に対応）。
【００１１】
また、上記本発明の製造方法において、該半導体チップは発光ダイオード・チップであり、そしてこの発光ダイオード・チップはＡｌＧａＩｎＰの四元材料より組成されてなるものである（請求項３に対応）。
【００１２】
また、上記本発明の製造方法において、該金属基板と該半導体チップとは金属接着技術により接着が行われ、該金属接着技術は該半導体チップ上に金属接着層をめっきした後、この金属接着層により該金属基板を該半導体チップと接着させるものであり、該金属接着層はＡｕＢｅ、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＮｉ又はＡｕＺｎからなるフィルムであり、該金属接着技術の接着温度は３００℃〜９００℃であり、及び、該金属接着技術の接着圧力は３５．２キログラム／平方センチメートル〜３５１．５キログラム／平方センチメートル（５００ポンド／平方インチ〜５０００ポンド／平方インチ）である（請求項４に対応）。
【００１３】
また、上記本発明の製造方法において、該第一の電極及び第二の電極はそれぞれＰ型電極及びＮ型電極であり、又は、それぞれＮ型電極及びＰ型電極である（請求項５に対応）。
【００１４】
また、上記製造方法において、該金属基板の材質はＭｏ（モリブデン）、ＭｏＣｕ合金（モリブデン・銅合金）、Ｗ（タングステン）、ＷＣｕ合金（タングステン・銅合金）、Ｃｒ（クロム）、及びＣｒＣｕ合金（クロム・銅合金）からなる群から選ばれるいずれか一つである（請求項６に対応）。
【００１５】
さらには、上記目的を達成するために、本発明は発光ダイオードの構造を提供する。
この構造は、発光用の半導体チップと、接着技術により該半導体に接着された金属基板と、それぞれ該半導体チップの下及び前記金属基板の上に形成され、これにより電流を該半導体チップに供給する第一の電極及び第二の電極と、を備えてなることを特徴とする（請求項７に対応）。
【００１６】
上記本発明の発光ダイオード構造において、該半導体チップは発光ダイオード・チップであり、そしてこの発光ダイオード・チップは、ＡｌＧａＩｎＰの四元材料より組成されてなるものである。
【００１７】
また、上記本発明の発光ダイオード構造において、該金属基板と該半導体チップとの接着は金属接着技術により接着が行われ、該金属接着技術は該半導体チップ上に金属接着層をめっきした後、この金属接着層により該金属基板を該半導体チップに接着させ、該金属接着層はＡｕＢｅ、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＮｉ又はＡｕＺｎからなるフィルムであり、該金属接着技術の接着温度は３００℃〜９００℃であり、及び、該金属接着技術の接着圧力は３５．２キログラム／平方センチメートル〜３５１．５キログラム／平方センチメートル（５００ポンド／平方インチ〜５０００ポンド／平方インチ）である。
【００１８】
また、上記本発明の発光ダイオード構造において、該第一の電極及び第二の電極はそれぞれＰ型電極及びＮ型電極であり、又は、それぞれＮ型電極及びＰ型電極である。
【００１９】
また、上記本発明の発光ダイオード構造において、該金属基板の材質はＭｏ（モリブデン）、ＭｏＣｕ合金（モリブデン・銅合金）、Ｗ（タングステン）、ＷＣｕ合金（タングステン・銅合金）、Ｃｒ（クロム）、及びＣｒＣｕ合金（クロム・銅合金）からなる群から選ばれるいずれか一つである。
【発明の効果】
【００２０】
基板放熱特性に優れ、さらに発光効率の向上した発光ダイオードが提供される。製造方法の処理温度は低いために、生産コストを下げ、歩留りを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施の形態を説明する。図１、図２、図３、図４は本発明の好適な実施例の発光ダイオードの製造方法を示す見取図である。
【００２２】
先ず、成長基板１０、例えばチップであって、エピタクシ成長の基板とするガリウム・ひ素（ＧａＡｓ）基板を用意する。次に該成長基板１０上で常法に従いエピタクシ成長を行って半導体チップ１１を形成する。
【００２３】
この半導体チップ１１は、多層構造で各層の厚さは同一または異なり、各層はそれぞれ多元材料、例えばガリウムひ素（ＧａＡｓ）、燐化ガリウムひ素（ＧａＡｓＰ）、ひ化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＡｓ）、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）等の二元、三元、四元エピタクシ材料により組成されることができ、特にＡｌＧａＩｎＰが好適である。なお、エピタクシ成長技術は従来の技術を採用するものであって当業者に自明であるのでここではその説明を省略する。
【００２４】
エピタクシ用のＧａＡｓ基板の熱伝導性が比較的劣る問題を改善するために、本発明は金属接着技術により金属基板１３を接着させ、本来のエピタクシ用のＧａＡｓ基板の代りにこの金属基板１３を用いる。この金属接着技術は、上記エピタクシ成長後の半導体チップ上に金属接着層１２をめっきして、これにより接着する技術である。金属接着層１２はＡｕＢｅ、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＮｉ又はＡｕＺｎからなるフィルムであり、該金属接着層１２により、３００℃〜９００℃、より好ましくは３００℃〜５００℃の温度、及び３５．２キログラム／平方センチメートル〜３５１．５キログラム／平方センチメートル（５００ポンド／平方インチ〜５０００ポンド／平方インチ）、より好ましくは１０５．５キログラム／平方センチメートル〜１７５．８キログラム／平方センチメートル（１５００ポンド／平方インチ〜２５００ポンド／平方インチ）の条件下で、金属基板１３を半導体チップ１１とを加熱下に圧着することにより接着させ、両者はオーム接触する。（図１参照）。圧着時間は、適宜選択できるが、例えば１秒から３００分の広い範囲から選択することができる。加熱圧着するので、金属接着層１２は、基板の全面にメッキすることは必ずしも必要ではないが、図１に示すようにある程度以上の面積でメッキすることができる。
【００２５】
該金属基板１３の材質は、Ｍｏ（モリブデン）、ＭｏＣｕ合金（モリブデン・銅合金）、Ｗ（タングステン）、ＷＣｕ合金（タングステン・銅合金）、Ｃｒ（クロム）及びＣｒＣｕ合金（クロム・銅合金）からなる群から選ばれるいずれか一つからなる（図２参照）。
【００２６】
上記接着後、常法による研磨と化学エッチングの方法で成長基板１０を除去し、除去後の構造を図３に示す。しかる後、図４に示すように、金属基板１３の上及び半導体チップ１１の下に、それぞれＰ型電極１４及びＮ型電極１５を形成し、電流をこれら電極を介して半導体チップ１１に供給し、該半導体チップ１１をして該電流に応じて発光せしめる。
【００２７】
本発明に使用される金属基板１３は導電性基板であるので、Ｐ型電極１４及びＮ型電極１５（又はＮ型電極１５及びＰ型電極１４）をそれぞれ全体構造の上下端に設置、つまり金属基板１３の上及び半導体チップ１１の下に設置する。
【００２８】
要するに本発明は、本来のエピタクシ用のＧａＡｓ基板の代りに、金属接着技術により金属基板を接着することを特徴とするものであり、金属基板の放熱能力がＧａＡｓ基板に比べて数倍優れているので、発光ダイオードが数百ミリアンペア〜数アンペアのハイ・カレント（大電流）に適用される場合でも、その出力効率は特に優れ、基板放熱が劣るために発光効率が影響されるという事がない。半導体を利用して接着層のウェーハ・ボンディング技術とする伝統の技術では、８５０℃〜１０００℃の高温下で接着を進行しなければならないのに対し、本発明の金属接着温度は３００℃〜９００℃であるので、大幅に接着プロセスに必要な温度を下げることができ、かつ、結果的、効果的に生産コストを下げ、歩留りを向上することができる。これは接着層に、メッキで形成される適宜の金属を用いるために接着温度の低下が達成される。
【００２９】
すなわち、本発明の発光ダイオードは良好な放熱特性を有するものであるが、そのほか、金属接着層の鏡面反射により発光効率が大幅に向上される。これにより、高輝度、高パワー及び大面積の応用に大きく寄与でき、本発明の金属基板及び金属接着技術を使用した発光ダイオードは多大な発展潜在能力を有する。
【００３０】
以上、上記実施例は本発明の一実施例に過ぎず、当然本発明の技術的思想はこれに限定されず、添付クレームの範囲を逸脱しない限り、当業者による単純な設計変更、付加、置換、修飾等はいずれも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の好適な実施例の発光ダイオードの製造方法を示す見取図である。
【図２】本発明の好適な実施例の発光ダイオードの製造方法を示す見取図である。
【図３】本発明の好適な実施例の発光ダイオードの製造方法を示す見取図である。
【図４】本発明の好適な実施例の発光ダイオードの製造方法を示す見取図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  成長基板
１１  半導体チップ
１２  金属接着層
１３  金属基板
１４  Ｐ型電極
１５  Ｎ型電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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