(57)【要約】【課題】  発光ダイオード及びその製造方法の提供。【解決手段】  発光ダイオードは菱形輪郭を具え、その電極は菱形の長い方の対角線の両端に位置し、これによりその電極距離が長く且つ発光面積が大きい。この発光ダイオードはフリップチップパッケージ方式で基板に固定される。【選択図】        図２
2005203516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板の上に位置し菱形輪郭を具え、該菱形輪郭の一対の平行辺が該基板の亀裂しやすい方向と平行である多層化合物半導体構造と、
該菱形輪郭の長い方の対角線の二端に位置して電流分布を均一とする第１電極と第２電極と、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオード素子。
【請求項２】
請求項１記載の発光ダイオード素子において、基板がサファイヤ基板とされたことを特徴とする、発光ダイオード素子。
【請求項３】
請求項１記載の発光ダイオード素子において、多層化合物半導体構造が、
前記基板の上に位置する第１導電型の第１ドープ半導体層と、
該第１ドープ半導体層の上に位置する発光活性層と、
該発光活性層の上に位置する第２導電型の第２ドープ半導体層と、
該第２ドープ半導体層の上に位置する透光導体層と、
前記菱形輪郭の長い方の対角線の一端に位置してその深さが第１ドープ半導体層に至り、第１ドープ半導体層に接続された第２電極を収容し、並びに一部の第２ドープ半導体層、一部の発光活性層及び一部の第１ドープ半導体層を露出させる凹溝と、
該透光導体層、露出した第２ドープ半導体層、露出した発光活性層及び露出した第１ドープ半導体層を被覆して第１電極と第２電極を隔離する誘電層と、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオード素子。
【請求項４】
請求項１記載の発光ダイオード素子において、第１電極と第２電極の上にフリップチップパッケージに供されるバンプが形成されたことを特徴とする、発光ダイオード素子。
【請求項５】
請求項１記載の発光ダイオード素子において、第１電極と第２電極の上に表面実装による接合に供されるバンプが形成されたことを特徴とする、発光ダイオード素子。
【請求項６】
請求項１記載の発光ダイオード素子において、第１電極と第２電極の上にフリップチップパッケージに供される導電樹脂が設けられたことを特徴とする、発光ダイオード素子。
【請求項７】
請求項１記載の発光ダイオード素子において、第１電極と第２電極の上に表面実装による接合に供される導電樹脂が設けられたことを特徴とする、発光ダイオード素子。
【請求項８】
基板を提供する工程、
該基板の第１導電型を具えた第１ドープ半導体層を形成する工程、
該第１ドープ半導体層の上に発光活性層を形成する工程、
該発光活性層の上に第２導電型を具えた第２ドープ半導体層を形成する工程、
該第２ドープ半導体層の上に透光導体層を形成する工程、
複数の第１の菱形パターンの長い方の対角線の一端に位置する第１電極パターンを該透光導体層、第２ドープ半導体層と発光活性層を通り第１ドープ半導体層の所定の深さに進入するように転移させ、そのうち第１の菱形パターンの一辺とサファイヤ基板の亀裂を発生しやすい方向を平行とする工程、
誘電層で該基板を被覆する工程、
複数の第２の菱形パターンの長い方の対角線の二端の複数の第１電極と第２電極パターンを誘電層に転移させ並びに透光導体層と第１ドープ半導体層を露出させ、そのうち、第２の菱形パターンの一辺を該基板の亀裂を発生しやすい方向と平行とする工程、
複数の第１電極と複数の第２電極を第１ドープ半導体層と透光導体層に形成する工程、  該基板の亀裂を発生しやすい方向に沿って複数の菱形輪郭の素子をスクライビングする工程、
以上の工程からなる発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の発光ダイオード素子の製造方法において、第１ドープ半導体層と第２ドープ半導体層をＭＯＣＶＤ法で形成することを特徴とする、発光ダイオード素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項８記載の発光ダイオード素子の製造方法において、第１ドープ半導体層と第２ドープ半導体層をＭＢＥ法で形成することを特徴とする、発光ダイオード素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の発光ダイオード素子とその製造方法に係り、特に、歩留りが高く発光面積が大きい発光ダイオード素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード産業の発展は窒化ガリウムベース半導体例えば窒化ガリウム化合物半導体を、発生する波長の範囲が緑光、青光と紫外光の間の短波長発光ダイオードとなす方向にある。短波長発光ダイオードは高周波数或いは短波長を有するため緑光或いは青光フルカラーの応用に用いられ、青光と紫外光発光ダイオードは更にエネルギー変換により白光光源とされうる。
【０００３】
伝統的に、窒化ガリウム／サファイヤ基板発光ダイオードは、電極接点を対角線の両端に置くことで発光面積を増している。しかし、電極接点と外界を接続し発光ダイオードを駆動するためには、電極接点に導線を通して発光ダイオード上端のパッド或いはコンタクトパッドを形成しなければならない。このような設計は、発光ダイオードの発光面積を遮蔽し、特に平面視によると、発光ダイオードの発光面積が実質上、小さくなる。このほか、この伝統的な構造は電流の二つの金属パッドの間への過度の集中を形成しやすく、すなわち電流輻輳を形成して素子の寿命に影響を与える。
【０００４】
以上述べたように、この化合物半導体発光ダイオードは電極接点を発光面積の対角線両端に置かねばならない。電極接点と外界を接続して発光ダイオードを駆動するためには、電極接点を導線で外界と接続して発光ダイオードを駆動しなければならず、電極接点と導線体積はあまり小さくすることはできないため、発光ダイオードの発光面積が実質的に縮小されてしまう。このほか、素子サイズが縮小される時、一般に正方形輪郭を具えた発光ダイオードはその電極接点がその対角線両端に位置し、この時、電極接点は十分に接近し更に容易に電流輻輳を形成して素子特性に影響を与え、信頼度を下げ且つ電極が過度に接近するため、ワイヤボンディングの歩留りが下がる。このほか、サファイヤ基板は六角格子に属するため発光ダイオードをスクライビングして正方形とすると、素子の亀裂を発生し工程の歩留りが下がる。
【０００５】
以上の伝統的な素子構造と製造方法の欠点を鑑み、新規な素子構造と製造方法が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は素子のスクライビング（Ｓｃｒｉｂｉｎｇ）の歩留りを高めることにある。
【０００７】
本発明のもう一つの目的は、サイズを縮小したフリップチップ発光ダイオード素子を提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、素子サイズ縮小時にも十分な電極間距離を具えている発光ダイオード素子を提供することにある。
【０００９】
本発明のまた別の目的は、輝度が均一な発光ダイオード素子を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらにまた別の目的は、生産歩留りと生産量を高めることができる発光ダイオードの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、
基板と、
該基板の上に位置し菱形輪郭を具え、該菱形輪郭の一対の平行辺が該基板の亀裂しやすい方向と平行である多層化合物半導体構造と、
該菱形輪郭の長い方の対角線の二端に位置して電流分布を均一とする第１電極と第２電極と、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオード素子としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の発光ダイオード素子において、基板がサファイヤ基板とされたことを特徴とする、発光ダイオード素子としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の発光ダイオード素子において、多層化合物半導体構造が、
前記基板の上に位置する第１導電型の第１ドープ半導体層と、
該第１ドープ半導体層の上に位置する発光活性層と、
該発光活性層の上に位置する第２導電型の第２ドープ半導体層と、
該第２ドープ半導体層の上に位置する透光導体層と、
前記菱形輪郭の長い方の対角線の一端に位置してその深さが第１ドープ半導体層に至り、第１ドープ半導体層に接続された第２電極を収容し、並びに一部の第２ドープ半導体層、一部の発光活性層及び一部の第１ドープ半導体層を露出させる凹溝と、
該透光導体層、露出した第２ドープ半導体層、露出した発光活性層及び露出した第１ドープ半導体層を被覆して第１電極と第２電極を隔離する誘電層と、
を具えたことを特徴とする、発光ダイオード素子としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の発光ダイオード素子において、第１電極と第２電極の上にフリップチップパッケージに供されるバンプが形成されたことを特徴とする、発光ダイオード素子としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の発光ダイオード素子において、第１電極と第２電極の上に表面実装による接合に供されるバンプが形成されたことを特徴とする、発光ダイオード素子としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の発光ダイオード素子において、第１電極と第２電極の上にフリップチップパッケージに供される導電樹脂が設けられたことを特徴とする、発光ダイオード素子としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の発光ダイオード素子において、第１電極と第２電極の上に表面実装による接合に供される導電樹脂が設けられたことを特徴とする、発光ダイオード素子としている。
請求項８の発明は、
基板を提供する工程、
該基板の第１導電型を具えた第１ドープ半導体層を形成する工程、
該第１ドープ半導体層の上に発光活性層を形成する工程、
該発光活性層の上に第２導電型を具えた第２ドープ半導体層を形成する工程、
該第２ドープ半導体層の上に透光導体層を形成する工程、
複数の第１の菱形パターンの長い方の対角線の一端に位置する第１電極パターンを該透光導体層、第２ドープ半導体層と発光活性層を通り第１ドープ半導体層の所定の深さに進入するように転移させ、そのうち第１の菱形パターンの一辺とサファイヤ基板の亀裂を発生しやすい方向を平行とする工程、
誘電層で該基板を被覆する工程、
複数の第２の菱形パターンの長い方の対角線の二端の複数の第１電極と第２電極パターンを誘電層に転移させ並びに透光導体層と第１ドープ半導体層を露出させ、そのうち、第２の菱形パターンの一辺を該基板の亀裂を発生しやすい方向と平行とする工程、
複数の第１電極と複数の第２電極を第１ドープ半導体層と透光導体層に形成する工程、  該基板の亀裂を発生しやすい方向に沿って複数の菱形輪郭の素子をスクライビングする工程、
以上の工程からなる発光ダイオード素子の製造方法としている。
請求項９の発明は、請求項８記載の発光ダイオード素子の製造方法において、第１ドープ半導体層と第２ドープ半導体層をＭＯＣＶＤ法で形成することを特徴とする、発光ダイオード素子の製造方法としている。
請求項１０の発明は、請求項８記載の発光ダイオード素子の製造方法において、第１ドープ半導体層と第２ドープ半導体層をＭＢＥ法で形成することを特徴とする、発光ダイオード素子の製造方法としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明はサファイヤ基板結晶格子配列の特性を利用し、結晶の亀裂を発生しやすい方向に沿ってウエハをスクライビングし並びに菱形輪郭を具えた発光ダイオード素子を形成する。これにより大きな発光面積を具え、電極距離が遠い発光ダイオード素子を提供でき、また発光ダイオード素子の製造工程の生産歩留りと生産量を高め、特にスクライビング時の歩留りと素子サイズ縮小時の電流輻輳を防止できる。このほか、フリップチップパッケージ方式を使用した製造方法及び電極を菱形輪郭の対角線に置くことにより、発光輝度を均一とし、並びに小さいフリップチップパッケージ素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の製造方法は以下の工程を具えている。まず、基板を提供し、続いて、第１導電型を具えた第１ドープ半導体層を該基板の上に形成する。その後、発光活性層を第１ドープ半導体層の上に形成する。続いて、第２導電型を具えた第２ドープ半導体層を該発光活性層の上に形成する。その後、透光導体層を第２ドープ半導体層の上に形成し、並びに複数の第１菱形パターンの長い方の対角線の一端に位置する複数の第１電極パターンを該透光導体層、該第２ドープ半導体層と発光活性層及び第１ドープ半導体層の所定の深さまで進入するようにして転移させる。そのうち、第１菱形パターンの一辺と該基板の亀裂を発生しやすい方向は平行とする。続いて、誘電層に該基板を被覆させ、並びに複数の第２菱形パターンの長い方の対角線の二端の複数の第１及び第２電極パターンを該誘電層に転移させ並びに透光導体層と第１ドープ半導体層を露出させ、そのうち第２菱形パターンの一辺と該基板の亀裂を発生しやすい方向を平行とする。その後、複数の第１電極と複数の第２電極を第１ドープ半導体層と該透光導体層に形成する。該基板の亀裂を発生しやすい方向に沿って菱形輪郭を具えた複数の素子をスクライビングして形成し、フリップチップパッケージ方式で該素子の該第１電極と該第２電極をソルダバンプで二つの素子の固定電極に接続する。
【００１４】
本発明と周知の技術の機能を比較すると、周知の化合物半導体発光ダイオードは電極接点を発光面の対角線の両端に置かねばならず、ゆえに発光ダイオードの発光面積を実質的に縮小し、且つ輝度を不均一とした。本発明はサファイヤ基板の結晶格子配列の特性を利用し、その格子の亀裂を発生しやすい方向に沿ってウエハをスクライビングし並びに菱形輪郭を具えた発光ダイオード素子を形成し、これにより大きな発光面積を有する発光ダイオード素子を形成し、また、発光ダイオード素子製造工程の生産歩留りと生産量を増す。このほか、フリップチップパッケージの製造方法を利用し、及び菱形輪郭の対角線に電極を置くことにより、信頼性の高いフリップチップパッケージの製品を製造することができる。
【実施例１】
【００１５】
図１に示されるのは、本発明の発光ダイオード素子１０である。この発光ダイオード素子１０は、基板１０２を具え、該基板１０２の上に多層化合物半導体構造、例えば窒化ガリウム系化合物半導体層が設けられる。この多層化合物半導体構造はＭＯＣＶＤで形成されるが、ＭＢＥ或いはその他の化学気相成長法により形成可能である。この多層化合物半導体構造は半導体層１０６、１０８、１１０を具えている。
【００１６】
発光ダイオード素子１０は別に透光導電層１０４を具えている。この透光導電層１０４は透光導体層（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｌａｙｅｒ；ＴＣＬ）とされ、半導体層１０８は活性（発光）層（Ａｃｔｉｖｅ  Ｌａｙｅｒ）を具えている。半導体層１０６と１１０は相反する導電性質（ｎ型或いはｐ型）を具えた半導体層であり、すなわち、半導体層１０６と１１０は多層構造を具えうる。この多層構造は、アンドープの半導体層をバッファ層（Ｂｕｆｆｅｒ  Ｌａｙｅｒ）或いはクラッド層（Ｃｌａｄｄｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ）として具えるか、或いはＡｌＧａＮ／ＧａＮ及びＩｎＧａＮ等の層の組合せとされうる。
【００１７】
本発明の菱形輪郭を具えた発光ダイオード素子は、各種の製造方法により形成されうる。一種の製造方法は、まず、エピタキシーで半導体層１０６、１０８、１１０を形成し、続いて半導体層１１０、１０８、及び１０６の一部をエッチングして凹溝を形成して電極を収容し並びに半導体層１０６に接続し、さらに透光導電層１０４と透明誘電層１１２を形成する。続いて、電極を菱形パターンの長い方の対角線の両端に形成し、最後に図２に示されるようにスクライビング方式で本発明の発光ダイオード素子を形成する。本発明の菱形輪郭を具えた発光ダイオード素子はその他の製造方法によっても製造可能である。図１に示される電極１１４、１１６と導体層（電極１１８）は僅かに一例にすぎず、これに限定されるものではない。電極１１４と１１６は同じ材料を使用し且つ同時に形成されるか、或いは異なる材料を使用しうる。或いは電極１１８は省略可能である。菱形パターンと電極の形成にはマウク、リソグラフィーとエッチング工程を利用できる。電極１１４と１１６と１１８及び透光導電層１０４はリソグラフィーと物理／化学堆積法或いは伝統的な蒸着方式により形成可能である。誘電層１１２は半導体層１０６と１１０を隔離する。半導体層１０６と１１０は電極１１６と１１４を通して駆動回路に接続される。誘電層１１２は二酸化ケイ素層とされうるが、それに限定されるわけではなく、窒化けい素或いは透明の高分子層とされうる。誘電層１１２はリソグラフィー、エッチングと化学気相成長法或いは伝統的な蒸着法で形成されうる。誘電層１１２はフリップチップ素子に対して必要であるが、フリップチップ素子でないものに対しては省略可能である。
【００１８】
もし窒化ガリウム（ＧａＮ）化合物半導体を使用するなら、基板１０２は六角格子（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ  Ｌａｔｔｉｃｅ）のサファイヤ（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板とされ、半導体層１０６と１１０は第１導電型の第１ドープ窒化ガリウム半導体層と第２導電型の第２ドープ窒化ガリウム半導体層を具える。半導体層１０６と１１０は同時にアンドープ窒化ガリウムバッファ層或いはクラッド層を具えうる。半導体層１０６と１１０はｎ型層或いはｐ型層とされ、電極１１４と１１６はｐ型電極とｎ型電極層とされる。このほか、基板１０２はまた炭化ケイ素基板或いはその他の高温に耐え且つ透明な基板とされうる。
【００１９】
図２は図１の発光ダイオード素子１０を具えたウエハ１の平面図である。図１に示される発光ダイオード素子１０は平面視によると菱形輪郭を具え、電極１１４と１１８は長い方の対角線の両端に位置し、これは図３に示されるとおりである。図４と図５は異なる形態の電極１１４と１１８を表示する。図４に示される電極１１４は二つの延伸領域を具え、電極１１４と１１８の間の距離はどこであっても差が大き過ぎない。図５に示される電極１１４と１１８はそれぞれ一つの延伸領域を具え、電極１１４と１１８の間の距離はどこでも十分に均一である。スクライビングのために発光ダイオード素子の図３に示される切断線上に溝を形成可能である。
【００２０】
図６を参照されたい。本発明の発光ダイオード素子１０はバンプ１６と１８で素子固定電極１２、１４の上に固定される。電極１２、１４は回路に接続され、これにより本発明の発光ダイオード素子１０が発光ダイオードランプに形成される。発光ダイオード素子１０はフリップチップパッケージ方式で電極１１４と１１８がバンプ１６と１８と接合される。ただし上述の構造はフリップチップパッケージ方式による結合に限定されるわけではなく、表面実装技術による接合も可能である。図１に示される電極１１８は並びに必要でない。図６中のバンプ１６と１８の代わりに導電樹脂を使用可能である。上述の構造はフリップチップパッケージ方式による結合に限定されるわけではなく、表面実装技術による接合も使用可能である。
【００２１】
図７は本発明の発光ダイオード素子１０をフリップチップパッケージ方式で基板１２２の電極コンタクトパッド１２０に固定した状態を示す。電極コンタクトパッド１２０は回路に接続される。発光ダイオード素子１０はフリップチップパッケージ方式で、電極１１４と１１８がそれぞれコンタクトパッド１２０とはんだ付けされるか或いは導電樹脂で接合される。上述の構造はフリップチップパッケージ方式による結合に限定されるわけではなく、表面実装技術による接合も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例の半導体発光ダイオード素子の構造表示図である。
【図２】図１の発光ダイオード素子を具えたウエハの平面図である。
【図３】本発明の実施例の半導体発光ダイオード素子の平面図である。
【図４】本発明の別の実施例の半導体発光ダイオード素子の平面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例の半導体発光ダイオード素子の平面図である。
【図６】本発明の半導体発光ダイオード素子をフリップチップパッケージ方式で素子固定電極の上に固定した状態表示図である。
【図７】本発明の半導体発光ダイオード素子をフリップチップパッケージ方式で基板上に固定した状態表示図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ウエハ
１０  発光ダイオード素子
１２  電極
１４  電極
１６  バンプ
１８  バンプ
１０２  基板
１０４  透光導電層
１０６  半導体層
１０８  半導体層
１１０  半導体層
１１２  誘電層
１１８  電極
１２０  コンタクトパッド
１２２  基板
【図１】
2005203516.tif 000003
【図２】
2005203516.tif 000004
【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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