(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブマウントのリードパターン上にバンプボールを介してフリップボンディングされる窒化物系半導体発光素子において、
基板と、
前記基板上に形成された発光構造物と、
前記発光構造物上に形成された電極と、
前記電極が形成された結果物の上に形成され、前記サブマウントのリードパターンとバンプボールを介して接続する部分に該当する電極表面を露出させる保護膜と、
前記保護膜を介して露出された電極表面に形成された格子形状の緩衝膜と
を備えるフリップチップ用窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記緩衝膜が、セラミック系の物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ用窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
前記緩衝膜が、ＳｉＯ2及びＳｉＮのうちのいずれかの膜で形成されることを特徴とする請求項２に記載のフリップチップ用窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記緩衝膜が、前記保護膜と同じ物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ用窒化物系半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリップチップ用窒化物系半導体発光素子に関し、更に詳細には、フリップボンディング工程の際、バンプボール（ｂｕｍｐ  ｂａｌｌ）の臨界値以上の過度な荷重によるフリップチップの発光領域の損傷を防止することができるフリップチップ用窒化物系半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近来、ＧａＮをはじめとする窒化物を利用した窒化物系半導体は、その優れた物理、化学的特性に起因して、現在、光素子及び電子素子の核心素材として注目されつつある。特に、窒化物系半導体発光素子は、青色又は緑色及び紫外線領域までの光を生成することができ、技術発展によりその輝度が飛躍的に向上するにつれて、総天然色の電光板、照明装置などの分野にも適用されている。
【０００３】
このような窒化物系半導体発光素子は、青色又は緑色波長帯の光を得るために、ＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である）を有する窒化物半導体物質から製造されている。
【０００４】
このような窒化物系半導体結晶は、格子整合を考慮して、一般にサファイア基板のような窒化物単結晶成長用基板で成長する。特に、前記サファイア基板は電気的絶縁性基板であるから、最終的な窒化物系半導体発光素子は、両電極であるｐ型電極及びｎ型電極が同一面上に形成された構造を有する。
【０００５】
このような構造的な特徴により、窒化物系半導体発光素子は、フリップチップ構造に適した形態で積極的に開発されている。
【０００６】
以下、図１及び図２を参照して、従来の技術に係るフリップチップ用窒化物系半導体発光素子について詳細に説明する。
【０００７】
まず、図１は、従来の技術に係るフリップチップ用窒化物系半導体発光素子のボンディング工程を示す図であって、従来の技術に係るフリップチップ用窒化物系半導体発光素子１０は、サブマウント２００上に搭載された窒化物系半導体発光素子を備える。
【０００８】
前記窒化物系半導体発光素子は、サファイア基板１０１と、その上に順次積層されたｎ型窒化物半導体層１０３、活性層１０５及びｐ型窒化物半導体層１０７からなる発光構造物、前記ｐ型窒化物半導体層１０７上に形成されたｐ型電極１１０ａ、及び前記ｎ型窒化物半導体層１０３上に形成されたｎ型電極１１０ｂを備える。
【０００９】
また、前記窒化物系半導体発光素子のｐ型及びｎ型電極１１０ａ，１１０ｂと対応するサブマウント２００の表面上には、これらとそれぞれ電気的に接続するｐ型リードパターン２０１ａ及びｎ型リードパターン２０１ｂが形成されている。ここで、前記窒化物系半導体発光素子のｎ型及びｐ型電極１１０ａ，１１０ｂ、及び前記サブマウントのｎ型及びｐ型リードパターン２０１ａ，２０１ｂは、導電性バンプボール３００を介して互いに電気的に接合されている。
【００１０】
また、前記窒化物系半導体発光素子は、前記サブマウントのｎ型及びｐ型リードパターン２０１ａ，２０１ｂと電気的に接続するｐ型及びｎ型電極１１０ａ，１１０ｂの一部を除く残りの部分を保護膜により保護している。
【００１１】
一方、一般に、サブマウントと窒化物系半導体発光素子とを、導電性バンプボールを利用した物理的な荷重により電気的に接続させる工程をフリップボンディング工程（Ｆｌｉｐ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）といい、このようなフリップボンディング工程では、臨界値以上の荷重を印加しない場合、サブマウントと窒化物系半導体発光素子とが分離されるため、臨界値以上の荷重が要求される。
【００１２】
ところが、上述した従来のフリップチップ用窒化物系半導体発光素子は、図１に示すように、臨界値以上の荷重が印加される導電性バンプボール３００が窒化物系半導体発光素子のｐ型及びｎ型電極１１０ａ，１１０ｂ、すなわちボンディングパッドと直接的に接しているため、フリップボンディング工程の際、窒化物系半導体発光素子に過度なストレスを印加するようになって、素子のＰＮジャンクション（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が崩壊したり、又は発光領域が損傷したりするという問題がある。なお、図２は、従来の技術に係るフリップチップボンディングの際に発生する問題を示す写真であって、導電性バンプボールの過度な荷重により損傷された発光領域を示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、フリップボンディング工程の際、窒化物系半導体発光素子のボンディングパッドとバンプボールとの接合界面に格子形状の緩衝膜を備えることにより、バンプボールの臨界値以上の過度な荷重による窒化物系半導体発光素子のＰＮジャンクション破壊及び発光領域の損傷を防止することができるフリップチップ用窒化物系半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成すべく、本発明に係るフリップチップ用窒化物系半導体発光素子は、基板と、前記基板上に形成された発光構造物と、前記発光構造物上に形成された電極と、前記電極が形成された結果物の上に形成され、前記サブマウントのリードパターンとバンプボールを介して接続する部分に該当する電極表面を露出させる保護膜と、前記保護膜を介して露出された電極表面に形成された格子形状の緩衝膜とを備える。
【００１５】
また、前記緩衝膜は、セラミック系の物質で形成されることが好ましく、セラミック系の物質には、ＳｉＯ2及びＳｉＮなどがある。
【００１６】
また、前記緩衝膜は、前記保護膜と同じ物質で形成されることが好ましく、これは前記保護膜を形成する際、緩衝膜も同時に形成することにより、窒化物系半導体発光素子の全般的な工程を単純化するためである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、窒化物系半導体発光素子の電極とバンプボールとの接合界面に格子形状の緩衝膜を備えることにより、バンプボールの臨界値以上の過度な荷重による窒化物系半導体発光素子の損傷を防止することができるという効果がある。
【００１８】
また、本発明は、格子形状の緩衝膜により、窒化物系半導体発光素子の動作電圧、輝度及び接合せん断応力を向上させることができる。
【００１９】
したがって、本発明は、フリップチップ用窒化物系半導体発光素子の特性及び信頼性を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。明細書全体にわたって同一の構成要素は同一の参照番号を付してある。
【００２１】
以下に、本発明の一実施の形態に係るフリップチップ用窒化物系半導体発光素子について、図面を参考に詳細に説明する。
【００２２】
まず、図３を参考にして、本発明の一実施の形態に係るフリップチップ用窒化物系半導体発光素子について詳細に説明する。同図は、本発明に係るフリップチップ用窒化物系半導体発光素子のフリップボンディング工程の際、ボンディングパッド上に格子形状の緩衝膜を形成して示した図である。
【００２３】
同図に示すように、本発明に係るフリップチップ用窒化物系半導体発光素子は、導電形半導体物質からなるサブマウント２００のリードパターン２００ａ，２００ｂ上に導電形バンプボール３００を介してフリップボンディングされている。
【００２４】
さらに詳細には、前記フリップチップ用窒化物系半導体発光素子は、基板１０１上にバッファ層（図示せず）、ｎ型窒化物半導体層１０３、活性層１０５及びｐ型窒化物半導体層１０７が順次積層されてなる発光構造物が形成されている。
【００２５】
前記基板１０１は、好ましくは、サファイアを含む透明な材料を利用して形成されるが、サファイアの他にも、基板１０１は、ジンクオキサイド（ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ，ＺｎＯ）、ガリウムナイトライド（ｇａｌｌｉｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ，ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ，ＳｉＣ）及びアルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）で形成することができる。
【００２６】
前記バッファ層（図示せず）は、ＧａＮで形成されるが、省略することもできる。
【００２７】
前記ｎ型又はｐ型窒化物半導体層１０３，１０７は、それぞれ導電型不純物がドーピングされたＧａＮ層又はＧａＮ／ＡｌＧａＮ層で形成され、前記活性層１０５は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ層で構成された多重井戸構造（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）で形成される。
【００２８】
前記活性層１０５及びｐ型窒化物半導体層１０７の一部は、メサエッチングにより除去され、底面にｎ型窒化物半導体層１０３の一部を露出させている。
【００２９】
前記メサエッチングにより露出されたｎ型窒化物半導体層１０３上の所定部分には、電極及びボンディングとして機能するｎ型電極１１０ｂが形成されている。ここで、前記ｎ型電極１１０ｂは、Ｃｒ／Ａｕで形成されており、工程の特性に応じて、前記ｎ型電極１１０ｂ上に別途のボンディングパッド（図示せず）を備えることが可能である。
【００３０】
また、前記ｐ型窒化物半導体層１０７上には、電流拡散の効果を増大させるための透明電極１０９が形成されている。このとき、前記透明電極１０９は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）のような導電性金属酸化物のみでなく、発光素子の発光波長に対して透過率が高いと、導電性が高く、かつ、コンタクト抵抗の低い金属薄膜でもなることができる。
【００３１】
前記透明電極１０９上には、電極及びボンディングとして機能するｐ型電極１１０ａが形成されている。ここで、前記ｐ型電極１１０ａは、Ｃｒ／Ａｕで形成されており、工程の特性に応じて、前記ｐ型電極１１０ａ上に別途のボンディングパッド（図示せず）を備えることが可能である。
【００３２】
前記ｐ型電極１１０ａ及び前記ｎ型電極１１０ｂが形成されている結果物の上には、ｐ型電極１１０ａとｎ型電極１１０ｂとが互いに電気的に接続されるのを防止する保護膜１２０が形成されている。このとき、前記保護膜１２０は、導電形バンプボール３００を介してサブマウント２００のリードパターン２００ａ，２０１ｂとそれぞれ接続するｐ型電極１１０ａ及び前記ｎ型電極１１０ｂの一部分を露出させている。
【００３３】
また、前記保護膜１２０を介して露出されたｐ型電極１１０ａ及びｎ型電極１１０ｂの表面には、導電形バンプボール３００の臨界値以上の荷重によるストレスを緩和させ得る緩衝膜１３０を備えている。
【００３４】
特に、本発明に係る前記緩衝膜１３０は、図３に示すように、格子形状を有することにより、バンプボール３００の臨界値以上の荷重によるストレスをより效率的に緩和させ得るとともに、バンプボール３００の接合面積を増加させて、 ダイシェア（Ｄｉｅ  Ｓｈｅａｒ）である接合せん断応力を向上させることができる。
【００３５】
このとき、前記緩衝膜１３０の格子は、窒化物系半導体発光素子の特性及び工程の特性に応じて調節可能である。図４は、図３に示す緩衝膜の格子密度の変化に応じるフリップチップ用窒化物系半導体発光素子の変形例を示した図であって、緩衝膜の格子密度を１００％，７０％，５０％及び３０％にした場合を示す写真である。
【００３６】
以下、本発明に係る格子形状の緩衝膜を備えた窒化物系半導体発光素子について、図５〜図７を参照して詳細に説明する。
【００３７】
図５は、図４に示す変形例に係る動作電圧を比較して示した図であり、図６は、図４に示す変形例に係るダイシェア値を比較して示した図であり、図７は、図４に示す変形例に係る輝度特性を比較して示した図である。
【００３８】
まず、図５に示すように、格子の密度が１００％である従来の技術に係る窒化物系半導体発光素子の動作電圧Ｖｆは、７０％，５０％及び３０％の格子密度を有する緩衝膜を備えている本発明に係る窒化物系半導体発光素子の動作電圧Ｖｆに比べて、極めて不安定なことが分かる。このように、動作電圧Ｖｆが不安定になると、漏れ電流及び接触抵抗が増加して、素子の特性及び信頼性が低下するという問題が発生するが、本発明に係る窒化物系半導体発光素子は、動作電圧が安定しているため、上記のような問題の発生を防止できる。
【００３９】
次に、図６に示すように、格子形状の緩衝膜を備えている本発明に係る窒化物系半導体発光素子のダイシェア、すなわち窒化物系半導体発光素子とサブマウントとの間の接合せん断応力は、緩衝膜を備えていない、すなわち格子密度が１００％である従来の技術に係る窒化物系半導体発光素子の接合せん断応力に比べて、極めて高いことが分かる。特に、本発明に係る緩衝膜は、格子の密度が低いほど、すなわち７０％から３０％に低くなるほど、接合せん断応力が高まることが分かり、これにより、緩衝膜の格子密度は低く形成することが好ましい。
【００４０】
また、図７に示すように、格子形状の緩衝膜による光散乱に基づき、本発明に係る窒化物系半導体発光素子の輝度が緩衝膜を備えていない従来の技術に係る窒化物系半導体発光素子の輝度より高いことが分かる。
【００４１】
一方、上記のように、本発明に係る格子形状からなる緩衝膜の格子の密度が低いほど、優れた動作電圧及び接合せん断応力を確保することができるが、格子の密度が低過ぎて、露出されたｐ型電極及びｎ型電極の面積が後続のＬＥＤチップに電源を印加するワイヤーボンディングの際、ワイヤーの断面積より小さくなって駆動電圧が上昇するという問題が発生できる。
【００４２】
したがって、本発明に係る格子形状からなる緩衝膜の格子の密度は、ワイヤーの断面積より小さくないように形成することが好ましい。
【００４３】
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更なども、特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来の技術に係るフリップチップ用窒化物系半導体発光素子のボンディング工程を示した図である。
【図２】従来の技術に係るフリップボンディング工程の際に発生する問題点を示す写真である。
【図３】本発明に係るフリップチップ用窒化物系半導体発光素子のフリップボンディング工程の際、ボンディングパッド上に格子形状の緩衝膜を形成して示した図である。
【図４】図３に示す緩衝膜の格子密度の変化に応じるフリップチップ用窒化物系半導体発光素子の変形例を示した図である。
【図５】図４に示す変形例に係る動作電圧を比較して示した図である。
【図６】図４に示す変形例に係るダイシェア値を比較して示した図である。
【図７】図４に示す変形例に係る輝度特性を比較して示した図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０１  基板
１０３  ｎ型窒化物半導体層
１０５  活性層
１０７  ｐ型窒化物半導体層
１０９  透明電極
１１０ａ  ｐ型電極
１１０ｂ  ｎ型電極
１２０  保護膜
１３０  緩衝膜
２００  サブマウント
２０１ａ  ｐ型リードパターン
２０１ｂ  ｎ型リードパターン
３００  導電形バンプボール
【図１】
0004428716.tif 000002
【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図４】
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