(57)【要約】【課題】有機誘電材料を使用することによって製造工程で温度が低くてもその後の製造工程に於いて剥離しにくい半導体光電部品及びそれを形成する発光ダイオードを提供する。【解決手段】半導体光電部品及びそれを形成する発光ダイオードに於いて、有機誘電層は半導体光電部品を保護する鈍化層である。そのうち、半導体光電部品は半導体発光部品、もしくは半導体光モニタリング部品である。有機誘電材料を使用することによって製造工程で温度が低くてもその後の製造工程に於いて剥離しにくいという長所を具える。【選択図】図１
2009152229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一種半導体光電部品において、一底材と、その底材に設置した一半導体層と、その半導体層上に連接する複数個の電極と、半導体層を覆い、複数個の電極を露出させ、半導体光電部品を保護する一有機鈍化層を含むことを特徴とする、半導体光電部品。
【請求項２】
前記半導体層は、電気エネルギーを光エネルギーに転換するか、あるいは光エネルギーを電気エネルギーに転換することを特徴とする、請求項１記載の半導体光電部品。
【請求項３】
前記有機鈍化層は、その材質をＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン物質、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレン・サルファイド、シリコン−カーボン熱固型化合物のうちのひとつとすることを特徴とする、請求項１記載の半導体光電部品。
【請求項４】
前記有機鈍化層は、形成温度を室温から450℃とすることを特徴とする、請求項１記載の半導体光電部品。
【請求項５】
発光ダイオードにおいて、一底材と、底材に設置する一半導体ダイオード構造と、半導体ダイオード構造を覆う一有機鈍化層を含むことを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項６】
前記有機鈍化層は、材質を樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン物質、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレン・サルファイド、シリコン−カーボン熱固型化合物のひとつとすることを特徴とする、請求項５記載の発光ダイオード。
【請求項７】
一底材と、底材上に設置する一p型伝導の半導体層と、p型伝導の半導体層上に設置する一主動層と、主導層上に設置する一n型伝導の半導体層と、n型伝導の半導体層を覆う一有機鈍化層を含む発光ダイオードにおいて、そのうち、上述の有機鈍化層の材質は樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン物質、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレン・サルファイド、シリコン−カーボン熱固型化合物のうちのひとつとすることを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項８】
前記有機鈍化層は、形成温度を室温から450℃とすることを特徴とする、請求項５もしくは７記載の半導体光電部品及びそれを形成する発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一種の有機誘電材料で半導体光電部品を保護するもので、中でも特に一種の有機鈍化層を使用して発光ダイオードを保護するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、消費性電子製品は、大量の信号もしくは情報を処理するプロセッサーの他に、一種の日常生活に大量に使用される光電部品がある。いわゆる光電部品とは、つまり光信号を電子信号に転換するか、もしくは反対に電子信号を光信号に転換するものである。前者は例としてＣＣＤ（CCD; Charge-Coupled Device）光センサー、シーモス（CMOS）光センサー、もしくはＣＤロムのレーザー読取ヘッド等があり、後者は例として液晶ディスプレイ、発光ダイオード、もしくはレーザーダイオード等がある。上述の光電部品に於いて、多くが半導体製造工程及び半導体材料を使用して製造、構成されるものである。またこれらの部品は、製造完成の後、一層の鈍化層（passivation layer）でこれらの部品を保護する必要がある。現在、鈍化層を使用した材料は一般に無機の誘電材料で、例として酸化アルミニウム（aluminum oxide）、窒化シリコン（silicon nitride）、酸化シリコン（silicon oxide）、酸窒化シリコン（silicon oxynitride）、酸化タンタル（tantalum oxide）、酸化チタン（titanium oxide）、フッ化カルシウム（calcium fluoride）、酸化ハフニウム（hafnium oxide）、硫化亜鉛（zinc sulfide）、もしくは酸化亜鉛（zinc oxide）等である。これらの材料は一般的に標準のエピタキシー製造工程、例として気相エピタキシー法、もしくは分子線エピタキシー法等を使用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
解決しようとする問題点は、これらの標準的な半導体製造工程は比較的高い温度でエピタキシーを進行しなければならず、その比較的高い温度は、高い熱量（thermal budget）を必要とする。そのためこの製造工程は不経済な方式と言える。更に上述の製造工程は反応室（chamber）に於いて、薄膜沈殿を行わなければならず、これが多くの諸問題を引き起こし、例として反応室の清潔度や真空に近いこと、もしくは高い気圧の下で薄膜沈殿を行わなければならないことである。この他、上述のこれら材料は後半の製造工程に於いて、剥離（lift-off）の問題が生じる。これらに対して、湿気と酸化の攻撃を受けやすい半導体部品にとって鈍化層はその機能を達成していない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、有機誘電層は半導体光電部品を保護する鈍化層である。そのうち、半導体光電部品は半導体発光部品、もしくは半導体光モニタリング部品であることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の半導体光電部品及びそれを形成する発光ダイオードは、有機誘電材料を使用することによって製造工程で温度が低くてもその後の製造工程に於いて剥離しにくいという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
上述の発明の背景には、伝統的な無機材料の鈍化層によって発生する諸問題と欠点に於いて、一種の有機材料を半導体光電部品を保護する純化層とすることを本発明の目的とする。本発明中、有機誘電材料は一般的に低温製造工程、例としてスピンオンコート（spin-on coating）を利用することができる。この他、本発明は真空の反応室を使用する必要がなく、直接一大気圧の下で薄膜沈殿を実施することができる。更に沈殿した後の有機誘電層は一般の光学顕微鏡写真術製造工程を使用して必要な開口を開くことができる。
【０００７】
有機誘電材を使用して鈍化層とし、その後の製造工程中に鈍化層の剥離現象が発生しないことを本発明の別の目的とする。
【０００８】
以上の目的に基づき、本発明は一種の半導体光電部品を提供し、それは一底材、一底材の上に設置した半導体層、半導体層上に複数個設置した電極、及び一半導体層に被せる有機鈍化層を含む。上述では複数個の電極を半導体層に連接する。上述の有機鈍化層から複数個の電極が露出し、半導体光電部品を保護する。上述の半導体層は電気エネルギーを光エネルギーに転換するか、もしくは光エネルギーを電気エネルギーに転換する。上述の有機鈍化層の材質は、樹脂（ABS resin）、エポキシ樹脂（epoxy）ア、クリル樹脂（PMMA）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（acrylonitrile butadiene styrene
copolymer）、ポリメタクリル酸メチルエステル（polymerethylmethacrylate）、ポリスルホン（polysulfones）、ポリエーテルスルホン物質（polyethersulfone）、ポリエステルイミド（polyetherimides）、ポリイミド（polyimide）、ポリアミドイミド（polyamideimide）、ポリフェニレン・サルファイド（polyphenylene
sulfide）、シリコン−カーボン熱固型化合物（silicon-carbon thermosets）のうちの一つとする。
【０００９】
本発明は、また一種の発光ダイオードを提供し、それは一底材、底材上に設置する一半導体ダイオード構造、及び半導体ダイオード構造に被せる一有機鈍化層を含む。上述の底材は金属サファイア、シリコンゲルマニウム、炭化ケイ素、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、もしくは以窒化ガリウムをベースとする三五族半導体化合物のうちの一つとする。上述の有機鈍化層の材質は、樹脂（ABS resin）、エポキシ樹脂（epoxy）、アクリル樹脂（PMMA）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（acrylonitrile butadiene styrene
copolymer）、ポリメタクリル酸メチルエステル（polymerethylmethacrylate）、ポリスルホン（polysulfones）、ポリエーテルスルホン物質（polyethersulfone）、ポリエステルイミド（polyetherimides）、ポリイミド（polyimide）、ポリアミドイミド（polyamideimide）、ポリフェニレン・サルファイド（polyphenylene
sulfide）、シリコン−カーボン熱固型化合物（silicon-carbon thermosets）のうちのひとつし、上述の有機鈍化層のプリズム係数1-2.33の間とする。
【実施例】
【００１０】
本発明の一実施例の詳細は以下のとおりであるが、詳細な実施例のほかに、本発明はその他の広く実施例を施行することができ、本発明の範囲はこれに制限されず、申請範囲を基準とする。
【００１１】
更に本発明がより分かりやすく、且つ理解しやすくする為に、図の各部分はそこに相当するサイズの大きさではなく、それらのサイズとその他のサイズは誇張されており、細かな部分をすべて描きだしたものではなく、簡潔を求めた図となっている。
【００１２】
本発明は、主に有機誘電材料を光電部品の鈍化層（passivation layer）とし、またその光電部品は半導体の光電部品、例として発光ダイオード、レーザーダイオード、ＣＣＤ光センサー、シーモス（cimos)光センサー、もしくは液晶ディスプレイ等とする。特に液晶ディスプレイの製造ではガラス基板が過度の温度を受けることができないため、一般の薄膜エピタキシー製造工程の温度ではシリコン単結晶、もしくは良好な結晶の酸化シリコン、もしくは窒化シリコンを成長させることができない。本発明の製造工程は液晶ディスプレイの薄膜トランジスタ、もしくはカラーＵＶフィルターの鈍化層の形成に非常に適している。
【００１３】
鈍化層は光電部品を保護するのに用いられ、特に半導体材料は湿気、もしくは酸化等の攻撃に依る影響を受けない。一般的に、部品形成後、鈍化層を形成し、その後、適する箇所に鈍化層を開けて部品の電極を表に出す。導線リード（lead）はワイヤーボンディング（wire bonding）、もしくはフリップチップ（flip chip）の方式を使用することができ、電極に電気連接し部品を完全にパッキングする。
【００１４】
本発明に於いて、有機誘電材料は樹脂（ABS resin）、エポキシ樹脂（epoxy）、アクリル樹脂（PMMA）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（acrylonitrile
butadiene styrene copolymer）、ポリメタクリル酸メチルエステル（polymerethylmethacrylate）、ポリスルホン（polysulfones）、ポリエーテルスルホン物質（polyethersulfone）、ポリエステルイミド（polyetherimides）、ポリイミド（polyimide）、ポリアミドイミド（polyamideimide）、ポリフェニレン・サルファイド（polyphenylene
sulfide）、もしくはシリコン・カーボン熱固型化合物（silicon-carbon thermosets）等のうちの一種、もしくは上述材料の組合せとする。
【００１５】
上述材料は光電部品上に、直接スピンオンコート（spin-on
coating）することができる。薄膜を形成する製造工程では低温及び一大気圧の下で行うことができる。いわゆる低温製造工程は、一般の触媒化学気相成長(cat-CVD)法と相互に比較した場合、一般の触媒化学気相成長(cat-CVD)法の製造工程温度は約500-1000℃で、本発明の有機誘電材料の製造工程温度は室温から約450℃の間である。薄膜を形成する時間は約２０分間から一時間前後である。反応室の圧力は約一大気圧とする。製造工程の温度と時間は沈殿させたい有機誘電材料及び温度と時間の關係によって取り決める。例として環境温度が低ければ低いほど、薄膜沈殿に必要な時間が更に長くなる。
【００１６】
形成した有機誘電層は、有機誘電層上で形成した開口に於いて一般の顕微鏡写真術とエッチング製造工程を使用することができ、その開口底下の電極が開かれ、進行後のウエハーボンディング(Wafer bonding)、もしくはフリップチップパッキング(Flip Chip
Package)の後半の製造工程に便利である。一般の顕微鏡写真術とエッチング製造工程はフォトレジスト塗布、ソフトベーキング(soft baking)、露光、イメージ、ハードベイキング(hard baking)、エッチング，フォトレジスト除去等ステップを含む。エッチングのステップに於いて、ウェットエッチング、もしくはドライエッチングを選択することができ、また、エッチング剤の選択は有機誘電材料の選択によって決定する。
【００１７】
次に発光ダイオードを本発明の一応用実施例を提示するが、本発明は発光ダイオード上だけに応用するものではなく、本発明の特徴とするものについて、その他の光電部品上にも応用できるものとする。
【００１８】
図１に示すのは、一種の発光ダイオード１０である。それは一底材１２、一ｐ型伝導を具えた半導体層１４、一主動層１５、一ｎ型伝導を具えた半導体層１６、一電流分散層17の順で、前述のｐ型伝導の半導体層１４上にはｐ型電極１８が、及び前述のｎ型伝導の半導体層１６上にはｎ型電極１９が設置される。底材１０は半導体底材、もしくは半導体化合物底材、例としてシリコンゲルマニウム（SiGe）、炭化ケイ素（SiC）、リン化ガリウム（GaP）、リン化インジウム（InP）、もしくはヒ化ガリウム（GaAs）、もしくはいわゆる四元半導体化合物、例として窒化アルミニウムガリウムインジウム（AlGaInN）、もしくは窒化ガリウムをベースとする（GaN-based）半導体化合物、もしくは非半導体の透明材料、例としてサファイア（sapphire）、もしくは金属等どれでも可能とする。
【００１９】
底材１２上面は一般にｐ型伝導の半導体層１４、主動層１５、及びｎ型伝導の半導体層１６とする。ｐ型伝導の半導体層１４は主に半導体層内に三族元素を混ぜることによって半導体層がプラス電子を帯びた正孔伝導となり、またｎ型伝導の半導体層１６は半導体層内に五族元素を混ぜることによって半導体層がマイナス電子を帯びた電子伝導となる。この半導体層の材料は炭化ケイ素（SiC）、リン化ガリウム（GaP）、リン化インジウム（InP）、もしくはヒ化ガリウム（GaAs）、もしくはいわゆる四元半導体化合物、例として窒化アルミニウムガリウムインジウム（AlGaInN）、もしくはその他窒化ガリウムをベースとする（GaN-based）半導体化合物でもよいとする。材料の選択は格子構造、エネルギーレベル、製造工程上のエピタキシーの適応性、及びその他問題を考慮する必要がある。主動層１５は、ダブルへテロ接合面（Double Hetero-Junction）構造、単一量子井戸構造（single
quantum well structure）、もしくは多重量子井戸構造（multiple quantum
well structure）でもよいとする。
【００２０】
電流分散層17は、主に抵抗値が比較的低いものをベースとする。発光面がここから発射する時、電流分散層１７は透明導電の材質、例としてインジウムスズ酸化物（ITO）、インジウム亜鉛酸化物（IZO）、もしくはその他透明導電材質等でなければならない。ｐ型電極１８は一般にｐ型伝導の半導体層１４と相互にオーム接触する材質を選択する必要があり、またｎ型電極１９はｎ型伝導の半導体層１６と相互にオーム接触する材質を選択する必要がある。
【００２１】
図２に示すのは、発光ダイオード１０上で形成する一有機誘電層２０であり、樹脂（ABS resin）、エポキシ樹脂（epoxy）、アクリル樹脂（PMMA）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（acrylonitrile butadiene styrene
copolymer）、ポリメタクリル酸メチルエステル（polymerethylmethacrylate）、ポリスルホン（polysulfones）、ポリエーテルスルホン物質（polyethersulfone）、ポリエステルイミド（polyetherimides）、ポリイミド（polyimide）、ポリアミドイミド（polyamideimide）、ポリフェニレン・サルファイド（polyphenylene
sulfide）、もしくはシリコン−カーボン熱固型化合物（silicon-carbon thermosets）等のうちの一種、もしくは上述材料の組合せとする。
【００２２】
上述のこれら材料は、直接発光ダイオード１０上で、スピンオンコート（spin-on coating）できる。いわゆるスピンオンコートとは、先ず材料を液体状に形成し、例として溶剤を使用するか、もしくは材料を加熱して液体にする。次にウエハーを回転し、液状の材料をウエハー上にかける。ウエハーの高速回転による遠心力で材料をウエハー上に均一に分布させることができる。この製造工程はフォトレジスト塗布の製造工程に使用することができる。有機誘電層２０を形成する製造工程は低温及び一大気圧の下で行うことができる。いわゆる低温製造工程とは一般の触媒化学気相成長(cat-CVD)法と比較した場合、一般の触媒化学気相成長(cat-CVD)法の製造工程温度が約500-1000℃なのに対して、本発明の有機誘電材料の製造工程温度は室温から450℃の間であり、提案する製造工程温度は約80-250℃の間であり、良好な製造工程温度が約150-250℃の間である。薄膜形成の時間は約20時間から一時間前後である。有機誘電層２０を形成する環境圧力は約一大気圧である。製造工程の温度と時間は沈殿させたい有機誘電材料及び温度と時間の関係に依って決まり、例として製造工程環境の温度が低ければ低いほど、必要とする薄膜沈殿の時間が長くなる。
【００２３】
他に有機誘電層２０のプリズム係数は約1-2.33の間で発光ダイオード10が良好な出光効率を形成する。
【００２４】
図３に示すとおり、顕微鏡写真術及びエッチング製造工程で有機誘電層２０上には二個の開口２２が形成され、各々ｐ型電極１８とｎ型電極１９が露出する。一般の顕微鏡写真術とエッチング製造工程は有機誘電層上に於いて開口を形成し、開口底下の電極が表面に出るので、その後のウエハーボンディング(Wafer  bonding)、もしくはフリップチップパッキング(Flip Chip Package)の次の製造工程に有利になる。一般の顕微鏡写真術とエッチング製造工程はフォトレジスト塗布、ソフトベーキング(soft baking)、露光、イメージ、ハードベイキング(hard baking)、エッチング、フォトレジスト除去等のステップを含み、エッチングのステップに於いてウェットエッチング、もしくはドライエッチングを選択することができ、エッチング剤の選択は有機誘電材料の選択によって決定される。
【００２５】
レーザーダイオードと発光ダイオードの間の主な差異は、レーザーダイオードには共振空洞があり、或る一周波数の単一偏向を選択したビームを拡大した後、励起放射することができる。本発明では、発光ダイオードで応用する方式と、レーザーダイオードで応用する方式とが類似する。
【００２６】
薄膜トランジスタ液晶ディスプレイに於いて、薄膜トランジスタが形成された後、一鈍化層を形成し、薄膜トランジスタとカラーＵＶフィルターを覆う。同様に、この鈍化層もまた本発明の有機誘電材料を使用することができ、主に可視光線スペクトラル範囲の透光性がよいところを選択できるので、液晶ディスプレイパネルの後半製造工程にも使用することができる。
【００２７】
その他の光電部品、例として光信号を受信して電子信号を発生するＣＣＤ光センサー、もしくはシーモス光センサーは、基本的に半導体の製造工程終了後、鈍化層がこれを保護する。本発明の有機誘電材料に於いて、或るいくつかの周波数通過性のよい材料を鈍化層として選択することができる。
【００２８】
本発明が提供する有機材料は、半導体光電部品を保護する鈍化層とする。有機誘電材料の形成は低温製造工程、例としてスピンオンコート（spin-on coating）を使用することができる。これらによって、少ない熱量でよい他に、真空の反応室を使用する必要なく薄膜沈殿を行うことができる。更に沈殿後の有機誘電層は一般的な光学顕微鏡写真術製造工程を使用して必要な開口を露出することができ、現行の製造工程とすべて同じである。他に使用する有機誘電材料は鈍化層で後半の製造工程の鈍化層は剥離現象が発生しない。
【００２９】
この領域に詳しい技術者に対して、本発明の一実施例は上述の通りであるが、本発明の精神を限定するものではなく、本発明の精神と範囲内から逸脱しない改良や類似はすべて下述の申請範囲内に含まれ、これらの範囲はすべてすべての改良と類似構造と広く一致する。そのため、上述の本発明の一実施例のように、本発明の精神と範囲から逸脱しない各種変更を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一発光ダイオードの構造図
【図２】形成した一有機誘電層を発光ダイオード構造上に塗布して鈍化層とする構造指示図
【図３】有機誘電層上に開口を形成して発光ダイオードの電極を露出した指示図
【符号の説明】
【００３１】
１０        発光ダイオード
１２        底材
１４        n型伝導の半導体層
１５        主動層
１６        p型伝導の半導体層
１７        電流分散層
１８        n電極
１９        p電極
２０        有機誘電層（鈍化層）
２２        開口
【図１】
2009152229.tif 000003
【図２】
2009152229.tif 000004
【図３】
2009152229.tif 000005