特開 2022-86655 発光ダイオードのチップ構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022086655

(43)【公開日】2022-06-09

(54)【発明の名称】発光ダイオードのチップ構造

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/38 20100101AFI20220602BHJP

   H01L 33/46 20100101ALI20220602BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20220602BHJP

【ＦＩ】

H01L33/38

H01L33/46

H01L21/88 T

H01L21/88 Z

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020198793

(22)【出願日】2020-11-30

(71)【出願人】

【識別番号】511207730

【氏名又は名称】聯嘉光電股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】陳 復邦

(72)【発明者】

【氏名】黄 國欣

【テーマコード（参考）】

5F033

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F033MM17

5F033UU04

5F033VV07

5F033XX03

5F241AA40

5F241CA04

5F241CA05

5F241CA92

5F241CB04

5F241CB36

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ワイヤーボンディング工程で半導体構造が損なわれない発光ダイオードのチップ構造を提供する。
【解決手段】発光ダイオードのチップ構造は、基板１０を含み、基板１０に金属接続層２０が設けられ、金属接続層２０に発光半導体層３０が設けられ、且つ絶縁保護層４０は金属接続層２０及び発光半導体層３０を被覆し、絶縁保護層４０は発光半導体層３０が露出する第１開口４１及び金属接続層２０が露出する第２開口４２を有し、金属導電層５０の一端は第１開口４１を通過して発光半導体層３０に電気的に接続され、他端は絶縁保護層４０に延伸し、第１電極パッド６０は発光半導体層３０の水平方向の側辺に位置し、且つ金属導電層５０に設けられ、第２電極パッド７０は同じく側辺に位置し、且つ第２開口４２を通過して金属接続層２０に設けられる。チップ構造において第１電極パッド６０、第２電極パッド７０は発光半導体層３０の上方に位置しない。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板に設けられる金属接続層と、
前記金属接続層に設けられる発光半導体層と、
前記金属接続層及び前記発光半導体層を被覆し、且つ前記発光半導体層が露出する第１開口と、前記金属接続層が露出する第２開口とを備える絶縁保護層と、
前記絶縁保護層に設けられ、且つ、一端は前記第１開口を通過して前記発光半導体層に電気的に接続され、他端は、前記金属接続層の上方であって前記発光半導体層のない水平面の上方に延伸する金属導電層と、
前記発光半導体層の水平方向の側辺に位置し、且つ前記金属導電層に設けられる第１電極パッドと、
前記発光半導体層の水平方向の側辺に位置し、且つ前記第２開口を通過して前記金属接続層に設けられる第２電極パッドと、を含むことを特徴とする発光ダイオードのチップ構造。

【請求項2】

前記第１開口は前記発光半導体層の周縁を周回するように設けられ、前記金属導電層は前記発光半導体層の周縁に電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのチップ構造。

【請求項3】

前記金属導電層は前記発光半導体層の水平方向の側辺を被覆することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのチップ構造。

【請求項4】

前記金属導電層は前記発光半導体層の中間領域に延伸する補助回路を有することを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオードのチップ構造。

【請求項5】

前記発光半導体層の周縁は長方形であり、且つ前記発光半導体層の面積は５００００μｍ^２未満であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのチップ構造。

【請求項6】

前記第１電極パッドと前記第２電極パッドは前記発光半導体層の同一側の水平方向の側辺に位置することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのチップ構造。

【請求項7】

前記第１電極パッドと前記第２電極パッドはさらに、縦方向に並んで配置されることを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオードのチップ構造。

【請求項8】

前記第１電極パッドと前記第２電極パッドは前記発光半導体層の異なる側の水平方向の側辺に位置することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのチップ構造。

【請求項9】

前記基板と前記金属接続層は接着層によって固定されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのチップ構造。

【請求項10】

前記基板の下方に、磁性を持つ底部接触層が設けられることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのチップ構造。

【請求項11】

前記底部接触層の素材は強磁性フィルム、強磁性体粉末を加えたポリマー（Ｐｏｌｙｍｅｒ）、強磁性体粉末を加えたセラミック（Ｃｅｒａｍｉｃ）のいずれか１種であることを特徴とする請求項１０に記載の発光ダイオードのチップ構造。

【請求項12】

前記発光半導体層は、順に積層されたＰ型半導体層、量子井戸（ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）及びＮ型半導体層を含み、前記Ｐ型半導体層は前記金属接続層に電気的に接続され、前記Ｎ型半導体層は前記金属導電層に電気的に接続され、前記発光半導体層の周縁は長方形であり、長辺の長さはＷと定義され、前記Ｎ型半導体層の高さはＨと定義される場合、Ｗ／Ｈは７５未満であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのチップ構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光ダイオードに関し、特に発光ダイオードのチップ構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の垂直型発光ダイオードは、そのチップ構造が、サンドイッチのように設置されたＮ型半導体層、量子井戸（ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）及びＰ型半導体層を含み、当該Ｐ型半導体層の下に結合層、シリコン基板及びＰ型電極がこの順に設けられ、当該Ｎ型半導体層の表面にＮ型電極を設け、このようにして当該Ｎ型電極及び当該Ｐ型電極に電圧を加えると、当該Ｎ型半導体層が電子を提供し、当該Ｐ型半導体層が正孔を提供し、電子と正孔が当該発光層で結合すると発光する。垂直型発光ダイオードは、射出光がほぼ軸方向に沿っており、放熱性に優れるため、ディスプレイの演色性に関して大きなメリットがあるが、スモールピクセルピッチディスプレイに用いる場合には、チップのサイズが小さく、単色のチップ（ｃｈｉｐ）の最短辺の長さが５０～２００μｍであるため、発光表面に存在する電極パッド（Ｐａｄ）の遮光が問題になり、しかもチップは発光表面のワイヤーボンディング工程及び底部の高導電性のためのダイボンディング工程を同時に行う必要があるため、全体的に工程が複雑である。

【0003】

上記の構造においては、底部を絶縁とすべき特殊な用途や工程の複雑さ低減のために、当該Ｐ型半導体層に金属接続層を接続させ、当該Ｐ型電極を当該発光層における水平方向の位置に移した後、当該Ｐ型電極を再度当該金属接続層に接続させることで、射出光がほぼ軸方向に沿うという特性は保たれ、ディスプレイにおける高演色性の要件が満たされる。このようなチップは、例えば、特許文献１の図１に示すようなもので、水平型ＬＥＤチップ（Ｌａｔｅｒａｌ ＬＥＤ Ｃｈｉｐ）と呼ばれる。

【0004】

また、発光表面に存在する電極パッド（Ｐａｄ）の遮光を緩和するために、電極パッドのサイズを縮小させることがある。しかし、例えば、ワイヤーボンディングにより回路を接続させる場合には、小サイズの電極パッドに細いボンディングヘッドを使用する。加えた力（Ｆ）が一定であるならば、ワイヤーボンディングで力を受ける面積（Ａ）が小さくなるため、電極パッドにかかる応力（Ｐ）が大きくなる（Ｐ＝Ｆ／Ａ）。ゆえに、ワイヤーボンディング工程では電極パッドの下に発光する半導体が割れてしまうことがある。一般にはドレイン電流が増大するが、深刻な場合はいわゆるダークスポットの現象が起こり、発光効率の低下など、素子の光電特性に影響があり、長期的には光電素子の信頼性が損なわれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第１０，３０４，９９８Ｂ２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が上記の実情に鑑みてなされるものであり、ワイヤーボンディング工程で半導体構造が損なわれない発光ダイオードのチップ構造を開示することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、基板と、金属接続層と、発光半導体層と、絶縁保護層と、金属導電層と、第１電極パッドと、第２電極パッドとを含む発光ダイオードのチップ構造を開示する。当該金属接続層は当該基板に設けられ、当該発光半導体層は当該金属接続層に設けられ、当該絶縁保護層は当該金属接続層及び当該発光半導体層を被覆し、且つ当該絶縁保護層は第１開口及び第２開口を有し、当該第１開口から当該発光半導体層が露出し、当該第２開口から当該金属接続層が露出する。当該金属導電層は当該絶縁保護層に設けられ、且つ当該金属導電層の一端は当該第１開口を通過して当該発光半導体層に電気的に接続され、当該金属導電層の他端は当該発光半導体層の水平方向の側辺に延伸する。当該第１電極パッドは当該発光半導体層の水平方向の側辺に位置し、且つ当該金属導電層に設けられる。当該第２電極パッドは当該発光半導体層の水平方向の側辺に位置し、且つ当該第２開口を通過して当該金属接続層に設けられる。

【発明の効果】

【0008】

本発明は、射出光がほぼ軸方向に沿うという特性を有し、ディスプレイにおける高演色性の要件が満たされる。しかも第１電極パッド及び第２電極パッドは発光半導体層の水平方向の側辺にそれぞれ設けられるため、電極の遮光による大幅な輝度低下という問題は緩和され、ワイヤーボンディング工程が行われる時には、発光半導体層が応力を受けて割れてしまうという問題はない。第１電極パッドと第２電極パッドはほぼ同じ高さで設けられるため、ワイヤーボンディング工程に役立つ。基板には高放熱性材料を使用できるため、放熱性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施例の構造の断面模式図の一例である。

【図2】本発明の第１実施例の構造の上面模式図の一例である。

【図3】本発明の第２実施例の構造の断面模式図の一例である。

【図4】本発明の第２実施例の構造の上面模式図の一例である。

【図5】本発明の第３実施例の構造の断面模式図の一例である。

【図6】本発明の第４実施例の構造の上面模式図の一例である。

【図7】本発明の第５実施例の構造の上面模式図の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、好ましい実施例を挙げ、図面を参照しながら説明する。
図１、図２は本発明の第１実施例を示す図の例であり、図面の作成に関しては、下記の各図は実際の寸法関係で作られたものではない。本発明は、基板１０と、金属接続層２０と、発光半導体層３０と、絶縁保護層４０と、金属導電層５０と、第１電極パッド６０と、第２電極パッド７０とを含む発光ダイオードのチップ構造を開示する。金属接続層２０は基板１０に設けられる。本実施例では、基板１０と金属接続層２０は接着層１５によって固定されてもよく、基板１０の素材には、導電性材料、例えば、Ｐ型Ｓｉ基板、ＣｕＭｏＣｕ金属基板、Ｎｉ－Ｆｅ基板のいずれか１種を選んでよい。又は基板１０の素材には高熱伝導性材料を選んでもよく、例えば、ＳｉＣ基板、ＡｌＮ基板、Ａ１_２Ｏ_３基板である。基板１０の下方には、磁性を持つ底部接触層８０が設けられてもよく、底部接触層８０の素材は強磁性フィルム、強磁性体粉末を加えたポリマー（Ｐｏｌｙｍｅｒ）、強磁性体粉末を加えたセラミック（Ｃｅｒａｍｉｃ）のいずれか１種であり、当該強磁性フィルム、強磁性体粉末は鉄、ニッケル又はコバルト等の強磁性を持つ材料で製造されてもよい。

【0011】

発光半導体層３０は、順に積層されたＰ型半導体層３１、量子井戸３２（ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）及びＮ型半導体層３３を含み、発光半導体層３０は金属接続層２０に設けられ、且つＰ型半導体層３１は金属接続層２０に電気的に接続され、絶縁保護層４０は金属接続層２０及び発光半導体層３０を被覆し、絶縁保護層４０の素材はＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＮ／ＳｉＯ_２／ＳｉＮ、ＴｉＯ_２、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２から選ばれてよい。且つ絶縁保護層４０は第１開口４１及び第２開口４２を有し、第１開口４１から発光半導体層３０が露出し、さらに、第１開口４１は発光半導体層３０の周縁を周回するように設けられてもよく、第２開口４２から金属接続層２０が露出する。

【0012】

金属導電層５０は絶縁保護層４０に設けられ、且つ一端は第１開口４１を通過して発光半導体層３０に電気的に接続される。具体的には、金属導電層５０は発光半導体層３０の水平方向の側辺を被覆してもよく、金属導電層５０は発光半導体層３０の周縁に電気的に接続され、且つ発光半導体層３０のＮ型半導体層３３は金属導電層５０に電気的に接続される。金属導電層５０の他端は金属接続層２０の上方であって、発光半導体層３０のない水平面２１の上方に延伸する。

【0013】

第１電極パッド６０は発光半導体層３０の水平方向の側辺に位置し、且つ金属導電層５０上に設けられる。第２電極パッド７０は発光半導体層３０の水平方向の側辺に位置し、且つ第２開口４２を通過して金属接続層２０に設けられる。本実施例では、第１電極パッド６０と第２電極パッド７０は発光半導体層３０の異なる側の水平方向の側辺に位置し、大きなピッチで設けられてもよく、これにより後続のワイヤーボンディング工程の難度が下がる。

【0014】

図３、図４は、本発明の第２実施例を示す図の例である。第１実施例と比較すると、第１電極パッド６０と第２電極パッド７０は発光半導体層３０の同一側の水平方向の側辺に位置し、これにより第１電極パッド６０と第２電極パッド７０は互いに近い領域に位置し、しかも高さが近い。２つのボンディングヘッドを有する高精度のワイヤーボンディング装置を使用する場合には、第１電極パッド６０及び第２電極パッド７０のワイヤーボンディング工程が一度に完了するため、ワイヤーボンディング工程の時間節約につながる。

【0015】

図５は、本発明の第３実施例を示す図の一例である。発光半導体層３０の発光の均一性のために、発光半導体層３０の周縁は長方形とし、且つ当該発光半導体層の面積は５００００μｍ^２未満とする。つまり、発光半導体層３０は、Ｎ型半導体層３３を流れる電流９０に充分な拡散経路が確保されるように、サイズは制限すべきである。さらに、発光半導体層３０の周縁が長方形であり、長辺の長さがＷと定義され、Ｎ型半導体層３３の高さがＨと定義される場合に、Ｗ／Ｈが７５未満であると、Ｎ型半導体層３３を流れる電流９０が充分に拡散され、発光半導体層３０は均一に発光する。

【0016】

図６は、本発明の第４実施例を示す図の一例である。発光半導体層３０のサイズが非常に大きい場合には、金属導電層５０は発光半導体層３０の中間領域に延伸する補助回路５１を有しもてよく、補助回路５１がガイドすることで電流９０（図５を参照）が一層拡散され、これにより発光半導体層３０は均一に発光する。補助回路５１は発光半導体層３０を跨ぐように設けられてもよいし（図示せず）、発光半導体層３０の上方に互い違いに設置されてもよい（図６を参照）。

【0017】

図７は、本発明の第５実施例を示す図の一例である。第２実施例と比較すると、第１電極パッド６０と第２電極パッド７０が発光半導体層３０の同一側の水平方向の側辺に位置し、なお且つ第１電極パッド６０と第２電極パッド７０は縦方向（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に並んで配置される。このような設計において、第１電極パッド６０及び第２電極パッド７０のサイズが小さいため、高精度のワイヤーボンディング装置でワイヤーボンディングを行う必要がある。

【0018】

上述した内容から分かるように、本発明は少なくとも次の利点を有する。
１．垂直型発光ダイオードの構造設計を採用することで、射出光がほぼ軸方向に沿うという特性を有し、ディスプレイにおける高演色性の要件が満たされる。
２．第１電極パッドと第２電極パッドは発光半導体層の水平方向の側辺にそれぞれ設けられるため、電極の遮光による大幅な輝度低下という問題は緩和される。
３．第１電極パッド及び第２電極パッドの下方に発光半導体層が設けられないため、発光半導体層が応力を受けて割れてしまうという問題はない。
４．第１電極パッドと第２電極パッドはほぼ同じ高さで設けられるため、ワイヤーボンディング工程に役立つ。
５．基板には高放熱性材料を使用できるため、放熱性に優れる。
６．基板の底部には、磁性転移工程に備え、磁性を持つ底部接触層が設けられてもよく、小サイズのチップにおける大量の転移に役立つ。

【符号の説明】

【0019】

１０ 基板
１５ 接着層
２０ 金属接続層
２１ 水平面
３０ 発光半導体層
３１ Ｐ型半導体層
３２ 量子井戸
３３ Ｎ型半導体層
４０ 絶縁保護層
４１ 第１開口
４２ 第２開口
５０ 金属導電層
５１ 補助回路
６０ 第１電極パッド
７０ 第２電極パッド
８０ 底部接触層
９０ 電流

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】