特許 7480125 複合絶縁反射層

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-26

(45)【発行日】2024-05-09

(54)【発明の名称】複合絶縁反射層

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/46 20100101AFI20240430BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20240430BHJP

   H01L 33/48 20100101ALI20240430BHJP

   G02B 5/26 20060101ALI20240430BHJP

   G02B 5/28 20060101ALI20240430BHJP

【ＦＩ】

H01L33/46

H01L33/32

H01L33/48

G02B5/26

G02B5/28

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021513297

(86)(22)【出願日】2019-04-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-12-23

(86)【国際出願番号】 CN2019081782

(87)【国際公開番号】W WO2020206596

(87)【国際公開日】2020-10-15

【審査請求日】2021-03-09

(73)【特許権者】

【識別番号】519210686

【氏名又は名称】廈門三安光電有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＸＩＡＭＥＮ ＳＡＮ’ＡＮ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． ８４１－８９９， Ｍｉｎ’ａｎ Ａｖｅｎｕｅ， Ｈｏｎｇｔａｎｇ Ｔｏｗｎ， Ｔｏｎｇ’ａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ Ｆｕｊｉａｎ ３６１１００ Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】▲張▼ 中英

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼ ▲霽▼圃

(72)【発明者】

【氏名】唐 宏彬

(72)【発明者】

【氏名】廖 ▲斉▼▲華▼

(72)【発明者】

【氏名】▲とん▼ 有▲財▼

(72)【発明者】

【氏名】▲張▼ 家豪

(72)【発明者】

【氏名】邱 ▲樹▼添

【審査官】東松 修太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２７３７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３９５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０００１５６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－０５５２１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４

Ｇ０２Ｂ ５／２６－ ５／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光ダイオードチップにおける出光面とは反対の面に設置するものであって且つ複数の誘電体を含む複合絶縁反射層において、少なくとも１つの誘電体は、第１の屈折率を有する第１の材料層と、第２の屈折率を有する第２の材料層と、両者の間に位置する応力緩衝層とを有し、第１の屈折率は第２の屈折率より大きく、且つ、
応力緩衝層の材料は、五酸化タンタルと二酸化チタンとの混合物、または二酸化チタンと酸化アルミニウム（ＩＩＩ）との混合物、または五酸化ニオブと二酸化チタンとの混合物を含み、
第１の材料層と応力緩衝層の間の製造応力は、第１の材料層と第２の材料層の間の製造応力より小さく、
第２の材料層と応力緩衝層の間の製造応力は、第１の材料層と第２の材料層の間の製造応力より小さい
ことを特徴とする複合絶縁反射層。

【請求項2】

第１の材料層は、二酸化チタン、五酸化タンタル、酸化鉛、硫化亜鉛または酸化セレンを含むことを特徴とする請求項１に記載の複合絶縁反射層。

【請求項3】

第２の材料層は、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウムまたはフッ化トリウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の複合絶縁反射層。

【請求項4】

応力緩衝層はドープ層であることを特徴とする請求項１に記載の複合絶縁反射層。

【請求項5】

応力緩衝層は、第３の屈折率を有し、第３の屈折率は、第１の屈折率より小さく且つ第２の屈折率より大きいことを特徴とする請求項１に記載の複合絶縁反射層。

【請求項6】

第１の半導体層と、第２の半導体層と、両者の間に位置する発光層とを含む発光ダイオードチップにおいて、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の複合絶縁反射層を含むことを特徴とする発光ダイオードチップ。

【請求項7】

発光ダイオードチップは、ＧａＮ系半導体部品であることを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオードチップ。

【請求項8】

パッケージ本体と、リードとを含む発光ダイオードパッケージにおいて、請求項６または請求項７に記載の発光ダイオードチップを含むことを特徴とする発光ダイオードパッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は半導体製造分野に関し、特に複合絶縁反射層に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の分布ブラッグ反射鏡（以下ＤＢＲと略称する）構成は、全て低屈折率材料を高屈折率材料に合わせて周期的に積層することによりなったものである。一般の低屈折率材料はＳｉＯ_２であり、高屈折率材料はＴｉＯ_２である。一般的にＤＢＲを組成する媒介物Ａ／媒介物Ｂは任意のフィルム層または空気であり得る。旧来のＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２積層は、そのフィルム層の生成応力が大きいので、フィルム層の破裂や剥落の現象が生じやすい。

【0003】

図１を参照すると、従来のＤＢＲ構成充填は、屈折率の差異が大きい２種類の媒介物を周期的に互いに積層し組み合わせる。例えば、第１の材料層１１０と第２の材料層１２０とを互いに積層する。第１の材料層１１０と第２の材料層１２０との材料は、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５またはＴａ_２Ｏ_５などを含む。高エネルギーでめっきを行う必要がある。しかし、高エネルギーめっきでは、フィルム層とフィルム層の間に生じる応力が大きくなるので、破裂や剥落の現象が生じやすく、且つ、フィルムとフィルムの間の粗さが大きいので、散乱が生じやすく光取り出し効率に影響する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、背景技術の問題点に対して、実行できる解決方法を提供し、緩衝層によりフィルム層を改良する。この方法は、ＤＢＲの内部応力による破裂を大幅に減少できる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、以下を含む複合絶縁反射層を提供する。
複数の誘電体ペアを含む複合絶縁反射層において、
少なくとも１つの誘電体ペアは、第１の屈折率を有する第１の材料層と、第２の屈折率を有する第２の材料層と、両者の間に位置する応力緩衝層とを有し、第１の屈折率は第２の屈折率より大きい。

【0006】

本発明によると、好ましくは、第１の材料層と応力緩衝層の間の製造応力は、第１の材料層と第２の材料層の間の製造応力より小さい。

【0007】

本発明によると、好ましくは、第２の材料層と応力緩衝層の間の製造応力は、第１の材料層と第２の材料層の間の製造応力より小さい。

【0008】

本発明によると、好ましくは、第１の材料層は、二酸化チタン、五酸化タンタル、酸化鉛、硫化亜鉛または酸化セレンを含む。

【0009】

本発明によると、好ましくは、第２の材料層は、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウムまたはフッ化トリウムを含む。

【0010】

本発明によると、好ましくは、緩衝層はドープ層である。

【0011】

本発明によると、好ましくは、緩衝層の材料は、五酸化タンタルと二酸化チタンとの混合物、または二酸化チタンと酸化アルミニウム（III） との混合物、または五酸化ニオブと二酸化チタンとの混合物を含む。

【0012】

本発明によると、好ましくは、緩衝層は、第３の屈折率を有し、第３の屈折率は、第１の屈折率より小さく且つ第２の屈折率より大きい。

【0013】

本発明によると、好ましくは、緩衝層は、プラズマめっきまたはイオンアシスト蒸着を採用する。

【0014】

本発明は、上記のＤＢＲ絶縁反射鏡を応用する発光ダイオードチップも提供する。フェイスアップ発光ダイオードチップは、第１の半導体層と、第２の半導体層と、両者の間に位置する発光層とを含み、第１の電極が第１の半導体層と接続し、第２の電極が第２の半導体層と接続し、絶縁反射鏡が発光ダイオードの非出光面に位置し、絶縁反射鏡が発光層の出光を反射する。なお、ここでは、裏面めっきＤＢＲのフェイスアップチップを例としたが、本発明の構想はフェイスアップチップに限らず、フリップチップや非裏面めっき製品にも応用でき、例えばＤＢＲ絶縁保護層（ＰＶ層）の製造にも応用できる。

【0015】

本発明は、上記の発光ダイオードを応用するパッケージも提供する。パッケージは、リード、ボンディングワイヤによりチップ電極と電気的に連接し、蛍光ゲルによりチップをパッケージ本体内に固定する。

【発明の効果】

【0016】

本発明の有益な効果は、少なくとも、緩衝層によりフィルム層の間の応力問題を改善し、旧来のブラッグ反射鏡が多層積層された後生じる破裂や剥落の現象を改善する。同時に、緩衝層材料の中屈折率の特性を利用して、反射層フィルム層を互いに積層めっきする方法で高中低屈折率の設計を実現する。
本発明の他の特徴及び利点は以下の明細書の中に説明される。また、部分的に明細書の中から明らかとなり、もしくは本発明を実施することにより理解できる。本発明の目的及び他の利点は、明細書、特許請求の範囲及び添付の図面に特別に示した構造により実現及び獲得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

添付の図面は本発明に対する更なる理解を提供し、そして明細書の一部を構成し、本発明の実施形態と共に本発明の解釈に用いられるが、本発明に対して制限するものではない。この他、添付図面のデータは概要を説明するものであり、実物のスケールに対応するものではない。

【図1】従来技術における絶縁反射層の断面説明図である。

【図2】実施例１の複合絶縁反射層の断面説明図である。

【図3】実施例１の複合絶縁反射層のスペクトログラムである。

【図4】実施例１の複合絶縁反射層を切断した後の切断面の顕微鏡写真である。

【図5】実施例２の発光ダイオードチップの断面説明図である。

【図6】実施例２の裏面チッピング統計表である。

【図7】実施例３のＬＥＤパッケージの断面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面及び実施例を合わせて本発明の実施方式について詳しく説明する。それにより、本発明が如何に技術手段を利用して技術問題を解決し且つ技術的効果を実現する過程を充分に理解して、それに基づいて実施することができるようにする。なお、矛盾が生じない限り、本発明における各実施例及び各実施例の特徴は互いに組み合わせることができ、それにより形成された技術手段のいずれも本発明の保護範囲内にある。

【0019】

本発明に使用した用語は、具体的な実施方式を説明することのみを目的とし、本発明を限定するものではないことを理解すべきである。更に、本発明において、用語「含有」、「含む」を使用する時は、陳述の特徴、全体、ステップ、構成要件、「及び／又は」の存在を示すためであり、１つ又は複数の他の特徴、全体、ステップ、構成要件、及び／又はこれらの組み合わせの存在又は増加を排除しない。

【0020】

図２を参照すると、本発明の第１の実施例においては、以下を含む複合絶縁反射層１００を提供する。

【0021】

複合絶縁反射層１００は、複数の誘電体ペアを含み、誘電体ペアは、屈折率の高低が異なる材料の組み合わせで組成される。

【0022】

その中で、少なくとも１つの誘電体ペアは、第１の屈折率を有する第１の材料層１１０と、第２の屈折率を有する第２の材料層１２０と、両者の間に位置する応力緩衝層１３０とを有し、第１の屈折率は第２の屈折率より大きい。第１の材料層１１０は、二酸化チタン、五酸化タンタル、酸化鉛、硫化亜鉛または酸化セレンを含む。第２の材料層１２０は、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウムまたはフッ化トリウムを含む。緩衝層１３０の材料は、五酸化タンタルと二酸化チタンとの混合物、または二酸化チタンと酸化アルミニウム（ＩＩＩ）との混合物、または五酸化ニオブと二酸化チタンとの混合物を含む。第１の材料層１１０と応力緩衝層１３０の間の製造応力は、第１の材料層１１０と第２の材料層１２０の間の製造応力より小さい。

【0023】

本実施例の第１の材料層１１０は、二酸化チタンを採用し、第２の材料層１２０は、二酸化ケイ素を採用し、緩衝層１３０は、第１の材料層１１０及び第２の材料層１２０に合わせるため、五酸化ニオブと二酸化チタンとの混合物を選択した。その混合物は、２種異なる原料物質を採用して同時にめっきすることにより、２種の材料の均一混合を達成し、即ち二酸化チタンに対して五酸化ニオブをドーピングする。緩衝層１３０は、第３の屈折率を有し、第３の屈折率は、第１の屈折率より小さく且つ第２の屈折率より大きい。高中低屈折率の組み合わせにより、異なる入射角の入射光の反射率を保障し且つ反射鏡の応力条件を改善する。

【0024】

緩衝層１３０は、プラズマめっきまたはイオンアシスト蒸着を採用し、同時にチタン及びニオブをめっきし、そして混合金属を酸化させる。ニオブは混合金属の０％～５０％を占め、混合緩衝層のフィルム応力は二酸化チタン及び二酸化ケイ素より低い。

【0025】

図３はガラスシート上の複合絶縁反射層のスペクトログラムである。複合絶縁反射層１００をガラスシートにめっきし、その光学性能を測定する。複合絶縁反射層１００は、活性層から０度～６０度の入射角で発射する入射光に対して９８％またはそれ以上の反射率を示す複数の誘電体ペアを有し、前記入射光において、例えば４００ｎｍ～７００ｎｍの範囲の波長で高反射率を示す複数の誘電体ペアが形成された。

【0026】

図４はガラスシートにめっきされたＤＢＲフィルム層に対してレーザー切断を行った後の顕微鏡写真である。左の図は緩衝層設計を採用していないＤＢＲフィルム層であって、大きい内部応力が存在し、レーザー切断後にＤＢＲフィルム層の脱落（剥離（Ｐｅｅｌｉｎｇ）現象）が起きている。右の図は緩衝層１３０の設計を採用したＤＢＲフィルム層であって、切断過程中、切断痕跡が均一でＤＢＲフィルム層に顕著な脱落がない。

【0027】

図５を参照すると、本発明の第２の実施例においては、上記ＤＢＲ絶縁反射層１００を応用した発光ダイオードチップを提供する。ＧａＮ系発光ダイオードを例として、フェイスアップ発光ダイオードチップを採用し、基材２００を含み、更に第１の半導体層３１０と、第２の半導体層３２０と、両者の間に位置する発光層３３０とを有し、第１の電極４１０が第１の半導体層３１０と接続し、第２の電極４２０が第２の半導体層３２０と接続し、絶縁反射層１００が発光ダイオードの非出光面に位置し、絶縁反射鏡１００が反射により出光を増強する。

【0028】

基材２００は、任意の基材材料から選択できる。例えば、サファイア基材またはＳｉＣ基材である。基材２００の上表面にパターンを有することができ、例えば、その上表面にパターンを有するサファイア基材（ＰＳＳ）である。基材２００は、ＧａＮ系化合物半導体層の生長に適宜の生長基材であり得る。

【0029】

発光構造は、基材２００に位置する。発光構造は、第１の半導体層３１０と、第２の半導体層３２０と、第１の半導体層３１０と第２の半導体層３２０との間に設置されている発光層３３０とを含む。ここで、第１の半導体層３１０と第２の半導体層３２０とは、反対の導電タイプの半導体層であり、例えば、第１の半導体層３１０がｎ型で、第２の半導体層３２０がｐ型であることができ、逆も同様に可能である。

【0030】

第１の半導体層３１０、発光層３３０及び第２の半導体層３２０は、ＧａＮ系化合物半導体材料により形成でき、即ち、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎにより形成できる。発光層３３０は、所望の波長の光（例えば、ＵＶ光または青い光）を発射できる素子により組成された。図に示されるように、第１の半導体層３１０及び／又は第２の半導体層３２０は、単層構造または多層構造を有する。また、発光層３３０は、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有することができる。

【0031】

それらの半導体層は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）により形成することができる。且つ、フォトリソグラフィ及びエッチングでパターン化されることにより、第１の半導体層３１０の一部のエリアを暴露させる。

【0032】

複合絶縁反射層１００は、基材２００の下方に位置し、複合絶縁反射層１００は、例えばＴｉＯ_２（ｎ：約２．４）である第１の屈折率を有する第１の材料層１１０及び例えばＳｉＯ_２（ｎ：約１．５）である第２の屈折率を有する第２の材料層１２０を交互に積層することに形成された。第１の材料層１１０と第２の材料層１２０の間に緩衝層を挿入し、緩衝層１３０は混合物であり、例えば五酸化ニオブと二酸化チタンとの（n：約２．３）混合物である。

【0033】

図６を参照すると、Ｓ－１８ＢＢを例として、規模化量産条件（Ｒ４）において、ＯＴＦＣ１５００量産蒸着機種を採用することと比べて、スパッタリングを採用して緩衝層１３０を有するＤＢＲフィルム層を製造することは、発光ダイオードチップのレーザー切断工程のプロセスにおいて、チップの裏面チッピングの量が明らかに減少し、裏面チッピングチップ素子数が２２．８％減少した。
図７を参照すると、本発明の第３の実施例は、パッケージ本体５００と、リード５１０、５２０と、発光ダイオードチップ６００と、成型部材５３０とを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを提供する。パッケージ本体５００は、プラスチック樹脂により形成できる。パッケージ本体５００は、ＬＥＤチップを取り付けるための取付け平面Ｍと、発光ダイオードチップが発射する光を反射する反射平面Ｒとを有する。発光ダイオードチップ６００は、取付け平面Ｍに取り付けられていると共に、ボンディングワイヤＷを介してリード５１０、５２０に電気的に連接している。発光ダイオードチップ６００は、粘着剤７００を介して取付け平面Ｍに結合することができる。粘着剤７００は、例えばＡｇエポキシ樹脂糊を固化することにより形成できる。成型部材５３０は、例えば蛍光ゲルを採用して、発光ダイオードチップ６００を封止する。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、当業者であれば本発明の主旨から離れないという前提の下、若干の変更や修飾が可能で有り、それら変更や修飾も本発明の保護範囲に含まれるものとされるべきである。

【符号の説明】

【0034】

１００ 絶縁反射層
１１０ 第１の材料層
１２０ 第２の材料層
１３０ 発光層
２００ 基材
３１０ 第１の半導体層
３２０ 第２の半導体層
３３０ 発光層
４１０ 第１の電極
４２０ 第２の電極
５００ パッケージ本体
５１０、５２０ リード
５３０ 成型部材
６００ 発光ダイオードチップ
７００ 粘着剤
Ｍ 取付け平面
Ｒ 反射平面
Ｗ ボンディングワイヤ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】