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JP2012129249A - Light-emitting diode, light-emitting diode lamp, and method for manufacturing light-emitting diode - Google Patents

Light-emitting diode, light-emitting diode lamp, and method for manufacturing light-emitting diode Download PDF

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JP2012129249A
JP2012129249A JP2010277238A JP2010277238A JP2012129249A JP 2012129249 A JP2012129249 A JP 2012129249A JP 2010277238 A JP2010277238 A JP 2010277238A JP 2010277238 A JP2010277238 A JP 2010277238A JP 2012129249 A JP2012129249 A JP 2012129249A
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JP
Japan
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light emitting
emitting diode
light
layer
substrate
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JP2010277238A
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Japanese (ja)
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Atsushi Matsumura
篤 松村
Ryoichi Takeuchi
良一 竹内
Haruka Tokunaga
悠 徳永
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Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting diode and a light-emitting diode lamp which are excellent in heat dissipation, have high luminous efficiency, and are capable of emitting light with high luminance, and to provide a method for manufacturing the light-emitting diode.SOLUTION: The light-emitting diode of the present invention, in which a functional substrate is joined to a light-emitting part including a light-emitting layer, is characterized in that it comprises a reflection part which is disposed on the outer peripheral side of the light-emitting part at a distance from the light-emitting part and reflects light emitted from a side surface of the light-emitting part in a direction away from the functional substrate.

Description

本発明は、発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び発光ダイオードの製造方法に関する。   The present invention relates to a light emitting diode, a light emitting diode lamp, and a method for manufacturing a light emitting diode.

青色、緑色、赤色、黄色或いは白色などの可視光及び、紫外、赤外光を発光する発光ダイオード(英略称:LED)が知られている。例えば、可視光では、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム(組成式(AlGa1−XIn1−YP;0≦X≦1,0<Y≦1)からなる発光層を有する発光部と、前記発光部が形成された基板と、を備えた化合物半導体LEDが知られている。 Light emitting diodes (English abbreviation: LED) that emit visible light such as blue, green, red, yellow, or white, and ultraviolet and infrared light are known. For example, in visible light, light emission having a light emitting layer made of aluminum phosphide, gallium, indium (composition (Al X Ga 1-X ) Y In 1-YP ; 0 ≦ X ≦ 1, 0 <Y ≦ 1) 2. Description of the Related Art A compound semiconductor LED that includes a portion and a substrate on which the light emitting portion is formed is known.

前記基板としては、一般に、前記発光層から出射される光に対し光学的に不透明であり、また機械的にもそれ程強度のない砒化ガリウム(GaAs)等が用いられている。
しかし、最近では、より高輝度の可視光発光ダイオードを得るために、また、発光素子の機械的強度の更なる向上を目的として、前記基板を除去して、然る後、発光光を透過または反射し、尚且つ機械強度的に優れる材料からなる支持体層(機能性基板)を接合させている。
例えば、特許文献1〜7には、前記発光層に前記支持体層(機能性基板)を改めて接合させる技術(接合型LED形成技術)が開示されている。さらにまた、特許文献8には、前記接合技術に関連する技術が開示され、金属層と反射層とを接着した有機接着層にオーミック金属を埋め込んだ発光素子が開示されている。
As the substrate, gallium arsenide (GaAs) or the like that is optically opaque with respect to the light emitted from the light emitting layer and that is not mechanically strong is generally used.
However, recently, in order to obtain a brighter visible light-emitting diode and to further improve the mechanical strength of the light-emitting element, the substrate is removed, and then the transmitted light is transmitted or transmitted. A support layer (functional substrate) made of a material that reflects and is excellent in mechanical strength is bonded.
For example, Patent Documents 1 to 7 disclose a technique (junction LED formation technique) in which the support layer (functional substrate) is bonded to the light emitting layer again. Furthermore, Patent Document 8 discloses a technique related to the bonding technique, and discloses a light emitting device in which an ohmic metal is embedded in an organic adhesive layer in which a metal layer and a reflective layer are bonded.

前記接合型LED形成技術の開発により、発光部に接合させる基板の自由度が増えており、例えば、反射、放熱性、機械強度などの機能の高い金属材料、好適な材料を組みあわせた複合材料などからなる機能性基板を用いることができている。前記基板として機能性基板を用いることにより、前記発光部からの光学性能、放熱性を確保して、発光層の劣化を抑制し、長寿命とすることができる。
特に、高電流で光らせる必要がある高出力用の発光ダイオードは、従来のものに比べて発熱量が多く、放熱性の確保がより課題となっている。そのため、発光部に機能性基板を接合させることは、発光ダイオードの高出力化、長寿命化に有用とされる。
With the development of the junction-type LED forming technology, the degree of freedom of the substrate to be bonded to the light emitting portion has increased, for example, a composite material combining a metal material having high functions such as reflection, heat dissipation, and mechanical strength, and a suitable material. The functional board | substrate which consists of etc. can be used. By using a functional substrate as the substrate, it is possible to ensure optical performance and heat dissipation from the light emitting portion, suppress deterioration of the light emitting layer, and extend the life.
In particular, a high-power light-emitting diode that needs to emit light with a high current has a larger amount of heat generation than a conventional one, and ensuring heat dissipation is a more important issue. Therefore, bonding a functional substrate to the light emitting part is useful for increasing the output and extending the life of the light emitting diode.

しかしながら、主な光取り出し面に対して、機能性基板に接合された発光部の側面からの発光を取り出す工夫は、不十分であった。パッケージの形状によっては、発光部の側面からの光に対して、反射構造等がなく、パッケージから取り出せない光のロスとなり、発光効率を低下させる要因の1つであった。   However, the device for extracting light emitted from the side surface of the light emitting portion bonded to the functional substrate with respect to the main light extraction surface has been insufficient. Depending on the shape of the package, the light from the side surface of the light emitting part has no reflecting structure and the like, resulting in a loss of light that cannot be extracted from the package.

特許第3230638号公報Japanese Patent No. 3230638 特開平6−302857号公報JP-A-6-302857 特開2002−246640号公報JP 2002-246640 A 特許第2588849号公報Japanese Patent No. 2588849 特開2001−57441号公報JP 2001-57441 A 特開2007−81010号公報JP 2007-81010 A 特開2006−32952号公報JP 2006-32952 A 特開2005−236303号公報JP-A-2005-236303

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、放熱性に優れ、発光効率の高く、高輝度で発光できる発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び発光ダイオードの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a light emitting diode, a light emitting diode lamp, and a method for manufacturing the light emitting diode that are excellent in heat dissipation, have high luminous efficiency, and can emit light with high luminance.

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
(1)半導体基板上に、発光層を含む発光部レイヤーを形成する工程と、前記発光部レイヤーに機能性基板を接合する工程と、前記半導体基板を除去する工程と、前記発光部レイヤーを、前記半導体基板が除去された面側から前記機能性基板が露出するまでエッチングして、平面視してチップ分割予定ラインを含む範囲において該チップ分割予定ラインに沿って溝部を形成し、前記発光部レイヤーを各チップの発光部に分離する工程と、前記溝部内の前記機能性基板上の、前記発光部の外周端から離間する位置にサイド反射部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
ここで、「発光部レイヤー」はチップ化する前の発光部からなる層群を示すのに用いるが、以下では単に「発光部」ともいう。
また、「チップ分割予定ライン」とは、チップに分割するために切断を入れる予定のラインであって、 “ストリート”又は“スペーシング”とも呼ばれる。
(2)半導体基板上に、発光層を含む発光部レイヤーを形成する工程と、前記発光部レイヤーに反射構造体を形成する工程と、前記反射構造体上に前記機能性基板を接合する工程と、前記半導体基板を除去する工程と、前記発光部レイヤーを、前記半導体基板が除去された面側から前記機能性基板が露出するまでエッチングして、平面視してチップ分割予定ラインを含む範囲において該チップ分割予定ラインに沿って溝部を形成し、前記発光部レイヤーを各チップの発光部に分離する工程と、前記溝部内の前記機能性基板上の、前記発光部の外周端から離間する位置にサイド反射部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
(3)前記サイド反射部を形成する工程は、レーザーを用いて、レーザーによる前記機能性基板の溶融物によってサイド反射部を形成することを特徴とする前項(1)又は(2)のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。
(4)前記サイド反射部を形成する工程は、めっき法によって行うことを特徴とする前項(1)又は(2)のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。
(5)発光層を含む発光部に機能性基板が接合された発光ダイオードであって、前記発光部の外周側方に該発光部から離間して配置し、該発光部の側面から発せられた光を前記機能性基板から遠ざかる方向へ反射するサイド反射部を備えたことを特徴とする発光ダイオード。
(6)前記サイド反射部は、前記発光部の側面から発せられた光を反射する傾斜面を有することを特徴とする前項(1)に記載の発光ダイオード。
(7)前記サイド反射部は、前記機能性基板上の周縁領域に設けられていることを特徴とする前項(5)又は(6)のいずれかに記載の発光ダイオード。
(8)前記傾斜面上に金属膜が設けられていることを特徴とする前項(6)又は(7)のいずれかに記載の発光ダイオード。
(9)前記発光部と前記機能性基板との間に反射構造体を備えたことを特徴とする前項(5)から(8)のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(10)前記サイド反射部は、前記機能性基板の材料を含んでなることを特徴とする前項(5から(9)のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(11)前記サイド反射部は、銅、アルミニウム、ニッケル、銀または金のいずれか1つを含んでなることを特徴とする前項(5)から(10)のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(12)前記機能性基板は、銅、アルミニウム、銀、モリブデン、タングステンまたは金のいずれか1つを含んでなることを特徴とする前項(5)から(11)のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(13)前記機能性基板は、銅とモリブデンの積層基板でなることを特徴とする前項(5)から(12)のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(14)前記発光層は、AlGaInP層、AlGaAs層またはGaInN層のいずれか1つを含むことを特徴とする前項(5)から(13)のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(15)前項(5)から(13)のいずれか一項に記載の発光ダイオードと、該発光ダイオードを搭載するパッケージ基板とを備えた発光ダイオードランプ。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration. That is,
(1) A step of forming a light emitting part layer including a light emitting layer on a semiconductor substrate, a step of bonding a functional substrate to the light emitting part layer, a step of removing the semiconductor substrate, and the light emitting part layer, Etching from the surface side from which the semiconductor substrate is removed until the functional substrate is exposed, forming a groove portion along the chip division planned line in a range including the chip division planned line in plan view, and the light emitting unit A step of separating a layer into light emitting portions of each chip, and a step of forming a side reflecting portion on the functional substrate in the groove portion at a position away from the outer peripheral edge of the light emitting portion. A method for manufacturing a light emitting diode.
Here, the “light emitting part layer” is used to indicate a group of layers formed of light emitting parts before being formed into chips, but is also simply referred to as “light emitting part” below.
The “chip division planned line” is a line scheduled to be cut to divide into chips, and is also called “street” or “spacing”.
(2) forming a light emitting layer including a light emitting layer on a semiconductor substrate, forming a reflective structure on the light emitting layer, and bonding the functional substrate on the reflective structure; The step of removing the semiconductor substrate and the light emitting part layer are etched from the surface side from which the semiconductor substrate is removed until the functional substrate is exposed, and in a range including a chip division planned line in plan view Forming a groove portion along the chip splitting line, separating the light emitting portion layer into light emitting portions of each chip, and a position on the functional substrate in the groove portion away from the outer peripheral edge of the light emitting portion And a step of forming a side reflection portion on the light emitting diode.
(3) Either the step (1) or (2), wherein the step of forming the side reflecting portion uses a laser to form the side reflecting portion by a melt of the functional substrate using a laser. The manufacturing method of the light emitting diode as described in any one of.
(4) The method for manufacturing a light-emitting diode according to any one of (1) and (2), wherein the step of forming the side reflecting portion is performed by a plating method.
(5) A light-emitting diode in which a functional substrate is bonded to a light-emitting unit including a light-emitting layer, the light-emitting diode is disposed on the outer peripheral side of the light-emitting unit and spaced apart from the light-emitting unit, and is emitted from a side surface of the light-emitting unit A light emitting diode comprising a side reflecting portion that reflects light in a direction away from the functional substrate.
(6) The light-emitting diode according to (1), wherein the side reflection portion has an inclined surface that reflects light emitted from a side surface of the light-emitting portion.
(7) The light-emitting diode according to any one of (5) and (6), wherein the side reflecting portion is provided in a peripheral region on the functional substrate.
(8) The light-emitting diode according to any one of (6) and (7), wherein a metal film is provided on the inclined surface.
(9) The light-emitting diode according to any one of (5) to (8), wherein a reflective structure is provided between the light-emitting portion and the functional substrate.
(10) The light-emitting diode according to any one of (5) to (9), wherein the side reflecting portion includes a material of the functional substrate.
(11) The light-emitting diode according to any one of (5) to (10), wherein the side reflecting portion includes any one of copper, aluminum, nickel, silver, or gold. .
(12) The functional substrate according to any one of (5) to (11), wherein the functional substrate includes any one of copper, aluminum, silver, molybdenum, tungsten, or gold. Light emitting diode.
(13) The light-emitting diode according to any one of (5) to (12), wherein the functional substrate is a laminated substrate of copper and molybdenum.
(14) The light emitting diode according to any one of (5) to (13), wherein the light emitting layer includes any one of an AlGaInP layer, an AlGaAs layer, and a GaInN layer.
(15) A light-emitting diode lamp comprising the light-emitting diode according to any one of (5) to (13) above and a package substrate on which the light-emitting diode is mounted.

本発明の発光ダイオードは、発光部の外周側方に発光部から離間して配置するサイド反射部を備えているので、発光部の側面からの発光を有効利用するめため、高電流を印加して、高輝度で発光できる。   Since the light-emitting diode of the present invention includes a side reflection portion that is arranged apart from the light-emitting portion on the outer peripheral side of the light-emitting portion, a high current is applied to effectively use light emission from the side surface of the light-emitting portion. Can emit light with high brightness.

本発明の発光ダイオードは、発光層を含む発光部に接合された機能性基板が金属基板または、シリコン、AlN、SiC、GaP、Geなどの表面(接合面側)に反射層を形成した基板である場合は、高電流を印加して、さらに高輝度で発光できる。   The light-emitting diode according to the present invention is a substrate in which a functional substrate bonded to a light-emitting portion including a light-emitting layer is a metal substrate or a surface where a reflective layer is formed on the surface (bonding surface side) of silicon, AlN, SiC, GaP, Ge, or the like. In some cases, light can be emitted with higher brightness by applying a high current.

本発明の発光ダイオードランプは、先に記載の発光ダイオードと、発光ダイオードを搭載するパッケージ基板とを有する発光ダイオードランプであり、パッケージ基板の熱抵抗が100℃/W以下である場合は、放熱性に優れ、高輝度で発光できる。   The light-emitting diode lamp of the present invention is a light-emitting diode lamp having the above-described light-emitting diode and a package substrate on which the light-emitting diode is mounted. When the thermal resistance of the package substrate is 100 ° C./W or less, heat dissipation is achieved. And emits light with high brightness.

(a)本発明の実施形態である発光ダイオードの一例を示す平面図である。(b)(a)のA−A’に沿った断面図である。(A) It is a top view which shows an example of the light emitting diode which is embodiment of this invention. (B) It is sectional drawing along A-A 'of (a). 本発明の実施形態である発光ダイオードに用いる機能性基板の製造工程の一例を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the functional board | substrate used for the light emitting diode which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the light emitting diode which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the light emitting diode which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the light emitting diode which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the light emitting diode which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the light emitting diode which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the light emitting diode which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である発光ダイオードの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the light emitting diode which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である発光ダイオードランプの別の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the light emitting diode lamp which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である発光ダイオードの別の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the light emitting diode which is embodiment of this invention.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。
<発光ダイオード>
図1は、本発明の実施形態である発光ダイオードの一例を示す図であって、図1(a)は平面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A’に沿った断面図である。
図1に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオード(LED)1は、発光層2を含む発光部3に機能性基板5が接合された発光ダイオードであって、発光部3の外周側方に発光部3から離間して機能性基板5上の周縁領域5aに配置し、発光部3の側面から発せられた光を機能性基板5から遠ざかる方向へ反射するサイド反射部6を備える。
また、サイド反射部6は、発光部3の側面から発せられた光を反射する傾斜面6Aを有する。
また、発光部3と機能性基板5との間に反射構造体4を備える。
サイド反射部が、発光部の側面から発せられた光を、正面方向を含む機能性基板から遠ざかる方向に反射するのに対して、反射構造体は発光部から発せられた光を正面方向に反射する。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
<Light emitting diode>
1A and 1B are diagrams showing an example of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. FIG.
As shown in FIG. 1, a light emitting diode (LED) 1 according to an embodiment of the present invention is a light emitting diode in which a functional substrate 5 is bonded to a light emitting unit 3 including a light emitting layer 2. A side reflection part 6 is provided that is spaced apart from the light emitting part 3 and is disposed in the peripheral region 5 a on the functional substrate 5 and reflects light emitted from the side surface of the light emitting part 3 in a direction away from the functional substrate 5. .
The side reflecting portion 6 has an inclined surface 6 </ b> A that reflects light emitted from the side surface of the light emitting portion 3.
Further, the reflective structure 4 is provided between the light emitting unit 3 and the functional substrate 5.
The side reflector reflects the light emitted from the side surface of the light emitting part in a direction away from the functional substrate including the front direction, whereas the reflecting structure reflects the light emitted from the light emitting part in the front direction. To do.

<発光部>
発光部3は、発光層2を含む化合物半導体積層構造体であって、複数のエピタキシャル成長させた層を積層してなるエピタキシャル積層構造体である。
発光部3としては、例えば、InGaN層等の公知の発光層を利用できるが、機能性基板の接合技術が確立され、不透明基板を用いるAlGaInP層またはAlGaAs層などが効果が大きく、更に望ましい。AlGaInP層は、一般式(AlGa1−XIn1−YP(0≦X≦1,0<Y≦1)で表される材料からなる層である。この組成は、発光ダイオードの発光波長に応じて、決定される。
また、赤色及び赤外発光の発光ダイオードを作製する際に用いられるAlGa1−XAs(0≦X≦1)層の場合も同様に、構成材料の組成は発光ダイオードの発光波長に応じて決定される。
発光部3は、n型またはp型の何れか一の伝導型の化合物半導体であり、内部でpn接合が形成される。なお、発光部3の表面の極性はp型、n型のどちらでもよいが、電流拡散のしやすいn型が、表面側である事が望ましい。
<Light emitting part>
The light emitting unit 3 is a compound semiconductor stacked structure including the light emitting layer 2 and is an epitaxial stacked structure formed by stacking a plurality of epitaxially grown layers.
As the light emitting unit 3, for example, a known light emitting layer such as an InGaN layer can be used. However, a bonding technique for a functional substrate has been established, and an AlGaInP layer or an AlGaAs layer using an opaque substrate is more effective and more desirable. AlGaInP layer is a layer consisting of the general formula (Al X Ga 1-X) Y In 1-Y P (0 ≦ X ≦ 1,0 <Y ≦ 1) material represented by. This composition is determined according to the emission wavelength of the light emitting diode.
Similarly, in the case of an Al X Ga 1-X As (0 ≦ X ≦ 1) layer used for manufacturing red and infrared light emitting diodes, the composition of the constituent materials depends on the emission wavelength of the light emitting diodes. Determined.
The light-emitting portion 3 is a compound semiconductor of either n-type or p-type conductivity, and a pn junction is formed inside. Note that the polarity of the surface of the light-emitting portion 3 may be either p-type or n-type, but it is desirable that the n-type that is easy to diffuse current is on the surface side.

図1(b)に示すように、発光部3は例えば、コンタクト層12bと、クラッド層10aと、発光層2と、クラッド層10bと、コンタクト層13とからなる。
コンタクト層12bは、オーミック(Ohmic)電極の接触抵抗を下げるため層であり、例えば、Siドープしたn型の(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pからなり、キャリア濃度を2×1018cm−3とし、層厚を1.5μmとする。
また、クラッド層10aは、例えば、Siをドープしたn型の(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなり、キャリア濃度を8×1017cm−3とし、層厚を1μmとする。
As shown in FIG. 1B, the light emitting unit 3 includes, for example, a contact layer 12b, a cladding layer 10a, a light emitting layer 2, a cladding layer 10b, and a contact layer 13.
The contact layer 12b is a layer for lowering the contact resistance of the ohmic electrode, and is made of, for example, Si-doped n-type (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P, and includes a carrier. The concentration is 2 × 10 18 cm −3 and the layer thickness is 1.5 μm.
The clad layer 10a is made of, for example, n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P doped with Si, and has a carrier concentration of 8 × 10 17 cm −3. The thickness is 1 μm.

発光層2は例えば、アンドープの(Al0.2Ga0.80.5In0.5P/(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pの10対の積層構造からなり、層厚を0.8μmとする。
発光層2は、ダブルへテロ構造(Double Hetero:DH)、単一量子井戸構造(Single Quantum Well:SQW)または多重量子井戸構造(Multi Quantum Well:MQW)などの構造を有する。ここで、ダブルへテロ構造は、放射再結合を担うキャリアを閉じ込められる構造である。また、量子井戸構造は、井戸層と、前記井戸層を挟む2つの障壁層を有する構造であって、SQWは井戸層が1つのものであり、MQWは井戸層が2以上のものである。発光部3の形成方法としては、MOCVD法などを用いることができる。
発光層2から単色性に優れる発光を得るためには、特に、発光層2としてMQW構造を用いることが好ましい。
The light emitting layer 2 is, for example, 10 pairs of undoped (Al 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In 0.5 P / (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P. The layer thickness is 0.8 μm.
The light emitting layer 2 has a structure such as a double hetero structure (Double Hetero: DH), a single quantum well structure (Single Quantum Well: SQW), or a multiple quantum well structure (Multi Quantum Well: MQW). Here, the double heterostructure is a structure in which carriers responsible for radiative recombination can be confined. The quantum well structure has a well layer and two barrier layers sandwiching the well layer. The SQW has one well layer and the MQW has two or more well layers. As a method for forming the light emitting portion 3, MOCVD method or the like can be used.
In order to obtain light emission excellent in monochromaticity from the light emitting layer 2, it is particularly preferable to use an MQW structure as the light emitting layer 2.

クラッド層10bは、例えば、Mgをドープしたp型の(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなり、キャリア濃度を2×1017cm−3とし、層厚を1μmとする。
また、コンタクト層13は、電流拡散と電極との接触抵抗を下げることを目的とし、透明な材料であるGaP、AlGaInP、AlGaAsなどを用いることができる。例えば、Mgをドープしたp型(Al0.5Ga0.50.5In0.5P層であり、キャリア濃度を3×1018cm−3とし、層厚を2μmとする。
The clad layer 10b is made of, for example, p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P doped with Mg, the carrier concentration is 2 × 10 17 cm −3 , and the layer thickness is 1 μm.
The contact layer 13 may be made of a transparent material such as GaP, AlGaInP, or AlGaAs for the purpose of reducing the current diffusion and the contact resistance between the electrodes. For example, it is a p-type (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P layer doped with Mg, the carrier concentration is 3 × 10 18 cm −3 , and the layer thickness is 2 μm.

発光部3の構成は、上記に記載した構造に限られるものではなく、例えば、素子駆動電流を発光部3の全般に平面的に拡散させる電流拡散層や、素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層または電流狭窄層などを有していてもよい。   The configuration of the light emitting unit 3 is not limited to the above-described structure. For example, a current diffusion layer that diffuses the element driving current in a planar manner in the entire light emitting unit 3 or a region through which the element driving current flows is used. A current blocking layer or a current confinement layer for limiting may be provided.

<第1の電極、第2の電極>
第1の電極7、7a及び第2の電極8はそれぞれオーミック電極であり、それらの形状及び配置は、発光部3に電流を均一に拡散させるものであればよく、特に限定されない。例えば、平面視したときに円状または矩形状等の公知の電極を用いることができ、一個の電極として配置することも、複数の電極の組み合わせを配置することもできる。
<First electrode, second electrode>
The first electrodes 7, 7 a and the second electrode 8 are ohmic electrodes, and their shape and arrangement are not particularly limited as long as the current is uniformly diffused in the light emitting unit 3. For example, a known electrode such as a circular shape or a rectangular shape can be used in plan view, and the electrodes can be arranged as a single electrode or a combination of a plurality of electrodes.

第1の電極7、7aの材料としては、コンタクト層12bとしてn型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、AlGaAs系、AlGaInP系の半導体に対してはAuGe、AuSiなどを用いることができ、コンタクト層12bとしてp型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、AuBe、AuZnなどを用いることができる。InGaN等の他の半導体材料に対して、電極材料の組み合わせは、公知の技術を利用できる。
また、更にその上にAuなどを積層して、酸化を防止させるとともに、ワイヤーボンディング特性を向上させることができる。
As the material of the first electrodes 7 and 7a, when an n-type compound semiconductor is used as the contact layer 12b, for example, AuGe, AuSi, or the like can be used for an AlGaAs-based or AlGaInP-based semiconductor. When a p-type compound semiconductor is used for the contact layer 12b, for example, AuBe, AuZn, or the like can be used. For other semiconductor materials such as InGaN, a known technique can be used as a combination of electrode materials.
Further, Au or the like can be further laminated thereon to prevent oxidation and improve wire bonding characteristics.

第2の電極8の材料としては、n型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、AuGe、AuSiなどを含む材料を用いることができ、p型の化合物半導体を用いた場合には、例えば、AuBe、AuZnなどを含む材料を用いることができる。InGaN等の他の半導体材料に対して、電極材料の組み合わせは、公知の技術を利用できる。   As the material of the second electrode 8, when an n-type compound semiconductor is used, for example, a material containing AuGe, AuSi or the like can be used. When a p-type compound semiconductor is used, for example, A material containing AuBe, AuZn, or the like can be used. For other semiconductor materials such as InGaN, a known technique can be used as a combination of electrode materials.

<反射構造体>
反射構造体は発光部と機能性基板との間に備えられ、発光層から下方(機能性基板側)へ発光された光を上方へ反射する機能を有するものであれば、単層でも積層構造からなるものでも構わない。例えば、単層の金属膜や、透明導電膜と金属膜の積層構造のものを用いることができる。
図1に示した実施形態では、発光部3の反射構造体4側の面3bに、第2の電極8を覆うように反射構造体4が形成されている。反射構造体4は、金属膜15と透明導電膜14とが積層されてなる。
尚、発光部と機能性基板とを直接接合する実施形態では反射構造体を有さない。
<Reflection structure>
The reflective structure is provided between the light emitting portion and the functional substrate, and has a function of reflecting light emitted downward from the light emitting layer (functional substrate side) to a single layer or a laminated structure. It does not matter if it consists of For example, a single layer metal film or a laminated structure of a transparent conductive film and a metal film can be used.
In the embodiment shown in FIG. 1, the reflective structure 4 is formed on the surface 3 b of the light emitting unit 3 on the reflective structure 4 side so as to cover the second electrode 8. The reflective structure 4 is formed by laminating a metal film 15 and a transparent conductive film 14.
In addition, in embodiment which joins a light emission part and a functional board | substrate directly, it does not have a reflection structure.

反射率の高い金属膜は、銅、銀、金、アルミニウムなどを主な材料とする金属及びそれらの合金などにより構成されている。これらの材料は適切な発光波長と組み合わせれば反射率を90%以上とすることができる。反射率の高い金属膜を形成することにより、発光層2からの光を金属膜で正面方向へ反射させて、正面方向での光取り出し効率を向上させることができる。しかし、低入射角の光は、正面方向からではなく、側面から射出される。この側面から射出される光を有効利用することが、発光ダイオードランプをより高輝度化できる。   The metal film having a high reflectance is made of a metal whose main material is copper, silver, gold, aluminum, or an alloy thereof. When these materials are combined with an appropriate emission wavelength, the reflectance can be 90% or more. By forming a highly reflective metal film, the light from the light emitting layer 2 is reflected in the front direction by the metal film, and the light extraction efficiency in the front direction can be improved. However, low incident angle light is emitted from the side, not from the front. Effective use of the light emitted from this side surface can increase the brightness of the light-emitting diode lamp.

<機能性基板>
機能性基板5は、単層でも積層構造からなるものでもよい。
機能性基板5は複数の金属層(板)からなるものを用いることができる。特に、2種類の金属層が交互に積層されてなるのが好ましく、この2種類の金属層の層数は合わせて奇数とするのがさらに好ましい。
例えば、2枚の第1の金属層が第2の金属層を挟んだ積層構造からなる場合は、熱伝導率が130W/m・K以上であって、熱膨張係数が前記発光部と略等しい第1の金属層と、熱伝導率が230W/m・K以上の第2の金属層からなるのが好ましい
機能性基板として熱伝導の高い金属基板は、発光部とのオーミック接触を確保し、直接接合できるので最も好ましい。不透明基板を用いた場合は、オーミック接触と反射機能を兼ね備えた構造とする。例えば、Si基板の場合には表面に銀、金などの反射率の高い金属膜を形成して作製した複合基板を機能性基板とするのが好ましい。
銅とモリブデンの積層基板でなるものも好ましい。
図2(b)に、2枚の略平板状の第1の金属板21に1枚の略平板状の第2の金属板22を挟んでなる機能性基板を示す。この場合、第1の金属板21は反射率の高い金属からなるのが好ましい。
<Functional substrate>
The functional substrate 5 may be a single layer or a laminated structure.
The functional substrate 5 can be made of a plurality of metal layers (plates). In particular, it is preferable that two types of metal layers are alternately laminated, and it is more preferable that the number of layers of the two types of metal layers be an odd number in total.
For example, when the two first metal layers have a laminated structure with the second metal layer sandwiched therebetween, the thermal conductivity is 130 W / m · K or more, and the thermal expansion coefficient is substantially equal to that of the light emitting portion. It is preferable that the first metal layer and the second metal layer having a thermal conductivity of 230 W / m · K or more are preferable. The metal substrate having high thermal conductivity as the functional substrate ensures ohmic contact with the light emitting part, Most preferred because it can be directly joined. When an opaque substrate is used, the structure has both ohmic contact and reflection function. For example, in the case of a Si substrate, a composite substrate produced by forming a highly reflective metal film such as silver or gold on the surface is preferably used as the functional substrate.
What consists of a laminated board | substrate of copper and molybdenum is also preferable.
FIG. 2B shows a functional substrate in which one substantially flat plate-like second metal plate 22 is sandwiched between two substantially flat plate-like first metal plates 21. In this case, the first metal plate 21 is preferably made of a metal having a high reflectance.

機能性基板5として金属基板を用いる場合、金属基板の反りや割れの観点から、第2の金属板22として発光部3より熱膨張係数が小さい材料を用いるときは、第1の金属板21、21を発光部3より熱膨張係数が大きい材料からなるものを用いるのが好ましい。金属基板全体としての熱膨張係数が化合物半導体層の熱膨張係数に近いものとなるため、化合物半導体層と金属基板とを接合する際の金属基板の反りや割れを抑制することができ、発光ダイオードの製造歩留まりを向上させることができるからである。同様に、第2の金属板22として化合物半導体層2より熱膨張係数が大きい材料を用いるときは、第1の金属板21、21を化合物半導体層2より熱膨張係数が小さい材料からなるものを用いるのが好ましい。金属基板全体としての熱膨張係数が化合物半導体層の熱膨張係数に近いものとなるため、化合物半導体層と金属基板とを接合する際の金属基板の反りや割れを抑制でき、発光ダイオードの製造歩留まりを向上できるからである。
以上の観点からは、2種類の金属層はいずれが第1の金属層でも第2の金属層でも構わない。
2種類の金属層としては、例えば、銀(熱膨張係数=18.9ppm/K)、銅(熱膨張係数=16.5ppm/K)、金(熱膨張係数=14.2ppm/K)、アルミニウム(熱膨張係数=23.1ppm/K)、ニッケル(熱膨張係数=13.4ppm/K)およびこれらの合金のいずれかからなる金属層と、モリブデン(熱膨張係数=5.1ppm/K)、タングステン(熱膨張係数=4.3ppm/K)、クロム(熱膨張係数=4.9ppm/K)およびこれらの合金のいずれかからなる金属層との組み合わせを用いることができる。
好適な例としては、Cu/Mo/Cuの3層からなる金属基板があげられる。上記の観点ではMo/Cu/Moの3層からなる金属基板でも同様な効果が得られるが、Cu/Mo/Cuの3層からなる金属基板は、機械的強度が高いMoを加工しやすいCuで挟んだ構成なので、Mo/Cu/Moの3層からなる金属基板よりも切断等の加工が容易であるという利点がある。
When using a metal substrate as the functional substrate 5, from the viewpoint of warping or cracking of the metal substrate, when using a material having a smaller thermal expansion coefficient than the light emitting unit 3 as the second metal plate 22, the first metal plate 21, 21 is preferably made of a material having a thermal expansion coefficient larger than that of the light emitting portion 3. Since the thermal expansion coefficient of the metal substrate as a whole is close to the thermal expansion coefficient of the compound semiconductor layer, it is possible to suppress warping and cracking of the metal substrate when the compound semiconductor layer and the metal substrate are joined, and the light emitting diode This is because the production yield can be improved. Similarly, when a material having a larger thermal expansion coefficient than that of the compound semiconductor layer 2 is used as the second metal plate 22, the first metal plates 21 and 21 are made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than that of the compound semiconductor layer 2. It is preferable to use it. Since the thermal expansion coefficient of the metal substrate as a whole is close to the thermal expansion coefficient of the compound semiconductor layer, it is possible to suppress warping and cracking of the metal substrate when joining the compound semiconductor layer and the metal substrate, and the production yield of light emitting diodes It is because it can improve.
From the above viewpoint, any of the two types of metal layers may be the first metal layer or the second metal layer.
Examples of the two metal layers include silver (thermal expansion coefficient = 18.9 ppm / K), copper (thermal expansion coefficient = 16.5 ppm / K), gold (thermal expansion coefficient = 14.2 ppm / K), and aluminum. (Thermal expansion coefficient = 23.1 ppm / K), nickel (thermal expansion coefficient = 13.4 ppm / K) and a metal layer made of any of these alloys, molybdenum (thermal expansion coefficient = 5.1 ppm / K), Combinations of tungsten (thermal expansion coefficient = 4.3 ppm / K), chromium (thermal expansion coefficient = 4.9 ppm / K), and a metal layer made of any of these alloys can be used.
A preferred example is a metal substrate composed of three layers of Cu / Mo / Cu. From the above viewpoint, the same effect can be obtained with a metal substrate composed of three layers of Mo / Cu / Mo, but the metal substrate composed of three layers of Cu / Mo / Cu is a Cu layer that has high mechanical strength and is easy to process Mo. Therefore, there is an advantage that processing such as cutting is easier than a metal substrate composed of three layers of Mo / Cu / Mo.

金属基板全体としての熱膨張係数は例えば、Cu(30μm)/Mo(25μm)/Cu(30μm)の3層からなる金属基板では6.1ppm/Kであり、Mo(25μm)/Cu(70μm)/Mo(25μm)の3層からなる金属基板では5.7ppm/Kとなる。   The thermal expansion coefficient of the entire metal substrate is, for example, 6.1 ppm / K for a three-layer metal substrate of Cu (30 μm) / Mo (25 μm) / Cu (30 μm), and Mo (25 μm) / Cu (70 μm). In the case of a metal substrate composed of three layers of / Mo (25 μm), it is 5.7 ppm / K.

また、放熱の観点からは、金属基板を構成する金属層は熱伝導率が高い材料からなるのが好ましい。これにより、金属基板の放熱性を高くして、発光ダイオードを高輝度で発光させることができるとともに、発光ダイオードの寿命を長寿命とすることができるからである。
例えば、銀(熱伝導率=420W/m・K)、銅(熱伝導率=398W/m・K)、金(熱伝導率=320W/m・K)、アルミニウム(熱伝導率=236W/m・K)、モリブデン(熱伝導率=138W/m・K)、タングステン(熱伝導率=174W/m・K)およびこれらの合金などを用いることが好ましい。
それらの金属層の熱膨張係数が化合物半導体層の熱膨張係数と略等しい材料からなるのがさらに好ましい。特に、金属層の材料が、化合物半導体層の熱膨張係数の±1.5ppm/K以内である熱膨張係数を有する材料であるのが好ましい。これにより、金属基板と化合物半導体層との接合時の発光部への熱によるストレスを小さくすることができ、金属基板を化合物半導体層と接続させたときの熱による金属基板の割れを抑制することができ、発光ダイオードの製造歩留まりを向上させることができる。
金属基板全体としての熱伝導率は例えば、Cu(30μm)/Mo(25μm)/Cu(30μm)の3層からなる金属基板では250W/m・Kとなり、Mo(25μm)/Cu(70μm)/Mo(25μm)の3層からなる金属基板では220W/m・Kとなる。
From the viewpoint of heat dissipation, the metal layer constituting the metal substrate is preferably made of a material having high thermal conductivity. This is because the heat dissipation of the metal substrate can be increased, the light emitting diode can emit light with high brightness, and the life of the light emitting diode can be extended.
For example, silver (thermal conductivity = 420 W / m · K), copper (thermal conductivity = 398 W / m · K), gold (thermal conductivity = 320 W / m · K), aluminum (thermal conductivity = 236 W / m) · K), molybdenum (thermal conductivity = 138 W / m · K), tungsten (thermal conductivity = 174 W / m · K), and alloys thereof are preferably used.
More preferably, the metal layers are made of a material having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the compound semiconductor layer. In particular, the material of the metal layer is preferably a material having a thermal expansion coefficient that is within ± 1.5 ppm / K of the thermal expansion coefficient of the compound semiconductor layer. As a result, it is possible to reduce stress due to heat applied to the light emitting portion when the metal substrate and the compound semiconductor layer are joined, and to suppress cracking of the metal substrate due to heat when the metal substrate is connected to the compound semiconductor layer. The manufacturing yield of the light emitting diode can be improved.
The thermal conductivity of the entire metal substrate is, for example, 250 W / m · K for a three-layer metal substrate of Cu (30 μm) / Mo (25 μm) / Cu (30 μm), and Mo (25 μm) / Cu (70 μm) / In the case of a metal substrate composed of three layers of Mo (25 μm), it is 220 W / m · K.

機能性基板5の厚さは、50μm以上250μm以下とするのが好ましいが、150μm以下がより好ましい。
機能性基板5の厚さが250μmより厚い場合には、発光ダイオードの製造コスト上昇、チップにする為の切断が困難になって好ましくない。また、機能性基板5の厚さが50μmより薄い場合には、ハンドリング時に割れ、かけ、反りなどが生じやすく、製造歩留まりを低下させるおそれがある。基板の材質により、最適な厚さは異なる。
The thickness of the functional substrate 5 is preferably 50 μm or more and 250 μm or less, but more preferably 150 μm or less.
When the thickness of the functional substrate 5 is larger than 250 μm, it is not preferable because the manufacturing cost of the light emitting diode is increased and it is difficult to cut the chip. In addition, when the thickness of the functional substrate 5 is less than 50 μm, cracking, bending, warping, etc. are likely to occur during handling, which may reduce the manufacturing yield. The optimal thickness varies depending on the substrate material.

<サイド反射部>
サイド反射部6は、発光部3の外周側方に発光部3から離間して配置し、発光部3の側面から発せられた光を機能性基板5から遠ざかる方向へ反射する機能を有する。発光層の側面から略垂直に射出された光を機能性基板から遠ざかる方向に反射するのが好ましく、正面方向に反射するものがさらに好ましい。
サイド反射部6は、発光部3の側面から発せられた光を反射する傾斜面6Aを有するのが好ましい。傾斜面6A上には金属膜が設けられていてもよい。
傾斜角度が45°±30°、望ましくは45°±20°の範囲の傾斜面が好適である。反射部の高さは低くても効果があるが、側面から強い光が出る発光層より高いことが望ましい。反射部の形成技術・コストを考慮するとチップ表面と同等または、低いことが望ましい。
また、サイド反射部6は、機能性基板5上の周縁領域5aに設けられる。
また、サイド反射部6は、機能性基板5の材料を含んでなるものでもよく、また、銅、アルミニウム、ニッケル、銀または金のいずれか1つを含んでなるものでもよい。
<Side reflection part>
The side reflecting portion 6 is disposed on the outer peripheral side of the light emitting portion 3 so as to be separated from the light emitting portion 3 and has a function of reflecting light emitted from the side surface of the light emitting portion 3 in a direction away from the functional substrate 5. It is preferable to reflect light emitted substantially perpendicularly from the side surface of the light emitting layer in a direction away from the functional substrate, and more preferably to reflect in the front direction.
The side reflection part 6 preferably has an inclined surface 6 </ b> A that reflects light emitted from the side surface of the light emitting part 3. A metal film may be provided on the inclined surface 6A.
An inclined surface having an inclination angle of 45 ° ± 30 °, desirably 45 ° ± 20 ° is preferable. Even if the height of the reflecting portion is low, it is effective. Considering the formation technology and cost of the reflecting portion, it is desirable that the surface is equal to or lower than the chip surface.
Further, the side reflecting portion 6 is provided in the peripheral region 5 a on the functional substrate 5.
Moreover, the side reflection part 6 may contain the material of the functional substrate 5, and may contain any one of copper, aluminum, nickel, silver, or gold | metal | money.

サイド反射部を上述したような機能性基板を構成する金属膜と同様の材料を用いる場合は、反射率の高い90%以上の材料からなるのが望ましい。   When the same material as the metal film constituting the functional substrate as described above is used for the side reflecting portion, it is desirable that the side reflecting portion is made of a material having a high reflectance of 90% or more.

サイド反射部は発光部の外周を囲むように配置するのが最も望ましいが、矩形のチップの特異点である4隅部を除いても十分効果がある。更に、例えば、対抗する2辺だけ等、部分的に形成しても良い。   Although it is most desirable to arrange the side reflecting portions so as to surround the outer periphery of the light emitting portion, it is sufficiently effective to remove the four corners which are singular points of the rectangular chip. Further, for example, only two sides facing each other may be partially formed.

<発光ダイオードの製造方法(第1の実施形態)>
次に、本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法について説明する。
第1の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法は、半導体基板上に、発光層を含む発光部レイヤーを形成する工程と、発光部レイヤーに機能性基板を接合する工程と、半導体基板を除去する工程と、発光部レイヤーを、半導体基板が除去された面側から機能性基板が露出するまでエッチングして、平面視してチップ分割予定ラインを含む範囲において該チップ分割予定ラインに沿って溝部を形成し、発光部レイヤーを各チップの発光部に分離する工程と、溝部内の機能性基板上の、前記発光部の外周端から離間する位置にサイド反射部を形成する工程と、を備える。
<Method for Manufacturing Light-Emitting Diode (First Embodiment)>
Next, the manufacturing method of the light emitting diode which is embodiment of this invention is demonstrated.
The method for manufacturing a light emitting diode according to the first embodiment includes a step of forming a light emitting portion layer including a light emitting layer on a semiconductor substrate, a step of bonding a functional substrate to the light emitting portion layer, and removing the semiconductor substrate. Etching the process and the light emitting part layer from the surface side from which the semiconductor substrate has been removed until the functional substrate is exposed, and forming a groove along the chip splitting line in a range including the chip splitting line in plan view Forming and separating the light emitting part layer into light emitting parts of each chip, and forming a side reflecting part on the functional substrate in the groove part at a position away from the outer peripheral edge of the light emitting part.

ここで、「サイド反射部を形成する工程」は、レーザーを用いて、レーザーによる機能性基板の溶融物によってサイド反射部を形成することにより行うことができる。この際、レーザーを用いて、チップ分割予定ラインに沿って機能性基板を切断してチップ化すると同時に、レーザーによる溶融物によってサイド反射部を形成してもよい。
レーザーの波長は、市販されている金属で吸収される高出力のものであれば、制限なく用いることできる。例えば、355nm、532nm、1064nmなどが一般的である。レーザーの出力は、1W〜10W程度のものが望ましい。出力が低いと切断に時間が長く、生産性が極端に低下する。一方、出力が高すぎる場合は、発光層へダメージを与える可能性がある。
ウェーハの表面に、再付着防止の保護膜を形成するのが望ましい。保護膜がない場合は、再付着が起こらない切断条件の調整が難しい。保護膜を形成し、複数回の照射の切断する方法が、サイド反射部の形成が容易である。1回目の照射で、保護膜と基板の一部を切断し、2回目の照射で、切断部付近の保護膜が除去された部分のみ機能性基板(例えば、金属)を再付着させサイド反射部を形成するのが望ましい。
保護膜としては例えば、フォトレジスト(感光性樹脂)やポリビニルアルコールなどの水溶性樹脂等を用いることができる。水溶性樹脂の場合は、水洗によって容易に除去できるので好ましい。保護膜は、1回目のレーザー照射で昇華させるので、ある程度レーザーを吸収するか、保護膜の下の発熱により蒸発するような材料が望ましい。
Here, the “step of forming the side reflection portion” can be performed by forming the side reflection portion using a laser and a functional substrate melt. At this time, a functional substrate may be cut along a chip division planned line by using a laser to form a chip, and at the same time, the side reflection portion may be formed by a melted material by laser.
The laser wavelength can be used without limitation as long as it has a high output that is absorbed by a commercially available metal. For example, 355 nm, 532 nm, 1064 nm, etc. are common. The laser output is preferably about 1 W to 10 W. If the output is low, it takes a long time to cut and the productivity is extremely reduced. On the other hand, if the output is too high, the light emitting layer may be damaged.
It is desirable to form a protective film for preventing reattachment on the surface of the wafer. When there is no protective film, it is difficult to adjust the cutting conditions so that re-adhesion does not occur. A method of forming a protective film and cutting a plurality of irradiations is easy to form the side reflection portion. A part of the protective film and the substrate is cut by the first irradiation, and a functional substrate (for example, metal) is reattached only to a part where the protective film near the cut part is removed by the second irradiation. It is desirable to form.
For example, a photoresist (photosensitive resin) or a water-soluble resin such as polyvinyl alcohol can be used as the protective film. A water-soluble resin is preferable because it can be easily removed by washing with water. Since the protective film is sublimated by the first laser irradiation, a material that absorbs the laser to some extent or evaporates due to heat generation under the protective film is desirable.

また、「サイド反射部を形成する工程」は、めっき法によって行うことができる。
切断予定部(ストリート)以外に保護膜を形成後、めっき法を用い、切断部に断面が台形状のめっき層からなるサイド反射部を形成する。厚膜が形成しやすい、電気めっきで、例えば、Niめっき、金めっきの2層構造が望ましい。厚さ5〜10μmが望ましい。めっき工程の後、スパッタ、蒸着法により、例えば、反射率が高い、銀膜を形成するのも望ましい。
その後、メカニカルまたは、レーザーを用いて切断・分離を行う。ストリートの幅は、切断方法や、反射部の高さなどにより、調整することができる。10〜40μmが好適である。
In addition, the “step of forming the side reflection portion” can be performed by a plating method.
After forming a protective film other than the planned cutting part (street), a plating method is used to form a side reflection part made of a plating layer having a trapezoidal cross section at the cutting part. For electroplating, which is easy to form a thick film, for example, a two-layer structure of Ni plating and gold plating is desirable. A thickness of 5 to 10 μm is desirable. After the plating step, it is also desirable to form a silver film having a high reflectance, for example, by sputtering or vapor deposition.
Thereafter, cutting or separation is performed using a mechanical or laser. The width of the street can be adjusted according to the cutting method, the height of the reflecting portion, and the like. 10-40 micrometers is suitable.

以下に、本実施形態について図を用いて詳細に説明する。
<機能性基板の製造工程>
機能性基板は単層でも積層構造でもよい。
図2を用いて、積層構造からなる機能性基板5の例として金属積層基板の製造工程について説明する。
Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
<Manufacturing process of functional substrate>
The functional substrate may be a single layer or a laminated structure.
A manufacturing process of a metal laminated substrate will be described with reference to FIG. 2 as an example of the functional substrate 5 having a laminated structure.

まず、2枚の略平板状の第1の金属板21と、1枚の略平板状の第2の金属板22を用意する。
次に、図2(a)に示すように、前記2枚の第1の金属板21の間に前記第2の金属板22を挿入してこれらを重ねて配置する。第1の金属板21は、反射率の高い金属からなるのが望ましい。
First, two substantially flat plate-like first metal plates 21 and one substantially flat plate-like second metal plate 22 are prepared.
Next, as shown in FIG. 2A, the second metal plate 22 is inserted between the two first metal plates 21, and these are stacked. The first metal plate 21 is preferably made of a highly reflective metal.

次に、所定の加圧装置に重ねた3枚の金属板を配置して、高温下で、第1の金属板21と第2の金属板22に矢印の方向に荷重をかける。これにより、図2(b)に示すように3層からなる機能性基板5を形成する。   Next, three metal plates stacked on a predetermined pressure device are arranged, and a load is applied to the first metal plate 21 and the second metal plate 22 in the direction of the arrow at a high temperature. As a result, a functional substrate 5 composed of three layers is formed as shown in FIG.

なお、この後、発光部(ウェーハ)3の接合面の大きさに合わせて切断した後、表面を鏡面加工してもよい。
また、機能性基板5の接合面5bに、電気的接触を安定化させるため接合補助膜を形成してもよい。前記接合補助膜としては、金、白金、ニッケルなどを用いることができる。例えば、まず、ニッケルを0.1μm成膜した後、前記ニッケル上に金を0.5μm成膜する。
さらにまた、前記接合補助膜の代わりに、低融点のAuSn等の共晶金属を形成してもよい。これにより、接合工程を簡便にすることができる。
In addition, after this, after cutting according to the magnitude | size of the joint surface of the light emission part (wafer) 3, you may mirror-finish the surface.
Further, a bonding auxiliary film may be formed on the bonding surface 5b of the functional substrate 5 in order to stabilize electrical contact. As the bonding auxiliary film, gold, platinum, nickel, or the like can be used. For example, first, nickel is deposited to a thickness of 0.1 μm, and then gold is deposited to a thickness of 0.5 μm on the nickel.
Furthermore, a eutectic metal such as AuSn having a low melting point may be formed instead of the auxiliary bonding film. Thereby, a joining process can be simplified.

<発光部及び第2の電極形成工程>
まず、図3に示すように、半導体基板11の一面11a上に、複数のエピタキシャル層を成長させてエピタキシャル積層体17を形成する。半導体基板11は、エピタキシャル積層体17形成用基板であり、例えば、一面11aが(100)面から15°傾けた面とされた、Siドープしたn型のGaAs単結晶基板である。このように、エピタキシャル積層体17としてAlGaInP層またはAlGaAs層を用いる場合、エピタキシャル積層体17を形成する基板として、砒化ガリウム(GaAs)単結晶基板を用いる。
<Light emitting portion and second electrode forming step>
First, as shown in FIG. 3, a plurality of epitaxial layers are grown on the one surface 11 a of the semiconductor substrate 11 to form an epitaxial multilayer 17. The semiconductor substrate 11 is a substrate for forming an epitaxial layered body 17 and is, for example, a Si-doped n-type GaAs single crystal substrate in which one surface 11a is inclined by 15 ° from the (100) plane. As described above, when an AlGaInP layer or an AlGaAs layer is used as the epitaxial multilayer 17, a gallium arsenide (GaAs) single crystal substrate is used as the substrate on which the epitaxial multilayer 17 is formed.

発光部3の形成方法としては、有機金属化学気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法、分子線エピタキシャル(Molecular Beam Epitaxicy:MBE)法や液相エピタキシャル(Liquid Phase Epitaxicy:LPE)法などを用いることができる。   As a method for forming the light emitting portion 3, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, a liquid phase epitaxy (Liquid Phase Epitaxy) method, or the like. Can be used.

本実施形態では、トリメチルアルミニウム((CHAl)、トリメチルガリウム((CHGa)及びトリメチルインジウム((CHIn)をIII族構成元素の原料に用いた減圧MOCVD法を用いて、各層をエピタキシャル成長させる。
なお、Mgのドーピング原料にはビスシクロペンタジエニルマグネシウム(bis−(CMg)を用いる。また、Siのドーピング原料にはジシラン(Si)を用いる。また、V族構成元素の原料としては、ホスフィン(PH)又はアルシン(AsH)を用いる。
なお、p型のGaP層13は、例えば、750°Cで成長させ、その他のエピタキシャル成長層は、例えば、730°Cで成長させる。
In the present embodiment, the low pressure MOCVD method using trimethylaluminum ((CH 3 ) 3 Al), trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga), and trimethylindium ((CH 3 ) 3 In) as group III constituent elements. Each layer is epitaxially grown using
Note that biscyclopentadienylmagnesium (bis- (C 5 H 5 ) 2 Mg) is used as a Mg doping material. Further, disilane (Si 2 H 6 ) is used as a Si doping raw material. Further, phosphine (PH 3 ) or arsine (AsH 3 ) is used as a raw material for the group V constituent element.
The p-type GaP layer 13 is grown at 750 ° C., for example, and the other epitaxial growth layers are grown at 730 ° C., for example.

具体的には、まず、半導体基板11の一面11a上に、Siをドープしたn型のGaAsからなる緩衝層12aを成膜する。緩衝層12aとしては、例えば、Siをドープしたn型のGaAsを用い、キャリア濃度を2×1018cm−3とし、層厚を0.2μmとする。
次に、緩衝層12a上に、Siドープしたn型の(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pからなるコンタクト層12bを成膜する。
次に、コンタクト層12b上に、Siをドープしたn型の(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなるクラッド層10aを成膜する。
次に、クラッド層10a上に、アンドープの(Al0.2Ga0.80.5In0.5P/(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pの10対の積層構造からなる発光層2を成膜する。
次に、発光層2上に、Mgをドープしたp型の(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなるクラッド層10bを成膜する。
次に、クラッド層10b上に、Mgドープしたp型のGaP層13を成膜する。
Specifically, first, a buffer layer 12 a made of n-type GaAs doped with Si is formed on one surface 11 a of the semiconductor substrate 11. As the buffer layer 12a, for example, n-type GaAs doped with Si is used, the carrier concentration is 2 × 10 18 cm −3 , and the layer thickness is 0.2 μm.
Next, a contact layer 12b made of Si-doped n-type (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P is formed on the buffer layer 12a.
Next, a clad layer 10a made of n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P doped with Si is formed on the contact layer 12b.
Next, undoped (Al 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In 0.5 P / (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P 10 is formed on the cladding layer 10a. A light emitting layer 2 having a pair of laminated structures is formed.
Next, a clad layer 10 b made of p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P doped with Mg is formed on the light emitting layer 2.
Next, a Mg-doped p-type GaP layer 13 is formed on the cladding layer 10b.

次に、p型のGaP層13の半導体基板11と反対側の面13aを、表面から1μmの深さに至るまで鏡面研磨して、表面の粗さを、例えば、0.20nm以下とする。
次に、図4に示すように、p型のGaP層13の半導体基板11と反対側の面13a上に第2の電極(オーミック電極)8を形成する。第2の電極8は、例えば、0.4μmの厚さのAuBe上に0.2μmの厚さのAuが積層されてなる。第2の電極8は、例えば、平面視したときに12μmφの円形状であり、80μmの間隔で形成される。
Next, the surface 13a of the p-type GaP layer 13 opposite to the semiconductor substrate 11 is mirror-polished to a depth of 1 μm from the surface, so that the surface roughness is, for example, 0.20 nm or less.
Next, as shown in FIG. 4, a second electrode (ohmic electrode) 8 is formed on the surface 13 a opposite to the semiconductor substrate 11 of the p-type GaP layer 13. For example, the second electrode 8 is formed by laminating Au having a thickness of 0.2 μm on AuBe having a thickness of 0.4 μm. For example, the second electrode 8 has a circular shape of 12 μmφ when viewed in plan, and is formed at intervals of 80 μm.

<反射構造体形成工程>
次に、図5に示すように、p型のGaP層13の半導体基板11と反対側の面13a及び第2の電極8を覆うようにITO膜からなる透明導電膜14を形成する。次に、450℃の熱処理を施して、第2の電極8と透明導電膜14との間にオーミックコンタクトを形成する。
尚、発光部と機能性基板とを直接接合する実施形態では反射構造体形成工程はない。
<Reflection structure forming process>
Next, as shown in FIG. 5, a transparent conductive film 14 made of an ITO film is formed so as to cover the surface 13 a opposite to the semiconductor substrate 11 of the p-type GaP layer 13 and the second electrode 8. Next, a heat treatment at 450 ° C. is performed to form an ohmic contact between the second electrode 8 and the transparent conductive film 14.
In the embodiment in which the light emitting unit and the functional substrate are directly joined, there is no reflection structure forming step.

次に、図6に示すように、透明導電膜14のエピタキシャル積層体17と反対側の面14aに、蒸着法を用いて、銀(Ag)合金からなる膜を0.5μm成膜した後、タングステン(W)、白金(Pt)を各0.1μm、金(Au)を0.5μm、AuGe共晶金属(融点386℃)を1μm成膜して、金属膜15とする。
これにより、金属膜15と透明導電膜14とからなる反射構造体4が形成される。
Next, as shown in FIG. 6, a film made of a silver (Ag) alloy is formed on the surface 14 a of the transparent conductive film 14 on the side opposite to the epitaxial laminated body 17 by using a vapor deposition method. Tungsten (W) and platinum (Pt) are each 0.1 μm, gold (Au) is 0.5 μm, and AuGe eutectic metal (melting point 386 ° C.) is 1 μm.
Thereby, the reflective structure 4 including the metal film 15 and the transparent conductive film 14 is formed.

<機能性基板接合工程>
図7に、反射構造体4と機能性基板5とを接合する工程を示す。
反射構造体4及びエピタキシャル積層体17を形成した半導体基板11と、上記機能性基板の製造工程で形成した機能性基板5と、を減圧装置内に搬入して、反射構造体4の接合面4aと機能性基板5の接合面5bとが対向して重ねあわされるように配置する。
次に、前記減圧装置内を3×10−5Paまで排気した後、半導体基板11と機能性基板5とを390℃に加熱した状態で、200g/cmの加重を印加して反射構造体4の接合面4aと機能性基板5の接合面5bと接合して、接合構造体18を形成する。
接合方法としては例えば、拡散接合、金属共晶接合、接着剤、常温接合方法など公知の技術を適用することができる。
<Functional substrate bonding process>
In FIG. 7, the process of joining the reflective structure 4 and the functional substrate 5 is shown.
The semiconductor substrate 11 on which the reflective structure 4 and the epitaxial laminated body 17 are formed and the functional substrate 5 formed in the functional substrate manufacturing process are carried into a decompression device, and the joint surface 4a of the reflective structure 4 is obtained. And the bonding surface 5b of the functional substrate 5 are disposed so as to be opposed to each other.
Next, after evacuating the inside of the decompression device to 3 × 10 −5 Pa, a weight of 200 g / cm 2 is applied while the semiconductor substrate 11 and the functional substrate 5 are heated to 390 ° C. 4 and the bonding surface 5b of the functional substrate 5 are bonded to form a bonded structure 18.
As a bonding method, for example, a known technique such as diffusion bonding, metal eutectic bonding, an adhesive, or a room temperature bonding method can be applied.

<半導体基板及び緩衝層除去工程>
次に、図8に示すように、接合構造体18から、半導体基板11及び緩衝層12aをアンモニア系エッチャントにより選択的に除去する。これにより、発光層2を有する発光部(発光部レイヤー)3が形成される。
<Semiconductor substrate and buffer layer removal step>
Next, as shown in FIG. 8, the semiconductor substrate 11 and the buffer layer 12a are selectively removed from the bonding structure 18 with an ammonia-based etchant. Thereby, the light emission part (light emission part layer) 3 which has the light emitting layer 2 is formed.

<第1の電極形成工程>
次に、例えば真空蒸着法を用いて、発光部3の反射構造体4と反対側の面3aに電極用導電膜を成膜する。
電極用導電膜としては、例えば、AuGe/Ni/Auからなる金属層構造を用いることができる。例えば、AuGe(Ge質量比12%)を0.15μmの厚さで成膜した後、Niを0.05μmの厚さで成膜し、さらにAuを0.2μmの厚さで成膜する。この後、例えば、420°Cで3分間熱処理を行って、n型オーミック電極(第1の電極)6の各金属を合金化することが好ましい。これにより、n型オーミック電極(第1の電極)6を低抵抗化することができる。
<First electrode forming step>
Next, a conductive film for an electrode is formed on the surface 3a of the light emitting unit 3 on the side opposite to the reflective structure 4 by using, for example, a vacuum deposition method.
For example, a metal layer structure made of AuGe / Ni / Au can be used as the electrode conductive film. For example, AuGe (Ge mass ratio 12%) is formed to a thickness of 0.15 μm, Ni is then formed to a thickness of 0.05 μm, and Au is further formed to a thickness of 0.2 μm. Thereafter, for example, it is preferable to alloy each metal of the n-type ohmic electrode (first electrode) 6 by performing a heat treatment at 420 ° C. for 3 minutes. Thereby, the resistance of the n-type ohmic electrode (first electrode) 6 can be reduced.

次に、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用して、例えば図1に示すように、電極用導電膜を平面視円形状にパターニングして、Auを1μm蒸着してボンディング用電極を有する発光ダイオード1を作製する。   Next, by using a general photolithography means, for example, as shown in FIG. 1, the electrode conductive film is patterned into a circular shape in plan view, Au is deposited by 1 μm, and the light emitting diode 1 having the bonding electrode is formed. Is made.

<機能性基板切断及びサイド反射部形成工程>
図9に示すように、発光ダイオードを所望の大きさに区画する切断部分(チップ分割予定ライン)31を含む範囲32の発光部レイヤー3及び反射構造体4を、機能性基板5が露出するまでチップ分割予定ライン31に沿ってエッチングで除去して溝部33を形成する。これにより、発光部レイヤーは各チップごとの発光部に分離される。
次に、例えば、0.8mmピッチでレーザーを用いて、切断部分の機能性基板をチップ分割予定ライン31に沿って、例えば正方形の発光ダイオードチップ(LEDチップ)に切断する。
尚、切断が容易である場合は、反射構造体を除去しなくてもよい。また、除去に用いるエッチャントとしては、材料に適した公知のエッチャント又はその組み合わせを使用することができる。
このように、レーザーを用いてチップ分割予定ライン31に沿って機能性基板5を切断してチップ化すると同時に、溝部33内の機能性基板5上の、発光部3の外周端から離間する位置の周縁領域5aにサイド反射部6を形成することができる。
<Functional substrate cutting and side reflection portion forming step>
As shown in FIG. 9, until the functional substrate 5 is exposed, the light emitting part layer 3 and the reflective structure 4 in the range 32 including the cut portion (chip division planned line) 31 that partitions the light emitting diode into a desired size are exposed. The grooves 33 are formed by etching along the planned chip division lines 31. Thereby, the light emitting part layer is separated into light emitting parts for each chip.
Next, for example, using a laser at a pitch of 0.8 mm, the functional substrate at the cut portion is cut into, for example, square light-emitting diode chips (LED chips) along the chip division planned line 31.
If cutting is easy, the reflective structure need not be removed. Moreover, as an etchant used for removal, a known etchant suitable for the material or a combination thereof can be used.
As described above, the functional substrate 5 is cut into chips by using the laser along the planned chip division line 31 and at the same time the functional substrate 5 in the groove 33 is separated from the outer peripheral end of the light emitting unit 3. The side reflection part 6 can be formed in the peripheral area 5a.

発光ダイオードの大きさは、例えば、平面視したときに略矩形状の発光部3の対角線の長さを1.1mmとする。このとき、機能性基板5としてCu/Mo/Cuを用いた場合、切断と同時に機能性基板5上の周縁領域5aに例えば、高さ3〜20μm、幅5〜20μmの主に銅でなる凸部(サイド反射部)6が形成される。この実施形態では、凸部(サイド反射部)6は機能性基板の材料である銅からなる。凸部(サイド反射部)の傾斜角度は例えば約30〜60°である。
このとき、レーザーの波長は、市販されている金属で吸収される高出力のものであれば、制限なく用いることできる。例えば、355nm、532nm、1064nmなど、が一般的である。レーザーの出力は、1W〜10W程度のものが、望ましい。出力が低いと切断に時間が長く、生産性が極端に低下する。一方、出力が高すぎる場合は、発光層へダメージを与える可能性がある。
ウェーハの表面に、再付着防止の保護膜を形成するのが望ましい。保護膜がない場合は、再付着が起こらない切断条件の調整が難しい。保護膜を形成し、複数回の照射の切断する方法によってサイド反射部を形成するのが容易である。1回目の照射で、保護膜と機能性基板の一部を切断し、2回目の照射で、切断部付近の保護膜が除去された部分のみ機能性基板の金属を再付着させ反射部を形成するのが望ましい。
高出力で切断回数が少ないほど、凸部の高さが高くなり、保護膜がない場合は、幅が広くなり、保護膜がある場合は、幅を狭くすることができる。
例えば、高出力で1回で基板を切断すると、凸部の高さが高く角度が大きくしやすい。
その後、チップを洗浄する。
As for the size of the light emitting diode, for example, the length of the diagonal line of the substantially rectangular light emitting portion 3 when viewed in plan is 1.1 mm. At this time, when Cu / Mo / Cu is used as the functional substrate 5, at the same time as cutting, the peripheral region 5a on the functional substrate 5 is, for example, a convex made mainly of copper having a height of 3 to 20 μm and a width of 5 to 20 μm. A part (side reflection part) 6 is formed. In this embodiment, the convex part (side reflecting part) 6 is made of copper which is a material of the functional substrate. The inclination angle of the convex part (side reflection part) is, for example, about 30 to 60 °.
At this time, the wavelength of the laser can be used without limitation as long as it has a high output that is absorbed by a commercially available metal. For example, 355 nm, 532 nm, 1064 nm, etc. are common. The laser output is preferably about 1 W to 10 W. If the output is low, it takes a long time to cut and the productivity is extremely reduced. On the other hand, if the output is too high, the light emitting layer may be damaged.
It is desirable to form a protective film for preventing reattachment on the surface of the wafer. When there is no protective film, it is difficult to adjust the cutting conditions so that re-adhesion does not occur. It is easy to form a side reflection part by forming a protective film and cutting a plurality of times of irradiation. The first irradiation cuts a part of the protective film and the functional substrate, and the second irradiation forms the reflective part by reattaching the metal of the functional substrate only to the part where the protective film near the cut portion is removed. It is desirable to do.
The higher the output and the smaller the number of times of cutting, the higher the height of the convex portion, the wider the width when there is no protective film, and the narrower width when there is a protective film.
For example, when the substrate is cut once with high output, the height of the convex portion is high and the angle is likely to be large.
Thereafter, the chip is washed.

この発光ダイオードでは、発光部3の側面から発せられた光は凸部(サイド反射部)6の傾斜面6Aで正面方向へ反射される。
このように、本発明の発光ダイオードによれば、発光ダイオードに機能性基板を接合し、サイド反射部を形成する構成なので、高電流域においても、高い発光効率が得られている。
In this light-emitting diode, light emitted from the side surface of the light-emitting portion 3 is reflected in the front direction by the inclined surface 6A of the convex portion (side reflection portion) 6.
Thus, according to the light emitting diode of the present invention, since the functional substrate is bonded to the light emitting diode and the side reflection portion is formed, high light emission efficiency is obtained even in a high current region.

本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法において、凸部(サイド反射部)の形成も機能性基板の切断と同時に行う場合は、コストメリットがある。
また、機能性基板5を、熱伝導率が130W/m・K以上であって、熱膨張係数が前記発光部と略等しい第1の金属層21と、熱伝導率が230W/m・K以上の第2の金属層22と、を高温下で圧着して形成した場合は、接合の際の基板の割れを抑制して、放熱性に優れ、高電圧を印加して、高輝度で発光させることのできる発光ダイオードを製造できる。
In the method for manufacturing a light emitting diode according to the embodiment of the present invention, there is a cost merit when the formation of the convex portion (side reflection portion) is performed simultaneously with the cutting of the functional substrate.
In addition, the functional substrate 5 includes a first metal layer 21 having a thermal conductivity of 130 W / m · K or more and a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the light emitting part, and a thermal conductivity of 230 W / m · K or more. When the second metal layer 22 is formed by pressure bonding at a high temperature, the substrate is prevented from cracking at the time of bonding, has excellent heat dissipation, and a high voltage is applied to emit light with high brightness. A light emitting diode that can be manufactured can be manufactured.

<発光ダイオードランプ>
第1実施形態の発光ダイオードの製造方法によって製造した発光ダイオードを用いた、本発明の実施形態である発光ダイオードランプについて説明する。
図10は、本発明の実施形態である発光ダイオードランプの一例を示す断面模式図である。
図10に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオードランプ40は、パッケージ基板45と、パッケージ基板45上に形成された2つの電極端子43、44と、電極端子44上に搭載された発光ダイオード1と、発光ダイオード1を覆うように形成されたシリコンなどからなる透明樹脂(封止樹脂)41と、を有している。
発光ダイオード1は、発光部3と反射構造体4と機能性基板5と第1の電極6と第2の電極8を有しており、機能性基板5が電極端子43と接続されるように配置されている。また、第1の電極6と電極端子44とはワイヤーボンディングされている。電極端子43、44に印加された電圧が、第1の電極6と第2の電極8を介して発光部3に印加され、発光部3に含まれる発光層が発光する。発光された光は、正面方向fに取り出される。
<Light emitting diode lamp>
The light emitting diode lamp which is embodiment of this invention using the light emitting diode manufactured by the manufacturing method of the light emitting diode of 1st Embodiment is demonstrated.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing an example of a light-emitting diode lamp according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 10, a light emitting diode lamp 40 according to an embodiment of the present invention is mounted on a package substrate 45, two electrode terminals 43 and 44 formed on the package substrate 45, and the electrode terminal 44. The light-emitting diode 1 includes a transparent resin (sealing resin) 41 made of silicon or the like formed so as to cover the light-emitting diode 1.
The light emitting diode 1 includes the light emitting unit 3, the reflective structure 4, the functional substrate 5, the first electrode 6, and the second electrode 8, so that the functional substrate 5 is connected to the electrode terminal 43. Has been placed. The first electrode 6 and the electrode terminal 44 are wire bonded. The voltage applied to the electrode terminals 43 and 44 is applied to the light emitting unit 3 through the first electrode 6 and the second electrode 8, and the light emitting layer included in the light emitting unit 3 emits light. The emitted light is extracted in the front direction f.

パッケージ基板45は、その熱抵抗が100℃/W以下であるのが好ましい。これにより、発光層2に1W以上の電力を加えて発光させたときでも、機能させることができ、発光ダイオード1の放熱性をより高めることができる。
なお、パッケージ基板の形状は、これに限定されず、他の形状のパッケージ基板を用いてもよい。他の形状のパッケージ基板を用いたLEDランプ製品においても、放熱性を十分確保できるので、高出力、高輝度の発光ダイオードランプとすることができる。
The package substrate 45 preferably has a thermal resistance of 100 ° C./W or less. Thereby, even when electric power of 1 W or more is applied to the light emitting layer 2 to emit light, the light emitting layer 2 can function, and the heat dissipation of the light emitting diode 1 can be further enhanced.
The shape of the package substrate is not limited to this, and a package substrate having another shape may be used. Also in LED lamp products using package substrates of other shapes, sufficient heat dissipation can be ensured, so that a light-emitting diode lamp with high output and high brightness can be obtained.

本発明の実施形態である発光ダイオードパッケージ40は、発光ダイオード1と、発光ダイオード1を搭載するパッケージ基板45とを有する発光ダイオードランプ40であり、パッケージ基板45の熱抵抗が100℃/W以下である場合は、放熱性に優れ、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。   A light emitting diode package 40 according to an embodiment of the present invention is a light emitting diode lamp 40 having a light emitting diode 1 and a package substrate 45 on which the light emitting diode 1 is mounted. The thermal resistance of the package substrate 45 is 100 ° C./W or less. In some cases, heat dissipation is excellent, and high voltage can be applied to emit light with high brightness.

本発明の実施形態である発光ダイオードパッケージ40は、発光ダイオード1の発光層2に1W以上の電力を加えて発光させるである場合は、放熱性に優れ、高電流を印加して、高輝度で発光させることができる。   When the light emitting diode package 40 according to the embodiment of the present invention emits light by applying a power of 1 W or more to the light emitting layer 2 of the light emitting diode 1, the light emitting diode package 40 is excellent in heat dissipation, applies high current, and has high brightness. Can emit light.

<発光ダイオードの製造方法(第2の実施形態)>
図11は、本発明の第2の実施形態にかかる発光ダイオードの製造方法で製造した発光ダイオードの例を示す図である。
図11に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオード(LED)51は、機能性基板5の代わりに機能性基板55を用い、AuInで接合し、サイド反射部15をめっき法で形成することが、第1の実施形態と異なる。なお、第1の実施形態で示した部材と同一の部材については同一の符号を付して示している。
めっきは市販のめっき液を用いて公知の方法で行うことができる。
<Method for Manufacturing Light Emitting Diode (Second Embodiment)>
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a light-emitting diode manufactured by the method for manufacturing a light-emitting diode according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 11, a light emitting diode (LED) 51 according to an embodiment of the present invention uses a functional substrate 55 instead of the functional substrate 5 and is joined with AuIn, and the side reflecting portion 15 is formed by a plating method. This is different from the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and shown about the member same as the member shown in 1st Embodiment.
Plating can be performed by a known method using a commercially available plating solution.

本発明の実施形態である発光ダイオード(LED)51は、発光層(図示略)を含む発光部3と、反射構造体4を介して発光部3に接合された機能性基板55と、を有している。
機能性基板55は、Si基板のおもて面(発光部側)と裏面にTiのオーミック電極を設ける。裏面には、更に、Au膜を形成し酸化防止膜とする。おもて面には、AuGeの代わりに、AuIn膜を形成し、発光部と接合する。具体的には例えば、Tiのオーミック電極を厚さ0.2μmで形成し、Au膜を厚さ0.5μmで形成し、AuInを1μm形成し、240℃で接合することができる。
Si基板の代わりに、Ge基板、GaP基板、SiC基板なども利用できる。
A light-emitting diode (LED) 51 according to an embodiment of the present invention includes a light-emitting unit 3 including a light-emitting layer (not shown) and a functional substrate 55 bonded to the light-emitting unit 3 through a reflective structure 4. is doing.
The functional substrate 55 includes Ti ohmic electrodes on the front surface (light emitting portion side) and the back surface of the Si substrate. An Au film is further formed on the back surface to form an antioxidant film. An AuIn film is formed on the front surface instead of AuGe, and is bonded to the light emitting portion. Specifically, for example, a Ti ohmic electrode can be formed with a thickness of 0.2 μm, an Au film can be formed with a thickness of 0.5 μm, AuIn can be formed with a thickness of 1 μm, and bonding can be performed at 240 ° C.
Instead of the Si substrate, a Ge substrate, a GaP substrate, a SiC substrate, or the like can be used.

チップ分割予定ラインの発光部レイヤー3、反射構造体4を構成するITO膜及びAg層を除去した後、Pt層を形成して、そのPt層の上にNi/Auめっき処理を行うことにより、例えば厚さ5μm、幅10μmの凸部(サイド反射部)を形成する。この場合、傾斜面は例えば、約60度とすることができる。   After removing the light emitting part layer 3 of the chip division planned line, the ITO film and the Ag layer constituting the reflective structure 4, a Pt layer is formed, and Ni / Au plating treatment is performed on the Pt layer, For example, a convex part (side reflection part) having a thickness of 5 μm and a width of 10 μm is formed. In this case, the inclined surface can be about 60 degrees, for example.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
(実施例1)
まず、第1の実施形態に示した方法を用いて、Cu(50μm)/Mo(25μm)/Cu(50μm)の3層構造からなる実施例1の機能性基板を形成した。なお、機能性基板の接合面には、Pt(0.1μm)/Au(0.5μm)を成膜した。実施例1の機能性基板の熱膨張係数は6ppm/Kであり、熱伝導率は230W/m・Kであった。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. However, the present invention is not limited only to these examples.
Example 1
First, the functional substrate of Example 1 having a three-layer structure of Cu (50 μm) / Mo (25 μm) / Cu (50 μm) was formed using the method shown in the first embodiment. A Pt (0.1 μm) / Au (0.5 μm) film was formed on the bonding surface of the functional substrate. The functional substrate of Example 1 had a thermal expansion coefficient of 6 ppm / K and a thermal conductivity of 230 W / m · K.

次に、第1の実施形態に示した方法を用いて、発光部と反射構造体を形成するとともに、これに前記機能性基板を接合して、実施例1の発光ダイオードを作製した。
コンタクト層12bは、Siドープしたn型の(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pからなり、キャリア濃度を2×1018cm−3とし、層厚を1.5μmとした。クラッド層10aは、Siをドープしたn型の(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなり、キャリア濃度を8×1017cm−3とし、層厚を1μmとした。発光層2は、アンドープの(Al0.2Ga0.80.5In0.5P/(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pの10対の積層構造からなり、層厚を0.8μmとした。クラッド層10bは、Mgをドープしたp型の(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからなり、キャリア濃度を2×1017cm−3とし、層厚を1μmとした。また、GaP層13は、Mgをドープしたp型GaP層であり、キャリア濃度を3×1018cm−3とし、層厚を2μmとした。
さらに、第1の電極は、AuGe/Ni/Auの積層構造として形成し、第2の電極は、AuBe/Auの積層構造とした。また、反射構造体としては、ITOからなる透明導電膜と、Ag合金/W/Pt/Au/AuGeからなる積層構造とした。
銅/モリブデン/銅基板をレーザーで、切断した。
このとき、電極や発光面に切断時に発生する金属の再付着を防止するため、表面にレーザー光を透過する保護膜を塗布する。保護膜の厚さは、約1μmである。
波長355nm、パワー4Wのレーザーを同一切断ラインに2回照射して切断を行った。1回目の照射で、切断部の保護膜と約半分の厚さの金属基板を切断した。2回目の照射で、金属基板を完全に切断するともに、1回目の切断で、切断部近傍の保護膜がなくなっている部分の金属基板表面に金属(銅)が再付着、固化することにより、チップ外周部に凸部を形成した。
前記凸部は、高さは約10μm、幅は約12μmであった。発光層に対して、約40°角度の反射部を形成した。その後、洗浄、保護膜を除去した。
実施例1の発光ダイオードをランプに組み込み2.4V印加し、500mA通電して、主波長620nmの赤色発光をさせた。約70lm/Wの高い発光効率が得られた。このとき、発光ダイオードランプは、機能性基板と凸部の効果により、発光効率が向上した。
Next, using the method shown in the first embodiment, a light emitting part and a reflective structure were formed, and the functional substrate was bonded to the light emitting diode, thereby producing a light emitting diode of Example 1.
The contact layer 12b is made of Si-doped n-type (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P, has a carrier concentration of 2 × 10 18 cm −3 , and a layer thickness of 1.5 μm. It was. The clad layer 10a is made of Si-doped n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, has a carrier concentration of 8 × 10 17 cm −3 , and a layer thickness of 1 μm. did. The light emitting layer 2 has a laminated structure of 10 pairs of undoped (Al 0.2 Ga 0.8 ) 0.5 In 0.5 P / (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P. The layer thickness was 0.8 μm. The clad layer 10b is made of Mg-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, has a carrier concentration of 2 × 10 17 cm −3 , and a layer thickness of 1 μm. did. Further, the GaP layer 13 is a p-type GaP layer doped with Mg, the carrier concentration is 3 × 10 18 cm −3 , and the layer thickness is 2 μm.
Furthermore, the first electrode was formed as a stacked structure of AuGe / Ni / Au, and the second electrode was formed as a stacked structure of AuBe / Au. In addition, as the reflective structure, a transparent conductive film made of ITO and a laminated structure made of Ag alloy / W / Pt / Au / AuGe were used.
The copper / molybdenum / copper substrate was cut with a laser.
At this time, in order to prevent reattachment of metal generated at the time of cutting to the electrode or the light emitting surface, a protective film that transmits laser light is applied to the surface. The thickness of the protective film is about 1 μm.
Cutting was performed by irradiating the same cutting line twice with a laser having a wavelength of 355 nm and a power of 4 W. In the first irradiation, the protective film of the cut portion and the metal substrate having a thickness of about half were cut. In the second irradiation, the metal substrate is completely cut, and in the first cutting, the metal (copper) is reattached and solidified on the surface of the metal substrate where the protective film in the vicinity of the cut portion disappears, Protrusions were formed on the outer periphery of the chip.
The convex portion had a height of about 10 μm and a width of about 12 μm. A reflective portion having an angle of about 40 ° was formed with respect to the light emitting layer. Thereafter, the cleaning and the protective film were removed.
The light emitting diode of Example 1 was assembled in a lamp, 2.4 V was applied, and a current of 500 mA was applied to emit red light with a main wavelength of 620 nm. A high luminous efficiency of about 70 lm / W was obtained. At this time, the luminous efficiency of the light-emitting diode lamp was improved by the effect of the functional substrate and the convex portion.

(実施例2)
実施例1との相違点は、レーザー切断後、めっき工程を追加した点である。
波長355nm、パワー2Wのレーザーを同一切断ラインに3回照射して切断を行った。1回目の照射で、切断部の保護膜と約半分の厚さの金属基板を切断した。2回目の照射で、金属基板を完全に切断するともに、1回目の切断で、切断部近傍の保護膜がなくなっている部分の金属基板表面に金属(銅)が再付着、固化することにより、チップ外周部に小さい凸部を形成した。
前記凸部は、高さは約3μm、幅は約4μmであった。発光層に対して、約40°角度の反射部を形成した。次に、Niを1μm、金メッキを2μm施し、高さ6μm、幅10μmの凸部とした。
実施例2の発光ダイオードをランプに組み込み2.4V印加し、500mA通電して、主波長620nmの赤色発光をさせた。約69lm/Wの高い発光効率が得られた。このとき、発光ダイオードランプは、機能性基板と凸部の効果により、発光効率が向上した。
(Example 2)
The difference from Example 1 is that a plating step is added after laser cutting.
Cutting was performed by irradiating the same cutting line with a laser having a wavelength of 355 nm and a power of 2 W three times. In the first irradiation, the protective film of the cut portion and the metal substrate having a thickness of about half were cut. In the second irradiation, the metal substrate is completely cut, and in the first cutting, the metal (copper) is reattached and solidified on the surface of the metal substrate where the protective film in the vicinity of the cut portion disappears, Small protrusions were formed on the outer periphery of the chip.
The convex portion had a height of about 3 μm and a width of about 4 μm. A reflective portion having an angle of about 40 ° was formed with respect to the light emitting layer. Next, 1 μm of Ni and 2 μm of gold plating were applied to form a convex part having a height of 6 μm and a width of 10 μm.
The light emitting diode of Example 2 was assembled in a lamp, 2.4 V was applied, and a current of 500 mA was applied to emit red light with a main wavelength of 620 nm. A high luminous efficiency of about 69 lm / W was obtained. At this time, the luminous efficiency of the light-emitting diode lamp was improved by the effect of the functional substrate and the convex portion.

(比較例)
実施例1の切断工程をメカニカルなダイシング法で切断した以外は、実施例1と同様な条件で発光ダイオードランプを作製した。従って、切断工程をメカニカルなダイシング法で行ったので、機能性基板の周縁領域は平坦であり、凸部は形成されなかった。
(Comparative example)
A light emitting diode lamp was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the cutting process of Example 1 was cut by a mechanical dicing method. Therefore, since the cutting process was performed by a mechanical dicing method, the peripheral region of the functional substrate was flat, and no convex portion was formed.

この発光ダイオードランプに2.4V印加し、500mA通電して、主波長620nmの赤色発光をさせた。約64lm/Wであった。このとき、発光ダイオードの凸部からの取り出し効率が低下し、実施例より発光出力が約10%低下した。   A 2.4 V voltage was applied to the light emitting diode lamp and a current of 500 mA was applied to emit red light having a main wavelength of 620 nm. It was about 64 lm / W. At this time, the extraction efficiency from the convex part of the light emitting diode was lowered, and the light emission output was reduced by about 10% from the example.

本発明の発光ダイオード及び発光ダイオードランプは、放熱性に優れ、発光効率の高い、高輝度で発光させることができるので、各種の表示ランプ、照明器具等に利用でき、これらを製造・利用する産業において利用可能性がある。また、発光ダイオードの製造方法は、放熱性に優れ、発光効率の高い、高輝度で発光させることができる発光ダイオードを製造できるので、各種の表示ランプ、照明器具等に利用でき、これらを製造・利用する産業において利用可能性がある。   The light-emitting diode and the light-emitting diode lamp of the present invention are excellent in heat dissipation, have high luminous efficiency, and can emit light with high brightness. Therefore, the light-emitting diode and the light-emitting diode lamp can be used for various display lamps, lighting fixtures, etc. May be available in In addition, the light emitting diode manufacturing method can produce light emitting diodes that are excellent in heat dissipation, have high luminous efficiency, and can emit light with high brightness, and can be used for various display lamps, lighting fixtures, etc. It can be used in the industries that use it.

1 発光ダイオード(発光ダイオードチップ)
2 発光層
3 発光部(発光部レイヤー)
3A 発光部
4 反射構造体
5、55 機能性基板
5a 周縁領域
6、15、 サイド反射部
6A 傾斜面
7 第1の電極
8 第2の電極
11半導体基板(エピタキシャル成長用基板)
10a、10b クラッド層
12a 緩衝層
12b コンタクト層
13 GaP層
17 エピタキシャル積層体
21 第1の金属層
22 第2の金属層
25 金属積層膜
31 チップ分割予定ライン
32 チップ分割予定ラインを含む範囲
33 溝部
40 発光ダイオードランプ
41 透明樹脂
43、44 電極端子
45 パッケージ基板
46 ワイヤー
51 発光ダイオード(発光ダイオードチップ)
1 Light-emitting diode (light-emitting diode chip)
2 Light emitting layer 3 Light emitting part (light emitting part layer)
3A Light-Emitting Section 4 Reflective Structure 5, 55 Functional Substrate 5a Peripheral Regions 6, 15, Side Reflector 6A Inclined Surface 7 First Electrode 8 Second Electrode 11 Semiconductor Substrate (Epitaxial Growth Substrate)
10a, 10b Cladding layer 12a Buffer layer 12b Contact layer 13 GaP layer 17 Epitaxial laminated body 21 First metal layer 22 Second metal layer 25 Metal laminated film 31 Chip division planned line 32 Range including chip division planned line 33 Groove 40 Light emitting diode lamp 41 Transparent resin 43, 44 Electrode terminal 45 Package substrate 46 Wire 51 Light emitting diode (light emitting diode chip)

Claims (15)

半導体基板上に、発光層を含む発光部レイヤーを形成する工程と、
前記発光部レイヤーに機能性基板を接合する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記発光部レイヤーを、前記半導体基板が除去された面側から前記機能性基板が露出するまでエッチングして、平面視してチップ分割予定ラインを含む範囲において該チップ分割予定ラインに沿って溝部を形成し、前記発光部レイヤーを各チップの発光部に分離する工程と、
前記溝部内の前記機能性基板上の、前記発光部の外周端から離間する位置にサイド反射部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
Forming a light emitting layer including a light emitting layer on a semiconductor substrate;
Bonding a functional substrate to the light emitting layer;
Removing the semiconductor substrate;
Etching the light emitting portion layer from the surface side from which the semiconductor substrate is removed until the functional substrate is exposed, and forming a groove portion along the chip division planned line in a range including the chip division planned line in plan view Forming and separating the light emitting part layer into light emitting parts of each chip;
And a step of forming a side reflection portion on the functional substrate in the groove portion at a position away from the outer peripheral end of the light emitting portion.
半導体基板上に、発光層を含む発光部レイヤーを形成する工程と、
前記発光部レイヤーに反射構造体を形成する工程と、
前記反射構造体上に前記機能性基板を接合する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記発光部レイヤーを、前記半導体基板が除去された面側から前記機能性基板が露出するまでエッチングして、平面視してチップ分割予定ラインを含む範囲において該チップ分割予定ラインに沿って溝部を形成し、前記発光部レイヤーを各チップの発光部に分離する工程と、
前記溝部内の前記機能性基板上の、前記発光部の外周端から離間する位置にサイド反射部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
Forming a light emitting layer including a light emitting layer on a semiconductor substrate;
Forming a reflective structure in the light emitting layer;
Bonding the functional substrate on the reflective structure;
Removing the semiconductor substrate;
Etching the light emitting portion layer from the surface side from which the semiconductor substrate is removed until the functional substrate is exposed, and forming a groove portion along the chip division planned line in a range including the chip division planned line in plan view Forming and separating the light emitting part layer into light emitting parts of each chip;
And a step of forming a side reflection portion on the functional substrate in the groove portion at a position away from the outer peripheral end of the light emitting portion.
前記サイド反射部を形成する工程は、レーザーを用いて、レーザーによる前記機能性基板の溶融物によってサイド反射部を形成することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。   3. The light-emitting diode according to claim 1, wherein in the step of forming the side reflecting portion, the side reflecting portion is formed by a melt of the functional substrate using a laser. Production method. 前記サイド反射部を形成する工程は、めっき法によって行うことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。   The method of manufacturing a light emitting diode according to claim 1, wherein the step of forming the side reflecting portion is performed by a plating method. 発光層を含む発光部に機能性基板が接合された発光ダイオードであって、
前記発光部の外周側方に該発光部から離間して配置し、該発光部の側面から発せられた光を前記機能性基板から遠ざかる方向へ反射するサイド反射部を備えたことを特徴とする発光ダイオード。
A light emitting diode in which a functional substrate is bonded to a light emitting portion including a light emitting layer,
A side reflection part is provided on the outer peripheral side of the light emitting part so as to be separated from the light emitting part and reflects light emitted from the side surface of the light emitting part in a direction away from the functional substrate. Light emitting diode.
前記サイド反射部は、前記発光部の側面から発せられた光を反射する傾斜面を有することを特徴とする請求項5に記載の発光ダイオード。   The light emitting diode according to claim 5, wherein the side reflecting portion has an inclined surface that reflects light emitted from a side surface of the light emitting portion. 前記サイド反射部は、前記機能性基板上の周縁領域に設けられていることを特徴とする請求項5又は6のいずれかに記載の発光ダイオード。   The light emitting diode according to claim 5, wherein the side reflecting portion is provided in a peripheral region on the functional substrate. 前記傾斜面上に金属膜が設けられていることを特徴とする請求項6又は7のいずれかに記載の発光ダイオード。   The light emitting diode according to claim 6, wherein a metal film is provided on the inclined surface. 前記発光部と前記機能性基板との間に反射構造体を備えたことを特徴とする請求項5から8のいずれか一項に記載の発光ダイオード。   The light emitting diode according to any one of claims 5 to 8, further comprising a reflective structure between the light emitting unit and the functional substrate. 前記サイド反射部は、前記機能性基板の材料を含んでなることを特徴とする請求項5から9のいずれか一項に記載の発光ダイオード。   The light emitting diode according to any one of claims 5 to 9, wherein the side reflection portion includes a material of the functional substrate. 前記サイド反射部は、銅、アルミニウム、ニッケル、銀または金のいずれか1つを含んでなることを特徴とする請求項5から10のいずれか一項に記載の発光ダイオード。   11. The light emitting diode according to claim 5, wherein the side reflecting portion includes any one of copper, aluminum, nickel, silver, and gold. 前記機能性基板は、銅、アルミニウム、銀、モリブデン、タングステンまたは金のいずれか1つを含んでなることを特徴とする請求項5から11のいずれか一項に記載の発光ダイオード。   The light emitting diode according to claim 5, wherein the functional substrate includes any one of copper, aluminum, silver, molybdenum, tungsten, and gold. 前記機能性基板は、銅とモリブデンの積層基板でなることを特徴とする請求項5から11のいずれか一項に記載の発光ダイオード。   The light emitting diode according to claim 5, wherein the functional substrate is a laminated substrate of copper and molybdenum. 前記発光層は、AlGaInP層、AlGaAs層またはGaInN層のいずれか1つを含むことを特徴とする請求項5から13のいずれか一項に記載の発光ダイオード。   The light emitting diode according to claim 5, wherein the light emitting layer includes any one of an AlGaInP layer, an AlGaAs layer, and a GaInN layer. 請求項5から13のいずれか一項に記載の発光ダイオードと、該発光ダイオードを搭載するパッケージ基板とを備えた発光ダイオードランプ。   A light-emitting diode lamp comprising the light-emitting diode according to claim 5 and a package substrate on which the light-emitting diode is mounted.
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