JPS6265387A - 発光ダイオ−ドとその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集光のために発光ダイオードに接着材により
固定された球状のレンズを備え、この発光ダイオードは
斑点の形をした発光ゾーンを有する半導体部を含み、こ
の発光ゾーンは半導体部の一方の表面の近くにあるよう
な発光ダイオードに関する。

〔従来の技術〕 光通信技術において光を放つ半導体ダイオード。

いわゆる発光ダイオード（ＬＥＤ）をグラスファイバと
接続して使用することは公知である。この種の発光ダイ
オードによって、それにおいて発生する光線は一般に全
方向に放射されるか、または少な（とも非常に大きな開
き角度で放射される。

発光ダイオードのできるだけ大きな光パワーを所定のグ
ラスファイバに結合させ得るように、発光ダイオードに
光線を集束させるための球状のレンズを備えさせるのが
一般である。

ここで問題とする発光ダイオードは半導体部を有する。

場合によっては、これはサブストレートとそれの表面に
施された一つ以上のエピタキシャル層からなる０本来の
光放出ゾーンは斑点の形を有する。所定の球状のレンズ
、と（に玉レンズは半導体部もしくはサブストレートに
次のように調整して取り付けられている。すなわち、レ
ンズの焦点および発光ダイオードのこの斑点状ゾーンが
公知のように近（に相並ぶように調整して取り付けられ
ている。この球状のレンズを半導体部に固定する時に有
利な手段はレンズの接着である。これは高価であるが、
しかしレンズが発光点を形成するゾーンに対して中心位
置にあることを保証することが大切である。

この種の発光ダイオードのためのレンズとして玉を使用
することは、例えば米国特許第４．５０１．６３７号明
細書および西独特許出願公告第３．２３２．２５６号公
報から知られている従来技術である。

米国特許第４，５０１．６３７号明細書の図は、玉レン
ズを載せられた発光ダイオードの製造プロセスを示して
いる。サブストレートの一方の表面の近くに半導体サブ
ストレートにおける発光ゾーンが作られる０発光ゾーン
に隣接するこの表面に一つの層がもたらされ、発光ゾー
ンに合わせてエツチングによりリングが作り出される。

このリングは上に載せられるべき玉レンズの収納もしく
は調整に役立ち、レンズはこのリング上に座すように接
着剤にてこのリングおよびサブストレートに保持される
。

西独特許出願公告第３．２３２，２５６号公報には共通
のサブストレート体に多数の発光範囲を存する集積化さ
れた発光ダイオードが開示されている。各発光範囲には
玉レンズが設けられている０発光範囲の相互の間隔は玉
レンズの直径に対して次のように調整されている。すな
わちサブストレート体における発光範囲の分布と、非常
に目のつまった平らな玉包み内でサブストレート表面上
に載せられた玉レンズとが互いに合わされて配置されて
いる。その場合に個々の玉レンズは密に衝突し、これら
の玉の間の空間に接着材があり、この接着材により玉レ
ンズはサブストレート体に保持されると共に相互に保持
されている。この公報による装置の場合にも、サブスト
レート表面もしくはサブストレート表面上に施された層
の上には、個々の発光範囲に対して合わせて、玉レンズ
の調整に役立つくぼみがある。

この公報の装置の場合にも発光範囲は調整用くぼみを備
えた層を支持する表面の近くにあり、こノクホみは前も
って発光範囲の生成プロセスにおいて使用される。

唯一の玉レンズのみがある発光ダイオードのしばしば使
用される製造方法は、米国特許第４，５０１゜６３７号
明細書による発光ダイオードにおけるように、しかし西
独特許第３．２３２，５２６号公報による発光ダイオー
ドはそうではないが、同一の処置による玉レンズの載置
である。例えば虫めがねによる観察によって玉レンズの
正しい位置が制御される。

その場合そのためにもサブストレート体の表面上におけ
るレンズの横方向のずれが起こらないように配慮しなけ
ればならない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、発光ダイオードへの半導体部に（玉）
レンズの調整された固定を非常に簡単に行い得る手段を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、本発明によれば、次のようにすることによ
って達成される。即ち、 半導体部−の他方の対向表面斡＃はメーサ表面―母を備
えた円形メーサ鯰５を有し、該メーサ表面鯰＃は発光ダ
イオードけ＃Ω発光ゾーン鱒に中心を合わせられて対向
するように位置決めされていて、 レンズ琳はメーサ表面始咎上に配置されていること、 である。

〔作用および効果〕

本発明は、球状のレンズもしくは玉レンズを発光ダイオ
ードの半導体部の表面に載せる過程において自動調整効
果を生じさせる考えに基づいている０本発明によれば、
これは、半導体部の一方の表面に円形メーサを形成する
ことによって行われる。このメーサは、本来のメーサ表
面の直径であるメーサ直径がレンズ直径に対して差のあ
る大きさを有するように、とりわけレンズ直径よりも小
さいか又は著しくは大きくないように選定されたメーサ
直径を持つ、この選定は次のことを保証する。即ち、接
着材が粘着性のある状態においてメーサ表面に載せられ
た球状のレンズが、接着材の最終的な硬化までに、メー
サ中心に自動調整されて保持されることである。メーサ
表面の直径が大き過ぎるとあまりにも僅かの正確さの自
動調整しかもたらされず、またメーサ表面の直径が小さ
過ぎると発光点からレンズへの光線の移行のための半導
体部の通過口が不必要に曲げられる０本発明によるメー
サ直径とレンズ直径との相互の調整は本発明にとって重
要であるが、しかし専門家にとって本発明と知ったなら
ば個々の場合に対して問題なく行うことができる。メー
サは、少な（とも使用接着材が既に本来のメーサの横に
ある半導体部表面部分を少なくとも著しくは濡らさない
ような大きさである高さを有する。簡単化のために、メ
ーサは発光斑点の上記のゾーンが近（にある方の半導体
部表面と対向する半導体部表面に形成される。この場合
に、半導体部がそのゾーンにおいて発して放たれる光線
にとって少なくとも大々的に透過性であることが必要で
ある。特に赤外線発光ダイオードにとって、これはこの
種のダイオードの構成の通常のことである。

半導体部に生じさせられたメーサは発光斑点のゾーンに
対して正確に合わせて配置されている。

この種のメーサを作ることは半導体技術上何ら問題ない
。特にメーサの形成は前もっての写真製版による位置決
め後のエツチングにより行われる。

その場合に発光斑点の光放出がもたらされ、それによっ
て写真製版プロセスが特に簡単になる。

半導体装置の半導体部におけるメーサの生成に関しては
米国特許第３．０６７、４８５号明細書にも示されてい
る。これには１つのメーサの生成方法が記載されている
が、しかしそれにおいてはｐｎ接合ゾーンがこのメーサ
の表面に隣接している。しかしながら、この公知の生成
方法は、発光斑点ゾーンのｐｎ接合がメーサを含む他方
の半導体部表面と対向する半導体部表面の近くにある本
発明においても適用することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら実施例について更に詳細に説
明する。

第り図および第６図はそれぞれ従来装置の実施例を示す
平面図および側面図、第１図は本発明による発光ダイオ
ードの実施例を示す側面図、第２図は第１図による発光
ダイオードの固定のための半導体部を示す側面図、第３
図は本発明による発光ダイオードの製造方法を説明する
ための斜視図、第４図は第３図による製造方法のための
装置を脱明するための斜視図である。

第５図および第６図はそれぞれ玉レンズを備えた従来の
発光ダイオードを平面図および側面図にて示している。

１は半導体部であり、これは特にサブストレート２とそ
の上にエピタキシャルで形成された層３とからなる０発
光斑点ゾーンは４で示されている。

エピタキシャル層３に対向する半導体部ｌもしくはサブ
ストレート２の表面には公知の集光に役立つ玉レンズ６
がある。接着材７によりこのレンズ６は表面５に固定さ
れている０周知のように寸法は次のように決められる０
部ち、焦点が発光斑点４に対して所望もしくは周知の所
定の位置を有するように玉レンズ６の材料の所定のまた
は選定した屈折率において発光斑点４と表面５との距離
およびレンズ半径が互いに同調しているように決められ
る。

第５図および第６図から分かるように、玉レンズ６は発
光斑点４に正確には調整されていない。

これは表面５上に玉レンズ６を十分に正確に載せなかっ
たか、硬化する接着材７が後でゆがんだかの少なくとも
いずれか一方に起因する。が＼る調整失敗の結果、この
玉しンズ付き発光ダイオードの主発射方向８がダイオー
ド（表面５）に対して斜めになる。これは、後でこれら
の発光ダイオードを設けられた通信機器へ／Ｙ＆Ｉみ込
んで調整することを困難にする。

第１図は玉レンズ６を備えた本発明による発光ダイオー
ド１０を示す０発光ダイオード１ｏにおいてストレート
１２であってよい０発光斑点も再び４にて示されている
。

１芦に 明りかのように、半導体部１１もしくはサブストレート
１２は、表面１５がメーサ２５を有することによって、
第５図および第６図における半導体部ｌとは異なる。こ
のメーサ２５は円形であるか、もしくは円形の表面２６
を有する。７はここでも接着材を示し、これにより玉レ
ンズ６が、しかし本発明ではメーサ表面２６に固定され
ている。　８０は光発射の正確に真っ直ぐされた軸を示
す。

はｄ、の１．２〜０．５倍、とりわけ０．７〜０．９倍
に選定するとよい。この寸法関係は、発光ダイオード１
０の発光斑点４に対する玉レンズ６の正確に調整された
位置と、レンズ６への発光斑点４の放射のための光学的
に大きな通過口とを保証する。

半導体部もしくはサブストレートのメーサ形成は公知で
ある。これは写真製版手法にてエツチングにより行われ
る。写真製版およびエツチングの技術は高い水準におけ
る半導体技術にとって、そしてそのような技術の専門家
にとっても周知である。メーサ表面２６もしくはメーサ
２５は、メーサの形成プロセスに問題を投げかけること
なく、発光斑点４に対して正確に合わせられる。特に、
発光斑点４の光放出は備えるべきマスキングの写真製版
において自動調整マスキングに関係させられることがで
きる。

メーサ２５は円形表面を有する台座を形成し、この上で
まだ粘着性の接着材の表面張力により中心を合わせられ
た玉レンズ位置が保証される。勿論接着材が殆どメーサ
表面２６のみを濡らすように接着材量をしかるべく調整
して制限することを配慮すべきである。玉レンズ６また
はメーサ表面２６のいずれか一方が玉レンズ接着前に接
着材で濡らされる。メーサ表面２６に載せられた玉レン
ズ６は硬化時にもこのメーサ表面２６上で中心を合わさ
れた位置にとどまり、主たる接着材量はメーサの縁部表
面には達しない。

上述から製造の実行のための必要な指示が既に現れてい
る。しかし、発光ダイオード１０は本発明の原理にした
がって集積製造法にて多数が生じさせられることが好ま
しい、か＼る集積製造法により同時に多数の子め用意さ
れた発光ダイオードの上に該当する玉レンズが一動作過
程で載せられる。

その場合に発光ダイオードはウェーハ板の部分であり、
これらは後になってはじめて個々のダイオードに分割さ
れる。

第３図は、半導体部１および１１にも使用されているよ
うな半導体材料からなるウェーハ板５１の切り抜きの斜
視図である。ウェーハ５１の表面５５には多数のメーサ
２５が認められ、これらのメーサは特に規則正しく分布
させられている。これらのメーサ２５は既述の写真製版
とエツチング技術による方法によって形成される。第３
図はウェーハ５１をそれぞれのウェーハ表面２６が既に
接着材７を備えさせられている状態で示す、これはこれ
らのメーサ表面２６を接着材５６と接触させるによって
行うこと５１がメーサ表面２６のところで接着材５６と
接触することにより接着材７の適当な上塗りが行われる
。

第４図はウェーハ５１のメーサ表面２６の上に玉しめｋ
め ンズ６を載せる方法手段を示す、ど孕ぼ血圧装置６１を
用意されていて、この低圧装置の開口６２に玉レンズ６
が吸込みによって保持されている。この装置６１の二次
元ラスタはウェーハ板５１のメーサ２５のラスタに等し
い、装置６１およびウェーハ板５１を互いに接触させる
ことによってメーサ表面２６の上に玉レンズ６が載せら
れ、即ちそれぞれの接着材へ玉レンズ６が押しつけられ
る。接着材は第３図に適宜対応したやり方にて装置６１
における玉レンズ６の上にも同じ量をもたらすこともで
きる。

装置６１における低圧を解除し、装置６１を離した後に
、玉レンズ６がそれぞれのメーサ表面２６上に残る０本
発明により設けられたメーサ２５のために、本発明にお
いては、又特に集積法の場合に、それぞれの半導体１０
ａ、　１０ｂ、　１０ｃ上での玉レンズの特別な付加的
調整は全く不要である。個々の発光ダイオード１０ａ・
−・は、公知の方法によりウェーハ板５１を特に分割み
ぞを入れた後で分割することによって得られる。

次に設計例について述べる。矩形の半導体部１１は例え
ば２５０μｍおよび１５０μｍの縁寸法を有する。若干
細長い形がリード線の簡単なボンディングのために好ま
しい。か＼るダイオードのために例えば６は約１００μ
ｍの直径を有する。メーサ表面２６のメーサ直径ｄ。は
約５０〜１２０μｍ、特に７０〜９０μｍに選定される
。これは上述の標準に相当し、本発明による自動調整を
保証する。メーサ２５の高さは半導体部１１の厚みがメ
ーサ２５の範囲を除いて例えば６０μｍである場合に例
えば２０μｍである。発光ゾーンもしくは発光斑点４は
表面１３から数μｍの距離にある。

【図面の簡単な説明】

第り図および第６図はそれぞれ従来装置の実施例を示す
平面図および側面図、第１図は本発明による発光ダイオ
ードの実施例を示す側面図、第２図は第１図による発光
ダイオードの固定のための半導体部を示す側面図、第３
図は本発明による発光ダイオードの製造方法を説明する
ための斜視図、第４図は第３図による製造方法のための
装置を説。 明するための斜視図である。 １・−・半導体部、２・−・サブストレート、３・−エ
ピタキシャル層、４・−発光斑点ゾーン、６・−・玉レ
ンズ、７・−接着材、１０・−・発光ダイオード、１１
〜半導体部、１２・・・サブストレート、２５・−・メ
ーサ。５１−　ウェーハ、５６・・−接着材フィルム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）集光のために発光ダイオードに接着材により固定さ
   れた球状のレンズを備え、この発光ダイオードは斑点の
   形をした発光ゾーンを有する半導体部を含み、この発光
   ゾーンは半導体部の一方の表面の近くにあるような発光
   ダイオードにおいて、半導体部（１１）の他方の対向表
   面（１５）はメーサ表面（２６）を備えた円形メーサ（
   ２５）を有し、該メーサ表面（２６）は発光ダイオード
   （１０）の発光ゾーン（４）に中心を合わせられて対向
   するように位置決めされていて、 メーサ直径（ｄ＿ｚ＿６）は前記レンズ（６）の直径（
   ｄ＿６）に対してほぼ等しく選定されていて、前記球状
   のレンズ（６）はメーサ表面（２６）上に配置されてい
   ること、 を特徴とする発光ダイオード。 ２）メーサ表面（２６）のメーサ直径（ｄ＿ｚ＿６）は
   レンズ（６）の直径（ｄ＿６）の１．２〜０．５倍に選
   定されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の発光ダイオード。 ３）メーサ表面（２６）のメーサ直径（ｄ＿ｚ＿６）は
   レンズ（６）の直径（ｄ＿６）の０．７〜０．９倍に選
   定されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の発光ダイオード。 ４）レンズは玉レンズ（６）であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の発光
   ダイオード。 ５）メーサ（２５）はエッチングにて生ぜしめられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項の
   いずれかに記載の発光ダイオード。 ６）ウェーハ（５１）の一方の表面（５５）に綱目状に
   配置されて多数のメーサ（２５）が作られ、これらのメ
   ーサ上にレンズ（６）が接着材（７）の介在のもとに載
   せられ、ウェーハ（５１）が分割されて製造されている
   ことを特徴とする 発光ダイオードの製造方法。 ７）接着材（７）は接着材フィルム（５６）によりメー
   サ（２５）上にもたらされることを特徴とする特許請求
   の範囲第６項に記載の発光ダイオードの製造方法。 ８）レンズ（６）は低圧でもって動作する装置（６１）
   によりウェーハ（５１）のメーサ（２５）上に置かれる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項または第７項に
   記載の発光ダイオードの製造方法。