(57)【要約】【課題】ＬＥＤデバイスの輝度および発光効率を改善する。【解決手段】第一表面を有する透明層と、該透明層の第一表面の上方に形成された第一ドープ層であって、その上に複数の第一伝導型金属電極を有する第一ドープ層と、前記透明層の第一表面の上方に形成された第二ドープ層であって、その上に複数の第二伝導型金属電極を有する第二ドープ層と、前記透明層の第一表面の上方に形成され、前記第一ドープ層と前記第二ドープ層との間に配置された活性層とを具え、前記第一伝導型金属電極および前記第二伝導型金属電極は、互い違いに配列され、各第一伝導型金属電極と、それと隣接する第二伝導型金属電極との間の距離が実質的に等しいことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一表面を有する透明層と、
該透明層の第一表面の上方に形成された第一ドープ層であって、その上に複数の第一伝導型金属電極を有する第一ドープ層と、
前記透明層の第一表面の上方に形成された第二ドープ層であって、その上に複数の第二伝導型金属電極を有する第二ドープ層と、
前記透明層の第一表面の上方に形成され、前記第一ドープ層と前記第二ドープ層との間に配置された活性層と
を具え、前記第一伝導型金属電極および前記第二伝導型金属電極は、互い違いに配列され、各第一伝導型金属電極と、それと隣接する第二伝導型金属電極との間の距離が実質的に等しいことを特徴とする半導体。
【請求項２】
前記第一ドープ層、前記第二ドープ層および前記活性層が、III-Ｖ族化合物の半導体材料からなる請求項１に記載の半導体。
【請求項３】
前記第一ドープ層がｎ-GaN層であり、前記第二ドープ層がｐ-GaN層である請求項２に記載の半導体。
【請求項４】
各第一伝導型金属電極での電流分布が実質的に一様である請求項１に記載の半導体。
【請求項５】
各第二伝導型金属電極での電流分布が実質的に一様である請求項１に記載の半導体。
【請求項６】
電極対における前記第一伝導型金属電極と前記第二伝導型金属電極との間の電位差が、実質的に等しい請求項１に記載の半導体。
【請求項７】
各第一伝導型金属電極が第一等電位を有し、かつ各第二伝導型金属電極が第二等電位を有する請求項６に記載の半導体。
【請求項８】
少なくとも２つの第一伝導型金属電極を接続するための、第一ドープ層上に形成された第一金属ワイヤ経路と、
少なくとも２つの第二伝導型金属電極を接続するための、第二ドープ層上に形成された第二金属ワイヤ経路と
をさらに具える請求項１に記載の半導体。
【請求項９】
各第一伝導型金属電極の面積が、前記第二伝導型金属電極の面積と実質的に等しい請求項１に記載の半導体。
【請求項１０】
前記半導体が、発光ダイオードである請求項１に記載の半導体。
【請求項１１】
前記透明層が、サファイア基板を具える請求項１に記載の半導体。
【請求項１２】
前記活性層が、少なくとも１つの多重量子井戸を具える請求項１に記載の半導体。
【請求項１３】
パッケージ基板と、
第一表面および該第一表面とは反対側の第二表面を有する透明層、
該透明層の第一表面の上方に形成された第一ドープ層であって、その上に複数の第一伝導型金属電極を有する第一ドープ層、
前記透明層の第一表面の上方に形成された第二ドープ層であって、その上に複数の第二伝導型金属電極を有する第二ドープ層、および
前記透明層の第一表面の上方に形成され、前記第一ドープ層と前記第二ドープ層との間に配置された活性層
を有し、前記第一伝導型金属電極および前記第二伝導型金属電極は、互い違いに配列され、各第一伝導型金属電極と、それと隣接する第二伝導型金属電極との間の距離が実質的に等しい発光ダイオードデバイスと
を具え、
前記発光ダイオードデバイスは、裏返されて、前記透明層の第二表面が、前記パッケージ基板から離れて外方に向くよう、前記パッケージ基板上にひっくり返され、かつ前記発光ダイオードデバイスは、前記第一伝導型金属電極および前記第二伝導型金属電極を介して前記パッケージ基板に電気的に接続されることを特徴とするフリップチップ発光ダイオードパッケージ構造。
【請求項１４】
前記パッケージ基板と前記第二ドープ層との間に形成され、前記パッケージ基板と前記第二ドープ層との間に、電流伝導経路および放熱経路を設ける金属バンプ層およびパッド層をさらに具える請求項１３に記載のフリップチップ発光ダイオードパッケージ構造。
【請求項１５】
第一表面を有する透明層を設ける工程と、
前記透明層の第一表面の上方に、その上に複数の第一伝導型金属電極を有する第一ドープ層を形成する工程と、
前記透明層の第一表面の上方に活性層を形成する工程と、
前記透明層の第一表面の上方に、その上に複数の第二伝導型金属電極を有する第二ドープ層を形成する工程と、
を具え、前記第一伝導型金属電極および前記第二伝導型金属電極は、互い違いに配列され、各第一伝導型金属電極と、それと隣接する第二伝導型金属電極との間の距離が実質的に等しいことを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項１６】
前記第一ドープ層、前記第二ドープ層および前記活性層が、III-Ｖ族化合物の半導体材料からなる請求項１５に記載の半導体の製造方法。
【請求項１７】
前記第一ドープ層がｎ-GaN層であり、前記第二ドープ層がｐ-GaN層である請求項１６に記載の半導体の製造方法。
【請求項１８】
少なくとも２つの第一伝導型金属電極を接続するため、第一ドープ層上に第一金属ワイヤ経路を形成する工程と、
少なくとも２つの第二伝導型金属電極を接続するため、第二ドープ層上に第二金属ワイヤ経路を形成する工程と
をさらに具える請求項１５に記載の半導体の製造方法。
【請求項１９】
パッケージ基板を設ける工程と、
前記透明層の第二表面が、前記パッケージ基板から離れて外方に向くよう、前記半導体を前記パッケージ基板上にひっくり返す工程と、
前記第一伝導型金属電極および前記第二伝導型金属電極を介して前記パッケージ基板に前記半導体を電気的に接続する工程と
をさらに具える請求項１５に記載の半導体の製造方法。
【請求項２０】
前記パッケージ基板と前記第二ドープ層との間に、各々が前記パッケージ基板と前記第二ドープ層との間の電流伝導経路および放熱経路を設ける金属バンプ層およびパッド層を形成する工程をさらに具える請求項１９に記載の半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、発光ダイオード(ＬＥＤ)デバイスに関し、特に、概して一様な電極分布を有するＬＥＤデバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤデバイスは、従来の光源に代わる、低エネルギーの光源として広く用いられてきた。特に、高照度の青色/緑色光を発する窒化ガリウム(GaN)の開発により、フルカラーＬＥＤディスプレイ、白色ＬＥＤおよび交通信号用ＬＥＤはすべて、市場に登場してきた。しかしながら、ＬＥＤデバイスは、従来の光源と比較してより正確な電流および熱の管理を必要とする。例えば、低熱伝導率のサファイアは、通常、ＬＥＤデバイスにおいて高い直列の熱抵抗を作り出す。
【０００３】
フリップチップＬＥＤデバイスは、従来のＬＥＤデバイスの放熱および電流拡散を改善するために開発されている。例えば、フリップチップＬＥＤデバイスは、特に高電力適用において、熱伝導率を改善するために、シリコン基板のような表面実装基板を具えることができる。加えて、フリップチップＬＥＤデバイスにおけるＬＥＤダイのレイアウトは、通常、電流拡散および分布を改善するよう設計される。例えば、ＬＥＤダイのレイアウトは、ｐ電極およびｎ電極のパターン化金属線が、電流を伝導するのに利用されるように設計される。さらにまた、ｐ電極およびｎ電極は、通常、ＬＥＤダイの外側面周り、すなわち、ｐ電極およびｎ電極はいずれも共通の領域に配置される。
【０００４】
図１は、従来の設計に従う従来のＬＥＤデバイス１００におけるｐ電極およびｎ電極のレイアウトを示す。ＬＥＤデバイス１００は、線状に配列された多数のｐ電極およびｎ電極を具える。例えば、図１に示されるように、ＬＥＤデバイス１００は、左端および右端のそれぞれにｎ電極の列を具え、これらの間に、ｐ電極の３つの列を具える。ｐ電極およびｎ電極は、各ｐ電極(例えば、ｐ電極１０１)が、２つの隣接するｎ電極(例えば、ｎ電極１０７およびｎ電極１０８)間の中心線上にあり、かつ、ｎ電極(例えば、ｎ電極１０８)が、２つの隣接するｐ電極(例えばｐ電極１０１およびｐ電極１０４)間の中心線上にあるように、互い違いに配列される。しかしながら、最も近いｐ電極とｎ電極との間の距離は一定ではない。例えば、ｐ電極１０１とｎ電極１０７との間の距離は、ｐ電極１０１とｎ電極１０９またはｎ電極１１０との間の距離とは異なる。さらに、ｎ電極１０８とｐ電極１０４との間の距離は、ｎ電極１０８とｐ電極１０５またはｐ電極１０６との間の距離とは異なる。
【０００５】
図１に示すＬＥＤデバイス１００は、従来のＬＥＤデバイスと比較して、電流および熱の管理を効果的に改善することができるけれども、それでもなお、最適ではない。例えば、一様でない距離が原因で、ＬＥＤデバイス１００内に分布した、流れた電流の経路は、異なる長さを有し、電子電流経路も異なる。その結果として、電流経路に沿った内部直列抵抗は異なる。従って、異なる電位差が異なる電極対で形成されるおそれがあり、一様でない電流分布がＬＥＤデバイス１００内で発生するであろう。例えば、電極対１０１−１０４は、電極対１０１−１０５とは異なる電位差を有するおそれがある。そのような電流拡散の問題および分布の非一様性は、GaN青色または緑色ＬＥＤの輝度および発光効率を減少させるおそれがある。
【０００６】
ｐ-GaN層の上面上に透明電流拡散層を形成することは、ＬＥＤデバイスにおける電流分布をある程度まで改善することができる。そのような構造によって、電流は、金属電極を通った後、電流拡散層へ注入されることができる。しかしながら、金属電極の下の領域の電流密度は、電流拡散層の下の領域よりも高いままであり、電流フラックスの多くは、金属電極の下の領域でつかえる。したがって、電流拡散層とｐ-GaN層との間の接触抵抗をさらに改善する必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで開示される装置および方法は、上述した事項の少なくとも一つを解決するために行われる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一の態様として、本発明は、半導体を対象とする。この半導体は、第一表面を有する透明層を具える。さらに、この半導体は、透明層の第一表面の上方に形成された第一ドープ層を具える。この第一ドープ層は、その上に形成された複数の第一伝導型の金属電極を有する。この半導体は、さらに、透明層の第一表面の上方に形成された第二ドープ層を具える。この第二ドープ層は、その上に形成された複数の第二伝導型の金属電極を有する。半導体は、透明層の第一表面の上方に形成され、第一ドープ層と第二ドープ層との間配置された活性層も具える。第一伝導型の金属電極および第二伝導型の金属電極は、互い違いに配列され、各第一伝導型の金属電極と、それと隣接する第二伝導型の金属電極との間の距離は、実質的に等しい。
【０００９】
別の態様として、本発明は、フリップチップ発光ダイオード(ＬＥＤ)パッケージ構造を対象とする。フリップチップＬＥＤパッケージ構造は、パッケージ基板およびＬＥＤデバイスを具える。このＬＥＤデバイスは、第一表面およびこの第一表面とは反対側の第二表面を有する透明層を具える。さらに、このＬＥＤデバイスは、透明層の第一表面の上方に形成された第一ドープ層を具える。この第一ドープ層は、その上に形成された複数の第一伝導型の金属電極を有する。このＬＥＤデバイスは、さらに、透明層の第一表面の上方に形成された第二ドープ層を具える。この第二ドープ層は、その上に形成された複数の第二伝導型の金属電極を有する。ＬＥＤデバイスは、透明層の第一表面の上方に形成され、第一ドープ層と第二ドープ層との間配置された活性層も具える。第一伝導型の金属電極および第二伝導型の金属電極は、互い違いに配列され、各第一伝導型の金属電極と、それと隣接する第二伝導型の金属電極との間の距離は、実質的に等しい。ＬＥＤデバイスは、裏返されて、透明層の第二表面が、パッケージ基板から離れて外方に向くよう、パッケージ基板上にひっくり返される。ＬＥＤデバイスは、第一伝導型の金属電極および第二伝導型の金属電極を介してパッケージ基板に電気的に接続される。
【００１０】
さらに別の態様として、本発明は、半導体を形成する方法を対象とする。本方法は、第一表面を有する透明層を設ける工程を具える。さらに、本方法は、透明層の第一表面の上方に第一ドープ層を形成する工程を具える。この第一ドープ層は、その上に形成された複数の第一伝導型の金属電極を有する。本方法は、さらに、透明層の第一表面の上方に、活性層を形成する工程を具える。また、本方法は、透明層の第一表面の上方に、第二ドープ層を形成する工程を具える。この第二ドープ層は、その上に形成された複数の第二伝導型の金属電極を有する。第一伝導型の金属電極および第二伝導型の金属電極は、互い違いに配列され、各第一伝導型の金属電極と、それと隣接する第二伝導型の金属電極との間の距離は、実質的に等しい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、従来の設計に従う従来のＬＥＤデバイスにおけるｐ電極およびｎ電極のレイアウトを示す。
【図２】図２は、本発明の典型的な実施形態に従う、ＬＥＤダイの断面図を示す。
【図３】図３は、本発明の典型的な実施形態に従う、半導体中のＬＥＤダイのレイアウトを示す。
【図４】図４は、本発明の典型的な実施形態に従う、ワイヤボンディング半導体中のＬＥＤダイのレイアウトを示す。
【図５】図５は、図３および図４で示された実施形態と一致する、多くのＬＥＤダイを具える半導体におけるｐ電極およびｎ電極の分布を示す。
【図６】図６(Ａ)は、従来の設計に従うＬＥＤ構造を示し、図６(Ｂ)は、本発明の典型的な実施形態に従うＬＥＤ構造を示す。
【図７】図７は、図５および図６(Ｂ)で示された実施形態と一致する、半導体における電子電流の分布を示す。
【図８】図８は、本発明の典型的な実施形態に従う、フリップチップＬＥＤデバイスの断面図を示す。
【図９】図９は、図２〜図４で示された実施形態と一致する、半導体およびフリップチップＬＥＤデバイスを形成するための典型的な動作プロセスのフローチャートを示す。
【００１２】
上記図面はいずれも寸法を誇張して描いているが、これらは説明のために描かれたものであって、発明の範囲を限定するものではない。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付図面で示された様々な実施形態は、ここで詳細に説明される。可能な限り、全ての図面おいて、同じまたは同様の部分を言及するのに、同じ参照符号を用いる。
【００１４】
図２は、本発明の典型的な実施形態に従うＬＥＤダイ２００の断面図を示す。ＬＥＤダイ２００は、特に、透明層２０１、ｎ型ドープ層２０２、ｎ電極２０３、活性層２０４、ｐ型ドープ層２０５、発光層２０６およびｐ電極２０７を具えることができる。透明層２０１は、導電性または非導電性基板とすることができる。透明層２０１は、光が、材料/空気界面で反射して材料に戻ってくるような、高屈折率を有する材料を含むことができる。ある実施形態において、透明層２０１の材料は、シリコン、炭化ケイ素、サファイア、ヒ化物、リン化物、酸化亜鉛(ZnO)および酸化マグネシウムからなる群から選択されることができる。例えば、GaN/InGaN系ＬＥＤでは、サファイア基板を用いることができる。
【００１５】
ｎ型ドープ層２０２、活性層２０４、ｐ型ドープ層２０５および発光層２０６は、例えば、透明層２０１上に連続して一連のエピタキシャルプロセスを行うことによって形成されることができる。ｎ型ドープ層２０２およびｐ型ドープ層２０５の材料は、例えば、(InGaNのような)インジウム含有窒化物半導体、(AlGaNのような)アルミニウム含有窒化物半導体、または、(GaNのような)ガリウム含有窒化物半導体などの、半導体材料のIII-Ｖ族化合物を具えることができる。例えば、青色ＬＥＤは、通常、広いバンドギャップ半導体であるGaNおよびInGaNに基づく。ｎ電極２０３は、ｎ型ドープ層２０２と電気的に接続されたｎ金属片とすることができる。同様に、ｐ電極２０７は、ｐ型ドープ層２０５と電気的に接続されたｐ金属片とすることができる。
【００１６】
活性層２０４は、発光効率を高めるために、例えば、単一または多重量子井戸構造を含むことができる。１以上のInGaN量子井戸は、ｎ型ドープ層２０２とｐ型ドープ層２０５との間に配置されることができる。ある実施形態において、InGaN量子井戸中において、関係するInN-GAN比変化させることによって、例えば紫色(violet)から琥珀色(amber)へ発光を変化させることができる。例えば、緑色ＬＥＤは、InGaN-GaNシステムから製造されることができる。
【００１７】
発光層２０６は、ｐ型ドープ層２０５とｐ電極２０７との間に形成されることができる。ある実施形態において、発光層２０６の材料は、インジウムスズ酸化物(ITO)を含むことができるが、これだけではなく、例えば、ITO，CTO，IZO，ZnO:Al，ZnGa2O4，SnO2:Sb，Ga2O3:Sn，AgInO2:Sn，In2O3:Zn，CuAlO2，LaCuOS，NiO，CuGaO2，SrCu2O2、または同様の特性を有する他の透明導電性材料のような材料を含むことができる。
【００１８】
ある実施形態において、多くのＬＥＤダイ２００は、共通の透明層２０１上に形成され、所定のパターンを形成するよう配列されることができる。図３は、本発明の典型的な実施形態に従う、半導体３００中のＬＥＤダイのレイアウトを示す。図３に示すように、ＬＥＤダイは、ｐ電極とｎ電極が半導体３００上で交互に配置されるように配列される。各ｐ電極(例えばｐ電極３１)は、４つの隣接するｎ電極(例えばｎ電極３２〜３５)の中心にあり、かつ、各ｎ電極(例えばｎ電極３５)は、２つの隣接するｐ電極(例えばｐ電極３１およびｐ電極３６,３８)間の中心線上にある。従って、各ｐ電極と、それと最も近いｎ電極との間の距離は、ほぼ同じであり、各ｎ電極と、それと最も近いｐ電極との間の距離も、ほぼ同じである。例えば、ｐ電極３１とｎ電極３２〜３５の各々との間の距離は、ほぼ同じである。
【００１９】
さらにまた、図３に示すように、２つの隣接するｐ電極毎の間の距離は、２つの隣接するｎ電極毎の間の距離と同様に、ほぼ同じである。例えば、ｐ電極３１とｐ電極３６との間の距離は、ｐ電極３１とｐ電極３８との間の距離とほぼ同じである。同様に、ｎ電極３２とｎ電極３３との間の距離は、ｎ電極３２とｎ電極３４との間の距離とほぼ同じである。ある実施形態において、図３に示すように、ｐ電極とｎ電極がほぼ同じ距離だけ離れているならば、ｐ電極およびｎ電極の位置は、入れ替えることができる。
【００２０】
図４は、本発明の典型的な実施形態に従う、ワイヤボンディング半導体４００中のＬＥＤダイのレイアウトを示す。図４に示すように、ワイヤボンディング半導体４００は、図３のように、交互に配列された多くのＬＥＤダイも具えることができる。加えて、ワイヤボンディング半導体４００は、ｎ電極に接続する第一パターン化金属線４１０およびｐ電極に接続する第二パターン化金属線４２０をさらに具えることができる。ある実施形態において、第一パターン化金属線４１０は、ｎ電極におけるものと同じ金属材料を含み、(ｎ電極４２〜４５のような)２つ以上のｎ電極を電気的に接続する。同様に、第二パターン化金属線４２０は、ｐ電極におけるものと同じ金属材料を含み、(ｐ電極４１およびｐ電極４６〜４８のような)２つ以上のｐ電極を電気的に接続する。図３および図４において、ｐ電極とｎ電極との間の距離は等しいものとして描かれているが、実際には、これら距離は、わずかな変化を有してほぼ等しいとすることができると考えられる。
【００２１】
図５は、図３および図４で示された実施形態と一致する、多くのＬＥＤダイを具える半導体におけるｐ電極およびｎ電極の分布を示す。図５に示すように、ｐ電極およびｎ電極は、各ｐ-ｎ電極対間がほぼ等しい距離となるよう交互に配列される。従って、等価な回路は、ｐ-ｎ対を形成する各ｐ電極と各ｎ電極との間の一定の電位差に基づく等価な電位によって形成されることができる。
【００２２】
例えば、図５に示すように、「ａ」は、(ｐ電極１とｐ電極２との間、および、ｐ電極１とｐ電極４との間のような)２つの隣接するｐ電極毎間の距離を表し、「ｂ」は、(ｎ電極１２とｎ電極８との間、および、ｎ電極１２とｎ電極１３との間のような)２つの隣接するｎ電極間の間隔を表す。「ｃ」および「ｄ」は、隣接するｐおよびｎ電極間の距離を表す。例えば、「ｃ」は、(ｐ電極５のような)各ｐ電極と、(ｎ電極３およびｎ電極６〜８のような)これを囲む４つのｎ電極との間の距離を表す。「ｄ」は、(ｎ電極３のような)各ｎ電極と、(ｐ電極１〜２およびｐ電極４〜５のような)これを囲む４つのｐ電極との間の距離を表す。図３および図４で示された実施形態と一致して、ａは、ｂとほぼ等しくなるよう設計され、ｃは、ｄとほぼ等しくなるよう設計される。
【００２３】
電極配列に基づいて、半導体３００および４００は、各ｐ電極がほぼ等しい電位を有し、かつ各ｎ電極もほぼ等しい電位を有する多数の平行サブダイ(sub-dies)の組み立てに見られる。すなわち、Ｖ1=Ｖ2=Ｖ4=Ｖ5=ＣpかつＶ3=Ｖ6=Ｖ7=Ｖ8=Ｃnであり、ここで、Ｃpはｐ電極の一定の電位差であり、Ｃnはｎ電極の一定の電位差である。従って、各ｐ-ｎ電極対間の電位差は、一定値ΔＶ=Ｖ1-Ｖ3=Ｖ2-Ｖ3=Ｖ4-Ｖ3=Ｖ5-Ｖ3=Ｖ5-Ｖ6=Ｖ5-Ｖ7=Ｖ5-Ｖ8になる。ｐ電極とｎ電極との間の距離がわずかな変化を有して実質的に等しい実施例において、ｐ電極の電位差、ｎ電極の電位差、ならびに、各ｐ-ｎ電極対間の電位差は、わずかな変化を有して実施的に一定とすることができると考えられる。
【００２４】
図６(Ａ)は、従来の設計に従うＬＥＤ構造６００を示し、本発明の典型的な実施形態に従う、ＬＥＤ構造６１０を示す図６(Ｂ)と対比される。図６(Ａ)に示すように、従来のＬＥＤ構造６００において、ｐ電極６０１は、ｎ電極６０２とは異なる厚さを有し、異なる面積を占める。結果として、ＬＥＤ構造６００は、高いクラック発生可能性および高い熱応力を有するおそれがある。これと比較して、図６(Ａ)に示すように、ＬＥＤ構造６１０は、本発明と一致して、実質的に同じ厚さを有し、実質的に同じ面積を占めるｐ電極６０３およびｎ電極６０４を具える。さらにまた、ＬＥＤ構造６１０の各電極は、ＬＥＤ構造６００のものよりも体積が小さい。その結果として、熱応力およびクラック発生可能性を減少させることができ、ＬＥＤ構造６１０は、様々な設計適用において、より柔軟性を有することができる。
【００２５】
図７は、図５および図６(Ｂ)で示された実施形態と一致する、半導体７００における電子電流の分布を示す。図７に示すように、図５と一致して、ｐ電極(７０１および７０２)とｎ電極(７０３)のほぼ等しい電位分布、および図６(Ｂ)と一致した構造的な設計によって、電流は、単一入力点から単一出力点へ、ＬＥＤを通ることができる。従って、ｐおよびｎ電極間の電位差が保証され、電流は、各ｐ-ｎ電極対間で形成される各ｐ-ｎ接合において、より一様に分布し、かつ分散することができる。例えば、ｐ電極７０１とｎ電極７０３との間、ならびにｐ電極７０２とｎ電極７０３との間の電流経路は、電極７０１〜７０３の各々の下でより一様に分布する。その結果として、ＬＥＤダイの発光効率は、改善されることができる。
【００２６】
図３に示すレイアウトＬＥＤダイは、フリップチップパッケージ構造を形成するのに適用されることができる。図８は、本発明の典型的な実施形態に従う、フリップチップＬＥＤデバイス８００の断面図を示す。フリップチップＬＥＤデバイス８００は、特に、透明層８０１、ｎ型ドープ層８０２、複数のｎ電極８０３、ｐ型ドープ層８０４、複数のｐ電極８０５で構成される、図３に示すような半導体３００を具える。ある実施形態において、フリップチップＬＥＤデバイス８００は、さらに、ｎ型ドープ層８０２とｐ型ドープ層８０４との間に配置された活性層(図示せず)を具える。フリップチップＬＥＤデバイス８００は、さらに、パッケージ基板８１０、複数の金属バンプを有する金属バンプ層８０６、パッド層８０７および保護層８０９を具えることができる。
【００２７】
ある実施形態において、図２のＬＥＤダイを具える半導体３００は、裏返され、複数のｎ電極８０３および複数のｐ電極８０５が、パッケージ基板８１０に面し、透明層８０１が、パッケージ基板８１０から離れて外方を向くよう、パッケージ基板８１０にひっくり返されることができる。透明層８０１は、例えば、炭化ケイ素、サファイア、GaNおよびAlGaInN基板を含むことができる。パッケージ基板８１０は、例えば、セラミック基板、Al2O3基板、AlN基板およびシリコン基板を具えることができるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
半導体３００およびパッケージ基板８１０は、金属バンプ層８０６およびパッド層８０７を介して電気的に接続される。例えば、図８に示すように、複数のｎ電極８０３は、複数の金属バンプを介してパッケージ基板８１０に電気的に接続される。複数のｐ電極８０５は、複数の金属バンプおよび金または他の種類の共晶スタッドバンプを介してパッケージ基板８１０に電気的に接続される。本発明と一致して、金属バンプ層８０６およびパッド層８０７は、フリップチップＬＥＤパッケージ基板８００において、ＬＥＤデバイスの信頼性をさらに向上するための電流伝導経路および放熱経路として用いられることもできる。ある実施形態において、フリップチップＬＥＤパッケージ構造８００は、ｎ型ドープ層８０２上に形成された保護層８０９を具えることもできる。
【００２９】
図９は、図２〜図４で示された実施形態と一致する、半導体３００およびフリップチップＬＥＤデバイス８００を形成するための典型的な動作プロセス９００のフローチャートを示す。ある実施形態において、プロセス９００は、半導体３００を形成するためのサブプロセス９１およびフリップチップＬＥＤデバイス８００を形成するためのサブプロセス９２を具えることができる。サブプロセス９１およびサブプロセス９２は、プロセス９００と関連して一緒に説明されるけれども、サブプロセスの各々は、互いに別個に、独立して実行されることができると考えられている。
【００３０】
プロセス９００は、透明層２０１を準備することから始めることができる(工程９１１)。工程９１２において、ｎ型ドープ層２０２のような第一ドープ層は、透明層２０１上に形成されることができる。工程９１３において、多重量子井戸を有する活性層２０４は、第一ドープ層上に形成されることができる。工程９１４において、ｐ型ドープ層２０５のような第二ドープ層は、活性層２０４上に形成されることができる。ある実施形態と一致して、工程９１１〜９１４は、多くの光が、材料/空気界面で反射して材料に戻ってくるような、高屈折率を有する材料を用いることができる。ある実施形態において、工程９１１〜９１４は、エピタキシャルプロセスによって実行されることができる。
【００３１】
工程９１５において、金属電極は、それぞれのドープ層上に形成される。例えば、ｎ電極は、ｎ型ドープ層２０２上に形成され、ｐ電極は、ｐ型ドープ層２０５上に形成される。ある実施形態において、工程９１１〜９１５に続いて、ｎ型ドープ層２０２の一部、活性層２０４の一部およびｐ型ドープ層２０５の一部が、例えばエッチングまたは別の方法によって除去されるが、これらに限定されるものではない。従って、層２０２、２０４および２０５の各々は、複数の孤立した島構造を形成するようパターン化される。ある実施形態と一致して、ｎ電極がｎ型ドープ層２０２と電気的に接続され、ｐ電極がｐ型ドープ層２０５と電気的に接続されるよう、上述した孤立した島構造において、ｐ型ドープ層２０５の一部、活性層２０４およびｎ型ドープ層２０２の一部は除去される。
【００３２】
本発明の実施形態と一致して、ｐ電極およびｎ電極は、各ｐ電極およびそれと隣接するｎ電極との間の距離が実質的に一定となるよう、交互に形成される。２つの隣接するｐ電極毎間ならびにｎ電極毎間の距離も、実質的に一定になる。ある実施形態において、ｐ電極のラインは、最初に形成されることができ、ｐ電極の次に、ｎ電極のラインは形成されることができる。各ｎ電極は、２つの隣接するｐ電極の中央線上に形成されることができ、ｐ電極同士を横切るラインに対するｎ電極間の縦方向距離は、２つの隣接するｐ電極毎間の距離の半分として設定することができる。その後、ｐ電極の別のラインは、ｎ電極のラインの隣に形成され、ｐ電極の新しいラインとｐ電極の初めのラインとの間の距離は、２つの隣接するｐ電極毎間の距離と実質的に等しくすることができる。
【００３３】
ある実施形態と一致して、図４に関連して説明された実施形態と同様に、１以上の金属経路が、ｐ電極またはｎ電極に電気的に接続するよう形成されることができる(工程９１６)。工程９１６は、プロセス９００を実行するのに最適である。例えば、半導体３００は、工程９１６なしで形成されることができ、半導体４００は工程９１６によって形成されることができる。工程９１６後、サブプロセス９１は終了する。
【００３４】
サブプロセス９２は、パッケージ基板８１０を準備することから始めることができる(工程９２１)。工程９２２において、複数の金属バンプを有する金属バンプ層８０６は、パッケージ基板８１０上に形成されることができる。工程９２３において、複数の金芽バンプを有するパッド層８０７は、金属バンプ層８０６上に選択的に形成されることができる。従って、絶縁材料は、保護層８０９を形成するために、層８０２，８０３，８０４，８０５および８０６間に充填される。
【００３５】
工程９２４において、工程９１１〜９１５によって形成された半導体は、電極がパッケージ基板８１０に面し、透明層２０１がパッケージ基板８１０から離れて外方に向くよう、金属バンプ層８０６およびパッド層８０７上にひっくり返されることができる。工程９２５において、半導体は、パッケージ基板８１０に電気的に接続されることができる。ある実施形態と一致して、ｐ電極およびｎ電極は、金属バンプ層８０６およびパッド層８０７を介してパッケージ基板８１０に電気的に接続されることができる。工程９２５後、サブプロセス９２およびプロセス９００は終了する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の範囲は、上述した実施形態によって限定されるものではない。例えば、開示された実施形態が、GaNベース青色または緑色ＬＥＤ(または紫外ＬＥＤベース紫色)およびGaNベースフリップチップＬＥＤパッケージ構造に関連して説明されているけれども、開示された半導体およびこの半導体を形成するための方法は、多くのＬＥＤダイを含む、従来技術において知られた他の種類のＬＥＤデバイスに用いられることができる。さらにまた、開示された半導体は、電流分布および発光効率を改善するためにフリップチップ構造以外の、ＬＥＤパッケージ構造を形成するのに用いられることもできる。加えて、本発明は、透明層上に形成されるｎ型ドープ層および活性層上に形成されるｐ型ドープ層について説明したけれども、本発明は、ドープ層の伝導型を交換しても適用可能である。すなわち、ｐ型ドープ層を透明層上に形成し、ｎ型ドープ層を活性層上に形成してもよい。
【００３７】
開示された半導体は、その上に交互に配列されたｐ電極およびｎ電極を有し、各ｐ電極と、それと隣接するｎ電極との間の距離は、実質的に一定で、２つのｐ電極毎(またはｎ電極)間の距離も、実質的に一定である。開示された半導体は、各サブダイ(sub-die)が等しい内部抵抗および等しい電位差を有すると同時に、各々が等しい電流フラックスを有する多数の平行サブダイ(sub-die)の組み立てとして役立つことができる。従って、開示された半導体およびこの半導体を形成するための方法は、電流拡散および電流分布を効果的に改善することができる。結果として、開示されたシステムは、ＬＥＤデバイスの輝度および発光効率を改善することができる。
【００３８】
当業者によれば、開示された装置および方法から、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な修正および変更を作り出すことができるということは明らかである。追加的に、開示された装置および方法の他の実施形態は、当業者であれば、明細書を参酌すれば、明らかであろう。詳細な説明および実施例は、一例として示すことを目的としたものであり、本来の発明の範囲は、特許請求の範囲およびそれらの均等物によって示される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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