(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）チップの製造方法であって、
変換材料を含むキャッピングウエハを予め形成する工程と、
複数のＬＥＤを備えるＬＥＤウエハを製造する工程と、
前記ＬＥＤウエハをサブマウントウエハの表面にフリップチップ実装する工程と、
前記ＬＥＤウエハを前記サブマウントウエハの表面にフリップチップ実装した後、前記キャッピングウエハを前記ＬＥＤウエハに接合する工程と、
前記キャッピングウエハと接合された前記ＬＥＤウエハを個片化する工程と、
を備え、前記キャッピングウエハは、前記ＬＥＤの堅固な機械的支持体としての役割を果たす堅固な機械的支持材料を含み、前記ＬＥＤから発せられた光の少なくとも一部が前記キャッピングウエハを通過し、前記光の少なくとも一部が前記変換材料によって変換されるように配置されるＬＥＤチップの製造方法。
【請求項２】
前記堅固な機械的支持材料の熱膨張率（ＣＴＥ）は、前記ＬＥＤウエハの前記ＬＥＤを構成する材料のＣＴＥと実質的に同じである請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項３】
前記変換材料は、前記ＬＥＤウエハに隣接して配置される請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項４】
前記キャッピングウエハは、２〜２５ｐｐｍ／℃の範囲の熱膨張率を備える請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項５】
前記堅固な機械的支持材料の熱膨張率（ＣＴＥ）は、前記サブマウントウエハを構成する材料のＣＴＥと実質的に同じである請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項６】
前記堅固な機械的支持材料の熱膨張率（ＣＴＥ）には、前記ＬＥＤウエハの前記ＬＥＤを構成する材料および前記サブマウントウエハを構成する材料の少なくとも一方のＣＴＥと比較して、４０％未満の差異がある請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項７】
前記堅固な機械的支持材料の熱膨張率（ＣＴＥ）には、前記ＬＥＤウエハの前記ＬＥＤを構成する材料および前記サブマウントウエハを構成する材料の少なくとも一方のＣＴＥと比較して、３０％未満の差異がある請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項８】
前記キャッピングウエハと前記ＬＥＤウエハとが接合される前または後のいずれかに、ウエハレベルで、各ＬＥＤにおいて、前記変換材料の厚さが個別に調整される請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項９】
前記キャッピングウエハは、前記ＬＥＤの上方で均一な厚さを備える請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項１０】
前記ＬＥＤは、ＬＥＤアレイにおいて相互接続される請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項１１】
前記ＬＥＤおよび前記キャッピングウエハから白色光を発光可能である請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項１２】
前記堅固な機械的支持材料は、ガラス、ＳｉＣ、サファイア、ＧａＮ、またはＺｎＯのうちの１つまたは複数を含む請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項１３】
前記変換材料は、蛍光体粒子を分散したシリコーン層、単結晶蛍光体シート、焼結蛍光体、または、蛍光体粒子を充填したガラスシートのうちの１つまたは複数を備える請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項１４】
前記ＬＥＤウエハを製造する工程は、ワイヤボンドフリーのＬＥＤウエハを製造する工程を含む請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項１５】
前記キャッピングウエハは、
透明部と、
前記変換材料を含む層と、
を備え、
前記透明部は、ガラス、ＳｉＣ、サファイア、ＧａＮ、またはＺｎＯのうちの１つまたは複数を含み、前記変換材料は、蛍光体粒子を分散したシリコーン層、単結晶蛍光体シート、焼結蛍光体、または、蛍光体粒子を充填したガラスシートのうちの１つまたは複数を備える請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項１６】
前記キャッピングウエハは、前記複数のＬＥＤの熱膨張率（ＣＴＥ）と実質的に同じ熱膨張率（ＣＴＥ）を備える請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項１７】
前記キャッピングウエハは、透明層と、前記変換材料を含む被膜と、を備え、前記透明層は、前記サブマウントの熱膨張率（ＣＴＥ）に実質的に適合するＣＴＥを備える請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【請求項１８】
前記ＬＥＤチップの１つを、第２サブマウントまたはプリント回路基板（ＰＣＢ）に実装する工程をさらに備える請求項１に記載のＬＥＤチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、契約番号第ＦＡ８６５０−０５−２−５５０７号の下で米国政府の支援を受けて行われた。米国政府は、本発明の一定の権利を有する。
［発明の背景］
［発明の分野］
本発明は、広くは半導体デバイスに関し、より具体的には、ワイヤボンドフリーの白色発光デバイス、およびその製造方法に関する。
［関連技術の説明］
発光ダイオード（１つまたは複数のＬＥＤ）は、電気エネルギーを光に変換するソリッドステートデバイスであり、一般に、反対にドープされた層の間に挟まれた、１つまたは複数の半導体材料の活性層を備える。ドープ層間にバイアスが印加されると、正孔および電子が活性層内に注入され、その際、正孔と電子とは再結合して光を発生する。光は、活性層から、および、ＬＥＤの全表面から、発せられる。
【０００２】
従来のＬＥＤは、その活性層から白色光を発することはできない。青色発光ＬＥＤからの光が、そのＬＥＤを黄色蛍光体、ポリマー、または染料で取り囲むことによって、白色光に変換されている。その典型的な蛍光体は、セリウムでドープされた、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｃｅ：ＹＡＧ）である［日亜化学工業株式会社製、白色ＬＥＤ、部品番号ＮＳＰＷ３００ＢＳ、ＮＳＰＷ３１２ＢＳ等を参照のこと；また、ロウリーによる米国特許番号第５，９５９，３１６号、「蛍光体−ＬＥＤデバイスの多重封止」も参照のこと］。取り囲んでいる蛍光体材料は、ＬＥＤの青色光の一部の波長をダウンコンバートして、その色を黄色に変化させる。青色光の相当な部分は、黄色にダウンコンバートされるものの、青色光の一部は、変化することなく蛍光体を通過する。ＬＥＤは、青色光と黄色光の両方を発し、両者が組み合わさって白色光が提供される。別の方法では、紫色発光ＬＥＤまたは紫外発光ＬＥＤからの光が、ＬＥＤを複数色の蛍光体または染料で取り囲むことによって、白色光に変換されている。
【０００３】
高効率の半導体デバイスの製造に用いられる１つの方法は、フリップチップ実装、または、ワイヤボンドフリー実装と称される。ＬＥＤのフリップチップ実装には、基板側を上にしてＬＥＤをサブマウントに実装する工程が含まれる。次いで、光は、抽出されて透明な基板を通して発せられる。または、基板は、完全に除去されてもよい。フリップチップ実装は、ＳｉＣ系ＬＥＤを実装するための特に望ましい技術である。ＳｉＣはＧａＮより高い屈折率を有するため、活性領域で発生した光は、ＧａＮ／ＳｉＣインターフェイスにおいて、内部反射しない（すなわち、ＧａＮ系層内に跳ね返る）。ＳｉＣ系ＬＥＤをフリップチップ実装することで、当技術分野で周知の、ある一定のチップ成形技術を用いる際に、光抽出が向上する。ＳｉＣ系ＬＥＤのフリップチップパッケージングには、熱の除去／放散の向上など他の効用もあり、それは、チップの特定の用途によっては、望ましいこととなり得る。
【０００４】
白色発光の、フリップチップ実装のデバイス製造のために、多様な方法が試されてきた。例えば、フィリップス・ルミレッズ社は、薄膜フリップチップの技術を開発し、それを同社の「ルミラミック」蛍光体プレートと組み合わせて、白色発光の、ワイヤボンドフリーのＬＥＤを創出した。これらのデバイスを製造するために、個片化されたチップレベルにおいて、複数の製造工程が行われる。ベースのＬＥＤは、ＬＥＤ基板を除去する前に、サブマウントウエハに個別にフリップチップ実装される。次いで、ルミラミックプレートが各チップに個別に接合される。
【０００５】
別の例として、米国特許公報第２００８／０１７３８８４号（本発明と同じ譲受人に譲渡されている）では、ワイヤボンドフリーのウエハが蛍光体含有シリコーンで被覆され、次いで、組立て後に硬化される。この被覆ウエハは、続いて蛍光体被膜を均一の厚さになるように摩滅させることにより、さらに加工することができる。最後に、ウエハはダイシングされ、個片化したチップはダイ取付のために配置される。
【０００６】
フリップチップの、またはワイヤボンドフリーの、ＬＥＤチップの様式が、様々な用途に適している一方、白色発光のフリップチップデバイスは、製造が困難になり得る。デバイスの側壁からの発光を制限する一方で、全体的な光抽出を最大限にするために、ＬＥＤウエハ基板は薄化されるか、または完全に除去され得る。そのため、残りの材料の機械的支持は、電極、および、デバイスがフリップチップ実装されたパッケージまたはサブマウントによって、本質的に提供される。これにより、製造中およびダイの取り扱い中に、機械的に損傷を受けやすく、歩留まりが低くなりがちなデバイスが結果として製造されることになり得る。パッケージング後の信頼性問題もまた、課題となり得る。
【０００７】
さらに、ベースのＬＥＤ材料（ＳｉＣ、ＧａＮ、および各種コンタクト金属など）は、＜２０ｐｐｍ／℃の範囲のように、比較的低い熱膨張率（ＣＴＥ）を有し得る。あるいは、チップに白色光を発せしめるために備えられる材料（シリコーン被膜など）の中には、＞１００ｐｐｍ／℃の範囲のように、高いＣＴＥを有するものもある。低ＣＴＥ材料と高ＣＴＥ材料とは、通常互いに取り付けられて、完成したデバイスを形成するが、それゆえにＣＴＥの不整合が生まれる。ＣＴＥの不整合は、白色発光のフリップチップデバイスの、機械的に損傷を受けやすい性質を悪化させる可能性がある。それにより、温度サイクル中にデバイスの故障が生じる可能性がある。
［発明の概要］
本発明は、高効率で機械的に堅固な、白色発光のフリップチップ照明デバイスなどの半導体デバイスを製造するための装置および方法を提供する。このデバイスの製造は、チップレベルよりむしろウエハレベルで加工工程を行うことによって、高い歩留まりおよび低コストを可能にする。本発明に係る一実施形態は、ＬＥＤチップの製造方法を含む。この方法はキャッピングウエハの事前形成を含み、キャッピングウエハは変換材料を含む。複数のＬＥＤを備えるワイヤボンドフリーのＬＥＤウエハが製造される。キャッピングウエハが、続いて、接着剤を用いてＬＥＤウエハに接合される。最後に、最終製造工程の全てが完了すると、ＬＥＤチップは個片化される。
【０００８】
本発明に係る別の実施形態に従って、サブマウントウエハと、このサブマウントウエハにフリップチップ実装された複数のＬＥＤと、を備える、ＬＥＤチップウエハが提供される。接着剤を用いてＬＥＤに接合される、キャッピングウエハも提供される。キャッピングウエハは、変換材料を含む。ＬＥＤから発せられた光の少なくとも一部が、キャッピングウエハを通過し、キャッピングウエハにおいては、上記光の少なくとも一部が変換材料によって変換される。
【０００９】
本発明に係る別の実施形態では、ワイヤボンドフリーのＬＥＤチップが提供される。さらに、接着剤を用いてＬＥＤに接合される、キャッピングウエハが提供される。キャッピングウエハは、ＬＥＤチップの機械的支持体としての役割を果たす。変換材料がキャッピングウエハに一体化され、変換材料は、ＬＥＤから発せられた光の少なくとも一部を変換する。
【００１０】
本発明の、上記特徴および利点、ならびにその他の更なる特徴および利点は、付随する図面とともに以下の詳細な説明から、当業者にとって明白となろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る一方法での製造工程における、ＬＥＤウエハの一実施形態の断面図である。
【図２】本発明に係るキャッピングウエハの一実施形態の断面図である。
【図３】図１のＬＥＤウエハに接合された、図２のキャッピングウエハの断面図である。
【図４】サブマウントウエハおよび図３のＬＥＤウエハの、フリップチップ実装後の断面図である。
【図５】図４のキャッピングウエハ、サブマウントウエハ、およびＬＥＤウエハの、キャッピングウエハ研削／研磨後の断面図である。
【図６】図５のキャッピングウエハ、サブマウントウエハ、およびＬＥＤウエハの、個片化後の断面図である。
【図７】本発明に係る一方法での製造工程における、ＬＥＤウエハの別の実施形態の断面図である。
【図８】図７のＬＥＤウエハの、基板除去およびＧａＮ表面エッチング後の断面図である。
【図９】本発明に係るキャッピングウエハの一実施形態の断面図である。
【図１０】図８のＬＥＤウエハに接合された、図９のキャッピングウエハの断面図である。
【図１１】サブマウントウエハおよび図１０のＬＥＤウエハの、フリップチップ実装後の断面図である。
【図１２】図１１のキャッピングウエハ、サブマウントウエハ、およびＬＥＤウエハの、個片化後の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［発明の詳細な説明］
本発明は、ＬＥＤなどの半導体デバイスの、ウエハレベルのキャッピングに特に適用可能である製造方法を提供する。本発明は、当該方法を用いて製造されたＬＥＤ、ならびに、関連するＬＥＤパッケージおよびＬＥＤアレイなどの、半導体デバイスも提供する。本発明は、デバイスの製造方法、および、表面実装され得る、または、ワイヤボンドフリーであり得るデバイスを提供する。キャッピング層は、ＬＥＤウエハに実装され、そのウエハのＬＥＤまたはその構造の他のウエハ層が、熱サイクル中に損傷してしまう可能性を減じ得る、ある一定の特性を有する。いくつかの実施形態では、キャッピング層は、パッケージまたはサブマウントに実装されるＬＥＤの熱サイクル中に、ＬＥＤまたは他のウエハ層が損傷する可能性を減じる特性を有する。この温度サイクルは、ＬＥＤを約３００℃まで加熱する可能性があり、それにより、異なる特性を有する層に応力をもたらすことが明らかになっている。
【００１３】
一実施形態では、キャッピングウエハ（または層）は、接着剤層を用いてＬＥＤウエハに接合される。また、いくつかの実施形態では、キャッピングウエハはダウンコンバータを含んでいてよい。いくつかの実施形態では、キャッピングウエハは、ＬＥＤウエハのＬＥＤ層のそれに近い熱膨張率（「ＣＴＥ」）を有することを特徴とする。この特徴により、キャッピングウエハおよびＬＥＤウエハは、熱サイクル中に同様の割合で膨張することが可能であり、その結果、二者間の応力は減少する。二者間の応力が減少することがひいては、そうでなければその応力によって生じていたかもしれないＬＥＤウエハの損傷を、減じることになる。他の実施形態では、キャッピング層が、ＬＥＤが実装されているパッケージまたはサブマウントのＣＴＥに近いＣＴＥを有することが可能である。この特徴によっても、取付けの熱サイクル中にＬＥＤが受ける応力が減少する。キャッピングウエハが堅固な機械的支持体の役割を果たすように、キャッピングウエハが接合された後で、キャッピングウエハの反対側の、ＬＥＤウエハの非接合面に、最終製造工程が適用されてよい。デバイスの個片化の前に、全ての製造工程がウエハレベルで完了することは、注目に値する。
【００１４】
本発明は、ある一定の実施形態を参照して本明細書に説明されるが、本発明は、様々な形態での実施が可能であり、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきでないことを理解されたい。具体的には、本発明は、概して蛍光体含有シリコーン被膜を備えるダウンコンバータキャッピングウエハ／層でＬＥＤウエハをキャッピングすることに関して、以下に説明されるが、キャッピングウエハは、ダウンコンバート、保護、光の抽出、または散乱のための他の材料で、被覆されてよいことを理解されたい。変換材料被膜の代わりに、キャッピング材料が、その内に混合された変換材料を含むことも可能である。本発明に係る方法は、他の半導体デバイスを異なる材料でキャッピングするために用いることも可能である。さらに、単一または複数の被膜および／または層を、キャッピングウエハ上に形成することが可能である。被膜は、１つまたは複数の蛍光体、散乱粒子、および／または他の材料を含むことが可能であり、蛍光体を含まないことも可能である。被膜は、ダウンコンバートをもたらす有機染料などの材料も含んでいてよい。複数の被膜および／または層において、その一つ一つが、他の層および／または被膜と比べて、異なる蛍光体、異なる散乱粒子、透明性、屈折率などの、異なる光学的性質、および／または、異なる物理的性質を有することが可能である。
【００１５】
ＬＥＤは、様々な方法で配置された様々な半導体層を有することが可能であり、また、本発明に係る様々な実施形態において、様々な色を発することが可能である。ＬＥＤの構造、特徴、ならびにその製造および動作は、当技術分野で一般に周知であり、本明細書では簡単に論じるだけに留めておく。ＬＥＤの層は、周知の工程を用いて製造することが可能であり、適当な工程は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）を用いた製造である。ＬＥＤチップの層は、一般に、反対にドープされた第１および第２のエピタキシャル層の間に挟まれた、活性層／領域を備え、それら全ては、成長基板上に順次形成される。ＬＥＤチップは、ウエハ上に形成された後に、パッケージに実装するために個片化され得る。成長基板は、最終的な個片化ＬＥＤの一部として残り得ること、あるいは、完全にもしくは部分的に除去され得ることを理解されたい。
【００１６】
さらに、ＬＥＤは、当技術分野で周知であるように、縦型形状または横型形状を有していてよい。縦型形状を有するＬＥＤは、基板上に第１コンタクトを、ｐ型層上に第２コンタクトを備えていてよい。第１コンタクトに印加された電気信号は、ｎ型層内に拡散し、第２コンタクトに印加された信号は、ｐ型層内に拡散する。ＩＩＩ族窒化物デバイスの場合には、一般に、薄く半透明な電流拡散層が、ｐ型層の一部または全部を覆うことが、良く知られている。第２コンタクトは、そのような層を備えることが可能であり、そのような層は、一般にプラチナ（Ｐｔ）などの金属、またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電性酸化物であることを理解されたい。
【００１７】
ＬＥＤは、横型形状を有してもよく、その場合、両コンタクトはＬＥＤの最上部にある。ｐ型層および活性領域の一部は、エッチングなどによって除去され、ｎ型層上にコンタクトメサが露出する。第２の横型のｎ型コンタクトが、ｎ型層のメサ上に備えられる。両コンタクトは、周知の蒸着技術を用いて蒸着される、周知の材料を含むことが可能である。
【００１８】
ある要素が別の要素と「接している」、「接続される」、「結合される」、または「接触している」と称される場合、その要素は、直接その別の要素と接している、接続される、結合される、もしくは接触している場合もあれば、介在要素が存在する場合もあることが理解されるであろう。対照的に、ある要素が別の要素と「直接接している」、「直接接続される」、「直接結合される」、または「直接接触している」と称される場合、介在要素は存在しない。同様に、第１の要素が第２の要素と「電気的に接触している」または「電気的に結合される」と称される場合、第１の要素と第２の要素との間の電流の流れを可能にする電気的経路が存在する。その電気的経路は、キャパシタ、結合インダクタ、および／または、導電性の要素間に直接接触がなくても電流の流れを可能にする、他の要素を備えていてよい。
【００１９】
第１、第２等の用語は、様々な要素、部品、領域、および／または部分を説明するために本明細書において用いられ得るが、そのような要素、部品、領域、および／または部分は、これらの用語によって限定されるべきでない。これらの用語は、１つの要素、部品、領域、または部分を、別の要素、部品、領域、または部分と区別するためにのみ用いられる。したがって、以下に論じられる第１の要素、部品、領域、または部分は、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、部品、領域、または部分と称され得る。
【００２０】
本発明の実施形態は、本発明の実施形態の略図である断面図を参照して、本明細書に説明される。そのため、部品の実際の厚さは異なる可能性があり、また、例えば製造技術および／または公差に起因する、断面図の形状との相違が想定される。本発明の実施形態は、本明細書に説明される領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきでなく、例えば製造によって生じる、形状の逸脱を含むべきである。正方形もしくは長方形であると説明または記述される領域は、通常の製造公差によって、丸みを帯びた、または湾曲した外観を一般に呈するものである。したがって、図で説明される領域は、本質的に模式的なものであり、その形状は、デバイスの領域の正確な形状を示すことを意図しておらず、また、本発明の範囲を制限することを意図していない。
【００２１】
図１〜６は、本発明に係る方法を用いて製造される、ウエハレベルのＬＥＤチップ１０の一実施形態を示し、これら一連の図は、製造工程におけるＬＥＤチップ１０を示している。つまり、いくつかの図では、個々のＬＥＤチップに分割／個片化される前の、全製造工程が完了する前の段階にあるＬＥＤチップ１０が示されている。ＬＥＤチップはＬＥＤを備え、説明および理解を容易にするために、ＬＥＤは分割したデバイスとして示されている。しかし、ＬＥＤ層の１つまたは複数は連続的であることが可能であり、よって、ＬＥＤはウエハ形状で提供可能であることを理解されたい。垂直の仮想線（図３〜５に示すとおり）は、後の製造工程におけるＬＥＤチップ１０間の分割またはダイシングの線を示すために記載されている。さらに後述されるように、この分割またはダイシングは、製造工程における様々な段階で行われ得る。
【００２２】
図１〜６はまた、ウエハレベルのデバイスを２つだけ示しているが、さらに多数のＬＥＤチップが単一のウエハから形成可能であることを理解されたい。例えば、１ミリメートル（ｍｍ）四方の大きさを有するＬＥＤチップを製造する場合、３インチのウエハ上に、最大４５００のＬＥＤチップを製造することが可能である。
【００２３】
ＬＥＤのそれぞれは、異なる方法で配置された様々な半導体層を有し得る。ＬＥＤの製造および動作は、当技術分野で一般に周知であり、本明細書では簡単に論じるだけに留めておく。ＬＥＤの層は、周知の工程を用いて製造することが可能であり、適当な工程は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）を用いた製造である。ＬＥＤの層は、一般に、反対にドープされた第１エピタキシャル層１４と第２エピタキシャル層１６との間に挟まれた、活性層／領域を備え、それら全ては、基板１２上に順次形成される。
【００２４】
ＬＥＤには、追加の層および要素を含ませることも可能であり、追加の層および要素には、バッファ層、核形成層、コンタクト層、および電流拡散層、ならびに光抽出層および要素が含まれるが、これに限定されるものではないことを理解されたい。活性領域は、単一量子井戸（ＳＱＷ）、多重量子井戸（ＭＱＷ）、二重へテロ構造、または超格子構造を備え得る。一実施形態では、第１エピタキシャル層１４はｎ型ドープ層であり、第２エピタキシャル層１６はｐ型ドープ層である。しかし、他の実施形態では、第１の層１４はｐ型ドープされることが可能であり、第２の層１６はｎ型ドープされることが可能である。第１エピタキシャル層１４および第２エピタキシャル層１６は、以下、それぞれｎ型層およびｐ型層と称される。
【００２５】
ＬＥＤの活性領域ならびに層１４，１６は、様々な材料系から製造されてよく、好ましい材料系は、ＩＩＩ族窒化物ベースの材料系である。ＩＩＩ族窒化物とは、窒素と、周期表のＩＩＩ族の元素、通常はアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、およびインジウム（Ｉｎ）と、の間で形成される半導体化合物を指す。この用語はまた、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）および窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）などの三元化合物および四元化合物も指す。好ましい実施形態では、ｎ型層１４およびｐ型層１６は窒化ガリウム（ＧａＮ）であり、活性領域はＩｎＧａＮである。代替実施形態では、ｎ型層１４およびｐ型層１６は、ＡｌＧａＮ、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）、またはアルミニウムガリウムインジウム砒素リン（ＡｌＧａＩｎＡｓＰ）であってよい。
【００２６】
成長基板１２は、サファイア、炭化ケイ素、（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＧａＮ、Ｓｉなど多くの材料からなり得る。適当な基板は、４Ｈポリタイプの炭化ケイ素であるが、３Ｃ、６Ｈ、および１５Ｒポリタイプを含む、他の炭化ケイ素ポリタイプも使用可能である。炭化ケイ素は、ＩＩＩ族窒化物に対してサファイアよりも近い結晶格子整合が得られるなど、いくつかの利点を有し、結果としてより高品質のＩＩＩ族窒化物膜が得られることとなる。炭化ケイ素は非常に高い熱伝導率も有しており、したがって、炭化ケイ素上のＩＩＩ族窒化物デバイスの総出力パワーは、（サファイア上に形成された、いくつかのデバイスの場合にそうなり得るように）基板の放熱によって制限されることがない。ＳｉＣ基板は、ノースカロライナ州ダラムのクリー・リサーチ社から入手可能であり、この基板の製造方法は、科学文献ならびに米国特許第Ｒｅ．３４，８６１号、第４，９４６，５４７号、および第５，２００，０２２号に記載されている。示された実施形態では、基板１２はウエハレベルであり、複数のＬＥＤ１０がウエハ基板１２上に形成されている。
【００２７】
基板１２は、様々な厚さを有し得る。ＬＥＤチップの、より簡単で信頼性の高い個片化を可能とするために、任意の加工工程で、機械的研削、エッチング、またはレーザーアブレーションなどの周知の方法を用いて、基板１２を薄化または除去することも可能である。このような薄化または基板除去は、ＬＥＤチップが望まれる厚さを有する結果にもなり得る。図１に図示された基板１２は、１つの可能な実施形態にしたがって除去されたため、もはや図３〜７には図示されていないことに注目されたい。あるいは、基板１２は薄化されてもよいし、そのままであってもよいことを理解されたい。基板１２が、炭化ケイ素などの、成形に適合した材料からなる、さらに他の実施形態では、基板１２は、光抽出を高めるために様々な形状を有することが可能である。
【００２８】
本発明は、示された横型形状のＬＥＤのように、両コンタクトが１つの表面から接触可能であるように配置されたＬＥＤでの使用に、特に適している。しかし、縦型形状のＬＥＤも使用されてよいことを理解されたい。横型形状のデバイスは、通常、両電極が当該デバイスの様々なレベルの層の上面にある、段違いの電極構成をもって配置される。したがって、電極は、共通の面を共有するのではなく、むしろ、電極が配置されている層に対して共通の上面の向きを共有する。電荷キャリアは、バイアスに反応して、電流経路の少なくとも一部に対して、半導体層を介して横方向に移動する。このような一般的な形状のいくつかのバリエーションは、当技術分野で周知であり、使用されている。
【００２９】
ＬＥＤのそれぞれは、第１の電極すなわちコンタクト２２ａと、第２の電極すなわちコンタクト２２ｂと、を備えることができる。示された実施形態では、第１コンタクト２２ａは、ｐ型層コンタクト２０のメサに接しており、第２コンタクト２２ｂは、ｎ型層コンタクト１８に接触している。第１コンタクト２２ａに印加された電気信号は、ｐ型層１６内に拡散し、第２コンタクト２２ｂに印加された信号は、ｎ型層１４内に拡散する。第１コンタクトおよび第２コンタクトは、Ａｕ、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、またはそれらの組合せなど、様々な材料を含み得る。さらに他の実施形態では、それらのコンタクトは、インジウムスズ酸化物、酸化ニッケル、酸化亜鉛、カドミウムスズ酸化物、チタンタングステンニッケル、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マグネシウム、ＺｎＧａ2Ｏ4、ＺｎＯ2／Ｓｂ、Ｇａ2Ｏ3／Ｓｎ、ＡｇＩｎＯ2／Ｓｎ、Ｉｎ2Ｏ3／Ｚｎ、ＣｕＡｌＯ2、ＬａＣｕＯＳ、ＣｕＧａＯ2、およびＳｒＣｕ2Ｏ2などの、導電性酸化物および透明導電性酸化物を含み得る。使用される材料の選択は、コンタクトの配置、ならびに、透明性、接合抵抗率、およびシート抵抗などの望まれる電気的特性に左右され得る。
【００３０】
１つの表面から接触可能な複数のコンタクトを備える構造を有する本発明での使用のために、他のＬＥＤ構造および形状が提供され得ることを理解されたい。このような代替実施形態では、導電性ビア、トレース、または他の導電経路など、他の導電性構造体を利用することによって、このような接触をもたらすことが可能である。
【００３１】
示された実施形態では、第１コンタクト２２ａは、実質的にｐ型層１６全体を覆っており、第２コンタクトは、ｎ型層１４の一部を覆っている。光は主として基板１２を通してＬＥＤから発せられるため、第１コンタクト２２ａおよび第２コンタクト２２ｂは、光の放射を妨げることも減少させることもない。他の実施形態では、第１コンタクト２２ａおよび第２コンタクト２２ｂは、それぞれの表面に満たない部分、またはそれぞれの表面の多くを覆うことが可能であり、また、それら表面への電流拡散の一助となるために他の層または構造が備えられ得る。１つの可能な実施形態では、透明または半透明であり得る薄い電流拡散層が、ｐ型層１６およびｎ型層１４の一部または全部を覆うことが可能である。そのような材料の例としては、プラチナ（Ｐｔ）、またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電性酸化物が含まれるが、他の材料もまた使用可能である。第１コンタクト２２ａおよび第２コンタクト２２ｂは、様々な厚さを有し得る。好ましい実施形態では、電極／コンタクト２２ａおよび２２ｂは、実質的に厚く、金属からなり、基板１２が薄化または除去される時／場合、および、ＧａＮ表面が、例えばエッチングによってさらに加工される時／場合、ＬＥＤチップ１０に主たる機械的支持を提供する。
【００３２】
電流拡散およびコンタクトからの注入を向上させるために、電流拡散構造（図示せず）は、ｐ型またはｎ型メサの表面に備えられ得る。電流拡散構造は、様々な形態を有し得るが、コンタクト２２ａおよび２２ｂのうちの１つに接触するＬＥＤの表面に、導電性材料のフィンガーを備えることが好ましい。電流拡散構造は、周知の方法を用いて蒸着されることが可能であり、また、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ａｇ、またはそれらの組合せ、ならびに導電性酸化物および透明導電性酸化物などの、上述した材料を含むことが可能である。他の可能な一実施形態によれば、第１コンタクト２２ａと第２コンタクト２２ｂとを電気的に分離するために、充填材２４が備えられてもよい。
【００３３】
図２は、所望の屈折率を有するキャッピングウエハ、または層２６（「キャッピングウエハ」）を図示し、キャッピングウエハまたは層２６は、ＬＥＤチップ１０のＬＥＤウエハに接合される。いくつかの実施形態では、キャッピングウエハ２６は、透明で堅固な層２８と、蛍光体被膜または層３０と、を備える。いくつかの実施形態では、透明層２８は、ＬＥＤチップ１０によって発せられた光、蛍光体被膜３０からの光、またはその両方に対して実質的に透明である。しかし、透明層は、ＬＥＤチップ１０および蛍光体被膜３０からの光に対して、１００％透明である必要はないことを理解されたい。キャッピングウエハ２６は、ＬＥＤウエハと実質的に同様またはより大きい直径を有することが可能であるが、キャッピングウエハは、ＬＥＤウエハの直径より小さくてもよく、また、様々な形状および大きさを有することが可能であることを理解されたい。キャッピングウエハ２６は、予め形成されて、ウエハレベルでＬＥＤチップ１０に接合されることが理想であり、その結果、デバイス製造の後段において、および、個片化後の完成したデバイスを取り扱う際に必要となる、機械的支持を提供する。そのため、キャッピングウエハ２６は、ＬＥＤチップ１０に対する機械的損傷のリスクを、製造を通して減らすことが可能であり、ワイヤボンドフリーのチップの潜在的歩留まりを増加させる。これにより、ＬＥＤチップ製造の総コストを削減することが可能である。さらに、透明層２８は、より厳密にＬＥＤウエハのＣＴＥに適合するＣＴＥを有することが可能である。透明層２８のＣＴＥは、様々な範囲に該当することが可能である。例えば、いくつかの実施形態では、キャッピングウエハ２６は、２〜２５ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを有してよく、また、別の実施形態では、２〜１４ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを有することが可能である。さらに他の実施形態では、１３〜２０、５〜１１、７〜９、または２〜５ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを有することが可能であり、また、いくつかの実施形態では、約７．４ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有することが可能である。
【００３４】
いくつかの実施形態では、透明層２８は、ＬＥＤが実装されるパッケージ（または、図４において例えば要素３６として示されるサブマウント）のＣＴＥと適合するＣＴＥを有する材料を含むことが可能であることにより、取付けの熱サイクル中にＬＥＤチップの層が受ける応力が減少し、このサイクル中にチップが損傷を受ける可能性が減少する。これらの透明層は、上述したものと同じ範囲のＣＴＥを有することが可能であり、一実施形態では２〜１４ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを、別の実施形態では５〜１１ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを有する。さらに他の実施形態では、７〜９ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを有することが可能である。
【００３５】
いくつかの実施形態では、サブマウントは、約８ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有するアルミナを含むことが可能であり、一方、他の実施形態では、サブマウントは、約５ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含むことが可能である。これらは両者とも、横方向に５．６ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有するＧａＮなどの、ある一定の半導体材料に対して、許容できるＣＴＥ適合を有する。これらのサブマウントのそれぞれについて、キャッピングウエハは、サブマウントのＣＴＥに実質的に適合するＣＴＥを有する透明層２８を備えていなくてはならない。一実施形態では、ＣＴＥの差異は２０％未満でなければならず、他の実施形態では、ＣＴＥの差異は３０％未満でなければならない。さらに他の実施形態では、ＣＴＥの差異は４０％未満でなければならない。一実施形態では、キャッピングウエハ２６は、ガラスの透明層２８とシリコーン被膜３０とを備えることが可能である。７．４ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有し得る、コーニング社製の０２１１ホウケイ酸ガラスなどの市販のガラスを含む、透明層２８の一実施形態で、様々なタイプを使用することが可能である。他の実施形態では、層２８は、部分的にその結晶方位次第で７〜７．７ｐｐｍ／℃となるＣＴＥを有するサファイアなど、他の材料を含むことが可能である。様々なＣＴＥを有する、多くの他の材料もまた使用可能であることを理解されたい。
【００３６】
他の実施形態では、サブマウントは、様々なＣＴＥを有する他の材料を含むことが可能である。いくつかの実施形態では、サブマウントは、約２．５ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有するシリコンなど、ＣＴＥが低めの材料を含むことが可能である。これらの実施形態では、キャッピングウエハ２６の透明層２８は、２〜１４または２〜５ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを有することが可能であり、一方、他の実施形態では、２．５〜３．５ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを有することが可能である。一実施形態では、透明層２８は、約３．２５ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有し得る、低熱膨張のホウケイ酸ガラスを含むことが可能であるが、様々なＣＴＥを有する多数の他の材料もまた使用可能であることを理解されたい。
【００３７】
さらに他の実施形態では、サブマウントは、１６．４ｐｐｍ／℃という高めのＣＴＥを有するＣｕのような金属を含むことが可能である。金属を含むこれらの実施形態の中には、キャッピング透明層２８が１０〜２５ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを有し得るものもある一方、他の実施形態では、透明層は、１３〜２０ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを有することが可能である。さらに他の実施形態では、透明層は、１５〜１７ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥを有することが可能である。ある実施形態では、工学的に作り出されたＣＴＥを有する特殊ガラスを、透明層２８に用いることが可能である。そのような特殊ガラスの一つとして、約１６．５ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有し得る、市販のアドバンストセラミックス社製のＭｅｘｉｍ  Ｃ  ＡＣＬ  ２０９１が挙げられる。様々なＣＴＥを有する、多くの他の材料もまた使用可能であることを理解されたい。
【００３８】
いくつかの実施形態では、被膜３０は蛍光体含有シリコーンを含むことが好ましく、その蛍光体は、白色発光光源のためのダウンコンバータとしての役割を果たす。白色以外の色が望まれてもよいこと、または、ＬＥＤチップは、ＬＥＤチップから発せられた光を変換する、それ自体の変換材料を有し得ることを理解されたい。これらの実施形態では、ダウンコンバータは必ずしもキャッピングウエハになくてもよく、キャッピングウエハは、堅固な機械的支持体としての役割を主に果たす。しかし、予め形成されたキャッピングウエハ２６の白色発光光源のための要素として、ダウンコンバータを組み入れることによって、製造工程全体を簡略化することが可能である。
【００３９】
被膜３０におけるシリコーンは、キャッピングウエハ２６とＬＥＤチップ１０との間の接着剤としての役割を果たすことが可能である。しかし、被膜３０のない、他の実施形態も提供可能であることを理解されたい。これらの実施形態では、透明層２８は、接合を成し遂げるために、熱または圧力などの様々な工程を用いて、ＬＥＤチップ１０に直接接合することが可能である。これらの実施形態では、変換材料または蛍光体の有無に関わらず、透明層を備えることが可能であり、上記の直接接合された実施形態では、変換材料は、透明層２８の他の表面に含まれることが可能である。
【００４０】
キャッピングウエハ２６の一実施形態は、シリコーン／蛍光体被膜を有するガラスで好適に形成されてもよい一方、本発明によれば他の材料が適しており、両者に用いることが可能であることを理解されたい。上述された材料以外に、キャッピングウエハ２６は、単結晶蛍光体シート、焼結蛍光体、または、蛍光体粒子を充填したガラスシートを備えてもよい。さらに、キャッピングウエハの透明部は、機械的に堅固であり得て、高温での通常のダイ取付け工程に耐えることのできる、いかなる他の適当な材料も代替として備えていてよく、他の可能な材料には、ＳｉＣ、ＧａＮ、またはＺｎＯが含まれる。
【００４１】
被膜３０は、シリコーン以外に様々な材料を含むことも可能であり、そのような材料は、硬化後に堅固となり、可視波長スペクトルで実質的に透明であることが好ましい。適当な代替材料は、シリコーン、エポキシ、スピンオンガラス、ＢＣＢ、ポリイミド、およびポリマーであり、好適な材料は、ハイパワーＬＥＤにおけるその高い透明性と信頼性ゆえに、シリコーンである。適当なシリコーンは、ダウ（登録商標）ケミカル社から、シリコーン製品番号ＯＥ６６６５として市販されている。他の実施形態では、被覆材料は、チップ（半導体材料）および成長基板などの部品と屈折率が適合するように工学的に作り出すことが可能であり、それにより、内部全反射（ＴＩＲ）を減少させること、および光抽出を向上させることが可能となる。
【００４２】
様々な蛍光体が、本発明に係る被膜３０において使用可能である。本発明に係る一実施形態では、ＬＥＤは、青色波長スペクトルの光を発することが可能であり、蛍光体は、青色光の一部を吸収して黄色を再発光する。そしてＬＥＤは、青色光と黄色光の組合せである白色光を発することが可能である。一実施形態では、蛍光体は市販のＹＡＧ：Ｃｅを含むが、（Ｇｄ，Ｙ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ系をベースとした蛍光体からなる変換粒子を用いて、広範囲にわたる黄色スペクトルの全範囲発光が可能である。以下に挙げるのは、ＬＥＤチップにおける変換粒子として用いられる、さらなる適当な蛍光体の一部であるが、他のものを使用することも可能である。それぞれが、青色および／または紫外発光スペクトルで励起を示し、望ましいピーク発光をもたらし、効率のよい光変換を有し、そして許容可能なストークスシフトを有する。
黄色／緑色
（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）（Ａｌ，Ｇａ）2Ｓ4：Ｅｕ2+
Ｂａ2（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓｉ2Ｏ7：Ｅｕ2+
Ｇｄ0.46Ｓｒ0.31Ａｌ1.23ＯxＦ1.38：Ｅｕ2+0.06
（Ｂａ1-x-yＳｒxＣａy）ＳｉＯ4：Ｅｕ
Ｂａ2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+
赤色
Ｌｕ2Ｏ3：Ｅｕ3+
（Ｓｒ2-xＬａx）（Ｃｅ1-xＥｕx）Ｏ4
Ｓｒ2Ｃｅ1-xＥｕxＯ4
Ｓｒ2-xＥｕxＣｅＯ4
ＳｒＴｉＯ3：Ｐｒ3+，Ｇａ3+
ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+
Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+
以下に限られるものではないが、ナノメートルサイズの粒子から２０〜３０ミクロンの大きさの粒子、またはそれ以上のものを含む、異なる大きさの蛍光体粒子を用いることが可能である。粒径の小さいものは、一般に、大きい粒子より良好に散乱して色を混合し、より均一な光を提供する。大きい粒子は、一般に、小さい粒子と比較して、光の変換はより効率的であるが、均一性に劣る光を発する。一実施形態では、粒径は２〜５ミクロンの範囲にある。他の実施形態では、被膜３０は、様々な種類の蛍光体を含むことが可能であり、または、単色もしくは多色光源のための複数の蛍光体被膜を備えることが可能である。被膜３０は、様々な濃度の蛍光体材料を有することも可能であり、一般的な濃度は３０〜７０重量％の範囲である。一実施形態では、蛍光体濃度は約６５重量％であり、結合剤全体に好適に均一に分散する。さらに他の実施形態では、被膜は、様々な濃度の様々な蛍光体からなる複数の層を備えることが可能であり、または、透明なシリコーンからなる下塗りを被覆した後に、蛍光体含有層を被覆することが可能である。被膜は、これに限られるものではないが、散乱粒子を含む、光を散乱または混合する要素を含むことも可能である。さらに、被膜３０および／または透明層の表面は、光抽出を高めるために、粗面化または成形することが可能である。
【００４３】
キャッピングウエハ２６を予め形成することの少なくとも１つの利点は、ＬＥＤウエハおよび望まれる色ポイントに厳密に適合するように、ダウンコンバータを事前選別および／または調整できる点である。蛍光体被膜については、被膜はウエハレベルで望まれる厚さに研削されてよい。さらに、変換材料の厚さは、ウエハレベルで各ＬＥＤにおいて個々に調整することが可能であり、それは、キャッピングウエハとＬＥＤウエハとが接合される前または後のいずれでもよい。さらに、キャッピングウエハは、いかなる追加のパッケージングも不要にし得るという点で好都合である。そのため、キャッピングウエハの付いた完成したダイは、最終的なチップスケールパッケージとしての役割を果たしてもよい。これにより、照明に適用する際の総費用およびフットプリントを削減することが可能である。
【００４４】
キャッピングウエハ２６の厚さは、例えば、５０〜５０００μｍの範囲にわたることが可能であり、好ましい範囲は、１００〜１０００μｍである。キャッピングウエハは、ＬＥＤウエハに接合する前の当初の段階では、実質的により厚くてよく、次いで、デバイスを個片化する前に、望まれる最終的な厚さまで後に摩滅または研磨されてもよい。例えば、図５におけるウエハ２６の透明層２８ａは、デバイスが個片化される前に、摩滅または研磨のいずれかがなされている（図４のウエハとの比較で分かるとおり）。製造中は、ウエハは厚い方が好適であり得る。なぜなら、ウエハが厚いほどデバイスの機械的堅固さを助長することとなり、また、より直径の大きいウエハにおいて特に問題となり得る、製造中の湾曲効果が避けられるからである。また、光はキャッピングウエハ２６の側壁から漏れ出ることが可能であり、そのことは、少なくともウエハをより厚くし得るという点で、好都合である。これは、ワイヤボンドフリーのチップが、追加のパッケージングを受けない適用において、より効果的な働きをし得る。
【００４５】
図３は、接着剤層３８を用いてＬＥＤチップ１０に接合された、キャッピングウエハ２６を示す。望まれる屈折率を有する、薄く透明な接着剤層３８が用いられることが好ましく、一つの可能な適当な材料はシリコーンである。しかし、硬化後に好適に堅固となり、可視波長スペクトルで実質的に透明である、他の適当な材料が使用されてもよいことを理解されたい。適当な材料には、以下に限られるものではないが、シリコーン、エポキシ、ガラス、無機ガラス、スピンオンガラス、誘電体、ＢＣＢ、ポリイミド、ポリマー、およびそれらの混成物を含む、被膜３０に使用されるものの多くが含まれる。好適な材料は、ハイパワーＬＥＤにおけるその高い透明性と信頼性ゆえに、シリコーンである。適当なフェニル系およびメチル系のシリコーンは、ダウ（登録商標）ケミカル社から市販されている。他の実施形態では、結合剤材料は、チップ（半導体材料）および成長基板などの部品と屈折率が適合するように工学的に作り出すことが可能であり、それにより、内部全反射（ＴＩＲ）を減少させること、および光抽出を向上させることが可能となる。
【００４６】
キャッピングウエハ２６は、２つのウエハが接合される間、ＬＥＤウエハに加えられる熱応力を最小限に抑える一助となる。キャッピングウエハ２６とＬＥＤチップ１０とが接合された後、キャッピングウエハ２６の反対側の、ＬＥＤチップ１０の非接合面に、メサエッチング、平坦化、および／またはメタライゼーションなどの最終製造工程を適用することが可能である。このようにして、キャッピングウエハ２６は、ＬＥＤチップ１０の堅固な機械的支持体としての役割を果たし得るがゆえに、堅固な機械的支持体としての役割を果たさなければ損傷を受けやすいチップへの、製造中に起こり得る、いかなる潜在的損傷も抑制する。
【００４７】
いくつかの実施形態では、図３に示されるように接合されたキャッピングウエハ２６およびＬＥＤチップ１０は、完了したウエハレベルの加工を含み、仮想線は、第一次完成品の間の分割または個片化の線を示す。図３の完成したＬＥＤチップを、使用可能なＬＥＤコンポーネントにするために、ＬＥＤチップを、従来のパッケージまたはサブマウント（もしくは、プリント回路基板）上に、フリップチップ実装（すなわち、ワイヤボンディング）することが可能である。個片化の前にキャッピングウエハをＬＥＤチップに実装することによって、また、パッケージ／サブマウントに適合する上述のようなＣＴＥを有する透明層材料を選択することによって、ＬＥＤチップに殆んどまたは全く損傷を与えることなく、ＬＥＤチップを確実にフリップチップ実装することが可能である。したがって、キャッピングウエハは、本発明に従って個片化およびフリップチップ実装される、ＬＥＤチップの歩留まりを増加させることができる。他の実施形態では、ＬＥＤチップウエハをパッケージ／サブマウントにフリップチップ実装することが可能であるが、これは、ＬＥＤと同じ大きさであるサブマウントを有するエンドデバイスが得られる結果となり得て、さらなる取付け工程が追加される。
【００４８】
ＬＥＤチップ１０の製造が完了した際、各ＬＥＤチップは、ＬＥＤがフリップチップ実装されたサブマウントウエハ３６の一部を備えていてよい。図４〜５におけるサブマウントウエハ３６は、上述のＬＥＤと同様に、製造工程のウエハレベルで示されている。上述したように、個々のＬＥＤチップ１０について、サブマウントウエハ３６における分割またはダイシングの線を示すために、仮想線が記載されている。製造が完了してＬＥＤチップ１０が個片化される際に、ＬＥＤチップのそれぞれは、図６に示すように、サブマウントウエハ３６の一部を有することになる。例えば、サブマウントウエハ３６は、１ミリメートル（ｍｍ）四方の大きさを有するＬＥＤチップの製造のために所定の大きさにすることが可能であり、最大４５００のＬＥＤチップにサブマウント部を提供することが可能である。
【００４９】
サブマウントウエハ３６は、上述されたものなど様々な材料からなることが可能であり、導電性材料もしくは半導電性材料、または絶縁材料を含み得る。適当な材料の中には、アルミナ、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、またはポリイミドなどのセラミックスが含まれる。他の実施形態では、サブマウントウエハは、プリント回路基板（ＰＣＢ）、サファイアもしくはシリコン、炭化ケイ素、または、市販のＴ−Ｃｌａｄ熱クラッド絶縁性基板材料など、その他あらゆる適当な材料を含み得る。
【００５０】
サブマウントウエハ３６の表面に、誘電体層（図示せず）を備えてもよい。誘電体層は、サブマウントウエハ３６の表面上の電気信号が、サブマウントウエハ３６内に拡散しないように、ウエハ３６を電気的に絶縁する。これにより、ｎ型コンタクト２２ａおよびｐ型コンタクト２２ｂに印加される信号が、サブマウントウエハ３６を介して短絡することが防止される。誘電体層には、様々な材料を用いることが可能であり、適当な材料は、窒化ケイ素または酸化ケイ素である。セラミックなどの絶縁材料からなるサブマウントウエハでは、電気的分離のための誘電体層を備えることは不必要となり得る。
【００５１】
次に図４を参照すると、ウエハ形状のＬＥＤが、サブマウントウエハ３６にフリップチップ実装されている。フリップチップ実装は、一般に当技術分野で周知されており、本明細書では簡単に論じるだけに留めておく。ＬＥＤは、一般に、はんだなどの１つまたは複数の接合／金属層である、導電性接合材料３２および３４の層によって、サブマウントウエハ３６に実装される。接合材料３２および３４は、光を反射する材料で作られていてもよい。この反射特性によって、ＬＥＤチップの発光効率を向上させることが可能である。他の実施形態では、望まれる反射特性を得るために、様々な位置にリフレクタを備えることが可能である。サブマウントウエハ３６は、望まれる材料のＣＴＥについての考察において上述されたものなど、様々な材料からなり得ることを理解されたい。
【００５２】
次に図６を参照すると、個々のＬＥＤチップ１０は、ダイシング、スクライビング、ブレーキング、劈開、またはエッチングなどの周知の方法を用いて、個片化することが可能である。これには一般に、ＬＥＤ間でキャッピングウエハ２６およびサブマウントウエハ３６を切断することが含まれ、下から最初にサブマウントウエハを切断するか、あるいは上から最初にキャッピングウエハ２６を切断するか、のいずれかである。個片化工程は、ＬＥＤチップ１０のそれぞれを分割するが、各ＬＥＤは、実質的に同じ厚さのキャッピングウエハ２６を有し、その結果、実質的に同じ蛍光体特性および発光特性を有するとともに、実質的に同じ量の機械的支持を有する。これにより、同様の特性を有するＬＥＤチップ１０の、確実で一貫した製造が可能になる。
【００５３】
個片化に続いて、ＬＥＤチップ１０は、蛍光体を追加するためのさらなる加工の必要なく、パッケージに、またはサブマウントもしくはプリント回路基板（ＰＣＢ）に、実装することが可能である。次いで、従来のカプセル化によってＬＥＤチップを取り囲むことが可能である。別の実施形態では、ＬＥＤチップは、大気圧またはそれより低い圧力でＬＥＤチップを取り囲む不活性雰囲気と共に、密封カバーによって、封止することが可能である。
【００５４】
ＬＥＤチップ１０は、電気信号を印加するためにワイヤボンドを使用することなく、パッケージに表面実装することが可能である。具体的には、電気信号を印加するための、ＬＥＤチップ１０上面へのワイヤボンドはなく、それにより、上面は妨げになるもののない状態である。したがって、ＬＥＤチップ１０を利用するパッケージは、ワイヤボンドまたは他の構造を補う必要なく、二次光学系を上面に直接実装させることが可能である。こうして、二次光学系を実装する前にワイヤボンドをカバーするための中間層を間に有しないことによって、または、ワイヤボンド用の空間を有するＬＥＤチップの上で二次光学系を実装することを可能にする反射カップなど、他の部品を有しないことによって、ＬＥＤパッケージの製造を簡略化することが可能である。
【００５５】
他の実施形態では、ＬＥＤチップ１０の成長基板は、フリップチップ接合の後（または前）に、除去することが可能であり、基板は、周知の研削および／またはエッチング加工を用いて除去されることを理解されたい。他の実施形態では、成長基板、または少なくとも成長基板の一部は、残存する。成長基板、または残存部分は、ＬＥＤからの光抽出を高めるために、成形またはテクスチャ加工することが可能である。
【００５６】
図７〜１２は、ウエハレベルのＬＥＤチップ４０の別の可能な実施形態を示し、この一連の図は、製造工程でのＬＥＤチップ４０を示している。ＬＥＤチップはＬＥＤを備え、上述したように、説明および理解を容易にするために、ＬＥＤは、分割したデバイスとして示されている。垂直の仮想線（図１０〜１１に示すとおり）は、後の製造工程におけるＬＥＤチップ４０間の分割またはダイシングの線を示すために記載されている。さらに、図７〜１２はウエハレベルのデバイスを２つだけ示しているが、さらに多くのＬＥＤチップを単一のウエハから形成可能であることを理解されたい。
【００５７】
ＬＥＤの層は、一般に、反対にドープされた第１エピタキシャル層４４と第２エピタキシャル層４６との間に挟まれた、活性層／領域を備え、それら全ては、基板４２上に順次形成される。上述したように、さらなる層および要素をＬＥＤに備えることも可能であることを理解されたい。一実施形態では、第１エピタキシャル層４４はｎ型ドープ層であり、第２エピタキシャル層４６はｐ型ドープ層であるが、他の実施形態では、第１の層４４は、ｐ型ドープされることが可能であり、第２の層４６は、ｎ型ドープされることが可能である。第１エピタキシャル層４４および第２エピタキシャル層４６は、以下それぞれ、ｎ型層およびｐ型層と称される。
【００５８】
ＬＥＤの基板４２、活性領域、ならびに層４４および４６は、上述したような様々な材料系から製造されてよい。さらに、基板１２に関して上述したように、基板４２は、様々な厚さを有し得る。ＬＥＤチップの、より簡単で信頼性の高い個片化を可能とするために、任意の加工工程で、機械的研削、エッチング、またはレーザーアブレーションなどの周知の方法を用いて、基板４２を薄化または除去することも可能である。このような薄化または基板除去は、ＬＥＤチップが望まれる厚さを有する結果にもなり得る。図７に図示された基板４２は、１つの可能な実施形態にしたがって除去されたため、もはや図８〜１２には図示されていないことに注目されたい。あるいは、基板４２は薄化されてもよいし、元のままであってもよいことを理解されたい。基板４２が、サファイアのような、成形に適合した材料からなる、さらに他の実施形態では、基板４２は、光抽出を高めるために様々な形状を有し得る。
【００５９】
この特定の実施形態は、示された横型形状のＬＥＤのように、両コンタクトが１つの表面から接触可能であるように配置されたＬＥＤでの使用に適している。しかし、縦型形状のＬＥＤも使用されてよいことを理解されたい。ＬＥＤのそれぞれは、第１電極すなわちコンタクト５２ａと、第２電極すなわちコンタクト５２ｂと、を有することが可能である。示された実施形態では、第１コンタクト５２ａはｐ型層４６と、第２コンタクト５２ｂはｎ型層コンタクト４４と、ビア４８経由で接触している。第１コンタクト５２ａに印加された電気信号は、ｐ型層４６内に拡散し、第２コンタクト５２ｂに印加された信号は、ｎ型層４４内に拡散する。
【００６０】
１つの表面から接触可能な複数のコンタクトを備える構造を有する本発明での使用のために、他のＬＥＤ構造および形状が提供され得ることを、理解されたい。このような代替実施形態では、導電性ビア、トレース、または他の導電経路など、他の導電性構造体を利用することによって、このような接触をもたらすことが可能である。
【００６１】
上述したように、第１コンタクト５２ａおよび第２コンタクト５２ｂは、それぞれの表面に満たない部分、またはそれぞれの表面の多くを覆うことが可能であり、また、それら表面への電流拡散の一助となるために他の層または構造を備え得る。さらに、第１コンタクト５２ａおよび第２コンタクト５２ｂは、様々な厚さを有し得る。好ましい実施形態では、電極／コンタクト５２ａおよび５２ｂは、実質的に厚く、金属からなり、基板４２が薄化または除去される時／場合、および、ＧａＮ表面が、例えばエッチングによってさらに加工される時／場合、ＬＥＤチップ４０に主たる機械的支持を提供する。
【００６２】
図９には、透明層５８と、ダウンコンバータを含む層６０と、を有するキャッピングウエハ５６が図示されており、キャッピングウエハ２６と同様のウエハ５６は、詳細に上述されている。図１０に示されるように、キャッピングウエハ５６は、ＬＥＤチップ４０のＬＥＤウエハ（図７および８に示されるとおり）に、上述の接着剤３８と同様の接着剤層６２を用いて接合される。キャッピングウエハ５６とＬＥＤチップ４０とが接合された後、キャッピングウエハ５６の反対側の、ＬＥＤチップ４０の非接合面に、メサエッチング、平坦化、および／またはメタライゼーションなどの最終製造工程を適用することが可能である。
【００６３】
ＬＥＤチップ４０の製造が完了した際、各ＬＥＤチップは、ＬＥＤがフリップチップ実装されたサブマウントウエハ６８（上記ウエハ３６と同様）の一部を備えていてよい。図１１〜１２におけるサブマウントウエハ６８は、図４〜６に示され上述されたサブマウントウエハ３６と同様に、製造工程のウエハレベルで示されている。上述したように、個々のＬＥＤチップ４０について、サブマウントウエハ６８における分割またはダイシングの線を示すために、仮想線が記載されている。製造が完了してＬＥＤチップ４０が個片化される際に、ＬＥＤチップのそれぞれは、図１２に示すように、サブマウントウエハ６８の一部を有することになる。
【００６４】
次に図１１を参照すると、ウエハ形状のＬＥＤが、サブマウントウエハ６８にフリップチップ実装されている。ＬＥＤは、一般に、はんだなどの１つまたは複数の接合／金属層である、導電性接合材料６４および６６の層によって、サブマウントウエハ６８に実装される。
【００６５】
次に図１２を参照すると、個々のＬＥＤチップ４０は、上述したような周知の方法を用いて、個片化されることができる。個片化に続いて、ＬＥＤチップ４０は、蛍光体を追加するためのさらなる加工の必要なく、パッケージに、またはサブマウントもしくはプリント回路基板（ＰＣＢ）に、実装され得る。次いで、従来のカプセル化によってＬＥＤチップを取り囲むことが可能である。ＬＥＤチップ４０は、電気信号を印加するためのワイヤボンドの使用なしに、パッケージに表面実装され得る。
【００６６】
次に図７〜８を参照すると、ＬＥＤチップ４０の成長基板４２は、部分的または全体的に除去することが可能であり、基板の一部または基板全体は、周知の研削および／またはエッチング加工を用いて除去される。さらに、ｎ型層４４（または、熟考された他の実施形態に係る様々な層）の一部は、ＬＥＤからの光抽出を高めるために、示されているように上面５４において成形またはテクスチャ加工することが可能である。
【００６７】
ＬＥＤチップは、単一のＬＥＤチップを利用してパッケージに実装するのに適しているものとして、上記のように説明されてきた。しかし、本発明に係るＬＥＤチップは、ＬＥＤチップのアレイに配置され得ること、そして、当該アレイは、構造的に同一または類似しており、同一または類似した光の波長で発光する、ＬＥＤチップを有することを理解されたい。あるいは、ＬＥＤチップは、構造的に異なっていたり、または、波長が異なる光を発したりし得る。いくつかの実施形態では、ＬＥＤチップは、アレイにおける全てのＬＥＤチップに伝導される１つの電気信号に応えて発光するように、電気的に相互接続されることが可能である。他の実施形態では、各ＬＥＤチップの発光強度を制御するそれぞれの信号によって、ＬＥＤチップの発光を個別に制御することが可能である。これにより、ＬＥＤアレイの発光強度を制御することがひいては可能になり、また、これにより、様々な色の光を発するＬＥＤチップを有するアレイにおいて、アレイ全体の発光強度および発光色を制御することが可能になる。
【００６８】
複数の本発明の具体例を示して説明してきたが、多数の変形例および代替実施形態が、当業者によって想到されることであろう。そのような変形例および代替実施形態は、付随する特許請求の範囲に定義される、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなしに熟考され、実施されることができる。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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