(57)【要約】【課題】支持基板をＬＥＤウェーハに取り付けるプロセスは高コストであり、生産性が低下する欠点を回避する。【解決手段】ＬＥＤエピタキシャル層（ｎ−型、ｐ−型、及び活性層）が基板上に成長する。各ダイについて、ＬＥＤ層がパッケージ基板と成長基板との間に挟まれるように、ｎ層及びｐ層はＬＥＤの境界を越えて延びるパッケージ基板と電気的に結合される。パッケージ基板は、電気的コンタクト及びハンダ付け可能なパッケージ接続を導く導電体を備える。成長基板が除去される。繊細なＬＥＤ層は成長基板に取り付けられると共にパッケージ基板に結合されるので、ＬＥＤ層用の中間支持基板は不要である。次に、除去された成長基板に近接していた比較的厚いＬＥＤエピタキシャル層は薄化されてその最上面が処理されて、光取り出し構造部が組み込まれる。【選択図】図１
2006128710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ部分から除去された成長基板上に形成された第１導電型の第１エピタキシャル層と、前記成長基板上に形成された第２導電型の第２エピタキシャル層と、前記第１及び第２エピタキシャル層の間に配置された活性層と、前記第１エピタキシャル層の第１の側にあり、前記活性層に実質的に平行な一次発光面とを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）部分と、
前記ＬＥＤ部分がマウントされたパッケージ基板と、
前記パッケージ基板と前記第２エピタキシャル層との間に配置され、中間に支持基板を挟むことなく前記パッケージ基板上の導電体を前記第２エピタキシャル層に電気的に接続する金属境界面と、
を備え、
前記一次発光面と前記パッケージ基板の一部分との間の最短距離が５０ミクロンより大きくなく、前記パッケージ基板の横方向の範囲が前記ＬＥＤ部分の横方向の範囲を越えることを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記第２エピタキシャル層の上に堆積された金属層を更に備え、前記金属境界面が前記金属層と前記パッケージ上の前記導電体との間のハンダ結合部を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第２エピタキシャル層の上に堆積された金属層を更に備え、前記金属境界面が前記パッケージ上の前記導電体への前記金属層の超音波溶接を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第２エピタキシャル層の上に堆積された金属層を更に備え、前記金属境界面が前記金属層の前記パッケージ上の前記導電体への熱圧着結合を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第２エピタキシャル層の上に堆積された金属層を更に備え、前記金属境界面が前記金属層の前記パッケージ上の前記導電体への相互拡散接合を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１エピタキシャル層と前記パッケージ基板上のコンタクトパッドとの間に電気コネクタを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記電気コネクタがワイヤーであることを特徴とする請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記電気コネクタがワイヤーリボンであることを特徴とする請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記電気コネクタが金属ブリッジであることを特徴とする請求項６に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ＬＥＤがフリップチップであり、前記電気コネクタが前記第１エピタキシャル層を前記パッケージ基板上のコンタクトパッドに結合する金属結合を含むことを特徴とする請求項６に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記ＬＥＤがフリップチップであり、前記金属境界面がパターン状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記一次発光面が光取り出し構造部を組み込むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記ＬＥＤが窒化ガリウム又はリン化ガリウムベースの材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記パッケージ基板上に複数のＬＥＤを更に備え、各ＬＥＤがその成長基板を除去され、且つ前記パッケージ基板以外に支持基板がないことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記パッケージ基板上に複数のＬＥＤを更に備え、各ＬＥＤがその成長基板を除去され、且つ前記パッケージ基板以外に支持基板がなく、前記複数のＬＥＤがアレイのグループで配置されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記第１エピタキシャル層が前記第１導電型の複数のエピタキシャル層を含み、前記第２エピタキシャル層が前記第２導電型の複数のエピタキシャル層を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記ＬＥＤ部分の上に蛍光体を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記ＬＥＤ部分の上に光学素子を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記パッケージ基板が前記ＬＥＤ部分のヒートシンクとして機能するよう熱伝導性を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記ＬＥＤ層が３ミクロンより小さい厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記ＬＥＤ層が１０ミクロンより小さい厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記ＬＥＤ部分及び前記パッケージ基板を囲むハウジングを更に備え、前記ハウジングが、該ハウジングから延びて前記パッケージ基板に電気的に接続された金属リードを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記一次発光面が、内部に形成された光取り出し構造部を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記成長基板が除去されて前記ＬＥＤ部分が前記パッケージ基板上にマウントされた後に、前記第１エピタキシャル層が薄化されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２５】
第１導電型の第１エピタキシャル層と、成長基板上に形成された第２導電型の第２エピタキシャル層と、前記第１及び第２エピタキシャル層の間に配置された活性層とを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）層を前記成長基板上に成長させる段階であって、前記第１エピタキシャル層の第１の側にある一次発光面が、実質的に前記活性層と平行であり、前記ＬＥＤ層が少なくとも１つの個別のＬＥＤを形成していることを特徴とする段階と、
パッケージ基板を準備する段階であって、前記パッケージ基板の横方向の範囲が個々のＬＥＤの横方向の範囲を越えており、前記パッケージ基板が、前記第１及び第２エピタキシャル層を電気的に接続するための１つ又はそれ以上の電気的コンタクトパッドを有する支持面を含み、前記コンタクトパッドがパッケージ端子に接続するための金属リードと電気的に接続されていることを特徴とする段階と、
前記成長基板に取り付けられた前記ＬＥＤ層を、前記第２エピタキシャル層が前記パッケージ基板上の第１コンタクトパッドに面するように前記パッケージ基板上に載置する段階と、
前記パッケージ基板と前記第２エピタキシャル層との間に配置された金属境界面を用いて、前記第２エピタキシャル層を前記第１コンタクトパッドに結合する段階であって、前記一次発光面と前記パッケージ基板の一部分との間の最短距離が５０ミクロンより大きくないことを特徴とする段階と、
前記成長基板を除去する段階と、
前記成長基板が除去された後に更に前記ＬＥＤ層を処理する段階と、
を含む方法。
【請求項２６】
前記成長基板がサファイアであり、前記成長基板を除去する段階がレーザリフトオフプロセスを実施する段階を含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記成長基板がシリコンを含み、前記成長基板を除去する段階がエッチングプロセスを実施する段階を含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記ＬＥＤ層がＡｌＩｎＧａＰを含み、前記成長基板がＧａＡｓ又はＧｅを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記ＬＥＤ部分及びパッケージ基板を囲むハウジング内にこれらをマウントし、前記ハウジングから前記パッケージ基板上のコンタクト領域へ延びる金属リードを電気的に接続する段階を更に含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＬＥＤ層を載置する段階が、前記パッケージ基板上の複数のＬＥＤを載置する段階を含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記パッケージ基板を保護するために、前記パッケージ基板上に前記ＬＥＤ層が載置された後に前記パッケージ基板の上に保護層を堆積させる段階と、
前記第１エピタキシャル層の一部をエッチングする段階と、
を更に含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１エピタキシャル層の一部をエッチングする段階が、前記第１エピタキシャル層の厚さの少なくとも５０％をエッチングする段階を含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１エピタキシャル層と前記パッケージ基板上のコンタクトパッドとの間に電気コネクタを準備する段階を更に含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
前記電気コネクタがワイヤーであることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記電気コネクタが金属ブリッジであることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記ＬＥＤがフリップチップであり、前記電気コネクタを準備する段階が、前記第１エピタキシャル層を前記パッケージ基板上のコンタクトパッドに結合する段階を含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記成長基板が除去された後に前記パッケージ基板をダイシングする段階を更に含み、各パッケージ基板のダイがそこにマウントされた1つ又はそれ以上のＬＥＤを有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３８】
ＬＥＤ層を成長させる段階が窒化ガリウムベースのＬＥＤ層を成長させる段階を含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３９】
前記ＬＥＤ層を前記パッケージ基板に載置する前に、前記ＬＥＤ層及び成長基板をダイシングする段階を更に含む請求項２５に記載の方法。
【請求項４０】
前記ＬＥＤ層を前記パッケージ基板上に載置する段階が、前記ＬＥＤ層及び前記成長基板をダイシングする前に前記ＬＥＤ層を前記パッケージ基板上に載置する段階を含み、前記成長基板を除去する段階が前記成長基板全体を完全な状態のまま除去する段階を含み、前記成長基板を除去した後に前記パッケージ基板をダイシングする段階を更に含む請求項２５に記載の方法。
【請求項４１】
前記第1エピタキシャル層が前記第1導電型の複数のエピタキシャル層を含み、前記第２エピタキシャル層が前記第２導電型の複数のエピタキシャル層を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項４２】
前記ＬＥＤ層が３ミクロンより大きくない厚さを有するように前記成長基板を除去した後に前記第１エピタキシャル層をエッチングする段階を更に含む請求項２５に記載の方法。
【請求項４３】
前記ＬＥＤ層が１０ミクロンより大きくない厚さを有するように、前記成長基板を除去した後に前記第１エピタキシャル層をエッチングする段階を更に含む請求項２５に記載の方法。
【請求項４４】
前記ＬＥＤ層を更に処理する段階が、前記一次発光面内に光取り出し構造部を形成する段階を含む請求項２５に記載の方法。
【請求項４５】
光取り出し構造部を形成する段階が、一次発光面を粗面化し、パターン化し、ディンプル加工し、或いはフォトニック結晶を形成する段階からなることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記ＬＥＤ層を更に処理する段階が、前記第１エピタキシャル層を薄化する段階を含む請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、より具体的にはパッケージ化ＬＥＤが改善された光学的、電気的、及び熱的特性を有するような、パッケージ化のＬＥＤダイのマウント技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、成長基板上のｐ−型層及びｎ−型層を含むエピタキシャル層を成長させることにより形成される。発光活性層はｎ層とｐ層の間に挟まれている。緑色、青色、及び紫外のＬＥＤは、一般的には窒化ガリウムをベースとしており、その成長基板は通常サファイア（絶縁体）、ＳｉＣ（半導体）、シリコン、絶縁体上に形成されたＳｉＣ（ＳｉＣＯＩ）、又は他の特別仕様の基板のいずれかである。赤外線、赤色、及び黄色ＬＥＤは、一般的にＡｌＩｎＧａＰＡの幾つかの組み合わせであり、ＧａＡｓ又はＩｎＰ基板上に成長する。成長基板は、ＬＥＤ材料の格子構造に類似する格子構造を有する。
【０００３】
例えば、ＬＥＤの光学特性を改善するため、又はＬＥＤ層に電気的にアクセスするために成長基板を除去することが望ましい場合もある。サファイア基板の場合には、除去は、ＧａＮ／サファイア境界面のレーザ溶融を用いて行うことができる。Ｓｉ又はＧａＡｓ基板の場合には、より従来型の選択性ウェットエッチング法を用いて基板を除去することができる。
【０００４】
ＬＥＤエピタキシャル層は極度に薄く（例えば１０ミクロン未満）取り扱いに注意を要するため、ＬＥＤウェーハは、成長基板を除去する前にＬＥＤ層が成長基板と支持基板との間に挟まれるように最初に支持基板に取り付ける必要がある。支持基板は、ＬＥＤの特定用途向けに求められる光学的、電気的、及び熱的特性を有する。次に、成長基板が公知の処理により除去される。次に、結果として得られる支持基板及びＬＥＤを備えたウェーハがダイシングされ、ＬＥＤダイがパッケージ内にマウントされる。
【０００５】
一般的にパッケージは、ダイ取り付け領域からパッケージ端子に延びる導電体を備えた熱伝導プレートを含む。ＬＥＤのｐ層及びｎ層は、パッケージ導電体に電気的に接続されている。垂直注入デバイスの場合は、支持基板はパッケージに金属結合され、支持基板に近接したｎ−型又はｐ−型のＬＥＤ層に電流路を形成し、この相反する導電型の層は、ワイヤー（例えばワイヤーリボン等）によってパッケージのコンタクトパッドに接続されている。フリップチップＬＥＤ（ｎ−型層及びｐ−型層が同じ側に露出している）の場合は、ｎ−接続及びｐ−接続の両方は、ダイ上のｎ−型及びｐ−型のコンタクト金属被覆と合うようにパターン化された複数のコンタクトパッドにダイが取り付けられることにより形成される。ワイヤーは必要ではない。
【０００６】
上述のデバイスにおける幾つかの欠点を以下に述べる。
【０００７】
ＬＥＤ層とパッケージとの間の支持基板は、ある程度の電気抵抗及び熱抵抗を生じ、これじゃ望ましくはない。支持基板自体がコスト及び高さを付加する。支持基板をＬＥＤウェーハに取り付けるプロセスは高コストであり、生産性が低下する。
【０００８】
従って、求められるものは上述の欠点を回避する技術である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ＬＥＤエピタキシャル層（ｎ−型、ｐ−型、及び活性層）が基板上に成長する。１つの実施例では、ＬＥＤはＧａＮ−ベースのＬＥＤであり、比較的厚い（およそ１〜２ミクロン）ＧａＮ層（通常はｎ−型）が基板上に成長し、基板の結晶格子構造とＧａＮの結晶格子構造との間で低応力遷移をもたらす。
【００１０】
ウェーハ上にある最上部のＬＥＤ層（通常はｐ−型）は金属被覆され、ウェーハは個々のＬＥＤ素子にダイシングされる。各ダイにおいて、ＬＥＤ層がパッケージ基板と成長基板との間にあるように、金属被覆層はＬＥＤダイの境界を越えて延びるパッケージ基板に金属結合される。パッケージ基板は、ハンダ付け可能なパッケージ接続を導く電気的コンタクト及びトレースを備える。
【００１１】
次いで、各個々のチップにおいて成長基板が除去される。
【００１２】
次に、ＧａＮ遷移層は薄化され、その最上面は光取り出しを改善するために凹凸加工化、パターン化、成形、又は粗面化される。薄化は、ｎ−ＧａＮコンタクト層を露わにし（露出させ）、透明度の低い核形成層を除去し、成長基板除去中に発生した結晶損傷を除去する。
【００１３】
ＬＥＤが垂直注入デバイスであれば、薄化されたＧａＮ層（通常はｎ−型）に対する電気的コンタクトが必要となる。適切な金属コンタクトがＧａＮ層上に形成され、ワイヤーリボン又は金属ブリッジが、パッケージ基板上のコンタクトパッドとＧａＮ層上のコンタクトとの間に設けられる。ＬＥＤがフリップチップ設計であれば、ＬＥＤのパッケージ基板に面している側にｎコンタクト及びｐコンタクトが形成され、パッケージ基板上のコンタクトパッドにワイヤー無しで結合される。
【００１４】
ＬＥＤ層は極度に薄い（５０ミクロン未満であり、通常は３ミクロン未満）ため、薄化されたＧａＮ層による光吸収はほとんど無く、ＬＥＤ層がパッケージ基板に直接結合され、これらの間にどのような支持基板も存在しないので、パッケージへの熱伝導率が高く、パッケージとＬＥＤ層との間の電気抵抗がほとんど無いことにより、効率（光出力対電力）が高い。ＧａＮ層の光取り出し構造部（例えば粗面化）は効率を更に改善する。
【００１５】
ＬＥＤ層が最初にダイシングされることなくパッケージ基板に転写される場合のプロセスについても説明される。次いで、成長基板全体が再利用できるようにそのままの形で除去される。
【００１６】
プロセスはＧａＮ−ベースではないＬＥＤ上において実施可能である。他の実施形態について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
どのような成長基板又は支持基板も無しにパッケージ基板上に極めて薄いＬＥＤを形成するためのプロセスを図１〜図１６を参照しながら説明する。
【００１８】
事前段階として、従来型のＬＥＤが成長基板上に形成される。使用する実施例では、ＬＥＤは、ＡｌＩｎＧａＮのＬＥＤなどのＧａＮ−ベースのＬＥＤである。用語ＧａＮは、何らかのＧａＮ−ベース材料を表すのに用いられる。通常比較的厚い（およそ１〜２ミクロン）の非ドープ又はｎ−型のＧａＮ層が、従来技術を用いてサファイア成長基板上に成長する。ＳｉＣ、Ｓｉ，ＳｉＣＯＩ、及びＺｎＯなどの他の基板を使用することもできる。リン化ガリウム（ＩＩＩ−Ｐ）ＬＥＤの場合においては、通常成長基板はＧａＡｓ又はＧｅである。比較的厚いＧａＮ層は通常、ｎ−型被覆層及び活性層において低欠陥格子構造を形成するように低温核形成層及び１つ又はそれ以上の追加層を含む。
【００１９】
次いで、１つ又はそれ以上のｎ−型被覆層が厚いｎ−型層の上に形成され、続いて、活性層、１つ又はそれ以上のｐ−型被覆層、及びｐ−型コンタクト層（金属被覆のための）が形成される。
【００２０】
様々な技術がｎ−層に電気的にアクセスするのに用いられる。フリップチップの実施例では、ｐ−層の一部及び活性層はエッチング除去され、金属被覆のためにｎ−型を露出させる。このようにしてｐコンタクト及びｎコンタクトは、チップの同じ側面上に存在し、パッケージ基板のコンタクトパッドに直接電気的に取り付けることができる。ｎ−金属コンタクトからの電流は、最初はｎ−層の中を通って横方向に流れる。これとは対照的に、垂直注入（非フリップチップ）ＬＥＤでは、ｎ−コンタクトはチップの一方の上側に形成され、ｐ−コンタクトはチップの他方の側上に形成される。ｐ−コンタクト又はｎ−コンタクトのうちの一方への電気的なコンタクトは通常、ワイヤー結合又は金属ブリッジによって形成され、他方のコンタクトは、パッケージ基板のコンタクトパッドに直接結合される。
【００２１】
ＬＥＤ形成の例は、米国特許第６，６４９，４４０号及び６，２７４，３９９号に記載されており、両特許ともにルミレッズ社に譲受され引用により本明細書に組み込まれる。
【００２２】
ワイヤーボンディングのＬＥＤについては、図１〜図１３Ａを参照しながら説明する。
【００２３】
フリップチップデバイスは、ダイシングの前に広範囲にわたり試験することができる。試験パラメータは色及び輝度を含む。次いで、デバイスはビンすることができる（同様の属性を有するＬＥＤとグループ化することができる）。
【００２４】
図１はパッケージ基板１２上にマウントされた２つのＬＥＤダイ１０の断面図である。各ＬＥＤダイ１０は、サファイア成長基板１４、ｎ−型層１６、活性層１８、及びｐ−型層２０を含む。ｐ−層表面は高濃度にドープされて、ダイの金属被覆層（例えばＮｉＡｇ）とオーミックコンタクトを形成する。金属被覆は活性層が放出する光に対し反射率が高いことが望ましい。金属被覆層は、パッケージ基板１２上の金属コンタクトパッド２２に接合される。接合技術は、ハンダ、熱圧着、相互拡散、又は超音波溶接により結合されるＡｕスタッドバンプ配列とすることができる。ダイの金属被覆と結合材料との組み合わせは、金属２４として図示されており、ｐ−層２０に近接する金属被覆層の光学特性を保護するための拡散障壁又は他の層を含むことができる。
【００２５】
通常ＬＥＤダイ１０は、同一のウェーハからのものであるが、もしくは異なる型及び色であってもよい。
【００２６】
パッケージ基板１２は、後で分離されることになるパッケージ素子のアレイとすることができる。図１は、後で分離されることになる２つのパッケージ素子を示している。ＬＥＤのアレイ又はアレイのグループなどといった、どのようなＬＥＤ配置でも使用することができる。パッケージ基板１２は、電気絶縁材料ＡｌＮで形成することができ、バイア及び／又は金属トレースを用いてハンダ付け可能な電極２６に接続された金製コンタクトパッド２２を備える。或いは、パッケージ基板１２は、短絡防止のために不動態化されている場合には、例えば陽極化されたＡｌＳｉＣ等の導電性材料から形成することができる。一実施形態では、パッケージ基板１２は、ヒートシンクとして機能し、又はより大きなヒートシンクへ熱を伝導する熱伝導性がある。最終的にはＬＥＤは、これらに装着されるレンズキャップを有し、又は蛍光体（青色光又はＵＶ光を変換して白色光を生成する）で被覆し、或いは更に処理することができ、特定の用途において適切である場合には、パッケージをプリント回路基板にハンダ付けすることもできる。
【００２７】
図２は、エキシマーレーザビーム３０を用いて除去されている成長基板を例示している。レーザビーム３０は、成長基板との境界面でＧａＮ材料を溶融させ、次いで成長基板をリフトオフすることができる。
【００２８】
図３及び図４は、エッチングを用いた成長基板除去の別の技法を例示している。成長基板３２は、シリコンベース（例えばＳｉＣ，絶縁体上のＳｉＣ、石英上のＳｉＣ，Ｓｉ等）とすることができ、これにより、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の従来型のエッチング技術を用いてエッチングができるようになる。エッチング剤はエッチング剤３４として示されている。
【００２９】
更に別の非レーザのリフトオフ技術を用いて成長基板を除去することができる。このようなリフトオフ技術は、成長基板とＬＥＤ層との間の層をエッチング除去することができる。例えば、成長基板はＳｉＣＯＩとすることができ、エッチング溶液は絶縁材料をエッチング除去する。次いで、成長基板の残留物がリフトオフされる。アンダーカットエッチング層を有するサファイア基板を使用してもよい。
【００３０】
成長基板３２はまた、ラッピングによっても除去することができる。このような場合は、ダイが結合されたパッケージ基板１２の最上面が平坦である必要がある。ダイ間に充填材を堆積させることにより、ラッピングプロセス中のダイを機械的に支持するのに役立たせることができる。
【００３１】
本明細書で説明される処理の特異な態様は、ＬＥＤ形成プロセスが、ＬＥＤをパッケージ基板１２上にマウントした後も継続される点にある。従来型の設計では、ＬＥＤは支持基板上にマウントされる前に作製が完了する。
【００３２】
光の取り出しを増強し、電気的コンタクトを確立（垂直注入デバイスのみ）するために、転写されたＬＥＤ層に対して多様な半導体処理を適用することができる。しかしながらまずは、パッケージ基板１２は処理の影響から保護される必要がある。通常、信頼性のあるリソグラフプロセス段階を可能にするためには、ダイの正確な配置（±２ミクロン）が必要とされる点に留意されたい。
【００３３】
図５において、エッチングなどの後続のプロセス中にパッケージ基板１２を保護するために、例えばポリイミドである保護層３６が堆積される。保護層は、簡単な平坦化段階又はマスク／エッチング段階によってＬＥＤの上部から除去される。
【００３４】
図５の保護層形成の代替方法として、ＵＶエキシマレーザーリフトオフ段階の前に、図１の構造上にＵＶ透明材料（例えば酸化アルミニウム）の薄層（＜１５ミクロン）を堆積させることができる。次いで、成長基板のリフトオフ（図２）が、成長基板上で酸化アルミニウムだけをリフトオフし、パッケージ基板１２に対する自己整合保護層を形成することになる。透明層の厚さがＬＥＤ転写層にほぼ一致しる場合には、表面の平坦化を達成することができる。
【００３５】
図６では、露出された比較的厚いＧａＮ層１６は、ＲＩＥ等のドライエッチング３８を用いて薄化される。１つの実施例では、エッチングされるＧａＮ層１６の厚さは７ミクロンであり、エッチングによりＧａＮ層１６の厚さはほぼ１ミクロンまで減少する。全てのエピタキシャルＬＥＤ層の初期厚みが９ミクロンであれば、この場合ではエッチングによりＬＥＤ層の全厚は３ミクロンになる。薄化プロセスは、レーザリフトオフプロセスによって生じたあらゆる損傷を除去すると共に、低温ＧａＮ核形成層及び隣接層等のもはや必要ではない光学吸収層の厚さを減少させる。活性層に近接するｎ−型被覆層の全て又は一部は、損傷がないままにされる。
【００３６】
垂直注入型デバイスにおいては、リソグラフィを成功させるために平坦化が必要とすることができる。図７では、金属被覆段階に備えて構造の平坦化がなされる。ＬＥＤがフリップチップ型であれば、平坦化及び最上部の金属被覆は不要であり、図１４及び図１５を参照して考察される。平坦化は単純な機械的研磨段階で行うことができる。
【００３７】
図８では、フォトレジスト４０が堆積される。
【００３８】
図９では、フォトレジストはマスクを通じてＵＶ照射により選択的に露光されてマスク部分４２を残すように現像され、ここでは露出されたｎ−層１６を金属と接触させることが求められる。後続の金属層は、フィンガー状又は他のパターンを形成し、光が通る空間を形成しながら電流を分配することができる。もしくは金属層は、透明となるように極めて薄く作ることができる。或いはまた、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明導電体を用いて、電流を分散させることができる。
【００３９】
図１０では、金属４４が堆積される。金属は、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ、及び金属合金形成用の金属の組み合わせ等、ＬＥＤで使用されるどのような従来型の金属であってもよい。金属はスパッタリング又は蒸着によって堆積させることができる。
【００４０】
図１１では、金属リフトオフプロセスは、下層のフォトレジストを溶解し、金属をリフトオフすることにより実施される。図８〜図１０の代替として、最初に金属層を堆積させてもよく、金属のリソグラフィパターンは、フォトレジストマスクを用いた金属エッチングによって行うことができる。
【００４１】
図１２では、ＬＥＤの発光最上面（ｎ−層１６）は、光の取り出しを高めるために粗面化される。１つの実施形態では、層１６は、ＫＯＨ溶液４６を用いて光電気化学的にエッチングされる。これによりＧａＮ表面（ｎ−型Ｓｉがドープされた）に「白色」の粗面を形成する。このエッチングプロセスを用いて、ｎ−層１６を更に薄くし、ＬＥＤ形成処理中に成長するエッチング停止層を用いて予め定められた厚さで止めることができる。後者の方法は、共振デバイスの設計に有用である。このようなデバイスでは、ミラースタック（例えばブラッグ反射鏡）をＬＥＤの上面に堆積させることができる。別の光取り出し技術は、ミクロン又はナノメータ寸法のパターン形成エッチング（ディンプル又はフォトニック結晶）を含むことができる。このようなディンプル又はフォトニック結晶のパターン形成は公知である。
【００４２】
次に、保護層３６が化学的に除去される。
【００４３】
必要であれば、光を波長シフトさせるために蛍光材料をＬＥＤダイの上に堆積させることができる。蛍光体は、電気泳動堆積法（ＥＰＤ）又はスクリーン印刷技術を用いて堆積させることができる。
【００４４】
図１３Ａでは、ワイヤー４８が最上部金属４４及びパッケージ基板のコンタクトパッド２２に結合される。或いは図１３Ｂに示されている剛直な金属ブリッジ４７を金属４４とパッド２２との間に堆積させることができる。
【００４５】
次に、結果として得られるパッケージ基板１２は、従来型の技術（例えばスクライブ・ブレーク法又は切断加工法等）を用いてダイシングされる。各パッケージ基板のダイは、同一色又は異なる色の１つ又はそれ以上のＬＥＤを含むことができる。各パッケージ基板のダイは、検出器、マルチプレクサ、レギュレータ等の他の電気回路を含むことができる。結果として得られるパッケージ素子は、例えばＬＥＤレンズキャップの受け入れ、プリント回路基板へのマウント等によって更に処理することができる。
【００４６】
結果として得られる図１３Ａ又は図１３Ｂのパッケージ素子は、ＬＥＤの境界を越えて延びるパッケージ基板上に直接マウントされた極薄のＬＥＤを有する。支持基板は不要であり、従って、支持基板によってもたらされる熱的及び電気的な抵抗は排除される。ＬＥＤが極薄であるので、各層による光学吸収はほとんど無い。光取り出し構造部は、最上層の表面において備えられる。表面を粗面化した場合には、表面のランダム化が高まり、エピキシャル層内で生成されたフォトンは、高周波のランダム事象を受ける。事象間の短い路長及びエピタキシャル材料の吸収領域の欠如（例えば低温ＧａＮ核形成層及び近接する高欠陥密度領域の欠如）により、高い光取り出し効率が確保される。
【００４７】
高屈折率材料の厚さの減少は、光学モード数を大幅に減少させ、高い取り出し効率及び放射輝度を有する設計が見込めるので、結果として得られる薄膜（ＴＦ）ＬＥＤは、共振空洞及びフォトニック結晶ベースのＬＥＤ等の共振構造に対しても有益なものである。
【００４８】
１つの実施形態では、一次発光面（最上面）とパッケージ基板面との間の距離は５０ミクロン未満であるが、通常はこれよりも大幅に短いものとなる（例えば２０ミクロン以下）。ＬＥＤ層の厚さは１０ミクロン以下とすることができ、通常は３ミクロン未満である。
【００４９】
図１４及び図１５は、上述のパッケージ化法におけるフリップチップＬＥＤ４９の用途を示している。フリップチップＬＥＤはｎ−層又はｐ−層の接触にどのようなワイヤーボンディングも必要とせず、このため外形が低く且つ脆弱性が少ない。図１４では、全ての素子は、ｐ−層２０の部分を除いて図１と同じであり、活性層１８はＬＥＤ形成プロセス中にエッチング除去され、金属５０（金属被覆層と結合金属とを合わせたもの）は、ｐ−コンタクト金属２４と同じ側でｎ−層１６と接触する。充填材５２は、ＬＥＤにわたる熱勾配を低減させ、付着物に対する機械的強度を付加し、ＬＥＤ材料との接触による混入物を防ぐためにＬＥＤの下にある空間に堆積することができる。最上部金属層を形成する必要が無いので、図７〜図１１に示されている段階は省くことができる。ｎ−金属５０及びｐ−金属２４はパッケージ基板１２上のパッド２２に結合される。
【００５０】
図１６は、ｎ−層１６に対する金属電極５６がｎ−層全体にわたり電流を分配するようなパターンに形成されているフリップチップＬＥＤ５４を示している。金属電極５６は、絶縁材料６０によってｐ−コンタクト金属被覆５８から絶縁されている。金属電極５６のパターンは、フィンガー状、水玉パターン、又は他のどのようなパターンであってもよい。不連続の金属パターンは、全ての金属部分に対するコンタクトを形成するための追加の絶縁及び導電層を必要とする。
【００５１】
また、サファイア基板ウェーハのダイシングの必要性を排除し、且つサファイア基板の再利用を考慮する別のプロセスフローが可能であり、以下に説明する。フリップチップＬＥＤの製造後で且つダイシングの前に、ＬＥＤはウェーハレベルで試験され、これらの性能に従ってマップ化される。
【００５２】
個別のパッケージ基板１２のアレイは、各パッケージ基板上の金属結合領域をＬＥＤ結合プロセスが影響を受けない領域で囲うことにより作製され、その結果、関心のあるＬＥＤダイを越えて延びるパッケージ基板の一部分が結合プロセス中にウェーハ上の隣接するＬＥＤダイに損傷を与えず、又はこれに結合しないようになる。結合プロセスによって影響を受けない領域を与える方法は、高さの低減又はＳｉＯ２等の不活性膜の被覆を含む。
【００５３】
ＬＥＤを伴うウェーハは個別のパッケージ基板と接触するように配置され、その結果、最初に求められるＬＥＤダイは、前述の方法と同様の手段で局所化された圧力、熱、及び超音波じょう乱の組み合わせを用いてパッケージ基板に取り付けられるようになる。
【００５４】
これに続いて、レーザリフトオフ法をダイ領域に局所化して用いて、接合されたデバイスからの成長基板が分離（サファイア基板からパッケージ基板を牽引することによる）される。レーザビームのために、デバイス取り付け系による光学経路が必要となるであろう。この基板再利用技術の別の利点は、成長基板の分離中にデバイス上で牽引力を一定に保つことができ、レーザリフトオフに伴う熱衝撃のＬＥＤの吸収容量が高まることである。
【００５５】
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１５、及び図１６のＬＥＤ構造は、回路基板又は他のコネクタに直接ハンダ付けすることができる。もしくは、ＬＥＤ構造は補助的なハウジング内に封入することができる。図１７は、パッケージ内にマウントされたＬＥＤダイ１０を有するパッケージ基板１２の１つの実施形態の組立分解図である。ヒートシンクスラグ６０は、インサート成形のリードフレーム６２内に載置される。インサート成形のリードフレーム６２は、例えば、導電路を提供する金属リード６４の周りに型取られた充填プラスチック材料等である。スラグ６０はオプションの光学反射カップ６６を含むことができる。パッケージ基板１２に取り付けられたＬＥＤダイ１０は、直接又は間接的にスラグ６０にマウントされる。金属リード６４は、パッケージ基板１２上の電極２６（図１３Ａ）に結合される。光学レンズ６８を付加することもできる。
【００５６】
本発明の特定の実施形態を図示して説明してきたが、広範な態様において本発明から逸脱することなく変更及び修正を加えることができることは当業者には明らかであろう。従って、添付の請求項は、本発明の技術思想及び範囲内に含まれるこのような全ての変更及び修正をその範囲内に包含するはずである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】サファイア成長基板を使用する、パッケージ基板上にマウントされたＬＥＤダイの断面図である。
【図２】レーザを使用して除去されているサファイア成長基板の断面図である。
【図３】シリコンベースの成長基板を使用する、パッケージ基板上にマウントされたＬＥＤダイの断面図である。
【図４】エッチングにより除去されているシリコンベースの成長基板の断面図である。
【図５】保護層によって保護されている図２又は図４のＬＥＤダイの断面図である。
【図６】エッチングによって薄化されている露出されたＬＥＤの断面図である。
【図７】平坦化されているＬＥＤ／保護層の断面図である。
【図８】フォトマスクの堆積後に得られる構造の断面図である。
【図９】ＬＥＤの最上面においてフォトマスクが選択的に露光され選択領域をマスクするよう現像された後に得られる構造の断面図である。
【図１０】金属堆積後に得られる構造の断面図である。
【図１１】金属リフトオフプロセス後に得られる構造の断面図である。
【図１２】光取り出しを高めるために粗面化されているＬＥＤ層の露出部分の断面図である。
【図１３Ａ】保護層が除去され、ワイヤーが最上部の金属層に結合された後に得られる構造の断面図である。
【図１３Ｂ】ワイヤーボンディングの替わりに金属ブリッジを用いて得られる構造の断面図である。
【図１４】パッケージ基板上にフリップチップＬＥＤがマウントされた図１の実施形態の代替形態の図である。
【図１５】図２（成長基板の除去）、図５（保護層の形成）、図６（薄化エッチング）、及び図１２（表面粗面化）において図示された適用可能なプロセス段階を受けた後の図１４のフリップチップＬＥＤの断面図である。
【図１６】パッケージ基板にマウントされ、ｎ−層に対する金属電極が、あるパターンでｎ−層中にわたり分布されたフリップチップＬＥＤの断面図である。
【図１７】ハウジング内にマウントされて封入されたパッケージ基板及びＬＥＤダイの１つの実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  ＬＥＤダイ
１２  パッケージ基板
１４  サファイア成長基板
１６  ｎ−型層
１８  活性層
２０  ｐ−型層
２２  金属コンタクトパッド
２４  金属
２６  電極
【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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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【外国語明細書】
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