(57)【要約】【課題】  本発明は、従来の方法及び装置における制限及びその他を克服する改良されたフリップチップ発光ダイオード・デバイス及びその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明のフリップチップ発光ダイオード・デバイスを製造する方法は、エピタキシャル・ウェハを生成するために成長基板（１６）にエピタキシャル層（１４）を成長する。エピタキシャル・ウェハに複数の発光ダイオード・デバイスを製造する。デバイス・ダイ（１０）を生成するためにエピタキシャル・ウェハをダイスする。デバイス・ダイ（１０）をマウント（１２）にフリップチップ結合する。フリップチップ結合する段階は、デバイス・ダイ（１０）の少なくとも一つの電極（２０，２２）をマウント（１２）の少なくとも一つのボンディング・パッド（２６，２８）に結合することによってデバイス・ダイ（１０）をマウント（１２）に固定することを含む。フリップチップ結合することに続いて、デバイス・ダイ（１０）の成長基板（１６）の厚みを低減する。【選択図】          図１Ａ
2005051255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリップチップ発光ダイオード・デバイスを製造する方法であって、
エピタキシャル・ウェハを生成するために成長基板にエピタキシャル層を成長する段階と、
前記エピタキシャル・ウェハに複数の発光ダイオード・デバイスを製造する段階と、
デバイス・ダイを生成するために前記エピタキシャル・ウェハをダイシングする段階と、
前記デバイス・ダイをマウントにフリップチップ結合する段階であり、前記フリップチップ結合する段階は、前記デバイス・ダイの少なくとも一つの電極を前記マウントの少なくとも一つのボンディング・パッドに結合することによって前記デバイス・ダイを前記マウントに固定する段階を含む、該段階と、及び
前記フリップチップ結合する段階に続いて、前記デバイス・ダイの前記成長基板の厚みを低減する段階と
を具備することを特徴とする方法。
【請求項２】
少なくとも前記マウントと前記フリップチップ結合型デバイス・ダイとの間にアンダーフィル材を成長する段階を更に含み、前記アンダーフィル材は、蛍光体物質を任意に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記成長基板の厚みを低減する段階は、前記成長基板を薄くすること及び除去することの一つを含み、前記方法は、前記成長基板の薄くすること及び除去することに続いて、薄くされた成長基板及び該成長基板の除去によって露出したエピタキシャル層の一つに後方電極を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
マウントに結合されたフリップチップであるフリップチップ結合型発光ダイオード・デバイスの発光を改良する方法であって、
前記発光ダイオード・デバイスの成長基板を薄くするかまたは除去する段階であり、前記フリップチップ結合型発光ダイオード・デバイスの前記成長基板は、前記マウントから離れて配置され、前記発光ダイオード・デバイスのエピタキシャル層が前記マウントにフリップチップ結合されると同時に前記薄くすることまたは除去することが実行され、前記フリップチップ結合は、前記薄くすることまたは除去することの間に前記マウントへの前記発光ダイオード・デバイスの固定をもたらす段階を具備することを特徴とする方法。
【請求項５】
結合バンプを含むマウントと、
前記マウントの前記結合バンプにフリップチップ結合されるデバイス層スタックを有する発光ダイオード・デバイス・ダイと、及び
前記発光ダイオード・デバイス・ダイと前記マウントとの間に配置されたアンダーフィル材とを備え、
前記アンダーフィル材は、前記発光ダイオード・デバイス・ダイを支持しかつ当該発光ダイオード・デバイス・ダイを破損することから防ぐことを特徴とするフリップチップ発光ダイオード・デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子技術に関し、特にライティング・アプリケーション用のIII族-窒化物フリップチップ結合型発光ダイオードに関するものであり、かつ特にそれに関して記述される。しかしながら、また、本発明は、その他の種類のフリップチップ結合型発光ダイオード、及び面発光半導体レーザ(VCSEL)のようなその他のフリップチップ結合型エピタキシャル半導体デバイスに関連するアプリケーションも見出す。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップ実装構成において、光透過基板及び前方（frond-side）電極を有する発光ダイオードは、マウントのボンディング・バンプに“フェース・ダウン（伏せて：下向きに）”結合される、即ち、マウントに隣接したエピタキシャル層及びマウントから離れた光透過基板を有する。フリップチップ装置は、ヒート・シンキング基板への前方側活性層の近接による改良されたサーマル・ヒート・シンキング(thermal heat sinking)、及び電極シャドーイング・ロスの低減を含む、多数の利点を有する。
【０００３】
フリップチップ実装構成において、光は、基板側から抽出される。エピタキシャル的に成長した発光ダイオードに対して、基板材料に対する選択は、エピタクシーに対して良好なベースを供給するために主に基板を選択するので、かなり限定されうる。そこで、基板の基準は、狭い格子定数範囲、エピタクシーの核生成に対する実質的に原子的に平坦な表面、エピタキシャル成長温度における熱安定度、エピタキシャル処理による化学融和性、等を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
成長基板が光の放射のスペクトル範囲の一部または全部にわたり実質的に光吸収するときにフリップチップ構成において問題が生起されうる。この場合には、基板からの光の抽出は、基板における光吸収損により低減される。更に、例えば、透過サファイア成長基板で成長されうるIII族-窒化物発光ダイオードに対する場合のような、適切な光学的に透過な基板が利用可能である場合であっても、反射光学損失は、屈折率における急激な不連続性により基板とエピタキシャル層との界面で発生しうる。
【０００５】
これらの基板関連光学損失を低減するための既知のアプローチは、エピタキシャル層スタックを光吸収成長基板ウェハから光学的透過ウェハに変換することである。一般的に、これは、エピタキシャル層スタック（エピタキシャル層の積層）を光学的透過ウェハに密接に結合すること、そして、エッチングによって成長基板ウェハを除去することを含む。成長基板の除去後、エピタキシャル層スタックは、透過ウェハに結合されたままであり、そしてデバイスを製造するために処理され、かつ個々の発光ダイオード・ダイに分けるためにダイスされる。しかしながら、大領域にわたりエピタキシャル層ストックと透過基板との間でインティメート・ボンディング(intimate bonding)を達成することは、難しい。デバイス歩留りは、ボンディング中のエピタキシャル層スタックと透過基板との間の界面における気泡の形成または粒子の存在により損なわれうる。更に、エピタキシャル層スタックと透過基板との間の密な屈折率一致の欠如により、層スタックと透過ウェハとの間の界面における反射は、光学的損失を導きうる。
【０００６】
別のアプローチは、接着層を用いてエピタキシャル層スタックを一時支持ウェハに一時的に固定し、それに続いて成長基板を薄くすることである。それに接着されている残りの薄い生長基板を有する、エピタキシャル層スタックは、次いで、一時支持ウェハから取り外されかつ処理されかつ発光ダイオード・ダイを生成するためにダイスされる。薄い基板を有する、発光ダイオード・ダイは、マウントにフリップチップ結合される。しかしながら、エピタキシャル層スタック及び残りの薄い生長基板は、成長基板シンニング(成長基板を薄くすること（thinning）)の後に壊れやすい構造を形成する。この薄い構造の脆さは、更なる処理、ダイシング、及びフロップチップ結合を複雑にして、低下したデバイス歩留りを結果としてもたらす。更に、一時支持ウェハとエピタキシャル層スタックとの間の接着における気泡、粒子、またはその他の欠陥は、薄い構造に局所化された破損を導きうるし、かつデバイス歩留りにも悪い影響を与える。
【０００７】
本発明は、上記制限及びその他を克服する改良された装置及び方法について考察する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態によれば、フリップチップ発光ダイオード装置を製造する方法を提供する。エピタキシャル・ウェハを生成するために成長基板にエピタキシャル層を成長する。エピタキシャル・ウェハに複数の発光ダイオード・デバイスを製造する。デバイス・ダイを生成するためにエピタキシャル・ウェハをダイスにする。デバイス・ダイをマウントにフリップチップ結合する。フリップチップ結合することは、デバイス・ダイの少なくとも一つの電極をマウントの少なくとも一つの結合パッドに結合することによってデバイス・ダイをマウントに固定することを含む。フリップチップ結合する段階に続いて、デバイス・ダイの成長基板の厚みを低減する。
【０００９】
別の実施形態によれば、マウントに結合されたフリップチップであるフリップチップ結合型発光ダイオード・デバイスの発光を改良する方法を提供する。発光ダイオード・デバイスの成長基板を薄くするかまたは除去する。フリップチップ結合型発光ダイオード・デバイスの成長基板は、マウントから離れて配置される。発光ダイオード・デバイスのエピタキシャル層がマウントにフリップチップ結合されると同時に薄くすることまたは除去することが実行される。フリップチップ・ボンディングは、薄くすることまたは除去することの間にマウントへの発光ダイオード・デバイスの固定をもたらす。
【００１０】
更に別の実施形態によれば、フリップチップ発光ダイオード・デバイスを開示する。マウントは、結合バンプを含む。発光ダイオード・デバイス・ダイは、マウントのボンディング・バンプにフリップチップ結合されるデバイス層スタックを有する。アンダーフィル材は、発光ダイオード・デバイス・ダイとマウントとの間に配置される。アンダーフィル材は、発光ダイオード・デバイス・ダイを支持しかつ発光ダイオード・デバイス・ダイを破損することから防ぐ。
【００１１】
本発明の多くの利点及び利益は、本明細書を読みかつ理解することによって当業者に明らかになるであろう。
【実施例】
【００１２】
図１Ａを参照すると、二つの例示的なフリップチップ結合型発光ダイオード・デバイス・ダイ１０がマウント１２にフリップチップ方式で取り付けられて示されている。各例示的な発光ダイオード・デバイス・ダイ１０は、成長基板１６にエピタキシャル的に成長される半導体デバイス層スタック１４を含む。エピタキシャル・デバイス層スタック１４は、III族-窒化物紫外線または青色発光ダイオード、III族-リン化物可視放射発光ダイオード、III族-ヒ化物面発光半導体レーザ(VCSEL)、等のような発光ダイオード・デバイスを定義する。
【００１３】
図１Ａにおいて、半導体層スタック１４は、簡単なｐ/ｎダイオードに対応している二つの例示的な層を有する；しかしながら、当業者は、より複雑な半導体層スタックを採用することができるということを理解するであろう。面発光半導体レーザ(VCSEL)では、例えば、層スタックは、ブラッグ反射器、クラッディング、及び複合多重量子ウェル・アクティブ領域(complex multi-quantum well active region)を定義する多数の層を含みうる。ｐ−ｏｎ-ｎ配向を有するIII族-窒化物紫外線または青色発光ダイオードに対して、層スタックは、窒化アルミニウムまたは別の材料のエピタキシャル成長バッファ、ｎ型窒化ガリウム・ベース層、窒化インジウム・ガリウムのアクティブ領域、ｐ型窒化ガリウム層、及び任意でｐ型窒化ガリウム層に形成されるコンタクト層を一般的に含む。当業者は、特定の光学的アプリケーションに適するその他の半導体エピタキシャル層スタックを容易に構築することができる。
【００１４】
成長基板１６は、選択された半導体層スタック１４のエピタキシャル成長に適する結晶材料(crystalline material)で作られる。III族-窒化物エピタクシーに対して、成長基板は、炭化珪素（ＳｉＣ；例えば、導電性ＳｉＣ、不純物を加えていない(undoped)６Ｈ-ＳｉＣ、または不純物を加えていない４Ｈ-ＳｉＣ）、窒化ガリウムまたはサファイアが適する。III族-リン化物エピタクシーに対して、成長基板は、ガリウムヒ素またはリン化インジウムが適する。III族-ヒ化物エピタクシーに対して、基板は、ガリウムヒ素が適する。これらの例は、排他的ではない；それよりも、当業者は、高品質で、好適には選択された半導体層スタック１４の格子一致型エピタキシャル成長を助長するために適切な格子定数、大領域プレーナ面、及び適切な熱及び化学特性を有する成長基板を容易に選択することができる。選択的に、成長基板１６は、基本結晶方向(principle crystal direction)に対してオフ-カットされる。例えば、オン−アックス（軸上）（即ち、オフカットなし）または４°または８°でオフカットされる４Ｈ-ＳｉＣ基板は、Ｃｒｅｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（米国ノースカロライナ州ダーラム）から入手可能である。
【００１５】
選択された成長基板１６上の半導体層スタック１４のエピタキシャル成長は、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ；有機金属気相成長ＯＭＶＰＥとしてまたは同様な名称でこの技術分野で知られている）、分子線エピタクシー（ＭＢＥ）、液相エピタクシー（ＬＰＥ）、または別の適当なエピタキシャル成長技術によるのが好ましい。成長基板１６におけるように、エピタキシャル成長技術の選択は、成長されるエピタキシャル層スタック１４の種類に基づき行われる。
【００１６】
エピタキシャル成長は、大領域基板ウェハにわたり実行される。例えば、エピタクシー用の炭化珪素ウェハは、直径が約５ｃｍ〜８ｃｍの直径の一般的なディスク形状ウェハとして入手可能である。ガリウムヒ素及びサファイアは、大直径ディスク形状ウェハとして入手可能である。それに成長したエピタキシャル層スタック１４を有する大領域基板ウェハは、ここではエピタキシャル・ウェハと称する。エピタキシャル・ウェハは、ウェハに複数の発光ダイオード・デバイスを定義するためのウェハ洗浄処理、リソグラフィー処理、エッチング処理、絶縁体成長処理、メタライゼーション（金属化）処理、等のような副処理を含む適切な製造処理を用いて処理される。一般的なアプローチでは、製造処理は、初期ウェハ洗浄、ｎ型及びｐ型電極のリソグラフィック定義及び形成を含む。
【００１７】
図１Ａを続けて参照すると、発光ダイオード・デバイス・ダイ１０は、垂直電流ジオメトリ・デバイスであり、かつデバイス・メサに配置されたｐ型電極２０と、デバイス・メサから外れたフィールド領域に配置されたｎ型電極２２とを含む。この実施形態では、両方の電極２０、２２は、前方(front-side)電極である。一般的に、電極２０、２２は、低抵抗電気接触を容易にするために金で作られるかまたは金の被覆（コーティング）を有する。
【００１８】
マウント１２は、ｐ型電極２０に接続するように配置された第１のボンディング・パッド２６と、ｎ型電極２２に接続するように配置された第２のボンディング・パッド２８とを含む。発光ダイオード・デバイス・ダイ１０は、マウント１２のボンディング・パッド２６、２８にフリップチップ結合され、かつより特定的にはボンディング・バンプ３０に結合する。フリップチップ・ボンディングは、半だ付けによって達成することができ、その場合にはボンディング・バンプ３０は、はんだバンプである。代替的に、フリップチップ・ボンディングは、超音波併用熱圧着ボンディングによって達成することができ、その場合にはバンプは、超音波エネルギーの加熱及び注入の組合せによって電極２０、２２の金に結合される金属被覆型銅バンプであるのが好ましい。その他のボンディング方法を採用することもできる。
【００１９】
図１Ａを続けて参照すると、フリップチップ結合型発光ダイオード・ダイ１０は、比較的厚い基板１６を有する。一般的に直径またはその他の垂直寸法が少なくとも数センチメートルである、成長基板ウェハは、マウント１２にフリップチップ結合される個別の発光ダイオード・ダイ１０を生成するためにダイスされる。従った、図１Ａの基板１６は、最初の成長基板ウェハの厚みに対応する厚みｄを有する。例えば、Ｃｒｅｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（米国ノースカロライナ州ダーラム）から入手可能なIII族-窒化物エピタクシー用の標準ディスク形状炭化珪素ウェハは、約５．０ｃｍ〜７．６ｃｍの一般的なウェハ直径を有し、かつ２５４±２５．４ミクロン（μｍ）として指定されたウェハ厚みをする。
【００２０】
更に、炭化珪素は、一般的なIII族-窒化物発光ダイオード・デバイスの紫外線から青色発光に対して吸収する。フリップチップ・ボンディング配置では、光抽出は、一般的に基板側を通してであり、かつ基板吸収によって減衰される。図１Ａでは、抽出された光は、先細矢印３４によって概略的に示される。それが比較的厚い光吸収基板１６を通過するときに矢印３４の急激な先細りは、光吸収による光学的損失を示す。炭化珪素基板を参照して記述されるが、半導体層スタックによって放射される光を吸収するその他の基板は、光を同様に吸収しかつデバイスの外部光出力を低減するということが理解されるであろう。
【００２１】
図１Ａを参照し続けかつ図１Ｂを更に参照すると、図１Ａに示す基板１６は、図１Ｂに示すように、薄くされた基板１６´を有する変更された発光ダイオード・ダイ１０´を生成するためにフリップチップ・ボンディングの後に薄くされる。薄くされた基板１６´は、薄くされていない基板１６の厚みｄよりも実質的に薄い図１Ｂで示される厚みｄ´を有する。基板シンニングは、機械的ラッピング（ラップ仕上げ）、機械的ポリッシング（研磨）、機械的グラインディング（研削）、等によって実行することができる。別のアプローチでは、ウェハの間引き（ウェハを薄くすること）は、適切な腐食液を用いてウェット・エッチングまたはドライ・ケミカル（粉末式）またはプラズマ・エッチングによって実行される。更に別のアプローチでは、基板を薄くするためにレーザ・アブレーションが用いられる。薄くなった基板１６´の低減された厚みｄ´は、少なく先細りされた、即ち、図１Ｂに示すより拡がった矢印３４´によって示されたように、より多くの光を発光ダイオード・ダイ１０´から出させる。
【００２２】
好適な間引きの量、即ち、好適な最終厚みｄ´は、多くの要因に基づき決定される。光吸収基板が薄くされると、それは、より光透過性に一般的になる。従って、より薄い厚みｄ´は、光抽出を一般的に助長する。しかしながら、より薄い最終厚みｄ´は、間引き処理におけるより小さい許容誤差を意味する。換言すると、より薄い最終厚みｄ´に対して、基板間引き処理は、一方では、あまりにも多くの基板材料を残すことを、他方では、あまりにも多くの材料を除去しかつ潜在的に基礎をなしているエピタキシャル層スタック１４を損傷させることを回避するためにより正確に制御されるべきである。
【００２３】
図２を参照すると、異なる厚み及び吸収特性の炭化珪素基板上の一般的なIII族-窒化物デバイス構造に対する計算された光抽出値が示されている。図２の図表では、横座標は、ミクロン単位の基板の厚みであり、かつ縦座標は、光抽出割合である。計算は、２５４ミクロンの一般的な炭化珪素成長ウェハ厚みから約２５．４ミクロンのかなり薄くされた基板厚みまで示されている。それぞれがα＝０．０ｃｍ-1からα＝２０．０ｃｍ-1の範囲にわたり異なる基板吸収係数αに対応する幾つかの曲線が示されている。当業者は、吸収係数が波長依存であり、かつ炭化珪素の場合には炭化珪素材の多形体、ドーピング（不純物添加）、及びその他の特性にも依存するということを理解するであろう。図２に曲線で示された吸収係数は、一般的なIII族-窒化物発光ダイオード・デバイス放射波長に対する及び一般的な炭化珪素基板材に対する基板吸収特性の代表的なものである。
【００２４】
図２を続いて参照すると、α＝５．０ｃｍ-1に対して、２５４ミクロンの基板厚みから５０．８ミクロンの基板厚みまで薄くすることは、（０．２２２４の光抽出割合から０．２４５１の光抽出までの）約１０．２％の相対光抽出改良を供給する。より高い吸収基板に対して、改良はさらに大きい。例えば、α＝２０．０ｃｍ-1の場合には、光抽出割合は、２５４マイクロン基板に対して０．１２１２であり、２５．４マイクロン基板に対して０．１９１８まで増大する。そこで、α＝２０．０ｃｍ-1の場合には、２５４ミクロンから２５．４ミクロンまで薄くすることは、約５８．３％の相対光抽出改良を供給する。
【００２５】
図１Ａ及び１Ｂに戻って参照すると、過去において一般的に行われたダイシングの前よりも、フリップチップ・ボンディングの後に基板１６を薄くすることは、特に約５０マイクロン以下の厚みｄ´を有する薄くされた基板１６´に対して、機械的安定度困難性を導きうる。ボンディングによってまたは基板間引き処理によって導かれたストレスは、動作的に低下されるか非機能的である発光ダイオード・デバイス１０´のあるもの、ほとんど、または全てを結果としてもたらしうる。例えば、発光ダイオード・デバイス１０´のあるもの、ほとんど、または全ては、ボンディング・バンプ３０に対応する離散的ボンディング領域(discrete bonding areas)で導かれたストレスによりシンニング処理中に破損しうる。そのようなストレスは、その厚い基板１６及び対応する機械的強靭性により発光ダイオード・ダイ１０によって支持可能でありうるが、しかし、その薄くされた基板１６´の脆さにより発光ダイオード・ダイ１０´によって支持不可能でありうる。
【００２６】
シンニング中及びその後に発光ダイオード・デバイスを機械的に支持しかつ安定化するために、アンダーフィル材３８は、基板を薄くする前に発光ダイオード・デバイス１０とマウント１２との間に配置されるのが好ましい。また、アンダーフィル材３８は、亀裂（クラッキング）またはその他のストレス関連損傷の可能性を低減するために薄くされた発光ダイオード・デバイス１０´に対する機械的支持も供給する。アンダーフィル材３８によって供給される支持は、例えばボンディング・バンプ３０におけるまたはその回りの局所化されたストレス領域でまたはその近傍で支持を供給するために発光ダイオード・デバイス１０、１０´の領域間に分配される。
【００２７】
アンダーフィル材３８は、半導体層スタック１４及び電極２０、２２の保護及び隠蔽（カプセル封じ）のような、その他の利益を供給するのが好ましい。アンダーフィル材３８は、熱的伝導性であり、それは、追加のヒート・シンキング(heat sinking)経路を有利に供給する。
【００２８】
基板のシンニングを供給するために、アンダーフィル材３８は、基板１６の側面の途中まで任意に施すことができるが、アンダーフィル材３８は、実質的に基板１６を覆わないのが好ましい。ある熟慮された実施形態では、アンダーフィル材３８は、基板１６を覆い、かつ基板１６を覆っている余分な材料は、基板シンニング処理中に除去される。アンダーフィル材３８は、流動体として適当に供給されそしてボンディングの前後に硬化または乾燥される。アンダーフィル材３８は、エポキシ、珪素、フォトレジスト、または液体または流動可能な形で供給することができかつ硬化または乾燥されることができるその他の材料が適当である。アンダーフィル材３８の含有が好ましいが、薄くされた基板の厚みｄ´が約５０ミクロンよりも大きい場合には、またはエピタキシャル層スタック１４がストレス関連損傷に強く十分に機械的な強度がある場合には、アンダーフィル材３８は任意に省略される。
【００２９】
青色または紫外線光を放射するIII族-窒化物発光ダイオード・デバイスの場合には、青色または紫外線光を白色光またはその他の選択されたスペクトル特性を有する光に変換するためにアンダーフィル材３８に波長変換蛍光体を組み込むことができる。このジオメトリでは光のかなりの量がエッチングされたメサの側壁を通ってマウント１２の方に向かって漏れるので、そのような蛍光体組込みは、発光ダイオード・デバイス・ダイ１０、１０´のような、垂直電流ジオメトリを採用するデバイスで最も利益がある。
【００３０】
図３を参照すると、図１Ａの基板１６を薄くするよりも、基板１６は、変更されたフリップチップ発光ダイオード・ダイ１０´´を生成するために、図３に示すように、完全に除去することができる。III族-窒化物エピタクシーで用いたサファイア基板のような透明基板の場合には、基板に起因する光学的損失は、吸収損失よりも反射損失による。従って、サファイアは、反射光学的損失を予防するために完全に除去されるべきである。一つの適切な実施形態では、隣接するエピタキシャル層の材料にわたり選択的に基板材料を除去する化学エッチングが用いられる。この場合には、基板１６に隣接するエピタキシャル層スタック１４のエピタキシャル層は、エッチ・ストップの役割をし、かつ化学エッチングは、それがエッチ・ストップ層に到達するときに有利に終了するかまたはかなりスローになる。
【００３１】
一般的に、基板１６の完全な除去は、薄くされた基板１６´を維持することに比較して改良された光抽出効率を供給する。しかしながら、基板１６´が外部の周囲に一致する良好な屈折率を供給する場合には、薄くされた基板１６´は、完全な基板除去で得られるよりも良い総合的な光抽出効率を供給することができる。更に、完全な基板除去は、周囲に露出したエピタキシャル層スタック１４の層を残す。ある場合には、これは、望ましくないであろう。例えば、ガリウムヒ素基板に成長されたIII族-ヒ化物デバイスでは、露出したエピタキシャル層が高いアルミニウム含有量を有する場合には、それは、酸化になりやすい。そこで、そのような場合には高いアルミニウム含有量のエピタキシャル層に蓋をするためにガリウムヒ素基板の薄い部分を保持することが好ましい。更には、エッチ・ストップ層または厚いノン−クリティカル(non-critical)なベース・エピタキシャル層の欠如により、基板１６の完全な除去は、薄いエピタキシャル層スタック１４へのエッチング及びそれ（薄いエピタキシャル層スタック１４）に損傷を与えることを回避するためにエッチ処理のかなり正確な制御を含む。
【００３２】
基板１６の除去または実質的なシンニングの場合には、結果として得られる発光ダイオード・デバイス１０´、１０´´は、あまりにも脆いので自立型コンポーネント(構成要素)であるように構成することができない。即ち、基板１６の極端なシンニングまたは除去の場合には、アンダーフィル材３８は、発光ダイオード・デバイス１０´、１０´´の破壊を有利に防ぐ。アンダーフィル材３８が追加の機械的支持を単に供給するよりも、その破壊を防ぐように、変更された発光ダイオード・デバイス１０´、１０´´が脆いか否かは、エピタキシャル層スタック１４の厚み、不完全な基板除去の場合には薄くされた基板１６´の厚みｄ´、及び発光ダイオード・デバイス１０´、１０´´を構成する材料の機械的特性に依存する。
【００３３】
図３を参照し続けると、基板１６の除去後にエピタキシャル層スタック１４にインデックス-マッチング材、エポクシー・レンズ、離散マイクロレンズ、またはその他の光学的構成素子４２を適用することができる。エポクシー・レンズ４２の場合には、エポクシーは、液体または流動可能な形で一般的に適用されそして乾燥または硬化される。図示していないが、そのような光学的素子を図１Ｂの薄くされた基板１６´に配置することもできるということが理解されるであろう。
【００３４】
図４Ａを参照して、垂直電流ジオメトリを有するデバイスを採用する実施形態を説明する。発光ダイオード・ダイ１００は、マウント１１２にフリップチップ結合されて図４Ａに示されている。発光ダイオード・ダイ１００は、基板１１６に配置されたエピタキシャル半導体デバイス層スタック１１４を有する。第１の電極１２０は、デバイス層スタック１１４に形成される。図１Ａ，１Ｂ及び３の垂直電流ジオメトリとは異なり、一つの前方電極１２０だけがエピタキシャル層スタック１１４に形成される。第１の電極１２０は、ボンディング・バンプ１３０を介して第１のボンディング・パッド１２６にフリップチップ結合される。第２のボンディング・パッド１２８は、フリップチップ・ボンディングによって発光ダイオード・ダイ１００に接続されない。そこで、図４Ａに示す製造の地点において、ダイオード・デバイスを駆動するために第２の電極またはそれへの電気入力が存在しないので、発光ダイオード・ダイ１００は、動作不能である。
【００３５】
図４Ａを参照し続けかつ図４Ｂを更に参照して、アンダーフィル材１３８は、機械的支持、マウント１１２へのデバイス・ダイ１００の改良された固定を供給するために、かつ任意の隠蔽（カプセル封じ）及び改良されたヒート・シンキングを供給するために発光ダイオード・ダイ１００とマウント１１２との間に配置されるのが好ましい。図４Ａに示された基板１１６は、薄くされた基板１１６´を生成するために機械的グラインディング（研削）、レーザ・アブレーション、ウェット化学エッチング、ドライ・エッチング、等によって薄くされる。後方電極である、第２の電極１２２は、薄くされた基板１１６´に形成され、それは電導性基板である。説明した実施形態では、第２の電極１２２は、各変更された発光ダイオード・ダイ１００´の中央光学開口を定義する環状電極である。第２の電極１２２は、ワイヤ・ボンド１４２によって、ワイヤリング・ボンディング・パッドである、第２のボンディング・パッド１２８と電気的に接続される。電極１２０、１２２によって電源投入されたときに変更された発光ダイオード・ダイ１００´は、光学的開口１４０内の薄くされた基板１１６´を通過する光１３４を放射する。
【００３６】
図４Ｂの例示的実施形態では、薄くされた基板１１６´は、垂直電流構成を可能にするために電導性である。しかしながら、基板が、例えば、III族-窒化物発光ダイオード・ダイのサファイア基板のような電気的に絶縁である場合には、基板は、図３の実施形態に類似して完全に除去することができ、基板１１６の除去によって露出される半導体層スタック１１４の層の後方接触の形成がそれに続く。
【００３７】
フリップチップ・ボンディングの後で基板を除去することにより、フリップチップ・ボンディングの前にウェハ・シンニングを実行した従来の製造方法に対して多くの利点が実現される。個別の発光ダイオード・デバイス・ダイを作り出す製造処理は、厚い基板ウェハを有するエピタキシャル・ウェハで実行される。これは、薄い-ウェハ・デバイスの処理中に損傷を回避し、それゆえにデバイス歩留りを改良する。更に、エッチ・ストップによる等方性エッチングによる基板除去の場合には、ダイシング及びフリップチップ・ボンディングの後にそのような等方性エッチングを実行することは、等方性エッチ処理に基板ウェハ１６、１１６の後方（裏）及び側面の両方から材料を同時に除去させる。これは、特に小領域デバイスの場合において、より速い基板除去を供給する。更に、支持アンダーフィル材３８、１３８の含有は、基板シンニングまたは除去処理中及び後の改良された構造的安定度を供給し、再び歩留りを増大する。ある実施形態では、支持アンダーフィル材３８、１３８は、機械的故障を防ぎかつ独立型コンポーネント(構成要素)として生成することができないデバイスを生成するために基板シンニングまたは除去を可能にする。
【００３８】
本発明は、好適な実施形態を参照して記述された。明らかに、変更及び代替は、上述した詳細な説明を読みかつ理解することによりその他に対して発生しうる。本発明は、それらが添付した特許請求の範囲またはその同等物の適用範囲内にある限り全てのそのような変更及び代替を含むように解釈されることを意図する。
【００３９】
本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配置、及び様々な処理動作並びに処理動作の配列の形式を取りうる。図面は、好適な実施形態を説明する目的のためだけであり本発明を限定することを意図しない。断面図では、層の厚みは、視覚的明瞭化のために誇張されており従って縮尺で描かれていない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】図１Ａは、マウントに結合された二つの発光ダイオード・ダイス・フリップチップの断面図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、二つの発光ダイオード・ダイスの基板を薄くした後の、図１Ａに示すようなマウントに結合された二つの発光ダイオード・ダイス・フリップチップの断面図を示す。
【図２】図２は、基板吸収係数及び基板厚みの関数として計算された、炭化珪素基板を有するIII族-窒化物フリップチップ結合型発光ダイオード・ダイの計算した光抽出割合値を曲線で表示する。
【図３】図３は、二つの発光ダイオード・ダイスの基板を除去した後の、図１Ａに示すようなマウントに結合された二つの発光ダイオード・ダイス・フリップチップの断面図を示す。
【図４Ａ】基板薄膜化及び後方電極の形成の前の、マウントに結合された垂直電流ジオメトリ・フリップチップを有する二つの発光ダイオード・ダイスの断面図を示す。
【図４Ｂ】基板の薄膜化、後方電極の形成、及びマウントの配線結合パッドへの後方電極のワイヤ結合の後の、図４Ａのような、マウントに結合された二つの発光ダイオード・ダイス・フリップチップの断面図を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【外国語明細書】
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