(57)【要約】光エンジンは、第１、第２の端子を有する共通ヘッダ上に搭載された一対のＬＥＤ能動素子を備える。第１端子を、第１ＬＥＤ能動素子のカソード、第２ＬＥＤ能動素子のアノードに接続し、第２端子を、第１ＬＥＤ能動素子のアノード、第２ＬＥＤ能動素子のカソードに接続し、ＬＥＤが逆並列配置で接続される。各ＬＥＤ能動素子用のカソードコンタクト、アノードコンタクトを形成する、付随するｐ型コンタクトおよびｎ型コンタクトを有する複数のＬＥＤ能動素子がその上に形成された、単一の絶縁または半絶縁基板を有する光エンジンも提供する。ＬＥＤ能動素子を、複数のリードを有するヘッダ上にフリップチップ構成で搭載できる。ヘッダは、２つのＬＥＤをフリップ搭載し、第１ＬＥＤのアノードおよび第２ＬＥＤのカソードが一方のリードに接触し、第１ＬＥＤのカソードおよび第２ＬＥＤのアノードが他方のリードに接触する一対のリードを含むことができる。
2006504265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッダと、
基板、エピタキシャル領域、アノードおよびカソード電気コンタクトをそれぞれ備え、フリップチップ構成で前記ヘッダ上に搭載された第１および第２のＬＥＤと
を含み、
前記ヘッダが逆並列配置で前記第１および第２のＬＥＤに電気接続するように構成されたことを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記ヘッダ上に形成された第１および第２の導電性リードをさらに含み、
第１ＬＥＤの前記アノードおよび前記第２ＬＥＤの前記カソードが前記第１導電リードに電気接触し、前記第１ＬＥＤの前記カソードおよび前記第２ＬＥＤの前記アノードが前記第２導電リードに電気接触することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記第１および第２のＬＥＤが前記導電リードにサーモソニックボンディングされることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記第１および第２のＬＥＤが前記導電リードにはんだ付けされることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記第１ＬＥＤの前記基板および前記第２ＬＥＤの前記基板が６ＨＳｉＣであることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記第１ＬＥＤの前記基板および前記第２ＬＥＤの前記基板が絶縁材料または半絶縁材料の１つを含むことを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記ヘッダ上に配設され、前記第１導電リードおよび／または前記第２導電リードのうちの少なくとも１つに電気接続する少なくとも１つの回路素子をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記第１ＬＥＤの前記基板および／または前記第２ＬＥＤの前記基板が、光取り込み性を増進させるように成形されることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記第１ＬＥＤの前記基板および／または前記第２ＬＥＤの前記基板が、波長変換材料で被覆されることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記波長変換材料がりん光体を含むことを特徴とする請求項９に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
第１および第２の導電リードをその上に搭載したヘッダと、
基板と前記基板上の第１および第２の能動素子とを含むＬＥＤとを含み、前記第１および第２の能動素子それぞれがエピタキシャル領域とアノードおよびカソード電気コンタクトとを含み、前記ＬＥＤが前記第１および第２の能動素子と逆並列配置で電気接続するように前記第１および第２の導電リードに接触させるためにフリップチップ構成で前記ヘッダ上に搭載されることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１２】
前記ＬＥＤが前記導電リードにサーモソニックボンディングされることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記ＬＥＤが前記導電リードにはんだ付けされることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
前記基板が６ＨＳｉＣを含むことを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１５】
前記基板が絶縁材料または半絶縁材料の１つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１６】
前記ヘッダ上に配設され、前記第１導電リードおよび／または前記第２導電リードのうちの少なくとも１つに電気接続する少なくとも１つの回路素子をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１７】
前記前記基板が、光取り込み性を増進させるように成形されることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１８】
前記基板が波長変換材料で被覆されることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１９】
前記波長変換材料がりん光体を含むことを特徴とする請求項１８に記載の電子デバイス。
【請求項２０】
半絶縁性または絶縁性基板を準備するステップと、
前記基板上にエピタキシャル領域を形成するステップであって、前記エピタキシャル領域が少なくとも前記基板上のｎ型コンタクト層と、前記ｎ型コンタクト層上の活性領域と、前記活性領域上のｐ型コンタクト層とを含むステップと、
前記ｎ型コンタクト層の複数のコンタクト区域を露出させるように前記エピタキシャル領域を選択的にエッチングするステップと、
前記エピタキシャル領域内に複数の能動素子を分離するステップであって、前記能動素子のそれぞれがｎ型コンタクト層の少なくとも１つの露出コンタクト区域を含むステップと、
前記能動素子それぞれの上にアノードおよびカソードオーミックコンタクトを形成するステップとを含むことを特徴とする発光デバイスの製造方法。
【請求項２１】
複数の能動素子を分離するステップが、分離された能動素子を画定するように前記エピタキシャル領域中に複数のメサをエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
複数の導電リードを含むヘッダ上に前記デバイスをフリップチップ構成で搭載するステップをさらに含み、前記能動素子それぞれのアノードコンタクトおよびカソードコンタクトのそれぞれが、前記複数の導電リードそれぞれのうちの少なくとも１つに電気接触することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
光取り出し性を向上させるために基板を成形するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板を波長変換材料で被覆するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記デバイスを波長変換材料を含む封止剤で封止するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記波長変換材料がりん光体を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記波長変換材料がりん光体を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
ヘッダと、
前記ヘッダ上にフリップチップ構成で搭載された複数のＬＥＤ能動素子とを含み、
前記ヘッダが、前記複数のＬＥＤ能動素子のそれぞれの対を逆並列方式で電気接続させるように構成されたことを特徴とする電子デバイス。
【請求項２９】
前記複数のＬＥＤ能動素子が前記ヘッダ上にフリップチップ構成で搭載され、基板と前記基板上の複数の能動素子とを含むＬＥＤを含み、前記複数の能動素子のそれぞれが、エピタキシャル領域とアノードおよびカソード電気コンタクトとをそれぞれ含むことを特徴とする請求項２７に記載の電子デバイス。
【請求項３０】
前記複数のＬＥＤ能動素子が複数の離散的なＬＥＤを含み、前記複数の離散的なＬＥＤが前記ヘッダ上にフリップチップ構成で搭載されることを特徴とする請求項２７に記載の電子デバイス。
【請求項３１】
前記ヘッダが、逆並列方式で接続された前記複数の能動素子の対を直列に電気接続するようにさらに構成されたことを特徴とする請求項２８に記載の電子デバイス。
【請求項３２】
前記ヘッダが、逆並列方式で接続された前記複数の能動素子の前記直列に電気接続された対を並列接続するようにさらに構成されたことを特徴とする請求項３０に記載の電子デバイス。
【請求項３３】
前記ヘッダが、少なくとも２つの導電リードが前記複数の能動素子のそれぞれと前記ヘッダの基板の間に配設されるように前記複数の能動素子の隣接するものに接触するために配設された導電リードを含むことを特徴とする請求項２８に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロエレクトロニクスデバイスおよびその製造方法に関し、より具体的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは消費者および商用の用途に幅広く使用されている。当業者に周知のように、発光ダイオードはマイクロ電子基板上にダイオード領域を備える。マイクロ電子基板は、たとえば、シリコン、ガリウムヒ素、ガリウムリン、それらの合金、炭化ケイ素および／またはサファイアを含むことができる。ＬＥＤの絶えざる進歩によって、可視スペクトル以上をカバーする高効率で機械的に頑丈な光源が得られている。これらの属性は、固体デバイスの潜在的な長寿命、低コスト動作、低発熱、向上した効率、および他の利点と相まって、様々な表示装置の用途を可能にし、ＬＥＤを、十分に定着している白熱灯および蛍光灯と競合するものにすることができる。
【０００３】
ある用途では、既に固体照明が白熱灯照明に置き換わり始めている。最も顕著には、米国および海外の多くの市行政機関が従来の交通信号用白熱電球を固体光エンジンで置き換え始めている。ＬＥＤ系の信号は、一般的に、設置の初期費用は比較的高いが、従来の白熱電球と比べて実質的に運用年数が長く、ルーメン当たりのコストがはるかに安い。
【０００４】
ＬＥＤ系交通信号（特に、赤色光で）への移行が、固体光源の従来の白熱光源および蛍光光源市場への浸透の自然な始まりであった。この十年で高輝度の赤、黄色、最近には緑が妥当な価格で市販されるようになった。近年固体白色光エンジンには、自動車および携帯電話業界において計器パネル、スイッチ、およびＬＣＤ表示装置のバックライトとしての用途がでてきた。この技術はまだ初期段階にあるが、固体白色ＬＥＤは現在市販されている。固体白色ＬＥＤはいくつかの方法で製造することができる。固体白色照明を実現するための最近の技術は一般に３つのカテゴリー、すなわち、色混合、波長変換、および色混合と波長変換の特徴を組み合わせたハイブリッド法のうちの１つに分類される。
【０００５】
色混合は、組み合わせて白色光を発生する補色を発光する光源（たとえば、赤、緑、および青色ＬＥＤ、または青および黄色ＬＥＤ）の組合せから白色光を合成することを伴う。色混合の例は、たとえば、特許文献１およびそこに記載された参考文献に見ることができる。波長変換とは、第１の波長の光を第２の波長の光を発光させる励起信号として使用することを指す（通常、りん光物質または蛍光物質による）。たとえば、赤、緑、および青色を発光可能なりん光体を励起させるためにＵＶ光源を使用することができる。得られるりん光体の光出力は３色の組合せであり、適切に調節すれば白色に見える。たとえば、特許文献２を参照されたい。
【０００６】
白色光は、色混合と波長変換のハイブリッドと見なすことができる方法によっても発生させることができる。たとえば、白色エミッタを青色光での励起によって黄色光を発光するりん光体で青色ＬＥＤを被覆することによって製造することができる。ＬＥＤからの青色光とりん光体からの黄色の励起発光とを混合すると白色光が発生する。白色光変換用のりん光体の例は、特許文献３〜５に見られ、それらは本明細書に参照により組み込まれている。固体白色光を発生させる他の方法も可能である。
【０００７】
固体白色光源の有用性にもかかわらず、白色光応用の市場（すなわち、家庭用照明およびオフィス用照明）の大部分では比較的未利用のままである。その理由の一部は、ＬＥＤが既存の電力配電回路網に直接適合しないことである。
【０００８】
既存の電力配電回路網は高電圧（１１０Ｖまたは２２０Ｖ）低電流の電力を交流（ＡＣ）のかたちで家庭およびオフィスに供給する。「ＡＣ」とは供給電流の極性（すなわち、方向）が各サイクルで交互に入れ替わることを意味する。これは、標準の６０Ｈｚ電源の場合、電流の極性が１秒当たり１２０回変わることを意味する。
【０００９】
対照的に、ＬＥＤは、その性質より一方向の電流のみ許容する、低電圧、高電流デバイスであり、それゆえ、直流（ＤＣ）デバイスと考えられる。ＬＥＤベースの照明システムへ電力供給可能な効率的な電力配電システムおよび電力変換システムは、従来の白色照明市場への浸透を実現するのに役立ち得る。事実、ある大まかな固体白色照明のロードマップでは、高い市場浸透度を実現するためには、９５％の効率で１００ボルト（ＡＣ）を２〜５ボルト（ＤＣ）に変換する電源および駆動用エレクトロニクスが固体照明産業のゴールになるべきであることを示している。たとえば非特許文献１を参照されたい。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，１３２，０７２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０８４，２５０号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９９８，９２５号明細書
【特許文献４】米国特許第６，０６６，６８１号明細書
【特許文献５】米国特許第６，０１３，１９９号明細書
【特許文献６】米国特許第５，９３６，５９９号明細書
【特許文献７】米国特許第６，２０１，２６２号明細書
【特許文献８】米国特許第６，１８７，６０６号明細書
【特許文献９】米国特許第６，１２０，６００号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，９１２，４７７号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，７３９，５５４号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，６３１，１９０号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，６０４，１３５号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，５２３，５８９号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，４１６，３４２号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，３９３，９９３号明細書
【特許文献１７】米国特許第５，３３８，９４４号明細書
【特許文献１８】米国特許第５，２１０，０５１号明細書
【特許文献１９】米国特許第５，０２７，１６８号明細書
【特許文献２０】米国特許第４，９６６，８６２号明細書
【特許文献２１】米国特許第４，９１８，４９７号明細書
【非特許文献１】「一般照明用の発光ダイオードＩＩ」、ジェイ・ツアオ（J. Tsao）編集２００２年７月２６日最終稿
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＡＣ電源を用いてＬＥＤから発光可能なシステムを設計する試みがなされてきた。たとえば、特許文献６には、交通信号表示装置、ならびに、いくつかの同様な用途の従来回路に使用されるＡＣ電力供給ＬＥＤアレイ回路が開示されている。具体的には、特許文献６には、ＡＣサイクルの両半分に電流が流れることを可能にする逆並列様式（ａｎｔｉ−ｐａｒａｌｌｅｌ  ｆａｓｈｉｏｎ）に接続された複数のＬＥＤ対を有する回路が記載されている。逆並列構成（ａｎｔｉ−ｐａｒａｌｌｅｌ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）のＬＥＤ接続は周知である。しかし、パッケージングされたＬＥＤのこの構成への接続は、一般的に、過剰なスペースを占める。システム設計者は、利用できるＬＥＤ技術を用いてこの設計を実行するために照明器具内に複雑な相互接続を設計する必要があり得る。ＡＣ動作用の固体光源を設計するためにより柔軟な手法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の諸実施形態は、第１および第２の端子を有する共通のヘッダ上に搭載された一対のＬＥＤ能動素子を備える光エンジンを提供する。第１端子を第１ＬＥＤ能動素子のカソードおよび第２ＬＥＤ能動素子のアノードに接続し、第２端子を第１ＬＥＤ能動素子のアノードおよび第２ＬＥＤ能動素子のカソードに接続する。ＬＥＤ能動素子を共通基板、分離基板、および／または共通基板と分離基板の組合せ上に設けることができる。
【００１３】
本発明の他の実施形態では、各ＬＥＤ能動素子用にそれぞれカソードおよびアノードを形成する付随するｐ型またはｎ型コンタクトを有する複数のＬＥＤ能動素子がその上に形成された単一の絶縁または半絶縁基板を含む光エンジンを提供する。このデバイスは光出力を増大させ潜在的にワイヤボンディングの必要性をなくすようにフリップチップ構成で搭載することができる。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、ヘッダが、２つのＬＥＤ（同じものでよい）がフリップ搭載されることができ、第１ＬＥＤのアノードおよび第２ＬＥＤのカソードが一方のリードと接触し、第１ＬＥＤのカソードおよび第２ＬＥＤのアノードが他方のリードと接触するようにされた一対のリードを有する。さらに、このヘッダは、複数の能動素子を有する基板をその上に搭載可能にすることもできる。
【００１５】
本発明の他の実施形態では、光取り出し効率を向上させるように成形され、あるいはテクスチャが付けられたフィーチャと波長変換を実施するりん光体被覆とを有する基板を提供する。
【００１６】
本発明のさらなる実施形態では、本明細書で記載したようなＬＥＤ光エンジンの製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以後、本発明の諸実施形態を示す添付図面を参照して本発明をより完全に説明する。本発明は本明細書で説明する諸実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。そうではなくて、これらの実施形態は、本開示が網羅的かつ完全になり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるように提供されるものである。同一の参照番号は全体を通じて同一要素を指す。さらに、諸図に示す様々な層および領域は模式的に示されている。また、当業者には当然のことだが、本発明を半導体ウェハおよびダイシング済みチップにつき説明しているがこのようなチップは任意の大きさにダイシングすることができる。したがって、本発明は、添付の図に示す相対的な大きさおよび間隔に限定されない。さらに、図面のあるいくつかのフィーチャは図面を判り易くし、かつ説明し易くするために誇張した寸法で示してある。
【００１８】
本発明の諸実施形態を、一般的に、炭化ケイ素系基板上の窒化ガリウム系発光ダイオードに関して、以後説明する。しかし、当業者なら本発明の多くの実施形態が、基板とエピタキシャル層の多くの異なる組合せで実施（採用）できることは理解できよう。たとえば、組合せは、ＧａＰ基板上のＡｌＧａＩｎＰダイオード、ＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓダイオード、ＳｉＣまたはサファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板上のＳｉＣダイオード、ならびに／あるいは、窒化ガリウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、サファイア、酸化亜鉛、および／または他の基板上の窒化物系ダイオードを含むことができる。
【００１９】
本発明の諸実施形態は、ＡＣ電源を用いて効率的に発光可能なＬＥＤ光エンジンを含む。ある実施形態では、この光エンジンは、第１および第２の端子を有するヒータに搭載された一対のＬＥＤ含む。第１端子を第１ＬＥＤのカソードに接続し、第２端子を第２ＬＥＤのアノードに接続し、一方、第２端子を第１ＬＥＤのアノードおよび第２ＬＥＤのカソードに接続する。これらのＬＥＤは、エピタキシャル層を上にした（epi-up）構成、または基板を上にした（substrate-up）（フリップチップ）構成で搭載することができる。
【００２０】
他の実施形態では、この光エンジンは少なくとも２つのＬＥＤ能動素子を有する単一基板を含み、これらのＬＥＤ能動素子はそれぞれに対してそれぞれカソードおよびアノードを形成する関連するｐ型およびｎ型コンタクトを有する。このデバイスをフリップチップ構成に搭載して光入力を増大させワイヤボンディングする必要をなくすことができる。
【００２１】
本発明の他の実施形態では、ヘッダが、２つのＬＥＤ（同じものでよい）をフリップ搭載することができ、第１ＬＥＤのアノードおよび第２ＬＥＤのカソードが一方のリードと接触し、第１ＬＥＤのカソードおよび第２ＬＥＤのアノードが他方のリードと接触するようにされた一対のリードを有する。追加の実施形態では、２つ以上のＬＥＤまたはＬＥＤ能動素子を単一のヘッダ上に取り付け相互接続することが可能な、より効率的でフレキシブルなシステムインテグレーションのために、静電破壊保護、電力変換、電力整合、または他の目的用の回路などの外部回路素子をＬＥＤの横のヘッダ上に搭載することもできる。
【００２２】
本発明の具体的な実施形態を図１に示す。図１には、フリップチップ構成のＬＥＤ１および２がその上に搭載された、ヘッダまたはリードフレーム２０を示すが、この構成においてデバイスが基板側をヘッダから離し、エピタキシャル領域をヘッダに隣接させて搭載されている。
【００２３】
例示的なＬＥＤ構造を図２Ｂおよび２Ｃに示す。図２Ｂに示すように、本発明に関連した用途の例示的なＬＥＤは、ｎ型コンタクト層５と  活性領域６とｐ型コンタクト層７とを含むエピタキシャル領域がその上に形成された基板４を備えることができる。「上」という用語は狭義に物理的に直接接触していることだけを指して使用していない。対照的に、この用語を本明細書で使用するとき、層が直接物理的に接触していなくてもある層が他の層上にあることができる。
【００２４】
基板４は上記の基板材料のうちの任意の材料を含むことができるが、ある実施形態では６Ｈの炭化ケイ素を含む。エピタキシャル領域は窒化ガリウム半導体層を含むことができる。活性領域６はホモ接合、単一ヘテロ構造、二重ヘテロ構造、あるいは単一または多重の量子井戸構造を含むことができる。他の層（図示せず）がデバイス中にあってもよい。オーミックコンタクト１２および１４をそれぞれｐ型コンタクト層７およびｎ型コンタクト層５上に形成してアノード電気コンタクトおよびカソード電気コンタクトを形成する。図２Ｃは、アノードコンタクト１２およびカソードコンタクト１４の可能な一構成を示す図２Ｂの例示的なＬＥＤチップの上面図である。窒化ガリウム系のＬＥＤの場合のエピタキシャル層およびオーミックコンタクトの設計および製造は当業界で周知である。本発明の諸実施形態は、たとえば、特許文献７〜２０、および／または特許文献２１に記載されているようなＬＥＤおよび／またはレーザでの使用に適することができ、これらの特許はあたかも本明細書に完全に記載されているかのように参照により本明細書に組み込まれている。他の適切なＬＥＤおよび／またはレーザはそれぞれ２００１年５月３０日に出願された「多重量子井戸および超格子構造を有する発光ダイオード構造（LIGHT EMITTING DIDODE STRUCTURE WITH MULTI-QUANTUM WELL AND SUPERLATTICE STRUCTURE）」という名称の米国仮出願第６０／２９４，３７８号、「多重量子発光ダイオード構造（MULTI-QUANTUM LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURE）」という名称の米国仮出願第６０／２９４，４４５号、および「超格子構造を有する発光ダイオード構造（LIGHT EMITTING DIDODE STRUCTURE WITH SUPERLATTICE STRUCTURE）」という名称の米国仮出願第６０／２９４，３０８号、２００２年５月７日出願の「量子井戸および超格子を有するＩＩＩ族窒化物系発光ダイオード構造、ＩＩＩ族窒化物系量子井戸構造、およびＩＩＩ族窒化物系超格子構造（GROUP III NITRIDE BASED LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURES WITH A QUANTUM WELL AND SUPERLATTICE, GROUP III NITRIDE BASED QUANTUM WELL STRUCTURES AND GROUP III NITRIDE BASED SUPERLATTICE STRUCTURES）」という名称の米国出願第１０／１４０，７９６号、２００１年７月２３日出願の「光取り出し用基板改変を含む発光ダイオードおよびその製造方法（LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR）」という名称の米国仮出願第１０／０５７，８２号、および２００２年１月２５日出願の「光取り出し用基板改変を含む発光ダイオードおよびその製造方法（LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR）」という名称の米国出願第１０／０５７，８２号に記載されており、これらの開示はあたかも本明細書に完全に記載されているかのように本明細書に組み込まれている。さらに、その開示があたかも本明細書に完全に記載されているかのように本明細書に組み込まれている２００２年９月１９日出願の「テーパ付側壁を含むりん光体被覆発光ダイオード、およびその製造方法（PHOSPHOR-COATED LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING TAPERED SIDEWALLS, AND FABRICATION METHODS THEREFOR）」という名称の米国仮出願（登録番号５３０８−２４５ＰＲ）に記載されているようなりん光体被覆ＬＥＤも本発明の諸実施形態での使用に適している。
【００２５】
図１に戻ると、ヘッダ２０は導電性リード２４と２６と２８とを備え、リード２４と２８は互いに電気的に接続されている。ＬＥＤ１は、そのカソード１２Ａがリード２４に電気接触し、そのアノード１４Ａがリード２６に電気接触するように搭載される。ＬＥＤ２は、そのカソード１２Ｂがリード２６に電気接触し、そのアノード１４Ｂがリード２８に電気接触するように搭載される。リード２８がリード２４に電気接触しているので、ＬＥＤ１のカソードはＬＥＤ２のアノードに電気接触する。リード２４は図２Ａに示す共通ノードＮ１の働きをし、リード２６はノードＮ２の働きをする。本明細書では、「電気接触」とは、電気的な流れまたはそれ自体電気伝導性の介在素子を介した電気的な流れまたは間接的な接触も許容するような直接的な接触を意味する。
【００２６】
ＬＥＤ１および２は、はんだ付けまたはサーモソニックボンディングによって取り付けることができ、その例は、「成形基板を有する発光デバイスのボンディングおよび成形基板を有する発光デバイスのコレットボンディング（Bonding of Light Emitting Diodes Having Shaped Substrates and Collets Bonding of Light Emitting Diodes Having Shaped Substrates）」という名称の２００２年６月２７日出願の米国特許出願第１０／１８５，３５０号、「発光デバイスのフリップチップボンディングおよびフリップチップボンディングに適する発光デバイス（Flip-Chip Bonding of Light Emitting Devices and Light Emitting Devices Suitable for Flip-Chip Bonding）」という名称の２００２年６月２７日出願の米国特許出願第１０／１８５，２５２号、および／または「サブマウントボンディング用の改変を含んだ発光ダイオードおよびその製造方法（Light Emitting Diodes Including Modifications for Submount Bonding and Manufacturing Methods Therefor）」という名称の２００２年７月２２日出願の米国特許出願第１０／２００，２４４号に記載されており、これらの出願はあたかも本明細書に完全に記載されているかのように参照により本明細書に組み込まれている。本実施形態ではＬＥＤ１および２はどちらも、チップの同じ側面上にカソードコンタクトおよびアノードコンタクトを有するので、それらは、導電性基板、および／または絶縁性基板、あるいは半絶縁性ＳｉＣやサファイアなどの半絶縁性基板上に構築することができる。
【００２７】
これらのＬＥＤによって作られた回路の概略を図２Ａに示すが、そこには２つのＬＥＤの逆並列接続（ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ  ｆａｈｉｏｎ）が示されている。ＬＥＤ１のカソードはＬＥＤ２のアノードと共にノードＡに接続する。同様に、ＬＥＤ２のカソードはＬＥＤ１のアノードと共にノードＢに接続する。ＡＣ電圧をノードＮ１とＮ２間に印加すると、ＬＥＤ１および２はＡＣ波形の交互に入れ替わる半分上で通電される。
【００２８】
ＬＥＤはゼロではない残光特性（ｐｅｒｓｉｓｔａｎｃｅ）を有するので、振動周波数が充分に高いと観察者にはあたかも両方のＬＥＤが同時に「オン」になっているように見える。本明細書では、ＬＥＤの「残光特性」とは、ＬＥＤ上の駆動電圧が除去または反転された後にＬＥＤが発光し続けているように見える時間のことを指す。
【００２９】
図３に示すように、ヘッダ２０は、２つのＬＥＤ（同じものでよい）がフリップ搭載されることができ、第１ＬＥＤのアノードおよび第２ＬＥＤのカソードが一方のリードと接触し、第１ＬＥＤのカソードおよび第２ＬＥＤのアノードが他方のリードと接触するようにされた一対のリードを有する。すなわち、第１コンタクト２４および第２コンタクト２６は交互に嵌合した、すなわち噛み合ったコンタクトを実現し、それぞれは、単一のコンタクト領域が簡潔にＬＥＤ１およびＬＥＤ２の両方に接触することができるように、ＬＥＤ１がヘッダ２０に接触する領域およびＬＥＤ２がヘッダ２０に接触する領域に重なり合う。タブＡおよびＢはボンディングするため、または外部回路にデバイスを電気接続するために使用することができる。
【００３０】
さらに、静電破壊保護、電力変換、電力整合、または他の目的を実現するために、外部回路（図示せず）をＬＥＤの横のヘッダ上に搭載し、より効率的かつ柔軟なシステムインテグレーションのためにリードに電気接続することができる。このような回路素子は、抵抗器、インダクタ、およびコンデンサなどの受動素子、またはトランジスタなどの能動素子を含むことができる。
【００３１】
図４は、図３に示すヘッダ上に搭載されたＬＥＤ１および２の対の上面図である。図４はそれぞれ、カソード１４Ａおよび１４Ｂとリード２４および２６との間の接続を示す。
【００３２】
本発明の他の実施形態を図５に示す。図５に示す実施形態では、複数の能動素子３１および３２を有するＬＥＤ３を単一基板１５上に製作する。基板１５は、デバイスのカソードが短絡するのを防ぐために半絶縁性または絶縁性でよい。素子３１および３２のそれぞれは、ｎ型コンタクト層５と、活性領域６と、ｐ型コンタクト層７と、ならびに、ｐ型およびｎ型コンタクト層７および５それぞれに対するオーミックコンタクト１２および１４とを含む。図６は、ヘッダ２０上に搭載されたデバイス３の上面図を示す。
【００３３】
図５および６に示す実施形態では、デバイス３を、基板１５上に適切なエピタキシャル層を堆積させ、エッチングマスクを用いて層をパターン形成し、能動素子３１および３２を形成するためにエピタキシャル層の一部分を基板１５上の分離メサ領域としてエッチングすることによって製作することができる。他の方法を使用して能動素子を基板上で分離することもできる。次いで、個々のダイを所望のように鋸切断し、切り離す。可能なデバイス製作プロセスのさらなる詳細は、２００２年１月２８日出願の「発光ダイオードのクラスタパッケージング（CLUSTER PACKAGING OF LIGHT EMITTING DIODES）」という名称の米国出願第１０／０５８，３６９号、および／または、２００２年７月２６日出願の「半導体ダイシングソーを制御する方法、システムおよびコンピュータプログラム製品（Methods, Systems and Computer Program Products for Controlling a Semiconductor Dicing Saw）」という名称の米国仮出願第６０／３９８，７５３号に記載されており、これらの開示はあたかも本明細書に完全に記載されているかのように本明細書に組み込まれている。
【００３４】
光出力を向上させるために、基板１５を、本発明の譲受人に譲渡され、その開示があたかも本明細書に完全に記載されているかのように本明細書に組み込まれている２００２年１月２５日出願の「光取り出し用の基板改変を含む発光ダイオードおよびその製造方法（Light Emitting Diodes Including Substrate Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor）」という名称の米国出願第１０／０５７，８２１号に記載されているように成形することができる。ある１つの可能な成形を図７に示すが、そこには、基板１５に複数の傾斜付き側壁１８およびペデスタル１９が設けられ、これらは基板表面に当たる所与の光線が脱出する確率を増大させる働きをすることができる。光取り出し効率を向上させるために、基板表面を粗くし、テクスチャを付け、あるいは微小光学フィーチャでパターン形成することもできる。
【００３５】
さらに、上記で一般的に説明した方法で白色光または他の色の光の発生を促進させるため、あるいはＬＥＤの残光特性を増大させるために、基板を封止またはりん光物質で被覆することもできる。たとえば、この基板を、その開示があたかも本明細書に完全に記載されているかのように本明細書に組み込まれている２００１年１０月３１日出願の「幅広スペクトルＬＥＤデバイスおよび方法、ならびにそれを製造する装置（Broad Spectrum LED Devices and Methods, and Systems for Fabricating the Same）」という名称の米国仮出願第６０／３３５，３４９号に記載されているようなりん光物質で被覆することができる。
【００３６】
他の実施形態では、２つ以上の能動素子を単一の基板上に形成し、相互接続して、上記で図５および６に関して説明した方法で所望の構成を形成することもできる。たとえば、図８は、コンタクトＡ、Ｂ、およびＣ（網掛けで示す）がその上に形成されたヘッダ２０を含むデバイスの上面図である。４つの能動素子３６Ａ、３６Ｂ、３７Ａ、および３７Ｂを備える基板３５を含むＬＥＤを、素子３７Ａのカソードおよび素子３７ＢのアノードがコンタクトＡに接続され、素子３７Ａおよび素子３６Ｂのアノードが素子３６Ａおよび素子３７Ｂのカソードと共にコンタクトＣに接続され、かつ、素子３７Ｂのアノードおよび３６ＢのカソードがコンタクトＢに接続されるようにヘッダ２０上に搭載する。これらの具体的な実施形態の等価回路を図９に示す。図９に示すように、この回路は直列に接続された２対のＬＥＤを含み、各対は逆並列構成に接続された２つのＬＥＤを含む。
【００３７】
他の構成も容易に実現できる。たとえば、図１０は、３対の逆並列ＬＥＤの２つの平行鎖を含むより複雑な回路を示す。この回路は図１１に示す構成で実現することができ、この構成は、４１Ｆ〜４１Ｆ、および４２Ａ〜４２Ｆの１２個の能動素子を備える基板４５を含むＬＥＤをその上に搭載するヘッダ２０を含んでいる。簡単にするためにヘッダ２０上のコンタクトを明確には示さないが、図線４６で表した。
【００３８】
ＬＥＤ上の能動素子の相互接続をヘッダ２０上のコンタクトの設計によっておこなうことができるので、ヘッダ２０上のコンタクトの設計および配置を単に変更することによって多数の構成を実現できる。これによって、所望の用途に合致させるように、システム設計者に光エンジンの電気特性を設計する際の自由度が提供される。
【００３９】
本発明による方法は、図５を参照して理解することができる。本発明による発光ダイオードの製造方法は、半絶縁性または絶縁性基板１５を準備するステップと、この基板上にエピタキシャル領域２５を形成するステップとを含み、このエピタキシャル領域は、少なくとも、基板１５上にｎ型コンタクト層５、このｎ型コンタクト層５上に活性領域６、活性領域６上にｐ型コンタクト層７を含む。エピタキシャル領域２５に第１のマスクを塗布し、このエピタキシャル領域２５を選択的にエッチングしてｎ型コンタクト層５上に複数のコンタクト区域を露出させる。複数の能動素子３１、３２をエピタキシャル領域２５内に分離して、能動素子それぞれが、ｎ型コンタクト層５の少なくとも１つの露出コンタクト区域２７を含むようにする。この素子分離を、第２のエッチングステップ、または当技術分野で周知の他の素子分離技法によって実施することもできる。アノードオーミックコンタクト１２およびカソードオーミックコンタクト１４を、能動素子３１、３２のそれぞれのｐ型コンタクト層７およびｎ型コンタクト層５上に形成することができる。
【００４０】
能動素子を２つだけ有しているデバイスを図５に示すが、図１１に示すデバイスなどのより多くの能動素子を有するデバイスを製作するために上記で説明した方法を拡大適用することができる。
【００４１】
複数の能動素子３１，３２がその上に形成されたデバイス３を、上記で説明したような導電性のリードを有するヘッダ２０上に搭載して、複数の能動素子のアノードオーミックコンタクトおよびカソードオーミックコンタクトのそれぞれが少なくとも１つのリードに電気接触するようにすることができる。さらに、上記で説明したように、光取り出しを向上させるために基板１５を成形することもできる。基板１５を波長変換材料で被覆して上記で説明したような方法で白色光または他の色の光を発生することができ、あるいはデバイス全体を、波長変換材料を含有する材料で封止することもできる。
【００４２】
図面および明細書において、本発明の諸実施形態を開示してきた。具体的な用語を使用してきたが、これらは一般的な意味でかつ記述するためだけに使用したのであり限定するためではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のある実施形態の側面図である。
【図２Ａ】図１に示す諸実施形態の等価回路である。
【図２Ｂ】本発明のある実施形態と一緒に使用することができるＬＥＤの側面図である。
【図２Ｃ】本発明のある実施形態と一緒に使用することができるＬＥＤの上面図である。
【図３】本発明の諸実施形態による例示的なヘッダの上面図である。
【図４】本発明の諸実施形態による例示的なヘッダであって、一対のＬＥＤをその上に搭載したヘッダの上面図である。
【図５】本発明の他の実施形態の側面図である。
【図６】本発明の諸実施形態による例示的なヘッダであって、図５に示すデバイスをその上に搭載したヘッダの上面図である。
【図７】本発明の他の実施形態の側面図である。
【図８】本発明の諸実施形態による例示的なヘッダであって、４個の能動素子を有するＬＥＤデバイスをその上に搭載したヘッダの上面図である。
【図９】図８に示す諸実施形態の等価回路である。
【図１０】図１１に示す諸実施形態の等価回路である。
【図１１】本発明の諸実施形態による例示的なヘッダであって、１２個の能動素子を有するＬＥＤデバイスをその上に搭載したヘッダの上面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成16年11月24日(2004.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッダと、
基板と、エピタキシャル領域、アノードおよびカソード電気コンタクトをそれぞれ備え、フリップチップ構成で前記ヘッダ上に搭載された第１および第２のＬＥＤと
を含み、
前記ヘッダが逆並列配置で前記第１および第２のＬＥＤの前記アノードおよびカソード電気コンタクトに電気接続するように構成されたことを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記ヘッダ上に形成された第１および第２の導電性リードをさらに含み、
前記第１ＬＥＤの前記アノードおよび前記第２ＬＥＤの前記カソードが前記第１導電リードに電気接触し、前記第１ＬＥＤの前記カソードおよび前記第２ＬＥＤの前記アノードが前記第２導電リードに電気接触することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記第１および第２のＬＥＤが前記導電リードにサーモソニックボンディングされることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記第１および第２のＬＥＤが前記導電リードにはんだにより電気接続されることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記第１ＬＥＤの前記基板および前記第２ＬＥＤの前記基板が６ＨＳｉＣであることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記第１ＬＥＤの前記基板および前記第２ＬＥＤの前記基板が絶縁材料または半絶縁材料の１つを含むことを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記ヘッダ上に配設され、前記第１導電リードおよび／または前記第２導電リードのうちの少なくとも１つに電気接続する少なくとも１つの回路素子をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記第１ＬＥＤの前記基板および／または前記第２ＬＥＤの前記基板が、光取り込み性を増進させるように成形されることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記第１ＬＥＤの前記基板および／または前記第２ＬＥＤの前記基板が、波長変換材料で被覆されることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記波長変換材料がりん光体を含むことを特徴とする請求項９に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
第１および第２の導電リードをその上に搭載したヘッダと、
基板と前記基板上の第１および第２の能動素子とを含むＬＥＤとを含み、前記第１および第２の能動素子それぞれがエピタキシャル領域とアノードおよびカソード電気コンタクトとを含み、前記ＬＥＤが前記第１および第２の能動素子と逆並列配置で電気接続するように前記第１および第２の導電リードに接触させるためにフリップチップ構成で前記ヘッダ上に搭載されることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１２】
前記ＬＥＤが前記導電リードにサーモソニックボンディングされることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記ＬＥＤが前記導電リードにはんだにより電気接続されることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
前記基板が６ＨＳｉＣを含むことを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１５】
前記基板が絶縁材料または半絶縁材料の１つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１６】
前記ヘッダ上に配設され、前記第１導電リードおよび／または前記第２導電リードのうちの少なくとも１つに電気接続する少なくとも１つの回路素子をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１７】
前記前記基板が、光取り込み性を増進させるように成形されることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１８】
前記基板が波長変換材料で被覆されることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１９】
前記波長変換材料がりん光体を含むことを特徴とする請求項１８に記載の電子デバイス。
【請求項２０】
半絶縁性または絶縁性基板を準備するステップと、
前記基板上にエピタキシャル領域を形成するステップであって、前記エピタキシャル領域が少なくとも前記基板上のｎ型コンタクト層と、前記ｎ型コンタクト層上の活性領域と、前記活性領域上のｐ型コンタクト層とを含むステップと、
前記ｎ型コンタクト層の複数のコンタクト区域を露出させるように前記エピタキシャル領域を選択的にエッチングするステップと、
前記エピタキシャル領域内に複数の能動素子を分離するステップであって、前記能動素子のそれぞれがｎ型コンタクト層の少なくとも１つの露出コンタクト区域を含むステップと、
前記能動素子それぞれの上にアノードおよびカソードオーミックコンタクトを形成するステップと、
前記能動素子のそれぞれを逆並列配置で接続するステップと
を含むことを特徴とする発光デバイスの製造方法。
【請求項２１】
複数の能動素子を分離するステップが、分離された能動素子を画定するように前記エピタキシャル領域中に複数のメサをエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記能動素子それぞれの逆並列配置での接続が、
複数の導電リードを含むヘッダ上に前記デバイスをフリップチップ構成で搭載するステップをさらに含み、前記能動素子それぞれのアノードコンタクトおよびカソードコンタクトのそれぞれが、前記複数の導電リードそれぞれのうちの少なくとも１つに電気接触することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
光取り出し性を向上させるために基板を成形するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板を波長変換材料で被覆するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記デバイスを波長変換材料を含む封止剤で封止するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記波長変換材料がりん光体を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記波長変換材料がりん光体を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【国際調査報告】
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2006504265.tif 000019
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