(57)【要約】ＬＥＤなどの個々の光電子デバイスをウェーハから分離する方法は、ある幅を有するレーザビーム（２５６）を半導体ウェーハの主表面に導くことを含む。レーザビームは、単位幅当り第１のエネルギーの第１の部分と、第１のエネルギーよりも小さい単位幅当り第２のエネルギーの第２の部分とを含むイメージを有する。レーザビームイメージ（２６６）は、半導体ウェーハの第１の主表面に切り込み、個々のデバイスを製造する。
2004514285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハからの個々の光電子デバイスの分離方法であって、
ある幅を有するレーザビームを前記ウェーハの第１の主表面に導き、前記デバイス間に位置する前記ウェーハの第１の部分に単位幅当り第１のエネルギーを加え、前記ウェーハの前記第１の部分に隣接する第２の部分に前記第１のエネルギーよりも小さい単位幅当り第２のエネルギーを加えるステップと、
前記第１の主表面を横切るように前記レーザビームをスイープして溝を形成するステップと、
少なくとも１つのデバイスを前記ウェーハから分離するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項２】
前記レーザビームの中央部分が前記第１のエネルギーを有し、前記レーザビームの周縁部分が前記第２のエネルギーを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザビームが前記ウェーハを切断し、頂面、底面、及びこれらの間に延びるテーパーづけ側壁を有する少なくとも１つのデバイスを製造する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザを前記ウェーハの上面に導いて前記上面にＶ状の溝を形成する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記デバイスの前記底面の面積が前記デバイスの前記頂面よりも大きい、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記レーザを前記ウェーハの下面に導いて前記下面にＶ状の溝を形成する、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記デバイスの前記頂面の面積が前記デバイスの前記底面よりも大きい、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ウェーハが、基板の上に位置する、複数の発光ダイオード用の半導体構造体を組み込んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記半導体構造体が、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる群から選択される材料を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板がほぼ透明である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板が、サファイア、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ、ＡｌＮ及びＧａＮからなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体構造体が窒化ガリウムベースの材料を含み、前記基板がサファイアからなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザビームの形状を変えるように、前記レーザビームイメージの幾何学形状が操作される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記レーザビームは、前記単位幅当りのエネルギーが前記ビームにわたって累進的に変化するようなエネルギー勾配を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記レーザビームの中央部分における前記単位幅当りのエネルギーが周縁部分における前記単位幅当りのエネルギーよりも大きくなるように、前記レーザビームが三角形である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
レーザビームを導く前記ステップが、前記三角形のレーザビームの前記中央部分を前記ウェーハのストリートと位置合わせすることを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記レーザビームをスイープする前記ステップが、前記三角形のレーザビームの前記中央部分が前記周縁部分よりも先に前記ウェーハの一部分に達するように前記レーザビームをスイープすることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記三角形のレーザビームの前記中央部分が前記ウェーハのローと位置合わせされている、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記レーザビームがダイヤモンド形である、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
第１の導電型を有する第１の領域と、その下に位置し、第２の導電型を有する第２の領域と、これらの間にある発光ｐ−ｎ接合部とを含むスタックされた半導体構造体であって、前記半導体構造体の頂面から前記構造体の底面まで内方向にテーパーづけされたテーパーづけ側壁を画定する外側周縁面を有する、前記半導体構造体と、
前記第１の領域に接続された第１の電極−パッドユニット及び前記第２の領域に接続された第２の電極−パッドユニットと、
を含む、光電子デバイス。
【請求項２１】
前記半導体構造体の前記頂面の面積が前記構造体の底面よりも大きい、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記半導体構造体が、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる群から選択される材料を含む、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記構造体を支持する基板を更に含む、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記基板が、サファイア、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ、ＡｌＮ及びＧａＮからなる材料の群から選択される、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記半導体構造体が窒化ガリウムベースの半導体材料を含み、前記基板がサファイア基板を含む、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２６】
少なくとも１つのウェーハを受ける頂面を含む支持体と、
レーザビームイメージを前記支持体の前記頂面に投影するように構成されたレーザ光源であって、前記レーザビームイメージが、単位幅当り第１のエネルギーの第１の部分と、単位幅当り第２のエネルギーの第２の部分とを含む幅を有し、前記第２のエネルギーが前記第１のエネルギーよりも小さい、前記レーザ光源と、
を含む、複数の光電子デバイス用の半導体材料を組み込んだウェーハから光電子デバイスを分離する装置。
【請求項２７】
前記第１の部分が前記レーザビームの中央部分を含み、前記第２の部分が前記レーザビームの周縁部分を含む、請求項２６に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電子デバイス及び光電子デバイス用パッケージの製造並びにこれらの製造方法に関し、より詳細には、発光ダイオード、発光ダイオード用パッケージ、及びこれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
発光ダイオード、即ち「ＬＥＤ」は、ｐ型及びｎ型と呼ばれる２つの反対の導電型の半導体材料からなる薄層を含む。これらの層は、一方の上に他方を重ねたスタックに配置されており、ｎ型材料からなる１つ以上の層がスタックの一方の部分に配置され、ｐ型材料からなる１つ以上の層がスタックの他方の端部に配置される。例えば、種々の層を基板上に連続的に付着させてウェーハを形成することができる。ｐ型材料とｎ型材料との間の接合部は、直接接触するｐ型層とｎ型層を含んでもよいし、１つ以上の中間層を含んでもよく、中間層はいずれの導電型でもよいし、はっきりとした導電型をもたなくてもよい。
【０００３】
電極は、スタックの頂部及び底部付近のｎ型層及びｐ型層に接続されている。電極の材料は、半導体材料の境界面の抵抗が小さくなるように選択される。電極にはそれぞれパッドが備えられており、このパッドは外部電源からの電流を送るワイヤ又は他の導体との接続に好適である。各電極に伴うパッドは、電極の一部として電極と同一の組成及び厚さを有してもよいし、厚さ、組成、又はこれらの双方が電極そのものとは異なる別個の構造体であってもよい。本開示内容において、「電極−パッドユニット」という用語は、パッドが別個の構造体であるか単に電極の一領域であるかにかかわらず電極及びパッドを指す。ウェーハは切り離され、個別のＬＥＤを構成する個々のダイが形成される。
【０００４】
動作時には、ダイオードを通過する電流は主に、ｎ型層内の電子と、ｐ型層内の空格子点、即ち「正孔」によって運ばれる。電子及び正孔は接合部に向かって反対方向に移動し、接合部において互いに再結合する。電子−正孔の再結合によって放出されたエネルギーは光として放たれる。「光」放射という用語は、本開示内容において用いられるように、可視域に加えて赤外線及び紫外線の波長領域を含む。光の波長は、半導体材料の組成や接合部の構造などの要因に依存している。
【０００５】
通常、特定の半導体材料から形成されるＬＥＤには、半導体層が適切に形成されるのを促すために非導電性の基板を用いる。非導電性基板は一般に所定の位置に配置したままとする。例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＩｎＧａＮなどの窒化ガリウムベースの材料は、青色及び紫外線を含む種々の波長領域の光を放出するＬＥＤの形成に用いられる。これらの材料を、一般にサファイア又はアルミナなどの絶縁性基板上で成長させる。
【０００６】
絶縁性基板を組み込んだＬＥＤは、基板よりも上で接合部よりも下のスタック上の位置に底部電極を含む必要がある。一般に、各ダイのスタックの中間部又はその付近の層上に上向きの下部電極表面が設けられるように、スタックの上部層（単数又は複数）はスタックのある領域が除去される。これにより、下部電極表面から上方に突出してダイの残りの領域を覆う「メサ」と呼ばれる領域が残される。下部電極表面によって占められるダイの領域は光を放出しない。この非アクティブ領域の水平方向範囲はできる限り小さく保つことが望ましい。他のＬＥＤでは、上向きの下部電極表面は形成されず、下部電極は半導体材料のスタックの底面に形成される。これらのデバイスでは、スタックの底部の絶縁性基板は除かれる。
【０００７】
いずれのタイプのＬＥＤにおいても、頂部電極は一般にスタックの頂面、即ち最上の半導体層の頂面に形成される。スタックの接合部よりも上の層は一般に透明であるため、接合部で放出された光は頂面を通ってスタックを出ることができる。頂部電極は、放出された光の全てを遮ることのないように配置されている。例えば、不透明な頂部電極が各ダイの頂面の小さな一部分のみを覆うようにしてもよい。しかしながら、「電流の密集」又は「電流の集群」により、電極の下の接合部領域に光の放出が集中し、まさにこの場所で光は電極によって最も効果的に遮られてしまう。一般にダイの外部量子効率と呼ばれる、ダイを通過する電流の単位当りのダイの外部に達する有効光量は、この現象によって減少される。電流の密集が下部領域において生じ、これによって光の放出が下部電極に近い接合部の領域に集中する場合もある。電流の集群は、窒化ガリウムベースの材料のような電気抵抗率が比較的高い材料から形成されるＬＥＤに顕著な問題である。
【０００８】
電流の密集の問題を緩和するために、ＬＥＤには、金属及び金属化合物の薄層から形成される透明な頂部電極が備えられている。この透明な電極には、一般に不透明であるパッドが接続されており、パッドは頂面の小さな一部分を占めている。透明な頂部電極によって電流はパッドから水平方向に拡散し、これによってスタック内を下方に流れる電流がより均一にメサの水平範囲に広がる。
【０００９】
ＬＥＤが生成する光の一部は全内反射を受けるため、ＬＥＤから放出されない。全内反射の原理は図１に示されており、多数の別個の光線を生成する光源３２が示されている。光線は第１の透明材料３４を通過し、この屈折率ｎ１は第２の透明材料３６の屈折率ｎ２よりも大きい。光源３２によって放出された第１の光線４０は透明材料間の境界面３８に対して垂直であり、第２の透明材料３６内へ移る際も変わらない。しかしながら、第２の光線４２の進行方向は、第２の光線４２が第１の透明層３４から第２の透明層３６へ移る際に変わってしまう。第３の光線４４は、スネルの法則で決まる臨界角θＣで境界面３８に入射し、第２の透明層３６内を通らずに境界面３８に沿う方向へ向かう。第４の光線４６のような、臨界角θＣよりも大きい入射角を有する光線はいずれも全内反射を受け、第１の透明層３４内にはね返る。
【００１０】
ＬＥＤにおける全内反射の影響を、図２の例とともに説明する。発光ダイオード（「ＬＥＤ」）は、一般にｐ型層２０及びｎ型層２２と呼ばれる２つの反対の導電型の半導体材料からなる半導体構造体を含む。ｐ型層２０及びｎ型層２２は、一方の上に他方が重ねられてスタックに配置されている。ＬＥＤは、ｐ型層とｎ型層の境界面に設けられた接合部２４を含む。一般に、スタックは複数のＬＥＤデバイスを形成するためのウェーハを含む。ウェーハは後に切り離され、分離されたＬＥＤを構成する個々のデバイスが形成される。
【００１１】
図３は、複数のＬＥＤデバイス５０用の半導体材料からなるスタックを組み込んだ半導体ウェーハ４８の平面図を示している。半導体ウェーハ４８はウェーハの上面にプリントされた複数の線を含み、これらはストリート５２及びロー５４と呼ばれる。ストリート５３及びロー５４は、ウェーハ４８のデバイス５０を分割している。図面は一定の縮尺で示されておらず、ストリート及びローは一般に人間の目には見えないものであるが、これらは図３において概略的に示されている。一般に、半導体ウェーハ４８は、ウェーハの上面を切削するために切削ホイールの切削面又は従来のレーザを用いて、ストリート５２及びロー５４に沿って個々のデバイス５０に分離される。
【００１２】
図４は、ウェーハから個々のデバイスを分離する従来の方法を示している。図４において、レーザビーム５６は半導体ウェーハ４８の上面６０を横切るようにスイープされ、ウェーハが個々のデバイスに分割される。レーザビームはほぼ矩形であり、幅が約２５乃至３５μｍ、長さが５００μｍである。矩形のレーザビームイメージ（ｉｍａｇｅ）はウェーハ４８の一部分を切り取り、ほぼ矩形の切れ目（ｃｕｔ）６２を形成する。切れ目の下のウェーハの一部分によって、個々のデバイスは接続されたままである。矩形の切れ目６２の下のウェーハ４８の部分を切り溝６４と呼んでもよい。
【００１３】
図５は、図４に示される矩形のレーザビームを用いて半導体ウェーハから切断した個々のデバイスの断面図を示している。ＬＥＤはほぼ透明な封入材１３０内に封入され、ＬＥＤパッケージ１２８が形成されている。封入材層１３０は、透明基板２６の屈折率ｎ１よりも小さい屈折率ｎ２を有する。「屈折」という用語は、本明細書中に用いられるように、透明媒体に入射する光の進行方向が変わる光学現象を意味する。この結果、境界面１６４への光線１４６の入射角θｉが臨界角θＣよりも大きい場合、光線１４６は全内反射されて基板２６にはね返り、ＬＥＤパッケージ１２８から光線を放出することのできる封入材層１３０内へ入らない。
【００１４】
ほぼ透明な基板２６の屈折率ｎ２は透明な封入材１３０の屈折率ｎ３よりも大きいため、ＬＥＤによって生成される光線の多くはＬＥＤパッケージ１２８から放出されず、全内反射を受ける。全内反射として知られる光学現象では、屈折率の小さい媒体（例えば封入材層）に入射する光は法線から離れるように曲げられてしまい、これによって出射角が入射角よりも大きくなってしまう。出射角は、ある臨界入射角θＣに対しては９０°に近いものになり、臨界角θＣよりも大きい入射角θｉに対しては光線の全内反射が生じる。臨界角は、スネルの法則を用いて計算できる。
【００１５】
多くの光電子デバイスパッケージにおいて、生成される光線はパッケージの種々の層内で全内反射されているため、このような光線はパッケージから放出されない。よって、放出される光の量を最適化する設計のパッケージが必要とされている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
１つの態様において、半導体ウェーハからの個々の光電子デバイスの分離方法は、ある幅を有するレーザビームを半導体ウェーハの第１の主表面に導き、デバイス間に位置するウェーハの第１の部分に単位幅当り第１のエネルギーを加え、第１の部分に隣接したウェーハの第２の部分に第１のエネルギーよりも小さい単位幅当り第２のエネルギーを加えるステップを含む。レーザビームがウェーハの第１の主表面を横切るようにスイープされて溝が形成され、少なくとも１つのデバイスがウェーハから分離される。
【００１７】
レーザは、デバイスを互いに分離するために第１の主表面を切削する。第１の主表面に導かれるレーザビームイメージの幾何学形状は、レーザがウェーハに形成する切れ目の形状を変えることができるように操作可能であることが好ましい。即ち、第１のエネルギーレベルの中央部分と、第１のエネルギーレベルとは異なる第２のエネルギーレベルの周縁部分とを有するプロファイルのレーザビームを生成することができるような、レーザビームの強度プロファイルとされる。いくつかの好適な実施の形態では、中央部分の第１のエネルギーレベルは周縁部分の第２のエネルギーレベルよりも大きい。しかしながら、周縁部分はレーザビームの中央部分よりも大きいエネルギーを有してもよい。レーザビームはウェーハを切断し、頂面、底面、及びこれらの間に延びるテーパーづけ側壁を有する少なくとも１つのデバイスを製造することができる。いくつかの実施の形態では、レーザをウェーハの上面に導いてＶ状の溝を形成することが好ましい。デバイスの底面は、デバイスの頂面よりも大きな面積を有してもよい。また、レーザをウェーハの下面に導いてＶ状の溝を形成するようにしてもよい。デバイスの頂面は、デバイスの体表面よりも大きな面積を有してもよい。ウェーハは、基板の上に位置する、複数の発光ダイオード用の半導体構造体を組み込むことが好ましい。
【００１８】
いくつかの好適な実施の形態において、半導体構造体はＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる溝から選択される材料を含む。基板をほぼ透明とすることができる。基板は、サファイア、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ、ＡｌＮ又はＧａＮ基板を含むことができる。半導体構造体は窒化ガリウムベースの材料を含むことが好ましく、基板はサファイアからなることが好ましい。更に他の実施の形態において、レーザビームは、レーザビームの断面を見るとエネルギーがビームにわたって累進的に変化するようなエネルギー勾配を有していてもよい。導かれるレーザビームイメージの幾何学形状はいかなる形状でもよい。いくつかの好適な実施の形態では、中央部分のエネルギーが周縁部分よりも大きくなるように、レーザビームイメージは三角形である。三角形の頂点はウェーハのストリート及びローと位置合わせされていることが好ましく、三角形の底辺はストリート及びローをほぼ横切る方向に延びている。他の好適なイメージとして、ストリート又はローにほぼ平行な第１の主軸と、ストリート又はローを横切る第２の主軸とを有するダイヤモンド形のレーザイメージを含むことができる。本発明はいかなる特定の動作理論によっても限定されないが、傾斜した側壁を有するＬＥＤデバイスを製造することで、ＬＥＤパッケージから放出される光の量を最適化するものと思われる。
【００１９】
本発明の他の好適な実施の形態において、光電子デバイスはスタックされた半導体構造体を含み、これは、第１の導電型を有する第１の領域と、その下に位置する第２の導電型を有する第２の領域と、これらの間にある発光ｐ−ｎ接合部とを含む。この構造体の外周面によってテーパーづけ側壁が画定される。側壁は、基板の底面の面積が頂面よりも大きくなるように、基板の頂面から底面にわたって外方向にテーパーづけしてもよい。しかしながら、他の実施の形態では、基板の頂面の面積が底面よりも大きくなるように、側壁を基板の頂面から底面にわたって内方向にテーパーづけしてもよい。第１の領域には第１の電極−パッドユニットが接続されており、第２の領域には第２の電極−パッドユニットが接続されている。いくつかの好適な実施の形態では、ＬＥＤパッケージはＧａＮのＬＥＤを含み、これは透明なサファイア基板の上に実装される。
【００２０】
半導体構造体は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる溝から選択される材料を含むことが好ましい。いくつかの好適な実施の形態では、基板が構造体を支持する。基板は、サファイア、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ、ＡｌＮ又はＧａＮ基板を含むことができる。半導体構造体は窒化ガリウムベースの半導体材料を含むことができ、基板はサファイア基板を含むことができる。
【００２１】
本発明の更に他の実施の形態において、半導体ウェーハからＬＥＤダイを分離するためのアセンブリは、１つ以上のウェーハを受ける頂面を有する支持体と、レーザビームを支持体の頂面に投影するように構成されたレーザとを含む。レーザビームが、単位幅当り第１のエネルギーの中央部分と、第１のエネルギーとは異なる単位幅当り第２のエネルギーの外側部分とを有するように、レーザはレーザビームの幾何学形状を変更するためのフィルタを１つ以上含む。レーザビームの幾何学形状を操作するためのフィルタは、不透明なフィルタ、光学レンズ、又は不透明なフィルタ及び光学レンズの組み合わせを含むことができる。いくつかの実施の形態において、レーザビームの中央部分の第１のエネルギーはレーザビームの周縁部分の第２のエネルギーよりも大きい。しかしながら、他の好適な実施の形態では、レーザビームの周縁部分はレーザビームの中央部分よりも大きなエネルギーレベルを有していてもよい。レーザビームを変更して、異なるエネルギーレベルの勾配を有するレーザを生成することもできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図６Ａ乃至図１２は、本発明の１つの実施の形態に従った、半導体ウェーハからの個々の光電子デバイスの分離方法を示している。半導体層のスタック構造体を含む半導体構造体２１０は、例えば１つ以上のｎ型層２２２のような第１の導電型を有する半導体材料を付着させることによって形成される。第１の導電型の半導体材料上には、第２の導電型を有する半導体材料が付着される。頂面２７２を有する１つ以上のｐ型層２２０がｎ型層２２２の上に付着される。ｎ型層２２２とｐ型層２２０との間には接合部２２４も形成される。
【００２３】
スタック構造体２１０は、ｎ型層２２２とｐ型層２２０との間に接合部２２４を有する複数のＬＥＤのための半導体ウェーハを含む。この接合部は、直接接触するｐ型層とｎ型層との間の境界として図１０に概略的に示されているが、ｐ型層とｎ型層との間に１つ以上の層を含んでもよい。接合部は、任意の導電型を有するか又は導電型をもたない中間層を含んでもよい。あるいは、接合部は、ｐ型層１６０とｎ型層１５８との間か又は中間領域に更なる構造を含んでもよい。よって、接合部は単なるホモ接合でもよいし、単一ヘテロ接合、二重ヘテロ接合、単一の量子井戸、多重量子井戸、又はあらゆる他のタイプの接合構造としてもよい。半導体構造体が、種々の半導体材料層や、光電子技術において使用される他の構造体を組み込んでもよいことは、当業者の認めるところであろう。
【００２４】
また、ｐ型層２２０及びｎ型層２２２の各々は任意の数の層を含むことができる。ほんの一例としては、構造体は基板２２６との境界面に「緩衝層」を組み込むことができ、一方では、後述する上部電極とのオーム接触の確立を促すために高ドープ接触層をスタックの頂部に含むことができる。一般に、ｐ型層２２０は使用されるＬＥＤによって放出される波長の光に対して透明である。即ち、上部領域は、その全て又は主な部分が、接合部で放出される光子のエネルギーよりも大きいバンドギャップを有する材料から形成されている。スタックに組み込む種々の層の構造及び組成並びにスタック内の層の順序を公知の原理及び技術に従って選択し、所望の放出特性を得ることができる。
【００２５】
いくつかの好適な実施の形態において、半導体構造体２１０はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＩｎＧａＮのような窒化ガリウムベースの半導体材料を含み、これらは青色及び紫外線を含む種々の波長領域の光を放出するＬＥＤの形成に用いられる。スタック構造の形成に用いられる製造方法は周知である。これらの材料は一般に、化学蒸着（「ＣＶＤ」）、金属有機化学蒸着（「ＭＯＣＶＤ」）、分子ビームエピタキシなどによって絶縁性基板１５０上で成長させる。しかしながら、ＬＥＤを含む他のタイプの光電子デバイスを形成するため、多数の他の半導体材料を使用してもよいことは当業者の認めるところであろう。絶縁性基板は、例えばサファイア、アルミナ、炭化珪素、窒化ガリウム、又は窒化アルミニウムガリウムなど、放出された光に対して不透明でない任意の基板を含むことができる。他の実施の形態では、基板は除かれる。
【００２６】
付着される半導体を、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、即ち化学量論式ＡｌａＩｎｂＧａｃＮｘＡｓｙＰｚに基づいた材料とすることができ、式中（ａ＋ｂ＋ｃ）は約１であり、（ｘ＋ｙ＋ｚ）も約１である。最も一般的には、半導体材料は窒化物半導体、即ち、ｘが０．５以上で、最も一般的には約０．８以上であるＩＩＩ−Ｖ族半導体である。最も一般的には、半導体材料は純粋な窒化物半導体、即ちｘが約１．０である窒化物半導体である。本明細書中に用いられる「窒化ガリウムベースの半導体」という用語は、ガリウムを含む窒化物ベースの半導体を指す。ｐ型及びｎ型の導電性は従来のドープ剤によって付与されてもよいし、特定の半導体材料の固有の導電型から生じてもよい。例えば、一般に窒化ガリウムベースの半導体はドープされていない状態でも本来ｎ型である。ｎ型窒化物半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ、及びＯなどの従来の電子供与体ドープ剤を含むことができ、ｐ型窒化物半導体は、Ｍｇ及びＺｎなどの従来の電子受容体ドープ剤を含むことができる。
【００２７】
当然のことながら、図面は一定の縮尺で示されていない。特に、種々の層の厚さは例示を明確にするためにかなり誇張されている。一般に、スタック全体の厚さは５ミクロンのオーダーである。全幅及び全長などの水平方向の寸法は数百ミクロンのオーダーであり、例えば約２００乃至３００ミクロンである。
【００２８】
また、当該技術において公知のように、ウェーハは光電子デバイスを形成するための種々の半導体材料を含むことができる。
【００２９】
第１の電極−パッドユニットが、第１の導電型を有する半導体材料に接続されて形成されており、第２の電極−パッドユニットが第２の導電型の材料に接続されて形成されている。いくつかの実施の形態では、上向きの下面がｎ型層２２２に形成されており、メサが下面から上方に突出するように形成されている。上部電極−パッドユニットがメサの頂面に形成されている。下部電極−パッドユニットが下面に形成されている。電極−パッドユニットは、導電性金属などの導電性材料を含む。好適な導電性金属は、金、アルミニウム、又は銀を含む。
【００３０】
いくつかの好適な実施の形態において、半導体構造体の上部にある電極−パッドユニットは、構造体の頂面全体のうちかなりの部分を覆う透明な上部電極を含む。上部電極は、頂面を画定する半導体材料に対して小さい抵抗、望ましくはオーム接触をもたらす材料から形成される。透明電極の組成及び厚さは、使用されるＬＥＤによって放出される波長の光に対してほぼ透明であるように選択される。特定の半導体材料と共に用いられる透明電極を形成するための好適な材料、厚さ及び処理技術は周知である。ほんの一例として、頂面１６６がｐ型窒化ガリウムによって画定される場合に用いられる１つの好適な上部電極は、一般に厚さ約１０乃至約５００Åのニッケル層と、一般に厚さ約１０乃至約５００Åの金の層とを頂面に付着させ、ニッケルを酸化させるように例えば約３００乃至９００℃の高温及び酸化雰囲気中でこの接触物をアニールすることによって形成することができる。金属の層は、電子ビーム蒸着、スパッタ蒸着、めっき、又は他の公知の方法を用いて付着される。上部電極用の金属は、付着された金属が下部電極表面上に形成される電極と重複してデバイスをショートさせないように付着されることが好ましい。
【００３１】
また、上部電極−パッドユニットは、上部電極の頂面上の水平方向の中心又はその付近に形成された第１のパッドを含むことが好ましい。第１のパッドは端子となるのに適切な材料から形成され、例えばこのパッドにリードをワイヤボンディングすることにより、使用される外部リード又は接点にこの端子を接続することができる。パッドの材料も上部電極内の材料と適合させなくてはならない。ほんの一例として、第１のパッドは、透明電極の上に位置するチタンの層と、チタン層の上に位置するプラチナの層と、プラチナ層の上に位置する金の層とを含むことができる。露出した金の層は、ワイヤボンディングに好適な表面を提供する。第１のパッドの直径は、一般に約１００乃至１２０ミクロンである。このパッドは、パッドを外部回路に接続するために用いられるボンディング作業の要件に合わせて、できる限り小さいことが望ましい。他の好適な実施の形態では、上部電極−パッドユニットは、透明電極を頂面に形成せずに小さなパッドを直接頂面に含んでいる。他の実施の形態では、上部電極は、デバイスが放出する光に対して本質的に不透明な電極を含む。
【００３２】
第２の電極−パッドユニットが、構造体の反対側の端部又はその付近に設けられている。この電極−パッドユニットは構造体の表面に第２のパッドを含むことが好ましい。例えば、第１の電極−パッドユニットがｐ型層に接続されている場合、第２の電極−パッドユニットはｎ型層に接続される。第２のパッドの幅を、例えば１００ミクロンとすることができる。第２のパッドは、下面と良好に電気接触する導電性材料、望ましくはオーム電気接触する導電性材料から形成されている。例えば、下面がｎ型の窒化ガリウムによって形成されている場合、第２のパッドを高温でアニールされたアルミニウム及びチタンの層から形成することができる。また、第２のパッドは外部リード又は他の構造体に結合するのに適した層も含むことが好ましい。例えば、第２のパッドはチタン層及びアルミニウム層の上にプラチナの層を含み、プラチナ層の上に金の層を含むことができる。金の層は良好な結合面となる。窒化ガリウムベースの半導体との併用に特に好ましいのは、下部電極−パッドユニット全体が、アルミニウム、チタン、プラチナ及び金の層をこの順序で付着させてアニールして形成された構成である。
【００３３】
ウェーハの形成後、個々のデバイスがウェーハから分離される。図６Ａは、複数の光電子デバイス用の半導体材料を組み込んだウェーハ２４８から光電子デバイス２５０を分離する装置における、支持体２４９上の半導体ウェーハ２４８を示している。この装置は、半導体材料を切削するためのレーザ２５８を含んでいる。いくつかの好適な実施の形態において、ウェーハ２４８はＬＥＤを含む複数のデバイス用の半導体材料を組み込んでいる。ウェーハ２４８は、上面２５１と、上面２５１とは反対の方向に向いた下面２５３とを有する。半導体ウェーハ２４８は、上面上に第１の方向に延びる複数のストリート２５２と、上面上に第１の方向を横切る第２の方向に延びる複数のロー２５４とを有する。ストリート２５２及びロー２５４はウェーハ上にプリントされた線を含み、一般にウェーハ２４８の個々のデバイスのグリッドを画定する。
【００３４】
ウェーハ２４８の上面２５１は保護層で覆われていることが好ましい。保護層はフォトレジストを含んでもよい。
【００３５】
当該技術において公知のように、レーザ２５８はコンピュータシステムによって導かれ、ウェーハ２４８をストリート２５２及びロー２５４に沿って個々のＬＥＤに切削する。ストリート２５２及びロー２５４は、ウェーハ２４８を個々のＬＥＤ２５０に切削するように、レーザ２５８、支持体２４９、又はこれら両方を操作する、コンピュータ内のデータからなる想像線から構成されてもよい。しかしながら、このデータに従ってウェーハ２４８を位置決めし、個々のデバイスを適切に分離するには、ウェーハ２４８上に基準点が必要である。
【００３６】
図７を参照すると、レーザ２５８の生成するレーザビーム２５６のイメージはフィルタ又は光学レンズの使用などによって幾何学的に操作されて、所定形状のプロファイルを有する切れ目をウェーハに形成する、成形されたレーザビームイメージ２６６となる。いくつかの好適な実施の形態において、及び図７に示されるように、レーザビームイメージ２６６は、図９に示されるように半導体ウェーハに三角形の切れ目を形成するために三角の形状を有する。ほぼ三角形のレーザビームイメージ２６６は、ウェーハの第１の表面を横切って矢印Ａ１で示される方向にスイープされ、これにより、三角形のレーザビームイメージの第１の角２６７が第２の角２６９及び第３の角２７１よりも先にウェーハ２４８の一部に達する。レーザビームイメージ２６６はウェーハ２４８を横切ってスイープされるため、第１の角２６７をウェーハ２４８のロー２５４及びストリート２５２と位置合わせすることが好ましい。ほぼ三角形のレーザビームイメージ２６６は、単位幅「Ｗ」当り第１のエネルギーを有する中央部分２６８と、中央部分２６８から外方向に位置し、単位幅「Ｗ」当り第２のエネルギーを有する外側部分２７０とを有する。イメージ２２６の大きな長さ「Ｌ」を有する部分はウェーハに大きなエネルギーを加え、深い切れ目を形成する。
【００３７】
図８のグラフに示されるように、レーザビーム２５６の中央部分２６８はレーザビーム２５６の周縁部分２７０よりも深くウェーハ２４８を切削する。よって、図９に示されるように、三角形のレーザビームイメージ２６６は、傾斜する側壁２７３及び切り溝２６４を有する切れ目２６２をウェーハ２４８に形成する。ウェーハ２４８のストリート２５２及びロー２５４に沿って形成された切れ目２６２により、ウェーハ２４８は個々のＬＥＤ２５０に分離される。レーザ切削の際に形成されたデブリを全て取り除くため、保護層がウェーハから除去される。ＬＥＤ２５０Ａ及び２５０Ｂは、ローラを含む機械式分割装置（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂｒｅａｋｅｒ）を用いて切り溝２６４で分離される。切削ホイール又はレーザを用いて切り溝２６４を分割することもできる。
【００３８】
図１０は、ほぼ三角形のレーザを用いて形成されたＬＥＤの立面図を示しており、前述の図６Ａ乃至図９に関連して示され、説明されたものである。ＬＥＤ２５０は、ｐ型層２２０がｎ型層２２２の上に形成され、その間に接合部２２４を有する半導体構造体を含む。この半導体構造体は、サファイア基板などのほぼ透明な基板２２６の上に配置されている。ＬＥＤは、頂面２７２、底面２７４、及び側壁２７５を有する。ほぼ三角形のレーザビームイメージを用いているため、ＬＥＤ２５０の側壁２７５はある角度で外方向に傾斜している。側壁２７５は、ＬＥＤ２５０の頂面２７２から底面２７４に向かって延びている。ＬＥＤは切れ目２６２の切り溝２６４に垂直方向に延びる表面２８１を有し、ここではレーザビームは基板を貫通していない。しかしながら、他の好適な実施の形態において、装置は基板を貫通して垂直な表面を実質的に除去するように構成されている。また、ウェーハを研磨して切り溝２６４に隣接する基板を除去してもよい。
【００３９】
次に、ＬＥＤデバイスはパッケージに形成される。第１のパッド及び第２のパッドは、ワイヤボンディング１８４を含みうる導電機構によって外部電源に接続されている。電流はパッド間、電極及びスタック構造中を流れ、これにより光が接合部２２４から放出される。放出された光は、透明な第１電極及び構造体の他の表面を通って構造体を出る。
【００４０】
熱伝導性接着剤などの接着剤を用いてＬＥＤサブアセンブリをプリント回路板などの第２の基板に接着し、パッケージを形成することができる。反射材料の層を含む反射器がＬＥＤと第２の基板との間に配置されていることが好ましい。次に、ＬＥＤパッケージは第２の基板１７６と電気的に相互接続される。電気的に相互接続されたＬＥＤパッケージをほぼ透明な封入材２３０で封入することができる。好適な封入材は、エラストマー、ポリマー及びエポキシを含む。
【００４１】
図１２は、ＬＥＤ２５０を組み込んだＬＥＤパッケージを示している。ＬＥＤ２５０の外方向に傾斜する壁２７５のため、光線２４４は側壁２７５にほぼ垂直な入射角θｉを有する。その結果、光線２４４は基板２２６と封入材２３０との間の境界面２３８を容易に通過し、ＬＥＤパッケージから放出される。図１２の破線は、側壁２７５’がほぼ垂直である場合の同一光線２４４の経路を示している。破線によって示されるように、光線２４４’は臨界角θＣよりも大きい入射角θｉを有するはずである。結果として、光線２４４’は基板２２６内にはね返される。よって、傾斜壁を有するＬＥＤをＬＥＤパッケージに設けることで、ＬＥＤパッケージから放出される光線の数が最適化されることが理解できる。
【００４２】
図１３乃至図１５を参照すると、幾何学的に操作されたレーザビームイメージが更なる実施の形態に従った方法において用いられている。図１３に示されるレーザは、基板に隣接するウェーハ３４８の下面３５３にレーザビームイメージ３５６を導くことによってウェーハ３４８を切断するために用いられる。このような方法により、ＬＥＤ３５０の頂面３７２から底面３７４に向かって内方向にテーパーづけされたテーパーづけ側壁３７５を有するダイ３５０が製造される。図１５を参照すると、側壁３７５がＬＥＤ３５０の頂面３７２と底面３７４との間で内方向にテーパーづけされているため、光線３４４の入射角θｉは基板層３２６と封入材層３３０との間の境界面３３８においてほぼ垂直である。結果として、光線３４４は境界面３３８を容易に通過して封入材層３３０に入り、ここで光線３４４をＬＥＤパッケージから放出することができる。破線は、垂直な壁を有するＬＥＤの壁３７５’を示している。明白なことだが、垂直な壁を有するパッケージでは、同様の入射角θｉを有する同一の光線３４４’は境界面３３８’において臨界角θＣを超え、基板３２６内に全内反射されてしまう。よって、内方向に傾斜する側壁を有するＬＥＤパッケージは、従来技術の方法によって製造されるほぼ垂直の側壁を用いたＬＥＤパッケージよりも多量の光を放出することが理解できる。
【００４３】
他の好適な実施の形態では、幾何学的に操作された他の形状のイメージを有するレーザビームがウェーハの切削に用いられる。このようなレーザビームイメージはウェーハの主表面を横切るようにスイープされ、ＬＥＤから抽出される光の量を改善するＬＥＤが製造される。図１６に示されるダイヤモンド形のイメージ４６６、図１７の凹状の壁を有する細長イメージ５６６、図１８の円形６６６、及び図１９の細長い楕円形７６６を用いて、対応する形状を有する切れ目をウェーハに形成することができる。レーザビームイメージの長さがより長い箇所では、イメージの他の部分よりも大きな量のエネルギーがウェーハに加えられる。レーザビームイメージの形状はＬＥＤの壁に所定の形状を生じ、これにより、ＬＥＤが生成する多くの光線の入射角がＬＥＤの壁に対してより垂直に近いものとなり、ＬＥＤから抽出される。
【００４４】
他のタイプのパッケージが図２０に示されている。構造体８１０はほぼ透明な背面８５４を含み、光はこれを通って導かれる。例えば、透明な背面はサファイア基板８５０を含むことができる。構造体８１０は、前述のように、光を生成するｐ型、ｎ型、及び他の半導体材料からなるスタック構造体を含む半導体構造体である。構造体８１０は、構造体から突出するメサ８６４と、下面８５９とを有する。上部電極−パッドユニット８７５がメサ８６４に取り付けられており、第１のパッド８３４を有する。下部電極−パッドユニット８７２が下面８５９に取り付けられており、第２のパッド８４１を有する。第１のパッドは、第２の基板８７６上の第１の接点８３８及び第２の接点８３３に接続されている。例えば結合材料の塊８８６及び８８４を各パッドと各接点との間に配置することにより、構造体８１０は第２の基板８７６の接点に結合される。接点は電源にも接続されている。よって、このデバイスによって生成された光は背面８５４に導かれ、背面８５４から出る。接合部で生成された少なくともある量の光線はメサ８６４方向に向かう。必要に応じて、パッケージ内に取り付けられた反射器を使用し、放出された光を背面８５４方向に導いてもよい。
【００４５】
第１のパッド８３４は反射電極を含むことが好ましい。反射電極を以下のように形成することができる。メサ６６４を有する構造体８１０の形成後、メサ８６４の頂面８６６にフォトリソグラフィーマスクを用いて第１のパッド８３４の領域を画定する。メサ８６４の上面には、ニッケルが付着される。次に、金がニッケル層の上に付着される。金属は、電子ビーム蒸着、スパッタ蒸着、めっき、又は他の公知の方法を用いて付着可能である。前述の金属層は、透明になるように酸化処理される。次に、金などの反射金属の層が酸化金属の上に付着される。反射金属の層は、ＬＥＤが生成する光が反射され、背面６５４を通過するのに十分な厚さでなくてはならない。例えば、金が反射金属として用いられる場合、金の厚さを０．２ミクロンにすると反射する。他の実施の形態では、反射金属層はチタンを含むことができる。このように、反射金属層を第１のパッド８３４上に付着させることができる。他の実施の形態では、第１のパッド８３４は１つ以上の反射金属層を含むことができる。
【００４６】
反射パッド８３４は、基板８５０を通しての光の抽出を改善するために光を反射する。好適な実施の形態において、付着される反射金属層は、パッド８３４の接点８３８への結合に使用できるように十分に厚いものである。
【００４７】
前述の特徴のこれらの変形物及び組み合わせ、並びに他の変形物及び組み合わせを、本発明から逸脱することなく用いることができる。例えば、レーザビームイメージの好適な形状を前述したが、レーザビームイメージは任意の形状を有することができる。従って、好適な実施の形態の前述の説明は、請求の範囲によって定義されるように本発明を限定するものとしてではなく、実例を示すものとして解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
光が通過する透明な媒体の断面図である。
【図２】
従来のＬＥＤの略断面図である。
【図３】
従来の半導体ウェーハの平面図である。
【図４】
図３のウェーハの部分断面図である。
【図５】
図４のＬＥＤを含む従来のＬＥＤパッケージの部分断面図である。
【図６Ａ】
本発明の１つの実施の形態に従った方法におけるウェーハの部分断面図である。
【図６Ｂ】
図６Ａの実施の形態に従った方法におけるウェーハの部分平面図である。
【図７】
図６Ａ及び図６Ｂの方法におけるレーザビームの略立面図である。
【図８】
図６Ａ乃至図７のレーザビームを用いて得られた切削の深さを示すグラフである。
【図９】
図６Ａ乃至図８の実施の形態に従った方法における半導体ウェーハの部分断面図である。
【図１０】
図６Ａ乃至図９の実施の形態に従った方法におけるＬＥＤの立面図である。
【図１１】
図１０のＬＥＤの斜視図である。
【図１２】
図１１のＬＥＤを有するＬＥＤパッケージの部分立面図である。
【図１３】
本発明の更なる実施の形態に従った方法における半導体ウェーハの断面図である。
【図１４】
図１３の実施の形態に従った方法におけるＬＥＤの斜視図である。
【図１５】
図１４のＬＥＤを有するＬＥＤパッケージの部分立面図である。
【図１６】
本発明の他の実施の形態に従った方法におけるレーザビームイメージを示す図である。
【図１７】
本発明の更なる実施の形態に従った方法におけるレーザビームイメージを示す図である。
【図１８】
本発明の更に他の実施の形態に従った方法におけるレーザビームイメージを示す図である。
【図１９】
本発明の他の実施の形態に従った方法におけるレーザビームイメージを示す図である。
【図２０】
本発明の他の実施の形態に従ったＬＥＤパッケージを示す図である。
【図２】
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【図８】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
2004514285.tif 000086