(57)【要約】      （修正有）【課題】フリップチップＬＥＤの剥離もしくはクラッキングを防止することができる発光ダイオード装置を提供する。【解決手段】発光ダイオード装置は、第１層２０４と、第１層とは導電形が異なる第２層２０８と、第１層と第２層の間に配置された発光層２０６と、発光層を貫通した少なくとも１つのビア２１２と、を有する発光ダイオードと、発光ダイオードの第１層側に接合されたキャリア２２２と、発光ダイオード中をビアから前記発光ダイオードの側壁に延び、第１層側においてキャリアに覆われたチャネル２１３と、を備える。【選択図】図２
2016004995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１層と、
前記第１層とは導電形が異なる第２層と、
前記第１層と前記第２層の間に配置された発光層と、
前記第１層側から前記発光層を貫通した少なくとも１つのビアと、を有する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの前記第１層側に接合されたキャリアと、
前記発光ダイオード中を前記ビアから前記発光ダイオードの側壁に延び、前記第１層側において前記キャリアに覆われたチャネルと、
を備えた発光ダイオード装置。
【請求項２】
前記キャリアは、前記発光ダイオードに電気的に接続されたサブマウントである請求項１記載の発光ダイオード装置。
【請求項３】
前記発光ダイオードの前記第１層に電気的に接続された第１配線と、
前記発光ダイオードの前記第２層に電気的に接続された第２配線と、
前記サブマウントに設けられた第３配線および第４配線と、
をさらに備え、
前記第１配線は、前記第３配線に電気的に接続され、前記第２配線は、前記第４配線に電気的に接続された請求項２記載の発光ダイオード装置。
【請求項４】
前記第１層の前記第２層とは反対側の表面は、粗面化された請求項３記載の発光ダイオード装置。
【請求項５】
前記発光ダイオードの前記キャリアとは反対側の表面に設けられた基板をさらに備える請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光ダイオード装置。
【請求項６】
前記第１層側から前記発光層を貫通した複数のビアと、
前記発光ダイオード中を前記複数のビアのそれぞれから他のビアもしくは前記発光ダイオードの側壁に延び、前記第１層側をキャリアに覆われた複数のチャネルと、
をさらに備える請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光ダイオード装置。
【請求項７】
前記チャネルは、前記ビアの幅よりも狭い幅を有する請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光ダイオード装置。
【請求項８】
導電形の異なる第１層および第２層の間に配置された発光層を含む発光ダイオードを基板上に形成する工程と、
前記基板とは反対側の第１層から前記発光層を貫通する少なくとも１つのビアを形成する工程と、
前記発光ダイオード中に前記ビアから前記発光ダイオードの側壁に延びるチャネルを形成する工程と、
前記発光ダイオードの前記第１層側の表面にキャリアを接合する工程と、
を備え、
前記チャネルは、前記第１層側において前記キャリアに覆われた発光ダイオード装置の製造方法。
【請求項９】
前記キャリアは、前記発光ダイオードに電気的に接続されたサブマウントである請求項８記載の製造方法。
【請求項１０】
前記発光ダイオードの前記第１層に電気的に接続された第１配線を形成する工程と、
前記発光ダイオードの前記第２層に電気的に接続された第２配線を形成する工程と、
前記サブマウントに第３配線および第４配線を形成する工程と、
をさらに備え、
前記サブマウントと前記発光ダイオードの間において、前記第１配線は、前記第３配線に電気的に接続され、前記第２配線は、前記第４配線に電気的に接続される請求項９記載の製造方法。
【請求項１１】
前記基板を除去する工程と、
前記第２層側の表面を粗面化する工程と、
をさらに備える請求項８〜１０のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１２】
前記第１層側から前記発光層を貫通した複数のビアを形成する工程と、
前記発光ダイオード中を前記複数のビアのそれぞれから他のビアもしくは前記発光ダイオードの側壁に延び、前記発光ダイオードの第１層側において前記キャリアに覆われる前記複数のチャネルを形成する工程と、
をさらに備える請求項８〜１１のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１３】
前記キャリアは、前記発光ダイオードに真空中で接合される請求項８〜１２のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１４】
前記キャリアは、前記発光ダイオードに共晶接合される請求項８〜１３のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１５】
前記チャネルは、前記ビアの幅よりも狭い幅を有する請求項８〜１４のいずれか１つに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、発光ダイオード装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップＬＥＤは、従来の横型ＬＥＤチップと、類似した方法で形成される。窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、アルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）、インジウム砒素（ＩｎＡｓ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、アルミニウムリン（ＡｌＰ）、窒化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＮ）、およびインジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）などのIII-V族化合物（および合金）、および酸化亜鉛（ＺｎＯ）などのII-VI族化合物（および合金）は、ＬＥＤのＮ形およびＰ形半導体層を形成するために半導体成長用基板上にエピタキシャル成長される。エピタキシャル半導体層は、いくつかの成熟したプロセス、例えば、ＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）およびＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を用いて形成しても良い。
【０００３】
従来のフリップチップＬＥＤの場合、半導体成長用基板は、一般的に、放射光を放出可能な透明材料を含む。半導体成長用基板は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス（ＳｉＯ２）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、およびインジウムリン（ＩｎＰ）であっても良い。エピタキシャル半導体層を形成した後、既知のフォトリソグラフィ、エッチング、蒸着、および研磨の各工程を用いて、Ｎ形およびＰ形半導体層に電極が電気的に接続される。
【０００４】
次に、フリップチップＬＥＤをキャリアに接合する。キャリアは、サブマウントパッケージもしくはハンドリングウェーハ（a handling wafer）でもよい。ｎコンタクトおよびｐコンタクトを有するサブマウントパッケージは、フリップチップＬＥＤの電極に接合され、サブマウントパッケージにフリップチップＬＥＤが電気的および熱的に接続される。サブマウントパッケージの代わりに、ハンドリングウェーハもフリップチップＬＥＤに接合できる。フリップチップＬＥＤおよびキャリアは、共晶接合、金属間結合、接着、半田付けなどの既知の接合技術を用いて接合される。個々のデバイスは、接合前もしくは接合後のいずれかにおいてウェーハから個片化される。サブマウントパッケージがフリップチップＬＥＤに接合される場合、従来の横型ＬＥＤとは異なり、フリップチップＬＥＤは、既に、サブマウントパッケージに電気的および熱的に接続されている。したがって、ＬＥＤチップをパッケージに個々にマウントし、ワイヤー接合する必要がない。
【０００５】
フリップチップＬＥＤの光出力効率をさらに改善するために、半導体成長用基板を除去し、ＬＥＤの上面をエッチングにより粗面化する。半導体成長用基板の除去は、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）、機械的研磨、化学的エッチングなどの周知の方法のいずれか、もしくは、それらの組み合わせにより行われる。成長用基板を除去することにより、シリコン（Ｓｉ）などの不透明な成長用基板をＬＥＤの半導体層の成長に利用できる。ＬＥＤの上面を粗面化することにより、ＬＥＤの半導体層の内部における光の導波が妨げられ、より多くの発光光が上面を通過し、光出力を増加させる。この改善されたフリップチップ型ＬＥＤ構造は、一般に、薄膜フリップチップＬＥＤと呼ばれる。
【０００６】
図１（ａ）および図１（ｂ）は、改善されたフリップチップＬＥＤの他の例を示す。この例は、米国特許第７,６５２,３０４号（Steigerwald）に記載されたものである。図１（ａ）は、SteigerwaldによるサブマウントパッケージのないフリップチップＬＥＤ１００の平面図である。図１（ａ）では、複数のビア１１２は、フリップチップＬＥＤ１００の半導体層の上層中に形成される。各ビア１１２は、フリップチップＬＥＤ１００の半導体層の上層により完全に囲まれ、半導体層の下層まで延びる。
【０００７】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡＡ線に沿ったフリップチップＬＥＤ１００の断面図である。Steigerwaldにより開示されたフリップチップ型ＬＥＤ装置は、第１半導体層１０４に至る複数のビア１１２をＬＥＤの表面に形成し、各ビア１１２の底部に複数の第２電極１１６を堆積することにより、第１半導体層および第２半導体層を通って流れる電流の横方向の広がりを狭くする。これにより、デバイスの直列抵抗を減らし、ＬＥＤを駆動するために必要な電圧を減らし、光出力効率を改善する。しかしながら、複数のビア１１２は、第１電極１１０、第２半導体層１０８、および発光層１０６により完全に囲まれるため、キャリア１２２をフリップチップＬＥＤ１００に接合する時、空気およびボンディングフラックス（bonding flux）がビア１１２の内側に閉じこめられる可能性が高い。
【０００８】
ビア１１２の内側に閉じこめられた空気およびボンディングフラックスは、キャリア１１２と、フリップチップＬＥＤ１００と、の間のボンディング強度に悪影響をもたらし、各ビア１１２に局部的な機械的ストレスを与える。さらに、閉じこめられた空気およびボンディングフラックスは、キャリア１１２と、フリップチップＬＥＤ１００と、の間の熱的および電気的な接続を劣化させる。極端な場合は、キャリア１１２と、フリップチップＬＥＤ１００と、の間の弱くなった接合は、フリップチップＬＥＤ１００の剥離もしくはクラッキングをもたらす。つまり、Steigerwaldにより開示されたフリップチップ型ＬＥＤ装置では、信頼性および性能が全体として低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７６５２３０４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態において、フリップチップ型発光ダイオード（ＬＥＤ）装置は、異なる導電形の層の間に配置された発光層を有するＬＥＤを含む。一実施形態では、それらの層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を含む。別の実施形態では、それらの層は、ＩＩ−ＶＩ族化合物を含む。ビアは、ＬＥＤの中に形成され、発光層を貫通する。ビアからＬＥＤの側壁に延びるチャネルが、ＬＥＤの中に形成される。一実施形態では、チャネルの幅は、ビアの幅よりも狭い。
【００１１】
別の実施形態では、複数のビアがＬＥＤの中に形成され、発光層を貫通する。各ビアから他のビア、もしくは、ＬＥＤの側壁に延びる複数のチャネルがＬＥＤ中に形成される。一実施形態では、チャネルの幅は、これらのチャネルが延出するビアの幅よりも狭い。
【００１２】
第１配線は、第１導電形を有するＬＥＤの第１層に電気的に接続され、第２配線は、第２導電形を有するＬＥＤの第２層に電気的に接続される。キャリアは、ＬＥＤに接合される。一実施形態では、キャリアは、サブマウントである。別の実施形態では、キャリアは、ハンドリング基板（handling substrate）である。一実施形態では、サブマウントは、第３配線および第４配線を有し、第１配線および第２配線にそれぞれ接合される。この接合は、第１配線と、第３配線と、の間の電気的な接続を形成し、第２配線と、第４配線と、の間の電気的な接続を形成する。
【００１３】
一実施形態では、フリップチップ型ＬＥＤ装置は、基板を有する従来のフリップチップ構造である。別の実施形態では、フリップチップ型ＬＥＤ装置は、基板のない薄膜フリップチップ構造である。実施形態は、さらに、キャリアとは反対側のＬＥＤの表面を粗面化することを含んでもよい。
【００１４】
一実施形態では、フリップチップ型ＬＥＤ装置の製造方法は、基板を準備し、その基板上に異なる導電形の層の間に配置された発光層を備えるＬＥＤを形成することを含む。一実施形態では、これらの層はIII-V族化合物を含む。別の実施形態では、これらの層はII-VI族化合物を含む。
【００１５】
一実施形態では、製造方法は、さらに、発光層を貫通するビアをＬＥＤの中に形成することを含む。実施形態は、さらに、ビアからＬＥＤの側壁に延びるチャネルをＬＥＤ中に形成することを含む。別の実施形態では、製造方法は、さらに、ＬＥＤの中に複数のビアを形成することを含む。実施形態は、さらに、ＬＥＤの中に複数のチャネルを形成することを含む。各チャネルは、複数のビアのそれぞれから他のビアもしくはＬＥＤの側壁に延びる。
【００１６】
製造方法は、さらに、第１導電形を有するＬＥＤの第１層に電気的に接続された第１配線を形成し、第２導電形を有するＬＥＤの第２層に電気的に接続された第２配線を形成することを含む。製造方法は、さらに、キャリアをＬＥＤに接合することを含む。一実施形態では、キャリアは、サブマウントである。他の実施形態では、キャリアは、ハンドリング基板である。一実施形態では、サブマウントは、第３配線および第４配線を有し、第３配線を第１配線に接合すること、および、第４配線を第２配線に接合することにより取り付けられる。一実施形態では、接合ステップは、共晶接合工程である。他の実施形態では、接合ステップは、接着工程である。一実施形態では、ビアから空気およびボンディングフラックスを取り除く接合ステップの間、真空を利用する。
【００１７】
一実施形態では、製造方法は、さらに、基板を除去することを含む。実施形態は、さらに、キャリアとは反対側のＬＥＤの表面を粗面化することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は、ＬＥＤの表面に形成された複数のビアを備えるフリップチップＬＥＤの平面図を示す。（ｂ）は、ＬＥＤ表面に形成された複数のビアを備えるフリップチップ型ＬＥＤ装置の断面図を示す。
【図２】（ａ）は、一実施形態に係るフリップチップＬＥＤであって、ビアからＬＥＤの側壁に延びる開放チャネル（relief channel）を備えるフリップチップＬＥＤの平面図を示す。（ｂ）は、（ａ）のフリップチップＬＥＤの断面図を示す。
【図３】（ａ）は、別の実施形態に係るフリップチップＬＥＤであって、複数の開放チャネルを備えるフリップチップＬＥＤの平面図を示す。（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）のフリップチップＬＥＤの断面図を示す。
【図４】（ａ）〜（ｊ）は、別の実施形態に係るフリップチップ型ＬＥＤ装置の製造工程であって、複数の開放チャネルを備えるフリップチップ型ＬＥＤ装置の製造工程の断面図を示す。
【図５】（ａ）は、別の実施形態に係るフリップチップＬＥＤを含むウェーハであって、ＬＥＤの表面に形成された複数のビアを有する複数のフリップチップＬＥＤを含むウェーハの平面図を示す。（ｂ）は、（ａ）のウェーハをダイシングした後の一つのフリップチップ型ＬＥＤ装置の断面図を示す。
【図６】（ａ）〜（ｊ）は、別の実施形態に係るフリップチップ型ＬＥＤ装置の製造工程であって、複数の開放チャネルを備えるフリップチップ型ＬＥＤ装置の製造工程の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図２（ａ）は、一実施形態に係るフリップチップＬＥＤであって、ビアからＬＥＤの側壁に延びる開放チャネルを備えるフリップチップＬＥＤの平面図を示す。図２（ａ）に示されたフリップチップＬＥＤ２００の平面図は、キャリアなしで示されている。図２（ａ）では、ビア２１２は、フリップチップＬＥＤ２００の表面に形成される。ビア２１２は、第１半導体層まで延びる。開放チャネル２１３は、フリップチップＬＥＤ２００の表面に形成され、ビア２１２からフリップチップＬＥＤ２００の側壁２１５に延びる。開放チャネル２１３は、フリップチップＬＥＤ２００の第１半導体層まで下方に延びる。開放チャネル２１３の幅は、ビア２１２の幅よりも狭い。一実施形態では、開放チャネル２１３の幅は、ビア２１２の幅の６０％未満である。別の実施形態では、開放チャネル２１３の幅は、ビア３１２の幅の８０％未満である。
【００２０】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のフリップチップＬＥＤの断面図を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示されたＡＡ線に沿った断面図である。図２（ｂ）に示されたように、半導体成長用基板２０２は、フリップチップＬＥＤ２００のベースとなる。第１半導体層２０４および第２半導体層２０８は、半導体成長用基板２０２の上にエピタキシャル成長される。第１半導体層２０４と、第２半導体層２０８と、の接合は、フリップチップＬＥＤ２００の発光層２０６を形成する。すなわち、第１半導体層２０４と、第２半導体層２０８とは、発光層２０６を介して接合される。
【００２１】
第１電極２１０は、第２半導体層２０８の上に形成され、第２半導体層２０８に電気的に接続される。ビア２１２および開放チャネル２１３は、フリップチップＬＥＤ２００の表面から第１電極２０１、第２半導体層２０８および発光層２０６を通過して第１半導体層２０４に至るまで下方にエッチングされる。すなわち、ビア２１２および開放チャネル２１３は、フリップチップＬＥＤ２００の表面から第１電極２０１、第２半導体層２０８および発光層２０６をエッチングし、第１半導体層２０４に至る深さに設けられる。一実施形態では、ビア２１２および開放チャネル２１３は、第１半導体層２０４中にエッチングされる。パッシべーション層２１４は、フリップチップＬＥＤ２００の上に堆積され、第１電極２１０のみならず、フリップチップＬＥＤ２００のビア２１２および開放チャネル２１３により露出された部分を覆う。
【００２２】
ビア２１２の底部のパッシべーション層２１４の一部は、第１半導体層２０４を露出するためにエッチングされる。第２電極２１６は、第１半導体層２０４の露出された部分の上に形成され、第１半導体層２０４に電気的に接続される。パッシべーション層の他の部分は、第１電極２１０の一部を露出するためにエッチングされる。第１配線２１８は、第１電極２１０の露出された部分の上に形成される。第１配線２１８は、第１電極２１０に電気的に接続される。第２配線２２０は、第１配線２１８に接しないように、パッシべーション層２１４および第２電極２１６の上に堆積される。
【００２３】
キャリア２２２は、第３配線２２４および第４配線２２６を有し、共晶接合、接着、もしくは半田付けなどの既知の接合方法を用いてフリップチップＬＥＤ２００に接合される。これにより、フリップチップ型装置を完成させる。一実施形態では、キャリア２２２は、サブマウントパッケージである。フリップチップＬＥＤ２００は、キャリア２２２に電気的および熱的に接続される。接合工程において、他の方法では、空気およびボンディングフラックスはビア２１２に閉じこめられるが、この例では、開放された空洞として機能する開放チャネル２１３を通って放出される。これにより、フリップチップＬＥＤ２００と、キャリア２２２と、の間の良好な接合を得ることができる。一実施形態では、接合工程において真空を利用することにより、開放チャネル２１３を通してビア２１２から空気およびボンディングフラックスを強制的に引き抜く。これにより、フリップチップＬＥＤ２００と、キャリア２２２と、の間の接合をさらに改善する。
【００２４】
フリップチップＬＥＤ２００と、キャリア２２２と、の間の接合の質を改善することにより、フリップチップ型ＬＥＤ装置の熱的および電気的性能が全体として改善され、フリップチップ型装置の製造歩留および信頼性が全体として改善される。さらに、開放チャネル２１３は、製造工程におけるオーバーエッチングに起因して第１半導体層２０４中に延びることがある。そのような場合には、開放チャネル２１３の側壁は、フリップチップＬＥＤ２００からの放射光の一部を反射し、フリップチップ型ＬＥＤ装置の光出力を全体として増加させることができる。
【００２５】
図３（ａ）は、他の実施形態に係る複数の開放チャネルを備えるフリップチップＬＥＤの平面図を示す。図３（ａ）では、複数のビア３１２は、フリップチップＬＥＤ３００の表面に形成される。各ビア３１２は、フリップチップＬＥＤ３００の半導体層に部分的に囲まれている。複数のビア３１２のそれぞれは、第１半導体層まで延びる。複数の開放チャネル３１３は、フリップチップＬＥＤ３００の表面に形成され、各ビア３１２から他のビアもしくはフリップチップＬＥＤ３００の側壁３１５に延びる。開放チャネル３１３は、フリップチップＬＥＤ３００の第１半導体層まで下方に延びる。開放チャネル３１３の幅は、ビア３１２の幅よりも狭い。一実施形態では、開放チャネル３１３の幅は、ビア３１２の幅の６０％未満である。別の実施形態では、開放チャネル３１３の幅は、ビア３１２の幅の８０％未満である。
【００２６】
図３（ｂ）〜図３（ｄ）は、図３（ａ）のフリップチップＬＥＤの断面図を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示されたＡＡ線に沿った断面図である。図３（ｂ）に示された複数の開放チャネルを備えるフリップチップ型ＬＥＤ装置の基本構造は、図２（ｂ）に示された１つの開放チャネルを備えるＬＥＤ装置の基本構造と、実質的に同じである。第１半導体層３０４および第２半導体層３０８を、半導体成長用基板３０２の上にエピタキシャル成長させる。発光層３０６は、第１半導体層３０４と、第２半導体層３０８と、の間に挟まれる。
【００２７】
第１電極３１０は、第２半導体層３０８に電気的に接続され、続いて、フリップチップＬＥＤ３００は、複数のビア３１２および複数の開放チャネル３１３を形成するためにエッチングされる。ビア３１２は、第１半導体層３０４までエッチングされ、第１半導体層３０４の一部分を露出させる。開放チャネル３１３は、複数のビア３１２のそれぞれを、他のビアもしくは第２半導体層３０８の側壁３１５につなぐ。開放チャネル３１３は、第１半導体層３０４までエッチングされる。パッシべーション層３１４は、フリップチップＬＥＤ３００の上に堆積される。そして、パッシべーション層３１４のビア３１２の底部を覆う部分は、第１半導体層３０４を露出させるためにエッチングされる。
【００２８】
複数の第２電極３１６は、各ビア３１２の内部で第１半導体層３０４に電気的に接続される。第１配線３１８および第２配線３２０は、それぞれ、第１電極３１０および第２電極３１６に電気的な接続を形成する。キャリア３２２は、第３配線３２４および第４配線３２６を有し、フリップチップ型ＬＥＤ装置を形成するためのフリップチップＬＥＤ３００に接合される。第３配線３２４および第４配線３２６は、それぞれ第１配線３１８および第２配線３２０に電気的および熱的に接続される。一実施形態では、キャリア３２２は、サブマウントパッケージである。
【００２９】
接合工程において、空気およびボンディングフラックスは、ビア３１２から開放された空洞として機能する開放チャネル３１２を通ってフリップチップＬＥＤ３００の外側に放出される。一実施形態では、ビア３１２から空気およびボンディングフラックスを除去するために、接合工程において真空を利用する。前述したように、空気およびボンディングフラックスをビア３１２から除去することにより、フリップチップＬＥＤ３００と、キャリア３２２と、の間の接合の質が改善される。
【００３０】
図３（ｃ）は、図３（ａ）に示されたＢＢ線に沿った断面図である。図３（ｃ）に示されたように、複数のビア３１２は、キャリア３２２により完全に覆われる。ビア３１２から第２半導体層３０８の側壁３１５に延びる開放チャネル３１３がなければ、空気およびボンディングフラックスはビア３１２から放出されず、ビア３１２の内側に閉じ込められたままとなる。図３（ｄ）は、図３（ａ）に示されたＣＣ線に沿った断面図である。図３（ｄ）では、複数の開放チャネル３１３もキャリア３２２によって覆われる。開放チャネル３１３は、第２半導体層３０８の側壁３１５に延び、ビア３１２の内側に閉じ込められるはずの空気およびボンディングフラックスを放出する。
【００３１】
図２（ｂ）に示されたフリップチップ型ＬＥＤ装置と比べると、図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示されたフリップチップ型ＬＥＤ装置では、複数のビア３１２のそれぞれの底部の第２電極３１６のおかげで、第１半導体層および第２半導体層を流れる電流の横方向の広がりが改善される。前述したように、電流の横方向の広がりの改善は、フリップチップＬＥＤ３００を動作させるために必要な電圧を低減し、光出力効率を改善する。さらに、複数の開放チャネル３１３は、製造工程におけるオーバーエッチングにより第１半導体層３０４に達しても良い。このような場合、各開放チャネル３１３の側壁は、フリップチップ３００の放射光の一部を反射し、フリップチップ型ＬＥＤ装置の光出力を全体としてさらに増加させる。
【００３２】
図４（ａ）〜図４（ｊ）は、別の実施形態に係るフリップチップ型ＬＥＤ装置であって、複数の開放チャネルを有するフリップチップ型ＬＥＤ装置の製造過程を示す断面図である。図４（ａ）では、フリップチップＬＥＤ４００の製作は、半導体成長用基板４０２を準備することから始まる。一実施形態では、半導体成長用基板は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス（ＳｉＯ２）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、およびインジウムリン（ＩｎＰ）などの半導体材料を含む。
【００３３】
図４（ｂ）では、第１半導体層４０４を、半導体成長用基板４０２の上にエピタキシャル成長させる。図４（ｃ）では、第２半導体層４０８を、第１半導体層４０４の上に成長させる。発光層４０６は、第１半導体層４０４と、第２半導体層４０８と、の間の接合部に形成される。一実施形態では、第１半導体層２０４および第２半導体層２０８は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、およびインジウムリン（ＩｎＰ）などのIII-V族化合物を含む。別の実施形態では、第１半導体層２０４および第２半導体層２０８は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などのII-VI族化合物を含む。一実施形態では、第１半導体層２０４はＰ形であり、第２半導体層２０８はＮ形である。別の実施形態では、第１半導体層２０４はＮ形であり、第２半導体層２０８はＰ形である。
【００３４】
図４（ｄ）では、第１電極４１０は、第２半導体層４０８の上に堆積され、第２半導体層４０８に電気的に接続される。一実施形態では、第１電極４１０は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、もしくは金（Ａｇ）などの不透明且つ反射性の材料を含む。第１電極４１０に反射性材料を用いることにより、フリップチップ型ＬＥＤ装置の光出力効率を高めることができる。これは、サブマウントパッケージに向かって放射された光子が反射され、サブマウントパッケージにより吸収されることなく、デバイスから放出されるためである。
【００３５】
図４（ｅ）では、複数のビア４１２および複数の開放チャネル４１３は、フリップチップＬＥＤ４００の表面から、第１電極４１０、第２半導体層４０８、および発光層４０６をエッチングすることにより形成され、第１半導体層４０４を露出させる。一実施形態では、ビア４１２および開放チャネル４１３は、既知のパターニングおよび堆積の工程を用いて、第２半導体層４０８を選択的に成長させ、第１電極４１０を選択的に堆積することにより形成される。複数の開放チャネル４１３は、フリップチップＬＥＤ４００の発光層の損失を最小限にするためにビア４１２よりも狭い幅を有する。一実施形態では、開放チャネル４１３の幅は、ビア４１２の幅の８０％未満である。別の実施形態では、開放チャネル３１３の幅は、ビア４１２の幅の６０％未満である。
【００３６】
図４（ｆ）では、パッシべーション層４１４は、フリップチップＬＥＤ４００の表面上に堆積され、第１半導体層４０４、発光層４０６、第２半導体層４０８、および第１電極４１０の露出された部分を覆う。パッシべーション層４１４は、任意の絶縁材料を含む。一実施形態では、パッシべーション層４１４は、誘電材（ＳｉＯｘおよびＳｉＮｘ）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、もしくはポリマーなどの半導体の製造に用いられる材料を含む。
【００３７】
図４（Ｇ）では、第１配線４１８は、第１電極４１０に電気的に接続され、複数の第２電極４１６は、第１半導体層４０４に電気的に接続される。第１配線４１８は、第１電極４１０を覆うパッシべーション層４１４の一部をエッチング除去することにより形成される。次に、第１配線４１８を、第１電極４１０の露出された部分の上に堆積する。同様に、複数の第２電極４１６は、各ビア４１２の底部のパッシべーション層４１４の一部をエッチング除去し、第１半導体層４０４を露出することにより形成される。次に、第２電極４１６は、各ビア４１２の底部に堆積され、第１半導体層４０４に電気的に接続される。
【００３８】
図４（ｈ）では、第２配線４２０は、フリップチップＬＥＤ４００の表面上に堆積され、パッシべーション層４１４および各第２電極４１６を覆う。第２配線４２０は、第２電極４１６に電気的に接続される。第２配線４２０は、第１配線４１８の上に堆積されず、第１配線４１８に接続されない。第１配線４１８と、第２配線４２０と、の間のいかなる接触も、電気的短絡の原因となり、フリップチップＬＥＤ４００にダメージを与える。
【００３９】
図４（Ｉ）では、キャリア４２２は、第３配線４２４および第４配線４２６を有し、フリップチップＬＥＤ４００に接合される。一実施形態では、キャリアは、サブマウントパッケージである。接合工程は、第１配線４１８と、第３配線４２４と、の間に電気接続を形成し、第２配線４２０と、第４配線４２６と、の間に電気接続を形成する。これにより、フリップチップＬＥＤ４００を、キャリア４２２に電気的および熱的に接続する。一実施形態では、キャリア４２２は、共晶接合により、フリップチップＬＥＤ４００に接合される。別の実施形態では、キャリア４２２は、接着により、フリップチップＬＥＤ４００に接合される。一実施形態では、開放チャネル４１３を介してビア４１２から空気およびボンディングフラックスを強制的に抜くために、接合工程に真空を利用する。
【００４０】
図４（Ｉ）で示されたフリップチップ型ＬＥＤ装置は完全に機能し、最終的な用途のためにパッケージすることができる。図４（ｊ）では、半導体成長用基板４０２を除去し、薄膜フリップチップ型ＬＥＤ装置を形成するために、第１半導体層４０４の露出された表面を粗面化しても良い。前述したように、薄膜フリップチップＬＥＤは、従来のフリップチップＬＥＤより、高い光出力効率を有する。
【００４１】
図５（ａ）は、別の実施形態に係るフリップチップＬＥＤであって、ＬＥＤの表面に形成された複数のビアを有する複数のフリップチップＬＥＤを含むウェーハの平面図である。
【００４２】
図５（ａ）は、別の実施形態に係るフリップチップＬＥＤであって、ＬＥＤの表面に形成された複数のビアを有する複数のフリップチップＬＥＤを含むウェーハの平面図である。図５（ａ）では、複数のフリップチップＬＥＤ５００がウェーハ上に形成されている。各フリップチップＬＥＤ５００は、その表面に形成された複数のビア５１２および複数の開放チャネル５１３を有する。各開放チャネル５１３は、各ビア５１２から他のビアもしくはフリップチップＬＥＤ５００の側壁に延びる。開放チャネル５１３は、ビア５１２よりも狭い幅を有する。一実施形態では、開放チャネル５１３は、ビア５１２の幅の６０％未満の幅を有する。別の実施形態では、開放チャネル５１３は、ビア５１２の幅の８０％未満の幅を有する。各フリップチップＬＥＤ５００は、その端に沿ったダイシングライン５０２により分離される。一実施形態では、ダイシングライン５０２は、隣り合ったフリップチップＬＥＤ５００を分離する溝を含む。
【００４３】
図５（ｂ）は、図５（ａ）のウェーハをダイシングした後の１つのフリップチップ型ＬＥＤ装置の断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示されたＡＡ線に沿った断面図である。図５（ｂ）に示された複数の開放チャネルを有するフリップチップ型ＬＥＤ装置の基本構造は、図３（ｂ）に示された複数の開放チャネルを有するＬＥＤ装置の基本構造と、実質的に類似する。第１半導体層５０４および第２半導体層５０８は、半導体成長用基板上（図示しない）に、エピタキシャル成長される。発光層５０６は、第１半導体層５０４と、第２半導体層５０８と、の間に挟まれる。
【００４４】
フリップチップＬＥＤ５００は、複数のビア５１２および複数の開放チャネル５１３を形成するためにエッチングされる。ビアは、第１半導体層５０４までエッチングされ、第１半導体層５０４の一部を露出させる。開放チャネル５１３は、複数のビア５１２のそれぞれを他のビアもしくは第２半導体層５０８の側壁５１５につなぐ。開放チャネル５１３は、第１半導体層５０４までエッチングされる。パッシべーション層５１４は、フリップチップＬＥＤ５００の上に堆積され、複数のビア５１３のそれぞれの底部を覆うパッシべーション層５１４の一部は、第１半導体層５０４を露出させるためにエッチングされる。
【００４５】
複数の第１電極５１６は、各ビア５１２の内部で第１半導体層５０４に電気的に接続される。介在層５２０は、第１電極５１６に電気接続を形成する。一実施形態では、介在層は、ウェーハ接合の前にフリップチップＬＥＤ５００の表面上に堆積される金属接合層である。キャリア５２２は、フリップチップ型ＬＥＤ装置を形成するためにフリップチップＬＥＤ５００に接合される。キャリア５２２は、フリップチップＬＥＤ５００に電気的および熱的に接続される。一実施形態では、キャリア５２２は、ハンドリング基板である。
【００４６】
キャリア５２２をフリップチップＬＥＤ５００に接合した後、成長用基板を除去し、第１半導体層５０４を露出させる。一実施形態では、第１半導体層５０４の露出された面は、粗面化される。第１半導体層５０４および発光層５０６の一部は、第２半導体層５０８を露出するためにエッチングされる。第２電極５１８は、第２半導体層５０８に電気的に接続され、絶縁層５１０は、第２電極５１８と、第１半導体層５０４および発光層５０６と、の間に堆積される。第３電極５２４は、ボンディングされたフリップチップＬＥＤ５００とは反対側のキャリア５２２の表面に堆積される。第３電極５２４は、キャリア５２２に電気的に接続される。次に、図５（ｂ）に示されたフリップチップ型ＬＥＤ装置は、図５（ａ）に示されたダイシングライン５０２に沿って個片化され、最終的な用途のためにパッケージされる。
【００４７】
接合工程において、空気およびボンディングフラックスは、ビア５１２から開放チャネル５１２およびダイシングライン５０２を介して各フリップチップＬＥＤ５００の外に放出される。一実施形態では、ビア５１２からの空気およびボンディングフラックスの放出を補助するために、接合工程において真空を利用する。前述したように、ビア５１２から空気およびボンディングフラックスを除去することにより、各フリップチップＬＥＤ５００と、キャリア５２２と、の間に形成される接合の質が改善される。
【００４８】
図６（ａ）〜図６（ｊ）は、他の実施形態に係るフリップチップ型ＬＥＤ装置であって、複数の開放チャネルを有するフリップチップ型ＬＥＤ装置を製造するための製造過程の断面図である。図６（ａ）において、フリップチップＬＥＤ６００の製作は、半導体成長用基板６０１を準備することから始まる。一実施形態では、半導体基板は、シリコン（Ｓｉ）などの半導体材料を含む。図６（ｂ）では、第１半導体層６０４は、半導体成長用基板６０１の表面に成長される。図６（ｃ）では、第２半導体層６０８は、第１半導体層６０４の表面に成長される。発光層６０６は、第１半導体層６０４と、第２半導体層６０８と、の間の接合部に形成される。一実施形態では、第１半導体層６０４および第２半導体層６０８は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、およびインジウムリン（ＩｎＰ）などのIII-V族化合物を含む。別の実施形態では、第１半導体層６０４および第２半導体層６０８は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などのII-VI族化合物を含む。一実施形態では、第１半導体層６０４はＰ形であり、第２半導体層６０８はＮ形である。別の実施形態では、第１半導体層６０４はＮ形であり、第２半導体層６０８はＰ形である。
【００４９】
図６（ｄ）では、複数のビア６１２および複数の開放チャネル６１３は、フリップチップＬＥＤ４００の表面から第１半導体層６０４までエッチングすることにより形成され、第１半導体層６０４を露出させる。一実施形態では、ビア６１２および開放チャネル６１３は、既知のパターニングおよび堆積の工程を用いて、選択的に第２半導体層６０８を成長させることにより形成される。一実施形態では、開放チャネル６１３は、ビア６１２の幅の８０％未満の幅を有する。別の実施形態では、開放チャネル６１３は、ビア６１２の幅の６０％未満の幅を有する。
【００５０】
図６（ｅ）では、パッシべーション層６１４は、フリップチップＬＥＤ６００の表面に堆積され、第１半導体層６０４、発光層６０６および第２半導体層６０８の露出された部分を覆う。パッシべーション層６１４は、任意の絶縁材料を含む。一実施形態では、パッシべーション層６１４は、誘電材（ＳｉＯｘおよびＳｉＮｘ）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、もしくはポリマーなどの半導体の製造に用いられる材料を含む。図６（ｆ）では、複数の第１電極６１６は、各ビア６１２の底部のパッシべーション層６１４の一部をエッチング除去し、第１半導体層６０４を露出させることにより形成される。続いて、第１電極６１６は、各ビア６１２の底部に堆積され、第１半導体層６０４に電気的に接続される。
【００５１】
図６（ｇ）では、介在層６２０がフリップチップＬＥＤ６００の表面に堆積され、パッシべーション層６１４および各第１電極６１６を覆う。一実施形態では、介在層６２０は金属接合層である。図６（ｈ）では、キャリア６２２がフリップチップＬＥＤ６００に接合される。一実施形態では、キャリア６２２は、ハンドリング基板である。一実施形態では、キャリア６２２は、フリップチップＬＥＤ６００に共晶接合される。別の実施形態では、キャリア６２２は、金属間結合によりフリップチップＬＥＤ６００に接合される。さらに別の実施形態では、キャリア６２２は、フリップチップＬＥＤ６００に接着される。一実施形態では、開放チャネル６１３を介してビア６１２から空気およびボンディングフラックスを強制的に除去するために、接合工程において真空を利用する。一実施形態では、キャリア６２２は、フリップチップＬＥＤに電気的および熱的に接続される。
【００５２】
図６（ｉ）では、成長用基板６０１は除去され、第１半導体層６０４の表面を露出させている。一実施形態では、成長用基板６０１は、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）により除去される。別の実施形態では、成長用基板６０１は、機械的研磨により除去される。さらに別の実施形態では、成長用基板６０１は、化学的エッチングにより除去される。さらに別の実施形態では、成長用基板６０１は、既知の技術の組み合わせにより除去される。一実施形態では、第１半導体層６０４の露出された面は粗面化される。
【００５３】
図６（ｊ）では、第１半導体層６０４および発光層６０６の一部は、第２半導体層６０８の一部を露出するためにエッチングされる。第２電極６１８は、第２半導体層６０８に電気的に接続され、絶縁層６１０は、第２電極６１８と、第１半導体層６０４および発光層６０６と、の間に堆積される。第３電極６２４は、フリップチップＬＥＤ６００の反対側の表面において、キャリア６２２に電気的に接続されても良い。一実施形態では、第３電極６２４は、介在層６２０に電気的に接続される。
【００５４】
本発明のいくつかの態様に係る他の目的、利点および実施形態は、発明の属する分野の知識を有する者に明らかであり、明細書および添付された図面の範囲に含まれる。例えば、本発明に整合させながら、構造的もしくは機能的な要素を再配置し、もしくは、方法におけるステップの順序を変えることは、制限無く可能であろう。同様に、本発明に従う原理、およびそれらを具体化する方法およびシステムは、ここに詳細を具体的に記載していなくても、他の例に適用することが可能で有り、本発明の範囲に含まれる。
【図１】
2016004995.tif 000003
【図２】
2016004995.tif 000004
【図３】
2016004995.tif 000005
【図４】
2016004995.tif 000006
【図５】
2016004995.tif 000007
【図６】
2016004995.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月8日(2015.10.8)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
第１層と、
前記第１層とは導電形が異なる第２層と、
前記第１層と前記第２層の間に配置された発光層と、
前記第１層側から前記発光層を貫通し、前記第２層まで延びた少なくとも１つのビアと、を有する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの前記第１層側に接合され、前記ビアの第１層側上部を覆うキャリアと、
前記発光ダイオード中を前記ビアから前記発光ダイオードの側壁に延び、前記第１層側においては、前記キャリアに覆われ、前記発光ダイオード中に形成された前記ビアが前記側壁で開放されたチャネルと、
を備えた発光ダイオード装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
導電形の異なる第１層および第２層の間に配置された発光層を含む発光ダイオードを基板上に形成する工程と、
前記基板とは反対側の第１層から前記発光層を貫通し、前記第２層まで延びた少なくとも１つのビアを形成する工程と、
前記発光ダイオード中に前記ビアから他のビアもしくは前記発光ダイオードの側壁に延びる複数のチャネルを形成する工程と、
前記発光ダイオードの前記第１層側の表面に、前記ビアの第１層側上部を覆うキャリアを接合する工程と、
を備え、
前記複数のチャネルは、前記第１層側において前記キャリアに覆われ、
前記ビアは、前記チャネルを介して前記側壁で開放された発光ダイオード装置の製造方法。