JP2005516419A - 発光ダイオードのクラスタ実装 - Google Patents

Abstract

発光領域がその上に形成される半導体基板に刻み目を入れて複数の発光ダイオードのうちの個々の発光ダイオードの間に刻み目線を提供することにより、発光ダイオードを形成する方法が提供される。次いで、この半導体基板を刻み目線のうちの選択刻み目線に沿って割って、複数の発光ダイオードのユニット化サブセットを提供する。このユニット化サブセットは、少なくとも２個の発光ダイオードを含んでいる。複数の発光ダイオードのユニット化サブセットの発光ダイオードに対して電気的接続を提供する。この刻み目線はまた、発光ダイオードのうちの個々の発光ダイオードを画定することもある。

Description

本発明はマイクロエレクトロニクスデバイスに関し、より詳細には発光ダイオードに関する。

ＬＥＤ（light emitting diode;発光ダイオード）は、民生用途および商用用途において広く使用されている。当業者によく知られているように、発光ダイオードは、例えばマイクロエレクトロニクス基板上にダイオード領域を含んでいる。このマイクロエレクトロニクス基板は、一般に、ガリウムヒ素、ガリウムリン、これらのアロイ、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の継続的な開発によって、可視スペクトルおよびそれ以外をカバーし得る高効率で機械的に頑強な光源がもたらされてきている。ソリッドステート素子の潜在的に長いサービス寿命と相まって、これらの特質によって、様々な新しいディスプレイ応用が可能になり、しっかり確立された白熱電球および蛍光灯と競合する立場をＬＥＤが占め得るようになっている。

ＬＥＤの出力を増大させるために、様々な手法が利用されてきている。斯かる２つの手法は、ＬＥＤのサイズを増大させること、および複数の個別ＬＥＤを並列に接続することを含んでいる。ＬＥＤのサイズを増大させることにより、ＬＥＤの発光面積を増大させることによる出力の増大を実現することができる。しかし、サイズが増大すると、歩留まりは一般に低下する。さらに、ＬＥＤのサイズが増大すると、光の抽出がより困難になることがある。したがって、ＬＥＤのサイズを増加させることによって、ＬＥＤが発生する光量に対するＬＥＤのコストが増加する可能性がある。

米国特許出願第＿＿／＿＿＿＿＿＿号明細書（整理番号５３０８−１６２） 米国特許出願第０９／９８１，５２３号明細書

個々にテストし相互接続された複数の個別ＬＥＤを提供することにより、サイズを増大させたＬＥＤの歩留まり問題ならびにＬＥＤからの光抽出の問題を克服することができる。しかしながら、複数のＬＥＤを個々にテストすること、組み合わせること、および／または相互接続することによって、製品のコストが増大する可能性がある。

本発明の実施形態では、発光ダイオードがその上に形成された半導体基板に刻み目（score）を入れて複数の発光ダイオードの個々のダイオード間に刻み目線（score line）を提供することにより発光ダイオードを形成する方法を提供する。次いで、この半導体基板を刻み目線のうちの選択刻み目線に沿って分離して複数の発光ダイオードのユニット化されたサブセットを提供する。このユニット化サブセットは少なくとも２つの発光ダイオードを含んでいる。複数の発光ダイオードのユニット化サブセットの発光ダイオードに対して電気的接続を提供する。

本発明のさらなる実施形態では、刻み目線は、複数の発光ダイオードのうちの個々の発光ダイオードを画定する。

本発明の特定の実施形態では、半導体基板は、炭化ケイ素基板を含んでいる。あるいは、半導体基板は、サファイア基板でもよい。

本発明のさらに他の実施形態では、刻み目線のうちの半導体基板をそれに沿って割る選択刻み目線は、細片の発光ダイオードを提供する刻み目線である。さらに、刻み目線のうちの半導体基板をそれに沿って割る選択刻み目線は、少なくとも平行な２行の発光ダイオードを有する長方形の発光ダイオードを提供する刻み目線であってもよい。同様に、刻み目線のうちの半導体基板をそれに沿って割る選択刻み目線は、正方形の発光ダイオードを提供する刻み目線であってもよい。

さらに、発光ダイオードの接点にハンダ付けによって電気的接続を提供することができる。発光ダイオードは、ユニット化サブセット中の各発光ダイオードにとって共通の接点と、ユニット化サブセット中の各発光ダイオードに対応する個別の接点を有することができる。斯かる実施形態では、共通の接点に対する共通の接続を提供し、これら個々の接点の直列並列接続を提供することによって電気的接続を提供することができる。共通接点への接続は、ハンダ付けを行うことによって共通接続を提供することができる。各個別接点を導電性バスストリップ（conducting bus strip）に接続することによって並列接続を提供することができる。個別接点のうちの第１の接点を導電性バスに接続し、個別接点の残りの接点を個別接点のうちの第１の接点にデイジーチェーン接続することによって、斯かる並列接続を提供することもできる。

本発明の追加の実施形態では、刻み目線のうちの半導体基板をそれに沿って割る選択刻み目線は、選択波長プロファイルを提供した、発光ダイオードのユニット化サブセットを提供するように選択される刻み目線である。この選択波長プロファイルは、選択された範囲の波長にすることができる。

本発明の他の実施形態では、刻み目線のうちの半導体基板をそれに沿って割る選択刻み目線は、選択された光出力レベルを提供した、発光ダイオードのユニット化サブセットを提供するように選択される刻み目線である。

本発明の追加の実施形態では、刻み目線は、各発光ダイオードに対してＡＴＯＮ形を提供する。

本発明のさらに他の実施形態では、複数の発光ダイオードのユニット化サブセットの発光ダイオードに対する電気的接続は、既定の特性を有する１組の発光ダイオードを提供するようにこれらの複数の発光ダイオードのユニット化サブセットの発光ダイオードを選択的に接続するように提供される。既定の特性は、光出力特性または順バイアス電圧などの電気的特性あるいはその両方であってもよい。

次に、本発明の様々な実施形態を示す図１ないし図４を参照して本発明を説明する。図に示すように、層または領域のサイズは、説明のために誇張してあり、したがって本発明の全般的な構造を示すように提供されている。さらに、本発明の様々な態様を基板または他の層上に形成される層に関して説明している。当業者なら理解されるように、他の層または基板上に形成される層への言及では、追加の層が介在できることが考慮されている。介在する層なしに他の層または基板上に形成される層への言及については、本明細書中では、その層または基板上に「直接に」形成されると説明している。全体を通して、同じ番号は同様な要素を示している。

図１ないし図４は、本発明の様々な実施形態と、本発明の実施形態による発光素子を製造する様々な方法を示す。図１から分かるように、炭化ケイ素またはサファイアウェハなどのウェハ１０上には、発光ダイオードなどの複数の発光素子１２が形成されている。各発光素子１２の周囲は複数の刻み目線１４によって画定される。例えば、ウェハ１０に鋸引きおよび／またはエッチングによって刻み目線１４を提供してウェハ１０内に溝を提供し、この溝に沿ってウェハ１０を分離することができる。例えば、炭化ケイ素基板では、デバイス構造の約２０μｍから約２５μｍが残るような深さまで基板中に刻み目線が延びるようにすることができる。発光素子１２は、ウェハ１０上に形成される共通の発光領域を有することができ、あるいは、ウェハ１０上および／またはウェハ１０中、および／またはウェハ１０上に形成された層中に形成された、メサ、ガードリング、注入領域などによって分離された個々のデバイスなどの個別デバイスとすることもできる。

あるいは、例えばデバイス構造の約３０μｍから４０μｍが残るようにする刻み目線を光抽出に利用し、デバイス構造の約２０μｍから約２５μｍが残るようにする刻み目線をそこでウェハを割るために利用することもできる。このようなことは、例えば比較的隣接したデバイスを選択し、どこにデバイスアレイ境界が位置するかを判定することによって実現することができる。次いで、斯かる判定を使用して刻み目線を形成するのこぎりで刻む高さを変化させることができる。それに沿って割る刻み目線と、デバイスを差別化するために光出力に対して提供される刻み目線の場合について厚みを変えることによって、不適切な刻み目線に沿ってウェハを不注意に割ってしまう可能性を低下することができる。

本発明の実施形態によれば、選択刻み目線１４に沿ってウェハ１０を選択的に分離して発光素子１２のユニット化サブセットを提供している。したがって、例えば刻み目線Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｅ−Ｅ’、およびＦ−Ｆ’に沿ってウェハ１０を割って、８個の発光素子の線形アレイを提供する発光素子１２のユニット化サブセット１６を提供することができる。同様にして、刻み目線Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’、Ｅ−Ｅ’、およびＦ−Ｆ’に沿ってウェハ１０を割って、２×８の発光素子の長方形アレイを提供する発光素子１２のユニット化サブセット１８を提供することができる。さらに図１に示すように、刻み目線Ｃ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ’、Ｅ−Ｅ’、およびＦ−Ｆ’に沿ってウェハ１０を割って、８×８の発光素子の正方形アレイを提供する発光素子１２のユニット化サブセット２０を提供できる。

図１の発光素子１２は、ほぼ正方形の形状として示されているが、刻み目線１４の再編成および／または追加を行うことによって発光素子の他の形状も提供することができる。例えば、ウェハ１０にさらに刻み目を入れて発光素子１２をさらに分けることにより、三角形の発光ダイオードを提供することもできる。同様にして、刻み目線１４の再編成および／または追加を行うことによって異なった形状の発光ダイオードの組合せを提供することもできる。したがって、例えば単一ウェハ内に長方形および三角形のデバイスを提供することもできる。同様に、単一ウェハ内に異なった多角形のデバイスを提供することもできる。代わりに、どのような結果形状でも選択刻み目線に沿って分離することによって提供できるようにして、円弧や曲線などの異なる形状を刻み目線によって提供することもできる。しかし、分離の特定の方法によっては、ある種の形状の実用性が制限されることもある。この場合、デバイスのユニット化サブセット中のデバイスの特定のタイプおよび／またはタイプの組合せを、ウェハ１０をそれに沿って割る刻み目線を選択することによって決定することができる。

発光ダイオードを定義する、ウェハ１０の刻み目線に沿ってウェハ１０を選択的に割ること、あるいは割らないことについては、多数の異なるタイプの発光素子で利用することができる。本発明の実施形態は、その開示が本明細書中に完全に記述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２００２年１月２５日に出願した「LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR」という名称の特許文献１に記載の発光ダイオードで使用するのに特に好適とすることができる。

図２に、本発明の実施形態による、発光ダイオードのユニット化サブセットの相互接続を示す。発光ダイオード４０のユニット化サブセットは、その上に形成された発光領域５２を有する基板５０を含んでいる。発光ダイオード４０のユニット化サブセットの発光ダイオード４２、４４、４６、および４８は、これらの刻み目線によって提供することができる、図２に示すＡＴＯＮ形を有することもあり、あるいは他の形状または形状の組合せを有することもある。支持基板６０上の導電性材料５４は、接点領域および／または発光ダイオード４０のユニット化サブセット領域に対する電気的接点を提供する。導電性材料５４は、ハンダ、共晶接合、および／または導電性エポキシとすることができる。支持基板６０は、金属ランドおよび／または金属バスなどの導電性領域５８をその上に有し、それには発光ダイオード４０のユニット化サブセットの第２の接点および／または複数の接点が導線５６によって電気的に接続される。

導線５６は、発光ダイオード４０のユニット化サブセットに、ハンダによって接続することができる。しかし、共晶接合および／または導電性エポキシなどの他の導電性接続を提供することもできる。さらに、発光ダイオード４０のユニット化サブセット中の発光ダイオード４２、４４、４６、および４８を、（例えば図３に示すように）導電性領域８４に個別に接続することもでき、また導線５６によって一緒にデイジーチェーン接続し、次いで（図２に示すように）導電性領域に５８に接続することもできる。デイジーチェーン接点と導電性領域５８、８４への個別接続の組合せも提供することができる。

図２に示す本発明の実施形態は、光が基板５０を介して抽出され、デバイスの反対側に接点を有する発光ダイオードに関する「フリップチップ」構成に関して説明しているが、本開示を考慮して当業者には理解されるように、本発明の教示をやはり利用しながら他の構成を利用しても構わない。例えば、デバイスの同じ側に両方の接点をもつデバイスも利用することができる。さらに、「フリップチップ」構成でないデバイスを利用することもできる。さらに、図２は、支持基板６０上にマウントされた発光ダイオードのユニット化サブセットを示しているが、斯かる支持基板を省略することもできる。

図３を参照すると、２×４の発光ダイオード８２のユニット化サブセットの相互接続の平面図が示されている。図３から分かるように、発光ダイオード８２のユニット化サブセットは、支持基板８０上に取り付けられている。発光ダイオード８２のユニット化サブセットの発光ダイオードの接点を支持基板８０の導電性領域８４に接続して、この発光ダイオードへの電気的接続が提供される。この発光ダイオードの第２の接点は、発光ダイオードの反対側に作成することができ、例えば、ハンダ付け方法によって支持基板８０に直接に作成することができる。

発光ダイオードの接点は図３の発光ダイオードの反対側の面に示されているが、発光ダイオードの共通面上に両方の接点を提供することもできる。斯かるケースでは、支持基板８０からの直接電気接続を、例えば選択的なハンダ付け接続、共晶接合、および／または導電性エポキシによって提供することができる。代わりに、接点が支持基板８０の反対側の発光ダイオードの面上に有る場合には、導電線を両方の接点に接続することができる。

図４は、本発明の実施形態による作業を示すものである。図４に見られるように、発光領域および／または複数の発光領域を有するウェハが製造される（ブロック１００）。次いで、このウェハに刻み目を入れて、ディスクリートの発光ダイオードを画定する（ブロック１１０）。この刻み目を入れる工程では、発光ダイオードの周囲に所望の任意の形状を生成することができ、例えばウェハに鋸引きおよび／またはエッチングを行って刻み目線を提供することによって実行することができる。この刻み目線に沿ってウェハを割ることができるようにするために、このウェハの刻み目を十分に深くする。次いで、このウェハを、刻み目線のうちの選択刻み目線に沿って割ってその中に２個以上のダイオードを有する発光ダイオードのユニット化サブセットを提供する（ブロック１２０）。

選択刻み目線は、１つまたは複数の判断基準に基づいて選択することができる。例えば、発光ダイオードのユニット化サブセット中に所望のダイオード数を提供するように刻み目線を選択することができる。また、所望の光学的特性および／または電気的特性を有するダイオードのユニット化サブセットを提供するように刻み目線を選択することもできる。例えば、所望の光出力レベル、波長、および／または複数の波長をもつダイオードを提供するように刻み目線を選択することもできる。また、波長の範囲など所望の波長プロファイルを提供するように刻み目線を選択することもできる。同様に、順バイアス電圧Ｖ_ｆなど所望の電気的特性をもつ発光ダイオードのユニット化サブセットを提供するように刻み目線を選択することもできる。斯かる選択は、ウェハ上の発光ダイオードの実際の測定に基づいて行うこともでき、また発光ダイオードの予測特性に基づいて行うこともできる。同様に、ウェハ内の発光ダイオードは、出力波長など異なる特性をもつように設計することもできる。斯かるケースでは、異なる特性を有する発光ダイオードの所望の組合せを提供するように刻み目線を選択することもできる。

ウェハを割って発光ダイオードのユニット化サブセットを提供した後、発光ダイオードのユニット化サブセットの発光ダイオードに接続を行う（ブロック１３０）。斯かる接続は、ハンダ付け技術を使用して行うことが好ましいが、ただし、共晶接合および／または導電性エポキシを使用することもできる。さらに、発光ダイオードは、基板と反対側の面に接続を有し、「フリップチップ」構成を利用して基板を介して光を抽出することが好ましい。斯かる実施形態では、炭化ケイ素基板が好ましい。

主に本明細書中では、本発明の実施形態を、割ることによって発光ダイオードのユニット化サブセットに分離すると説明してきたが、本開示を考慮すれば当業者に理解されるように、発光ダイオードのサブセットを分離する他の方法を利用することもできる。例えば、鋸引き、レーザ切断、ウォータジェットミリング、または個々のダイへ切り離すために従来技術で利用される斯かる他の技法によって、サブセットに分離することもできる。

同様に、電気的接続がそれに対して提供される発光ダイオードのユニット化サブセット中の各発光ダイオードに関して本発明の実施形態を主に説明してきたが、本発明は、斯かる実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。本発明の他の実施形態では、発光ダイオードのすべてまたはすべてよりも少ないユニット化サブセットの発光ダイオードのうちの選択された発光ダイオードに接続を提供することができる。前述したように、波長または波長の範囲、電圧特性、および／または出力レベルなど特定の特性を提供するように接続を提供する発光ダイオードを選択することができる。斯かる選択された発光ダイオードには、前述したように接続を提供することができる。例えば、その開示が本明細書中に完全に記述されているかのように本明細書中に参照によって組み込まれている２００１年１０月１７日に出願の「LARGE AREA SILICON CARBIDE DEVICES AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR」という名称の本出願人に譲渡された特許文献２に記載されているように、斯かる選択的な接続を提供することができる。

図面および明細書には本発明の典型的な好ましい実施形態が開示されており、特定の用語が使用されているが、これらの用語は、一般的な説明的な意味だけで使用されるにすぎず、限定目的で使用されていない。本発明の範囲は特許請求の範囲に記述されている。

本発明の実施形態による、割る前の刻み目が入れられた半導体基板の平面図である。 本発明の実施形態による、複数の発光ダイオードのユニット化サブセットの側面図である。 本発明の実施形態による、相互接続された発光ダイオードの平面図である。 本発明の実施形態による作業を示すフローチャートである。

Claims (20)

1. 発光領域が形成された半導体基板に刻み目を入れて複数の発光ダイオードのうちの個々の発光ダイオード間に刻み目線を提供するステップと、
   前記刻み目線のうちの選択刻み目線に沿って前記半導体基板を分離して前記複数の発光ダイオードの、少なくとも２個の発光ダイオードを含むユニット化サブセットを提供するステップと、
   前記複数の発光ダイオードの前記ユニット化サブセットの発光ダイオードに電気的接続を提供するステップと
   を含むことを特徴とする発光ダイオードを形成する方法。
2. 前記半導体基板は炭化ケイ素基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記半導体基板はサファイア基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記刻み目線のうちの前記半導体基板をそれに沿って分離する前記選択刻み目線は、細片の発光ダイオードを前記ユニット化サブセットとして提供するように選択される刻み目線を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記刻み目線のうちの前記半導体基板をそれに沿って分離する前記選択刻み目線は、少なくとも２行の平行な行の発光ダイオードを有する長方形の発光ダイオードを前記ユニット化サブセットとして提供するように選択される刻み目線を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記刻み目線のうちの前記半導体基板をそれに沿って分離する前記選択刻み目線は、正方形の発光ダイオードを前記ユニット化サブセットとして提供するように選択される刻み目線を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記電気的接続を提供するステップは、前記発光ダイオードの接点にハンダ付けを行うことを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 発光ダイオードの前記ユニット化サブセットの前記複数の発光ダイオードは、前記ユニット化サブセット中の前記発光ダイオードのそれぞれに対する共通接点と、前記ユニット化サブセット中の前記発光ダイオードのそれぞれに対応する個別接点とを有しており、前記電気的接続を提供するステップは、
   前記共通接点用の共通接続を提供するステップと、
   前記個別接点の並列接続を提供するステップと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記共通接続を提供するステップは、前記共通接点にハンダ付けによる接続を行うことを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 並列接続を提供する前記ステップは、前記個別接点のうちの接点を導電性バスストリップに接続することを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 前記並列接続を提供するステップは、
    前記個別接点のうちの第１の接点を導電性バスに接続するステップと
    前記個別接点のうちの残りの接点を前記個別接点のうちの前記第１の接点にデイジーチェーン接続するステップと
    を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
12. 前記刻み目線のうちの前記半導体基板をそれに沿って分離する前記選択刻み目線は、選択された波長プロファイルを提供した、発光ダイオードのユニット化サブセットを提供するように選択される刻み目線を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記選択された波長プロファイルは、選択された範囲の波長を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記刻み目線のうちの前記半導体基板をそれに沿って分離する前記選択刻み目線は、選択された光出力レベルを提供した、発光ダイオードのユニット化サブセットを提供するように選択される刻み目線を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 前記刻み目線は、前記発光ダイオードのうちの発光ダイオードにＡＴＯＮ形を提供することを特徴とする請求項１に記載の方法。
16. 前記電気的接続を提供するステップは、前記複数の発光ダイオードの前記ユニット化サブセットの前記発光ダイオードを選択的に接続して既定の特性を有する１組の発光ダイオードを提供することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
17. 前記既定の特性は光出力特性を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記既定の特性は電気的特性を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. 前記電気的特性は順バイアス電圧を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記刻み目線は、前記複数の発光ダイオードのうちの個々の発光ダイオードを画定することを特徴とする請求項１に記載の方法。

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