JP2008505508A - 発光デバイスをパッケージするためのチップスケール方法およびチップスケールにパッケージされた発光デバイス - Google Patents

発光デバイスをパッケージするためのチップスケール方法およびチップスケールにパッケージされた発光デバイス Download PDF

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Abstract

パッケージされた発光デバイスは、上面および底面を有するキャリア基板（２０）と、基板（２０）の上面から基板の底面まで延びている第１および第２の導電性ビア（２２Ａ、Ｂ）と、第１の導電性ビア（２２Ａ）と電気的に接触した、基板の上面上のボンディングパッド（２４）とを備えている。第１および第２の電極を有するダイオード（１６）が、ボンディングパッド上に取り付けられており、第１の電極（２６）は、ボンディングパッド（２４）と電気的に接触している。パッシベーション層（３２）がダイオード（１６）上に形成され、ダイオード（１６）の第２の電極が露出させられている。導電性トレース（３３）が、第２の導電性ビア（２２Ｂ）と第２の電極と電気的に接触してキャリア基板の上面上に形成されている。導電性トレースは、パッシベーション層上にあり、パッシベーション層にわたって延びて、第２の電極に接触している。発光デバイスをパッケージする方法は、成長基板および成長基板上のエピタキシャル構造を備えるエピウエハを設けることと、キャリア基板をエピウエハのエピタキシャル構造にボンディングすることと、キャリア基板を貫通して複数の導電性ビアを形成することと、エピタキシャル構造内に複数の分離されたダイオードを画定することと、複数の分離されたダイオードのうちの各ダイオードに少なくとも１つの導電性ビアを電気的に接続することとを含む

Description

本発明は、半導体デバイスに関し、より詳細には、パッケージされた発光デバイスおよび発光デバイスのパッケージングの方法に関する。
本出願は、「Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｐａｃｋａｇｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称の２００４年６月３０日に出願された米国仮出願第６０／５８４，１８７号に対する優先権およびその利益を主張し、その開示が本明細書に完全に記載されているかのように、参照によりその全体を本明細書に組み込む。
発光ダイオードおよびレーザダイオードは、十分な電圧を印加すると光を発生することができるよく知られた固体電子デバイスである。発光ダイオードおよびレーザダイオードは、一般に発光デバイス（ＬＥＤ）と称されることもある。発光デバイスは、一般に、サファイア、シリコン、炭化ケイ素、ガリウムヒ素などの基板上に成長させられたエピタキシャル層中に形成されたｐ−ｎ接合を備える。ＬＥＤによって発生される光の波長分布は、ｐ−ｎ接合が作製される材料と、デバイスの活性領域を含む薄いエピタキシャル層の構造とに依存する。
一般的に、ＬＥＤは、基板と、基板上に形成されたｎ型エピタキシャル領域と、ｎ型エピタキシャル領域上に形成されたｐ型エピタキシャル領域（または、その逆）とを備える。デバイスに対する電圧の印加を促すために、アノードオーミックコンタクトが、デバイスのｐ型領域（一般的に、露出されたｐ型エピタキシャル層）上に形成され、カソードオーミックコンタクトが、デバイスの（基板や露出されたｎ型エピタキシャル層などの）ｎ型領域上に形成される。
回路中でＬＥＤを使用するためには、ＬＥＤをパッケージして、環境害や機械的損傷からＬＥＤを保護することが望ましい。ＬＥＤパッケージは、導線などの、ＬＥＤチップを外部回路に電気的に接続するための手段も備える。図１Ａに示した典型的なパッケージ７０において、ＬＥＤ７２は、はんだボンドまたはエポキシを用いて反射カップ７３上に取り付けられる。１つまたは複数のワイヤボンドが、ＬＥＤのオーミックコンタクトをリード線７５Ａ、７５Ｂに接続し、リード線７５Ａ、７５Ｂは、反射カップ７３に取り付けられるか、または反射カップ７３と一体化されることができる。次いで、アセンブリ全体が、透明な保護樹脂７４内にカプセル化され、透明な保護樹脂７４は、レンズの形状に成形してＬＥＤチップ７２から放出される光を平行にすることができる。
図１Ｂに示した別の従来のパッケージ８０においては、複数のＬＥＤチップ８２がプリント基板（ＰＣＢ）キャリア８３上に取り付けられる。１つまたは複数のワイヤボンド接続が、ＬＥＤ８２上のオーミックコンタクトとＰＣＢ８３上の電気的トレース（ｔｒａｃｅ）８５Ａ、８５Ｂとの間で行われる。次いで、取り付けられた各ＬＥＤ８２が、少量の透明な樹脂８４で覆われ、透明な樹脂８４は、レンズとしての役割も果たしながらチップに対する環境的な保護と機械的な保護を与えることができる。次いで、個々のパッケージされたＬＥＤ８２が、ＰＣＢボード８３を、それぞれが１つまたは複数のＬＥＤチップ８２を包含する小さな正方形にソーイングすることにより分離される。
米国特許第６，７４０，９０６号明細書 米国特許第６，２０１，２６２号明細書 米国特許第６，１８７，６０６号明細書 米国特許第６，１２０，６００号明細書 米国特許第５，９１２，４７７号明細書 米国特許第５，７３９，５５４号明細書 米国特許第５，６３１，１９０号明細書 米国特許第５，６０４，１３５号明細書 米国特許第５，５２３，５８９号明細書 米国特許第５，４１６，３４２号明細書 米国特許第５，３９３，９９３号明細書 米国特許第５，３３８，９４４号明細書 米国特許第５，２１０，０５１号明細書 米国特許第５，０２７，１６８号明細書 米国特許第４，９６６，８６２号明細書 米国特許第４，９１８，４９７号明細書 米国特許出願公開第２００３／０００６４１８号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１２３１６４号明細書 米国特許出願第１０／９８７，１３５号明細書 米国特許出願第１０／８１１，３５０号明細書 米国特許第６，５５９，０７５号明細書 米国特許第６，０７１，７９５号明細書 米国特許第６，８００，５００号明細書 米国特許第６，４２０，１９９号明細書 米国特許出願公開第２００２／００６８２０１号明細書 米国特許第５，９９８，９２５号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１０５２６６号明細書 米国特許出願公開第２００４／００５１１１１号明細書 米国特許出願公開第２００３／００４５０１５号明細書 米国特許出願公開第２００３／００４２５０７号明細書 米国特許第６，７４７，２９８号明細書 ＰＣＴ特許出願公開第ＷＯ０４／０１０５０９号明細書 米国特許出願第１０／９８７，８９４号明細書
ＬＥＤチップをパッケージするこれらの方法の１つの欠点は、チップがキャリア上に１つずつ取り付けられることでありうる。すなわち、各ＬＥＤは、ＰＣＢまたは反射カップ上に個別に取り付けられる。加えて、ワイヤボンド接続は、一般的に各ＬＥＤチップに対して行われる。これらの操作は、コストが高く時間がかかってしまう可能性があり、相当の量の手作業および／または専用装置を必要とする可能性がある。ワイヤボンド接続に伴う問題は、この分野におけるデバイスの故障の原因である可能性もある。さらに、ＬＥＤチップを取り付けることに関連する位置合わせおよび配置の問題が、得られるパッケージされた諸チップの光学特性に望ましくない変動をもたらす可能性がある。
発光デバイスのユーザにとっての１つの性能指数（ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ ｍｅｒｉｔ）は、ルーメン当たりのコスト、すなわち所与の光出力レベルを得ることのコストである。従来のパッケージング技法の高いコストは、固体による照明のルーメン当たりのコストを比較的高くし続けている１つの要因である可能性がある。加えて、従来のパッケージング技法は、携帯電話のバックライトなどある種の小型化された用途には適していない大型のかさばるパッケージをもたらす可能性がある。従来のパッケージング技法は、また、熱抵抗特性が良くなく、ＬＥＤチップを駆動することができる電力レベルを制限し、ＬＥＤの配置に関してシステム設計者に制約を課す。
本発明のいくつかの実施形態によれば、パッケージされた発光デバイスは、上面および底面を有するキャリア基板と、前記基板の上面から前記基板の底面まで延びている第１および第２の導電性ビアと、第１の導電性ビアと電気的に接触した前記基板の上面上のボンディングパッドとを備える。第１および第２の電極を有するダイオードが、第１の電極が前記ボンディングパッドと電気的に接触して前記ボンディングパッド上に取り付けられる。パッシベーション層が、前記ダイオード上に形成され、ダイオードの第２の電極が露出させられる。導電性トレースが、第２の導電性ビアと第２の電極と電気的に接触して前記キャリア基板の上面上に形成される。前記導電性トレースは、前記パッシベーション層上にあり、パッシベーション層にわたって延びて、第２の電極に接触する。
いくつかの実施形態においては、導電性トレースが形成された後にパッシベーション層を部分的または完全に除去することができ、第２の電極と第２の導電性ビアとの間にいわゆるエアブリッジ（ａｉｒ ｂｒｉｄｇｅ）接続を残すことができる。
いくつかの実施形態においては、パッシベーション層は、キャリア基板の一部を覆う。さらなる実施形態においては、パッシベーション層は、さらにボンディングパッドの一部も覆う。
いくつかの実施形態においては、反射層が、前記ダイオードの周囲を取り囲んでキャリア基板上に形成されて、ダイオードによって放出される光を所望の方向に反射する。パッシベーション層および導電性トレースの一部を覆うことができる反射層は、封入材料を用いて充てんすることができる、ダイオード上のキャビティを画定することができる。前記封入材料は、波長変換用蛍光体などの波長変換材料を含んでいてもよい。いくつかの実施形態においては、封入材料は、例えばナノ粒子とエポキシ樹脂またはシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）の複合物を使用して高い屈折率を有するように設計することができる。いくつかの実施形態においては、封入材料の屈折率は、約１．６以上とすることができる。いくつかの実施形態においては、ダイオードの表面上に波長変換材料をコーティングすることができる。
いくつかの実施形態においては、パッケージされた発光デバイスは、環境の保護および機械的な保護のためのダイオード上のハーメチックシール（ｈｅｒｍｅｔｉｃ ｓｅａｌ）を形成する、反射層上の密封層をさらに備えてもよい。
いくつかの実施形態において、ダイオードは、成長基板と、前記成長基板上のエピタキシャル構造を備える。いくつかの実施形態においては、成長基板は、約１５０μｍ未満の厚さを有する。さらなる実施形態においては、ダイオードは、成長基板が除去されたエピタキシャル構造を備える。
本発明によるいくつかの方法の実施形態は、成長基板および前記成長基板上のエピタキシャル構造を備えるエピウエハを設けるステップと、キャリア基板を前記エピウエハのエピタキシャル構造にボンディング（ｂｏｎｄ）するステップと、前記キャリア基板を貫通して複数の導電性ビアを形成するステップと、前記エピタキシャル構造内に複数の分離されたダイオードを画定するステップと、前記複数の分離されたダイオードのうちの各ダイオードに少なくとも１つの導電性ビアを電気的に接続するステップとを含む。本発明の実施形態による方法は、封入剤を用いて前記分離されたダイオードのうちの少なくとも１つをカプセル化するステップと、前記カプセル化されたダイオードを個別のパッケージされたデバイスに分離するステップとをさらに含んでいてもよい。
いくつかの実施形態においては、キャリア基板をエピタキシャル構造にボンディングするステップに、成長基板をエピタキシャル構造から除去するステップが続く。
いくつかの実施形態においては、本発明による方法は、成長基板を約１５０μｍ未満の厚さまで薄くするステップを含む。
いくつかの実施形態においては、キャリア基板を貫通して複数の導電性ビアを形成するステップは、分離されたダイオードごとに前記キャリア基板を貫通する少なくとも１対のビアを形成するステップを含む。いくつかの実施形態においては、キャリア基板それ自体を導電性材料から形成することができ、それによって分離されたダイオードのそれぞれに対する前記１対の導電性ビアのうちの一方としての役割を果たすことができる。残りの導電性ビアは、キャリア基板から電気的に分離することができる。いくつかの実施形態においては、追加の回路および／または回路素子をキャリアウエハに追加して、発光ダイオード動作を助けることができる。このような回路および／または素子には、静電気放電保護のためのツェナーダイオード、ダイオード動作中に電圧または電流を調整する電子ドライバ回路、および／またはある種の用途においてＬＥＤをアドレス指定する助けをするデジタル回路を含むことができる。
さらなる実施形態においては、封入剤を用いて前記複数のダイオードのうちの少なくとも１つをカプセル化するステップは、蛍光体などの波長変換材料を含む封入材料を用いてダイオードをカプセル化するステップを含む。
いくつかの実施形態においては、エピタキシャル構造内に複数の分離されたダイオードを画定するステップは、例えばエピタキシャル構造を選択的にエッチングすることにより、エピタキシャル構造内に複数のメサ構造を形成するステップを含む。エピタキシャル構造を選択的にエッチングして複数のメサ構造を形成するステップは、キャリア基板をエピタキシャル構造にボンディングする前に実施することができる。いくつかの実施形態においては、エピタキシャル構造を選択的にエッチングして複数のメサ構造を形成するステップは、エピタキシャル構造をキャリア基板にボンディングし成長基板を除去した後に実施される。
いくつかの実施形態においては、エピタキシャル構造内に複数の分離されたダイオードを画定するステップは、エピタキシャル構造をキャリア基板にボンディングするステップに先行する。さらなる実施形態においては、成長基板を除去するステップは、エピタキシャル構造内に複数の分離されたダイオードを画定するステップに先行する。
いくつかの実施形態においては、キャリア基板をエピタキシャル構造にボンディングするステップは、キャリア基板上に複数のボンディングパッドを形成するステップに先行され、前記分離されたダイオードのそれぞれは、前記ボンディングパッドのうちの少なくとも１つにボンディングされる。前記導電性ビアのそれぞれは、前記ボンディングパッドの少なくとも１つと電気的に接触していてもよい。
さらなる実施形態においては、方法は、各ボンディングパッドが前記導電性ビアのうちの少なくとも１つと電気的に接触するように前記複数のダイオードがボンディングされるキャリア基板の側と反対側のキャリア基板の側に複数のボンディングパッドを形成するステップを含む。
本発明のいくつかの実施形態は、パッシベーション層がダイオード上の電極を露出するように少なくとも１つのダイオード上に前記パッシベーション層を形成するステップを含む。前記ダイオードをボンディングする、キャリア基板の側の上に複数の導電性トレースを形成することができる。前記導電性トレースの一部は、ダイオードの上面を導電性ビアに電気的に接続することができる。
いくつかの実施形態においては、本発明による方法は、キャリア基板の上面上に、ダイオード上のキャビティを画定する反射層を形成するステップを含む。波長変換材料を含んでいてもよい封入材料を前記キャビティ中に堆積させることができる。さらに、キャビティは、キャビティ上でハーメチックシールを形成することができる密封部材を用いて覆うことができる。
本発明のいくつかの実施形態においては、透明樹脂を用いて少なくとも２つの分離されたダイオードを覆うことができる。いくつかの実施形態においては、前記分離されたダイオードをパッケージされたデバイスに分離するステップは、その中に少なくとも２つのダイオードを有するパッケージされたデバイスを形成することを含む。
本発明のいくつかの実施形態は、上面および底面を有するキャリア基板と、前記キャリア基板の上面にボンディングされ、それぞれが第１および第２の電極を有する複数の発光ダイオードと、キャリア基板の上面から前記基板の底面まで延びている第１および第２の導電性ビアの複数の対であって、導電性ビアの対のそれぞれは、前記複数の発光ダイオードのうちの発光ダイオードの第１および第２の電極に電気的に接続されている複数の対とを有する半導体構造を提供する。
いくつかの実施形態においては、本半導体構造は、キャリア基板の上面と複数の発光ダイオードとの間に配置された複数のボンディングパッドであって、前記発光ダイオードの少なくとも１つが前記ボンディングパッドのうちの１つに取り付けられているボンディングパッドをさらに備える。
封入材料は、前記発光ダイオードのうちの少なくとも１つの上に形成することができる。いくつかの実施形態においては、複数のボンディングパッドが、キャリア基板の底面上に形成され、キャリア基板の底面上の複数のボンディングパッドのそれぞれは、第１または第２の導電性ビアのうちの少なくとも１つと電気的に接触している。
いくつかの実施形態においては、パッケージの熱抵抗および／または電気抵抗は、ダイオードごとにキャリア基板を貫通して追加のビアを形成することにより低減させることができる。したがって、本発明のいくつかの実施形態によるパッケージされた発光デバイスは、前記基板を貫通して延びる少なくとも１つの追加の導電性ビアを備えていてもよい。
さらなる実施形態においては、パッケージされた発光デバイスは、上面および底面を有する導電性キャリア基板を備える。導電性ビアは、前記基板の上面から前記基板の底面まで延びている。電流ブロッキング層（ｃｕｒｒｅｎｔ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）は、導電性ビアと前記基板との間に存在する。ボンディングパッドは、前記基板の上面に存在する。第１および第２の電極を有するダイオードは、ボンディングパッド上に取り付けられる。第１の電極は、ボンディングパッドと電気的に接触している。導電性トレースは、キャリア基板の上面上に存在し、導電性ビアおよび第２の電極と電気的に接触している。
さらに他の実施形態においては、パッケージされた発光デバイスは、上面および底面を有するキャリア基板を備える。第１および第２の導電性ビアは、前記基板の上面から前記基板の底面まで延びている。ボンディングパッドは、前記基板の上面上に存在し、第１の導電性ビアと電気的に接触している。第１および第２の電極を有するダイオードは、ボンディングパッド上に取り付けられる。第１の電極は、ボンディングパッドと電気的に接触している。導電性トレースは、キャリア基板の上面上に存在し、第２の導電性ビアおよび第２の電極と電気的に接触している。
本発明の他の特徴、実施形態、および態様は、詳細な説明および図面から明らかになるだろう。
本発明について、本発明の実施形態が示されている添付図面を参照して、本明細書で以下により十分に説明する。本発明は、本明細書に記載された実施形態に限定されるものと解釈すべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、この開示が十分で完全になり、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるために提供されている。同様な参照符号は、全体にわたって同様な要素について言及している。さらに、図面に示された様々な層および領域は、概略的に示されている。また、当業者は理解するように、本発明は、半導体ウエハおよびダイシングされたチップに関して説明されるが、そのようなチップは、任意のサイズにダイシングすることができる。したがって、本発明は、添付図面に示される相対的なサイズおよび間隔に限定されるものではない。加えて、層の厚みや形態の大きさなど図面のある種の特徴は、図面を明確に示し、説明を容易にするために誇張された寸法で示されている。
理解されることであろうが、ある要素または層が、別の要素または層「の上に」ある、または、別の要素または層に「接続」または「結合」されていると言及されるとき、それは、別の要素または層の上に直接ある、または、別の要素または層に直接接続もしくは結合されていることがあり、または、介在要素または層が存在することもある。対照的に、要素が、別の要素または層「の上に直接」ある、または、別の要素または層に「直接接続」または「直接結合」されていると言及されるとき、介在要素または層は存在しない。本明細書で使用されるとき、用語「および／または」は、関連付けられて列挙された項目の１つまたは複数の任意のすべての組合せを含む。
理解されることであろうが、第１、第２などの用語は、様々な要素、部品、領域、層および／または部分を記述するために本明細書で使用されることがあるが、これらの要素、部品、領域、層および／または部分は、これらの用語によって限定されるべきでない。これらの用語は、１つの要素、部品、領域、層または部分を別の領域、層または部分と区別するために使用されているだけである。したがって、以下で述べる第１の要素、部品、領域、層または部分は、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、部品、領域、層または部分と呼ばれうる。
さらに、「より下の」または「底」および「より上の」または「頂上」などの相対的な用語は、図に示されているような１つの要素の別の要素に対する関係を記述するために本明細書で使用されることがある。理解されることであろうが、相対的な用語は、図に示された向きの外にデバイスの異なる向きを含むことが意図されている。例えば、図中のデバイスがひっくり返された場合、他の要素の「より下の」側にあると記述された要素は、そのとき、他の要素の「より上の」側に向けられるだろう。したがって、例示的な用語「より下の」は、図の特定の向きに応じて「より下の」と「より上の」の両方の向きを包含することができる。同様に、図の１つのデバイスがひっくり返された場合、他の要素「より下に」または「の真下に」と記述された要素は、他の要素「より上に」向けられるだろう。したがって、例示的な用語「より下に」または「の真下に」は、上と下の向きの両方を包含することができる。また、当業者には理解されることであろうが、別の形態「に隣接して」配置された構造または形態についての言及は、隣接した形態に部分的に重なる、または隣接した形態の下に横たわる部分を含むことがある。
本明細書中で使用される用語は、特定の実施形態を説明する目的のためのみで使用されており、本発明を限定することは意図されていない。本明細書中で使用されるとき、単数形（「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」）は、その文脈が明らかにそうでないことを示していない限り、複数形も含むことが意図されている。本明細書中で使用されるとき、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、述べられている特徴、要素、または部品の存在を明らかにするが、１つまたは複数の他の特徴、要素または部品の存在または追加を除外するものではないことがさらに理解されるだろう。
本発明の実施形態は、本発明の理想的な実施形態の略図である断面図、平面図および／または斜視図を参照して、本明細書で説明される。したがって、例えば製造技術および／または許容誤差の結果としてこれらの説明図の形からの変動が予期される。したがって、本発明の実施形態は、本明細書で示される領域の特定の形に限定されるものとして解釈されるべきでなく、例えば製造に起因する形の変動を含むことになっている。例えば、矩形として図示された領域は、一般に、ある領域から次の領域への不連続な変化というよりもむしろ、丸くなった、曲がった、または傾斜した形態をその縁に有している。したがって、図示された領域は本質的に模式的であり、それらの形はデバイスの領域の正確な形を示すことを意図されておらず、また本発明の範囲を限定することを意図されていない。
別段の定めがなければ、本明細書で使用されるすべての用語（技術的および科学的用語を含む）は、この発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有している。さらに理解されることであろうが、一般に使用される辞書で定義されているような用語は、関連した技術分野および本開示の文脈におけるそれらの意味と一致した意味を持つものとして解釈されるべきであり、本明細書で明確にそのように定義されない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されない。
ここで、本発明の実施形態について、炭化ケイ素ベースの基板上の窒化ガリウムベースの発光ダイオードに関して一般に説明する。しかしながら、本発明の多数の実施形態は、多くの異なる組合せの基板およびエピタキシャル層と共に使用することができることが当業者には理解されるだろう。例えば、組合せには、ＧａＰ基板上のＡｌＧａＩｎＰダイオード、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓ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、および／または、窒化ガリウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、サファイア、シリコン、酸化亜鉛および／または他の基板上の窒化物ベースのダイオードを含むことができる。
ＧａＮベースの発光デバイスは一般に、複数のＧａＮベースのエピタキシャル層が形成されるＳｉＣやサファイアなどの絶縁性基板または導電性基板を備える。エピタキシャル層は、エネルギーを与えられると光を放出するｐ−ｎ接合を有する活性領域を備えることができる。
本明細書に開示されるＬＥＤの様々な実施形態は基板を備えるが、ＬＥＤを備えるエピタキシャル層が成長された結晶性エピタキシャル成長基板を除去してもよく、また、独立（ｆｒｅｅｓｔａｎｄｉｎｇ）のエピタキシャル層を、元の基板よりも良好な熱特性、電気特性、構造特性、および／または光学特性を有する可能性のある代替キャリア基板またはサブマウントに取り付けてもよいことが当業者には理解されるだろう。本明細書で説明される本発明は、結晶性エピタキシャル成長基板を有する構造に限定されず、エピタキシャル層がそれらの元の成長基板から取り外されて、代替キャリア基板にボンディングされている構造に関連して利用することもできる。
本発明の実施形態において使用するための発光デバイスは、ノースカロライナ州ダラムのＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．が製造販売を行うデバイスなどの、炭化ケイ素基板上に作製された窒化ガリウムベースの発光ダイオードまたはレーザとすることができる。例えば、本発明は、特許文献１〜１６に説明されるようなＬＥＤおよび／またはレーザと共に使用するのに適している可能性がある。これらの特許文献の開示は、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る。他の適切なＬＥＤおよび／またはレーザは、特許文献１７に説明されており、特許文献１７の開示は、完全に記載されたかのように本明細書に組み込まれる。
本発明のいくつかの実施形態において、発光デバイスは、活性領域で発生された光をデバイスを通して反射するための反射層を実現するｐ電極を備えることができる。反射性ｐ電極および関連した構造は、特許文献１８に説明されており、特許文献１８の開示は、本明細書に完全に記載されたかのように参照により組み込まれる。
ここで、図２Ａの実施形態を参照すると、本発明のいくつかの実施形態による、ＬＥＤをパッケージする方法は、基板１２およびエピタキシャル成長層１４を有するエピウエハ１０を使用している。以上で説明したように、基板１２は、４Ｈポリタイプまたは６Ｈポリタイプの炭化ケイ素単結晶であってもよい。エピタキシャル成長層１４は、ｐ−ｎ接合ダイオード構造、アイソタイプのヘテロ構造ダイオード構造、または他のダイオード構造を形成するｐ型層およびｎ型層（図示せず）を備えることができる。一般に、ｎ型層は、基板１２上に直接に形成してもよいが、ｐ型層はｎ型層上に形成される。いくつかの実施形態においては、エピタキシャル層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、および／またはＩｎＧａＮなどの１つまたは複数のＩＩＩ族窒化物半導体材料を備える。したがって、エピタキシャル成長層１４は複数の層を備えることができ、すべてを一般にエピタキシャル層１４と呼ぶ。
エピウエハ１０を、マスクし、パターン形成し、従来のウェットエッチング技法および／またはドライエッチング技法を使用してエッチングして、複数のダイオード１６を形成することができ、それぞれは、図２Ｂに示されるようなｐ−ｎ接合発光ダイオードを備えることができる。ダイオード１６には、発光ダイオード、スーパールミネッセント（ｓｕｐｅｒｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）ダイオード、レーザダイオード、および／または他の任意の固体発光デバイスを含めることができることが当業者には理解されるだろう。
図２Ｃの実施形態を参照すると、次いで、エピウエハ１０を、キャリア基板２０に対して上下逆に（すなわち、フリップチップ方式でエピタキシャル側を下にして）ウエハボンディングすることができる。キャリア基板２０には、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＡｌＮまたは他の任意の適切な基板を含めることができる。特に、キャリア基板２０は、半導体ウエハ、あるいは絶縁材料または半絶縁材料のウエハとすることができる。いくつかの実施形態において、キャリア基板２０は絶縁性であり、高い熱伝導率を有する。キャリア基板２０は、それを貫通する複数の導電性ビア２２Ａ、２２Ｂを備えることができる。以下でより詳細に検討するように、ビア２２Ａ、２２Ｂを使用して、ダイオード１６の電極、例えばダイオード１６の（正の）アノードコンタクトおよび（負の）カソードコンタクトに対する電気的接触をとることができる。ビア２２Ａ、２２Ｂは、金属などの導電性材料を用いて充てんおよび／またはめっきが行われる、キャリア基板２０内のスルーホールとして形成することができる。少なくとも１つのビア２２Ａは、各ダイオード１６の表面と電気的に接触していてもよく、それによってダイオード１６に対するアノードコンタクトまたはカソードコンタクトが形成される。隣接するビア２２Ｂは、メタライゼーション（図示せず）を用いてダイオード１６の反対側の表面に結合して、それによってダイオード１６に対する反対の（カソードまたはアノードの）接続を形成することができる。ビア２２Ａ、２２Ｂのダイオード１６との相互接続については、以下でより詳細に説明する。ビア２２Ａ、２２Ｂは、エピウエハ１０のボンディングの前または後で、キャリア基板２０内に形成することができる。
図２Ｄに示すように、基板１２を、例えばエッチング、機械的ラッピングまたは研削し、そして研磨して薄くし、構造全体の厚みを低減することができる。特に、基板１２を１５０ミクロン未満の厚さまで薄くすることができる。基板１２を薄くすることにより、ダイオード１６を動作させるために必要とされる順方向電圧（Ｖｆ）を減少させることもできる。基板１２を薄くするための技法は、特許文献１９に説明されている。特許文献１９の開示は、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。さらに、基板１２をソーイング（ｓａｗｉｎｇ）、レーザスクライビング（ｌａｓｅｒ ｓｃｒｉｂｉｎｇ）または他の技法を使用して成形または粗面化し、光抽出を増大させることができる傾斜した側壁などの幾何学的形態を導入することができる。基板１２は、たとえば特許文献２０に説明されているエッチングプロセスを使用してエッチングし、光抽出を向上させることができる。特許文献２０の開示は、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。
次いで、基板１２の部分を例えばエッチングおよび／またはソーイングにより選択的に除去して、図２Ｅに示すように個別の各ダイオード１６を分離することができる。あるいは、図２Ｆに示すように、基板を特許文献２１、２２、２３、２４および２５に教示される技法などの基板除去技法により完全に除去することもできる。これらの開示は、本明細書に完全に記載されているように参照により本明細書に組み込まれている。
ダイオード１６が、（基板１２の一部が付着された又はされていない状態で）キャリア基板２０上で分離された後に、個々のダイオード１６は、任意選択の波長変換層２５を用いてコーティングすることができる。波長変換層２５は、たとえば特許文献２６、２７および２８に記載されている蛍光体の１つ又は複数などの波長変換蛍光体を含み、ダイオード１６が放出する光をより低い周波数（より高い波長）の光へとダウンコンバート（ｄｏｗｎ−ｃｏｎｖｅｒｔ）することができる。当技術分野において知られているように、ダイオード１６によって放出される未変換の光は、変換層２５によって放出される変換された光と組み合わされて、第３の色として知覚される光を形成することができる。例えば、ダイオード１６によって放出される青色光は、変換層２５によって放出される黄色光と組み合わされて、観察者によって白または白に近い色として感知され得る光を形成することができる。
図２Ｇに示すように、透明なエポキシなどの少量の封入材料２６を各ダイオード１６上に配置することができる。封入材料２６は、ダイオード１６に対する機械的および環境的な保護を実現することができ、またレンズとしての役割を果たすこともできる。屈折率が約１．６以上である複合封入材料、例えば高屈折率のナノ粒子を備える複合封入材料を使用することにより、ダイオードの効率を改善することができる。図２Ｈに示すように、次いでキャリア基板２０が（例えば、ソーイングによって）ダイシングされて、回路またはシステム中において取り付ける準備の整った個々のパッケージされたデバイス３０が形成される。
パッケージされたデバイス３０に対するコンタクトは、ビア２２Ａ、２２Ｂに結合された、キャリア基板の底面上のボンディングパッド（図示せず）に対する接続によって行われる。したがって、パッケージされたデバイスは、はんだボンディング、エポキシボンディング、または他の方法によって回路基板または他のキャリアに対して直接に取り付けることができる。デバイスの分離が最後に行われるので、ほとんどのパッケージング処理はウエハレベルにおいて行われ、これにより、デバイスをパッケージする全体のコストをかなり減少させることができる。ダイ当たりのパッケージングコストを低減させることにより、次にパッケージされた部品によって出力される光のルーメン当たりのコストを低減させることができる。加えて、結果として得られるパッケージされたデバイスを比較的小さくすることができ、それによってパッケージされたデバイスを従来のパッケージに比べて小さなフットプリント内に配置することができるようになり、ＰＣＢ上のスペースの節約がもたらされる。より小さなチップスケールパッケージを実現することにより、二次光学系（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｏｐｔｉｃｓ）（例えば、システム内の他のレンズまたは反射器）をよりコンパクトに、また手頃な価格にすることもできる。
本発明のいくつかの実施形態によるパッケージからの光抽出は、従来のパッケージからの光抽出と同等またはより良好である可能性がある。特に、本発明のいくつかの実施形態によるパッケージからの光抽出は、ダイオード１６のボンディングされていない表面および／またはキャリア基板２０のボンディングされていない表面など、パッケージ上またはパッケージ内の様々な表面上に光抽出形態を形成することにより増大させることができる。ダイオード１６の表面上の光抽出形態には、例えば、デバイスの表面における内部全反射を低減させる表面粗さ、勾配つき（ｂｅｖｅｌｅｄ）表面、ピラミッド形または円錐形の形態などを含めることができる。キャリア基板２０のボンディングされていない表面は、反射性層を用いてコーティングすることができ、かつ／または表面形状をつけることができる。加えて、高屈折率材料を含む光散乱物質を封入材料２６に追加することができ、封入材料２６の表面を疎面化し、または面を設けて（ｆａｃｅｔ）、光抽出を改善することができる。
本発明のいくつかの実施形態によるパッケージの熱抵抗は、ダイオード１６とキャリア基板２０との間のウエハボンディング接続によって従来のパッケージの熱抵抗よりも低い可能性がある。特に、パッケージの熱抵抗は、キャリアウエハがＳｉＣやＡｌＮなどの高い熱伝導率を有する材料を備える場合に低くなる可能性がある。あるいは、パッケージの熱抵抗および／または電気抵抗は、各ダイオード１６にキャリア基板を貫通する追加のビアを形成することによりさらに低くすることさえもできる。
本発明のさらなる実施形態が、図３Ａ〜３Ｄに示されている。これらの図に示されるように、基板１２とエピタキシャル層１４を備えるエピウエハ１０は、最初にエピタキシャル層１４をパターン形成してエッチングし、個々のダイオードを画定することなく、キャリア基板２０にウエハボンディングすることができる。次いで、基板１２を、以上で言及した従来のリフトオフ技法を使用して除去することができる。キャリア基板２０にウエハボンディングされた、結果として生ずるエピタキシャル層１４を次いでエッチングして、個々のダイオード１６を画定するメサを形成することができる。次いで、結果として生じる構造を、図２Ｆ〜２Ｈに関連して上述したように処理することができる。これらの実施形態の１つの利点は、エピウエハ１０がキャリア基板２０にボンディングされるときに、エピウエハ１０をキャリア基板２０上のボンディングパッドと正確に位置合わせする必要がないことである。
本発明のいくつかの実施形態による、デバイスを作製するための手順が、図４Ａ〜４Ｊにより詳細に示されている。明確にするために、単一のダイオード１６だけが図４Ａ〜４Ｊに示されている。図４Ａに示すように、複数のダイオード１６が形成されている基板１２が、複数のボンディングパッド２４が形成されているキャリア基板２０にウエハボンディングされる。ダイオード１６上の金属スタック２６が、ボンディングパッド２４にボンディングされる。金属スタック２６には、特許文献２９、３０、３１および／または３２に説明されているようなオーミック層、バリア層、反射器層、および／またはボンディング層を含めることができる。これらの開示は、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。ウエハ１２をキャリア基板２０にボンディングした後に、成長ウエハ１２は、前述の方法に従って除去することができる。いくつかの実施形態においては、ウエハ１２を、完全に除去する代わりに薄くしてもよい。次に、図４Ｃに示すように、複数のビア２２Ａ、２２Ｂを基板２０内に形成することができる。ダイオード１６ごとに、少なくとも１つのビア２２Ｂを各ボンディングパッド２４の下に形成することができる。次いで、ビア２２Ａ、２２Ｂを、図４Ｄに示すように金属または他の導電材料を用いてめっきし、または充てんすることができ、ボンディングパッド２８Ａ、２８Ｂを、図４Ｅに示すようにそれぞれ導電性ビア２２Ａ、２２Ｂと電気的に接触して、基板２０の裏面上に（すなわち、ダイオード１６に対向して）形成することができる。パッシベーション層３２を、基板２０の上面上にダイオード１６に隣接して形成することができ、図４Ｆに示すように、ダイオード１６の表面上の電極の少なくとも一部とビア２２Ｂの少なくとも一部を露出するようにパターン形成することができる。形成されているように、ビア２２Ａと２２Ｂは、互いに電気的に分離されていることに留意されたい（同様に、ボンディングパッド２８Ａと２８Ｂは互いに分離されている）。この分離は、いくつかの方法で実現することができる。例えば、キャリア基板を絶縁性または半絶縁性の材料から作製することができる。あるいは、キャリア基板が導電性材料である場合、充てんされていないビアを含めてこのキャリア基板の表面を、絶縁材料を用いてコーティングすることができる。
図４Ｇの実施形態を参照すると、（蒸着などの）従来技法を使用して金属相互接続３３を形成して、導電性ビア２２Ｂをダイオード１６の露出された電極と接続することができる。いくつかの実施形態においては、ビア２２Ｂとの相互接続の前に、オーミックコンタクト（図示せず）をダイオード１６の露出された表面上に形成することができる。いくつかの実施形態においては、金属相互接続３３が形成された後に、パッシベーション層３２を部分的にまたは完全に除去し、ダイオード１６の露出された表面とビア２２Ｂとの間にいわゆるエアブリッジ接続を残すことができる。図４Ｈに示すように、例えば電気めっきを使用して各ダイオード１６の周囲に反射性表面３４を形成して、デバイスによって放出される光を所望の方向に反射することができる。次いで、反射性表面３４によって画定されるキャビティ３５内のダイオード１６上に、封入材料３６を堆積させることができる（図４Ｉ）。いくつかの実施形態においては、反射性表面３４によって画定されるキャビティ３５が、例えばキャビティがダイオード１６上にまで延びていないように浅くてもよいが、キャビティの周囲は、表面張力の作用を介して依然としてこの封入材料の形状を画定する役割を果たすことができる。いくつかの実施形態においては、封入材料３６は、前述のように波長変換材料を含んでいてもよい。最終的に、図４Ｊに示すように、任意選択の密封層３８をキャビティ３５上に形成することができる。ＳｉＯ２を含み得る密封層３８は、キャビティ３５上でハーメチックシール（ｈｅｒｍｅｔｉｃ ｓｅａｌ）を形成して、ダイオード１６のための追加の保護を実現することができる。次いで完全にパッケージされたデバイスを分離して、個々のパッケージされたデバイスを実現することができる。
本発明のさらなる実施形態による、パッケージされたデバイスを作製する方法が、図５Ａ〜５Ｉに示されている。図５Ａの実施形態を参照すると、基板１２およびエピタキシャル層１４を備えるエピウエハ１０をエッチングして、複数のダイオード１６を形成することができる。明確にするために、図５Ａ〜５Ｌには単一のダイオード１６だけが示されている。各ダイオード１６の最上層１６Ａは、導電型（ｐまたはｎ）を有する。各ダイオード１６の一部をさらにエッチングして、最上層１６Ａの導電型と逆の導電型を有するコンタクト層１６Ｂを露出させる。パッシベーション層３２をこの構造に塗布しパターン形成して、ダイオード１６の縁を分離し、また最上層１６Ａをコンタクト層１６Ｂから分離する。次いで、図５Ｂに示すように、金属スタック３４Ａおよび３４Ｂをそれぞれ最上層１６Ａとコンタクト層１６Ｂ上に形成することができる。金属スタック３４Ａおよび３４Ｂには、前述のようにオーミック層、バリア層、反射器層および／またはボンディング層を含めることができる。
図５Ｃ〜５Ｅの実施形態を参照すると、キャリア基板２０が設けられる。キャリア基板２０は、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉまたは他の適切な任意の基板材料を含んでいてもよい。いくつかの実施形態においては、キャリア基板２０は絶縁性であり、高い熱伝導率を有する。ビア２２Ａ、２２Ｂは、キャリア基板２０を貫通してエッチングして、金属または別の導電性材料を用いてめっきし、または充てんすることができる。図５Ｄ〜Ｅに示すように、裏面トレース２８Ａ、２８Ｂをキャリア基板２０の底部上に形成することができ、ボンディングパッド２４Ａ、２４Ｂをキャリア基板の上面に形成することができる。図５Ｆに示すように、トレース２８Ａ、２８Ｂを使用して、例えばＰＣＢ上に完成済みのデバイスを取り付けることができ、ボンディングパッド２４Ａ、２４Ｂを使用して、ダイオード１６の金属スタック３４Ａ、３４Ｂのそれぞれにボンディングすることができる。
図５Ｇの実施形態を参照すると、キャリア基板２０にエピウエハ１０をボンディングした後に、基板１２を除去することができ、キャリア基板２０にボンディングされた個々のダイオード１６が残される。あるいは、基板１２は、薄くするが完全には除去しなくてもよい。基板１２は、キャリア基板２０にウエハボンディングを行う前に、または後で薄くしてもよい。
ダイオード１６を、例えば電気泳動堆積を使用して、図５Ｈに示すように、任意選択の波長変換層２５を用いてコーティングすることができ、また、図５Ｉに示すように、レンズとしての役割も果たしながらチップに対する環境的保護および機械的保護を提供することができる少量の透明樹脂封入剤２７を用いて覆うことができる。次いで、個々のパッケージされたデバイス３０を、例えばキャリア基板２０をダイシングすることにより分離することができる。一部の実施形態において、波長変換層２５は、キャリア基板の表面の部分にわたって延在していてもよい。
図６は、複数のダイオード３６Ａ、３６Ｂが単一のパッケージされたデバイス６０内に設けられている本発明の実施形態を示している。ダイオード３６Ａ、３６Ｂは、前述の技法を使用して直列方式または並列方式で相互接続することができる。あるいは、これらのダイオードは、互いに電気的に分離することができる。この場合にもすべての相互接続をウエハレベルで実施することができるので、パッケージされたデバイスを製造するために必要とされる処理ステップおよびコストを低減させることができる。したがって、デバイス冗長度（ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ）を組み込むことができ、デバイスの信頼性が改善される。
図７は、キャリア基板２０が導体材料または半導体材料（例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ）から作製されており、それによって例えばボンディングパッド２４Ａと裏面トレース２８Ａとの間の電気接続を実現する役割を果たすことができる本発明の実施形態を示している。その結果として、（前述のようにビアを形成して熱伝導率を改善することができるが）ボンディングパッド２４Ａと裏面トレース２８Ａとを接続するビアの形成は、電気接続を実現するためには必ずしも必要でないこともある。これらの実施形態においては、バリア２９をビア２２Ｂ、ボンディングパッド２４Ｂ、および／または裏面トレース２８Ｂと導電性基板２０との間に形成して、電気的分離を実現することができる。バリア２９は、ビアの形成後に基板上に堆積させられた薄い絶縁体層（例えば、ＳｉＮ）を備えていてもよい。あるいは、バリア２９は、ビアの充てんとボンディングパッドおよび裏面トレースの形成に先立って、（例えば、ドーパント拡散による）電流をブロックする半導体接合の形成を介して設けることができる。バリア２９を形成するための他の方法については、当業者には容易に明らかになろう。電流をブロックする半導体接合は、特許文献３３により詳細に記載されているように、静電気放電保護のためのツェナーダイオードとしての役割も果たすことができる。特許文献３３の開示は、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。
以上で説明し図面に示した様々な要素は、多数の異なる構成において、別々にまたは一緒に組み合わせることができることを当業者は理解するだろう。また、作製ステップの厳密な順序は、示されている順序とは異なっていてもよいことが理解されるだろう。本発明の実施形態が本明細書に開示され、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でのみ使用されておりそのように解釈されるべきであり、限定する目的のために使用されているのではない。したがって、形状および詳細の様々な変更を、添付の特許請求の範囲に記載されている本発明の精神および範囲を逸脱することなく行うことができることを当業者は理解するだろう。
従来のＬＥＤパッケージを示す図である。 従来のＬＥＤパッケージを示す図である。 本発明のいくつかの実施形態を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施形態を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施形態を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施形態を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施形態を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施形態を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施形態を示す断面図である。 本発明のいくつかの実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。 本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。

Claims (64)

  1. 上面および底面を有するキャリア基板と、
    前記基板の前記上面から前記基板の前記底面まで延びている第１および第２の導電性ビアと、
    前記第１の導電性ビアと電気的に接触した、前記基板の前記上面上のボンディングパッドと、
    前記ボンディングパッド上に取り付けられている、第１の電極および第２の電極を有するダイオードであって、前記第１の電極は、前記ボンディングパッドと電気的に接触しているダイオードと、
    前記ダイオードの前記第２の電極を露出させている、前記ダイオード上のパッシベーション層と、
    前記キャリア基板の前記上面上にあって前記第２の導電性ビアおよび前記第２の電極と電気的に接触しており、前記パッシベーション層上にあって前記パッシベーション層にわたり延びていて前記第２の電極と接触する導電性トレースと
    を備えることを特徴とするパッケージされた発光デバイス。
  2. 前記パッシベーション層は、前記キャリア基板の一部を覆うことを特徴とする請求項１に記載のパッケージされた発光デバイス。
  3. 前記パッシベーション層は、前記ボンディングパッドの一部をさらに覆うことを特徴とする請求項２に記載のパッケージされた発光デバイス。
  4. 前記ダイオードの周囲を取り囲む、前記キャリア基板上の反射性層をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のパッケージされた発光デバイス。
  5. 前記反射性層は、前記パッシベーション層および前記導電性トレースの一部を覆うことを特徴とする請求項４に記載のパッケージされた発光デバイス。
  6. 前記ダイオードの周囲を取り囲む、前記キャリア基板上の反射性層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のパッケージされた発光デバイス。
  7. 前記反射性層は、前記パッシベーション層および前記導電性トレースの一部を覆うことを特徴とする請求項６に記載のパッケージされた発光デバイス。
  8. 前記反射性層は、前記ダイオード上のキャビティを画定することを特徴とする請求項６に記載のパッケージされた発光デバイス。
  9. 前記キャビティは、封入材料で充てんされていることを特徴とする請求項８に記載のパッケージされた発光デバイス。
  10. 前記封入材料は、波長変換材料を含むことを特徴とする請求項９に記載のパッケージされた発光デバイス。
  11. 前記反射性層上の密封層をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のパッケージされた発光デバイス。
  12. 前記密封層は、前記反射性層に対するハーメチックシールを形成することを特徴とする請求項１１に記載のパッケージされた発光デバイス。
  13. 前記反射性層上の密封層をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のパッケージされた発光デバイス。
  14. 前記密封層は、前記反射性層に対するハーメチックシールを形成することを特徴とする請求項１３に記載のパッケージされた発光デバイス。
  15. 前記ダイオードは、成長基板と、前記成長基板上のエピタキシャル構造とを備えることを特徴とする請求項１に記載のパッケージされた発光デバイス。
  16. 前記成長基板は、約１５０μｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項１５に記載のパッケージされた発光デバイス。
  17. 前記ダイオードは、成長基板を除去されたエピタキシャル構造を備えることを特徴とする請求項１に記載のパッケージされた発光デバイス。
  18. パッケージされた発光デバイスを形成する方法であって、
    成長基板および前記成長基板上のエピタキシャル構造を備えるエピウエハを設けるステップと、
    キャリア基板を前記エピウエハの前記エピタキシャル構造にボンディングするステップと、
    前記キャリア基板を貫通して複数の導電性ビアを形成するステップと、
    前記エピタキシャル構造内に複数の分離されたダイオードを画定するステップと、
    前記複数の分離されたダイオードのうちの各ダイオードに前記複数の導電性ビアを電気的に接続するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  19. 前記エピタキシャル構造に前記キャリア基板をボンディングするステップと、それに続く、前記エピタキシャル構造から前記成長基板を除去するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  20. 前記成長基板を約１５０μｍ未満の厚さまで薄くするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載に記載の方法。
  21. 前記キャリア基板を貫通して複数の導電性ビアを形成するステップは、分離されたダイオードごとに前記キャリア基板を貫通して１対のビアを形成するステップを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  22. 封入剤を用いて前記複数のダイオードのうちの少なくとも１つをカプセル化するステップは、波長変換材料を含む封入材料を用いて前記複数のダイオードのうちの少なくとも１つをカプセル化するステップを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  23. 前記波長変換材料は、蛍光体を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
  24. 前記エピタキシャル構造内に複数の分離されたダイオードを画定するステップは、前記エピタキシャル構造内に複数のメサ構造を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  25. 前記エピタキシャル構造内に複数のメサを形成するステップは、前記エピタキシャル構造を選択的に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２４に記載の方法。
  26. 前記エピタキシャル構造を選択的にエッチングして複数のメサを形成するステップは、前記エピタキシャル構造に前記キャリア基板をボンディングする前に実施されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
  27. 前記エピタキシャル構造に前記キャリア基板をボンディングした後に前記エピタキシャル構造から前記成長基板を除去するステップをさらに含み、前記エピタキシャル構造を選択的にエッチングして複数のメサを形成するステップは、前記成長基板を除去した後に実施されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
  28. 前記エピタキシャル構造内に複数の分離されたダイオードを画定するステップは、前記キャリア基板に前記エピタキシャル構造をボンディングするステップに先行することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  29. 前記成長基板を除去するステップは、前記エピタキシャル構造内に複数の分離されたダイオードを画定するステップに先行することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  30. 前記エピタキシャル構造に前記キャリア基板をボンディングするステップは、前記キャリア基板上に複数のボンディングパッドを形成するステップにより先行され、前記複数の分離されたダイオードのそれぞれは、前記複数のボンディングパッドのうちの少なくとも１つにボンディングされることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  31. 前記各導電性ビアは、前記複数のボンディングパッドのうちの少なくとも１つと電気的に接触していることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
  32. 複数の導電性ビアを形成するステップは、分離されたダイオードごとに１対の導電性ビアを形成するステップを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
  33. 前記複数のダイオードがボンディングされる前記キャリア基板の面と反対の前記キャリア基板の面上に、複数のボンディングパッドを形成するステップであって、複数のボンディングパッドのそれぞれは、前記複数の導電性ビアのうちの少なくとも１つと電気的に接触するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
  34. 前記複数のダイオードのうちの少なくとも１つのダイオード上にパッシベーション層を形成するステップであって、前記パッシベーション層は、前記少なくとも１つのダイオード上の電極を露出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
  35. 前記複数のダイオードがボンディングされる前記キャリア基板の面上に、複数の導電性トレースを形成するステップであって、前記複数の導電性トレースのそれぞれは、導電性ビアを用いてダイオードの上面に電気的に接続するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
  36. 前記キャリア基板の前記上面上に反射性層を形成するステップであって、前記反射性層は、前記少なくとも１つのダイオード上のキャビティを画定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
  37. 前記少なくとも１つのダイオード上の前記キャビティ内に封入材料を堆積させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
  38. 前記封入材料は、波長変換材料を含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
  39. 密封部材を用いて前記キャビティおよび前記反射性層を覆うステップをさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
  40. 前記メサ構造のそれぞれの上にパッシベーション層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
  41. 前記エピタキシャル構造に前記キャリア基板をボンディングし、前記エピタキシャル構造内に複数のダイオードを画定した後に、波長変換材料を含むコーティングを用いて、前記複数の画定されたダイオードのそれぞれをコーティングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  42. 前記少なくとも１つのダイオードを分離するステップに先立って、透明な樹脂を用いて前記少なくとも１つのダイオードを覆うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  43. 透明な樹脂を用いて少なくとも２つの分離されたダイオードを覆うステップをさらに含み、前記複数の分離されたダイオードのうちの少なくとも１つをパッケージされたデバイスへと分離するステップは、少なくとも２つのダイオードを有するパッケージされたデバイスを形成するステップを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  44. 封入剤を用いて前記複数の分離されたダイオードのうちの少なくとも１つをカプセル化するステップと、
    前記複数の分離されたダイオードのうちの前記少なくとも１つを個別のパッケージされたデバイスへと分離するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  45. 上面および底面を有するキャリア基板と、
    前記キャリア基板の前記上面にボンディングされ、それぞれが第１および第２の電極を有する複数の発光ダイオードと、
    前記キャリア基板の前記上面から前記基板の前記底面まで延びている第１および第２の導電性ビアの複数の対と
    を備え、導電性ビアの対のそれぞれは、前記複数の発光ダイオードのうちの発光ダイオードの前記第１および第２の電極に電気的に接続されていることを特徴とする半導体構造。
  46. 前記キャリア基板の前記上面と前記複数の発光ダイオードとの間に配置された複数のボンディングパッドをさらに備え、前記複数の発光ダイオードのうちの少なくとも１つは、前記複数のボンディングパッドのうちの１つの上に取り付けられていることを特徴とする請求項４５に記載の半導体構造。
  47. 前記複数の発光ダイオードのうちの少なくとも１つの上の封入材料をさらに備えることを特徴とする請求項４５に記載の半導体構造。
  48. 前記キャリア基板の前記底面上の複数のボンディングパッドをさらに備え、前記キャリア基板の前記底面上の前記複数のボンディングパッドのそれぞれは、前記第１または第２の導電性ビアのうちの少なくとも一方と電気的に接触していることを特徴とする請求項４５に記載の半導体構造。
  49. 前記導電性トレースは、前記第２の導電性ビアと前記第２の電極との間にエアブリッジを形成していることを特徴とする請求項１に記載のパッケージされた発光デバイス。
  50. 少なくとも１つの追加の導電性ビアは、前記基板の前記上面から前記基板の前記底面まで延びていることを特徴とする請求項１に記載のパッケージされた発光デバイス。
  51. 前記封入材料は、波長変換材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のパッケージされた発光デバイス。
  52. 前記ダイオードの表面の少なくとも一部の上に波長変換材料をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のパッケージされた発光デバイス。
  53. 前記キャリア基板を貫通して複数の導電性ビアを形成するステップは、前記エピタキシャル構造を前記キャリア基板にボンディングするステップに先行することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  54. 前記複数のダイオードのうちの少なくとも１つは、封入材料を用いてカプセル化されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  55. 前記複数のダイオードのうちの少なくとも１つは、屈折率が１．６より大きい封入材料を用いてカプセル化されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  56. 波長変換材料を含む封入材料を用いて前記複数のダイオードのうちの少なくとも１つをカプセル化することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  57. 前記封入材料は、１．６よりも大きい屈折率を有することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
  58. 上面および底面を有する導電性キャリア基板と、
    前記基板の前記上面から前記基板の前記底面まで延びている導電性ビアと、
    前記導電性ビアと前記基板との間の電流ブロッキング層と、
    前記基板の前記上面上のボンディングパッドと、
    前記ボンディングパッドに取り付けられている、第１の電極と第２の電極とを有するダイオードであって、前記第１の電極は、前記ボンディングパッドと電気的に接触しているダイオードと、
    前記キャリア基板の前記上面上にあり、前記導電性ビアおよび前記第２の電極と電気的に接触している導電性トレースと
    を備えることを特徴とするパッケージされた発光デバイス。
  59. 前記電流ブロッキング層は、絶縁体であることを特徴とする請求項５８に記載のパッケージされた発光デバイス。
  60. 前記導電性キャリア基板は、半導体であることを特徴とする請求項５８に記載のパッケージされた発光デバイス。
  61. 前記半導体キャリア基板は、前記ダイオードの動作を制御するための追加の回路を備えることを特徴とする請求項６０に記載のパッケージされた発光デバイス。
  62. 前記電流ブロッキング層は、前記ダイオードのための静電気放電保護を実現することを特徴とする請求項５８に記載のパッケージされた発光デバイス。
  63. 前記封入材料は、１．６より大きい屈折率を有することを特徴とする請求項９に記載のパッケージされた発光デバイス。
  64. 上面および底面を有するキャリア基板と、
    前記基板の前記上面から前記基板の前記底面まで延びている第１および第２の導電性ビアと、
    前記基板の前記上面上にあり、前記第１の導電性ビアと電気的に接触しているボンディングパッドと、
    前記ボンディングパッドに取り付けられている、第１の電極と第２の電極とを有するダイオードであって、前記第１の電極は、前記ボンディングパッドと電気的に接触しているダイオードと、
    前記キャリア基板の前記上面上にあり、前記第２の導電性ビアおよび前記第２の電極と電気的に接触している導電性トレースと
    を備えることを特徴とするパッケージされた発光デバイス。
JP2007520428A 2004-06-30 2005-06-30 発光デバイスをパッケージするためのチップスケール方法およびチップスケールにパッケージされた発光デバイス Active JP4996463B2 (ja)

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