JP2013080958A - ダブルフリップ半導体デバイスおよび製作方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】最初にn型層204を成長させ、続いてp型層206を成長させる通常の方式で、基板上にエピタキシャル層を成長させる。チップを最初にフリップして、犠牲層に取り付ける。当初の基板を除去し、n型層を露出させ、追加の層および処理をデバイスに追加する。n型層は製作中に露出されるので、光取出しを向上させるためにさまざまな方式で加工することができる。チップを再度フリップして、支持要素に取り付ける。次いで、犠牲層を除去して、追加の層および処理をデバイスに追加する。完成したデバイスは、各層が当初の基板に対して有していたのと同じ向きを、支持要素に対して維持する構成を特徴とする。
【選択図】図2g
Description
ット、および高い飽和電子ドリフト速度を含む、その材料特性の独特な組合せのため、最近大きな関心が寄せられている。典型的な高効率LEDは、LEDパッケージに取り付けられ、透明媒体でカプセル化されたLEDチップを備える。LEDからの効率的な光取出しは、高効率LEDの製作における重大な考慮事項である。従来型のLEDの場合、外部量子効率が、LEDの放出領域からの光の内部全反射(total internal reflection:T
IR)によって制限される。TIRは、スネルの法則(Snell's Law)によって予測され
るように、LEDの半導体と取り囲んでいる周囲との間の屈折率の段階的な低下によって生じ得る。この段階的な低下により、活性領域からの光線(light rays)が、LEDチップから伝達してカプセル化媒体内に入り、最終的にLEDパッケージから逃れることができるエスケープコーン(escape cone)が狭くなる。
スケープコーンを見つけるための複数の機会を与える変化する表面を設けることによって、光が逃れる確率を増大させる。エスケープコーンが見つからない光は、TIRを受け続け、エスケープコーンを見つけるまでさまざまな角度でテクスチャ加工された表面から反射する。表面テクスチャ加工の利点は、いくつかの論文において論じられている(例えば、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3および非特許文献4参照。)。
取出しが向上する。SiC LEDのフリップチップパッケージングには、チップの特定の適用分野に応じて望ましいことがある熱の取出し/放散の向上など、他の利点もある。
ら放出された光を反射して、光吸収性キャリアウェーハ110から遠ざけ、テクスチャ加工された表面118の方に向ける。n型層104は、テクスチャ加工の効果が得られるように加工される。テクスチャ加工された表面118は、内部全反射を防止する助けとなり、デバイスの効率を増大させる。
支持要素は、半導体デバイスに機械的支持をもたらすような構造にされる。
域上に、少なくとも1層のp型半導体層が成長させられる。前記p型層上に、pコンタクト電極が形成される。次いで、半導体デバイスが初めてフリップされて、犠牲キャリア(sacrificial carrier)(例えば、ポリマー材料、ウェーハなど)に、n型層およびp型
層が基板と犠牲キャリアとの間に挟まれるように取り付けられる。次いで、基板が除去されて、n型層の一部分が露出される。露出されたn型層上に、反射要素が形成される。半導体デバイスが再度フリップされて、反射要素が支持要素に取り付けられる。犠牲キャリアが除去される。
される別の方法は、内部全反射を防止するために、1層または複数層を粗面化またはテクスチャ加工することである。
せる加工されたn型層をもたらすことが可能になる。
使用されることに留意されよう。半導体材料の単一「層」が、実際には材料のいくつかの
個別層を備えてもよいことを、当業者なら理解するであろう。同様に、材料のいくつかの「層」を、機能上単一層として考えることもできる。換言すれば、「層(layer)」とい
う語は、半導体材料の均質な層を意味しない。単一「層」は、副層内に局在するさまざまなドーパント濃度および合金組成を含むことができる。そのような副層は、例えばバッファ層、コンタクト層、またはエッチストップ層として機能することができる。これらの副層は、単一の形成ステップで形成しても、複数のステップで形成してもよい。特に別段の定めがある場合を除き、出願人は、特許請求の範囲において実施される本発明の範囲を、要素を材料の「層(layer)」または「層(layers)」を備えるものと述べることによっ
て限定する意図はない。
などの三元化合物および四元化合物も指す。好ましい一実施形態では、n型層204およびp型層206は、窒化ガリウム(GaN)であり、活性領域208は、GaNとInGaNとの交互層を有する多重量子井戸(MQW)である。諸代替実施形態では、n型層204およびp型層206は、AlGaN、AlInGaN、アルミニウムガリウムヒ素(AlGaAs)、またはアルミニウムガリウムインジウムヒ素リン(AlGaInAsP)などのIII−V族材料またはその合金とすることも、それらを含むこともできる。
00nmの厚さを有する酸化インジウムスズなどの透明導電性酸化物、半導体材料、あるいはそれらの材料の組合せを含むことができる。他の材料および厚さを使用することもできる。
、普通なら内部全反射(TIR)によってLED内に閉じ込められるはずの光が、放出光として逃れるのを可能にする変化する表面(varying surface)がもたらされることによ
って、光取出しが向上する。変更された表面のばらつきにより、光が(スネルの法則により定義される)臨界角以内で放出面に到達して、放出される機会が増大する。変更された表面を通って逃げない光については、変更された表面のばらつきにより、光がさまざまな角度で反射し、光が次の通過で逃れる機会が増大する。変更された表面を有するLEDの更なる諸実施形態が、以下に説明される。
取出しを増大させる助けになる。反射要素220は、ミラー、分布ブラッグ反射鏡(distributed Bragg reflector:DBR)、および他のタイプの反射鏡を備えることができる
。反射要素220は、図では、n型層204上に形成されている。半導体層の成長プロセスのため、n型層204は、p型層206よりも厚く、側方により導電性であり、したがって、より多くの側方の電流の流れに対応することができる。電流がn型層204内で側方に容易に拡散することができるため、シングルフリップチッププロセスの場合のように反射要素220がp型層206上に配設されるならば必要であるが、反射要素220がn型層の表面上の全ての点で優れた均一なオーム接点を形成する必要はない。反射要素220がn型層204と均一なオーム接点を形成する材料および構成に限定されないので、さまざまなタイプの反射要素を使用することができる。このため、ダブルフリップチッププロセスにおいて、高度に反射する材料を使用することが可能になり、外部量子効率が向上する。
)を備えることができる。あるいは、接合層224は、ニッケルスズ(NiSn)または導電性エポキシなど、他の導電性材料を備えてもよい。異なる材料からなる他の接合層および/またはバリア層を使用してもよい。
のと同じ向きをそれらが維持するチップをもたらす。成長段階を、完成後のチップと比較されたい。それぞれ、p型層206ではなくn型層204が、基板202(図2aを参照されたい)、およびキャリアウェーハ222(図2gを参照されたい)に最も近い。諸代替実施形態では、犠牲キャリア214がpコンタクト電極210から除去されてから、ボンディングパッド212を上に置くことができる。
る。
反射になることはできないが、境界面の数およびさまざまな層の厚さのため、反射波が強め合って干渉し、その結果、DBRは良好な反射率をもたらす。層の厚さは、実質的に全ての反射波が互いに強め合って干渉するのを確実にするように選択される(例えば、非特許文献5参照。)。DBRとして使用される材料のタイプに応じて、MBEまたはMOCVDなど、1層または複数層のエピタキシャル層を製作するために使用されるのと同じ方法で、材料をn型層204の表面上に堆積させることができる。これらの層は、電子ビーム堆積、スパッタ堆積などを含む方法によって堆積させてもよい。適切な材料を選択し、層の設計を調整することによって、あらゆる入射角および波長の範囲にわたって90%よりもずっと大きな反射率を有する反射要素を形成し、デバイス400の光吸収を大幅に低減させることが可能である。
ている。しかし、pコンタクト電極など、デバイス内の他の表面が、上記で言及したように変更されても、デバイス400が、変更された表面を有してもよい。
ーミック電極804は、n型層204と導電性金属層302との間に電気接続をもたらす。複合ミラー806全体にわたって、n型層204との均一なオーム接点を形成する必要がないため、高平均反射率を達成することができる。変更された表面808が、n型層2
04と複合ミラー806との境界面に、n型層204の表面として示されている。光取出しを向上させるために、デバイス800内の他の表面が上述したように変更されても、デバイス800が、変更された表面を含まなくてもよい。
Claims (10)
- 半導体デバイスであって、
第1の表面および第2の表面を有するキャリアウェーハと、
p型半導体材料の層と、
n型半導体材料の層と、
前記p型材料の層と前記n型材料の層との間に挟まれた活性領域と、
前記n型材料の層の前記活性領域とは反対側の表面上に配設された反射要素であって、前記n型材料と前記キャリアウェーハとの間に挟まれるように、前記キャリアウェーハの、前記n型材料の層と対向する前記第1の表面上に配設された反射要素と
を備えることを特徴とする半導体デバイス。 - 前記p型層の前記活性層とは反対側上に配設されたpコンタクト電極と、
前記キャリアウェーハの、前記反射要素とは反対側の前記第2の表面上に配設されたキャリア電極と
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイス。 - 前記n型層、前記p型層、および前記pコンタクト電極のうちの少なくとも1つは、テクスチャ加工されることを特徴とする請求項2に記載の半導体デバイス。
- 前記反射要素は、アルミニウムミラーを備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記反射要素は、全方向反射鏡を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記反射要素は、全方向反射鏡、および前記キャリアウェーハと前記n型半導体材料の層との間に電気接続をもたらす少なくとも1つのオーミック電極を有する、複合ミラーを備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記反射要素は、
前記キャリアウェーハおよび前記n型半導体材料よりも低い屈折率を有する屈折材料と、
前記キャリアウェーハと前記n型半導体材料の層との間に電気接続をもたらす少なくとも1つのオーミック電極と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイス。 - 前記反射要素は、前記屈折材料と前記キャリアウェーハとの間に挟まれた反射バッキング層をさらに備えることを特徴とする請求項7に記載の半導体デバイス。
- 前記n型層は、テクスチャ加工されることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体材料は、窒化物ベースであることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイス。
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