JP2016535434A - 発光ダイオードを備えた光電子デバイスを製造する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(a) 第1の表面を有する基板を準備する工程、
(b) 前記第1の表面に、円錐形又は円錐台形のワイヤ状の半導体要素を有する発光ダイオードの組立体を形成する工程、
(c) 発光ダイオードの組立体毎に、該組立体の各発光ダイオードを覆う電極層、及び前記組立体の発光ダイオードの周りで前記電極層を覆う導電層を形成する工程、
(d) 前記発光ダイオードを密閉する密閉層で前記第1の表面全体を覆う工程、
(e) 前記基板の厚さを減らして、工程(e) の後、前記第1の表面の反対側に第2の表面を有する前記基板を形成する工程、
(f) 前記基板から絶縁され、前記第2の表面から少なくとも前記第1の表面に至るまで前記基板を横切り、前記導電層と接する導電要素を形成する工程、
(g) 前記第2の表面に、前記基板と接する少なくとも1つの第1の導電パッドを形成する工程、及び
(h) 得られた構造体を切断して発光ダイオードの各組立体を分離する工程
を順次的に有する光電子デバイスを製造する方法を提供する。
ウエハ10の第1の表面に光電子デバイスの発光ダイオードを形成する工程、
発光ダイオードの組立体を密閉層で保護する工程、
密閉層の反対側に光電子デバイス毎に発光ダイオードのバイアスのための導体パッドを形成する工程、及び
ウエハ10を切断して光電子デバイスを分離する工程
を有する。
上面22を有する半導体基板10と、
ワイヤの成長を促して上面22に配置された成長パッド24と、
成長パッド24の内の1つと夫々接する高さH1のワイヤ26であって、成長パッド24に接する高さH2の下方部分28と、下方部分28に連なる高さH3の上方部分30とを夫々有する複数のワイヤ26(2本のワイヤが示されている)と、
基板10の上面22と、各ワイヤ26の下方部分28の側面とに延びる絶縁層32と、
各上方部分30を覆う半導体層の積層体を有するシェル34と、
各シェル34を覆って絶縁層32上を更に延びる、第1の電極を形成する電極層36と、
ワイヤ26上を延びることなくワイヤ26間の電極層36を覆う導電層38と
を備えた構造を示す。
化学蒸着法(CVD )又は有機金属気相エピタキシ法(MOVPE )としても知られている有機金属化学蒸着法(MOCVD )のような方法によって成長パッド24を得てもよい。しかしながら、分子線エピタキシ法(MBE )、ガスソースMBE 法(GSMBE )、有機金属MBE 法(MOMBE )、プラズマ支援MBE 法(PAMBE )、原子層エピタキシ法(ALE )、ハイドライド気相エピタキシ法(HVPE)、及び原子層成膜法(ALD )のような方法を使用してもよい。更に、蒸着法又は反応性カソードスパッタリング法のような方法を使用してもよい。
この工程は、基板10の表面の成長パッド24間に窒化シリコン(例えばSi3N4)の領域を形成する窒化工程によって行われてもよい。
各ワイヤ26は下にある成長パッド24の最上部から成長する。
上方部分30を成長させるために、反応器内のシランの流れが例えば10分の1以下に減少するか停止することがなければ、MOCVD 反応器の上述した動作条件が一例として維持される。シランの流れが停止する場合であっても、上方部分30は、隣り合う不動態化された部分からのドーパントのこの活性部分における拡散により、又はGaN の残りのドーピングによりN型にドープされてもよい。
下方部分28の周囲を覆う窒化シリコン層が存在することを考慮すると、シェル34を形成する層の成膜が、ワイヤ26の上方部分30のみで生じる。
上述した実施形態では、絶縁層32はシェル34を覆っていない。変形例として、絶縁層32はシェル34の一部を覆ってもよい。更に、絶縁層32はシェル34の前に形成されてもよい。
図2Bは、ウエハ10全体に亘って密閉層40を成膜した後に得られた構造を示す。密閉層40が発光ダイオードDEL の最上部で電極層36を完全に覆うように、密閉層40の最大の厚さは12μm〜1,000 μmの範囲内であり、例えばおよそ50μmである。密閉層40は、少なくとも部分的に透明な絶縁材料から形成されている。
絶縁層45は、例えばPECVD による共形成膜によって形成される。
基板10のエッチングは深掘り反応性イオンエッチング(DRIE)であってもよい。絶縁層32の一部のエッチングが更に、絶縁層32に適した化学反応を用いたプラズマエッチングによって行われる。同時的に、電極層36をエッチングしてもよい。変形例として、電極層36は、導電層38を形成する工程の前に開口部46が形成される領域から除去されてもよい。開口部46の断面は円形であってもよい。そのため、開口部46の直径は、図1に示されているような1つの光電子要素14のサイズに応じて5μm〜200 μmの範囲内であってもよく、例えばおよそ15μmであってもよい。そのため、複数の円形の開口部46が、接続部分を並行して形成すべく同時的に形成されてもよい。このため、接続部分の抵抗を下げることが可能になる。このような接続部分は、発光ダイオードDEL が形成される領域の周囲に配置されてもよい。変形例として、開口部46は、例えば光電子デバイスの少なくとも一側に沿って延びるトレンチに相当してもよい。トレンチの幅は、図1に示されているような1つの光電子要素14のサイズに応じて15μm〜200 μmの範囲内であり、例えばおよそ15μmであることが好ましい。
絶縁層45を覆う絶縁層48の部分は図面に示されていない。絶縁層48は、例えば共形的なPECVD によって形成される。絶縁層48の厚さは、200 nm〜5,000 nmの範囲内であり、例えばおよそ3μmである。
このエッチングは異方性である。
このエッチングを行うために、開口部46が、例えば樹脂で一時的に塞がれてもよい。
−絶縁層45の開口部50に導電パッド60を形成する工程、
−金属の導電パッド60を特に覆う絶縁層62を成膜する工程(絶縁層62は、酸化シリコン若しくは窒化シリコンから形成されてもよく、又は2以上の積層された層の積層体に相当してもよく、200 nm〜1,000 nmの範囲内の厚さを有してもよい。)、及び
−絶縁層62に開口部64をエッチングして導電パッド60の一部を露出させる工程
の後に得られた構造を示す。
−導電パッド52を特に覆って開口部46を充填する絶縁層68を成膜する工程(その材料は絶縁ポリマーであってもよく、例えば厚さが2μm〜20μmの範囲内のBCB (ベンゾシクロブテン)レジストであってもよく、又は厚さが200 nm〜1,000 nmの範囲内の酸化シリコン、窒化シリコン若しくはこれら両方であってもよい。)、
−絶縁層68に開口部70を形成して第2の電極52及び導電層54の一部を露出させる工程(その処理は、絶縁層68が無機材料から形成されている場合プラズマタイプのエッチングであってもよく、絶縁層68がレジストから形成されている場合照射及び現像の工程であってもよい。)、及び
−開口部70に導電パッド72を形成する工程(導電パッド72は、エレクトロニクスでの半田付け作業と適合する材料から形成されており、例えばスズ系の合金又は金系の合金から形成されている。導電パッド72を使用して光電子デバイスを支持体(不図示)に取り付けてもよい。)
を有する製造方法の別の実施形態を示す。
−図2Bに関連して上記に記載された工程と同様に密閉層40を成膜する工程(密閉層40は開口部92内に部分的又は完全に入り込む。)、
−図2Cに関連して上記に記載された工程と同様にハンドル42を設ける工程、
−図2Dに関連して上記に記載された工程と同様に基板10を開口部92に至るまで薄膜化する工程、
−開口部92を保護しながら、基板10の下面44に絶縁層94を形成する工程、及び
−絶縁層94に開口部96を形成して基板10の一部を露出させる工程
を行った後に得られた構造を示す。
−基板10に開口部120 をエッチングする工程(開口部120 は、反応性イオンエッチングタイプのエッチング、例えばDRIEエッチングによって形成されてもよい。開口部120 の深さは、薄膜化する工程の後、基板10の対象の厚さより厳密に大きい。例として、開口部120 の深さは10μm〜200 μmの範囲内であり、例えばおよそ35μmである。開口部120 の側壁間の距離は、1〜10μmの範囲内であり、例えば2μmである。)、及び
−開口部120 の側壁に、例えば熱酸化法によって例えば酸化シリコンから絶縁部分122 を形成する工程(この工程では、絶縁部分が、開口部120 の底部及び基板10の残り部分に更に形成されてもよい。絶縁部分の厚さは100 nm〜3,000 nmの範囲内であってもよく、例えばおよそ200 nmであってもよい。)
の後に得られた構造を示す。
−開口部120 の側面に絶縁部分122 を保持すべく、開口部120 の底部の絶縁部分及び基板10の上面22を覆う絶縁部分を異方的にエッチングする工程(例として、基板10の上面22を覆う絶縁部分のエッチングが省略されてもよい。この場合、フォトリソグラフィによって形成されたマスクが、エッチングされない絶縁部分を保護するために設けられてもよい。)、
−特に図2A〜2Dに関連して高温で行われる上記の工程中、例えばLPCVD による成膜中に熱収支を支援する充填材料、例えばポリシリコン、タングステン又は耐熱性の金属材料を開口部120 に充填する工程(ポリシリコンは、シリコンの熱膨張係数に近い熱膨脹係数を有しているため、特に図2A〜2Dに関連して高温で行われる上記の工程中に機械的応力を下げ得ることが有利である。)、及び
−例えばCMP タイプの方法によって充填材料の層を除去する工程(基板10の上面22を覆う絶縁部分のエッチングが、開口部120 の底部の絶縁部分の異方性エッチング中に省かれる場合、エッチングされない層が、充填材料の層を除去する間に停止層として有利に使用されてもよい。この場合、充填材料の層を除去した後、基板10の上面22を覆う絶縁部分をエッチングする工程を行う。充填材料の導電部分124 がこのようにして得られる。)
を行った後に得られた構造を示す。
−基板10を薄膜化して導電部分124 に達する工程、
−基板10の下面44に絶縁層126を形成する工程、
−絶縁層126 に開口部128 を形成して基板10の下面44の一部を露出させ、開口部130 を形成して導電部分124 を露出させる工程、
−基板10に接する開口部128 に導電パッド132 を形成して、導電部分124 に接する開口部130 に導電パッド134 を形成する工程、
−絶縁層126 及び導電パッド132 ,134を覆う絶縁層136 を形成する工程、
−絶縁層136 に開口部138 を形成して導電パッド132 の一部を露出させ、開口部140 を形成して導電パッド134 を露出させる工程、及び
−導電パッド132 に接する開口部138 に第2の電極142 を形成して、導電パッド134 に接する開口部130 に導電パッド144 を形成する工程
を行った後に得られた構造を示す。
−絶縁層32に開口部152 をエッチングする工程、
−下面150 上及び開口部152 内にミラー層154 を成膜する工程、及び
−ミラー層154 を覆う導電層156 を成膜する工程
を行った後に得られた構造を示す。
−導電パッド158, 164上と導電パッド158, 164間とに延びる絶縁層170 を成膜する工程、
−絶縁層170 に導電パッド158 を露出させる開口部172 と導電パッド164 を露出させる開口部174 とをエッチングする工程、及び
−絶縁層170 を覆って開口部172, 174内に入り込む導電層176 を成膜する工程
の後に得られた構造を示す。
Claims (12)
- 光電子デバイス(14)を製造する方法であって、
(a) 第1の表面(22)を有する基板を準備する工程、
(b) 前記第1の表面に、円錐形又は円錐台形のワイヤ状の半導体要素を有する発光ダイオード(DEL) の組立体を形成する工程、
(c) 前記発光ダイオードの組立体毎に、該組立体の各発光ダイオードを覆う電極層(36)、及び前記組立体の発光ダイオードの周りで前記電極層を覆う導電層(38)を形成する工程、
(d) 前記発光ダイオードを密閉する密閉層(40)で前記第1の表面全体を覆う工程、
(e) 前記基板の厚さを減らして、工程(e) の後、前記第1の表面(22)の反対側に第2の表面(44)を有する前記基板を形成する工程、
(f) 前記基板から絶縁され、前記第2の表面から少なくとも前記第1の表面(22)に至るまで前記基板を横切り、前記導電層と接する導電要素(56)を形成する工程、
(g) 前記第2の表面に、前記基板と接する少なくとも1つの第1の導電パッド(52; 60; 82; 102; 132)を形成する工程、及び
(h) 得られた構造体を切断して発光ダイオードの各組立体を分離する工程
を順次的に有することを特徴とする方法。 - 工程(f) で、前記導電要素(56)と接する少なくとも1つの第2の導電パッド(72; 90; 134)を、前記第2の表面(44)に形成する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記基板から絶縁され、前記第2の表面から少なくとも前記第1の表面(22)に至るまで前記基板を横切り、前記発光ダイオード(DEL) の内の少なくとも1つの基部と接する少なくとも1つの追加の導電要素(106, 110)を形成する工程を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記導電要素(56)を形成する工程は、工程(e) の後、前記第2の表面(44)から前記基板(10)に開口部(46)をエッチングする工程、少なくとも前記開口部の側壁に絶縁層(48)を形成する工程、及び該絶縁層を覆う導電層(54)を形成するか前記開口部に導電性材料を充填する工程を順次的に有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 工程(f) を、工程(b) の前に少なくとも部分的に行い、工程(f) は、工程(b) の前に、前記第1の表面(22)から前記基板の厚さの一部に亘って開口部(92)をエッチングする工程を有し、工程(e) で前記開口部を前記第2の表面(44)に開口させることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記電極層(36)及び前記導電層(38)を、前記開口部(92)内に更に形成することを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 工程(b) の前に、少なくとも前記開口部(92)の側壁に絶縁部分(122) を形成して前記開口部に導電性材料を充填する工程を有することを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 工程(e) の前に、前記発光ダイオード(DEL) を密閉する前記密閉層(40)に支持体(42)を取り付ける工程を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の方法。
- 前記発光ダイオード(DEL) を密閉する前記密閉層(40)は、前記発光ダイオード間に蛍光体を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の方法。
- 前記発光ダイオード(DEL) を密閉する前記密閉層(40)を覆うか、又は前記支持体(42)を覆う蛍光体の蛍光体層(206) を形成する工程を有することを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記発光ダイオード(DEL) を密閉する前記密閉層(40)と前記蛍光体層(206) との間に、前記発光ダイオードによって放射される光線を通して前記蛍光体によって放射される光線を反射することができる層(222) を形成する工程を有することを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記基板(10)と前記発光ダイオード(DEL) を密閉する前記密閉層(40)との間の前記発光ダイオード(DEL) の周りに、前記発光ダイオードの高さの50%より大きい高さを有する反射体(232; 242)を形成する工程を有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の方法。
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