本発明をより詳しくかつ全体的に開示すべく、以下は関連図面に基づいてその実施例を説明する。なお、以下の実施例は本発明の発光デバイスを例示説明するものであり、本発明は以下の実施例に限定されない。また、本明細書の実施例における構成部品の寸法、材質、形状、相対配置などは、特に限定のない場合、単純な説明であり、本発明の範囲を制限するものではない。かつ、各図面に示された部品の大きさ又は位置関係などについて、説明を明確にするため拡張する場合がある。さらに、以下の説明において、同じ又は同性質の部品に同じ名称、符号を付与し、その詳細説明を適宜省略する。
図1A〜図11Bは本発明の一実施例が開示する発光デバイス1又は発光デバイス2の製造方法である。
図1Aの上面図及び図1Aの線分A−A’における断面図である図1Bが示すように、発光デバイス1又は発光デバイス2の製造方法はプラットフォーム形成ステップを含み、このプラットフォーム形成ステップにおいて、基板11aを提供し、及び基板11aの上に半導体積層10aを形成する。半導体積層10aは第一半導体層101a、第二半導体層102a、第一半導体層101a及び第二半導体層102aの間に位置する活性層103aを含む。半導体積層10aに対しフォトリソグラフィ、エッチングの方法によってパターン化を行い、一部の第二半導体層102a及び活性層103aを除去して、一つ又は複数の半導体構造1000a、及び一つ又は複数の半導体構造1000aを囲む囲み部111aを形成する。囲み部111aは第一半導体層101aの第一表面1011aを露出させる。一つ又は複数の半導体構造1000aはそれぞれ第一外側壁1003a、第二外側壁1001a及び内側壁1002aを含み、第一外側壁1003aは第一半導体層101aの側壁であり、第二外側壁1001aは活性層103a及び/又は第二半導体層102aの側壁であり、第二外側壁1001aの一端が第二半導体層102aの表面102sに接続され、第二外側壁1001aの他端が第一半導体層101aの第一表面1011aに接続され、内側壁1002aの一端が第二半導体層102aの表面102sに接続され、内側壁1002aの他端が第一半導体層101aの第二表面1012aに接続され、複数の半導体構造1000aは第一半導体層101aを介して互いに接続する。図1Bを見ると、半導体構造1000aの内側壁1002aと第一半導体層101aの第二表面1012aとの間に鈍角を有し、半導体構造1000aの第一外側壁1003aと基板11aの表面11sとの間に鈍角又は直角を有し、半導体構造1000aの第二外側壁1001aと第一半導体層101aの第一表面1011aとの間に鈍角を有する。囲み部111aは半導体構造1000aの周囲を囲み、囲み部111aは発光デバイス1又は発光デバイス2の上面図において矩形又は多角形である。
本発明の一実施例において、発光デバイス1又は発光デバイス2は30milより小さい辺長を有する。外部電流が発光デバイス1又は発光デバイス2に入力された時、囲み部111aが半導体構造1000aの周囲を囲んでいるため、発光デバイス1又は発光デバイス2のライトフィールド分布の均等化させ、かつ発光デバイスの順電圧の低減させることができる。
本発明の一実施例において、発光デバイス1又は発光デバイス2は30milより大きい辺長を有する。半導体積層10aにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化を行い、一部の第二半導体層102a及び活性層103aを除去し、第二半導体層102a及び活性層103aを貫通する一つ又は複数の孔部100aを形成し、一つ又は複数の孔部100aが第一半導体層101aの一つ又は複数の第二表面1012aを露出させる。外部電流が発光デバイス1又は発光デバイス2に入力された時、囲み部111a及び複数の孔部100aの分散配置により、発光デバイス1又は発光デバイス2のライトフィールド分布を均等化させ、かつ発光デバイスの順電圧を低減させることができる。
本発明の一実施例において、発光デバイス1又は発光デバイス2は30milより小さい辺長を有し、活性層の発光面積を増やすよう、発光デバイス1又は発光デバイス2は一つ又は複数の孔部100aを含まなくてもよい。
本発明の一実施例において、一つ又は複数の孔部100aの開口の形状は円形、楕円形、矩形、多角形、又は任意の形状を含む。複数の孔部100aは複数列に配列され、隣接する二列の孔部100aは互いに位置が揃ってもずれてもよい。
本発明の一実施例において、基板11aは成長基板であって、アルミニウムインジウムガリウムリン(AlGaInP)を成長させるためのガリウム砒素(GaAs)ウエハ、又は窒化インジウムガリウム(InGaN)を成長させるためのサファイア(Al2O3)ウエハ、窒化ガリウム(GaN)ウエハ又は炭化ケイ素(SiC)ウエハを含むことができる。この基板11aにおいて、有機金属気相成長法(MOCVD)、分子線エピタキシー(MBE)、ハイドライド気相成長法(HVPE)、蒸着法又は離子電気メッキ方法によって光電特性を有する半導体積層10a、例えが発光(light−emitting)積層を形成するができる。
本発明の一実施例において、第一半導体層101aと第二半導体層102aは、例えば被覆層(cladding layer)又は制限層(confinement layer)であり、両者は異なる導電型、電気特性、極性を有し、又は添加された元素に基づいて電子又は正孔を提供することが可能であり、例えば第一半導体層101aはn型電気特性の半導体であり、第二半導体層102aはp型電気特性の半導体である。活性層103aは第一半導体層101aと第二半導体層102aとの間に形成され、電子と正孔は電流の駆動によって活性層103aで結合し、電気エネルギを光エネルギに変換し、光線を発する。半導体積層10a中の一層又は複数層の物理及び化学組成を変更することにより発光デバイス1又は発光デバイス2が発する光線の波長を調整する。半導体積層10aの材料はIII−V族の半導体材料、例えばAlxInyGa(1−x−y)N又はAlxInyGa(1−x−y)Pであり、かつ、0≦x、y≦1、(x+y)≦1である。活性層103aの材料によって、半導体積層10aの材料がAlInGaP系の材料である場合、波長が610nmから650nmの間の赤色光、波長が530nmから570nmの間の緑色光を発し、半導体積層10aの材料がInGaN系の材料である場合、波長が450nmから490nmの間の青色光を発し、また半導体積層10aの材料がAlGaN系列材料である場合、波長が400nmから250nmの間の紫外光を発することができる。活性層103aはシングルヘテロ構造(single heterostructure、SH)、ダブルヘテロ構造(double heterostructure、DH)、ダブルサイドダブルヘテロ構造(double−side double heterostructure、DDH)、多重量子井戸構造(multi−quantum well、MQW)であってもよい。活性層103aの材料は中性、p型又はn型電気特性の半導体であってもよい。
プラットフォーム形成ステップに続き、図2Aの上面図及び図2Aの線分A−A’における断面図である図2Bが示すように、発光デバイス1又は発光デバイス2の製造方法は第一絶縁層形成ステップを含む。蒸着又は成長(deposition)などの方法で半導体構造1000aの上に第一絶縁層20aを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化することにより、上記囲み部111aの第一表面1011a及び孔部100aの第二表面1012aを被覆し、かつ半導体構造1000aの第二半導体層102a、活性層103aの第二外側壁1001a及び内側壁1002aを被覆し、なお、第一絶縁層20aは上記囲み部111aを被覆する第一絶縁層囲みエリア200aを含み、囲み部111aに位置する第一半導体層101aの第一表面1011aが第一絶縁層囲みエリア200aに被覆される。第一群の第一絶縁層被覆エリア201aは孔部100aを被覆することにより、孔部100aに位置する第一半導体層101aの第二表面1012aが第一群の第一絶縁層被覆エリア201aに被覆される。また、第二群の第一絶縁層開口202aは第二半導体層102aの表面102sを露出させる。第一群の第一絶縁層被覆エリア201aは互いに離間してそれぞれ複数の孔部100aに対応する。第一絶縁層20aは単層又は多層の構造であってもよい。第一絶縁層20aが単層膜である場合、第一絶縁層20aは半導体構造1000aの側壁を保護し、活性層103aが後の工程で破壊されることを防ぐことができる。第一絶縁層20aが多層膜である場合、第一絶縁層20aは屈折率が異なる二種類以上の材料が交互に積み重なって形成されるブラッグ反射器(DBR)構造を含み、特定の波長の光を選択的に反することができる。第一絶縁層20aは非導電材料によって形成され、例えば、Su8、ベンゾシクロブテン(BCB)、パーフルオロシクロブタン(PFCB)、エポキシ樹脂(Epoxy)、アクリル樹脂(Acrylic Resin)、環状オレフィンポリマー(COC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(Polyetherimide)、フルオロカーボン重合体(Fluorocarbon Polymer)などの有機材料、又は、例えばシリコーン(Silicone)、ガラス(Glass)等の無機材料、又は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化チタニウム(TiOx)、及びフッ化マグネシウム(MgFx)などの誘電材料を含む。
本発明の一実施例において、第一絶縁層形成ステップに続いて図3Aの上面図及び図3Aの線分A−A’における断面図である図3Bが示すように、発光デバイス1又は発光デバイス2の製造方法は透明導電層形成ステップを含む。蒸着又は成長などの方法で第二群の第一絶縁層開口202aの中に透明導電層30aを形成し、なお、透明導電層30aの外縁301aと第一絶縁層20aが一定距離離れており、第二半導体層102aの表面102sが露出される。透明導電層30aは第二半導体層102aのほぼ全面に形成され、かつ第二半導体層102aに接触するため、透明導電層30aは電流を均等に第二半導体層102aの全体に分配することができる。透明導電層30aの材料は、活性層103aが発する光線に対し透明な材料、例えば酸化インジウム錫(ITO)、又は酸化インジウム亜鉛(IZO)を含む。
本発明の別の実施例において、プラットフォーム形成ステップの後、まず透明導電層形成ステップを行い、次に第一絶縁層形成ステップを行ってもよい。
本発明の別の実施例において、プラットフォーム形成ステップの後、第一絶縁層形成ステップを省略し、直接透明導電層形成ステップを行ってもよい。
本発明の一実施例において、透明導電層形成ステップに続き、図4Aの上面図及び図4Aの線分A−A’における断面図である図4Bが示すように、発光デバイス1又は発光デバイス2の製造方法は反射構造形成ステップを含む。反射構造は反射層40a及び/又はバリア層41aを含み、蒸着又は成長などの方法によって直接透明導電層30aの上に形成され、反射層40aが透明導電層30a及びバリア層41aの間に位置する。発光デバイス1又は発光デバイス2の上面図において、反射層40aの外縁401aは透明導電層30aの外縁301aの内側、外側に設けられ、又は透明導電層30aの外縁301aと重なるように設けられてもよい。バリア層41aの外縁411aは反射層40aの外縁401aの内側、外側に設置されても、又は反射層40aの外縁401aと重なるように設置されてもよい。
本発明の別の実施例において、透明導電層形成ステップを省略し、プラットフォーム形成ステップ又は第一絶縁層形成ステップの後、直接反射構造形成ステップを行い、例えば、反射層40a及び/又はバリア層41aを直接第二半導体層102aの上に形成することが可能であり、反射層40aは第二半導体層102a及びバリア層41aの間に位置する。
反射層40aは単層又は多層構造であり、多層構造として例えばブラッグ反射構造であってもよい。反射層40aの材料は反射率が比較的に高い金属材料、例えば銀(Ag)、アルミニウム(Al)、又はロジウム(Rh)などの金属又は上記材料の合金を含む。ここで、比較に高い反射率を有するとは、発光デバイス1又は発光デバイス2が発する光線の波長に対し80%以上の反射率を有することを意味する。本発明の一実施例において、反射層40aの表面酸化による反射層40aの反射率劣化を防止するために、バリア層41aは反射層40aを被覆している。バリア層41aの材料は金属材料、例えばチタニウム(Ti)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、錫(Sn)、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)などの金属又は上記材料の合金を含む。バリア層41aは単層又は多層構造であり、多層構造として例えばチタニウム(Ti)/アルミニウム(Al)、及び/又はチタニウム(Ti)/タングステン(W)であってもよい。本発明の一実施例において、バリア層41aは、反射層40aから離れた側にチタニウム(Ti)/アルミニウム(Al)の積層構造を有し、及び反射層40aに近い側にチタニウム(Ti)/タングステン(W)の積層構造を有する。本発明の一実施例において、反射層40a及びバリア層41aの材料は金(Au)又は銅(Cu)以外の金属材料を含むことが好ましい。
本発明の一実施例において、反射構造形成ステップに続き、図5Aの上面図、図5AのA−A’における断面図である図5B、及び図5Aの線分B−B’における断面図である図5Cが示すように、発光デバイス1又は発光デバイス2の製造方法は第二絶縁層形成ステップを含む。蒸着又は成長などの方法で半導体構造1000aの上に第二絶縁層50aを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化することにより、第一半導体層101aを露出させる第一群の第二絶縁層開口501aを形成し、及び反射層40a又はバリア層41aを露出させる第二群の第二絶縁層開口502aを形成する。ここで、第二絶縁層50aをパターン化する過程において、上記第一絶縁層形成ステップで囲み部111aを被覆する第一絶縁層囲みエリア200a及び孔部100a内の第一群の第一絶縁層被覆エリア201aが部分的にエッチング除去されて、第一半導体層101aが露出される。孔部100a内に形成された第一群の第一絶縁層開口203aは第一半導体層101aを露出させる。本実施例の発光デバイス1又は発光デバイス2の断面図において、図5Bが示すように、第一群の第二絶縁層開口501a及び第二群の第二絶縁層開口502aは異なる幅、数を有する。第一群の第二絶縁層開口501a及び第二群の第二絶縁層開口502aの開口の形状は円形、楕円形、矩形、多角形、又は任意の形状を含む。本実施例において、図5Aが示すように、第一群の第二絶縁層開口501aは互いに離間し、複数列に配列され、かつ複数の孔部100a及び第一群の第一絶縁層開口203aにそれぞれ対応している。第二群の第二絶縁層開口502aはいずれも基板11aの一方側、例えば、基板11aの中心線の左側又は右側に近接し、第二群の第二絶縁層開口502aは互いに離間し、かつ隣接する二列の第一群の第二絶縁層開口501aの間に位置する。第二絶縁層50aは単層又は多層構造であってもよい。第二絶縁層50aが単層膜の場合、第二絶縁層50aは半導体構造1000aの側壁を保護し、活性層103aが後工程で破壊されることを防止できる。第二絶縁層50aが多層膜の場合、第二絶縁層50aは、屈折率が異なる二種類以上の材料が交互に積み重なって形成されたブラッグ反射器(DBR)構造を含み、特定波長の光を選択的に反射することができる。第二絶縁層50aは非導電材料によって形成され、例えばSu8、ベンゾシクロブテン(BCB)、パーフルオロシクロブタン(PFCB)、エポキシ樹脂(Epoxy)、アクリル樹脂(Acrylic Resin)、環状オレフィンポリマー(COC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(Polyetherimide)、フルオロカーボン重合体(Fluorocarbon Polymer)などの有機材料、又は、例えばシリコーン(Silicone)、ガラス(Glass)などの無機材料、又は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化チタニウム(TiOx)、若しくはフッ化マグネシウム(MgFx)などの誘電材料を含む。
第二絶縁層形成ステップに続き、本発明の一実施例において、図6Aの上面図、図6Aの線分A−A’における断面図である図6B、及び図6Aの線分B−B’における断面図である図6Cが示すように、発光デバイス1又は発光デバイス2の製造方法は接触層形成ステップを含む。蒸着又は成長などの方法で第一半導体層101a及び第二半導体層102aの上に接触層60aを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化することにより、第二群の第二絶縁層開口502a上に一つ又は複数の接触層開口602aを形成して、反射層40a又はバリア層41aを露出させ、かつ発光デバイス1又は発光デバイス2の幾何中心部分にエリア600aを定義する。発光デバイス1又は発光デバイス2の断面図において、接触層開口602aの幅は任意一つの第二群の第二絶縁層開口502aの幅より大きい。発光デバイス1又は発光デバイス2の上面図において、複数の接触層開口602aはいずれも基板11aの一方側、例えば基板11a中心線の左側又は右側に近接している。接触層60aは単層又は多層構造であってもよい。第一半導体層101aと接触する時の抵抗を低減するために、接触層60aの材料は金属材料、例えばクロム(Cr)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、金(Au)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、錫(Sn)、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)などの金属又は上記材料の合金を含む。本発明の一実施例において、接触層60aの材料は金(Au)、銅(Cu)以外の金属材料を含むことが好ましい。本発明の一実施例において、接触層60aの材料は高反射率を有する金属、例えばアルミニウム(Al)、プラチナ(Pt)を含むことが好ましい。本発明の一実施例において、第一半導体層101aとの接合強度を高めるために、接触層60aと第一半導体層101aが接触する側にクロム(Cr)又はチタニウム(Ti)を含むことが好ましい。
本発明の一実施例において、接触層60aは全ての孔部100aを被覆し、かつ延伸して第二半導体層102aの上を被覆する。また、接触層60aは第二絶縁層50aを介して第二半導体層102aと絶縁し、接触層60aは孔部100aを介して第一半導体層101aと接触する。外部電流が発光デバイス1又は発光デバイス2に入力された時、電流は複数の孔部100aによって第一半導体層101aまで伝導される。本実施例において、同じ列に隣接して位置する二つの孔部100aの間は第一最短距離を有し、発光デバイスの縁部に近接する任意の孔部100aと第一半導体層101aの第一外側壁1003aとの間は第二最短距離を有し、なお、第一最短距離は第二最短距離より大きい。
本発明の別の実施例において、接触層60aは囲み部111a及び孔部100aを被覆し、かつ延伸して第二半導体層102aの上を被覆する。また、接触層60aは第二絶縁層50aを介して第二半導体層102aと絶縁し、接触層60aは囲み部111a及び孔部100aを介して第一半導体層101aと接触する。外部電流が発光デバイス1又は発光デバイス2に入力された時、一部の電流が囲み部111aによって第一半導体層101aまで伝導され、もう一部の電流が複数の孔部100aによって第一半導体層101aまで伝導される。本実施例において、同じ列に隣接して位置する二つの孔部100aの間は第一最短距離を有し、発光デバイスの縁部に近接する任意の孔部100aと第一半導体層101aの第一外側壁1003aとの間は第二最短距離を有し、なお、第一最短距離は第二最短距離より小さい、又は等しい。
本発明の別の実施例において、複数の孔部100aが第一列と第二列に配列され、同じ列に隣接して位置する二つの孔部100aの間は第一最短距離を有し、第一列に位置する孔部100aと第二列に位置する孔部100aとの間は第二最短距離を有し、なお、第一最短距離は第二最短距離より大きい又は小さい。
本発明の一実施例において、複数の孔部100aは第一列、第二列及び第三列に配列され、第一列に位置する孔部100aと第二列に位置する孔部100aの間は第一最短距離を有し、第二列に位置する孔部100aと第三列に位置する孔部100aの間は第二最短距離を有し、なお、第一最短距離は第二最短距離より小さい。
本発明の一実施例において、図6A、図6B及び図6Cが示す接触層形成ステップに続き、発光デバイス1又は発光デバイス2の製造方法は第三絶縁層形成ステップを含み、図7Aの上面図、図7Aの線分A−A’における断面図である図7B、及び図7Aの線分B−B’における断面図である図7Cが示すように、蒸着又は成長などの方法で半導体構造1000aの上に第三絶縁層70aを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化することにより、接触層60aの上に第一群の第三絶縁層開口701aを形成して、図6Aが示す接触層60aを露出させ、及び一つ又は複数の接触層開口602aの上に第二群の第三絶縁層開口702aを形成して、図6Aが示す反射層40a又はバリア層41aを露出させる。なお、第二半導体層102aの上に位置する接触層60aは第二絶縁層50a及び第三絶縁層70aの間に挟まれ、第一群の第三絶縁層開口701aと第一群の第二絶縁層開口501aはずれており、互いに重なっていない。上記シンブルエリア600aは第三絶縁層に囲まれ及び被覆されている。本実施例において、図7Aが示すように、第一群の第三絶縁層開口701aは互いに離間しており、かつ複数の孔部100aとそれぞれずれている。第二群の第三絶縁層開口702aは互いに離間しており、かつ複数の接触層開口702aとそれぞれ対応している。図7Aの上面図において、第一群の第三絶縁層開口701aは基板11aの一方側、例えば右側に近接し、第二群の第三絶縁層開口702aは基板11aの他方側、例えば基板11aの中心線の左側に近接する。発光デバイス1又は発光デバイス2の断面図において、任意一つの第二群の第三絶縁層開口702aの幅が任意一つの接触層開口702aの幅より小さく、第三絶縁層70aは接触層開口602aに沿って充填され、接触層開口602aの側壁を被覆し、反射層40a又はバリア層41aを露出させ、第二群の第三絶縁層開口702aを構成する。第三絶縁層70aは単層又は多層構造であってもよい。第三絶縁層70aが多層膜の場合、第三絶縁層70aは屈折率が異なる二種類以上の材料が交互に積み重なって形成されたブラッグ反射器(DBR)構造を含む、特定波長の光を選択的に反射することができる。第三絶縁層70aは非導電材料によって形成され、例えばSu8、ベンゾシクロブテン(BCB)、パーフルオロシクロブタン(PFCB)、エポキシ樹脂(Epoxy)、アクリル樹脂(Acrylic Resin)、環状オレフィンポリマー(COC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(Polyetherimide)、フルオロカーボン重合体(Fluorocarbon Polymer)などの有機材料、又は、例えばシリコーン(Silicone)、ガラス(Glass)などの無機材料、又は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化チタニウム(TiOx)、若しくはフッ化マグネシウム(MgFx)などの誘電材料を含む。
第三絶縁層形成ステップに続き、発光デバイス1又は発光デバイス2の製造方法ははんだパッド形成ステップを含む。図8の上面図が示すように、電気メッキ、蒸着又は成長などの方法で一つ又は複数の半導体構造1000aの上に第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化を行う。図8の上面図において、第一はんだパッド80aは基板11aの中心線の一方側、例えば右側に近接し、第二はんだパッド90aは基板11aの中心線の他方側、例えば左側に近接する。第一はんだパッド80aは全ての第一群の第三絶縁層開口701aを被覆し、接触層60aと接触し、かつ接触層60a及び孔部100aを介して第一半導体層101aと電気的に接続する。第二はんだパッド90aは全ての第二群の第三絶縁層開口702aを被覆し、反射層40a又はバリア層41aと接触し、かつ反射層40a又はバリア層41aを介して第二半導体層102aと電気的に接続する。第一はんだパッド80aは、一つ又は複数の第一はんだパッド開口800a、第一側辺802a、第一側辺802aから第二はんだパッド90aに対し離れる方向へ延伸する複数個の第一凹部804aを有する。第二はんだパッド90aは、一つ又は複数の第二はんだパッド開口900a、第二側辺902a、第二側辺902aから第一はんだパッド80aに対し離れる方向へ延伸する複数個の第二凹部904aを有する。第一はんだパッド開口800aの位置及び第二はんだパッド開口900aの位置は孔部100aの位置とほぼ対応しており、また、第一凹部804aの位置及び第二凹部904aの位置は孔部100aの位置とほぼ対応している。言い換えれば、第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aはいずれの孔部100aも被覆しておらず、第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aは孔部100aを避けて、かつ孔部100aの周囲に形成されているため、第一はんだパッド開口800a又は第二はんだパッド開口900aの直径が任意一つの孔部100aの直径より大きく、及び、第一凹部804a又は第二凹部904aの幅が任意一つの孔部100aの直径より大きい。本発明の一実施例では、複数個の第一凹部804aは上面図において複数個の第二凹部904aと位置が略揃っている。本発明の別の実施例では、複数個の第一凹部804aは上面図において複数個の第二凹部904aと位置がずれている。本発明の一実施例では、発光デバイス1又は発光デバイス2の上面図において、第一はんだパッド80aの形状が第二はんだパッド90aの形状と同じ又は異なる。
図9Aは図8の線分A−A’における断面図である、図9Bは図8の線分B−B’の断面図である。本実施例が開示する発光デバイス1はフリップチップ式の発光ダイオードデバイスである。発光デバイス1は、基板11a、基板11aの上に位置する一つ又は複数の半導体構造1000a、一つ又は複数の半導体構造1000aを囲む囲み部111a、半導体積層10aの上に位置する第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aを含む。一つ又は複数の半導体構造1000aはそれぞれ半導体積層10aを含む、半導体積層10aは第一半導体層101a、第二半導体層102a、及び第一半導体層101aと第二半導体層102aとの間に位置する活性層103aを含む。複数の半導体構造1000aは第一半導体層101aを介して繋がっている。図8、図9A及び図9Bが示すように、一つ又は複数の半導体構造1000aの周囲の第二半導体層102a及び活性層103aが除去されて、第一半導体層101aの第一表面1011aが露出されている。言い換えれば、囲み部111aは第一半導体層101aの第一表面1011aを含み、半導体構造1000aの周囲を囲んでいる。
発光デバイス1はさらに一つ又は複数の孔部100a及び接触層60aを含む。孔部100aは第二半導体層102a及び活性層103aを貫通し、第一半導体層101aの一つ又は複数の第二表面1012aを露出させる。接触層60aは、第一半導体層101aの第一表面1011aの上に形成され、半導体構造1000aの周囲を囲み、かつ第一半導体層101aと接触して電気的に接続し、及び、第一半導体層101aの一つ又は複数の第二表面1012aの上に形成され、一つ又は複数の孔部100aを被覆し、かつ第一半導体層101aと接触して電気的に接続する。本実施例では、発光デバイス1の上面図において、接触層60aの総表面積が活性層103aの総表面積より大きく、又は接触層60aの外周辺長は活性層103aの外周辺長より大きい
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80a及び/又は第二はんだパッド90aは複数の半導体構造1000aを被覆する。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80aは一つ又は複数の第一はんだパッド開口800aを含み、第二はんだパッド90aは一つ又は複数の第二はんだパッド開口900aを含む。第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aの形成位置は孔部100aの形成位置を避けているため、第一はんだパッド開口800a及び第二はんだパッド開口900aの形成位置は孔部100aの形成位置と重なっている。
本発明の一実施例では、発光デバイス1の上面図において、第一はんだパッド80aの形状と第二はんだパッド90aの形状が同じく、例えば、第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aの形状が櫛状であり、図8が示すように、第一はんだパッド80aの第一はんだパッド開口800aの曲率半径及び第一凹部804aの曲率半径はそれぞれ孔部100aの曲率半径より大きく、第一はんだパッド80aが複数の孔部100a位置以外の領域に形成されている。第二はんだパッド90aの第二はんだパッド開口900aの曲率半径及び第二凹部904aの曲率半径はそれぞれ孔部100aの曲率半径より大きく、第二はんだパッド90aが複数の孔部100a位置以外の領域に形成されている。
本発明の一実施例では、発光デバイス1の上面図において、第一はんだパッド80aの形状と第二はんだパッド90aの形状が異なり、例えば、第一はんだパッド80aの形状が矩形であり、第二はんだパッド90aの形状が櫛状である場合、第一はんだパッド80aは第一はんだパッド開口800aを含み、第一はんだパッド80aが複数の孔部100a以外の領域に形成され、第二はんだパッド90aは第二凹部904aを含み、又は第二凹部904aと第二はんだパッド開口900aを同時に含み、第二はんだパッド90aが複数の孔部100a以外の領域に形成される。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80aの寸法と第二はんだパッド90aの寸法が異なり、例えば第一はんだパッド80aの面積が第二はんだパッド90aの面積より大きい。第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aは単層又は多層であって、金属材料を含む構造であってもよい。第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aの材料は金属材料を含み、例えばクロム(Cr)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、錫(Sn)、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)などの金属又は上記材料の合金である。第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aが多層構造の場合、第一はんだパッド80aは第一上層はんだパッド805a及び第一下層はんだパッド807aを含み、第二はんだパッド90aは第二上層はんだパッド905a及び第二下層はんだパッド907aを含む。上層はんだパッドと下層はんだパッドはそれぞれ異なる機能を有する。上層はんだパッドの機能として、主にはんだ付け及びリード線の形成に用いられる。上層はんだパッドにより、発光デバイス1はフリップチップ形式で、はんだ(solder)又はAuSnと共晶接合することによってパッケージ基板上に実装される。上層はんだパッドの具体的な金属材料は、高い展延性を有する材料、例えばニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタニウム(Ti)、銅(Cu)、金(Au)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、オスシウム(Os)を含む。上層はんだパッドは上記材料の単層、合金又は多層膜であってもよい。本発明の一実施例において、上層はんだパッドの材料はニッケル(Ni)及び/又は金(Au)を含むことが好ましく、かつ上層はんだパッドは単層又は多層である。下層はんだパッドの機能は、接触層60a、反射層40a又はバリア層41aと安定した界面を形成し、例えば、第一下層はんだパッド807aと接触層60aの界面接合強度を高め、又は第二下層はんだパッド907aと反射層40a若しくはバリア層41aとの界面接合強度を高めることである。下層はんだパッドの別の機能は、はんだ又はAuSnと共晶接合する時に錫(Sn)が拡散して反射構造中に入り込み、反射構造の反射率を下げることを防止する。従って、下層はんだパッドは、金(Au)、銅(Cu)以外の金属材料、例えばニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、オスシウム(Os)を含むことが好ましく、下層はんだパッドは上記材料の単層、合金又は多層膜であってもよい。本発明の一実施例において、下層はんだパッドはチタニウム(Ti)、アルミニウム(Al)の多層膜、又はクロム(Cr)、アルミニウム(Al)の多層膜を含むことが好ましい。
本発明の一実施例では、発光デバイス1の断面図において、第一半導体層101aと接続する接触層60aの部分が第二はんだパッド90aの下方に位置する。
本発明の一実施例では、発光デバイス1の断面図において、第一半導体層101aと接続する接触層60aの部分が反射層40a及び/又はバリア層41aの上方に位置する。
本発明の一実施例では、発光デバイス1の上面図において、孔部100aの最大幅が第一はんだパッド開口800aの最大幅より小さく、及び/又は、孔部100aの最大幅が第二はんだパッド開口900aの最大幅より小さい。
本発明の一実施例では、発光デバイス1の上面図において、複数の孔部100aはそれぞれ第一はんだパッド80aの複数個の第一凹部804a及び第二はんだパッド90aの複数個の第二凹部904aの中に位置する。
図10は本発明の一実施例が開示する発光デバイス2の断面図である。発光デバイス2と上記実施例中の発光デバイス1を比較すると、発光デバイス2はさらに第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aの下方にそれぞれ位置する第一緩衝パッド810a及び第二緩衝パッド910aを含み、これを除くと発光デバイス2と発光デバイス1がほぼ同じ構造を有し、図10の発光デバイス2と図9の発光デバイス1において同じ名称、符号を有する構造は同じ構造を示し、同じ材料又は同じ機能を有するため、以下は説明を適宜省略することがある。本実施例において、発光デバイス2は、第一はんだパッド80aと半導体積層10aとの間に位置する第一緩衝パッド810a、及び第二はんだパッド90aと半導体積層10aとの間に位置する第二緩衝パッド910aを含み、第一緩衝パッド810a及び第二緩衝パッド910aは一部又は全部の孔部100aを被覆する。本実施例において、はんだパッド80a、90aと半導体積層10aの間に多層絶縁層が含まれており、発光デバイス2のはんだパッド80a、90aとはんだ又はAuSnとが共晶接合する時に発生する応力により、はんだパッド80a、90aと絶縁層に亀裂が生じるため、緩衝パッド810a、910aはそれぞれはんだパッド80a、90a及び第三絶縁層70aの間に位置し、第一緩衝パッド810a及び第二緩衝パッド910a全部の孔部100aを被覆し、第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aの形成位置が孔部100aお形成位置を避けており、緩衝パッドの材料を選択すること、及び厚さを減らすことで、はんだパッドと絶縁層の間に生じる応力を低減する。言い換えれば、第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aは孔部100aを被覆しない。
本発明の一実施例では、図10が示すように、発光デバイス2の上面図において、緩衝パッド810a、910aの形状がそれぞれはんだパッド80a、90aの形状と同じく、例えば、第一緩衝パッド810a及び第一はんだパッド80aの形状が櫛状である。
本発明の一実施例では、発光デバイス2の上面図において(図示せず)、緩衝パッド810a、910aの形状がそれぞれはんだパッド80a、90aの形状と異なり、例えば、第一緩衝パッド810aの形状が矩形であり、第一はんだパッド80aの形状が櫛状である。
本発明の別の実施例は、緩衝パッド810a、910aの寸法がそれぞれはんだパッド80a、90aの寸法と異なり、例えば、第一緩衝パッド810aの面積が第一はんだパッド80aの面積より大きく、第二緩衝パッド910aの面積が第二はんだパッド90aの面積より大きい。
本発明の別の実施例では、第一はんだパッド80aと第二はんだパッド90aとの間の距離が第一緩衝パッド810aと第二緩衝パッド910aとの間の距離より大きい。
本発明の別の実施例では、はんだパッド80a、90aに比べて、緩衝パッド810a、910aが比較的に大きな面積を有し、ダイボンディングする時のはんだパッド80a、90aの圧力を解放する。発光デバイス2の断面図において、第一緩衝パッド810aの幅は第一はんだパッド80aの幅の1.5〜2.5倍であり、好ましくは2倍である。
本発明の別の実施例では、はんだパッド80a、90aに比べて、緩衝パッド810a、910aは比較的に大きな面積を有し、ダイボンディングする時のはんだパッド80a、90aの圧力を解放する。発光デバイス2の断面図において、第一緩衝パッド810aの外部拡張距離が自身の厚さの1倍以上であり、好ましくは自身の厚さの2倍以上である。
本発明の別の実施例では、はんだパッド80a、90aの厚さが1〜100μmの間にあり、好ましくは2〜7μmの間にあり、ダイボンディングする時のはんだパッド80a、90aの圧力を解放するために、緩衝パッド810a、910aの厚さが0.5μm以上である。
本発明の別の実施例では、第一緩衝パッド810a及び第二緩衝パッド910aは単層又は多層構造であり、金属材料を含んでもよい。第一緩衝パッド810a及び第二緩衝パッド910aの機能は、接触層60a、反射層40a又はバリア層41aと安定した界面を形成し、例えば、第一緩衝パッド810aと接触層60aが接触し、第二緩衝パッド910aと反射層40a又はバリア層41aが接触する。はんだ又はAuSnと共晶接合する時に錫(Sn)が拡散して発光デバイス中に入り込むこと防止するために、緩衝パッド810a、910aは金(Au)、銅(Cu)以外の金属材料、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、オスシウム(Os)を含むことが好ましい。
本発明の別の実施例において、第一緩衝パッド810a及び/又は第二緩衝パッド910aは金属材料を含む多層構造であり、はんだパッド80a、90aとはんだ又はAuSnとが共晶接合する時に発生する応力によって、はんだパッド80a、90aと半導体積層10aの間の絶縁層に亀裂が生じることを防ぐために、多層構造は高展延性層と低展延性層を含む。高展延性層と低展延性層は、異なるヤング係数(Young‘s modulus)を有する金属を含む。
本発明の別の実施例において、第一緩衝パッド810a及び第二緩衝パッド910aの高展延性層の厚さは低展延性層の厚さより大きい又は等しいである。
本発明の別の実施例において、第一緩衝パッド810a及び第二緩衝パッド910aは金属材料を含む多層構造であり、第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aが金属材料を含む多層構造である場合、はんだパッドと緩衝パッドの界面接合強度を高めるよう、第一緩衝パッド810aと第一はんだパッド80aの接する面が同じ金属材料を含み、第二緩衝パッド910aと第二はんだパッド90aの接する面が同じ金属材料を含み、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、チタニウム(Ti)、プラチナ(Pt)である。
図11A及び図11Bが示すように、蒸着又は成長などの方法で第一緩衝パッド810a及び第二緩衝パッド910aの上に第四絶縁層110aを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化を行い、さらに上記方法によって第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aをそれぞれ第一緩衝パッド810a及び第二緩衝パッド910aの上に形成し、第四絶縁層110aは第一緩衝パッド810a及び第二緩衝パッド910aの側壁を囲む。第四絶縁層110aは単層又は多層構造であってもよい。第四絶縁層110aが多層膜の場合、第四絶縁層110aは屈折率が異なる二種類以上の材料が交互に積み重なって形成されるブラッグ反射器(DBR)構造を含み、特定波長の光を選択的に反射することができる。第四絶縁層110aの材料は非導電材料で形成され、例えばSu8、ベンゾシクロブテン(BCB)、パーフルオロシクロブタン(PFCB)、エポキシ樹脂(Epoxy)、アクリル樹脂(Acrylic Resin)、環状オレフィンポリマー(COC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(Polyetherimide)、フルオロカーボン重合体(Fluorocarbon Polymer)などの有機材料、又は、例えばシリコーン(Silicone)、ガラス(Glass)などの無機材料、又は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化チタニウム(TiOx)、若しくはフッ化マグネシウム(MgFx)などの誘電材料を含む。
本発明の一実施例において、第一緩衝パッド810a及び第二緩衝パッド910aの製造工程の後に続き直接第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aの製造工程を行ってもよい。本発明の別の実施例において、第一緩衝パッド810a及び第二緩衝パッド910aの製造工程の後、まず第四絶縁層110aの形成ステップを行い、続いて第一はんだパッド80a及び第二はんだパッド90aの製造工程を行う。
図12A〜22は本発明の一実施例が開示する発光デバイス3又は発光デバイス4の製造方法である。
図12Aの上面図及び図12Aの線分A−A’における断面図である図12Bが示すように、発光デバイス3又は発光デバイス4の製造方法はプラットフォーム形成ステップを含み、このプラットフォーム形成ステップにおいて、基板11bを提供し、及び、基板11bの上に半導体積層10bを形成し、半導体積層10bが第一半導体層101b、第二半導体層102b、及び第一半導体層101bと第二半導体層102bとの間に位置する活性層103bを含む。半導体積層10bに対しフォトリソグラフィ、エッチングの方法によってパターン化を行い、一部の第二半導体層102b及び活性層103bを除去し、一つ又は複数の半導体構造1000bを形成し、囲み部111bは一つ又は複数の半導体構造1000bを囲む。囲み部111bは第一半導体層101bの第一表面1011bを露出させる。一つ又は複数の半導体構造1000bはそれぞれ一つの第一外側壁1003b、第二外側壁1001b及び一つの内側壁1002bを含み、第一外側壁1003bが第一半導体層101bの側壁であり、第二外側壁1001bが活性層103b及び/又は第二半導体層102bの側壁であり、第二外側壁1001bの一端と第二半導体層102bの表面102sが繋がっており、第二外側壁1001bの他端と第一半導体層101bの第一表面1011bが繋がっている。内側壁1002bの一端と第二半導体層102bの表面102sが繋がっており、内側壁1002bの他端と第一半導体層101bの第二表面1012bが繋がっている。複数の半導体構造1000bは第一半導体層101bによって互いに繋がっている。図12Bをみると、半導体構造1000bの内側壁1002bと第一半導体層101bの第二表面1012bとの間に鈍角を有し、半導体構造1000bの第一外側壁1003bと基板11bの表面11sとの間に鈍角又は直角を有し、半導体構造1000bの第二外側壁1001bと第一半導体層101bの第一表面1011bとの間に鈍角を有し。囲み部111bは半導体構造1000bの周囲を囲み、発光デバイス3又は発光デバイス4の上面図において、囲み部111bは矩形又は多角形である。
本発明の一実施例において、発光デバイス3又は発光デバイス4は30milより小さい辺長を有する。外部電流が発光デバイス3又は発光デバイス4に入力された時、囲み部111bが半導体構造1000bの周囲を囲んでいるため、発光デバイス3又は発光デバイス4のライトフィールド分布を均等化させ、かつ発光デバイスの順電圧を低減することができる。
本発明の一実施例において、発光デバイス3又は発光デバイス4は30milより大きい辺長を有する。半導体積層10bに対しフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化を行うことにより、一部の第二半導体層102b及び活性層103bを除去し、第二半導体層102b及び活性層103bを貫通する一つ又は複数の孔部100bを形成し、一つ又は複数の孔部100bが第一半導体層101bの一つ又は複数の第二表面1012bを露出させる。外部電流が発光デバイス3又は発光デバイス4に入力された場合、囲み部111b及び複数の孔部100bの分散配置により、発光デバイス3又は発光デバイス4のライトフィールド分布を均等化させ、かつ発光デバイスの順電圧を低減させることができる。
本発明の一実施例において、一つ又は複数の孔部100bの開口の形状は円形、楕円形、矩形、多角形、又は任意の形状を含む。複数の孔部100bは複数列に配列され、隣接する二列の孔部100bの互いの位置が揃ってもずれてもよい。
本発明の一実施例において、基板11bは成長基板であって、アルミニウムインジウムガリウムリン(AlGaInP)を成長させるためのガリウム砒素(GaAs)ウエハ、又は窒化インジウムガリウム(InGaN)を成長させるためのサファイア(Al2O3)ウエハ、窒化ガリウム(GaN)ウエハ又は炭化ケイ素(SiC)ウエハを含む。この基板11bの上に、有機金属気相成長法(MOCVD)、分子線エピタキシー(MBE)、ハイドライド気相成長法(HVPE)、蒸着法又は離子電気メッキ方法を利用して、光電特性を有する半導体積層10b、例えば発光(light−emitting)積層を形成することができる。
本発明の一実施例において、第一半導体層101bと第二半導体層102bは、例えば被覆層(cladding layer)又は制限層(confinement layer)であり、両者は異なる導電型、電気特性、極性を有し、又は添加する元素に基づいて電子又は正孔を提供し、例えば、第一半導体層101bはn型電気特性の半導体である、第二半導体層102bはp型電気特性の半導体である。活性層103bは第一半導体層101bと第二半導体層102bとの間に形成され、電子と正孔は電流の駆動によって活性層103bで結合し、電気エネルギを光エネルギに変換し、光線を発する。半導体積層10b中の一層又は多層の物理及び化学組成を変更することによって、発光デバイス3又は発光デバイス4が発する光線の波長を調整する。半導体積層10bの材料はIII−V族の半導体材料を含み、例えばAlxInyGa(1−x−y)N又はAlxInyGa(1−x−y)Pであり、かつ、0≦x、y≦1、(x+y)≦1である。活性層103bの材料によって、半導体積層10bの材料がAlInGaP系の材料である場合、波長が610nmから650nmの間の赤色光、波長が530nmから570nmの間の緑色光を発し、半導体積層10bの材料がInGaN系の材料である場合、波長が450nmから490nmの間の青色光を発し、また、半導体積層10bの材料がAlGaN系の材料である場合、波長が400nmから250nmの間の紫外光を発する。活性層103bはシングルヘテロ構造(single heterostructure、SH)、ダブルヘテロ構造(double heterostructure、DH)、ダブルサイドダブルヘテロ構造(double−side double heterostructure、DDH)、多重量子井戸構造(multi−quantum well、MQW)であってもよい。活性層103bの材料は中性、p型又はn型の電気特性の半導体であってもよい。
プラットフォーム形成ステップに続き、図13Aの上面図及び図13Aの線分A−A’における断面図である図13Bが示すように、発光デバイス3又は発光デバイス4の製造方法は第一絶縁層形成ステップを含む。蒸着又は成長などの方法で半導体構造1000bの上に第一絶縁層20bを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化することにより、上記囲み部111bの第一表面1011b及び孔部100bの第二表面1012bを被覆し、かつ半導体構造1000bの第二半導体層102b、活性層103bの第二外側壁1001b及び内側壁1002bを被覆し、また、第一絶縁層20bは上記囲み部111bを被覆する第一絶縁層囲みエリア200bを含むため、囲み部111bに位置する第一半導体層101bの第一表面1011bが第一絶縁層囲みエリア200bに被覆される。第一群の第一絶縁層被覆エリア201bは孔部100bを被覆しており、孔部100bに位置する第一半導体層101bの第二表面1012bが第一群の第一絶縁層被覆エリア201bに被覆される。また、第二群の第一絶縁層開口202bは第二半導体層102bの表面102sを露出させる。第一群の第一絶縁層被覆エリア201bは互いに離間し、かつ複数の孔部100bにそれぞれ対応する。第一絶縁層20bは単層又は多層構造であってもよい。第一絶縁層20bが単層膜の場合、第一絶縁層20bは半導体構造1000bの側壁を保護し、活性層103bが後の製造過程で破壊されることを防止できる。第一絶縁層20bが多層膜の場合、第一絶縁層20bは屈折率が異なる二種類以上の材料が交互に積み重なって形成されるブラッグ反射器(DBR)構造を有し、特定波長の光を選択的に反射することができる。第一絶縁層20bは非導電材料によって形成され、例えばSu8、ベンゾシクロブテン(BCB)、パーフルオロシクロブタン(PFCB)、エポキシ樹脂(Epoxy)、アクリル樹脂(Acrylic Resin)、環状オレフィンポリマー(COC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(Polyetherimide)、フルオロカーボン重合体(Fluorocarbon Polymer)などの有機材料、又は、例えばシリコーン(Silicone)、ガラス(Glass)などの無機材料、又は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化チタニウム(TiOx)、若しくはフッ化マグネシウム(MgFx)などの誘電材料を含む。
本発明の一実施例において、第一絶縁層形成ステップに続き、図14Aの上面図及び図14Aの線分A−A’における断面図である図14Bが示すように、発光デバイス3又は発光デバイス4の製造方法は透明導電層形成ステップを含む。透明導電層30bは、蒸着又は成長などの方法によって半導体構造1000bの上に形成され、かつ第二半導体層102bと接触し、透明導電層30bは孔部100bを被覆していない。発光デバイス3又は発光デバイス4の上面図において、透明導電層30bは第二半導体層102bのほぼ全面に形成されている。具体的に、透明導電層30bは、蒸着又は成長などの方法によって第二群の第一絶縁層開口202bの中に形成され、かつ、透明導電層30bの外縁301bと第一絶縁層20bが一定距離離れており、第二半導体層102bの表面102sを露出させる。透明導電層30bは一つ又は複数の透明導電層開口300bを有し、それぞれ一つ又は複数の孔部100bに対応し、及び/又は、それぞれ第一群の第一絶縁層被覆エリア201bに対応し、また、透明導電層開口300bの外縁301bが半導体構造1000bの内側壁1002b及び/又は孔部100bの外縁と一定距離離れており、透明導電層開口300bの外縁が孔部100bの外縁を囲み、又は第一群の第一絶縁層被覆エリア201bを囲む。透明導電層30bの材料は、活性層103bが発する光線に対し透明な材料、例えば、酸化インジウム錫(ITO)、又は酸化インジウム亜鉛(IZO)を含む。
本発明の別の実施例において、プラットフォーム形成ステップの後、まず透明導電層形成ステップを行い、次に第一絶縁層形成ステップを行ってもよい。
本発明の別の実施例において、プラットフォーム形成ステップの後、第一絶縁層形成ステップを省略し、直接透明導電層形成ステップを行ってもよい。
本発明の一実施例において、透明導電層形成ステップに続き、図15Aの上面図及び図15Aの線分A−A’における断面図である図15Bが示すように、発光デバイス3又は発光デバイス4の製造方法は反射構造形成ステップを含む。反射構造は反射層40b及び/又はバリア層41bを含み、蒸着又は成長などの方法によって直接透明導電層30bの上に形成され、かつ反射層40bは透明導電層30b及びバリア層41bの間に位置する。発光デバイス3又は発光デバイス4の上面図において、反射層40b及び/又はバリア層41bは第二半導体層102bのほぼ全面に形成されている。反射層40bの外縁401bは透明導電層30bの外縁301bの内側、外側に設けられてもよく、又は透明導電層30bの外縁301bと重なるように設けられてもよい。バリア層41bの外縁411bは反射層40bの外縁401bの内側、外側に設けられてもよく、又は反射層40bの外縁401bと重なるように設けられてもよい。反射層40bは一つ又は複数の反射層開口400bを有し、それぞれ一つ又は複数の孔部100bに対応し、バリア層41bは一つ又は複数のバリア層開口410bを有し、それぞれ一つ又は複数の孔部100bに対応する。透明導電層開口300b、反射層開口400b及びバリア層開口410bは互いに重なっている。反射層開口400bの外縁及び/又はバリア層開口410bの外縁は孔部100bの外縁と一定距離離れており、反射層開口400bの外縁及び/又はバリア層開口410bの外縁は孔部100bの外縁を囲んでいる。
本発明の別の実施例において、透明導電層形成ステップを省略して、プラットフォーム形成ステップ又は第一絶縁層形成ステップの後、直接反射構造形成ステップを行うことも可能であり、例えば、反射層40b及び/又はバリア層41bを第二半導体層102bの上に直接形成し、反射層40bが第二半導体層102b及びバリア層41bの間に位置する。反射層40bは単層又は多層構造であって、多層構造として例えばブラッグ反射構造である。反射層40bの材料は比較的に高い反射率を有する金属材料、例えば銀(Ag)、アルミニウム(Al)、ロジウム(Rh)などの金属又は上記材料の合金を含む。ここで、比較的に高い反射率を有するとは、発光デバイス3が発する光線の波長に対し80%以上の反射率を有することを意味する。本発明の一実施例において、反射層40bの表面酸化による反射層40bの反射率劣化を防ぐために、バリア層41bは反射層40bを被覆している。バリア層41bの材料は金属材料を含み、例えば、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、錫(Sn)、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)などの金属又は上記材料の合金である。バリア層41bは単層又は多層構造であって、多層構造は例えばチタニウム(Ti)/アルミニウム(Al)、及び/又はチタニウム(Ti)/タングステン(W)である。本発明の一実施例において、バリア層41bはその反射層40bより遠い側にチタニウム(Ti)/アルミニウム(Al)の積層構造を有し、及び、反射層40bに近い側にチタニウム(Ti)/タングステン(W)の積層構造を有する。本発明の一実施例において、反射層40b及びバリア層41bの材料は金(Au)又は銅(Cu)以外の金属材料を含むことが好ましい。
本発明の一実施例において、反射構造形成ステップに続き、図17Aの上面図及び図17Aの線分A−A’における断面図である図17Bが示すように、発光デバイス3又は発光デバイス4の製造方法は第二絶縁層形成ステップを含む。蒸着又は成長などの方法で半導体積層10bの上に第二絶縁層50bを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化することにより、第一半導体層101bを露出させる第一群の第二絶縁層開口501b、及び反射層40b又はバリア層41bを露出させる第二群の第二絶縁層開口502bを形成する。なお、第二絶縁層50bをパターン化する過程において、前記第一絶縁層形成ステップで囲み部111bを被覆する第一絶縁層囲みエリア200b及び孔部100b上の第一群の第一絶縁層被覆エリア201bはエッチング除去されて、第一半導体層101bが露出され、かつ、孔部100bの上に第一群の第一絶縁層開口203bが形成されて、第一半導体層101bが露出される。本発明の一実施例において、図17Aが示すように、第一群の第二絶縁層開口501bは互いに離れており、それぞれ複数の孔部100bに対応し、第二群の第二絶縁層開口502bはいずれも基板11bの一方側、例えば基板11bの中心線の左側又は右側に近接している。一実施例において、第二群の第二絶縁層開口502bの数は一つ又は複数であり、本実施例において、第二群の第二絶縁層開口502bは互いに繋がって、共同に一つの環状開口5020bを形成し、この環状開口5020bは発光デバイス3の上面図において櫛状、矩形、楕円形、円形又は多角形であってもよい。本発明の一実施例において、第二絶縁層50bは単層又は多層構造であってもよい。第二絶縁層50bが多層膜の場合、第二絶縁層50bは屈折率が異なる二種類以上の材料が交互に積み重なって形成されたブラッグ反射器(DBR)構造を含み、特定波長の光を選択的に反射することができる。第二絶縁層50bは非導電材料によって形成され、例えばSu8、ベンゾシクロブテン(BCB)、パーフルオロシクロブタン(PFCB)、エポキシ樹脂(Epoxy)、アクリル樹脂(Acrylic Resin)、環状オレフィンポリマー(COC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(Polyetherimide)、フルオロカーボン重合体(Fluorocarbon Polymer)などの有機材料、又は、例えばシリコーン(Silicone)、ガラス(Glass)などの無機材料、又は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化チタニウム(TiOx)、又はフッ化マグネシウム(MgFx)などの誘電材料を含む。
第二絶縁層形成ステップに続き、本発明の一実施例において、図17Aの上面図及び図17Bの断面図が示すように、発光デバイス3又は発光デバイス4の製造方法は接触層形成ステップを含む。蒸着又は成長などの方法で半導体積層10bの上に接触層60bを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化することにより、第一接触層601b及び第二接触層602bを形成する。第一接触層601bは全ての第一群の第二絶縁層開口501bを被覆し、一つ又は複数の孔部100bの中に充填されて、第一半導体層101bと接触し、かつ延伸して第二絶縁層50b及び第二半導体層102bの上を被覆し、第一接触層601bは第二絶縁層50bを介して第二半導体層102bと絶縁になっている。第二接触層602bは第二絶縁層50bの環状開口5020bの中に形成され、反射層40b及び/又はバリア層41bと接触し、かつ第二接触層602bの側壁6021bと環状開口5020bの側壁5021bとが一定距離離れている。第一接触層601bの側壁7011bと第二接触層602bの側壁6021bは一定距離離れており、第一接触層601bと第二接触層602bが接触せず、かつ第一接触層601bと第二接触層602bとは一部の第二絶縁層50bを介して電気特性が隔絶されている。上面図において、第一接触層601bは半導体積層10bの囲み部111bを被覆しているため、第一接触層601bは第二接触層602bを囲む。図17Aの上面図において、第二接触層602bは基板11bの一方側、例えば基板11bの中心線の左側又は右側に近接している。接触層60bはさらに半導体積層10b上の幾何中心部分においてシンブルエリア600bを定義している。シンブルエリア600bは第一接触層601b及び第二接触層602bと接することなく、かつ互いの電気特性が隔絶され、シンブルエリア600bは第一接触層601b及び/又は第二接触層602bと同じ材料を含む。シンブルエリア600bはエピタキシャル層を保護する構造として、エピタキシャル層が後の工程、例えば結晶粒(crystalline grain)の分離、結晶粒の試験、パッケージにおいて、探針によって損傷されることを防止する。接触層60bは単層又は多層構造であってもよい。第一半導体層101bと接触する抵抗を低減させるために、接触層60bの材料は金属材料、例えばクロム(Cr)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、金(Au)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、錫(Sn)、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)などの金属又は上記材料の合金を含む。本発明の一実施例において、接触層60bの材料は金(Au)、銅(Cu)以外の金属材料を含むことが好ましい。本発明の一実施例において、接触層60bの材料は高い反射率を有する金属、例えばアルミニウム(Al)、プラチナ(Pt)を含むことが好ましい。本発明の一実施例において、第一半導体層101bとの接合強度を高めるために、接触層60bと第一半導体層101bが接触する側にクロム(Cr)又はチタニウム(Ti)を含むことが好ましい。
本発明の一実施例において、図17A及び図17Bが示す接触層形成ステップに続き、発光デバイス3又は発光デバイス4の製造方法は第三絶縁層形成ステップを含み、図18Aの上面図及び図18Aの線分A−A’における断面図である図18Bが示すように、蒸着又は成長などの方法で半導体積層10bの上に第三絶縁層70bを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化することにより、第一接触層601bの上に第三絶縁層開口701bを形成して、図17Aが示す第一接触層601bを露出させ、及び、第二接触層602bの上にもう一つの第三絶縁層開口702bを形成して、図17Aが示す第二接触層602bを露出させ、かつ、第二半導体層102b上に位置する一部の第一接触層601bが第二絶縁層50bと第三絶縁層70bとの間に挟まれている。本実施例において、図18Aが示すように、第三絶縁層開口701b及びもう一つの第三絶縁層開口702bは一つ又は複数の孔部100bを避けて設けられている。本実施例において、第三絶縁層開口701b及び/又はもう一つの第三絶縁層開口702bは環状開口であり、この環状開口は上面図において櫛状、矩形、楕円形、円形又は多角形であってもよい。図18Aの上面図において、第三絶縁層開口701bは基板11bの中心線の一方側、例えば右側に近接しており、もう一つの第三絶縁層開口702bは基板11bの中心線の他方側、例えば左側に近接している。断面図において、第三絶縁層開口701bの幅がもう一つの第三絶縁層開口702bの幅より大きい。第三絶縁層70bは単層又は多層構造であってもよい。第三絶縁層70bが多層膜の場合、第三絶縁層70bは屈折率が異なる二種類以上の材料が交互に積み重なって形成されたブラッグ反射器(DBR)構造を含み、特定波長の光を選択的に反射することができる。第三絶縁層70bは非導電材料によって形成され、例えばSu8、ベンゾシクロブテン(BCB)、パーフルオロシクロブタン(PFCB)、エポキシ樹脂(Epoxy)、アクリル樹脂(Acrylic Resin)、環状オレフィンポリマー(COC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(Polyetherimide)、フルオロカーボン重合体(Fluorocarbon Polymer)などの有機材料、又は、例えばシリコーン(Silicone)、ガラス(Glass)などの無機材料、又は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化チタニウム(TiOx)、若しくはフッ化マグネシウム(MgFx)などの誘電材料を含む。
第三絶縁層形成ステップに続き、発光デバイス3又は発光デバイス4の製造方法ははんだパッド形成ステップを含む。図19の上面図が示すように、電気メッキ、蒸着又は成長などの方法で半導体積層10bの上に第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化を行う。図19の上面図において、第一はんだパッド80bは基板11bの中心線の一方側、例えば右側に近接し、第二はんだパッド90bは基板11bの中心線の他方側、例えば左側に近接している。第一はんだパッド80bは第三絶縁層開口701bによって第一接触層601bと接触し、かつ第一接触層601bによって第一半導体層101bと電気的に接続する。第二はんだパッド90bはもう一つの第三絶縁層開口702bによって反射層40b及び/又はバリア層41bと接触し、かつ反射層40b及び/又はバリア層41bによって第二半導体層102bと電気的に接続する。第一はんだパッド80bは、複数個の第一凸部801b及び複数個の第一凹部802bを有し、互いに交互に繋がっている。第二はんだパッド90bは複数個の第二凸部901b及び複数個の第二凹部902bを有し、互いに交互に繋がっている。第一はんだパッド80bの第一凹部802bの位置及び第二はんだパッド90bの第二凹部902bの位置は孔部100bの位置と略対応している。言い換えれば、第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bはいずれの孔部100bも被覆しておらず、第一はんだパッド80bの第一凹部802b及び第二はんだパッド90bの第二凹部902bは孔部100bを避けて、かつ孔部100bの周囲に設けられており、第一はんだパッド80bの第一凹部802bの幅又は第二はんだパッド90bの第二凹部902bの幅が任意の孔部100bの直径より大きい。本発明の一実施例では、複数個の第一凹部802bは上面図において複数個の第二凹部902bと位置が略揃っている。本発明の別の実施例において、複数個の第一凹部802bは上面図において複数個の第二凹部902bとずれている。
本発明の一実施例において、図19が示すように、第一はんだパッド80bは第三絶縁層開口701bの上を被覆し、第二はんだパッド90bはもう一つの第三絶縁層開口702bの上を被覆しており、第三絶縁層開口701bの最大幅がもう一つの第三絶縁層開口702bの最大幅より大きいため、第一はんだパッド80bの最大幅が第二はんだパッド90bの最大幅より大きい。大きさが異なる第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bにより、パッケージのはんだ付けを行う時、そのはんだパッドに対応して接続する電気特性を簡単に識別することができて、間違った電気特性のはんだパッドにはんだ付けることを防止できる。
本発明の一実施例では、発光デバイスの上面図において、第三絶縁層開口701bの面積は第一はんだパッド80bの面積より大きい又は小さい。
本発明の別の実施例において、第一凸部801bと第二凸部901bとの間の最短距離は、第一凹部802bと第二凹部902bとの間の最大距離より小さい。
本発明の別の実施例において、第一はんだパッド80bは、第一凸部801b及び第一凹部802bと対向する第一平辺803bを有し、第二はんだパッド90bは、第二凸部901b及び第二凹部902bと対向する第二平辺903bを有する。第一はんだパッド80bの第一平辺803bと第一凸部801bとの間の最大距離は、第一凸部801bと第二凸部901bとの間の最短距離より大きい。第二はんだパッド90bの第二平辺903bと第二凸部901bとの間の最大距離は、第一凸部801bと第二凸部901bとの間の最短距離より大きい。
本発明の別の実施例において、第一はんだパッド80bの複数個の第一凹部802bの曲率半径は、第一はんだパッド80bの複数個の第一凸部801bの曲率半径と異なり、例えば、第一はんだパッド80bの複数個の第一凹部802bの曲率半径が第一はんだパッド80bの複数個の第一凸部801bの曲率半径より大きい又は小さい。本発明の別の実施例において、第二はんだパッド90bの複数個の第二凹部902bの曲率半径は、第二はんだパッド90bの複数個の第二凸部901bの曲率半径より大きい又は小さい。
本発明の別の実施例において、第一はんだパッド80bの第一凸部801bの曲率半径は、第二はんだパッド90bの第二凸部901bの曲率半径より大きい又は小さい。
本発明の別の実施例において、第一はんだパッド80bの複数個の第一凹部802bと第二はんだパッド90bの複数個の第二凹部902bとが対向し、複数個の第一凹部802bの曲率半径が複数個の第二凹部902bの曲率半径おり大きい又は小さい。
本発明の別の実施例において、第一はんだパッド80bの形状と第二はんだパッド90bの形状が異なっており、例えば第一はんだパッド80bの形状が矩形であり、第二はんだパッド90bの形状が櫛状である。
本発明の別の実施例において、第一はんだパッド80bの寸法と第二はんだパッド90bの寸法が異なっており、例えば第一はんだパッド80bの面積が第二はんだパッド90bの面積より大きい。
図20は図19のA−A’における断面図である。本実施例が開示する発光デバイス3はフリップチップ式発光ダイオードデバイスである。発光デバイス3は基板11b及び基板11b上に位置する一つ又は複数の半導体構造1000bを含み、半導体構造1000bは半導体積層10を含み、半導体積層10は第一半導体層101b、第二半導体層102b、及び第一半導体層101bと第二半導体層102bとの間に位置する活性層103bを含み、複数の半導体構造1000bが第一半導体層101bによって互いに繋がっている。囲み部111bは一つ又は複数の半導体構造1000bを囲み、かつ囲み部111bは第一半導体層101bの第一表面1011bを露出させる。また、第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bは一つ又は複数の半導体構造1000bの上に位置する。図19及び図20が示すように、一つ又は複数の半導体構造1000bはそれぞれ複数個の外側壁1001b及び複数個の内側壁1002bを含み、外側壁1001bの一端が第二半導体層102bの表面102sと繋がっており、外側壁1001bの他端が第一半導体層101bの第一表面1011bと繋がっている。内側壁1002bの一端が第二半導体層102bの表面102sと繋がっており、内側壁1002bの他端が第一半導体層101bの第二表面1012bと繋がっている。
本発明の一実施例において、発光デバイス3が30milより大きい辺長を有する場合、発光デバイス3はさらに、一つ又は複数の孔部110b及び接触層60を有する。一つ又は複数の孔部100bは第二半導体層102b及び活性層103bを貫通して第一半導体層101bの一つ又は複数の第二表面1012bを露出させる。接触層60bは、第一半導体層101bの第一表面1011bの上に位置し、一つ又は複数の半導体構造1000bの周囲を囲み、かつ第一半導体層101bと接触して電気的に接続し、及び、第一半導体層101bの一つ又は複数の第二表面1012bの上に形成され、一つ又は複数の孔部100bを被覆し、かつ第一半導体層101bと接触して電気的に接続する。なお、接触層60bは第一接触層601b及び第二接触層602bを含み、第一接触層601bが第二半導体層の上に位置して第二半導体層の側壁を囲み、かつ第一半導体層と接続し、第二接触層が第二半導体層の上に位置し、かつ第二半導体層と接続し、第二接触層602bが第一接触層601bに囲まれ、第一接触層601b及び第二接触層602bが互いに重なっていない。
本発明の一実施例において、発光デバイス3が30milより小さい辺長を有する場合、より多くの発光面積を確保するために、発光デバイス3は孔部100bを含まなくてもよい。
本発明の一実施例では、発光デバイス3の上面図において、接触層60bの総表面積が活性層103bの総表面積より大きい。
本発明の一実施例では、発光デバイス3の上面図において、接触層60bの外周総辺長が活性層103bの外周総辺長より大きい。
本発明の一実施例では、発光デバイス3の上面図において、第一接触層601bの面積が第二接触層602bの面積より大きい。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bの形成位置が孔部100bを避けているため、いずれの孔部100bも第一はんだパッド80b又は第二はんだパッド90bに被覆されていない。
本発明の一実施例では、発光デバイス3の断面図において、第一半導体層101bと接続する第一接触層601bは第二はんだパッド90bの下方に位置しない。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90b間の最小距離は50μmより大きい。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90b間の距離が300μmより小さい。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bは単層又は多層であって、金属材料を含む構造であってもよい。第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bの材料が含む金属材料は、例えばクロム(Cr)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、錫(Sn)、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)などの金属又は上記材料の合金である。第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bが多層構造の場合、第一はんだパッド80bは第一下層はんだパッド(図示せず)及び第一上層はんだパッド(図示せず)を含み、第二はんだパッド90bは第二下層はんだパッド(図示せず)及び第二上層はんだパッド(図示せず)を含む。上層はんだパッドと下層はんだパッドはそれぞれ異なる機能を有する。上層はんだパッドの機能として、主にはんだ付けとリード線の形成に用いられ、上層はんだパッドにより、発光デバイス3をフリップチップ形式で、はんだ又はAuSn共晶接合によって実装基板上に実装することができる。上層はんだパッドの具体的な金属材料は、高い展延性の材料、例えばニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタニウム(Ti)、銅(Cu)、金(Au)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、オスシウム(Os)を含む。上層はんだパッドは上記材料の単層、合金又は多層膜であってもよい。本発明の一実施例において、上層はんだパッドの材料はニッケル(Ni)及び/又は金(Au)を含むことが好ましく、かつ上層はんだパッドは単層又は多層である。下層はんだパッドの機能として、接触層60b、反射層40b又はバリア層41bと安定した界面を形成し、例えば、第一下層はんだパッドと接触層60bの界面の接合強度を高め、又は第二下層はんだパッドと反射層40b及び/又はバリア層41bの界面の接合強度を高めることである。下層はんだパッドの別の機能は、はんだ又はAuSn共晶における錫(Sn)が拡散して反射構造に入り込み、反射構造の反射率を妨げることを防止する。従って、下層はんだパッドは金(Au)、銅(Cu)以外の金属材料を含むことが好ましく、例えばニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、オスシウム(Os)であり、かつ下層はんだパッドは上記材料の単層、合金又は多層膜であってもよい。本発明の一実施例において、下層はんだパッドはチタニウム(Ti)、アルミニウム(Al)の多層膜、又はクロム(Cr)、アルミニウム(Al)の多層膜を含むことが好ましい。
本発明の一実施例において、発光デバイス3がはんだによってフリップチップ形式でパッケージ基板上に実装された場合、第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bの間に高度差Hがあってもよい。図20が示すように、第一はんだパッド80b下方の第二絶縁層50bが反射層40bを被覆しているが、第二はんだパッド90b下方の第二絶縁層50bが反射層40b又はバリア層41bを露出させる第二絶縁層開口502bを有するため、第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bがそれぞれ第三絶縁層開口701b及びもう一つの第三絶縁層開口702bに中に形成された時、第一はんだパッド80bの最上面80sと第二はんだパッド90bの最上面90sを比較すると、第一はんだパッド80bの最上面80sが第二はんだパッド90bの最上面90sより高い。言い換えれば、第一はんだパッド80bの最上面80s及び第二はんだパッド90bの最上面90sの間に高度差Hがあり、かつ第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bの間の高度差Hは第二絶縁層50bの厚さとほぼ同じ。一実施例において、第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bの間の高度差が0.5μm〜2.5μmの間にあり、例えば1.5μmである。第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bがそれぞれ第三絶縁層開口701b及びもう一つの第三絶縁層開口702b中に形成された場合、第一はんだパッド80bは第三絶縁層開口701bによって第一接触層601bと接触し、かつ第三絶縁層開口701bから延伸して第三絶縁層70bの一部表面上に被覆し、第二はんだパッド90bはもう一つの第三絶縁層開口702bによって第二接触層602bと接触し、かつもう一つの第三絶縁層開口702bから延伸して第三絶縁層70bの一部表面上に被覆する。
図21は本発明の一実施例が開示する発光デバイス4の上面図である。図22は本発明の一実施例が開示する発光デバイス4の断面図である。発光デバイス4と上記実施例の発光デバイス3を比較すると、第一はんだパッド及び第二はんだパッドの構造異なるほか、発光デバイス4と発光デバイス3がほぼ同じ構造を有するため、発光デバイス4と発光デバイス3において同じ符号を有する素子の説明をここで省略する。発光デバイス4がAuSn共晶接合によってフリップチップ形式でパッケージ基板上に実装された時、はんだパッドとパッケージ基板との間の安定性を高めるために、第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bの間の高度差は小さい程好ましい。第22図が示すように、第一はんだパッド80b下方の第二絶縁層50bは反射層40bを被覆し、第二はんだパッド90b下方の第二絶縁層50bは第二絶縁層開口502bを有し、反射層40b又はバリア層41bを露出させる。本実施例において、第一はんだパッド80bの最上面80s及び第二はんだパッド90bの最上面90s間の高度差を低減するために、第三絶縁層開口701bの幅がもう一つの第三絶縁層開口702bの幅より大きい。はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bがそれぞれ第三絶縁層開口701b及びもう一つの第三絶縁層開口702b中に形成された時、第一はんだパッド80bの全体が第三絶縁層開口701b中に形成されて、第一接触層601bと接触し、第二はんだパッド90bがもう一つの第三絶縁層開口702bに形成されて、反射層40b及び/又はバリア層41bと接触し、かつ第二はんだパッド90bは第三絶縁層開口702bから延伸して第三絶縁層70bの一部表面上に被覆する。言い換えれば、第三絶縁層は第一はんだパッド80bの下方に形成されていないが、第三絶縁層の一部が第二はんだパッド90bの下方に形成されている。本実施例において、第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90b間の高度差が0.5μmより小さく、好ましくは0.1μmより小さく、より好ましくは0.05μmより小さい。
図23は本発明の一実施例が開示する発光デバイス5の断面図である。発光デバイス5と上記実施例中の発光デバイス3、発光デバイス4を比較すると、第二はんだパッドの構造が異なるほか、発光デバイス5と発光デバイス3、発光デバイス4がほぼ同じ構造を有するため、発光デバイス5と発光デバイス3、発光デバイス4において同じ符号を有する素子の説明をここで省略する。発光デバイス5がAuSn共晶接合によってフリップチップ形式でパッケージ基板上に実装された時、はんだパッドとパッケージ基板の間の安定性を高めるために、第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bの間の高度差が小さい程好ましい。上記のように、第二はんだパッド90bの下方に一部の第三絶縁層を形成するほか、第二はんだパッド90bの下方に第二緩衝パッド910bを形成することによって、第一はんだパッド80bの頂面及び第二はんだパッド90bの頂面間の高度差を低減することができる。図23が示すように、第一はんだパッド80b下方の第二絶縁層50bが反射層40bを被覆し、第二はんだパッド90b下方の第二絶縁層50bが第二絶縁層開口502bを含み、反射層40b又はバリア層41bを露出させる。本実施例において、第一はんだパッド80bの全体が第三絶縁層開口701b中に形成されて第一接触層601bと接触し、第二はんだパッド90bの全体がもう一つの第三絶縁層開口702b中に形成されて第二接触層602bと接触する。言い換えれば、第三絶縁層は第一はんだパッド80bの下方及び第二はんだパッド90bの下方に形成されていない。本実施例において、第二はんだパッド90b及び第二接触層602bの間に位置する第二緩衝パッド910bによって、第一はんだパッド80bの頂面及び第二はんだパッド90bの頂面間の高度差を低減させており、なお、AuSn共晶中の錫(Sn)が拡散にて発光デバイス5中に入り込むことを防止するために、第二緩衝パッド910bは金(Au)、銅(Cu)以外の金属材料を含むことが好ましく、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、オスシウム(Os)である。本実施例において、第一はんだパッド80bの頂面及び第二はんだパッド90bの頂面間の高度差は0.5μmより小さく、好ましくは0.1μmより小さく、より好ましくは0.05μmより小さい。本実施例において、第二緩衝パッド910bの厚さは第二絶縁層50bの厚さとほぼ同じである。
図24図は本発明の一実施例が開示する発光デバイス6の断面図である。発光デバイス6と上記実施例の発光デバイス3、発光デバイス4を比較すると、第一はんだパッド80bの下方の第三絶縁層70bの構造が異なるほか、発光デバイス6と発光デバイス3、発光デバイス4はほぼ同じ構造を有するため、発光デバイス6と発光デバイス3、発光デバイス4において同じ符号を有する素子の説明をここで省略する。図24が示すように、蒸着又は成長などの方法で半導体積層10bの上に第三絶縁層70bを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化することにより、第一接触層601bの上に第三絶縁層開口701bを形成して、第一接触層601bを露出させ、及び、第二接触層602bの上にもう一つの第三絶縁層開口702bを形成して、第二接触層602bを露出させる。電気メッキ、蒸着又は成長などの方法によって半導体積層10bの上に第一はんだパッド80b及び第二はんだパッド90bを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法でパターン化を行う。第一はんだパッド80bは第三絶縁層開口701bによって第一接触層601bと接触し、かつ第一接触層601bによって第一半導体層101bと電気的に接続する。第三絶縁層開口701bを形成するエッチング過程において、第一はんだパッド80b下方の第一接触層601bと第二絶縁層50bが第三絶縁層70bのエッチング時に過度に除去されて反射層40b及び/又はバリア層41bを露出することを防止するために、第一はんだパッド80b下方の第三絶縁層70bがエッチングされて第三絶縁層開口701bを形成する面積を減らし、第一部分の第三絶縁層70bが第一はんだパッド80bと第一接触層601bとの間に位置し、かつ第一はんだパッド80bに完全被覆されることを維持し、その他の第二部分の第三絶縁層70bが第一はんだパッド80bの周囲に位置し、第一部分と第二部分の第三絶縁層70bとの間の隙間が第三絶縁層開口701bを構成する。具体的に言うと、第一はんだパッド80bに完全に被覆された第一部分の第三絶縁層70bの幅は、はんだパッド80b下方の第三絶縁層開口701bの幅より大きい。本実施例では、発光デバイスの上面図において、第三絶縁層開口701bは環状開口である。
図25〜34Bは本発明の一実施例が開示する発光デバイス7の製造方法及び構造である。
図25が示すように、発光デバイス7の製造方法は、基板11cを提供し、さらに基板11cの上に半導体積層10ccを形成する半導体積層10c形成ステップを含み、半導体積層10cは第一半導体層101c、第二半導体層102c、及び第一半導体層101cと第二半導体層102cとの間に位置する活性層103cを有する。
本発明の一実施例において、基板11cは成長基板であり、アルミニウムインジウムガリウムリン(AlGaInP)を成長させるガリウム砒素(GaAs)ウエハ、又は窒化インジウムガリウム(InGaN)を成長させるサファイア(Al2O3)ウエハ、窒化ガリウム(GaN)ウエハ又は炭化ケイ素(SiC)ウエハを含む。
本発明の一実施例において、有機金属気相成長法(MOCVD)、分子線エピタキシー(MBE)、ハイドライド気相成長法(HVPE)、物理気相成長法(PVD)又は離子電気メッキ方法によって基板11c上に光電特性を有する半導体積層10c、例えば発光(light−emitting)積層を生成する。なお、物理気相成長法はスパッタリング(Sputtering)又は蒸着(Evaporation)法を含む。第一半導体層101cと第二半導体層102cは、被覆層(cladding layer)又は制限層(confinement layer)であってもよく、両者が異なる導電型、電気特性、極性を有し、又は添加した元素によって電子又は正孔を提供し、例えば、第一半導体層101cはn型電気特性の半導体であり、第二半導体層102cはp型電気特性の半導体である。活性層103cは第一半導体層101cと第二半導体層102cとの間に形成され、電子と正孔が電流の駆動によって活性層103cで結合し、電気エネルギを光エネルギに変換し、光線を発する。半導体積層10c中の一層又は多層の物理及び化学組成を変えることにより発光デバイス7が発する光線の波長を調整する。半導体積層10cの材料はIII‐V族の半導体材料を含み、例えばAlxInyGa(1−x−y)N又はAlxInyGa(1−x−y)Pであって、かつ0≦x、y≦1、(x+y)≦1である。活性層103cの材料によって、半導体積層10cの材料がAlInGaP系材料である場合、波長が610nmから650nmの間の赤色光、波長が530nm及570nmの間の緑色光を発し、半導体積層10cの材料がInGaN系材料である場合、波長が450nmから490nmの間の青色光を発し、また、半導体積層10cの材料がAlGaN系又はAlInGaN系材料である場合、波長が400nmから250nmの間の紫外光を発することができる。活性層103cはシングルヘテロ構造(single heterostructure、SH)、ダブルヘテロ構造(double heterostructure、DH)、ダブルサイドダブルヘテロ構造(double−side double heterostructure、DDH)、多重量子井戸構造(multi−quantum well、MQW)であってもよい。活性層103cの材料は中性、p型又はn型電気特性の半導体であってもよい。
本発明の一実施例において、半導体積層10cのエピタキシー品質を改善するために、半導体積層10c及び基板11cとの間に、緩衝層としてPVD窒化アルミニウム(AlN)を形成することができる。一実施例においてPVD窒化アルミニウム(AlN)を形成するためのターゲット材は窒化アルミニウムによって構成される。別の実施例において、アルミニウムによって構成されるターゲット材を用いて、窒素源の環境においてアルミニウムターゲット材と反応させて窒化アルミニウムを形成する。
図27Aの上面図及び図27Aの線分A−A’における断面図である図27Bが示すように、基板11c上に半導体積層10cを形成した後、発光デバイス7の製造方法はプラットフォーム形成ステップを含む。フォトリソグラフィ、エッチングの方法で半導体積層10cをパターン化して、一部の第二半導体層102c及び活性層103cを除去することにより、一つ又は複数の半導体構造1000c、一つ又は複数の半導体構造1000cの周囲を囲んで第一半導体層101cの第一表面1011cを露出させる囲み部111c、及び、第一半導体層101cの第二表面1012cを露出させる一つ又は複数の孔部100cを形成する。
本発明の一実施例において、複数の半導体構造1000cが互いに離れて基板11cの表面11sを露出させても、又は第一半導体層101cを介して互いに繋がってもよい。一つ又は複数の半導体構造1000cはそれぞれ第一外側壁1003c、第二外側壁1001c、及び一つ又は複数の内側壁1002cを含み、かつ第一外側壁1003cが第一半導体層101cの側壁であり、第二外側壁1001cが活性層103c及び/又は第二半導体層102cの側壁であり、第二外側壁1001cの一端が第二半導体層102cの表面102sと繋がり、第二外側壁1001cの他端が第一半導体層101cの第一表面1011cと繋がる。内側壁1002cの一端が第二半導体層102cの表面102sと繋がり、内側壁1002cの他端が第一半導体層101cの第二表面1012cと繋がる。図2Bが示すように、半導体構造1000cの内側壁1002cと第一半導体層101cの第二表面1012cとの間に鈍角又は直角を有し、半導体構造1000cの第一外側壁1003cと基板11cの表面11sとの間に鈍角又は直角を有す、半導体構造1000cの第二外側壁1001cと第一半導体層101cの第一表面1011cとの間に鈍角又は直角を有する。
本発明の一実施例において、囲み部111cは図27Aが示す発光デバイス7の上面図を見ると、矩形又は多角形環状である。
本発明の一実施例において、孔部100cの開口の形状は円形、楕円形、矩形、多角形、又は任意の形状を含む。複数の孔部100cは複数列に配列され、隣接する二列又は隣接する二列毎において、孔部100cが互いに位置が揃ってもずれてもよい。
本発明の一実施例において、複数の孔部100cが第一列と第二列に配列され、同じ列に隣接して位置する二つの孔部100cの間に第一最短距離があり、第一列に位置する孔部100cと第二列に位置する孔部100cとの間に第二最短距離があり、第一最短距離が第二最短距離より大きい又は小さい。外部電流が発光デバイス7に入力された場合、複数の孔部100cの分散配置により、発光デバイス7のライトフィールド分布を均等化させ、かつ発光デバイス7の順電圧を低減させることができる。
本発明の一実施例において、複数の孔部100cは第一列、第二列及び第三列に配列され、第一列に位置する孔部100cと第二列に位置する孔部100cとの間に第一最短距離があり、第二列に位置する孔部100cと第三列に位置する孔部100cとの間に第二最短距離があり、第一最短距離が第二最短距離より小さい。外部電流が発光デバイス7に入力された場合、複数の孔部100cの分散配置により、発光デバイス7のライトフィールド分布を均等化させ、かつ発光デバイス7の順電圧を低減させることができる。
本発明の一実施例において、発光デバイス7が30milより大きい辺長を有する場合、発光デバイス7は囲み部111c及び一つ又は複数の孔部100cを含む。隣接する二つの孔部100cの間に第一最短距離があり、任意一つの孔部100cと第一半導体層101cの第一外側壁1003cとの間に第二最短距離があり、第一最短距離が第二最短距離より小さい。外部電流が発光デバイス7に入力された場合、囲み部111c及び一つ又は複数の孔部100cの分散配置により、発光デバイス7のライトフィールド分布を均等化させ、かつ発光デバイス7の順電圧を低減させることができる。
本発明の一実施例において、発光デバイス7が30milより小さい辺長を有する場合、発光できる活性層の面積を増やすために、発光デバイス7は囲み部111cを含むが、孔部100cを含まない。外部電流が発光デバイス7に入力された場合、囲み部111cが半導体構造1000cの周囲を囲んでいるため、発光デバイス7のライトフィールド分布を均等化させ、かつ発光デバイス7の順電圧を低減することができる。
プラットフォーム形成ステップに続き、図27Aの上面図及び図27Aの線分A−A’における断面図である図27Bが示すように、発光デバイス7の製造方法は第一絶縁層形成ステップを含む。物理気相成長法又は化学気相成長法などの方法によって、半導体構造1000cの上に第一絶縁層20cを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法で第一絶縁層20cをパターン化することにより、上記囲み部111cの一部の第一表面1011cを被覆し及び半導体構造1000cの第二外側壁1001cを包む第一絶縁層囲みエリア200cを形成し、複数の孔部100cの第二表面1012cを被覆し及び半導体構造1000cの内側壁1002cを包む一群の第一絶縁層被覆エリア201cを形成し、及び、第二半導体層102cの表面102sを露出させる第一絶縁層開口202cを形成する。一群の第一絶縁層被覆エリア201cは互いに離間しており、かつ複数の孔部100cにそれぞれ対応する。第一絶縁層20cは単層又は積層構造であってもよい。第一絶縁層20cが単層構造の場合、第一絶縁層20cが半導体構造1000cの側壁を保護し、活性層103cが後の製造工程で破壊されることを防止できる。第一絶縁層20cが積層構造の場合、第一絶縁層20cは半導体構造1000cを保護できるほか、屈折率が異なる二種類以上の材料が交互に積み重なって形成されるブラッグ反射器(DBR)構造を含むことにより、特定波長の光を選択的に反射することができる。第一絶縁層20cは非導電材料によって構成され、例えばSu8、ベンゾシクロブテン(BCB)、パーフルオロシクロブタン(PFCB)、エポキシ樹脂(Epoxy)、アクリル樹脂(Acrylic Resin)、環状オレフィンポリマー(COC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(Polyetherimide)、フルオロカーボン重合体(Fluorocarbon Polymer)などの有機材料、又は、例えばシリコーン(Silicone)、ガラス(Glass)などの無機材料、又は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化チタニウム(TiOx)、若しくはフッ化マグネシウム(MgFx)などの誘電材料を含む。
本発明の一実施例において、第一絶縁層形成ステップに続き、図28Aの上面図及び図28Aの線分A−A’における断面図である図28Bが示すように、発光デバイス7の製造方法は透明導電層形成ステップを含む。物理気相成長法又は化学気相成長法などの方法で第一絶縁層開口202cの中に透明導電層30cを形成し、透明導電層30cの外縁301cが第一絶縁層20cと一定距離離れているため、第二半導体層102cの一部表面102sが露出される。透明導電層30cは第二半導体層102cのほぼ全面に形成され、かつ第二半導体層102cと接触しているため、電流が透明導電層30cを介して第二半導体層102c全体に均等に分配される。透明導電層30cの材料は活性層103cが発する光線に対し透明な材料、例えば酸化インジウム錫(ITO)、又は酸化インジウム亜鉛(IZO)を含む。
本発明の別の実施例において、プラットフォーム形成ステップの後、まず透明導電層形成ステップを行い、次に第一絶縁層形成ステップを行ってもよい。
本発明の別の実施例において、プラットフォーム形成ステップの後、第一絶縁層形成ステップを省略し、直接透明導電層形成ステップを行ってもよい。
本発明の一実施例において、透明導電層形成ステップに続き、図29Aの上面図、図29Bの領域Bに部分拡大図、図29Cの領域Cの部分拡大図、図29Aの線分A−A’における断面図である図29D、及び図29Eの領域Eの部分拡大図が示すように、発光デバイス7の製造方法は反射構造形成ステップを含む。物理気相成長法又は化学気相成長法などの方法で透明導電層30cの上に直接反射構造400を形成し、反射構造400は反射層40c及び/又はバリア層41cを含み、反射層40cが透明導電層30c及びバリア層41cの間に位置する。本発明の一実施例において、反射層40cの外縁401cを透明導電層30cの外縁301cの内側、外側に設けても、又は透明導電層30cの外縁301cと重なり合うように設けてもよい。バリア層41cの外縁411cを反射層40cの外縁401cの内側、外側に設けても、又は反射層40cの外縁401cと重なり合うように設けてもよい。図29B、図29Cの部分拡大図、及び図29Eの部分拡大図が示すように、反射層40cの外縁401cが透明導電層30cの外縁301cと重ならず、透明導電層30cの外縁301cが反射層40cに被覆されているため、バリア層41cが透明導電層30cと接していない。
本発明の別の実施例において、透明導電層形成ステップを省略し、プラットフォーム形成ステップ又は第一絶縁層形成ステップの後、直接反射構造形成ステップを行ってもよく、例えば、第二半導体層102cの上に直接反射層40c及び/又はバリア層41cを形成し、反射層40cが第二半導体層102c及びバリア層41cの間に位置する。
反射層40cは単層又は積層構造であって、積層構造は例えばブラッグ反射構造である。反射層40cの材料は反射率が比較的に高い金属材料、例えば銀(Ag)、アルミニウム(Al)、又はロジウム(Rh)などの金属又は上記材料の合金を含む。ここで、比較的に高い反射率とは、発光デバイス7が発する光線の波長に対し80%以上の反射率を有することを意味する。本発明の一実施例において、反射層40cの表面酸化によって反射層40cの反射率が劣化しないよう、バリア層41cが反射層40cを被覆している。バリア層41cの材料は金属材料を含み、例えばチタニウム(Ti)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、錫(Sn)、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)などの金属又は上記材料の合金である。バリア層41cは単層又は積層構造であって、積層構造は例えばチタニウム(Ti)/アルミニウム(Al)、及び/又はチタニウム(Ti)/タングステン(W)である。本発明の一実施例において、バリア層41cはその反射層40cに近い側にチタニウム(Ti)/タングステン(W)の積層構造を有し、反射層40cより遠い側にチタニウム(Ti)/アルミニウム(Al)の積層構造を有する。本発明の一実施例において、反射層40c及びバリア層41cの材料は金(Au)又は銅(Cu)以外の金属材料を含むことにより、後の製造過程において、パッケージはんだ中の金属、例えば錫(Sn)が拡散して発光デバイス7の中に入り込み、発光デバイス7の内部の金属材料、例えば金(Au)又は銅(Cu)と共晶を形成し、発光デバイス7構造を変形させることを防止する。
本発明の一実施例において、反射構造形成ステップに続き、図30Aの上面図及び図30Aの線分A−A’における断面図である図30Bが示すように、発光デバイス7の製造方法は第二絶縁層形成ステップを含む。物理気相成長法又は化学気相成長法などの方法によって半導体構造1000cの上に第二絶縁層50cを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法で第二絶縁層50cをパターン化することにより、第一半導体層101cを露出さえる一又は第一群の第二絶縁層開口501cを形成し、及び、反射層40c又はバリア層41cを露出させる一又は第二群の第二絶縁層開口502cを形成する。また、第二絶縁層50cをパターン化する過程では、前記第一絶縁層形成ステップにおいて囲み部111cを被覆する第一絶縁層囲みエリア200c及び孔部100c内の第一群の第一絶縁層被覆エリア201cは部分的にエッチング除去されて第一半導体層101cが露出され、かつ孔部100c内に第一群の第一絶縁層開口203cを形成し、第一半導体層101cを露出する。
本実施例において、図30Aの上面図及び図30Bの断面図が示すように、第一群の第二絶縁層開口501cの形状又は数が孔部100cの形状又は数に対応している。第一半導体層101c上に位置する第二絶縁層開口501c及び第二半導体層102c上に位置する第二絶縁層開口502cは異なる形状、幅、数を有する。第二絶縁層開口501c、502cの上面図の開口の形状が環状開口である。
本実施例では、図30Aが示すように、第一半導体層101c上に位置する第二絶縁層開口501cは互いに離間し、かつ複数の孔部100cにそれぞれ対応しており、第二半導体層102c上に位置する第二絶縁層開口502cは基板11cの一方側、例えば基板11cの中心線C−C’の左側又は右側に近接する。第二絶縁層50cは単層又は積層構造であってもよい。第二絶縁層50cが単層構造の場合、第二絶縁層50cは半導体構造1000cの側壁を保護し、活性層103cが後の製造工程で破壊されることを防止できる。第二絶縁層50cが積層構造の場合、第二絶縁層50cは屈折率が異なる二種類以上の材料が交互に積み重なって形成されるブラッグ反射器(DBR)構造を含むことにより、特定波長の光を選択的に反射することができる。第二絶縁層50cは非導電材料によって構成され、例えばSu8、ベンゾシクロブテン(BCB)、パーフルオロシクロブタン(PFCB)、エポキシ樹脂(Epoxy)、アクリル樹脂(Acrylic Resin)、環状オレフィンポリマー(COC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(Polyetherimide)、フルオロカーボン重合体(Fluorocarbon Polymer)などの有機材料、又は、例えばシリコーン(Silicone)、ガラス(Glass)などの無機材料、又は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化チタニウム(TiOx)、又はフッ化マグネシウム(MgFx)などの誘電材料を含む。
第二絶縁層形成ステップに続き、本発明の一実施例において、図31Aの上面図及び図31Aの線分A−A’における断面図である図31Bが示すように、発光デバイス7の製造方法は接触層形成ステップを含む。物理気相成長法又は化学気相成長法などの方法で半導体積層10cの上に接触層60cを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法で接触層60cをパターン化することにより、第一接触層601c、第二接触層602c及びシンブルエリア600cを形成する。第一接触層601cは孔部100c中に充填されかつ第二絶縁層開口501cを被覆して、第一半導体層101cと接触し、かつ延伸して第二絶縁層50c及び第二半導体層102cの一部の表面上を被覆し、第一接触層601cが第二絶縁層50cを介して第二半導体層102cと絶縁になっている。第二接触層602cは第二絶縁層50cの環状開口502c中に形成されて、一部の反射層40c及び/又はバリア層41cと接触する。
本発明の一実施例において、第一接触層601c、第二接触層602c及びシンブルエリア600cが互いに一定距離離れている。第二接触層602cは部分的に延伸して第二絶縁層50cの環状開口502c中に形成され、第二接触層602cの側壁6021cと環状開口502cの側壁5021cが互いに一定距離離れ、第一接触層601cの側壁7011cと第二接触層602cと側壁6021cが互いに一定距離離れているため、第一接触層601cと第二接触層602cが接することなく、かつ第一接触層601cと第二接触層602cが一部の第二絶縁層50cを介して電気特性が隔絶されている。発光デバイス7の上面図において、第一接触層601cが半導体積層10cの囲み部111cを被覆しているため、第一接触層601cが第二接触層602cの複数の側壁を囲むようになっている。
本発明の一実施例において、第一接触層601cは囲み部111c及び孔部100cを介して第一半導体層101cと接触する。外部電流が発光デバイス3に入力された場合、一部電流が囲み部111cを介して第一半導体層101cまで伝導され、ほかの一部電流が複数の孔部100cを介して第一半導体層101cまで伝導される。
図31Aが示すように、第二接触層602cは基板11cに一方側、例えば基板11cの中心線C−C’の左側又は右側に近接する。シンブルエリア600cは半導体積層10c上の幾何中心部分に位置する。シンブルエリア600cは第一接触層601c及び第二接触層602c接することなく、かつ第一接触層601c及び第二接触層602cと電気特性が隔絶され、シンブルエリア600cは第一接触層601c及び/又は第二接触層602cと同じ材料を含む。シンブルエリア600cはエピタキシャル層を保護する構造として、エピタキシャル層が後の製造工程、例えば結晶粒の分離、結晶粒の試験、パッケージにおいて、外力によって損傷されること、例えば探針又はシンブルによって損傷されることを防止する。シンブルエリア600cの形状は矩形、楕円形又は円形を含む。
本発明の一実施例において、シンブルエリア600cは半導体積層10c上の幾何中心部分に位置する。シンブルエリア600cと第一接触層601c又は第二接触層602cが接続し、シンブルエリア600cは第一接触層601c及び/又は第二接触層602cと同じ材料を含む。
本発明の一実施例において、接触層60cは単層又は積層構造であってもよい。第一半導体層101cと接触する抵抗を低減するために、接触層60cの材料は金属材料を含み、例えばクロム(Cr)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、金(Au)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、錫(Sn)、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)などの金属又は上記材料の合金である。接触層60cの材料は金(Au)、銅(Cu)以外の金属材料を含み、これにより、後の製造過程において、パッケージはんだ中の金属、例えば錫(Sn)が拡散して発光デバイス7中に入り込み、発光デバイス7内部の金属材料、例えば金(Au)、銅(Cu)と共晶を形成し、発光デバイス7構造を変形させることを防止する。
本発明の一実施例において、接触層60cの材料は高い反射率を有する金属、例えばアルミニウム(Al)又はプラチナ(Pt)を含む。
本発明の一実施例において、接触層60cと第一半導体層101cの接合強度を高めるために、接触層60cと第一半導体層101cが接触する一方側にクロム(Cr)又はチタニウム(Ti)を含む。
本発明の一実施例において、図31A及び図31Bの接触層形成ステップに続き、発光デバイス7の製造方法は第三絶縁層形成ステップを含み、図32Aの上面図及び図32Aの線分A−A’における断面図である図32Bが示すように、物理気相成長法又は化学気相成長法などの方法で、半導体構造1000cの上に第三絶縁層70cを形成し、さらにフォトリソグラフィ、エッチングの方法で第三絶縁層70cをパターン化することにより、第一接触層601c、第二接触層602cをそれぞれ露出させる第三絶縁層開口701c、702cを形成する。第三絶縁層70cの第一部分7011cを形成し、第一部分7011cは第三絶縁層開口701cに囲まれている。第三絶縁層70cの第二部分7022cを形成し、第二部分7022cは第三絶縁層開口702cに囲まれている。及び、第三絶縁層開口701cと第三絶縁層開口702cとの間に、第三絶縁層70cの接続部分7000cを形成する。図32Aが示すように、第三絶縁層70cの接続部分7000cは第三絶縁層70cの第一部分7011c及び第二部分7022cをそれぞれ囲んでいる。図32Bが示すように、第三絶縁層70cの接続部分7000cは第三絶縁層70cの第一部分7011cの両側に位置し、第三絶縁層70cの接続部分7000cは第三絶縁層70cの第二部分7022cの両側に位置する。第三絶縁層開口701cは第三絶縁層70cの第一部分7011cの第一辺70111及び第三絶縁層70cの接続部分7000cに一方辺70001によって構成され、第三絶縁層開口702は第三絶縁層70cの第二部分7022cの第二辺70222c及び第三絶縁層70cの接続部分7000cの他方辺70002cによって構成される。
本発明の一実施例において、第二半導体層102cの上に位置する第一接触層601cは、第二絶縁層50c及び第三絶縁層70cの間に挟まれている。上記シンブルエリア600cは第三絶縁層70cの接続部分7000cに囲まれ及び包まれている。
本発明の一実施例において、図32Aが示すように、第三絶縁層開口701c、702cと複数の孔部100cは互いにずれており、重ならない。言い換えれば、第三絶縁層開口701cと第二絶縁層開口501cは互いにずれており、重ならない。第三絶縁層開口702cは第二絶縁層開口502cによって囲まれてもよい。図32Aの上面図において、第三絶縁層開口701c、702cは基板11cの中心線C−C’の両側に位置し、例えば、第三絶縁層開口701cが基板11cの中心線C−C’の右側に位置し、第三絶縁層開口702cが基板11cの中心線C−C’の左側に位置する。
本発明の一実施例において、第三絶縁層開口701cは第二絶縁層開口501cの幅より小さい幅を有し、第三絶縁層開口702cは第二絶縁層開口502cの幅より小さい幅を有する。
本発明の一実施例において、第三絶縁層開口701cは第二絶縁層開口501cの幅より大きい幅を有し、第三絶縁層開口702cは第二絶縁層開口502cの幅より大きい幅を有する。
第三絶縁層70cは単層又は積層構造であってもよい。第三絶縁層70cが積層構造の場合、第三絶縁層70cは屈折率が異なる二種類以上の材料が交互に積み重なって形成されるブラッグ反射器(DBR)構造を含み、特定波長の光を選択的に反射することができる。第三絶縁層70cは非導電材料によって形成され、例えばSu8、ベンゾシクロブテン(BCB)、パーフルオロシクロブタン(PFCB)、エポキシ樹脂(Epoxy)、アクリル樹脂(Acrylic Resin)、環状オレフィンポリマー(COC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(Polyetherimide)、フルオロカーボン重合体(Fluorocarbon Polymer)などの有機材料、又は、例えばシリコーン(Silicone)、ガラス(Glass)などの無機材料、又は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化チタニウム(TiOx)、若しくはフッ化マグネシウム(MgFx)などの誘電材料を含む。
第三絶縁層形成ステップに続き、発光デバイス7の製造方法ははんだパッド形成ステップを含む。図33Aの上面図及び図33Aの線分A−A’における断面図である図33Bが示すように、電気メッキ、物理気相成長法又は化学気相成長法などの方法によって、一つ又は複数の半導体構造1000cの上に第一はんだパッド80c及び第二はんだパッド90cを形成する。図33Aの上面図において、第一はんだパッド80cは基板11cの一方側、例えば基板11cの中心線C−C’の右側に近接し、第二はんだパッド90cは基板11cの他方側、例えば基板11cn中心線C−C’の左側に近接する。第一はんだパッド80cは第三絶縁層開口701cを被覆して、第一接触層601cと接触し、かつ第一接触層601c及び孔部100cによって第一半導体層101cと電気的に接続する。第二はんだパッド90cは第三絶縁層開口702cを被覆して、第二接触層602cと接触し、かつ第二接触層602c、反射層40c又はバリア層41cによって、第二半導体層102cと電気的に接続する。図33Aが示すように、第一はんだパッド80c及び第二はんだパッド90cはいずれの孔部100cをも被覆しておらず、孔部100cは第一はんだパッド80c及び第二はんだパッド90c以外の領域に形成されている。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80cの寸法と第二はんだパッド90cの寸法が同じ又は異なり、この寸法とは幅又は面積を意味してもよい。
本発明の一実施例において、図33Bが示すように、第一はんだパッド80cは側辺801cを有し、第一はんだパッド80cの側辺801cは、第三絶縁層70cの第一部分7011cの第一辺70111又は第三絶縁層70cの接続部分7000cの一方辺70001と一定距離離れており、この距離は好ましくは100μmより小さく、より好ましくは50μmより小さく、さらに好ましくは20μmより小さい。第二はんだパッド90cは側辺902cを有し、第二はんだパッド90cの側辺902cは、第三絶縁層70cの第二部分7022cの第二辺70222c又は第三絶縁層70cの接続部分7000cの他方辺70002cと一定距離離れており、この距離は好ましくは100μmより小さく、より好ましくは50μmより小さく、さらに好ましくは20μmより小さい。
本発明の一実施例では、発光デバイス7の上面図において、第一はんだパッド80cの側辺801cは第三絶縁層開口701cの側辺70001、70111に沿って配置され、第二はんだパッド90cの側辺902cは第三絶縁層開口702cの側辺70002c、70222cに沿って配置されている。
図33Aは発光デバイス7の上面図であり、図33Bは発光デバイス7の断面図である。本実施例が開示する発光デバイス7はフリップチップ式の発光ダイオードデバイスである。発光デバイス7は基板11c、基板11c上に位置する一つ又は複数の半導体構造1000c、一つ又は複数の半導体構造1000cを囲む囲み部111c、半導体積層10c上に位置する第一はんだパッド80c及び第二はんだパッド90cを含む。一つ又は複数の半導体構造1000cはそれぞれ半導体積層10cを含み、半導体積層10cは第一半導体層101c、第二半導体層102c、及び第一半導体層101cと第二半導体層102cとの間に位置する活性層103cを含む。
図33A及び図33Bが示すように、一つ又は複数の半導体構造1000cの周囲は囲み部111cに囲まれている。本発明の一実施例において、複数の半導体構造1000cは第一半導体層101cを介して互いに繋がり、囲み部111cは第一半導体層101cの第一表面1011cを含むことにより、複数の半導体構造1000cの周囲を囲んでいる。本発明の別の実施例において、複数の半導体構造1000cは互いに離間し、かつ一定距離離れて、基板11cの表面11sを露出させてもよい。
発光デバイス7はさらに、第二半導体層102c及び活性層103cを貫通して第一半導体層101cの一つ又は複数の第二表面1012cを露出させる一つ又は複数の孔部100cを含む。
発光デバイス7はさらに第一接触層601c及び第二接触層602cを含む。第一接触層601cは、第一半導体層101cの第一表面1011c上に形成され、半導体構造1000cの周囲を囲み、かつ第一半導体層101cと接触して電気的に接続し、及び、第一半導体層101cの一つ又は複数の第二表面1012c上に形成され、一つ又は複数の孔部100cを被覆し、かつ第一半導体層101cと接触して電気的に接続する。第二接触層602cは、第二半導体層102cの表面102s上に形成される。本発明の一実施例では、発光デバイス7の上面図において、図31Aが示すように、第一接触層601cは第二接触層602cの複数の側壁を囲んでいる。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80c及び/又は第二はんだパッド90cは複数の半導体構造1000cを被覆する。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80c及び第二はんだパッド90cの形成位置は孔部100cの形成位置を避けており、そのため第一はんだパッド80c及び第二はんだパッド90cの形成位置が孔部100cの形成位置と重ならない。
本発明の一実施例では、発光デバイス7の上面図において、第一はんだパッド80cの形状と第二はんだパッド90cの形状が同じく、例えば、図33Aが示すように、第一はんだパッド80c及び第二はんだパッド90cの形状が矩形である。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80cの寸法と第二はんだパッド90cの寸法が異なり、例えば、第一はんだパッド80cの面積が第二はんだパッド90cの面積より大きい又は小さい。第一はんだパッド80c及び第二はんだパッド90cの材料は金属材料を含み、例えばクロム(Cr)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、錫(Sn)、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)などの金属又は上記材料の合金である。第一はんだパッド80c及び第二はんだパッド90cは単層又は積層構造であってもよい。第一はんだパッド80c及び第二はんだパッド90cが積層構造の場合、第一はんだパッド80cは第一上層はんだパッド及び第一下層はんだパッドを含み、第二はんだパッド90cが第二上層はんだパッド及び第二下層はんだパッドを含む。上層はんだパッドと下層はんだパッドはそれぞれ異なる機能を有する。
本発明の一実施例において、上層はんだパッドの機能として、主にはんだ付けとリード線形成に用いられる。上層はんだパッドにより、発光デバイス7はフリップチップ形式で、はんだ(solder)又は例えばAuSn材料を用いた共晶接合によってパッケージ基板上に実装される。上層はんだパッドの金属材料は高い展延性を有する材料を含み、例えば錫(Sn)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタニウム(Ti)、銅(Cu)、金(Au)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、オスシウム(Os)などの金属又は上記材料の合金である。上層はんだパッドは上記材料の単層又は積層構造であってもよい。本発明の一実施例において、上層はんだパッドの材料はニッケル(Ni)及び/又は金(Au)を含み、かつ上層はんだパッドは単層又は積層構造である。
本発明の一実施例において、下層はんだパッドの機能は、接触層60c、反射層40c又はバリア層41cと安定した界面を形成し、例えば、第一下層はんだパッドと第一接触層601cとの界面接合強度を高めること、又は第二下層はんだパッドと反射層40c又はバリア層41cとの界面接合強度を高めることである。下層はんだパッドの別の機能として、はんだ又はAuSn共晶中の錫(Sn)が拡散して反射構造中に入り込み、反射構造の反射率を妨げることを防止する。従って、下層はんだパッドは金(Au)、銅(Cu)以外の金属材料を含み、例えばニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、オスシウム(Os)などの金属又は上記材料の合金であり、下層はんだパッドは上記材料の単層又は積層構造であってもよい。本発明の一実施例において、下層はんだパッドはチタニウム(Ti)/アルミニウム(Al)の積層構造、又はクロム(Cr)/アルミニウム(Al)の積層構造を含む。
本発明の一実施例において、はんだ又はAuSn共晶中の錫(Sn)が拡散して反射構造中に入り込み、反射構造の反射率を妨げることを防止する。そのため、第一接触層601cと第一はんだパッド80cが接する側には、チタニウム(Ti)及びプラチナ(Pt)から選ばれて構成される一群の金属材料が含まれている。第二接触層602cと第二はんだパッド90cが接する側には、チタニウム(Ti)及びプラチナ(Pt)から選ばれて構成される一群の金属材料が含まれている。
図34Aは本発明の一実施例の発光デバイス8の上面図であり、図34Bは発光デバイス8の断面図である。発光デバイス8と上記実施例中の発光デバイス7を比較すると、発光デバイス8はさらに、第一はんだパッド80d及び/又は第二はんだパッド90dの複数個の側壁を囲む金属層900d、及び第一はんだパッド80dと第二はんだパッド90dの上方にそれぞれ位置する第一電極バンプ810dと第二電極バンプ910dを有する。その他、発光デバイス8と発光デバイス7はほぼ同じ構造を有するため、図34A、図34Bの発光デバイス8と図33A、図33Bの発光デバイス7において同じ名称、符号を有する構造は同じ構造、同じ材料、又は同じ機能を有することを意味し、ここでその説明を適宜省略する。
本実施例が開示する発光デバイス8はフリップチップ式の発光ダイオードデバイスである。発光デバイス8は基板11c、基板11c上に位置する一つ又は複数の半導体構造1000c、一つ又は複数の半導体構造1000cを囲む囲み部111c、半導体積層10c上に位置する第一はんだパッド80d及び第二はんだパッド90d、及び第一はんだパッド80dと第二はんだパッド90dの上方にそれぞれ位置する第一電極バンプ810dと第二電極バンプ910dを含む。一つ又は複数の半導体構造1000cはそれぞれ半導体積層10cを含み、半導体積層10cは第一半導体層101c、第二半導体層102c、第一半導体層101cと第二半導体層102cとの間に位置する活性層103cを含む。
図34A及び図34Bが示すように、一つ又は複数の半導体構造1000cの周囲は囲み部111cによって囲まれている。本発明の一実施例において、複数の半導体構造1000cが第一半導体層101cを介して互いに繋がってもよく、囲み部111cが第一半導体層101cの第一表面1011cを含むことで、複数の半導体構造1000cの周囲を囲む。本発明の別の実施例において、複数の半導体構造1000cが互いに離間し、かつ一定距離離れて、基板11cの表面11sを露出させてもよい。
発光デバイス8はさらに、第二半導体層102c及び活性層103cを貫通し、第一半導体層101cの一つ又は複数の第二表面1012cを露出させる一つ又は複数の孔部100cを含む。
発光デバイス8はさらに、第一接触層601c及び第二接触層602cを含む。第一接触層601cは、第一半導体層101cの第一表面1011c上に形成され、半導体構造1000cの周囲を囲み、かつ第一半導体層101cと接触して電気的に接続し、及び、第一半導体層101cの一つ又は複数の第二表面1012c上に形成され、一つ又は複数の孔部100cを被覆し、第一半導体層101cと接触して電気的に接続する。第二接触層602cは、第二半導体層102cの表面102s上に形成され、かつ第二半導体層102cと電気的に接続する。本発明の一実施例では、発光デバイス2の上面図において、第一接触層601cが第二接触層602cの複数の側壁を囲み、第二接触層602cの寸法が第一接触層601cの寸法より小さく、この寸法は例えば面積である。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80dが一部又は全部の孔部100cを被覆し、及び/又は、第二はんだパッド90dが一部又は全部の孔部100cを被覆する。図34Aが示すように、第一はんだパッド80dは一部の孔部100cを被覆し、第二はんだパッド90dはいずれの孔部100cをも被覆していない。
発光デバイスはフリップチップ形式でパッケージ基板上に実装される時、発光デバイスの表面の絶縁層が外力の衝突によって破損し易いため、はんだ又は共晶接合の例えばAuSn材料が絶縁層の亀裂から発光デバイスの内部に入り込み、発光デバイスの失効に繋がる。本発明の一実施例において、発光デバイス8は半導体積層10c上に位置する金属層900dを有することで、その下方の絶縁層を保護し、絶縁層が外力の衝突によって破損すること防止する。図34Aが示すように、金属層900dは第二はんだパッド90dの複数個の側壁を囲み、金属層900dと第二はんだパッド90dが一定間隔離れている。金属層900dは一部の孔部100cを被覆し、一部の第一接触層601cが金属層900dの下に位置し、かつ第三絶縁層70cを介して金属層900dと絶縁になっている。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80d、第二はんだパッド90d及び金属層900dは互いに一定距離離れ、互いに繋がっていない。
本発明の一実施例において、発光デバイス8は第三絶縁層70cを含み、第三絶縁層70cは第一接触層601c及び第二接触層602cをそれぞれ露出させる一つ又は複数の開口701c、702cを有し、かつ金属層900dと第二はんだパッド90dとの間に間隔が開けられており、第三絶縁層70cの一部表面を露出させる。
本発明の一実施例では、発光デバイス8の上面図において、第一はんだパッド80dの形状と第二はんだパッド90dの形状が異なり、例えば、第一はんだパッド80dの形状が矩形であり、第二はんだパッド90dの形状が櫛状である。
本発明の一実施例では、発光デバイス8の上面図において、第一はんだパッド80dの寸法と第二はんだパッド90dの寸法が異なっており、この寸法は例えば面積である。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80d、第二はんだパッド90dの寸法がそれぞれ第一電極バンプ810d、第二電極バンプ910dの寸法と異なっており、例えば、第一はんだパッド80dの面積が第一電極バンプ810dの面積より大きく、第二はんだパッド90dの面積が第二電極バンプ910dの面積より大きい。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80dと第二はんだパッド90dとの間の距離が第一電極バンプ810dと第二電極バンプ910との間の距離より小さい。
本発明の一実施例では、発光デバイス8の上面図において、第一電極バンプ810dの形状と第二電極バンプ910dの形状が近似又は同じであり、例えば、第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dの形状が櫛状であり、図10Cが示すように、第一電極バンプ810dは互いに交互して繋がっている複数個の第一凸部811d及び複数個の第一凹部812d有する。第二電極バンプ910dは、互いに交互して繋がっている複数個の第二凸部911d及び複数個の第二凹部912dを有する。第一電極バンプ810dの第一凹部812dの位置及び第二電極バンプ910dの第二凹部912dの位置は、ほぼ孔部100cの位置に対応している。言い換えれば、第一電極バンプ810dの第一凹部812dの幅又は第二電極バンプ910dの第二凹部912dの幅がいずれの孔部100cの直径よりも大きく、そのため、第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dがいずれの孔部100cをも被覆しておらず、第一電極バンプ810dの第一凹部812d及び第二電極バンプ910dの第二凹部912dが孔部100cを避けており、かつ孔部100c周囲に形成されている。本発明の一実施例において、複数個の第一凹部812dは、上面図において複数個の第二凹部912dと位置が略揃っている。本発明の別の実施例において、複数個の第一凹部812dは、上面図において、複数個の第二凹部912dと位置がずれている。
本発明の一実施例において、発光デバイス8がフリップチップ形式でパッケージ基板上に実装される時、第一はんだパッド80d、第二はんだパッド90dと半導体積層10cとの間に多層の絶縁層が含まれているため、発光デバイス8の第一はんだパッド80d、第二はんだパッド90dが外力を受けることにより、例えばはんだ又はAuSn共晶接合時に生じる応力により、第一はんだパッド80d、第二はんだパッド90dと絶縁層に亀裂が発生することがある。そのため、発光デバイス8は、第一はんだパッド80d及び第二はんだパッド90dの上方にそれぞれ位置する第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dを含み、第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dを介して外部と接合し、かつ、外力によってはんだパッドと絶縁層と間に応力が生じることを減らすために、第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dの形成位置が孔部100cの形成位置を避けている。
本発明の別の実施例において、第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dに比較すると、第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dのダイボンディング時の圧力を解放するために、第一はんだパッド80d、第二はんだパッド90dが比較的に大きい面積を有する。発光デバイス8の断面図において、第一はんだパッド80dの幅が第一電極バンプ810dの幅の1.2〜2.5倍であり、好ましくは2倍である。
本発明の別の実施例において、第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dに比較すると、第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dのダイボンディング時の圧力を解放するために、第一はんだパッド80d、第二はんだパッド90dが比較的に大きい面積を有する。発光デバイス8の断面図において、第一はんだパッド80dが外へ拡張する距離がその自身の厚さの1倍以上、好ましくは自身の厚さの2倍以上である。
本発明の別の実施例において、第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dの厚さが1〜100μmの間にあり、より好ましくは1.5〜7μmの間にあり、第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dによってフリップチップ形式でパッケージ基板上に実装される。第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dのダイボンディング時の圧力を解放するために、第一はんだパッド80d及び第二はんだパッド90dの厚さは0.2μmより大きく、より好ましくは0.5μmより大きく、1μmより小さい。
本発明の別の実施例において、第一はんだパッド80d、第二はんだパッド90d及び金属層900dが同じ金属材料及び/又は同じ金属積層を含む。
第一はんだパッド80d、第二はんだパッド90d及び金属層900dは単層又は積層構造であってもよい。第一はんだパッド80d及び第二はんだパッド90dの機能は、第一接触層601c、反射層40c又はバリア層41cと安定した界面を形成し、例えば、第一はんだパッド80dと第一接触層601cが接触し、第二はんだパッド90dと反射層40c又はバリア層41cが接触する。第一はんだパッド80d及び第二はんだパッド90dは金(Au)、銅(Cu)以外の金属材料を含み、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、オスシウム(Os)などの金属又は上記材料の合金であり、これにより、はんだ又はAuSn共晶中の錫(Sn)が拡散して発光デバイス8中に入り込み、第一はんだパッド80d及び第二はんだパッド90dに含まれる金属、例えば金(Au)、銅(Cu)と共晶接合することを防止する。金属層900dは金(Au)、銅(Cu)以外の金属材料を含み、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、オスシウム(Os)などの金属又は上記材料の合金である。金属層900dと第三絶縁層70cの界面接合強度を高めるために、金属層900dと第三絶縁層70cが接する側にはクロム(Cr)、ニッケル(Ni)、チタニウム(Ti)、又はプラチナ(Pt)が含まれている。
本発明の別の実施例において、第一はんだパッド80d及び/又は第二はんだパッド90dは積層構造であって、はんだパッド80d、90dとはんだ又はAuSnとの共晶接合時に発生する応力によってはんだパッド80d、90dと半導体積層10aとの間の絶縁層に亀裂が発生することを防止するために、積層構造が高展延性層と低展延性層を有する。高展延性層と低展延性層は、異なるヤング係数(Young‘s modulus)を有する金属を含む。
本発明の別の実施例において、第一はんだパッド80d及び/又は第二はんだパッド90dの高展延性層の厚さが低展延性層の厚さより大きい又は等しい。
本発明の別の実施例において、第一はんだパッド80d及び第二はんだパッド90dが積層構造であり、第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dが積層構造であり、はんだパッドと緩衝パッドの界面接合強度を高めるために、第一はんだパッド80dと第一電極バンプ810dの接する面が同じ金属材料を含み、第二はんだパッド90dと第二電極バンプ910dが接する面が同じ金属材料を含み、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、チタニウム(Ti)、又はプラチナ(Pt)である。
本発明の別の実施例において、はんだパッド形成ステップの後、発光デバイス8の製造方法は第四絶縁層形成ステップを含む。物理気相成長又は化学気相成長法などの方法で第一はんだパッド80d及び第二はんだパッド90dの上に第四絶縁層(図示せず)を形成し、さらに、第一はんだパッド80d及び第二はんだパッド90dの上にそれぞれ第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dを形成し、かつ第四絶縁層が第一はんだパッド80d及び第二はんだパッド90dの側壁を囲む。第四絶縁層は単層又は積層構造であってもよい。第四絶縁層が積層構造の場合、第四絶縁層は屈折率が異なる二種類以上の材料が交互に積み重なって形成されるブラッグ反射器(DBR)構造を含み、特定波長の光を選択的に反射することができる。第四絶縁層の材料は非導電材料によって形成され、例えばSu8、ベンゾシクロブテン(BCB)、パーフルオロシクロブタン(PFCB)、エポキシ樹脂(Epoxy)、アクリル樹脂(Acrylic Resin)、環状オレフィンポリマー(COC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(Polyetherimide)、フルオロカーボン重合体(Fluorocarbon Polymer)などの有機材料、又は、例えばシリコーン(Silicone)、ガラス(Glass)などの無機材料、又は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化チタニウム(TiOx)、若しくはフッ化マグネシウム(MgFx)などの誘電材料である。
本発明の一実施例において、第一はんだパッド80d及び第二はんだパッド90dの製造工程の後、直接第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dの製造工程を行ってもよい。本発明の別の実施例において、第一はんだパッド80d及び第二はんだパッド90dの製造工程の後、まず第四絶縁層形成ステップを行い、次に第一電極バンプ810d及び第二電極バンプ910dの製造工程を行ってもよい。
図35は本発明の一実施例の発光装置の概略図である。上記実施例の半導体発光デバイス1、発光デバイス2、発光デバイス3、発光デバイス4、発光デバイス5、発光デバイス6、発光デバイス7又は発光デバイス8をフリップチップ方法でパッケージ基板51の第一パッド511、第二パッド512上に実装する。第一パッド511、第二パッド512の間は、絶縁材料を含む絶縁部53によって電気的に絶縁される。フリップチップ実装は、電極形成面と対向する成長基板11a、11bの一方側を主な光取り出し面とする。発光装置の光取り出し効率を上げるために、半導体発光デバイス1、発光デバイス2、発光デバイス3、発光デバイス4、発光デバイス5、発光デバイス6、発光デバイス7又は発光デバイス8の周囲に反射構造54を設けてもよい。
図36は本発明の一実施例の発光装置の概略図である。電球600はランプカバー602、反射ミラー604、発光モジュール610、ランプベース612、放熱シート614、接続部617及び電気接続素子618を含む。発光モジュール610は搭載部606、及び搭載部606上に位置する複数個の発光デバイス608を有し、複数個の発光デバイス608が前記実施例中の半導体発光デバイス1、発光デバイス2、発光デバイス3、発光デバイス4、発光デバイス5、発光デバイス6、発光デバイス7又は発光デバイス8であってもよい。
本発明で例示された各実施例は本発明を説明することのみが目的であり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明に対し行った明らかな修正又は変更も本発明の趣旨及び範囲に属する。