特許 5767184 ワイヤボンディングのないウェーハ段階のＬＥＤ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5767184

(24)【登録日】2015年6月26日

(45)【発行日】2015年8月19日

(54)【発明の名称】ワイヤボンディングのないウェーハ段階のＬＥＤ

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/62 20100101AFI20150730BHJP

   H01L 33/38 20100101ALI20150730BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 440

   H01L33/00 210

【請求項の数】6

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-212830(P2012-212830)

(22)【出願日】2012年9月26日

(62)【分割の表示】特願2010-534010(P2010-534010)の分割

【原出願日】2008年9月11日

(65)【公開番号】特開2013-38438(P2013-38438A)

(43)【公開日】2013年2月21日

【審査請求日】2012年10月26日

(31)【優先権主張番号】11/985,410

(32)【優先日】2007年11月14日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】592054856

【氏名又は名称】クリー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＲＥＥ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ベルン ケラー

(72)【発明者】

【氏名】アシェイ チトニス

(72)【発明者】

【氏名】ニコラス ダブリュ．メデンドープ ジュニア

(72)【発明者】

【氏名】ジェイムズ イベットソン

(72)【発明者】

【氏名】マックス バトレス

【審査官】 金高 敏康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２１６９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２８６２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３５２０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１００７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５１１０６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００ − ３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

頂面および底面を有する半導体装置であって、
前記半導体装置用の構造的支持をもたらすほど厚い基体要素と、
第１の半導体層と、
前記基体要素上の第２の半導体層と、
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に挟まれた活性領域と、
前記第１の半導体層上の波長変換特性を有する層と、
前記第１の半導体層と電気的に接触し、前記底面から接触可能なリードを有する第１の電極であって、前記底面に対して実質的に垂直であり、前記第１の半導体層の頂部から前記装置の前記底面へ延びる、第１の電極と、
前記第２の半導体層および前記基体要素から前記第１の電極を絶縁している第１のスペーサ層と、を備え、
前記基体要素は、前記第１の半導体層の幅よりも小さい幅を有する、
ことを特徴とする半導体装置。

【請求項2】

半導体装置であって、
ｎ型半導体層と、
少なくとも１つのビアを有するｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に挟まれた活性領域であって、前記ｐ型層の前記少なくとも１つのビアに対応する少なくとも１つのビアを有して、前記ｎ型層の前記活性領域に隣接した部分は露出する、活性領域と、
光抽出を改善するための改造された面を有する前記ｎ型半導体層上の蛍光体層と、
前記半導体装置の主要発光面と反対側の面上へ接触可能なリードを有する少なくとも１つのｐ電極であって、前記ｐ型層へ電気的に接続された、少なくとも１つのｐ電極と、
前記主要発光面と反対側の面上へ接触可能なリードを有する少なくとも１つのｎ電極であって、少なくとも１つのｎパッドが前記ｎ型半導体層上にあり、前記少なくとも１つのｎパッドを介して前記ｎ型層に電気的に接続され、前記ｎ電極は、前記ｎパッドと隣接する位置において誘電材料により囲まれており、前記ｎ電極は、前記ｎパッドと隣接する位置において前記ｎパッドよりも幅が狭くなっている、少なくとも１つのｎ電極とを備え、
前記少なくとも１つのｐ電極および前記少なくとも１つのｎ電極は、前記半導体装置用の主要な機械的支持体をもたらすことができるほど十分に厚いことを特徴とする半導体装置。

【請求項3】

半導体チップ装置であって、
主要発光面を有するｎ型半導体層と、
ｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に挟まれた活性領域と、
光抽出を改善するための改造された面を有する前記ｎ型半導体層上の波長変換特性を有する層と、
前記半導体チップ装置に不可欠なｎ電極であって、前記主要発光面と反対側の面上へ接触可能なリードを有し、少なくとも１つのｎパッドが前記ｎ型半導体層上にあり、前記少なくとも１つのｎパッドを介して前記ｎ型半導体層に電気的に接続され、前記ｎ電極は、前記ｎパッドと隣接する位置において誘電材料により囲まれており、前記ｎ電極は、前記ｎパッドと隣接する位置において前記ｎパッドよりも幅が狭くなっている、ｎ電極と、
前記半導体チップ装置に不可欠なｐ電極であって、前記主要発光面と反対側の面上へ接触可能なリードを有し、前記ｐ型半導体層に電気的に接続されたｐ電極と、
を備え、
前記ｎ電極および前記ｐ電極の厚さは、少なくとも２０μｍであることを特徴とする半導体チップ装置。

【請求項4】

半導体装置であって、
ｎ型層とｐ型層との間に挟まれた活性領域を備えるフリップチップＬＥＤ（発光ダイオード）構造体と、
光抽出を改善するための改造された面を有する前記ｎ型層上の蛍光体層と、
ｎ電極であって、少なくとも１つのｎパッドが前記ｎ型層上にあり、前記少なくとも１つのｎパッドを介して前記ｎ型層に電気的に結合され、前記ｎ電極は、前記ｎパッドと隣接する位置において誘電材料により囲まれており、前記ｎ電極は、前記ｎパッドと隣接する位置において前記ｎパッドよりも幅が狭くなっている、ｎ電極と、
前記ｐ型層に電気的に結合されたｐ電極と
を備え、
前記ｎ電極および前記ｐ電極は、前記半導体装置の、前記ｎ型層の反対側に露出して、前記半導体装置は面へ取付け可能であり、
前記ｎ電極と前記ｐ電極は、同一平面上にあることを特徴とする半導体装置。

【請求項5】

前記ｎ型半導体層の前記活性領域とは反対側に基板をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記基板は、光抽出を向上させるように成形またはテクスチャード加工されることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は半導体装置に関し、具体的にはワイヤボンディングのない製造および動作が可能な発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

１つまたは複数のＬＥＤ（発光ダイオード）は、電気エネルギーを光に変換する固体装置であり、一般に、反対にドープされた層の間に挟まれた半導体材料の１つまたは複数の活性層を備える。ドープ層の両端にバイアスが印加されたとき、活性層に正孔および電子が注入され、ここで正孔と電子とが再結合して光を発生する。活性層からの光は、ＬＥＤのすべての面から放射される。

【0003】

高い降伏電界、広いバンドギャップ（室温のＧａＮで３．３６ｅＶ）、大きな伝導帯オフセット、および飽和電子の高いドリフト速度を含む材料特性の独特な組合せのために、ＩＩＩ族の窒化物ベースの材料システムで形成されたＬＥＤへの関心が最近大いに高まっている。高効率ＬＥＤの製造における主な関心事は、ＬＥＤからの光を効率的に抽出することである。単一の出力結合面（ｏｕｔ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）を有する従来型のＬＥＤの場合、外部量子効率は、基板を通過するＬＥＤの放射領域からの光のＴＩＲ（内部全反射）によって制限される。スネルの法則によって予測されるように、ＬＥＤの半導体と周囲環境との間の屈折率の差によってＴＩＲが生じることがある。この差によって、活性領域からの光線がＬＥＤ面から周囲の材料の中へ透過して最終的にはＬＥＤパッケージから脱出することができる脱出円錐（ｅｓｃａｐｅ ｃｏｎｅ）が小さくなる。

【0004】

ＴＩＲを減少させ全体的な光抽出を改善するために様々な方法が開発されており、より一般的な方法の１つに表面テクスチャリングがある。表面テクスチャリングによって、光子が脱出円錐を見いだす多くの機会を得る多様な表面が設けられることにより、光の脱出確率が向上する。脱出円錐を見いださない光は、ＴＩＲを繰り返し、脱出円錐を見いだすまで様々な角度でテクスチャ面に反射する。表面テクスチャリングの利点は、いくつかの論文で論じられている。（非特許文献１〜４を参照されたい）。

【0005】

本件特許出願人に譲渡された特許文献１は、配列内に形成された内部および外部の光学要素を使用することにより、ＬＥＤの光抽出を増強するための構造を開示している。光学要素は、半球および角錐などの多くの異なる形状を有し、ＬＥＤの様々な層の表面または中に配置されてよい。これらの要素は、光が屈折または散乱する面をもたらす。また、基板または他の光子吸収物質から離れて活性層から放射された光を反射することによって光抽出を高めるために、装置の１つまたは複数の層をコーティングするのに反射性材料が用いられてよい。

【0006】

より効率的な半導体装置を製作するのに用いられる別の方法は、フリップチップマウンティングと呼ばれる。ＬＥＤのフリップチップマウンティングは、サブマウント基板側面上にＬＥＤを取り付けるステップを含む。次いで、光は、透明基板を通って抽出されて放射され、もしくは基板がすべて除去されてよい。フリップチップマウンティングは、ＳｉＣベースのＬＥＤを取り付けるのに特に望ましい技法である。ＳｉＣがＧａＮより高い屈折率を有するので、活性領域で発生した光は、ＧａＮ／ＳｉＣ境界面で内部反射しない（すなわち、反射してＧａＮベースの層の中へ戻ることはない）。当技術分野で知られている特定のチップ形成技法を用いるとき、ＳｉＣベースＬＥＤのフリップチップマウンティングは、光抽出の改善を与える。ＳｉＣ ＬＥＤのフリップチップ実装は、熱の抽出／損
失の改善など他の利益も有し、このことは、チップに対する特定の用途次第で、望ましいものであり得る。

【0007】

白色光ＬＥＤの開発に、かなりの努力が注ぎ込まれてきた。従来型のＬＥＤは、それらの活性層から白色光（すなわち広域スペクトル）を直接発生することができない。青色発光ＬＥＤからの光は、このＬＥＤを黄色発光の蛍光体、ポリマーまたは色素で取り囲むことにより白色光に変換され、一般的な蛍光体は、セリウムをドープされたＣｅ：ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）である。（日亜化学工業社の白色ＬＥＤの部品番号ＮＳＰＷ３００ＢＳ、ＮＳＰＷ３１２ＢＳなどを参照されたい。また、Ｌｏｗｒｅｙの「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｈｏｓｐｈｏｒ−ＬＥＤ Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称の特許文献２も参照されたい）。周囲の蛍光体材料が、青色光のいくつかの波長を「低い周波数へ変換」して、色を黄色に変える。青色光のいくらかは、変化されることなく蛍光体を通過するが、その一方で、青色光のかなりの部分が低い周波数の黄色へ変換される。ＬＥＤは青色光および黄色光の両方を放射し、それらが結合して白色光をもたらす。別の手法では、マルチカラーの蛍光体または色素でＬＥＤを取り囲むことにより、青紫色または紫外線を放射するＬＥＤからの光が白色光に変換されている。

【0008】

ＬＥＤ装置は、図１および図２でそれぞれ描写されているように、垂直の結合構造または水平の結合構造を有して示されることが多い。どちらの構成も当技術分野で既知である。垂直結合構造の装置は、一般に、装置の対向面上のｐコンタクト電極およびｎコンタクト電極を特徴とする。電荷担体は、バイアスに応答して、半導体層を通って垂直に移動する。水平結合構造の装置は、通常、装置の異なるレベルの層の頂面上に両電極がある段違いの電極構成に構成される。したがって、両電極は、それらが配置される層に対して、共通の面ではなく共通の上側方向を共有する。電荷担体は、バイアスに応答して、半導体層を通って電流経路の少なくとも一部分にわたって水平方向に移動する。これら共通の結合構造のいくつかの変形形態は当技術分野で既知であり、用いられる。

【0009】

図１は、当技術分野で既知であって用いられている垂直結合構造の窒化物ＬＥＤ１００を示す。ｐ型層１０４とｎ型層１０６との間に活性領域１０２が挟まれている。これらの半導体層は、導電性基板１０８上に成長する。薄い半透明な電流拡散コンタクト１１０が、ｐ型層の大部分またはすべてを覆う。電極１１２および基板１０８を使用して、装置１００にバイアスが印加される。電極１１２は、電線１１４を介して外部電圧源（図示せず）に接続される。基板１０８は、ウェーハ１０８の下側で半田バンプ、パッドまたは電線で電圧源に接続されてよい。装置の面はすべて蛍光体層１１８で覆われ、蛍光体層１１８を通って電線１１４が出る。

【0010】

電流および電荷担体は、印加されたバイアスに応答して、装置１００を通って半導体面に対して垂直に移動する。活性領域１０２で放射再結合が生じて、光が放射される。放射された光のいくらかが、蛍光体層内で低い周波数へ変換された波長を有して、所望の放射スペクトルをもたらす。

【0011】

図２ａは、当技術分野で既知であって用いられている段違いの水平結合構造を有するＬＥＤ装置２００を示す。ｐ型層２０４とｎ型層２０６との間に活性領域２０２が挟まれている。これらの半導体層は、基板２０８上に成長する。薄い半透明な電流拡散コンタクト２１０が、ｐ型層の大部分またはすべてを覆う。ｐコンタクト電極２１２およびｎコンタクト電極２１４を使用して、装置２００にバイアスが印加される。電線２１６、２１８が、外部電圧源（図示せず）への接続をもたらす。装置の面はすべて蛍光体層２２０で覆われ、蛍光体層２２０を通って電線２１６、２１８が出る。

【0012】

電極２１２、２１４によって、装置２００にバイアスが印加される。電流および電荷担体は、電極２１２と電極２１４との間で装置を通って水平方向に移動する。活性領域２０２内で、一定の割合の担体が再結合して光を放射する。放射された光のいくらかが、蛍光体層２２０内で低い周波数へ変換された波長を有し、この装置は所望の波長のスペクトルを有する光を発することが可能になる。

【0013】

図２ｂは、図２ａに示された装置２００と類似の既知のＬＥＤ装置２５０を示す。装置２５０は、ｎ型層２５４、活性領域２５６、およびｐ型層２５８の上に配置された成長基板２５２のフリップチップ構成を特徴とする。成長基板２５２上に半導体層２５４、２５６、２５８が成長した後に、装置２５０は、裏返して面に取り付けられる。したがって、この装置は成長基板を通して光を放射する。光が、主として頂面を通って装置を脱出することができるように、この構成は透明基板を必要とする。蛍光体層２６０が、装置全体をコーティングして、活性領域２５８から放射された光の一部分を低い周波数へ変換する。装置２５０の下側にｎコンタクト電極２６２および反射性のｐコンタクト電極２６４が配置され、放射再結合に必要なバイアスを供給する。装置２５０は、活性領域２５６からの光を放射し、その光の大部分が装置２５０の頂面から放射される。光の一部分は、放射される前に成長基板２５２によって後方散乱および／または吸収される。

【0014】

図３は、当技術分野で既知の垂直結合構造の構成を有する一般的なフリップチップＬＥＤ装置３００を示す。反対にドープされたｎ型層３０２とｐ型層３０４とが活性領域３０６を挟む。ミラーなどの反射性の要素３０８が、金属結合３１２で担体ウェーハ３１０に結合して示されている。この特定の構成では、ＬＥＤ装置３００はフリップチップマウントされており、反射性の要素３０８はｐ型層３０４に隣接している。ｎ型層３０２、ｐ型層３０４および活性領域３０６は、後で除去される成長基板（図示せず）上に成長する。ｎ型層３０２の露出した面は、光抽出を改善するためにテクスチャード加工または粗面化される。例えば蛍光体などの変換材料３１４の層は、電線３１８を結合することができる面をもたらすｎパッド３１６の上に配置することができる。電線３１８は、装置を外部の電圧／電流源（図示せず）に接続する。この特定の装置３００では、ｎ型層３０２、ｐ型層３０４および活性領域３０６が非常に薄く、また成長基板が除去されるので、蛍光体層は頂面をコーティングするだけでよい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】米国特許第６，６５７，２３６号明細書

【特許文献2】米国特許第５９５９３１６号明細書

【特許文献3】米国特許再出願第３４，８６１号明細書

【特許文献4】米国特許第４，９４６，５４７号明細書

【特許文献5】米国特許第５，２００，０２２号明細書

【非特許文献】

【0016】

【非特許文献1】Ｗｉｎｄｉｓｃｈ ｅｔ ａｌ．，Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ Ｔｅｘｔｕｒｅ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｈｉｇｈ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７９，Ｎｏ．１５，Ｏｃｔ．２００１，Ｐｇｓ．２３１６−２３１７

【非特許文献2】Ｓｃｈｎｉｔｚｅｒ ｅｔ ａｌ．３０％ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｆｒｏｍ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ，Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６４，Ｎｏ．１６，Ｏｃｔ．１９９３，Ｐｇｓ．２１７４−２１７６

【非特許文献3】Ｓｔｒｅｕｂｅｌ ｅｔ ａｌ．Ｈｉｇｈ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ＡｌＧａＮＩｎＰ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ，ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．Ｍａｒｃｈ／Ａｐｒｉｌ ２００２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

これらの例示的構成のすべてに本質的な欠点の１つに、その設計によって、例えば蛍光体層またはカプセル封止構造体などのパッケージ化段階の構成要素が、装置が個別化されて（ｓｉｎｇｕｌａｔｅｄ）従来型のＬＥＤに実装されるまで、付けるのを妨げられることがある。場合によっては、ワイヤボンディングまたは他の類似の接続手段を用いて外部の電圧源に装置を接続する必要性から制約を受ける。他の場合には、あまりにも多量の青色光が低い周波数へ変換されずに漏れるのを防止するために基板の面を蛍光体でコーティングする必要性から制約を受ける。

【課題を解決するための手段】

【0018】

特許請求の範囲で具現される本発明は、ワイヤボンディングのない製造を可能にする２つの下側の電気的コンタクトを有するＬＥＤチップなどの新規の半導体装置を開示する。本発明による半導体装置の一実施形態は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に挟まれた活性領域を備える。主要発光面と反対側の装置の面上のポイントからリードに接触可能であるように、ｐ電極が配置される。ｐ電極は、ｐ型層に電気的に接続される。主要発光面と反対側の装置の面上のポイントからリードに接触可能であるように、ｎ電極も配置される。ｎ電極は、ｎ型層に電気的に接続される。ｐ電極およびｎ電極は、半導体装置用の主要な機械的支持体をもたらすことができるほど十分に厚い。

【0019】

頂部および底面ならびに第１および第２の縁面を有する半導体装置の別の実施形態は、前記半導体装置用の構造的支持をもたらすほど十分に厚い基体要素を備える。第２の半導体層が基体要素上に配置されるように、第１の半導体層と第２の半導体層との間に活性領域が挟まれる。第１の電極は、第１の半導体層と電気的に接触し、底面から接触可能なリードを有する。第１の電極は、底面に対して実質的に垂直に配置され、第１の縁面の少なくとも一部分を構成する。第２の半導体層および基体要素から第１の電極を絶縁するために、第１のスペーサ層が配置される。

【0020】

本発明によって半導体装置を製作する方法も開示される。第１および第２の半導体層および活性領域が、成長基板上に成長する。第１の半導体層の、成長基板と反対側の面の一部分が露出される。第２の半導体層および第１の半導体層の露出した部分の上に、スペーサ層が形成される。第１および第２の半導体層の一部分が露出するように、スペーサ層の一部分が除去される。スペーサ層の残存部分ならびに第１および第２の半導体層の露出した部分の上に電極層が形成される。成長基板が除去される。電極層の一部分が除去されて、第１の電極が第１の半導体層と電気的に接触し、第２の電極が第２の半導体層と電気的に接触するように第１および第２の電極を形成する。第１および第２の電極は、互いから電気的に絶縁するように配置される。

【0021】

半導体装置の別の実施形態は、ｎ型半導体層、少なくとも１つのビアを有するｐ型半導体層、およびｎ型層とｐ型層との間に挟まれた活性領域を備える。活性領域は、活性領域に隣接したｎ型層の一部分が露出するように、ｐ型層の少なくとも１つのビアに対応する少なくとも１つのビアを有する。少なくとも１つのｐ電極は、半導体装置の主要発光面と反対側の面上へ接触可能なリードを有する。少なくとも１つのｐ電極は、ｐ型層に電気的に接続される。少なくとも１つのｎ電極は、主要発光面と反対側の面上へ接触可能なリードを有する。少なくとも１つのｎ電極は、ｎ型層に電気的に接続される。少なくとも１つ
のｐ電極および少なくとも１つのｎ電極は、半導体装置用の主要な機械的支持体をもたらすことができるほど十分に厚い。

【0022】

本発明の、これらおよび他の態様および利点が、以下の詳細な説明および一例として本発明の特徴を示す添付図面から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】背景技術で開示された既知の実施形態によるＬＥＤ装置の断面図である。

【図2a】背景技術で開示された既知の実施形態によるＬＥＤ装置の別の実施形態の断面図である。

【図2b】背景技術で開示された既知の実施形態によるフリップチップＬＥＤ装置の別の実施形態の断面図である。

【図3】背景技術で開示された既知の実施形態によるフリップチップＬＥＤ装置の断面図である。

【図4a】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の一実施形態の、製造プロセスの１つの段階で示される断面図である。

【図4b】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の一実施形態の、製造プロセスの１つの段階で示される断面図である。

【図4c】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の一実施形態の、製造プロセスの１つの段階で示される断面図である。

【図4d】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の一実施形態の、製造プロセスの１つの段階で示される断面図である。

【図4e】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の一実施形態の、製造プロセスの１つの段階で示される断面図である。

【図4f】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の一実施形態の、製造プロセスの１つの段階で示される断面図である。

【図4g】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の一実施形態の、製造プロセスの１つの段階で示される断面図である。

【図5】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の別の実施形態の断面図である。

【図6】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の別の実施形態の断面図である。

【図7】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の別の実施形態の断面図である。

【図8】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の別の実施形態の断面図である。

【図9】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の別の実施形態の断面図である。

【図10】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の別の実施形態の断面図である。

【図11】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の別の実施形態の断面図である。

【図12a】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の別の実施形態の断面図である。

【図12b】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の別の実施形態の断面図である。

【図12c】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の別の実施形態の断面図である。

【図13】本発明の特許請求の範囲による半導体装置の別の実施形態の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

特許請求の範囲で具現される本発明により、例えば高効率な発光ダイオード（ＬＥＤ）装置などの半導体装置のウェーハ段階のパッケージが可能になる。特許請求の範囲は、これらの装置を製作する方法も教示する。他の半導体装置の場合と同様に、装置の両端にバ
イアス電圧が印加され、装置の活性領域における放射再結合の結果として光が放射される。装置の光出力を増加させるのに、様々な要素および手順を用いることができる。例えば、基板などの光子吸収材料から離れて放射された光の方向を変えるように、装置内の特定の位置に、ミラーまたは屈折器として機能する材料の層を形成することができる。当技術分野でしばしば用いられる別の方法は、内部全反射を防止するために、１つまたは複数の層を粗面化またはテクスチャード加工するものである。そのような機構は、一般に製造のウェーハ段階で追加される。

【0025】

例えば蛍光体などの波長変換特性を有する材料の層を用いて、放射された光の一部分の周波数を変えることにより、ＬＥＤ装置の発光スペクトルを変更するのが望ましいことがある。光ビームを成形するか、そうでなければ放射された光の特性を変更するために、装置の上にカプセルの材料を追加してよい。これらのカプセルの材料は、何らかの意図したやり方で、放射された光に影響を及ぼす特性を一般に有する。例えば、カプセルの材料は、特定のビームプロファイルを達成するために、レンズとして機能して、放射された光を合焦または平行にすることができる。変換層およびカプセルの材料などの機構は、しばしばパッケージ要素と称され、一般に装置が従来型ＬＥＤパッケージの中に実装されてワイヤボンディングされた後、装置に追加される。ワイヤボンディングは、外部の電圧／電流源から内部の半導体層への電気路をもたらすリード線であり、装置に電圧バイアスをかけることを可能にする。特許請求の範囲で開示された構造および方法によってワイヤボンディングの必要性が除かれるため、パッケージ要素を、ウェーハ段階で、すなわち従来型のＬＥＤパッケージの中に実装してワイヤボンディングする前に、装置に追加することができる。この新規の設計によってさらなる柔軟性がもたらされ、利用者は、ウェーハ段階で実現され得る追加の機構を指定することが可能になる。また、後のパッケージ化段階ではなくウェーハ段階でチップに機構を追加することができるので、チップを作製するコストがかなり低減される。

【0026】

層、領域または基板などの要素が別の要素の「上に」あると称されるとき、その要素は、もう一方の要素の上に直接存在し得て、もしくは介在要素が存在してもよいことが理解される。さらに、「内側の」、「外側の」、「上側の」、「の上に」、「下側の」、「の下に」、および「下方へ」などの相対語ならびに類似語は、本明細書では１つの要素の別の要素に対する関係を説明するのに用いられることがある。これらの用語は、図で示された方向に加えて、装置の様々な方向を包含するように意図されることが理解される。さらに、「底部」および「頂部」などの用語は、諸要素の互いの空間的関係を、論じられている特定の例示的図にそれらが掲載されているとき説明するのに用いられる。そのような用語は、読者の便宜のためにのみ用いられ、製造、動作、またはその他を通じて、装置を特定の方向へ限定するために用いられるのではない。

【0027】

本明細書では、第１、第２などの用語が、様々な要素、構成要素、領域、層および／または区分を説明するのに用いられることがあるが、これらの要素、構成要素、領域、層および／または区分は、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層または区分を別の領域、層または区分から区別するためにのみ用いられる。したがって、以下で論じられる第１の要素、構成要素、領域、層または区分は、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層または区分と称することができる。

【0028】

「層」および「諸層」という用語は、本出願の全体にわたって互換性があるように用いられることが注目される。当業者なら、半導体材料の単一「層」が、実際にはいくつかの材料の個別の層を備えてよいことを理解するであろう。同様に、いくつかの材料の「層」が、機能的に単一層と見なされることがある。換言すれば、用語「層」は、半導体材料の均質の層を示すわけではない。単一「層」は、副層において局在化される様々なドーパン
ト濃度および合金組成を含んでよい。そのような副層は、例えば緩衝層、コンタクト層またはエッチング停止層として機能することができる。これらの副層は、１つの形成ステップまたは複数のステップで形成されてよい。特に別記しない限り、本出願人は、特許請求の範囲で具現される本発明の範囲を、材料の「層」または「諸層」を備えるものと要素を説明することによって限定することを意図しない。

【0029】

本明細書では、本発明の理想化された実施形態の概略図である断面図を参照しながら本発明の実施形態が説明される。そのため、結果として、図の形状から例えば生産技術および／または寸法公差の変更が予期される。本発明の実施形態は、本明細書に示された領域の特定の形状に限定されるものと解釈されるべきでなく、例えば製造に起因する形状の乖離を含むことになる。正方形または長方形として説明または図示された領域は、一般に、通常の製造公差により、端を切った特徴または湾曲した特徴を有することになる。したがって、図に示された領域は事実上の概略図であり、それらの形状は、装置の領域の正確な形状を示すようには意図されておらず、本発明の範囲を限定するようには意図されない。

【0030】

図４ａ〜図４ｇは、製造プロセスを通じて、様々な段階における本発明による半導体装置４００の一実施形態を示す。説明および理解の容易さのために、装置４００は製造プロセスを通じて個別の装置として示される。しかし、ウェーハ段階で半導体装置が一般に製作され、続く処理ステップで、個々の装置がウェーハから個別化されることが理解される。それにもかかわらず、本明細書で説明されるプロセスは、個々の装置の製作のために用いることもできる。製造ステップは、特定の順序で以下に示されるが、順序の異なるステップによって装置４００を製作することができ、また、追加のステップを含むこと、もしくはステップ数がより少ないことも可能であることが理解される。

【0031】

図４ａは、基板４０２上に成長したエピタキシャル層を示す。反対にドープされたｎ型層４０４およびｐ型層４０６ならびにそれらの間に挟まれた活性領域４０８は、一般に、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相成長法）反応装置におけるエピタキシャル成長などの既知の製作方法および装置を用いて基板４０２上に形成される。半導体層４０４、４０６、４０８は、いくつかの異なる材料系からのものであり得て、好ましくはＩＩＩ族の窒化物系である。ＩＩＩ族の窒化物は、窒素と、通常はＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、およびＩｎ（インジウム）である周期律表のＩＩＩ族の要素との間で形成された半導体化合物を指す。この用語は、ＡｌＧａＮ（アルミニウム窒化ガリウム）およびＡｌＩｎＧａＮ（アルミニウムインジウム窒化ガリウム）などの第３化合物および第４化合物を指す。活性領域４０８は、ＳＱＷ（単一量子井戸）、ＭＱＷ（多重量子井戸）、ダブルヘテロ構造または超格子構造を備えることができる。好ましい実施形態では、ｎ型層４０４およびｐ型層４０６は、ＧａＮ（窒化ガリウム）であり、活性領域４０８は、交番するＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを有するＭＱＷ（多重量子井戸）構造体である。代替実施形態では、ｎ型層４０４およびｐ型層４０６は、ＡｌＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮなどのＩＩＩ族の窒化物材料であり得る、もしくはこれらを含んでよい。

【0032】

基板４０２は、サファイア、炭化シリコン、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＧａＮなど多くの材料で製作することができ、適当な基板は炭化シリコンの４Ｈポリタイプであるが、３Ｃ、６Ｈおよび１５Ｒのポリタイプを含む他の炭化シリコンポリタイプを用いることもできる。ＳｉＣ（炭化シリコン）は、サファイアより、ＩＩＩ族の窒化物に調和するより近い結晶格子などの一定の利点を有し、より高品質のＩＩＩ族の窒化膜をもたらす。ＳｉＣ基板は、ノースカロライナ州ダーラム市のＣｒｅｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ．から入手可能であり、ＳｉＣ基板を作製する方法は、科学文献ならびに特許文献３、特許文献４、および特許文献５に説明されている。

【0033】

成長基板上に、最初にｎ型層またはｐ型層のどちらを成長させることも可能であるが、
最初にｎ型層を成長させるのが好ましいことがある。これは、当技術分野で既知のいくつかの理由が当てはまる場合である。ｎ型層を最初に成長させる理由の１つに、ｎ型層がｐ型層より高温度で成長することがあり、ｎ型層は約１１００℃の温度で成長し、ｐ型層は約９００℃で成長する。ｐ型層が９００℃を上回る温度にさらされるとき、ドーパント材料（マグネシウムであることが多い）が隣接層の中に拡散することがあり、層の品質が低下する。したがって、一旦ｎ型層が基板上に成長していると、続くｐ型層は、既に形成されたｎ型層に実質的に影響を及ぼさない低温で成長され得る。ｎ型層を最初に成長させる別の理由は、基板上に成長した層が基板界面における格子不整合を克服するために、より長い期間にわたって成長しなければならないことである。より長い間成長する層は、より厚く成長する。ｐ型層はｎ型層より光吸収性が高いので、放射された光が吸収されることがより少ないように、より厚いｎ型層を有するのが望ましい。

【0034】

図４ａでは、基板４０２上に、最初にｎ型層４０４が成長して示されている。次いで、ｎ型層４０４上に活性領域４０８が形成され、活性領域４０８上にｐ型層４０６が形成される。装置は上下逆さまに裏返され、後から成長した層が図４ａの底部に示されている。前述のように、活性領域４０８は、ＳＱＷ（単一量子井戸）、ＭＱＷ（多重量子井戸）、ダブルヘテロ構造または超格子構造を備えることができる。緩衝層、核形成（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）層、接触層および電流拡散層および活性層４０８の片面もしくは両面上の超格子構造ならびに光抽出層および光抽出要素を含むがこれらには限定されない追加の層および要素も、装置４００に含まれ得ることが理解される。

【0035】

例えば塩素リアクティブイオンエッチングである既知のエッチングプロセス、または当技術分野で既知の別のプロセスを用いて、ｎ型層４０４の一部分が露出される。活性領域４０８およびｐ型層４０６の縁端部を越えて水平方向に広がって示されるｎ型層４０４の露出した部分の上に、導電性ｎパッド４１０が形成される。ｐ型層４０６の露出した面の上に、ｐパッド４１２が形成される。ｎパッド４１０およびｐパッド４１２は、半導体層４０４、４０６と、以下で論じられるように製造プロセスの後期に追加されることになるリードとの間の電気的接続を容易にするコンタクトとして機能する。パッド４１０、４１２は、例えば金、銀または銅などの導電性金属材料を含んでよい。

【0036】

示された構成では、ｐパッド４１２は、アルミニウム、銀、金、ロジウム、白金、パラジウム、金錫またはそれらの組合せなどの反射性材料から形成されてよい。これらの反射性材料は、スパッタリングなどの従来手法を用いてｐ型層４０６の面上に堆積され得る。ｐパッド４１２を形成するのに反射性材料を用いると、方向が変わらなければスペーシング要素または電極（どちらも以下で詳細に論じられる）などのｐパッドより下の層および要素に吸収される恐れがある活性領域４０８から放射された光の方向を変えることにより、装置４００の光抽出効率が向上する可能性がある。

【0037】

図４ｂでは、装置上にスペーシング材料の層４１４が堆積されて、ｎパッド４１０、ｐパッド４１２、およびｎ型層４０４の底面のあらゆる露出した部分をコーティングする。スペーシング材料は、絶縁材料を含むべきである。選択的にパターニングされた誘電体（例えばＳｉＮまたはＳｉＯ₂）またはポリマー（例えばＢＣＢまたはシリコン）が、スペ
ーシング材料として用いられてよい。

【0038】

次いで、スペーシング材料は既知のプロセスを用いてパターニングされ、図４ｃに示されるように、ｎパッド４１０の一部分およびｐパッド４１２の一部分の両方が露出され、スペーシング材料４１４のいくらかが残されたままになる。残りの構造体は、スペーシング要素４１６として機能する。スペーシング要素４１６は、ｎ電極とｐ電極とを互いに電気的に絶縁するように配置される。これらの電極は、製造の後期まで形成されない（図４ｇに示される）。ｎパッド４１０およびｐパッド４１２が、どちらも少なくとも一部分が
電気的接続のために露出している限り、スペーシング要素は様々な形状および寸法をとることができる。

【0039】

図４ｄでは、装置４００の下側に導電性金属層４１８が堆積されて、スペーシング要素４１６ならびにｎパッド４１０およびｐパッド４１２の両方の露出した部分を覆う。例えば電気めっきなどの様々な既知の方法により、装置４００に厚い導電性金属層４１８が与えられてよい。導電性金属層４１８は、仕上がった装置に機械的支持体を設けるように十分に厚いものであるべきである。層は少なくとも２０μｍはあるべきであって、好ましい厚さは５０〜４００μｍの範囲である。厚い導電性金属層の最終面が滑らかで平面状であることを保証するために、平坦化および研磨のステップが用いられてよい。いくつかの異なる金属および合金を用いることができるが、好ましい材料はＣｕ（銅）である。

【0040】

基板４０２は除去されてよく、図４ｅに示されるようにｎ型層４０４の頂面が改造されてよい。基板４０２は、ウェットエッチングプロセスおよびドライエッチングプロセス、レーザアブレーション、機械的研削、または研削／エッチングの組合せプロセスを含むいくつかの既知の方法によって除去することができる。しかし、本発明による他の実施形態では、基板４０２の一部分がｎ型層４０４の上に残され得て、基板４０２は、光抽出を向上させるように成形またはテクスチャード加工され得ることが理解される。

【0041】

一旦ｎ型層４０４が露出されると、ｎ型層４０４は、いくつかの異なるやり方で処理されてよい。多数の角を成す面を設けて光抽出を増加させるように、装置上または装置内の様々な面を改造する（例えばテクスチャード加工または粗面化を行う）のが望ましいことがある。面を改造することによって変化する面を設けることにより、そうでなければＴＩＲ（内部全反射）によってＬＥＤ内に閉じ込められることになる光が放射光として脱出することが可能になり、光抽出が改善する。改造された面における変化により、光が（スネルの法則によって定義される）臨界角以内で発光面に達して放射される可能性が増加することになる。改造された面を通って脱出しない光については、改造された面の変化が光を様々な角度に反射し、光がｐパッドからの反射の後に次の通路で脱出することになる可能性が増加する。

【0042】

半導体の面を改造することができる既知の方法がいくつかある。面には、エッチング、研削またはアブレーションなどのプロセスによって除去された部分があってよい。不均一なテクスチャを与えるために、例えばナノ粒子または光抽出要素などの材料を面に追加することも可能である。装置内の面への光抽出構造の追加は、Ｃｒｅｅ，Ｉｎｃ．に譲渡された特許文献１で詳細に論じられている。これらのプロセスのうち任意のものの組合せも、所望の面改造を達成することができる。

【0043】

図４ｅで、改造された面４２０は、活性領域４０８と反対側のｎ型層４０４の面として示されているが、同じ抽出増強効果を達成するために、装置４００内の多くの異なる面が改造され得ることが理解される。装置４００には、改造された面がなくてもよい。

【0044】

次いで、図４ｆに示されるように、２つの分離した金属電極を画定するように、既知の方法を用いて、厚い金属層４１８の一部分をエッチングして除去する。ｎ電極４２２が形成され、ｎパッドと接触してｎ型層４０４への電気路をもたらす。同様に、ｐ電極４２４がｐパッドと接触してｐ型層４０６への電気路をもたらす。電極４２２、４２４は、互いに電気的に絶縁されるべきであり、活性領域４０８からも電気的に絶縁されるべきである。この特定の実施形態では、上記で論じられたようなスペーサ要素４１６を用いて絶縁が達成される。電極４２２、４２４の底面はリードとして機能し、装置４００の底部から容易に接触可能である。

【0045】

他の実施形態では、図４ｆに示されたものに類似の装置構成を達成するのに、別のプロセスステップが用いられてもよい。例えば、厚いパターンのあるフォトレジストなど既知の方法を用いることにより、１つの堆積ステップで非接触のｐ電極およびｎ電極が形成され得る。装置の様々な実施形態は、本発明による様々なやり方で配置された電極を有することができる。装置４００に関して、電極４２２、４２４は装置の底の同一レベルに広がるものとして示されており、これによって、取付けポイントが同一レベルにあるサブマウントまたはプリント回路基板（ＰＣＢ）などの構造体へ装置を取り付けるのが容易になる。他の実施形態では、電極が様々なレベルに延びることができ、その結果、様々なレベルに取付けポイントを有する構造体に装置を実装することができる。そのような実施形態の１つでは、ｐ型電極４２４は、それらのリードが様々なレベルになるように、装置４００からｎ型電極より遠くへ延びることができる。

【0046】

図４ｇで、蛍光体層４２６はｎ型層４０４の頂面上に形成され得る。蛍光体層４２６は、装置の側面など他の面も覆ってよい。蛍光体層は、当技術分野で波長変換機構として知られており、既知の方法を用いて堆積することができる。蛍光体層４２６は、複数の蛍光体ならびに光散乱粒子を備えてよい。活性領域４０８から放射された光の一部分を低い周波数へ変換することにより、装置の発光スペクトルを、活性領域４０８の内部から放射されたものと異なる光の色をもたらすように変えることができる。蛍光体層４２６をｎ型層４０４に結合するのに、例えばシリコンであるバインダ（図示せず）が用いられてよい。例えばエポキシ樹脂、シリコン、または低融点ガラスなどの複数の既知のバインダに、蛍光体層４２６が設けられてよい。蛍光体層４２６は、例えば、分配、スクリーンプリント、インクジェット印刷、モールド、スピンコーティング、または以前に作製された構成要素の装着によって形成されてよい。

【0047】

一実施形態が図４ａ〜図４ｇに示されている新規の機構は、発光半導体層にバイアスをかけるための２つの下側コンタクトを有する半導体装置を設ける。したがって、装置は、ワイヤボンディングまたは他のそのような接続手段を必要としない。この新規の機構により、一般にパッケージ化段階で追加される蛍光体層、カプセルの材料、および他の要素または機構を、製造のウェーハ段階で追加することが可能になる。

【0048】

図５は、本発明の特許請求の範囲による半導体装置５００の別の実施形態を示す。装置５００と図４ｇに示された装置４００とは同様に機能し、同一の参考番号を用いて示されるいくつかの共通要素を含む。装置５００のｎ型層５０２は、すべての半導体層５０２、４０６、４０８の縁端部が実質的に互いに同一平面上にあるように活性領域４０８の上に配置される。この実施形態では、ｎ型層５０２は、エッチングなどの既知のプロセスを用いてｎ電極４２２の上の領域から除去されている。水平方向の接続は、既知の方法を用いて堆積される階段形状のｎパッド５０４を用いて確立される。半導体層５０２、４０６、４０８のすべてが完全にｐ電極４２４の上に配置されるので、この構成は、構造安定性を高めることができる。

【0049】

別の実施形態では、図５の右側に示されるｎ電極４２２およびスペーサ要素４１６は、それらの頂面がｎ型層５０２の頂面と同一平面になるポイントまで延びてよい。この場合、ｎパッドは平坦であって、ｎ電極４２２とｎ型層５０２との間の接続を形成する水平な頂面を横切って延びることになる。

【0050】

図５に示された実施形態は、活性領域４０８の上側に配置されたｎ型層５０２を特徴とするが、層の方向を変えるのが望ましいことがある。図６では、ｐ型層６０２が活性領域６０６の上側にあり、ｎ型層６０４が活性領域６０６の下側に配置される。装置６００は、図４ｇに示された実施形態との多くの共通要素を含み、これと同様に機能する。この構成では、薄い半透明な階段形状のｐパッドは特に有利であり得る。ｎ型層の全体にわたっ
て電流が拡散するが、ｐ型層では拡散しない。このような理由で、ｐ型層の面の両端で電流がより均一に分散するのを助長するために、薄い半透明な電流拡散層がしばしば用いられる。階段形状のｐパッド６０８は、実質的にｐ型層６０６の頂面全体に対して優れたオーム接点を形成する。したがって、階段形状のｐパッド６０８はｐ電極６１０とｐ型層６０２との間の接続をもたらし、ｐ型層６０２の全長にわたって効果的に電流を拡散し、また、光が装置６００の頂面を離れて放射されることを可能にする。ｎパッド６１２は反射性要素であり、ｎ電極６１４とｎ型層６０４との間に接続をもたらす。６１０、６１４の両電極は、装置６００の底面に接続ポイントがあるリードを有する。

【0051】

図７は、本発明の特許請求の範囲による半導体装置７００の別の実施形態を示す。ｐ型層７０４とｎ型層７０６との間に活性領域７０２が挟まれている。ＳｉＣなどの材料から作製された基板７０７上に、半導体層７０２、７０４、７０６が形成される。この実施形態では、成長基板７０７の少なくとも一部分が装置７００の一部分として残り、構造安定性を増す。装置７００の外側縁端部の少なくとも１つに沿って、ｐ電極７０８が配置される。ｐ型層７０４の頂部上に、電流拡散層７１０が形成される。電流拡散層７１０は、光が装置７００の頂面を離れて放射されるように、電流がｐ型層７０４の面の実質的に全体にわたって分配されることを保証するために、ｐ型層７０４に対して優れたオーム接点であるべきである。電流拡散層７１０は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明な導電性酸化物を含んでよい。示されるように、ｐ電極７０８は、電流拡散層７１０の頂部の外側面（ｌａｔｅｒａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）に沿って接触する。ｎ電極７１２は、装置７００の外側縁端部のうちの１つに沿ってｐ電極７０８の反対側に配置される。ｎ電極７１２は、その底面でｎ型層７０６と接触する。７０８、７１２の両電極は、装置７００の下側から接触可能なリードを有する。スペーサ要素７１４は、ｎ型層７０６および基板７０７からｐ電極７０８を絶縁する。スペーサ要素７１６は、基板７０７からｎ電極７１２を絶縁する。スペーサ要素７１４、７１６は、例えばＳｉＯ₂または窒化シリコンなど
の高抵抗または絶縁誘電体材料を備えてよい。

【0052】

電流拡散層７１０の頂面上に、蛍光体層７１８を形成することができる。蛍光体層は、装置７００の側面など他の面も同様に覆ってよい。上記で論じられたように、例えばエポキシ樹脂、シリコン、または低融点ガラスなどの複数の既知のバインダに、波長変換機能を実行する蛍光体層７１８が設けられてよい。蛍光体層７１８は、例えば、分配、スクリーンプリント、インクジェット印刷、モールド、スピンコーティング、または以前に作製された構成要素の装着によって形成されてよい。

【0053】

外部量子効率を改善するために、装置７００に反射層７２０が追加されてよい。図７に示される実施形態では、反射層７２０は基板７０７の下側に配置される。活性領域７０２から放射された光は、反射層７２０によって、装置７００の頂部の主要発光面へ方向を変えられる。反射層７２０は、例えばアルミニウムなどの高反射率を有する材料を含むべきである。反射層７２０は、基板７０７の底面上に示されているが、装置７００の内部に配置されてもよい。

【0054】

他の実施形態では、基板７０７はｎ型ＳｉＣなどの導電材料を備えてよく、底面半導体層への電気的接続を可能にし、ｎ電極の必要性を除く。この場合、ｎ電極７１２およびスペーサ要素７１６が不要なはずであり、反射層７２０および基板７０７は、それらの右側縁が、半導体層７０２、７０４、７０６の右側縁と同一平面になるように、もしくは半導体層７０２、７０４、７０６の右側縁を越えてさえ、広がることになる。ｎ型層７０６への電気的接続は、装置７００の底面から導電性基板および反射層を通って上昇し、層７０６まで及ぶことになる。

【0055】

図８は、本発明における特許請求の範囲による半導体装置８００の別の実施形態を示す
。装置８００は、いくつかの共通要素を図７に示された装置７００と共有し、装置７００と同様に機能する。この実施形態では、基板７０７の一部分は既知のプロセスを用いて除去されており、ｎ型層７０６の面のいくらかが露出している。示されるように、構造的支持用に基板７０７の一部分が残されてよいが、他の実施形態では基板７０７がすべて除去されてよい。上記で詳細に論じられたように、露出したｎ型層７０６が改造されてよい。改造された面８０２は、光を散乱することによってＴＩＲを抑制し、光抽出を改善する。ｎ型層７０６の底面に、反射層８０４が形成される。反射層８０４用の好ましい材料はアルミニウムであるが、他の材料が用いられてよい。

【0056】

基板７０７を除去することによって生成された開口を充填して、例えばポリイミドなどの材料を含む基体要素８０６を生成することができる。基体要素８０６は、装置８００に構造的支持を追加する。他の実施形態では、基体要素は例えばアルミニウムまたは銅などの導電材料を備えてよく、底面半導体層への電気的接続を可能にし、ｎ電極の必要性を除く。この場合、ｎ電極７１２およびスペーサ要素７１６が不要なはずであり、反射層８０４および基体要素８０６は、それらの右側縁が、半導体層７０２、７０４、７０６の右側縁と同一平面になるように、もしくは半導体層７０２、７０４、７０６の右側縁を越えてさえ、広がることになる。ｎ型層７０６への電気的接続は、装置７００の底面から導電性基体要素および反射層を通って上昇し、層７０６まで及ぶことになる。

【0057】

本発明の特許請求の範囲による半導体装置９００の別の実施形態が、図９に示されている。装置９００は、共通要素を装置７００と共有し、装置７００と同様に機能する。装置９００は、当技術分野で既知のフリップチッププロセスを用いて製作することができる。したがって、ｎ型層９０４とｐ型層９０６との間に活性領域９０２が挟まれ、ｎ型層は、図９に示された方向に関して活性領域の上側に配置される。

【0058】

ｎ電極９０８は、既知のプロセスを用いて装置９００の外縁に沿って垂直に配置され、装置９００の底面から接触可能なリードからｎ型層９０４への電気的接続をもたらす。この実施形態では、ｎ型層９０４の頂面に電流拡散層９１０が示されている。しかし、一般にｎ型材料を通って電流が非常によく拡散するので、別の実施形態では、電流拡散層９１０は、ｎ型層の一部分の上にのみ配置されてよく、もしくは省略さえされてよい。ｐ型層９０６上に、薄い半透明な電流拡散層９１２が配置される。装置９００の下側からリードに接触可能になるように、ｐ電極９１４は、電流拡散層９１２から装置９００の外側に沿って垂直に下降して延びる。上記で論じられたように、電極９０８、９１４のリードが装置９００の下側から接触可能であるので、装置９００をワイヤボンディングで外部電圧源に接続する必要性はない。

【0059】

電流拡散層９１２の底面に反射層９１６が配置される。反射層９１６は、例えば白金と銀との混合物などの反射性かつ導電性の材料を備えてよい。別の実施形態では、反射層は、分布ブラッグ反射器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を備える例えばＳｉ０₂／Ｔａ₂Ｏ₃などの誘電体材料の多層スタックを備えてよい。反射層
９１６の下に、構造的支持をもたらす基体要素９１８が形成される。基体要素９１８は、例えば銅などの熱伝導材料を含んでよく、スペーサ要素７１４と７１６との間の反射層９１６の底部に配置される。上記で論じられたように、ｎ型層９０４の改造された面９２０によって装置９００の光抽出が向上する。電流拡散層９１０の上に蛍光体層７１８が配置される。蛍光体層７１８は、拡散層９１０のすべてまたは一部分を覆う。図７に示されるように、蛍光体層７１８は、装置の上側の全体ならびに装置の側面も覆ってよい。

【0060】

図１０は、半導体装置１０００の別の実施形態を示す。装置１０００は、いくつかの共通要素を装置９００と共有し、装置９００と同様に機能する。この実施形態では、導電性基体要素１００２がｐ電極として機能する。ｐ型層にオーム接点を作製し、かつ活性領域
９０２から放射された光の方向を装置１０００の主要発光面の方へ変えるために、ｐ型層の底面に反射層１００４が配置される。基体要素１００２および反射層１００４の両方が導電材料であると、ｐ型層９０６と接触するための電流拡散層または個別の電極は不要である。電気的接続は、装置の下側から、導電性基体要素１００２の露出した面のどこにでも沿って作製され得る。導電性基体要素１００２は、例えば銅、ニッケルもしくは金などの金属、または例えばＳｉＣもしくはＳｉなどのドープされた半導体を含んでよい。

【0061】

図１１は、半導体装置１１００の実施形態を示す。装置１１００は、図４ｇに示された装置４００と同様に機能し、多くの共通要素を装置４００と共有する。装置１１００は、２次元でのスケーラビリティという別の利点を有する。ｎ型層１１０４とｐ型層１１０６との間に活性領域１１０２が挟まれている。ｎ型層１１０４が、複数のｎパッド１１０８によっていくつかの位置で接触する。同様に、ｐ型層１１０６が、複数のｐパッド１１１０によっていくつかの位置で接触する。主要発光面１１１４と反対側の装置１１００の面から接触可能なリードを有する複数のｎ電極１１１２は、ｎパッド１１０８を通るｎ型層１１０４への複数の電気路をもたらす。これも主要発光面１１１４の反対側にある複数のｐ電極１１１６は、ｐ型層１１０６への電気路をもたらす。成長基板が除去されているので、電極１１１２、１１１６は、装置のために主要な機械的支持体をもたらすことができるほど十分に厚くなければならない。電流は、ｎ形半導体材料を通る方がよりよく拡散するので、図１１に示されるように、ｎパッド１１０８はｐパッド１１１０よりはるかに小さいものであり得る。一実施形態では、ｎ型層を露出させるのにビアを使用することができる。ビアは、ｎ型層１１０４を露出させるために、ｐ型層１１０６および活性領域１１０２を通るエッチングまたは他の手段により形成することができる。次いで、図４ａ〜図４ｇに関して上記で論じられたのと類似のプロセスを用いて、ｎパッド１１０８およびｐパッド１１１０を堆積し、続いてｎ電極１１１２およびｐ電極１１１６を堆積することができる。光抽出を改善するために、示されるようにｎ型層１１０４の面が改造されてよい。また、装置１１００のすべての面または装置１１００の頂部の主要発光面だけの上に、蛍光体層（図示せず）が堆積されてよい。

【0062】

図１１に示される実施形態は、装置のサイズにかかわらずｎ型層１１０４、ｐ型層１１０６の実質的にすべてにわたる優れた電流拡散をもたらすことにより、スケーラビリティを与える。

【0063】

図１２ａ〜図１２ｃは、製造の様々なステップにおける半導体装置１２００の実施形態を示す。装置１２００は、図４ｇに示された装置４００に類似であり、多くの共通要素を装置４００と共有する。基板１２０２上に、ｎ型層１２０４およびｐ型層１２０６が成長する。図１２ａを参照すると、ｎ型層１２０４を露出させるためにエッチングした後、ｐパッド１２１２が堆積される。次いで、スペーサ層１２１６が堆積され、ｐパッド１２１２およびｎ型層１２０４の一部分を露出させるために、エッチングまたは他の手段によってパターニングされる。

【0064】

図１２ｂで、スペーサ層１２１６の上にｎパッド１２１０が堆積される。示されるように、ｎパッド１２１０はｐパッド１２１２と部分的にオーバラップするが、これらは、スペーサ層１２１６によって互いから電気的に絶縁される。オーバラップするｎパッド１２１０が、接続のためのより大きな表面積をもたらし、より大きなｎ電極１２１０を与える。大きなｎ電極１２１０によって、装置１２００をパッケージ化するとき、活性層１２０８のサイズを犠牲にすることなく接続がより容易になる。

【0065】

図１２ｃで、ｎ電極１２２２およびｐ電極１２２４は、上記で論じられたのと同様に形成される。示されるように、成長基板１２０２が除去され、ｎ型層１２０４の頂面が改造され得る。さらに、装置１２００のすべての面または頂部の主要発光面だけの上に、蛍光
体層（図示せず）が堆積され得る。

【0066】

図１３は、半導体装置１３００の実施形態を示す。装置１３００は、図１１および図１２に示された実施形態からの機構のうちのいくつかを組み合わせる。装置１３００は、図１１に示された装置１１００と同様にスケーラブルである。ｎ型層１３０４、活性領域１３０６、およびｐ型層１３０６のすべてが、後に除去される成長基板上に成長する。ｎ型層１３０４の一部分を現わすために、ｐ型層１３０６および活性領域１３０８の一部分がエッチングまたは別のプロセスによって除去される。除去された部分は、ｎ型層１３０４への接続を作製することができる複数のビアを画定する。

【0067】

次いで、ｐパッド１３１２がビアに対応する穴を有して堆積され、ｎ型層１３０４への接触が可能になる。次いで、スペーサ層１３１６が堆積され、いくつかの領域のｐパッド１３１２およびビア内部のｎ型層１３０４を露出させるためにパターニングされる。次いで、ｎパッド１３１０が堆積され、ビアでｎ型層１３０４と接触する。ｎパッド１３１０は、複数の位置でｎ型層１３０４と接触し、装置１３００の全体にわたって相互に接続される。相互接続性をもたらすために、ｎパッド１３１０の一部分がｐパッド１３１２とオーバラップする。スペーサ層１３１６は、ｎパッド１３１０とｐパッド１３１２とを電気的に絶縁しておく。次いで、上記で論じられたように、ｎ電極１３１８およびｐ電極１３２０が形成され、成長基板が除去される。別の実施形態では、製造プロセスの初期に成長基板が除去されてよい。

【0068】

装置１３００は、ｎパッド１３１０および活性層１３０８を通るビアと無関係に、電極１３１８、１３２０のサイズおよび幾何形状を調整することを可能にする。これは、装置１３００のパッケージ化を、より簡単でより費用対効果が大きいものすることができる可能性がある。さらに、相互に接続されたｎパッド１３１０および大きなｐパッド１３１２のために、半導体層における電流拡散が改善され、活性領域１３０８の全体にわたって光抽出の増加をもたらす。

【0069】

本発明が、特定の好ましい構成を参照しながら詳細に説明されてきたが、他の形式が可能である。したがって、本発明の趣旨および範囲は、前述の形式に限定されるべきではない。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図4e】

【図4f】

【図4g】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12a】

【図12b】

【図12c】

【図13】