JP2015516682A - 遮蔽されたシリコン基板を有する発光素子 - Google Patents

Abstract

発光素子は、シリコン基板により支持される活性材料層を有するＧａＮ ＬＥＤなどの発光構成要素を備える。シリコン基板は、成長基板であるか、又は、取り付けたものであり得る。一次発光を吸収し、相対的に調整又は選択可能な二次発光を生じるように、蛍光体を発光構成要素に対して配置する。これらの組合せは、白く見える光などの、所望のスペクトルの光を生じる。シリコン基板は、基板の平坦な表面に対して角度の付いた側壁を露出させ、拡散性の反射材料などの光反射材料が側壁を被覆する。反射材料は、一次及び二次発光に対して不透明であることができる。シリコン基板の他の露出された部分が存在し、一次及び二次発光に晒される場合には、これらの他の露出された部分は、このような光反射材料により被覆可能である。

Description

本明細書は、発光ダイオード素子及び組立体などの発光構成要素と、１つの具体的な態様では、シリコン基板に支持される窒化ガリウム型活性領域を有する素子に関する。

従来、窒化ガリウム活性領域は、典型的にはサファイア基板又は炭化ケイ素基板上に形成される。窒化ガリウム活性領域は、異なる周波数の光を出力するように調整可能であり、例えば、青色光（例えば、４６０ｎｍ）を発光するように調整可能である。青色光源を光子源として使用して、他の周波数の光を生じる１つ以上の蛍光体を励起することができる。ＬＥＤ及び蛍光体からの発光は、混合すると見かけは冷たい白色光又は暖かい白色光とすることができる。

改善された発光素子の技術によっては、例えば高効率、低動作コスト、又は低製造コストが可能となり得る。

一例では、発光素子は、シリコン基板を有する発光構成要素を備える。シリコン基板は、上面、底面及び側壁を含む。一例では、発光領域は上面に形成され、かつ基板と同一の広がりを有してもよく、又は基板を完全に被覆しなくともよい。基板は成長基板であってもよく、又は、成長基板を除去し、取り付けられたものでもよい。

光反射層は、シリコン基板の側壁の少なくとも一部分に形成され、側壁を完全に被覆してもよい。反射層は、基板の露出した上面も被覆してもよい。反射層の形成に使用される材料は金属性であってもよく、アルミニウムのスパッタリングなど、スパッタリング又は蒸着により形成可能である。コーティングは、チタンの酸化物などの反射性粒子を含有するマトリックスであってもよい。

蛍光体は、発光構成要素の少なくとも一部分を覆って形成される。発光構成要素は、一例では、式：Ｉｎ_ｉＧａ_ｊＡｌ_ｋＮ（式中、０≦ｉ、０≦ｊ、０≦ｋ及びｉ＋ｊ＋ｋ＝ｌ）により表される窒化物化合物半導体を含む。

蛍光体は、発光構成要素により出射された光の一部を吸収することができ、吸収された光の波長と異なる波長の光を出射し、及び発光構成要素により出射された光の一部を反射することができる。

光反射層は、発光構成要素により出射され、蛍光体により反射される光の一部、及び蛍光体により出射された光の一部の１つ以上を、光反射層により被覆された基板の側壁の部分により吸収されないようにする。

１つのアプローチでは、光反射層はシリコーン及びチタンの酸化物を含む。発光素子はホルダーに載置されてもよい。蛍光体は、セリウムにより活性化されたイットリウムアルミニウムガーネット蛍光体及びルテチウムアルミニウムガーネット蛍光体の１つ以上を含んでもよい。蛍光体は、イットリウムに対する部分置換においてＳｅ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍの任意の１つ以上、並びにアルミニウムに対する部分置換においてＧａ及びＩｎの１つ以上を含有してもよい。

別の態様では、発光素子の作製方法は、シリコン基板上に発光構成要素を形成する工程を含む。シリコン基板は、上面、底面及び側壁を備える。蛍光体コーティングなどの蛍光体は、発光構成要素の少なくとも一部分を覆って形成される。蛍光体は、発光構成要素により出射された光の一部を吸収し、吸収された光の波長と異なる波長の光を出射し、及び発光構成要素により出射された光の一部を反射することができる。

光反射層は、シリコン基板の側壁の少なくとも一部分の上に形成され、光反射層は、少なくとも１）発光構成要素により出射され、蛍光体により反射された光の一部、及び２）蛍光体により出射された光の一部を、光反射層により被覆された基板の側壁の一部分により吸収されないようにする。一実施例では、形成に使用されるシリコン基板は除去され、異なるシリコン基板が発光部分に接着される。

この開示の種々の形状及び態様は、以下の詳細の説明からより明白になるであろう。詳細の説明は添付の図面と合わせて読まれるものとする。

発光構成要素を作製するためにダイシングすることができる、シリコン基板上の発光構成要素層の構成の例の概略図である。 発光構成要素を作製するためにダイシングすることができる、シリコン基板上の発光構成要素層の構成の例の概略図である。 発光構成要素を作製するためにダイシングすることができる、シリコン基板上の発光構成要素層の構成の例の概略図である。 発光構成要素を作製するためにダイシングすることができる、シリコン基板上の発光構成要素層の構成の例の概略図である。 発光構成要素を作製するためにダイシングすることができる、シリコン基板上の発光構成要素層の構成の例の概略図である。

シリコンウェーハ基板上でＧａＮ発光構成要素を含むウェーハを作製するためのプロセス工程のセットの例である。

図７ａは発光構成要素が単体化可能であるウェーハの平面図である。

図７ｂはスクライブレーン付きの発光構成要素を有する、図６Ａからのウェーハの平面の一部分である。

シリコン基板が構成要素の他の層と概ね同一の広がりを有する、図６Ｂ中で平面図で示される発光構成要素の断面である。

シリコン基板が構成要素の他の層よりも大きい、図７Ｂ中で平面図で示される発光構成要素の断面の別の例である。

図８の構成要素に施された反射層の例である。

図９の構成要素に施された反射層の例である。

サブマウントに取り付けられた発光構成要素の平面図である。

図１２に示す発光構成要素の一部のマスク除去に使用することができる、マスクの例である。 図１２に示す発光構成要素の一部のマスク除去に使用することができる、マスクの例である。 図１２に示す発光構成要素の一部のマスク除去に使用することができる、マスクの例である。

図７Ａのウェーハに接合されたキャリアである。

発光構成要素用にシリコン基板の側壁を露出させるためのウェーハのスクライブ又は他の方法の切断の態様である。

構成要素の基板の側壁上への反射コーティングのマスキング及び堆積である。

得られる発光構成要素の平面図である。

図１８の発光構成要素の断面である。

発光構成要素を単体化し、この開示による反射層を提供するアプローチの例である。 発光構成要素を単体化し、この開示による反射層を提供するアプローチの例である。

発光構成要素を単体化し、この開示による反射層を提供するアプローチの別の例である。

発光構成要素の蛍光体を含有するカプセル化の例である。

本開示による発光構成要素を載置し、載置された発光構成要素を覆って蛍光体層を提供するアプローチの例である。

本開示による発光構成要素のアレイを、蛍光体を含有する樹脂中にポッティングする例である。

載置された本開示による発光構成要素を覆う絶縁保護蛍光体コーティングの例である。

単体化のために拡張テープ上に配置された、加工済ＬＥＤ素子を有するシリコン基板の断面を図示する。

図２８中に断面で図示したシリコン基板上のエッチングマスクの堆積を図示する。

ＬＥＤ素子の間で角度の付いた側壁を生じる方向性エッチングを断面で示す図である。

エッチング加工後の基板の露出表面のコーティングの堆積である。

図３１に図示するコーティングに関する、絶縁コーティング及び絶縁コーティングに続く金属コーティングをそれぞれ示す図である。

ＬＥＤ素子が、テープの延伸によってなど、その後で分離可能であるということを示す図である。

一実施例では、本開示による発光構成要素は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。説明を容易にするために、代表的な開示に対しては用語ＬＥＤを使用するが、本開示による発光構成要素は、ダイオードを備えるように要求されてはいないということが理解されよう。本開示における１つの特定の例は、シリコン（Ｓｉ）基板上に、形成又は支持される窒化ガリウム活性領域をベースとする発光構成要素である。このような発光構成要素としてはＧａＮ ＬＥＤを挙げることができる。シリコンウェーハはサファイア基板よりも安価であるため、シリコンを基板として使用することによって、コストの比較有利性がもたらされる。また、ＧａＮ−ｏｎ−Ｓｉは、６、８、１２、又は１４インチ直径のウェーハなどのより大きなウェーハサイズにスケールアップ可能である。一方、サファイア基板はしばしば２又は４インチ直径である。したがって、ＧａＮ−ｏｎ−Ｓｉ発光構成要素に対する有用な光出力当たりの平均コストは、種々の他の光源よりも低いことが期待される。

図１〜５は、ＧａＮ−ｏｎ−Ｓｉ発光構成要素の製造に実施可能な方法の、省略された例を図示する。

図１では、例えば８インチウェーハであり得るシリコン基板１２が図示される。図２は、除去層１３が基板１２とＧａＮ ＬＥＤスタック１４との間に配置されているということを図示する。

１つの例では、ＧａＮ ＬＥＤスタック１４は、窒化ガリウム系半導体層を備えた層化された半導体構造である。スタック１４は、バッファ層及びバッファ層上のシリコンドープＧａＮ層を備えることができる。スタック１４は、バッファ層上に形成されたシリコンドープＧａＮ及び／又はＩｎＧａＮの層を含む超格子構造、活性領域、アンドープＩｎＡｌＧａＮ層、もう一つの超格子、ｐ形不純物によりドープされたＡｌＧａＮ層、及びｐ形不純物によりドープされたコンタクト層の一部又は全部を備えることができる。一部のアプローチでは、第２のシリコンドープＧａＮ層がＧａＮ層と超格子との間に配置されてもよい。バッファ層はｎ形ＡｌＧａＮであってもよく、Ｓｉによりドープされてもよい。バッファ層上のＧａＮ層もＳｉによりドープされてもよい。

ＧａＮ ＬＥＤスタック１４の活性領域は、単一又は多重量子井戸構造を備えてもよく、及び単一又は二重ヘテロ接合型であってもよい。多重量子井戸構造は、バリア層により分離された多重ＩｎＧａＮ量子井戸層を備えてもよい。バリア層は、インジウムを含有するように形成されてもよい。一部のアプローチでは、インジウムドーピングは、量子井戸層におけるよりもバリア層において軽度であって、バリア層に対してより高いバンドギャップを生じる。バリア層はシリコンドーピングを有してもよい。１つの例では、発光のピークエネルギーは４２０〜４９０ｎｍの間で生じ、例えばほぼ４５０ｎｍ又は４６０ｎｍで生じる可能性がある。

バリア層は、アルミニウムを含有してもよい。このようなバリア層は、量子井戸層により密に合致して、量子井戸層における改善された結晶性品質を可能とし、素子の発光効率を増大することができる結晶性構造を有してもよい。量子井戸中のインジウム含有量は、発光される光の波長を合わせるように調整可能である。

図２を考慮すると、除去層１３は、比較的低い融解又は軟化温度を有する材料の層であることができる。

図３では、反射層１６がＧａＮ ＬＥＤスタック１４上に配置され、第２のシリコン基板１５が反射層１６上に配置可能である。図４は、ＧａＮ ＬＥＤスタック１４がシリコン基板１２から除去層１３で分離可能であるということを図示する。図５は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明電導体層２０がＧａＮ ＬＥＤスタック１４上に配置可能であるということを図示する。図５の加工済のウェーハは、下記に述べるように更なるプロセス工程で使用可能である。

図６は、図１〜５の図示したフローに概ね従った、最上部の発光体ＬＥＤに対するプロセスフローを図示する。図６は、３０６で除去層をＳｉ基板（成長基板）上に配置することができ、３０８でＧａＮ ＬＥＤスタックを除去層上に形成することができるということを図示する。３１０で反射層をＧａＮ ＬＥＤスタック上に形成することができる。３１２で第２のＳｉ基板を反射層（すなわち、成長基板に相対）に接着することができる。３１４で成長基板を分離することができる。３１６で透明電導体層を露出したＧａＮ ＬＥＤスタック上に形成することができる。

加えて、３１８でＧａＮ ＬＥＤスタック１４中のｎ形層を露出させることができ、３２０で、ｎ及びｐ層の金属コンタクト又は接合パッドをそれぞれの表面上に配置することができる。このような構造の断面の例を下記で、例えば図８に図示する。

図７Ａは、ウェーハ３５を図示し、図７Ｂは、チップの周りにスクライブレーン４１を付けたチップ４０を図示する。断面マーク４３は、図８及び図９中に図示した断面を示す。

図８は、発光のためにＬＥＤの露出されたｐ−ドープ領域、及びコンタクトのために除去してｎ形材料を露出させたｐ領域の部分を有する在来のモデルに概ね従った、断面４３でのチップ４０の構成の第１の例を図示する。図８は、また、基板１５上に形成された層と概ね合致する（基板１５がその上に形成された層よりも大きい図９との対比により）基板１５を図示する。図８及び図９は、素子全体の構築に関する完璧な開示というよりも、開示された態様が実施され得る内容を示すために提供される。このようなものとして、素子の種々の態様を要約して述べる。多重量子活性領域２２、他の超格子、及びバッファ層などの種々の複雑な構造を含むことができる、ＧａＮスタック１４を具体的に詳述することはしない。

シリコン基板１５は反射層１６を支持し、ＧａＮ ＬＥＤスタック１４がそれを覆って配置される。ｎ−コンタクト２１は、ＧａＮ ＬＥＤスタック１４のｎ−ドープ層１７とオーミックコンタクトを形成する。このようなｎ−ドープ層１７を、１つ以上の化学的な湿式又は乾式エッチング、反応性イオンエッチングなどにより露出させることができる。ｐ−コンタクト２３は、ｐ−ドープ層１８と接触する透明電導体２０と、オーミックコンタクトを形成する。活性領域２２が図示したｐ−ドープ層１８及びｎ−ドープ層１７の間に配置される。

図９は、層配置を図示しており、ｎ−ドープ層１７及びｐ−ドープ層は、図８の配置とは反対の相対配置に図示されている。また、図８ではシリコン基板１５は、図示した他の層と概略同一の広がりを有し、図９ではシリコン基板は、他の図示した層の境界を超えて延在する。図８及び図９の両方では、単体化の前にｎ−コンタクト２１及びｐ−コンタクト２３を形成することができる。一部の実施形態は、透明電導体２０を省略してもよく、例えば、図９では、コンタクトされる層がその使用無しで充分に導電性であるならば、透明電導体２０を省略してもよい。図８及び９の種々の層を、反射性コーティングのしかるべき態様、及び基板の側壁に対するその関係をはっきりと図示する目的で省略又は簡略化した。例えば、ＧａＮスタック１４内の複雑な層構造の詳述はしていない。

図１０は、サブマウント４５上に載置されたチップ４０のシリコン基板１５の側壁５２を被覆するように配置された反射層５０を断面で図示する。反射層５０は、シリコン基板１５の露出された側壁の実質的に全てを被覆することができる。

図１１は、反射層５１により被覆されている基板１５の露出された部分５３を図示する。この例における反射層５１は、基板１５の露出された上面部分を包み込む。下記に説明するように、反射層５０及び５１は、種々の方法及びアプローチに従って配置可能である。一部のアプローチでは、反射層５０及び５１は、堆積工程時にもたらされる絶縁保護層であることができる。アプローチの例を下記でより詳しく述べる。１つの実施形態では、基板１５の一部分の露出された上面を包み込む反射層５１は、基板１５の最上部の上で反射層１６の厚さ以下である厚さを有する。基板１５の側面部分の上の反射層５１は、基板１５の最上部の上で反射層５１の厚さ以下、又は以上である厚さを有する。

一部の実施形態では、反射層５１の厚さは、側壁に沿って均一であることができる。他の実施形態では、反射層５１の厚さは、側壁に沿って変わることができる。例えば、反射層５１の厚さは、底部でより厚く、側壁の最上部でより薄い斜面であることができる。このコーティングは、シリコン基板の中への光の透過を防止するのに充分実質的に厚い。反射層５１の厚さは、側壁の中間の奥行き点で最も厚く、かつ最上及び底面に向かって薄くてもよい。この開示での基板は、三角形、四角形、長方形、平行四辺形、台形、六角形などの形状の概ね多角形の形状の外周を有することができる。単一発光構成要素は、１つの例では単一基板部分上に形成可能であり、他の例では、多数個の発光構成要素は、単一基板上に形成可能である。

一部の例では、側壁の一部の部分又は一部の基板の一部の側壁は、反射光に露出されていなくてもよい。例えば、側壁は、別な他の基板、又はパッケージの壁と境を接することができる。このような場合には、その側壁又はその部分は、反射材料で非被覆であってもよい。このようなものとして、側壁の部分、側壁それ自身、又は任意の特定の用途で被覆された両方が、意図されたパッケ−ジングを構成することができる。

図１２は、サブマウント４５に載置されたチップ４１を含む、サブマウント４５の部分、及びチップセットを図示する。図１２は、反射性材料の堆積を限定するために、サブマウント４５に載置されたチップの部分の遮蔽に使用可能なマスク６０を図示する。例えば、輪郭６１によって、反射性材料を斜線領域内に堆積することが可能となる。図１４及び１５は、反射性材料の堆積時に使用可能なマスク６２及び６３の他の例を図示する。したがって、図１２〜１５は、ウェーハを発光構成要素に個片化し、１つ以上の構成要素を載置し、次いで発光構成要素の側壁を被覆するように反射性材料を施すことができる、アプローチを示す。

図１６〜２０は、ウェーハ３５をキャリア７５に載置し個片化するが、反射性コーティング材料が発光構成要素の側壁上に堆積されるまでキャリア７５から分離しないアプローチを示す。図１７は、具体的に識別されたチップ７９（発光構成要素）付きのウェーハ３５の一部分の分解図を図示する。発光構成要素を相互に分離するためのスクライブパターン８０が示される。図１８はチップ７９の輪郭を示す。マスクされた領域８１は、チップ７９の中心部分を覆い、チップ７９の側壁を露出する。反射性材料堆積物のパターン８２をマスクにかぶせ、続いて除去する。図１９に図示するように、発光構成要素をキャリア７５から引き続いて除去する。図２３で使用するために断面マーク８４を図示する。

図２０は、反射性コーティング５１をシリコン基板１５の側壁上に堆積させた断面の例を図示する。

図２１は、光反射コーティングにより被覆された側壁を有する個片化された発光構成要素を概ね図１０〜１５により生成する方法の例を図示する。図２１で３２２においてウェーハをキャリアに接着する（例の上記の図を参照のこと）。３２４でウェーハ上で、その上に形成された発光構成要素の間に設けられた切断レーンでスクライブを行って、キャリアに接着されているチップを相互に物理的に分離する。

３３２でチップをキャリアから分離する。３３４でチップを上記に図示したサブマウントなどのホルダー上に配置する。３２８で接合パッド領域、及び光が射出される領域などのチップの領域をマスクする。３３０で反射性コーティングをチップの基板の露出された側壁上に堆積する。

限定ではないが、下記に更に詳細に説明するスプレー、はけ塗り、スクリーン印刷、並びに化学蒸着、メッキ、蒸着、物理蒸着などを含む．種々の方法を用いて反射性コーティングを堆積することができる。更には、反射性コーティングを、基板の側壁、及び、反射層を被覆する基板の任意の最上部分に対して形状に適合するように堆積することができる。また、反射層を、側壁の全部又は一部の実施形態では側壁の僅か一部分を被覆するように堆積することができる。反射性コーティングの厚さは、数ナノメートル〜幾マイクロメートルもの範囲であることができる。一部の実施形態では、反射層の厚さは、側壁に沿って均一であることができる。他の実施形態では、反射層の厚は側壁に沿って変わることができる。例えば、反射層の厚さは、底部でより厚く、側壁の最上部でより薄い斜面であることができる。反射コーティング及び基板の配置の種々の他の例は、上記で開示した例などの実施形態の範囲内にある。

３３６でチップを、ワイヤーボンディング、又は、電気的にコンタクトする形態に適合する別の手順を介して電気的に接続する（ここで、電気的な接続は、例えば、可能性のあるソースに接続されるという意味でなく、このような可能性のあるソースをチップに供給する機構が完結するという意味である）。３３８で、載置されたチップから出射した光の少なくとも一部が蛍光体に当たり、及び蛍光体（下記に更に詳細に説明する）から二次的な発光を引き起こすように、蛍光体含有封入物又は囲い込み物を準備する。

図２１Ｂは、概ね図１７〜２０による方法を図示する。特に、図２２は、３５２でウェーハがキャリアに接着されるということを図示する。１つの例では、ウェーハを露出された（「面を上にして」）ＬＥＤチップと接着する。３５４でウェーハを切断レーンに沿ってスクライブして、ウェーハ中のチップを個片化する。３５８で反射性コーティングを有するべきでないチップの一部分をマスクする。一部の実施例では、スクライブ前にマスクしてもよい。３６０で反射性コーティングをチップの基板の露出された側壁上に堆積する。

図２２は、コーティングが反射性金属材料から形成される更なる変形例を図示する。例えば、反射性コーティングは、アルミニウム、金、白金、クロム、レニウム、又はこれらの組合せなどの金属を含有することができる。反射性コーティングは、多層として形成することができ、例えば、金属反射層を使用する場合には、下地の絶縁層を最初に基板上に配置し、次いで金属を絶縁体上に形成してもよい。

図２２で図２１Ａの３３２などのチップの分離に続いて（例えば、個片化後）、３７０で分離されたチップをテープ上に反転させて配置する。３７２で、反転させたチップの基板の露出された側壁上に、金属をスパッタ又は蒸着する。基板の裏面を被覆することができる。１つの例では、３００〜６００ナノメートルのアルミニウムをシリコン基板の側壁上にスパッタ又は蒸着する。３７４でチップを支持体から分離することができ、３７６で電気的に接続、他の方法でパッケージすることができる。

限定ではないが、化学蒸着、メッキ、蒸着、物理蒸着などと同じように、下記に更に詳細に説明する、スプレー、はけ塗り、スクリーン印刷などの種々の方法を用いて反射性コーティングを堆積することができる。更には、反射性コーティングを、基板の側壁、及び、反射層が被覆し得る基板の任意の最上部分に対して形状に適合するように堆積することができる。反射層を、側壁の全部、また、いくつかの実施形態では側壁の僅か一部分を被覆するように堆積することができる。反射性コーティングの厚さは、数オングストローム〜幾ナノメートルの範囲であることができる。一部の実施形態では、反射層の厚さは、側壁に沿って均一であることができる。他の実施形態では、反射層の厚は側壁に沿って変わることができる。例えば、反射層の厚さは、底部でより厚く、側壁の最上部でより薄い斜面であることができる。反射コーティング及び基板の配置の種々の他の例は、上記で開示した例などの実施形態の範囲内にある。３６２でチップをキャリアから分離する。

３６４でチップをサブマウントなどのホルダー上に配置する。３６６で、動作中に電位がソースから供給されるように、ホルダーに載置されたチップを接続する。３６８でチップを、カプセル化するか、封じこめるか、又は上記で開示した例になどにより蛍光体保持層又は封入体を他の方法で設ける。図２１及び図２２の方法の例に関して、任意の特定のウェーハから抽出されたチップは、パッケージ内で直ちに載置又は使用される必要はないということ、又は１つのウェーハから抽出されたチップは一緒に使用される必要があるということが理解されるべきである。むしろ、チップを分離、貯蔵、又は更なる加工、分割、ビン貯蔵することができ、及び任意の他の方法をとるべきである。

方法の例は例示的なものであり、本開示による基板側壁コーティングを有するチップを得るのにとることができるアプローチを限定しない。例えば、個片化をするのに任意の好適なアプローチをとってもよく、キャリアを使用しても又は使用しなくともよく、及びコーティングそれ自身を提供する方法は様々であることができる。

図２３は、蛍光体層１２０などの蛍光体を収めた筐体１０６内に載置された、反射性コーティング５０を有する発光構成要素１０５の概略的な例を図示する。発光構成要素１０５から出射される一次光子１２２、蛍光体層１２０から出射される励起二次光子、及び、蛍光体層１２０もしくは別の表面から反射され、シリコン基板１５の側壁に当たる経路に沿って導かれた反射一次／二次光子１２６によって、光の放射及び反射の例を図示する。反射性コーティング５０は、シリコン基板１５により吸収されない光子を反射する。蛍光体組合せの例、及び、１つ以上の発光構成要素に対する配列に関する更なる説明を下記に加える。

図２４は、シリコン基板１５が側壁中での反射性コーティング５０による光子の吸収を可能とすることを妨げる発光構成要素の別の例を図示する。図２３は、電導性サブマウント１６０がビア１６１から活性領域の中への電流経路（別々に識別されない）の役割をする例を図示する。

図２５は、筐体２０５中でＬＥＤのアレイが、図示した発光構成要素にかぶせて配置した蛍光体層２０７を有する、パッケ−ジングの更なる例を図示する。図２６は、樹脂／蛍光体マトリックス２１０が筐体２０５を充填するように使用可能な、更なる例を図示する。一部の前出の例により説明したように、図２６及び２７の発光構成要素は、反射性材料５０により被覆された側壁付きのシリコン基板を有する。

図２７は、絶縁保護蛍光体堆積２１５中に被覆された発光構成要素の例を図示する。

図２８〜３３は、図１６〜２０に関して導入された、個片化前のコーティング基板１５に関する更なる例を図示する。図２８は、シリコン基板１５（図７のウェーハ３５を参照）の断面を図示する。シリコン基板１５は、その上に形成されたＬＥＤ素子（例えば、素子４０）を有し、拡張テープ９１（図１６のキャリア７５の例）に載置される。図８及び図９の素子の例を参照すると、各ＬＥＤ素子は種々の構成要素を有する。図２９は、エッチングパターンマスク９２がシリコン基板１５の露出された表面上に配置されていることを図示する。図３０は、シリコン基板１５の（１１１）結晶面を露出すると停止する、異方性ウエットエッチングが行われるということを図示する。異方性ウエットエッチングは、シリコン基板１５に角度の付いた側壁（例えば、側壁９４）を形成する。これらの図は断面を図示しているが、角度の付いた基板側壁が図示するＬＥＤ素子を取り囲むように、角度パターンが基板１５の面上に延在するということは理解されよう。ウエットエッチングを使用して角度の付いた側壁を形成することは、このような角度の付いた側壁を作製するための方法の実施例である。アプローチの別の例は、ソーカットなどの角度の付いたカットを使用して、角度の付いた側壁を画定することである。切断及びエッチングなどの異なる方法の組合せも使用することができる。

図３１は、マスク部分を除去し、コーティングをシリコン基板１５の加工表面上に配置することを図示する。図３２Ａは、コーティングが絶縁反射性コーティング９５を含むことが可能であることを図示し、図３２Ｂは、コーティングが、絶縁コーティング９６と、絶縁コーティング上に反射性金属層９７コーティングを備えることが可能であることを図示する。図３２Ｂにおいて、反射性金属８３がその上に配置されていることにより、絶縁体９６は反射体として機能しなくても良い。図３２Ａは、絶縁性の反射性コーティングの例を図示し、図３２ｂは、絶縁体にかぶさった反射性金属コーティングの例を図示しているが、更なる例は、基板から絶縁されるのでなく、基板１５と電導性である反射性電導性材料（例えば、金属）である。

図３３は、テープ９１を拡張し、角度の付いた側壁上の形成されたコーティングと共に、基板１５を脆弱部分に沿って個片化することを図示する。

一般に、上記のプロセスフローは代表的なものであり、種々の他のプロセス工程、又は代替のプロセス工程を特定の実施で提供してもよい。例えば、延伸の代わりに、切断法を使用してもよく、切断をＵＶ光、レーザー、又は機械的な手段により行うことができる。一部の場合には、複数の単体化の方法を使用してもよい。角度の付いた基板側壁の使用は、反射層又は層（反射性酸化物又は酸化物及び反射性金属）に対して、より絶縁保護堆積の形成を補助することもある。ウエットエッチングの使用もコーティングを受けるためのシリコン基板の作製を補助する。このエッチングの異方性は、マスクの範囲を調整することによりエッチングの深さを調整する機会を提供し、例えば、基板１５をより多く被覆するマスクは、拡張時に破壊されるウェーハを厚くする余地を残す。

上述の例ではエッチングマスクを除去するということを説明した。しかしながら、使用エッチングマスクの性状に依って、エッチングマスクをその場所に残し、絶縁体８２又は８４をその上にかぶせて配置してもよい。

代表的な発光構成要素及びその組み立て体の構成要素としては、シリコン基板の側壁上に反射性コーティングを形成するのに使用される反射性材料が挙げられる。一部の例では、これらの反射性コーティングは拡散反射性である。反射性コーティングは、発光構成要素及び使用蛍光体により出射された光の波長に対し不透明である。

例えば、形状に適合したチタン酸化物を含有するペースト又は樹脂マトリックスなどのコーティングを用いて、反射性コーティングを施すことができる。

開示されたパラメーターを充たす拡散反射を持つ任意の高反射性材料を使用してもよいが、使用可能な反射性材料の例には、二酸化及び三酸化チタンなどの酸化チタン又は他の酸化物相若しくは組成物が挙げられる。拡散反射性は、結晶のランダム配向によりもたらされる。上記に開示したものの代わりにまたはそれに加えて拡散反射性をもたらす他の形の粒子を提供することができる。

シリコン基板の側壁に層１０６を施すために上記の開示から理解されるように、異なる方法を使用してもよい。一般に、形成方法には、例えばスプレー、はけ塗り、及びスクリーン印刷が挙げられる。スプレー用に好適な化合物にはポリマーマトリックス、二酸化チタン充填剤、及びペーストの流動性を調整する追加の流動性添加物を含む二酸化チタンペースト組成物が挙げられる。追加の流動性添加物は、例えば、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、タルク、及び当業者には既知の他の添加物を含み、個別又は組合せのいずれかで使用される。ペーストの流動性が偽塑性挙動に従うけれども、過度のスランピング又はのり崩れを起こさずに側壁に接着するように、構成成分、例えば、ポリマーの選択、粒子の大きさ、装填量のレベルなどを調整することができる。

一態様では、ポリマーマトリックスは、二酸化チタンペーストとシリコン基板の表面との良好な結合を確保する任意の硬化型シリコーンを含んでもよい。卓越した結合特性のためにヒドリド、ヒドロキシル又は他の反応性官能基を有するポリマーの例を選択することができる。二酸化チタン充填剤は、１００ｎｍ〜２０マイクロメートルの平均の大きさの粒子を含んでもよく、充填量レベルは二酸化チタン粒子の比表面積により１０％〜７５％の間にあってもよい。流動性添加物の粒子の大きさ及び充填量レベルを選択して、上記に開示されるように流動性を調整する。

このようなコーティングを施した基板を硬化方法により硬化することができる。硬化方法は、１１０度など比較的低い温度で１〜２時間などの適切な時間、引き続き１５０度などやや高い温度のベーキング間隔でオーブンを使用することを含むことができる。特定の特性コーティングの及び加工されるチップに適切であり得るように、更なるベーキング間隔を生じさせることができる。

蛍光体に関して、使用可能な蛍光体の例は、セリウムにより活性化されたイットリウム−アルミニウム−ガーネット蛍光材料（ＹＡＧ蛍光材料）（ＹＡＧｒＣｅ）である。ＹＡＧ：Ｃｅはガーネット構造を有する。ＹＡＧ：Ｃｅは、４５０ｎｍ及び４６０ｎｍ近くの光などの青色光及び／又はＵＶ光により励起される。ＹＡＧ：Ｃｅは、５４０ｎｍ、６００ｎｍなどの緑から赤の範囲、又は更に７００ｎｍを超える波長の異なる光波長を出射するように調整可能である。

ＹＡＧ：Ｃｅガーネット構造中のＡｌの一部分に対してＧａを置換することにより、発光素子から発光される光の波長を、短波長にシフトすることができる。ＹＡＧ：Ｃｅガーネット構造中のＹ一部分に対してＧｄ又はＬａを置換することにより、発光される光の波長を、長波長にシフトすることができる。Ａｌ／Ｇａ及びＹ／（Ｇｄ又はＬａ）比の限界は、発光効率の考慮に基いて制御され、そこでは低Ｇｄ又はＬａ含有量は、蛍光体組成から赤色波長出力の減少を意味し、比較的高いＧｄ又はＬａ置換は、輝度を犠牲にして赤色出力を増大させる。セリウムにより活性化されているが、ガーネット構造を有しないルテチウムアルミニウム蛍光体も使用してもよい。構成する蛍光体構成要素に対するピークエネルギー出力範囲は、例えば、５３０ｎｍ〜５８０ｎｍの間にあって、青色光スペクトル中のピーク一次発光と結合することができる。赤の色合いを加えることにより、結合光の色温度を下げるために、６００ｎｍ以上、又は６５０ｎｍなどの長波長光の成分を加えることができる。

多数個の異なる構成成分の蛍光体を一緒に混合して、本開示により使用される蛍光体を形成することができる。異なる構成要素蛍光体を層として又は不均質な組合せで施すことができる。

蛍光体材料を、発光ダイオード、レンズ、発光構成要素のパッケージの成分又このような構成要素のアレイでのポッティング、コーティング、又は層化に使用可能な樹脂又は他のキャリアマトリックスの中に混合することができる。

図面中で例示された種々の態様は寸法に比例して描かれていないこともある。むしろ、種々の形状物の寸法は、明白さのために拡大又は縮小されていることもある。加えて、図面の一部は明白さのために簡略化されていることもある。したがって、図面は、所定の装置（例えば、素子）又は方法の構成要素を全て図示していないこともある。

種々の態様は、概略的な図示であり、おのずと概念的である図面を参照して記述されている。このようなものとして、製造技術、許容誤差などの結果のため又はその結果としての例えば図示した形状、相対的な向き及び寸法からの変動及び差異が予期されるべきである。したがって、本開示を通して提示される種々の態様は、本明細書で例示及び説明される要素（例えば、領域、層、切片、基板など）の特定の形状に限定されるように解釈されるべきでなく、例えば、製造から生じる形状のずれを含んでいるものとする。例として、長方形として例示及び説明される要素は、要素から要素の離散的な変化でなく、丸まった又は曲がった形状及び／又は縁における勾配濃度を有してもよい。したがって、図面で例示される要素は、本来的に概略的なものであり、その形状は、要素の正確な形状を図示するように意図されているものでなく、これら構造の遂行に関する限界と意図されているものである。

領域、層、切片、基板などの要素が、別の要素の「上」にあると呼ばれる場合には、それは他の要素の上に直接にあるか、又は介在する要素も存在してもよいと理解されよう。対照として、要素が、別の要素の「直接上」にあると呼ばれる場合には、介在する要素は存在しない。要素が別の要素の上で「形成される」と呼ばれる場合には、それは、他の要素又は介在要素上での成長、堆積、エッチング、付加、接続、結合、又は他の方法での作製又は加工であることができると更に理解されよう。

更には、「下」又は「最下」及び「上」又は「最上」などの相対語を本明細書で使用して、図面で図示する、別の要素に対する１つの要素の関係を記述することがある。相対語は、図面で図示する向きに加えて、装置の異なる向きを包含するように意図されるということが理解されよう。例として、図面中の装置を反転させると、次いで、他の要素の「下」側上にあると説明される要素は、他の要素の「上」側上に向く。それゆえ、用語「下」は、装置の特定の向きによって、「下」及び「上」の両方の向きを包含することができる。同様に、図面中の装置を反転させると、他の要素の「下」又は「真下」と説明される要素は、他の要素の「上」の向きになる。それゆえ、用語「下」又は「真下」は、上及び下の両方の向きを包含することができる。

本明細書で使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が別の表示が明白に行われない限り、複数形も含むように意図されている。用語「含む」及び／又は「含んでいる」は、本明細書で使用される場合、記載されている形状、整数、工程、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の形状、工程、操作、要素、構成要素、及び／又はこれらの群の存在又は追加を排除しないということが更に理解されよう。用語「及び／又は」は、関連する掲げられた品目の１つ以上の任意及び全部の組合せを含む。

Claims (40)

1. 上面、底面及び側壁を有するシリコン基板を含む発光構成要素と、
   前記シリコン基板の前記側壁の少なくとも一部分の上に形成された光反射層と、
   前記発光構成要素の少なくとも一部分を覆って形成された蛍光体であって、前記発光構成要素により出射された光の一部を吸収し、前記吸収された光の波長と異なる波長の光を出射し、 前記発光構成要素により出射された光の一部を反射する能力のある蛍光体と、を備え、
   前記光反射層が、前記発光構成要素により出射され、前記蛍光体により反射される光の一部、及び前記蛍光体により出射された光の一部の１つ以上を、前記光反射層により被覆された前記基板の前記側壁の部分により吸収されないようにした発光素子。
2. 前記シリコン基板の側壁は、前記上面及び前記底面の１つ以上に対して傾斜している請求項１記載の発光素子。
3. 前記光反射層が、可視光スペクトルにおいて不透明である、請求項１に記載の発光素子。
4. 前記光反射層が金属層を含む請求項１に記載の発光素子。
5. 前記光反射層は、絶縁層と、前記絶縁層上に形成された金属層と、を備える請求項１記載の発光素子。
6. 前記光反射層は、シリコーンと、チタン酸化物と、を含む請求項１記載の発光素子。
7. 前記光反射層は、前記シリコン基板の全ての前記側壁を被覆する請求項１記載の発光素子。
8. 前記発光素子が載置されるホルダーを更に備え、
   前記光反射層は、前記ホルダー上を除いて前記シリコン基板の全ての前記側壁上に形成される請求項１記載の発光素子。
9. 前記発光素子が載置されるホルダーを更に備え、
   前記光反射層は、１）前記シリコン基板の全ての前記側壁上と、２）前記ホルダーの一部分上と、に形成される請求項１記載の発光素子。
10. 前記発光構成要素は、前記シリコン基板上に形成される請求項１記載の発光素子。
11. 前記発光構成要素は、前記シリコン基板に取り付けられる請求項１に記載の発光素子。
12. 前記発光構成要素は、式：Ｉｎ_ｉＧａ_ｊＡｌ_ｋＮ（式中、０≦ｉ、０≦ｊ、０≦ｋ及びｉ＋ｊ＋ｋ＝ｌ）により表される窒化物化合物半導体を含む請求項１記載の発光素子。
13. 前記蛍光体は、１）Ｙ、Ｌｕ、Ｓｅ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選択される少なくとも１つの要素と、２）Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１つの要素と、を含み、かつセリウムにより活性化されているガーネット蛍光材料を含有する請求項１０記載の発光素子。
14. 前記蛍光体は、５３０ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲内のピークエネルギー出力を有する光を出射する能力のあるガーネット蛍光材料と、赤色光を出射する能力のある第２の蛍光体と、を含む、複数の異なる蛍光体の混合物である請求項１記載の発光素子。
15. 前記蛍光体は、複数の異なる蛍光体の混合物であって、
    前記混合物は、前記発光構成要素及び前記蛍光体の光を結合した所定の色の光を生じるように選択される請求項１記載の発光素子。
16. 前記蛍光体は、イットリウムアルミニウムガーネット蛍光体及びルテチウムアルミニウムガーネット蛍光体の１つ以上を含む請求項１記載の発光素子。
17. 前記発光構成要素は、４２０ｎｍ〜４９０ｎｍのピークエネルギーを有する光を出射する請求項１記載の発光素子。
18. 第１表面および第２表面を有し、前記第１及び第２表面の範囲を画定する側壁を有するシリコン基板の前記第１表面上に発光構成要素を形成し、
    前記発光構成要素により出射された光の一部を吸収し、前記吸収された光の波長と異なる波長の光を出射し、前記発光構成要素により出射された光の一部を反射する能力があり、前記シリコン基板の前記側壁の少なくとも一部分上に光反射層を形成し、
    前記光反射層が、少なくとも１）前記発光構成要素により出射され、前記蛍光体により反射された光の一部と、２）前記蛍光体により出射された光の一部分と、を、前記光反射層により被覆された前記基板の前記側壁の一部分により吸収されないようにする方法。
19. 前記発光構成要素を形成することは、複数の発光構成要素をその上に形成したウェーハをキャリア上に配置すること、及び、前記光反射層を形成した後で、前記発光構成要素を個片化することを含む請求項１８記載の方法。
20. 前記発光構成要素を個片化することは、前記シリコン基板上でマスクされた湿式エッチングを行い、前記発光構成要素の角度付きの側壁を形成することを含む請求項１９記載の方法。
21. 前記個片化することは、前記キャリアを拡張し、前記ウェーハを前記発光構成要素の前記角度付きの側壁の交差により画定された縁に沿って破断することにより完了する請求項２０記載の方法。
22. 前記光反射層を形成することは、前記発光構成要素の前記角度付きの側壁上に反射性材料を堆積することを含む請求項２０記載の方法。
23. 前記反射性絶縁材料を堆積することは、前記第１又は第２表面シリコン基板のいずれかの全体に前記反射性材料を堆積することを含む請求項２２記載の方法。
24. 前記反射性材料を堆積することは、絶縁体を堆積し、前記絶縁体の層上に金属材料の層を堆積することを含む請求項２２記載の方法。
25. 前記光反射層を形成することは、不透明体層を形成することを含む請求項１８記載の方法。
26. 前記光反射層を形成することは、金属層を形成することを含む請求項１８記載の方法。
27. 前記光反射層を形成することは、シリコーン及びＴｉＯ_２を含む層を形成することを含む請求項１８記載の方法。
28. 前記光反射層を形成することは、前記シリコン基板の全ての前記側壁を被覆することを含む請求項１８に記載の方法。
29. 前記発光素子をホルダーに載置することを更に含み、
    前記光反射層は、前記シリコン基板の全ての前記側壁上に形成され、前記ホルダー上には形成されない請求項１８記載の方法。
30. 前記蛍光体を形成することは、１）Ｙ、Ｌｕ、Ｓｅ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選択される少なくとも１つの要素と、２）Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１つの要素と、を含み、かつセリウムにより活性化されているガーネット蛍光材料を形成することを含む請求項１８記載の方法。
31. 前記蛍光体を形成することは、１）Ｙ、Ｌｕ、Ｓｅ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選択される少なくとも１つの要素と、２）Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１つの要素と、を含み、かつセリウムにより活性化されている、ガーネット蛍光材料を形成することを含む請求項１８記載の方法。
32. 発光構成要素を準備し、
    前記発光構成要素を上面、底面及び側壁を含むシリコン基板に取り付け、
    前記シリコン基板の前記側壁の少なくとも一部分の上に光反射層を形成し、
    前記発光構成要素の少なくとも一部分を覆って、前記発光構成要素により出射された光の一部を吸収し、前記吸収された光の波長と異なる波長の光を出射し、前記発光構成要素により出射された光の一部を反射する能力のある蛍光体を形成し、
    前記光反射層は、１）前記発光構成要素により出射され、前記蛍光体により反射される光の一部分と、２）前記蛍光体により出射された光の一部分と、を、前記光反射層により被覆された前記基板の前記側壁の部分により吸収されないようにする方法。
33. 前記光反射層を形成することは、シリコーン及びＴｉＯ_２を含む層を形成することを含む請求項３２記載の方法。
34. 前記光反射層を形成することは、全ての前記側壁を金属で被覆することを含む請求項３２記載の方法。
35. 前記光反射層を形成することは、前記シリコン基板の全ての前記側壁を被覆することを含む請求項３２記載の方法。
36. 前記発光素子をホルダーに載置することを更に含み、
    前記光反射層は、前記ホルダー上を除いて前記基板の全ての前記側壁上に形成される請求項３２記載の方法。
37. 前記発光素子をホルダーに載置することを更に含み、
    前記光反射層は、１）前記基板の全ての前記側壁上と、２）前記ホルダーの一部分上と、に形成される請求項３２記載の方法。
38. 前記発光構成要素を第２のシリコン基板上で形成することを更に含む請求項３２記載の方法。
39. 前記蛍光体を形成することは、１）Ｙ、Ｌｕ、Ｓｅ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選択される少なくとも１つの要素と、２）Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１つの要素と、を含み、かつセリウムにより活性化されているガーネット蛍光材料を形成することを含む請求項３２に記載の方法。
40. 前記蛍光体を形成することは、１）Ｙ、Ｌｕ、Ｓｅ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選択される少なくとも１つの要素と、２）Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１つの要素と、を含み、かつセリウムにより活性化されているガーネット蛍光材料を形成することを含む請求項３２記載の方法。

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