JP2009004625A - 半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体発光装置は、光を吸収する材料で形成されている基板1と、発光半導体領域2と、第1の電極3と、第2の電極4と、光透過性を有し且つ基板1及び発光半導体領域2を覆っている包囲体5と、光反射層6と、金属支持板7と、端子8と、接続導体9とを備えている。基板1の側面に凹凸面13が形成されている。基板1の側面に凹凸面13の上に光反射層6が形成されている。光反射層6に光散乱用の凹凸面23が形成されている。
【選択図】図1
Description
しかし、この特許文献2に開示されている技術は、発光半導体領域及び基板内の光の側方への放出を阻止して発光効率を向上させることに関するものであって、包囲体内で反射した光が基板で吸収することを防ぐものではない。
一方の主面と他方の主面と側面とを有している基板と、
前記基板の前記一方の主面上に配置された発光半導体領域と、
前記発光半導体領域に電気的に接続された第1及び第2の電極と、
前記基板及び前記発光半導体領域を包囲し且つ光透過性を有している包囲体と、
前記包囲体で包囲されている前記基板の表面の少なくとも一部に配置され、且つこの配置位置が前記発光半導体領域から前記包囲体内に放射された光の一部が入射することが可能な位置に決定されている光反射層と
を備えていることを特徴とする半導体発光装置に係わるものである。
また、請求項3に示すように、前記基板の露出面に凹凸が形成され、前記光反射層は前記基板の凹凸を有する面上に配置され且つ表面に光散乱用の凹凸を有していることが望ましい。
また、請求項4に示すように、前記光反射層は前記基板の前記側面の少なくとも一部に配置されていることが望ましい。
また、請求項5に示すように、前記光反射層は、前記基板の前記一方の主面の少なくとも一部に配置されていることが望ましい。
また、請求項6に示すように、前記光反射層は前記基板の前記側面の少なくとも一部と前記基板の一方の主面の少なくとも一部との両方に配置されていることが望ましい。
また、請求項7に示すように、前記基板の前記側面が傾斜面であることが望ましい。
また、請求項8に示すように、更に、前記基板と前記発光半導体領域との間に配置された別の光反射層を有していることが望ましい。
また、請求項9に示すように、前記基板の前記一方の主面上に複数の発光半導体領域が配置されていることが望ましい。
また、請求項10に示すように、前記基板は導電性を有し、
前記第1の電極は前記発光半導体領域の一方の主面に接続され、前記第2の電極は前記基板に接続されていることが望ましい。
また、請求項11に示すように、前記発光半導体領域は少なくとも第1導電型半導体層と第2導電型半導体層とを有し、前記第1の電極は前記第1導電型半導体層に接続され、前記第2の電極は前記第2導電型半導体層に接続されていることが望ましい。
また、請求項12に示すように、前記基板は第1及び第2の導体層を有し、前記第1及び第2の電極は前記第1及び第2の導体層に電気的及び機械的に結合されていることが望ましい。
また、本発明の好ましい具体例に従って光反射層に凹凸(粗面)を形成すると、光の散乱が生じ、指向性の均一化が更に改善される。
本実施例では、基板1の側面12に図1で概略的に示す凹凸面(粗面)13が形成されている。この凹凸面13の詳細は追って説明する。
バッファ層14は、基板1の上にAlNとGaNとを交互に複数回エピタキシャル成長させた多層構造バッファである。勿論、AlN及びGaNの代りに別の窒化物半導体を使用して多層構造バッファを構成すること、又はバッファ層14をAlN等の窒化物半導体の単層バッファ層にすること、又はバッファ層14を省き、基板1の上にn型半導体層15を直接に形成することもできる。また、バッファ層14を発光半導体領域2の中に含めないで独立に示すこともできる。
n型半導体層15はn型クラッド層又は第1導電型半導体層と呼ぶこともできるものであって、バッファ層14の上に例えばn型窒化物半導体(例えばn型GaN)をエピタキシャル成長させることによって形成されている。
活性層16はダブルへテロ接合型半導体発光素子を構成するためのものであって、n型半導体層15の上に例えば不純物が添加されていない窒化物半導体(例えばInGaN)をエピタキシャル成長させることによって形成されている。図1では図示を簡略化するために活性層16が1つの層で示されているが、実際には周知の多重量子井戸構造を有している。勿論、活性層16を単一の半導体層とすることもできる。また、ダブルへテロ接合型半導体発光素子が要求されない場合には、活性層16を省いてn型半導体層15にp型半導体層17を直接に接触させることもできる。
p型半導体層17はp型クラッド層又は第2導電型半導体層と呼ぶこともできるものであって、活性層16の上に例えばp型窒化物半導体(例えばp型GaN)をエピタキシャル成長させることによって形成されている。なお、p型半導体層17の上に、更に、例えばp型窒化物半導体層(例えばp型GaN)から成る周知の電流分散層又はオーミックコンタクト層を配置することもできる。
この実施例では、ウエーハの基板をハーフダイシングした状態で、ウエーハの露出面に光反射材料を被着(例えば蒸着)し、しかる後フォトリソグラフィ工程で被着膜を選択的に除去することによって図1に示す光反射層6が形成されている。基板1の側面12の凹凸面13の上に光反射材料を被着すると、光反射層6にも基板1の側面12の凹凸面13に対応した光散乱用の凹凸面23が得られる。光反射層6における光散乱用の凹凸面23の凹凸の深さ及びピッチは基板1の側面12の凹凸面13の凹凸の深さ及びピッチとほぼ同一である。光反射層6の配置位置は、発光半導体領域2から包囲体5内に取り出され光の一部が、包囲体5の外周面(空気との界面)等で反射し、光反射層6に入射する位置に決定されている。
光反射層6の形成工程後に、ウエーハの基板の残存部分を切断して、図1に示す発光素子チップを得る。
(1)図1において鎖線50で説明的に示すように発光半導体領域2から包囲体5内に取り出され、包囲体5の外周面(空気との界面)で反射し、光反射層6に至った光は、基板1の中に入り込まないで、光反射層6で反射され、包囲体5の中に戻され、外に取り出される。この結果、基板1における光吸収による損失が低減し、発光効率(光取り出し効率)が向上する。
(2)光反射層6が、見かけ上、光源のように機能するので、指向性の均一性が向上する。
(3)光反射層6に凹凸面23が形成されているので、この凹凸面23において光散乱が生じ、指向性の均一性が更に向上する。これにより、照明装置に好適な半導体発光装置を提供することができる。
(4)ブレードよるハーフダイシング時に生じる凹凸を利用して光反射層6の凹凸面23を形成するので、凹凸面23を容易に得ることができる。
次に、Ag膜を伴ったウエーハ30を半導体の分野で一般に使用されている熱処理炉に入れて、Ag膜を伴ったウエーハ30に対して大気中で例えば300℃の熱処理を施してAg膜を図3に概略的に示す多数の粒状体(凝集体)41に変化させる。熱処理でAgを凝集させるための好ましい温度は250〜350℃である。
次に、ドライエッチング後のAgから成る粒状体41を、Agのためのエッチング液、例えば、塩化水素(HCl)と水とからなるエッチング液、又は水酸化アンモニウム(NH4OH)と過酸化水素(H2O2)と水(H2O)とから成るエッチング液によって室温で2分間エッチング処理して除去する。
図6の実施例6は、図1の実施例1と同様な効果を有する他に、粒状体(凝集体)41を使用して光反射層に凹凸面を容易に形成できるという効果も有する。
図7に示す実施例7は、図1及び図2の実施例1及び2と同様な効果を有する他に、複数の発光半導体領域2の相互間の光反射層6eによって光散乱効果が更に良くなり、光の指向性の均一化が更に良くなるという効果を有する。
なお、バッファ層14に段部15aと同様なものを形成し、ここに第2の電極4を接続することもできる。また、基板1aを導電性基板とすることもできる。
図8の実施例8においても基板1aの側面12に光反射層6が図1と同様に形成されているので、実施例1と同様な効果を得ることができる。また、第1及び第2の電極3,4が同一方向に露出しているので、外部回路への接続が容易になる。また、n型半導体層15に第2の電極4を接続したので、第1及び第2の電極3,4間の抵抗値が小さくなる。
なお、図2〜図7の実施例2〜7にも図8の第2の電極4の配置を適用することができる。
図9の発光半導体領域2cは、段部15aを有する点、及びバッファ層14を有さない点で図1の発光半導体領域2と相違している。第2の電極4は発光半導体領域2cの段部15aに設けられている。絶縁性基板1bの一方の主面10に第1及び第2の導体層61,62が設けられている。発光半導体領域2cの一方の主面18の第1の電極3はバンプ電極63を介して基板1bの第1の導体層61に電気的及び機械的に結合されている。発光半導体領域2cの段部15aの第2の電極4はバンプ電極64を介して基板1bの第2の導体層62に電気的及び機械的に結合されている。図9の半導体発光装置においては、発光半導体領域2cの他方の主面19側から包囲体(図示せず)中に光が取り出される。
発光半導体領域2cの一方の主面18及び側面20に絶縁膜65が設けられている。基板1bの一方の主面10にも選択的に絶縁膜66が設けられている。図9の実施例9の半導体発光装置においては、基板1bの側面12の全部に光反射層6が設けられている。
なお、発光半導体領域2cの他方の主面19に鎖線で示すように光透過性基板67を設けることができる。
(1)発光半導体領域2,2aを、AlGaInP,AlGaAS,GaP等の別の材料にすることができる。
(2)発光半導体領域2,2aの一方の主面18上に例えばITOからなる光透過性導電膜を設け、光透過性導電膜の表面に全反射防止用の粗面を形成することができる。
(3)図3に示す追加に光反射層24を図2、図4〜図9の実施例2,4〜9にも適用することができる。
(4)ウエーハをハーフダイシングする代わりにフルダイシングすることができる。なお、ウエーハ(基板)をフルダイシングする時には、フルダイシング後にウエーハが複数のチップに分離されることを防ぐためにウエーハの下面にダイシングテープ(粘着テープ)を貼り付けておくことが望ましい。
(5)基板1の側面12に凹凸面13を形成するために例えばフッ酸と硝酸と水から成る液で基板1の側面12をウェットエッチングすることができる。
2 発光半導体領域
6 光反射層
23 凹凸面
Claims (12)
- 一方の主面と他方の主面と側面とを有している基板と、
前記基板の前記一方の主面上に配置された発光半導体領域と、
前記発光半導体領域に電気的に接続された第1及び第2の電極と、
前記基板及び前記発光半導体領域を包囲し且つ光透過性を有している包囲体と、
前記包囲体で包囲されている前記基板の表面の少なくとも一部に配置され、且つこの配置位置が前記発光半導体領域から前記包囲体内に放射された光の一部が入射することが可能な位置に決定されている光反射層と
を備えていることを特徴とする半導体発光装置。 - 前記光反射層の表面に光散乱用の凹凸が形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体発光装置。
- 前記基板の露出面に凹凸が形成され、前記光反射層は前記基板の凹凸を有する面上に配置され且つ表面に光散乱用の凹凸を有していることを特徴とする請求項1記載の半導体発光装置。
- 前記光反射層は前記基板の前記側面の少なくとも一部に配置されていることを特徴とする請求項1又は2又は3記載の半導体発光装置。
- 前記光反射層は、前記基板の前記一方の主面の少なくとも一部に配置されていることを特徴とする請求項1又は2又は3記載の半導体発光装置。
- 前記光反射層は前記基板の前記側面の少なくとも一部と前記基板の一方の主面の少なくとも一部との両方に配置されていることを特徴とする請求項1又は2又は3記載の半導体発光装置。
- 前記基板の前記側面が傾斜面であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに1つに記載の半導体発光装置。
- 更に、前記基板と前記発光半導体領域との間に配置された別の光反射層を有していることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
- 前記基板の前記一方の主面上に複数の発光半導体領域が配置されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
- 前記基板は導電性を有し、
前記第1の電極は前記発光半導体領域の一方の主面に接続され、前記第2の電極は前記基板に接続されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の半導体発光装置。 - 前記発光半導体領域は少なくとも第1導電型半導体層と第2導電型半導体層とを有し、前記第1の電極は前記第1導電型半導体層に接続され、前記第2の電極は前記第2導電型半導体層に接続されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
- 前記基板は第1及び第2の導体層を有し、前記第1及び第2の電極は前記第1及び第2の導体層に電気的及び機械的に結合されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
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