JP2010177620A - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光装置の生産性の低下を抑制しながら、各々の発光装置から出力される白色光の色度のばらつきを低減する。
【解決手段】凹部61aを有しリードフレームLFに形成された容器61の底部70に発光素子64を取り付けた状態で、この凹部61aに、樹脂封止装置300を用いて、蛍光体粉体65aおよび透明樹脂65bを含む封止樹脂を注入する。樹脂封止装置300では、蛍光体の濃度を異ならせた複数の封止樹脂が準備されており、注入対象となる容器61に取り付けられた発光素子64の主発光ピーク波長の測定結果に応じて、1種類の封止樹脂または2種類の封止樹脂を組み合わせたものを凹部61aに注入して封止部65を形成する。
【選択図】図12
【解決手段】凹部61aを有しリードフレームLFに形成された容器61の底部70に発光素子64を取り付けた状態で、この凹部61aに、樹脂封止装置300を用いて、蛍光体粉体65aおよび透明樹脂65bを含む封止樹脂を注入する。樹脂封止装置300では、蛍光体の濃度を異ならせた複数の封止樹脂が準備されており、注入対象となる容器61に取り付けられた発光素子64の主発光ピーク波長の測定結果に応じて、1種類の封止樹脂または2種類の封止樹脂を組み合わせたものを凹部61aに注入して封止部65を形成する。
【選択図】図12
Description
本発明は、発光素子から出射される光を蛍光体にて波長変換して出力する発光装置の製造方法に関する。
近年、発光ダイオード等の発光素子を用いて白色光を出力する発光装置が、照明装置や液晶表示装置のバックライト等に利用されるようになってきている。
この種の発光装置においては、例えば青色光を出射する発光素子を、蛍光体を含有させた樹脂で封止することにより、発光素子から出射される青色光の一部を蛍光体によって緑色光および赤色光に変換し、青色光、緑色光および赤色光を含む白色光として出力させるようになっている。また、発光素子から出射される光の一部を蛍光体によって黄色光に変換し、青色光および黄色光を含む白色光として出力させるようにしたものも存在する。
この種の発光装置においては、例えば青色光を出射する発光素子を、蛍光体を含有させた樹脂で封止することにより、発光素子から出射される青色光の一部を蛍光体によって緑色光および赤色光に変換し、青色光、緑色光および赤色光を含む白色光として出力させるようになっている。また、発光素子から出射される光の一部を蛍光体によって黄色光に変換し、青色光および黄色光を含む白色光として出力させるようにしたものも存在する。
一般に、発光素子には、素子毎に出力が最大となる発光波長(主発光ピーク波長という)のばらつきが存在するため、このような発光素子を用いて上述した発光装置を構成した場合においても、各々の発光装置から出力される白色光の色度にもばらつきが生じやすい。
公報記載の従来技術として、青色光を発光する複数の発光ダイオードチップに対し、各発光ダイオードチップのそれぞれのピーク波長に合わせて、各発光ダイオードチップに塗布する蛍光体層の塗布厚を決定する技術が存在する(特許文献1参照)。
また、他の公報記載の従来技術として、LEDチップとLEDチップからの放射光を吸収して可視域の光を生成するための蛍光体を含有する板状の波長変換部とを組み合わせて白色光を生成して発光する発光装置の製造方法において、複数の蛍光体の混合比を異ならせた複数の波長変換部を予め用意しておくとともに、LEDチップの明るさに関する特性およびLEDチップの発光スペクトルの特性に基づいて各LEDチップのランク分けを行い、各々のLEDチップのランクに応じて、複数の波長変換部の中から各LEDチップに取り付ける波長変換部を選択して組み合わせる技術が存在する(特許文献2参照)。
一般に、発光素子の封止に使用される樹脂の量は微量であることから、塗布厚の制御は非常に困難なものとなる。また、例えばカップ状の容器の内部に取り付けられている発光素子を封止しようとする場合、容器の容量を超えて樹脂を供給すると、樹脂が容器から溢れてしまうおそれもある。
一方、波長変化部を設ける構成を採用した場合には、発光素子を封止するための樹脂を波長変化部とは別に設けなければならず、発光装置の生産性の低下に繋がるおそれがある。
一方、波長変化部を設ける構成を採用した場合には、発光素子を封止するための樹脂を波長変化部とは別に設けなければならず、発光装置の生産性の低下に繋がるおそれがある。
本発明は、発光装置の生産性の低下を抑制しながら、各々の発光装置から出力される白色光の色度のばらつきを低減することを目的とする。
かかる目的のもと、本発明は、発光素子の発光波長に対して透明な透明樹脂と透明樹脂に分散され発光素子の発光波長をより長波長の光に変換する蛍光体とを含む封止樹脂にて発光素子を封止してなる発光装置の製造方法において、蛍光体の濃度を異ならせた複数の封止樹脂を準備し、発光素子の主発光ピーク波長に基づき、複数の封止樹脂の中から少なくとも1つの封止樹脂を選択し、選択された少なくとも1つの封止樹脂を用いて発光素子を封止することを特徴としている。
このような発光装置の製造方法では、封止樹脂の選択において、第1の濃度に設定された第1の封止樹脂を選択し、あるいは、第1の封止樹脂および第1の濃度に近い第2の濃度に設定された第2の封止樹脂を選択することを特徴とすることができる。
また、封止樹脂の選択において、発光素子の主発光ピーク波長が長いほど、蛍光体の濃度が高い封止樹脂を選択することを特徴とすることができる。
さらに、発光素子の封止において、発光素子を封止する封止樹脂の量を一定とすることを特徴とすることができる。
さらにまた、発光素子は青色光を出力し、蛍光体は、青色光を緑色光に変換して出力する第1の蛍光体と、青色光を赤色光に変換して出力する第2の蛍光体とを含み、複数の封止樹脂のそれぞれに含まれる蛍光体において、第1の蛍光体と第2の蛍光体との比率が一定であることを特徴とすることができる。
また、発光素子は青色光を出力し、蛍光体は、青色光を黄色光に変換して出力することを特徴とすることができる。
また、封止樹脂の選択において、発光素子の主発光ピーク波長が長いほど、蛍光体の濃度が高い封止樹脂を選択することを特徴とすることができる。
さらに、発光素子の封止において、発光素子を封止する封止樹脂の量を一定とすることを特徴とすることができる。
さらにまた、発光素子は青色光を出力し、蛍光体は、青色光を緑色光に変換して出力する第1の蛍光体と、青色光を赤色光に変換して出力する第2の蛍光体とを含み、複数の封止樹脂のそれぞれに含まれる蛍光体において、第1の蛍光体と第2の蛍光体との比率が一定であることを特徴とすることができる。
また、発光素子は青色光を出力し、蛍光体は、青色光を黄色光に変換して出力することを特徴とすることができる。
また、他の観点から捉えると、本発明は、発光素子の発光波長に対して透明な透明樹脂と透明樹脂に分散され発光素子の発光波長をより長波長の光に変換する蛍光体とを含む封止樹脂にて発光素子を封止してなる発光装置の製造方法において、蛍光体の濃度を異ならせた複数の封止樹脂を準備し、発光素子の主発光ピーク波長に基づき、複数の封止樹脂の中から2以上の封止樹脂の組み合わせを決定し、決定された2以上の封止樹脂を用いて発光素子を封止することを特徴としている。
このような発光装置の製造方法において、発光素子は、凹部を有し一端が凹部に露出するとともに他端が外側に露出するように設けられる金属導体部を備えた容器の凹部に取り付けられ、発光素子の封止において、発光素子が搭載された容器の凹部に2以上の封止樹脂の注入を行うことを特徴とすることができる。
また、発光素子の封止において、発光素子を封止する2以上の封止樹脂の量を一定とすることを特徴とすることができる。
また、発光素子の封止において、発光素子を封止する2以上の封止樹脂の量を一定とすることを特徴とすることができる。
さらに他の観点から捉えると、本発明が適用される発光装置の製造方法は、基板上に複数の発光素子を形成する工程と、複数の発光素子の主発光ピーク波長を測定する工程と、個々に分離された複数の発光素子のそれぞれに対し、封止樹脂を用いて封止する工程とを含み、封止する工程は、発光素子の発光波長に対して透明な透明樹脂と透明樹脂に分散され発光素子の発光波長をより長波長の光に変換する蛍光体とをそれぞれ含み蛍光体の濃度を異ならせた複数の封止樹脂を準備し、発光素子の主発光ピーク波長に基づき、複数の封止樹脂の中から少なくとも1つの封止樹脂を選択し、選択された少なくとも1つの封止樹脂を用いて発光素子を封止することを特徴としている。
このような発光装置の製造方法において、主発光ピーク波長を測定する工程では、基板上における各発光素子の位置と各発光素子の主発光ピーク波長とを対応付けて記憶し、封止する工程の封止樹脂の選択では、基板上における各発光素子の位置との対応関係から各発光素子の主発光ピーク波長を特定することを特徴とすることができる。
また、発光素子が発光ダイオードであることを特徴とすることができる。
さらに、封止する工程の封止樹脂の選択において、発光素子の主発光ピーク波長が長いほど、蛍光体の濃度が高い封止樹脂を選択することを特徴とすることができる。
さらにまた、発光素子は青色光を出力し、蛍光体は、青色光を緑色光に変換して出力する第1の蛍光体と、青色光を赤色光に変換して出力する第2の蛍光体とを含み、複数の封止樹脂のそれぞれに含まれる蛍光体において、第1の蛍光体と第2の蛍光体との比率が一定であることを特徴とすることができる。
また、発光素子は青色光を出力し、蛍光体は、青色光を黄色光に変換して出力することを特徴とすることができる。
また、発光素子が発光ダイオードであることを特徴とすることができる。
さらに、封止する工程の封止樹脂の選択において、発光素子の主発光ピーク波長が長いほど、蛍光体の濃度が高い封止樹脂を選択することを特徴とすることができる。
さらにまた、発光素子は青色光を出力し、蛍光体は、青色光を緑色光に変換して出力する第1の蛍光体と、青色光を赤色光に変換して出力する第2の蛍光体とを含み、複数の封止樹脂のそれぞれに含まれる蛍光体において、第1の蛍光体と第2の蛍光体との比率が一定であることを特徴とすることができる。
また、発光素子は青色光を出力し、蛍光体は、青色光を黄色光に変換して出力することを特徴とすることができる。
本発明によれば、発光装置の生産性の低下を抑制しながら、各々の発光装置から出力される白色光の色度のばらつきを低減することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本実施の形態が適用される発光装置60の構成の一例を説明するための図である。ここで、図1(a)は発光装置60の上面図を、図1(b)は図1(a)のIB−IB断面図を、それぞれ示している。
図1は、本実施の形態が適用される発光装置60の構成の一例を説明するための図である。ここで、図1(a)は発光装置60の上面図を、図1(b)は図1(a)のIB−IB断面図を、それぞれ示している。
この発光装置60は、上部側に凹部61aが形成された容器61と、容器61と一体化したリードフレームからなるアノード用リード部62およびカソード用リード部63と、凹部61a内に取り付けられた発光素子64と、凹部61aを覆うように設けられた封止部65とを備えている。なお、図1(a)においては、封止部65の記載を省略している。
容器61は、アノード用リード部62およびカソード用リード部63を含む金属リード部に、白色顔料が含有された熱可塑性樹脂(以下の説明では白色樹脂と呼ぶ)を射出成型することによって形成されている。
この容器61を構成する白色樹脂は、例えば可視光の光反射率が85%以上であって98%以下となるように白色顔料の含有率、粒径等を調整した樹脂材料を用いることが好ましい。言い換えると、容器61の可視光の光吸収率は15%未満とされている。白色顔料としては、チタニア(酸化チタン)を微粒子化したもの用いることが好ましい。チタニアは、他の白色顔料に比べて屈折率が高く、また、光吸収率が低いので、本実施形態の容器61に好適に用いることができる。他の白色顔料、例えば酸化アルミニウム、酸化亜鉛等も使用することができる。
また、容器61は、アノード用リード部62とカソード用リード部63との間の絶縁にも用いられる。このため、容器61は、例えば1015Ω・cm以上の体積抵抗率を有していることが好ましい。
さらに、製造工程でハンダリフローなどの温度がかかる工程が複数あるので、容器61を構成する樹脂は、耐熱性を十分考慮した上で公知の材質を選定することが好ましい。ここで、容器61の基材となる樹脂としては、ポリアミド、液晶ポリマー等を用いることができ、例えばジェネスタ(クラレ)やアモデル(Solvay Advanced Polymers)等を好適に使用することができる。
また、容器61に設けられる凹部61aは、円形状を有する底面70と、底面70の周縁から容器61の上部側に向けて拡開するように立ち上がる壁面80とを備えている。ここで、底面70は、凹部61aに露出するアノード用リード部62およびカソード用リード部63と、アノード用リード部62とカソード用リード部63との間の隙間に露出する容器61の白色樹脂とによって構成されている。一方、壁面80は、容器61を構成する白色樹脂によって構成されている。
金属導体部の一例としてのアノード用リード部62およびカソード用リード部63は、それぞれの一部が容器61内に挟まれて保持されるとともに、他の一部が容器61の外部に露出されており、発光素子64に電流を供給するための端子となっている。表面実装を前提とするときは、図1に示すように、アノード用リード部62およびカソード用リード部63をそれぞれ容器61の裏側に折り曲げて容器61の底部にその先端を配設することが望ましい。
また、アノード用リード部62およびカソード用リード部63すなわちリードフレームは、0.1〜0.5mm程度の厚みをもつ金属板であり、加工性、熱伝導性に優れた金属として例えば鉄/銅合金をベースとし、その上にめっき層としてアルミ、ニッケル、チタン、金、銀などを数μm積層して構成されている。ここで、発光素子64からの光の取り出し効率を向上させるためには、可視領域において光の吸収が少ない銀を、金属板にメッキしたものを用いることが好ましい。なお、アノード用リード部62およびカソード用リード部63は、1枚の金属板を打ち抜いて作製されている。このため、アノード用リード部62およびカソード用リード部63の各面は、ほぼ同じ高さに位置している。また、アノード用リード部62およびカソード用リード部63は、両者が直接接触しないように容器61にて保持されている。
発光素子の一例としての発光素子64は、凹部61aの底面70に露出するカソード用リード部63上に、シリコン樹脂またはエポキシ樹脂からなるダイボンド剤で接着され、固定されている。なお、発光素子64とカソード用リード部63とを、共晶接合や超音波接合等によって接合させるようにしてもかまわない。
この発光素子64は、後述する第1のパッド電極180および第2のパッド電極190(図2参照)を有しており、第1のパッド電極180がアノード用リード部62に、第2のパッド電極190がカソード用リード部63に、それぞれボンディングワイヤを介して接続されている。
この発光素子64は、後述する第1のパッド電極180および第2のパッド電極190(図2参照)を有しており、第1のパッド電極180がアノード用リード部62に、第2のパッド電極190がカソード用リード部63に、それぞれボンディングワイヤを介して接続されている。
発光素子64の発光層は、後述するようにInGaN(窒化インジウムガリウム)を含む構成を有しており、430nm以上500nm以下の波長領域に主発光ピークを有する青色光を出射するようになっている。なお、「InGaN」とは、各元素組成比が任意の相対比率を含む総称である。
封止部65は、発光素子64が発する光を吸収してより長波長の光を発する蛍光体(以下、蛍光体粉体ともいう)65aと、蛍光体粉体65aを均一に分散させた状態で含有する透明樹脂65bとを有している。この例において、蛍光体粉体65aは、発光素子64が発する青色光を吸収して緑色光を発する第1の蛍光体の一例としての緑色蛍光体と、発光素子64が発する青色光を吸収して赤色光を発する第2の蛍光体の一例としての赤色蛍光体とを含んでいる。
この発光装置60においては、発光素子64が発する青色光と、蛍光体粉体65aに含まれる緑色蛍光体が発する緑色光と、同じく蛍光体粉体65aに含まれる赤色蛍光体が発する赤色光とによって、青、緑、赤の3原色が揃う。このため、封止部65の上部に形成される出射面65cからは、白色光が出射されるようになっている。
ここで、発光素子64の主発光ピークとなる波長は、発光素子64ごとに微妙に異なっている場合がある。このように発光素子64の主発光ピークがずれていると、複数の発光素子64を用いて複数の発光装置60を製造した場合に、各発光装置60の出射面65cから出射される白色光の色温度が発光装置60毎にずれてしまうおそれがある。
そこで、本実施の形態では、各発光装置60に取り付けられる発光素子64の主発光ピークの波長に応じて、封止部65中の蛍光体粉体65aの濃度を異ならせることで、各発光装置60から出射される白色光の色温度がほぼ一定となるようにしている。なお、具体的な手法については後述する。
上述した蛍光体粉体65aに好適に用いられる緑色蛍光体は、シリケート系蛍光体(BaSiO4:Eu2+)が好ましく、また、赤色蛍光体は窒化物蛍光体(CaAlSiN3:Eu2+)が好ましい。これらの緑色蛍光体および赤色蛍光体は、真密度が3.5g/cm3〜4.7g/cm3と比較的低く、平均粒径も質量平均で10μm程度の粉体の作成が可能であるためである。
ここで、緑色蛍光体(BaSiO4:Eu2+)は、励起波長が380〜440nmであり、発光波長が508nmであるので、本実施の形態で用いる青色光を緑色光に変換するための要求特性に対しては、励起波長も発光波長も短すぎる。ただし、Baの一部をSr、Ca、Mgなどの他のアルカリ土類元素で置き換えることで、励起波長及び発光波長を長波長側に移動させることができる。本実施の形態では、励起波長を455nmに、発光波長を528nmに、それぞれ調節することが好ましい。
また、赤色蛍光体(CaAlSiN3:Eu2+)は、励起波長が400〜500nmであり、発光波長が640nmである。ピーク波長の半値幅は使用目的によって異なる。照明用ではできるだけピーク波長の波形がブロードなものが良いが、液晶表示装置のバックライト用では、できるだけ波形がシャープなものが良い。照明用で演色性(太陽光の下で見た色と同じに見える度合い)を高めるためには、できるだけ太陽光と同じ波長分布をしている必要があり、すべての波長を同程度含んでいることが要求される。これに対し、液晶表示装置のバックライトに使った場合の色再現範囲は青、緑、赤の色度座標上の3点ができるだけ広い必要がある。すなわち色純度ができるだけ高いことが重要である。そのためには3原色の波長分布をできるだけシャープにすることが好ましい。
なお、本実施の形態では、蛍光体粉体65aとして、上述した緑色蛍光体と赤色蛍光体とを組み合わせたものを用いることで白色光の出力を実現しているが、白色光の出力を実現するための蛍光体粉体65aの構成はこれに限られない。
すなわち、蛍光体粉体65aとして、例えば発光素子64が発する青色光を吸収して黄色光を発光する黄色蛍光体を使用することもできる。
この場合において、蛍光体粉体65aに好適に用いられる黄色蛍光体としては、シリケート系蛍光体、YAG蛍光体、TAG蛍光体、サイアロン蛍光体などが一般的に知られている。これらのうち、光の変換効率の高いシリケート系蛍光体やYAG蛍光体が好適である。これらの蛍光体は、励起波長が380〜440nmであり、発光ピーク波長が540nmから570nmであるので、本実施の形態で用いる青色光を好適に黄色光に変換することができる。
すなわち、蛍光体粉体65aとして、例えば発光素子64が発する青色光を吸収して黄色光を発光する黄色蛍光体を使用することもできる。
この場合において、蛍光体粉体65aに好適に用いられる黄色蛍光体としては、シリケート系蛍光体、YAG蛍光体、TAG蛍光体、サイアロン蛍光体などが一般的に知られている。これらのうち、光の変換効率の高いシリケート系蛍光体やYAG蛍光体が好適である。これらの蛍光体は、励起波長が380〜440nmであり、発光ピーク波長が540nmから570nmであるので、本実施の形態で用いる青色光を好適に黄色光に変換することができる。
一方、封止部65を構成する透明樹脂65bは、可視領域の波長において光透過率が高く、また屈折率が高い透明樹脂を用いることが好ましい。また、封止部65の表面側は平坦面、窪み面又は凸部面から選ばれる。封止部65を構成する樹脂としては、耐熱性、耐候性、及び機械的強度が高い特性を満たす樹脂であって、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂を用いることができる。
次に、発光装置60で用いられる発光素子64について説明する。本実施の形態では、発光素子64が発光ダイオードで構成されている。
図2は、図1に示す発光素子64の断面図の一例を示している。
発光素子64は、基板110と、基板110上に積層される中間層120と、中間層120上に積層される下地層130とを備える。また、発光素子64は、下地層130上に積層されるn型半導体層140と、n型半導体層140上に積層される発光層150と、発光層150上に積層されるp型半導体層160とを備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これらn型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160を、まとめて積層半導体層100と呼ぶ。さらに、発光素子64は、p型半導体層160上に積層される透明電極170と、透明電極170のうちの一部領域に積層される第1のパッド電極180とを備える。さらにまた、発光素子64は、p型半導体層160、発光層150およびn型半導体層140の一部を切り欠くことによって露出したn型半導体層140の半導体層露出面140c上の一部に積層される第2のパッド電極190を備える。
この発光素子64においては、第1のパッド電極180を正極、第2のパッド電極190を負極とし、両者を介して電流を流すことで、発光層150が発光するようになっている。
図2は、図1に示す発光素子64の断面図の一例を示している。
発光素子64は、基板110と、基板110上に積層される中間層120と、中間層120上に積層される下地層130とを備える。また、発光素子64は、下地層130上に積層されるn型半導体層140と、n型半導体層140上に積層される発光層150と、発光層150上に積層されるp型半導体層160とを備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これらn型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160を、まとめて積層半導体層100と呼ぶ。さらに、発光素子64は、p型半導体層160上に積層される透明電極170と、透明電極170のうちの一部領域に積層される第1のパッド電極180とを備える。さらにまた、発光素子64は、p型半導体層160、発光層150およびn型半導体層140の一部を切り欠くことによって露出したn型半導体層140の半導体層露出面140c上の一部に積層される第2のパッド電極190を備える。
この発光素子64においては、第1のパッド電極180を正極、第2のパッド電極190を負極とし、両者を介して電流を流すことで、発光層150が発光するようになっている。
では次に、発光素子64の各構成要素について、より詳細に説明する。
<基板>
基板110としては、III族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。例えば、サファイア、SiC、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等からなる基板を用いることができる。
また、上記基板の中でも、特に、c面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。サファイア基板を用いる場合は、サファイアのc面上に中間層120(バッファ層)を形成するとよい。
<基板>
基板110としては、III族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。例えば、サファイア、SiC、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等からなる基板を用いることができる。
また、上記基板の中でも、特に、c面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。サファイア基板を用いる場合は、サファイアのc面上に中間層120(バッファ層)を形成するとよい。
<積層半導体層>
積層半導体層100は、例えば、III族窒化物半導体からなる層であって、基板110上に、n型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160の各層がこの順で積層されて構成されている。
またn型半導体層140、発光層150及びp型半導体層160の各層は、それぞれ、複数の半導体層から構成してもよい。さらにまた、積層半導体層100は、さらに下地層130、中間層120を含めて呼んでもよい。
なお、積層半導体層100は、MOCVD法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、MOCVD法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。以下、順次説明する。
積層半導体層100は、例えば、III族窒化物半導体からなる層であって、基板110上に、n型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160の各層がこの順で積層されて構成されている。
またn型半導体層140、発光層150及びp型半導体層160の各層は、それぞれ、複数の半導体層から構成してもよい。さらにまた、積層半導体層100は、さらに下地層130、中間層120を含めて呼んでもよい。
なお、積層半導体層100は、MOCVD法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、MOCVD法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。以下、順次説明する。
<中間層>
中間層120は、多結晶のAlxGa1-xN(0≦x≦1)からなるものが好ましく、単結晶のAlxGa1-xN(0≦x≦1)のものがより好ましい。
中間層120は、上述のように、例えば、多結晶のAlxGa1-xN(0≦x≦1)からなる厚さ0.01〜0.5μmのものとすることができる。中間層120の厚みが0.01μm未満であると、中間層120により基板110と下地層130との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層120の厚みが0.5μmを超えると、中間層120としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層120の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する虞がある。
中間層120は、基板110と下地層130との格子定数の違いを緩和し、基板110の(0001)面(C面)上にC軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層120の上に単結晶の下地層130を積層すると、より一層結晶性の良い下地層130が積層できる。
中間層120は、多結晶のAlxGa1-xN(0≦x≦1)からなるものが好ましく、単結晶のAlxGa1-xN(0≦x≦1)のものがより好ましい。
中間層120は、上述のように、例えば、多結晶のAlxGa1-xN(0≦x≦1)からなる厚さ0.01〜0.5μmのものとすることができる。中間層120の厚みが0.01μm未満であると、中間層120により基板110と下地層130との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層120の厚みが0.5μmを超えると、中間層120としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層120の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する虞がある。
中間層120は、基板110と下地層130との格子定数の違いを緩和し、基板110の(0001)面(C面)上にC軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層120の上に単結晶の下地層130を積層すると、より一層結晶性の良い下地層130が積層できる。
また、中間層120は、III族窒化物半導体からなる六方晶系の結晶構造を持つものであってもよい。また、中間層120をなすIII族窒化物半導体の結晶は、単結晶構造を有するものであってもよく、単結晶構造を有するものが好ましく用いられる。III族窒化物半導体の結晶は、成長条件を制御することにより、上方向だけでなく、面内方向にも成長して単結晶構造を形成する。このため、中間層120の成膜条件を制御することにより、単結晶構造のIII族窒化物半導体の結晶からなる中間層120とすることができる。このような単結晶構造を有する中間層120を基板110上に成膜した場合、中間層120のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されたIII族窒化物半導体は良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
また、中間層120をなすIII族窒化物半導体の結晶は、成膜条件をコントロールすることにより、六角柱を基本とした集合組織からなる柱状結晶(多結晶)とすることも可能である。なお、ここでの集合組織からなる柱状結晶とは、隣接する結晶粒との間に結晶粒界を形成して隔てられており、それ自体は縦断面形状として柱状になっている結晶のことをいう。
また、中間層120をなすIII族窒化物半導体の結晶は、成膜条件をコントロールすることにより、六角柱を基本とした集合組織からなる柱状結晶(多結晶)とすることも可能である。なお、ここでの集合組織からなる柱状結晶とは、隣接する結晶粒との間に結晶粒界を形成して隔てられており、それ自体は縦断面形状として柱状になっている結晶のことをいう。
<下地層>
下地層130としては、AlxGayInzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)を用いることができるが、AlxGa1-xN(0≦x<1)を用いると結晶性の良い下地層130を形成できるため好ましい。
下地層130の膜厚は0.1μm以上が好ましく、より好ましくは0.5μm以上であり、1μm以上が最も好ましい。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なAlxGa1-xN層が得られやすい。
下地層130の結晶性を良くするためには、下地層130は不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、p型あるいはn型の導電性が必要な場合は、アクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
下地層130としては、AlxGayInzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)を用いることができるが、AlxGa1-xN(0≦x<1)を用いると結晶性の良い下地層130を形成できるため好ましい。
下地層130の膜厚は0.1μm以上が好ましく、より好ましくは0.5μm以上であり、1μm以上が最も好ましい。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なAlxGa1-xN層が得られやすい。
下地層130の結晶性を良くするためには、下地層130は不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、p型あるいはn型の導電性が必要な場合は、アクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
<n型半導体層>
図2に示すように、n型半導体層140は、nコンタクト層140aとnクラッド層140bとから構成されるのが好ましい。なお、nコンタクト層140aはnクラッド層140bを兼ねることも可能である。また、前述の下地層130をn型半導体層140に含めてもよい。
nコンタクト層140aは、第2のパッド電極190を設けるための層である。nコンタクト層140aとしては、AlxGa1-xN層(0≦x<1、好ましくは0≦x≦0.5、さらに好ましくは0≦x≦0.1)から構成されることが好ましい。
また、nコンタクト層140aにはn型不純物がドープされていることが好ましく、n型不純物を1×1017〜1×1020/cm3、好ましくは1×1018〜1×1019/cm3の濃度で含有すると、第2のパッド電極190との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。n型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Si、GeおよびSn等が挙げられ、好ましくはSiおよびGeが挙げられる。
nコンタクト層140aの膜厚は、0.5〜5μmとされることが好ましく、1〜3μmの範囲に設定することがより好ましい。nコンタクト層140aの膜厚が上記範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。
図2に示すように、n型半導体層140は、nコンタクト層140aとnクラッド層140bとから構成されるのが好ましい。なお、nコンタクト層140aはnクラッド層140bを兼ねることも可能である。また、前述の下地層130をn型半導体層140に含めてもよい。
nコンタクト層140aは、第2のパッド電極190を設けるための層である。nコンタクト層140aとしては、AlxGa1-xN層(0≦x<1、好ましくは0≦x≦0.5、さらに好ましくは0≦x≦0.1)から構成されることが好ましい。
また、nコンタクト層140aにはn型不純物がドープされていることが好ましく、n型不純物を1×1017〜1×1020/cm3、好ましくは1×1018〜1×1019/cm3の濃度で含有すると、第2のパッド電極190との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。n型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Si、GeおよびSn等が挙げられ、好ましくはSiおよびGeが挙げられる。
nコンタクト層140aの膜厚は、0.5〜5μmとされることが好ましく、1〜3μmの範囲に設定することがより好ましい。nコンタクト層140aの膜厚が上記範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。
nコンタクト層140aと発光層150との間には、nクラッド層140bを設けることが好ましい。nクラッド層140bは、発光層150へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めとを行なう層である。nクラッド層140bはAlGaN、GaN、InGaNなどで形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。nクラッド層140bをInGaNで形成する場合には、発光層150のInGaNのバンドギャップよりも大きくすることが望ましいことは言うまでもない。
nクラッド層140bの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは0.005〜0.5μmであり、より好ましくは0.005〜0.1μmである。nクラッド層140bのn型ドープ濃度は1×1017〜1×1020/cm3、が好ましく、より好ましくは1×1018〜1×1019/cm3である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および素子の動作電圧低減の点で好ましい。
nクラッド層140bの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは0.005〜0.5μmであり、より好ましくは0.005〜0.1μmである。nクラッド層140bのn型ドープ濃度は1×1017〜1×1020/cm3、が好ましく、より好ましくは1×1018〜1×1019/cm3である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および素子の動作電圧低減の点で好ましい。
なお、nクラッド層140bを、超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、100オングストローム以下の膜厚を有したIII族窒化物半導体からなるn側第1層と、n側第1層と組成が異なるとともに100オングストローム以下の膜厚を有したIII族窒化物半導体からなるn側第2層とが積層された構造を含むものであっても良い。
また、nクラッド層140bは、n側第1層とn側第2層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよく、InGaNとGaNとの交互構造又は組成の異なるInGaN同士の交互構造であることが好ましい。
また、nクラッド層140bは、n側第1層とn側第2層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよく、InGaNとGaNとの交互構造又は組成の異なるInGaN同士の交互構造であることが好ましい。
<発光層>
n型半導体層140の上に積層される発光層150としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することができる。
図2に示すような、量子井戸構造の井戸層150bとしては、Ga1-yInyN(0<y<0.4)からなるIII族窒化物半導体層が通常用いられる。井戸層150bの膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば1〜10nmとすることができ、好ましくは2〜6nmとすると発光出力の点で好ましい。
また、多重量子井戸構造の発光層150の場合は、上記Ga1-yInyNを井戸層150bとし、井戸層150bよりバンドギャップエネルギーが大きいAlzGa1-zN(0≦z<0.3)を障壁層150aとする。井戸層150bおよび障壁層150aには、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
n型半導体層140の上に積層される発光層150としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することができる。
図2に示すような、量子井戸構造の井戸層150bとしては、Ga1-yInyN(0<y<0.4)からなるIII族窒化物半導体層が通常用いられる。井戸層150bの膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば1〜10nmとすることができ、好ましくは2〜6nmとすると発光出力の点で好ましい。
また、多重量子井戸構造の発光層150の場合は、上記Ga1-yInyNを井戸層150bとし、井戸層150bよりバンドギャップエネルギーが大きいAlzGa1-zN(0≦z<0.3)を障壁層150aとする。井戸層150bおよび障壁層150aには、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
<p型半導体層>
図2に示すように、p型半導体層160は、通常、pクラッド層160aおよびpコンタクト層160bから構成される。また、pコンタクト層160bがpクラッド層160aを兼ねることも可能である。
pクラッド層160aは、発光層150へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入とを行なう層である。pクラッド層160aとしては、発光層150のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層150へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、AlxGa1-xN(0<x≦0.4)のものが挙げられる。
pクラッド層160aが、このようなAlGaNからなると、発光層150へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。pクラッド層160aの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは1〜400nmであり、より好ましくは5〜100nmである。
pクラッド層160aのp型ドープ濃度は、1×1018〜1×1021/cm3が好ましく、より好ましくは1×1019〜1×1020/cm3である。p型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なp型結晶が得られる。
また、pクラッド層160aは、複数回積層した超格子構造としてもよく、AlGaNとAlGaNとの交互構造又はAlGaNとGaNとの交互構造であることが好ましい。
図2に示すように、p型半導体層160は、通常、pクラッド層160aおよびpコンタクト層160bから構成される。また、pコンタクト層160bがpクラッド層160aを兼ねることも可能である。
pクラッド層160aは、発光層150へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入とを行なう層である。pクラッド層160aとしては、発光層150のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層150へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、AlxGa1-xN(0<x≦0.4)のものが挙げられる。
pクラッド層160aが、このようなAlGaNからなると、発光層150へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。pクラッド層160aの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは1〜400nmであり、より好ましくは5〜100nmである。
pクラッド層160aのp型ドープ濃度は、1×1018〜1×1021/cm3が好ましく、より好ましくは1×1019〜1×1020/cm3である。p型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なp型結晶が得られる。
また、pクラッド層160aは、複数回積層した超格子構造としてもよく、AlGaNとAlGaNとの交互構造又はAlGaNとGaNとの交互構造であることが好ましい。
pコンタクト層160bは、透明電極170を設けるための層である。pコンタクト層160bは、AlxGa1-xN(0≦x≦0.4)であることが好ましい。Al組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および透明電極170との良好なオーミック接触の維持が可能となる点で好ましい。
p型不純物(ドーパント)を1×1018〜1×1021/cm3の濃度、好ましくは5×1019〜5×1020/cm3の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。p型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはMgが挙げられる。
pコンタクト層160bの膜厚は、特に限定されないが、0.01〜0.5μmが好ましく、より好ましくは0.05〜0.2μmである。pコンタクト層160bの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
p型不純物(ドーパント)を1×1018〜1×1021/cm3の濃度、好ましくは5×1019〜5×1020/cm3の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。p型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはMgが挙げられる。
pコンタクト層160bの膜厚は、特に限定されないが、0.01〜0.5μmが好ましく、より好ましくは0.05〜0.2μmである。pコンタクト層160bの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
<透明電極>
図2に示すように、透明電極170は、第2のパッド電極190を形成するために、エッチング等の手段によって一部が除去されたp型半導体層160の上面のほぼ全面を覆うように形成されているが、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよい。なお、透明電極170の構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
図2に示すように、透明電極170は、第2のパッド電極190を形成するために、エッチング等の手段によって一部が除去されたp型半導体層160の上面のほぼ全面を覆うように形成されているが、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよい。なお、透明電極170の構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
透明電極170は、p型半導体層160との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。また、この発光素子64では、発光層150からの光を第1のパッド電極180が形成された側に取り出すことから、透明電極170は光透過性に優れたものが好ましい。さらにまた、p型半導体層160の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、透明電極170は優れた導電性を有していることが好ましい。
本実施の形態では、透明電極170として、Inを含む酸化物の導電性材料が用いられる。Inを含む酸化物の一部は、他の透明導電膜と比較して光透過性および導電性の両者がともに優れている点で好ましい。Inを含む導電性の酸化物としては、例えばITO(酸化インジウム錫(In2O3−SnO2))、IZO(酸化インジウム亜鉛(In2O3−ZnO))、IGO(酸化インジウムガリウム(In2O3−Ga2O3))、ICO(酸化インジウムセリウム(In2O3−CeO2))等が挙げられる。なお、これらの中に、例えばフッ素などのドーパントが添加されていてもかまわない。
<第1のパッド電極>
透明電極170上に形成される第1のパッド電極180は、例えば、従来公知のAu、Al、Ti、V、Cr、Mn、Co、Zn、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Ta、Ni、Cu等の材料から構成することが好ましい。なお、第1のパッド電極180の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。
第1のパッド電極180の厚さは、例えば100nm〜2000nmの範囲内であり、好ましくは300nm〜1000nmの範囲内である。
透明電極170上に形成される第1のパッド電極180は、例えば、従来公知のAu、Al、Ti、V、Cr、Mn、Co、Zn、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Ta、Ni、Cu等の材料から構成することが好ましい。なお、第1のパッド電極180の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。
第1のパッド電極180の厚さは、例えば100nm〜2000nmの範囲内であり、好ましくは300nm〜1000nmの範囲内である。
<第2のパッド電極>
第2のパッド電極190は、基板110上に成膜された中間層120および下地層130の上にさらに成膜された積層半導体層100(n型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160)において、n型半導体層140のnコンタクト層140aに接するように形成される。このため、第2のパッド電極190を形成する際は、p型半導体層160、発光層150およびn型半導体層140の一部を除去してnコンタクト層140aに半導体層露出面140cを形成し、この上に第2のパッド電極190を形成する。
第2のパッド電極190の材料としては、第1のパッド電極180と同じ組成・構造でもよく、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
第2のパッド電極190は、基板110上に成膜された中間層120および下地層130の上にさらに成膜された積層半導体層100(n型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160)において、n型半導体層140のnコンタクト層140aに接するように形成される。このため、第2のパッド電極190を形成する際は、p型半導体層160、発光層150およびn型半導体層140の一部を除去してnコンタクト層140aに半導体層露出面140cを形成し、この上に第2のパッド電極190を形成する。
第2のパッド電極190の材料としては、第1のパッド電極180と同じ組成・構造でもよく、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
では、図1および図2を参照しつつ、本実施の形態における発光装置60の発光動作について説明する。
アノード用リード部62を正極とし、カソード用リード部63を負極として発光素子64に電流を流すと、第1のパッド電極180からp型半導体層160、発光層150およびn型半導体層140を介して第2のパッド電極190に向かう電流が流れ、発光層150は青色光を出力する。このようにして発光素子64から出力された青色光は、封止部65内を進行し、直接あるいは底面70や壁面80で反射した後に出射面65cから外部に出射される。但し、出射面65cに向かう光の一部は、出射面65cで反射し、再び封止部65内を進行する。この間、封止部65内において、青色光の一部は蛍光体粉体65aによって緑色光および赤色光に変換され、変換された緑色光および赤色光は、直接あるいは底面70や壁面80で反射した後、青色光と共に出射面65cから外部に出射される。したがって、出射面65cからは、青色光、緑色光および赤色光を含む白色光が出射されることになる。
なお、蛍光体粉体65aとして黄色蛍光体を用いた場合には、封止部65内において、青色光の一部が蛍光体粉体65aによって黄色光に変換され、変換された黄色光が、青色光と共に出射面65cから外部に出射される。この場合において、出射面65cからは、青色光および黄色光を含む白色光が出射されることになる。
アノード用リード部62を正極とし、カソード用リード部63を負極として発光素子64に電流を流すと、第1のパッド電極180からp型半導体層160、発光層150およびn型半導体層140を介して第2のパッド電極190に向かう電流が流れ、発光層150は青色光を出力する。このようにして発光素子64から出力された青色光は、封止部65内を進行し、直接あるいは底面70や壁面80で反射した後に出射面65cから外部に出射される。但し、出射面65cに向かう光の一部は、出射面65cで反射し、再び封止部65内を進行する。この間、封止部65内において、青色光の一部は蛍光体粉体65aによって緑色光および赤色光に変換され、変換された緑色光および赤色光は、直接あるいは底面70や壁面80で反射した後、青色光と共に出射面65cから外部に出射される。したがって、出射面65cからは、青色光、緑色光および赤色光を含む白色光が出射されることになる。
なお、蛍光体粉体65aとして黄色蛍光体を用いた場合には、封止部65内において、青色光の一部が蛍光体粉体65aによって黄色光に変換され、変換された黄色光が、青色光と共に出射面65cから外部に出射される。この場合において、出射面65cからは、青色光および黄色光を含む白色光が出射されることになる。
次に、本実施の形態で用いた発光装置60の製造方法について説明する。
図3は、発光装置60の製造工程の一例を示すフローチャートである。
発光装置60の製造にあたっては、まず、基板110上に積層半導体層100を形成するとともに透明電極170や第1のパッド電極180および第2のパッド電極190の形成を行うことにより、1枚の基板110上に複数の発光素子64が形成されてなる積層半導体ウエハSW(後述する図5参照)の製造を行う(ステップ11)。
次に、積層半導体ウエハSWに設けられた複数の発光素子64のそれぞれについて、発光波長の測定を行う(ステップ12)。
その後、積層半導体ウエハSWを発光素子64毎に分割して個片とするチップ化を行う(ステップ13)。
そして、得られた発光素子64の実装を行うことによって発光装置60を得る(ステップ14)。
図3は、発光装置60の製造工程の一例を示すフローチャートである。
発光装置60の製造にあたっては、まず、基板110上に積層半導体層100を形成するとともに透明電極170や第1のパッド電極180および第2のパッド電極190の形成を行うことにより、1枚の基板110上に複数の発光素子64が形成されてなる積層半導体ウエハSW(後述する図5参照)の製造を行う(ステップ11)。
次に、積層半導体ウエハSWに設けられた複数の発光素子64のそれぞれについて、発光波長の測定を行う(ステップ12)。
その後、積層半導体ウエハSWを発光素子64毎に分割して個片とするチップ化を行う(ステップ13)。
そして、得られた発光素子64の実装を行うことによって発光装置60を得る(ステップ14)。
続いて、上述した各工程について、より詳細に説明する。
<<積層半導体ウエハ製造工程>>
図4は、上記ステップ11(図3参照)における積層半導体ウエハ製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。
<<積層半導体ウエハ製造工程>>
図4は、上記ステップ11(図3参照)における積層半導体ウエハ製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。
積層半導体ウエハ製造工程は、基板110上に中間層120を形成する中間層形成工程(ステップ101)と、中間層120上に下地層130を形成する下地層形成工程(ステップ102)と、下地層130上にn型半導体層140を形成するn型半導体層形成工程(ステップ103)と、n型半導体層140上に発光層150を形成する発光層形成工程(ステップ104)と、発光層150上にp型半導体層160を形成するp型半導体層形成工程(ステップ105)と、p型半導体層160側からエッチングを行ってn型半導体層140に半導体層露出面140cを形成する半導体層露出面形成工程(ステップ106)と、p型半導体層160上に透明電極170を形成する透明電極形成工程(ステップ107)と、透明電極170に第1のパッド電極180を形成するとともに半導体層露出面140c上に第2のパッド電極190を形成するパッド電極形成工程(ステップ108)とを有している。
以下、各工程について順番に説明する。
<中間層形成工程>
まず、サファイア基板等の基板110を用意し、前処理を施す。前処理としては、例えば、スパッタ装置のチャンバ内に基板110を配置し、中間層120を形成する前にスパッタするなどの方法によって行うことができる。具体的には、チャンバ内において、基板110をArやN2のプラズマ中に曝す事によって上面を洗浄する前処理を行なってもよい。ArガスやN2ガスなどのプラズマを基板110に作用させることで、基板110の上面に付着した有機物や酸化物を除去することができる。
<中間層形成工程>
まず、サファイア基板等の基板110を用意し、前処理を施す。前処理としては、例えば、スパッタ装置のチャンバ内に基板110を配置し、中間層120を形成する前にスパッタするなどの方法によって行うことができる。具体的には、チャンバ内において、基板110をArやN2のプラズマ中に曝す事によって上面を洗浄する前処理を行なってもよい。ArガスやN2ガスなどのプラズマを基板110に作用させることで、基板110の上面に付着した有機物や酸化物を除去することができる。
次に、基板110の上面に、スパッタ法によって、中間層120を積層する。
スパッタ法によって、単結晶構造を有する中間層120を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比を、窒素原料が50%〜100%、望ましくは75%となるようにすることが望ましい。
また、スパッタ法によって、柱状結晶(多結晶)を有する中間層120を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比を、窒素原料が1%〜50%、望ましくは25%となるようにすることが望ましい。なお、中間層120は、上述したスパッタ法だけでなく、MOCVD法で形成することもできる。
スパッタ法によって、単結晶構造を有する中間層120を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比を、窒素原料が50%〜100%、望ましくは75%となるようにすることが望ましい。
また、スパッタ法によって、柱状結晶(多結晶)を有する中間層120を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比を、窒素原料が1%〜50%、望ましくは25%となるようにすることが望ましい。なお、中間層120は、上述したスパッタ法だけでなく、MOCVD法で形成することもできる。
<下地層形成工程>
次に、中間層120を形成した後、中間層120が形成された基板110の上面に、単結晶の下地層130を形成する。下地層130は、スパッタ法で形成してもよく、MOCVD法で形成してもよい。
次に、中間層120を形成した後、中間層120が形成された基板110の上面に、単結晶の下地層130を形成する。下地層130は、スパッタ法で形成してもよく、MOCVD法で形成してもよい。
<n型半導体層形成工程>
下地層130の形成後、nコンタクト層140a及びnクラッド層140bを積層してn型半導体層140を形成する。nコンタクト層140a及びnクラッド層140bは、スパッタ法で形成してもよく、MOCVD法で形成してもよい。
下地層130の形成後、nコンタクト層140a及びnクラッド層140bを積層してn型半導体層140を形成する。nコンタクト層140a及びnクラッド層140bは、スパッタ法で形成してもよく、MOCVD法で形成してもよい。
<発光層形成工程>
発光層150の形成は、スパッタ法、MOCVD法のいずれの方法でもよいが、特にMOCVD法が好ましい。具体的には、障壁層150aと井戸層150bとを交互に繰り返して積層し、且つ、n型半導体層140側およびp型半導体層160側に障壁層150aが配される順で積層すればよい。
発光層150の形成は、スパッタ法、MOCVD法のいずれの方法でもよいが、特にMOCVD法が好ましい。具体的には、障壁層150aと井戸層150bとを交互に繰り返して積層し、且つ、n型半導体層140側およびp型半導体層160側に障壁層150aが配される順で積層すればよい。
<p型半導体層形成工程>
また、p型半導体層160の形成は、スパッタ法、MOCVD法のいずれの方法でもよい。具体的には、pクラッド層160aと、pコンタクト層160bとを順次積層すればよい。
また、p型半導体層160の形成は、スパッタ法、MOCVD法のいずれの方法でもよい。具体的には、pクラッド層160aと、pコンタクト層160bとを順次積層すればよい。
<半導体層露出面形成工程>
透明電極170の形成に先立ち、公知のフォトリソグラフィーの手法によってパターニングして、所定の領域の積層半導体層100の一部をエッチングしてnコンタクト層140aの一部を露出させ、半導体層露出面140cを形成させる。
透明電極170の形成に先立ち、公知のフォトリソグラフィーの手法によってパターニングして、所定の領域の積層半導体層100の一部をエッチングしてnコンタクト層140aの一部を露出させ、半導体層露出面140cを形成させる。
<透明電極形成工程>
マスクで半導体層露出面140cをカバーして、エッチング除去せずに残したp型半導体層160上に、スパッタ法などの公知の方法を用いて、透明電極170を形成する。
なお、p型半導体層160上に先に透明電極170を形成した後、透明電極170を形成した状態で、所定の領域の透明電極170および積層半導体層100の一部をエッチングすることで半導体層露出面140cを形成するようにしてもよい。
マスクで半導体層露出面140cをカバーして、エッチング除去せずに残したp型半導体層160上に、スパッタ法などの公知の方法を用いて、透明電極170を形成する。
なお、p型半導体層160上に先に透明電極170を形成した後、透明電極170を形成した状態で、所定の領域の透明電極170および積層半導体層100の一部をエッチングすることで半導体層露出面140cを形成するようにしてもよい。
<パッド電極形成工程>
透明電極170の上面に必要に応じて例えばSiO2からなる保護層(図示せず)を形成した後、保護層上および半導体層露出面140c上に図示しないレジストを塗布する。
そして、第1のパッド電極180および第2のパッド電極190をそれぞれ形成する部分に対応する部位のレジストを公知の手法によって除去することで、保護層の一部および半導体層露出面140cの一部を外側に露出させる。
そして、レジストによるマスクで半導体層露出面140c側をカバーした状態で、透明電極170の上面に垂直な方向よりSiO2からなる保護層のRIE(反応性イオンエッチング)を行い、第1のパッド電極180および第2のパッド電極190を形成する部分に対応する部位の保護層を除去して、透明電極170の一部およびnコンタクト層140aの一部の半導体露出面140cを露出させる。
透明電極170の上面に必要に応じて例えばSiO2からなる保護層(図示せず)を形成した後、保護層上および半導体層露出面140c上に図示しないレジストを塗布する。
そして、第1のパッド電極180および第2のパッド電極190をそれぞれ形成する部分に対応する部位のレジストを公知の手法によって除去することで、保護層の一部および半導体層露出面140cの一部を外側に露出させる。
そして、レジストによるマスクで半導体層露出面140c側をカバーした状態で、透明電極170の上面に垂直な方向よりSiO2からなる保護層のRIE(反応性イオンエッチング)を行い、第1のパッド電極180および第2のパッド電極190を形成する部分に対応する部位の保護層を除去して、透明電極170の一部およびnコンタクト層140aの一部の半導体露出面140cを露出させる。
この状態で、公知のスパッタ法等により、透明電極170の一部およびnコンタクト層140aの露出部位に島状の金属層を積層することにより、透明電極170上には第1のパッド電極180が形成され、半導体層露出面140c上には第2のパッド電極190が形成される。その後、公知の手法を用いてマスクを構成するレジストを除去することで、複数の発光素子64を搭載した積層半導体ウエハSWが得られる。
図5は、積層半導体ウエハ製造工程を経て得られた積層半導体ウエハSWの一例を示す図である。
ここで、図5(a)は積層半導体ウエハSWを積層半導体層100が形成される表面側からみた上面図であり、図5(b)は積層半導体ウエハSWの表面側の拡大図であり、図5(c)は積層半導体ウエハSWの側部断面図である。
ここで、図5(a)は積層半導体ウエハSWを積層半導体層100が形成される表面側からみた上面図であり、図5(b)は積層半導体ウエハSWの表面側の拡大図であり、図5(c)は積層半導体ウエハSWの側部断面図である。
積層半導体ウエハSW上には、複数の発光素子64がマトリクス状に配列されている。各発光素子64間に形成される隙間は、全体としてみたときに碁盤目状となっており、図5(a)および図5(b)において矢印αで示される第1方向に平行な方向と、矢印βで示される第1方向に直交する第2方向とに沿って、それぞれ所定の間隔で並べられている。本実施の形態において、第1方向αは、図2(a)に示す基板110のオリフラOF(この例では(11−20)面)に垂直な方向とされている。
そして、図5に示す積層半導体ウエハSWにおいて、隣接する発光素子64同士の間隔は、第1方向αおよび第2方向βにおいて、例えばそれぞれ200μm〜1200μmに設定されている。
また、図5(c)から明らかなように、積層半導体ウエハSWにおいては、基板110、中間層120および下地層130が共有化されることで、複数の発光素子64が一体化した状態となっている。
<<発光波長測定工程>>
図6は、上記ステップ12(図3参照)における発光波長測定工程の一例を説明するための図である。本実施の形態では、積層半導体ウエハSWの状態で、積層半導体ウエハSWに設けられた各発光素子64の発光波長の測定を行う。
ここで、図6(a)は、積層半導体ウエハSWにおける発光波長の測定順番を説明するための図であり、図6(b)はある積層半導体ウエハSWにおける各発光素子64と発光波長の測定結果との関係を示す図であり、図6(c)は他の積層半導体ウエハSWにおける各発光素子64と発光波長の測定結果との関係を示す図である。
図6は、上記ステップ12(図3参照)における発光波長測定工程の一例を説明するための図である。本実施の形態では、積層半導体ウエハSWの状態で、積層半導体ウエハSWに設けられた各発光素子64の発光波長の測定を行う。
ここで、図6(a)は、積層半導体ウエハSWにおける発光波長の測定順番を説明するための図であり、図6(b)はある積層半導体ウエハSWにおける各発光素子64と発光波長の測定結果との関係を示す図であり、図6(c)は他の積層半導体ウエハSWにおける各発光素子64と発光波長の測定結果との関係を示す図である。
発光波長測定工程では、公知の測定装置を用いて、積層半導体ウエハSWに設けられた各発光素子64に対し、図示しない針状電極を用いて第1のパッド電極180と第2のパッド電極190との間に電流供給を行うことで発光層150を発光させ、各発光素子64から出力される光の波長を測定する。
この例では、図6(a)に示すように、ジグザグ状に設定された測定方向Sに沿って順番に発光素子64の発光波長の測定を行い、測定対象となった積層半導体ウエハSWの番号(ウエハ番号という)と、各積層半導体ウエハSWにおける発光素子64の番号(チップ番号という)と、その発光素子64の発光波長λとを対応付けた発光波長データを、測定装置に設けられた図示しないメモリ等に格納する。この例では、発光素子64の測定順番をそのままチップ番号としている。また、ここでいう発光波長λは、各発光素子64の主発光ピークとなる波長である。なお、測定方向Sについては適宜変更して差し支えない。
これにより、発光波長測定工程では、例えば図6(b)に示すように、積層半導体ウエハSWのウエハ番号「A」におけるチップ番号1、2、…、m、…と、それぞれの発光波長λとを対応付けた発光波長データが記憶される。また、例えば図6(c)に示すように、積層半導体ウエハSWのウエハ番号「B」におけるチップ番号1、2、…、n、…と、それぞれの発光波長λとを対応付けた発光波長データが記憶される。なお、得られた発光波長データをメモリ等に格納するのではなく、例えばそのまま後述する樹脂封止装置300(図12参照)に出力するようにしてもかまわない。
ここで、1枚の積層半導体ウエハSWの複数の発光素子64において、それぞれの発光波長λが微妙に異なってしまう理由について、簡単に説明しておく。
積層半導体ウエハSWは、上述したように基板110に積層半導体層100を積層して構成されているが、基板110および積層半導体層100の格子定数および熱膨張係数が大きく異なっているため、積層半導体層100の積層過程において反りが発生することがある。また、積層前の基板110自体に反りが生じていることもある。このような反りが生じた場合、積層半導体層100を積層する際に基板110および基板110上に積層された半導体層の面方向の温度分布にムラが発生し、発光層150を積層する際に、反りに応じてInGaNの組成比に変化が生じる。その結果として、基板110上の位置に応じて発光層150の構成に微妙な違いが発生し、それに応じて発光波長λが変化するのである。
積層半導体ウエハSWは、上述したように基板110に積層半導体層100を積層して構成されているが、基板110および積層半導体層100の格子定数および熱膨張係数が大きく異なっているため、積層半導体層100の積層過程において反りが発生することがある。また、積層前の基板110自体に反りが生じていることもある。このような反りが生じた場合、積層半導体層100を積層する際に基板110および基板110上に積層された半導体層の面方向の温度分布にムラが発生し、発光層150を積層する際に、反りに応じてInGaNの組成比に変化が生じる。その結果として、基板110上の位置に応じて発光層150の構成に微妙な違いが発生し、それに応じて発光波長λが変化するのである。
<<チップ化工程>>
図7は、上記ステップ13(図3参照)におけるチップ化工程の一例を説明するためのフローチャートである。
図7は、上記ステップ13(図3参照)におけるチップ化工程の一例を説明するためのフローチャートである。
チップ化工程は、積層半導体ウエハSWに保持フィルムを貼着する保持フィルム貼着工程(ステップ201)と、積層半導体ウエハSWに設けられた複数の発光素子64の境界部にそれぞれ割溝を形成する割溝形成工程(ステップ202)と、形成された割溝に沿って積層半導体ウエハSWを分割して発光素子64の個片を得るウエハ分割工程(ステップ203)とを有している。
以下、各工程について順番に説明する。
<保持フィルム貼着工程>
まず、積層半導体ウエハSWの基板110側に、粘着性を有する保持フィルム200(図8(c)参照)の貼り付けを行う。ここで、保持フィルム200としては、例えばSPV−224(日東電工社製)を用いることができる。
<保持フィルム貼着工程>
まず、積層半導体ウエハSWの基板110側に、粘着性を有する保持フィルム200(図8(c)参照)の貼り付けを行う。ここで、保持フィルム200としては、例えばSPV−224(日東電工社製)を用いることができる。
<割溝形成工程>
ここでは、保持フィルム200が貼り付けられた積層半導体ウエハSWに対し、保持フィルム200の貼り付け面の裏側すなわち発光素子64の形成面側から、各発光素子64の間に割溝を形成する。この割溝は、積層半導体ウエハSWを貫通しないように形成することが望ましい。なお、積層半導体ウエハSWに保持フィルム200を貼り付ける前に、基板110側から割溝を形成するようにしてもよく、また、積層半導体ウエハSWの両面から割溝を形成するようにしてもかまわない。
ここでは、保持フィルム200が貼り付けられた積層半導体ウエハSWに対し、保持フィルム200の貼り付け面の裏側すなわち発光素子64の形成面側から、各発光素子64の間に割溝を形成する。この割溝は、積層半導体ウエハSWを貫通しないように形成することが望ましい。なお、積層半導体ウエハSWに保持フィルム200を貼り付ける前に、基板110側から割溝を形成するようにしてもよく、また、積層半導体ウエハSWの両面から割溝を形成するようにしてもかまわない。
<ウエハ分割工程>
割溝が形成された積層半導体ウエハSWに力を加えることにより、割溝から積層半導体ウエハSWの分割を行い、個片となった複数の発光素子64を得る。
なお、ウエハ分割工程においては、積層半導体ウエハSWを複数の発光素子64に分割した後の状態においても、各発光素子64が切断前の相対的な位置関係を保ちながら、保持フィルム200に保持された状態を維持していることが好ましい。そして、各発光素子64が保持フィルム200に保持された状態にて、次の実装工程に送ることが望ましい。
割溝が形成された積層半導体ウエハSWに力を加えることにより、割溝から積層半導体ウエハSWの分割を行い、個片となった複数の発光素子64を得る。
なお、ウエハ分割工程においては、積層半導体ウエハSWを複数の発光素子64に分割した後の状態においても、各発光素子64が切断前の相対的な位置関係を保ちながら、保持フィルム200に保持された状態を維持していることが好ましい。そして、各発光素子64が保持フィルム200に保持された状態にて、次の実装工程に送ることが望ましい。
図8は、チップ化工程を経て得られた複数の発光素子64の一例を示す図である。
ここで、図8(a)は保持フィルム200(図8(c)参照)に貼り付いた状態で積層半導体ウエハSWを分割して得られた複数の発光素子64を表面側からみた上面図であり、図8(b)は複数の発光素子64の表面側の拡大図であり、図8(c)は保持フィルム200に貼り付いた複数の発光素子64の側部断面図である。
ここで、図8(a)は保持フィルム200(図8(c)参照)に貼り付いた状態で積層半導体ウエハSWを分割して得られた複数の発光素子64を表面側からみた上面図であり、図8(b)は複数の発光素子64の表面側の拡大図であり、図8(c)は保持フィルム200に貼り付いた複数の発光素子64の側部断面図である。
上述したように、積層半導体ウエハSWの裏面側すなわち基板110側には保持フィルム200が貼り付けられており、積層半導体ウエハSWの表面側には、複数の発光素子64の配列方向に対応して、第1方向αに平行な複数の割溝Dと、第2方向βに平行な複数の割溝Dとが形成される。そして、割溝Dを介して複数の発光素子64を個片化した状態においても、各発光素子64の基板110側は保持フィルム200に貼り付いた状態を維持している。
<<実装工程>>
図9は、上記ステップ14(図3参照)における実装工程の一例を説明するためのフローチャートである。
図9は、上記ステップ14(図3参照)における実装工程の一例を説明するためのフローチャートである。
実装工程は、図1に示すアノード用リード部62およびカソード用リード部63を一体化してなるリードフレームに、凹部61aを有する容器61を形成する容器形成工程(ステップ301)と、容器61の凹部61aに上記チップ化工程で得られた発光素子64を取り付ける発光素子取付工程(ステップ302)と、発光素子64の取り付けがなされた容器61の凹部61aに封止部65を形成して発光素子64を封止する封止工程(ステップ303)と、リードフレームからアノード用リード部62およびカソード用リード部63を切断するリード部切断工程(ステップ304)と、切断されたアノード用リード部62およびカソード用リード部63を折り曲げるリード部折り曲げ工程(ステップ305)とを有する。
以下、各工程について順番に説明する。
<容器形成工程>
図10(a)は、発光装置60の製造に使用されるリードフレームLFの構成の一例を示す図である。
このリードフレームLFは、複数のアノード用リード部62および複数のカソード用リード部63(ここではそれぞれ15個)を、渡り部を介して一体化した構造を有している。このリードフレームLFは、1枚の金属板を打ち抜くことによって形成されている。なお、この例では、1枚のリードフレームLFに、横方向(X方向)に5個、縦方向(Y方向)に3個、合計15個の発光装置60が形成されるものとする。
<容器形成工程>
図10(a)は、発光装置60の製造に使用されるリードフレームLFの構成の一例を示す図である。
このリードフレームLFは、複数のアノード用リード部62および複数のカソード用リード部63(ここではそれぞれ15個)を、渡り部を介して一体化した構造を有している。このリードフレームLFは、1枚の金属板を打ち抜くことによって形成されている。なお、この例では、1枚のリードフレームLFに、横方向(X方向)に5個、縦方向(Y方向)に3個、合計15個の発光装置60が形成されるものとする。
そして、図10(b)に示すように、アノード用リード部62とカソード用リード部63とが対向する15箇所の部位に、容器61をそれぞれ射出成型する。このとき、各容器61は、リードフレームLFのうち、アノード用リード部62およびカソード用リード部63の自由端側を挟み込むように形成される。また、リードフレームLFの表面側には、アノード用リード部62およびカソード用リード部63の表面側とこれらの間から露出する容器61とによって図1に示す底面70が形成され、且つ、容器61によって図1に示す壁面80が形成されることにより、図1に示す凹部61aが設けられる。
<発光素子取付工程>
発光素子取付工程においては、図10(b)に示すリードフレームLFに形成された15個の容器61に対し、それぞれ1つずつ発光素子64の取り付けを行う。より具体的に説明すると、各容器61の底部70に露出するカソード用リード部63に発光素子64をダイボンドし、その後、発光素子64の第1のパッド電極180(図2参照)とアノード用リード部62とをワイヤボンドし、且つ、発光素子64の第2のパッド電極190(図2参照)とカソード用リード部63とをワイヤボンドする。
ここで、図11(a)は、このようにしてリードフレームLFに設けられた各容器61に、発光素子64がそれぞれ取り付けられた状態を示している。
発光素子取付工程においては、図10(b)に示すリードフレームLFに形成された15個の容器61に対し、それぞれ1つずつ発光素子64の取り付けを行う。より具体的に説明すると、各容器61の底部70に露出するカソード用リード部63に発光素子64をダイボンドし、その後、発光素子64の第1のパッド電極180(図2参照)とアノード用リード部62とをワイヤボンドし、且つ、発光素子64の第2のパッド電極190(図2参照)とカソード用リード部63とをワイヤボンドする。
ここで、図11(a)は、このようにしてリードフレームLFに設けられた各容器61に、発光素子64がそれぞれ取り付けられた状態を示している。
この作業は公知のダイボンダで行うことができるが、本実施の形態で用いられるダイボンダでは、図8(a)に示す1枚の保持フィルム200に保持された複数の発光素子64から、1つずつ発光素子64を取り外し、リードフレームLFに設けられた各容器61に取り付けを行っていく。このとき、ダイボンダは、図11(b)に示すように、リードフレームLF番号(リードフレーム番号という)と、そのリードフレームLFにおけるX方向およびY方向の位置(x,y)と、各位置に取り付けられた発光素子64のウエハ番号およびチップ番号とを対応付けた実装位置データを、ダイボンダに設けられた図示しないメモリに記憶する。図11(b)に示す例では、リードフレーム番号が「1」であるリードフレームLFにおいて、そのリードフレームLFにおける位置(x、y)=(1,3)に、ウエハ番号が「A」でありチップ番号が「1」である発光素子64(図中では「A−1」)が取り付けられていることになる。なお、このようにして得られた実装位置データをメモリ等に格納するのではなく、例えばそのまま後述する樹脂封止装置300(図12参照)に出力するようにしてもかまわない。
<封止工程>
図12は、封止工程で用いられる樹脂封止装置300の構成の一例を示す図である。
この樹脂封止装置300は、発光素子64が取り付けられたリードフレームLFに形成された容器61の凹部61aに封止樹脂を注入して封止部65を形成するヘッド部310と、図示しないステージに搭載されたリードフレームLFをX方向およびY方向に移動させて封止樹脂の注入対象となる容器61を位置決めするXY駆動部320と、上記発光波長測定工程にて得られた発光波長データおよび上記実装工程にて得られた実装位置データに基づいて、これらヘッド部310およびXY駆動部320の動作を制御するコントローラ330とを備えている。
図12は、封止工程で用いられる樹脂封止装置300の構成の一例を示す図である。
この樹脂封止装置300は、発光素子64が取り付けられたリードフレームLFに形成された容器61の凹部61aに封止樹脂を注入して封止部65を形成するヘッド部310と、図示しないステージに搭載されたリードフレームLFをX方向およびY方向に移動させて封止樹脂の注入対象となる容器61を位置決めするXY駆動部320と、上記発光波長測定工程にて得られた発光波長データおよび上記実装工程にて得られた実装位置データに基づいて、これらヘッド部310およびXY駆動部320の動作を制御するコントローラ330とを備えている。
本実施の形態において、ヘッド部310は、5本の注入ヘッドすなわち第1の注入ヘッド311、第2の注入ヘッド312、第3の注入ヘッド313、第4の注入ヘッド314および第5の注入ヘッド315を備えている。これら第1の注入ヘッド311乃至第5の注入ヘッド315は並べて形成されており、1または複数の注入ヘッドを用いて、1つの容器61の凹部61a内に封止樹脂を注入できるように構成されている。
また、樹脂封止装置300は、第1の注入ヘッド311に封止樹脂として第1の封止樹脂Aを供給する第1の樹脂供給部341と、第2の注入ヘッド312に封止樹脂として第2の封止樹脂Bを供給する第2の樹脂供給部342と、第3の注入ヘッド313に封止樹脂として第3の封止樹脂Cを供給する第3の樹脂供給部343と、第4の注入ヘッド314に封止樹脂として第4の封止樹脂Dを共有する第4の樹脂供給部344と、第5の注入ヘッド315に封止樹脂として第5の封止樹脂Eを供給する第5の樹脂供給部345とをさらに備える。
ここで、第1の樹脂A乃至第5の樹脂Eは、同一の透明樹脂65bに対し、それぞれ濃度を異ならせた蛍光体粉体65aを含有させて構成されている。
図13(a)に示すように、第1の樹脂Aにおける蛍光体粉体65aの濃度(以下、蛍光体濃度という)はa(%)に、第2の樹脂Bにおける蛍光体濃度はb(%)に、第3の樹脂Cにおける蛍光体濃度はc(%)に、第4の樹脂Dにおける蛍光体濃度はd%に、第5の樹脂Eにおける蛍光体濃度はe(%)に、それぞれ設定されている。なお、これらはa<b<c<d<eの関係を有している。また、蛍光体粉体65aにおける緑色蛍光体と赤色蛍光体との比率は、第1の樹脂A乃至第5の樹脂Eにおいて一定となっている。
図13(a)に示すように、第1の樹脂Aにおける蛍光体粉体65aの濃度(以下、蛍光体濃度という)はa(%)に、第2の樹脂Bにおける蛍光体濃度はb(%)に、第3の樹脂Cにおける蛍光体濃度はc(%)に、第4の樹脂Dにおける蛍光体濃度はd%に、第5の樹脂Eにおける蛍光体濃度はe(%)に、それぞれ設定されている。なお、これらはa<b<c<d<eの関係を有している。また、蛍光体粉体65aにおける緑色蛍光体と赤色蛍光体との比率は、第1の樹脂A乃至第5の樹脂Eにおいて一定となっている。
また、図13(b)は、コントローラ330に設けられたメモリ(図示せず)に予め記憶されるテーブルを例示している。このテーブルは、封止樹脂の注入対象となる容器61に取り付けられた発光素子64の発光波長の範囲(波長範囲)と、封止樹脂の注入に使用する注入ヘッドの番号と、使用する注入ヘッドから供給を行う封止樹脂の注入比率と、セット番号とを対応付けたものである。なお、図13(b)には、参考として、各セットにおいて容器61に形成される封止部65における蛍光体濃度も示した。
第1のセットS1は、発光素子64の発光波長λが441nm以上且つ443nm未満の場合に使用される。そして、第1のセットS1では、封止樹脂の注入に第1の注入ヘッド311のみを用いる。したがって、第1の注入ヘッド311による封止樹脂Aの注入比率は100%であり、結果として蛍光体濃度a(%)の封止部65が得られる。
また、第2のセットS2は、発光素子64の発光波長λが443nm以上且つ445nm未満の場合に使用される。そして、第2のセットS2では、封止樹脂の注入に第1の注入ヘッド311および第2の注入ヘッド312を用いる。このとき、第1の注入ヘッド311による封止樹脂Aの注入比率および第2の注入ヘッド312による封止樹脂Bの注入比率はそれぞれ50%であり、結果として蛍光体濃度(a+b)/2(%)の封止部65が得られる。
また、第3のセットS3は、発光素子64の発光波長λが445nm以上且つ447nm未満の場合に使用される。そして、第3のセットS3では、封止樹脂の注入に第2の注入ヘッド312のみを用いる。したがって、第2の注入ヘッド312による封止樹脂Bの注入比率は100%であり、結果として蛍光体濃度b(%)の封止部65が得られる。
また、第4のセットS4は、発光素子64の発光波長λが447nm以上且つ449nm未満の場合に使用される。そして、第4のセットS4では、封止樹脂の注入に第2の注入ヘッド312および第3の注入ヘッド313を用いる。このとき、第2の注入ヘッド312による封止樹脂Bの注入比率および第3の注入ヘッド313による封止樹脂Cの注入比率はそれぞれ50%であり、結果として蛍光体濃度(b+c)/2(%)の封止部65が得られる。
また、第5のセットS5は、発光素子64の発光波長λが449nm以上且つ451nm未満の場合に使用される。そして、第5のセットS5では、封止樹脂の注入に第3の注入ヘッド313のみを用いる。したがって、第3の注入ヘッド313による封止樹脂Cの注入比率は100%であり、結果として蛍光体濃度c(%)の封止部65が得られる。
また、第6のセットS6は、発光素子64の発光波長λが451nm以上且つ453nm未満の場合に使用される。そして、第6のセットS6では、封止樹脂の注入に第3の注入ヘッド313および第4の注入ヘッド314を用いる。このとき、第3の注入ヘッド313による封止樹脂Cの注入比率および第4の注入ヘッド314による封止樹脂Dの注入比率はそれぞれ50%であり、結果として蛍光体濃度(c+d)/2(%)の封止部65が得られる。
また、第7のセットS7は、発光素子64の発光波長λが453nm以上且つ455nm未満の場合に使用される。そして、第7のセットS7では、封止樹脂の注入に第4の注入ヘッド314のみを用いる。したがって、第4の注入ヘッド314による封止樹脂Dの注入比率は100%であり、結果として蛍光体濃度d(%)の封止部65が得られる。
また、第8のセットS8は、発光素子64の発光波長λが455nm以上且つ457nm未満の場合に使用される。そして、第8のセットS8では、封止樹脂の注入に第4の注入ヘッド314および第5の注入ヘッド315を用いる。このとき、第4の注入ヘッド314による封止樹脂Dの注入比率および第5の注入ヘッド315による封止樹脂Eの注入比率はそれぞれ50%であり、結果として蛍光体濃度(d+e)/2(%)の封止部65が得られる。
また、第9のセットS9は、発光素子64の発光波長λが457nm以上且つ459nm未満の場合に使用される。そして、第9のセットS9では、封止樹脂の注入に第5の注入ヘッド315のみを用いる。したがって、第5の注入ヘッド315による封止樹脂Eの注入比率は100%であり、結果として蛍光体濃度e(%)の封止部65が得られる。
なお、第1のセットS1乃至第9のセットS9において、1回あたりの封止樹脂の注入量は例えば約0.3mgで一定としている。したがって、奇数番目のセットである第1のセットS1、第3のセットS3、第5のセットS5、第7のセットS7および第9のセットS9では、1つの注入ヘッドから約0.3mgの封止樹脂が供給される。これに対し、偶数番目のセットである第2のセットS2、第4のセットS4、第6のセットS6および第8のセットS8では、2つの注入ヘッドからそれぞれ約0.15mgの封止樹脂が供給される。この封止樹脂の量は、注入された封止樹脂が容器61に設けられた凹部61aからはみ出さないことを条件として決定されている。
また、透明樹脂65bに黄色蛍光体からなる蛍光体粉体65aを含有させた封止樹脂を用いて封止部65を形成する場合においても、同一の透明樹脂65bに対し、それぞれ濃度を異ならせた蛍光体粉体65aを含有させた複数の樹脂を準備するようにすればよい。そして、上述した手順により、注入対象となる容器61の凹部61aに取り付けられた発光素子64の発光波長λに応じて、注入する樹脂のセットを決定し、決定したセットにて封止樹脂の注入を行うようにすればよい。
図14は、封止工程における樹脂封止装置300の動作を説明するためのフローチャートを示している。なお、初期状態において、樹脂封止装置300のステージには、容器61の形成および発光素子64の取り付けがなされたリードフレームLF(図11(a)参照)がセットされているものとする。また、樹脂封止装置300のコントローラ330には、発光波長データおよび実装位置データが予め入力されているものとする。
まず、コントローラ330は、封止樹脂の注入を行う容器61の位置を決定する(ステップ401)。次に、コントローラ330は、入力される実装位置データから、注入対象となる容器61に取り付けられた発光素子64のウエハ番号およびチップ番号を特定する(ステップ402)。さらに、コントローラ330は、入力される発光波長データから、上記ステップ402で特定されたウエハ番号およびチップ番号に対応する発光素子64の発光波長λを取得する(ステップ403)。そして、コントローラ330は、ステップ403で取得した発光素子64の発光波長λに基づき、図13(b)に示すテーブルを参照して、封止樹脂の注入に使用するセット番号を決定する(ステップ404)。
続いて、コントローラ330は、XY駆動部320に制御信号を出力し、XY駆動部320は、注入対象となる容器61がヘッド部310の直下に位置するよう、リードフレームLFをXY方向に移動させる(ステップ405)。
そして、コントローラ330は、ヘッド部310に制御信号を出力し、ヘッド部310では、ステップ404で決定されたセット番号に応じて第1の注入ヘッド311乃至第5の注入ヘッド315のうちの1本または2本を用いて、容器61の凹部61a内に封止樹脂を注入する(ステップ406)。
その後、コントローラ330は、リードフレームLF上のすべての容器61に対する封止樹脂の注入が完了したか否かを判断し(ステップ407)、すべて完了していると判断した場合は一連の動作を終了する。一方、まだ封止樹脂の注入が完了していない容器があると判断した場合、コントローラ330は、ステップ401に戻って処理を続行する。
なお、このようにして各容器61の凹部61aに注入された封止樹脂は、その後の熱処理によって硬化し、封止部65となる。
そして、コントローラ330は、ヘッド部310に制御信号を出力し、ヘッド部310では、ステップ404で決定されたセット番号に応じて第1の注入ヘッド311乃至第5の注入ヘッド315のうちの1本または2本を用いて、容器61の凹部61a内に封止樹脂を注入する(ステップ406)。
その後、コントローラ330は、リードフレームLF上のすべての容器61に対する封止樹脂の注入が完了したか否かを判断し(ステップ407)、すべて完了していると判断した場合は一連の動作を終了する。一方、まだ封止樹脂の注入が完了していない容器があると判断した場合、コントローラ330は、ステップ401に戻って処理を続行する。
なお、このようにして各容器61の凹部61aに注入された封止樹脂は、その後の熱処理によって硬化し、封止部65となる。
では、具体的な例を挙げて説明を行う。
例えば上記ステップ401において、図11に示すリードフレームLFにおける位置(x、y)=(1,3)に存在する容器61が封止樹脂の注入対象に決定された場合、ステップ402において、この場所に取り付けられている発光素子64のウエハ番号が「A」であり、チップ番号が「1」であることが特定される。
例えば上記ステップ401において、図11に示すリードフレームLFにおける位置(x、y)=(1,3)に存在する容器61が封止樹脂の注入対象に決定された場合、ステップ402において、この場所に取り付けられている発光素子64のウエハ番号が「A」であり、チップ番号が「1」であることが特定される。
すると、ステップ403では、図6(b)に示す関係から、この発光素子64(A−1)の発光波長λ=448.5nmが取得される。そして、ステップ404において、発光波長λ=448.5nmを波長範囲に含む第4のセットS4を、封止樹脂の注入に使用することが決定される。
さらに、ステップ405において、XY駆動部320により、位置(1,3)の容器61がヘッド部310の直下となるようにリードフレームLFが移動せしめられて停止する。そして、ステップ406において、この容器61の凹部61aに対し、第4のセットS4すなわち第2の注入ヘッド312および第3の注入ヘッド313を用いて封止樹脂の注入が行われる。このとき、第2の注入ヘッド312による封止樹脂Bの注入比率および第3の注入ヘッド313による封止樹脂Cの注入比率はそれぞれ50%であり、凹部61内には蛍光体濃度(b+c)/2(%)の封止樹脂が充填されることになる。
<リード部切断工程>
リード部切断工程では、容器61の形成、容器61の凹部61aへの発光素子64の取り付けおよび封止部65の形成がなされたリードフレームLFからアノード用リード部62およびカソード用リード部63の切断を行い、リードフレームLFから発光装置60を切り離す。
リード部切断工程では、容器61の形成、容器61の凹部61aへの発光素子64の取り付けおよび封止部65の形成がなされたリードフレームLFからアノード用リード部62およびカソード用リード部63の切断を行い、リードフレームLFから発光装置60を切り離す。
<リード部折り曲げ工程>
リード部折り曲げ工程では、容器部61の外部に露出するアノード用リード部62およびカソード用リード部63の両者をそれぞれ容器61の背面側に向けて折り曲げる処理を行う。
以上により、図1に示す発光装置60が得られる。
リード部折り曲げ工程では、容器部61の外部に露出するアノード用リード部62およびカソード用リード部63の両者をそれぞれ容器61の背面側に向けて折り曲げる処理を行う。
以上により、図1に示す発光装置60が得られる。
なお、ここでは、図9に示す実装工程において、ステップ304のリード部切断工程を行った後にステップ305のリード部折り曲げ工程を実行するようにしていたが、その順番はこれに限られない。例えばステップ301の容器形成工程とステップ302の発光素子取付工程との間で、先にステップ305のリード部折り曲げ工程を行うようにしてもよい。
このようにして得られた複数の発光装置60では、それぞれに取り付けられた発光素子64の発光波長に応じて、封止部65中の蛍光体濃度が異なっている。より具体的に説明すると、本実施の形態では、発光素子64の発光波長が長いほど、封止部65中の蛍光体濃度が高くなる。
本実施の形態では、このような構成を採用することにより、得られた複数の発光装置60から出射される白色光の色温度をほぼ一定にすることができる。これにより、各発光装置60に同一の蛍光体濃度の封止部65を形成する場合と比較して、各発光装置60間での白色光の色度のばらつきをより小さくすることが可能になる。
本実施の形態では、このような構成を採用することにより、得られた複数の発光装置60から出射される白色光の色温度をほぼ一定にすることができる。これにより、各発光装置60に同一の蛍光体濃度の封止部65を形成する場合と比較して、各発光装置60間での白色光の色度のばらつきをより小さくすることが可能になる。
また、本実施の形態では、例えば同一の積層半導体ウエハSWから得られた複数の発光素子64のうち、発光波長λが他の素子よりも大きくずれてしまっていることにより、従来であれば発光装置60の製造に使用できなかったような素子についても、封止部65に含有させる蛍光体濃度を適切な値に調整することで、発光装置60の製造に使用することが可能となる。したがって、発光装置60の製造に使用できる発光素子64の収率を向上させることができる。
一般的な発光装置60の製造工程では、各発光素子64の発光波長λを所定の波長範囲でソーティングすることによって選別した発光素子群を用意し、例えば、その発光素子群の発光波長λの平均値などに対応して、蛍光体粉体65aの量(濃度)が一定値に決められた封止樹脂の供給を行うことで発光装置60を得ている。しかしながら、このような製造方法を採用した場合には、発光素子群を構成する各発光素子の発光波長λのばらつきに起因する色温度のばらつきを是正できないほか、ソーティング条件から外れた発光素子64を使用することができなくなることから、収率が低くなるなどの問題点がある。
これに対し、本実施の形態で説明した製造方法では、各発光素子64の発光波長λに蛍光体の量(濃度)を合わせこむことが可能であるので、各発光素子64の発光波長λのばらつきに起因する発光装置60間での色温度のばらつきを抑えることができるほか、使用できる発光素子64の発光波長λの範囲を広げることも可能になる。
これに対し、本実施の形態で説明した製造方法では、各発光素子64の発光波長λに蛍光体の量(濃度)を合わせこむことが可能であるので、各発光素子64の発光波長λのばらつきに起因する発光装置60間での色温度のばらつきを抑えることができるほか、使用できる発光素子64の発光波長λの範囲を広げることも可能になる。
さらにまた、本実施の形態では、封止樹脂中に蛍光体粉体65aが含まれているため、封止樹脂で構成された封止部65によって発光素子64の封止と発光素子64から出射される青色光の波長変換とを実現することができ、発光素子64の封止と波長変換とを別々の部材で実現する構成と比較して、製造工程を簡略化することができる。
さらに、本実施の形態では、蛍光体濃度を異ならせた5種類の封止樹脂を準備しておき、これらをそれぞれ単独で使用することにより、蛍光体濃度が異なる5種類の封止部65を形成することができる。
さらにまた、本実施の形態では、上記5種類の封止樹脂を2つずつ組み合わせることにより、さらに蛍光体濃度が異なる4種類の封止部65を形成することができる。
そして、本実施の形態では、これらの組み合わせにより、蛍光体濃度が異なる合計9種類の封止部65を形成することが可能になる。
さらにまた、本実施の形態では、上記5種類の封止樹脂を2つずつ組み合わせることにより、さらに蛍光体濃度が異なる4種類の封止部65を形成することができる。
そして、本実施の形態では、これらの組み合わせにより、蛍光体濃度が異なる合計9種類の封止部65を形成することが可能になる。
なお、本実施の形態では、ヘッド部310を5本の注入ヘッドで構成していたが、これに限られない。すなわち、ヘッド部310は少なくとも2本の注入ヘッドを有していればよい。
また、本実施の形態では、蛍光体濃度が異なる複数の封止樹脂を、それぞれ専用の注入ヘッドを介して注入するようにしていたが、これに限られない。すなわち、蛍光体濃度が異なる封止樹脂を収容する複数の樹脂容器から中間容器を介して1つの注入ヘッドに供給するようにしてもかまわない。なお、ここでいう中間容器は、1または2つの樹脂容器から供給される封止樹脂を一端ため込んだ後、1つの注入ヘッドに供給する機能を有するものである。
さらに、本実施の形態では、所謂表面実装型の発光装置60を例に説明を行ったが、これに限られるものではなく、所謂砲弾型の発光装置に対しても同様に適用することもできる。
さらにまた、本実施の形態では、図3を用いて説明したように、ステップ11の積層半導体ウエハ製造工程とステップ13のチップ化工程との間において、ステップ12の発光波長測定工程を実行するようにしていたが、その順番はこれに限られない。
例えば、ステップ11の積層半導体ウエハ製造工程およびステップ13のチップ化工程を先に行った後に、ステップ12の発光波長測定工程を行うようにしてもよい。この順番を採用した場合において、各発光素子64の発光波長λの測定は、複数の発光素子64を保持フィルム200上に保持させた状態で行うことが好ましい。このような順番にて発光装置60の製造を行った場合において、発光波長λの測定を行った発光素子64をそのままステップ14の実装工程にてリードフレームLFに実装させるようにすれば、発光素子64の発光波長λの測定結果から直ちに封止樹脂の注入に使用するセット番号を決定することが可能となるため、各発光素子64と各発光素子64の発光波長λとの関係を対応付けて記憶させる必要がなくなるという利点がある。また、発光波長測定工程と実装工程における発光素子のピックアップとを連続して行うことが可能となるため、ソーティングにかかる手間や部材および装置等を省くことができる。
例えば、ステップ11の積層半導体ウエハ製造工程およびステップ13のチップ化工程を先に行った後に、ステップ12の発光波長測定工程を行うようにしてもよい。この順番を採用した場合において、各発光素子64の発光波長λの測定は、複数の発光素子64を保持フィルム200上に保持させた状態で行うことが好ましい。このような順番にて発光装置60の製造を行った場合において、発光波長λの測定を行った発光素子64をそのままステップ14の実装工程にてリードフレームLFに実装させるようにすれば、発光素子64の発光波長λの測定結果から直ちに封止樹脂の注入に使用するセット番号を決定することが可能となるため、各発光素子64と各発光素子64の発光波長λとの関係を対応付けて記憶させる必要がなくなるという利点がある。また、発光波長測定工程と実装工程における発光素子のピックアップとを連続して行うことが可能となるため、ソーティングにかかる手間や部材および装置等を省くことができる。
また、ステップ12の発光波長測定工程を、ステップ11の積層半導体ウエハ製造工程とステップ13のチップ化工程との間、および、ステップ13のチップ化工程とステップ14の実装工程との間の両者において行うようにしてもよい。すなわち、各発光素子64が個片化される前と個片化された後の両方において行うようにしてもかまわない。
60…発光装置、61…容器、61a…凹部、62…アノード用リード部、63…カソード用リード部、64…発光素子、65…封止部、65a…蛍光体粉体、65b…透明樹脂、100…積層半導体層、110…基板、120…中間層、130…下地層、140…n型半導体層、150…発光層、160…p型半導体層、170…透明電極、180…第1のパッド電極、190…第2のパッド電極、200…保持フィルム、SW…積層半導体ウエハ
Claims (15)
- 発光素子の発光波長に対して透明な透明樹脂と当該透明樹脂に分散され当該発光素子の発光波長をより長波長の光に変換する蛍光体とを含む封止樹脂にて当該発光素子を封止してなる発光装置の製造方法において、
前記蛍光体の濃度を異ならせた複数の封止樹脂を準備し、
前記発光素子の主発光ピーク波長に基づき、前記複数の封止樹脂の中から少なくとも1つの封止樹脂を選択し、
選択された前記少なくとも1つの封止樹脂を用いて前記発光素子を封止すること
を特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記封止樹脂の選択において、第1の濃度に設定された第1の封止樹脂を選択し、あるいは、当該第1の封止樹脂および当該第1の濃度に近い第2の濃度に設定された第2の封止樹脂を選択することを特徴とする請求項1記載の発光装置の製造方法。
- 前記封止樹脂の選択において、前記発光素子の前記主発光ピーク波長が長いほど、前記蛍光体の濃度が高い封止樹脂を選択することを特徴とする請求項1または2記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子の封止において、当該発光素子を封止する封止樹脂の量を一定とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子は青色光を出力し、
前記蛍光体は、前記青色光を緑色光に変換して出力する第1の蛍光体と、当該青色光を赤色光に変換して出力する第2の蛍光体とを含み、
前記複数の封止樹脂のそれぞれに含まれる前記蛍光体において、前記第1の蛍光体と前記第2の蛍光体との比率が一定であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の発光装置の製造方法。 - 前記発光素子は青色光を出力し、
前記蛍光体は、前記青色光を黄色光に変換して出力することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の発光装置の製造方法。 - 発光素子の発光波長に対して透明な透明樹脂と当該透明樹脂に分散され当該発光素子の発光波長をより長波長の光に変換する蛍光体とを含む封止樹脂にて当該発光素子を封止してなる発光装置の製造方法において、
前記蛍光体の濃度を異ならせた複数の封止樹脂を準備し、
前記発光素子の主発光ピーク波長に基づき、前記複数の封止樹脂の中から2以上の封止樹脂の組み合わせを決定し、
決定された前記2以上の封止樹脂を用いて前記発光素子を封止すること
を特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記発光素子は、凹部を有し一端が当該凹部に露出するとともに他端が外側に露出するように設けられる金属導体部を備えた容器の当該凹部に取り付けられ、
前記発光素子の封止において、当該発光素子が搭載された前記容器の前記凹部に前記2以上の封止樹脂の注入を行うことを特徴とする請求項7記載の発光装置の製造方法。 - 前記発光素子の封止において、当該発光素子を封止する前記2以上の封止樹脂の量を一定とすることを特徴とする請求項7または8記載の発光装置の製造方法。
- 基板上に複数の発光素子を形成する工程と、
前記複数の発光素子の主発光ピーク波長を測定する工程と、
個々に分離された複数の発光素子のそれぞれに対し、封止樹脂を用いて封止する工程と
を含み、
前記封止する工程は、
前記発光素子の発光波長に対して透明な透明樹脂と当該透明樹脂に分散され当該発光素子の発光波長をより長波長の光に変換する蛍光体とをそれぞれ含み当該蛍光体の濃度を異ならせた複数の封止樹脂を準備し、
前記発光素子の主発光ピーク波長に基づき、前記複数の封止樹脂の中から少なくとも1つの封止樹脂を選択し、
選択された前記少なくとも1つの封止樹脂を用いて前記発光素子を封止すること
を特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記主発光ピーク波長を測定する工程では、前記基板上における各発光素子の位置と各発光素子の主発光ピーク波長とを対応付けて記憶し、
前記封止する工程の前記封止樹脂の選択では、前記基板上における各発光素子の位置との対応関係から各発光素子の主発光ピーク波長を特定すること
を特徴とする請求項10記載の発光装置の製造方法。 - 前記発光素子が発光ダイオードであることを特徴とする請求項10または11記載の発光装置の製造方法。
- 前記封止する工程の前記封止樹脂の選択において、前記発光素子の前記主発光ピーク波長が長いほど、前記蛍光体の濃度が高い封止樹脂を選択することを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子は青色光を出力し、
前記蛍光体は、前記青色光を緑色光に変換して出力する第1の蛍光体と、当該青色光を赤色光に変換して出力する第2の蛍光体とを含み、
前記複数の封止樹脂のそれぞれに含まれる前記蛍光体において、前記第1の蛍光体と前記第2の蛍光体との比率が一定であることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項記載の発光装置の製造方法。 - 前記発光素子は青色光を出力し、
前記蛍光体は、前記青色光を黄色光に変換して出力することを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項記載の発光装置の製造方法。
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