JP2011096881A - 半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子を用いた照明装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体発光素子LCは、基板110と、凹凸を持った下面130aの凸部130cにおいて基板110と接触する下地層130と、下地層130に接触して設けられるn型半導体層140と、n型半導体層140に接触して設けられる発光層150と、発光層150に接触して設けられるp型半導体層160とを備えている。積層半導体層100と基板110との屈折率差より、積層半導体層100と下地層130の凹部130dを占める媒体との屈折率差を大きくして、矢印B方向に進む光を矢印A方向に反射させる。
【選択図】図1
Description
このような半導体発光素子から取り出される光の効率は、外部量子効率として表される。外部量子効率は、内部量子効率と光取り出し効率とを掛け合わせたものである。内部量子効率は、半導体発光素子に注入した電気的エネルギのうち、光に変換される割合である。そして、光取り出し効率は、半導体発光素子の内部で発生した光のうち、外部へ取り出すことができる割合である。
特許文献1には、段差形成した基板の溝部に剥離膜を成膜する第1の工程と、前記剥離膜が溝部に成膜された基板上に第1の窒化物半導体を成長し、その後、前記剥離膜上の第1の窒化物半導体をリフトオフにより除去し、その後、前記基板の凸部面上に残された第1の窒化物半導体を成長核として第2の窒化物半導体をラテラル成長させる第2の工程とを備え、結晶性がよく、貫通転位を低減させた窒化物半導体基板の製造方法が記載されている。
半導体発光素子は、発光層から、透明電極側に進む光と基板側へ進む光とを出射する。このうち、基板側へ進む光は、基板、半導体発光素子が搭載されるパッケージ、半導体発光素子をパッケージに接着する接着剤などで吸収され、外部に取り出すことが難しかった。そこで、基板側へ進む光を外部に取り出すことで、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させることが求められている。
本発明は、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させることを目的とする。
そして、積層半導体層と凹凸面の凹部を占める媒体との屈折率差が、積層半導体層と基板との屈折率差より大きいことを特徴とすることができる。
さらに、凹部を占める媒体が、気体であることを特徴とすることができる。
また、積層半導体層は、ガリウム(Ga)を含むIII族窒化物半導体により構成されることを特徴とすることができる。
さらにまた、基板は、サファイア単結晶であることを特徴とすることができる。
そして、犠牲層除去工程が、犠牲層をエッチングする溶液が溝を介して浸透することによることを特徴とすることができる。
さらに、犠牲層は、シリコン酸化物であることを特徴とすることができる。
また、積層半導体層が、基板側から、n型半導体層、発光層、p型半導体層が順に積層されていることを特徴とすることができる。そして、積層半導体層が、基板とn型半導体層との間に、基板とn型半導体層との格子不整合を緩和するための下地層をさらに備えることを特徴とすることができる。
図1は、本実施の形態における半導体発光素子LCの一例の断面図である。
この、半導体発光素子LCに用いられる化合物半導体としては、特に限定されるものではなく、例えば、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体、IV−IV族化合物半導体等が挙げられる。以下では、Gaを含むIII族窒化物半導体(GaN系化合物半導体)を有する、青色光を発する半導体発光素子LCを例に挙げて説明する。
ここで、n型半導体層140は、下地層130側に設けられるn型コンタクト層140aと発光層150側に設けられるn型クラッド層140bとを有している。また、発光層150は、障壁層150aと井戸層150bとが交互に積層され、2つの障壁層150aによって1つの井戸層150bを挟み込んだ構造を有している。さらに、p型半導体層160は、発光層150側に設けられるp型クラッド層160aと最上層に設けられるp型コンタクト層160bとを有している。
なお、以下の説明においては、下地層130、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と称する。
基板110は、III族窒化物半導体とは異なる材料から構成され、基板110上にIII族窒化物半導体結晶がエピタキシャル成長される。基板110を構成する材料としては、例えば、サファイア、炭化珪素(シリコンカーバイド:SiC)、窒化ガリウム(GaN)、酸化亜鉛(ZnO)、シリコン、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、溶融石英(石英)などのガラス等が挙げられる。これらの中でも、サファイア、炭化珪素が好ましい。
下地層130に用いる材料としては、GaN系化合物半導体が用いられ、特に、GaN又はAlGaNを好適に用いることができる。
そして、図1における下地層130の基板110側の面である下面130aは凹凸に構成されている。一方、下地層130のn型半導体層140側の面である上面130bは大略平坦に形成されている。
下地層130は、凹凸に構成された下面130aの凸部130cにて基板110に接触しているが、凸部130cは基板110からエピタキシャル成長しているので、基板110と下地層130とは強固に固着している。下地層130の凸部130cでの膜厚は、0.1μm以上、好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは1μm以上である。
下地層130の結晶性をよくするためには、下地層130は不純物を添加されない方が好ましい。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(p型不純物)あるいはドナー不純物(n型不純物)が添加(ドープ)されてもよい。
n型半導体層140は、n型コンタクト層140aおよびn型クラッド層140bから構成されている。
ここで、n型コンタクト層140aとしては、下地層130と同様にGaN系化合物半導体が用いられる。また、下地層130およびn型コンタクト層140aを構成するGaN系化合物半導体は同一組成であることが好ましく、これらの合計の膜厚を0.1μm〜20μm、好ましくは0.5μm〜15μm、さらに好ましくは1μm〜12μmの範囲に設定することが好ましい。
また、n型コンタクト層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/cm3〜1×1020/cm3、好ましくは1×1018/cm3〜1×1019/cm3の濃度で含有すると、n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型クラッド層140bとしてGaInNを採用した場合には、そのバンドギャップを、発光層150のGaInNのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。n型クラッド層140bの膜厚は、好ましくは5nm〜500nm、より好ましくは5nm〜100nmの範囲である。n型クラッド層140bのn型不純物のドープ濃度は1×1017/cm3〜1×1020/cm3が好ましく、より好ましくは1×1018/cm3〜1×1019/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発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。
発光層150は、GaN系化合物半導体からなる障壁層150aと、インジウム(In)を含有するGaN系化合物半導体からなる井戸層150bとが交互に繰り返して積層され、且つ、n型半導体層140側及びp型半導体層160側にそれぞれ障壁層150aが配される順で積層して形成される。本実施の形態において、発光層150は、6層の障壁層150aと5層の井戸層150bとが交互に繰り返して積層され、発光層150の最上層及び最下層に障壁層150aが配され、各障壁層150a間に井戸層150bが配される構成となっている。
また、障壁層150aとしては、例えば、井戸層150bよりもバンドギャップエネルギーが大きいAlcGa1−cN(0≦c≦0.3)等のGaN系化合物半導体を好適に用いることができる。
井戸層150bの膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚であることが好ましい。
p型半導体層160は、p型クラッド層160aおよびp型コンタクト層160bから構成される。p型クラッド層160aとしては、好ましくは、AldGa1−dN(0<d≦0.4)のものが挙げられる。p型クラッド層160aの膜厚は、好ましくは1nm〜400nmであり、より好ましくは5nm〜100nmである。p型クラッド層160aのp型不純物のドープ濃度は、1×1018/cm3〜1×1021/cm3が好ましく、より好ましくは1×1019/cm3〜1×1020/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。
一方、p型コンタクト層160bとしては、AleGa1−eN(0≦e<0.5)を含んでなるGaN系化合物半導体層が挙げられる。p型コンタクト層160bの膜厚は、特に限定されないが、10nm〜500nmが好ましく、より好ましくは50nm〜200nmである。p型不純物を1×1018/cm3〜1×1021/cm3の濃度、好ましくは5×1019/cm3〜5×1020/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。
透明電極170を構成する材料としては、例えば、ITO(In2O3−SnO2)、AZO(ZnO−Al2O3)、IZO(In2O3−ZnO)、GZO(ZnO−Ga2O3)等の従来公知の材料が挙げられる。また、透明電極170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。透明電極170は、p型半導体層160上のほぼ全面を覆うように形成しても良く、格子状や樹形状に形成しても良い。
透明電極170上に形成され、透明電極170とオーミック接触するp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等の材料から構成される。p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。
p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。
n電極190は、n型半導体層140のn型コンタクト層140aにオーミック接触している。すなわち、積層半導体層100(下地層130、n型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160)の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、n型コンタクト層140aの露出領域140cを形成し、この上にn電極190が設けられている。
n電極190の材料としては、p電極180と同じ組成・構造でもよく、各種組成および構造のn電極が従来公知であり、これらのn電極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野で従来公知の手段で設けることができる。
半導体発光素子LCの外部に設けられた端子から、半導体発光素子LCのp電極180からn電極190に向かう電流を流す。すると、p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n電極190に向かって電流が流れ、発光層150は四方に向けて青色光を出射する。ここで、図1には、透明電極170側に向かう矢印A方向の光および下地層130側に向かう矢印B方向の光を例示している。
発光層150から出射される光のうち下地層130側に向かう矢印B方向の光は、n型半導体層140、下地層130を透過し、下地層130の下面130aに達する。そして、下地層130の凸部130cまたは凹部130dにおいて、一部の光が反射し、残りが基板110側に透過する。基板110側に透過した光は、基板110を透過し、半導体発光素子LCが実装されるパッケージまたは回路基板(不図示)にて吸収される。
下地層130の凸部130cまたは凹部130dにおいて反射した光は、矢印A方向の光に重ね合わされ、矢印C方向の光となって半導体発光素子LCの外部に出射される。
一般に、屈折率がn1とn2との材料が接する界面における反射率は、(n1−n2)2/(n1+n2)2で示される。
図1において、下地層130、n型半導体層140、発光層150、p型半導体層160は、前述したように、GaN系化合物半導体で形成されている。例えば、GaNの青の領域での屈折率は2.4である。しかし、n型半導体層140、発光層150、p型半導体層160はそれぞれ組成が異なるが、青の領域における屈性率は、GaNの屈折率2.4と大差がない。よって、これらの層の界面での反射は小さい。
一方、下地層130は、凹部130dを占める(満たす)空気(屈折率1)と接触している。すると、上式から、下地層130と空気との界面での反射率は約17%となる。下地層130が空気と接触する界面(凹部130dにおける界面)では、下地層130と基板110との界面(凸部130cにおける界面)に比べ、反射率が高い。
すなわち、本実施の形態では、下地層130の下面130aに凹凸を設け、下地層130を凹部130dの空気と接触させることで、矢印B方向に向かう光の一部を高率で反射させている。これにより、矢印C方向すなわち半導体発光素子LCの外部に出射される光の量を増加させ、半導体発光素子LCの光取り出し効率を向上させている。
これは、積層半導体層100と基板110との屈折率差より、積層半導体層100と凹部130dを占める媒体(ここでは空気)との屈折率差が大きいためである。なお、凹部130dを占める媒体は、空気でなくともよく、固体、液体、気体が利用できる。また、気体の場合、加圧または減圧した状態であってもよい。
なお、発光層150から図1の左右方向に出射される光も存在するが、凹凸を持った下面130aとの関連性が少ないので、説明を省略する。
さらに、図1において、凸部130cの側壁は垂直であるとしたが、テーパ状または逆テーパ状のいずれであってもよい。下地層130の凸部130cにおいて、全反射した光を、凸部130cのテーパ状または逆テーパ状の側壁で矢印A方向に向けることで、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
図3を参照しつつ、図2のフローチャートに示す半導体発光素子LCの製造方法を説明する。
本実施の形態における半導体発光素子LCの製造方法は、犠牲層形成工程、積層半導体層形成工程、溝形成工程、犠牲層除去工程、電極形成工程、基板分割工程を備えている。以下、順に説明する。
図3(a)に示すように、基板110上に、犠牲層120を構成する材料からなる膜を一様に成膜し、その後、基板110の表面の一部が露出するように、予め定められた形状の犠牲層120に加工する(ステップ101)。
本発明において使用できる基板110の材料としては、前述したように、GaN系化合物半導体結晶がエピタキシャル成長する基板であれば、特に限定されず、各種材料を選択して用いることができる。特に、GaN系化合物半導体と格子間隔が近い、C面を主面とするサファイアを基板110として用いることが好ましい。
基板110は、例えば、外径4インチ(約100mm)、厚さ120μmである。基板110の外径サイズ(インチ)や基板110の厚さは任意に選ばれる。本発明においては、研磨・研削工程により基板110の厚さを50μm〜300μmの範囲で好適に調整して使用しうる。
また、上記材料の中でもシリコン酸化物の一例としての二酸化シリコン(SiO2)は、フッ酸(HF)を含むエッチング液により容易にエッチングされる。基板110のサファイアや積層半導体層100のGaN系化合物半導体はフッ酸(HF)を含むエッチング液ではエッチングされにくい。したがって、SiO2を犠牲層120として用いることが好ましい。
犠牲層120の成膜は、従来公知の化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、プラズマCVD法、蒸着法、スパッタリング法などで行うことができる。
図4(a)では、犠牲層120は、基板110表面一面に形成された犠牲層120を構成する膜に複数の開口が設けられて基板110面の一部が露出するように形成されている。図4(b)では、犠牲層120は、基板110表面一面に形成された犠牲層120を構成する膜を格子状に加工して形成されている。図4(c)では、犠牲層120は、基板110表面一面に形成された犠牲層120を構成する膜をストライプ状に加工して形成されている。
図4(a)〜(c)のいずれにおいても、犠牲層120は、溝200に繋がるように構成されている。すなわち、溝200が形成されたとき、犠牲層120の側面が溝200に面するように構成されている。犠牲層120を容易に除去できるという観点から、繋がりのない孤立したパターンは望ましくない。
なお、犠牲層120の形状が、後述するように、下地層130の下面130aに設けられる凹部130dの形状となる。
そして、犠牲層120の幅W(図4参照)は、凹部130dの幅であり、10μm以下、好ましくは5μm以下、さらに好ましくは2μm以下である。
さらに、結晶成長の観点からは、犠牲層120の面積と基板110表面の露出している面積との比率が重要である。基板110表面が10%以上露出していることが必要であり、30%以上露出していることが好ましく、40%以上が露出していることがさらに好ましい。
なお、犠牲層120の側壁はテーパ状または逆テーパ状であってもよい。
次に、積層半導体層100を形成する(ステップ102)。積層半導体層形成工程は、下地層形成工程、n型半導体層形成工程、発光層形成工程、p型半導体層形成工程を備えている。以下、順に説明する。
<下地層形成工程>
まず、図3(b)に示すように、犠牲層120が形成された基板110上に、下地層130を成膜する。
下地層130は、基板110とn型半導体層140との格子不整合を緩和し、基板110に用いるサファイア単結晶のC面上にC軸配向したGaN系化合物半導体の単結晶層の形成を容易にする。
下地層130の形成は、従来公知の有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を使用して行うことができる。
犠牲層120が形成された基板110上において、犠牲層120が除去されて基板110の表面が露出した部分に、下地層130を構成する結晶の核が形成され、核から結晶が矢印V方向(基板110表面に対して垂直方向)に成長する。一方、犠牲層120上には、下地層130を構成する結晶の核は形成されにくく、犠牲層120上からは下地層130を構成する結晶は成長しづらい。
この基板110表面に平行な矢印H方向への結晶成長は、横方向成長またはラテラル成長(ELO:Epitaxial Lateral Overgrowth)と呼ばれる。
なお、下地層130は、基板110上にエピタキシャル成長しているため、基板110に堅固に固着されている。
なお、MOCVD法では、1000℃前後での加熱と、腐食性の強いアンモニア(NH3)とが使用されることが多い。しかし、犠牲層120にSiO2を使用した場合、SiO2は高温において安定であって、アンモニアによる腐食もされにくい。
図3(c)に示すように、下地層130の形成後、n型コンタクト層140a及びn型クラッド層140bを積層してn型半導体層140を形成する。n型コンタクト層140a及びn型クラッド層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。
n型半導体層140の形成後、発光層150を形成する。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側及び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。
さらに、発光層150を形成後、p型半導体層160を形成する。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型クラッド層160aと、p型コンタクト層160bとを順次積層すればよい。
なお、積層半導体層100(下地層130、n型半導体層140、発光層150、p型半導体層160)は、真空状態を破ることなく、連続して成膜されるのが好ましい。それぞれの層の間の界面が不純物等で汚染されることを抑制するためである。
そして次に、図3(d)に示すように、積層半導体層100の表面(p型半導体層160側)から基板110の表面(犠牲層120および下地層130が形成された側)に達する溝200を形成する。
溝200は、犠牲層120の側面が露出するように形成される(図4参照)。さらに、基板110の半導体発光素子LC(チップ)への分割を容易にするために、溝200の底部に基板110の表面から内部に至る割溝210が形成されてもよい。
なお、溝200が基板110をチップに分割するための分割ラインを兼ねると、分割ラインを形成するための工程を新たに設ける必要がない点で好ましい。
また、溝200は、エキシマレーザやYAGレーザ等により、積層半導体層100および犠牲層120を溶解、揮発させて除去する方法(レーザスクライブ法)で形成してもよい。さらに、ダイシングソーにより、積層半導体層100および犠牲層120を切削除去する方法(ダイシング法)で形成してもよい。レーザスクライブ法およびダイシング法では、溝200が基板110の表面から内部に達することで、溝200と連続して割溝210を形成してもよい。
次に、図3(e)示すように、犠牲層120を除去する(ステップ104)。犠牲層120が完全に除去されると、犠牲層120のあった部分は中空になる。そして、基板110と下地層130とが接触する部分において、積層半導体層100は基板110に固着されている。
SiO2は、HFの水溶液または緩衝フッ酸液等のエッチング液(エッチングする溶液)により容易にエッチングされる。よって、犠牲層120がSiO2である場合には、図3(d)に示す工程まで進んだ基板110をエッチング液に浸漬すると、エッチング液が溝200から浸透し、犠牲層120を溶解する。
また、SiO2は、フロン系のガス(エッチングガス)を用いたドライエッチングによっても容易にエッチングされる。よって、犠牲層120がSiO2である場合には、基板110を上記エッチングガスのプラズマに曝すことにより、ラジカルを溝200から浸透させて、犠牲層120をエッチングしてもよい。
犠牲層120がSiO2以外である場合においても、エッチング液またはエッチングガスを、従来公知の技術によって選択して使用することができる。
なお、すべての溝200が半導体発光素子LCをチップに分割するための分割ラインを兼ねていることは必要がなく、犠牲層120の除去が容易になるように、分割ライン以外の溝200を設けてもよい。
電極形成工程は、透明電極形成工程と、露出領域形成工程と、p電極およびn電極形成工程とを備える(ステップ105)。
<透明電極形成工程>
p型半導体層160上に、スパッタ法などの従来公知の方法を用いて、透明電極170を形成した後、従来公知のフォトリソグラフィ法によりレジストパターンを形成し、従来公知の化学エッチング法またはドライエッチング法等により、透明電極170を形成する。
<露出領域形成工程>
予め定められた領域の積層半導体層100の一部を除去するため、従来公知のフォトリソグラフィの手法によりレジストパターンを形成し、エッチングしてn型半導体層140(図1におけるn型コンタクト層140a)の一部を露出させ、露出領域140cを形成する。
図3(f)に示すように、透明電極170上にp電極180を、露出領域140c上にn電極190を、従来公知の手段を用いて形成する。
なお、p電極180およびn電極190の組成または構造が異なると、p電極180とn電極190とを別々に形成することが必要となる。一方、p電極180とn電極190とが同じ組成・構造であると、工程を増加させないので好ましい。
なお、図1に示した断面図は、図5のI−I線での断面に、図3(a)〜(g)の各工程に示した断面図は、図5のIII−III線での断面にあたる。
次に、図3(g)に示すように、基板110から個々の半導体発光素子LC(チップ)に分割する(ステップ106)。
基板110をチップに分割する方法としては、基板110内部にレーザ光を照射し、照射された部分を脆弱な領域にしたのち、機械的に分断する方法を用いてもよい。例えば、基板110の裏面から、分割ラインである溝200に沿って、基板110の内部に焦点を結ぶようにレーザ光を照射する。すると、基板110内部のレーザ光が照射された部分に脆弱な領域が形成される。その後、基板110に機械的な力を加えることにより、基板110は脆弱な領域を破壊の起点として分割される。
このとき、割溝210が設けられていると、割溝210も破壊の起点となるので、基板110をより容易にチップに分割することができる。
基板110に照射するレーザ光としては、波長266nmのエキシマ励起のパルスレーザ光、CO2レーザ、YAGレーザ、YLF(リチウム・イットリウム・フロライド)レーザが用いうる。
なお、チップに分割されても、基板110と下地層130とは、下地層130の凸部130cにおいて強固に固着されている。
以上のようにして、図1に示した半導体発光素子LCを製造することができる。
また、本実施の形態では、図示しないが、半導体発光素子LCの表面および側面を覆うように、保護層を設けてもよい。このとき、保護層を構成する材料は、凹部130dの奥には入り込まないので、凹部130dの内部は保護層を形成するときの状態(例えば減圧状態または空気が浸入した状態)になる。
図6は、本実施の形態における半導体発光素子LCをパッケージ60に実装した半導体発光装置1の構成の一例を示す図である。図6(a)は半導体発光装置1の上面図、図6(b)は、図6(a)のVIB−VIB線での断面図である。
半導体発光装置1は、パッケージ60とパッケージ60に実装された半導体発光素子LCとを備える。
パッケージ60は、上部側に開口部61aが形成された樹脂容器61と、樹脂容器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、開口部61aを覆うように設けられた封止樹脂65とを備えている。
そして、パッケージ60の開口部61aの底面70に半導体発光素子LCが固定されている。封止樹脂65は、半導体発光素子LCも覆うように設けられている。
なお、図6(a)においては、封止樹脂65の記載を省略している。
半導体発光素子LCは、ボンディングワイヤ64を介して、p電極180がアノード用リード部62に、n電極190がカソード用リード部63に、それぞれ接続されている。なお、半導体発光装置1では、図6(a)に示すように、半導体発光素子LCが、円形状を有する底面70のほぼ中央部に取り付けられている。
また、封止樹脂65は、半導体発光素子LCが発する光を吸収してより長波長の光を発する蛍光体を均一に分散させた透明樹脂であってもよい。例えば、半導体発光素子LCが発する青色光を吸収して緑色光を発する緑色蛍光体と、半導体発光素子LCが発する青色光を吸収して赤色光を発する赤色蛍光体とを含んでもよい。半導体発光素子LCが発する青色光と、透明樹脂に含まれる緑色蛍光体が発する緑色光と、同じく透明樹脂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。これにより、封止樹脂65の上面すなわち光が出射される出射面65aから、白色光が出射されるようになっていてもよい。
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を負極として半導体発光素子LCに電流を流すと、半導体発光素子LCは青色光を出射する。半導体発光素子LCから出射された青色光(図1の矢印C方向に向かう光および発光層150から横方向に向かう光等)は、封止樹脂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65aから外部に出射される。但し、出射面65aに向かう光の一部は、出射面65aで反射し、再び封止樹脂65内を進行する。この間、封止樹脂65が蛍光体を含む場合には、青色光の一部は蛍光体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65aから外部に出射される。したがって、出射面65a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。
まず、アノード用リード部62およびカソード用リード部63を一体化したリードフレームに、白色樹脂を射出成形して、開口部61aを有する樹脂容器61を形成する。次いで、樹脂容器61の開口部61aの底面70に露出するカソード用リード部63上に半導体発光素子LCを接着固定し、ボンディングワイヤ64によって半導体発光素子LCのp電極180とアノード用リード部62とを接続し、n電極190とカソード用リード部63とを接続する。
なお、前述したように、半導体発光装置1において、半導体発光素子LCは封止樹脂65で埋め込まれる。しかし、封止樹脂65は下地層130の凹部130dに入り込めないため、半導体発光装置1においても、下地層130の凹部130dは空気等の媒体が占めた状態が維持される。
また、本実施の形態における半導体発光素子LCをパッケージ60に実装した半導体発光装置1を説明した。この他に、本実施の形態における半導体発光素子LCをアノード用リード部62とカソード用リード部63とを設けた回路基板上に実装し、ボンディングワイヤ64によって半導体発光素子LCのp電極180とアノード用リード部62とを接続し、n電極190とカソード用リード部63とを接続して半導体発光装置1を構成してもよい。
半導体発光装置1が適用され得る対象として、照明装置さらには例えば液晶ディスプレイやLEDディスプレイなどの電子機器が挙げられる。
Claims (12)
- 基板と、
前記基板上に、予め定められた波長の光を発する発光層を含み、一方の面が凹凸面であって、当該凹凸面の凸部にて当該基板に固着された積層半導体層と、
前記積層半導体層の他方の面上に設けられ、前記光を透過する透明電極と
を備えることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記積層半導体層と前記凹凸面の凹部を占める媒体との屈折率差が、当該積層半導体層と前記基板との屈折率差より大きいことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
- 前記凹部を占める媒体が、気体であることを特徴とする請求項2に記載の半導体発光素子。
- 前記積層半導体層は、ガリウム(Ga)を含むIII族窒化物半導体により構成されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記基板は、サファイア単結晶であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 基板上に、前記基板の表面の一部が露出するように犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
前記基板の露出した表面上および前記犠牲層上に積層半導体層を形成する積層半導体層形成工程と、
前記積層半導体層側より、前記基板に到達するとともに、前記犠牲層の側面が露出するように溝を形成する溝形成工程と、
前記犠牲層を除去する犠牲層除去工程と、
少なくとも前記溝の一部に沿って、前記基板を分割する基板分割工程とを含む
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記犠牲層除去工程が、前記犠牲層をエッチングする溶液が前記溝を介して浸透することによることを特徴とする請求項6に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記犠牲層は、シリコン酸化物であることを特徴とする請求項6または7に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記積層半導体層が、前記基板側から、n型半導体層、発光層、p型半導体層が順に積層されていることを特徴とする請求項6ないし8のいずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記積層半導体層が、前記基板と前記n型半導体層との間に、当該基板と当該n型半導体層との格子不整合を緩和するための下地層をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 基板と、当該基板上に、予め定められた波長の光を発する発光層を含み、一方の面が凹凸面であって、当該凹凸面の凸部にて当該基板に固着された積層半導体層と、当該積層半導体層の他方の面上に設けられ、当該光を透過する透明電極とを備える半導体発光素子が組み込まれていることを特徴とする照明装置。
- 基板と、当該基板上に、予め定められた波長の光を発する発光層を含み、一方の面が凹凸面であって、当該凹凸面の凸部にて当該基板に固着された積層半導体層と、当該積層半導体層の他方の面上に設けられ、当該光を透過する透明電極とを備える半導体発光素子が組み込まれていることを特徴とする電子機器。
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