JP2011249426A - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性に優れた半導体発光装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、半導体発光装置は、半導体層と、第１の電極と、第２の電極と、絶縁層と、第１の配線層と、第２の配線層と、第１の金属ピラーと、第２の金属ピラーと、第１の金属ピラーの側面及び第２の金属ピラーの側面を覆う膜と、樹脂層とを備えた。第１の電極は、半導体層の第２の主面における発光層を有する領域に設けられた。第２の電極は、第２の主面における発光層の外周よりも外側に設けられた。第１の金属ピラーの側面及び第２の金属ピラーの側面を覆う膜は、第１の金属ピラー及び第２の金属ピラーよりもはんだに対するぬれ性が悪い。樹脂層は、その膜の周囲を覆う。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態によれば、半導体発光装置は、半導体層と、第１の電極と、第２の電極と、絶縁層と、第１の配線層と、第２の配線層と、第１の金属ピラーと、第２の金属ピラーと、第１の金属ピラーの側面及び第２の金属ピラーの側面を覆う膜と、樹脂層とを備えた。第１の電極は、半導体層の第２の主面における発光層を有する領域に設けられた。第２の電極は、第２の主面における発光層の外周よりも外側に設けられた。第１の金属ピラーの側面及び第２の金属ピラーの側面を覆う膜は、第１の金属ピラー及び第２の金属ピラーよりもはんだに対するぬれ性が悪い。樹脂層は、その膜の周囲を覆う。
【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、半導体発光装置及びその製造方法に関する。
半導体層における一方の主面側にｎ側電極とｐ側電極が形成されたＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップを、例えばはんだを用いてフリップチップ実装する技術が知られている。フリップチップ構造においては、小型化を図りつつ、信頼性を損ねないことが要求される。
実施形態は、信頼性に優れた半導体発光装置及びその製造方法を提供する。
実施形態によれば、半導体発光装置は、半導体層と、第１の電極と、第２の電極と、絶縁層と、第１の配線層と、第２の配線層と、第１の金属ピラーと、第２の金属ピラーと、前記第１の金属ピラーの側面及び前記第２の金属ピラーの側面を覆う膜と、樹脂層と、を備えた。前記半導体層は、第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含む。前記第１の電極は、前記第２の主面における前記発光層を有する領域に設けられた。前記第２の電極は、前記第２の主面における前記発光層の外周よりも外側に設けられた。前記絶縁層は、前記半導体層の前記第２の主面側に設けられ、前記第１の電極に達する第１の開口と、前記第２の電極に達する第２の開口とを有する。前記第１の配線層は、前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第１の開口内に設けられ、前記第１の電極と接続された。前記第２の配線層は、前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第２の開口内に設けられて前記第２の電極と接続され、前記第２の電極と接続する面よりも前記第２の電極に対する反対側の面において面積が大である。前記第１の金属ピラーは、前記第１の配線層における前記第１の電極に対する反対側の面に設けられた。前記第２の金属ピラーは、前記第２の配線層における前記第２の電極に対する反対側の面に設けられた。前記膜は、前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーよりもはんだに対するぬれ性が悪い。前記樹脂層は、前記膜の周囲を覆う。
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。また、工程を表す図面においては、ウェーハ状態における一部の領域を表す。
（第１実施形態）
図１（ａ）は第１実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図であり、図１（ｂ）はその下面図である。
図１（ａ）は第１実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図であり、図１（ｂ）はその下面図である。
本実施形態に係る半導体発光装置は、半導体層１５における一方の主面（第２の主面）側に電極及び配線層が設けられた構造を有する。第２の主面の反対側の第１の主面１５ａから、主として光が取り出される。
半導体層１５は、第１の半導体層１１と第２の半導体層１３を有する。第１の半導体層１１は、例えばｎ型のＧａＮ層であり、電流の横方向経路として機能する。但し、第１の半導体層１１の導電型はｎ型に限らず、ｐ型であってもよい。第２の半導体層１３は、発光層（活性層）１２を、ｎ型層とｐ型層とで挟んだ積層構造を有する。
半導体層１５の第２の主面側は凹凸形状に加工され、第２の主面側には上段部と下段部が設けられている。第１の主面１５ａから見て下段部よりも上段側に位置する上段部は、発光層１２を含む。下段部は、発光層１２を含まず、発光層１２の外周よりも外側に設けられている。
上段部の表面である第２の半導体層１３の表面には、第１の電極としてｐ側電極１６が設けられている。すなわち、ｐ側電極１６は、発光層１２を有する領域に設けられている。下段部の第１の半導体層１１の表面には、第２の電極としてｎ側電極１７が設けられている。
図２（ｂ）に、ｐ側電極１６とｎ側電極１７の平面レイアウトの一例を示す。一つの半導体層１５において、ｐ側電極１６の面積の方がｎ側電極１７の面積よりも広い。したがって、発光領域を広く確保できる。
半導体層１５の第２の主面側は、絶縁層１８で覆われている。また、半導体層１５の端部（側面）も、絶縁層１８で覆われている。絶縁層１８は、例えば、微細開口のパターニング性に優れたポリイミド等の樹脂である。あるいは、絶縁層１８としてシリコン酸化物を用いてもよい。
絶縁層１８において、半導体層１５に対する反対側の面は平坦化され、その面に第１の配線層としてのｐ側配線層２１と、第２の配線層としてのｎ側配線層２２が設けられている。ｐ側配線層２１は、ｐ側電極１６に達して絶縁層１８に形成された第１の開口１８ａ内にも設けられ、ｐ側電極１６と接続されている。ｎ側配線層２２は、ｎ側電極１７に達して絶縁層１８に形成された第２の開口１８ｂ内にも設けられ、ｎ側電極１７と接続されている。
ｐ側配線層２１においてｐ側電極１６に対する反対側の面には、第１の金属ピラーとしてｐ側金属ピラー２３が設けられている。ｎ側配線層２２においてｎ側電極１７に対する反対側の面には、第２の金属ピラーとしてｎ側金属ピラー２４が設けられている。
ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面には、絶縁膜２６が形成されている。ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４は例えば銅からなるもしくは銅を主として含む。絶縁膜２６は、その銅よりもはんだに対するぬれ性（solder wettability）が悪い。はんだのぬれ性は、金属表面で溶融したはんだがはじけないで広がる性質を表す。例えば、絶縁膜２６は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の無機膜である。
図１（ｂ）に示すように、絶縁膜２６は、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの側面の周囲を連続して覆っている。また、絶縁膜２６は、絶縁層１８上におけるｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間の部分にも形成されている。
絶縁膜２６の周囲、ｐ側配線層２１およびｎ側配線層２２は、樹脂層２５で覆われている。樹脂層２５は、ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４との間に充填され、それらを補強する。ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの下面は、樹脂層２５から露出している。
ｎ側配線層２２とｎ側金属ピラー２４とが接触する面積は、ｎ側配線層２２とｎ側電極１７とが接触する面積より大きい。
すなわち、半導体層１５において発光層１２を含まない部分に設けられたｎ側電極１７と接続するｎ側配線層２２の面積は、ｎ側電極１７側の面よりも、ｎ側電極１７とは反対側の面において大きくなっている。また、ｎ側配線層２２の一部は、絶縁層１８上を、発光層１２の下に重なる位置まで延在する。
これにより、より広い発光層１２によって高い光出力を保ちつつ、半導体層１５における発光層１２を含まない部分の狭い面積に設けられたｎ側電極１７から、ｎ側配線層２２を介して、より広い引き出し電極を形成できる。
第１の半導体層１１は、ｎ側電極１７及びｎ側配線層２２を介してｎ側金属ピラー２４と電気的に接続されている。第２の半導体層１３は、ｐ側電極１６及びｐ側配線層２１を介してｐ側金属ピラー２３と電気的に接続されている。
ｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３における樹脂層２５から露出する下面には、図１（ｃ）に示すように、例えばボール状のはんだ５０などの外部端子が設けられる。半導体発光装置は、はんだ５０及び実装基板８１上に形成されたパッド８２ａ、８２ｂ、配線等を介して、外部回路と電気的に接続可能である。はんだ５０は、例えば、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、ビスマス（Ｂｉ）、銅（Ｃｕ）などを含む。
あるいは、ｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３の下面を、不活性な金属、例えば金などで被覆してもかまわない。この場合、はんだペーストが印刷された実装基板８１上に半導体発光装置が実装され、金表面にはんだが濡れて接続されることになる。その他、ＯＳＰ（organic solderbility preservatives）と呼ばれる揮発性の有機薄膜を、ｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３の下面に被覆しておくことも可能である。この場合は、ＯＳＰに被覆されることによって酸化が抑制された銅表面に対して、はんだが濡れて接続される。
あるいは、ｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３の下面を、不活性な金属、例えば金などで被覆してもかまわない。この場合、はんだペーストが印刷された実装基板８１上に半導体発光装置が実装され、金表面にはんだが濡れて接続されることになる。その他、ＯＳＰ（organic solderbility preservatives）と呼ばれる揮発性の有機薄膜を、ｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３の下面に被覆しておくことも可能である。この場合は、ＯＳＰに被覆されることによって酸化が抑制された銅表面に対して、はんだが濡れて接続される。
ｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３のそれぞれの厚み（図１（ａ）において上下方向の厚み）は、半導体層１５、ｎ側電極１７、ｐ側電極１６、絶縁層１８、ｎ側配線層２２およびｐ側配線層２１を含む積層体の厚みよりも厚い。各金属ピラー２３、２４のアスペクト比（平面サイズに対する厚みの比）は１以上であることに限らず、その比は１よりも小さくてもよい。すなわち、金属ピラー２３、２４は、その平面サイズよりも厚みが小さくてもよい。
本実施形態の構造によれば、半導体層１５が薄くても、ｎ側金属ピラー２４、ｐ側金属ピラー２３および樹脂層２５を厚くすることで機械的強度を保つことが可能となる。また、実装基板８１に実装した場合に、はんだ５０を介して半導体層１５に加わる応力をｎ側金属ピラー２４とｐ側金属ピラー２３が吸収することで緩和することができる。
ｎ側配線層２２、ｐ側配線層２１、ｎ側金属ピラー２４、ｐ側金属ピラー２３の材料としては、銅、金、ニッケル、銀などを用いることができる。これらのうち、良好な熱伝導性、高いマイグレーション耐性及び絶縁材との優れた密着性を備えた銅がより好ましい。
ｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３を補強する役目をする樹脂層２５は、実装基板８１と熱膨張率が同じもしくは近いものを用いるのが望ましい。そのような樹脂層２５として、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などを一例として挙げることができる。
半導体層１５の第１の主面１５ａ上には、レンズ２７及び蛍光体層２８が設けられている。蛍光体層２８は、発光層１２からの光を吸収し波長変換光を放出可能である。このため発光層１２からの光と蛍光体層２８における波長変換光との混合光が放出可能となる。例えば発光層１２を窒化物系とすると、その発光層１２からの青色光と、例えば黄色蛍光体層２８における波長変換光である黄色光との混合色として白色または電球色などを得ることができる。また、蛍光体層２８は、複数種の蛍光体（例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体）を含む構成であってもよい。
発光層１２から発光された光は、主に、第１の半導体層１１、第１の主面１５ａ、レンズ２７および蛍光体層２８を進んで、外部に放出される。
次に、図２（ａ）〜図１２（ｂ）を参照して、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法について説明する。
まず、基板１０の主面上に第１の半導体層１１を形成し、その上に発光層１２を含む第２の半導体層１３を形成する。これら半導体層１５が例えば窒化物系半導体の場合、半導体層１５は例えばサファイア基板上に結晶成長させることができる。
次に、図示しないレジストを用いた例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法で、図２（ａ）及びその下面図である図２（ｂ）に示すように、半導体層１５を貫通して基板１０に達する分離溝１４を形成する。分離溝１４は、基板１０上で例えば格子状に形成され、半導体層１５を複数に分離する。
また、図示しないレジストを用いた例えばＲＩＥ法で、発光層１２を含む第２の半導体層１３の一部を除去して、第１の半導体層１１の一部を露出させる。これにより、半導体層１５の第２の主面側に、基板１０から見て相対的に上段に位置する上段部と、上段部よりも基板１０側の下段に位置する下段部が形成される。上段部は発光層１２を含み、下段部は発光層１２を含まない。
そして、上段部の表面（第２の半導体層１３の表面）にｐ側電極１６を、下段部の表面（第１の半導体層１１の表面）にｎ側電極１７を形成する。ｐ側電極１６とｎ側電極１７はどちらを先に形成してもよく、あるいはｐ側電極１６とｎ側電極１７とを同じ材料で同時に形成してもよい。
次に、基板１０上の露出している部分すべてを絶縁層１８で覆った後、図３（ａ）に示すように、例えばウェットエッチングにより絶縁層１８をパターニングし、絶縁層１８に選択的に第１の開口１８ａと第２の開口１８ｂを形成する。第１の開口１８ａは、ｐ側電極１６に達する。第２の開口１８ｂは、ｎ側電極１７に達する。分離溝１４には、絶縁層１８が充填される。
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁層１８の表面、第１の開口１８ａおよび第２の開口１８ｂの内面に、連続したシードメタル１９を形成する。さらに、シードメタル１９上に選択的にレジスト４１を形成し、シードメタル１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行う。
これにより、図４（ａ）及びその下面図である図４（ｂ）に示すように、シードメタル１９上に、選択的にｐ側配線層２１とｎ側配線層２２が形成される。ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２はメッキ法により同時に形成される銅材料からなる。ｐ側配線層２１は、第１の開口１８ａ内にも形成され、シードメタル１９を介してｐ側電極１６と接続される。ｎ側配線層２２は、第２の開口１８ｂ内にも形成され、シードメタル１９を介してｎ側電極１７と接続される。
ｎ側配線層２２においてｎ側電極１７に対する反対側の面は、ｎ側電極１７と接続する面よりも大きな面積でもって、絶縁層１８の表面上にパッド状に形成される。同様に、ｐ側配線層２１においてｐ側電極１６に対する反対側の面は、ｐ側電極１６と接続する面よりも大きな面積でもって、絶縁層１８の表面上にパッド状に形成される。
ｎ側配線層２２においてｎ側電極１７に対する反対側の面は、ｎ側電極１７と接続する面よりも大きな面積でもって、絶縁層１８の表面上にパッド状に形成される。同様に、ｐ側配線層２１においてｐ側電極１６に対する反対側の面は、ｐ側電極１６と接続する面よりも大きな面積でもって、絶縁層１８の表面上にパッド状に形成される。
ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２のメッキに使ったレジスト４１は、例えば薬液で除去される（図５（ａ））。この後、図５（ｂ）に示すように、金属ピラー形成用の別のレジスト４２を形成し、シードメタル１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行う。レジスト４２は、レジスト４１よりも厚い。
これにより、図６（ａ）及びその下面図である図６（ｂ）に示すように、ｐ側配線層２１上にｐ側金属ピラー２３が形成され、ｎ側配線層２２上にｎ側金属ピラー２４が形成される。ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４は、メッキ法により同時に形成される銅材料からなる。
レジスト４２は、例えば薬液で除去される（図７（ａ））。この後、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４をマスクにして、シードメタル１９の露出している部分をウェットエッチングする（図７（ｂ））。これにより、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とのシードメタル１９を介した電気的接続が分断される。
次に、基板１０上の露出部に、例えば、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法もしくはスパッタ法などのＰＶＤ（physical vapor deposition）法で、絶縁膜２６を形成する。図８（ａ）に示すように、絶縁膜２６は、ｐ側金属ピラー２３の側面、その下面、ｎ側金属ピラー２４の側面およびその下面を覆う。また、絶縁膜２６は、シードメタル１９が除去された部分の絶縁層１８の表面にも形成される。
次に、図８（ｂ）に示すように、絶縁層１８に対して樹脂層２５を積層させる。樹脂層２５は、絶縁膜２６で覆われた部分を覆う。すなわち、樹脂層２５は、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間、およびｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４との間に充填される。ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの周囲は、絶縁膜２６を介して、樹脂層２５で覆われる。
この後、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板１０を除去する。基板１０は、例えばレーザーリフトオフ法により除去される。具体的には、基板１０の裏面側から第１の半導体層１１に向けてレーザ光が照射される。レーザ光は、基板１０に対して透過性を有し、第１の半導体層１１に対しては吸収領域となる波長を有する。
レーザ光が基板１０と第１の半導体層１１との界面に到達すると、その界面付近の第１の半導体層１１はレーザ光のエネルギーを吸収して分解する。例えば、第１の半導体層１１がＧａＮの場合、Ｇａと窒素ガスに分解する。この分解反応により、基板１０と第１の半導体層１１との間に微小な隙間が形成され、基板１０と第１の半導体層１１とが分離する。
レーザ光の照射を、設定された領域ごとに複数回に分けてウェーハ全体にわたって行い、基板１０を除去する。第１の主面１５ａ上から基板１０が除去されることで、光取り出し効率の向上を図れる。
基板１０が除去された面は洗浄され、さらにフロスト処理により粗面化される。第１の主面１５ａが粗面化されることで、光取り出し効率を向上できる。
その後、図１０（ａ）に示すように、第１の主面１５ａ上にレンズ２７が形成され、さらに図１０（ｂ）に示すように、レンズ２７上に蛍光体層２８が形成される。例えば、蛍光体粒子が分散された液状の透明樹脂をスピンコート法で塗布した後、熱硬化させることで、蛍光体層２８が形成される。
その後、樹脂層２５の裏面を研削する。さらに、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの下面に形成された絶縁膜２６を除去する。これにより、図１１（ａ）及びその下面図である図１１（ｂ）に示すように、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの下面が露出する。
その後、分離溝１４（図２（ａ）、（ｂ））の位置でダイシングし、複数の半導体発光装置に個片化する（図１２（ａ）、（ｂ））。ダイシング時、基板１０はすでに除去されている。さらに、分離溝１４には、半導体層１５は存在せず、絶縁層１８として樹脂を埋め込んでおけば、容易にダイシングでき生産性を向上できる。さらに、ダイシング時に半導体層１５が受けるダメージを回避することができる。また、個片化後に、半導体層１５の端部（側面）が樹脂で覆われて保護された構造が得られる。
個片化された半導体発光装置は、１つの半導体層１５を含むシングルチップ構造であってもよいし、複数の半導体層１５を含むマルチチップ構造であってもよい。
ここで、図２６は、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面を直接樹脂層２５で覆った比較例の構造の実装不良を示す。図２６は、ダイシング時に樹脂層２５の一部が剥離し、例えばｐ側金属ピラー２３の側面が露出した状態を表す。
この状態で、実装時のリフローではんだ５０が溶融すると、露出されたピラー側面をはんだ５０がぬれて這い上がり、片方のピラー（この場合ｎ側金属ピラー２４）側を浮き上がらせるようにデバイスが傾くトゥームストーン（tombstone）不良が発生することがある。浮き上がったｎ側金属ピラー２４はパッド８２ｂに対して接合されない。
ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４は、放熱性、コスト、メッキ法による安定したプロセスなどを考慮すると銅が望ましい。しかし、はんだは、銅に対して非常にぬれ性に優れ、トゥームストーン不良が起こりやすい。
また、正常に実装できたとしても、導電面であるピラー側面が露出しているため、ゴミによるショート等の電気的不良が起こりやすくなる。
本実施形態では、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面を絶縁膜２６で覆っている。したがって、ダイシング時に樹脂層２５の欠けや剥離が生じても、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面が露出しない。そして、絶縁膜２６は、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４を構成する金属（例えば銅）よりも、はんだに対するぬれ性が悪い無機膜である。このため、はんだ５０のリフロー時に絶縁膜２６が露出していても、はんだ５０がピラー側面の絶縁膜２６にぬれ上がるのを抑制できる。この結果、接合不良や、ゴミによるショート等を回避できる。
絶縁膜２６として、例えばＣＶＤ法またはＰＶＤ法で、シリコン酸化膜、シリコン窒化などの無機膜を形成すれば、安定したプロセスで確実にｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面を連続して被覆することができる。
ダイシング領域である分離溝１４は、デバイスが形成されない無効領域であり、なるべく幅は小さい方がよい。また、半導体発光装置の放熱性を高めるには、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４の断面積（平面サイズ）は大きい方がよい。分離溝１４をより小さく、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４の断面積をより大きくすると、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のダイシング領域側の側面を覆う樹脂層２５の被覆厚さが薄くなり、ダイシング時の欠けや剥離により、ピラー側面が露出しやすくなる。
しかし、本実施形態では、樹脂層２５の欠けや剥離が生じても、露出されるのは絶縁膜２６であり、実装不良やショート不良を回避できる。したがって、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面における樹脂層２５の被覆厚さを必要以上に厚くしなくて済む。この結果、ダイシング領域の幅を狭くすることができ、ウェーハから取れるチップ数が増える。さらに、ピラー及びそれに接合されるはんだの断面積を大きくできるため、放熱性を高めることができる。
ダイシングされる前までの前述した各工程は、ウェーハ状態で一括して行われるため、個片化された個々のデバイスごとに、配線及びパッケージングを行う必要がなく、大幅な生産コストの低減が可能になる。すなわち、個片化された状態で、すでに配線及びパッケージングが済んでいる。また、個々のデバイスの平面サイズをベアチップ（半導体層１５）の平面サイズに近くした小型化が容易になる。また、ウェーハレベルで検査することが可能となる。このため、生産性を高めることができ、その結果として価格低減が容易となる。
（第２実施形態）
図１３（ａ）は第２実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図であり、図１３（ｂ）はその下面図である。
図１３（ａ）は第２実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図であり、図１３（ｂ）はその下面図である。
本実施形態では、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面に絶縁膜３１が形成されている。ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４は例えば銅からなるもしくは銅を主として含む。そして、絶縁膜３１は、銅を黒化処理して得られた亜酸化銅の被膜である。この絶縁膜３１は、銅よりもはんだに対するぬれ性が悪い。また、図１３（ｂ）に示すように、絶縁膜３１は、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの側面の周囲を連続して覆っている。絶縁膜３１の周囲、ｐ側配線層２１およびｎ側配線層２２は、樹脂層２５で覆われる。
亜酸化銅の被膜は樹脂との密着性に優れ、ダイシング時に樹脂層２５の欠けや剥離が生じにくくできる。また、樹脂層２５の欠けや剥離が生じても、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面が露出しない。そして、絶縁膜３１は、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４を構成する金属（例えば銅）よりも、はんだに対するぬれ性が悪いため、はんだのリフロー時に絶縁膜３１が露出していても、はんだがピラー側面の絶縁膜３１にぬれ上がるのを抑制できる。この結果、トゥームストーン現象による接合不良を回避できる。また、絶縁膜であるため、ゴミによるショート等を回避できる。
本実施形態に係る半導体発光装置は、図７（ｂ）の工程までは、前述した第１実施形態と同様に進められる。
そして、図７（ｂ）の工程、すなわち、シードメタル１９の露出している部分をウェットエッチングして、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とのシードメタル１９を介した電気的接続を分断した後、以下の工程が行われる。
例えば、亜塩素酸ナトリウムと水酸化ナトリウムとの混合溶液にウェーハを浸漬して、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４の露出面を黒化処理する。これにより、図１４（ａ）に示すように、ｐ側金属ピラー２３の側面、その下面、ｎ側金属ピラー２４の側面およびその下面に、銅の黒化処理被膜である亜酸化銅の絶縁膜３１が形成される。
次に、図１４（ｂ）に示すように、絶縁層１８に対して樹脂層２５を積層させ、以降、第１実施形態と同様にして各工程が進められる。
樹脂層２５の裏面を研削し、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの下面に形成された絶縁膜３１を除去することにより、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの下面が露出する。
（第３実施形態）
図１５（ａ）は第３実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図であり、図１５（ｂ）はその下面図である。
図１５（ａ）は第３実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図であり、図１５（ｂ）はその下面図である。
本実施形態では、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面に、金属膜３２が形成されている。金属膜３２は、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４とは異なる金属からなる。金属膜３２は、例えば、チタン（Ｔｉ）膜とニッケル（Ｎｉ）膜との積層膜である。ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２および樹脂層４５との界面側にチタン膜が形成され、そのチタン膜上にニッケル膜が形成されている。チタン及びニッケルはいずれも、銅よりもはんだに対するぬれ性が悪い。
なお、金属膜３２は、チタン膜とニッケル膜との積層膜に限らず、チタン膜もしくはニッケル膜のいずれか一方の膜だけでもよい。あるいは、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４を構成する銅よりも、はんだに対するぬれ性が悪い他の金属膜を用いてもよい。
図１５（ｂ）に示すように、金属膜３２は、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの側面の周囲を連続して覆っている。金属膜３２の周囲、ｐ側配線層２１およびｎ側配線層２２は、樹脂層４５で覆われる。樹脂層４５は、後述するように、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のメッキ時に使ったレジストをそのまま残したものである。
本実施形態においても、樹脂層４５の欠けや剥離が生じても、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面は、金属膜３２で覆われているために露出しない。そして、金属膜３２は、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４を構成する金属（例えば銅）よりも、はんだに対するぬれ性が悪いため、はんだのリフロー時に金属膜３２が露出していても、はんだがピラー側面の金属膜３２にぬれ上がるのを抑制できる。この結果、トゥームストーン現象による接合不良を回避できる。
本実施形態に係る半導体発光装置は、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２のメッキに使ったレジスト４１の除去（図１６（ａ））までは、前述した第１実施形態と同様に進められる。
この後、図１６（ｂ）に示すように、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２をマスクにして、シードメタル１９の露出している部分をウェットエッチングする。これにより、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とのシードメタル１９を介した電気的接続が分断される。
この後、図１７（ａ）及びその下面図である図１７（ｂ）に示すように、メッキレジストを兼ねた樹脂層４５を、絶縁層１８、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２を覆うように形成した後、選択的に開口４５ａ、４５ｂする。開口４５ａはｐ側配線層２１に達し、開口４５ｂはｎ側配線層２２に達する。
樹脂層４５は硬化され、メッキ後も残される。したがって、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４の補強樹脂として信頼性に耐え得る材料が用いられる。
次に、図１８（ａ）に示すように、樹脂層４５の表面、開口４５ａ、４５ｂ内の側面、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２の表面に、金属膜３２を形成する。そして、その金属膜３２をシードメタルとして用いて電解メッキを行う。
これにより、図１８（ｂ）に示すように、開口４５ａにｐ側金属ピラー２３が形成され、開口４５ｂ内にｎ側金属ピラー２４が形成される。ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４は、メッキ法により同時に形成される銅材料からなる。ｐ側金属ピラー２３は、金属膜３２を介してｐ側配線層２１と接続され、ｎ側金属ピラー２４は、金属膜３２を介してｎ側配線２２層と接続される。また、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面は、それぞれ金属膜３２で覆われる。
その後、基板１０を除去し、第１の主面１５ａ上にレンズ２７及び蛍光体層２８を形成した後、開口４５ａ、４５ｂ内から突出しているｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４を研削する。さらに、樹脂層４５表面上の金属膜３２を除去する。これにより、図１９（ａ）及びその下面図である図１９（ｂ）に示すように、金属膜３２を介した、ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４との電気的接続が分断される。
（第４実施形態）
図２０（ａ）は第４実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図であり、図２０（ｂ）はその下面図である。
図２０（ａ）は第４実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図であり、図２０（ｂ）はその下面図である。
本実施形態では、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面に凹凸が形成されている。例えば、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの側面を囲む方向に、屏風（folding screen）のように凹凸が繰り返されている。
ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面は樹脂層２５で覆われる。ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面に凹凸が形成されているため、それら側面と樹脂層２５との密着力を高くできる。この結果、ダイシング時に樹脂層２５の欠けや剥離が生じにくくでき、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面が露出してしまうのを抑制できる。
本実施形態に係る半導体発光装置は、図５（ａ）の工程までは、前述した第１実施形態と同様に進められる。
そして、絶縁層１８における半導体層１５に対する反対側の面に、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２を覆うレジスト４２を形成する。この後、図２１（ａ）及びその下面図である図２１（ｂ）に示すように、レジスト４２に選択的に複数の開口４２ａ、４２ｂを形成する。開口４２ａはｐ側配線層２１に達し、開口４２ｂはｎ側配線層２２に達する。各開口４２ａ、４２ｂ内の側面には凹凸が形成される。
開口４２ａ、４２ｂは、図示しないマスクを用いたリソグラフィ法により形成される。そのマスクにおける開口４２ａ、４２ｂに対応するパターンに凹凸を形成しておくことで、レジスト４２に形成される開口４２ａ、４２ｂにも凹凸が形成される。
この状態で電界メッキを行うことで、図２２（ａ）及びその下面図である図２２（ｂ）に示すように、開口４２ａ内にｐ側金属ピラー２３が、開口４２ｂ内にｎ側金属ピラー２４が形成される。開口４２ａ、４２ｂ内の側面に凹凸が形成されているために、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面にも凹凸が形成される。
その後、レジスト４２は、例えば薬液で除去される（図２３（ａ））。この後、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４をマスクにして、シードメタル１９の露出している部分をウェットエッチングする（図２３（ｂ））。これにより、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とのシードメタル１９を介した電気的接続が分断される。
この後、第１実施形態と同様に、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４間に樹脂層２５が充填される。さらに、その後、基板１０を除去し、第１の主面１５ａ上にレンズ２７及び蛍光体層２８を形成した後、樹脂層２５の裏面を研削する。これにより、図２４（ａ）及びその下面図である図２４（ｂ）に示すように、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの下面が露出される。
本実施形態は、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面を膜で覆う形態に比べて、工程数を少なくできる。
前述した各実施形態において、基板１０をすべて除去しないで、薄く研削した上で第１の主面１５ａ上に残してもよい。基板１０を薄層化して残すことにより、基板１０をすべて除去する構造よりも機械的強度を高めることができ、信頼性の高い構造とすることができる。また、基板１０が残っていることで、個片化した後の反りを抑制でき、回路基板等への実装が容易になる。
また、図２５（ａ）に示すように、第１の主面１５ａ上に蛍光体層２８を形成した後、その蛍光体層２８上にレンズ５１を設けてもよい。前述した実施形態では、凹状のレンズ２７を例示したが、図２５（ａ）に示すように凸状のレンズ５１を用いてもよい。
あるいは、図２５（ｂ）に示すように、第１の主面１５ａ上にレンズ５１を形成した後、そのレンズ５１を覆うように、蛍光体層２８を形成してもよい。
以上、実施形態について説明したが、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形、代用、省略が可能である。
赤色蛍光体層は、例えば、窒化物系蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ１−ｘ，Ｒｘ）ａ１ＡｌＳｉｂ１Ｏｃ１Ｎｄ１・・・組成式（１）
（ＭはＳｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特に、Ｃａ若しくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、特に、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．６＜ａ１＜０．９５、２＜ｂ１＜３．９、０．２５＜ｃ１＜０．４５、４＜ｄ１＜５．７）を用いることが好ましい。
組成式（１）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ１−ｘ，Ｒｘ）ａ１ＡｌＳｉｂ１Ｏｃ１Ｎｄ１・・・組成式（１）
（ＭはＳｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特に、Ｃａ若しくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、特に、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．６＜ａ１＜０．９５、２＜ｂ１＜３．９、０．２５＜ｃ１＜０．４５、４＜ｄ１＜５．７）を用いることが好ましい。
組成式（１）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
黄色蛍光体層は、例えば、シリケート系蛍光体（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕを含有することができる。
緑色蛍光体層は、例えば、ハロ燐酸系蛍光体（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６・Ｃｌ２：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ１−ｘ，Ｒｘ）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２・・・組成式（２）
（ＭはＳｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特に、Ｃａ若しくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、特に、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１、６＜ｄ２＜１１）を用いることが好ましい。
組成式（２）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ１−ｘ，Ｒｘ）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２・・・組成式（２）
（ＭはＳｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特に、Ｃａ若しくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、特に、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１、６＜ｄ２＜１１）を用いることが好ましい。
組成式（２）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
青色蛍光体層は、例えば、酸化物系蛍光体ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕを含有することができる。
１０…基板、１１…第１の半導体層、１２…発光層、１３…第２の半導体層、１５…半導体層、１５ａ…第１の主面、１６…ｐ側電極、１７…ｎ側電極、１８…絶縁層、１９…シードメタル、２１…ｐ側配線層、２２…ｎ側配線層、２３…ｐ側金属ピラー、２４…ｎ側金属ピラー、２５，４５…樹脂層、２６，３１…絶縁膜、２８…蛍光体層、３２…金属膜、４１，４２…レジスト、５０…はんだ、８１…実装基板
Claims (14)
- 第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含む半導体層と、
前記第２の主面における前記発光層を有する領域に設けられた第１の電極と、
前記第２の主面における前記発光層の外周よりも外側に設けられた第２の電極と、
前記半導体層の前記第２の主面側に設けられ、前記第１の電極に達する第１の開口と、前記第２の電極に達する第２の開口とを有する絶縁層と、
前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第１の開口内に設けられ、前記第１の電極と接続された第１の配線層と、
前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第２の開口内に設けられて前記第２の電極と接続され、前記第２の電極と接続する面よりも前記第２の電極に対する反対側の面において面積が大である第２の配線層と、
前記第１の配線層における前記第１の電極に対する反対側の面に設けられた第１の金属ピラーと、
前記第２の配線層における前記第２の電極に対する反対側の面に設けられた第２の金属ピラーと、
前記第１の金属ピラーの側面及び前記第２の金属ピラーの側面を覆い、前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーよりもはんだに対するぬれ性が悪い膜と、
前記膜の周囲を覆う樹脂層と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。 - 前記膜は、絶縁膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
- 前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーは銅を含み、
前記膜は、前記銅の黒化処理物であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。 - 前記膜は、前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーとは異なる金属からなる金属膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
- 第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含む半導体層と、
前記第２の主面における前記発光層を有する領域に設けられた第１の電極と、
前記第２の主面における前記発光層の外周よりも外側に設けられた第２の電極と、
前記半導体層の前記第２の主面側に設けられ、前記第１の電極に達する第１の開口と、前記第２の電極に達する第２の開口とを有する絶縁層と、
前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第１の開口内に設けられ、前記第１の電極と接続された第１の配線層と、
前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第２の開口内に設けられて前記第２の電極と接続され、前記第２の電極と接続する面よりも前記第２の電極に対する反対側の面において面積が大である第２の配線層と、
前記第１の配線層における前記第１の電極に対する反対側の面に設けられ、凹凸が形成された側面を有する第１の金属ピラーと、
前記第２の配線層における前記第２の電極に対する反対側の面に設けられ、凹凸が形成された側面を有する第２の金属ピラーと、
前記第１の金属ピラーの側面及び前記第２の金属ピラーの側面を覆う樹脂層と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。 - 前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーのそれぞれの厚みは、前記半導体層、前記第１の電極、前記第２の電極、前記絶縁層、前記第１の配線層及び前記第２の配線層を含む積層体の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
- 前記第１の電極の面積は、前記第２の電極の面積よりも広いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
- 前記第２の配線層と前記第２の金属ピラーとが接触する面積は、前記第２の配線層と前記第２の電極とが接触する面積より大であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
- 前記第２の配線層の一部は、前記絶縁層上を、前記発光層に重なる位置まで延在することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
- 第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含む半導体層を形成する工程と、
前記第２の主面における前記発光層を有する領域に、第１の電極を形成する工程と、
前記第２の主面における前記発光層の外周よりも外側に、第２の電極を形成する工程と、
前記半導体層の前記第２の主面側に、前記第１の電極及び前記第２の電極を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層に、前記第１の電極に達する第１の開口と、前記第２の電極に達する第２の開口とを形成する工程と、
前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第１の開口内に、第１の配線層を形成する工程と、
前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第２の開口内に、前記第２の電極と接続する面よりも前記第２の電極に対する反対側の面において面積が大となるように第２の配線層を形成する工程と、
前記第１の配線層における前記第１の電極に対する反対側の面に、第１の金属ピラーを形成する工程と、
前記第２の配線層における前記第２の電極に対する反対側の面に、第２の金属ピラーを形成する工程と、
前記第１の金属ピラーの側面及び前記第２の金属ピラーの側面を、前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーよりもはんだに対するぬれ性が悪い膜で覆う工程と、
前記膜の周囲を樹脂層で覆う工程と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 前記膜として絶縁性の無機膜を、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法もしくはＰＶＤ（physical vapor deposition）法で、前記第１の金属ピラーの側面及び前記第２の金属ピラーの側面に形成することを特徴とする請求項１０記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーは銅を含み、
前記銅を黒化処理することで、前記第１の金属ピラーの側面及び前記第２の金属ピラーの側面に前記膜を形成することを特徴とする請求項１０記載の半導体発光装置の製造方法。 - 前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーを形成する工程は、
前記第１の配線層及び前記第２の配線層を形成した後、前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面側に、前記第１の配線層に達する開口と前記第２の配線層に達する開口とを有するレジストを形成する工程と、
前記レジストをマスクにして電解メッキを行い、前記第１の配線層に達する開口内に前記第１の金属ピラーを、前記第２の配線層に達する開口内に前記第２の金属ピラーを形成する工程と、を有し、
前記膜を形成する工程は、
前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーを形成した後、前記レジストを除去して、前記第１の金属ピラーの側面及び前記第２の金属ピラーの側面を露出させる工程と、
露出された前記第１の金属ピラーの側面及び前記第２の金属ピラーの側面に、溶液を供給して前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーに含まれる前記銅を黒化処理する工程と、を有することを特徴とする請求項１２記載の半導体発光装置の製造方法。 - 前記膜を形成する工程は、
前記第１の配線層及び前記第２の配線層を形成した後、前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面側に、前記第１の配線層に達する開口と前記第２の配線層に達する開口とを有するレジストを形成する工程と、
前記開口の内面に、前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーとは異なる金属からなる金属膜を形成する工程と、を有し、
前記金属膜を形成した後、前記第１の配線層に達する開口内に前記第１の金属ピラーを、前記第２の配線層に達する開口内に前記第２の金属ピラーを形成することを特徴とする請求項１０記載の半導体発光装置の製造方法。
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