JP2011254033A - 半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】色度ズレを抑制する半導体発光装置を提供する。
【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、透明層と、蛍光体層とを備える。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。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、半導体層の第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。透明層は、半導体層の第１の主面上に設けられ、発光層が発する光に対して透明である。透明層は、発光層の外周よりも外側に形成された溝を有する。その溝内及び透明層上に、蛍光体層が設けられた。蛍光体層は、溝内に設けられ、溝の幅よりも小さい第１の蛍光体粒子と、透明層上に設けられ、溝の幅及び第１の蛍光体粒子よりも大きい第２の蛍光体粒子とを含む。
【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、透明層と、蛍光体層とを備える。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。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、半導体層の第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。透明層は、半導体層の第１の主面上に設けられ、発光層が発する光に対して透明である。透明層は、発光層の外周よりも外側に形成された溝を有する。その溝内及び透明層上に、蛍光体層が設けられた。蛍光体層は、溝内に設けられ、溝の幅よりも小さい第１の蛍光体粒子と、透明層上に設けられ、溝の幅及び第１の蛍光体粒子よりも大きい第２の蛍光体粒子とを含む。
【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、半導体発光装置に関する。
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップと蛍光体層とを組み合わせて白色を得る半導体発光装置が知られている。チップはその側面からも光を放出し、色度ズレを抑えるには、チップ側面からの放出光も考慮した設計が必要とされる。
実施形態は、色度ズレを抑制する半導体発光装置を提供する。
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、透明層と、蛍光体層とを備える。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。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、半導体層の第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。透明層は、半導体層の第１の主面上に設けられ、発光層が発する光に対して透明である。透明層は、発光層の外周よりも外側に形成された溝を有する。その溝内及び透明層上に、蛍光体層が設けられた。蛍光体層は、溝内に設けられ、溝の幅よりも小さい第１の蛍光体粒子と、透明層上に設けられ、溝の幅及び第１の蛍光体粒子よりも大きい第２の蛍光体粒子とを含む。
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。
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図である。
図１（ａ）は、本実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図である。
本実施形態に係る半導体発光装置は、半導体層１５と、配線層、金属ピラー、補強樹脂等を含むパッケージ構造部と、透明層３２と、蛍光体層３３とを有し、これらはウェーハ状態で一括して形成される。半導体層１５の第１の主面１５ａから主として光が外部へと放出される。パッケージ構造部は、光の取り出し面の反対側に設けられている。透明層３２及び蛍光体層３３は、光の取り出し面側に設けられている。
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１２と、発光層１２を挟む例えばｐ型のＧａＮ層とｎ型のＧａＮ層とを含む。第２の半導体層１３は、第１の主面１５ａの反対側に設けられている。
半導体層１５における第１の主面１５ａの反対側の第２の主面には、凸部と凹部が設けられている。凸部は、第１の半導体層１１と第２の半導体層１３との積層構造を有する。その凸部の表面（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１８が設けられている。凹部の表面（底面）は第１の半導体層１１の表面であり、そこに第２の電極としてｎ側電極１９が設けられている。
ｐ側電極１８は、半導体層１５の面方向において発光層１２を有する領域に形成されている。ｎ側電極１９は、発光層１２の外周（端部）よりも面方向に見て外側に形成されている。
図２（ａ）は、ｐ側電極１８とｎ側電極１９の平面レイアウトの一例を示す。発光領域に形成されたｐ側電極１８の面積の方が、ｎ側電極１９の面積よりも広い。
半導体層１５の第２の主面側は、例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜１７で覆われている。ｐ側電極１８とｎ側電極１９は、絶縁膜１７から露出している。さらに、第２の主面側には、絶縁膜１７、ｎ側電極１９の一部およびｐ側電極１８の一部を覆うように、絶縁層２１が設けられている。絶縁層２１は、例えば、樹脂あるいはシリコン酸化膜である。
絶縁層２１において、ｐ側電極１８及びｎ側電極１９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２３と、第２の配線層としてのｎ側配線層２４が設けられている。ｐ側配線層２３とｎ側配線層２４の平面レイアウトの一例を、図２（ｂ）に示す。ｎ側配線層２４は、ｎ側電極１９よりも大きな面積で、絶縁層２１上にレイアウトされている。
ｐ側配線層２３は、ｐ側電極１８に達して絶縁層２１に形成された第１の開口２１ａ内にも設けられ、ｐ側電極１８と電気的に接続されている。ｎ側配線層２４は、ｎ側電極１９に達して絶縁層２１に形成された第２の開口２１ｂ内にも設けられ、ｎ側電極１９と電気的に接続されている。
ｐ側配線層２３においてｐ側電極１８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２５が設けられている。ｎ側配線層２４においてｎ側電極１９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２６が設けられている。ｐ側金属ピラー２５とｎ側金属ピラー２６の平面レイアウトの一例を、図２（ｃ）に示す。
ｐ側金属ピラー２５の周囲、ｎ側金属ピラー２６の周囲、ｐ側配線層２３およびｎ側配線層２４は、樹脂層２８で覆われている。また、樹脂層２８の一部は、絶縁膜１７を介して、半導体層１５の端部１５ｅを覆っている。
第１の半導体層１１は、ｎ側電極１９及びｎ側配線層２４を介してｎ側金属ピラー２６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１８及びｐ側配線層２３を介してｐ側金属ピラー２５と電気的に接続されている。ｎ側金属ピラー２６及びｐ側金属ピラー２５における樹脂層２８から露出する下端面には、例えばはんだボール、金属バンプなどの外部端子３１が設けられ、その外部端子３１を介して、半導体発光装置は外部回路と電気的に接続可能である。
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１９と接続するｎ側配線層２４の面積は、ｎ側電極１９側の面よりも、ｎ側電極１９とは反対側の面において大きくなっている。すなわち、ｎ側配線層２４とｎ側金属ピラー２６とが接触する面積は、ｎ側配線層２４とｎ側電極１９とが接触する面積より大きい。また、ｐ側配線層２３とｐ側金属ピラー２５とが接触する面積は、ｐ側配線層２３とｐ側電極１８とが接触する面積より大きい。また、ｎ側配線層２４の一部は、絶縁層２１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１９から、ｎ側配線層２４を介して、より広い引き出し電極を形成できる。
ｎ側金属ピラー２６及びｐ側金属ピラー２５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１９、ｐ側電極１８、絶縁膜１７、絶縁層２１、ｎ側配線層２４およびｐ側配線層２３を含む積層体の厚みよりも厚い。各金属ピラー２５、２６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２５、２６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２６、ｐ側金属ピラー２５および樹脂層２８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、回路基板等に実装した場合に、外部端子３１を介して半導体層１５に加わる応力をｎ側金属ピラー２６とｐ側金属ピラー２５が吸収することで緩和することができる。
ｎ側金属ピラー２６及びｐ側金属ピラー２５を補強する役目をする樹脂層２８は、回路基板等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２８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。
図１（ａ）及び図２（ｃ）に示すように、ｎ側金属ピラー２６及びｐ側金属ピラー２５よりも外側には、樹脂層２８及び半導体層１５を分断する第１の分離溝１６ａが形成され、その第１の分離溝１６ａ内に遮光メタル２７が設けられている。
遮光メタル２７は、樹脂層２８及び半導体層１５の端部１５ｅ近傍を貫通するピラー状に設けられている。第１の分離溝１６ａの内壁には、絶縁膜１７が形成され、半導体層１５と遮光メタル２７との間に絶縁膜１７が介在されている。
第１の分離溝１６ａは、半導体層１５を、電極、配線層などと接続された発光領域と、その外側の非発光部とに分離し、第１の分離溝１６ａは、発光領域の周囲を連続して囲んでいる。したがって、遮光メタル２７は、発光領域の周囲を連続して囲んでいる。また、遮光メタル２７は、半導体層１５側から、ｎ側金属ピラー２６の下端またはｐ側金属ピラー２５の下端とほぼ同じ位置まで延在している。したがって、第１の主面１５ａよりも下の部分の側面からの光は、遮光メタル２７によって遮光され、外部に放出されない。
ｎ側配線層２４、ｐ側配線層２３、ｎ側金属ピラー２６、ｐ側金属ピラー２５、遮光メタル２７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膜との優れた密着性を備えた銅がより好ましい。
半導体層１５の第１の主面１５ａ上には、透明層３２が設けられている。透明層３２は、発光層１２が発する光に対して透明な材料からなり、例えば樹脂材料からなる。
透明層３２において、発光層１２の外周（端部）よりも面方向の外側には溝３２ｃが形成されている。溝３２ｃは、透明層３２を、発光領域上に設けられたレンズ部３２ａと、ダイシング領域に設けられたダイシング部３２ｂとに分離する。図１（ｂ）に示すように、溝３２ｃは、レンズ部３２ａの周囲を連続して囲んでいる。
溝３２ｃ内及び透明層３２上には、蛍光体層３３が設けられている。蛍光体層３３は、透明樹脂中に、粒径（particle size）の異なる第１の蛍光体粒子３３ａと第２の蛍光体粒子３３ｂとを分散させた構造を有する。透明樹脂は、発光層１２及び蛍光体粒子３３ａ、３３ｂが発光する光に対する透過性を有する。
第１の蛍光体粒子３３ａ及び第２の蛍光体粒子３３ｂは共に透明層３２上に分布する。すなわち、第１の蛍光体粒子３３ａ及び第２の蛍光体粒子３３ｂは共に発光層１２の真上に存在する。第１の蛍光体粒子３３ａの粒径は溝３２ｃの幅よりも小さく、第２の蛍光体粒子３３ｂの粒径は溝３２ｃの幅及び第１の蛍光体粒子３３ａの粒径よりも大きい。したがって、第２の蛍光体粒子３３ｂは、溝３２ｃ内には入らず、第１の蛍光体粒子３３ａのみが溝３２ｃ内に入り込む。
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、透明層３２及び蛍光体層３３を進んで、外部に放出される。蛍光体層３３に含まれる第１の蛍光体粒子３３ａ及び第２の蛍光体粒子３３ｂは、発光層１２からの光（励起光）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３３における波長変換光との混合光が放出可能となる。
透明層３２は蛍光体層３３の厚さを制御する。具体的に、透明層３２のレンズ部３２ａの表面形状に応じて、その上の蛍光体層３３の面方向の厚さ分布が制御される。これにより、配光特性を制御することができる。すなわち、透明層３２の形状によって、相対的に面方向の中央に比べて周辺領域を明るくしたり、あるいは周辺領域に比べて中央を明るくしたりする配光特性の制御が可能になる。透明層３２のレンズ部３２ａの表面形状は、図示するような凹状に限らず、凸状であってもよい。
光は、第１の主面１５ａの真上方向に限らず、第１の主面１５ａに対して斜めの方向へも放出される。本実施形態では、発光領域上の周辺に溝３２ｃを設け、その溝３２ｃ内にも蛍光体層３３の一部を充填している。このため、半導体層１５から斜め上方に放出された光は、溝３２ｃ内の蛍光体層３３を通過することができ、色度ズレを抑制できる。
溝３２ｃ内に蛍光体粒子を存在させるためには、蛍光体粒子の粒径は溝３２ｃの幅よりも小さくする。また、溝３２ｃの幅は、デバイスの平面サイズの小型化の点から小さい方が望ましく、これに合わせて蛍光体粒子の粒径も小さくなる。しかし、蛍光体粒子の粒径は、変換効率（励起光の吸収効率）の点から大きい方が望ましい。粒径の小さな蛍光体粒子のみを用いると、その低い変換効率を補うため蛍光体層の厚さの増大をまねき、デバイスの低背化の妨げになる。また、蛍光体層の厚さの増大は、材料コストの増大をまねく。
そこで、本実施形態では、相対的に粒径（平均粒径）の異なる第１の蛍光体粒子３３ａと第２の蛍光体粒子３３ｂとを含む蛍光体層３３を用いる。第１の蛍光体粒子３３ａは、溝３２ｃの幅よりも小さいため溝３２ｃの中に入る。これにより、第１の主面１５ａに対して斜めの方向に放出される励起光を、溝３２ｃ内の第１の蛍光体粒子３３ａが吸収し波長変換させることができる。また、透明層３２上には面方向全体にわたって、より大粒径の第２の蛍光体粒子３３ｂが分布しているため、高い変換効率が得られる。
溝３２ｃ及びその中に存在する第１の蛍光体粒子３３ａは、透明層３２のレンズ部３２ａの周囲を連続して囲んでいる。このため、発光領域の全周方向にわたって第１の蛍光体粒子３３ａにより波長変換が可能である。
第１の蛍光体粒子３３ａは、発光ピーク波長が異なる複数種の蛍光体粒子（例えば赤色蛍光体粒子と緑色蛍光体粒子）を含む。同様に、第２の蛍光体粒子３３ｂは、発光ピーク波長が異なる複数種の蛍光体粒子（例えば赤色蛍光体粒子と緑色蛍光体粒子）を含む。
例えば、発光層１２として青色光を発光するものを用い、第１の蛍光体粒子３３ａ及び第２の蛍光体粒子３３ｂとして、青色光に励起されて赤色を発光する赤色蛍光体粒子と緑色を発光する緑色蛍光体粒子を用いることで、青色光と赤色光と緑色光との混合として、演色性（光源を照明として使う場合の物体の色の見え方を決める性質）の高い白色または電球色を得ることができる。第１の蛍光体粒子３３ａとして赤色蛍光体粒子、第２の蛍光体粒子３３ｂとして緑色蛍光体粒子を用いても良い。
また、蛍光体粒子として、以下に例示するようなサイアロン系化合物に発光中心元素を添加させた組成のものを用いることで、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。緑色サイアロン系蛍光体、赤色サイアロン系蛍光体は、青色光で高効率に励起されるため、青色光を発光する発光層と組み合わせることで、様々な色合いを持つ高効率の発光デバイスを得ることができる。青色の励起光に対して黄色蛍光体を組み合わせる場合よりも、青色励起光に対して赤色サイアロン系蛍光体及び緑色サイアロン系蛍光体を組み合わせる場合の方が、高い演色性を有する白色が得られ、高温での劣化も抑えられる。また、赤色サイアロン系蛍光体は、紫外光から青色光まで広い励起帯域で高効率に励起可能であり、ブロードな発光スペクトルを有し、特に白色ＬＥＤに適している。
例えば、赤色蛍光体として、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光で励起した際に波長５８０ｎｍ乃至７００ｎｍの間に発光ピークを示し、下記の式（１）を満たすものを用いることができる。
（Ｍ１−ｘＲｘ）ａ１ＡｌＳｉｂ１Ｏｃ１Ｎｄ１ （１）
但し、上記式（１）中、ＭはＳｉおよび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。
但し、上記式（１）中、ＭはＳｉおよび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。
例えば、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＧｅからなる群から選択される少なくとも１種である。また、Ｒは、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、およびＦｅからなる群から選択される少なくとも１種である。 ここで、ｘ、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、０＜ｘ≦１、０．６＜ａ１＜０．９５、２＜ｂ１＜３．９、０．２５＜ｃ１＜０．４５、４＜ｄ１＜５．７の関係を満たしている。
上記組成式（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。
上記組成式（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。
例えば、緑色蛍光体として、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光で励起した際に波長４９０ｎｍ乃至５８０ｎｍの間に発光ピークを示し、下記の式（２）を満たすものを用いることができる。
（Ｍ１−ｘＲｘ）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２ （２）
但し、上記式（２）中、ＭはＳｉおよびＡｌを除く少なくとも一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。
但し、上記式（２）中、ＭはＳｉおよびＡｌを除く少なくとも一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。
例えば、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＧｅからなる群から選択される少なくとも１種である。また、Ｒは、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、およびＦｅからなる群から選択される少なくとも１種である。 ここで、ｘ、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、０＜ｘ≦１、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１，６＜ｄ２＜１１の関係を満たしている。
上記組成式（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。
上記組成式（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。
あるいは、緑色蛍光体として、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光で励起した際に波長４９０ｎｍ乃至５８０ｎｍの間に発光ピークを示し、下記の式（３）を満たすものを用いることができる。
（Ｍ１−ｘＲｘ）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２ （３）
但し、上記一般式（３）中、ＭはＳｉおよびＡｌを除く少なくとも一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。
但し、上記一般式（３）中、ＭはＳｉおよびＡｌを除く少なくとも一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。
例えば、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＧｅからなる群から選択される少なくとも１種である。また、Ｒは、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、およびＦｅからなる群から選択される少なくとも１種である。 ここで、ｘ、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、０＜ｘ≦１、０．９４＜ａ２＜１．１、４．１＜ｂ２＜４．７、０．７＜ｃ２＜０．８５、７＜ｄ２＜９の関係を満たしている。
上記組成式（３）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。
上記組成式（３）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。
また、赤色蛍光体としては、例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕなどの窒化物系蛍光体を用いてもよい。また、緑色蛍光体としては、例えば、（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６・Ｃｌ２：Ｅｕなどのハロ燐酸系蛍光体を用いてもよい。
また、第１の蛍光体粒子３３ａ及び第２の蛍光体粒子３３ｂとして、黄色蛍光体を用いてもよい。黄色蛍光体として、例えば、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕなどのシリケート系蛍光体を用いることができる。また、青色蛍光体を用いてもよい。青色蛍光体として、例えば、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕなどの酸化物系蛍光体を用いることができる。
また、本実施形態では、ピラー状の遮光メタル２７が、第１の主面１５ａより下の構造部を囲んでいる。これにより、半導体層１５の側面から外部に放出される横方向の漏れ光を防止できる。このことによっても、色度ズレが抑制される。さらに、樹脂層２８を、発光層１２からの光に対して遮光性を有するものにすれば、横方向の漏れ光を確実に防止できる。
透明層３２における溝３２ｃより内側の部分であるレンズ部３２ａは発光領域上に設けられ、そのレンズ部３２ａを適切な形状に形成することで、配光特性を制御できる。
レンズ部３２ａの平面サイズを半導体層１５の平面サイズよりも大きくした場合には、ダイシング部３２ｂが図１に示す位置よりもさらに外側に形成されることになり、半導体発光装置全体の平面サイズを増大させてしまう。また、ダイシング部３２ｂを設けずに、レンズ部３２ａをダイシング領域にまで広げて形成して、レンズ部３２ａをカットすると、設計通りの光学性能が得られないおそれがある。したがって、溝３２ｃよりも内側の部分であるレンズ部３２ａの平面サイズは、半導体層１５の平面サイズよりも小さくすることが望ましい。
また、遮光メタル２７が溝３２ｃよりも内側に設けられ、レンズ部３２ａの下に位置すると、発光層１２の側面から放出され溝３２ｃに向けて斜め上方に進む光の一部を遮光メタル２７が遮光してしまうおそれがある。また、遮光メタル２７が溝３２ｃよりも外側、すなわちダイシング領域に設けられると、ダイシング領域の幅の増大をまねく。したがって、遮光メタル２７は、溝３２ｃの下にレイアウトすることが望ましい。
次に、図３（ａ）〜図７（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。
図３（ａ）に示すように、基板１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、第２の半導体層１３の一部を除去して、図３（ｂ）に示すように、第１の半導体層１１の一部を露出させる。
さらに、第１の分離溝１６ａ及び第２の分離溝１６ｂを形成する。第１の分離溝１６ａ及び第２の分離溝１６ｂはいずれも基板１に達し、半導体層１５を複数に分離する。第１の分離溝１６ａは、分離された半導体層１５の周囲を連続して囲む。第２の分離溝１６ｂは、ダイシング領域５０に、例えば格子状の平面パターンで形成される。第２の分離溝１６ｂは、隣接する第１の分離溝１６ａ間に形成される。
次に、図３（ｃ）に示すように、基板１上の露出しているすべての面に、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）法で絶縁膜１７を形成する。絶縁膜１７は、第１の分離溝１６ａ及び第２の分離溝１６ｂの内壁にも形成される。
次に、絶縁膜１７を選択的に開口し、図４（ａ）に示すように、第２の半導体層１３上にｐ側電極１８を、第１の半導体層１１の第２の主面上にｎ側電極１９を形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、基板１上の露出している部分すべてを、絶縁層２１で覆う。この後、例えばウェットエッチングにより絶縁層２１をパターニングし、図４（ｃ）に示すように、ｐ側電極１８に達する第１の開口２１ａと、ｎ側電極１９に達する第２の開口２１ｂを形成する。
次に、絶縁層２１の上面、開口２１ａ、２１ｂ、分離溝１６ａ、１６ｂの内壁（側面及び底面）にシード金属２２を形成し、さらに図示しないめっきレジストを形成した後、シード金属２２を電流経路としたＣｕめっきを行う。シード金属２２は、例えばＣｕを含む。
これにより、図５（ａ）に示すように、絶縁層２１上に、選択的にｐ側配線層２３とｎ側配線層２４が形成される。ｐ側配線層２３は、開口２１ａ内にも形成され、ｐ側電極１８と接続される。ｎ側配線層２４は、開口２１ｂ内にも形成され、ｎ側電極１９と接続される。ｐ側配線層２３及びｎ側配線層２４はめっき法により同時に形成される。ｐ側配線層２３及びｎ側配線層２４のめっきに使っためっきレジストは薬液で除去される。
次に、金属ピラー形成用の別のめっきレジスト（図示せず）を形成し、前述したシード金属２２を電流経路としたＣｕめっきを行う。これにより、図５（ｂ）に示すように、ｐ側配線層２３の上方にｐ側金属ピラー２５が形成され、ｎ側配線層２４の上方にｎ側金属ピラー２６が形成される。さらに、第１の分離溝１６ａ内の絶縁膜１７の側面及び底面にもシード金属２２が形成されており、第１の分離溝１６ａ内及びその上方に、ピラー状に遮光メタル２７が形成される。他の部分はめっきレジストで覆われ、金属が析出しない。
ｐ側金属ピラー２５、ｎ側金属ピラー２６および遮光メタル２７は、めっき法により同時に形成される。
ｐ側金属ピラー２５、ｎ側金属ピラー２６および遮光メタル２７は、めっき法により同時に形成される。
その後、金属ピラー形成用のめっきレジストを薬液で除去し、さらにシード金属２２の露出している部分を除去する。これにより、ｐ側配線層２３とｎ側配線層２４とのシード金属２２を介した電気的接続が分断される。さらに、遮光メタル２７と、他の電極や配線層とのシード金属２２を介した電気的接続も分断される。
次に、図５（ｃ）に示すように、ｐ側配線層２３、ｎ側配線層２４、ｐ側金属ピラー２５、ｎ側金属ピラー２６、遮光メタル２７、絶縁膜１７および絶縁層２１を、樹脂層２８で覆う。このとき、ダイシング領域５０に形成された第２の分離溝１６ｂ内に、樹脂層２８の一部が埋め込まれる。
その後、樹脂層２８の表面を研削してｐ側金属ピラー２５及びｎ側金属ピラー２６の端面を露出させる。そして、その露出面に、必要に応じて、はんだボール、金属バンプなどの外部端子３１（図６（ａ））を設ける。この後、基板１を除去する。
基板１は、例えばレーザーリフトオフ法により第１の半導体層１１から除去される。具体的には、基板１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１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１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１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１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１を除去する。
基板１の除去後、図６（ｂ）に示すように、第１の主面１５ａ上に、透明層３２を形成する。さらに、透明層３２に溝３２ｃを形成する。溝３２ｃによって、透明層３２はレンズ部３２ａとダイシング部３２ｂとに分断される。ダイシング部３２ｂは、第２の分離溝１６ｂが形成されたダイシング領域５０に設けられる。
透明層３２は、例えば、屈折率１．４５、波長３８０ｎｍ〜７５０ｎｍの光に対する透過率が９９％のシリコーン樹脂であり、液状もしくはペースト状の状態で第１の主面１５ａ上に供給された後、例えばインプリント法によりパターニングされて硬化される。例えば、テンプレートを透明層３２に接触させた状態で、紫外線が照射されて透明層３２は硬化される。この硬化後、テンプレートが透明層３２から分離される。
次に、図７（ａ）に示すように、溝３２ｃ内及び透明層３２上に、蛍光体層３３を形成する。蛍光体層３３は、透明樹脂中に、前述した第１の蛍光体粒子３３ａと第２の蛍光体粒子３３ｂを分散させた構造を有する。第１の蛍光体粒子３３ａ及び第２の蛍光体粒子３３ｂは、例えば８０重量％の割合で透明樹脂中に含まれる。
透明樹脂は、例えば、屈折率１．５３、波長３８０ｎｍ〜７５０ｎｍの光に対する透過率が９９％のジメチルシロキサン樹脂であり、真空（減圧）下で印刷法により液状もしくはペースト状の状態で溝３２ｃ内及び透明層３２上に供給される。溝３２ｃ内には、溝３２ｃの幅よりも小さな第１の蛍光体粒子３３ａが入り込む。この後、透明樹脂は熱硬化される。
第１の主面１５ａ上から基板１を除去した後に、透明層３２及び蛍光体層３３を形成することで、光取り出し効率の向上を図れる。
蛍光体層３３の形成後、図７（ｂ）に示すように、ダイシングして個片化する。このとき、基板１はすでに除去され、さらにダイシング領域には、いずれも樹脂である透明層３２のダイシング部３２ｂ及び樹脂層２８が設けられているため、容易にダイシングでき生産性を向上できる。
また、ダイシング領域には、半導体層１５が存在せず、第２の分離溝１６ｂが形成され、その第２の分離溝１６ｂ内に樹脂層２８の一部が埋め込まれている。したがって、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。さらに、樹脂層２８が埋め込まれた部分を切断することで、個片化されたデバイスにおける半導体層１５の端部は樹脂層２８で覆われ保護される。
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。
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の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図である。
本実施形態では、蛍光体層３６は、２回に分けて形成された第１の蛍光体層３４と第２の蛍光体層３５とを有する。第１の蛍光体層３４は、溝３２ｃの幅よりも小さな第１の蛍光体粒子３４ａを含み、第２の蛍光体層３５は、溝３２ｃの幅及び第１の蛍光体粒子３４ａよりも大きな第２の蛍光体粒子３５ａを含む。
図８は、第２の実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図である。
本実施形態では、蛍光体層３６は、２回に分けて形成された第１の蛍光体層３４と第２の蛍光体層３５とを有する。第１の蛍光体層３４は、溝３２ｃの幅よりも小さな第１の蛍光体粒子３４ａを含み、第２の蛍光体層３５は、溝３２ｃの幅及び第１の蛍光体粒子３４ａよりも大きな第２の蛍光体粒子３５ａを含む。
まず先に第１の蛍光体層３４を形成する。このとき、第１の蛍光体層３４に含まれる第１の蛍光体粒子３４ａは溝３２ｃの幅よりも小さいため溝３２ｃ内に入り込む。第１の蛍光体層３４を硬化させた後、その上に第２の蛍光体粒子３５ａを含む第２の蛍光体層３５を形成する。
本実施形態においても、溝３２ｃの幅よりも小さな第１の蛍光体粒子３４ａを用いることで、平面サイズの増大を抑えるために溝３２ｃの幅を狭くしても、確実に溝３２ｃ内に第１の蛍光体粒子３４ａを分散させることができる。さらに、相対的に粒径の大きな第２の蛍光体粒子３５ａも用いることで、変換効率の低下を抑制できる。
（第３の実施形態）
基板１はすべて除去しないで、図９に示すように、薄く研削した上で第１の主面１５ａ上に残してもよい。基板１を薄層化して残すことにより、基板１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１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。
基板１はすべて除去しないで、図９に示すように、薄く研削した上で第１の主面１５ａ上に残してもよい。基板１を薄層化して残すことにより、基板１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１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、この場合、基板１を、前述した透明層として用いることもできる。すなわち、基板１において、発光層１２の端部よりも面方向の外側に溝１ａが形成され、その溝１ａ内に溝１ａの幅よりも小さな第１の蛍光体粒子３３ａが設けられている。このため、半導体層１５から斜め上方に放出された光は、溝１ａ内の蛍光体層３３を通過することができ、色度ズレを抑制できる。
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。
例えば、上記実施形態においては、第１の蛍光体粒子と第２の蛍光体粒子とが、別の蛍光体であり、発光ピーク波長が異なる蛍光体について説明したが、第１の蛍光体粒子と第２の蛍光体粒子とは、同一の材料からなり、粒径が異なる蛍光体を用いてもよい。
また、第１の蛍光体粒子と第２の蛍光体粒子とは、黄色と黄色、赤色と赤色、緑色と緑色というように、励起または発光スペクトルは異なるものの同じ発光光を出すもの同士であっても良い。
また、第１の蛍光体粒子と第２の蛍光体粒子とは、黄色と黄色、赤色と赤色、緑色と緑色というように、励起または発光スペクトルは異なるものの同じ発光光を出すもの同士であっても良い。
１…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、１６ａ…第１の分離溝、１６ｂ…第２の分離溝、１７…絶縁膜、１８…ｐ側電極、１９…ｎ側電極、２１…絶縁層、２１ａ…第１の開口、２１ｂ…第２の開口、２２…シード金属、２３…ｐ側配線層、２４…ｎ側配線層、２５…ｐ側金属ピラー、２６…ｎ側金属ピラー、２７…遮光メタル、２８…樹脂層、３２…透明層、３２ｃ…溝、３３，３６…蛍光体層、３３ａ，３４ａ…第１の蛍光体粒子、３３ｂ，３５ａ…第２の蛍光体粒子、３４…第１の蛍光体層、３５…第２の蛍光体層
Claims (16)
- 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１の主面上に設けられ、前記発光層が発する光に対して透明であって、前記発光層の前記外周よりも外側に形成された溝を有する透明層と、
前記溝内及び前記透明層上に設けられた蛍光体層であって、前記溝内に設けられ、前記溝の幅よりも小さい第１の蛍光体粒子と、前記透明層上に設けられ、前記溝の幅及び前記第１の蛍光体粒子よりも大きい第２の蛍光体粒子とを含む蛍光体層と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。 - 前記溝は、前記透明層の周囲を連続して囲んでいることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
- 前記第１の蛍光体粒子は、前記溝内と、前記発光層の真上とに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
- 前記透明層における前記溝より内側の部分の平面サイズは、前記半導体層の平面サイズよりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
- 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、前記第２の電極と接続された第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の金属ピラーの周囲及び前記第２の金属ピラーの周囲を覆う樹脂層と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに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の金属ピラーよりも外側で前記樹脂層及び前記半導体層を分断する分離溝内に設けられた遮光メタルをさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の半導体発光装置。
- 前記遮光メタルは、前記透明層における前記溝より内側の部分よりも外側に設けられたことを特徴とする請求項６記載の半導体発光装置。
- 前記遮光メタルは、前記溝の下に設けられた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、前記第２の電極と接続された第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の金属ピラーの周囲及び前記第２の金属ピラーの周囲を覆う樹脂層と、
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外側で前記樹脂層及び前記半導体層を分断する分離溝内に設けられた遮光メタルと、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。 - 前記遮光メタルは、前記半導体層における発光領域の周囲を連続して囲んでいることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
- 前記遮光メタルは、前記半導体層側から、前記第１の金属ピラーの下端または前記第２の金属ピラーの下端とほぼ同じ位置まで延在していることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
- 前記樹脂層の一部が、前記半導体層の端部を覆っていることを特徴とする請求項５〜１１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５〜１２のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
- 前記第１の配線層と前記第１の金属ピラーとが接触する面積は、前記第１の配線層と前記第１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５〜１３のいずれか１つに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の配線及び前記第２の配線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５〜１４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１〜１５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
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