JP2013110233A - 半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
半導体膜20は、発光層を含む。支持基板10は、半導体膜20に光反射層30を介して接合され且つ半導体膜20を支持する支持面と半導体膜20の側面よりも外側に配置されたエッジ部とを有する。遮光部40は、半導体膜20の側面と半導体膜20の周囲の支持面を覆う。波長変換部50は、蛍光体を含み、半導体膜20および遮光部40を埋設するように支持基板10上に設けられる。波長変換部50は、エッジ部から半導体膜20の中央に向けて厚さが増大する曲面形状を有している。
【選択図】図1
Description
はじめに、III族窒化物半導体結晶の成長を行うための成長用基板としてサファイア基板80を用意する。サファイア基板80をMOVPE装置に搬入し、サファイア基板80のサーマルクリーニングを行う。続いて、サファイア基板80上にMOVPE法(有機金属気相成長法)により、半導体膜20を形成する。具体的には、TMG(トリメチルガリウム)およびNH3を供給してGaNからなるバッファ層を形成する。続いて、TMG、NH3およびドーパントガスとしてSiH4を供給し、n型GaNからなるn型半導体層を形成する。続いて、n型半導体層の上に発光層を形成する。発光層は、InGaN/GaNからなる多重量子井戸構造を有していてもよい。この場合、InGaN/GaNを1周期として5周期成長を行う。具体的には、TMG、TMI(トリメチルインジウム)、NH3を供給しInGaN井戸層を形成し、続いてTMG、NH3を供給してGaN障壁層を形成する。かかる処理を5周期分繰り返すことにより発光層が形成される。次に、TMG、TMA(トリメチルアルミニウム)、NH3およびドーパントとしてCp2Mg(bis-cyclopentadienyl Mg)を供給し、p型AlGaNクラッド層を形成する。続いて、TMG、NH3およびドーパントとしてCP2Mgを供給しp型GaN層からなるp型半導体層を形成する(図4(a))。
スパッタ法などにより半導体膜20(p型半導体層)の表面に厚さ150nm程度のAg膜を形成した後、不要部分のAg膜を除去することによりAg膜のパターニングを行って、光反射層30を形成する。上記のパターニングによって光反射層30は、発光素子の1区画ごとに分割される(図4(b))。
半導体膜20に発光素子の1区画を画定する分割溝22を形成する。具体的には、半導体膜20の表面に分割溝22のパターンに対応した格子状の開口パターンを有するレジスト(図示せず)を形成する。次に、ウエハをRIE(反応性イオンエッチング)装置に投入し、Cl2プラズマによるドライエッチングにより上記レジストの開口部において露出している半導体膜20をエッチングして半導体膜20にサファイア基板80に達する格子状の分割溝22を形成する。分割溝22の形成により、半導体膜20は例えば一辺が1.05μmの正方形形状に分割される(図4(c))。
支持基板10として導電性を有するSi基板を用意する。支持基板10の半導体膜20が接合される表面にはAuSn等の共晶接合材を含む接合層31が形成される。支持基板10の他方の面には、裏面電極12を構成するPt層などが設けられる。半導体膜20上に形成された光反射層30と支持基板10上に設けられた接合層31とを密着させた状態で加圧しつつ約250℃程度で加熱することにより支持基板10と半導体膜20とを接合する(図4(d))。
サファイア基板80を半導体膜20から剥離する。サファイア基板80の剥離には、レーザリフトオフ法を用いることができる。具体的には、サファイア基板80の裏面側(半導体層20の形成面とは反対側)からエキシマレーザを照射する。これによりサファイア基板10との界面近傍におけるGaN結晶がGaとN2ガスに分解し、サファイア基板80が半導体膜20から剥離する(図5(a))。
サファイア基板80を剥離することで表出した半導体膜20の表面にAu、Ag又はAl等の金属をスパッタリング法等により堆積した後、これをフォトリソグラフィー技術によりパターニングを施すことにより、半導体膜20の表面にボンディングパッド(図示せず)を形成する。次に、ダイシング法などにより、分割溝22に沿って支持基板10を切断することにより、支持基板10と半導体膜20を含む積層体(以下この積層体を発光素子と称する)をチップ状に個片化する。支持基板10は、半導体膜20を支持する支持面のサイズが半導体膜20の主面のサイズよりも大きくなるように分割される。半導体膜20の側面から支持基板10のエッジ部(切断面)までの距離は、例えば100μm程度である(図5(b))。
上記各工程を経て形成された支持基板10および半導体膜20を含む発光素子1aをパッケージ基板90上に搭載する。パッケージ基板90と発光素子1aとの接合には、例えばはんだ又はAgペースト等の導電性接着剤を用いることができる。裏面電極12は、パッケージ基板90上に形成されたダイパッド(図示せず)と電気的に接続される。次に、半導体膜20の表面に形成されているボンディングパッド(図示せず)と、パッケージ基板90上に形成されている導体配線(図示せず)とをボンディングワイヤー91で接続する(図6(a))。
シリコーン樹脂とTiO2等からなる光散乱粒子を混合した遮光部材としての白色樹脂を用意する。ディスペンス法などにより白色樹脂を半導体膜20の外周部に塗布することにより半導体膜20の各側面および半導体膜20の外側に延在している支持基板10の支持面を白色樹脂で覆う。ディスペンスノズルを半導体膜20の外周に沿って走査させることにより、白色樹脂は半導体膜20の側面と支持基板10のエッジ部の間の領域に半導体膜20の外周を囲むように供給される。白色樹脂は半導体膜20の側面を這い上がり、表面張力が作用することにより半導体膜20の側面から支持基板10のエッジ部に向けて凹状の下り傾斜面を形成する。その後、熱処理などによって白色樹脂を硬化させることにより遮光部40が形成される(図6(b))。尚、遮光部40を構成する樹脂材料としてエポキシ樹脂、ハイブリッド樹脂、ウレタン樹脂等を用いることが可能である。また光散乱粒子としてAl2O3などを用いることが可能である。
エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の光透過性樹脂にYAG:Ce蛍光体を分散させた波長変換部材を用意する。ディスペンス法などにより波長変換部材を半導体膜20上に塗布する。波長変換部材は、支持基板10のエッジ部にまで濡れ広がる。半導体膜20および遮光部40は波長変換部材の内部に埋設される。波長変換部材は、表面張力の作用によって支持基板10のエッジ部から半導体膜20の中央に向けて厚さが増大するドーム状(凸状)の曲面形状を形成する。コーナ部を含む半導体膜20の全域が波長変換部材の比較的厚さの大きい部分で覆われる。
1a 発光素子
10 支持基板
20 半導体膜
30 光反射層
40 遮光部
50 波長変換部
60 環状枠体
Claims (12)
- 発光層を含む半導体膜と、
前記半導体膜に光反射層を介して接合され且つ前記半導体膜を支持する支持面と前記半導体膜の側面よりも外側に配置されたエッジ部とを有する支持基板と、
前記半導体膜の側面と前記支持面の前記半導体膜の外側に延在する部分とを覆う遮光部と、
蛍光体を含み、前記半導体膜および前記遮光部を埋設するように前記支持基板上に設けられた波長変換部と、を有し、
前記波長変換部は、前記エッジ部から前記半導体膜の中央に向けて厚さが増大する曲面形状を有していることを特徴とする半導体発光装置。 - 前記遮光部は、前記半導体膜の側面から前記支持基板のエッジ部に向けて下り方向の傾斜面を形成していることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。
- 前記エッジ部から前記半導体膜の側面までの距離は前記蛍光体の粒径よりも大であ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。
- 前記遮光部は、光反射性を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
- 前記遮光部は、光散乱材を含む白色樹脂からなることを特徴とする請求項4に記載の半導体発光装置。
- 前記遮光部の前記傾斜面は、凹状曲面であることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
- 前記蛍光体は、前記遮光部の前記傾斜面上に存在していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の半導体発光装置。
- 前記支持基板上において前記半導体膜を囲む壁面を形成する環状枠体を更に有し、
前記遮光部は、前記環状枠体の壁面と前記半導体膜の側面との間に設けられていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1つに記載の半導体発光装置。 - 発光層を含む半導体膜と、前記半導体膜に光反射層を介して接合され且つ前記半導体膜を支持する支持面と前記半導体膜の側面よりも外側に設けられたエッジ部とを有する支持基板と、を含む発光素子を用意する工程と、
前記半導体膜の側面と前記エッジ部との間に遮光部材を供給して前記半導体膜の側面を覆う遮光部を形成する工程と、
前記遮光部を形成した後に、前記エッジ部まで広がるように前記半導体膜上に蛍光体を含む波長変換部材を塗布して前記半導体膜を埋設する波長変換部を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 前記遮光部材は、光散乱材を含有する白色樹脂からなることを特徴とする請求項9に記載の製造方法。
- 前記遮光部材は、表面張力によって前記半導体膜の側面から前記エッジ部に向けて下り方向の傾斜面を形成することを特徴とする請求項10に記載の製造方法。
- 前記波長変換部材は、蛍光体を含有する光透過性樹脂からなり、前記蛍光体が前記光透過性樹脂内において沈降し、前記半導体膜上に堆積した後に硬化されることを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1つに記載の製造方法。
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