JP2015173142A - 半導体発光装置 - Google Patents

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英之 富澤
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章弘 小島
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Miyoko Shimada
美代子 島田
陽介 秋元
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陽介 秋元
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Hideto Furuyama
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Yoshiaki Sugizaki
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Abstract

【課題】実施形態は、光特性を向上させた半導体発光装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る半導体発光装置は、発光層を含む半導体層と、ｐ側配線部と、ｎ側配線部と、蛍光体層と、を備える。前記半導体層は、第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面と、前記第１の主面および前記第２の主面に接する第１の側面と、を有する。前記ｐ側配線部および前記ｎ側配線部は、前記第２の主面側において、前記半導体層に電気的に接続される。前記蛍光体層は、前記第１の主面側に設けられる。前記半導体層と、前記蛍光体層と、の間には、前記発光層の放射光を透過する透明層が設けられる。前記透明層は、前記半導体層側において、前記第１の主面に平行な第３の主面と、前記第３の主面に接する第２の側面と、を有する。そして、前記第１の側面および前記第２の側面を覆う反射部材を備える。【選択図】図１

Description

実施形態は、半導体発光装置に関する。
発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）と蛍光体とを組み合わせたチップサイズパッケージ構造を有する半導体発光装置の開発が進められている。これらの半導体発光装置は、白色光などの可視光やその他の波長帯の光を放射することが可能であり、様々な用途に使用できる。しかしながら、例えば、光出力や発光色などの光特性には、まだ改善の余地がある。
特開２０１２−９４６９号公報
実施形態は、光特性を向上させた半導体発光装置を提供する。
実施形態に係る半導体発光装置は、発光層を含む半導体層と、ｐ側配線部と、ｎ側配線部と、蛍光体層と、を備える。前記半導体層は、第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面と、前記第１の主面および前記第２の主面に接する第１の側面と、を有する。前記ｐ側配線部および前記ｎ側配線部は、前記第２の主面側において、前記半導体層に電気的に接続される。前記蛍光体層は、前記第１の主面側に設けられ、前記発光層の放射光により励起され、前記放射光とは異なる波長の光を放射する蛍光体を含む。前記半導体層と、前記蛍光体層と、の間には、前記発光層の放射光を透過する透明層が設けられる。前記透明層は、前記半導体層側において、前記第１の主面に平行な第３の主面と、前記第３の主面に接する第２の側面と、を有する。そして、前記第１の側面および前記第２の側面を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜を介して前記第１の側面および前記第２の側面を覆う反射部材と、を備える。
第１実施形態に係る半導体発光装置を例示する模式断面図。 第１実施形態に係る半導体発光装置の構成を例示する模式平面図。 第１実施形態に係る半導体発光装置の製造過程を例示する模式断面図。 図３に続く製造過程を例示する模式断面図。 図４に続く製造過程を例示する模式断面図。 図５に続く製造過程を例示する模式断面図。 図６に続く製造過程を例示する模式断面図。 図７に続く製造過程を例示する模式断面図。 図８に続く製造過程を例示する模式断面図。 図９に続く製造過程を例示する模式断面図。 図１０に続く製造過程を例示する模式断面図。 第１実施形態の変形例に係る半導体発光装置を例示する模式断面図。 第１実施形態の別の変形例に係る半導体発光装置を例示する模式断面図。 第１実施形態の他の変形例に係る半導体発光装置を例示する模式断面図。 第１実施形態の他の変形例に係る半導体発光装置を例示する模式断面図。 第１実施形態の他の変形例に係る半導体発光装置を例示する模式断面図。 第２実施形態に係る半導体発光装置を例示する模式断面図。 第２実施形態に係る半導体発光装置の製造過程を例示する模式断面図。 図１８に続く製造過程を例示する模式断面図。 図１９に続く製造過程を例示する模式断面図。 第３実施形態に係る半導体発光装置を例示する模式断面図。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る半導体発光装置１を例示する模式断面図である。
図２は、第１実施形態に係る半導体発光装置１の構成を例示する模式平面図である。
半導体発光装置１は、半導体層１５と、半導体層１５に電気的に接続されたｐ側配線部４１およびｎ側配線部４３と、蛍光体層３０と、を備える。
半導体層１５は、第１の主面１５ａと、第１の主面１５ａとは反対側の第２の主面１５ｂ（図３（ａ）参照）と、第１の主面１５ａおよび第２の主面１５ｂに接する第１の側面（以下、側面１５ｃ）と、を有する。半導体層１５は、ｎ形半導体層１１と、ｐ形半導体層１２と、発光層１３と、を含む。発光層１３は、ｎ形半導体層１１と、ｐ形半導体層１２と、の間に設けられる。
ｐ側配線部４１およびｎ側配線部４３は、第２の主面１５ｂの側において、半導体層に電気的に接続される。ｐ側配線部４１は、ｐ形半導体層１２に接するｐ側電極１６に電気的に接続される。ｎ側配線部４３は、ｎ形半導体層１１に接するｎ側電極１７に電気的に接続される。
ｐ側配線部４１と、ｎ側配線部４３と、の間には、樹脂層２５が設けられる。ｐ側配線部４１、ｎ側配線部４３、および、樹脂層２５は、半導体層１５を支持する支持体を構成する。
蛍光体層３０は、半導体層１５の第１の主面１５ａの側に設けられる。蛍光体層３０は、発光層の放射光により励起され、その放射光とは異なる波長の光を放射する蛍光体３１を含む。
本実施形態では、半導体層１５と、蛍光体層３０と、の間に、透明層７０が設けられる。透明層７０は、発光層１３の放射光を透過する。ここで「透過」とは、透過率が１００％であることに限らず、光の一部を吸収する場合も含む。
透明層７０は、半導体層１５の側に第３の主面７０ａを有する。第３の主面７０ａは、第１の主面１５ａと平行に設けられる。透明層７０は、第３の主面７０ａに接する第２の側面（以下、側面７０ｃ）を有する。
半導体発光装置１は、側面１５ｃおよび側面７０ｃを覆う絶縁膜１８と、絶縁膜１８を介して側面１５ｃおよび側面７０ｃを覆う金属膜５０と、を備える。金属膜５０は、発光層１３の放射光を反射する反射部材を含む。以下の説明において、「覆う」とは、「覆うもの」が直接「覆われるもの」に接する場合だけではなく、別の要素を介して「覆われるもの」の上に設けられることを含む。
図２（ａ）は、ｐ側配線部４１、ｎ側配線部４３、樹脂層２５および絶縁膜１８を除いた半導体層１５の第２の主面１５ｂを表わす模式平面図である。
半導体層１５の第２の主面１５ｂは、発光層１３を含む部分（発光領域１５ｅ）と、発光層１３を含まない部分（非発光領域１５ｆ）と、を有する。発光領域１５ｅの上には、ｐ側電極１６が形成される。非発光領域１５ｆの上には、ｎ側電極１７が形成される。
図２（ａ）に示すように、非発光領域１５ｆは、例えば、発光領域１５ｅを囲むように設けられる。そして、ｎ側電極１７は、例えば、ｐ側電極１６を囲むように形成される。なお、図２は、ｐ側電極１６及びｎ側電極１７の平面配置の一例であって、これに限定される訳ではない。
図２（ｂ）は、半導体層１５の第２の主面１５ｂの側に設けられるｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２および金属膜５０を表わす模式平面図である。
ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２および金属膜５０は、半導体層１５、ｐ側電極１６およびｎ側電極１７を覆う絶縁膜１８の上に設けられる。ｐ側配線層２１は、絶縁膜１８に設けられた開口１８ａを介してｐ側電極１６に電気的に接続される。
発光領域１５ｅの面積は、非発光領域１５ｆの面積よりも広く設けられ、光出力を向上させる。そして、発光領域１５ｅに流れる電流が均一となるように、絶縁膜１８には、ｐ側電極１６に連通する複数の開口１８ａが設けられる。なお、実施形態は、この例に限定される訳ではなく、図２（ｂ）に示す開口１８ａよりも面積が広い１つの開口を介して、ｐ側配線層２１がｐ側電極１６に接続されるようにしても良い。
ｎ側配線層２２は、絶縁膜１８に設けられた開口１８ｂを介してｎ側電極１７に電気的に接続される。
例えば、半導体層１５の第２の主面１５ｂ側に設けられるｐ側電極１６、ｎ側電極１７、ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２および金属膜５０は、発光層１３の放射光を反射する部材を含むことが望ましい。
半導体発光装置１では、ｐ側電極１６とｎ側電極１７とを介して発光層１３に電流が供給され、発光層１３は発光する。そして、発光層１３から放射される光は、第１の主面１５ａの側から半導体層１５の外に出射される。したがって、第２の主面１５ｂ側に設けられるｐ側電極１６、ｎ側電極１７、ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２および金属膜５０を反射層として機能させれば、半導体層１５の第１の主面１５ａ側から出射される光の強度を向上させることができる。
半導体層１５の第１の主面１５ａ上には、蛍光体層３０が設けられる。蛍光体層３０は、蛍光体３１を含む。蛍光体３１は、発光層１３の放射光の一部を吸収し、発光層１３の放射光とは異なる波長の光を放射する。すなわち、蛍光体３１の放射光は、発光層１３の発光スペクトルとは異なる発光スペクトルを有する。また、蛍光体３１は、結合材３３により一体化される。結合材３３は、例えば、発光層１３の放射光および蛍光体３１の放射光を透過する樹脂である。
半導体発光装置１は、蛍光体層３０の発光面３０ａから、発光層１３の放射光と、蛍光体３１の放射光と、を混合した光を出射する。そして、蛍光体３１の種類と含有量とを調整することにより、発光色を変えることができる。蛍光体３１は、１つの種類の蛍光体に限定される訳ではなく、複数の種類の蛍光体を含んでも良い。
半導体層１５と、蛍光体層３０と、の間には、透明層７０が設けられる。半導体層１５から出射される光は、透明層７０を通過して蛍光体層３０に入射する。透明層７０は、半導体層１５から蛍光体層３０へ向かう光の透過率が高く、蛍光体層３０から半導体層１５に向かう光の反射率が高くなるように形成することが望ましい。
例えば、透明層７０の屈折率を蛍光体層３０の屈折率よりも小さくすることにより、蛍光体層３０と透明層７０との界面において、蛍光体３１から放射される光を反射させることができる。また、蛍光体層３０の発光面３０ａにおいて反射され、半導体層１５に向かう戻り光を抑制することができる。これにより、半導体層１５における光吸収を低減し、半導体発光装置１の光出力を高くすることができる。
透明層７０には、透明樹脂を用いることができる。また、透明層７０に、例えば、蛍光体層３０の結合材３３と同じ樹脂を用いることができる。そして、蛍光体３１を含む蛍光体層３０の屈折率は、蛍光体を含まない透明層７０の屈折率よりも高くなる。これにより、蛍光体層３０から半導体層１５に向かう光を反射し、半導体発光装置１の光出力を向上させることができる。
透明層７０に樹脂を用いる場合、半導体層１５と、透明層７０と、の間に接着層７３を設けることが望ましい。接着層７３は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの無機膜を用いる。
さらに、本実施形態では、金属膜５０は、透明層７０の側面７０ｃを覆う。金属膜５０は、発光層１３の放射光のうちの横方向（第１の主面１５ａに平行な方向）に伝播する光を反射する。そして、半導体発光装置１の側面から出射する発光層１３の放射光を低減し、横方向の発光色の分布、所謂、色割れ、もしくは、色ムラを抑制する。
次に、図３（ａ）〜図１１（ｂ）を参照して、半導体発光装置１の製造方法について説明する。
図３（ａ）は、基板１０の上に形成された半導体層１１５を表す断面図である。例えば、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法により、基板１０の上に、ｎ形半導体層１１、発光層１３およびｐ形半導体層１２を順にエピタキシャル成長する。半導体層１１５において、基板１０側の面が第１の主面１５ａであり、基板１０の反対側の面が第２の主面１５ｂである。
基板１０は、例えば、シリコン基板である。半導体層１１５は、例えば、窒化物半導体層であり、窒化ガリウム（ＧａＮ）等を含む。
ｎ形半導体層１１は、例えば、基板１０の主面上に設けられたバッファ層と、バッファ層上に設けられたｎ型ＧａＮ層とを有する。ｐ形半導体層１２は、例えば、発光層１３の上に設けられたｐ型ＡｌＧａＮ層と、その上に設けられたｐ型ＧａＮ層とを有する。発光層１３は、例えば、ＭＱＷ（Multiple Quantum well）構造を有する。発光層１３は、青、紫、青紫、紫外光などを発光する材料を含む。発光層１３の発光スペクトルにおけるピーク波長は、例えば、４３０〜４７０ｎｍである。
図３（ｂ）は、ｐ形半導体層１２および発光層１３を選択的に除去し、ｎ形半導体層１１の一部を露出させて状態を表している。例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、ｐ形半導体層１２及び発光層１３を選択的にエッチングし、ｎ形半導体層１１を露出させる。これにより、発光層１３を含む発光領域１５ｅと、発光層１３を含まない非発光領域１５ｆと、が形成される。
図４（ａ）に示すように、発光領域１５ｅの上にｐ側電極１６を形成し、非発光領域１５ｆの上にｎ側電極１７を形成する。ｐ側電極１６は、ｐ形半導体層１２の表面に接する。ｎ側電極１７は、ｐ形半導体層１２及び発光層１３が選択的に除去され、露出したｎ形半導体層１１の表面に接する。
ｐ側電極１６およびｎ側電極１７は、例えば、スパッタ法、蒸着法等を用いて形成される。ｐ側電極１６およびｎ側電極１７は、どちらを先に形成してもよいし、同じ材料を用いて同時に形成してもよい。
発光領域１５ｅ上に形成されるｐ側電極１６は、発光層１３の放射光を反射する反射膜を含む。例えば、ｐ側電極１６は、銀、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金等を含む。また、ｐ側電極１６は、硫化、酸化を抑制するための金属保護膜（バリアメタル）を含んでも良い。
次に、図４（ｂ）に示すように、ｎ形半導体層１１を選択的に除去し、溝９０を形成する。半導体層１１５は、溝９０によって複数の半導体層１５に分離される。溝９０は、半導体層１１５を貫通し、基板１０に達する。本実施形態では、基板１０もエッチングし、溝９０の底面を基板１０と半導体層１５との界面よりも下方に後退させる。基板１０のエッチング深さは、例えば、数μｍもしくは数１０μｍとする。
次に、図５（ａ）に表すように、基板１０の上に設けられた半導体層１５を含む構造体を覆うように絶縁膜１８を形成する。絶縁膜１８は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成されるシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜である。
絶縁膜１８は、半導体層１５の第２の主面１５ｂ、ｐ側電極１６及びｎ側電極１７を覆う。また、絶縁膜１８は、半導体層１５の第２の主面１５ｂに続く側面１５ｃを覆う。絶縁膜１８は、溝９０の内面の全体を覆う。すなわち、絶縁膜１８は、溝９０底面に露出した基板１０の表面上にも形成される。
続いて、絶縁膜１８に、開口１８ａと開口１８ｂとを形成する。開口１８ａは、ｐ側電極１６に連通し、開口１８ｂはｎ側電極１７に連通する。
次に、図５（ｂ）に示すように、絶縁膜１８の表面、開口１８ａの内面（側壁および底面）、および開口１８ｂの内面（側壁および底面）を覆う下地金属膜６０を形成する。
図６（ａ）に示すように、下地金属膜６０は、アルミニウム膜６１と、チタン膜６２と、銅膜６３と、を順に積層した構造を有する。下地金属膜６０は、例えば、スパッタ法を用いて形成される。アルミニウム膜６１は、発光層１３の放射光を反射する。
次に、図６（ｂ）に示すように、ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２及び金属膜５０を形成する。ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２及び金属膜５０は、例えば、下地金属膜６０上に形成したレジストマスク９１を用いて選択的に銅メッキを施すことにより形成される。下地金属膜６０は、電流を通電するシード層として機能し、ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２及び金属膜５０は、下地金属膜６０の銅膜６３の上に選択的に形成される。ｐ側配線層２１は、開口１８ａを介してｐ側電極１６と電気的に接続される。ｎ側配線層２２は、開口１８ｂを介してｎ側電極１７と電気的に接続される。
次に、レジストマスク９１を、例えば、溶剤もしくは酸素プラズマを使って除去した後、図７（ａ）に示すように、レジストマスク９２を形成する。さらに、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２の上に、それぞれｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４を形成する。
ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４は、例えば、選択銅メッキにより形成される。ｐ側金属ピラー２３は、ｐ側配線層２１上に形成される。ｐ側配線層２１とｐ側金属ピラー２３とは同じ銅材料で一体化される。ｎ側金属ピラー２４は、ｎ側配線層２２上に形成される。ｎ側配線層２２とｎ側金属ピラー２４とは同じ銅材料で一体化される。レジストマスク９２は、金属膜５０を覆う。このため、金属膜５０の上には金属ピラーは設けられない。
続いて、レジストマスク９２を、例えば、溶剤もしくは酸素プラズマを使って除去する。この時点で、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２は下地金属膜６０を介して電気的につながっている。また、ｐ側配線層２１と金属膜５０も下地金属膜６０を介してつながり、ｎ側配線層２２と金属膜５０も下地金属膜６０を介してつながっている。
そこで、次の工程において、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間の下地金属膜６０、ｐ側配線層２１と金属膜５０との間の下地金属膜６０、およびｎ側配線層２２と金属膜５０との間の下地金属膜６０をエッチングにより除去する。これにより、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との電気的接続、ｐ側配線層２１と金属膜５０との電気的接続、およびｎ側配線層２２と金属膜５０との電気的接続が分断される。
図７（ｂ）に示すように、半導体層１５の第２の主面側に、ｐ側配線部４１、ｎ側配線部４３および金属膜５０が形成される。ｐ側配線部４１は、ｐ側配線層２１と、ｐ側金属ピラー２３と、を含む。ｎ側配線部４３は、ｎ側配線層２２と、ｎ側金属ピラー２４と、を含む。
半導体層１５の側面１５ｃの周りに形成される金属膜５０は、電気的にはフローティングであり、電極として機能しない。金属膜５０は、下地金属膜６０のアルミニウム膜６１を含み、反射膜として機能する。
また、図５（ｂ）に示す工程で、半導体層１５の側面１５ｃの上にはメッキ膜を形成しなくても良い。すなわち、金属膜５０は、絶縁膜１８の上に下地金属膜６０の一部を残すことにより形成できる。例えば、レジストマスク９１を、半導体層１５の側面１５ｃを覆うように形成すれば、下地金属膜６０の上にメッキ膜は形成されない。
金属膜５０として下地金属膜６０を用いる場合、ｐ側配線層２１と、ｎ側配線層２２と、の間の電気的な接続を分断する過程において、金属膜５０となる部分を残すように下地金属膜６０をエッチングする。すなわち、金属膜５０となる部分をレジスト膜で覆うようにすれば、絶縁膜１８の上に下地金属膜６０を残し、金属膜５０を形成することができる。
このように、金属膜５０を薄く形成することにより、半導体発光装置１を個片化する際のダイシングが容易となる。また、ダイシングされた側面に損傷が生じ難くなり、半導体発光装置１の信頼性を向上させることができる。
次に、図８（ａ）に示すように、ｐ側配線部４１およびｎ側配線部４３を覆い、溝９０を埋め込む樹脂層２５を形成する。樹脂層２５は、溝９０の内部において金属膜５０を覆う。樹脂層２５には、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などを用いることができる。例えば、樹脂層２５は、カーボン粒子などの遮光性材料を含有させた黒樹脂でも良い。これにより、半導体層１５の第２の主面１５ｂ側に漏れる光を低減できる。また、樹脂層２５にフィラーを含有させ、その柔軟性を適宜制御しても良い。
続いて、図８（ｂ）に示すように、基板１０の裏面側を研削し、その厚さを薄くする。さらに、図９（ａ）に示すように、薄く研削した基板１０を、例えば、ウェットエッチングにより除去する。また、薄くした基板１０は、例えば、ドライエッチングを用いて除去しても良い。
基板１０の除去後において、樹脂層２５、ｐ側配線部４１およびｎ側配線部４３は、半導体層１５を支持し、複数の半導体層１５を含むウェーハ状態を保持する。
例えば、基板１０上にエピタキシャル成長された半導体層１５は、大きな内部応力を含む場合がある。そして、エピタキシャル成長時の内部応力が基板１０の剥離時に一気に開放されたとしても、半導体層１５に比べて柔軟な材料である樹脂層２５を支持体として用いることにより、その応力を吸収し、半導体層１５の破損を回避することが可能となる。
基板１０を除去した後には、半導体層１５の第１の主面１５ａおよび、樹脂層２５を覆う絶縁膜１８が露出する。そして、第１の主面１５ａには、図示しない微細な凹凸を形成することが望ましい。
例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液やＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等で、半導体層１５の第１の主面１５ａ側をウェットエッチングすることができる。このエッチングでは、結晶面方位に依存してエッチング速度の違いが生じる。このため、第１の主面１５ａに凹凸を形成することができる。これにより、第１の主面１５ａにおける発光層１３の放射光の取り出し効率を向上させることができる。
次に、図９（ｂ）に示すように、半導体層１５の第１の主面１５ａおよび絶縁膜１８を覆う接着層７３を形成する。接着層７３は、例えば、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜などの無機膜であり、プラズマＣＶＤ法を用いて形成することができる。
例えば、絶縁膜１８と接着層７３とが同じ材料の膜である場合、絶縁膜１８の上に形成される接着層７３は、絶縁膜１８と一体化される。以下の説明では、絶縁膜１８と接着層７３とが積層された部分は、絶縁膜１８として説明する。
次に、図１０（ａ）に示すように、接着層７３および絶縁膜１８の上に透明層７０を形成する。透明層７０は、絶縁膜１８の上よりも接着層７３（半導体層１５）の上において厚く形成される。透明層７０には、例えば、発光層１３および蛍光体３１の放射光を透過する樹脂を用いることができる。
次に、図１０（ｂ）に示すように、透明層７０の絶縁膜１８の上に形成された部分を除去する。例えば、透明層７０を研磨して薄層化し、半導体層１５の上に形成された部分を残す。透明層７０の最終的な厚さは、例えば、数μｍもしくは数１０μｍである。半導体層１５の上に残された透明層７０の側面７０ｃは、絶縁膜１８を介して金属膜５０に覆われる。接着層７３は、透明層７０の密着性を高める。
次に、図１１（ａ）に示すように、透明層７０および絶縁膜１８の上に蛍光体層３０を形成する。蛍光体層３０は、半導体層１５および透明層７０を囲む樹脂層２５の上にも絶縁膜１８を介して形成される。蛍光体層３０は、例えば、蛍光体３１を含む樹脂層であり、印刷、ポッティング、モールド、圧縮成形などの方法により形成される。
また、蛍光体層３０には、樹脂以外の結合材３３を介して蛍光体３１を焼結させた焼結蛍光体を用いても良い。焼結蛍光体は、透明層７０を介して半導体層１５に接着される。
次に、図１１（ｂ）に示すように、樹脂層２５の表面（図１１（ａ）における下面）を研削し、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４の端面を露出させる。ｐ側金属ピラー２３の端面はｐ側外部端子２３ａとなり、ｎ側金属ピラー２４の端面はｎ側外部端子２４ａとなる。樹脂層２５は、ｐ側配線部４１と、ｎ側配線部４３と、の間に配置される。
続いて、隣り合う半導体層１５の間において、蛍光体層３０、絶縁膜１８および樹脂層２５を切断し、半導体発光装置１を個片化する。例えば、ダイシングブレード、またはレーザ光を用いて、蛍光体層３０、絶縁膜１８および樹脂層２５を切断することができる。半導体層１５は、ダイシング領域に存在しないためダイシングによるダメージを回避することができる。
半導体発光装置１は、少なくとも１つの半導体層１５を含むシングルチップ構造でも良いし、複数の半導体層１５を含むマルチチップ構造であっても良い。個片化後の半導体発光装置１は、蛍光体層３０と共にパッケージングされたデバイスであり、直接、実装基板にマウントして使用できる。これにより、大幅な製造コストの低減が可能になる。また、半導体発光装置１は、チップサイズパッケージ構造を有する小型光源であり、その汎用性は大きい。
次に、図１２〜図１６を参照して、第１実施形態の変形例に係る半導体発光装置を説明する。
図１２（ａ）〜１６は、第１実施形態の変形例に係る半導体発光装置２〜９を例示する模式断面図である。以下、半導体発光装置１と同じ要素を含む部分については説明を省略し、異なる構成について説明する。
図１２（ａ）に示す半導体発光装置２は、半導体層１５の側面１５ｃと、透明層７０の側面７０ｃと、を覆う金属膜５３を備える。金属膜５３は、例えば、アルミニウムなどの反射材を含む。
図１２（ａ）に示すように、透明層７０の側面７０ｃは、蛍光体層３０の外縁７０ｂよりもその中央側に後退した位置に設けられる。そして、金属膜５３（反射部材）は、蛍光体層３０の透明層７０側において、蛍光体層３０の外縁３０ｂと、側面７０ｃと、の間の外周部３０ｄを覆う。
金属膜５３は、半導体層１５の側面１５ｃから出射される発光層１３の放射光と、透明層７０の中を側面７０ｃに向かって伝播する発光層１３の放射光と、を反射する。さらに、蛍光体層３０の外周部３０ｄにおいて、発光層１３の放射光および蛍光体３１の放射光を発光面３０ａの方向に反射する。これにより、半導体発光装置２の光出力を高め、横方向（第１の主面１５ａに平行な方向）における色ムラ、色割れを抑制することができる。
金属膜５３は、例えば、下地金属膜６０（図６（ａ）参照）であり、アルミニウム膜６１を含む。また、金属膜５３は、下地金属膜６０の上に銅メッキを施した構造でも良い。図１２（ａ）に示すように、金属膜５３がダイシングされ、半導体発光装置２の端面に露出する構造では、その切断を容易にするために、銅メッキされない下地金属膜６０を用いることが好ましい。
図１２（ｂ）に示す半導体発光装置３は、樹脂層２５に代えて樹脂層２７を備える。樹脂層２７は、例えば、酸化チタンなどの反射材を含む白樹脂であり、発光層１３の放射光および蛍光体３１の放射光を反射する。
樹脂層２７は、半導体層１５を囲む溝９０の内部を充填するように設けられ、絶縁膜１８を介して、半導体層１５の側面１５ｃと、透明層７０の側面７０ｃと、を覆う。樹脂層２７は、半導体層１５の側面１５ｃに向かって伝播する発光層１３の放射光と、側面７０ｃに向かって伝播する発光層１３の放射光と、を反射する。さらに、蛍光体層３０の外周部３０ｄにおいて、発光層１３の放射光と、蛍光体３１の放射光と、を反射する。これにより、半導体発光装置２の光出力を高め、横方向における色ムラ、色割れを抑制することができる。
また、半導体層１５の第２の主面１５ｂ側において、ｐ側配線部４１およびｎ側配線部４３を覆う樹脂層は、例えば、溝９０の内部を充填するように形成された樹脂層２７と、その上に形成された樹脂層２５と、を含む２層構造であっても良い。
図１３に示す半導体発光装置４は、半導体層１５と、蛍光体層３０と、の間に、透明層１７０を備える。透明層１７０は、その中央部が薄く、側面１７０ｃに近づくほど厚くなる形状に設けられる。透明層１７０は、蛍光体層３０の側に凹面１７０ｂを有する。
このような形状の透明層１７０は、例えば、図１０（ａ）に示す透明層７０を研磨することにより形成できる。例えば、研磨過程における、所謂ディシング効果により、中央部が薄く、周辺部が中央部よりも厚い形状を形成することが可能である。
半導体層１５の第１の主面１５ａから出射され、透明層１７０を通過して蛍光体層３０に向かう発光層１３の放射光は、透明層１７０において散乱される。これにより、蛍光体層３０から出射される光の配向が広げられる。さらに、半導体層１５の側面１５ｃ、および、透明層１７０の側面１７０ｃに向かって伝播する光は、金属膜５０により反射される。すなわち、横方向に放出される発光層１３の光が抑制される。これにより、半導体発光装置４では、その配向特性において、配向角が大きい領域における色ムラ、色割れ等を抑制することができる。
図１４（ａ）に示す半導体発光装置５では、蛍光体層３０の外周部３０ｄが樹脂層２５に接する。また、金属膜５０は、蛍光体層３０の外周部３０ｄに接する。この構造は、例えば、図１０（ａ）に示す透明層７０を研削し薄層化する際に、樹脂層２５の上に形成された絶縁膜１８を除去することにより形成することができる。すなわち、半導体発光装置５の製造過程では、透明層７０を薄層化する際の厚さの制御が容易となり、その製造効率を向上させることができる。
薄層化された透明層７０の側面７０ｃは、絶縁膜１８を介して金属膜５０により覆われる。これにより、透明層７０の内部を横方向（第１の主面１５ａに平行な方向）に伝播し、側面７０ｃに向かう発光層１３の光を反射させることができる。
図１４（ｂ）に示す半導体発光装置６では、透明層７０と、蛍光体層３０と、の間に絶縁膜７５が設けられる。絶縁膜７５は、例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの無機膜である。絶縁膜７５の膜厚は、例えば、絶縁膜１８および７３と同程度である。
例えば、図１４（ａ）に示す構造において、絶縁膜７５は、蛍光体層３０の外縁まで延在するように設けられる。具体的には、図１０（ａ）に示す透明層７０を、絶縁膜１８を除去して樹脂層２５を露出させるまで薄層化した後に、透明層７０および樹脂層２５を覆うように絶縁膜７５を形成する。
絶縁膜７５は、例えば、透明層７０と、蛍光体層３０と、の間の密着性を向上させる。また、絶縁膜７５は、蛍光体３０の外周部３０ｄと、樹脂層２５と、の間に介在し、その間の密着性を向上させる。すなわち、絶縁膜７５は、透明層７０と、蛍光体層３０と、の密着性が低い場合に有効である。また、蛍光体層３０の外周部３０ｄと、樹脂層２５と、の間の密着性を向上させることにより、外部からの水分等の侵入を抑制し、半導体発光装置６の信頼性を向上させることが可能となる。
図１４（ａ）および（ｂ）に示す例において、樹脂層２５に代えて反射材を含む樹脂層２７を用いても良い。これにより、蛍光体層３０中を伝播する発光層１３の放射光、および、蛍光体３１の放射光を外周部３０ｄにおいて反射させることが可能となる。
図１５（ａ）に示す半導体発光装置７は、半導体層１５と、蛍光体層３０と、の間に、透明層２７０を備える。透明層２７０は、半導体層１５側の第３の主面２７０ａと、第３の主面２７０ａとは反対側の第４の主面２７０ｂを有する。そして、第４の主面２７０ｂの外縁２７０ｄは、蛍光体層３０の外縁３０ｂに一致する。
透明層２７０では、第３の主面２７０ａに接する側面２７０ｃは、その外縁２７０ｄよりも中央側に後退した位置に設けられる。そして、側面２７０ｃは、絶縁膜１８を介して金属膜５０に覆われる。これにより、透明層２７０中を横方向（第１の主面１５ａに平行な方向）に伝播し、側面２７０ｃに向かう発光層１３の放射光を、金属膜５０において反射させることができる。
半導体発光装置７では、例えば、図１０（ａ）に示す透明層７０を研削し薄層化する際に、樹脂層２５の上に透明層７０の一部を残すことを許容する。これにより、透明層７０を薄層化する際の厚さの制御が容易となる。
図１５（ｂ）に示す半導体発光装置８では、半導体層１５の側面１５ｃおよび透明層７０の側面７０ｃが傾斜している。すなわち、半導体層１５は、第１の主面１５ａに平行な断面の面積が第１の主面１５ａに近づくほど広くなる形状に設けられる。また、透明層７０も同様に、第３の主面７０ａに平行な断面の面積が、蛍光体層３０に近づくほど広くなる形状に設けられる。このため、側面１５ｃおよび側面７０ｃを覆う金属膜５０は、その内面が蛍光体層３０の方向に拡開するように形成される。
これにより、金属膜５０は、半導体層１５中を側面１５ｃに向かって伝播する光、および、透明層７０中を側面７０ｃに向かって伝播する光を、蛍光体層３０の方向に効率よく反射することができる。すなわち、半導体発光装置１０において、横方向に放出される発光層１３の光を低減することにより、色ムラ、色割れを抑制し、光出力を向上させることができる。
図１６に示す半導体発光装置９では、金属膜５０は、ｎ側電極１７の外縁（半導体層１５の側面１５ｃ側の端）を覆うように形成される。すなわち、金属層５０は、第２の主面１５ｂ側において、ｎ側電極１７に重なる（オーバラップする）ように設けられる。例えば、ｎ側電極１７と、金属膜５０と、のオーバラップ幅ΔＷＬは、ｎ側電極１７の外縁の全体においてゼロよりも大きい。
また、ｐ側配線部４１およびｎ側配線部４３も、ｎ側電極１７の内縁（半導体層１５の中央側の端）を覆うように設けられる。これにより、発光層１３の放射光の第２の主面１５ｂ側への漏れを抑制することができる。結果として、半導体発光装置９の光出力を向上させ、且つ、発光層１３から放射される青色光〜紫外光による樹脂層２５の劣化を抑制することができる。
［第２実施形態］
図１７〜図２０を参照して、第２実施形態に係る半導体発光装置１０を説明する。
図１７は、第２実施形態に係る半導体発光装置１０を例示する模式断面図である。
図１８（ａ）〜２０（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体発光装置１０の製造過程を例示する模式断面図である。以下、半導体発光装置１と同じ要素を含む部分については説明を省略し、異なる構成について説明する。
図１７に示すように、半導体発光装置１０は、半導体層１５と、蛍光体層３０と、の間に設けられた透明層３７０を備える。透明層３７０は、第３の主面３７０ａと、第３の主面３７０ａとは反対側の第４の主面３７０ｂと、を有する。そして、第３の主面３７０ａに接した第２の側面（以下、側面３７０ｃ）と、第４の主面３７０ｂに接した第３の側面（以下、側面３７０ｅ）と、を有する。
側面３７０ｅは、側面３７０ｃと、蛍光体層３０の外縁３０ｂと、の間に位置する。金属膜５０は、半導体層１５の側面１５ｃと、側面３７０ｃと、を覆う。また、金属膜５０は、側面３７０ｅをさらに覆うように形成しても良い。
金属膜５０は、半導体層１５中を側面１５ｃに向かって伝播する発光層１３の放射光、および、透明層３７０中を側面３７０ｃに向かって伝播する発光層１３の放射光を反射する。これにより、横方向（第１の主面１５ａに平行な方向）に放出される発光層１３の光を低減し、色ムラ、色割れを抑制することができる。また、金属膜５０を側面３７０ｅも覆うように形成することにより、横方向に漏れる発光層１３の放射光をさらに抑制することができる。
次に、図１８（ａ）〜２０（ｂ）を参照して、半導体発光装置１０の製造過程を説明する。
図１８（ａ）は、半導体層１１５の上に形成された発光領域１５ｅ、ｐ側電極１６、ｎ側電極１７および非発光領域１５ｆの一部を覆うレジストマスク９３を形成した状態を表している。
続いて、図１８（ｂ）に示すように、レジストマスク９３を用いて半導体層１１５を選択的に除去し、溝９０を形成する。半導体層１１５は、溝９０によって複数の半導体層１５に分離される。溝９０は、半導体層１１５を貫通し、基板１０に達する。さらに、基板１０もエッチングし、溝９０の底面を基板１０と半導体層１５との界面よりも下方に後退させる。基板１０のエッチング深さは、例えば、数μｍもしくは数１０μｍとする。そして、溝９０を形成した後、図１８（ｃ）に表すように、レジストマスク９３を除去する。
次に、図１９（ａ）に示すように、半導体層１５、ｐ側電極１６、ｎ側電極１７および溝９０の一部を覆うレジストマスク９４を形成する。
続いて、図１９（ｂ）に示すように、レジストマスク９４を用いて、基板１０をさらにエッチングし、溝９５を形成する。溝９５は、溝９０の底面の一部をさらに掘り下げることにより形成される。そして、溝９５を形成した後、図１９（ｃ）に表すように、レジストマスク９４を除去する。
次に、図２０（ａ）に表すように、基板１０に設けられた溝９０および９５の内面と、基板１０の上に設けられた半導体層１５を含む構造体と、を覆う絶縁膜１８を形成する。絶縁膜１８は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成されるシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜である。
続いて、図２０（ｂ）に示すように、絶縁膜１８に、開口１８ａと開口１８ｂとを形成する。開口１８ａは、ｐ側電極１６に連通し、開口１８ｂはｎ側電極１７に連通する。以下、図５（ｂ）〜１１（ｂ）に示す製造過程を通じて、半導体発光装置１０を完成させることができる。
なお、図１、図１２（ａ）〜図１６、図１７に示す各半導体発光装置の構造は、これらの例に限定される訳ではなく、それぞれに特徴的な構成を相互に組み合わせた構造とすることも可能である。
［第３実施形態］
図２１は、第３実施形態に係る半導体発光装置１１を例示する模式断面図である。半導体発光装置１１は、樹脂層２５の側面に外部端子２３ｂおよび２４ｂを有するサイドビュータイプの構造を有する。半導体発光装置１１では、樹脂層２５から露出され、外部との接続を担う金属ピラー２３、２４の露出面が第１および第２実施形態と異なるが、他の構成は上記の半導体発光装置１〜８と同じである。
図２１（ａ）は、半導体発光装置１１を模式的に表す模式斜視図である。
図２１（ｂ）は、半導体発光装置１１を実装基板３１０上に実装した構成を有する発光モジュールの模式断面図である。
ｐ側金属ピラー２３の一部の側面は、半導体層１５の第１の主面１５ａおよびその反対側の第２の主面１５ｂと異なる面方位の第５の面２５ｂにおいて、樹脂層２５から露出している。その露出面は、外部の実装基板３１０に実装するためのｐ側外部端子２３ｂとして機能する。
例えば、第５の面２５ｂは、半導体層１５の第１の主面１５ａおよび第２の主面１５ｂに対して略垂直な面である。樹脂層２５は、例えば、矩形状の４つの側面を有し、そのうちのひとつの側面が第５の面２５ｂである。
第５の面２５ｂにおいて、ｎ側金属ピラー２４の一部の側面が樹脂層２５から露出している。その露出面は、外部の実装基板３１０に実装するためのｎ側外部端子２４ｂとして機能する。
ｐ側金属ピラー２３において、第５の面２５ｂに露出しているｐ側外部端子２３ｂ以外の部分は、樹脂層２５に覆われている。また、ｎ側金属ピラー２４において、第５の面２５ｂに露出しているｎ側外部端子２４ｂ以外の部分は、樹脂層２５に覆われている。
図２１（ｂ）に示すように、半導体発光装置１１は、第５の面２５ｂを実装基板３１０の実装面３０１に向けた姿勢で実装される。第５の面２５ｂに露出しているｐ側外部端子２３ｂおよびｎ側外部端子２４ｂは、それぞれ、実装面３０１に設けられたパッド３０２にはんだ３０３を介して接合される。実装基板３１０の実装面３０１には、例えば、外部回路につながる配線パターンが設けられ、パッド３０２はその配線パターンに接続されている。
第５の面２５ｂは、光の主な出射面である第１の主面１５ａに対して略垂直である。したがって、第５の面２５ｂを実装面３０１側に向けた姿勢で、第１の主面１５ａは実装面３０１に対して、平行な横方向または傾いた方向に向く。すなわち、半導体発光装置１１は、実装面３０１に平行な横方向または斜めの方向に光を放出する。
なお、本願明細書において、「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）のIII−Ｖ族化合物半導体を含み、さらに、Ｖ族元素としては、Ｎ（窒素）に加えてリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などを含有する混晶も含むものとする。またさらに、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１〜９半導体発光装置、 １１・・・ｎ形半導体層、 １２・・・ｐ形半導体層、 １３・・・発光層、 １５、１１５・・・半導体層、 １５ａ・・・第１の主面、 １５ｂ・・・第２の主面、 １５ｃ、７０ｃ、１７０ｃ、２７０ｃ、３７０ｃ、３７０ｅ・・・側面、 １５ｅ・・・発光領域、 １５ｆ・・・非発光領域、 １６・・・ｐ側電極、 １７・・・ｎ側電極、 １８・・・絶縁膜、 １８ａ、１８ｂ・・・開口、 ２１・・・ｐ側配線層、 ２２・・・ｎ側配線層、 ２３・・・ｐ側金属ピラー、 ２３ａ、２３ｂ・・・ｐ側外部端子、 ２４・・・ｎ側金属ピラー、 ２４ａ、２４ｂ・・・ｎ側外部端子、 ２５、２７・・・樹脂層、 ２５ｂ・・・第５の面、 ３０・・・蛍光体層、 ３０ａ・・・発光面、 ３０ｂ、７０ｂ、２７０ｄ・・・外縁、 ３０ｄ・・・外周部、 ３１・・・蛍光体、 ３３・・・結合材、 ４１・・・ｐ側配線部、 ４３・・・ｎ側配線部、 ５０、５３・・・金属膜、 ６０・・・下地金属膜、 ６１・・・アルミニウム膜、 ６２・・・チタン膜、 ６３・・・銅膜、 ７０、１７０、２７０、３７０・・・透明層、 ７０ａ、２７０ａ、３７０ａ・・・第３の主面、 ７３・・・接着層、 ９０、９５・・・溝、 ９１、９２、９３、９４・・・レジストマスク、 １７０ｂ・・・凹面、 ２７０ｂ、３７０ｂ・・・第４の主面、 ３０１・・・実装面、 ３０２・・・パッド、 ３１０・・・実装基板

Claims (10)

  1. 第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面と、前記第１の主面および前記第２の主面に接する第１の側面と、を有し、発光層を含む半導体層と、
    前記第２の主面側において、前記半導体層に電気的に接続されたｐ側配線部と、
    前記第２の主面側において、前記半導体層に電気的に接続されたｎ側配線部と、
    前記第１の主面側に設けられ、前記発光層の放射光により励起され、前記放射光とは異なる波長の光を放射する蛍光体を含む蛍光体層と、
    前記半導体層と、前記蛍光体層と、の間に設けられ、前記発光層の放射光を透過する透明層であって、前記半導体層側において、前記第１の主面に平行な第３の主面と、前記第３の主面に接する第２の側面と、を有する透明層と、
    前記第１の側面および前記第２の側面を覆う絶縁膜と、
    前記絶縁膜を介して前記第１の側面および前記第２の側面を覆う反射部材と、
    を備えた半導体発光装置。
  2. 前記第２の側面は、前記蛍光体層の外縁よりも中央側に後退した位置に設けられ、
    前記反射部材は、前記蛍光体層の前記透明層側において、前記蛍光体層の前記外縁と、前記第２の側面と、の間の外周部を覆う請求項１記載の半導体発光装置。
  3. 前記透明層は、前記第３の主面とは反対側の第４の主面と、前記第４の主面に接した第３の側面と、を有し、
    前記第３の側面は、前記第２の側面と、前記蛍光体層の前記外縁と、の間に位置する請求項１記載の半導体発光装置。
  4. 前記ｐ側配線部と前記ｎ側配線部との間に設けられた樹脂層をさらに備え、
    前記樹脂層は、前記蛍光体層の外周部において前記蛍光体層に接し、
    前記反射部材は、前記蛍光体層の外周部に接する請求項１または２に記載の半導体発光装置。
  5. 前記透明層と、前記蛍光体層と、の間に設けられた無機材料からなる別の絶縁膜をさらに備え、
    前記別の絶縁膜は、前記蛍光体層の外周部において、前記蛍光体層と、前記樹脂層と、の間に介在する請求項４記載の半導体発光装置。
  6. 前記透明層は、前記第３の主面とは反対側の第４の主面を有し、
    前記第４の主面の外縁は、前記蛍光体層の外縁に一致する請求項１または２に記載の半導体発光装置。
  7. 前記透明層は、中央部が薄く、前記第２の側面に近づくほど厚くなる形状に設けられる請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
  8. 前記反射部材の少なくとも一部は、前記発光層の放射光を反射する反射材を含む樹脂である請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
  9. 前記第１の主面に平行な前記半導体層の断面の面積は、前記第１の主面に近づくほど拡大し、
    前記第３の主面に平行な前記透明層の断面の面積は、前記蛍光体層に近づくほど拡大する請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
  10. 前記半導体層の発光領域に接する第１電極と、
    前記半導体層の非発光領域に接する第２電極と、
    をさらに備え、
    前記ｐ側配線部は、前記第１電極および前記第２電極のいずれか一方に電気的に接続され、
    前記ｎ側配線部は、前記第１電極および前記第２電極の他方に電気的に接続され、
    前記反射部材は、前記第１電極および前記第２電極の少なくともいずれか一方の外縁を覆う請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
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