JP2016171164A - 半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】均一発光が可能な半導体発光装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、第１半導体層１１は、発光層１３および第２半導体層１２を含む積層膜１４に囲まれた第１ｎ側領域１１ｄを有する。ｎ側電極１７は、第１半導体層１１の側面１１ｂに設けられた第１部分１７ａと、第１ｎ側領域１１ｄに設けられた第２部分１７ｃと、絶縁膜１８を介してｐ側電極１６に重なり、第１部分１７ａと第２部分１７ｃとを接続する第３部分１７ｅと、を有する。【選択図】図１
Description
実施形態は、半導体発光装置に関する。
発光層を含む半導体層における一方の面側にｐ側電極とｎ側電極が形成された構造においては、電極が発光面からの光の取り出しを妨げないため、電極の形状やレイアウトの自由度が高い。電極の形状やレイアウトは、電気特性や発光効率に影響するため、適切なデザインが求められる。
実施形態は、均一発光が可能な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、ｐ側電極と、絶縁膜と、ｎ側電極と、ｐ側配線部と、ｎ側配線部と、を備えている。前記半導体層は、第１半導体層と、第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層とを有する。前記第１半導体層は、前記発光層および前記第２半導体層を含む積層膜に囲まれた第１ｎ側領域を有する。前記ｐ側電極は、前記第２半導体層上に設けられている。前記絶縁膜は、前記ｐ側電極上に設けられている。前記ｎ側電極は、前記第１半導体層の側面に設けられた第１部分と、前記第１ｎ側領域に設けられた第２部分と、前記絶縁膜を介して前記ｐ側電極に重なり、前記第１部分と前記第２部分とを接続する第３部分と、を有する。前記ｐ側配線部は、前記絶縁膜上に設けられている。前記ｎ側配線部は、前記絶縁膜上に設けられている。
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。
図１は、実施形態の半導体発光装置の模式断面図である。
図２（ａ）は、図１に示す第１半導体層１１と第２半導体層１２の平面レイアウトの一例を示す模式平面図である。
図２（ｂ）は、図１に示す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模式平面図である。
図２（ａ）は、図１に示す第１半導体層１１と第２半導体層１２の平面レイアウトの一例を示す模式平面図である。
図２（ｂ）は、図１に示す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模式平面図である。
実施形態の半導体発光装置は、支持体１００と、蛍光体層３０と、支持体１００と蛍光体層３０との間に設けられた、半導体層１５を含む積層体と、を有する。
半導体層１５は、第１半導体層１１と、第２半導体層１２と、第１半導体層１１と第２半導体層１２との間に設けられた発光層１３と、を有する。
第１半導体層１１および第２半導体層１２は、例えば、窒化ガリウムを含む。第１半導体層１１は、例えば、下地バッファ層、ｎ型ＧａＮ層を含む。第２半導体層１２は、例えば、ｐ型ＧａＮ層を含む。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の発光ピーク波長は、例えば、４３０〜４７０ｎｍである。
第１半導体層１１は、第１面１１ａと、第１面１１ａから続く側面１１ｂを有する。第１面１１ａは粗面化され、複数の微小凹凸を持つ。
第１半導体層１１における第１面１１ａの反対側には、発光層１３と第２半導体層１２とを含む積層膜（メサ）１４が設けられている。積層膜１４は、第１面１１ａの反対側にメサ状に突出している。
第１半導体層１１における第１面１１ａの反対側には、積層膜１４が設けられた部分と、第１ｎ側領域１１ｄと、第２ｎ側領域１１ｃと、が設けられている。第１ｎ側領域１１ｄおよび第２ｎ側領域１１ｃには、発光層１３を含む積層膜１４が設けられていない。
図２（ａ）に示すように、第１ｎ側領域１１ｄは、例えば、半導体層１５の面方向の中央部に島状（ドット状）に設けられている。第１ｎ側領域１１ｄの周囲は、積層膜１４に連続して囲まれている。
第２ｎ側領域１１ｃは、第１半導体層１１の外周側に設けられ、図１に示すように、第１半導体層１１の側面１１ｂと、積層膜１４との間に設けられている。図２に示すように、第２ｎ側領域１１ｃは、積層膜１４の周囲を連続して囲んでいる。
図１に示すように、積層膜１４の第２半導体層１２上に、ｐ側電極１６が設けられている。ｐ側電極１６は、第１ｎ側領域１１ｄおよび第２ｎ側領域１１ｃには設けられていない。
第１半導体層１１の側面１１ｂ、第１ｎ側領域１１ｄ、および第２ｎ側領域１１ｃには、ｎ側電極１７が設けられている。ｎ側電極１７は、第１部分１７ａと、第２部分１７ｃと、第３部分１７ｅと、第４部分１７ｂと、コンタクト部１７ｄと、を有する。第１部分１７ａ、第２部分１７ｃ、第３部分１７ｅ、第４部分１７ｂ、およびコンタクト部１７ｄは、同じ材料で一体に設けられている。
第１部分１７ａは、第１半導体層１１の側面１１ｂに設けられている。第１部分１７ａは、第１半導体層１１のすべての側面１１ｂに設けられ、側面１１ｂの周囲を連続して囲んでいる。第１部分１７ａは、側面１１ｂから続く第２ｎ側領域１１ｃの一部にも設けられている。第１部分１７ａは、側面１１ｂおよび第２ｎ側領域１１ｃに接している。
第１部分１７ａは、側面１１ｂから第１面１１ａの反対側に突出している。その第１部分１７ａの突出した先端部には、第４部分１７ｂが一体に設けられている。図２（ｂ）に示すように、第４部分１７ｂは、ｐ側電極１６の外周に沿って設けられている。
図１に示すように、積層膜１４およびｐ側電極１６は、絶縁膜１８で覆われている。絶縁膜１８は、例えばシリコン酸化膜などの無機絶縁膜である。
第４部分１７ｂは、絶縁膜１８を介して、ｐ側電極１６の端部に重なっている。ｐ側電極１６の外周に沿って、例えば４本の第４部分１７ｂが一体に設けられている。
ｎ側電極１７と積層膜１４との間、およびｎ側電極１７とｐ側電極１６との間には、絶縁膜１８が設けられている。
第１半導体層１１の第１ｎ側領域１１ｄには、ｎ側電極１７の第２部分１７ｃが設けられている。第２部分１７ｃは、第１ｎ側領域１１ｄで第１半導体層１１に接している。
第１部分１７ａと第２部分１７ｃは、第４部分１７ｂおよび図２（ｂ）に示す第３部分１７ｅを介して接続されている。
図２（ｂ）に示すように、第３部分１７ｅは、４本の第４部分１７ｂのうちの平行な２本の第４部分１７ｂの間をつないで、ｐ側電極１６の上を横切っている。第３部分１７ｅは、絶縁膜１８を介してｐ側電極１６に重なり、第１部分１７ａと第２部分１７ｃとを接続している。
４本の第４部分１７ｂのうちの１本の第４部分１７ｂには、そのの幅方向に突出したコンタクト部１７ｄが設けられている。コンタクト部１７ｄは、絶縁膜１８を介してｐ側電極１６に重なっている。
ｎ側電極１７は、第１半導体層（例えばｎ型ＧａＮ層）１１に対してオーミックコンタクトする第１膜（例えばアルミニウム膜）を含む。また、そのアルミニウム膜は、発光層１３の発光光に対して反射性をもつ。さらに、ｎ側電極１７は、第１膜（アルミニウム膜）に対して積層された第２膜（例えば、チタン膜、プラチナ膜、金膜、ニッケル膜など）を含む。
ｐ側電極１６は、第２半導体層（例えばｐ型ＧａＮ層）１２に対してオーミックコンタクトする第１膜（例えば銀膜）を含む。また、その銀膜は、発光層１３の発光光に対して反射性をもつ。さらに、ｐ側電極１６は、第１膜（銀膜）に対して積層された第２膜（例えば、チタン膜、プラチナ膜、金膜、ニッケル膜など）を含む。
ｐ側電極１６とｎ側電極１７を通じて発光層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半導体層１１の第１面１１ａ側から蛍光体層３０に入射する。
発光層１３を含む発光領域（ｐ側電極１６が設けられた領域）の面積は、発光層１３を含まないｎ側領域（第１ｎ側領域１１ｄおよび第２ｎ側領域１１ｃ）の面積よりも広い。これにより、広い発光面が得られ、光出力を高くできる。
半導体層１５における第１面１１ａの反対側（第２面側）には、支持体１００が設けられている。半導体層１５、ｐ側電極１６およびｎ側電極１７を含む発光素子は、支持体１００によって支持されている。
半導体層１５の第１面１１ａ側には、半導体層１５の放射光に所望の光学特性を与える光学層として、蛍光体層３０が設けられている。蛍光体層３０は、複数の粒子状の蛍光体３１を含む。蛍光体３１は、発光層１３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。
複数の蛍光体３１は、透明層３２中に分散されている。透明層３２は、発光層１３の放射光および蛍光体３１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。
半導体層１５における第１面１１ａの反対側（第２面側）、ｐ側電極１６およびｎ側電極１７は、絶縁膜１８、１９に覆われている。絶縁膜１８、１９は、例えば、シリコン酸化膜などの無機絶縁膜である。
絶縁膜１８、１９上には、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とが互いに分離して設けられている。
絶縁膜１８、１９には、図７（ａ）に示すように、ｐ側電極１６に通じる複数の第１開口８１と、ｎ側電極１７のコンタクト部１７ｄに通じる第２開口８２が形成される。なお、第１開口８１は、より大きな１つの開口でも良い。
ｐ側配線層２１は、絶縁膜１８、１９上および第１開口８１の内部に設けられている。ｐ側配線層２１は、第１開口８１内に設けられた複数のビア２１ａを介してｐ側電極１６と電気的に接続されている。
ｎ側配線層２２は、絶縁膜１８、１９上および第２開口８２の内部に設けられている。ｎ側配線層２２は、第２開口８２内に設けられたビア２２ａを介してｎ側電極１７のコンタクト部１７ｄと電気的に接続されている。
ｐ側配線層２１のｎ側配線層２２側の一部は、絶縁膜１９を介して、ｎ側電極１７の第３部分１７ｅに重なっている。ｐ側配線層２１の他の一部は、絶縁膜１９を介して、ｎ側電極１７の第４部分１７ｂに重なっている。ｎ側配線層２２は、絶縁膜１８、１９を介して、ｐ側電極１６に重なっている。
ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２は、例えば銅膜を含む。その銅膜は下地金属膜上に例えばめっき法で形成される。下地金属膜は、めっきのシード層となる銅膜と、発光層１３の放射光に対して高い反射性を有する例えばアルミニウム膜を含む。また、下地金属膜は、銅膜とアルミニウム膜との間に設けられたチタン膜または窒化チタン膜を含む。チタン膜または窒化チタン膜は、バリア膜および密着膜として機能する。
ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２が、半導体層１５の第２面側の領域の大部分を占めて絶縁膜１８、１９上に広がっている。したがって、半導体層１５の第２面側の大部分の領域に、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２の下地に含まれるアルミニウム膜が広がって形成されている。これにより、蛍光体層３０側に向かう光の量を増大できる。
また、第１半導体層１１の側面１１ｂにも、アルミニウム膜を含むｎ側電極１７が設けられている。発光層１３から第１半導体層１１の側面１１ｂに向かった光は、ｎ側電極１７で反射し、外部に漏れない。このため、半導体発光装置の側面側からの光漏れによる色割れや色ムラを防ぐことができる。
ｐ側配線層２１上にはｐ側金属ピラー２３が設けられている。ｐ側配線部４１は、ｐ側配線層２１及びｐ側金属ピラー２３を含む。ｎ側配線層２２上にはｎ側金属ピラー２４が設けられている。ｎ側配線部４３は、ｎ側配線層２２及びｎ側金属ピラー２４を含む。
ｐ側配線部４１とｎ側配線部４３との間には、絶縁層として樹脂層２５が設けられている。樹脂層２５は、ｐ側配線部４１の側面およびｎ側配線部４３の側面に設けられている。樹脂層２５は、ｐ側金属ピラー２３の側面とｎ側金属ピラー２４の側面に接するように、ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４との間に充填されている。樹脂層２５は、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間に充填されている。
樹脂層２５は、第１半導体層１１の側面１１ｂに隣接する領域（チップ外周部）にも設けられ、ｎ側電極１７の第１部分１７ａを覆っている。
ｐ側金属ピラー２３におけるｐ側配線層２１とは反対側の端部（面）は、樹脂層２５から露出し、実装基板等の外部回路と接続可能なｐ側外部端子２３ａとして機能する。ｎ側金属ピラー２４におけるｎ側配線層２２とは反対側の端部（面）は、樹脂層２５から露出し、実装基板等の外部回路と接続可能なｎ側外部端子２４ａとして機能する。ｐ側外部端子２３ａ及びｎ側外部端子２４ａは、例えば、はんだ、または導電性の接合材を介して、実装基板のパッドに接合される。
ｐ側外部端子２３ａとｎ側外部端子２４ａとの間隔は、絶縁膜１９上におけるｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間隔よりも広い。ｐ側外部端子２３ａとｎ側外部端子２４ａとの間隔は、実装時のはんだの広がりよりも大きくする。これにより、はんだを通じた、ｐ側外部端子２３ａとｎ側外部端子２４ａとの間の短絡を防ぐことができる。
これに対し、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間隔は、プロセス上の限界まで狭くすることができる。このため、ｐ側配線層２１の面積の拡大が可能となる。これにより、発光層１３の熱の放熱を促進できる。
また、複数のビア２１ａを通じてｐ側配線層２１がｐ側電極１６と接する面積は、ビア２２ａを通じてｎ側配線層２２がｎ側電極１７と接する面積よりも広い。これにより、発光層１３に流れる電流の分布を均一化できる。
絶縁膜１８、１９上で広がるｎ側配線層２２の面積は、第１ｎ側領域１１ｄおよび第２ｎ側領域１１ｃの面積よりも広くできる。また、ｎ側配線層２２の上に設けられるｎ側金属ピラー２４のｎ側外部端子２４ａの面積を、第１ｎ側領域１１ｄおよび第２ｎ側領域１１ｃの面積よりも広くできる。これにより、信頼性の高い実装に十分なｎ側外部端子２４ａの面積を確保しつつ、第１ｎ側領域１１ｄおよび第２ｎ側領域１１ｃの面積を小さくすることが可能となる。すなわち、半導体層１５における発光層１３を含まない領域の面積を縮小し、発光層１３を含む発光領域の面積を広げて光出力を向上させることが可能となる。
第１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半導体層１２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。
ｐ側金属ピラー２３の厚さ（ｐ側配線層２１とｐ側外部端子２３ａとを結ぶ方向の厚さ）は、ｐ側配線層２１の厚さよりも厚い。ｎ側金属ピラー２４の厚さ（ｎ側配線層２２とｎ側外部端子２４ａとを結ぶ方向の厚さ）は、ｎ側配線層２２の厚さよりも厚い。ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４および樹脂層２５のそれぞれの厚さは、半導体層１５よりも厚い。
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以上であっても良いし、１より小さくても良い。すなわち、金属ピラー２３、２４は、その平面サイズより厚くても良いし、薄くても良い。
ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２、ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４および樹脂層２５を含む支持体１００の厚さは、半導体層１５、ｐ側電極１６およびｎ側電極１７を含む発光素子（ＬＥＤチップ）の厚さよりも厚い。
半導体層１５は、基板上にエピタキシャル成長法により形成される。基板は支持体１００を形成した後に除去され、半導体層１５は第１面１１ａ側に基板を含まない。半導体層１５は、剛直な板状の基板にではなく、金属ピラー２３、２４と樹脂層２５との複合体からなる支持体１００によって支持されている。
ｐ側配線部４１及びｎ側配線部４３の材料として、例えば、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、銅を用いると、良好な熱伝導性、高いマイグレーション耐性および絶縁材料に対する密着性を向上させることができる。
樹脂層２５は、ｐ側金属ピラー２３およびｎ側金属ピラー２４を補強する。樹脂層２５は、実装基板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、エポキシ樹脂を主に含む樹脂、シリコーン樹脂を主に含む樹脂、フッ素樹脂を主に含む樹脂を挙げることができる。
また、樹脂層２５におけるベースとなる樹脂に光吸収剤、光反射剤、光散乱剤などが含まれ、樹脂層２５は発光層１３の光に対して遮光性または反射性を有する。これにより、支持体１００の側面及び実装面側からの光漏れを抑制することができる。
半導体発光装置の実装時の熱サイクルにより、ｐ側外部端子２３ａおよびｎ側外部端子２４ａを実装基板のパッドに接合させるはんだ等に起因する応力が半導体層１５に加わる。ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４および樹脂層２５は、その応力を吸収し緩和する。特に、半導体層１５よりも柔軟な樹脂層２５を支持体１００の一部として用いることで、応力緩和効果を高めることができる。
半導体層１５の形成（成長）に用いた基板は、半導体層１５から除去される。これにより、半導体発光装置は低背化される。また、半導体層１５における基板が除去された第１面１１ａに微小凹凸を形成することができ、光取り出し効率の向上を図れる。例えば、アルカリ系溶液を使ったウェットエッチング、またはドライエッチングにより微小凹凸が形成され、半導体層１５の光取り出し側に粗面（第１面１１ａ）が形成される。この粗面により、全反射成分を減らして、光取り出し効率を向上できる。
第１面１１ａを粗面化した後、第１面１１ａ上に絶縁膜５１を介して蛍光体層３０が形成される。絶縁膜５１は、半導体層１５と蛍光体層３０との密着性を高める密着層として機能し、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜である。
蛍光体層３０は、透明層３２中に複数の粒子状の蛍光体３１が分散された構造を有する。透明層３２は、例えばシリコーン樹脂を主に含む透明樹脂層である。
蛍光体層３０は、第１面１１ａからチップ外周部まで広がっている。チップ外周部において、樹脂層２５と蛍光体層３０との間、およびｎ側電極１７と蛍光体層３０との間には、密着膜として機能する絶縁膜１８が設けられている。
蛍光体層３０は、半導体層１５の第２面側、金属ピラー２３、２４の周囲、および支持体１００の側面にまわりこんで形成されていない。蛍光体層３０の側面と、支持体１００の側面（樹脂層２５の側面）とが揃っている。
すなわち、実施形態の半導体発光装置は、チップサイズパッケージ構造の非常に小型の半導体発光装置である。このため、例えば照明用灯具などへの適用に際して、灯具デザインの自由度が高まる。
光を外部に取り出さない実装面側には蛍光体層３０が無駄に形成されず、コスト低減が図れる。第２面側に広がるｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２、および厚い金属ピラー２３、２４を介して、発光層１３の熱を実装基板側に放散させることができ、小型でありながらも放熱性に優れている。
一般的なフリップチップ実装では、ＬＥＤチップを実装基板にバンプなどを介して実装した後に、チップ全体を覆うように蛍光体層が形成される。あるいは、バンプ間に樹脂がアンダーフィルされる。
これに対して実施形態によれば、実装前の状態で、ｐ側金属ピラー２３の周囲及びｎ側金属ピラー２４の周囲には、蛍光体層３０と異なる樹脂層２５が設けられ、実装面側に応力緩和に適した特性を与えることができる。また、実装面側にすでに樹脂層２５が設けられているため、実装後のアンダーフィルが不要となる。
第１面（粗面）１１ａ側には、光取り出し効率、色変換効率、配光特性などを優先した設計の光学層が設けられ、実装面側には、実装時の応力緩和や、基板に代わる支持体としての特性を優先した層が設けられる。例えば、樹脂層２５には、シリカ粒子などのフィラーを高密度充填し、支持体として適切な硬さに調整することができる。
発光層１３から第１面１１ａ側に放射された光は蛍光体層３０に入射し、一部の光は蛍光体３１を励起し、発光層１３の光と、蛍光体３１の光との混合光として例えば白色光が擬似的に得られる。
ここで、第１面１１ａ上に基板があると、蛍光体層３０に入射せずに、基板の側面から外部に漏れる光が生じる。すなわち、基板の側面から発光層１３の光の色みの強い光が漏れ、蛍光体層３０を上面から見た場合に、外縁側に青色光のリングが見える現象など、色割れや色ムラの原因になり得る。
これに対して、実施形態によれば、第１面１１ａと蛍光体層３０との間には基板がないため、基板側面から発光層１３の光の色みが強い光が漏れることによる色割れや色ムラを防ぐことができる。
また、実施形態によれば、ｎ側電極１７が第１半導体層１１の側面１１ｂに接する面積は、ｎ側電極１７が第１半導体層１１の第２面側で第１ｎ側領域１１ｄおよび第２ｎ側領域１１ｃに接する面積よりも広い。第１半導体層１１の第２面側で第１半導体層１１に接するｎ側電極１７の面積を制限することで、相対的に発光層１３を含む積層膜１４およびその積層膜１４に接して設けられたｐ側電極１６が第２面側で広がる面積（発光領域）を拡大できる。この発光領域の拡大は、半導体発光装置の光束を上げる。
第１半導体層１１の側面１１ｂのみでｎ側電極１７と第１半導体層１１とを接触させると、発光層１３の面方向の中央付近に効率的に電流を流すことが難しくなる場合がある。
実施形態によれば、第２面側の中央付近においても、ｎ側電極１７を第１半導体層１１の第１ｎ側領域１１ｄと接触させているため、電流を発光層１３に均一に流すことができる。
したがって、実施形態によれば、発光領域を拡大しつつも、電流の均一分布を実現し、大光束で均一発光が可能な半導体発光装置を提供することができる。
第１ｎ側領域１１ｄに設けたｎ側電極１７の第２部分１７ｃには、ｎ側配線層２２とのコンタクト部を設けていない。そのため、第２部分１７ｃの幅および面積の拡大を抑え、相対的に発光層１３およびｐ側電極１６が設けられる発光領域の面積を拡大できる。
ｎ側電極１７とｎ側配線層２２とのコンタクト部１７ｄは、絶縁膜１８を介してｐ側電極１６に重なっている。コンタクト部１７ｄは、第１半導体層１１の第２面に接していない。そのため、ｐ側電極１６の面積はコンタクト部１７ｄによって制限されずに、発光領域の拡大が可能となる。
ｎ側電極１７の各部分（第１部分１７ａ、第２部分１７ｃ、第３部分１７ｅ、第４部分１７ｂ、およびコンタクト部１７ｄ）は、一体につながっている。したがって、ｎ側配線層２２とｎ側電極１７とは１カ所でコンタクトさせればよい。ｎ側電極１７の各部分のそれぞれにｎ側配線層２２をコンタクトさせる必要がない。
第１部分１７ａと第３部分１７ｅ、および第１部分１７ａとコンタクト部１７ｄとをつなぐ第４部分１７ｂは、絶縁膜１８を介してｐ側電極１６の端部に重なっている。したがって、ｐ側電極１６の面積拡大を妨げずに、第４部分１７ｂの線幅を拡大し、ｎ側電極１７全体の抵抗を下げることができる。この結果、発光層１３に供給される電流効率を上げ、半導体発光装置の大光束且つ均一発光を可能にする。
図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すように、第１ｎ側領域１１ｄおよびｎ側電極１７の第２部分１７ｃは、それぞれ複数設けてもよい。半導体層１５の外周側の第４部分１７ｂと、第２部分１７ｃとをつなぐ第３部分１７ｅも複数本設けられる。
第１ｎ側領域１１ｄおよびｎ側電極１７の第２部分１７ｃを複数設けることで、電流を半導体層１５の面方向に、より均一に分散させることができる。
また、図３（ｃ）に示すように、第３部分１７ｅは、第２部分１７ｃで交差するように格子状に形成してもよい。
次に、図４（ａ）〜図１０を参照して、実施形態の半導体発光装置の製造方法について説明する。
図４（ａ）に示すように、例えば、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法により、基板１０の主面上に、第１の半導体層１１、発光層１３および第２の半導体層１２が順にエピタキシャル成長される。
基板１０は、例えばシリコン基板である。または、基板１０はサファイア基板であってもよい。半導体層１５は、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む窒化物半導体層である。
第１の半導体層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。第２の半導体層１２は、例えば、ｐ型ＧａＮ層を有する。発光層１３は、例えば、ＭＱＷ（Multiple Quantum well）構造を有する。
第２半導体層１２上には、図４（ｂ）に示すように、ｐ側電極１６が選択的に形成される。
その後、例えば、図示しないマスクを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、第２の半導体層１２及び発光層１３を選択的にエッチングして除去し、図４（ｃ）に示すように、第１半導体層１１を選択的に露出させる。
第２半導体層１２および発光層１３を含む積層膜（メサ）１４、およびｐ側電極１６で囲まれた領域に、第１ｎ側領域１１ｄが露出する。
次に、図５（ａ）に示すように、第１半導体層１１を選択的に除去し、溝６１を形成する。基板１０の主面上で、溝６１によって半導体層１５は複数に分離される。溝６１は、ウェーハ状の基板１０上に例えば格子状パターンで形成される。
溝６１は、半導体層１５を貫通し、基板１０に達する。さらに、基板１０の主面も少しエッチングされ、溝６１の底が基板１０と第１半導体層１１との界面よりも下方に後退する。
次に、図５（ｂ）に表すように、基板１０上の構造体を覆うように絶縁膜１８を形成する。その絶縁膜１８には、例えば、レジストマスクを用いたエッチングにより、選択的に開口が形成される。その開口からは、第１半導体層１１の側面１１ｂ、および第１ｎ側領域１１ｄが露出する。また、第１半導体層１１の側面１１ｂと、積層膜１４との間に設けられた第１半導体層１１の第２ｎ側領域１１ｃの一部も露出する。
ｐ側電極１６の上面、ｐ側電極１６の側面、および積層膜１４の側面は、絶縁膜１８で覆われている。溝６１の底面も絶縁膜１８で覆われている。
第１半導体層１１の側面１１ｂと、積層膜１４の側面とは揃っていない。第１半導体層１１の側面１１ｂと、積層膜１４の側面との間に段差があることで、積層膜１４の側面を覆う絶縁膜１８を残しつつ、第１半導体層１１の側面１１ｂを容易に露出させることができる。
図６（ａ）に示すように、絶縁膜１８上には選択的にレジスト膜６２が形成され、その後、レジスト膜６２上、およびレジスト膜６２で覆われていない絶縁膜１８上にｎ側電極１７が形成される。
ｎ側電極１７は、第１半導体層１１の側面１１ｂに接して形成される。さらに、ｎ側電極１７は、第１ｎ側領域１１ｄおよび第２ｎ側領域１１ｃに形成される。
ｎ側電極１７を形成した後、レジスト膜６２を除去する。レジスト膜６２を覆っているｎ側電極１７は、レジスト膜６２とともに除去される（リフトオフされる）。
図６（ｂ）に示すように、ｎ側電極１７の第１部分１７ａ、第２部分１７ｃ、第３部分１７ｅ（図２（ｂ）に示す）、第４部分１７ｂ、およびコンタクト部１７ｄが残される。
ｎ側電極１７上および絶縁膜１８上には、図７（ａ）に示すように、絶縁膜１９が形成される。絶縁膜１９には、ｎ側電極１７のコンタクト部１７ｄを露出させる開口８２が形成される。ｐ側電極１６上の絶縁膜１８、１９には、ｐ側電極１６を露出させる複数の開口８１が形成される。
次に、図示しないレジストマスクを用いた電解銅めっき法により、図７（ｂ）に示すように、絶縁膜１９上に、ｐ側配線層２１およびｎ側配線層２２を形成する。
ｐ側配線層２１は、開口８１内にも形成され、ｐ側電極１６と電気的に接続される。ｎ側配線層２２は、開口８２内にも形成され、ｎ側電極１７のコンタクト部１７ｄと電気的に接続される。
次に、図示しないレジストマスクを用いて、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２をシード層として用いた電解銅めっき法により、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。
次に、図７（ｂ）に示す構造体の上に、図８に示す樹脂層２５を形成する。樹脂層２５は、ｐ側配線層２１およびｐ側金属ピラー２３を含むｐ側配線部４１、およびｎ側配線層２２およびｎ側金属ピラー２４を含むｎ側配線部４３を覆う。
また、樹脂層２５は、チップ外周部にも形成され、絶縁膜１９を介して、ｎ側電極１７の第１部分１７ａを覆う。
樹脂層２５は、ｐ側配線部４１及びｎ側配線部４３とともに支持体１００を構成する。その支持体１００に半導体層１５が支持された状態で、基板１０が除去される。
例えば、シリコン基板である基板１０が、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより除去される。あるいは、基板１０がサファイア基板の場合には、レーザーリフトオフ法により除去することができる。
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。ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４および樹脂層２５は、例えばＧａＮ系材料の半導体層１５に比べて柔軟な材料である。したがって、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、ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４および樹脂層２５は、その応力を吸収する。このため、基板１０を除去する過程における半導体層１５の破損を回避することができる。
基板１０の除去により、図９に示すように、第１半導体層１１の第１面１１ａが露出する。露出した第１面１１ａには、図１０に示すように、微小凹凸が形成される。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、第１面１１ａをウェットエッチングする。このエッチングでは、結晶面方位に依存したエッチング速度の違いが生じる。このため、第１面１１ａに凹凸を形成することができる。第１面１１ａに微小凹凸を形成することにより、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。あるいは、レジストマスクを使ったドライエッチングにより、第１面１１ａに微小凹凸を形成することもできる。
第１面１１ａ上には、図１に示すように、絶縁膜５１を介して蛍光体層３０が形成される。絶縁膜５１は、チップ外周部の絶縁膜１８上にも形成される。蛍光体層３０は、例えば、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。絶縁膜５１は、第１半導体層１１と蛍光体層３０との密着性を高める。絶縁膜５１は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜などの無機絶縁膜である。
また、蛍光体層３０として、蛍光体を結合材を介して焼結させた焼結蛍光体を、絶縁膜５１を介して蛍光体層３０に接着してもよい。
蛍光体層３０を形成した後、樹脂層２５の表面（図１０における下面）が研削され、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４が樹脂層２５から露出される。ｐ側金属ピラー２３の露出面はｐ側外部端子２３ａとなり、ｎ側金属ピラー２４の露出面はｎ側外部端子２４ａとなる。
次に、複数の半導体層１５を分離した前述の溝６１が形成された領域で、ウェーハを切断する。蛍光体層３０、絶縁膜１８、１９、および樹脂層２５が切断される。これらは、例えば、ダイシングブレード、またはレーザ光により切断される。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受けない。
個片化される前の前述した各工程は、多数の半導体層１５を含むウェーハ状態で行われる。ウェーハは、少なくとも１つの半導体層１５を含む半導体発光装置として個片化される。なお、半導体発光装置は、ひとつの半導体層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。
個片化される前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、配線の形成、ピラーの形成、樹脂層によるパッケージング、および蛍光体層の形成を行う必要がなく、大幅なコストの低減が可能になる。
ウェーハ状態で、支持体１００および蛍光体層３０を形成した後に、それらが切断されるため、蛍光体層３０の側面と、支持体１００の側面（樹脂層２５の側面）とは揃い、それら側面が個片化された半導体発光装置の側面を形成する。したがって、基板１０がないこともあいまって、チップサイズパッケージ構造の小型の半導体発光装置を提供することができる。
図１１に示すように、ｎ側電極１７の第１部分１７ａは、第１半導体層１１の第２ｎ側領域１１ｃにはコンタクトせず、側面１１ｂのみにコンタクトしてもよい。
図１２は、実施形態の半導体発光装置の他具体例の模式断面図である。
図１２に示す半導体発光装置によれば、第１半導体層１１における側面１１ｂに続く第１面１１ａに、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極７１が設けられている。透明電極７１は、ｎ側電極１７の第１部分１７ａと接続されている。透明電極７１は、第１部分１７ａの第１面１１ａ側の端部の内壁に接している。
透明電極７１と蛍光体層３０との間には、それら両者の密着性を高める絶縁膜７２が設けられている。絶縁膜７２は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの無機絶縁膜である。
第１半導体層１１の第１面１１ａの全面にわたって、ｎ側電極１７と接続された透明電極７１が設けられているため、第１半導体層１１を流れる電流の面方向の均一性をより高めることができる。
前述した図５（ａ）に示すように、第１半導体層１１を複数に分離する溝６１を形成するときに、基板１０の主面も少し後退する。そのため、図６（ｂ）に示すように、溝６１の側面にｎ側電極１７の第１部分１７ａを形成すると、第１部分１７ａの端部が第１半導体層１１の第１面１１ａよりも基板１０側に突出する。
そして、基板１０を除去し、図１０に示すように第１面１１ａを粗面化すると、ｎ側電極１７の第１部分１７ａの端部の内壁が露出する。その状態で、第１面１１ａ上に透明電極１を形成すれば、透明電極７１と第１部分１７ａとを接触させることができる。
図１３は、実施形態の半導体発光装置のさらに他の具体例の模式断面図である。
図１３に示す実施形態によれば、チップ外周部の絶縁膜（無機絶縁膜）１８が、半導体発光装置の側面にまで延びていない。チップ外周部に設けられた絶縁膜１８は、樹脂層２５で覆われ、樹脂層２５が半導体発光装置の側面を形成している。
したがって、ウェーハをダイシングするとき、ダイシング領域には絶縁膜１８が存在しない。そのため、ダイシング時の衝撃で、絶縁膜１８と蛍光体層３０との界面、または絶縁膜１８と樹脂層２５との界面にクラックが入ることを抑制できる。そのクラックからの水分の浸入を防ぐことができ、半導体発光装置の信頼性を高くできる。
図１４は、実施形態の半導体発光装置のさらに他の具体例の模式断面図である。
図１４に示す実施形態によれば、チップ外周部における樹脂層２５と蛍光体層３０との間に、ｎ側電極１７の第５部分１７ｆが設けられている。第５部分１７ｆは、第１半導体層１１の側面１１ｂに設けられた第１部分１７ａの端部に一体に設けられ、その第１部分１７ａの端部から半導体発光装置の側面に向けて延びている。
このため、半導体発光装置のチップ外周部の蛍光体３１の放射光において、下方の支持体１００側に向かう光をｎ側電極１７の第５部分１７ｆで反射させて蛍光体層３０側に戻すことができる。
したがって、半導体発光装置のチップ外周部において、蛍光体３１の放射光が樹脂層２５に吸収されることによる損失を防いで、蛍光体層３０側からの光取り出し効率を高めることができる。
第５部分１７ｆと蛍光体層３０との間に設けられた絶縁膜１８は、第５部分１７ｆと蛍光体層３０との密着性を高める。
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。
１１…第１半導体層、１１ａ…第１面、１１ｂ…側面、１１ｃ…第２ｎ側領域、１１ｄ…第１ｎ側領域、１２…第２半導体層、１３…発光層、１４…積層膜、１６…ｐ側電極、１７…ｎ側電極、１７ａ…第１部分、１７ｂ…第４部分、１７ｃ…第２部分、１７ｅ…第３部分、１８，１９…絶縁膜、４１…ｐ側配線部、４３…ｎ側配線部、７１…透明電極
Claims (5)
- 第１半導体層と、第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層とを有する半導体層であって、前記第１半導体層は、前記発光層および前記第２半導体層を含む積層膜に囲まれた第１ｎ側領域を有する半導体層と、
前記第２半導体層上に設けられたｐ側電極と、
前記ｐ側電極上に設けられた絶縁膜と、
前記第１半導体層の側面に設けられた第１部分と、前記第１ｎ側領域に設けられた第２部分と、前記絶縁膜を介して前記ｐ側電極に重なり、前記第１部分と前記第２部分とを接続する第３部分と、を有するｎ側電極と、
前記絶縁膜上に設けられ、前記ｐ側電極と接続されたｐ側配線部と、
前記絶縁膜上に設けられ、前記ｎ側電極と接続されたｎ側配線部と、
を備えた半導体発光装置。 - 前記ｎ側電極は、前記ｐ側電極の外周に沿って設けられた第４部分をさらに有する請求項１記載の半導体発光装置。
- 前記第４部分は、前記絶縁膜を介して、前記ｐ側電極の端部に重なっている請求項２記載の半導体発光装置。
- 前記第１半導体層における前記側面に続く第１面に設けられ、前記ｎ側電極の前記第１部分と接続された透明電極をさらに備えた請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
- 前記第１半導体層は、前記側面と前記積層膜との間に設けられた第２ｎ側領域をさらに有し、
前記ｎ側電極の前記第１部分は、前記第２ｎ側領域にも設けられている請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
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