JP2017050329A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
実施形態は、半導体装置およびその製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
LED(Light Emitting Diode)などの光学デバイスの表面に反射防止構造を設けた半導体装置が提案されている。その反射防止構造は微細な凹凸構造物であるため、半導体装置の製造工程中における破損が懸念される。反射防止構造の破損は、光学デバイスの光取り出し効率や光取り込み効率を低下させ得る。 A semiconductor device in which an antireflection structure is provided on the surface of an optical device such as an LED (Light Emitting Diode) has been proposed. Since the antireflection structure is a fine concavo-convex structure, there is a concern about damage during the manufacturing process of the semiconductor device. Damage to the antireflection structure can reduce the light extraction efficiency and light capture efficiency of the optical device.
実施形態は、反射防止構造を保護できる半導体装置および製造方法を提供する。 Embodiments provide a semiconductor device and a manufacturing method capable of protecting an antireflection structure.
実施形態によれば、半導体装置は、半導体層と、複数の第1凸部と、前記第1凸部の高さ以上の高さをもつ第2凸部とを有し、第1ヤング率をもつ材料を主成分として含む第1光透過層と、前記半導体層と前記第1光透過層との間に設けられ、前記第1ヤング率よりも高い第2ヤング率をもつ材料を主成分として含む第2光透過層と、を備えている。 According to the embodiment, the semiconductor device includes a semiconductor layer, a plurality of first protrusions, and a second protrusion having a height equal to or higher than the height of the first protrusion, and has a first Young's modulus. A first light transmission layer containing as a main component a material having a second Young's modulus higher than the first Young's modulus provided between the semiconductor layer and the first light transmission layer as a main component. A second light transmission layer.
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。
本実施形態においては、半導体装置として半導体発光装置を例に挙げて説明する。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in each drawing.
In the present embodiment, a semiconductor light emitting device will be described as an example of the semiconductor device.
図1(a)は、実施形態の半導体発光装置の模式断面図である。図1(a)は、図1(b)におけるA−A’断面に対応する。
図1(b)は、実施形態の半導体発光装置の光取り出し面(図1(a)の半導体発光装置の上面)の模式平面図である。
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of the semiconductor light emitting device of the embodiment. FIG. 1A corresponds to the AA ′ cross section in FIG.
FIG. 1B is a schematic plan view of the light extraction surface (the upper surface of the semiconductor light emitting device in FIG. 1A) of the semiconductor light emitting device of the embodiment.
図2(a)は、実施形態の半導体発光装置における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1(a)は、図2(a)におけるB−B’断面に対応する。図2(a)は、図1における配線部41、43、樹脂層25、絶縁膜18、および反射膜51を取り除いて半導体層15の第2面側を見た図に対応する。また、図2(a)は、図4(b)の積層体(基板10を除く)の上面図に対応する。
図2(b)は、実施形態の半導体発光装置の実装面(図1(a)の半導体発光装置の下面)の模式平面図である。
FIG. 2A is a schematic plan view illustrating an example of a planar layout of the p-
FIG. 2B is a schematic plan view of the mounting surface of the semiconductor light emitting device of the embodiment (the lower surface of the semiconductor light emitting device of FIG. 1A).
実施形態の半導体発光装置は、発光層13を有する半導体層15を備えている。半導体層15は、第1面15aと、その反対側の第2面15b(図3(a)参照)とを有する。
The semiconductor light emitting device of the embodiment includes a
半導体層15は、第1半導体層11と、第2半導体層12と、発光層13とを有する。発光層13は、第1半導体層11と第2半導体層12との間に設けられている。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。
The
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。
The
半導体層15の第2面側は、凹凸形状に加工される。その凸部は、発光層13を含む部分15eであり、凹部は、発光層13を含まない部分15fである。発光層13を含む部分15eの表面は第2半導体層12の表面であり、その第2半導体層12の表面にp側電極16が設けられている。発光層13を含まない部分15fの表面は第1半導体層11の表面であり、その第1半導体層11の表面にn側電極17が設けられている。
The second surface side of the
半導体層15の第2面において、発光層13を含む部分15eの面積は、発光層13を含まない部分15fの面積よりも広い。また、発光層13を含む部分15eの表面に設けられたp側電極16の面積は、発光層13を含まない部分15fの表面に設けられたn側電極17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。
On the second surface of the
図2(a)に示す例では、発光層13を含まない部分15fが、発光層13を含む部分15eを囲んでおり、n側電極17がp側電極16を囲んでいる。
In the example shown in FIG. 2A, the
図2(a)に示すように、n側電極17は例えば4本の直線部を有し、そのうちの1本の直線部には、その直線部の幅方向に突出したコンタクト部17cが設けられている。そのコンタクト部17cの表面には、図1(a)に示すようにn側配線層22が接続している。
As shown in FIG. 2A, the n-
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面15a側から半導体発光装置の外部に出射される。
A current is supplied to the
半導体層15の第2面側には、図1(a)に示すように支持体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、第2面側に設けられた支持体100によって支持されている。
A
半導体層15の第1面15a側には、蛍光体層(第2光透過層)32が設けられている。蛍光体層32は、複数の粒子状の蛍光体32aを含む。蛍光体32aは、発光層13の放射光により励起され、その発光層13の放射光とは異なる波長の光を放射する。
A phosphor layer (second light transmission layer) 32 is provided on the
複数の蛍光体32aは、結合材32bにより一体化されている。結合材32bは、発光層13の放射光および蛍光体32aの放射光に対して透過性をもつ。本明細書において「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。結合材32bは、例えばシリコーン樹脂である。または、結合材32bとしてガラスを用いることもできる。
The plurality of
蛍光体層32上には、第1光透過層31が設けられている。第1光透過層31は、発光層13の放射光および蛍光体32aの放射光に対して透過性をもつ。
A first
図1(a)および図1(b)に示すように、第1光透過層31は、nmオーダーの周期で凹凸が繰り返された、いわゆるモスアイ構造を有する。すなわち、第1光透過層31は、複数の第1凸部71を有する。図1(a)に示す例では、第1凸部71は、例えば、略砲弾型である。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the first
このような複数の第1凸部71が形成された第1光透過層31は、発光層13の放射光および蛍光体32aの放射光の反射を抑制する。第1光透過層31は、例えば可視光の反射を抑制し、半導体発光装置の光取り出し効率を向上させる。
The first
第1光透過層31は、さらに第2凸部72を有する。第2凸部72は半導体発光装置の外周側に設けられ、図1(b)に示すように、複数の第1凸部71が設けられた領域を囲むライン状に形成されている。
The first
第2凸部72の高さは、第1凸部71の高さ以上である。図1(a)に示す例では、第2凸部72の高さは、第1凸部71の高さよりも高い。ここでの「高さ」は、第1光透過層31の下地の蛍光体層(第2光透過層)32の上面を基準として高さを表す。
The height of the second
第2凸部72の頂部は、1つの第1凸部71の頂部よりも面積の広い平坦領域を有する。
The top portion of the second
第1凸部71および第2凸部72は同じ材料で一体に設けられている。それら第1凸部71および第2凸部72を含む第1光透過層31は、例えばシリコーン樹脂を主成分として含む材料からなる。
The 1st
蛍光体層32の結合材32bも、例えばシリコーン樹脂を主成分として含む材料からなる。ただし、同じシリコーン樹脂系材料でも、第1光透過層31のヤング率(第1ヤング率)は、蛍光体層32の結合材32bのヤング率(第2ヤング率)よりも低い。
The
すなわち、第1ヤング率をもつ材料を主成分として含む第1光透過層31は、第1ヤング率よりも高い第2ヤング率をもつ材料を主成分として含む蛍光体層32の結合材32bよりも柔らかい。
That is, the first
図1(a)に示すように、半導体層15の第2面側には絶縁膜(第1絶縁膜)18が設けられている。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。絶縁膜18は、p側電極16の一部およびn側電極17の一部を覆っている。絶縁膜18は、発光層13の側面および第2半導体層12の側面にも設けられ、それら側面を覆っている。
As shown in FIG. 1A, an insulating film (first insulating film) 18 is provided on the second surface side of the
また、絶縁膜18は、半導体層15における第1面15aから続く側面(第1半導体層11の側面)15cにも設けられ、その側面15cを覆っている。絶縁膜18は、側面15cから、半導体層15の周囲のチップ外周部に向けて延在している。
Further, the insulating
絶縁膜18上には、第1配線層としてのp側配線層21と、第2配線層としてのn側配線層22とが互いに離間して設けられている。絶縁膜18には、図5(b)に示すように、p側電極16に通じる複数の第1開口18aと、n側電極17のコンタクト部17cに通じる第2開口18bが形成される。
On the insulating
p側配線層21は、絶縁膜18上および第1開口18a内に設けられている。p側配線層21は、第1開口18a内に設けられたビア21a(図6(b))を介してp側電極16と電気的に接続されている。
The p-
n側配線層22は、絶縁膜18上および第2開口18b内に設けられている。n側配線層22は、第2開口18b内に設けられたビア22a(図6(b))を介してn側電極17のコンタクト部17cと電気的に接続されている。
The n-
p側配線層21およびn側配線層22が、第2面側の領域の大部分を占めて絶縁膜18上に広がっている。p側配線層21は、複数のビア21aを介してp側電極16と接続している。
The p-
半導体層15の側面15cを、絶縁膜18を介して反射膜51が覆っている。反射膜51は側面15cに接しておらず、半導体層15に対して電気的に接続されていない。反射膜51は、p側配線層21およびn側配線層22に対して分離している。反射膜51は、発光層13の放射光及び蛍光体32aの放射光に対して反射性を有する。
The
反射膜51、p側配線層21およびn側配線層22は、図6(a)に示す共通の金属膜60上に例えばめっき法により同時に形成される銅膜を含む。
The
反射膜51、p側配線層21およびn側配線層22を構成する例えば銅膜は、絶縁膜18上に形成された金属膜60上にめっき法で形成される。
For example, a copper film constituting the
金属膜60は、絶縁膜18側から順に積層された、下地金属膜61と、密着層62と、シード層63とを有する。
The
下地金属膜61は、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である。シード層63は、めっきで銅を析出させるための銅膜である。密着層62は、アルミニウムおよび銅の両方に対するぬれ性に優れた例えばチタン膜である。
The
なお、半導体層15の側面15cに隣接するチップ外周部においては、金属膜60上にめっき膜(銅膜)を形成せずに、金属膜60で反射膜51を形成してもよい。反射膜51は、少なくともアルミニウム膜61を含むことで、発光層13の放射光及び蛍光体32aの放射光に対して高い反射率を有する。
Note that the
p側配線層21およびn側配線層22の下にも下地金属膜(アルミニウム膜)61が残されるので、第2面側の大部分の領域にアルミニウム膜61が広がって形成されている。これにより、蛍光体層32側に向かう光の量を増大できる。
Since the underlying metal film (aluminum film) 61 is also left under the p-
p側配線層21における半導体層15とは反対側の面には、p側金属ピラー23が設けられている。p側配線層21およびp側金属ピラー23は、p側配線部41を形成している。n側配線層22における半導体層15とは反対側の面には、n側金属ピラー24が設けられている。n側配線層22およびn側金属ピラー24は、n側配線部43を形成している。
A p-
樹脂層(第2絶縁膜)25が、p側金属ピラー23とn側金属ピラー24との間、p側金属ピラー23の周囲、およびn側金属ピラー24の周囲に設けられ、p側金属ピラー23の側面およびn側金属ピラー24の側面を覆っている。樹脂層25は、半導体層15の側面15cに隣接するチップ外周部にも設けられ、反射膜51を覆っている。
A resin layer (second insulating film) 25 is provided between the p-
半導体層15は、後述するように基板上にエピタキシャル成長法により形成される。その基板は、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を形成した後に除去され、半導体層15の第1面15a側に基板が設けられていない。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。
As will be described later, the
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およびn側外部端子24aは、例えばはんだを介して、実装基板のランドに接合される。
An end (surface) opposite to the p-
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を実装基板のラン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。
Due to a thermal cycle during mounting of the semiconductor light emitting device, stress due to solder or the like that joins the p-side
次に、図3(a)〜図10(b)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。 Next, with reference to FIGS. 3A to 10B, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device of the embodiment will be described.
図3(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半導体層11、発光層13および第2半導体層12が順にエピタキシャル成長される。
As shown in FIG. 3A, the
第1半導体層11、発光層13および第2半導体層12を含む半導体層15において、基板10側が第1面15aであり、基板10の反対側が第2面15bである。
In the
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。
The
図3(b)は、第2半導体層12および発光層13を選択的に除去した状態を表している。例えば、RIE(Reactive Ion Etching)法により、第2半導体層12および発光層13を選択的にエッチングし、第1半導体層11の一部を露出させる。
FIG. 3B shows a state where the
次に、図4(a)に示すように、第1半導体層11を選択的に除去し、溝90を形成する。半導体層15は、例えば格子状パターンの溝90によって複数に分離される。
Next, as shown in FIG. 4A, the
溝90は、半導体層15を貫通し、基板10に達する。このとき、基板10の主面も少しエッチングされ、溝90の底面が基板10と半導体層15との界面よりも下方に後退する場合がある。なお、溝90は、p側電極16およびn側電極17を形成した後に形成してもよい。
The
次に、図4(b)に示すように、第2半導体層12の表面にp側電極16が形成される。第2半導体層12および発光層13が選択的に除去された領域の第1半導体層11の表面にn側電極17が形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, the p-
発光層13が積層された領域に形成される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、アルミニウム合金を含む。その反射膜の硫化や酸化防止のため、p側電極16はさらに金属保護膜(バリアメタル)を含む。
The p-
次に、図5(a)に表すように、基板10上に設けられた積層体を覆うように絶縁膜18を形成する。絶縁膜18は、半導体層15の第2面15b、p側電極16およびn側電極17を覆う。絶縁膜18は、半導体層15の第1面15aに続く側面15cを覆う。さらに、絶縁膜18は、溝90の底面の基板10の表面にも形成される。
Next, as illustrated in FIG. 5A, the insulating
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。その絶縁膜18には、例えば、レジストマスクを用いたウェットエッチングにより、図5(b)に示すように第1開口18aと第2開口18bが形成される。第1開口18aはp側電極16に達し、第2開口18bはn側電極17のコンタクト部17cに達する。
The insulating
絶縁膜18をパターニングした後、絶縁膜18の表面、第1開口18aの内壁(側壁および底面)、および第2開口18bの内壁(側壁および底面)に、図5(b)に示すように金属膜60を形成する。金属膜60は、図6(a)に示すように、アルミニウム膜61と、チタン膜62と、銅膜63とを有する。金属膜60は、例えば、スパッタ法により形成される。
After patterning the insulating
金属膜60上に、図6(b)に示すレジストマスク91を選択的に形成した後、金属膜60の銅膜63をシード層として用いた電解銅めっき法により、p側配線層21、n側配線層22および反射膜51を形成する。
After the resist
p側配線層21は、第1開口18a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、第2開口18b内にも形成され、n側電極17のコンタクト部17cと電気的に接続される。
The p-
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)に示すレジストマスク92を選択的に形成する。あるいは、レジストマスク91を除去せずに、レジストマスク92を形成してもよい。
Next, after removing the resist
レジストマスク92を形成した後、電解銅めっき法により、p側金属ピラー23およびn側金属ピラー24を形成する。
After forming the resist
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。
The p-
レジストマスク92は、例えば溶剤もしくは酸素プラズマを使って除去される。この時点で、p側配線層21とn側配線層22は金属膜60を介してつながっている。また、p側配線層21と反射膜51も金属膜60を介してつながり、n側配線層22と反射膜51も金属膜60を介してつながっている。
The resist
そこで、p側配線層21とn側配線層22との間の金属膜60、p側配線層21と反射膜51との間の金属膜60、およびn側配線層22と反射膜51との間の金属膜60をエッチングにより除去する。
Therefore, the
これにより、金属膜60を介した、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と反射膜51との電気的接続、およびn側配線層22と反射膜51との電気的接続が分断される(図7(b))。
Thereby, the electrical connection between the p-
次に、図7(b)に示す構造体の上に、図8(a)に示す樹脂層25を形成する。樹脂層25は、p側配線部41、n側配線部43、および反射膜51を覆う。
Next, the
樹脂層25は、p側配線部41および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(図8(b))。
The
例えば、シリコン基板である基板10が、ドライエッチングまたはウェットエッチングで除去される。または、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で除去することができる。
For example, the
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ため、エピタキシャル成長時の内部応力が基板10の除去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。
The
基板10の除去により、半導体層15の第1面15aが露出される。露出された第1面15aには、粗面化処理(フロスト処理)が行われ、微小凹凸が形成される。例えば、第1面15a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15aに微小凹凸を形成することができる。第1面15a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。
By removing the
第1面15a上には、図9(a)に示すように、絶縁膜19を介して蛍光体層32が形成される。蛍光体層32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19は、半導体層15と蛍光体層32との密着性を高める。
As shown in FIG. 9A, the
蛍光体層32は、半導体層15の側面15cの周囲の領域の上にも形成される。半導体層15の側面15cの周囲の領域にも樹脂層25が設けられている。その樹脂層25の上に、絶縁膜18を介して、蛍光体層32が形成される。
The
蛍光体層32上には、図9(b)に示すように、第1光透過層31が形成される。第1光透過層31には、図1(a)に示すように、第1凸部71および第2凸部72を含む凹凸パターンが形成される。第1凸部71および第2凸部72の具体的な形成方法については後で詳細に説明する。
A first
第1光透過層31を形成した後、樹脂層25の表面(図9(a)における下面)が研削され、図9(b)に示すように、p側金属ピラー23および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。
After forming the first
第1光透過層31の第1凸部71および第2凸部72を形成するまでの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、配線層21、22の形成、ピラー23、24の形成、樹脂層25によるパッケージング、蛍光体層32の形成、および第1光透過層31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。
Each process until the first
前述した構造が形成されたウェーハは、図10(a)に示すように、ステージ110上に支持され、ブレードまたはレーザーを用いて複数のデバイスに個片化される。第1光透過層31がステージ110に対して押しつけられた状態で、ウェーハは切断される。
As shown in FIG. 10A, the wafer on which the above-described structure is formed is supported on a
実施形態によれば、第1光透過層31の第2凸部72の高さh2は、第1凸部71の高さh1よりも高い。したがって、ダイシング時、第2凸部72の先端部がステージ110に接触し、第1凸部71はステージ110に接触しない。そのため、第1凸部71に機械的圧力がかからず、第1凸部71の破損が抑制される。複数の第1凸部71は、光の反射を抑制するようにピッチや高さが所望に設計されている。そのような第1凸部71による光取り出し効率を向上させる機能を適切に発揮できる。
According to the embodiment, the height h <b> 2 of the
第2凸部72は、蛍光体層32に使われる例えばシリコーン樹脂よりも柔らかい(ヤング率の低い)例えばシリコーン樹脂を主成分として含み、弾性変形しやすい。第2凸部72の弾性変形によりステージ110から受ける機械的圧力が緩和され、第2凸部72自体の破損が抑制できる。
The second
なお、第2凸部72の高さh2が第1凸部71の高さh1と同じ高さであっても、第2凸部72の先端部はステージ110に接触するので、ステージ110から受ける機械的圧力を第2凸部72に分散でき、第1凸部71にかかる力を低減することができる。
Even if the height h2 of the second
個片化された半導体発光装置は、図10(b)に示すように、例えばコレット120を用いてバキュームピックアップされる。実施形態によれば、第1凸部71よりも高い第2凸部72の上面に、コレット120の先端面120aを容易に接触させることができる。
The separated semiconductor light emitting device is vacuum picked up using, for example, a
図1(b)に示すように、第2凸部72は平面視で閉じたパターンで形成されているため、第2凸部72で囲まれた領域に確実に負圧を発生させ、半導体発光装置を容易にピックアップすることができる。また、第2凸部72が弾性変形することで、コレット120の先端面120aと第2凸部72の上面との間の密着性を高めることができる。すなわち、コレット120の先端面120aと第2凸部72の上面との間に隙間を生じにくくし、負圧を利用したピックアップが容易になる。このように、第2凸部72は、個片化されたデバイスをピックアップするときの作業性を向上させる。
As shown in FIG. 1B, since the second
図11(a)〜(c)は、第1光透過層31の第2凸部の他の例を示す模式断面図である。図11(a)〜(c)は、図10(b)と同様、コレット120によるピックアップ工程を表す。
FIGS. 11A to 11C are schematic cross-sectional views illustrating other examples of the second convex portion of the first
図11(a)に示す第2凸部72aは、先端部(頂部)に平面部72apを有している。
図11(b)に示す第2凸部72bの形状は、第1凸部71の形状と同様に略砲弾型である。
図11(c)に示す第2凸部72cは、先端部(頂部)に平面部72cpを有している。
The 2nd
The shape of the second
The 2nd
砲弾型の第2凸部72bはコレット120の先端面120aに対して点接触に近い状態で接触するのに対して、平面部72apを有する第2凸部72a、および平面部72cpを有する第2凸部72cは、砲弾型の第2凸部72bよりもコレット120の先端面120aとの接触面積を広くできる。この接触面積の増大は、第2凸部72a、72bと、コレット120の先端面120aとの密着性を高め、第2凸部72a、72bの内側の領域に発生する負圧を利用したコレット120による吸引力を増大させ、デバイスのピックアップを容易にする。
The bullet-shaped second
図11(c)に示す第2凸部72cの幅(最大幅)W2cは、第1凸部71の幅(最大幅)W1よりも広い。このため、第2凸部72cは、ダイシング時にステージ110上でデバイスを支える安定した支持体となり、安定したダイシングが可能となる。また、個片化後のピックアップ時には、第2凸部72cと、コレット120の先端面120aとの広い接触面積を確保でき、安定したピックアップが可能となる。
The width (maximum width) W2c of the second
図11(b)に示す第2凸部72bの幅(最大幅)W2bは、第1凸部71の幅(最大幅)W1と略同じである。さらに、第2凸部72bとそれに隣接する第1凸部71との間のピッチは、第1凸部71間のピッチと略同じである。すなわち、第2凸部72bは、第1凸部71とともに周期構造(モスアイ構造)の一要素を担っており、光の取り出し効率の向上に貢献している。
The width (maximum width) W2b of the
図12は、第1光透過層31の凹凸構造の他の例を示す模式断面図である。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing another example of the uneven structure of the first
図12に示す第1光透過層31も上記実施形態と同様に蛍光体層(第2光透過層)32上に設けられ、発光層13の放射光および蛍光体32aの放射光に対して透過性をもつ。
The first
第1光透過層31は、nmオーダーの周期で凹凸が繰り返された、いわゆるモスアイ構造を有する。すなわち、第1光透過層31は、複数の第1凸部71eを有する。図12に示す例では、第1凸部71eは、例えば略円錐形状である。このような複数の第1凸部71eが形成された第1光透過層31は、発光層13の放射光および蛍光体32aの放射光の反射を抑制し、半導体発光装置の光取り出し効率を向上させる。
The first
第1光透過層31は、さらに第2凸部72eを有する。第2凸部72eは半導体発光装置の外周側に設けられ、例えば、複数の第1凸部71eが設けられた領域を囲むライン状に形成されている。
The first
第1凸部71eおよび第2凸部72eは同じ材料で一体に設けられている。それら第1凸部71eおよび第2凸部72eを含む第1光透過層31は、例えばシリコーン樹脂を主成分として含む材料からなる。
The 1st
蛍光体層32の結合材32bも、例えばシリコーン樹脂を主成分として含む材料からなる。ただし、同じシリコーン樹脂系材料でも、第1光透過層31のヤング率(第1ヤング率)は、蛍光体層32の結合材32bのヤング率(第2ヤング率)よりも低い。
The
すなわち、第1ヤング率をもつ材料を主成分として含む第1光透過層31は、第1ヤング率よりも高い第2ヤング率をもつ材料を主成分として含む蛍光体層32の結合材32bよりも柔らかい。
That is, the first
第2凸部72eに尖った部分があると、ステージ110やコレット120との接触時に欠けやすく、そのかけらがデバイスに付着し、デバイスの光学特性や電気特性に影響する懸念がある。
If the second
図12に示す第2凸部72eの先端側は、第1凸部71eの先端側よりも、小さい曲率(大きな曲率半径)をもった曲面状に形成され、尖った部分がない。そのため、ステージ110やコレット120との接触時に、第2凸部72eの角が欠けることを抑制できる。さらに、第2凸部72eが弾性変形可能な柔らかさをもつことも破損を抑制する。
The distal end side of the second
第2凸部72eの高さは、第1凸部71eの高さと略同一である。ここでの「高さ」は、第1光透過層31の下地の蛍光体層(第2光透過層)32の上面を基準として高さを表す。なお、製造上生じるわずかな差も、高さが略同一に含まれる。
The height of the second
第1凸部71eの高さと第2凸部72eの高さとは略同一であるため、光反射抑制機能を担う複数の第1凸部71eが形成された領域から取り出された光が、第2凸部72eによって遮られることが抑制され、半導体発光装置の光取り出し効率が向上する。
Since the height of the first
図13(a)〜(e)は、第1光透過層31の第2凸部の平面レイアウトの他の例を示す模式平面図である。
13A to 13E are schematic plan views illustrating other examples of the planar layout of the second convex portion of the first
図13(a)の第2凸部72fおよび図13(b)の第2凸部72gは、図1(b)に示した第2凸部72と同様に、平面視で閉じた形状を有している。これにより、バキュームピックアップの際に負圧を発生させやすく、ピックアップ作業性が向上する。
The second
第2凸部は、バキュームピックアップが可能であれば、必ずしも平面視で閉じた形状を有さなくともよい。このような平面視で閉じた形状を有さない第2凸部の例を、図13(c)〜図13(e)に示す。 The second convex portion does not necessarily have a closed shape in plan view as long as vacuum pickup is possible. Examples of the second protrusions that do not have a closed shape in plan view are shown in FIGS. 13 (c) to 13 (e).
図13(c)に示す第2凸部72hは、半導体発光装置における互いに対向する辺部にそれぞれ設けられている。このように、第2凸部72hは、複数の箇所に設けられていてもよい。
The second
図13(d)に示す第2凸部72iも同様に、対向するように2箇所に設けられている。第2凸部72iは、半導体発光装置の外縁部よりも内側に位置している。 Similarly, the second convex portions 72i shown in FIG. 13D are provided at two locations so as to face each other. The 2nd convex part 72i is located inside the outer edge part of a semiconductor light-emitting device.
図13(e)に示す第2凸部72jは、半導体発光装置の四隅に設けられている。
The second
次に、第1光透過層31の第1凸部71および第2凸部72の具体的な形成方法について説明する。
Next, a specific method for forming the first
図14(a)〜(c)は、テンプレート130を用いたインプリント法により、第1光透過層31に凹凸パターンを形成する方法を示す模式断面図である。
14A to 14C are schematic cross-sectional views illustrating a method for forming a concavo-convex pattern on the first
蛍光体層32上に第1光透過層31の材料層131を形成する。その材料層131として例えば液状のシリコーン樹脂が、蛍光体層32上に塗布される。その液状の材料層131に対して、テンプレート130を接触させる。
A
テンプレート130は、第1凹部130aと第2凹部130bを含む凹凸パターンを有する。テンプレート130の凹凸パターンは、DSA(directed self-assembly:誘導自己組織化)技術を用いて形成される。
The
自己組織化材料の一つであるジブロックコポリマーは、2種類のポリマーが化学的に結合した高分子化合物で、同一ポリマー成分同士が分子間集合することでミクロな領域で相分離し、熱処理などにより規則的な周期構造を形成する。この周期構造は、ポリマー成分の体積比により、スフィア(球状)、シリンダ(柱状)、またはラメラ(板状)と変化し、その周期は分子量に依存する。そこで、特定分子量のジブロックコポリマーを用いることで、微細なパターン形成が可能となる。ミクロ相分離構造から一方のポリマー成分を選択除去することで、コンタクトホールやラインアンドスペースに対応したパターンを自己組織化材料に形成することができる。 A diblock copolymer, one of the self-organizing materials, is a high molecular compound in which two types of polymers are chemically bonded, and the same polymer components are intermolecularly assembled to cause phase separation in a microscopic region, heat treatment, etc. To form a regular periodic structure. This periodic structure changes to sphere (spherical), cylinder (columnar), or lamella (plate-like) depending on the volume ratio of the polymer component, and the period depends on the molecular weight. Therefore, a fine pattern can be formed by using a diblock copolymer having a specific molecular weight. By selectively removing one polymer component from the microphase-separated structure, a pattern corresponding to a contact hole or a line and space can be formed on the self-organized material.
テンプレート130におけるパターン形成面上に、第1材料および第2材料を塗布する。第1材料は第1凹部130aの形成に利用できる第1自己組織化特性を有する。第2材料は第2凹部130bの形成に利用できる第2自己組織化特性を有する。第2自己組織化特性は第1自己組織化特性と異なる。
The first material and the second material are applied on the pattern forming surface of the
例えば、第1材料として球状ドメインを形成するBPC(Block Copolymers:ブロック共重合体)を塗布する。第2材料として面内シリンダー状ドメインを形成するBPCを塗布する。そして、熱処理により各材料を相分離させる。これにより、第1材料を塗布した第1領域にドット状の第1凸部が形成され、第2材料を塗布した第2領域に面内シリンダー状の第2凸部が形成される。 For example, BPC (Block Copolymers) forming a spherical domain is applied as the first material. BPC forming an in-plane cylindrical domain is applied as the second material. And each material is phase-separated by heat processing. As a result, a dot-shaped first convex portion is formed in the first region where the first material is applied, and an in-plane cylindrical second convex portion is formed in the second region where the second material is applied.
そのような相分離した第1材料および第2材料をマスクにして、テンプレート130をエッチングすることで、テンプレート130の第1領域に複数の第1凹部130aが形成され、テンプレート130の第2領域に第2凹部130bが形成される。
By etching the
図14(b)に示すように、液状の材料層131に対してテンプレート130の凹凸パターンを接触させた後、材料層131を光または熱で硬化させる。
As shown in FIG. 14B, after the concave / convex pattern of the
材料層131の硬化後、テンプレート130を材料層131から離す。これにより、図14(c)に示すように、第1光透過層31に第1凸部71および第2凸部72が同時に形成される。
After the
第1凸部71および第2凸部72のうち少なくとも第2凸部72は、蛍光体層32の結合材32bよりもヤング率が低く、柔らかい。
At least the second
図15(a)〜(c)は、マスク140を用いたエッチング法により、第1光透過層31に凹凸パターンを形成する方法を示す模式断面図である。
FIGS. 15A to 15C are schematic cross-sectional views showing a method for forming a concavo-convex pattern in the first
蛍光体層32上に第1凸部71の材料層を形成した後、その材料層上に図15(a)に示すマスク140を形成する。そして、そのマスク140を用いて、下の材料層をエッチングして、複数の第1凸部71を形成する。
After the material layer of the first
マスク140には複数の開口140aが形成されている。このマスク140のパターニングに、DSA技術が用いられる。マスク140自体が自己組織化特性をもつ材料で、その材料の相分離によりマスク140がパターニングされる。あるいは、自己組織化材料をマスク140の上に形成し、相分離した自己組織化材料をマスクにしたエッチングにより、マスク140がパターニングされる。
The
次に、図15(b)に示すように、第1凸部71をマスク層150で覆い、さらに、蛍光体層32上に、第2凸部72の材料層172を形成する。
Next, as shown in FIG. 15B, the first
その材料層172を、図15(c)に示すように、エッチバックする。このとき、第1凸部71はマスク層150で保護されている。その後、マスク層150を除去することで、第1光透過層31に第1凸部71および第2凸部72が形成される。
The
第1凸部71および第2凸部72のうち少なくとも第2凸部72は、蛍光体層32の結合材32bよりもヤング率が低く、柔らかい。
At least the second
以上説明したように、第1光透過層31の凹凸パターンの形成にDSA技術を利用することで、分子レベルの解像性をもつ高解像リソグラフィが可能となり、微細凹凸パターンを低コストで第1光透過層31に形成することができる。
As described above, by using the DSA technique for forming the concave / convex pattern of the first
図16は、第2凸部72の他の形成方法を示す模式断面図である。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing another method for forming the second
蛍光体層32上に、前述した方法により複数の第1凸部71を形成した後、インクジェット法により第1凸部72を形成する。
A plurality of
第1凸部71は、第2凸部72を形成する領域にも形成されている。その第1凸部71が形成された領域に、ノズルから液状材料を滴下する。その後、滴下された液状材料を熱や光で硬化させ、第2凸部72が形成される。第2凸部72は、一部の第1凸部71を覆うように、半球状に盛り上がって形成される。
The first
液状材料の表面張力により、第2凸部72の先端側は、第1凸部71の先端側よりも、小さい曲率(大きな曲率半径)をもった曲面状に形成され、尖った部分がない。
Due to the surface tension of the liquid material, the distal end side of the second
第1凸部71および第2凸部72のうち少なくとも第2凸部72は、蛍光体層32の結合材32bよりもヤング率が低く、柔らかい。
At least the second
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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
13…発光層、15…半導体層、16…p側電極、17…n側電極、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…樹脂層、31…第1光透過層、32…蛍光体層(第2光透過層)、32a…蛍光体、32b…結合材、71…第1凸部、72…第2凸部、110…ステージ、120…コレット、130…テンプレート、140…マスク
DESCRIPTION OF
Claims (6)
複数の第1凸部と、前記第1凸部の高さ以上の高さをもつ第2凸部とを有し、第1ヤング率をもつ材料を主成分として含む第1光透過層と、
前記半導体層と前記第1光透過層との間に設けられ、前記第1ヤング率よりも高い第2ヤング率をもつ材料を主成分として含む第2光透過層と、
を備えた半導体装置。 A semiconductor layer;
A first light transmission layer having a plurality of first convex portions and a second convex portion having a height equal to or higher than the height of the first convex portion, and containing a material having a first Young's modulus as a main component;
A second light-transmitting layer provided between the semiconductor layer and the first light-transmitting layer and containing as a main component a material having a second Young's modulus higher than the first Young's modulus;
A semiconductor device comprising:
第1曲率をもつ複数の第1凸部と、前記第1曲率よりも小さい第2曲率をもち、かつ、前記第1凸部の高さ以上の高さをもつ第2凸部と、を有する第1光透過層と、
を備えた半導体装置。 A semiconductor layer;
A plurality of first convex portions having a first curvature, and a second convex portion having a second curvature smaller than the first curvature and having a height equal to or higher than the height of the first convex portion. A first light transmission layer;
A semiconductor device comprising:
第1材料の自己組織化により形成されたパターンをもつパターン転写体を用いて、前記第1光透過層に前記第1凸部を形成する半導体装置の製造方法。 Forming a first light transmission layer having a plurality of first protrusions and a second protrusion having a height equal to or higher than the height of the first protrusions on the semiconductor layer;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first convex portion is formed on the first light transmission layer using a pattern transfer body having a pattern formed by self-organization of the first material.
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-
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