JP2017053712A

JP2017053712A - 半導体発光素子の検査方法および製造方法

Info

Publication number: JP2017053712A
Application number: JP2015177615A
Authority: JP
Inventors: 高広森川; Takahiro Morikawa; 喜夫有泉; Yoshio Ariizumi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2017-03-16

Abstract

【課題】実施形態は、蛍光体を有する半導体発光素子の発光特性の測定精度を向上させる検査方法およびそれを用いた製造方法を提供する。
【解決手段】半導体発光素子の検査方法は、シート上に配列され、それぞれが発光体を含む複数の半導体発光素子であって、前記発光体と前記シートとの間に蛍光体を有する複数の半導体発光素子のうちの１つの半導体発光素子を発光させ、前記シートを挟んで前記１つの半導体発光素子に対向する位置に配置された検出器により前記１つの半導体発光素子の発光光を検出する。前記検出器は、前記発光光を通過させる開口を有し、前記開口の寸法は、前記シートの表面に平行な方向において、前記１つの半導体発光素子の寸法よりも大きく、前記１つの半導体発光素子の前記寸法の３倍以下である。
【選択図】図１

Description

実施形態は、半導体発光素子の検査方法および製造方法に関する。

半導体発光素子には、発光層を含む発光体と、発光層から放射される光を波長変換する蛍光体と、を備えるものがある。そのような素子をシート上に配列した状態で検査する場合、隣接する素子の蛍光体が発光し、発光特性の測定精度を低下させる場合がある。そこで、蛍光体を備える半導体発光素子の発光特性を精度良く測定することが可能な検査方法が必要とされている。

特開２０１１−９５１１６号公報

実施形態は、蛍光体を有する半導体発光素子の発光特性の測定精度を向上させる検査方法およびそれを用いた製造方法を提供する。

実施形態に係る半導体発光素子の検査方法は、シート上に配列され、それぞれが発光体を含む複数の半導体発光素子であって、前記発光体と前記シートとの間に蛍光体を有する複数の半導体発光素子のうちの１つの半導体発光素子を発光させ、前記シートを挟んで前記１つの半導体発光素子に対向する位置に配置された検出器により前記１つの半導体発光素子の発光光を検出する。前記検出器は、前記発光光を通過させる開口を有し、前記開口の寸法は、前記シートの表面に平行な方向において、前記１つの半導体発光素子の寸法よりも大きく、前記１つの半導体発光素子の前記寸法の３倍以下である。

実施形態に係る半導体発光素子の検査方法を示す模式断面図である。実施形態に係る半導体発光素子の検査方法を示す模式平面図である。実施形態に係る光検出器を示す模式断面図である。実施形態に係る半導体発光素子の製造過程を示す模式断面図である。図３に続く製造過程を示す模式断面図である。実施形態の変形例に係る光検出器を示す模式断面図である。実施形態に係る半導体発光素子の発光特性を示すグラフである。実施形態に係る半導体発光素子の別の発光特性を示すグラフである。

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。

さらに、各図中に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて各部分の配置および構成を説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に直交し、それぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を表す。また、Ｚ方向を上方、その反対方向を下方として説明する場合がある。

図１は、実施形態に係る半導体発光素子１の検査方法を示す模式断面図である。図１に示すように、半導体発光素子１は、シート１０の上に配列される。シート１０は、半導体発光素子１の発光光を透過する。ここで「透過」とは、半導体発光素子１の発光光の全てを透過することに限定されず、その一部を吸収する場合も含む。

半導体発光素子１は、例えば、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。半導体発光素子１は、例えば、ベース部２０と、蛍光体層３０と、を含む。

ベース部２０は、発光体２１、端子２３、２５および支持部材２７を含む。発光体２１は、例えば、発光層を含む半導体である。発光体２１は、例えば、青色光を放射する。端子２３および２５は、それぞれ発光体２１に電気的に接続される。支持部材２７は、例えば、封止樹脂であり、端子２３および２５が接続された発光体２１の表面、および、その側面を覆う。ベース部２０は、この例に限定されず、例えば、リードフレーム上にマウントされた発光体と、それを覆う樹脂と、を有する形態でも良い。

蛍光体層３０は、蛍光体３１と母材３３とを含む。蛍光体３１は、発光体２１の放射光により励起され、その波長とは異なる波長の光を放射する。蛍光体３１は、例えば、青色光を黄色光および赤色光に変換する成分を含む。母材３３は、例えば、発光体２１および蛍光体３１の放射光を透過する樹脂である。蛍光体３１は、母材３３中に分散される。

本実施形態では、シート１０の上に配列された複数の半導体発光素子１の発光特性を測定する。図１に示すように、半導体発光素子１は、シート１０とベース部２０との間に蛍光体層３０が位置するように配置される。例えば、複数の半導体発光素子１のうちの１つの半導体発光素子１ａの端子２３および２５にプローブ５３および５５を接触させ、その発光体２１に電流を供給する。これにより、半導体発光素子１ａは発光し、その発光光を光検出器４０により検出する。光検出器４０は、シート１０の半導体発光素子１ａとは反対側に配置される。

光検出器４０は、光導入部４０ａと積分球４０ｂとを有する（図３参照）。光導入部４０ａは、筐体４３の内部に設けられた導光体４５を有する。導光体４５は、例えば、石英ガラスである。導光体４５は、受光面４５ａを有する。受光面４５ａは、シート１０を介して半導体発光素子１ａと向き合う。

さらに、本実施形態では、シート１０と光導入部４０ａとの間に、遮光マスク６０を配置する。遮光マスク６０は、例えば、透光性ベース６１と遮光膜６３とを含む。遮光膜６３は、例えば、金属膜であり、透光性ベース６１の上に形成される。遮光膜６３は、半導体発光素子１の発光光を遮光する。遮光マスク６０は、例えば、透光性ベース６１と導光体４５との間に遮光膜６３が位置するように配置される。

遮光マスク６０は、開口６５を有する。開口６５は、シート１０を介して半導体発光素子１と対向する部分に設けられる。半導体発光素子１の発光光は、開口６５を通過し、受光面４５ａから導光体４５中に入射する。開口６５の幅Ｗ_Ｅは、シート１０の表面に平行なＸ方向における半導体発光素子１の寸法Ｄ_Ｃの３倍以下であることが好ましい。さらに好ましくは、半導体発光素子１の寸法Ｄ_Ｃの２倍以下である。

図７（ａ）、（ｂ）および図８に半導体発光素子１の発光特性を例示する。図７（ａ）に示すように、蛍光体層３０の上面に垂直な方向を放射角０°として、放射方向に依存する発光特性を示す。図７（ｂ）は、演色評価数Ｒａの放射角依存性を示している。また、図８は、色座標（ｘ、ｙ）を示している。

半導体発光素子１は、例えば、ベース部２０から蛍光体層３０に向かう方向に光を放射する。半導体発光素子１の発光光は、例えば、発光体２１の青色光、蛍光体３１の黄色光および赤色光を含む。

例えば、放射角０°において演色評価数Ｒａが高くなるように蛍光体層３０中の蛍光体の組成および含有量を調整すると、図７（ｂ）に示すように、放射角が９０°もしくは−９０°に近づくにつれて演色評価数Ｒａが低下する。

また、図８に示すように、放射角０°に近づくほど色度座標（ｘ、ｙ）は、原点に近づき、発光光の青色成分が多くなる。一方、放射角９０°もしくは−９０°に近づくほど色度座標（ｘ、ｙ）は原点から遠ざかり、発光光の赤色もしくは黄色成分が多くなる。すなわち、放射角が大きい方向（横方向）に伝播する青色光ほど、蛍光体層３０中において蛍光体２１により吸収される割合が大きくなり、その強度は低下する。結果として、放射角が大きい光ほど黄色もしくは赤色成分の割合が大きい光となる。

このような発光特性を検知するためには、発光光を広い放射範囲において検知することが好ましい。すなわち、開口６５は、半導体発光素子１の寸法Ｄ_Ｃよりも大きいことが好ましい。

一方、半導体発光素子１ａの蛍光体層３０の側面から放射される光は、隣接する半導体発光素子１ｂおよび１ｃの蛍光体層３０に入射し、蛍光体３１により吸収される。そして、図１に示すように、半導体発光素子１ｂおよび１ｃからも蛍光体３１の発光光が放射される。このような光は、例えば、半導体発光素子１ａの光よりも赤色もしくは黄色の成分を多く含む。このため、半導体発光素子１ａの発光特性の評価において、半導体発光素子１ｂおよび１ｃの蛍光体３１の放射光は、その精度を低下させる。したがって、遮光マスク６０を用いて半導体発光素子１ｂおよび１ｃの蛍光体３１の放射光を遮蔽することが好ましい。

しかしながら、隣接する半導体発光素子１間の間隔Ｗ_Ｃが狭い場合には、半導体発光素子１ｂおよび１ｃの蛍光体３１の放射光を完全に遮蔽することは難しい。すなわち、隣接するチップ間の間隔Ｗ_Ｃが狭い場合には、半導体発光素子１の寸法Ｄ_Ｃに対する開口６５の幅Ｗ_Ｅのトレランスが小さくなり、測定時の半導体発光素子１の位置ずれによる測定誤差が大きくなる。また、半導体発光素子１ａの発光光のうちの放射角の大きい成分も遮光され、これによる測定精度の低下も生じるようになる。

そこで、開口６５の幅Ｗ_Ｅは、例えば、半導体発光素子１の寸法Ｄ_Ｃの３倍以下とする。また、より好ましくは、開口６５の幅Ｗ_Ｅは、半導体発光素子１の寸法Ｄ_Ｃの２倍以下とする。これにより、半導体発光素子１ｂおよび１ｃの蛍光体３１の放射光の少なくとも一部を遮蔽することができる。その結果、例えば、実装基板上にマウントした場合の半導体発光素子１の発光特性と、シート１０上に配列された半導体発光素子１の発光特性と、の相関係数を大きくすることができる。これにより、例えば、半導体発光素子１を適切に選別することが可能となり、製造歩留りを改善し、製造コストを低減することができる。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施形態に係る半導体発光素子１の検査方法を示す模式平面図である。図２（ａ）に示すように、開口６５の形状は、例えば、四角形である。また、図２（ｂ）に示すように、開口６５は、円形であっても良い。

例えば、開口６５のＸ方向およびＹ方向の寸法が半導体発光素子１の寸法Ｄ_Ｃの３倍であれば、隣接する半導体発光素子１間のスペース分だけ、隣接する半導体発光素子１の光を遮ることができる。また、開口６５のＸ方向およびＹ方向の寸法が半導体発光素子１の寸法Ｄ_Ｃの２倍であれば、隣接する半導体発光素子１の光の半分以上を遮ることができる。

図３は、実施形態に係る光検出器４０を示す模式断面図である。光検出器４０は、光導入部４０ａと、積分球４０ｂと、を有する。光導入部４０ａは、筐体４３の内部に設けられた導光体４５を含む。導光体４５は、例えば、石英ガラスであり、受光面４５ａから入射した光を積分球４０ｂへ導く。

積分球４０ｂには、光ファイバ７１およびフォトダイオード７３が付設されている。光ファイバ７１は、波長計７５に接続される。光ファイバ７１は、積分球４０ｂの内部の光を波長計７５へ導く。波長計７５は、例えば、光ファイバ７１により導かれた光を分光し、半導体発光素子１の放射スペクトルを計測する。フォトダイオード７３は、半導体発光素子１の発光強度を計測する。

本実施形態では、光導入部４０ａの受光面４５ａ上に遮光マスク６０を配置する。遮光マスク６０は、透光性ベース６１と遮光膜６３とを含む。遮光膜６３は、開口６５を有する。遮光マスク６０は、この例に限定される訳ではない。例えば、開口６５を有する遮光フィルムであっても良い。

次に、図４（ａ）〜図４（ｂ）および図５を参照して、実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法を説明する。図４（ａ）〜図４‘ｂ）は、半導体発光素子１の製造過程を順に示す模式断面図である。

図４（ａ）に示すように、ベース部２０の上に蛍光体層３０を形成する。蛍光体層３０は、例えば、蛍光体３１を含む樹脂シートであり、ベース部２０の上に貼り付けられる。

ベース部２０は、複数の発光体２１と、発光体２１のそれぞれに電気的に接続された端子２３および２５と、支持部材２７と、を含む。発光体２１は、例えば、ｐ形半導体層と、ｎ形半導体層と、発光層と、を含む。発光層は、ｐ形半導体層とｎ形半導体層との間に設けられる。端子２３は、例えば、ｎ形半導体層に電気的に接続される。端子２５は、例えば、ｐ形半導体層に電気的に接続される。端子２３および２５は、ベース部２０の蛍光体層３０とは反対側の表面にその端面を露出する。支持部材２７は、例えば、シリコーン樹脂もしくはエポキシ樹脂である。

蛍光体層３０は、母材３３に分散された蛍光体３１を含む（図１参照）。蛍光体３１は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体もしくは窒化物系蛍光体である。蛍光体３１は、例えば、黄色光を発光する成分と、赤色光を発光する成分と、を含む。母材３３は、例えば、シリコーン樹脂である。

図４（ｂ）に示すように、蛍光体層３０の上にシート１０を貼り付ける。シート１０は、例えば、ポリエチレンなどの樹脂シートであり、発光体２１および蛍光体３１の発光光を透過する。

図４（ｃ）に示すように、ベース部２０の表面側からベース部２０および蛍光体層３０を分断し、複数の半導体発光素子１に分離する。ベース部２０および蛍光体層３０は、例えば、ダイシングブレードを用いて切断する。

次に、図５に示すように、半導体発光素子１の発光特性を測定する。例えば、シート１０の上に配列された複数の半導体発光素子１のうちの１つの半導体発光素子１ａにプローブ５３および５５を接触させ、プローブ５３および５５を介して発光体２１に電流を供給する。そして、シート１０の半導体発光素子１ａとは反対側に配置された光検出器４０を用いて半導体発光素子１の発光光を検出する。光検出器４０は、半導体発光素子１ａと光検出器４０との間に配置された遮光マスク６０の開口６５を通過した発光光を検出する。

半導体発光素子１ａの測定を終了後、例えば、シート１０をＸ方向にずらし、隣接する半導体発光素子１の発光特性を測定する。この例では、半導体発光素子１は、一定の間隔Ｗ_Ｃを持って配列されており、所定のピッチでシート１０をＸ方向に移動させることにより各半導体発光素子１の発光特性を測定することができる。すなわち、半導体発光素子１ａと光検出器４０との間に遮光マスク６０を配置することにより、例えば、ダイシングされた状態を保持したまま、半導体発光素子１の発光特性を測定することができる。

例えば、遮光マスク６０を用いない場合には、所定の測定精度を確保するために、隣接する半導体発光素子１の間隔Ｗ_Ｃを広げる必要がある。例えば、半導体発光素子１を別のシートに移載することにより間隔Ｗ_Ｃを広げることができるが、製造工程のＴＡＴ（turnaround time）を伸ばし、また、移載に用いる装置を用意する必要がある。また、シート１０を拡張して間隔Ｗ_Ｃを広げることも可能であるが、間隔Ｗ_Ｃが区々となり、半導体発光素子１ａと光検出器４０との位置合わせが必要となる。さらに、半導体発光素子１のサイズが小さくなると、シート１０上に設けられる半導体発光素子１の数が多くなる。このため、シート１０の拡張幅が制限され、測定精度を確保するために必要な幅Ｗ_Ｃを得ることができない場合も生じる。

このように、本実施形態では、半導体発光素子１ａと光検出器４０との間に遮光マスク６０を配置することにより、半導体発光素子１ａの測定精度を向上させるだけでなく、半導体発光素子１の製造プロセスを短縮し、製造コストを低減することができる。

図６は、実施形態の変形例に係る光検出器８０を示す模式断面図である。光検出器８０は、光導入部８０ａと、積分球８０ｂと、を有する。光導入部８０ａは、筐体８３の内部に設けられた導光体８５を含む。導光体８５は、例えば、石英ガラスである。導光体８５は、例えば、上方（Ｚ方向）に幅が狭くなるテーパ形状を有する。積分球８０ｂには、光ファイバ７１およびフォトダイオード７３が付設される。

導光体８５の受光面８５ａは、例えば、半導体発光素子１のＸ方向およびＹ方向の寸法Ｄ_Ｃよりも広い幅Ｗ_Ｅを有する。また、幅Ｗ_Ｅは、例えば、半導体発光素子１のＸ方向およびＹ方向の寸法Ｄ_Ｃの３倍以下である。より好ましくは、幅Ｗ_Ｅは、半導体発光素子１のＸ方向およびＹ方向の寸法Ｄ_Ｃの２倍以下である。

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、１ａ、１ｂ・・・半導体発光素子、１０・・・シート、２０・・・ベース部、２１・・・発光体、２３、２５・・・端子、２７・・・支持部材、３０・・・蛍光体層、３１・・・蛍光体、３３・・・母材、４０、８０・・・光検出器、４０ａ、８０ａ・・・光導入部、４０ｂ、８０ｂ・・・積分球、４３、８３・・・筐体、４５、８５・・・導光体、４５ａ、８５ａ・・・受光面、５３、５５・・・プローブ、６０・・・遮光マスク、６１・・・透光性ベース、６３・・・遮光膜、６５・・・開口、７１・・・光ファイバ、７３・・・フォトダイオード、７５・・・波長計

Claims

シート上に配列され、それぞれが発光体を含む複数の半導体発光素子であって、前記発光体と前記シートとの間に蛍光体を有する複数の半導体発光素子のうちの１つの半導体発光素子を発光させ、
前記シートを挟んで前記１つの半導体発光素子に対向する位置に配置された検出器により前記１つの半導体発光素子の発光光を検出する検査方法であって、
前記検出器は、前記発光光を通過させる開口を有し、
前記開口の寸法は、前記シートの表面に平行な方向において、前記１つの半導体発光素子の寸法よりも大きく、前記１つの半導体発光素子の前記寸法の３倍以下である半導体発光素子の検査方法。
前記検出器は、前記１つの半導体発光素子に対向する受光面を有する光導入部と、前記受光面上に設けられ、前記開口を有する遮光マスクと、を含む請求項１記載の半導体発光素子の検査方法。
前記検出器は、前記１つの半導体発光素子に対向する受光面を有する光導入部を有し、
前記開口は、前記受光面内に設けられる請求項１記載の半導体発光素子の検査方法。
前記開口は、四角形または円形である請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子の検査方法。
複数の発光体を含むベース部の上に蛍光体層を形成する工程と、
前記蛍光体層上にシートを貼り付ける工程と、
前記ベース部側から前記ベース部および前記蛍光体を分断し、前記シート上に複数の半導体発光素子を形成する工程と、
請求項１〜４に記載の検査方法を用いて前記複数の半導体発光素子を検査する工程と、
を備えた半導体発光素子の製造方法。
前記ベース部は、前記複数の発光体のそれぞれに電気的に接続された端子を前記蛍光層とは反対側の表面に有し、
前記端子を介して前記１つの半導体発光素子を発光させる請求項５記載の半導体発光素子の製造方法。