JP2019016821A - 半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡素な構造で実現でき、エッジ方向への光漏れを抑制して光源の配光特性を良好な半導体発光装置を提供する。【解決手段】 半導体層（１１）と、半導体層（１１）の下面側に形成される電極（１２、１３）と、半導体層（１１）の外縁を囲み、半導体層（１１）の上面に対し垂直の方向において当該上面に対し一定の高さを有し、かつ、上面に沿う方向においてその上端部分に一定の幅を有する枠状部であって、少なくとも一部が半導体層（１１）の外縁に接して形成される枠状部（１４ａ）と、半導体層（１１）の上面に積層され、枠状部（１４ａ）よりも低い上面を備える波長変換部（１５’）と、備える半導体発光装置（１０）を提供する。【選択図】図１１
Description
本発明は、発光ダイオード（Light Emitting Diode, LED）を用いた半導体発光装置およびその製造方法に関する。特に、配光特性が求められる光源装置において好適に用いられる半導体発光装置およびその製造方法に関する。
発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と略称する。）は、高い発光効率、低い消費電力および長寿命であるという観点から、照明用装置をはじめ、光通信装置、プリンタやスキャナなどの様々な応用製品の光源として採用されている。現在主流とされる白色ＬＥＤは、波長のピークが４５０ｎｍ前後の青色ＬＥＤと、その青色光を５５０ｎｍ前後の波長に変換する黄色蛍光体との組み合わせに基づいて、単一のＬＥＤ素子（シングルチップ）のみによる白色光が実現されている。また、蛍光体の波長変換帯域を広くしまたは任意に選択し、あるいは蛍光体を塗布しないＬＥＤ素子を加えることで、演色性に優れた良質の照明光を得ることが可能である。
光源装置の回路基板に面実装されるタイプのＬＥＤ素子は、サファイア等の成長基板上にｐ型およびｎ型の半導体層をエピタキシャル成長させ、その後に導電体からなるｐ電極およびｎ電極を各半導体層に積層させた基本構造を有している。チップパッケージのサブストレートや光源装置の回路基板（本明細書ではこれらを総称して「実装基板」という。）上にＬＥＤ素子を面実装するひとつの方法にフェース・ダウン（ＦＤ）実装がある。フェース・ダウンとは、半導体層の積層方向と光の取り出し方向とを逆転させた向きにＬＥＤ素子を実装する方法である。なお、半導体層の積層方向と光の取り出し方向とが一致する実装方法はフェース・アップ（ＦＵ）といわれている。
たとえば特許文献１には、ＬＥＤがキャリア基板（実装基板に相当）にフェース・ダウン実装される構造が開示されている。特許文献１の実装方法によれば、ＬＥＤをキャリア基板にフリップチップ実装後、バンプ状の電極間にアンダーフィルが注入される。このアンダーフィルがＬＥＤのエピタキシャル構造体（本明細書でいう半導体層）の側面まで延びて硬化することで、キャリア基板に実装されたＬＥＤの支持剛性が高められている。
ところで、光学レンズを用いて、光の広がり方、方向など配光特性を制御する照明器具において、発光面積が小さく正面の輝度が高い、かつ、配光色温度差の小さい配光特性をもつ、いわゆる点光源の発光装置が好ましいとされている。そのため、従来のＬＥＤを用いた半導体発光装置では、発光素子に、レンズを設置されたものが用いられている。発光素子に、レンズを設置することで、光の取り出し効率を上げて、正面の輝度を高くしている。しかし、レンズが必要とされるため、レンズを形成させる工程が必要とされていた。
本発明は、かかる従来の課題にかんがみてなされたものであり、簡素な構造で実現でき、発光素子のエッジ方向への光漏れを抑制して光源の配光特性を良好とする、半導体発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、半導体層と、前記半導体層の下面側に形成される電極と、前記半導体層の外縁を囲む枠状部であって、前記半導体層の上面に対し垂直の方向において当該上面に対し一定の高さを有し、かつ、前記上面に沿う方向においてその上端部分に一定の幅を有する枠状部であって、少なくとも一部が前記半導体層の外縁に接して形成される枠状部と、を備える半導体発光装置である。
また、本発明は、成長基板上に半導体層を有し前記半導体層上に電極を有する複数の発光素子を、前記成長基板の一面がシートに接して所定の間隔をおいて配置するステップと、前記複数の発光素子のそれぞれの成長基板の間隙を埋めるように絶縁部材を配置するステップと、前記絶縁部材の一部を残して前記成長基板の間隙に溝を形成するステップと、前記成長基板を剥離するステップと、を含む、半導体発光装置の製造方法である。
また、本発明は、成長基板上に半導体層を積層し所定の間隔をおいて複数の発光素子を配列して形成した半導体ウェハを準備するステップと、隣接する前記各半導体層の間の位置で、前記成長基板に溝を加工するステップと、前記成長基板の前記溝を埋めるように絶縁部材を配置するステップと、前記成長基板を剥離するステップと、前記絶縁部材の一部を残して前記溝の位置で前記各発光素子を切り出すステップと、を含む、半導体発光装置の製造方法である。
本発明の半導体発光装置によれば、簡素な構造で実現でき、エッジ方向への光漏れを抑制して光源の配光特性を良好とすることができる。また、本発明の半導体発光装置の製造方法によれば、工程数が少なく量産性に優れた高品質の半導体発光装置を得ることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、参照される各図を通し、同一の各構成要素および形態は異なるが対応関係がある各構成要素に対しては同一の符号が付されている。また、以下説明する実施形態はあくまでも例示であり、発明がこれらの具体的態様に限定されるものではない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による半導体発光装置１０の断面構造を模式的に示す図である。半導体発光装置１０は、発光素子であるＬＥＤを構成する半導体層１１と、半導体層１１の下面側にそれぞれ形成されるｐ電極１２およびｎ電極１３とを備える。半導体層１１の上面に接して、波長変換部１５を配置してもよい。
図１は、本発明の第１の実施形態による半導体発光装置１０の断面構造を模式的に示す図である。半導体発光装置１０は、発光素子であるＬＥＤを構成する半導体層１１と、半導体層１１の下面側にそれぞれ形成されるｐ電極１２およびｎ電極１３とを備える。半導体層１１の上面に接して、波長変換部１５を配置してもよい。
なお、半導体層１１の「上面」および「下面」という表現は、本明細書において光取り出し面側を上、電極が形成される底面側を下と定義した場合における、相対的な意味で用いるのに過ぎない。すなわち「上」および「下」が絶対的な上下の意味で解釈されることを意図するものではない。
半導体層１１は、図１に詳細に示されるように、ｎ型半導体層１１１、活性層１１２およびｐ型半導体層１１３が順に積層されたｐｎダブルヘテロ構造を有している。半導体層１１は、たとえば窒化物系化合物半導体（一般式がＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１））であるたとえばＧａＮ系の青色ＬＥＤからなる。ＬＥＤを構成する半導体層１１が、他のたとえばＺｎＳｅ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＡｌＩｎＧａＰ系などの化合物半導体からなるものであってもよい。半導体層１１は、たとえば有機金属化学気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD）法によって、サファイア等の図示しない成長基板上に順次積層して形成することができる。またその他の気相または液相成長法を用いて半導体層１１を形成してもよい。
ＬＥＤのアノードと電気的に接続されるｐ電極１２は、ｐ型半導体層１１３に電気的に接合して設けられる。一方、カソードと電気的に接続されるｎ電極１３は、ｎ型半導体層１１１に電気的に接合して設けられる。ｐ電極１２およびｎ電極１３は、図示しない実装基板に向けて突出するバンプとして形成される。たとえば、ｐ型およびｎ型半導体層１１３、１１１のそれぞれの所定位置にスパッタリング等によりアンダー・バリア・メタル（ＵＢＭ）を成膜し、成膜したＵＢＭ上に濡れ性の良い導電性金属であるたとえばＡｕをメッキすることにより、バンプ状のｐ電極１２およびｎ電極１３が得られる。
半導体発光装置１０では、半導体層１１に順方向の電流が供給されることにより活性層１１２にキャリアが移動して閉じ込められ、そこでキャリアの再結合が効率良く起こり光が放出される。このため、活性層１１２は発光層ともいわれる。
また、高輝度のＬＥＤを実現するために、ｐ型半導体層１１３の下面に光反射層１１４を設けてもよい。光反射層１１４は、たとえば、ｐ型半導体の一部として形成したＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）を用いることができる。ＤＢＲは、空間周期がλ／２ｎの回折格子である（ここで、λは真空における光の波長、ｎは媒体（具体的にはｐ型半導体層）における屈折率である。）。すなわち、ＤＢＲからなる光反射層１１４は、活性層１１２から実装基板側へ放出された波長λの光を、反対側の上面である光取り出し面側に回折させる一方で、順方向の駆動電流を活性層１１２およびｎ型半導体層１１１に供給することができる。これにより、配光特性を良好とし、光の取り出し効率を向上させることができる。
本発明の実施形態によれば、半導体発光装置１０は、半導体層１１の外縁を囲むように形成された枠状部１４ａを備えることを特徴としている。この枠状部１４ａは、ｐ電極１２およびｎ電極１３の間を埋めるように配置される絶縁部材１４の一部として、半導体層１１の外縁に形成される。
詳細には、図１に示されるように、枠状部１４ａは、半導体層１１の上面１１ａに対し垂直の方向において当該上面１１ａに対し一定の高さＨを有し、かつ、上面１１ａに沿う水平方向において枠状部１４ａの上端部分に一定の幅Ｗを有している。半導体層１１に接する位置から上方に位置する枠状部１４ａの内側面は、半導体層１１の上面１１ａに対し垂直の面として形成される。また、枠状部１４ａの外壁面１４ｂは、当該半導体発光装置１０が実装される図示しない実装基板、またはその実装基板へ実装される側の面（実装面）に対し直交するか、または垂直な面として形成されることが好ましい。
枠状部１４ａを含む絶縁部材１４は、光反射性を有する絶縁材料から形成される。具体的に、絶縁部材１４の主成分は、たとえばシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂であることが好ましい。また、絶縁部材１４の絶縁材料は、熱硬化性樹脂にＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉからなる群から選択される１種の酸化物、若しくはＡｌＮ、ＭｇＦの少なくとも１種であり、具体的にはＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ、ＡｌＮ、ＳｉＯ２よりなる群から選択される少なくとも１種を混合してなることが好ましい。これにより、絶縁部材１４に適した電気的絶縁性、機械的強度に加えて光反射性を与えることができる。
図２は、図１に示した半導体発光装置１０を光取り出し面（半導体層の上面１１ａ）側から見た平面図である。図２に示されるように、半導体発光装置１０は平面視において四角形を有し、その枠状部１４ａがＬＥＤの光取り出し面（半導体層の上面１１ａ）のエッジ（外縁）を囲むように四角形の枠状に形成されている。
波長変換部１５は蛍光体材料を含有する樹脂からなることが好ましい。また、波長変換部１５は、必ずしも蛍光体材料を含有している必要はなく、拡散材（フィラーなど）や着色材（顔料など）を含有する樹脂であってもよい。波長変換部１５は一定の厚みＨ’ を有している。図１から容易に判るように、底面である実装面からの波長変換部１５の上面までの高さは枠状部１４ａのそれよりも高い（つまりＨ’ ＞Ｈ）。上述したように枠状部１４ａは光反射性を有する絶縁材料から形成されている。このため、半導体層１１からエッジ方向に放出された光の一部が枠状部１４ａの内側面で反射する（図３参照）。これにより、半導体発光装置１０から放出される光の広がりを抑え、エッジ方向への光漏れを抑制して光源の配光特性を良好にすることができる。
また、ｐ電極１２およびｎ電極１３の間を埋める絶縁部材１４がＬＥＤ発光素子の全体をパッケージングする構造により、従来必要とされた基板実装時または基板実装後のアンダーフィリングの必要性がなくなる。また、絶縁部材１４の一部をなす枠状部１４ａが一定の高さＨおよび幅Ｗを有して半導体層１１の外縁を囲むことにより、簡素な構造でありながら従来よりも横からの外力や応力に対する剛性が高められている。また、一定の高さを有する枠状部１４ａが波長変換部１５の側面にまで延びて支持することにより、波長変換部１５の剥離や損傷も防ぐことができる。
次に、上述した第１の実施形態による半導体発光装置１０を製造する方法を図４を参照しながら説明する。
はじめに、成長基板３１上に半導体層１１を積層し、所定の間隔をおいて複数の発光素子３２、３２、…を配列し、それぞれの発光素子３２に所定の電極や保護膜等を形成した半導体ウェハ３０を準備する（図４ａ参照）。半導体層１１が窒化物系化合物半導体である、たとえばＧａＮ系の青色ＬＥＤの場合には、成長基板３１としてサファイアの単結晶ウェハが好適に用いられる。
図１に既に示した半導体層１１は、ｎ型半導体層１１１をたとえばＳｉをドーパントとして用いたＧａＮから形成でき、ｐ型半導体層１１３をたとえばＭｇまたはＺｎをドーパントとして用いたＧａＮから形成でき、活性層１１２をたとえばＧａＮまたはＩｎＧａＮから形成することができる。また、青色ＬＥＤを構成するために、半導体層１１をＩｎＡｌＧａＮ系化合物で形成することができる。
半導体層１１は、たとえばＭＯＣＶＤ法またはその他の気相成長法により、ｎ型半導体層１１１、活性層１１２およびｐ型半導体層１１３を順次、成長基板３１上にエピタキシャル成長させることで形成することができる。
半導体層１１を形成後、ｐ電極１２およびｎ電極１３を形成する。ｐ電極１２およびｎ電極１３は、半導体層１１の所定の位置から突出するバンプ状とすることができる。すなわち、ｐ型およびｎ型半導体層１１３、１１１のそれぞれの所定位置にスパッタリング等によりＵＢＭを成膜し、成膜したＵＢＭ上にたとえばＡｕをメッキすることにより、バンプ状のｐ電極１２およびｎ電極１３が形成される。また、ワイヤボンドによりバンプを形成してもよい。
次に、隣接する各半導体層１１の間の位置で各発光素子３２を分離する溝３１ａ、３１ａ、…を加工する（図４ｂ参照）。溝３１ａの加工方法は特に限定されないが、たとえば断面が四角形のブレードで、成長基板３１にダイシングやダイヤモンドカット等により溝３１ａを形成することができる。
そして、半導体層１１の電極間、ならびに複数の各発光素子３２、３２、…の間の溝３１ａ、３１ａ、…を埋めるように絶縁部材１４を配置する（図４ｃ参照）。絶縁部材１４は、たとえばシリコーン樹脂からなる熱硬化性樹脂にＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉからなる群から選択される１種の酸化物、若しくはＡｌＮ、ＭｇＦの少なくとも１種であり、具体的にはＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ、ＡｌＮ、ＳｉＯ２よりなる群から選択される少なくとも１種を混合した、光反射性を有する絶縁材料から形成することができる。
絶縁部材１４を形成する方法としては、圧縮成形法、トランスファー成形法、射出成形法などの一般的な成形法を採用することができる。また、樹脂を印刷もしくは塗布する方法、またはゲル状のシートを用いる方法等で絶縁部材１４を成形し、その後硬化して形成してもよい。また、ｐ電極１２およびｎ電極１３を覆うように絶縁部材１４を形成（硬化）した後に切削して電極を露出させて図４ｃの状態としてもよい。
絶縁部材１４を形成する方法としては、圧縮成形法、トランスファー成形法、射出成形法などの一般的な成形法を採用することができる。また、樹脂を印刷もしくは塗布する方法、またはゲル状のシートを用いる方法等で絶縁部材１４を成形し、その後硬化して形成してもよい。また、ｐ電極１２およびｎ電極１３を覆うように絶縁部材１４を形成（硬化）した後に切削して電極を露出させて図４ｃの状態としてもよい。
成長基板３１、３１、…を上にして別の粘着シート４１上に発光素子３２、３２、…の電極側が接するように設置する（図４ｄ参照）。
次に、たとえばＬＬＯ（Laser Lift Off）法により成長基板３１、３１、…を半導体層１１、１１、…から剥離する（図４ｅ参照）。そして、半導体層１１、１１、…上に必要に応じて波長変換部１５を配置する（図４ｆ参照）。波長変換部１４は、圧縮成形法、トランスファー成形法、射出成形法などの一般的な成形法を用いて形成することができる。
また、材料（主に蛍光体）のポッティング、スクリーン印刷、電着、スプレーによる塗布、シート貼着などの適宜の方法を用いて半導体層１１の上に配置してもよい。
また、材料（主に蛍光体）のポッティング、スクリーン印刷、電着、スプレーによる塗布、シート貼着などの適宜の方法を用いて半導体層１１の上に配置してもよい。
波長変換部１５の材料としては、たとえば、Ｃｅ、Ｅｕ等のランタノイド系元素で賦活される、窒化物系蛍光体または酸窒化物系蛍光体を用いることができる。
蛍光体材料として具体的には、たとえば、Ｃｅ等のランタノイド元素で賦活される希土類アルミン酸塩を用いることができ、そのうちＹＡＧ系蛍光体材料が好適に用いられる。また、ＹＡＧ系蛍光体材料のうちＹの一部または全部をＴｂ、Ｌｕで置換したものでもよい。また、Ｃｅで賦活される希土類ケイ酸塩等を蛍光体材料に用いることができる。
また、Ｅｕ等のランタノイド系元素で賦活される、アルカリ土類ハロゲンアパタイト、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン、アルカリ土類金属アルミン酸塩、アルカリ土類金属硫化物、アルカリ土類金属硫チオガレート、アルカリ土類金属窒化ケイ素またはゲルマン酸塩、もしくはＥｕ等のランタノイド系元素で賦活される有機または有機錯体を蛍光体材料として用いることができる。たとえば赤色蛍光体として、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：ＥｕのようなＳＣＡＳＮ系蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ３：ＥｕのようなＣＡＳＮ系蛍光体、ＳｒＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ等がある。他にも、発光素子の青色光を吸収して緑色光を発光する、例えば、クロロシリケート蛍光体やβサイアロン蛍光体等を用いることができる。
蛍光体材料として具体的には、たとえば、Ｃｅ等のランタノイド元素で賦活される希土類アルミン酸塩を用いることができ、そのうちＹＡＧ系蛍光体材料が好適に用いられる。また、ＹＡＧ系蛍光体材料のうちＹの一部または全部をＴｂ、Ｌｕで置換したものでもよい。また、Ｃｅで賦活される希土類ケイ酸塩等を蛍光体材料に用いることができる。
また、Ｅｕ等のランタノイド系元素で賦活される、アルカリ土類ハロゲンアパタイト、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン、アルカリ土類金属アルミン酸塩、アルカリ土類金属硫化物、アルカリ土類金属硫チオガレート、アルカリ土類金属窒化ケイ素またはゲルマン酸塩、もしくはＥｕ等のランタノイド系元素で賦活される有機または有機錯体を蛍光体材料として用いることができる。たとえば赤色蛍光体として、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：ＥｕのようなＳＣＡＳＮ系蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ３：ＥｕのようなＣＡＳＮ系蛍光体、ＳｒＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ等がある。他にも、発光素子の青色光を吸収して緑色光を発光する、例えば、クロロシリケート蛍光体やβサイアロン蛍光体等を用いることができる。
次に、絶縁部材１４の一部を残して、図７ｂに示した溝３１ａの位置で各発光素子３２、３２、…をダイシング等の適当な切断手段を用いて切り出す（図４ｇ参照）。このような工程を経ることにより、１枚の半導体ウェハ３０から半導体発光装置１０を同時に複数得ることができる。また、ｐ電極１２およびｎ電極１３間の絶縁し発光素子全体をパッケージングする絶縁部材１４と、エッジ方向への光漏れを防止する枠状部１４ａとを同一の材料を用いて同一の工程で形成することができることから、工程数が少なく量産性に優れた高品質の半導体発光装置の製造方法を提供することができる。
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を説明する。ここで、図５は、本発明の第２の実施形態による半導体発光装置１０の断面構造を模式的に示す図である。第１の実施形態と同様に半導体発光装置１０は、半導体層１１と、半導体層１１の下面側に形成されるｐ電極１２およびｎ電極１３とを備える。また、半導体層１１の上面に接して波長変換部１５が配置されることが好ましい。
次に本発明の第２の実施形態を説明する。ここで、図５は、本発明の第２の実施形態による半導体発光装置１０の断面構造を模式的に示す図である。第１の実施形態と同様に半導体発光装置１０は、半導体層１１と、半導体層１１の下面側に形成されるｐ電極１２およびｎ電極１３とを備える。また、半導体層１１の上面に接して波長変換部１５が配置されることが好ましい。
半導体層１１は、ｎ型半導体層１１１、活性層１１２およびｐ型半導体層１１３が順に積層されたｐｎダブルヘテロ構造を有している。半導体層１１は、たとえば窒化物系化合物半導体（一般式がＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１））であるたとえばＧａＮ系の青色ＬＥＤからなる。ＬＥＤを構成する半導体層１１が、他のたとえばＺｎＳｅ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＡｌＩｎＧａＰ系などの化合物半導体からなるものであってもよい。半導体層１１は、たとえばＭＯＣＶＤ法によって、サファイア等の図示しない成長基板上に順次積層して形成される。半導体層１１は、他の気相または液相成長法を用いて形成されてもよい。
ＬＥＤのアノードと電気的に接続されるｐ電極１２は、ｐ型半導体層１１３に電気的に接合して設けられる。一方、カソードと電気的に接続されるｎ電極１３は、ｎ型半導体層１１１に電気的に接合して設けられる。ｐ電極１２およびｎ電極１３は、図示しない実装基板に向けて突出するバンプとして形成される。
また、高輝度のＬＥＤを実現するために、ｐ型半導体層１１３の下面に光反射層１１４を設けてもよい。光反射層１１４は、たとえば、ｐ型半導体の一部として形成したＤＢＲを用いることができる。これにより、配光特性を良好とし、光の取り出し効率を向上させることができる。
半導体発光装置１０は、半導体層１１の外縁を囲むように形成された枠状部１４ａを備えることを特徴としている。この枠状部１４ａは、ｐ電極１２およびｎ電極１３の間を埋めるように配置される、光反射性を有する絶縁部材１４の一部として、半導体層１１の外縁に形成される。
枠状部１４ａは、その外縁形状が平面視において四角形であり、半導体層１１の上面１１ａに対し垂直の方向において当該上面１１ａに対し一定の高さを有し、かつ、上面１１ａに沿う方向においてその上端部分に一定の幅を有している。第２の実施形態の半導体発光装置１０においては、さらに詳細に、半導体層１１に接する枠状部１４ａの内側面１４ｔが上面１１ａに対し上方に広がるような傾斜面として形成されている。つまり、枠状部１４ａの四角形の開口側が半導体層１１の光取り出し面よりも広口となっている。他方、枠状部１４ａの外壁面１４ｂは、当該半導体発光装置１０の実装面に対し直交するか、または垂直な面として形成される。
枠状部１４ａを含む絶縁部材１４は、光反射性を有する絶縁材料から形成される。具体的に、絶縁部材１４の主成分は、たとえばシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂であることが好ましい。また、絶縁部材１４の絶縁材料は、熱硬化性樹脂にＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉからなる群から選択される１種の酸化物、若しくはＡｌＮ、ＭｇＦの少なくとも１種であり、具体的にはＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ、ＡｌＮ、ＳｉＯ２よりなる群から選択される少なくとも１種を混合してなることが好ましい。これにより、絶縁部材１４に適した電気的絶縁性、機械的強度に加えて光反射性を与えることができる。半導体層１１の上面に接して波長変換部１５が配置される場合、図５から容易に判るように、底面である実装面からの波長変換部１５の上面までの高さは枠状部１４ａのそれよりも高い。
図６は、第２の実施形態の半導体発光装置１０による作用を示す図である。上述したように枠状部１４ａは光反射性を有する絶縁材料から形成されている。このため、半導体層１１からエッジ方向に放出された光の一部が枠状部１４ａの傾斜した内側面１４ｔで反射する。これにより、半導体発光装置１０から放出される光の広がりを抑え、エッジ方向への光漏れを抑制する。また、枠状部１４ａの内側面１４ｔで反射する光の方向は、波長変換部１５の表面に対し概ね直交するため、波長変換部１５と空気との境界面における望ましくない方向への屈折を抑えることができる。これにより光源の配光特性をさらに良好にすることができる。
また、ｐ電極１２およびｎ電極１３の間を埋める絶縁部材１４が半導体層１１の全体をパッケージングする構造により、従来必要とされた基板実装時または基板実装後のアンダーフィリングの必要性がなくなる。また、絶縁部材１４の一部をなす枠状部１４ａが一定の高さおよび幅を有して半導体層１１の外縁を囲むことにより、簡素な構造でありながら従来よりも横からの外力や応力に対する剛性が高められている。また、一定の高さを有する枠状部１４ａが波長変換部１５の側面にまで延びて支持することにより、波長変換部１５の剥離や損傷も防ぐことができる。
次に、上述した第２の実施形態による半導体発光装置１０を製造する方法を図７を参照しながら説明する。
はじめに、成長基板３１上に半導体層１１を積層し、所定の間隔をおいて複数の発光素子３２、３２、…を配列し、それぞれの発光素子３２に所定の電極や保護膜等を形成した半導体ウェハ３０を準備する（図７ａ参照）。半導体層１１が窒化物系化合物半導体である、たとえばＧａＮ系の青色ＬＥＤの場合には、成長基板３１としてサファイアが好適に用いられる。
図５に既に示した半導体層１１は、ｎ型半導体層１１１をたとえばＳｉをドーパントとして用いたＧａＮから形成でき、ｐ型半導体層１１３をたとえばＭｇまたはＺｎをドーパントとして用いたＧａＮから形成でき、活性層１１２をたとえばＧａＮまたはＩｎＧａＮから形成することができる。また、青色ＬＥＤを構成するために、半導体層１１をＩｎＡｌＧａＮ系化合物で形成することができる。
半導体層１１は、たとえばＭＯＣＶＤ法またはその他の気相成長法により、ｎ型半導体層１１１、活性層１１２およびｐ型半導体層１１３を順次、成長基板３１上にエピタキシャル成長させることで形成することができる。
半導体層１１を形成後、ｐ電極１２およびｎ電極１３を形成する。ｐ電極１２およびｎ電極１３は、半導体層１１の所定の位置から突出するバンプ状とすることができる。すなわち、ｐ型およびｎ型半導体層１１３、１１１のそれぞれの所定位置にスパッタリング等によりＵＢＭを成膜し、成膜したＵＢＭ上にたとえばＡｕをメッキすることにより、バンプ状のｐ電極１２およびｎ電極１３が形成される。
次に、隣接する各半導体層１１の間の位置で、側面が傾斜し、底面が平坦または略平坦となる溝３１ｂ、３１ｂ、…を加工する（図７ｂ参照）。溝３１ｂの加工方法は特に限定されないが、たとえば断面が台形のブレードで、成長基板３１にダイシングやダイヤモンドカット等により溝３１ｂを形成することができる。そして、半導体層１１の電極間、ならびに複数の各発光素子３２、３２、…の間の溝３１ｂ、３１ｂ、…を埋めるように絶縁部材１４を配置する（図７ｃ参照）。絶縁部材１４は、たとえばシリコーン樹脂からなる熱硬化性樹脂にＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉからなる群から選択される１種の酸化物、若しくはＡｌＮ、ＭｇＦの少なくとも１種であり、具体的にはＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ、ＡｌＮ、ＳｉＯ２よりなる群から選択される少なくとも１種を混合した、光反射性を有する絶縁材料から形成することができる。
成長基板３１、３１、…を上にして粘着シート４１上に発光素子３２、３２、…の電極側が接するように設置する（図７ｄ参照）。
次に、たとえばＬＬＯ法により成長基板３１を半導体層１１、１１、…から剥離する（図７ｅ参照）。そして、半導体層１１、１１、…上に必要に応じて波長変換部１５を配置する（図７ｆ参照）。波長変換部１５を配置する前に、半導体層１１と波長変換部１５との密着性を向上させるために、プラズマ洗浄やプライマー処理をしてもよい。
次に、絶縁部材１４の一部を残して、図７ｂに示した溝３１ｂの位置で各発光素子３２、３２、…を切り出す（図７ｇ参照）。各発光素子の切り出しは、ダイシング等の適当な切断手段を用いることができる。このような工程を経ることにより、１枚の半導体ウェハ３０から半導体発光装置１０を同時に複数得ることができる。また、ｐ電極１２およびｎ電極１３間の絶縁し発光素子全体をパッケージングする絶縁部材１４と、エッジ方向への光漏れを防止する枠状部１４ａとを同一の材料を用いて同一の工程で形成することができることから、工程数が少なく量産性に優れた高品質の半導体発光装置の製造方法を提供することができる。
（第３の実施形態）
次に、図１に示した構造の半導体発光装置１０を製造するための他の方法である第３の実施形態について、図８の製造工程図を参照しながら説明する。
次に、図１に示した構造の半導体発光装置１０を製造するための他の方法である第３の実施形態について、図８の製造工程図を参照しながら説明する。
はじめに、成長基板３１上に半導体層１１、所定の電極および保護膜等を形成した発光素子３２、３２、…を複数準備する。第１および第２の実施形態と同様に、半導体層１１は、たとえばＭＯＣＶＤ法またはその他の気相成長法により、ｎ型半導体層１１１をたとえばＳｉをドーパントとして用いたＧａＮから形成でき、ｐ型半導体層１１３をたとえばＭｇまたはＺｎをドーパントとして用いたＧａＮから形成でき、活性層１１２をたとえばＧａＮまたはＩｎＧａＮから形成することができる。また、青色ＬＥＤを構成するために、半導体層１１をＩｎＡｌＧａＮ系化合物で形成することができる。
ｐ電極１２およびｎ電極１３は、ｐ型およびｎ型半導体層１１３、１１１のそれぞれの所定位置にスパッタリング等によりＵＢＭを成膜し、成膜したＵＢＭ上にたとえばＡｕをメッキすることによりバンプ状に形成される。
各発光素子３２を、その成長基板３１の一面が粘着シート４０に接するように所定の間隔をおいて粘着シート４０上に配置する（図８ａ参照）。なお、発光素子３２、３２、…を複数形成したウェハを粘着シート４０上に粘着させた後、ダイシングまたはダイヤモンドカット等により発光素子３２、３２、…の境界に溝を形成することで、個々の発光素子３２を粘着シート４０上で分離する方法でもよい。
次に、半導体層１１の電極間、ならびに複数の各発光素子３２、３２、…の間を埋めるように絶縁部材１４を配置する（図８ｂ参照）。絶縁部材１４は、たとえばシリコーン樹脂からなる熱硬化性樹脂にＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉからなる群から選択される１種の酸化物、若しくはＡｌＮ、ＭｇＦの少なくとも１種であり、具体的にはＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ、ＡｌＮ、ＳｉＯ２よりなる群から選択される少なくとも１種を混合した、光反射性を有する絶縁材料から形成することができる。
成長基板３１、３１、…を上にして別の粘着シート４１上に発光素子３２、３２、…の電極側が接するように設置する（図８ｃ参照）。そして、絶縁部材１４を熱硬化させた後、各発光素子３２、３２、…の境界、すなわち各成長基板３１、３１、…の間隙に、絶縁部材１４の一部を残して各発光素子３２、３２、…を分離する溝１４ｃ、１４ｃ、…を形成する（図４ｄ参照）。これらの溝１４ｃ、１４ｃの形成には、たとえばダイシング等の切断手段が用いられるが、ドライエッチング法により溝１４ｃ、１４ｃを形成してもよい。絶縁部材１４の一部を残して溝１４ｃを形成することにより枠状部１４ａが形成される。
なお、絶縁部材１４に溝１４ｃ、１４ｃを形成する上記工程を省略し、後述する各発光素子３２、３２、…を切り出す工程で枠状部１４ａを形成してもよい。
次に、たとえばＬＬＯ法により成長基板３１、３１、…を半導体層１１、１１、…から剥離する（図８ｅ参照）。半導体層１１、１１、…上に必要に応じて波長変換部１５を配置してもよい（図８ｆ参照）。
次に、粘着シート４１上で各発光素子３２、３２、…をダイシング等の適当な切断手段を用いて切り出す（図８ｇ参照）。
第３の実施形態の製造方法によれば、予め色調選択した発光素子３２だけを粘着シート４０に配置することができるので、特に白色化後の色調のバラツキを低減することができる。
（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態による光源装置の断面を模式的に示す図である。ここで、図９（ａ）には、図１に示した第１の実施形態の半導体発光装置１０が光源装置の回路基板である実装基板２０に実装された状態で示される。図９（ｂ）には、図５に示した第２の実施形態の半導体発光装置１０が実装基板２０に実装された状態で示される。
図９は、本発明の第４の実施形態による光源装置の断面を模式的に示す図である。ここで、図９（ａ）には、図１に示した第１の実施形態の半導体発光装置１０が光源装置の回路基板である実装基板２０に実装された状態で示される。図９（ｂ）には、図５に示した第２の実施形態の半導体発光装置１０が実装基板２０に実装された状態で示される。
実装基板２０は、ガラスエポキシ樹脂、またはアルミナなどのセラミック等の絶縁性を有する板状の材料からなり、その表面にたとえば銅からなる導電パターンが電解メッキ法またはエッチング法などの周知のプリント技術により形成されている。導電パターンの表面は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌなどの反射率の高い金属でメッキされていることが好ましい。第４の実施形態では、複数の半導体発光装置１０が光源装置の実装基板２０の導電パターンにフリップチップ実装された状態で提供される。
第４の実施形態によれば、各半導体発光装置１０から側面方向へ放出される光の量を少なくしたので、隣接する発光装置で吸収される光も少なくなり、半導体発光装置１０を実装基板２０に複数個並べた場合でも光取り出し効率の低下を抑制することができる。
（第５の実施形態）
図１０は、本発明の第５の実施形態による半導体発光装置１０の断面を模式的に示す図である。半導体発光装置１０は、上述した実施形態と同様に半導体層１１と、半導体層１１の下面側にそれぞれ形成されるｐ電極１２およびｎ電極１３とを備える。また、半導体発光装置１０は、半導体層１１の外縁を囲むように形成された、光反射性を有する枠状部１４ａを備える。この枠状部１４ａは、ｐ電極１２およびｎ電極１３の間を埋めるように配置される絶縁部材１４の一部として、半導体層１１の外縁に形成される。
図１０は、本発明の第５の実施形態による半導体発光装置１０の断面を模式的に示す図である。半導体発光装置１０は、上述した実施形態と同様に半導体層１１と、半導体層１１の下面側にそれぞれ形成されるｐ電極１２およびｎ電極１３とを備える。また、半導体発光装置１０は、半導体層１１の外縁を囲むように形成された、光反射性を有する枠状部１４ａを備える。この枠状部１４ａは、ｐ電極１２およびｎ電極１３の間を埋めるように配置される絶縁部材１４の一部として、半導体層１１の外縁に形成される。
さらに、本実施形態による半導体発光装置１０は、半導体層１１の上面に接して段差を有する波長変換部１５’が配置される。波長変換部１５’は、蛍光体材料を含有する樹脂からなることが好ましいが、拡散材および／または着色材を含有する樹脂または蛍光体とこれら拡散材や着色材を混合した樹脂であってもよい。
波長変換部１５’は、枠状部１４ａ付近を覆う部分の厚さと、半導体層１１の上面を覆う中央部分の厚さとがほぼ同じであるが、枠状部１４ａが高さＨ（図１参照）を有しているために、図１０に示されるような段差が形成されている。第５の実施形態による半導体発光装置１０は、平面視において外形が四角形でもよく、または円形でもよい。平面視において四角形の半導体発光装置１０であれば波長変換部１５’の段差が半導体層１１の外縁に沿って四角形に形成され、円形の半導体発光装置１０であれば波長変換部１５’の段差が半導体層１１の外縁に沿って円形に形成される。
このような第５の実施形態の半導体発光装置１０は、成長基板を半導体層１１から剥離した後に、半導体層１１の上面にたとえばスプレーで波長変換部１５’の樹脂材料を塗布する工程を含むことにより製造することができる。
図１１に第５の実施形態の変形例による半導体発光装置１０の断面が示される。この変形例では、たとえば電着またはスプレー塗布により波長変換部１５’の樹脂材料が半導体層１１の上面に薄く積層される。すなわち図１１に示されるように、波長変換部１５’は、その上面までの高さが枠状部１４ａのそれよりも低く形成される。ここで、電着で波長変換部１５’を形成する場合には、導通する半導体層１１の上面にのみ波長変換材料を配置することができる。また、スプレーを用いる場合には、枠状部１４ａをマスキングすることで波長変換材料を半導体層１１の上面にのみ薄く塗布することができる。
なお、図１２に示されるように、電着またはスプレー塗布して積層した波長変換部１５’を保護するための透明層１６を波長変換部１５’の全面にわたり形成してもよい。
なお、図１２に示されるように、電着またはスプレー塗布して積層した波長変換部１５’を保護するための透明層１６を波長変換部１５’の全面にわたり形成してもよい。
（第６の実施形態）
図１３は、本発明の第６の実施形態による半導体発光装置１０の断面を模式的に示す図である。この実施形態の半導体発光装置１０も、上述した実施形態と同様に半導体層１１と、半導体層１１の下面側にそれぞれ形成されるｐ電極１２およびｎ電極１３とを備える。また、半導体発光装置１０は、半導体層１１の外縁を囲むように形成された、光反射性を有する枠状部１４ａを備える。この枠状部１４ａは、ｐ電極１２およびｎ電極１３の間を埋めるように配置される絶縁部材１４の一部として、半導体層１１の外縁に形成される。
図１３は、本発明の第６の実施形態による半導体発光装置１０の断面を模式的に示す図である。この実施形態の半導体発光装置１０も、上述した実施形態と同様に半導体層１１と、半導体層１１の下面側にそれぞれ形成されるｐ電極１２およびｎ電極１３とを備える。また、半導体発光装置１０は、半導体層１１の外縁を囲むように形成された、光反射性を有する枠状部１４ａを備える。この枠状部１４ａは、ｐ電極１２およびｎ電極１３の間を埋めるように配置される絶縁部材１４の一部として、半導体層１１の外縁に形成される。
さらに、第６の実施形態による半導体発光装置１０は、半導体層１１の上面に接してドーム状の波長変換部１５”が配置される。波長変換部１５”は、蛍光体材料を含有する樹脂からなることが好ましいが、拡散材および／または着色材を含有する樹脂または蛍光体とこれら拡散材や着色材を混合した樹脂であってもよい。
第６の実施形態による半導体発光装置１０は、平面視において外形が円形であることが好ましい。この場合において、波長変換部１５”の周端部が半導体層１１の外縁に沿って円形に形成される。また、波長変換部１５”の周端部が枠状部１４ａを覆うような構成であってもよい。
このような第６の実施形態の半導体発光装置１０は、成長基板を半導体層１１から剥離した後に、半導体層１１の上面に波長変換部１５”の樹脂材料をたとえばポッティングする工程を含むことにより製造することができる。
１０ 半導体発光装置
１１ 半導体層
１１ａ 上面
１２ ｐ電極
１３ ｎ電極
１４ 絶縁部材
１４ａ 枠状部
１４ｂ 外壁面
１４ｃ 溝
１４ｔ 内側面
１５ 波長変換部
２０ 実装基板
３０ 半導体ウェハ
３１ 成長基板
３１ａ、３１ｂ 溝
３２ 発光素子
１１ 半導体層
１１ａ 上面
１２ ｐ電極
１３ ｎ電極
１４ 絶縁部材
１４ａ 枠状部
１４ｂ 外壁面
１４ｃ 溝
１４ｔ 内側面
１５ 波長変換部
２０ 実装基板
３０ 半導体ウェハ
３１ 成長基板
３１ａ、３１ｂ 溝
３２ 発光素子
Claims (5)
- 半導体層と、
前記半導体層の下面側に形成される電極と、
前記半導体層の外縁を囲み、前記半導体層の上面に対し垂直の方向において当該上面に対し一定の高さを有し、かつ、前記上面に沿う方向においてその上端部分に一定の幅を有する枠状部であって、少なくとも一部が前記半導体層の外縁に接して形成される枠状部と、
前記半導体層の上面に積層され、前記枠状部よりも低い上面を備える波長変換部と、
を備える半導体発光装置。
- 前記枠状部の外壁面が、当該半導体発光装置の実装面に対し垂直な面である請求項１に記載の半導体発光装置。
- 前記半導体層に接する前記枠状部における前記上面より上側の部分の内側面が、前記上面に対し上方に広がるような傾斜面である、請求項１または２に記載の半導体発光装置。
- 前記枠状部の外縁形状は、平面視において四角形である、請求項１から３の何れか１項に記載の半導体発光装置。
- 前記波長変換部の上面に、更に透明層を備える、請求項１から４の何れか１項に記載の発光装置。
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