JP4614773B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体多層膜を含む半導体発光装置に関する。

一般に、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下「ＬＥＤ」と称する）を含むＬＥＤチップは、サファイア等からなる基材と、当該基材上に結晶成長させた半導体多層膜とを含む。通常、半導体多層膜に含まれる発光層から発生した光は、ＬＥＤチップとその外部との界面に対して臨界角以下で到達すると、ＬＥＤチップの外部へ出射される。しかし、発光層から発生した光が上記界面に対して臨界角を超えて到達すると、その光は上記界面で反射されてＬＥＤチップ内へ戻る。この場合、戻った光の一部はＬＥＤチップ内で多重反射され、更に半導体多層膜等に吸収されるため、従来のＬＥＤチップでは光の取り出し効率が低下する場合があった。

この課題を解決するため、半導体多層膜を支持する基材の光出射面に凹凸を設けることで、光の取り出し効率を向上させた半導体発光装置が、例えば特許文献１等に提案されている。

図１０に、上述のようにして光の取り出し効率を向上させた半導体発光装置の断面図を示す。図１０に示すように、半導体発光装置１００は、第１導電型層１０１と発光層１０２と発光層１０２から発せられた光の取り出し側に配置される第２導電型層１０３とがこの順に積層された半導体多層膜１０４と、第２導電型層１０３の主面に接触して配置された基材１０５と、第１導電型層１０１に接触して形成された第１電極１０６と、第２導電型層１０３に接触して形成された第２電極１０７とを含む。ここで、「第１導電型」とは、ｐ型又はｎ型の導電型を指し、「第２導電型」とは、第１導電型と逆の導電型を指す。そして、基材１０５は、発光層１０２から発せられた光の出射側に配置される主面１０５ａが凹凸加工されている。これにより、主面１０５ａと発光層１０２から発せられた光とがなす角度が一義的に決まらなくなるため、半導体発光装置１００内における光の多重反射が抑制され、半導体発光装置１００の光の取り出し効率を向上させることができる。
特開２００４−３１６５５号公報

通常、半導体発光装置を照明装置等に使用する場合は、実装基板やリードフレーム上に半導体発光装置を実装した状態で使用する。この場合、実装基板やリードフレームは、半導体発光装置を支持する役割を果たすだけでなく、例えば半導体発光装置へ給電したり、半導体発光装置から発生する熱を放熱したりする役割も果たす。

図１１に、上述した半導体発光装置１００を実装基板に実装する方法を説明するための断面図を示す。図１１に示すように、基材１０５の凹凸加工された主面１０５ａを真空コレット１２０で吸着して、実装基板１１０に形成された導体パターン１１１上に、バンプ１１２を介して半導体発光装置１００を載置する。そして、第１及び第２電極１０６，１０７と導体パターン１１１とをバンプ１１２により接合する。この際、基材１０５の主面１０５ａが凹凸加工されているため、真空コレット１２０で主面１０５ａを押し付けることによって、主面１０５ａに形成された凹凸の凹部１２１にクラック１２２が入る可能性がある。凹部１２１にクラック１２２が入ると、半導体発光装置１００へ給電した際、クラック１２２を介して漏れ電流が発生し、半導体発光装置１００を発光させることができなくなるおそれがある。また、主面１０５ａが凹凸加工されているため、真空コレット１２０の吸着力が低下する可能性がある。真空コレット１２０の吸着力が低下すると、実装基板１１０上における半導体発光装置１００の位置精度が低下するおそれがある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、光の取り出し効率を向上させることができる上、実装基板への実装を確実に行うことができる半導体発光装置を提供する。

本発明の半導体発光装置は、第１導電型層と発光層と前記発光層から発せられた光の取り出し側に配置される第２導電型層とがこの順に積層された半導体多層膜と、前記半導体多層膜を支持する基板とを含む半導体発光装置であって、前記基板は、前記第２導電型層側に配置された基材と、樹脂又はガラスからなる透光性材料を含む光透過層とを含み、前記基材は、前記発光層から発せられた光を透過する材料であって、かつ、導電性を有し、前記発光層から発せられた光の出射側に配置される主面には複数の凸部を有する凹凸加工がされており、前記光透過層は、前記基材に形成された前記凹凸の凹部を埋めるようにして前記基材上に形成されており、前記凸部の先端面は露出しており、前記基板における、前記発光層から発せられた光の出射側に配置される主面は、前記凸部先端面と前記透光性層の主面が面一となるように平坦化されており、前記第１導電型層と電気的に接続された第１電極と、前記第２導電型層と電気的に接続された第２電極とを含み、前記第１電極は、光を反射する導電材料であり、前記第１導電型層の前記発光層とは反対側主面上に設けられており、前記第２電極は、線状であり、前記基板における前記発光層から発せられた光の出射側主面上に、前記基材の凸部の先端面を結ぶように設けられていることを特徴とする。

本発明の半導体発光装置によれば、第２導電型層側に配置された基材の光出射面が凹凸加工されているため、光の取り出し効率を向上させることができる。また、光透過層が基材に形成された凹凸の凹部を埋めるようにして基材上に形成され、かつ基板の光出射面が平坦化されているため、半導体発光装置の実装工程において、例えば基板の光出射面を真空コレットで吸着した際、基材に形成された凹凸の凹部にクラックが入る不具合を防止することができる。また、半導体発光装置の実装工程において、例えば基板の光出射面を真空コレットで吸着した際、真空コレットの吸着力の低下を抑制することができる。よって、本発明の半導体発光装置によれば、実装基板へ確実に実装できるため、例えば照明装置に適用した際、安定した発光特性が得られる。

本発明の半導体発光装置は、第１導電型層と発光層と当該発光層から発せられた光の取り出し側に配置される第２導電型層とがこの順に積層された半導体多層膜と、この半導体多層膜を支持する基板とを含む。

半導体多層膜は、第１導電型層と発光層と第２導電型層とがこの順に積層されたダイオード構造を有する。第１導電型層としては、例えばｐ型半導体層であるｐ−ＧａＮ層や、ｎ型半導体層であるｎ−ＧａＮ層等を使用することができる。発光層の構成材料としては、４５０〜４７０ｎｍの光を発することができる材料が好ましい。このような発光層の具体例としては、例えばＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸発光層等が挙げられる。第２導電型層としては、第１導電型層と同様に、例えばｐ型半導体層であるｐ−ＧａＮ層や、ｎ型半導体層であるｎ−ＧａＮ層等を使用することができる。ｐ型半導体層、発光層及びｎ型半導体層の厚みは、例えばそれぞれ０．１〜０．５μｍ、０．０１〜０．１μｍ及び０．５〜３μｍとすればよい。なお、第１導電型層、発光層及び第２導電型層は、それぞれ単層からなるものでもよいし、複数層からなるものでもよい。複数層からなる場合は、構成層のそれぞれが互いに異なる材料からなるものであってもよい。また、半導体多層膜の構成材料として、ＡｌＩｎＧａＰ系の黄色〜赤色光を発する材料や、ＡｌＧａＡｓ系の赤色〜赤外光を発する材料等を使用することもできる。

基板は、第２導電型層側に配置された基材と、透光性材料を含む光透過層とを含む。基材は、例えば半導体多層膜を結晶成長させる際の半導体多層膜の支持材となるものが使用できる。基材の構成材料としては、発光層から発せられた光を透過する材料であれば特に限定されない。例えば発光層としてＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸発光層を使用する場合は、ＧａＮ基材、ＳｉＣ基材、サファイア基材、石英基材、ガラス基材等の基材が使用できる。また、例えば半導体多層膜の構成材料としてＡｌＩｎＧａＰ系の材料を使用する場合は、ＧａＰ基材、ＡｌＰ基材、ＳｉＣ基材、サファイア基材、石英基材、ガラス基材等の基材が使用でき、例えば半導体多層膜の構成材料としてＡｌＧａＡｓ系の材料を使用する場合は、ＧａＡｓ基材、ＧａＰ基材、ＡｌＰ基材、ＳｉＣ基材、サファイア基材、石英基材、ガラス基材等の基材が使用できる。

光透過層に含まれる透光性材料としては、可視光を透過することができる限り特に限定されない。例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透光性樹脂や、ガラス等が使用できる。なお、光透過層全体に対する透光性材料の含有量は、光透過層の透光性を維持することができる限り特に限定されず、例えば２０質量％以上であればよい。勿論、光透過層が透光性材料のみから構成されていてもよい。

基材は、発光層から発せられた光の出射側に配置される主面（基材の光出射面）が凹凸加工されている。これにより、半導体発光装置内における光の多重反射が抑制され、半導体発光装置の光の取り出し効率を向上させることができる。前記凹凸における凹部の深さは、５０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましい。凹部の深さが上記範囲内の場合、例えばダイシングブレード等の慣用の機械加工手段を用いて凹凸加工できるため、製造コストを低減することができる。また、前記凹凸における凹部のピッチは、５０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましい。この場合も、例えばダイシングブレード等の慣用の機械加工手段を用いて凹凸加工できるため、製造コストを低減することができる。なお、基材の形状を維持するためには、凹部の深さが基材の平均厚みの８０％以下であることが好ましい。また、光の取り出し効率をより向上させるためには、凹部のピッチが５００μｍ以下であることが好ましい。

また、光透過層は、基材に形成された凹凸の凹部を埋めるようにして基材上に形成されている。そして、基板における、発光層から発せられた光の出射側に配置される主面（基板の光出射面）は、平坦化されている。これにより、半導体発光装置の実装工程において、例えば基板の光出射面を真空コレットで吸着した際、基材に形成された凹凸の凹部にクラックが入る不具合を防止することができる。また、半導体発光装置の実装工程において、例えば基板の光出射面を真空コレットで吸着した際、真空コレットの吸着力の低下を抑制することができる。よって、本発明の半導体発光装置によれば、実装基板へ確実に実装できるため、例えば照明装置に適用した際、安定した発光特性が得られる。なお、基板の光出射面は完全に平坦化されている必要はない。真空コレットの吸着力が低下しない限りにおいて、例えば、凸部の高さ又は凹部の深さが５μｍ程度以下の凹凸であれば基板の光出射面に形成されていてもよい。また、基材の光出射面は光透過層によって被覆されている必要はない。例えば、基材に形成された凹凸の凸部の先端が平坦化されている場合は、凸部の先端面を露出させてもよい。この場合、基板の光出射面は、凸部の先端面と、凹部に埋められた光透過層の露出面とからなる。勿論、基材の光出射面が光透過層によって被覆されていてもよい。なお、基材の平均厚み及び光透過層の平均厚みは、例えば１００〜５００μｍの範囲である。

また、本発明の半導体発光装置は、第１導電型層と電気的に接続された第１電極と、第２導電型層と電気的に接続された第２電極とを更に含み、第１及び第２電極が、基板の同一主面上に配置されている半導体発光装置であってもよい。例えば、第１及び第２電極と実装基板に形成された導体パターンとを、ボンディングワイヤを介さずにバンプ等によって電気的に接続することができるため、半導体発光装置の高集積化が容易となるからである。この構成によれば、例えば照明装置に適用した際、照明光の高光束化が可能となる。第１電極の構成材料については、特に限定されないが、発光層から発せられた光を反射する導電材料が好ましい。半導体発光装置の光の取り出し効率が向上するからである。上記導電材料としては、例えばＲｈ/Ｐｔ/Ａｕ等が例示できる。第２電極については、特に限定されず、例えばＴｉ/Ａｕ等の慣用の導電材料が使用できる。なお、第１及び第２電極の厚みは、例えば０．５〜３μｍの範囲である。

また、本発明の半導体発光装置は、第１導電型層と電気的に接続された第１電極と、第２導電型層と電気的に接続された第２電極とを更に含み、第１及び第２電極が、それぞれ基板の異なる主面上に配置されている半導体発光装置であってもよい。この場合は、例えば第１電極と実装基板に形成された導体パターンとを半田により電気的に接続し、第２電極と実装基板に形成された導体パターンとをボンディングワイヤにより電気的に接続することができるため、高度な実装技術を使用せずに半導体発光装置を実装基板へ実装することができる。よって、例えば半導体発光装置の実装工程における歩留まりを向上させることができる。なお、第１及び第２電極の構成材料や厚みは、例えば上述と同様であればよい。

また、本発明の半導体発光装置は、光透過層が、発光層から発せられた光を吸収して、その光よりも長波長側の光を発する光変換材料を更に含む半導体発光装置であってもよい。例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸発光層等の青色光を発する発光層を使用した場合において、光透過層が青色光を吸収して黄色光や赤色光を発する光変換材料を含むと、この光変換材料が発する黄色光や赤色光と、発光層が発する青色光とが混ざりあって、例えば白色光が得られる。これにより、照明装置に適した半導体発光装置を提供することができる。光変換材料としては、例えば蛍光体や燐光体等が使用できる。蛍光体としては、（Ｓｒ、Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺や（Ｙ、Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺等の黄色光を発する蛍光体や、（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ²⁺やＳｒ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ²⁺等の赤色光を発する蛍光体が例示できる。なお、光透過層全体に対する光変換材料の含有量は、例えば３０〜８０質量％の範囲である。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置について図面を参照して説明する。参照する図１は、第１実施形態に係る半導体発光装置の説明図であり、このうち、図１Ａは、第１実施形態に係る半導体発光装置の斜視図、図１Ｂは、図１ＡのI−I線断面図、図１Ｃは、第１実施形態に係る半導体発光装置の電極側から見た概略平面図である。

第１実施形態に係る半導体発光装置１は、図１Ａ，Ｂに示すように、第１導電型層１０と発光層１１と発光層１１から発せられた光の取り出し側に配置される第２導電型層１２とがこの順に積層された半導体多層膜１３と、半導体多層膜１３を支持する基板１４とを含む。

基板１４は、第２導電型層１２の主面１２ａに接触して配置された基材１５と、透光性材料を含む光透過層１６とを含む。そして、基材１５は、発光層１１から発せられた光の出射側に配置される主面（基材１５の光出射面）１５ａが凹凸加工されている。これにより、半導体発光装置１内における光の多重反射が抑制され、半導体発光装置１の光の取り出し効率を向上させることができる。

光透過層１６は、基材１５に形成された凹凸の凹部１５ｂを埋めるようにして基材１５上に形成されている。そして、基板１４における、発光層１１から発せられた光の出射側に配置される主面１４ａ（即ち、光透過層１６の主面１６ａ）は、平坦化されている。

基材１５に形成された凹凸の凹部１５ｂは、図１Ｂに示すように、断面がＶ字形状に形成されている。また、基材１５に形成された凹凸の凸部１５ｃは、図１Ａに示すように、四角錐状に形成されている。即ち、基材１５の主面１５ａの略全面が、凸部１５ｃ（凹部１５ｂ）を構成する斜面１５１ｃ（図１Ｂ参照）により形成されている。これにより、基材１５の主面１５ａにおいて、発光層１１の主面に対し平行となる面が略存在しないため、半導体発光装置１の光の取り出し効率をより向上させることができる。また、凸部１５ｃを構成する斜面１５１ｃと発光層１１の主面とがなす角度（鋭角）は、３０〜６０度であることが好ましい。半導体発光装置１の光の取り出し効率をより一層向上させることができるからである。

なお、本実施形態では、凸部１５ｃが四角錐状に形成されている例について説明したが、凸部１５ｃを三角錐状や六角錐状等の他の多角錐状に形成しても同様の効果が得られる。なかでも、凸部１５ｃを略正多角錐状（例えば略正六角錐状）に形成すると、上記効果に加え、基材１５から出射する光の異方性を低減することができる。よって、半導体発光装置１から取り出される光の色ムラを抑えることができる。また、凸部１５ｃを略半球状に形成してもよい。これによっても、半導体発光装置１の光の取り出し効率を向上させることができる上、基材１５から出射する光の異方性をより一層低減することができる。凸部１５ｃを略半球状に形成する場合は、例えば、ダイシングブレード等を用いて略正多角錐状の凸部を形成した後、この凸部をブラスト加工等の手段を用いて略半球状に仕上げればよい。

また、半導体発光装置１は、図１Ｂ，Ｃに示すように、第１導電型層１０に接触して形成された第１電極１７と、第２導電型層１２に接触して形成された第２電極１８とを更に含み、第１及び第２電極１７，１８が、いずれも基板１４の主面１４ｂ上に配置されている。

半導体発光装置１のサイズ等の一例を挙げると、例えばその外形は約１ｍｍ角の正方形で、その高さＨ（図１Ｂ参照）は約０．２ｍｍである。また、凹部１５ｂの深さＤ（図１Ｂ参照）は約１００μｍで、凹部１５ｂのピッチＰ（図１Ｂ参照）は約３００μｍである。

以上、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置１について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、光透過層１６が、発光層１１から発せられた光を吸収して、その光よりも長波長側の光を発する光変換材料を更に含んでいてもよい。発光層１１の構成材料と上記光変換材料との組み合わせによって、半導体発光装置１から例えば白色光を取り出すことができるため、照明装置に適した半導体発光装置を提供することができるからである。また、上記実施形態では、凹部のピッチが一定のものを例示して説明したが、凹部（又は凸部）のピッチは一定でなくてもよい。

次に、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置１の製造方法の一例について、適宜図面を参照して説明する。参照する図２Ａ〜Ｄ及び図３Ａ〜Ｄは、第１実施形態に係る半導体発光装置１の製造方法の一例を説明するための工程図である。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

まず、図２Ａに示すように、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等を用いて、基材１５上に、第２導電型層１２、発光層１１及び第１導電型層１０を順次積層し、半導体多層膜１３を形成する。基材１５としては、例えば厚みが３００μｍ程度のＧａＮ基材等が使用できる。

続いて、図２Ｂに示すように、第２電極１８（図１Ｂ参照）を配置する領域を形成するために、第１導電型層１０の一部及び発光層１１の一部をドライエッチング等によりエッチングする。

次に、図２Ｃに示すように、第１導電型層１０上に、第１電極１７を電子ビーム蒸着法等によって形成する。

続いて、図２Ｄに示すように、第２導電型層１２上に、第２電極１８を電子ビーム蒸着法等によって形成する。

次に、図３Ａに示すように、基材１５の主面１５ａを、例えば基材１５の厚みが２００μｍ程度になるまで機械研磨等によって研磨する。

続いて、図３Ｂに示すように、ダイシングブレード等を用いて、基材１５の主面１５ａに断面がＶ字形状の凹部１５ｂを形成する。

次に、図３Ｃに示すように、凹部１５ｂを埋めるようにして基材１５の主面１５ａをエポキシ樹脂等の透光性材料で覆って光透過層１６を形成する。そして、光透過層１６の主面１６ａをラップ・ポリッシュ等により研磨して平坦化する。

そして、図３Ｄに示すように、ダイシングブレード等により半導体発光装置１を個別に分割する。以上の方法により、第１実施形態に係る半導体発光装置１を容易に作製することができる。

次に、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置１を実装基板に実装する方法の一例について、適宜図面を参照して説明する。参照する図４Ａ〜Ｃは、第１実施形態に係る半導体発光装置１を実装基板に実装する方法の一例を説明するための工程図である。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

まず、図４Ａに示すように、セラミック等からなる基材２０と導体パターン２１とを含む実装基板２２を用意する。基材２０の厚みは、例えば０．３〜１ｍｍ程度の範囲である。

次に、図４Ｂに示すように、導体パターン２１上に金等からなるバンプ２３を形成する。

そして、図４Ｃに示すように、半導体発光装置１の基板１４の主面１４ａを真空コレット２４で吸着して、導体パターン２１上にバンプ２３を介して半導体発光装置１を載置する。そして、半導体発光装置１に対し、真空コレット２４から超音波を印加する。これにより、半導体発光装置１から伝播した超音波によってバンプ２３が軟化し、第１及び第２電極１７，１８と導体パターン２１とがバンプ２３により接合される。この際、基板１４の主面１４ａが平坦化されているため、真空コレット２４から主面１４ａを介して超音波を印加する場合において、背景技術で説明した半導体発光装置１００（図１１参照）に比べ超音波のエネルギロスが少なくなる。即ち、半導体発光装置１によれば、超音波接合による実装を確実に行うことができる。

また、半導体発光装置１によれば、光透過層１６が基材１５に形成された凹凸の凹部１５ｂを埋めるようにして基材１５上に形成されているため、図４Ｃに示す工程において基板１４の主面１４ａを真空コレット２４で吸着した際、凹部１５ｂにクラックが入る不具合を防止することができる。更に、半導体発光装置１によれば、基板１４の主面１４ａが平坦化されているため、図４Ｃに示す工程において基板１４の主面１４ａを真空コレット２４で吸着した際、真空コレット２４の吸着力の低下を抑制することができる。よって、半導体発光装置１によれば、実装基板２２へ確実に実装できるため、例えば照明装置に適用した際、安定した発光特性が得られる。

また、半導体発光装置１によれば、第１及び第２電極１７，１８が、基板１４の同一主面上に配置されているため、図４Ｃに示す工程において、第１及び第２電極１７，１８と導体パターン２１とをボンディングワイヤを介さずにバンプ２３によって電気的に接続することができる。よって、半導体発光装置１の高集積化が容易となる。これにより、例えば半導体発光装置１を照明装置に適用した際、照明光の高光束化が可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置について図面を参照して説明する。参照する図５は、第２実施形態に係る半導体発光装置の説明図であり、このうち、図５Ａは、第２実施形態に係る半導体発光装置の斜視図、図５Ｂは、図５ＡのII−II線断面図である。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態に係る半導体発光装置２は、上述した第１実施形態に係る半導体発光装置１（図１参照）に対し、凸部１５ｃの形状及び第２電極１８の配置箇所のみが異なる。

図５Ａ，Ｂに示すように、半導体発光装置２は、凸部１５ｃが四角錐台状に形成されている。また、凸部１５ｃの先端面１５２ｃは、凹部１５ｂに埋められた光透過層１６の主面（露出面）１６ａと面一となるように形成されている。よって、基板１４の光出射面となる主面１４ａは、凸部１５ｃの先端面１５２ｃと、凹部１５ｂに埋められた光透過層１６の主面１６ａとからなる。そして、この主面１４ａは、平坦化されている。

また、半導体発光装置２の第２電極１８は、凸部１５ｃの先端面１５２ｃを含む基板１４の主面１４ａ上に形成されている。即ち、第１及び第２電極１７，１８が、それぞれ基板１４の異なる主面上に配置されている。そして、第２電極１８は、導電性を有する基材１５（例えばＧａＮ基材等）を介して第２導電型層１２と電気的に接続されている。その他の構成は、上述した第１実施形態に係る半導体発光装置１と同様である。半導体発光装置２は、第１実施形態に係る半導体発光装置１と同様に、基材１５の光出射面１５ａが凹凸加工されているため、半導体発光装置２内における光の多重反射が抑制され、半導体発光装置２の光の取り出し効率を向上させることができる。

なお、第２電極１８の厚みは、３μｍ以下であることが好ましい。後述する半導体発光装置２の実装工程において、基板１４の主面１４ａ及び第２電極１８を真空コレット２４（図８Ｃ参照）で吸着した際、真空コレット２４の吸着力の低下を抑制することができるからである。

以上、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置２について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、凸部１５ｃが四角錐台状に形成されている例について説明したが、凸部１５ｃを三角錐台状や六角錐台状等の他の多角錐台状に形成してもよい。凸部１５ｃが多角錐台状であれば、凸部１５ｃの先端が平坦面となるため、第２電極１８と第２導電型層１２との電気的接続を確実に行うことができる。なかでも、凸部１５ｃを略正多角錐台状（例えば略正六角錐台状）に形成すると、上記効果に加え、基材１５から出射する光の異方性を低減することができる。よって、半導体発光装置２から取り出される光の色ムラを抑えることができる。また、上記実施形態では、凹部のピッチが一定のものを例示して説明したが、凹部（又は凸部）のピッチは一定でなくてもよい。

次に、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置２の製造方法の一例について、適宜図面を参照して説明する。参照する図６Ａ〜Ｄ及び図７Ａ〜Ｃは、第２実施形態に係る半導体発光装置２の製造方法の一例を説明するための工程図である。なお、図５と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

まず、図６Ａに示すように、ＭＯＣＶＤ法等を用いて、基材１５上に、第２導電型層１２、発光層１１及び第１導電型層１０を順次積層し、半導体多層膜１３を形成する。基材１５としては、例えば厚みが３００μｍ程度のＧａＮ基材等が使用できる。

次に、図６Ｂに示すように、第１導電型層１０上に、第１電極１７を電子ビーム蒸着法等によって形成する。

続いて、図６Ｃに示すように、ダイシングブレード等を用いて、基材１５の主面１５ａに断面がＶ字形状の凹部１５ｂを形成する。

次に、図６Ｄに示すように、凹部１５ｂを埋めるようにして基材１５の主面１５ａをエポキシ樹脂等の透光性材料で覆って光透過層１６を形成する。

続いて、光透過層１６の主面１６ａをラップ・ポリッシュ等により研磨して平坦化する。この際、基材１５に形成された凸部１５ｃの先端も研磨して、図７Ａに示すように、凸部１５ｃの先端面１５２ｃを露出させる。これにより、凸部１５ｃの先端面１５２ｃと、凹部１５ｂに埋められた光透過層１６の主面１６ａとからなる主面１４ａが平坦化される。なお、研磨は、基材１５と光透過層１６とからなる基板１４の厚みが２００μｍ程度になるまで行えばよい。

次に、図７Ｂに示すように、凸部１５ｃの先端面１５２ｃを含む基板１４の主面１４ａ上に、第２電極１８を電子ビーム蒸着法等によって形成する。

そして、図７Ｃに示すように、ダイシングブレード等により半導体発光装置２を個別に分割する。以上の方法により、第２実施形態に係る半導体発光装置２を容易に作製することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置２を実装基板に実装する方法の一例について、適宜図面を参照して説明する。参照する図８Ａ〜Ｃ及び図９Ａ，Ｂは、第２実施形態に係る半導体発光装置２を実装基板に実装する方法の一例を説明するための工程図である。なお、図４及び図５と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

まず、図８Ａに示すように、セラミック等からなる基材２０と導体パターン２１とを含む実装基板２２を用意する。導体パターン２１は、後述するように、半導体発光装置２の第１電極１７と電気的に接続される導体２１ａと、半導体発光装置２の第２電極１８と電気的に接続される導体２１ｂとを含む。基材２０の厚みは、例えば０．３〜１ｍｍ程度の範囲である。

次に、図８Ｂに示すように、導体パターン２１の導体２１ａ上に半田３０を塗布する。

そして、図８Ｃに示すように、半導体発光装置２の基板１４の主面１４ａと半導体発光装置２の第２電極１８とを真空コレット２４で吸着して、導体パターン２１の導体２１ａ上に半田３０を介して半導体発光装置２を載置する。そして、リフロー等の手段により、導体２１ａと第１電極１７とを半田３０を介して電気的に接続する。ここで、図８Ｃに示す工程において、基板１４の主面１４ａと第２電極１８とを真空コレット２４で吸着した際、半導体発光装置２によれば、光透過層１６が基材１５に形成された凹凸の凹部１５ｂを埋めるようにして基材１５上に形成されているため、凹部１５ｂにクラックが入る不具合を防止することができる。また、基板１４の主面１４ａが平坦化されているため、第２電極１８を３μｍ以下の厚みで形成した場合は、真空コレット２４の吸着力の低下を抑制することもできる。よって、半導体発光装置２によれば、実装基板２２へ確実に実装できるため、例えば照明装置に適用した際、安定した発光特性が得られる。

続いて、第２電極１８と導体パターン２１の導体２１ｂとを電気的に接続する方法の一例について説明する。

まず、図９Ａに示すように、円筒状に形成されたキャピラリ４０の内側に、金等からなるボンディングワイヤ４１を通し、ボンディングワイヤ４１の先端部に電圧を印加することにより当該先端部を溶融、凝固させて、ボンディングワイヤ４１の先端に球状部４１ａを形成する。そして、この球状部４１ａを第２電極１８に押し当てて、第２電極１８とボンディングワイヤ４１とを超音波で接合する。

次に、図９Ｂに示すように、キャピラリ４０を用いてボンディングワイヤ４１の母線部４１ｂを導体パターン２１の導体２１ｂまでループ状に導く。続いて、ボンディングワイヤ４１の母線部４１ｂと導体２１ｂとを超音波で接合する。これにより、第２電極１８と導体パターン２１の導体２１ｂとがボンディングワイヤ４１を介して電気的に接続される。

半導体発光装置２によれば、第１及び第２電極１７，１８が、それぞれ基板１４の異なる主面上に配置されているため、上述したように第１電極１７と導体パターン２１の導体２１ａとを半田３０により電気的に接続し、第２電極１８と導体パターン２１の導体２１ｂとをボンディングワイヤ４１により電気的に接続することができる。これにより、高度な実装技術を使用せずに半導体発光装置２を実装基板２２へ実装することができる。よって、半導体発光装置２の実装工程における歩留まりを向上させることができる。

本発明の半導体発光装置は、例えば、一般照明、演出照明（サイン灯等）、自動車用照明（特に前照灯）等に使用される照明装置や、街頭用大型ディスプレイ、バックライト、プロジェクタ等に使用される表示装置等に有用である。

本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の説明図であり、このうち、Ａは第１実施形態に係る半導体発光装置の斜視図、ＢはＡのI−I線断面図、Ｃは第１実施形態に係る半導体発光装置の電極側から見た概略平面図である。 Ａ〜Ｄは、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の製造方法の一例を説明するための工程図である。 Ａ〜Ｄは、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の製造方法の一例を説明するための工程図である。 Ａ〜Ｃは、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置を実装基板に実装する方法の一例を説明するための工程図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置の説明図であり、このうち、Ａは第２実施形態に係る半導体発光装置の斜視図、ＢはＡのII−II線断面図である。 Ａ〜Ｄは、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置の製造方法の一例を説明するための工程図である。 Ａ〜Ｃは、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置の製造方法の一例を説明するための工程図である。 Ａ〜Ｃは、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置を実装基板に実装する方法の一例を説明するための工程図である。 Ａ，Ｂは、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置を実装基板に実装する方法の一例を説明するための工程図である。 従来の半導体発光装置の断面図である。 従来の半導体発光装置を実装基板に実装する方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１，２ 半導体発光装置
１０ 第１導電型層
１１ 発光層
１２ 第２導電型層
１２ａ 主面
１３ 半導体多層膜
１４ 基板
１４ａ，１４ｂ 主面
１５，２０ 基材
１５ａ 主面
１５ｂ 凹部
１５ｃ 凸部
１６ 光透過層
１６ａ 主面
１７ 第１電極
１８ 第２電極
２１ 導体パターン
２１ａ，２１ｂ 導体
２２ 実装基板
２３ バンプ
２４ 真空コレット
３０ 半田
４０ キャピラリ
４１ ボンディングワイヤ
４１ａ 球状部
４１ｂ 母線部
１５１ｃ 斜面
１５２ｃ 先端面

Claims (7)

1. 第１導電型層と発光層と前記発光層から発せられた光の取り出し側に配置される第２導電型層とがこの順に積層された半導体多層膜と、前記半導体多層膜を支持する基板とを含む半導体発光装置であって、
   前記基板は、前記第２導電型層側に配置された基材と、樹脂又はガラスからなる透光性材料を含む光透過層とを含み、
   前記基材は、前記発光層から発せられた光を透過する材料であって、かつ、導電性を有し、前記発光層から発せられた光の出射側に配置される主面には複数の凸部を有する凹凸加工がされており、
   前記光透過層は、前記基材に形成された前記凹凸の凹部を埋めるようにして前記基材上に形成されており、
   前記凸部の先端面は露出しており、
   前記基板における、前記発光層から発せられた光の出射側に配置される主面は、前記凸部先端面と前記光透過層の主面が面一となるように平坦化されており、
   前記第１導電型層と電気的に接続された第１電極と、前記第２導電型層と電気的に接続された第２電極とを含み、
   前記第１電極は、光を反射する導電材料であり、前記第１導電型層の前記発光層とは反対側主面上に設けられており、
   前記第２電極は、線状であり、前記基板における前記発光層から発せられた光の出射側主面上に、前記基材の凸部の先端面を結ぶように設けられていることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記凸部は略正多角錘台状であり、当該正多角錘台側面と前記発光層主面とがなす角度は３０〜６０度である請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記凸部は略半球状である請求項１に記載の半導体発光装置。
4. 前記光透過層は、前記発光層から発せられた光を吸収して前記光よりも長波長側の光を発する光変換材料を当該光透過層全体に対して３０〜８０質量％含む請求項１に記載の半導体発光装置。
5. 前記基材に形成された前記凹凸は、凹部の深さが５０μｍ以上であり、前記基材の平均厚みの８０％以下である請求項１に記載の半導体発光装置。
6. 前記基材に形成された前記凹凸は、凹部のピッチが５０μｍ以上５００μｍ以下である請求項１又は請求項５に記載の半導体発光装置。
7. 前記第１電極は、実装基板の一主面上に設けられた複数の導体のうち一つの導体上に半田を介して電気的に接続され、
   前記第２電極は、前記第１電極が接続された前記導体とは異なる導体上にボンディングワイヤーを介して電気的に接続された請求項１に記載の半導体発光装置。

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