JP4799606B2 - 光半導体装置及び光半導体装置の製造方法 - Google Patents

光半導体装置及び光半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、光半導体装置及び光半導体装置の製造方法に関する。
青色光を発光する高輝度の光半導体素子が開発されたことにより、青色光半導体素子と、青色光を黄色光に波長変換可能な蛍光体を用いて白色光を発光する光半導体装置が製品化されている。この白色光半導体装置は、小型で、投入電力に対して得られる輝度が高く、寿命が長い、水銀などの有害物質が使用されていない、という特徴から、携帯電話のボタン下光源・フラッシュ光源や、車載用とのインテリア光源・エクステリア光源など、さまざまな分野への適用が進められている。
現在、青色ＬＥＤを用いた光半導体装置は、投入電極に対して得られる全光束の観点では、従来光源である白熱電球（１５〜２０ｌｍ／Ｗ）、蛍光灯（６０〜９０ｌｍ／Ｗ）と比較して、同等以上の１５０ｌｍ／Ｗまでの効率が得られている。ところが、１ｌｍを得るために必要なコストという観点では、従来光源の０．１〜０．２円／ｌｍに対して、１０倍以上のコストがかかるという問題がある。コストを低減するための施策としては、素子の発光効率をより高くするとともに、低コスト化可能な光半導体装置の構造検討が進められている。
現在製品化されている最も汎用な光半導体装置の構造は、青色光を発光する光半導体素子と、配線基板として使用されるフレームであって白色の熱可塑樹脂がモールド成型されたＡｇメッキＣｕフレームと、光半導体素子とフレームとを接続する接続材料と、光半導体素子の上面電極とフレームとを通電させる金ワイヤと、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体粒子が混合された樹脂であって光半導体素子を封止するシリコーン樹脂から構成されている（例えば、特許文献１参照）。
この光半導体装置の製造においては、まず、ＡｇメッキＣｕフレームに白色の熱可塑性樹脂がモールド成形される。次に、フレームの光半導体素子搭載部に接続用の樹脂材料が供給された後、その上に光半導体素子がマウントされ、樹脂材料がオーブンで加熱されて硬化し、光半導体素子とフレームが接続される。次いで、ワイヤボンダで光半導体素子のチップ上面に形成された電極とフレームとがＡｕワイヤにより接続される。その後、光半導体装置が白色光を発光するように蛍光体濃度が調整されたシリコーン樹脂が光半導体素子搭載部にディスペンスにより供給され、そのシリコーン樹脂が加熱により硬化される。最後に、光半導体素子を含む製品部分が切り離され、外装電極として使用されるフレーム部分がフォーミングされることにより光半導体装置が完成する。
特開２０００−１８３４０７号公報
前述のように従来作製された光半導体装置は、指向性の高さを利用して、車載や表示パネル、アミューズメント機器等に適用される、主に５００ｎｍ以上の波長の光を発光する光半導体素子を用いて製品化されてきた光半導体装置の構造に青色光半導体素子を搭載したものである。
このような光半導体装置においては、青色光は波長が短く、光の強度が高いため、ベンゼン環を含む樹脂を用いたリフレクタ樹脂の変色等により光半導体装置の寿命が短くなるという問題が発生している。また、青色光半導体素子の開発により、白色光を発光する光半導体装置が製品化され、従来の車載や表示パネルなどの適用機器に加え、照明機器への適用も進められており、これと同時に上述のように低コスト化が必須となっているが、従来の光半導体装置の構造では低コスト化に限界があり、装置構造とその製造プロセスを再考する必要が出てきている。
また、照明機器への適用を考えた場合、単体の光半導体装置で光源とすることは不可能であり、蛍光灯などの一般照明を白色光半導体装置で置き換えていくためには、光半導体装置を複数個搭載していく必要がある。このため、面内での輝度ムラ等を無くすためには、小型の光半導体装置を配線基板中に多数個搭載する必要があり、光半導体装置の小面積化も求められている。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、寿命低下の抑止及び低コスト化を実現することができ、さらに、光半導体素子と同程度に小型化することができる光半導体装置及び光半導体装置の製造方法を提供することである。
実施形態によれば、ｎ型半導体からなる第１クラッド層と、前記第１クラッド層の形状の一部が除かれた形状のｐ型半導体からなる第２クラッド層と、前記第１及び第２クラッド層に挟持された前記第２クラッド層と同形状の活性層と、前記第１クラッド層の前記活性層が設けられた側と反対側の面に形成され、平面視で前記第１及び第２クラッド層と前記活性層のいずれよりも周囲にはみだしており、前記活性層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層と、前記第１クラッド層の前記活性層が設けられた面側の前記活性層及び前記第２クラッド層が除かれた領域に形成された第１電極と、前記第２クラッド層の前記活性層が設けられた側と反対側の面に形成された第２電極と、前記第１電極上に設けられた第１金属ポストと、前記第２電極上に設けられた第２金属ポストと、前記第１クラッド層と前記活性層と前記第２クラッド層の側面を覆い前記蛍光層に至る絶縁層と、前記第１及び第２クラッド層の前記第１及び第２金属ポストが設けられている側に設けられ、前記絶縁層を介して前記第１クラッド層と前記活性層と前記第２クラッド層の前記側面を覆い、前記第１及び第２金属ポストの端部を露出させて前記第１及び第２金属ポストを封止する封止層と、を備えたことを特徴とする光半導体装置が提供される。
他の実施形態によれば、基板の上にエピタキシャル成長された半導体からなる複数の発光層が形成され、前記複数の発光層のそれぞれの上に第１電極及び第２電極が形成された前記基板上に、前記複数の発光層を覆う導電性膜を形成する工程と、前記導電性膜上に、前記発光層ごとの前記第１電極及び前記第２電極上を開口する犠牲層を形成する工程と、前記導電性膜を陰極として電気メッキ法により前記発光層ごとの前記第１電極及び前記第２電極上にメッキ層を形成する工程と、前記メッキ層を形成した前記基板から前記犠牲層及び前記導電性膜を除去する工程と、前記犠牲層及び前記導電性膜を除去した前記基板上に、前記発光層ごとの前記メッキ層を封止する封止層を形成する工程と、前記封止層から前記発光層ごとの前記メッキ層の端部を露出させる工程と、前記封止層の上に支持基板を貼り付けずに、前記封止層と前記メッキ層とを含む支持体により前記発光層が支持された状態で前記発光層を前記基板から分離する工程と、透光性を有する透光基材上に、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層を形成する工程と、前記蛍光層を形成した前記透光基材を前記基板から分離した前記複数の発光層に前記蛍光層を対向させて接合する工程と、前記発光層ごとに個片化を行う工程と、を備えたことを特徴とする光半導体装置の製造方法が提供される。
他の実施形態によれば、基板の上にエピタキシャル成長された半導体層である発光層と、前記発光層の前記基板とは反対側の第２主面側に形成され前記発光層を発光させる電流を流す正極及び負極の複数の組と、前記正極のそれぞれに設けられた第１金属ポストと、前記負極のそれぞれに設けられた第２金属ポストと、前記第２主面側に設けられ、前記第１金属ポストの端部及び前記第２金属ポストの端部を露出させて前記第１金属ポスト及び前記第２金属ポストを封止する封止層と、を有する発光基材の前記封止層の上に支持基板を貼り付けずに、前記封止層と前記第１及び第２金属ポストとを含む支持体により前記発光層が支持された状態で前記発光層を前記基板から分離する工程と、前記基板から分離した前記発光層の前記第２主面とは反対側の第１主面側に、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層を形成する工程と、前記正極及び負極ごとに個片化を行う工程と、を備えたことを特徴とする光半導体装置の製造方法が提供される。
他の実施形態によれば、基板の上に複数の発光層が形成され、前記複数の発光層のそれぞれの上に第１電極及び第２電極が形成された前記基板上に、前記複数の発光層を覆う導電性膜を形成する工程と、前記導電性膜上に、前記発光層ごとの前記第１電極及び前記第２電極上を開口する犠牲層を形成する工程と、前記導電性膜を陰極として電気メッキ法により前記発光層ごとの前記第１電極及び前記第２電極上にメッキ層を形成する工程と、前記メッキ層を形成した前記基板から前記犠牲層及び前記導電性膜を除去する工程と、前記犠牲層及び前記導電性膜を除去した前記基板上に、前記発光層ごとの前記メッキ層を封止する封止層を形成する工程と、前記封止層から前記発光層ごとの前記メッキ層の端部を露出させる工程と、前記封止層の上に支持基板を貼り付けずに、前記封止層と前記メッキ層とを含む支持体により前記発光層が支持された状態で前記複数の発光層を前記基板から分離する工程と、前記基板から分離した前記複数の発光層上に、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層を形成する工程と、前記蛍光層上に、透光性を有する透光層を形成する工程と、前記発光層ごとに個片化を行う工程と、を備えたことを特徴とする光半導体装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、寿命低下の抑止及び低コスト化を実現することができ、さらに、光半導体素子と同程度に小型化することができる。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置１Ａは、第１主面Ｍ１及び第２主面Ｍ２を有する発光層２と、その第１主面Ｍ１上に設けられた接着層３と、その接着層３上に設けられた蛍光層４と、その蛍光層４上に設けられた透光層５と、発光層２の第２主面Ｍ２の第１領域に設けられた反射層６と、その第２主面Ｍ２の第２領域に設けられた第１電極７ａと、反射層６上に設けられた複数の第２電極７ｂと、第１電極７ａに設けられた第１金属ポスト８ａと、各第２電極７ｂに設けられた複数の第２金属ポスト８ｂと、発光層２の第２主面Ｍ２上に各金属ポスト８ａ、８ｂを避けて設けられた絶縁層９と、その絶縁層９上に各金属ポスト８ａ、８ｂを封止するように設けられた封止層１０と、第１金属ポスト８ａの端部に設けられた第１金属層１１ａと、各第２金属ポスト８ｂの端部に設けられた複数の第２金属層１１ｂとを備えている。
発光層２は、ｎ型半導体層である第１クラッド層２ａと、その第１クラッド層２ａより狭面積のｐ型半導体層である第２クラッド層２ｂと、それらの第１クラッド層２ａ及び第２クラッド層２ｂにより挟持された活性層２ｃとにより構成されている。発光層２の厚さは５μｍである。この発光層２は、例えば青色光を発光するＩｎＧａＮ層により形成されている。なお、第１主面Ｍ１は第１クラッド層２ａの上面（図１中）であり、第２主面Ｍ２は第１クラッド層２ａの下面（図１中）及び第２クラッド層２ｂの下面（図１中）であり、途中に段差を有している。
図２に示すように、第１クラッド層２ａの平面形状は、一辺５５０μｍの正方形である（図２点線参照）。この第１クラッド層２ａの下面（図１中）には、活性層２ｃを間にして、第１クラッド層２ａのコーナ領域（一辺１５０μｍの正方形）を除く領域に第２クラッド層２ｂが形成されている。なお、活性層２ｃは第２クラッド層２ｂと同じ形状をしており、同程度の面積を有している。
接着層３はシリコーン樹脂により形成されている。接着層３の厚さは例えば１μｍ以下である。この接着層３は発光層２の第１クラッド層２ａの第１主面Ｍ１と蛍光層４とを接着する。シリコーン樹脂は、屈折率が１．５程度のメチルフェニルシリコーンである。蛍光体粒子を封止する樹脂には、メチルフェニルシリコーンの他に、ジメチルシリコーン等、他の組成のシリコーン樹脂でもよく、また、輝度が低く、青色光による劣化を受けない場合には、エポキシ樹脂や、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂のハイブリット樹脂、もしくはウレタン樹脂等、用途に応じて適時、適切な樹脂が用いられても良い。
蛍光層４は、青色光を長波長光に変換する蛍光体粒子を混合したシリコーン樹脂により形成されている。蛍光層４の厚さは例えば１５μｍである。シリコーン樹脂は、接着層３と同種の樹脂、屈折率が１．５程度のメチルフェニルシリコーンであるが、これに限られるものではなく、他種の樹脂であってもよい。蛍光体は、アルミン酸イットリウムに賦活剤としてセリウムを導入したＹＡＧ：Ｃｅであり、その粒子径は１０μｍ以下程度である。蛍光体としては、その他、珪酸ストロンチウム・バリウムに賦活剤としてユーロピウムを導入した（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４、Ｃａｐ（Ｓｉ，Ａｌ）１２等を適宜用いることができる。また、混合する蛍光体は１組成である必要はなく、青色光を緑色光と赤色光に波長変換する２種類の蛍光体が混合されて用いられても良い。
透光層５は光学ガラスや石英等の透明基材により形成されている。透光層５の厚さは例えば２００μｍである。この透光層５の材料としては、透明基材に限られるものではなく、その他の透光材料が用いられてもよく、透光性を有する無機物である透光基材が用いられる。ただし、透光基材としては、光半導体装置１Ａの光取り出し効率の観点から、屈折率が１．０〜２．０の範囲で可能な限り小さい基材が用いられることが望ましい。これにより、蛍光層４と空気との屈折率差が緩和されるので、光半導体装置１Ａの光取り出し効率を向上させることができる。
反射層６はＡｇやＡｌ等の金属により形成されている。反射層６の厚さは例えば０．３μｍである。この反射層６は、発光層２の第２クラッド層２ｂの下面（図１中）の全領域（第１領域）に設けられている。詳しくは、第２クラッド層２ｂの下面には、０．１μｍ／０．１μｍの厚さでＮｉ／Ａｕ等の金属によりＮｉ／Ａｕのコンタクト電極（図示せず）が形成され、その上に厚さ０．３μｍの反射層６が形成されている。
第１電極７ａは０．１μｍ／０．１μｍの厚さでＮｉ／Ａｕ等の金属により形成されている。第１電極７ａの厚さは０．２μｍである。この第１電極７ａは、発光層２の第１クラッド層２ａの下面（図１中）の露出領域（第２領域）に直径１００μｍの円形状に設けられている（図２参照）。
各第２電極７ｂも０．１μｍ／０．１μｍの厚さでＮｉ／Ａｕ等の金属により形成されている。各第２電極７ｂの厚さは０．２μｍである。これらの第２電極７ｂは、反射層６の下面（図１中）に直径１００μｍの円形状に２００μｍピッチで設けられている（図２参照）。
第１金属ポスト８ａはＣｕ等の金属により円柱状に形成されている。第１金属ポスト８ａの高さは１０３μｍ程度であり、その直径は１００μｍである。この第１金属ポスト８ａは第１電極７ａに通電している。なお、第１電極７ａ及び第１金属ポスト８ａの形状は適宜変更可能である。
各第２金属ポスト８ｂはそれぞれＣｕ等の金属により円柱状に形成されている。第２金属ポスト８ｂの高さは１００μｍであり、その直径は１００μｍである。この第２金属ポスト８ｂは第２電極７ｂに通電している。各第２金属ポスト８ｂは、各第２電極７ｂの配置と同様に２００μｍピッチで設けられている（図２参照）。なお、第２電極７ｂ及び第２金属ポスト８ｂの形状は適宜変更可能である。
絶縁層９はＳｉＯ２層により形成されており、パッシベーション膜（保護膜）として機能する。絶縁層９の厚さは０．３μｍである。絶縁層９は、発光層２をその端部まで完全に覆っており、第１電極７ａ及び各第２電極７ｂを除いて外部との通電を防止している。これにより、実装用はんだの這い上がりによるショート等を防ぐことができる。
封止層１０は熱硬化性樹脂により形成されている。封止層１０の厚さは各金属ポスト８ａ、８ｂと同様に１００μｍ程度である。封止層１０は、第１金属ポスト８ａの端部及び各第２金属ポスト８ｂの端部を露出させて第１金属ポスト８ａ及び各第２金属ポスト８ｂを封止するように絶縁層９の全面に設けられている。これにより、第１金属ポスト８ａ及び各第２金属ポスト８ｂの周面は封止層１０により完全に覆われている。
なお、絶縁層９は発光層２をその端部まで完全に覆うように設けられているが、これに限られるものではなく、封止層１０が絶縁層９にかわって発光層２をその端部まで完全に覆うように設けられてもよい。この場合でも、第１電極７ａ及び各第２電極７ｂを除いて外部との通電が防止されるので、実装用はんだの這い上がりによるショート等を防ぐことができる。
第１金属層１１ａ及び各第２金属層１１ｂは、それぞれ１．０μｍ／０．１μｍの厚さでＮｉ／Ａｕ等の金属により形成されている。第１金属層１１ａは第１金属ポスト８ａの端部、すなわち露出部分に設けられている。各第２金属層１１ｂはそれぞれ各第２金属ポスト８ｂの端部、すなわち露出部分に設けられている。なお、第１金属層１１ａは第１電極７ａと同じ円形状となり、第２金属層１１ｂは第２電極７ｂと同じ円形状となる（図２参照）。
このような光半導体装置１Ａでは、第１金属ポスト８ａ及び各第２金属ポスト８ｂに電圧が印加されると、第１金属ポスト８ａから第１クラッド層２ａに電位が与えられ、各第２金属ポスト８ｂから第２クラッド層２ｂに電位が与えられ、第１クラッド層２ａと第２クラッド層２ｂとに挟まれた活性層２ｃから光が放射される。放射された光の一部は、透光層５を透過してそのまま透光層５の表面から放出され、他の一部は、反射層６により反射されて透光層５を透過して透光層５の表面から放出される。また、放射された光の一部は蛍光層４に含有される蛍光体粒子に入射するため、蛍光体粒子は励起されて光を放射する。蛍光体粒子による光の一部も透光層５を透過して透光層５の表面から放出され、また、その光の他の一部も、反射層６により反射されて透光層５を透過して透光層５の表面から放出される。このようにして、発光層２により放射された青色光と、その光により励起された蛍光体粒子により放射された光（黄色、あるいは、赤色及び緑色）とは混合され、白色光として透光層５の表面から放出される。
前述のような構造によれば、装置構成が簡略化されており、発光層２の平面積と同サイズの小型な光半導体装置１Ａを得ることができる。さらに、製造時、モールド成形やマウント工程、接続工程等を行う必要がなくなり、通常の半導体製造装置による製造が可能になるので、コストを抑えることができる。また、発光層２上に青色光を長波長光に波長変換する蛍光層４を形成し、発光層２の下面（図１中）に反射層６を形成して上方向にのみ青色光を発光することによって、光半導体装置１Ａの上面方向（図１中）に白色光を発光することができる。また、蛍光層４上に透光層５を形成することにより、蛍光層４と空気との屈折率差を緩和することが可能になるので、光の取り出し効率を向上させることができる。また、前述のような構造によれば、発光層２の平面積と同サイズの光半導体装置１Ａを一般的な配線基板であるガラスエポキシ基板に実装する場合にも、ガラスエポキシ基板と発光層２間の線膨張係数差を各金属ポスト８ａ、８ｂにより緩和することが可能であるため、光半導体装置１Ａの実装時の信頼性を確保することができる。
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、発光層２上に蛍光層４を設け、その蛍光層４上に透光性を有する無機物を透光層５として設け、さらに、発光層２の第１電極７ａ上に第１金属ポスト８ａを設け、発光層２の各第２電極７ｂ上に第２金属ポスト８ｂを設け、それらの第１金属ポスト８ａ及び各第２金属ポスト８ｂを封止する封止層１０を発光層２上に設けることによって、前述の構造の光半導体装置１Ａが得られる。この光半導体装置１Ａによれば、透光層５が無機物であるため、発光層２から放射された光（特に、青色光）による透光層５の劣化が防止されるので、寿命低下を抑止することができる。さらに、装置構成が簡略化されて製造コストが抑えられるので、低コスト化を実現することができる。加えて、装置構成が簡略化されて装置の平面サイズは発光層２の平面積と同程度になっているので、通常の光半導体素子と同程度に光半導体装置１Ａを小型化することができる。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図３を参照して説明する。本発明の第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第２の実施の形態においては、第１の実施の形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
図３に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る光半導体装置１Ｂでは、第１金属層１１ａ及び各第２金属層１１ｂがはんだバンプである。すなわち、直径１００μｍの半球状のはんだバンプが第１金属ポスト８ａ及び各第２金属ポスト８ｂ上に形成されている。はんだバンプの組成は、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５ＣｕやＳｎ−０．８Ｃｕ、Ｓｎ−３．５Ａｇ等の表面実装に使用されるはんだ材である。
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第１金属層１１ａ及び各第２金属層１１ｂをはんだバンプにより形成することによって、光半導体装置１Ｂが配線基板に実装された場合、第１の実施の形態に係る光半導体装置１Ａと比較して、光半導体装置１Ｂと配線基板とのギャップがはんだバンプにより高くなるので、熱時に線膨張係数差により発生する応力をより緩和することができる。
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について図４及び図５を参照して説明する。本発明の第３の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第３の実施の形態においては、第１の実施の形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
図４及び図５に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る光半導体装置１Ｃでは、第１クラッド層２ａの下面（図４中）に一辺１００μｍの正方形の第１電極７ａが形成され、第２クラッド層２ｂの下面（図４中）の第２電極７ｂは、一辺５００μｍの正方形で、第１クラッド層２ａのコーナ領域で一辺１５０μｍの正方形領域分欠けている。第１金属ポスト８ａは第１電極７ａと同じ平面形状で直方体状の角柱となり、第２金属ポスト８ｂは第２電極７ｂと同じ平面形状で角柱となる。さらに、第１金属層１１ａは第１電極７ａと同じ平面形状となり、第２金属層１１ｂは第２電極７ｂと同じ平面形状となる（図５参照）。
以上説明したように、本発明の第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第１の実施の形態に係る光半導体装置１Ａと比較して、第１電極７ａ及び第２電極７ｂの平面積を大きく、すなわち、第１金属ポスト８ａ及び第２金属ポスト８ｂを大きくすることによって、発光により発熱した熱を逃がすための放熱経路が大きくなるので、熱抵抗の低減により、電流投入時の発熱量を減少させることができると共に、過渡熱抵抗を大幅に減少させることができる。
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態について図６を参照して説明する。本発明の第４の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第４の実施の形態においては、第１の実施の形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
図６に示すように、本発明の第４の実施の形態に係る光半導体装置１Ｄにおいては、接着層３が除かれており、発光層２の第１主面Ｍ１上に蛍光層４が形成されている。蛍光層４の厚さは１０μｍである。蛍光層４はスパッタ法やＣＶＤ（化学気相成長）法等により発光層２の第１主面Ｍ１上に形成される。また、透光層５は、例えば、液状ガラスが蛍光層４上にスピンコートにより供給され、その液状ガラスが硬化されて蛍光層４上に形成される。
以上説明したように、本発明の第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、前述のような構造によれば、第１の実施の形態に係る光半導体装置１Ａと比較して、製造工程において、蛍光体粒子とシリコーン樹脂とを調合する工程や発光層２と蛍光層４とを接着する工程を排除することが可能になるので、工程の短縮及び低コスト化を実現することができる。
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態について図７を参照して説明する。本発明の第５の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第５の実施の形態においては、第１の実施の形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
図７に示すように、本発明の第５の実施の形態に係る光半導体装置１Ｅでは、接着層３が除かれており、発光層２の第１主面Ｍ１上に蛍光層４として２層の蛍光層４ａ、４ｂが形成されている。まず、青色光を緑色光に波長変換する蛍光層４ａが形成されており、その上に、青色光を赤色光に波長変換する組成の異なる蛍光層４ｂが形成されている。各蛍光層４ａ、４ｂの厚さはそれぞれ１０μｍである。これらの蛍光層４ａ、４ｂはスパッタ法やＣＶＤ（化学気相成長）法等により発光層２の第１主面Ｍ１上に形成される。また、透光層５は、例えば、液状ガラスが蛍光層４ｂ上にスピンコートにより供給され、その液状ガラスが硬化されて蛍光層４上に形成される。
以上説明したように、本発明の第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、前述のような構造によれば、第１の実施の形態に係る光半導体装置１Ａと比較して、製造工程において、蛍光体粒子とシリコーン樹脂とを調合する工程や発光層２と蛍光層４とを接着する工程を排除することが可能になるので、工程の短縮及び低コスト化を実現することができる。
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態について図８ないし図１９を参照して説明する。本発明の第６の実施の形態では、第１の実施の形態に係る光半導体装置１Ａの製造方法について説明する。なお、この製造方法は、第３の実施の形態に係る光半導体装置１Ｃの製造方法にも適用される。第６の実施の形態においては、第１の実施の形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
まず、図８に示すように、直径２インチで厚さ２００μｍのサファイアウエハである基板１１上にＩｎＧａＮの青色発光の発光層１２が形成される。この発光層１２は、まず元となる発光層がエピタキシャル成長により成膜され、その発光層がＲＩＥ（反応性イオンエッチング）処理により個別化されている。これにより、光半導体装置１Ａの発光層２が形成される。この発光層２は、一辺５５０μｍの正方形領域に第１クラッド層２ａが成膜され、その第１クラッド層２ａの下面に活性層２ｃを挟んで、第１クラッド層２ａのコーナ領域（一辺１５０μｍの正方形）を除く領域に第２クラッド層２ｂが成膜されて形成されている（図１及び図２参照）。
次に、図９に示すように、基板１１上の各発光層１２上に多層膜１３が形成される。まず、０．１μｍ／０．１μｍ厚さのＮｉ／Ａｕ膜（図示せず）が発光層１２のコンタクト層として発光層１２の表面全体にスパッタにより成膜され、その膜上にＡｇもしくはＡｌの金属膜（図示せず）が０．３μｍの厚さでスパッタ法により成膜される。これにより、光半導体装置１Ａの反射層６が形成される。その後、０．１μｍ／０．１μｍの厚さのＮｉ／Ａｕ膜（図示せず）が電極材料として発光層１２の電極部分に成膜され、電極部分以外の領域に厚さ０．３μｍのＳｉＯ２膜のパシベーション膜（図示せず）がスパッタ法により成膜される。これにより、光半導体装置１Ａの第１電極７ａ、各第２電極７ｂ及び絶縁層９が形成される。このようにして、基板１１上の各発光層２上に多層膜１３が形成される。
次に、図１０に示すように、基板１１の全面にわたって、メッキの給電層となる導電性膜であるシード層１４が蒸着法やスパッタ法などの物理的被着法により形成される。このシード層１４としては、例えばＴｉ／Ｃｕなどの積層膜が用いられる。ここで、Ｔｉ層はレジストやパッドとの密着強度を高める目的で形成される。したがって、その膜厚は０．１μｍ程度で構わない。一方、Ｃｕは主に給電に寄与するため、その膜厚は０．２μｍ以上が好ましい。
次いで、図１１に示すように、基板１１の全面にわたって、第１電極７ａ及び各第２電極７ｂ部分である電極パッド部分を開口した犠牲層であるレジスト層１５が形成される。レジストとしては、感光性の液状レジストやドライフィルムレジストを用いることが可能である。レジスト層１５は、まず元となるレジスト層が形成された後、開口部を形成するための遮光マスクが用いられ、露光及び現像により開口部が形成されて、基板１１の全面に形成される。現像後のレジストはその材料に応じて必要があればベーキングされる。
続いて、図１２に示すように、電気メッキ法によりメッキ層１６がレジスト層１５の開口部に形成される。これにより、光半導体装置１Ａの各金属ポスト８ａ、８ｂが形成される。電気メッキに際しては、例えば、硫酸銅と硫酸からなるメッキ液中にウエハの基板１１が浸漬されるとともに、シード層１４に直流電源の負極が接続され、基板１１の被メッキ面と対向するように設置したアノードとなるＣｕ板に直流電源の陽極が接続されて電流が流されてＣｕメッキが開始される。メッキ膜は時間の経過とともにその厚さが増加するが、レジスト層１５の厚さに達する前に、通電が停止されてメッキが完了する。
メッキ後、図１３に示すように、レジスト層１５が基板１１から剥離されて除去される。その後、酸洗浄により、シード層１４がエッチングにより除去される。これにより、発光層１２、多層膜１３及びメッキ層１６が露出する。
次に、図１４に示すように、基板１１の全面にわたって、封止層となる熱硬化樹脂層１７が形成される。まず、スピンコートにより、メッキ層１６が埋まる程度の厚さで、メッキ層１６の周囲に熱硬化性樹脂が供給され、その後、オーブンに投入され、加熱により熱硬化樹脂層１７が硬化する。樹脂は、例えば１５０℃で２時間の加熱により硬化する。
その後、図１５に示すように、熱硬化樹脂層１７の表面が研削されてメッキ層１６が露出する。これにより、光半導体装置１Ａの封止層１０が形成される。熱硬化樹脂層１７の研削には、回転研磨ホイールが用いられ、回転研削によって平坦性を確保しながら研削を完了させることが可能である。研削完了後に、必要に応じて、乾燥が行われてもよい。この研削工程は、前工程でスピンコートなどによりメッキ層１６の端部のみを露出させて熱硬化樹脂を塗布することは困難であるため（塗布時間及びコストがかかる）、スピンコート後にメッキ層１６の端部を露出させるために必要な工程である。
次に、図１６に示すように、基板１１と発光層１２との層間にレーザが照射され、基板１１から発光層１２がリフトオフされる。これにより、発光層１２、多層膜１３及びメッキ層１６及び熱硬化樹脂層１７からなる発光基材１２Ａが基板１１から分離される。リフトオフは、Ｎｄ：ＹＡＧの第三調波レーザを用いて発光層１２との層間に基板１１を通して波長３５５ｎｍのレーザ光を照射することによって行われる。なお、リフトオフはオプションであり、省くことも可能である。
次いで、図１７に示すように、リフトオフにより形成された発光基材１２Ａは、光学ガラスウエハ等の透光基材１８に設けられた蛍光層１９上に発光層１２を向けて接着層２０を介して貼り合わされる。なお、別工程において蛍光基材が形成され、すなわち、透光性を有する無機物からなる透光基材１８上に蛍光体粒子を混合したシリコーン樹脂層が蛍光層１９として形成され、そのシリコーン樹脂層上にシリコーン樹脂層が接着層２０として形成される。このようにして、光半導体装置１Ａの透光層５、蛍光層４及び接着層３が形成される。
ここで、蛍光体粒子とシリコーン樹脂は、自公転式の混合装置で均一に混ぜ合わせた後、透光基材１８上にスピンコートにより供給され、その後、オーブンに投入されて硬化したものである。シリコーン樹脂としては、例えば１５０℃で１時間の加熱により硬化するものが用いられる。均一厚さの蛍光層４を成膜するためには、シリコーン樹脂が透光基材１８上に供給された後、スペーサが形成され、表面に剥離性の高いフッ素加工を施した冶具が貼り合わされて硬化させられる。これにより、樹脂の表面張力による表面の湾曲を抑制して、均一厚さのシリコーン樹脂膜を成膜することが可能である。
また、蛍光体を混合したシリコーン樹脂層である蛍光層１９と発光層１２との貼り合わせは、蛍光層１９（あるいは発光層１２）上にシリコーン樹脂をスプレー工法により供給し、その後、位置合わせ後に貼り合わせを行い、貼り合わせ状態の発光基材１２Ａ及び透光基材１８をオーブンに投入し、硬化及び接着することによって行われる。シリコーン樹脂の硬化は例えば１５０℃で１時間の加熱により可能である。
次に、図１８に示すように、Ｎｉ／Ａｕ層２１が無電解メッキ法によりメッキ層１６のＣｕ電極上に形成される。これにより、光半導体装置１Ａの金属層１１ａ、１１ｂが形成される。Ｎｉの無電解メッキに際しては、例えば、弱アリカリ性の脱脂液での３分間処理により脱脂が行われ、流水での１分間処理により水洗が行われ、酸洗の後、７０℃に温調されたニッケル−リンメッキ液中にウエハが浸漬された後、水洗が行われることにより、Ｎｉ層の成膜が実行される。さらに、Ａｕの無電解メッキに際しては、７０℃に温調された無電解金メッキ液中にウエハが浸漬された後、水洗及び乾燥が行われることにより、Ｃｕ電極表面にメッキが施される。
最後に、図１９に示すように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置１Ａが切り出され、第１の実施の形態に係る光半導体装置１Ａが得られる。なお、第３の実施の形態に係る光半導体装置１Ｃの製造工程においては、前述と同一の工程が用いられ、レジスト層１５の開口サイズ及び形状の変更により、第３の実施の形態に係る光半導体装置１Ｃが得られる。
以上説明したように、本発明の第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態に係る光半導体装置１Ａを製造することができ、その結果、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、レジスト層１５の開口サイズ及び形状の変更することによって、第３の実施の形態に係る光半導体装置１Ｃを製造することができ、その結果、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置１Ａ、１Ｃを製造することが可能であるので、光半導体装置１Ａ、１Ｃの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置１Ａ、１Ｃのコストを抑えることができる。
（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態について図２０ないし図２３を参照して説明する。本発明の第７の実施の形態では、第２の実施の形態に係る光半導体装置１Ｂの製造方法について説明する。なお、第７の実施の形態においては、第２の実施の形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
本発明の第７の実施の形態に係る製造工程は、図８に示す発光層１２の成膜工程から図１７に示す貼り合わせ工程まで第６の実施の形態と同じ工程を有している。
貼り合わせ工程後、図２０に示すように、メッキ層１６のＣｕ電極上にＮｉ／Ａｕ層などのコンタクト層３１が無電解メッキ法により形成される。Ｎｉの無電解メッキ及びＡｕの無電解メッキに際しては、第６の実施の形態に係るＮｉ／Ａｕ層２１の形成工程と同様のメッキが行われる。
次に、図２１に示すように、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕのはんだペースト３２が印刷法によりコンタクト層３１上に塗布される。なお、はんだペースト３２の塗布方法は印刷法に限られるものではない。
その後、図２２に示すように、ウエハの透光基材１８がリフリー炉に通されてはんだが再溶融され、フラックス残渣が洗浄されることにより、はんだバンプ３３がメッキ層１６のＣｕ電極上に形成される。これにより、光半導体装置１Ｂの金属層１１ａ、１１ｂが形成される。
最後に、図２３に示すように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置１Ｂが切り出され、第２の実施の形態に係る光半導体装置１Ｂが得られる。
以上説明したように、本発明の第７の実施の形態によれば、第２の実施の形態に係る光半導体装置１Ｂを製造することができ、その結果、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置１Ｂを製造することが可能であるので、光半導体装置１Ｂの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置１Ｂのコストを抑えることができる。
（第８の実施の形態）
本発明の第８の実施の形態について図２４ないし図２７を参照して説明する。本発明の第８の実施の形態では、第４の実施の形態に係る光半導体装置１Ｄの製造方法について説明する。なお、この製造方法は、第５の実施の形態に係る光半導体装置１Ｅの製造方法にも適用される。第８の実施の形態においては、第４の実施の形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
本発明の第８の実施の形態に係る製造工程は、図８に示す発光層１２の成膜工程から図１６に示すリフトオフ工程まで第６の実施の形態と同じ工程を有している。
リフトオフ工程後、図２４に示すように、蛍光層４１がスパッタ装置により発光基材１２Ａの発光層１２側の面上に形成される。これにより、光半導体装置１Ｄの蛍光層４が形成される。このとき、スパッタを複数回行うことにより蛍光層４１を積層することも可能であり、第５の実施の形態に係る光半導体装置１Ｅを製造することができる。なお、蛍光層４１は、ＣＶＤ装置を用いて成膜することも可能である。
次に、図２５に示すように、蛍光層４１上に液状ガラスがスピンコートにより供給され、その液状ガラスが硬化されて透光層４２が蛍光層４１上に成膜される。これにより、光半導体装置１Ｄの透光層５が形成される。液状ガラスは、スピンコートの他、スプレー工法により供給されることも可能であり、その供給方法は限定されない。ガラス層の硬化は、例えば２００℃で１時間の加熱により実施可能である。透光層４２の成膜材料としては、液状ガラスの他、用途に応じて適宜選択することが可能である。
次に、図２６に示すように、メッキ層１６のＣｕ電極上にＮｉ／Ａｕ層４３が無電解メッキ法により形成される。これにより、光半導体装置１Ｄの金属層１１ａ、１１ｂが形成される。Ｎｉの無電解メッキ及びＡｕの無電解メッキに際しては、第６の実施の形態に係るＮｉ／Ａｕ層２１の形成工程と同様のメッキが行われる。
最後に、図２７に示すように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置１Ｄが切り出され、第４の実施の形態に係る光半導体装置１Ｄが得られる。なお、第５の実施の形態に係る光半導体装置１Ｅの製造工程においては、前述と同一の工程が用いられ、蛍光層４１の形成工程でスパッタを複数回行って蛍光層４１を積層することにより、第５の実施の形態に係る光半導体装置１Ｅが得られる。
以上説明したように、本発明の第８の実施の形態によれば、第４の実施の形態に係る光半導体装置１Ｄを製造することができ、その結果、第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、蛍光層４１を積層することによって、第５の実施の形態に係る光半導体装置１Ｅを製造することができ、その結果、第５の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置１Ｄ、１Ｅを製造することが可能であるので、光半導体装置１Ｄ、１Ｅの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置１Ｄ、１Ｅのコストを抑えることができる。
（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。
本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。 図１に示す光半導体装置の下面を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。 図４に示す光半導体装置の下面を示す平面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る製造方法を説明する第１の工程断面図である。 第２の工程断面図である。 第３の工程断面図である。 第４の工程断面図である。 第５の工程断面図である。 第６の工程断面図である。 第７の工程断面図である。 第８の工程断面図である。 第９の工程断面図である。 第１０の工程断面図である。 第１１の工程断面図である。 第１２の工程断面図である。 本発明の第７の実施の形態に係る製造方法を説明する第１の工程断面図である。 第２の工程断面図である。 第３の工程断面図である。 第４の工程断面図である。 本発明の第８の実施の形態に係る製造方法を説明する第１の工程断面図である。 第２の工程断面図である。 第３の工程断面図である。 第４の工程断面図である。
符号の説明
１Ａ〜１Ｄ…光半導体装置、２…発光層、４…蛍光層、５…透光層、７ａ…第１電極、７ｂ…第２電極、８ａ…第１金属ポスト、８ｂ…第２金属ポスト、１０…封止層、１１ａ…第１金属層、１１ｂ…第２金属層、Ｍ１…第１主面、Ｍ２…第２主面、１１…基板、１２…発光層１２Ａ…発光基材、、１４…導電性膜（シード層）、１５…犠牲層（レジスト層）、１６…メッキ層、１７…封止層（熱硬化樹脂層）、１８…透光基材、１９，４１…蛍光層、２１，３３，４３…金属層、４２…透光層

Claims (7)

  1. ｎ型半導体からなる第１クラッド層と、
    前記第１クラッド層の形状の一部が除かれた形状のｐ型半導体からなる第２クラッド層と、
    前記第１及び第２クラッド層に挟持された前記第２クラッド層と同形状の活性層と、
    前記第１クラッド層の前記活性層が設けられた側と反対側の面に形成され、平面視で前記第１及び第２クラッド層と前記活性層のいずれよりも周囲にはみだしており、前記活性層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層と、
    前記第１クラッド層の前記活性層が設けられた面側の前記活性層及び前記第２クラッド層が除かれた領域に形成された第１電極と、
    前記第２クラッド層の前記活性層が設けられた側と反対側の面に形成された第２電極と、
    前記第１電極上に設けられた第１金属ポストと、
    前記第２電極上に設けられた第２金属ポストと、
    前記第１クラッド層と前記活性層と前記第２クラッド層の側面を覆い前記蛍光層に至る絶縁層と、
    前記第１及び第２クラッド層の前記第１及び第２金属ポストが設けられている側に設けられ、前記絶縁層を介して前記第１クラッド層と前記活性層と前記第２クラッド層の前記側面を覆い、前記第１及び第２金属ポストの端部を露出させて前記第１及び第２金属ポストを封止する封止層と、
    を備えたことを特徴とする光半導体装置。
  2. 前記第１クラッド層、前記活性層、及び前記第２クラッド層は、基板の上にエピタキシャル成長された後に前記基板から分離された半導体積層体に含まれることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
  3. 前記蛍光層は、少なくとも組成の異なる２種類の蛍光体を含有していることを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体装置。
  4. 前記蛍光層は、少なくとも組成の異なる２種類の蛍光層が積層されて形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光半導体装置。
  5. 基板の上にエピタキシャル成長された半導体からなる複数の発光層が形成され、前記複数の発光層のそれぞれの上に第１電極及び第２電極が形成された前記基板上に、前記複数の発光層を覆う導電性膜を形成する工程と、
    前記導電性膜上に、前記発光層ごとの前記第１電極及び前記第２電極上を開口する犠牲層を形成する工程と、
    前記導電性膜を陰極として電気メッキ法により前記発光層ごとの前記第１電極及び前記第２電極上にメッキ層を形成する工程と、
    前記メッキ層を形成した前記基板から前記犠牲層及び前記導電性膜を除去する工程と、
    前記犠牲層及び前記導電性膜を除去した前記基板上に、前記発光層ごとの前記メッキ層を封止する封止層を形成する工程と、
    前記封止層から前記発光層ごとの前記メッキ層の端部を露出させる工程と、
    前記封止層の上に支持基板を貼り付けずに、前記封止層と前記メッキ層とを含む支持体により前記発光層が支持された状態で前記発光層を前記基板から分離する工程と、
    透光性を有する透光基材上に、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層を形成する工程と、
    前記蛍光層を形成した前記透光基材を前記基板から分離した前記複数の発光層に前記蛍光層を対向させて接合する工程と、
    前記発光層ごとに個片化を行う工程と、
    を備えたことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
  6. 基板の上にエピタキシャル成長された半導体層である発光層と、前記発光層の前記基板とは反対側の第２主面側に形成され前記発光層を発光させる電流を流す正極及び負極の複数の組と、前記正極のそれぞれに設けられた第１金属ポストと、前記負極のそれぞれに設けられた第２金属ポストと、前記第２主面側に設けられ、前記第１金属ポストの端部及び前記第２金属ポストの端部を露出させて前記第１金属ポスト及び前記第２金属ポストを封止する封止層と、を有する発光基材の前記封止層の上に支持基板を貼り付けずに、前記封止層と前記第１及び第２金属ポストとを含む支持体により前記発光層が支持された状態で前記発光層を前記基板から分離する工程と、
    前記基板から分離した前記発光層の前記第２主面とは反対側の第１主面側に、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層を形成する工程と、
    前記正極及び負極ごとに個片化を行う工程と、
    を備えたことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
  7. 基板の上に複数の発光層が形成され、前記複数の発光層のそれぞれの上に第１電極及び第２電極が形成された前記基板上に、前記複数の発光層を覆う導電性膜を形成する工程と、
    前記導電性膜上に、前記発光層ごとの前記第１電極及び前記第２電極上を開口する犠牲層を形成する工程と、
    前記導電性膜を陰極として電気メッキ法により前記発光層ごとの前記第１電極及び前記第２電極上にメッキ層を形成する工程と、
    前記メッキ層を形成した前記基板から前記犠牲層及び前記導電性膜を除去する工程と、
    前記犠牲層及び前記導電性膜を除去した前記基板上に、前記発光層ごとの前記メッキ層を封止する封止層を形成する工程と、
    前記封止層から前記発光層ごとの前記メッキ層の端部を露出させる工程と、
    前記封止層の上に支持基板を貼り付けずに、前記封止層と前記メッキ層とを含む支持体により前記発光層が支持された状態で前記複数の発光層を前記基板から分離する工程と、
    前記基板から分離した前記複数の発光層上に、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層を形成する工程と、
    前記蛍光層上に、透光性を有する透光層を形成する工程と、
    前記発光層ごとに個片化を行う工程と、
    を備えたことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
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