JP5343040B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、半導体発光装置に関する。

発光層を含む半導体層における一方の主面側にｐ側電極とｎ側電極が形成された構造が知られている。この構造では、電極が発光面からの光の取り出しを妨げないため、電極の形状やレイアウトの自由度が高い。電極の形状やレイアウトは、電気特性や発光効率に影響するため、適切なデザインが求められる。

特開２０００−２４４０１２号公報

発光面内での電流密度及び輝度のばらつきを低減した半導体発光装置を提供する。

実施形態によれば、半導体発光装置は、半導体層と、第１の電極と、第２の電極と、第１の絶縁層と、第１の配線層と、第２の配線層と、第１の金属ピラーと、前記第２の金属ピラーと、第２の絶縁層と、蛍光体層と、を備えた。前記半導体層は、第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含み、前記第１の主面側に基板を含まない。前記第１の電極は、前記第２の主面における前記発光層を有する領域に設けられた。前記第２の電極は、前記第２の主面に設けられ、平面視で前記第１の電極に挟まれている。前記第１の絶縁層は、前記半導体層の前記第２の主面側に設けられるとともに、前記半導体層の前記第１の主面から続く側面を覆う。前記第１の配線層は、前記第１の絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第１の電極に達して形成された第１の開口内に設けられ、前記第１の電極と接続された。前記第２の配線層は、前記第１の絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第２の電極に達して形成された第２の開口内に設けられ、前記第２の電極と接続された。前記第１の金属ピラーは、前記第１の配線層における前記第１の電極に対する反対側の面に設けられた。前記第２の金属ピラーは、前記第２の配線層における前記第２の電極に対する反対側の面に設けられた。前記第２の絶縁層は、前記第１の金属ピラーの側面と前記第２の金属ピラーの側面との間に設けられた。前記蛍光体層は、前記第１の主面側に基板を介さずに設けられている。

実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図。 実施形態に係る半導体発光装置において第２の主面側に設けられる要素の形状及びレイアウトを示す模式平面図。 実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。 実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。 実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。 実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。 実施形態に係る半導体発光装置において第２の主面側に設けられる要素の形状及びレイアウトの他の具体例を示す模式平面図。 実施形態に係る半導体発光装置において第２の主面側に設けられる要素の形状及びレイアウトのさらに他の具体例を示す模式平面図。 実施形態に係る半導体発光装置において第２の主面側に設けられる要素の形状及びレイアウトのさらに他の具体例を示す模式平面図。 他の実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図。 他の実施形態に係る半導体発光装置において第２の主面側に設けられる要素の形状及びレイアウトを示す模式平面図。 実施形態に係る半導体発光装置において半導体層の側面に電極を設けた具体例を示す模式斜視図。

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。また、工程を表す図面においては、ウェーハ状態における一部の領域を表す。

図１は、実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図である。
図２（ａ）は、実施形態に係る半導体発光装置におけるｐ側電極１６とｎ側電極１７の形状及びレイアウトを例示する模式平面図である。
図２（ｂ）は、実施形態に係る半導体発光装置におけるｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２、ｐ側金属ピラー２３およびｎ側金属ピラー２４の形状及びレイアウトを例示する模式平面図である。

本実施形態に係る半導体発光装置は、半導体層１５を有する。半導体層１５は、第１の主面１５ａと、その反対側に形成された第２の主面を有する。第２の主面側に電極、配線層、金属ピラー及び樹脂層が設けられている。光は、主として第１の主面１５ａから取り出される。

半導体層１５は、第１の半導体層１１と第２の半導体層１３を有する。第１の半導体層１１は、例えばｎ型のＧａＮ層であり、電流の横方向経路として機能する。但し、第１の半導体層１１の導電型はｎ型に限らず、ｐ型であってもよい。第２の半導体層１３は、発光層（活性層）１２を、ｎ型層とｐ型層とで挟んだ積層構造を有する。

半導体層１５の第２の主面側は凹凸形状に加工されている。第１の主面１５ａに対して反対側に突出した凸部は発光層１２を含む。凸部の横及びまわりには、凸部に対して第１の主面１５ａ側に引っ込んだ第１の半導体層１１が設けられ、この部分は発光層１２を含まず非発光領域である。

凸部の表面である第２の半導体層１３の表面には、第１の電極としてｐ側電極１６が設けられている。すなわち、ｐ側電極１６は、発光層１２を有する発光領域上に設けられている。非発光領域の第１の半導体層１１の表面には、第２の電極としてｎ側電極１７が設けられている。

一つのチップ（半導体層１５）において、ｐ側電極１６の面積の方がｎ側電極１７の面積よりも広い。すなわち、ｐ側電極１６が設けられた発光領域の方が、ｎ側電極１７が設けられた非発光領域よりも面積が大きく、輝度を向上できる。

図２（ａ）に示すように、ｎ側電極１７は、第２の主面側を見た平面視でｐ側電極１６に挟まれた第１の部分１７ａ及び第２の部分１７ｂを有する。第１の部分１７ａの方が、第２の部分１７ｂよりも幅（図２（ａ）において上下方向の幅）が広い。

さらに、ｎ側電極１７は、第２の主面側を見た平面視でｐ側電極１６のまわりを囲む第３の部分１７ｃを有する。第３の部分１７ｃは、ｐ側電極１６のまわりを連続して囲んでいる。すなわち、発光層１２を含む凸部（発光領域）のまわりを連続して囲んでいる。ｎ側電極１７の第１の部分１７ａ、第２の部分１７ｂおよび第３の部分１７ｃは、一体につながっている。

第１の部分１７ａ及び第２の部分１７ｂは、第３の部分１７ｃの内側に突出している。第３の部分１７ｃの内側に突出した第１の部分１７ａ及び第２の部分１７ｂのまわりをｐ側電極１６が囲んでいる。

ｎ側電極１７とｐ側電極１６との間には、絶縁層１４が設けられている。ｐ側電極１６が設けられた発光領域（凸部）と、ｎ側電極１７が設けられた非発光領域との間には段差が形成され、その段差を絶縁層１４が被覆している。

絶縁層１４は、半導体層１５の側面及び第２の主面の一部を覆っている。絶縁層１４は、ｐ側電極１６及びｎ側電極１７を覆っていない。さらに、絶縁層１４、ｐ側電極１６及びｎ側電極１７を覆うように絶縁層１８が設けられている。絶縁層１４は、例えばシリコン酸化物である。絶縁層１８は、例えば、微細開口のパターニング性に優れたポリイミド等の樹脂である。あるいは、絶縁層１８としてシリコン酸化物を用いてもよい。

絶縁層１８において、半導体層１５に対する反対側の面１８ｃに、第１の配線層としてのｐ側配線層２１と、第２の配線層としてのｎ側配線層２２が設けられている。ｐ側配線層２１は、ｐ側電極１６に達して絶縁層１８に形成された第１の開口１８ａ内にも設けられ、ｐ側電極１６と接続されている。ｎ側配線層２２は、ｎ側電極１７に達して絶縁層１８に形成された第２の開口１８ｂ内にも設けられ、ｎ側電極１７と接続されている。

ｐ側配線層２１においてｐ側電極１６に対する反対側の面には、第１の金属ピラーとしてｐ側金属ピラー２３が設けられている。ｎ側配線層２２においてｎ側電極１７に対する反対側の面には、第２の金属ピラーとしてｎ側金属ピラー２４が設けられている。

ｐ側金属ピラー２３の周囲、ｎ側金属ピラー２４の周囲、ｐ側配線層２１およびｎ側配線層２２は、第２の絶縁層として例えば樹脂層２５で覆われている。ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの実装面（図１において上面）は、樹脂層２５から露出している。第２の絶縁層と、第１の絶縁層（絶縁層１８）とは、同じ材料であってもよい。

半導体層１５において発光層１２を含まない非発光領域に設けられたｎ側電極１７と接続するｎ側配線層２２の面積は、ｎ側電極１７側の面よりも、ｎ側電極１７とは反対側の面において大きくなっている。すなわち、ｎ側配線層２２とｎ側金属ピラー２４とが接触する面積は、ｎ側配線層２２とｎ側電極１７とが接触する面積より大きい。また、ｐ側配線層２１とｐ側金属ピラー２３とが接触する面積は、ｐ側配線層２１とｐ側電極１６とが接触する面積より大きい。あるいは、ｐ側配線層２１とｐ側金属ピラー２３とが接触する面積が、ｐ側配線層２１とｐ側電極１６とが接触する面積より小さい場合もある。また、ｎ側配線層２２の一部は、絶縁層１８の表面１８ｃ上を、発光層１２の下に重なる位置まで延在する。

これにより、より広い発光層１２によって高い光出力を保ちつつ、半導体層１５における発光層１２を含まない部分の狭い面積に設けられたｎ側電極１７から、ｎ側配線層２２を介して、より広い引き出し電極を形成できる。

第１の半導体層１１は、ｎ側電極１７及びｎ側配線層２２を介してｎ側金属ピラー２４と電気的に接続されている。第２の半導体層１３は、ｐ側電極１６及びｐ側配線層２１を介してｐ側金属ピラー２３と電気的に接続されている。

ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの実装面には、必要に応じて、防錆などを目的とした表面処理膜（例えば、Ｎｉ、Ａｕなどの無電解メッキ膜、プリコートされたはんだ等）が形成される。

ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４の実装面は、例えば、はんだ、あるいは他の金属材料からなるボールもしくはバンプ形状の外部端子を介して、実装基板もしくは配線板に形成された配線に接合可能である。これにより、半導体発光装置に電力を供給できる。

ｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３のそれぞれの厚み（図１において上下方向の厚み）は、半導体層１５、ｎ側電極１７、ｐ側電極１６、絶縁層１４、１８、ｎ側配線層２２およびｐ側配線層２１を含む積層体の厚みよりも厚い。各金属ピラー２３、２４のアスペクト比（平面サイズに対する厚みの比）は１以上であることに限らず、その比は１よりも小さくてもよい。すなわち、金属ピラー２３、２４は、その平面サイズよりも厚みが小さくてもよい。

本実施形態の構造によれば、半導体層１５が薄くても、ｎ側金属ピラー２４、ｐ側金属ピラー２３および樹脂層２５を厚くすることで機械的強度を保つことが可能となる。また、実装基板に実装した際、外部端子を介して半導体層１５に加わる応力をｎ側金属ピラー２４とｐ側金属ピラー２３が吸収することで緩和することができる。

ｎ側配線層２２、ｐ側配線層２１、ｎ側金属ピラー２４、ｐ側金属ピラー２３の材料としては、銅、金、ニッケル、銀などを用いることができる。これらのうち、良好な熱伝導性、高いマイグレーション耐性及び絶縁材との優れた密着性を備えた銅がより好ましい。

絶縁層１８には、複数の微細開口１８ａ、１８ｂが形成されるパターニングが行われる。このため、絶縁層１８として、微細開口のパターニング性に優れた例えばポリイミドなどの樹脂を用いるのが望ましい。

樹脂層２５は、低コストで厚く形成でき、且つｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３の補強に適した樹脂を用いるのが望ましい。例えば、樹脂層２５として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などを挙げることができる。

半導体層１５の第１の主面１５ａには、蛍光体層２８が設けられている。蛍光体層２８は、発光層１２からの光を吸収し波長変換光を放出可能である。このため発光層１２からの光と蛍光体層２８における波長変換光との混合光が放出可能となる。例えば発光層１２を窒化物系とすると、その発光層１２からの青色光と、例えば黄色蛍光体層２８における波長変換光である黄色光との混合色として白色または電球色などを得ることができる。なお、蛍光体層２８は、複数種の蛍光体（例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体）を含む構成であってもよい。

発光層１２から発光された光は、主に、第１の半導体層１１、第１の主面１５ａおよび蛍光体層２８を進んで、外部に放出される。

光の放出面である第１の主面１５ａには電極が設けられていないため、電極によって光の放出が妨げられず、高輝度が得られる。ｐ側電極１６及びｎ側電極１７は、第１の主面１５ａの反対側の第２の主面に設けられている。ｐ側電極１６及びｎ側電極１７は、光の放出面に設けられていないため、形状やレイアウトの自由度が高い。

本実施形態では、発光効率を高め、より高輝度が得られる電極デザインにしている。すなわち、図２（ａ）に示すように、ｎ側電極１７における第１の部分１７ａ及び第２の部分１７ｂがチップの外縁側から内側に延び、その部分１７ａ、１７ｂがｐ側電極１６に挟まれている。このようなレイアウトにすることで、平面視でｐ側電極１６とｎ側電極１７とが向き合う部分である両者の境界長さを長く確保できる。この結果、発光層１２の面方向における電流密度及び輝度のばらつきを低減して、高効率な半導体発光装置を実現できる。

さらに、本実施形態では、ｎ側電極１７は、ｐ側電極１６のまわりを囲む第３の部分１７ｃを有する。ｎ側電極１７がｐ側電極１６のまわりを囲むことで、ｎ側電極１７とｐ側電極１６との境界長さをより増大させ、発光面に対して偏りなく、より均一な電流注入が可能となる。この結果、効率及び輝度をより向上できる。

また、ｐ側電極１６とｎ側電極１７との境界長さの増大は、局所的な電界集中を抑制し、信頼性を高くする。

発光領域をより広く確保して輝度を高めるために、非発光領域に設けられるｎ側電極１７の面積は、ｐ側電極１６の面積に比べて小さくする。ｎ側電極１７の面積の増大を抑えつつ、前述したようにｐ側電極１６とｎ側電極１７との境界長さを増大させるためには、ｎ側電極１７を細長く形成することが望ましい。図２（ａ）のデザインにおいて、ｎ側電極１７の第２の部分１７ｂ、第３の部分１７ｃは、例えば数μｍ〜数十μｍほどの幅を有する線状に形成されている。

幅が狭く細長い電極に対しては、ワイヤボンディングは困難になり、生産性及び信頼性の低下をまねく。

しかし、本実施形態では、電極に対してワイヤボンディングをしない構造である。すなわち、電極を覆うように第２の主面側に設けられた絶縁層１８の表面１８ｃ上に、ｎ側電極１７と接続されたｎ側配線層２２を設けている。図２（ｂ）に例示するレイアウトでは、ｎ側配線層２２は、チップ面内のほぼ半分を占めて、絶縁層１８の表面１８ｃ上に広がっている。すなわち、ｎ側の電極が、発光面の反対側でより広がって引き出された構造となっている。

そして、ｎ側配線層２２上にはｎ側金属ピラー２４が設けられている。線状のｎ側電極１７よりも幅が広く形成されたｎ側金属ピラー２４及びｎ側配線層２２を通じてｎ側電極１７に電圧が印加される。この結果、ｎ側の電気抵抗を低減できる。また、実装基板に対して接合されるのはｎ側電極１７ではなく、より幅の広いｎ側金属ピラー２４であるので、容易に実装できる。ｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３は、例えばはんだなどの金属を介して、実装基板に形成された配線に接合される。

さらに、ワイヤボンディングに比べて、電極はより広い面積の金属（配線層及び金属ピラー）と接続された構造であるため、放熱性が高い。例えば、配線層２１、２２、金属ピラー２３、２４の材料として、銅やアルミニウムを用いた場合には、高い放熱性が得られる。

また、第２の主面のほとんどを、発光層１２が発する光に対して反射性を有する金属からなるｐ側電極１６及びｎ側電極１７が占めている。このため、ｐ側電極１６及びｎ側電極１７は反射材としても機能し、第１の主面１５ａからの光の取り出し効率を向上させて、輝度を向上させることができる。例えば銀（Ａｇ）をｐ側電極１６及びｎ側電極１７の材料として用いると、高い反射率が得られる。

ｐ側電極１６とｐ側配線層２１とを電気的に接続させるには、絶縁層１８を貫通し、ｐ側電極１６に達する第１の開口１８ａは少なくとも一つでよい。ただし、発光層１２を含む発光領域上に設けられたｐ側電極１６は、発光層１２を含まない非発光領域上に設けられたｎ側電極１７に比べて発熱量が多い。そのため、本実施形態では、第１の開口１８ａを複数形成している。したがって、ｐ側配線層２１とｐ側電極１６とは、それぞれにｐ側配線層２１の一部が充填された複数の第１の開口１８ａを介して接続されている。この結果、ｐ側電極１６からｐ側配線層２１への放熱経路を複数確保でき、放熱性を高めて、信頼性及び寿命を向上できる。

ｎ側電極１７は、ｐ側電極１６に比べて発熱量が少ないので、ｎ側電極１７とｎ側配線層２２とを接続する第２の開口１８ｂは、一つでもよい。したがって、第１の開口１８ａを介してｐ側電極１６とｐ側配線層２１とが接続する面積は、第２の開口１８ｂを介してｎ側電極１７とｎ側配線層２２とが接続する面積よりも大きい。なお、複数の第２の開口１８ｂを介して、ｎ側電極１７とｎ側配線層２２とを接続させてもかまわない。

また、ｐ側電極１６が設けられた発光領域は、ｎ側電極１７が設けられた部分よりも配線層側に突出している。したがって、ｐ側電極１６とｐ側配線層２１とが向き合う間隔は、ｎ側電極１７とｎ側配線層２２とが向き合う間隔よりも小さい。すなわち、絶縁層１８の表面１８ｃからｐ側電極１６に達する第１の開口１８ａの深さは、絶縁層１８の表面１８ｃからｎ側電極１７に達する第２の開口１８ｂの深さよりも浅い。このため、第１の開口１８を介したｐ側の放熱経路の方が、第２の開口１８ｂを介したｎ側の放熱経路よりも短く、放熱効率が高い。

前述したように、ｎ側電極１７は細長い線状に形成される。そこで、本実施形態では、リソグラフィーによるｎ側電極１７と第２の開口１８ｂとの位置合わせずれを考慮して、ｎ側電極１７に、線状の第２の部分１７ｂ及び第３の部分１７ｃよりも幅が広い第１の部分１７ａを設けている。第１の部分１７ａは、例えば数十μｍ角に形成されている。第２の開口１８ｂは、第１の部分１７ａの上に形成され、ｎ側配線層２２は第１の部分１７ａに対して接続する。これにより、ｎ側配線層２２を確実にｎ側電極１７に接続させることができる。

次に、図３（ａ）〜図６（ｂ）を参照して、実施形態に係る半導体発光装置の製造方法について説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、基板１０の主面上に第１の半導体層１１を形成し、その上に発光層１２を含む第２の半導体層１３を形成する。これら半導体層１５が例えば窒化物系半導体の場合、半導体層１５は例えばサファイア基板上に結晶成長させることができる。

次に、図示しないレジストを用いた例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法で、図３（ｂ）に示すように、半導体層１５を貫通して基板１０に達する分離溝９を形成する。分離溝９は、ウェーハ状態の基板１０上で例えば格子状に形成され、半導体層１５を複数に分離する。

また、図示しないレジストを用いた例えばＲＩＥ法で、発光層１２を含む第２の半導体層１３の一部を除去して、第１の半導体層１１の一部を露出させる。これにより、半導体層１５の第２の主面側に、基板１０から見て相対的に上段に位置する発光領域と、発光領域よりも基板１０側の下段に位置する非発光領域が形成される。発光領域は発光層１２を含み、非発光領域は発光層１２を含まない。

基板１０の主面、半導体層１５の側面および第２の主面は、図４（ａ）に示す絶縁層１４で覆われる。そして、絶縁層１４を選択的に除去して、発光領域の表面（第２の半導体層１３の表面）にｐ側電極１６を、非発光領域の表面（第１の半導体層１１の表面）にｎ側電極１７を形成する。ｐ側電極１６とｎ側電極１７はどちらを先に形成してもよく、あるいはｐ側電極１６とｎ側電極１７とを同じ材料で同時に形成してもよい。

次に、基板１０上の露出している部分すべてを図４（ｂ）に示す絶縁層１８で覆う。絶縁層１８は、分離溝９内に充填される。

この後、例えばウェットエッチングにより絶縁層１８をパターニングし、図５（ａ）に示すように、絶縁層１８に選択的に第１の開口１８ａと第２の開口１８ｂを形成する。第１の開口１８ａは複数形成され、ｐ側電極１６に達する。第２の開口１８ｂは、ｎ側電極１７に達する。絶縁層１８の表面１８ｃからの深さは、第１の開口１８ａよりも第２の開口１８ｂの方が深い。

次に、絶縁層１８の表面１８ｃ、第１の開口１８ａおよび第２の開口１８ｂの内面に、連続したシードメタル１９（図５（ａ）において破線で示す）を形成する。さらに、シードメタル１９上に図示しないレジストを選択的に形成し、シードメタル１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行う。

これにより、図５（ｂ）に示すように、絶縁層１８の表面１８ｃ上に、選択的にｐ側配線層２１とｎ側配線層２２が形成される。ｐ側配線層２１は、第１の開口１８ａ内にも形成され、ｐ側電極１６と接続される。ｎ側配線層２２は、第２の開口１８ｂ内にも形成され、ｎ側電極１７と接続される。ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２はメッキ法により同時に形成される銅材料からなる。あるいは、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とは、同時に形成することに限らず、どちらかを先に形成してもよい。

ｎ側配線層２２においてｎ側電極１７に対する反対側の面は、ｎ側電極１７と接続する面よりも大きな面積でもって、絶縁層１８の表面１８ｃ上にパッド状に形成される。同様に、ｐ側配線層２１においてｐ側電極１６に対する反対側の面は、ｐ側電極１６と接続する面よりも大きな面積でもって、絶縁層１８の表面１８ｃ上にパッド状に形成される。

次に、金属ピラー形成用の別のレジスト（図示せず）を絶縁層１８上に選択的に形成し、前述したシードメタル１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行う。

これにより、図６（ａ）に示すように、ｐ側配線層２１上にｐ側金属ピラー２３が形成され、ｎ側配線層２２上にｎ側金属ピラー２４が形成される。ｐ側金属ピラー２３およびｎ側金属ピラー２４は、メッキ法により同時に形成され、例えば銅材料からなる。あるいは、ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４とは、同時に形成することに限らず、どちらかを先に形成してもよい。

このメッキの後、ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２、ｐ側金属ピラー２３およびｎ側金属ピラー２４をマスクにして、絶縁層１８の表面１８ｃ上に露出しているシードメタル１９をウェットエッチングする。これにより、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とのシードメタル１９を介した電気的接続が分断される。

次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁層１８上に樹脂層２５を形成する。樹脂層２５は、ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２、ｐ側金属ピラー２３およびｎ側金属ピラー２４を覆う。樹脂層２５は、ｐ側金属ピラー２３の側面とｎ側金属ピラー２４の側面との間、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間に充填される。

この後、樹脂層２５を研削し、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４におけるそれぞれの上面（絶縁層１８に対して反対側の面）を、樹脂層２５から露出させる。なお、以下に説明する蛍光体層２８を形成した後に、樹脂層２５を研削して、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの上面を露出させるようにしてもよい。

この後、基板１０を除去する。基板１０は、例えばレーザーリフトオフ法により除去される。具体的には、基板１０の裏面側から第１の半導体層１１に向けてレーザ光が照射される。レーザ光は、基板１０に対して透過性を有し、第１の半導体層１１に対しては吸収領域となる波長を有する。

レーザ光が基板１０と第１の半導体層１１との界面に到達すると、その界面付近の第１の半導体層１１はレーザ光のエネルギーを吸収して分解する。第１の半導体層１１が金属窒化物（例えばＧａＮ）の場合、ガリウム（Ｇａ）と窒素ガスに分解する。この分解反応により、基板１０と第１の半導体層１１との間に微小な隙間が形成され、基板１０と第１の半導体層１１とが分離する。

レーザ光の照射を、設定された領域ごとに複数回に分けてウェーハ全体にわたって行い、基板１０を除去する。第１の主面１５ａ上から基板１０が除去されることで、光取り出し効率の向上を図れる。

基板１０を除去した後、第１の主面１５ａを洗浄し、また、必要に応じて第１の主面１５ａを粗面化して、光取り出し効率の向上を図る。

その後、半導体層１５の第１の主面１５ａ上に蛍光体層２８（図１）を形成する。例えば、蛍光体粒子が分散された液状の透明樹脂（発光層１２及び蛍光体粒子の発光光に対して透明）をスピンコート法で塗布した後、熱硬化させることで、蛍光体層２８が形成される。

蛍光体層２８の形成後、分離溝９の位置でダイシングし、個片化する。ダイシング時、基板１０はすでに除去されている。さらに、分離溝９には、半導体層１５は存在せず、絶縁層１８として樹脂を埋め込んでおけば、容易にダイシングでき生産性を向上できる。さらに、ダイシング時に半導体層１５が受けるダメージを回避することができる。また、個片化後に、半導体層１５の側面が絶縁層１８で覆われて保護された構造が得られる。

個片化された半導体発光装置は、一つの半導体層（チップ）１５を含むシングルチップ構造であってもよいし、あるいは、複数の半導体層（チップ）１５を含むマルチチップ構造であってもよい。

ダイシングされる前までの前述した各工程は、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半導体発光装置ごとに、電極の再配線及びパッケージングを行う必要がなく、大幅な生産コストの低減が可能になる。すなわち、個片化された状態で、すでに電極の再配線及びパッケージングが済んでいる。また、ウェーハレベルで検査することが可能となる。このため、生産性を高めることができ、その結果として価格低減が容易となる。

チップの平面形状は、矩形状に限らず、例えば図７（ａ）〜（ｃ）に示すように正方形上であってもよい。また、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４は、円柱状に限らず、角柱状、断面が長円の柱状などであってもよい。

平面視におけるｐ側電極１６とｎ側電極１７との境界近くで相対的に電流密度は高く、それらの境界から離れると電流密度が低下する。そのため、特にチップ面積（発光領域面積）が大きな場合には、図７（ａ）に示すように、ｎ側電極１７においてｐ側電極１６側に細長く延び、ｐ側電極１６で挟まれる第２の部分１７ｂを複数形成することが望ましい。

これにより、発光面、すなわちｐ側電極１６が広がる面に、ｎ側電極１７とｐ側電極１６との境界を偏りなく形成することができ、発光層に対してより均一な電流注入が可能となる。この結果、特にチップ面積が大きな場合であっても効率及び輝度を向上できる。

図７（ｂ）は、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との平面レイアウトの他の具体例を示す。図７（ｂ）において、ｎ側配線層２２は平面視で例えば四角形状に形成され、その３辺を囲むようにｐ側配線層２１が形成されている。ｐ側配線層２１の面積は、ｎ側配線層２２の面積よりも広い。したがって、ｎ側よりも発熱量の多いｐ側の放熱面をより広くして、ｐ側の放熱性を高くできる。

また、ｐ側配線層２１には、複数のｐ側金属ピラー２３が設けられている。これにより、ｐ側金属ピラー２３を介した放熱経路をより多く確保でき放熱性をより向上できる。さらに、複数のｐ側金属ピラー２３により強度も向上できる。

もちろん、図７（ｃ）に示すように、実装面側をｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とでほぼ２等分するようなレイアウトにしてもよい。
図７（ｂ）に例示されるような、ｐ側配線層２１をｎ側配線層２２よりも広くしたレイアウトは、図７（ａ）に示す電極デザインに限らず、図２（ａ）の電極デザインにも適用可能であり、さらには、後述する図８（ａ）〜図９（ｃ）および図１１（ａ）の電極デザインにも適用可能である。ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２は、電極１６、１７を覆う絶縁層１８の表面１８ｃ上に設けられるため、電極１６、１７の形状やレイアウトに関係なく、形状やレイアウトを設計できる。

図８（ａ）〜図９（ｃ）は、ｐ側電極１６とｎ側電極１７との平面レイアウトの他の具体例を示す。

図８（ａ）では、ｐ側電極１６の長手方向に、ｎ側電極１７が細長く延在している。ｎ側電極１７は、ｐ側電極１６の長手方向の一方の端から、ｐ側電極１６の長手方向の半分以上の長さにわたって延在している。
図８（ｂ）では、ｐ側電極１６の長手方向に延在するｎ側電極１７によって、ｐ側電極１６が短手方向に分断されている。
図８（ｃ）では、ｐ側電極１６の短手方向に、ｎ側電極１７が延在している。

図９（ａ）及び図９（ｂ）は、複数（図示では２本）の細長いｎ側電極１７が設けられた具体例を示す。図９（ａ）では、ｐ側電極１６は櫛形に形成され、その櫛歯間にｎ側電極１７が挟まれている。図９（ｂ）では、ｐ側電極１６は、ｎ側電極１７を挟みつつジグザグに形成されている。

複数本のｎ側電極１７は互いに平行であることに限らず、非平行であってもよい。また、ｎ側電極１７は、ｐ側電極１６の長手方向または短手方向に対して平行であることに限らず、傾いていてもよい。

あるいは、複数本のｎ側電極１７は、図９（ｃ）に示すように交差していてもよい。図９（ｃ）では、２本のｎ側電極１７が直交しているが、斜めに交差していてもよい。

図８（ａ）〜図９（ｃ）のいずれの具体例においても、ｎ側電極１７がｐ側電極１６に挟まれている。これにより、平面視でｐ側電極１６とｎ側電極１７とが向き合う部分である両者の境界長さを長く確保できる。この結果、発光層１２の面方向における電流密度及び輝度のばらつきを低減して、高効率な半導体発光装置を実現できる。

図１０は、他の実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図である。
図１１（ａ）は、図１０に示す構造におけるｐ側電極１６とｎ側電極１７の形状及びレイアウトを例示する模式平面図である。
図１１（ｂ）は、図１０に示す構造におけるｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２、ｐ側金属ピラー２３およびｎ側金属ピラー２４の形状及びレイアウトを例示する模式平面図である。

平面視で、線状に形成されたｎ側電極１７がｐ側電極１６のまわりを連続して囲んでいる。これにより、ｎ側電極１７とｐ側電極１６との境界長さを長く確保でき、発光面に対して偏りなく、より均一な電流注入が可能となる。この結果、効率及び輝度をより向上できる。また、ｐ側電極１６とｎ側電極１７との境界長さの増大は、局所的な電界集中を抑制し、信頼性を高くする。

ｐ側電極１６は、発光領域上に、例えば矩形もしくは正方形状に広がって形成されている。本実施形態では、平面視でｎ側電極１７がｐ側電極１６側に突出するようなレイアウトではないため、その分、ｐ側電極１６の面積の増大を図れる。これにより、発光領域を広くして、輝度を向上できる。

また、図１２に示すように、ｎ側電極１７を、第２の主面上に加えて、第１の半導体層１１の側面に形成してもよい。第１の半導体層１１の側面に形成されたｎ側電極１７は、第１の半導体層１１の側面を連続して囲んでいる。

側面にもｎ側電極１７を形成することで、ｎ側電極１７の面積を増大でき、ｎ側電極１７への電流集中を抑制して、信頼性を向上できる。

ｎ側電極１７は、発光層１２が発する光に対して遮光性を有する金属からなる。したがって、第１の半導体層１１の側面が遮光膜で覆われた構造となり、側面からの光漏れを防止して、色ばらつきを抑制できる。さらに、ｎ側電極１７を構成する金属は発光層１２が発する光に対して反射性を有するため、第１の半導体層１１の側面で反射して第１の主面１５ａ側から取り出される光量が増え、輝度を向上できる。

蛍光体層２８としては、以下に例示する赤色蛍光体層、黄色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層を用いることができる。

赤色蛍光体層は、例えば、窒化物系蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ_１−ｘ，Ｒ_ｘ）_ａ１ＡｌＳｉ_ｂ１Ｏ_ｃ１Ｎ_ｄ１・・・組成式（１）
（ＭはＳｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特に、Ｃａ若しくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、特に、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．６＜ａ１＜０．９５、２＜ｂ１＜３．９、０．２５＜ｃ１＜０．４５、４＜ｄ１＜５．７）を用いることが好ましい。
組成式（１）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。

黄色蛍光体層は、例えば、シリケート系蛍光体（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕを含有することができる。

緑色蛍光体層は、例えば、ハロ燐酸系蛍光体（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６・Ｃｌ_２：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ_１−ｘ，Ｒ_ｘ）_ａ２ＡｌＳｉ_ｂ２Ｏ_ｃ２Ｎ_ｄ２・・・組成式（２）
（ＭはＳｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特に、Ｃａ若しくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、特に、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１、６＜ｄ２＜１１）を用いることが好ましい。
組成式（２）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。

青色蛍光体層は、例えば、酸化物系蛍光体ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕを含有することができる。

９…分離溝、１０…基板、１１…第１の半導体層、１２…発光層、１３…第２の半導体層、１５…半導体層、１５ａ…第１の主面、１６…ｐ側電極、１７…ｎ側電極、１４，１８…絶縁層、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、２８…蛍光体層

Claims (15)

1. 第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含み、前記第１の主面側に基板を含まない半導体層と、
   前記第２の主面における前記発光層を有する領域に設けられた第１の電極と、
   前記第２の主面に設けられ、平面視で前記第１の電極に挟まれた第２の電極と、
   前記半導体層の前記第２の主面側に設けられるとともに、前記半導体層の前記第１の主面から続く側面を覆う第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第１の電極に達して形成された第１の開口内に設けられ、前記第１の電極と接続された第１の配線層と、
   前記第１の絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第２の電極に達して形成された第２の開口内に設けられ、前記第２の電極と接続された第２の配線層と、
   前記第１の配線層における前記第１の電極に対する反対側の面に設けられた第１の金属ピラーと、
   前記第２の配線層における前記第２の電極に対する反対側の面に設けられた第２の金属ピラーと、
   前記第１の金属ピラーの側面と前記第２の金属ピラーの側面との間に設けられた第２の絶縁層と、
   前記第１の主面側に基板を介さずに設けられた蛍光体層と、
   を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記平面視で、前記第２の電極はさらに前記第１の電極のまわりを囲んで設けられたことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
3. 前記第２の電極は、相対的に幅が広い部分と、幅が狭い部分とを有し、
   前記第２の開口は前記幅が広い部分に達して形成され、前記第２の配線層は前記幅が広い部分に対して接続されたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
4. 前記第１の配線層の前記第１の絶縁層上における面積は、前記第２の配線層の前記第１の絶縁層上における面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
5. 前記第１の配線層に対して複数の前記第１の金属ピラーが設けられたことを特徴とする請求項４記載の半導体発光装置。
6. 第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含み、前記第１の主面側に基板を含まない半導体層と、
   前記第２の主面における前記発光層を有する領域に設けられた第１の電極と、
   前記第２の主面に設けられ、平面視で前記第１の電極のまわりを囲む第２の電極と、
   前記半導体層の前記第２の主面側に設けられるとともに、前記半導体層の前記第１の主面から続く側面を覆う第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第１の電極に達して形成された第１の開口内に設けられ、前記第１の電極と接続された第１の配線層と、
   前記第１の絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第２の電極に達して形成された第２の開口内に設けられ、前記第２の電極と接続された第２の配線層と、
   前記第１の配線層における前記第１の電極に対する反対側の面に設けられた第１の金属ピラーと、
   前記第２の配線層における前記第２の電極に対する反対側の面に設けられた第２の金属ピラーと、
   前記第１の金属ピラーの側面と前記第２の金属ピラーの側面との間に設けられた第２の絶縁層と、
   前記第１の主面側に基板を介さずに設けられた蛍光体層と、
   を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
7. 前記第１の電極の面積は、前記第２の電極の面積よりも広いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
8. 前記第１の開口の数は、前記第２の開口の数よりも多く、
   前記第１の配線層と前記第１の電極とが接続する面積は、前記第２の配線層と前記第２の電極とが接続する面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
9. 前記半導体層は、前記発光層を含まない非発光領域と、前記非発光領域よりも突出して設けられ、前記発光層を含む発光領域とを有し、
   前記第１の電極は前記発光領域の表面に設けられ、前記第２の電極は前記非発光領域の表面に設けられたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
10. 前記発光領域の平面面積は、前記非発光領域の平面面積より大きいことを特徴とする請求項９記載の半導体発光装置。
11. 前記第２の配線層と前記第２の金属ピラーとが接触する面積は、前記第２の配線層と前記第２の電極とが接触する面積より大であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
12. 前記第１の配線層と前記第１の金属ピラーとが接触する面積は、前記第１の配線層と前記第１の電極とが接触する面積より大であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
13. 前記第２の配線層の一部は、前記第１の絶縁層上を、前記発光層に重なる位置まで延在することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
14. 前記第２の配線層は、前記第２の電極と接続する面よりも、前記第２の電極に対する反対側の面において面積が大であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
15. 前記半導体層の前記側面に遮光膜が設けられたことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。

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