JP5426484B2 - 半導体発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態に係る半導体発光装置を例示する模式断面図である。
図1に示すように、半導体発光装置1には、発光部2、透光部3、波長変換部4、、第1導電部6、第1接続部材7、第2導電部9、第2接続部材10、絶縁部11、封止部12が設けられている。
発光部2には、半導体部2a、活性部2b、半導体部2cが設けられている。
半導体部2aは、n形となるようにドープされた半導体(n形半導体)からなるものとすることができる。この場合、n形の窒化物半導体からなるものとすることができる。窒化物半導体としては、例えば、GaN(窒化ガリウム)、AlN(窒化アルミニウム)、AlGaN(窒化アルミニウムガリウム)、InGaN(窒化インジウムガリウム)などを例示することができる。
活性部2bは、正孔および電子が再結合して光を発生する井戸層と、井戸層よりも大きなバンドギャップを有する障壁層(クラッド層)と、によって構成された量子井戸構造とすることができる。
この場合、単一量子井戸(SQW;Single Quantum Well)構造としてもよいし、多重量子井戸(MQW;Multiple Quantum Well)構造としてもよい。また、単一量子井戸構造のものを複数積層するようにしてもよい。
多重量子井戸構造のものとしては、GaN(窒化ガリウム)からなる障壁層、InGaN(窒化インジウムガリウム)からなる井戸層、GaN(窒化ガリウム)からなる障壁層、InGaN(窒化インジウムガリウム)からなる井戸層、GaN(窒化ガリウム)からなる障壁層がこの順で積層されたものを例示することができる。
この場合、前述した半導体部2aを障壁層とすることもできる。
なお、活性部2bは量子井戸構造に限定されるわけではなく、発光可能な構造を適宜選択することができる。
発光部2は、例えば、ピークの発光波長が380nm〜530nmの発光ダイオードとすることができる。また、例えば、発光波長の帯域が350nm〜600nmの発光ダイオードとすることもできる。
透光部3は、発光部2から出射した光を透過させるとともに、色度ずれを抑制する。
発光部2から出射した光を透過させやすいように透光部3の透過率は、例えば、420nm〜720nmの波長領域において90%以上となるようにすることができる。また、透光部3の屈折率は1.2以上、1.9以下となるようにすることができる。
ただし、例示をしたこれらの材料に限定されるわけではなく適宜変更することができる。この場合、透光部3に設けられた凹状の面3aの開口部分の直径寸法(いわば波長変換部4の寸法)は、発光部2の寸法よりも大きくなるようにすることが好ましい。
波長変換部4は、波長変換可能な蛍光体が混合された樹脂から形成されるものとすることができる。
蛍光体は、例えば、粒子状とすることができ、その粒子径を10μm以下とすることができる。
波長変換部4は、440nm以上470nm以下(青色)、500nm以上555nm以下(緑色)、560nm以上580nm以下(黄色)、600nm以上670nm以下(赤色)にピークの発光波長を持つ蛍光体の少なくとも1つ以上を含むものとすることができる。 また、発光波長の帯域が380nm〜720nmの蛍光体を含むものとすることができる。
蛍光体としては、ケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、燐(P)、ホウ素(B)、イットリウム(Y)、アルカリ土類元素、硫化物元素、希土類元素、窒化物元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素が含まれるものとすることができる。
Y2O2S:Eu、
Y2O2S:Eu+顔料、
Y2O3:Eu、
Zn3(PO4)2:Mn、
(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、
(Y,Gd,Eu)BO3、
(Y,Gd,Eu)2O3、
YVO4:Eu、
La2O2S:Eu,Sm、
LaSi3N5:Eu2+、
α−sialon:Eu2+、
CaAlSiN3:Eu2+、
CaSiNX:Eu2+、
CaSiNX:Ce2+、
M2Si5N8:Eu2+、
CaAlSiN3:Eu2+、
(SrCa)AlSiN3:EuX+、
Srx(SiyAl3)z(OxN):EuX+
ZnS:Cu,Al、
ZnS:Cu,Al+顔料、
(Zn,Cd)S:Cu,Al、
ZnS:Cu,Au,Al,+顔料、
Y3Al5O12:Tb、
Y3(Al,Ga)5O12:Tb、
Y2SiO5:Tb、
Zn2SiO4:Mn、
(Zn,Cd)S:Cu、
ZnS:Cu、
Zn2SiO4:Mn、
ZnS:Cu+Zn2SiO4:Mn、
Gd2O2S:Tb、
(Zn,Cd)S:Ag、
ZnS:Cu,Al、
Y2O2S:Tb、
ZnS:Cu,Al+In2O3、
(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、
(Zn,Mn)2SiO4、
BaAl12O19:Mn、
(Ba,Sr,Mg)O・aAl2O3:Mn、
LaPO4:Ce,Tb、
Zn2SiO4:Mn、
ZnS:Cu、
3(Ba,Mg,Eu,Mn)O・8Al2O3、
La2O3・0.2SiO2・0.9P2O5:Ce,Tb、
CeMgAl11O19:Tb、
CaSc2O4:Ce、
(BrSr)SiO4:Eu、
α−sialon:Yb2+、
β−sialon:Eu2+、
(SrBa)YSi4N7:Eu2+、
(CaSr)Si2O4N7:Eu2+、
Sr(SiAl)(ON):Ce
ZnS:Ag、
ZnS:Ag+顔料、
ZnS:Ag,Al、
ZnS:Ag,Cu,Ga,Cl、
ZnS:Ag+In2O3、
ZnS:Zn+In2O3、
(Ba,Eu)MgAl10O17、
(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、
Sr10(PO4)6Cl2:Eu、
(Ba,Sr,Eu)(Mg,Mn)Al10O17、
10(Sr,Ca,Ba,Eu)・6PO4・Cl2、
BaMg2Al16O25:Eu
黄色の蛍光を発する蛍光体の材料としては、例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる黄色の蛍光を発する蛍光体は、これらに限定されない。
Li(Eu,Sm)W2O8、
(Y,Gd)3,(Al,Ga)5O12:Ce3+、
Li2SrSiO4:Eu2+、
(Sr(Ca,Ba))3SiO5:Eu2+、
SrSi2ON2.7:Eu2+
黄緑色の蛍光を発する蛍光体の材料としては、例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる黄緑色の蛍光を発する蛍光体は、これに限定されない。
SrSi2ON2.7:Eu2+
蛍光体が混合される樹脂の屈折率は蛍光体の屈折率以下とすることが好ましい。また、蛍光体が混合される樹脂の透過率は90%以上とすることが好ましい。
ただし、蛍光体が混合される樹脂としては、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
この場合、波長変換部4の樹脂部分における硬化後のショアD硬度は、例えば、硬化剤などの添加剤を添加することで制御するようにすることができる。
硬化剤などの添加剤を添加して、樹脂の架橋点を増加させることができれば波長変換部4の樹脂部分における硬化後のショアD硬度を高くすることができる。そのため、硬化剤などの添加剤の種類や添加量などを適宜変更することで、波長変換部4の樹脂部分における硬化後のショアD硬度を制御することができる。
なお、蛍光体の脱離の抑制に関する詳細は後述する。
また、第1接続部材7は必ずしも必要ではなく、半導体発光装置1を実装する方法などに応じて適宜設けるようにすればよい。
また、第2接続部材10は必ずしも必要ではなく、半導体発光装置1を実装する方法などに応じて適宜設けるようにすればよい。
この場合、発光部2から出射する光が、波長の短い紫外から青色の光であり輝度が高い場合には絶縁部11を形成する樹脂が劣化するおそれがある。そのため、絶縁部11が樹脂から形成される場合には、青色光などによる劣化が生じにくいものとすることが好ましい。青色光などによる劣化が生じにくい樹脂としては、例えば、屈折率が1.5程度のメチルフェニルシリコーン、ジメチルシリコーンなどを例示することができる。
封止部12は、熱硬化性樹脂などから形成されるものとすることができる。封止部12は、発光部2、第1電極部5、第2電極部8をも封止する役割を有している。なお、封止部12と絶縁部11とが一体的に形成されているようにすることもできる。
図2は、発光部2の発光特性を例示するための模式図である。なお、発光特性はモノトーン色の濃淡で表し、青色となる程濃く、黄色となる程淡くなるように表示した。
図2に例示をしたものの場合には、発光部2の中心部分が黄色となり、周縁になるにしたがい青色となっている。
この様に発光部2の発光特性に分布があると、半導体発光装置1を見る方向によって色度が異なるものとなる色度ずれが大きくなるおそれがある。
以下においては、一例として、発光部2の発光特性が図2に例示をしたものの場合について例示をする。すなわち、発光部2の中心部分が黄色となり、周縁になるにしたがい青色となる場合について例示をする。この様な発光特性を有する発光部2としては、例えば、GaN(窒化ガリウム)などの窒化物半導体からなるものを例示することができる。
図3に示すように、半導体発光装置100には、発光部2、波長変換部104、第1電極部5、第1導電部6、第1接続部材7、第2電極部8、第2導電部9、第2接続部材10、絶縁部11、封止部12が設けられている。すなわち、半導体発光装置100は透光部3が形成されていない場合である。
なお、図4は所定の位置から出射し波長変換部を透過した光をシミュレーション分析したものである。図4における横軸は視野角度を表しており、0°は半導体発光装置の正面側から見た場合、90°、−90°は半導体発光装置の側面側から見た場合である。図4における縦軸は色度を表しており、図中の上側になるほど黄色となり、図中の下側になるほど青色となる。また、色度ずれは、視野角度に対する色度の差で表される。そのため、例えば、0°における色度と、90°または−90°における色度との差が小さくなるほど色度ずれが小さいことになる。
図4に示すように、透光部3が形成されていない平板状の波長変換部104とすれば、色度ずれが大きくなることがわかる。
そのため、本実施の形態においては、透光部を設けることで波長変換部が色度ずれを抑制することができる形状となるようにしている。例えば、図1に例示をしたものの場合には、凹状の面3aを有する透光部3を設けることで波長変換部4に凸状の面4aを形成させ、波長変換部4の内部における光路長を発光部2の発光特性に応じて適正化するようにしている。この場合、面4aの曲率半径Rを変化させることで色度ずれの抑制を制御することができる。
なお、曲率半径を変化させる場合には、凸状の形状の曲率半径を250nm以上とすることが好ましい。また、凹状の形状の曲率半径を200nm以上とすることが好ましい。
また、波長変換部の面内における蛍光体の種類とその割合の分布を変えるようにすれば色度ずれをさらに抑制することができる。例えば、図2に例示をしたもののように、発光部2の周縁になるにしたがい青色となるものの場合には、波長変換部の周縁になるほど黄色の蛍光を発する蛍光体の割合が多くなるようにすることで、波長変換部のほぼ全域において白色光が出射されるようにすることができる。
複数の半導体発光装置1を一体的に形成した後、各半導体発光装置1を個片化するようにすれば生産性を向上させることができる。しかしながら、蛍光体を含む波長変換部4が設けられている場合には、各半導体発光装置1を個片化する際に波長変換部4から蛍光体が脱離するおそれがある。
また、図5は、蛍光体の脱離の様子を例示するための模式図である。
なお、図5は、ブレードダイシング法を用いて半導体発光装置を個片化した際の割断面の様子を例示するものである。この場合、ダイシングブレードの回転数は40000rpmとした。
この様な場合には、図5(a)に示すように割断面に凹部110が生じ蛍光体が脱離したことが分かる。
サンプル番号2は、波長変換部の樹脂部分における硬化後の硬度がショアD硬度で74の場合である。
サンプル番号3は、波長変換部の樹脂部分における硬化後の硬度がショアA硬度で87(ショアD硬度で30)の場合である。
サンプル番号4は、波長変換部の樹脂部分における硬化後の硬度がショアD硬度で60〜70の場合である。
この様な場合には、図5(b)〜(d)に示すように割断面に凹部110が生じておらず、蛍光体の脱離を抑制することができることが分かる。
すなわち、波長変換部の樹脂部分における硬化後の硬度をショアD硬度で10を超えるものとすれば、蛍光体の脱離を抑制することができる。
また、波長変換部の樹脂部分における硬化後の硬度をショアD硬度で30以上とすれば、蛍光体の脱離をさらに抑制することができる。
第1導電部6に電圧が印加されると、第1電極部5を介して半導体部2aに電位が与えられる。また、第2導電部9に電圧が印加されると、第2電極部8を介して半導体部2cに電位が与えられる。そして、半導体部2aと半導体部2cとに電位が与えられると、活性部2bにおいて正孔および電子が再結合して光が発生する。活性部2bから出射した光の一部は、半導体部2a、透光部3を透過して波長変換部4に入射する。波長変換部4に入射した光は蛍光体により波長が変換され波長変換部4から外部に向けて出射される。例えば、活性部2bから出射した青色光と、その光により励起された光(黄色、あるいは、赤色及び緑色)とが混合され、白色光として波長変換部4から外部に向けて出射される。 本実施の形態においては、波長変換部4の内部における光路長を発光部2の発光特性に応じて適正化するようにしている。すなわち、所定の形状を有する透光部3を設けることで、内部における光路長が発光部2の発光特性に応じて色度ずれが抑制される長さとなるような面4aを有した波長変換部4が形成されている。そのため、色度ずれを抑制することができる。例えば、白色光を出射する半導体発光装置1を見る方向にかかわらず色度ずれを少なくすることができ、波長変換部4のほぼ全域において白色光が出射されるようにすることができる。
図6は、本実施の形態に係る半導体発光装置の製造方法について例示をするためのフローチャートである。
なお、複数の半導体発光装置を一体的に形成した後、各半導体発光装置を個片化する場合である。
この場合、既知の気相成長法などを用いてこれらの積層を行うようにすることができる。気相成長法としては、例えば、有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、ハイドライド気相成長(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)法、分子線エピタキシャル成長(MBE;Molecular Beam Epitaxy)法などを例示することができる。
この場合、真空蒸着法やスパッタリング法などの各種の物理的気相成長(PVD:Physical Vapor Deposition)法、各種の化学的気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、メッキ法などと、リソグラフィ技術やエッチング技術などとを組み合わせることで第1電極部5、第2電極部8を形成するようにすることができる。
この場合、真空蒸着法やスパッタリング法などの各種の物理的気相成長(PVD:Physical Vapor Deposition)法、各種の化学的気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法などと、リソグラフィ技術やエッチング技術などとを組み合わせることで絶縁部11を形成するようにすることができる。
この場合、真空蒸着法やスパッタリング法などの各種の物理的気相成長(PVD:Physical Vapor Deposition)法、各種の化学的気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法などと、リソグラフィ技術やエッチング技術などとを組み合わせることで封止部12を形成するようにすることができる。
この場合、真空蒸着法やスパッタリング法などの各種の物理的気相成長(PVD:Physical Vapor Deposition)法、各種の化学的気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、メッキ法などと、リソグラフィ技術やエッチング技術などとを組み合わせることで第1導電部6、第2導電部9を形成するようにすることができる。
この場合、真空蒸着法やスパッタリング法などの各種の物理的気相成長(PVD:Physical Vapor Deposition)法、各種の化学的気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、メッキ法などと、リソグラフィ技術などとを組み合わせることで第1接続部材7、第2接続部材10を形成するようにすることができる。
この場合、レーザリフトオフ法などを用いて積層体を基板から剥離させるようにすることができる。
この場合、樹脂などを塗布し、これを成形することで透光部3を形成するようにすることができる。
例えば、ナノインプリント法やモールド法を用いて透光部3を形成するようにすることができる。
また、モールド法を用いる場合には、成形型を樹脂に押し付けた状態で加熱が行われ、成形された樹脂を硬化させることで透光部3が形成される。なお、モールド法を用いる場合には、成形型などには加熱ヒータなどが設けられ、樹脂は熱硬化性樹脂とされる。
また、透光部の形成はナノインプリント法やモールド法に限定されるわけではなく適宜変更することができる。
例えば、インクジェット法やディスペンス法などの微少液滴塗布方法などを用いて樹脂などを所定の形状に積層させることで透光部を形成するようにしてもよい。
例えば、透光部3を覆うようにして所定の蛍光体が混合された樹脂を塗布し、平板状に成形した後、これを硬化させることで波長変換部4を形成するようにすることができる。 この場合、波長変換部の樹脂部分における硬化後の硬度がショアD硬度で10を超えるようにされている。
例えば、前述したように硬化剤などの添加剤を適宜添加することで硬化後の硬度がショアD硬度で10を超えるものとなるようにされている。
この場合、所定の形状の透光部を設けるようにしているので、波長変換部の内部における光路長を発光部の発光特性に応じて適正化することができる。
すなわち、波長変換部が形成される工程において、内部における光路長が発光部の発光特性に応じて色度ずれが抑制される長さとなるような形状が波長変換部に形成される。
そのため、色度ずれを抑制することができる。
この場合、ブレードダイシング法などを用いて半導体発光装置を個片化するようにすることができる。
この場合、波長変換部が切断されることになるが、波長変換部の樹脂部分における硬化後の硬度がショアD硬度で10を超えるものとなるようにされているので、半導体発光装置を個片化する際に蛍光体が波長変換部から脱離することを抑制することができる。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、半導体発光装置1が備える各要素の形状、寸法、材料、数、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
Claims (9)
- 第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、前記第2主面上に形成された第1電極部および第2電極部を有する発光部と、前記第1主面側に設けられた透光部と、前記透光部を覆うように設けられ、蛍光体が混合された樹脂から形成された波長変換部と、を有する半導体発光装置の製造方法であって、
複数の半導体発光装置を一体的に形成する工程と、
前記一体的に形成された複数の半導体発光装置を個片化する工程と、
を有し、
前記複数の半導体発光装置を一体的に形成する工程は、
基板上に前記発光部を形成する工程と、
前記基板から前記発光部を剥離する工程と、
前記剥離した発光部上に前記透光部を形成する工程と、
前記透光部を覆い、前記個片化する際の切断ラインを含むように前記波長変換部を設ける工程と、
を有し、
前記透光部を形成する工程において、前記波長変換部の内部における光路長が前記発光部の発光特性に応じて色度ずれが抑制される長さとなるように、前記透光部の形状を変更し、
前記波長変換部を設ける工程において、前記発光部上に形成された前記透光部により、前記波長変換部の内部における光路長が前記色度ずれが抑制される長さとなるように前記波長変換部の厚み寸法を変化させ、
前記波長変換部を設ける工程において、前記樹脂の硬度をショアD硬度で30以上とすることで、前記個片化する際に前記波長変換部に含まれる前記蛍光体が前記樹脂から脱離するのを抑制すること、を特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 前記個片化する工程において、ブレードダイシング法を用いて前記波長変換部を切断すること、を特徴とする請求項1記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記波長変換部を設ける工程において、前記蛍光体が混合された樹脂を塗布し、平板状に成形した後、これを硬化させること、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の製造方法。
- 前記透光部を形成する工程において、ナノインプリント法、モールド法、微少液滴塗布方法からなる群より選ばれた1種を用いて前記透光部が形成されること、を特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記樹脂は、エポキシ樹脂、シリコーン系樹脂、メタクリル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、環状ポリオレフィン(COP)、脂環式アクリル(OZ)、アリルジグリコールカーボネート(ADC)、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂とエポキシ樹脂とのハイブリット樹脂、ウレタン樹脂からなる群から選ばれた少なくとも1種であること、を特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記蛍光体は、380nm以上、720nm以下の発光波長を有し、
ケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、燐(P)、ホウ素(B)、イットリウム(Y)、アルカリ土類元素、硫化物元素、希土類元素、窒化物元素からなる群から選ばれた少なくとも1種の元素を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体発光装置の製造方法。 - 前記波長変換部を設ける工程において、前記波長変換部は、前記発光部の側面を覆うことなく設けられる請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記透光部を形成する工程において、前記発光部の寸法よりも大きな開口部分の直径寸法を有する凹状の面が設けられた前記透光部が形成される請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記波長変換部を設ける工程において、前記発光部の上に、前記透光部を内部に有する外観が平板状の前記波長変換部を形成する請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体発光装置の製造方法。
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