JP5827700B2 - 半導体発光装置及び発光装置 - Google Patents
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しかしながら、この例では、発光素子チップを透明基板上に位置精度よく接着するための配線層や柱状電極を必要とし、小型化及び量産性要求を満たすのに十分であるとは言えない。
、発光層を有する積層体と、
前記積層体に設けられたp側電極及びn側電極と、
前記p側電極上および前記n側電極上に設けられ、前記p側電極および前記n側電極に
達する開口を有する絶縁膜と、
前記p側電極に接続されたp側金属配線層と、
前記p側金属配線層上に設けられ、外部接続可能な端部を有するp側金属ピラーと、
前記開口及び前記絶縁膜上に一体的に設けられ、前記n側電極に接続されたn側金属配
線層と、
前記n側金属配線層上に設けられ、外部接続可能な端部を有するn側金属ピラーと、
前記p側金属ピラーと前記n側金属ピラーとの間に設けられた樹脂と、
を備え、
前記p側金属配線層と前記n側金属配線層とを分離している部分が、前記第2の面側か
ら見て蛇行している半導体発光装置が提供される。
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる発光装置の模式図である。すなわち、図1
(a)は断面図、図1(b)は下面図、図1(c)は第1の変形例の断面図である。
積層体12は、発光層12eを含む上部層12aと、下部層12bと、を有し、露出している第1の面12cと、これとは反対側の第2の面12dと、を有している。なお、上部層12aは、例えばp型クラッド層、発光層12e、及びn型クラッド層を有している。また、下部層12bは、例えばn型とされ電流の横方向経路となる。但し、導電型はこれに限定されず、逆導電型であってもよい。
また、n側シード金属22b、n側銅配線層24b、及びn側銅ピラー26bは、積層体12に設けられたn側電極16と接続可能なn側引き出し電極を構成する。
積層体12は、個片化されるチップの分離部12fが除去されており、薄く、堅く、且つ脆いGaNなどの割れを抑制することが容易となる。
図2(a)の第2の変形例において、発光層12eが窒化物系半導体の場合、積層体12はサファイヤなどの透光性基板10の上に結晶成長するか、またはGaAsなどの仮基板上に結晶成長されたのちウェーハ接着法などを用いて透光性基板10へ移し替えられることが多い。図2(a)は、透光性基板10を残した状態のWLP型発光装置である。結晶成長工程での基板の厚さは、数百μmと厚くして割れや反りを低減することが多い。本実施形態では、銅ピラー26や補強樹脂28の充填により機械的強度を高めることができるので、透光性基板10を研削により薄くすることができる。
図3は、発光素子形成工程からシード金属成膜工程までを表す。
サファイヤなどからなる透光性基板10の第1の面10aに、例えばバッファ層及びn型層を含む下部層12bと、上部層12aと、を有する積層体12を形成する。積層体12の第1の面12cは、透光性基板10の第1の面10aと隣接しており略平坦である。また、積層体12の第2の面(破線)12dは、上部層12aの表面と、上部層12aが除去されて露出した下部層12bの表面と、を含み段差を有している。
例えば、シード金属22の上にフォトレジスト40をパターニングし(図4(a))、パターニングされたフォトレジスト40をマスクとして、電解メッキ法により銅配線層24を選択的に形成する。このようにして、互いに分離された銅配線層24a、24bが形成される(図4(b))。このとき、20a、20bの径、または,底面積よりも、銅配線層24a、24bの底面積が大となる程度まで,銅配線層24a、24bを形成することが好ましい。この場合、薄いシード金属22が電解メッキ工程における電流経路となる。こののち、アッシング法などを用いてフォトレジスト40が除去されると、図4(c)に表す構造となる。
図5(a)のように厚膜フォトレジストのパターニングを行い、p側銅配線層24a上に開口42a、n側銅配線層24b上に開口42b、を形成する。続いて、電解メッキ法を用いて、p側電極14と接続されたp側銅ピラー26a、n側電極16と接続されたn側銅ピラー26b、をそれぞれ形成する(図5(b))。この場合にも薄いシード金属22が電解メッキ工程における電流経路となる。なお、銅ピラー26の厚さを、例えば10〜数百μmの範囲とすると、透光性基板10を分離しても発光装置の強度を保つことができる。なお、開口42a、42bは、絶縁膜に形成してもよい。
第1の実施形態を表す図1(a)の構造に、さらに銅ピラー26aの表面に半田ボール36a、銅ピラー26bの表面に半田ボール36bが、BGA(Ball Grid Array)状に設けられている。半田ボール36の材質は限定されるものではないが、例えばSnAgなどとすると、鉛フリーとできる。
図7(a)は、透光性基板10を剥離した発光装置(WLP)5を表す。
図7の工程断面図では、積層体12の下部層12bは透光性基板10の第1の面10aに沿って連続している。これはウェーハ全面に積層体12が形成されていた方が、レーザ照射によってGaNからなる積層体12を透光性基板10から分離することが容易となるた
めである。 この場合、積層体12を含むウェーハは平坦なツールや治具の上に真空吸着
や粘着等によって固定されていることが望ましい。
半導体積層体や蛍光体層などの支持体62の上に形成した石英ガラス60の上にフォトレジスト50によるドットパターンを形成する(図9(a))。対レジスト低選択比加工を、第1ステップ(図9(b))、第2ステップ(図9(c))、第3ステップ(図9(d))などと段階的に行う。それぞれのステップにおいて、レジスト・ドットパターンがエッチングにより縮小すると共に、フォトレジスト50の周辺部では傾斜を生じる。
すなわち、本図のようにナノインプリント法を用いることも可能である。液状で加熱によってガラス化する特性を持ったSOG(Spin On Glass)61などをスピンコート等によ
って支持体62の上に塗布し(図10(a))、レンズの形状をかたどったナノスタンパー53を押し付けてレンズ形状を形成した後(図10b))、ナノスタンパー53を剥離し、SOG61を加熱してガラス化する(図10(c))。この手法によれば、ナノスタンパー53の形を任意に設計することが可能であるため、如何なる形状のレンズであっても容易に製造することが出来る。
第2の実施形態の個片化した発光装置6及びそれに付随した変形例では、WLPによる発光装置の基板を除去することにより、より薄型化された発光装置が提供される。
第1の実施形態の変形例である図2(a)において、透光性基板10の厚さを研削により薄くすることが可能である。例えば数十μm程度残す(図12(a))と、透光性基板10をすべて除去する構造よりも機械的強度を高めることが容易となる。続いて、蛍光体層30形成(図12(b))、凸レンズ32形成(図12(c))、半田ボール36形成(図12(d))、個片化(図12(e))の工程を行う。
図13(a)のように、凸レンズ32を形成したのち、蛍光体層31を形成し(図13(b))、半田ボール36を形成し(図13(c))、個片化(図13(d))する。
第3の実施形態の発光装置及びその変形例では、透光性基板10を薄層化して残すことにより、厚さを薄く保ちつつ機械的強度を高めることが容易となる。
第1〜第3の実施形態においてレンズをアレイレンズとしたが、本発明はこれに限定されない。図14のようの1枚レンズであってもよい。1枚レンズとすると、光学設計及び製造プロセスが簡素にできる。
図15(a)及び図15(b)の模式平面図に示すように大きさの異なるレンズ32a、32b、32c、32d、32eを並べても構わない。小さなレンズを大きなレンズの隙間に配置することにより、レンズで覆う領域を増やすことが可能となる。また、図15(c)の模式斜視図に示すように四角い外形のレンズ33aを用いても構わない。
本実施形態では、互いに隣接する積層体が離間している。また、第1の積層体の第1のp側電極14と、隣接する第2の積層体の第2のn側電極16と、を連結してパターニングを行う。さらに、第1の積層体と第2の積層体との間のシード金属22を除去しなくともよい。このようにして、シード金属22と銅配線層24とが第1及び第2の発光素子の間で連結される。すなわち2つの発光素子が直列接続可能となる。このように直列接続することにより、高出力化が容易となる。もちろん、直列接続数は2つに限定されることなく、より多段の直列接続が可能である。また、第1及び第2の積層体の併設方向とは交差する方向に隣接する積層体を互いに連結して並列接続することも可能である。
透光性基板10を各発光素子毎に分離してもよい。このようにすると、個々の発光素子は剛直な透光性基板10で保護されているため、極めて信頼性の高い構造とすることができる。さらに、この製造方法として図17(a)に示すように、透光性基板10の各発光素子間の隙間に発光素子形成面10a側から溝10cを形成しておくことも可能である。溝10cの形成は、例えば発光素子形成工程の前後で行うことができ、エッチング加工、レーザ加工、ブレード切削等の手法を用いることができる。このようにしておくと、その後の透光性基板10を薄く研削した際に(図17(e))、剛直な透光性基板10は個片に細分化されるため、割れてしまう危険性が大幅に低減できる。加えて、パッケージに個片化する際にも剛直な透光性基板がない部分を切断することになるため(図18)、高い生産性と歩留まりを実現することが出来る。さらに個片化した後も、透光性基板10と積層体12とが小さなサイズに分離されているため、透光性基板10と積層体12が割れにくくなっており、さらにパッケージ全体として柔軟になり、実装後の接続点の信頼性が向上する。さらにパッケージの反りも小さくなり、実装が容易となる。さらに、曲面状の物体に対して実装することも可能となる。
図16においては、p側電極14とn側電極16との分離領域21が直線状となっているため、分離領域21でウェーハが割れてしまう危険があったが、p側電極14とn側電極16との分離部(破線)を図19のように蛇行させると、銅配線層24のせり出した部分によって補強されるため、透光性基板10を研削により薄くしても機械的強度を保つことが容易となる。図19(a)では略格子状の位置に銅ピラー26が配置されるが、図19(b)のような配置であってもよい。また、同様の効果は透光性基板10を分離した形態であっても発現することはもちろんである。
また、その製造方法において、ウェーハレベルでの組立及び検査工程が可能であるため高い生産性が容易である。このため価格低減を図ることができる。
Claims (7)
- 第1の面と、前記第1の面とは反対側の第2の面と、を持ち、発光層を有する積層体と
、
前記積層体に設けられたp側電極及びn側電極と、
前記p側電極上および前記n側電極上に設けられ、前記p側電極および前記n側電極に
達する開口を有する絶縁膜と、
前記p側電極に接続されたp側金属配線層と、
前記p側金属配線層上に設けられ、外部接続可能な端部を有するp側金属ピラーと、
前記開口及び前記絶縁膜上に一体的に設けられ、前記n側電極に接続されたn側金属配
線層と、
前記n側金属配線層上に設けられ、外部接続可能な端部を有するn側金属ピラーと、
前記p側金属ピラーと前記n側金属ピラーとの間に設けられた樹脂と、
を備え、
前記p側金属配線層と前記n側金属配線層とを分離している部分が、前記第2の面側か
ら見て蛇行している半導体発光装置。 - 前記p側金属配線層と前記n側金属配線層とを分離している部分が、前記p側金属配線
層側または前記n側金属配線層側にせり出すことで蛇行している請求項1記載の半導体発
光装置。 - 前記積層体は前記第1の面側に基板を含まない請求項1または2に記載の半導体発光装
置。 - 前記積層体の前記第1の面側に、前記積層体との間に基板を介することなく設けられた
樹脂層をさらに備えた請求項3記載の半導体発光装置。 - 前記樹脂層は、蛍光体を含む蛍光体層である請求項4記載の半導体発光装置。
- 前記n側金属配線層は、前記発光層に対向するように前記絶縁膜上に延びている請求項
1〜5のいずれか1つに記載の半導体発光装置。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載された半導体発光装置と、
前記p側金属ピラーの端部及び前記n側金属ピラーの端部に電気的に接続された実装基
板と、
を備えた発光装置。
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