JP6561815B2 - 半導体発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本明細書の技術分野は、半導体発光装置の製造方法に関する。
半導体発光装置には、半導体発光素子からの放射光を蛍光体により変換する方式のものがある。このような半導体発光装置に対して、半導体発光素子に蛍光体含有シートを貼り付ける技術が多く開発されてきている。
例えば、特許文献１には、フェニル系シリコーン樹脂に蛍光体微粒子を混練してシート状に加工した蛍光体シート１１を用いる技術が開示されている。この技術においては、接着剤１７を用いて蛍光体シート１１を大判蛍光体シート１１ａに貼り付ける（特許文献１の段落［００３３］−［００４４］等参照）。これにより、蛍光体シート１１を貼り付けられたＬＥＤ装置１０が製造される。
ところで、シリコーン樹脂の線膨張係数と、基板材料の線膨張係数と、の間には大きな差がある。シリコーン樹脂の線膨張係数は、およそ２００ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下である。サファイアの線膨張係数は、およそ７．１ｐｐｍである。焼結アルミナの線膨張係数は、およそ７．２ｐｐｍである。窒化アルミニウムの線膨張係数は、およそ４．６ｐｐｍである。
このように、シリコーン樹脂の線膨張係数と基板材料の線膨張係数との間に大きな差があると、これらを貼り付けた境界面付近で比較的大きな応力が発生する。この応力により、蛍光体シートが半導体発光素子から剥離するおそれがある。また、複数の半導体発光素子を有する発光装置の場合には、この応力が電極の接続箇所にも伝達するおそれがある。これにより、電極の接続不良が生じることがある。
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、蛍光体シートの線膨張係数と基板材料の線膨張係数との間の差を小さくすることを図った半導体発光装置の製造方法を提供することである。
第１の態様における半導体発光装置の製造方法は、蛍光体を含有するシリコーン樹脂を第１の温度で熱処理することにより硬化してシリコーンシートに成形する第１の熱処理工程と、シリコーンシートを第１の温度より高い第２の温度で熱処理することによりさらに硬化して蛍光体シートに成形する第２の熱処理工程と、蛍光体シートを半導体発光素子に貼り付ける蛍光体シート貼付工程と、を有する。蛍光体シート貼付工程では、半導体発光素子を備える基板の上の隙間を蛍光体含有シリコーン樹脂で充填し、蛍光体含有シリコーン樹脂を接着剤として蛍光体シートを半導体発光素子に貼り付ける。
この半導体発光装置の製造方法は、弾力性のあるシリコーンシートをさらに固化させて蛍光体シートとする。そのため、蛍光体シートの線膨張係数は、基板材料の線膨張係数と近い。したがって、蛍光体シートと基板材料との間で大きな応力は発生しない。そのため、蛍光体シートが基板材料から剥離するおそれはほとんどない。
第２の態様における半導体発光装置の製造方法においては、第２の熱処理工程では、シリコーンシートの質量に対する蛍光体シートの質量の減少率を２．５％以上７．５％以下の範囲内とする。
第３の態様における半導体発光装置の製造方法においては、第２の熱処理工程では、シリコーンシートを第１の板部材および第２の板部材で挟んだ状態で熱処理を行う。
第４の態様における半導体発光装置の製造方法においては、第２の熱処理工程では、第１の板部材および第２の板部材の少なくとも一方として、凹凸の形成されたものを用いる。
本明細書では、蛍光体シートの線膨張係数と基板材料の線膨張係数との間の差を小さくすることを図った半導体発光装置の製造方法が提供されている。
以下、具体的な実施形態について、半導体発光装置の製造方法および蛍光体シートの製造方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、本明細書の技術は実施形態に限定されるものではない。また、後述する半導体発光装置の各層の積層構造および電極構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みは、概念的に示したものであり、実際の厚みを示しているわけではない。
（第１の実施形態）
１．半導体発光装置
図１は、本実施形態の発光装置１００の概略構成を示す図である。発光装置１００は、半導体発光素子１１０を有する半導体発光装置である。図１に示すように、発光装置１００は、半導体発光素子１１０と、支持基板１２０と、接合層１３０と、接着剤１４１と、蛍光体含有シリコーン樹脂１４２と、蛍光体シート１５０と、を有する。半導体発光素子１１０は、接合層１３０により支持基板１２０に接合されている。
１．半導体発光装置
図１は、本実施形態の発光装置１００の概略構成を示す図である。発光装置１００は、半導体発光素子１１０を有する半導体発光装置である。図１に示すように、発光装置１００は、半導体発光素子１１０と、支持基板１２０と、接合層１３０と、接着剤１４１と、蛍光体含有シリコーン樹脂１４２と、蛍光体シート１５０と、を有する。半導体発光素子１１０は、接合層１３０により支持基板１２０に接合されている。
半導体発光素子１１０は、サファイア基板１１１と、半導体層１１２と、第１の電極１１３と、を有する。サファイア基板１１１は、半導体層１１２を成長させるための成長基板である。半導体層１１２は、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する。発光層は、正孔と電子とが再結合して発光する層である。第１の電極１１３は、ｎ電極とｐ電極とを有する。ｎ電極は、ｎ型半導体層に電気的に接続されている。ｐ電極は、ｐ型半導体層に電気的に接続されている。
支持基板１２０は、絶縁基板１２１と、第２の電極１２２と、を有する。絶縁基板１２１は、発光装置１００の各部を支持するための基板である。第２の電極１２２は、第１の電極１１３に電気的に接続されるｎ側電極およびｐ側電極を有する。また、第２の電極１２２は、絶縁基板１２１の上に形成された回路を有していてもよい。第２の電極１２２のｎ側電極は、接合層１３０を介して第１の電極１１３のｎ電極に電気的に接続されている。第２の電極１２２のｐ側電極は、接合層１３０を介して第１の電極１１３のｐ電極に電気的に接続されている。
接合層１３０は、半導体発光素子１１０と支持基板１２０とを接合するための層である。前述したように、接合層１３０は、半導体発光素子１１０の第１の電極１１３と、支持基板１２０の第２の電極１２２と、を電気的に接続するためのものである。接合層１３０は、例えば、Ａｕ−Ｓｎ合金、銀もしくは銅のナノペースト、金バンプ、のいずれかである。または、接合層１３０は、上記以外のものであってもよい。ただし、接合層１３０は、導電性の材料であり、かつ、接合の可能な材料である。
接着剤１４１は、サファイア基板１１１と蛍光体シート１５０とを接着するためのものである。接着剤１４１は、例えば、シリコーン樹脂である。または、透明な接着剤であれば他の材質であってもよい。
蛍光体含有シリコーン樹脂１４２は、蛍光体を含有するシリコーン樹脂である。蛍光体含有シリコーン樹脂１４２は、支持基板１２０の上の隙間を充填している。蛍光体含有シリコーン樹脂１４２の蛍光体は、例えば、ＹＡＧである。または、ＹＡＧ：Ｃｅである。もちろん、その他の蛍光体を用いてもよい。蛍光体の材料については、後述する。
蛍光体シート１５０は、蛍光体を含有するシートである。蛍光体シート１５０が含有する蛍光体は、蛍光体含有シリコーン樹脂１４２が含有するものと同じでよい。蛍光体シート１５０は、後述するように、熱処理を受けているため、通常のシリコーンを材料とするシートに比べて十分に硬い。
２．蛍光体シートの原材料
２−１．シリコーン樹脂
蛍光体シート１５０の原材料は、例えば、シリコーン樹脂である。シリコーン樹脂として、例えば、下記の（Ａ）−（Ｄ）の組成を含む架橋性シリコーン組成物をヒドロシリル化反応された架橋物を用いることが好ましい。
２−１．シリコーン樹脂
蛍光体シート１５０の原材料は、例えば、シリコーン樹脂である。シリコーン樹脂として、例えば、下記の（Ａ）−（Ｄ）の組成を含む架橋性シリコーン組成物をヒドロシリル化反応された架橋物を用いることが好ましい。
（Ａ）平均単位式：
( Ｒ1 2 ＳｉＯ2／2)a ( Ｒ1 ＳｉＯ3／2)b ( Ｒ2 Ｏ1／2) c
（式中、Ｒ1 はフェニル基、炭素原子数１〜６のアルキル基もしくはシクロアルキル基、または炭素原子数２〜６のアルケニル基であり、ただし、Ｒ1 の６５〜７５モル％はフェニルであり、Ｒ1 の１０〜２０モル％はアルケニル基であり、Ｒ2 は水素原子または炭素原子数１〜６のアルキル基であり、ａ、ｂ、ｃは、０．５≦ａ≦０. ６、０. ４≦ｂ≦０. ５、０≦ｃ≦０. １、かつａ＋ｂ＝１を満たす数である。）
で表されるオルガノポリシロキサン、
（Ｂ）一般式：
Ｒ3 3 Ｓi Ｏ( Ｒ3 2 Ｓi Ｏ) m Ｓi Ｒ3 3
（式中、Ｒ3 はフェニル基、炭素原子数１〜６のアルキル基もしくはシクロアルキル基、または炭素原子数２〜６のアルケニル基であり、ただし、Ｒ3 の４０〜７０モル％はフェニルであり、Ｒ3 の少なくとも１個はアルケニル基であり、ｍは５〜５０の整数である。）
で表されるオルガノポリシロキサン｛（Ａ）成分１００重量部に対して５〜１５重量部｝
（Ｃ）一般式：
( ＨＲ4 2 ＳｉＯ) 2 ＳｉＲ4 2
（式中、Ｒ4 はフェニル基、または炭素原子数１〜６のアルキル基もしくはシクロアルキル基であり、ただし、Ｒ4 の３０〜７０モル％はフェニルである。）
で表されるオルガノトリシロキサン｛（Ａ）成分中と（Ｂ）成分中のアルケニル基の合計に対する本成分中のケイ素原子結合水素原子のモル比が０. ５〜２となる量｝、
（Ｄ）ヒドロシリル化反応用触媒｛（Ａ）成分と（Ｂ）成分中のアルケニル基と（Ｃ）成分中のケイ素原子結合水素原子とのヒドロシリル化反応を促進するに十分な量｝
を少なくとも有する架橋性シリコーン組成物が好ましく用いられる。
( Ｒ1 2 ＳｉＯ2／2)a ( Ｒ1 ＳｉＯ3／2)b ( Ｒ2 Ｏ1／2) c
（式中、Ｒ1 はフェニル基、炭素原子数１〜６のアルキル基もしくはシクロアルキル基、または炭素原子数２〜６のアルケニル基であり、ただし、Ｒ1 の６５〜７５モル％はフェニルであり、Ｒ1 の１０〜２０モル％はアルケニル基であり、Ｒ2 は水素原子または炭素原子数１〜６のアルキル基であり、ａ、ｂ、ｃは、０．５≦ａ≦０. ６、０. ４≦ｂ≦０. ５、０≦ｃ≦０. １、かつａ＋ｂ＝１を満たす数である。）
で表されるオルガノポリシロキサン、
（Ｂ）一般式：
Ｒ3 3 Ｓi Ｏ( Ｒ3 2 Ｓi Ｏ) m Ｓi Ｒ3 3
（式中、Ｒ3 はフェニル基、炭素原子数１〜６のアルキル基もしくはシクロアルキル基、または炭素原子数２〜６のアルケニル基であり、ただし、Ｒ3 の４０〜７０モル％はフェニルであり、Ｒ3 の少なくとも１個はアルケニル基であり、ｍは５〜５０の整数である。）
で表されるオルガノポリシロキサン｛（Ａ）成分１００重量部に対して５〜１５重量部｝
（Ｃ）一般式：
( ＨＲ4 2 ＳｉＯ) 2 ＳｉＲ4 2
（式中、Ｒ4 はフェニル基、または炭素原子数１〜６のアルキル基もしくはシクロアルキル基であり、ただし、Ｒ4 の３０〜７０モル％はフェニルである。）
で表されるオルガノトリシロキサン｛（Ａ）成分中と（Ｂ）成分中のアルケニル基の合計に対する本成分中のケイ素原子結合水素原子のモル比が０. ５〜２となる量｝、
（Ｄ）ヒドロシリル化反応用触媒｛（Ａ）成分と（Ｂ）成分中のアルケニル基と（Ｃ）成分中のケイ素原子結合水素原子とのヒドロシリル化反応を促進するに十分な量｝
を少なくとも有する架橋性シリコーン組成物が好ましく用いられる。
２−２．蛍光体
緑色に発光する蛍光体として、例えば、ＳｒＡｌ2 Ｏ4 ：Ｅｕ、Ｙ2 ＳｉＯ5 ：Ｃｅ，Ｔｂ、ＭｇＡｌ11Ｏ19：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｓｒ7 Ａｌ12Ｏ25：Ｅｕ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）Ｇａ2 Ｓ4 ：Ｅｕが挙げられる。
緑色に発光する蛍光体として、例えば、ＳｒＡｌ2 Ｏ4 ：Ｅｕ、Ｙ2 ＳｉＯ5 ：Ｃｅ，Ｔｂ、ＭｇＡｌ11Ｏ19：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｓｒ7 Ａｌ12Ｏ25：Ｅｕ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）Ｇａ2 Ｓ4 ：Ｅｕが挙げられる。
青色に発光する蛍光体として、例えば、Ｓｒ5 （ＰＯ4 ）3 Ｃｌ：Ｅｕ、（ＳｒＣａＢａ）5 （ＰＯ4 ）3 Ｃｌ：Ｅｕ、（ＢａＣａ）5 （ＰＯ4 ）3 Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）2 Ｂ5 Ｏ9 Ｃｌ：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）（ＰＯ4 ）6 Ｃｌ2 ：Ｅｕ，Ｍｎが挙げられる。
緑色から黄色に発光する蛍光体として、少なくともセリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体、少なくともセリウムで賦括されたイットリウム・ガドリニウム・アルミニウム酸化物蛍光体、少なくともセリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット酸化物蛍光体、および、少なくともセリウムで賦活されたイットリウム・ガリウム・アルミニウム酸化物蛍光体が挙げられる（いわゆるＹＡＧ系蛍光体）。具体的には、Ｌｎ3 Ｍ5 Ｏ12：Ｒ（Ｌｎは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａから選ばれる少なくとも１以上である。Ｍは、Ａｌ、Ｃａの少なくともいずれか一方を含む。Ｒは、ランタノイド系である。）、（Ｙ1-x Ｇａx ）3 （Ａｌ1-y Ｇａy ）5 Ｏ12：Ｒ（Ｒは、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｈｏから選ばれる少なくとも１以上である。０＜ｘ＜０．５、０＜ｙ＜０．５である。）を使用することができる。
赤色に発光する蛍光体として、例えば、Ｙ2 Ｏ2 Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ2 Ｏ2 Ｓ：Ｅｕ、Ｙ2 Ｏ3 ：Ｅｕ、Ｇｄ2 Ｏ2 Ｓ：Ｅｕが挙げられる。
また、青色ＬＥＤに対応して発光する蛍光体としては、Ｙ3 （Ａｌ，Ｇａ）5 Ｏ12：Ｃｅ，（Ｙ, Ｇｄ）3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ，Ｌｕ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ，Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12：ＣｅなどのＹＡＧ系蛍光体、Ｔｂ3 Ａｌ5 Ｏ12：ＣｅなどのＴＡＧ系蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ）2 ＳｉＯ4 ：Ｅｕ系蛍光体やＣａ3 Ｓｃ2 Ｓｉ3 Ｏ12：Ｃｅ系蛍光体、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）2 ＳｉＯ4 ：Ｅｕなどのシリケート系蛍光体、（Ｃａ，Ｓｒ）2 Ｓｉ5 Ｎ8 ：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ3 ：Ｅｕ、ＣａＳｉＡｌＮ3 ：Ｅｕ等のナイトライド系蛍光体、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）12（Ｏ，Ｎ）16：Ｅｕなどのオキシナイトライド系蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ2 Ｏ2 Ｎ2 ：Ｅｕ系蛍光体、Ｃａ8 ＭｇＳｉ4 Ｏ16Ｃｌ2 ：Ｅｕ系蛍光体、ＳｒＡｌ2 Ｏ4 ：Ｅｕ，Ｓｒ4 Ａｌ14Ｏ25：Ｅｕ等が挙げられる。
３．蛍光体シートの製造方法
ここで、蛍光体シートの製造方法について説明する。本実施形態の蛍光体シート製造工程は、シリコーン樹脂に蛍光体を混合する混練工程と、蛍光体を含有するシリコーン樹脂を第１の温度で熱処理することにより硬化してシリコーンシートに成形する第１の熱処理工程と、シリコーンシートを第１の温度より高い第２の温度で熱処理することによりさらに硬化して蛍光体シートに成形する第２の熱処理工程と、を有する。
ここで、蛍光体シートの製造方法について説明する。本実施形態の蛍光体シート製造工程は、シリコーン樹脂に蛍光体を混合する混練工程と、蛍光体を含有するシリコーン樹脂を第１の温度で熱処理することにより硬化してシリコーンシートに成形する第１の熱処理工程と、シリコーンシートを第１の温度より高い第２の温度で熱処理することによりさらに硬化して蛍光体シートに成形する第２の熱処理工程と、を有する。
３−１．混練工程
まず、液状もしくはスラリー状のシリコーン樹脂に蛍光体を混合する。そして、シリコーン樹脂の内部に蛍光体を拡散させる。この混練により、蛍光体を含有するシリコーン樹脂の混合物が製造される。
まず、液状もしくはスラリー状のシリコーン樹脂に蛍光体を混合する。そして、シリコーン樹脂の内部に蛍光体を拡散させる。この混練により、蛍光体を含有するシリコーン樹脂の混合物が製造される。
３−２．第１の熱処理工程（シリコーンシート成形工程）
次に、シリコーン樹脂の混合物を熱硬化プレスにより成形する。具体的には、液状もしくはスラリー状のシリコーン樹脂を金型の凹部に流し込む。次に、金型の凹部に蓋で挟むとともに金型および蓋を加熱する。熱処理温度は、１２０℃以上１５０℃以下である。熱処理時間は、３０分以上３時間以下である。これらの数値範囲は例示であり、これら以外の数値範囲を用いてもよい。これにより、シリコーン樹脂は固化してシリコーンシートＳ１となる（図２参照）。この段階では、シリコーンシートＳ１は、ゴム状である。そのため、人の力を加えることにより、容易に変形する。そして、シリコーンシートＳ１は、弾性の部材である。
次に、シリコーン樹脂の混合物を熱硬化プレスにより成形する。具体的には、液状もしくはスラリー状のシリコーン樹脂を金型の凹部に流し込む。次に、金型の凹部に蓋で挟むとともに金型および蓋を加熱する。熱処理温度は、１２０℃以上１５０℃以下である。熱処理時間は、３０分以上３時間以下である。これらの数値範囲は例示であり、これら以外の数値範囲を用いてもよい。これにより、シリコーン樹脂は固化してシリコーンシートＳ１となる（図２参照）。この段階では、シリコーンシートＳ１は、ゴム状である。そのため、人の力を加えることにより、容易に変形する。そして、シリコーンシートＳ１は、弾性の部材である。
３−３．第２の熱処理工程（事後硬化工程）
図２に示すシリコーンシートＳ１を板部材１１００で両面の側から挟む。図３に示すように、板部材１１００は、板状の部材である。板部材１１００の材質は、例えば、ステンレス、真鍮、アルミ合金、ガラスのいずれかである。板部材１１００の材質は、熱処理により酸化しにくい材質であればその他の材質であってもよい。
図２に示すシリコーンシートＳ１を板部材１１００で両面の側から挟む。図３に示すように、板部材１１００は、板状の部材である。板部材１１００の材質は、例えば、ステンレス、真鍮、アルミ合金、ガラスのいずれかである。板部材１１００の材質は、熱処理により酸化しにくい材質であればその他の材質であってもよい。
図３に示すように、シリコーンシートＳ１を第１の板部材（１１００）および第２の板部材（１１００）で挟んだ状態でシリコーンシートＳ１を熱処理する。この加熱により、板部材１１００が反ることはない。そのため、シリコーンシートＳ１も、反らない。熱処理温度は、１７０℃以上２５０℃以下である。熱処理時間は、１０時間以上１００００時間以下である。これらの数値範囲は例示であり、これら以外の数値範囲を用いてもよい。これにより、シリコーンシートＳ１は、さらに硬化して蛍光体シート１５０となる。第２の熱処理工程を経た蛍光体シート１５０は、後述するように十分に硬い。
このように、第２の熱処理工程では、シリコーンシートＳ１は事後硬化する。本明細書で事後硬化とは、液状もしくはスラリー状のシリコーン樹脂を固化して固体としたときの硬度に比べて、より高い硬度とすることをいう。この事後硬化は、第１の熱処理工程よりも高い温度で第２の熱処理工程を実施することにより生じる。
そして、後述するように、第２の熱処理工程では、シリコーンシートＳ１の質量に対する蛍光体シート１５０の質量の減少率を２．５％以上７．５％以下の範囲内とする。
４．蛍光体シートの特性
４−１．蛍光体シートの硬度
通常のシリコーン樹脂は、液状のシリコーン樹脂を固化したものである。ただし、通常のシリコーン樹脂は、ゴム状であり、容易に弾性変形する。そのため、人の力で容易に変形する。
４−１．蛍光体シートの硬度
通常のシリコーン樹脂は、液状のシリコーン樹脂を固化したものである。ただし、通常のシリコーン樹脂は、ゴム状であり、容易に弾性変形する。そのため、人の力で容易に変形する。
これに対して、蛍光体シート１５０は、通常のシリコーン樹脂に比べて十分に硬い。本実施形態の蛍光体シート１５０は、ゴム状のシリコーンシートＳ１にさらに熱処理を加えたものである。この熱処理により、シリコーン樹脂は、ゴム状からガラス状に変化する。そのため、蛍光体シート１５０は、ゴムの硬度とガラスの硬度との中間程度の硬度を備える。蛍光体シート１５０は、人の力でわずかに変形する。
４−２．蛍光体シートの線膨張係数
したがって、このガラス状に近い蛍光体シート１５０の線膨張係数は、基板材料の線膨張係数に近い。しかし、基板材料の線膨張係数の測定方法と、シリコーン樹脂の線膨張係数の測定方法との間で、規格は異なっている。したがって、一概に、数値を比べることは困難である。
したがって、このガラス状に近い蛍光体シート１５０の線膨張係数は、基板材料の線膨張係数に近い。しかし、基板材料の線膨張係数の測定方法と、シリコーン樹脂の線膨張係数の測定方法との間で、規格は異なっている。したがって、一概に、数値を比べることは困難である。
４−３．蛍光体シートの質量変化率
第２の熱処理工程（事後硬化工程）により、シリコーンシートＳ１は、硬化する。そして、第２の熱処理工程において、シリコーンシートＳ１の質量は変化する。具体的には、シリコーンシートＳ１は、第２の熱処理工程を施されることによりある程度軽くなる。これは、シリコーン樹脂からアルキル基もしくはアルケニル基がある程度離脱するためであると考えられる。このように、アルキル基もしくはアルケニル基が離脱するため、シリコーンシートＳ１は、ＳｉＯ2 、すなわちガラスに近くなると考えられる。このように、蛍光体シート１５０は、ゴムの硬度とガラスの硬度との中間程度の硬度を備えている。
第２の熱処理工程（事後硬化工程）により、シリコーンシートＳ１は、硬化する。そして、第２の熱処理工程において、シリコーンシートＳ１の質量は変化する。具体的には、シリコーンシートＳ１は、第２の熱処理工程を施されることによりある程度軽くなる。これは、シリコーン樹脂からアルキル基もしくはアルケニル基がある程度離脱するためであると考えられる。このように、アルキル基もしくはアルケニル基が離脱するため、シリコーンシートＳ１は、ＳｉＯ2 、すなわちガラスに近くなると考えられる。このように、蛍光体シート１５０は、ゴムの硬度とガラスの硬度との中間程度の硬度を備えている。
このように、蛍光体シート１５０は、元の材料に比べて小さい質量を有している。蛍光体シート１５０の質量変化率（シリコーンシートＳ１の質量に対する蛍光体シート１５０の質量の減少率）は、２．５％以上７．５％以下の範囲内である。
５．半導体発光装置の製造方法
５−１．半導体発光素子準備工程
半導体発光素子１１０を準備する。そのために、市販の半導体発光素子を購入してもよいし、半導体発光素子を製造してもよい。半導体発光素子１１０を製造するには、サファイア基板１１１に、半導体層１１２と、第１の電極１１３と、を形成する。
５−１．半導体発光素子準備工程
半導体発光素子１１０を準備する。そのために、市販の半導体発光素子を購入してもよいし、半導体発光素子を製造してもよい。半導体発光素子１１０を製造するには、サファイア基板１１１に、半導体層１１２と、第１の電極１１３と、を形成する。
５−２．支持基板準備工程
支持基板１２０を準備する。そのために、市販の支持基板を購入してもよいし、支持基板を製造してもよい。支持基板１２０を製造するには、絶縁基板１２１に、第２の電極１２２を形成する。
支持基板１２０を準備する。そのために、市販の支持基板を購入してもよいし、支持基板を製造してもよい。支持基板１２０を製造するには、絶縁基板１２１に、第２の電極１２２を形成する。
５−３．接合工程
ここで、半導体発光素子１１０を支持基板１２０に接合する。その際に、半導体発光素子１１０の第１の電極１１３と、支持基板１２０の第２の電極１２２とが電気的に接続されるようにこれらを接合する。この接合に際して、Ａｕ−Ｓｎ系の半田を用いて半田接合することができる。また、銀ペースト、銅ペースト、金バンプ等を用いてもよい。これにより、第１の電極１１３と第２の電極１２２とは導通する。
ここで、半導体発光素子１１０を支持基板１２０に接合する。その際に、半導体発光素子１１０の第１の電極１１３と、支持基板１２０の第２の電極１２２とが電気的に接続されるようにこれらを接合する。この接合に際して、Ａｕ−Ｓｎ系の半田を用いて半田接合することができる。また、銀ペースト、銅ペースト、金バンプ等を用いてもよい。これにより、第１の電極１１３と第２の電極１２２とは導通する。
５−４．シリコーン樹脂充填工程
次に、半導体発光素子１１０を接合された支持基板１２０に、蛍光体含有シリコーン樹脂１４２を充填する。そして、蛍光体含有シリコーン樹脂１４２に熱処理を施す。これにより、蛍光体含有シリコーン樹脂１４２は、固化する。
次に、半導体発光素子１１０を接合された支持基板１２０に、蛍光体含有シリコーン樹脂１４２を充填する。そして、蛍光体含有シリコーン樹脂１４２に熱処理を施す。これにより、蛍光体含有シリコーン樹脂１４２は、固化する。
５−５．蛍光体シート製造工程
前述のように、蛍光体シート製造工程では、混練工程と、第１の熱処理工程と、第２の熱処理工程と、を実施する。
前述のように、蛍光体シート製造工程では、混練工程と、第１の熱処理工程と、第２の熱処理工程と、を実施する。
５−６．蛍光体シート貼付工程
次に、半導体発光素子１１０のサファイア基板１１１の裏面に接着剤１４１を塗布する。そして、蛍光体シート１５０をサファイア基板１１１の裏面に接着剤１４１を介して貼り付ける。
次に、半導体発光素子１１０のサファイア基板１１１の裏面に接着剤１４１を塗布する。そして、蛍光体シート１５０をサファイア基板１１１の裏面に接着剤１４１を介して貼り付ける。
５−７．その他の工程
上記の他、熱処理工程、蛍光体シート１５０を切り出して多数の半導体発光装置１００とする工程、等を実施してもよい。また、半導体発光素子準備工程、支持基板準備工程、蛍光体シート製造工程は、それぞれ独立した工程である。そのため、これらの順序は入れ替えてもよい。以上により、半導体発光装置１００が製造される。
上記の他、熱処理工程、蛍光体シート１５０を切り出して多数の半導体発光装置１００とする工程、等を実施してもよい。また、半導体発光素子準備工程、支持基板準備工程、蛍光体シート製造工程は、それぞれ独立した工程である。そのため、これらの順序は入れ替えてもよい。以上により、半導体発光装置１００が製造される。
６．実験
ここでは、第２の熱処理工程（事後硬化工程）について行った実験について説明する。そのために、第１の熱処理工程（シリコーンシート成形工程）において、１３０℃で１時間熱処理したシリコーン樹脂を用いた。そして、得られたシリコーンシートについて、条件を変えて第２の熱処理工程（事後硬化工程）を実施した。
ここでは、第２の熱処理工程（事後硬化工程）について行った実験について説明する。そのために、第１の熱処理工程（シリコーンシート成形工程）において、１３０℃で１時間熱処理したシリコーン樹脂を用いた。そして、得られたシリコーンシートについて、条件を変えて第２の熱処理工程（事後硬化工程）を実施した。
図４は、シリコーン樹脂の種類を変えた場合におけるシリコーンシートの熱処理時間と質量減少率との関係を示すグラフである。ここでは、シリコーン樹脂に蛍光体を添加していない。熱処理温度は２００℃であった。図４の横軸は熱処理時間である。図４の縦軸は質量減少率である。図４に示すように、熱処理時間の増加にともなって、シリコーンシートの質量は徐々に減少している。これは、前述したように、シリコーン樹脂からアルキル基もしくはアルケニル基が徐々に離脱するためであると考えられる。この傾向は、シリコーンＡからシリコーンＤまでで共通である。そして、熱処理時間を大きくするほど、シリコーン樹脂は固くなるという傾向も見られた。
ここで、シリコーンシートの質量減少率が２．５％以上７．５％以下の場合に、得られたシリコーンシートは、好適な線膨張係数を備えていると考えられる。質量減少率が２．５％以上７．５％以下のシリコーンシートは、ゴム状からガラス状の間の状態にある。つまり、人がシリコーンシートに力を加えた際に、シリコーンシートはやや変形する。または、シリコーンシートはわずかに変形する。シリコーンシートの質量減少率が２．５％以上７．５％以下の場合には、シリコーンシートの線膨張係数は、サファイア基板１１１の線膨張係数に非常に近いと考えられる。
なお、シリコーンシートの質量減少率が２．５％以上７．５％以下となるのは、熱処理時間がおよそ１０時間以上１００００時間以下の場合である。また、シリコーンシートの質量減少率が３％以上６％以下であるとなおよい。より好ましくは、シリコーンシートの質量減少率が３．５％以上５．５％以下である。
図５は、シリコーン樹脂に混入する蛍光体の種類を変えた場合におけるシリコーンシートの熱処理時間と質量減少率との関係を示すグラフである。用いたシリコーンの種類は、シリコーンＡである。熱処理温度は２００℃であった。図５の横軸は熱処理時間である。図５の縦軸は質量減少率である。図５に示すように、蛍光体の有無により質量減少率はわずかに変化する。しかし、蛍光体を有する場合の傾向は、蛍光体を有さない場合の傾向とほぼ同じである。また、蛍光体の種類により若干の差はあるものの、質量減少率の傾向は蛍光体の種類によってそれほど変わらない。なお、図４および図５では、質量減少率は負の値としてプロットされている。本明細書では、質量減少率は正の値として定義されている。
７．変形例
７−１．成長基板
半導体発光装置１００は、サファイア基板１１１を有する。しかし、半導体発光素子１１０の成長基板は、サファイア基板１１１以外の基板であってもよい。例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ基板であってもよい。
７−１．成長基板
半導体発光装置１００は、サファイア基板１１１を有する。しかし、半導体発光素子１１０の成長基板は、サファイア基板１１１以外の基板であってもよい。例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ基板であってもよい。
７−２．半導体層
半導体層１１２は、例えば、III 族窒化物半導体層である。しかし、ＧａＡｓ系等、他のIII-V 族半導体層であってもよい。また、その他のＳｉ系半導体層であってもよい。もちろん、その他の半導体層であってもよい。
半導体層１１２は、例えば、III 族窒化物半導体層である。しかし、ＧａＡｓ系等、他のIII-V 族半導体層であってもよい。また、その他のＳｉ系半導体層であってもよい。もちろん、その他の半導体層であってもよい。
８．本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、半導体発光装置１００は、半導体発光素子１１０と支持基板１２０とを有する。そして、半導体発光素子１１０の基板の裏面には、接着剤１４１を介して蛍光体シート１５０が接着されている。ここで、蛍光体シート１５０は、適度な硬度を備えている。つまり、蛍光体シート１５０の線膨張係数は、サファイア基板１１１の線膨張係数とほぼ等しい。
以上詳細に説明したように、半導体発光装置１００は、半導体発光素子１１０と支持基板１２０とを有する。そして、半導体発光素子１１０の基板の裏面には、接着剤１４１を介して蛍光体シート１５０が接着されている。ここで、蛍光体シート１５０は、適度な硬度を備えている。つまり、蛍光体シート１５０の線膨張係数は、サファイア基板１１１の線膨張係数とほぼ等しい。
なお、以上に説明した実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。半導体層１１２の積層構造については、本実施形態で説明した構造に限らない。
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と異なる点について説明する。
第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と異なる点について説明する。
１．半導体発光装置
図６は、本実施形態の発光装置２００の概略構成を示す図である。発光装置２００は、半導体発光素子１１０を有する半導体発光装置である。図６に示すように、発光装置２００は、半導体発光素子１１０と、支持基板１２０と、接合層１３０と、蛍光体含有シリコーン樹脂２４１と、蛍光体シート１５０と、を有する。半導体発光素子１１０は、接合層１３０により支持基板１２０に接合されている。
図６は、本実施形態の発光装置２００の概略構成を示す図である。発光装置２００は、半導体発光素子１１０を有する半導体発光装置である。図６に示すように、発光装置２００は、半導体発光素子１１０と、支持基板１２０と、接合層１３０と、蛍光体含有シリコーン樹脂２４１と、蛍光体シート１５０と、を有する。半導体発光素子１１０は、接合層１３０により支持基板１２０に接合されている。
蛍光体含有シリコーン樹脂２４１は、蛍光体を含有するとともに蛍光体シート１５０を半導体発光素子１１０のサファイア基板１１１に接着する接着剤の役割も兼ねている。
２．半導体発光装置の製造方法
本実施形態では、シリコーン樹脂充填工程および蛍光体シート貼付工程が一体の工程である。そのため、この蛍光体シート貼付工程のみについて説明する。この蛍光体シート貼付工程は、接合工程および蛍光体シート製造工程の後に実施される。
本実施形態では、シリコーン樹脂充填工程および蛍光体シート貼付工程が一体の工程である。そのため、この蛍光体シート貼付工程のみについて説明する。この蛍光体シート貼付工程は、接合工程および蛍光体シート製造工程の後に実施される。
２−１．蛍光体シート貼付工程
半導体発光素子１１０を接合された支持基板１２０に、蛍光体含有シリコーン樹脂２４１を充填する。そして、サファイア基板１１１の裏面に蛍光体シート１５０を貼り付ける。この後、蛍光体含有シリコーン樹脂２４１に熱処理を施す。この工程により、蛍光体含有シリコーン樹脂２４１が充填されるとともに、蛍光体シート１５０がサファイア基板１１１に貼り付けられる。
半導体発光素子１１０を接合された支持基板１２０に、蛍光体含有シリコーン樹脂２４１を充填する。そして、サファイア基板１１１の裏面に蛍光体シート１５０を貼り付ける。この後、蛍光体含有シリコーン樹脂２４１に熱処理を施す。この工程により、蛍光体含有シリコーン樹脂２４１が充填されるとともに、蛍光体シート１５０がサファイア基板１１１に貼り付けられる。
３．変形例
第２の実施形態の技術に、第１の実施形態の変形例を適用してもよい。
第２の実施形態の技術に、第１の実施形態の変形例を適用してもよい。
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、第２の熱処理工程に用いられる板部材が第１の実施形態と異なっている。そのため、第１の実施形態と異なる点について説明する。
第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、第２の熱処理工程に用いられる板部材が第１の実施形態と異なっている。そのため、第１の実施形態と異なる点について説明する。
１．板部材
図７は、板部材１２００を示す図である。図８は、図７のVIII-VIII 断面を示す断面図である。図８に示すように、板部材１２００は、多数の凹部１２０１を有している。板部材１２００の材質は、第１の実施形態の板部材１１００と同様である。
図７は、板部材１２００を示す図である。図８は、図７のVIII-VIII 断面を示す断面図である。図８に示すように、板部材１２００は、多数の凹部１２０１を有している。板部材１２００の材質は、第１の実施形態の板部材１１００と同様である。
２．蛍光体シートの製造方法
第１の熱処理工程までは、第１の実施形態と同じである。なお、第１の熱処理工程を実施した後のシリコーンシートＳ１は、弾性の材料である。
第１の熱処理工程までは、第１の実施形態と同じである。なお、第１の熱処理工程を実施した後のシリコーンシートＳ１は、弾性の材料である。
２−１．第２の熱処理工程（事後硬化工程）
第２の熱処理工程では、シリコーンシートＳ１を板部材１２００で挟む。そして、第１の実施形態の第２の熱処理工程と同様の条件で熱処理を実施する。この第２の熱処理工程を実施することにより、蛍光体シート１５０は、多数の凸部が配列された形状を有することとなる。
第２の熱処理工程では、シリコーンシートＳ１を板部材１２００で挟む。そして、第１の実施形態の第２の熱処理工程と同様の条件で熱処理を実施する。この第２の熱処理工程を実施することにより、蛍光体シート１５０は、多数の凸部が配列された形状を有することとなる。
３．変形例
３−１．板部材の形状
図９は、第１の変形例における板部材１３００を示す図である。図９に示すように、板部材１３００は、凹凸部１３０１、１３０２を有している。凹凸部１３０１、１３０２は、円錐形状もしくは角錐形状の凹凸を有している。そのため、蛍光体シート１５０は、両面に凹凸を有することとなる。
３−１．板部材の形状
図９は、第１の変形例における板部材１３００を示す図である。図９に示すように、板部材１３００は、凹凸部１３０１、１３０２を有している。凹凸部１３０１、１３０２は、円錐形状もしくは角錐形状の凹凸を有している。そのため、蛍光体シート１５０は、両面に凹凸を有することとなる。
図１０は、第２の変形例における板部材１４００を示す図である。図１０に示すように、板部材１４００は、凸部１４０１、１４０２を有している。凸部１４０１、１４０２は、半球状に近い形状の凸部を有している。そのため、蛍光体シート１５０は、両面に凹部を有することとなる。
図１１は、第３の変形例における板部材１５００を示す図である。図１１に示すように、板部材１５００は、その両面に凹部１５０１、１５０２を有している。凹部１５０１、１５０２は、半球状に近い形状の凹部を有している。そのため、蛍光体シート１５０は、両面に凸部を有することとなる。
このように、第２の熱処理工程では、シリコーンシートＳ１を挟む第１の板部材および第２の板部材の少なくとも一方として、凹凸の形成されたものを用いる。これにより、発光装置からの光取り出し効率は向上する。
３−２．その他の変形例
第３の実施形態および変形例の技術に、第１の実施形態の変形例を適用してもよい。
第３の実施形態および変形例の技術に、第１の実施形態の変形例を適用してもよい。
１００、２００…半導体発光装置
１１０…半導体発光素子
１１１…サファイア基板
１１２…半導体層
１１３…第１の電極
１２０…支持基板
１２１…絶縁基板
１２２…第２の電極
１３０…接合層
１４１…接着剤
１４２、２４１…蛍光体含有シリコーン樹脂
１５０…蛍光体シート
Ｓ１…シリコーンシート
１１０…半導体発光素子
１１１…サファイア基板
１１２…半導体層
１１３…第１の電極
１２０…支持基板
１２１…絶縁基板
１２２…第２の電極
１３０…接合層
１４１…接着剤
１４２、２４１…蛍光体含有シリコーン樹脂
１５０…蛍光体シート
Ｓ１…シリコーンシート
Claims (4)
- 半導体発光装置の製造方法において、
蛍光体を含有するシリコーン樹脂を第１の温度で熱処理することにより硬化してシリコーンシートに成形する第１の熱処理工程と、
前記シリコーンシートを前記第１の温度より高い第２の温度で熱処理することによりさらに硬化して蛍光体シートに成形する第２の熱処理工程と、
前記蛍光体シートを半導体発光素子に貼り付ける蛍光体シート貼付工程と、
を有し、
前記蛍光体シート貼付工程では、
前記半導体発光素子を備える基板の上の隙間を蛍光体含有シリコーン樹脂で充填し、
前記蛍光体含有シリコーン樹脂を接着剤として前記蛍光体シートを前記半導体発光素子に貼り付けること
を特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法において、
前記第２の熱処理工程では、
前記シリコーンシートの質量に対する前記蛍光体シートの質量の減少率を２．５％以上７．５％以下の範囲内とすること
を特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 請求項１または請求項２に記載の半導体発光装置の製造方法において、
前記第２の熱処理工程では、
前記シリコーンシートを第１の板部材および第２の板部材で挟んだ状態で熱処理を行うこと
を特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 請求項３に記載の半導体発光装置の製造方法において、
前記第２の熱処理工程では、
前記第１の板部材および前記第２の板部材の少なくとも一方として、凹凸の形成されたものを用いること
を特徴とする半導体発光装置の製造方法。
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